JP3695963B2

JP3695963B2 - 回転式圧縮機

Info

Publication number: JP3695963B2
Application number: JP30736898A
Authority: JP
Inventors: 俊行江原; 伸央甲元; 昌也只野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2018-10-28
Also published as: JP2000130375A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自然冷媒の内、特に二酸化炭素（ＣＯ₂）を用いた回転式圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷凍サイクルには、冷媒としてフロン（Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３４ａなど）が一般的に用いられていた。しかしながら、フロンは大気中に放出されると大きな温暖化効果やオゾン層破壊などの問題を有している。
【０００３】
このため、近年、環境に与える影響の少ない他の自然冷媒、例えば、酸素（Ｏ₂）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、ハイドロカーボン（ＨＣ）、アンモニア（ＮＨ₃）、水（Ｈ₂Ｏ）を冷媒として用いる研究が行われている。
【０００４】
これら自然冷媒の内、酸素と水は、回転式圧縮機に用いても圧力が低くて冷凍サイクルの冷媒としては用いる事ができない。また、アンモニアやハイドロカーボンは可燃性であるため、取り扱いが難しい問題がある。
【０００５】
このため、ＣＯ₂即ち、二酸化炭素を用いる圧縮機の開発が望まれていた。
【０００６】
また、従来では、大別してレシプロ式とロータリ式（回転式）の圧縮機があるが、レシプロ式圧縮機では騒音や振動の問題がある。
【０００７】
従って、二酸化炭素を用いるロータリ式圧縮機の開発が切望されている。
【０００８】
この様な、二酸化炭素を用いた圧縮機は、特開平１０−１９４０１号公報（Ｆ２５Ｂ９／０６）に開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、二酸化炭素を冷媒として用いた場合、冷媒圧力は高圧側で約１５０ｋｇ／ｃｍ²Ｇにも達し、低圧側では約３０ｋｇ／ｃｍ²Ｇとなる。
【００１０】
この様に、二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍サイクルでは、フロンに比較して冷媒圧力が高い問題がある。
【００１１】
この様に、冷媒圧力が高いと、吐出するガス冷媒の温度が高くなり、オイルの供給が滞ると、回転式圧縮機の回転圧縮要素が焼き付く恐れがある。
【００１２】
本発明はこの様な問題点に鑑みてなされたもので、回転式圧縮機の耐熱性向上を目的とし、特に二酸化炭素を冷媒として用いた回転式圧縮機の信頼性向上を目的とした。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、請求項１の発明では、密閉容器内に、多段階に圧縮するため、第１回転圧縮要素と第２回転圧縮要素を備え、この回転圧縮要素は、両端開口を閉塞されるシリンダと、このシリンダ内を回転するローラと、前記ローラに当接することによりシリンダと共に圧縮空間を形成するベーンとよりなり、高段側の回転圧縮要素の圧縮空間の冷媒吐出側と連通する高圧力室と、この高圧力室と前記圧縮空間を連通するオイル通路とを備える内部低圧、又は内部中間圧の回転式圧縮機において、前記オイル通路は、前記シリンダの冷媒導入口閉塞時に、圧縮空間の高圧側に開口する位置に設けられている回転式圧縮機を提供する。
【００１４】
このため、圧縮空間に安定してオイルを供給する事ができ、吐出されるガス冷媒の温度を低下させる事ができる。
【００１５】
また、請求項２の発明では、前記冷媒は、二酸化炭素である請求項１記載の回転式圧縮機を提供する。
【００１６】
この様に、圧縮空間に安定してオイルを供給する事ができ、吐出されるガス冷媒の温度を低下させる事ができるため、冷媒として吐出温度が高温となる二酸化炭素を用いる事ができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明を具備する２シリンダの回転式圧縮機の縦断面図、図２は回転圧縮要素の拡大図、図３は本発明の回転圧縮要素の平面図、図４は本発明の回転圧縮要素の平面図、図５は本発明を具備する２シリンダの回転式圧縮機を用いた冷媒回路図、図６は本発明を具備する２シリンダの回転式圧縮機を用いた冷媒回路図におけるモリエル線図である。
【００１９】
図１における１は、本発明を具備する２シリンダの回転式圧縮機（ロータリ式コンプレッサ）で、鉄などの金属からなる密閉容器２内の上部に設けられた電動要素３と、この電動要素３の下方に設けられ、電動要素３の回転軸４にて回転駆動される回転圧縮要素５とからなるものである。
【００２０】
また、前記密閉容器２は下部をオイル溜２Ｃとし、前記電動要素３及び回転圧縮要素５を収納する容器体２Ａと、この容器体２Ａを密閉する密閉蓋２Ｂとよりなるもので、この密閉蓋２Ｂには前記電動要素３に電力を供給するためのターミナル端子（配線は省略）６が取り付けられている。
【００２１】
また、電動要素３は、ロータ７及びステータ８からなるもので、ロータ７は積層した電磁鋼板からなる積層体１０の内部に図示しない永久磁石を設けてなるもので、ステータ８はリング状の電磁鋼板を積層した積層体１２に巻線１１を取り付けてなるものである。尚、９はバランサである。
この構造は、直流モータと称するものであるが、積層した電磁鋼板にアルミニウム製のアルミ芯を挿入してなる交流モータと称するモータを用いても良い。
【００２２】
更には、自動車等のエアコンに用いる場合、自動車のエンジンなどを駆動源としても良いし、他の駆動源であっても良い。
【００２３】
また、第一及び第二回転圧縮要素５は、プレートミドル（中間仕切板）１３と、このプレートミドル１３の上下に取り付けられた上下シリンダ１４、１５と、この上下シリンダ１４、１５内を回転軸４の上下偏心部１６、１７によって回転する上下ローラ１８、１９と、上下シリンダ１４、１５の上下の開口を閉塞すると共に、前記回転軸４の回転を許容するメインフレーム２２、ベアリングプレート２３と、これらメインフレーム２２、ベアリングプレート２３、プレートミドル１３、シリンダ１４、１５、ローラ１８、１９と共に圧縮空間５５を形成し、この圧縮空間５５を高圧側と低圧側とに仕切るベーン２０とで構成されている。
【００２４】
尚、本実施例では第一回転圧縮要素及び第二回転圧縮要素を備える２段の回転式圧縮機１であるが、回転圧縮要素５を多数有する多段（３段以上）の回転式圧縮機であっても良い。
【００２５】
更にこれらは、メインフレーム２２、上シリンダ１４、プレートミドル１３、下シリンダ１５、ベアリングプレート２３の順に配置され、ボルト２４にて連結されているものである。
【００２６】
また、前記回転軸４には、前記回転圧縮要素５の各摺動部にオイルＡを供給するための給油孔２５が設けられている。更に、回転軸４の外周面には、この給油孔２５と連通し、オイルＡをメインフレーム２２、ベアリングプレート２３の軸受部に導く給油溝２６が形成されている。更に、前記ベーン２０には前記上下ローラ１８、１９に対して常時付勢するためのスプリングが設けられている。
【００２７】
ここで、潤滑油としてのオイルＡは、鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油など既存のオイルで良い。
【００２８】
また、前記上下シリンダ１４、１５には冷媒を導入する上下導入管２８、２９が設けられていると共に、冷媒を吐出する上下出口管３０、３１がそれぞれ設けられている。そして、これら上下導入管２８、２９及び上下出口管３０、３１には、冷媒配管３２、３３、３４がそれぞれ接続されている。
【００２９】
また、前記回転圧縮要素５のメインフレーム２２には、前記上シリンダ１４の圧縮ガスが吐出される中間圧力室４５が形成されており、この中間圧力室４５は、メインフレーム２２と、このメインフレーム２２の上部に取り付けられる上プレート４６とにより画成されるものである。
【００３０】
尚、この上プレート４６は、メインフレーム２２の軸受部分に嵌合しているものであり、Ｃリング４６Ａにて係止されているものである。更に、４６ＢはＯリングである。
【００３１】
また、前記回転圧縮要素５のベアリングプレート２３には、前記下シリンダ１５の圧縮ガスが吐出される高圧力室５０が形成されており、この高圧力室５０は、ベアリングプレート２３と、このベアリングプレート２３の下部に取り付けられる下プレート５１とにより画成されるものである。また、前記高圧力室５０は、下シリンダ１５の下出口管３１と連通するものである。
【００３２】
前記下プレート５１は、ベアリングプレート２３の軸受部分に嵌合しているものであり、Ｃリング５１Ａにて係止されているものである。更に、５１ＢはＯリングである。
【００３３】
また、前記下シリンダ１５、下ローラ１９、プレートミドル１３、ベアリングプレート２３とで第二回転圧縮要素５の圧縮空間５５が形成されており、前記高圧力室５０と前記圧縮空間５５とはオイル通路５６にて連通している。
【００３４】
このオイル通路５６は、前記高圧力室５０内にオイルＡを前記圧縮空間５５に戻すオイル戻り穴として機能し、前記ベアリングプレート２３の圧縮空間５５の高圧側に開口しており、以下にこのオイル通路５６の位置を図３及び図４を参照して説明する。
【００３５】
前記ローラ１８、１９と偏心量（シリンダ中心Ｓとローラ中心Ｔとの距離）の関係が、
【００３６】
【式１】

であるとき、図３に示す如く、下ローラ１９が下シリンダ１５の冷媒導入口５８を通過した後に、前記下ローラ１９がオイル通路５６を開放し、ローラ内径（半径）と偏心量を足した半径を有する円の軌跡より外方で、ベーン２０の進退方向の延長線より冷媒吐出口５９側にオイル通路５６を形成する。
【００３７】
この条件の範囲は、図３中斜線で示した範囲である。
【００３８】
更に、この条件について詳述すると、先ず、条件の一つとして、前述した「下ローラ１９が下シリンダ１５の冷媒導入口５８を通過した後に、前記下ローラ１９がオイル通路５６を開放する」という条件があげられるが（図中Ｉ−Ｊ曲線）、これは冷媒導入口５８を通過する前にオイル通路５６を開放すると、冷媒導入口５８から圧縮前の冷媒（低圧冷媒）が流入しているにも関わらず、オイル通路５６から高圧のオイルＡと共に圧縮後の高圧冷媒が流入し、冷媒導入口５８からの冷媒導入を阻害する事となり吸入効率が悪化するため、この条件が必要となってくる。
【００３９】
次に、「ローラ内径（半径）と偏心量を足した半径を有する円の軌跡より外方」という条件があげられるが（図中Ｉ−Ｋ曲線）、これはオイル通路５６がローラ内側空間に連通してしまうと、体積効率が低下するため、この条件が必要となってくる。
【００４０】
次に、「ベーン２０の高圧側側面の延長線より冷媒吐出口５９側」という条件があげられるが（図中Ｊ−Ｋ直線）、これは冷媒導入口５８に近いと、冷媒導入口５８からの導入直後の冷媒は低圧に近いにも関わらず、オイル通路５６から流入する冷媒は高圧であるため、圧力差が生じる事となる。従って、リークが生じ易くなり、圧縮効率の低下を招くものとなるため、この条件が必要となってくる。尚、点線Ｏはローラ内径の軌跡で、点線Ｐはローラ外径の軌跡である。
次に、前記ローラ１８、１９と偏心量の関係が、
【００４１】
【式２】

であるとき、図４に示す如く下ローラ１９が下シリンダ１５の冷媒導入口５８を通過した後に、前記下ローラ１９がオイル通路５６を開放し、ローラ外径（半径）から偏心量を引いた半径を有する円の軌跡より外方で、ベーン２０の高圧側側面の延長線より冷媒吐出口５９側にオイル通路５６を形成する。
【００４２】
この条件は、図４中斜線で示した範囲である。
【００４３】
式１の場合の条件と式２の場合の条件とは、「前記下ローラ１９がオイル通路５６を開放し、ローラ外径（半径）から偏心量を引いた半径を有する円の軌跡より外方」という条件のみが異なるため、この条件について詳述する。
【００４４】
この条件は、図中Ｌ−Ｎ曲線で示され、このＬ−Ｎ曲線より中心側では、前記オイル通路５６が常時下ローラ１９にて閉塞された状態となってしまうため、このＬ−Ｎ曲線より外方に位置させる必要がある。尚、点線Ｑはローラ外径の軌跡で、点線Ｒはローラ内径の軌跡である。
【００４５】
また、図４のＬ−Ｍ曲線は図３のＩ−Ｊ曲線に対応し、図４のＭ−Ｎ直線は図３のＪ−Ｋ直線にそれぞれ対応するものである。
【００４６】
尚、オイル通路５６の位置は、上シリンダ１４及び上ローラ１８の場合も同様に構成して良く、１シリンダの回転式圧縮機や３段以上の回転式圧縮機も同様の構成として良い。
【００４７】
前記オイル通路５６を、上述した様な各条件でそれぞれの範囲内に位置させる事により、圧縮空間５５に安定してオイルＡを供給する事ができ、吐出ガス温度を低下させる事ができる。
【００４８】
従って、特に冷媒として二酸化炭素を用いた内部低圧、または内部中間圧の回転式圧縮機１であっても、耐熱性を向上させる事ができ、回転式圧縮機１の信頼性向上を図る事ができる。
【００４９】
尚、５２はメインフレーム２２やベアリングプレート２３と回転軸４などの間から二酸化炭素ガス冷媒がリークし、密閉容器２内が高圧となるのを防止するための調圧管、５３は中間圧力室４５が所定の圧力以上になった場合に、高圧力室５０側、即ち下シリンダ１５の下出口管３１側に圧力をにがすためのバルブ、３５は密閉容器２を支持するための台座、３６はサクションマフラである。
【００５０】
次に、上述した２シリンダの回転式圧縮機１の冷媒回路に関して、図５及び図６を参照して説明する。
【００５１】
この２シリンダの回転式圧縮機１の場合、回転式圧縮機１の下シリンダ１５にに設けられた下出口管３１に接続される吐出側冷媒配管３２と凝縮器３７とが接続されており、この凝縮器３７と冷却器３８とは、膨張弁３９を介して冷媒配管４０にて接続されている。また、この冷却器３８と回転式圧縮機１の上シリンダ１４の上導入管とは、吸込側冷媒配管３３にて接続されている。
【００５２】
更に、前記凝縮器３７と膨張弁３９とを接続する冷媒配管４０には、バイパス膨張弁４１を介して過冷却器４２と接続するバイパス管４３が設けられている。
【００５３】
また、過冷却器４２からの過冷却器冷媒配管４４は、前記回転式圧縮機１の上シリンダ１４に設けられた上出口管３０及び下シリンダ１５の下導入管２９とを接続する接続冷媒配管３４と、前記サクションマフラ３６内で結合されているものである。
【００５４】
この接続冷媒配管３４は、前記上出口管３０と下導入管２９とを接続しているものである。
【００５５】
尚、前記過冷却器４２は、二重管にて構成されるもので、前記バイパス管４３からの冷媒を内側に流し、前記冷媒配管４０の冷媒が外側を流れるものである。これは、逆に内側を冷媒配管４０とし、外側をバイパス管４３としても良い。
【００５６】
更には、熱伝導的に接触して設けた構造であっても良い。
【００５７】
また、前記バイパス管４３と分岐した後の冷媒配管４０は、前記過冷却器４２に導入され、過冷却器４２にて、バイパス膨張弁４１後のバイパス管４３と熱伝導可能に接触して設けられている。この後、前述した膨張弁３９に接続されるものである。
【００５８】
従って、２シリンダの回転式圧縮機１にて圧縮され、高温となった二酸化炭素のガス冷媒が、凝縮器３７にて冷却され、更に前記過冷却器４２で前記バイパス管４３と熱交換、即ち放熱した後、膨張弁３９にて膨張する。この後、冷却器３８に流入し、ここで放熱したガス冷媒は、再び吸込側冷媒配管３３から回転式圧縮機１に戻る事となる。
【００５９】
また、凝縮器３７にて凝縮された冷媒の一部は、バイパス管４３に分流し、バイパス膨張弁４１にて断熱膨張した後、過冷却器４２にて前記冷媒配管４０から収熱する。過冷却器４２にて収熱した冷媒は、前記上シリンダ１４にて高温、高圧となった冷媒と混ざり、高温、高圧の冷媒を冷却すると共に、下シリンダ１５に流入する。尚、過冷却器４２にて収熱した後の冷媒は、前記上シリンダ１４の吐出後の高温、高圧冷媒より低温である。
【００６０】
ここで、図６に示す臨界圧力は、二酸化炭素冷媒の場合、約７２〜７３ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇであり、この臨界圧力以上、即ち超臨界域では、二酸化炭素冷媒はガス化しているものである。
【００６１】
図６のＡ点は過冷却器４２及び圧縮機の上シリンダ１４から吐出された冷媒が合流し、下シリンダ１５に吸い込まれる冷媒で、Ｂ点は下シリンダ１５から吐出される冷媒である。
【００６２】
そして、Ｃ点は凝縮器３７にて凝縮された後、分流した冷媒で、バイパス膨張弁４１にて断熱膨張する。Ｄ点はこの断熱膨張して圧力低下し、放熱した冷媒で、過冷却器４２に流入して、Ｃ点の冷媒をＥ点まで冷却する。
【００６３】
また、Ｅ点の過冷却された冷媒は、膨張弁３９にて断熱膨張し、Ｆ点の状態となる。この後、Ｇ点に示す如く、冷却器３８にて収熱して高温となった冷媒は、上シリンダ１４に流入する。
【００６４】
Ｈ点に示す如く、上シリンダ１４にて圧縮され、高温、高圧となった冷媒は、前述した過冷却器４２で圧力が低下し、過冷却に使われ、温度上昇した冷媒（但し、前述した如く、上シリンダ１４の吐出後の高温、高圧冷媒より低温）と合流し、Ａ点に示す如く、温度低下した冷媒が回転式圧縮機１に流入する。
【００６５】
尚、以上の説明おける内部低圧とした回転式圧縮機１とは、（密閉容器２内の圧力）＜（上シリンダ１４の圧縮空間の平均圧力）＜（下シリンダ１５の圧縮空間の平均圧力）の圧力関係である回転式圧縮機１であり、内部中間圧とした回転式圧縮機１とは、（上シリンダ１４の圧縮空間の平均圧力）＜（密閉容器２内の圧力）＜（下シリンダ１５の圧縮空間の平均圧力）の圧力関係である回転式圧縮機１である。
【００６６】
また、以上詳述した回転式圧縮機１は、家庭用エアコン、業務用エアコン（パッケージエアコン）、自動車用エアコン、家庭用冷蔵庫、業務用冷蔵庫、業務用冷凍庫、業務用冷凍冷蔵庫、ショーケース、自動販売機、給湯機等に用いるものである。
【００６７】
更に、この回転式圧縮機１は１馬力の出力である。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳述した如く、請求項１の発明によると、圧縮空間に安定してオイルを供給する事ができ、吐出されるガス冷媒の温度を低下させる事ができる。
【００６９】
従って、回転式圧縮機の耐熱性を向上させる事ができ、信頼性の向上を図る事ができるものである。
【００７０】
また、請求項２の発明によると、冷媒として二酸化炭素を用いた回転式圧縮機である場合、二酸化炭素冷媒は通常のフロン冷媒に比較して高温、高圧となるため、より有効な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具備する２シリンダの回転式圧縮機の縦断面図である。
【図２】回転圧縮要素の拡大図である。
【図３】本発明の回転圧縮要素の平面図である。
【図４】本発明の回転圧縮要素の平面図である。
【図５】本発明を具備する２シリンダの回転式圧縮機を用いた冷媒回路図である。
【図６】本発明を具備する２シリンダの回転式圧縮機を用いた冷媒回路図におけるモリエル線図である。
【符号の説明】
Ｓシリンダ中心
Ｔローラ中心
１回転式圧縮機
２密閉容器
５回転圧縮要素
１４上シリンダ
１５下シリンダ
１８上ローラ
１９下ローラ
２０ベーン
５０高圧力室
５５圧縮空間
５６オイル通路
５８冷媒導入口
５９冷媒吐出口

Claims

密閉容器内に、多段階に圧縮するため、第１回転圧縮要素と第２回転圧縮要素を備え、この回転圧縮要素は、両端開口を閉塞されるシリンダと、このシリンダ内を回転するローラと、前記ローラに当接することによりシリンダと共に圧縮空間を形成するベーンとよりなり、
高段側の回転圧縮要素の圧縮空間の冷媒吐出側と連通する高圧力室と、この高圧力室と前記圧縮空間を連通するオイル通路とを備える内部低圧、又は内部中間圧の回転式圧縮機において、
前記オイル通路は、前記シリンダの冷媒導入口閉塞時に、圧縮空間の高圧側に開口する位置に設けられていることを特徴とする回転式圧縮機。
前記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１記載の回転式圧縮機。