JP4856091B2

JP4856091B2 - 容量可変型ロータリ圧縮機及びこれを備える冷却システム

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Publication number: JP4856091B2
Application number: JP2007542930A
Authority: JP
Inventors: ミュンビュン，サン; ヨンチョ，ソン; ホン，ソン−ジェ; フンキム，ジュン
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2006-01-02
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2026-01-02
Also published as: EP1851434A4; JP2008520901A; US7798791B2; AU2006217273A1; EP1851434B1; AU2006217273B2; ES2549673T3; US20080193310A1; EP1851434A1; US8186979B2; US20100319392A1; WO2006090977A1

Description

本発明はロータリ圧縮機及びこれを備える冷却システムに関し、特に、ベーンスロットの後方側に密閉されたベーンチャンバを形成し、ベーンチャンバに吸入圧及び吐出圧を供給することによりベーンを支持する容量可変型ロータリ圧縮機に関する。

一般に、空気調和機は、室内温度を設定温度に維持して室内を快適な状態に維持する。このような空気調和機は冷却システムを含み、冷却システムは、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮することにより外部に熱を放出する凝縮器と、凝縮器で凝縮された冷媒の圧力を低下させる膨張バルブと、膨張バルブを経た冷媒を蒸発させることにより外部の熱を吸収する蒸発器とから構成される。

冷却システムにおいては、電力が供給されて圧縮機が動作することによってその圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒が、凝縮器、膨張バルブ、蒸発器を順次経た後に圧縮機に吸入され、このような過程が繰り返される。上記過程において、凝縮器が熱を発生し、蒸発器が外部の熱を吸収して冷気を形成するが、凝縮器から発生する熱と蒸発器で形成される冷気を選択的に室内に循環させることにより、室内を快適な状態に維持する。

一方、冷却システムを構成する圧縮機の種類は多様であるが、特に、空気調和機に適用される圧縮機としては、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機などがある。

このような空気調和機の製造において最も重要な要素は、製品の競争力を高めるために製造コストを最小化することと、空気調和機の消費電力を最小化することである。

消費電力を最小化するために、空気調和機は、その空気調和機が設置された室内空間の負荷、すなわち、温度条件に応じて運転を行わなければならない。すなわち、空気調和機は、室内温度が急激に上昇した場合、設定温度を維持するために、その急激な温度変化（過度な負荷）に応じて冷気の発生が多くなるようにパワーモードに切り替え、室内温度の設定温度からの変化幅が小さい場合、設定温度を維持するために、冷気の発生が少なくなるようにセーブモードに切り替える。

このようなモード切替を実現するために、圧縮機で圧縮されて吐出される冷媒の量を調節することにより、冷却システムの冷却能力を変化させる。

圧縮機から吐出される冷媒の量を調節する方法の１つとして、圧縮機を構成する駆動モータの回転数を変化させることのできるインバータモータを適用する方法がある。空気調和機が設置された室内空間の負荷に応じて圧縮機の駆動モータの回転数を調節することにより、圧縮機から吐出される冷媒の量を調節する。圧縮機から吐出される冷媒の量が変化することによって、凝縮器から発生する熱と蒸発器で形成される冷気の量が調節される。

しかし、圧縮機の駆動モータとしてインバータモータを適用した場合、インバータモータが非常に高価であるため製造コストが上昇し、価格競争力が低下するという欠点があった。

これにより、近年、インバータ方式に代えて、圧縮機のシリンダで圧縮される冷媒の一部をシリンダの外部にバイパスして圧縮室の容量を変化させる技術が広く開発されている。しかし、このような技術は、冷媒をシリンダの外部にバイパスするパイプシステムが複雑であるため、冷媒の流動抵抗を増加させて効率を低下させるという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、セーブモード時の冷却能力の低下率を大きくして冷却効率を向上させるだけでなく、容量可変のための構成を簡単にした容量可変型ロータリ圧縮機を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、容量可変のための配管連結作業を簡単にするだけでなく、圧力漏れを防止して冷却効率を向上させた容量可変型ロータリ圧縮機を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、所定量のオイルが充填されて吐出圧状態を維持するケーシングと、ケーシングの内部空間に固定設置されて駆動力を発生するモータと、ケーシングの内部空間に固定設置され、上下両側が開口し、半径方向にベーンスロットが形成される少なくとも１つのシリンダと、シリンダの上下両側に結合され、シリンダに圧縮空間を形成させるベアリングプレートと、シリンダの圧縮空間で旋回運動するローリングピストンと、ローリングピストンに接して直線運動するように、シリンダのベーンスロットにスライド挿入されるベーンと、ベーンスロットに連通してケーシングの内部空間と分離されるようにシリンダに形成され、ベアリングプレートにより密閉されるベーンチャンバと、ベーンチャンバに連結され、ベーンチャンバ内部の圧力変化によって、ベーンがローリングピストンに圧接して正常運転を行うか、又はローリングピストンから離れてセーブ運転を行うように、ベーンチャンバに運転モードに応じて吸入圧又は吐出圧を選択的に供給するモード切替ユニットと、シリンダに備えられ、ケーシングの内部空間の吐出圧の圧力をベーンの側面に案内して、ベーンをシリンダに密着させて拘束するベーン拘束部と、を含む容量可変型ロータリ圧縮機を提供する。

また、本発明は、容量可変型ロータリ圧縮機、凝縮器、膨張バルブ、及び蒸発器が閉回路で構成される冷却システムを提供する。

本発明による容量可変型ロータリ圧縮機及びこれを備える冷却システムは、配管を簡素化できるだけでなく、圧縮機の運転中にも容量可変能力の制御を容易にし、バルブにおける冷却能力の損失が減少して運転効率を向上させる。また、冷却システムのモード切替が容易であり、快適性と省エネルギ性が向上する。さらに、配管間の干渉を防止して冷却システムの小型化を図ることができ、組立性を向上させる。さらに、冷却システムにおけるバルブ数が減少して生産コストを低減できる。

以下、本発明による容量可変型ロータリ圧縮機及びこれを備える冷却システムの好ましい実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明による容量可変型ツインロータリ圧縮機を備える冷却サイクルを示す図であり、図２は本発明による容量可変型ツインロータリ圧縮機を示す縦断面図であり、図３は図２のＩ−Ｉ線断面図であり、図４及び図５は本発明による容量可変型ツインロータリ圧縮機においてベーンを拘束する一実施形態におけるパワーモード及びセーブモードを示す縦断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明によるツインロータリ圧縮機は、複数のガス吸入管ＳＰ１、ＳＰ２及び１つのガス吐出管ＤＰが連通するケーシング１００と、ケーシング１００の上側に設置されて回転力を発生する電動機構部２００と、ケーシング１００の下側に設置されて電動機構部２００から発生した回転力により冷媒を圧縮する第１圧縮機構部３００及び第２圧縮機構部４００と、第２圧縮機構部４００の第２ベーン４４０の背面を高圧雰囲気又は低圧雰囲気に切り替えて、第２圧縮機構部４００をパワーモード又はセーブモードにするモード切替ユニット５００とから構成される。

電動機構部２００は、定速駆動又は可変速（インバータ）駆動を行うもので、図２に示すように、ケーシング１００の内部に設置されて外部から電力を供給する固定子２１０と、固定子２１０の内部に所定の空隙を介して配置されて固定子２１０との相互作用により回転する回転子２２０と、回転子２２０に結合されて回転力を第１圧縮機構部３００及び第２圧縮機構部４００に伝達する回転軸２３０とから構成される。

第１圧縮機構部３００は、環状に形成されてケーシング１００の内部に設置される第１シリンダ３１０と、第１シリンダ３１０の上下両側を覆蓋して共に第１圧縮空間Ｖ１を形成し、回転軸２３０を半径方向に支持する上部ベアリングプレート（以下、上部ベアリングという）３２０及び中間ベアリングプレート（以下、中間ベアリングという）３３０と、回転軸２３０の上側偏心部に回転可能に結合され、第１シリンダ３１０の第１圧縮空間Ｖ１で旋回して冷媒を圧縮する第１ローリングピストン３４０と、第１ローリングピストン３４０の外周面に圧接するように第１シリンダ３１０に半径方向に移動可能に結合されて、第１シリンダ３１０の第１内部空間Ｖ１を第１吸入室と第１圧縮室に区画する第１ベーン３５０と、第１ベーン３５０の後方側を弾性支持するように圧縮スプリングからなるベーン支持スプリング３６０と、上部ベアリング３２０の中央付近に備えられた第１吐出口３２１の先端に開閉可能に結合され、第１内部空間Ｖ１の第１圧縮室から吐出される冷媒ガスの吐出を制御する第１吐出バルブ３７０と、第１吐出バルブ３７０を収納するように内部体積を有して上部ベアリング３２０に結合される第１マフラ３８０とから構成される。

第２圧縮機構部４００は、環状に形成されてケーシング１００内部の第１シリンダ３１０の下側に設置される第２シリンダ４１０と、第２シリンダ４１０の上下両側を覆蓋して共に第２圧縮空間Ｖ２を形成し、回転軸２３０を半径方向及び軸方向に支持する中間ベアリング３３０及び下部ベアリング４２０と、回転軸２３０の下側偏心部に回転可能に結合され、第２シリンダ４１０の第２圧縮空間Ｖ２で旋回して冷媒を圧縮する第２ローリングピストン４３０と、第２ローリングピストン４３０の外周面に圧接するか、又は第２ローリングピストン４３０の外周面から離れるように、第２シリンダ４１０に半径方向に移動可能に結合されて、第２シリンダ４１０の第２圧縮空間Ｖ２を第２吸入室と第２圧縮室に区画又は連通する第２ベーン４４０と、下部ベアリング４２０の中央付近に備えられた第２吐出口４２１の先端に開閉可能に結合され、第２圧縮室から吐出される冷媒ガスの吐出を制御する第２吐出バルブ４５０と、第２吐出バルブ４５０を収納するように内部体積を有して下部ベアリング４２０に結合される第２マフラ４６０とから構成される。

第２シリンダ４１０は、図２に示すように、第２圧縮空間Ｖ２を形成する内周面の一側に、第２ベーン４４０が半径方向に往復運動を行えるように第２ベーンスロット４１１が形成され、第２ベーンスロット４１１の一側には、冷媒を第２圧縮空間Ｖ２に案内する第２吸入口（図示せず）が半径方向に形成され、第２ベーンスロット４１１の他側には、冷媒をケーシング１００の内部に吐出する第２吐出案内溝（図示せず）が軸方向に傾斜して形成される。また、第２ベーンスロット４１１の半径方向の後方側には、後述するバルブユニット５００の共用側連結管５３０に連結されて第２ベーン４４０の後方側が吸入圧雰囲気又は吐出圧雰囲気となるように、密閉空間からなるベーンチャンバ４１２が形成される。さらに、第２シリンダ４１０には、第２ベーン４４０の運動方向に対して直交する方向又は傾斜方向にケーシング１００の内部と第２ベーンスロット４１１を連通して、ケーシング１００内部の吐出圧により第２ベーン４４０を拘束する側圧流路４１３が形成される。

また、第２シリンダ４１０の第２圧縮空間Ｖ２の容量は、第１シリンダ３１０の第１圧縮空間Ｖ１と同一の容量にしてもよく、異なる容量にしてもよい。例えば、２つのシリンダ３１０、４１０の容量が同一の場合、いずれか一方のシリンダがセーブ運転を行うと、圧縮機は他方のシリンダの容量に相当する運転を行うため、圧縮機性能は５０％に変化し、２つのシリンダ３１０、４１０の容量が異なる場合、圧縮機性能は正常運転を行うシリンダの容量に相当する割合に変化する。

ベーンチャンバ４１２は、共用側連結管５３０に連通し、第２ベーン４４０が完全に後退して第２ベーンスロット４１１内に収納されても、第２ベーン４４０の背面が共用側連結管５３０を介して供給される圧力に対して圧力面となるように、所定の内部体積を有する。

側圧流路４１３は、図３に示すように、第２ベーン４４０を中心に第２シリンダ４１０の吐出案内溝（図示せず）側に位置し、第２シリンダ４１０の外周面から第２ベーンスロット４１１の中心に貫通して形成される。また、側圧流路４１３は、２段ドリルを利用して、第２ベーンスロット４１１側が狭く２段の段差を有するように形成される。さらに、側圧流路４１３は、第２ベーン４４０が直線運動を安定して行えるように、その出口端が第２ベーンスロット４１１の長手方向のほぼ中間に形成される。さらに、側圧流路４１３の断面積は、第２ベーンスロット４１１の縦断面積、すなわち、第２ベーン４４０の背面の断面積と等しいかそれより小さいことが、第２ベーン４４０が過度に拘束されることを防止できて好ましい。また、側圧流路４１３は、第２ベーン４４０の高さ方向に沿って複数（図においては、上下２段の場合を図示する）形成することができる。

モード切替ユニット５００は、第２ガス吸入管ＳＰ２から分岐する吸入圧側連結管５１０と、ケーシング１００の内部空間に連結される吐出圧側連結管５２０と、第２シリンダ４１０のベーンチャンバ４１２に連結され、吸入圧側連結管５１０及び吐出圧側連結管５２０に連通する共用側連結管５３０と、共用側連結管５３０を介して第２シリンダ４１０のベーンチャンバ４１２に連結される第１モード切替バルブ５４０と、第１モード切替バルブ５４０に連結されて第１モード切替バルブ５４０の開閉動作を制御するための、パイロットバルブなどの第２モード切替バルブ５５０とから構成される。

吸入圧側連結管５１０は、第２シリンダ４１０の吸入側と、アキュムレータ１１０の入口側ガス吸入管又は出口側ガス吸入管（第２ガス吸入管ＳＰ２）との間に連結される。

吐出圧側連結管５２０は、ケーシング１００の下半部に連通して、ケーシング１００内部のオイルをベーンチャンバ４１２に直接流入させることもできるが、場合によっては、ガス吐出管ＤＰの中間から分岐して連結することもできる。この場合、ベーンチャンバ４１２が密封されており、オイルが第２ベーン４４０と第２ベーンスロット４１１との間に供給されないことによって摩擦損失が発生する恐れがあるので、下部ベアリング４２０にオイル供給孔（図示せず）を形成して、第２ベーン４４０の往復運動時にオイルを供給する。

第１モード切替バルブ５４０は、図２に示すように、所定の内部空間を有して円筒状に形成される第１バルブハウジング５４１と、第１バルブハウジング５４１にスライド挿入され、ベーンチャンバ４１２に吸入圧又は吐出圧が供給されるように制御する第１スライドバルブ５４２とから構成される。

第１バルブハウジング５４１の中央部一側周面は、吸入圧側連結管５１０と吐出圧側連結管５２０を介して第２ガス吸入管ＳＰ２の中間とケーシング１００の内部空間に連結され、第１バルブハウジング５４１の中央部他側周面は、共用側連結管５３０を介して第２シリンダ４１０のベーンチャンバ４１２に連結される。

また、第１バルブハウジング５４１の両端は、後述する第２毛細管５６２と第３毛細管５６３を介して第２モード切替バルブ５５０に連結される。

第２モード切替バルブ５５０には、吸入圧側連結管５１０に連結されるように第１毛細管５６１が設置され、第１毛細管５６１の両側には、第１バルブハウジング５４１の両側にそれぞれ連結されるように第２毛細管５６２と第３毛細管５６３が設置され、第２モード切替バルブ５５０と吐出圧側連結管５２０との間には、第２毛細管５６２と第３毛細管５６３に選択的に連結されるように第４毛細管５６４が連結される。

図中、従来と同一の部分には同一の符号を付した。

図中の符号１は凝縮器、２は膨張機構、３は蒸発器である。

以下、このような本発明による容量可変型ツインロータリ圧縮機の動作について説明する。

すなわち、電動機構部２００の固定子２１０に電力が供給されて回転子２２０が回転すると、回転子２２０と共に回転軸２３０が回転して電動機構部２００の回転力を第１圧縮機構部３００と第２圧縮機構部４００に伝達する。第１圧縮機構部３００と第２圧縮機構部４００の両方を正常運転する場合は大容量の冷却能力が発生し、第１圧縮機構部３００は正常運転して第２圧縮機構部４００はセーブ運転する場合は小容量の冷却能力を発生する。

ここで、圧縮機又はこれを備える冷却システムが正常運転を行う場合は、図４に示すように、第２モード切替バルブ５５０に電力が供給されて第１毛細管５６１と第３毛細管５６３が連通して、吸入圧の冷媒が、図の点線矢印で示したように第１バルブハウジング５４１の右側に流入し、第２毛細管５６２と第４毛細管５６４が連通して、ケーシング１００内部の高圧ガス又は高圧オイルが、図の実線矢印で示したように第１バルブハウジング５４１の左側に流入する。

これにより、第１スライドバルブ５４２が第３毛細管５６３側に移動することによって、吸入圧側連結管５１０は遮断される反面、吐出圧側連結管５２０が共用側連結管５３０に連通して、第２シリンダ４１０のベーンチャンバ４１２には高圧である吐出圧のオイル又は冷媒が供給される。従って、ベーンチャンバ４１２の圧力により第２ベーン４４０が第２ローリングピストン４３０側に押されて、第２ローリングピストン４３０に圧接した状態を維持し、第２圧縮空間Ｖ２に流入した冷媒ガスを正常に圧縮して吐出する。ここで、第２シリンダ４１０に備えられた側圧流路４１３を介して高圧の冷媒ガス又はオイルが供給されるが、側圧流路４１３の断面積が第２ベーンスロット４１１の半径方向の断面積よりも小さくて、第２ベーン４４０の側面への加圧力がベーンチャンバ４１２における前後方向の加圧力よりも低いため、第２ベーン４４０を拘束できなくなることによって、第２ベーン４４０は、第２ローリングピストン４３０の旋回運動によって持続的に前後方向に往復運動を行う。

このようにして、第１ベーン３５０と第２ベーン４４０がそれぞれ、第１ローリングピストン３４０と第２ローリングピストン４３０に圧接して、第１圧縮空間Ｖ１と第２圧縮空間Ｖ２を吸入室と圧縮室に区画し、それぞれの吸入室に吸入される冷媒全体を圧縮して吐出することにより、圧縮機又はこれを備える冷却システムは１００％運転を行う。

それに対し、圧縮機又はこれを備える冷却システムが起動時のようにセーブ運転を行う場合は、図５に示すように、第２モード切替バルブ５５０が正常運転とは反対に動作して、吸入圧側連結管５１０と共用側連結管５３０を連通し、これにより、ベーンチャンバ４１２には低圧の冷媒が流入し、相対的に高圧の第２圧縮空間Ｖ２の圧力により第２ベーン４４０がベーンチャンバ４１２側に押されて、第２ローリングピストン４３０から離れ、第２圧縮空間Ｖ２の吸入室と圧縮室が連通する。これにより、第２圧縮空間Ｖ２に吸入される冷媒が吸入室に漏洩して圧縮されず、結局、第２圧縮機構部４００は圧縮を行えなくなる。ここで、第２シリンダ４１０に備えられた側圧流路４１３を介して高圧のオイル又は冷媒ガスが流入して、第２ベーン４４０を第２ベーンスロット４１１の内部で拘束することにより、第２ベーン４４０が第２ローリングピストン４３０から離れた状態で動けなくなる。

このようにして、第２シリンダ４１０の圧縮室と吸入室が連通することによって、第２シリンダ４１０の吸入室に吸入される冷媒全体が圧縮されず、第２ローリングピストン４３０の軌跡に沿って再び吸入室に移動して、第２圧縮機構部４００が圧縮を行えなくなることによって、圧縮機又はこれを備える冷却システムは第１圧縮機構部３００の容量だけ運転を行う。

以下、本発明による容量可変型ロータリ圧縮機においてベーンを拘束する他の実施形態について説明する。

前述した一実施形態は、ケーシング内部の吐出圧を第２ベーンの側面に案内してその吐出圧により第２ベーンを拘束するものであるが、本実施形態は、図６及び図７に示すように、第２マフラ４６０の内部に設置されるピン組立体６００を利用して第２ベーン４４０を拘束するものである。

このために、ピン組立体６００は、ケーシング１００の内部圧力、より正確には、第２マフラ４６０の内部圧力により第２ベーン４４０に向かって加圧されて、第２ベーン４４０のピン挿入溝４４１に係止されて第２ベーン４４０を拘束するストッパーピン６１０と、第２シリンダ４１０のベーンチャンバ４１２と第２マフラ４６０の内部体積間の圧力差が同一の場合にストッパーピン６１０を復帰させて、第２ベーン４４０が円滑に直線往復運動を行って第２圧縮空間Ｖ２を圧縮室と吸入室に区画するように、ストッパーピン６１０と下部ベアリング４２０の底面との間に介在するピンスプリング６２０とから構成される。

このような本発明による容量可変型ロータリ圧縮機においてベーンを拘束するピン組立体は、図６に示すように、圧縮機が正常運転を行う場合は、ベーンチャンバ４１２に吐出圧が供給されることによって、そのベーンチャンバ４１２の圧力が第２マフラ４６０内部の圧力とほぼ同じであるため、ピンスプリング６２０の弾性力によりストッパーピン６１０が下方に押されて第２ベーン４４０から離れ、第２ベーン４４０を拘束できなくなる。

それに対し、図７に示すように、圧縮機がセーブ運転を行う場合は、ベーンチャンバ４１２に吸入圧が供給されることによって、そのベーンチャンバ４１２の圧力が第２マフラ４６０内部の圧力よりも低いため、第２マフラ４６０内部の圧力とピンスプリング６２０の弾性力によりストッパーピン６１０が上方に移動し、第２ベーン４４０を拘束する。

さらに、本発明による容量可変型ロータリ圧縮機のモード切替ユニットは、前述した一実施形態の他にも、図８〜図１０に示すように、パイロットバルブ、三方弁、二方弁、及びアクチュエータなどを他の実施形態として利用することができる。

まず、パイロットバルブを利用するモード切替ユニットは、図８に示すように、ケーシング１００の内部に設置される第１モード切替バルブ７１０と、ケーシング１００の外部に設置され、第１モード切替バルブ７１０に複数の毛細管で連結されてその第１モード切替バルブ７１０の動作を制御する第２モード切替バルブ７２０とを含む。

このようなパイロットバルブを利用する容量可変型ロータリ圧縮機は、圧縮機又はこれを備える冷却システムが正常運転を行う場合は、第２モード切替バルブ７２０により、下部ベアリング４２０に備えられた第１モード切替バルブ７１０のバルブ孔７１１に吐出圧が供給され、その吐出圧の冷媒ガスは背圧孔７１２から第２シリンダ４１０のベーンチャンバ４１２に流入し、第２ベーン４４０がそのベーンチャンバ４１２の圧力により押されて第２ローリングピストン４３０に圧着されて、圧縮機は第１シリンダ３１０と第２シリンダ４１０の容量だけ圧縮を行う。この過程で、バルブ孔７１１に挿入されたスライドバルブ７１３も押されて給油孔７１４が開き、オイルが第２ベーンスロット４１１に流入して第２ベーン４４０と第２ベーンスロット４１１との間を潤滑する。

それに対し、圧縮機又はこれを備える冷却システムがセーブ運転を行う場合は、第２モード切替バルブ７２０によりバルブ孔７１１に吸入圧が供給されることによって、第２ベーン４４０は第２ベーンスロット４１１に収納されて第２ローリングピストン４３０から離れ、これにより、第２シリンダ４１０の圧縮室と吸入室が連通して冷媒ガスが圧縮室から吸入室に漏洩し、第２圧縮機構部４００は圧縮を行えなくなる。

図中の符号７１３ａは連通部、７１３ｂは間隔維持部、７３１は低圧側毛細管、７３２は高圧側毛細管、７３３は共用側毛細管である。

次に、三方弁を利用するモード切替ユニットは、図９に示すように、三方弁であるモード切替バルブ８１０が、吸入圧側連結管８２１と吐出圧側連結管８２２と共用側連結管８２３との連結地点に設置され、圧縮機の運転モードに応じて吸入圧側連結管８２１又は吐出圧側連結管８２２を共用側連結管８２３に選択的に連通するように構成される。

このような三方弁を利用する容量可変型ロータリ圧縮機は、圧縮機又はこれを備える冷却システムが正常運転を行う場合は、三方弁８１０が動作して吐出圧側連結管８２２と共用側連結管８２３を連通し、高圧のオイルが第２シリンダ４１０のベーンチャンバ４１２に流入することによって、第２ベーン４４０がベーンチャンバ４１２の圧力により押されて第２ローリングピストン４３０に圧接した状態を維持し、第２圧縮空間Ｖ２に流入した冷媒ガスが正常に圧縮されて、圧縮機は第１シリンダ３１０と第２シリンダ４１０の容量だけ圧縮を行う。このとき、ベーンチャンバ４１２は中間ベアリング３３０と下部ベアリング４２０により密閉されるが、ケーシング１００のオイルに浸る吐出圧側連結管８２２を介してケーシング１００のオイルがベーンチャンバ４１２に流入して、第２ベーンスロット４１１と第２ベーン４４０との間を潤滑する。

それに対し、圧縮機又はこれを備える冷却システムが起動時のようにセーブ運転を行う場合は、三方弁８１０が正常運転とは反対に動作して、吸入圧側連結管８２１と共用側連結管８２３を連通し、第２シリンダ４１０に吸入される低圧の冷媒ガスの一部が第２シリンダ４１０のベーンチャンバ４１２に流入することにより、第２ベーン４４０が第２圧縮空間Ｖ２の圧力により押されて第２ベーンスロット４１１内に収納されて第２圧縮空間Ｖ２の吸入室と圧縮室が連通し、第２圧縮空間Ｖ２に吸入される冷媒ガスが圧縮されずに漏洩し、圧縮機は第１シリンダ３１０の容量だけ圧縮を行う。

次に、二方弁を利用するモード切替ユニットは、図１０に示すように、ケーシング１００の外部で吸入圧側連結管９１０の中間に設置され、ベーンチャンバ４１２への吸入圧の冷媒の供給を制御するようにオン／オフバルブからなる第１モード切替バルブ９２０と、下部ベアリング４２０に設置され、第１モード切替バルブ９２０の開放時にはベーンチャンバ４１２が低圧を維持するようにベーンチャンバ４１２を密閉し、第１モード切替バルブ９２０の閉鎖時にはケーシング１００の吐出圧がベーンチャンバ４１２に流入してベーンチャンバ４１２が高圧を維持するようにベーンチャンバ４１２を開放する第２モード切替バルブ９３０とを含む。

このような二方弁を利用する容量可変型ロータリ圧縮機は、圧縮機又はこれを備える冷却システムが正常運転を行う場合は、二方弁である第１モード切替バルブ９２０が閉鎖されてベーンチャンバ４１２の内部圧力はほぼ吸入圧と吐出圧の中間圧となる。この状態になると、ベーンチャンバ４１２のガスの圧力と第２モード切替バルブ９３０に備えられた背圧調節スプリング９３１の弾性力とを合わせた力が、ケーシング１００の内部圧力よりも高くなり、背圧調節スプリング９３１に支持される背圧調節バルブ９３２が開放されることによって背圧調節孔９３３が開き、ケーシング１００内部のオイルがその背圧調節孔９３３からベーンチャンバ４１２に流入し、そのオイルによりベーンチャンバ４１２は高圧を形成して第２ベーン４４０を支持し、第２シリンダの圧縮室と吸入室が継続的に分離されて冷媒を圧縮することにより、圧縮機は１００％の圧縮を行う。

それに対し、圧縮機又はこれを備える冷却システムがセーブ運転を行う場合は、第１モード切替バルブ９２０が開放されてベーンチャンバ４１２が低圧となり、背圧調節バルブがケーシング内部の圧力により押されて、背圧調節スプリングの弾性力に打ち勝って背圧調節孔を遮断する。この過程で、ベーンチャンバ４１２の圧力が低圧を維持することによって第２ベーン４４０が第２ベーンスロット４１１に後退して収納され、第２シリンダの圧縮室と吸入室が連通して、結局、第２圧縮機構部は圧縮を行わず、第１圧縮機構部だけ圧縮を行う。

ここで、各モード切替ユニットにおいて、第２ベーンスロットに収納される第２ベーンを拘束する方式には、前述した一実施形態のように、側圧流路を形成してガス圧を利用するか、又はピン組立体を利用する方式を同様に適用することができる。

一方、複数のシリンダを採用するロータリ圧縮機において、容量可変装置をそれぞれのシリンダに全て設置した場合は、圧縮機の冷却能力を３段階に切り替えることができる。

例えば、第１シリンダ３１０と第２シリンダ４１０の容量比率を７：３とする場合、第１圧縮機構部３００と第２圧縮機構部４００を全て正常運転すると、圧縮機は１００（７０＋３０）％の冷却能力を発揮する。

次に、第１圧縮機構部３００は正常運転し、第２圧縮機構部４００はセーブ運転すると、圧縮機は７０％の冷却能力を発揮する。

次に、第１圧縮機構部３００はセーブ運転し、第２圧縮機構部４００は正常運転すると、圧縮機は３０％の冷却能力を発揮する。

このように、圧縮機又はこれを備える冷却システムの冷却能力を３段階に切り替えることができるので、冷却システムにおいてさらなる快適性と効率の向上を図ることができる。

前述した実施形態においては、複数のシリンダを有するツインロータリ圧縮機を例に説明したが、図１１に示すように、１つのシリンダ１０を有するシングルロータリ圧縮機にも同様に適用できる。ただし、シングルロータリ圧縮機においては、圧縮機の起動時にケーシング１００内部の圧力が吐出圧を形成しない場合、ベーン５０を拘束できるガスの圧力が生成されないため、これに鑑みてベーンチャンバ１２に圧縮スプリングからなるベーンスプリング６０を備えることが好ましい。

圧縮機が起動すると、シリンダ１０は吸入動作と圧縮動作を開始するが、このとき、モード切替バルブ９１を正常運転モードにすると、ベーンチャンバ１２は高圧となるので、圧縮機は継続して正常運転を行う。その後、モード切替バルブ９１がセーブ運転モードに切り替えられ、そのセーブ運転モードが長時間維持されると、冷却システムの圧力差が小さくなる。モード切替バルブ９１が正常運転モードに切り替えられると、ベーンスプリング６０が動作してベーン５０がローリングピストン４０に接するので、圧縮機が正常運転を行う。

図中の符号１１はベーンスロット、１３は側圧流路、２０は上部ベアリング、２１は吐出口、３０は下部ベアリング、７０は吐出バルブ、８０はマフラ、９２は吸入圧側連結管、９３は吐出圧側連結管、９４は共用側連結管である。

このように、１つのシリンダで正常運転とセーブ運転を繰り返すことにより、システムの冷却能力を制御することができるだけでなく、セーブ運転においては、側圧流路を介して流入する高圧ガスによりベーンを完全にベーンスロットに収納するため圧縮損失が発生せず、効率の高い冷却能力の制御を実現することができる。また、構造が簡単であり、生産性を向上させて生産コストを低減することができる。

一方、このような容量可変装置は、定速モータだけでなく、可変速モータ（インバータモータ）を適用したツインロータリ圧縮機及びシングルロータリ圧縮機においても、その圧縮機性能を向上させることができる。通常、インバータモータは、負荷に応じてその回転速度を変化させて圧縮機の容量を変化させるものであるが、インバータモータの特性上、２０Ｈｚ以下又は９０Ｈｚ以上に変化させた場合は振動が発生し、特に、２０Ｈｚ以下ではオイルの吸上げが難しくなるため、その回転速度の変化に限界があった。しかし、本発明による容量可変型ロータリ圧縮機を適用すると、限界範囲内でも圧縮機の容量をさらに減少又は増加させることができるので、圧縮機の容量可変能力及びこれを備える冷却システムの冷却能力可変能力を向上させて、快適性と省エネルギ性を大きく向上させる。

一方、モード切替バルブ５４０、５５０、７２０、８１０、９２０は、図１２に示すように、その一端がケーシング１００又はアキュムレータ１１０の外周面に溶接やボルト締めなどで固定され、かつその他端が各モード切替バルブ５４０、５５０、７２０、８１０、９２０の外周面に溶接やボルト締めなどで固定される１つ以上のブラケット１１１０からなるか、又は図１３に示すように、ケーシング１００又はアキュムレータ１１０に溶接やボルト締めなどで固定される第１ブラケット１１２１と、第１ブラケット１１２１に溶接やボルト締めなどで結合され、かつ各モード切替バルブ５４０、５５０、７２０、８１０、９２０に溶接やボルト締めなどで固定される第２ブラケット１１２２とからなるか、又は図１４に示すように、その一端が各モード切替バルブ５４０、５５０、７２０、８１０、９２０を巻いて弾性支持し、その他端がケーシング１００又はアキュムレータ１１０に溶接やボルト締めなどで固定される１つ以上のクランプ１１３０からなる。その他にも、各モード切替バルブ５４０、５５０、７２０、８１０、９２０をケーシング１００又はアキュムレータ１１０に固定できる多様な方式を適用することにより、圧縮機の振動が増加することを未然に防止できる。

また、図１５に示すように、各モード切替バルブ５４０、５５０、７２０、８１０、９２０が各ブラケット１１１０、１１２１、１１２２又はクランプ１１３０によりアキュムレータ１１０に固定設置された状態で、その各モード切替バルブ５４０、５５０、７２０、８１０、９２０が結合した各連結管がアキュムレータ１１０に備えられた第２ガス吸入管ＳＰ２に一体に結合される。その後、最終の組立工程で各連結管をケーシング１００に連結することにより、圧縮機の組立工程を簡素化して生産性を向上させる。

本発明による容量可変型ツインロータリ圧縮機を備える冷却サイクルを示す図である。本発明による容量可変型ツインロータリ圧縮機を示す縦断面図である。図２のＩ−Ｉ線断面図である。本発明による容量可変型ツインロータリ圧縮機においてベーンを拘束する一実施形態におけるパワーモードを示す縦断面図である。本発明による容量可変型ツインロータリ圧縮機においてベーンを拘束する一実施形態におけるセーブモードを示す縦断面図である。本発明による容量可変型ツインロータリ圧縮機においてベーンを拘束する他の実施形態におけるパワーモードを示す縦断面図である。本発明による容量可変型ツインロータリ圧縮機においてベーンを拘束する他の実施形態におけるセーブモードを示す縦断面図である。本発明による容量可変型ツインロータリ圧縮機においてモード切替ユニットの一実施形態を示す縦断面図である。本発明による容量可変型ツインロータリ圧縮機においてモード切替ユニットの他の実施形態を示す縦断面図である。本発明による容量可変型ツインロータリ圧縮機においてモード切替ユニットのさらに他の実施形態を示す縦断面図である。本発明による容量可変型シングルロータリ圧縮機の一部を示す縦断面図である。本発明による容量可変型ツインロータリ圧縮機においてバルブユニットを支持するバルブ支持ユニットの一実施形態を示す斜視図である。本発明による容量可変型ツインロータリ圧縮機においてバルブユニットを支持するバルブ支持ユニットの他の実施形態を示す斜視図である。本発明による容量可変型ツインロータリ圧縮機においてバルブユニットを支持するバルブ支持ユニットのさらに他の実施形態を示す斜視図である。本発明による容量可変型ツインロータリ圧縮機においてバルブユニットと連結ユニットの組立過程を示す概略図である。

Claims

所定量のオイルが充填されて吐出圧状態を維持するケーシングと、
前記ケーシングの内部空間に固定設置されて駆動力を発生するモータと、
前記ケーシングの内部空間に固定設置され、上下両側が開口し、半径方向にベーンスロットが形成される少なくとも１つのシリンダと、
前記シリンダの上下両側に結合され、前記シリンダに圧縮空間を形成させるベアリングプレートと、
前記シリンダの圧縮空間で旋回運動するローリングピストンと、
前記ローリングピストンに接して直線運動するように、前記シリンダのベーンスロットにスライド挿入されるベーンと、
前記ベーンスロットに連通して前記ケーシングの内部空間と分離されるように前記シリンダに形成され、前記ベアリングプレートにより密閉されるベーンチャンバと、
前記ベーンチャンバに連結され、前記ベーンチャンバ内部の圧力変化によって、前記ベーンが前記ローリングピストンに圧接して正常運転を行うか、又は前記ローリングピストンから離れてセーブ運転を行うように、前記ベーンチャンバに運転モードに応じて吸入圧又は吐出圧を選択的に供給するモード切替ユニットと、
前記シリンダに備えられ、前記ケーシングの内部空間の吐出圧の圧力を前記ベーンの側面に案内して、前記ベーンを前記シリンダに密着させて拘束するベーン拘束部とを含み、前記モード切替ユニットは、
前記ベーンチャンバに連結され、吸入圧又は吐出圧の圧力を案内するための連結管の中間に二方弁、三方弁、四方弁、又はアクチュエータのいずれか１つが設置され、
前記ベーンチャンバに連通するベーンスロットにオイルを案内するための給油流路がベアリングプレートに形成され、前記給油流路の中間を開閉するように前記ベアリングプレートにスライドバルブがスライド挿入される第１モード切替バルブと、
前記第１モード切替バルブに低圧雰囲気又は高圧雰囲気を供給できるように電磁石が備えられ、前記ケーシングの外部に設置される第２モード切替バルブと、
前記第２モード切替バルブとガス吸入管との間に連結される低圧側毛細管と、
前記第２モード切替バルブとガス吐出管との間に連結される高圧側毛細管と、
前記低圧側毛細管及び前記高圧側毛細管に連通し、前記第１モード切替バルブと前記第２モード切替バルブとの間に連結される共用側毛細管と、
から構成されることを特徴とする、容量可変型ロータリ圧縮機。
所定量のオイルが充填されて吐出圧状態を維持するケーシングと、
前記ケーシングの内部空間に固定設置されて駆動力を発生するモータと、
前記ケーシングの内部空間に固定設置され、上下両側が開口し、半径方向にベーンスロットが形成される少なくとも１つのシリンダと、
前記シリンダの上下両側に結合され、前記シリンダに圧縮空間を形成させるベアリングプレートと、
前記シリンダの圧縮空間で旋回運動するローリングピストンと、
前記ローリングピストンに接して直線運動するように、前記シリンダのベーンスロットにスライド挿入されるベーンと、
前記ベーンスロットに連通して前記ケーシングの内部空間と分離されるように前記シリンダに形成され、前記ベアリングプレートにより密閉されるベーンチャンバと、
前記ベーンチャンバに連結され、前記ベーンチャンバ内部の圧力変化によって、前記ベーンが前記ローリングピストンに圧接して正常運転を行うか、又は前記ローリングピストンから離れてセーブ運転を行うように、前記ベーンチャンバに運転モードに応じて吸入圧又は吐出圧を選択的に供給するモード切替ユニットと、
前記シリンダに備えられ、前記ケーシングの内部空間の吐出圧の圧力を前記ベーンの側面に案内して、前記ベーンを前記シリンダに密着させて拘束するベーン拘束部とを含み、前記モード切替ユニットは、
前記ベーンチャンバに連結され、吸入圧又は吐出圧の圧力を案内するための連結管の中間に二方弁、三方弁、四方弁、又はアクチュエータのいずれか１つが設置され、
前記シリンダの吸入側で前記シリンダのベーンチャンバに連通する吸入圧側連結管と、
前記吸入圧側連結管の中間に設置され、前記ベーンチャンバへの吸入圧の冷媒の供給を制御する第１モード切替バルブと、
前記ベアリングプレートに設置され、前記第１モード切替バルブの開放時には、前記ベーンチャンバが低圧を維持するように前記ベーンチャンバを閉鎖し、前記第１モード切替バルブの閉鎖時には、前記ケーシングの吐出圧が前記ベーンチャンバに流入して前記ベーンチャンバが高圧を維持するように前記ベーンチャンバを開放する第２モード切替バルブと、
から構成されることを特徴とする、容量可変型ロータリ圧縮機。
所定量のオイルが充填されて吐出圧状態を維持するケーシングと、
前記ケーシングの内部空間に固定設置されて駆動力を発生するモータと、
前記ケーシングの内部空間に固定設置され、上下両側が開口し、半径方向にベーンスロットが形成される少なくとも１つのシリンダと、
前記シリンダの上下両側に結合され、前記シリンダに圧縮空間を形成させるベアリングプレートと、
前記シリンダの圧縮空間で旋回運動するローリングピストンと、
前記ローリングピストンに接して直線運動するように、前記シリンダのベーンスロットにスライド挿入されるベーンと、
前記ベーンスロットに連通して前記ケーシングの内部空間と分離されるように前記シリンダに形成され、前記ベアリングプレートにより密閉されるベーンチャンバと、
前記ベーンチャンバに連結され、前記ベーンチャンバ内部の圧力変化によって、前記ベーンが前記ローリングピストンに圧接して正常運転を行うか、又は前記ローリングピストンから離れてセーブ運転を行うように、前記ベーンチャンバに運転モードに応じて吸入圧又は吐出圧を選択的に供給するモード切替ユニットと、
前記シリンダに備えられ、前記ケーシングの内部空間の吐出圧の圧力を前記ベーンの側面に案内して、前記ベーンを前記シリンダに密着させて拘束するベーン拘束部とを含み、前記ケーシングのオイルが正常運転時には前記ベーンチャンバに供給されて、前記ベーンと前記シリンダとの間が潤滑されることを特徴とする、容量可変型ロータリ圧縮機。
前記ケーシングのオイルが前記モード切替ユニットを通過して前記ベーンチャンバに供給されることを特徴とする、請求項３に記載の容量可変型ロータリ圧縮機。
前記ケーシングのオイルが前記モード切替ユニットの動作により前記ベーンチャンバに直接供給されることを特徴とする、請求項３に記載の容量可変型ロータリ圧縮機。