JP6016924B2 - Vane type compressor - Google Patents
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Description
この発明は、ベーン型圧縮機に関する。 The present invention relates to a vane type compressor.
圧縮機に対しては、従来から、暖房や冷房能力向上の要求が高い。このために、圧縮室にインジェクションポートを設けてインジェクションポートを介して外部から圧縮室に冷媒をインジェクションすることで、圧縮機の吐出容量を増加させて、暖房や冷房能力向上を図る方法が一般に知られている。ベーン型圧縮機においても、例えば特許文献1に示すような構造が提案されている。特許文献1には、シリンダ側面に圧縮室に開口するインジェクションポートを設け、高圧の冷媒を圧縮室内に導入することで、吐出容量を増加させることが開示されている。
Conventionally, there is a high demand for compressors to improve heating and cooling capacity. For this purpose, generally known is a method of increasing the discharge capacity of the compressor and improving the heating and cooling capacity by providing an injection port in the compression chamber and injecting refrigerant from the outside into the compression chamber via the injection port. It has been. In the vane type compressor, for example, a structure as shown in
一方、近年省エネ性向上の観点から、ベーン型圧縮機についても高効率化が図られてきており、例えば特許文献2では、ベーンをシリンダ内周面の中心周りに回転させ、ベーン先端とシリンダ間を非接触としてベーン先端摺動損失を低減する構造が提案されている。
On the other hand, in recent years, a vane compressor has also been improved in efficiency from the viewpoint of improving energy saving. For example, in
以上から、省エネ性向上と暖房や冷房能力向上を同時に実現する方法としては、特許文献2に示されるような構造のベーン型圧縮機において、シリンダ側面に圧縮室に開口するインジェクションポートを設け、高圧の冷媒を圧縮室内に導入して吐出容量を増加させることが最適である。
From the above, as a method of simultaneously realizing energy saving improvement and heating and cooling capacity improvement, in a vane type compressor having a structure as shown in
しかしながら、ベーン型圧縮機において、シリンダ側面に圧縮室に開口するインジェクションポートを設けた場合、ベーンがインジェクションポートを通過する際に、高圧側の圧縮室から低圧側の圧縮室へベーン先端を跨いで冷媒が漏れてしまうことになる。その結果、漏れ損失が増大して性能が低下するという問題点がある。 However, in the vane type compressor, when the injection port that opens to the compression chamber is provided on the side surface of the cylinder, the vane straddles the vane tip from the high pressure side compression chamber to the low pressure side compression chamber when the vane passes through the injection port. The refrigerant will leak. As a result, there is a problem that leakage loss increases and performance deteriorates.
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ベーンがインジェクションポートを通過する際、高圧側の圧縮室から低圧側の圧縮室へ冷媒が漏れるのを最小限に抑えることができるベーン型圧縮機を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above problems, and minimizes the leakage of refrigerant from the high pressure side compression chamber to the low pressure side compression chamber when the vane passes through the injection port. The vane type compressor which can do is provided.
本発明に係るベーン型圧縮機は、円筒状のシリンダと、シリンダ内で回転運動する円柱形のロータ部及びロータ部に回転力を伝達する回転軸部を有するロータシャフトと、ロータ部内に設置され、シリンダ内周面の中心周りに回転するように保持され、先端部がシリンダ内周面と非接触に対向する板状のベーン部を備えたベーンと、を備え、ベーンは、ロータ部に対して回転可能且つ移動可能に支持されたものであって、先端部が円弧形状に形成されたものであり、シリンダは、側面に流体をインジェクションするためのインジェクションポートを有するものであり、インジェクションポートのシリンダ内周面側に形成された開口部の周方向の幅が、ベーンの周方向の幅以下に形成されたものであって、ベーンの先端部の円弧形状の半径とシリンダ内周面の半径とがほぼ同等であることを特徴とする。 A vane-type compressor according to the present invention is installed in a rotor portion having a cylindrical cylinder, a columnar rotor portion that rotates in the cylinder, and a rotating shaft portion that transmits a rotational force to the rotor portion. It is held for rotation about the center of the cylinder peripheral surface, comprising a vane tip with a plate-shaped vane portion facing the non-contact with the cylinder peripheral surface, and vanes to the rotor unit The tip is formed in a circular arc shape, and the cylinder has an injection port for injecting a fluid on the side surface of the injection port. width in the circumferential direction of the opening formed in the peripheral surface cylinder, which has been formed in less than or equal to the width of the circumferential direction of the vane, the radius of the circular arc shape of the tip portion of the vane sheet Wherein the the radius of the Sunda inner peripheral surface is substantially equal.
本発明に係るベーン型圧縮機によれば、ベーンがシリンダ内周面の中心まわりに回転する構造で、ベーン先端部におけるシリンダ内周面までの距離が微小距離以下となる領域の幅以下に形成されているため、ベーンがインジェクションポートを通過する際であっても、ベーン先端部とシリンダ内周面とが微小距離だけ離れた領域が存在することになるため、高圧側の圧縮室から低圧側の圧縮室に冷媒が漏れることを最小限に抑えることができ、インジェクションポートを有しながら効率の高いベーン型圧縮機を提供することができる。 According to the vane type compressor of the present invention, the vane rotates around the center of the cylinder inner circumferential surface, and the distance from the vane tip to the cylinder inner circumferential surface is less than the width of the region where the distance is less than or equal to the minute distance. Therefore, even when the vane passes through the injection port, there is a region where the tip of the vane and the inner peripheral surface of the cylinder are separated from each other by a minute distance. It is possible to minimize the leakage of the refrigerant into the compression chamber, and it is possible to provide a highly efficient vane type compressor having an injection port.
ここで、ベーン先端部がシリンダの内周面に微小距離だけ離れて対向させることが可能なのは、ベーンがシリンダ内周面の中心周りに回転する構造のため、ベーン先端部の円弧形状の半径を任意に決定でき、シリンダの内周面の半径とほぼ同等とすることが可能であるためである。 Here, the vane tip can be opposed to the inner circumferential surface of the cylinder by a small distance because the vane rotates around the center of the inner circumferential surface of the cylinder, so the radius of the arc shape of the vane tip is increased. This is because it can be arbitrarily determined and can be made substantially equal to the radius of the inner peripheral surface of the cylinder.
一方、特許文献1に示されるようなベーンがロータ中心周りに回転する一般的なベーン型圧縮機においては、常に安定して動作させるためにベーン先端部の円弧形状の半径はシリンダの内周面の半径よりもかなり小さく形成せざるを得ない(そうでないと、ベーン先端部の円弧部分でなく、エッジ部がシリンダと摺動することになり安定した動作が損なわれる)。そうすると、特許文献1においては、ベーン先端部におけるシリンダ内周面までの距離は、摺動箇所以外では大きくなってしまう。このため、インジェクションポートのシリンダ内周面側に形成された開口部の周方向の幅を小さくしても、高圧側の圧縮室から低圧側の圧縮室への冷媒の漏れが増大することになり、効率の高い圧縮機は実現することはできない。
On the other hand, in a general vane type compressor in which a vane as shown in
実施形態1.
図1は本発明のベーン型圧縮機を用いた空気調和装置の好ましい実施形態1を示す冷媒回路図であり、図1を参照して空気調和装置500について説明する。空気調和装置500は、ベーン型圧縮機200、凝縮器201、第1の膨張弁202、気液分離器203、インジェクション管27、第2の膨張弁204、蒸発器205、四方弁206、流量調整弁207、逆止弁208から構成されている。インジェクション管27の一端は気液分離器203に接続され、他端はベーン型圧縮機200のインジェクションポート1eに連通している。
FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram showing a
吸入管26からベーン型圧縮機200に吸入された低圧Psの冷媒は、ベーン型圧縮機200で圧縮され、吐出管24から高圧Pdの冷媒が吐出される。その後、冷媒は四方弁206を通って凝縮器201で放熱冷却された後、第1の膨張弁202で減圧され、湿りガス状態になった後、気液分離器203に導かれる。気液分離器203に導かれた冷媒は、ガスと液に分離され、ガスはインジェクション管27を通ってベーン型圧縮機200内のインジェクションポート1eに導かれる。一方、気液分離器203で分離された冷媒液は、第2の膨張弁204でさらに減圧される。その後、冷媒液は蒸発器205に導かれてガス状態まで加熱された後、再び吸入管26を通ってベーン型圧縮機200内に吸入される。
The low-pressure Ps refrigerant sucked into the
ここで、気液分離器203とインジェクション管27との間には流量調整弁207が設けられており、インジェクション量を調整できるように構成されている。そして、インジェクション運転を行わない場合には流量調整弁207は閉じられる。また、流量調整弁207とインジェクション管27との間には逆止弁208が設けられている。逆止弁208は、ベーン型圧縮機200における圧縮要素101内の圧力が冷媒回路の中間圧Pmを上回った場合にガスが圧縮要素101からインジェクション管27側に逆流するのを防止するものである。圧縮要素101内の圧力が冷媒回路の中間圧Pmを上回ると、逆止弁208がガスの流れを遮断し、インジェクション管27からのガスの流入が終了する。
Here, a flow
なお、インジェクション運転を行わない場合、ベーン型圧縮機200のインジェクションポート1eから逆止弁208までの空間は、ガスの圧縮に対して無効となる容積(死容積)となる。この死容積が大きいと、ベーン型圧縮機200の効率は低下するため、逆止弁208はできるだけ、ベーン型圧縮機200に近接した位置に設けるのが望ましい。
When the injection operation is not performed, the space from the
図2は本発明のベーン型圧縮機の実施形態1を示す縦断面図であり、図1と図2を参照してベーン型圧縮機200について説明する。なお、図2において実線で示す矢印は流体(ガス冷媒)の流れ、破線で示す矢印は冷凍機油25の流れを示している。図2のベーン型圧縮機200は、密閉容器103と、密閉容器103内に収納された圧縮要素101と、圧縮要素101の上部に位置し圧縮要素101を駆動する電動要素102と、密閉容器103内の底部に設けられ、冷凍機油25を貯溜する油溜め104で構成される。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the first embodiment of the vane type compressor of the present invention, and the
圧縮要素101を駆動する電動要素102は、例えばブラシレスDCモータで構成される。電動要素102は、密閉容器103の内周に固定される固定子21と、固定子21の内側に配設された、永久磁石を使用する回転子22とを備える。固定子21には密閉容器103の上面に溶接により固定されたガラス端子23から電力が供給される。密閉容器103の側面には吸入管26が取り付けられており、上面には吐出管24が取り付けられている。
The
図3は図1および図2のベーン型圧縮機200における圧縮要素101の一例を示す分解斜視図、図4は図2のベーン型圧縮機200におけるI−I縦断面図を示すものであり、図2から図4を参照して圧縮要素101について説明する。尚、図2から図4のベーン型圧縮機200においてはベーンが2つ設けられた場合について例示する。
(1)シリンダ1:全体形状が円筒状で、軸方向の両端部が開口している。ここで、円筒状とは部分的にわずかな凹部があるなどの略円筒状の場合も含んでいる。シリンダ内周面1bの一部には軸方向に貫通しシリンダ内周面1bの周方向に凹んだ切欠部1cが設けられている。この切欠部1cには吸入管26に連通した吸入ポート1aが形成されている。図4に示すように、この切欠部1cは最近接点32の近傍から第1のベーン5のベーン先端部5bとシリンダ内周面1bが相対する点Bの範囲まで設けられている。シリンダ1には流体(ガス)を吐出するための吐出ポート1dが設けられている。この吐出ポート1dはロータ部4aとの最近接点32の近傍でフレーム2に面した側であって、最近接点32を挟んで吸入ポート1aと反対側の位置に設けられている。さらに、シリンダ内周面1bには吐出ポート1dよりも最近接点32から離れた位置にインジェクションポート1eが設けられている。インジェクションポート1eは径方向に貫通しており、密閉容器103を介してインジェクション管27に接続されている。また、シリンダ1の外周部には軸方向に貫通した油戻し穴1fが設けられている。3 is an exploded perspective view showing an example of the
(1) Cylinder 1: The overall shape is cylindrical, and both ends in the axial direction are open. Here, the term “cylindrical” includes the case of a substantially cylindrical shape such as a slight concave portion. A part of the cylinder inner
(2)フレーム2:断面が略T字状で、シリンダ1に接する部分が略円板状であり、シリンダ1の一方の開口部(図2では上側)を閉塞する。また、フレーム2のシリンダ1に対向する対向面には円形状の凹部2aが形成されており、凹部2aはシリンダ内周面1bと略同心になるように形成されている。フレーム2には軸方向に貫通した吐出ポート2dが設けられており、この吐出ポート2dはシリンダ1の吐出ポート1dに連通している。吐出ポート2dのシリンダ1と反対側の面には、吐出弁41および吐出弁41の開度を規制するための吐出弁押え42が取付けられている。また、フレーム2は中央に円筒状の主軸受部2cを有している。
(2) Frame 2: The section is substantially T-shaped, and the portion in contact with the
(3)シリンダヘッド3:断面が略T字状で、シリンダ1に接する部分が略円板状であり、シリンダ1の他方の開口部(図2では下側)を閉塞する。また、シリンダヘッド3のシリンダ1に対向する対向面には円形状の凹部3aが形成されており、凹部3aはシリンダ内周面1bと略同心になるように形成されている。また、シリンダヘッド3の中央には円筒状の主軸受部3cが設けられている。
(3) Cylinder head 3: The cross section is substantially T-shaped, the portion in contact with the
(4)ロータシャフト4:シリンダ1内で回転する円柱状のロータ部4aと、ロータ部4aに回転力を伝達する回転軸部4b、4cとを有し、ロータ部4aと回転軸部4b、4cとは一体となった構造を有している。ロータ部4aにはそれぞれ断面略円形で軸方向に貫通するブッシュ保持部4d,4e及びベーン逃がし部4f,4gが形成されている。ブッシュ保持部4dとベーン逃がし部4fとは連通しており、ブッシュ保持部4eとベーン逃がし部4gとは連通している。また、ブッシュ保持部4dとブッシュ保持部4eおよびベーン逃がし部4fとベーン逃がし部4gはロータシャフト4の中心に対しほぼ対称の位置に形成されている。ベーン逃がし部4fおよびベーン逃がし部4gの軸方向の両端部は、それぞれフレーム2の凹部2aとシリンダヘッド3の凹部3aとに連通している。回転軸部4bはフレーム2の主軸受部2cに回転可能に支持されるものであり、回転軸部4cはシリンダヘッド3の主軸受部3cに回転可能に支持される。そして、回転軸部4b、4cが主軸受部2c、3cに軸受けされた状態で回転することにより、ロータ部4aがシリンダ1内において回転運動を行う。また、図2に示すように、ロータシャフト4の下端部にはロータシャフト4の遠心力を利用した油ポンプ31が設けられており、油ポンプ31はロータシャフト4の軸中央部に設けられ軸方向に延在する給油路4hと連通している。給油路4hと凹部2aとの間には給油路4iが設けられており、給油路4hと凹部3aとの間には給油路4jが設けられている。また、回転軸部4bの主軸受部2cの上方の位置に排油穴4k(図1に図示)が設けられている。なお、この油ポンプ31、給油路4h、4jの構成は例えば特開2009−264175号公報に詳細に記載されている。
(4) Rotor shaft 4: a
(5)第1のベーン5:ロータ部4aに対し揺動可能に取り付けられるものであって、ベーン部5a、ベーンアライナ部5c、5dから構成されている。ベーン部5aは、略四角形の板状の部材であり、その先端部5bは略円弧形状に形成されている。特に、ベーン先端部5bは、たとえば円弧形状の半径がシリンダ内周面1bの半径とほぼ同一の半径で構成されている。ベーンアライナ部5c、5dはそれぞれ円弧状に形成された部材であって、ベーンアライナ部5cがベーン部5aのフレーム2側の端面に固定されており、ベーンアライナ部5dがベーン部5aのシリンダヘッド3側の端面に固定される。
(5) 1st vane 5: It attaches so that rocking | fluctuation with respect to the
(6)第2のベーン6:ロータ部4aに対し揺動可能に取り付けられるものであって、ベーン部6a、ベーンアライナ部6c、6dから構成されている。ベーン部6aは、略四角形の板状の部材であり、その先端部6bは略円弧形状に形成されている。特に、ベーン先端部6bは、たとえば円弧形状の半径がシリンダ内周面1bの半径とほぼ同等(もしくは同一)の半径で構成されている。ベーンアライナ部6c、6dはそれぞれ円弧状に形成された部材であって、ベーンアライナ部6cがベーン部6aのフレーム2側の端面に取り付けられており、ベーンアライナ部6dがベーン部6aのシリンダヘッド3側の端面に取り付けられている。
ここで、ベーンアライナ部5cとベーンアライナ部6cとは、フレーム2の凹部2aに収容され、凹部2aの外周面からなるベーンアライナ軸受部2bに沿って揺動可能に支持される。同様に、ベーンアライナ部5dとベーンアライナ部6dとは、シリンダヘッド3の凹部3aに収容され、凹部2aの外周面であるベーンアライナ軸受部2bに沿って揺動可能に支持される。(6) Second vane 6: The
Here, the
(7)ブッシュ7,8:1対の略半円柱状の部材から構成される。1対のブッシュ7はロータ部4aのブッシュ保持部4dにベーン部5aを挟んだ状態で挿入されている。同様に、1対のブッシュ8はロータ部4aのブッシュ保持部4eにベーン部6aを挟んだ状態で挿入されている。ブッシュ7、8は、それぞれ中心7a、8aを軸にしてベーン部5a、6aとともに揺動するとともに、ベーン部5a、6aを長手方向に移動可能に保持している。
(7)
図5Aは第1のベーン5および第2のベーン6の一例を示す平面図、図5Bは第1のベーン5および第2のベーン6の一例を示す正面図であり、図2から図5A、図5Bを参照して各ベーン5、6について説明する。ベーン部5aとベーンアライナ部5c、5dとは、ベーン部5aの幅方向の中心線がベーンアライナ部5c、5dを形成する円弧の中心を通るように取り付けられている。同様に、ベーン部6aとベーンアライナ部6c、6dとは、ベーン部6aの幅方向の中心線がベーンアライナ部6c、6dを形成する円弧の中心を通るように取り付けられている。なお、ベーンアライナ部5c、5d、6c、6dの円弧はシリンダ内周面1b(凹部2a、3a)と同心になるように形成されている。
5A is a plan view showing an example of the
第1のベーン5のベーンアライナ部5c、5dの外周側からベーン先端部5bまでの距離rvは、ベーンアライナ軸受部2b、3bの半径をra、シリンダ内周面1bの半径をrc(図4参照)としたとき、下記(1)の関係を有している。なお、式(1)における微小距離δはベーン先端部5bとシリンダ内周面1b間の隙間を示す。
[数1]
rv=rc−ra−δ ・・・(1)The distance rv from the outer peripheral side of the
[Equation 1]
rv = rc-ra-δ (1)
各ベーン5、6に回転による遠心力が加わったとき、各ベーン5、6はロータ部4aの外側に向かって径方向に移動し、ベーンアライナ部5c、5dおよび6c、6dはそれぞれベーンアライナ軸受部2b、3bに摺動する。
When centrifugal force due to rotation is applied to the
このとき、式(1)の関係があるため、ベーン先端部5b、6bとシリンダ内周面1bとは微小距離δだけ離れた状態で回転することになる。そして、各ベーン5、6とシリンダ内周面1bとがそれぞれ微小距離δを保つことにより、各ベーン5、6はシリンダ1内を仕切り3つの空間(吸入室9、中間室10、圧縮室11)を形成する(図4参照)。この微小距離δを極力小さくなるように(製造限界に)設定することにより、ベーン先端部5bからのガスの漏れを極力少なくすることができる。
At this time, because of the relationship of the expression (1), the
図6はベーンアライナ部5c,6cの回転動作の一例を示す断面図であり、図6を参照してベーン型圧縮機200の動作例について説明する。なお、図6において、ロータシャフト4のロータ部4aとシリンダ内周面1bとが最近接している最近接点32に第1のベーン5が位置したときを「角度0°」と定義する。また、「角度180°」以降の状態を示していないのは、「角度180°」になると、「角度0°」において、第1のベーン5と第2のベーン6が入れ替わった状態と同じになり、以降は「角度0°」から「角度135°」までと同じ圧縮動作になる。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the rotation operation of the
まず、図6において、ロータシャフト4の回転軸部4bが電動要素102の駆動部からの回転動力を受け、ロータ部4aは回転軸を中心にシリンダ1内で回転する。このロータ部4aの回転に伴い、ロータ部4aに取り付けられた第1のベーン5および第2のベーン6が回転する。すると、ベーン5、6は、それぞれ回転による径方向の遠心力を受け、ベーンアライナ部5c、6cおよび5d、6dは、ベーンアライナ軸受部2b、3bに摺動しながらベーンアライナ軸受部2b、3bの中心に対して回転する。すると、ベーン部5a、6aは回転軸とは異なるシリンダ内周面1bの中心を回転軸として回転する。このロータ部4aの回転に伴い、ベーン部5a、6aは長手方向がそれぞれシリンダ1の中心に向くように向きを変えながら、ブッシュ7、8の中心7a、8aを軸に揺動する。つまり、ロータ部4aがいずれの回転角度になったときでもベーン部5a、6aの長手方向はシリンダ内周面1bの中心を向く方向に維持されることになる。これにより、ベーン5、6を常にシリンダ内周面1bの法線方向、またはシリンダ内周面1bの法線方向に対し一定の傾きを持つように保持することができ、ベーン先端部5b、6bの円弧形状の法線と、シリンダ内周面1bの法線は常にほぼ一致する状態で圧縮動作を行なうことができる。
First, in FIG. 6, the
図7はベーン型圧縮機200の圧縮動作を示す断面図であり、図7を参照してベーン型圧縮機200の圧縮動作の一例について説明する。なお、図7に示す角度は図6に示す角度と同一のものである。まず、「角度0°」において、最近接点32と第2のベーン6とで仕切られた右側の中間室10は切欠部1cを介して吸入ポート1aと連通した状態になり、吸入ポート1aからガスが吸入される。一方、最近接点32と第2のベーン6とで仕切られた左側の空間は、吐出ポート1dおよびインジェクションポート1eに連通した圧縮室11となる。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the compression operation of the
「角度45°」において、第1のベーン5と最近接点32とで仕切られた空間は吸入室9となる。第1のベーン5と第2のベーン6とで仕切られた中間室10は、「角度0°」のときと同様、切欠部1cを介して吸入ポート1aと連通した状態であり、ガスの吸入を続ける。なお、中間室10の容積は「角度0°」のときより大きくなり、第2のベーン6と最近接点32とで仕切られた圧縮室11の容積は「角度0°」のときより小さくなる。一方、圧縮室11内のガスは圧縮され徐々にその圧力が高くなる。また、吸入室9は切欠部1cを介して吸入ポート1aに連通した状態になる。なお、「角度45°」は、圧縮室11内の圧力が中間圧Pmと高圧Pdの間にある場合を示している。
At “angle 45 °”, the space partitioned by the
「角度90°」では、第1のベーン5のベーン先端部5bがシリンダ内周面1b上の点Bと重なるため、中間室10は吸入ポート1aに連通しない状態になる。よって中間室10でのガスの吸入は終了する。なお、この状態のときに中間室10の容積は略最大となる。一方、吸入室9の容積は「角度45°」のときに比べて大きくなり、吸入ポート1aからのガスの吸入が続けられる。また、圧縮室11の容積は「角度45°」のときより更に小さくなるので、圧縮室11内に圧力はさらに高くなる。ここで、圧縮室11内の圧力が所定の圧力Pdを上回ると、吐出弁41が開き、圧縮室11内のガスは吐出ポート1d、2dを通って密閉容器103内に吐出される。密閉容器103内に吐出されたガスは電動要素102を通過して密閉容器103の上部に固定(溶接)された吐出管24から外部(図1の冷媒回路の高圧Pd側)に吐出される(図2に実線で図示)。したがって、密閉容器103内の圧力は所定の圧力Pdの吐出圧力となる。なお、「角度90°」は、圧縮室11内の圧力が高圧Pdの場合(あるいは高圧Pdを上回った場合)を示している。
At “angle 90 °”, the
「角度135°」では、中間室10の容積は「角度90°」のときより小さくなり、ガスの圧力は上昇する。また、吸入室9の容積は「角度90°」のときより大きくなり、吸入を続ける。ここで、第2のベーン6のベーン部6aは、インジェクションポート1eを通過しており、インジェクションポート1eは中間室10に連通した状態になる。このため、インジェクションポート1eから中間室10にガスが流入する。一方、吐出ポート1dは圧縮室11に連通したままで、吐出弁41は開いており、圧縮室11の容積は「角度90°」のときより更に小さくなるので、吐出ポート1d、2dから圧縮室11内のガスが吐出されることになる。その後、第2のベーン6が吐出ポート1dを通過すると、圧縮室11に高圧Pdのガスが若干残る(ロスとなる)。そして、「角度180°(=0°)」で、圧縮室11が消滅したとき、この高圧Pdのガスは吸入室9にて低圧Psのガスに変化する。なお、「角度180°」では吸入室9が中間室10に移行し、中間室10が圧縮室11に移行して、以降圧縮動作を繰り返す。
At “angle 135 °”, the volume of the
次に、上記圧縮動作中における冷凍機油25の流れについて説明する。図8は第1のベーン5のベーン部5aの周辺部位を示す要部断面図である。図中、実線で示す矢印は冷凍機油25の流れを示している。なお、第1のベーン5について例示しているが、第2のベーン6についても同様である。まず、図2の破線で示すように、油ポンプ31により油溜め104から冷凍機油25が吸い上げられ、給油路4hに送り出される。給油路4hに送り出された冷凍機油25は、それぞれ給油路4iおよび給油路4jを通ってフレーム2の凹部2aおよびシリンダヘッド3の凹部3aに送り出される。
Next, the flow of the refrigerating
凹部2a、3a(図2参照)に送り出された冷凍機油25は、ベーンアライナ軸受部2b、3bを潤滑するとともに、凹部2a、3aと連通したベーン逃がし部4f、4gに供給される。密閉容器103内の圧力は高圧Pdである吐出圧力になっているため、凹部2a、3aおよびベーン逃がし部4f、4g内の圧力も吐出圧力となる。また、凹部2a、3aに送り出された冷凍機油25の一部は、フレーム2の主軸受部2cおよびシリンダヘッド3の主軸受部3cに供給される。
The refrigerating
ベーン逃がし部4fの圧力は吐出圧力であり、吸入室9および中間室10の圧力より高い。このため、冷凍機油25は、ベーン部5aの側面とブッシュ7間の摺動面を潤滑しながら、圧力差および遠心力によって吸入室9および中間室10に送り出される。また、冷凍機油25は、ブッシュ7とロータシャフト4のブッシュ保持部4d間の摺動部を潤滑しながら、圧力差および遠心力によって吸入室9および中間室10に送り出される。中間室10に送り出された冷凍機油25の一部はベーン先端部5bとシリンダ内周面1b間の隙間をシールしながら吸入室9に流入する。
The pressure of the
なお、図8において、第1のベーン5で仕切られる空間が吸入室9と中間室10である場合について示したが、回転が進んで、第1のベーン5で仕切られる空間が中間室10と圧縮室11となる場合でも同様である。すなわち、圧縮室11内の圧力がベーン逃がし部4fの圧力と同じ吐出圧力に達した場合でも、遠心力によって、冷凍機油25は圧縮室11に向かって送り出されることになる。なお、以上の動作は第1のベーン5に対して示したが、第2のベーン6においても同様の動作を行う。
In FIG. 8, the case where the space partitioned by the
図2に示すように、主軸受部2cに供給された冷凍機油25は主軸受部2cの隙間を通ってフレーム2の上方の空間に吐き出された後、シリンダ1の外周部に設けた油戻し穴1fより、油溜め104に戻される。また、主軸受部3cに供給された冷凍機油25は主軸受部3cの隙間を通って油溜め104に戻される。また、ベーン逃がし部4f、4gを介して吸入室9、中間室10、圧縮室11に送り出された冷凍機油25も最終的にガスとともに吐出ポート1d、2dからフレーム2の上方の空間に吐き出された後、シリンダ1の外周部に設けた油戻し穴1fより、油溜め104に戻される。また、油ポンプ31により給油路4hに送り出された冷凍機油25のうち、余剰な冷凍機油25はロータシャフト4の上方の排油穴4kからフレーム2の上方の空間に吐き出された後、シリンダ1の外周部に設けた油戻し穴1fから油溜め104に戻される。
As shown in FIG. 2, after the refrigerating
図9A〜図9Cはベーン先端部6bがインジェクションポート1eの位置周辺にあるときのベーン部6aの周辺部位の様子を示す要部断面図であり、図9A〜図9Cを参照してベーン先端部6bとインジェクションポート1eとの幅の関係について説明する。なお、図9A〜図9Cにおいて第2のベーン6を例示して説明しているが、第1のベーン5がインジェクションポート1eを通過する際も同様である。
9A to 9C are cross-sectional views showing the main part of the surrounding portion of the
インジェクションポート1eのシリンダ内周面1b側に形成された開口部の周方向の幅Twは、ベーン先端部6bにおけるシリンダ内周面1bまでの距離が微小距離δ以下となる領域の幅Tp以下に形成されている。特に、図9A〜図9Cにおいては、ベーン先端部6bは構成する円弧形状の半径はシリンダ内周面1bの半径とほぼ同等(もしくは同一)の曲率で構成されているとともに、インジェクションポート1eの開口部の幅Twはベーン先端部6bの対向面全体の幅Tp以下になっている。
The circumferential width Tw of the opening formed on the cylinder inner
ここで、上述の通り、ベーン先端部6bとシリンダ内周面1bとが微小距離δだけ隙間を形成した状態でベーン部6aは回転している。そして、図9A〜図9Cに示すように、第2のベーン6がインジェクションポート1eの開口部上に進入してから開口部を完全に覆った後に開口部を通過するまで、必ずベーン先端部6bとシリンダ内周面1bとが対向する領域が必ず存在する。したがって、ベーン先端部6bが開口部を通過する際であっても、他の領域を通過する際と同様に、微小距離δよりも大きな隙間が生じることがない。これにより、圧縮室11から中間室10へのベーン先端部6bとシリンダ内周面1b間の隙間を通る漏れは極めて少なく抑えることができる。よって、各ベーン5、6がインジェクションポート1eを通過する際に流体の漏れが増大することがなく、損失の極めて少ないインジェクションポート1eを有する高効率のベーン型圧縮機200を得ることができる。
Here, as described above, the
すなわち、従来においては図10のように、第2のベーン6のベーン先端部6bを構成する円弧形状の半径はシリンダ内周面1bの半径よりもかなり小さく形成されている。このため、インジェクションポート1eの開口部の幅Twは、ベーン先端部6bにおけるシリンダ内周面1bまでの距離が微小距離δ以下となる領域の幅Tpよりも大きくなってしまう。さらに、ベーン先端部6bとシリンダ内周面1bとの隙間は、ベーン先端部6bとシリンダ内周面1b間の接触位置51(シリンダ内周面1bのインジェクションポート1eが設けられていない軸方向の箇所とベーン先端部6bとが接触)から離れるにしたがって大きくなる。すると、図10に破線で示すように、インジェクションポート1eを介して、圧縮室11から中間室10への漏れ経路ができるため、ベーン先端部6bとシリンダ内周面1b間の隙間を通る漏れが増大することになる。
That is, in the prior art, as shown in FIG. 10, the arc-shaped radius constituting the
一方、図9A〜図9Cにおいては、各ベーン5、6がインジェクションポート1eを通過する際に流体の漏れが増大することがないので、損失の極めて少ないインジェクションポートを有する高効率のベーン型圧縮機200を得ることができる。特に、第2のベーン6のベーン先端部6bを構成する円弧形状の半径はシリンダ内周面1bの半径とほぼ同等(もしくは同一)の半径で構成されており、ベーン先端部5b、6bとシリンダ内周面1bとの間の隙間は、ベーン先端部5b、6bの幅全体にわたって微小距離δとなっている(式(1)参照)。これは、ベーン先端部6bにおけるシリンダ内周面1bとの対向面をすべて微小距離δに設定することができることを意味する。このため、インジェクションポート1eの開口部の幅Twよりも大きい対向面の幅Tpを有するベーン部6aを用いて損失の極めて少ないインジェクションポート1eを有する高効率のベーン型圧縮機200を得ることができる。
On the other hand, in FIGS. 9A to 9C, since the leakage of fluid does not increase when each of the
ここで、インジェクションポート1eの開口部の幅Twがベーンの幅と同等以下であればインジェクションポート1eの断面形状は任意の形状でよい。たとえば、インジェクションポート1eの開口部はインジェクション管27の形状に合わせて円形状もしくは楕円状に形成されていてもよい。あるいは図11に示すように、インジェクションポート1eの開口部が矩形状に形成されており、周方向の幅Twよりも高さ方向の幅が大きくなるような長穴状で形成されていてもよい。この場合であっても、インジェクションポート1eの周方向の幅Twはベーンの幅Tpよりも小さいので、ベーン先端部5b、6bからの漏れは極めて少なく抑えられる。さらに、図11のような長穴形状にすることによりインジェクションポート1eの断面積を大きくすることができるため、インジェクション量の上限値を大きくすることが可能となり、吐出容量を増加させることができる。なお、インジェクションポート1eの断面積を大きくした分、インジェクション管27の断面積も同等程度に大きく形成される。
Here, if the width Tw of the opening of the
さらに、図12に示すように、インジェクションポート1eの開口部が、シリンダ1の高さ方向に複数個設けられていてもよい。図12においては3個の円形状のインジェクションポート1eの開口部が形成されており、各開口部は3本の分岐管28を介してインジェクション管27に連結されている。この方法でも、インジェクションポート1eの総断面積を大きくでき、吐出容量を増加させることができる。なお、この場合も、インジェクションポート1eの円の直径(幅Tw)はベーン先端部5b、6bの幅Tpと同等以下に形成されている。また、インジェクションポート1eが3個の場合を図示したが、任意の個数設けてもよい。この場合であっても、インジェクションポート1eの周方向の最大幅がベーンの幅と同等以下であれば、断面は任意の形状であってもよい。
Furthermore, as shown in FIG. 12, a plurality of openings of the
実施の形態2.
図13から図15は本発明のベーン型圧縮機の実施形態2を示す断面図であり、図13から図15を参照してベーン型圧縮機300について説明する。なお、図13から図15のベーン型圧縮機300において図1から図12のベーン型圧縮機200と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図13から図15のベーン型圧縮機300がベーン型圧縮機200と異なる点は、インジェクションポート1eに逆止弁が設けられている点である。
FIGS. 13 to 15 are sectional
具体的には、図14に示すように、円形状のインジェクションポート1eの外径側に逆止弁取付具61がシリンダ1に取付けられている。逆止弁取付具61には径方向に貫通したインジェクション流路61aが設けられ、インジェクション流路61aは逆止弁取付具61とインジェクションポート1e間に設けた空間部1gに開口している。また、インジェクション流路61aの内径側である空間部1g側には、逆止弁62および逆止弁62の開度を規制するための逆止弁押え63が逆止弁取付具61に取付けられている。また、インジェクション流路61aの外形側端はインジェクション管27と接続されている。なお、図13においては、インジェクションポート1eとインジェクション流路61aは同じ大きさとしている。
Specifically, as shown in FIG. 14, a
そして、圧縮室11内の圧力が冷媒回路の中間圧Pmより低い場合は、圧力差によって逆止弁62は開いた状態となり、インジェクション管27からインジェクション流路61a、空間部1g、インジェクションポート1eを通って圧縮室11内に冷媒が流入する。なお、圧縮室11内の圧力が冷媒回路の中間圧Pmを上回るまでは、インジェクションポート1eからガスが流入し続ける。一方、圧縮室11内の圧力が冷媒回路の中間圧Pmより高い場合は、圧力差によって逆止弁62は閉じ、圧縮室11内には冷媒は流入しない状態となる。このように、逆止弁62が図1の冷媒回路における逆止弁208と同じ機能を持つため、冷媒回路における逆止弁208が不要となる。
When the pressure in the
本実施の形態では、実施の形態1に比べて、逆止弁62が圧縮室11により近い位置に設けられるため、ガスの圧縮に対して無効となる死容積が小さくてすむ。これにより、インジェクション運転を行わない場合の効率の低下が小さくなる。また、圧縮機内に逆止弁62を設けることで、冷媒回路が簡易な構成となる。
In the present embodiment, as compared with the first embodiment, the
なお、図14において、インジェクションポート1eの開口部は円形形状の場合について例示しているが、図15に示すように、矩形の長穴形状に形成されたものであってもよい。この場合も、インジェクションポート1eの断面積を増加させた分、インジェクション流路61aの直径を大きくして、インジェクション流量を増加させることができる。
In FIG. 14, the opening of the
また、図13から図15において、逆止弁62としてリード弁と呼ばれる弁を示したが、弁の形式はこれに限定されるものでなく、圧縮室11内の圧力が、中間圧Pmより低い場合には開き、中間圧Pmより高い場合には閉じるものであれば、任意の形式でよい。
13 to 15, a valve called a reed valve is shown as the
本発明の実施形態は、上記各実施の形態に限定されない。たとえば、上記実施の形態1、2においては、ベーン枚数が2枚の場合について示したが、ベーン枚数が1枚または3枚以上の場合でも同様の構成であり、同様の効果が得られる。 Embodiments of the present invention are not limited to the above embodiments. For example, in the first and second embodiments, the case where the number of vanes is two has been described. However, even when the number of vanes is one or three or more, the same configuration is obtained and the same effect can be obtained.
また、図1の空気調和装置500において、気液分離器203を用いて圧縮室11に冷媒をインジェクションする冷媒回路を示したが、これに限定するものでは無く、例えば国際公開第2011/013199A1号に記載のような内部熱交換器を用いて冷媒をインジェクションする冷媒回路であってもよい。また、上記各実施形態において、流体(冷媒)がガスである場合について例示しているが、液冷媒であっても液とガスの二相冷媒であってもよい。
Moreover, in the
さらに、実施の形態1、2においては、ロータシャフト4の遠心力を利用した油ポンプ31について示したが、油ポンプ31の形態はいずれでもよく、例えば特開2009−62820号公報に記載の容積形ポンプを油ポンプ31として用いてもよい。
Further, in the first and second embodiments, the
また、ベーン先端部5b、6bとシリンダ内周面1bとが微小距離δだけ離れて回転運動を行ういわゆる非接触方式の場合について例示しているが、ベーン先端部5b、6bとシリンダ内周面1bとが摺動するいわゆる接触方式であってもよい(δ=0)。この場合であっても、インジェクションポート1eの周方向の幅Twがベーン先端部5b、6bの幅Tp以下にすることにより、流体(ガス)の漏れをなくすことができる。
Further, the
さらに、図9A〜図9Cにおいて、インジェクションポート1eの開口部の幅Twがベーン先端部5b、6bに形成された対向面全体の幅Tp以下である場合について例示しているが、図16に示すように、ベーン先端部5b(6b)において、シリンダ内周面1bに対向している対向面のうち、微小距離δ以下である領域(摺動する領域)の幅Tp以下であればよい。言い換えれば、ベーン先端部5bが対向面の全面にわたってシリンダ内周面1bの半径と略同一に形成されたものであってもよいし、対向面のうち幅Tpの領域がシリンダ内周面1bの半径と略同一に形成されており、一部に異なる曲率の曲面を有するものであってもよい。
9A to 9C illustrate the case where the width Tw of the opening of the
また、図5A、図5Bにおいて、ベーン部5a、6a長手方向と円弧状のベーンアライナ部の法線方向とが直交するベーン5、6の場合について例示しているが、図17に示すように所定の角度だけ傾斜したものであってもよい。
5A and 5B illustrate the case of the
1 シリンダ、1a 吸入ポート、1b シリンダ内周面、1c 切欠部、1d 吐出ポート、1e インジェクションポート、1f 油戻し穴、1g 空間部、2 フレーム、2a 凹部、2b ベーンアライナ軸受部、2c 主軸受部、2d 吐出ポート、3 シリンダヘッド、3a 凹部、3b ベーンアライナ軸受部、3c 主軸受部、4 ロータシャフト、4a ロータ部、4b 回転軸部、4c 回転軸部、4d ブッシュ保持部、4e ブッシュ保持部、4f ベーン逃がし部、4g ベーン逃がし部、4h 給油路、4i 給油路、4j 給油路、4k 排油穴、5 第1のベーン、5a ベーン部、5b ベーン先端部、5c ベーンアライナ部、5d ベーンアライナ部、6 第2のベーン、6a ベーン部、6b ベーン先端部、6c ベーンアライナ部、6d ベーンアライナ部、7 ブッシュ、7a ブッシュ中心、8 ブッシュ、8a ブッシュ中心、9 吸入室、10 中間室、11 圧縮室、21 固定子、22 回転子、23 ガラス端子、24 吐出管、25 冷凍機油、26 吸入管、27 インジェクション管、28 分岐管、31 油ポンプ、32 最近接点、41 吐出弁、42 吐出弁押え、51 接触位置、61 逆止弁取付具、61a インジェクション流路、62 逆止弁、63 逆止弁押え、101 圧縮要素、102 電動要素、103 密閉容器、104 油溜め、200、300 ベーン型圧縮機、201 凝縮器、202 第1の膨張弁、203 気液分離器、204 第2の膨張弁、205 蒸発器、206 四方弁、207 流量調整弁、208 逆止弁、500 空気調和装置、ra ベーンアライナ部の外周(凹部2a、3a)の半径、rc シリンダ内周面の半径、rv ベーンアライナ部の外周からベーン先端部までの距離、Tp ベーン先端部(ベーン先端部における対向面)の幅、Tw インジェクションポートの開口部の幅、δ 微小距離。 1 cylinder, 1a suction port, 1b cylinder inner peripheral surface, 1c notch, 1d discharge port, 1e injection port, 1f oil return hole, 1g space, 2 frame, 2a recess, 2b vane aligner bearing, 2c main bearing 2d discharge port, 3 cylinder head, 3a recess, 3b vane aligner bearing part, 3c main bearing part, 4 rotor shaft, 4a rotor part, 4b rotating shaft part, 4c rotating shaft part, 4d bush holding part, 4e bush holding part 4f Vane relief part, 4g vane relief part, 4h oil supply path, 4i oil supply path, 4j oil supply path, 4k oil drain hole, 5 first vane, 5a vane part, 5b vane tip part, 5c vane aligner part, 5d vane Aligner, 6 second vane, 6a vane, 6b vane tip, 6c vane door Liner section, 6d vane aligner section, 7 bush, 7a bush center, 8 bush, 8a bush center, 9 suction chamber, 10 intermediate chamber, 11 compression chamber, 21 stator, 22 rotor, 23 glass terminal, 24 discharge pipe, 25 Refrigerating machine oil, 26 Suction pipe, 27 Injection pipe, 28 Branch pipe, 31 Oil pump, 32 Nearest contact point, 41 Discharge valve, 42 Discharge valve presser, 51 Contact position, 61 Check valve fitting, 61a Injection flow path, 62 Check valve, 63 Check valve presser, 101 Compression element, 102 Electric element, 103 Airtight container, 104 Oil sump, 200, 300 Vane compressor, 201 Condenser, 202 First expansion valve, 203 Gas-liquid separator 204 Second expansion valve, 205 Evaporator, 206 Four-way valve, 207 Flow control valve, 208 Check valve, 500 Air conditioner, radius of the outer periphery (recesses 2a, 3a) of the ra vane aligner part, radius of the rc cylinder inner peripheral surface, distance from the outer periphery of the rv vane aligner part to the vane tip, Tp vane tip (at the vane tip Width of the opposing surface), the width of the opening of the Tw injection port, and δ minute distance.
Claims (5)
前記シリンダ内で回転運動する円柱形のロータ部及び前記ロータ部に回転力を伝達する回転軸部を有するロータシャフトと、前記ロータ部内に設置され、シリンダ内周面の中心周りに回転するように保持され、先端部が前記シリンダ内周面と非接触に対向する板状のベーン部を備えたベーンと、
を備え、
前記ベーンは、前記ロータ部に対して回転可能且つ移動可能に支持されたものであって、先端部が円弧形状に形成されたものであり、
前記シリンダは、側面に流体をインジェクションするためのインジェクションポートを有するものであり、
前記インジェクションポートの前記シリンダ内周面側に形成された開口部の周方向の幅が、前記ベーンの周方向の幅以下に形成されたものであって、前記ベーンの先端部の前記円弧形状の半径と前記シリンダ内周面の半径とがほぼ同等である
ことを特徴とするベーン型圧縮機。 A cylindrical cylinder;
A rotor shaft having a cylindrical rotor portion that rotates in the cylinder and a rotating shaft portion that transmits a rotational force to the rotor portion, and a rotor shaft that is installed in the rotor portion and rotates around the center of the inner peripheral surface of the cylinder. A vane having a plate-like vane portion that is held and has a tip portion facing the cylinder inner peripheral surface in a non-contact manner;
With
The vane is supported so as to be rotatable and movable with respect to the rotor part, and a tip part is formed in an arc shape,
The cylinder has an injection port for injecting fluid on a side surface,
The circumferential width of the opening formed on the cylinder inner peripheral surface side of the injection port is formed to be equal to or less than the circumferential width of the vane, and the arc-shaped shape of the tip of the vane A vane type compressor characterized in that a radius is substantially equal to a radius of the inner peripheral surface of the cylinder.
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