JP6584631B2

JP6584631B2 - 回転圧縮機

Info

Publication number: JP6584631B2
Application number: JP2018501461A
Authority: JP
Inventors: 興平大槻; 聡経新井; 尚久五前
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2036-02-24
Also published as: WO2017145277A1; CN108700075A; KR20180091881A; JPWO2017145277A1; CN108700075B; CZ2018417A3; CZ308836B6; KR102041118B1

Description

本発明は、回転圧縮機に関し、特に、密閉型回転圧縮機の密閉容器の構造に関するものである。

回転圧縮機の一例である、密閉型回転圧縮機においては、溶接された一体型の容器に電動機、圧縮機などの内部部品が密閉され、密閉容器の上部に冷媒が吐出される吐出管と、内部の部品に接続される気密端子とが設けられている。密閉型回転圧縮機の稼働中に密閉容器の内部が高圧になると、吐出管と、気密端子との間の応力集中により密閉容器が変形し、冷媒の漏出などを引き起こすことがある。

特許文献１では、従来平坦であった密閉容器上部を半球形状に形成し、その中心に冷媒が流通する吐出管を配置して、上部密閉容器の耐圧強度を向上させることが提案されている。

特許文献２では、上部密閉容器を複数の球面により、全体として円蓋状に形成し、気密端子や付属品などを球面に沿って設けた平面部に配置することで、上部密閉容器の耐圧強度を向上させながら、吐出管や気密端子の設置を容易にすることが提案されている。

特開平１１−１５９４５６号公報特開２０１５−１２４７００号公報

回転圧縮機の小型化、高能力化のためには、冷媒循環量を増加させることが考えられるが、その場合には、密閉容器外径を維持したまま吐出管径を適切な大きさに拡大して、吐出管における損失を抑制することが必要となる。ところが、吐出管径を拡大すると、密閉容器上部に設けられた気密端子と吐出管とが近接することになり、密閉容器高圧時に気密端子と吐出管との間の領域に応力が集中し、変形が生じやすくなる。この領域で生じる変形は、例え、特許文献１、２の構成を採用した場合であっても防止することは困難であり、冷媒ガスの漏出や気密端子破損などが生じている。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、密閉容器外径を維持しながら吐出管径を拡大しても、上部密閉容器の強度を確保でき、且つ、気密端子の配置を容易に行える回転圧縮機を提供することを目的とする。

本発明に係る回転圧縮機は、圧縮機構部、及び、電動機部を収容する密閉容器を備え、前記密閉容器は、円筒形の胴部と、前記胴部の一端の開口を塞ぎ、冷媒を吐出させる吐出管が中央部に接続された第１密閉容器と、前記胴部の他端の開口を塞ぐ第２密閉容器と、を有し、前記第１密閉容器は、前記電動機部に接続される気密端子が配置された平面部と、前記平面部以外を形成する、少なくとも１つの曲面部と、を有し、前記平面部は、長軸方向に第１端部と第２端部とを有する楕円形状を有し、前記一端の開口により形成され、前記胴部の軸方向に直交する仮想垂直面に位置し、前記仮想垂直面において前記楕円形状の長軸を前記仮想垂直面に投影した軸と直交する第１軸に対して、前記吐出管に近づくにつれて前記仮想垂直面から離れる方向に第１傾斜角度を成して傾斜し、前記仮想垂直面において前記第１軸と直交する第２軸に対して、前記第１端部が前記第２端部よりも前記仮想垂直面から離れる方向に第２傾斜角度を成して傾斜する。

本発明に係る回転圧縮機によれば、気密端子が配置される平面部が胴部の軸方向に直交する仮想垂直面に対して第１傾斜角度、第２傾斜角度で傾斜している。これにより、吐出管と気密端子との距離及び気密端子と密閉容器との距離が延長され、密閉容器外径を維持したまま吐出管径を拡大させても、吐出管と気密端子と間で応力が集中することが抑制され、密閉容器に変形が生じにくくなる。また、密閉容器の強度を十分確保することが可能となり、気密端子の配置も容易となる。

実施の形態に係る回転圧縮機の内部を示す内部構成図である。上部密閉容器の上面図である。図２のＸ軸に沿った断面をＹ方向に見たときの図である。図２のＹ軸に沿った断面をＸ方向に見たときの図である。本実施の形態の上部密閉容器、及び、従来例の上部密閉容器の内圧に対する変形量の比較結果を示すグラフである。

実施の形態．
図１は、本実施の形態に係る回転圧縮機１００の内部を示す内部構成図である。以下の説明においては、回転圧縮機１００として、圧縮機構部２に２つの円筒シリンダ２５を有するツインロータリー形の回転圧縮機１００を例に説明する。図１に示すように、回転圧縮機１００は、密閉容器１の内部に、圧縮機構部２、電動機部３を収容した、密閉型の電動圧縮機である。密閉容器１には、吸入マフラー１４が接続され、吸入マフラー１４から冷媒が吸入され、高圧に圧縮されて吐出される。

密閉容器１は、円筒形状の胴部１１、胴部１１上側の開口を塞ぐ上部密閉容器１２、胴部１１下側の開口を塞ぐ下部密閉容器１３により構成されている。上部密閉容器１２は、本発明の第１密閉容器の一例であり、下部密閉容器１３は、本発明の第２密閉容器の一例である。それぞれが接続する部分は溶接により固定され、密閉状態が保たれている。胴部１１には吸入マフラー１４に接続される吸入管１５設けられ、上部密閉容器１２には吐出管４が設けられている。吐出管４は、回転軸２１の延長線上であり、上部密閉容器１２の中央部に設置されている。上部密閉容器１２には、密閉容器１内の電動機部３に電気的に接続される気密端子１６と、ロッド７とが設けられている。ロッド７には、気密端子１６を保護するためのカバーが取付けられる。下部密閉容器１３は、半球形に近似された形状を有する。下部密閉容器１３には、圧縮機構部２に供給される潤滑油が貯留される給油機構が設けられていてもよい。

電動機部３は、回転子３１と固定子３２とにより構成されている。固定子３２は密閉容器１の胴部１１に焼き嵌め、溶接など各種固定法により固定され、リード線により上部密閉容器１２に設けられた気密端子１６に電気的に接続されている。

圧縮機構部２は、回転軸２１と、主軸受２２と、副軸受２３と、ローリングピストン２４と、円筒シリンダ２５と、ベーン２６と、により構成されている。回転軸２１は、電動機部３の回転子３１に固定されており、主軸受２２と副軸受２３とにより保持されている。ローリングピストン２４は、回転軸２１に固定され、円筒シリンダ２５内に偏芯回転可能に収容されている。円筒シリンダ２５は、ベーン２６により圧縮室毎に区切られており、圧縮室を移動し、高圧となった冷媒が密閉容器１内部の空間に吐出される。

図２は、上部密閉容器１２の上面図である。図２に示すように、円筒形の胴部１１の上端が形成するＸＹ面において胴部１１に接続された上部密閉容器１２は、上面視において円形状であり、その中心部には、吐出管４が設けられている。上部密閉容器１２の表面は、平面部１７と、曲面部１８とにより構成されている。平面部１７は、端部１７ａ、１７ｂを有する楕円形であり、縁部が曲面部１８に接続している。

平面部１７は、楕円形に形成され、一方の端部１７ａには、密閉容器１内部の電動機部３が接続し、最外殻１６ａが平面部１７に連続する複数の気密端子１６が設けられている。また、平面部１７の他方の端部１７ｂには、平面部１７に対して垂直なロッド７が設けられている。上部密閉容器１２の中心部に設けられた吐出管４は、上部密閉容器１２の外径の０．１倍以上０．２倍以下の外径を有する。一方、上部密閉容器１２の表面のうち、曲面部１８は、例えば、複数の曲面により、半球形に近似された形状に形成されている。

図３は、図２のＸ軸に沿った断面をＹ方向に見たときの図である。図３に示すように、平面部１７をＹ方向に見ると、平面部１７は、胴部１１の上端で形成されるＸＹ面に対してθ１の角度で傾斜し、平面部１７の縁部が凹部１８ａの滑らかな曲線により曲面部１８に接続している。具体的には、胴部１１の上端で形成され、胴部１１の軸方向に直交するＸＹ面に位置するＸ軸に対し、ＸＹ面から離れる方向に傾斜角度θ１を成して傾斜している。傾斜角度θ１は、例えば、θ１＝５°であり、平面部１７の一方の端部１７ａは、曲面部１８により形成される半球状の面よりも外側に突出している。そして、平面部１７の一方の端部１７ａから胴部１１の上端が形成するＸＹ面までの距離は、他方の端部１７ｂから胴部１１の上端が形成するＸＹ面までの距離よりも遠くに位置している。傾斜角度θ１で傾斜する平面部１７が凹部１８ａにより曲面部１８と接続されることで、気密端子１６の最外殻１６ａと、吐出管４の側面との間の面に沿った距離、及び気密端子１６の最外殻１６ａと、上部密閉容器１２の内面との間の面に沿った距離が増加される。凹部１８ａは、厚みが厚く形成されており、強度を向上させるリブとしての機能を有する。

図４は、図２のＹ軸に沿った断面をＸ方向に見たときの図である。図４に示すように、平面部１７をＸ方向に見ると、平面部１７は、胴部１１の上端で形成されるＸＹ面に対し、例えばθ２＝１０°の角度で傾斜している。具体的には、Ｘ軸と直交するＹ軸に対して、ＸＹ面から離れる方向に傾斜角度θ２を成して傾斜している。この場合も、平面部１７が傾斜角度θ２で傾斜することで、気密端子１６の最外殻１６ａと、吐出管４の側面との間の面に沿った距離、及び、気密端子１６の最外殻１６ａと、上部密閉容器１２の内面との間の面に沿った距離が増加される。Ｙ方向に見た場合にも、平面部１７の一方の端部１７ａは曲面部１８よりも突出しており、平面部１７の縁部は、凹部１８ａの滑らかな曲線により曲面部１８に接続されている。なお、ＸＹ面は、本発明の仮想垂直面の一例であり、Ｘ軸及びＹ軸は、第１軸及び第２軸の一例であり、傾斜角度θ１及び傾斜角度θ２は、第１傾斜角度及び第２傾斜角度の一例である。

このように、平面部１７は、上部密閉容器１２を上面視した時に直交するＸ方向及びＹ方向の２方向の断面において、胴部１１の上端の面に対して傾斜を有し、凹部１８ａにより曲面部１８と滑らかに接続されている。そのため、上面視した時の気密端子１６と吐出管４との間の距離が維持された場合でも、気密端子１６の最外殻１６ａと、吐出管４の側面との間の面に沿った距離及び、気密端子１６の最外殻１６ａと、上部密閉容器１２の内面との間の面に沿った距離が延長される。平面部１７の傾斜角度θ１、θ２を大きくすることで、平面部１７の一方の端部１７ａが曲面部１８から更に離れ、且つ、平面部１７の一方の端部１７ａは曲面部１８よりも突出し、ＸＹ面までの距離が大きくなっている。そのため、気密端子１６から吐出管４までの間の面に沿った距離が更に延長される。

密閉容器の直径が１００ｍｍである場合に、平面部１７が傾斜していないと、吐出管４の側面と、気密端子１６の最外殻１６ａとの距離、及び、気密端子１６の最外殻１６ａと、上部密閉容器１２の内面との間の距離を十分確保することができない。一方、傾斜角度θ１、θ２で傾斜した平面部１７、吐出管４の側面と、気密端子１６の最外殻１６ａとの距離を５ｍｍとし、気密端子１６の最外殻１６ａと、上部密閉容器１２の内面との距離を５ｍｍとし、絶縁距離の規定に準ずる設計が可能となる。従って、吐出管４の側面と、気密端子１６の最外殻１６ａとの距離は、５ｍｍ以上とし、気密端子１６の最外殻１６ａと、上部密閉容器１２の内面との距離を５ｍｍ以上とすることが望ましい。また、平面部１７の傾斜角度θ１、θ２としては、いずれも、ＸＹ面に対し、５°以上３０°以下であるとよい。傾斜角度θ１、θ２をこの範囲とすることで、吐出管４の側面と、気密端子１６の最外殻１６ａとの距離、及び、気密端子１６の最外殻１６ａと、上部密閉容器１２の内面との間の距離が確保される。また、平面部１７が傾斜することで、平面視において気密端子１６が上部密閉容器１２の開口よりも外側に飛び出てしまうことが防止される。

続いて、回転圧縮機１００の動作について説明する。回転圧縮機１００は、冷媒を吸入マフラー１４から吸入管１５を介して吸入する。吸入管１５から吸入された冷媒は、圧縮機構部２に導入され、圧縮機構部２において圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって密閉容器１内に吐出される。そして、ガス冷媒は、密閉容器１内面と電動機部３とのすきまを通り、上部密閉容器１２の吐出管４から吐出される。その結果、回転圧縮機１００により高温高圧のガス冷媒が生成される。

密閉容器１は、圧縮機構部２において圧縮された冷媒が密閉容器１内部に吐出されると、高温高圧のガス冷媒により外向きの力を受ける。密閉容器１のうち、胴部１１及び下部密閉容器１３は、円筒形状及び半球形に近似された形状により、外向きの力による応力集中が低減される。

一方、上部密閉容器１２は、楕円形の平面部１７と、半球形に近似された曲面部１８と、により表面が形成されている。平面部１７には、気密端子１６、及び、それを保護するカバーが取付けられるロッド７が設けられており、曲面部１８には、上部密閉容器１２の中心となる位置に吐出管４が設けられている。平面部１７は、２方向に傾斜しており、楕円形の平面部１７の一方の端部１７ａが上部密閉容器１２の曲面部１８よりも外側に突出し、上部密閉容器１２の中心よりも高い位置まで延長されている。また、平面部１７と、曲面部１８とは、滑らかな曲線状の凹部１８ａにより接続されている。そのため、気密端子１６と吐出管４との距離が、上部密閉容器１２が平坦である場合、又は、球形に沿った平面とした場合よりも増大される。凹部１８ａは、厚みが増加され、リブとしての機能を有する。

このように、上部密閉容器１２は、平面部１７と、曲面部１８とにより表面が形成され、特に応力が集中しやすい平面部１７の縁部が、厚みが厚く形成された、滑らかな凹部１８ａにより曲面部１８に接続している。上部密閉容器１２のうち、平面部１７以外の領域は、半球形に近似された曲面部１８により形成されている。これにより、密閉容器１内部の圧力が上昇しても、応力が集中することが低減され、上部密閉容器１２の変形が抑制される。

平面部１７は、２方向に傾斜しており、平面部１７に設けられた気密端子１６と、曲面部１８に設けられた吐出管４との間の距離が延長されている。そのため、例えば、上部密閉容器１２の外径の０．１倍の大径な吐出管４を用いた場合であっても、気密端子１６と、吐出管４とを十分離して配置することが可能となる。

気密端子１６は、気密端子１６を覆うためのカバーを必要とするが、そのためには、カバーを取付けるロッド７も配置されていなければならない。平面部１７は、上部密閉容器１２の曲面部１８よりも外側に突出し、高い位置まで延長され、面積が大きく形成されている。そのため、気密端子１６、及び、ロッド７の配置、又は、取付け作業が容易であるとともに、ロッド７へのカバーの取り付けも容易となる。

性能評価．
性能評価においては、本実施の形態に係る回転圧縮機１００の上部密閉容器１２と、従来の上部密閉容器とについて、数値解析を行い負荷時の変形量を算出して比較を行った。本実施の形態に係る上部密閉容器１２は、図２のＸ軸に対し１０°、Ｙ軸に対し１５°の傾斜角になるように平面部１７の傾斜を設定した。比較例の上部密閉容器においては、表面を傾斜のない平坦な平面として気密端子を設けるとともに、上部密閉容器の中心に吐出管を設けた。比較例の上部密閉容器の外径、及び、板厚は上部密閉容器１２と同一とした。また、上部密閉容器１２に用いた吐出管４の外径は、比較例の上部密閉容器に用いた吐出管の外径の１．５倍とした。

図５は、本実施の形態の上部密閉容器１２、及び、従来例の上部密閉容器の内圧に対する変形量の比較結果を示すグラフである。図５においては、上部密閉容器について、負荷圧力を５ＭＰａとして数値解析条件を設定し、負荷時の変形量について算出した。黒の棒グラフは、実施例の変化量であり、白抜きの棒グラフは、比較例の変化量である。比較においては、比較例の上部密閉容器の変形量を１００％とした。

図５に示すように、上部密閉容器１２の吐出管４と、気密端子１６との間の変形量は、比較例の上部密閉容器の吐出管と、気密端子との間の変形量の約５０％程度にまで減少している。また、気密端子１６の中心部分の変形量は、比較例の気密端子の中心部分の変形量の約８０％程度に減少している。このように、吐出管４の外形が１．５倍に増加しても変形量が減少したのは、吐出管４と気密端子１６との間の距離が十分維持されたためであると考えられる。また、気密端子１６が配置された平面部１７と、吐出管４が配置された曲面部１８とが滑らかな凹部１８ａにより接続されたことも要因の一つであると考えられる。以上より、本実施の形態の上部密閉容器１２の構造を採用することで、応力集中が緩和され、上部密閉容器１２の変形を大幅に低減できることがわかった。

なお、上記の説明においては、圧縮室を２つ設けたツインロータリー圧縮機を例にとり説明したが、本発明は、冷媒流量の大きいシングルロータリー、スクロール圧縮機などに適用し、吐出管の拡大を図ることもできる。

また、上記の説明においては、縦置き型の圧縮機に適用する場合を想定して説明しているが、横置き型の圧縮機において、椀形密閉容器が円筒型密閉容器の解放部に圧入され、中心に吐出管が設けられている場合にも、本発明を適用することができる。

以上説明した、本実施の形態に係る回転圧縮機１００によれば、気密端子１６が配置される平面部１７が胴部１１の開口により形成されたＸＹ面から傾斜角度θ１、θ２で傾斜している。これにより、気密端子１６の最外殻１６ａと、吐出管４の側面との間の面に沿った距離及び、気密端子１６の最外殻１６ａと、上部密閉容器１２の内面との間の面に沿った距離が延長される。そのため、密閉容器１の外径を維持したまま吐出管４の外径を拡大させても、密閉容器１の強度を確保することが可能となる。また、平面部１７に大きな面積を確保することができるため、気密端子１６の配置、接続などが容易になる。

以上説明した、本実施の形態に係る回転圧縮機１００によれば、傾斜角度θ１、θ２は、異なる角度に形成される。このため、吐出管４の側面と、気密端子１６の最外殻１６ａとの距離、及び、気密端子１６の最外殻１６ａと、上部密閉容器１２の内面との間の距離を十分に確保することができる。

本実施の形態に係る回転圧縮機１００によれば、平面部１７の一方の端部１７ａを曲面部１８よりも突出させ、ＸＹ面からの距離を大きくているため、平面部１７の吐出管４からの距離を保ちながら平面部１７の面積を十分拡大し、気密端子１６と吐出管４との距離を増大することができる。

本実施の形態に係る回転圧縮機１００によれば、平面部１７と曲面部１８とが凹部１８ａにより滑らかな曲線で接続されることで、密閉容器１の強度が向上する。

本実施の形態に係る回転圧縮機１００によれば、吐出管４の外径が拡大され、密閉容器１の強度を維持しながら、冷媒循環量を増加させることが可能となり、高能力な回転圧縮機１００が得られる。

本実施の形態に係る回転圧縮機１００によれば、平面部１７の傾斜角度θ１、θ２をそれぞれ５°以上３０°以下とすることで、気密端子１６と吐出管４との距離を増大させ、且つ、平面部１７の面積を十分拡大することができる。また、気密端子１６が密閉容器１よりも外側に突出してしまうことも防ぐことができる。

本実施の形態に係る回転圧縮機１００によれば、例えば、密閉容器の直径が１００ｍｍであっても、吐出管４の側面と、気密端子１６との距離は、５ｍｍ以上とし、気密端子１６と、上部密閉容器１２の側面との距離は、５ｍｍ以上とすることができる。そのため、絶縁距離の規定に則った設計が可能となる。

本実施の形態に係る回転圧縮機１００によれば、ロッド７が平面部１７に設けられるため、気密端子１６を覆うカバーの取付けの作業が容易になる。

本実施の形態に係る回転圧縮機１００によれば、Ｒ２２冷媒よりも高い飽和圧力を有する冷媒を圧縮しても、密閉容器１の強度が十分であるため、安全が保たれる。

１密閉容器、２圧縮機構部、３電動機部、４吐出管、７ロッド、１１胴部、１２上部密閉容器、１３下部密閉容器、１４吸入マフラー、１５吸入管、１６気密端子、１６ａ最外殻、１７平面部、１７ａ端部、１７ｂ端部、１８曲面部、１８ａ凹部、２１回転軸、２２主軸受、２３副軸受、２４ローリングピストン、２５円筒シリンダ、２６ベーン、３１回転子、３２固定子、１００回転圧縮機。

Claims

圧縮機構部、及び、電動機部を収容する密閉容器を備え、
前記密閉容器は、
円筒形の胴部と、
前記胴部の一端の開口を塞ぎ、冷媒を吐出させる吐出管が中央部に接続された第１密閉容器と、
前記胴部の他端の開口を塞ぐ第２密閉容器と、を有し、
前記第１密閉容器は、
前記電動機部に接続される気密端子が配置された平面部と、
前記平面部以外を形成する、少なくとも１つの曲面部と、を有し、
前記平面部は、
長軸方向に第１端部と第２端部とを有する楕円形状を有し、
前記一端の開口により形成され、前記胴部の軸方向に直交する仮想垂直面に位置し、前記仮想垂直面において前記楕円形状の長軸を前記仮想垂直面に投影した軸と直交する第１軸に対して、前記吐出管に近づくにつれて前記仮想垂直面から離れる方向に第１傾斜角度を成して傾斜し、
前記仮想垂直面において前記第１軸と直交する第２軸に対して、前記第１端部が前記第２端部よりも前記仮想垂直面から離れる方向に第２傾斜角度を成して傾斜する
回転圧縮機。
前記第１傾斜角度と、前記第２傾斜角度とが異なるように形成されている、
請求項１に記載の回転圧縮機。
前記仮想垂直面と、前記平面部の前記仮想垂直面から最も離れた位置との距離は、
前記仮想垂直面と、前記曲面部との距離よりも大きい
請求項１又は２に記載の回転圧縮機。
前記平面部と前記曲面部とは、
前記曲面部に形成された凹部により接続されている、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転圧縮機。
前記吐出管の外径は、
前記第１密閉容器の外径の０．１倍以上となるように形成されている、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転圧縮機。
前記第１傾斜角度は、前記仮想垂直面に対して５°以上３０°以下であり、
前記第２傾斜角度は、前記仮想垂直面に対して５°以上３０°以下である、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転圧縮機。
前記吐出管の側面と、前記気密端子との距離は、５ｍｍ以上であり、
前記気密端子と、前記第２密閉容器の側面との距離は、５ｍｍ以上である
請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転圧縮機。
前記平面部は、
前記平面部に対して垂直に設けられ、前記気密端子を覆うカバーが取付けられるロッドを備えた、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転圧縮機。
前記圧縮機構部は、
Ｒ２２冷媒よりも高い飽和圧力を有する冷媒を圧縮するものである、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の回転圧縮機。