JP7186242B2 - 回転式圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
本願において、極座標系のZ方向、R方向およびθ方向が以下のように定義される。Z方向はシャフト31の軸方向である。+Z方向は、圧縮機構部33から電動機部32に向かう方向である。例えば、Z方向は鉛直方向であり、+Z方向は鉛直上方である。なお、Z方向を軸方向Zと呼ぶ場合がある。R方向はシャフト31の径方向である。+R側は、径方向の外側であって、シャフト31の中心軸から離れる側である。なお、R方向を径方向Rと呼ぶ場合がある。θ方向は、シャフト31の中心軸の周方向である。なお、θ方向を周方向θと呼ぶ場合がある。
図1は、本実施形態の回転式圧縮機2の断面図を含む冷凍サイクル装置の概略構成図である。冷凍サイクル装置1は、回転式圧縮機2と、回転式圧縮機2に接続された放熱器(例えば凝縮器)3と、放熱器3に接続された膨張装置(例えば膨張弁)4と、膨張装置4に接続された吸熱器(例えば蒸発器)5とを備えている。冷凍サイクル装置1は、二酸化炭素(CO2)等の冷媒を含む。冷媒は、相変化しながら冷凍サイクル装置1を循環する。
膨張装置4は、放熱器3から送り込まれる高圧の冷媒の圧力を下げ、低温・低圧の液体冷媒にする。
吸熱器5は、膨張装置4から送り込まれる低温・低圧の液体冷媒を気化させ、低圧の気体冷媒にする。吸熱器5において、低圧の液体冷媒が気化する際に周囲から気化熱を奪うことで周囲が冷却される。吸熱器5を通過した低圧の気体冷媒は、上述した回転式圧縮機2の内部に取り込まれる。
本実施形態の回転式圧縮機2は、圧縮機本体11と、アキュムレータ12とを備える。
アキュムレータ12は、いわゆる気液分離器である。アキュムレータ12は、上述した吸熱器5と圧縮機本体11との間に設けられている。アキュムレータ12は、吸込管21を通じて圧縮機本体11に接続されている。アキュムレータ12は、吸熱器5で気化された気体冷媒を、吸込管21を通して圧縮機本体11に供給する。
シャフト31は、軸方向Zに沿って、電動機部32を貫通するとともに、圧縮機構部33の内部に伸びている。
図2は、圧縮機構部の拡大図である。圧縮機構部33は、複数のシリンダ室を有する多気筒の圧縮機構部である。例えば、実施形態の圧縮機構部33は、2個のシリンダ室51a,52aを有する2気筒の圧縮機構部である。圧縮機構部33は、複数のシリンダ51,52と、仕切板53と、主軸受(第1軸受)54と、副軸受(第2軸受)55と、複数のローラ56,57と、主マフラ部材91と、副マフラ部材92とを備える。
本願では、軸方向Zにおける第1シリンダ51および第2シリンダ52の仕切板53側を「内側」と呼ぶ場合がある。また、軸方向Zにおける第1シリンダ51の主軸受54側および第2シリンダ52の副軸受55側を「外側」と呼ぶ場合がある。
第1シリンダ51の内部構成と第2シリンダ52の内部構成は、各偏心部41,42および各ローラ56,57の位相差に応じて異なる部分を除いて、互いに略同じである。このため、ここでは第1シリンダ51の内部構成を代表として説明する。そして、第2シリンダ52において第1シリンダ51と同一の機能を有する構成には、同一の符号を付してその説明を省略する。
図3に示すように、第1シリンダ51の内周面には、径方向Rの外側に向けて延びたベーン溝71が設けられている。ベーン溝71には、径方向Rに沿ってスライド移動可能なベーン72が挿入されている。ベーン72は、図示しない付勢手段によって径方向Rの内側に向けて付勢され、その先端部が第1シリンダ室51a内で第1ローラ56の外周面に当接している。これにより、ベーン72は、第1シリンダ室51aの内部を、吸込室74と圧縮室75とに仕切っている。ベーン72は、第1ローラ56の偏心回転に伴って第1シリンダ室51a内に進退する。これにより、吸込室74に気体冷媒を吸い込む吸込動作および圧縮室75で気体冷媒を圧縮する圧縮動作が行われる。
同様に、副軸受55の第2フランジ部55fは、第2溝部62を有する。シャフト31と第2溝部62との間には、シャフト31を支持する第2カラー67が形成される。
密閉容器34の内部には、潤滑油が収容されている。潤滑油(冷凍機油)として、ポリアルキレングリコール(PAG)油が収容されている。PAG油は、POE油やPVE油などの他の潤滑油に比べて、冷媒が溶解した場合の粘度低下が小さい。特に、二酸化炭素冷媒が圧縮されて高温になっても、PAG油は粘度低下が小さいので、良好な潤滑状態が維持される。
連通路84は、径方向Rに沿って第1偏心部41の内部に設けられている。連通路84は、主通路81と副通路82との間に設けられ、主通路81と副通路82とを接続している。主通路81に汲み上げられた潤滑油は、シャフト31の回転に伴う遠心力により、連通路84を通って副通路82に流入する。さらに潤滑油は、副通路82から圧縮機構部33の様々な摺動部分に供給される。
最初に、各ローラ56,57の内側端面(仕切板53側の端面)が受ける圧力について説明する。
前述したように、圧縮機構部33で圧縮された気体冷媒は、密閉容器34の内部に吐出される。密閉容器34の内部の気体冷媒および潤滑油は高圧の状態である。同様に、給油通路80を介して潤滑油が供給される部分も高圧の状態である。給油通路80の副通路82を介して、仕切板53のシャフト孔53hの内側領域である中央部領域53Aに潤滑油が供給される。給油通路80の副通路82および端部通路85を介して、第1フランジ部54fの第1溝部61の外周の内側領域である第1端部領域61Aに潤滑油が供給される。なお、第1カラー66の-Z方向の先端は、第1フランジ部54fの第1シリンダ51側の表面より+Z方向に配置される。そのため、径方向Rにおいてシャフト31の外周から第1溝部61の外周までが第1端部領域61Aである。同様に、第2フランジ部55fの第2溝部62の外周の内側領域である第2端部領域62Aにも潤滑油が供給される。したがって、中央部領域53A、第1端部領域61Aおよび第2端部領域62Aが、いずれも高圧の状態である。
中央部領域53Aから第1シリンダ室51aへの潤滑油の直接流入を抑制する必要がある。そのため、第1ローラ56が偏心回転する過程で、中央部領域53Aの外周(シャフト孔53hの内周)は、常に第1ローラ56の外周の内側に配置される。また、第1偏心部41はシャフト孔53hを通って第1シリンダ室51aに配置される。そのため、第1偏心部41の外径はシャフト孔53hの内径より小さい。したがって、第1ローラ56が偏心回転する過程で、中央部領域53Aの外周(シャフト孔53hの内周)の一部が、第1ローラ56の内周(第1偏心部41の外周)の外側に配置される。
図5から図7は、図4から第1ローラ56が90degずつ偏心回転した状態を示している。第1ローラ56の偏心回転により、第1ローラ56の内側端面の内周に沿った各部が、露出領域56pとなりうる。
同様に、第2ローラ57の内側端面の内周に沿ったリング状の領域が、中央部領域53Aに露出しうる。このリング状の領域が、中央部領域53Aから高圧を受ける高圧領域c2である。第2ローラ57の内側端面の高圧領域c2の面積(内側受圧面積)をSc2とする。
図2に示すように、第1端部領域61Aから第1シリンダ室51aへの潤滑油の直接流入を抑制する必要がある。そのため、第1ローラ56が偏心回転する過程で、第1端部領域61Aの外周(第1溝部61の外周)は、常に第1ローラ56の外周の内側に配置される。また、第1ローラ56が偏心回転する過程で、第1端部領域61Aの外周の一部が、第1ローラ56の内周の外側に配置される。したがって、第1端部領域61Aの外周の一部が、第1ローラ56の内周と外周との間に配置される。第1ローラ56の外側端面の一部が、第1端部領域61Aに露出する。
第1ローラ56の偏心回転により、第1ローラ56の外側端面の内周に沿ったリング状の領域が、第1端部領域61Aに露出しうる部分である。このリング状の領域が、第1端部領域61Aから高圧を受ける高圧領域e1である。第1ローラ56の外側端面の高圧領域e1の面積(外側受圧面積)をSe1とする。
同様に、第2ローラ57の外側端面の内周に沿ったリング状の領域が、第2端部領域62Aに露出しうる。このリング状の領域が、第2端部領域62Aから高圧を受ける高圧領域e2である。第2ローラ57の外側端面の高圧領域e2の面積(外側受圧面積)をSe2とする。
図2に示すように、中央部領域53Aの外径(シャフト孔53hの内径)Dcは、第1端部領域61Aの外径(第1溝部61の外径)De1より大きい。そのため、第1ローラ56の内側受圧面積Sc1は、第1ローラ56の外側受圧面積Se1より大きい。すなわち、1<Sc1/Se1が成立する。なお、中央部領域53Aの圧力と、第1端部領域61Aの圧力とは同等である。したがって、第1ローラ56の内側端面が受ける+Z方向の力は、外側端面が受ける-Z方向の力より大きい。これにより、第1ローラ56は、主軸受54の第1フランジ部54fに向かって押し付けられる。
同様に、第2シリンダ室52aの外側端面を形成する第2フランジ部55fの第2表面55sにも、固体潤滑被膜59が形成される。
1<Sc1/Se1が成立する。これにより、第1ローラ56が第1フランジ部54fの第1表面54sに押し付けられる。また、1<Sc2/Se2が成立する。これにより、第2ローラ57が第2フランジ部55fの第2表面55sに押し付けられる。
第1フランジ部54fの第1表面54sおよび第2フランジ部55fの第2表面55sに、固体潤滑被膜59が形成される。これにより、第1ローラ56が第1表面54sに押し付けられて移動する場合でも、第1表面54sの耐摩耗性が向上する。また、第2ローラ57が第2表面55sに押し付けられて移動する場合でも、第2表面55sの耐摩耗性が向上する。
Sc1/Se1≦1.6およびSc2/Se2≦1.6が成立する。これにより、気体冷媒が高圧に圧縮される場合でも、第1ローラ56が第1フランジ部54fの第1表面54sに弱く押し付けられる。また、第2ローラ57が第2フランジ部55fの第2表面55sに弱く押し付けられる。したがって、初期なじみの効果が得られる。そのため、第1表面54sおよび第2表面55sの摩耗量が抑制される。したがって、回転式圧縮機2の圧縮性能の低下が抑制される。
固体潤滑被膜59は、下層のリン酸マンガン被膜と、上層の二酸化モリブデン被膜と、を有することが望ましい。
リン酸マンガン被膜は耐摩耗性に優れるので、回転式圧縮機2の信頼性が向上する。二酸化モリブデン被膜は初期摩擦の低減効果が大きいので、回転式圧縮機2の初期特性が向上する。
被圧縮ガスが二酸化炭素の場合には、高圧に圧縮される。この場合でも、Sc1/Se1≦1.6およびSc2/Se2≦1.6が成立するので、第1表面54sおよび第2表面55sの摩耗量が抑制される。また、ポリアルキレングリコール油は、他の潤滑油よりも、冷媒が溶解した場合の粘度低下が小さい。これにより、被圧縮ガスが圧縮されて高温になっても、良好な潤滑状態が維持される。したがって、第1表面54sおよび第2表面55sの摩耗量が抑制される。
前述した回転式圧縮機2では圧縮性能の低下が抑制される。したがって、信頼性に優れた冷凍サイクル装置が提供される。
Claims (5)
- 容器内に被圧縮ガスを圧縮する圧縮機構部と潤滑油を収納し、前記圧縮機構部は、
シャフトと、
第1シリンダ室を形成する第1シリンダと、
前記シャフトの軸方向に沿って前記第1シリンダと並んで配置され、第2シリンダ室を形成する第2シリンダと、
前記第1シリンダと前記第2シリンダとの間に配置され、前記シャフトが通されるシャフト孔を有し、前記第1シリンダ室および前記第2シリンダ室を閉塞する仕切板と、
前記第1シリンダを挟んで前記仕切板とは反対側に配置され、前記シャフトを支持する第1軸受と、
前記第2シリンダを挟んで前記仕切板とは反対側に配置され、前記シャフトを支持する第2軸受と、
前記第1軸受の前記第1シリンダ側に形成され、前記第1シリンダ室を閉塞する第1表面を有する第1フランジ部と、
前記第2軸受の前記第2シリンダ側に形成され、前記第2シリンダ室を閉塞する第2表面を有する第2フランジ部と、
前記シャフトに形成され、前記軸方向において前記第1シリンダの位置に配置される第1偏心部と、
前記シャフトに形成され、前記軸方向において前記第2シリンダの位置に配置され第2偏心部と、
前記第1偏心部の外周面に沿って配置され、前記シャフトの回転に伴って前記第1フランジ部の前記第1表面に沿って移動する第1ローラと、
前記第2偏心部の外周面に沿って配置され、前記シャフトの回転に伴って前記第2フランジ部の前記第2表面に沿って移動する第2ローラと、を有し、
前記仕切板の前記軸方向の厚さは、前記第1フランジ部の前記軸方向の厚さおよび前記第2フランジ部の前記軸方向の厚さより薄く、
前記第1軸受は、前記第1フランジ部の表面にリング状に形成されて前記シャフトと同軸状に配置される第1溝部を有し、
前記第2軸受は、前記第2フランジ部の表面にリング状に形成されて前記シャフトと同軸状に配置される第2溝部を有し、
前記第1ローラの移動に伴って前記第1ローラの前記仕切板側の端面が前記シャフト孔に露出しうる部分の面積をSc1とし、前記第1ローラの移動に伴って前記第1ローラの前記第1フランジ部側の端面が前記第1溝部の外周の内側領域に露出しうる部分の面積をSe1としたとき、1<Sc1/Se1≦1.6が成立し、
前記第2ローラの移動に伴って前記第2ローラの前記仕切板側の端面が前記シャフト孔に露出しうる部分の面積をSc2とし、前記第2ローラの移動に伴って前記第2ローラの前記第2フランジ部側の端面が前記第2溝部の外周の内側領域に露出しうる部分の面積をSe2としたとき、1<Sc2/Se2≦1.6が成立し、
前記第1フランジ部の前記第1表面および前記第2フランジ部の前記第2表面に、固体潤滑被膜が形成され、
少なくとも、前記第1ローラと前記第2ローラ及び前記仕切板には固体潤滑被膜が形成されない、
回転式圧縮機。 - 前記固体潤滑被膜は、リン酸マンガン被膜または二酸化モリブデン被膜である、
請求項1に記載の回転式圧縮機。 - 前記固体潤滑被膜は、下層のリン酸マンガン被膜と、上層の二酸化モリブデン被膜と、を有する、
請求項1に記載の回転式圧縮機。 - 前記被圧縮ガスが二酸化炭素であり、前記潤滑油がポリアルキレングリコール油である、
請求項1から3のいずれか1項に記載の回転式圧縮機。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の回転式圧縮機と、
前記回転式圧縮機に接続された放熱器と、
前記放熱器に接続された膨張装置と、
前記膨張装置に接続された吸熱器と、を有する、
冷凍サイクル装置。
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