JPH05133366A - 2段気体圧縮機 - Google Patents
2段気体圧縮機Info
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- JPH05133366A JPH05133366A JP3295515A JP29551591A JPH05133366A JP H05133366 A JPH05133366 A JP H05133366A JP 3295515 A JP3295515 A JP 3295515A JP 29551591 A JP29551591 A JP 29551591A JP H05133366 A JPH05133366 A JP H05133366A
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Abstract
2段冷媒圧縮機の低段圧縮要素と高段圧縮要素との間の
圧縮タイミングを最適化することにより、過圧縮や圧縮
不足を少なくして圧縮効率の向上を図ることを目的とす
るものである。 【構成】 密閉容器の内部に電動機とその電動機により
駆動される低段圧縮要素7aと高段圧縮要素9aとを配
置し、低段圧縮要素7aの吐出側と高段圧縮要素9aの
吸入側とを連通路を介して直列接続したローリングピス
トン型ロータリ式2段圧縮機構を形成し、高段圧縮要素
9aで圧縮した冷媒を密閉容器の内部に排出して電動機
を冷却する吐出ガス通路を形成し、高段圧縮要素のシリ
ンダの容積を低段圧縮要素のシリンダの容積の45〜6
5%にし、高段圧縮要素の圧縮タイミングを低段圧縮要
素の圧縮タイミングから60〜80度遅延させるべく両
圧縮要素を配置したものである。
Description
媒圧縮機において、低段圧縮要素と高段圧縮要素との間
の圧縮タイミングの改良による圧縮効率の向上に関する
ものである。
および高温熱源確保の一環として、高圧縮比運転に適し
た冷媒圧縮機の実用化研究が盛んである。
を小さくして圧縮途中漏洩ガス量を低減して圧縮効率を
向上させるための方策として、種々の多段ロータリ式圧
縮機が提案されている(特開昭50−72205号公
報)。
リ式2段圧縮機と同圧縮機を接続した2段圧縮2段膨張
冷凍サイクル系統図が図11〜図13の構成で提案され
ている(特開昭50−72205号公報)。
電動機1005を、下部に駆動電動機1005の回転軸
1005cに連結し且つ上下2段に形成された圧縮機構
(上部は低圧圧縮機構1007、下部は高圧圧縮機構1
009)を、底部に油溜を配置し、低圧圧縮機構100
7,高圧圧縮機構1009の各シリンダを吸入室と圧縮
室とに区画するベーン1007c(1009c)の背面
が密閉容器1003の内部空間に通じており、ベーン1
007c(1009c)への背圧付勢力をバネ装置の反
力と密閉容器1003内圧力とで形成している。
吐出管1007eを介して外部の気液分離器1017に
接続され、連通管1009d’を介して再び密閉容器1
003の内部空間に流入して駆動電動機1005を冷却
する。
スは、吸油管1023を備えた吸入管1009dを通過
する際に密閉容器1003の底部の潤滑油を吸い込んで
高圧圧縮機構1009に導入され、潤滑油が摺動面の冷
却と圧縮室隙間の密封に供される。
冷媒ガスは、吐出管1009eを介して外部の凝縮器1
013に送出され、第一膨張弁1015,気液分離器1
017,第二膨張弁1019,蒸発器1021を順次経
由して、吸入管1007dを通じて再び低圧圧縮機構1
007に帰還する。
如く、ローリングピストン型ロータリ式圧縮機の欠点で
ある圧縮時の大きなトルク変動を改善するために、回転
軸1005cのクランク部偏心方向を180度ずらせ、
且つ両圧縮機構(低圧圧縮要素機構1007,高圧圧縮
要素機構1009)のベーン(1007c,1009
c)の取り付け方向を高段側と低段側との間で75〜8
0度ずらせてある。それによって、ロータリ式1段圧縮
機よりもトルク変動を減じる方策が提案されている。
サイクルが構成され、密閉容器1003の内部空間が冷
媒の凝縮圧力と蒸発圧力との中間圧力に保たれるように
工夫されている。
1〜図13のような構成では、高圧圧縮要素機構100
9の吸入側に流入する冷媒ガスが駆動電動機1005の
周囲を通過する際に加熱されるので、高圧圧縮要素機構
1009における冷媒ガス吸入効率の低下および圧縮途
中冷媒ガスの異常圧力上昇に起因して圧縮効率の著しい
低下を招くという課題があった。
方向を180度ずらせ、且つ両圧縮機構(低圧圧縮要素
機構1007,高圧圧縮要素機構1009)のベーン
(1007c,1009c)の取り付け方向を高段側と
低段側との間で75〜80度ずらせるという構成の提案
内容は、図14、図15に示す圧縮要素配置解説モデル
図の如く、2種類の配置構成になる。
高圧圧縮要素機構1009の圧縮タイミングを低圧圧縮
要素機構1007の圧縮タイミングより100〜105
度遅延させる構成である。
圧縮要素機構1009の圧縮タイミングを低圧圧縮要素
機構1007の圧縮タイミングより100〜105度早
める構成である。
の構成は圧縮入力の低減および振動・騒音の低減などの
観点から、次に説明する如く、必ずしも最適条件を満た
すものではない。
おける高圧圧縮要素機構1009のシリンダ容積を低圧
圧縮要素機構1007のシリンダ容積の45〜65%に
設定(V2/V1=0.45〜0.65)し、且つ図14
の圧縮タイミングに基づく低圧圧縮要素機構1007か
らの吐出ガスの容積と吐出タイミング,高圧圧縮要素機
構1009の吸入容積と吸入タイミングおよび低圧圧縮
要素機構1007からの吐出ガス容積の過不足状態を示
す解説図である。
る高圧圧縮要素機構1009のシリンダ容積を低圧圧縮
要素機構1007のシリンダ容積の45〜65%に設定
(V 2/V1=0.45〜0.65)し、且つ図15の圧
縮タイミングに基づく低圧圧縮要素機構1007からの
吐出ガスの容積と吐出タイミング,高圧圧縮要素機構1
009の吸入容積と吸入タイミングおよび低圧圧縮要素
機構1007からの吐出ガス容積の過不足状態を示す解
説図である。
1,v2)は、低圧圧縮要素機構1007から単位時間当
りに吐出される冷媒ガスの容積が高圧圧縮要素機構10
09の単位時間当りの吸入容積よりも余剰している圧縮
時期と余剰ガス容積を示す。また、不足吐出領域
(v3,v4,v5,v6)は、低圧圧縮要素機構1007
から単位時間当りに吐出される冷媒ガスの容積が高圧圧
縮要素機構1009の単位時間当りの吸入容積よりも不
足している圧縮時期と不足ガス容積を示す。
要素機構1009の最終的な吸入容積は低圧圧縮要素機
構1007から吐出される冷媒ガスの全容積に等しく設
定されているのであるが、吐出・吸入行程過渡期におけ
る余剰吐出領域(v1,v2)においては、低圧圧縮要素
機構1007の吐出側と高圧圧縮要素機構1009の吸
入側との間の空間(中間通路)の圧力が高くなって低圧
圧縮要素機構1007の入力増加を招く。また、不足吐
出領域(v3,v4,v5,v6)においては、余剰吐出領
域(v1,v2)で生じた余剰吐出ガスが補充されながら
高圧圧縮要素機構1009に吸入されるが、吸入ガスに
追従遅れが生じて、瞬時的な吸入圧力低下となる。
力脈動が生じて、振動・騒音を呈すると共に、主に中間
通路の周期的な圧力上昇・低下に起因して高圧圧縮要素
機構1009の圧縮比が高くなり、圧縮効率低下を招く
という基本的な課題がある。
吐出領域(v1,v2)の広さを検討してみると、両者と
も最適な圧縮タイミングとは言い難い。特に、中間通路
の内容積を小さくした冷凍装置においては、中間通路の
圧力脈動と圧力上昇が大きいので、振動・騒音および圧
縮効率への影響が大きく、重要な課題である。
ミングに関わる課題をより改善する手段が図18、図1
9に示す如く、特平1−247785号公報で提案され
ている。
05と高段圧縮要素2006との間の圧縮タイミングの
説明図、図19は同圧縮機の部分縦断面図で、竪型密閉
ケーシング2001の内部に配置された低段圧縮要素2
005とそのバルブカバー2027,低段圧縮要素20
05の下部に配置された高段圧縮要素2006とそのバ
ルブカバー2028,両圧縮要素(2005,200
6)を連結する中間フレーム2020,両圧縮要素(2
005,2006)を駆動するクランク軸2004,低
段圧縮要素2005の吐出側と高段圧縮要素2006の
吸入側とを連通する通路2023(図18において図示
なし)などから成り、高段圧縮要素2006の圧縮タイ
ミングを低段圧縮要素2005から約90度遅延させる
べく、ベーン2011,2012を90度隔てた配置構
成で、竪型密閉ケーシング1001の内部が高段圧縮要
素2006の吐出ガス圧力で充満させてある。
要素から約90度遅延させた類似実験圧縮機での運転効
果は、低段圧縮要素から吐出された冷媒ガスが高段圧縮
要素の吸入側に流入する過程で電動機(図示なし)の周
囲を通過することなく、それによって、電動機から吸熱
することもないので高い圧縮機効率を得た。
シリンダ容積を低段圧縮要素のシリンダ容積の45〜6
5%に設定(V2/V1=0.45〜0.65)し、且つ
低段圧縮要素からの吐出ガスの容積と吐出タイミング,
高段圧縮要素の吸入容積と吸入タイミングおよび低段圧
縮要素から吐出ガス容積の過不足状態を示す解説図であ
る。同図の余剰吐出領域(v3)は、図16、図17に
おける余剰吐出領域(v1,v2)よりも小さくなってい
る。この事柄は上記の実験圧縮機の効率が高かったこと
と一致している。
手段を見いだすために、同実験圧縮機の各部の圧力変動
の状態を調べた結果を図21〜図23に示す。
ク軸回転角度、縦軸は各部の圧力を示し、冷媒ガスの流
れに沿って、下段から順次、上方に各部の圧力状態を配
列している。
次連結させた冷媒ガス圧力の変化過程を示す。
力のみを抽出して、低段圧縮室における過圧縮部分の範
囲を示す。
解を深めるために、図21における各部の圧力変動につ
いて説明する。
段圧縮要素)の圧力変動は、アキュームレータ(通常、
未蒸発液冷媒が圧縮室に流入することに起因して液圧縮
が生じるのを防止するために、低段圧縮要素の吸入側に
配管接続して気液分離機能と液溜機能を兼ねる)の過吸
作用(圧縮機の吸入作用に追従して吸入管内の気体圧力
が脈動現象を生じ、周期的に圧力上昇した時期の気体が
吸入室に流入しその状態で圧縮されることにより吸入効
率が高くなる現象のこと)が大きいことを示している。
ことが理想的ではあるが、中間通路の内容積が無限で無
い限り不可能である。この実験圧縮機は小型のため中間
通路の内容積が小さく、圧力変動が異常に大きい。ま
た、その変動周期の最圧力降下の時期を注目すれば、中
間通路の圧力変動は高段圧縮要素の吸入行程に追従して
いる。
の圧力変動に追従すると共に、低段圧縮室からの冷媒ガ
スの吐出タイミングにも連動している。
吐出室の最圧力降下の10〜20度前である。
況から明らかなように、高段圧縮要素の圧縮タイミング
を低段圧縮要素から約90度遅延させる構成の2段圧縮
機は、低段圧縮要素の圧縮室圧力の最過圧縮時期が低段
吐出室圧力脈動の最圧力降下時期と一致しておらず、低
段圧縮要素の圧縮入力増加の最も大きな要因であり、よ
り適切な圧縮タイミング構成を備えた2段圧縮機の実現
が望まれていた。
来例として記載されている如く、低段圧縮要素と高段圧
縮要素の圧縮タイミングを180度ずらせる構成は、特
開昭60−128990号公報でも提案されている。
グを180度ずらせる構成図24参照)は、図16,図
17,図20と同様に、低段圧縮要素からの吐出ガスの
容積と吐出タイミング,高圧圧縮要素の吸入容積と吸入
タイミングおよび低段圧縮要素からの吐出ガス容積の過
不足状態を示す解説図を示す図25でも明らかなよう
に、余剰吐出領域の範囲が多く、上述の説明から圧縮効
率の低さが明白であろう。
案されている如く、両圧縮要素の圧縮タイミングを同時
にする構成は、低段圧縮要素からの吐出ガスの容積と吐
出タイミング並びに高段圧縮要素の吸入容積と吸入タイ
ミングおよび低段圧縮要素からの吐出ガス容積の過不足
状態を示す解説図を示す図26でも明らかなように、不
足吐出領域が常に存在する結果、高段圧縮要素の圧縮比
が高くなり、圧縮効率が低いことも理解できるであろ
う。
よって圧縮効率が影響を受けることは明白であるが、あ
まり小さくし過ぎると不足吐出領域が大きくなり、その
結果、中間通路で生じる圧力脈動が大きくなる。
激しく変動させてベーンのジャンピング現象を誘発させ
る。その結果、ベーンの先端とローラとの間で生じる激
しい衝突音とそれに伴う振動が大きくなると共に、圧縮
室と吸入室との間のガス漏れが多く、圧縮効率と耐久性
の著しく低下を招くという課題があった。
指して種々な提案がされているが、より一層の効率向上
による2段圧縮機の実現が望まれていた。
縮要素と高段圧縮要素との間の圧縮タイミングを最適化
することにより、過圧縮や圧縮不足を少なくして圧縮効
率の向上を図ることを目的とするものである。
に本発明のローリングピストン型ロータリ式2段冷媒圧
縮機は、密閉容器の内部に電動機とその電動機により駆
動される低段圧縮要素と高段圧縮要素とを配置し、低段
圧縮要素の吐出側と高段圧縮要素の吸入側とを連通路を
介して直列接続した2段圧縮機構を形成し、高段圧縮要
素で圧縮した冷媒を密閉容器の内部に排出して電動機を
冷却する吐出ガス通路を形成し、高段圧縮要素のシリン
ダの容積を低段圧縮要素のシリンダの容積の45〜65
%にし、高段圧縮要素の圧縮タイミングを低段圧縮要素
の圧縮タイミングから60〜80度遅延させるべく両圧
縮要素を配置したものである。
要素のシリンダに吸入された気体が、シリンダ内でその
容積を45〜65%に圧縮された時点から吐出弁が開き
始めて、漸次、低段圧縮要素の吐出側に排出され、その
後、連通路を介して低段圧縮要素のシリンダの45〜6
5%のシリンダ容積を備えた高段圧縮要素のシリンダ内
に吸入された後、低段圧縮要素の圧縮開始から60〜8
0度の圧縮位相遅れをなして高段圧縮要素で再び圧縮開
始され、所定圧力にまで昇圧された後、高段圧縮要素の
吐出側に排出される。このような、低段圧縮要素からの
吐出開始時期と、高段圧縮要素の圧縮開始(吸入完了)
時期との位相差によって、連通路およびそれに連なる低
段圧縮要素の吐出側空間内に定常的(駆動軸−回転毎)
な圧力脈動が生じ、この圧力脈動のうちの低圧領域の時
期が低段圧縮要素のシリンダからの圧縮気体排出時期と
ほぼ一致し、低圧圧縮要素での圧縮気体がシリンダ内で
過圧縮を生じることなく吐出側に円滑に排出して、高段
圧縮要素の圧縮入力が低減する。
グピストン型ロータリ式2段冷媒圧縮機について、図1
〜図9を参照しながら説明する。
ングピストン型ロータリ式2段圧縮機1,凝縮器13,
第1膨張弁15,気液分離器17,第2膨張弁19,蒸
発器21を順次接続した2段圧縮2段膨張冷凍サイクル
の配管系統を示し、図2はローリングピストン型ロータ
リ式2段圧縮機1の断面、図3は2段圧縮機構の要部詳
細を示す。
は電動機5、その下部には2段圧縮機構4を配置し、そ
の外周部および底部が油溜35として構成されている。
に焼きばめ固定されている。2段圧縮機構4は、上部の
高段圧縮要素9と下部の低段圧縮要素7と両圧縮要素
(7,9)の間に配置された平板形状の中板36とから
成り、低段圧縮要素7の吐出カバーA37と中板36の
外周部の数カ所(図示なし)で密閉容器3の内壁に溶接
固定されている。
縮要素7のシリンダ容積の45〜65%に設定されてい
る。
9aの上側面に取り付けられた上部軸受部材11と低段
圧縮要素7の第1のシリンダブロック7aの下側面に取
り付けられた下部軸受け部材12とに支持された駆動軸
6は電動機5の回転子5bに連結固定されている。
ンク軸6bは、その偏心方向が互いに180度ずらして
配置されている。
圧縮要素7の吸入・圧縮タイミングに対して約75度の
位相遅れで吸入・圧縮作用を開始して低段吐出室45内
の過剰な圧力上昇を抑制することにより、低段圧縮要素
7での圧縮動力を低減すべく配置されている。
a,第2クランク軸6bに装着された第1ピストン38
および第2ピストン39は各ピストンの外周面に当接し
て低段圧縮要素7および高段圧縮要素9の各シリンダ内
を吸入室と圧縮室とに区画するベーン、40,41はベ
ーン38,39の背面を付勢するコイルバネである。
は密閉容器3の内壁に支持されているが、低段圧縮要素
7のコイルバネ40の後端部は第1のシリンダブロック
7aに密封装着されたキャップ42に支持されている。
3は油溜35に開通しているが、低段圧縮要素7のベー
ン38の背面室A44はキャップ42によってその端部
を密封され、油溜35と遮断されている。
軸受け部材12に取付けられて低段吐出室45を形成
し、その底部は吐出室油溜46である。
され且つ複数の***47を有する仕切り板48によって
低段吐出室45の上部空間と区画されると共に、その底
部が吐出カバーA37と下部軸受部材12に設けられた
油戻し穴A49a,油戻し穴B49bから成る油戻し通
路49を介してベーン38の背面室44に通じている。
上部軸受部材11の外周を囲むように配置されて高段吐
出室51を形成している。
消音室52は、上部軸受部材11の突出部11aの外周
を囲むカバーB50の突出部50aとの間の環状通路5
3を介して高段吐出室51と連通すると共に、回転子5
bのエンドリング5cの内側面と吐出カバーB50の突
出部50aとの間の環状通路54を介して密閉容器3の
内部空間に通じている。
56とは、下部軸受部材12に設けられたガス通路A5
5a,第1のシリンダブロック7aに設けられたガス通
路B55b,中板36に設けられたガス通路C55cか
ら成る連通路55を介して通じている。
路57は高段圧縮要素9の第2のシリンダブロック9a
と上部軸受部材11とに設けられたバイパス通路A57
a,バイパス通路B57bとで形成され、その下流側が
高段吐出室51に開通している。
切り欠き部を有する薄鋼板製の弁体58a(図5にその
外観形状を示す)とコイルバネ58bとから成るバイパ
ス弁装置58が装着され、バイパス弁装置58は連通路
55から高段吐出室51へのみの流体流れを許容する。
するとそのバネ定数が増加する形状記憶合金特性を備
え、弁体58aへの付勢力が大きくなる。
5bは連通管59を介して気液分離器17の下流側に通
じており、冷媒インジェクション通路72を形成してい
る。
に挿入され、その接続部の外周は0リング66でシール
され、その端部とガス通路B55bとの間に図5と類似
形状の弁体60が配置されて逆止弁装置71を構成して
いる。
ス通路B55bへのみの流体流入を許容すべく構成され
ている。
する油インジェクション通路61が設けられており、そ
の上流側は油溜35に、下流側はベーン38の背面室A
44と高段圧縮要素9の圧縮室とにそれぞれ間欠的に連
通すべく設けられている。
A61aと背面室A44とはベーン38が概略半分以上
の行程をピストン7bの側に前進している時に開通し、
それ以外の時に遮断すべくベーン44の摺動端面に開口
している。
B61bと高段圧縮要素9の圧縮室とは、ベーン39が
概略3分の1の行程までピストン7bの側に前進した時
に開通が始まり、概略3分の1の行程を後退した時にピ
ストン9bの摺動端面によって遮断が始まるべく位置に
開口している(図6参照)。
が設けられ、その下部にポンプ装置63が装着されてい
る。
に支持された駆動軸5の外周面に螺旋状の油溝64,6
4aが設けられ、螺旋状の油溝64の上流側は軸穴62
から分岐した半径方向油孔を介してポンプ装置63の下
流側に通じ、螺旋状の油溝64の下流側は消音室52に
開通していない。
素7の吸入室(図示なし)に連通し、密閉容器3の上部
に吐出管7eが設けられている。
に通じる液管65が接続され、気液分離器17の胴体外
表面にはポリエチレン膜をコーティングした後、加熱
し、5mm程度まで発泡させたポリエチレン発泡材67
で保温処理が施されている。
路57の開通状態と連通管59の端部を弁体60が閉塞
した状態、及び油インジェクション通路61の下流側通
路61aと背面室A44との間をベーン38によっての
遮断した状態を示す。
グとシリンダ容積比に基づく低段圧縮要素7からの吐出
ガスの容積と吐出タイミング,高段圧縮要素9の吸入容
積と吸入タイミングおよび低段圧縮要素7からの吐出ガ
ス容積の過不足状態を示す解説図である。
低段吐出室、中間通路、高段圧縮室)圧力の変動を、ク
ランク軸回転角度(横軸)と圧力(縦軸)との相関関係
で示した特性図である。
ピストン型ロータリ式2段冷媒圧縮機について、図10
を参照しながら説明する。
レータの吸入管よりも、その管内径を1.5倍程度大き
くしてアキュームレータの過吸作用(圧縮機の吸入作用
に追従して吸入管内の気体圧力が脈動現象を生じ、周期
的に圧力上昇した気体が吸入室に流入しその状態で圧縮
されることにより吸入効率が高くなる現象のこと)を抑
制した吸入管202aを備えた第1のアキュームレータ
202の下流側は、第1の実施例の場合と同様に、低段
圧縮要素207の吸入側に接続されている。
は、駆動軸6を支持する下部軸受部材212を囲むよう
に第1のシリンダブロック207aに取り付けられた吐
出カバーA237と第1のシリンダブロック207aと
で形成され、且つその内容積が第1の実施例の構成より
も小型化されている。
245は、その上部が高段圧縮要素209の吸入側と連
通路255を介して接続され、その途中で連通路255
に接続された第2のアキュームレータ202bは、その
上流側を第1の実施例の場合と同様の気液分離器(図示
なし)に接続され、その下流側の接続部端には第1の実
施例と同様な弁体206が装着されている。
部開口端を塞ぐためのコイルバネ270が付勢され、コ
イルバネ270はそれ自身の温度が上昇するとバネ定数
が減少して弁体206への付勢力を小さくする形状記憶
特性を備えている。そして連通管59の端面と弁体20
6とコイルバネ270とで逆止弁装置271を構成して
いる。
るので説明を省略する。以上のように構成された2段圧
縮機とその冷凍サイクルについて、その動作を説明す
る。
動軸6が回転駆動すると、図8に示すように、必ず、低
段圧縮要素7が吸入を開始してアキュームレータ2から
低段圧縮要素7の吸入室に流入する。クランク角度の進
行に伴って低段吸入室容積が増加していく一方、低段圧
縮室での圧縮作用も同時に進行し、圧縮冷媒ガス圧が次
第に昇圧する。
クランク角度が約170度進行した頃に下部軸受部材1
2に設けられた吐出ポート(図示なし)から低段吐出室
45に排出される。
油戻し穴A49aと油戻し穴B49bとから成る油戻し
通路49を介して吐出室油溜46の底部に貯溜する潤滑
油と共に背面室A44に逆流入し、ベーン38の背面を
第1のピストン7bの側に背圧付勢する。
媒ガスは、ガス通路A55a,カス通路B55b,ガス
通路C55cから成る連通路55を経由して高段圧縮要
素9の吸入室56に送出される。
て高段圧縮要素9も吸入・圧縮作用を開始する。
5の冷媒ガスは、密閉容器3の内部空間やローリングピ
ストン型ロータリ式2段圧縮機1に配管接続する凝縮器
13,気液分離器17よりも高い。
5を通過する吐出冷媒ガスと気液分離器17との間の圧
力差によって弁体60が移動して気液分離器17の接続
管59の端部を塞ぎ、冷媒インジェクション通路72が
閉路して連通路55の冷媒ガスが気液分離器17に逆流
することが阻止される。
3の内部空間に通じる高段吐出室51の圧力よりも高
く,バイパス弁装置58の弁体58aがコイルバネ58
bの付勢力に抗してコイルバネ58bの方に移動してバ
イパス通路57を開通し、連通路55を通過する冷媒ガ
スの一部が高段吐出室51に流出して吸入室56の冷媒
ガス圧力が降下する。その結果、コイルバネ41のみの
付勢力に依存する高段圧縮要素9のベーン39は、圧力
上昇した冷媒ガスが急激に吸入室56に流入することに
より急激な後退の際に生じるジャンピング現象を起こす
ことなく、第2のピストン9bの外周面の運動に追従し
て後退し、ベーン39と第2のピストン9bとの衝突音
や圧縮ガス漏れを生ぜずに円滑な軽負荷圧縮作用を開始
する。
始から75度遅延して高段圧縮要素9の吸入・圧縮作用
が開始することから、低段圧縮要素7から低段吐出室4
5に排出される冷媒ガス容積と高段圧縮要素9の吸入室
容積との間に過不足が生じ、その過不足量は駆動軸6の
クランク角度の進行と共に変化する。その結果、低段吐
出室45に排出される冷媒ガス量が不足するクランク角
度の範囲と余剰するクランク角度の範囲とが存在するこ
とから、低段吐出室45および連通路55の冷媒ガスに
圧力脈動が生じる。この圧力脈動は駆動軸6の回転速度
が速い程激しく生じる傾向を示す。
5の圧縮冷媒ガス圧力が最大となるM点(吐出弁が開い
て吐出が開始する)の前後のクランク角度と低段吐出室
45の圧力脈動の低圧領域のクランク角度とが一致す
る。
圧力が低くなっているので、低段圧縮室での圧縮冷媒ガ
スの過圧縮が少なくなる。
数は、高段圧縮要素9の吸入作用に起因して生じる連通
路55の低圧脈動領域(N点)によって順次、誘発さ
れ、その誘発タイミングは低段圧縮要素7と高段圧縮要
素9との間の圧縮位相差(60〜80度)の影響を受け
る(図9参照)。
は、環状通路53を経て消音室52に流入し、その後、
環状通路54を介して密閉容器3の内部空間に送出され
る。
と気液分離器17との間の圧力差によって逆止弁60が
連通管59の方に移動し、連通管59の端部を塞ぎ、連
通路55の吐出冷媒ガスが分離器17に逆流することが
防止される。
室8およびこれに通じる凝縮器13と気液分離器17の
圧力が上昇し、バイパス通路57内の逆止弁装置58の
弁体58aが高段吐出室51のガス圧とコイルバネ58
bにより付勢されてバイパス通路57を閉じると共に、
連通管59の端部を閉塞していた弁体60が連通路55
の方に移動して気液分離器17と連通路55との間が開
通する。
油は、高段圧縮要素9のコイルバネ41と共にベーン3
9の背面を背圧付勢すると共にベーン39の摺動面を潤
滑しながら摺動面隙間を介して吸入室56と圧縮室とに
微少量流入する。また潤滑油は、絞り通路部を有する油
インジェクション通路61の下流側通路B61bを通じ
て減圧されて圧縮室に間欠的に給油され、圧縮室隙間の
油膜密封と第2のピストン39の摺動面の潤滑に供され
る。
する油インジェクション通路61の下流側通路A61a
を介して低段圧縮要素7の吐出圧力相当にまで減圧され
た後、低段圧縮要素7のベーン38が第1のピストン7
bの側に約3分の1程度に前進した時点から再び3分の
1程度にまで後退する間に、下流側通路A61aの背面
室A44への開口部が開通して背面室A44に流入す
る。
8の摺動面を潤滑すると共に、油戻し穴B49b,油戻
し穴A49aを介して低段吐出室45に流入し、吐出冷
媒ガスに混入して高段圧縮要素9の吸入室56に流入す
る。高段圧縮要素9の吸入室56に流入した潤滑油は、
背面室B43と下流側通路61bを介して流入した潤滑
油と合流して圧縮室隙間の密封と摺動面の潤滑と冷却に
供される。
に設けられた螺旋状の油溝64による粘性ポンプ作用と
駆動軸6の下端に設けられたポンプ装置62とによっ
て、軸穴62や半径方向孔69を介して駆動軸6を支持
する下部軸受部材12,上部軸受部材11の軸受面と第
1のピストン7b,第2のピストン9bの内側面に給油
される。螺旋状の油溝64aに供給された潤滑油は、粘
性ポンプ作用によって上部軸受部材11の軸受上端から
消音室52に排出され、高段吐出室51から排出された
2段圧縮の高圧吐出ガスと混合の後、環状通路54を経
て電動機室8に排出される。
スは、吐出管7eを経て圧縮機外部の冷凍サイクルに送
出される。
化の後、低段圧縮要素7の吐出圧力相当にまで膨張した
未蒸発冷媒は、気液分離器17に流入の後、気体と液体
とに分離し、液化冷媒が気液分離器17の底部に収集す
る。
スは、気液分離器17内の上部空間に開口する連通管5
9を介してローリングピストン型ロータリ式2段圧縮機
1内の連通路55に流入し、低段圧縮要素7の吐出冷媒
ガスと合流して低段吐出冷媒ガス温度を低下させた後、
高段圧縮要素9の吸入室56に流入する。
は、気液分離器17の未蒸発冷媒ガスを吸入することに
よって異常温度上昇を抑制され、その結果、電動機5の
異常温度上昇も防止される。
化冷媒は、液管65を介して第2膨張弁19,蒸発器2
1を順次経由して第2回目の膨張と吸熱の後、再びアキ
ュームレータ2に帰還する。
離器17の胴体外周部を囲むポリエチレン発泡部材によ
って断熱と防音がなされているので、気液分離器17に
冷媒が流入する際の冷媒と気液分離器内壁との衝突音が
外部に伝播するのを防ぐと共に、冷媒が吸熱することも
少ない。
しながら説明する。2段圧縮機の運転によって第1のア
キュームレータ202に流入した冷媒ガスは、周期的な
圧力脈動を抑制されて吸入管202aを介して低段圧縮
要素207の吸入室に流入し、圧縮された後、高段圧縮
要素209の吸入側に順次送出される。第1のアキュー
ムレータ202の過給作用が抑制されているので、駆動
軸6の一回転当りの低段圧縮要素207への吸入気体容
積は、圧縮機運転速度が変動してもあまり変化せず、低
段吐出ガスが高段圧縮要素209のシリンダ容積に対し
てほぼ一定割合で送出される。この結果、低段吐出ガス
圧力は圧縮機運転速度が変動した場合でも異常圧力上昇
せずにほぼ一定を保ち、低段圧縮要素207の圧縮室で
の過圧縮を少なくする。
ームレータ202bに流入した未蒸発冷媒は、弁体20
6を経由して高段圧縮要素209の吸入側に低段吐出ガ
スと共に流入する。
に排出された低段吐出冷媒ガスは、潤滑油を分離するこ
となく拡散し、隣接する背面室A244に油溜35から
油インジェクション通路261を経て流入した潤滑油を
巻き込んで背面室A244の摺動面を潤滑の後、高段圧
縮要素209に送出される。
が低下してそのバネ定数が増加し、弁体206を第2の
アキュームレータ202bの側へ移動させてその流入路
を塞ぎ、圧縮機停止中に第2のアキュームレータ202
bを経由して液冷媒が連通路255に流入するのを防
ぐ。
場合と類似であるので、その説明を省略する。
器3の内部に電動機5と電動機5により駆動される低段
圧縮要素7と高段圧縮要素9とを配置し、低段圧縮要素
7の吐出側と高段圧縮要素9の吸入側とを連通路55を
介して直列接続したローリングピストン型ロータリ式2
段圧縮機構を形成し、高段圧縮要素9で圧縮した気体を
密閉容器3の内部に排出して電動機5を冷却する吐出ガ
ス通路を形成し、高段圧縮要素9のシリンダの容積を低
段圧縮要素7のシリンダの容積の45〜65%にし、電
動機5に連結する駆動軸6の両圧縮要素に係合する各々
のクランク部の偏心方向を180度ずらせ、高段圧縮要
素9の圧縮タイミングを低段圧縮要素7の圧縮タイミン
グから75度遅延させるべく両圧縮要素7,9を配置し
たことにより、電動機5の回転に伴って低段圧縮要素7
のシリンダに吸入された冷媒ガスは、シリンダ内でその
容積を45〜65%に圧縮された時点から吐出弁が開き
始めて、漸次、低段圧縮要素7の低段吐出室45に排出
され、その後、連通路55を介して低段圧縮要素7での
シリンダの45〜65%のシリンダ容積を備えた高段圧
縮要素9のシリンダ内に吸入された後、高段圧縮要素9
で再び圧縮開始され、所定圧力にまで昇圧されて電動機
室8に排出される行程を経て圧縮機外に流出して行く
が、低段圧縮要素7での圧縮冷媒ガス昇圧冷媒ガス昇圧
速度と高段圧縮要素9での吸入速度とが異なることに起
因して、低段圧縮要素7から低段吐出室45に排出され
る冷媒ガス容積と高段圧縮要素9の吸入室容積との間に
過不足が生じ、その過不足量は駆動軸6のクランク角度
の進行と共に変化して、低段吐出室45に排出される冷
媒ガス量が不足するクランク角度の範囲と余剰するクラ
ンク角度の範囲とが存在することから、低段吐出室45
および連通路55の冷媒ガスに圧力脈動が生じる際に、
低段圧縮要素7の圧縮開始から75度の圧縮位相遅れを
なして高段圧縮要素9の吸入を開始させるので、低段吐
出室45の圧力脈動のうちの低圧領域の時期を低段圧縮
要素7のシリンダからの圧縮冷媒ガス排出時期とほぼ一
致させることができるので、圧縮室での圧縮冷媒ガスの
過圧縮が少なくなり、圧縮入力を低減することができ
る。
縮開始時期を低段圧縮要素7の圧縮開始時期から75度
遅延させたが、高段圧縮開始時期を60〜80度遅延さ
せても同様の作用・効果を得る。
縮した冷媒ガスを電動機室8に直接排出したが、高段圧
縮要素9で圧縮した冷媒ガスを密閉容器3の外部に直接
配管迂回させ、冷媒ガスを冷却した後、密閉容器3の内
部に導いて電動機5を冷却した後、再び密閉容器3の外
部に排出する配管経路を構成してもよい。
は、密閉容器の内部に電動機と電動機により駆動される
低段圧縮要素と高段圧縮要素とを配置し、低段圧縮要素
の吐出側と高段圧縮要素の吸入側とを連通路を介して直
列接続したローリングピストン型ロータリ式2段圧縮機
構を形成し、高段圧縮要素で圧縮した気体を密閉容器の
内部に排出して電動機を冷却する吐出ガス通路を形成
し、高段圧縮要素のシリンダの容積を低段圧縮要素のシ
リンダの容積の45〜65%にし、高段圧縮要素の圧縮
タイミングを低段圧縮要素の圧縮タイミングから60〜
80度遅延させるべく両圧縮要素を配置したことによ
り、低段圧縮要素での圧縮気体昇圧速度と高段圧縮要素
での吸入速度とが異なることに起因して、低段圧縮要素
から連通路に向けて排出される気体の容積と高段圧縮要
素の吸入室容積との間に過不足が生じ、その過不足量は
電動機に連接する駆動軸のクランク角度の進行と共に変
化して、連通路に向けて排出される気体量が不足するク
ランク角度の範囲と余剰するクランク角度の範囲とが存
在することから、連通路の気体に圧力脈動が生じるが、
その気体の圧力脈動のうちの低圧領域の時期を低段圧縮
要素の圧縮室からの圧縮気体排出時期とほぼ一致させる
ことができるので、圧縮室での圧縮気体の過圧縮が少な
くなり、圧縮入力を低減することができる。
を使用した2段圧縮2段膨張冷凍サイクルの配管系統図
配置を示す断面図 (b)は同圧縮機における低段圧縮要素の部品配置を示
す断面図
の作動状態を示した圧縮要部断面図
との間の圧縮開始タイミングとシリンダ容積比に基づく
ガス要積の過不足状態を示す説明図
速度(横軸)と圧力(縦軸)との相関関係で示した特性
図
2段冷媒圧縮機の圧縮要部断面図
段膨張冷凍サイクルの配管系統図
素との間の圧縮開始タイミングの説明図
素との間の別の圧縮開始タイミングの説明図
積の過不足状態を示す説明図
積の過不足状態を示す説明図
段圧縮要素と高段圧縮要素との間の圧縮タイミングの説
明図
容積の過不足状態を示す説明図
転角度(横軸)と圧力(縦軸)とを冷媒ガスの流れに沿
って順次配列した特性図
圧力変化特性図
した圧力変化特性図
段圧縮要素と高段圧縮要素との間の圧縮タイミングの説
明図
容積の過不足状態を示す説明図
段圧縮要素と高段圧縮要素との間の圧縮タイミングにお
けるガス容積の過不足状態を示す説明図
Claims (1)
- 【請求項1】密閉容器の内部に電動機と前記電動機によ
り駆動される低段圧縮要素と高段圧縮要素とを配置し、
前記低段圧縮要素の吐出側と前記高段圧縮要素の吸入側
とを連通路を介して直列接続した2段圧縮機構を形成
し、前記高段圧縮要素で圧縮した冷媒を前記密閉容器の
内部に排出して前記電動機を冷却する吐出ガス通路を形
成し、前記高段圧縮要素のシリンダの容積を前記低段圧
縮要素のシリンダの容積の45〜65%にし、前記高段
圧縮要素の圧縮タイミングを前記低段圧縮要素の圧縮タ
イミングから60〜80度遅延させるべく前記両圧縮要
素を配置したローリングピストン型ロータリ式の2段冷
媒圧縮機。
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