KR20130014337A

KR20130014337A - 로터리 2단 압축기

Info

Publication number: KR20130014337A
Application number: KR1020120052277A
Authority: KR
Inventors: 아츠요시 후카야; 마사오 타니
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2013-02-07
Also published as: CN102900669A; RU2012122456A; RU2501978C1; EP2551526B1; CN102900669B; JP5586537B2; KR101376872B1; JP2013029059A; EP2551526A2; EP2551526A3

Abstract

과제
고단 압축부에 도입되는 냉매의 추종성을 향상시켜서 중간 유로에서의 압력 맥동을 억제할 수 있고, 저부하 운전시의 운전 효율의 저하를 방지할 수 있는 로터리 2단 압축기를 얻는다.
해결 수단
내부 고압형의 로터리 2단 압축기인 2단 압축기(100)는, 저단 토출구(16)를 덮으며, 내부에 저단 토출 공간(20)을 형성한 저단 커버(19)를 구비하고 있다. 또한, 2단 압축기(100)는, 압축 기구부(3) 내에, 저단 토출 공간(20)과 고단 압축실(35)을 연통한 중간 유로(51)가 형성되어 있다. 또한, 2단 압축기(100)는, 저단 커버(19)에, 부하가 소정의 부하보다도 낮은 때에 개구하고, 저단 토출 공간(20)과 토출압 공간(53)을 연통하는 바이패스 기구(바이패스구(23), 바이패스 밸브(24) 및 바이패스 밸브 누르개(25))를 구비하고 있다.

Description

로터리 2단 압축기{TWO STAGE ROTARY COMPRESSOR}

본 발명은, 2개의 압축부를 갖는 로터리 2단 압축기에 관한 것이다.

압축 기구부에 2개의 압축부(저단(低段) 압축부 및 고단(高段) 압축부)를 마련하고, 이들 저단 압축부 및 고단 압축부를 직렬로 접속한 로터리 2단 압축기가 종래로부터 존재한다. 이와 같은 로터리 2단 압축기에서는, 저단 압축부는, 소정의 압력(도달 압력)까지, 히트 펌프 사이클로부터 흡입한 냉매를 압축한다. 이 도달 압력은, 저단 압축부의 압축실 용적과 고단 압축부의 압축실 용적의 설정에 의해 결정된다. 고단 압축부는, 저단 압축부에서 압축된 냉매를, 더욱 압축한다. 그리고, 내부 고압형의 로터리 2단 압축기인 경우, 고단 압축부에서 압축된 냉매는, 고단 압축부에서 밀폐 용기의 내부 공간에 토출되고, 밀폐 용기의 내부 공간으로부터 히트 펌프 사이클에 토출된다.

종래, 내부 고압형의 로터리 2단 압축기에서는, 저단 압축부에서 압축된 중간압의 냉매를 고단 압축부에 도입하기 위한 중간 유로가 밀폐 용기의 외부를 통과하도록 형성되어 있다.

그러나, 밀폐 용기의 외부를 통과하도록 중간 유로가 형성된 종래의 로터리 2단 압축기는, 중간 연결 유로(intermediate communication passage)가 극히 길어진다. 그 결과, 중간 유로내의 냉매가 고단 압축부에 도입될 때의 추종성이 나빠지고, 중간 유로 내의 압력 맥동을 초래하고, 충분한 압력 맥동을 억제하는 효과를 얻을 수가 없다는 과제가 있다.

그래서, 종래의 내부 고압형의 로터리 2단 압축기에는, 중간 유로를 밀폐 용기의 내부에 형성한 것이 제안되어 있다.

이와 같은 종래의 로터리 2단 압축기로서는, 저단 압축부와 고단 압축부를 구획하는 중간 칸막이판에 중간 유로를 구성하는 토출 공간을 형성하고, 당해 토출 공간내에 중간압 냉매(저단 압축부에서 토출된 냉매)를 토출하고, 중간압 냉매가 고단 압축부에 과잉 유출되는 것을 방지한 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

또한, 이와 같은 종래의 로터리 2단 압축기로서는, 고단 압축부의 흡입구의 위상(位相)을 저단 압축부의 흡입구의 위상과 어긋나게 함으로써, 중간 유로를 압축 기구부 내에 마련한 것도 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).

또한, 이와 같은 종래의 로터리 2단 압축기로서는, 베인 홈과 저단, 고단의 흡입 유로간에 중간 유로를 배치하고, 압축 기구부 내를 관통시켜서 중간 유로를 마련한 것도 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조).

특허 문헌 1 : 일본 특개2000-87892호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특개2007-113542호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특개2010-156226호 공보

압축기를 이용한 히트 펌프 장치(히트 펌프 사이클)에서는, 부하가 작은 경우 등, 압축기가 토출한 냉매의 압력(환언하면, 응축기에 유입한 냉매의 압력)이 낮아도 좋은 경우가 있다. 그러나, 중간 유로를 압축 기구부 내에 형성한 종래의 로터리 2단 압축기(예를 들면, 특허 문헌 1 내지 특허 문헌 3 참조)는, 이와 같은 저부하 운전시를 고려하고 있지 않기 때문에, 로터리 2단 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력이 소망하는 압력보다도 높아져 버려, 과압축 상태가 되어 버리는 일이 있다. 이 때문에, 중간 유로를 압축 기구부 내에 형성한 종래의 로터리 2단 압축기는, 저부하 운전시의 운전 효율이 저하되어 버린다는 문제점이 있다.

또한, 특허 문헌 1에 기재된 로터리 2단 압축기는, 중간 칸막이판에 중간압 냉매가 토출되는 토출 공간을 형성하고 있기 때문에, 압축 기구의 축받이 사이 거리(압축 기구의 상하단(上下端)에 마련되고, 구동축을 회전 자유롭게 지지하는 축받이끼리의 거리)가 커져 버린다. 이 때문에, 특허 문헌 1에 기재된 로터리 2단 압축기는, 압축실 내에 냉매의 부하가 작용한 때의 구동축의 휘어짐이 증가하고, 축받이의 신뢰성을 저하시킨다는 문제점도 있다.

또한, 특허 문헌 2에 기재된 로터리 2단 압축기에서는, 고단 압축부의 흡입구의 위상을 저단 압축부의 흡입구의 위상과 어긋나게 하고 있기 때문에, 고단 압축부의 압축실 내에 사용적(死容積)이 증대해, 압축 효율의 저하를 초래하게 된다는 문제점도 있다.

또한, 특허 문헌 3에 기재된 로터리 2단 압축기에서는, 중간 유로의 설치 영역이 좁기 때문에, 중간 유로의 유로 면적에 제약이 생기고, 압손에 의한 효율의 저하를 초래하게 된다는 문제점도 있다.

본 발명은, 상술한 바와 같은 과제의 적어도 하나를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 고단 압축부에 도입되는 냉매의 추종성을 향상시켜서 중간 유로에서의 압력 맥동을 억제할 수 있고, 저부하 운전시의 운전 효율의 저하를 방지할 수 있는 로터리 2단 압축기를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 로터리 2단 압축기는, 밀폐 용기와, 그 밀폐 용기의 내부에 배치된 압축 기구부와, 상기 밀폐 용기의 내부에 배치되고, 상기 압축 기구부의 구동원이 되는 전동기와, 당해 전동기의 구동력을 상기 압축 기구부에 전달하는 구동축을 구비하고, 상기 압축 기구부는, 저단 프레임과, 저단 압축실이 되는 제 1 관통구멍이 형성되고, 상기 저단 프레임에 의해 상기 제 1 관통구멍의 일방의 개구부가 폐색된 저단 실린더와, 상기 제 1 관통구멍의 타방의 개구부를 폐색하는 중간 칸막이판과, 고단 압축실이 되는 제 2 관통구멍이 형성되고, 상기 중간 칸막이판에 의해 상기 제 2 관통구멍의 일방의 개구부가 폐색된 고단 실린더와, 상기 제 2 관통구멍의 타방의 개구부를 폐색하는 고단 프레임과, 상기 구동축의 편심부에 마련되고, 상기 저단 압축실의 내부를 편심 회전 운동하는 저단 롤링 피스톤과, 상기 구동축의 편심부에 마련되고, 상기 고단 압축실의 내부를 편심 회전 운동하는 고단 롤링 피스톤과, 상기 저단 압축실의 내부를 흡입 공간과 압축 공간으로 구획하는 저압 베인과, 상기 고단 압축실의 내부를 흡입 공간과 압축 공간으로 구획하는 고압 베인을 가지며, 저단 프레임, 저단 실린더, 중간 칸막이판, 고단 실린더 및 고단 프레임이 순차적으로 적층되어, 저단 압축부 및 고단 압축부가 형성된 것이고, 상기 저단 압축부의 저압 흡입구에 접속된 배관으로부터 흡입한 냉매를 상기 저단 압축실에서 압축하고, 당해 냉매를 중간 유로를 통하여 상기 고단 압축실에 도입하여 재차 압축하고, 상기 고단 압축실에서 압축된 냉매를 상기 밀폐 용기의 내부 공간인 토출압 공간에 토출하는 로터리 2단 압축기로서,

상기 저단 압축실에서 압축된 냉매를 토출하는 저단 토출구가, 상기 저단 프레임에 형성되고, 당해 저단 토출구를 덮으며, 내부에 저단 토출 공간을 형성하는 저단 커버를 구비하고, 상기 중간 유로는, 상기 저단 프레임, 상기 저단 실린더 및 상기 중간 칸막이판을 관통하여 형성되고, 상기 저단 토출 공간과 상기 고단 압축실을 연통하고 있고, 상기 저단 커버에는, 부하가 소정의 부하보다도 작은 때에 개구하고, 상기 저단 토출 공간과 상기 토출압 공간을 연통하는 바이패스 기구를 구비한 것이다.

본 발명에 관한 로터리 2단 압축기에서는, 중간 유로를 밀폐 용기 외로 연출(延出)하여 형성하는 일 없이 압축 기구부 내에 형성하고 있기 때문에, 중간 유로를 짧게 형성할 수 있다. 이 때문에, 고단 압축부에 도입되는 냉매의 추종성을 향상시키고, 중간 유로로의 압력 맥동을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 로터리 2단 압축기는, 부하가 소정의 부하보다도 작은 때에 개구하고, 상기 저단 토출 공간과 상기 토출압 공간을 연통하는 바이패스 기구를 구비하고 있다. 이 때문에, 저부하 운전시에는, 저단 압축부가 압축한 냉매를 고단 압축부에 압축시키는 일 없이 바이패스하여 히트 펌프 사이클에 토출할 수 있다. 따라서 본 발명에 관한 로터리 2단 압축기는, 저부하 운전시에 발생하는 과압축 손실을 저감할 수 있고, 저부하 운전시의 운전 효율의 저하를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태에 관한 2단 압축기를 도시하는 종단면도.
도 2는 도 1의 A-A 단면도.
도 3은 도 1의 B-B 단면도.
도 4는 도 1의 C-C 단면도.
도 5는 도 1의 D-D 단면도.
도 6은 도 1의 E-E 단면도.
도 7은 본 실시의 형태에 관한 2단 압축기와 종래의 로터리 2단 압축기와의 운전 효율을 비교한 도면.

실시의 형태

이하, 본 발명에 관한 로터리 2단 압축기의 한 예(2단 압축기(100))의 구성에 관해 설명한다.

도 1은, 본 발명의 실시의 형태에 관한 2단 압축기를 도시하는 종단면도이다. 또한, 도 2는 도 1의 A-A 단면도를 도시하고, 도 3은 도 1의 B-B 단면도를 도시하고, 도 4는 도 1의 C-C 단면도를 도시하고, 도 5는 도 1의 D-D 단면도를 도시하고, 도 6은 도 1의 E-E 단면도를 도시한다. 그리고, 도 1은, 2단 압축기(100)의 구성의 이해를 용이하게 하기 위해, 복수의 절단 위치에서 절단된 종단면을 조합시킨 도면으로 되어 있다. 그 때문에, 평면으ㅁ로 본 때 또는 저면으로 본 때에 있어서의 각 구성의 정확한 위치는, 도 2 내지 도 6에 도시하는 위치가 된다.

본 실시의 형태에 관한 2단 압축기(100)는, 압축 기구부(3)에 2개의 압축부(저단 압축부(10)와 고단 압축부(30))를 구비하는 것이다. 이 2단 압축기(100)는, 전동기(2)(모터부), 저단 압축부(10), 고단 압축부(30), 저단 커버(19), 고단 커버(39), 저단 프레임(14), 고단 프레임(34), 중간 칸막이판(50), 및, 구동축(4) 등을 구비하고 있다. 보다 상세하기는, 밀폐 용기(1)의 내부에는, 하부로부터 상부에 걸쳐서, 고단 커버(39), 고단 프레임(34), 고단 압축부(30), 중간 칸막이판(50), 저단 압축부(10), 저단 프레임(14), 저단 커버(19), 및 전동기(2)의 순서로 배치되어 있다. 또한, 구동축(4)은, 밀폐 용기(1)의 상하 방향에 따라서 마련되어 있고, 밀폐 용기(1)의 하부(즉, 구동축(4)의 하단부)에는, 윤활유(6a)를 저장하는 윤활유 저장부(6)가 형성되어 있다. 이 윤활유(6a)는, 압축 기구부(3)나 축받이부 등을 윤활하는 것이다.

압축 기구부(3)의 저단 압축부(10)는, 저단 실린더(11), 저단 롤링 피스톤(12) 및 저단 베인(26)(도 4 참조) 등으로 구성되어 있다. 저단 실린더(11)는, 개략 평판 형상을 하고 있고, 개략 중심부에는 저단 압축실(15)이 되는 개략 원통형상의 관통구멍이 형성되어 있다. 이 관통구멍은, 상부 개구가 저단 프레임(14)에 의해 폐색되고, 하부 개구가 중간 칸막이판(50)에 의해 폐색되고, 저단 압축실(15)이 형성되어 있다. 또한, 저단 압축실(15)에는, 저단 흡입구(21)와, 저단 프레임(14)에 형성된 저단 토출구(16)가 연통하고 있다. 저단 흡입구(21)는, 밀폐 용기(1)의 외부에 마련된 연결관(9) 및 흡입 머플러(7)를 통하여, 흡입관(8)과 접속되어 있다. 즉, 저단 흡입구(21)는, 히트 펌프 사이클의 저압측과 접속되게 된다. 또한, 저단 토출구(16)에는, 판형상의 저단 토출 밸브(17)와 저단 밸브 누르개(18)가 리벳(18a)에 의해 부착된 리드 밸브가 마련되어 있다(도 3 참조). 이 리드 밸브의 저단 토출 밸브(17)를 밀어올려서 저단 토출구(16)를 엶에 의해, 저단 압축실(15)이 후술하는 저단 토출 공간(20)에 연통하게 된다.

저단 압축실(15)에는, 저단 롤링 피스톤(12)과 저단 베인(26)이 마련되어 있다. 저단 롤링 피스톤(12)은, 개략 원통형상을 하고 있고, 구동축(4)의 편심부에 마련되어 있다. 저단 베인(26)은, 저단 실린더(11)에 형성된 저단 베인 홈(27)에 활주 자유롭게 마련되어 있다. 또한, 저단 베인(26)은, 스프링 등의 가세 부재에 의해 구동축(4) 방향으로 가세되어 있고, 그 선단부가 저단 롤링 피스톤(12)의 외주부에 추종 자유롭게 되어 있다. 이에 의해, 저단 압축실(15)은, 저단 흡입구(21)가 연통하는 흡입 공간과, 저단 토출구(16)가 연통하는 압축 공간으로 구획된다. 도 3 및 도 4로 부터 알 수 있는 바와 같이, 저단 압축실(15)의 저단 흡입구(21)는, 평면으로 보았을 때, 저단 베인(26)의 좌측 부근에서 저단 압축실(15)과 연통하고 있다. 또한, 저단 토출구(16)는, 평면으로 보았을 때, 저단 베인(26)의 우측 부근에서 저단 압축실(15)과 연통하고 있다.

고단 압축부(30)는, 고단 실린더(31), 고단 롤링 피스톤(32) 및 고단 베인(42)(도 5 참조) 등으로 구성되어 있다. 고단 실린더(31)는, 개략 평판 형상을 하고 있고, 개략 중심부에는 고단 압축실(35)이 되는 개략 원통형상의 관통구멍이 형성되어 있다. 이 관통구멍은, 상부 개구가 중간 칸막이판(50)에 의해 폐색되고, 하부 개구가 고단 프레임(34)에 의해 폐색되어, 고단 압축실(35)이 형성되어 있다. 고단 압축실(35)은, 저단 압축실(15)보다도 용적이 작아지도록 형성되어 있다. 또한, 고단 압축실(35)에는, 고단 실린더(31)에 형성된 고단 흡입구(41)와, 고단 프레임(34)에 형성된 고단 토출구(36)가 연통하고 있다. 고단 압축부(30)의 고단 흡입구(41)는, 후술하는 저단 토출 공간(20) 및 중간 유로(51)를 통하여, 저단 압축부(10)의 저단 토출구(16)와 연통 가능하게 되어 있다. 또한, 고단 토출구(36)에는, 판형상의 고단 토출 밸브(37)와 고단 밸브 누르개(38)가 리벳(38a)에 의해 부착된 리드 밸브가 마련되어 있다(도 6 참조). 이 리드 밸브의 고단 토출 밸브(37)를 밀어올려서 고단 토출구(36)를 열음에 의해, 고단 압축실(35)이 후술하는 고단 토출 공간(40)에 연통하게 된다.

고단 압축실(35)에는, 고단 롤링 피스톤(32)과 고단 베인(42)이 마련되어 있다. 고단 롤링 피스톤(32)은, 개략 원통형상을 하고 있고, 구동축(4)의 편심부에 마련되어 있다. 본 실시의 형태에서는, 고단 롤링 피스톤(32)은, 평면으로 보았을 때, 저단 롤링 피스톤(12)과 개략 역위상(구동축(4)의 회전축을 중심으로 하여 개략 180°회전한 위치)으로 되어 있다. 고단 베인(42)은, 고단 실린더(31)에 형성된 고단 베인 홈(43)에 활주 자유롭게 마련되어 있다. 또한, 고단 베인(42)은, 스프링 등의 가세 부재에 의해 구동축(4) 방향으로 가세되어 있고, 그 선단부가 고단 롤링 피스톤(32)의 외주부에 추종 자유롭게 되어 있다. 이에 의해, 고단 압축실(35)은, 고단 흡입구(41)가 연통하는 흡입 공간과, 고단 토출구(36)가 연통한 압축 공간으로 구획된다. 도 5 및 도 6으로 부터 알 수 있는 바와 같이, 고단 흡입구(41)는, 평면으로 보았을 때, 고단 베인(42)의 좌측 부근에서 고단 압축실(35)과 연통하고 있다. 또한, 고단 토출구(36)는, 평면으로 보았을 때, 고단 베인(42)의 우측 부근에서 고단 압축실(35)과 연통하고 있다.

또한, 도 3 내지 도 6으로 부터 알 수 있는 바와 같이, 저단 압축실(15)의 저단 흡입구(21)와 고단 압축실(35)의 고단 흡입구(41)는, 평면으로 보았을 때, 개략 같은 위상으로 되어 있다. 저단 토출구(16)와 고단 토출구(36)는, 평면으로 보았을 때, 거의 같은 위상으로 되어 있다. 이 때문에, 본 실시의 형태에 관한 2단 압축기(100)는, 특허 문헌 2에 나타낸 로터리 2단 압축기와 달리, 고단 압축실(35)의 사용적이 증대하지 않고, 압축 효율이 저하되는 일이 없다.

저단 프레임(14)은, 상부 축받이부를 구비하고, 구동축(4)의 개략 중간부를 회전 자유롭게 지지한다. 저단 프레임(14)에는, 상술한 바와 같이 저단 압축부(10)의 저단 토출구(16)가 형성되어 있다. 저단 커버(19)는, 하부가 개구한 컵 형상의 용기로 되어 있다. 이 저단 커버(19)는, 저단 토출구(16)를 상방에서 덮도록 마련되고, 내부에, 저단 토출 공간(20)을 형성하고 있다.

또한, 저단 토출 공간(20)에는, 중간 유로(51)도 연통하고 있다. 이 중간 유로(51)는, 저단 프레임(14), 저단 실린더(11) 및 중간 칸막이판(50)을 상하 방향으로 관통하고, 저단 토출 공간(20)과 고단 흡입구(41)를 연통하고 있다. 즉, 저단 토출 공간(20)에 유입한 냉매는, 중간 칸막이판(50)을 통하여 고단 압축부(30)에 흡입되게 된다.

또한, 평면으로 보았을 때, 이 중간 유로(51)는, 저단 실린더(11)를 관통할 때, 저단 베인(26)의 좌측으로서, 저단 흡입구(21)보다도 저단 베인(26)(즉, 저단 베인 홈(27))으로부터 떨어진 위치를 관통하고 있다. 환언하면, 구동축(4)의 중심축을 기준으로 하여, 저단 베인(26)으로부터 저단 흡입구(21)까지의 거리가 가까운 측의 회전 방향을 정방향이라고 한 경우(도 4에 도시하는 화살표 방향), 중간 유로(51)는, 정방향에서, 저단 흡입구(21)보다도 하류측에 형성되어 있다.

고단 프레임(34)은, 하부 축받이부를 구비하고, 구동축(4)의 하단부를 회전 자유롭게 지지한다. 고단 프레임(34)에는, 상술한 바와 같이 고단 압축부(30)의 고단 토출구(36)가 형성되어 있다. 고단 커버(39)는, 상부가 개구한 컵 형상의 용기로 되어 있다. 이 고단 커버(39)는, 고단 토출구(36)를 하방에서 덮도록 마련되고, 내부에, 고단 토출 공간(40)을 형성하고 있다.

또한, 고단 토출 공간(40)에는, 밀폐 용기(1)의 내부 공간이과 연통하는 토출 유로(52)가 형성되어 있다. 이 토출 유로(52)는, 고단 프레임(34), 고단 실린더(31), 중간 칸막이판(50), 저단 실린더(11) 및 저단 프레임(14)을 상하 방향으로 관통하고, 고단 토출 공간(40)과 밀폐 용기(1)의 내부 공간을 연통하고 있다. 즉, 본 실시의 형태에 관한 2단 압축기(100)는, 밀폐 용기(1) 내가 토출압 공간(53)(정상 운전시, 고단 압축부(30)로부터 토출된 고압 냉매의 압력이 되는 공간)이 되는 내부 고압형의 압축기이다. 밀폐 용기(1)의 예를 들면 상부에는 토출관(5)이 마련되어 있고, 밀폐 용기(1)에 토출된 고압 냉매는, 이 토출관(5)로부터 외부에 토출되게 된다. 또한, 평면으로 보았을 때, 이 토출 유로(52)는, 중간 유로(51)에 대해, 구동축(4)의 중심축을 기준으로 한 점대칭의 위치에서 관통하고 있다.

전동기(2)는 저단 압축부(10) 및 고단 압축부(30)의 구동원이 되는 것이다. 이 전동기(2)는, 고정자(2a) 및 회전자(2b)를 구비하고 있다. 고정자(2a)는, 개략 원통형상을 하고 있고, 밀폐 용기(1)의 내주부에 고정되어 있다. 회전자(2b)는, 개략 원통형상을 하고 있고, 소정의 간극을 통하여 고정자(2a)의 내주부에 배치되어 있다. 또한, 회전자(2b)의 내주부에는, 구동축(4)의 상단부가 삽입되어 있다.

또한, 본 실시의 형태에 관한 2단 압축기(100)는, 저단 커버(19)에 인젝터(60)가 마련되어 있다. 이 인젝터(60)는, 일방의 단부가 저단 토출 공간(20)에 개구하고 있고, 타방의 단부에는 인젝션 파이프(61)가 접속되어 있다. 그리고 인젝터(60)는, 2단 압축기(100) 이외의 히트 펌프 사이클 내의 냉매를, 저단 압축부(10)로부터 토출된 냉매로 인젝션하기 위한 것이다. 이 때문에, 인젝터(60)의 접속 위치는, 저단 커버(19)로 한정되는 것이 아니고, 저단 압축부(10)로부터 토출된 냉매가 고단 압축부(30)에 흡입되기 까지의 유로(저단 토출 공간)라면, 임의의 위치에 접속하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시의 형태에 관한 2단 압축기(100)는, 저단 커버(19)에, 저단 토출 공간(20)과 밀폐 용기(1)의 내부 공간인 토출압 공간(53)을 연통하는 바이패스구(23)가 형성되어 있다. 바이패스구(23)에는, 판형상의 바이패스 밸브(24)와 바이패스 밸브 누르개(25)가 리벳(29)에 의해 부착된 리드 밸브가 마련되어 있다(도 2 참조). 이들을 바이패스 기구라고 부른다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 바이패스구(23)와 중간 유로(51)의 위치 관계가 도 2에 도시하는 바와 같이 되어 있다. 즉, 구동축(4)의 중심축을 기준으로 하여, 저단 토출구(16)로부터 바이패스구(23)까지의 거리가 가까운 측의 회전 방향을 정방향이라고 한 경우(도 2에 도시하는 화살표 방향), 중간 유로(51)는, 정방향에서, 바이패스구(23)보다도 하류측에 형성되어 있다.

다음에, 2단 압축기(100)의 동작에 관해 설명한다.

전력이 공급되면, 전동기(2)가 동작한다. 전동기(2)와 압축 기구부(3)는, 구동축(4)에 의해 접속되어 있고, 전동기(2)에서 발생한 동력이 구동축(4)을 통하여 압축 기구부(3)에 전달된다. 구체적으로는, 전력의 공급을 받으면, 전동기(2)의 회전자(2b)가 회전한다. 회전자(2b)가 회전하면, 회전자(2b)에 감삽(嵌揷)된 구동축(4)도 회전한다. 그리고, 구동축(4)이 회전하면, 구동축(4)이 삽입된 저단 롤링 피스톤(12) 및 고단 롤링 피스톤(32)이, 각각 저단 압축실(15) 및 고단 압축실(35)과 내부에서 편심 회전한다. 저단 롤링 피스톤(12)과 고단 롤링 피스톤(32)이 편심 회전함에 의해, 저단 압축부(10)와 고단 압축부(30)에서 냉매가 압축된다.

이처럼 동작한 2단 압축기(100) 내에는, 다음과 같이 냉매가 흐른다.

우선, 외부로부터 흡입관(8)을 통하여, 저압의 냉매가 흡입 머플러(7)에 유입한다. 흡입 머플러(7)에 유입한 저압의 냉매는, 연결관(9)를 통하여 저단 압축실(15)에 흡입된다. 저단 압축실(15)에 흡입된 저압의 냉매는, 저단 압축실(15) 내에서 중간압까지 압축된다. 냉매가 중간압까지 압축되면, 저단 압축실(15) 내의 냉매와 저단 토출 공간(20) 내의 냉매와의 압력차에 의해 저단 토출 밸브(17)가 열리고, 저단 압축실(15) 내의 냉매가 저단 토출구(16)로부터 저단 토출 공간(20)에 토출된다. 여기서, 중간압은, 저단 압축실(15)의 흡입실의 용적과 고단 압축실(35)의 흡입실의 용적의 비로부터 결정되는 압력이다.

저단 토출 공간(20)에 토출한 중간압의 냉매는, 중간 유로(51)를 통하여 고단 압축실(35)에 흡입된다. 고단 압축실(35)에 흡입된 중간압의 냉매는, 고단 압축실(35) 내에서 토출압까지 압축된다. 냉매가 토출압까지 압축되면, 고단 압축실(35) 내의 냉매와 고단 토출 공간(40) 내의 냉매와의 압력차에 의해 고단 토출 밸브(37)가 열리고, 고단 압축실(35) 내의 냉매가 고단 토출구(36)로부터 고단 토출 공간(40)에 토출된다. 고단 토출 공간(40)에 토출된 토출압의 냉매는, 토출 유로(52)를 통하여 저단 압축부(10)의 상방의 토출압 공간(53)에 토출된다. 그리고, 토출압 공간(53)에 토출된 토출압의 냉매는, 토출관(5)으로부터 외부에 토출된다.

그리고, 2단 압축기(100)를 구비하는 히트 펌프 장치(2단 압축기(100)를 이용한 히트 펌프 사이클)에서 인젝션 운전이 되고 있는 경우에는, 도 1에 도시하는 인젝션 파이프(61)로부터 인젝터(60)를 통하여, 주입 냉매가 저단 토출 공간(20)에 주입된다. 인젝션 냉매는, 저단 압축실(15)로부터 토출된 중간압의 냉매와 저단 토출 공간(20)에서 혼합되고, 고단 압축부(30)에서 압축된다.

히트 펌프 장치의 부하가 작은 경우(이하, 저부하 운전시라고도 한다) 등, 저단 압축부(10)에 의한 압축만으로, 토출압(환언하면, 응축기에 유입하는 냉매의 압력)이 되어 버리는 과압축 상태가 되는 경우가 있다. 즉, 상술한 냉매의 중간압이, 필요한 토출압보다 높은 압력이 되어 버리는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 본 실시의 형태에 관한 2단 압축기(100)에서는, 저단 토출 공간(20)의 냉매와 토출압 공간(53)의 냉매와의 압력차에 의해 바이패스 밸브(24)가 열리고, 저단 토출 공간(20)의 냉매가 바이패스구(23)로부터 토출압 공간(53)에 토출되는 구성으로 하고 있다. 환언하면, 본 실시의 형태에 관한 2단 압축기(100)는, 저단 토출 공간(20) 내의 압력이 토출압 공간(53)의 압력보다도 소정치 이상 커진 경우, 바이패스 밸브(24)가 변형하여 바이패스구(23)를 여는 구성으로 되어 있다. 즉, 저단 압축부(10)로부터 저단 토출 공간(20)에 토출된 냉매는, 고단 압축부(30)에서 압축되는 일 없이, 바이패스하여 토출압 공간(53)에 토출된다.

과압축 상태에서는, 저단 압축부(10)에 의한 압축만으로 토출압이 되어 있기 때문에, 고단 압축부(30)에 의한 압축은 쓸데없고, 고단 압축부(30)에서 압축을 행하면 효율이 악화한다. 그러나, 2단 압축기(100)에서는, 과압축 상태가 된 경우에, 저단 압축부(10)에서 압축한 냉매를 고단 압축부(30)를 바이패스하여 토출시킨다. 그 때문에, 과압축 상태가 발생한 경우에 있어서 손실(과압축 손실)을 억제할 수 있고, 저부하 운전시에 있어서 운전 효율을 향상시킬 수 있다.

특히, 본 실시의 형태에 관한 2단 압축기(100)는, 저단 커버(19)에 바이패스구(23)가 형성되어 있다. 이 때문에, 바이패스구(23)로부터 토출압 공간(53)에 토출된 냉매는, 중간 유로(51)를 통과하는 일 없이, 밀폐 용기(1) 내의 토출압 공간(53)에 토출된다. 즉, 바이패스구(23)로부터 토출압 공간(53)에 토출되는 냉매는, 중간 유로(51)를 통과함에 의한 압축 손실이 생기는 일 없이, 바이패스구(23)로부터 토출압 공간(53)에 토출된다. 따라서 저부하 운전시에 있어서, 효과적으로 과압축 손실을 억제할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 밀폐 용기(1)의 하측은, 윤활유 저장부(6)를 형성하고 있고, 윤활유(6a)가 봉입되어 있다. 윤활유(6a)는, 압축 기구부(3)의 기계 부분에 공급되기 때문에, 적어도 상측에 배치된 압축부(도 1에서는 저단 압축부(10))까지 잠기는 양이 봉입되어 있다. 일반적인 로터리 2단 압축기(특허 문헌 1 내지 특허 문헌 3 참조)에서는, 로터리 2단 압축기를 세로놓기(縱置)하는 경우, 저단 압축부가 고단 압축부의 하측에 마련된다. 이 때문에, 특허 문헌 2 및 특허 문헌 3에 기재된 로터리 2단 압축기와 같이, 저단 압축부에서 압축한 냉매를 저단 커버 내(저단 토출 공간)에 토출하는 로터리 2단 압축기에서는, 저단 토출 공간이 저단 압축부의 하측에 마련되게 된다. 즉, 저단 커버는, 저단 압축부의 하측에 마련되게 된다. 따라서 저단 커버는, 윤활유에 잠긴 상태가 된다. 이 경우, 저단 커버에 본 실시의 형태에 관한 바이패스구(23)를 형성하려고 하면, 윤활유가 바이패스구(23)로부터 저단 토출 공간에 침입하여 버린다. 또한, 바이패스구(23)로부터 냉매를 토출할 때에 윤활유를 말아 올려버려서, 로터리 2단 압축기로부터의 윤활유의 유출을 증가시켜 버린다. 이 때문에, 일반적인 로터리 2단 압축기에서는, 저단 커버에 본 실시의 형태에 관한 바이패스구(23)를 형성할 수가 없다. 따라서 특허 문헌 2 및 특허 문헌 3에 기재된 로터리 2단 압축기로는, 로터리 2단 압축기를 세로놓기 한 경우, 저단 토출 공간과 고단 압축부를 연결하는 좁고 가는 유로에 바이패스구(23)를 마련할 수밖에 없다.

그러나, 본 실시의 형태에 관한 2단 압축기(100)는, 세로놓기 한 경우, 통상과는 역으로, 저단 압축부(10)를 고단 압축부(30)의 상측에 마련하고 있다. 이 때문에, 저단 토출 공간(20)은 저단 압축부(10)의 상측에 마련되고, 저단 커버(19)는 윤활유(6a)에 잠기는 일이 없는 높이로 할 수 있다. 그 결과, 저단 커버(19)에 바이패스구(23)를 마련할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에 관한 2단 압축기(100)는, 중간 유로(51)가 아니라, 저단 커버(19)에 바이패스구(23)를 마련하였기 때문에, 바이패스 밸브(24)를 간단한 구조의 리드 밸브로 할 수 있다. 이 때문에, 바이패스 밸브(24) 및 바이패스 밸브 누르개(25)를, 저단 토출 밸브(17) 및 저단 밸브 누르개(18)나 고단 토출 밸브(37) 및 고단 밸브 누르개(38)와 동일한 부품으로 하는 것이 가능해진다. 부품을 공통화함에 의해, 비용을 낮게 억제할 수 있다. 또한, 바이패스 밸브(24)의 구조가 간단하게 되기 때문에, 조립에 걸리는 비용을 낮게 억제하는 것도 가능하다.

다음에, 본 실시의 형태에 관한 2단 압축기(100)의 중간 유로(51)의 특징에 관해 설명한다.

상술한 바와 같이, 중간 유로(51)는, 저단 프레임(14), 저단 실린더(11) 및 중간 칸막이판(50)을 상하 방향으로 관통하고, 저단 토출 공간(20)과 고단 흡입구(41)를 연통하고 있다. 즉, 저단 압축부(10)에서 압축된 냉매는, 저단 토출 공간(20)에 토출된 후에 중간 유로(51)에 유입한다. 이 때문에, 특허 문헌 1에 기재된 로터리 2단 압축기와 달리, 중간 칸막이판(50)에 저단 압축부(10)의 토출 공간을 형성할 필요가 없다. 이 때문에, 본 실시의 형태에 관한 2단 압축기(100)는, 특허 문헌 1에 기재된 로터리 2단 압축기와 달리, 구동축(4)의 축받이부로서도 기능하는 저단 프레임(14)과 고단 프레임(34)의 거리를 작게 할 수 있고, 2단 압축기(100)(보다 상세하게는, 구동축(4)의 축받이부로서도 기능하는 저단 프레임(14)과 고단 프레임(34))의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 중간 유로(51)는, 저단 흡입구(21)보다도 저단 베인(26)(환언하면, 저단 베인 홈(27))으로부터 떨어진 위치, 즉, 저단 흡입구(21)와 저단 베인(26)(환언하면, 저단 베인 홈(27))과의 사이가 아닌 위치에 형성되어 있다. 이 때문에, 본 실시의 형태에 관한 중간 유로(51)는, 특허 문헌 3에 기재된 중간 유로와 달리, 유로 면적을 크게 확보할 수 있고, 압력 손실에 의한 효율 저하의 요인을 배제할 수 있다. 또한, 저단 흡입구(21)와 저단 베인(26)(환언하면, 저단 베인 홈(27))에 중간 유로(51)가 간섭하지 않기 때문에, 유로의 설치 자유도가 늘어난다. 또한, 도 4 등에서는, 개구부가 개략 원형 형상을 한 중간 유로(51)가 도시되어 있지만, 개구부가 저단 토출구(16)의 면적보다 크게 형성되어 있으면 어떤 형상이라도 좋다.

중간 유로 내는 유입하는 냉매량이나 밀도의 소밀(疏密)에 의해, 압력 맥동이 발생하고 있다. 특히 인버터 제어의 로터리 2단 압축기에서는, 회전수가 증감하기 때문에 압력 맥동이 발생하기 쉽다. 중간 유로가 밀폐 용기의 외부에 배치된 종래의 로터리 2단 압축기에서는, 고단 압축부에 도입되는 냉매의 추종성이 나쁘기 때문에, 이 중간 유로 내의 압력 맥동을 공명에 의해 소산(消散)시키는데는, 몇 종류의 유로관 길이의 중간 유로를 설정하여야 한다. 그러나, 본 실시의 형태에 관한 2단 압축기(100)는, 중간 유로(51)를 압축 기구부(3) 내에 마련함에 의해 유로 길이를 단축하고 있기 때문에, 저단 압축부(10)로부터 고단 압축부(30)에 도입되는 냉매의 추종성이 개선되어, 압력 맥동을 억제할 수 있기 때문에, 운전 효율을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 구동축(4)의 중심축을 기준으로 하여, 저단 토출구(16)로부터 바이패스구(23)까지의 거리가 가까운 측의 회전 방향을 정방향이라고 한 경우(도 2에 도시하는 화살표 방향), 중간 유로(51)는, 정방향에서, 바이패스구(23)보다도 하류측에 형성되어 있다. 이 정방향은, 저단 토출구(16)로부터 바이패스구(23)에 흐르는 냉매의 주류(主流) 방향이다. 바이패스구(23) 및 중간 유로(51)를 이와 같은 위치 관계로 배치함에 의해, 저단 압축부(10)로부터 토출된 과압축 상태의 냉매는, 바이패스 기구(바이패스구(23), 바이패스 밸브(24) 및 바이패스 밸브 누르개(25))에 의해, 중간 유로(51)에 도달하기 전에 바이패스구(23)로부터 밀폐 용기(1) 내에 토출되게 된다. 이 때문에, 토출압 공간(53)에 토출된 냉매는, 보다 확실하게 중간 유로(51)를 통과하는 일 없이 토출압 공간(53)에 토출되게 되어, 상기 바이패스 기구의 효과가 커진다. 한편, 중간 유로를 밀폐 용기(1)의 외부에 배치한 종래의 로터리 2단 압축기에 본 발명에 관한 바이패스 기구(저압 커버에 마련된 바이패스 기구)를 마련하여도, 중간 유로의 유로 길이가 길어지기 때문에, 바이패스구(23)로부터 과압축 상태의 냉매를 완전히 토출되지가 않아, 과압축 상태의 냉매의 일부가 고단 압축부에 유입하여 필요없은 압축이 발생하기 때문에, 효율이 악화한다.

최후로, 본 실시의 형태에 관한 2단 압축기(100)의 운전 효율의 개선 효과에 관해 기술한다.

도 7은, 본 실시의 형태에 관한 2단 압축기와 종래의 로터리 2단 압축기와의 운전 효율을 비교한 도면이다. 그리고, 도 7에 나타내는 종래의 로터리 2단 압축기는, 중간 유로가 밀폐 용기의 외부에 배치된 내부 고압형의 로터리 2단 압축기로서, 본 실시의 형태와 같은 바이패스 기구를 구비하지 않은 것으로 되어 있다. 또한, 도 7은, 종래의 로터리 2단 압축기의 운전 효율을 기준(100%)으로 하여, 본 실시의 형태에 관한 2단 압축기(100)의 운전 효율을 나타내고 있다.

정상 운전시(도 7에 도시하는 정격 조건)의 운전 효율을 비교하면, 본 실시의 형태에 관한 2단 압축기(100)의 운전 효율은, 개략 102%가 되고, 종래의 로터리 2단 압축기보다도 약 2% 운전 효율이 향상하고 있다. 이 결과로부터, 중간 유로(51)를 압축 기구부(3) 내에 형성함에 의해, 고단 압축부(30)에 도입되는 냉매의 추종성을 향상시켜서 중간 유로로의 압력 맥동을 억제할 수 있고, 운전 효율이 향상시켜짐을 알 수 있다.

저부하 운전시(도 7에 도시하는 저부하 조건)의 운전 효율을 비교하면, 본 실시의 형태에 관한 2단 압축기(100)의 운전 효율은, 개략 101.5%가 되어, 종래의 로터리 2단 압축기보다도 개략 1/5% 운전 효율이 향상하고 있다. 이 결과로부터, 본 실시의 형태에 관한 2단 압축기(100)는, 저단 커버(19)에 바이패스 기구(바이패스구(23), 바이패스 밸브(24) 및 바이패스 밸브 누르개(25))를 마련함에 의해, 과압축 상태가 된 경우에 저단 압축부(10)에서 압축한 냉매를 고단 압축부(30)를 바이패스하여 토출시킬 수 있고, 운전 효율이 향상시켜짐을 알 수 있다.

또한, 중간 유로(51)를 압축 기구부(3) 내에 형성한 2단 압축기(100)는, 중간 유로에서 되는 부재가 밀폐 용기(1)로부터 돌출하지 않기 때문에, 소형화, 포장 및 운반의 용이성, 분해의 용이성 등의 효과를 얻을 수도 있다.

1 : 밀폐 용기 2 : 전동기
2a : 고정자 2b : 회전자
3 : 압축 기구부 4 : 구동축
5 : 토출관 6 : 윤활유 저장부
6a : 윤활유 7 : 흡입 머플러
8 : 흡입관 9 : 연결관
10 : 저단 압축부 11 : 저단 실린더
12 : 저단 롤링 피스톤 14 : 저단 프레임
15 : 저단 압축실 16 : 저단 토출구
17 : 저단 토출 밸브 18 : 저단 밸브 누르개
18a : 리벳 19 : 저단 커버
20 : 저단 토출 공간 21 : 저단 흡입구
23 : 바이패스구 24 : 바이패스 밸브
25 : 바이패스 밸브 누르개 26 : 저단 베인
27 : 저단 베인 홈 29 : 리벳
30 : 고단 압축부 31 : 고단 실린더
32 : 고단 롤링 피스톤 34 : 고단 프레임
35 : 고단 압축실 36 : 고단 토출구
37 : 고단 토출 밸브 38 : 고단 밸브 누르개
38a : 리벳 39 : 고단 커버
40 : 고단 토출 공간 41 : 고단 흡입구
42 : 고단 베인 43 : 고단 베인 홈
50 : 중간 칸막이판 51 : 중간 유로
52 : 토출 유로 53 : 토출압 공간
60 : 인젝터 61 : 인젝션 파이프
100 : 2단 압축기

Claims

밀폐 용기와,
그 밀폐 용기의 내부에 배치된 압축 기구부와,
상기 밀폐 용기의 내부에 배치되고, 상기 압축 기구부의 구동원이 되는 전동기와,
당해 전동기의 구동력을 상기 압축 기구부에 전달하는 구동축을 구비하고,
상기 압축 기구부는,
저단 프레임과,
저단 압축실이 되는 제 1 관통구멍이 형성되고, 상기 저단 프레임에 의해 상기 제 1 관통구멍의 일방의 개구부가 폐색된 저단 실린더와,
상기 제 1 관통구멍의 타방의 개구부를 폐색하는 중간 칸막이판과,
고단 압축실이 되는 제 2 관통구멍이 형성되고, 상기 중간 칸막이판에 의해 상기 제 2 관통구멍의 일방의 개구부가 폐색된 고단 실린더와,
상기 제 2 관통구멍의 타방의 개구부를 폐색하는 고단 프레임과,
상기 구동축의 편심부에 마련되고, 상기 저단 압축실의 내부를 편심 회전 운동하는 저단 롤링 피스톤과,
상기 구동축의 편심부에 마련되고, 상기 고단 압축실의 내부를 편심 회전 운동하는 고단 롤링 피스톤과,
상기 저단 압축실의 내부를 흡입 공간과 압축 공간으로 구획하는 저압 베인과,
상기 고단 압축실의 내부를 흡입 공간과 압축 공간으로 구획하는 고압 베인을 가지며,
저단 프레임, 저단 실린더, 중간 칸막이판, 고단 실린더 및 고단 프레임이 순차적으로 적층되어, 저단 압축부 및 고단 압축부가 형성된 것이고,
상기 저단 압축부의 상기 저단 압축실의 저압 흡입구에 접속된 배관으로부터 흡입한 냉매를 상기 저단 압축실에서 압축하고, 당해 냉매를 중간 유로를 통하여 상기 고단 압축실에 도입하여 재차 압축하고, 상기 고단 압축실에서 압축된 냉매를 상기 밀폐 용기의 내부 공간인 토출압 공간에 토출하는 로터리 2단 압축기로서,
상기 저단 압축실에서 압축된 냉매를 토출하는 저단 토출구가, 상기 저단 프레임에 형성되고,
당해 저단 토출구를 덮으며, 내부에 저단 토출 공간을 형성하는 저단 커버를 구비하고,
상기 중간 유로는, 상기 저단 프레임, 상기 저단 실린더 및 상기 중간 칸막이판을 관통하여 형성되고, 상기 저단 토출 공간과 상기 고단 압축실을 연통하고 있고,
상기 저단 커버에는, 부하가 소정의 부하보다도 작은 때에 개구하고, 상기 저단 토출 공간과 상기 토출압 공간을 연통하는 바이패스 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 로터리 2단 압축기.
제 1항에 있어서,
상기 바이패스 기구는, 상기 저단 토출 공간의 압력이 상기 토출압 공간의 압력보다도 소정치 이상 높아진 때에 개구하는 것을 특징으로 하는 로터리 2단 압축기.
제 2항에 있어서,
상기 압축 기구부는, 상기 저단 압축부가 상기 고단 압축부의 상방에 배치되고,
상기 바이패스 기구는,
상기 저단 커버에 형성된 바이패스구와,
상기 바이패스구를 폐색하도록 마련되고, 소정치 이상이 압력이 걸리면 변형하여, 그 바이패스구를 여는 밸브를 구비한 것을 특징으로 하는 로터리 2단 압축기.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동축의 중심축을 기준으로 하여, 상기 저단 토출구로부터 상기 바이패스 기구까지의 거리가 가까운 측의 회전 방향을 정방향으로 한 경우,
상기 중간 유로의 상기 저단 토출 공간에의 개구부는, 상기 정방향에서, 상기 바이패스 기구보다도 하류측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 2단 압축기.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
당해 저단 토출 공간에 냉매를 인젝션하는 배관이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 2단 압축기.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저단 압축실에의 냉매의 흡입 위치는, 상기 고단 압축실에의 냉매의 흡입 위치와 개략 같은 위상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 2단 압축기.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동축의 중심축을 기준으로 하여, 상기 저단 베인으로부터 상기 흡입구까지의 거리가 가까운 측의 회전 방향을 정방향으로 한 경우,
상기 중간 유로는, 상기 정방향에서, 상기 흡입구보다도 하류측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 2단 압축기.