(57)【要約】【課題】高効率な圧縮機を提供すること。【解決手段】ロータリ圧縮機は、シリンダ３０内に配置されるシャフト３１の偏心部３１ａと、偏心部３１ａに嵌合され、円柱状の溝３２ａが形成されたピストン３２と、シリンダ３０に形成されたスロット３０ｂ内に挿入され、該シリンダ３０内の空間を高圧側と低圧側とに仕切り、かつ溝３２ａに係合する円柱状の円柱部３３ａを有するベーン３３とを備え、溝３２ａと円柱部３３ａの間の隙間が、該溝３２ａの直径に対して１０／１０００未満の値である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、
前記シリンダ内に配置される、シャフトの偏心部と、
前記偏心部に嵌合され、円柱状の溝が形成されたピストンと、
前記シリンダに形成されたスロット内に挿入され、該シリンダ内の空間を高圧側と低圧側とに仕切り、かつ前記溝に係合する円柱状の円柱部を有するベーンと、
を備えるロータリ圧縮機であって、
前記溝と前記円柱部の間の隙間が、該溝の直径に対して１０／１０００未満の値であることを特徴とする、ロータリ圧縮機。
【請求項２】
前記シャフトが一回転する間に、前記溝の軸心方向と前記円柱部の軸心方向とが概ね一致する区間があることを特徴とする、請求項１に記載のロータリ圧縮機。
【請求項３】
前記シャフトが一回転する間の圧縮行程中に、前記溝の軸心方向と前記円柱部の軸心方向とが概ね一致する区間があることを特徴とする、請求項１に記載のロータリ圧縮機。
【請求項４】
前記ピストン及び前記ベーンには、前記円柱部を前記溝に正しい方向で係合させる際に用いられるマークがあることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のロータリ圧縮機。
【請求項５】
作動流体として、高圧冷媒であるＣＯ２が用いられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のロータリ圧縮機。
【請求項６】
作動冷媒として炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を使用した、請求項１〜５のいずれかに記載のロータリ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダに形成されたスロット内に挿入され、圧縮室を高圧側と低圧側とに仕切り、かつ円柱状の円柱部を有するベーンを備えるロータリ圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍装置や空気調和装置などにおいては、蒸発器で蒸発したガス冷媒を吸入し、吸入したガス冷媒を凝縮するために必要な圧力まで圧縮して冷媒回路中に高温高圧のガス冷媒を送り出す圧縮機が使用されている。このような圧縮機の一つとして、ローリングピストン型ロータリ圧縮機が知られている。
【０００３】
図１４は、従来のロータリ圧縮機の一例を示す部分縦断面図である。また、図１５は、図１４に示すロータリ圧縮機の、面Ａ−Ａに沿う横断面を示す図である。
【０００４】
図１４，１５に例示されるように、ロータリ圧縮機においては、電動機２０２と圧縮機構部２０３とがシャフト２３１で連結して密閉容器２０１内に収納される。圧縮機構部２０３は、シリンダ２３０と、該シリンダ２３０の上端面及び下端面を閉塞する上軸受２３４及び下軸受２３５とを備えている。シリンダ２３０、上軸受２３４及び下軸受２３５により、圧縮室２３９と呼ばれる空間が形成される。
【０００５】
圧縮室２３９内には、上軸受２３４及び下軸受２３５に支持されるシャフト２３１の偏心部２３１ａに嵌合されたピストン２３２が備わる。圧縮室２３９内にはさらに、ピストン２３２の外周の偏心回転に追従して往復運動し、圧縮室２３９内を低圧側と高圧側とに仕切るベーン２３３が備わる。
【０００６】
シャフト２３１には、中心軸に沿って油穴２４１が形成されると共に、上軸受２３４の下端部分及び下軸受２３５の上端部分に近接する部分には、油穴２４１に連通した給油穴２４２及び給油穴２４３が設けられている。また、シャフト２３１において、偏心部２３１ａに近接する部分には、上記油穴２４１に連通した給油穴２４４が設けられる。また、シャフト２３１の外周には、この給油穴２４４の開口部分を通る油溝２４５が形成されている。
【０００７】
シリンダ２３０には、圧縮室２３９の低圧側にガスを吸入する吸入ポート２４０が開通されており、上軸受２３４には、低圧側から転じて形成される圧縮室２３９の高圧側からガスを吐出する吐出ポート２３８が開通されている。吐出ポート２３８は、上軸受２３４を貫通する平面視で円形の孔として形成される。また、上軸受２３４において吐出ポート２３８の上方に相当する部分には、所定の大きさ以上の圧力を吐出ポート２３８から受けた場合に開放される吐出弁２３６が設けられる。上軸受２３４にはさらに、吐出弁２３６を覆うように、カップマフラ−２３７が配置されている。
【０００８】
以上のような構成のロータリ圧縮機において、圧縮室２３９の低圧側では、ピストン２３２とシリンダ２３０の摺接部分が偏心回転により吸入ポート２４０を通過し始めると、吸入室が徐々に拡大する。この間、吸入ポート２４０から吸入室内にガスが吸入される。一方、高圧側では、ピストン２３２の摺動部が吐出ポート２３８へと、圧縮室２３９を徐々に縮小しながら近づいていき、所定圧力以上に圧縮された時点で吐出弁２３６が開いて吐出ポート２３８からガスが流出する。流出したガスは、カップマフラ−２３７により密閉容器２０１内に吐出される。
【０００９】
上記の構成では、ピストン２３２とベーン２３３の先端との摺動部分では、オイルが保持されにくく、摺動性が厳しい。つまり油膜が形成され難いため、金属接触が起こり、磨耗が起こりやすい。さらに、近年の代替冷媒の移行により、非共沸混合冷媒のＲ４０７ＣやＲ４１０Ａを従来のロータリ圧縮機で使用すると、これら冷媒自身の潤滑性が悪いため、上記摺動部分での磨耗がさらに発生しやすい。
【００１０】
このような磨耗の問題に対する解決手段がいくつか提案されている。図１６は、この解決手段の一例である揺動ピストン型ロータリ圧縮機のベーン及びピストンの周辺を示す図である。図１６において、ピストン１３２は、シリンダ１３０内に設けられたシャフト１３１の偏心部に嵌合される。ベーン１３３の本体部分は、シリンダ１３０に設けられたスロット１３０ｂ内に往復運動可能に挿入される。また、ベーン１３３の円柱部は、ピストン１３２と揺動自由に接続される。これにより、ピストン１３２とベーン１３３の先端との間の揺動部にオイルが保持されやすく油膜が形成されるようになり、信頼性を大幅に向上させることが出来る（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開昭５０−８０５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
近年、冷媒を循環させる空気調和装置等ではさらなる高効率化が望まれているため、圧縮機に関してもさらなる高効率化が重要となってきている。
【００１３】
上記揺動ピストン型は、ピストン１３２とベーン１３３の揺動部に必ず隙間を設けなければならないため、上記ローリングピストン型と較べて、この隙間を通じて高圧側から低圧側へとガスやオイルの漏れが生じやすく、圧縮損失の増加により、圧縮機の効率が低下するという課題があった。
【００１４】
それ故に、本発明は、高効率な圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は、ロータリ圧縮機であって、シリンダと、シリンダ内に配置される、シャフトの偏心部と、偏心部に嵌合され、円柱状の溝が形成されたピストンと、シリンダに形成されたスロット内に挿入され、該シリンダ内の空間を高圧側と低圧側とに仕切り、かつ溝に係合する円柱状の円柱部を有するベーンとを備えるロータリ圧縮機であって、溝と円柱部の間の隙間が、該溝の直径に対して１０／１０００未満の値であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
ベーンの円柱部とピストンの溝との隙間を上記値にすることにより、円柱部と溝との間での磨耗や焼き付きの発生を抑えて、ロータリ圧縮機の信頼性の向上を図ることができる。また、上記値にすることにより、隙間を通じて高圧側から低圧側へとガスが漏れることを抑えることができるので、高い効率を持つ圧縮機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る揺動ピストン型ロータリ圧縮機の部分縦断面図
【図２】図１に示すロータリ圧縮機の圧縮機構の拡大図
【図３】図１，２に示すピストン３２とベーン３３との分解斜視図
【図４】隙間／溝３２ａに対する圧縮機の効率比を示すグラフ
【図５】ピストン３２の端面に対する溝３２ａの軸心Ｘａの方向と、ベーン３３の端面に対する円柱部３３ａの軸心Ｘｂの方向とがそれぞれ垂直の場合を示す模式図
【図６】円柱部３３ａと溝３２ａの間の隙間δが均一な場合を示す模式図
【図７】軸心ＸａとＸｂがある傾きを持っている場合を示す模式図
【図８】円柱部３３ａと溝３２ａの間の隙間δが不均一な場合を示す模式図
【図９】ベーン３３又はピストン３２の上下の向きを変える様子を示す模式図
【図１０】図１に示すシャフト３１が一回転する間における圧縮機構部３の状態遷移を示す図
【図１１】図１０の状態遷移のうちの３０度、１５０度及び２７０度の場合の圧縮機構部３を示す第１の模式図
【図１２】図１０の状態遷移のうちの３０度、１５０度及び２７０度の場合の圧縮機構部３を示す第２の模式図
【図１３】図１に示すピストン３２及びベーン３３に設けられるマーク３２ｃ及び３３ｃを示す模式図
【図１４】従来のローリングピストン型ロータリ圧縮機の一例を示す部分縦断面図
【図１５】図１４に示すロータリ圧縮機の、面Ａ−Ａに沿う横断面を示す図
【図１６】従来の揺動ピストン型ロータリ圧縮機のベーン及びピストンの周辺を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、ロータリ圧縮機であって、シリンダと、シリンダ内に配置される、シャフトの偏心部と、偏心部に嵌合され、円柱状の溝が形成されたピストンと、シリンダに形成されたスロット内に挿入され、該シリンダ内の空間を吸入室と圧縮室とに仕切り、かつ溝に係合する円柱状の円柱部を有するベーンとを備えるロータリ圧縮機であって、溝と円柱部の間の隙間が、該溝の直径に対して１０／１０００の値であることを特徴とする。これにより、円柱部と溝との間での磨耗や焼き付きの発生を抑えて、ロータリ圧縮機の信頼性の向上を図ることができる。また、隙間を通じて高圧側から低圧側へとガスが漏れることを抑えることができるので、高い効率を持つ圧縮機を提供することが可能となる。
【００１９】
ロータリ圧縮機は、好ましくは、シャフトが一回転する間に、溝の軸心方向と円柱部の軸心方向とが概ね一致する区間がある。これにより、隙間が軸心方向に沿って均一になる区間ができるので、相対的に隙間を小さくしても、円柱部と溝とが固体接触せず、オイル等の漏れが低減され、圧縮機の効率が向上する。
【００２０】
ロータリ圧縮機は、好ましくは、シャフトが一回転する間の圧縮行程中に、溝の軸心方向と円柱部の軸心方向とが概ね一致する区間がある。これにより、ベーンを境に高圧側と低圧側とがある場合においても、隙間が軸心方向に沿って均一になる区間ができるので、相対的に隙間を小さくしても、圧縮機の効率が向上する。
【００２１】
ロータリ圧縮機には、好ましくは、ピストン及びベーンには、円柱部を溝に正しい方向で係合させる際に用いられるマークがある。これにより、組み立て時に、上下方向の間違いによるロスを低減することが可能となる。
【００２２】
ロータリ圧縮機には、作動流体として、高圧冷媒であるＣＯ２  が用いられる。ＣＯ２に関しては、差圧が大きく、摺動損失や漏れ損失が大きいが、円柱部と溝とを上記のようにすることで作動流体としてＣＯ２  を用いることが可能になる。これにより、圧縮機の効率と信頼性を向上させることが可能となる。
【００２３】
ロータリ圧縮機には、作動冷媒として炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合し
た冷媒が用いられる。この冷媒は、塩素を含まないため摺動部分の信頼性が非常に厳しい。しかし、円柱部と溝とを上記のようにし、この冷媒を用いることで、より効果的に圧縮機の効率と信頼性を向上させることが可能となる。また、この冷媒に関しては、オゾン破壊が無く、地球温暖化係数が低いため、地球に優しい空調サイクルの構成に寄与することが可能となる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態に係る揺動ピストン型ロータリ圧縮機の部分縦断面図である。図２は、図１に示すロータリ圧縮機の圧縮機構の拡大図である。
【００２６】
図１，２において、ロータリ圧縮機においては、電動機２と圧縮機構部３とがシャフト３１で連結して密閉容器１内に収納される。圧縮機構部３は、シリンダ３０と、該シリンダ３０の上端面及び下端面を閉塞し、シャフト３１を支持する上軸受３４及び下軸受３５とを備えている。シリンダ３０、上軸受３４及び下軸受３５により、圧縮室３９と呼ばれる空間が形成される。
【００２７】
圧縮室３９内には、シャフト３１の偏心部３１ａに嵌合されたピストン３２が備わる。圧縮室３９内にはさらに、ピストン３２の外周の偏心回転に追従して往復運動し、圧縮室３９内を低圧側と高圧側とに仕切るベーン３３が備わる。シリンダ３０内に設けられたシャフト３１の偏心部３１ａに嵌合される。ベーン３３の本体部分は、シリンダ３０に設けられたスロット３０ｂ内に往復運動可能に挿入される。
【００２８】
シャフト３１には、中心軸に沿って油穴４１が形成されると共に、上軸受３４の下端部分及び下軸受３５の上端部分に近接する部分には、油穴４１に連通した給油穴４２及び給油穴４３が設けられている。また、シャフト３１において偏心部３１ａに近接する部分には、上記油穴４１に連通した給油穴４４が設けられる。また、シャフト３１の外周には、この給油穴４４の開口部分を通る油溝４５が形成されている。
【００２９】
シリンダ３０には、圧縮室３９の低圧側にガスを吸入する吸入ポート４０が開通されており、上軸受３４には、低圧側から転じて形成される圧縮室３９の高圧側からガスを吐出する吐出ポート３８が開通されている。吐出ポート３８は、上軸受３４を貫通する平面視で円形の孔として形成される。また、上軸受３４において吐出ポート３８の上方には、所定の大きさ以上の圧力を吐出ポート３８から受けた場合に開放される吐出弁３６が設けられる。上軸受３４にはさらに、吐出弁３６を覆うように、カップマフラ−３７が配置されている。
【００３０】
以上のような構成のロータリ圧縮機において、圧縮室３９の低圧側では、ピストン３２とシリンダ３０の摺接部分が偏心回転により吸入ポート４０を通過し始めると、吸入室が徐々に拡大する。この間、吸入ポート４０から吸入室内にガスが吸入される。一方、高圧側では、ピストン３２の摺動部が吐出ポート３８へと、圧縮室３９を徐々に縮小しながら近づいていき、所定圧力以上に圧縮された時点で吐出弁３６が開いて吐出ポート３８からガスが吐出される。ガスはさらに、カップマフラ−３７により密閉容器１内に吐出される。
【００３１】
図３は、図１，２に示すピストン３２とベーン３３との分解斜視図である。図３において、ベーン３３は、円柱形状を有する円柱部３３ａと、先端部分にこの円柱部３３ｂが接続される本体部分３３ｂとを有する。この円柱部３３ａの直径φは、本体部分３３ｂの左右方向の幅ｗよりも小さくされる。また、ピストン３２には、この円柱部３３ａの直径φと概ね同径の溝３２ａが形成されている。円柱部３３ａは、この溝３２ａに揺動自在に嵌
合接続される。ここで、溝３２ａ及び円柱部３３ａの直径については、溝３２ａと突起３３ａとの間の隙間が溝３２ａの直径に対して１０／１０００未満になるように選ばれる。１０／１０００未満に選ばれるのは、図４のグラフに示すように、この隙間ではガスやオイルの漏れが増加して、圧縮損失が増加し、効率が急激に低下することがひとつの理由として挙げられる。
【００３２】
なお、隙間を溝３２ａの径に対し１／１０００未満にすると、図４のグラフに示すように、円柱部３３ａと溝３２ａとの間で固体接触が生じて、機械損失が増加し、効率がより急激に低下するので、隙間を溝３２ａの径に対し１／１０００以上の値にすることが好ましい。
【００３３】
以上のことから、本実施形態では、溝３２ａと円柱部３３ａとの間の隙間の好ましい範囲として、隙間は溝３２ａの直径に対して１／１０００以上で１０／１０００未満にされる。この範囲にすることにより、圧縮損失と機械損失のバランスがとれ、高い効率と高い信頼性を持った圧縮機が得られる。
【００３４】
また、１０／１０００以上の隙間になると、隙間の中の圧力変動が大きくなるため、円柱部３３ａが溝３２ａ内で不規則な挙動を示すようになり、騒音悪化の要因ともなることが出願人の実験で判明している。１０／１０００以上にするのは、圧力変動に起因する騒音抑制も理由である。
【００３５】
また、図５に示すように、ピストン３２の端面に対する溝３２ａの軸心Ｘａの方向と、ベーン３３の端面に対する円柱部３３ａの軸心Ｘｂの方向とがそれぞれ垂直であれば、上記隙間を１／１０００以上で１０／１０００未満の均一にするのは相対的に容易である。具体的には、図６で示すように、隙間δが均一となるため、上記範囲内において隙間δを比較的小さくしても、円柱部３３ａと溝３２ａとが固体接触せずに、オイル等の漏れが低減され、効率が向上する。
【００３６】
しかし、実際には、図７で示すように、軸心Ｘａ及びＸｂはそれぞれ、ある傾きを持っており、図８で示すように、軸心Ｘａ及びＸｂが異なる方向を向いていれば、隙間が大きいところと小さいところが生じる。図８では例示的に、最小の隙間δｍｉｎ及び最大の隙間δｍａｘが示される。隙間が大きいところではガスやオイルの漏れ、隙間が小さいところでは固体接触が生じる可能性があり、圧縮機の効率が低下する可能性がある。
【００３７】
上記のような場合、図９に示すように、ベーン３３又はピストン３２の上下の向きを変えて、出来る限り、溝３２ａの軸心Ｘａと円柱部３３ａの軸心Ｘｂ方向が一致する方向に組み立てることにより、隙間δが均一となり、隙間を比較的小さくしても、固体接触せず漏れが低減され、効率が向上する。
【００３８】
ここで、図１０は、図１に示すシャフト３１が一回転する間における圧縮機構部３の状態遷移を示す図である。なお、図１０では、ベーン３３の円柱部３３ａが最もシリンダ３０の内壁に最も近接する位置を０度としている。
【００３９】
また、図１１及び図１２は、図１０の状態遷移のうちの３０度、１５０度及び２７０度の場合の圧縮機構部３を示す模式図である。図１１は特に、軸心ＸａとＸｂが異なる方向を向いている場合を示し、図１２は、シャフト３１が一回転する間に軸心ＸａとＸｂの方向が概ね一致するシャフト３１の角度位置がある場合を示している。このように、軸心ＸａとＸｂの方向を一致する時間区間があるように、円柱部３３ａと溝３２ａとを組み立てることにより、隙間を比較的小さくすることが可能となり、圧縮機の効率が向上する。
【００４０】
また、軸心ＸａとＸｂの方向を一致させる時間区間を、ベーン３３を境に圧力差が非常に大きくガスやオイルが漏れやすい圧縮行程中にすることで、圧縮機の効率がより向上する。
【００４１】
また、図１３に示すように、ピストン３２の端面のどちらか一方と、ベーン３３の端面のどちらか一方とに、円柱部３３ａを溝３２ａに正しい方向で係合させる際に用いられるマーク３２ｃ、３３ｃを設けることにより、組み立て時に上下を判断する目印となり、組み立て間違いによるロスを減少することが可能となる。
【００４２】
また、本圧縮機は、作動流体としてＣＯ２を用いるのに好適である。ＣＯ２は、差圧が大きく、漏れ損失と摺動損失が大きいが、本実施形態に係るピストン３２とベーン３３を採用することにより、より効果的に圧縮機の効率と信頼性の向上が可能となる。
【００４３】
また、作動流体として炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒が本圧縮機に用いられる。この冷媒は塩素を含まないため摺動部の信頼性が非常に厳しいが、本実施形態に係るピストン３２とベーン３３を採用することにより、より効果的に信頼性と効率を向上することが出来る。さらに、オゾン破壊のないまた地球温暖化係数の低い冷媒であるため地球に優しい空調サイクルを構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明にかかるロータリ圧縮機は、高効率であることが要求される給湯器装置、空気調和機、冷凍冷蔵庫、除湿機等に好適である。
【符号の説明】
【００４５】
３０  シリンダ
３０ｂ  スロット
３１  シャフト
３１ａ  偏心部
３２  ピストン
３２ａ  溝
３３  ベーン
３３ａ  円柱部
【図５】
2010242696.tif 000003
【図７】
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【図１３】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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