(57)【要約】【課題】圧縮機とアキュムレータとを繋ぐ冷媒吸入管内の圧力損失を低減し、圧縮効率を高めたロータリ圧縮機を提供する。【解決手段】アキュムレータ６の出口側の冷媒吸入管６４の内径Ｄ２を入口側の冷媒戻り管６２の内径Ｄ１よりも大きく（Ｄ２＞Ｄ１）形成する。【選択図】図１
2008240666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉シェルの内部に電動機およびロータリ式の圧縮部を含む圧縮機本体と、前記圧縮機本体の側方にアキュムレータを備え、前記アキュムレータの上部には、冷凍サイクルと接続される冷媒戻り管と、下部には前記圧縮部に接続される１本の冷媒吸入管が接続されるロータリ圧縮機において、
前記冷媒戻り管の内径をＤ１、前記冷媒吸入管の内径をＤ２としたとき、Ｄ２＞Ｄ１であることを特徴とするロータリ圧縮機。
【請求項２】
前記冷媒吸入管は、前記アキュムレータの中心軸に対して前記圧縮機本体と離反する方向にずれて配置されてい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】
前記圧縮部の回転数が可変であることを特徴とする請求項１または２に記載のロータリ圧縮機。
【請求項４】
前記ロータリ式の圧縮部は、低段側圧縮部と高段側圧縮部とを備え、前記低段側圧縮部の吐出側と前記高段側圧縮部の吸入側を連通する手段を有して２段圧縮部を構成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロータリ圧縮機。
【請求項５】
圧縮機、凝縮器、膨張機構および蒸発器を含む冷凍サイクルを有し、前記圧縮機のアキュムレータと前記蒸発器とを接続する低圧冷媒配管を備えたヒートポンプシステムにおいて、
前記圧縮機として請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧縮機を使用し、前記低圧冷媒配管の内径をＤ０として、Ｄ２＞Ｄ０であることを特徴とするヒートポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機用などのヒートポンプシステムの冷凍サイクルに用いられるロータリ圧縮機に関し、さらに詳しく言えば、圧縮機本体とアキュムレータとの接続配管における圧力損失の低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機などのヒートポンプシステムに用いられるロータリ圧縮機には、圧縮部の信頼性上、過渡状態において圧縮部に液冷媒が流入することを防止するため、システムの冷凍サイクルから戻る冷媒を気液分離するためのアキュムレータが圧縮機本体の側方に設けられている。
【０００３】
アキュムレータの上部には冷凍サイクルから戻る冷媒が流入する冷媒戻り管と、アキュムレータの下部にはＬ字状の一端がアキュムレータ内部の上方まで延長され他端が圧縮機の側面から低段側圧縮部の吸入室に接続する冷媒吸入管を有している。
【０００４】
ここで、従来のロータリ圧縮機に設けられたアキュムレータにおいて、冷媒戻り管と冷媒吸入管の内径について詳細に考慮されている例はなく、例えば特許文献１に示すように、冷媒戻り管と冷媒吸入管を流れる冷媒の流量は安定連続運転時において同じであることから、ほぼ同じ内径としていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来よりロータリ圧縮機とアキュムレータとを接続する冷媒吸入管には、次のような課題があった。すなわち、ロータリ圧縮機は、１回転中の吸入容積の変化率が一定ではないため、冷媒吸入管内では冷媒の流速変動が生じる。
【０００６】
これに対して、アキュムレータと冷凍サイクルとを接続する低圧冷媒配管および冷媒戻り管内においては、アキュムレータに圧縮部の吸入室の容積の３０〜１００倍の容積があるため、流速変動は大幅に低減される。したがって、冷媒戻り管と冷媒吸入管の管内の平均流速が仮に同じであったとしても、圧力損失はおよそ流速の２乗に比例するため、流速変動が大きくなると圧力損失が大きくなり、結果、圧縮効率が悪くなる。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１９５９５４号公報
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明は、上述した課題を解決するため、圧縮機とアキュムレータとを接続する冷媒吸入管の圧力損失を低減し、圧縮効率を高めたロータリ圧縮機を提供することにある。
【０００９】
上述した目的を達成するため、本発明は以下に示すいくつかの特徴を備えている。請求項１に記載の発明は、密閉シェルの内部に電動機およびロータリ式の圧縮部を含む圧縮機本体と、圧縮機本体の側方にアキュムレータを備え、アキュムレータの上部には、冷凍サイクルと接続される冷媒戻り管と、下部には圧縮部に接続される１本の冷媒吸入管が接続されるロータリ圧縮機において、冷媒戻り管の内径をＤ１、冷媒吸入管の内径をＤ２としたとき、Ｄ２＞Ｄ１であることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、冷媒吸入管は、アキュムレータの中心軸に対して圧縮機本体と離反する方向にずれて配置されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、圧縮機の回転数が可変であることを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項において、ロータリ式の圧縮部は、低段側圧縮部と高段側圧縮部とを備え、低段側圧縮部の吐出側と高段側圧縮部の吸入側を連通する手段を有して２段圧縮部を構成したことを特徴としている。
【００１３】
本発明には、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロータリ圧縮機を含むヒートポンプシステムも含まれる。すなわち、請求項６に記載の発明は、圧縮機、凝縮器、膨張機構および蒸発器を含む冷凍サイクルを有し、圧縮機のアキュムレータと蒸発器とを接続する低圧冷媒配管を備えたヒートポンプシステムにおいて、圧縮機として請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧縮機を使用し、低圧冷媒配管の内径をＤ０として、Ｄ２＞Ｄ０であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、アキュムレータの入口側の冷媒戻り管の内径Ｄ１より出口側の冷媒吸入管の内径Ｄ２を大きく（Ｄ２＞Ｄ１）することにより、圧縮機本体とアキュムレータとを接続する冷媒吸入管内の流速変動を抑えて圧力損失を低減でき、圧縮機の圧縮効率を向上できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、冷媒吸入管の内径を大きくすると、配管の耐圧強度上および配管の加工性から曲げ半径を大きくする必要がある。そこで、冷媒吸入管を圧縮機本体と離反する方向にアキュムレータの中心軸に対してずらして配置することにより、管径が太い配管でも無理なくアキュムレータに取り付けることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、電動機の回転数が可変なインバータ方式を用いて高回転で運転した場合、冷媒吸入管での流速が速くなり、圧力損失が大きくなるため、より作用効果が大きくなる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、２つの圧縮室の圧縮位相を１８０°ずらし、これらを直列に接続して、低段側圧縮部と高段側圧縮部とに分担させた２段圧縮部を用いることにより、圧縮トルクのバランスや偏心部分の遠心力バランスが優れることから、より高回転で運転でき、流速が早くなるため、その作用効果がさらに大きくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
ロータリ圧縮機１は、円筒状の密閉容器２を縦方向に配置し、密閉容器２内部の上方に電動機４と下方に圧縮部３を備えている。
【００１９】
密閉容器２は、円筒状のメインシェル２１とメインシェル２１の上部および下部を閉塞するドーム状のトップシェル２２およびボトムシェル２３とから成り、トップシェル２２およびボトムシェル２３はメインシェル２１に溶接固定されている。
【００２０】
トップシェル２２には、圧縮部３から密閉容器２内部に吐出された冷媒を密閉容器２外部に吐出するための冷媒吐出管２４が設けられている。
【００２１】
電動機４のステータ４１はメインシェル２１に焼きバメされ、電動機４のロータ４２は電動機４と圧縮部２を機械的に接続するシャフト７に焼きバメ固定されている。また、ロータ４２の上下には回転部品全体の遠心力のバランスを取るため、上部バランサ４３および下部バランサ４４が取り付けられている。
【００２２】
圧縮部３は、上方に高段側圧縮部３２と下方に低段側圧縮部３１を有し、低段側圧縮部３１の吐出側と高段側圧縮部３２の吸入側とを密閉容器２外部の中間連絡管２６によって接続することにより、２段圧縮部を構成している。
【００２３】
次に、各圧縮部３１，３２の構成を図２を用いて説明する。図２は、図１における低段側圧縮部３１の横断面である。高段側圧縮部３２もピストンの位相が１８０°異なるだけで、構成は同じである。
【００２４】
各圧縮部３１，３２は、シリンダ２００，４００と、シリンダ２００，４００の内側に形成される円筒状のシリンダボア２００ａ，４００ａの内部に収納される円筒状のピストン２２０，４２０とを有し、シリンダボア２００ａ，４００ａ内壁とピストン２２０，４２０の外周面との間に冷媒の作動空間を形成している。
【００２５】
シリンダ２００，４００にはシリンダボア２００ａ，４００ａから外周方向に向けてシリンダ溝２００ｂ，４００ｂが設けられ、シリンダ溝２００ｂ，４００ｂ内に平板状のベーン２３０，４３０を有している。
【００２６】
ベーン２３０，４３０と密閉容器２の内壁の間にはスプリング２４０，４４０を有し、スプリング２４０，４４０の付勢力によってベーン２３０，４３０の先端がピストン２２０，４２０の外壁と摺接することによって、作動空間を吸入室Ｖ１，Ｖ２と圧縮室Ｃ１，Ｃ２とに区画している。
【００２７】
次に再び図１を用いて、圧縮機１全体の説明をする。高段側シリンダ２００の上にメインフレーム１００と、高段側シリンダ２００と低段側シリンダ４００との間に中間仕切り板３００と、低段側シリンダ４００の下にサブフレーム５００とを有し、メインフレーム１００、中間仕切り板３００、サブフレーム５００によって２つの作動空間の上下を閉塞して、それぞれを密閉した空間としている。
【００２８】
メインフレーム１００の上およびサブフレーム５００の下に、それぞれ高段側吐出マフラーカバー１３０、低段側吐出マフラーカバー５１０を有し、吐出冷媒の圧力脈動を低減するための高段側吐出マフラー室Ｍ２および低段側吐出マフラー室Ｍ１が形成される。
【００２９】
高段側吐出マフラーカバー１３０、メインフレーム１００、高段側シリンダ２００、中間仕切り板３００、低段側シリンダ４００、サブフレーム５００、低段側吐出マフラーカバー５１０はボルト（図示せず）によって一体に固定され、さらにメインフレーム１００外周部が密閉容器２にスポット溶接にて固定されている。
【００３０】
メインフレーム１００およびサブフレーム５００は、軸受け部１１０，５０２を有し、軸受け部１１０，５０２にシャフト７を嵌合することによってシャフト７を回転自在に支持している。
【００３１】
シャフト７は、１８０°異なる方向に偏芯した２つのクランク軸７２，７３を有し、一方のクランク軸７２が高段側圧縮部３２のピストン２２０と嵌合し、他方のクランク軸７３が、低段側圧縮部３１のピストン４２０と嵌合している。
【００３２】
シャフト７の回転に伴い、ピストン２２０，４２０はそれぞれのシリンダボア２００ａ，４００ａ内壁に摺接しながら旋回運動し、これに追随してベーン２３０，４３０が往復運動することによって、それぞれの吸入室Ｖ１，Ｖ２および圧縮室Ｃ１，Ｃ２の容積が連続的に変化する。これによって圧縮部３は冷媒の吸入と圧縮を繰り返す。
【００３３】
低段側圧縮部３１の吸入室Ｖ１は、シリンダ４００に設けられた低段側吸入孔４１０を介して冷媒吸入管６４に接続されている。低段側圧縮部３１の圧縮室Ｃ１は、サブフレーム５００に設けられた低段側吐出孔５２０および低段側吐出マフラー室Ｍ１を介して中間連絡管２６に接続される。
【００３４】
さらに詳しくは、低段側吐出孔５２０には逆止弁５４０が設けられ、また冷媒吸入管６４は低段側吸入接続管４１１を介して低段側吸入孔４１０に接続され、中間連絡管２６は中間吐出接続管５２１を介して低段側吐出マフラー室Ｍ１に接続される。
【００３５】
高段側圧縮部３２の吸入室Ｖ２は、シリンダ２００に設けられた高段側吸入孔２１０を介して中間連絡管２６に接続されている。高段側圧縮部３２の圧縮室Ｃ２はメインフレーム１００に設けられた高段側吐出孔１２０および高段側吐出マフラー室Ｍ２を介して密閉容器２内部に開口される。
【００３６】
さらに詳しくは、高段側吐出孔１２０には逆止弁１４０が設けられ、また中間連絡管２６は中間吸入接続管２１１を介して高段側吸入孔２１０に接続される。
【００３７】
圧縮機本体１の側面には、独立した密閉容器６１から成るアキュムレータ６を有している。アキュムレータ６の上部には、図示しないヒートポンプシステム側と接続する冷媒戻り管６２を有し、アキュムレータ６の下部にはＬ字状の一端がアキュムレータ６内部の上方まで延長され、他端が圧縮機１の側面から低段側圧縮部３１の吸入室Ｖ１と接続する冷媒吸入管６４を有している。
【００３８】
冷媒吸入管６４は、アキュムレータ６の密閉容器６１の中心軸に対して反圧縮機本体側にオフセットして配置されており、冷媒吸入管６４の内径Ｄ２は、冷媒戻り管６２の内径Ｄ１より大きく（Ｄ２＞Ｄ１：より好ましくはＤ２≧１．２×Ｄ１）なっている。反圧縮機本体側に冷媒吸入管６４をオフセットする構成は、圧縮機本体１の中心とアキュムレータ６の中心を結ぶ仮装線上にオフセットする構成に限らず、図６に示すように圧縮機本体１からの距離が大きくなる位置であればよい。
【００３９】
次に、以上の構成による冷媒の流れを図１および図２を参照して説明する。システム側から冷媒戻り管６２を通ってアキュムレータ６内に流入した冷媒は、液冷媒がアキュムレータ６の下部に、ガス冷媒がアキュムレータ６の上部に分離される。
【００４０】
低段側ピストン４２０が旋回運動して低段側吸入室Ｖ１の容積が拡大することによって、アキュムレータ６内のガス冷媒は、冷媒吸入管６４を通って圧縮機本体１の低段側吸入室Ｖ１に吸入される。
【００４１】
一回転後に低段側吸入室Ｖ１は低段側吸入孔４１０と遮断された位置となり、そのまま低段側圧縮室Ｃ１に切り替わることによって、冷媒は圧縮される。
【００４２】
圧縮された冷媒は、圧力が低段側吐出孔５２０に設けられた逆止弁５４０の外側となる低段側吐出マフラー室Ｍ１の圧力すなわち中間圧力に達すると逆止弁５４０が開放し、低段側吐出マフラー室Ｍ１に吐出される。
【００４３】
冷媒は、低段側吐出マフラー室Ｍ１で騒音の原因となる圧力流速変動を低減したあと、中間連絡管２６を通って高段側圧縮部３２の吸入室Ｖ２に導かれる。
【００４４】
高段側圧縮部３２の吸入室Ｖ２に導かれた冷媒は、低段側圧縮部３１と同様の原理により高段側圧縮部３２で吸入、圧縮、吐出され、高段側吐出マフラー室Ｍ２で圧力流速変動を低減したあと、密閉容器２の内部に吐出される。
【００４５】
さらに電動機４のステータ４１のコア切り欠き（図示せず）やコアと巻き線の隙間を通って電動機４の上部に導かれ、吐出管２４を通ってシステム側に吐出される。
【００４６】
以上の流れにおいて、低段側吸入室Ｖ１の容積変化率は１回転中において一定ではないため、冷媒吸入管６４内では冷媒の流速変動が発生する。これに対して、冷媒戻り管６２内ではアキュムレータ６に低段側吸入室Ｖ１の容積の３０〜１００倍の容積があるため、流速変動は大幅に低減される。
【００４７】
したがって、流速変動の大きい冷媒吸入管６４の内径Ｄ２を冷媒戻り管６２の内径Ｄ１よりも大きく（Ｄ２＞Ｄ１）することによって冷媒吸入管６４内の流速が遅くなり、吸入過程の圧力損失が低減し、これによって圧縮機の圧縮効率が向上する。
【００４８】
以上の効果を図３，４，５を用いて説明する。図３は、ピストンの回転角に対する冷媒吸入管６４内の吸入流速を示したグラフである。回転角はピストンが最もシリンダのベーン溝寄りの位置を０°とした。また吸入流速は、冷媒吸入管６４の内径Ｄ１を冷媒戻り管６２の内径Ｄ２と同じとして流速変動がない場合（１）、すなわち時間的な平均流速を１としている。（１）に対して実際の流速（３），（４）は１回転中に変動する。
【００４９】
図４は、図３の吸入流速に対して、圧力損失が吸入流速の２乗に比例するとしたときの吸入圧力を示したグラフである。圧力損失が全く無い場合を１．０ＭＰａとしている。グラフに示されるように、吸入流速の変動によって、吸入圧力は１回転中に変動する。冷媒吸入管６４の内径Ｄ２が冷媒戻り管６２の内径Ｄ１と同じ場合（３）に対して、冷媒吸入管６４の内径Ｄ２を１．２倍とした場合（４）は、圧力の変動幅がおよそ１／２に低減される。
【００５０】
図５は、図４の横軸の回転角を吸入室の容積に変換したグラフである。横軸を容積にすることで、吸入圧力１．０ＭＰａの直線と各曲線で囲まれる部分の面積が、吸入過程における損失すなわち圧縮機の消費電力の増加となって表される。
【００５１】
グラフに示されるように、冷媒吸入管内径Ｄ２が冷媒戻り管内径Ｄ１と同じ場合（３）に対して、冷媒吸入管内径Ｄ２を１．２倍とした場合（４）は、損失を示す面積はおよそ１／２に低減され、これは、冷媒吸入管内径Ｄ２が冷媒戻り管内径Ｄ１と同じ場合における流速変動がない場合（１）の面積に相当する。
【００５２】
以上から、冷媒吸入管内径Ｄ２を冷媒戻り管内径Ｄ１より大きくすることによって、消費電力を低減できることがわかり、さらにＤ２≧１．２×Ｄ１とすることで、冷媒吸入管６４で流速変動がないレベルにまで消費電力を低減できることがわかる。
【００５３】
また、冷媒吸入管６４をアキュムレータ６の密閉容器６１に対して反圧縮機本体１よりにオフセットして固定したことにより、冷媒吸入管６４が従来よりも太い場合でもアキュムレータ６を圧縮機本体１のより近くに配置することができ、システムに搭載する上でコンパクトな形状とすることができる。
【００５４】
この実施例において、ロータリ圧縮機１は、低段側圧縮部３１と高段側圧縮部３２とを有する２段圧縮式の圧縮部３を備えた圧縮機を好ましい形態として例示したが、冷凍サイクルとしてガスインジェクションサイクルを利用し、低段側圧縮部３１と高段側圧縮部３２との間の中間圧力部にインジェクション冷媒を流入できるように構成した２段圧縮式のロータリ圧縮機でもよい。
【００５５】
また、１つの圧縮室を有する単段圧縮のロータリ圧縮機に適用してもよい。また圧縮部３の圧縮機構として、クランク軸７２，７３によってピストン２２０，４２０を旋回運動させて吸入室Ｖ１，Ｖ２および圧縮室Ｃ１，Ｃ２の容積が変化することを利用した圧縮機であれば本実施例の圧縮機構に限定することはない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態におけるロータリ圧縮機の縦断面図。
【図２】本発明の一実施形態におけるロータリ圧縮機の圧縮部の横断面図。
【図３】本発明の一実施形態におけるロータリ圧縮機の１回転中の回転角に対する吸入流速の変化を示したグラフ。
【図４】本発明の一実施形態におけるロータリ圧縮機の１回転中の回転角に対する吸入圧力の変化を示したグラフ。
【図５】本発明の一実施形態におけるロータリ圧縮機の１回転中の吸入容積に対する吸入圧力の変化を示したグラフ。
【図６】本発明の一実施形態におけるロータリー圧縮機を上から見た状態の透視図。
【符号の説明】
【００５７】
１  ロータリ圧縮機
２  密閉シェル
３  圧縮部（２段圧縮部）
４  電動機
４１  ステータ
４２  ロータ
６  アキュムレータ
６２  冷媒戻り管
６４  冷媒吸入管
７  シャフト
７２  高段側クランク軸
７３  低段側クランク軸
１００  メインフレーム
１１０  主軸受け
２００  高段側シリンダ
２２０  高段側ロータリピストン
３００  仕切板
４００  低段側シリンダ
４２０  低段側ロータリピストン
５００  サブフレーム
Ｃ１  低段側圧縮室
Ｃ２  高段側圧縮室
Ｖ１  低段側吸入室
Ｖ２  高段側吸入室
【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５】
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【図６】
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