(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の回転式圧縮機と、
前記複数の回転式圧縮機同士が一体で振動しうるように、前記複数の回転式圧縮機同士を相互に連結する連結部材と、
防振装置を介して前記複数の回転式圧縮機を支持する筐体と、を有し、
前記複数の回転式圧縮機のうち、少なくとも一方の前記回転式圧縮機は、回転数を調整可能に構成されるとともに、前記一方の回転式圧縮機以外の前記回転式圧縮機に対して回転数が異なるように駆動し、
前記複数の前記回転式圧縮機の回転数は、通常運転時に１（Ｓ−１）以上、始動時に２０（Ｓ−１）以上離れている、冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記連結部材は、前記防振装置と前記複数の回転式圧縮機との間で前記複数の回転式圧縮機をまとめて支持する、請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記複数の回転式圧縮機は、互いの回転軸の軸方向に沿って延びる胴部をそれぞれ有し、
前記連結部材は、前記複数の回転式圧縮機の前記胴部同士を互いに連結する、請求項１または請求項２記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記連結部材は、前記複数の回転式圧縮機、及び前記複数の回転式圧縮機以外の冷凍サイクル部品同士を一体で振動しうるように連結する、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクル装置の回転式圧縮機は、圧縮機が収容される筐体側に振動が伝達されるのを抑制するために、防振装置を介して設置されている。この種の冷凍サイクル装置では、冷媒配管を介して複数台の圧縮機同士を並列接続して、大容量化を図る場合がある。この場合、複数の圧縮機を筐体に個別に設置すると、各圧縮機間での相対振動が大きくなり、各圧縮機間を接続する冷媒配管に過大な応力が作用するおそれがある。
これに対して、冷媒配管の配管径を小さくしたり、配管長を長くしたりすることで、冷媒配管に作用する応力を緩和することも考えられるが、コストアップや圧力損失の増加に繋がるという課題がある。
【０００３】
そこで、基板上に各圧縮機をまとめて設置することで、各圧縮機間の相対振動を抑制し、各圧縮機間を接続する冷媒配管に作用する応力を抑制する構成が知られている。
しかしながら、上述した冷凍サイクル装置では、圧縮機同士がある回転数領域で回転する場合、共振やうなりが発生して、基板に伝わる振動を抑制することが難しい。特に、圧縮機が大型化すると、共振周波数が低下するため、低回転数領域で上述した共振やうなりが発生し易い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２０５４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、各回転式圧縮機間での共振やうなりの発生を抑制できる冷凍サイクル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の冷凍サイクル装置は、複数の回転式圧縮機と、連結部材と、筐体と、を持つ。連結部材は、複数の回転式圧縮機同士が一体で振動しうるように、複数の回転式圧縮機同士を相互に連結する。筐体は、防振装置を介して複数の圧縮機を支持する。そして、複数の回転式圧縮機のうち、少なくとも一方の回転式圧縮機は、回転数を調整可能に構成されるとともに、一方の回転式圧縮機以外の回転式圧縮機に対して回転数が異なるように駆動する。複数の回転式圧縮機の回転数は、通常運転時に１（Ｓ−１）以上、始動時に２０（Ｓ−１）以上離れている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態における冷凍サイクル装置の概略構成図。
【図２】実施形態における連結ユニットの概略側面図。
【図３】実施形態における連結ユニットの概略平面図。
【図４】連結ユニットで発生する慣性モーメントを説明するための図であって、圧縮機の平面図。
【図５】圧縮機の回転軸間の中心間距離と振動角加速度との関係を示すグラフ。
【図６】実施形態の他の構成を示す冷凍サイクル装置の概略構成図。
【図７】実施形態の他の構成を示す冷凍サイクル装置の概略平面図。
【図８】実施形態の他の構成を示す連結ユニットの概略側面図。
【図９】実施形態の他の構成を示す連結ユニットの概略側面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、冷凍サイクル装置１は、複数の回転式圧縮機２（以下、単に圧縮機２という）、空気熱交換器３、膨張弁４、レシーバタンク５、水熱交換器６、四方弁７、及びオイルセパレータ８等を主に備え、これら冷凍サイクル部品が冷媒配管９を介して接続されている。なお、図示の例では、これら冷凍サイクル部品のうち、圧縮機２、水熱交換器６、四方弁７、及びオイルセパレータ８が、室外機等の筐体１１内にまとめて収容されている。
【０００９】
各圧縮機２は、圧縮機本体１２とアキュムレータ１３とを備え、冷媒配管９に並列接続されている。具体的に、冷媒配管９は、四方弁７の下流側において、流入配管２１を介して各アキュムレータ１３同士を接続し、オイルセパレータ８の上流側において、流出配管２２を介して圧縮機本体１２同士を接続している。
【００１０】
アキュムレータ１３は、いわゆる気液分離器であって、四方弁７と圧縮機本体１２との間に設けられている。アキュムレータ１３は、圧縮機本体１２に供給される冷媒のうち、液体冷媒を捕捉し、気体冷媒を圧縮機本体１２に供給するように構成されている。
圧縮機本体１２は、いわゆるロータリ式の圧縮機であって、内部に取り込まれる気体冷媒を圧縮して高温高圧の気体冷媒とする。なお、本実施形態の各圧縮機本体１２には図示しないインバータ装置が接続され、回転数が調整可能になっている。なお、一方の圧縮機本体１２にのみ、インバータ装置が接続され、回転数が調整可能になっていてもよい。
【００１１】
オイルセパレータ８は、冷媒配管９のうち、圧縮機２に対して上流側に位置する部分と、下流側に位置する部分と、の間に接続され、圧縮機本体１２から流出した油を圧縮機本体１２に戻す機能を有している。
【００１２】
四方弁７は、冷媒配管９のうち、圧縮機２よりも上流側に位置する部分と、オイルセパレータ８よりも下流側に位置する部分と、空気熱交換器３及び水熱交換器６よりも圧縮機２側に位置する部分と、の間に接続され、冷媒配管９内での冷媒流れを切り替える。具体的に、冷凍サイクル装置１の水加熱運転時において、四方弁７は、圧縮機２、水熱交換器６の冷媒側流路６ａ、膨張弁４、及び空気熱交換器３を順に通過するように、冷媒配管９を接続する。一方、除霜運転時において、四方弁７は、圧縮機２、空気熱交換器３、膨張弁４、及び水熱交換器６の冷媒側流路６ａを順に通過するように、冷媒配管９を接続する。
【００１３】
空気熱交換器３は、内部を流通する冷媒と外気との間で熱交換を行う。空気熱交換器３は、水加熱運転時に膨張弁４によって膨張した低温低圧の気液二相冷媒を蒸発させる。また、水加熱運転時に空気熱交換器３に付着した霜は、除霜運転時に各圧縮機２から吐出された高温高圧の気体冷媒により融解され、冷媒は凝縮して高圧の液体冷媒となる。
膨張弁４は、空気熱交換器３側や水熱交換器６側から流入する高圧の液体冷媒を膨張させ、低温低圧の気液二相冷媒とする。
【００１４】
レシーバタンク５は、冷媒配管９のうち、膨張弁４と水熱交換器６との間に位置する部分に接続されている。レシーバタンク５は、気体冷媒を捕捉し、液体冷媒を下流側へ流通させる。
水熱交換器６は、図示しない循環ポンプの作用により水が流通する水側流路６ｂを備え、水側流路６ｂを流通する水と、冷媒側流路６ａの冷媒と、の間で熱交換を行う。水熱交換器６では、水加熱運転時において、各圧縮機２から吐出されて冷媒側流路６ａを流通する気体冷媒と、水側流路６ｂを流通する水と、が熱交換されることで、水が加熱されるとともに、冷媒は凝縮し、高圧の液体冷媒となる。また、除霜運転時においては、膨張弁４によって膨張して冷媒側流路６ａ流通する低温低圧の気液二相冷媒が、水側流路６ｂを流通する水から熱を奪って蒸発する。すなわち、本実施形態の冷凍サイクル装置１では、水加熱運転時において、水熱交換器６が凝縮器として機能し、空気熱交換器３が蒸発器として機能する。一方、除霜運転時においては、空気熱交換器３が凝縮器として機能し、水熱交換器６が蒸発器として機能する。
【００１５】
図２、図３に示すように、上述した筐体１１（図１参照）の底壁１１ａには、複数の防振装置３１が取り付けられ、これら防振装置３１により基板（連結部材）３２が支持されている。基板３２は、底壁１１ａとの間に防振装置３１を介在させた状態で、底壁１１ａに対して平行に配置されている。そして、基板３２上には、上述した各圧縮機２がボルト締めや溶接等により剛結されている。具体的に、各圧縮機２は、圧縮機本体１２の軸方向を基板３２に対して垂直な方向（上下方向）に一致させた状態で基板３２にまとめて固定されている。
【００１６】
また、図示の例において、各圧縮機２は、アキュムレータ１３同士が対向し、圧縮機本体１２同士がアキュムレータ１３に対して互いに反対向きになるように基板３２に固定されている。このように、各圧縮機２は、防振装置３１を介して基板３２上にまとめて支持される。すなわち、各圧縮機２及び基板３２は、一体で振動しうる連結ユニット５０を構成している。なお、図２、図４では、圧縮機本体１２及びアキュムレータ１３を含む圧縮機２全体を円柱形状で示している。
【００１７】
ここで、図２、図４に示すように、連結ユニット５０の主な振動源は、各圧縮機本体１２の回転に伴う圧縮機２の回転振動である。この場合、各圧縮機２の回転振動の回転軸をＣ１、各圧縮機２の回転振動に伴う連結ユニット５０の回転振動の回転軸をＣ２、圧縮機２全体の質量をｍ、圧縮機２の半径をｒ、圧縮機２の回転軸Ｃ１と連結ユニット５０の回転軸Ｃ２間の距離をＲとすると、圧縮機２全体を直径が均一な円柱形状と仮定した場合、圧縮機２の回転振動によって連結ユニット５０に発生する慣性モーメントＪは、次式（１）で表される。
Ｊ＝ｍ×（ｒ２／２＋Ｒ２）・・・（１）
【００１８】
また、圧縮機２の回転振動時における圧縮機２のトルクをＴ、角速度をω、角加速度（振動角加速度）をｄω／ｄｔとすると、上述した慣性モーメントＪと振動角加速度ｄω／ｄｔとの関係は、次式（２）で表される。
ｄω／ｄｔ＝Ｔ／Ｊ・・・（２）
【００１９】
このように、振動角加速度ｄω／ｄｔは、慣性モーメントＪに反比例することになる。そのため、圧縮機本体１２のトルク変動（吸入から吐出までのトルク変動）が一定の場合には、慣性モーメントＪを大きくすることで、振動角加速度を低減でき、連結ユニット５０の振動を低減できることが分かる。
【００２０】
例えば、圧縮機２の質量ｍを２４（ｋｇ）、半径ｒを７５（ｍｍ）に設定し、基板３２上に２つの圧縮機２をまとめて固定した場合、上式（１）、（２）に基づくと、圧縮機２の回転軸Ｃ１間の中心間距離と振動角加速度との関係は図５に示すグラフとなる。なお、図５において、振動角加速度は、２つの圧縮機２を連結部材（基板３２）で連結せずに、筐体１１の底壁１１ａに防振装置３１を介して個別に支持した場合を１としたときの比率で表している。
【００２１】
具体的に、図４に示すように、中心間距離が圧縮機２の直径（２ｒ）の２倍となるように圧縮機２を基板３２に固定した場合、各圧縮機２により連結ユニット５０に発生する回転モーメントＪａは、上式（１）に基づくと、以下のように算出される。
Ｊａ＝２４×２×（７５２／２＋１５０２）
＝１．２１５×１０６（ｋｇ・ｍｍ２）
【００２２】
一方、各圧縮機２を個別に支持した場合、基板３２上で発生する慣性モーメントＪｂは、上式（１）に基づくと、以下のように算出される。
Ｊｂ＝２４×（７５２／２＋０２）
＝６．７５×１０４（ｋｇ・ｍｍ２）
【００２３】
すなわち、中心間距離が圧縮機２の直径の２倍となるように各圧縮機２を一つの基板３２にまとめて固定した場合、圧縮機２を個別に支持した場合に比べて慣性モーメントＪが１８倍となる。本実施形態では、基板３２に圧縮機２が２台固定されているため、加振力となるトルクＴが単純に２倍になることを考慮すると、圧縮機２を複数の基板３２に個別に固定した場合に比べて振動角加速度が１／９（約１１％）となる。
【００２４】
そして、本実施形態では、基板３２上において、各圧縮機２の回転軸Ｃ１間の中心間距離が、圧縮機２の直径（２ｒ）の１．５倍以上３倍以下となるように、各圧縮機２が基板３２に固定されていることが好ましい。中心間距離を圧縮機２の直径（２ｒ）の１．５倍以上とすることで、圧縮機２を複数の基板３２に個別に固定した場合に比べて振動角加速度が１８％（約１／５）以下になり、各圧縮機２間での相対振動を十分に低減できる。これにより、各圧縮機２間を接続する冷媒配管９（流入配管２１や流出配管２２等）に作用する応力を低減できる。この場合、配管径の縮小化や配管長の短縮化を図ることができ、冷凍サイクル装置１の簡素化及び低コスト化を図ることができる。さらに、配管径の縮小化や配管長の短縮化を図ることで、各配管２１，２２での圧力損失を低減することができるので、冷凍サイクル装置１の成績係数を向上させることができる。
一方、中心間距離を圧縮機２の直径（２ｒ）の３倍以下とすることで、筐体１１の大型化を抑制できる。
【００２５】
さらに、本実施形態の圧縮機２は、各圧縮機本体１２間で回転数が互いに異なるようにインバータ装置により制御されている。この場合、各圧縮機本体１２の回転数は、通常運転時に１（ｓ−１）以上、始動時に２０（ｓ−１）以上離れていることが好ましい。これにより、各圧縮機２間での共振やうなりの発生を抑制できる。特に、始動時に回転数を２０（ｓ−１）以上離すことで、各圧縮機２が共振周波数を通過するタイミングを異ならせることができ、各圧縮機２間での共振の発生を確実に抑制できる。なお、インバータ装置は、例えば圧縮機本体１２間で始動タイミングを異ならせた上で、回転数を一定の割合で上昇させたり、始動時の回転数自体を異ならせたりすることで、各圧縮機本体１２間での回転数を異ならせることができる。また、本実施形態において、各圧縮機本体１２の回転方向は同一方向に設定されている。但し、各圧縮機本体１２の回転方向を反対方向にしても構わない。
【００２６】
このように、本実施形態では、各圧縮機本体１２間での回転数を互いに異ならせることで、回転数領域に関わらず各圧縮機２間での共振やうなりの発生を回避することができる。これにより、圧縮機２から基板３２に伝わる振動を抑制し、連結ユニット５０の振動を低減することができる。この場合、本実施形態では、各圧縮機本体１２間での回転数を異ならせるだけの構成であるため、例えば圧縮機本体１２の圧縮位相を異ならせる等の構成に比べてインバータ装置による圧縮機本体１２の駆動制御を簡素化することができる。
しかも、本実施形態では、圧縮機２と防振装置３１との間に配置された基板３２上に各圧縮機２をまとめて固定することで、各圧縮機２を安定して支持することができる。
【００２７】
なお、上述した実施形態では、基板３２上に２台の圧縮機２をまとめて固定する構成について説明したが、これに限らず、３台以上の圧縮機２を基板３２上にまとめて固定しても構わない。
【００２８】
また、上述した実施形態では、基板３２上に圧縮機２のみを固定する構成について説明したが、これに限られない。冷凍サイクル部品のうち、圧縮機２以外の冷凍サイクル部品を圧縮機２とともに基板３２上にまとめて固定しても構わない。具体的に、図６、図７に示す冷凍サイクル装置１００は、冷媒配管９のうち、四方弁７と圧縮機２との間に位置する部分に予備アキュムレータ１０１が接続されている。
【００２９】
予備アキュムレータ１０１は、圧縮機２のアキュムレータ１３よりも上流側に位置し、圧縮機２に供給される冷媒のうち、液体冷媒をアキュムレータ１３の前段で補足し、気体冷媒を圧縮機２に供給するように構成されている。この場合、圧縮機２のアキュムレータ１３は、予備アキュムレータ１０１で捕捉しきれなかった液体冷媒を捕捉するようになっている。そして、予備アキュムレータ１０１の下流側には、上述した流入配管２１を介して各圧縮機２のアキュムレータ１３が各別に接続されている。
【００３０】
この構成によれば、基板３２、各圧縮機２に加えて予備アキュムレータ１０１も含めて一つの連結ユニット１５０として扱うことができるので、連結ユニット１５０で発生する慣性モーメントＪをより大きくすることができる。これにより、基板３２上における各圧縮機２間での相対振動をさらに抑制することができ、各配管２１，２２に作用する応力の更なる低減が可能になる。なお、図６、図７に示す例では、予備アキュムレータ１０１が圧縮機２とともに基板３２上に固定された構成について説明したが、これに限らず、質量の大きな他の冷凍サイクル部品、例えばレシーバタンク５、水熱交換器６を基板３２上に固定しても構わない。さらに、図８に示すように、１台の圧縮機２と予備アキュムレータ１０１等の冷凍サイクル部品を基板３２上にまとめて固定しても構わない。
【００３１】
さらに、上述した実施形態では、基板３２上に圧縮機２をまとめて固定する構成について説明したが、各圧縮機２同士が一体で振動しうる構成であれば、各圧縮機２同士の連結方法は適宜設計変更が可能である。例えば、図９に示す連結ユニット２００は、各圧縮機２が筐体１１の底壁１１ａ上に防振装置３１を介して個別に支持されるとともに、各圧縮機２（圧縮機本体１２）のうち、軸方向に延びる胴部２ａ同士が連結部材２０２により連結されている。
【００３２】
この構成によれば、筐体１１の底壁１１ａに圧縮機２が個別に支持された既存の設備に対して、各圧縮機２の胴部２ａ同士を別体の連結部材２０２により連結することで、各圧縮機２間での相対振動を低減できる。これにより、低コスト化及び簡素化を図ることができる。特に、図９に示す構成において、各圧縮機２同士は、軸方向における重心位置で連結部材２０２により連結されることが好ましい。この構成によれば、連結部材２０２に作用する各圧縮機２の振動に伴う荷重を低減することができるので、連結部材２０２の小型軽量化及び低コスト化を図ることができる。
さらに、上述した基板３２上に複数の圧縮機２をボルト締めや溶接等により剛結するとともに、各圧縮機２の胴部２ａ同士を別体の連結部材２０２により連結することにより、より振動低減効果を高めることができる。
【００３３】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、各圧縮機本体間での回転数を互いに異ならせることで、回転数領域に関わらず各圧縮機間での共振やうなりの発生を回避することができる。これにより、圧縮機から基板に伝わる振動を抑制し、連結ユニットの振動を低減することができる。
【００３４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３５】
１，１００…冷凍サイクル装置、２…回転式圧縮機、３１…防振装置、３２，２０１…基板（連結部材）、１０１…予備アキュムレータ（冷凍サイクル部品）、２０２…連結部材
【図１】
0006373108.tif 000002
【図２】
0006373108.tif 000003
【図３】
0006373108.tif 000004
【図４】
0006373108.tif 000005
【図５】
0006373108.tif 000006
【図６】
0006373108.tif 000007
【図７】
0006373108.tif 000008
【図８】
0006373108.tif 000009
【図９】
0006373108.tif 000010