(57)【要約】【課題】駆動要素の回転軸にて駆動される圧縮要素を備えた圧縮機の効率を改善する。【解決手段】密閉容器１２内に、駆動要素としての電動要素１４と、この電動要素１４の回転軸１６により駆動される圧縮要素としての回転圧縮要素３２とを収納して成る圧縮機１０において、回転圧縮要素３２は、シリンダ４０と、回転軸１６に形成された偏心部４４に嵌合されてシリンダ４０内で偏心回転するローラ４８と、このローラ４８に当接してシリンダ４０内を低圧室側と高圧室側とに区画するベーン５２とから構成され、シリンダ４０に形成された吸込ポート７２から吸入されたガスを、ローラ４８とベーン５２の動作により圧縮してシリンダ４０に形成された吐出ポート７５より吐出すると共に、吸込ポート７２からシリンダ４０内へのガスの吸入が終了する吸入締切角度を、９０°以上１８０°以下に設定した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に、駆動要素と該駆動要素の回転軸により駆動される圧縮要素とを収納して成る圧縮機において、
前記圧縮要素は、シリンダと、前記回転軸に形成された偏心部に嵌合されて前記シリンダ内で偏心回転するローラと、該ローラに当接して前記シリンダ内を低圧室側と高圧室側とに区画するベーンとから構成され、前記シリンダに形成された吸込ポートから吸入されたガスを、前記ローラとベーンの動作により圧縮して前記シリンダに形成された吐出ポートより吐出すると共に、
前記吸込ポートから前記シリンダ内へのガスの吸入が終了する吸入締切角度を、９０°以上１８０°以下に設定したことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記駆動要素の慣性を増大させるフライホイールを設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉容器内に駆動要素とこの駆動要素の回転軸にて駆動される圧縮要素とを収納して成る圧縮機に関するものであり、特に、圧縮要素のシリンダ内に吸込ポートからガスを吸入し、吸入したガスをローラとベーンの動作により圧縮する圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種圧縮機、例えば、ロータリコンプレッサでは、密閉容器内に駆動要素と、この駆動要素の回転軸にて駆動される回転圧縮要素を収納して成る。当該回転圧縮要素は、シリンダと、回転軸に形成された偏心部に嵌合されてシリンダ内で偏心回転するローラと、このローラに当接してシリンダ内を低圧室側と高圧室側とに区画するベーンとから構成される。
【０００３】
そして、駆動要素が駆動されると、回転軸と一体に設けた偏心部に嵌合されたローラがシリンダ内を偏心回転する。これにより、回転圧縮要素の吸込ポートから冷媒ガスがシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮されてシリンダの高圧室側に形成された吐出ポートより吐出される構成とされていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２７９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなロータリコンプレッサでは、冷凍負荷が小さい低能力条件時において、駆動要素の回転数が下げられ、低回転域にて運転して、消費電力を低減する試みがなされているが、係る回転数の低下により、シリンダ内の漏れ損失が増大して、効率が悪化する問題が生じていた。
【０００５】
本発明は、従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、駆動要素の回転軸にて駆動される圧縮要素を備えた圧縮機の効率を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
即ち、本発明の圧縮機は、密閉容器内に、駆動要素とこの駆動要素の回転軸により駆動される圧縮要素とを収納して成るものであって、圧縮要素は、シリンダと、回転軸に形成された偏心部に嵌合されてシリンダ内で偏心回転するローラと、このローラに当接してシリンダ内を低圧室側と高圧室側とに区画するベーンとから構成され、シリンダに形成された吸込ポートから吸入されたガスを、ローラとベーンの動作により圧縮してシリンダに形成された吐出ポートより吐出すると共に、吸込ポートからシリンダ内へのガスの吸入が終了する吸入締切角度を、９０°以上１８０°以下に設定したことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２の発明の圧縮機では、上記において駆動要素の慣性を増大させるフライホイールを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、駆動要素とこの駆動要素の回転軸により駆動される圧縮要素とを収納して成る圧縮機において、圧縮要素は、シリンダと、回転軸に形成された偏心部に嵌合されてシリンダ内で偏心回転するローラと、このローラに当接してシリンダ内を低圧室側と高圧室側とに区画するベーンとから構成され、シリンダに形成された吸込ポートから吸入されたガスを、ローラとベーンの動作により圧縮してシリンダに形成された吐出ポートより吐出すると共に、吸込ポートからシリンダ内へのガスの吸入が終了する吸入締切角度を、９０°以上１８０°以下に設定したので、ベーンの高圧室側と低圧室側との圧力差が大きくなっている期間が少なくなり、特に、低回転域で高圧室側と低圧室側との間でのガスの漏れが生じ難くなる。
【０００９】
これにより、低回転域におけるガスの漏れ損失を抑えることができるようになり、低回転域における圧縮機の効率の向上を図ることができる。
【００１０】
また、上記発明において請求項２の如く駆動要素の慣性を増大させるフライホイールを設けることで、高回転域におけるトルク変動を緩和することができる。これにより、高回転域での効率低下を防止できる。
【００１１】
総じて、本発明により圧縮機の全回転域での効率を改善することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、圧縮機の低回転域における漏れ損失を低減するために成されたものである。低回転域における漏れ損失を低減するという目的を、吸込ポートからシリンダ内へのガスの吸入が終了する吸入締切角度を、９０°以上１８０°以下に設定することで実現した。以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
図１は、本発明を適応した一実施例の圧縮機の縦断側面図、図２は図１の圧縮機を用いた冷蔵庫の冷媒回路図、図３は第１の回転圧縮要素のシリンダの平面図をそれぞれ示している。各図において、１０は本発明を適応したロータリコンプレッサ（圧縮機）であり、本実施例のロータリコンプレッサ１０は、鋼板から成る縦型円筒状の密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部空間の上側に配置収納された駆動要素としての電動要素１４と、この電動要素１４の下側に配置され、電動要素１４の回転軸１６により駆動される圧縮要素としての第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４からなる回転圧縮機構部１８にて構成されている。尚、実施例のロータリコンプレッサ１０には冷媒として二酸化炭素が使用される。
【００１４】
密閉容器１２は底部をオイル溜めとし、電動要素１４と回転圧縮機構部１８を収納する容器本体１２Ａと、この容器本体１２Ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで構成されており、且つ、このエンドキャップ１２Ｂの上面には円形の取付孔１２Ｄが形成され、この取付孔１２Ｄには電動要素１４に電力を供給するためのターミナル（配線を省略）２０が取り付けられている。
【００１５】
電動要素１４は、密閉容器１２の上部空間の内周面に沿って環状に溶接固定されたステータ２２と、このステータ２２の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ２４とから構成されており、このロータ２４は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸１６に焼嵌めにより固定される。
【００１６】
前記ステータ２２は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体２６と、この積層体２６の歯部に直巻き（集中巻き）方式により巻装されたステータコイル２８を有している。また、ロータ２４もステータ２２と同様に電磁鋼板の積層体３０で形成されている。
【００１７】
前記回転圧縮機構部１８は、中間仕切板３６を挟んで、２段目となる第２の回転圧縮要素３４を密閉容器１２内の電動要素１４側、１段目となる第１の回転圧縮要素３２を電動要素１４とは反対側に配置している。即ち、第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４は、中間仕切板３６の上下に配置され、第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４を構成する上下シリンダ３８、４０と、電動要素１４の回転軸１６に形成された上下偏心部４２、４４に嵌合されて各シリンダ３８、４０内で偏心回転するローラ４６、４８と、各ローラ４６、４８に当接して各シリンダ３８、４０内を低圧室側と高圧室側にそれぞれ区画するベーン５０、５２と、ベーン５０、５２を常時ローラ４６、４８側に付勢するためのバネ部材としてのスプリング８５、８６と、下シリンダ４０の一方（下側）の開口を閉塞すると共に、回転軸１６の副軸受け５６Ａを有する支持部材としての下部支持部材５６と、上シリンダ３８の上側の開口を閉塞すると共に、回転軸１６の主軸受け５４Ａを有する上部支持部材５４によって構成される。従って、本実施例の回転軸１６は当該回転軸１６の軸方向の略中心部を主軸受け５４Ａにより支持され、下方を副軸受け５６Ａにより支持されている。尚、上記上下偏心部４２、４４はそれぞれ１８０度の位相差を有して回転軸１６に設けられている。
【００１８】
上部支持部材５４には、図示しない吸込ポートにて上シリンダ３８の内部と連通する図示しない吸込通路と、上部支持部材５４の上シリンダ３８とは反対側（上側）の面を凹陥させ、この凹陥部を上部カバー６３にて閉塞することにより形成された吐出消音室６２が設けられている。また、下部支持部材５６には、吸込ポート７２にて下シリンダ４０の内部と連通する吸込通路６０と、下部支持部材５６の下シリンダ４０とは反対側（下側）の面を凹陥させ、この凹陥部を下部カバー６８にて閉塞することにより形成された吐出消音室６４とが設けられている。即ち、吐出消音室６２は上部カバー６３、吐出消音室６４は下部カバー６８にて閉塞される。
【００１９】
下部カバー６８はドーナッツ状の円形鋼板から構成されており、周辺部の４カ所を下ボルト８０・・にて下から下部支持部材５６に固定され、吐出ポート７５にて第１の回転圧縮要素３２の下シリンダ４０内部と連通する吐出消音室６４の下面開口部を閉塞する。このボルト８０・・の先端は上部支持部材５４に螺合する。
【００２０】
第１の回転圧縮要素３２の吐出消音室６４と密閉容器１２内とは連通路にて連通されている。この連通路は上部カバー６３、上部支持部材５４、上下シリンダ３８、４０、中間仕切板３６を貫通する図示しない孔である。この場合、連通路の上端には中間吐出管１２１が立設されており、この中間吐出管１２１から密閉容器１２内に中間圧の冷媒が吐出される。
【００２１】
前記下シリンダ４０には、当該シリンダ４０の上面若しくは下面（中間仕切板３６で閉塞される面、若しくは、下部支持部材５６で閉塞される面）、或いは、内面（ローラ４８が当接する面）に溝８０が形成されている。この溝８０は、吸込ポート７２に連続してローラ４８の回転方向に延在すると共に、終端がベーン５２の中心位置（上死点）を０°とした場合、当該上死点から９０°以上１８０°以下の範囲の何れかの位置にある。本実施例では吸込ポート７２が２９°の位置に形成され、溝８０がシリンダ４０の上面の吸込ポート７２に連続してローラ４８の回転方向に延在し、終端が１４６°の位置にある。従って、ローラ４８が回転して吸入行程が終了する角度（以降、吸入締切角度と称する）は１４６°となる。
【００２２】
ここで、従来の圧縮機と本発明の圧縮機１０について、図４乃至図７を用いて説明する。図４は１段目となる第１の回転圧縮要素３２のローラ４８がシリンダ４０内を一回転する過程における高圧室側のシリンダ４０内の圧力変化を示す図、図５は種々回転域（周波数）における圧縮機の体積効率を示す図、図６は種々回転域（周波数）における圧縮機効率を示す図、図７は第１の回転圧縮要素３２のローラ４８がシリンダ４０内を一回転する過程における回転軸（シャフト）１６のトルク変動を示す図である。尚、図４及び図７において横軸はローラ４８が前記上死点に位置する点を０°とするローラ４８の回転角度（クランク角）である。また、図５及び図６において、Ｐ１乃至Ｐ４は本発明を適用した圧縮機１０（改良機）の各回転域における効率を示し、Ａ１乃至Ａ４は従来の圧縮機（従来機）の各回転域における効率を示している。
【００２３】
従来の如き溝８０が形成されていない圧縮機では、ローラ４８が吸込ポート７２を通過した時点で、シリンダ４０内への低圧冷媒ガスの吸入行程が終了し、圧縮行程が開始されることとなる。従って、吸入締切角度はローラ４８が吸込ポート７２を通過する２９°となる。この場合、図４に破線で示すように、吸込締切角度を過ぎてからシリンダ４０内の高圧室側の圧力が徐々に上昇し、早期に吐出圧力（Ｐｄ）に達することがわかる。また、高圧室側の圧力は吐出ポート７５を通過するまで吐出圧力（Ｐｄ）のままとなる。従って、ローラ４８の１回転中の圧縮時間、即ち、シリンダ４０内の高圧室側と低圧室側との圧力差が大きくなる期間が長くなっていた。
【００２４】
従来の圧縮機では、シリンダ４０内の高圧室側と低圧室側との圧力差が大きくなる期間が長く、その期間に高圧室側の高圧の冷媒ガスが低圧室側に漏れるため、体積効率が低下することがわかる。特に、図５のＡ１に示すように低回転域では、ローラ４８がシリンダ４０内を１回転する速度が遅くなるため、高圧室側と低圧室側での冷媒ガスの漏れ損失が増大し、その結果体積効率の著しい低下を招く。特に、本実施例のロータリコンプレッサ１０のように冷媒として二酸化炭素を用いる場合、二酸化炭素冷媒は圧縮による高低圧差の大きい冷媒であるため、高圧室側から低圧室側への冷媒の漏れも他の冷媒を使用した場合よりかなり多くなる。従って、従来の構造の圧縮機では低回転域において体積効率が非常に悪く、低回転域における効率の改善が切望されていた。
【００２５】
しかしながら、本発明の如く溝８０を形成することで、ローラ４８の１回転中の圧縮時間が短縮され、シリンダ４０内の高圧室側と低圧室側との圧力差が大きくなる期間が短くなる。その結果、高圧室側の高圧の冷媒ガスが低圧室側に漏れる時間が短くなり、その分、体積効率が上昇する（図５のＰ１〜Ｐ４参照）。特に、低回転域においても図５のＰ１の如く良好な体積効率が得られるようになる。これにより、低回転域における冷媒ガスの漏れ損失を抑制できるようになり、低回転域における圧縮機１０の効率を向上することができる。これにより、本実施例の如く二酸化炭素冷媒のように高低圧差の激しい冷媒を使用した場合であっても、図６のＰ１に示すように低回転域における体積効率及び圧縮機効率を改善することができるようになる。
【００２６】
ところで、溝８０を形成することで、図５のＰ１乃至Ｐ４に示すように漏れ損失が低減でき、体積効率を向上することができるようになるが、図６に示す如く従来の圧縮機と比較すると高回転域での圧縮機効率が低下する。これは溝８０を形成することで回転軸１６と上下部支持部材５４、５６の軸受け５４Ａ、５６Ａとの間の摩擦抵抗が増大するためであると考えられる。即ち、溝８０を形成したことで圧縮時間が短くなるので、その分、シリンダ４０の高圧室側の圧力変化が急激に生じる。従って、図７に示すように、従来の圧縮機よりもトルク変動が大きくなり、回転軸１６と軸受け５４Ａ、５６Ａ間の摩擦抵抗が増大する不都合が生じる。
【００２７】
そこで、係る高回転域における効率低下を防止すべく、電動要素１４の慣性（イナーシャ）を増大させるためのフライホイール７０を設ける。本発明の圧縮機１０では回転軸１６の軸方向の略中心となる位置にフライホイール７０を取り付けるものとする。このフライホイール７０は、中心に回転軸１６が貫通するための孔を有し、軸方向（厚さ）が全域において均一な厚みを有する略円盤形状を呈している。また、フライホイール７０の重量は、回転軸１６に対して全域で均一とされている。そして、フライホイール７０は回転軸１６に溶接などで固定されている。当該フライホイール７０の存在により、電動要素１４の慣性モーメントを大きくすることができるようになり、高回転域におけるトルク変動を緩和できる。これにより、高回転域での効率低下を防止することができるようになる。
【００２８】
他方、密閉容器１２の容器本体１２Ａの側面には、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路６０（上側は図示せず）、吐出消音室６２、上部カバー６３の上側（電動要素１４の下端に略対応する位置）に対応する位置に、スリーブ１４１、１４２、１４３及び１４４がそれぞれ溶接固定されている。スリーブ１４１と１４２は上下に隣接すると共に、スリーブ１４３はスリーブ１４１の略対角線上にある。また、スリーブ１４４はスリーブ１４１と略９０度ずれた位置にある。
【００２９】
そして、スリーブ１４１内には上シリンダ３８に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９２の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９２の一端は上シリンダ３８の図示しない吸込通路と連通する。この冷媒導入管９２は密閉容器１２の上側を通過してスリーブ１４４に至り、他端はスリーブ１４４内に挿入接続されて密閉容器１２内に連通する。
【００３０】
また、スリーブ１４２内には下シリンダ４０に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９４の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９４の一端は下シリンダ４０の吸込通路６０と連通し、他端はアキュムレータ１２７に連通する。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒導入管９６の一端は吐出消音室６２と連通し、他端は放熱器１２１に連通する。
【００３１】
以上詳述した本実施例のロータリコンプレッサ１０は冷蔵庫に用いられる。即ち、ロータリコンプレッサ１０は図２に示す冷蔵庫の冷媒回路１１５の一部を構成する。図２に示すようにロータリコンプレッサ１０の冷媒吐出管９６は放熱器１２１の入口に接続される。放熱器１２１の出口は減圧手段としてのキャピラリチューブ１２２の入口に接続され、キャピラリチューブ１２２の出口は冷却器１２５の入口に接続される。また、冷却器１２５を出た配管は前記アキュムレータ１２７に接続される。
【００３２】
以上の構成で、次にロータリコンプレッサの動作を説明する。ターミナル２０及び図示されない配線を介して電動要素１４のステータコイル２８に通電されると、電動要素１４が起動してロータ２４が回転する。この回転により回転軸１６と一体に設けた上下偏心部４２、４４に嵌合されたローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。
【００３３】
これにより、冷媒導入管９４及び下部支持部材５６に形成された吸込通路６０を経由して吸込ポート７２から下シリンダ４０の低圧室側に吸入された低圧の冷媒ガスは、ローラ４８とベーン５２の動作により圧縮されて中間圧となり、下シリンダ４０の高圧室側より吐出ポート７５を経て吐出消音室６４内に吐出される。吐出消音室６４に吐出された中間圧の冷媒ガスは、図示しない連通孔を経て中間吐出管１２１から密閉容器１２内に吐出される。
【００３４】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは、冷媒導入管９２を通って、上部支持部材５４に形成された図示しない吸込通路を経由して吸込ポートから上シリンダ３８の低圧室側に吸入される。吸入された中間圧の冷媒ガスは、ローラ４６とべーン５０の動作により２段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、上シリンダ３８の高圧室側から図示しない吐出ポート内を通り上部支持部材５４に形成された吐出消音室６２に吐出される。吐出消音室６２に吐出された冷媒は、当該吐出消音室６２内に連通された冷媒吐出管９６を通って、ロータリコンプレッサ１０の外部に吐出され、放熱器１２１に流入する。
【００３５】
放熱器１２１に流入した冷媒は当該放熱器１２１を通過する過程で周囲と熱交換して放熱し、キャピラリチューブ１２２に入る。キャピラリチューブ１２２にて冷媒は減圧され、その後、冷却器１２５に流入する。そこで、冷媒は周囲の空気から吸熱して蒸発する。このとき、冷却器１２５の周囲の空気は当該冷媒との熱交換により冷却される。そして、冷却された空気はファン１２５Ｆにより冷蔵庫の庫内に送風され、庫内を冷却する。
【００３６】
一方、蒸発した冷媒は、冷却器１２５から出てアキュムレータ１２７に入り、気液分離され、ガスのみが冷媒導入管９４から第１の回転圧縮要素３２内に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００３７】
以上本発明の如くシリンダ４０に溝８０を形成することで、低回転域でシリンダ４０の高圧室側と低圧室側との間でのガスの漏れが生じ難くなり、低回転域におけるガスの漏れ損失を抑えることができるようになる。これにより、低回転域における圧縮機１０の効率の向上を図ることができる。
【００３８】
更に、電動要素１４の慣性を増大させるフライホイール７０を設けることで、溝８０を形成することにより生じる高回転域におけるトルク変動を緩和することができ、高回転域での効率低下を防止できるようになる。
【００３９】
総じて、本発明により圧縮機１０の全回転域での効率を改善することができるようになり、圧縮機１０の性能及び信頼性を向上できる。
【００４０】
尚、本実施例では、第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４を備えたロータリコンプレッサ１０を用いて、第１の回転圧縮要素３２の下シリンダ４０に溝８０を形成するものとしたが、本発明はこれに限らず、例えば、単シリンダ型の圧縮機、或いは、３段以上の圧縮要素を備えた圧縮機に適用しても差し支えない。
【００４１】
また、シリンダ４０の上面に吸込ポート７２に連続してローラ４８の回転方向に延在する溝８０を形成するものとしたが、溝はシリンダ４０の下面の下部支持部材５６に当接する面、或いは、ローラ４８が当接する内面に形成するものとしても構わない。また、本実施例では溝８０の終端、即ち、吸入締切角度を上死点から１４６°の位置としたが、これに限らず、吸入締切角度は上死点からローラの回転方向に９０°以上１８０°以下の何れかの範囲に設定するものとすれば本発明は有効である。
【００４２】
更に、本実施例では回転軸１６にフライホイール７０を取り付けるものとしたが、これに限らず、電動要素１４のロータ２４に取り付けるものとしても請求項２の発明は有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明を適用した実施例のロータリコンプレッサの縦断側面図である。
【図２】図１のロータリコンプレッサを適用した実施例の冷蔵庫の冷媒回路図である。
【図３】第１の回転圧縮要素のシリンダの断面図である。
【図４】本発明及び従来の圧縮機の各回転角度におけるシリンダの高圧室側の圧力変化を示す図である。
【図５】本発明及び従来の圧縮機の体積効率を示す図である。
【図６】本発明及び従来の圧縮機の効率を示す図である。
【図７】本発明及び従来の圧縮機のトルク変動を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０    圧縮機
１２    密閉容器
１４    電動要素
１６    回転軸
２０    ターミナル
２２    ステータ
２４    ロータ
２６、３０    積層体
２８    ステータコイル
３２    第１の回転圧縮要素
３４    第２の回転圧縮要素
３８    上シリンダ
４０    下シリンダ
４２、４４    偏心部
４６、４８    ローラ
５０、５２    ベーン
５４    上部支持部材
５６    下部支持部材
６０    吸込通路
６２、６４    吐出消音室
７０    フライホイール
７２    吸込ポート
７５    吐出ポート
８０    溝
１１５  冷媒回路
１２１  放熱器
１２２  キャピラリチューブ
１２５  冷却器
【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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【図７】
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