三菱重工技報 VOL.45 NO.2: 2008

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特集論文

業界最小・最軽量の６馬力高効率
DC ツインロータリー圧縮機
The Smallest and Most Lightweight throughthe Industry, High Efﬁcient DC Twin Rotary
Compressor for 6HP
藤 田 佳 純＊1

Yoshizumi Fujita

三 浦 茂 樹Shigeki Miura

＊1

藤谷誠＊2

小 林 寛 之＊3

＊1

後 藤 利 行＊4

Makoto Fujitani

江 崎 郁 男Ikuo Esaki

Hiroyuki Kobayashi

Toshiyuki Goto

小型圧縮機の大容量化という昨今の業界トレンドに先駆け，6 馬力まで対応可能な圧縮機としては業界最小・最軽量である冷媒 R410A 用 DC ツインロータリー圧縮機を開発した．当社独自の技術によって大容量化に関する各種制限を明確にし，特に高負荷運転条件下でのクランクシャフトたわみを低減させたことでこの課題を克服した．さらに冷媒循環量が大きくなる運転条件下での油吐出量についても従来サイズの圧縮機対比同等とし，業界最小・最軽量でありながら高信頼性・高効率化を両立させることに成功した．

1．は

じめに

環境問題に配慮した期間消費電力量の低減（省エネルギー化）のために圧縮機の高効率化が求められてき
高さ376
高さ440

たが，近年これに加えて室外ユニットの小型化（省資源化・易施工）を実現するため，従来対比１サイズ小さい圧縮機の大容量化が業界での大きな技術トレンド

空間容積比 重量比
：他社機 1.00（1.45）1.00（1.78）：他社機 0.69（1.00）0.56（1.00）：開発機 0.61（0.89）0.44（0.78）
胴径φ186
胴径φ156
胴径φ133(単位：mm)となっている．
これに対し，当社は他社に先駆けて６馬力まで対応する冷媒 R410A 用圧縮機として，業界最小・最軽量の高効率 DC ツインロータリー圧縮機を開発した．

図１

本報では小型圧縮機の大容量化と高信頼性・高効率外観・重量比較化という相反する要求を両立させた技術について報告
圧縮機馬力は押し退け量（圧縮容積）の大きさに比例する．

2．ツインロータリー圧縮機の概要
2．1

外観する．図２から明らかなように圧縮機胴径はシリンダ径とモータ径によって決まっており，さらにはクランクシャフト径もこれらと密接な関係がある．すなわち今回開発した６馬力ツインロータリー圧縮機の外観

小型圧縮機を大容量化するためには，これらの径を維寸法を図１に示す．開発機は６馬力他社一定速スク持したまま，押し退け量を大きく確保する必要がある．

ロール圧縮機対比 39 ％の省スペース化と 56％の軽量

3．小 型 化 技 術化，同様に 6 馬力他社 DC ツインロータリー圧縮機対比では 11 ％の省スペース化と 22 ％の軽量化を実現し3．1た．この結果は室外ユニットへの搭載性とその軽量化

押し退け量が大きくなるとクランクシャフトに加わに大きく寄与するものである．
2．2
＊1
＊2

内 部 構 造軸受信頼性る荷重が大きくなり，たわみによる局所面圧増加で軸受異常磨耗や焼付きを引き起こす可能性がある．そこ

ツインロータリー圧縮機の内部構造を図２に示す．

で当社は高負荷運転時のたわみ量を低減させるため，冷熱事業本部空調機技術部圧縮機設計グループ
ものづくり革新推進部長＊3＊4

冷熱事業本部空調機技術部長
技術本部名古屋研究所機械要素研究室

三菱重工技報 VOL.45 NO.2: 2008

端子

クランクシャフト径を維持したまま荷重方向の剛性を冷媒の流れ吐出管

21効果的に高めるような形状を適用した．図３にロー吸入管

タ１回転中のクランクシャフトたわみと，荷重方向アキュムレータ

モータ上室空間における剛性の解析結果を示す．通常クランクシャフ

モータステータ

トに比して剛性を高めたクランクシャフトのたわみはモータロータ20 ％以上低減し，押し退け量増加分の荷重増加を相クランクシャフト殺させることが可能となった．さらにこの結果を基にモータ下室空間して詳細な FEM 解析（図４）と実機確認試験を実施

上部マフラし信頼性を確保した．

押し退け量（圧縮容積）

上部軸受

ロータリー圧縮機の主要諸元であるシリンダ内径と幅の組合せは，図５に示すような各制限線に囲まれた上部シリンダロータ
シャフトピン

下部マフラにクランクシャフトの剛性を効果的に高めることで軸油溜め受の信頼性制限を緩和させ，さらにその他の制限に関吐出ブレードしても同様に限界値を解析と実機確認試験によって明確にした結果，小型圧縮機の大容量化に成功した．

ツインロータリー圧縮機断面図

シリンダ内径① 圧縮機胴径を維持できる限界線．
② 圧縮部が幾何学的に組立可能である限界線．
③ ブレード信頼性が確保できる限界線．
④ 軸受信頼性が確保できる限界線（本文で詳迩）．

3.0
最大2.5倍増
剛性

2.0

2.0

1.6

1.5

1.2

通常クランクシャフト基準（＝1.0）

1.0

0.8
20％減
0.4
0.000.5

たわみ60120180240300

ブレード
上部軸受

1.2
② 幾何学制限
シリンダ幅比（−）

2.52.4

クランクシャフト剛性比（−）

クランクシャフトたわみ比（−）

2.80.0360

シリンダ幅

下部軸受. 図２領域（＝成立範囲）で表される．当社は前述したよう

吸入セパレータプレート
下部シリンダ

1.1

1.0③ 信頼性制限（ブレード）

下部軸受④ 信頼性制限
（軸受）

成立範囲
0.9

ロータ回転角θ（de .）① 小型化制限
θ＝0（de .）0.80.91.0

1.1

シリンダ内径比（−）

図３

クランクシャフトの剛性・たわみ特性図

図５

ロータリー圧縮機諸元成立範囲

上側シャフトピン荷重

下側シャフトピン荷重
通常クランクシャフト

剛性を高めたクランクシャフト

上・下側シャフトピン荷重は，ロータ1 回転中に大きさ・方向共それぞれ変動するため，複数のロータ回転角で検証した．

たわみ大

図４

クランクシャフトの FEM 解析結果

小詳細な FEM 解析で図３の妥当性を検証した．

1.2

三菱重工技報 VOL.45 NO.2: 2008223．2

油吐出量低減定格効率 ：COPに係る効率
電気代効率：期間消費電力量に係る効率

圧縮機底部に封入された冷凍機油は各摺動部の潤滑106や圧縮部漏れ隙間のシールに寄与しているが，冷媒循環

約〜5 ％優位

量が大きくなると，冷媒ガスの流れに乗って圧縮機外特に小型圧縮機の大容量化では，圧縮機内部容積（モータ上室・下室空間容積：図２）対比の冷媒循環量が大きくなるため，圧縮機内部の油分離効率が低下し油吐104
効率比（％）

部へ持ち出される冷凍機油量（＝油吐出量）が増加する．

：定格効率：電気代効率

約 2 ％優位102

約〜1 ％優位100

出量が増加する．これは圧縮機内の油量が減ることにより圧縮機自身の信頼性が損なわれるだけでなく，熱98交換器の熱伝達を阻害しシステム効率低下の原因となる．そこで当社はモータ下室空間と上室空間をつなぐ冷媒ガス通路であるモータ内外周通路形状及び通路面

4馬力

5馬力

6馬力

（胴径φ133）（胴径φ130）（胴径φ133）（胴径φ156）

他社基準（＝100％）開発機（胴径φ133）
他社機（胴径φ130）積の最適化を実施した．その結果，図６に示すとおり

図７

圧縮機胴径がほぼ等しい他社４〜５馬力に対して圧倒

圧縮機効率比較的に低い油吐出量を実現し，圧縮機胴径が１サイズ以上大きい他社６〜８馬力の油吐出量と同程度とした．

1.00.9
油吐出量（wt％）

0.8

他社機（胴径φ130）4〜5馬力

他社機（胴径φ156）
6〜8馬力

0.7
0.6

開発機（胴径φ133）

0.5大幅低減（4〜5馬力） 同等（6馬力）

0.4

図８0.3

THACOM 社（Chachoengsao，THAILAND）外観

0.2
0.1
0.0
0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.41.6

循環量比（−）

図６

油吐出量比較

量でありながら，高信頼性・高効率化を両立させることに成功した．
なお，開発機はタイ−日本の合弁会社として 1989
年 に 設 立 さ れ た THACOM 社（Thai CompressorManufacturing Co.Ltd，図８）にて既に量産を開始

4．高 効 率 化 技 術
3．1 項で述べたクランクシャフトのたわみ解析をしている．THACOM 社は当社製ユニットへの圧縮機供給以外にも，グローバルな圧縮機単販活動を実施するための重要な拠点となっている．

詳細に実施し，かつその値を低減させたことは圧縮部漏れ隙間の最適化を可能とすることにもつながり，さらに 3．2 項の油吐出量低減で広範囲運転条件下において圧縮部漏れ隙間のシール性を確保した．加えて高効率 DC ネオジウムモータを採用することで，低速から高速域に至るまで高効率化を実現した．以上の技術によって４〜６馬力のシリーズ展開を実施した結果，
図７に示すとおり全ての馬力において他社以上となる

藤田佳純

藤谷誠

小林寛之

三浦茂樹

江崎郁男

後藤利行

効率を達成した．

5．まとめ

当社が開発した冷媒 R410A 用６馬力 DC ツインロー
タリー圧縮機は，独自の技術によって業界最小・最軽