JP4948557B2 - 多段圧縮機および冷凍空調装置 - Google Patents
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Description
地球温暖化防止を図る観点等から、蒸気圧縮式冷凍サイクルの省エネルギー化と効率化とが必要である。省エネルギー化と効率化とを図った蒸気圧縮式冷凍サイクルとして、二段回転式圧縮機を用いたインジェクションサイクルがある。二段回転式圧縮機を用いたインジェクションサイクルをより普及させるためには、コスト低減と、さらなる効率化とが必要である。
高圧シェル型の圧縮機および中間圧シェル型の圧縮機においては、吸入マフラは密閉シェルの外側に並設される。そして、密閉シェルの側部と吸入マフラの底部とが、吸込み冷媒管を介して接続される。そのため、高圧シェル型または中間圧シェル型の圧縮機を配置する場合には、圧縮機の側部に吸入マフラを配置するスペースが必要になる。特許文献1には、気液分離機能を有する吸入マフラを密閉シェルの軸方向上方に配置し、軸方向から見て略円弧状に形成した圧縮機についての記載がある。これにより、特許文献1では、圧縮機の側部に吸入マフラを配置するスペースを不要とした。
一方、低圧シェル型の圧縮機においては、冷媒を圧縮部へ吸入する前に、密閉シェル内で冷媒を気冷媒と液冷媒と分離することは一般的である。例えば、特許文献2には、冷媒を気冷媒と液冷媒とに分離することに加え、液冷媒と潤滑油とを分離するアキュムレータを密閉シェル内に備えたアキュムレータ一体型の圧縮機についての記載がある。
特許文献3には、中間連結部の容積を高段圧縮部の圧縮室の排除容積よりも大きく設定することについての記載がある。これにより、特許文献3では、低段での冷媒の吐出と高段での冷媒の吸入とのタイミングのずれに起因する圧力脈動の発生を、中間連結部の緩衝作用で抑制した。そして、中間連結部で生じる圧力損失を少なくした。
特許文献4には、低段圧縮要素と高段圧縮要素との平面配置をずらすことについての記載がある。これにより、特許文献4では、中間連結流路の長さを最短にし、中間連結部での吸入ガスの追従性を良くした。そして、中間連結部で生じる圧力損失を少なくした。
特許文献2に記載されたように、低圧シェル型の圧縮機では、圧縮機の内側にアキュムレータを設けることは容易である。しかし、高圧シェル型や中間圧シェル型の圧縮機においては、依然として密閉シェルの内側にアキュムレータ機能を設けることはできない。
以上のように、従来の吸入マフラの省スペース化方法では、圧縮機の小型化の効果を十分に得られない。
特許文献4に記載されたように低段圧縮部、高段圧縮部それぞれのシリンダ平面配置位相をずらした場合、一般的な二段回転式圧縮機の特長である低段圧縮部と高段圧縮部のトルク変動を逆位相で打ち消しあう効果が得られなくなる。
以上のように、従来の中間連結部における圧力損失を低減する方法には課題がある。
密閉シェルと、
前記密閉シェルの内部に設けられ、冷媒を圧縮する第1圧縮部と、
前記密閉シェルの内部に前記第1圧縮部に積層されて設けられ、前記第1圧縮部が圧縮した冷媒をさらに圧縮する第2圧縮部と、
前記冷媒が前記密閉シェル外部から流入し、前記第1圧縮部へ流出する吸入マフラ空間を形成する吸入マフラと、
前記冷媒が前記第1圧縮部から吐出され、前記第2圧縮部へ流出する吐出マフラ空間を形成する吐出マフラとを備え、
前記吸入マフラと前記吐出マフラとは、前記第1圧縮部と前記第2圧縮部との積層方向において少なくとも一部が並列に配置され、かつ、前記第1圧縮部と前記第2圧縮部とに積層され前記密閉シェルの内部に設けられ、
前記吐出マフラは、前記第1圧縮部が圧縮した冷媒が吐出される吐出口と、冷媒が前記第2圧縮部へ流出する連通口とを含む所定の空間を前記吐出マフラ空間として形成し、
前記吸入マフラは、前記積層方向において前記吐出マフラ空間が形成された範囲の空間であって、前記吐出マフラ空間が形成された空間以外の空間の少なくとも一部を前記吸入マフラ空間として形成する
ことを特徴とする。
なお、以下の説明では、「低圧」、「中間圧」及び「高圧」の用語を用いる。しかし、これらは冷媒圧力の相対的な高さを示すものであって、絶対的な高さを示すものではない。「低圧」は、低段圧縮部による圧縮前の圧力を示す。「中間圧」は、低段圧縮部による圧縮後の圧力であって、高段圧縮部による圧縮前の圧力を示す。「高圧」は、高段圧縮部による圧縮後の圧力を示す。
また、二段圧縮機は、密閉シェル8内の圧力レベルによって大きく三種類に分類される。密閉シェル8内圧力が蒸発器圧力、又は、第1圧縮部の吸入圧力に等しい場合は「低圧シェル型」である。密閉シェル8内圧力が第1圧縮部の吐出圧力、又は、第2圧縮部の吸入圧力に等しい場合は「中間圧シェル型」である。密閉シェル8内圧力が凝縮器圧力、又は、第2圧縮部の吐出圧力に等しい場合は「高圧シェル型」である。なお、密閉シェル8内圧力とは、密閉シェル8の主要部分の圧力を指す。したがって、密閉シェル8内であっても、部分的に圧力が異なる場合もある。
また、二段圧縮機において、第1圧縮部は低段圧縮部であり、第2圧縮部は高段圧縮部である。また、以下の実施の形態では、多段圧縮機の一例として、2つの圧縮部(圧縮機構)を有する二段圧縮機を説明する。しかし、多段圧縮機は、3つ以上の圧縮部(圧縮機構)を有する圧縮機であってもよい。
図1は、実施の形態1に係る二段回転式圧縮機の全体構成を示す断面図である。図2は、実施の形態1に係る図1の二段回転式圧縮機のA−A断面図である。なお、図2では、本来断面図では見えない一部の構成要素を破線で示す。
実施の形態1に係る二段回転式圧縮機は、密閉シェル8の内側に、低段圧縮部10、高段圧縮部20、吸入マフラ30、低段吐出マフラ40、高段吐出マフラ50、下部支持部材60、上部支持部材70、中間連結部80、圧縮機吸入管1、潤滑油貯蔵部3、中間仕切板5、駆動軸6、モータ部9を備える。吸入マフラ30及び低段吐出マフラ40の層と、下部支持部材60と、低段圧縮部10と、中間仕切板5と、高段圧縮部20と、上部支持部材70と、高段吐出マフラ50と、モータ部9とが、駆動軸6の軸方向の下側から順に積層されている。また、密閉シェル8の内側において、駆動軸6の軸方向の最も下側に、潤滑油貯蔵部3が設けられる。
吸入マフラ空間31に入った低圧冷媒が漏れないように、吸入マフラ容器32と下部支持部材60との間は吸入マフラシール部33で封止される。また、吸入マフラ30は、吸入マフラ空間31に入った冷媒を気冷媒と液冷媒とに分離する。液貯蔵部34は分離した液冷媒を一時的に蓄えるため、吸入マフラ空間31の下側(駆動軸6の長手方向において低段圧縮部10の反対側)に設けられる。吸入マフラ30は、液貯蔵部34に蓄えられた液冷媒の液面が所定以上に上昇すると、細管38から汲み上げて液貯蔵量を所定の範囲に保持する。また、吸入マフラ30には、圧縮機吸入管1と接続された吸入マフラ入口36と、低段圧縮部10と接続された吸入マフラ出口37とが設けられる。
低段吐出マフラ40には、吸入マフラ容器32と下部支持部材60とによって囲まれた低段吐出マフラ空間41が形成される。低段吐出マフラ空間41に入った中間圧冷媒が漏れないように、低段吐出マフラ容器42と下部支持部材60の間は低段吐出マフラシール部43で封止される。また、低段吐出マフラ40には、中間連結部80を介して高段圧縮部20に連通する連通口47が設けられる。
高段吐出マフラ50は、高段吐出マフラ容器52、高段吐出マフラシール部53を備える。高段吐出マフラ50には、高段吐出マフラ容器52と上部支持部材70とによって囲まれた高段吐出マフラ空間51が形成される。高段吐出マフラ空間51に入った高圧冷媒が漏れないように、高段吐出マフラ容器52と上部支持部材70の間は高段吐出マフラシール部53で封止される。また、高段吐出マフラ50には、密閉シェル8の内側に連通する連通口57が設けられる。
まず、低圧の冷媒は、密閉シェル8に固定した圧縮機吸入管1を経て(図1の(1))、密閉シェル8の内側の吸入マフラ空間31へ吸入マフラ入口36から入る(図1の(2))。冷媒は、吸入マフラ空間31の中で気冷媒と液冷媒とに分離される。気冷媒と液冷媒とに分離された後、気冷媒は吸入マフラ出口37からシリンダ吸入口15を通って(図1の(3))低段圧縮部10のシリンダ11へ吸入される(図1の(4))。一方、液冷媒は吸入マフラ空間31の内部に一旦保持される。シリンダ11へ吸入された冷媒は、低段圧縮部10で中間圧まで圧縮された後、吐出バルブ17が開いて吐出口16から低段吐出マフラ空間41へ吐出される(図1の(5))。低段吐出マフラ空間41へ吐出された冷媒は、連通口47から中間連結流路81を通って(図1の(6))、高段圧縮部20のシリンダ21へ吸入される(図1の(7))。次に、シリンダ21へ吸入された冷媒は、高段圧縮部20で高圧まで圧縮された後、吐出口26から高段吐出マフラ空間51へ吐出される(図1の(8))。そして、高段吐出マフラ空間51へ吐出された冷媒は、密閉シェル8の内側へ吐出される。密閉シェル8の内側に吐出された冷媒は、圧縮部の上方にあるモータ部9の隙間を通った後、密閉シェル8に固定した圧縮機吐出管2を経て、外部冷媒回路へ吐出される。
なお、高圧冷媒が密閉シェル8の内側を通過する間に、冷媒と潤滑油とは分離される。分離された潤滑油は密閉シェル8底部の潤滑油貯蔵部3に貯蔵され、駆動軸6下部に取り付けられた回転ポンプによって汲み上げられ、各圧縮部の摺動部およびシール部に給油される。
また、上述したように、高段圧縮部20で高圧まで圧縮され、高段吐出マフラ空間51へ吐出された冷媒が密閉シェル8の内側へ吐出される。したがって、密閉シェル8内の圧力は、高段圧縮部20の吐出圧力に等しい。したがって、図1に示す圧縮機は、高圧シェル型である。
モータ部9は、駆動軸6を軸心6dを中心として回転させ、圧縮部10、20を駆動させる。駆動軸6の回転により、低段圧縮部10と高段圧縮部20とで、それぞれシリンダ11、21内の回転ピストン12a,22aは反時計まわりに偏心回転する。シリンダ11内側壁との隙間を最小にする偏心方向位置は、回転基準位相θ0から、シリンダ吸入口位相、前記低段吐出ポート位相の順番に回転移動して冷媒を圧縮する。ここでは、回転基準位相は、シリンダ内を圧縮室と吸入室に仕切るベーン14a(仕切り部材の一例)の位置とする。つまり、回転ピストン12aは、回転基準位相から反時計回りに、シリンダ吸入口15の位相θs1を通って、吐出口16の位相まで回転して冷媒を圧縮する。
高段圧縮部20においても、低段圧縮部10と同様に、回転ピストン22aが回転基準位相θ0から反時計回りに、シリンダ吸入口25の位相θs2を通って、吐出口26の位相まで回転して冷媒を圧縮する。すなわち、この実施の形態に示す圧縮機においては、低段圧縮部10のベーン14aの位置と高段圧縮部20のベーン24aの位置とは、同位相(回転基準位相θ0)に設けられている。
1)低段吐出マフラ空間41の形状
上述したように、低段圧縮部10で中間圧まで圧縮された冷媒は、吐出口16から低段吐出マフラ空間41へ吐出される。低段吐出マフラ空間41に吐出された冷媒は、低段吐出マフラ空間41の中で急拡大した後、連通口47から中間連結流路81へ流れ込む。
ここで、低段吐出マフラ空間41が上記吐出口16から連通口47への冷媒の流れを導くような形状となるように、低段吐出マフラ容器42は設けられる。つまり、吐出口16に対して連通口47と反対側の空間は、吐出口16から連通口47への冷媒の流れを無用に拡散する無効流れ領域49(図2で符号49で示すハッチング部分)となる。無効流れ領域49は、冷媒がよどみ易く圧力損失が増える原因となる。そこで、無効流れ領域49の容積が小さくなるように、低段吐出マフラ容器42は設けられる。
そして、以下に示す従来の回転式圧縮機において無効流れ領域が形成されていた領域に、吸入マフラ空間31が形成されるように吸入マフラ容器32は設けられる。
これに対し、図2に示すように、実施の形態1に係る低段吐出マフラ空間41は、無効流れ領域49の容積が小さい。したがって、低段吐出マフラ40での圧力損失を少なくすることができる。また、無効流れ領域49の容積を小さくしたことにより生まれた空間に吸入マフラ30を配置することにより、圧縮機を小型化することができる。
なお、吐出口16と連通口47とを結ぶ直線は、A−A断面において、吐出口16と連通口47とのうち、最も遠い2点を結ぶ直線である。つまり、前記円または楕円には、吐出口16の全体と連通口47の全体とが含まれる。
また、吐出口16と連通口47とを結ぶ直線に代えて、吐出バルブ17と連通口47とを結ぶ直線としてもよい。
また、前記円または前記楕円は、ほぼ円やほぼ楕円であればよく、厳密に円または楕円である必要はない。
また、前記領域を断面とする空間とは、例えば、前記断面を駆動軸6の長手方向に真っ直ぐに伸ばした形状の空間である。つまり、低段吐出マフラ空間41は、例えば、端面が前記円(又は楕円)である円柱(又は楕円柱)と密閉シェル8の内壁とによって形成された空間である。
中間連結流路81への連通口47の位置における回転ピストン12aの回転位相(θout1,以下「連通口位相」と呼ぶ)が、高段圧縮部20のシリンダ吸入口25の位置における回転ピストン12aの回転位相(θs2,以下「高段吸入口位相」と呼ぶ)に近くなるように連通口47を配置する。つまり、回転ピストン12aの回転位相が、高段吸入口位相(θs2)に近い位相となる位置に連通口47を設ける。すなわち、連通口47の平面配置を高段圧縮部20のシリンダ吸入口25に近い位置とする。
図2では、連通口位相(θout1)が、回転基準位相(θ0)と低段圧縮部10のシリンダ吸入口15の位置における回転ピストン12aの回転位相(θs1,以下「低段吸入口位相」と呼ぶ)との間になる位置に連通口47を設けた。つまり、回転ピストン12aの回転位相において、回転基準位相(θ0)と低段吸入口位相(θs1)との間の位相となる位置に連通口47を設けた。
これにより、密閉シェル8の外側に配管を溶接して構成した中間連結管84は両端の位置における回転ピストン12aの回転位相の差が小さくなる。そのため、中間連結管84が短く、曲がりが少なくなる。その結果、中間連結管84を含む中間連結流路81は短く、曲がりが少ない流路になる。中間連結流路81を短く、曲がりの少ない流路にすることにより、中間連結流路81の圧力損失を低減することができる。
圧縮機吸入管1の接続部の位置における回転ピストン12aの回転位相(θin1,以下「吸入管接続位相」と呼ぶ)と、中間連結管84の両端の位置における回転ピストン12aの回転位相とをずらす。ここで、中間連結管84の両端とは、中間連結管84の終端接続部と、中間連結管84の始端接続部とである。
中間連結管84の終端接続部の位置における回転ピストン12aの回転位相(θin2)を、以下「連結管終端位相」と呼ぶ。また、中間連結管84の始端接続部の位置における回転ピストン12aの回転位相を、以下「連結管始端位相」と呼ぶ。
連結管始端位相は、原則として連通口位相(θout1)と同一の位相である。したがって、言い換えると、吸入管接続位相(θin1)に対して、連結管終端位相(θin2)と連通口位相(θout1)とをずらす。
そこで、吸入管接続位相(θin1)に対して、連結管始端位相(=連通口位相(θout1))と連結管終端位相(θin2)とをずらす。つまり、回転ピストン12aの回転位相が、吸入管接続位相(θin1)と異なる位相になる位置に中間連結管84の終端接続部(連通口47)と中間連結管84の終端接続部とを設ける。これにより、中間連結管84を圧縮機吸入管1との接触をさけるために、曲げ変形させる必要がなくなる。
中間連結管84の終端接続部とは、中間連結管84が高段圧縮部20側の流路と接続される位置である。言い換えると、中間連結管84の終端接続部とは、中間連結管84が密閉シェル8に接続される位置であって、高段圧縮部20側の位置である。
同様に、中間連結管84の始端接続部とは、中間連結管84が低段吐出マフラ40側の流路と接続される位置である。言い換えると、中間連結管84の始端接続部とは、中間連結管84が密閉シェル8に接続される位置であって、低段吐出マフラ40側の位置である。
中間連結流路81を曲がりの少ない流路にすることにより、中間連結流路81の圧力損失を低減することができる。
低段吸入口位相(θs1)を、吸入管接続位相(θin1)よりも回転基準位相(θ0)よりにずらす。3)で説明したように、連結管始端位相(=連通口位相(θout1))と連結管終端位相(θin2)とを、回転基準位相(θ0)と吸入管接続位相(θin1)との間に配置すると、吸入管接続位相(θin1)が回転基準位相(θ0)から離れてしまう。そのため、低段圧縮部10における排除容積(低段排除容積)が小さくなってしまう。
そこで、低段吸入口位相(θs1)を吸入管接続位相(θin1)よりも回転基準位相(θ0)よりにずらす。つまり、回転ピストン12aの回転位相が、吸入管接続位相(θin1)よりも回転基準位相(θ0)に近い位相になる位置にシリンダ吸入口15を設ける。これにより、低段圧縮部10における排除容積(低段排除容積)が小さくなることを防止できる。
ここで、低段吐出マフラ比容積とは、「低段吐出マフラ空間41の容積/低段排除容積」である。また、比圧縮機効率とは、「圧縮機効率/従来の二段回転式圧縮機(中間連結部圧力損失改善前)の試験で低段吐出マフラ比容積が最も大きい場合における圧縮機効率」である。
一方、実施の形態1に係る二段回転式圧縮機は、従来の二段回転式圧縮機に比べて圧縮機効率が向上している。特に、低段吐出マフラ空間41の容積が低段排除容積の5倍程度の場合に、圧縮機効率が最大となる傾向を示した。
図4からも分かるように、低段吐出マフラ空間41の容積は、ある程度の大きさが必要である。これは、低段吐出マフラ40は吐出口16からの噴出した流体の圧力脈動の発生を抑えるためである。しかし、上述したように、無効流れ領域49ではよどみを発生し、圧力損失を増加する原因となる。つまり、低段吐出マフラ空間41の容積を低段排除容積の5倍程度としつつ、無効流れ領域49を小さくすることがよい。
例えば、低段吐出マフラ空間41の容積を低段排除容積の5倍程度としつつ、A−A断面における低段吐出マフラ空間41の形状を上述した断面形状(円弧又は楕円弧により形成される領域の形状)とする。なお、低段吐出マフラ空間41の容積は、低段排除容積の5倍に限らず、図4に示すように約2−7倍であってもよい。また、低段吐出マフラ空間41は、最低限必要である吐出口16と吐出バルブ17と中間連結流路81への連通口47とを含む空間であって、無効流れ領域49をできる限り小さくした空間であってもよい。
また、実施の形態1に係る二段回転式圧縮機は、中間連結流路81の長さが短くするため、特許文献4に記載されているような低段圧縮部10のシリンダ11と高段圧縮部20のシリンダ21との平面配置をずらす方式は用いない。つまり、通常の二段回転式圧縮機と同様に、低段圧縮部10のシリンダ11と高段圧縮部20のシリンダ21との平面配置は同位相のまま、回転ピストン12aと回転ピストン22aとの位置を駆動軸6に対して180度ずらして配置できる。したがって、通常の二段回転式圧縮機の特長である、低段圧縮部10と高段圧縮部20のトルク変動を逆位相で打ち消し合う効果を得ることができる。
実施の形態2では、実施の形態1とは異なる吸入マフラ30と低段吐出マフラ40との配置について説明する。
図2に示す低段吐出マフラ40の低段吐出マフラシール部43の領域は、下部軸受け部61を囲むように形成した。図5に示す低段吐出マフラ40の低段吐出マフラシール部43の領域は、下部軸受け部61を含まず、シリンダ吐出口16、吐出バルブ17、凹型設置部18、連通口47を含む閉曲線で形成した。つまり、図5に示す低段吐出マフラ40は、低段吐出マフラシール部43で囲む領域をシリンダ11の吐出口16、吐出バルブ17、凹型設置部18を含む範囲に限定した点が図2に示す低段吐出マフラ40と異なる。
図5に示すように吸入マフラ30と低段吐出マフラ40とを構成しても、図2に示すように吸入マフラ30と低段吐出マフラ40とを構成した場合と同様の効果を得ることができる。
図6では、低段吐出マフラ空間41は、下部支持部材60の吐出口側面部62に接する領域であって下部軸受け部61を含まないリング状(ドーナツ状)の領域のうちの駆動軸6の軸心6dを中心とした所定の角度範囲とした。特に、図6では、低段吐出マフラ空間41は、吐出口16、吐出バルブ17、吐出バルブ凹型設置部18、連通口47を含む範囲に限定した領域に形成した。
一方、吸入マフラ空間は、下部支持部材60の吐出口側面部62に接する領域であって下部軸受け部61を含まないリング状(ドーナツ状)の領域のうちの低段吐出マフラ空間41を除く駆動軸6の軸心6dを中心とした所定の角度範囲とした。
図6に示すように吸入マフラ30と低段吐出マフラ40とを構成しても、図2に示すように吸入マフラ30と低段吐出マフラ40とを構成した場合と同様の効果を得ることができる。
図2、図5では、吸入マフラシール部33によって囲まれた吸入マフラ空間31の内側に、低段吐出マフラシール部43で閉曲線を作り低段吐出マフラ空間41を形成した。一方、図7では、吸入マフラシール部33によって囲まれた吸入マフラ空間31の外側に、低段吐出マフラシール部43で閉曲線を作り低段吐出マフラ空間41を形成した。
図7に示すように吸入マフラ30と低段吐出マフラ40とを構成しても、図2に示すように吸入マフラ30と低段吐出マフラ40とを構成した場合と同様の効果を得ることができる。
図4に示すように、図7に示す構成を備えた二段回転式圧縮機は、従来の二段回転式圧縮機に比べて圧縮機効率が高くなった。一方、図7に示す構成を備えた二段回転式圧縮機は、連通口位相(θout1)を回転基準位相(θ0)に対して、回転ピストン12aの回転方向と反対側に設けたので、中間連結管84が長くなり圧力損失が大きくなったため、実施の形態1に係る二段回転式圧縮機に比べると圧縮機効率の改善効果が劣る。
しかし、図7に示す構成を備えた二段回転式圧縮機は、実施の形態1に係る二段回転式圧縮機と同様に、低段吐出マフラ40での無効流れ領域49を小さくし、低段吐出マフラ40での圧力損失を少なくしており、圧縮機効率が高くなっている。特に、実施の形態1の場合と同様に、低段吐出マフラ空間41の容積が低段排除容積の5倍程度の場合に、圧縮機効率が最大となる傾向を示した。
なお、低段吐出マフラ空間41の容積は、低段排除容積の5倍に限らず、図4に示すように約3−8倍であってもよい。また、図7に示す構成を備えた二段回転式圧縮機は、実施の形態1に係る二段回転式圧縮機と同様に、吸入マフラ30を密閉シェル8の内側に適切に配置することが可能である。したがって、図7に示す構成を備えた二段回転式圧縮機は、実施の形態1に係る二段回転式圧縮機と同様に、小型化と効率化を両立することが可能である。
実施の形態1では、密閉シェル8の外側を通る中間連結管84を用いて中間連結流路81を構成した二段回転式圧縮機を説明した。実施の形態3では、中間連結流路81全体を密閉シェル8の内側に配置した二段回転式圧縮機を説明する。
実施の形態3に係る二段回転式圧縮機は、中間連結流路81が密閉シェル8の外部に接続された中間連結管84を含まない。つまり、中間連結流路81の全体が密閉シェル8の内部に設けられている。この点で、実施の形態3に係る二段回転式圧縮機は、実施の形態1に係る二段回転式圧縮機と異なる。
実施の形態3に係る二段回転式圧縮機における冷媒の流れは、原則として実施の形態1に係る二段回転式圧縮機における冷媒の流れと同様である。但し、低段吐出マフラ空間41へ吐出された冷媒が、密閉シェル8の内側を通ってシリンダ吸入口25へ繋がる中間連結流路81を通って(図8の(6))、高段圧縮部20のシリンダ21へ吸入される点で異なる。
実施の形態3に係る二段回転式圧縮機においても、無効流れ領域49を小さくすることにより中間連結部の圧力損失を少なくする方法を適用できる。したがって、実施の形態3に係る二段回転式圧縮機は、実施の形態1に係る二段回転式圧縮機と同様に、小型化と効率化を両立することが可能である。
特に、実施の形態3に係る二段回転式圧縮機では、中間連結流路81全体が密閉シェル8の内側を通るため、実施の形態1に係る二段回転式圧縮機よりも、流路の長さを短くできる。したがって、より圧力損失を少なくすることが可能であり、小型化も可能である。
実施の形態1では、低段圧縮部10を中間仕切板5の下側に配置した二段回転式圧縮機を説明した。実施の形態4では、低段圧縮部10を中間仕切板5の上側に配置した二段回転式圧縮機を説明する。
なお、実施の形態1では、一例として、低段圧縮部10が回転ピストン型の圧縮機であることを想定した説明をした。そのため、図2は、低段圧縮部10が回転ピストン型の圧縮機であることを想定した図である。また、実施の形態1では、ベーン14aの位置を回転基準位相(θ0)とした。
一方、実施の形態4では、他の例として、低段圧縮部10がスイングピストン型の圧縮機であることを想定する。つまり、実施の形態4では、低段圧縮部10では、駆動軸の回転により、シリンダ11内の揺動ピストン12bがブレード14bを介して揺動ブッシュ14cを支点にシリンダ11内を揺動運動しながら、シリンダ11内側壁との隙間を最小にする偏心方向位置を反時計まわりに回転する。シリンダ内を圧縮室と吸入室に仕切るブレード14b(仕切り部材の一例)の静止点位置を回転基準位相θ0とし、低段ピストン偏心方向位置を回転基準位相θ0から、シリンダ吸入口位相、前記低段吐出ポート位相の順番に回転移動して冷媒を圧縮する。
高圧まで圧縮された冷媒は、高段吐出マフラ50の内部に形成された高段吐出マフラ空間51へ吐出される(図10の(8))。高段吐出マフラ空間51へ吐出された冷媒は、連通口57から高段吐出流路58を通って(図10の(9))、密閉シェル8の内側で低段圧縮部10とモータ部9の間の空間に吐出される(図10の(10))。そして、冷媒は、圧縮機吐出管2を経て、外部冷媒回路に吐出する。
以上の実施の形態では、密閉シェル8内側に高圧の冷媒を通す高圧シェル型の二段回転式圧縮機であった。実施の形態5では、密閉シェル8の内側に中間圧の冷媒を通す中間圧シェル型の二段回転式圧縮機について説明する。
実施の形態5に係る二段回転式圧縮機における冷媒の流れは、低段圧縮部10で中間圧まで圧縮されるまでは、実施の形態1に係る二段回転式圧縮機における冷媒の流れと同様である。そこで、低段圧縮部10で中間圧まで圧縮された後の冷媒の流れを説明する。
中間圧まで圧縮された冷媒は、吐出バルブ17が開いて吐出口16から低段吐出マフラ空間41へ吐出される(図12の(5))。低段吐出マフラ空間41へ吐出された冷媒は、連通口47から密閉シェル8の内側へと出される(図12の(6))。そして、密閉シェル8の内側へと出された冷媒は、中間連結流路81を通って(図12の(7))、高段圧縮部20のシリンダ21へ吸入される(図12の(8))。次に、シリンダ21へ吸入された冷媒は、高段圧縮部20で高圧まで圧縮された後、高段吐出マフラ50の内部に形成された高段吐出マフラ空間51へ吐出される(図12の(9))。高段吐出マフラ空間51へ吐出された冷媒は、圧縮機吐出管2を経て、外部冷媒回路に吐出する。
実施の形態6では、以上の実施の形態で説明した多段回転式圧縮機(二段回転式圧縮機)の利用例であるヒートポンプ式暖房給湯システム90について説明する。
第2熱交換器94を順次接続した主冷媒回路97と、第1熱交換器92、第1膨張弁93の間の分岐点102で一部の冷媒は分岐して第2膨張弁95、第3熱交換器96を流れ、圧縮機91の中間連結部80に冷媒を戻すインジェクション回路99から構成し、効率に優れたエコノマイザサイクルとして動作する。
さらに、第1熱交換器92で熱交換された冷媒の一部は、分岐点102で分岐し、第2膨張弁95で膨張し、第3熱交換器96では、第2膨張弁の制御に従い膨張した冷媒と、第1熱交換器92で冷やされた冷媒とを内部熱交換し、圧縮機91の中間連結部80に注入される。このように、インジェクション回路99を流れる冷媒の減圧効果により冷房能力及び暖房能力を増大させるエコノマイザ手段を備えたヒートポンプユニット101として動作する。
一方、水回路98では、上述したように、第1熱交換器92で熱交換されることにより水は温められ、温められた水は暖房給湯用水利用装置100へ流れて、給湯や暖房に利用される。なお、給湯用の水は、第1熱交換器92で熱交換される水でなくてもよい。つまり、給湯器などでさらに水回路98を流れる水と給湯用の水とが熱交換されるようにしてもよい。
なお、ここでは、以上の実施の形態で説明した多段回転式圧縮機によって圧縮された冷媒で水を加熱するヒートポンプ式暖房給湯システム(ATW(Air To Water)システム)について説明した。しかし、これに限らず、以上の実施の形態で説明した多段回転式圧縮機によって圧縮された冷媒で空気等の気体を加熱又は冷却する蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成することもできる。つまり、以上の実施の形態で説明した多段回転式圧縮機により冷凍空調装置を構築することもできる。本発明の多段回転式圧縮機を用いた冷凍空調装置においては、小型化と高効率化に優れている。
Claims (7)
- 密閉シェルと、
前記密閉シェルの内部に設けられ、冷媒を圧縮する第1圧縮部と、
前記密閉シェルの内部に前記第1圧縮部に積層されて設けられ、前記第1圧縮部が圧縮した冷媒をさらに圧縮する第2圧縮部と、
前記冷媒が前記密閉シェル外部から流入し、流入した冷媒を気冷媒と液冷媒とに分離して、分離した液冷媒を一時的に貯蔵するとともに、分離した気冷媒を前記第1圧縮部へ流出する吸入マフラ空間を形成する吸入マフラと、
前記冷媒が前記第1圧縮部から吐出され、前記第2圧縮部へ流出する吐出マフラ空間を形成する吐出マフラとを備え、
前記吸入マフラと前記吐出マフラとは、前記第1圧縮部と前記第2圧縮部との積層方向において少なくとも一部が並列に配置され、かつ、前記第1圧縮部と前記第2圧縮部とに積層され前記密閉シェルの内部に設けられ、
前記吐出マフラは、前記第1圧縮部が圧縮した冷媒が吐出される吐出口と、冷媒が前記第2圧縮部へ流出する連通口とを含む所定の空間を前記吐出マフラ空間として形成し、
前記吸入マフラは、前記積層方向において前記吐出マフラ空間が形成された範囲の空間であって、前記吐出マフラ空間が形成された空間以外の空間の少なくとも一部を前記吸入マフラ空間として形成する
ことを特徴とする多段圧縮機。 - 前記第1圧縮部では、前記吸入マフラから冷媒が流入する吸入口と、前記吐出マフラへ冷媒を吐出する吐出口との間を仕切り部材によって圧縮室と吸入室とに区切られたシリンダの内側をピストンの偏心位置が回転して冷媒を圧縮し、
前記連通口は、前記仕切り部材の位置を回転基準位相とした場合に、前記ピストンの偏心位置の回転位相が、前記回転基準位相と前記吸入口の位置の位相との間の位相になる位置に設けられる
ことを特徴とする請求項1に記載の多段圧縮機。 - 一端が前記密閉シェルの外部に設けられ、他端が前記吸入マフラへ接続された圧縮機吸入管と、
前記密閉シェルの外部に設けられ、前記連通口と連通した流路に一端が接続され、前記第2圧縮部と連通した流路に他端が接続された中間連結管とを備え、
前記吸入マフラは、前記圧縮機吸入管を介して冷媒が流入し、
前記第1圧縮部は、シリンダの内側をピストンの偏心位置が回転して、前記吸入マフラから流入した冷媒を圧縮して、前記吐出マフラへ吐出し、
前記吐出マフラは、吐出された冷媒が前記中間連結管を介して前記第2圧縮部へ流出し、
前記中間連結管の両端は、前記ピストンの偏心位置の回転位相が、前記圧縮機吸入管が前記密閉シェルと接続された位置における位相と異なる位相になる位置で接続された
ことを特徴とする請求項1または2に記載の多段圧縮機。 - 前記第1圧縮部は、前記吸入マフラから冷媒が流入する吸入口と、前記吐出マフラへ冷媒を吐出する吐出口との間を仕切り部材によって圧縮室と吸入室とに区切られたシリンダの内側をピストンの偏心位置が回転して冷媒を圧縮し、
前記第1圧縮部の吸入口は、前記仕切り部材の位置を回転基準位相とした場合に、前記ピストンの偏心位置の回転位相が、前記圧縮機吸入管が前記密閉シェルと接続された位置における位相よりも、前記回転基準位相に近い位相になる位置に設けられた
ことを特徴とする請求項3に記載の多段圧縮機。 - 前記密閉シェルの内側に、前記吐出マフラと前記第2圧縮部とを接続する中間連結流路
を備え、
前記吐出マフラは、前記中間連結流路を介して冷媒が前記第2圧縮部へ流出する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の多段圧縮機。 - 前記吐出マフラは、前記積層方向と垂直方向の断面において、前記吐出口と前記連通口とを結ぶ直線を直径とする円の円弧、又は、前記直線を長辺とする楕円の楕円弧によって形成される領域を断面とする空間を前記吐出マフラ空間として形成する
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の多段圧縮機。 - 請求項1から6までのいずれか1項に記載の多段圧縮機
を備えることを特徴とする冷凍空調装置。
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