JPH08233381A

JPH08233381A - 低温用機器

Info

Publication number: JPH08233381A
Application number: JP4034695A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Ishiyama; 明彦石山; Tadashi Iizuka; 董飯塚; Hiroaki Hatake; 裕章畠; Kazuhisa Ichimoto; 和久市本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1995-02-28
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】低振動化することにより、可燃性冷媒を用い
ても、機器の安全性を確保し、地球の温暖化効果を促進
するようなガスの発生を抑制する。【構成】密閉容器１内に、電動機部Ａと圧縮機構部Ｂ
とがクランク軸３で連結され、このクランク軸３は主軸
受６と副軸受１０とで支持されている。圧縮機構部Ｂで
は、主軸受６と副軸受１０との間が仕切板９によって仕
切られ、２つのシリンダ７，８が形成されている。これ
らシリンダ７，８内では、クランク軸３に偏心部５ａ，
５ｂが形成され、これら偏心部５ａ，５ｂに夫々ローリ
ングピストン１１ａ，１１ｂが設けられている。これら
ローリングピストン１１ａ，１１ｂは互いに１８０゜の
位相差で冷媒の圧縮，吐出動作を繰り返す。かかる構成
のシリンダロータリ圧縮機は、冷蔵庫などの低温用機器
の機械室に、クランク軸３がほぼ水平となるように、設
置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷蔵庫や冷凍庫，冷凍
冷蔵庫などの低温用機器に係り、特に、ロータリ圧縮機
を用いた低温用機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境保護の観点より、ＣＦＣ，Ｈ
ＣＦＣ系の規制対象のフロン系冷媒はもとより、オゾン
破壊能を持たないＨＦＣ系のフロン系冷媒についても、
地球温暖化効果の面から使用を抑制しようという動きが
一部見られている。このような状況の中で、それ自体地
球温暖化効果はほとんどないが、これまで可燃性のため
に実用化が困難とされたきた炭化水素系の冷媒、即ち、
プロパン、イソブタンあるいはそれらの混合物が代替冷
媒の候補の１つとして有力視されるようになった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、地球温暖化効果
をさらにトータル的に評価する指標としてTEWI(TotalEq
uivalent Warming Impact)の考え方が導入され、冷媒
そのものが持つ地球温暖化能力の制限のみならず、機器
のエネルギー消費を補うための火力発電所などの電力発
生源での燃料消費によって発生する二酸化炭素が地球温
暖化を促進することになるため、二酸化炭素の発生を抑
えてかかる間接的な地球温暖化効果を抑制するために、
使用機器の効率化を図ることが産業界の大命題となって
いる。

【０００４】また、可燃性の冷媒を使用した場合、冷凍
サイクルの配管の疲労などによって冷媒が漏れた場合、
圧縮機内で爆発が起こる危険性もあり、このような安全
性についても充分な配慮が必要となる。

【０００５】本発明の目的は、以上の点に鑑み、可燃性
冷媒の使用に当り、信頼性を高め、充分な安全性を確保
するとともに、効率の向上を図った低温用機器を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、冷媒としてプロパン、イソブタンなどの
単一あるいは混合物の炭化水素を用い、機器本体の背面
下部に形成された機械室内に配置した密閉形圧縮機とし
て、該冷媒を圧縮する圧縮機溝部と該圧縮機構部を駆動
する電動機部とが密閉容器内に収納されてなる２シリン
ダロータリ圧縮機とする。

【０００７】また、本発明は、上記圧縮機溝部の回転軸
がほぼ水平になるようにする。

【０００８】

【作用】２シリンダロータリ圧縮機は、クランク軸が互
いに１８０°位相を異にする２個の偏心部を有し、これ
らの偏心部に嵌入れされた２個のローリングピストンが
シリンダ内を偏心回動するものであるから、各々のポン
プ部（圧縮機溝部）で生じるガス圧縮トルク変動が平滑
化され、この結果、圧縮機の振動が、同一冷凍能力を有
する１シリンダロータリ圧縮機に比べて、１／４以下に
低減される。このため、冷凍サイクルの配管の繰り返し
応力による疲労が低減し、可燃性冷媒の漏れの確率が大
幅に低減して安全性が高まることになる。

【０００９】また、上記の構成の２シリンダロータリ圧
縮機では、クランク軸の軸受部での回転に偏心が生じに
くくなり、このため、クランク軸の軸受への片当りがな
くなって、軸受の片寄った摩耗がなくなり、信頼性が高
まることになる。

【００１０】さらに、２シリンダロータリ圧縮機は、１
シリンダロータリ圧縮機と比べて、軸受荷重も分散され
半減するので、摺動損失が低減されるし、吐出ポートが
２個所設けられていることにより、吐出抵抗も半減され
るので、摺動損失や吐出抵抗エネルギー損失が低減し、
総合的に効率が向上する。

【００１１】圧縮機構部の回転軸を垂直になるように圧
縮機を配置すると、回転アンバランスによる振動が圧縮
機全体に伝達され、周囲の配管を加振するが、圧縮機構
部の回転軸をほぼ水平にし、回転方向の振動を吸収する
支持点をとると、回転アンバランスによる振動が抑制さ
れ、配管に対する加振を低減できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。まず、図１は本発明による低温用機器に用いる横形
の２シリンダロータリ圧縮機を示す縦断面図であって、
Ａは電動機部、Ｂは圧縮機構部（ポンプ部）、１は密閉
容器、２はステータ、３はクランク軸、４はロータ、５
ａ，５ｂは偏心部、６は主軸受、７，８はシリンダ、９
は仕切板、１０は副軸受、１１ａ，１１ｂはローリング
ピストン、１２は吸込管、１３は吐出室カバーである。

【００１３】同図において、この圧縮機は、密閉容器１
に電動機部Ａと圧縮機構部Ｂとが収納されてなり、これ
ら電動機部Ａと圧縮機構部Ｂとがクランク軸３によって
連結されている。

【００１４】電動機部Ａは、密閉容器１の内壁に固定さ
れたステータ２と、このステータ２の内側にあってクラ
ンク軸３を嵌着したロータ４とで構成されている。ま
た、圧縮機構部Ｂは密閉容器１の内壁に固着された主軸
受６と副軸受１０と主軸受６に固定された吐出室カバー
１３とで外形が形成されており、その中に２つのシリン
ダ７，８が配置されている。このように２つのシリンダ
を有していることから、この圧縮機を、従来の１シリン
ダロータリ圧縮機に対し、２シリンダロータリ圧縮機と
いうのである。

【００１５】かかる２シリンダロータリ圧縮機の圧縮機
構部Ｂにおいて、副軸受１０と主軸受６とでクランク軸
３が支持され、これら主軸受６，副軸受１０間に仕切板
９によって仕切られて夫々シリンダ７，８が配置されて
いる。シリンダ７では、クランク軸３に偏心部５ａが形
成され、それにローリングピストン１１ａが嵌合されて
いる。また、シリンダ８では、クランク軸３に偏心部５
ａとは１８０°位相が異なって回転する偏心部３ｂが形
成され、それにローリングピストン１１ｂが嵌合されて
いる。これらローリングピストン１１ａ，１１ｂに当接
しながらシリンダ内を冷媒吸込室と冷媒圧縮排出室とに
仕切るベーン(図示せず)が往復動を行なう。また、副軸
受１０には吸い込み管１２が取り付けられ、この吸込管
１２からシリンダ７，８に冷媒が交互に吸い込まれ、交
互に圧縮されて吐出される。

【００１６】図２は図１に示した２シリンダロータリ圧
縮機を用いた低温用機器の一実施例の要部を示す斜視図
であって、ここでは、この低温用機器を冷蔵庫とし、２
０は冷蔵庫本体、２１は断熱材２２によって仕切られた
庫内、２２は断熱材、２３は機械室、２４は凝縮器の一
部、２５は図１に示した２シリンダロータリ圧縮機、２
６は吸込配管、２７は吐出配管である。

【００１７】同図において、冷蔵庫本体２２の内部が断
熱材２２によって仕切られ、これによって冷蔵庫本体２
０の背面下部に機械室２３が形成され、それ以外の部分
が冷凍，冷蔵物を収納する庫内２１となる。この機械室
２３内に、凝縮器２４や２シリンダロータリ圧縮機２５
などが吸込配管２６や吐出配管２７で連結されてなる冷
凍サイクルが設置されている。なお、冷凍サイクルの冷
媒として、炭化水素系冷媒（例えば、プロパン，イソブ
タンあるいはそれらの混合物）を用いる。

【００１８】ここで、２シリンダロータリ圧縮機は横形
であって、クランク軸３（図１）がほぼ水平となるよう
に、即ち、図１に示した圧縮機構部Ｂと電動機部Ａとが
ほぼ水平な配置関係となるように、設置されている。

【００１９】かかる構成において、横形の２シリンダロ
ータリ圧縮機２５は低温低圧の冷媒を圧縮し、高温高圧
の冷媒ガスにして吐出する。この冷媒ガスは凝縮器２４
に送られてその熱を空気中に放出しながら液冷媒とな
り、膨張機構（図示せず）を通過して低温低圧の湿り蒸
気となり、蒸発器（図示せず）に送られる。蒸発器で
は、この冷媒は周囲から熱を吸収して蒸発し、このと
き、冷蔵室の庫内２１を冷却する。蒸発器を出た低温低
圧の冷媒ガスは横形の２シリンダロータリ圧縮機２５に
吸込まれ、再び同じサイクルが繰り返される。

【００２０】ここで、２シリンダロータリ圧縮機２５は
横形となっており、このため、クランク軸３（図１）は
安定に回転して、主軸受６や副軸受１０（図１）での摺
動状態が一様となる。このため、これら軸受での片寄り
摩耗が生じにくく、圧縮機の信頼性が向上する。

【００２１】図３は冷凍サイクルの以上の１サイクル中
における２シリンダロータリ圧縮機２５のシリンダ内の
ガス圧縮トルク変動を、これと同一冷凍能力を有する従
来の１シリンダロータリ圧縮機と比較して示したもので
ある。

【００２２】２シリンダロータリ圧縮機においては、各
シリンダ７，８（図１）内での冷媒圧縮行程を相互に１
８０°の位相差で行なっているため、図３から明らかな
ように、ガス圧縮トルクの変動巾が平滑化されて１シリ
ンダロータリ圧縮機の１／２以下に低減し、これによ
り、圧縮機本体の振動加速度は１／４以下、摺動部の荷
重も半減する。

【００２３】これにより、圧縮機で発生する振動が低減
するし、また、軸受部６，１０などの摺動部で費やされ
るエネルギーが低減して、その分無駄な消費電力が低減
されて冷蔵庫の効率が向上する。このことが、電力供給
源での無駄な電力の発生を抑えて二酸化炭素の発生を低
減し、間接的には、地球温暖化効果を低減することにな
る。

【００２４】次に、炭化水素系冷媒を使用した場合にお
ける冷凍サイクル上の問題点について説明する。但し、
ここでは、炭化水素系冷媒として、プロパン，イソブタ
ンやその混合物について述べる。

【００２５】図４は横軸にイソブタンとプロパンとの混
合比をとり、その混合比に対する理論冷凍能力を示した
ものである。ここでの条件は、一般的に広く用いられて
いるASHRAE条件、即ち、蒸発温度が−２３．３℃で凝縮
温度が５４．４℃とするものであり、冷媒がＣＦＣ１２
であるときの同一条件での冷凍能力と比較している。ま
た、図５は同じく夫々の混合比に対する吐出圧力を示し
たものである。

【００２６】図４から明らかなように、イソブタンの比
率が高い程冷凍能力は低く、プロパンの比率が高くなる
程冷凍能力が高くなる。そこで、従来のＣＦＣ１２を冷
媒として用いた場合と同等の冷凍能力を得るために、イ
ソブタンの比率の高い冷媒を用いるときには、圧縮機の
押除量（クランク軸の１回転当りに排出する冷媒ガスの
容積）を増加させるか、あるいは、従来と同等の押除量
とするときには、プロパンの比率を増加させるという方
法が考えられる。

【００２７】しかしながら、前者の押除量を増加させる
方法の場合、従来の１シリンダロータリ圧縮機では、シ
リンダ自体を大型化するか、シリンダにおけるクランク
軸での偏心量を増加させる必要があり、このようにする
と、振動が増加する。後者のようにプロパンの比率を増
加させる方法の場合には、図５に示すように、この比率
を増加させると、吐出圧力が増加する傾向にあり、この
ため、万一配管に欠陥（ピンホールや溶接部での欠陥な
ど）があると、あるいは、万一振動による繰り返し応力
により配管が疲労して欠陥が生ずると、吐出圧が高いた
め、かかる欠陥から冷媒が漏洩するといった事態が起こ
りやすく、可燃性冷媒を用いたことによる安全性に問題
がある。

【００２８】これに対し、上記実施例では、２つのシリ
ンダを備えたことによって等価的に押除量が増加したこ
とになり、プロパンの混合比を格別大きくしなくとも冷
凍能力を高めることができるし、吐出圧力も格別高くな
ることがないため、万一配管に欠陥があっても、そこか
らの冷媒の漏れの確率を低くすることができて安全性を
確保することができる。

【００２９】また、振動レベルを低く抑えることができ
るため、配管にかかる振動が小さくて配管の疲労を抑制
でき、配管でのこの疲労に伴う欠陥の発生を防止でき
て、このことからも、冷媒洩れの確率を低減できて安全
性を確保できる。

【００３０】従って、上記いずれの方法においても、上
記実施例によると、二酸化炭素の発生を防止できて、装
置の安全性を確保できるし、また、地球の温暖化効果を
抑圧できる。

【００３１】なお、この実施例においても、プロパンの
混合比を増加させることにより、図４に示すように、冷
凍能力は増加するが、図５に示した吐出圧力との兼ね合
いから、プロパンの混合比を５０〜７０％程度とするこ
とが考えられる。

【００３２】以上を総合して、上記実施例を従来の１シ
リンダロータリ圧縮機と比較すると、次のような優れた
効果が得られる。

【００３３】（１）振動加速度が１／４に低減できる。
従って、冷蔵庫の機械室の配管の繰返し応力に対する疲
労を低減し、その寿命をさらに長期に確保できるので、
配管の欠陥による冷媒洩れの確率を低減できる。このた
め、機器の充分な安全性を確保できる。

【００３４】（２）圧縮機を２シリンダ構造としたこと
により、冷凍能力確保のために押除量を増加しても、振
動の増加がなく、上記（１）項と同様に、機器の安全性
を確保できる。

【００３５】（３）軸受荷重を分散，半減できるため、
摺動損失を低減できるし、また、吐出ポートも２個有す
ることにより、吐出抵抗も半減して総合的に効率が向上
するので、消費電力の低減も図ることができる。このた
め、冷媒そのものの地球温暖化効果の低減のみならず、
このような機器のエネルギー消費による間接的な地球温
暖化効果の促進を抑制できる。また、軸受の摩耗も低減
できて、機器の信頼性も向上する。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
冷媒を可燃性冷媒としたことに対する安全性の確保を充
分達成でき、しかも、信頼性を高め、さらに、効率を高
めて消費電力を低減し、間接的な地球温暖化効果も抑制
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる２シリンダロータリ圧縮機の一
例を示す縦断面図である。

【図２】図１に示した２シリンダロータリ圧縮機を用い
た本発明による低温容器機の一実施例の要部を示す斜視
図である。

【図３】シリンダ内のガス圧縮トルク変動を示す図であ
る。

【図４】プロパンとブタンの混合比による冷凍能力の変
化を示す図である。

【図５】プロパンとブタンの混合比による吐出圧力の変
化を示す図である。

【符号の説明】

Ａ電動機部Ｂ圧縮機構部１密閉容器２ステータ３クランク軸４ロータ５ａ，５ｂ偏心部６主軸受７，８シリンダ９仕切板１０副軸受１１ａ，１１ｂローリングピストン１２吸込管１３吐出室カバー２０冷蔵庫本体２１庫内２２断熱材２３機械室２５横形の２シリンダロータリ圧縮機２６吸込配管２７吐出配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者市本和久栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機器本体の背面下部に形成された機械室
内に密閉形圧縮機を配置した低温用機器において、冷媒として、プロバン，インブタンなどの単一成分また
は混合成分を用い、該密閉形圧縮機は、該冷媒を圧縮する圧縮機溝部と該圧
縮機溝部を駆動する電動機部とが密閉容器内に収納され
てなる２シリンダロータリ圧縮機であることを特徴とす
る低温用機器。
【請求項２】請求項１において、前記圧縮機溝部の回転軸がほぼ水平になるように配置さ
れたことを特徴とする低温用機器。