特許 6619658 回転式圧縮機及び冷凍サイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6619658

(24)【登録日】2019年11月22日

(45)【発行日】2019年12月11日

(54)【発明の名称】回転式圧縮機及び冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F04B 39/00 20060101AFI20191202BHJP

   F04B 41/06 20060101ALI20191202BHJP

【ＦＩ】

   F04B39/00 102V

   F04B41/06

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-16984(P2016-16984)

(22)【出願日】2016年2月1日

(65)【公開番号】特開2017-137761(P2017-137761A)

(43)【公開日】2017年8月10日

【審査請求日】2018年8月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】505461072

【氏名又は名称】東芝キヤリア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088720

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 眞一

(72)【発明者】

【氏名】畑山 昌宏

【審査官】 田谷 宗隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−０３１６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−１７７６９２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００３−２６９３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−１６７８８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平２−２０７１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２９２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平４−１３７２７９（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｂ ３９／００

Ｆ０４Ｂ ４１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動機部と圧縮機構部とを回転軸を介して連結し、前記圧縮機構部が密閉ケースの中央側に位置するように配列された２組の圧縮機本体が前記密閉ケース内に収容され、２組の前記圧縮機本体は前記回転軸が一直線上に位置するように横並びに配列されるとともに前記電動機部は前記回転軸に固定された回転子と前記密閉ケースの内壁に固定された固定子とを有し、前記各圧縮機構部は一対のシリンダと前記密閉ケースの内壁に固定された大径部を有する、回転式圧縮機において、
前記密閉ケースの外周部に前記圧縮機本体の配列方向に沿って位置する２つの支持脚が固定され、少なくとも一方の前記支持脚は一方の前記圧縮機本体の重心位置に近い部分である前記電動機部と前記圧縮機構部との間に位置して固定されるとともに、
前記圧縮機本体における前記大径部の前記密閉ケースの内壁への固着位置から前記回転子の前記圧縮機構部から離れた側の端部までの距離“Ｌ１”が、２組の前記圧縮機本体の前記固着位置間の距離“Ｌ２”より小さく設定されていることを特徴とする回転式圧縮機。

【請求項2】

前記支持脚は、前記密閉ケースに固着されるホルダと、このホルダに取付けられるベースとからなることを特徴とする請求項１記載の回転式圧縮機。

【請求項3】

請求項１又は２のいずれか一項に記載の回転式圧縮機と、前記回転式圧縮機に接続される放熱器と、前記放熱器に接続される膨張装置と、前記膨張装置と前記回転式圧縮機との間に接続される吸熱器とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。

【請求項4】

前記回転式圧縮機は、２組の前記圧縮機本体の前記圧縮機構部が同一の構成を有し、装置底板に対して防振装置を介さずに取付けられていることを特徴とする請求項３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、ガス冷媒等の作動流体を圧縮する回転式圧縮機及びその回転式圧縮機を含む冷凍サイクル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電動機部と圧縮機構部とを回転軸を介して連結した圧縮機本体を２組設け、２組の圧縮機本体を密閉ケース内に収容した回転式圧縮機が知られている（下記特許文献１参照）。この回転式圧縮機では、密閉ケース内に収容された２組の圧縮機本体は、回転軸が一直線上に位置するとともに圧縮機本体が横並びとなるように配列されている。

【0003】

そして、特許文献１に記載された回転式圧縮機においては、密閉ケースの外周部に２つの脚部が固定され、回転式圧縮機はこれらの脚部を用いて図示されていない装置底板に固定されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実開昭５７-５４６９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載された回転式圧縮機においては、回転式圧縮機を脚部を用いて装置底板に取付ける場合、回転式圧縮機から装置底板への振動の伝達を抑え、その振動の伝達に伴なう騒音の発生を抑制する対策が行われている。その対策としては、例えば、脚部と装置底板との間に防振装置（防振ゴム、スプリング等）を介装することが行われている。

【0006】

しかしながら、脚部と装置本体との間に防振装置を介装した場合でも、回転式圧縮機の振動の振幅が大きいと装置底板への振動の伝達を十分に抑制することは困難である。

【0007】

また、防振装置を用いることにより回転式圧縮機の固有振動数が低下すると、回転式圧縮機に取付けられているガス冷媒が流れる配管と共振を起こし易くなり、この共振によって配管が折れるという事態が発生する。

【0008】

本発明の目的は、電動機部と圧縮機構部とを回転軸を介して連結した２組の圧縮機本体を横並びに配列して密閉ケース内に収納した回転式圧縮機において、回転式圧縮機から装置底板への振動の伝達を低減させることができ、特に、防振装置を用いない場合においても振動の伝達を低減させることができる回転式圧縮機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

実施形態の回転式圧縮機は、電動機部と圧縮機構部とを回転軸を介して連結し、圧縮機構部が密閉ケースの中央側に位置するように配列された２組の圧縮機本体が密閉ケース内に収容され、２組の圧縮機本体は回転軸が一直線上に位置するように横並びに配列されるとともに電動機部は回転軸に固定された回転子と密閉ケースの内壁に固定された固定子とを有し、圧縮機構部は一対のシリンダと密閉ケースの内壁に固定された大径部を有する回転式圧縮機において、密閉ケースの外周部に圧縮機本体の配列方向に沿って位置する２つの支持脚が固定され、少なくとも一方の前記支持脚は一方の前記圧縮機本体の重心位置に近い部分である電動機部と圧縮機構部との間に位置して固定されるとともに、圧縮機本体における大径部の密閉ケースの内壁への固着位置から回転子の圧縮機構部から離れた側の端部までの距離“Ｌ１”が、２組の圧縮機本体の固着位置間の距離“Ｌ２”より小さく設定されている。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態における、断面で示した回転式圧縮機を含む冷凍サイクル装置の構成図である。

【図2】１組の圧縮機本体における回転軸方向の振動の振幅分布を示すグラフである。

【図3】密閉ケースへの支持脚の固定構造を示す側面図である。

【図4】支持脚を構成するベースを示す平面図である。

【図5】第２の実施形態の回転式圧縮機を示す断面図である。

【図6】第３の実施形態の回転式圧縮機を示す断面図である。

【図7】第４の実施形態の回転式圧縮機を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（第１の実施形態）
第１の実施形態について、図１ないし図４に基づいて説明する。図１は冷凍サイクル装置１を示しており、この冷凍サイクル装置１は、回転式圧縮機２と、回転式圧縮機２に接続された油分離器３と、油分離器３に接続された放熱器４と、放熱器４に接続された膨張装置５と、膨張装置５に接続された吸熱器である蒸発器６と、蒸発器６に接続されたアキュムレータ７とを有し、アキュムレータ７が回転式圧縮機２に接続されている。回転式圧縮機２では、作動流体であるガス冷媒が圧縮され、圧縮されて高温高圧になったガス冷媒が油分離器３に流れる。

【0012】

油分離器３では、高温高圧のガス冷媒中に含まれている潤滑油が分離される。放熱器４では、高温高圧のガス冷媒から放熱されることによりガス冷媒が液化される。膨張装置５では、液化された液冷媒が減圧される。蒸発器６では、減圧された液冷媒が周囲から気化熱を吸収することにより、液冷媒が気化されてガス冷媒になる。アキュムレータ７では、ガス冷媒中に含まれる液冷媒が分離され、ガス冷媒のみが回転式圧縮機２に供給されるようになっている。これらの過程で冷媒はガス冷媒と液冷媒とに相変化し、その相変化の過程で放熱と吸熱とが行われ、これらの放熱と吸熱とを利用して暖房、冷房、加熱、冷却等が行われる。

【0013】

回転式圧縮機２は、略円筒状に形成されて気密状態とされる密閉ケース８を有し、この密閉ケース８は長手方向である円筒の軸方向を横向きにして配置されている。密閉ケース８内には、電動機部９と圧縮機構部１０とを回転軸１１を介して連結した２組の圧縮機本体１２ａ，１２ｂが収容されている。２組の圧縮機本体１２ａ、１２ｂは、回転軸１１が一直線上に位置するように横並びに配列されている。また、各圧縮機本体１２ａ，１２ｂは、圧縮機構部１０が密閉ケース８の中央側に位置し、電動機部９が密閉ケース８の端部側に位置するように配列されている。また、密閉ケース８内の底部には、潤滑油１３が貯留されている。

【0014】

電動機部９は、回転軸１１に固定された回転子１４と、回転子１４の外周を囲む位置に配置されて密閉ケース８の内壁に焼き嵌め等により固定された固定子１５とを有するブラシレスＤＣモータとされている。回転子１４には永久磁石１６が内包され、固定子１５には通電用のコイル部１７が設けられている。

【0015】

圧縮機構部１０は、一対のシリンダ１８と、一対のシリンダ１８の間に配置されてシリンダ１８の一端側を閉塞する仕切板１９と、各シリンダ１８の他端側を閉塞するとともに回転軸１１を回転可能に軸支する一対の軸受２０ａ、２０ｂとを有し、両端を仕切板１９と軸受２０ａ、２０ｂとにより閉塞された各シリンダ１８の内部にはシリンダ室２１が形成されている。シリンダ室２１には回転軸１１が挿通され、回転軸１１のシリンダ室２１内に位置する部分に偏心部２２が設けられている。偏心部２２にはローラ２３が嵌合され、ローラ２３の外周面には摺動可能なブレード２４の先端部が当接され、ブレード２４の先端部がローラ２３の外周面に当接されることによりシリンダ室２１内が吸込室（図示せず）と圧縮室（図示せず）とに区画されている。吸込室は低圧のガス冷媒が吸込まれる領域であり、圧縮室は吸込まれたガス冷媒が圧縮される領域であり、吸込室にはアキュムレータ７を通過したガス冷媒が流れる吸込管（図示せず）が接続されている。なお、２組の圧縮機本体１２ａ、１２ｂの各圧縮機構部１０は、同一の構成を有し、構成部品の寸法やシリンダ室２１の排除容積が同じになっている。

【0016】

さらに、圧縮機構部１０の各軸受２０ａ、２０ｂには、圧縮室で圧縮されたガス冷媒が圧縮室から吐出される吐出ポート２５と、この吐出ポート２５を開閉する吐出弁２６と、吐出ポート２５から吐出されたガス冷媒が流入する吐出マフラ２７とが設けられている。なお、各軸受２０ａ、２０ｂに設けられた吐出マフラ２７内は図示しない連通路により連通され、軸受２０ａ側の吐出マフラ２７にはマフラ出口２８が設けられ、吐出マフラ２７内のガス冷媒がマフラ出口２８を通って密閉ケース８内に流出するようになっている。密閉ケース８には、密閉ケース８内のガス冷媒が吐出される吐出管２９の一端が接続され、吐出管２９の他端は油分離器３に接続されている。

【0017】

ここで、圧縮機構部１０には、密閉ケース８の内径寸法と略同一の外径寸法を有する大径部３０が設けられ、この大径部３０が密閉ケース８の内壁にスポット溶接により固定されている。大径部３０の密閉ケース８への固着位置３１から回転子１４の圧縮機構部１０から離れた側の端部までの距離“Ｌ１”が、圧縮機本体１２ａの大径部３０の固着位置３１と圧縮機本体１２ｂの大径部３０の固着位置３１との間の距離“Ｌ２”より小さく設定されている。なお、大径部３０には、その上部側に圧力損失を生じる状態でガス冷媒が通過可能な通路が設けられ、その下部側に潤滑油１３が通過可能な通路が設けられている。

【0018】

つぎに、密閉ケース８の外周部下側には、２組の圧縮機本体１２ａ、１２ｂの配列方向に沿って位置する２つの支持脚３２が固定されている。これらの支持脚３２は、圧縮機本体１２ａ、１２ｂにおける電動機部９と圧縮機構部１０との間の中央位置であって圧縮機本体１２ａ、１２ｂそれぞれの重心位置に近い箇所に固定されている。

【0019】

これらの支持脚３２は、図１及び図３に示すように、ホルダ３３とベース３４とからなり、ホルダ３３が密閉ケース８に溶接等により固定され、ホルダ３３にベース３４が溶接やネジ止めにより固定されている。ホルダ３３には図４に示すように取付孔３５が形成されており、回転式圧縮機２を支持脚３２を用いて装置底板３６（図１参照）に固定する場合には、ホルダ３３の取付孔３５を装置底板３６側に設けた取付ボルトに挿通させ、ナットで螺合させることにより行われる。

【0020】

このような構成において、２つの圧縮機本体１２ａ、１２ｂの各電動機部９に通電されることにより各回転軸１１が中心線回りに回転し、各回転軸１１の回転により各圧縮機構部１０が駆動され、各圧縮機構部１０においてガス冷媒が圧縮される。一方の圧縮機本体１２ａと他方の圧縮機本体１２ｂとの動作とは同じであるので、圧縮機本体１２ａ、１２ｂの動作に関する説明では一方の圧縮機本体１２ａの動作についてのみ説明する。

【0021】

圧縮されたガス冷媒の圧力が設定圧に達すると、吐出弁２６が開弁され、圧縮されて高温・高圧となったガス冷媒が吐出ポート２５から吐出されて吐出マフラ２７内に流入する。密閉ケース８の中央寄りに位置する一方の吐出マフラ２７内に流入したガス冷媒は、連通路を通って他方の吐出マフラ２７内に流入し、他方の吐出マフラ２７に設けられているマフラ出口２８を通って密閉ケース８内に流出する。そして、密閉ケース８内に流出したガス冷媒は、吐出管２９を通って油分離器３内に吐出され、油分離器３内でガス冷媒に含まれている潤滑油が分離された後、放熱器４内に流入する。放熱器４内に流入した冷媒ガスは、膨張装置５、蒸発器６を順に経由して再び回転式圧縮機２へと循環することにより、冷凍サイクルが実行される。

【0022】

ここで、各圧縮機本体１２ａ、１２ｂにおける大径部３０の固着位置３１から回転子１４の圧縮機構部１０から離れた側の端部までの距離“Ｌ１”が、２つの大径部３０の固着位置３１間の距離“Ｌ２”より小さく設定されている。そして、大径部３０の固着位置３１から回転子１４の圧縮機構部１０から離れた側の端部までの距離“Ｌ１”が小さいことにより、各回転子１４に生じる振れ回りが固着位置３１を通じて密閉ケース８に伝わった場合に、密閉ケース８のケース端部側を振れ回りさせる力が小さくなる。さらに、２つの固着位置３１間の距離“Ｌ２”が大きくなるので、固着位置３１間の重量が増大し、密閉ケース８の振れ回りを低減させることができる。従って、圧縮機構部１０の駆動時における密閉ケース８の両端部の振れ回りを抑制することができる。また、吐出管２９が２つの大径部３０の間に設けられているので、密閉ケース８の両端部の振れ回りによる吐出管２９の振動を抑制することができ、吐出管２９の配管設計を容易にすることができる。

【0023】

図２は、圧縮機本体１２ａ、１２ｂの駆動時における回転軸１１方向に沿った圧縮機本体１２ａ、１２ｂの振動の振幅の大きさを示すグラフである。このグラフから分かるように、各圧縮機本体１２ａ、１２ｂに発生する振動の振幅は、電動機部９と圧縮機構部１０との間の中央位置であって圧縮機本体１２ａ、１２ｂの重心位置に近い部分が最も小さくなり、その位置から電動機部９側及び圧縮機構部１０側に向かうにつれて次第に大きくなる。そして、回転式圧縮機２の密閉ケース８の長手方向（圧縮機本体１２ａ、１２ｂの配列方向）の振動の振幅は、電動機部９と圧縮機構部１０との間の中央位置の箇所が最も小さくなり、この密閉ケース８における最も振動の振幅が小さくなる位置に支持脚３２が固定されている。

【0024】

このため、支持脚３２を介して回転式圧縮機２から装置底板３６に伝わる振動の振幅が小さくなる。これにより、支持脚３２と装置底板３６との間に防振装置を設けず、支持脚３２を装置底板３６に直接取付ける剛体設置としても、支持脚３２と装置底板３６との間でのビビリ音の発生を抑制することができる。

【0025】

ここで、回転式圧縮機２の固有振動数（ω）は、バネ−質量系の振動で考えると、
ω＝√（ｋ／ｍ）と表すことができる。但し、ｋはバネ定数、ｍは質量である。
よって、バネ定数ｋが大きくなると、それに伴って固有振動数ωが大きくなる。

【0026】

従って、防振装置を使用せず支持脚３２を装置底板３６に直接取り付けることにより、回転式圧縮機２側のバネ定数ｋが大きくなりなり、固有振動数ωも大きくなる。そして、回転式圧縮機２側の固有振動数ωが大きくなることにより、回転式圧縮機２に取付けられている吐出管２９や吸入管などの配管との共振を生じにくくなり、共振により吐出管２９や吸入管などの配管が折れることを防止することができる。

【0027】

支持脚３２は、ホルダ３３とベース３４とからなり、ホルダ３３が密閉ケース８に溶接等により固定され、ホルダ３３にベース３４が溶接やネジ止めにより固定されている。このため、密閉ケース８の内壁に電動機部９を焼き嵌め等により固定する場合、ベース３４を取付ける前に行うことができるので、電動機部９を密閉ケース８内に固定する作業の作業性を向上させることができる。

【0028】

２組の圧縮機本体１２ａ、１２ｂの各圧縮機構部１０は同一の構成を有し、構成部品の寸法やシリンダ室２１の排除容積が同じになっている。このため、各圧縮機構部１０での部品を共通化することができ、それに伴いコストダウンを図ることができる。さらに、各シリンダ室２１の排除容積が同じになるため、２つの圧縮機本体１２ａ、１２ｂから発生する振動が互いに打ち消され、２つの支持脚３２が取付けられている箇所の振動の振幅が最小となる状態を維持することができる。

【0029】

なお、本実施の形態では、各圧縮機本体１２ａ、１２ｂにおいて、圧縮機構部１０が密閉ケース８の中央側に位置し、電動機部９が密閉ケース８の端部側に位置するように配列したものを例に挙げて説明したが、支持脚３２を介して回転式圧縮機２から装置底板３６に伝わる振動の振幅も小さくするという点に着目すれば、圧縮機構部１０を密閉ケース８の端部側に位置させるとともに電動機部９を密閉ケース８の中央部側に位置させてもよい。さらに、一方の圧縮機本体１２ａ（又は１２ｂ）では圧縮機構部１０を密閉ケース８の中央側に位置させるとともに電動機部９を密閉ケース８の端部側に位置させ、他方の圧縮機本体１２ｂ（１２ａ）では電動機部９を密閉ケース８の中央側に位置させるとともに圧縮機構部１０を密閉ケース８の端部側に位置させてもよい。

【0030】

また、本実施の形態では、２つの支持脚３２がともに圧縮機本体１２ａ、１２ｂにおける電動機部９と圧縮機構部１０との間に位置する場合を例に挙げて説明したが、少なくとも一方の支持脚３２が電動機部９と圧縮機構部１０との間に位置すれば、回転式圧縮機２から装置底板３６に伝わる振動の振幅も小さくするという効果は得られる。

【0031】

（第２の実施形態）
第２の実施形態について、図５に基づいて説明する。なお、本実施の形態及びその他の実施の形態において、第１の実施形態で説明した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付け、重複する説明は省略する。

【0032】

第２の実施の形態の回転式圧縮機２Ａの基本的な構造は第１の実施の形態の回転式圧縮機２と同じであり、異なる点は、支持脚３２におけるホルダ３３とベース３４との固定位置である。

【0033】

第１の実施の形態では、ホルダ３３とベース３４とは、ホルダ３３の中心とベース３４との中心とが一致するように固定されているが、第２の実施の形態では、ホルダ３３の中心ａとベース３４の中心ｂとが偏心しており、ホルダ３３からのペース３４の張り出し量が外側に向けて大きくなっている。

【0034】

このように、ホルダ３３を密閉ケース８における電動機部９と圧縮機構部１０との間の中央位置に固定するとともに、ベース３４の一端をホルダ３３より外側に張り出させることにより、回転式圧縮機２から装置底板３６に伝わる振動の振幅を小さくしつつ、ホルダ３３とベース３４とからなる支持脚３２の装置底板３６への取付位置の自由度を高めることができる。

【0035】

（第３の実施形態）
第３の実施形態について、図６に基づいて説明する。第３の実施形態の回転式圧縮機２Ｂの基本的構造は第１の実施形態の回転式圧縮機２と同じであり、異なる点は、支持脚３２と装置底板３６との間に防振装置であるスプリング３７が介装されている点である。

【0036】

支持脚３２と装置底板３６との間にバネ定数の大きいスプリング３７が介装されていることにより、回転式圧縮機２Ｂから装置底板３６に伝わる振動の振幅をさらに小さくすることができ、スプリング３７と装置底板３６との間で発生するビビリ音をより一層抑制することができる。

【0037】

（第４の実施形態）
第４の実施形態について、図７に基づいて説明する。第４の実施形態の回転式圧縮機２Ｃの基本的構造は第１の実施形態の回転式圧縮機２と同じであり、異なる点は、支持脚３２が中間底板３８に固定され、中間底板３８と装置底板３６とが防振装置であるスプリング３９を介して固定されている。

【0038】

中間底板３８と装置底板３６との間にスプリング３９が介装されることにより、回転式圧縮機２Ｃから装置底板３６に伝わる振動の振幅をさらに小さくすることができる。しかも、中間底板３８と装置底板３６との間には適宜希望する数のスプリング３９を装着することができ、スプリング３９の数を増やすことにより回転式圧縮機２Ｃから装置底板３６に伝わる振動の振幅をより一層小さくすることができる。

【0039】

以上、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。これらの実施形態は、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】

【0040】

１…冷凍サイクル装置、２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…回転式圧縮機、４…放熱器、５…膨張装置、６…蒸発器、８…密閉ケース、９…電動機部、１０…圧縮機構部、１１…回転軸、１２ａ、１２ｂ…圧縮機本体、１４…回転子、１５…固定子、３０…大径部、３１…固着位置、３２…支持脚、３３…ホルダ、３４…ベース、３６…装置底板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】