JP2006144578A - Expander-integral type compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷蔵庫、空調機等に用いられる蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、膨張機での回収エネルギーを圧縮機へ伝達することにより高効率化が可能である膨張機一体型圧縮機に関する。 The present invention relates to an expander-integrated compressor capable of increasing efficiency by transmitting recovered energy in an expander to a compressor in a vapor compression refrigeration cycle used in a refrigerator, an air conditioner, or the like.
従来から、冷凍サイクルに用いられる膨張機一体型圧縮機としては、特許文献1等に開示されている。また、その他の用途として、ランキンサイクルで駆動される膨張機と冷凍サイクルの圧縮機から成る膨張機一体型圧縮機が、特許文献2等に開示されている。
従来の膨張機一体型圧縮機の構成について、図7、図8を用いて説明する。図7は従来の冷凍サイクルの構成図であり、(a)は冷凍サイクル、(b)は膨張機を用いた冷凍サイクル、(c)は冷凍サイクルのモリエル線図である。
(a)の従来の冷凍サイクルは、圧縮機1、放熱器2、膨張弁3、吸熱器4、及び圧縮機1を駆動するモータ1aから構成されており、冷凍サイクルの作動流体は、圧縮機1で高圧に圧縮され、放熱器2で冷却された後、膨張弁3で減圧され、吸熱器4で加熱され常温になる。この冷凍サイクルは(c)のモリエル線図上で、ABCDで示されるものであり、膨張弁3で作動流体はCからDへ等エンタルピー変化で減圧するため、高圧の作動流体が持つエネルギーを有効に利用することができなかった。
それに対し、(b)の膨張機を用いた冷凍サイクルでは、膨張弁3の代わりに膨張機5が備えられ、膨張機5と圧縮機1はシャフト6で連結されており、従来の冷凍サイクルにおいて、膨張弁3で等エンタルピー変化で減圧されていた作動流体は、膨張機5で高圧から低圧に断熱膨張で減圧しながら膨張機5を回転させ、この回転動力がモータ1aとともに圧縮機1を駆動する。この冷凍サイクルは(c)のモリエル線図上で、ABCD´で示されるものであり、膨張機5の断熱膨張CD´の過程にて回収した動力分だけ圧縮機を駆動するモータ1aのエネルギーを低減するとともに、吸熱器4で吸熱することができるエネルギー、すなわち、冷凍サイクルの低熱源側から吸熱することができるエネルギーをDAからD´Aに相当する分まで増加させることができるので、冷凍サイクルを高効率化できる。このように膨張機一体型圧縮機は、圧縮機1と膨張機5を一体化して構成したものである。
図8は、特許文献1に開示されている従来の冷凍サイクル用途の膨張機一体型圧縮機の断面図である。本膨張機一体型圧縮機は、冷凍サイクルの作動流体を圧縮する圧縮機部11と、この圧縮機部11とシャフト12で連結され、冷凍サイクルの作動流体が断熱膨張するエネルギーを回収し、シャフト12を介して圧縮機部11を駆動する膨張機部13と、シャフト12を介して圧縮機部11を駆動するモータ14が備えられている。
本膨張機一体型圧縮機の圧縮機部11は、いわゆるロータリ式であり、シリンダ16、ピストン17、上側軸受部材18、下側軸受部材19、及びシリンダ16のベーン溝(図示せず)のベーン(図示せず)から構成されている。そして、圧縮機部11は、上側軸受部材18を密閉容器15に溶接することにより、密閉容器15に固定されている。また、膨張機部13は、いわゆるスクロール式であり、固定スクロール20、旋回スクロール21、旋回スクロール21の自転運動を防止するオルダムリング22、及びフレーム23から構成されている。そして、膨張機部13は、フレーム23を密閉容器15に溶接することにより、密閉容器15に固定されている。
密閉容器15の内部空間は、このフレーム23により圧縮機部11側の空間24と膨張機部13側の空間25に分離されている。密閉容器15には冷凍サイクルから圧縮機部11に低圧の作動流体を供給する吸入管26と、高圧の作動流体を冷凍サイクルに戻す吐出管27が、また、冷凍サイクルから膨張機部13に高圧の作動流体を供給する流入管28と、低圧の作動流体を冷凍サイクルに戻す流出管29が備えられている。
図9は、特許文献2に開示されている他の従来の膨張機一体型圧縮機の断面図である。本膨張機一体型圧縮機は、ランキンサイクルで駆動される膨張機部31と、冷凍サイクルを駆動する圧縮機部32を備えており、ランキンサイクルにて膨張機部31が得た動力で冷凍サイクルの圧縮機部32を駆動する。本膨張機一体型圧縮機は、ランキンサイクルの膨張機部31を用いて圧縮機部32を駆動しており、モータを必要としないという点で特許文献1の膨張機一体型圧縮機とは異なるが、それ以外の点では膨張機一体型圧縮機としての基本構成は略同様である。
本膨張機一体型圧縮機の膨張機部31は、いわゆるスクロール式であり、圧縮機部32は、いわゆる2ピストンロータリ式である。膨張機部31の構成は、特許文献1の膨張機部13と略同様である。また、圧縮機部32の構成も2ピストン式である点を除き、特許文献1のロータリ式の圧縮機部11と略同様である。膨張機部31のシャフト33と圧縮機部32のシャフト34は継手35を介して連結されている。
The configuration of a conventional expander-integrated compressor will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional refrigeration cycle, where (a) is a refrigeration cycle, (b) is a refrigeration cycle using an expander, and (c) is a Mollier diagram of the refrigeration cycle.
The conventional refrigeration cycle of (a) is composed of a
On the other hand, in the refrigeration cycle using the expander of (b), the expander 5 is provided instead of the
FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional expander-integrated compressor disclosed in
The
The internal space of the sealed
FIG. 9 is a cross-sectional view of another conventional expander-integrated compressor disclosed in
The
特許文献1に開示されている膨張機一体型圧縮機においては、圧縮機部11と膨張機部13は共通のシャフト12で連結されている。また、圧縮機部11と膨張機部13はそれぞれ密閉容器15に溶接により固定されている。従って、膨張機一体型圧縮機の組立ての順序としては、まず、シャフト12によって連結された圧縮機部11と膨張機部13を組立てておき、次に、圧縮機部11と膨張機部13をそれぞれ密閉容器15に固定する。
ところで、シャフト12は、圧縮機部11側では上側軸受部材18及び下側軸受部材19と、また膨張機部13側ではフレーム23の軸受と、微小なクリアランスを介して嵌合する。これらクリアランスは、通常、数マイクロメートルから数十マイクロメートル程度である。このようなクリアランスを実現するためには、圧縮機部11と膨張機部13のシャフト12に関する相対位置はクリアランスと同程度の誤差に収まらなくてはならない。
しかし、圧縮機部11と膨張機部13の相対位置は、密閉容器15に対して溶接される際に、溶接の位置決めの誤差や、溶接に伴う熱変形のために、数十マイクロメートル以内の誤差に納めるのは困難である。
従って、このように溶接の結果、圧縮機部11と膨張機部13の軸がクリアランス以上の誤差により一致しない場合、シャフト12は、圧縮機部11側の上側軸受部材18及び下側軸受部材19や、膨張機部13のフレーム23に設置された軸受に対して、クリアランス以上に傾いた状態となり、シャフト12と軸受での片当りにより異常摩耗が生じたり、あるいはシャフト12が軸受でこじりを生じて回らないという問題が生じる。
また、圧縮機部11と膨張機部13で共通のシャフト12を用いることから、圧縮機部11の組立てを先に行った場合、膨張機部13の組立ての際にはシャフト12に圧縮機部11が組みつけられた状態で作業を行わなくてはならず、膨張機部13のクリアランス調整が困難であり、作業性が悪いという問題を生じる。
そこで、特許文献2に開示されている膨張機一体型圧縮機では、膨張機部31の動力回収シャフト33と圧縮機部32の駆動シャフト34が、継手35によって連結されている。この場合、膨張機部31と圧縮機部32はそれぞれ別々に組立てることが可能であるので、膨張機部31と圧縮機部32の組立てにおいての作業性の悪化は生じない。
また、継手35にスプライン継手を用いて、動力回収シャフト33と駆動シャフト34が連動して動力伝達させる方式とすれば、膨張機部31と圧縮機部32が密閉容器35に溶接される際の位置誤差があり、動力回収シャフト33と駆動シャフト34の軸が完全に一致しない場合でも、スプライン継手のクリアランスの範囲内では継手35が動力回収シャフト33や駆動シャフト34の軸のずれを吸収することができるので、動力回収シャフト33や駆動シャフト34の軸受に対する片当りやこじりは生じない。
しかし、スプライン継手のクリアランスは微小であり、その範囲を超えると軸のずれを吸収することができないので、特許文献1の場合と同様に、動力回収シャフト33や駆動シャフト34と各々の軸受との間で片当りにより異常摩耗が生じたり、あるいは動力回収シャフト33や駆動シャフト34が軸受でこじりを生じて回らないという問題が生じる。 また、膨張機部31と圧縮機部32は、スクロール型やロータリ型といった容積型の機構を用いているので、間欠的に作動流体を吸入しながら膨張あるいは圧縮させるため、動力回収シャフト33のトルクや駆動シャフト34の負荷に変動を発生させる。そして、トルク及び負荷の変動タイミングの異なる動力回収シャフト33と駆動シャフト34とを継手35を介して連結することにより、継手35のクリアランス内で振動による微小な摺動が生じ、継手35が摩耗により破壊する等、信頼性を著しく低下させていた。同時に、動力回収シャフト33のトルクと駆動シャフト34の負荷に変動のタイミングが異なることから軸周りの振動が発生していた。
In the expander-integrated compressor disclosed in
By the way, the
However, the relative positions of the
Therefore, when the shafts of the
In addition, since the
Therefore, in the expander-integrated compressor disclosed in
Further, if the spline joint is used as the
However, the clearance of the spline joint is very small, and if the range is exceeded, shaft misalignment cannot be absorbed. Therefore, as in the case of
したがって本発明は、上記従来の課題を解決するもので、駆動シャフトと動力回収シャフトとの連結部での軸ずれを吸収し、異常摩耗やこじりの発生を防止することができる、信頼性の高い膨張機一体型圧縮機を提供することを目的とする。
また、負荷及びトルクの変動を吸収し、連結部の破壊を防止することができる、信頼性の高い膨張機一体型圧縮機を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention solves the above-mentioned conventional problems, and can absorb the shaft misalignment at the connecting portion between the drive shaft and the power recovery shaft, and can prevent the occurrence of abnormal wear and twisting. An object is to provide an expander-integrated compressor.
It is another object of the present invention to provide a highly reliable expander-integrated compressor that can absorb fluctuations in load and torque and prevent breakage of a connecting portion.
請求項1記載の本発明の膨張機一体型圧縮機は、膨張室と動力回収シャフトとを有し、前記膨張室に吸入した作動流体を高圧から低圧に膨張させることにより前記動力回収シャフトの回転動力を得る膨張機部と、圧縮室と駆動シャフトとを有し、前記駆動シャフトを回転させることにより前記圧縮室に吸入した作動流体を低圧から高圧へと圧縮する圧縮機部とを備える膨張機一体型圧縮機であって、前記動力回収シャフトと前記駆動シャフトを、弾性体を介して連結したことを特徴とする。
請求項2記載の本発明は、請求項1に記載の膨張機一体型圧縮機において、前記弾性体として、ばねを用いたことを特徴とする。
請求項3記載の本発明は、請求項2に記載の膨張機一体型圧縮機において、前記ばねを、コイルばねとしたことを特徴とする。
請求項4記載の本発明は、請求項2に記載の膨張機一体型圧縮機において、前記ばねを、トーションバーとしたことを特徴とする。
請求項5記載の本発明は、請求項1に記載の膨張機一体型圧縮機において、前記弾性体として、樹脂系あるいはゴム系の材料を用いたことを特徴とする。
請求項6記載の本発明は、請求項1、請求項2及び請求項5のいずれかに記載の膨張機一体型圧縮機において、前記動力回収シャフトと前記駆動シャフトとに設けた各連結端部のうち、いずれか一方の前記連結端部に設けた凹部の内部に前記弾性体を配置し、他方の前記連結端部に設けた凸部を前記凹部に前記弾性体を介して嵌合し、前記動力回収シャフトと前記駆動シャフトを連結したことを特徴とする。
請求項7記載の本発明は、請求項1、請求項2、請求項5及び請求項6のいずれかに記載の膨張機一体型圧縮機において、前記弾性体の弾性率を、前記駆動シャフト等の軸周りの振動に関する共振周波数が運転周波数に等しくなるように設定する構成にしたことを特徴とする。
The expander-integrated compressor according to the first aspect of the present invention includes an expansion chamber and a power recovery shaft, and rotates the power recovery shaft by expanding the working fluid sucked into the expansion chamber from a high pressure to a low pressure. An expander having an expander unit for obtaining power, a compression chamber and a drive shaft, and compressing the working fluid sucked into the compression chamber from a low pressure to a high pressure by rotating the drive shaft. An integrated compressor, wherein the power recovery shaft and the drive shaft are connected via an elastic body.
According to a second aspect of the present invention, in the expander-integrated compressor according to the first aspect, a spring is used as the elastic body.
According to a third aspect of the present invention, in the expander-integrated compressor according to the second aspect, the spring is a coil spring.
According to a fourth aspect of the present invention, in the expander-integrated compressor according to the second aspect, the spring is a torsion bar.
According to a fifth aspect of the present invention, in the expander-integrated compressor according to the first aspect, a resin-based or rubber-based material is used as the elastic body.
According to a sixth aspect of the present invention, in the expander-integrated compressor according to any one of the first, second, and fifth aspects, each connection end provided on the power recovery shaft and the drive shaft. Among them, the elastic body is disposed inside the concave portion provided at any one of the connecting end portions, and the convex portion provided at the other connecting end portion is fitted into the concave portion via the elastic body, The power recovery shaft and the drive shaft are connected.
According to a seventh aspect of the present invention, in the expander-integrated compressor according to any one of the first, second, fifth, and sixth aspects, the elastic modulus of the elastic body is set to the drive shaft or the like. The resonance frequency related to the vibration around the axis is set to be equal to the operation frequency.
以上のように、本発明によれば、弾性体が動力回収シャフトや駆動シャフトの軸ずれを吸収し、連結部における異常摩耗やこじりの発生が防止され、信頼性の高い膨張機一体型圧縮機を提供することができる。
また、トルクや負荷の変動を吸収し、連結部の振動による破壊や騒音の問題がなくなり、信頼性の高い膨張機一体型圧縮機を提供することができる。
As described above, according to the present invention, the elastic body absorbs the shaft misalignment of the power recovery shaft and the drive shaft, prevents abnormal wear and twisting at the connecting portion, and is a highly reliable expander-integrated compressor. Can be provided.
Further, it is possible to provide a highly reliable expander-integrated compressor that absorbs torque and load fluctuations, eliminates the problem of breakage and noise due to vibration of the connecting portion.
本発明の第1の実施の形態による膨張機一体型圧縮機は、膨張室と動力回収シャフトとを有し、膨張室に吸入した作動流体を高圧から低圧に膨張させることにより動力回収シャフトの回転動力を得る膨張機部と、圧縮室と駆動シャフトとを有し、駆動シャフトを回転させることにより圧縮室に吸入した作動流体を低圧から高圧へと圧縮する圧縮機部とを備える膨張機一体型圧縮機の、動力回収シャフトと駆動シャフトを、弾性体を介して連結したものである。本実施の形態によれば、弾性体が動力回収シャフトや駆動シャフトの軸ずれを吸収するので、異常摩耗やこじりの発生を防止することができる。
本発明の第2の実施の形態は、第1の実施の形態による膨張機一体型圧縮機において、弾性体として、ばねを用いたものである。本実施の形態によれば、伝達するトルクが大きい場合でも軸ずれを吸収するので、高い信頼性を確保することができる。
本発明の第3の実施の形態は、第2の実施の形態による膨張機一体型圧縮機において、ばねを、コイルばねとしたものである。本実施の形態によれば、コンパクトな構成にて、比較的大きなたわみ量を得ることが可能であり、軸ずれを吸収し易くすることができる。
本発明の第4の実施の形態は、第2の実施の形態による膨張機一体型圧縮機において、ばねを、トーションバーとしたものである。本実施の形態によれば、軸が軸方向にずれる場合にも軸ずれを吸収することができる。
本発明の第5の実施の形態は、第1の実施の形態による膨張機一体型圧縮機において、弾性体として、樹脂系あるいはゴム系の材料を用いたものである。本実施の形態によれば、軸ずれ吸収効果が得られるとともに、低コスト化が図られる。
本発明の第6の実施の形態は、第1、第2及び第5の実施の形態による膨張機一体型圧縮機において、動力回収シャフトと駆動シャフトとに設けた各連結端部のうち、いずれか一方の連結端部に設けた凹部の内部に弾性体を配置し、他方の連結端部に設けた凸部を凹部に弾性体を介して嵌合し、動力回収シャフトと駆動シャフトを連結したものである。本実施の形態によれば、弾性体を自在な形状に形成でき、且つ精度良く形成することが可能であり、組立て性や軸ずれ吸収性の向上、低コスト化等が図られる。
本発明の第7の実施の形態は、第1、第2、第5及び第6の実施の形態による膨張機一体型圧縮機において、弾性体の弾性率を、駆動シャフト等の軸周りの振動に関する共振周波数が運転周波数に等しくなるように設定する構成にしたものである。本実施の形態によれば、弾性体を中心とした軸周りの共振系が、膨張機一体型圧縮機を定格回転数で運転する際の圧縮機部と膨張機部に起因して発生する軸周りの振動に対し、動吸振器として作用し、振動による破壊の防止や騒音の低減が図られる。
The expander-integrated compressor according to the first embodiment of the present invention has an expansion chamber and a power recovery shaft, and rotates the power recovery shaft by expanding the working fluid sucked into the expansion chamber from high pressure to low pressure. An expander integrated type having an expander section for obtaining power, a compression chamber and a drive shaft, and a compressor section for compressing the working fluid sucked into the compression chamber from a low pressure to a high pressure by rotating the drive shaft The power recovery shaft and the drive shaft of the compressor are connected via an elastic body. According to the present embodiment, since the elastic body absorbs the axial deviation of the power recovery shaft and the drive shaft, it is possible to prevent the occurrence of abnormal wear and twisting.
The second embodiment of the present invention uses a spring as an elastic body in the expander-integrated compressor according to the first embodiment. According to the present embodiment, even when the torque to be transmitted is large, the shaft misalignment is absorbed, so that high reliability can be ensured.
In the third embodiment of the present invention, in the expander-integrated compressor according to the second embodiment, the spring is a coil spring. According to the present embodiment, it is possible to obtain a relatively large amount of deflection with a compact configuration, and it is possible to easily absorb the axial deviation.
In the fourth embodiment of the present invention, in the expander-integrated compressor according to the second embodiment, the spring is a torsion bar. According to the present embodiment, it is possible to absorb axial deviation even when the axis is displaced in the axial direction.
In the fifth embodiment of the present invention, the expander-integrated compressor according to the first embodiment uses a resin-based or rubber-based material as the elastic body. According to the present embodiment, an effect of absorbing the misalignment can be obtained and the cost can be reduced.
According to a sixth embodiment of the present invention, in the expander-integrated compressor according to the first, second, and fifth embodiments, any one of the connecting end portions provided on the power recovery shaft and the drive shaft. An elastic body is arranged inside the recess provided in one of the connection ends, and a convex portion provided in the other connection end is fitted into the recess via the elastic body to connect the power recovery shaft and the drive shaft. Is. According to the present embodiment, the elastic body can be formed into a free shape and can be formed with high accuracy, and the assembling property and the shaft misalignment absorbability can be improved and the cost can be reduced.
In the seventh embodiment of the present invention, in the expander-integrated compressor according to the first, second, fifth, and sixth embodiments, the elastic modulus of an elastic body is determined by vibration around an axis such as a drive shaft. The resonance frequency is set to be equal to the operation frequency. According to the present embodiment, the resonance system around the axis centered on the elastic body is generated due to the compressor part and the expander part when the expander-integrated compressor is operated at the rated rotational speed. It acts as a dynamic vibration absorber for surrounding vibrations, preventing destruction due to vibrations and reducing noise.
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図である。
本実施例の膨張機一体型圧縮機は、密閉容器41の内部に、圧縮機部42と、膨張機部43と、電動機部44とを備える。
密閉容器41は、円筒形状の胴シェル41aと、その上下端面を閉塞するように溶接された上シェル41b及び下シェル41cとから構成される。圧縮機部42は、ロータリ型の圧縮機構部から成り、駆動シャフト45により駆動される。膨張機部43は、ロータリ型の膨張機構部から成り、動力回収シャフト46を駆動する。なお、動力回収シャフト46の軸は、駆動シャフト45の軸に略一致するように対向して設置されている。電動機部44は、固定子44aと回転子44bとを備えている。固定子44aは胴シェル41aに焼嵌めされており、回転子44bは駆動シャフト45に固定されている。
駆動シャフト45の連結端部と動力回収シャフト46の連結端部には、それぞれ小径部45a,46aが設けられている。そして、弾性体であるコイルばね47が、小径部45a,46aに嵌合することにより駆動シャフト45と動力回収シャフト46を連結している。なお、コイルばね47と、小径部45a,46aが外力により滑らない程度に、コイルばね47の内径を小径部45a,46aの外形よりも小さく設定しておく。コイルばね47は、弾性変形の範囲で動力回収シャフト46からのトルクを駆動シャフト45に伝達できるように、軸方向、回転方向及び曲げ方向ともに、十分に大きな弾性率とする構成にしている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an expander-integrated compressor according to a first embodiment of the present invention.
The expander-integrated compressor according to this embodiment includes a
The sealed
Small-
本実施例の膨張機一体型圧縮機の動作について説明する。
膨張機一体型圧縮機では、電動機部44で駆動シャフト45を回転させることにより、圧縮機部42の圧縮室42aに吸入した作動流体を低圧から高圧へと圧縮する。この高圧の作動流体を膨張機部43の膨張室43aに導入し、高圧から低圧の作動流体に膨張させることにより、動力回収シャフト46への回転動力を得る。そして、この回転動力を動力回収シャフト46からコイルばね47を介して駆動シャフト45に伝え、圧縮機部42を駆動することにより、膨張機での回収エネルギーを圧縮機の駆動力として利用している。
The operation of the expander-integrated compressor of this embodiment will be described.
In the expander-integrated compressor, the working fluid sucked into the
次に、本実施例の膨張機一体型圧縮機の組立て方について説明する。
まず、駆動シャフト45を含む圧縮機部42と、動力回収シャフト46を含む膨張機部43との、それぞれ機構部に所定のクリアランスを満たすように組立てる。次に、電動機部44の回転子44bを駆動シャフト45に固定する。また、密閉容器41の胴シェル41aに電動機部44の固定子44aを焼嵌めする。そして、回転子44bを含めた圧縮機部42を、固定子44aが焼嵌めされた胴シェル41aに、固定子44aと回転子44bの間のエアギャップが一定になるように溶接する。
次に、駆動シャフト46の端部の小径部45aにコイルばね47を嵌める。そして、固定子44aに関して、圧縮機部42と反対側から動力回収シャフト46を含めた膨張機部43を挿入し、動力回収シャフト46の端部の小径部46aをコイルばね47に嵌める。そして、胴シェル41aに膨張機部43を溶接する。最後に、胴シェル41aの上下に、それぞれ上シェル41bと下シェル41cを溶接する。
Next, how to assemble the expander-integrated compressor of this embodiment will be described.
First, the
Next, the
次に、以上の構成による効果を説明する。
本実施例の膨張機一体型圧縮機では、駆動シャフト45と動力回収シャフト46を、コイルばね47を介して連結する構成としたことにより、圧縮機部42と膨張機部43をあらかじめ別々に組立てることが可能である。従って、組立てが容易になり、低コスト化を図ることができる。
また、駆動シャフト45と動力回収シャフト46を、コイルばね47で連結する構成としたことにより、胴シェル41aに対して圧縮機部42と膨張機部43を溶接する位置が、組立て誤差や溶接による熱変形等によりずれるために、駆動シャフト45と動力回収シャフト46が同一軸上になくても、コイルばね47が変形することにより、駆動シャフト45と動力回収シャフト46を回転可能な状態で連結することが可能になる。
そして、コイルばね47が駆動シャフト45や動力回収シャフト46の軸ずれを吸収するので、駆動シャフト45や動力回収シャフト46が圧縮機部42や膨張機部43の軸受に対して傾き、軸受での摺動面圧が異常に高くなることにより生じる異常摩耗や、駆動シャフト45等の回転を阻止するこじりを防止することができ、圧縮機の信頼性を向上させることができる。
Next, the effect by the above structure is demonstrated.
In the expander-integrated compressor of this embodiment, the
Further, since the
Since the
一方、コイルばね47の弾性率を、圧縮機部42や駆動シャフト45等の軸周りの振動に関する共振周波数が膨張機一体型圧縮機の定格回転数(即ち、運転周波数)と等しくなるように設定する構成により、コイルばね47を中心とした軸周りの共振系が、膨張機一体型圧縮機を定格回転数で運転する際に発生し、圧縮機部42と膨張機部43に起因する、軸周りの振動に対して動吸振器として作用し、膨張機一体型圧縮機から発生する振動騒音を低減することができる。
また、駆動シャフト45と動力回収シャフト46を、コイルばね47で連結したことにより、コイルばね47がコンパクトな構成にて、比較的大きなたわみ量を得ることが可能であるため、駆動シャフト45と動力回収シャフト46の軸が相対的に傾いた場合のみではなく、軸が軸方向にずれた場合にも、ずれを吸収しやすくなり、よって、組立て精度が非常に悪い場合や、溶接による熱変形が大きな場合に、信頼性を向上させる効果がより顕著になる。
On the other hand, the elastic modulus of the
In addition, since the
以上のように本実施例によれば、弾性体が駆動シャフトや動力回収シャフトの軸ずれを吸収し、異常摩耗やこじりの発生を防止するので、信頼性の高い膨張機一体型圧縮機を提供することができる。
また、弾性体が駆動シャフトや動力回収シャフトのトルクや負荷の変動を吸収するため、振動が緩和されて破壊や騒音が回避され、信頼性の高い膨張機一体型圧縮機を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the elastic body absorbs the shaft misalignment of the drive shaft and the power recovery shaft and prevents the occurrence of abnormal wear and twisting, thus providing a highly reliable expander-integrated compressor. can do.
In addition, since the elastic body absorbs fluctuations in torque and load of the drive shaft and the power recovery shaft, vibrations are alleviated and destruction and noise are avoided, and a highly reliable expander-integrated compressor can be provided. .
図2は、本発明の第2の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図である。
本実施例の膨張機一体型圧縮機は、第1の実施例の膨張機一体型圧縮機において、駆動シャフト45と動力回収シャフト46を連結する弾性体を、コイルばね47からトーションバー48に置き換えた構成以外は、全く同様の構成である。
本実施例のトーションバー48の断面は正方形であり、駆動シャフト45と動力回収シャフト46の各連結端部には、トーションバー48が嵌る各々の角穴45b,46bが設けられている。トーションバー48は、弾性変形の範囲で動力回収シャフト46からのトルクを駆動シャフト45に伝達できるように、軸方向、回転方向及び曲げ方向ともに、十分に大きな弾性率とする。
また、膨張機一体型圧縮機の圧縮機部42と膨張機部43の回転部分や、駆動シャフト45、動力回収シャフト46、電動機部44の回転子44b等からなる回転部分の、軸周りの振動に関する共振周波数が、膨張機一体型圧縮機の定格回転数と等しくなるように、トーションバー48の弾性率を設定する構成にしている。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an expander-integrated compressor according to a second embodiment of the present invention.
The expander-integrated compressor of the present embodiment is the same as the expander-integrated compressor of the first embodiment, except that the elastic body connecting the
The cross section of the
Further, vibrations around the axis of the rotating portion of the
本実施例の膨張機一体型圧縮機によれば、第1の実施例と同様の軸ずれ吸収効果が得られるのは言うまでもなく、圧縮機の信頼性を高めることができる。
また、トーションバー48は、コイルばね47と同様に、軸が軸方向にずれた場合にも軸ずれを吸収できる利点がある。
それに加え、トーションバー48の軸周りの振動に関する共振周波数が、膨張機一体型圧縮機の定格回転数と等しくなるように設定したことにより、トーションバー48を中心とした軸周りの共振系が、膨張機一体型圧縮機を定格回転数で運転する際に発生し、圧縮機部42と膨張機部43に起因する、軸回りの振動に対し、動吸振器として作用し、膨張機一体型圧縮機から発生する振動騒音を低減することができる。
According to the expander-integrated compressor of the present embodiment, it is needless to say that the same axial deviation absorbing effect as that of the first embodiment can be obtained, and the reliability of the compressor can be improved.
Further, like the
In addition, by setting the resonance frequency related to the vibration around the axis of the
なお、第1の実施例、及び本実施例では、駆動シャフト45と動力回収シャフト46を連結する弾性体として、コイルばね47やトーションバー48といったばねを用いたことにより、伝達するトルクが大きい場合にでも軸ずれを吸収するので、高い信頼性を確保することが可能となる。また、弾性体として樹脂系あるいはゴム系の材料を用いた構成でも、軸ずれ吸収効果が得られるとともに、低コスト化が図られる。
なお、本実施例では、トーションバー48を正方形の断面としたが、必ずしもこの限りではなく、駆動シャフト45と動力回収シャフト46に対して回転を伝達できる固定方法を取るならば、円形の断面等の構成でも良い。
In the first embodiment and the present embodiment, when a spring such as a
In the present embodiment, the
図3は、本発明の第3の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図である。
本実施例の膨張機一体型圧縮機は、第1の実施例の膨張機一体型圧縮機において、駆動シャフト45と動力回収シャフト46の連結端部の形状を変えた構成と、これらを連結する弾性体をコイルばね47から樹脂材49に置き換えた構成以外は、全く同様の構成である。
本実施例では、駆動シャフト45の連結端部に凹部の角孔45cを設け、動力回収シャフト46の連結端部に凸部の角柱部46cを設ける。そして、角孔45cと角柱部46cは弾性体である樹脂材49を介して互いに嵌合し、駆動シャフト45と動力回収シャフト46を連結する構成にしている。
また、図4は、図3のZ−Z´断面における嵌合部の断面図である。角孔45c及び角柱部46cの断面は正方形であり、角孔45cが角柱部46cよりも大きくなっている。そして、その間には弾性体である樹脂材49が配置されている。樹脂材49は、弾性変形の範囲で動力回収シャフト46からのトルクを駆動シャフト45に伝達できるように、軸方向、回転方向及び曲げ方向ともに、十分に大きな弾性率とする。
また、膨張機一体型圧縮機の圧縮機部42と膨張機部43の回転部分や、駆動シャフト45、動力回収シャフト46、電動機部44の回転子44b等からなる回転部分の、軸周りの振動に関する共振周波数が、膨張機一体型圧縮機の定格回転数と等しくなるように、樹脂材49の弾性率を設定する構成にしている。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an expander-integrated compressor according to a third embodiment of the present invention.
The expander-integrated compressor of the present embodiment is the same as the expander-integrated compressor of the first embodiment, with the configuration in which the shapes of the connecting end portions of the
In this embodiment, a concave
4 is a cross-sectional view of the fitting portion in the ZZ ′ cross section of FIG. The cross section of the
Further, vibrations around the axis of the rotating portion of the
本実施例の膨張機一体型圧縮機によって、第1及び第2の実施例と同様に、軸ずれ吸収効果が得られ、膨張機の信頼性を高めることができる。
さらに、樹脂材49を用いたため、低コスト化が可能である。
また、駆動シャフト45の角孔45cに、動力回収シャフト46の角柱部46cを、樹脂材49を介して嵌合させる構成としたが、樹脂材は、ばね等に比べて自在な形状に形成できるため、角孔45cと角柱部46cの隙間の形状に精度良く形成することが可能であり、組立てが容易になる。
ところで、本実施例では、駆動シャフト45の角孔45cに、動力回収シャフト46の角柱部46cを嵌合させる構成としたことにより、駆動シャフト45の内部の軸方向に設けたオイル供給用の孔45dと、動力回収シャフト46の内部の軸方向に設けたオイル供給用の孔46dを連通させる構成にすることもでき、密閉容器41の下シェル41cに溜ったオイルを、孔45dと孔46dにより密閉容器41の上側に配置された膨張機部43にまで汲み上げ、膨張機部43に供給することが可能となる。従って、膨張機の信頼性を向上させることが可能となる。
なお、本実施例では、駆動シャフト45に角孔45cを設け、動力回収シャフト46に角柱部46cを設ける構成としたが、必ずしも角孔45cと角柱部46cである必要は無く、互いに嵌合し、動力回収シャフト46から駆動シャフト45へ滑ることなく動力が伝達できれば、他の形状でも同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
また、本実施例では、駆動シャフト45に角孔45cを設け、動力回収シャフト46に角柱部46cを設ける構成としたが、逆に、駆動シャフト45に角柱部を設け、動力回収シャフト46に角孔を設ける構成としても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
さらに、樹脂材49の代わりにゴム系の材料を用いる構成でも、組立て性や軸ずれ吸収性の向上、低コスト化等を図ることができる。
The expander-integrated compressor of the present embodiment can provide an axial displacement absorbing effect as in the first and second embodiments, and can improve the reliability of the expander.
Further, since the
In addition, although the
By the way, in this embodiment, since the
In this embodiment, the
Further, in this embodiment, the
Further, even when a rubber-based material is used in place of the
図5は、本発明の第4の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図である。
本実施例の膨張機一体型圧縮機は、第3の実施例の膨張機一体型圧縮機において、弾性体を樹脂材49から皿ばね50aに置き換えた構成以外は、全く同様の構成である。
本実施例では、駆動シャフト45の連結端部に角孔45cを設け、動力回収シャフト46の連結端部に角柱部46cを設ける。そして、角孔45cと角柱部46cは弾性体である皿ばね50aを介して互いに嵌合し、駆動シャフト45と動力回収シャフト46を連結する構成にしている。
また、図6(a)は、図5のZ−Z´断面における嵌合部の断面図である。角孔45c及び角柱部46cの断面は正方形であり、角孔45cが角柱部46cよりも大きくなっている。そして、その間には弾性体である皿ばね50aが配置されている。本実施例では、角孔45cと角柱部46cの向かい合う一対の平面の間に一枚づつ、合計4枚の皿ばね50aが配置されている。
この皿ばね50aは、弾性変形の範囲で動力回収シャフト46からのトルクを駆動シャフト45に伝達できるように、軸方向、回転方向及び曲げ方向ともに、十分に大きな弾性率とする。また、膨張機一体型圧縮機の圧縮機部42と膨張機部43の回転部分や、駆動シャフト45、動力回収シャフト46、電動機部44の回転子44b等からなる回転部分の、軸周りの振動に関する共振周波数が、膨張機一体型圧縮機の定格回転数と等しくなるように、皿ばね50aの合成弾性率を設定する構成にしている。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of an expander-integrated compressor according to a fourth embodiment of the present invention.
The expander-integrated compressor of the present embodiment has the same configuration as that of the expander-integrated compressor of the third embodiment, except that the elastic body is replaced with the
In the present embodiment, a
FIG. 6A is a cross-sectional view of the fitting portion in the ZZ ′ cross section of FIG. The cross section of the
The
本実施例の膨張機一体型圧縮機によって、第1及び第2の実施例と同様に、軸ずれ吸収効果が得られる、膨張機の信頼性を高めることができる。
さらに、皿ばね50aを用いるため、樹脂材49を用いる場合よりも作動流体であるフロンや超臨界の二酸化炭素に侵されにくく、より高い信頼性を得ることができる。
また、組立ても簡単であり、低コスト化が可能である。
また、皿ばね50aを重ねて使うことにより、枚数を調整してばね定数を変えることができるので、動吸振器としての共振周波数の微調整が可能であり、より振動騒音を低減することが可能である。
また、本実施例における弾性体は必ずしも皿ばね50aである必要はなく、図6(b)のようにコイルばね50bを用いる構成や、図6(c)のように板ばね50cを用いる構成としても、同様の効果を得ることができる。
With the expander-integrated compressor according to the present embodiment, the reliability of the expander that can obtain the effect of absorbing the shaft misalignment can be improved as in the first and second embodiments.
Furthermore, since the
Further, it is easy to assemble, and the cost can be reduced.
Further, by using the disc springs 50a in an overlapping manner, the number of springs can be adjusted to change the spring constant, so that the resonance frequency as a dynamic vibration absorber can be finely adjusted, and vibration noise can be further reduced. It is.
In addition, the elastic body in this embodiment is not necessarily the
本発明の膨張機は、圧縮性ガスから回転動力を得る原動機や発電機として利用することができる。 The expander of the present invention can be used as a prime mover or a generator that obtains rotational power from a compressible gas.
41 密閉容器
42 圧縮機部
42a 圧縮室
43 膨張機部
43a 膨張室
44 電動機部
45 駆動シャフト
45a 小径部
45b 角穴
45c 角孔
45d 孔
46 動力回収シャフト
46a 小径部
46b 角穴
46c 角柱部
46d 孔
47 コイルばね
48 トーションバー
49 樹脂材
50a 皿ばね
50b コイルばね
50c 板ばね
41 Sealed
Claims (7)
圧縮室と駆動シャフトとを有し、前記駆動シャフトを回転させることにより前記圧縮室に吸入した作動流体を低圧から高圧へと圧縮する圧縮機部と
を備える膨張機一体型圧縮機であって、
前記動力回収シャフトと前記駆動シャフトを、弾性体を介して連結したことを特徴とする膨張機一体型圧縮機。 An expansion unit having an expansion chamber and a power recovery shaft, and obtaining rotational power of the power recovery shaft by expanding the working fluid sucked into the expansion chamber from a high pressure to a low pressure;
An expander-integrated compressor having a compression chamber and a drive shaft, and comprising a compressor section that compresses the working fluid sucked into the compression chamber from a low pressure to a high pressure by rotating the drive shaft;
An expander-integrated compressor, wherein the power recovery shaft and the drive shaft are connected via an elastic body.
The elastic modulus of the elastic body is set such that a resonance frequency related to vibration around an axis of the drive shaft or the like is equal to an operating frequency. The expander-integrated compressor according to claim 6.
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