JP2005188407A - ピストン式圧縮機における断熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮室における断熱性を高める。
【解決手段】シリンダ１１には圧縮室形成用孔１１１が形成されており、圧縮室形成用孔１１１には円筒形状の断熱材３０が圧入されている。断熱材３０は、合成樹脂製である。断熱材３０の筒内は、シリンダボア４３となり、シリンダボア４３内にはアルミニウム製のピストン２５が収容されている。ピストン２５は、シリンダボア４３内に圧縮室１１２を区画する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、回転軸の回転に基づいてシリンダボア内でピストンを往復駆動して、吸入圧領域から圧縮室へ冷媒ガスを吸入すると共に、圧縮室から吐出圧領域へ冷媒ガスを吐出するピストン式圧縮機における断熱構造に関するものである。

ピストン式圧縮機（例えば、特許文献１参照）の圧縮室に導入された冷媒ガスの温度は、圧縮機の性能に影響を与える。圧縮室に導入された冷媒ガスの温度が高いほど、圧縮室内の冷媒ガスの密度が小さくなるので、圧縮機の性能が低下する。逆に、圧縮室に導入された冷媒ガスの温度が低いほど、圧縮室内の冷媒ガスの密度が大きくなるので、圧縮機の性能が向上する。
特表２００１−５１５１７４号公報

圧縮室内の冷媒ガスの温度は、冷媒ガスの圧縮によって上昇する。そのため、圧縮された冷媒ガスから圧縮室を形成する壁面に熱が伝わり、圧縮室を形成する壁面の温度が上昇する。冷媒ガスを圧縮して吐出した後に新たに圧縮室に吸入された冷媒ガスは、圧縮室を形成する壁面から熱を受け取って温度上昇する。従って、圧縮室を形成する壁面の温度上昇が大きい、あるいは圧縮室を形成する壁面の熱伝導率が大きいと、圧縮室内の圧縮前の冷媒ガスの温度上昇が大きくなり、圧縮機の性能が低下する。

本発明は、ピストン式圧縮機の圧縮室における断熱性を高めることを目的とする。

そのために本発明は、シリンダに設けられたシリンダボアにピストンを収容して前記シリンダボア内に圧縮室を区画し、前記シリンダに連結されたカバーハウジング内に吸入圧領域と吐出圧領域とを形成し、回転軸の回転に基づいて前記シリンダボア内で前記ピストンを往復駆動して、吸入圧領域から前記圧縮室へ冷媒ガスを吸入すると共に、前記圧縮室から吐出圧領域へ冷媒ガスを吐出するピストン式圧縮機を対象とし、請求項１の発明では、予め所定形状に形成された断熱材で前記シリンダボアを形成する周面を構成した。

ここにおける断熱材とは、その熱伝導率がシリンダ（ハウジング）の材質における熱伝導率よりも小さい材質のことをいう。シリンダボアを形成する周面を構成する断熱材は、圧縮室内の冷媒ガスの熱による加熱を受け難く、シリンダボアを形成する周面を構成する断熱材の温度上昇が抑制される。そのため、冷媒ガスを圧縮して吐出した後に新たに圧縮室に吸入された冷媒ガスがシリンダボアを形成する周面を構成する断熱材から受ける熱量は少なく、圧縮室における断熱性が高まる。なお、断熱材は、シリンダボアを形成する周面の一部のみを構成してもよいし、全部を構成してもよい。

請求項２の発明では、請求項１において、前記シリンダに圧縮室形成用孔を設け、前記圧縮室形成用孔に筒形状の断熱材を嵌入して前記シリンダボアを形成する周面を構成した。

筒形状の断熱材の壁厚を大きくして断熱効果を高めることができる。
請求項３の発明では、請求項２において、前記シリンダと前記カバーハウジングとの間にバルブプレートを介在して、前記吸入圧領域及び吐出圧領域から前記圧縮室を区画し、前記筒形状の断熱材における前記バルブプレート側の端部にフランジを形成し、前記シリンダと前記バルブプレートとの間に前記フランジを挟み込んだ。

シリンダと前記バルブプレートとの間にフランジを挟み込まれた筒形状の断熱材は、ピストンの往復動に追随することなく不動保持される。
請求項４の発明では、請求項２において、前記シリンダと前記カバーハウジングとの間にバルブプレートを介在して、前記吸入圧領域及び吐出圧領域から前記圧縮室を区画し、前記圧縮室形成用孔の内周面に位置決め突部を設け、前記位置決め突部と前記バルブプレートとの間に前記筒形状の断熱材を挟み込んだ。

位置決め突部とバルブプレートとの間に挟み込まれた筒形状の断熱材は、ピストンの往復動に追随することなく不動保持される。
請求項５の発明では、請求項１において、前記回転軸の軸線を取り巻く断熱材製の環状ブロックに前記シリンダボアを設けた。

断熱材製の環状ブロックに複数のシリンダボアを設ける構成は、複数のシリンダボアを複数の筒形状の断熱材で構成する場合に比べて、生産性に優れる。
請求項６の発明では、請求項１乃至請求項５のいずれか１項において、前記断熱材は、合成樹脂製とした。

合成樹脂は、断熱材として好適である。
請求項７の発明では、請求項１乃至請求項６のいずれか１項において、前記ピストンの先端面を断熱材で被覆した。

ピストンの先端面を被覆する断熱材は、圧縮室内の冷媒ガスの熱による加熱を受け難く、ピストンの先端面を被覆する断熱材の温度上昇が抑制される。そのため、冷媒ガスを圧縮して吐出した後に新たに圧縮室に吸入された冷媒ガスがピストンの先端面を被覆する断熱材から受ける熱量は少なく、圧縮室における断熱性が高まる。

請求項８の発明では、請求項１乃至請求項７のいずれか１項において、前記冷媒ガスは、二酸化炭素とした。
本発明は、二酸化炭素を冷媒として使用するピストン式圧縮機への適用に好適である。

本発明は、圧縮室における断熱性を高めることができるという優れた効果を奏する。

以下、可変容量型のピストン式圧縮機に本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。
図１に示すように、アルミニウム製のシリンダ１１の前端にはアルミニウム製のフロントハウジング１２が接合されている。シリンダ１１の後端にはカバーハウジングとしてのアルミニウム製のリヤハウジング１３がバルブプレート１４、ガスケット型の弁形成プレート１５，１６を介して接合固定されている。図４及び図５に示すように、弁形成プレート１５，１６は、金属板１５２，１６２の両面にゴム層１５３，１５４，１６３，１６４を設けたものである。

図１に示すように、シリンダ１１、フロントハウジング１２及びリヤハウジング１３は、ねじ５３によって共締め結合されている。シリンダ１１、フロントハウジング１２及びリヤハウジング１３は、可変容量型ピストン式圧縮機１０の全体ハウジングを構成する。

制御圧室１２１を形成するフロントハウジング１２とシリンダ１１とには回転軸１８がラジアルベアリング１９，２０を介して回転可能に支持されている。制御圧室１２１から外部へ突出する回転軸１８は、プーリ（図示略）及びベルト（図示略）を介して外部駆動源である車両エンジン１７から駆動力を得る。

回転軸１８には回転支持体２１が止着されていると共に、斜板２２が回転軸１８の軸方向へスライド可能かつ傾動可能に支持されている。斜板２２には連結片２３が止着されており、連結片２３にはガイドピン２４が止着されている。回転支持体２１にはガイド孔２１１が形成されている。ガイドピン２４の頭部は、ガイド孔２１１にスライド可能に嵌入されている。斜板２２は、ガイド孔２１１とガイドピン２４との連係により回転軸１８の軸方向へ傾動可能かつ回転軸１８と一体的に回転可能である。斜板２２の傾動は、ガイド孔２１１とガイドピン２４とのスライドガイド関係、及び回転軸１８のスライド支持作用により案内される。

斜板２２の中心部が回転支持体２１側へ移動すると、斜板２２の傾角が増大する。斜板２２の最大傾角は回転支持体２１と斜板２２との当接によって規制される。図１の斜板２２の実線位置は、斜板２２の最大傾角状態を示す。斜板２２の中心部がシリンダ１１側へ移動すると、斜板２２の傾角が減少する。図１の斜板２２の鎖線位置は、斜板２２の最小傾角状態を示す。

図１、図２及び図４に示すように、シリンダ１１には複数の圧縮室形成用孔１１１が貫設されている。圧縮室形成用孔１１１には合成樹脂製の円筒形状の断熱材３０が圧入されている。圧縮室形成用孔１１１の周面は、断熱材３０によって全て被覆されている。

円筒形状の断熱材３０の筒内にはアルミニウム製のピストン２５（図２においては１つのみ示す）が収容されている。ピストン２５は、円柱形状の頭部２５２と首部２５３とからなる。頭部２５２は、断熱材３０の筒内に嵌入されており、首部２５３は、シュー２６を介して斜板２２に係合されている。斜板２２の回転運動は、シュー２６を介してピストン２５の前後往復運動に変換され、ピストン２５が断熱材３０の筒内を往復駆動される。断熱材３０の筒内は、ピストン２５を往復動させるためのシリンダボア４３となり、予め所定形状（円筒形状）に形成された断熱材３０は、ピストン２５を往復動させるためのシリンダボア４３を形成する周面４３１を構成する。ピストン２５は、断熱材３０の筒内（シリンダボア４３）に圧縮室１１２を区画する。

図５は、ピストン２５が下死点位置にあるときの状態を示している。
図１及び図３に示すように、リヤハウジング１３内には吸入圧領域である吸入室２７及び吐出圧領域である吐出室２８が環状の区画壁２９によって区画して形成されている。吸入室２７は、リヤハウジング１３の外周側にあって、回転軸１８の軸線１８１の周りで吐出室２８を包囲している。図１に示すように、バルブプレート１４は、吸入室２７及び吐出室２８から圧縮室１１２を区画する。吐出室２８内においてバルブプレート１４には弁形成プレート１５，１６及びリテーナ３１がねじ３２の締め付けによって結合されている。

図４及び図５に示すように、バルブプレート１４及び弁形成プレート１６には吸入ポート１４１が形成されており、バルブプレート１４及び弁形成プレート１５には吐出ポート１４２が形成されている。弁形成プレート１５には吸入弁１５１が形成されており、弁形成プレート１６には吐出弁１６１が形成されている。吸入室２７内のガス状の冷媒は、ピストン２５の復動動作（図１において右側から左側への移動）により吸入ポート１４１から吸入弁１５１を押し退けて圧縮室１１２内へ吸入される。

断熱材３０の端面には位置規制凹部３０１が形成されており、位置規制凹部３０１の底部には金属片３０２が止着されている。吸入弁１５１は、位置規制凹部３０１の底の金属片３０２に当接して開度規制される。圧縮室１１２内へ吸入されたガス状の冷媒は、ピストン２５の往動動作（図１において左側から右側への移動）により吐出ポート１４２から吐出弁１６１を押し退けて吐出室２８へ吐出される。吐出弁１６１は、リテーナ３１に当接して開度規制される。

図１に示すように、リヤハウジング１３には吸入通路３３及び吐出通路３４が形成されている。吸入室２７へガス状の冷媒を導入する吸入通路３３と、吐出室２８からガス状の冷媒を排出する吐出通路３４とは、外部冷媒回路３５で接続されている。外部冷媒回路３５上には、冷媒から熱を奪うための熱交換器３６、固定絞り３７、周囲の熱を冷媒に移すための熱交換器３８及びアキュームレータ３９が介在されている。アキュームレータ３９は、ガス状の冷媒のみを圧縮機に送るためのものである。吐出室２８の冷媒は、吐出通路３４、熱交換器３６、固定絞り３７、熱交換器３８及びアキュームレータ３９及び吸入通路３３を経由して吸入室２７に流入する。

吐出室２８と制御圧室１２１とは、供給通路４０で接続されている。又、制御圧室１２１と吸入室２７とは、放出通路４１で接続されている。制御圧室１２１内の冷媒は、放出通路４１を介して吸入室２７へ流出する。

供給通路４０上には電磁式の容量制御弁４２が介在されている。容量制御弁４２は、消磁状態では冷媒が流通不能な弁閉状態になっており、吐出室２８から供給通路４０を経由した制御圧室１２１への冷媒供給は行われない。制御圧室１２１内の冷媒は、放出通路４１を介して吸入室２７へ流出しているため、制御圧室１２１内の圧力が下がる。従って、斜板２２の傾角が増大して吐出容量が増える。容量制御弁４２は、励磁によって冷媒が流通可能な弁開状態となり、吐出室２８から供給通路４０を経由した制御圧室１２１への冷媒供給が行われる。従って、制御圧室１２１内の圧力が上がり、斜板２２の傾角が減少して吐出容量が減る。

本実施形態では、冷媒として二酸化炭素が用いられている。
第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１−１）ピストン２５の復動動作に伴い、吸入室２７内の冷媒ガスが吸入ポート１４１を経由して圧縮室１１２へ吸入され、ピストン２５の往動動作に伴い、圧縮室１１２内の冷媒ガスが圧縮されて吐出ポート１４２を経由して吐出室２８へ吐出される。圧縮室１１２内の冷媒ガスは、圧縮されると温度上昇する。シリンダボア４３の周面を構成する断熱材３０は、圧縮室１１２内の冷媒ガスの熱による加熱を受け難く、断熱材３０の温度上昇が抑制される。そのため、冷媒ガスを圧縮して吐出した後に新たに圧縮室１１２に吸入された冷媒ガスが断熱材３０から受け取る熱量は少ない。つまり、圧縮される前の圧縮室１１２内の冷媒ガスは、断熱材３０の存在によって温度上昇するのを抑制される。断熱材３０の存在は、圧縮室１１２における断熱性を高めて、可変容量型ピストン式圧縮機１０の性能の向上に寄与する。

（１−２）予め円筒形状という所定形状に形成された断熱材３０では、その板厚を大きくして断熱材３０による断熱効果を高めることができる。
（１−３）断熱材３０は、熱伝導率の小さい合成樹脂製である。断熱材３０は、熱伝導率の大きいアルミニウム製のシリンダ１１から圧縮室１１２内の冷媒ガスへの熱伝達を低減する。これは、圧縮機の性能向上に寄与する。

（１−４）可変容量型ピストン式圧縮機１０が使用できなくなったような場合には、圧縮室形成用孔１１１から断熱材３０を外して断熱材３０を再利用することができる。
（１−５）フロンガスよりも高圧の状態で冷媒として使用される二酸化炭素は、ガス流量が少なくて済む。ガス流量が少ないほど、圧縮室１１２における冷媒ガスの加熱防止は、重要である。二酸化炭素を冷媒として使用する可変容量型ピストン式圧縮機１０は、本発明の適用対象として好適である。

本発明では、図６〜図１２の各実施形態も可能である。これらの各実施形態において、第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合が用いてある。
図６の第２の実施形態における断熱材４４は、円筒部４４１と、円筒部４４１におけるバルブプレート１４側の端部に一体形成されたフランジ４４２とからなる。円筒部４４１は、圧縮室形成用孔１１１に嵌入されており、フランジ４４２は、シリンダ１１とバルブプレート１４との間に挟み込まれている。シリンダ１１とバルブプレート１４との間にフランジ４４２を挟み込まれた断熱材４４の円筒部４４１は、ピストン２５の往復動に追随することなく圧縮室形成用孔１１１内に不動保持される。

図７の第３の実施形態では、圧縮室形成用孔１１１の周面に環状の位置決め突条１１４が形成されており、圧縮室形成用孔１１１に嵌入されている円筒形状の断熱材４５が位置決め突条１１４とバルブプレート１４との間に挟み込まれている。位置決め突部としての位置決め突条１１４とバルブプレート１４との間に挟み込まれた円筒形状の断熱材４５は、ピストン２５の往復動に追随することなく圧縮室形成用孔１１１内に不動保持される。

図８の第４の実施形態における弁形成プレート１５Ａは、金属プレート製であり、シリンダ１１の外周近くにはシールリング４６が回転軸１８の軸線１８１及び全ての断熱材４４をまとめて包囲するように、シリンダ１１と弁形成プレート１５Ａとの間に介在されている。断熱材４４のフランジ４４２は、圧縮室１１２から弁形成プレート１５Ａの面に沿って軸挿入孔１１５へ冷媒ガスが洩れるのを防ぐシール機能を兼ねる。シールリング４６は、圧縮室１１２から弁形成プレート１５Ａの面に沿って圧縮機外部へ冷媒ガスが洩れるのを防ぐ。

図９（ａ），（ｂ）の第５の実施形態における断熱材４７は、円筒部４７１と端壁４７２とからなる。円筒部４７１は、圧縮室形成用孔１１１に嵌入されており、端壁４７２は、金属製の弁形成プレート１５Ａに当接されている。位置決め突条１１４とバルブプレート１４との間に挟み込まれた断熱材４７は、ピストン２５の往復動に追随することなく圧縮室形成用孔１１１内に不動保持される。

端壁４７２には吸入用孔４７３が吸入ポート１４１に対向するように形成されており、端壁４７２には吐出用孔４７４が吐出ポート１４２に対向するように形成されている。吸入室２７内の冷媒ガスは、吸入ポート１４１及び吸入用孔４７３を経由して圧縮室１１２に吸入される。圧縮室１１２内の冷媒ガスは、吐出用孔４７４及び吐出ポート１４２を経由して吐出室２８へ吐出される。

端壁４７２は、圧縮室１１２における断熱性をさらに高める。
図１０（ａ），（ｂ）の第６の実施形態におけるシリンダ１１Ａは、アルミニウム製の環状の基礎ブロック４８と、合成樹脂製の環状ブロック４９とからなる。基礎ブロック４８は、外輪部４８１と内輪部４８２と端壁４８３とからなり、環状ブロック４９は、外輪部４８１と内輪部４８２との間に嵌入されている。

回転軸１８の軸線１８１を取り巻く環状ブロック４９には複数のシリンダボア４３が形成されている。つまり、シリンダボア４３を形成する周面４３１は、合成樹脂製の断熱材で構成されている。端壁４８３には挿通孔４８４がシリンダボア４３に対応して形成されている。ピストン２５は、挿通孔４８４を通してシリンダボア４３に嵌入されている。

断熱材製の環状ブロック４９に複数のシリンダボア４３を設ける構成は、複数のシリンダボアを複数の筒形状の断熱材で構成する場合に比べて、生産性に優れる。
図１１の第７の実施形態では、断熱材４５と同じ材質からなるコーティング層５０がピストン２５の頭部２５２の周面に設けられている。断熱材４５とコーティング層５０とを同じ線膨張率の材質とした構成は、熱膨張した際の断熱材４５の内周面とコーティング層５０の表面との間のクリアランス管理の容易化に寄与する。

図１２の第８の実施形態では、ピストン２５の先端面２５１に円板形状の断熱材５１が接着剤を用いて止着されている。断熱材５１は、圧縮室１１２における断熱性をさらに高める。

本発明では以下のような実施形態も可能である。
（１）第７の実施形態では、断熱材４５と同じ材質からなるコーティング層としたが、これに限定されない。断熱材より耐摩耗性が高い材質あるいは摺動性の良い材料でコーティング層を形成すれば、圧縮機の耐久性を高めることができる。又、その他の実施形態において、コーティング層を設けることも可能である。

（２）シリンダボアを形成する周面を構成する断熱材の材質として、硬質のゴム又はセラミックを用いてもよい。
（３）円筒形状の断熱材の外周側と内周側とで異なる合成樹脂を用い、内周側の合成樹脂として耐摩耗性に優れた合成樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）を用いるようにしてもよい。

（４）リヤハウジング１３の外周側に吐出室を設け、回転軸１８の軸線１８１の周りで吸入室を吐出室によって包囲するピストン式圧縮機に本発明を適用してもよい。
（５）固定容量型のピストン式圧縮機に本発明を適用してもよい。

（６）二酸化炭素以外の冷媒を用いた圧縮機に本発明を適用してもよい。
前記した実施形態から把握できる技術的思想について以下に記載する。
〔１〕前記ピストンの先端面に対向する端壁を前記筒形状の断熱材に設けた請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載のピストン式圧縮機における断熱構造。

第１の実施形態を示す圧縮機全体の側断面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 図１のＢ−Ｂ線断面図。 要部拡大側断面図。 要部拡大側断面図。 第２の実施形態を示す要部側断面図。 第３の実施形態を示す要部側断面図。 第４の実施形態を示す要部側断面図。 第５の実施形態を示し、（ａ）は要部側断面図。（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。 第６の実施形態を示し、（ａ）は要部側断面図。（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線断面図。 第７の実施形態を示す要部側断面図。 第８の実施形態を示す要部側断面図。

符号の説明

１０…可変容量型ピストン式圧縮機。１１，１１Ａ…シリンダ。１１１…圧縮室形成用孔。１１２…圧縮室。１１４…位置決め突部としての位置決め突条。１３…カバーハウジングとしてのリヤハウジング。１４…バルブプレート。１８…回転軸。１８１…軸線。２５…ピストン。２５１…先端面。２７…吸入圧領域としての吸入室。２８…吐出圧領域としての吐出室。３０，４４，４５，４７，５１…断熱材。４３…シリンダボア。４３１…シリンダボアを形成する周面。４４２…フランジ。４９…環状ブロック。

Claims (8)

1. シリンダに設けられたシリンダボアにピストンを収容して前記シリンダボア内に圧縮室を区画し、前記シリンダに連結されたカバーハウジング内に吸入圧領域と吐出圧領域とを形成し、回転軸の回転に基づいて前記シリンダボア内で前記ピストンを往復駆動して、吸入圧領域から前記圧縮室へ冷媒ガスを吸入すると共に、前記圧縮室から吐出圧領域へ冷媒ガスを吐出するピストン式圧縮機において、
   予め所定形状に形成された断熱材で前記シリンダボアを形成する周面を構成したピストン式圧縮機における断熱構造。
2. 前記シリンダに圧縮室形成用孔を設け、前記圧縮室形成用孔に筒形状の断熱材を嵌入して前記シリンダボアを形成する周面を構成した請求項１に記載のピストン式圧縮機における断熱構造。
3. 前記シリンダと前記カバーハウジングとの間にバルブプレートを介在して、前記吸入圧領域及び吐出圧領域から前記圧縮室を区画し、前記筒形状の断熱材における前記バルブプレート側の端部にフランジを形成し、前記シリンダと前記バルブプレートとの間に前記フランジを挟み込んだ請求項２に記載のピストン式圧縮機における断熱構造。
4. 前記シリンダと前記カバーハウジングとの間にバルブプレートを介在して、前記吸入圧領域及び吐出圧領域から前記圧縮室を区画し、前記圧縮室形成用孔の内周面に位置決め突部を設け、前記位置決め突部と前記バルブプレートとの間に前記筒形状の断熱材を挟み込んだ請求項２に記載のピストン式圧縮機における断熱構造。
5. 前記回転軸の軸線を取り巻く断熱材製の環状ブロックに前記シリンダボアを設けた請求項１に記載のピストン式圧縮機における断熱構造。
6. 前記断熱材は、合成樹脂製である請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のピストン式圧縮機における断熱構造。
7. 前記ピストンの先端面を断熱材で被覆した請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のピストン式圧縮機における断熱構造。
8. 前記冷媒ガスは、二酸化炭素である請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のピストン式圧縮機における断熱構造。

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