JP2009019544A - Hermetic reciprocating compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に自動販売機などの冷凍サイクルに用いられ、自然冷媒である二酸化炭素を圧縮対象流体とする全密閉型往復動式圧縮機に関するものである。 The present invention relates to a hermetic reciprocating compressor that is mainly used in a refrigeration cycle such as a vending machine and uses carbon dioxide, which is a natural refrigerant, as a compression target fluid.
従来、一般的な冷凍サイクルには、フロン系や炭化水素系の冷媒が用いられている。特に、炭化水素系冷媒はオゾン層破壊係数も地球温暖化係数もともに低い自然冷媒であることから家庭用冷蔵庫を中心に広く使われているが、可燃性であることから多量の冷媒を必要とする業務用の冷凍サイクルではあまり使用されておらず、そのため、近年、可燃性のない自然冷媒として、二酸化炭素冷媒を用いた往復動式圧縮機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, CFC-based and hydrocarbon-based refrigerants are used in general refrigeration cycles. In particular, hydrocarbon-based refrigerants are natural refrigerants that have low ozone depletion potential and global warming potential, so they are widely used mainly in household refrigerators. However, they are flammable and require a large amount of refrigerant. Therefore, in recent years, a reciprocating compressor using a carbon dioxide refrigerant as a natural refrigerant that is not flammable has been proposed (see, for example, Patent Document 1). .
以下、図面を参照しながら上記従来の往復動式圧縮機を説明する。 Hereinafter, the conventional reciprocating compressor will be described with reference to the drawings.
図９は、特許文献１に記載された従来の半密閉型往復動式圧縮機の縦断面図である。
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a conventional semi-hermetic reciprocating compressor described in
図９に示すように、従来の圧縮機１は、クランクシャフト７と、圧縮室９を形成するシリンダ１１を一体に形成したブロック１３と、ピストン１５と、偏芯軸３とピストン１５との連結手段１７と、シリンダ１１の開口端を封止するバルブプレート２１と、吸入孔を開閉する吸入バルブリード（図示せず）とを備えた圧縮要素部２３を備えている。
As shown in FIG. 9, the
クランクシャフト７は、偏芯軸３と主軸５とを備えており、バルブプレート２１は、吸入孔（図示せず）を備え、ヘッドボルト１９によりブロック１３に取り付けられている。
The crankshaft 7 includes an
さらに、圧縮機１は、主軸５に固定されたロータ２５と、ステータ２７とで構成された電動要素部２９を備え、電動要素部２９とオイル３１とが、ケース３３とブロック１３とによって形成された密閉空間３５に収納され、冷凍サイクルから還流した冷媒が吸入孔を経て直接圧縮室９に導入される構造とした半密閉型圧縮機である。
Further, the
以上のように構成された圧縮機１について、以下その動作を説明する。
The operation of the
まず、圧縮機１は、ステータ２７に電流を流して磁界を発生させ、主軸５に固定されたロータ２５を回転させることで、クランクシャフト７が回転し、偏芯軸３に回転自在に取り付けられた連結手段１７を介して、ピストン１５がシリンダ１１内を往復運動する。そして、このピストン１５の往復運動により、冷媒の圧縮室９への吸入と圧縮および冷凍サイクルへの吐出が繰り返される。
First, the
ここで、従来の圧縮機１は、冷凍サイクルから還流した冷媒が圧縮室９に直接導入されるため、圧縮室９に吸入される冷媒が電動要素部２９の発熱によって加熱されにくく、温度が低く密度の大きい冷媒を圧縮室９内に吸入させることができるので、圧縮室９から吐出される冷媒の温度が低減され、オイル３１の劣化を低減することができるとともに、体積効率の向上が図れる。
Here, in the
また、特許文献１に記載の圧縮機１は、半密閉型圧縮機であるため、例えば、長期間運転を続ける間にヘッドボルト１９により取り付けられたバルブプレート２１とブロック１３の取り付け面から冷媒が微量ずつながら大気中に漏洩し、冷凍サイクル内の冷媒が減少して性能が低下してしまう可能性があることから、全密閉型圧縮機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
Further, since the
以下、図面を参照しながら上記従来の全密閉型圧縮機を説明する。 Hereinafter, the conventional hermetic compressor will be described with reference to the drawings.
図１０は、特許文献２に記載された従来の全密閉型往復動式圧縮機の縦断面図である。
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a conventional hermetic reciprocating compressor described in
図１０に示すように、従来の圧縮機４０は、密閉容器４２の底部にオイル４４を貯留するとともに、電動要素部４８と圧縮要素部５０とで構成された電動圧縮要素部５２を収納し、バネ４６によって弾性的に支持している。
As shown in FIG. 10, the
以上のように構成された圧縮機４０は、圧縮機１と同様の動作を行うが、圧縮要素部５０から冷媒が漏洩したとしても、密閉容器４２により大気中へ冷媒が漏洩して冷凍サイクルから冷媒が減少することを防止することができ、性能の低下を防止することができる。
The
また、電動圧縮要素部５２がバネ４６によって弾性的に支持されているので、圧縮要素部５０で発生した振動をバネ４６によって減衰させることができ、圧縮機の振動および振動に起因する騒音を低減することができる。
しかしながら、上記従来の半密閉型の圧縮機１の構成では、バルブプレート２１とブロック１３の取り付け面から冷媒が微量ずつながら大気中に漏洩し、冷凍サイクル内の冷媒が減少して性能が低下してしまうという課題を有していた。
However, in the configuration of the conventional
また、上記従来の全密閉型の圧縮機４０の構成では、上記課題を解決できるものの、電動圧縮要素部５２がバネ４６により弾性的に支持され、電動圧縮要素部５２と密閉容器４２との間に隙間を設けているため、密閉容器４２の内部圧力が作用する投影面積が大きくなる。
Further, in the configuration of the above-described conventional
特に冷媒として二酸化炭素を用いた場合には、密閉容器４２の内部圧力がフロン系や炭化水素系の冷媒と比較して５〜１０倍程度高くなり、投影面積と密閉容器の内部圧力の観点から、密閉容器４２の耐圧を確保するためには板厚を厚くする必要があり、圧縮機の重量が増大するとともに、コストが高くなるという課題を有していた。
In particular, when carbon dioxide is used as the refrigerant, the internal pressure of the sealed
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、二酸化炭素を圧縮し、高効率で低コストな全密閉型往復動式圧縮機を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a hermetic reciprocating compressor that compresses carbon dioxide and is highly efficient and low in cost.
上記従来の課題を解決するために、本発明の全密閉型往復動式圧縮機は、密閉容器は引張強さが４９０ＭＰａ以上の鋼材を成型して形成されたもので、大気中へ冷媒が漏洩することを防止するとともに、密閉容器の板厚を低減して圧縮機の重量を低減するという作用を有する。 In order to solve the above-mentioned conventional problems, the hermetic reciprocating compressor of the present invention is a hermetically sealed container formed by molding a steel material having a tensile strength of 490 MPa or more, and refrigerant leaks into the atmosphere. This has the effect of reducing the weight of the compressor by reducing the plate thickness of the sealed container.
本発明の全密閉型往復動式圧縮機は、大気中へ冷媒が漏洩することを防止し、性能低下を防止するとともに、圧縮機の重量を低減してコストを低減することができる。 The hermetic reciprocating compressor of the present invention can prevent the refrigerant from leaking into the atmosphere, prevent performance degradation, and reduce the weight of the compressor to reduce the cost.
請求項１に記載の発明は、密閉容器内に、電動要素部と二酸化炭素を圧縮する圧縮要素部とを備える電動圧縮要素部を収納し、前記圧縮要素部は圧縮室を形成するシリンダを有するブロックと、前記シリンダ内を往復運動するピストンとを備え、前記密閉容器は引張強さが４９０ＭＰａ以上の鋼材を成型して形成されたもので、大気中への冷媒の漏洩を防止し性能低下を防止するとともに、圧縮機の重量を低減してコストを低減することができる。 According to the first aspect of the present invention, an electric compression element portion including an electric element portion and a compression element portion that compresses carbon dioxide is housed in a sealed container, and the compression element portion includes a cylinder that forms a compression chamber. A block and a piston that reciprocates in the cylinder are provided, and the sealed container is formed by molding a steel material having a tensile strength of 490 MPa or more, and prevents leakage of the refrigerant into the atmosphere to reduce performance. While preventing, the weight of a compressor can be reduced and cost can be reduced.
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、密閉容器はプレス成型して形成され、前記密閉容器の開口部の短軸または直径に対する絞り深さの比が０．５以上であるもので、密閉容器を構成する部品点数を削減するとともに溶接箇所を削減することができるので、請求項１に記載の発明の効果に加えて、さらにコストを低減することができるとともに、密閉容器の耐圧を確保することができる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the sealed container is formed by press molding, and the ratio of the drawing depth to the minor axis or diameter of the opening of the sealed container is 0.5 or more. Since the number of parts constituting the sealed container can be reduced and the number of welding points can be reduced, in addition to the effect of the invention of
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、ブロックを密閉容器の内壁に固定したもので、バネ等の弾性部材によって電動圧縮要素部を弾性的に支持しないので、密閉容器と電動圧縮要素部との間の隙間を低減することで、密閉容器の内部圧力が作用する投影面積を低減することができるので、請求項１または請求項２に記載の発明の効果に加えて、さらに密閉容器の板厚を低減することができ、圧縮機の重量を低減しコストを低減することができる。
The invention according to
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、吐出孔を備えシリンダの開口端を封止するバルブプレートと、前記バルブプレートの反シリンダ側に押圧固定され吐出室を形成するシリンダヘッドとを備え、前記シリンダヘッドを密閉容器に密着させたもので、冷媒の圧縮により高温となる吐出室の熱を密閉容器を介して外部の大気中に放熱することで、吐出室を形成するシリンダヘッドを主体に電動圧縮要素部の温度を下げ、圧縮室に吸入される冷媒が電動圧縮要素部や電動圧縮要素部によって加熱された密閉容器内の高温の冷媒によって加熱されることを低減することができるので、請求項３に記載の発明の効果に加えて、さらに圧縮機の体積効率が向上し、圧縮機の性能を向上させることができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, a valve plate having a discharge hole and sealing the opening end of the cylinder, and a discharge chamber is formed by being pressed and fixed to the side opposite to the cylinder of the valve plate. The cylinder head is closely attached to the sealed container, and the discharge chamber is formed by dissipating heat from the discharge chamber, which becomes high temperature due to compression of the refrigerant, to the outside atmosphere through the sealed container. The temperature of the electric compression element part is lowered mainly with the cylinder head to reduce the refrigerant sucked into the compression chamber from being heated by the high-temperature refrigerant in the sealed container heated by the electric compression element part or the electric compression element part. Therefore, in addition to the effect of the invention of the third aspect, the volume efficiency of the compressor can be further improved, and the performance of the compressor can be improved.
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、電動圧縮要素部の重心位置を、密閉容器の高さ方向下部側に配置したもので、低重心化により電動圧縮要素部上部の揺動を低減することができるので、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、さらに圧縮機の振動および振動に起因する騒音を低減することができる。
Invention of
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明において、電動要素部を圧縮要素部の上方に配置したもので、電動圧縮要素部の揺動の主要因であるピストンを有する圧縮要素部を、密閉容器の支持面と近接させることができるので、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、さらに圧縮機の振動および振動に起因する騒音を低減することができる。
The invention according to claim 6 is the invention according to any one of
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発明において、ピストンの軸芯を含む水平面にて密閉容器が支持されているもので、ピストンの往復運動と同一水平面にて電動圧縮要素部の揺動を抑制することができるので、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、さらに効果的に圧縮機の振動および振動に起因する騒音を低減することができる。
The invention according to claim 7 is the invention according to any one of
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments.
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における全密閉型往復動式圧縮機の縦断面図、図２は、図１のＡ−Ａ線におけるシリンダヘッド周辺の断面図、図３は、同実施の形態における上シェルの縦断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a hermetic reciprocating compressor according to
図１から図３において、本実施の形態１における全密閉型往復動式圧縮機は、密閉容器１０１内の底部に潤滑材としてのオイル１０３を貯留するとともに、冷媒１０４として二酸化炭素が封入してある。また、密閉容器１０１内には、電動要素部１０５と圧縮要素部１０７とを備えた電動圧縮要素部１０９とが収納されている。
1 to 3, the hermetic reciprocating compressor according to the first embodiment stores
また、密閉容器１０１は、上シェル１１１と下シェル１１３とを嵌合し、溶接接合することにより密閉空間１１５を形成している。
Further, the sealed
圧縮要素部１０７は、クランクシャフト１１７、ブロック１１９、ピストン１２１、連結手段１２３等で構成されており、クランクシャフト１１７は、偏芯軸１２５と主軸１２７とを備えている。
The
電動要素部１０５は、ブロック１１９にボルト（図示せず）によって固定されたステータ１２９と、ステータ１２９の内側の同軸上に配置され主軸１２７に焼き嵌め固定されたロータ１３１とで構成されている。
The
ブロック１１９には、圧縮室１３３を形成するシリンダ１３５が一体に形成されるとともに、吸入孔１３７と吐出孔１３９とを備えたバルブプレート１４１と、吸入孔１３７を開閉する吸入バルブリード１４３と、吐出孔１３９と開閉する吐出バルブリード１４５と、シリンダヘッド１４７とが、ともにヘッドボルト（図示せず）によって、シリンダ１３５の開口端を封止するように固定されている。
In the
シリンダヘッド１４７は、吸入行程において吸入孔１３７を介して圧縮室１３３に連通する吸入室１４９と、圧縮行程において吐出孔１３９を介して圧縮室１３３に連通する吐出室１５１とを備えている。
The
また、ブロック１１９は、上シェル１１１の内壁にボルト（図示せず）によって固定され、シリンダヘッド１４７は上シェル１１１の内壁に密着している。
The
連結手段１２３は、一端に抵抗溶接等により取り付けられた大端孔を形成する大端部１５３を備えるとともに、他端には大端部１５３と同様に取り付けられたボールジョイント１５５を備えている。
The connecting means 123 includes a
ピストン１２１は、例えば、ピストン１２１の開口端をかしめることで、ボールジョイント１５５を把持するように取り付けられ、クランクシャフト１１７と連結手段１２３により連結されることにより、クランクシャフト１１７の回転と連動して、シリンダ１３５内を往復運動する。
For example, the
上シェル１１１と下シェル１１３とは、引張強さが４９０ＭＰａ以上の鋼材をプレス成型して形成され、それぞれの開口部１５７の直径Ｄ１に対する絞り深さＨ１の比が０．５以上となっている。本実施の形態１における上シェル１１１の直径Ｄ１に対する絞り深さＨ１の比は０．６、下シェル１１３の直径Ｄ１に対する絞り深さＨ１の比は０．８３である。
The
以上のように構成された全密閉型往復動式圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。 The operation and action of the hermetic reciprocating compressor configured as described above will be described below.
全密閉型往復動式圧縮機は、ステータ１２９に電流を流して磁界を発生させ、主軸１２７に固定されたロータ１３１を回転させることで、クランクシャフト１１７が回転し、偏芯軸１２５に回転自在に取り付けられた連結手段１２３を介して、ピストン１２１がシリンダ１３５内を往復運動する。そして、このピストン１２１の往復運動により、冷媒１０４の圧縮室１３３への吸入と圧縮および冷凍サイクルへの吐出が繰り返される。
In the hermetic reciprocating compressor, a current is passed through the
ここで、本実施の形態１のような往復動式圧縮機は、吸入バルブリード１４３と吐出バルブリード１４５とによって、吸入行程と圧縮行程が区切られることから、ロータリ式やスクロール式と比較して漏れ損失が少なく、特に高圧と低圧との圧力差が大きい二酸化炭素を冷媒１０４とした場合、体積効率の向上に有利である。
Here, in the reciprocating compressor as in the first embodiment, since the suction stroke and the compression stroke are separated by the
また、長期間運転を続ける間に、ヘッドボルトにより取り付けられた吸入バルブリード１４３や、バルブプレート１４１や、吐出バルブリード１４５や、シリンダヘッド１４７の間に隙間ができ、冷媒１０４が微量ずつ漏洩するが、電動圧縮要素部１０９を密閉容器１０１内に収納する全密閉型としたことにより、圧縮要素部１０７から漏洩した冷媒１０４が冷凍サイクル外に漏れないため、冷凍サイクル内の冷媒の減少を防止し、性能低下を防止することができる。
Further, while the operation is continued for a long time, a gap is formed between the
次に、密閉容器１０１を形成する上シェル１１１と下シェル１１３の材料について説明する。
Next, materials for the
例えば、鋼材の引張強さと、密閉容器１０１の内部に３３．４ＭＰａの圧力が加わった場合に鋼材に作用する応力が引張強さ未満となる最小板厚との関係は、（表１）で表される。
For example, the relationship between the tensile strength of the steel material and the minimum plate thickness at which the stress acting on the steel material when the pressure of 33.4 MPa is applied inside the sealed
表１に示した通り、鋼材の引張強さが大きくなる程、最小板厚は薄くなり、密閉容器１０１の重量を低減することができる。
As shown in Table 1, as the tensile strength of the steel material increases, the minimum plate thickness decreases and the weight of the sealed
ここで、引張強さが大きくなる程、一般に鋼材の重量単価は高くなるが、板厚を低減することができることから、密閉容器１０１のコストを低減することができ、特に、市場での流通性を考慮すると引張強さ５９０ＭＰａ程度の鋼材を用いることが望ましい。
Here, as the tensile strength increases, the unit price of steel generally increases, but the plate thickness can be reduced, so that the cost of the sealed
また、従来、この種の密閉容器１０１は、機械式プレスにより成型されるため、鋼材の板厚が厚い場合や引張強さが大きい場合は、多大な出力のプレス機械が必要となることや、金型の耐久性などを考慮すると、多大な設備投資によりコストが増加してしまう。
Conventionally, since this type of sealed
特に、板厚が１０ｍｍを超えるとともに、開口部の直径Ｄ１に対する絞り深さＨ１の比が０．５以上となる場合は、機械式プレスによる成型自体が困難であることから、二酸化炭素冷媒を用いた従来の半密閉型往復動式圧縮機では、鋳物により密閉容器１０１を形成することが主流であった。
In particular, when the plate thickness exceeds 10 mm and the ratio of the drawing depth H1 to the diameter D1 of the opening is 0.5 or more, it is difficult to form by a mechanical press. In the conventional semi-hermetic reciprocating compressor, the
鋳物の材料としては一般的に鋳鉄が挙げられるが、鋳鉄はコストが安価であるものの、引張強度が１８０〜２２０ＭＰａ程度であるとともに、溶接性が悪い。 The cast material is generally cast iron. Although the cast iron is inexpensive, the tensile strength is about 180 to 220 MPa and the weldability is poor.
また、別の材料としては鋳鋼が挙げられるが、鋳鋼は、溶接性は良いものの、引張強度が２７０ＭＰａ程度であるとともに、コストが高い。 Another material is cast steel, which has good weldability but has a tensile strength of about 270 MPa and high cost.
そこで、本実施の形態１における密閉容器１０１は、徐々に荷重を加えることが可能な油圧式プレスを用いることで、引張強さ４９０ＭＰａ以上の鋼材の成型が可能となり、板厚を低減することができるとともに、部品点数を削減し、溶接箇所を削減することができるので、コストを低減することができる。
Therefore, the sealed
なお、密閉容器１０１の成型には、サーボ式プレスを用いても同様の成型が可能である。
It should be noted that the sealed
また、ブロック１１９を上シェル１１１の内壁に固定したことにより、バネ等の弾性部材によって電動圧縮要素部１０９を密閉容器１０１内に弾性的に支持しないので、密閉容器１０１と電動圧縮要素部１０９との間に隙間を設ける必要がなく、密閉容器１０１の直径Ｄ１を縮小できることから、必要な耐圧に対する密閉容器１０１の板厚を低減することができるので、コストをさらに低減することができる。
In addition, since the
次に、往復動式圧縮機の振動について説明する。 Next, vibration of the reciprocating compressor will be described.
図４は、本実施の形態１における圧縮機の重心高さと振動の関係を示した特性図である。 FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the height of the center of gravity of the compressor and the vibration in the first embodiment.
図４において、縦軸は圧縮機の振動振幅ｘ、横軸に電動圧縮要素部１０９の重心高さｙを示しており、重心高さｙを変化させた時の圧縮機の振動振幅ｘをプロットしている。
In FIG. 4, the vertical axis indicates the vibration amplitude x of the compressor, and the horizontal axis indicates the height y of the center of gravity of the
往復動式圧縮機は、ピストン１２１が往復運動することにより、アンバランスが生じ、それによって発生した電動圧縮要素部１０９の揺動が原因で振動が発生する。
In the reciprocating compressor, the
本実施の形態１のように、電動圧縮要素部１０９がバネによって弾性的に支持されない場合、電動圧縮要素部１０９と密閉容器１０１とが一体に揺動するため、図４に示すように電動圧縮要素部１０９の重心高さｙを密閉容器１０１の高さ方向下部側に配置することにより、電動圧縮要素部１０９上部の揺動を小さくすることができるので、圧縮機の振動および振動に起因する騒音を低減することができる。
If the
次に、圧縮室１３３に吸入される冷媒の温度の影響について説明する。
Next, the influence of the temperature of the refrigerant sucked into the
図５は、本実施の形態１における圧縮機を用いた冷凍サイクルのモリエル線図である。 FIG. 5 is a Mollier diagram of a refrigeration cycle using the compressor according to the first embodiment.
図５において、縦軸は圧力Ｐ、横軸はエンタルピｈを示しており、図中には飽和曲線、等温度曲線および等密度曲線がプロットされている。 In FIG. 5, the vertical axis indicates the pressure P and the horizontal axis indicates the enthalpy h, and a saturation curve, an isothermal curve, and an isodensity curve are plotted in the figure.
また、図中には、吸入される冷媒１０４の温度が高い場合の理論冷凍サイクルとしてａ−ｂ−ｃ−ｄ−ａを示し、冷媒１０４の温度が低い場合の理論冷凍サイクルとしてｅ−ｆ−ｃ−ｄ−ｅを示している。 In the drawing, a-b-c-d-a is shown as the theoretical refrigeration cycle when the temperature of the refrigerant 104 being sucked is high, and ef- as the theoretical refrigeration cycle when the temperature of the refrigerant 104 is low. c-d-e is shown.
ここで、ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ａで示したように、吸入される冷媒１０４の温度が高い場合には密度が小さくなるため、冷媒１０４の質量循環量が減少し体積効率が低下する。さらには、吐出される冷媒１０４の温度が高くなり、圧縮室１３３内の温度が上昇することから、圧縮室１３３内に供給されたオイル１０３の温度が上昇し劣化する。
Here, as indicated by a-b-c-d-a, when the temperature of the refrigerant 104 to be sucked is high, the density decreases, so that the mass circulation amount of the refrigerant 104 decreases and the volume efficiency decreases. . Furthermore, since the temperature of the discharged refrigerant 104 increases and the temperature in the
一方、ｅ−ｆ−ｃ−ｄ−ｅで示したように、吸入される冷媒１０４の温度が低い場合、理論冷凍サイクルにおいて点ｂから点ｆへ吐出される冷媒１０４の温度を低減することができるとともに、低温の吸入される冷媒１０４によって圧縮室１３３内を効果的に冷却することができるので、圧縮室１３３内へ供給されたオイル１０３の温度上昇を抑え劣化を低減することができる。
On the other hand, as shown by ef-c-d-e, when the temperature of the refrigerant 104 sucked is low, the temperature of the refrigerant 104 discharged from the point b to the point f in the theoretical refrigeration cycle can be reduced. In addition, since the inside of the
さらに、吸入される冷媒１０４の温度が低いため、密度の大きい冷媒１０４を圧縮室１３３に吸入させることができるので、冷媒１０４の質量循環量が増加し、体積効率を向上させることができる。
Furthermore, since the refrigerant 104 to be sucked has a low temperature, the refrigerant 104 having a high density can be sucked into the
また、本実施の形態１では、シリンダヘッド１４７を上シェル１１１の内壁に密着させることで、上シェル１１１を介して吐出室１５１の熱を圧縮機外へ放出することができる。そのため、シリンダヘッド１４７を主体に電動圧縮要素部１０９の温度を下げることができ、圧縮室１３３に吸入される冷媒１０４がシリンダヘッド１４７などの電動圧縮要素部１０９や電動圧縮要素部１０９によって加熱された密閉容器１０１内の高温の冷媒１０４によって加熱されることを低減することができる。
In the first embodiment, the
従って、圧縮機の体積効率を向上させることができるとともに、吐出される冷媒１０４の温度を低減し、オイル１０３の劣化を低減することができる。
Therefore, the volume efficiency of the compressor can be improved, the temperature of the discharged refrigerant 104 can be reduced, and the deterioration of the
なお、本実施の形態１においては、潤滑剤としてオイル１０３を使用したが、グリスや固体潤滑剤を使用しても良く、当然ながら、グリスや固体潤滑剤においても吐出される冷媒１０４の温度を低減することは、潤滑剤の劣化を抑制することに有効である。
In the first embodiment,
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における全密閉型往復動式圧縮機の縦断面図、図７は、図６のＢ−Ｂ線におけるシリンダヘッド周辺の断面図、図８は、同実施の形態における上シェルの縦断面図である。
(Embodiment 2)
6 is a longitudinal sectional view of a hermetic reciprocating compressor according to
図６から図８において、本実施の形態２における全密閉型往復動式圧縮機は、密閉容器２０１内の底部に潤滑材としてのオイル２０３を貯留するとともに、冷媒２０４として二酸化炭素が封入してある。また、密閉容器２０１内には、電動要素部２０５と圧縮要素部２０７とを備えた電動圧縮要素部２０９とが収納されている。
6 to 8, the hermetic reciprocating compressor according to the second embodiment stores
また、密閉容器２０１は、上シェル２１１と下シェル２１３とを嵌合し、溶接接合することにより密閉空間２１５を形成している。
Further, the sealed
圧縮要素部２０７は、クランクシャフト２１７、ブロック２１９、ピストン２２１、連結手段２２３等で構成されており、クランクシャフト２１７は、偏芯軸２２５と主軸２２７とを備えている。
The
電動要素部２０５は、ブロック２１９の上方にボルト（図示せず）によって固定されたステータ２２９と、ステータ２２９の内側の同軸上に配置され主軸２２７に焼き嵌め固定されたロータ２３１とで構成されている。
The
ブロック２１９には、圧縮室２３３を形成するシリンダ２３５が一体に形成されるとともに、吸入孔２３７と吐出孔２３９とを備えたバルブプレート２４１と、吸入孔２３７を開閉する吸入バルブリード２４３と、吐出孔２３９と開閉する吐出バルブリード２４５と、シリンダヘッド２４７とが、ともにヘッドボルト（図示せず）によって、シリンダ２３５の開口端を封止するように固定されている。
In the
シリンダヘッド２４７は、吸入行程において吸入孔２３７を介して圧縮室２３３に連通する吸入室２４９と、圧縮行程において吐出孔２３９を介して圧縮室２３３に連通する吐出室２５１とを備えている。
The
また、ブロック２１９は、下シェル２１３の内壁にボルト（図示せず）によって固定され、シリンダヘッド２４７は下シェル２１３の内壁に密着している。
The
連結手段２２３は、一端に抵抗溶接等により取り付けられた大端孔を形成する大端部２５３を備えるとともに、他端には大端部２５３と同様に取り付けられたボールジョイント２５５を備えている。
The connecting means 223 includes a
ピストン２２１は、例えば、ピストン２２１の開口端をかしめることで、ボールジョイント２５５を把持するように取り付けられ、クランクシャフト２１７と連結手段２２３により連結されることにより、クランクシャフト２１７の回転と連動して、シリンダ２３５内を往復運動する。
For example, the piston 221 is attached so as to grip the ball joint 255 by caulking the open end of the piston 221, and is coupled to the
上シェル２１１と下シェル２１３とは、引張強さが４９０ＭＰａ以上の鋼材をプレス成型して形成され、それぞれの開口部２５７の直径Ｄ２に対する絞り深さＨ２の比が０．５以上となっている。本実施の形態２における上シェル２１１の直径Ｄ２に対する絞り深さＨ２の比は０．８３、下シェル２１３の直径Ｄ２に対する絞り深さＨ２の比は０．５６である。
The
また、本実施の形態２の圧縮機は、ピストン２２１の軸芯を含む水平面にて密閉容器２０１を支持している。
Further, the compressor according to the second embodiment supports the sealed
以上のように構成された全密閉型往復動式圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。 The operation and action of the hermetic reciprocating compressor configured as described above will be described below.
全密閉型往復動式圧縮機は、ステータ２２９に電流を流して磁界を発生させ、主軸２２７に固定されたロータ２３１を回転させることで、クランクシャフト２１７が回転し、偏芯軸２２５に回転自在に取り付けられた連結手段２２３を介して、ピストン２２１がシリンダ２３５内を往復運動する。そして、このピストン２２１の往復運動により、冷媒２０４の圧縮室２３３への吸入と圧縮および冷凍サイクルへの吐出が繰り返される。
The hermetic reciprocating compressor causes a current to flow through the
ここで、本実施の形態２のような往復動式圧縮機は、吸入バルブリード２４３と吐出バルブリード２４５とによって、吸入行程と圧縮行程が区切られることから、ロータリ式やスクロール式と比較して漏れ損失が少なく、特に高圧と低圧との圧力差が大きい二酸化炭素を冷媒２０４とした場合、体積効率の向上に有利である。
Here, in the reciprocating compressor as in the second embodiment, since the suction stroke and the compression stroke are separated by the
また、長期間運転を続ける間に、ヘッドボルトにより取り付けられた吸入バルブリード２４３や、バルブプレート２４１や、吐出バルブリード２４５や、シリンダヘッド２４７の間に隙間ができ、冷媒２０４が微量ずつ漏洩するが、電動圧縮要素部２０９を密閉容器２０１内に収納する全密閉型としたことにより、圧縮要素部２０７から漏洩した冷媒２０４が冷凍サイクル外に漏れないため、冷凍サイクル内の冷媒の減少を防止し、性能低下を防止することができる。
Further, while the operation is continued for a long time, a gap is formed between the
次に、密閉容器２０１を形成する上シェル２１１と下シェル２１３の材料について説明する。
Next, materials of the
例えば、鋼材の引張強さと、密閉容器２０１の内部に３３．４ＭＰａの圧力が加わった場合に鋼材に作用する応力が引張強さ未満となる最小板厚との関係は、実施の形態１において示した（表１）と同様である。
For example, the relationship between the tensile strength of the steel material and the minimum plate thickness at which the stress acting on the steel material when the pressure of 33.4 MPa is applied inside the sealed
表１に示した通り、鋼材の引張強さが大きくなる程、最小板厚は薄くなり、密閉容器２０１の重量を低減することができる。
As shown in Table 1, as the tensile strength of the steel material increases, the minimum plate thickness decreases and the weight of the sealed
ここで、引張強さが大きくなる程、一般に鋼材の重量単価は高くなるが、板厚を低減することができることから、密閉容器２０１のコストを低減することができ、特に、市場での流通性を考慮すると引張強さ５９０ＭＰａ程度の鋼材を用いることが望ましい。
Here, as the tensile strength increases, the weight unit price of the steel material generally increases. However, since the plate thickness can be reduced, the cost of the sealed
また、従来、この種の密閉容器２０１は、機械式プレスにより成型されるため、鋼材の板厚が厚い場合や引張強さが大きい場合は、多大な出力のプレス機械が必要となることや、金型の耐久性などを考慮すると、多大な設備投資によりコストが増加してしまう。
Conventionally, since this type of sealed
特に、板厚が１０ｍｍを超えるとともに、開口部の直径Ｄ２に対する絞り深さＨ２１の比が０．５以上となる場合は、機械式プレスによる成型自体が困難であることから、二酸化炭素冷媒を用いた従来の半密閉型往復動式圧縮機では、鋳物により密閉容器２０１を形成することが主流であった。
In particular, when the plate thickness exceeds 10 mm and the ratio of the drawing depth H21 to the diameter D2 of the opening is 0.5 or more, the carbon dioxide refrigerant is used because molding by a mechanical press itself is difficult. In the conventional semi-hermetic reciprocating compressor, the
鋳物の材料としては一般的に鋳鉄が挙げられるが、鋳鉄はコストが安価であるものの、引張強度が１８０〜２２０ＭＰａ程度であるとともに、溶接性が悪い。 The cast material is generally cast iron. Although the cast iron is inexpensive, the tensile strength is about 180 to 220 MPa and the weldability is poor.
また、別の材料としては鋳鋼が挙げられる。鋳鋼は、溶接性が良いものの、引張強度が２７０ＭＰａ程度であるとともに、コストが高い。 Another material is cast steel. Although cast steel has good weldability, the tensile strength is about 270 MPa and the cost is high.
そこで、本実施の形態２における密閉容器２０１は、徐々に荷重を加えることが可能な油圧式プレスを用いることで、引張強さ４９０ＭＰａ以上の鋼材の成型が可能となり、板厚を低減することができるとともに、部品点数を削減し、溶接箇所を削減することができるので、コストを低減することができる。
Therefore, the sealed
なお、密閉容器２０１の成型には、サーボ式プレスを用いても同様の成型が可能である。
Note that the sealed
また、ブロック２１９を下シェル２１３の内壁に固定したことにより、バネ等の弾性部材によって電動圧縮要素部２０９を密閉容器２０１内に弾性的に支持しないので、密閉容器２０１と電動圧縮要素部２０９との間に隙間を設ける必要がなく、密閉容器２０１の直径Ｄ２を縮小できることから、必要な耐圧に対する密閉容器２０１の板厚を低減することができるので、コストをさらに低減することができる。
Since the
次に、往復動式圧縮機の振動について説明する。 Next, vibration of the reciprocating compressor will be described.
往復動式圧縮機は、ピストン２２１が往復運動することにより、アンバランスが生じ、それによって発生した電動圧縮要素部２０９の揺動が原因で振動が発生する。
In the reciprocating compressor, the piston 221 reciprocates, thereby causing imbalance, and vibration is generated due to the oscillation of the electric
本実施の形態２のように、電動圧縮要素部２０９がバネによって弾性的に支持されない場合、電動圧縮要素部２０９と密閉容器２０１とが一体に揺動するため、バネで支持した場合と同様の電動圧縮要素部２０９の上部を揺動させる構成では、密閉容器２０１の支持面における揺動が低減できたとしても、密閉容器２０１上部の揺動が大きく、結果として、圧縮機の振動が大きくなってしまう。
When the electric
そこで、電動圧縮要素部２０９の揺動の主要因であるピストン２２１を有する圧縮要素部２０７を、密閉容器２０１の支持面と近接させることで、電動圧縮要素部２０９の揺動を小さくすることができるので、圧縮機の振動および振動に起因する騒音を低減することができる。
Therefore, by making the
特に、本実施の形態２による電動要素部２０５を圧縮要素部２０７の上方に配置した構成が、自動販売機のようにユニットベース上に圧縮機を搭載し、密閉容器の下部で支持するような圧縮機においては、振動を低減するために効果的である。
In particular, the configuration in which the
さらに、本実施の形態２においては、ピストン２２１の軸芯を含む水平面にて密閉容器２０１を支持したことで、ピストン２２１の往復運動と同一水平面にて電動圧縮要素部２０９の揺動が抑制できるので、より効果的に圧縮機の振動および振動に起因する騒音を低減することができる。
Furthermore, in the second embodiment, since the sealed
次に、圧縮室２３３に吸入される冷媒の温度の影響について実施の形態１において示した図５を用いて説明する。
Next, the influence of the temperature of the refrigerant sucked into the
図５において、縦軸は圧力Ｐ、横軸はエンタルピｈを示しており、図中には飽和曲線、等温度曲線および等密度曲線がプロットされている。 In FIG. 5, the vertical axis indicates the pressure P and the horizontal axis indicates the enthalpy h, and a saturation curve, an isothermal curve, and an isodensity curve are plotted in the figure.
また、図中には、吸入冷媒の温度が高い場合の理論冷凍サイクルとしてａ−ｂ−ｃ−ｄ−ａを示し、吸入冷媒の温度が低い場合の理論冷凍サイクルとしてｅ−ｆ−ｃ−ｄ−ｅを示している。 In the drawing, a-b-c-d-a is shown as the theoretical refrigeration cycle when the temperature of the intake refrigerant is high, and ef-c-d is shown as the theoretical refrigeration cycle when the temperature of the intake refrigerant is low. -E is shown.
ここで、ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ａで示したように、吸入される冷媒２０４の温度が高い場合には密度が小さくなるため、冷媒２０４の質量循環量が減少し体積効率が低下する。さらには、吐出される冷媒２０４の温度が高くなり、圧縮室２３３内の温度が上昇することから、圧縮室２３３内に供給されたオイル２０３の温度が上昇し劣化する。
Here, as indicated by a-b-c-d-a, when the temperature of the refrigerant 204 to be sucked is high, the density decreases, so that the mass circulation amount of the refrigerant 204 decreases and the volume efficiency decreases. . Furthermore, since the temperature of the discharged refrigerant 204 increases and the temperature in the
一方、ｅ−ｆ−ｃ−ｄ−ｅで示したように、吸入される冷媒２０４の温度が低い場合、理論冷凍サイクルにおいて点ｂから点ｆへ吐出される冷媒２０４の温度を低減することができるとともに、低温の吸入される冷媒２０４によって圧縮室２３３内を効果的に冷却することができるので、圧縮室２３３内へ供給されたオイル２０３の温度上昇を抑え劣化を低減することができる。
On the other hand, as shown by ef-c-d-e, when the temperature of the sucked
さらに、吸入される冷媒２０４の温度が低いため、密度の大きい冷媒２０４を圧縮室２３３に吸入させることができるので、冷媒２０４の質量循環量が増加し、体積効率を向上させることができる。
Furthermore, since the refrigerant 204 to be sucked has a low temperature, the refrigerant 204 having a high density can be sucked into the
また、本実施の形態２では、シリンダヘッド２４７を下シェル２１３の内壁に密着させることで、下シェル２１３を介して吐出室２５１の熱を圧縮機外へ放出することができる。そのため、シリンダヘッド２４７を主体に電動圧縮要素部２０９の温度を下げることができ、圧縮室２３３に吸入される冷媒２０４がシリンダヘッド２４７などの電動圧縮要素部２０９や電動圧縮要素部２０９によって加熱された密閉容器２０１内の高温の冷媒２０４によって加熱されることを低減することができる。
In the second embodiment, the
従って、圧縮機の体積効率を向上させることができるとともに、吐出される冷媒２０４の温度を低減し、オイル２０３の劣化を低減することができる。
Therefore, the volumetric efficiency of the compressor can be improved, the temperature of the discharged refrigerant 204 can be reduced, and the deterioration of the
なお、本実施の形態２においては、潤滑剤としてオイル２０３を使用したが、グリスや固体潤滑剤を使用しても良く、当然ながら、グリスや固体潤滑剤においても吐出される冷媒２０４の温度を低減することは、潤滑剤の劣化を抑制することに有効である。
In the second embodiment,
以上のように、本発明にかかる全密閉型往復動式圧縮機は、冷媒の大気中への漏洩を抑制することで、性能低下を抑制するとともに、引張強さ４９０ＭＰａ以上の鋼材を成型して密閉容器を形成することで、低コスト化が図れ、さらに電動圧縮要素部の低重心化により、振動を低減することができるので、自動販売機に限らず、冷凍冷蔵庫やエアーコンディショナやその他の冷媒装置に広く適用できる。 As described above, the hermetic reciprocating compressor according to the present invention suppresses leakage of the refrigerant into the atmosphere, thereby suppressing performance deterioration and molding a steel material having a tensile strength of 490 MPa or more. By forming a sealed container, cost can be reduced, and vibration can be reduced by lowering the center of gravity of the electric compression element part, so it is not limited to vending machines, but also refrigerators, air conditioners and other Widely applicable to refrigerant devices.
１０１，２０１ 密閉容器
１０４，２０４ 冷媒
１０５，２０５ 電動要素部
１０７，２０７ 圧縮要素部
１０９，２０９ 電動圧縮要素部
１１９，２１９ ブロック
１２１，２２１ ピストン
１３３，２３３ 圧縮室
１３５，２３５ シリンダ
１３９，２３９ 吐出孔
１４１，２４１ バルブプレート
１４７，２４７ シリンダヘッド
１５１，２５１ 吐出室
１５７，２５７ 開口部
101, 201
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007181940A JP2009019544A (en) | 2007-07-11 | 2007-07-11 | Hermetic reciprocating compressor |
Applications Claiming Priority (1)
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ID=40359404
Family Applications (1)
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2009019544A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102834615A (en) * | 2010-01-25 | 2012-12-19 | 三电有限公司 | Fluid machine |
-
2007
- 2007-07-11 JP JP2007181940A patent/JP2009019544A/en active Pending
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