JP2013231429A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

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博光 岩田
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Abstract

【課題】従来例に比べて効率の高い密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】密閉容器に配設された、外部から密閉容器内に冷媒ガスを吸入するための吸入管と、内部空間を有する吸入マフラー131を備え、吸入マフラーの入口管149の出口開口部179と出口管153の入口開口部191は対向するように配設され、出口管153の入口開口面積S1は、入口管149の出口開口面積S2より小さい。
【選択図】図2

Description

本発明は、冷凍冷蔵装置等に用いられる密閉型圧縮機に関する。
従来の密閉型圧縮機として、密閉容器内に入口管及び出口管を有する吸入マフラーを備え、この吸入マフラーの出口管の入口開口面積を入口管の出口開口面積より大きくすることにより、入口管の出口開口部から放出された冷媒ガスを出口管の入口開口部から吸い込み易くし、吸入マフラー内に開放された冷媒ガスが出口管に到達するまでの受熱の低減とそれによる効率の向上を図ったものが知られている(例えば、特許文献1参照)。また、特許文献2には本出願人による同様な構成の密閉型圧縮機が開示されている。
以下、図面を参照しながら特許文献1の従来の密閉型圧縮機を説明する。
図5は従来の密閉型圧縮機の要部断面図、図6は従来の密閉型圧縮機に用いられている吸入マフラーの要部断面図である。
図5、図6において、密閉容器1は、冷却システム(図示しない)と連結される吐出管(図示せず)と吸入管3を備えており、底部にオイル(図示しない)を貯溜するとともに固定子(図示しない)と回転子(図示しない)とからなる電動要素(図示しない)、及び、これによって駆動される圧縮要素5を収容し、内部は冷媒ガス7で満たされている。
次に圧縮要素5の主な構成について説明する。
シリンダ9は略円筒形の圧縮室11と、軸受け部13を備えている。バルブプレート15は反シリンダ9側に吐出弁装置17を備え、圧縮室11を塞いでいる。ヘッド19はバルブプレート15を覆い、吐出室21を形成している。吸入マフラー23は、一端が密閉容器1内に開口し、他端は吸入バルブ25を介して圧縮室11内に連通するよう構成されている。クランクシャフト27は主軸部29と偏心部31を有し、シリンダ9の軸受け部13に軸支されるとともに回転子(図示しない)に圧入固定されている。ピストン33は、圧縮室11に往復摺動自在に挿入されるとともに、偏心部31との間をコネクティングロッド35によって連結されている。
次に圧縮要素5が備える吸入マフラー23について説明する。
吸入マフラー23は、第一の入口管43、第二の入口管53、及び出口管59により構成される。第一の入口管43の一端は密閉容器1内に開口する吸入ガス入口部37を有し、その他端は吸入マフラー23内の第一のマフラー空間39に開口する出口開口部41を有する。第二の入口管53の一端は第一のマフラー空間39に開口する入口開口部45を有し、その他端は第二のマフラー空間47に開口する出口開口部49を有すると共に共鳴器51を有する。出口管59の一端は第二のマフラー空間47の略中央に開口する入口開口部55を有し、その他端は吸入バルブ25を介して圧縮室11に連通する出口開口部57を有する。
さらに、第二の入口管53の出口開口部49と出口管59の入口開口部55は対向するように配設され、出口管59の入口開口部55の開口面積は、第二の入口管53の出口開口部49の開口面積より大きい。
以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下、その動作を説明する。
冷却システム(図示しない)から密閉圧縮機へ戻ってきた冷媒ガス7は、吸入マフラー23の吸入ガス入口部37から吸入され、第一の入口管43を通って、吸入マフラー23内の第一のマフラー空間39内に開放され、共鳴器51を有する第二の入口管53の入口開口部45から吸入され、第二のマフラー空間47内に開放され、出口管59を通ってシリンダ9に冷媒ガス7が供給される。第二の入口管53の出口開口部49と出口管59の入口開口部55は対向し、さらに出口管59の入口開口部55の開口面積は、第二の入口管53の出口開口部49の開口面積より大きい。これにより、第二の入口管53から放出された冷媒ガス7が出口管59から吸い込み易くなるため、吸入マフラー23内の第二のマフラー空間47へ開放された冷媒ガス7が出口管59に達するまでの受熱が低減され、効率の向上を図ることができるとされていた。
米国特許出願公開公報US2009/0038329A1号 特許第4682447号公報
しかしながら、前記従来の技術には、後述するように密閉型圧縮機の効率を改善する余地があるという課題があった。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、従来例に比べて高効率の密閉型圧縮機を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、入口管の出口開口部と出口管の入口開口部を対向させ、出口管の入口開口部の開口面積が入口管の出口開口部の開口面積より小さくする。
これによって、入口管の出口開口部から放出された冷たい冷媒ガスが吸入マフラーの内部空間の暖かい冷媒に比べて相対的に多く出口管の入口開口部より吸い込まれるので受熱損失が低減され、従来技術に比べて高効率の密閉型圧縮機を提供することができる。
すなわち、出口管の入口開口部から、吸入マフラーの内部空間の暖かい冷媒が吸い込まれ難くなり、逆に、入口管の出口開口部から放出された冷たい冷媒ガスが吸い込まれ易くなるので、受熱損失が低減される。
本発明の密閉型圧縮機は、従来技術に比べて高効率の密閉型圧縮機を提供することができる。
本発明の実施の形態1における密閉型圧縮機の断面図である。 本発明の実施の形態1における密閉型圧縮機に用いられている吸入マフラーの要部断面図である。 図2のA−A線断面図である。 本発明の実施の形態1における密閉型圧縮機の性能試験の結果を示す表である。 従来の密閉型圧縮機の要部断面図である。 従来の密閉型圧縮機に用いられている吸入マフラーの要部断面図である。
(本発明の基礎となった知見)
本出願人による特許文献2の密閉型圧縮機においては、密閉容器内に備える吸入マフラーの出口管の一端と入口管の一端とが対向し、出口管の入口開口面積は入口管の出口開口面積より大きい。これにより、入口管の出口開口部から放出された冷媒ガスが出口管の入口開口部から吸い込み易くなり、吸入マフラー内に開放された冷媒ガスが出口管に到達するまでの受熱が低減し効率が向上する。
本発明者らは、上記密閉型圧縮機における更なるエネルギー効率の向上のために、吸入マフラーの出口管の一端と入口管の一端との配置構造について、実験を含む詳細な検討を行った。その結果、特許文献2の密閉型圧縮機における効率向上の効果は、主に吸入マフラーの出口管の一端と入口管の一端とを対向させることによってもたらされていること、及び、吸入マフラーの出口管の入口部開口面積が入口管の出口部開口面積より大きいと、冷たい冷媒ガスとともに暖かな冷媒ガスをも同時に吸い込んでしまい、かえって受熱損失が増大し、冷凍能力が低下することを見出した。
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、吸入マフラーの内部空間の暖かい冷媒ガスを吸い込み難くすることで受熱損失を低減させて密閉型圧縮機の効率を向上することを目的としている。
第1の発明では、密閉型圧縮機は、密閉容器と、前記密閉容器内に配設された電動要素と、前記電動要素により駆動される圧縮要素と、前記密閉容器に配設された、外部から前記密閉容器内に冷媒ガスを吸入するための吸入管と、内部空間を有する吸入マフラーと、を備え、前記吸入マフラーは、一端が前記密閉容器内に開口し、他端は前記吸入マフラーの前記内部空間に開口する出口開口部を有した入口管と、一端が前記吸入マフラーの前記内部空間に開口する入口開口部を有し、他端は前記圧縮要素の圧縮室に連通した出口管とを備え、前記入口管の出口開口部と前記出口管の入口開口部とが対向するように配設され、前記出口管の入口開口面積が前記入口管の出口開口面積より小さいものである。
これにより、入口管の出口開口部から放出された冷たい冷媒ガスが吸入マフラーの内部空間の暖かい冷媒に比べて相対的に多く出口管の入口開口部より吸い込まれる。すなわち、出口管の入口開口部から吸入マフラー空間内の暖かい冷媒ガスが吸い込まれ難くなり、逆に、入口管の出口開口部から放出された冷たい冷媒ガスが吸い込まれ易くなるので、受熱損失が低減され、高効率の密閉型圧縮機を提供することができる。
第2の発明は、第1の発明において、前記入口管の出口開口部と前記出口管の入口開口部が略水平方向に対向し、前記出口管の入口開口部の中心は、前記入口管の出口開口部の中心と前記入口管の出口開口部の下部内壁面の間に位置する。
これにより、入口管の出口開口部から放出される冷たい冷媒が重力によって下方に流れるため、出口管の入口開口部が入口管の出口開口部の中心と入口管の出口開口部の下部内壁面の間に設けられていることによって、入口開口部が下方に流れた冷媒を受け入れ易くなる。このため、受熱がさらに低減されるので、より高い効率の密閉型圧縮機を提供することができる。
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。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における密閉型圧縮機の断面図、図2は、本発明の実施の形態1における密閉型圧縮機に用いられている吸入マフラーの要部断面図、図3は、図2のA−A線断面図である。
図1、図2、図3において、密閉容器101は冷却システム(図示しない)と連結される吐出管(図示せず)と吸入管103を備えており、底部にオイル105を貯溜するとともに固定子107と回転子109とからなる電動要素111、及び、これによって駆動される圧縮要素113を収容し、内部空間は冷媒ガス115で満たされている。
次に圧縮要素113の主な構成について説明する。圧縮要素113として、公知の圧縮機を用いることができる。以下では、往復動式の圧縮機で構成される圧縮要素113を例示する。
シリンダ117は略円筒形の圧縮室119と、軸受け部121を備えている。バルブプレート123は反シリンダ117側に吐出弁装置125を備え、圧縮室119を塞いでいる。ヘッド127はバルブプレート123を覆い、吐出室129を形成している。吸入マフラー131の一端は密閉容器101の内部空間に開口し、その他端は吸入バルブ133を介して圧縮室119内に連通している。クランクシャフト135は主軸部137と偏心部139を有し、シリンダ117の軸受け部121に軸支されるとともに回転子109に圧入固定されている。ピストン141は、圧縮室119に往復摺動自在に挿入されるとともに、偏心部139との間をコネクティングロッド143によって連結されている。
次に圧縮要素113が備える吸入マフラー131について説明する。
吸入マフラー131は、マフラー空間(内部空間)157を有し、圧縮室119や吸入バルブ133で発生した騒音を減衰する手段としての消音器である。密閉型圧縮機の性能向上の観点から熱伝導率の低い材料、例えば合成樹脂材料で構成されることが望ましい。合成樹脂材料としては、冷媒ガス雰囲気、高温下という使用環境を考慮すると、例えばPBT(Polybutyleneterephtalate)やPPS(Polyphenylenesulfide)の材料であるとよい。
吸入マフラー131は、例えば、マフラー本体145、マフラーカバー147、入口管149のL字型屈折部151、出口管153のL字型屈折部155からなる。通常、各構成部品が組立てられた後に、超音波溶着法等によりマフラー本体145及びマフラーカバー147は互いに溶着結合され、吸入マフラー131が形成される。このとき、マフラーカバー147は、平板状で簡素な形状をしており、マフラー空間157を形成する上側壁面としての機能を備える。
また、マフラーカバー147に一体形成している突起部(図示しない)によって、入口管149のL字型屈折部151と出口管153のL字型屈折部155がそれぞれ支持されている。これにより、マフラー本体145とL字型屈折部151、155の溶着結合が省略できる。なお、入口管149及び出口管153の形状はこれには限定されず、両者の一端が互いに対向するような形状であればよい。
ここで、突起部は、L字型屈折部151、155側にそれぞれ一体形成されていてもよい。この構成でも同様にマフラー本体145とL字型屈折部151、155の溶着結合が省略できる。
導入部163は、マフラー本体145と一体に形成されるとともに、その一端は密閉容器101内に開口し、他端は入口管149に開口している。導入部163を形成する壁面とマフラー本体145を形成する壁面165とは背面167でのみ一致し、残る他の壁面は異なる。導入部163の密閉容器101側開口部169は略矩形の開口形状を有するとともに略多面体の内部の空間を有し吸入管103に相対する向きを有している。
入口管149は、例えば、鉛直部171とL字型屈折部151とから構成され、入口管149はL字型屈折部151によって略L字型に形成され、鉛直部171とL字型屈折部151の接続部173、175のそれぞれの形状は、複数の円弧または直線の組み合わせから構成されている。
入口管149の一端は密閉容器101内に開口し、その他端は、L字型屈折部151の略水平方向(中心(F)177方向)に設けられた円または多辺形状の出口開口部179から吸入マフラー131のマフラー空間157内へ開口している。また、入口管149のL字型屈折部151の一方の略軸線上にはL字型屈折部151に下向きに開口したサイドブランチ型共鳴器181が延出形成されている。なお、サイドブランチ型共鳴器181を省略してもよい。
次に、出口管153は、例えば、鉛直部183とL字型屈折部155とから構成され、出口管153はL字型屈折部155によって略L字型に形成され、鉛直部183とL字型屈折部155の接続部185、187のそれぞれの形状は、複数の円弧または直線の組み合わせから構成されている。
出口管153の一端は吸入バルブ133を介して圧縮室119に連通しており、その他端は、L字型屈折部155の略水平方向(中心(G)189方向)に設けられた円または多辺形状の入口開口部191によってマフラー空間157へ開口している。入口開口部191とL字型屈折部151の出口開口部179とは、略水平方向に対向している。
このとき、入口開口部191の開口面積S1は、出口開口部179の開口面積S2より小さくして、L字型屈折部155の中心(G)189は、L字型屈折部151の中心(F)177と出口開口部179の下部内壁面193の間になるように設けている。
また、入口管149の鉛直部171と出口管153の鉛直部183は、それぞれマフラー本体145の密閉容器101側壁面165と一体形成されている。
以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。
図1及び図2を参照すると、吸入管103より戻った冷たい冷媒ガス115は、導入部163を通って入口管149に入り、鉛直部171を通りL字型屈折部151の出口開口部179よりマフラー空間157内へ流入し、出口開口部179に対向するように配設された出口管153のL字型屈折部155の入口開口部191へと導かれ、出口管153の鉛直部183を通過して圧縮室119へ送り込まれる。
このとき、L字型屈折部155の入口開口部191の開口面積S1が出口開口部179の開口面積S2より小さいので、出口管153の入口開口部191から、吸入マフラー空間157内の暖かい冷媒ガス115が吸い込まれ難くなり、逆に、入口管149の出口開口部179から放出された冷たい冷媒ガス115が吸い込まれ易くなるので、受熱損失が低減され、高効率の密閉型圧縮機を提供することができる。
さらに、出口管153の入口開口部191の中心(G)189が、入口管149の出口開口部179の中心(F)177と入口管149の出口開口部179の下部内壁面193の間に位置するように配設されている。これにより、入口開口部191が、出口開口部179より、略鉛直方向において下方に位置することになるため、冷たい冷媒ガス115が出口開口部179から放出される際に重力によって下方に流れ易くなるので、入口開口部191で、その冷たい冷媒ガス115をより受け入れ易くなる。このため、受熱損失が更に低減されるので、より高い効率の密閉型圧縮機を提供することができる。
(実施例)
本発明者らは、本実施の形態の密閉型圧縮機の効果を検証するために、本実施の形態に従った密閉型圧縮機を製造し、この密閉型圧縮機について、一定の条件下において性能試験を行った。試験条件はAHAM(Association of Home Appliance Manufacturers)条件とした。冷凍サイクルにおける凝縮温度は40.6℃、蒸発温度は−23.3℃、吸入ガス温度は32.2℃、膨張弁前温度は32.2℃、密閉容器の表面温度は65℃とした。そして、外気温32.2℃の環境下で115V/60Hzの電源により圧縮機は動作された。
本試験では、本実施の形態の密閉型圧縮機により得られた試験結果と比較例により得られた試験結果とを比較した。特許文献2の密閉型圧縮機と同様な構成の密閉型圧縮機を比較例とした。
本実施の形態では、吸入マフラーの出口管の入口部開口面積S1が入口管の出口部開口面積S2より小さい。ここでは入口管の開口形状は、直径φが10mmの円形であり、出口管の開口形状は、直径φが9mmの円形である。入口管の開口の断面積S2は約79mmであり、出口管の開口の断面積S1は約64mmである。
比較例では、吸入マフラーの出口管の入口部開口面積S1が入口管の出口部開口面積S2より大きい。ここでは入口管の開口形状は、7mm×8mmの矩形であり、出口管の開口形状は、直径φが10mmの円形である。入口管の開口の断面積S2は約56mmであり、出口管の開口の断面積S1は約79mmである。
尚、本実施の形態及び比較例では、出口管の入口開口部と入口管の出口開口部は一定の距離で離間している。
図4は、性能試験の結果を示している。Q(W)は冷凍能力、P(W)は冷凍消費電力、COP(Coefficient Of Performance)及びEER (energy efficiency ratio)は、共にエネルギーの消費効率をそれぞれ示している。尚、表では、実施の形態及び比較例に加え、参考例として、吸入マフラーの入口管と出口管とが対向しない密閉型圧縮機の結果も示している。図4に示すように、実施例及び比較例は、共に、参考例と比べて冷凍能力及びエネルギー消費効率が向上している。また、実施例は、比較例と比べて冷凍能力及びエネルギー消費効率が向上している。すなわち、本実施の形態の密閉型圧縮機によれば、従来の構成に比べてよりエネルギー効率が向上することが実証された。
(その他の実施の形態)
実施の形態1では、吸入マフラー131は、マフラー本体145とマフラーカバー147は別々の部材とし、組立後に互いに密着結合させて形成するような構成としたが、これに限られるものではなく、吸入マフラーは、マフラー本体とマフラーカバーが一体なものとして形成されてもよい。例えば、吸入マフラー131は、一体成形(integral molding)されていてもよい。
また、実施の形態1では、出口管153の入口開口部191は、入口管149の出口開口部179に略水平方向に対向して配設されているが、両開口部の対向方向は任意であり、例えば略垂直方向に対向して配設されていてもよい。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。
本発明にかかる密閉型圧縮機は、冷凍サイクルに用いる圧縮機に適用することができ、広く冷凍装置に搭載することができる。また、かかる圧縮機は、家庭用冷蔵庫をはじめとして、エアコンや除湿機やショーケース、自販機等の各種装置への展開が可能である。
101 密閉容器
103 吸入管
111 電動要素
113 圧縮要素
131 吸入マフラー
145 マフラー本体
147 マフラーカバー
149 入口管
153 出口管
177 中心(F)
179 出口開口部
189 中心(G)
191 入口開口部
193 下部内径壁

Claims (2)

  1. 密閉容器と、
    前記密閉容器内に配設された電動要素と、
    前記電動要素により駆動される圧縮要素と、
    前記密閉容器に配設された、外部から前記密閉容器内に冷媒ガスを吸入するための吸入管と、
    内部空間を有する吸入マフラーを備え、
    前記吸入マフラーは、一端が前記密閉容器内に開口し、他端は前記吸入マフラーの前記内部空間に開口する出口開口部を有した入口管と、
    一端が前記吸入マフラーの前記内部空間に開口する入口開口部を有し、他端は前記圧縮要素の圧縮室に連通した出口管とを備え、
    前記入口管の出口開口部と前記出口管の入口開口部とが対向するように配設され、前記出口管の入口開口面積が前記入口管の出口開口面積より小さい、密閉型圧縮機。
  2. 前記入口管の出口開口部と前記出口管の入口開口部とが略水平方向に対向し、前記出口管の入口開口部の中心は、前記入口管の出口開口部の中心と前記入口管の出口開口部の下部内壁面の間に位置する、請求項1に記載の密閉型圧縮機。
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