JP2017089418A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出サイレンサ内への潤滑油の供給量を低減させる。【解決手段】シリンダ内を往復動するピストンと、シリンダの一端に取り付けられたバルブプレートと、バルブプレートの凹部内に形成された吐出ポートと、重力方向に延び、一端を中心に回動して他端が吐出ポートを覆う吐出弁板と、吐出ポートより重力方向下方に設けられた潤滑油溜まり部と、を備え、バルブプレートは、ガス連通路に繋がる吐出連通孔を潤滑油溜まり部よりも上部、かつ一端近傍に形成した。【選択図】図３

Description

本発明は、冷蔵庫等の冷凍冷蔵装置に用いられる密閉型圧縮機に関する。

近年の冷凍冷蔵装置は高効率化の要求が高く、搭載される密閉型圧縮機も同様に高効率化のために、商用電源周波数未満の低い運転周波数から商用電源周波数以上の高い運転周波数まで、広領域にて運転可能となっている。特に低い運転周波数領域（低回転）では大幅な省電力が可能となることから、圧縮機の高効率化は今後の省電力化に大きく影響する。

このように、圧縮機の省電力化を図った従来技術として例えば特許文献１，特許文献２がある。

特許文献１では、打ち抜きによる反りを生じさせた吐出弁が吐出弁シート面から離れている状態に戻ろうとする復元力を利用して、冷媒吐出時に吐出弁板を開きやすくしたものである。これにより、圧縮機の入力電力が低減され、省電力に大きく貢献できる密閉型圧縮機が開示されている。

また特許文献２では、ピストンの上死点位置における圧縮室の残留作動流体を低減させて吸入工程時の残留作動流体の再膨張を減らして体積効率を上げることで省電力化を図った密閉型圧縮機が開示されている

特開２０１０−５９８３６号公報 特開２０１４−１５８８３号公報

さて、特許文献１に示されたバルブプレートには吐出ポートを設けた凹部がクランクシャフトの軸方向（垂直方向）に延びた形状となって形成されている。この凹部には吐出弁板がやはりクランクシャフトの軸方向（垂直方向）に延びた形となって取り付けられている。この吐出弁板はバルブプレートに設けられた吐出ポートを開閉するものである。

このような形態のバルブプレートの場合、吐出ポートから噴射された冷媒ガスに含まれる潤滑油は凹部の下側に貯留することになる。また、特許文献１には詳細な記載がないが図４に示すようにバルブプレートの凹部内で吐出ポートの近傍に吐出連通孔が併設されている。この吐出連通孔は吐出ポートから噴射された冷媒ガスをヘッドカバー内から吐出サレンサに続く吐出流路に供給するための孔である。

ところが、このような特許文献１では以下のような問題がある。

つまり、シリンダ内を往復動するピストンの押圧力によって吐出ポートから噴射された冷媒ガスは吐出弁板に衝突して放射状に広がり、その噴射圧力によって吐出連通孔に流入すべき冷媒ガスの流れが乱れてしまう。そのため、吐出流路への冷媒ガスの流入量が減少してしまうという現象が生じてしまう。また、吐出連通孔の位置が潤滑油の貯留位置に近いため吐出連通孔に送り込まれる冷媒ガスに潤滑油が混入してしまう。

一方、特許文献２に示されたバルブプレートには吐出ポートを設けた凹部がクランクシャフトの軸方向に対して直行する方向に延びた形状となって形成されている。この凹部には吐出弁板がやはりクランクシャフトの軸方向に対して直行する方向に取り付けられている。この特許文献２に開示された吐出連通孔も特許文献１と同様に詳細な説明がなく図２に描かれているだけであるが、吐出弁板の固定位置近傍に開口している。したがって、特許文献２における吐出連通孔は潤滑油の貯留位置と一致することになる。

このように特許文献２では、凹部が横長形状で吐出連通孔の位置が潤滑油の貯留領域内となるため、潤滑油を多く含む冷媒ガスが吐出連通孔から吐出流路に供給されてしまう。

したがって特許文献２では、潤滑油を多く含む冷媒ガスが吐出流路から冷凍サイクル内に循環されてしまうことになる。冷凍サイクルを構成する熱交換器等に潤滑油を多く含む冷媒ガスが循環されてしまうと、圧力損失の増大や冷媒循環量の低下をもたらしてしまう可能性がある。また、シリンダ内に吸込まれた潤滑油が液圧縮されるような場合にシリンダ・ピストン摺動部に損傷を与える可能性がある。

このように、特許文献１は特許文献２よりも吐出流路への潤滑油の供給量は少ないものの、吐出連通孔が吐出ポートに近接している以上、特許文献１の構造であっても潤滑油は吐出流路に供給されてしまう。

上記事情に鑑みてなされた本発明は、シリンダ内を往復動するピストンと、前記シリンダの一端に取り付けられたバルブプレートと、前記バルブプレートの凹部内に形成された吐出ポートと、重力方向に延び、一端を中心に回動して他端が前記吐出ポートを覆う吐出弁板と、前記吐出ポートより重力方向下方に設けられた潤滑油溜まり部と、を備え、前記バルブプレートは、ガス連通路に繋がる吐出連通孔を前記潤滑油溜まり部よりも上部、かつ前記一端近傍に形成したことを特徴とする。

本発明によれば、吐出流路への潤滑油の供給量を低減させ圧力損失の増加を抑制させた密閉型圧縮機を提供できる。

上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。

の実施例１に係る冷蔵庫用密閉型圧縮機の縦断面図である。 圧縮要素の詳細を示す分解斜視図である。 図２に示したバルブプレートの分解斜視図である。 吐出サイレンサの断面図である。 バルブプレート及び吐出サイレンサを含む断面図である。 バルブプレートの一部断面図である。

以下、本発明の実施例を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、また、同様の説明は繰り返さない。

図１は実施例１に係る密閉型圧縮機１００の縦断面図である。

図１において、実施例１の密閉型圧縮機１００は、圧縮要素１と電動要素２とを密閉容器３内に上下に配置して構成されたいわゆるレシプロ式圧縮機である。圧縮要素１及び電動要素２は、密閉容器３内において複数のコイルバネ４を介して弾性的に支持されている。

電動要素２はフレーム５の下方に配置され、ステータ６及びロータ７を含んで構成されている。ステータ６はフレーム５に固定され、ロータ７はクランクシャフト８に固定されている。また、ロータ７は電磁鋼板を積層したロータコア７ａからなる構造を有している。フレーム５はシリンダ５ａ，ラジアル軸受５ｂを含んで一体に形成されている。また、フレーム５は略板状のベース５ｃを有し、シリンダ５ａがベース５ｃの上部に位置し、ラジアル軸受５ｂがベース５ｃの中央部に位置している。このラジアル軸受５ｂはシリンダ５ａとは反対方向に突出している。

圧縮要素１はシリンダ５ａ内にピストン１０を往復動させることで冷媒を圧縮するクランクシャフト８と、このクランクシャフト８を軸支するラジアル軸受５ｂとを備えたフレーム５で構成されている。

シリンダ５ａはその内部にピストン１０が往復動するシリンダ室５ｄを有している。ラジアル軸受５ｂは、クランクシャフト８が軸支される貫通孔５ｅを有する筒状に形成され、ベース５ｃから下方へ突出して形成されている。

クランクシャフト８は貫通孔５ｅからなるラジアル軸受５ｂに挿通してフレーム５の下方から上方へ延伸し、クランクピン８ａがフレーム５の上方側に位置するように設けられている。クランクピン８ａはクランクシャフト８の上端部において、このクランクシャフト８の回転中心から偏芯した位置に設けられている。

また、クランクシャフト８は回転軸に対して直交する方向（水平方向）に延びたフランジ部８ｂを有している。また、クランクシャフト８の内部には下端から上方に向けて中ぐり穴８ｃが形成され、中空状の空間となっている。

このように構成されたクランクシャフト８はその下部がロータ７と結合され、電動要素２の動力によりクランクシャフト８が回転するように構成されている。

圧縮要素１はシリンダ室５ｄを形成するシリンダ５ａと、シリンダ室５ｄ内を往復動するピストン１０と、このピストン１０と連結されるコネクティングロッド１１と、シリンダ５ａ端面に組み立てられる吐出弁装置１２と、吐出室空間の一部を形成するヘッドカバー１３とを備えている。

ピストン１０はコネクティングロッド１３のリング部１３ｂを介してクランクピン８ａに連結され、クランクピン８ａの偏芯回転によりシリンダ室５ｄ内を往復動する。また、コネクティングロッド１１の内部には、リング部１３ｂからピストン１０に連結されるボール部１３ｃにかけてコネクティングロッド連通孔１３ａが形成されている。コネクティングロッド連通孔１３ａの基端部はクランクピン８ａに形成された溝（図示せず）と連通している。

クランクシャフト８の先端には給油ピース１６が取り付けられており、この給油ピース１６は密閉容器３の底部に貯留する潤滑油１７内に浸漬されている。クランクシャフト８の外表面にはスパイラル溝９が形成されており、このスパイラル溝９と中ぐり穴８ｃは下部連通穴８ｄを介して連通されている。

以上のように構成された密閉型圧縮機１００について、以下にその動作を説明する。

ロータ７の回転に伴いクランクシャフト８が回転すると、矢印のように給油ピース１６内に流入してきた潤滑油１７には遠心力が加わる。そのため、潤滑油１７はクランクシャフト８の下端に設けられた中ぐり穴８ｃ内を上昇し、さらに下部連通穴８ｄへと運ばれる。

下部連通穴８ｄへと到達した潤滑油１７は、スパイラル溝９へと導かれる。このスパイラル溝９の壁面と、ラジアル軸受５ｂの壁面とで形成される潤滑油通路においては、クランクシャフト８の回転による壁面移動に伴い、潤滑油１７が粘性の効果で壁面に引きずられスパイラル溝９内を上昇する。このとき、同時に潤滑油１７はラジアル軸受５ｂを潤滑することになる。

一方、クランクシャフト８の回転によって偏芯回転するクランクピン８ａと連結されたコネクティングロッド１３は偏芯動作を行う。このコネクティングロッド１３の偏芯動作によってピストン１０はシリンダ室５ｄ内を往復動し、冷媒を吐出弁装置１４を介して密閉容器外に吐出される。

図２は圧縮要素の詳細を示す分解斜視図である。

図３は図２に示したバルブプレートの正面図である。

図２において、シリンダ５ａの端面には吐出弁装置１４として、トップパッキン１６０，吸入弁板１７０，バルブプレート１８，パッキン１９，ヘッドカバー２０の順に連結されている。ヘッドカバー２０の吸入サイレンサ取り付け孔２０ａには吸入サイレンサ２１が吸入サイレンサ固定部材（図示せず）を介して取り付けられている。

トップパッキン１６，吸入弁板１７，バルブプレート１８，パッキン１９およびヘッドカバー２０の四隅にはボルト挿通孔ｂ（一部図示せず）が形成されている。このボルト挿通孔ｂに通されたボルト（図示せず）がシリンダ５ａの端面に形成されたボルト締結穴ｃに螺着されることによって吐出弁装置１４およびヘッドカバー２０が固定される。

ちなみに、バルブプレート１８は、吸入弁板１７と隣り合うことで吸入構造を構成し、バルブプレート１８，パッキン１９およびヘッドカバー２０によって吐出室空間が形成されている。

シリンダ５ａを一体に形成するフレーム５には第１の吐出サイレンサ５ｆと第２の吐出サレンサ５ｇが一体に形成されている。この第１と第２の吐出サレンサ５ｆ，５ｇは後述する吐出連通孔を介してヘッドカバー２０内の吐出空間と連通している。シリンダ５ａ内にはピストン１０が往復動自在に収納されている。このピストン１０はコネクティングロッド１３のリング部１３ｂを介してクランクシャフト８のクランクピン８ａに連結され、このクランクピン８ａの偏芯回転によりシリンダ室５ｄ内を往復動する。

図３において、バルブプレート１８のヘッドカバー２０側の面には凹部１８ａが形成されている。この凹部１８ａの底面部には吐出ポート１８ｂが設けられている。この吐出ポート１８ｂを覆うように、凹部１８ａ内にはシリンダ側から吐出弁板２２，制振板２３，及びストッパ２４が順に配置され、ストッパ２４が凹部１８ａに嵌合することによってこれらは固定される。凹部１８ａ内には吐出連通孔１８ｃが形成されている。この吐出連通孔１８ｃは上述したように第１と第２の吐出サイレンサ５ｆ，５ｇに繋がっている。吐出弁板２２は、一端２２ａを軸として回動して、一端２２ａより重力方向下流に位置する他端が吐出ポート１８ｂを開閉する。

図４は吐出サイレンサの断面図である。

図４において、第１と第２の吐出サイレンサ５ｆ，５ｇはフレーム５と一体に成形されている。この第１の吐出サイレンサ５ｆは第１の空間２５ａによって形成され、第２の吐出サイレンサ５ｇは第２の空間２５ｂによって形成されている。図３に示した吐出連通孔１８ｃから連続して繋がる水平ガス連通路２５ｃと第１の空間２５ａと第２の空間２５ｂを繋ぐガス連通路２５ｄが形成されている。

第１と第２の空間２５ａ，２５ｂの上部開口はそれぞれキャップ２６ａ，２６ｂで閉塞されている。このキャップ２６ａ，２６ｂは第１と第２の空間２５ａ，２５ｂ内に形成された雌ねじ部２５ｅ，２５ｆに螺合するボルト２７ａ，２７ｂによって固定されている。第２の空間２５ｂのキャップ２６ｂにはガス導出管２８が取り付けられている。

つまり、矢印Ａ方向（冷媒ガス流れ方向）から水平ガス連通路２５ｃを通って第１の空間部２５ａ内に導入された冷媒ガスは第１の膨張動作を行い、その後ガス連通路２５ｄを通って第２の空間２５ｂ内に導入されて第２の膨張動作を行いガス導出管２８から冷却システム（図示せず）に吐出される。

図５はバルブプレート１８及びサイレンサ５ｆを含む断面図である。

図６はバルブプレート１８の一部断面図である。

図５において、バルブプレート１８の中央部には凹部１８ａが形成されている。この凹部１８ａの略中心位置にはシリンダ５ａ内と連通する吐出ポート１８ｂが開口されている。この吐出ポート１８ｂを開閉するための吐出弁板２２が凹部１８ａ内に支持されている。

吐出弁板２２の付け根近傍には図４に示した吐出サイレンサ５ｆとなる第１の空間２５ａに繋がる水平吐出連通孔２９が開口されている。なお、破線で示した部分は潤滑油の貯留領域Ｂを示している。

図６において、本実施例による水平吐出連通孔２９はフレーム５（シリンダ５ａの横）に形成された水平ガス連通路２５ｃと繋がっている（制御板２３とストッパ２４は省略した）。

すなわち、本実施例では潤滑油の貯留領域Ｂから離れた吐出弁板２２の取り付け位置近傍に水平吐出連通孔２９を設けたものである。これにより、水平ガス連通路２５ｃをドリルで容易に形成できる。

したがって本実施例では、水平ガス連通路２５ｃを短くすることができるため流路抵抗を大幅に低減することができる。また、水平吐出連通孔２９を潤滑油の貯留領域Ｂから離れた位置（吐出弁板２２の取り付け位置近傍）にしたため冷媒ガスに混入する潤滑油の量も大幅に低減させることができる。

なお、本発明の発明者らが吐出弁板が横向きとなったバルブプレートと、吐出弁板が縦向きとなったバルブプレートとで冷媒ガスに含まれる潤滑油の量を計測したところ、縦向きの吐出弁板の方が横向きの場合の約半分の量となることが分かった。

水平ガス連通路２５ｃの内径をＣ寸法とする。この水平ガス連通路２５ｃの入口となる水平吐出連通孔２９はバルブプレート１８の凹部１８ａ内に開口されている。この水平吐出連通孔２９の内径をＤ寸法とする。さらに、水平吐出連通孔２９の入口には凹部１８ａに向かって広くなった外広がり部２９ａが形成されている。この外広がり部２９ａの内径をＥ寸法とする。

本実施例では各Ｃ，Ｄ，Ｅの寸法がＣ＞Ｄ＜Ｅの関係となっている。そのため、水平吐出連通路２９に対し、水平吐出連通孔２９が位置ズレとなって開口された場合でも、少なくとも水平ガス連通路２５ｃの内径Ｃ寸法の範囲内であれば水平吐出連通孔２９が閉塞されることはない。

また、水平吐出連通孔２９の内径Ｄ寸法に対して外広がり部２９ａの内径がＤ＜Ｅとなっているため流入する冷媒ガスに対する流通抵抗が減少し、冷媒ガスはスムーズに第１の空間２５ａ内に流れ込むことになる。

また、図４に例示するように、本実施例では水平ガス連通路２５ｃ及び、第１の空間２５ａと第２の空間２５ｂとを繋ぐ通路が一直線上にある。このため、１本のドリルを使ってこれら通路を開口することができるため製造効率を大幅に高めることができることが可能となり、結果的に製造コストを大幅に低減することができる。

本実施例は以上説明したように構成されたものであるから、以下の効果を得ることができる。

吐出連通孔から吐出サイレンサ内に送り込まれる冷媒ガス中に含まれる潤滑油の量を大幅に低減することができるため、冷凍サイクル内に流入した潤滑油による圧力損失の増大や熱交換効率の低下を防止することができる。また、シリンダ内に吸込まれた潤滑油が液圧縮されるような場合におけるシリンダ・ピストン摺動部への損傷を与えることを防止できる。

また、第１のガス連通路は略水平に形成されて吐出サレンサと連通するようにしたものである。

これにより、吐出連通孔から吐出サイレンサまでの距離を最短にすることができるため冷媒ガスの流路抵抗を低減することができる。

また、ガス連通路が水平であり、吐出連通孔は水平ガス連通路の内径よりも小さくしたものである。

これにより、シリンダ端面とバルブプレートの組み立て誤差、或いはドリルによって形成される吐出連通孔の位置ズレが生じてもガス連通路の内径の範囲内であれば吐出連通孔が閉塞されてしまうことはない。

また、吐出連通孔は凹部にて広がる外広がり部を有するようにしたものである。

これにより、吐出連通孔の入口付近で生じる冷媒ガスの乱れを抑えることができるため、吐出損失を小さい密閉型圧縮機を提供することができる。

また、第１の空間部と第２の空間部とを繋ぐ通路を含む、冷媒が通過する通路は１本のドリルで水平に形成されるようにしたものである。

これにより、吐出サイレンサの加工時間の短縮を図ることができ、結果的に密閉型圧縮機のコスト低減を図ることができるものである。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…圧縮要素、 ２…電動要素、
３…密閉容器、 ４…コイルバネ、
５…フレーム、 ５ａ…シリンダ、
５ｂ…ラジアル軸受、 ５ｃ…ベース、
５ｄ…シリンダ室、 ５ｅ…貫通孔、
５ｆ…第１の吐出サイレンサ、 ５ｇ…第２のサイレンサ、
６…ステータ、 ７…ロータ、
７ａ…ロータコア、 ８…クランクシャフト、
８ａ…クランクピン、 ８ｂ…フランジ部、
８ｃ…中ぐり穴、 ８ｄ…下部連通穴、
９…スパイラル溝、 １０…ピストン、
１１…コネクティングロッド、 １１ａ…ボール部、
１１ｂ…リング部、 １１ｃ…コネクティングロッド連通孔、
１１ｄ…上部開口、 １１ｅ…下部開口、
１２…吐出弁装置、 １３…ヘッドカバー、
１６…給油ピース、 １７…潤滑油、
１６０…トップパッキン、 １７０…吸入弁板、
１８…バルブプレート、 １８ａ…凹部、
１８ｂ…吐出ポート、 １８ｃ…吐出連通孔、
１９…パッキン、 ２０…ヘッドカバー、
２０ａ…吸入サイレンサ取り付け孔、 ２１…吸入サレンサ、
２２…吐出弁板、 ２３…制振板、
２４…ストッパ、 ２５ａ…第１の空間、
２５ｂ…第２の空間、 ２５ｃ…水平ガス連通路、
２５ｄ…ガス連通路、 ２５ｅ，２５ｆ…雌ねじ、
２６ａ，２６ｂ…キャップ、 ２７ａ，２７ｂ…ボルト、
２８…ガス導出管、 ２９…水平吐出連通孔、
２９ａ…外広がり部、 １００…密閉型圧縮機、
Ａ…冷媒ガス流れ方向、
Ｂ…潤滑油貯留領域。

Claims (5)

1. シリンダ内を往復動するピストンと、
   前記シリンダの一端に取り付けられたバルブプレートと、
   前記バルブプレートの凹部内に形成された吐出ポートと、
   重力方向に延び、一端を中心に回動して他端が前記吐出ポートを覆う吐出弁板と、
   前記吐出ポートより重力方向下方に設けられた潤滑油溜まり部と、を備え、
   前記バルブプレートは、ガス連通路に繋がる吐出連通孔を前記潤滑油溜まり部よりも上部、かつ前記一端近傍に形成したことを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 請求項１記載の密閉型圧縮機において、
   前記ガス連通路は略水平に形成されて吐出サイレンサと連通していることを特徴とする密閉型圧縮機。
3. 請求項１記載の密閉型圧縮機において、
   前記ガス連通路は略水平に形成されて、前記吐出連通孔は前記ガス連通路の内径よりも小さいことを特徴とする密閉型圧縮機。
4. 請求項１記載の密閉型圧縮機において、
   前記吐出連通孔は前記凹部にて広がる外広がり部を有することを特徴とする密閉型圧縮機。
5. 請求項１記載の密閉型圧縮機において、
   前記吐出サイレンサはガス連通路で連通した第１の空間と第２の空間とで構成されるとともに、前記ガス連通路、及び第１の空間と第２の空間とを繋ぐ通路は一直線上にあることを特徴とする密閉型圧縮機。

Images