JP4101505B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷蔵庫、エアーコンディショナー、冷凍冷蔵装置等に使用され、冷媒を圧縮する小型の密閉型圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、冷凍冷蔵装置等に使用される密閉型圧縮機は高効率、低騒音化に加え、小型化が望まれている。
【０００３】
従来の密閉型圧縮機としては、米国特許５，２２８，８４３号公報や特表２００１−５０３８３３号公報に記載されているものがある。
【０００４】
以下、図面を参照しながら、上述した従来の密閉型圧縮機について説明する。
【０００５】
図５は従来の密閉型圧縮機の縦断面図である。図６は従来の密閉型圧縮機の要部断面図である。図５、図６において１は密閉容器で、巻線部３ａを保有する固定子３と回転子４からなる電動要素５と、電動要素５によって駆動される圧縮要素６を収容する。８は密閉容器１内に貯留したオイルである。
【０００６】
１０はクランクシャフトで、回転子５を圧入固定した主軸部１１および主軸部１１に対し偏心して形成された偏心部１２を有するとともに、主軸部１１の内部にはオイルポンプ１３がオイル８中に開口するよう設けてある。２０はシリンダーブロックで、略円筒形の圧縮室２２を有するとともに主軸部１１を軸支する軸受け部２３を有し、電動要素５の上方に形成されている。３０はピストンで圧縮室２２に往復摺動自在に挿入され、偏心部１２との間を連結手段３１によって連結されている。３２は圧縮室２２の端面を封止するバルブプレート、３３は可動弁で、バルブプレートに穿設され圧縮室２２と連通する吸入孔３４とともに吸入バルブ３５を構成する。３６はヘッドで高圧室を形成し、バルブプレート３２の圧縮室２２の反対側に固定される。３９は吸入管で密閉容器１に固定されるとともに冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒ガス（図示せず）を密閉容器１内に導く。４０は吸入マフラーで、消音空間４１と、バルブプレート３２とヘッド３６に挟持されることで固定され、一端４２がバルブプレート３２の吸入孔３４と連通し他端４３が消音空間４１に開口する連通路４４と、消音空間４１内と密閉容器１内とを連通し、吸入管３９近傍に開口する開口部４５を有する。
【０００７】
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。
【０００８】
電動要素５の回転子４はクランクシャフト１０を回転させ、偏心部１２の回転運動が連結手段３１を介してピストン３０に伝えられることでピストン３０は圧縮室２２内を往復運動することにより、冷却システム（図示せず）から吸入管３９を通して密閉容器１内に冷媒ガスが流入する。流入した冷媒ガスは吸入マフラー４０の開口部４５から消音空間４１に吸入された後連通路４４、吸入孔３４を通り、吸入バルブ３５から断続的に圧縮室２２内に流入し、圧縮された後、冷却システムへと吐き出される。
【０００９】
ここで、圧縮室２２内へ冷媒が吸い込まれる際に可動弁３３の開閉で発生する冷媒の圧力脈動が上記冷媒の流れと逆向きに伝播していくが、吸入マフラー４０内で断面積の異なる連通路４４、消音空間４１、開口部４５を通過する過程で膨張、縮流を繰り返し、冷媒の圧力脈動は減衰し消音される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、可動弁３３の開閉で発生する冷媒の圧力脈動が十分に減衰されず、圧力脈動の大きい連通路開口端４３の位置が消音空間４１端部にある。消音空間４１内部では、ある特定の周波数に対し、音の伝播を行う疎密波が反射し、定在波を形成するが、この定在波の密の部分（以後、腹と呼ぶ）は音圧が高く、疎の部分（以後、節と呼ぶ）は音圧が低い。この定在波の分布の中で、消音空間４１端部には節が形成されないため、上記従来の構成では特定の周波数に対し十分な騒音の減衰効果を備えていないという問題点を有していた。
【００１１】
また、上記従来の構成では、開口部４５から吸入された冷媒ガスは連通路４４に吸入されるまでに、大きな空間容積を持つ消音空間４１内で開放されるため、この間、消音空間４１を形成する内壁からの受熱を受け、その結果、冷媒ガス密度の低下が生じ、冷凍能力が低下するといった問題点があった。
【００１２】
また、上記従来の構成では、連通路４４が長く取れないため連通路４４の長さで決定する連通路４４の共鳴周波数を調整することが難しく、その結果、共鳴周波数によって変化する連通路４４内の圧力脈動を可動弁３３の開時のタイミングに直前圧力が最大となるよう調節できないことで、圧縮室２２内へ流入する冷媒ガス量が減少し、冷凍能力や効率が低下するといった問題点があった。
【００１３】
本発明は、従来の課題を解決するもので、吸入マフラーの消音空間内における騒音低減効果を上げるとともに、圧縮室内への冷媒吸入量を増加させることで冷凍能力と効率を高めた密閉型圧縮機を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、圧縮要素に、圧縮室を有するシリンダーブロックと、可動弁とともに吸入バルブを形成し前記シリンダーブロックの圧縮室開口端を封止するバルブプレートと、高圧室を形成するとともに前記バルブプレートを介して前記シリンダーブロックに固定されるヘッドと、消音空間を形成する吸入マフラーとを備え、
前記吸入マフラーは前記ヘッドを挟んで位置する２つの部屋と、これら２つの部屋を連通する連通空間とで消音空間を形成し、前記可動弁と前記消音空間とを連通させ前記消音空間内に延出開口する第１連通路と、前記密閉容器内と前記消音空間を連通させ前記消音空間内に延出開口する第２連通路とを備え、前記第１連通路及び前記第２連通路の前記消音空間内の開口部は前記２つの部屋のいずれか一方に開口するとともに、前記２つの部屋の他方と前記連通空間とで前記密閉容器内の気柱共鳴周波数と一致する共鳴型マフラーを形成したことで、
圧縮室内へ冷媒ガスが吸い込まれる際に発生する冷媒ガスの圧力脈動のうち、気柱共鳴周波数と一致する周波数の騒音が、他方の部屋の連通空間とで形成された共鳴型マフラーによって減衰され、密閉容器内空間への伝播が減少することで密閉容器内の気中共鳴の加振が抑制されるとともに、吸入マフラーの一方の部屋に第１連通路と第２連通路が近接開口することで吸入マフラー内に吸い込まれた冷媒ガスは消音空間内での受熱が小さくなり、密度が高いまま圧縮室内に導かれるという作用を有する。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に、さらに前記第１連通路または前記第２連通路の前記消音空間内開口部を、前記消音空間内で前記密閉容器の固有振動数における振動モードの節となる位置に開口させたことで、吸入バルブで発生した脈動のうち密閉容器の固有振動数に相当する振動での密閉容器への加振は抑制されるといった作用を有する。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明に、さらに前記第１連通路の共鳴周波数を前記可動弁の固有振動数の4倍以下の整数倍にしたことで、可動弁の開いているタイミングと第１連通路の共鳴周波数が一致し、その結果可動弁は開時に可動弁直前圧力が増大することで圧縮室内に流入する冷媒ガス量が増大するという作用を有する。
【００１７】
請求項４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、さらに前記第１連通路が６０度以下の角度で屈曲することで、冷媒ガスの流れ抵抗を比較的小さく、かつ第１連通路内での共振を低減するという作用を有する。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明に、前記第１連通路および前記第２連通路の共鳴周波数を、前記密閉容器内の気柱共鳴周波数と異なる周波数にしたことで、連通路内で密閉容器内の気柱共鳴周波数に相当する振動が減衰されるといった作用を有する。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明に、さらに前記第１連通路および前記第２連通路の共鳴周波数を、前記可動弁の一次および二次の共振周波数と異なる周波数にしたことで、連通路内で可動弁の一次および二次の共振周波数に相当する振動の伝達が減衰されることで、可動弁で発生した圧力脈動が吸入マフラー内で大きく減衰されるといった作用を有する。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明に、さらに前記第１連通路および前記第２連通路を密閉容器の一次および二次の固有周波数と一致しない長さとすることで、連通路内で密閉容器の一次および二次の固有周波数に相当する振動が減衰されるといった作用を有する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による圧縮機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、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態による密閉型圧縮機の縦断面図であり、図２は、同実施の形態の吸入マフラー正面断面図である。図３は同実施の形態の吸入マフラーをＡ−Ａ‘線から見た側面断面図である。図４は第一連通路の共鳴周波数と加給効果による本実施の形態における密閉型圧縮機の効率の関係を示したグラフである。
【００２３】
図１ないし図３において、１０１は密閉容器で、巻線部１０３ａを保有する固定子１０３と回転子１０４からなる電動要素１０５と、電動要素１０５によって駆動される圧縮要素１０６を収容する。１０８は密閉容器１０１内に貯留したオイルである。
【００２４】
１１０はクランクシャフトで、回転子１０５を圧入固定した主軸部１１１および主軸部１１１に対し偏心して形成された偏心部１１２を有するとともに、主軸部１１１の内部にはオイルポンプ１１３がオイル１０８中に開口するよう設けてある。１２０はシリンダーブロックで、略円筒形の圧縮室１２２を有するとともに主軸部１１１を軸支する軸受け部１２３を有し、電動要素１０５の上方に形成されている。
【００２５】
１３０はピストンで圧縮室１２２に往復摺動自在に挿入され、偏心部１１２との間を連結手段であるコンロッド１３１によって連結されている。１３２は圧縮室１２２の端面を封止するバルブプレート、１３３は板バネ状の可動弁で、バルブプレートに穿設され圧縮室１２２と連通する吸入孔１３４とともに吸入バルブ１３５を構成する。１３６はヘッドで高圧室を形成し、バルブプレート１３２を介してシリンダーブロック１２０に固定される。１３９は吸入管で密閉容器１０１に固定されるとともに冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒ガスであるＲ１３４ａ（図示せず）を密閉容器１０１内に導く。
【００２６】
ここで、密閉容器１０１は鉄板をプレス加工することで成型され、一次の固有振動モードが約２．５ｋＨｚである。また、密閉容器１０１内の気柱共鳴周波数は冷媒ガスＲ１３４ａを用いた時、約５００Ｈｚである。可動弁１３３は一次の固有振動数が約２５０Ｈｚ、二次の固有振動数は約５００Ｈである。
【００２７】
１４０は吸入マフラーで、内部に消音空間１４１を形成する。消音空間１４１はヘッド１３６を挟んで左右に分かれて位置するＡ部屋１４０ａとＢ部屋１４０ｂの２つの部屋と、これらＡ部屋１４０ａとＢ部屋１４０ｂとを連通する連通空間１４０ｃとから形成されている。１４２は第１連通路で可動弁１３３と消音空間１４１とを連通しており、αで示した角度が約５０度で消音空間１４１内に屈曲して延出し、第１開口部１４２ａが消音空間１４１内のＢ部屋１４０ｂに開口している。１４３は第２連通路で密閉容器１０１内と消音空間１４１とを連通しており、第２開口部１４３ａが消音空間１４１内のＢ部屋１４０ｂに延出開口している。そして第１開口部と第２開口部はＢ部屋１４０ｂ内で近接開口している。さらに、Ａ部屋１４０ａと連通空間１４０ｃは約５００Ｈｚの共鳴型マフラーを形成している。
【００２８】
また、第１連通路１４２は長さを約７０ｍｍとすることで共鳴周波数を約７５０Ｈｚに調整してある。これは可動弁１３３の一次固有振動数である２５０Ｈｚの約３倍に相当し、かつ密閉容器１０１内の気柱共鳴周波数である約５００Ｈｚと、可動弁１３３の一次の固有振動数である約２５０Ｈｚおよび二次の固有振動数である約５００Ｈｚと、密閉容器１０１の固有振動数である約２．５ｋＨｚとのいずれとも一致しない周波数である。
【００２９】
第２連通路１４３は長さを約６０ｍｍとすることで共鳴周波数を約１．２ｋＨｚに調整してある。これは密閉容器１０１内の気柱共鳴周波数である約５００Ｈｚと、可動弁１３３の一次の固有振動数である約２５０Ｈｚおよび二次の固有振動数である約５００Ｈｚと、密閉容器１０１の固有振動数である約２．５ｋＨｚとのいずれとも一致しない周波数である。
【００３０】
さらに第１連通路１４２の第１開口部１４２ａおよび第２連通路１４３の第２開口部１４３ａはともに消音空間１４１のＢ部屋１４０ｂ内であって、密閉容器１０１の固有振動数である２．５ｋＨｚにおける振動モードの節となる位置に開口されている。
【００３１】
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。
【００３２】
電動要素１０５の回転子１０４はクランクシャフト１１０を回転させ、偏心部１１２の回転運動が連結手段１３１を介してピストン１３０に伝えられることでピストン１３０は圧縮室１２２内を往復運動することにより、冷却システム（図示せず）から密閉容器１０１内にＲ１３４ａ冷媒ガスが流入し吸入管１３９を通して密閉容器１０１内に導かれる。吸入されたＲ１３４ａ冷媒ガスは吸入マフラー１４０の第２連通路１４２を経てＢ部屋１４０ｂに開放した後、第１連通路１４２を経て吸入孔１３４を通り、可動弁１３３の開いた時に圧縮室１２２内に流入そして圧縮し、冷却システムへと吐き出される。
【００３３】
ここで、圧縮室１２２内へ冷媒ガスＲ１３４ａが吸い込まれるとき、可動弁１３３は開閉を行なうが、この際、可動弁１３３は開閉時、様々な周波数を含む圧力脈動を発生し、上記冷媒流れの逆向きに伝播していく。この圧力脈動のうち、気柱共鳴の固有振動モードである５００Ｈｚが密閉容器１０１内に達するとこれが加振源となり、密閉容器１０１内で密閉容器１０１の気柱共鳴モードである５００Ｈｚ帯域の騒音が増加する。しかしながら、Ａ部屋１４０ａと連通空間１４０ｃで約５００Ｈｚの共鳴型マフラーを形成していることから、圧力脈動のうち５００Ｈｚ帯域音はＢ部屋１４０ｂで大きく減衰される。
【００３４】
加えて第１連通路１４２の共鳴周波数は約７５０Ｈｚ、第２連通路１４３の共鳴周波数は約１．２ｋＨｚでともに５００Ｈｚと一致しないので、圧力脈動によって発生した５００Ｈｚ帯域音は第１連通路１４２、第２連通路１４３内でも減衰されるため、密閉容器１０１内にはさらに伝播しにくくなっている。
【００３５】
以上のことから冷媒ガスＲ１３４ａを用いた時の密閉容器１０１内気柱共鳴の加振力が弱まり、密閉容器１０１内気柱共鳴による約５００Ｈｚ帯域音の騒音を低く抑えることができる。
【００３６】
また、可動弁１３３が開閉する際に発生する脈動成分のうち２．５ｋＨｚ帯域音は密閉容器１０１空間内に開放されると密閉容器１０１の固有振動数における共振を誘発し、密閉容器が鳴くという現象が発生する。
【００３７】
しかしながら、第１連通路１４２の第１開口部１４２ａおよび第２連通路１４３の第２開口部１４３ａはともに消音空間１４１内の２．５ｋＨｚ帯域音の振動モードの節となる位置に開口されているため可動弁の開閉で発生した２．５ｋＨｚ帯域音は消音空間内で大幅に減衰できる。
【００３８】
加えて第１連通路１４２の共振周波数は約７５０Ｈｚ、第２連通路１４３の共鳴周波数は約１．２ｋＨｚでともに２．５ｋＨｚと一致しないので、圧力脈動によって発生した２．５ｋＨｚ帯域音は第１連通路１４２、第２連通路１４３内でも減衰されるため、密閉容器１０１内にはさらに伝播しにくくなっている。
【００３９】
これにより、吸入マフラー１４０から密閉容器１０１内に２．５ｋＨｚ帯域音が伝播するのを防止し、密閉容器１０１の２．５ｋＨｚ帯域音の共振によって発生する騒音を防止できる。
【００４０】
また、第１連通路１４２の共鳴周波数は約７５０Ｈｚ、第２連通路１４３の共鳴周波数は約１．２ｋＨｚでともに可動弁１３３の一次の固有振動数である約２５０Ｈｚおよび二次の固有振動数である約５００Ｈｚと一致しない。その結果、圧縮室１２２内へ冷媒ガスＲ１３４ａが吸い込まれるとき、可動弁１３３の開閉して発生する基本波に近い、高いエネルギーを持った圧力脈動は、第１連通路１４２、第２連通路１４３内で減衰されるため、密閉容器１０１内への放出が小さく抑えられる。
【００４１】
一方、圧縮機の運転時、ピストン１３０の往復運動に応じて可動弁１３３は吸入孔１３４を開閉するが、その際、可動弁１３３は自らの固有振動数に応じてピストン１３０の１往復運動中に複数回の開閉動作を行なう。この時、可動弁１３３が開き、冷媒ガスが圧縮室１２２内へ吸い込まれる瞬間に、吸入孔１３４近傍に負圧波が発生するが、この負圧波は、第１連通路１４２内を伝わって第一連通路１４２の第一開口部１４２ａで反射し，正圧波となって直ちに吸入孔１３４近傍に戻って来るため、可動弁１３３直前の圧力を逆に増大させる。
【００４２】
そこで、第１連通路１２２の長さと径で決まる共鳴周波数の比率を可動弁１３３の固有振動数の整数倍にすることで、可動弁１３３の開閉タイミングと第１連通路１４２内の圧力波を同調させることで、可動弁１３３が開いている間に可動弁１３３直前の圧力を増大させることができ、その結果過給効果を得ることができる。
【００４３】
図４に第一連通路１２２の共鳴周波数と過給効果による本実施の形態における密閉型圧縮機の効率の関係を示す。本図に示した結果からは第１連通路１２２の共鳴周波数の比率を可動弁１３３の固有振動数の４倍までの整数倍において顕著な効率の向上効果が認められた。なお、本実施の形態においては可動弁１３３の２５０Ｈｚの固有振動数に対して、第１連通路１４２の共鳴周波数を３倍の７５０Ｈｚに設定してあることで上記過給効果により、圧縮室１２２内への吸入冷媒ガス量が増加し、吸入効率を向上させることで密閉型圧縮機の効率を向上させている。
【００４４】
また、第１連通路１４２は約５０度の角度で屈曲しているが、このことによって冷媒ガスＲ１３４ａの流れ抵抗は屈曲していない場合に対し比較的小さくできる。この角度が７５度を超えると流れ抵抗が急に増加する。
【００４５】
さらに、第１連通管１４２の第１開口部と第２連通管１４３の第２開口部はＢ部屋１４０ｂ内で近接開口することで第２連通管１４３から吸入マフラー１４０のＢ部屋１４０ｂ内に吸い込まれた冷媒ガスＲ１３４ａは熱をほとんど受けずに第１連通管１４２から吸入バルブ１３５を介して圧縮室１２２に導かれる。
【００４６】
その結果、密度の高い冷媒ガスを圧縮室１２２内に導くことができ、高い圧縮効率を得ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明は、圧縮要素に、圧縮室を有するシリンダーブロックと、可動弁とともに吸入バルブを形成し前記シリンダーブロックの圧縮室開口端を封止するバルブプレートと、高圧室を形成するとともに前記バルブプレートを介して前記シリンダーブロックに固定されるヘッドと、消音空間を形成する吸入マフラーとを備え、
前記吸入マフラーは前記ヘッドを挟んで位置する２つの部屋と、これら２つの部屋を連通する連通空間とで消音空間を形成し、前記可動弁と前記消音空間とを連通させ前記消音空間内に延出開口する第１連通路と、前記密閉容器内と前記消音空間を連通させ前記消音空間内に延出開口する第２連通路とを備え、前記第１連通路及び前記第２連通路の前記消音空間内の開口部は前記２つの部屋のいずれか一方に開口するとともに、前記２つの部屋の他方と前記連通空間とで前記密閉容器内の気柱共鳴周波数と一致する共鳴型マフラーを形成したことで、密閉容器内の気柱共鳴による騒音発生を低減すると共に、冷媒ガスの受熱を低減して高い効率を得ることができる。
【００４８】
請求項２に記載の発明は、前記第１連通路または前記第２連通路の前記消音空間内開口部を前記消音空間の中で前記密閉容器の固有振動モードに対し節となる位置に設けることで、シリンダー部で発生した脈動で密閉容器内が加振されるのを防ぎ、気柱共鳴による騒音発生を低減することができる。
【００４９】
請求項３に記載の発明は、前記第１連通路の共鳴周波数を前記可動弁の共振周波数の4倍以下の整数倍とすることで、吸入マフラー内の圧力脈動を有効に利用することができ、圧縮室内への冷媒流入量が増加し、冷凍能力や効率を向上することができる。
【００５０】
請求項４に記載の発明は、前記第１連通路が６０度以下の角度で屈曲することで、冷媒ガスの流れ抵抗を比較的小さく抑えることで冷凍能力や効率を向上することができる。
【００５１】
請求項５に記載の発明は、前記第１連通路および前記第２連通路を前記密閉容器内の気柱共鳴周波数と一致しない長さとすることで、気柱共鳴音の増大を防止することができる。
【００５２】
請求項６に記載の発明は、前記第１連通路および前記第２連通路を可動弁の一次および二次の共振周波数と一致しない長さとすることで、気柱共鳴音や脈動音を低減することができる。
【００５３】
請求項７に記載の発明は、前記第１連通路および前記第２連通路を前記密閉容器の固有周波数と一致しない長さとすることで、シリンダー内で発生した密閉容器の共振周波数と同じ騒音が連通路内で増幅されるのを防止でき、密閉容器の共振による騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施の形態１による密閉型圧縮機の縦断面図
【図２】同実施の形態の吸入マフラー正面断面図
【図３】同実施の形態の吸入マフラーのＡ−Ａ‘から見た側面断面図
【図４】同実施の形態のにおける第一連通路の共鳴周波数と加給効果による効率の関係を示したグラフ
【図５】従来の圧縮機の縦断面図
【図６】従来の圧縮機の吸入マフラーの断面図
【符号の説明】
１２０ シリンダーブロック
１０１ 密閉容器
１３３ 可動弁
１３６ ヘッド
１４０ 吸入マフラー
１４０ａ Ａ部屋
１４０ｂ Ｂ部屋
１４０ｃ 連通空間
１４１ 消音空間
１４２ 第１連通路
１４２ａ 第１開口部
１４３ 第２連通路
１４３ａ 第２開口部
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷蔵庫、エアーコンディショナー、冷凍冷蔵装置等に使用され、冷媒を圧縮する小型の密閉型圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、冷凍冷蔵装置等に使用される密閉型圧縮機は高効率、低騒音化に加え、小型化が望まれている。
【０００３】
従来の密閉型圧縮機としては、米国特許５，２２８，８４３号公報や特表２００１−５０３８３３号公報に記載されているものがある。
【０００４】
以下、図面を参照しながら、上述した従来の密閉型圧縮機について説明する。
【０００５】
図５は従来の密閉型圧縮機の縦断面図である。図６は従来の密閉型圧縮機の要部断面図である。図５、図６において１は密閉容器で、巻線部３ａを保有する固定子３と回転子４からなる電動要素５と、電動要素５によって駆動される圧縮要素６を収容する。８は密閉容器１内に貯留したオイルである。
【０００６】
１０はクランクシャフトで、回転子５を圧入固定した主軸部１１および主軸部１１に対し偏心して形成された偏心部１２を有するとともに、主軸部１１の内部にはオイルポンプ１３がオイル８中に開口するよう設けてある。２０はシリンダーブロックで、略円筒形の圧縮室２２を有するとともに主軸部１１を軸支する軸受け部２３を有し、電動要素５の上方に形成されている。３０はピストンで圧縮室２２に往復摺動自在に挿入され、偏心部１２との間を連結手段３１によって連結されている。３２は圧縮室２２の端面を封止するバルブプレート、３３は可動弁で、バルブプレートに穿設され圧縮室２２と連通する吸入孔３４とともに吸入バルブ３５を構成する。３６はヘッドで高圧室を形成し、バルブプレート３２の圧縮室２２の反対側に固定される。３９は吸入管で密閉容器１に固定されるとともに冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒ガス（図示せず）を密閉容器１内に導く。４０は吸入マフラーで、消音空間４１と、バルブプレート３２とヘッド３６に挟持されることで固定され、一端４２がバルブプレート３２の吸入孔３４と連通し他端４３が消音空間４１に開口する連通路４４と、消音空間４１内と密閉容器１内とを連通し、吸入管３９近傍に開口する開口部４５を有する。
【０００７】
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。
【０００８】
電動要素５の回転子４はクランクシャフト１０を回転させ、偏心部１２の回転運動が連結手段３１を介してピストン３０に伝えられることでピストン３０は圧縮室２２内を往復運動することにより、冷却システム（図示せず）から吸入管３９を通して密閉容器１内に冷媒ガスが流入する。流入した冷媒ガスは吸入マフラー４０の開口部４５から消音空間４１に吸入された後連通路４４、吸入孔３４を通り、吸入バルブ３５から断続的に圧縮室２２内に流入し、圧縮された後、冷却システムへと吐き出される。
【０００９】
ここで、圧縮室２２内へ冷媒が吸い込まれる際に可動弁３３の開閉で発生する冷媒の圧力脈動が上記冷媒の流れと逆向きに伝播していくが、吸入マフラー４０内で断面積の異なる連通路４４、消音空間４１、開口部４５を通過する過程で膨張、縮流を繰り返し、冷媒の圧力脈動は減衰し消音される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、可動弁３３の開閉で発生する冷媒の圧力脈動が十分に減衰されず、圧力脈動の大きい連通路開口端４３の位置が消音空間４１端部にある。消音空間４１内部では、ある特定の周波数に対し、音の伝播を行う疎密波が反射し、定在波を形成するが、この定在波の密の部分（以後、腹と呼ぶ）は音圧が高く、疎の部分（以後、節と呼ぶ）は音圧が低い。この定在波の分布の中で、消音空間４１端部には節が形成されないため、上記従来の構成では特定の周波数に対し十分な騒音の減衰効果を備えていないという問題点を有していた。
【００１１】
また、上記従来の構成では、開口部４５から吸入された冷媒ガスは連通路４４に吸入されるまでに、大きな空間容積を持つ消音空間４１内で開放されるため、この間、消音空間４１を形成する内壁からの受熱を受け、その結果、冷媒ガス密度の低下が生じ、冷凍能力が低下するといった問題点があった。
【００１２】
また、上記従来の構成では、連通路４４が長く取れないため連通路４４の長さで決定する連通路４４の共鳴周波数を調整することが難しく、その結果、共鳴周波数によって変化する連通路４４内の圧力脈動を可動弁３３の開時のタイミングに直前圧力が最大となるよう調節できないことで、圧縮室２２内へ流入する冷媒ガス量が減少し、冷凍能力や効率が低下するといった問題点があった。
【００１３】
本発明は、従来の課題を解決するもので、吸入マフラーの消音空間内における騒音低減効果を上げるとともに、圧縮室内への冷媒吸入量を増加させることで冷凍能力と効率を高めた密閉型圧縮機を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、圧縮要素に、圧縮室を有するシリンダーブロックと、可動弁とともに吸入バルブを形成し前記シリンダーブロックの圧縮室開口端を封止するバルブプレートと、高圧室を形成するとともに前記バルブプレートを介して前記シリンダーブロックに固定されるヘッドと、消音空間を形成する吸入マフラーとを備え、
前記吸入マフラーは前記ヘッドを挟んで位置する２つの部屋と、これら２つの部屋を連通する連通空間とで消音空間を形成し、前記可動弁と前記消音空間とを連通させ前記消音空間内に延出開口する第１連通路と、前記密閉容器内と前記消音空間を連通させ前記消音空間内に延出開口する第２連通路とを備え、前記第１連通路及び前記第２連通路の前記消音空間内の開口部は前記２つの部屋のいずれか一方に開口するとともに、前記２つの部屋の他方と前記連通空間とで前記密閉容器内の気柱共鳴周波数と一致する共鳴型マフラーを形成したことで、
圧縮室内へ冷媒ガスが吸い込まれる際に発生する冷媒ガスの圧力脈動のうち、気柱共鳴周波数と一致する周波数の騒音が、他方の部屋の連通空間とで形成された共鳴型マフラーによって減衰され、密閉容器内空間への伝播が減少することで密閉容器内の気中共鳴の加振が抑制されるとともに、吸入マフラーの一方の部屋に第１連通路と第２連通路が近接開口することで吸入マフラー内に吸い込まれた冷媒ガスは消音空間内での受熱が小さくなり、密度が高いまま圧縮室内に導かれるという作用を有する。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に、さらに前記第１連通路または前記第２連通路の前記消音空間内開口部を、前記消音空間内で前記密閉容器の固有振動数における振動モードの節となる位置に開口させたことで、吸入バルブで発生した脈動のうち密閉容器の固有振動数に相当する振動での密閉容器への加振は抑制されるといった作用を有する。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明に、さらに前記第１連通路の共鳴周波数を前記可動弁の固有振動数の4倍以下の整数倍にしたことで、可動弁の開いているタイミングと第１連通路の共鳴周波数が一致し、その結果可動弁は開時に可動弁直前圧力が増大することで圧縮室内に流入する冷媒ガス量が増大するという作用を有する。
【００１７】
請求項４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、さらに前記第１連通路が６０度以下の角度で屈曲することで、冷媒ガスの流れ抵抗を比較的小さく、かつ第１連通路内での共振を低減するという作用を有する。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明に、前記第１連通路および前記第２連通路の共鳴周波数を、前記密閉容器内の気柱共鳴周波数と異なる周波数にしたことで、連通路内で密閉容器内の気柱共鳴周波数に相当する振動が減衰されるといった作用を有する。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明に、さらに前記第１連通路および前記第２連通路の共鳴周波数を、前記可動弁の一次および二次の共振周波数と異なる周波数にしたことで、連通路内で可動弁の一次および二次の共振周波数に相当する振動の伝達が減衰されることで、可動弁で発生した圧力脈動が吸入マフラー内で大きく減衰されるといった作用を有する。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明に、さらに前記第１連通路および前記第２連通路を密閉容器の一次および二次の固有周波数と一致しない長さとすることで、連通路内で密閉容器の一次および二次の固有周波数に相当する振動が減衰されるといった作用を有する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による圧縮機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、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態による密閉型圧縮機の縦断面図であり、図２は、同実施の形態の吸入マフラー正面断面図である。図３は同実施の形態の吸入マフラーをＡ−Ａ‘線から見た側面断面図である。図４は第一連通路の共鳴周波数と加給効果による本実施の形態における密閉型圧縮機の効率の関係を示したグラフである。
【００２３】
図１ないし図３において、１０１は密閉容器で、巻線部１０３ａを保有する固定子１０３と回転子１０４からなる電動要素１０５と、電動要素１０５によって駆動される圧縮要素１０６を収容する。１０８は密閉容器１０１内に貯留したオイルである。
【００２４】
１１０はクランクシャフトで、回転子１０５を圧入固定した主軸部１１１および主軸部１１１に対し偏心して形成された偏心部１１２を有するとともに、主軸部１１１の内部にはオイルポンプ１１３がオイル１０８中に開口するよう設けてある。１２０はシリンダーブロックで、略円筒形の圧縮室１２２を有するとともに主軸部１１１を軸支する軸受け部１２３を有し、電動要素１０５の上方に形成されている。
【００２５】
１３０はピストンで圧縮室１２２に往復摺動自在に挿入され、偏心部１１２との間を連結手段であるコンロッド１３１によって連結されている。１３２は圧縮室１２２の端面を封止するバルブプレート、１３３は板バネ状の可動弁で、バルブプレートに穿設され圧縮室１２２と連通する吸入孔１３４とともに吸入バルブ１３５を構成する。１３６はヘッドで高圧室を形成し、バルブプレート１３２を介してシリンダーブロック１２０に固定される。１３９は吸入管で密閉容器１０１に固定されるとともに冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒ガスであるＲ１３４ａ（図示せず）を密閉容器１０１内に導く。
【００２６】
ここで、密閉容器１０１は鉄板をプレス加工することで成型され、一次の固有振動モードが約２．５ｋＨｚである。また、密閉容器１０１内の気柱共鳴周波数は冷媒ガスＲ１３４ａを用いた時、約５００Ｈｚである。可動弁１３３は一次の固有振動数が約２５０Ｈｚ、二次の固有振動数は約５００Ｈである。
【００２７】
１４０は吸入マフラーで、内部に消音空間１４１を形成する。消音空間１４１はヘッド１３６を挟んで左右に分かれて位置するＡ部屋１４０ａとＢ部屋１４０ｂの２つの部屋と、これらＡ部屋１４０ａとＢ部屋１４０ｂとを連通する連通空間１４０ｃとから形成されている。１４２は第１連通路で可動弁１３３と消音空間１４１とを連通しており、αで示した角度が約５０度で消音空間１４１内に屈曲して延出し、第１開口部１４２ａが消音空間１４１内のＢ部屋１４０ｂに開口している。１４３は第２連通路で密閉容器１０１内と消音空間１４１とを連通しており、第２開口部１４３ａが消音空間１４１内のＢ部屋１４０ｂに延出開口している。そして第１開口部と第２開口部はＢ部屋１４０ｂ内で近接開口している。さらに、Ａ部屋１４０ａと連通空間１４０ｃは約５００Ｈｚの共鳴型マフラーを形成している。
【００２８】
また、第１連通路１４２は長さを約７０ｍｍとすることで共鳴周波数を約７５０Ｈｚに調整してある。これは可動弁１３３の一次固有振動数である２５０Ｈｚの約３倍に相当し、かつ密閉容器１０１内の気柱共鳴周波数である約５００Ｈｚと、可動弁１３３の一次の固有振動数である約２５０Ｈｚおよび二次の固有振動数である約５００Ｈｚと、密閉容器１０１の固有振動数である約２．５ｋＨｚとのいずれとも一致しない周波数である。
【００２９】
第２連通路１４３は長さを約６０ｍｍとすることで共鳴周波数を約１．２ｋＨｚに調整してある。これは密閉容器１０１内の気柱共鳴周波数である約５００Ｈｚと、可動弁１３３の一次の固有振動数である約２５０Ｈｚおよび二次の固有振動数である約５００Ｈｚと、密閉容器１０１の固有振動数である約２．５ｋＨｚとのいずれとも一致しない周波数である。
【００３０】
さらに第１連通路１４２の第１開口部１４２ａおよび第２連通路１４３の第２開口部１４３ａはともに消音空間１４１のＢ部屋１４０ｂ内であって、密閉容器１０１の固有振動数である２．５ｋＨｚにおける振動モードの節となる位置に開口されている。
【００３１】
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。
【００３２】
電動要素１０５の回転子１０４はクランクシャフト１１０を回転させ、偏心部１１２の回転運動が連結手段１３１を介してピストン１３０に伝えられることでピストン１３０は圧縮室１２２内を往復運動することにより、冷却システム（図示せず）から密閉容器１０１内にＲ１３４ａ冷媒ガスが流入し吸入管１３９を通して密閉容器１０１内に導かれる。吸入されたＲ１３４ａ冷媒ガスは吸入マフラー１４０の第２連通路１４２を経てＢ部屋１４０ｂに開放した後、第１連通路１４２を経て吸入孔１３４を通り、可動弁１３３の開いた時に圧縮室１２２内に流入そして圧縮し、冷却システムへと吐き出される。
【００３３】
ここで、圧縮室１２２内へ冷媒ガスＲ１３４ａが吸い込まれるとき、可動弁１３３は開閉を行なうが、この際、可動弁１３３は開閉時、様々な周波数を含む圧力脈動を発生し、上記冷媒流れの逆向きに伝播していく。この圧力脈動のうち、気柱共鳴の固有振動モードである５００Ｈｚが密閉容器１０１内に達するとこれが加振源となり、密閉容器１０１内で密閉容器１０１の気柱共鳴モードである５００Ｈｚ帯域の騒音が増加する。しかしながら、Ａ部屋１４０ａと連通空間１４０ｃで約５００Ｈｚの共鳴型マフラーを形成していることから、圧力脈動のうち５００Ｈｚ帯域音はＢ部屋１４０ｂで大きく減衰される。
【００３４】
加えて第１連通路１４２の共鳴周波数は約７５０Ｈｚ、第２連通路１４３の共鳴周波数は約１．２ｋＨｚでともに５００Ｈｚと一致しないので、圧力脈動によって発生した５００Ｈｚ帯域音は第１連通路１４２、第２連通路１４３内でも減衰されるため、密閉容器１０１内にはさらに伝播しにくくなっている。
【００３５】
以上のことから冷媒ガスＲ１３４ａを用いた時の密閉容器１０１内気柱共鳴の加振力が弱まり、密閉容器１０１内気柱共鳴による約５００Ｈｚ帯域音の騒音を低く抑えることができる。
【００３６】
また、可動弁１３３が開閉する際に発生する脈動成分のうち２．５ｋＨｚ帯域音は密閉容器１０１空間内に開放されると密閉容器１０１の固有振動数における共振を誘発し、密閉容器が鳴くという現象が発生する。
【００３７】
しかしながら、第１連通路１４２の第１開口部１４２ａおよび第２連通路１４３の第２開口部１４３ａはともに消音空間１４１内の２．５ｋＨｚ帯域音の振動モードの節となる位置に開口されているため可動弁の開閉で発生した２．５ｋＨｚ帯域音は消音空間内で大幅に減衰できる。
【００３８】
加えて第１連通路１４２の共振周波数は約７５０Ｈｚ、第２連通路１４３の共鳴周波数は約１．２ｋＨｚでともに２．５ｋＨｚと一致しないので、圧力脈動によって発生した２．５ｋＨｚ帯域音は第１連通路１４２、第２連通路１４３内でも減衰されるため、密閉容器１０１内にはさらに伝播しにくくなっている。
【００３９】
これにより、吸入マフラー１４０から密閉容器１０１内に２．５ｋＨｚ帯域音が伝播するのを防止し、密閉容器１０１の２．５ｋＨｚ帯域音の共振によって発生する騒音を防止できる。
【００４０】
また、第１連通路１４２の共鳴周波数は約７５０Ｈｚ、第２連通路１４３の共鳴周波数は約１．２ｋＨｚでともに可動弁１３３の一次の固有振動数である約２５０Ｈｚおよび二次の固有振動数である約５００Ｈｚと一致しない。その結果、圧縮室１２２内へ冷媒ガスＲ１３４ａが吸い込まれるとき、可動弁１３３の開閉して発生する基本波に近い、高いエネルギーを持った圧力脈動は、第１連通路１４２、第２連通路１４３内で減衰されるため、密閉容器１０１内への放出が小さく抑えられる。
【００４１】
一方、圧縮機の運転時、ピストン１３０の往復運動に応じて可動弁１３３は吸入孔１３４を開閉するが、その際、可動弁１３３は自らの固有振動数に応じてピストン１３０の１往復運動中に複数回の開閉動作を行なう。この時、可動弁１３３が開き、冷媒ガスが圧縮室１２２内へ吸い込まれる瞬間に、吸入孔１３４近傍に負圧波が発生するが、この負圧波は、第１連通路１４２内を伝わって第一連通路１４２の第一開口部１４２ａで反射し，正圧波となって直ちに吸入孔１３４近傍に戻って来るため、可動弁１３３直前の圧力を逆に増大させる。
【００４２】
そこで、第１連通路１２２の長さと径で決まる共鳴周波数の比率を可動弁１３３の固有振動数の整数倍にすることで、可動弁１３３の開閉タイミングと第１連通路１４２内の圧力波を同調させることで、可動弁１３３が開いている間に可動弁１３３直前の圧力を増大させることができ、その結果過給効果を得ることができる。
【００４３】
図４に第一連通路１２２の共鳴周波数と過給効果による本実施の形態における密閉型圧縮機の効率の関係を示す。本図に示した結果からは第１連通路１２２の共鳴周波数の比率を可動弁１３３の固有振動数の４倍までの整数倍において顕著な効率の向上効果が認められた。なお、本実施の形態においては可動弁１３３の２５０Ｈｚの固有振動数に対して、第１連通路１４２の共鳴周波数を３倍の７５０Ｈｚに設定してあることで上記過給効果により、圧縮室１２２内への吸入冷媒ガス量が増加し、吸入効率を向上させることで密閉型圧縮機の効率を向上させている。
【００４４】
また、第１連通路１４２は約５０度の角度で屈曲しているが、このことによって冷媒ガスＲ１３４ａの流れ抵抗は屈曲していない場合に対し比較的小さくできる。この角度が７５度を超えると流れ抵抗が急に増加する。
【００４５】
さらに、第１連通管１４２の第１開口部と第２連通管１４３の第２開口部はＢ部屋１４０ｂ内で近接開口することで第２連通管１４３から吸入マフラー１４０のＢ部屋１４０ｂ内に吸い込まれた冷媒ガスＲ１３４ａは熱をほとんど受けずに第１連通管１４２から吸入バルブ１３５を介して圧縮室１２２に導かれる。
【００４６】
その結果、密度の高い冷媒ガスを圧縮室１２２内に導くことができ、高い圧縮効率を得ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明は、圧縮要素に、圧縮室を有するシリンダーブロックと、可動弁とともに吸入バルブを形成し前記シリンダーブロックの圧縮室開口端を封止するバルブプレートと、高圧室を形成するとともに前記バルブプレートを介して前記シリンダーブロックに固定されるヘッドと、消音空間を形成する吸入マフラーとを備え、
前記吸入マフラーは前記ヘッドを挟んで位置する２つの部屋と、これら２つの部屋を連通する連通空間とで消音空間を形成し、前記可動弁と前記消音空間とを連通させ前記消音空間内に延出開口する第１連通路と、前記密閉容器内と前記消音空間を連通させ前記消音空間内に延出開口する第２連通路とを備え、前記第１連通路及び前記第２連通路の前記消音空間内の開口部は前記２つの部屋のいずれか一方に開口するとともに、前記２つの部屋の他方と前記連通空間とで前記密閉容器内の気柱共鳴周波数と一致する共鳴型マフラーを形成したことで、密閉容器内の気柱共鳴による騒音発生を低減すると共に、冷媒ガスの受熱を低減して高い効率を得ることができる。
【００４８】
請求項２に記載の発明は、前記第１連通路または前記第２連通路の前記消音空間内開口部を前記消音空間の中で前記密閉容器の固有振動モードに対し節となる位置に設けることで、シリンダー部で発生した脈動で密閉容器内が加振されるのを防ぎ、気柱共鳴による騒音発生を低減することができる。
【００４９】
請求項３に記載の発明は、前記第１連通路の共鳴周波数を前記可動弁の共振周波数の4倍以下の整数倍とすることで、吸入マフラー内の圧力脈動を有効に利用することができ、圧縮室内への冷媒流入量が増加し、冷凍能力や効率を向上することができる。
【００５０】
請求項４に記載の発明は、前記第１連通路が６０度以下の角度で屈曲することで、冷媒ガスの流れ抵抗を比較的小さく抑えることで冷凍能力や効率を向上することができる。
【００５１】
請求項５に記載の発明は、前記第１連通路および前記第２連通路を前記密閉容器内の気柱共鳴周波数と一致しない長さとすることで、気柱共鳴音の増大を防止することができる。
【００５２】
請求項６に記載の発明は、前記第１連通路および前記第２連通路を可動弁の一次および二次の共振周波数と一致しない長さとすることで、気柱共鳴音や脈動音を低減することができる。
【００５３】
請求項７に記載の発明は、前記第１連通路および前記第２連通路を前記密閉容器の固有周波数と一致しない長さとすることで、シリンダー内で発生した密閉容器の共振周波数と同じ騒音が連通路内で増幅されるのを防止でき、密閉容器の共振による騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施の形態１による密閉型圧縮機の縦断面図
【図２】同実施の形態の吸入マフラー正面断面図
【図３】同実施の形態の吸入マフラーのＡ−Ａ‘から見た側面断面図
【図４】同実施の形態のにおける第一連通路の共鳴周波数と加給効果による効率の関係を示したグラフ
【図５】従来の圧縮機の縦断面図
【図６】従来の圧縮機の吸入マフラーの断面図
【符号の説明】
１２０ シリンダーブロック
１０１ 密閉容器
１３３ 可動弁
１３６ ヘッド
１４０ 吸入マフラー
１４０ａ Ａ部屋
１４０ｂ Ｂ部屋
１４０ｃ 連通空間
１４１ 消音空間
１４２ 第１連通路
１４２ａ 第１開口部
１４３ 第２連通路
１４３ａ 第２開口部
Claims (7)
- 圧縮要素と、この圧縮要素を回転駆動する電動要素と、前記圧縮要素および前記電動要素を収容するとともに潤滑油を貯留した密閉容器とからなり、
前記圧縮要素は、圧縮室を有するシリンダーブロックと、可動弁とともに吸入バルブを形成し前記シリンダーブロックの圧縮室開口端を封止するバルブプレートと、高圧室を形成するとともに前記バルブプレートを介して前記シリンダーブロックに固定されるヘッドと、消音空間を形成する吸入マフラーとを備え、
前記吸入マフラーは前記ヘッドを挟んで位置する２つの部屋と、これら２つの部屋を連通する連通空間とで消音空間を形成し、前記可動弁と前記消音空間とを連通させ前記消音空間内に延出開口する第１連通路と、前記密閉容器内と前記消音空間を連通させ前記消音空間内に延出開口する第２連通路とを備え、前記第１連通路及び前記第２連通路の前記消音空間内の開口部は前記２つの部屋のいずれか一方に開口するとともに、前記２つの部屋の他方と前記連通空間とで前記密閉容器内の気柱共鳴周波数と一致する共鳴型マフラーを形成した密閉型電動圧縮機。 - 前記第１連通路または前記第２連通路の前記消音空間内開口部を、前記消音空間内で前記密閉容器の固有振動数における振動モードの節となる位置に開口させた請求項１記載の密閉型電動圧縮機。
- 前記第１連通路の共鳴周波数を前記可動弁の固有振動数の4倍以下の整数倍にした請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の密閉型電動圧縮機。
- 前記第１連通路が６０度以下の角度で屈曲した請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の密閉型電動圧縮機。
- 前記第１連通路および前記第２連通路の共鳴周波数を、前記密閉容器内の気柱共鳴周波数と異なる周波数にした請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の密閉型電動圧縮機。
- 前記第１連通路および前記第２連通路の共鳴周波数を、前記可動弁の一次および二次の共振周波数と異なる周波数にした請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の密閉型電動圧縮機。
- 前記第１連通路および第２連通路の共鳴周波数を、前記密閉容器の固有周波数と異なる周波数にした請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の密閉型電動圧縮機。
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