JP4682745B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、主に家庭用の電気冷凍冷蔵庫などに使用されるインバータ制御方式の密閉型圧縮機に関するものである。

近年、地球環境に対する要求はますます強まってきており、冷蔵庫やその他の冷凍サイクル装置等においても、特に高効率化が強く要望されている。

従来、この種の密閉型圧縮機としては、樹脂製の吸入マフラを用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来の密閉型圧縮機を説明する。

図４は特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の縦断面図、図５は従来の吸入マフラの断面図を示したものである。

図４、図５において、密閉容器１の底部にはオイル２を貯留しており、圧縮機本体４はサスペンションスプリング６によって密閉容器１に対して弾性的に支持されている。

圧縮機本体４は、電動要素１０と、電動要素１０の上方に配設される圧縮要素２０から構成されている。電動要素１０は、固定子１２および回転子１４から構成されている。

圧縮要素２０のクランクシャフト２１は主軸２２及び偏心軸２４から構成されており、主軸２２はブロック２６の軸受部２７に回転自在に軸支されるとともに、回転子１４が固定されている。さらに、クランクシャフト２１は主軸２２表面に設けたらせん状の溝などからなる給油機構２５を備えている。

また、ピストン２８はブロック２６に一体に形成されたシリンダ３０に往復自在に挿入されており、シリンダ３０はバルブプレート３２とともに圧縮室３４を形成する。ピストン２８に取り付けられたピストンピン３５が、連結手段３６に回転自在に挿入されると共に、連結手段３６に偏心軸２４が回転自在に挿入されることで、連結手段３６は偏心軸２４とピストン２８を連結している。

さらに、シリンダ３０端面に取り付けられたバルブプレート３２と、バルブプレート３２を蓋するシリンダヘッド３８により、吸入マフラ４０は挟持されている。吸入マフラ４０は、ＰＢＴなどの樹脂で成型され、内部にほぼ四角形形状の消音空間４２と、消音空間４２と密閉容器１内空間を連通する入口管４４と、消音空間４２と圧縮室３４を連通する出口管４６を有し、消音空間４２下端にオイル排出孔４８を有している。また、入口管４４と出口管４６の消音空間４２への開口部４４ａ、４６ａは、水平方向に配置されている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下にその動作を説明する。

電動要素１０に通電されると、固定子１２に発生する回転磁界により、回転子１４はクランクシャフト２１とともに回転する。主軸２２の回転により、偏心軸２４の偏心運動が連結手段３６及びピストンピン３５を介してピストン２８に伝えられ、ピストン２８はシリンダ３０内で往復動する。密閉容器１外の冷凍サイクル（図示せず）より戻った冷媒ガスは、吸入マフラ４０を経由して圧縮室３４内へ導入され、圧縮室３４内でピストン２８により圧縮され、圧縮された冷媒ガスは密閉容器１外の冷凍サイクル（図示せず）へ送出される。

この際、吸入マフラ４０は、間欠的な冷媒ガスの吸入により発生する騒音を低減すると共に、熱伝達の少ない樹脂で形成されることで冷媒の加熱を防止し、性能の低下を防いでいる。

さらに給油機構２５はクランクシャフト２１の回転により生じた遠心力などの働きで、密閉容器１底部から上方の圧縮要素２０へオイル２を搬送する。オイル２は、軸受部２７などの摺動部を潤滑した後、クランクシャフト２１上端より飛散し、ピストン２８、シリンダ３０などを潤滑すると共に、飛散したオイル２が密閉容器１に付着し、密閉容器１の内壁面を伝って底部に流れ落ちる際に、オイル２から密閉容器１へ熱が伝わり、密閉容器１が密閉式圧縮機外部へ放熱することで、密閉型圧縮機の冷却を行っている。

また、飛散したオイル２は冷媒ガスとともに吸入マフラ４０内にも吸入されるが、冷媒ガスの流れが吸入マフラ４０内の消音空間４２に開放される際に、オイル２は飛散するとともに速度が低下し、大部分は消音空間４２下方に落下する。消音空間４２内に落下したオイル２は下端に集まり、オイル排出孔４８より吸入マフラ４０外に排出される。
特開２００３−４２０６４号公報

しかしながら、上記従来の構成では、出口管４６に付着したオイル２が圧縮室３４に吸入され、騒音や性能が不安定となる課題があった。

以下、オイル２の吸入について説明する。

冷媒ガスとともに吸入マフラ４０に吸入されたオイル２は、入口管４４の開口部４４ａから放出され、一部が出口管４６の外表面に付着する。そして、冷媒ガスの流れによって出口管４６の外表面を伝って開口部４６ａへ移動するとともに、この移動の過程でオイルが集まり、油滴が形成される。そして、出口管４６の開口部４６ａ付近にまで移動した油滴が冷媒ガスの流れに巻き込まれるため、間欠的に多量のオイル２が出口管４６から圧縮室３４へ吸入される恐れがある。

多量のオイル２が圧縮室３４に流入すると、圧縮時の負荷が大きくなり、入力が増大したり、充分に冷媒ガスを圧縮できないことにより冷凍能力の低下を引き起こしたりする。また、圧縮負荷などが急激に変動することにより、騒音も発生する。さらに、冷凍サイクルに多量に吐出されることにより、熱交換器の性能へも悪影響を及ぼす。

特に、密閉型圧縮機の小型化に伴い、吸入マフラ４０の小型化、特に上下方向の高さを小さくすると、入口管４４と出口管４６が近接して配置されることとなり、出口管４６外表面にオイル２が付着されやすくなるとともに、入口管４４から流入した冷媒ガスの流れによって、出口管４６の外表面に付着したオイル２の開口部４６ａへの移動が促進され、オイル２の圧縮室３４への吸入量がさらに増加する恐れがある。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、オイルの吸入量を低減し、騒音が低く、性能の安定した密閉型圧縮機を実現することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、吸入マフラは一端が消音空間に開口し、他端が密閉容器内に開口する入口管と、一端が消音空間に開口し、他端が圧縮室に開口する出口管を備え、出口管の消音空間への開口部近傍に外径側へ延出した延出部を有するもので、出口管表面のオイルを延出部で遮ることで圧縮室へのオイルの吸入を防止するので、騒音を低減し、性能を安定させるという作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、多量のオイルを吸入しにくく、騒音が低く、性能を安定させることができる。

請求項１に記載の発明は、密閉容器内にオイルを貯留するとともに冷媒ガスを圧縮する圧縮要素を収容し、前記圧縮要素を、シリンダを形成するブロックと、前記シリンダ内に挿入され、かつシリンダ内において往復運動するピストンと、一端が前記シリンダに形成される圧縮室に連通するとともに消音空間を形成する吸入マフラを備える構成とし、さらに、前記吸入マフラを、一端が前記消音空間に開口し、他端が前記密閉容器内に開口する入口管と、一端が前記消音空間に開口し、他端が前記圧縮室に開口する出口管を備え、かつ前記入口管と前記出口管が共に近接して水平方向に延出する構成とし、さらに前記出口管の前記消音空間における開口部近傍に、外径側へ延出した延出部を設け、前記延出部を、前記入口管の前記消音空間内における開口端から流出する冷媒ガスの流出先に配置したもので、出口管外表面に付着したオイルの出口管開口部への流入を延出部により遮るので、多量のオイルが圧縮室へ流入することを防止し、騒音を低く、性能を安定させることができる。

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、前記出口管の消音空間における開口部の内径面を、外から内側へ徐々に径が小さくなるラッパ状の形状としたもので、出口管開口部の抵抗を低減することで、密閉型圧縮機の負荷を低減し、性能を向上することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、電動要素は、インバータによって複数の運転周波数で駆動されるもので、高回転時に多量にオイルが飛散しても、オイルが圧縮室に吸入されることを防止し、騒音を低く、性能を安定させることができる。

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縦断面図である。図２は、図１の密閉型圧縮機のＡ−Ａ線断面図である。図３は、本発明の実施の形態１における吸入マフラの断面図である。

図１から図３において、密閉容器１０１内底部にオイル１０２を貯留するとともに、電動要素１１０と、これによって駆動される圧縮要素１２０とからなる圧縮機本体１０４を収容し、例えばＲ６００ａなどの温暖化係数の低い炭化水素系の冷媒を充填している。また密閉容器１０１には電動要素１１０に電源を供給するための電源端子１０８が取り付けられている。

まず、電動要素１１０について説明する。

電動要素１１０は、鉄心の磁極歯に絶縁材を介して巻線が直接巻回して形成される固定子１１２と、固定子１１２の内径側に配置され、永久磁石を鉄心内に配置した回転子１１４とを備える突極集中巻き方式のＤＣブラシレスモータであり、固定子１１２の巻線が電源端子１０８を経由してインバータ駆動回路（図示せず）と導線により接続されている。

また、電動要素１１０は、インバータ駆動により、２０ｒ／ｓｅｃから８０ｒ／ｓｅｃの間の複数の周波数で運転を行う。

次に圧縮要素１２０について説明する。

圧縮要素１２０は電動要素１１０の上方に配設されている。

圧縮要素１２０を構成するクランクシャフト１２１は、主軸１２２及び偏心軸１２４を備えるとともに、主軸１２２表面に設けたらせん状の溝などからなる給油機構１２５を備えている。給油機構１２５は、オイル１０２に浸漬される主軸１２２の下端から偏心軸１２４の上端まで連通している。ブロック１２６には主軸１２２を回転自在に軸支する軸受部１２７およびシリンダ１３０を備える。

ピストン１２８はシリンダ１３０に往復自在に挿入されており、シリンダ１３０の端面に配設されるバルブプレート１３２とともに圧縮室１３４を形成する。ピストン１２８に取り付けられたピストンピン１３５が、連結手段１３６に回転自在に挿入されると共に、連結手段１３６に偏心軸１２４が回転自在に挿入されることで、連結手段１３６は偏心軸１２４とピストン１２８を連結している。

吸入マフラ１４０は、バルブプレート１３２とシリンダヘッド１３８に挟持されることで固定され、主にガラス繊維を添加した結晶性樹脂であるポリブチレンテレフタレートなどの合成樹脂で形成されている。

さらに、吸入マフラ１４０は、内部に消音空間１４２を形成し、一端が消音空間１４２に開口し、他端が密閉容器１０１内に開口する入口管１４４と、一端が消音空間１４２に開口し、他端が圧縮室１３４に連通する出口管１４６とを有している。さらに、消音空間１４２は、高さに比べ横幅が広い形状をなし、下端面がほぼ水平な面で構成されており、底部近傍にオイル排出孔１４８が穿設されている。

消音空間１４２内には出口管１４６が消音空間１４２の上端の壁面に沿ってほぼ水平方向に延出し、出口管１４６の開口部１４６ａは消音空間１４２の上端の壁面近傍で開口している。また、出口管１４６の開口部１４６ａの周囲には、肉厚を増すことにより、外径側へ延出した延出部１５０を備えるとともに、開口部１４６ａの内径面は、外から内側へ徐々に径が小さくなるラッパ状の形状をなしている。

また、入口管１４４は出口管１４６と近接してほぼ平行に延出し、開口部１４４ａで開口している。出口管１４６の延出部１５０は、入口管１４４の開口部１４４ａから流出する冷媒ガスの流出先に位置している。

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。

インバータ駆動回路より電動要素１１０に通電されると、固定子１１２に発生する磁界により回転子１１４はクランクシャフト１２１とともに回転する。主軸１２２の回転に伴い、偏心軸１２４は偏心回転し、この偏心運動は連結手段１３６を介して往復運動に変換され、ピストン１２８をシリンダ１３０内で往復運動させることで密閉容器１０１内の冷媒ガスを圧縮室１３４内に吸入し、圧縮する圧縮動作を行う。

この圧縮動作に伴う吸入行程において、密閉容器１０１内の冷媒ガスは、吸入マフラ１４０を介して圧縮室１３４内に間欠的に吸入され、圧縮された後、吐出配管などを経由して密閉容器１０１外の既知の冷凍サイクル（図示せず）へ送られる。吸入マフラ１４０は、入口管１４４、出口管１４６、消音空間１４２で膨張型マフラを構成しており、間欠的な冷媒ガスの吸入により発生する騒音を低減する。また、吸入マフラ１４０は、金属などに比べ大幅に熱伝達の少ないポリブチレンテレフタレート樹脂で形成され、冷凍サイクルから戻った温度の低い冷媒の加熱を防止し、性能の低下を防いでいる。

また、給油機構１２５は、クランクシャフト１２１の回転により得た遠心力や、摺動部で生じる粘性摩擦力により、密閉容器１０１の底部に貯留したオイル１０２を圧縮要素１２０の上部へ搬送する。圧縮要素１２０に搬送されたオイル１０２は、主軸１２２、偏心軸１２４の摺動部の潤滑を行うとともに、クランクシャフト１２１の上端より飛散する。密閉容器１０１内に飛散したオイル１０２は、ピストン１２８、シリンダ１３０の摺動部に降りかかり潤滑を行うと共に、摺動部などで温度が上昇したオイル１０２が密閉容器１０１の内面に付着し、密閉容器１０１を介して外部に放熱することで、密閉型圧縮機を冷却している。

さらに、密閉容器１０１内に飛散したオイル１０２の一部は、密閉容器１０１内に開口した吸入マフラ１４０の入口管１４４から吸入される。そして、吸入マフラ１４０に入ったオイル１０２は、入口管１４４を経て消音空間１４２に冷媒ガスが開放される。

この際、オイル１０２は冷媒ガスの流れに乗って消音空間１４２内に飛散し、その後、大部分は重力で消音空間１４２の底部に落下するが、一部は出口管１４６の外表面に付着する。そして、入口管１４４から流入する冷媒ガスの流れにより付勢され、オイル１０２は開口部１４６ａの方へ移動するとともに、移動の過程で油滴が形成される。ところが、出口管１４６の開口部１４６ａの周囲に設けた延出部１５０で、オイル１０２はせき止められ、延出部１５０に沿って下方に流れたのち、油滴の状態で消音空間１４２の底部へ落下する。

この結果、出口管１４６外表面に付着したオイル１０２が圧縮室１３４へ吸入されることを防止でき、密閉型圧縮機の性能を安定させることができる。

また、開口部１４６ａは周囲に延出部１５０を有するとともに、内径側はラッパ状の形状をなしているので、冷媒ガスが圧縮室１３４へ吸入される際に開口部１４６ａで冷媒ガスの流れが乱れにくく、冷媒ガスが吸入されるときの圧力損失が小さいので、密閉型圧縮機の負荷を軽減し、効率を向上することができる。

また、電動要素１１０は突極集中巻き方式のＤＣブラシレスモータであり、分布巻き方式のインダクションモータよりも高さ方向の寸法が小さいので、本発明の吸入マフラ１４０を用いることで、吸入マフラ１４０の内容積を確保しながら高さ方向の寸法を小さくして、入口管１４４と出口管１４６が近接して配置されても、出口管１４６へのオイル１０２の吸入を防止し、性能を安定させるとともに、密閉型圧縮機を小型化することができる。

特に、強力な磁力を得ることができる希土類磁石を用いた電動要素１１０では、高さ方向の寸法をさらに小さくすることができるので、高さが低くてもオイル１０２の吸入を防止する本発明の効果は顕著であり、密閉型圧縮機の高さをさらに低くすることが可能となる。

さらに、本発明の密閉型圧縮機では、インバータにより回転数を広い範囲で運転し、オイル１０２の飛散の状況も回転数により大きく変化するが、多量にオイル１０２が飛散し、吸入マフラ１４０へオイル１０２が吸入されやすい高回転の運転では、入口管１４４からの冷媒ガスの流入速度も大きくなり、出口管１４６外表面に付着するオイル１０２の量も増加するが、延出部１５０によりオイルが出口管１４６へ吸入されることを防止することができる。

従って、広い運転範囲でオイル１０２の圧縮室１３４への吸入を防止し、密閉式圧縮機の性能を安定させることができる。

なお、延出部１５０は出口管１４６の開口部１４６ａの全周に設けたが、下方にのみ設けた場合でも、油滴の付着は下側が大部分であり、オイル１０２の吸入防止の効果を得ることができ、騒音を低減し、性能を安定させることができる。

また、出口管１４６の開口方向を水平にしたが、下向きとしても延出部１５０を設けることで、オイル１０２の吸入を防止することができ、騒音を低減し、性能を安定させることができる。

さらに、吸入マフラ１４０の接合に微小な隙間があり、隙間からオイル１０２が流入する場合においても、延出部１５０でオイル１０２を分離できるので、出口管１４６の開口部１４６ａからの吸入を防止し、騒音を低減し、性能を安定させることができる。

以上のように、本発明の密閉式圧縮機は、吸入マフラにおける多量のオイルの吸入を防止し、圧縮室へのオイルの流入を防止するので、性能を安定させ、騒音の発生を防止できる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、圧縮機の性能を安定させ、騒音を低減できるので、家庭用電気冷凍冷蔵庫に限らず、エアーコンディショナー、自動販売機やその他の冷凍装置等に広く適用できる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図 図１の密閉型圧縮機のＡ−Ａ線断面図 本発明の実施の形態１における吸入マフラの断面図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の吸入マフラの断面図

符号の説明

１０１ 密閉容器
１０２ オイル
１１０ 電動要素
１２０ 圧縮要素
１２６ ブロック
１２８ ピストン
１３０ シリンダ
１３４ 圧縮室
１４０ 吸入マフラ
１４２ 消音空間
１４４ 入口管
１４６ 出口管
１５０ 延出部

Claims (3)

1. 密閉容器内にオイルを貯留するとともに冷媒ガスを圧縮する圧縮要素を収容し、前記圧縮要素を、シリンダを形成するブロックと、前記シリンダ内に挿入され、かつシリンダ内において往復運動するピストンと、一端が前記シリンダに形成される圧縮室に連通するとともに消音空間を形成する吸入マフラを備える構成とし、さらに、前記吸入マフラを、一端が前記消音空間に開口し、他端が前記密閉容器内に開口する入口管と、一端が前記消音空間に開口し、他端が前記圧縮室に開口する出口管を備え、かつ前記入口管と前記出口管が共に近接して水平方向に延出する構成とし、さらに前記出口管の前記消音空間における開口部近傍に、外径側へ延出した延出部を設け、前記延出部を、前記入口管の前記消音空間内における開口端から流出する冷媒ガスの流出先に配置した密閉型圧縮機。
2. 前記出口管の消音空間における開口部の内径面を、外から内側へ徐々に径が小さくなるラッパ状の形状とした請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 電動要素は、インバータによって複数の運転周波数で駆動される請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。

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