JP5338355B2

JP5338355B2 - 密閉型圧縮機および冷凍装置

Info

Publication number: JP5338355B2
Application number: JP2009030786A
Authority: JP
Inventors: 賢治金城; 耕稲垣; 正和山岡
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: JP2010185392A; KR20110115131A; US8517697B2; EP2397693A1; KR101676890B1; EP2397693A4; CN102317627A; US20110271709A1; CN102317627B; EP2397693B1; WO2010092790A1

Description

本発明は、家庭用電気冷凍冷蔵庫やショーケースなどに使用される密閉型圧縮機の吸入マフラーおよび冷凍装置に関するものである。

近年、地球環境保護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などにおいても、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ー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３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４は、同特許文献に記載された従来の吸入マフラーの縦断面図である。

図３と図４において、密閉容器１の底部にオイル３を貯留するとともに冷媒５が充填され、圧縮機本体７がサスペンションスプリング９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７は、電動要素１１と、電動要素１１の上方に配設される圧縮要素１３とを備え、電動要素１１は、ステータ１５およびロータ１７を有している。

圧縮要素１３は、偏芯軸１９と主軸２１とを備えたクランクシャフト２３と、圧縮室２５を形成するシリンダ２７を一体に形成したブロック２９と、ピストン３１と、シリンダ２７の端面を封止するバルブプレート３３に備えられた吸入孔３５を開閉する吸入バルブ３７と偏芯軸１９とピストン３１とを連結する連結手段３９を備えている。

クランクシャフト２３の主軸２１は、ブロック２９の軸受部４１に回転自在に軸支されるとともに、ロータ１７が固定されている。また、クランクシャフト２３は、主軸２１表面に設けられたらせん状の溝などからなる給油機構４３を備えている。

また、シリンダ２７の端面に取り付けられたバルブプレート３３と、バルブプレート３３を蓋するシリンダヘッド４５により、吸入マフラー４７は狭持されて固定されている。

吸入マフラー４７は、ＰＢＴなどの樹脂で成型され、消音空間４９を形成するマフラー本体５１と、消音空間４９と密閉容器１内空間とを連通する入口管５３と、消音空間４９と圧縮室２５とを連通する出口管５５とを有するとともに、マフラー本体５１下端にはオイル排出孔５７を備えている。

また、出口管５５は、消音空間４９への開口部と吸入バルブ３７近傍の開口部との中間部で屈折して形成された屈曲部５９と、屈曲部５９から消音空間４９側に延出する第１出口管部６１と、屈曲部５９から吸入バルブ３７側に延出する第２出口管部６３とを備えるとともに、第１出口管部６１と第２出口管部６３とは直角に形成されている。

以上のように構成された特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

まず、密閉型圧縮機は、ステータ１５に電流を流して磁界を発生させ、主軸２１に固定されたロータ１７を回転させることで、クランクシャフト２３が回転し、偏芯軸１９に回転自在に取り付けられた連結手段３９を介して、ピストン３１がシリンダ２７内を往復運動する。

そして、このピストン３１の往復運動により、冷媒５の圧縮室２５への吸入と圧縮および冷凍サイクル（図示せず）への吐出が繰り返される。

吸入行程において冷凍サイクルより戻った冷媒５は、吸入マフラー４７を経て、吸入バルブ３７の開閉により圧縮室２５と連通する吸入孔３５を介して、圧縮室２５内へ導かれる。

ここで、吸入マフラー４７は、間欠的な冷媒５の吸入により発生する騒音を低減するとともに、熱伝導率の小さい樹脂で形成されることで吸入マフラー４７内を通過する冷媒５の加熱を防止する。

また、出口管５５に屈曲部５９を設けることで、吸入マフラー４７の高さ寸法を小さくすることができるので、高さの低い密閉型圧縮機に使用することができる。

また、給油機構４３は、クランクシャフト２３の回転により生じた遠心力などを利用して、密閉容器１底部から上方の圧縮要素１３へオイル３を搬送する。

搬送されたオイル３は、クランクシャフト２３と軸受部４１などの摺動部を潤滑した後、クランクシャフト２３の上端より密閉容器１内に飛散し、ピストン３１、シリンダ２７などを潤滑するとともに、飛散したオイル３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３から密閉容器１へ熱が伝わり、密閉容器１から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、密閉容器１内に飛散したオイル３は冷媒５とともに吸入マフラー４７内にも吸入されるが、冷媒５が入口管５３から消音空間４９内に開放されて、冷媒５の速度が低下した際に、オイル３の大部分は冷媒５と分離され、マフラー本体５１の底部に滞留し、オイル排出孔５７により吸入マフラー４７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、落下せずに消音空間４９内に飛散したオイル３が消音空間４９の内壁面や出口管５５の外表面に付着し、特に出口管５５の外表面に付着したオイル３は、入口管５３から流入した冷媒５の流れにより付勢され、第１出口管部６１の消音空間４９への開口部に移動するとともに、移動の過程で油滴が形成される。そして、油滴となったオイル３が、冷媒５の流れにより付勢されることで、図４の矢印で示したように出口管５５の内壁に沿って移動し、圧縮室２５内に多量のオイル３が流入する恐れがある。

オイル３が圧縮室２５に大量に流入すると、圧縮時の負荷が大きくなり、入力が増大したり、十分に冷媒５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、さらには、圧縮負荷などが急激に変動することにより、騒音が発生する可能性を有していた。

また、冷凍サイクルにオイル３が大量に吐出されることにより、熱交換器の性能を低下させる可能性も有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、圧縮室へのオイル流入量を低減し、騒音が低く、性能の安定した密閉型圧縮機を提供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、少なくとも消音空間を形成するマフラー本体と、消音空間と吸入バルブとを連通する出口管とを有した吸入マフラーを備え、かつ、出口管が消音空間への開口部と吸入バルブ近傍の開口部との中間部で屈折して形成された屈曲部と、屈曲部から消音空間側に延出する第１出口管部と、屈曲部から吸入バルブ側に延出する第２出口管部とを備えるとともに、一端が出口管に連通し他端が閉塞されている側部閉空間が屈曲部の近傍に形成されたもので、出口管の内壁に沿って圧縮室内に流入しようとするオイルを側部閉空間によりオイル分離することで、圧縮室へのオイル流入量を低減するという作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、消音空間内に飛散し出口管に付着したオイルが大量に圧縮室内に流入することを防止することで、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、密閉容器内に電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は圧縮室を形成するブロックと、前記圧縮室の端部に配設された吸入バルブと、前記圧縮室内を往復運動するピストンと、前記圧縮室に連通した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、少なくとも前記消音空間を形成するマフラー本体と、前記消音空間と前記吸入バルブとを連通する出口管とを備え、前記出口管は、前記消音空間への開口部と前記吸入バルブ近傍の開口部との中間部で屈折して形成された屈曲部と、前記屈曲部から前記消音空間側に延出する第１出口管部と、前記屈曲部から
前記吸入バルブ側に延出する第２出口管部とを備えるとともに、一端が前記出口管に連通し他端が閉塞されている側部閉空間が前記屈曲部の近傍に形成され、前記出口管の第１出口管部は、屈曲部側よりも消音空間側が鉛直方向下方となるように傾斜して形成されるとともに、前記側部閉空間の底部は、前記第１出口管部側が鉛直方向下方となるように傾斜して形成され、前記側部閉空間は、前記第１出口管部と前記第２出口管部によって形状が画定され、前記出口管の第１出口管部の下部と前記側部閉空間の底部とのなす角が１３５度から１８０度の範囲となるように形成されたもので、出口管の内壁に沿って圧縮室内に流入しようとするオイルを側部閉空間によりオイル分離することで、圧縮室内に大量のオイルが流入することを防止することができるので、騒音が低く、性能を安定させることができる。

また、側部閉空間で分離したオイルを側部閉空間の底部の勾配により消音空間内に排出することで、側部閉空間内に大量のオイルが滞留することを防止することができるので、さらに性能を安定させることができる。

さらに、消音空間の底部に滞留したオイルが圧縮室に流入することを防止することができるとともに、吸入マフラーの高さ方向の寸法を小さくすることができるので、さらに性能の安定したコンパクトな吸入マフラーを提供することができる

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の密閉型圧縮機を搭載したものであり、騒音が低く性能が安定した冷凍装置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縦断面図、図２は、同実施の形態における吸入マフラーの縦断面図である。

図１および図２において、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機は、密閉容器１０１内底部にオイル１０３を貯留するとともに、冷媒１０５として例えば地球温暖化係数の低い炭化水素系のＲ６００ａなどが封入してある。

また、密閉容器１０１は、鉄板の絞り成型によって形成されるとともに、一端が密閉容器１０１内に連通し、他端が冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続される吸入管１０６を備えている。

また、密閉容器１０１内には、圧縮要素１０７と電動要素１０９とを備えた圧縮機本体１１１がサスペンションスプリング１１３によって、密閉容器１０１に対して弾性的に支持されて収納されている。

圧縮要素１０７は、クランクシャフト１１５、ブロック１１７、ピストン１１９、連結手段１２１などで構成されており、クランクシャフト１１５は、偏芯軸１２３と主軸１２５とを備えるとともに、主軸１２５表面に設けられたらせん状の溝などからなる給油機構１２７を備えている。

電動要素１０９は、ブロック１１７の下方にボルト（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１２５に焼き嵌め固定されたロータ１３１とで構成されている。

ブロック１１７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、主軸１２５を回転自在に軸支する軸受部１３７を備える。

また、シリンダ１３５の端面には、吸入孔１３９と吐出孔（図示せず）とを備えたバルブプレート１４１と、吸入孔１３９を開閉する吸入バルブ１４３と、バルブプレート１４１を蓋するシリンダヘッド１４５とが、ともにヘッドボルト１４７によって、シリンダ１３５の端面を封止するように押圧固定されるとともに、バルブプレート１４１とシリンダヘッド１４５とにより、吸入マフラー１４９が把持されて固定されている。

吸入マフラー１４９は、主にガラス繊維を添加したＰＢＴなどの合成樹脂で成型されるとともに、入口管１５１を一体に成型したマフラー本体１５３と、出口管１５５を備えたカバー１５７とを組み合わせて一体化し、消音空間１５９を形成している。

また、出口管１５５は、消音空間１５９への開口部１６１と吸入バルブ１４３近傍の開口部１６３との中間部で屈折して形成された屈曲部１６５を備えるとともに、屈曲部１６５から消音空間１５９側に延出し、屈曲部１６５側よりも開口部１６１が鉛直方向下方となるように傾斜して形成された第１出口管部１６７と、屈曲部１６５から吸入バルブ１４３側に延出し、カバー１５７と一体に成型された第２出口管部１６９とで構成される。

さらに、出口管１５５の屈曲部１６５近傍の上方には、一端が出口管１５５に連通し他端が閉塞された側部閉空間１７１が、第１出口管部１６７と第２出口管部１６９とによって形状が画定されるように形成されている。

側部閉空間１７１の底部は、出口管１５５側が鉛直方向下方となるように傾斜して形成されるとともに、第１出口管部１６７の下部と側部閉空間１７１の底部とのなす角θが１６３度となるように形成されている。

また、入口管１５１の消音空間１５９への開口部１７３は、消音空間１５９の底部近傍に形成されるとともに、開口部１７３近傍のマフラー本体１５３の底部にオイル排出孔１７５が設けられている。

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。

密閉型圧縮機は、ステータ１２９に電流を流して磁界を発生させ、主軸１２５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１１５が回転し、偏芯軸１２３に回転自在に取り付けられた連結手段１２１を介して、ピストン１１９がシリンダ１３５内を往復運動する。そして、このピストン１１９の往復運動に伴い、冷媒１０５は吸入マフラー１４９を介して圧縮室１３３内へ吸入され、圧縮された後、冷凍サイクル（図示せず）へ吐出される。

次に、密閉型圧縮機の吸入行程について説明する。

ピストン１１９がシリンダ１３５の容積が増加する方向に動作し、圧縮室１３３内の冷媒１０５が膨張し、圧縮室１３３内の圧力が吸入圧力を下回ると、圧縮室１３３内の圧力と吸入マフラー１４９内の圧力との差により、吸入バルブ１４３は開き始める。

そして、冷凍サイクルから戻った温度の低い冷媒１０５は、吸入管１０６から密閉容器１０１内に一旦開放され、その後、吸入マフラー１４９の入口管１５１を経て、消音空間１５９に開放される。そして、開放された冷媒１０５は、出口管１５５を経て、圧縮室１３３内に流入する。

その後、ピストン１１９の動作が下死点から圧縮室１３３内の容積が減少する方向に転じると、圧縮室１３３内の圧力は上昇し、圧縮室１３３内の圧力と吸入マフラー１４９内の圧力との差によって、吸入バルブ１４３は閉じる。

ここで、吸入マフラー１４９は、入口管１５１と出口管１５５と消音空間１５９とで膨張型マフラーを構成しており、間欠的な冷媒１０５の吸入により発生する騒音を低減する。

また、吸入マフラー１４９は、熱伝導率の小さい樹脂で形成されることで、吸入マフラー１４９内を通過する冷媒１０５の温度が、電動要素１０９の発熱などの影響を受け、上昇することを低減し、密度の大きい冷媒１０５を圧縮室１３３内に吸入させることができるので、冷媒１０５の質量流量が増加し、体積効率を向上させることができる。

次に、オイル１０３の動作について説明する。

密閉容器１０１内底部に貯留されたオイル１０３は、クランクシャフト１１５の回転により得た遠心力や、摺動部で生じる粘性摩擦力を利用した給油機構１２７により、圧縮要素１０７の上部へ搬送される。圧縮要素１０７へ搬送されたオイル１０３は、クランクシャフト１１５と軸受部１３７などの摺動部を潤滑した後、クランクシャフト１１５の上端より飛散する。

密閉容器１０１内の空間に飛散したオイル１０３は、ピストン１１９およびシリンダ１３５の摺動部に降りかかり潤滑を行うとともに、摺動部などで温度が上昇したオイル１０３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内の空間に飛散したオイル１０３の一部は、吸入マフラー１４９の入口管１５１から冷媒１０５とともに吸入される。

そして、入口管１５１を経て、容積の大きな消音空間１５９に冷媒１０５が開放され、冷媒１０５の流速が低下した際に、オイル１０３は冷媒１０５と分離され、大部分は重力で消音空間１５９の底部に落下する。

落下したオイル１０３は、入口管１５１の開口部１７３近傍の消音空間１５９の底部に備えられたオイル排出孔１７５より、吸入マフラー１４９の外部へ排出される。

一方、落下せずに消音空間１５９内に飛散したオイル１０３は、消音空間１５９の内壁面や第１出口管部１６７の外表面に付着する。特に、第１出口管部１６７の外表面に付着したオイル１０３は、自重や冷媒１０５の流れにより付勢され、第１出口管部１６７の開口部１６１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。

油滴となったオイル１０３は、冷媒１０５の流れにより付勢されることで、図２の矢印で示したように第１出口管部１６７の内壁に沿って屈曲部１６５に向かって移動する。

ところが、出口管１５５の屈曲部１６５近傍の上方に設けた側部閉空間１７１により、第２出口管部１６９へのオイル１０３の移動を阻害し、側部閉空間１７１内にオイル１０３を滞留させることで、圧縮室１３３内に大量のオイル１０３が流入することを防止することができるので、騒音の発生を防止するとともに、性能を安定させることができる。

また、第１出口管部１６７の開口部１６１が屈曲部１６５よりも鉛直方向下方となるように傾斜して形成されるとともに、側部閉空間１７１の底部が第１出口管部１６７側に向かって鉛直方向下方に傾斜して形成されているので、圧縮機の停止時など吸入マフラー１４９内の冷媒１０５の流れが停止した時に、側部閉空間１７１内に滞留したオイル１０３を、側部閉空間１７１底部および第１出口管部１６７下部の勾配により、消音空間１５９内に排出することができるので、側部閉空間１７１内に滞留したオイル１０３が溢れて圧縮室１３３内に流入することを防止することができる。

さらに、第１出口管部１６７の下部と側部閉空間１７１の底部とのなす角度θが１６３度となるように形成されているので、吸入マフラー１４９の高さ方向の寸法を小さくすることができるとともに、第１出口管部１６７の開口部１６１を消音空間１５９の底部から上方へ離すことで、消音空間１５９の底部に滞留したオイル１０３を直接出口管１５５で吸入し、圧縮室１３３に流入することを防止することができる。

ここで、第１出口管部１６７の下部と側部閉空間１７１の底部とのなす角度θが１３５度以上になると、出口管１５５の内壁に沿って第２出口管部１６９に向かって移動するオイル１０３に作用する力の成分の中で自重の下向き成分が小さくなるため、オイル１０３が第２出口管部１６９に向かって移動しやすくなる。

そこで、本実施の形態の吸入マフラー１４９では、角度θを１６３度としたが、好ましくは１３５度から１８０度の範囲とすることにより、オイル１０３が出口管１５５の内壁に沿って移動することを側部閉空間１７１によって効果的に阻害することができるので、性能の安定したコンパクトな吸入マフラー１４９を提供することができる。

また、側部閉空間１７１を所定の長さに形成することで、出口管１５５が持つ放射騒音に影響する共鳴モードを打ち消すサイドブランチ型共鳴器として作用させることができ、騒音の発生を防止することも可能である。

また、側部閉空間１７１を出口管１５５の屈曲部１６５上方に設けた例で説明したが、側部閉空間１７１を屈曲部１６５または屈曲部１６５下方に設けても同様に実施可能であり、屈曲部１６５の近傍に設ければ側部閉空間１７１内にオイル１０３を滞留させることで、圧縮室１３３内に大量のオイル１０３が流入することを防止することができ、またサイドブランチ型共鳴器として作用させることもできる。

また、本実施の形態のように、側部閉空間１７１を第１出口管部１６７と第２出口管部１６９とによって形状が画定されるように形成することにより、部品点数を増加させることなく、側部閉空間１７１を設けることができるので、コスト増加を防止することができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、性能を安定させ、騒音の発生を防止することができるので、家庭用電気冷蔵庫に限らず、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などに広く適用できる。

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同実施の形態における吸入マフラーの縦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ーの縦断面図

１０１密閉容器
１０７圧縮要素
１０９電動要素
１１７ブロック
１１９ピストン
１３３圧縮室
１４３吸入バルブ
１４９吸入マフラー
１５３マフラー本体
１５５出口管
１５９消音空間
１６５屈曲部
１６７第１出口管部
１６９第２出口管部
１７１側部閉空間

Claims

密閉容器内に電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は圧縮室を形成するブロックと、前記圧縮室の端部に配設された吸入バルブと、前記圧縮室内を往復運動するピストンと、前記圧縮室に連通した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、少なくとも前記消音空間を形成するマフラー本体と、前記消音空間と前記吸入バルブとを連通する出口管とを備え、前記出口管は、前記消音空間への開口部と前記吸入バルブ近傍の開口部との中間部で屈折して形成された屈曲部と、前記屈曲部から前記消音空間側に延出する第１出口管部と、前記屈曲部から前記吸入バルブ側に延出する第２出口管部とを備えるとともに、一端が前記出口管に連通し他端が閉塞されている側部閉空間が前記屈曲部の近傍に形成され、前記出口管の第１出口管部は、屈曲部側よりも消音空間側が鉛直方向下方となるように傾斜して形成されるとともに、前記側部閉空間の底部は、前記第１出口管部側が鉛直方向下方となるように傾斜して形成され、前記側部閉空間は、前記第１出口管部と前記第２出口管部によって形状が画定され、前記出口管の第１出口管部の下部と前記側部閉空間の底部とのなす角が１３５度から１８０度の範囲となるように形成された密閉型圧縮機。
請求項１に記載の密閉型圧縮機を搭載した冷凍装置。