JP5421732B2

JP5421732B2 - 密閉型圧縮機、冷凍サイクル装置

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Publication number: JP5421732B2
Application number: JP2009251101A
Authority: JP
Inventors: 弘之水野; 桂一長谷川
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: JP2011094571A

Description

本発明は密閉型圧縮機、冷凍サイクル装置に係り、特に吐出マフラ一の吐出孔の構成を改良した密閉型圧縮機、これを用いた冷凍サイクル装置に関する。

通常、冷媒の圧縮に用いる密閉型圧縮機では、圧縮機構部の圧縮室から密閉容器内に吐出される冷媒ガスの脈動が要因となり、騒音悪化の原因となる。

そこで、圧縮機構部の圧縮室から吐出される冷媒の圧力脈動を低減して騒音を低減するために、吐出マフラを設け、圧縮室からの吐出冷媒を吐出マフラを介して密閉容器内に吐出するようにしている。従来、この吐出マフラに、マフラ室内の冷媒を、密閉容器内に吐出するための吐出孔を複数個設けた提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１−２８０６９７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の密閉型圧縮機の吐出マフラは、密閉容器外に伝播される騒音を十分に低減することができず、さらなる騒音の低減がなされた密閉型圧縮機が要望されている。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであり、密閉容器外に伝播される騒音を低減することができる密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

また、騒音の低減が可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る密閉型圧縮機は、密閉容器内に電動機部と、この電動機部により回転軸を介して駆動され、シリンダ室を形成するシリンダと、前記回転軸の偏心部に係合されて前記シリンダ内で偏心回転するローラと、前記シリンダに取付けられ前記回転軸を軸支する軸受とを有する圧縮機構部とを収容し、前記軸受に前記シリンダ室の圧縮室内の冷媒を吐出する吐出ポートを設けるとともに、前記吐出ポートを開閉する吐出弁および前記吐出弁のリフト量を制限する弁ストッパの長手方向の一端部を前記軸受に固定して設け、かつ、前記吐出弁および弁ストッパを覆いマフラ室を形成する吐出マフラを前記軸受に取付けて設けた密閉型圧縮機において、前記吐出マフラに前記マフラ室内の冷媒を前記密閉容器の空間に吐出する単一の吐出孔を設け、この吐出孔は、前記弁ストッパの長手方向の長さをＬとしたときに、前記回転軸の軸方向から見て前記弁ストッパの固定部中心を中心とした半径（Ｌ／２）の円の範囲内に形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、請求項１ないし４のいずれかに記載の密閉型圧縮機と、放熱器と、膨張装置と、蒸発器とを備える。

本発明に係る密閉型圧縮機によれば、吐出ガスを整流化して、流体の脈動を低減し、密閉容器外に伝播される騒音を低減することができる密閉型圧縮機を提供することができる。

また、本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、騒音の低減が可能な冷凍サイクル装置を提供することができる。

本発明に係る密閉型圧縮機の一実施形態およびこれを用いた冷凍サイクル装置の概念図。本発明に係る密閉型圧縮機の一実施形態に用いる主軸受および吐出マフラの図３のＡ−Ｏ−Ａ’線に沿う縦断面図。本発明に係る密閉型圧縮機の一実施形態に用い、吐出マフラを透視可能な状態で見た主軸受および吐出マフラの平面図。本発明に係る密閉型圧縮機の一実施形態に用いる主軸受の一部および吐出マフラの縦断面図。本発明に係る密閉型圧縮機の一実施形態を用いた周波数と騒音レベルに関する試験結果を示す相関図。本発明に係る密閉型圧縮機の一実施形態を用いた吐出孔の位置と騒音レベルに関する試験結果を示す相関図。本発明に係る密閉型圧縮機の一実施形態を用いた吐出孔面積と吐出ポート面積の比と騒音レベル関する試験結果を示す相関図。本発明に係る密閉型圧縮機の一実施形態に用いるマフラ室の容積および密閉容器内の所定空間の容積の説明用の縦断面図。本発明に係る密閉型圧縮機の一実施形態に用いるマフラ室容積および密閉容器内の所定空間容積と共鳴騒音の相関図。本発明に係る密閉型圧縮機の一実施形態に用いる密封端子を一部で示す側面図。本発明に係る密閉型圧縮機の一実施形態に用いる密封端子の溶接作業状態を示す縦断面図。図１０のＡ部を拡大して示す図。本発明に係る密閉型圧縮機の一実施形態に用いる密封端子の端面の傾斜角度と密封端子のひずみの相関図。本発明に係る密閉型圧縮機の一実施形態に用いる密封端子の端面の傾斜角度の違いによる密封端子変形のベクトルを説明する図。本発明に係る密閉型圧縮機の一実施形態に用いる第１変形例の密封端子の一部を示す縦断面図。本発明に係る密閉型圧縮機の一実施形態に用いる第２変形例の密封端子の一部を示す縦断面図。

本発明に係る密閉型圧縮機、これを用いた冷凍サイクル装置の一実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明に係る冷凍サイクル装置１０１は、本実施形態の密閉型圧縮機１と、放熱器１０２と、膨張装置１０３と、蒸発器１０４とが高圧側配管１０５ａ、低圧側配管１０５ｂによりサイクル状に接続されている。

密閉型圧縮機１は、密閉容器２を備え、この密閉容器２内に収容される電動機部３と、この電動機部３に回転軸４を介して連結された圧縮機構部５からなり、アキュムレータ６が外付けされている。

冷凍サイクル装置１０１は、ヒートポンプ式給湯装置に用いるのに適し、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ_２）が用いられる。ＣＯ_２冷媒は空気調和装置等に用いるＲ４１０Ａ冷媒に比べて圧力が約３．５倍高い特性を有し、密閉容器２内が高圧になる。

このため、密閉容器２の容器上部２ａ、容器下部２ｂ及び容器本体２ｃは、Ｒ４１０Ａ冷媒を用いる密閉型圧縮機の密閉容器の肉厚より厚くなっており、例えば、容器本体２ｃはＲ４１０Ａ冷媒を用いる密閉型圧縮機の容器本体の肉厚が３ｍｍ程度であるのに対して、７〜８ｍｍと厚くなっている。

電動機部３は密閉容器２に圧入された固定子３１と、この固定子３１の内周部に回転可能に配置され、回転軸４の上端部に固着された回転子３２を備える。

電動機部３には、密閉容器２の容器上部２ａに設けられた密封端子７からクラスタ８ａを備えたリード線８を介して給電される。

密閉型圧縮機１は、圧縮機構部５で圧縮された冷媒を密閉容器２内空間に吐出する密閉容器内高圧型であり、圧縮機構部５は、電動機部３の下方に配され、回転軸４の下部に位置するシリンダ５１を備える。

このシリンダ５１の上面部には、主軸受５２が取り付け固定され、下面部には副軸受５３が取り付け固定され、シリンダ５１と主軸受５２および副軸受５３で画成される空間部にシリンダ室５４が形成される。

このシリンダ室５４には、回転軸４に一体に設けられる偏心部４ａと、この偏心部４ａの周面に係合されるローラ５５が配されている。

ローラ５５は、その周方向に沿う肉厚が全て同一であり、回転軸４の回転にともなって偏心部４ａとともに偏心回転をなす。

ローラ５５の軸方向に沿う外周壁一部はシリンダ５１の内周壁に略接触するようになっており、ローラ５５の偏心回転に伴って、その接触位置がシリンダ５１の周方向に沿って徐々に変位する。

また、ローラ５５の外周壁には軸方向に沿ってブレード（図示せず）が当接している。

ブレードの一端部は、いずれも図示しない、ばね収容孔に収容されるばね部材によって弾性的に押圧付勢され、よってブレードの他端部はローラ５５の周面に弾性的に当接している。

ブレードはシリンダ室５４に突出するとともに、一端がシリンダ室５４に開口し、他端が背面孔（図示せず）に開口するブレード溝（図示せず）内を摺動して、シリンダ室５４を主軸受５２に設けられる吐出ポート５２ｐに連通する圧縮室側と、吸込孔（図示せず）に連通する吸込室側とに仕切っている。

図２〜図４に示すように、吐出ポート５２ｐが設けられた主軸受５２には、吐出ポート５２ｐに対向する位置に弁機構収容凹部５２ａが設けられ、この弁機構収容凹部５２ａには、吐出ポート５２ｐを適宜開閉する吐出弁５２ｂおよび吐出弁５２ｂの開度を制限する弁ストッパ５２ｃが、固定部材５２ｄにより主軸受５２に固定して収容されている。

また、主軸受５２には、略深皿形状をなし、弁機構収容凹部５２ａに連通するマフラ室９ａ、吐出孔９ｂを備えた吐出マフラ９が気密的に取り付けられている。

なお、図３は吐出マフラ９を透視可能とした状態で見た主軸受５２の上面を示す。

上記のような構造を有する本発明に係る密閉型圧縮機は、吐出マフラに設ける吐出孔の個数と、その配設位置を特定することでなされている。

また、吐出マフラの吐出孔の面積と吐出ポートの面積比を所定範囲に特定することでなされている。

さらに、マフラ室の容積と、圧縮機構部の一端側と圧縮機構部の電動機部側の一端側とで形成される密閉容器内の空間容積との容積比を、２以上の整数倍から外すことでなされている。

これら吐出孔の個数および位置の特定、面積比の範囲の特定および容積比を２以上の整数倍から外すことは、以下に説明する本発明者らが行なった試験から得られた知見に基づくものである。

まず、図３に示すように、吐出孔９ｂを１個設けた吐出マフラ９を備える密閉型圧縮機を用い、吐出孔９ｂの位置を変化させて騒音レベルを測定したところ、図６に示すような結果を得た。この試験結果によれば、弁ストッパ５２ｃの長手方向の長さをＬとしたとき、吐出孔９ｂの位置が弁ストッパ５２ｃの固定部中心ｃを中心として、半径（１／２）Ｌ以下の範囲で、すなわち、弁ストッパ５２ｃの固定部中心ｃを中心から（Ｌ／２）の円Ｃの範囲内で騒音レベルが大きく低減することがわかった。

吐出孔９ｂの位置を、上記範囲内である弁ストッパ５２ｃの固定部中心ｃを中心から約（Ｌ／４）の位置に設けた図３に示す本発明の実施例と、吐出孔を２個設けた従来の密閉型圧縮機の周波数と騒音レベルの関係を調べたところ、図５に示すような結果を得た。

吐出マフラを設けないときの各周波数の騒音レベルを基準０とすると、１０００Ｈｚ以上の周波数の高い範囲で、従来のものより騒音レベルが低くなることがわかった。

なお、４００〜８００Ｈｚの範囲では、吐出マフラを設けないときよりも騒音レベルが高くなっているが、もともと騒音レベルの絶対値が低い部分であり、実質的な騒音への影響は少ない。

このような知見に基づき、図２および図４に示すように、吐出マフラ９の上面には、単一の吐出孔９ｂが設けられ、この吐出孔９ｂは弁ストッパ５２ｃの長手方向の長さをＬとしたときに、回転軸４の軸方向から見て弁ストッパ５２ｃの固定部中心ｃを中心とした半径（Ｌ／２）の円Ｃの範囲内に形成される。

シリンダ室５４の圧縮室で高温高圧に圧縮された吐出ガスは、吐出ポート５２ｐからマフラ室９ａに吐出され、さらに、吐出孔９ｂから密閉容器２に吐出されるが、吐出孔９ｂを半径（Ｌ／２）の円の範囲内に設けることで、密閉容器２外に伝播される騒音が低減される。これは、吐出孔９ｂが吐出ポート５２ｐからある程度離れた位置に設けられることになり、密閉容器２に吐出される吐出ガスのマフラ室９ａ内での滞留時間が長くなり、これにより吐出ガスが整流化され、流体の脈動が低減されることが要因の一部と想定される。

さらに、吐出孔９ｂの面積をＳ_１（ｍ^２）とし、吐出ポート５２ｐの面積をＳ_２（ｍ^２）としたときに、吐出孔９ｂの面積Ｓ_１に対する吐出ポート５２ｐの面積Ｓ_２を変えて、騒音レベルとＣＯＰ（成績係数）についての試験を行い、図７に示すような結果を得た。図７より、１．２＜（Ｓ_１／Ｓ_２）＜３．０となるように設定したとき、騒音レベルとＣＯＰを両方満足する結果が得られた。すなわち、（Ｓ_１／Ｓ_２）＝３．０の場合は騒音レベル１であり、これ以下では漸減し、（Ｓ_１／Ｓ_２）＝１．２では０．９４になる。これにより、ＣＯＰは漸減するが、騒音の低減が実現できる。

なお、従来の密閉型圧縮機の騒音レベルを１．０１で表している。

このような知見に基づき、吐出孔９ｂの面積をＳ_１ｍ^２とし、吐出ポート５２ｐの面積をＳ_２ｍ^２としたときに、１．２＜（Ｓ_１／Ｓ_２）＜３．０となるように設定される。

また、図８に示すように、マフラ室９ａの容積をＶ_１ｍ^３とし、電動機部３の圧縮機構部５の一端側と圧縮機構部５の電動機部３側の一端側とで形成される密閉容器２内の空間容積をＶ_２ｍ^３とし、ｎを整数としたときに、Ｖ_２≠（２＋ｎ）Ｖ_１となるように設定し、容積の比率を２以上の整数倍から外すことで、図９に示すように、共鳴による騒音の増幅を防ぐことができる。

このような知見に基づき、マフラ室９ａの容積をＶ_１ｍ^３とし、電動機部３の圧縮機構部５の一端側と圧縮機構部５の電動機部３側の一端側とで形成される密閉容器２内の空間容積をＶ_２ｍ^３とし、ｎを整数としたときに、Ｖ_２≠（２＋ｎ）Ｖ_１となるように設定される。

さらに、密閉型圧縮機１は密閉容器２内が高圧になるため、密閉容器２に高圧に耐え得る肉厚の部材を用いるほかに、密封端子７にも改良がなされている。

例えば、図１０に示すように、密閉容器２の上部に設けられた密封端子７は、円盤部７ａとこの円盤部７ａからその厚さ方向に延びるリング状部７ｂからなる本体部７ｃと、円盤部７ａに気密的に設けられた電源ピン７ｄと、この電源ピン７ｄを固定する端子ガラス部７ｇを有する。

図１１に示すように、容器上部２ａに設けられた密封端子７の取付孔２ｄには、密封端子７の円盤部７ａが嵌合され、気密的に溶着されている。

密封端子７は、上記構造を有し、取付孔２ｄに気密的に溶着されるので、高圧に耐え得る。

図１２に示すように、リング状部７ｂの端面７ｅは、溶着時、抵抗溶接機の下部電極Ｐ_２との接触面（図１１参照）となり、上部電極Ｐ_１による加圧方向と直交する平面に対し、内周側に向かうに従って円盤部側に１〜１５°の角度で傾斜する傾斜面を持つ。

図１３は端面７ｅの傾斜角度と密封端子７のひずみの相関を示す。

図１３に示すように、端面７ｅの傾斜角度が、１〜１５°の範囲では、使用上問題のないひずみ限界値以下になる。

下部電極Ｐ_２と当接する端面７ｅを１〜１５°傾けることで、プロジェクション溶接時、下部電極中心と密封端子中心を合わせ易く（芯ズレを抑制）することが容易となる。

これに対して、端面７ｅの傾斜角度が１〜１５°の範囲を外れると、薄肉による耐圧低下、密封端子７のひずみが大きくなり、１°未満では、取付孔２ｄと密封端子７の芯ズレが発生し、安定した溶接状態が得られない。

ここで、密封端子７の容器上部２ａへの溶着について説明する。

図１１に示すように、容器上部２ａに設けられた取付孔２ｄに、円盤部７ａを嵌合して、密封端子７を容器上部２ａに取り付けられる。

しかる後、溶接機の上部電極Ｐ_１を容器上部２ａに押圧し、下部電極Ｐ_２で端面７ｅを受ける。

そして、上部電極Ｐ_１と下部電極Ｐ_２間に通電すると、容器上部２ａ、円盤部７ａ、リング状部７ｂ、端面７ｅに電流が流れる。このように電流が流れると、容器上部２ａ（取付孔２ｄの壁面）と円盤部７ａ間に電気抵抗により発熱が生じ、密封端子７が容器上部２ａに気密かつ耐圧的に取り付けられる。

端面７ｅに１〜１５°傾きを設けてあるので、溶接時、下部電極中心と密封端子中心を合わせ易く、溶接作業が容易になる。

図１４は端面の傾斜角度の違いによる密封端子変形のベクトルを説明する図である。

図１４に示すように、溶接時、１〜１５°の傾きの端面を介して密封端子に作用する力はＦ_１であり、垂直方向の分力はＦ_１Ｖである。これに対して、４５°の傾きの端面を介して密封端子に作用する力はＦ_２であり、垂直方向の分力はＦ_２Ｖである。

端面の傾きが１〜１５°の密封端子を用いると、垂直方向の分力はＦ_１Ｖは小さく、端子ガラス部７ｇに大きな変形は生じず、端子ガラス部７ｇは破損しない。

これに対して、端面の傾きが４５°の密封端子を用いると、垂直方向の分力はＦ_２Ｖは大きく、端子ガラス部７ｇに大きな変形が生じず、端子ガラス部７ｇは破損するおそれがある。

また、密封端子の第１変形例について説明する。

図１２に示すように、上記実施形態に用いた密封端子は、端面が内周側に向かうに従って１〜１５°の角度で傾斜する傾斜面を有するのに対して、本第１変形例は端面が外周側に向かうに従って１〜１５°の角度で傾斜する傾斜面を有する。

例えば、図１５に示すように、本第１変形例の密封端子７１は、端面７１ｅが外周側に向かうに従って１〜１５°の角度で傾斜する傾斜面を有する。

これにより、下部電極面と平行になる端面７ｅを１〜１５°傾けることで、プロジェクション溶接時、下部電極中心と密封端子中心を合わせ易く（芯ズレを抑制）することが容易となり、また、端子ガラス部７ｇは破損するおそれがない。

なお、他の構成は図１１に示す密封端子と変わらないので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

また、密封端子の第２変形例について説明する。

図１１に示すように、上記実施形態に用いた密封端子は、端面が内周側に向かうに従って１〜１５°の角度で傾斜する傾斜面を有するのに対して、本第２変形例は端面が、内周側および外周側に向かうに従って前記円盤部側に１〜１５°の角度で傾斜する。

例えば、図１６に示すように、本第１変形例の密封端子７２は、端面７２ｅが内周側および外周側に向かうに従って１〜１５°の角度で傾斜する傾斜面を有する。

上記のように本実施形態に係る密閉型圧縮機によれば、吐出ガスを整流化して流体の脈動を低減し、密閉容器外に伝播される騒音を低減することができる密閉型圧縮機が実現される。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置によれば、騒音の低減が可能な冷凍サイクル装置が実現される。

なお、本発明は上記実施形態の密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置に限定されるものではなく、例えば、冷媒は二酸化炭素以外の冷媒であっても良い。

１…密閉型圧縮機、２…密閉容器、２ａ…容器上部、２ｂ…容器下部、２ｃ…容器本体、２ｄ…取付孔、３…電動機部、３１…固定子、３２…回転子、４…回転軸、４ａ…偏心部、５…圧縮機構部、５１…シリンダ、５２…主軸受、５２ａ…弁機構収容凹部、５２ｂ…吐出弁、５２ｃ…弁ストッパ、５２ｐ…吐出ポート、５３…副軸受、５４…シリンダ室、５５…ローラ、６…アキュムレータ、７…密封端子、７ａ…円盤部、７ｂ…リング状部、７ｃ…本体部、７ｄ…電源ピン、７ｅ…端面、７ｇ…端子ガラス部、８…リード線、８ａ…ソケット、９…吐出マフラ、９ａ…マフラ室、９ｂ…吐出孔、１０１…冷凍サイクル装置、１０２…放熱器、１０３…膨張装置、１０４…蒸発器、１０５ａ…高圧側配管、１０５ｂ…低圧側配管。

Claims

密閉容器内に電動機部と、この電動機部により回転軸を介して駆動され、シリンダ室を形成するシリンダと、前記回転軸の偏心部に係合されて前記シリンダ内で偏心回転するローラと、前記シリンダに取付けられ前記回転軸を軸支する軸受とを有する圧縮機構部とを収容し、前記軸受に前記シリンダ室の圧縮室内の冷媒を吐出する吐出ポートを設けるとともに、前記吐出ポートを開閉する吐出弁および前記吐出弁のリフト量を制限する弁ストッパの長手方向の一端部を前記軸受に固定して設け、かつ、前記吐出弁および弁ストッパを覆いマフラ室を形成する吐出マフラを前記軸受に取付けて設けた密閉型圧縮機において、
前記吐出マフラに前記マフラ室内の冷媒を前記密閉容器の空間に吐出する単一の吐出孔を設け、
この吐出孔は、前記弁ストッパの長手方向の長さをＬとしたときに、前記回転軸の軸方向から見て前記弁ストッパの固定部中心を中心とした半径（Ｌ／２）の円の範囲内に形成されていることを特徴とする密閉型圧縮機。
前記吐出マフラの吐出孔の面積をＳ_１（ｍ^２）とし、前記軸受の吐出ポートの面積をＳ_２（ｍ^２）としたときに、
１．２＜（Ｓ_１／Ｓ_２）＜３．０
となるようにしたことを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
前記吐出マフラのマフラ室の容積をＶ_１（ｍ^３）とし、前記電動機部の圧縮機構部の一端側と前記圧縮機構部の電動機部側の一端側とで形成される密閉容器内の空間容積をＶ_２（ｍ^３）とし、ｎを整数としたときに、
Ｖ_２≠（２＋ｎ）Ｖ_１
となるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の密閉型圧縮機。
前記密閉容器には、抵抗溶接により固着され前記電動機部に電力を供給する密封端子が備えられ、
この密封端子は、円盤部とこの円盤部からその厚さ方向に延びるリング状部からなる本体部と、前記円盤部に気密的に設けられた電源ピンとを有し、抵抗溶接機の電極との接触面となる前記リング状部の端面には、前記抵抗溶接機による加圧方向と直交する平面に対し、内周側および外周側の少なくとも一方に向かうに従って前記円盤部側に１〜１５°の角度で傾斜する傾斜面を有することを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機と、放熱器と、膨張装置と、蒸発器とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。