JP5934880B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

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冷却システムに用いられる密閉型圧縮機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、シリンダブロックから独立した吐出マフラーを設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、吸入マフラーに高い消音効果を得るため、冷媒ガス流路の吸入マフラー内開口端を特定周波数域の騒音の節に延出開口したものがある（例えば、特許文献２参照）。

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５は、従来例を示す圧縮機の横断面図、図６は、同圧縮機の縦断面図である。

図５と図６において、密閉容器１内には、電動圧縮要素３を収納している。電動圧縮要素３は、下方に配置されたステータ５と、圧縮室７を形成するシリンダブロック９と、シリンダブロック９に回転自在に軸支されたクランクシャフト１１と、圧縮室７内に往復摺動自在に挿入されたピストン１３と、圧縮室７の端部を封止するように配設されシリンダヘッド１５に狭持されるように固定されたバルブプレート１７と吐出経路１９を備えている。

吐出経路１９は、シリンダブロック９から独立した吐出マフラー２１とシリンダブロック９とを連通する入口管２３と、吐出マフラー２１と冷却システム（図示せず）の高圧側とを連通する出口管２５を備えている。

以上のように構成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。

ステータ５に外部電源より通電がされると磁界が発生し、クランクシャフト１１が回転する。これに伴ってピストン１３は圧縮室７内で往復運動を行い、電動圧縮要素３が所定の圧縮動作を行う。

それにより、冷却システム（図示せず）の低圧側から流れてきた冷媒は、バルブプレート１７を通って圧縮室７内に吸入される。そして、圧縮室７に導かれた冷媒は、ピストン１３の往復運動により圧縮室７内で圧縮された後、入口管２３を介し吐出マフラー２１内へと導かれ、出口管２５から冷却システム（図示せず）の高圧側へと吐出される。

ここで、圧縮された冷媒は高温となり、吐出マフラー２１へと流れていくが、吐出マフラー２１がシリンダブロック９から独立しているので、圧縮室７は高温の冷媒ガスからの受熱を最小限に抑え、体積効率を向上させることができる。

国際公開第８６／００２７０３号 特開２００３−４２０６４号公報

しかしながら、上記特許文献１における従来の構成では、冷媒ガスが圧縮室７内で繰り返し圧縮されることによって吐出脈動が発生し、吐出マフラー２１内にはある特定の周波数に対して音の伝搬を行う疎密波が反射し、定在波を形成するが、この定在波に対する考慮がなされておらず、吐出マフラー２１が共鳴することで騒音が増大する可能性を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、吐出マフラーの共鳴による騒音の増大を回避し、低騒音の密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、吐出マフラーを、冷媒ガスの流れ方向に対して対称形状とし、入口管の吐出マフラー内開口端を、吐出マフラーの冷媒ガスの流れ方向のほぼ中間となる位置に配置したものである。

このように、吐出マフラーを、冷媒ガスの流れ方向に対して対称形状にすることで、最も圧力脈動の大きい入口管の吐出マフラー内の開口端を、容易に特定周波数の定在波の疎の部分に配置することができる。その結果、吐出マフラーの共鳴による騒音の増大を、容易に回避することができる。

本発明の密閉型圧縮機は、吐出マフラーを、冷媒ガスの流れ方向に対して対称形状で構成し、入口管の吐出マフラー内開口端を、吐出マフラーの冷媒ガスの流れ方向のほぼ中間に配置したことで、吐出マフラーの共鳴による騒音の増大を容易に回避することができ、低騒音の密閉型圧縮機を提供することができる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の横断面図 同実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図 同実施の形態１における密閉型圧縮機の要部分解斜視図 本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の吐出経路断面図 従来の密閉型圧縮機の横断面図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図

請求項１に記載の発明は、密閉容器内の圧縮室で圧縮された冷媒ガスを導出する吐出経路を備え、前記吐出経路を、吐出マフラーと、一端が前記吐出マフラー内に開口し、他端が前記圧縮室と連通した入口管と、一端が前記吐出マフラー内に開口し、他端が前記密閉容器に固定される吐出管と接続された出口管を有する構成とし、さらに、前記吐出マフラーを、中央部を軸に冷媒ガスの流れ方向に対して対称となるように形成し、前記入口管と前記出口管の前記吐出マフラー内の開口端を同軸上とならない位置に配置し、前記入口管における前記吐出マフラー内の開口端を、前記吐出マフラーの内部空間における冷媒ガスの流れ方向のほぼ中間に配置したものである。

かかる構成において、吐出マフラーを、冷媒ガスの流れ方向に対して対称形状にすることで、吐出マフラー内の定在波を冷媒ガスの流れ方向に対して左右対称に形成し易くすることができ、また騒音に影響を与えやすい定在波の二次モード等のような特定の共鳴周波数の疎の部分を、吐出マフラーの冷媒ガスの流れ方向のほぼ中間に発生させることができる。その結果、吐出脈動を供給する入口管の吐出マフラー内開口端を、特定周波数の定在波の疎の部分に配置することができ、吐出マフラーの共鳴による騒音の増大を回避することができる。したがって、低騒音の密閉型圧縮機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に記載の発明において、前記吐出マフラーの内部空間を、略円筒形となるように形成したものである。

かかることにより、吐出マフラー内空間を単純化することができ、その結果、吐出マフラー内の定在波の分布を複雑にして多くの共鳴周波数を発生させるといったことを抑制することができる。また、吐出脈動によって吐出マフラー自体を振動させ、騒音を増大させてしまうといったこともあるが、吐出マフラー自体を略円筒形にすることで吐出マフラー自体の剛性を高くし、振動し難くすることができる。したがって、さらに低騒音の密閉型圧縮機を提供することができる。

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、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横断面図、図２は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図、図３は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の要部分解斜視図である。

図１から図３において、密閉容器１０１内には、電動要素１０５と、この電動要素１０５により、後述するクランクシャフト１１１を介して駆動される圧縮要素１０３を収納している。

圧縮要素１０３は、圧縮室１０７を形成するシリンダブロック１０９と、シリンダブロック１０９に回転自在に軸支されたクランクシャフト１１１と、圧縮室１０７内に往復摺動自在に挿入され、クランクシャフト１１１の回転運動によって往復運動するピストン１１３と、圧縮室１０７の端部を封止するように配設され、かつシリンダヘッド１１５に狭持されるように固定されたバルブプレート１１７と、圧縮された冷媒が流れる吐出経路１１９を備えている。

吐出経路１１９は、シリンダブロック１０９から独立した吐出マフラー１２１と、この吐出マフラー１２１内と圧縮室１０７とを連通する入口管１２３と、冷却システム（図示せず）の高圧側と連通し、かつ密閉容器１０１に固定された吐出管１０２と吐出マフラー１２１とを連通する出口管１２５を備えている。

吐出マフラー１２１は、その本体が二部品１２１ａ、１２１ｂから構成され、冷媒ガスの流れ方向に対して中央部を軸に対称形状の略円筒形に形成されている。そして、入口管１２３の吐出マフラー１２１内の開口端は、吐出マフラー１２１の内部空間において、冷媒ガスの流れ方向のほぼ中間（一部品１２１ａの開口端面位置）に開口し、出口管１２５とは、同軸上ではあるが、一定の距離が確保されている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

電動要素１０５に外部電源より通電がされると磁界が発生し、電動要素１０５は回転する。これに伴い、クランクシャフト１１１が回転し、さらにクランクシャフト１１１の回転に伴ってピストン１１３が圧縮室１０７内で往復運動を行い、圧縮要素１０３が所定の圧縮動作を行う。

この動作により、冷却システムの低圧側から流れてきた冷媒は、バルブプレート１１７を通って圧縮室１０７内に吸入される。そして、圧縮室１０７に導かれた冷媒は、ピストン１１３の往復運動により、圧縮室１０７内で圧縮された後、入口管１２３を介して吐出マフラー１２１内へと導かれ、出口管１２５から冷却システムの高圧側へと吐出される。

ここで、圧縮された冷媒は高温となり、吐出マフラー１２１へと流れていくが、吐出マフラー１２１をシリンダブロック１０９から独立させているため、圧縮室１０７は高温の冷媒ガスからの受熱を最小限に抑えることができる。その結果、冷媒の単位時間当たりの吸入質量（冷媒循環量）は大きくなり、体積効率が向上して密閉型圧縮機の効率を向上させることができる。

また、冷媒ガスが圧縮室１０７内で繰り返し圧縮されることによって吐出脈動が発生する。入口管１２３から吐出マフラー１２１に圧縮ガスを開放することで、吐出脈動を減衰させることはできるが、吐出マフラー１２１内には音の伝搬を行う疎密波が反射し、定在波を形成している。

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、定在波の腹の部分を加振すると音が増大し、騒音の減衰効果が得られない。

特に、冷蔵庫用として利用されている密閉型圧縮機の大きさは、一般的に密閉容器１０１の径が概ね２００ｍｍ程度である。また、シリンダブロック１０９から独立した吐出マフラー１２１の大きさは、使用される冷媒ガスの種類や使用環境等により、吐出マフラー１２１内の音速が変わるため、特定はできないものの、吐出マフラー１２１の共鳴によって増幅される可能性が高い周波数は、１〜５ｋＨｚの範囲であることが多い。

この１〜５ｋＨｚの周波数は、密閉容器１０１や、電動要素１０５と圧縮要素１０３で構成される電動圧縮要素等の固有値として存在していることがあり、その固有値を吐出マフラー１２１で増幅された吐出脈動により加振してしまうと、圧縮機の騒音は著しく増大してしまう。

本実施の形態１では、吐出マフラー１２１を、その外形状と内部空間形状が、冷媒ガスの流れ方向に対して対称となるような形状にすることで、吐出マフラー１２１内に発生している定在波も冷媒ガスの流れ方向に対して略左右対称とすることができる。したがって、騒音に影響を与えやすい定在波の二次モードの共鳴周波数の節を、吐出マフラー１２１の冷媒ガスの流れ方向のほぼ中間に発生させている。そのため、入口管１２３の吐出マフラー１２１内の開口端は、定在波の節に配置されることになり、その結果、密閉型圧縮機の騒音増大を容易に抑制することができる。

ここで、特許文献２では、吸入マフラー内に形成された定在波の節に吸入マフラー外と連通した流路を開口し、騒音の増大を抑制することが開示されているが、マフラー自身が複雑な形状で形成されていると、節がマフラー内のどの部分に形成されているのか容易には判断できない。

しかし、本実施の形態１では、吐出マフラー１２１を冷媒ガスの流れ方向に対して対称形状であるため、騒音に影響を与え易い定在波の二次モードの共鳴周波数の節は、吐出マフラー１２１の中間にあることが容易に判断することできる。

また、本実施の形態１の吐出マフラー１２１は、略円筒形で形成されている。吐出マフラー１２１が複雑な構成であると、様々な周波数の定在波が存在し、吐出マフラー１２１での共鳴を回避することが困難になるが、略円筒形にすることで、定在波を単純にすることができ、容易に共鳴を回避することができる。その上、複雑な構成（内部形状）は、吐出脈動により吐出マフラー１２１自体を振動させ騒音を増大させることがあり、特に平面部を有した形状をしていると振動し易くなってしまうが、略円筒形状にすることで吐出マフラー１２１自体の剛性を高くし、振動しにくくしている。その結果、密閉型圧縮機の騒音増大を抑制することができる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における吐出経路断面図である。密閉型圧縮機本体については、実施の形態１のものと大差ないので、ここでは前記図１と図２を援用するものとし、全体的な説明は省略する。

冷媒ガスが圧縮室１０７内で繰り返し圧縮されることによって発生する吐出脈動は、密閉型圧縮機で十分に減衰されていないと、出口管１２５を介して冷却システム（図示せず）の高圧側に伝播していく。伝播した吐出脈動は、冷却システム（図示せず）の配管等を振動させてしまうことがあり、密閉型圧縮機自身から音が放射されないものの冷却システム（図示せず）としての騒音を増大させてしまうことがあり、吐出脈動を十分に減衰させることは非常に重要である。

本実施の形態２では、入口管１２３と出口管１２５の吐出マフラー１２１内開口端を、同軸上とならない位置に配置し、かつ共に吐出マフラー１２１の冷媒ガスの流れ方向に対してほぼ中間（一部品１２１ａの開口端面位置）に配置することで、密閉型圧縮機の騒音だけでなく冷却システム（図示せず）自体の騒音増大を抑制することができる。

なお、吐出マフラー１２１の内部空間形状、外形状を、冷媒ガスの流れ方向に対して対称形状とする構成は、実施の形態１と同じ構成を採用している。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、安価で高効率、かつ低騒音および信頼性を備えることが可能となるので、エアーコンディショナー、冷凍冷蔵装置等に用いられる密閉型圧縮機にも適用できる。

１０１ 密閉容器
１０３ 圧縮要素
１０５ 電動要素
１０７ 圧縮室
１０９ シリンダブロック
１１１ クランクシャフト
１１３ ピストン
１１５ シリンダヘッド
１１７ バルブプレート
１１９ 吐出経路
１２１ 吐出マフラー
１２３ 入口管
１２５ 出口管

Claims (2)

1. 密閉容器内の圧縮室で圧縮された冷媒ガスを導出する吐出経路を備え、
   前記吐出経路を、吐出マフラーと、一端が前記吐出マフラー内に開口し、他端が前記圧縮室と連通した入口管と、一端が前記吐出マフラー内に開口し、他端が前記密閉容器に固定される吐出管と接続された出口管を有する構成とし、
   さらに、前記吐出マフラーを、中央部を軸に冷媒ガスの流れ方向に対して対称となるように形成し、前記入口管と前記出口管の前記吐出マフラー内の開口端を同軸上とならない位置に配置し、前記入口管における前記吐出マフラー内の開口端を、前記吐出マフラーの内部空間における冷媒ガスの流れ方向のほぼ中間に配置した密閉型圧縮機。
2. 前記吐出マフラーの内部空間を、略円筒形となるように形成した請求項１に記載の密閉型圧縮機。