JP2001280254A

JP2001280254A - 冷凍装置用の圧縮機

Info

Publication number: JP2001280254A
Application number: JP2000096904A
Authority: JP
Inventors: Takeyoshi Okawa; 剛義大川
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2001-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】吐出ポート面積や弁部流路面積を確保して過
圧縮損失を抑制しつつも、死容積を低減して再膨張損失
を減少させ、これにより運転効率を向上することが可能
な冷凍装置用の圧縮機を提供する。【解決手段】圧縮機ケーシング１内部のような冷媒経
路に圧縮室１８から圧縮冷媒を吐出するための吐出路１
９を設けて成り、上記吐出路１９は上記圧縮室１８側に
開口する入口ポート１９ａと、上記冷媒経路に開口する
吐出ポート１９ｂとを有し、この吐出路１９の壁面を入
口ポート１９ａから吐出ポート１９ｂに向けて次第に拡
開するテーパ状に形成して弁シート３１となす一方、上
記吐出ポート１９ｂ側から上記弁シート３１に近接、離
反して上記弁シート３１を開閉する弁体３２を設け、上
記弁体３２を閉弁方向に付勢する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、冷凍装置用の圧
縮機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２にスイング圧縮機の内部構造を示す
概略図を示す。同図において、１は圧縮機ケーシングで
あって、この圧縮機ケーシング１の内部に直流モータ２
が、その出力軸３を下側に向けた状態で配置されてお
り、この出力軸３が上下一対の圧縮機構４、４に連結さ
れている。圧縮機構４、４には、アキュームレータ５か
らの吸込配管６、６が接続されており、また圧縮機構
４、４からの吐出冷媒は、圧縮機ケーシング１の内部を
通って、吐出配管７から冷凍回路（図示せず）へ吐出さ
れるように成っている。

【０００３】上記圧縮機構は、図３にその概略構造を示
すようにスイング式のものである。図のように、シリン
ダ１０の内部にシリンダ室１１が形成され、このシリン
ダ室１１内に環状のピストン１２が配置されている。ピ
ストン１２には、ピストンブレード１３が一体的に連結
されている。一方、上記シリンダ１０には、スイングブ
ッシュ１４が回転可能に装着されており、このスイング
ブッシュ１４に上記ピストンブレード１３が出退可能に
支持されている。つまり、ピストン１２は、スイングブ
ッシュ１４に支持され、その姿勢を保持した状態におい
て、円形のシリンダ室１１に接触しながら、そのいずれ
の位置へも揺動可能となっている。上記ピストン１２
は、その内部にクランク軸１５が配置され、その軸心と
は偏心して配置されたクランク部１６が、上記ピストン
１２の内部に嵌入されている。このクランク部１６の外
周部とピストン１２の内周部との間には、図示しない
が、滑り軸受が介設されており、クランク部１６がピス
トン１２の内側で自由に回転できるようになっている。
そして上記クランク軸１５が回転することにより上記ク
ランク部１６が偏心回転すると、ピストン１２は、シリ
ンダ室１１に対する接触点Ｐを次第に移動させながら
（図の場合には、時計回り方向）、シリンダ室１１内を
揺動する。このピストン１２の揺動に起因して、次第に
容積の増加していく吸入室１７と、次第に容積の減少し
ていく圧縮室１８とが形成され、吸入路２０から吸入室
１７へと吸入したガス冷媒を、圧縮室１８で圧縮して以
下に示す吐出路１９から吐出し得るようなされている。
また、このようにして構成された圧縮機構の上下方向
は、円盤状のエンドプレート（図示せず）によって挟持
されており、上部側のエンドプレートには、上記高温高
圧に圧縮されたガス冷媒を吐出するための吐出路１９
が、上記圧縮室１８に通じる位置に設けられている。

【０００４】ところで、従来より冷凍装置においては、
ジクロロジフルオロメタン（Ｒ−１２）やクロロジフル
オロメタン（Ｒ−２２）のような冷媒が使用されてきた
が、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題から、１，１，
１，２−テトラフルオロエタン（Ｒ−１３４ａ）のよう
な代替冷媒が使用されるようになっている。しかしなが
らこのＲ−１３４ａにおいても、依然として地球温暖化
能が高いなどの問題があることから、近年では、このよ
うな問題のない自然系冷媒を使用することが推奨されつ
つある。この自然系冷媒として炭酸ガスが有用であるこ
とは、公知である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図４、図５は、上記冷
媒ガスの吐出を行う吐出弁機構の一例を示した部分断面
拡大図である。まず図４（ａ）において、２１はエンド
プレートであり、通常、このエンドプレート２１には、
吐出弁取付部周辺の厚さが約３ｍｍ程度のものを使用し
ている。また、１９はエンドプレート２１に穿設された
吐出路であり、上記高温高圧に圧縮されたガス冷媒が、
圧縮室１８から吐出路１９を通って上記圧縮機ケーシン
グ１の内部へ吐出されるよう構成されている。この吐出
路１９は、上記圧縮室１８に開口する入口ポート１９ａ
と、上記圧縮機ケーシング１の内部に開口する吐出ポー
ト１９ｂとを備えている。そしてこの吐出ポート１９ｂ
の周囲に環状の弁シート２３が設けられており、上記弁
シート２３と対向する位置に板状の弁体２４（図４
（ｂ）参照）が設けられている。このとき上記弁体２４
は、閉弁方向に常に押圧・付勢されており、その片側が
固定ねじ２６によってエンドプレート２１に固定されて
いる。そして、上記圧縮室１８からのガス冷媒の圧力が
上記弁体２４の付勢力よりも大きくなると、上記弁体２
４は上方へ押し上げられ（弁リフト量：例えば１ｍｍ程
度）、このとき弁体２４と弁シート２３の間に生じる隙
間（弁部流路）からガス冷媒が吐出されるように成って
いる。

【０００６】ところで、上記のような吐出弁機構を有す
る圧縮機において、容積効率低下の要因となる再膨張損
失を低減するには、上記吐出路１９における入口ポート
１９ａと吐出ポート１９ｂとの間に生じる死容積を小さ
くする必要がある。そのためには吐出路１９の直径を小
さくすればよいが、単に上記吐出路１９の径を小さくす
ると過圧縮損失が増加するため、容積効率を向上するこ
とができないという問題が生じる。また、上記容積効率
を向上する方法としては、上記弁リフト量を増加させる
ことによって流路面積を拡大するという方法もあるが、
これは弁体２４の閉じ遅れが発生し易くなるという問題
がある。そこで、上記死容積の問題を解決するために図
５に示すようなポペット弁、すなわち、上記弁体２４に
吐出路１９の内径に嵌入するような突出部２５を設けた
弁（図５（ｂ）参照）を用いることによって、上記死容
積を小さくしようとする方法が考えられる。しかしなが
ら、この方法では上記死容積を小さくする効果はある
が、エンドプレート２１の肉厚に対して弁リフト量が小
さい場合（例えば、１ｍｍ）は、上記弁体２４と弁シー
ト２３の間に生じる隙間（弁部流路面積）が充分に確保
できないため、圧力損失が増加して上記容積効率を向上
することができないという問題が生じている（図５
（ａ）参照）。さらに、二酸化炭素（ＣＯ₂）を冷媒と
する圧縮機では、冷媒物性上ジクロロジフルオロメタン
（Ｒ−１２）やクロロジフルオロメタン（Ｒ−２２）等
の従来冷媒を使用した場合と比較して、シリンダ容積が
小さくなるため、上記死容積の占める割合が大きくなり
再膨張損失の増加を招き、容積効率が低下し易くなると
いう問題がある。

【０００７】この発明は、上記従来の欠点を解決するた
めになされたものであって、その目的は、吐出ポート面
積や弁部流路面積を確保して過圧縮損失を抑制しつつ
も、死容積を低減して再膨張損失を減少させ、これによ
り運転効率を向上することが可能な冷凍装置用の圧縮機
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１の冷凍装
置用の圧縮機は、圧縮機ケーシング１内部のような冷媒
経路に圧縮室１８から圧縮冷媒を吐出するための吐出路
１９を設けて成り、上記吐出路１９は上記圧縮室１８側
に開口する入口ポート１９ａと、上記冷媒経路に開口す
る吐出ポート１９ｂとを有し、この吐出路１９の壁面を
入口ポート１９ａから吐出ポート１９ｂに向けて次第に
拡開するテーパ状に形成して弁シート３１となす一方、
上記吐出ポート１９ｂ側から上記弁シート３１に近接、
離反して上記弁シート３１を開閉する弁体３２を設け、
上記弁体３２を閉弁方向に付勢していることを特徴とし
ている。

【０００９】上記請求項１の冷凍装置用の圧縮機では、
上記吐出路１９の内部に弁体３２を配置することができ
るため、吐出ポート１９ｂの面積や弁部流路面積を確保
して過圧縮損失を抑制しつつ、死容積を減少することが
できる。そして上記死容積の減少により再膨張損失の低
減を図ることができるため、運転効率を向上することが
可能となる。

【００１０】また請求項２の冷凍装置用の圧縮機は、上
記弁体３２は、上記弁シート３１に密接可能なテーパ部
を有し、プレート状部材により一体成形されていること
を特徴としている。

【００１１】上記請求項２の冷凍装置用の圧縮機では、
上記弁体２４に、上記弁シート２３と密接可能なテーパ
部を設けたことによって、閉弁時のシール性を向上する
ことができる。また、上記弁体２４はプレート状部材で
一体成形されているため、軽量化を図ることができる。

【００１２】さらに請求項３の冷凍装置用の圧縮機は、
上記弁体３２には、弾性変形可能なレバー部３４が連設
され、このレバー部３４の先端側を固定することにより
上記レバー部３４の弾性力で上記弁体３２を閉弁方向に
付勢することを特徴としている。

【００１３】上記請求項３の冷凍装置用の圧縮機では、
上記弁体２４に連設されたレバー部の弾性力により上記
弁体２４を閉弁方向に付勢している。このため、バネを
用いる場合よりも、製作が容易であり、軽量化すること
ができ、従って低コストに実施することができる。

【００１４】また請求項４の冷凍装置用の圧縮機は、上
記冷媒には二酸化炭素、エチレン、エタン、酸化窒素等
の超臨界で使用する冷媒を用いていることを特徴として
いる。

【００１５】さらに請求項５の冷凍装置用の圧縮機は、
上記冷媒には二酸化炭素を用いていることを特徴として
いる。

【００１６】上記請求項４又は請求項５の冷凍装置用の
圧縮機では、冷媒にエチレン、エタン、酸化窒素、二酸
化炭素等の超臨界で使用する冷媒を用いている。このよ
うな冷媒を用いる場合には、従来冷媒を用いるときより
も圧縮機の容積が小さくなるため、死容積を減少するこ
とによる上記請求項１〜請求項３の効果が一段と顕著に
現れる。さらに、冷媒に二酸化炭素を用いることによっ
て実施が容易となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、この発明の冷凍装置用の圧
縮機の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ
詳細に説明する。

【００１８】図１は、本発明の要旨部分である冷媒ガス
の吐出を行う吐出弁機構を示した部分断面拡大図であ
る。図１（ａ）において、２１はエンドプレート、１９
はエンドプレート２１に穿設された吐出路であり、上記
高温高圧に圧縮されたガス冷媒が、圧縮室１８から吐出
路１９を通って圧縮機ケーシング１内の冷媒経路へと吐
出されるよう構成されている。この吐出路１９は、上記
圧縮室１８に開口する入口ポート１９ａと、上記圧縮機
ケーシング１の内部に開口する吐出ポート１９ｂとを備
えている。上記吐出路１９の内周壁には、入口ポート１
９ａから吐出ポート１９ｂに向けて、次第にその径が拡
開するよう、約４５°に傾斜したテーパ部が形成されて
おり、このテーパ部が弁シート３１を構成している。

【００１９】一方、弁体３２は、図１（ｂ）に示すよう
に、弁部３３とレバー部３４とより成るもので、薄い金
属プレートにより一体成形されている。上記弁部３３
は、上記吐出ポート１９ｂ側から上記弁シート３１内に
嵌入するもので、上記テーパ状の弁シート３１に密接し
得るテーパ部を備えた形状をしている。また上記レバー
部３４は弾性変形可能なもので、その先端部が固定ねじ
（図示せず）によって上記エンドプレート２１に固定さ
れており、上記弁部３３は上記レバー部３４の弾性力に
より閉弁方向に付勢され、弁シート３１に押圧、接触し
ている。

【００２０】そしてこの閉弁状態において、上記弁部３
３の頂部（図４（ａ）において下端部）が上記エンドプ
レート２１の圧縮室１８に臨む内側面と略同一平面とな
り、また弁部３３の外周部に設けられたフランジ部３３
ａが、上記エンドプレート２１の外側面に当接する状態
となる。

【００２１】そして、上記圧縮室１８からのガス冷媒の
圧力が上記弁体３２の付勢力よりも大きくなると、上記
弁体３２は上方へ押し上げられ（弁リフト）、このとき
上記弁部３３と弁シート３１の間に生じる隙間（弁部流
路）からガス冷媒が吐出されるように成っている。

【００２２】上記した吐出弁機構によれば、吐出路１９
の入口ポート１９ａと吐出ポート１９ｂとの間には、従
来のような死容積は生じない。そしてこのように死容積
を減少できる結果、再膨張損失を抑制して圧縮機効率を
向上することができる。例えば、Ｒ４１０Ａ２ポート機
において、上記テーパ部の上端径をＲｏ＝９ｍｍ、下端
径をＲｉ＝６ｍｍとした場合、圧縮機効率を約１％向上
することができる。

【００２３】また、上記構造によれば、死容積の増大に
対する配慮をしなくてもよいので、吐出ポート１９ｂの
直径を充分に大きくでき、しかも弁シート３１と弁部３
３との間の隙間（弁部流路面積）を充分に確保でき、そ
のため過圧縮損失を抑制することも可能である。

【００２４】また、弁体２４に、上記弁シート２３と密
接可能なテーパ部を設けたことによって、閉弁時のシー
ル性を向上することができる。また、上記弁体２４はプ
レート状部材で一体成形されているため、軽量化を図る
ことができる。さらに上記弁体２４に連設されたレバー
部の弾性力により上記弁体２４を閉弁方向に付勢してい
る。このため、バネを用いる場合よりも、製作が容易で
あり、軽量化することができ、従って低コストに実施す
ることができる。

【００２５】以上にこの発明の具体的な実施の形態につ
いて説明したが、この発明は上記形態に限定されるもの
ではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施するこ
とが可能である。例えば上記においては、スイング圧縮
機を例にしてその説明をしているが、上記吐出弁機構
は、往復式圧縮機、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機
等の他の形式の圧縮機においても全く同様に実施可能で
ある。さらに上記において使用する冷媒としては、Ｒ−
２２のような従来冷媒であってもよいし、二酸化炭素の
ような超臨界冷媒であってもよい。このような超臨界冷
媒を使用する場合には、圧縮室１８の容積が従来よりも
小さくなる。例えば、二酸化炭素冷媒では圧縮機１８の
容積はＲ−２２の場合の１／２〜１／５程度に小さくな
ることから、死容積の減少等による上記効果は一段と顕
著に現れる。なお超臨界冷媒としては、その実施が容易
な二酸化炭素を使用するのが好ましいが、それ以外に
も、エチレンやエタン、酸化窒素等のような冷媒の使用
が可能である。上記実施形態における弁部３３は、円錐
テーパ状に形成しているが、請求項１の発明において
は、この弁部３３を円板状に形成してもよい。すなわち
円板状の弁部を構成し、この弁部に軸部を立設し、この
軸部を上下方向にスライド可能に支持する構成としても
よい。また図５に示すようなテーパ部を有さない弁部で
もよく、これらの場合には、弁シート３１に対し、入口
ポート１９ａの近くにおいて接触させれば、効率向上に
関して上記実施形態と略同様な作用、効果が得られる。
また弁シート３１についても、吐出路１９の全体にわた
って形成する他、入口ポート１９ａの近くにだけテーパ
状の弁シート３１を形成したり、あるいは吐出ポート１
９ｂの近くにだけ弁シート３１を形成するようにしても
よい。さらに上記実施形態では、片持ちレバー形式の付
勢手段を採用しているが、これはバネを利用した構成と
してもよい。もっとも上記実施形態によれば、低コスト
に実施可能との利点がある。

【００２６】

【発明の効果】請求項１の冷凍装置用の圧縮機によれ
ば、上記吐出路の内部に弁体を配置することができるた
め、吐出ポートの面積や弁部流路面積を確保して過圧縮
損失を抑制しつつ、死容積を減少することができる。そ
して上記死容積の減少により再膨張損失の低減を図るこ
とができるため、運転効率を向上することが可能とな
る。

【００２７】また請求項２の冷凍装置用の圧縮機によれ
ば、上記弁体に、上記弁シートと密接可能なテーパ部を
設けたことによって、閉弁時のシール性を向上すること
ができる。また、上記弁体はプレート状部材で一体成形
されているため、軽量化を図ることができる。

【００２８】請求項３の冷凍装置用の圧縮機によれば、
バネを用いる場合よりも、製作が容易であり、軽量化す
ることができ、従って低コストに実施することができ
る。

【００２９】請求項４又は請求項５の冷凍装置用の圧縮
機によれば、このような冷媒を用いる場合には、従来冷
媒を用いるときよりも圧縮機の容積が小さくなるため、
死容積を減少することによる上記請求項１〜請求項３の
効果が一段と顕著に現れる。さらに、冷媒に二酸化炭素
を用いることによって実施が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態である冷凍装置用圧縮
機の吐出弁機構を示した部分断面拡大図である。

【図２】スイング圧縮機の内部構造を示す概略図であ
る。

【図３】上記スイング圧縮機の圧縮機構を示す概略構造
図である。

【図４】従来の吐出弁機構の一例を示す部分断面拡大図
である。

【図５】従来の吐出弁機構の一例を示す部分断面拡大図
である。

【符号の説明】

１圧縮機ケーシング１８圧縮室１９吐出路１９ａ入口ポート１９ｂ吐出ポート２１エンドプレート３１弁シート３２弁体３３弁部３４レバー部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機ケーシング（１）内部のような冷
媒経路に圧縮室（１８）から圧縮冷媒を吐出するための
吐出路（１９）を設けて成り、上記吐出路（１９）は上
記圧縮室（１８）側に開口する入口ポート（１９ａ）
と、上記冷媒経路に開口する吐出ポート（１９ｂ）とを
有し、この吐出路（１９）の壁面を入口ポート（１９
ａ）から吐出ポート（１９ｂ）に向けて次第に拡開する
テーパ状に形成して弁シート（３１）となす一方、上記
吐出ポート（１９ｂ）側から上記弁シート（３１）に近
接、離反して上記弁シート（３１）を開閉する弁体（３
２）を設け、上記弁体（３２）を閉弁方向に付勢してい
ることを特徴とする冷凍装置用の圧縮機。
【請求項２】上記弁体（３２）は、上記弁シート（３
１）に密接可能なテーパ部を有し、プレート状部材によ
り一体成形されていることを特徴とする請求項１の冷凍
装置用の圧縮機。
【請求項３】上記弁体（３２）には、弾性変形可能な
レバー部（３４）が連設され、このレバー部（３４）の
先端側を固定することにより上記レバー部（３４）の弾
性力で上記弁体（３２）を閉弁方向に付勢することを特
徴とする請求項１又は請求項２の冷凍装置用の圧縮機。
【請求項４】上記冷媒には二酸化炭素、エチレン、エ
タン、酸化窒素等の超臨界で使用する冷媒を用いている
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの冷凍
装置用の圧縮機。
【請求項５】上記冷媒には二酸化炭素を用いているこ
とを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの冷凍装
置用の圧縮機。