JP2004108313A

JP2004108313A - 密閉形圧縮機

Info

Publication number: JP2004108313A
Application number: JP2002274257A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Nozaki; 野崎　務; Nobuo Abe; 阿部　信雄; Kensuke Kato; 加藤　謙介; Takeo Watanabe; 渡辺　岳男
Original assignee: Hitachi Home and Life Solutions Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-20
Also published as: US20040057850A1; JP3996827B2; KR20040025813A; CN1483935A; US7033150B2; KR100508834B1; CN1274959C

Abstract

【課題】組み立て時のシリンダボア変形の影響を低減し、ピストンとシリンダブロックの間のシール性を向上し高性能な密閉形圧縮機を提供する。
【解決手段】シリンダブロック２のボルト穴１０に中空部１０ａを設け、その深さＨ１を、圧縮室Ｖの圧力が吐出圧力Ｐｄとなるときの圧縮室Ｖの厚さＨ２よりも大きくする。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷蔵庫、ルームエアコン等に用いられる密閉形圧縮機に関し、特に、シリンダブロックを有する密閉形圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷蔵庫、ルームエアコンなどに用いられる密閉形圧縮機は、冷媒を圧縮し、冷凍サイクルに圧縮冷媒を供給している。この冷媒の種類としてはフロン系冷媒及び自然系冷媒があり、地球温暖化の防止の観点から自然系冷媒の使用が考えられている。
【０００３】
この自然系冷媒のうち特に炭化水素系冷媒の場合、フロン系冷媒と同等の冷凍能力とするためには密閉形圧縮機のシリンダ容積を大きくしなければならない。密閉形圧縮機としてレシプロ形圧縮機で考えた場合、シリンダボア径を大径化する必要がある。
【０００４】
シリンダボアが大径化すると、ピストンとシリンダボアの間のシール長さが長くなり、ピストンとシリンダボアの間に発生する圧縮冷媒の漏れが密閉形圧縮機の性能を低下させる大きな要因となる。
【０００５】
ピストンとシリンダボアの間に発生する漏れの原因の一つは、シリンダボアの変形である。シリンダボアの変形は、シリンダブロックの開口端面に吸入弁板、シリンダヘッド、吐出弁板、ヘッドカバー等を締付け固定するときに発生する。
【０００６】
従来、シリンダブロックにシリンダヘッドをボルトで締め付けて固定したときに生じるボアの歪を緩和するために、シリンダヘッド側に反ったバルブプレートを介してシリンダヘッドをシリンダブロックにボルトで締め付けていた（例えば、特許文献１参照。）。また、シリンダブロックのボルト孔の周囲に溝を設けることで、ボアへボルトの締結応力を遮断しようとしたものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６３−２３０９７５号公報　（第３−１１図）
【特許文献２】
特開平２０００−２０５１３６号公報　（図３、７、８）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の締付け固定方法ではそれぞれ次のような課題があった。
【０００９】
特許文献１に記載されたバルブプレートを用いる方法においては、バルブプレートが反っているために吐出弁板及びシリンダヘッドとの当接面とで圧縮ガスの漏れが発生し易く特性が不安定になるという課題を有している。
【００１０】
特許文献２に記載されたシリンダブロックのボルト孔の周囲に溝を設ける方法では、溝深さを充分深くしなければならなく、加工性が悪くなる。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題を解決しようとするもので、ボルト締付時のボア変形量を低減させて、圧縮ガスの漏れを抑制することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、密閉形圧縮機において、密閉容器内に、ピストンが往復動するボアを有するシリンダと、そのボアの開口端を閉塞する弁部と、その弁部を固定するボルトとを有し、シリンダのボアとピストンと弁部とからなる圧縮室の圧力が吐出圧力となるときのボアの開口端からピストンの先端位置までの距離が、ボアの開口端と同一の面からシリンダに設けられた中空部を貫通したボルトと係合する雌ネジの開始位置までの距離より短くすることによって、上記目的を達成するものである。
【００１３】
本発明において、ボルトと係合し締結する雌ネジがシリンダに設けられていてもよい。また、雌ネジを有するナットによってボルトが弁部を固定してもよい。
【００１４】
本発明における弁部とは、シリンダのボア開口端に取り付けられるシリンダヘッド、吐出弁板、ヘッドカバー等を含むものである。
【００１５】
上述の構成により、ピストンとシリンダボアとの間のシール性が要求される突出圧付近の圧縮室から漏れる圧縮冷媒の量を低減する事ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態をそれぞれ図に基づいて説明する。
【００１７】
図１では、密閉容器内のフレーム１の上部に取り付けられたシリンダブロック２内を、端部にスライド管３ａを接合したピストン４が往復動して圧縮要素を構成する本発明を適用したレシプロ形圧縮機が示されている。フレーム１の下部には、電動機を構成するステータ５およびロータ６が取り付けられている。クランクシャフト７の回転中心より偏心した位置に、クランクピン７ａがある。このクランクシャフト７は、フレーム１の軸受け部に貫通して取り付けられている。このクランクシャフト７とロータ６とは直結していて、クランクシャフト７の回転（時計回りに回転するものとする）によって、ピストン４の端部に接合されたスライド管３ａ内を摺動するスライダ３を介し、ピストン４を往復動させる。
【００１８】
次にシリンダブロック２について図２を用いて詳細に説明する。シリンダブロック２はピストン４が挿入されるシリンダボア８及びフレーム１とシリンダブロック２を締付け固定するためのボルト穴９、及び図１に示した弁部としての吸入弁１１、シリンダヘッド１２、吐出弁１３、及びヘッドカバー１４を締め付け固定するためのボルト穴１０により構成されている。ボルト穴１０の形状の詳細については後述する。
【００１９】
実施形態１：
図３は、図２に示す吸入弁１１、シリンダヘッド１２、吐出弁１３、ヘッドカバー１４を締め付け固定するボルト穴１０近傍のＡ−Ａ断面を示している。この図では、吸入弁１１やヘッドカバー１４等は省略してある。圧縮機動作時の圧縮室は、シリンダブロック２とピストン４と、図３には図示していない吸入弁１１とにより構成される空間Ｖである。
【００２０】
ボルト穴１０は長さＨ１である中空部１０ａと雌ネジ部１０ｂとからなる。ボルト穴１０の中空部１０ａの長さＨ１は、つまりボア８の開口端と同一平面からボア８の開口端に対する中空部１０ａの後端までの距離は、空間Ｖの圧力が吐出圧力となるときの突出圧空間Ｖｄの厚さＨ２よりも長い必要がある。Ｈ１が長いほどシリンダブロック２とピストン４の間のシール性が高くなる。詳細については図４を用いて説明する。
【００２１】
中空部１０ａの長さＨ１は、クランクシャフト７のクランクピン７ａの偏心量Ｒにより決めることができる。この中空部１０ａの長さＨ１は、偏心量Ｒの０．６倍以上であることが望ましい。例えば、ボルト穴１０の中空部１０ａの長さＨ１を７．５ｍｍ、空間Ｖの圧力が吐出圧力Ｐｄとなるときの空間Ｖｄの厚さＨ２を２．１ｍｍ、クランクシャフト７のクランクピン７ａの偏心量Ｒを９．１ｍｍとすることができる。また、冷媒を考慮すると、中空部１０ａの長さＨ１は、冷媒Ｒ６００ａ（イソブタン）の場合は偏心量Ｒの０．６倍以上が好ましく、冷媒Ｒ１３４ａの場合は偏心量Ｒの０．８８倍以上が好ましい。
【００２２】
図４において、ボルト１５を締め付ける事によりボルト穴１０の雌ネジ部１０ｂ近傍のシリンダボア８が外径方向に広がり局部的に変形する。しかし本実施の形態では、圧縮室Ｖの位置と局部的な変形部分とが離れているため、シリンダボア８とピストン４との間のシール性が低下する事はない。
【００２３】
この局部的な変形は、ボルト１５の雄ネジが雌ネジ部１０ｂと締結され、雌ネジ部１０ｂ周辺の部材がボルト１５に引っ張られることによる歪によって生じる。また、シリンダボア８内をピストン４が移動する際に、まだ圧縮室内の作動流体の圧力が上がらないうちはシリンダボア８が多少歪んでも作動流体の漏れは少ないが、吐出圧力付近まで圧縮された作動流体が洩れることは圧縮効率を大幅に落とすことになる。さらに、密閉容器内が吐出圧力の場合、圧縮工程の初期においてシール性が低下しても圧縮室外の圧力の方が高いため、作動流体の漏れも軽微である。したがって、シリンダボア８のシリンダヘッド側開放端からの雌ネジ部１０ｂの位置を、圧縮工程におけるピストンの先端位置との関係で決定することで、たとえシリンダボア８が変形を起こしても所定の吐出圧力を得ることが出来る。つまり、ピストン４とシリンダボア８との間に高いシール性が要求される領域から、シリンダボア８が変形する領域が外れる構造とした。
【００２４】
実際に、シリンダボア８とピストン４との間のシール性が要求されるのは空間Ｖ内のガス圧力が吐出圧力付近になったときであり、吐出圧力のとき、シリンダボア８の変形が生じた部分にピストン４の先端がかかるとシールが損なわれているので圧縮ガスが漏洩する。
【００２５】
本実施の形態においては、ボルト１５を締め付けたときにボルト穴１０の雌ネジ部１０ｂ近傍のシリンダボアが最大７．５μｍ外側に変形したが、その変形位置は、圧縮室圧力が吐出圧力Ｐｄとなるときのピストン４の先端位置Ｈ２から６．２ｍｍ離れていたため、圧縮機の性能を低下させる事はなかった。
【００２６】
以上のように構成した本実施の形態における密閉形圧縮機によれば、中空部１０ａと雌ネジ部１０ｂで構成されたボルト穴１０とボルト１５により吸入弁１１、シリンダヘッド１２、吐出弁１３、ヘッドカバー１４を締め付け固定するときのシリンダボア８の変形位置を圧力が吐出圧力Ｐｄである空間Ｖｄから離して設けたため、シリンダブロック２とピストン４の間のシール性を向上することができ、密閉型圧縮機の性能を向上させることができる。一例として、シリンダボア８とボルト穴１０の間の距離が１２ｍｍ以下であり、シリンダボア８の内径が２０ｍｍ以上であり、材質がねずみ鋳鉄であるシリンダブロック２を用いた密閉形圧縮機に適用した場合、良好な結果を得た。
【００２７】
なお、本実施形態におけるピストン先端とは、ピストン４のうち、ボア８の内周面と接触する外周面を備えた部分のうちの弁部側端部を云う。例えば、圧縮工程における上死点にピストン４がある時、弁部に生じた無効空間を現ずる突起状の部分がピストンに設けても、上述の弁部側端部を基準とするものである。
【００２８】
実施形態２：
実施形態１ではボルト穴１０は中空部１０ａと雌ネジ部１０ｂにより構成されているが、本実施形態ではボルト穴１０は中空部１０ａのみである。図５において、ボルト１５とナット１６とで、吸入弁１１、シリンダヘッド１２、吐出弁１３、ヘッドカバー１４、シリンダブロック２を挟み込むことで締め付け固定する。
【００２９】
この場合、ボルト穴１０の中空部１０ａの長さＨ１は、実施形態１の場合と同様の理由により決定でき、偏心量Ｒの０．６倍以上であることが望ましい。本実施形態を適用した一例として、例えば、ボルト穴１０の中空部１０ｂの長さＨ１を７．５ｍｍ、空間Ｖの圧力が吐出圧力Ｐｄとなるときの空間Ｖｄの厚さＨ２を２．１ｍｍ、クランクシャフト７のクランクピン７ａの偏心量Ｒを９．１ｍｍとできる。また、冷媒を考慮すると、中空部１０ａの長さＨ１は、冷媒Ｒ６００ａ（イソブタン）の場合は偏心量Ｒの０．６倍以上が好ましく、冷媒Ｒ１３４ａの場合は偏心量Ｒの０．８８倍以上が好ましい。
【００３０】
図６に示したように、ボルト１５とナット１６を締め付ける事によりナット１６近傍のシリンダボア８の内径が広がる方向に局部的に変形する。この変形が、突出圧力に近い圧縮室Ｖの位置と離れているため、すなわち変形が生じる場所が突出圧力Ｐｄとなるときのピストンの先端位置から離れているので、シリンダボア８とピストン４の間のシール性が低下する事はない。本実施形態を適用した一例として、ボルト１５およびナット１６を締め付けたときにナット１６近傍のシリンダボアが最大５．５μｍ外側に変形したが、圧縮室圧力が吐出圧力Ｐｄとなるときのピストン４の先端位置Ｈ２から７．５ｍｍ離れていたため、圧縮機の性能を低下させる事はなかった。
【００３１】
以上のように構成した本実施形態によれば、ボルト１５とナット１６によりシリンダブロック２、吸入弁１１、シリンダヘッド１２、吐出弁１３、ヘッドカバー１４を締め付け固定するときのシリンダボア８の変形位置を、圧力が吐出圧力Ｐｄである空間Ｖから離す事ができ、シリンダブロック２とピストン４との間のシール性を向上することができ、密閉型圧縮機の性能を向上させることができる。一例として、例えば、シリンダボア８とボルト穴１０の間の距離が１２ｍｍ以下であり、シリンダボア８の内径が２０ｍｍ以上であり、材質がねずみ鋳鉄であるシリンダブロック２を用いた密閉形圧縮機に適用した場合、良好な結果を得ることが出来た。
【００３２】
実施形態３：
図７において、実施形態１ではボルト穴１０は中空部１０ａと雌ネジ部１０ｂにより構成されているが、本実施形態ではボルト穴１０は中空部１０ａのみであり、雌ネジ部１７ａはシリンダブロック２と別体のブロック１７に設け、ボルト１５とブロック１７で吸入弁１１、シリンダヘッド１２、吐出弁１３、ヘッドカバー１４、シリンダブロック２を挟み込むことで締め付け固定している。
【００３３】
この場合、ボルト穴１０の中空部１０ａの長さＨ１は、実施形態１の場合と同様の理由により決定できる。この中空部１０ａの長さＨ１は、偏心量Ｒの０．６倍以上であることが望ましい。例えば、ボルト穴１０の中空部１０ｂの長さＨ１を７．５ｍｍ、空間Ｖの圧力が吐出圧力Ｐｄとなるときの空間Ｖの厚さＨ２が２．１ｍｍ、クランクシャフト７のクランクピン７ａの偏心量Ｒを９．１ｍｍとできる。また、冷媒を考慮すると、中空部１０ａの長さＨ１は、冷媒Ｒ６００ａ（イソブタン）の場合は偏心量Ｒの０．６倍以上が好ましく、冷媒Ｒ１３４ａの場合は偏心量Ｒの０．８８倍以上が好ましい。
【００３４】
本実施形態において、シリンダブロック２に吸入弁１１、シリンダヘッド１２、吐出弁１３、ヘッドカバー１４をボルト１５およびブロック１７により締め付け固定したときのボルト穴１０近傍の変形形状は、実施形態２の場合と同様に、ボルト１５とブロック１７を締め付ける事によりブロック１７の雌ネジ部１７ａ近傍におけるシリンダボア８の内径が広がる方向に局部的に変形する。この変形する部位が、圧縮室Ｖの位置と離れているためシリンダボア８とピストン４の間のシール性が低下する事はない。本実施形態においてはボルト１５およびブロック１６を締め付けたときにブロック１７の雌ネジ部１７ａ近傍のシリンダボアが最大５．５μｍ外側に変形したが、圧縮室圧力が吐出圧力Ｐｄとなるときのピストン４の先端位置Ｈ２から７．５ｍｍ離れていたため、圧縮機の性能を低下させる事はなかった。
【００３５】
以上のように構成した本実施形態によれば、ブロック１７の雌ネジ部１７ａとボルト１５によりシリンダブロック２と吸入弁１１、シリンダヘッド１２、吐出弁１３、ヘッドカバー１４を締め付け固定するときのシリンダボア８の変形位置を、圧力が吐出圧力Ｐｄである空間Ｖから離す事ができ、シリンダブロック２とピストン４との間のシール性を向上することができ、密閉型圧縮機の性能を向上させることができる。一例として、例えば、シリンダボア８とボルト穴１０の間の距離が１２ｍｍ以下であり、シリンダボア８の内径が２０ｍｍ以上であり、材質がねずみ鋳鉄であるシリンダブロック２を用いた密閉形圧縮機に適用した場合、良好な結果を得ることが出来た。
【００３６】
本発明の各実施形態で述べた容積形圧縮機には、回転数が一定の圧縮機と、回転数が可変の圧縮機がある。それらの容積形圧縮機において、本発明に関係するピストンの先端位置は、必ずしも一定の位置となることはない。それらの圧縮機が組み込まれた冷凍サイクル内の圧力が変動するため、圧縮機の吐出圧力が一定とはならないからである。
【００３７】
しかしながら、本発明を適用した容積形圧縮機を冷蔵庫に適用する場合は、吐出圧力の変動に伴うピストンの先端位置の変動がそんなに多くはない。例えば、冷凍冷蔵庫や冷蔵庫等の冷凍サイクルに用いられた場合の本発明を適用した容積形圧縮機のピストンの先端位置は、最もボア先端から遠くなる条件の一つは、圧縮機の回転数が最も遅い場合である。この場合、冷凍サイクル内は、冷媒を圧縮する仕事を最も求められていない状態にあり、圧縮機に求められる仕事も出来るだけ小さいことが求められる状態にある。
【００３８】
尚、一定速で回転する容積形圧縮機においては、冷凍冷蔵庫や冷蔵庫の冷凍サイクルに用いられた場合、一定速で回転させるか、させないかである。そのため、その一定速で回転するときのピストン先端の位置を考慮すればよいことは云うまでもない。
【００３９】
これまで述べた様に、本発明の各実施例を適用すると、ピストンがシリンダボア内を往復動してそのピストンが圧縮工程にあるときに、ボルトの締付けによるシリンダボアの変形が、圧縮室が吐出圧力になるピストンの先端位置よりもシリンダボアの開口部から離れた位置に生じさせるため、シリンダとピストンとの間のシール性を向上でき、圧縮機の効率が向上する。また、圧縮工程におけるピストンの先端位置とシリンダボアの変形位置との位置関係を考慮した構造で圧縮機の効率が向上するため、大規模な設備投資を必要としない。また、始めからシリンダボアの変形を考慮しておくことで生産性も高く、製造コストの低減を図ることが出来る。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、シリンダブロックとピストンとの間のシール性を損なうことなく、シリンダヘッド等をシリンダブロックにボルトにより締め付け固定することができ、高い効率の圧縮機とすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る容積形圧縮機の縦断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係るシリンダブロックに設けられたボルト穴の説明図。
【図３】中空部を有するボルト穴のＡ−Ａ断面の拡大図。
【図４】図３のシリンダブロック２に各部材をボルト１５で締め付けて固定したときのボルト穴１０近傍における変形形状の模式図。
【図５】ボルト及びナットにより各部材をシリンダブロックに締め付けて固定したときのボルト穴１０近傍におけるＡ−Ａ断面の拡大図。
【図６】ボルト及びナットによりシリンダブロックに各部材を締め付けて固定したときのボルト穴１０近傍におけるＡ−Ａ断面の変形形状の模式図。
【図７】図２における各部材をシリンダヘッドに締め付けて固定するボルト穴１０近傍のＢ−Ｂ断面図。
【符号の説明】
１・・・フレーム、２・・・シリンダブロック、３・・・スライダ、４・・・ピストン、７・・・クランクシャフト、７ａ・・・クランクピン、８・・・シリンダボア、１０・・・ボルト穴、１１・・・吸入弁、１２・・・シリンダヘッド、１３・・・吐出弁、１４・・・ヘッドカバー、１５・・・ボルト、１６・・・ナット、１７・・・ブロック、１７・・・雌ネジ部

Claims

密閉容器内に、ピストンが往復動するボアを有するシリンダと、前記ボアの開口端を閉塞する弁部と、その弁部を固定するボルトとを有し、前記ボアと前記ピストンと前記弁部とからなる圧縮室を備えた密閉形圧縮機において、その密閉形圧縮機は、前記シリンダに設けられて前記ボルトを貫通する中空部を有し、前記ボアの開口端から前記圧縮室の圧力が吐出圧力になるときの前記ピストンの先端位置までの距離が、前記ボアの開口端と同一の平面から前記中空部を貫通したボルトが係合する雌ネジの開始位置までの距離よりも短い構造を備えた密閉形圧縮機。
前記雌ネジが前記シリンダに設けられている請求項１記載の密閉形圧縮機。
前記ボルトが前記弁部を固定するときに、前記雌ネジを備えたナットが前記ボルトと締結している請求項１記載の密閉形圧縮機。
密閉容器内に、ピストンが往復動するボアを有するシリンダと、前記ボアの開口端を閉塞する弁部と、その弁部を固定するボルトとを有し、前記ボアと前記ピストンと前記弁部とからなる圧縮室を備えた密閉形圧縮機において、その密閉形圧縮機は、前記シリンダに設けられて前記ボルトを貫通する中空部を有し、前記ボアの開口端から前記圧縮室の圧力が吐出圧力になるときの前記ピストンの先端位置までの距離が、前記ボアの開口端と同一の平面から前記中空部の後端までの距離よりも短い構造を備えた密閉形圧縮機。
前記中空部と連続して、前記シリンダに前記ボルトと締結する雌ネジが前記シリンダに設けられている請求項４記載の密閉形圧縮機。
前記ボルトと締結する前記雌ネジを有するナットを備え、前記ボルトが前記中空部を介して前記弁部を固定する請求項４記載の密閉形圧縮機。
密閉容器内に、モータの回転駆動に応じてピストンが往復動するボアを有するシリンダと、前記ボアの開口端を閉塞する弁部と、その弁部を固定するボルトとを有し、前記ボアと前記ピストンと前記弁部とからなる圧縮室を備えた密閉形圧縮機において、その密閉形圧縮機は、前記シリンダに設けられて前記ボルトを貫通する中空部を有し、前記モータの回転数に応じた吐出圧に前記圧縮室の圧力がなったときの前記ボアの開口端からの前記ピストンの先端位置までの距離が、前記ボアの開口端と同一の平面から前記中空部を貫通したボルトが係合する雌ネジの開始位置までの距離よりも短い構造を備えた密閉形圧縮機。
前記ボアの開口端からの前記ピストンの先端位置までの距離が、前記モータの回転数が当該圧縮機の運転中で最も低い回転数のときに前記圧縮室が吐出圧になったときの前記ピストンの先端位置と前記ボアの開口端の距離である請求項７記載の密閉形圧縮機。
前記ボアの開口端からの前記ピストンの先端位置までの距離が、当該圧縮機が定格運転時の前記モータ回転数のときに前記圧縮室が吐出圧になったときの前記ピストンの先端位置と前記ボアの開口端の距離である請求項７記載の密閉形圧縮機。