JP2005171988A - 吸入弁及びこれを備えた往復動式圧縮機 - Google Patents
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Abstract
【課題】 冷媒吸入量を極大化し、騒音発生を最小化し得る吸入弁及びこれを備えた往復動式圧縮機を提供すること。
【解決手段】 密閉容器に内蔵されて回転駆動力を発生する電動機構部と、該電動機構部の回転駆動力によりピストンが直線往復運動を行いながら冷媒をヘッドの吸入流路及び吐出流路を通してシリンダの内部に吸入及び吐出する圧縮機構部とから構成された往復動式圧縮機が、圧縮機構部のシリンダ430とヘッド410間に固定され、吸入流路411と対向する位置に形成されて吸入流路411を開閉させる開閉部441と、開閉部441の周縁部に曲線状に形成されて開閉部441を弾性支持する曲線状の弾性部442とを有した吸入弁シート400を具備する。
【選択図】 図1
【解決手段】 密閉容器に内蔵されて回転駆動力を発生する電動機構部と、該電動機構部の回転駆動力によりピストンが直線往復運動を行いながら冷媒をヘッドの吸入流路及び吐出流路を通してシリンダの内部に吸入及び吐出する圧縮機構部とから構成された往復動式圧縮機が、圧縮機構部のシリンダ430とヘッド410間に固定され、吸入流路411と対向する位置に形成されて吸入流路411を開閉させる開閉部441と、開閉部441の周縁部に曲線状に形成されて開閉部441を弾性支持する曲線状の弾性部442とを有した吸入弁シート400を具備する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、往復動式圧縮機に関し、特に、冷媒がシリンダの内部に吸入される通路である吸入流路を開閉させる吸入弁の構造を改善することで圧縮効率を向上し得る吸入弁及びこれを備えた往復動式圧縮機に関する。
一般に、圧縮機は、冷気を発生する冷蔵庫及びエアコンのような機器の冷凍サイクルの一部を構成して冷媒を圧縮する機器であって、通常、圧縮機は、密閉容器の内部に配設されて回転駆動力を発生する電動機構部と、該電動機構部の回転駆動力の伝達を受けて冷媒を吸入及び圧縮する圧縮機構部とを含んで構成される。
前記圧縮機構部は、流体が流入するシリンダと、該シリンダの内部に往復運動自在に挿入されるピストンと、該ピストンの直線往復運動によって交互にシリンダの内部空間を開閉する吸入弁及び吐出弁とを含んで構成される。
このような往復動式圧縮機の圧縮機構部は、電動機構部から発生する回転駆動力をピストンに伝達して該ピストンを直線往復運動させ、該ピストンの直線往復運動によって吸入弁及び吐出弁が交互に開閉することにより、シリンダの内部に冷媒が吸入及び吐出される動作を連続的に繰り返しながら冷媒を圧縮するものである。
図5は、一般の往復動式圧縮機の構成を示した縦断面図で、図示されたように、一般の往復動式圧縮機は、下部密閉容器101及び上部密閉容器102から構成される密閉容器100の内部に支持バネ110が配設され、該支持バネ110により電動機構部120及び圧縮機構部130が支持される。
前記電動機構部120は、フレーム121に装着された固定子122aと、該固定子122aの内部に挿入されて該固定子122aと電気的相互作用を行う回転子122bと、前記フレーム121の中央に挿入されるとともに前記回転子122bに固定結合された回転軸123とから構成される。
また、前記圧縮機構部130は、前記回転軸123の上部に位置し、該回転軸123の中心に対し偏心している偏心部131が一体に備えられる。該偏心部131には、連結ロッド132の一端が連結され、該連結ロッド132の他端は、ピストン133の一端に連結されている。また、前記ピストン133は、シリンダ134の内部に挿入され、該シリンダ134の前方には、冷媒を吸入及び吐出するための吸入流路及び吐出流路が形成されたヘッド135が備えられ、それらシリンダ134とヘッド135間には、前記吸入流路を開閉させるための吸入弁が形成された吸入弁シート136が配設される。前記ヘッド135の前方には、前記吐出流路を開閉させるための吐出弁(図示せず)と、前記吸入流路及び吐出流路とそれぞれ連結される吸入マフラー及び吐出マフラーが分離形成されたヘッドカバー137とが備えられる。
このように構成された一般の往復動式圧縮機は、電動機構部120に電源が供給されると、電動機122の固定子122aと回転子122bとの電気的相互作用により斥力と引力が発生することで、回転子122bが回転して回転軸123を回転させる。
このように前記回転軸123が回転すると、該回転軸123の上部に形成された偏心部131が該回転軸123を中心に偏心回転され、偏心部131の偏心回転運動を連結ロッド132がピストン133に伝達することで、該ピストン133がシリンダ134の内部で直線往復運動を行うようになる。
このように前記ピストン133がシリンダの内部で直線往復運動を行うことで、吸入弁と吐出弁とが交互に動作しながらガスを吸入、圧縮及び吐出させる。
このような往復動式圧縮機の動作時にシリンダ内部の圧力差により吸入流路を開閉する吸入弁は、図6及び図7示したように、所定面積を有する薄板からなる吸入弁シート136に所定形状に切断された切欠部200により形成される。
前記吸入弁は、円形状に形成されて吸入流路を開閉する開閉部212と、該開閉部から所定長さを有する直線状に延長形成されて該開閉部212を弾性支持する弾性部211とから構成され、それら開閉部及び弾性部は片持梁式に形成される。
以下、このような吸入弁の動作をより詳しく説明する。
前記電動機構部の駆動力の伝達を受けてシリンダ134の内部で直線往復運動を行うピストン133が上死点Hから下死点Lに移動すると、シリンダ134の外部と内部との圧力差により吸入弁の弾性部211が撓んでヘッド135の吸入流路220を開放し、該吸入流路220を通してシリンダ134の内部に冷媒が吸入され、ピストン133が下死点Lから上死点Hに移動すると、シリンダ134の内部と外部との圧力差及び弾性力の復元力により、開閉部212が平らになって吸入流路220を閉塞する。これと共に、シリンダ134内部の冷媒が圧縮され、該冷媒の圧力が所定圧力以上になると、吐出弁(図示せず)が動いて吐出流路(図示せず)を開放することで、圧縮された冷媒が吐出流路を通してシリンダの外部に吐出され、その吐出された冷媒はシリンダに結合されたマフラーを通して圧縮機の外部に吐出される。
前記電動機構部の駆動力の伝達を受けてシリンダ134の内部で直線往復運動を行うピストン133が上死点Hから下死点Lに移動すると、シリンダ134の外部と内部との圧力差により吸入弁の弾性部211が撓んでヘッド135の吸入流路220を開放し、該吸入流路220を通してシリンダ134の内部に冷媒が吸入され、ピストン133が下死点Lから上死点Hに移動すると、シリンダ134の内部と外部との圧力差及び弾性力の復元力により、開閉部212が平らになって吸入流路220を閉塞する。これと共に、シリンダ134内部の冷媒が圧縮され、該冷媒の圧力が所定圧力以上になると、吐出弁(図示せず)が動いて吐出流路(図示せず)を開放することで、圧縮された冷媒が吐出流路を通してシリンダの外部に吐出され、その吐出された冷媒はシリンダに結合されたマフラーを通して圧縮機の外部に吐出される。
然るに、このような従来の吸入弁210は、シリンダ134内部の圧力差により弾性部211が撓んで開閉部212が吸入流路220を開放することでシリンダ134の内部に冷媒が吸入される過程で、所定幅を有する弾性部211が直線状に形成されているため、開閉部212が傾斜した状態で吸入流路220を開閉するようになるだけでなく、該開閉部212を弾性支持する弾性部211が冷媒の流動を阻害するようになることで、吸入流路220を通してシリンダ134の内部に吸入される冷媒の流動抵抗を生じる。よって、吸入流路220を通してシリンダ134の内部に吸入される冷媒ガスの吸入量を相対的に減少させて圧縮性能を低下させるのみならず、流動抵抗により騒音を引き起こして信頼性を低下させるという問題点があった。
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、シリンダの内部と外部との圧力差により吸入流路の開放時にシリンダの内部に吸入される冷媒の吸入流動抵抗を最小化することで冷媒の吸入量を極大化し、騒音の発生を最小化し得る吸入弁及びこれを備えた往復動式圧縮機を提供することを目的とする。
このような目的を達成するため、本発明に係る往復動式圧縮機は、密閉容器に内蔵されて回転駆動力を発生する電動機構部と、該電動機構部の回転駆動力によりピストンがシリンダの内部で直線往復運動を行いながら、冷媒をヘッドの吸入流路及び吐出流路を通してシリンダの内部に吸入及び吐出する圧縮機構部とから構成された往復動式圧縮機であって、前記圧縮機構部のシリンダとヘッド間に固定され、前記吸入流路と対向する位置に形成されて該吸入流路を開閉させる開閉部と、該開閉部の周縁部に曲線状に形成されて該開閉部を弾性支持する曲線状の弾性部とを有した吸入弁シートを具備して構成されることを特徴とする。
また、本発明に係る吸入弁は、所定形状の薄板から形成されてシリンダの内部に冷媒が吸入される吸入流路を開閉する開閉部と、該開閉部の一方側に該開閉部を取り囲むように曲線状に延長形成されて該開閉部を弾性支持する弾性部とを含んで構成されることを特徴とする。
本発明に係る往復動式圧縮機において、冷媒をシリンダの内部に吸入する吸入弁を、吸入流路を開閉する開閉部と、該開閉部の周縁部に曲線状に形成され、該開閉部を弾性支持する曲線状の弾性部とを備えるように構成することで、圧縮機から発生する騒音が低減され、冷媒吸入時の有効流動面積が広くなり、よって、冷媒の吸入量が増加して吸入効率が上昇し、圧縮機の圧縮効率が向上するとの効果を奏する。
以下、本発明に係る吸入弁及びこれを備えた往復動式圧縮機を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
本発明に係る往復動式圧縮機は、回転駆動力を発生する電動機構部と、該電動機構部の回転駆動力により冷媒を吸入及び吐出する圧縮機構部とを含んで構成される。以下に説明する圧縮機構部を除いた往復動式圧縮機の構造は従来の技術と同様である。
前記圧縮機構部は、シリンダと、該シリンダの内部に内蔵され、前記回転駆動力により直線往復運動を行いながらシリンダの内部に冷媒を吸入及び吐出させるピストンと、前記シリンダの前方に配設され、冷媒を吸入及び吐出するための吸入流路及び吐出流路が形成されたヘッドと、それらシリンダとヘッド間に備えられる吸入弁シートと、該吸入弁シートの前記吸入流路と対向する位置に形成され、該吸入流路を開閉させる開閉部と、該開閉部の周縁部に曲線状に形成され、該開閉部を弾性支持する曲線状の弾性部とを含んで構成される。
図1は、本発明に係る吸入弁シートの第1実施形態を示した平面図で、図2は、本発明に係る吸入弁が開放されて冷媒が吸入される状態を示した縦断面図で、図示されたように、本発明に係る吸入弁シート400の第1実施形態には、ヘッド410に形成されて吸入マフラー420の冷媒がシリンダ430の内部に吸入される吸入流路411に対向する位置に形成された開閉部441と、該開閉部441の周縁部を螺旋状に切欠形成された弾性部442とから構成される吸入弁440が形成される。
一方、前記吸入弁シート400は、前記開閉部441の周縁部が対角方向に対称をなす二重の螺旋状に切り欠かれ、該開閉部441が螺旋状の弾性部442により弾性支持されるように形成することもできる。
また、前記吸入弁シート400は、開閉部441を除いた内部の一部分が欠如されるように形成することもできる。この場合、吸入弁シート400の材料を減らし、軽量に製作することができる。前記吸入弁シート400は、応力が集中しない個所を欠如させることが好ましい。
また、前記吸入弁シート400は、開閉部441を除いた内部の一部分が欠如されるように形成し、且つ、開閉部441の周縁部が螺旋状に切り欠かれ、該開閉部441が螺旋状の弾性部442により弾性支持されるように形成することもできる。
また、前記吸入弁シート400は、開閉部441を除いた内部の一部分が欠如されるように形成し、且つ、開閉部441の周縁部が対角方向に対称をなす二重の螺旋状に切り欠かれ、該開閉部441が螺旋状の弾性部により弾性支持されるように形成することもできる。
前記吸入弁シート400は、開閉部441の端部とヘッド410との摩耗を減らすため、耐摩耗加工を施すことが好ましい。前記開閉部441の端部がヘッド410との衝突が最も激しいので、該開閉部441の端部のみを選択的に耐摩耗加工することで摩耗を防止することができる。
以下、このように構成された本発明に係る往復動式圧縮機の吸入弁の動作を説明する。
このように構成された本発明は、電動機構部の駆動力の伝達を受けてシリンダ430の内部でピストン433が上死点Hから下死点Lに移動すると、シリンダ430の外部と内部との圧力差により吸入弁の弾性部442が撓んで、該弾性部442に連結された開閉部441がヘッド410の吸入流路411を開放し、該吸入流路411を通してシリンダ430の内部に冷媒が吸入される。
このように構成された本発明は、電動機構部の駆動力の伝達を受けてシリンダ430の内部でピストン433が上死点Hから下死点Lに移動すると、シリンダ430の外部と内部との圧力差により吸入弁の弾性部442が撓んで、該弾性部442に連結された開閉部441がヘッド410の吸入流路411を開放し、該吸入流路411を通してシリンダ430の内部に冷媒が吸入される。
ここで、吸入弁440が、シリンダ430内部の圧力差により弾性部442が撓みながら開閉部441が吸入流路411を開放することでシリンダ430の内部に冷媒が吸入される過程で、所定幅を有する弾性部442が曲線状に形成されているため、弾性部442が直線状に形成された場合より弾性部442全体が同時に変形される。よって、開閉部441全体がヘッド410の吸入流路411を同時に開放させるようになるので、吸入流路411の有効流動面積が広くなる。従って、吸入流路411を通して吸入される冷媒が流動抵抗を少なく受けるだけでなく、冷媒の吸入量が相対的に増加して圧縮性能を上昇させ、流動抵抗により発生する騒音を低減可能となる。
図1に示した本発明の第1実施形態の吸入弁と、図6に示した従来の吸入弁とを比較して表1〜3にまとめた。表1は、冷凍能力(Heat Capacity)、消費電力(Work Input)、エネルギー効率(EER:Energy Efficiency Ratio)についての比較であり、表2は、冷媒の再膨脹時に発生する損失(Re-Exp)、冷媒の吸入過程で圧力が基準圧力以下に下がることで発生する損失(Under shoot)、冷媒の吸入過程で温度が基準温度以下に下がることで発生する損失(Suction Heat)、冷媒の圧縮過程で発生する損失(Comp)、冷媒の吐出過程で圧力が基準圧力以上に上昇して発生する損失(Over shoot)についての比較であり、表3は、冷媒の再膨脹時に発生する効率(Re-Exp)、冷媒の吸入過程で圧力が基準圧力以下に下がることで発生する効率(Under shoot)、冷媒の吸入過程で温度が基準温度以下に下がることで発生する効率(Suction Heat)、冷媒の圧縮過程で発生する効率(Comp)、冷媒の吐出過程で圧力が基準圧力以上に上昇して発生する効率(Over shoot)、及び全体の圧縮効率(Over-all)についての比較である。
上記表から分かるように、本発明に係る吸入弁を備えた往復動式圧縮機は、従来の吸入弁を備えた往復動式圧縮機に比べて、冷媒の吐出過程で圧力が基準圧力以上に上昇して発生する損失が多く、冷媒の吐出過程で圧力が基準圧力以上に上昇して発生する効率が低いが、エネルギー効率(EER)が約0.04%上昇し、全体の圧縮効率が約0.04%上昇するなど、全体的に損失が少なく、効率が上昇することが分かる。
また、本発明に係る吸入弁が備えられた往復動式圧縮機と従来の吸入弁が備えられた往復動式圧縮機とが冷媒を吸入及び吐出するときの、変化されるシリンダの内部圧力及び吸入マフラーの出口圧力をそれぞれ測定して、図3に示したような結果を得、吸入マフラーの出口圧力からシリンダの内部圧力を減算した吸入弁の損失を測定して、図4に示したような結果を得た。
前記図3のグラフから吸入マフラーの出口圧力の変化をみると、シリンダの内部に冷媒を吸入する回転軸の回転位相角が約220〜315°間の場合、本発明が従来に比べて脈動成分が顕著に低下され、よって、吸入弁の開閉により発生する騒音が顕著に低減されたことが分かる。
また、吸入弁の損失は、図4に示したように、回転軸の回転位相角が約235°の場合は従来の吸入弁に比べて増加するが、他の回転位相角では従来に比べて顕著に減少されたことが分かる。
このように、吸入弁の有効流動面積が広くなり、冷媒の吸入による流動抵抗が少なくなり、全体的に冷媒の圧縮効率が向上したことが分かる。
100 密閉容器
120 電動機構部
122 電動機
130 圧縮機構部
133 ピストン
134 シリンダ
136 吸入弁シート
200 切欠部
211 弾性部
212 開閉部
220 吸入流路
400 吸入弁シート
411 吸入流路
420 吸入マフラー
430 シリンダ
433 ピストン
440 吸入弁
441 開閉部
442 弾性部
120 電動機構部
122 電動機
130 圧縮機構部
133 ピストン
134 シリンダ
136 吸入弁シート
200 切欠部
211 弾性部
212 開閉部
220 吸入流路
400 吸入弁シート
411 吸入流路
420 吸入マフラー
430 シリンダ
433 ピストン
440 吸入弁
441 開閉部
442 弾性部
Claims (6)
- 密閉容器に内蔵されて回転駆動力を発生する電動機構部と、該電動機構部の回転駆動力によりピストンが直線往復運動を行いながら冷媒をヘッドの吸入流路及び吐出流路を通してシリンダの内部に吸入及び吐出する圧縮機構部とから構成された往復動式圧縮機であって、
前記圧縮機構部のシリンダとヘッド間に固定され、前記吸入流路と対向する位置に形成されて該吸入流路を開閉させる開閉部と、該開閉部の周縁部に曲線状に形成されて該開閉部を弾性支持する曲線状の弾性部とを備えた吸入弁シートを具備する往復動式圧縮機。 - 前記吸入弁シートは、前記開閉部の周縁部が螺旋状に切り欠かれ、該開閉部を弾性支持する螺旋状の弾性部が形成されることを特徴とする請求項1記載の往復動式圧縮機。
- 前記吸入弁シートは、前記開閉部を除いた内部の一部分が欠如されていることを特徴とする請求項1記載の往復動式圧縮機。
- 前記吸入弁シートは、前記開閉部の周縁部が螺旋状に切り欠かれ、該開閉部を弾性支持する螺旋状の弾性部が形成されることを特徴とする請求項3記載の往復動式圧縮機。
- 前記吸入弁シートは、開閉部の端部とヘッドとの摩耗を減らすため、耐摩耗加工を施すことを特徴とする請求項1記載の往復動式圧縮機。
- 所定形状の薄板から形成されてシリンダの内部に冷媒が吸入される吸入流路を開閉する開閉部と、
該開閉部の一方側に該開閉部を取り囲むように曲線状に延長形成されて該開閉部を弾性支持する弾性部と、
を備えて構成されることを特徴とする吸入弁。
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