JP2005171988A

JP2005171988A - 吸入弁及びこれを備えた往復動式圧縮機

Info

Publication number: JP2005171988A
Application number: JP2004318229A
Authority: JP
Inventors: Jong-Hoon Kim; ジョン−フーンキム; Ho-Seon Rew; ホ−ソンリュウ; Jeong-Ho Lee; ジョン−ホリー
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2004-11-01
Publication date: 2005-06-30
Also published as: US20050129548A1; DE102004039452A1; KR20050056601A; CN1626802A

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

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。

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。

本発明に係る吸入弁シートを示した平面図である。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ある。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示したグラフである。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の吸入弁損失をそれぞれ測定して示したグラフである。一般の往復動式圧縮機の構成を示した縦断面図である。従来の吸入弁シートを示した平面図である。従来の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ある。

符号の説明

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

Claims

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。