JP2005214068A - Closed type reciprocating compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は密閉型往復動圧縮機に係り、特に低段側圧縮要素と高段側圧縮要素の異なる弁装置を有する密閉型往復動圧縮機に関する。 The present invention relates to a hermetic reciprocating compressor, and more particularly to a hermetic reciprocating compressor having valve devices having different low-stage compression elements and high-stage compression elements.
蒸発圧力(温度)の異なる2つの蒸発器を有する冷凍冷蔵庫等の冷凍装置の冷凍サイクルに用いる圧縮機として、密閉容器内に低段側圧縮要素と高段側圧縮要素の2つの圧縮要素を備えた二段圧縮式の密閉型往復動圧縮機が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような従来の圧縮型往復動圧縮機において、吸込孔とこの吸込孔を開閉する吸込弁及び吐出孔この吐出孔を開閉する吐出弁等からなる弁装置は、低段側圧縮要素用、高段側圧縮要素用共に孔径や弁の板厚等その構成が同一であった。 As a compressor used in a refrigeration cycle of a refrigeration apparatus such as a refrigerator / freezer having two evaporators having different evaporation pressures (temperatures), the compressor includes two compression elements, a low-stage compression element and a high-stage compression element, in a sealed container. A two-stage compression type hermetic reciprocating compressor is known (see, for example, Patent Document 1). In such a conventional compression type reciprocating compressor, a valve device comprising a suction hole, a suction valve that opens and closes the suction hole, and a discharge valve that opens and closes the discharge hole is used for a low-stage compression element. The configuration of the step-side compression element, such as the hole diameter and the valve thickness, was the same.
しかしながら、上記のような冷凍サイクルに用いられる二段圧縮式の圧縮機においては、低段側圧縮要素と高段側圧縮要素とで吸込圧力や吐出圧力の圧力条件、冷媒流量等が異なるため、圧縮機としての性能を十分に向上させることができなかった。
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、高効率の低段側圧縮要素及び高段側圧縮要素を有する密閉型往復動圧縮機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a highly efficient low-stage compression element and a hermetic reciprocating compressor having a high-stage compression element.
上記目的を達成するため、本発明の1つの態様によれば、低圧冷媒吸込管、中間圧冷媒吸込管及び吐出管が接続された密閉容器内に、電動機部によって駆動される低段側圧縮要素及び高段側圧縮要素を収納し、前記低圧側冷媒吸込管から低段側圧縮要素に低圧冷媒を吸込んで圧縮し吐出するとともに、前記低段側圧縮要素から吐出された冷媒及び中間圧冷媒吸込管から吸込まれた冷媒を吸込んで圧縮し、前記吐出管から吐出する密閉型往復動圧縮機において、前記低段側圧縮要素と高段側圧縮要素の弁装置の構成を異ならせたことを特徴とする密閉型往復動圧縮機が提供される。 In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, a low-stage compression element driven by an electric motor unit in a sealed container to which a low-pressure refrigerant suction pipe, an intermediate-pressure refrigerant suction pipe, and a discharge pipe are connected. And the high-stage compression element, and the low-pressure refrigerant is sucked into the low-stage compression element from the low-pressure refrigerant suction pipe and compressed and discharged, and the refrigerant discharged from the low-stage compression element and the intermediate-pressure refrigerant suction In the hermetic reciprocating compressor that sucks and compresses the refrigerant sucked from the pipe and discharges it from the discharge pipe, the low-stage compression element and the high-stage compression element have different valve devices. A hermetic reciprocating compressor is provided.
本発明に係る密閉型往復動圧縮機によれば、高効率の低段側圧縮要素及び高段側圧縮要素を有する密閉型往復動圧縮機を提供することができる。 The hermetic reciprocating compressor according to the present invention can provide a hermetic reciprocating compressor having a high-efficiency low-stage compression element and a high-stage compression element.
以下、本発明に係わる密閉型往復動圧縮機の一実施形態について添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a hermetic reciprocating compressor according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明に係る密閉型往復動圧縮機の横断面図で、冷凍サイクルに組込んだ状態を示す。図2はその縦断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a hermetic reciprocating compressor according to the present invention, showing a state where it is incorporated in a refrigeration cycle. FIG. 2 is a longitudinal sectional view thereof.
図1及び図2に示すように、本発明に係る密閉型往復動圧縮機1は、低圧冷媒吸込管2a、中間圧冷媒吸込管2b及び吐出管2cが接続された密閉容器2と、この密閉容器2に収容された電動機部3と、この電動機部3によって駆動される低段側圧縮要素4及び高段側圧縮要素5を有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, a hermetic
上記密閉容器2に接続された吐出管2cは、蒸発圧力(温度)の異なる2つの蒸発器を有する例えば冷凍冷蔵庫等の冷凍装置の凝縮器21に接続され、中間圧冷媒吸込管2bは冷蔵室用蒸発器22に接続され、低圧冷媒吸込管2aは冷藏室用蒸発器22よりも蒸発圧力の低い冷凍室用蒸発器23に接続される。
The
また、電動機部3は固定子3aと回転子3bからなり、この回転子3bはフレーム3cに支持された回転軸6に固着されている。
The
さらに、低段側圧縮要素4は、シリンダ4aと、このシリンダ4a内を回転軸6の上部に形成されたクランク軸部6aによって往復動されるピストン4bと、シリンダ4aの端面に設けられた弁装置41を有し、低圧冷媒吸込管2aを介し蒸発圧力の低い冷凍室用蒸発器23から吸込まれるガス冷媒は、低段側吸込管4d、低段側吸込マフラ4e、低段側吸込室4f、弁装置41を介してシリンダ4a内に吸込まれ、ピストン4bによって圧縮されて、弁装置41、低段側吐出室4g、密閉容器2内に開口した低段側吐出管4hを介して、密閉容器2内に吐出するような構造になっている。低段側圧縮要素4と同様に、高段側圧績要素5はシリンダ5aと、このシリンダ5a内を回転軸6クランク軸部6aによって往復動されるピストン5bと、シリンダ5aの端面に設けられた弁装置51を有し、密閉容器2内に開口した高段側吸込管5dを介して吸込まれるガス冷媒は、高段側吸込室5f、弁装置51を介してシリンダ5a内に吸込まれ、ピストン5bによって圧縮されて、弁装置51、高段側吐出室5g、高段側吐出マフラ5e、高段側吐出管5hを介して、密閉容器2外の吐出管2cに吐出されるような構造になっている。この高段側圧縮要素5での圧縮行程において、高段側吸込管5dが吸込む冷媒は、低段側圧縮要素4で圧縮され密閉容器2内に吐出された冷媒に加えて、中間圧冷媒吸込管2bから密閉容器2内に吸込まれた中間圧の冷媒が密閉容器2で混合されたものである。
Further, the low-
また、吐出管2cに吐出された高圧冷媒は、凝縮器21で凝縮され、第1のキャピラリチューブ22aと冷蔵室用蒸発器22、第2のキャピラリチューブ23aと冷凍室用蒸発器23へと分流される。
The high-pressure refrigerant discharged to the
上記冷媒は例えばイソブタン(R600a)であり、冷凍冷蔵庫の場合、低段側圧縮要素4の吸込圧力は、約0.1MPa、低段側圧縮要素4の吐出圧力すなわち、高段側圧縮要素5の吸込圧力は、約0.3MPa、高段側圧縮要素5の吐出圧力は、約0.9MPaになる。
The refrigerant is, for example, isobutane (R600a), and in the case of a refrigerator-freezer, the suction pressure of the low-
図3(a)〜(c)に示すように、上記低段側圧縮要素4の弁装置41及び高段側圧縮要素5の弁装置51は、同様の構成と形状をなし、その吸込孔及び吐出孔の直径のみが異なる。従って、弁装置41及び弁装置51を、符号を並列して同時に説明する。
As shown in FIGS. 3A to 3C, the
弁装置41、51は、2個の吸込孔41a1、51a1、2個の吐出孔41a2、51a2が設けられた弁座板41a、51aと、この弁座板41a、51aに取り付けられ吐出孔41a2、51a2を開閉するU字形状の吐出弁41b、51bと、この吐出弁41b、51bの開度を制限する約U字形状の吐出弁押え41c、51cと、弁座板41a、51aの吐出弁41b、51bと反対面には吸込孔41a1、51a1を開閉する吸込弁41d、51dが設けられ、吸込弁41d、51dは弁座板41a、51aと略同一の形状を有しており、スリット41d1、51d1により吸込弁部41d2、51d2が形成されている。なお、図3(a)、(c)中、符号41d2、51d2は吸込通路である。
The
図4に示すように、弁装置41の吐出孔41a2の直径Dd1は例えば4.5mmで、弁装置51の吐出孔51a2の直径Dd2の3.1mmに対して、Dd1/Dd2はほぼ1.5であり、この比率の根拠は後述の試験結果に基づくものであり、さらに、弁装置41の吸込孔41a1の直径Ds1は弁装置51の吸込孔51a1の直径Ds2よりも大きくなっている。
As shown in FIG. 4, the diameter Dd 1 of the
一般に往復動圧縮機において、図6に示すように、吐出孔部分の空間容積は、ピストンが上死点に位置したときに吐出ガスが残留し、この残留ガスはピストンが下死点に行く間に再膨張する。再膨張したガス容積のため吸込冷媒量が低下し、効率が低下する。このため、吐出孔部分の空間容積はできるだけ小さくなるように吐出孔の直径が設定される。しかしながら、吐出孔の直径が小さい(空間容積が小さい)と再膨張量が小さくなり、吸込冷媒量の低下は少なくなるが、流路抵抗が大きくなり過圧縮となり必要以上にシリンダ内圧力が上昇して圧縮仕事量が増加し効率を低下させる。この吐出孔の空間容積による吸込冷媒量の低減による効率低下と、吐出孔の流路抵抗の影響度は、吸込圧力と吐出圧力との関係及び吸込冷媒量によって異なる。 In general, in a reciprocating compressor, as shown in FIG. 6, the space volume of the discharge hole portion is such that the discharge gas remains when the piston is located at the top dead center, and this residual gas remains between the piston and the bottom dead center. Re-inflate. Due to the re-expanded gas volume, the amount of refrigerant sucked decreases, and the efficiency decreases. For this reason, the diameter of the discharge hole is set so that the spatial volume of the discharge hole portion becomes as small as possible. However, if the diameter of the discharge hole is small (the space volume is small), the re-expansion amount is small and the decrease in the suction refrigerant amount is small. However, the flow resistance is increased and over-compression occurs and the cylinder pressure rises more than necessary. As a result, compression work increases and efficiency decreases. The efficiency drop due to the reduction in the amount of suction refrigerant due to the space volume of the discharge hole and the degree of influence of the flow path resistance of the discharge hole differ depending on the relationship between the suction pressure and the discharge pressure and the amount of suction refrigerant.
そこで、図3(a)〜(c)に示すような弁座板41aの板厚を一定にして吐出孔41a2の直径を種々変えて試験したところ、低段側圧縮要素4の吐出孔41a2の直径Dd1、高段側圧縮要素5の吐出孔51a2の直径Dd2とすると、Dd1/Dd2を1よリ大きくすると圧縮機としての成績係数が向上することが分かった。これは、低段側圧縮要素4の吸込圧力と吐出圧力との圧力差が高段側圧縮要素5のそれより小さいため、残留ガスの再膨張による損失よりも、流路抵抗低減による圧縮仕事量の低減効果の割合が大きいためである。なお、Dd1/Dd2が2より大きいと成績係数が低下するので、1<Dd1/Dd2≦2であるのが好ましく、1.2≦Dd1/Dd2≦1.8であるのがより好ましい。
Therefore, the
次に、上記密閉型往復動圧縮機の圧縮運転について説明する。 Next, the compression operation of the hermetic reciprocating compressor will be described.
図1及び図2に示すように、電動機部3に通電して回転軸6を回転駆動すると、クランク軸部6aが一体に偏心回転する。この偏心回転に伴い、低段側圧縮要素4の弁装置41及び高段側圧縮要素5のピストン4b、5bが、同一方向に往復運動する。これら低段側圧縮要素4、高段側圧縮要素5のシリンダ4a、5aがほぼ180°対向する位置に配置されており、各ピストン4b、5bはそれぞれのシリンダ4a、5aにおいて互いに逆の行程をなす。
As shown in FIGS. 1 and 2, when the
低段側圧縮要素4では、蒸発圧力の低いガス冷媒が、冷凍室用蒸発器23から低圧冷媒吸込管2a、低段側吸込管4d、低段側吸込マフラ4eを介して低段側吸込室4fに吸込まれる。低段側吸込室4fに吸込まれた蒸発圧力の低いガス冷媒は、弁装置41の吸込孔41a1を通り、シリンダ4a内に吸込まれ、ピストン4bによって中間圧に圧縮されて、吐出弁装置41の吐出孔41a2、低段側吐出室4g、密閉容器2内に開口した低段側吐出管4hを介して、密閉容器2内に吐出される。さらに、密閉容器2には中間圧冷媒吸込管2bから中間圧の冷媒が吸込まれ、上記低段側圧縮要素4で圧縮された冷媒と混合される。
In the low-
密閉容器2の中間圧冷媒は、密閉容器2内に開口した高段側吸込管5dを介して高段側吸込室5fに吸込まれる。高段側吸込室5fに吸込まれた中間圧のガス冷媒は弁装置51の吸込孔51a1を通り、シリンダ5a内に吸込まれ、ピストン5bによって高圧に圧縮されて、弁装置51の吐出孔51a2、高段側吐出室5g、高段側吸込マフラ5eを介して密閉容器2外の吐出管2c吐出される。
The intermediate pressure refrigerant in the sealed
上記のような低段側圧縮要素4による低圧から中間圧への圧縮行程、高段側圧縮要素5による中間圧から高圧への圧縮行程において、吸込孔41a1、51a1、吐出孔41a2、51a2の大きさはガスの流路抵抗とガスの再膨張のため圧縮効率に影響を与えるが、低圧側圧縮要素4の吐出孔41bの直径Dd1と高段側圧縮要素5の吐出孔41bの直径Dd2の比Dd1/Dd2が、1より大きく形成されているので、圧縮機としての成績係数が向上する。これは、低段側圧縮要素4の吸込圧力と吐出圧力との圧力差が高段側圧績要素のそれより小さいため、残留ガスの再膨張による損失よりも、流路抵抗低減による圧縮仕事量の低減効果の割合が大きいためである。
In the compression stroke from the low pressure to the intermediate pressure by the low-
また、一般に吸込弁は、圧縮行程時にシリンダ内圧と吸込室の圧力との差圧により、弁部分は吸込孔に押され応力が発生すし、この応力が大きくなると弁の破損に至る。このため、吸込孔は吸込弁に生じる応力を小さくできる大きさに設定される。しかしながら、吸込孔の大きさが小さいと流路抵抗は大きくなり吸込ガス量が低下し効率が低下する。弁の受ける応力は、
[数1]
σ=1.24(pa2)/t2
の式で表される。ここでσ:最大応力、p:弁部分両側の差圧、a:弁の接する吸込孔部分の半径、t:弁の板厚である。密閉型往復動圧縮機1において、低段側圧縮要素の圧力差が高圧側圧縮要素の圧力差より小さいため、低段側圧縮要素の吸込孔41a1の大きさを高段側圧縮要素5の吸込孔51a1の大きさより大きくすることにより、吸込弁41dの受ける応力を大きくすることなく、吸込流路抵抗を小さくして密閉型往復動圧縮機の成績係数を向上することができる。
In general, in the suction valve, during the compression stroke, the valve portion is pushed into the suction hole due to the pressure difference between the cylinder internal pressure and the pressure in the suction chamber, and stress is generated. When this stress increases, the valve is damaged. For this reason, the suction hole is set to a size that can reduce the stress generated in the suction valve. However, if the size of the suction hole is small, the flow path resistance increases, the amount of suction gas decreases, and the efficiency decreases. The stress that the valve receives is
[Equation 1]
σ = 1.24 (pa 2 ) / t 2
It is expressed by the following formula. Where σ: maximum stress, p: differential pressure on both sides of the valve portion, a: radius of the suction hole portion in contact with the valve, and t: plate thickness of the valve. In the
上記本実施形態の密閉型往復動圧縮機のように、シリンダ容積、圧縮比により吸込孔、吐出孔の大きさを低段側圧縮要素と高段側圧績要素とで適正な大きさにすることにより、その効率を向上させることができる。 As in the above-described closed type reciprocating compressor of the present embodiment, the size of the suction hole and the discharge hole should be set appropriately between the low-stage compression element and the high-stage pressure element depending on the cylinder volume and compression ratio. Therefore, the efficiency can be improved.
なお、上記実施形態では、低段側圧縮要素の吸込孔、吐出孔の両方の大きさを、高段側圧縮要素の吸込孔、吐出孔の大きさより大きくする例で説明したが、一方のみを高段側圧縮要素の吸込孔又は吐出孔より大きくするようにしても良い。また、低段圧縮要素の吸込孔はその径を大きくする代わりに、吸込弁の板厚を高段側圧縮要素の吸込弁の板厚よりも薄くすることにより、吸込弁のバネ力を小さくし、小さい圧力で吸込弁の開閉を可能にし、吸込ガスの流路抵抗を小さくして吸込効率を向上するようにしてもよい。 In the above embodiment, the size of both the suction hole and the discharge hole of the low stage side compression element is described as being larger than the size of the suction hole and the discharge hole of the high stage side compression element. You may make it make it larger than the suction hole or discharge hole of a high stage side compression element. Also, instead of increasing the diameter of the suction hole of the low-stage compression element, the spring force of the suction valve is reduced by making the thickness of the suction valve thinner than the thickness of the suction valve of the high-stage compression element. The suction valve may be opened and closed with a small pressure, and the suction passage efficiency of the suction gas may be reduced to improve the suction efficiency.
1…密閉型往復動圧縮機、2…密閉容器、3…電動機部、4…低段側圧縮要素、41…弁装置、41a…弁座板、41a1…吸込孔、41a2…吐出孔、5…高段側圧縮要素、51…弁装置、51a…弁座板、51a1…吸込孔、51a2…吐出孔、6b…回転軸、6a…クランク軸部。
1 ... hermetic reciprocating compressor, 2 ... sealed container, 3 ... motor unit, 4 ... low-stage compression element, 41 ... valve device, 41a ... valve seat plate,
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