JP2005214069A

JP2005214069A - 密閉型往復動圧縮機

Info

Publication number: JP2005214069A
Application number: JP2004021412A
Authority: JP
Inventors: Kanji Sakata; 寛二坂田; Masatoshi Yoshida; 政敏吉田
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】小型で部品点数が少なく、低騒音、高効率で信頼性の高い密閉型往復動圧縮機を提供する。
【解決手段】本密閉型往復動圧縮機は、２段圧縮式の密閉型往復動圧縮機において、低段側圧縮要素及び高段側圧縮要素の密閉容器内と連通する通路の少なくとも１つの通路の空間容量を密閉容器内と連通しない通路の空間容量よりも小さくする。
【選択図】図２

Description

本発明は密閉型往復動圧縮機に係わり、特に低段側圧縮要素と高段側圧縮要素を有し、冷媒流路に設けられる空間容量を改良した密閉型往復動圧縮機に関する。

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）。

この特許文献１に記載の密閉型往復動圧縮機は、低段側圧縮要素と高段側圧縮要素のそれぞれの吸込部と吐出部に空間容量を有するマフラを設けているため、部品点数が多くなり、また、マフラの効果を充分に発揮させるためには、大きな容量が必要であり、そのため密閉型往復動圧縮機が大形になる問題がある。

また、特にＨＣ（炭化水素）冷媒など可燃性冷媒を使う場合には、使用する冷媒量を減らす必要があり、密閉容器内は低圧状態で使用するのが望ましい。冷凍サイクル全体として封入冷媒量を低減できる密閉容器内を低圧で使用する場合、２段圧縮を構成する低段側圧縮要素の吐出側と高段側圧縮要素の吸込み側は、中間圧力になるため、接続管によって直接接続させる必要がある。この場合、接続管の溶接による加熱、運転時の加熱により、接続管が膨張するため、低段側圧縮要素に取付けられた中間ボリュームを変形させたり、低段側圧縮要素、高段側圧縮要素に無理な力を加えて変形させるおそれがある。これにより性能が低下したり信頼性を低下させたりする原因となる。
特開２００１−２５４６７３号公報（［００２７］、図１）

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、小型で部品点数が少なく、低騒音、高効率で信頼性の高い密閉型往復動圧縮機を提供することを目的とする。

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及び高段側圧縮要素の密閉容器内と連通する冷媒連通路の少なくとも１つの通路の空間容量を密閉容器内と連通しない冷媒連通路の空間容量よりも小さくしたことを特徴とする密閉型往復動圧縮機が提供される。

本発明に係わる密閉型往復動圧縮機によれば、小型で部品点数が少なく、低騒音、高効率で信頼性の高い密閉型往復動圧縮機を提供することができる。

以下、本発明に係わる密閉型往復動圧縮機の第１実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１及び図２に示すように、本第１実施形態の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。

上記吐出管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媒としてイソブタン（Ｒ６００ａ）を使用する冷凍冷蔵庫等の冷凍装置の凝縮器に接読され、中間圧冷媒管２ｂは冷蔵室用蒸発器に接続され、さらに、低圧冷媒管２ａは冷藏室用蒸発器よりも蒸発圧力の低い冷凍室用蒸発器に接続されている。

上記電動機部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。

また、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、吸込孔４１ａ_１、吐出孔４１ａ_２が設けられた弁装置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から吸込まれるガス冷媒は、変形Ｕ字形状の低段側吸込管４ｄ、低段側吸込マフラ４ｅ及び低段側吸込室４ｆで形成される低段吸込側空間容量Ｖ_４ｓ、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で形成される低段吐出側空間容量Ｖ_４ｄ、密閉容器２内に開口された低段側吐出管４ｈを介して、密閉容器２内に吐出されるような構造になっている。

さらに、低段側圧縮要素４と同様に、高段側圧縮要素５はシリンダ５ａと、このシリンダ５ａ内を回転軸６のクランク軸部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、吸込孔５１ａ_１、吐出孔５１ａ_２が設けられた弁装置５１を有し、密閉容器２内に開口された高段側吸込管５ｄを介して吸込まれるガス冷媒は、高段側吸込室５ｆで形成される高段吸込側空間容量Ｖ_５ｓ、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及び高段側吐出マフラ５ｅで形成される高段吐出側空間容量Ｖ_５ｄ、変形Ｗ字形状の高段側吐出管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。

すなわち、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に吸込まれる冷媒は、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で混合される。

また、密閉容器２内空間に開口する低段吐出側空間容量Ｖ_４ｄは、密閉容器２内空間に開口しない低段吸込側空間容量Ｖ_５ｓよりも小さく形成され、さらに、同様に密閉容器２内空間に開口する低段吐出側空間容量Ｖ_５ｓは高段吐出吸込側空間容量Ｖ_５ｄよりも小さく形成されている。なお、本実施形態においては、低段側及び高段側の両方共、空間容量に大小の差を設けたが、密閉型往復動圧縮機の使用状態に応じて、低段側及び高段側のいずれか一方側のみにしてもよい。また、低段側圧縮要素４の低段側吐出室４ｇの容量（容積）を高段側圧縮要素５の吸込室５ｆの容量より大きくすると、吐出側の圧力脈動は吸込側の圧力脈動より大きいため、これに対応して大きい脈動を抑えることができ、脈動による騒音を低減できると共に通路での流れ損失を低減できる。さらに、空間容量の調整は、材料パイプの拡大と絞りにより行うことができるため、その構成が簡単になり、後工程での変形が容易であり接続も簡単になり、スペースが狭いコンプレッサ内部へも組込みが可能となる。

また、低段側吸込管４ｄは、変形Ｕ字状の一部が２個のシリンダ４ａ、４ｂ間に配置されたクランク軸部６ａに対向して配置されて、上記高段側吐出管５ｈも変形Ｗ字形状の一部が２個のクランク軸部６ａに対向して配置されている。これにより、シリンダ４ａ、４ｂの上部に対向配置した場合に比べて、密閉型往復動圧縮機１の全高を低くでき冷蔵庫等の冷凍冷蔵機器の内容積を大きくすることが可能となる。

次に、本第１実施形態の密閉型往復動圧縮機の圧縮運転について説明する。

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。

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及び低段側吸込室４ｆで形成される低段吸込側空間容量Ｖ_４ｓ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４１ａ_１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４１ａ_２、低段側吐出室４ｇで形成される低段吐出側空間容量Ｖ_４ｄ、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。

上記のような低圧冷媒ガスの圧縮行程において、低段側圧縮要素４では、２種類の蒸発温度を有するサイクルの低温側蒸発器からの吸込ガスは、低段吸込側空間容量Ｖ_４ｓがその中間に設けられることで、バツファの役割を果たし、例えば液を含むガスが蒸発器から戻ってきた場合でも、低段側吸込マフラ４ｅにより流速が急激に低下するため気液が分離され、液冷媒は低段吸込側空間容量Ｖ_４ｓの下に溜まりガス冷媒のみがシリンダ４ａ内に吸込まれる。このため、低段側吸込マフラ４ｅと低段側吸込室の連通路上部近傍に設けられるのが好ましい。

一般に往復動型圧縮機は吸込弁を有し、吸込ガスは弁の開閉に伴う脈動を持ち、冷凍サイクルから圧縮機への吸込みまで直接に配管で接続されているため、この脈動がそのまま冷凍サイクルに伝わり流れを乱すおそれがあるが、本実施形態では、低段吸込側空間容量Ｖ_４ｓが設けられているので、この脈動を抑えることができ騒音を低減できるとともに管路損失を低減できる。

また、高段側圧縮要素５では、密閉容器２内の中間圧冷媒が、高段側吸込管５ｄを介して、高段側吸込室５ｆで形成される高段吸込側空空間容量Ｖ_５ｓに吸込まれる。高段吸込側空空間容量Ｖ_５ｓに吸込まれた中間圧のガス冷媒は、弁装置５１の吸込孔５１ａ_１を通り、シリンダ５ａ内に吸込まれ、ピストン５によって高圧に圧縮されて、弁装置５１の吐出孔５１ａ_２、高段側吐出室５ｇ及び高段側吐出マフラ５ｅで形成される高段吐出側空間容量Ｖ_５ｄ、高段側吐出管５ｈを介して、吐出管２ｃから吐出される。

高段側吐出管５ｈについても同様であり、吐出弁を有するため吐出に伴う脈動は、配管内を伝わるため騒音の原因になるが、高段吐出側空間容量Ｖ_５ｄが設けられているので、脈動を抑えて低騒音化を図ることができる。

空間容量を形成するマフラ、吸込室、吐出室の形状については、空洞形や連結空洞形になるように断面積や連結管の長さを適正化すると特定な周波数の音を消音できる。これに対して密閉容器２内と連通する吐出室４ｇと吸込室５ｆは密閉容器２内部自身に容積を有するため、それぞれの脈動は密閉容器２内部で軽減できる。従って、密閉容器２と連通する低段吐出側空間容量Ｖ_４ｄ、高段吸込側空間容量Ｖ_５ｓを、密閉容器２と直接連通しない低段吸込側空間容量Ｖ_４ｓ、高段吐出側空間容量Ｖ_５ｄの容積よりも小さくしても脈動による騒音を低減でき、流路損失を低減できる。

上記のように本実施形態の密閉型往復動圧縮機によれば、小型で部品点数が少なく、低騒音、高効率で信頼性の高い密閉型往復動圧縮機が実現される。

次に本発明に係る密閉型往復動圧縮機の第２実施形態について説明する。

上記第１実施形態は低段吸込側空間容量が低段側吸込マフラ及び低段側吸込室で形成され、低段吐出側空間容量が低段側吐出室で形成されるのに対して、本第２実施形態は低段吸込側空間容量が低段側吸込室で形成され、低段吐出側空間容量が低段側吐出室、低段側吸込マフラで形成される。

例えば、図３に示すように、第２実施形態の密閉型往復動圧縮機１の低段側圧縮要素４においては、密閉容器２に固定された低圧冷媒吸込管２ａ、低段側吸込管４ｄを介して低段側吸込室４ｆに吸込まれ蒸発圧力の低いガス冷媒は、弁装置４ｃの吸込孔４ｃ_１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、弁装置４ｃの吐出孔４ｃ_２、低段側吐出室４ｇ、低段側吐出マフラ４ｍで形成される低段吐出側空間容量Ｖ_４ｄ、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。

図８に示すように、低温の冷凍室の蒸発器から吸込まれる冷媒ガスの圧力は低く、そのため圧力脈動も小さく、この圧力脈動の影響は小さいので、中間に空間容量を設けず、低段側吸込管４ｄを介して低圧冷媒吸込管２ａと低段側吸込室４ｆを直接連通することが可能になる。これに対して、吐出側は冷蔵側の蒸発器の圧力となるので、低段吐出側空間容量Ｖ_４ｄを介して、吐出脈動を極力減らして密閉容器２内部へ冷媒ガスを放出させたものである。他の構成は図２に示す密閉型往復動圧縮機と異ならないので、同一符号を付して説明は省略する。

また、本発明に係る密閉型往復動圧縮機の第３実施形態について説明する。

上記第１実施形態は低段吸込側空間容量が低段側吸込マフラ及び低段側吸込室で形成され、低段吐出側空間容量が低段側吐出室で形成され、かつ密閉容器内が中間圧で使用されるのに対して、本第３実施形態は両空間容量の形状は同様であるが、その冷媒ガスの流れ方向を異ならせ、密閉容器内が低圧状態で使用され、さらに、空間容量の低段側吐出マフラと高段側圧縮要素を連通する連通管に熱変形吸収手段が付加されている。

例えば、図４に示すように、第３実施形態の密閉型往復動圧縮機１の低段側圧縮要素４は、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から吸込まれるガス冷媒が、密閉容器２内に吸込まれ、低段側吸込管４ｄ、低段側吸込室４ｆで形成される低段吐出側空間容量Ｖ_４ｓ、弁装置４ｃ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４ｃ、低段側吐出室４ｇ、低段側吐出マフラ４ｅで形成される低段吐出側空間容量Ｖ_４ｄに吐出され、中間圧冷媒管２ｂ、中間圧冷媒導入管４ｉから吸込まれる中間圧ガス冷媒と混合され、低圧側吐出管４ｈと高段側吸込管５ｇで形成される連通管Ｐを介して高段側圧縮要素５に送られる構造になっている。

また、一般に密閉型往復動圧縮機の密閉容器内を低温状態で使用する場合、低圧側吐出管と高段側吸込管からなる連通管には、低段側圧縮要素で圧縮した冷媒ガスと冷蔵側蒸発器から吸込まれた冷媒ガスの両者の混合ガスが通過するため、大流量でしかも比体積が大きいガスであり通路抵抗が大きくなる。そこで通路抵抗を下げる必要があり、連通管の長さを短くする必要があるが、接合部と高段側圧縮要素との固定位置が近いため熱の影響を受け易く、溶接時には伸び、冷めると縮む、また圧縮運転時には熱膨張する。

これに対処するため、本実施形態では、図５に示すように、低段側圧縮要素と高段側圧縮要素を連通し、低圧側吐出管４ｈと高段側吸込管５ｄで形成される連通管Ｐには、両管４ｈ、５ｄの接続部に熱変形吸収手段Ｐａが設けられている。

この熱変形吸収手段Ｐａは、高段側吸込管５ｄに拡径された吸込管接続部５ｄ_１と、この吸込管接続部５ｇ_１に外嵌される吐出管接続部４ｈ_１と、両接続部５ｄ_１、４ｈ_１間に介設された円筒形状のシール材Ｐａ_１からなっている。シール材Ｐａ_１の材質としては、４フッ化エチレン、ＰＦＡ等が好ましい。４フッ化エチレン樹脂を使用すると、弾性があり耐熱性に優れ耐冷媒性が高いので密閉型往復動圧縮機のような過酷条件でも長時間性能劣化がなく使用に耐える。また、ＰＦＡを用いると４フッ化エチレン並みの特性を有し、さらに射出成形できるため安価に加工できる。また、この熱変形吸収手段Ｐａによる両管４ｈ、５ｄの接続により、溶接を必要とせず、溶接時の熱の影響を除くことができマフラと低段側圧縮要素とのシール性の劣化を防止することができる。

本第３実施形態において、図４に示すように、密閉容器２内部に直接連通しているのは低段側圧縮要素４の低段側吸込管４ｄのみであり、その他は密閉容器２に直接連通していない。低段側圧縮要素４に吸込まれるガス冷媒は、上記第２実施形態と同様に、圧力が低いので脈動は小さく性能への影響は小さい。また、低段側圧縮要素４で圧縮されたガス冷媒と中間圧冷媒管２ｂから吸込まれる中間圧ガス冷媒は低段吐出側空間容量Ｖ_４ｄで混合され、高段側圧縮要素５に送られるので、脈動は軽減される。さらに、連通管Ｐに熱変形吸収手段Ｐａを設け、低圧側吐出管４ｈ、高段側吸込管５ｄの膨張と収縮を吸収し、所定範囲の熱変化を許容できる構造になっている。

なお、熱変形吸収手段Ｐａは図６に示すように、両接続部４ｈ_１、５ｄ_１間にＯリングＰａ_２を設けたものであってもよく、これにより、軸方向に自由度ができて軸方向の熱変化に対応でき、熱による悪影響を避けることができる。

また、図７に示すように、熱変形吸収手段Ｐａを設けることに加えて、高段側吸込管５ｄあるいは低圧側吐出管４ｈに連続した円弧で形成される屈折部Ｐｂを設けることにより、熱変形吸収効果を向上させることができる。また、図４に示すように、高段側圧縮要素５の吸込室５ｈとの接合部近傍において、高段側吸込管５ｇの端部に９０°以下の弧状部Ｐｃを設けて接続することにより、熱変形吸収効果を向上させることができる。

本発明に係り図２に示す密閉型往復動圧縮機（実施例１）及び図３に示す密閉型往復動圧縮機（実施例２）を用いて、冷媒蒸発温度と圧力脈動の関係を調べた。

結果を図８に示す。

図８からもわかるように、蒸発温度が低くなる（冷媒流量が減少）につれて、圧力脈動が減少する。また、低段吸込側空間容量が低段側吸込マフラ及び低段側吸込室で形成され、低段吐出側空間容量が低段側吐出室で形成された実施例１に対して、低段吸込側空間容量が低段側吸込室で形成され、低段吐出側空間容量が低段側吐出室、低段側吸込マフラで形成された実施例２の方が、圧力脈動が小さいことがわかった。

本発明に係わる本発明に係る密閉型往復動圧縮機の第１実施形態の縦断面図。本発明に係わる本発明に係る密閉型往復動圧縮機の第１実施形態の横断面図。本発明に係わる本発明に係る密閉型往復動圧縮機の第２実施形態の横断面図。本発明に係わる本発明に係る密閉型往復動圧縮機の第３実施形態の横断面図。本発明に係わる本発明に係る密閉型往復動圧縮機の第３実施形態に用いられる連通管に設けられた熱変形吸収手段の断面図。本発明に係わる本発明に係る密閉型往復動圧縮機の第３実施形態に用いられる連通管に設けられた熱変形吸収手段の断面図。本発明に係わる本発明に係る密閉型往復動圧縮機の第３実施形態に用いられる連通管に設けられた熱変形吸収手段の平面図。本発明に係わる本発明に係る密閉型往復動圧縮機を用いた蒸発温度と騒音の関係を示す試験結果図。

符号の説明

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
Ｖ_４ｓ低段吸込側空間容量
Ｖ_４ｄ低段吐出側空間容量
４ａシリンダ
４ｂピストン
４ｄ低段側吸込管
４ｅ低段側吸込マフラ
４ｆ低段側吸込室
４ｈ低段側吐出管
５高段側圧縮要素
Ｖ_５ｄ高段吐出側空間容量
Ｖ_５ｓ高段吸込側空間ボリューム
５ａシリンダ
５ｂピストン
５ｄ高段側吸込管
５ｅ高段側吐出マフラ
５ｆ高段側吸込室
５ｇ高段側吐出室
５ｈ高段側吐出管
６回転軸

Claims

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及び高段側圧縮要素の密閉容器内と連通する冷媒連通路の少なくとも１つの冷媒連通路の空間容量を密閉容器内と連通しない冷媒連通路の空間容量よりも小さくしたことを特徴とする密閉型往復動圧縮機。
請求項１に記載の密閉型往復動圧縮機において、前記密閉容器内に配置される吐出配管及び吸込み配管の両方の配管を、上方から見て前記低段側圧縮要素および高段側圧縮要素のシリンダ間に位置させたことを特徴とする密閉型往復動圧縮機。
請求項１に記載の密閉型往復動圧縮機において、前記密閉容器内は低圧状態で使用されかつ、前記低段側圧縮要素の吐出側及び高段側圧縮要素の吸込側を連通する連通路には低段側吐出マフラが設けられ、この低段側吐出マフラには、中間圧冷媒吸込管が接続され、前記低段側吐出マフラ内で低段側吐出マフラから吸込まれた中間圧ガス冷媒と前記低段側圧縮要素で圧縮された中間圧ガス冷媒が混合され、前記連通路には、熱によるこの連通路の軸方向の熱変形を吸収する熱変形吸収手段が設けられたことを特徴とする密閉型往復動圧縮機。