JP2006022719A

JP2006022719A - オイルレスリニア圧縮機

Info

Publication number: JP2006022719A
Application number: JP2004201544A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Kita; 一朗喜多; 国新 ▲ゆ▼; Kokushin Yu
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-07-08
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2006-01-26

Abstract

【課題】オイルレスリニア圧縮機に関し、停止期のガスベアリング装置からの漏れを低減し、かつ起動初期のピストン摩耗をほとんど無いオイルレスリニア圧縮機を提供する。
【解決手段】シリンダー１１０とピストン１１２の間にガスベアリング装置１４０を形成するとともに、リニアモーター１０８の起動前にガスベアリング装置１４０に高圧の冷媒ガスを供給する振動式開閉弁１５０を設けたことで、起動直後にガスベアリング装置１４０へ高圧サイドからの高圧ガスを直ちに供給ができ、また、振動式開閉弁１５０内に設置された振動子１５２が弁座１５１を高圧サイドから封止し、停止期にガスベアリング装置から高圧ガスが漏れることを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明はオイルレスリニア圧縮機のガスベアリング装置に冷媒ガスを供給する装置に関するものである。

近年、冷凍機器分野において、高効率、高信頼性の一環として、摺動部に潤滑油を用いる代わりにガスベアリング装置を設けたオイルレスリニア圧縮機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来のオイルレスリニア圧縮機について説明する。

図９は、従来のオイルレスリニア圧縮機の縦断面図である。図９において電動圧縮要素１は、固定子２ｂおよびマグネット２ｃを備えた可動子３からなるリニアモーター２と、固定子２ｂに固定されたシリンダー４と、シリンダー４内に往復自在に嵌装されるとともに可動子３に連結されたピストン５と、可動子３と固定子２ｂを連結し可動子３が軸方向に可動可能なように支持するスプリング６とを備え、サスペションスプリング等（図示せず）により、密閉容器７内に弾性支持されている。またシリンダー４はガスベアリング装置８を構成しており、潤滑油は用いないオイルレスの仕様となっている。

以上のように構成にされたオイルレスリニア圧縮機について、以下その動作を説明する。

交流電源から巻き線２ａに電流が通電されると、固定子２ｂが発生する磁界がマグネット２ｃの作る磁界に作用することで、マグネット２ｃ、可動子３に軸方向の往復運動する力が発生する。その力により、可動子３は、スプリング６を変形させるとともに、そのスプリング６の反発力を利用しながら共振し、可動子３と連結されたピストン５はシリンダー４内で軸方向の往復運動を繰り返す。

その結果、冷凍システム（図示せず）からの冷媒ガスは、吸入管（図示せず）を介してシリンダー４とピストン５から形成された圧縮室９に吸入され、圧縮された冷媒ガスは、一旦シリンダーヘッド１０内に吐出された後、吐出管（図示せず）を介して冷凍システムに吐出される。

また、圧縮室９で圧縮された冷媒ガスをガスベアリング装置８のガス流路８ａを介してピストン５とシリンダー４の摺動部に導き、複数の給気孔８ｂから高い圧力の冷媒ガスを噴出させることで、噴出した冷媒のガス圧がピストン５とシリンダー４間に生じる荷重に対抗してピストン５を支持するため、摺動部の非接触化を図るものとなっている。
特開２００２−１２２０７１号公報

しかしながら、上記従来の構成では、圧縮室９で圧縮された冷媒ガスを摺動部に設けられたガスベアリング装置８へ供給する構成となっているため、起動初期には高圧の冷媒ガスをガスベアリング装置８へほとんど供給できないためにガスベアリング装置８が機能せず、その結果、ピストン５やシリンダー４の摺動部間で接触が生じ、摩耗が生じてしまうという課題を有していた。

また、圧縮室９と密閉容器７内の間にガスベアリング装置８のガス流路８ａ、ガスベアリング給気孔８ｂ、ピストン５やシリンダー４の摺動部クリアランスを経由した冷媒ガスの連通路が形成されている。

このため、オイルレスリニア圧縮機が停止した後、冷凍システムの高圧サイドの高圧高温の冷媒ガスが、冷凍システムの高低圧がバランスするまで、上記冷媒ガスの連通路を逆流して低圧サイドへ漏れ続けることになる。

ここで、冷凍システムの高圧サイドとは、オイルレス圧縮機の吐出バルブ（図示せず）直後から、冷凍システムの絞り手段（図示せず）の直前までの冷媒流路を指す。また低圧サイドとは、絞り手段の直後から、オイルレス圧縮機の吸入バルブ（図示せず）直前までの冷媒流路を指す。

その結果、逆流した高圧高温の冷媒ガスは、冷凍システムのエバポレータ（図示せず）に流入してこれを加熱し、結局オイルレスリニア圧縮機の運転率が高くなってしまい、冷凍システムのシステム効率が低下するという課題を有していた。

さらに、圧縮室９で圧縮された冷媒ガスをピストン５やシリンダー４の摺動部に設けられたガスベアリング装置８へ供給する構成となっているため、圧縮室９内と密閉容器７内とのガス圧力の差による、ピストン５端面に作用する荷重が変化しても、常に一定圧力の冷媒ガスをガスベアリング装置８へ供給している。

そのため、ピストン５の荷重が小さい時にその荷重を支持するのに過剰な高圧の冷媒ガスをガスベアリング装置８へ供給し、その結果ガスベアリング装置８における高圧の冷媒ガスの消耗が多くなるため、結局オイルレスリニア圧縮機の運転率が高くなり、冷凍システムのシステム効率が低下してしまうという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ピストンやシリンダーの摺動部の摩耗が少なく、高い信頼性を備えたオイルレスリニア圧縮機を提供することを目的とする。

また本発明は、上記従来の問題を解決するもので、高いシステム効率を実現できるオイルレスリニア圧縮機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明のオイルレスリニア圧縮機は、シリンダーとピストンの間に高圧サイドと連通したガスベアリング装置を形成するとともに、高圧サイドとガスベアリング装置との間に電動圧縮要素の振動エネルギーによって自在に開閉する振動式開閉弁を設けたものであり、オイルレスリニア圧縮機の運転が停止している間、振動式開閉弁により高圧サイドと低圧サイドとの間を遮断することで高圧サイドから低圧サイドへの冷媒ガスの流入を防ぎ、オイルレスリニア圧縮機の起動初期にガスベアリング装置へ高圧サイドから高圧の冷媒ガスの供給をすることでガスベアリング装置の機能を得ることができるとともに、高圧高温の冷媒ガスが冷凍システムのエバポレータへ逆流することを防止するというという作用を有する。

本発明のオイルレスリニア圧縮機は、シリンダーとピストンの間に高圧サイドと連通したガスベアリング装置を形成するとともに、高圧サイドとガスベアリング装置との間に電動圧縮要素の振動エネルギーによって自在に開閉する振動式開閉弁を設けたものであり、摩耗が少なく高い信頼性を備え、高いシステム効率を実現できるオイルレスリニア圧縮機を提供することができる。

本発明の請求項１に記載の発明は、密閉容器内に電動圧縮要素を弾性的に保持し、前記電動圧縮要素は固定子および可動子とからなるリニアモーターと、前記固定子を固定するとともにシリンダーを形成するシリンダーブロックと、前記可動子と連結され前記シリンダーに往復自在に挿入されたピストンとを備え、前記シリンダーと前記ピストンの間に高圧サイドと連通したガスベアリング装置を形成するとともに、前記高圧サイドと前記ガスベアリング装置との間に前記電動圧縮要素の振動エネルギーによって自在に開閉する振動式開閉弁を設けたものであり、オイルレスリニア圧縮機が運転を停止している間、振動式開閉弁により高圧サイドと低圧サイドとの間を遮断し、高圧サイドから低圧サイドへの冷媒ガスの流入を防ぎ、オイルレスリニア圧縮機の起動初期にガスベアリング装置へ高圧サイドから高圧の冷媒ガスの供給をすることでガスベアリングの機能を得ることができるとともに、高圧高温の冷媒ガスが冷凍システムのエバポレータへ逆流することを防止することができるので、信頼性が高く、システム効率の高いオイルレスリニア圧縮機を提供することができる。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、振動式開閉弁はピストンが上死点近傍にある時開くものであり、ピストンが上死点近傍においてピストン端面に受ける荷重が大きい時に、振動式開閉弁の開きにより、より高い圧力の高圧冷媒ガスをガスベアリング装置へ供給をすることで十分なガスベアリングの機能を得ることができるとともに、ピストン端面に荷重が小さい時に、振動式開閉弁の閉まりにより、必要以上な高圧の冷媒ガスをガスベアリング装置へ供給することを防止することができるので、請求項１に記載の発明の効果に加えて、さらに冷媒ガスの消耗を少なくしてシステム効率の高いオイルレスリニア圧縮機を提供することができる。

本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、振動式開閉弁は直接、または間接的にシリンダーブロックに固定され、弁座と、前記弁座を高圧サイド側から封止するとともに振動によって自在に開閉する振動子と、前記振動子を前記弁座に押し付けるばねとを、ピストンの往復動の方向に順次配設したものであり、オイルレスリニア圧縮機が運転を停止している間、ばねにより振動子を弁座に押し付けて高圧サイドと低圧サイドとの間を遮断し、オイルレスリニア圧縮機が運転している時に、シリンダーブロックの振動エネルギーで振動子を振動することにより、高圧サイドと低圧サイドとの間の遮断と連通を切り替え、ガスベアリング装置への高圧の冷媒ガスの供給を制御させることができるため、請求項１または２に記載の発明の作用をより簡単な構造で確実に実現することができ、信頼性が高く、システム効率の高いオイルレスリニア圧縮機をより確実に提供できる。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明に、さらに、弁座と振動子の少なくとも一方のシール面に、気密性を備える弾性材を設けたものであり、振動式開閉弁が閉まる時に、気密性を備える弾性材により、弁座と振動子の間のシール性が向上し、高圧サイドと低圧サイドとの間の高圧の冷媒ガスの漏れを低減することができるため、請求項３に記載の発明の作用をより確実に実現することができ、信頼性が高く、システム効率の高いオイルレスリニア圧縮機をより確実に提供できる。

本発明の請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、振動子は気密性がある弾性材で構成されたものであり、振動式開閉弁が閉まる時に、気密な弾性材で構成された振動子により、弁座と振動子の間のシール性が向上し、高圧サイドと低圧サイドとの間の高圧の冷媒ガス漏れを低減することができ、請求項３に記載の発明の作用をより確実、簡単に実現することができ、信頼性が高く、システム効率の高いオイルレスリニア圧縮機をより確実に提供できる。

以下、本発明によるオイルレスリニア圧縮機の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるオイルレスリニア圧縮機の縦断面図、図２は同実施の形態における振動式開閉弁の拡大図、図３は同実施の形態における圧縮室のガス圧力と振動式開閉弁の開閉状態との関係を示した特性図、図４は同実施の形態における１サイクル運転中のピストンと電動圧縮要素の挙動を示す図である。

以下、図１から図４に基づいて本実施の形態について説明する。

図１において、密閉容器１０１内には電動圧縮要素１０２がサスペンションスプリング１０３を介して弾性的に支持されている。

電動圧縮要素１０２は、巻き線１０４を挿入した固定子１０５およびマグネット１０６を備えた可動子１０７からなるリニアモーター１０８と、固定子１０５に固定されたシリンダー１１０を形成するシリンダーブロック１１１と、シリンダー１１０内に往復自在に嵌装され、可動子１０７に連結されたピストン１１２と、可動子１０７と固定子１０５を連結し可動子１０７が軸方向に揺動可能なように支持する略円盤状のスプリング１２０，１２１とを備えている。

また、シリンダー１１０の端面には、吐出バルブ１３０と吸入バルブ１３１を備えたバルブプレート１３２が固定され、バルブプレート１３２を覆うように設けられたシリンダーヘッド１３３には、吐出バルブ１３０に連通し高圧サイドを構成する吐出室１３４と、吸入バルブ１３１に連通する吸入室１３５が形成されている。

ガスベアリング装置１４０は、図２に示す通り、一端が連通路１４１を介して吐出室１３４に連通し、他端が複数の給気孔１４２に連通する連通路１４３と、連通路１４３の途中に設けた絞り手段１４４から形成されている。

吐出室１３４とガスベアリング装置１４０との間には振動式開閉弁１５０が形成されている。振動式開閉弁１５０は一端が連通路１４１を介して、吐出室１３４と連通し、他端がガスベアリング装置１４０の連通路１４３と連通している。

振動式開閉弁１５０は、連通路１４１と連通路１４３を介して、シリンダーブロック１１１に固定されている。そして、振動式開閉弁１５０は、弁座１５１と、弁座１５１を高圧サイド側から封止するとともに振動によって自在に開閉する振動子１５２と、振動子１５２を弁座１５１に押し付けるばね１５３と、ばね１５３を固定する固定座１５４から形成されている。

弁座１５１には、冷媒ガスが流れるための弁座孔１５５があり、固定座１５４にも固定座孔１５６が設けられている。

図３はオイルレスリニア圧縮機の運転１サイクル中における、圧縮室内のガス圧力変化と振動式開閉弁１５０の開閉の状態を示しており、横軸に時間、縦軸に圧縮室内のガス圧力を示している。

図３より、オイルレスリニア圧縮機の運転１サイクル中、ピストン１１２が上死点近傍にある時、即ち、圧縮室１３６内のガス圧力が高い時に、振動式開閉弁１５０が開となり、また、ピストン１１２が下死点近傍にある時に、即ち、圧縮室１３６内のガス圧力が低い時に、振動式開閉弁１５０が閉となることを示している。

図４は、オイルレスリニア圧縮機の運転１サイクル中のピストン１１２と電動圧縮要素１０２の軸方向の動きを、横軸に時間、縦軸にピストン１１２と電動圧縮要素１０２それぞれの加速度をとり示している。

以上のように構成されたオイルレスリニア圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

まず、交流電源やパルス波、ノゴキリ波などの電流が巻き線１０４に供給されると、固定子１０５が発生する磁界が、マグネット１０６が作る磁界に作用することで、マグネット１０６、可動子１０７に軸方向に往復運動する力が発生し、その力により、可動子１０７と連結されたピストン１１２は、スプリング１２０および１２１の反発力を利用しながら共振し、往復運動を繰り返す。

その往復運動のエネルギーは、大部分は圧縮室１３６の冷媒ガスを圧縮するエネルギーとして消耗したり、スプリング１２０，１２１の損失として消耗しているが、残ったエネルギーの一部は電動圧縮要素１０２の固定部の振動エネルギーになる。即ち、ピストン１１２を往復運動すると、その反作用で電動圧縮要素１０２の固定部分も振動することになり、図４に示すようにピストン１１２とほぼ逆方向の動きをする。

振動式開閉弁１５０を構成する振動子１５２は、オイルレスリニア圧縮機の停止時には、吐出室１３４からのガス圧力とばね１５３のばね力によって、弁座１５１に押し付けられ、弁座１５１の弁座孔１５５を塞ぎ、冷媒ガスが連通路１４３を介してガスベアリング装置１４０に流入するのを防止する。

そのため、オイルレスリニア圧縮機の停止中に、ガスベアリング装置１４０からピストン１１２とシリンダー１１０の隙間を介して低圧サイドである密閉容器１０１内に高圧の冷媒ガスが漏れることが無く、吐出室１３４を含む高圧サイドは高圧状態を維持することができる。

次に、ピストン１１２が往復運動を開始すると、固定部分であるシリンダーブロック１１１が振動を開始し、シリンダーブロック１１１に連通路１４１，１４３を介して固定された振動式開閉弁１５０もシリンダーブロック１１１の振動によって直ちに振動を開始し、振動式開閉弁１５０を構成する振動子１５２は、弁座１５１の弁座孔１５５を開閉する。

振動子は、ピストン１１２の運転の開始により直ちに振動を開始するので、オイルレスリニア圧縮機の起動初期に、高圧サイドに保持された高圧の冷媒ガスが吐出室１３４から連通路１４１、振動式開閉弁１５０、連通路１４３、絞り手段１４４、複数の給気孔１４２を通ってシリンダー１１０とピストン１１２との間に供給される。そのため、ガスベアリングが機能し、シリンダー１１０とピストン１１２との間には冷媒ガスの弾性による隙間が形成されるのでピストン１１２とシリンダー１１０の接触をほぼ無くすことができる。

また、オイルレスリニア圧縮機の運転を継続している間は、上述した通り可動子１０７と連結されたピストン１１２は、スプリング１２０および１２１の反発力を利用しながら共振し、軸方向に往復運動を繰り返し、シリンダー１１０とピストン１１２から形成された圧縮室１３６に吸入され、圧縮された冷媒ガスは、シリンダーヘッド１３３内の吐出室１３４に吐出された後、吐出管（図示せず）を介して冷凍システムに吐出される。

そして、圧縮された冷媒ガスの一部は吐出室１３４から連通路１４１、振動式開閉弁１５０、連通路１４３を通り、ガスベアリング装置１４０に供給され、給気孔１４２からピストン１１２とシリンダー１１０との間に噴出される。そして、噴出された冷媒のガス膜がその弾性によってピストン１１２を支持し、ピストン１１２はシリンダー１１０内でほぼ非接触の状態に保持される。従ってオイルが無くともほとんど摩耗が発生せず、さらにはオイルが無いことで摺動損失もほとんど発生しない。

さらに、オイルレスリニア圧縮機の運転中、ピストン１１２は図４に示すような略サインカーブで往復運動し、図３に示すように圧縮室１３６のガス圧力を変化させる。ピストン１１２には、圧縮室１３６と密閉容器１０１の圧力の差が作用するため、圧縮室１３６の圧力が高くなるほど、ピストン１１２には運動の軸線方向に対して傾斜するよう大きなモーメント力が作用し、ピストン１１２はシリンダー１１０の内面により強く押さえつけられることになる。

しかしながら、ガスベアリング装置１４０は、ピストン１１２を給気孔１４２より噴出する高圧のガス弾性で支えているが、振動式開閉弁１５０の振動子１５２の質量とばね１５３のばね定数を適切に設定することで、振動式開閉弁１５０が図３に示すように圧縮室１３６の圧力が高い時開き、圧力が低い時には閉じるように動作させることができるので、ピストン１１２に作用するモーメント力が大きい時にガスベアリング装置１４０には高い圧力の冷媒ガスが供給され、モーメント力が小さい時には冷媒ガスの供給が遮断され連通路１４３などに残る冷媒ガスでピストン１１２を支えることができる。

そのため、必要最小限のガスベアリング装置１４０への冷媒ガス供給で、ピストン１１２とシリンダー１１０の摺動部をほぼ非接触な状態を保持することができる。

一方、ガスベアリング装置１４０から噴出する冷媒ガスが密閉容器１０１内へ漏れることによる冷媒ガスの消費については、振動式開閉弁１５０が開いている時には冷媒ガスが流れて消費されるが、閉じている時には冷媒ガスは流れ無いため消費されず、ピストン１１２の一往復、即ち冷媒ガスの吸入、圧縮行程の１サイクルで考えてみると、冷媒ガスの消費は概ね半減されることになり、冷媒ガスの消耗が減少することでオイルレス圧縮機の運転率が下がり、高いシステム効率を実現することができる。

次に、リニアモーター１０８への通電が遮断されると、これと同時にピストン１１２、シリンダーブロック１１１の振動も停止する。シリンダーブロック１１１の振動の停止によって、振動式開閉弁１５０の振動子１５２も振動を停止し、振動子１５２が弁座１５１の弁座孔１５５を閉じることで振動式開閉弁１５０が遮断される。

そのため、冷凍システムの高圧サイド（図示せず）や高圧サイドを構成する吐出室１３４には高圧高温冷媒が閉じ込められ、ガスベアリング装置１４０を介して密閉容器１０１内に逆流してくることを防ぎ、冷凍システムのエバポレータ（図示せず）へ高圧高温の冷媒ガスが流入することによる加熱を避けることができる。その結果、オイルレスリニア圧縮機の運転停止時間が延びることで運転率が下がり、高いシステム効率を実現することができる。

一方、振動式開閉弁１５０の遮断によって冷凍システムの高圧サイド（図示せず）や高圧サイドを構成する吐出室１３４には高圧高温の冷媒ガスが保持されるため、次のリニアモーター１０８の通電直後直ちにこの高圧の冷媒ガスをガスベアリング装置１４０に供給することができ、ガスベアリング装置１４０はオイルレスリニア圧縮機の運転再開直後直ちに、毎回確実に機能することができる。

その結果、オイルレスリニア圧縮機は起動時を含む全ての運転中において、常にピストン１１２がシリンダー１１０内でほぼ非接触の状態に保持されることになり、オイルが無いにもかかわらず、ピストン１１２はシリンダー１１０の摺動部に摩耗がほとんど発生しない高い信頼性を備えたオイルレスリニア圧縮機を実現することができる。

（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２によるオイルレスリニア圧縮機の縦断面図、図６は同実施の形態における振動式開閉弁の拡大図である。

なお、振動式開閉弁以外の構成については実施の形態１と同一であるため、同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

以下、図５、図６に基づいて本発明の実施の形態について説明する。

図５および図６において、振動式開閉弁２００は連通路１４１と連通路１４３を介して、シリンダーブロック１１１に固定されている。

振動式開閉弁２００は、弁座２０１と、弁座２０１を高圧サイド側から封止するとともに振動によって自在に開閉する振動子２０２と、振動子２０２を弁座２０１に形成された弾性材２０３に押し付けるばね２０４と、ばね２０４を固定する固定座２０５から形成されている。なお、弾性材２０３としては、合成樹脂材料、耐冷媒性ゴム等を用いる。

弁座２０１には、冷媒ガスが流れるための弁座孔２０６があり、固定座２０５にも固定座孔２０７が設けられている。

交流電源から電流が巻き線１０４に供給されている間、固定子１０５が発生する磁界がマグネット１０６の作る磁界に作用することで、マグネット１０６、可動子１０７に軸方向に往復運動する力が発生し、その力により、可動子１０７と連結されたピストン１１２は、スプリング１２０および１２１の反発力を利用しながら共振し、軸方向に往復運動を繰り返すことで、冷凍システム（図示せず）からの冷媒ガスは、吸入管（図示せず）を介してシリンダー１１０とピストン１１２から形成された圧縮室１３６に吸入され、圧縮された冷媒ガスは、シリンダーヘッド１３３内の吐出室１３４に吐出された後、吐出管（図示せず）を介して冷凍システムに吐出される。

そしてオイルレスリニア圧縮機が運転を継続している間、シリンダーブロック１１１は振動し、シリンダーブロック１１１に固定された振動式開閉弁２００、振動子２０２も振動する。振動によって、振動子２０２は、弁座２０１に形成された弾性材２０３に図３に示すように圧縮室１３６の圧力が高い時開き、圧力が低い時には閉じるように動作する。

そのため、圧力が高い時には圧縮された冷媒ガスは吐出室１３４から連通路１４１、固定座孔２０７、弁座孔２０６を通り、ガスベアリング装置１４０に供給され、給気孔１４２からピストン１１２とシリンダー１１０との間に噴出され、噴出した冷媒のガス膜がその弾性によってピストン１１２を支持し、圧縮室１３６の圧力が高くピストン１１２にモーメント力が強く働く時でもピストン１１２はシリンダー１１０内でほぼ非接触の状態に保持される。従ってオイルが無くとも摩耗がほとんど発生せず、さらにはオイルが無いことで摺動損失もほとんど発生しない。

また、圧縮室１３６の圧力が低い時には、振動子２０２は、弁座２０１に形成された弾性材２０３に押し付けられ、弾性材２０３により確実にシールされて冷媒ガスの流れが確実に止まるので、圧縮行程の１サイクルでみると、冷媒ガスの消費は約半減されることになり、冷媒ガスの消耗が減少することでオイルレス圧縮機の運転率が下がり、高いシステム効率を実現することができる。

そしてオイルレスリニア圧縮機が運転を停止している間は、シリンダーブロック１１１、振動式開閉弁２００の振動も止まり、振動子２０２が弾性材２０３に押し付けられ、弾性材２０３により確実にシールされて冷媒ガスの流れが確実に止まるので、オイルレスリニア圧縮機の運転停止中における低圧サイドへの冷媒ガスの漏れが無くなり、高圧の冷媒ガスによる低圧サイドの加熱の損失が減少することで、オイルレス圧縮機の運転率が下がり、高いシステム効率を実現することができる。

（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３におけるオイルレスリニア圧縮機の縦断面図、図８は同実施の形態における振動式開閉弁の拡大図である。

以下、図７、図８に基づいて本発明の実施の形態について説明する。

図７および図８において、振動式開閉弁３００は連通路１４１と連通路１４３を介して、シリンダーブロック１１１に固定されている。

振動式開閉弁３００は、弁座３０１と、弁座３０１を高圧サイド側から封止するとともに振動によって自在に開閉する振動子３０２と、振動子３０２を弁座３０１に押し付けるばね３０３と、ばね３０３を固定する固定座３０４から形成されている。

振動子３０２は弾性体で形成されており、合成樹脂材料、耐冷媒性ゴム等を用いる。

弁座３０１には、冷媒ガスが流れるための弁座孔３０５があり、固定座３０４にも固定座孔３０６が設けられている。

そしてオイルレスリニア圧縮機が運転を継続している間、シリンダーブロック１１１は振動し、シリンダーブロック１１１に固定された振動式開閉弁３００、振動子３０２も振動する。

振動によって、振動子３０２は、弁座３０１に図３に示すように圧縮室１３６の圧力が高い時開き、圧力が低い時には閉じるように動作するので、圧力が高い時には圧縮された冷媒ガスは吐出室１３４から連通路１４１、固定座孔３０６、弁座孔３０５を通り、ガスベアリング装置１４０に供給される。

そして、ガスベアリング装置１４０に供給された冷媒ガスは、給気孔１４２からピストン１１２とシリンダー１１０との間に噴出され、噴出した冷媒のガス膜がその弾性によってピストン１１２を支持し、圧縮室１３６の圧力が高くピストン１１２にモーメント力が強く働く時でもピストン１１２はシリンダー１１０内でほぼ非接触の状態に保持される。従ってオイルが無くとも摩耗はほとんど発生せず、さらにはオイルが無いことで摺動損失もほとんど発生しない。

また、圧縮室１３６の圧力が低い時には、振動子３０２は、弁座３０１に押し付けられ、弾性材からなる振動子３０２により確実にシールされて冷媒ガスの流れが確実に止まるので、圧縮行程の１サイクルでみると、冷媒ガスの消費は、半減されることになり、冷媒ガスの消耗が減少することでオイルレス圧縮機の運転率が下がり、高いシステム効率を実現することができる。

そしてオイルレスリニア圧縮機が運転を停止している間は、シリンダーブロック１１１、振動式開閉弁３００の振動も止まり、弾性材からなる振動子３０２が弁座３０１に押し付けられ、弁座孔３０５を確実に封止し、冷媒ガスの流れが確実に止まるので、オイルレスリニア圧縮機の運転停止中における低圧サイドへの冷媒ガスの漏れが無くなり、高圧の冷媒ガスによる低圧サイドの加熱の損失が減少することでオイルレス圧縮機の運転率が下がり、高いシステム効率を実現することができる。

以上のように、本発明にかかるオイルレスリニア圧縮機は、圧縮機の起動初期でもガスベアリング装置が確実に機能するので、高い信頼性を提供できるともに、ガスベアリングから低圧サイドへの冷媒ガスの漏れを減少することで高いシステム効率を確保でき、家庭用冷蔵庫を初めとして、除湿機やショーケース、自動販売機等の冷凍サイクル用途やスターリング冷凍サイクル用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるオイルレスリニア圧縮機の縦断面図同実施の形態における振動式開閉弁の拡大図同実施の形態における圧縮室のガス圧力と振動式開閉弁の開閉状態の関係を示した特性図同実施の形態における１サイクル運転中のピストンと電動圧縮要素の挙動を示す図本発明の実施の形態２におけるオイルレスリニア圧縮機の縦断面図同実施の形態における振動式開閉弁の拡大図本発明の実施の形態３におけるオイルレスリニア圧縮機の縦断面図同実施の形態における振動式開閉弁の拡大図従来のオイルレスリニア圧縮機の縦断面図

符号の説明

１０１密閉容器
１０２電動圧縮要素
１０５固定子
１０７可動子
１０８リニアモーター
１１０シリンダー
１１１シリンダーブロック
１１２ピストン
１３４吐出室
１４０ガスベアリング装置
１５０，２００，３００振動式開閉弁
１５１，２０１，３０１弁座
１５２，２０２，３０２振動子
１５３，２０４，３０３ばね
２０３弾性材

Claims

密閉容器内に電動圧縮要素を弾性的に保持し、前記電動圧縮要素は固定子および可動子とからなるリニアモーターと、前記固定子を固定するとともにシリンダーを形成するシリンダーブロックと、前記可動子と連結され前記シリンダーに往復自在に挿入されたピストンとを備え、前記シリンダーと前記ピストンの間に高圧サイドと連通したガスベアリング装置を形成するとともに、前記高圧サイドと前記ガスベアリング装置との間に前記電動圧縮要素の振動エネルギーによって自在に開閉する振動式開閉弁を設けたオイルレスリニア圧縮機。
振動式開閉弁は、前記ピストンが上死点近傍にある時開く請求項１に記載のオイルレスリニア圧縮機。
振動式開閉弁は、直接、または間接的にシリンダーブロックに固定され、弁座と、前記弁座を高圧サイド側から封止するとともに振動によって自在に開閉する振動子と、前記振動子を前記弁座に押し付けるばねとを、ピストンの往復動の方向に順次配設した請求項１または２に記載のオイルレスリニア圧縮機。
弁座と振動子の少なくとも一方のシール面に、気密性を備える弾性材を設けた請求項３に記載のオイルレスリニア圧縮機。
振動子は気密性がある弾性材で構成された請求項３に記載のオイルレスリニア圧縮機。