JP2006336472A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 密閉容器の耐圧強度の高い密閉型圧縮機を得る。
【解決手段】 この発明に係る密閉型圧縮機は、胴部１と上部鏡板２および下部鏡板３とを溶接接合した密閉容器１０１、密閉容器１０１の内部に配置された電動機構５、および密閉容器１０１の内部に配置され電動機構５によって駆動される圧縮機構６を備えており、胴部１の剛性は、上部鏡板２の剛性および下部鏡板３の剛性よりも大きいことを特徴とするものである。この発明によれば、密閉容器の耐圧強度の高い密閉型圧縮機を提供できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷媒を圧縮する密閉型圧縮機に関するものである。

密閉容器内にモータ部（電動機構）と圧縮機械部（圧縮機構）とを収容した従来の密閉型圧縮機においては、耐圧強度を向上させるために、割れやすいガラスターミナル（電源ターミナル）を上蓋部（上部鏡板）の中心付近に配置するとともに、密閉容器の上蓋部を略球形状にしている（例えば、特許文献１）。また、密閉容器に密閉溶接される電源ターミナルの溶接部または冷媒接続管の溶接部を取り囲んで溶接された密閉容器の剛性を向上させる部材を円弧状金属体とし、円弧状金属体には、密閉容器の変形剛性を向上させるとともに、水滴が除去され易く、製作の容易な切り欠き部が設けられている（例えば、特許文献２）。

特開平１１−２２６７９号公報（第２頁〜第３頁、図１） 特開２０００−２１８２号公報（第３頁〜第４頁、図１）

このような従来の密閉型圧縮機の冷媒として使用されていた特定フロンと呼ばれるＣＦＣ（ｃｈｌｏｒｏｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ）は、成層圏のオゾン層破壊による環境破壊の要因となるため、１９９５年に全廃となった。また、指定フロンと呼ばれるＨＣＦＣ（ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｏｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ）および代替フロンと呼ばれるＨＦＣ（ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ）も地球温暖化の要因となるため２０２０年までに全廃される傾向となっている。

このため、上記のような従来の冷媒に替わり、自然冷媒を密閉型圧縮機の冷媒として使用する動きが起こっている。しかしながら、自然冷媒の中には、上記のような従来の冷媒の臨界圧力よりもはるかに高い臨界圧力を持つ冷媒もあり、このような従来よりも高い臨界圧力を持つ冷媒を使用する場合には、密閉型圧縮機の密閉容器の耐圧強度をさらに向上させる必要がある。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、密閉容器の耐圧強度の高い密閉型圧縮機を得ることを目的としている。

この発明に係る密閉型圧縮機は、胴部と上部鏡板および下部鏡板とを溶接接合した密閉容器、密閉容器の内部に配置された電動機構、および密閉容器の内部に配置され電動機構によって駆動される圧縮機構を備え、胴部の剛性は、上部鏡板の剛性および下部鏡板の剛性よりも大きいものである。

また、この発明に係る密閉型圧縮機は、胴部と上部鏡板および下部鏡板とを溶接接合した密閉容器、密閉容器の内部に配置された電動機構、および密閉容器の内部に配置され電動機構によって駆動される圧縮機構を備え、胴部の板厚は、上部鏡板の板厚および下部鏡板の板厚よりも厚いものである。

さらに、この発明に係る密閉型圧縮機は、胴部と上部鏡板および下部鏡板とを溶接接合した密閉容器、密閉容器の内部に配置された電動機構、および密閉容器の内部に配置され電動機構によって駆動される圧縮機構を備え、胴部の両端の板厚は、上部鏡板の板厚および下部鏡板の板厚よりも厚いものである。

また、この発明に係る密閉型圧縮機は、胴部と上部鏡板および下部鏡板とを溶接接合した密閉容器、密閉容器の内部に配置された電動機構、密閉容器の内部に配置され電動機構によって駆動される圧縮機構、および胴部の外周の両端に焼き嵌めされた円環状のリングを備えたものである。

さらに、この発明に係る密閉型圧縮機は、胴部と上部鏡板および下部鏡板とを溶接接合した密閉容器、密閉容器の内部に配置された電動機構、および密閉容器の内部に配置され電動機構によって駆動される圧縮機構を備え、上部鏡板の高さは、上部鏡板の外半径よりも長く、下部鏡板の高さは、下部鏡板の外半径よりも長いものである。

この発明によれば、密閉容器の耐圧強度の高い密閉型圧縮機を提供できる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による密閉型圧縮機の構成を示す断面図である。図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは、明細書の全文において共通することである。

図１において、密閉容器１０１は、円筒状の胴部１、略半球状の上部鏡板２および略半球状の下部鏡板３から構成され、上部鏡板２および下部鏡板３と胴部１とは、溶接接合部４ａ，４ｂを介して溶接接合されている。ここで、胴部１の内直径ＤＩ_１は、上部鏡板２の内直径ＤＩ_２および下部鏡板３の内直径ＤＩ_３よりも大きく、胴部１の径方向の板厚ｔ_１は、上部鏡板２の径方向の板厚ｔ_２および下部鏡板３の径方向の板厚ｔ_３よりも厚くなっている。

密閉容器１０１内の上部には、電動機構５が配置され、密閉容器１０１内の電動機構５の下方には、冷媒を圧縮する圧縮機構６が配置されている。上部鏡板２には、ガラスで絶縁された電源ターミナル７を有する気密端子８が設置されており、電動機構５は、電源ターミナル７を介して図示していない外部電源から供給された電力によって、圧縮機構６を駆動する。また、胴部１の側面には、冷媒を吸入する吸入管９が配置されており、上部鏡板２の上部には、冷媒を吐出する吐出管１０が配置されている。

冷媒は、冷凍サイクルにつながる吸入管９から密閉容器１０１内の圧縮機構６に供給され、臨界圧力まで圧縮される。圧縮された冷媒は、密閉容器１０１内に排出され、吐出管１０から冷凍サイクルに吐出される。このため、密閉容器１０１内は、高圧の冷媒で満たされることになる。

図２は、従来の密閉型圧縮機の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の円で囲んだ溶接接合部の拡大図である。また、図３は、この発明の実施の形態１による密閉型圧縮機の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の円で囲んだ溶接接合部の拡大図である。

図２において、密閉容器１０１の胴部１の板厚ｔ_１は、上部鏡板２の板厚ｔ_２および下部鏡板３の板厚ｔ_３と等しい。図２に示すように、冷媒の圧力ｐによって、密閉容器１０１の胴部１、上部鏡板２および下部鏡板３は膨張し、胴部１と上部鏡板２とを溶接した溶接接合部４ａおよび胴部１と下部鏡板３とを溶接した溶接接合部４ｂには、密閉容器１０１の高さ方向（Ｙ方向）に作用するせん断荷重Ｆと密閉容器１０１の半径方向（Ｒ方向）に作用する胴部１と上部鏡板２および下部鏡板３とを引き裂くような引き裂き荷重Ｔとが作用する。せん断荷重Ｆは、上部鏡板２と下部鏡板３とが密閉容器１０１内部の圧力ｐでＹ方向に引っ張られる荷重であり、引き裂き荷重Ｔは、胴部１と上部鏡板２および下部鏡板３とのＲ方向の変形量の差から生じる荷重である。

縦弾性係数および板厚が胴部１と上部鏡板２および下部鏡板３とで同じである場合には、Ｒ方向の変形量は、内直径が上部鏡板２および下部鏡板３よりも大きい胴部１の方が大きくなる。また、圧力に対する剛性は、半球状の上部鏡板２および下部鏡板３の方が円筒状の胴部１よりも大きいので、溶接接合部４ａ，４ｂには不溶着部１１を引き裂く方向に引き裂き荷重Ｔが作用する。この引き裂き荷重Ｔによって、図２に示す従来の密閉型圧縮機においては、胴部１と上部鏡板２または下部鏡板３との間に開口部１１が生じ、開口部１１の幅が大きいと、溶接接合部４ａ，４ｂの破壊に起因する応力拡大係数が大きくなる。

図３に示すように、この実施の形態１の密閉型電動機においては、板厚が上部鏡板２および下部鏡板３より胴部１の方が厚いので、胴部１と上部鏡板２および下部鏡板３とのＲ方向の変形量の差が小さくなり、密閉容器１０１の胴部１と上部鏡板２および下部鏡板３との溶接接合部４に作用する引き裂き荷重Ｔが減少する。

したがって、この実施の形態１の密閉型電動機においては、引き裂き荷重Ｔが減少するので、胴部１と上部鏡板２または下部鏡板３との開口部１１の幅が減少する。このため、溶接接合部４ａ，４ｂに作用する応力拡大係数を低減でき、密閉容器１０１の耐圧強度を向上することができる。

有限要素法を用いて算出したところ、上部鏡板２の板厚ｔ_２に対する胴部１の板厚ｔ_１の比（ｔ_１／ｔ_２）を２以上とした場合には、胴部１の板厚と上部鏡板２の板厚とが等しい（ｔ_１／ｔ_２＝１）場合に比べて、応力拡大係数を１０％以上低減することができるという結果が得られた。なお、この場合、上部鏡板２の板厚ｔ_２と下部鏡板３の板厚ｔ_３とは、等しいとした。しかしながら、胴部１の板厚ｔ_１が上部鏡板２の板厚ｔ_２および下部鏡板３の板厚ｔ_３よりも厚ければよく、必ずしも上部鏡板２の板厚ｔ_２と下部鏡板３の板厚ｔ_３とは、等しい必要はない。

なお、この実施の形態１による密閉型電動機においては、胴部１と上部鏡板２および下部鏡板３とは、同じ材料を用いている。しかしながら、胴部１と上部鏡板２および下部鏡板３とは、異なる材料を用いてもよい。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による密閉型圧縮機の構成を示す断面図である。

図４に示すように、この発明実施の形態２による密閉型圧縮機においては、胴部１の板厚ｔ_１が上部鏡板２の板厚ｔ_２および下部鏡板３の板厚ｔ_３と等しい点、上部鏡板２の高さｈ_２が上部鏡板２の外半径（ＤＯ_２／２）よりも長い点、および下部鏡板３の高さｈ_３が下部鏡板３の外半径（ＤＯ_３／２）よりも長い点で、実施の形態１に示す密閉型圧縮機とは異なる。その他の構成は、実施の形態１に示す密閉型圧縮機と同様である。

上部鏡板２の高さｈ_２は上部鏡板２の外半径（ＤＯ_２／２）よりも長く、かつ下部鏡板３の高さｈ_３は下部鏡板３の外半径（ＤＯ_３／２）よりも長いので、胴部１と上部鏡板２および下部鏡板３とのＲ方向の変形量の差が小さくなり、密閉容器１０１の胴部１と上部鏡板２および下部鏡板３との溶接接合部４ａ，４ｂに作用する引き裂き荷重Ｔが減少する。このため、溶接接合部４ａ，４ｂに作用する応力拡大係数を低減でき、密閉容器１０１の耐圧強度を向上することができる。

有限要素法を用いて算出したところ、上部鏡板２の外半径（ＤＯ_２／２）に対する上部鏡板２の高さｈ_２の比（２ｈ_２／ＤＯ_２）を２以上とし、かつ下部鏡板３の外半径（ＤＯ_３／２）に対する下部鏡板３の高さｈ_３の比（２ｈ_３／ＤＯ_３）を２以上とした場合には、上部鏡板２の高さｈ_２と上部鏡板２の外半径（ＤＯ_２／２）とが等しく（２ｈ_２／ＤＯ_２＝１）、かつ下部鏡板３の高さｈ_３と下部鏡板３の外半径（ＤＯ_３／２）とが等しい（２ｈ_３／ＤＯ_３＝１）とした場合に比べて、溶接接合部４ａ，４ｂに作用する応力拡大係数を２０％以上低減することができるという結果が得られた。

さらに、上部鏡板２の板厚ｔ_２に対する胴部１の板厚ｔ_１の比（ｔ_１／ｔ_２）を２以上とするとともに、上部鏡板２の外半径（ＤＯ_２／２）に対する上部鏡板２の高さｈ_２の比（２ｈ_２／ＤＯ_２）を２以上とし、かつ下部鏡板３の外半径（ＤＯ_３／２）に対する下部鏡板３の高さｈ_３の比（２ｈ_３／ＤＯ_３）を２以上とした場合には、上部鏡板２の高さｈ_２と上部鏡板２の外半径（ＤＯ_２／２）とが等しく（２ｈ_２／ＤＯ_２＝１）、かつ下部鏡板３の高さｈ_３と下部鏡板３の外半径（ＤＯ_３／２）とが等しい（２ｈ_３／ＤＯ_３＝１）とした場合に比べて、溶接接合部４ａ，４ｂに作用する応力拡大係数を３０％以上低減することができるという結果が得られた。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による密閉型圧縮機の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の円で囲んだ溶接接合部の拡大図である。

図５に示すように、この発明の実施の形態３による密閉型圧縮機においては、胴部１の径方向の板厚ｔ_１が上部鏡板２の径方向の板厚ｔ_２および下部鏡板３の径方向の板厚ｔ_３と等しく、胴部１の両端の溶接接合部４ａ，４ｂ近傍でのみ、径方向の板厚ｔ_１１，ｔ_１２が上部鏡板２の板厚ｔ_２および下部鏡板３の板厚ｔ_３よりも厚い点で、実施の形態１に示す密閉型圧縮機とは異なる。その他の構成は、実施の形態１に示す密閉型圧縮機と同様である。

胴部１の両端の板厚ｔ_１１，ｔ_１２が上部鏡板２の板厚ｔ_２および下部鏡板３の板厚ｔ_３よりも厚いので、胴部１と上部鏡板２および下部鏡板３とのＲ方向の変形量の差が小さくなり、密閉容器１０１の胴部１と上部鏡板２および下部鏡板３との溶接接合部４ａ，４ｂに作用する引き裂き荷重Ｔが減少する。このため、溶接接合部４ａ，４ｂに作用する応力拡大係数を低減でき、密閉容器１０１の耐圧強度を向上することができる。

有限要素法を用いて算出したところ、上部鏡板２の板厚ｔ_２に対する胴部１における上部鏡板２側の端の板厚ｔ_１２の比（ｔ_１２／ｔ_２）を２以上とした場合には、胴部１における上部鏡板２側の端の板厚ｔ_１２と上部鏡板２の板厚ｔ_２とが等しい（ｔ_１２／ｔ_２＝１）場合に比べて、溶接接合部４ａ，４ｂに作用する応力拡大係数を１０％以上低減することができるという結果が得られた。なお、この場合、胴部１における上部鏡板２側の端の板厚ｔ_１２と下部鏡板３側の端の板厚ｔ_１３とは等しく、上部鏡板２の板厚ｔ_２と下部鏡板３の板厚ｔ_３とは等しいとした。しかしながら、胴部１の両端の板厚ｔ_１２，ｔ_１３のみが上部鏡板２の板厚ｔ_２および下部鏡板３の板厚ｔ_３よりも厚ければよく、必ずしも胴部１における上部鏡板２側の端の板厚ｔ_１２と下部鏡板３側の端の板厚ｔ_１３とは、等しい必要はない。また、上部鏡板２の板厚ｔ_２と下部鏡板３の板厚ｔ_３とについても、等しい必要はない。

さらに、胴部１の両端の板厚ｔ_１２，ｔ_１３のみが上部鏡板２の板厚ｔ_２および下部鏡板３の板厚ｔ_３よりも厚いので、胴部１の全体の板厚ｔ_１が上部鏡板２の板厚ｔ_２および下部鏡板３の板厚ｔ_３よりも厚い場合に比べて、密閉容器１０１の重量を軽くすることができ、製造コストを低減することができる。

実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４による密閉型圧縮機の構成を示す断面図である。この発明の実施の形態４による密閉型圧縮機においては、胴部１の板厚ｔ_１が上部鏡板２の板厚ｔ_２および下部鏡板３の板厚ｔ_３と等しく、胴部１の外周の両端に焼き嵌めされた円環状のリング１２を備えている点で、実施の形態１に示す密閉型圧縮機とは異なる。その他の構成は、実施の形態１に示す密閉型圧縮機と同様である。

この実施の形態４による密閉型圧縮機においては、胴部１の外周の両端に焼き嵌めされた円環状のリング１２を備えているので、胴部１と上部鏡板２および下部鏡板３とのＲ方向の変形量の差が小さくなり、密閉容器１０１の胴部１と上部鏡板２および下部鏡板３との溶接接合部４に作用する引き裂き荷重Ｔが減少する。このため、溶接接合部４ａ，４ｂに作用する応力拡大係数を低減でき、密閉容器１０１の耐圧強度を向上することができる。

焼き嵌めするリング１２の厚さｔ_Ｒを厚くするほど、溶接接合部４ａ，４ｂに作用する応力拡大係数を低減できる。有限要素法を用いて算出したところ、胴部１の板厚ｔ_１に対するリング１２の厚さｔ_Ｒの比（ｔ_Ｒ／ｔ_１）を１以上とした場合には、リング１２を設置しない場合に比べて、溶接接合部４ａ，４ｂに作用する応力拡大係数を１０％以上低減することができるという結果が得られた。

また、胴部１の板厚ｔ_１は、上部鏡板２の板厚ｔ_２および下部鏡板３の板厚ｔ_３と等しく、胴部１の外周の両端に焼き嵌めされた円環状のリング１２を備えているので、胴部１の全体の板厚ｔ_１が上部鏡板２の板厚ｔ_２および下部鏡板３の板厚ｔ_３よりも厚い場合に比べて、密閉容器１０１の重量を軽くすることができ、製造コストを低減することができる。さらに、リング１２を胴部１の外周の両端に焼き嵌めするので、胴部１の両端の板厚ｔ_１２，ｔ_１３を加工する必要がなく、胴部１の両端の板厚ｔ_１２，ｔ_１３のみが上部鏡板２の板厚ｔ_２および下部鏡板３の板厚ｔ_３よりも厚い場合よりも製造工程を簡略化することができ、製造コストを低減することができる。

実施の形態５．
実施の形態１による密閉型電動機においては、胴部１と上部鏡板２および下部鏡板３とは、同じ材料を用いている。しかしながら、この実施の形態５による密閉型電動機においては、胴部１には鉄鋼材を用い、上部鏡板２および下部鏡板３にはチタン合金を用いる点、および胴部１の板厚ｔ_１が上部鏡板２の板厚ｔ_２および下部鏡板３の板厚ｔ_３と等しい点で、実施の形態１に示す密閉型圧縮機とは異なる。その他の構成は、実施の形態１に示す密閉型圧縮機と同様である。

この実施の形態５による密閉型圧縮機においては、胴部１には鉄鋼材を用い、上部鏡板２および下部鏡板３にはチタン合金を用いるので、剛性（縦弾性係数）は、上部鏡板２および下部鏡板３よりも胴部１の方が大きい。したがって、胴部１と上部鏡板２および下部鏡板３とのＲ方向の変形量の差が小さくなり、密閉容器１０１の胴部１と上部鏡板２および下部鏡板３との溶接接合部４に作用する引き裂き荷重Ｔが減少する。このため、溶接接合部４ａ，４ｂに作用する応力拡大係数を低減でき、密閉容器１０１の耐圧強度を向上することができる。

この実施の形態５においては、上部鏡板２および下部鏡板３にはチタン合金を用いたが、剛性が胴部１の材料より小さい材料であればよく、高純度アルミ合金などでもよい。

この発明の実施の形態１による密閉型圧縮機の構成を示す断面図である。 従来の密閉型圧縮機の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態１による密閉型圧縮機の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態２による密閉型圧縮機の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態３による密閉型圧縮機の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態４による密閉型圧縮機の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 胴部、 ２ 上部鏡板、 ３ 下部鏡板、 ４ａ，４ｂ 溶接接合部、 ５ 電動機構、 ６ 圧縮機構、 ７ 電源ターミナル、 ８ 気密端子、 ９ 吸入管、 １０ 吐出管、 １１ 開口部、 １２ リング、 １０１ 密閉容器。

Claims (5)

1. 胴部と上部鏡板および下部鏡板とを溶接接合した密閉容器、
   前記密閉容器の内部に配置された電動機構、
   および前記密閉容器の内部に配置され前記電動機構によって駆動される圧縮機構を備え、
   前記胴部の剛性は、前記上部鏡板の剛性および前記下部鏡板の剛性よりも大きいことを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 胴部と上部鏡板および下部鏡板とを溶接接合した密閉容器、
   前記密閉容器の内部に配置された電動機構、
   および前記密閉容器の内部に配置され前記電動機構によって駆動される圧縮機構を備え、
   前記胴部の板厚は、前記上部鏡板の板厚および前記下部鏡板の板厚よりも厚いことを特徴とする密閉型圧縮機。
3. 胴部と上部鏡板および下部鏡板とを溶接接合した密閉容器、
   前記密閉容器の内部に配置された電動機構、
   および前記密閉容器の内部に配置され前記電動機構によって駆動される圧縮機構を備え、
   前記胴部の両端の板厚は、前記上部鏡板の板厚および前記下部鏡板の板厚よりも厚いことを特徴とする密閉型圧縮機。
4. 胴部と上部鏡板および下部鏡板とを溶接接合した密閉容器、
   前記密閉容器の内部に配置された電動機構、
   前記密閉容器の内部に配置され前記電動機構によって駆動される圧縮機構、
   および前記胴部の外周の両端に焼き嵌めされた円環状のリングを備えたことを特徴とする密閉型圧縮機。
5. 胴部と上部鏡板および下部鏡板とを溶接接合した密閉容器、
   前記密閉容器の内部に配置された電動機構、
   および前記密閉容器の内部に配置され前記電動機構によって駆動される圧縮機構を備え、
   前記上部鏡板の高さは、前記上部鏡板の外半径よりも長く、
   前記下部鏡板の高さは、前記下部鏡板の外半径よりも長いことを特徴とする密閉型圧縮機。
   

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