JP2007016646A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】小型吸入マフラーによる脈動音の低減と性能の安定化を図る。
【解決手段】吸入マフラー１４０の連通管１５０の消音空間内開口端１５４および尾管１５２の消音空間内開口端１５８をともに消音空間１４２の長手方向の中心から離れた位置で同一方向に近接開口させたもので、吸入マフラー１４０の消音特性に反共鳴周波数１７１を生成させ、密閉容器内空間１４１の気柱共鳴周波数１６２と一致させることにより、効果的に脈動音を低減させるとともに、冷媒ガス２００からオイル１０２の分離作用を促進させ性能の安定化を図ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、主に家庭用の電気冷凍冷蔵庫などに使用されるインバータ制御方式の密閉型圧縮機に関するものである。

近年、地球環境に対する要求はますます強まってきており、冷蔵庫やその他の冷凍サイクル装置等においても、特に低騒音化および高効率化が強く要望されている。

従来、この種の密閉型圧縮機としては、樹脂製の吸入マフラーを用いたものがある（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密閉型圧縮機を説明する。

図５は特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の縦断面図、図６は従来の吸入マフラーの正面図、図７は図６の従来の吸入マフラーのＡ−Ａ’線断面図である。

図５から図７において、密閉容器１は、巻線部３ａを保有する固定子３と回転子４からなる電動要素５と、電動要素５によって駆動される圧縮要素６と、密閉容器１の下部に貯留したオイル８を収容する。

クランクシャフト１０は、回転子４を圧入固定した主軸部１１および主軸部１１に対し偏心して形成された偏心部１２を有するとともに、主軸部１１の内部にはオイルポンプ１３がオイル８中に開口するよう設けてある。シリンダーブロック２０は、略円筒形の圧縮室２２を有するとともに主軸部１１を軸支する軸受け部２３を有し、電動要素５の上方に形成されている。

ピストン３０は、圧縮室２２に往復摺動自在に挿入され、偏心部１２との間を連結手段３１によって連結されている。バルブプレート３２は圧縮室２２の端面を封止しており、板バネ状の可動弁３３は、バルブプレートに穿設され、圧縮室２２と連通する吸入孔３４とともに吸入バルブ３５を構成する。ヘッド３６は、高圧室を形成し、バルブプレート３２の圧縮室２２の反対側に固定される。吸入管３９は、密閉容器１に固定されるとともに冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒ガスであるＲ１３４ａ（図示せず）を密閉容器１内に導く。

ここで、密閉容器１は鉄板をプレス加工することで成型され、密閉容器１内の気柱共鳴周波数は冷媒ガスＲ１３４ａを用いた時、約５００Ｈｚである。

吸入マフラー４０は、内部に消音空間４１を形成する。消音空間４１は左右に分かれたＡ部屋４０ａとＢ部屋４０ｂの２つの部屋と、これらＡ部屋４０ａとＢ部屋４０ｂとを連通する連通空間４０ｃとから形成されている。第１連通路４２は可動弁３３と消音空間４１とを連通しており、約５０度の角度で消音空間４１内に屈曲して延出し、第１開口部４２ａが消音空間４１内に開口している。第２連通路４３は、密閉容器１内と消音空間４１とを連通しており、消音空間４１内で第２開口部４３ａが消音空間４１内に延出開口している。なお、Ａ部屋４０ａは約５００Ｈｚの共鳴型マフラーを形成している。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

電動要素５の回転子４はクランクシャフト１０を回転させ、偏心部１２の回転運動が連結手段３１を介してピストン３０に伝えられることでピストン３０は圧縮室２２内を往復運動することにより、冷却システム（図示せず）から密閉容器１内にＲ１３４ａ冷媒ガスが流入し吸入管３９を通して密閉容器１内に導かれる。吸入されたＲ１３４ａ冷媒ガスは吸入マフラー４０の第２連通路４３を経てＢ部屋４０ｂに開放した後、第１連通路４２を経て吸入孔３４を通り、可動弁３３の開いた時に圧縮室２２内に流入そして圧縮し、冷却システムへと吐き出される。

ここで、圧縮室２２内へ冷媒ガスＲ１３４ａが吸い込まれるとき、可動弁３３は開閉を行なうが、この際、可動弁３３は開閉時、様々な周波数を含む圧力脈動を発生し、上記冷媒流れの逆向きに伝播していく。この圧力脈動のうち、気柱共鳴モードである５００Ｈｚが密閉容器１内に達するとこれが加振源となり、密閉容器１内で密閉容器１の気柱共鳴モードである５００Ｈｚ帯域の騒音が増加する。しかしながら、Ａ部屋４０ａは約５００Ｈｚの共鳴型マフラーを形成していることから、圧力脈動のうち５００Ｈｚ帯域音はＡ部屋４０ａで大きく減衰される。
特開２００３−１７２２６５号公報

しかしながら、上記従来の構成では、吸入マフラー４０の消音空間４１自体で特定の周波数に対する共鳴型マフラーを構成する必要があり、容積を小さくすることが困難であった。

さらに、第１開口部４２ａと第２開口部４３ａの開口端が対向しているため、途中、消音空間４１に開放され、冷媒ガスの流速が低下しオイル分離を行うが、殆どの冷媒ガスはそのまま第１連通路４２により導かれオイル８を多分に含んだ冷媒ガスが圧縮室２２へ導かれる。

このため、内部形状を維持しながら小型化を図った従来の吸入マフラーでは十分な消音量が得られず脈動音を減衰させることができないとともに、オイル８を多く含んだ冷媒ガスを圧縮することになり性能を悪化させていた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、騒音が低く、かつ性能が安定した密閉型圧縮機を実現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、本発明の密閉型圧縮機は、吸入マフラーの連通管の消音空間内開口端および尾管の消音空間内開口端をともに前記消音空間の長手方向の中心から離れた位置に近接開口させることにより、吸入マフラーの消音特性に反共鳴部を生成させ、特定の対象周波数と一致させることにより、効果的に脈動音を低減させる作用を有する。

また、連通管の消音空間内開口端および尾管の消音空間内開口端を同一方向に開口させるとともに、連通管の消音空間内開口端を尾管の消音空間内開口端より延出させることにより、吸入マフラー内での冷媒ガスのオイル分離を促進させる作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、吸入マフラーの消音空間が減少しても脈動音を効果的に減衰させ、冷媒ガスのオイル分離を促進させることで、騒音が低く、性能を安定させることができる。

請求項１に記載の発明は、ピストンが往復動するシリンダと消音空間を形成する吸入マフラーとを備えた圧縮要素を密閉容器内に収容し、前記吸入マフラーは一端が前記シリンダに連通し他端が前記消音空間に連通開口する連通管と、一端が前記密閉容器内空間に連通し他端が前記消音空間に連通開口する尾管とを備えるとともに、前記連通管の前記消音空間内開口端および前記尾管の前記消音空間内開口端をともに前記消音空間の長手方向の中心から離れた位置で同一方向に近接開口させたもので、吸入マフラーの消音特性に反共鳴部を生成させることができ、特定の周波数の音源を極めて低いレベルにまで低下させることで、問題となる脈動音を局所的に低減でき、冷媒ガスのオイル分離を促進し、性能を安定させることができる。

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、吸入マフラーの反共鳴周波数と密閉容器内の気柱共鳴周波数を一致させたもので、密閉容器内の気柱共鳴を励起させる吸入マフラーからの音響放射成分が激減し、脈動音を効果的に低減することができる。

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、連通管の消音空間内開口端を前期尾管の消音空間内開口端より延出させたもので、オイルミストを含んだ冷媒ガスが連通管の消音空間内開口端から吸い込まれる際に、連通管の消音空間内開口端部の壁面に冷媒ガスが衝突しながら吸い込まれことから、冷媒ガス中のオイル分離が促進され、高効率化が図れるとともに性能を安定させることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、連通管の消音空間内開口端を尾管の消音空間内開口端より上方に位置させたもので、連通管の消音空間内開口端の下方の壁面でオイル分離し消音空間の下方に落下することから、連通管の消音空間内開口端からこの落下するオイルを吸い込むことが無く、より純度の高い冷媒ガスをシリンダ内へ導くことができ、飛躍的に効率を向上させるとともに性能を安定させることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、尾管を構成する壁の一面は消音空間の壁と共有され、かつ前記尾管を構成する壁の延長部は前記消音空間が広がる方向に傾斜しているもので、オイルミストを含んだ冷媒ガスは尾管内を流れる際に尾管を構成する壁によりオイルが分離され、冷媒ガスが尾管の消音空間内開口端から消音空間内へ流出する際に分離されたオイルは延長部を伝わり、冷媒ガスが吸い込まれる連通管の消音空間内開口端から離れるように移動していき、その後消音空間の下方へ落下することから、冷媒ガス中のオイル分離が促進され、高効率化が図れるとともに性能を安定させることができる。

以下、本発明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における密閉型圧縮機の縦断面図であり、図２は、吸入マフラーの縦断面図、図３は、図２の吸入マフラーのＡ−Ａ’線断面図、図４は、吸入マフラーの音響特性図である。

図１から図４において、本実施例は例えば全高が従来に対して約Δ２０ｍｍ程度低く、密閉容器１０１内底部にオイル１０２を貯留するとともに、電動要素１１０と、これによって駆動される圧縮要素１２０とからなる圧縮機本体１０４を収容し、例えばＲ６００ａなどの温暖化係数の低い炭化水素系の冷媒を充填している。また密閉容器１０１には電動要素１１０に電源を供給するための電源端子１０８が取り付けられている。

まず、電動要素１１０について説明する。

電動要素１１０は、突極集中巻き方式のＤＣブラシレスモータを形成しており、固定子１１２と回転子１１４とを備え、電源端子１０８を経由して、インバータ駆動回路（図示せず）と導線により接続されている。

固定子１１２は、鉄損の少ない電磁鋼板で形成された固定子鉄心の磁極歯に絶縁材を介して巻線が直接巻回して形成されている。回転子１１４は、固定子１１２の内径側に配置され、回転子鉄心と、回転子鉄心内に配置される永久磁石とから構成され、クランクシャフト１２１の主軸１２２に固定される。

また、電動要素１１０は、インバータ駆動により、１８ｒ／ｓから８１ｒ／ｓの間の複数の周波数で運転を行う。

次に圧縮要素１２０の詳細を以下に説明する。

圧縮要素１２０は電動要素１１０の上方に配設されている。

圧縮要素１２０を構成するクランクシャフト１２１は主軸１２２及び偏心軸１２４を備えるとともに、オイル１０２に浸漬される主軸１２２下端から偏心軸１２４の上端までを連通する給油機構１２５が設けられている。ブロック１２６には主軸１２２を回転自在に軸支する軸受部１２７およびシリンダ１３０を備える。

ピストン１２８はシリンダ１３０に往復自在に挿入されており、シリンダ１３０の端面に配設されるバルブプレート１３２とともに圧縮室１３４を形成する。ピストン１２８は連結手段１３６によって偏心軸１２４と連結されている。

吸入マフラー１４０は、バルブプレート１３２とシリンダヘッド１３８に挟持されることで固定され、主にガラス繊維を添加した結晶性樹脂であるポリブチレンテレフタレートなどの合成樹脂で形成されている。

さらに、吸入マフラー１４０は、内部に消音空間１４２を形成し、連通管１５０と尾管１５２を備えており、連通管１５０は一端が消音空間１４２に開口している消音空間内開口端１５４と、他端がシリンダ１３０の圧縮室１３４に連通する圧縮室開口端１５６とを備え、尾管１５２は一端が消音空間１４２に開口している消音空間内開口端１５８と、他端が密閉容器内空間１４１に開口する密閉容器内開口端１６０とを備えている。

また、連通管１５０の消音空間内開口端１５４および尾管１５２の消音空間内開口端１５８をともに消音空間１４２の長手方向の中心から離れた位置で同一方向に互いの開口端が近接して配置されている。

また、脈動音の主成分は密閉容器内空間１４１の気柱共鳴音であり、密閉容器内空間１４１の気柱共鳴周波数１６２と吸入マフラー１４０の音響特性１７０の反共鳴周波数１７１を一致させている。

また、消音空間内開口端１５４を消音空間内開口端１５８より延出させている。

また、連通管１５０の消音空間内開口端１５４を尾管１５２の消音空間内開口端１５８より上方に位置させている。

また、尾管１５２を構成する壁２１２の一面は消音空間１４２の壁２１２と共有され、かつ尾管１５２を構成する壁２１２の延長部２１４は消音空間１４２が広がる方向に傾斜させている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

インバータ駆動回路より電動要素１１０に通電されると、固定子１１２に発生する磁界により回転子１１４はクランクシャフト１２１とともに回転する。主軸１２２の回転に伴い、偏心軸１２４は偏心回転し、この偏心運動は連結手段１３６を介して往復運動に変換され、ピストン１２８をシリンダ１３０内で往復運動させることで密閉容器１０１内の冷媒ガスを圧縮室１３４内に吸入し、圧縮する圧縮動作を行う。

また、圧縮動作に伴う吸入行程において、密閉容器１０１内の冷媒ガスは、吸入マフラー１４０を介して圧縮室１３４内に間欠的に吸入され、圧縮された後、吐出配管などを経由して密閉容器１０１外の既知の冷凍サイクル（図示せず）へ送られる。吸入マフラー１４０は、連通管１５０、尾管１５２、消音空間１４２で、間欠的な冷媒ガスの吸入により発生する脈動音を低減する。また、吸入マフラー１４０は、金属などに比べ大幅に熱伝達の少ないポリブチレンテレフタレート樹脂で形成され、冷凍サイクルから戻った温度の低い冷媒の加熱を防止し、性能の低下を防いでいる。

ここで、吸入マフラー１４０の消音効果について詳細に説明する。

図４は、吸入マフラー１４０の消音空間１４２の音響特性を表しており、横軸は周波数で、縦軸は吸入マフラー１４０の尾管１５２の密閉容器内開口端１６０から放射される音圧レベルであり、この音圧レベルがマイナスになるほど消音量が大きいことを示している。また、本実施の形態の音響特性１７０を実線で示し、尾管１５２の消音空間内開口端１５８を吸入マフラー１４０の長手方向の中心線に設定された時の音響特性１７３を破線で示している。

尾管１５２の消音空間内開口端１５８が連通管１５０の消音空間内開口端１５４から遠ざかり、中心線に近づくほど反共鳴周波数１７１が、反共鳴周波数１７４のように高域側へ移動する。また、反共鳴周波数１７１の消音量は、共鳴周波数１７２と接近することにより、反共鳴周波数１７４のように消音量が著しく低下する。

このことから、尾管１５２の消音空間内開口端１５８を中心線から離れた位置に開口し、かつ連通管１５０の消音空間内開口端１５４に近づくほど反共鳴周波数１７１の消音量を大きくすることができ、密閉型圧縮機の問題となる脈動音の特定の対象周波数とこの反共鳴周波数１７１を一致させることで脈動音を極めて低くすることができる。

ここで、音響特性１７０の共鳴周波数１７２のピークレベルは、音響特性１７３の共鳴周波数１７５のピークレベルより大きいが、密閉型圧縮機の問題となる脈動音の特定の対象周波数からずれていることから、増幅することなく大きな騒音となって圧縮機から放射することは殆どない。

このため、圧縮機の小型化により消音空間１４２の容量が小さくなって、マフラーとしての基本的な消音能力が低下しても、特定の対象周波数における消音効果を劇的に向上させることができる。

また、この特定の対象周波数を密閉容器内空間１４１の気柱共鳴周波数１６２に一致させることにより、本実施の形態における圧縮機は極めて低い騒音特性を実現することができる。

さらに、圧縮動作とともに、密閉容器１０１の下部に貯留されたオイル１０２は、クランクシャフト１２１の給油機構１２５により、主軸１２２下端から偏心軸１２４の上端まで導かれ、各摺動部位及び、密閉容器１０１内に噴霧され、一部はオイルミストとなり冷媒ガスに混入するが、大部分は密閉容器１０１内の下部へ導かれ貯留される。

このオイルミストを多分に含んだ冷媒ガス２００は、尾管１５２を介して密閉容器内空間１４１から消音空間１４２内に導かれ、連通管１５０の消音空間内開口端１５４から吸い込まれる。この際、連通管１５０の消音空間内開口端１５４と、尾管１５２の消音空間内開口端１５８は同一方向に開口していることから、消音空間内開口端１５８から消音空間１４２内へ噴出した冷媒ガス２００の大部分は一端、消音空間内開口端１５４を構成する壁面に衝突しながら吸い込まれる。

このため、冷媒ガス２００に含まれたオイルミストは消音空間内開口端１５４の壁面に付着し、冷媒ガス２００からオイル１０２が分離される。分離されたオイル１０２は消音空間１４２内の下部に落下し、オイル排出孔１７８から密閉容器内空間１４１へ排出され、密閉容器１０１内の下部に貯留される。

このことから、連通管１５０の消音空間内開口端１５４からより純度の高い冷媒ガスをシリンダ１３０内へ導くことができ、性能を安定させることができる。

また、連通管１５０の消音空間内開口端１５４を尾管１５２の消音空間内開口端１５８より延出させることにより、オイルミストが衝突する消音空間内開口端１５４を構成する壁面の面積が大きくなり、冷媒ガス２００のオイル分離作用が促進され、より高効率で安定した性能を得ることができる。

また、連通管１５０の消音空間内開口端１５４を尾管１５２の消音空間内開口端１５８より上方に位置させることで、連通管１５０の消音空間内開口端１５４の下方の壁面でオイル分離され、分離されたオイル１０２は消音空間１４２の下方に落下する。このため、連通管１５０の消音空間内開口端１５４からこの落下するオイル１０２を吸い込むことが無く、より純度の高い冷媒ガスをシリンダ１３０内へ導くことができ、飛躍的に効率が向上し、より安定した性能を得ることができる。

また、尾管１５２を構成する壁２１２の一面は消音空間１４２の壁２１２と共有され、かつ尾管１５２を構成する壁２１２の延長部２１４は消音空間１４２が広がる方向に傾斜させることで、オイルミストを含んだ冷媒ガス２００は尾管１５２内を流れる際に尾管１５２を構成する壁２１２に衝突しながら流れることから、オイル１０２が尾管１５２内で分離されて、冷媒ガス２００が尾管１５２の消音空間内開口端１５８から消音空間１４２内へ流出する。

この際にオイル１０２は冷媒ガス２００の流れから遠ざかるように反対方向の延長部２１４を伝わり、その後、消音空間１４２の下方に落下する。このため、連通管１５０の消音空間内開口端１５４から吸い込まれる冷媒ガス２００は、冷媒純度の非常に高いものとなり、密閉型圧縮機の効率を飛躍的に向上させるとともに性能を安定させることができる。

尚、本実施例の電動要素１１０は突極集中巻き方式のＤＣブラシレスモータであるが、分布巻き方式のインダクションモータにおいても、本発明の高さ方向の寸法を小さくした内容積の小さい吸入マフラー１４０を用いることで、低騒音化が図れ、性能を安定させるとともに、密閉型圧縮機を小型化することができる。

特に、強力な磁力を得ることができる希土類磁石を用いた電動要素１１０では、高さ方向の寸法をさらに小さくすることができるので、高さが低くても騒音を低減できる本発明の効果は顕著であり、密閉型圧縮機の高さをさらに低くすることが可能となる。

さらに、本発明の密閉型圧縮機では、インバータにより回転数を広い範囲で運転し、オイル１０２の飛散の状況も回転数により大きく変化するが、多量にオイル１０２が飛散し、吸入マフラー１４０へオイル１０２が吸入されやすい高回転の運転でも、尾管１５２の壁２１２に衝突する冷媒ガス流速が増し、オイル分離作用も促進されることから、広い運転範囲でオイル１０２の圧縮室１３４への吸入を防止し、密閉型圧縮機の効率を向上させるとともに性能を安定させることができる。

以上のように、本発明の密閉型圧縮機は、吸入マフラー１４０の音響特性の最適化が図れ、かつ冷媒ガス中のオイル１０２を確実に分離できることから、低騒音で安定した性能にすることができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、圧縮機の低騒音化と性能を安定させることができるので、家庭用電気冷凍冷蔵庫に限らず、エアーコンディショナー、自動販売機やその他の冷凍装置等に広く適用できる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図 同実施の形態における吸入マフラーの断面図 同実施の形態における図２の吸入マフラーのＡ−Ａ’線断面図 同実施の形態における吸入マフラーの音響特性図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の吸入マフラーの正面図 図６の従来の吸入マフラーのＡ−Ａ’線断面図

符号の説明

１０１ 密閉容器
１０２ オイル
１２０ 圧縮要素
１２８ ピストン
１３０ シリンダ
１４０ 吸入マフラー
１４１ 密閉容器内空間
１４２ 消音空間
１５０ 連通管
１５２ 尾管
１５４，１５８ 消音空間内開口端
１６２ 気柱共鳴周波数
１７１，１７４ 反共鳴周波数
２１２ 壁
２１４ 延長部

Claims (5)

1. ピストンが往復動するシリンダと消音空間を形成する吸入マフラーとを備えた圧縮要素を密閉容器内に収容し、前記吸入マフラーは一端が前記シリンダに連通し他端が前記消音空間に連通開口する連通管と、一端が前記密閉容器内空間に連通し他端が前記消音空間に連通開口する尾管とを備えるとともに、前記連通管の前記消音空間内開口端および前記尾管の前記消音空間内開口端をともに前記消音空間の長手方向の中心から離れた位置で同一方向に近接開口させた密閉型圧縮機。
2. 吸入マフラーの反共鳴周波数と密閉容器内の気柱共鳴周波数を一致させた請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 連通管の消音空間内開口端を前記尾管の消音空間内開口端より延出させた請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 連通管の消音空間内開口端を尾管の消音空間内開口端より上方に位置させた請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 尾管を構成する壁の一面は消音空間の壁と共有され、かつ前記尾管を構成する壁の延長部は前記消音空間が広がる方向に傾斜している請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。

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