JP2007024037A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

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Abstract

【課題】 低速モーターを採用することで、駆動騷音を減少しながらも圧縮能力の低下を防止できる圧縮機を提供する。
【解決手段】 密閉容器1と、前記密閉容器1の内部に設けられ、冷媒圧縮室11aを備える圧縮部10と、冷媒の圧縮力を提供するために、4極以上の低速モーターを備える駆動部20と、前記圧縮室11a外側の密閉容器1内部に残っている冷媒を前記圧縮室11aに伝達する過給装置60と、から構成されており、前記過給装置60は、前記駆動部20から駆動力を受けて回転するファン70と、前記ファン70によって送風された冷媒を前記冷媒圧縮室11aに伝達する流路80とを含む。
【選択図】 図2

Description

本発明は、圧縮機に関するもので、詳しくは、低速モーターを採用することで、駆動騷音を減少しながらも圧縮能力の低下を防止できる圧縮機に関するものである。
一般に、冷蔵庫や空気調和機などに採用される冷凍サイクルには、低圧冷媒を吸入及び圧縮し(高圧冷媒を発生)、圧縮された高圧冷媒を吐出する圧縮機と、この圧縮機から吐出された冷媒を凝縮する凝縮器と、この凝縮器から伝達された凝縮冷媒を膨脹する膨脹部材と、この膨脹部材から伝達された膨脹冷媒を蒸発によって周囲の空気と熱交換する蒸発器と、が用いられる。これら圧縮機、凝縮器、膨脹部材及び蒸発器は、冷媒管の使用によって閉回路をなして連結される。
一方、冷凍サイクルの能力を考慮して、冷凍サイクルの圧縮機用モーターには、常用回転速度が3000rpm乃至3600rpmの2極モーターが主に用いられる。
しかしながら、従来の冷凍サイクルの圧縮機は、高速の2極モーターを採用するため、モーターの高速回転に伴う振動により、駆動騷音が過度に発生するという問題点があった。
さらに、圧縮機の駆動騷音を低減するために、常用回転速度が1500rpm乃至1800rpmの低速の4極モーターが2極モーターの代わりに用いられるが、この場合、低速モーターの低いRPMによって圧縮能力が低減するので、冷媒の圧縮作用を効果的に行えなくなるという問題点があった。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、低速モーターを採用することで、駆動騷音を減少しながらも圧縮能力の低下を防止できる圧縮機を提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明に係る密閉型圧縮機は、密閉容器と、前記密閉容器の内部に設けられ、冷媒圧縮室を備える圧縮部と、冷媒の圧縮力を提供するために、4極以上の低速モーターを備える駆動部と、前記冷媒圧縮室外側の密閉容器内部に残っている冷媒を前記圧縮室に伝達する過給装置と、から構成されており、前記過給装置は、前記駆動部から駆動力を受けて回転するファンと、前記ファンによって送風された冷媒を前記冷媒圧縮室に伝達する流路と、を含むことを特徴とする。
また、本発明に係る密閉圧縮機は、密閉容器と、冷媒の圧縮手段と、騒音を最小化しながら圧縮力を提供する手段と、前記密閉容器から前記圧縮手段に冷媒を伝達する手段と、を含むことを特徴とする。
さらに、本発明に係る密閉圧縮機は、少なくとも一つの密閉容器と、圧縮室を含む少なくとも一つの圧縮部と、力を提供するための少なくとも一つのモーターと、少なくとも一つの過給装置と、を含み、前記過給装置は、回転する過給ファンと、前記過給ファンによって送風された冷媒を前記圧縮室に伝達するための過給流路と、を含むことを特徴とする。
本発明に係る圧縮機は、4極以上の低速モーターを駆動部として採用することで、駆動騷音を大幅に減少して静粛運転を可能にするという効果がある。
また、本発明に係る圧縮機は、過給装置を用いることで、回転軸の低速回転による圧縮能力の低下を防止できるという効果がある。
以下、本発明の好ましい実施の形態に対し、図面に基づいて詳しく説明する。
冷凍サイクルを通して循環する冷媒は、凝縮器で凝縮されながら大気に熱を放出し、蒸発器で蒸発されながら大気からの熱を吸収しており、この蒸発器によって冷却作用が行われる。
より詳しく説明すると、圧縮機は、密閉容器と、冷媒を圧縮する圧縮部と、冷媒の圧縮力を提供するモーターと、を備えており、これら圧縮部及びモーターは、密閉容器の内部に設けられる。さらに、密閉容器には、蒸発器から伝達された冷媒を密閉容器の内部に流入するための吸入管と、圧縮部で圧縮された冷媒を密閉容器から前記凝縮器に吐出するための吐出管と、が設置される。
上記のような構成により、蒸発器から吸入管を通して圧縮機の密閉容器内部に流入された冷媒は、モーターの駆動によって圧縮部で圧縮され、この圧縮された冷媒は、密閉容器から前記吐出管を通して凝縮器に吐出される。
本発明に係る圧縮機は、図1に示すように、互いに結合された上部容器1aと下部容器1bとに区分される密閉容器1と、冷媒を圧縮する圧縮部10と、冷媒の圧縮力を提供する駆動部20と、を備えており、これら圧縮部10及び駆動部20は、密閉容器1の内部に設けられる。さらに、密閉容器の一側には、冷凍サイクルの蒸発器から供給された冷媒を密閉容器1に案内する吸入管2が設けられ、他側には、前記圧縮部10で圧縮された冷媒を密閉容器1から冷凍サイクルの凝縮器に吐出する吐出管3が設けられる。
圧縮部10は、フレーム30の一側に設けられ、冷媒を圧縮するための圧縮室11aが内部に形成されるシリンダーブロック11と、圧縮室11aの内部で進退しながら冷媒を圧縮するピストン12と、圧縮室11aを密閉するためにシリンダーブロック11に結合され、冷媒吐出室13a及び冷媒吸入室13bが内部に形成されたシリンダーヘッド13と、シリンダーブロック11とシリンダーヘッド13との間に介在され、冷媒吸入室13bから圧縮室11aに吸入されるか、圧縮室11aから冷媒吐出室13aに吐出される冷媒の流れを制御するバルブ装置14と、から構成される。
また、駆動部20は、前記ピストン12が圧縮室11a内で往復運動するように駆動力を提供するもので、密閉容器1の内部に固定された固定子21と、この固定子21から離隔されて固定子21と電磁気的に相互作用する回転子22と、回転子22の中心部に圧入されて回転子22と一緒に回転する回転軸23と、を備えたモーターを含んでいる。このモーターは、周波数50Hz乃至60Hzで1500rpm乃至1800rpmの常用回転速度を有する4極モーターを含んでおり、前記固定子21は、4極固定子である。
上記のように、駆動部20が4極モーターを含むとき、回転軸23の回転速度は、冷凍サイクルの圧縮機に用いられる2極モーターの回転速度の半分になる。その結果、駆動部20がモーターの回転による振動を大幅に低減するため、実質的に圧縮機の駆動騷音を密閉容器1の外側で感じることはない。
また、回転軸23は、下部が前記回転子22に圧入され、フレーム30の中央側に形成された貫通部31に回転可能に支持されるメーン軸部23aと、このメーン軸部23aの上端側に位置し、メーン軸部23aから偏心して設けられた偏心軸部23bと、この偏心軸部23bによる回転軸23の不均一な回転運動を補償するために、偏心軸部23bとメーン軸部23aとの間に設けられた板状のウェイトバランス部23cと、を含んで構成される。また、前記偏心軸部23bとピストン12との間には、コネクティングロッド25が介在されており、このコネクティングロッド25は、偏心軸部23bの偏心回転運動をピストン12の直線運動に転換するために、一端が偏心軸部23bに回転運動可能に結合され、他端がピストン12に回転及び直線運動可能に結合される。
図1において、図面符号41は、ウェイトバランス部23c側の回転軸23と前記貫通部31の上端側のフレーム30との間に設置され、回転軸23を回転可能に支持するスラストボールベアリングを示している。また、図面符号42及び43は、潤滑を目的として、オイルを密閉容器1の底部に形成されたオイル保存空間1cから、回転軸23の回転時に回転軸23に形成されたオイル流路にピックアップし、このオイルを圧縮機の各種の摩擦摺動部に伝達するためのオイルピックアップ部材及びオイルピックアップブレードを示している。
また、前記冷媒吸入室13bと吸入管2との間には、圧縮室11aの内部に流入される冷媒の流動騷音を減少するための吸入マフラー44が設置され、冷媒吐出室13aと吐出管3との間には、密閉容器1の外部に吐出される冷媒の流動騷音を低減するための共鳴空間を形成する吐出マフラー45(図2を参照)が設置される。この吐出マフラー45は、圧縮室11aの一側でシリンダーブロック11と一体に形成される。
上記のような構成によると、電源が印加され、固定子21と回転子22との間の電気的な相互作用によって回転子22と一緒に回転軸23が回転すると、偏心軸部23bとコネクティングロッド25を通して連結されたピストン12は、圧縮室11aの内部で直線往復運動をする。このようなピストン12の直線往復運動を通して、吸入管2によって冷媒が密閉容器1の内部に流入され、この流入された冷媒は、吸入マフラー44の動作によって多少騷音が低減した状態でシリンダーヘッド13の冷媒吸入室13bに流入される。その後、冷媒は、圧縮室11aに伝達されて圧縮室11aの内部で圧縮され、この圧縮された冷媒は、シリンダーヘッド13の冷媒吐出室13aに吐出された後、吐出マフラー45及び吐出管3によって密閉容器1の外部に吐出される。上記のように反復的な吸入及び吐出を通して、圧縮機による冷媒の圧縮作用が行われる。
一方、本発明に係る密閉型圧縮機は、前記圧縮室11aに流入される冷媒量を増大するための過給装置60を含んでおり、この過給装置60は、前記回転軸23の低いRPMによる圧縮機の圧縮能力低下を補償するものである。過給装置60の使用により、本発明に係る圧縮機は、駆動部20が低速の4極モーターを採用するにもかかわらず、冷凍サイクルで要求される冷媒圧縮能力を満足できるようになる。
また、吸入管2を通して密閉容器1の内部に流入される冷媒の一部は、前記吸入マフラー44によってシリンダーヘッド13の冷媒吸入室13bに流入せずに密閉容器1の内部に残るが、過給装置60は、密閉容器1の内部に残っている冷媒を圧縮し、この圧縮された冷媒を前記圧縮室11aに伝達することで、圧縮室11aに流入される冷媒量を増加させる。かかる過給装置60は、別途の駆動装置を要することなく、密閉容器1の内部に残っている冷媒を圧縮して圧縮室11aに伝達するために、前記駆動部20から駆動力を受けて駆動される。
以下、上記のような過給装置60の構造を、図2乃至図5に基づいて詳しく説明する。
図2は、本発明の一実施形態に係る過給装置の分解斜視図で、図3及び図4は、ピストンの吸入行程時及び圧縮行程時、過給装置の動作状態を示した断面立面図で、図5は、図3のA−A線に沿った過給装置の断面立面図である。
図2乃至図5に示すように、過給装置60は、前記回転軸23に設置されて回転軸23と一緒に回転する過給ファン70と、この過給ファン70によって送風された冷媒を圧縮室11aに伝達する過給流路80と、過給ファン70によって送風される冷媒を前記過給流路80の入口側に案内する案内部材90と、を含んで構成される。
前記過給ファン70は、密閉容器1の内部に残っている冷媒を過給ファン70の中央部に流入し、半径方向に外部に吐出するための遠心ファンを含んでいる。
この遠心過給ファン70は、上部にリング状に設けられ、中央部に吸入ホール71aを形成するシュラウド71と、シュラウド71との間に吐出ホール72aを形成するために、シュラウド71から下側に離隔される円板状のハブ72と、シュラウド71とハブ72との間に、ハブ72の外周に沿って円周方向に設置される複数個のブレード73と、を含んで構成される。
過給ファン70は、ウェイトバランス部23cとコネクティングロッド25との間の偏心軸部23bの外側に設置され、その中心軸が回転軸23のメーン軸部23aの中心軸と一致するように設置される。よって、過給ファン70は、回転軸23の1回転ごとに回転軸23と一緒に1回転するように設けられ、回転軸23と同一の速度で回転する。
また、過給ファン70は、前記ハブ72がウェイトバランス部23cに固定ボルト100によって固定されることで、回転軸23に固定及び支持される。また、過給ファン70は、偏心軸部23bの下側に嵌められ、偏心軸部23bの下部外側に設置される。ハブ72には、偏心軸部23bの貫通のための貫通孔72bが形成される。
過給ファン70によって送風される冷媒を圧縮室11aに伝達する前記過給流路80は、密閉容器1の内部空間と連通して形成される過給室81と、この過給室81と前記圧縮室11aとを連結する連通流路82と、を含んで構成される。
ここで、過給室81は、吐出マフラー45の反対側でシリンダーブロック11と一体に設けられる過給ケーシング81aの内部に形成され、前記連通流路82は、過給室81と圧縮室11aとの間のシリンダーブロック11を貫通して形成される。また、前記過給室81の入口は、過給流路80の入口であり、前記連通流路82の出口は、過給流路80の出口である。
また、前記過給ファン70によって送風される冷媒を過給流路80の入口に案内する前記案内部材90は、過給ファン70の外側に円筒状に設置され、その下端が貫通部31の外周に沿ってフレーム30の上面によって閉鎖される本体部91と、前記過給室81と本体部91の内部空間とを連結するために本体部91の内部に一体に形成され、本体部91から過給室81側に行くほど内部断面積が減少する漏斗状のホッパー部92と、このホッパー部92の終端に形成され、過給流路80の入口内部に挿入される挿入部93と、を含んで構成される。
ここで、前記過給室81の入口側に行くほど内部断面積が減少するホッパー部92の構造は、流体が狭い通路を通過するときに流体の流速が増加するというベルヌイの定理を用いたものである。すなわち、上記のようなホッパー部92の構造によると、冷媒が過給ファン70の送風作用によって過給室81に流入されるとき、冷媒の流速が増大することで冷媒の供給が一層円滑になる。 また、前記本体部91には、前記フレーム30の上面に本体部91を固定ボルト100で固定するために、本体部91の下端から内側に延長された支持片91aが設けられる。また、挿入部93の終端には、挿入部93が過給室81の入口に挿入されるとき、過給室81の入口内側に係止されて支持されるフック93aが設けられる。案内部材90は、前記固定ボルト100及びフック93aの使用により、圧縮機の駆動によって振動が発生しても、堅固に固定された状態を維持できる。また、前記挿入部93とホッパー部92との間の外側には、過給室81の入口をシーリングすることで、過給室81の気密状態を維持するためのOリング94が設置される。
また、前記過給室81と連通流路82との間には、ピストン12の圧縮行程時に過給室81と圧縮室11aとの連通を遮断し、ピストン12の吸入行程時に過給室81と圧縮室11aとの連通を開放する開閉バルブ83が設けられる。
この開閉バルブ83は、ピストン12の吸入行程時のみに、冷媒が過給流路80から圧縮室11aに伝達されるように冷媒の流れを制御するもので、この開閉バルブ83がピストン12の圧縮行程時に開放されると、冷媒が圧縮室11aに流入されて冷媒の圧縮作用を阻害することになる。このような開閉バルブ83の望まない開放を防止するために、前記過給流路80を通して圧縮室11aに伝達される冷媒の送風力は、圧縮室11a内部の冷媒圧縮力より小さいことが好ましい。
上記のような過給装置60を備えた本発明に係る密閉型圧縮機は、回転軸23の回転によって冷媒が圧縮室11aで圧縮される前に、前記過給装置60が密閉容器1内に残った冷媒を圧縮室11aに伝達し、圧縮室11aに流入される冷媒量を増大させる。その結果、本発明に係る密閉型圧縮機は、駆動部20が低速の4極モーターを採用するにもかかわらず(回転軸23が低い回転速度を示すようになる)、圧縮能力の低下を防止できるようになる。
以下、本発明に係る密閉型圧縮機の動作及びこれによる作用効果を説明する。
まず、電源が印加され、固定子21と回転子22との間の電気的な相互作用によって回転子22と一緒に回転軸23が回転すると、偏心軸部23bとコネクティングロッド25を通して連結されたピストン12は、圧縮室11aの内部で直線往復運動をする。このようなピストン12の直線往復運動を通して、吸入管2によって冷媒が密閉容器1の内部に流入され、この流入された冷媒は、吸入マフラー44の動作によって多少騷音が低減した状態でシリンダーヘッド13の冷媒吸入室13bに流入される。その後、冷媒は、圧縮室11aに伝達されて圧縮室11aの内部で圧縮され、この圧縮された冷媒は、シリンダーヘッド13の冷媒吐出室13aに吐出された後、吐出管3によって密閉容器1の外部に吐出される。上記のような反復的な冷媒の吸入及び吐出を通して、圧縮機による冷媒の圧縮作用が行われる。
このとき、本発明に係る密閉型圧縮機は、4極モーターが駆動部20として採用されるので、回転軸23のRPMが通常の2極モーターのRPMの半分になる。その結果、モーターの回転による振動が大幅に低減することで、圧縮機の駆動騷音は、密閉容器1の外側で感じられない程度に小さくなる。
また、冷媒の圧縮作用前に、前記過給装置60により密閉容器1内に残っている冷媒が圧縮室11aに伝達され、圧縮室11aに流入される冷媒量が増加する。その結果、本発明に係る圧縮機は、駆動部20として4極の低速モーターを採用しながらも、前記回転軸23の低速回転による圧縮能力の低下を防止できるようになる。
回転軸23が回転されて冷媒の圧縮作用を行うとき、回転軸23のメーン軸部23aの中心軸と過給ファン70の中心軸とが一致するように、回転軸23に設置された前記過給ファン70が回転軸23と同一の速度で回転する。このような過給ファン70の回転により、圧縮室11a外側の密閉容器1内に残っている冷媒は、過給ファン70の上部に形成された吸入ホール71aに流入された後、前記吐出ホール72aを通して過給ファン70から半径方向に吐出される。その後、この吐出された冷媒は、前記案内部材90の本体部91に案内され、前記案内部材90のホッパー部92を通過する過程で流速が増加することになり、この状態で過給室81及び前記連通流路82に流入される。
上記のように連通流路82に送風された冷媒は、前記開閉バルブ83を通してシリンダーヘッド13の冷媒吸入室13bから伝達される冷媒と一緒に、ピストン12の吸入行程時に圧縮室11aに供給され、その結果、増加した冷媒量が圧縮室11aに流入される。
本実施形態では、4極モーターが前記駆動部20として用いられたが、6極モーターなどの他の多様な低速モーターを4極モーターの代わりに用いることもできる。また、本発明の圧縮機は、前記過給装置60の使用とともに、ピストン12の直径や行程距離などを増加すると、低速モーターによる圧縮機の冷媒圧縮能力の低下を一層効果的に補償することができる。
本発明の一実施形態に係る密閉型圧縮機の断面立面図である。 本発明の一実施形態に係る過給装置の分解斜視図である。 ピストンの吸入行程時、過給装置の動作状態を示した断面立面図である。 ピストンの圧縮行程時、過給装置の動作状態を示した断面立面図である。 図3のA−A線に沿った過給装置の断面立面図である。
符号の説明
1 密閉容器
2 吸入管
3 吐出管
10 圧縮部
11 シリンダーブロック
11a 圧縮室
20 駆動部
30 フレーム
60 過給装置
70 過給ファン
80 過給流路
81 過給室
82 連通流路
83 開閉バルブ
90 案内部材
91 本体部
92 ホッパー部
93 挿入部
93a フック
94 Oリング

Claims (17)

  1. 密閉容器と、
    前記密閉容器の内部に設けられ、冷媒圧縮室を備える圧縮部と、
    冷媒の圧縮力を提供するために、4極以上の低速モーターを備える駆動部と、
    前記圧縮室外側の密閉容器内部に残っている冷媒を前記冷媒圧縮室に伝達する過給装置と、から構成されており、
    前記過給装置は、前記駆動部から駆動力を受けて回転するファンと、前記ファンによって送風された冷媒を前記冷媒圧縮室に伝達する流路とを含むことを特徴とする密閉型圧縮機。
  2. 前記駆動部は、前記密閉容器に固定される固定子と、前記固定子の内部に設けられる回転子と、前記回転子に圧入されて前記回転子と一緒に回転する回転軸と、を含んでおり、
    前記ファンは、その中心軸が前記回転軸の中心軸と一致するように回転軸に設置されることを特徴とする請求項1に記載の密閉型圧縮機。
  3. 前記駆動部は、前記密閉容器に固定される固定子と、前記固定子の内部に設けられる回転子と、前記回転子に圧入されて前記回転子と一緒に回転する回転軸と、を含み、
    前記回転軸は、メーン軸部と、前記メーン軸部の一端側にメーン軸部から偏心して設けられた偏心軸部と、前記回転軸の不均一な回転運動を補償するために、前記偏心軸部とメーン軸部との間に設けられたウェイトバランス部と、を含み、
    前記圧縮部は、前記冷媒圧縮室の内部に進退可能に設置されたピストンと、前記偏心軸部と前記ピストンとを連結するコネクティングロッドと、をさらに含み、
    前記ファンは、その中心軸が前記メーン軸部の中心軸と一致するように、前記ウェイトバランス部と前記コネクティングロッドとの間の前記偏心軸部の外側に設置され、前記回転軸と一緒に回転する遠心ファンを含むことを特徴とする請求項1に記載の密閉型圧縮機。
  4. 前記ファンは、前記ウェイトバランス部に固定及び支持されることを特徴とする請求項3に記載の密閉型圧縮機。
  5. 前記過給装置は、前記ファンによって送風される冷媒を前記流路の入口に案内するために、前記ファンの外側に設置される案内部材をさらに含むことを特徴とする請求項3に記載の密閉型圧縮機。
  6. 前記ウェイトバランス部下側の前記メーン軸部を回転可能に支持する貫通部が中央に形成されたフレームをさらに含み、
    前記案内部材は、前記フレームに固定及び支持されることを特徴とする請求項5に記載の密閉型圧縮機。
  7. 前記案内部材は、前記ファンの外側に設置される円筒状の本体部と、前記本体部の内部空間と前記流路とを連結し、前記流路側に行くほど内部断面積が減少するホッパー部と、を含むことを特徴とする請求項5に記載の密閉型圧縮機。
  8. 前記ホッパー部の終端には、前記流路の入口に挿入されて係止される挿入部が設けられることを特徴とする請求項7に記載の密閉型圧縮機。
  9. 前記挿入部とホッパー部との間には、前記過給室の気密状態を維持するためのOリングが設けられることを特徴とする請求項7に記載の密閉型圧縮機。
  10. 前記圧縮部は、前記冷媒圧縮室の内部に進退可能に設置されたピストンをさらに含み、
    前記流路には、前記ピストンの圧縮行程時、冷媒が前記流路から前記圧縮室に供給されることを遮断し、前記ピストンの吸入行程時、冷媒が前記流路から前記圧縮室に供給されるように冷媒の流れを制御する開閉バルブが設けられることを特徴とする請求項1に記載の密閉型圧縮機。
  11. 前記流路を通して前記圧縮室に伝達される冷媒の送風力は、前記圧縮室内の冷媒の圧縮力より小さいことを特徴とする請求項10に記載の密閉型圧縮機。
  12. 前記駆動部は、4極モーターを含むことを特徴とする請求項1に記載の密閉型圧縮機。
  13. 前記駆動部は、6極モーターを含むことを特徴とする請求項1に記載の密閉型圧縮機。
  14. 密閉容器と、
    前記密閉容器に設けられる冷媒の圧縮手段と、
    騒音を最小化しながら、前記圧縮手段に圧縮力を提供する手段と、
    前記密閉容器から前記圧縮手段に冷媒を伝達する手段と、を含むことを特徴とする密閉型圧縮機。
  15. 少なくとも一つの密閉容器と、
    圧縮室を含み、前記密閉容器内に配置される少なくとも一つの圧縮部と、
    前記少なくとも一つの圧縮部に力を提供するための少なくとも一つのモーターと、
    少なくとも一つの過給装置と、を含み、
    前記過給装置は、回転する過給ファンと、前記過給ファンによって送風された冷媒を前記圧縮室に伝達するための過給流路と、を含むことを特徴とする密閉型圧縮機。
  16. 前記少なくとも一つのモーターは、4極モーターを含むことを特徴とする請求項15に記載の密閉型圧縮機。
  17. 前記少なくとも一つのモーターは、6極モーターを含むことを特徴とする請求項15に記載の密閉型圧縮機。
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