JP2007132262A

JP2007132262A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2007132262A
Application number: JP2005325706A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kobayashi; 正則小林
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2007-05-31

Abstract

【課題】吸入行程において、吸入リード弁の開き遅れに起因する吸入損失の増大防止を図る。
【解決手段】往復動するピストンを収納するシリンダ１１３と、シリンダ１１３の開口端に配設され吸入孔１２３を穿設した弁座板１２０と、弁座板１２０のシリンダ１１３の開口端側に吸入孔１２３を囲うように設けた弁座１２１と、開口端と弁座板１２０の間に備えられ弁座１２１を開閉する吸入リード弁１２２とを備え、弁座１２１は円形部１２４に異形部１２５を合成した形状をなしているため、吸入行程において、吸入リード弁１２２に作用する圧縮室１１４と吸入孔１２３の圧力差による差圧荷重が大きくなるため、吸入リード弁１２２の開き始めを早期化して吸入効率を高めることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は主に冷蔵庫等の冷凍装置に用いられる圧縮機の効率向上に関するものである。

従来、この種の圧縮機は、弁座板に設けられた吸入孔の径を漸次拡大させる拡径部を設けたものがある（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圧縮機を説明する。

図５は、従来の圧縮機の断面図、図６は従来の圧縮機の吸入リード弁部の断面図、図７は従来の圧縮機の弁座板平面図、図８は従来の圧縮機の吸入リード弁平面図である。

図５から図８において、密閉容器１は、固定子２と回転子３からなる電動要素４と、電動要素４によって駆動される圧縮要素５を収容する。吸入管６は、密閉容器１に固定されると共に冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、吐出管（図示せず）は密閉容器１に固定されると共に冷凍サイクルの高圧側（図示せず）に接続されている。また、密閉容器１の底部にはオイル７が貯留されている。

次に圧縮要素５について説明する。

クランクシャフト１０は、回転子３を圧入固定した主軸部１１および主軸部１１に対して偏心して形成された偏心部１２を有する。

シリンダ１３は、略円筒形の圧縮室１４を形成すると共に主軸部１１を軸支する軸受部１５を備えている。

ピストン１６は、圧縮室１４に往復摺動自在に挿入され、偏心部１２との間をコンロッド１７によって連結されている。

圧縮室１４の開口端面を封止する弁座板２０は、弁座２１が設けられ、弁座２１と吸入リード弁２２の開閉により圧縮室１４と連通する吸入孔２３を備えている。

高圧室を形成するシリンダヘッド２４は、弁座板２０を介して圧縮室１４の反対側に固定されている。

合成樹脂で形成されて膨張空間２５を有する吸入マフラー２６は、弁座板２０とシリンダヘッド２４の間に吸入孔２３と連通して挟持固定されている。

吸入マフラー２６の吸入口２６ａは、密閉容器１の空間１ａ内に開口している。

また、図７に示す二点鎖線は、ボア内径の仮想線３０及び吸入リード弁の仮想線３１である。

以上のように構成された圧縮機について、以下その動作を説明する。

電動要素４に通電がなされると、回転子３と回転子３に固着されたクランクシャフト１０が回転し、偏芯部１２の回転運動でコンロッド１７を介してピストン１６が圧縮室１４で往復運動を行う。

吸入行程において、ピストン１６が下死点方向へ移動し、圧縮室１４内の圧力が弁座板２０の吸入孔２３内の圧力より低下すると、吸入リード弁２２が開き始めて冷媒ガスの吸入が開始される。そして圧縮行程において冷媒ガスは、圧縮室１４内で圧縮された後に圧縮室１４から吐出される。

このように、ピストン１６の往復運動により吸入・圧縮・吐出の行程を繰り返すことで圧縮作用をなしており、冷媒ガスは、冷凍サイクルの低圧側（図示せず）から、吸入管６、密閉容器１内の空間１ａを経て吸入マフラー２６の吸入口２６ａから膨張空間２５を通り弁座板２０の吸入孔２３から吸入され、圧縮室１４内で圧縮された後、吐出管（図示せず）を通って密閉容器１に接続された冷凍サイクルの高圧側（図示せず）へと吐出される。

また、密閉容器１の底部に貯留されたオイル７は、給油機構（図示せず）により圧縮要素５の摺動部を潤滑すると共に、圧縮室１４内のピストン１６のシール部や、吸入リード弁２２と弁座２１のシール部をシールしている。
特開平１１−２４１６８３号公報

しかしながら上記従来の構成では、吸入行程において圧縮室１４の圧力低下に伴って吸入リード弁２２が開き始める時、吸入リード弁２２と弁座２１をシールしているオイル７の粘性の密着力により吸入リード弁２２の開き開始が遅れるため、吸入効率が吸入リード弁２２の開き遅れの分だけ低下しており、オイル７の粘度が高い条件や、弁座２１のシール部へのオイル７の供給が過度に多い条件の場合に、吸入リード弁２２と弁座２１の密着力増大により開き遅れが増大し、吸入効率が低下するという課題を有していた。

また、より吸入リード弁２２の開き開始を早期化するために弁座２１の径を大きくすると、吐出行程時において、吸入リード弁２２は、吐出圧力により作用する円周応力が増大するため、吸入リード弁２２や弁座２１の信頼性が低下する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、吸入リード弁２２の開き遅れに起因する吸入損失を低減した効率の高い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、本発明の圧縮機は、弁座板に穿設された吸入孔を囲うように設けられた弁座が、円形部に異形部を合成した形状をなすものであり、吸入行程において圧縮室の圧力低下に伴って吸入リード弁は、圧縮室と吸入孔の圧力差と弁座の内周部面積の積で求まる差圧荷重を受け、この差圧荷重が吸入リード弁と弁座の密着力より大きくなると吸入リード弁が開き始めるが、弁座は円形部に異形部を合成した形状をなしており、弁座の内周部面積が拡大するため、吸入リード弁に作用する差圧荷重が増大し、吸入リード弁の開き始めを早期化して吸入効率を高めるという作用を有する。

また、吐出行程時において吸入リード弁に作用する円周応力は、弁座の内径の２乗に比例するが、弁座の異形部の大きさと形状が、円形部の内径より小さく且つ滑らかな曲線で形成されるため、吸入リード弁の開き始めを早期化して吸入効率を高めた場合においても吸入リード弁に作用する円周応力はほとんど増大しないという作用を有する。

本発明の圧縮機は、吸入行程時における吸入リード弁の開き遅れに起因する吸入損失を低減すると共に、圧縮行程時における吸入リード弁の円周応力の増大を防止することにより、効率及び信頼性の高い圧縮機を提供することができる。

請求項１に記載の発明は、往復動するピストンを収納するシリンダと、前記シリンダの開口端に配設され吸入孔を穿設した弁座板と、前記弁座板の前記シリンダの開口端側に前記吸入孔を囲うように設けた弁座と、前記開口端と前記弁座板の間に備えられ前記弁座を開閉する吸入リード弁とを備え、前記弁座は円形部に異形部を合成した形状をなしたものであり、吸入行程時の圧縮室の圧力低下に伴って吸入リード弁は、圧縮室と吸入孔の圧力差による差圧荷重を受け、この差圧荷重が吸入リード弁と弁座の密着力より大きくなると吸入リード弁が開き始めるが、弁座は円形部に異形部を合成した形状をなしており、弁座の内周部面積が拡大するため、吸入リード弁に作用する差圧荷重が増大し、吸入リード弁の開き始めを早期化して吸入効率を高めることができるため、吸入行程時における吸入リード弁の開き遅れに起因する吸入損失を低減でき、効率の高い圧縮機を提供することができる。

また、吐出行程時において吸入リード弁に作用する円周応力は、弁座の異形部の大きさと形状が、円形部の内径より小さく且つ滑らかな曲線で形成されるため、異形部のない円形の弁座と比較して円周応力がほとんど増大せず、吸入リード弁の開き始めを早期化して吸入効率を高めた場合においても吸入リード弁の円周応力の増大を防止でき、信頼性の高い圧縮機を提供することができる。

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、弁座の異形部は吸入リード弁の変形部側に設けられたものであり、吸入リード弁の形状を変更することなく弁座の内周部面積を拡大できるので吸入リード弁の可動部質量が増加せず、固有値の低下も生じないため、請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに、吸入リード弁の閉じ遅れに起因する吸入効率の低下を防止することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、弁座板は焼結材料で成型されたものであり、弁座板に設けられた弁座の形状が単純な円形でなく、円形部に異形部を合成した複雑な形状をなしたものであっても、金属粉末を型に封入後、加圧、加熱して成型するという焼結材料で成型される弁座板の加工工数は変わらないため、コストが増大することもないため、請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに、弁座板の加工コストの増大を抑制することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、吸入リード弁の中心線と弁座の円形部の中心位置とを一致しないようにずらせたため、吸入行程時の圧縮室の圧力低下に伴って吸入リード弁は、圧縮室と吸入孔の圧力差による差圧荷重を受け、差圧荷重の作用点が吸入リード弁の中心線と一致しないため、吸入リード弁が、吸入リード弁の中心線を軸に捩りのモーメント力を受け、捩り変形を生じて開き始めるため、吸入リード弁と弁座のシール部が引き剥がされ易くなり、吸入リード弁の開き始めを早期化して吸入効率を高めることができるため、請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに、吸入行程時における吸入リード弁の開き遅れに起因する吸入損失を低減することができる。

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、電動要素は複数の運転周波数でインバータ駆動されるものであり、特に冷媒循環量の小さい低速運転時において、吸入行程時の圧縮室の圧力低下速度も遅いため吸入リード弁の開き遅れが生じ易いが、低速運転時であっても吸入リード弁の開き始めを早期化して吸入効率を高めることができるため、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明の効果に加えてさらに、インバータ駆動による低速運転時においても吸入行程時における吸入リード弁の開き遅れに起因する吸入損失を低減することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明において、圧縮媒体はハイドロカーボン冷媒であり、ハイドロカーボン冷媒は圧力が低いため、吸入行程時の圧縮室の圧力低下に伴って吸入リード弁に作用する圧縮室と吸入孔の圧力差による差圧荷重が小さいが、弁座の内周部面積が拡大するため、吸入リード弁に作用する差圧荷重が増大し吸入リード弁の開き始めを早期化して吸入効率を高めることができるため、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明の効果に加えてさらに、圧縮媒体が圧力の低いハイドロカーボン冷媒である場合においても吸入行程時における吸入リード弁の開き遅れに起因する吸入損失を低減することができる。

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における圧縮機の断面図、図２は、同実施の形態における圧縮機の要部断面図、図３は、同実施の形態における圧縮機の弁座板平面図、図４は、同実施の形態における圧縮機の吸入リード弁平面図である。

図１から図４において、密閉容器１０１は、固定子１０２と回転子１０３からなり複数の運転周波数でインバータ駆動される電動要素１０４と、電動要素１０４によって駆動される圧縮要素１０５を収容する。吸入管１０６は、密閉容器１０１に固定されると共に冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、吐出管（図示せず）は密閉容器１０１に固定されると共に冷凍サイクルの高圧側（図示せず）に接続されている。また、密閉容器１０１の底部にはオイル１０７が貯留されている。

封入される冷媒は、炭化水素系のＲ６００ａやＲ２９０で、オイル１０７は鉱油あるいはアルキルベンゼンである。

次に圧縮要素１０５について説明する。

クランクシャフト１１０は、回転子１０３を圧入固定した主軸部１１１および主軸部１１１に対して偏心して形成された偏心部１１２を有する。

シリンダ１１３は、略円筒形の圧縮室１１４を形成すると共に主軸部１１１を軸支する軸受部１１５を備えている。

ピストン１１６は、圧縮室１１４に往復摺動自在に挿入され、偏心部１１２との間をコンロッド１１７によって連結されている。

圧縮室１１４の開口端面を封止する弁座板１２０は、弁座１２１が設けられ、弁座１２１と吸入リード弁１２２の開閉により圧縮室１１４と連通する吸入孔１２３を備えており、鉄系焼結材で成型されている。

弁座１２１は、吸入孔１２３の周囲に円形に設けられた円形部１２４と、円形部１２４より小径の円弧形状をした異形部１２５とを合成した形状をなしており、異形部１２５は吸入リード弁１２２の変形部１２２ａ側に設けられている。また、円形部１２４の中心位置１２４ａは吸入リード弁１２２の中心線１２２ｂ位置と一致しないようにずらせてある。また、円形部１２４の内径は、吸入リード弁１２２の許容円周応力により定まる許容最大径に近い値である。

高圧室を形成するシリンダヘッド１３０は、弁座板１２０を介して圧縮室１１４の反対側に固定されている。

合成樹脂で形成されて膨張空間１３１を有する吸入マフラー１３２は、弁座板１２０とシリンダヘッド１３０の間に吸入孔１２３と連通して挟持固定されている。

吸入マフラー１３２の吸入口１３２ａは、密閉容器１０１の空間１０１ａ内に開口している。

また、図３に示す二点鎖線は、ボア内径の仮想線１４０及び吸入リード弁の仮想線１４１である。

電動要素１０４に通電がなされると、回転子１０３と回転子１０３に固着されたクランクシャフト１１０が回転し、偏芯部１１２の回転運動でコンロッド１１７を介してピストン１１６が圧縮室１１４で往復運動を行う。

ピストン１１６の往復運動により圧縮室１１４にて吸入・圧縮・吐出の行程を繰り返すことで圧縮作用をなしており、冷媒ガスは、冷凍サイクルの低圧側（図示せず）から、吸入管１０６、密閉容器１０１内の空間１０１ａを経て吸入マフラー１３２の吸入口１３２ａから膨張空間１３１を通り弁座板１２０の吸入孔１２３から吸入され、圧縮室１１４内で圧縮された後、吐出管（図示せず）を通って密閉容器１に接続された冷凍サイクルの高圧側（図示せず）へと吐出される。

このとき、吸入行程において吸入リード弁１２２は、圧縮室１１４の圧力低下に伴って圧縮室１１４と吸入孔１２３の圧力差と弁座１２１の内周部面積の積で求まる差圧荷重を受け、この差圧荷重が吸入リード弁１２２と弁座１２１の密着力より大きくなると吸入リード弁１２２が開き始めるが、弁座１２１は円形部１２４に異形部１２５を合成した形状をなしており、弁座１２１の内周部面積が拡大するため、吸入リード弁１２２に作用する差圧荷重が増大し、吸入リード弁１２２の開き始めを早期化して吸入効率を高めることができる。

また、吐出行程時において吸入リード弁１２２に作用する円周応力は、弁座１２１の内径の２乗に比例するが、弁座１２１の異形部１２５の大きさと形状が、円形部１２４の内径より小さく且つ滑らかな曲線で形成されているため、吸入リード弁１２２の開き始めを早期化して吸入効率を高めた場合においても吸入リード弁１２２に作用する差圧荷重の円周応力はほとんど増大しない。

従って、吸入行程時における吸入リード弁１２２の開き遅れに起因する吸入損失の低減により高効率化を図ると共に、吸入リード弁１２２に作用する円周応力の増大を防止し、信頼性の高い圧縮機を提供できるとの効果を得られる。

また、弁座１２１の異形部１２５は吸入リード弁１２２の変形部１２２ａ側に設けられたものであり、吸入リード弁１２２の形状を変更することなく弁座１２１の内周部面積を拡大できるので吸入リード弁１２２の可動部質量が増加せず、固有値の低下も生じないため、吸入リード弁１２２の変位速度の低下や閉じ始めるタイミングのズレも生じない。よって、吸入行程における吸入リード弁１２２の閉じ遅れを防止することができる。

従って、吸入効率の低下を防止することができ、高効率の圧縮機を提供できるとの効果を得られる。

また、弁座板１２０は焼結材料で成型されたものであり、弁座板１２０に設けられた弁座１２１の形状が単純な円形でなく、円形部１２４に異形部１２５を合成した複雑な形状をなしたものであっても、金属粉末を型に封入後、加圧、加熱して成型するという焼結材料で成型される弁座板１２０の加工工数はほとんど変わらないため、生産性がほとんど低下しない。

従って、弁座板１２０の生産性の低下を抑制することができるとの効果を得られる。

また、密閉容器１０１の底部に貯留されたオイル１０７は、給油機構（図示せず）により圧縮要素１０５の摺動部を潤滑すると共に、圧縮室１１４内のピストン１１６のシール部や、吸入リード弁１２２と弁座１２１のシール部をシールしている。一方で、オイル１０７が粘性を有することで吸入リード弁１２２と弁座１２１との間に粘着力が働き、吸入リード弁１２２が弁座１２１からはがれ難くなる。

しかしながら本実施の形態においては、吸入リード弁１２２の中心線１２２ｂと弁座１２１の円形部１２４の中心位置１２４ａが一致しないため、吸入行程時の圧縮室１１４の圧力低下に伴って吸入リード弁１２２は、圧縮室１１４と吸入孔１２３の圧力差による差圧荷重を受け、差圧荷重の作用点が吸入リード弁１２２の中心線１２２ｂと一致せずにずれているため、吸入リード弁１２２が、吸入リード弁１２２の中心線１２２ｂを軸に捩りのモーメント力を受け、捩り変形を生じて開き始めるため、吸入リード弁１２２と弁座１２１のシール部が引き剥がされ易くなり、吸入リード弁１２２の開き始めを早期化して吸入効率を高めることができる。

従って、吸入行程時における吸入リード弁１２２の開き遅れに起因する吸入損失を低減することができ、高効率の圧縮機を提供できるとの効果を得られる。

また、電動要素１０４は複数の運転周波数でインバータ駆動されるものであり、特に冷媒循環量の小さい低速運転時において、吸入行程時の圧縮室１１４の圧力低下速度も遅いため吸入リード弁１２２の開き遅れが生じ易いが、低速運転時であっても弁座１２１の内周部面積が拡大しているため吸入リード弁１２２に作用する差圧荷重が増大し、吸入リード弁１２２の開き始めを早期化して吸入効率を高めることができる。

従って、インバータ駆動による低速運転時においても吸入行程時における吸入リード弁１２２の開き遅れに起因する吸入損失を低減することができ、高効率の圧縮機を提供できるとの効果を得られる。

また、圧縮媒体はハイドロカーボン冷媒であり、ハイドロカーボン冷媒は圧力が低いため、吸入行程時の圧縮室１１４の圧力低下に伴って吸入リード弁１２２に作用する圧縮室１１４と吸入孔１２３の圧力差による差圧荷重が小さいが、弁座１２１の内周部面積が拡大するため、吸入リード弁１２２に作用する差圧荷重が増大し吸入リード弁１２２の開き始めを早期化して吸入効率を高めることができる。

これより、本実施の形態における効率（ＣＯＰ）向上効果は、Ｒ６００ａ冷媒を使用した冷蔵庫用圧縮機の標準運転条件において、吸入損失低減により入力が１％低減して冷凍性能が１％増大することで、ＣＯＰは２％向上するとの効果を確認した。

従って、圧縮媒体が圧力の低いハイドロカーボン冷媒である場合においても吸入行程時における吸入リード弁１２２の開き遅れに起因する吸入損失を低減することができ、高効率の圧縮機を提供できるとの効果を得られる。

なお、本実施の形態において、弁座１２１は、異形部１２５が１箇所設けられた形状をなしているが、吸入リード弁に作用する円周応力の増大が僅かであれば、複数の異形部を有する形状でもよい。

また、弁座１２１の円形部１２４は完全な真円でなくても良い。

以上のように、本発明にかかる圧縮機は、吸入行程時における吸入リード弁の開き遅れに起因する吸入損失の低減により高効率化を図ると共に、吸入リード弁に作用する円周応力の増大を防止し、信頼性の高い圧縮機を提供できるので自販機、冷凍ショーケース、除湿機などの用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における圧縮機の断面図同実施の形態における圧縮機の要部断面図同実施の形態における圧縮機の弁座板平面図同実施の形態における圧縮機の吸入リード弁平面図従来の圧縮機の断面図従来の圧縮機の吸入リード弁部の断面図従来の圧縮機の弁座板平面図従来の圧縮機の吸入リード弁平面図

符号の説明

１０４電動要素
１１３シリンダ
１１６ピストン
１２０弁座板
１２１弁座
１２２吸入リード弁
１２２ａ変形部
１２２ｂ中心線
１２３吸入孔
１２４円形部
１２４ａ中心位置
１２５異形部

Claims

往復動するピストンを収納するシリンダと、前記シリンダの開口端に配設され吸入孔を穿設した弁座板と、前記弁座板の前記シリンダの開口端側に前記吸入孔を囲うように設けた弁座と、前記開口端と前記弁座板の間に備えられ前記弁座を開閉する吸入リード弁とを備え、前記弁座は円形部に異形部を合成した形状をなす圧縮機。
弁座の異形部は吸入リード弁の変形部側に設けられた請求項１に記載の圧縮機。
弁座板は焼結材料で成型された請求項１に記載の圧縮機。
吸入リード弁の中心線と弁座の円形部の中心位置とを一致しないようにずらせた請求項１に記載の圧縮機。
電動要素は複数の運転周波数でインバータ駆動される請求項１から４のいずれか一項に記載の圧縮機。
圧縮媒体はハイドロカーボン冷媒である請求項１から５のいずれか一項に記載の圧縮機。