JP2008101523A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】弁の開き遅れが液圧縮（異常高圧）を生じさせず、アキュームレータが不要な密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】密閉型圧縮機１は、シリンダ２７と、シート部３７と、弁板３６と、ケーシング２とを備えている。シリンダ２７は、冷媒を圧縮する。シート部３７は、シリンダ２７によって圧縮された冷媒を吐出する吐出ポート３５を有する。弁板３６は、吐出ポート３５における冷媒のシリンダ２７内部への逆流を止める。弁板３６は、シート部３７に接触する位置に設けられている。ケーシング２は、シリンダ２７、シート部３７、および弁板３６を収納している。ケーシング２は、少なくとも下部に冷凍機油が貯められている。冷凍機油は、非相溶油である。冷媒は、ＣＯ₂冷媒である。しかも、シート部３７における弁板３６に接触する接触部分３８は、湾曲した断面形状を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、密閉型圧縮機に関する。

従来、空気調和機の室外機などに内蔵された冷媒圧縮用の圧縮機では、種々の要因により圧縮機の吐出弁に開き遅れが生じることがある。

特許文献１記載の気体圧縮機では、リード弁と弁座の接触面には、油膜による貼り付き現象が存在し、貼り付きによるリードバルブの開き遅れが過圧縮と関係することが示されている。さらに、特許文献２のスクロール圧縮機では、バイパス弁シール面に存在する油の表面張力等により、バイパス弁が開口するタイミングがわずかにずれることが示されている。

また、ロータリー圧縮機の場合、液冷媒をシリンダ内で圧縮する、いわゆる液圧縮による損傷を回避するために圧縮機吸入直前にアキュームレータ（気液分離器）を設けなければならず、コストアップするという問題がある。しかも、アキュームレータを設ければ、室外機内部を流れる風のじゃまになるので、圧縮機を搭載する室外機等の製品の風回り設計の制約により製品性能の向上を困難にしている。

さらに、ロータリー圧縮機においては、圧縮機に対し吐出弁が常に開口しているにも関わらず、液噛み時における弁の開き遅れが液圧縮（異常高圧）を生じさせている。
特開２００４−６８７８０号公報 特開平１１−１３２１６４号公報

以上のように、圧縮機では、弁の開き遅れが液圧縮（異常高圧）を生じるという問題がある。また、液圧縮による損傷を回避するためにアキュームレータが必要である。

本発明の課題は、弁の開き遅れが液圧縮（異常高圧）を生じさせず、アキュームレータが不要な密閉型圧縮機を提供することにある。

第１発明の密閉型圧縮機は、シリンダと、シート部と、弁板と、ケーシングとを備えている。シリンダは、冷媒を圧縮する。シート部は、シリンダによって圧縮された冷媒を吐出する吐出ポートを有する。弁板は、吐出ポートにおける冷媒のシリンダ内部への逆流を止める。弁板は、シート部に接触する位置に設けられている。ケーシングは、シリンダ、シート部、および弁板を収納している。ケーシングは、少なくとも下部に冷凍機油が貯められている。冷凍機油は、非相溶油である。冷媒は、ＣＯ₂冷媒である。しかも、シート部における弁板に接触する接触部分は、湾曲した断面形状を有する。

ここでは、冷凍機油が非相溶油であり、冷媒がＣＯ₂冷媒であり、かつ、シート部における弁板に接触する接触部分が湾曲した断面形状を有するので、弁板の開き遅れが生じず、かつ、アキュームレータが不要になる。

第２発明の密閉型圧縮機は、第１発明の密閉型圧縮機であって、接触部分は、吐出ポートの開口縁の周囲から冷媒の吐出方向に沿って環状に突出している。

ここでは、接触部分が吐出ポートの開口縁の周囲から冷媒の吐出方向に沿って環状に突出しているので、弁板と接触部分との接触面積が面接触よりも小さくなる。

第３発明の密閉型圧縮機は、第２発明の密閉型圧縮機であって、接触部分の先端は、丸くなっている。

ここでは、接触部分の先端が丸くなっているので、シール性の確保、弁割れの防止、および耐摩耗性の向上が可能である。

第４発明の密閉型圧縮機は、第１発明の密閉型圧縮機であって、シリンダにおける吐出ポート近傍の部分には、切欠きが形成されている。

ここでは、シリンダにおける吐出ポート近傍の部分に切欠きが形成されているので、吐出ポートへの圧力波導入がスムーズになり、シート部付近への圧力伝達がよくなり、弁板の初動応答性がさらによくなる。

第５発明の密閉型圧縮機は、第１発明から第４発明のいずれかの密閉型圧縮機であって、ロータリー圧縮機である。

ここでは、密閉型圧縮機がロータリー圧縮機であっても、冷凍機油が非相溶油であり、冷媒がＣＯ₂冷媒であり、かつ、シート部における弁板に接触する接触部分が湾曲した断面形状を有するので、弁板の開き遅れが生じず、かつ、アキュームレータが不要になる。

第１発明によれば、弁板の開き遅れが生じず、かつ、アキュームレータが不要になる。

第２発明によれば、弁板と接触部分との接触面積が面接触よりも小さくなり、弁板がシート部に貼り付く力がさらに発生しにくくなり、弁板の開き遅れが生じるおそれがさらに減少する。

第３発明によれば、シール性の確保、弁割れの防止、および耐摩耗性の向上が可能である。

第４発明によれば、吐出ポートへの圧力波導入がスムーズになり、シート部付近への圧力伝達がよくなり、弁板の初動応答性がさらによくなる。

第５発明によれば、ロータリー圧縮機であっても、弁板の開き遅れが生じず、かつ、アキュームレータが不要になる。

＜密閉型圧縮機１の全体構成＞
図１〜２に示されるＣＯ₂冷媒を圧縮媒体とするロータリー式の密閉型圧縮機１は、ケーシング２と、モータ３と、圧縮機構４と、シャフト６とを備えている。モータ３、圧縮機構４およびシャフト６は、ケーシング２の内部に収納されている。圧縮機構４は、単シリンダのスイング圧縮機であり、後述する揺動ピストン２１、ブレード２２、ブッシュ２３およびシリンダ２７を有している。

密閉型圧縮機１では、ＣＯ₂冷媒を圧縮媒体としているので、他の冷媒（Ｒ４１０Ａ等）よりも表面張力が低いので、弁の開き遅れが生じにくい。ＣＯ₂冷媒が充填されたケーシング２の内圧は、高圧（１２ＭＰａ程度）になっている。

ケーシング２は、筒状部２ａと、筒状部２ａの上下の開口端を閉じる一対の鏡板２ｂ、２ｃとを有している。ケーシング２の筒状部２ａは、圧縮機構４のシリンダ２７、シート部３７（図３参照）、および弁板３６を収納している。また、ケーシング２の筒状部２ａは、モータ３のモータステータ８およびモータロータ９を収納している。

また、ケーシング２は、圧縮機構４の下部に冷凍機油Ａを貯める貯油空間３２を有する。

冷凍機油Ａは、ＣＯ₂冷媒とともにケーシング２の内部に充填される。冷凍機油Ａは、ＰＡＧ等の非相溶油である。ここでいう、非相溶油は、図５のグラフに示されるように、−４０〜３１℃の範囲で相溶しない油分率の領域を持つ油をいう（図５の出典：代替冷媒と環境国際シンポジウム２０００会報（日本冷凍空調学会開催）、６．４「ＣＯ２、ＨＦＣ３２冷媒用冷凍機油の基礎物性」１４３頁の図２）。液冷媒に１０重量％以上の冷凍機油Ａが相溶しない油をいう。したがって、弁板３６とシート部３７との間に液体が噛み込む液噛みが生じることがあっても、弁板３６とシート部３７との境界面であるシート面には液冷媒が溜まることになる。液冷媒は、冷凍機油Ａよりも表面張力が低いので、弁の開き遅れが生じにくい。

モータ３は、環状のモータステータ８と、モータステータ８の内部空間８ａに回転自在に配置されたモータロータ９とを有している。モータロータ９は、シャフト６に連結され、シャフト６とともに回転することが可能である。

モータステータ８は、複数の点接合部７によって筒状部２ａに固定されている。点接合部７は、具体的には、筒状部２ａに貫通孔２ｄを形成し、その貫通孔２ｄを通してモータステータ８をスポット溶接することにより形成される。

＜圧縮機構４の構成＞
圧縮機構４は、図１〜４に示されるように、ブレード２２を有する揺動ピストン２１と、ブレード２２を揺動可能に支持するブッシュ２３と、シリンダ２７と、シリンダ２７の両端に位置するフロントヘッド３３およびリアヘッド３４と、弁板３６と、シート部３７とを有している。シリンダ２７は、揺動ピストン２１を収納するシリンダ室２４、ブッシュ２３が回転自在に挿入されたブッシュ孔２５を有し、リアヘッド３４は、ブッシュ孔２５に連通するブッシュ給油路２６を有している。

揺動ピストン２１は、モータ３の回転駆動力を受けてシャフト６の偏心部６ａが偏心して回転することによって、シリンダ室２４の内部で揺動し、これによって、吸入管２８から吸入されたＣＯ₂冷媒をシリンダ室２４内部で圧縮する。圧縮されたＣＯ₂冷媒は、弁板３６を押し開けて吐出ポート３５を通してケーシング２の内部に吐出した後、ケーシング２の内部を通って上昇し、吐出管２９から吐出される。

フロントヘッド３３は、マウンティングプレート３０にネジ止めされている。マウンティングプレート３０は、マウンティングプレート接合部３１によってケーシング２の筒状部２ａに固定されている。マウンティングプレート接合部３１は、スポット溶接により形成されている。

＜弁板３６およびシート部３７の構成＞
シリンダ２７上部のフロントヘッド３３は、図１〜４に示されるように、シート部３７と、弁板３６とを有している。シート部３７は、図３に示されるように、シリンダ２７によって圧縮された冷媒を吐出する吐出ポート３５を有している。弁板３６は、吐出ポート３５における冷媒のシリンダ２７内部への逆流を止める。弁板３６は、シート部３７に接触する位置に設けられている。シート部３７および弁板３６によって、吐出弁４０が構成されている。

弁板３６は、図４に示されるように、弾性変形してたわむことが可能な薄板状の部材である。弁板３６の一方の固定端３６ａは、フロントヘッド３３にネジ止め等によって固定されている。弁板３６の他方の自由端である閉鎖部分３６ｂは、円板状であり、吐出ポート３５を覆う。シリンダ２７によって圧縮された冷媒が吐出ポート３５から吐出されるときには、冷媒の吐出圧力によって弁板３６が開くが、冷媒が吐出されないときには、ケーシング２の内圧によって弁板３６が閉じている。

シート部３７における弁板３６に接触する接触部分３８は、図３に示されるように、湾曲した断面形状を有している。具体的には、図３〜４に示されるように、実施形態における接触部分３８は、吐出ポート３５の開口縁の周囲から冷媒の吐出方向Ｄに沿って環状に突出しているので、弁板３６と接触部分３８との接触面積が面接触よりも小さくなっている。

さらに、接触部分３８の先端３８ａは、図３に示されるように、丸くなっているので、シール性の確保とともに弁板３６の割れを防止することが可能である。

＜シリンダ２７の切欠きについての説明＞
シリンダ２７における吐出ポート３５近傍の部分には、図３に示されるように、吐出ポート３５に対応するように円錐面状の切欠き３９が形成されている。切欠き３９は、吐出ポート３５の中心線ＣＬ（具体的には、その平行線ＰＬ）に対して、４５度未満（好ましくは３０度）の傾斜角θを有しているので、シート部３７付近への圧力伝達が良好になり、弁板３６の初動応答性が良好になる。

＜冷凍機油Ａと絶縁フィルムの組合せ＞
一般的に、ＣＯ₂冷媒は、超臨界状態を含む、高温・高圧状態で使用されることより、圧縮機１のモータ３のモータステータ８（固定子）に使用される絶縁フィルムは、超臨界状態での安定性、耐熱が要求される。

従来、ＨＦＣ冷媒で使用していた絶縁フィルムのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）は、高温高圧に二酸化炭素環境下で使用されると、オリゴマを抽出させ、引張強度、引張伸度、および可撓性を悪化させ、絶縁耐力が保てなくなる。特に水分がある場合、水分が絶縁フィルムを加水分解させ、加水分解された酸性成分が、冷凍機油の安定性を悪化させる。

そこで、本実施形態では、ＣＯ₂環境下状態でも、劣化しにくい冷凍機油Ａと絶縁フィルムを提供している。

具体的には、冷媒としてＣＯ₂冷媒を使用し、冷凍機油Ａとしてエポキシ化合物を配合したポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）油、ポリビニルエーテル（ＰＶＥ）油のいずれかまたは混合物を使用し、上述のモータ３に使用する絶縁フィルムが芳香族ポリアミドからなる。

また、好ましい絶縁フィルムの厚さは、５０〜４００μmである。

さらに、冷凍機油Ａに酸化防止剤、極圧剤が添加されているのが好ましい。

本実施形態の圧縮機を研究開発する過程において、高温高圧の二酸化炭素環境下でも、冷凍機油にエポキシ化合物を配合したポリアルキレングリコール油、ポリビニルエーテル油、またはいずれかの混合油を使用し、モータに使用する絶縁フィルムが芳香族ポリアミドである場合、絶縁フィルムの劣化が少なく油の安定性が問題ないことが見い出された。

以下の表１には、圧力：１４ＭＰａ、温度：１３０℃、時間：２０００時間、水分量：１０００ｐｐｍの試験条件でオートクレープ試験結果を示す。

なお、表１における実施例１〜２、比較例１〜４は以下の通りである。

（比較例１）冷凍機油としてポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）、さらにエポキシ化合物を配合し、絶縁フィルムとしてＰＥＴを使用した結果である。

表１における比較例１の結果では、ＰＥＴの耐熱温度が低いため、絶縁フィルム引張強度保特率が低下し、絶縁フィルムが劣化している。

（比較例２）冷凍機油としてＰＡＧ、エポキシ化合物無し、絶縁フィルムとして芳香族ポリアミドを使用した結果である。

表１における比較例２の結果では、エポキシ化合物を配合していないため、水分により冷凍機油が劣化している。

（比較例３）冷凍機油としてポリピニルエーテル（ＰＶＥ）、さらにエポキシ化合物を配合し、絶縁フィルムとしてＰＥＴを使用した結果である。

表１における比較例３の結果では、比較例１と同様な結果になり、絶縁フィルムが劣化している。

（比較例４）冷凍機油としてＰＶＥ、エポキシ化合物無し、絶縁フィルムとして芳香族ポリアミドを使用した結果である。

表１における比較例４の結果では、比較例２と同様に、冷凍機油が劣化している。

（実施例１）冷凍機油としてＰＡＧ、さらにエポキシ化合物を配合し、絶縁フィルムとして芳香族ポリアミドを使用した結果である。

表１における実施例１の結果では、絶縁フィルム、冷凍機油とも問題なく良好な結果である。

（実施例２）冷凍機油としてＰＶＥ、さらにエポキシ化合物を配合し、絶縁フィルムとして芳香族ポリアミドを使用した結果である。

表１における実施例２の結果では、絶縁フィルム、冷凍機油とも問題なく良好な結果である。

以上のように、エポキシ化合物を配合したＰＡＧ、ＰＶＥを使用し、絶縁フィルムに芳香族ポリアミドを使用することにより、超臨界状態を含む高温高圧の二酸化炭素環境下で使用しても、冷凍機油の劣化、絶縁フィルムの劣化が少なく、信頼性の高い圧縮機を提供することができるようになった。

＜特徴＞
（１）
実施形態の密閉型圧縮機１では、シート部３７における弁板３６に接触する接触部分３８は、平面状のシート面（弁板３６との接触面）を構成しない湾曲した断面形状を有しており、しかも、冷凍機油Ａとして、液噛み時にシート面に冷凍機油Ａよりも表面張力が低い液冷媒が溜まる傾向があるＰＡＧなどの非相溶油が用いられており、さらに、冷媒として表面張力が低いＣＯ₂冷媒が用いられている。したがって、弁板３６には、シート部３７に貼り付く力が発生しにくく、弁板３６の開き遅れが生じるおそれがない。したがって、液圧縮（異常高圧）の発生を効果的に防止できる。

（２）
しかも、実施形態の密閉型圧縮機１は、スイング式等のロータリー圧縮機であっても、上述のように、シート部３７における弁板３６に接触する接触部分３８が湾曲した断面形状を有しており、冷凍機油ＡとしてＰＡＧなどの非相溶油が用いられ、さらに、ＣＯ₂冷媒が用いられていることによって、液圧縮（異常高圧）の発生を効果的に防止できるので、アキュームレータが不要になる。その結果、圧縮機の故障を回避しつつコスト低減が可能である。

（３）
実施形態の密閉型圧縮機１では、シート部３７における弁板３６に接触する接触部分３８は、吐出ポート３５の開口縁の周囲から冷媒の吐出方向Ｄに沿って環状に突出しているので、弁板３６と接触部分３８との接触面積が面接触よりも小さくなる。その結果、弁板３６がシート部３７に貼り付く力がさらに発生しにくくなり、弁板３６の開き遅れが生じるおそれがさらに減少する。

（４）
実施形態の密閉型圧縮機１では、接触部分３８の先端３８ａは、図３に示されるように、丸くなっているので、シール性の確保とともに弁板３６の割れを防止することが可能である。また、弁板３６およびシート部３７の耐摩耗性も向上する。

（５）
さらに、実施形態の密閉型圧縮機１では、シリンダ２７における吐出ポート３５近傍の部分には、吐出ポート３５に対応するように切欠き３９（傾斜角θが吐出ポート３５の中心線ＣＬに対し４５度未満（とくに好ましくは３０度））が形成されており、吐出ポート３５への圧力波導入がスムーズになり、弁板３６のシート部付近への圧力伝達がよくなり、弁の初動応答性がさらによくなる。

本発明は、吐出弁を備えた密閉型圧縮機であればいかなるタイプの圧縮機にも適用することが可能であり、本実施形態で示されたスイング式のロータリー圧縮機以外にも、他の圧縮方式（例えば、ローリングピストン式）のロータリー圧縮機、またはロータリー圧縮機以外の圧縮機にも採用することが可能である。

本発明の密閉型圧縮機の実施形態に係わるスイング式のロータリー圧縮機の縦断面図。 図１のシリンダ内部の横断面図。 図１の吐出ポートおよび弁板の拡大断面図。 図１の弁板の平面図。 ＰＡＧの２層分離温度を示すグラフ。

符号の説明

１ 密閉型圧縮機
２ ケーシング
２７ シリンダ
３５ 吐出ポート
３６ 弁板
３７ シート部
３８ 接触部分
３９ 切欠き
４０ 吐出弁

Claims (5)

1. 冷媒を圧縮するシリンダ（２７）と、
   前記シリンダ（２７）によって圧縮された冷媒を吐出する吐出ポート（３５）を有するシート部（３７）と
   前記シート部（３７）に接触する位置に設けられ、前記吐出ポート（３５）における冷媒の前記シリンダ（２７）内部への逆流を止める弁板（３６）と、
   前記シリンダ（２７）、シート部（３７）、および弁板（３６）を収納しており、少なくとも下部に冷凍機油が貯められたケーシング（２）と、
   を備えており、
   前記冷凍機油は、非相溶油であり、
   前記冷媒は、ＣＯ₂冷媒であり、かつ、
   前記シート部（３７）における前記弁板（３６）に接触する接触部分（３８）は、湾曲した断面形状を有する、
   密閉型圧縮機（１）。
2. 前記接触部分（３８）は、前記吐出ポート（３５）の開口縁の周囲から冷媒の吐出方向に沿って環状に突出している、
   請求項１に記載の密閉型圧縮機（１）。
3. 前記接触部分（３８）の先端は、丸くなっている、
   請求項２に記載の密閉型圧縮機（１）。
4. 前記シリンダ（２７）における前記吐出ポート（３５）近傍の部分には、切欠き（３９）が形成されている、
   請求項１に記載の密閉型圧縮機（１）。
5. ロータリー圧縮機である、
   請求項１から４のいずれかに記載の密閉型圧縮機（１）。

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