JP2008303761A - 密閉型往復動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉型往復動圧縮機において、吸入損失と洩れ損失の低減および吸入バルブの自励振動などの共振を抑制することにより、高効率化と低騒音化を図る。
【解決手段】密閉型往復動圧縮機１０は、圧縮室５を形成するシリンダブロック１と、圧縮室５内を往復動するピストン１と、吸入孔３ａを有するバルブプレート３と、圧縮室５の圧力変動により弾性変形されて吸入孔３ａの開閉を行う吸入バルブ４と、吸入バルブ４のシリンダブロック側に配置されたスプリングリード６とを備える。スプリングリード６は、圧縮室５の圧力変動により弾性変形され、吸入バルブ４の開き動作の途中から当該吸入バルブ４が当接して一緒に変形動作される。
【選択図】図１

Description

本発明は、密閉型往復動圧縮機に係り、特に冷凍冷蔵装置などの冷凍サイクルに搭載される密閉型往復動圧縮機に好適なものである。

従来の一般的な密閉型往復動圧縮機として、図１３から図１６に示されたものがある。図１３は従来の一般的な密閉型往復動圧縮機の吸入バルブ４が全開したときの状態を示す要部断面図、図１４は図１３のシリンダブロック１の正面図、図１５は図１３のシリンダブロック１の横断面図、図１６は図１３の吸入バルブ４の正面図である。なお、図１から図２０における同一符号は同一物または相当物を示す。

この密閉型往復動圧縮機は、圧縮室５を形成するシリンダブロック１と、圧縮室５内を往復動するピストン２と、吸入孔３ａを有してシリンダブロック１の端面側に固定されたバルブプレート３と、バルブプレート３のシリンダブロック側に配置されて吸入孔３ａの開閉を行う吸入バルブ４とを備えて構成されている。そして、吸入バルブ４は、ピストン２の往復動に伴う圧縮室５の圧力変化により弾性変形されるバルブ部４ａを有している。この密閉型往復動圧縮機は、圧縮機の効率向上を重視した構成であり、吸入孔３ａより吸入バルブ４が開くことで圧縮室５にガスが吸入され、その吸入バルブ４の開きリフト量に制限がないため、吸入バルブ４の形状、板厚及び材質にて決まる弾性力の調整により吸入損失を小さくすることに有利な構成である。

さらに、従来の別の密閉型往復動圧縮機として、図１７から図２０に示されたものがある。図１７は従来の別の密閉型往復動圧縮機の吸入バルブ４が全開したときの状態を示す要部断面図、図１８は図１７のシリンダブロック１の正面図、図１９は図１７のシリンダブロック１の横断面図、図２０は図１７の吸入バルブ４の正面図である。

この密閉型往復動圧縮機は、上述した図１３〜図１６の密閉型往復動圧縮機に比較して、シリンダブロック１の端面側に吸入バルブ４の開きリフト量を制限する切り欠き部１ａを設け、吸入バルブ４の先端部に切り欠き部１ａと衝突するようにストッパー部４ｂを設けた点で相違している。この密閉型往復動圧縮機は、圧縮機の騒音低減を重視した構成であり、切り欠き部１ａにより吸入バルブ４の開きリフト量に制限があることにより、吸入バルブ４の共振を抑えて騒音を低減すること、吸入バルブ４の閉じ遅れによる洩れ損失を低減することに有利な構成である。

さらに、特許文献に記載された密閉型往復動圧縮機として、特開２０００−２９１５５９号公報（特許文献１）に示されたものがある。

この特許文献１の図１及び図２の密閉型往復動圧縮機では、モーター部と、クランクシャフト、ピストン、シリンダ等の機械部と、前記モーター部と機械部とを収納した密閉容器と、吸入孔を有し前記シリンダの端面側に固定されたバルブプレートと、前記吸入孔の開閉を行う吸入バルブと、前記吸入バルブの開閉部に設けられたおもり部とからなる構成としたことにより、吸入バルブの信頼性を確保した上で冷凍能力を大きく、また効率を高くできる、とのことである。

また、この特許文献１の図６及び図７の密閉型往復動圧縮機では、吸入孔を有しシリンダの端面側に固定されたバルブプレートと、前記吸入孔の開閉を行う吸入バルブと、前記吸入バルブとわずかな隙間を持って前記シリンダ側に設けられたスプリングリードとからなる構成としたことにより、起動時や吸入圧力が高い条件等の過負荷時においても吸入バルブの開き量をあまり大きくせず低騒音と高信頼性を確保した上で、冷凍能力を大きく、また効率を高くできる、とのことである。

特開２０００−２９１５５９号公報

上述した従来の図１３〜図１６の密閉型往復動圧縮機では、吸入バルブ４の形状、板厚及び材質にて決まる弾性力の調整により吸入損失を小さくできるとしている。しかし、実際に冷凍冷蔵装置などにて使用される密閉型圧縮機では、運転圧力範囲または運転回転速度の特定の条件での弾性力の設定となるため、設定時と異なる条件下では圧縮室５にガスが吸入される工程からガスが圧縮される工程へ切り替わった際に吸入バルブ４の閉じ遅れが生じて洩れ損失による効率低下を招きやすいこと、吸入バルブ４の開きリフト量の制限がないことで吸入バルブ４の自励振動などの共振による騒音を増大させること、などの課題がある。

また、上述した従来の図１７〜図２０の密閉型往復動圧縮機では、切り欠き部１ａに溜まるガスが再膨張されることに加え、吸入バルブ４の開きリフト量を制限したことで、吸入損失が大きくなり、効率低下を招く、という課題がある。

また、上述した特許文献１の図１及び図２の密閉型往復動圧縮機では、おもり部だけで上述した機能を十分に発揮させることが困難である、という課題がある。なお、一般的に吸入バルブの材料は一枚の板からプレス金型などにより打ち抜かれるため、一体品としておもり部を設けることが難しく、また、吸入バルブとおもり部とを別体品とした場合には溶接などによる接続技術の確保や、吸入バルブの開閉と圧力による衝撃による耐久性を必要とする、などの課題がある。

また、上述した特許文献１の図６及び図７の密閉型往復動圧縮機では、スプリングリードと吸入バルブとの間にある隙間を小さくすると、吸入バルブの開きリフト量の設定の自由度が狭くなり、上述した機能が得られる圧縮機の運転条件（運転圧力範囲、運転回転速度など）が制約されてしまうことが懸念されるため、この隙間をあまり小さくすることができず、再膨張容積が増大して容積効率の低下を招く、という課題がある。

本発明の第１の目的は、吸入損失と洩れ損失の低減および吸入バルブの自励振動などの共振を抑制することにより、高効率化と低騒音化を図ることができる密閉型往復動圧縮機を得ることにある。

本発明の第２の目的は、再膨張容積を抑えた上で、吸入損失と洩れ損失の低減および吸入バルブの自励振動などの共振を抑制することにより、高効率化と低騒音化を図ることができる密閉型往復動圧縮機を得ることにある。

前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、圧縮室を形成するシリンダブロックと、前記圧縮室内を往復動するピストンと、吸入孔を有して前記シリンダブロックの端面側に固定されたバルブプレートと、前記圧縮室の圧力変動により弾性変形されて前記吸入孔の開閉を行うバルブ部を有し、前記バルブプレートのシリンダブロック側に配置された吸入バルブと、前記吸入バルブのシリンダブロック側に配置されたスプリングリードとを備えた密閉型往復動圧縮機において、前記スプリングリードは、前記圧縮室の圧力変動により弾性変形され、前記吸入バルブの開き動作の途中から当該吸入バルブが当接して一緒に変形動作されるリード部を有することにある。

係る本発明の第１の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記バルブ部の弾性力を前記リード部の弾性力より小さくしたこと。
（２）前記リード部は前記圧縮室内に高く設けられており、前記バルブ部と前記リード部とは前記バルブ部が前記吸入孔を閉じた状態で接触しないように設置されていること。
（３）前記リード部が圧縮室の圧力変動により弾性変形される際に、そのリード部の弾性変形する長さを調整する凹部をそのリード部の根元部に設けたこと。

また、本発明の第２の態様は、圧縮室を形成するシリンダブロックと、前記圧縮室内を往復動するピストンと、吸入孔を有して前記シリンダブロックの端面側に固定されたバルブプレートと、前記圧縮室の圧力変動により弾性変形されて前記吸入孔の開閉を行うバルブ部を有し、前記バルブプレートのシリンダブロック側に配置された吸入バルブと、前記吸入バルブのシリンダブロック側に配置されたスプリングリードとを備えた密閉型往復動圧縮機において、前記スプリングリードは、前記圧縮室の圧力変動により弾性変形され、前記吸入バルブの開き動作の途中から当該吸入バルブが当接して一緒に変形動作されるリード部を有し、前記ピストンは、最も突出して圧縮工程が終了する上死点の状態で、前記リード部が収まる凹部をその先端面に設けたことにある。

係る本発明の第１の態様の密閉型往復動圧縮機によれば、吸入損失と洩れ損失の低減および吸入バルブの自励振動などの共振を抑制することにより、高効率化と低騒音化を図ることができる。

係る本発明の第２の態様の密閉型往復動圧縮機によれば、再膨張容積を抑えた上で、吸入損失と洩れ損失の低減および吸入バルブの自励振動などの共振を抑制することにより、高効率化と低騒音化を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態の密閉型往復動圧縮機について図１から図１２を用いて説明する。

まず、図１を参照しながら、本実施形態の密閉型往復動圧縮機１０の全体に関して説明する。

密閉型往復動圧縮機１０は、圧縮機部２０と電動機部３０とを密閉容器４０内に収納して構成されている。圧縮機部２０と電動機部３０は一体となってコイルばね５０にて密閉容器４０内に弾性支持されている。

圧縮機部２０は、シリンダブロック１、吸入サイレンサー２１、ピストン２、クランクシャフト２２、コンロッド２３等により構成されている。電動機部３０は、クランクシャフト２２に固定されたローター３１、ステーター３２により構成されている。

シリンダブロック１は水平方向に延びる圧縮室５を形成している。円柱状のピストン２は、圧縮室５内を水平方向に往復動可能に配置され、コンロッド２３により往復動される。なお、圧縮室５は、シリンダブロック１、ピストン２、バルブプレート３、吸入バルブ４及びスプリングリード６で囲まれた空間で構成される。

吸入サイレンサー２１はシリンダブロック１の端面側に固定されている。この吸入サイレンサー２１は、吐出サイレンサなどを形成するヘッドカバー部７と、このヘッドカバー部７のシリンダブロック側に配置され、吐出バルブを有するバルブシート８と、吸入孔３ａを有するバルブプレート３と、このバルブプレート３のシリンダブロック側に配置されて吸入孔３ａの開閉を行う吸入バルブ４と、この吸入バルブ４のシリンダブロック側に配置されたスプリングリード６とを備えて構成されている。なお、バルブプレート３、吸入バルブ４及びスプリングリード６により圧縮機部２０の吸入弁装置が構成される。

係る密閉型往復動圧縮機１０において、電動機部３０が回転することによって圧縮機部２０のクランクシャフト２２、コンロッド２３、ピストン２が駆動され、外部の冷凍サイクルから吸入サイレンサー２１へ冷媒ガスが吸い込まれる。この冷媒ガスは、吸入バルブ４の開閉に応じて、吸入孔３ａを通して圧縮室５内に間欠的に吸入される。吸入された冷媒ガスはシリンダブロック１内でピストン２によって圧縮され、吐出バルブが開くことにより圧縮室５内から吐出される。

次に、図２から図１１を参照しながら、圧縮機部２０に関してさらに具体的に説明する。

バルブプレート３は、図２〜図４に示すように、シリンダブロック１の端面側に吸入バルブ４を閉鎖するように配置され、円形の吸入孔３ａを有している。この吸入孔３ａは、吸入バルブ４のバルブ部４ａが長くなるように、圧縮室５の中心より外側に偏心した位置に設けられている。これによって、バルブ部４ａの先端部はシリンダブロック１の端面に近づいた位置となっている。

吸入バルブ４は、図２〜図４及び図９に示すように、圧縮室５の圧力変動により弾性変形されて吸入孔３ａを開閉するバルブ部４ａを有して構成されている。この吸入バルブ４は、平板のばね材からプレスにて打ち抜き成形して製作される。吸入バルブ４は、バルブ部４ａを含めて平板状に製作され、図３に示すようにバルブプレート３のシリンダブロック側の面に密着して設置されている。

スプリングリード６は、図２〜図４、図７〜図９に示すように、圧縮室５より僅かに大きな径の円形孔６ａと、その中心方向に突出するリード部６ｂとを有して構成されている。このスプリングリード６は平板のばね材からプレスにて打ち抜き成形して製作される。この際に、リード部６ｂは曲げによるリフト量を持つように形成される。そして、スプリングリード６は吸入バルブ４とシリンダブロック１との間に設置される。この状態で、スプリングリード６の円形孔６ａはピストン２の往復動による先端部の挿入を許容し、リード部６ｂは圧縮室５内に傾斜して高くなると共に吸入バルブ４のバルブ部４ａの先端部と投影面で重なるように突出される。

リード部６ｂは圧縮室５の圧力変動により弾性変形される。リード部６ｂの弾性力はバルブ部４ａの弾性力より大きく、換言すれば、バルブ部４ａの弾性力はリード部６ｂの弾性力より小さく設定されている。

シリンダブロック１の端面には、図２〜図５及び図６に示すように、リード部６ａの曲げリフト形状に沿ったテーパー形状凹部１ｂが形成されている。

ピストン２の圧縮室側の端面には、圧縮工程が終了してピストン２がバルブプレート側に最も突き出た位置（上死点と称する）において、図２〜図４、図１０及び図１１に示すように、リード部６ｂが収納されるポケット部２ａが形成されている。

次に、図２〜図４及び図１２を参照しながら、圧縮機部２０の動作に関して具体的に説明する。図２はピストン２が最もバルブプレート側に移動した上死点の位置にあり吸入バルブ４が閉じている状態を示し、図３は図２の状態からピストン２が反バルブプレート側に移動し吸入バルブ４が開き始めて間もない状態を示し、図４は図３の状態からピストン２が最も反バルブプレート側に移動したの位置（下死点と称する）にあり吸入バルブ４が全開した状態を示す。

ピストン２が上死点に至ると、図２に示すように、ピストン２の先端部がスプリングリード６の円形孔６ａ内に挿入されると共に、スプリングリード６のリード部６ｂがピストン２のポケット部２ａ内に挿入される。これによって、スプリングリード６を設けたことによる再膨張容積の増大を抑制することができる。なお、ポケット部２ａがない場合には、図７及び図９の斜線部領域６２がスプリングリード６の板厚で決まる再膨張容積となってしまうものである。図２の状態では、リード部６ｂは、ピストン２に押されて弾性変形してバルブ部４ａに近づくが、バルブ部４ａとは僅かな間隙を有して離れている。

次いで、ピストン２を下死点側に移動することにより、図３に示すように、圧縮室５が負圧となってバルブ部４ａがバルブプレート３の吸入孔３ａを開くことで、ガスは吸入孔３ａを通って圧縮室５へ吸入される。この際、リード部６ｂは圧縮室５の負圧と自身の弾力性とにより、バルブ部４ａの開き動作より早く開き動作され、バルブ部４ａはリード部６ｂの制約なく開き動作が開始される。これによって、バルブ部４ａの開き遅れを抑制することができ、吸入損失の低減を図ることができる。

ピストン２がさらに下死点側に移動すると、バルブ部４ａの先端がリード部６ｂに当接され、バルブ部４ａとリード部６ｂとが一緒になって開き動作され、図４の下死点の状態となる。そして、ピストン２が下死点から上死点側へ反転して移動すると、吸入バルブ４が閉じることで圧縮室５のガスの圧縮を開始され、圧縮室５内の圧縮されたガスがバルブシート８の吐出バルブを通して吐出される。

本実施形態では、曲げによりリフト量を持ったリード部６ａを有するスプリングリード６を備えることで、図４に示すように圧縮室５のガスが吸入から圧縮に切り替わる際に、吸入バルブ４のバルブ部４ａの弾性力に加え、リード部６ａの弾性力も加わるため、素早くバルブ部４ａを閉じることができ、バルブ部４ａの閉じ遅れにて発生する圧縮室５内のガスの洩れによる損失を低減することができる。また、閉じ遅れでの洩れ損失の低減が可能な構造とすることにより、バルブ部４ａの弾性力を小さく設定することが可能となり、圧縮終了時のバルブ部４ａの閉じた状態から圧縮室５へガスを吸入する際に、バルブ部４ａを素早く開かせ、バルブ部４ａの開き遅れによる吸入損失も低減することができる。

係る動作におけるバルブ部４ａの開きリフト量とその弾性力との関係を、図１２を参照しながら説明する。

図２に示すバルブ部４ａが閉じた状態（ピストン２が上死点の状態）からバルブ部４ａの先端がリード部６ｂに当接するまでの吸入弁装置の弾性力は、図１２の弾性力Ａで示すバルブ部４ａの単独の弾性力の変化となり、バルブ部４ａの先端がリード部６ｂに当接した状態から図４に示す下死点に至るまでの吸入弁装置の弾性力は、図１２の弾性力Ｂで示すバルブ部４ａとリード部６ｂとの合計の弾性力の変化となる。圧縮動作においては、この弾性力の変化の逆になる。

従って、バルブ部４ａの弾性力を小さく設定して、弾性力Ａの傾きを抑えることで、バルブ部４ａの開き遅れを抑制することができ、これによって吸入損失の低減を図ることができる。また、圧縮動作が開始されてバルブ部４ａが閉じる際には、吸入弁装置に大きな弾性力Ｂが加わることとなり、バルブ部４ａの閉じ遅れを抑制することができ、これによって洩れ損失の低減を図ることができる。さらに、弾性力Ｂの領域においては、バルブ部４ａとリード部６ｂとが接触することで、バルブ部４ａの開きリフト量が大きい状態で発生しやすい、吸入バルブ４の自励振動などの共振を抑えることが可能となり、騒音を低減することができる。

また、リード部６ａの弾性力の設定変更をリード部６ａの長さの違いにて変更可能とするために、シリンダブロック１にはテーパー形状凹部１ｂを有している。このテーパー凹部１ｂは再膨張容積を小さくするため、テーパー形状であることが望ましいが、段部を有する凹部であっても、リード部６ａの長さ変更は可能となる。なお、リード部６ａの弾性力は板厚、形状、材質でも変更は可能であるが、凹部１ｂによって長さも調整可能とすることで、設定の自由度と容易さを持たせることができる。

本発明の一実施形態の密閉型往復動圧縮機の縦断面図である。 図１の密閉型往復動圧縮機におけるピストンが上死点にあり吸入バルブが閉じているときの要部断面図である。 図１の密閉型往復動圧縮機における吸入バルブが開いて間もないときの要部断面図である。 図１の密閉型往復動圧縮機におけるピストンが下死点にあり吸入バルブが全開しているときの要部断面図である。 図１のシリンダブロックの正面図である。 図１のシリンダブロック６の横断面図である。 図１のスプリングリードの正面図である。 図１のスプリングリードの横断面図である。 図１のピストン側から見たときのスプリングリードと吸入バルブを示す図である。 図１のピストンの正面図である。 図１のピストン２の横断面図である。 図１の密閉型往復動圧縮機における吸入バルブの開きリフト量と吸入バルブ弾性力との関係を示す図である。 従来の一般的な密閉型往復動圧縮機における要部断面図である。 図１３のシリンダブロックの正面図である。 図１３のシリンダブロックの横断面図である。 図１３の吸入バルブの正面図である。 従来の別の密閉型往復動圧縮機における要部断面図である。 図１７のシリンダブロックの正面図である。 図１７のシリンダブロックの横断面図である。 図１７の吸入バルブの正面図である。

符号の説明

１…シリンダブロック、１ａ…切り欠き部、１ｂ…テーパー形状凹部、２…ピストン、２ａ…ポケット部、３…バルブプレート、３ａ…吸入孔、４…吸入バルブ、４ａ…バルブ部、４ｂ…ストッパー部、５…圧縮室、６…スプリングリード、６ａ…円形孔、６ｂ…リード部、７…ヘッドカバー部、８…バルブシート、１０…密閉型往復動圧縮機、２０…圧縮機部、２１…吸入サイレンサー、２２…クランクシャフト、２３…コンロッド、３０…電動機部、３１…ローター、３２…ステーター、４０…密閉容器、５０…コイルばね、６２…斜線部領域。

Claims (5)

1. 圧縮室を形成するシリンダブロックと、
   前記圧縮室内を往復動するピストンと、
   吸入孔を有して前記シリンダブロックの端面側に固定されたバルブプレートと、
   前記圧縮室の圧力変動により弾性変形されて前記吸入孔の開閉を行うバルブ部を有し、前記バルブプレートのシリンダブロック側に配置された吸入バルブと、
   前記吸入バルブのシリンダブロック側に配置されたスプリングリードとを備えた密閉型往復動圧縮機において、
   前記スプリングリードは、前記圧縮室の圧力変動により弾性変形され、前記吸入バルブの開き動作の途中から当該吸入バルブが当接して一緒に変形動作されるリード部を有すること
   を特徴とする密閉型往復動圧縮機。
2. 請求項１において、前記バルブ部の弾性力を前記リード部の弾性力より小さくしたことを特徴とする密閉型往復動圧縮機。
3. 請求項２において、前記リード部は前記圧縮室内に高く設けられており、前記バルブ部と前記リード部とは前記バルブ部が前記吸入孔を閉じた状態で接触しないように設置されていることを特徴とする密閉型往復動圧縮機。
4. 請求項１において、前記リード部が圧縮室の圧力変動により弾性変形される際に、そのリード部の弾性変形する長さを調整する凹部をそのリード部の根元部に設けたことを特徴とする密閉型往復動圧縮機。
5. 圧縮室を形成するシリンダブロックと、
   前記圧縮室内を往復動するピストンと、
   吸入孔を有して前記シリンダブロックの端面側に固定されたバルブプレートと、
   前記圧縮室の圧力変動により弾性変形されて前記吸入孔の開閉を行うバルブ部を有し、前記バルブプレートのシリンダブロック側に配置された吸入バルブと、
   前記吸入バルブのシリンダブロック側に配置されたスプリングリードとを備えた密閉型往復動圧縮機において、
   前記スプリングリードは、前記圧縮室の圧力変動により弾性変形され、前記吸入バルブの開き動作の途中から当該吸入バルブが当接して一緒に変形動作されるリード部を有し、
   前記ピストンは、最も突出して圧縮工程が終了する上死点の状態で、前記リード部が収まる凹部をその先端面に設けたこと
   を特徴とする密閉型往復動圧縮機。

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