JP2009197684A

JP2009197684A - 密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP2009197684A
Application number: JP2008040536A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Ishidoya; 廉石戸谷; Hisataka Kato; 久尊加藤
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2008-02-21
Filing date: 2008-02-21
Publication date: 2009-09-03

Abstract

【課題】ピストンとシリンダ間に対する給油量を増大させて潤滑性及び圧縮効率を向上できるようにする。
【解決手段】シリンダ６の上壁に、そのシリンダ室８の内外を連通する給油穴１６を設けるとともに、ピストン７の外周面に環状溝７ａを形成し、シリンダ６の給油穴１６はピストン７が下死点側に位置するときには環状溝７ａと連通し、ピストン７が上死点側に位置するときにはシリンダ室８内に連通する。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば、家庭用冷蔵庫等に用いられる往復動式の密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置に関する。

この種の密閉型圧縮機には、内底部に潤滑油を貯溜した密閉容器を備え、この密閉容器内の下部側に電動機部、上部側に圧縮機構部を設け、電動機部の回転により回転軸を介して圧縮機構部を駆動するものがある。

この密閉型圧縮機では、回転軸の回転により密閉容器の底部の潤滑油を汲み上げるようになっているが、この汲み上げられた潤滑油は、回転軸の上部に該回転軸の回転中心から偏心して形成されたクランクピンの給油穴から圧縮機構部のピストンとシリンダ間に給油されるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−２８３７７０号公報

しかしながら、特許文献１においてはピストンとシリンダ間への給油は、基本的には潤滑油がシリンダの切り欠き部の側壁に到達している間だけであり、回転軸の１回転中、常に給油するものではなく、給油時間が短かいものとなっている。

従って、ピストンとシリンダ間における油膜形成が不十分となり、潤滑性が低下し、その信頼性が劣る。

また、油膜形成によるシール性も低下し、圧縮室からの圧縮ガスの漏れ量が増加し、圧縮機の効率が低下するという問題がある。

本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、ピストンとシリンダ間に対する給油量を増大させて潤滑性及び圧縮効率を向上できるようにした密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、底部に潤滑油を貯溜した密閉容器の下部側に電動機部を設け、上部側に回転軸を介して上記電動機部により駆動されるピストン及びこのピストンをシリンダのシリンダ室内に備えてなる圧縮機構部を設け、上記回転軸の回転により上記密閉容器の底部の潤滑油を汲み上げて上記回転軸の上部に該回転軸の回転中心から偏心して形成したクランクピンの給油穴から上記圧縮機構部に給油する密閉型圧縮機において、上記シリンダの上壁に、そのシリンダ室の内外を連通する給油穴を設けるとともに、上記ピストンの外周面に環状溝を形成し、上記シリンダの給油穴は上記ピストンが下死点側に位置するときには上記環状溝と連通し、上記ピストンが上死点側に位置するときには上記シリンダ室内に連通することを特徴とする。

本発明によれば、ピストンとシリンダ間における油膜形成がより確実になり、潤滑性を向上してその信頼性を向上できる。

また、確実な油膜形成により、圧縮室からの圧縮ガスの漏れ量を低減でき、圧縮機の効率をより向上(特に高圧冷媒使用時および回転数制御仕様における低速運転時)させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、往復式の密閉型圧縮機１を備える冷凍サイクル装置を示す構成図である。

密閉型圧縮機１には、冷媒管２１を介して順次、凝縮器２２、膨張装置２３及び蒸発器２４が接続されて冷凍サイクル装置が構成されている。

密閉型圧縮機１は縦型の密閉ケース（密閉容器）１Ａを備え、この密閉ケース１Ａ内の上下方向ほぼ中間部にはフレーム２が設けられている。このフレーム２は、フレームの下部に固定された電動機部４の固定子４ａを介してスプリングにより密閉ケース１Ａの底部に弾性的に支持されている。フレーム２の上部側には圧縮機構部３が載設され、下部側には固定子４ａと回転子4ｂからなる電動機部４が設けられている。フレーム２の中心部には枢支用孔２ｂが設けられ、この枢支用孔２ｂには主軸である回転軸５が回転自在に嵌め込まれている。

回転軸５の上端部側には、フレーム２の上面に摺動自在に載置される鍔部５ａが一体に形成され、さらに鍔部５ａの上部側には、回転軸５の中心軸とは所定量偏心する中心軸を有したクランクピン５ｂが連設されている。回転軸５の外周面には油通路を形成するスパイラル溝５ｃが形成され、上部側にはスパイラル溝５ｃに連通する連通路５ｄが形成されている。回転軸５の下端部側には、回転軸５の回転に伴い潤滑油１２を吸引するオイルポンプ１３が設けられている。

上記した回転軸５が回転駆動されると、その鍔部５ａはフレーム２の上面部で摺接状態で回転し、かつ、クランクピン５ｂが回転軸５の中心周囲に沿って偏心回転して後述するピストン７が往復移動されるようになっている。

上記圧縮機構部３はフレーム２の上面に載設され、軸方向を水平に向けたシリンダ６を備えている。このシリンダ６の内部は、ピストン７が往復動自在に収容されるシリンダボア(シリンダ室）８となっている。ピストン７には、コンロッド９の一端部がボールジョイント機構部１０を介して連結されている。コンロッド９の他端部には、クランプピン５ｂに回転自在に嵌め合う大端部１１が設けられている。

上記したクランクピン５ｂが偏心回転すると、コンロッド９がボールジョイント機構部１０を支点として揺動運動をなすことができ、ピストン７はシリンダ室８において往復運動するようになっている。

上記した構成において、電動機部４により回転軸５が回転されると、潤滑油１２がオイルポンプ１３によって吸引され、回転軸５のスパイラル溝５ｃを介して上方に導かれ、さらに、連通路５ｄを経てクランクピン５ｂの給油孔５ｅ上端から噴射される。この噴射される潤滑油１２は、後述するシリンダ６の油溜め部１５内に収容され、ピストン７とシリンダ６との間の潤滑、及びシールを行う。

また、回転軸５の回転により、クランクピン５ｂが偏心回転すると、コンロッド９がボールジョイント機構部１０を介してピストン７が動作される。これにより、シリンダボア８にガス冷媒が吸引されて圧縮されたのち、吐出管２５を介して吐出される。この吐出された圧縮冷媒ガスは凝縮器２２に送られて凝縮されたのち、膨張装置２３を介して蒸発器２４に送られて蒸発し、再び、密閉型圧縮機１内に吸引される。以後、順次同様に冷媒が流されて冷凍サイクルの運転が継続される。

ところで、上記したシリンダ６は、図２及び図３に示すように構成されている。

即ち、シリンダ６は内部にシリンダボア（シリンダ室）８を有し、上面部側には仕切り壁１４により断面凹状の油溜め部１５が構成されている。この油溜め部１５を構成する仕切り壁１４の回転軸５側の部分は開口され、クランクピン５ｂの上端から噴射される潤滑油１２は油溜め部１５内にその開口側から収容されるようになっている。油溜め部１５の内底面には給油孔１６が穿設され、この給油孔１６を介して油溜め部１５とシリンダボア８とが連通されている。

また、上記したピストン７の外周部には、図４に示すように、環状溝７ａが形成されている。

このピストン７は、図５（ａ）に示すように下死点近傍に位置する時には、少なくとも、ピストン７の環状溝７ａの一部が給油孔１６と連通し、図５（ｃ）に示すように上死点近傍においては、少なくとも給油孔１６の一部がシリンダ室内空間に開口するようになっている。

ピストン７が、図５（ａ）に示すように下死点近傍に位置してその環状溝７ａが給油孔１６と連通すると、シリンダ６上部の給油孔１６を含む油溜め部１５に溜まっている潤滑油１２がピストン７の環状溝７ａに供給される。

また、ピストン７が、図５（ｃ）に示すように上死点近傍において、給油孔１６がシリンダボア８内に開口すると、シリンダ上部の給油孔１６を含む油溜め部１５に溜まっている潤滑油１２が、シリンダボア８内に流入する。

また、ピストン７は、図５（ｂ）に示すように、下死点から上死点に移動する途中では、ピストン７の環状溝７ａに供給保持された潤滑油１２がピストンとシリンダ間を潤滑するとともに、シリンダ６上部の給油孔１６を含む油溜め部１５に保持されている潤滑油１２も給油孔１６を介してピストン７とシリンダ６のクリアランス間に供給される。

さらに、上死点から下死点に移動する途中では、給油孔１６のシリンダボア側はピストン７の外周面により閉鎖されるため、クランクピン５ｂより供給される潤滑油１２はシリンダ６上部の給油孔１６を含む油溜め部１５に十分保持されると伴に、その一部は給油孔１６を介してピストンとシリンダのクリアランス間に供給される。

このように、クランクピン５ｂから供給される潤滑油１２を、シリンダ６上部の油溜め部１５およびシリンダボア８に連通する給油孔１６に溜めるため、ピストン７またはシリンダボア８への給油を効果的、かつ回転軸５の１回転中ほぼ常に行なうことが可能となる。

上記したように、この実施の形態によれば、ピストンとシリンダ間への給油効率(潤滑油の侵入)を格段に向上させることができる。従って、ピストンとシリンダ間における油膜を確実に形成して潤滑性を向上でき、その信頼性を増すことができる。

また、確実な油膜形成によりシール性が向上するため、圧縮室からの圧縮ガスの漏れ量が低減し、圧縮機の効率向上(特に、高圧冷媒使用時、及び回転数制御仕様における低速運転時)を図ることができる。

また、ピストン７が上死点近傍に位置するときに給油孔１６がシリンダボア８内空間部に開口し、シリンダボア８内にシリンダ上部の給油孔１６に存在する潤滑油１２が、油溜め部１５に溜まっている潤滑油１２とともに供給されため、給油孔１６には常に新しい潤滑油１２が供給され、ピストンとシリンダ間の冷却を図ることができる。

図６〜図９は、本発明の第２の実施の形態を示すものである。

なお、上記した第１の実施の形態で示した部分と同一部分については、同一番号を付してその詳細な説明は省略する。

この第２の実施の形態では、図６及び図７に示すように油溜め部１５の回転軸５側にシリンダボア８に連通するように切欠部１７が形成され、その深さ（回転軸５側端部からの奥行き寸法）はシリンダボア端部側の面取り部１８より大きくされている。この切欠部１７はそのシリダボア側が略面取り形状となっている。

また、図８に示すように、油溜め部１５の給油孔１６の下端側開口緑部には面取り部１９が形成され、給油孔１６の上端側開口部には異物の侵入を防ぐためのフィルタ２０が設けられている。

さらに、図９に示すように、ピストン７の外周部には断面が略Ｖ字状をなす環状溝７ｂ，７ｂが２本形成されている。

この第２の実施の形態によれば、上記した第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることはできることは勿論のこと、以下のような効果を得ることができる。

即ち、油溜め部１５にシリンダボア８に連通する切欠部１７を設けるため、ピストン７の上面がシリンダ６の切欠部１７を介して覗く時間が増え、かつ、切欠部１７から給油できるようになり、給油効率（ピストンとシリンダ間への潤滑油の侵入）を格段に向上させることができる。

また、切欠部１７のボア側を略面取り形状とするため、その部分でのピストン７とシリンダボアとの接触角が鋭角となり、ビストン７に付着した潤滑油の掻き落としが減少し、逆にピストンとシリンダ間への潤滑油の進入がよりスムーズとなる。

さらに、給油孔１６のボア側に面取り部１９を形成するため、この面取り部１９におけるピストンとシリンダボアとの接触角が鋭角となり、ピストンとシリンダ間への潤滑油の進入がよりスムーズとなる。

また、給油孔１６の上部側に異物除去用のフィルタ２０を設けるため、給油孔１６からの異物の進入を防止でき、ピストンとシリンダ間での異物によるトラブルを防止でき、信頼性を向上できる。

また、複数の環状溝７ｂ，７ｂを形成するため、潤滑油１２の保持量を増大でき、ピストンとシリンダ間への給油量をより増すことができる。

図１０は、本発明の第３の実施の形態を示すものである。

この第３の実施の形態では、クランクピン５ｂの給油穴５ｅ内部に散油部材２８を装着している。

散油部材２８は弾性部材によって円筒状に形成されており、散油部材２８の外周面には半径方向に沿って外方に突出するように切り起こされた爪部２９が複数形成されている。クランクピン５ｂの給油穴５ｅ内面部には、散油部材２８の爪部２９を嵌合させるための嵌合溝３０が形成されている。

散油部材２８はクランクピン５ｂの内部に挿入されてその切り起こした爪部２９をクランクピン５ｂの給油穴５ｅ内面部の嵌合溝３０に嵌合することで固定される。

この第３の実施の形態によれば、クランクピン５ｂの給油穴５ｅ内面に沿って遠心力によって上昇してきた潤滑油を、クランクピン５ｂの散油部材２８によってさらに上方へ導いた後、飛散することができる。

従って、低速運転時でも、シリンダとピストン間に潤滑油１２を十分供給でき、潤滑性を向上させて圧縮機の効率を向上させることができる。

また、散油部材２８はクランクピン５ｂの内部に挿入してその切起爪２９をクランクピン内径の嵌合溝３０に嵌合させるだけで固定でき、散油部材２８の取付作業を簡略化できる。

なお、クランクピン５ｂの先端面には平坦部があるため、クランクピン５ｂの長さを長くしただけでは、潤滑油がその平坦面を伝わることによって抵抗を受けることとなり、低速運転時にシリンダ６まで潤滑油１２が届かなくなり、ピストン７の潤滑が不十分になってしまう。

図１１は、圧縮機の運転周波数と効率を本発明と従来例とを比較して示す特性図である。

図１１において横軸は圧縮機の運転周波数で、縦軸は圧縮機の運転効率を成績係数（ＣＯＰ）を示し、図１１中ａ線は本発明を示し、ｂ線は従来技術を示すものである。

ＣＯＰは運転周波数に対して極大値を持つ特性を示し、およそ４０ｒｐｓ付近で最大値となる。また、低速運転時、特に３５ｒｐｓ以下では圧縮機の運転効率が著しく低下することがわかる。これは、圧縮室からの圧縮ガスの漏れによる冷凍能力低下や、オイルポンプ能力の低下による摺動損失の増加によるものと考えられえる。

この第３の実施の形態によれば、上記したように散油部材２８により潤滑油１２を上方へ導いた後、飛散するため、シリンダ６とピストン７との間のオイルシール性を向上することができ、低速運転時の効率を上げることが可能となる。

図１２は、他の例である散油部材３２を示すものである。

この散油部材３２は、取付手段は上記図１０に示したものと同じであるが、その上部側が外側に漏斗状に開いた形状となっている。この散油部材３２の漏斗状に開いた部分の径は、クランクピン５ｂ及び大端部１１の外径よりも大きくされている。上記図１０に示したものと同様に取付作業を容易に行なうことができるため、クランクピン５ｂの仕上げ加工を行なった後に、散油部材３２を取付けることができる。そのため、散油部材３２の漏斗状に開いた部分の径をクランクピン５ｂの外径より大きくしても不都合は生じない。

この散油部材３２によれば、潤滑油１２の噴出位置をシリンダ６に近づけることができ、回転軸５の内面に沿って上がってきた潤滑油１２をより多くピストン７へ供給できるというメリットがある。

なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

本発明の第１の実施の形態である密閉型圧縮機を示す縦断面図。図１の圧縮機構部のシリンダを示す平面図。図２のシリンダを示す側断面図。図１の圧縮機構部のピストンを示す側面図。図１の圧縮機構部のシリンダとピストンの位置関係を示す図。本発明の第２の実施の形態である圧縮機構部のシリンダを示す平面図。図６のシリンダを示す側断面図。図７のシリンダの給油孔に設けられる異物除去用のフィルタを示す図。図６のシリンダに挿入されるピストンを示す側面図。本発明の第３の実施の形態である圧縮機構部を示す図。図１０の圧縮機構部の運転周波数と効率の関係を従来と比較して示す特性図。図１０の圧縮機構部に設けられる散油部材の他の例を示す図。

符号の説明

１…密閉圧縮機、１Ａ…密閉ケース（密閉容器）、３…圧縮機構部、４…電動機部
、５…回転軸、５ｂ…クランクピン、７…ピストン、６…シリンダ、７ａ、７ｂ…環状溝、８…シリンダ室、１２…潤滑油、１４…仕切り壁、１６…給油穴、２０…フィルタ、２１…冷媒管、２２…凝縮器、２３…膨張装置。

Claims

底部に潤滑油を貯溜した密閉容器の下部側に電動機部を設け、上部側に回転軸を介して上記電動機部により駆動されるピストン及びこのピストンをシリンダのシリンダ室内に備えてなる圧縮機構部を設け、上記回転軸の回転により上記密閉容器の底部の潤滑油を汲み上げて上記回転軸の上部に該回転軸の回転中心から偏心して形成したクランクピンの給油穴から上記圧縮機構部に給油する密閉型圧縮機において、
上記シリンダの上壁に、そのシリンダ室の内外を連通する給油穴を設けるとともに、上記ピストンの外周面に環状溝を形成し、
上記シリンダの給油穴は上記ピストンが下死点側に位置するときには上記環状溝と連通し、上記ピストンが上死点側に位置するときには上記シリンダ室内に連通することを特徴とする密閉型圧縮機。
上記シリンダの上壁に油溜め部を構成する仕切り壁を設け、この仕切り壁の回転軸側を開ロさせたことを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
上記シリンダの給油穴に異物除去用のフィルターを設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の密閉型圧縮機。
請求項１乃至３の何れか一項に記載の密閉型圧縮機に冷媒管を介して凝縮器、膨張装置及び蒸発器を接続して構成されることを特徴とする冷凍サイクル装置。