JP2010065589A - 密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダとピストンとの摺動部分への冷凍機油の給油を十分に行うことができる密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】底部に冷凍機油を貯留する密閉容器と、密閉容器内の下部に収容され、中心線を略鉛直方向に向けた回転軸を中心線回りに回転駆動させる電動機部と、密閉容器内の上部に収容され、中心線を略水平に向けたシリンダ及びシリンダ内を往復動するピストンを有する圧縮機構部と、回転軸の回転に伴なって冷凍機油を汲み上げ、汲み上げた冷凍機油を回転軸に形成された給油通路の上端部から飛散させるオイルポンプとを備える密閉型圧縮機において、シリンダ２７の外周側上部に油溜め部３６が形成され、油溜め部３６にはシリンダ２７の中心線に沿って延びる突出部３７ａ〜３７ｄがシリンダ２７の中心線と直交する方向に３個以上並設され、複数の突出部３７ａ〜３７ｄは回転軸の回転方向に沿って高さ寸法が順次高く形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置に関し、特に、往復動するピストンにより気体冷媒を圧縮する密閉型圧縮機及びこの密閉型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置に関する。

例えば冷蔵庫などでは、冷凍サイクル装置を構成する密閉型圧縮機として、下記特許文献１に記載されているような往復動するピストンを有するレシプロ式のものが使用されている。

特許文献１に記載された密閉型圧縮機では、密閉型圧縮機の密閉容器内に貯留された冷凍機油を用いて、圧縮機構部を構成するシリンダとピストンとの摺動部分から圧縮された気体冷媒が漏れることを防止するシール、及び、シリンダとピストンとの摺動部分の潤滑を行なっている。

これらのシールや潤滑を行なうための構成として、シリンダの上面部分に冷凍機油を溜める油溜まり部が形成されている。密閉容器内に貯留された冷凍機油が給油ピースにより汲み上げられて駆動軸の上端部から噴出され、噴出された冷凍機油が油溜まり部に溜まり、油溜まり部に溜まった冷凍機油がシリンダの開口側に流れ落ち、シリンダとピストンとの摺動部分に給油される。
特開２００６−３４２６９１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された密閉型圧縮機においては、油溜まり部の底面が、シリンダの開口側に向けて下向きに傾斜しているが、シリンダの幅方向（シリンダの中心線と直交する方向）には水平となっている。

駆動軸の上端部から噴出される冷凍機油は、回転軸の回転に伴なう遠心力を利用して回転軸の回転方向に沿った方向へ噴出されるため、油溜まり部の底面上でシリンダの幅方向に横滑りしやすく、油溜まり部に溜まりにくい。そのため、シリンダとピストンとの摺動部分へ十分な量の冷凍機油を給油することができず、シリンダとピストンとの摺動部分のシール性能が低下し、及び、シリンダとピストンとの摺動部分の潤滑性能が低下するという問題がある。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、シリンダとピストンとの摺動部分への冷凍機油の給油を十分に行うことができる密閉型圧縮機及びこの密閉型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、底部に冷凍機油を貯留する密閉容器と、前記密閉容器内の下部に収容され、中心線を略鉛直方向に向けた主軸部とこの主軸部に対して偏心した偏芯軸部とを有する回転軸を前記主軸部の中心線回りに回転駆動させる電動機部と、前記密閉容器内の上部に収容され、一端側が開口されるとともに他端側が閉止されて中心線を略水平に向けたシリンダ及び前記偏芯軸部に連結されて前記シリンダ内を往復動するピストンを有する圧縮機構部と、前記回転軸の回転に伴なって前記冷凍機油を汲み上げ、汲み上げた前記冷凍機油を前記回転軸に形成された給油通路を通して上昇させるとともに前記給油通路の上端部から飛散させて前記圧縮機構部に給油するオイルポンプと、を備える密閉型圧縮機において、前記シリンダの外周側上部に油溜め部が形成され、前記油溜め部には前記シリンダの中心線に沿って延びる突出部が前記シリンダの中心線と直交する方向に３個以上並設され、複数の前記突出部は前記回転軸の回転方向に沿って高さ寸法が順次高く形成されていることである。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、冷凍サイクル装置において、第１の特徴に係る密閉型圧縮機と、前記密閉型圧縮機に接続された凝縮器と、前記凝縮器に接続された膨張装置と、前記膨張装置に接続された蒸発器とを備えることである。

本発明によれば、給油通路の上端部から飛散された冷凍機油が油溜まり部へ溜まり易くなり、油溜まり部からシリンダとピストンとの摺動部分へ十分な量の冷凍機油を給油することができ、シリンダとピストンとの摺動部分のシール性能の向上と潤滑性能の向上とを図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の冷凍サイクル装置１は、図１に示すように、密閉型圧縮機２と、密閉型圧縮機２に接続された凝縮器３と、凝縮器３に接続された膨張装置４と、膨張装置４に接続された蒸発器５とを備えている。

密閉型圧縮機２は、往復動するピストン６を有するレシプロ式の圧縮機構部７と、この圧縮機構部７を駆動する電動機部８とを備え、圧縮機構部７の作用により低圧の気体冷媒を圧縮して高温・高圧の気体冷媒にする。密閉型圧縮機２には、圧縮された高温・高圧の気体冷媒を密閉型圧縮機２の外部に吐出する吐出口と、低圧の気体冷媒を密閉型圧縮機２内に吸込む吸込口とが設けられ、これらの吐出口と吸込口とを接続する冷媒配管２ａが設けられ、冷媒配管２ａの途中に凝縮器３と膨張装置４と蒸発器５とがこの順に配置されている。

凝縮器３は、密閉型圧縮機２により圧縮されて高温・高圧となった気体冷媒から熱を放熱させ、高温・高圧の気体冷媒を高圧の液体冷媒にする。

膨張装置４は、高圧の液体冷媒を細い管内を通すことにより圧力を下げ、低温・低圧の液体冷媒にする。

蒸発器５は、低温・低圧の液体冷媒を気化させて低圧の気体冷媒にする。液体冷媒が気化する際に周囲から気化熱を奪い、周囲が冷却される。低圧の気体冷媒は、密閉型圧縮機２内に吸込口から吸込まれる。

以下に、密閉型圧縮機２について詳しく説明する。

密閉型圧縮機２は、下ケース９と上ケース１０とを気密状態に接合して形成された密閉容器１１を備えている。この密閉容器１１内のほぼ中間部には、フレーム１２が複数のスプリング１３（図示は１つ）を介して弾性的に支持されている。密閉容器１１内の上部であるフレーム１２の上部側には圧縮機構部７が収容され、密閉容器１１内の下部であるフレーム１２の下部側には電動機部８が収容されている。密閉容器１１内の底部には冷凍機油１４が貯留されている。

電動機部８は、主軸部１５とこの主軸部１５に対して偏心した偏心軸部１６とを有する回転軸１７と、回転子１８と、固定子１９とを有している。回転軸１７は、主軸部１５の中心線“Ａ”を略鉛直方向に向けて配設されるとともにフレーム１２に形成された枢支用孔２０に枢支されている。

主軸部１５の下端側は枢支用孔２０から下方に突出し、主軸部１５における枢支用孔２０から突出した部分に回転子１８が固定されている。固定子１９は回転子１８を囲む位置に配置され、回転子１８の外周面に対して固定子１９の内周面が微小な隙間をもって対向している。固定子１９は、フレーム１２に対して複数のボルト２１（図示は１つ）により固定されている。固定子１９には巻線が施され、この巻線に通電することにより回転軸１７と回転子１８とが主軸部１５の中心線“Ａ”の周りに回転する。回転軸１７が主軸部１５の中心線“Ａ”の周りに回転する場合、偏心軸部１６は主軸部１５の中心線“Ａ”の周りを偏心回転する。

主軸部１５の下端部にはオイルポンプ２２が取付けられ、回転軸１７が回転することにより冷凍機油１４がオイルポンプ２２により汲み上げられ、汲み上げられた冷凍機油１４は回転軸１７に形成された給油通路２３を通して上昇し、圧縮機構部７側へ給油される。給油通路２３は、主軸部１５の下端側内部に形成された給油孔２４と、給油孔２４の上端部に接続されて主軸部１５の上端側外周面に形成された螺旋状の給油溝２５と、給油溝２５の上端部に接続されて偏心軸部１６の内部に形成された給油孔２６とからなる。給油孔２６の上端部は、偏心軸部１６の上端に開口している。

圧縮機構部７は、フレーム１２の上面に固定されて中心線を略水平に向けたシリンダ２７と、回転軸１７に連結されてシリンダ２７内を往復動可能なピストン６とを有している。シリンダ２７は、シリンダブロック２８内に形成されており、シリンダ２７の内側の空間がシリンダ室２９とされている。シリンダ２７は、回転軸１７側を向いた一端側が開口されるとともに他端側が弁機構３０により閉止され、ピストン６がシリンダ２７の開口端側からシリンダ２７内に挿入されている。弁機構３０は弁カバー３１により覆われており、この弁カバー３１には、内部を二分する仕切り部が設けられ、その一方の空間が吸込室とされ、他方の空間が吐出室とされている。

ピストン６は、コンロッド３２を介して回転軸１７の偏心軸部１６に連結されている。コンロッド３２の一端には大端部３３が形成され、この大端部３３が偏心軸部１６に遊嵌されている。コンロッド３２の他端は、ボールジョイント機構３４によりピストン６に連結されている。ピストン６の外周面には、ピストン６の周方向に沿って２本の環状の外周溝３５が形成されている。

シリンダブロック２８におけるシリンダ２７の外周側上部に位置する部分には、油溜め部３６が形成されている。油溜め部３６には、シリンダ２７の中心線に沿って延びる４つの板形状の突出部３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄが、シリンダ２７の中心線と直交する方向に並設されている。これらの突出部３７ａ〜３７ｄの高さ寸法は、回転軸１７の回転方向（図３に示す矢印Ｘ方向）に沿って順次高く形成されている。

また、油溜め部３６には、隣合う突出部３７ａ〜３７ｄの間にそれぞれ凹部３８が形成され、これらの凹部３８の底面は、図５に示すように、回転軸１７側に向けて下方に傾斜している。

また、図４に示すように、最も外側に位置する２つの突出部３７ａ、３７ｄ間の寸法“Ｌ”とシリンダ２７の内径寸法“Ｄ”とは、“Ｄ≦Ｌ”に形成されている。さらに、突出部３７ａ〜３７ｄとシリンダ２７とは、寸法“Ｌ”の投影面内に寸法“Ｄ”が入るように位置付けられている。

このような構成において、冷凍サイクル装置１の運転時には、電動機部８に通電して回転軸１７を主軸部１５の中心線“Ａ”の周りに矢印Ｘ方向に回転させる。回転軸１７が主軸部１５の中心線“Ａ”の周りに回転することにより、偏心軸部１６は主軸部１５の中心線“Ａ”の周りを偏心回転する。偏心軸部１６が主軸部１５の中心線“Ａ”の周りを偏心回転することにより、コンロッド３２を介して偏心軸部１６に連結されているピストン６がシリンダ２７内を往復動する。

ピストン６がシリンダ２７内を往復動することに伴い、密閉容器１１内の気体冷媒がシリンダ室２９内に吸込まれ、吸込まれた気体冷媒はシリンダ室２９内で圧縮されて高温・高圧の気体冷媒となる。高温・高圧となった気体冷媒は、冷媒配管２ａ内を通って凝縮器３に供給される。

また、回転軸１７が主軸部１５の中心線“Ａ”の周りに回転することにより、冷凍機油１４がオイルポンプ２２により汲み上げられ、汲み上げられた冷凍機油１４は回転軸１７の回転に伴なって発生する遠心力の作用により給油通路２３を通って上昇し、給油孔２６の上端部から飛散する。給油孔２６の上端部から飛散する冷凍機油１４は、回転軸１７の回転方向に沿って飛散し、飛散した冷凍機油１４の一部は突出部３７ａ〜３７ｄにおける回転軸１７の回転方向に対向する側面に当たり、当たった側面に沿って流れ落ち、油溜め部３６を構成する凹部３８には冷凍機油１４が溜まり易くなる。突出部３７ａ〜３７ｄの高さ寸法は、回転軸１７の回転方向に沿った順次高く形成されているため、給油孔２６の上端部から飛散した冷凍機油１４は全ての突出部３７ａ〜３７ｄの側面に当たり、冷凍機油１４は各凹部３８内に溜まるようになる。

各凹部３８の底面は、回転軸１７側に向けて傾斜しているため、各凹部３８内に溜まった冷凍機油１４は凹部３８の底面の傾斜に沿って流れ、シリンダブロック２８におけるシリンダ２７の開口側の端部から往復動するピストン６の外周面に向けて流れ落ちる。

ピストン６の外周面に向けて流れ落ちた冷凍機油１４は、ピストン６の往復移動に伴なってピストン６とシリンダ２７との間の摺動部分に入り込み、さらに、ピストン６の外周溝３５に入り込み、シリンダ２７とピストン６との摺動部分のシール及び潤滑に用いられる。

また、最も外側に位置する２つの突出部３７ａ、３７ｄ間の寸法“Ｌ”が、シリンダ２７の内径寸法“Ｄ”より大きく形成され、かつ、寸法“Ｌ”の投影面内に寸法“Ｄ”が入っている。このため、油溜め部３６から流れ落ちた冷凍機油１４は、ピストン６とシリンダ２７との摺動部分の水平方向の横幅の全体に亘って流れ落ちるため、ピストン６とシリンダ２７の摺動部分の全域に対して十分に給油することができ、シリンダ２７とピストン６との摺動部分のシール性能及び潤滑性能を高めることができる。

図６は、本発明に係る密閉型圧縮機２と、特許文献１に記載された従来例の密閉型圧縮機とを用い、回転数３０ｒｐｓで回転させた場合のエネルギ消費効率（ＣＯＰ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を比較したグラフである。この比較結果によれば、冷凍機油１４の給油が十分に行われる本発明に係る密閉型圧縮機２では、ＣＯＰが向上することを確認できた。

図７は、本発明に係る密閉型圧縮機２と、特許文献１に記載された従来例の密閉型圧縮機とを用い、回転数によるＣＯＰの推移を調べた結果を比較したグラフである。この比較結果によれば、本発明に係る密閉型圧縮機２は、シリンダ２７側への冷凍機油１４の給油量が少なくなる３０ｒｐｓ以下の低回転数の場合に、ＣＯＰの低下が抑えられることを確認できた。

図８は、本発明に係る密閉型圧縮機２において、ピストン６に形成した外周溝３５を２本にした場合と１本にした場合とにおけるＣＯＰを比較したグラフである。この比較結果によれば、外周溝３５を２本にした場合には１本の場合よりＣＯＰが向上することを確認できた。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図９及び図１０に基づいて説明する。なお、第２の実施の形態及びこれ以降の実施の形態において、第１の実施の形態において説明した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付け、重複する説明は省略する。

第２の実施の形態の密閉型圧縮機と第１の実施の形態の密閉型圧縮機２とは基本的構成は同じであり、異なる部分は、第２の実施の形態の密閉型圧縮機のシリンダ２７には、油溜め凹部４１が形成されている点である。

油溜め凹部４１は、シリンダ２７の開口側の下部側内周部に形成され、及び、密閉容器１１内に連通されている。この油溜め凹部４１には、給油孔２６の上端部から飛散した冷凍機油１４の一部が貯留される。

このような構成において、油溜め凹部４１が形成されている位置は、シリンダ２７の開口部側の下部側内周部であるため、回転軸１７の回転数が低速であるために給油孔２６から飛散する冷凍機油１４の勢いが弱い場合であっても、油溜め凹部４１内には飛散した冷凍機油１４が溜まり易い。

そして、油溜め凹部４１内に冷凍機油１４が溜まることにより、ピストン６が往復動する際にピストン６の外周溝３５に油溜め凹部４１内の冷凍機油１４が入り込み易い。外周溝３５内に入り込んだ冷凍機油１４は、ピストン６とシリンダ２７との間の摺動部に運ばれ、ピストン６とシリンダ２７との間のシール性能及び潤滑性能を向上させることができる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図１１に基づいて説明する。

第３の実施の形態の密閉型圧縮機と第２の実施の形態の密閉型圧縮機との基本的構成が同じであり、ともに、シリンダ２７に油溜め凹部４１が形成されている。

第３の実施の形態の密閉型圧縮機が第２の実施の形態の密閉型圧縮機と異なる点は、シリンダ２７の周囲に配置される部材、例えば、密閉容器１１内の冷却媒体をシリンダ室２９内に吸込むための吸込マフラ５１に、給油孔２６の上端部から飛散した冷凍機油１４を油溜め凹部４１に導くための集油用ガイド５２が形成されている点である。集油用ガイド５２は、回転軸１７側から油溜め凹部４１に向けて下向きに傾斜して形成されている。

このような構成において、給油孔２６の上端部から飛散する冷凍機油１４の勢いが弱い場合であって、飛散した冷凍機油１４が油溜め凹部４１に届きにくい場合であっても、飛散した冷凍機油１４を集油用ガイド５２上を通して油溜め凹部４１まで導き、油溜め凹部４１に貯留することができる。

このため、油溜め凹部４１に貯留された冷凍機油１４をピストン６とシリンダ２７との間の摺動部に給油することができ、ピストン６とシリンダ２７との間のシール性能及び潤滑性能を向上させることができる。

本発明の第１の実施の形態の冷凍サイクル装置を示す断面図である。 シリンダ及びシリンダブロックとを示す斜視図である。 その平面図である。 その正面図である。 その縦断側面図である。 本発明に係る密閉型圧縮機と従来例の密閉型圧縮機とにおいて、回転数３０ｒｐｓで回転させた場合のＣＯＰを比較して示すグラフである。 本発明に係る密閉型圧縮機と従来例の密閉型圧縮機とにおいて、回転数によるＣＯＰの推移を比較して示すグラフである。 本発明に係る密閉型圧縮機において、ピストンに形成した外周溝を２本にした場合と１本にした場合とのＣＯＰを比較して示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態の冷凍サイクル装置におけるシリンダ及びシリンダブロックの構成を示す斜視図である。 その正面図である。 本発明の第３の実施の形態の冷凍サイクル装置におけるシリンダ、シリンダブロック及びガイド溝を示す斜視図である。

符号の説明

１…冷凍サイクル装置、２…密閉型圧縮機、３…凝縮器、４…膨張装置、５…蒸発器、６…ピストン、７…圧縮機構部、８…電動機部、１１…密閉容器、１４…冷凍機油、１５…主軸部、１６…偏心軸部、１７…回転軸、２２…オイルポンプ、２３…給油通路、２７…シリンダ、３６…油溜め部、４１…油溜め凹部

Claims (5)

1. 底部に冷凍機油を貯留する密閉容器と、前記密閉容器内の下部に収容され、中心線を略鉛直方向に向けた主軸部とこの主軸部に対して偏心した偏芯軸部とを有する回転軸を前記主軸部の中心線回りに回転駆動させる電動機部と、前記密閉容器内の上部に収容され、一端側が開口されるとともに他端側が閉止されて中心線を略水平に向けたシリンダ及び前記偏芯軸部に連結されて前記シリンダ内を往復動するピストンを有する圧縮機構部と、前記回転軸の回転に伴なって前記冷凍機油を汲み上げ、汲み上げた前記冷凍機油を前記回転軸に形成された給油通路を通して上昇させるとともに前記給油通路の上端部から飛散させて前記圧縮機構部に給油するオイルポンプと、を備える密閉型圧縮機において、
   前記シリンダの外周側上部に油溜め部が形成され、前記油溜め部には前記シリンダの中心線に沿って延びる突出部が前記シリンダの中心線と直交する方向に３個以上並設され、複数の前記突出部は前記回転軸の回転方向に沿って高さ寸法が順次高く形成されていることを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 前記油溜め部には、隣合う前記突出部の間に位置する凹部が形成され、前記凹部の底面は前記回転軸側に向けて下方に傾斜していることを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
3. 最も外側に位置する２つの前記突出部間の寸法は、前記シリンダの内径寸法以上に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の密閉型圧縮機。
4. 前記シリンダの下部側内周部に、前記密閉容器内に連通されて冷凍機油を貯留可能な油溜め凹部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機と、前記密閉型圧縮機に接続された凝縮器と、前記凝縮器に接続された膨張装置と、前記膨張装置に接続された蒸発器とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。

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