JP2014015912A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機を性能向上させる吸入管とシリンダ室との連結構造を提供する。
【解決手段】圧縮機１００は、シリンダ５と、シリンダの外部に面する第１開口１９Ａ及びシリンダ室１５に面する第２開口１９Ｂを有する吸入管路１９と、シリンダ室１５に作動流体を導入するために、第１開口１９Ａから吸入管路１９に挿入され、かつ、吸入管路１９に配置された吸入管１４と、を備える。吸入管１９は、第１開口１９Ａ側において吸入管路１９をシールするシール部１４Ａと、シール部１４Ａから第２開口１９Ｂに向かって延びて滞留空間６１を形成しているライナー部１４Ｂと、を含む。ライナー部１４Ｂは、ライナー部１４Ｂの外周面と吸入管路１９の内周面との距離を極小化するように拡がっている拡径部１４Ｃを含む。拡径部１４Ｃは、吸入管１９の周方向全体にわたってライナー部１４Ｂに形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧縮機に関する。特に、空気調和装置、暖房装置、給湯機などの電化製品に使用されている密閉型圧縮機に関する。

従来、冷媒吸入管とシリンダとの間の連結構造を改良し、シリンダ室へ吸入される吸入冷媒への入熱を抑制した密閉型圧縮機が知られている（特許文献１参照）。

図１０に、特許文献１に開示された従来の密閉型圧縮機の冷媒吸入管１４０とシリンダ５０との連結構造を示す。冷媒吸入管１４０の突起部１４０Ａによってシリンダ５０に形成された吸入管路１９０と冷媒吸入管１４０がシールされている。吸入管路１９０の内周面と冷媒吸入管１４０の外周面との間には、作動流体を滞留させるための滞留空間６１０が形成されている。

特開２００９−９１９１３号公報

ところで、特許文献１に記載の連結構造を適用した場合でも、圧縮機はさらなる性能改善の余地を残している。本開示は、かかる事情に鑑み、圧縮機を性能向上させることを目的とする。

すなわち、本開示は、
シリンダ室を規定するシリンダと、
前記シリンダに形成され、前記シリンダの外部に面する第１開口及び前記シリンダ室に面する第２開口を有する吸入管路と、
前記シリンダ室に作動流体を導入するために、前記第１開口から前記吸入管路に挿入され、かつ、前記吸入管路に配置された吸入管と、を備え、
前記吸入管は、前記第１開口側において前記吸入管路の内周面に接触して前記吸入管路をシールするシール部と、前記シール部から前記第２開口に向かって延びて、自身の外周面と前記吸入管路の内周面との間に作動流体を滞留させるための滞留空間を形成しているライナー部と、を含み、
前記ライナー部は、当該ライナー部の前記外周面と前記吸入管路の前記内周面との距離を極小化するように前記吸入管路の内周面に向かって拡がっている拡径部を含み、
前記拡径部は、前記吸入管の周方向全体にわたって前記ライナー部に形成されている、圧縮機を提供する。

本開示によれば、ライナー部の外周面と吸入管路の内周面との間に冷媒などの作動流体を滞留させるための滞留空間が形成されている。この滞留空間の断熱効果により、シリンダ室に導入される作動流体への吸入管路からの入熱が抑制される。さらに、ライナー部は、ライナー部の外周面と吸入管路の内周面との距離を極小化するように吸入管路の内周面に向かって拡がっている拡径部を含む。加えて、この拡径部が吸入管の全周囲にわたってライナー部に形成されている。これにより、吸入管の周方向全体にわたって滞留空間への
流体の出入りが抑制されるので、滞留空間の断熱性が向上する。その結果、圧縮機の体積効率が向上し、圧縮機の性能が向上する。

本開示の一実施形態に係る圧縮機の縦断面図 図１に示す圧縮機のＡ−Ａ線に沿った横断面図 シリンダと吸入管との連結構造の断面図 変形例１に係るシリンダと吸入管との連結構造の断面図 変形例２に係るシリンダと吸入管との連結構造の断面図 変形例３に係るシリンダと吸入管との連結構造の断面図 変形例４に係るシリンダと吸入管との連結構造の断面図 変形例５に係るシリンダと吸入管との連結構造の断面図 吸入管路の内周面からの熱流束を示す図 従来のシリンダと冷媒吸入管との連結構造の断面図

図１０を参照して説明した連結構造において、吸入管１４０の外周面と吸入管路１９０の内周面との距離は、吸入管１４０の長さ方向において一定である。滞留空間６１０に容易に流体が出入りするので、滞留空間６１０の断熱効果は限定的であると考えられる。また、吸入管１４０の出口側の吸入管路１９０において、滞留空間６１０は形成されていない。このことによっても、滞留空間６１０の断熱効果は限定的となる。さらに、内径が小さい吸入管１４０から内径が大きい吸入管路１９０に冷媒が流出するので、冷媒の流路の急拡大による圧力損失が大きいと考えられる。

本開示の第１態様は、
シリンダ室を規定するシリンダと、
前記シリンダに形成され、前記シリンダの外部に面する第１開口及び前記シリンダ室に面する第２開口を有する吸入管路と、
前記シリンダ室に作動流体を導入するために、前記第１開口から前記吸入管路に挿入され、かつ、前記吸入管路に配置された吸入管と、を備え、
前記吸入管は、前記第１開口側において前記吸入管路の内周面に接触して前記吸入管路をシールするシール部と、前記シール部から前記第２開口に向かって延びて、自身の外周面と前記吸入管路の内周面との間に作動流体を滞留させるための滞留空間を形成しているライナー部と、を含み、
前記ライナー部は、当該ライナー部の前記外周面と前記吸入管路の前記内周面との距離を極小化するように前記吸入管路の内周面に向かって拡がっている拡径部を含み、
前記拡径部は、前記吸入管の周方向全体にわたって前記ライナー部に形成されている、圧縮機を提供する。

本開示の第２態様は、第１態様に加えて、
前記拡径部は、前記ライナー部の先端部に形成されている、圧縮機を提供する。

第２態様によれば、ライナー部の先端部に拡径部が形成されていることにより、吸入管の出口付近において滞留空間への流体の出入りを効果的に抑制することができる。

本開示の第３態様は、第１又は第２態様に加えて、
前記ライナー部が前記第２開口の開口面に達している、圧縮機を提供する。

第３態様によれば、吸入管路の第２開口の開口面付近まで滞留空間を形成できるので、シリンダ室に導入される作動流体への吸入管路からの入熱を抑制する効果がさらに高まる
。

本開示の第４態様は、第１〜３態様のいずれか１つの態様に加えて、
前記拡径部は、前記吸入管の内径が前記第２開口に近づくに伴い拡大するように形成されている、圧縮機を提供する。

第４態様によれば、シリンダ室に導入される作動流体の流路が急拡大することにより生じる圧力損失を低減することができる。

本開示の第５態様は、第１〜４態様のいずれか１つの態様に加えて、
前記ライナー部の前記外周面と前記吸入管路の前記内周面との距離が前記ライナー部の長さ方向における特定の位置で最小であるとき、
前記拡径部は、前記特定の位置から前記第２開口に向かって前記吸入管の外径が縮小するように形成されている、圧縮機を提供する。

第５態様によれば、吸入管路に吸入管を挿入する際に吸入管路の外径が縮小した部分がガイドとなりうるので、圧縮機の組み立て作業の効率が向上する。

本開示の第６態様は、第１〜５態様のいずれか１つの態様に加えて、
前記ライナー部の前記外周面と前記吸入管路の前記内周面との距離が前記ライナー部の長さ方向の特定の区間で最小値に維持されるように、前記拡径部は、前記ライナー部の前記外周面の一部として、円筒状の外周面を有している、圧縮機を提供する。

第６態様によれば、滞留空間を出入りしようとする流体の抵抗が高まる。このため、滞留空間６１の密閉性がさらに高まるので、滞留空間の断熱性がより向上する。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではない。

図１に示すように、本実施形態の圧縮機１００は、密閉容器１、モータ２、圧縮機構１０２及びシャフト４を備えている。圧縮機１００は、いわゆるロータリ型圧縮機である。圧縮機構１０２は、密閉容器１の内部に配置されている。モータ２は、圧縮機構１０２の上方、かつ、密閉容器１の内部に配置されている。圧縮機構１０２及びモータ２は、シャフト４によって連結されている。密閉容器１の上部には、モータ２に電力を供給するための端子２１が設けられている。モータ２は、ステータ１７及びロータ１８で構成されている。ステータ１７は、密閉容器１の側方の内周面に固定されている。ロータ１８は、シャフト４に固定されており、かつ、シャフト４とともに回転する。密閉容器１の底部には、潤滑油を保持するためのオイル溜まり２２が形成されている。

密閉容器１の上部には、吐出管１１が設けられている。吐出管１１は、密閉容器１の内部空間１３に向かって開口している。吐出管１１は、圧縮機構１０２で圧縮された冷媒を密閉容器１の外部に導く吐出流路として機能する。圧縮機１００の動作時において、密閉容器１の内部空間１３は、圧縮された冷媒で満たされる。すなわち、圧縮機１００は、高圧シェル型の圧縮機である。高圧シェル型の圧縮機１００によれば、内部空間１３に満たされた冷媒によりモータ２が冷却されるので、モータの効率が向上しうる。

圧縮機構１０２は、冷媒を圧縮するようにモータ２によって動かされる。具体的に、圧縮機構１０２は、圧縮ブロック３、上軸受部材６、下軸受部材７、閉塞部材９（マフラー部材）を有する。冷媒は、圧縮ブロック３において圧縮される。圧縮ブロック３は、オイル溜まり２２に溜められたオイルに浸漬されている。

図２に示すように、圧縮ブロック３は、シリンダ５、ピストン８、ベーン３２、吸入管路１９、吐出孔４０及びばね３６を含む。シャフト４は、半径方向外側に突出した偏心部４Ａを有している。ピストン８は、偏心部４Ａに取り付けられつつ、シリンダ５の内部に配置されている。

上軸受部材６がシリンダ５の上部に取り付けられ、下軸受部材７がシリンダ５の下部に取り付けられている。これにより、シリンダ５の内周面とピストン８の外周面との間にシリンダ室１５が形成されている。すなわち、シリンダ５は、シリンダ室１５を規定している。シリンダ５にはベーン溝３４が形成されている。ベーン３２は、シリンダ室１５に向かってスライドできるようにベーン溝３４に配置されている。詳細には、ベーン溝３４のベーン３２の背後にばね３６が配置されている。ばね３６は、ベーン３２をシャフト４の中心に向かって押している。ベーン溝３４の後部が密閉容器１の内部空間１３に連通することにより、密閉容器１の内部空間１３の圧力がベーン３２の背面に加えられている。このようにして、ベーン３２は、シリンダ室１５を吸入室１５Ａと圧縮−吐出室１５Ｂとに仕切っている。また、ベーン溝３４には、オイル溜り２２に溜められた潤滑油が供給されている。

ピストン８とベーン３２とが単一の部品、すなわち、スイングピストンで構成されていてもよい。ベーン３２は、ピストン８に結合していてもよい。ロータリ型圧縮機の詳細な型式は特に限定されず、ローリングピストン型、スライディングベーン型、スイングピストン型などの型式を広く採用できる。

シリンダ５には、シリンダ５を貫通するように吸入管路１９が形成されている。吸入管路１９は、シリンダ５の外部に面する第１開口１９Ａ及びシリンダ室１５に面する第２開口１９Ｂを有する。第２開口１９Ｂは、吸入室１５Ａに面している。図３に示すように、作動流体である冷媒をシリンダ室１５に導入するために吸入管１４が第１開口１９Ａから挿入されて、吸入管路１９に配置されている。

上軸受部材６には、上軸受部材６を貫通するように吐出孔４０が形成されている。吐出孔４０の一端は、圧縮−吐出室１５Ｂに開口している。すなわち、吐出孔４０はベーンを隔てて吸入管路１９の反対側に位置している。吐出孔４０の他端には、吐出孔４０を開閉するように、吐出弁４３が設けられている。

吸入管１４を通じて、圧縮されるべき冷媒が吸入室１５Ａに供給される。吸入室１５Ａに供給され、圧縮−吐出室１５Ｂで圧縮された冷媒は、吐出弁４３を押し開き、吐出孔４０を通じて圧縮−吐出室１５Ｂから吐出される。

図１に示すように、閉塞部材９が上軸受部材６に取り付けられている。これにより、吐出孔４０を通じて圧縮−吐出室１５Ｂから吐出された冷媒が一時的に保持される冷媒吐出空間５１が、上軸受部材６に対してシリンダ室１５の反対側に形成される。詳細には、閉塞部材９は、冷媒吐出空間５１を上軸受部材６の上方に形成するように、上軸受部材６に取り付けられている。閉塞部材９は吐出弁４３を覆っている。閉塞部材９には、冷媒吐出空間５１から密閉容器１の内部空間１３に冷媒を導くための吐出孔９Ａが形成されている。冷媒吐出空間５１は、冷媒の流路として機能する。シャフト４は、閉塞部材９の中心部を貫通しているとともに、上軸受部材６及び下軸受部材７によって回転可能に支持されている。

図３に示すように、吸入管１４は、シール部１４Ａ及びライナー部１４Ｂを有する。シール部１４Ａは、吸入管路１９の第１開口１９Ａ側において吸入管路１９の内周面に接触
して吸入管路１９をシールしている。ライナー部１４Ｂは、シール部１４Ａから第２開口１９に向かって延びている。ライナー部１４Ｂの外径は吸入管１４の内径より小さい。従って、ライナー部１４Ｂの外周面と吸入管路１９の内周面との間には隙間が形成されている。この隙間は、冷媒を滞留させるための滞留空間６１として機能する。圧縮機１００の運転時において、滞留空間６１には、ガスである冷媒の一部が滞留している。ガスである冷媒の熱伝導率は金属であるライナー部１４Ｂの熱伝導率よりも低い。このため、本実施形態では、ライナー部１４Ｂが吸入管路１９の内周面に接触している場合に比べて、ライナー部１４Ｂをシリンダ室１５へ向かって流れている冷媒へのシリンダ５からの熱の移動が抑制される。

ライナー部１４Ｂは、ライナー部１４Ｂの外周面と吸入管路１９の内周面との距離を極小化するように吸入管路１９の内周面に向かって拡がっている拡径部１４Ｃを含む。換言すると、拡径部１４Ｃは、拡径部１４Ｃにおけるライナー部１４Ｂの外周面と吸入管路１９の内周面との隙間の広さが滞留空間６１におけるライナー部１４Ｂの外周面と吸入管路１９の内周面との隙間の広さを下回るように、ライナー部１４に形成されている。また、拡径部１４Ｃは、吸入管１４の周方向全体にわたってライナー部１４Ｂに形成されている。換言すると、拡径部１４Ｃは、吸入管１４の周方向に沿って連続した環状体として形成されている。拡径部１４Ｃは、吸入管１４の周方向全体にわたり滞留空間６１の外部と滞留空間６１との間での流体の出入りを抑制する。このため、滞留空間６１の冷媒の流速が小さいので、滞留空間６１を出入りするような冷媒の流れが生じている場合と比べて、吸入管路１９の内周面及びライナー部１４Ｂ外周面における熱伝達率が低くなっている。これにより、シリンダ５からライナー部１４Ｂを流れる冷媒への熱の移動がさらに抑制される。すなわち、滞留空間６１の密閉性が高まることにより、滞留空間６１は高い断熱性を示す。その結果、シリンダ５から吸入冷媒への熱の移動を抑制でき、圧縮機１００の体積効率が向上する。

本実施形態において、拡径部１４Ｃは、ライナー部１４Ｂの先端部に形成されている。また、ライナー部１４Ｂの先端において、ライナー部１４Ｂの外周面と吸入管路１９の内周面との距離が最小となっている。ライナー部１４Ｂの先端部に拡径部１４Ｃが形成されていると、吸入管１４の出口付近において滞留空間６１への流体の出入りが抑制又は妨害される。なお、ライナー部１４Ｂの先端部以外の位置、すなわち、シール部１４Ａとライナー部１４Ｂの先端部との間に、拡径部１４Ｃが形成されていてもよい。また、ライナー部１４Ｂの任意の位置からライナー部１４Ｂの先端部にかけてライナー部１４Ｂの外径が拡大するように、拡径部１４Ｃが形成されていてもよい。また、拡径部１４Ｃには、滞留空間６１におけるライナー部１４Ｂの外周面と吸入管路１９の内周面との隙間の半径方向の幅と比べて十分小さい丸みや面取りが形成されていてもよい。この点については、後述する変形例においても同様である。

ライナー部１４Ｂは、第２開口１９Ｂの開口面にまで達している。これにより、滞留空間６１を第２開口１９Ｂの付近まで形成することができる。図９に実線で示すように、吸入管路１９の内周面からの熱流束は、第２開口１９Ｂに近づくほど大きくなる。従って、ライナー部１４Ｂが第２開口１９Ｂの開口面にまで達している場合、吸入管１４を通じて導入される作動流体が吸入管路１９の内周面から受ける熱流束は、第２開口１９Ｂの付近まで形成された滞留空間６１により、図９の破線に示すように低減される。これにより、シリンダ室１５に導入される作動流体への吸入管路１９からの入熱が十分に抑制される。この場合に、ライナー部１４Ｂの先端部に拡径部１４Ｃが形成されていると、拡径部１４Ｃは第２開口１９Ｂの付近に位置する。これにより、拡径部１４Ｃにより断熱性が高められた滞留空間６１によって、第２開口１９Ｂの付近の吸入管路１９の内周面からの大きな熱流束による作動流体への入熱を抑制することができる。

径が小さい吸入管１４からシリンダ室１５に冷媒が流出する際には、冷媒の流路が急拡大することによる圧力損失が発生する。拡径部１４Ｃは、図３に示すように、吸入管１４の内径が第２開口１９Ｂに近づくに伴い拡大するように形成されている。この構成によれば、冷媒の流路が急拡大することにより発生する圧力損失を低減することができる。図３に示す拡径部１４Ｃは、例えば直管であるライナー部１４Ｂの先端部をフレア加工することにより形成することができる。そのため、本実施形態は、簡易な加工で拡径部１４Ｃを形成することができる。

吸入管１４の形態は上述の実施形態に限らず、様々な変更が可能である。以下に、変形例に係るシリンダ５と吸入管１４との連結構造を説明する。なお、各変形例において上述の実施形態の対応する構成については、同一の符号を付すことにする。各変形例は特に説明する場合を除き、上述の実施形態と同様に構成されうる。

＜変形例１＞
図４に示すように、変形例１に係る吸入管１４は、拡径部１４Ｃにおいて吸入管１４の内径が拡大していない点で、上述の実施形態と相違する。換言すると、ライナー部１４Ｂの内径が先端部まで一定である。本変形例においても、滞留空間６１の密閉性を高めて、滞留空間６１の断熱性を向上させることができる。また、吸入管１４の出口付近の形状を切削加工などにより容易に形成することができる。

＜変形例２＞
図５に示すように、変形例２に係る吸入管１４において、ライナー部１４Ｂの外周面と吸入管路の内周面との距離がライナー部の長さ方向における特定の位置１６で最小である。また、拡径部１４Ｃは、特定の位置１６から第２開口１９Ｂに向かって吸入管１４の外径が縮小するように形成されているテーパー部分１４Ｄを含む。これにより、吸入管路１９に吸入管１４を挿入する際に吸入管１４の外径が縮小した部分がガイドとなりうるので、圧縮機１００の組み立て作業の効率が向上する。また、拡径部１４Ｃは、上述の実施形態と同様に、吸入管１４の内径が第２開口１９Ｂに近づくに伴い拡大するように形成されている。これにより、冷媒の流路が急拡大することにより発生する圧力損失を低減させることができる。

＜変形例３＞
図６に示すように、変形例３に係る吸入管１４において、ライナー部１４Ｂの外周面と吸入管路の内周面との距離がライナー部の長さ方向における特定の位置１６で最小である。このとき、拡径部１４Ｃは、特定の位置１６から第２開口１９Ｂに向かって吸入管１４の外径が縮小するように形成されているテーパー部分１４Ｄを含む。加えて、変形例１と同様に、拡径部１４Ｃにおいて吸入管１４の内径が拡大していない。換言すると、ライナー部１４Ｂの内径は先端部まで一定である。この構成によれば、変形例２と比較して、ライナー部１４Ｂの先端部の外径をより小さくできる。そのため、圧縮機１００の組み立て作業の効率をさらに向上させることができる。

＜変形例４＞
図７に示すように、変形例４に係る拡径部１４Ｃは、ライナー部１４Ｂの外周面の一部として、円筒状の外周面１４Ｅを有している。外周面１４Ｅにより、ライナー部１４Ｂの外周面と吸入管路１９の内周面との距離がライナー部１４Ｂの長さ方向の特定の区間で最小値に維持されている。かかる構成によれば、滞留空間６１を出入りしようとする流体の抵抗が高まる。このため、滞留空間６１の密閉性がさらに高まるので、滞留空間６１の断熱性がより向上する。

＜変形例５＞
図８に示すように、変形例５に係る拡径部１４Ｃは、変形例４と同様に、ライナー部１４Ｂの外周面の一部として、円筒状の外周面１４Ｅを有している。外周面１４Ｅにより、ライナー部１４Ｂの外周面と吸入管路１９の内周面との距離がライナー部１４Ｂの長さ方向の特定の区間で最小値に維持されている。かかる構成によれば、滞留空間６１を出入りしようとする流体の抵抗が高まる。このため、滞留空間６１の密閉性がさらに高まるので、滞留空間６１の断熱性がより向上する。加えて、変形例５に係る拡径部１４Ｃは、ライナー部１４Ｂの外周面と吸入管路１９の内周面との距離が最小である特定の位置１６（外周面１４Ｅの第２開口１９Ｂ側の端）から第２開口１９Ｂに向かって吸入管１４の外径が縮小するように形成されたテーパー部分１４Ｂを有する。かかる構成によれば、吸入管路１９に吸入管１４を挿入する際に吸入管１４の外径が縮小した部分がガイドとなりうるので、圧縮機１００の組み立て作業の効率が向上する。

本発明は、給湯機、温水暖房装置、空気調和装置などに利用できる冷凍サイクル装置の圧縮機に有用である。

５ シリンダ
１４ 吸入管
１４Ａ シール部
１４Ｂ ライナー部
１４Ｃ 拡径部
１４Ｅ 円筒状の外周面
１５ シリンダ室
１６ 特定の位置
１９ 吸入管路
１９Ａ 第１開口
１９Ｂ 第２開口
６１ 滞留空間
１００ 圧縮機

Claims (6)

1. シリンダ室を規定するシリンダと、
   前記シリンダに形成され、前記シリンダの外部に面する第１開口及び前記シリンダ室に面する第２開口を有する吸入管路と、
   前記シリンダ室に作動流体を導入するために、前記第１開口から前記吸入管路に挿入され、かつ、前記吸入管路に配置された吸入管と、を備え、
   前記吸入管は、前記第１開口側において前記吸入管路の内周面に接触して前記吸入管路をシールするシール部と、前記シール部から前記第２開口に向かって延びて、自身の外周面と前記吸入管路の内周面との間に作動流体を滞留させるための滞留空間を形成しているライナー部と、を含み、
   前記ライナー部は、当該ライナー部の前記外周面と前記吸入管路の前記内周面との距離を極小化するように前記吸入管路の内周面に向かって拡がっている拡径部を含み、
   前記拡径部は、前記吸入管の周方向全体にわたって前記ライナー部に形成されている、圧縮機。
2. 前記拡径部は、前記ライナー部の先端部に形成されている、請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記ライナー部が前記第２開口の開口面に達している、請求項１又は請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記拡径部は、前記吸入管の内径が前記第２開口に近づくに伴い拡大するように形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮機。
5. 前記ライナー部の前記外周面と前記吸入管路の前記内周面との距離が前記ライナー部の長さ方向における特定の位置で最小であるとき、
   前記拡径部は、前記特定の位置から前記第２開口に向かって前記吸入管の外径が縮小するように形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮機。
6. 前記ライナー部の前記外周面と前記吸入管路の前記内周面との距離が前記ライナー部の長さ方向の特定の区間で最小値に維持されるように、前記拡径部は、前記ライナー部の前記外周面の一部として、円筒状の外周面を有している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧縮機。

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