JP2014512483A - 密閉圧縮機用の弁装置 - Google Patents

Abstract

本装置は、弁板（４０）によって閉鎖された圧縮シリンダ（１１）を備える圧縮機であって、弁板には、座部領域（４３、４４）と、その着座領域（４３、４４）に押し付けて周囲に着座するそれぞれの弁翼（５０、６０）のシール端部部分（５３、６３）によって閉じられるそれぞれの吸引オリフィス（４１）および排出オリフィス（４２）とが設けられる、圧縮機に適用されることが可能である。弁板（４０）は、吸引オリフィス（４１）および排出オリフィス（４２）の少なくとも一方の輪郭の中央領域内に画定され、少なくとも１つの半径方向アーム（８０）によって弁板（４０）に組み込まれた、支持手段（７０）を担持する。支持手段（７０）は、それぞれの翼（５０、６０）のシール端部部分（５３、６３）の中央領域がそれに対して押し付けて着座する停止表面（７１）を有し、前記停止表面（７１）は、半径方向アーム（８０）に関連して突出部を画定する。

Description

本発明は、冷凍システム、たとえば、冷蔵庫、冷凍庫、冷水器などの家庭用冷凍システムにおいて使用される密閉圧縮機の弁翼の着座を目的とする構造的装置について言及する。

本発明は、特に、弁板によって閉じられた端部を有する圧縮シリンダを画定するシリンダクランクケースを備える密閉圧縮機であって、弁板には、圧縮シリンダの軸方向突出部の内側輪郭内に含まれた吸引オリフィスおよび排出オリフィスが設けられる、密閉圧縮機に適用されるものである。少なくとも１つの吸引オリフィスおよび排出オリフィスはそれぞれ、弁板に付けられる装着端部部分と、曲げ中間部分と、弁板内のオリフィスに作動可能に結合されたシール端部部分とを有するそれぞれの可撓性リード弁によって閉鎖される。

小型の密閉冷凍圧縮機のエネルギー効率性は、多くは、前記圧縮機の吸引および排出システムの良好なパフォーマンス、特に、ガス流を制御する際の前記システムの弁のパフォーマンスに起因するものであり、このシステムは、吸引オリフィスおよび排出オリフィス、吸引弁および排出弁、ならびに一般的には１つまたは複数の騒音マフラーを含む。これらの圧縮機におけるエネルギー損失の一部は、その吸引および排出システムにおける負荷損失によって引き起こされる。したがって、そのような損失を低減することが意図された解決策は、圧縮機の効率性を増大させることに直接的に作用する。

図１および図２に示されるように、現行の弁装置は、クランクケース１０を備えるタイプの冷凍圧縮機に適用され、このクランクケースは、連結ロッド３０によってピストン２０が中で往復移動で変位される圧縮シリンダ１１を画定し、このときクランクケース（図示されず）は、圧縮機の通常の電気モータによって駆動される。連結ロッド３０は、ピストンピン２１によってピストン２０に結合されたより小端部３１を有する。

圧縮シリンダ１１は、連結ロッド３０を装着するための端部とは反対側に、弁板４０によって閉鎖された端部を有し、この弁板には、吸引翼５０および排出翼６０によって画定されたそれぞれの吸引弁および排出弁に結合された、少なくとも１つの吸引オリフィス４１および１つの排出オリフィス４２が設けられる。

吸引弁および排出弁の翼は、前記翼の下流側と上流側の間の差圧に応じて、それぞれの吸引オリフィス４１および排出オリフィス４２を通過するガス流を遮る。これらの構造では、各々の翼は、決められた向きに、弁板４０のそれぞれのオリフィスの開位置まで角度を付けて変位され、反対の向きの角度変位は、翼を弁板４０に押し付けて着座させることによって抑制され、それぞれのガス通過オリフィスを閉鎖する。

リード弁は、流れが断続的に確立される容積式機械において広く使用される。一般に、前記リード弁は、弁上流側のより高い圧力から、弁の下流側のより低い圧力に向かって一方方向の流れを確立するために使用される。

往復式圧縮機の特定の場合では、１つまたは複数の吸引弁が通常使用され、これらの弁は、回路のより低い圧力からシリンダの内部に向かう方向のみの吸引流を規定する。さらに、１つまたは複数の排出弁もまた使用され、これらの弁は、圧縮シリンダの内部から回路の高圧側に向かう方向のみの排出流を規定する。最適化された弁設計は、逆流および圧縮機の作動における翼の動態も最小限に抑えることを伴い、負荷損失を最小限に抑え質量流量を最大限にする。主な設計制限は、信頼性の度合いおよび騒音発生限度によって規定される。

各々の弁の翼は応力にさらされ、この応力は、翼材料の疲労応力の一定の限界を上回ったときに弁を破損する。翼上の応力は、オリフィス、すなわち、翼によって閉鎖される自由隙間の断面の形状および寸法に応じたものである。

製造プロセスを容易にするために、吸引オリフィス４１および排出オリフィス４２は、通常、円形断面を有し、通常は鋼製の弁板４０内に構築される。しかし、そのような円形オリフィスの結果、正確には、弁板４０上に翼が着座する周囲領域から等距離にある、オリフィスの中央領域内の弁翼上に高い応力がかかるようになる。

特許文献の米国特許第７０８３４００号明細書の解決策の目的は、オリフィスが、圧縮シリンダの輪郭の軸方向突出部の内部に、かつこれもまたシリンダの輪郭の前記軸方向突出部の内部の排出オリフィスの外側に含まれるように規定された輪郭および寸法設定を有する吸引オリフィス構造を提示している。

特許文献の米国特許第７０８３４００号明細書の吸引オリフィスの形状の結果、ガス通過面積がより大きくなり、吸引効率性が増大するが、前記のより大きい面積はまた、翼にかかる曲げモーメント（負荷）がより大きくなることも伴い、その理由は、翼上に結果として生じる力は、オリフィス面積に弁翼の上流側と下流側の間の差圧を乗じた積によって与えられるためである。信頼性に関すれば、より大きい負荷は負の含意を有する。

弁板オリフィスの決められた通過面積を考慮して、適切な信頼性を達成するために２つの方法が知られており、１つの方法は、より高級な材料を使用することに言及しており、他の方法は弁厚さを増大させることに言及している。第１の代替策は、経済的に実行可能な材料の使用という点に関して非常に制限的になり、常にコストが高くなることを伴う。第２の代替策は、いずれも効率性には不利である、より大きい質量およびより高い剛性などの特性を有する翼を必要とする。

弁翼上のより高い応力を有する領域の近傍に支持をもたらすために、弁板には、ガス通過オリフィスの領域内に支持手段が設けられる、または弁板の両側の差圧の結果生じる、弁翼上の応力を低減するなどのさまざまな方法が知られている（特開平０９−１２６１３３号公報、特開２００８−０３８６９４号公報）。

これらの知られている解決策は、吸引オリフィスの内部に半径方向突出部の形態で支持手段を有し、それによって翼応力の低減とガス通過面積の最大化との間のバランス効率性に関して最大限の利益を得る。

そうではあるが、そのような解決策は、翼が、弁板内のオリフィスの輪郭と一致するその部分のより中央の領域内で変形することを依然として回避せず、そのシール効率性を損ない、騒音発生を起こしやすい。

別の知られている解決策は、特開２００５−１０５８６８号公報で規定され、ここでは、弁翼の１つのシール部分だけで、同じ共通壁によって互いから分離された２つの隣接する吸引オリフィスを閉じる吸引弁構造を提示している。前記の構造では、吸引弁の翼のシール部分の中央領域は、２つのオリフィス間の共通の分割壁上に着座し、この壁は、吸引翼に関して中央に置かれた支持手段を画定する。

前記従来技術の解決策は、吸引オリフィスの輪郭と一致する弁翼のシール部分の支持状態を改良するが、これは、翼と支持手段の間の油の存在によって支持手段に対する翼の接着力の作用を増大させ、それによって弁開放時に生み出される遅延に応じて高い損失を招くなどのいくつかの欠点を有する。

前記従来の解決策の別の不便性は、ガス通過オリフィスが設けられた弁板の製造プロセス固有の非対称性を生み出しやすい、２つの独立した吸引オリフィスを設けることに起因する。小さい形状非対称性は、前記オリフィスを通るガス流におけるかなりの非対称性を伴い、それによって弁翼を非対称的に作動させる。非対称性が弁翼の閉鎖時に生じる場合、翼の一部分が弁板の座部に、翼のシール部分のそれ以外の部分の前に到達して、衝撃応力を劇的に増大させ、弁の信頼性を低減する可能性がある。

米国特許第７０８３４００号明細書 特開平０９−１２６１３３号公報 特開２００８−０３８６９４号公報 特開２００５−１０５８６８号公報

上記で述べられ、知られている構造に関連する限定事項に応じて、本発明は、弁の信頼性を減じることなく、弁板のオリフィス、特に吸引オリフィスを通るガス通過効率性を増大させる、密閉冷凍圧縮機用の弁装置を提供する目的を有する。

本発明の別の目的は、上記で引用されたタイプの弁装置であって、圧縮機の有用な作動寿命中の作動信頼性を保証するために、より高級でより高いコストの材料を使用することを必要とすることなく、または翼の厚さを増大させることなく、弁翼上の負荷および応力を低減する、弁装置を提供することである。

これらおよび他の目的は、圧縮シリンダを画定するシリンダクランクケースと、圧縮シリンダの一方の端部を閉鎖し、吸引オリフィスおよび排出オリフィスと、それぞれの座部領域とが設けられた弁板であって、前記オリフィスの各々が、それぞれのオリフィスに作動可能に結合され、かつ閉鎖状態では、弁板内のそれぞれの弁翼の座部領域に押し付けて周囲に着座する、シール端部部分を備えるそれぞれの弁翼によって閉鎖される、弁板とを備えるタイプの密閉圧縮機用の弁装置によって達成される。

本発明によれば、弁装置の弁板は、前記吸引オリフィスおよび排出オリフィスの少なくとも１つの輪郭の中央領域内に画定され、それぞれのオリフィスの内部の、少なくとも１つの半径方向アームによって弁板に組み込まれた支持手段であって、それぞれの翼のシール部分の中央領域がそれに押し付けられて着座する停止表面を有し、前記停止表面は、半径方向アームに関連して突出部を画定する、支持手段を担持する。

本発明の特定の形態では、本装置は、支持手段が中に組み込まれた自由端部を有する単一の半径方向アームを備える。

本発明を実施する別の方法では、支持手段の停止表面は、それぞれの弁翼の座部領域に関連して同一平面上にあってもまたは隆起されていてもよい。

本発明によって提案され、上記で規定された構造は、弁翼が中央領域を有し、それのみが閉弁位置において支持手段に着座することを可能にする。したがって、翼のシール部分によって覆われる自由隙間の低減、ならびに支持手段に対する弁の接着面積の低減が達成され、結果として、翼上に作用する応力、ならびに弁開放の初期モーメントにおける弁板に対する弁の接着力の低減に至る。上記の利点に加えて、１本の半径方向アームのみで維持され得る中央支持手段を設けることにより、負荷損失を少なくしながらオリフィスを通るガス通過領域を最大化することが可能になる。本明細書で考慮される構造は、オリフィスおよびそれぞれの支持手段の製造における非対称性を低減することを可能にして、従来技術に関連する先に述べられた欠点を回避する。

本発明の別の利点は、弁板の製造プロセス固有の非対称性に関するより高い強度に言及する。２つの別個のオリフィスの製造は、寸法的およびガス流の非対称性を引き起こしやすく、圧縮機の適切な作動を損なう。

特に特許文献の特開２００５−１０５８６８号公報の解決策に結合された本発明の別の利点は、オリフィスの内部にある弁の支持セクションは、シール効果を有さず、より大きい寸法許容差が、弁板の製造プロセスによって引き起こされて生じることを可能にするということに起因する。

オリフィスの中央領域は、有効流れ面積に関して実際には不作動のものであり、すなわち、この中央領域内に配置されたいかなる要素も、弁板内のオリフィスを通り抜ける冷凍ガス流にほとんど干渉しないため、本発明の中央支持手段は、弁がさらされる応力を、関連流の制限を引き起こすことなく低減する。

本発明は、付属の図を参照して以下で説明される。

知られている従来技術の構造的装置における、弁板によって閉鎖され、連結棒に結合された往復ピストンを内蔵する圧縮シリンダを組み込んだクランクケースを備える冷凍圧縮機を表す部分的な垂直断面図である。 従来技術の構造的装置における、圧縮シリンダの側部から見たときの弁板の概略的な部分平面図であり、連続実線では吸引オリフィスおよび排出オリフィスを、点線では可撓性吸引翼を示している。 図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩによって切り取られた図２の弁板の断面図であり、閉鎖状態の吸引弁翼の、その両側間の差圧によって変形された配置を概略的に示している。 図２のものに類似するが、本発明によって構築された弁板を示す図である。 図４内の線Ｖ−Ｖによって切り取られた図４の弁板の断面図であり、閉鎖状態の吸引弁翼が、その中間位置で、吸引オリフィス内に設けられた中央支持手段上に着座する配置を概略的に示している。 図５のものに類似するが、弁板上の翼マージン領域のその着座平面に関連してわずかに隆起された平面内に配置された、中間翼着座表面を画定する中央支持手段を提示する図である。

本発明は、たとえば先に説明されたタイプの家庭用または商業用冷凍システムなどの冷凍システムにおいて使用される密閉圧縮機に関して説明される。

密閉圧縮機は、圧縮シリンダ１１を画定するシリンダクランクケース１０と、圧縮シリンダ１１の一方の端部を閉じ、吸引オリフィス４１および排出オリフィス４２と、そのそれぞれの着座領域４３、４４が設けられた弁板４０とを備え、前記吸引オリフィス４１および排出オリフィス４２の各々は、それぞれの弁吸引翼５０および弁排出翼６０によって閉じられる。

各々の吸引翼５０および各々の排出翼６０は、弁板４０に付けられる装着端部部分５１、６１と、曲げ中間部分５２、６２と、吸引オリフィス４１または排出オリフィス４２に作動可能に結合されたシール端部部分５３、６３であって、弾性変形によって、それぞれの吸引オリフィス４１および排出オリフィス４２を通過するガスを遮る閉弁位置と、前記ガスの通過を可能にする開弁位置との間で変位される、シール端部部分とを有する。

各々の吸引翼５０および各々の排出翼は、それぞれの吸引オリフィス４１、４２に作動可能に結合されたシール端部部分５３、６３であって、閉位置では、弁板４０内に画定されたそれぞれの着座領域４３、４４に押し付け、それぞれの吸引オリフィス４１および排出オリフィス４２を囲んで周囲に着座する、シール端部部分を備える。

本発明によれば、本発明の装置の弁板４０は、前記吸引オリフィス４１および排出オリフィス４２の少なくとも一方の輪郭の中央領域内に画定され、それぞれのオリフィス内部にある、少なくとも１つの半径方向アーム８０によって弁板４０に組み込まれた支持手段７０であって、それぞれの吸引翼５０または排出翼６０のシール部分５３、６３の中央領域がそれに押し付けて着座する停止表面７１を有し、前記停止表面７１は半径方向アーム８０に関連して突出部を画定する、支持手段を担持する。

支持手段７０を中央に配置した結果、翼が閉位置にあると見出されたとき、翼の上流側と下流側の間の差圧によって引き起こされた翼上のより大きい応力の領域と一致する、またはほぼ一致する領域内に、前記翼のための支持をもたらす。

半径方向アーム８０は、さまざまな構造形態を有することができるが、これらの形態が、それぞれの吸引オリフィス５０または排出オリフィス６０を通過するガス流に関して大幅な損失を引き起こさず、または前記ガス流内に乱流および騒音を発生させないことを条件とする。

図示される構造形態によれば、本発明の装置は、支持手段７０が中に組み込まれた自由端部８１を有する単一の半径方向アーム８０を備える。前記半径方向アーム８０は、大きい構成物であり、若干三角形の形状を有するが、端部部分は、それぞれのオリフィスの隣接する内壁部分と合致する。

半径方向アーム８０の構造的形態とは関係なく本発明を実施する方法では、支持手段７０の停止表面７１は、それぞれの弁翼４１、４２の着座領域４３、４４と同一平面になるように画定される。

半径方向アーム８０の構造的形態とは関係なく本発明を実施する別の方法では、支持手段７０の停止表面７１は、それぞれの弁翼４１、４２の着座領域４３、４４に関連して隆起される。

上記の構造のいずれか１つにおいては、停止表面７１は、翼５０、６０のシール部分５３、６３の中間シール領域を停止表面７１の面積に限定するために、前記停止表面７１に押し付けて着座するそれぞれの吸引翼５０または排出翼６０に向けられた半径方向アーム８０の表面に関連して突出部の形態で設けられなければならない。油膜によって半径方向アーム８０−支持手段７０の組立体に何らかの接着効果を及ぼす恐れがある翼５０、６０のシール部分５３、６３の中間領域のみが、停止表面７１の面積に決められた領域である。

停止表面７１は、半径方向アーム８０に関連して隆起されることにより、以下に提示される利点を有する。

１つの利点は、弁の閉鎖時に最初の衝撃にさらされる翼領域が、翼の縁から比較的遠くに位置するということに言及する。したがって、弁翼の着座によるオリフィスの閉鎖衝撃によって発生した応力波は、翼をもろくする翼のより問題となり得る表面の不完全性が見出される領域のある弁縁に到達したときには減衰される。翼のこの領域では、通常、衝撃応力によって、弁を破損する恐れがあるクラックが生じる。

本発明の構造では、翼縁上の衝撃応力の減衰が起こり、この領域内のクラックの形成、およびその結果となる翼の破損を回避して、その信頼性を向上させる。

この特定の構造の別の利点は、弁が閉鎖されたとき、弁の開放を予測して、翼内に正のプレストレスを生成することに起因しており、このプレストレスは、効率性および騒音に関して利益をもたらす。

本発明によれば、停止表面７１は、弁板４０内のそれぞれのオリフィス４１、４２の長手方向軸に関連して同心および対称的である輪郭を有し、この構成は、吸引翼５０または排出翼６０に対する非対称の応力を回避する。

特定の形態では、停止表面７１は、円形であり、支持手段の高さに沿ってほぼ一定であり、支持手段に対して強度を与える。

前記支持手段７０は、停止表面７１の輪郭の軸方向突出部内に含まれた輪郭を有し、それによって、支持手段７０全体は、オリフィスの中央領域内に含まれたままになり、この領域内では、事実上流れは存在せず、支持手段７０の存在が、オリフィスを通る冷凍ガス流に不利となる負荷損失を生み出すことを防止する。

支持手段７０が中央位置に存在することにより、翼上の応力を増大させることなく、決められた構造では、前記応力を低減しながら、ガス通過面積を増大させることが可能になる。知られているように、流れ面積は、オリフィスの断面の増大と共に増大し、この断面の増大は、カンチレバー型セクションの増大によって弁翼がさらされる曲げモーメントの増大により、弁翼上の応力を増大させる。カンチレバーに端を発する弁翼の領域に中央支持をもたらすいかなる構造も、前記曲げモーメントを低減し、その結果弁翼上の応力を低減する。したがって、信頼性に関して、オリフィスの断面をどれだけ増大できるかに関して物理的限界が存在するが、この限定は、中央支持手段を設けることによって克服され得る。

本発明の構造は、厚さが大きく低減された翼を用いることを可能にして、信頼性を損なうことなく効率性に関する多大な利益をもたらす。さらには、前記支持手段７０を設けることにより、圧力下にあるときの翼の変形が最小限に抑えられ、翼のシール特性を向上させて、効率性および騒音低減に関する利益をもたらす。

本発明の１つの例示的な実施形態のみが本明細書で説明されてきたが、本開示の特許請求の範囲に付随する特許請求の範囲内で定義された構造的概念から逸脱することなく、要素の形態および構成の変更が加えられ得ることを理解されたい。

Claims (7)

1. 圧縮シリンダ（１１）を画定するシリンダクランクケース（１０）と、圧縮シリンダ（１１）の一方の端部を閉鎖し、吸引オリフィス（４１）および排出オリフィス（４２）と、それぞれの座部領域（４３、４４）とが設けられた弁板（４０）であって、前記オリフィス（４１、４２）の各々が、それぞれのオリフィス（４１、４２）に作動可能に結合され、かつ閉鎖状態では、弁板（４０）内のそれぞれの弁翼（５０、６０）の座部領域（４３、４４）に押し付けて周囲に着座する、シール端部部分（５３、６３）を備えるそれぞれの弁翼（５０、６０）によって閉鎖される、弁板（４０）とを備えるタイプの密閉圧縮機用の弁装置であって、弁板（４０）が、前記吸引オリフィス（４１）および排出オリフィス（４２）の少なくとも一方の輪郭の中央領域内に画定され、それぞれのオリフィス（４１、４２）内部にある、少なくとも１つの半径方向アーム（８０）によって弁板（４０）に組み込まれた支持手段（７０）であって、それぞれの翼（５０、６０）のシール部分（４０）の中央領域がそれに押し付けて着座する停止表面（７１）を有し、前記停止表面（７１）は半径方向アーム（８０）に関連して突出部を画定する、支持手段を担持することを特徴とする、装置。
2. 支持手段（７０）が中に組み込まれた自由端部（８１）を有する単一の半径方向アーム（８０）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 支持手段（７０）の停止表面（７１）が、それぞれの弁翼（５０、６０）の着座領域（４３、４４）と同一平面であることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の装置。
4. 支持手段（７０）の停止表面（７１）が、それぞれの弁翼（５０、６０）の着座領域（４３、４４）に関連して隆起されることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の装置。
5. 停止表面（７１）が、弁板（４０）内のそれぞれのオリフィス（４１、４２）の長手方向軸に関連して同心および対称的である輪郭を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 停止表面（７１）が円形であることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 支持手段（７０）が、停止表面（７１）の輪郭の軸方向突出部内に含まれた輪郭を有することを特徴とする、請求項５に記載の装置。

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