JP2015048822A - 密閉形圧縮機及びそれを用いた冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な構造で簡便にシリンダ室における吸入性能を高めて圧縮効率を一層向上できる家電用冷凍システムに適した密閉形圧縮機を提供する。【解決手段】この圧縮機５０は、吐出側に凝縮器１００、吸入側に蒸発器１１０が配備され、凝縮器１００及び蒸発器１１０の間に膨張弁１２０を介在させて冷媒ガスを封入した上で各部を配管で接続して成る冷凍システムに適用され、その圧縮要素６の要部は、ピストン５の上死点側に設置する弁座１５の吸入口１５ａを通じてシリンダ室内に低圧冷媒ガスを吸入する経路以外に、ピストン５の下死点近傍にシリンダ４の側壁を貫通するピストン５の吸入工程で働く吸入用貫通孔３２（一端側が密閉容器１内の圧縮要素６に装着される吸入サイレンサ３０の壁を貫通してその内部に繋がるように開口され、且つ他端側がピストン５の下死点とピストン５の吐出圧力に到達する位置との間に開口され、圧縮工程では塞がれる）を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、冷蔵庫や空気調和装置（エアコンディショナー）等の家電用冷凍システムに用いられる電動式の密閉形圧縮機及びそれを用いた冷蔵庫に関する。

一般に、この種の冷凍システムでは、冷媒ガスを密閉型圧縮機により圧縮して高圧ガスとして吐出側の凝縮器へ送り、凝縮器では高圧ガスを凝縮して減圧機構の膨張弁を経由して減圧させてから蒸発器へ送り、蒸発器では減圧された低圧ガスを蒸発させて密閉型圧縮機の吸入側に吸い込ませることで再び圧縮を繰り返すサイクル機能を持つ。

このような冷凍システムに適用される密閉形圧縮機としては、例えばピストンを軽量化して電動機の負荷を低減すると共に、ピストン内部の潤滑及び冷却の双方を改善して、圧縮効率と信頼性とを向上させた「密閉形圧縮機およびそれを用いた冷蔵庫」（特許文献１参照）が挙げられる。

特開２０１３−６８１１２号公報

上述した特許文献１に係る密閉形圧縮機における圧縮要素の要部は、シリンダの開口端が弁座によって閉塞されると共に、バルブカバーで覆われ、バルブカバーが内部の仕切部によって一方の空間を吸入室とし、他方の空間を吐出室とする他、弁座の吸入口、吐出口がそれぞれ吸入弁、吐出弁によって開閉されることで吸入室、吐出室と連通するもので、ピストンのシリンダ内における往復動時に密閉ケース内に導かれて充満した冷媒ガスがバルブカバーの吸入室に導かれ、ピストンの往復動に伴ってシリンダのシリンダ室に吸い込まれて圧縮された冷媒ガスを吐出する構造であり、更に実用上ではバルブカバーの吸入室と吐出室とをそれぞれ連通路を介して開口部を有する吸入サイレンサと吐出サイレンサとに繋げる構造としているが、低圧の冷媒ガスが吸入サイレンサの開口部から一つの連通路を通ってバルブカバーの吸入室を介してシリンダ室内に吸入されるガス流路構造であるため、シリンダ室における吸入性能には限界があり、圧縮効率をそれ以上向上させることが困難となっているという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、安価な構造で簡便にシリンダ室における吸入性能を高めて圧縮効率を一層向上できる家電用冷凍システムに適した密閉形圧縮機及びこれを用いた冷蔵庫を提供することにある。

上記技術的課題を達成するため、本発明は、密閉容器内に収納された電動要素が圧縮要素を駆動すると共に、シリンダと当該シリンダ内を往復動するピストンとを有し、シリンダブロックの頂部の開口端面に対して、吸入口、吐出口を持つ弁座と、吸入口、吐出口における冷媒ガスの流入、流出をそれぞれ制御する吸込弁、吐出弁と、弁座カバーと、を装着してシリンダ室を形成した密閉形圧縮機において、ピストンの圧縮工程では当該ピストン本体の側壁によって塞がれると共に、当該ピストンの吸入工程でシリンダ室内と密閉容器内とを連通させるために当該シリンダの側壁を貫通して一端側が当該密閉容器内に開口され、且つ他端側が当該シリンダ室内の当該ピストンの下死点近傍に開口される吸入用貫通孔を備えたことを特徴とする。

本発明の密閉形圧縮機によれば、ピストン上死点側に設置する弁座の吸入口を通じてシリンダ室内に低圧の冷媒ガスを吸入する既存のガス吸入路以外に、ピストン下死点近傍にシリンダの側壁を貫通する開閉弁を持たない構造のピストンの吸入工程で働く吸入用貫通孔を持つため、安価な構造で簡便にシリンダ室における吸入性能を高めて圧縮効率を一層向上させることができるようになり、その結果として、冷凍サイクルでの冷媒ガスの循環量が増えて熱交換性能が高められ、家電用冷凍システムへの適用が好適となり、係る家電用冷凍システムを具備する冷蔵庫での冷凍性能の向上に寄与できる。

本発明の実施例１に係る密閉形圧縮機の概略構造を縦方向で断面にして示した側面図である。 家電用冷凍システムに組込まれた周知の密閉形圧縮機に係る圧縮要素の要部構造を示した模式図である。 家電用冷凍システムに組込まれた図１に示す密閉形圧縮機に係る圧縮要素の要部構造を示した模式図である。 図３に示す圧縮要素の要部構造における圧縮吸入動作の１サイクルに伴う冷媒ガスの流れの変化を示した模式図であり、（ａ）は上死点到達時の圧縮工程での吐出経路における吐出の様子を示した図、（ｂ）は下死点側移動途中の吸入工程での既存の吸入経路における吸入の様子を示した図、（ｃ）は下死点到達時の吸入工程での吸入用貫通孔経路における吸入を合わせた吸入の様子を示した図、（ｄ）上死点側移動途中の圧縮工程での吐出経路における吐出の様子を示した図である。

以下に、本発明の密閉形圧縮機及びそれを用いた冷蔵庫について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る密閉形圧縮機５０の概略構造を縦方向で断面にして示した側面図である。この密閉形電動圧縮機５０は、概略構造上は特許文献１に開示されたものと共通するもので、密閉容器１内の中心部に縦軸にシャフト１０を配置し、下部に配置した電動要素７が上部に配置した圧縮要素６を回転駆動する構成になっている。ここでの圧縮要素６は、フレーム３と一体的に成形されたシリンダ４内をピストン５が往復動するレシプロ式の圧縮機である。シャフト１０の回転中心から偏心した位置には、クランクピン１１が設けられており、ピストン５を往復動させる。圧縮要素６の下部に配置される電動要素７は、固定子８及び回転子９を有している。

シャフト１０は、フレーム３の中間部に保持された軸受部２を貫通してフレーム３の下方及び上方へ延在しており、フレーム３の上方側にクランクピン１１が位置している。シャフト１０の下部には回転子９が固定して取り付けられている。電動要素７の固定子８と回転子９との間で発生する動力によってシャフト１０が回転する。クランクピン１１とピストン５との間はコンロッド１２で連結されており、クランクピン１１の回転運動がコンロッド１２を介してピストン５の往復動に変換される。

密閉容器１内の底部には、潤滑油１４が貯留されている。潤滑油１４は、シャフト１０が回転すると、シャフト１０の下端部に取り付けられた給油ピース２０のポンプ作用により、給油ピース２０の上端部からシャフト１０内に形成された潤滑油通路２２を通ってシャフト１０の外周部に導かれる。その後、シャフト１０の外周部に形成された外周螺旋溝２１から再びシャフト内１０に入り、シャフト１０の上端部から矢印２３で示されるような潤滑油１４の流れとして噴出する。この潤滑油１４の流れの一部がシリンダ４の内部に流入する。シリンダ４の開口端は、弁座１５によって閉塞されると共に、バルブカバー１６で覆われている。電動要素７に通電してシャフト１０を回転駆動すると、コンロッド１２とボールジョイント機構部１２ｅとを介してピストン５がシリンダ４内を往復動する仕組みになっている。その他、実施例１に係る密閉形圧縮機５０では、シリンダ４のシリンダ室内を往復動するピストン５の圧縮工程ではピストン５の本体の側壁によって塞がれると共に、ピストン５の吸入工程でシリンダ室内と密閉容器１内とを連通させるためにシリンダ４の側壁（ブロック）を貫通する吸入用貫通孔３２が設けられている。

図２は、比較として一般的な家電用冷凍システムに組込まれた周知の密閉形圧縮機５０′に係る圧縮要素６′の要部構造を示した模式図である。ここでの冷凍システムは、シリンダ４の側壁を貫通する吸入用貫通孔３２を持たない周知の密閉形圧縮機５０′を用いており、その吐出側に凝縮器１００を配備すると共に、吸入側に蒸発器１１０を配備し、凝縮器１００及び蒸発器１１０の間に減圧機構の膨張弁１２０を介在させて冷媒ガスを封入した上で各部を配管で接続して構成される。また、密閉形圧縮機５０′における圧縮要素６′の要部構造について、弁座１５はシリンダ４の開口端面に設置されてシリンダ室を閉じるもので、弁座１５自体には吸入口１５ａ、吐出口１５ｂが設けられ、これらの吸入口１５ａ、吐出口１５ｂはそれぞれ吸入弁１５ｃ、吐出弁１５ｄの開閉動作によって開状態、閉塞状態となる。バルブカバー１６には、内部を二分する仕切部が設けられ、その一方の空間は吸入室１６ａを成し、他方の空間は吐出室１６ｂを成している。即ち、バルブカバー１６は、吸入室１６ａと吐出室１６ｂとを区画して形成した構造を持って弁座１５を覆う。弁座１５では、吸入弁１５ｃの開状態で吸入口１５ａが吸入室１６ａと連通し、吐出弁１５ｄの開状態で吐出口１５ｂが吐出室１６ｂと連通する。バルブカバー１６の吸入室１６ａ、吐出室１６ｂは、それぞれ連通路３１ａ、３１ｂを介して開口部３３を有する吸入サイレンサ３０、吐出サイレンサ３５に繋がる構造となっている。

この密閉形圧縮機５０′では、電動要素７に通電してシャフト１０を回転駆動すると、ピストン５がシリンダ４室を往復運し、蒸発器１００から吸入配管２８を経由して密閉容器１内に導かれて充満した低圧の冷媒ガスは、開口部３３から吸入サイレンサ３０内及び連通路３１ａを経由してバルブカバー１６内の吸入室１６ａ内に導かれ、ピストン５の往復動に伴ってシリンダ４のシリンダ室に吸い込まれて圧縮された後、高圧となった冷媒ガスがバルブカバー１６内の吐出室１６ｂに吐出されてから連通路３１ｂ及び吐出サイレンサ３５内を経由して吐出配管２９を通して凝縮器１００に導かれる。

但し、この密閉形圧縮機５０′によれば、低圧の冷媒ガスが吸入サイレンサ３０の開口部３３から一つの連通路３１ａを通ってバルブカバー１６の吸入室１６ａを介してシリンダ室内に吸入されるガス流路構造であるため、シリンダ室における吸入性能に限界があり、圧縮効率をそれ以上向上させることが困難になっている。そこで、本願発明の実施例１に係る密閉形圧縮機５０では、安価な構造で簡便にシリンダ室における吸入性能を高めて圧縮効率を一層向上させる課題に着目した。

図３は、家電用冷凍システムに組込まれた実施例１の密閉形圧縮機５０に係る圧縮要素６の要部構造を示した模式図である。この密閉形圧縮機５０における圧縮要素６の要部構造は、図２に示した密閉形圧縮機５０′における圧縮構造６の要部構造と比べ、ピストン５の圧縮工程ではピストン５の本体の側壁によって塞がれると共に、ピストン５の吸入工程でシリンダ室内と密閉容器１内とを連通させるためにシリンダ４の側壁（ブロック）を貫通して設けられた吸入用貫通孔３２を備えた点が相違している。但し、この吸入用貫通孔３２では、一端側が密閉容器１内の圧縮要素６に装着される吸入サイレンサ３０の壁を貫通して吸入サイレンサ３０内に繋がるように開口され、且つ他端側がシリンダ室内のピストン５の下死点近傍に開口されている。その他の細部構成は同様であるので、同一な構成部分には同じ参照符号を付して説明を省略する。

以下は、図３に示される冷凍システムにおける密閉形圧縮機５０の吸入経路について説明する。冷凍システムの吸入配管２８は、密閉容器１に一端が接続されると共に、他端が蒸発器１１０に接続されており、上述したように蒸発器１１０で蒸発させた低圧の冷媒ガスが密閉容器１内に流入される。密閉容器１内に流入した冷媒ガスは、密閉容器１内に開口した吸入サイレンサ３０の開口部３３から吸入サイレンサ３０内に流入し、その後に連通路３１ａを経由してバルブカバー１６の吸入室１６ａと弁座１５の吸入口１５ａとを通じてシリンダ４のシリンダ室内に吸入される。また、吸入サイレンサ３０内とシリンダ４のシリンダ室内とを直に連通する吸入用貫通孔３２におけるシリンダ４の側壁を貫通した開口は、シリンダ室内でピストン５が往復動する下死点近傍に開口するように設置されており、吸入サイレンサ３０内の低圧な冷媒ガスは連通路３１ａ以外に吸入促進通路３２を通してシリンダ４のシリンダ室内に吸入される構造となっている。

次に、密閉形圧縮機５０の吐出経路について説明する。シリンダ４のシリンダ室内に流入した冷媒ガスは、ピストン５で高圧に圧縮されてシリンダ室から弁座１５の吐出口１５ｂを通じてバルブカバー１６の吐出室１６ｂへ吐出され、その後に連通路３１ｂを経由して吐出サイレンサ３５内部及び吐出配管２９を通じて凝縮器１００へ流れる。

実施例１の密閉形圧縮機５０では、電動要素７が通電すると、電動要素７の固定子８と回転子９との間で発生する動力によってシャフト１０が回転すると共に、シャフト１０に設置したクランクピン１１が偏心回転し、これに伴ってクランクピン１１に連結するピストン５がシリンダ４のシリンダ室内を往復動する。

図４は、図３で説明した圧縮要素６の要部構造における圧縮吸入動作の１サイクルに伴う冷媒ガスの流れの変化を示した模式図であり、同図（ａ）は上死点到達時の圧縮工程での吐出経路における吐出の様子を示した図、同図（ｂ）は下死点側移動途中の吸入工程での既存の吸入経路における吸入の様子を示した図、同図（ｃ）は下死点到達時の吸入工程での吸入用貫通孔３２経路における吸入を合わせた吸入の様子を示した図、同図（ｄ）上死点側移動途中の圧縮工程での吐出経路における吐出の様子を示した図である。

シリンダ４のシリンダ室内を往復動するピストン５について、下死点から上死点に向かって移動する圧縮工程で上死点に到達した状態では、図４（ａ）を参照すれば、吸入弁１５ｃが吸入口１５ａを閉じているのに対し、吐出弁１５ｄが吐出口１５ｂを開いている。そこで、ピストン５によって高圧に圧縮された冷媒ガスは、シリンダ４のシリンダ室内から吐出口１５ｂを通して吐出室１６ｂに吐出され、更に連通路３２ｂ及び吐出サイレンサ３５内を経由して吐出配管２９内へと流出される。ここでは、吸入弁１５ｃが吸入口１５ａを閉じているためにシリンダ室中の高圧な冷媒ガスが吸入室１６ａへ逆流されるのを阻止すると共に、ピストン５が上死点に到達した位置ではシリンダ室内に繋がる吸入用貫通孔３２の開口がピストン５の側壁によって塞がれているので、シリンダ室で圧縮された冷媒ガスが吸入用貫通孔３２を通して密閉容器１内へ逆流されることも阻止できる状態にある。

また、ピストン５が上死点から下死点に向かって移動するピストン吸入工程では、図４（ｂ）を参照すれば、吐出弁１５ｄが吐出口１５ｂを閉じているのに対し、吸入弁１５ｃが吸入口１５ａを開いている。そこで、シリンダ４のシリンダ室内には、吸入サイレンサ３０の開口部３３から低圧な冷媒ガスが連通路３１ａ及び吸入室１６ａを経由して吸入口１５ａを通って流入される。ここでは、シリンダ４のシリンダ室内中が負圧になり、その状態で吐出弁１５ｄで吐出口１５ｂを閉じて吐出室１６ｂの高圧の冷媒ガスがシリンダ室内へ逆流されるのを阻止すると共に、吸入口１５ａを閉じていた吸入弁１５ｃを開いて吸入室１６ａからシリンダ室中に低圧の冷媒ガスが流入するようにする。但し、ここではピストン５が上死点及び下死点の間の位置にあり、シリンダ室内に繋がる吸入用貫通孔３２の開口は依然としてピストン５の側壁によって塞がれているので、吸入用貫通孔３２を通して冷媒ガスがシリンダ室中へ吸入されない状態にある。

更に、ピストン５の位置が下死点近傍になるとそれまでピストン５の側壁で閉じられていた吸入用貫通孔３２の開口がシリンダ室内に覗き出し、ピストン５が下死点に到達したピストン吸入工程では、図４（ｃ）を参照すれば、吸入サイレンサ３０中の低圧な冷媒ガスが吸入用貫通孔３２を新たな吸入経路として別途に通してシリンダ室内に流入される状態となり、ガス吸入量が増大して吸入性能が向上する。

この後のピストン５が下死点から上死点に向かって移動する圧縮工程では、図４（ｄ）を参照すれば、再度吸入弁１５ｃが吸入口１５ａを閉じ、吐出弁１５ｄが吐出口１５ｂを開いた状態として、ピストン５によって高圧に圧縮された冷媒ガスをシリンダ４のシリンダ室内から吐出口１５ｂを通して吐出室１６ｂへ吐出し、更に連通路３２ｂ及び吐出サイレンサ３５内を経由して吐出配管２９内へと流出させる。ここでは、ピストン５の位置が上死点に近付くに従ってシリンダ室内の冷媒ガスが昇圧して設計値の吐出圧力に到達すると、吐出口１５ｂを閉じていた吐出弁１５ｄを開いてシリンダ室内で圧縮された冷媒ガスを吐出室１６ｂに吐出する。但し、ここではピストン５が下死点及び上死点の間の位置にあり、シリンダ室内に繋がる吸入用貫通孔３２の開口が再度ピストン５の側壁によって塞がれるので、シリンダ室で圧縮された冷媒ガスが吸入用貫通孔３２を通して密閉容器１内へ逆流されない状態にある。

圧縮要素６の要部構造では、このようなピストン５の往復動に伴う圧縮による吐出、吸入の動作に係るサイクルを繰り返し、低圧の冷媒ガスを効率良く吸入してシリンダ４のシリンダ室における吸入性能を高めることにより、圧縮効率を向上させることができる。

実施例１に係る密閉形圧縮機５０では、シリンダ４のシリンダ室への冷媒ガスの吸入制御において、ピストン５の上死点側に配置される弁座１５の吸入口１５ａからの吸入は吸入弁１５ｃの開閉で制御するのに対して、吸入用貫通孔３２からの吸入はピストン５自体の動きでその開口を露呈又は閉塞して冷媒ガスの制御を行う構造であり、シリンダ４の側壁を貫通する吸入用貫通孔３２の開口がピストン５の動きの速度が遅くなる下死点近傍に設けられているため、吸入用貫通孔３２の開口からシリンダ室内に吸入される冷媒ガス量が図２で説明した従来構造の場合よりも多くなり、シリンダ室への吸入性能が高められて密閉形圧縮機５０での圧縮効率を向上させることができ、この結果、冷凍システムで循環する冷凍サイクルでの冷媒ガスの循環量が増えて蒸発器１１０での熱交換による冷凍機能を向上させることができる。

また、吸入用貫通孔３２の開口は、ピストン５自体の動きで露呈又は閉塞される構造であるため、弾性体の吸入弁１５ｃの開閉制御の場合のような開き遅れや閉じ遅れ等のロスが発生しない構造と云えるもので、これも圧縮効率を向上させることになる。更に、吸入用貫通孔３２は、シリンダ４の側壁にドリルの穴あけ等で容易に開口を形成でき、一般的な配管接続及び封止技術を適用して容易に設置することができる。

因みに、吸入用貫通孔３２自体は、基本的にシリンダ４のシリンダ室内と密閉容器１内とを連通させて冷媒ガスに対する吸入を促進させる機能を持てば良いので、実施例１で開示した単体の一端側が吸入サイレンサ３０の壁を貫通して吸入サイレンサ３０内に繋がるように開口された形態とする他、シリンダ室内と密閉容器１内とを直に連通させる構造としても良く、更にこうした場合にシリンダ４の側壁に対してピストン５の下死点近傍で上下左右等に間隔をおいて複数穴あけを施してシリンダ室に冷媒ガスを流入させる構造としても良い。

何れにせよ、実施例１に係る密閉形圧縮機５０によれば、ピストン５の上死点側に設置する弁座１５の吸入口１５ａを通じてシリンダ室内に低圧の冷媒ガスを吸入する既存のガス吸入路以外に、ピストン５の下死点近傍にシリンダ４の側壁を貫通する開閉弁を持たない構造のピストン５の吸入工程で働く吸入用貫通孔３２を持つため、安価な構造で簡便にシリンダ室における吸入性能を高めて圧縮効率を一層向上させることができる。その結果として、家電用冷凍システムに適用すると冷凍サイクルでの冷媒ガスの循環量が増えて蒸発器１１０での熱交換性能が向上し、係る冷凍システムを具備する冷蔵庫での冷凍性能の向上に寄与できる。

尚、このような密閉形圧縮機５０を含む冷凍システムを冷蔵庫へ搭載する場合には、例えば特許文献１で図７を参照して説明されている構成をそのまま適用できるので、ここでは詳述しない。

１ 密閉容器
２ 軸受部
３ フレーム
４ シリンダ
５ ピストン
６、６′ 圧縮要素
７ 電動要素
８ 固定子
９ 回転子
１０ シャフト
１１ クランクピン
１２ コンロッド
１４ 潤滑油
１５ 弁座
１５ａ 吸入口
１５ｂ 吐出口
１５ｃ 吸入弁
１５ｄ 吐出弁
１６ バルブカバー
１６ａ 吸入室
１６ｂ 吐出室
２０ 給油ピース
２１ 外周螺旋溝
２２ 潤滑油通路
２８ 吸入配管
２９ 吐出配管
３０ 吸入サイレンサ
３１ａ、３１ｂ 連通管
３２ 吸入用貫通孔
３３ 開口部
３５ 吐出サイレンサ
５０、５０′ 密閉形圧縮機
１００ 凝縮器
１１０ 蒸発器
１２０ 膨張弁

Claims (4)

1. 密閉容器内に収納された電動要素が圧縮要素を駆動すると共に、シリンダと当該シリンダ内を往復動するピストンとを有し、シリンダブロックの頂部の開口端面に対して、吸入口、吐出口を持つ弁座と、前記吸入口、前記吐出口における冷媒ガスの流入、流出をそれぞれ制御する吸込弁、吐出弁と、弁座カバーと、を装着してシリンダ室を形成した密閉形圧縮機において、
   前記ピストンの圧縮工程では当該ピストン本体の側壁によって塞がれると共に、当該ピストンの吸入工程で前記シリンダ室内と前記密閉容器内とを連通させるために当該シリンダの側壁を貫通して一端側が当該密閉容器内に開口され、且つ他端側が当該シリンダ室内の当該ピストンの下死点近傍に開口される吸入用貫通孔を備えたことを特徴とする密閉形圧縮機。
2. 請求項１記載の密閉形圧縮機において、前記吸入用貫通孔における前記一端側の開口は、前記圧縮要素に装着される吸入サイレンサの壁を貫通して当該吸入サイレンサ内に繋がるように設けられたことを特徴とする密閉形圧縮機。
3. 請求項１又は２記載の密閉形圧縮機において、前記吸入用貫通孔における前記他端側の開口は、前記シリンダ室における前記ピストンの下死点と当該ピストンの吐出圧力に到達する位置との間に繋がるように設けられたことを特徴とする密閉形圧縮機。
4. 冷凍サイクルを有する冷蔵庫であって、前記冷凍サイクルの圧縮機として、請求項１〜３の何れか１項記載の密閉形圧縮機を用いたことを特徴とする冷蔵庫。