JP2016003635A - 密閉型圧縮機及びこれを用いた機器 - Google Patents

Abstract

【課題】吸入弁の開き性能を改善し、吸入弁のピストンへの衝突を抑制する。【解決手段】吸入口を有するバルブプレートと、該バルブプレートのピストンと対向する面側に設けられ、前記吸入口を開閉可能な弁体と、を備える密閉型圧縮機であって、前記弁体は、静置状態のとき前記吸入口から離間する方向に凸形状であり、かつ、該弁体の変形時に該凸形状に戻ろうとする弾性を有し、前記弁体は、当該密閉型圧縮機の動作により前記吸入口が閉塞された時に、略直線状に変形することを特徴とする密閉型圧縮機。【選択図】図７

Description

本発明は、密閉型圧縮機及びこれを搭載した機器に関するものである。

冷蔵庫等に用いられる圧縮機の内部には、圧縮機の各摺動部の潤滑や、ピストンとシリンダの間隙のシールを行うこと等を目的に、潤滑油が用いられる。ピストン及びシリンダ間に吸入された潤滑油は、吸入弁（弁体）に付着して吸入弁の開きを遅らせ得る。近年、圧縮機の低速運転化が進んでおり、潤滑油の付着に起因する弁の開閉動作の遅れが問題となってきている。これは、冷媒の吸入効率を低下させ、圧力損失の増大や圧縮機の消費電力量増大に繋がる。

一方、吸入弁はピストン側に開くため、開閉動作時にピストンとの衝突が抑制できるように設計することが求められる。つまり、圧縮機の性能向上のためには、吸入弁が弁座に張り付くことを防ぎ、吸入弁の開き性能を維持又は改善しつつ、吸入弁とピストンとの衝突を抑制する必要がある。関連する技術として、例えば特許文献１、２がある。

特許文献１は、吸入バルブ２３の先端がシリンダー側に凸となる湾曲部２３ａを有する密閉型圧縮機を開示している（請求項１）。

特許文献２は、周縁の一部又は全部が弁座から遠ざかる方向に屈曲していることを特徴とする圧縮機吐出口のリード弁と、弁座に形成された吐出口の周縁に対峙する部分が弁座から遠ざかる方向に凸に湾曲しているリード弁を開示している（請求項１、２）。

特開２０００−２９１５５８号公報 特開平９−１６６０８２号公報

特許文献１に記載の吸入バルブは、吸入弁の形状によって弁の開き性能を向上することについては何ら考慮していない。

特許文献２に記載のリード弁は、圧縮機吐出口に関するものであり、リード弁とピストンが衝突するおそれはない。「楔形の環状の隙間から、リード弁１６と弁座１４との密着部に形成された潤滑オイルの膜へ、潤滑オイルが速やかに供給され、リード弁１６がスムーズに開く」（段落０００８）構成としていることから、弁を閉じた状態では屈曲状態になり、冷媒の通過を抑制する弁の閉塞性能に課題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る密閉型圧縮機は、吸入口を有するバルブプレートと、該バルブプレートのピストンと対向する面側に設けられ、前記吸入口を開閉可能な弁体と、を備える密閉型圧縮機であって、前記弁体は、静置状態のとき前記吸入口から離間する方向に凸形状であり、かつ、該弁体の変形時に該凸形状に戻ろうとする弾性を有し、前記弁体は、当該密閉型圧縮機の動作により前記吸入口が閉塞された時に、略直線状に変形することを特徴とする。
また、本発明は、上記の密閉型圧縮機を搭載した機器を提供する。

本発明によれば、吸入弁の開き性能を改善し、かつピストンとの衝突を抑制することができる密閉型圧縮機及びこれを搭載した機器を提供できる。

第１の実施形態に係る密閉型圧縮機の縦断面図である。 第１の実施形態に係るシリンダの端面に取り付けられる各部品の斜視図である。 第１の実施形態に係る吸入弁プレートの正面図である 第１の実施形態に係る吸入弁プレートの斜視図である。 第１の実施形態に係る吸入口の閉状態を示す図である。 第１の実施形態に係る吸入口の開状態を示す図である。 第１の実施形態に係る弁体のＡ−Ａ断面図である。図７（ａ）は第１の実施形態における弁体のＡ−Ａ断面図を、図７（ｂ）は比較例における弁体のＡ−Ａ断面図である。 第１の実施形態に係る初期リフト量と性能の関係を説明する図である。 第１の実施形態に係るシリンダ内部の圧力と内容積との関係の測定結果を示す図である。 第１の実施形態に係る性能測定結果を示す図である。 第２の実施形態に係る弁体のＡ−Ａ断面である。図１１（ａ）は第２の実施形態における弁体のＡ−Ａ断面図を、図１１（ｂ）は比較例における弁体のＡ−Ａ断面図である。 第３の実施形態に係る弁体のＡ−Ａ断面である。図１２（ａ）は第３の実施形態における弁体のＡ−Ａ断面図を、図１２（ｂ）は比較例における弁体のＡ−Ａ断面図である。 各実施形態に係る密閉形圧縮機を搭載した冷蔵庫の縦断面図である。

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の圧縮機及びこれを用いた機器に係る実施形態について詳細に説明する。各実施形態の構成は、本発明の一例であり、本発明は各実施形態の構成に制限されない。また、本発明の思想の範囲において、各実施形態において公知の技術の付加、削除または転換を施すことができる。

［第１の実施形態］
≪圧縮機の全体構成≫
以下、本発明に係る圧縮機の第１の実施形態を図１から図７を用いて詳細に説明する。最初に図１を用いて密閉型圧縮機５０の全体構成を説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る密閉型圧縮機５０の縦断面図である。本実施形態の密閉型圧縮機５０は、密閉容器１内にステータ２ａとロータ２ｂからなる電動要素２と、圧縮要素３を収納している。

圧縮要素３は、シリンダ５、コンロッド６、ピストン７、ヘッドカバー１１、圧縮作動室１２及びバルブプレート２５を有するレシプロ圧縮機構であり、シリンダ５内を、コンロッド６によりクランク軸８の偏心軸８ａに連結されたピストン７が往復運動する。シリンダ５と一体成型されたラジアル軸受５ｃにはクランク軸８が回転自在に嵌められている。

圧縮要素３はフレーム部５ｂの下部に固定したステータ２ａを介して、コイルスプリング３１により密閉容器１の底部に弾性的に支持されている。ロータ２ｂの回転力が伝達することでクランク軸８が回転し、偏心軸８ａが偏心回転する。偏心軸８ａの偏心回転が、コンロッド６を介して伝達し、ピストン７はシリンダ５内を往復運動する。シリンダ５内は、後に説明する吸入弁プレート２４及び吐出弁２６が組み込まれたバルブプレート２５によって閉塞され、ピストン７との間に圧縮作動室１２を構成している。

内部に吐出室１１ａ及び吸入室１１ｂが形成されたヘッドカバー１１は、締付ボルト１３によってシリンダ５に固定されている。吸入サイレンサ（図示せず）は、吸込経路における作動流体の圧力脈動を減衰させて騒音を低減するもので、シリンダ５のフレーム部５ｂの上部に位置している。

≪吸入弁プレート２４の構成≫
図２から図７を用いて、本実施形態の吸入弁プレート２４の取り付けについて説明する。図２は、シリンダ５における、クランク軸８に対して反対側の端面に取り付けられる各部品の斜視図、図３は吸入弁プレート２４の正面図、図４は吸入弁プレート２４の斜視図である。

シリンダ５の端面には、クランク軸８から離れる方向に向かって、トップパッキン２３、吸入弁プレート２４、バルブプレート２５、吐出弁２６、パッキン２９、ヘッドカバー１１が順に配置されている。トップパッキン２３、吸入弁プレート２４、バルブプレート２５、吐出弁２６、パッキン２９、ヘッドカバー１１は、締結具貫通穴に締付ボルト１３を貫通してシリンダ５の端面側に固定される。また、上記ヘッドカバー１１の内部には、圧縮室であるシリンダ５内に入る前の冷媒経路である吸入室１１ｂと、シリンダ５から出た後の冷媒経路である吐出室１１ａが設置されている。

本実施形態において、吸入弁は、例えば図３に示すように、吸入弁プレート２４から弁体を抜き出すことにより構成することができる。弁体は、吸入弁プレート２４の両面を連通するスリット２４ｂを設けることで構成することができる。弁体の形状は、吸入弁プレート２４に固定され、先端部２４ｆの揺動軸である根元部２４ｅ（揺動軸）と、根元部２４ｅを軸として揺動可能な先端部２４ｆと、根元部２４ｅと先端部２４ｆを結ぶ胴部２４ｃを備えればよく、図示した形状に限られない。根元部２４ｅは、例えば弁体がバルブプレート２５から離間し始める位置である（図７等参照）。

また、弁体は、弾性を有するように形成又は加工されている。図４に示すように、吸入弁プレート２４及び弁体を静置した状態では、弁体が吸入口３０を開いた状態に維持するように形成すると好ましい。このようにすると、弁体が閉じた状態では、弁体の弾性力により、吸入口３０を開く復元力が印加されるため好ましい。

≪弁体の動作≫
図５、図６を用いて、弁体の閉開動作について説明する。図５は、吸入口３０の閉状態を示す図であり、図６は、吸入口３０の開状態を示す図である。弁体は、バルブプレート２５の一面側に設けられており、揺動によって吸入口３０を開閉する。

吸入口３０は、基本的には圧縮作動室１２の圧力と吸入室１１ｂの圧力との関係によって開閉動作を行う。すなわち、圧縮動作室１２の圧力が吸入室１１ｂの圧力より大きいとき、吸入口３０は閉塞され（弁が閉じる）、圧縮動作室１２の圧力が吸入室１１ｂの圧力より小さいとき、吸入口３０は開放される（弁が開く）。圧縮動作室１２の圧力は、ピストンの往復動等によって変動する。

しかし、弁体とバルブプレート２５との間に存在する潤滑油の粘性による付着力によって、圧縮動作室１２及び吸入室１１ｂの圧力の関係の変化に伴う弁の動作に遅れが生じ得る。潤滑油の粘性による付着力に起因する弁の動作遅れは、圧縮機が低速運転しているときに顕著になる。このため、後述する形状の弁体を用いることで、弁体の復元力によって、弁の動作の遅れを抑制することができる。この効果は、例えば商用電源周波数未満、例えば６０Ｈｚ若しくは５０Ｈｚ未満、又は４５Ｈｚ、４０Ｈｚ若しくは３０Ｈｚ以下の周波数で運転するときに特に顕著になる。

≪弁体の形状≫
図７は、弁体の形状を説明するための図であって、図３におけるＡ−Ａ断面図である。図７（ａ）は本実施形態における弁体を、図７（ｂ）は比較例における弁体を表す。比較例における弁体は、静置されたときに胴部２４ｃが直線形状である。

本実施形態に係る弁体は、静置されたときに胴部２４ｃがバルブプレート２５（弁座面２５ａ及び吸入口３０）から離間する方向に凸形状となるよう形成されている。すなわち、胴部２４ｃは、根元部２４ｅ及び先端部２４ｆを結ぶ線分に重なる又は上方に位置し、かつ、胴部２４ｃの一部又は全部は、この線分より上方に位置する。

圧縮動作室１２の圧力等により吐出口３０が閉塞するとき、弁体の先端部２４ｆは、平坦な弁座面２５ａに接触して略直線状に弾性変形する。圧縮動作室１２の圧力が低下すると、弁体は復元力により元の凸形状に戻ろうとして、略直線形状から弾性変形する。これは、バルブプレート２５から離間するような変形であるため、特に弁体とバルブプレート２５との間の潤滑油の付着に対抗する力となり、吸入口３０の閉塞が早期に解除される。

弁体と弁座面２５ａ又は吸入口３０との距離を、本実施形態でａ，比較例でａ’とする。また、距離ａ、ａ’の最大値（初期リフト量と呼称する。）を、ｂ、ｂ’とおく。本実施形態及び比較例では、初期リフト量は、先端部２４ｆと、弁座面２５ａ又は吸入口３０との距離である。

初期リフト量が大きすぎると、ピストン７が上死点に位置するときにピストン７と弁体が衝突し、騒音が発生するおそれがある。またシリンダ５内に冷媒が吸入されたあとに、弁体が閉じ遅れる原因になる。弁体の閉じ遅れが生じると、シリンダ５内に吸入された冷媒が圧縮される工程においても、吸入孔が弁体により塞がらない状態となる。吸入口３０が塞がらないと、シリンダ５内から吸入口３０に冷媒が逆流する量が増加し、性能低下に繋がる。また、逆に初期リフト量が小さすぎると、弁体を通過する冷媒の圧力損失が増大するため性能低下に繋がる。

図８は、初期リフト量と性能の関係を説明する図である。初期リフト量を０．１〜０．３ｍｍに設定することにより、弁体の閉じ遅れや、弁体を通過する冷媒の圧力損失増大を防ぐと同時に、ピストン７と弁体の衝突を防ぎ、弁体の閉じ遅れも防ぐことができる。

図９はシリンダ５内部の圧力と内容積との関係の測定結果を示す図である。図９より、本実施形態により弁体の開き性能が改善することを確認した。また図１０は性能測定結果を示す図である。本実施形態は比較例に比べ、弁体の開き性能の改善により性能が向上する結果となった。

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る密閉型圧縮機の構造について図１１を用いて説明する。第２の実施形態は、以下の点を除き第１の実施形態の構成と同様である。

図１１は本実施形態にかかる弁体の構成を説明する、図３におけるＡ−Ａ断面図である。本実施形態は、弁体がバルブプレート２５から最も離間する位置（初期リフト量となる位置）が、先端部２４ｆではなく、極大部２４ｇである点で第１の実施形態と異なる。すなわち、先端部２４ｆは、極大部２４ｇよりもバルブプレート２５寄りに位置しており、極大部２４ｇから先端部２４ｆにかけて、弁体は、バルブプレート２５に近づくように形成されている。胴部２４ｃは、根元部２４ｅから極大部２４ｇにかけてはバルブプレート２５から離間するように成形され、極大部２４ｇから先端部２４ｆにかけてはバルブプレート２５に接近するように成形される。

弁体の復元力をより大きくして開き性能を向上するためには、極大部２４ｇを、吸入口の中心３０ａより根元部２４ｅに近い位置に設置することが好ましい。また、根元部２４ｅ側の吸入口３０の端部から吸入口の中心３０ａの間に極大部２４ｇが位置するとより好ましい。極大部２４ｇが弁体の先端部２４ｆに近くなるほど、距離ａの絶対値は小さくなり、弁体の復元力が小さくなるためである。このとき、初期リフト量を最適な値（０．１〜０．３ｍｍ）に設定してさらに開き性能を向上することも可能である。

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。極大部２４ｇを備えることで、復元力による弁の開き性能がさらに向上する。

［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る密閉型圧縮機の構造について図１２を用いて説明する。第３の実施形態は、以下の点を除き、第１乃至第２の実施形態の構造と同様である。

図１２は、本実施形態にかかる弁体の、図３におけるＡ−Ａ断面図である。本実施形態は、先端部２４ｆから所定長さが、バルブプレート２５に対して略平行となるように形成されている。このようにすると、先端部２５ｆが吸入口３０を閉じるまでに要する時間が短縮されるため、より効率の良い圧縮機が提供できる。

本実施形態によっても、第１乃至第２の実施形態と同様の効果を奏することができる。

［各実施形態の圧縮機を搭載した機器］
図１３は第１乃至第３の実施形態に係る密閉形圧縮機を搭載した機器の一例である冷蔵庫の縦断面図である。図１３において、冷却器６６を備え、例えば温暖化係数の小さい自然冷媒Ｒ６００ａを用いた冷蔵庫６０に各実施形態の密閉形圧縮機５０は搭載される。冷蔵室６２、上段冷凍室６３、下段冷凍室６４、野菜室６５等の庫内空間は、密閉形圧縮機５０の駆動により冷凍サイクル（図示せず）が動作して冷却される。

以上、詳細に説明した各実施形態の圧縮機を用いれば、吸入弁の開き性能を改善し、かつピストンとの衝突を抑制することができる。これにより、圧縮機の消費電力量を削減し、圧縮機の損傷を抑制することができる。また、本発明の密閉形圧縮機は、上記した機器の一例である冷蔵庫に限られず、例えば冷凍空調用途ではルームエアコンや冷凍機等の機器に適用することも可能であり、これらの機器のシステム効率を改善することができる。

１…密閉容器、１ａ…密閉容器の蓋、２…電動要素、２ａ…ステータ、２ｂ…ロータ、３…圧縮要素、４…潤滑油、５ａ…シリンダ、５ｂ…フレーム部、５ｃ…ラジアル軸受、６…コンロッド、７…ピストン、８…クランク軸、８ａ…偏心軸、１１…ヘッドカバー、１１ａ…吐出室、１１ｂ…吸入サイレンサ取り付け口、１２…圧縮作動室、１３…締付ボルト、１４…吸込パイプ、１５…吸入サイレンサ、1６…吐出サイレンサ、1７…吐出管、１９…ボールジョイント、２２…吐出パイプ、２３…トップパッキン、２４…吸入弁プレート、２４ａ…締め付けボルト穴、２４ｂ…スリット、２４ｃ…胴部、２４ｄ…吐出孔、２４ｅ…根元部（揺動軸）、２４ｆ…先端部、２４ｇ…極大部、２５…バルブプレート、２５ａ…弁座面、２６…吐出弁、２９…パッキン、３０…吸入口、３０ａ…吸入口の中心、３１…コイルスプリング、５０…密閉型圧縮機、６０…冷蔵庫、６１…冷蔵庫本体、６２…冷蔵室、６３…上段冷凍室、６４…下段冷凍室、６５…野菜室、６６…冷却器。

Claims (5)

1. 吸入口を有するバルブプレートと、
   該バルブプレートのピストンと対向する面側に設けられ、前記吸入口を開閉可能な弁体と、を備える密閉型圧縮機であって、
   前記弁体は、静置状態のとき前記吸入口から離間する方向に凸形状であり、かつ、該弁体の変形時に該凸形状に戻ろうとする弾性を有し、
   前記弁体は、当該密閉型圧縮機の動作により前記吸入口が閉塞された時に、略直線状に変形することを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 前記弁体は、揺動軸である根元部と、先端部と、前記根元部及び前記先端部をつなぐ胴部と、を有し、
   前記凸形状は、前記胴部の内、前記先端部と異なる部分である極大部が、前記先端部よりも前記バルブプレートから離間していることを特徴とする、請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記極大部は、前記根元部から前記吸入口の中心の間に位置することを特徴とする、請求項２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記胴部は、前記先端部から所定長さに亘って、前記バルブプレートと略平行であることを特徴とする、請求項２又は３に記載の密閉型圧縮機。
5. 請求項１乃至４何れか一項に記載の密閉型圧縮機を搭載した機器。