JP2016130502A - 密閉型圧縮機及び密閉型圧縮機を備える冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油の冷却システムへの混入を抑制する。
【解決手段】吐出ポートと、吐出連通孔と、を有するバルブプレートと、吐出弁板と、を備え、吐出弁板は、基端部を回動中心として回動し、先端部側で吐出ポートを開閉可能な密閉形圧縮機であって、吐出連通孔は、吐出弁板の基端部側かつ吐出ポートより重力方向の反対側に位置している。
【選択図】図３

Description

本発明は、密閉型圧縮機及び密閉型圧縮機を備える冷蔵庫に関する。

関連する技術として特許文献１がある。
特許文献１は、一方の部屋１５１に出口孔１５２を設け、他方の部屋１５３の凹部１４０の外周１５４方向に吹出し口１５５を設けた構成を開示している（要約）。
バルブプレート１１３は、吐出リード１４２の長手方向を重力方向に対して直交する方向に設けられている（段落００４２、図２，３）。出口孔１５２は吐出リード１４２の長手方向の基端側下方に位置している。特許文献１は、吐出空間を二つの部屋に分けることで、潤滑油を効率的に出口孔１５２から排出するとしている。

また、特許文献１の背景技術の欄は、吐出リード２６の先端側かつ吐出リード２６より重力方向上側に出口孔３０を設けた構成を開示している（段落０００９、図１０，１１）。

特開２００６−１３８２３８号公報

冷媒ガスと潤滑油は吐出孔（吐出ポート）から流入して出口孔（吐出連通孔）に排出される。この内、冷媒ガスは出口孔から効率よく排出されることが望まれる。

潤滑油は、圧縮機下部の貯留部からクランクシャフトなどにより汲み揚げられて、ピストンとシリンダ間をはじめとする摺動部に供給される。摺動部を潤滑した潤滑油の多くは再び貯留部に戻るが、潤滑油の一部はシリンダの圧縮室から吐出ポートに流入する。このため、潤滑油が出口孔から排出されて冷凍サイクルを循環すると、潤滑油量が不足するおそれがある。

冷凍サイクルを循環する潤滑油の一部は、吸入サイレンサなどを介してシリンダ圧縮室に到達する。このときピストンとシリンダ間の摺動損失を抑制し得るが、その一方では、冷媒の循環量を減少させたり液圧縮を生じさせたりして、圧縮量の低下やシリンダ損傷の要因になるおそれがある。このため、圧縮性能や信頼性の観点からは、出口孔から排出される潤滑油量を低減することが望ましい。

また、吐出リード（吐出弁板）は基端側を回動軸として回動して吐出孔を開閉する。吐出孔から噴射した冷媒ガスは吐出リードに衝突して先端側に向かい放射状に広がるため、先端側の流体の流れは基端側に比べて強い。このため先端側に出口孔を設けると冷媒の排出効率が低下するおそれがある。また、重力方向側（下方）に出口孔を設けると潤滑油の排出量が増加するおそれがある。

上記課題に鑑みてなされた本発明は、吐出ポートと、吐出連通孔と、を有するバルブプレートと、吐出弁板と、を備え、該吐出弁板は、基端部を回動中心として回動し、先端部側で前記吐出ポートを開閉可能な密閉形圧縮機であって、前記吐出連通孔は、前記吐出弁板の基端部側かつ前記吐出ポートより重力方向の反対側に位置していることを特徴とする。

実施例１の密閉型圧縮機の縦断面図である。 実施例１の吐出弁装置１２を含む圧縮要素の分解斜視図である。 実施例１のバルブプレート及び吐出弁板の正面図である。 実施例１の吐出サイレンサの断面図である。 実施例１のバルブプレート、吐出サイレンサを含む圧縮要素の一部断面図である。 実施例２のバルブプレート及び第一ガス連通路の断面図である。 本発明の密閉型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。

以下、本発明の実施例を添付の図面を参照しつつ説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、同様の説明は繰り返さない。

本発明の各種の構成要素は、必ずしも同一の部材から形成される必要はなく、例えば、一つの構成要素が複数の部材から構成されること、複数の構成要素が一つの部材から構成されること、或る構成要素の一部が他の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複すること、を許容する。

＜密閉形圧縮機１００の概要＞
図１は本実施例に係る密閉型圧縮機１００の側面断面図である。
密閉型圧縮機１００は、圧縮要素１と電動要素２とを密閉容器３内に配置したいわゆるレシプロ式圧縮機である。圧縮要素１及び電動要素２は、密閉容器３内において複数のコイルバネ４を介して弾性的に支持されている。

電動要素２はフレーム５の下方に配置され、ステータ６及びロータ７を含んで構成されている。ステータ６はフレーム５に固定され、ロータ７はクランクシャフト８に固定されている。また、ロータ７は電磁鋼板を積層したロータコア７ａからなる構造を有している。フレーム５は、シリンダ５ａ，ラジアル軸受５ｂを含んで形成されている。また、フレーム５には、第一の吐出サイレンサ５ｆと第二の吐出サイレンサ５ｇが形成されている（図１中不図示。例えば図２参照）。

圧縮要素１は、電動要素２が生ずる回転力によって回転するクランクシャフト８と、フレーム５と、シリンダ５ａと、吐出弁装置１２と、ヘッドカバー２０とを備えている。シリンダ５ａは、ピストン１０が往復動するシリンダ室５ｄを有している。クランクシャフト８の下端は潤滑油貯留部に位置している。潤滑油貯留部は密閉容器３内の重力方向側に位置している。

ラジアル軸受５ｂは、クランクシャフト８が軸支される貫通孔５ｅを有する筒状に形成され、ベース５ｃから下方へ突出して形成されている。

クランクシャフト８は貫通孔５ｅからなるラジアル軸受５ｂに挿通してフレーム５の下方から上方へ延伸し、クランクピン８ａがフレーム５の上方側に位置するように設けられている。クランクピン８ａはクランクシャフト８の上端部において、このクランクシャフト８の回転中心から偏芯した位置に設けられている。

また、クランクシャフト８は回転軸に対して直交する方向（水平方向）に延びたフランジ部８ｂを有している。また、クランクシャフト８の内部には下端から上方に向けて中ぐり穴８ｃが形成され、中空状の空間となっている。

このように構成されたクランクシャフト８はその下部がロータ７と結合され、電動要素２の動力によりクランクシャフト８が回転するように構成されている。

圧縮要素１はシリンダ室５ｄを形成するシリンダ５ａと、シリンダ室５ｄ内を往復動するピストン１０と、このピストン１０と連結されるコネクティングロッド１１と、シリンダ５ａ端面に組み立てられる吐出弁装置１２と、吐出室空間の一部を形成するヘッドカバー１３とを備えている。

ピストン１０はコネクティングロッド１１のリング部１１ｂを介してクランクピン８ａに連結され、クランクピン８ａの偏芯回転によりシリンダ室５ｄ内を往復動する。また、コネクティングロッド１１の内部には、リング部１１ｂからピストン１０に連結されるボール部１１ａにかけてコネクティングロッド連通孔１１ｃが形成されている。コネクティングロッド連通孔１１ｃの基端部はクランクピン８ａに形成された溝（図示せず）と連通している。

クランクシャフト８の先端には給油ピース１４が取り付けられており、この給油ピース１４は密閉容器３の底部に貯留する潤滑油１５内に浸漬されている。クランクシャフト８の外表面にはスパイラル溝９が形成されており、このスパイラル溝９と中ぐり穴８ｃは下部連通穴８ｄを介して連通されている。

以上のように構成された密閉型圧縮機１００について、以下にその動作を説明する。
ロータ７の回転に伴いクランクシャフト８が回転すると、矢印のように給油ピース１４内に流入してきた潤滑油１５には遠心力が加わる。そのため、潤滑油１５はクランクシャフト８の下端に設けられた中ぐり穴８ｃ内を上昇し、さらに下部連通穴８ｄへと運ばれる。

下部連通穴８ｄへと到達した潤滑油１５は、スパイラル溝９へと導かれる。このスパイラル溝９の壁面と、ラジアル軸受５ｂの壁面とで形成される潤滑油通路においては、クランクシャフト８の回転による壁面移動に伴い、潤滑油１５が粘性の効果で壁面に引きずられスパイラル溝９内を上昇する。このとき、同時に潤滑油１５はラジアル軸受５ｂを潤滑することになる。

一方、クランクシャフト８の回転によって偏芯回転するクランクピン８ａと連結されたコネクティングロッド１１は偏芯動作を行う。このコネクティングロッド１１の偏芯動作によってピストン１０はシリンダ室５ｄ内を往復動して冷媒を圧縮する。冷媒は、吸入弁板１７，バルブプレート１８，吐出弁板２２等（吐出弁装置）を介して密閉容器外に吐出する。

吐出弁装置は、吸入孔１８ｄ（例えば、図３参照）からシリンダ室５ｄ（例えば、図１参照）に冷媒を流入させる。冷媒はピストン１０によって圧縮され、吐出ポート１８ｂを介して吐出弁装置の吐出構造に流入する。

＜吐出弁装置＞
図２は吐出弁装置を含む圧縮要素１の分解斜視図である。
シリンダ５ａの端面側には、吐出弁装置と、ヘッドカバー２０と、吸入サイレンサ２１が設けられている。冷媒は、吸入サイレンサ２１、ヘッドカバー２０、吐出弁装置を介してシリンダ室５ｄに流入して圧縮された後、吐出弁装置を介して第一の吐出サイレンサ５ｆ及び第二の吐出サイレンサ５ｇに吐出される。
圧縮要素１は、シリンダ５ａの端面から順に、トップパッキン１６，吸入弁板１７，バルブプレート１８，パッキン１９を有し、パッキン１９に隣接してヘッドカバー２０を有している。

吸入弁板１７とバルブプレート１８は、冷媒のシリンダ室５ｄへの吸入構造の要素であり、また、バルブプレート１８、パッキン１９およびヘッドカバー２０は冷媒のシリンダ室５ｄからの吐出構造（吐出室空間）の要素である。吐出構造は、後述する吐出連通孔１８ｃを介して、第一の吐出サイレンサ５ｆ及び第二の吐出サイレンサ５ｇに連通している。

＜吐出構造＞
［バルブプレート１８］
図３は、バルブプレート１８及び吐出弁板２２の正面図である。本実施例では、図３中、上から下方向に向かって重力加速度が加わるようにバルブプレート１８が設置されているとして説明する。以下、このバルブプレート１８の向きを縦向きと呼ぶ。
バルブプレート１８は、凹部１８ａ、吐出ポート１８ｂ、吐出連通孔１８ｃ、吸入孔１８ｄを有する。
凹部１８ａは、バルブプレート１８の反シリンダ側（シリンダ５ａと反対側の面）に形成されている。凹部１８ａには圧縮室５ｄで圧縮された冷媒が供給される吐出ポート１８ｂが設けられている。吐出ポート１８ｂは、吐出弁板２２によって開閉自在である。吐出ポート１８ｂを覆うように、凹部１８ａ内にはシリンダ側から吐出弁板２２，制振板２３，及びストッパ２４が順に配置され、ストッパ２４が凹部１８ａに嵌合することによってこれらは固定される。

凹部１８ａは吐出ポート１８ｂより下方側（重力方向側）の領域を含んで形成されている。これにより、吐出ポート１８ｂより下方側に潤滑油を多く貯留し、潤滑油が吐出連通孔１８ｃに流入することを抑制できる。なお、吐出弁板２２より下方の領域（破線で囲まれた部分）は潤滑油が貯留されやすい領域Ｂを示している。

吐出弁板２２は、基端部２２ａを中心に回動し、先端部２２ｂ側に設けた吐出ポート１８ｂを開閉する。ストッパは凹部１８ａに嵌合して吐出弁板２２及び制振板２３の過剰な移動を抑制できる。

［吐出連通孔１８ｃの位置］
吐出連通孔１８ｃは、吐出ポート１８ｂより上方（重力方向に対して反対側）に位置している。これにより、潤滑油が吐出連通孔１８ｃに到達することを抑制できる。

なお、重力加速度が基端部２２ａから先端部２２ｂに向かう方向に略直交する方向であって、バルブプレート１８と略平行な方向に加わるようにバルブプレート１８を設けてもよい。このバルブプレート１８の設置方向を、横向きと呼ぶことにする。例えば、重力加速度の方向が、図３中、左から右向きであることを許容する。この場合でも吐出連通孔１８ｃは吐出ポート１８ｂより重力方向上流側であるため、潤滑油が到達することを抑制できる。

しかし、発明者らが検討した結果、バルブプレート１８を縦向きに設置すると冷媒ガスに含まれる潤滑油の量が横向きに設置する場合の約半分となることを見出した。このため、縦向きに設置することが好ましい。

また、吐出連通孔１８ｃは、先端部２２ｂに比して基端部２２ａ側に位置している。吐出ポート１８ｂの近傍は冷媒の流れが強いため、ここから比較的遠方である基端部２２ａ近傍に設けることで、冷媒を効率よく排出できるようにしている。吐出連通孔１８ｃは基端部２２ａの横側又は基端部２２ａより重力加速度の上流側に設けられても良い。

さらに、吐出連通孔１８ｃは、吐出ポート１８ｂを介して吸入孔１８ｄの反対側に位置している。

＜吐出サイレンサ＞
図４は吐出サイレンサ（第一の吐出サイレンサ５ｆ、第二の吐出サイレンサ５ｇ）の断面図である。

吐出サイレンサはフレーム５に成形されている。第一の吐出サイレンサ５ｆは内部に第一の空間部２５ａを有し、第二の吐出サイレンサ５ｇは内部に第二の空間部２５ｂを有している。以下、第一の空間２５ａと第二の空間２５ｂをまとめて空間と呼ぶ。

第一の空間２５ａは第一のガス連通路２５ｃによって吐出連通孔１８ｃに連通しており、また、第二のガス連通路２５ｄによって第二の空間２５ｂに連通している。冷媒は、吐出連通孔１８ｃから流入する。第二の空間２５ｂは、ガス導出管２８によって冷媒を排出可能である。

空間の上部には、それぞれキャップ２６ａ，２６ｂを設けている。キャップ２６ａ，２６ｂは、第一と第二の空間２５ａ，２５ｂ内に形成された雌ねじ部２５ｅ，２５ｆに螺合するボルト２７ａ，２７ｂによって固定されている。第二の空間２５ｂ上部のキャップ２６ｂにはガス導出管２８が取り付けられている。

図４中、矢印Ａは冷媒の流れ方向を表す。第一のガス連通路２５ｃを通って第一の空間２５ａ内に導入された冷媒ガスは膨張する。その後冷媒は、第二のガス連通路２５ｄを通って第二の空間２５ｂ内に導入されて膨張する。その後冷媒は、ガス導出管２８から冷却システム（図示せず）に吐出される。なお、図示するように、第一のガス連通路２５ｃと第二のガス連通路２５ｄを直線上に並べると、ドリル加工によって容易に両者を形成できるため好ましい。

＜バルブプレート１８、ガス連通路と吐出サイレンサの位置関係＞
図５はバルブプレート１８、吐出サイレンサを含む密閉形圧縮機の一部の断面図である。
吐出連通孔１８ｃは、フレーム５に形成された第一のガス連通路２５ｃと繋がっている。第一のガス連通路２５ｃは、例えばシリンダ５ａの左右方向側（図１中、紙面裏側）に設けることができる。

第一のガス連通路２５ｃは、バルブプレート１８に対して略垂直方向に延在している。すなわち、第一の空間２５ａ及び吐出連通孔１８ｃは、バルブプレート１８に対して略垂直な線分で結べる位置に設けられている。これにより、第一のガス連通路２５ｃの流路断面を吐出連通孔１８ｃの開口面に対して略平行に設けることができるため、流路抵抗を低減できる。さらに、バルブプレート１８から第一の空間２５ａまでの道のりを短縮できるため、流路抵抗を低減できる。

本発明の実施例２について説明する。実施例２の構成は、以下の点を実施例１と異なるものにすることができる。
図６は本実施例のバルブプレート１８の断面図である。
第一のガス連通路２５ｃの内径をＣ寸法とする。吐出連通孔１８ｃの内径をＤ寸法とする。さらに、吐出連通孔１８ｃは第一のガス連通路２５ｃから反対側に向かって広がる外広がり部２９ａを有している。この外広がり部２９ａの内径をＥ寸法とする。

寸法Ｃ，Ｄは、Ｃ＞Ｄの関係を有している。そのため、吐出連通孔１８ｃ（寸法Ｄ）から第一のガス連通路２５ｃ（寸法Ｃ）に移動する際の流路幅の変化は、吐出連通孔１８ｃに対するバルブプレート１８の位置ずれに影響されない。理論上は、同様の効果をＣ＜Ｄとしても得ることができるが、寸法Ｄを大きくすることはバルブプレート１８のサイズから限界がある。組立精度が向上できるほどに寸法Ｄを大きくすることは困難であるため、比較的寸法の自由度が大きいＣを大きくすることで、組立性を向上することができる。

また、寸法Ｄ，ＥはＤ＜Ｅの関係を有している。これにより流路抵抗が減少し、冷媒ガスはスムーズに第一の空間部２５ａ内に流れ込むことになる。

［冷蔵庫］
次に、本発明に係る密閉型圧縮機を搭載した機器の一例である冷蔵庫について説明する。
図７は、本発明に係る密閉型圧縮機１０００を搭載した冷蔵庫２００の縦断面図である。
冷蔵庫２００は断熱箱体２１０を有している。密閉型圧縮機１０００は断熱箱体２１０と仕切部２１１が囲む領域に配されており、密閉型圧縮機１０００、放熱パイプ、キャピラリーチューブ、冷却器２６０を繋ぐことで、Ｒ６００ａ等の冷媒を用いた冷凍サイクルが形成されている。密閉型圧縮機１０００は、冷蔵庫２００の冷凍サイクル構造の下方側に位置している。なお、密閉型圧縮機１０００を冷凍サイクル構造の上方側に配する場合、シリンダピストン間に潤滑油が到達する量が減少することがある。このような場合、潤滑を補助するために吐出弁装置に比較的多量の潤滑油を供給する、すなわち、シリンダ内に比較的多量の潤滑油を供給するよう設計することがある。本実施例では上記のように重力方向下方側に密閉型圧縮機を配しているため、シリンダ内に供給される潤滑油量を抑制するように種々の構成を採用している。

冷蔵庫２００は、貯蔵室の一例として冷蔵室２２０、上段冷凍室２３０、下段冷凍室２４０、野菜室２５０を有しており、これら庫内空間は密閉型圧縮機１０００の駆動により冷凍サイクル（図示せず）が動作することで冷却される。

本発明に係る密閉形圧縮機を搭載する機器は冷蔵庫に限られず、冷蔵庫の他、電動ポンプなど種々の用途の機器に適用できる。例えば冷凍空調用途では、エアコンや冷凍冷蔵ショーケース等のシステムに適用することも可能である。

１…圧縮要素
２…電動要素
３…密閉容器
４…コイルバネ
５…フレーム
５ａ…シリンダ
５ｂ…ラジアル軸受
５ｃ…ベース
５ｄ…シリンダ室
５ｅ…貫通孔
５ｆ…第一の吐出サイレンサ
５ｇ…第二の吐出サイレンサ
８…クランクシャフト
１０…ピストン、
１１…コネクティングロッド
１２…吐出弁装置
１５…潤滑油、
１６…トップパッキン
１７…吸入弁
１８…バルブプレート
１８ａ…凹部、
１８ｂ…吐出ポート
１８ｃ…吐出連通孔、
１９…パッキン
２０…ヘッドカバー
２０ａ…吸入サイレンサ取り付け孔
２１…吸入サイレンサ
２２…吐出弁板
２３…制御板
２４…ストッパ
２５ａ…第一の空間
２５ｂ…第二の空間
２５ｃ…第一のガス連通路
２５ｄ…第二のガス連通路
２５ｅ，２５ｆ…雌ねじ
２６ａ，２６ｂ…キャップ
２７ａ，２７ｂ…ボルト
２８…ガス導出管
２９ａ…外広がり部
１００…密閉型圧縮機
２００…冷蔵庫
２１０…断熱箱体
２１１…仕切部
２２０…冷蔵室
２３０…上段冷凍室
２４０…下段冷凍室
２５０…野菜室
１０００…密閉型圧縮機
Ａ…冷媒ガス流れ方向
Ｂ…潤滑油貯留領域

Claims (9)

1. 吐出ポートと、吐出連通孔と、を有するバルブプレートと、
   吐出弁板と、を備え、
   該吐出弁板は、基端部を回動中心として回動し、先端部側で前記吐出ポートを開閉可能な密閉形圧縮機であって、
   前記吐出連通孔は、前記吐出弁板の基端部側かつ前記吐出ポートより重力方向の反対側に位置していることを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 前記バルブプレートは、凹部を有し、
   前記凹部は、前記吐出ポートより重力方向側の領域を含んで配され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. 重力方向は、前記基端部から前記先端部に向かう方向に略平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記バルブプレートは、吸入孔を有し、
   前記吐出連通孔は、前記吐出弁板を介して前記吸入孔と反対側に位置することを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 前記吐出連通孔は、第一の吐出サイレンサに繋がる第一のガス連通路の一端であり、
   前記第一のガス連通路は、前記バルブプレートに対して略直交する方向に延在していることを特徴とする請求項１乃至４何れか一項に記載の密閉型圧縮機。
6. 前記吐出連通孔は、前記第一のガス連通路の内径よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の密閉型圧縮機。
7. 前記バルブプレートは、前記吐出連通孔を広げる外広がり部を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の密閉型圧縮機。
8. 前記第一の吐出サイレンサと第二の吐出サイレンサとを繋ぐ第二のガス連通路を有し、
   前記第一のガス連通路と前記第二のガス連通路が一の直線上に略位置することを特徴とする請求項５乃至７何れか一項に記載の密閉型圧縮機。
9. 請求項１乃至８何れか一項に記載の密閉型圧縮機を備える冷蔵庫であって、
   該密閉型圧縮機は、当該冷蔵庫が有する冷凍サイクル構造のうち、重力方向下方側に位置することを特徴とする冷蔵庫。