JP2017048746A - 密閉型圧縮機および冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクシャフトの先端から振り撒かれる潤滑油が吸入マフラーに降りかかることで、吸入マフラーが加熱されたり、吸入マフラーの吸入口から吸われることで体積効率が低下する課題を解決した密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】クランクシャフト１１９と吸入マフラー１５７の間に、密閉容器１０１の上部内面から伸ばした隔壁１６７を、圧縮要素のシリンダーブロックに設けてある堰１２２とオーバーラップするように設けた構成としてある。これにより、高速回転時においてもクランクシャフト１１９の偏心軸１２７の先端から振り撒かれる熱い潤滑油が、吸入マフラー１５７に降りかかることを防止し、吸入マフラー１５７の内を通過する冷媒ガス１１１の加熱を抑制することができるので、体積効率を向上させることができ、密閉型圧縮機の効率を高めることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、密閉型圧縮機および家庭用電気冷凍冷蔵庫やショーケースなどの冷凍装置に関するものである。

近年、地球環境保護に対する要求はますます強まってきており、家庭用電気冷凍冷蔵庫やその他の冷凍サイクル装置などに使用される密閉型圧縮機においても高効率化が強く要望されている。

このような中にあって、この種の密閉型圧縮機の中にはクランクシャフトの先端から撒き散らされる潤滑油の飛散を、シリンダブロックに構成された堰で抑制して高効率化を図ったものが見られる（例えば特許文献１）。

図５は特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の縦断面図、図６は同特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の横断面図、図７は同特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の側面断面図である。

図５、図６、図７に示すように従来の密閉型圧縮機は、密閉容器１の底部に潤滑油３を貯留するとともに冷媒ガス５が充填され、圧縮機本体７がサスペンションスプリング９によって、密閉容器１内に弾性的に支持されている。

圧縮機本体７は、電動要素１１と、電動要素１１の上方に配設される圧縮要素１３とを備え、電動要素１１は、ステータ１５とロータ１７とから構成されている。

圧縮要素１３は、シリンダ１９を一体に形成したシリンダブロック２１と、シリンダ１９内を往復運動するピストン２５と、シリンダ１９の端面を封止するバルブプレート２７と、バルブプレート２７を蓋するシリンダヘッド２９と、吸入マフラー３１と、偏心軸３３及び主軸３５を備えたクランクシャフト３７と、偏心軸３３とピストン２５とを連結する連結手段３９とを備えている。

シリンダブロック２１は、主軸３５を軸支する主軸受け４１と、堰４３（図６、図７参照）を備えている。シリンダ１９と、バルブプレート２７と、ピストン２５とにより、圧縮室４５が形成されている。

さらに、吸入マフラー３１は、バルブプレート２７とシリンダヘッド２９とにより、挟持されて固定されている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

電動要素１１に通電されると、ステータ１５に発生する磁界によりロータ１７がクランクシャフト３７とともに回転する。これによりクランクシャフト３７の偏心軸３３が偏心回転し、この偏心運動は連結手段３９を介して往復運動に変換され、ピストン２５をシリンダ１９内で往復運動させることで密閉容器１内の冷媒ガス５を圧縮室４５内に吸入し、圧縮する圧縮動作を行う。

また、クランクシャフト３７の下端は、潤滑油３に浸漬しており、クランクシャフト３７が回転することにより、潤滑油３は螺旋状の溝を通り主軸３５の上部に供給され、その
後給油孔を経由して偏心軸３３に供給され摺動部の潤滑を行い、その後、偏心軸３３の上端より図５の矢印で示す如く密閉容器１の中に遠心力によって振り撒かれる。振りまかれた潤滑油３は堰４３によって吸入マフラー３１に降りかかるのを抑制され、吸入マフラー３１に熱い潤滑油３が降りかかることで発生する吸入マフラー３１内の冷媒ガス５の加熱を防ぎ、体積効率の低下を抑えて高い効率が維持できるようにしてある。

特開２０００−３５６１８８号公報

しかしながら、上記従来の構成では、圧縮機本体７を電源周波数以外の回転数で運転するようにしたインバータ圧縮機においては、低速回転のときは堰４３により吸入マフラー３１へ潤滑油３が降りかかるのを抑制できるが、高速回転のときは、堰４３の上部を飛び越えて吸入マフラー３１に高温の潤滑油３が降りかかり、吸入マフラー３１が加熱されることで、吸入マフラー３１内を通過する冷媒ガス５が加熱され、体積効率が低下し効率が低下する可能性がある。また吸入マフラー３１の吸い込み口からも熱い潤滑油３が吸入されると、さらに体積効率の低下による効率低下が想定される。

上記高速回転時に吸入マフラー３１へ熱い潤滑油３が降りかかることを抑制するためには、堰４３を高くすることで可能となるが、堰４３を高くすると密閉容器１の上部内面との間の隙間が狭くなり、圧縮機の輸送時や、運転停止時の圧縮要素１３の揺れにより、堰４３が密閉容器１の上部内面と衝突し信頼性を損なうといった課題が出てくる。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、信頼性を損なうことなく高速回転時にも吸入マフラー内を通過する冷媒ガスの温度上昇を抑制することで、効率の高い密閉型圧縮機と冷凍装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、クランクシャフトと吸入マフラーの間に、密閉容器の上部内面から伸ばした隔壁をシリンダブロックの堰とオーバーラップするように設けたものである。

これによって、高速回転時においてもクランクシャフトの偏心軸先端から振り撒かれる熱い潤滑油が、吸入マフラーに降りかかることを防止し、吸入マフラー内を通過する冷媒ガスの加熱を抑制することができるので、体積効率を向上させることができる。

本発明の密閉型圧縮機は、吸入マフラー内を通過する冷媒ガスの温度上昇を抑制し、体積効率を向上することができるので、密閉型圧縮機の効率を向上することができる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図 同実施の形態１における密閉型圧縮機の横断面図 同実施の形態１における密閉型圧縮機の側面断面図 本発明の実施の形態２における冷凍装置の構成を示す模式図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の密閉型圧縮機の横断面図 従来の密閉型圧縮機の側面断面図

第１の発明は、密閉容器内に電動要素とこの電動要素によって駆動される圧縮要素とを配置し、前記圧縮要素は前記電動要素により駆動されるクランクシャフトを介してピストンを往復動させることにより冷媒を圧縮するとともに、吸入マフラーを介して前記冷媒を吸引する構成とし、かつ、前記圧縮要素の前記クランクシャフトと前記吸入マフラーとの間に堰を備え、更に前記堰とオーバーラップするように前記密閉容器の内面から隔壁を伸ばして設けた構成としてある。

これにより、高速回転時においてクランクシャフトの偏心軸の先端から振り撒かれる熱い潤滑油が、吸入マフラーに降りかかることを防止し、吸入マフラー内を通過する冷媒ガスの加熱を抑制することができるので、体積効率を向上させることができ、密閉型圧縮機の効率を高めることができる。しかも堰の高さを低くして、圧縮機の輸送時や、運転停止時の圧縮要素の揺れにより、堰が密閉容器の内面と衝突するようなことを防止でき、信頼性を損なうことも防止できる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、前記隔壁を弾性体で形成した構成としてある。

これにより、運送時や、運転停止時の圧縮要素の揺れにより圧縮要素のシリンダブロックに隔壁が衝突しても、隔壁やシリンダブロックが損傷することがないため、隔壁をシリンダブロックに接触する付近まで伸ばすことができ、高速回転時において、クランクシャフトの偏心軸の先端から振り撒かれる熱い潤滑油が、吸入マフラーに降りかかることを効果的に防止できる。すなわち、第１の発明の効果に加えて、さらに体積効率を確実に向上させることができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記隔壁の下側に位置する圧縮要素のシリンダブロックの上面に潤滑油を排出する溝を形成した構成としてある。

これにより、クランクシャフトの偏心軸の先端から撒き散らされる潤滑油が隔壁に衝突して圧縮要素のシリンダブロックに滴り落ちてもこれを、溝を通して、速やかに前記密閉容器底部の潤滑油溜まりに戻すことができ、シリンダブロックの上に溜まった高温の潤滑油が吸入マフラーに滴り落ちることを抑制できる。したがって、第１または第２の効果に加えて、さらに体積効率を向上することができる。

第４の発明は、特に、第１から第３のいずれか１つの発明において、前記電動要素は複数の運転周波数でインバータ駆動する構成としてある。

これにより、電動要素を周波数回転域以外の回転で回転させて効率を上げると同時に、低速回転から高速回転までクランクシャフトの偏心軸の先端から撒き散らされる潤滑油が吸入マフラーに降りかかることを防止できるので、運転回転数の広い範囲において体積効率を向上できる。

第５の発明は、冷凍装置であり、この冷凍装置は、密閉型圧縮機、放熱器、減圧装置及び吸熱器を配管によって環状に連結した冷媒回路を有し、前記密閉型圧縮機を第１から第４のいずれか１つの発明の密閉型圧縮機とした構成としてある。

これにより、効率が向上した密閉型圧縮機の搭載によって冷凍装置の消費電力を低減し、省エネルギー化を実現することができる。

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

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における密閉型圧縮機の縦断面図、図２は同実施の形態における横断面図、図３は同実施の形態における側面断面図である。

図１および図２において、本実施の形態１における密閉型圧縮機は、鉄板の絞り成型によって形成された密閉容器１０１の内部に、電動要素１０３と、この電動要素１０３によって駆動される圧縮要素１０５を主体とする圧縮機本体１０７を配置している。この圧縮機本体１０７は、サスペンションスプリング１０９によって弾性的に支持されている。

さらに、密閉容器１０１内には、例えば、地球温暖化係数の低い炭化水素系のＲ６００ａなどの冷媒ガス１１１が封入され、また、密閉容器１０１内底部には、摺動部潤滑用の潤滑油１１３が封入されている。

また、密閉容器１０１には、密閉容器１０１内外を連通する吸入管１１５が設けられ、この吸入管１１５の一端は、密閉容器１０１内に開口する開口部１１７（図２参照）となっている。

圧縮要素１０５は、クランクシャフト１１９、シリンダブロック１２１、ピストン１２３、連結手段１２５等で構成されている。クランクシャフト１１９は、偏心軸１２７と主軸１２９と、潤滑油１１３に浸漬された主軸１２９の下端から偏心軸１２７の上端までを連通する給油機構１３１とを備え、その途中は、主軸１２９表面に設けられた螺旋状の溝等によって構成されている。

また、圧縮要素１０５には、ピストン１２３の往復運動により圧縮された冷媒ガス１１１を密閉容器１０１に固定された吐出管１３３へ流す高圧管１３５（図２参照）が接続されている。

シリンダブロック１２１は、圧縮室１４１を形成するシリンダ１４３が一体に形成されるとともに、主軸１２９を回転自在に軸支する軸受け１４５が備えられている。さらに、軸受け１４５上端の周囲には、潤滑油１１３の排出孔１４６が設けられている。

また、シリンダ１４３のクランクシャフト１１９とは反対側の開口部端面には、吸入孔１４７と吐出孔（図示せず）を備えたバルブプレート１４９と、吸入孔１４７を開閉する吸入バルブ１５１と、バルブプレート１４９を塞ぐシリンダヘッド１５３が、ヘッドボルト１５５によって共締めで固定されている。さらに、バルブプレート１４９とシリンダヘッド１５３の間に、吸入マフラー１５７が挟持されて固定されている。

吸入マフラー１５７は、主にガラス繊維を添加したＰＢＴ等の合成樹脂で成型され、図１に示すように冷媒ガス１１１を吸入マフラー１５７内に導く尾管１５９と、吸入マフラー１５７内の冷媒ガス１１１を圧縮室１４１内に導く連通管１６１と、消音空間１６３を形成するマフラー本体１６５とを備えている。

尾管１５９は、一端が消音空間１６３に連通するとともに、他端が密閉容器１０１内へ開口する吸入口１６４（図２参照）を備えている。

また、クランクシャフト１１９と吸入マフラー１５７の間に、密閉容器１０１の上部内面から伸ばした軟性樹脂でできた弾性体の隔壁１６７を、シリンダブロック１２１の堰１
２２とオーバーラップするようにシリンダブロック１２１の近傍まで設けてある。

その隔壁１６７の下方に位置するシリンダブロック１２１の上面１６９に吸入マフラー１５７と反対側に向かって下がるような勾配を持つ溝１７１（図２、図３参照）が設けてある。

また、電動要素１０３は、外部のインバータ駆動装置（図示せず）と繋がり、複数の運転周波数でインバータ駆動される。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

密閉型圧縮機は、その吐出管１３３と吸入管１１５が、周知の構成からなる冷凍装置（図示せず）に接続され、冷凍サイクルを構成している。

その構成において、電動要素１０３に通電すると、ステータ１３７に電流が流れ、磁界が発生し、主軸１２９に固定されたロータ１３９が回転する。その回転によりクランクシャフト１１９が回転し、偏心軸１２７に回転自在に取り付けられた連結手段１２５を介して、ピストン１２３がシリンダ１４３内を往復運動する。

そして、このピストン１２３の往復運動に伴い、吸入管１１５を通過して密閉容器１０１内に戻った冷媒ガス１１１は、吸入マフラー１５７を介して圧縮室１４１内へ吸入され、圧縮された後、高圧管１３５を介して吐出管１３３へと流れる。そして、冷凍装置の配管経路（図示せず）を循環する。

次に、密閉型圧縮機の吸入行程について説明する。

ピストン１２３が、圧縮室１４１の容積が増加する方向に移動すると、圧縮室１４１内の冷媒ガス１１１が膨張する。そして、圧縮室１４１内の圧力が吸入圧力を下回ると、圧縮室１４１内の圧力と吸入マフラー１５７内の圧力との差により、吸入バルブ１５１が開き始める。

この動作に伴い、冷凍サイクルから戻った温度の低い冷媒ガス１１１は、吸入管１１５の開口部１１７から密閉容器１０１内に一旦開放され、その後、吸入マフラー１５７の吸入口１６４から吸入され尾管１５９を経て、消音空間１６３内に導入される。そして、導入された冷媒ガス１１１は、連通管１６１を経て、圧縮室１４１内に流入する。

その後、ピストン１２３の動作が下死点から圧縮室１４１内の容積が減少する方向に転じると、圧縮室１４１内の冷媒ガス１１１が圧縮され、圧縮室１４１内の圧力は上昇する。そして、圧縮室１４１内の圧力が吸入マフラー１５７内の圧力を上回ると、吸入バルブ１５１は閉じる。

次に、潤滑油１１３の動作について説明する。

密閉容器１０１内底部に貯留された潤滑油１１３は、クランクシャフト１１９の回転により遠心力でクランクシャフト１１９下部より吸い上げられ、その後、摺動部で生じる粘性摩擦力を利用した給油機構１３１により、圧縮要素１０５の上部へ搬送される。圧縮要素１０５へ搬送された潤滑油１１３は、クランクシャフト１１９と軸受部１４５などの摺動部を潤滑した後、偏心軸１２７の上端から図１、図２の矢印で示すように飛散する。

偏心軸１２７より飛散した潤滑油１１３の一部は、ピストン１２３およびシリンダ１４
３の摺動部に降りかかり潤滑を行い、一部はシリンダブロック１２１の軸受け１４５上部に滞留する。この滞留した潤滑油１１３は、潤滑油１１３の排出孔１４６より密閉容器１０１の底部の潤滑油１１３の溜まりに戻る。さらに一部はシリンダブロック１２１の上方を越えて吸入マフラー１５７に降りかかり、また吸入マフラー１５７の吸入口１６４から吸入されるような形となる。吸入マフラー１５７に高温の潤滑油１１３が降りかかることで、マフラー本体１６５は加熱され、消音空間１６３内に導入された冷媒ガス１１１の温度が上昇する。さらに吸入口１１５の開口部１１７から吸入された高温の潤滑油１１３により消音空間１６３内に導入された冷媒ガス１１１の温度がさらに上昇する。その結果、圧縮室１４１内に流入する冷媒ガス１１１の密度が小さくなり、体積効率が悪化する。

しかしながら、本実施の形態においては、クランクシャフト１１９と吸入マフラー１５７の間に、密閉容器１０１の上部内面から伸ばした隔壁１６７を、シリンダブロック１２１の堰１２２とオーバーラップするように設けているので、クランクシャフト１１９の偏心軸１２７の先端から振り撒かれる熱い潤滑油１１３が、吸入マフラー１５７に降りかかることを確実に防止できる。これにより、吸入マフラー１５７が加熱されることを防止し、吸入マフラー１５７内を通過する冷媒ガス１１１の加熱を抑制することができるので、体積効率を向上させることができ、密閉型圧縮機の効率を高めることができる。しかも、堰１２２は密閉容器１０１の上部内面からの隔壁１６７とオーバーラップするので、その高さを低くすることができ、圧縮機の輸送時や、運転停止時の圧縮要素の揺れにより、堰１２２が密閉容器１０１の内面と衝突するようなことを防止でき、信頼性を損なうことも防止できる。

また、隔壁１６７は軟性樹脂でできた弾性体であるため、圧縮機の運送時の落下や、運転停止時の圧縮要素１０５の揺れによりシリンダブロック１２１と隔壁１６７が衝突しても、隔壁１６７やシリンダブロック１２１が損傷を受けることがないため、隔壁１６７をシリンダブロック１２１に接触する付近まで伸ばすことができる。これにより、クランクシャフト１１９の偏心軸１２７の先端から振り撒かれる熱い潤滑油１１３が、吸入マフラー１５７に降りかかることを効果的に防止することができ、吸入マフラー１５７の加熱を防止し、吸入マフラー１５７内を通過する冷媒ガス１１１の加熱を抑制することができる。したがって、体積効率を向上させることができ、密閉型圧縮機の効率を高めることができる。

また、隔壁１６７で遮蔽された潤滑油１１３は隔壁１６７を伝い落ち、シリンダブロック１２１の上面１６９に設けた溝１７１に落ち、この溝１７１に案内されて吸入マフラー１５７とは反対方向へ流れ、密閉容器１０１の底部に溜まった潤滑油１１３に戻る。そのため、潤滑油１１３が吸入マフラー１５７に滴り落ちないようになって、吸入マフラー１５７は加熱されず、吸入マフラー１５７内を通過する冷媒ガス１１１の加熱を抑制することができる。したがって、さらに体積効率を向上させることができ、密閉型圧縮機の効率を高めることができる。

前述した隔壁１６７に用いる軟性樹脂は、冷媒ガス１１１や潤滑油１１３に暴露されたり、高温のシリンダブロックに触れたりするため、耐冷媒性、耐油性、耐熱性のあるＰＥＴやテフロン（登録商標）等が望ましい。また密閉容器１０１の上部内面に軟性樹脂でできた弾性体の隔壁１６７を固定する方法としていくつかあるが、一例として密閉容器１０１に溶接された鋼板にリベット等で固定してもよいし、その溶接された鋼板と別の鋼板の間に隔壁１６７を挟みこみ固定してもよい。

また本実施の形態のようにインバータ駆動される場合、低速回転から高速回転までの回転域すべてにおいてクランクシャフト１１９の偏心軸１２７の先端から振り撒かれる熱い潤滑油１１３が吸入マフラー１５７に降りかかることを防止できるので、広い運転回転数
の範囲において体積効率を向上できる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機を搭載した冷凍装置の模式図である。ここでは、冷凍装置の基本構成の概略について説明する。

図３において、冷凍装置は、一面が開口した断熱性の箱体とその開口を開閉する扉体構成の本体２０１と、本体２０１の内部を、物品の貯蔵空間２０３と機械室２０５に区画する区画壁２０７と、貯蔵空間２０３内を冷却する冷媒回路２０９を具備している。

冷媒回路２０９は、密閉型圧縮機２１１と、放熱器２１３と、減圧装置２１５と、吸熱器２１７を環状に配管接続した構成となっている。

そして、上記密閉型圧縮機２１１は実施の形態１で説明した冷媒圧縮機としてある。

また、吸熱器２１７は、送風機（図示せず）を具備した貯蔵空間２０３内に配置されている。吸熱器２１７の冷却熱は、矢印で示すように、送風機によって貯蔵空間２０３内を循環するように撹拌される。

以上説明した冷凍装置は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機２１１を搭載していることにより、密閉型圧縮機２１１の体積効率が向上し、冷凍装置の消費電力が低減でき、省エネルギー化を実現することができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機および冷凍装置は、吸入マフラーの吸入効率を高め、圧縮機の効率を向上することができるので、電気冷蔵庫、あるいはエアーコンディショナー等の家庭用に限らず、業務用ショーケース、自動販売機などの冷凍装置に広く適用することができる。

１０１ 密閉容器
１０３ 電動要素
１０５ 圧縮要素
１１３ 潤滑油
１１９ クランクシャフト
１２１ シリンダブロック
１２２ 堰
１２３ ピストン
１２５ 連結手段
１２７ 偏心軸
１４６ 排出孔
１５７ 吸入マフラー
１６７ 隔壁
２０９ 冷媒回路
２１１ 密閉型圧縮機
２１３ 放熱器
２１５ 減圧装置
２１７ 吸熱器

Claims (5)

1. 密閉容器内に電動要素とこの電動要素によって駆動される圧縮要素とを配置し、前記圧縮要素は前記電動要素により駆動されるクランクシャフトを介してピストンを往復動させることにより冷媒を圧縮するとともに、吸入マフラーを介して前記冷媒を吸引する構成とし、かつ、前記圧縮要素の前記クランクシャフトと前記吸入マフラーとの間に堰を備え、更に前記堰とオーバーラップするように前記密閉容器の内面から隔壁を伸ばして設けたことを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 隔壁を弾性体で形成した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 隔壁の下側に位置する圧縮要素のシリンダブロックの上面に潤滑油を排出する溝を形成した請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 電動要素は複数の運転周波数でインバータ駆動する構成とした請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 密閉型圧縮機、放熱器、減圧装置及び吸熱器を配管によって環状に連結した冷媒回路を有し、前記密閉型圧縮機を、請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機とした冷凍装置。
   

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