JP3082867B2 - 密閉形圧縮機 - Google Patents

密閉形圧縮機

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JP3082867B2 JP03167302A JP16730291A JP3082867B2 JP 3082867 B2 JP3082867 B2 JP 3082867B2 JP 03167302 A JP03167302 A JP 03167302A JP 16730291 A JP16730291 A JP 16730291A JP 3082867 B2 JP3082867 B2 JP 3082867B2
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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、密閉形圧縮機に係り、
特に、冷凍機器等に用いられるレシプロ式圧縮機のピス
トン装置を改良した密閉形圧縮機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】まず、従来の密閉形圧縮機を図5を参照
して説明する。図5は、従来のレシプロ形圧縮機の縦断
面図である。図5に示すように、冷蔵庫、空調機等に用
いられる密閉形圧縮機のうち、レシプロ式の圧縮機は、
一般に、密閉容器1内に圧縮機部2、電動機3を収納
し、密閉容器底部に冷凍機油4を貯溜している。前記圧
縮機部2を構成するシリンダ7の内径に、摺動可能にピ
ストン6が嵌合され、このピストン6は電動機3の回転
力を伝える回転軸5のシャフトピン部(クランク部)5
aの偏心回転によりシリンダ7内を往復運動し、これに
よって冷媒ガスを吸込、圧縮、吐出させる構造となって
いる。図5には図示しないが、シリンダヘッド8のピス
トンヘッド対向部に吐出ポートおよび弁手段が形成され
ている。
【0003】このような従来の密閉形圧縮機のピストン
装置では、ピストン6が上死点に達した時点における、
シリンダ7内のトップクリアランス部とシリンダヘッド
8の吐出ポートとからなるデッドボリュームが大きく、
理論押除量の0.5〜2%近くを占めており、これが体
積効率を低下させる要因となっている。特に、吐出ポー
ト部はデッドボリューム全体の40%〜60%をも占め
るものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術における
デッドボリュームの問題を解決する意味から、本発明者
等が先に特願平3−51111号にて提案したように、
ピストンヘツド面における、シリンダヘッドの吐出ポー
ト部に対応する位置に凸部を設けることで、デッドボリ
ュームを小さくすることが行われている。これにより、
デッドボリュームを減らす面で大きな効果を得ることが
できると考えられるが、一方、ピストンの凸部、シリン
ダヘッドの吐出ポート部におけるガス流速が異常に速く
なり、また、異常な圧力損失を生じる恐れがある。この
ため、前記凸部と、吐出ポート部のバルブリフトをある
値に限定する必要がある。
【0005】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、その目的は、ピストン先端に
凸部を設けデッドボリュームを削減しようとするときに
問題となる過速流速、圧力損失増加等の問題を解消し、
凸ピストンを有効に利用しうる密閉形圧縮機を提供する
ことにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る密閉形圧縮機の構成は、密閉容器内
に、冷媒ガスを圧縮する圧縮機部と該圧縮機部を駆動す
る電動機とを収納し、前記圧縮機部がシリンダ内でピス
トンを往復動させる構成であるとともに、そのピストン
ヘッド面の、シリンダヘッドのほぼ円錐台形状の吐出ポ
ート部に対応する位置にほぼ円錐台形状のピストン凸部
が設けられた密閉形圧縮機において、ピストン凸部が前
記吐出ポート部に出入りするものであり、かつ、ピスト
ン凸部の円錐台部の高さをh、大径をd 1 、小径をd 2
前記吐出ポート部の前記ピストン凸部の円錐台部に対応
した円錐台部の大径をd 3 、小径をd 4 としたとき、h/
{(d1−d2)/2}>h/{(d3−d4)/2}とな
るものである。
【0007】なお、本発明を開発した考え方を付記する
と、次のとおりである。上記目的を達成するための条件
として、まず第一に吐出ポート部のガス流速をバルブリ
フト部のガス流速以下に抑えること、第二に圧力損失を
最小限に抑えることがあげられる。これらを考慮に入れ
て、ピストン凸部および吐出ポート部の形状を決定する
必要がある。このような条件のもとでピストン凸部と吐
出ポート部の形状を決定したとき、その各々の寸法比は
ある値に限定され、それ以外の比率では上述の条件を満
たさないか、あるいは満たしても逆にピストン凸部と吐
出ポート部の隙間が大きすぎてデッドボリュームを塞ぐ
ことができず凸ピストン本来の目的を満たさない結果と
なる
【0008】
【作用】前述のように、ピストン凸部および吐出ポート
部の寸法比を定めたとき、吐出ポート部のガス流速をバ
ルブリフト部以下に抑え、かつ、圧力損失を最小限に抑
えるという条件を満たし、デッドボリュームの大きな部
分を塞ぐことができる寸法比となり、凸ピストンを有効
に利用することができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1ないし図4を
参照して説明する。図1は、本発明の一実施例に係る凸
ピストン式レシプロ形圧縮機の縦断面図、図2は、図1
の圧縮機におけるピストン凸部および吐出ポート部の拡
大断面図、図3は、ピストン凸部および吐出ポート部の
寸法設定の根拠を説明する断面図、図4は、シャフトピ
ン部回転角、吐出ポート流速、圧力損失の関係を示す線
図である。各図において、図5と同一符号のものは従来
技術と同等部分であるから、その説明を省略する。
【0010】本実施例のレシプロ形密閉圧縮機では、図
2,3に示すように、圧縮機部2を構成するピストン6
のピストンヘッド面における、シリンダヘッド8の吐出
ポート11に対応する位置に、ピストン凸部10を形成
してなるものである。しかして、このピストン凸部10
は、ほぼ円錐台形状のものであり、吐出ポート11もほ
ぼ円錐台形状のテーパーを有する孔である。図2に拡大
して示すように、ピストン凸部10はピストン6ヘッド
面からの高さh、大径部寸法d1、小径部寸法d2の台形
状であり、吐出ポート11は、大径部寸法d3、小径部
寸法d4のテーパー孔である。
【0011】図3には、ピストン6のピストン凸部10
が、シリンダ8の吐出ポート11のデッドボリュームの
一部を塞ぎつつある状態を示しており、ピストン6が上
死点に達するとき、吐出弁9を押し上げ、いわゆるバル
ブリフトが構成される。ピストン凸部10における径寸
法d1,d2、吐出ポート11における径寸法d3,d4
選び方によって前記ピストン凸部10および吐出ポート
11のラップのタイミングが異なってくる。本発明者ら
は、上記ラップの始まる瞬間から上死点に達する最後ま
で上記ラップの投影面積、吐出体積の時間的変化を机上
解析により実験した。
【0012】時間をtとし、時間tにおけるポート投影
断面積をA(t)とする(図3(b)参照)。このとき
の吐出体積をV(t)とする(図3(a)参照)。微小
時間経過をt+Δtで表わせば、ポート投影断面積の変
化はA(t+Δt)となり、吐出体積の変化はV(t+
Δt)となる。瞬間吐出流速vは次式で与えられる。
【数1】 この式に基づく机上解析の結果を図4に示す。
【0013】図4は、横軸にシヤフトピン5a部の回転
角、縦軸に吐出流速(吐出ポート流速)および圧力損失
をとり、本発明を適用した例と本発明を適用しない例
(図4では他事例と記す)とを比較して示している。本
発明を適用した例は、ピストン凸部と吐出ポート部との
台形をなすテーパーの向きを規定する式が、h/{(d
1−d2)/2}>h/{(d3−d4)/2}となってお
り、本発明を適用しない例は、h/{(d1−d2)/
2}<h/{(d3−d4)/2}となっている。
【0014】図2に示すようにピストン凸部10の大径
1、小径d2、吐出ポート11の大径d3、小径d4とし
たとき、d1:d2:d3:d4=1.36:1.0:1.
61:1.07とすると、図3に示すように、ガス流
速、圧力損失とも最良の値となることが確認された。他
の例として、d1:d2:d3:d4=1.15:1.0:
1.21:1.06とした場合、図3に示すように吐出
ポート11部の吐出ガス流速をバルブリフト部のガス流
速以下に抑えるという条件を満たさず、かつ、圧力損失
も本発明の例の10倍以上にもなり採用できないことが
確認された。
【0015】上記実施例のd1:d2:d3:d4=1.3
6:1.0:1.61:1.07による吐出ポート流速
および圧力損失は図4に実線で示しているが、破線およ
びハッチングで示す範囲は実用上好ましい範囲であり、
1:d2:d3:d4=1.3〜1.4:1.0:1.5
〜1.7:1.0〜1.1が選択される。
【0016】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、ピストン先端に凸部を設けデッドボリュームを削
減しようとするときに問題となる過速流速、圧力損失増
加等の問題を解消し、凸ピストンを有効に利用しうる密
閉形圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る凸ピストン式レシプロ
形圧縮機の縦断面図である。
【図2】図1の圧縮機におけるピストン凸部および吐出
ポート部の拡大断面図である。
【図3】ピストン凸部および吐出ポート部の寸法設定の
根拠を説明する断面図である。
【図4】シャフトピン部回転角、バルブリフト部流速、
圧力損失の関係を示す線図である。
【図5】従来のレシプロ形圧縮機の縦断面図である。
【符号の説明】
1 密閉容器 2 圧縮機部 3 電動機 5 回転軸 5a シャフトピン部 6 ピストン 7 シリンダ 8 シリンダヘッド 10 ピストン凸部 11 吐出ポート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04B 39/00 F04B 39/00 107

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 密閉容器内に、冷媒ガスを圧縮する圧縮
    機部と該圧縮機部を駆動する電動機とを収納し、前記圧
    縮機部がシリンダ内でピストンを往復動させる構成であ
    るとともに、そのピストンヘッド面の、シリンダヘッド
    のほぼ円錐台形状の吐出ポート部に対応する位置にほぼ
    円錐台形状を有するピストン凸部が設けられた密閉形圧
    縮機において、ピストン凸部が前記吐出ポート部に出入
    りするものであり、かつ、ピストン凸部の円錐台部の
    さをh、大径をd 1 、小径をd 2 、前記吐出ポート部の前
    記ピストン凸部の円錐台部に対応した円錐台部の大径を
    3 、小径をd 4 としたとき、h/{(d1−d2)/2}
    >h/{(d3−d4)/2}となることを特徴とする密
    閉形圧縮機。
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