JP4068934B2

JP4068934B2 - コンプレッサ

Info

Publication number: JP4068934B2
Application number: JP2002281502A
Authority: JP
Inventors: 浩二平野; 久尊加藤; 功川邉
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2022-09-26
Also published as: JP2004116413A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンプレッサに係わり、特に吐出弁の閉まり応答性を高めたコンプレッサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図１０に示すように、ロータリ式コンプレッサにおいて広く利用されている吐出弁構造１１は、吐出弁１２により圧縮要素側１３と吐出ガス室側１４が仕切られ、また圧縮され高圧となったガスは吐出弁１５を押し上げて吐出口１５から吐出ガス室側１４へと吐出される。このとき、吐出弁１２が必要以上に押し上げられないよう吐出弁押さえで、最大リフト量を抑制している。このような従来の吐出弁構造では、コンプレッサの高効率化が得られない。
【０００３】
近年、コンプレッサのさらなる高効率化が要求されており、弁押さえに丸孔からなる貫通孔を設けた吐出弁構造が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
しかしながら、このような単に弁押さえに丸孔からなる貫通孔を設けただけの構造では、次のような諸問題がある。すなわち、▲１▼弁押さえと弁が密着した時点で弁押さえに覆われない部分の面積と吐出弁頭部面積の比に性能への影響に対する対策がなされていないため、吐出弁が閉まる行程で時間ロスの対応には不十分であり、同時に、この間に圧縮室内へと逆流するガス量に伴う再膨張損失による効率低下は無視できないレベルとなっていること、▲２▼吐出弁頭部との面積比を考慮し貫通孔の面積を大きくする場合、弁押さえ強度を低下させてしまうこと、▲３▼組立性を考慮した場合、貫通孔と吐出弁および弁押さえ固定用穴が長手方向のほぼ端と端の同位置に存在し、また同程度の円形状であるため、貫通孔を誤って弁固定側に使用してしまうという作業ミスを起こし易いこと、▲４▼仮に誤って組まれた場合、固定点に余分な負荷を生じ吐出弁及び弁押さえに対する信頼性を損ねることなどの諸問題である。
【０００５】
また、吐出弁押さえに凹入部を設け、背圧を利用して弁離れを良くして吐出弁の応答性を改善したコンプレッサの吐出弁構造がある（特許文献１）。
【０００６】
しかしながら、この吐出弁押さえ構造では、吐出弁押さえが板厚に対して面積が小さいため、凹入部の加工が困難であり、あまり大きな凹入部を形成できないとともに、平面精度が悪化する不具合がある。
【０００７】
【特許文献１】
実開平３−１０８８８２号公報（第１頁右欄、第２頁左欄、第１図、第４図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、吐出弁の応答性を改善し高効率かつ信頼性が高い一方、簡易的な方法で誤組み込みを防止でき、かつ製造が容易なコンプレッサが要望されていた。
【０００９】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、吐出弁の応答性を改善し高効率かつ信頼性が高い一方、簡易的な方法で誤組み込みを防止でき、かつ製造が容易なコンプレッサを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、圧縮室側と吐出側を仕切る仕切部材と、この仕切部材に設けられた吐出口と、この吐出口を開閉するように仕切部材に取着された吐出弁と、この吐出弁の反吐出口側に対向して前記仕切部材に取着され、前記吐出口にほぼ対向する位置に貫通孔が設けられた吐出弁押さえとを有するコンプレッサであって、前記貫通孔は、弁押さえの長手方向に長い長孔であり、かつ、前記貫通孔の短手方向の幅は、前記吐出弁及び前記弁押さえ固定側の孔径よりも小さく、前記弁押さえと前記吐出弁が密着したとき、この吐出弁の弁頭部の前記弁押さえに覆われない部分の面積Ｓｖｓは、前記吐出弁の弁頭部面積Ｓｖａに対し、０．３０＜Ｓｖｓ／Ｓｖａ＜０．６５であることを特徴とするコンプレッサが提供される。これにより、吐出弁の応答性を改善し高効率かつ信頼性が高い一方、簡易的な方法で誤組み込みを防止でき、かつ製造が容易なコンプレッサが実現される。さらに、貫通孔が弁押さえの長手方向に長い長孔からなっており、弁押さえの強度および加工性を低下させることなく孔面積を大きくとれ、また、吐出弁及び弁押さえ固定側の孔径よりも小さいので、固定側で使用されるリベットのような固着手段が貫通孔に挿入できず、貫通孔を取着用孔として誤って弁固定側に使用してしまう組立て時の作業ミスが容易に防止される。
【００１１】
さらに、面積Ｓｖａである覆われない部分を介して、吐出弁は好ましい背圧を受けて、吐出弁の閉まり行程での応答性が高まり、この間に圧縮室内へ逆流するガス量を抑制でき、再膨張伴なう再膨張損失を低減でき、より高効率の圧縮が可能となり、また、吐出弁の閉じ遅れ、吐出弁の弁押さえへの貼り付きを防止できて、吐出弁の信頼性が向上する。
【００１２】
また、他の好適な一例では、上記貫通孔は、その稜線部に０．１〜０．５のＲ形状またはＣ面取りが施される。これにより、弁押さえの背面側については貫通孔へのガス引き込みが促進（ノズル効果）され、また弁側では（エッジ部等による）接触時の損傷が緩和される。
【００１３】
また、他の好適な一例では、上記吐出弁のバネ定数は、０．１５〜０．７０Ｎ／ｍｍである。これにより、圧縮されたガスが吐出弁を押し上げる際に必要な力とこの力に相反する弁閉じ応答性に対して、両者の間での最適値を選定することとなり、高圧縮効率が実現される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるコンプレッサの第１実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明に係わるコンプレッサの第１実施形態に用いられる吐出弁構造の平面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う縦断面図、図３は図２を拡大して示す縦断面図である。
【００１６】
図１及び図２に示すように、本コンプレッサの第１実施形態は、吐出弁構造１を有しており、この吐出弁構造１は、コンプレッサ、例えばロータリコンプレッサの圧縮室側と吐出側としての吐出ガス室側を仕切る仕切部材、例えば圧縮要素に気密的に取着された軸受２と、この軸受２に設けられた吐出口３と、この吐出口３を開閉するように軸受２に取着された吐出弁４と、この吐出弁４の反吐出口側に対向して軸受２に取着され、吐出口３にほぼ対向する位置に貫通孔５が設けられた吐出弁押さえ６とを有している。
【００１７】
図３に示すように、上記吐出弁４及び吐出弁押さえ６は、片持ち積層状態でリベット７のような固着手段により、弁座３ａを有する吐出口３が設けられた軸受２に取着されており、この取着は、リベット７を図４に示す吐出弁４に設けられた弁取着孔４ａ、図５に示す吐出弁押さえ６に設けられた弁押さえ取着孔６ａに貫通させることで行われている。
【００１８】
また、図４に示すように、上記吐出弁４は、一端には、図４中一部点線で示すようなほほ円形の弁頭部４ｂが設けられ、他端には、弁取着孔４ａが設けられた中細長円形状の板体で形成されている。
【００１９】
さらに、図５に示すように、吐出弁押さえ６は、ほぼ上記吐出弁４と同様の長さを有した長方形状をなし、一端には、弁押さえ６の長手方向に長い長孔からなりその開口面積Ｓ_５の貫通孔５が設けられている。このような長孔の貫通孔５を設けることにより、弁押さえ６の強度および加工性を低下させることなく孔面積を大きく(弁に働く力も大)とれることに加えて、貫通孔５を通じて流れるガス圧を、図３に示すように吐出弁４のモーメントＭが大きくなる方向に作用させることができ、弁応答性をより高めることができる。また、他端には、弁押さえ取着孔６ａが設けられている。さらに、貫通孔５の短手方向の幅（短軸長さ）は、弁取着孔４ａ及び弁押さえ取着孔６ａの孔径よりも小さく形成されている。これにより、固定側で使用されるリベットのような固着手段が貫通孔に挿入できず、貫通孔を取着用孔として誤って弁固定側に使用してしまう組立て時の作業ミスが容易に防止できる。
【００２０】
また、吐出弁押さえ６は、その幅が吐出弁４の弁頭部４ｂの直径よりも小さく形成されており、貫通孔５に対応する部分以外にも円弧部４ｂ_１及び円弧部４ｂ_２が弁押さえ６に覆われない部分をなしている。従って、図５において、弁頭部４ｂの弁押さえ６に覆われない部分の面積Ｓｖｓ＝貫通孔開口面積Ｓ_５＋円弧部４ｂ_１の面積Ｓｂ_１＋円弧部４ｂ_２の面積Ｓｂ_２で表わされる。
【００２１】
また、図５に示すように、弁押さえ６と吐出弁４が密着したとき、この吐出弁４の弁頭部４ｂの弁押さえ６に覆われない部分の面積Ｓｖｓは、吐出弁４の弁頭部４ｂの面積Ｓｖａに対し、０．３０＜Ｓｖｓ／Ｓｖａ＜０．６５の関係を有する。これにより、吐出弁の応答性しいてはコンプレッサの効率と弁押さえの強度、信頼性の両方を考慮した最適値となる。Ｓｖｓ／Ｓｖａが、０．３０より小さいと、吐出弁に十分な背圧が得られず、吐出弁が弁押さえに貼り付く状態が発生し、０．６５を超えると、弁押さえに貫通孔を穿設する際に、弁押さえが変形してしまい、この変形により圧縮効率が低下する。また、貫通孔の長手方向の長さと短手方向の幅の比は１．４〜２．０の範囲が製造上好ましい。さらに、０．３０＜Ｓｖｓ／Ｓｖａ＜０．６５の関係において、吐出弁のバネ定数は、０．１５〜０．７０Ｎ／ｍｍに設定されるのが好ましい。これにより、圧縮されたガスが吐出弁を押し上げる際に必要な力と、この力に相反する弁閉じ応答性に対して、両者の間での最適値を選定することとなり、高圧縮効率が実現できる。理想的には、吐出弁を押し上げる際には、容易に開放されるのに必要な力は、可能な限り小さい（バネ定数が小）ことが望ましく（過圧縮損失の低減）、一方、閉まり行程では、可能な限り素早く閉じる（バネ定数が大）ことが好ましい。
【００２２】
さらに、図６に示すように、貫通孔５には、その稜線部５ａに０．１〜０．５のＲ形状またはＣ面取りが施されている。これにより、弁押さえ６の背面側については貫通孔５へのガス引き込みを促進（ノズル効果）し、また弁側では（エッジ部等による）接触時の損傷を緩和することができる。なお、貫通孔は、楕円、長円、矩形で形成されるのが好ましい。
【００２３】
次に本発明に係わるコンプレッサの第１実施形態の働きについて説明する。
【００２４】
図２及び図３に示すように、圧縮要素で圧縮された冷媒ガスは、高圧になって、吐出口３を通り、吐出弁４を押圧して、吐出口３を開放し、吐出ガス室側に吐出する。押圧された吐出弁４は、フルリフト位置まで開放され、弁押さえ６と密着状態になる。この密着状態で、吐出ガス圧は低下し、また、吐出ガス室側のガス圧力が吐出弁４に背圧として作用する。このとき、図５に示すように、吐出弁４の弁頭部４ｂの弁押さえ６に覆われない部分の面積Ｓｖｓは、吐出弁４の弁頭部４ｂも面積Ｓｖａに対し、０．３０＜Ｓｖｓ／Ｓｖａ＜０．６５の関係を有するので、面積Ｓｖａである覆われない部分を介して、吐出弁４は好ましい背圧を受けて、吐出弁４の閉まり行程での応答性が高まり、この間に圧縮室内へ逆流するガス量を抑制でき、再膨張伴なう再膨張損失を低減できる。従って、より高効率の圧縮が可能となる。また、吐出弁の閉じ遅れ、吐出弁の弁押さえへの貼り付きを防止できて、吐出弁の信頼性が向上する。また、貫通孔は弁押さえの長手方向に長い長孔からなっているので、弁押さえの強度および加工性を低下させることなく孔面積を大きくとれることに加えて、貫通孔を通じて流れるガス圧を吐出弁のモーメントが大きくなる方向に作用させることができ、弁応答性をより高めることができる。
【００２５】
また、本発明に係わるコンプレッサの第２実施形態について説明する。
【００２６】
図５に示すような上記第１実施形態は、吐出弁の弁頭部が吐出弁押さえの幅よりも大きく、２個の円弧部が形成される吐出弁構造を有するのに対して、本第２実施形態は、吐出弁の弁頭部が吐出弁押さえの幅よりも小さく、２個の円弧部が形成されず、貫通孔の開口面積がより大きく形成される吐出弁構造を有している。
【００２７】
例えば、図７に示すように、第２実施形態は吐出弁構造１Ａを有し、この吐出弁構造１Ａは、吐出弁４Ａと長孔からなる貫通孔５Ａが設けられた吐出弁押さえ６Ａとを有している。吐出弁４Ａの弁頭部４Ａｂは吐出弁押さえ６Ａの端部幅ｗよりも小さく形成されており、さらに、長孔からなる貫通孔５Ａの面積は、上記第１実施形態における貫通孔の開口面積よりも大きく形成されている。弁押さえ６Ａに覆われない部分の面積ＳＡｖｓ（貫通孔５Ａの開口面積）は、吐出弁４Ａの弁頭部４Ａｂの面積ＳＡｖａに対し、０．３０＜Ｓｖｓ／Ｓｖａ＜０．６５の関係を有する。
【００２８】
従って、長孔からなる貫通孔４Ａの面積が大きく形成されており、面積ＳＡｖａである覆われない部分を介して、吐出弁４Ａは好ましい背圧を受けて、吐出弁４Ａの閉まり行程での応答性が高まり、この間に圧縮室内へ逆流するガス量を抑制でき、再膨張伴なう再膨張損失を低減でき、より高効率の圧縮が可能となる。他の構成は図３に示すコンプレッサと異ならないので、説明は省略する。
【００２９】
【実施例】
図５に示すような本発明に係わるコンプレッサを用い、▲１▼吐出弁のバネ定数を一定とし、面積比Ｓｖｓ／Ｓｖａを変化させてロータリコンプレッサのＣＯＰを調べた。また、▲２▼面積比Ｓｖｓ／Ｓｖａを一定とし、吐出弁のバネ定数を変化させてロータリコンプレッサのＣＯＰを調べた。
【００３０】
結果：図８及び図９に示す。
【００３１】
図８からもわかるように、面積比Ｓｖｓ／Ｓｖａが本発明の範囲内では、ＣＯＰはほぼ一定の値を示し、従来例に比べてＣＯＰが１％向上した。
【００３２】
また、図９からもわかるように、吐出弁のバネ定数が本発明の範囲内では、ＣＯＰは最高値を有し、この範囲を外れると、急激にＣＯＰが低下することがわかった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係わるコンプレッサによれば、吐出弁の応答性を改善し高効率かつ信頼性が高い一方、簡易的な方法で誤組み込みを防止でき、かつ製造が容易なコンプレッサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるコンプレッサの第１実施形態に用いられる吐出弁構造の平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う縦断面図。
【図３】図２の吐出弁付近を拡大して示す縦断面図。
【図４】本発明に係わるコンプレッサの第１実施形態に用いられる吐出弁の平面図。
【図５】本発明に係わるコンプレッサの第１実施形態に用いられる吐出弁及び吐出弁押さえの平面図。
【図６】本発明に係わるコンプレッサの第１実施形態の使用状態を示す概念図。
【図７】本発明に係わるコンプレッサの第２実施形態の平面図。
【図８】本発明の第１実施形態のコンプレッサを用いた試験結果図。
【図９】本発明の第１実施形態のコンプレッサを用いた試験結果図。
【図１０】従来のコンプレッサに用いられる吐出弁構造の縦断面図。
【符号の説明】
１コンプレッサの吐出弁構造
２軸受
３吐出口
３ａ弁座
４吐出弁
４ａ弁取着孔
４ｂ弁頭部
４ｂ_１円弧部
４ｂ_２円弧部
５貫通孔
５ａ稜線部
６吐出弁押さえ
６ａ弁押さえ取着孔
７リベット

Claims

圧縮室側と吐出側を仕切る仕切部材と、この仕切部材に設けられた吐出口と、この吐出口を開閉するように仕切部材に取着された吐出弁と、この吐出弁の反吐出口側に対向して前記仕切部材に取着され、前記吐出口にほぼ対向する位置に貫通孔が設けられた吐出弁押さえとを有するコンプレッサであって、前記貫通孔は、弁押さえの長手方向に長い長孔であり、かつ、前記貫通孔の短手方向の幅は、前記吐出弁及び前記弁押さえ固定側の孔径よりも小さく、前記弁押さえと前記吐出弁が密着したとき、この吐出弁の弁頭部の前記弁押さえに覆われない部分の面積Ｓｖｓは、前記吐出弁の弁頭部面積Ｓｖａに対し、０．３０＜Ｓｖｓ／Ｓｖａ＜０．６５であることを特徴とするコンプレッサ。
請求項１に記載のコンプレッサにおいて、前記貫通孔は、その稜線部に０．１〜０．５のＲ形状またはＣ面取りが施されることを特徴とするコンプレッサ。
請求項１または２に記載のコンプレッサにおいて、前記吐出弁のバネ定数は、０．１５〜０．７０Ｎ／ｍｍであることを特徴とするコンプレッサ。