JP4430348B2 - 往復動式圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、往復動式圧縮機に係るもので、詳しくは、作動（運転）中、吸入過熱による吸入損失を最小化するように、冷媒ガスの吸入構造を改善した往復動式圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、冷凍サイクル装置を構成する圧縮機は、増発器から流入する低温低圧状態の冷媒ガスを圧縮して高温・高圧状態で吐出する機器である。
圧縮機は、流体を圧縮する方式によって回転式圧縮機、往復動式圧縮機、スクロール圧縮機等に分類することができる。
【０００３】
特に、往復動式圧縮機は、ピストンが直線状に動きながら流体を吸入・圧縮するものである。往復動式圧縮機は、駆動モータの回転運動をピストンの往復運動に転換して流体を吸入・圧縮する方式と、駆動モータが直線往復動しながらピストンを往復運動させて流体を吸入圧縮する方式とに大別できる。
【０００４】
図８は、従来の往復動式圧縮機の内部を示す縦断面図である。
同図に示すように、従来の往復動式圧縮機は、ガス吸入管ＳＰとガス吐出管ＤＰとを有するケース１０と、ケース１０の内部前後に設置される前後方フレーム２１、２２、該前後方フレーム２１、２２の中間に設置される中間フレーム２３を具備するフレームユニット２０と、駆動力を発生させることができるように中間フレーム２３と後方フレーム２２との間に設置される往復動式モータ３０と、前方フレーム２１の中心に設置されるシリンダ４０、往復動式モータ３０の駆動力によりシリンダ４０内へと直線往復動するピストン５０、シリンダ４０の前面に設置されてその内部に圧縮室Ｐを形成する吐出カバー６１、吐出カバー６１の内部に位置されて圧縮室Ｐを選択的に開閉する吐出バルブ６２、吐出バルブ６２を付勢するバルブスプリング６３、ピストン５０の前面に係合し、該ピストン５０の内部に形成されたガス吸入流路Ｆを選択的に開閉する吸入バルブ６４を具備する圧縮ユニット７０と、ピストン５０に弾性力を提供するように前方フレーム２０と中間フレーム２３との間に設置されたスプリングユニット８０とを具備する。
【０００５】
往復動式モータ３０は、中間フレーム２３と後方フレーム２２との間に固定される外側固定子３１と、外側固定子３１の内側にに所定間隔をおいて挿入される内側固定子３２と、外側固定子３１と内側固定子３２との間に直線往復動可能に設置されピストン５０に連結される可動子３３とからなる。
【０００６】
従来の往復動式圧縮機では、ガス吸入管ＳＰが後方フレーム２２側に設置されて、ガス吐出管ＤＰが前方フレーム２１側に設置される。運転中に発生する吸入騷音を除去するために、後方フレーム２２側に吸入消音器Ｍが設置されている。
【０００７】
以下、従来の往復動式圧縮機の作用を説明する。
往復動式モータ３０に電源が印加されると、外側固定子３１および内側固定子３２に形成された磁束によって可動子３３が直線往復動する。
この時、可動子３３に連結されたピストン５０は、シリンダ４０の貫通穴４１内へと直線往復動する。
【０００８】
これと同時に、ケース１０のガス吸入管ＳＰを通ってガスが流入されるが、このように流入されたガスは、圧縮ユニット７０の動作によって圧縮室Ｐに吸入された後、ガス吐出管ＤＰを経て吐出され、この過程が繰り返される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、従来の往復動式圧縮機では、ガス吸入管ＳＰから流入された冷媒ガスが往復動式モータ３０を通過した後、ピストン５０の吸入流路Ｆを経て圧縮室Ｐに吸入されるが、圧縮室Ｐに吸入されたガスが吐出管ＤＰで吐出される運転の過程で往復動式モータ５０の発熱によって吸入損失が発生する。このような往復動式モータ５０の吸入過熱による吸入損失は、圧縮機の性能劣化させる最も主要な要因となっている。
【００１０】
また、従来の往復動式圧縮機には、運転中に発生する吸入騷音を除去するために後方フレーム２２に吸入消音器Ｍが設置されているが、ピストン５０の往復運動によって発生する吸音騷音が、ガス吸入管ＤＰを通じて圧縮機の外部へ直ちに漏れるので、吸音効果が低減するとともに、圧縮機の全長または、高さが大きくなるという問題がある。
【００１１】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、冷媒ガスの吸入構造を改善して運転中往復動式モータの過熱による吸入損失を防止できる往復動式圧縮機を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、シリンダの外周面に冷媒ガス吸音部材を設置して運転中に発生する吸入騷音を減らすことのできる往復動式圧縮機を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係る往復動式圧縮機は、ガス吸入管とガス吐出管を有するケースと、前記ケース内部に設置されたフレームユニットと、前記フレームユニットに設置され、その外側面に外周面に沿って多数のスロットが長手方向に形成されたシリンダ、前記シリンダ内へ直線往復動できるように前記往復動式モータに連結され、その外側面には、前記スロットと連通する通孔が複数形成されたピストン、一方は、前記スロットと連通し、他方は、前記ガス吸入管と連通するように前記シリンダの外周面に設置されるガス吸音部材、前記シリンダの全面に設置されてその内部に圧縮室を形成し、前記吐出管と連通する吐出カバー、前記吐出カバーの内部に位置されて前記圧縮室を選択的に開閉する吐出バルブ、前記吐出バルブを弾力的に支持するバルブスプリング、前記ピストンの前面に係合し、そのピストンの内部に形成されたガス吸入流路を選択的に開閉する吸入バルブを具備する圧縮ユニットと、前記ピストンに弾性力を提供するように前記フレームユニットに設置されたスプリングユニットとを具備する。
【００１４】
ガス吸入管とガス吐出管とを有するケースと、前記ケースの内部に設置されたフレームユニットと、前記フレームユニットに設置されてその外側面に外周面に沿って多数のスロットが長手方向に形成されたシリンダと、前記シリンダの中へ直線往復動できるように往復動式モータに連結され、その外側面には、前記スロットと連通する通孔が複数形成されたピストンを具備する圧縮ユニットとを具備する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施の形態による復動式圧縮機を詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による往復動式圧縮機におけるガス吸入運転を示す縦断面図であり、図２は、本発明の一実施の形態による往復動式圧縮機におけるガス吐出運転を示す縦断面図であり、図３は、本発明の一実施の形態による往復動式圧縮機におけるガスの流れを示す縦断面図であり、図４は、本発明のシリンダとピストンの係合を示す分解斜視図であり、図５は、本発明のスロットと通孔の位置を示す平面図であり、図６は、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【００１６】
図示するように、本発明の一実施の形態による往復動式圧縮機は、ガス吸入管ＳＰとガス吐出管ＤＰとを有するケース１１０と、ケース１１０内部前後に設置される前後方フレーム１２１、１２３、その前後方フレーム１２１、１２３の中間に設置される中間フレーム１２２を具備するフレームユニット１２０と、駆動力を発生させることができるように中間フレーム１２２と後方フレーム１２３との間に設置されるモータ１３０と、前方フレーム１２１の中心に設置され、その外側面に外周面に沿って多数のスロット１４１ａが長手方向に形成されたシリンダ１４１、シリンダ１４１内へと直線往復動できるように往復動式モータ１３０に連結され、その外側面には、スロット１４１ａと連通する通孔１４２ａが複数形成されたピストン１４２、一方には、スロット１４１ａと連通され、他側は、ガス吸入管ＳＰと連通するようにシリンダ１４１の外周面に設置されるガス吸音部材１４３、シリンダ６０の全面に設置されてその内部に圧縮室Ｐを形成してガス吐出管ＤＰと連通する吐出カバー１４４、吐出カバー１４４の内部に位置され、圧縮室Ｐを選択的に開閉する吐出バルブ１４５、吐出バルブ１４５を付勢するバルブスプリング１４６、ピストン１４２の前面に係合されて、そのピストン１４２の内部に形成されたガス吸入流路Ｆを選択的に開閉する吸入バルブ１４７を具備する圧縮ユニット１４０と、ピストン１４２に弾性力を提供できるように前方フレーム１２１と中間フレーム１２２との間に設置されたスプリングユニット１５０とを含む。
【００１７】
より詳しくは、フレームユニット１２０は、ケース１１０内部の前面に設置される前方フレーム１２１とケース１１０内部後面に設置される後方フレーム１２３と前後方フレーム１２１、１２３との間に設置される中間フレーム１２２からなる。
【００１８】
往復動式モータ１３０は、中間フレーム１２２と後方フレーム１２３との間に設けられ、駆動力を発生する。
往復動式モータ１３０は、中間フレーム１２２と後方フレーム１２３との間に固定される外側固定子１３１と、外側固定子１３１の中に所定間隔をおいて挿入される内側固定子１３２と、外側固定子１３１と内側固定子１３２との間に直線往復動自在に設けられ、ピストン１４２に連結される可動子１３３とを具備している。
【００１９】
圧縮ユニット１４０は、ガス吸入管ＳＰを介してガスを吸入・圧縮して、ガス吐出管ＤＰを経て吐出するものであり、その構成は、次の通りである。
まず、シリンダ１４１は、前方フレーム１２１の中心に嵌合され、シリンダ１４１の外側面には、その外周面に沿って多数のスロット１４１ａが長手方向に形成される。
【００２０】
ピストン１４２の一方は、往復動式モータ１３０に固定され、ピストン１４２の他方は、シリンダ１４１内へ直線往復動するように構成される。
シリンダ１４１に接するピストン１４２の外側面には、その外周面に沿ってスロット１４１ａと連通する通孔１４２ａが複数形成される。
【００２１】
通孔１４２ａは、ピストン１４２の直線往復運動中にも常にスロット１４１ａ内に位置される。すなわち、ピストン１４２は、シリンダ１４１の内部を直線往復動しながらガスを吸入及び圧縮するが、この時ピストン１４２は、通孔１４２ａとスロット１４１ａが常に連通された状態を維持する範囲内で移動する。
【００２２】
ピストン１４２がガス吸入運転をする時に、ガス吸入管ＳＰを通じてガス吸音部材１４３の内に流入されたガスは、スロット１４１ａと通孔１４２ａを経てピストン１４２の内部に流入されるが、このように流入したガスは、ガス吸入路Ｆを経て圧縮室Ｐに流入される。
【００２３】
この時、スロット１４１ａと通孔１４２ａとを流れるガスの進行方向は、ピストン１４２の往復運動方向と交差することにより運転中に発生する吸音騷音が少なくなる。
【００２４】
また、ガス吸音部材１４３は、シリンダ１４１の外周面を覆い、気密になり、前方フレーム１２１に固定される。
ガス吸音部材１４３の内周面側は、スロット１４１ａと連通するように形成され、該外周面側は、ガス吸入管ＳＰと連通するように構成される。
【００２５】
ガス吸音部材１４３は、内側ハウジング１４３ａとそれに係合する外側ハウジング１４３ｂで構成される。
ガス吸音部材１４３の内部には、共鳴空間Ｖが形成されるが、ガス吸入管ＳＰを通じてガス吸音部材１４３の共鳴空間Ｖに流入されたガスは、スロット１４１ａと通孔１４２ａとを経てピストン１４２のガス吸入流路Ｆに流れ込む。
【００２６】
ガス吸音部材１４３の外郭の四つの角には、前方スプリング１５２が通過するようにスプリング装着用の溝１４３ｃが形けられる。
吐出カバー１４４は、シリンダ１４１の前方に設置され、その内部に圧縮室Ｐを形成して吐出管ＤＰに連通するように構成される。
【００２７】
吐出バルブ１４５は、吐出カバー１４４の内部に位置すると同時に、シリンダ１４１の全面に固定される。吐出バルブ１４５は、ピストン１４２の圧縮時にのみ開放され、圧縮室Ｐ内のガスを吐出する。
【００２８】
バルブスプリング１４６は、吐出バルブ１４５を付勢し、吸入バルブ１４７は、ピストン１４２の前面に係合し、そのピストン１４２の内部に形成されたガス吸入流路Ｆを選択的に開閉するように構成される。
【００２９】
ピストン１４２に弾性力を提供するように前方フレーム１２１と中間フレーム１２２との間には、スプリングユニット１５０が設置される。
以下、のような本発明の一実施例による往復動式圧縮機の作用効果について説明する。
【００３０】
まず、往復動式圧縮機の動作を説明すると、往復動式モータ１３０に電源が印加されると外側固定子１３１および内側固定子１３２とに形成された磁束によって可動子１３４が直線往復動する。
【００３１】
この時、可動子１３３に連結されたピストン１４２は、シリンダ１４１内を直線往復動しながらガスを吸入・吐出する。
図１に示すように、ガス吸入運転時には、ピストン１４２が後退して下賜点に達する時、（ピストンが圧縮室を完全に膨脹させた時）まで、ガスは、ケース１１０のガス吸入管ＳＰを通じてガス吸音部材１４３の共鳴空間Ｖに流入される。このように流入されたガスは、さらにスロット１４１ａと通孔１４２ａとを経てピストン１４２のガス吸入流路Ｆ及び吸入バルブ１４７を通じて圧縮室Ｐに流入される。
【００３２】
図２に示すように、ガス圧縮及び吐出運転時には、ピストン１４２が前進して上死点に達した時（ピストンが圧縮室を完全に圧縮させた時）まで、圧縮されたガスは、圧縮室Ｐの吐出バルブ１４５及び吐出管ＤＰを通じて吐出される。
【００３３】
従来とは違って本発明では、ガスを吸入する際、往復動式モータを経由せずに迂回してシリンダ１４２の外周に設置されたガス吸音部材１４３を通じてガスを吸入するため、往復動式モータ１３０による吸入過熱を效果的に防止することができる。
【００３４】
また、本発明では、シリンダ１４２の外周面にガス吸音部材１４３が設置されるが、そのガス吸音部材１４３から流出するガスの流れがピストン１４２の運動方向と直交する構造となっていることにより、運転中に発生する吸音騷音及び振動がケース１０の外部に直ちに伝えられず、共鳴空間Ｖに流入されながら、ヘルムホルツ(Helmholtz)効果によってその大半が消滅される。
【００３５】
一方、図７は、本発明の他の実施例に係る往復動式圧縮機を示す縦断面図である。
図７に示すように、ガス吸音部材１４３を設置しなくてもガス吸入管ＳＰを通じてケース１１０内部に流入されたガスは、スロット１４１ａ、通孔１４２ａおよび吸入流路Ｆを経て圧縮室Ｐに吸入された後、ピストン１４２により圧縮されガス吐出管ＤＰを通じて排出され、そしてこの一連の過程を繰り返す。
【００３６】
一方、図示していないが、振動を減殺する役割をするループパイプを用いてガス吸音部材１６０とガス吸入管ＳＰとを連結する場合には、残余騷音と振動をもうより一層顕著に低減可能となる。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる往復動式圧縮機によれば、圧縮機の側面からガスを吸入し、その吸入ガスをガス吸音部材中へ誘導する構造となっており、往復動式モータによって発生する吸入過熱による吸入損失を防止して、吸入騷音及び振動を最小化して圧縮機を小型化し得るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による往復動式圧縮機におけるガス吸入運転を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施例による往復動式圧縮機におけるガス吐出運転を示す縦断面図である。
【図３】本発明の一実施例による往復動式圧縮機におけるガスの流れを示す縦断面図である。
【図４】本発明のシリンダとピストンの係合を示す分解斜視図である。
【図５】本発明のスロットと通孔の位置を示す平面図である。
【図６】図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図７】本発明の他の実施例による往復動式圧縮機を示す縦断面図である。
【図８】従来の往復動式圧縮機の内部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１１０…ケース
１２０…フレームユニット
１２１…前方フレーム
１２２…中間フレーム
１２３…後方フレーム
１３０…往復動式モータ
１４１…シリンダ
１４１ａ…スロット
１４２ａ…通孔
１４２…ピストン
１４３…ガス吸音部材
１４４…吐出カバー
１４５…吐出バルブ
１４６…バルブスプリング
１４７…吸入バルブ
１５０…スプリングユニット
Ｐ…圧縮室
ＳＰ…ガス吸入管
ＤＰ…ガス吐出管

Claims (5)

1. ガス吸入管とガス吐出管とを有するケースと、
   前記ケースの内部に設置されたフレームユニットと、
   前記フレームユニットに設置され、可動子が外側固定子と内側固定子との間に往復運動自在に設けられる往復動式モータと、
   前記フレームユニットに固定設置されるシリンダと、前記往復動式モータの可動子に結合されて前記シリンダ内で往復運動し、内部に吸入流路が運動方向に貫通形成されるピストンと、前記ピストンの先端面に設置されて前記吸入流路を開閉する吸入バルブと、前記シリンダの先端面に設置されて圧縮室を開閉する吐出バルブとを具備する圧縮ユニットと、
   前記フレームユニットと前記ピストンとの間に設置され、前記ピストンに弾性力を提供するスプリングユニットと、を含み、
   前記シリンダには、複数のスロットが貫通形成され、前記ピストンには、前記スロットと連通する通孔が複数形成され、
   前記シリンダの外周面には、前記シリンダのスロットを収容するように共鳴空間を有するガス吸音部材が設置され、前記ガス吸音部材の共鳴空間には、前記ガス吸入管が直接連通するように結合される往復動式圧縮機。
2. 前記通孔は、前記ピストンの直線往復運動中、常に前記スロット内に位置されることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機。
3. 前記スロットは、前記ピストンの運動方向に長く形成されることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機。
4. 前記ガス吸音部材の外周には、前記スプリングユニットを装着するための複数のスプリング装着用の溝が円周方向に所定の間隔をおいて屈曲形成されることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機。
5. 前記往復動式モータは、前記外側固定子及び前記内側固定子が前記フレームユニットの中間フレームと後方フレームとの間に固定され、
   前記圧縮ユニットのシリンダは、前記フレームユニットの前方フレームに固定され、
   前記ガス吸音部材は、前記往復動式モータの外郭に位置するように、前記前方フレームに固定されることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機。

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