JP4622793B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍冷蔵庫等の冷凍サイクルに用いられる密閉型圧縮機に関するものである。

近年、例えば、家庭用冷凍冷蔵庫等の冷凍装置に使用される密閉型圧縮機については、より消費電力の低減効果の高いものが強く望まれている。従来の密閉型圧縮機としては、低回転時の高効率化を図る上で、圧縮室からの漏れ損失を低減することによりピストンとシリンダー間の漏れ損失を低減して高効率化したものがある（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来の密閉型圧縮機を説明する。

図７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であり、図８は従来の密閉型圧縮機の要部断面図であり、図９は図８のＶ−Ｖ‘線における矢視図である。

図７、図８、図９において、密閉容器１内部の密閉容器内空間２には、固定子３と永久磁石を内蔵した回転子４からなる電動要素５と、電動要素５によって駆動される圧縮要素６と、密閉容器１内下部に貯溜したオイル７を収容する。

シャフト８には、回転子４が圧入固定される主軸部９および主軸部９に対し偏心して形成された偏芯軸部１０を有する。シャフト８に形成された給油手段８ａは、一端がオイル７中に開口し他端が粘性ポンプ１２と連通する傾斜ポンプ１１と、粘性ポンプ１２の他端で密閉容器内空間２へと開口する縦孔部１３と、これに連通する横孔部１４とから構成されている。

横孔部１４は一端が縦孔部１３に開口しており、他端は密閉容器内空間２に開口していて、偏芯軸部１０の偏心方向に向かって穿設されている。

ブロック１５は、略円筒形の圧縮室１７を形成するシリンダー１６及び主軸部９を軸支する主軸受１８を備えている。シリンダー１６には、偏芯軸部１０との間を連結手段２０によって連結されたピストン１９が往復摺動自在に挿入されている。

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を説明する。

電動要素５の回転子４はシャフト８を矢印Ｂの方向に回転させ、偏芯軸部１０の回転運動が連結手段２０を介してピストン１９に伝えられることでピストン１９は圧縮室１７内を往復運動する。これにより、冷却システム（図示せず）からの冷媒ガスは圧縮室１７内へ吸入・圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出されるといったサイクルを繰返す。

シャフト８が回転することにより、傾斜ポンプ１１内のオイル７は遠心力により上方へと汲み上げられ、粘性ポンプ１２を介し各摺動部への給油を施した後、偏芯軸部１０の縦孔部１３や横孔部１４から開放され、密閉容器空間２に飛散される。このとき、ピストン１９上部に、特に横孔部１４からの放出路Ａによって飛散したオイルはピストン１９の上部にも飛散されることから、ピストン１９の周りにオイル７が塗布されてピストン１９とシリンダー１６との間のオイルシール性を向上させ、漏れ損失の低減が図れる。
特開２０００−１４５６３７号公報

しかしながら従来の偏芯軸部１０の偏心方向に向かって穿設されている横孔部１４から飛散されるオイル放出軌跡Ａでは、ピストン１９が下死点近傍に来る前にピストン１９近傍に散布されてしまうことが分かった。その結果、ピストン１９の上面にはオイル７があまり散布されないため、ピストン１９とシリンダー１６との間のオイルシール性が十分に確保できず、体積効率の低下に伴う効率低下を生ずるといった課題を有していた。また十分な給油が得られないため、ピストン１９とシリンダー１６間で摩耗が生じやすいといった課題を有していた。

この傾向は特にＲ６００ａ等の冷媒を用いる際に気筒容積を拡大するため偏芯軸部１０の偏芯量を大きくしたものにおいて顕著であった。すなわち偏芯量が大きくなると偏芯軸部１０の遠心力が大きくなり横孔部１４からのオイル噴出力が強まるので、横孔部１４から飛散されるオイル放出軌跡Ａが余計にずれてしまうものと推察される。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、信頼性が高く、体積効率と効率の高い密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

上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、オイル放出路を、前記偏芯軸部の内周から偏芯方向に向けて開口する嵌入孔と、一端が前記嵌入孔に挿入され、他端が前記クランクシャフトの回転方向とは逆方向に曲げられながら放射状に伸びているオイル放出パイプを具備する構成としたもので、偏芯軸部からのオイル投射開始位置を遅延させることで、ピストン１９が下死点近傍に来た時にオイルがピストン上部に散布されるという作用を有する。

本発明の圧縮機は、ピストン外周への給油性を良化することでシール性を高め、信頼性が高く、体積効率と効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

請求項１に記載の発明は、密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに電動要素と電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、圧縮要素は偏芯軸部と主軸部を有し下端に給油ポンプを備えたクランクシャフトと、主軸部を軸支する主軸受を備えたシリンダーブロックと、シリンダーブロックに主軸部の軸芯と略直交するように圧縮室内で往復運動するピストンを有し、偏芯軸部の内周には前記給油ポンプと連通する連結孔と、連結孔と偏芯部の外側空間とを連通するオイル放出路を備え、オイル放出路を、前記偏芯軸部の内周から偏芯方向に向けて開口する嵌入孔と、一端が前記嵌入孔に挿入され、他端が前記クランクシャフトの回転方向とは逆方向に曲げられながら放射状に伸びているオイル放出パイプを具備する構成としたもので、気筒容積変更等によるピストン外径違いや偏芯量違いによってオイルの投射位置が変更しても偏芯軸部からのオイルの投射開始位置を最適化することできる。したがって、オイルを確実にピストン上部に投射することができ、信頼性が高く、体積効率と効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

しかも、前記オイル放出路を、偏芯軸部に穿設した嵌入孔および嵌入孔に嵌入された放出パイプによって形成したものであり、ピストン近傍でのオイル投射が可能となる。その結果、より精度の高い位置調整ができることから、より正確にピストン上部にオイルを散布することができ、さらに信頼性が高く、体積効率と効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に、更に、２０ｒｐｓ以下の回転周波数で運転されることから、冷凍能力に対するピストンとシリンダー間からの漏れ損失の割合が大きくなる低回転運転といった場合においても、オイルシール性を向上することができるので、リーク量低減が成されて体積効率低下に伴う圧縮機の効率低下を防止でき、冷却システムの消費電力を低減する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明に、更に、炭化水素系冷媒であるＲ６００ａ雰囲気中で運転されるので、従来のＲ１３４ａ冷媒を使用した圧縮機と比べて気筒容積の拡大に伴うピストンの径大化によって、冷媒の漏れが生じやすくなっても
、ピストン上部への給油が確保される為に、冷媒の漏れを抑制され、体積効率の低減を防止し更なる高効率化を図ることができる。

以下、本発明の参考例および実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この参考例および実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（参考例１）
図１は、本発明の参考例１における密閉型圧縮機の縦断面図、図２は、同参考例１の密閉型圧縮機に用いるピストン周りの要部拡大図、図３は、図２のＣ−Ｃ’線の矢視図である。

図１から図３において、密閉容器１０１内部の密閉容器内空間１０２には、固定子１０３と永久磁石を内蔵した回転子１０４からなる電動要素１０５と、電動要素１０５によって駆動される圧縮要素１０６と、密閉容器１０１内下部に貯溜したオイル１０７を収容する。電動要素１０５はインバーター（図示せず）によって２０ｒｐｓ未満の運転周波数および８０ｒｐｓ以上の運転周波数を含む複数の運転周波数で駆動される。

本圧縮機に使用される密閉容器内空間１０２の冷媒は、温暖化係数の低い自然冷媒として代表的な炭化水素系冷媒Ｒ６００ａである。

シリンダー１１６を有するブロック１１５は略円筒形の圧縮室１１７を有するとともに主軸部１０９を軸支する主軸受１１８を有しており、また固定子１０３が固定されている。シリンダー１１６には、偏心軸部１１０との間を連結手段１２０によって連結されたピストン１１９が往復摺動自在に挿入されている。

クランクシャフト１０８は、主軸部１０９及び主軸部１０９に対し偏心して形成された偏芯軸部１１０を有し、主軸部１０９には回転子１０４が圧入固定されている。

クランクシャフト１０８に形成された給油手段１０８ａは、一端がオイル１０７中に開口し他端が粘性ポンプ１１２と連通する傾斜ポンプ１１１と、粘性ポンプ１１２の他端で密閉容器内空間１０２へ向かうように上方に開口した連結孔１１３と、連結孔１１３から偏芯軸部１１０の外周に連通するオイル放出路１１４とから構成されている。

オイル放出路１１４は、一端が内開口部１１４ａにおいて連結孔１１３内に開口し、他端が外開口部１１４ｂにおいて偏芯軸部１１０の外周に開口している。内開口部１１４ａは偏芯軸部１１０が主軸部１０９に対して偏心している偏心方向に開口している。

外開口部１１４ｂは内開口部１１４ａから偏芯軸部１１０の軸心へ向かう方向に対して、クランクシャフトの回転方向Ｄと逆向きに角度θ分オフセットして開口している。偏芯軸部１１０の外開口部１１４ｂ近傍には、オイル放出路１１４の孔方向に対して略垂直となる面を備えた面取り部１１４Ｃが加工または鋳抜きで予め形成されており、オイル放出路１１４は通常、面取り部１１４Ｃからドリルによって穿設される。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下にその動作を説明する。

電動要素１０５の回転子１０４はクランクシャフト１０８を回転させ、偏芯軸部１１０の回転運動が連結手段１２０を介してピストン１１９に伝えられることでピストン１１９は圧縮室１１７内を往復運動する。これにより、冷却システム（図示せず）からの冷媒ガスは圧縮室１１７内へ吸入・圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出されるといったサイクルを繰返す。

また、クランクシャフト１０８の回転により、傾斜ポンプ１１１内のオイル１０７は遠心力により上方へと汲み上げられ、粘性ポンプ１１２を介し各摺動部への給油を施した後、偏芯軸部１１０内周に設けられた連結孔１１３に汲み上げられる。そしてオイル１０７は、連結孔１１３の上端およびオイル放出路１１４から、放出軌跡Ｍと放出軌跡Ｎで示す軌跡を描いて全周方向に放出される。

この際、連結孔１１３内では偏芯軸部１１０の回転に伴う遠心力によりオイル１０７は偏心方向に偏在しているが、内開口部１１４ａは偏芯軸部１１０が主軸部１０９に対して偏心している偏心方向に開口しているので、偏在したオイル１０７は内開口部１１４ａから確実にオイル放出路１１４へと流れ込む。

そして外開口部１１４ｂは内開口部１１４ａから偏芯軸部１１０の軸心へ向かう方向に対して、クランクシャフトの回転方向Ｄと逆向きに角度θ分オフセットして開口しているため、オイルの投射開始位置が少し遅れることになり、ピストン１１９が下死点近傍に位置し、シリンダー１１６から十分顔を出した状態においてオイルがピストン１１９の上面に散布されることになる。

その結果、ピストン１１９とシリンダー１１６との間に十分な量のオイルを給油することができ、シール性を高めることで体積効率が上がり、密閉型圧縮機の効率が向上する。同時に十分な給油が得られることでピストン１１９とシリンダー１１６間での摩耗を減少させることができる。

ここで、図４に本参考例１における密閉型圧縮機の運転回転数に対する効率の比率を示す。この結果からは低回転数運転状態において特に効率の改善が著しいことが分かる。これは低回転数運転状態では冷凍能力仕事量に対するピストン１１９とシリンダー１１６間からの漏れ損失量の割合が大きいため、従来、漏れ損失が大きく体積効率が悪かったところで、安定したオイルシールによる圧縮ガスのリーク量低減が体積効率の向上に大きく寄与したものと思われる。

近年、インバーター駆動される密閉型圧縮機を搭載した家庭用冷蔵庫では、断熱効率の向上に伴い庫内への熱の侵入が激減しており、高冷凍能力を必要とする高回転運転に較べて低冷凍能力でまかなえる低回転運転時での運転時間の比率が飛躍的に伸びている。そのため、低回転運転時における密閉型圧縮機の効率向上が冷蔵庫の消費電力の削減に極めて大きく寄与する。

以上のように本参考例１によれば圧縮機の低回転域でのピストン１１９とシリンダー１１６間のシール性を飛躍的に向上させることができ、その結果漏れ損失を激減させ、極め
て高い効率の圧縮機を実現することができる。

（実施の形態１）
図５は、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、図６は、同実施の形態１のＦ−Ｆ’線の矢視図である。

図５から図６において、密閉容器１３１内部の密閉容器内空間１３２には、固定子１３３と永久磁石を内蔵した回転子１３４からなる電動要素１３５と、電動要素１３５によって駆動される圧縮要素１３６と、密閉容器１３１内下部に貯溜したオイル１３７を収容する。電動要素１３５はインバーター（図示せず）によって２０ｒｐｓ未満の運転周波数および８０ｒｐｓ以上の運転周波数を含む複数の運転周波数で駆動される。

本圧縮機に使用される密閉容器内空間１３２の冷媒は、温暖化係数の低い自然冷媒として代表的な炭化水素系冷媒Ｒ６００ａである。

シリンダー１４６を有するブロック１４５は略円筒形の圧縮室１４７を有するとともに主軸部１３９を軸支する主軸受１４８を有しており、また固定子１３３が固定されている。シリンダー１４６には、偏心軸部１４０との間を連結手段１５０によって連結されたピストン１４９が往復摺動自在に挿入されている。

クランクシャフト１３８は、主軸部１３９及び主軸部１３９に対し偏心して形成された偏芯軸部１４０を有し、主軸部１３９には回転子１３４が圧入固定されている。

クランクシャフト１３８に形成された給油手段１３８ａは、一端がオイル１３７中に開口し他端が粘性ポンプ１４２と連通する傾斜ポンプ１４１と、粘性ポンプ１４２の他端で密閉容器内空間１３２へ向かうように上方に開口した連結孔１４３と、連結孔１４３から偏芯軸部１４０の外周に連通するオイル放出パイプ１４４とから構成されている。

放出パイプ１５２は、偏芯軸部１４０の内周から偏芯方向に向けて開口する嵌入孔１５１に挿入されており、クランクシャフト１３８の回転方向Ｅとは逆方向に曲げられながら放射状に伸びている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下にその動作を説明する。

電動要素１３５の回転子１３４はクランクシャフト１３８を回転させ、偏芯軸部１４０の回転運動が連結手段１５０を介してピストン１４９に伝えられることでピストン１４９は圧縮室１４７内を往復運動する。これにより、冷却システム（図示せず）からの冷媒ガスは圧縮室１４７内へ吸入・圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出されるといったサイクルを繰返す。

また、クランクシャフト１３８の回転により、傾斜ポンプ１４１内のオイル１３７は遠心力により上方へと汲み上げられ、粘性ポンプ１４２を介し各摺動部への給油を施した後、偏芯軸部１４０内周に設けられた連結孔１４３に汲み上げられる。偏芯軸部１４０の回転に伴う遠心力により偏芯方向のみにオイル１３７が寄せられる。そして偏芯方向に寄せられたオイルは、連結孔１４３の上端からの放出軌跡Ｐに示すように全周方向に放出される。

この際、連結孔１４３内では偏芯軸部１４０の回転に伴う遠心力によりオイル１３７は偏心方向に偏在しているが、嵌入孔１５１は偏芯軸部１４０が主軸部１３９に対して偏心している偏心方向に開口しているので、偏在したオイル１３７は嵌入孔１５１から確実に放出パイプ１５２へと流れ込む。

そして、放出パイプ１５２は偏芯軸部１４０の内周から偏芯方向に向けて開口する嵌入孔１５１に挿入されており、クランクシャフト１３８の回転方向Ｅとは逆方向に曲げられながら放射状に伸びているため、オイルの投射開始位置が少し遅れることになり、ピストン１４９が下死点近傍に位置し、シリンダー１４６から十分顔を出した状態においてオイルがピストン１４９の上面に散布されることになる。その結果、ピストン１４９とシリンダー１４６との間に十分な量のオイルを給油することができ、シール性を高めることで体積効率が上がり、密閉型圧縮機の効率が向上する。同時に十分な給油が得られることでピストン１４９とシリンダー１４６間での摩耗を減少させることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、圧縮機の低回転域でのピストン１４９とシリンダー１４６間のシール性を飛躍的に向上させることができ、その結果漏れ損失を激減させ、極めて高い効率の圧縮機を実現することができる。

以上のように、本発明にかかる圧縮機は、ピストンの保油性を高めてオイルシール性の向上ができ、摺動潤滑状態良化による信頼性向上を図る。更には、ピストンとシリンダー間隙間からの冷媒ガスの漏れ量を抑制し、圧縮機の効率向上を図るので、同構成のエアーコンディショナーや自動販売機等の密閉型圧縮機の用途にも広く適用できる。

本発明の参考例１における密閉型圧縮機の縦断面図 同参考例１の密閉型圧縮機のピストン周りの要部拡大図 図２のＣ−Ｃ’線における矢視図 同参考例１の密閉型圧縮機の運転回転数と効率比率特性を示す図 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 図５のＦ−Ｆ’線における矢視図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の密閉型圧縮機の要部断面図 図８のＶ−Ｖ‘線における矢視図

符号の説明

１０１ 密閉容器
１０５，１３５ 電動要素
１０６，１３６ 圧縮要素
１０７ オイル
１０８ クランクシャフト
１１０ 偏芯軸部
１１３ 連結孔
１１４ オイル放出路
１１４ａ 内開口部
１１４ｂ 外開口部
１１５ ブロック
１１８ 主軸受
１１９ ピストン
１５１ 嵌入孔
１５２ 放出パイプ

Claims (3)

1. 密閉容器内にオイルを貯溜するとともに電動要素と前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は偏芯軸部と主軸部を有し下端に給油ポンプを備えたクランクシャフトと、前記主軸部を軸支する主軸受を備えたブロックと、前記ブロックに前記主軸部の軸芯と略直交するように圧縮室内で往復運動するピストンを有し、前記偏芯軸部の内周には前記給油ポンプと連通する連結孔と、前記連結孔と前記偏芯部の外側空間とを連通するオイル放出路を備え、前記オイル放出路を、前記偏芯軸部の内周から偏芯方向に向けて開口する嵌入孔と、一端が前記嵌入孔に挿入され、他端が前記クランクシャフトの回転方向とは逆方向に曲げられながら放射状に伸びているオイル放出パイプを具備する構成とした密閉型圧縮機。
2. ２０ｒｐｓ以下の回転周波数で運転される請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 炭化水素系冷媒であるＲ６００ａ雰囲気中で運転される請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。

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