JP4735718B2 - 冷媒圧縮機 - 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冷媒圧縮機に関する。

従来、この種の冷媒圧縮機としては、密閉容器内に開口されて冷媒ガスを吸入する吸入マフラに共鳴室を備えて特定の周波数の音を低減したものがある。例えば、これらの技術内容は、特開平１０−１８４５４２号公報に開示されている。

以下、図面を参照しながら上記従来の冷媒圧縮機を説明する。

図８は、従来の冷媒圧縮機の全体構造を示す一部切断斜視図である。 図９は従来の冷媒圧縮機の圧縮要素の一部と吸入マフラの一部切断斜視図である。図８および図９において、潤滑油（図示せず）を貯留する密閉容器１内には、電動要素３と圧縮要素５とをクランクピン７に一体成形されたクランク軸（図示せず）を支持する為の軸受（図示せず）を有するフレーム９の上下に配置して構成した圧縮機本体１０をばね等の弾性体１１を介して支持して収容している。

クランクピン７は、電動要素３を構成する回転子（図示せず）に圧入固定したクランク軸に偏心して形成されている。

ピストン１３は、ほぼ円筒形のシリンダ１５に往復摺動自在に挿入され、クランクピン７との間を連結部１７によって連結されている。

シリンダ１５の開口端面（図示せず）を封止するバルブプレート１９は吸入バルブ（図示せず）の開閉によりシリンダ１５と連通する吸込みポート（図示せず）を備えており、シリンダ１５とピストン１３のトップ面（図示せず）とバルブプレート１９で圧縮室（図示せず）が画定されている。

高圧室を形成するシリンダヘッド２１は、バルブプレート１９を介してシリンダ１５の反対側に固定されている。

吸入マフラ２３は密閉容器１内への開口２５を有する冷媒ガス（図示せず）の吸入通路である尾管２７と、絞り孔２９を介して尾管２７に連通した共鳴室３１からなる共鳴器３３を構成している。また、シリンダヘッド２１を介して連通管３５の一端が圧縮要素５のバルブプレート１９に設けられた吸込みポートに連結されており、かつ、この連通管３５の他端は吸入マフラ２３に結合されている。

以上のように構成された冷媒圧縮機について、以下その動作を説明する。

電動要素３によってクランクピン７に一体成形されたクランク軸が回転駆動されると、クランクピン７の偏芯運動により連結部１７を介してピストン１３がシリンダ１５内を往復運動し、吸込、圧縮、吐出行程を順次繰り返す。そして、ピストン１３の吸込行程では、密閉容器１内の空間内に充填された冷媒ガスが尾管２７の開口２５から吸い込まれ、吸入マフラ２３と連通管３５とシリンダヘッド２１とからなる吸入流路を経て、バルブプレート１９の吸込みポートを閉鎖している吸入バルブに達し、これを押し開いてシリンダ１５内に流入する。その際に共鳴器３３はバルブプレート１９の吸入バルブの振動音や冷媒ガスの脈動音として発生する騒音の中で低周波音（約４００Ｈｚ〜約６００Ｈｚ）を消音する。その結果、冷媒圧縮機の低周波数域の音が低減される。

しかしながら、吸入マフラ２３は高周波数域の音が十分に減衰されていないので鉄板をプレスにて絞り成形することにより成形された密閉容器１が持つ高域の共振周波数（例えば、約２０００Ｈｚや２５００Ｈｚ）を加振して高域音が高くなる。また、共鳴器３３は絞り孔２９を介して尾管２７に連通した共鳴室３１からなるという構成上、単一部品では構成することが不可能であり、接合部の接着不良による冷媒ガスの漏れによって共鳴周波数が変化し、騒音低減効果が減少する。

本発明は、密閉容器が持つ高域の共振周波数（例えば、約２０００Ｈｚや２５００Ｈｚ）が吸入マフラにより加振され発生する共振音の低減を図り、騒音が低い冷媒圧縮機を提供する。

本発明の冷媒圧縮機は、圧縮室に連通する吸入マフラに消音空間を形成し、吸入マフラは一端が密閉容器内に開口し他端が消音空間に開口する尾管を備え、尾管の消音空間に対する開口方向の位置は消音空間の中央としたものである。従って、吸入バルブの振動音や冷媒ガスの脈動音として発生する高周波数域の音を尾管の消音空間に対する開口位置を高周波数の音が減衰しやすい消音空間の中央の音響の節の位置にすることによって低減し、密閉容器が持つ高域の共振周波数（例えば、約２０００Ｈｚや２５００Ｈｚ）の加振を抑えることができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１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１によってこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態１における冷媒圧縮機の側面断面図である。図２は本発明の実施の形態１における冷媒圧縮機の正面透視図である。図３は本発明の実施の形態１における吸入マフラの正面断面図である。図４は本発明の実施の形態１におけるＬ字型屈折部の斜視図である。

図１から図４において、密閉容器１０１は底部に潤滑油１０３を貯溜するとともに、冷媒ガス（図示せず）を吸入して圧縮する為の圧縮要素１０５と、圧縮要素１０５を駆動する回転子１０７と固定子１０９とからなる電動要素１１１で構成した圧縮機本体１１３をばね等の弾性体１１５を介して支持して収容している。

ピストン１１７は、ほぼ円筒形のシリンダ１１９に往復摺動自在に挿入され、クランクピン１２１との間を連結部であるコンロッド１２３によって連結されている。

クランクピン１２１は、回転子１０７に圧入固定されたクランク軸１２５に偏心して形成されている。

シリンダ１１９の開口端面を封止するバルブプレート１２７は、吸入バルブ１２９の開閉によりシリンダ１１９と連通する吸込みポート１３１を備えており、シリンダ１１９とピストン１１７のトップ面とバルブプレート１２７で圧縮室１３３が画定されている。

高圧室を形成するシリンダヘッド１３５は、バルブプレート１２７を介してシリンダ１１９の反対側に固定されている。

図３において、吸入マフラ１３７は樹脂材料より成り、消音空間１３９を形成している。消音空間１３９には膨張室１５１と共鳴室１５３とを備えている。

吸入マフラ１３７には一端が消音空間１３９に開口し他端が密閉容器１０１内に開口された冷媒ガスの吸入口１４１である鉛直部１４３とＬ字型屈折部１４５とからなる尾管１４７を備えている。

尾管１４７はＬ字型屈折部１４５によってほぼＬ字型に形成され、消音空間１３９の膨張室１５１へ開口する開口部１６１は開口方向の消音空間１３９の空間長Ｌ₁の中間となるＬ₁／２の位置に設けてある。また、鉛直部１４３とＬ字型屈折部１４５の接続部１５７、１５９はそれぞれ形状が複数の円弧または直線の組み合わせから構成されている。

吸入マフラ１３７には一端が消音空間１３９に開口し他端がシリンダヘッド１３５を介して圧縮要素１０５のバルブプレート１２７に設けられた吸込みポート１３１に連結された連通管１５５を備えている。

連通管１５５が消音空間１３９の膨張室１５１へ開口する開口部１６３は開口方向の消音空間１３９の空間長Ｌ₂の中間となるＬ₂／２の位置に設けてある。

尾管１４７と連通管１５５の消音空間１３９の膨張室１５１への開口方向は直行するとともに尾管１４７の開口部１６１と連通管１５５の開口部１６３の開口位置は近接している。

尾管１４７のＬ字型屈折部１４５の一方の軸線上にはＬ字型屈折部１４５に下向きに開口したサイドブランチ型共鳴器１４９が延出形成されている。

サイドブランチ型共鳴器１４９は尾管１４７のＬ字型屈折部１４５との連通部分に絞り部がないサイドブランチ型である。サイドブランチ型共鳴器１４９は、区画壁１６５によって深さ（共鳴周波数）の異なる複数の部分に区画され、その共鳴周波数は密閉容器１０１において曲率の小さい側面部分などに生じる高域の共振周波数（例えば、約２０００Ｈｚや約２５００Ｈｚ）とほぼ一致している。本実施の形態１においては２つの部分に区画され、約２０００Ｈｚと約２５００Ｈｚに一致している。

以上のように構成された冷媒圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

電動要素１１１の回転子１０７の回転によってクランク軸１２５が回転駆動されると、クランクピン１２１の偏芯運動によりコンロッド１２３を介してピストン１１７がシリンダ１１９内を往復運動して所定の圧縮動作を行う。そして、ピストン１１７の吸込行程では、密閉容器１０１内の空間内に充填する冷媒ガスが、吸入マフラ１３７の尾管１４７の吸入口１４１から吸い込まれる。さらに、この冷媒ガスは膨張室１５１、連通管１５５、シリンダヘッド１３５からなる吸入流路を経て、バルブプレート１２７の吸込みポート１３１を閉鎖している吸入バルブ１２９に達し、これを押し開いて圧縮室１３３に流入する。

その際にバルブプレート１２７の吸入バルブ１２９の振動音や冷媒ガスの脈動音として発生する騒音のうち、密閉容器１０１において曲率の小さい側面部分などに生じる高域の共振周波数（例えば、約２０００Ｈｚや約２５００Ｈｚ）にほぼ一致した騒音は、膨張室１５１によって消音され、尾管１４７のＬ字型屈折部１４５と鉛直部１４３を介して密閉容器１０１の内部に開放される。

このとき、Ｌ字型屈折部１４５の一端が消音空間１３９を構成する膨張室１５１に対して開口する開口部１６１の位置は、開口方向の消音空間１３９の空間長Ｌ₁の中間であるため、消音空間１３９の空間長が持つ音響モードのほぼ節の位置となる。従って、Ｌ字型屈折部１４５と鉛直部１４３を介して密閉容器１０１の内部に放射される音圧は極めて小さくなる。このとき、Ｌ字型屈折部１４５の一端が消音空間１３９を構成する膨張室１５１に対して開口する位置は、鉛直部１４３とＬ字型屈折部１４５それぞれの接続部１５７、１５９の複数の直線または円弧の組み合わせによって決まるので、Ｌ字型屈折部１４５が鉛直部１４３の軸に対する回転方向にずれることはない。

また、連通管１５５の一端が消音空間１３９を構成する膨張室１５１に対して開口する開口部１６３の位置は、開口方向の消音空間１３９の空間長Ｌ₂の中間であるため、消音空間１３９の空間長が持つ音響モードのほぼ節の位置となる。従って、音響モードに対する加振が小さくなり消音空間１３９における騒音の増幅が抑えられる。

このように、尾管１４７のＬ字型屈折部１４５が消音空間１３９を構成する膨張室１５１に対して開口する開口部１６１と、連通管１５５が消音空間１３９を構成する膨張室１５１に対して開口する開口部１６３の位置とを、それぞれの開放方向の消音空間１３９の空間長Ｌ₁、Ｌ₂の中間とすることにより、騒音が極めて吸入マフラ１３７の外へ伝わりにくくなる。

また、尾管１４７を構成するＬ字型屈折部１４５と、連通管１５５のそれぞれが消音空間１３９を構成する膨張室１５１に対して開口する開口部１６１と開口部１６３とが近接し、かつ、２つの開口部を結ぶ直線と、それぞれの開口方向がなす角度は９０°以下である。よって、冷媒ガスの吸い込み流れがさらにスムーズとなり、受熱損失を低減して冷凍効率が向上する。

次にサイドブランチ型共鳴器１４９について説明する。

尾管１４７のＬ字型屈折部１４５には、区画壁１６５によって共鳴周波数の異なる複数の部分に区画されたサイドブランチ型共鳴器１４９が設けられている。

一般に、サイドブランチ型共鳴マフラにおいて消音することのできる騒音の周波数ｆ（共鳴周波数ｆ）は、マフラの共鳴室の長さＬｐとその内径Ｄ、マフラ内における冷媒ガスの音速Ｃによって決まる。そして、その周波数ｆは（式１）で表わされる。

本発明の実施の形態１に係る冷媒圧縮機においては、サイドブランチ型共鳴器１４９の内径と長さが調整されて、共鳴周波数は密閉容器１０１が持つ高域の共振周波数（例えば、約２０００Ｈｚや約２５００Ｈｚ）とほぼ略一致している。

また共鳴型マフラにおいては、サイドブランチ型共鳴器１４９にて冷媒ガスの漏れが発生するとサイドブランチ型共鳴器１４９の長さＬｐと内径Ｄが変化して（式１）で表されるように共鳴周波数ｆが変化する。本発明の実施の形態１に係る冷媒圧縮機では吸入マフラ１３７は樹脂材料で形成するとともにサイドブランチ型共鳴器１４９を一体成形したものであり、サイドブランチ型共鳴器１４９での冷媒ガスの漏れの発生がない。

また冷媒ガスと共に尾管１４７に吸込まれる潤滑油１０３がサイドブランチ型共鳴器１４９に溜まるとサイドブランチ型共鳴器１４９の長さＬｐが変化して（式１）で表されるように共鳴周波数ｆが変化する。本発明の実施の形態１に係る冷媒圧縮機においては、サイドブランチ型共鳴器１４９はＬ字型屈折部１４５への開口部が下向きに形成したものであり、潤滑油１０３がサイドブランチ型共鳴器１４９に溜まることがない。

このように、サイドブランチ型共鳴器１４９によって密閉容器１０１の内部に放射される音圧をさらに小さくすることができる。このとき、サイドブランチ型共鳴器１４９は区画壁１６５によって深さすなわち共鳴周波数の異なる複数の部分に区画されていることから密閉容器１０１が持つ複数の高域の共振周波数の騒音を低減することができる。

また、本発明の実施の形態１に係る冷媒圧縮機では、尾管１４７にＬ字型屈折部１４５が設けられるとともにサイドブランチ型共鳴器１４９がＬ字型屈折部１４５の一方の軸線上に延出形成されたものである。よって、Ｌ字型屈折部１４５とサイドブランチ型共鳴器１４９を金型による一体成形ができるだけでなく、成型加工時のストロークが小さくてすむので金型が抜き易い。また一体成型によってＬ字型屈折部１４５とサイドブランチ型共鳴器１４９との連通部分での冷媒ガスの漏れの発生がないので、サイドブランチ型共鳴器１４９の共鳴周波数ｆが変化することがない。

さらには、サイドブランチ型共鳴器１４９はＬ字型屈折部１４５への開口部が下向きに形成したものである。ゆえに、潤滑油１０３がサイドブランチ型共鳴器１４９に溜まることがなくサイドブランチ型共鳴器１４９の長さ変化がないので、サイドブランチ型共鳴器１４９の共鳴周波数ｆが変化することがない。

以上より、冷媒圧縮機運転時において吸入マフラ１３７は、密閉容器１０１が持つ高域の共振周波数（例えば、約２０００Ｈｚや約２５００Ｈｚ）とほぼ一致した周波数の消音特性を安定して維持する。

図５は本発明の実施の形態１における吸入マフラと従来技術による吸入マフラの消音特性を示す特性図である。

図５において、特性曲線ａは本発明の技術による吸入マフラ１３７の消音特性のレベルであり、特性曲線ｂは従来技術による吸入マフラの消音特性のレベルである。特性曲線ａは特性曲線ｂと比較して２０００Ｈｚから３０００Ｈｚの消音効果が大幅に改善していることがわかる。これは、尾管１４７の開口部１６１と連通管１５５の開口部１６３の位置を消音空間１３９の空間長Ｌ₁、Ｌ₂の中央とし、さらには区画壁１６５によって共鳴周波数の異なる複数の部分に区画されたサイドブランチ型共鳴器１４９をＬ字型屈折部１４５に設けたことによる。

図６は本発明の実施の形態１における密閉容器の共振特性を示す特性図である。図６において、特性曲線ｃは密閉容器１０１の共振特性のレベルを示す。２０００Ｈｚ以上の高周波数域に複数の共振周波数を持つことがわかる。

図７は本発明の実施の形態１における冷媒圧縮機騒音レベルを示す特性図である。図７において、特性曲線ｄは吸入マフラ１３７による消音機能によって低減された冷媒圧縮機
の騒音レベルを示している。また特性曲線ｅは従来技術による吸入マフラでの冷媒圧縮機の騒音レベルを示している。このグラフからも明らかなように、本発明の吸入マフラ１３７によって、密閉容器１０１が持つ高域の共振周波数付近の周波数ｆ（約２０００Ｈｚや約２５００Ｈｚ）における騒音レベルが大幅に低減されていることが分かる。

以上より、密閉容器１０１の共振による騒音の発生を安定して低減することができる。

なお、本実施の形態１においてはサイドブランチ式の共鳴器を例示したが、ヘルムホルツ型共鳴器や多孔管型共鳴器を尾管１４７に形成しても、高い消音特性を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる冷媒圧縮機は、密閉容器の共振による騒音の発生を低減することが可能となるので、エアーコンディショナーや冷凍冷蔵装置の冷媒圧縮機等の用途にも展開できる。

本発明の実施の形態１における冷媒圧縮機の側面断面図 本発明の実施の形態１における冷媒圧縮機の正面透視図 本発明の実施の形態１における吸入マフラの正面断面図 本発明の実施の形態１におけるＬ字型屈折部の斜視図 本発明の実施の形態１における吸入マフラと従来技術による吸入マフラの消音特性を示す特性図 本発明の実施の形態１における密閉容器の共振特性を示す特性図 本発明の実施の形態１における冷媒圧縮機騒音レベルを示す特性図 従来の冷媒圧縮機の全体構造を示す一部切断斜視図 従来の冷媒圧縮機の圧縮要素の一部と吸入マフラの一部切断斜視図

符号の説明

１０１ 密閉容器
１０３ 潤滑油
１０５ 圧縮要素
１３３ 圧縮室
１３７ 吸入マフラ
１３９ 消音空間
１４３ 鉛直部
１４５ Ｌ字型屈折部
１４７ 尾管
１４９ サイドブランチ型共鳴器
１５５ 連通管
１６１，１６３ 開口部
１６５ 区画壁

Claims (5)

1. 密閉容器を有する冷媒圧縮機であり、前記密閉容器は、潤滑油を貯溜するとともに圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は、冷媒ガスが圧縮される圧縮室と、前記圧縮室に連通するとともに消音空間を形成する吸入マフラを備えた構成とし、さらに、前記吸入マフラは、一端が前記密閉容器内に開口し、他端が前記消音空間に開口する尾管と、一端が前記圧縮室内に開口し、他端が前記消音空間に開口するとともに、前記尾管の前記消音空間に対する開口方向と直交する前記消音空間に対する開口方向を有する連通管を備え、前記尾管の前記消音空間に対する開口方向の位置および前記連通管の前記消音空間に対する開口方向の位置を、それぞれ前記消音空間の中央とした冷媒圧縮機。
2. 前記尾管の前記消音空間に対する開口部が、前記連通管の前記消音空間に対する開口部に近接している請求項１に記載の冷媒圧縮機。
3. 前記尾管を、鉛直方向に延びる鉛直部と、前記鉛直部に連続してＬ字型に屈折して他端が前記消音空間に開口するＬ字型屈折部を備える構成とした請求項１または２に記載の冷媒圧縮機。
4. 前記尾管の前記鉛直部の延長線上に、下方に開口したサイドブランチ型共鳴器を設けた請求項３に記載の冷媒圧縮機。
5. 前記サイドブランチ型共鳴器は区画壁にて区画され、複数の共鳴周波数を持つ請求項４に記載の冷媒圧縮機。

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