JP4752257B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

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Description

本発明は、冷凍冷蔵装置等に用いられる密閉型圧縮機に関するものである。
従来の密閉型圧縮機としては、運転時の低騒音化を図るとともに、吐出リードの開閉時における損失を低減させることでエネルギ効率を向上させる吐出弁装置を備えたものがある(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は従来の密閉型圧縮機の断面図、図8は従来の密閉型圧縮機の平面図、図9は従来の密閉型圧縮機の吐出弁装置の側面断面図、図10は従来の密閉型圧縮機の吐出弁装置の分解図である。
図7、図8、図9、図10、において、密閉容器1は冷却システム(図示しない)と連結される吐出管2と吸入管3を備えており、底部にオイル4を貯溜すると共に固定子5と回転子6とからなる電動要素7およびこれによって駆動される圧縮機構8を収容し、内部は冷媒9で満たされている。
次に圧縮機構8の主な構成について説明する。
シリンダ10は略円筒形の圧縮室11と、軸受け部12を備えている。バルブプレート13は、シリンダ10の反対側に吐出弁装置14を備え、圧縮室11を塞いでいる。ヘッド15はバルブプレート13を覆っている。吸入マフラー16は一端を密閉容器1内に開口し、他端を圧縮室11内に連通している。クランクシャフト17は主軸部18と偏心部19を有し、シリンダの軸受け部12に軸支されるとともに回転子6が圧入固定されている。ピストン20は、圧縮室11に往復摺動自在に挿入されるとともに、偏心部19との間をコネクティングロッド21によって連結されている。
次に圧縮機構8に備わる吐出弁装置14について説明する。
バルブプレート13は、シリンダ10の反対側に凹部22を有し、凹部22にはシリンダ10と連通する吐出孔23と吐出孔23を囲うように形成した弁座部24を設けるとともに、弁座部24と略同一平面上に形成される台座部25とを設けている。台座部25には吐出リード26と、スプリングリード27と、ストッパ28が順にリベット29によって固定されている。
吐出リード26は舌状の板ばね材からなり、台座部25に固定される吐出リード保持部30と弁座部24を開閉する開閉部31とを備えている。
スプリングリード27は舌状の板ばね材からなり、台座部25に固定されるスプリングリード保持部32と可動部33とを備え、吐出リード26の開閉部31根元部近傍に折曲部34を有している。
ストッパ28は、台座部25に固定されるストッパ保持部35と吐出リード26の動きを規制する規制部36とを備え、ストッパ28の規制部36は弁座部24と台座部25を含む平面に対して略平行な側面形状に整形されている。
スプリングリード27の可動部33は吐出リード26の開閉部31およびストッパ28の規制部36とのいずれとの間にも所定の隙間を形成するように折曲部34の折り曲げ角により調整されている。
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7に電気が供給されると回転子6が回転し、クランクシャフト17は回転駆動される。このとき、偏心部19の偏心回転運動がコネクティングロッド21を介してピストン20に伝わることで、ピストン20は圧縮室11内を往復運動する。
ピストン20の往復運動に伴って密閉容器1内の冷媒9は吸入マフラー16から圧縮室11内へ吸入されるとともに、低圧の冷媒9が冷却システム(図示しない)から吸入管3を通って密閉容器1内に流入する。圧縮室11内へ吸入された冷媒9は圧縮され、バルブプレート13の吐出弁装置14を経てヘッド15内に吐出される。さらに、ヘッド15内に吐出された高圧ガスは、吐出管2から冷却システム(図示しない)へと吐出される。
特開2002−195160号公報
しかしながら、上記従来の構成では、密閉型圧縮機が起動した直後、本来の冷凍能力に比べ冷凍能力が低い状態が比較的長い時間維持されるという現象がたまに発生することを発明者らは見出した。そして今回、吐出リード26やスプリングリード27の挙動を解析することでそのメカニズムの解明に成功したので、以下にその説明をする。
この低冷凍能力現象が発生し易い密閉型圧縮機の起動時は、冷凍サイクル(図示せず)から冷媒9とともにオイル4が戻ってくる。そして冷媒9とともにこのオイル4も圧縮、吐出するので、吐出リード26やスプリングリード27の間にはオイル4が多く介在している状態となっている。
また、一般に密閉型圧縮機の起動時は吸入圧力が高く、密閉容器1内が減圧されるまでの間、比較的密度の高い冷媒9を圧縮、吐出することとなり、吐出リード26の開閉部31には大きな荷重がかかる。一方、吐出リード26の開閉部31はストッパ28の規制部36にて変位が規制されるので、吐出リード26の開閉部31は密度の高い冷媒9によってストッパ28の規制部36との間に配設しているスプリングリード27の可動部33に強く押し付けられることになる。
そして、上述したような大きな押し付け荷重が働くことにより吐出リード26の開閉部31とスプリングリード27の可動部33とがオイル4で吸着してしまい、吐出リード26とスプリングリード27が一体化し、あたかも1枚の厚い吐出リードのようになって開閉動作をする。
ここで、スプリングリード27の可動部33は折曲部34にて吐出リード26の開く方向に折曲げられているので、結果として、そのバネ力が吐出リード26の閉じる方向と逆の方向に作用することとなり、吐出リード26は開く方向に引っ張られ、閉じるタイミングが遅れる。
その結果、ピストン20が圧縮室11内で上死点を過ぎて吸入行程に入ってからの吐出リード26は開いている時間が長くなり、その間圧縮室11内には高圧の冷媒が逆流し、実質的なピストンの押しのけ容積が小さくなり、低冷凍能力現象が発生するのである
この低冷凍能力現象が発生している間は密閉型圧縮機の効率が悪く、消費電力量を増加させてしまうと同時に、この密閉型圧縮機を搭載している冷凍機器の冷えを鈍化させてしまうといった課題を生ずるものである。
また、スプリングリード27の可動部33と吐出リード26の開閉部31との隙間はスプリングリード27の折曲部34の折り曲げ角により調整しているので、スプリングリード27の可動部33と吐出リード26の開閉部31との隙間にばらつきが生じやすくなり、吐出リード26が開いた際、スプリングリード27に当接するまでの変位がばらつきやすくなる。すなわち、吐出リード26のバネ力から、吐出リード26とスプリングリード27との合成バネ力に移行する変曲点がばらつき、バネ特性にばらつきが生じやすくなる。
従って、吐出リード26の開き量及び、閉じるタイミングがばらつきやすくなり、その結果、冷凍能力及び、効率のばらつきを生じやすいといった課題もあった。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、吐出リードの閉じ遅れがほとんど無く、エネルギ効率の高い安定した密閉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、吐出弁装置を構成するスプリングリードを、スプリングリード折曲部において可動部が弁座部側に折り曲げられ、該可動部の先端部弁座部より高い位置に設けられたプレート当接部に当接する構成とし、さらに前記ストッパのストッパ当接部と前記バルブプレートに形成されたプレート当接部の間に所定の間隔を設け、吐出リードの開放動作により、該吐出リードの開閉部が前記スプリングリードの可動部に当接し、さらに、前記吐出リードと前記スプリングリードの当接状態において、該スプリングリードの先端部が、前記ストッパのストッパ当接部に当接する構成としたもので、前記スプリングリードの折り曲げにより、前記吐出リード開閉部に対応する位置において前記吐出リードに対して隙間が形成されるので、オイル介在による吸着を断ち切り、またプレート当接部に当接した状態で隙間の距離が安定し、吐出弁装置のバネ特性を安定化させることができる。さらに、吐出リードとスプリングリードの当接、およびスプリングリードとストッパの当接を可能とする構成により、吐出リードのバネ特性に3段階の特性を持たせることができる。
本発明の密閉型圧縮機は、吐出リードとスプリングリードの吸着を防止するとともに、吐出弁装置のバネ特性を安定化することができるので、エネルギ効率の高い安定した密閉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、密閉容器内に圧縮機構およびオイルを収容し、前記圧縮機構を、ピストンと、前記ピストンが往復動するシリンダと、前記シリンダの開口端を封止するとともに反シリンダ側に吐出弁装置を備えたバルブプレートを有する構成とし、前記吐出弁装置、前記シリンダ内に連通する吐出孔と、前記吐出孔の外側に設けられた弁座部と、前記弁座部と略同一平面上に形成した台座部と、前記弁座部より高い位置に設けたプレート当接部がそれぞれ形成された前記バルブプレートと、板ばね材からなり、かつ前記吐出孔を開閉する開閉部と前記台座部に固定される吐出リード保持部とを備える吐出リードと、板ばね材からなり、かつ可動部と前記台座部に固定されるスプリングリード保持部とを備えるスプリングリードと、規制部と前記台座部に固定されるストッパ保持部と
記スプリングリード側に折曲形成したストッパ当接部を備えるストッパとをこの順前記保持部を重ねて前記バルブプレートの台座部に固定した構成とし、さらに、前記スプリングリードを、スプリングリード折曲部において前記可動部が弁座部側に折り曲げられ、該可動部の先端部前記プレート当接部に当接する構成とし、さらに前記ストッパのストッパ当接部と前記バルブプレートに形成されたプレート当接部の間に所定の間隔を設け、前記吐出リードの開放動作により、該吐出リードの開閉部が前記スプリングリードの可動部に当接し、さらに、前記吐出リードと前記スプリングリードの当接状態において、該スプリングリードの先端部が、前記ストッパのストッパ当接部に当接する構成としたもので、起動時等に吐出リードとスプリングリードの間にオイルが介在し、吐出リードに過大な荷重がかった場合においても、前記吐出リード開閉部に対応する位置において前記吐出リードに対し隙間が形成されるので、オイル介在による吸着を断ち切り、またプレート当接部に当接した状態で隙間の距離が安定することで、吐出弁装置のバネ特性を安定化させることができ、エネルギ効率の高い安定した密閉圧縮機を提供することができる。
また、前記吐出リードの開放動作により、該吐出リードの開閉部が前記スプリングリードの可動部に当接し、さらに、前記吐出リードと前記スプリングリードの当接状態において、該スプリングリードの先端部が、前記ストッパのストッパ当接部に当接する構成とすることにより、前記吐出リードの変位が、前記ストッパの規制部によって規制されるまでの間に、前記スプリングリードの可動部の支持方式を、片持ちから両持ちへ移行する構成とすることができる。その結果、前記支持方式の移行途中過程において、スプリングリードの可動部のバネ力を、より有効に得ることができ、段階的に必要なバネ特性を設定することが可能となる。したがって、低循環量領域においても、高循環量領域においても最適なバネ特性を得ることが可能となり、密閉型圧縮機の効率を向上することができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記吐出リードを、吐出リード折曲部において開閉部側が前記弁座部側に折り曲げられた構成とするもので、吐出リードの開閉部を弁座部に押し付ける力が安定して得られるので、吐出リードの開閉部と弁座部のシール性が向上し、請求項1に記載の発明の効果に加えて、さらに効率を向上することができる。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、前記吐出リード折曲部を、前記弁座部と台座部との間に形成された逃げ部に位置させたもので、吐出リードの開閉部の傾き量を安定させることができるので、吐出リードの開閉部を弁座部に押し付ける力をより安定して得ることができ、吐出リードの開閉部と弁座部のシール性が向上し、請求項2に記載の発明の効果に加えてさらに効率を向上することができる。
以下、本発明による圧縮機の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における密閉型圧縮機の断面図、図2は同実施の形態における密閉型圧縮機の平面図、図3は同実施の形態における吐出弁装置の閉時の側面断面図、図4は同実施の形態における吐出弁装置の分解図、図5は同実施の形態における吐出弁装置の開時の側面断面図、図6は同実施の形態における吐出弁装置のバネ特性図である。
図1、図2、図3、図4、図5、図6において、密閉容器101は冷却システム(図示しない)と連結される吐出管102と吸入管103を備えており、底部にオイル104を貯溜すると共に固定子105と回転子106とからなる電動要素107およびこれによって駆動される圧縮機構108を収容し、内部は冷媒109で満たされている。冷媒109は、好ましくは近年の環境問題に対応した特定フロン対象以外の冷媒109で例え
ばR134aや自然冷媒であるR600a等である。
次に圧縮機構108の主な構成について説明する。
シリンダ110は略円筒形の圧縮室111と、軸受け部112を備えている。バルブプレート113は、シリンダ110の反対側に吐出弁装置114を備え、圧縮室111を塞いでいる。ヘッド115はバルブプレート113を覆っている。吸入マフラー116は一端を密閉容器101内に開口し、他端を圧縮室111内に連通している。クランクシャフト117は主軸部118と偏心部119を有し、シリンダ110の軸受け部112に軸支されるとともに固定子105に圧入固定されている。ピストン120は、圧縮室111に往復摺動自在に挿入されるとともに、偏心部119との間をコネクティングロッド121によって連結されている。
次に圧縮機構108に備わる吐出弁装置114について説明する。
バルブプレート113は、シリンダ110の反対側に凹部122を有し、凹部122にはシリンダ110と連通する吐出孔123と吐出孔123を囲うように形成した弁座部124を設けるとともに、弁座部124と略同一平面上に形成される台座部125と、プレート当接部126を設けており、プレート当接部126は弁座部124と台座部125を含む平面に対して略平行な側面形状に形成している。
台座部125には吐出リード127と、スプリングリード128と、ストッパ129が順にリベット130によって固定されている。吐出リード127は舌状の板ばね材からなり、台座部125に固定される吐出リード保持部131と弁座部124を開閉する開閉部132とを備えている。
スプリングリード128は舌状の板ばね材からなり、台座部125に固定されるスプリングリード保持部133と可動部134とを備え、可動部134に設けたスプリングリード折曲部135において可動部134が弁座部124側に折り曲げられ、先端部136は前記バルブプレートのプレート当接部126に当接している。
ストッパ129は、台座部125に固定されるストッパ保持部137と吐出リード127の動きを規制する規制部138とを備え、ストッパ129の規制部138は弁座部124と台座部125を含む平面に対して略平行な側面形状に整形されている。
スプリングリード128の可動部134は吐出リード127の開閉部132およびストッパ129の規制部138とのいずれとの間にも安定して隙間を有するようにバルブプレート113に設けたプレート当接部126の側面高さ寸法を設定している。
吐出リード127は、吐出リード折曲部139において開閉部132側が弁座部124側に折曲形成されている。
弁座部124と台座部125との間には、台座部125より更に深い逃げ部140を形成しており、吐出リード折曲部139は逃げ部140に位置している。
ストッパ129はストッパ129の規制部138にスプリングリード128側に折曲形成したストッパ当接部141を形成しており、ストッパ129のストッパ当接部141は弁座部124と台座部125を含む平面に対して略平行な側面形状に形成してある。
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、作用を説明する。
電動要素107に電気が供給されると回転子106が回転し、クランクシャフト117は回転駆動される。このとき、偏心部119の偏心回転運動がコネクティングロッド121を介してピストン120に伝わることで、ピストン120は圧縮室111内を往復運動する。
ピストン120の往復運動に伴って密閉容器101内の冷媒109は吸入マフラー116から圧縮室111内へ吸入されるとともに、低圧の冷媒109が冷却システム(図示しない)から吸入管103を通って密閉容器101内に流入する。圧縮室111内へ吸入された冷媒109は圧縮され、バルブプレート113の吐出弁装置114を経てヘッド115内に吐出される。さらに、ヘッド115内に吐出された高圧ガスは、吐出管102から冷却システム(図示しない)へと吐出される。
ここで、密閉型圧縮機の起動時には、冷凍サイクル(図示せず)から冷媒109とともにオイル104が戻ってくる。そして冷媒109とともにこのオイル104も圧縮、吐出するので、吐出リード127やスプリングリード128の間にはオイル104が多く介在している状態となっている。
また、一般に密閉型圧縮機の起動時は吸入圧力が高く、密閉容器1内が減圧されるまでの間、比較的密度の高い冷媒109を圧縮、吐出することとなり、吐出リード127の開閉部132には大きな荷重がかかる。
一方、吐出リード127の開閉部132はストッパ129の規制部138にて変位が規制されるので、吐出リード127の開閉部132は密度の高い冷媒109によってストッパ129の規制部138との間に配設しているスプリングリード128の可動部134に強く押し付けられることになる。その結果、吐出リード127の開閉部132とスプリングリード128の可動部134とがオイル104で吸着しようとする。
しかしながら、スプリングリード128の可動部134にスプリングリード折曲部135を形成しているので、吐出リード127の開閉部132とスプリングリード128の可動部134の間には、図5に示すように空間142が形成される。そのため、スプリングリード128の可動部134と吐出リード127の開閉部132はすぐに引き剥がされる。すなわち、吸着が持続せず、スプリングリード128と吐出リード127が一体化して動作することがないので、閉じ遅れを防ぐことができる。
その結果、圧縮室111内に高圧の冷媒が逆流することで起こる低冷凍能力現象を防ぐことができる。
ここで、スプリングリード128の先端部136は前記バルブプレート113に設けたプレート当接部126に当接しているので、スプリングリード128の可動部134は吐出リード127の開閉部132との間に安定して隙間を有する事が可能となり、吐出リード127が開いた際、スプリングリード128に当接するまでの変位が安定化する。すなわち、吐出リード127のバネ力から、吐出リード127とスプリングリード128の合成バネ力に移行する変曲点のバラツキを抑え、バネ特性を安定化する。
その結果、吐出リード26の開き量及び、閉じるタイミングのバラツキを少なくし、冷凍能力及び、効率を安定化することができる。
従って、バラツキが少なく安定したエネルギ効率の高い密閉型圧縮機を提供することが
できる。
また、吐出リード127は、吐出リード折曲部139において開閉部132側が弁座部124側に折曲形成しているので、吐出リード127の開閉部132には弁座部124に押し付ける力が働く。
従って吐出リード127の開閉部132が弁座部124から浮くことを防止することができ、さらに良好なシール性を保つことができるため、よりエネルギ効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。
さらに、弁座部124と台座部125との間には台座部125より更に深い逃げ部140が形成され、吐出リード折曲部139は逃げ部140の間に位置しているので、逃げ部140が台座部125とスプリングリード128のバネ力によって押圧されることを防止できる。その結果、吐出リード127の開閉部132の傾き量を安定させることができ、安定した冷凍性能を備えた密閉型圧縮機を提供することができる。
また、本実施の形態によれば、ストッパ129の規制部138にはスプリングリード128側に折曲形成したストッパ当接部141を形成しているので、スプリングリード128がストッパ当接部141に当接した上でさらに吐出リード127は変位をすることができるため、吐出リード127のバネ特性は、図6に示すように変曲点を2つもち3段階の特性を得ることができる。
すなわち第一の変曲点は吐出リード127の開閉部132がスプリングリード128の可動部134に当接する点であり、以降、第二の編曲点までは吐出リード127の開閉部132とスプリングリード128の可動部134のバネの合成力が得られる。
第二の編曲点はスプリングリード128の可動部134がストッパ129のストッパ当接部141に当接する点で、以降は、スプリングリードの支持方式が片持ちから両持ちへ移行することで、バネ力がさらに増加する。
以上のように変曲点を2つもち3段階の特性を得ることで、吐出リード127の開きが大きいほど強いバネ力が働き、閉じる際のスピードが速くなることから、吐出リード127が大きく開く高循環量領域においても閉じ遅れが少なく、エネルギ効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。
以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、比較的循環量の多い場合でも、吐出リードの閉じ遅れがほとんど無い、エネルギ効率の高い安定した密閉型圧縮機を提供することができるので、CO2冷媒を用いた冷凍空調機器の用途にも適用できる。
本発明の実施の形態1における密閉型圧縮機の断面図 同実施の形態における密閉型圧縮機の平面図 同実施の形態における吐出弁装置の閉時の側面断面図 同実施の形態における吐出弁装置の分解図 同実施の形態における吐出弁装置の開時の側面断面図 同実施の形態における吐出弁装置のバネ特性図 従来の密閉型圧縮機の断面図 従来の密閉型圧縮機の平面図 従来の密閉型圧縮機の吐出弁装置の側面断面図 従来の密閉型圧縮機の吐出弁装置の分解図
101 密閉容器
104 オイル
108 圧縮機構
110 シリンダ
113 バルブプレート
114 吐出弁装置
120 ピストン
123 吐出孔
124 弁座部
125 台座部
126 プレート当接部
127 吐出リード
128 スプリングリード
129 ストッパ
131 吐出リード保持部
132 開閉部
133 スプリングリード保持部
134 可動部
135 スプリングリード折曲部
136 先端部
137 ストッパ保持部
138 規制部
139 吐出リード折曲部
140 逃げ部
141 ストッパ当接部

Claims (3)

  1. 密閉容器内に圧縮機構およびオイルを収容し、前記圧縮機構を、ピストンと、前記ピストンが往復動するシリンダと、前記シリンダの開口端を封止するとともに反シリンダ側に吐出弁装置を備えたバルブプレートを有する構成とし、前記吐出弁装置、前記シリンダ内に連通する吐出孔と、前記吐出孔の外側に設けられた弁座部と、前記弁座部と略同一平面上に形成した台座部と、前記弁座部より高い位置に設けたプレート当接部がそれぞれ形成された前記バルブプレートと、板ばね材からなり、かつ前記吐出孔を開閉する開閉部と前記台座部に固定される吐出リード保持部とを備える吐出リードと、板ばね材からなり、かつ可動部と前記台座部に固定されるスプリングリード保持部とを備えるスプリングリードと、規制部と前記台座部に固定されるストッパ保持部と前記スプリングリード側に折曲形成したストッパ当接部を備えるストッパとをこの順前記保持部を重ねて前記バルブプレートの台座部に固定した構成とし、さらに、前記スプリングリードを、スプリングリード折曲部において前記可動部が弁座部側に折り曲げられ、該可動部の先端部前記プレート当接部に当接する構成とし、さらに前記ストッパのストッパ当接部と前記バルブプレートに形成されたプレート当接部の間に所定の間隔を設け、前記吐出リードの開放動作により、該吐出リードの開閉部が前記スプリングリードの可動部に当接し、さらに、前記吐出リードと前記スプリングリードの当接状態において、該スプリングリードの先端部が、前記ストッパのストッパ当接部に当接する構成とした密閉型圧縮機。
  2. 前記吐出リードを、吐出リード折曲部において開閉部側が前記弁座部側に折り曲げられた構成とする請求項1に記載の密閉型圧縮機。
  3. 前記吐出リード折曲部を、前記弁座部と台座部との間に形成された逃げ部に位置させた請求項2に記載の密閉型圧縮機。
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