JP5355361B2 - 密閉型回転圧縮機 - Google Patents

Description

この発明は、たとえば空気調和装置やヒートポンプ給湯機、冷蔵庫等に採用される冷凍サイクルの一構成要素として使用される密閉型回転圧縮機に関するものである。

従来から発生する騒音を低減するようにした密閉型回転圧縮機が存在している。そのようなものとして、「電動圧縮要素を収納した密閉ケースと、反シリンダ面にバルブ装着用の凹部とバルブ穴の近傍に前記凹部と通じている溝とを有する軸受と、前記軸受の反シリンダ面側に配置される吐出カバーと、前記軸受と前記吐出カバーとの間に介在され、かつ前記バルブ穴に対応する位置に穴を有する仕切板とを備えたもの」が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。つまり、特許文献１に記載の密閉型回転圧縮機は、シリンダからの流体圧力脈動を低減するために、軸受のバルブ装着用の凹部とバルブ孔の近傍に凹部と通じている溝を設け、仕切板で閉空間部を設けて、騒音の低減を図っている。

特開昭６２−０５８０９５号公報（第２、３頁、第１、２図等）

特許文献１に記載されているような密閉型回転圧縮機にあっては、シリンダーからの流体がバルブに衝突した後、四方八方に拡散し、吐出脈動がバルブ周辺の壁面や仕切り板、圧縮機シェルを加振し、その振動による騒音を発生してしまうという問題があった。また、シリンダーからの流体がバルブに衝突した後に、流体の流れが拡散するため、共鳴空間部である閉空間による脈動減衰効果が低減してしまっているという問題があった。

この発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、低振動化かつ低騒音化を実現可能にしている密閉型回転圧縮機を提供することを目的としている。

この発明に係る密閉型回転圧縮機は、流体が圧縮されるシリンダー室を有するシリンダーと、前記シリンダー室から吐出された流体が流れる吐出穴と、前記吐出穴への流体の逆流を防ぐバルブと、前記バルブの先端側で上方に向かって傾斜し、前記バルブの開度上限を規定するバルブ押さえと、前記バルブの下流側に形成され、流路断面の代表寸法を前記吐出穴の直径長さと略同程度の長さとしている流路と、を備えたことを特徴とする。

この発明に係る密閉型回転圧縮機によれば、流路断面の代表寸法を吐出穴の直径長さと略同程度の長さとしている流路をバルブの下流側に設けているので、バルブに衝突した後の流体が拡散せずに流路内を流れ、バルブ周りへの流体の衝突による加振を減らすことができ、振動、騒音を低減することが可能になる。

この発明の実施の形態１に係る密閉型回転圧縮機の外観例を示す正面図である。 図１で示した密閉型回転圧縮機を上から見た状態を示す上面図である。 図２で示したＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った密閉型回転圧縮機における縦断面構成の一例を示す矢視断面図である。 図３で示した圧縮機構部３の一例を拡大して示す拡大断面図である。 図３で示したＩＶ−ＩＶ線に沿った密閉型回転圧縮機における横断面構成の一例を示す矢視断面図である。 図５で示したＶ−Ｖ線に沿った密閉型回転圧縮機における縦断面構成の一例を示す矢視断面図である。 従来の密閉型回転圧縮機におけるバルブ周りの流体の流れを説明するための説明図である。 この発明の実施の形態１に係る密閉型回転圧縮機のバルブ周りにおける流体の流れを説明するための説明図である。 この発明の実施の形態２に係る密閉型回転圧縮機における図５で示したＶ−Ｖ線に沿った縦断面構成の一例を示す矢視断面図である。 この発明の実施の形態２に係る密閉型回転圧縮機における図５で示したＶ−Ｖ線に沿った縦断面構成の別の一例を示す矢視断面図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１.
図１は、この発明の実施の形態１に係る密閉型回転圧縮機（以下、圧縮機１００と称する）の外観例を示す正面図である。図２は、図１で示した圧縮機１００を上から見た状態を示す上面図である。図３は、図２で示したＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った圧縮機１００における縦断面構成の一例を示す矢視断面図である。図４は、図３で示した圧縮機構部３の一例を拡大して示す拡大断面図である。図５は、図３で示したＩＶ−ＩＶ線に沿った圧縮機１００における横断面構成の一例を示す矢視断面図である。図６は、図５で示したＶ−Ｖ線に沿った圧縮機１００における縦断面構成の一例を示す矢視断面図である。図１〜図６に基づいて、圧縮機１００の構成、動作及び特徴事項について説明する。

実施の形態１に係る圧縮機１００は、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、ヒートポンプ給湯機等に採用される冷凍サイクルの構成要素の一つとなるものである。この圧縮機１００は、流体（たとえば、冷媒や熱媒体（水や不凍液等））を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態として吐出させる機能を有している。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

図１〜図６に示すように、圧縮機１００は、圧縮機１００の外郭を構成する縦型の密閉シェル１を備えている。そして、密閉シェル１内の上方にはモーター２が配設され、モーター２の下方にはモーター２の駆動により作動する圧縮機構部３が配設されている。モーター２と圧縮機構部３とは、軸方向を鉛直方向とする駆動軸４を介して連動連結されている。この駆動軸４には、円筒形状のローリングピストン１６が駆動軸４の中心軸に対して偏心して取り付けられている。

モーター２は、リング状に形成されたステーター１０と、このステーター１０の内部で回転し得るように支持されたローター１１と、から構成されている。そして、駆動軸４の一端部がローター１１の軸心位置に圧入されている。

圧縮機構部３は、軸線方向に貫通して形成された断面円形のシリンダー室１３を有している所定厚みの平板リング状のシリンダー１２と、シリンダー室１３の上端側開口を閉塞するようにシリンダー１２の上面に取り付けられた主軸受１４と、シリンダー室１３の下端側開口を閉塞するようにシリンダー１２の下面に取り付けられた副軸受１５と、シリンダー室１３内に配設され、シリンダー室１３内の流体を圧縮するローリングピストン１６と、シリンダー１２に形成され、シリンダー室１３とシリンダー１２の外周部（詳しくは吸入管５）とを連通する吸入穴２０と、主軸受１４に主軸受１４の軸心と平行な穴中心を有するように形成され、シリンダー室１３と主軸受１４の上部側とを連通する断面円形の吐出穴２１、とを、少なくとも有している。

なお、シリンダー１２に形成する吸入穴２０は、シリンダー室１３の開口端部において回転駆動するローリングピストン１６の外周壁面が当接するようになっている。また、主軸受１４に形成する吐出穴２１の断面とは、主軸受１４の軸心と直交する線に沿った断面である。さらに、ローリングピストン１６は、駆動軸４の端部にシリンダー室１３に収納して設けられた偏心軸部４ａに取り付けられている。

主軸受１４のモーター２側の面には、吐出穴２１の出口を塞口するようにバルブ溝２５が形成されている。このバルブ溝２５の幅は、バルブ２３の稼動に支障がない程度の幅（バルブ２３と略同一幅）に設定されている。バルブ溝２５内には、吐出穴２１を覆い、流体の逆流を防ぐ板バネ製のバルブ２３が配設されている。バルブ２３には、バルブ２３のリフト量を制限（バルブ２３の開度上限を規定）するバルブ押さえ２４が重ねて設けられている。このバルブ押さえ２４は、吐出穴２１側（バルブ先端２３ａ側）で上方に向かって傾斜しており、バルブ溝２５を塞ぐ構造としている。シリンダー室１３内での圧縮により所定圧力まで上昇した流体が、バルブ２３を押し上げて主軸受１４のモーター２側面から吐出されるようになっている。なお、バルブ２３が押し上げられるとバルブ先端２３ａがバルブ押さえ２４に接触するようになっている。

また、バルブ２３の下流側には、吐出穴２１と連通した配管のような流路２７を形成している。この流路２７の流路断面における代表寸法Ｌは、吐出穴２１の直径長さｄと略同程度の長さとしている。このようにすることで、バルブ２３の下流側において、流体が流れる流路２７を急拡大、急縮小しないようにできる。流路２７は、バルブ先端２３ａが接触するバルブ押さえ２４の位置で、バルブ押さえ２４のそりに対する略接線方向Ａに形成されている。なお、代表寸法Ｌを吐出穴２１の直径長さｄと略同程度にするに際し、たとえば代表寸法Ｌを吐出穴２１の直径長さｄの±３０％の範囲内とすることが好ましく、更に好ましくは±１０％の範囲内とすることが好ましい。

駆動軸４の他端側（下端部側、つまりシリンダー室１３内における端部側）には、中心軸線が駆動軸４の中心軸線に対して偏心している偏心軸部４ａが設けられている。すなわち、駆動軸４は、偏心軸部４ａがシリンダー室１３内に収容されて、主軸受１４と副軸受１５とにより回転自在に支持されている。したがって、ローリングピストン１６は、シリンダー室１３内に収容され、その外周面がシリンダー室１３の内周壁面と密接しつつ、駆動軸４の回転により偏心回転するようになっている。

また、密閉シェル１には、流体を吸入するための吸入管５、及び、圧縮された流体を吐出するための吐出管６が接続されている。吸入管５は、吸入穴２０を介してシリンダー室１３に連結されており、流体を吸入してシリンダー室１３内に供給している。吐出管６は、密閉シェル１の上部に設けられており、圧縮された流体を圧縮機１００の外部に送り出している。また、吸入管５には、余剰流体を蓄えるアキュムレーター７が連結されている。

このように構成された圧縮機１００の動作について説明する。なお、圧縮機１００に適用される流体としては、たとえばフロン系冷媒や自然冷媒（二酸化炭素や炭化水素等）、空気、窒素等が用いられる。

電力がモーター２に供給され、モーター２が駆動すると、主軸受１４及び副軸受１５に軸支された駆動軸４が回転駆動する。駆動軸４の回転駆動に伴って、ローリングピストン１６がシリンダー室１３内でシリンダー室１３の内周壁面に密接しつつ偏心回転する。このとき、ローリングピストン１６の上端面と主軸受１４の下面との間、及び、ローリングピストン１６の下端面と副軸受１５の上面との間は、それぞれ潤滑油によりシールされている。

このローリングピストン１６の回転により、シリンダー室１３内が負圧となり、流体が、アキュムレーター７、吸入管５及び吸入穴２０を介してシリンダー室１３内に吸入される。ローリングピストン１６の回転に伴い、シリンダー室１３内で流体が圧縮される。そして、流体の圧力が所定圧力まで上昇すると、バルブ２３がその弾性力に逆らって、持ち上げられる。その結果、圧縮された流体が吐出穴２１から密閉シェル１内に吐出され、吐出管６を通って圧縮機１００の外部に吐出される。

図７は、従来の圧縮機におけるバルブ周り（バルブ溝２５及び吐出穴２１の形成部分）の流体の流れを説明するための説明図である。この図７では、従来の密閉型回転圧縮機（たとえば、特許文献１に記載されているような圧縮機）におけるバルブ周りの縦断面構成を拡大して示している。図７に基づいて、従来の圧縮機における問題点について説明する。なお、図７においては、実施の形態１に係る圧縮機１００と同一部分には、同一符号を付している。また、線３０（線３０ａ及び線３０ｂを含む）は、吐出穴２１からバルブ２３に向かって流れ、バルブ２３に衝突した際の流体の流れを表している。

従来の密閉型回転圧縮機では、シリンダー室１３から吐出した流体がバルブ押さえ２４まで押し上げたバルブ２３に衝突した後、バルブ２３の中央に衝突して、紙面垂直方向に流れてくる（線３０ａで示す流体の流れ）。バルブ２３の中央部から端部側に衝突した流体は、バルブ溝２５の壁に向かって水平方向に流れる（線３０ｂで示す流体の流れ）。その結果、シリンダー室１３から吐出した流体は、バルブ溝２５において四方八方に拡散してしまうことになる。

そのため、流体の流れがバルブ２３周辺（たとえば、バルブ溝２５の内壁面２６や特許文献１に示されているような仕切り板等）に衝突し、圧力脈動によって密閉シェル１が加振して振動騒音を発生してしまうという問題があった。また、流体は、バルブ２３衝突後に流れが拡散するため、閉空間部（バルブ溝２５）による脈動減衰効果が低減してしまっているという問題もあった。

図８は、実施の形態１に係る圧縮機１００のバルブ周りにおける流体の流れを説明するための説明図である。この図８では、圧縮機１００におけるバルブ周りの縦断面構成を拡大して示している。図８に基づいて、圧縮機１００におけるバルブ周りについて詳細に説明する。

圧縮機１００では、バルブ溝２５の幅をバルブ２３と略同一に設定し、バルブ押さえ２４でバルブ溝２５を塞ぐ構造としているため、シリンダー室１３から吐出した流体は、バルブ２３に衝突した後、紙面垂直方向にしか流れない（図８で示す線３０）。図６に示すように、バルブ押さえ２４も傾斜して閉じた空間となっているため、バルブ２３に衝突した流体は、図８の紙面手前側（図６においては紙面右斜め上側）にそろって流れることになる。

このような構造にすることにより、シリンダー室１３から吐出穴２１を経てバルブ２３に衝突した流体は、吐出穴２１と連通している配管のように形成されている流路２７へ流れていく。すなわち、バルブ２３に衝突した流体は、急拡大あるいは急縮小していない流路２７を流れることになる。このため、吐出脈動によるバルブ周辺へ流体の衝突を低減でき、密閉シェル１の加振が低減し、振動騒音が減少することになる。

実施の形態１に係る圧縮機１００によれば、バルブ２３の下流側（直後）に吐出穴２１の直径長さｄと略同程度の長さの代表寸法Ｌの断面を有する流路２７を設けているため、流体がバルブ２３から横に広がらず（つまり、線３０ｂで示す流れが存在しない）、バルブ２３の直後に設けた流路２７に流れやすくなっている。その結果、吐出脈動によるバルブ周辺への流体の衝突が低減でき、それに伴う密閉シェル１の加振も低減し、振動騒音が減少されることになる。

また、実施の形態１に係る圧縮機１００では、バルブ先端２３ａが接触するバルブ押さえ２４の位置で、バルブ押さえ２４のそりに対する略接線方向Ａに流路２７を設けている。その結果、バルブ２３が完全に開き、バルブ２３衝突後の流体がバルブ２３の直後に設けた流路２７に円滑に流入するため、バルブ周辺への流体の衝突による加振を更に低減することができる。さらに、実施の形態１に係る圧縮機１００では、バルブ押さえ２４とバルブ後の流路２７の一部もしくは全部を同じ部品で構成している。その結果、容易にバルブ後に流路２７を構成することができ、部品点数も減らせることから組み立てやすく、安価な製造が実現できる。

なお、実施の形態１では、圧縮機１００がロータリー形の密閉型回転圧縮機である場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、スクロール形の密閉型回転圧縮機でも同様の効果が得られることは言うまでもない。また、吐出穴２１、バルブ２３、バルブ押さえ２４、及び、バルブ溝２５は主軸受１４側のみにあるものとして説明したが、副軸受１５側のみ、あるいは、両方にあっても同様の効果を奏する。さらに、圧縮機１００が縦型である場合を例に説明したが、圧縮機１００が横型であっても同様の効果を奏する。

実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２に係る密閉型回転圧縮機（以下、圧縮機１００ａと称する）における図５で示したＶ−Ｖ線に沿った縦断面構成の一例を示す矢視断面図である。図１０は、圧縮機１００ａにおける図５で示したＶ−Ｖ線に沿った縦断面構成の別の一例を示す矢視断面図である。図９及び図１０に基づいて、実施の形態２の特徴部分について説明する。なお、実施の形態２では実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。

図９に示すように、圧縮機１００ａは、共鳴形消音器として機能するヘルムホルツ形の閉空間部２８を流路２７に連通させるように備えている。この閉空間部２８は、流路２７の出口（流路出口２７ａ）よりも上流側（吐出穴２１側）において主軸受１４に形成されている。このような閉空間部２８を設けることによって、圧縮機１００ａでは、バルブ周辺における加振を低減するだけでなく、バルブ２３後の流路出口２７ａの下流側にある壁面（図示せず）やマフラー（図示せず）への加振、またシリンダー１２への吐出反力を低減することができるようになっている。

実施の形態２に係る圧縮機１００ａにおいては、拡大しない流路２７をつくり、そこに閉空間部２８を設けることができるため、流体主流の脈動を低減でき、効果的に振動や騒音を低減できる。また、実施の形態２に係る圧縮機１００ａにおいては、バルブ２３の上流側に閉空間部２８を設けていないことから、圧縮比の低減が避けられ、閉空間部２８なしの状態に比べて能力低下が少ない。さらに、実施の形態２に係る圧縮機１００ａでは、バルブ押さえ２４と閉空間部２８の一部もしくは全部を同じ部品で構成している。その結果、流体主流の圧力脈動を低減する閉空間部２８を容易に構成することができ、安価に製造することができる。

図９では、閉空間部２８をヘルムホルツ形共鳴器としている場合を例に説明したが、図１０に示したようなサイドブランチ形の共鳴器（閉空間部２８ｂ）などでも同様の効果が得られることは言うまでもない。また、実施の形態２に係る圧縮機１００ａでは、主軸受１４に切り欠きを設けて閉空間部２８（閉空間部２８ｂを含む）を構成している状態を例に示しているが、バルブ押さえ２４に切り欠きを設けて閉空間部２８を構成するようにしても同様の効果が得られることは言うまでもない。

１ 密閉シェル、２ モーター、３ 圧縮機構部、４ 駆動軸、４ａ 偏心軸部、５ 吸入管、６ 吐出管、７ アキュムレーター、１０ ステーター、１１ ローター、１２ シリンダー、１３ シリンダー室、１４ 主軸受、１５ 副軸受、１６ ローリングピストン、２０ 吸入穴、２１ 吐出穴、２３ バルブ、２３ａ バルブ先端、２５ バルブ溝、２６ 内壁面、２７ 流路、２７ａ 流路出口、２８ 閉空間部、２８ｂ 閉空間部、３０ 線、３０ａ 線、３０ｂ 線、１００ 圧縮機、１００ａ 圧縮機。

Claims (7)

1. 流体が圧縮されるシリンダー室を有するシリンダーと、
   前記シリンダー室から吐出された流体が流れる吐出穴と、
   前記吐出穴への流体の逆流を防ぐバルブと、
   前記バルブの先端側で上方に向かって傾斜し、前記バルブの開度上限を規定するバルブ押さえと、
   前記バルブの下流側に形成され、流路断面の代表寸法を前記吐出穴の直径長さと略同程度の長さとしている流路と、を備えた
   ことを特徴とする密閉型回転圧縮機。
2. 前記流路は、
   前記バルブの先端が接触する位置における前記バルブ押さえのそりに対する略接線方向に向けて形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の密閉型回転圧縮機。
3. 前記バルブ押さえ及び前記流路は、
   その一部もしくは全部を同じ部品で構成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の密閉型回転圧縮機。
4. 前記流路と連通する閉空間部を設けている
   ことを特徴とした請求項１〜３のいずれか一項に記載の密閉型回転圧縮機。
5. 前記閉空間部は、
   ヘルムホルツ形あるいはサイドブランチ形に形成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の密閉型回転圧縮機。
6. 前記バルブ押さえ及び前記閉空間部は、
   その一部もしくは全部を同じ部品で構成されている
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の密閉型回転圧縮機。
7. 前記バルブは、
   前記バルブの幅と同程度の幅を有しているバルブ溝に設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の密閉型回転圧縮機。

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