JP5828136B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、電気冷蔵庫、エアーコンディショナー、冷凍冷蔵装置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、家庭用冷蔵庫は省エネルギー化が進み、家庭用冷蔵庫に搭載される密閉型圧縮機においても高効率化が進みつつある。

そういった中で、従来、家庭用冷蔵庫に搭載されるこの種の密閉型圧縮機は、効率を向上させるために、ピストンに設けた凸部により、吐出孔のデッドボリュームを低減し、圧縮ガスの再膨張による損失の低減や冷凍能力の低下を抑えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

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、図８は、従来の密閉型圧縮機のピストンの斜視図、図９は、従来の密閉型圧縮機の図８のＡ−Ａ線による要部断面図である。

図７から図９に示すように、従来の密閉型圧縮機１は、密閉容器３内に、圧縮要素５と電動要素７を収容し、内部空間には冷媒ガス９が充填されている。

圧縮要素５は、略円筒形のシリンダ１１内に自在に往復動できるようにピストン１３が挿入され、ピストン１３を連結手段１５によってクランクシャフト１７の偏心軸１９と連結した構成を具備している。

また、シリンダ１１の端部には、吸入孔２１と吐出孔２３を備えたバルブプレート２５が配設されており、吸入孔２１と吐出孔２３をそれぞれ開閉する吸入弁（図示せず）と吐出弁２７を備えている。

シリンダ１１、バルブプレート２５、ピストン１３によって圧縮室２９が形成され、電動要素７の回転力を伝達するクランクシャフト１７の回転により、シリンダ１１内をピストン１３が往復運動し、これにより圧縮室２９で冷媒ガス９を吸入、圧縮、吐出させる圧縮機構となっている。

また、図８と図９に詳細に示すように、従来の密閉型圧縮機１は、吐出孔２３のデッドボリューム（網掛け部分）を低減するために、ピストン１３のバルブプレート２５側の端面（先端面）に、吐出孔２３に入り込む位置に凸部３１を設けている。

さらに、このピストン１３の凸部３１の側面は、冷媒ガス９の流れ方向３９の変化を小さくするために、周囲方向に勾配が連続的に変化し、側面３３の領域で最小となり、かつ側面３５の領域で最大となるように設定されている。

また、吐出孔２３の内周面３７は、ピストン１３の凸部３１の側面３３および側面３５と略平行となるように勾配が設定されている。

一方、流体技術において、流体を吐出する吐出孔の入口周縁に断面が円弧となるベルマウスを形成し、流体の流れに伴う入口周縁での損失を低減する技術を開示した書籍も知られている（例えば、非特許文献１参照）。

米国特許第５９８０２２３号明細書

工学基礎 流体の力学 三訂版 （培風館 １９９０ Ｐ．１８４〜１８５）

しかしながら、上記従来の構成は、ピストン１３のバルブプレート２５側に設けられた凸部３１が吐出孔２３に入り込み、デッドボリューム（網掛け部分）を低減できるものの、図９に示すように、凸部３１の側面３３および側面３５と、吐出孔２３の内周面３７が略平行であるため、ピストン１３が点線で示した位置から実線で示した位置（上死点）に至るまでに、徐々に冷媒ガス９の流路面積が減少し、過圧縮が生じ、吐出損失が増大するという課題があった。

また、図９においては、凸部３１の緩やかな側面３３により、冷媒ガス９の流れ方向３９の変化を小さくできるものの、凸部３１が円錐台形状であることから、吸入孔２１から吐出孔２３に向かって流れる冷媒ガス９の流れにおいて、凸部３１の周壁（側面）への回り込みが生じる。

そのため、凸部３１の端面（先端面）において、側面全周から流れ込んだ冷媒ガス９が互いに干渉し、乱流が発生することにより、冷媒ガス９が圧縮室２９から吐出孔２３へ流出しきれず、圧縮室２９内に溜まり込んだ（残存した）冷媒ガス９がピストン１３の吸入動作に伴って再膨張する。その結果、吸入損失が生じるなど、結果として密閉型圧縮機１におけるデッドボリュームの低減、および冷媒ガス流れの改善による効果が十分に発揮できないという課題があった。

また、上記従来の密閉型圧縮機１の吐出孔２３に、上記非特許文献１に開示される構成を応用することも想定されるが、凸部３１による吐出孔２３周辺の損失（冷媒の複雑な挙動）に起因して十分な効果が期待できないことが予測される。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、デッドボリュームを低減することによって、再膨張損失を低減するとともに、冷媒ガス流れを改善し、圧縮室内や吐出孔における吐出ガス流れの損失を低減することによって、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、ピストンの先端面に設けた凸部の側面に、少なくとも一つの平面を設け、かつ前記平面の一つにおける前記ピストンの先端面に対する勾配αを、前記凸部の他の側面の前記ピストンに対する勾配βよりも緩やかになるようにしたものである。

これによって、ピストンの先端面に設けた凸部が吐出孔に入り込むことで、デッドボリュームを低減し、再膨張損失を低減することにより、圧縮機の効率を向上することができる。さらに、吸入孔から吐出孔に向かって流れる冷媒ガスの流れにおいて、前記平面によって凸部の軸方向に延びる周壁への回り込みを遮り、平面によって遮った冷媒ガスを吐出孔方向へ効率的に導くことができるため、圧縮行程の終了時における冷媒ガスの圧縮室内
での溜まり込み（量）を抑制し、その溜まり込んだ冷媒ガスの再膨張に伴う吸入損失を低減することができる。

本発明の密閉型圧縮機は、圧縮室内や吐出孔における吐出ガス流れの損失を低減し、圧縮室内に溜まり込んだ冷媒ガスの再膨張に伴う吸入損失を低減することができるので、密閉型圧縮機の効率を高めることができる。

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 同実施の形態１における密閉型圧縮機のピストンの要部斜視図 同実施の形態１における密閉型圧縮機の図２のＢ−Ｂ線による要部断面図 同実施の形態１における密閉型圧縮機のピストンの圧縮面から見た凸部の吸入孔および吐出孔との配置関係を示す説明図 同実施の形態１における密閉型圧縮機の凸部の側面の勾配αと成績係数ＣＯＰの関係を示す特性図 同実施の形態１における異なる構成の凸部を設けたピストンの要部斜視図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の密閉型圧縮機のピストンの斜視図 従来の密閉型圧縮機の図８のＡ−Ａ線による要部断面図

第１の発明は、密閉容器内に、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、圧縮室空間を有するシリンダブロックと、前記圧縮室空間内を往復運動するピストンと、前記圧縮室空間の端部に配置され、かつ前記ピストンとで圧縮室を形成するバルブプレートを備え、前記バルブプレートに、前記圧縮室内で圧縮される冷媒ガスが流入する吸入孔と該圧縮室内で圧縮された冷媒ガスが吐出される断面が円形形状の吐出孔を設け、さらに、前記ピストンの先端面で、かつ前記吐出孔と対向した位置に、該ピストンの往復動に伴って前記吐出孔を出没する凸部を設け、前記凸部の側面に、少なくとも一つの平面を設け、かつ前記平面の一つにおける前記ピストンの先端面に対する勾配αを、前記凸部の他の側面の前記ピストンの先端面に対する勾配βよりも緩やかになるようにしたものである。

かかる構成とすることにより、吐出孔に形成されるデッドボリュームを低減し、再膨張に伴う吸入損失を低減することができるので、圧縮機の効率を向上することに加えて、吸入孔から吐出孔に向かって流れる冷媒ガスの流れにおいて、平面によって凸部の軸方向に延びる周壁への回り込みを遮ることができる。

さらに、平面の勾配αが、その他の側面の勾配βよりも勾配を緩やかにすることで、圧縮室から吐出孔へ流入する冷媒ガス流れにおいて、平面に沿った流れの流路抵抗を小さくすることができる。

その結果、平面によって遮った冷媒ガスを吐出孔方向へ効率的に導くことができ、圧縮行程終了時における冷媒ガスの圧縮室内での溜まり込み（残存）を低減し、その溜まり込んだ冷媒ガスの再膨張に伴う吸入損失を低減し、密閉型圧縮機の効率を向上することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の凸部における勾配αを有する前記平面を、前記吸入孔側に面する位置に配置したものである。

かかることにより、吸入孔から流れ込み、吐出孔に向かう冷媒ガスの流れを、平面により遮り、平面に沿って吐出孔に向かう冷媒ガスの流れを生成し、特に圧縮行程終了時における冷媒ガスの圧縮室内での溜まり込み（残存）をさらに低減する。その結果、前述の溜まり込んだ冷媒ガスの再膨張に伴う吸入損失を低減し、密閉型圧縮機の効率を向上することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の吐出孔を、前記圧縮室側から前記圧縮室の反対側に向かって断面積が大きくなるように形成したものである。

かかることにより、凸部の側面と吐出孔の内周面で形成される流路面積を拡げることができ、吐出孔を通過する冷媒ガスの流路抵抗を極力小さくすることができる。その結果、圧縮冷媒ガスの吐出孔からの流出を円滑にし、圧縮行程時の過圧縮を低減し、密閉型圧縮機の入力を低減する作用効果が期待できる。

第４の発明は、特に、第１から第３のいずれか一つの発明の吐出孔の圧縮室側角部に、前記圧縮室側から前記圧縮室の反対側に向かって断面積が小さくなるベルマウス部を設けたものである。

かかることにより、圧縮行程終了時において、ピストンの凸部によって吐出孔方向へ導かれる冷媒ガスを、より円滑に吐出孔へ導くことができる。その結果、圧縮行程終了時における冷媒ガスの圧縮室内での溜まり込み（残存）を低減し、その溜まり込んだ冷媒ガスの再膨張に伴う吸入損失を低減して密閉型圧縮機の効率を向上することができる。

第５の発明は、特に、第１から第４のいずれか一つの発明の凸部の形状を、ピストンの先端面と略平行な面による断面形状が、複数の平面を有する多角形形状としたものである。

かかることにより、吸入孔から吐出孔に向かって流れる冷媒ガスの流れにおいて、凸部の軸方向に延びる周壁への回り込みを、多角形を形成する複数の平面で遮り、その平面によって遮った冷媒ガスを前記吐出孔方向へ導くことができ、圧縮行程終了時における冷媒ガスの圧縮室内での溜まり込み（残存）をさらに低減することができる。その結果、その溜まり込んだ冷媒ガスの再膨張に伴う吸入損失を低減し、密閉型圧縮機の効率をさらに向上することができる。

第６の発明は、特に、第１から第５のいずれか一つの発明の凸部の形状を、前記ピストンの先端面と略平行な面による断面形状が、略長方形となるようにしたものである。

かかることにより、吸入孔から吐出孔に向かって流れる冷媒ガスの流れにおいて、吐出孔へ向かう冷媒ガスの流れを、凸部を囲い、かつ複数の平面に沿った流れとすることができる。したがって、凸部の周囲方向への回り込みを抑制して冷媒ガスを吐出孔方向へ円滑に導くことができる。さらに、圧縮行程終了時における冷媒ガスの圧縮室内での溜まり込み（残存）を低減し、その溜まり込んだ冷媒ガスの再膨張に伴う吸入損失を低減して密閉型圧縮機の効率を向上することができる。

第７の発明は、特に、第１から第６のいずれか一つの発明の凸部における勾配αを、約６０°≦α≦約８５°の範囲としたものである。

かかることにより、冷媒ガスの吐出孔に向かう流れが円滑となり、特に圧縮行程終了時における冷媒ガスの圧縮室内での溜まり込み（残存）を低減することができ、溜まり込んだ冷媒ガスの再膨張に伴う吸入損失を低減し、密閉型圧縮機の効率を向上することができ
る。

以下、本発明の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。

（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縦断面図である。図２は、同実施の形態１における密閉型圧縮機のピストンの要部斜視図である。図３は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の図２のＢ−Ｂ線による要部断面図である。図４は、同実施の形態１における密閉型圧縮機のピストンの圧縮面から見た凸部の吸入孔および吐出孔との配置関係を示す説明図である。図５は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の凸部の側面の勾配αと成績係数ＣＯＰの関係を示す特性図である。図６は、同実施の形態１における異なる構成の凸部を設けたピストンの要部斜視図である。

図１に示すように、密閉型圧縮機（以下、圧縮機と称す）１００は、密閉容器１０１内に冷媒ガス１０３が充填されており、電動要素１０５と、電動要素１０５によって駆動される圧縮要素１０７とがサスペンションスプリング１０９によって密閉容器１０１内において弾性的に支持され、収容されている。

圧縮要素１０７は、電動要素１０５の回転運動を往復運動に変換するクランクシャフト１１１と、略円筒形の圧縮室空間を有するシリンダ１１３を備えたシリンダブロック１１５を主体に構成されている。

クランクシャフト１１１は、電動要素１０５の回転子１１７が固定された主軸部１１９と、軸心が主軸部１１９に対して偏心している偏心部１２１を備えている。そして、主軸部１１９は、シリンダブロック１１５の主軸受け部１２３に支持されている。

また、シリンダ１１３内には、自在に往復動できるようにピストン１２５が挿入されている。このピストン１２５は、連結手段１２７を介してクランクシャフト１１１の偏心部１２１と連結されている。すなわち、連結手段１２７は、一端がクランクシャフト１１１の偏心部１２１と回転自在に連結され、他端がピストン１２５に取り付けられたピストンピン１２９と回転自在に連結されている。これにより、連結手段１２７は、クランクシャフト１１１の回転に伴う偏心部１２１の旋回を往復動に変換してピストン１２５に伝達する。

シリンダ１１３の端部１３１には、バルブプレート１３３が配設されており、バルブプレート１３３、ピストン１２５、シリンダ１１３によって圧縮室１３５が形成されている。

バルブプレート１３３には、それぞれ円形に形成された吸入孔１３７および吐出孔１３９が設けられ、さらに吸入孔１３７を開閉する吸入弁（図示せず）と吐出孔１３９を開閉する吐出弁１４５がそれぞれ周知の構成で設けられている。

また、バルブプレート１３３は、シリンダヘッド１４１で覆われ、このシリンダヘッド１４１の内部には、吐出孔１３９と連通する吐出室１４７が設けられている。

さらに、吸入マフラー１４３は、シリンダヘッド１４１とバルブプレート１３３とで挟持される。

吐出室１４７には、吐出管１４９が接続され、その吐出管１４９には、密閉容器１０１
の外部へ延出した出口管１５１が接続されている。

ピストン１２５のバルブプレート１３３側の端面、すなわち先端面１５３には、吐出孔１３９に対応した位置で、かつピストン１２５の往復動に伴って吐出孔１３９を出没する凸部１５５が一体に設けられている。

さらに、バルブプレート１３３に設けられた吐出孔１３９は、図３に示す如く、入口側（圧縮室１３５側）周縁に、断面が円弧となるベルマウス部１７３を備えるとともに、その孔径は圧縮室１３５側から圧縮室１３５の反対側（吐出室１４７側）に向かって断面積が大きくなるように形成されている。

なお、吐出孔１３９のベルマウス部１７３の円弧の半径は、任意に設定することができる。

また、吐出孔１３９は、ピストン１２５の凸部１５５が容易に入り込める大きさに形成されているとともに、圧縮室１３５の軸心１５７よりも外周側に偏心させた位置の軸心１５９に設けられている。

したがって、凸部１５５の軸心１６１の位置についても、ピストン１２５の往復動時に吐出孔１３９を出没するため、吐出孔１３９の軸心１５９と（略）一致しており、圧縮室１３５の軸心１５７およびこの軸心１５７と（略）一致したピストン１２５の軸心１６３よりも外周側に偏心した位置に設けられている。

さらに、凸部１５５は、図２および図４に示す如く、直方体を基調とした形状であり、四つの平面（以下、側壁と称す）１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄと天面１６７により形成されている。この凸部１５５は、ピストン１２５の軸心１６３に対して垂直な天面１６７が略長方形の形状となっている。

凸部１５５の四つの側壁１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄは、図３に示すように断面形状が若干テーパー形状となっており、ピストン１２５の先端面１５３から離れた位置の頂部（天面１６７）に向かうにつれて各側壁１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄが近づいて水平断面の断面積が小さくなるように形成されている。そして、この凸部１５５は、その軸心１６１が吐出孔１３９の軸心１５９と一致する位置に配置されている。

そして、凸部１５５（吐出孔１３９）とバルブプレート１３３に設けられた吸入孔１３７の位置関係は、図４に示す如く、側壁１６５ａの延長線Ｘからピストン１２５の軸心１６３を越える領域に亘る投影面（ハッチング領域）内に吸入孔１３７が位置している。

さらに、側壁１６５ａとピストン１２５の先端面１５３で形成される勾配α（図３）は、７０°に設定されている。なお、後述する実験結果に基づき、勾配αは、約６０°≦α≦約８５°の範囲において任意に設定することができる。また、この勾配αは、ピストン１２５と凸部１５５が金型成形されることから若干の公差が含まれる。

次に、その他の側壁１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄとピストン１２５の先端面１５３で形成される勾配β（図３）は、約８５°に設定されている。なお、勾配βは上述した金型成形時の抜き勾配（約５°）を除いた角度であり、任意に設定することができる。

ここで、勾配αは、勾配βよりも緩やかになるように設定されている。

また、側壁１６５ａの向きは、図４に示すように、吸入孔１３７の軸心（中心）１６９とピストン１２５の軸心（中心）１６３を通る線Ｙに対して、ピストン１２５の軸心１６３と交差する方向に延びる側壁１６５ａの延長線Ｘのなす角度（以下、配置角度と称す）θが、約４５°となるように設定している。

この配置角度θは、側壁１６５ａと直角で、かつ、この側壁１６５ａの中心を通る直線Ｚが、吸入孔１３７の軸心１６９とピストン１２５の軸心１６３を通る線Ｙと所定の角度範囲で交差する配置関係と定義することもでき、特に、本実施の形態１においては、直線Ｚが、吸入孔１３７の軸心１６９とピストン１２５の軸心１６３の間で交差する角度に設定している。

したがって、吸入孔１３７の位置に応じて、前述の吸入孔１３７の軸心１６９とピストン１２５の軸心１６３を通る線Ｙに対して、側壁１６５ａの延長線Ｘが交差する配置角度θ（約４５°）は異なる場合がある。

さらに、ピストン１２５の先端面１５３における凸部１５５の側壁１６５ａが交差した部分（凸部１５５の突出部分）には、所定の径の湾曲面１７１（図３）が形成されている。換言すると、この凸部１５５の側壁１６５ａは、部分的に湾曲面１７１を備えた形状となっている。

以上のように構成された圧縮機１００について、以下その動作、作用を説明する。ここで、圧縮機１００は、周知の如く吸入管（図示せず）と出口管１５１の間に、凝縮器、減圧器、蒸発器（いずれも図示せず）を接続した冷媒回路が接続され、周知の冷凍サイクルを構成している。なお、圧縮される冷媒ガス１０３には、Ｒ６００ａを採用している。

電動要素１０５に通電すると、回転子１１７が回転してクランクシャフト１１１を回転させ、クランクシャフト１１１の偏心部１２１の回転（旋回）運動が連結手段１２７を介してピストン１２５に伝えられる。したがって、ピストン１２５はシリンダ１１３内を往復動する。

ピストン１２５が、上死点から下死点に向かう吸入行程においては、ピストン１２５のクランクシャフト１１１側への移動に伴って圧縮室１３５の容積が増大するため、圧縮室１３５内の圧力が低下し、吸入マフラー１４３と圧縮室１３５内との圧力差によって吸入弁（図示せず）が開き、圧縮室１３５と吸入マフラー１４３とが吸入孔１３７を介して連通する。

したがって、冷媒ガス１０３は、冷媒回路から密閉容器１０１内に導かれ、吸入マフラー１４３、吸入孔１３７を順次通過して圧縮室１３５内へ吸入される。

次に、ピストン１２５が、下死点から上死点に向かう圧縮行程においては、ピストン１２５のバルブプレート１３３側への移動に伴って、圧縮室１３５の容積が減少するため、圧縮室１３５内の圧力が上昇し、吸入マフラー１４３と圧縮室１３５内との圧力差によって吸入弁（図示せず）が閉じる。その後、圧縮室１３５内の冷媒ガス１０３が圧縮され、圧縮室１３５内の圧力がさらに上昇する。

そして、圧縮室１３５内の圧力が吐出室１４７内の圧力にまで上昇すると、吐出室１４７と圧縮室１３５内との圧力差によって吐出弁１４５が開き、ピストン１２５が上死点に達するまでの間、圧縮された冷媒ガス１０３は吐出孔１３９からシリンダヘッド１４１内の吐出室１４７へ吐出される。

吐出室１４７へ吐出された冷媒ガス１０３は、吐出管１４９を通って、出口管１５１から密閉容器１０１外の冷媒回路へと送り出され、冷凍サイクルが形成される。

以上のような吸入、圧縮、吐出の各行程がクランクシャフト１１１の１回転毎に繰り返し行なわれ、冷媒ガス１０３が冷凍サイクル内を循環する。

上述した吐出行程における吐出孔１３９から吐出される冷媒ガス１０３の流れについて、図３を参照しながら詳細に説明する。なお、ここでは便宜上、ピストン１２５の移動方向に基づき、吐出行程を圧縮行程に含めて説明する。

圧縮行程の後半において、圧縮室１３５の容積が減少してくると、図３に示すように、ピストン１２５の先端面１５３がバルブプレート１３３に近づき、同時に凸部１５５が対向する吐出孔１３９に近づく。そして、圧縮室１３５内の圧力の上昇に伴って吐出弁１４５が開く。

そして、吐出弁１４５が開くと同時に圧縮室１３５内で圧縮された冷媒ガス１０３が、図中の矢印で示すように吐出孔１３９を介して一気にシリンダヘッド１４１内の吐出室１４７内へ吐出される。

そして、さらに圧縮行程が進むと、ピストン１２５の凸部１５５が対向する吐出孔１３９内に入り込み、凸部１５５と吐出孔１３９とで形成されるデッドボリューム（網掛け部分）内に圧縮された冷媒ガス１０３の一部を残して圧縮行程を終了する。

上記圧縮行程における圧縮室１３５内の冷媒ガス１０３の流れは、速度も流れ方向も大きく変化する３次元の流れであり、複雑な挙動を示す。

本実施の形態１においては、ピストン１２５の先端面１５３に設けた凸部１５５を、四つの側壁１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄを有する直方体を基調とする形状としているため、冷媒ガス１０３が凸部１５５の周囲へ回り込み難い形状となっている。

したがって、特に圧縮行程の終了間際においては、図３に示すごとく、吐出孔１３９と凸部１５５で形成される冷媒ガス１０３の流路が狭くなり、冷媒ガス１０３は、流速が速くなる。そして、吐出孔１３９へ流れ込む冷媒ガス１０３は、各側壁１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄの面に沿って吐出孔１３９に向かう方向へ導かれる流れになると考えられる。

すなわち、シリンダ１１３の内壁に沿って流れる冷媒ガス１０３は、凸部１５５の主に側壁１６５ｂ、１６５ｄによってその方向の流れが遮られ、側壁１６５ｂ、１６５ｄと隣接する１６５ａ、１６５ｃとの角部では、乱流が想定されるものの、吐出孔１３９へ導かれる流れ成分が多くなると考えられる。

また、凸部１５５の側壁１６５ｃ側へ回り込んだ冷媒ガス１０３は、双方からその流れが衝突し、一部は側壁１６５ｃの面に沿って吐出孔１３９へ導かれると考えられる。

さらに、吸入孔１３７から吐出孔１３９へ向かって流れる冷媒ガス１０３は、同様に側壁１６５ａによってその方向への流れが遮られ、側壁１６５ａの面に沿って吐出孔１３９へ導かれる流れ成分が多くなると考察する。

しかも、ピストン１２５の先端面１５３における凸部１５５の突出する部分の根元が、湾曲面１７１となっており、冷媒ガス１０３の各側壁１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１
６５ｄの面に沿う流れを円滑化する作用が期待できる。

ここで、凸部１５５と吐出孔１３９とで形成されるデッドボリュームの容積が、密閉型圧縮機１００の効率に大きく影響することは周知であるものの、本発明は、そのデッドボリュームの容積と同等以上にピストン１２５の凸部１５５の形状が影響することを、実験的に見出した。

以下、ピストン１２５の凸部１５５の形状に伴う作用効果について説明する。

図５は、上記構成の圧縮機１００について、側壁１６５ａの勾配αと効率の関係を測定した結果を表した特性図である。ここで、横軸は、凸部１５５の側壁１６５ａとピストン１２５の先端面１５３とで形成される勾配αであり、縦軸は成績係数ＣＯＰである。

また、図５に示した測定結果は、気筒容積が６．０ｃｃで、かつ、運転周波数が５０Ｈｚの圧縮機１００によるものである。

図５に示す通り、凸部１５５の側壁１６５ａの勾配αが約６０°≦α≦約８５°の範囲で効率が高くなることを実験的に確認した。

次に、図５に示す勾配αの実験結果について推察する。

凸部１５５の四つの側壁１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄにおいて吸入孔１３７方向に面し、面積が広い側壁１６５ａのピストン１２５の先端面１５３との勾配αを、約６０°≦α≦約８５°とすることで、側壁１６５ａと吐出孔１３９の内周面とで形成される冷媒ガス１０３の流路面積が、他の側壁１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄと吐出孔１３９の内周面とで形成される冷媒ガス１０３の流路面積よりも広くなるので、冷媒ガス１０３の流速が速いと考えられる吸入孔１３７に最も近い凸部１５５の側壁１６５ａによって吐出孔１３９方向に誘導された冷媒ガス１０３が多くなると考えられる。

さらに、凸部１５５の側壁１６５ａの勾配αが緩やかになることで、圧縮室１３５から吐出孔１３９へ流入する冷媒流れにおいて、側壁１６５ａに沿った流れの流路抵抗が小さくなり、より多くの冷媒ガス１０３が吐出孔１３９へ誘導されたと考えられる。

すなわち、凸部１５５と吐出孔１３９の内周面が接近することによって生じる冷媒ガス１０３の流路抵抗が低減され、これに伴って冷媒ガス１０３の流れがより一層整流化され、圧縮室１３５内に溜まり込む冷媒ガス１０３の量が減少して、吸入行程開始直前における溜まり込んだ冷媒ガス１０３の再膨張に伴う吸入損失を低減し、その結果、圧縮機１００の電気入力の低減（成績係数ＣＯＰの向上）に効果が現れたと推察する。

一方、勾配αを約６０°よりも緩やかすると、側壁１６５ａによって吐出孔１３９方向へ誘導される冷媒ガス１０３の量は増加するものの、側壁１６５ｃによって吐出孔１３９方向へ誘導された冷媒ガス１０３と互いに干渉し、乱流が発生することで、冷媒ガス１０３が圧縮室１３５から流出しきれず、圧縮室１３５内に溜まり込んだ（残存した）冷媒ガス１０３がピストン１２５の吸入動作に伴って再膨張し、その結果、吸入損失が生じるなど、結果として密閉型圧縮機１００におけるデッドボリューム低減および冷媒ガス流れの改善による効果が十分に発揮できなくなったと推察する。

この実験結果は、デッドボリュームの容積や吐出孔１３９の形状およびピストン１２５の凸部１５５の形状以外に、凸部１５５の四つの側壁１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄの中で、吸入孔１３７の軸心１６９に最も近い側壁１６５ａとピストン１２５の先
端面１５３のなす勾配αが効率に影響することを裏付けている。

また、本実施の形態１の凸部１５５は、運転周波数により効率向上効果に差はあるものの、図５で確認した運転周波数５０Ｈｚ以外にも、前後の運転周波数においても、圧縮機１００の効率が向上することを実験的に確認している。

したがって、上述の凸部１５５の側壁１６５ａの勾配αの設定と、５０Ｈｚを含む複数の運転周波数によるインバータ駆動制御を採用した場合においても、本実施の形態１の圧縮機１００は、さらなる省エネルギー化が期待できる。

さらに、本実施の形態１においては、吐出孔１３９の入口側周縁に、断面が円弧となるようなベルマウス部１７３を設けることによって、吐出孔１３９に向かって冷媒ガス１０３がスムーズに誘導されるため、吐出孔１３９の入口部分の損失を改善することができる。

すなわち、凸部１５５の側壁（平面）１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄによって吐出孔１３９の軸方向に整流される冷媒ガス１０３は、ベルマウス部１７３の円弧に沿って流れ易くなり、円滑に吐出孔１３９を通過する。

換言すると、冷媒ガス１０３は、凸部１５５とベルマウス部１７３の相乗作用によって流れが円滑化されるため、圧縮行程終了時における圧縮室１３５内での溜まり込みが低減されることとなる。

したがって、凸部１５５による吐出孔１３９におけるデッドボリュームの減少効果に加えて、冷媒ガス１０３の溜まり込みに伴う再膨張損失が低減され、圧縮機１００の入力を低減することができる。

さらに、本実施の形態１においては、吐出孔１３９の孔径を圧縮室１３５側から圧縮室１３５の反対側（吐出室１４７側）に向かって断面積が大きくなるように形成することによって、凸部１５５と吐出孔１３９の内壁で形成される流路面積を拡げることができ、吐出孔１３９を通過する冷媒ガス１０３の通路抵抗を極力小さくすることができる。

すなわち、凸部１５５と吐出孔１３９の内壁で形成される流路は、吐出孔１３９の出口側（吐出室１４７側）に向かって断面積が大きくなり、冷媒ガス１０３が吐出室１４７へ流出しやすくなるため、圧縮行程終了時における圧縮室１３５内での溜まりこみが低減され、冷媒ガス１０３の溜まり込みに伴う再膨張損失が低減でき、圧縮機１００の入力を低減することができる。

なお、本実施の形態１の吐出孔１３９は、圧縮室１３５側から圧縮室１３５の反対側に向かって断面積が大きくなるように形成したが、断面積が一様の円筒形状の吐出孔１３９であっても、効率向上効果に差が見られるものの、従来の密閉型圧縮機１と比べて、効率向上効果が期待でき、同様に実施可能である。

また、これまでの説明において、凸部１５５は、直方体を基調としたものとして説明したが、図６に示すごとく、凸部１７５が、円錐台を軸方向において切断し、平面１７７ａを形成した形状を基調とする構成においても、平面１７７ａと側面１７７ｂの関係を同様の条件とすることにより、効率向上効果に差が見られるものの、同様の作用効果が期待できる。

すなわち、凸部１５５、１７５は、ピストン１２５とシリンダ１１３による圧縮行程終
了間際において、冷媒ガス１０３の凸部１５５、１７５の周囲（側面）への回り込みを抑制する平面１６５ａ、１７７ａを有する形状が好ましく、図２および図６に示す凸部１５５、１７５の構成は、冷媒ガス１０３の周囲（側面）への回り込みを抑制する構成として同様の作用が期待できる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、高い生産性を確保しながら、高効率で安価な密閉型圧縮機であり、冷凍サイクルに用いる密閉型圧縮機に適用することができ、広く冷凍装置に搭載することができる。また、かかる密閉型圧縮機を搭載した物品貯蔵装置は、家庭用冷蔵庫を初めとして、除湿機やショーケース、自販機等の各種装置への展開が可能であり、消費電力を抑制した貯蔵装置として広く適用することができる。

１００ 密閉型圧縮機
１０１ 密閉容器
１０３ 冷媒ガス
１０５ 電動要素
１０７ 圧縮要素
１１５ シリンダブロック
１２５ ピストン
１３３ バルブプレート
１３５ 圧縮室
１３７ 吸入孔
１３９ 吐出孔
１５３ 先端面
１５５ 凸部
１６５ａ 側壁（平面）
１６５ｂ 側壁（平面）
１６５ｃ 側壁（平面）
１６５ｄ 側壁（平面）
１７３ ベルマウス部
１７５ 凸部
１７７ａ 平面
１７７ｂ 側面
α 勾配
β 勾配

Claims (7)

1. 密閉容器内に、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、圧縮室空間を有するシリンダブロックと、前記圧縮室空間内を往復運動するピストンと、前記圧縮室空間の端部に配置され、かつ前記ピストンとで圧縮室を形成するバルブプレートを備え、前記バルブプレートに、前記圧縮室内で圧縮される冷媒ガスが流入する吸入孔と該圧縮室内で圧縮された冷媒ガスが吐出される断面が円形形状の吐出孔を設け、さらに、前記ピストンの先端面で、かつ前記吐出孔と対向した位置に、該ピストンの往復動に伴って前記吐出孔を出没する凸部を設け、前記凸部の側面に、少なくとも一つの平面を設け、かつ前記平面の一つにおける前記ピストンの先端面に対する勾配αを、前記凸部の他の側面の前記ピストンの先端面に対する勾配βよりも緩やかになるようにした密閉型圧縮機。
2. 前記凸部に設けた勾配αを有する前記平面を、前記吸入孔側に面する位置に配置した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記吐出孔を、前記圧縮室側から前記圧縮室の反対側に向かって断面積が大きくなるように形成した請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記吐出孔の圧縮室側角部に、前記圧縮室側から圧縮室の反対側に向かって断面積が小さくなるベルマウス部を設けた請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 前記凸部の形状を、前記ピストンの先端面と略平行な面による断面形状が、複数の平面を有する多角形形状とした請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
6. 前記凸部の形状を、前記ピストンの先端面と略平行な面による断面形状が、略長方形となるようにした請求項１から５のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
7. 前記勾配αを、約６０°≦α≦約８５°の範囲とした請求項１から６のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。