JP6109063B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機などの冷熱機器に用いる密閉型圧縮機に係り、さらに詳しくは、外郭を構成する密閉容器の耐圧性を向上させた密閉型圧縮機に関する。

現在、地球温暖化への影響が少ない各種代替冷媒が検討されている。これらは冷媒特性は優れているが、飽和圧力が既存のＲ２２冷媒よりも高い冷媒（以下、高圧冷媒という）が存在する。したがって、このような高圧冷媒を従来仕様の密閉容器、すなわち有底円筒状の下側容器とこの下側容器に嵌着し固定される平坦形状の上側容器とで構成される密閉容器を有する密閉型圧縮機で採用し、耐圧試験を行うと、上側容器が変形し、上側容器に取り付けられる気密端子に過度な力がかかり破損する。

そこで、高圧冷媒が使用できる耐圧強度を持った密閉容器を提供するため、上側容器を球面形状にして耐圧強度を高め、上側容器に取付ける気密端子の破損を防止するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、気密端子を球面状の上側容器の中央に配置し、気密端子への応力集中を低減させるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１０−１５９７７７号公報（要約、図１） 特開平１１−１９０２７７号公報（要約、図１）

しかしながら、上側容器を単に球面形状にした特許文献１の技術では、気密端子や周辺の付属品を設置する平面面積が適正でないと充分に強度を維持できない場合があった。

また、気密端子を球面状の上側容器の中央に配置し、気密端子への応力集中を低減させるようにした特許文献２の技術では、気密端子の位置や取付角度によって、圧縮機本体（密閉容器）から冷媒が吐出される配管の設計が困難になったり、気密端子を覆うカバーの設計や取付けが困難になる可能性があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、高圧冷媒を用いても、上側容器の強度を確保しつつ、気密端子やその周辺に設置する付属品の設計、取り付けを容易にできるようにすることを目的としている。

本発明に係る密閉型圧縮機は、密閉容器の内部に圧縮機構部とそれを駆動する電動機部とを有し、冷媒回路に冷媒を循環させるための吐出管と吸入管とを備えた密閉型圧縮機において、密閉容器は、円筒状の下側容器と、これに嵌着し固定される有蓋円筒状の上側容器とを備え、上側容器の蓋部は、円弧の中心が密閉容器の内側にある球面と円弧の中心が密閉容器の外側にある球面とを組合せた円蓋状に形成され、密閉容器の上側容器は電動機部への電源供給部である気密端子と気密端子を保護するカバーを固定するロッドとを備えるとともに、気密端子を設置できる平面部とロッドを設ける平面部とが設けられ、これらの平面部は水平面に対して傾いており、側面視で互いの傾き方向及び水平面に対する傾き角度が一致しており、ロッドは、平面部に対する角度が８０〜１００°となるように平面部に設けられているものである。

本発明の密閉型圧縮機によれば、密閉容器の上側容器の蓋部は、円弧の中心が密閉容器の内側にある球面と円弧の中心が密閉容器の外側にある球面とを組合せた円蓋状に形成されているので、上側容器の円蓋状の蓋部の強度を確保することができる。そのため、気密端子やその周辺に設置する付属品の設計、取り付けが容易となる。

本発明の実施形態に係る密閉型圧縮機の全体構成を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係る密閉型圧縮機の密閉容器の上側容器を示す側面視の断面図である。 本発明の実施形態に係る密閉型圧縮機の密閉容器の上側容器を示す上面視の断面図である。 本発明の実施形態に係る密閉型圧縮機の密閉容器の上側容器の変形量と気密端子付近の応力の試験結果を、平坦形状の上側容器（比較例）の変形量と気密端子付近の応力と比較して示す特性図である。

以下、図示実施形態により本発明を説明する。
図１は本発明の実施形態に係る密閉型圧縮機すなわち単気筒型のロータリー圧縮機の全体構成を示す縦断面図である。

本実施形態のロータリー圧縮機１００は、図１のように有底円筒状の下側容器１とこれに嵌着し固定される有蓋円筒状の上側容器２とを有する密閉容器３を備えている。そして、密閉容器３の内部に、圧縮機構部４と、圧縮機構部４を駆動する電動機部５と、図示しない潤滑油と冷媒とを収納している。下側容器１には、吸入マフラー６に連通した吸入管７が接続されており、吸入マフラー６から吸入管７を介して冷媒ガスを取り込むようになっている。使用できる高圧冷媒、つまり飽和圧力が既存のＲ２２冷媒よりも高い冷媒としては、例えばＲ３２、Ｒ４１０Ａ、ＣＯ_２がある。吸入マフラー６は、冷媒の気液分離、及び冷媒中のゴミを除去する機能を有している。上側容器２には、外部から電動機部５に電力を供給するための気密端子８と、圧縮された冷媒を密閉容器３の外部に吐出する吐出管９と、気密端子８を保護するカバー（図示せず）を固定するためのロッド１１とが設けられている。なお、ここでは潤滑油として相溶油（冷媒に溶ける油）を使用している。

電動機部５は、下側容器１に固定された固定子１２と、クランク軸１３に焼きばめられた回転子１４とで構成され、外部から気密端子８を介して電力が供給されて駆動される。また、電動機部５と圧縮機構部４とは、クランク軸１３により連結されている。なお、クランク軸の軸心部には、密閉容器３の底方向に開口した油吸込み穴が形成され、油吸込み穴内に螺旋状の遠心ポンプが設けられていて、密閉容器３の底に貯留されている潤滑油をくみ上げ、摺動部に供給できるようになっている。

圧縮機構部４は、上軸受１５、下軸受１６、シリンダー１７、シリンダー１７内に収容されたクランク軸１３の偏心部１３ａ、ローラー１８及びベーン１９を備えている。

シリンダー１７には、クランク軸１３が挿入され、その偏心部１３ａがシリンダー１７内に配置されるようになっている。また、シリンダー１７には、吸入口及び吐出口が形成されており、吸入口は吸入管７と連通している。また、吐出口の下流側には、所定の圧力以上になると開く吐出弁が設けられている。

偏心部１３ａには、ローラー１８が嵌入されており、ローラー１８がシリンダー１７内で偏心回転運動できるようになっている。またシリンダー１７には、ベーン１９が摺動自在に挿入されている。ベーン１９は、図示しない付勢手段によってローラー１８にそれぞれ常時押接されていて、シリンダー１７とローラー１８間に形成される空間を、圧縮室と吸入室とに仕切る機能をもっている。また、シリンダー１７の上下両端には、シリンダー１７の両端面を閉塞し、かつクランク軸１３を支持する上軸受１５と下軸受１６とが配置され、シリンダー１７、及び上軸受１５と下軸受１６とがボルト（図示せず）よって一体に締結されるようになっている。

このように構成された本発明の実施形態に係るロータリー圧縮機１００は、回転子１４が回転することで、シリンダー１７の内部でローラー１８が回転摺動する。これにより、吸入管７から圧縮室に冷媒ガスが吸引され、圧縮室に吸入された冷媒が圧縮されるようになっている。圧縮された高圧冷媒ガスは密閉容器３内へ吐出され、固定子１２と回転子１４との間の隙間から相溶油と共に密閉容器３内の上部空間に吐出される。密閉容器３内の上部空間に相溶油と共に吐出された高圧冷媒ガスは、上側容器２の円蓋状の蓋部２ａの内面に衝突し、このとき相溶油と冷媒の密度差によって相溶油が冷媒から分離される。冷媒から分離された相溶油は、円蓋状の蓋部２ａの内面に沿って固定子１２の外周方向へ流れ、下側容器１と固定子１２との間の隙間から下方へ流れ、密閉容器３の底に戻され貯留される。また、相溶油と分離された高圧冷媒ガスは、吐出管９から密閉容器３の外部に吐出される。

既述したように、本発明の実施形態に係るロータリー圧縮機１００は、密閉容器３の上側容器２の蓋部２ａが、全体として円蓋状に形成されている。これを図２及び図３を用いて更に詳述する。

図２は本発明の実施形態に係る密閉型圧縮機すなわちロータリー圧縮機の密閉容器の上側容器を示す側面視の断面図である。図３は本発明の実施形態に係る密閉型圧縮機のすなわちロータリー圧縮機の密閉容器の上側容器を示す上面視の断面図である。
本実施形態のロータリー圧縮機１００は、図２のように密閉容器３の上側容器２の蓋部２ａが、円弧の中心が密閉容器３の内側にある球面３１と、円弧の中心が密閉容器３の外側にある球面３２との組合わせによって、全体として円蓋状に形成されている。すなわち、上側容器２の蓋部２ａは、複数種の球面３１，３２がリブとして作用する。

このように、上側容器２の蓋部２ａを、リブとして作用する複数種の球面３１，３２を組合わせて、全体として円蓋状に形成することで、上側容器の蓋部を平坦形状または単に球面形状としたものに比べて、上側容器の剛性を高めることができる。

なお、ここでは、上側容器２の球面３１，３２のうち表面積が一番大きな球面の半径Ｒ１，Ｒ２を、下側容器１の円筒部の内径Ｄの０．４〜１．２倍（好ましくは０．６倍）となるように構成した。表面積が一番大きな球面の半径Ｒ１，Ｒ２の下限値を、下側容器１の円筒部の内径Ｄの０．４倍としたのは、半径Ｒ１，Ｒ２をそれよりも小さくすると、気密端子８の設置が難しくなるからである。また、表面積が一番大きな球面の半径Ｒ１，Ｒ２の上限値を、下側容器１の円筒部の内径Ｄの１．２倍としたのは、半径Ｒ１，Ｒ２をそれよりも大きくすると、フラットに近い面となり、球面の形を維持できなくなって、剛性が得られないからである。表面積が一番大きな球面の半径Ｒ１，Ｒ２を、下側容器１の円筒部の内径Ｄの０．４〜１．２倍に設定することで、加工性と剛性を容易に得ることができる。

また、本実施形態のロータリー圧縮機１００は、縦置きタイプであり、図２及び図３に示すように上側容器２の蓋部２ａに、気密端子８を設置できる複数の平面部３３が１箇所以上（ここでは２箇所）に設けられている。これら平面部３３は、水平面に対する傾き角度θ１が０〜３０°の範囲で設定され、かつ側面視で互いに傾斜の向きと角度が一致するように構成されている。平面部３３の水平面に対する傾き角度θ１を０〜３０°の範囲に設定したのは、この角度範囲とすることで、平面部３３を上側容器２の蓋部２ａの円蓋形状に沿わせることができ、強度の確保が容易となるからである。平面部３３の水平面に対する傾き角度θ１をマイナスの角度、または３０°よりも大きな角度とすると、平面部３３を上側容器２の蓋部２ａの円蓋形状に沿わせることができなくなり、この円蓋形状から外れていくので、強度の確保が難しくなる。

また、これら平面部３３の合計面積は、下側容器１の円筒部の内径Ｄの断面積の０．１〜０．４倍となるように制限されている。平面部３３の合計面積を、下側容器１の円筒部の内径Ｄの断面積の０．１〜０．４倍としたのは、平面部３３の合計面積を、前記比率に設定することで、平面部３３を上側容器２の蓋部２ａの円蓋形状に沿わせることができ、強度の確保が容易となるからである。平面部３３の合計面積を、下側容器１の円筒部の内径Ｄの断面積の０．４倍よりも大きくすると、平面部３３を上側容器２の蓋部２ａの円蓋形状に沿わせることができなくなり、この円蓋形状から外れていくので、強度の確保が難しくなる。
そして、平面部３３の１つに気密端子８が取り付けられ、平面部３３の他の１つに気密端子８を保護するカバーを固定するロッド１１が溶接にて取り付けられている。ロッド１１は、平面部３３に対する取付角度θ２が８０〜１００°（好ましくは９０°）となるように設定されている。この取付角度８０〜１００°とすることで、加工性を確保することができる。ロッド１１の平面部３３に対する取付角度θ２を８０°よりも小さい角度、または１００°よりも大きな角度とすると、溶接が難しくなる。

このように、気密端子８とロッド１１とを、それぞれ水平面に対する傾き角度θ１が０〜３０°の範囲で設定され、かつ側面視で互いに傾斜の向きと角度が一致する平面部３３に取り付けるようにしているので、加工性がよく、かつ端子カバー形状が簡易にでき、取付作業性もよい。

また、各平面部３３の合計面積を、下側容器１の円筒部の内径Ｄの断面積の０．１〜０．４倍となるように制限しているので、気密端子８周辺の変形、応力を緩和できる。

また、ロッド１１の平面部３３への取付角度θ２を８０〜１００°の範囲に設定しているので、固定強度が得やすい。

また、本実施形態のロータリー圧縮機１００は、潤滑油として相溶油を使用している。相溶油は、冷媒との溶解性がよく、冷媒に溶けやすく、油の流動性が高い。そのため、圧縮機から持ち出された油が圧縮機に戻ってきやすくなり、圧縮機から吐出された相溶油が冷媒回路内に残留する量（＝圧縮機から相溶油が冷媒回路内へ流出する量）を減らすことができ、冷媒回路設計が容易となる。

図４は本発明の実施形態に係る密閉型圧縮機すなわちロータリー圧縮機の密閉容器の上側容器の変形量と気密端子付近の応力の試験結果を、平坦形状の上側容器（比較例）の変形量と気密端子付近の応力と比較して示す特性図である。
この試験結果は、本発明の上側容器２と比較例の上側容器２０との板厚は同一とし、球面半径は下側容器１の円筒部の内径Ｄの０．７倍、平面部の面積は下側容器１の円筒部の内径Ｄの断面積の０．２５倍、平面部の水平面に対する傾き角度は１０°に設定して行った結果である。

図４から明らかなように、上側容器の板厚が同一でも、実施例の上側容器２は、比較例の上側容器２０と比べて変形量と応力のいずれもが低減していることがわかる。

なお、前述の実施形態では、上側容器２の蓋部２ａのリブとして作用する球面を、複数種の球面３１，３２で構成したものを例に挙げて説明したが、これを単一種類の球面３１または球面３２を複数組合わせて構成してもよく、この場合でも前述の実施形態と同等の作用、効果が得られる。

また、前述の実施形態では、本発明を適用する密閉型圧縮機として単気筒型のロータリー圧縮機を例に挙げて説明したが、本発明は複数気筒型のロータリー圧縮機またはスクロール圧縮機へもそのまま適用できる。

また、前述の実施形態では、吐出管９と気密端子８とを、密閉容器３の上側容器２に取り付けているが、吐出管９と気密端子８とは、密閉容器３の下側容器１の円筒部に取り付けてもよいものである。

１ 下側容器、２ 上側容器、２ａ 蓋部、３ 密閉容器、４ 圧縮機構部、５ 電動機部、６ 吸入マフラー、７ 吸入管、８ 気密端子、９ 吐出管、１１ ロッド、１２ 固定子、１３ クランク軸、１３ａ 偏心部、１４ 回転子、１５ 上軸受、１６ 下軸受、１７ シリンダー、１８ ローラー、１９ ベーン、２０ 比較例の上側容器、３１ 円弧の中心が密閉容器の内側にある球面、３２ 円弧の中心が密閉容器の外側にある球面、３３ 平面部、１００ ロータリー圧縮機（密閉型圧縮機）、Ｄ 下側容器の円筒部の内径、Ｒ１，Ｒ２ 表面積が一番大きな球面の半径、θ１ 平面部の水平面に対する傾き角度、θ２ ロッドの平面部に対する取付角度。

Claims (5)

1. 密閉容器の内部に圧縮機構部とそれを駆動する電動機部とを有し、冷媒回路に冷媒を循環させるための吐出管と吸入管とを備えた密閉型圧縮機において、
   前記密閉容器は、円筒状の下側容器と、これに嵌着し固定される有蓋円筒状の上側容器とを備え、
   前記上側容器の蓋部は、円弧の中心が前記密閉容器の内側にある球面と円弧の中心が前記密閉容器の外側にある球面とを組合せた円蓋状に形成され、
   前記密閉容器の上側容器は前記電動機部への電源供給部である気密端子と前記気密端子を保護するカバーを固定するロッドとを備えるとともに、前記気密端子を設置できる平面部と前記ロッドを設ける平面部とが設けられ、これらの平面部は水平面に対して傾いており、側面視で互いの傾き方向及び前記水平面に対する傾き角度が一致しており、前記ロッドは、前記平面部に対する角度が８０〜１００°となるように前記平面部に設けられていることを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 前記上側容器の前記球面のうち表面積が一番大きな球面の半径は、前記下側容器の円筒部の内径の０．４〜１．２倍となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
3. 前記平面部は、前記水平面に対する傾き角度が０°より大きく３０°以下となるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の密閉型圧縮機。
4. 前記平面部は複数設けられ、これら平面部は、これら平面部の合計面積が前記下側容器の円筒部の内径断面積の０．１〜０．４倍となるように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 冷媒として、飽和圧力がＲ２２冷媒よりも高い冷媒を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の密閉型圧縮機。

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