JP6225191B2 - 冷凍圧縮機のガス排気用断熱システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、特にリニアモータによって駆動される往復動式密閉型の冷凍圧縮機のガス排気に使用される断熱システム、および前記システムを備えた圧縮機に関する。

圧縮機の効率および能力向上を制限する要因の１つが過熱である。この制限は、蒸発ラインを通って引き込まれるガスと圧縮機の内部との間の熱交換によって生じ、圧縮前の冷凍温度を上昇させる。この状況は、能力損失、ひいては効率損失につながる。

通常は高温である排気システムは、圧縮機の熱プロファイルを上昇させる。したがって、排気熱を断熱することで、全体として熱プロファイルが低下し、そして、最も重要なことは、ガスが圧縮される時の温度の熱プロファイルが低下する。通常、ガスの過熱を防ぐには、吸気断熱を改善しなければならない。

しかし、冷凍圧縮機内の排気を断熱するための解決策が周知である。前記解決策のうち、米国特許出願公開第２０１０／０２２６８０５（ＡＣＣ）号明細書には、プラスチック材料製排気管と、圧縮機ハウジング内に配置された排気管（先行技術の解決策では金属製である）を通過する領域で排気管の一部を囲繞して配置されるプラスチックもしくはポリマー（例えば、ＰＴＦＥ）製管状スリーブとを備えた排気ラインについて開示されている。この解決策は、圧縮機内部への熱伝達をわずかに低減するが、圧縮機アセンブリと密閉ハウジングとの間の振動を吸収するために、通常、前記排気管は金属製であり、長く伸長した排気管であることを考えると、単に排気管内の排気ガスの熱が密閉ハウジングの環境内部に伝達するのを防ぐにすぎないという欠点がある。この先行技術の解決策は、シリンダキャップ内部の排気チャンバに放出される排気ガス熱が圧縮機のヘッド領域およびアセンブリの金属部品の残りの部分、特に、圧縮されるガスの所望しない加熱に関与するシリンダクランクケースに伝達されるのを防ぐものではない。

別の周知の解決策（独国特許出願公開第１０２００４０５４３２８号明細書−Ｄｅｎｓｏ）は、排気チャンバの内壁に直接接触する内張りの形態の断熱手段が内部に設けられた排気チャンバを提供するものである。この先行技術の解決策は、提案されている断熱材は前記断熱材とシリンダキャップの金属材料との間に全く間隔をあけずにシリンダキャップの内側に張り付けられる内張りの形態をとることを考えると、排気チャンバ内に含まれるガスとシリンダキャップとの間で伝導することによって一定の熱交換が可能になってしまうという欠点がある。この技術的解決策は、排気チャンバの内部に放出されるガスと、シリンダキャップ、弁板、およびシリンダクランクケースの金属構造物で形成されるアセンブリとの間で効果的に断熱することができるものではない。

米国特許出願公開第２０１０／０２２６８０５号明細書 独国特許出願公開第１０２００４０５４３２８号明細書

先行技術の解決策の欠点に鑑み、本発明の解決策の目的は、圧縮機の排気用の効果的な断熱システムであり、圧縮機によって送り出された高温の冷媒流体からシリンダキャップおよび圧縮機の残りの部分への熱の伝達を実質的に低減することができる断熱システムを提供することにより、圧縮機の効率を改善することである。

本発明の別の目的は、上述したような圧縮機の排気用断熱システムであり、特に、これに限定されないが、リニアモータを有するタイプの圧縮機内で構成および組立が容易である断熱システムを提供することである。

さらに別の目的は、上述の断熱システムを含む冷凍圧縮機を提供することである。

上記目的は、少なくとも１つの排気口を備えた弁板によって一端が閉鎖されたシリンダを画定し、シリンダと共に圧縮室を画定するシリンダクランクケースと、ガス出口を有し、圧縮室の反対側で弁板に対して着座されるシリンダキャップであって、内部に排気チャンバが画定されるシリンダキャップと、シリンダキャップのガス出口を圧縮機の外部と連通させる排気管とを備えるタイプの冷凍圧縮機のガス排気用断熱システムによって達成される。

本発明の断熱システムは、内部に少なくとも１つのプレナムを画定する中空体であって、割出し式でシリンダキャップ内部に取り付けられ、シリンダキャップと共に密閉間隙を保ち、弁板に着座されて、弁板が中空体の内部容積と直接接触するのを防ぐ中空体を備え、中空体は、プレナムを弁板の排気口と連通させる入口開口部と、プレナムをシリンダキャップのガス出口と連通させる出口開口部とを備える。

本発明を実施する可能な方法によれば、中空体は、断熱材料で形成されてもよい。

本発明により提案されている構造は、圧縮機により排気チャンバ内部に送り出されたガスを中空体とシリンダキャップとに間に画定された間隙によってシリンダキャップから隔離された状態で維持することができる。さらに、中空体は弁板に着座されるので、中空体内に含まれるガスは弁板の排気口のみと連通した状態で維持され、シリンダキャップに面する弁板の表面の残りの部分とは連通しない。

断熱材料で形成された中空体を使用する場合、圧縮機によって排気チャンバ内部に送り出されたガスはさらに、断熱材料で形成された前記中空体の壁の厚さによってシリンダキャップからも隔離されることになる。

本発明を実施する方法の例として挙げられた添付図面を参照しながら、本発明について説明する。

本発明のシステムのシリンダキャップ、複数の部品から成る中空体、排気弁、弁板、および封止ガスケットで形成されたアセンブリの分解斜視図である。 構成部品が組み立てられた状態の図１に示されたアセンブリの側面図である。 シリンダキャップの外端で切り取られた図２に示されたアセンブリの端面図である。 図３のＩＶ−ＩＶに沿って切断された前記図３に示されたアセンブリの断面図である。

本発明を、往復動式密閉型でありモータ圧縮機アセンブリ（図示せず）を備えた冷凍圧縮機であって、シリンダ２を画定し、シリンダ２内部で回転もしくはリニア電気モータの作用によってピストンが軸方向に変位される（図示せず）シリンダクランクケース１（図４に一部が示されている）を含む冷凍圧縮機に関して説明する。

シリンダクランクケース１は、当技術分野において周知の任意の適切な金属合金で形成されてもよい。

シリンダ２は、ピストンが挿入される開口端と、弁板３によって閉鎖される反対端（図４に示されている）とを有し、通常、弁板３に対して金属シリンダキャップ１０が着座される。弁板３は、シリンダ２の内部に面する少なくとも１つの吸気弁（図示せず）と、図示されている例では、弁板３の各排気口３ａと協働する金属製可撓性ブレード４ａと一体になった単板の形の少なくとも１つの排気弁４と共に動作するように、金属合金で形成される。当然、排気弁は、それぞれ弁板３に形成された各排気口と協働する複数の可撓性ブレードと一体になった単板の形にしてもよい。

弁板３は、環状封止ガスケット５を使用してシリンダクランクケース１上に着座される。図示されていないが、さらにシリンダキャップ１０と弁板３の隣接面との間に配置される別の環状封止ガスケットが設けられてもよい。

シリンダキャップ１０は、弁板３のシリンダクランクケース１に着座される面と反対側の面に着座される。シリンダキャップ１０は、弁板３の隣接面と共に排気チャンバ１１を画定し、排気チャンバ１１は、排気弁４の開放時に、排気口３ａもしくは（存在すれば）複数の排気口を介してシリンダ２と選択的に流体連通状態を維持し、また前記排気チャンバ１１を圧縮機の外側に接続する排気管（図示せず）を介して圧縮機が結合される冷凍システムの排気側と絶えず流体連通した状態を維持する。

シリンダキャップ１０は、カップの形状であり、開口基部が弁板３に着座され、排気口３ａと流体連通したガス入口１２と、排気管に接続されるガス出口１３とを画定し、排気管は前記ガス出口１３を圧縮機の外部と連通させる。

図示されている構造では、シリンダキャップ１０は、開口基部および弁板３の反対側に端壁１４を備える。図示されている実施形態では、ガス出口１３は、端壁１４の面取りされた領域１５に形成され、シリンダキャップ１０の外側に向かって横向きに配置される。しかし、前記ガス出口１３の位置決めは、図示されている実施形態に限定されず、ガス出口１３はシリンダキャップ１０の端壁１４に形成されてもよい。

本発明は、圧縮機のガス排気に使用される断熱システムであり、好ましくは、これに限定されないが、断熱材で形成される中空体２０であって、内部に少なくとも１つのプレナム２１を画定し、割出し式でシリンダキャップ１０内部に取り付けられ、シリンダキャップ１０と共に間隙３０を保ち、弁板３に着座されて、弁板が中空体２０の内部容積と直接接触するのを防ぐ中空体２０を備えた断熱システムを提供する。

本発明によれば、中空体２０のプレナム２１は、効果的に排気チャンバとしての機能を果たす。この実施形態では、シリンダキャップ１０の排気チャンバ１１は、シリンダキャップ１０と中空体２０との内壁の間の間隙３０の容積を画定する。シリンダキャップ１０と中空体２０とのアセンブリは、中空体２０の内部およびシリンダキャップ１０の外部に対して密閉された間隙３０を形成するように組み立てられる。

中空体２０は、プレナム２１および弁板３の排気口３ａに向かって開口する入口ノズル２２と、プレナム２１をシリンダキャップ１０のガス出口１３と連通させる出口ノズル２３とを備える。

図示されている実施形態では、中空体２０は、弁板３に排気弁４を固定して排気弁４の止め部を画定するように弁板３に着座される基端壁２４を備え、入口ノズル２２は前記基端壁２４に形成され、弁板３の排気口３ａに向かって開口している。

図示されている実施形態では、環状封止ガスケット５は、少なくとも２つの直径方向に対向する偏心軸方向突出部５ａを備え、突出部５ａは、シリンダクランクケース１の対向面に画定される各凹部１ａに嵌め込まれるような寸法であるので、環状封止ガスケット５をシリンダクランクケース１に着座させる際の正確な割出しが可能となる。

図示されていないが、基端壁２４は、中空体２０の外側を向いた複数の基部突出部を組み込むことで、中空体２０を弁板３に対して、さらに環状封止ガスケット５およびシリンダクランクケース１に対して割出しを行うことができるようにしてもよい。

中空体２０の入口ノズル２２は、基端壁２４に形成された基部開口部２２ａと、基部開口部２２ａを囲んで基端壁２４から中空体２０の内部へと伸びる管状突出部２２ｂとを備える。

図示されている実施形態では、入口ノズル２２の基部開口部２２ａを囲繞する基端壁２４の環状領域２２ｃは、弁板３から軸方向に離間されることで、排気弁４の可撓性ブレード４ａの開き止め部を画定するように構成される。特定の好適な形では、基端壁２４の前記環状領域２２ｃは、中空体２０の半径方向内側および軸方向内側に傾斜して配置されることで、排気弁４の開放時に可撓性ブレード４ａが着座される傾斜開き止め部を画定する。

さらに図示されている実施形態によれば、入口ノズル２２の管状突出部２２ｂは、円錐台形状であり、広い方の基部が開口して中空体２０の内部に面する。この入口ノズル２２の構造配置は、排気電力（排気プロセスにおける消費電力）を低減し、脈動過渡変化を最小限に抑える。

中空体２０は、中空体２０の出口ノズル２３が形成された上端壁２５を備え、前記出口ノズル２３は、シリンダキャップ１０のガス出口１３に向かって開口している。

中空体２０の出口ノズル２３は、外側管状突出部２３ａを備え、外側管状突出部２３ａは、端壁１４の内側に形成され、シリンダキャップ１０の出口開口部１３に向かって開口している管状通路１６に嵌め込まれるように、中空体２０の上端壁２５の下方領域２５ａから外側に伸びる。

図示されている実施形態では、シリンダキャップ１０の出口開口部１３は、その内部で、任意の適切な手段を使用によって、例えば、ねじ、接着剤、もしくはろう付けによって、管状継手１８を受容し固定するような構造であり、管状継手１８は、排気チャンバ１１を圧縮機の外部に接続する排気管（図示せず）の隣接端に結合できるように出口開口部１３から外側に突出する。

リニアモータを備えた往復動式圧縮機では、シリンダキャップは、圧縮機ハウジングの内側で圧縮機構の懸架システムに結合される構造の支持要素（図示せず）を組み込むことができる。しかし、回転モータを備えた往復動式圧縮機では、シリンダキャップは前記支持要素を組み込む必要がない。

本発明の排気システムはさらに、絶えず弾性的に中空体２０を弁板３に押し付けて、中空体２０の外側へシリンダキャップ１０内部に排気ガスが流出するのを最小限に抑えるために、中空体２０の上端壁２５とシリンダキャップ１０の端壁１４との間に配置される付勢手段４０を備える。付勢手段４０は、基端壁２４を弁板３に押し付けることで、排気弁４に対する基端壁２４を固定する機能および制限（阻止）する機能を向上させる。付勢手段４０はさらに、間隙３０に対する中空体２０の封止を改善する。

本発明を実施する非制限的な方法では、付勢手段４０は、通常、両端４１ａで接合された平行棒で形成される板ばね４１によって画定され、両端４１ａはそれぞれ中空体２０の上端壁２５の上部突出部２５ｂの外側に嵌め込まれる。

図示されていないが、中空体２０の上端壁２５は、中空体２０の外側を向いた複数の上部突出部を組み込んでもよく、シリンダキャップ１０の端壁１４は、内部に同数の複数の凹部を備えて、凹部内にそれぞれの上端壁２５の上部突出部が嵌め込まれて、中空体２０とシリンダキャップ１０とを互いに対して割出しできるようにしてもよい。この実施形態では、板ばね４１の端部はそれぞれは、上端壁２５の各上部突出部内に嵌め込まれてもよい。

当然、本発明の排気システムは、シリンダキャップ、付勢手段などの構造的特性を別々に実施されてもよい。

図示されている構造形態では、中空体２０は、２つの部品２０ａ、２０ｂで形成され、一方は基端壁２４と一体となり、他方は上端壁２５と一体となり、前記部品は、中空体２０のプレナム２１を第１の排気チャンバＣ１と第２の排気チャンバＣ２とに分割する共通の隔壁２６に着座され、前記隔壁２６は両方の排気チャンバＣ１、Ｃ２を連通させる開口部２６ａを有する。

図示されていないが、中空体２０の２つの部品２０ａ、２０ｂと共通隔壁２６との間に封止手段を設けることも可能であり、封止手段は、さまざまな方法で、例えば、接着フィルムもしくは封止ガスケットなどによって形成されてもよい。

図１〜図４に示されているように、弁板３に近い方の中空体２０の部品２０ａは、共通隔壁２６に面し、後述する機能を果たす形状である少なくとも２つの外側切欠き２９ａを備えた末端縁２８ａを有する。

同様に、図１〜図４に示されるように、中空体２０の他方の部品２０ｂは、共通隔壁２６に面し、中空体２０の一方の部品２０ａの各外側切欠き２９ａに嵌め込まれ、好ましくはそれぞれ保持されるような寸法の少なくとも２つの軸方向突出部２９ｂと一体になった末端縁２８ｂを有する。

さらに図１〜図４に示されている実施形態では、共通隔壁２６は、中空体２０を閉鎖する際に、中空体２０の部品２０ｂの軸方向突出部２９ｂを通すことができる寸法の少なくとも２つの半径方向切欠き／切り込み２６ｂを有する。

当然、中空体２０は、単一の排気チャンバを画定する一体部品で形成されてもよいし、図示されているように２つ以上の部品で形成されるが、隔壁が前記部品のうちの１つに組み込まれてもよい。中空体２０はさらに、内部に３つ以上の排気チャンバを有してもよい。

図示されている実施形態では、隔壁２６の開口部２６ａは、中空体２０の入口ノズル２２に対して偏心位置にある直線部分２７ａによって第１の排気チャンバＣ１の内部へと突出し、弓状部分２７ｂによって第２の排気チャンバＣ２の内部へと突出する管２７を密閉状態で受容する。管２７は、音響減衰器を形成するように構成され、寸法決めされてもよい。

図示されている管２７は中央壁２６とは別個の部品で形成されているが、当然、前記管は前記中央壁と一体部品として形成されてもよい。

さらに、中央壁２６は、必ずしも水平もしくは略水平ではなく、さまざまな姿勢で配置されてもよく、略垂直もしくは傾斜して配置されてもよいことは理解されたい。さらに、第１の排気チャンバＣ１および第２の排気チャンバＣ２は同じ容積を有してもよいし、異なる容積を有してもよく、さらに２つ以上の開口部２６ａもしくは２本以上の管２７によって互いに連通してもよい。

第１の排気チャンバＣ１は、中空体２０の入口ノズル２２から、圧縮室からの全排気流を受け取り、前記第１の排気チャンバＣ１は、管２７を介して、第２の排気チャンバＣ２と絶えず流体連通した状態を維持している。

管２７によって相互接続された２つの排気チャンバを有する前記中空体の構造は、シリンダキャップ１０の内部の容積−管−容積タイプの排気システムに、消音機能を付与する。したがって、本発明の断熱排気システムはさらに、圧縮機の動作時に、ガス圧縮の際にガスを排気する時に、消音器としての機能も果たす。

第１の排気チャンバＣ１および第２の排気チャンバＣ２それぞれの容積は、それぞれの管２７の寸法寸（長さ、形状、断面）の決定および前記管２７が作用するそれぞれの排気チャンバ内部に突出する前記管２７の伸長部の形成と同様に、達成される断熱効果に応じて異なるが、達成される減衰および減衰される脈動範囲に応じて異なる。

本発明によれば、中空体２０はさらに、図示されている２つの排気チャンバで説明したのと同じ概念に従って配置される複数の排気チャンバを有してもよい。

本発明を実施する方法によれば、管２７は、第１の排気チャンバＣ１および第２の排気チャンバＣ２内に偏心して配置される第１の端部２７ｃおよび第２の端部２７ｄを有し、管２７の第１の端部２７ｃは中空体２０の入口ノズル２２に対して偏心して配置され、管２７の第２の端部２７ｄは中空体２０のガス出口開口部２２から離間して配置される。そして、ガス出口開口部２２は、シリンダキャップ１０のガス出口１３と直接連通状態で配置される。図示されている特定の構造では、ガス出口開口部２２は、シリンダキャップ１０のガス出口１３に対して直角になるように設けられ、シリンダキャップ１０の端壁１４の内側に設けられた管状通路１６によって前記ガス出口１３に接続される。

さらに、本明細書に示されている構造的変形形態は、特に、構造において、個々に、または部分的もしくは全体的に互いに組み合わせてもよいことに留意されたい。

説明および図示されているように、本発明の断熱システムは、中空体２０内に含まれる圧縮ガスと圧縮機ハウジングの内側の環境との間の熱交換を実質的に大幅に防ぐことができる点が周知の解決策と異なる。

提案されている解決策では、好ましくはプラスチックのような断熱材料で形成される中空体２０を配設することにより、中空体内に含まれる圧縮ガスの熱が内部対流により中空体２０の壁に到達し、ひいては、中空体２０を形成する材料による伝導によって、中空体２０とシリンダキャップ１０との間に画定された間隙３０に到達することができ、間隙３０は、シリンダキャップ１０に移動し、シリンダキャップ１０から、対流によって圧縮機の密閉ハウジング内部に移動する傾向のある熱に対する効果的な断熱要素となる。この構造は、先行技術に対して、先行技術には見られない中空体２０とシリンダキャップ１０との間の間隙３０によって画定される少なくとも１つの追加熱抵抗手段を形成し、さらに、好ましくは、断熱材料で形成される場合、中空体２０の壁によって画定される第２の追加熱抵抗手段を形成する。

本発明により、シリンダキャップ１０の金属製壁と中空体２０の断熱材料製壁との間の間隙の値、中空体２０の内部分割の数、中空体２０内部のチャンバの形状、および断熱材料の種類（例えば、中空体２０に対して２種類以上の材料で形成される組成物）の決定において変更があっても、断熱性が向上する。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの排気弁（４）と動作可能に結合される少なくとも１つの排気口（３ａ）を備える弁板（３）によって一端が閉鎖されたシリンダ（２）を画定し、シリンダ（２）と共に圧縮室を画定するシリンダクランクケース（１）と、ガス出口（１３）と圧縮室の反対側で弁板（３）に対向して着座される端壁（１４）とを有し、内部に排気チャンバ（１１）が画定されるシリンダキャップ（１０）と、シリンダキャップ（１０）のガス出口（１３）を圧縮機の外部と連通させる排気管（１８）とを備えるタイプの冷凍圧縮機のガス排気用断熱システムであって、内部に少なくとも１つのプレナム（２１）を画定し、シリンダキャップ（１０）内部に割出し式で取り付けられて、シリンダキャップ（１０）と共に間隙（３０）を保つ中空体（２０）を備え、前記中空体（２０）は、弁板（３）に排気弁（４）を固定して排気弁（４）の止め部を画定するために弁板（３）に着座される基端壁（２４）であって、弁板（３）が中空体（２０）の内部容積と直接接触するのを防ぎ、弁板（３）の排気口（３ａ）に向かって開口する入口ノズル（２２）が形成された基端壁（２４）と、端壁（１４）の内側に形成された管状通路（１６）に嵌め込まれる外側管状突出部（２３ａ）を備えた出口ノズル（２３）が形成された上端壁（２５）とを備え、出口ノズル（２３）、外側管状突出部（２３ａ）、および管状通路（１６）は、シリンダキャップ（１０）のガス出口（１３）に向かって開口していることを特徴とする、断熱システム。
2. 中空体（２０）の入口ノズル（２２）が、基端壁（２４）に設けられた基部開口部（２２ａ）と、基部開口部（２２ａ）を囲んで基端壁（２４）から中空体（２０）内部へと伸びる管状突出部（２２ｂ）とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の断熱システム。
3. 外側管状突出部（２３ａ）が、中空体（２０）の上端壁（２５）に形成された下方領域（２５ａ）から外側に向かって伸び、管状通路（１６）は端壁（１４）の内部に画定されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の断熱システム。
4. 上端壁（２５）とシリンダキャップ（１０）の端壁（１４）との間に設けられ、中空体（２０）を弁板（３）に弾性的に押し付ける付勢手段（４０）を備えることを特徴とする、請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の断熱システム。
5. 付勢手段（４０）が、板ばね（４１）によって形成されることを特徴とする、請求項４に記載の断熱システム。
6. 上端壁（２５）が、中空体（２０）から外側に向けられた複数の上部突出部（２５ｂ）と一体になり、板ばね（４１）の両端はそれぞれ中空体（２０）の上端壁（２５）のそれぞれの上部突出部（２５ｂ）に嵌め込まれることを特徴とする、請求項５に記載の断熱システム。
7. 中空体（２０）が、２つの部品（２０ａ、２０ｂ）で形成され、一方は基端壁（２４）と一体となり、他方は上端壁（２５）と一体となり、前記部品は、中空体（２０）のプレ
   ナム（２１）を第１および第２の排気チャンバ（Ｃ１、Ｃ２）に分割する共通の隔壁（２６）に着座され、前記隔壁（２６）は両方の排気チャンバ（Ｃ１、Ｃ２）を連通させる少なくとも１つの開口部（２６ａ）を有することを特徴とする、請求項１〜請求項６のうちのいずれか一項に記載の断熱システム。
8. 隔壁（２６）の開口部（２６ａ）が、入口ノズル（２２）に対して偏心位置にある直線部分（２７ａ）によって第１の排気チャンバ（Ｃ１）内に突出し、音響減衰器を形成する弓状部分（２７ｂ）によって第２の排気チャンバ（Ｃ２）の内へと突出する少なくとも１つの管（２７）を備えることを特徴とする、請求項７に記載の断熱システム。
9. 中空体（２０）が、断熱材料で形成されることを特徴とする、請求項１〜請求項８のうちのいずれか一項に記載の断熱システム。
10. 請求項１〜請求項９に記載されているガス排気用断熱システムを備えることを特徴とする、冷凍圧縮機。

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