JPWO2014103320A1 - 密閉型圧縮機及びそれを備える冷凍装置 - Google Patents

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Abstract

本発明に係る密閉型圧縮機は、電動要素(103)と、電動要素(103)によって駆動される圧縮要素(105)と、電動要素(103)と圧縮要素(105)が収容され、オイル(113)が貯留されている密閉容器(101)と、を備え、圧縮要素(105)は、主軸(129)、偏心軸(127)、及び給油機構(131)を備えるクランクシャフト(119)と、クランクシャフト(119)の主軸(129)を軸支する主軸受(137)と圧縮室(133)を形成するシリンダ(135)を備えるシリンダブロック(121)と、シリンダ(135)内を往復動するピストン(123)と、偏心軸(127)とピストン(123)を連結する連結手段(125)と、を備え、シリンダ(135)の上部外周面の少なくとも一部には、シリンダ(135)の円周方向に沿って延びる第1オイル溝(139A)が設けられている。

Description

本発明は、家庭用電気冷凍冷蔵庫又はショーケース等に使用される密閉型圧縮機及びそれを備える冷凍装置に関するものである。
近年、地球環境保護に対する要求はますます強まってきており、家庭用電気冷凍冷蔵庫又はその他の冷凍サイクル装置等に使用される密閉型圧縮機においても高効率化が強く要望されている。
従来、この種の密閉型圧縮機としては、シリンダの外周側上部にオイル溜め部を形成し、オイル溜め部にシリンダの中心線に沿って延びる突出部が設けられているものがある(例えば、特許文献1参照)。
図15は、特許文献1に開示されている密閉型圧縮機の縦断面図である。図16は、図15に示す密閉型圧縮機のシリンダ及びシリンダブロックを示す正面図である。
図15及び図16に示すように、特許文献1に開示されている密閉型圧縮機2は、密閉容器11を備えていて、密閉容器11内には、フレーム12がスプリング13を介して弾性的に支持されている。フレーム12の下部には、電動機部8が配置され、フレーム12の上部には、圧縮機構部7が配置されている。また、密閉容器11内には、冷媒ガス5が封入されていて、密閉容器11の底部には、冷凍機油14が貯留されている。
電動機部8は、主軸部15とこの主軸部15に対して偏心した偏心軸部16とを有する回転軸17と、回転子18と、固定子19と、を有している。主軸部15の下端部には、オイルポンプ22が取付けられていて、回転軸17には、給油通路23が形成されている。
圧縮機構部7は、シリンダブロック28内に形成されたシリンダ27と、該シリンダ27内の空間であるシリンダ室29と、ピストン6と、を有している。また、シリンダブロック28におけるシリンダ27の外周側上部に位置する部分には、オイル溜め部41が形成されている。
オイル溜め部41には、シリンダ27の中心線に沿って延びる板状の突出部43が複数設けられている。図16に示すように、突出部43は、回転軸17の回転方向に沿って順次高くなるように形成されている。
また、オイル溜め部41には、隣り合う突出部43の間に、それぞれ、凹部45が形成されている。凹部45の底面38は、図15に示すように、シリンダ27の上死点側から下死点側に向けて冷凍機油14が流れ落ちるように傾斜している。
これにより、給油通路23を通流し、偏心軸部16の上端から飛散した冷凍機油14が、凹部45に貯まり、凹部45に貯まった冷凍機油14は、シリンダ27とピストン6の摺動部分へ供給されやすくなる。
特開2010−65589号公報
ところで、シリンダ27は、ピストン6の往復運動による摩擦熱、及び冷媒ガス5の圧縮熱によって加熱されるため、シリンダ27の外周側上部のオイル溜め部41に溜まった冷凍機油14は、シリンダ27を介して伝熱し、高温となる。
このため、特許文献1に開示されている密閉型圧縮機2では、高温となった冷凍機油14が、シリンダ室29に侵入して、低温で吸入された冷媒ガス5が、冷凍機油14の熱により加熱され、膨張するため、体積効率が低下するという課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、シリンダの温度上昇を抑制すると共に、シリンダを介した伝熱により加熱された高温のオイルが圧縮室内へ侵入することを抑制することで、効率の高い密閉型圧縮機を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明に係る密閉型圧縮機は、電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、前記電動要素と前記圧縮要素が収容され、オイルが貯留されている密閉容器と、を備え、前記圧縮要素は、主軸、偏心軸、及び給油機構を備えるクランクシャフトと、前記クランクシャフトの前記主軸を軸支する主軸受と圧縮室を形成するシリンダを備えるシリンダブロックと、前記シリンダ内を往復動するピストンと、前記偏心軸と前記ピストンを連結する連結手段と、を備え、前記シリンダの上部外周面の少なくとも一部には、前記シリンダの円周方向に沿って延びる第1オイル溝が設けられている。
これによって、偏心軸から散布されたオイルが、シリンダの上部外周面に形成された第1オイル溝にも供給される。このため、第1オイル溝を流れるオイルによって、シリンダから効果的に吸熱することができる。また、シリンダの熱を吸熱した高温のオイルは、第1オイル溝に沿ってシリンダの周方向へ流れて、密閉容器の底部に流れ落ちるため、ピストンとシリンダとの間に形成される隙間に流れ込むことが抑制され、圧縮室に高温のオイルが侵入することを抑制することができる。したがって、圧縮室に吸入される冷媒ガスの温度上昇を抑制し、体積効率を向上させることができる。
本発明に係る密閉型圧縮機及びそれを備える冷凍装置は、圧縮室に吸入される冷媒ガスの温度上昇を抑制し、体積効率を向上することができるので、密閉型圧縮機の効率を向上することができる。
図1は、本実施の形態1に係る密閉型圧縮機の縦断面図である。 図2は、実施の形態1に係る密閉型圧縮機の横断面図である。 図3は、図1及び図2に示す密閉型圧縮機の圧縮要素近傍を拡大した断面図である。 図4は、図1及び図2に示す密閉型圧縮機のシリンダ近傍を拡大した断面図である。 図5は、本実施の形態1における変形例1の密閉型圧縮機のシリンダブロックを上方から見たときの概略構成を示す模式図である。 図6は、本実施の形態1における変形例2の密閉型圧縮機のシリンダブロックを示す模式図である。 図7は、本実施の形態2に係る密閉型圧縮機の縦断面図である。 図8は、図7に示す密閉型圧縮機のシリンダ近傍を拡大した断面図である。 図9は、本実施の形態3に係る密閉型圧縮機の縦断面図である。 図10は、図9に示す密閉型圧縮機におけるシリンダブロックの上方からの斜視図である。 図11は、本実施の形態4に係る密閉型圧縮機の縦断面図である。 図12は、図11に示す密閉型圧縮機におけるシリンダブロックの下方からの斜視図である。 図13は、図12に示す密閉型圧縮機におけるロータの斜視図である。 図14は、本実施の形態5に係る冷凍装置の概略構成を示す模式図である。 図15は、特許文献1に開示されている密閉型圧縮機の縦断面図である。 図16は、図15に示す密閉型圧縮機のシリンダ及びシリンダブロックを示す正面図である。
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、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。さらに、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。
(実施の形態1)
本実施の形態1に係る密閉型圧縮機は、電動要素と、電動要素によって駆動される圧縮要素と、電動要素と圧縮要素が収容され、オイルが貯留されている密閉容器と、を備え、圧縮要素は、主軸、偏心軸、及び給油機構を備えるクランクシャフトと、クランクシャフトの主軸を軸支する主軸受と圧縮室を形成するシリンダを備えるシリンダブロックと、シリンダ内を往復動するピストンと、偏心軸とピストンを連結する連結手段と、を備え、シリンダの上部外周面の少なくとも一部には、シリンダの円周方向に沿って延びる第1オイル溝が設けられている。
これにより、偏心軸から散布されたオイルが、シリンダの上部外周面に形成された第1オイル溝に供給される。このため、第1オイル溝を流れるオイルによって、シリンダから効果的に吸熱することができる。また、シリンダの熱を吸熱した高温のオイルは、第1オイル溝を流れて、密閉容器の底部に流れ落ちるため、ピストンとシリンダとの間に形成される隙間に流れ込むことが抑制され、圧縮室に高温のオイルが侵入することを抑制することができる。したがって、圧縮室に吸入される冷媒ガスの温度上昇を抑制し、体積効率を向上させることができる。
また、本実施の形態1に係る密閉型圧縮機では、クランクシャフトの偏心軸には、第1オイル溝にオイルを散布する第1オイル散布機構と、ピストンとシリンダとの間に形成される隙間にオイルを散布する第2オイル散布機構と、が設けられていてもよい。
これにより、第2オイル散布機構で散布されたオイルが、ピストンとシリンダとの間の潤滑を良化させ、摺動損失を低減することができると共に、ピストンとシリンダとの間のシール性を向上させることができる。このため、冷媒ガスの体積効率を向上させることができるので、密閉型圧縮機の効率をさらに高めることができる。
また、本実施の形態1に係る密閉型圧縮機では、圧縮要素は、圧縮室で圧縮された冷媒が吐出される吐出管と、吐出管の途中に設けられた吐出チャンバーと、を備えていてもよい。
これにより、吐出チャンバーがシリンダと別体となり、吐出チャンバーを通過する高温の冷媒ガスがシリンダを加熱することなく吐出パイプを通じて、密閉容器外へ排出される。このため、シリンダの温度上昇をより低減し、体積効率を向上させることができ、密閉型圧縮機の効率をさらに高めることができる。
さらに、本実施の形態1に係る密閉型圧縮機では、電動要素は、複数の運転周波数でインバータ駆動されるように構成されていてもよい。
これにより、冷媒ガスの単位時間あたりの循環量が多く、吐出冷媒ガス温度が高くなりやすい高速回転においては、オイル散布量が増えるので、効果的にシリンダの温度を低減することができる。また、シリンダから吸入冷媒ガスへの伝熱量が増加する低速回転においても、第1オイル溝を流れるオイルによって、シリンダから効果的に吸熱するため、シリンダの温度を低減することができる。
以下、本実施の形態1に係る密閉型圧縮機の一例について、図1〜図4を参照しながら説明する。
[密閉型圧縮機の構成]
図1は、本実施の形態1に係る密閉型圧縮機の縦断面図である。図2は、実施の形態1に係る密閉型圧縮機の横断面図である。図3は、図1及び図2に示す密閉型圧縮機の圧縮要素近傍を拡大した断面図である。図4は、図1及び図2に示す密閉型圧縮機のシリンダ近傍を拡大した断面図である。
図1及び図2に示すように、本実施の形態1に係る密閉型圧縮機100は、密閉容器101と該密閉容器101の内部に収容された圧縮機本体107を備えている。圧縮機本体107は、電動要素103と、該電動要素103によって駆動される圧縮要素105と、を備えていて、サスペンションスプリング109により、密閉容器101に弾性的に支持されている。
密閉容器101は、鉄板の絞り成型によって形成されている。密閉容器101には、密閉容器101内外を連通する吸入パイプ115及び吐出パイプ117が設けられている。吸入パイプ115は、冷凍装置(図14参照)から供給される冷媒ガスを密閉容器101内に導入するように構成されている。また、吐出パイプ117は、圧縮要素105で圧縮された冷媒ガス111を冷凍装置へ供給するように構成されている。
また、密閉容器101内には、例えば、地球温暖化係数の低い炭化水素系のR600a等の冷媒ガス111が、冷凍装置の低圧側と同等圧力で、低温の状態で封入され、密閉容器101内の底部には、潤滑用のオイル113が封入されている。
電動要素103は、圧縮要素105の下方に配置されていて(密閉容器101内の下方に配置されていて)、適宜な配線(図示せず)を介して、インバータ装置200が電気的に接続されている。これにより、電動要素103は、複数の運転周波数でインバータ駆動される。
また、電動要素103は、ステータ177及びロータ179を備えている。ステータ177は、後述するシリンダブロック121に、ボルト(図示せず)により固定されている。ステータ177の内側には、中空を有する円柱状のロータ179が、該ステータ177と同軸上に位置するように、後述するクランクシャフト119の主軸129に焼き嵌め等により、固定されている。
圧縮要素105は、クランクシャフト119、シリンダブロック121、ピストン123、及び連結手段125等で構成されている。
クランクシャフト119は、主軸129と、主軸129の上端に設けたフランジ部とフランジ部の上面より延出する偏心軸127と、を備えている。主軸129及び偏心軸127は、軸心が上下方向に向くように配設されている。
また、クランクシャフト119(正確には、主軸129)の下端は、オイル113に浸漬しており、クランクシャフト119には、偏心軸127の上端までオイル113を供給する給油機構131が設けられている。
給油機構131は、主軸129の内部に設けられた上方へ延びる孔(図示せず)、主軸129の表面に形成された螺旋状の溝、及び偏心軸127の内部に設けられた連結孔130(図3参照)等によって構成されている。
ここで、図3に示すように、クランクシャフト119の偏心軸127には、第1オイル散布機構143と第2オイル散布機構145が設けられている。第1オイル散布機構143は、第2オイル散布機構145よりも高い位置に配設されている。
第1オイル散布機構143は、偏心軸127の上端に設けられている連結孔130の開口により構成されている。また、第2オイル散布機構145は、偏心軸127の側面に設けられた、連結孔130と連通する孔により構成されている。
これにより、給油機構131によって偏心軸127まで搬送されたオイル113は、第1オイル散布機構143により、後述する第1オイル溝139に散布され、第2オイル散布機構145により、ピストン123とシリンダ135との間に形成される隙間に散布される。
なお、本実施の形態1においては、第1オイル散布機構143は、偏心軸127の上端に設けられている開口により構成したが、これに限定されない。第1オイル散布機構143は、第2オイル散布機構145よりも高い位置に配設されていれば、偏心軸127の側面に設けられていてもよい。
シリンダブロック121には、軸心を上下方向に向けた円筒形の内面を有する軸受(主軸受)137が設けられている。軸受137には、クランクシャフト119の主軸129が回転自在に挿入されている。
また、シリンダブロック121には、軸心を水平方向に向けた円筒状のシリンダ135が設けられている。シリンダ135には、ピストン123が進退自在に挿入されている。ピストン123には、連結手段125を介して、クランクシャフト119の偏心軸127が接続されている。
シリンダ135のクランクシャフト119に対して遠い側の端面(シリンダ135の上死点側端面)には、吸入孔147と吐出孔149を備えるバルブプレート151が配置されている。バルブプレート151には、吸入孔147を開閉する吸入バルブ153が設けられている。そして、バルブプレート151は、ピストン123とともに、圧縮室133を形成している。
また、バルブプレート151は、該バルブプレート151を覆うように配置されているシリンダヘッド155とともに、ヘッドボルト157により、シリンダブロック121に固定されている。
シリンダヘッド155は、冷媒ガス111が吐出される吐出空間159を有している。吐出空間159は、吐出管161を介して、密閉容器101を貫通して固着された吐出パイプ117と連通している。なお、吐出管161の途中には、中空の吐出チャンバー163が設けられている。
また、バルブプレート151とシリンダヘッド155の間には、吸入マフラー165が挟持されている。吸入マフラー165は、主にガラス繊維を添加したPBT(ポリブチレンテレフタレート)等の合成樹脂で成型され、マフラー本体173と、尾管167と、連通管169と、を備えている。
マフラー本体173の内部には、消音空間171が形成されている。尾管167は、一端が消音空間171に連通し、他端が密閉容器101内へ開口する吸入口175を備えていて、冷媒ガス111を吸入マフラー165内に導くように構成されている。また、連通管169は、一端が消音空間171に開口し、他端が圧縮室133に連通するように配置されていて、吸入マフラー165内の冷媒ガス111を圧縮室133内に導くように構成されている。
また、図1〜図4に示すように、シリンダ135の上部外周面には、該シリンダ135の径方向及び円周方向に沿って延びる側壁141A及び側壁141Bが配設されている。側壁141Aとシリンダ135のクランクシャフト119に対して遠い側の端部との間には、シリンダ135の円周方向に沿って延びる第1オイル溝139Aが形成されていて、側壁141Aと側壁141Bの間には、シリンダ135の円周方向に沿って延びる第1オイル溝139Bが形成されている。
側壁141A及び側壁141Bは、シリンダ135の軸心方向から見た形状は任意に設定することができ、矩形状に形成されていてもよく、半円状に形成されていてもよい。また、側壁141A及び側壁141Bは、密閉型圧縮機100の上方から見て、略直線状に形成されている。
また、側壁141A及び側壁141Bの高さ(寸法)は、第1オイル散布機構143から散布されるオイル113が、第1オイル溝139A及び第1オイル溝139Bに供給される範囲内で任意に設定することができ、本実施の形態1においては、第1オイル溝139Aと第1オイル溝139Bは、同じ高さに設定されている。
なお、本実施の形態1においては、側壁を2ヶ所に設ける形態を採用したが、これに限定されない。例えば、密閉型圧縮機100の製造を容易にする観点とシリンダ135の温度を低下させる観点から、側壁は、1か所に設けてもよく、4ヵ所に設けてもよい。
また、側壁は、シリンダ135の上部に散布されたオイル113が、ピストン123とシリンダ135との間に形成される隙間に入り込まないようにする観点から、シリンダ135の下死点側端部に設けてもよい。
さらに、側壁を2ヶ所以上に設ける形態を採用する場合、隣接する側壁の間隔は、任意に設定することができ、一定の間隔で側壁を配設してもよく、異なる間隔で側壁を配設してもよい。
また、第1オイル溝139A及び第1オイル溝139Bは、シリンダ135の外周面に沿って、円弧状に形成されていて、中央部から両端に向かって下方に傾斜するように形成されている。なお、第1オイル溝139A及び第1オイル溝139Bは、本実施の形態1においては、シリンダ135と同心円状に半円を描くように形成されている。
[密閉型圧縮機の動作及び作用効果]
次に、本実施の形態1に係る密閉型圧縮機100の動作及び作用効果について、説明する。
まず、インバータ装置200が、商用電源から供給された電力を電動要素103に供給する。これにより、電動要素103のステータ177に電流が流れ、ステータ177で磁界が発生し、主軸129に固定されたロータ179が回転することで、クランクシャフト119の主軸129が回転する。
主軸129の回転に伴う偏心軸127の偏心回転は、連結手段125により変換され、ピストン123をシリンダ135内で往復運動させる。そして、圧縮室133が容積変化することで、密閉容器101内の冷媒ガス111を圧縮室133内に吸入し、圧縮する圧縮動作を行う。
次に、密閉型圧縮機100の吸入行程及び圧縮行程について、より詳細に説明する。
まず、ピストン123が、圧縮室133の容積が増加する方向に移動すると、圧縮室133内の冷媒ガス111が膨張する。そして、圧縮室133内の圧力が吸入圧力を下回ると、圧縮室133内の圧力と吸入マフラー165内の圧力との差により、吸入バルブ153が開き始める。
この動作に伴い、冷凍サイクルから戻った温度の低い冷媒ガス111は、吸入パイプ115から密閉容器101内に一旦解放され、その後、吸入マフラー165の吸入口175から吸入され、尾管167を経て、消音空間171内に導入される。そして、導入された冷媒ガス111は、連通管169を経て、圧縮室133内に流入する。
その後、ピストン123の動作が、下死点から圧縮室133内の容積が減少する方向に転じると、圧縮室133内の冷媒ガス111が圧縮され、圧縮室133内の圧力は上昇する。そして、圧縮室133内の圧力が吸入マフラー165内の圧力を上回ると、吸入バルブ153は閉じる。
次に、圧縮室133内の圧力が吐出圧力を上回ると、圧縮室133内の圧力と吐出空間159内の圧力との差により、吐出バルブ(図示せず)が開き始める。
この動作に伴い、ピストン123が上死点に達するまでの間、圧縮された冷媒ガス111は吐出孔149から吐出空間159へ吐出される。そして、吐出空間159へ吐出された冷媒ガス111は、吐出管161と吐出チャンバー163と吐出パイプ117を順次通って、冷凍装置(図示せず)へと送り出される。
その後、ピストン123の動作が上死点から再び圧縮室133内の容積が増加する方向に転じると、圧縮室133内の冷媒ガス111が膨張し、圧縮室133内の圧力は低下し、圧縮室133内の圧力が吐出空間159内の圧力を下回ると、吐出バルブ(図示せず)は閉じる。
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119の一回転毎に繰り返し行なわれ、冷媒ガス111が冷凍装置(図示せず)内を循環する。
次に、オイル113の動作について説明する。
密閉容器101内の底部に貯留されたオイル113は、クランクシャフト119の回転により、遠心力でクランクシャフト119下部より吸い上げられ、その後、給油機構131により、圧縮要素105の上部へ搬送される。圧縮要素105へ搬送されたオイル113は、クランクシャフト119と軸受137等の摺動部を潤滑した後、連結孔130を介して偏心軸127へ搬送される。そして、図3の矢印で示すように、偏心軸127に設けられた第1オイル散布機構143と第2オイル散布機構145により散布される。
第1オイル散布機構143より散布されたオイル113は、シリンダ135の上部外周面に設けられた第1オイル溝139A及び第1オイル溝139Bに供給される。また、第2オイル散布機構145より散布されたオイル113は、ピストン123とシリンダ135との間に形成される隙間に供給される。
ここで、本実施の形態のような往復動式の密閉型圧縮機は、ピストン123の往復運動による摩擦熱、及び冷媒ガス111の圧縮熱により、シリンダ135が加熱され高温となる。そのため、一般的には、圧縮室133に低温で密度の高い冷媒ガス111を吸入したとしても、冷媒ガス111は高温のシリンダ135によって加熱され、圧縮行程に入る時点では冷媒ガス111の密度は低下してしまい、体積効率が低下するおそれがある。
しかしながら、本実施の形態1に係る密閉型圧縮機100では、シリンダ135の上部外周面に側壁141A及び側壁141Bを配設することにより、第1オイル溝139A及び第1オイル溝139Bを形成している。
これにより、偏心軸127(本実施の形態1においては、第1オイル散布機構143)から散布されるオイル113が側壁141A及び側壁141Bに付着し、該側壁141A及び側壁141Bに沿って通流して、第1オイル溝139A及び第1オイル溝139Bに供給される。
第1オイル溝139A及び第1オイル溝139Bに供給されたオイル113は、該第1オイル溝139A及び第1オイル溝139Bを通流する間に、シリンダ135の熱を吸熱し、シリンダ135の温度を低下させる。また、オイル113が、側壁141A及び側壁141Bに沿って通流する間にも、オイル113がシリンダ135から熱を吸着し、側壁141A及び側壁141Bは、放熱フィンとして機能する。
このため、本実施の形態1に係る密閉型圧縮機100では、圧縮室133に吸入された冷媒ガス111に対する加熱量(伝熱量)を低減し、冷媒ガス111の体積効率を向上させ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。
また、本実施の形態1に係る密閉型圧縮機100では、第1オイル溝139A及び第1オイル溝139Bが円弧状に形成されている。これにより、第1オイル溝139A及び第1オイル溝139Bを流れて、シリンダ135から吸熱した高温のオイル113が、シリンダ135の側方を通って、下方に流れ落ちやすく、ピストン123とシリンダ135との間に形成される隙間に流れ込むことが抑制される。このため、圧縮室133内へ高温のオイル113が侵入することを抑制することができる。
したがって、圧縮室133に吸入された冷媒ガス111が、高温のオイル113によって加熱されることを抑制することができるので、冷媒ガス111の体積効率を向上させることができ、さらに密閉型圧縮機の効率を向上させることができる。
また、ピストン123とシリンダ135との間に形成される隙間には、第2オイル散布機構145より散布されたオイル113が供給される。これにより、ピストン123とシリンダ135との間の潤滑を良化させ、摺動損失を低減することができると共に、ピストン123とシリンダ135との間のシール性を向上させることができる。このため、冷媒ガス111の体積効率を向上させることができ、さらに密閉型圧縮機の効率を向上させることができる。
ところで、本実施の形態のような往復動式の密閉型圧縮機は、生産性向上のため、一般的にシリンダブロック121に吐出チャンバー163が一体に形成されることが多い。
しかしながら、一般的な前記構成では、圧縮室133から吐出された高温の冷媒ガス111が、シリンダブロック121に一体で形成された吐出チャンバーの内部を通過することとなる。このため、吐出チャンバーからの伝熱によって、シリンダ135が加熱される。その結果、吸入行程において、圧縮室133内に吸入された低温の冷媒ガス111が、高温のシリンダ135によって加熱され、体積効率が低下するおそれがある。
しかしながら、本実施の形態1に係る密閉型圧縮機100では、吐出チャンバー163が、シリンダブロック121と別体で形成されるように構成されている。これにより、吐出チャンバー163からシリンダ135への伝熱を抑制することができ、シリンダ135の温度をさらに低減することができるので、冷媒ガス111の体積効率を向上させることができ、密閉型圧縮機の効率をより向上させることができる。
また、本実施の形態のように、インバータ駆動される場合、高速回転においては、単位時間あたりの冷媒ガス111の循環量が多くなると共に、圧縮室133から吐出される冷媒ガス111の温度が高くなりやすい。
しかしながら、本実施の形態1に係る密閉型圧縮機100では、高速回転において、第1オイル散布機構143からのオイル113の散布量が増えることにより、より効果的にシリンダ135の温度を低減することができる。
さらに、低速回転においては、容積変化速度が遅く、冷媒ガス111がシリンダ135から受熱しやすくなるため、本実施の形態1に係る密閉型圧縮機100の作用効果がより顕著となる。
[変形例1]
次に、本実施の形態1に係る密閉型圧縮機100の変形例について、説明する。
図5は、本実施の形態1における変形例1の密閉型圧縮機のシリンダブロックを上方から見たときの概略構成を示す模式図である。
図5に示すように、本変形例1の密閉型圧縮機100は、実施の形態1に係る密閉型圧縮機100と基本的構成は同じであるが、側壁141A及び側壁141Bが、上方から見て、V字状に形成されている点が異なる。具体的には、側壁141A及び側壁141Bは、上死点側が突出するように、V字状に形成されている。換言すれば、第1オイル溝139A及び第1オイル溝139Bも、上方から見て、上死点側が突出するように、V字状に形成されている。
このように構成された、本実施の形態1の変形例1の密閉型圧縮機100であっても、実施の形態1に係る密閉型圧縮機100と同様の作用効果を奏する。
また、本変形例1の密閉型圧縮機100では、上述したような構成により、側壁141A及び側壁141Bは、偏心軸127の回転方向に沿うように、形成されている。
これにより、第1オイル散布機構143から散布されたオイル113は、第1オイル溝139A及び第1オイル溝139Bに供給されやすくなる。このため、本変形例1の密閉型圧縮機100では、ピストン123の温度をより低減することができ、密閉型圧縮機100の圧縮効率をより向上させることができる。
なお、本変形例1においては、側壁141A及び側壁141Bが、上死点側が突出するように、V字状に形成したが、これに限定されない。側壁141A及び側壁141Bが、下死点側が突出するように、V字状に形成してもよい。この場合、側壁141A及び側壁141Bに第1オイル散布機構143から散布されたオイル113が付着しやすくなり、側壁141A及び側壁141Bの放熱フィンとしての機能をより発揮することができピストン123の温度をより低減することができ、密閉型圧縮機100の圧縮効率をより向上させることができる。
[変形例2]
図6は、本実施の形態1における変形例2の密閉型圧縮機のシリンダブロックを示す模式図である。
図6に示すように、本変形例2の密閉型圧縮機100は、実施の形態1に係る密閉型圧縮機100と基本的構成は同じであるが、側壁141A及び側壁141Bが、上方から見て、円弧状に(湾曲するように;放物線状に)形成されている点が異なる。具体的には、側壁141A及び側壁141Bは、上死点側が突出するように、円弧状に形成されている。これにより、第1オイル溝139A及び第1オイル溝139Bも、上方から見て、上死点側が突出するように、円弧状に形成されている。
このように構成された、本変形例2の密閉型圧縮機100であっても、実施の形態1における変形例1の密閉型圧縮機100と同様の作用効果を奏する。
(実施の形態2)
本実施の形態2に係る密閉型圧縮機は、実施の形態1(変形例1及び変形例2を含む)に係る密閉型圧縮機において、第1オイル溝を形成する側壁の高さが、シリンダの下死点側から上死点側に向かって順次高くなるように形成されている。
これにより、偏心軸から散布されたオイルが、実施の形態1に係る密閉型圧縮機に比して、上死点側に位置する第1オイル溝に供給されやすくなる。このため、圧縮室に吸入される冷媒ガスの温度上昇をより抑制し、密閉型圧縮機の体積効率をより向上させることができる。
なお、本実施の形態2に係る密閉型圧縮機は、上記特徴以外は、実施の形態1(変形例1及び変形例2を含む)に係る密閉型圧縮機と同様に構成してもよい。
以下、本実施の形態2に係る密閉型圧縮機の一例について、図7及び図8を参照しながら説明する。
図7は、本実施の形態2に係る密閉型圧縮機の縦断面図である。図8は、図7に示す密閉型圧縮機のシリンダ近傍を拡大した断面図である。
図7及び図8に示すように、本実施の形態2に係る密閉型圧縮機100は、実施の形態1に係る密閉型圧縮機100と基本的構成は同じであるが、第1オイル溝を形成する側壁の高さが、シリンダ135の下死点側から上死点側に向かって順次高くなるように形成されている点が異なる。具体的には、シリンダ135の上死点側に位置する側壁141Aが、シリンダ135の下死点側に位置する側壁141Bよりも高さが高くなるように形成されている。
このように構成された、本実施の形態2に係る密閉型圧縮機100であっても、実施の形態1に係る密閉型圧縮機100と同様の作用効果を奏する。
また、本実施の形態2に係る密閉型圧縮機100では、第1オイル溝を形成する側壁の高さが、シリンダ135の下死点側から上死点側に向かって順次高くなるように形成されている。このため、実施の形態1に係る密閉型圧縮機100に比して、第1オイル散布機構143から散布されたオイル113を第1オイル溝139Aにより供給しやすくなる。
したがって、圧縮室133に吸入される冷媒ガス111の温度上昇をより抑制し、密閉型圧縮機100の体積効率をより向上させることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態3に係る密閉型圧縮機は、実施の形態1(変形例1及び変形例2を含む)に係る密閉型圧縮機又は実施の形態2に係る密閉型圧縮機において、シリンダの上部外周面の少なくとも一部には、シリンダの軸心方向に沿って延び、かつ、その底部が、シリンダの下死点側から上死点側に向かって低くなるように傾斜して形成され、第1オイル溝に連通されている第2オイル溝がさらに設けられている。
これにより、偏心軸から散布されたオイルは、第2オイル溝に均等に供給される。このため、第2オイル溝を流れるオイルによって、シリンダ全体を効果的に吸熱することができる。また、シリンダの熱を吸熱した高温のオイルは、第2オイル溝から第1オイル溝を流れて、密閉容器の底部に流れ落ちるため、ピストンとシリンダとの間に形成される隙間に流れ込むことが抑制され、圧縮室に高温のオイルが侵入することを抑制することができる。したがって、圧縮室に吸入される冷媒ガスの温度上昇を抑制し、体積効率を向上させることができる。
なお、本実施の形態3に係る密閉型圧縮機は、上記特徴以外は、実施の形態1(変形例1及び変形例2を含む)又は実施の形態2に係る密閉型圧縮機と同様に構成してもよい。
以下、本実施の形態3に係る密閉型圧縮機の一例について、図9及び図10を参照しながら説明する。
[密閉型圧縮機の構成]
図9は、本実施の形態3に係る密閉型圧縮機の縦断面図である。図10は、図9に示す密閉型圧縮機におけるシリンダブロックの上方からの斜視図である。
図9及び図10に示すように、本実施の形態3に係る密閉型圧縮機100は、実施の形態1に係る密閉型圧縮機100と基本的構成は同じであるが、シリンダ135の上部外周面にシリンダ135の軸心方向に沿って延びる複数の側壁202と、該側壁202の間に形成される第2オイル溝201と、を備える点が異なる。
具体的には、側壁202は、密閉型圧縮機100の上方から見て、シリンダ135の軸心方向に沿って延びるように形成されている。また、複数(ここでは、6つ)の側壁202は、シリンダ135の軸心方向に直交する方向に並列するように、かつ、互いに平行となるように配設されている。
なお、隣接する側壁202の間隔は、それぞれ、同じになるように形成してもよく、異なるように形成してもよい。また、側壁202の高さは、第2オイル溝201にオイル113を供給することができれば、任意に設定することができる。また、側壁202の上端は、水平となるように形成されてもよく、シリンダ135の下死点から上死点に向かって、下方に傾斜するように形成されてもよく、シリンダ135の上死点から下死点に向かって、下方に傾斜するように形成されてもよい。さらに、第2オイル溝201を形成する側壁202は、2以上配設されていればよく、配設される側壁202の数は、任意に設定することができる。
また、第2オイル溝201の底面は、シリンダ135の下死点から上死点に向かって、下方に傾斜するように形成されている。
そして、第2オイル溝201は、シリンダ135の上死点側端部が第1オイル溝139Aと連通するように構成されている。より詳細には、側壁202のシリンダ135の上死点側端部とシリンダ135のクランクシャフト119に対して遠い側の端部との間には、隙間が形成されていて、当該隙間が、シリンダ135の円周方向に沿って延びる第1オイル溝139Aを構成する。
なお、第1オイル溝139Aの底面は、第2オイル溝201の底面と面一になるように形成されていてもよく、第2オイル溝201の底面よりも内方に凹むように形成されていてもよい。
また、本実施の形態3においては、第2オイル溝201は、シリンダ135の上死点側端部で第1オイル溝と連通するように構成したが、これに限定されない。例えば、第2オイル溝201は、第2オイル溝201のシリンダ135の軸心方向の中央部分で第1オイル溝と連通するように、構成してもよい。さらに、1本の第1オイル溝が第2オイル溝201と連通する構成を採用したが、これに限定されず、複数の第1オイル溝が第2オイル溝201と連通する構成を採用してもよい。
[密閉型圧縮機の作用効果]
このように構成された本実施の形態3に係る密閉型圧縮機100では、偏心軸127(本実施の形態3においては、第1オイル散布機構143)から散布されるオイル113が、側壁202に付着し、側壁202に沿って通流して、第2オイル溝201に供給される。そして、第2オイル溝201に供給されたオイル113は、第2オイル溝201を通流する間に、シリンダ135の熱を吸熱し、シリンダ135の温度を低下させる。また、オイル113が、側壁202に沿って通流する間にも、オイル113がシリンダ135から熱を吸着し、側壁202は、放熱フィンとして機能する。
このため、本実施の形態3に係る密閉型圧縮機100では、圧縮室133に吸入された冷媒ガス111に対する加熱量を低減し、冷媒ガス111の体積効率を向上させ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。
また、本実施の形態3に係る密閉型圧縮機100では、第2オイル溝201がシリンダ135の軸心方向に沿って形成されている。このため、第1オイル散布機構143から散布されたオイル113を各第2オイル溝201に均等に供給することができるので、シリンダ135の冷却効果をより高めることができる。
さらに、本実施の形態3に係る密閉型圧縮機100では、第2オイル溝201の底面が、シリンダ135の下死点側から上死点側に向かって、下方に傾斜するように形成されている。また、第2オイル溝201には、シリンダ135の円周方向に沿って延びる第1オイル溝139Aが連通されている。これにより、第2オイル溝201を流れて、シリンダ135から吸熱した高温のオイル113が、ピストン123とシリンダ135との間に形成された隙間に流れ込むことが抑制される。このため、圧縮室133に高温のオイル113が侵入することを抑制することができる。したがって、圧縮室133に吸入された冷媒ガス111が、高温のオイル113によって加熱されることを抑制することができるので、冷媒ガス111の体積効率を向上させることができ、密閉型圧縮機の効率を向上させることができる。
(実施の形態4)
本実施の形態4に係る密閉型圧縮機は、実施の形態1(変形例1及び変形例2を含む)〜3のいずれかに係る密閉型圧縮機において、シリンダの下部外周面の少なくとも一部には、放熱フィンが設けられている。
これにより、シリンダの下部からも放熱できるので、シリンダの温度をより低減することができるので、冷媒ガスの体積効率を向上させることができ、密閉型圧縮機の効率をさらに高めることができる。
また、本実施の形態4に係る密閉型圧縮機では、電動要素は、シリンダブロックに固定されたステータと、クランクシャフトに固定されたロータと、を備え、ロータのシリンダブロック側端部には、送風フィンが設けられていてもよい。
これにより、送風フィンでシリンダに送風することで、シリンダの放熱をより促進させることができるので、冷媒ガスの体積効率を向上させることができ、密閉型圧縮機の効率をさらに高めることができる。
なお、本実施の形態4に係る密閉型圧縮機は、上記特徴以外は、実施の形態1(変形例1及び変形例2を含む)〜3のいずれかに係る密閉型圧縮機と同様に構成してもよい。
以下、本実施の形態4に係る密閉型圧縮機の一例について、図11〜図13を参照しながら説明する。
[密閉型圧縮機の構成]
図11は、本実施の形態4に係る密閉型圧縮機の縦断面図である。図12は、図11に示す密閉型圧縮機におけるシリンダブロックの下方からの斜視図である。図13は、図12に示す密閉型圧縮機におけるロータの斜視図である。
図11〜図13に示すように、本実施の形態4に係る密閉型圧縮機100は、実施の形態1に係る密閉型圧縮機100と基本的構成は同じであるが、シリンダ135の下部外周面の少なくとも一部に、複数の放熱フィン142が設けられている点と、ロータ179のシリンダブロック121側端面には、複数の送風フィン181が設けられている点と、が異なる。
具体的には、図12に示すように、放熱フィン142は、シリンダ135の軸心方向に延びるように、板状に形成されている。また、放熱フィン142は、密閉型圧縮機100の下方から見て、直線状に形成されている。さらに、複数(ここでは、4枚)の放熱フィン142は、シリンダ135の軸心方向に直交する方向に並列するように配設されている。
なお、本実施の形態4においては、4枚の放熱フィン142をシリンダ135の外面に形成する形態を採用したが、これに限定されず、放熱フィン142の数は、任意に設定することができ、隣接する放熱フィン142の間隔も任意に設定することができる。
また、本実施の形態4においては、密閉型圧縮機100の下方から見て、放熱フィン142が直線状に形成されている形態を採用したが、これに限定されず、円弧上に形成されていてもよく、波状に形成されていてもよい。
また、図13に示すように、ロータ179のシリンダブロック121側端面(上端面)には、クランクシャフト119の主軸129方向に延びるように、板状の送風フィン181が設けられている。また、送風フィン181は、密閉型圧縮機100の上方から見て、直線状に形成されている。さらに、複数(ここでは、8枚)の送風フィン181は、それぞれが、円周方向に等間隔となるように配置されている。すなわち、送風フィン181は、ロータ179の上部にて、放射状に形成されている。
なお、本実施の形態4においては、8枚の送風フィン181をロータ179の上端面に形成する形態を採用したが、これに限定されず、送風フィン181の数は、任意に設定することができ、隣接する送風フィン181の間隔も任意に設定することができる。
また、本実施の形態4においては、密閉型圧縮機100の上方から見て、送風フィン181が直線状に形成されている形態を採用したが、これに限定されず、円弧上に形成されていてもよく、波状に形成されていてもよい。
[密閉型圧縮機の作用効果]
このように構成された本実施の形態4に係る密閉型圧縮機100であっても、実施の形態1に係る密閉型圧縮機100と同様の作用効果を奏する。
また、本実施の形態4に係る密閉型圧縮機100では、シリンダ135の下部外周面に放熱フィン142を備えているので、シリンダ135の熱を放熱フィン142から放熱することができる。このため、シリンダ135の温度をより低減することができるので、冷媒ガス111の体積効率を向上させることができ、密閉型圧縮機の効率をより向上させることができる。
さらに、本実施の形態4に係る密閉型圧縮機100では、ロータ179の上端面に送風フィン181を備えているので、ロータ179が回転すると、シリンダ135(シリンダ135の放熱フィン142)に風が送られ、シリンダ135の放熱をより促進することができる。このため、シリンダ135の温度をより低減することができるので、冷媒ガス111の体積効率を向上させることができ、密閉型圧縮機の効率をより向上させることができる。
(実施の形態5)
図14は、本実施の形態5に係る冷凍装置の概略構成を示す模式図である。
ここでは、冷媒回路に、実施の形態1に係る密閉型圧縮機100を搭載した構成とし、冷凍装置の基本構成について説明する。
図14に示すように、本実施の形態5に係る冷凍装置300は、一面が開口した断熱性の箱体とその開口を開閉する扉体とから構成される本体301と、本体301の内部を物品の貯蔵空間303と機械室305とに区画する区画壁307と、貯蔵空間303内を冷却する冷媒回路309と、を具備している。
冷媒回路309は、実施の形態1に係る密閉型圧縮機100と、放熱器313と、減圧装置315と、吸熱器317と、を環状に配管接続した構成となっている。そして、吸熱器317は、送風機(図示せず)を具備した貯蔵空間303内に配置されている。吸熱器317の冷却熱は、図14中の矢印で示すように、送風機によって貯蔵空間303内を循環するように撹拌される。
このように構成された本実施の形態5に係る冷凍装置300は、実施の形態1に係る密閉型圧縮機100を備えているため、実施の形態1に係る密閉型圧縮機100と同様の作用効果を奏し、冷凍装置300の消費電力が低減でき、省エネルギー化を実現できる。
なお、本実施の形態5に係る冷凍装置300では、実施の形態1に係る密閉型圧縮機100を備える形態を採用したが、これに限定されず、実施の形態1の変形例1及び2の密閉型圧縮機100、及び実施の形態2〜4に係る密閉型圧縮機100のいずれかの密閉型圧縮機100を備える形態を採用してもよい。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
本発明に係る密閉型圧縮機及びそれを備える冷凍装置は、密閉型圧縮機の効率を向上することができるので、電気冷蔵庫、あるいはエアーコンディショナー等の家庭用に限らず、業務用ショーケース、自動販売機等の冷凍装置に広く適用することができる。
2 密閉型圧縮機
5 冷媒ガス
6 ピストン
7 圧縮機構部
8 電動機部
11 密閉容器
12 フレーム
13 スプリング
14 冷凍機油
15 主軸部
16 偏心軸部
17 回転軸
18 回転子
19 固定子
22 オイルポンプ
23 給油通路
27 シリンダ
28 シリンダブロック
29 シリンダ室
41 オイル溜め部
43 突出部
45 凹部
100 密閉型圧縮機
101 密閉容器
103 電動要素
105 圧縮要素
107 圧縮機本体
109 サスペンションスプリング
111 冷媒ガス
113 オイル
115 吸入パイプ
117 吐出パイプ
119 クランクシャフト
121 シリンダブロック
123 ピストン
125 連結手段
127 偏心軸
129 主軸
130 連結孔
131 給油機構
133 圧縮室
135 シリンダ
137 軸受
139 第1オイル溝
139A 第1オイル溝
139B 第1オイル溝
141A 側壁
141B 側壁
142 放熱フィン
143 第1オイル散布機構
145 第2オイル散布機構
147 吸入孔
149 吐出孔
151 バルブプレート
153 吸入バルブ
155 シリンダヘッド
157 ヘッドボルト
159 吐出空間
161 吐出管
163 吐出チャンバー
165 吸入マフラー
167 尾管
169 連通管
171 消音空間
173 マフラー本体
175 吸入口
177 ステータ
179 ロータ
181 送風フィン
200 インバータ装置
201 第2オイル溝
202 側壁
300 冷凍装置
301 本体
303 貯蔵空間
305 機械室
307 区画壁
309 冷媒回路
313 放熱器
315 減圧装置
317 吸熱器

Claims (9)

  1. 電動要素と、
    前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、
    前記電動要素と前記圧縮要素が収容され、オイルが貯留されている密閉容器と、を備え、
    前記圧縮要素は、主軸、偏心軸、及び給油機構を備えるクランクシャフトと、前記クランクシャフトの前記主軸を軸支する主軸受と圧縮室を形成するシリンダを備えるシリンダブロックと、前記シリンダ内を往復動するピストンと、前記偏心軸と前記ピストンを連結する連結手段と、を備え、
    前記シリンダの上部外周面の少なくとも一部には、前記シリンダの円周方向に沿って延びる第1オイル溝が設けられている、密閉型圧縮機。
  2. 前記第1オイル溝を形成する側壁の高さが、前記シリンダの下死点側から上死点側に向かって順次高くなるように形成されている、請求項1に記載の密閉型圧縮機。
  3. 前記シリンダの上部外周面の少なくとも一部には、前記シリンダの軸心方向に沿って延び、かつ、その底部が、前記シリンダの下死点側から上死点側に向かって低くなるように傾斜して形成され、前記第1オイル溝に連通されている第2オイル溝がさらに設けられている、請求項1に記載の密閉型圧縮機。
  4. 前記クランクシャフトの偏心軸には、前記第1オイル溝に前記オイルを散布する第1オイル散布機構と、前記ピストンと前記シリンダとの間に形成される隙間に前記オイルを散布する第2オイル散布機構と、が設けられている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の密閉型圧縮機。
  5. 前記シリンダの下部外周面の少なくとも一部には、放熱フィンが設けられている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の密閉型圧縮機。
  6. 前記電動要素は、前記シリンダブロックに固定されたステータと、前記クランクシャフトに固定されたロータと、を備え、
    前記ロータの前記シリンダブロック側端部には、送風フィンが設けられている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の密閉型圧縮機。
  7. 前記圧縮要素は、前記圧縮室で圧縮された冷媒が吐出される吐出管と、前記吐出管の途中に設けられた吐出チャンバーと、を備える、請求項1〜6のいずれか1項に記載の密閉型圧縮機。
  8. 前記電動要素は、複数の運転周波数でインバータ駆動されるように構成されている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の密閉型圧縮機。
  9. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の密閉型圧縮機を備える、冷凍装置。
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