WO2013021634A1 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

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WO2013021634A1
WO2013021634A1 PCT/JP2012/005036 JP2012005036W WO2013021634A1 WO 2013021634 A1 WO2013021634 A1 WO 2013021634A1 JP 2012005036 W JP2012005036 W JP 2012005036W WO 2013021634 A1 WO2013021634 A1 WO 2013021634A1
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WO
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piston
compression chamber
convex portion
refrigerant gas
discharge hole
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PCT/JP2012/005036
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English (en)
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Inventor
賢治 金城
Original Assignee
パナソニック株式会社
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    • F04B7/00—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving
    • F04B7/04—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving in which the valving is performed by pistons and cylinders coacting to open and close intake or outlet ports
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B39/1066—Valve plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2201/00—Pump parameters
    • F04B2201/08—Cylinder or housing parameters
    • F04B2201/0808—Size of the dead volume

Definitions

  • the present invention relates to a hermetic compressor used in a refrigeration cycle such as an electric refrigerator, an air conditioner, and a freezer / refrigerator.
  • this type of hermetic compressors that are conventionally installed in refrigerators for home use have a convex portion provided on the piston to reduce the dead volume of the discharge holes and improve the efficiency of the compressed gas. Some have reduced loss due to expansion and reduced refrigeration capacity (see, for example, Patent Document 1).
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a conventional hermetic compressor described in Patent Document 1
  • FIG. 8 is a perspective view of a piston of the conventional hermetic compressor
  • FIG. 9 is a diagram of a conventional hermetic compressor.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of main parts taken along line AA in FIG.
  • the conventional hermetic compressor 1 houses the compression element 5 and the electric element 7 in the hermetic container 3, and the internal space is filled with the refrigerant gas 9. As shown in FIG.
  • the compression element 5 has a configuration in which a piston 13 is inserted so as to freely reciprocate in a substantially cylindrical cylinder 11 and the piston 13 is connected to an eccentric shaft 19 of a crankshaft 17 by a connecting means 15.
  • a valve plate 25 having a suction hole 21 and a discharge hole 23 is disposed at the end of the cylinder 11, and a suction valve (not shown) that opens and closes the suction hole 21 and the discharge hole 23, respectively, and a discharge.
  • a valve 27 is provided.
  • a compression chamber 29 is formed by the cylinder 11, the valve plate 25, and the piston 13, and the piston 13 reciprocates in the cylinder 11 by the rotation of the crankshaft 17 that transmits the rotational force of the electric element 7.
  • This is a compression mechanism that sucks, compresses, and discharges the refrigerant gas 9.
  • the conventional hermetic compressor 1 has an end face (on the valve plate 25 side) of the piston 13 in order to reduce the dead volume (shaded portion) of the discharge hole 23.
  • a convex portion 31 is provided at a position where it enters the discharge hole 23 on the front end surface.
  • the side surface of the convex portion 31 of the piston 13 continuously changes in the circumferential direction in order to reduce the change in the flow direction 39 of the refrigerant gas 9, and is minimized in the region of the side surface 33. It is set to be the maximum in the area.
  • the gradient is set so that the inner peripheral surface 37 of the discharge hole 23 is substantially parallel to the side surface 33 and the side surface 35 of the convex portion 31 of the piston 13.
  • the convex portion 31 has a truncated cone shape.
  • the protrusion 31 wraps around the peripheral wall (side surface).
  • the refrigerant gas 9 flowing from the entire circumference of the side surface interferes with each other on the end surface (tip surface) of the convex portion 31, and turbulent flow is generated, so that the refrigerant gas 9 cannot flow out from the compression chamber 29 to the discharge hole 23. Then, the refrigerant gas 9 accumulated (remaining) in the compression chamber 29 is re-expanded with the suction operation of the piston 13. As a result, there has been a problem that the effects of reduction of dead volume and improvement of refrigerant gas flow in the hermetic compressor 1 cannot be sufficiently exhibited, such as suction loss.
  • Non-Patent Document 1 is applied to the discharge hole 23 of the conventional hermetic compressor 1, but the loss around the discharge hole 23 due to the protrusion 31 (complexity of refrigerant). It is predicted that sufficient effects cannot be expected due to
  • the present invention solves the above-mentioned conventional problems, and by reducing dead volume, it reduces re-expansion loss, improves refrigerant gas flow, and reduces loss of discharge gas flow in the compression chamber and discharge holes.
  • an object is to provide a highly efficient hermetic compressor.
  • a hermetic compressor of the present invention includes an electric element, a compression element driven by the electric element, a sealed container in which the electric element and the compression element are accommodated, And the compression element is disposed so as to close an opening end of the compression chamber, and is compressed in the compression chamber. And a valve plate having a suction hole into which the refrigerant gas flows and a discharge hole through which the refrigerant gas compressed in the compression chamber is discharged, the tip surface of the piston facing the valve plate.
  • the convex portion is provided with at least one flat surface on a side surface of the convex portion, and the gradient ⁇ with respect to the front end surface of the piston in the flat surface is defined as the convex portion. It is configured to be gentler than the gradient ⁇ against the distal end surface of the piston in the other aspects.
  • the flat surface blocks the wraparound to the peripheral wall extending in the axial direction of the convex portion, and efficiently guides the refrigerant gas blocked by the flat surface toward the discharge hole. Therefore, the accumulation (amount) of refrigerant gas in the compression chamber at the end of the compression stroke can be suppressed, and the intake loss associated with the re-expansion of the accumulated refrigerant gas can be reduced.
  • the hermetic compressor of the present invention can reduce the loss of the discharge gas flow in the compression chamber and the discharge hole, and can reduce the suction loss accompanying re-expansion of the refrigerant gas accumulated in the compression chamber.
  • the efficiency of the machine can be increased.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a hermetic compressor according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the piston of the hermetic compressor according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the piston of the hermetic compressor according to the first embodiment, cut along line BB shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic view of the front end surface of the piston of the hermetic compressor according to the first embodiment when viewed from the retraction direction of the piston.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the gradient ⁇ of the side surface of the convex portion of the hermetic compressor according to the first embodiment and the coefficient of performance COP.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a main part of a piston of a modified example in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the hermetic compressor disclosed in Patent Document 1.
  • FIG. 8 is a perspective view of a piston of a hermetic compressor disclosed in Patent Document 1.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the piston of the hermetic compressor disclosed in Patent Document 1 taken along line AA in FIG.
  • a hermetic compressor includes an electric element, a compression element driven by the electric element, and a sealed container in which the electric element and the compression element are accommodated, and the compression element forms a compression chamber.
  • the gradient ⁇ with respect to the tip surface of the piston in the plane is configured to be gentler than the gradient ⁇ with respect to the tip surface of the piston on the other side surface of the convex portion.
  • the plane having the gradient ⁇ may be arranged so as to face the suction hole side.
  • the refrigerant gas flowing into the compression chamber from the suction hole can be more efficiently directed to the discharge hole along the plane, and in particular, the refrigerant gas is accumulated in the compression chamber at the end of the compression stroke. (Remaining) can be further reduced. As a result, it is possible to reduce the suction loss associated with the re-expansion of the accumulated refrigerant gas, and it is possible to further improve the efficiency of the hermetic compressor.
  • the discharge hole may be formed so that the opening area increases from the compression chamber side toward the opposite side of the compression chamber.
  • the area of the flow path formed by the side surface of the convex portion and the inner peripheral surface of the discharge hole can be increased, and the flow path resistance of the refrigerant gas passing through the discharge hole can be reduced.
  • the cross section of the compression chamber side opening of the discharge hole in the valve plate may be formed in an arc shape.
  • the refrigerant gas can be more smoothly guided to the discharge hole.
  • the accumulation (remaining) of refrigerant gas in the compression chamber at the end of the compression stroke can be reduced, the suction loss accompanying re-expansion of the accumulated refrigerant gas can be reduced, and the hermetic compression The efficiency of the machine can be further improved.
  • the convex portion may be configured such that the cross-sectional shape of the surface substantially parallel to the tip surface of the piston is a polygon.
  • the wraparound of the convex portion of the refrigerant gas can be blocked by a plurality of planes forming a polygon.
  • the refrigerant gas blocked by the plurality of planes flows along the respective planes, the refrigerant gas can be guided toward the discharge hole, and the accumulation (remaining) of the refrigerant gas in the compression chamber at the end of the compression stroke can be prevented. Further reduction can be achieved. As a result, it is possible to reduce the suction loss accompanying the re-expansion of the accumulated refrigerant gas, and to further improve the efficiency of the hermetic compressor.
  • the convex portion may be configured such that a cross-sectional shape by a surface substantially parallel to the front end surface of the piston is a rectangle.
  • the flow of the refrigerant gas toward the discharge hole can be made to flow along the four planes forming the convex portions. Accordingly, it is possible to suppress the wraparound of the convex portion to the side surface and smoothly guide the refrigerant gas toward the discharge hole. Furthermore, the accumulation (remaining) of refrigerant gas in the compression chamber at the end of the compression stroke can be reduced, and the suction loss associated with the re-expansion of the accumulated refrigerant gas can be reduced, improving the efficiency of the hermetic compressor. can do.
  • the gradient ⁇ may be 65 ° ⁇ ⁇ ⁇ 80 °.
  • the flow toward the discharge hole of the refrigerant gas becomes smooth, and in particular, the accumulation (remaining) of the refrigerant gas in the compression chamber at the end of the compression stroke can be reduced, so that the accumulated refrigerant gas can be re-expanded.
  • the accompanying suction loss can be reduced, and the efficiency of the hermetic compressor can be improved.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a hermetic compressor according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the piston of the hermetic compressor according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the piston of the hermetic compressor according to the first embodiment taken along line BB shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic view of the front end surface of the piston of the hermetic compressor according to the first embodiment when viewed from the retraction direction of the piston.
  • a hermetic compressor (hereinafter referred to as a compressor) 100 has a hermetic container 101 filled with a refrigerant gas 103.
  • a compression element 107 and an electric element 105 that drives the compression element 107 are accommodated in the sealed container 101.
  • the compression element 107 and the electric element 105 are elastically supported with respect to the sealed container 101 by a suspension spring 109.
  • the compression element 107 is mainly composed of a crankshaft 111 that converts the rotational movement of the electric element 105 into a reciprocating movement, and a cylinder block 115 that includes a cylinder 113 that forms a substantially cylindrical compression chamber 135.
  • the crankshaft 111 includes a main shaft portion 119 to which the rotor 117 of the electric element 105 is fixed, and an eccentric portion 121 whose shaft center is eccentric with respect to the main shaft portion 119.
  • the main shaft portion 119 is supported by the main bearing portion 123 of the cylinder block 115.
  • a piston 125 is inserted into the cylinder 113 so as to freely reciprocate.
  • the piston 125 is connected to the eccentric portion 121 of the crankshaft 111 via a connecting means 127. That is, one end of the connecting means 127 is rotatably connected to the eccentric part 121 of the crankshaft 111 and the other end is rotatably connected to a piston pin 129 attached to the piston 125.
  • the connecting means 127 can convert the turning of the eccentric portion 121 accompanying the rotation of the crankshaft 111 into a reciprocating motion and transmit it to the piston 125.
  • a valve plate 133 is disposed at the end 131 of the cylinder 113, and the end 131 (compression chamber 135) of the cylinder 113 is sealed by the valve plate 133.
  • the valve plate 133 is provided with a suction hole 137 and a discharge hole 139 having a circular opening. The shape of the discharge hole 139 will be described later.
  • the valve plate 133 is provided with a suction valve (not shown) for opening and closing the suction hole 137 and a discharge valve 145 (see FIG. 3) for opening and closing the discharge hole 139.
  • a suction valve (not shown) for opening and closing the suction hole 137
  • a discharge valve 145 (see FIG. 3) for opening and closing the discharge hole 139.
  • the structure (shape) of the suction valve and the discharge valve 145 is well-known, detailed description is abbreviate
  • the valve plate 133 is covered with a cylinder head 141, and a discharge chamber 147 communicating with the discharge hole 139 is provided inside the cylinder head 141.
  • a discharge pipe 149 is connected to the discharge chamber 147, and an outlet pipe 151 extending to the outside of the sealed container 101 is connected to the discharge pipe 149. Further, as shown in FIG. 1, the suction muffler 143 is gripped and fixed between the cylinder head 141 and the valve plate 133.
  • the discharge hole 139 provided in the valve plate 133 is formed so that its opening area increases from the compression chamber 135 side toward the opposite side of the compression chamber 135 (discharge chamber 147 side). ing.
  • the cross section of the compression chamber 135 side opening 173 of the discharge hole 139 in the valve plate 133 is formed in an arc shape.
  • disconnected in the advancing direction of the piston 125 in the opening part 173 is formed in circular arc shape so that it may be round.
  • the radius of the arc of the opening 173 in the discharge hole 139 can be set arbitrarily.
  • the opening 173 formed in an arc shape is referred to as a bell mouth portion 173.
  • the discharge hole 139 is formed in a size that allows the convex portion 155 of the piston 125 to easily enter. Further, as shown in FIG. 4, the discharge hole 139 is provided in the shaft center 159 at a position eccentric to the outer peripheral side from the shaft center 157 of the compression chamber 135.
  • the position of the axial center 161 of the convex portion 155 is (substantially) coincident with the axial center 159 of the discharge hole 139 because the convex portion 155 is provided at a position where the discharge hole 139 protrudes and retracts when the piston 125 reciprocates. . That is, the position of the axial center 161 of the convex portion 155 is provided at a position that is eccentric to the outer peripheral side from the axial center 157 of the compression chamber 135 and the axial center 163 of the piston 125 (substantially) coincident with the axial center 157. .
  • the convex portion 155 (discharge hole 139) and the suction hole 137 provided in the valve plate 133 are arranged so as not to overlap each other when viewed from the moving direction of the piston 125.
  • the suction hole 137 is a region beyond the axis 163 of the piston 125 from a line X that is a line extending from the side closest to the axis 163 of the piston 125 of the convex portion 155 (the bottom side of the side wall 165a described later). It is located in the projection surface (hatching area).
  • the front end surface 153 of the piston 125 on the valve plate 133 side overlaps the discharge hole 139 when viewed from the moving direction of the piston 125.
  • a convex portion 155 is provided in the portion.
  • the convex portion 155 is formed integrally with the piston 125, and is formed so as to appear and disappear from the discharge hole 139 as the piston 125 reciprocates.
  • the convex portion 155 has a shape in which a cross-sectional shape by a surface parallel to the tip surface 153 of the piston 125 is a rectangle (rectangle), that is, a shape based on a rectangular parallelepiped (including a truncated quadrangular pyramid shape). It has two planes (hereinafter referred to as side walls) 165a, 165b, 165c, 165d and a top surface 167.
  • the convex portion 155 has a substantially rectangular shape with a top surface 167 perpendicular to the axis 163 of the piston 125.
  • the convex portion 155 is formed so that the gradient formed by the four side walls 165a, 165b, 165c, 165d and the tip surface 153 of the piston 125 is smaller than 90 °. That is, the convex portion 155 is formed such that the area of the cross section by a plane parallel to the tip end surface 153 of the piston 125 becomes smaller toward the top (the top surface 167) at a position away from the tip end surface 153 of the piston 125. Yes.
  • the convex portion 155 is formed by the line X and the direction of the side wall 165 a formed by the line Y and the line Y passing through the axis (center) 169 of the suction hole 137 and the axis (center) 163 of the piston 125.
  • the angle (hereinafter referred to as the arrangement angle) ⁇ is set to be about 52 °.
  • This arrangement angle ⁇ is perpendicular to the side wall 165a, and a straight line Z passing through the center of the side wall 165a intersects a line Y passing through the axis 169 of the suction hole 137 and the axis 163 of the piston 125 within a predetermined angle range. It can also be defined as an arrangement relationship.
  • the gradient ⁇ formed by the side wall 165a and the tip surface 153 of the piston 125 is set to 70 °.
  • the gradient ⁇ can be arbitrarily set in the range of 65 ° ⁇ ⁇ ⁇ 80 ° based on the experimental results described later, and may be ⁇ ⁇ 79 °.
  • the gradient ⁇ includes some tolerance because the piston 125 and the convex portion 155 are molded.
  • the gradient ⁇ formed by the other side walls 165b, 165c, 165d and the tip surface 153 of the piston 125 is set to about 85 °.
  • the gradient ⁇ is an angle excluding the draft angle (about 5 °) at the time of mold forming described above, and can be arbitrarily set.
  • the gradient ⁇ is set so that the gradient ⁇ is gentler than the gradient ⁇ .
  • the gradient ⁇ are set.
  • a curved surface 171 having a predetermined diameter is formed at a portion where the side wall 165a of the convex portion 155 intersects (a base end portion of the convex portion 155) on the front end surface 153 of the piston 125.
  • the side wall 165a of the convex portion 155 has a shape partially including the curved surface 171.
  • the compressor 100 has a refrigerant circuit in which a condenser, a decompressor, and an evaporator (all not shown) are connected between a suction pipe (not shown) and an outlet pipe 151 as is well known, It constitutes a well-known refrigeration cycle.
  • R600a is adopted as the refrigerant gas 103 to be compressed.
  • the volume of the compression chamber 135 increases as the piston 125 moves toward the crankshaft 111, and the pressure in the compression chamber 135 decreases.
  • the suction valve (not shown) is opened by the pressure difference between the suction muffler 143 and the inside of the compression chamber 135, and the compression chamber 135 and the suction muffler 143 communicate with each other through the suction hole 137.
  • the refrigerant gas 103 is guided from the refrigerant circuit into the hermetic container 101, and sequentially passes through the suction muffler 143 and the suction hole 137 and is sucked into the compression chamber 135.
  • the volume of the compression chamber 135 decreases as the piston 125 moves to the valve plate 133 side.
  • the refrigerant gas 103 in the compression chamber 135 is compressed, and the pressure in the compression chamber 135 further increases.
  • the discharge valve 145 opens due to the pressure difference between the discharge chamber 147 and the compression chamber 135, and the piston 125 reaches the top dead center. Meanwhile, the compressed refrigerant gas 103 is discharged from the discharge hole 139 to the discharge chamber 147 in the cylinder head 141.
  • the refrigerant gas 103 discharged into the discharge chamber 147 passes through the discharge pipe 149 and is sent out from the outlet pipe 151 to the refrigerant circuit outside the sealed container 101 to form a refrigeration cycle.
  • the flow of the refrigerant gas 103 discharged from the discharge hole 139 in the discharge stroke described above will be described in detail with reference to FIG.
  • the discharge stroke is included in the compression stroke based on the movement of the piston 125.
  • the piston 125 moves in the traveling direction, and in the second half of the compression stroke, as shown in FIG. 3, the tip surface 153 of the piston 125 approaches the valve plate 133 and the convex portion 155 approaches the discharge hole 139 facing the piston plate 155. Then, the discharge valve 145 opens as the pressure in the compression chamber 135 increases.
  • the refrigerant gas 103 compressed in the compression chamber 135 is discharged at once into the discharge chamber 147 in the cylinder head 141 through the discharge holes 139 as indicated by arrows in the figure.
  • the convex portion 155 of the piston 125 enters the opposing discharge hole 139 and is compressed into a dead volume (shaded portion) formed by the convex portion 155 and the discharge hole 139.
  • the compression process is terminated with a part of the gas 103 remaining.
  • the flow of the refrigerant gas 103 in the compression chamber 135 in the compression stroke is a three-dimensional flow that greatly changes in speed and flow direction, and exhibits a complicated behavior.
  • the refrigerant gas 9 wraps around the peripheral wall (side surface) of the convex portion 31 to cause turbulent flow. Will occur.
  • the convex part 155 provided in the front end surface 153 of the piston 125 has a shape based on a rectangular parallelepiped having four side walls 165a, 165b, 165c, 165d, the refrigerant gas 103 is The shape is difficult to go around the convex portion 155.
  • the piston 125 advances in the traveling direction, so that the flow path (mesh portion in FIG. 3) formed by the discharge holes 139 and the convex portions 155 is narrowed. For this reason, the flow velocity of the refrigerant gas 103 flowing through the flow path is increased. Thereby, it is considered that the refrigerant gas in the compression chamber 135 becomes a flow guided in the direction toward the discharge hole 139 along the surfaces of the side walls 165a, 165b, 165c, and 165d.
  • the refrigerant gas 103 in the vicinity of the inner wall of the cylinder 113 flows along the tip surface 153 toward the discharge hole 139, and the flow in that direction is blocked by the side walls 165b and 165d of the convex portion 155 (the convex portion 155).
  • the refrigerant gas 103 colliding with the side walls 165b and 165d flows along the side walls 165b and 165d and is guided into the discharge hole 139.
  • angular part of 165a, 165c adjacent to the side walls 165b, 165d although a turbulent flow is assumed, it is thought that the flow component guide
  • the refrigerant gas 103 that has circulated from the corner portion toward the side wall 165c of the convex portion 155 collides with the flow from both sides, and a part thereof is guided to the discharge hole 139 along the surface of the side wall 165c.
  • the refrigerant gas 103 flowing along the tip surface 153 toward the discharge hole 139 is blocked from flowing in that direction by the side wall 165a, and a flow component guided to the discharge hole 139 along the surface of the side wall 165a is reduced. Consider that it will increase.
  • the root of the protruding portion 155 protruding from the tip surface 153 of the piston 125 is the curved surface 171, and the side walls 165 a, 165 b, 165 c, 165 d of the refrigerant gas 103 are The effect of smoothing the flow along the surface can be expected.
  • the present invention is equivalent to the volume of the dead volume. It has been experimentally found that the shape of the convex portion 155 of the piston 125 influences the above.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the slope ⁇ of the side surface of the convex portion of the hermetic compressor according to the first embodiment and the coefficient of performance COP.
  • the horizontal axis is the gradient ⁇ formed by the side wall 165a of the convex portion 155 and the tip surface 153 of the piston 125
  • the vertical axis is the coefficient of performance COP.
  • the measurement results shown in FIG. 5 are based on the compressor 100 having a cylinder volume of 6.0 cc and an operating frequency of 50 Hz. As shown in FIG. 5, it has been experimentally confirmed that the efficiency increases when the gradient ⁇ of the side wall 165a of the convex portion 155 is in the range of 65 ° ⁇ ⁇ ⁇ 80 °.
  • the gradient ⁇ of the side wall 165a facing the suction hole 137 and having a large area with the front end surface 153 of the piston 125 is 65 ° ⁇ ⁇ ⁇ 80 °.
  • the flow area of the flow path formed by the side wall 165a and the inner peripheral surface of the discharge hole 139 is formed by each of the other side walls 165b, 165c, and 165d and the inner peripheral surface of the discharge hole 139. It becomes wider than the channel area of the channel.
  • the flow resistance of the flow path formed by the side wall 165a and the inner peripheral surface of the discharge hole 139 can be reduced, and the refrigerant gas 103 guided in the direction of the discharge hole 139 by the side wall 165a of the convex portion 155 is reduced. It is thought that it will increase.
  • the gradient ⁇ of the side wall 165a gentler than the gradient ⁇ of the other side walls 165b, 165c, 165d, the flow resistance of the flow along the side wall 165a is reduced, and more refrigerant gas 103 is discharged. It is thought that it was guided to the hole 139.
  • the flow resistance of the refrigerant gas 103 generated by the close proximity of the convex portion 155 and the inner peripheral surface of the discharge hole 139 is reduced, and the flow of the refrigerant gas 103 is further rectified accordingly.
  • the amount of the refrigerant gas 103 accumulated in the refrigerant gas decreases, and the intake loss due to the re-expansion of the refrigerant gas 103 accumulated immediately before the intake stroke starts is reduced.
  • the electric input of the compressor 100 is reduced (coefficient of performance COP). It is speculated that the effect was improved.
  • the gradient ⁇ is gentler than 65 °
  • the amount of the refrigerant gas 103 guided toward the discharge hole 139 by the side wall 165a increases, but interferes with the refrigerant gas 103 guided toward the discharge hole 139 by the side wall 165c.
  • the refrigerant gas 103 cannot flow out of the compression chamber 135 and accumulates (remains) in the compression chamber 135.
  • the refrigerant gas 103 remaining in the compression chamber 135 is re-expanded with the suction operation of the piston 125, resulting in a suction loss.
  • dead volume reduction and refrigerant gas flow in the hermetic compressor 100 are reduced. It is assumed that the effect of the improvement can no longer be fully demonstrated.
  • the compressor 100 of the first embodiment can further save energy. I can expect.
  • the refrigerant gas 103 is smoothly guided toward the discharge hole 139. Loss can be improved.
  • the refrigerant gas 103 rectified in the axial direction of the discharge hole 139 by the side walls (planes) 165a, 165b, 165c, and 165d of the convex portion 155 is easy to flow along the arc of the bell mouth portion 173, and smoothly discharge holes. Pass 139.
  • the flow of the refrigerant gas 103 is smoothed by the synergistic action of the convex portion 155 and the bell mouth portion 173, so that accumulation in the compression chamber 135 at the end of the compression stroke is reduced.
  • the present invention is not limited to this, and a form in which the opening part 173 is not provided may be adopted.
  • the opening area of the discharge hole 139 so as to increase from the compression chamber 135 side toward the opposite side of the compression chamber 135 (discharge chamber 147 side), the convex portion 155
  • the flow area formed by the inner wall of the discharge hole 139 can be increased, and the flow resistance of the refrigerant gas 103 passing through the discharge hole 139 can be reduced.
  • the flow path formed by the convex portion 155 and the inner wall of the discharge hole 139 has a larger cross-sectional area cut by a plane parallel to the tip surface 153 toward the outlet side (discharge chamber 147 side) of the discharge hole 139. .
  • the flow path resistance is reduced, and the refrigerant gas 103 easily flows out to the discharge chamber 147.
  • accumulation in the compression chamber 135 at the end of the compression stroke of the refrigerant gas 103 is reduced, re-expansion loss due to accumulation of the refrigerant gas 103 can be reduced, and the amount of electric power input to the compressor 100 is reduced. can do.
  • the discharge hole 139 of this Embodiment 1 was formed so that an opening area might become large from the compression chamber 135 side toward the opposite side of the compression chamber 135, it is not limited to this. Even though the cylindrical discharge hole 139 has a uniform opening area, the efficiency improvement effect can be expected compared with the conventional hermetic compressor 1 although there is a difference in the efficiency improvement effect. May be.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a main part of a piston according to a modification of the first embodiment.
  • the basic configuration of the compressor 100 according to the first modification is the same as that of the compressor 100 according to the first embodiment, but the shape of the convex portion 155 of the piston 125 is different.
  • the convex portion 155 has a truncated cone shape and a flat surface 155a is formed on a part of the truncated cone.
  • the flat surface 155a is formed such that the gradient of the flat surface 155a with respect to the tip end surface 153 of the piston 125 is the gradient ⁇ .
  • the hermetic compressor according to the present invention is a highly efficient and inexpensive hermetic compressor while ensuring high productivity, and can be applied to a hermetic compressor used in a refrigeration cycle, and is widely installed in a refrigeration apparatus. can do.
  • an article storage device equipped with such a hermetic compressor can be expanded to various devices such as a dehumidifier, a showcase, and a vending machine, including a household refrigerator, and is widely used as a storage device with reduced power consumption. Can be applied.

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Abstract

　本発明に係る密閉型圧縮機は、電動要素（１０５）と、圧縮要素（１０７）と、電動要素（１０５）と圧縮要素（１０７）が収容されている密閉容器（１０１）と、を備え、圧縮要素（１０７）は、圧縮室（１３５）を形成するシリンダブロック（１１５）と、ピストン（１２５）と、圧縮室（１３５）内で圧縮される冷媒ガスが流入する吸入孔（１３７）と圧縮室（１３５）内で圧縮された冷媒ガスが吐出される吐出孔（１３９）が形成されているバルブプレート（１３３）と、を備え、ピストン（１２５）における先端面（１５３）には、凸部（１５５）が設けられ、凸部（１５５）は、該凸部（１５５）の側面に少なくとも一つの平面が設けられ、かつ、平面におけるピストン（１２５）の先端面に対する勾配αを、凸部（１５５）の他の側面におけるピストン（１２５）の先端面に対する勾配βよりも緩やかになるように構成されている。

Description

密閉型圧縮機
　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、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、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ている密閉容器と、を備え、前記圧縮要素は、圧縮室を形成するシリンダブロックと、前記圧縮室内を往復運動するピストンと、前記圧縮室の開口端を閉塞するように配置され、かつ、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前記圧縮室内で圧縮された冷媒ガスが吐出される吐出孔が形成されているバルブプレートと、を備え、前記ピストンにおける前記バルブプレートと対向する面である先端面には、凸部が設けられ、前記凸部は、該凸部の側面に少なくとも一つの平面が設けられ、かつ、前記平面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における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構成されている。
　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。
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、本実施の形態１に係る密閉型圧縮機のピストンの要部を示す斜視図である。 図３は、図２に示すＢ－Ｂ線で切断した本実施の形態１における密閉型圧縮機のピストンの断面図である。 図４は、実施の形態１に係る密閉型圧縮機のピストンの先端面を該ピストンの退行方向から見た模式図である。 図５は、本実施の形態１に係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、本実施の形態１における変形例のピストンの要部を示す斜視図である。 図７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８は、特許文献１に開示されている密閉型圧縮機のピストンの斜視図である。 図９は、図８のＡ－Ａ線で切断した特許文献１に開示されている密閉型圧縮機のピストンの断面図である。
　本発明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ている密閉容器と、を備え、圧縮要素は、圧縮室を形成するシリンダブロックと、圧縮室内を往復運動するピストンと、圧縮室の開口端を閉塞するように配置され、かつ、圧縮室内で圧縮される冷媒ガスが流入する吸入孔と圧縮室内で圧縮された冷媒ガスが吐出される吐出孔が形成されているバルブプレートと、を備え、ピストンにおけるバルブプレートと対向する面である先端面には、凸部が設けられ、凸部は、該凸部の側面に少なくとも一つの平面が設けられ、かつ、平面におけるピストンの先端面に対する勾配αを、凸部の他の側面における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構成されている
　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ができる。また、勾配αを有する平面によって、冷媒ガスの凸部の側面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、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、平面によって周壁への回り込みを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。
　また、本発明に係る密閉型圧縮機では、勾配αを有する平面が、吸入孔側に面するように配置されていてもよい。
　かかることにより、吸入孔から圧縮室内に流れ込んだ冷媒ガスを、より効率よく、平面に沿って吐出孔に向かうようにすることができ、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）をさらに低減することができる。その結果、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、密閉型圧縮機の効率をより向上することができる。
　また、本発明に係る密閉型圧縮機では、吐出孔が、圧縮室側から圧縮室の反対側に向かって開口面積が大きくなるように形成されていてもよい。
　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、密閉型圧縮機に入力される電力量を低減する作用効果が期待できる。
　また、本発明に係る密閉型圧縮機では、バルブプレートにおける吐出孔の圧縮室側開口部の断面が、円弧状に形成されていてもよい。
　かかることにより、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）を低減することができるため、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、密閉型圧縮機の効率をより向上することができる。
　また、本発明に係る密閉型圧縮機では、凸部が、ピストンの先端面と略平行な面による断面形状が、多角形となるように構成されていてもよい。
　かかることにより、冷媒ガスの凸部の側面への回り込みを、多角形を形成する複数の平面で遮ることができる。また、複数の平面によって遮った冷媒ガスはそれぞれの平面に沿って流れるため、冷媒ガスを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、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、密閉型圧縮機の効率をさらに向上することができる。
　また、本発明に係る密閉型圧縮機では、凸部が、ピストンの先端面と略平行な面による断面形状が、長方形となるように構成されていてもよい。
　かかることにより、吐出孔へ向かう冷媒ガスの流れを、凸部を形成する４つの平面に沿った流れとすることができる。したがって、凸部の側面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、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、密閉型圧縮機の効率を向上することができる。
　さらに、本発明に係る密閉型圧縮機では、勾配αが、６５°≦α≦８０°であってもよい。
　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、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。また、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。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
　（実施の形態１）
　［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、本実施の形態１に係る密閉型圧縮機のピストンの要部を示す斜視図である。図３は、図２に示すＢ－Ｂ線で切断した本実施の形態１における密閉型圧縮機のピストンの断面図である。図４は、実施の形態１に係る密閉型圧縮機のピストンの先端面を該ピストンの退行方向から見た模式図である。
　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が充填されている。また、密閉容器１０１内には、圧縮要素１０７と、この圧縮要素１０７を駆動する電動要素１０５と、が収納されている。圧縮要素１０７と電動要素１０５は、サスペンションスプリング１０９によって、密閉容器１０１に対して弾性的に支持されている。
　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１３５を形成するシリンダ１１３を備えるシリンダブロック１１５と、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に伝達することができる。
　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により、シリンダ１１３の端部１３１（圧縮室１３５）が封止されている。バルブプレート１３３には、開口部が円形状の吸入孔１３７及び吐出孔１３９が設けられている。なお、吐出孔１３９の形状については、後述する。
　また、バルブプレート１３３には、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（図３参照）が設けられている。なお、吸入弁及び吐出弁１４５の構成（形状）は周知のため、詳細な説明は省略する。
　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。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。さらに、図１に示すように、シリンダヘッド１４１とバルブプレート１３３の間には、吸入マフラー１４３が把持されて固定されている。
　図３に示すように、バルブプレート１３３に設けられた吐出孔１３９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、その開口面積が大きくなるように形成されている。また、バルブプレート１３３における吐出孔１３９の圧縮室１３５側開口部１７３の断面が円弧状に形成されている。より詳細には、開口部１７３におけるピストン１２５の進行方向に切断した断面が、丸みを有するように、円弧状に形成されている。なお、吐出孔１３９における開口部１７３の円弧の半径は、任意に設定することができる。また、以下では、円弧状に形成されている開口部１７３をベルマウス部１７３という。
　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。さらに、図４に示すように、吐出孔１３９は、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の位置は、凸部１５５がピストン１２５の往復運動時に吐出孔１３９を出没する位置に設けられるため、吐出孔１３９の軸心１５９と（略）一致している。すなわち、凸部１５５の軸心１６１の位置は、圧縮室１３５の軸心１５７及びこの軸心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。
　また、図４に示すように、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は、ピストン１２５の移動方向から見て、互いに重ならないように配置されている。具体的には、吸入孔１３７は、凸部１５５のピストン１２５の軸心１６３に最も近い辺（後述する側壁１６５ａの底辺）を延長した線である線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）内に位置している。
　図２～図４に示すように、ピストン１２５におけるバルブプレート１３３側の端面（バルブプレート１３３と対向する面）である先端面１５３には、ピストン１２５の移動方向から見て、吐出孔１３９と重なる部分に凸部１５５が設けられている。凸部１５５は、ピストン１２５と一体的に形成されていて、ピストン１２５の往復動に伴って吐出孔１３９を出没するように形成されている。
　また、凸部１５５は、ピストン１２５の先端面１５３と平行な面による断面形状が矩形（長方形）となる形状、すなわち、直方体（切頭四角錐形状を含む）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を有している。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は、四つの側壁１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄとピストン１２５の先端面１５３で形成される勾配が、９０°より小さくなるように形成されている。すなわち、凸部１５５は、ピストン１２５の先端面１５３と平行な面による断面の面積が、ピストン１２５の先端面１５３から離れた位置の頂部（天面１６７）に向かうにつれて小さくなるように形成されている。
　また、図４に示すように、凸部１５５は、側壁１６５ａの向きが、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と、線Ｘのなす角度（以下、配置角度と称す）θが、約５２°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る。
　さらに、図３に示すように、側壁１６５ａとピストン１２５の先端面１５３で形成される勾配α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、６５°≦α≦８０°の範囲において任意に設定することができ、α≦７９°としてもよい。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。
　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が、勾配αが勾配βよりも緩やかになるように、勾配αと勾配βは設定される。
　また、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の基端部）には、所定の径の湾曲面１７１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を備える形状となっている。
　［密閉型圧縮機の動作及び作用効果］
　次に、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。これにより、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。これにより、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内の圧力以上にまで上昇すると、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の移動に基づき、吐出行程を圧縮行程に含めて説明する。
　ピストン１２５が進行方向に移動し、圧縮行程の後半では、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、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。
　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。上述したように、特許文献１に開示されている圧縮機では、凸部３１が円錐台形状であるため、冷媒ガス９が、凸部３１の周壁（側面）への回り込みが生じて、乱流が発生する。
　しかしながら、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。
　特に、圧縮行程の終了間際においては、ピストン１２５が進行方向に進むことにより、吐出孔１３９と凸部１５５で形成される流路（図３の網目部分）が狭くなる。このため、前記流路を通流する冷媒ガス１０３の流速が速くなる。これにより、圧縮室１３５内の冷媒ガスが、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の内壁近傍の冷媒ガス１０３は、吐出孔１３９に向かって、先端面１５３に沿うように流れ、凸部１５５の側壁１６５ｂ、１６５ｄによって、その方向の流れが遮られる（凸部１５５の側壁１６５ｂ、１６５ｄと衝突する）。側壁１６５ｂ、１６５ｄと衝突した冷媒ガス１０３は、側壁１６５ｂ、１６５ｄに沿って流れ、吐出孔１３９内に導かれる。なお、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、前記角部から凸部１５５の側壁１６５ｃ側へ回り込んだ冷媒ガス１０３は、双方からの流れが衝突し、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、吐出孔１３９に向かって、先端面１５３に沿うように流れる冷媒ガス１０３は、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、本実施の形態１においては、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、１６５ｄ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、本実施の形態１に係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。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に示すように、凸部１５５の側壁１６５ａの勾配αが６５°≦α≦８０°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、６５°≦α≦８０°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流路の流路面積が、他の側壁１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄのそれぞれと吐出孔１３９の内周面とで形成される流路の流路面積よりも広くなる。このため、側壁１６５ａと吐出孔１３９の内周面とで形成される流路の流路抵抗を小さくすることができ、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、側壁１６５ａの勾配αを、他の側壁１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄの勾配βよりも緩やかにすることで、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６５°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内に溜まり込む（残存する）。そして、圧縮室１３５内に残存した冷媒ガス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及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の形状及びピストン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。
　また、本実施の形態１においては、吐出孔１３９の入口側周縁にベルマウス部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。なお、本実施の形態１においては、バルブプレート１３３にベルマウス部１７３を設ける形態を採用したが、これに限定されず、開口部１７３を設けない形態を採用してもよい。
　さらに、本実施の形態１においては、吐出孔１３９の開口面積を圧縮室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の流路抵抗を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、先端面１５３と平行な面で切断した断面積が大きくなる。このため、流路抵抗が小さくなり、冷媒ガス１０３が吐出室１４７へ流出しやすくなる。これにより、冷媒ガス１０３の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に入力される電力量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開口面積が大きくなるように形成したが、これに限定されない。開口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るため、当該構成を採用してもよい。
　［変形例１］
　次に、本実施の形態１における変形例１の密閉型圧縮機について説明する。
　図６は、本実施の形態１における変形例のピストンの要部を示す斜視図である。
　図６に示すように、本変形例１の圧縮機１００は、実施の形態１に係る圧縮機１００と基本的構成は同じであるが、ピストン１２５の凸部１５５の形状が異なる。具体的には、変形例１では、凸部１５５は、円錐台を基調とし、円錐台の一部に平面１５５ａが形成された構成となっている。なお、平面１５５ａは、該平面１５５ａにおけるピストン１２５の先端面１５３に対する勾配が、勾配αとなるように形成されている。
　このように構成された本変形例１の圧縮機１００であっても、実施の形態１に係る圧縮機１００と同様の作用効果を奏する。
　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
　α　勾配
　β　勾配

Claims (7)

  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ている密閉容器と、を備え、
    　前記圧縮要素は、圧縮室を形成するシリンダブロックと、前記圧縮室内を往復運動するピストンと、前記圧縮室の開口端を閉塞するように配置され、かつ、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前記圧縮室内で圧縮された冷媒ガスが吐出される吐出孔が形成されているバルブプレートと、を備え、
    　前記ピストンにおける前記バルブプレートと対向する面である先端面には、凸部が設けられ、
    　前記凸部は、該凸部の側面に少なくとも一つの平面が設けられ、かつ、前記平面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における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構成されている、密閉型圧縮機。
  2. 　前記勾配αを有する前記平面が、前記吸入孔側に面するように配置されている、請求項１に記載の密閉型圧縮機。
  3. 　前記吐出孔は、前記圧縮室側から前記圧縮室の反対側に向かって開口面積が大きくなるように形成されている、請求項１又は２に記載の密閉型圧縮機。
  4. 　前記バルブプレートにおける前記吐出孔の圧縮室側開口部の断面が、円弧状に形成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
  5. 　前記凸部は、前記ピストンの先端面と略平行な面による断面形状が、多角形となるように構成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
  6. 　前記凸部は、前記ピストンの先端面と略平行な面による断面形状が、長方形となるように構成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
  7. 　前記勾配αが、６５°≦α≦８０°である、請求項１～６のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機。
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