JP2016176452A - 密閉型圧縮機およびそれを用いた冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出径路の吐出入口管と吐出出口管との間に中間マフラを設けても、吐出径路の固有振動数の低下を防止し、密閉型圧縮機の運転時の振動による吐出入口管と吐出出口管の共振を回避し折損を防止し、耐久性の高い密閉型圧縮機を提供する。【解決手段】吐出径路１５４の吐出入口管１６４と吐出出口管１６６との間に、質量の大きい中間マフラ１６８を接続しても、中間マフラ１６８が、シリンダブロック１３４に固定される。これにより、吐出径路１５４の固有振動数の低下を防止することができ、吐出径路１５４の固有振動数が密閉型圧縮機の運転周波数に近づかないので、密閉型圧縮機の運転時の振動による吐出入口管１６４と吐出出口管１６６の共振を回避でき折損を防止し、密閉型圧縮機の耐久性を向上できる。【選択図】図２

Description

本発明は、密閉型圧縮機およびそれを用いた家庭用電気冷凍冷蔵庫やショーケース等の冷凍装置に関するものである。

従来、この種の密閉型圧縮機は、圧縮要素で圧縮され、吐出された冷媒ガスの圧力脈動を低減するとともに、高温の吐出冷媒ガスからシリンダが受ける熱影響を抑制させるため、吐出冷媒ガスを密閉容器外へ導出する吐出径路に、中間マフラを設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。

図６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７は、同特許文献に記載された従来の密閉型圧縮機の横断面図である。

図６、図７に示すように、従来の密閉型圧縮機は、密閉容器１の底部にオイル（図示せず）を貯留するとともに、内部に冷媒ガス３が充填され、圧縮機本体５がサスペンションスプリング７によって、密閉容器１内に弾性的に支持されている。密閉容器１には、密閉容器１の内外を連通する吐出管１１と、吸入管１３と、が溶接等で固定され、それぞれ冷凍装置（図示せず）の高圧側と低圧側に接続されている。

圧縮機本体５は、固定子２１と回転子２３とから構成された電動要素２５と、この電動要素２５の上方に配設された圧縮要素３１と、を備えている。

圧縮要素３１は、シリンダ３３と軸受３５とを一体に形成したシリンダブロック３７と、シリンダ３３内を往復運動するピストン３９と、偏心軸４１と軸受３５に軸支された主軸４３とを備えたクランクシャフト４５と、偏心軸４１とピストン３９とを連結する連結手段４７と、シリンダ３３のクランクシャフト４５と反対側の開口部端面を封止するバルブプレート５１と、バルブプレート５１を蓋するシリンダヘッド５３と、シリンダブロック３７と吐出管１１とを接続する吐出径路５５とを備えている。

吐出径路５５は、一端がシリンダブロック３７に接続された吐出入口管５７と、一端が吐出管１１に接続された吐出出口管５９と、吐出入口管５７と吐出出口管５９との間に接続された中間マフラ６１と、から構成されている。

特表昭６３−５００８７８号公報

しかしながら、前記従来の構成では、吐出径路５５の吐出入口管５７と吐出出口管５９との間に質量の大きい中間マフラ６１を設けることで、吐出径路５５の固有振動数が低下し、密閉型圧縮機の運転周波数に近づくため、吐出入口管５７と吐出出口管５９が、運転時の振動により共振し折損し易くなり、圧縮不良が発生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、吐出径路の吐出入口管と吐出出口管との間に中間マフラを設けても、吐出径路の固有振動数の低下を防止し、密閉型圧縮機の運転時の振動による吐出入口管と吐出出口管の共振を回避することで、折損を防止し、耐久性
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、本発明の密閉型圧縮機は、吐出径路は、一端が前記シリンダヘッドに接続された吐出入口管と、一端が前記密閉容器の内外を連通する吐出管に接続された吐出出口管と、前記吐出入口管と前記吐出出口管との間に接続された中間マフラと、で構成され、前記中間マフラが、前記シリンダブロックに固定されたものである。

これにより、吐出径路に中間マフラの大きな質量が加わらないため、吐出径路の固有振動数の低下を防止し、密閉型圧縮機の運転時の振動による吐出入口管と吐出出口管の共振を回避でき折損を防止できる。

本発明の密閉型圧縮機は、吐出入口管と吐出出口管との間に接続された中間マフラをシリンダブロックに固定することで、密閉型圧縮機の運転時の振動による吐出入口管と吐出出口管の共振を回避し、折損を防止することができるので、密閉型圧縮機の耐久性を向上できる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の側面から見た縦断面図 同実施の形態における密閉型圧縮機の正面から見た縦断面図 同実施の形態における密閉型圧縮機の横断面図 同実施の形態における図３のＡ−Ａ方向から見た要部断面図 本発明の実施の形態２における冷凍装置の模式図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の密閉型圧縮機の横断面図

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と、を収容し、前記圧縮要素は、シリンダを有するシリンダブロックと、前記シリンダ内を往復運動するピストンと、前記シリンダの開口端を封止し吐出孔を形成したバルブプレートと、前記バルブプレートを蓋し吐出空間を形成したシリンダヘッドと、前記圧縮要素で圧縮された冷媒ガスを前記密閉容器外へ導出する吐出径路と、を備え、前記吐出径路は、一端が前記シリンダヘッドに接続された吐出入口管と、一端が前記密閉容器の内外を連通する吐出管に接続された吐出出口管と、前記吐出入口管と前記吐出出口管との間に接続された中間マフラと、で構成され、前記中間マフラが、前記シリンダブロックに固定されたものである。

これにより、吐出径路に中間マフラの大きな質量が加わらないため、吐出径路の固有振動数の低下を防止することとなり、密閉型圧縮機の運転時の振動による吐出入口管と吐出出口管の共振を回避でき、折損を防止することができるので密閉型圧縮機の耐久性を向上できる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、前記中間マフラが、断熱材を介して前記シリンダブロックに固定されたものである。

これにより、中間マフラ内の高温の冷媒ガスの熱が中間マフラからシリンダブロックを介してシリンダ内表面に伝わるのを回避することとなり、シリンダ内表面の温度上昇を抑制し、吸入行程でのシリンダ内部の冷媒ガスの温度上昇を防止できるので、第１の発明の
効果に加え、密閉型圧縮機の体積効率を向上できる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記中間マフラの側面外周を留め具で覆い、前記中間マフラが、固定ボルトによって固定されたものである。

これにより、吐出入口管と吐出出口管の長さや形状がばらついても、留め具の位置や角度をずらして、中間マフラをシリンダブロックに固定ボルトで固定できることとなり、中間マフラをシリンダブロックへ固定する時の自由度が増し、中間マフラをシリンダブロックに容易に固定することができ、密閉型圧縮機の生産性が向上する。

第４の発明は、特に、第１から第３のいずれかひとつの発明において、複数の運転周波数でインバータ駆動されるものである。

これにより、商用電源周波数より高い周波数で運転するインバータ駆動の密閉型圧縮機においても、中間マフラをシリンダブロックに固定することによって、吐出径路の固有振動数の低下を防止し、吐出径路の固有振動数を高い周波数に維持できることとなり、運転時の振動による吐出入口管と吐出出口管の共振を回避でき折損を防止できるので、第１から第３の発明の効果に加えて、インバータ駆動においても密閉型圧縮機の耐久性を向上できる。

第５の発明は、圧縮機、放熱器、減圧装置、吸熱器を配管によって環状に連結した冷媒回路を有し、前記圧縮機を、第１から４のいずれかひとつの発明の密閉型圧縮機とした冷凍装置である。

これにより、運転時の振動による吐出径路の吐出入口管と吐出出口管の共振を回避し折損を防止し耐久性を向上させた密閉型圧縮機の搭載によって、冷凍装置の耐久性を向上できる。

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本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側面から見た縦断面図、図２は、同実施の形態における密閉型圧縮機の正面から見た縦断面図、図３は、同実施の形態における密閉型圧縮機の横断面図、図４は、同実施の形態における図３のＡ−Ａ方向から見た要部断面図を示すものである。

図１から図４において、本実施の形態１における密閉型圧縮機は、鉄板の絞り成型によって形成された上容器１０２と下容器１０４とを勘合し溶接して形成された密閉容器１０６内に、電動要素１１０と、この電動要素１１０によって駆動される圧縮要素１１２と、を備えた圧縮機本体１１４を配置している。

この圧縮機本体１１４は、サスペンションスプリング１１６によって弾性的に支持されている。さらに、密閉容器１０６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１２０が、冷凍装置（図示せず）の低圧側と同等圧力で、比較的低温の状態で封入されるとともに、密閉容器１０６内の底部には、潤滑用のオイル１２２が封入されている。密閉容器１０６の下容器１０４の側面には、密閉容器１０６の内外を連通する吐出管１２４と吸入管１２６とが溶接で固定され、それぞれ冷凍装置の高圧側と低圧側に接続されている。

圧縮要素１１２は、シリンダ１３０と軸受１３２とを一体に形成したシリンダブロック１３４と、シリンダ１３０内を往復運動するピストン１３６と、偏心軸１４０と軸受１３２に軸支された主軸１４２とを備えたクランクシャフト１４４と、偏心軸１４０とピストン１３６とを連結する連結手段１４６と、シリンダ１３０のクランクシャフト１４４の反対側の開口部端面を封止するバルブプレート１５０と、バルブプレート１５０を蓋するシリンダヘッド１５２と、シリンダヘッド１５２と吐出管１２４とを接続する吐出径路１５４と、を備えている。

電動要素１１０は、主軸１４２に圧入等で固定された回転子１５６と、回転子１５６の周りを囲むように回転子１５６と同軸で配置された固定子１５８と、で構成されたＤＣブラシレス型モータである。

吐出径路１５４は、一端をマフラボルト１６２でシリンダヘッド１５２に接続された吐出入口管１６４と、一端が吐出管１２４に接続され振動吸収のため複数の円弧状の屈曲部を有する吐出出口管１６６と、吐出入口管１６４と吐出出口管１６６との間に溶接等で接続された中間マフラ１６８と、から構成されている。

中間マフラ１６８は、鉄板の絞り成型により一端が絞管され他端が開口された２つの片絞り管の開口部を互いに勘合し溶接した円筒形の両絞り形状の管で、長手方向がピストン１３６の往復動方向と略平行に配置されている。中間マフラ１６８の側面外周には、側面外周の一部を覆う金属でできたループ形状の留め具１７０が巻かれている。

留め具１７０の両端には、平坦部１７２、１７４が形成され、平坦部１７２、１７４の中央にボルト孔が設けられている。

留め具１７０は、中間マフラ１６８の側面外周を一周して平坦部１７２、１７４が互い重なり、平坦部１７２、１７４とシリンダブロック１３４のシリンダ１３０側の端面に形成されたマフラ固定部１８２との間には、セラミック等の断熱材でできた断熱ワッシャー１８４が敷かれ、ボルト孔に固定ボルト１８０を通して中間マフラ１６８とともにマフラ固定部１８２に締結されている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

インバータ電源（図示せず）から電動要素１１０に通電すると、固定子１５８に電流が流れ、磁界が発生し、主軸１４２に固定された回転子１５６が回転する。

そして、この回転子１５６の回転により、クランクシャフト１４４が回転し、偏心軸１４０に回転自在に取り付けられた連結手段１４６を介して、ピストン１３６がシリンダ１３０内を往復運動し、圧縮要素１１２が所定の圧縮動作を行う。シリンダ１３０内で圧縮された高温の冷媒ガス１２０は、シリンダヘッド１５２から吐出径路１５４を通じて吐出管１２４から冷凍装置の高圧側に吐出される。

次に、中間マフラ１６８を留め具１７０でシリンダブロック１３４のマフラ固定部１８２に固定した作用と効果ついて説明する。

圧縮機本体１１４は、運転時に、ピストン１３６がシリンダ１３０内で往復運動をするため、運転周波数で大きく振動する。その振動を減衰させ密閉容器１０６に直接伝えないようにするため、圧縮機本体１１４は、サスペンションスプリング１１６によって弾性的に支持されている。また、同様に、圧縮要素１１２で圧縮された高温の冷媒ガス１２０を密閉容器１０６の外へ導出する吐出径路１５４の吐出出口管１６６にも、弾性のある複数
の円弧状の屈曲部を設けている。また、吐出径路１５４の吐出入口管１６４と吐出出口管１６６との間に接続された円筒形の中間マフラ１６８は、冷媒ガス１２０の圧力脈動を低減させ、吐出出口管１６６の振動を低減している。

本実施の形態では、中間マフラ１６８の長手方向がピストン１３６の往復動方向と略平行となるように配置されている。これにより、シリンダブロック１３４のマフラ固定部１８２の中間マフラ１６８の設置スペースが有効に活用でき、中間マフラ１６８のマフラ容積を大きくとることができるので、冷媒ガス１２０の圧力脈動をさらに低減することができ、吐出出口管１６６の振動や冷凍装置の高圧側の配管振動を低減させることができる。

このように中間マフラ１６８は、冷媒ガス１２０の圧力脈動を低減させ配管振動を低減させる効果がある反面、質量が大きいためシリンダブロック１３４に固定しないと吐出径路１５４の固有振動数が低下し密閉型圧縮機の運転周波数に近づくため、運転時の振動で吐出入口管１６４と吐出出口管１６６が共振し折損し易くなり、折損した場合、圧縮不良が発生してしまう可能性があった。

そこで、本実施の形態では、運転時の吐出入口管１６４と吐出出口管１６６の共振を回避するため、中間マフラ１６８を、留め具１７０で中間マフラ１６８の外周を覆い、シリンダブロック１３４のマフラ固定部１８２に固定ボルト１８０で固定している。その結果、吐出径路１５４に中間マフラ１６８の大きな質量が加わらないため、吐出径路１５４の固有振動数が低下し運転周波数に近づくのを防止することができ、密閉型圧縮機の運転時の振動による吐出入口管１６４と吐出出口管１６６の共振を回避でき、折損を防止することができるので、密閉型圧縮機の耐久性を向上できる。

さらに、中間マフラ１６８をシリンダブロック１３４のマフラ固定部１８２に固定することにより、吐出径路１５４の固有振動数を高い周波数に維持できるので、商用電源周波数より高い周波数で運転するインバータ駆動の密閉型圧縮機においても、運転時の振動による吐出入口管１６４と吐出出口管１６６の共振を回避でき折損を防止することができるので、インバータ駆動においても密閉型圧縮機の耐久性を向上できる。

本実施の形態では、中間マフラ１６８の固定方法として留め具１７０を使用しシリンダブロック１３４のマフラ固定部１８２に固定している。留め具１７０を使用することにより、中間マフラ１６８に溶接等で留め部を一体で設けるのに比べて、吐出入口管１６４と吐出出口管１６６の長さや形状がばらついても、留め具１７０の位置や角度をずらしてシリンダブロック１３４のマフラ固定部１８２に固定ボルト１８０で固定できる。その結果、中間マフラ１６８を固定する時の自由度が増し、容易に中間マフラ１６８をシリンダブロック１３４のマフラ固定部１８２に固定することができるので、密閉型圧縮機の生産性を向上できる。

次に、留め具１７０の平坦部１７２、１７４とシリンダブロック１３４のマフラ固定部１８２との間に断熱材でできた断熱ワッシャー１８４を敷き、固定ボルト１８０で固定した作用と効果について説明する。

中間マフラ１６８の役割は、冷媒ガス１２０の圧力脈動を低減させる効果以外に、中間マフラ１６８がシリンダブロック１３４と別体で形成されることで中間マフラ１６８内の高温の冷媒ガス１２０の熱をシリンダ１３０を有するシリンダブロック１３４に直接伝えない断熱効果がある。

しかしながら、中間マフラ１６８を留め具１７０でシリンダブロック１３４のマフラ固定部１８２に直接固定すると、中間マフラ１６８内の高温の冷媒ガス１２０の熱が中間マ
フラ１６８の表面から留め具１７０を介してシリンダブロック１３４に伝わり、シリンダ１３０の内壁を加熱し、吸入行程で吸入された低温の冷媒ガス１２０の温度が上昇し、体積効率が低下する。

そこで、本実施の形態では、留め具１７０に伝わった熱をシリンダブロック１３４に伝えにくくするため、留め具１７０の平坦部１７２，１７４とシリンダブロック１３４のマフラ固定部１８２の間に、セラミック等の断熱材でできた断熱ワッシャー１８４を敷いて、中間マフラ１６８を固定ボルト１８０で固定している。

これにより、中間マフラ１６８の表面から留め具１７０へ伝熱された熱は、断熱ワッシャー１８４で遮断されることとなり、シリンダブロック１３４の加熱を防止できる。その結果、シリンダ１３０の内表面の温度上昇を抑制し、吸入行程でシリンダ１３０内に吸入された低温の冷媒ガス１２０の温度上昇を防止することができるので、密閉型圧縮機の体積効率を向上できる。

なお、本実施の形態では、留め具１７０の平坦部１７２，１７４とシリンダブロック１３４のマフラ固定部との間に断熱材を敷いているが、同様に、中間マフラ１６８の側面外周と留め具との間に断熱材を挟んでも、同様な効果を得ることができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における冷凍装置の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で説明した密閉型圧縮機を搭載した構成とし、冷凍装置の基本構成の概略について説明する。

図５において、冷凍装置は、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構成の本体２０２と、本体２０２の内部を、物品の貯蔵空間２０４と機械室２０６に区画する区画壁２０８と、貯蔵空間２０４内を冷却する冷媒回路２１０を具備している。

冷媒回路２１０は、圧縮機２１２として実施の形態１で説明した密閉型圧縮機と、放熱器２１４と、減圧装置２１６と、吸熱器２１８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２１８は、送風機（図示せず）を具備した貯蔵空間２０４内に配置されている。吸熱器２１８の冷却熱は、矢印で示すように、送風機によって貯蔵空間２０４内を循環するように撹拌され、貯蔵空間２０４内は冷却される。

以上説明した冷凍装置に、圧縮機２１２として、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機を搭載することにより、圧縮機２１２は、中間マフラ１６８が、留め具１７０でシリンダブロック１３４のマフラ固定部１８２に固定ボルト１８０で固定され、吐出径路１５４に中間マフラ１６８の大きな質量が加わらないようにしてあるので、吐出径路１５４の固有振動数の低下を防止することができる。これにより、吐出径路１５４の固有振動数が、密閉型圧縮機の運転周波数に近づかないので、運転時の振動による吐出入口管１６４と吐出出口管１６６の共振を回避でき折損を防止することができ、密閉型圧縮機の耐久性を向上させることができるので、冷凍装置の耐久性も向上できる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機および冷凍装置は、吐出径路の吐出入口管と吐出出口管との間に中間マフラを設けても、吐出径路の固有振動数の低下を防止でき、密閉型圧縮機の運転時の振動による出入口管と吐出出口管の共振を回避し折損を防止し、耐久性を向上できるので、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。

１０６ 密閉容器
１１０ 電動要素
１１２ 圧縮要素
１２０ 冷媒ガス
１２４ 吐出管
１３０ シリンダ
１３４ シリンダブロック
１３６ ピストン
１５０ バルブプレート
１５２ シリンダヘッド
１５４ 吐出径路
１６４ 吐出入口管
１６６ 吐出出口管
１６８ 中間マフラ
１７０ 留め具
１８０ 固定ボルト
１８４ 断熱ワッシャー
２１０ 冷媒回路
２１２ 圧縮機
２１４ 放熱器
２１６ 減圧装置
２１８ 吸熱器

Claims (5)

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と、を収容し、
   前記圧縮要素は、シリンダを有するシリンダブロックと、前記シリンダ内を往復運動するピストンと、前記シリンダの開口端を封止し吐出孔を形成したバルブプレートと、前記バルブプレートを蓋し吐出空間を形成したシリンダヘッドと、前記圧縮要素で圧縮された冷媒ガスを前記密閉容器外へ導出する吐出径路と、を備え、
   前記吐出径路は、一端が前記シリンダヘッドに接続された吐出入口管と、一端が前記密閉容器の内外を連通する吐出管に接続された吐出出口管と、前記吐出入口管と前記吐出出口管との間に接続された中間マフラと、で構成され、
   前記中間マフラが、前記シリンダブロックに固定された密閉型圧縮機。
2. 前記中間マフラが、断熱材を介して前記シリンダブロックに固定された請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記中間マフラの側面外周を留め具で覆い、前記中間マフラが、固定ボルトによって固定された請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 複数の運転周波数でインバータ駆動される請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 圧縮機、放熱器、減圧装置、吸熱器を配管によって環状に連結した冷媒回路を有し、前記圧縮機を、請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機とした冷凍装置。

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