(57)【要約】【課題】ピストンの上死点位置において、圧縮室に残る残留作動流体を低減することで残留作動流体の再膨張量を減らし、体積効率を向上させる。【解決手段】吸入リードバルブ２０の外周に形成された吐出孔１９に連通するスリット溝６１と、そのスリット溝６１とシリンダ１４の内周面１４ｂとを連通する連通溝６４を設けることで、シリンダ１４の内周面１４ｂに残留する作動流体３を減らし、残留作動流体３の再膨張量を抑制することができるので、体積効率および密閉型圧縮機の効率を向上させることができる。【選択図】図４
2014015883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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を収容し、前記圧縮要素は、シリンダを備えた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、前記シリンダブロックの開口端に配置され前記シリンダと前記ピストンとにより圧縮室を形成するガスケットと、吸入バルブシートと、バルブプレートとを備え、前記バルブプレートは、吐出孔と前記吐出孔に対して略面対称位置に吸入孔を有し、前記吸入バルブシートは、前記吸入孔を開閉する吸入リードバルブと、前記吸入リードバルブの外周に形成され前記吐出孔に連通するスリット溝と、前記スリット溝と前記シリンダの内周面を連通する連通溝とを有した密閉型圧縮機。
【請求項２】
吸入バルブシートの連通溝を複数備えた請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷蔵庫などの冷凍サイクル装置や空気圧縮機などに使用される密閉型圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保護のため、省エネルギー化への要求はますます強まってきており、冷蔵庫やその他の冷凍サイクル装置に用いられる圧縮機や、工業分野などに使用される空気圧縮機などにおいても、高効率化が強く要望されている。
【０００３】
従来、この種の密閉型圧縮機としては、シリンダ内を往復運動するピストンの天面に凹部を形成し効率を向上させたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図７は、上記特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の断面図、図８は、従来の密閉型圧縮機のピストンの天面側からの平面図、図９は従来の密閉型圧縮機のシリンダ要部の拡大断面図である。
【０００５】
図７〜９に示すように、密閉型圧縮機は、密閉容器１０１内において、底部にオイル１０２を貯留するとともに作動流体１０３が充填され、さらに圧縮機本体１０４が収納されている。圧縮機本体１０４は、サスペンションスプリング１０５によって、密閉容器１０１内に弾性的に支持されている。
【０００６】
圧縮機本体１０４は、電動要素１０６と、この電動要素１０６により回転駆動される圧縮要素１０９とから構成されている。圧縮要素１０９は、電動要素１０６の下方に配設され、電動要素１０６は、ステータ１０７とロータ１０８とから構成されている。
【０００７】
圧縮要素１０９は、偏芯軸１１０と主軸１１１を備えたクランクシャフト１１２と、圧縮室１１３を形成するシリンダ１１４と、主軸１１１を支持する軸受部１２３とを一体に形成したブロック１１５と、シリンダ１１４内部を往復運動するピストン１１６と、シリンダ１１４の端面を封止するバルブプレート１１７、バルブプレート１１７に備えられ圧縮室１１３の内外を連通する吸入孔（図示せず）および吐出孔１１９をそれぞれ開閉する吸入バルブ１２０と、吐出バルブ１２１と、偏芯軸１１０とピストン１１６を連結する連結手段１２２を備えている。
【０００８】
また、バルブプレート１１７の反圧縮室１１３側には、バルブプレート１１７を覆って蓋をするようにシリンダヘッド１２８が配され、バルブプレート１１７とシリンダヘッド１２８によりヘッド空間１２９が形成されている。
【０００９】
クランクシャフト１１２の主軸１１１は、ブロック１１５の軸受部１２３に回転自在に軸支されるとともに、ロータ１０８が固定されている。
【００１０】
また、図８〜９に示すように、ピストン１１６の天面１２４には凹部１２５が形成され、凹部１２５は少なくとも一部が吐出孔１１９の一部と重なり、天面１２４の凹部１２５以外の面１２６は平坦でかつバルブプレート１１７の圧縮室１１３側の面と平行をなしている。
【００１１】
次に、従来の密閉型圧縮機の動作について説明する。
【００１２】
密閉型圧縮機は、ステータ１０７に電流を流して磁界を発生させ、主軸１１１に固定されたロータ１０８を回転することで、クランクシャフト１１２が回転し、偏芯軸１１０に取り付けられた連結手段１２２を介して、ピストン１１６がシリンダ１１４内を往復運動し、吸入、圧縮、吐出行程の一連のサイクルを繰り返す。
【００１３】
吸入行程において、ピストン１１６がシリンダ１１４の容積が増加する方向に動作すると、圧縮室１１３内の作動流体１０３が膨張し、圧縮室１１３内の圧力が冷凍サイクル低圧側（図示せず）の圧力を下回ると、吸入バルブ１２０は開き始め、冷凍サイクルから戻った温度の低い作動流体１０３が、吸入孔（図示せず）を経て圧縮室１１３内に流入する。
【００１４】
そして、圧縮行程において、ピストン１１６が、圧縮室１１３の容積を最も大きくする下死点の位置から圧縮室１１３内の容積を減少する方向に転じると、圧縮室１１３内の圧力は上昇し、圧縮室１１３内の圧力と冷凍サイクル低圧側（図示せず）の圧力との差によって、吸入バルブ１２０が閉じ、圧縮室１１３は閉塞される。
【００１５】
その後、ピストン１１６がさらに圧縮室１１３の容積を減少させる方向に動作すると、作動流体１０３は圧縮され、所定の圧力まで昇圧される。
【００１６】
吐出行程において、圧縮室１１３内の作動流体１０３の圧力が上昇し、バルブプレート１１７とシリンダヘッド１２８により形成されているヘッド空間１２９内部の圧力より高くなると、圧力差によって吐出バルブ１２１が開き始め、圧縮室１１３内部の作動流体１０３は、吐出孔１１９を通過し、ヘッド空間１２９に流出する。その後、作動流体１０３は、ヘッド空間１２９から吐出マフラー（図示せず）を経由し、冷凍サイクルの高圧側（図示せず）に放出される。
【００１７】
また吐出行程において、ピストン１１６の天面１２４が、バルブプレート１１７に最も接近し、圧縮室１１３の容積を最小にする上死点に位置するとき、ピストン１１６の天面１２４には凹部１２５が形成されているため、バルブプレート１１７と凹部１２５との間の空間１２７のクリアランスは広がり、ピストン１１６の天面１２４から空間１２７を横切り、吐出孔１１９へ流れる作動流体１０３の通過断面積を広く確保することができるので、作動流体１０３の流れが改善され、密閉型圧縮機の圧縮効率を改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特公平８−６６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上記従来の構成では、ピストン１１６に凹部１２５が設けられているため、ピストン１１６が上死点に位置するとき、吐出されずに残留する作動流体１０３が増えてしまい、残留した作動流体１０３が吸入行程で再膨張して体積効率が低下するため、凹部１２５形成での作動流体１０３の流れ改善による効率向上効果と相殺してしまうという課題を有していた。
【００２０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ピストンの上死点位置における圧縮室の残留作動流体を低減することで、吸入行程時の残留作動流体の再膨張を減らし、体積効率を上げることで効率を向上した密閉型圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
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、バルブプレートの吐出孔に対して略面対称位置に吸入孔を有し、吸入バルブシートは、吸入孔を開閉する吸入リードバルブと、吸入リードバルブの外周に形成され吐出孔に連通するスリット溝と、スリット溝とシリンダの内周面を連通する連通溝を有したものである。
【００２２】
これによって、圧縮行程時ピストン上死点近傍位置において、圧縮室の内周面近くに存在する作動流体は、前記連通溝から流路抵抗の小さいスリット溝を経て吐出孔側へスムーズに流れ、圧縮室の吸入側内周面近くでの残留が抑制される。また、スリット溝を活用して吐出流路を形成することで残留作動流体の再膨張が減少し、密閉型圧縮機の体積効率を向上することができる。また、作動流体の圧縮室の内周面近くでの滞留に起因した過圧縮も抑制することもできるため、圧縮機入力も低減することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、密閉圧縮機の効率を向上させることができるので、高効率で省エネルギーを実現する密閉型圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図
【図２】同実施の形態１における密閉型圧縮機の圧縮要素の分解斜視図
【図３】同実施の形態１における密閉型圧縮機の吸入バルブシートの平面図
【図４】同実施の形態１における密閉型圧縮機の図１に示すＡ―Ａ線による要部断面図
【図５】同実施の形態１における（ａ）密閉型圧縮機の吸入行程の途中を説明する模式図、（ｂ）密閉型圧縮機の吸入行程の終了（下死点近傍）を説明する模式図、（ｃ）密閉型圧縮機の圧縮行程の途中を説明する模式図、（ｄ）密閉型圧縮機の吐出行程（上死点近傍）を説明する模式図
【図６】本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の吸入リードバルブ組立部品の平面図
【図７】従来の密閉型圧縮機の断面図
【図８】従来の密閉型圧縮機のピストンの天面側からの平面図
【図９】従来の密閉型圧縮機のシリンダ要部の拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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を収容し、前記圧縮要素は、シリンダを備えた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、前記シリンダブロックの開口端に配置され前記シリンダと前記ピストンとにより圧縮室を形成するガスケットと、バルブシートと、バルブプレートとを備え、前記バルブプレートは、吐出孔と前記吐出孔に対して略面対称位置に吸入孔を有し、前記バルブシートは、前記吸入孔を開閉する吸入リードバルブと、前記吸入リードバルブの外周に形成され前記吐出孔に連通するスリット溝と、前記スリット溝と前記シリンダの内周面を連通する連通溝を有したもので、圧縮行程時ピストンが上死点近傍位置において、圧縮室の内周面近くに存在する作動流体は、連通溝から流路抵抗の小さいスリット溝に沿って吐出孔側へスムーズに流れ、圧縮室の吸入側内周面近くでの残留が抑制される。また、スリット溝を活用して吐出流路を形成することで残留作動流体の再膨張の量が減少し、密閉型圧縮機の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。
【００２６】
第２の発明は、吸入バルブシートの連通溝を複数備えたもので、ピストンが下死点から上死点へ動作する圧縮行程時の上死点近傍において、圧縮室の内周面近くに存在する作動
流体は、複数の連通溝からスリット溝を経て吐出孔側へスムーズに流れ、さらに、圧縮室の内周面での残留が抑制されるため、圧縮機入力も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。
【００２７】
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。
【００２８】
（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縦断面図である。図２は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の圧縮要素の分解斜視図である。図３は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の吸入バルブシートの平面図である。図４は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の図１に示すＡ―Ａ線による要部断面図である。図５は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の動作を説明する模式図で、（ａ）は吸入行程の途中を、（ｂ）は吸入行程の終了（下死点近傍）を、（ｃ）は圧縮行程の途中を、（ｄ）は吐出行程（上死点近傍）をそれぞれ示している。
【００２９】
図１〜５において、密閉型圧縮機は、密閉容器１内の底部にオイル２を貯留し、作動流体３として、例えばＲ６００ａのような地球温暖化係数の低い炭化水素系の冷媒が封入されている。
【００３０】
また、密閉容器１は、鉄板の絞り成型によって形成され、さらに、一端が密閉容器１内に連通し、他端が冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続される吸入管５０、および、一端が密閉容器１を貫通して吐出マフラー（図示せず）と連通し、他端が冷凍サイクルの高圧側（図示せず）に接続される吐出管５７を備えている。
【００３１】
また、密閉容器１内には、圧縮要素９と、この圧縮要素９を駆動する電動要素６とを備えた圧縮機本体４が収納されている。圧縮機本体４は、サスペンションスプリング５によって、密閉容器１に対して弾性的に支持されている。
【００３２】
圧縮要素９は、クランクシャフト１２、シリンダブロック１５、ピストン１６、連結手段２２などで構成されている。クランクシャフト１２は、偏芯軸１０と主軸１１で構成され、また、主軸１１の表面には、螺旋状の溝などからなる給油機構５１が設けられている。
【００３３】
電動要素６は、シリンダブロック１５の下方にボルト（図示せず）によって螺子固定されたステータ７と、ステータ７の内側に配置され、主軸１１に焼き嵌め固定されたロータ８で構成されている。
【００３４】
シリンダブロック１５には、圧縮室１３を形成するシリンダ１４と主軸１１を回転自在に軸支する軸受部２３が一体に形成されている。
【００３５】
また、シリンダ１４の端面１４ａには、圧縮室１３内外を連通する吸入孔１８と吐出孔１９を備えたバルブプレート１７と、薄板バルブ鋼製の吸入バルブシート６０と、シリンダ１４の端面１４ａとバルブシート６０の間に挟持されて圧縮室１３から作動流体３の漏れを防止するガスケット６３と、バルブプレート１７を覆うシリンダヘッド５２が、ともにヘッドボルト５３によって、シリンダ１４の端面１４ａを封止するように固定されている。
【００３６】
吸入バルブシート６０は、スリット溝６１を設けることでバルブプレート１７の吸入孔１８を開閉可能に形成された吸入リードバルブ２０が形成されている。
【００３７】
ガスケット６３は、往復運動するピストン１６が上死点で吸入バルブシート６０と接触することを確実に防止するとともに、吸入バルブシート６０とピストン１６とのクリアランスを一定値以下に抑えるように管理するため、ピストン１６の外径（本実施例では２５ｍｍ）より大きい逃げ穴６５（本実施例では内径２６ｍｍ）を有する形状で、厚さが０．２〜０．５ｍｍ（本実施例では０．３５ｍｍ）のものを使用している。
【００３８】
さらに、バルブプレート１７とシリンダヘッド５２の間には、吸入マフラー５４が把持されて固定されている。また、バルブプレート１７はシリンダヘッド５２と対向する面に、吐出孔１９を開閉する吐出バルブ２１が固定され、バルブプレート１７とシリンダヘッド５２との間にはヘッド空間５６が形成されている。
【００３９】
また、バルブプレート１７は、吐出孔１９に対して略面対称位置に吸入孔１８を有している。吸入バルブシート６０は、厚さが０．１〜０．３ｍｍ（本実施例では０．２ｍｍ）で、吸入リードバルブ２０の外周に形成されたスリット溝６１（本実施例では溝幅１ｍｍ）と吐出孔１９とが連通する形状であるとともに、スリット溝６１とシリンダ１４の内周面１４ｂとを連通する連通溝６４を有しており、連通溝６４は、吐出孔１９に対して略面対称に配置されている。
【００４０】
次に、上記構成からなる密閉型圧縮機の動作および作用を説明する。
【００４１】
密閉型圧縮機は、ステータ７に電流を流して磁界を発生させ、主軸１１に固定されたロータ８を回転させることで、クランクシャフト１２が回転する。これに伴い、偏芯軸１０に回転自在に取り付けられた連結手段２２を介して、ピストン１６がシリンダ１４内を往復運動する。
【００４２】
そして、このピストン１６の往復運動に伴い、作動流体３は吸入マフラー５４を介して圧縮室１３内へ吸入され、圧縮された後、吐出孔１９から吐出され、ヘッド空間５６を経て冷凍サイクル（図示せず）へと流れる。
【００４３】
次に、図５を参照しながら圧縮機本体４による作動流体３の吸入、圧縮、吐出行程について説明する。
【００４４】
吸入行程において、図５（ａ）に示すようにピストン１６が圧縮室１３の容積を増加する矢印ｘ方向に動作することにより、圧縮室１３内の作動流体３が膨張し、圧縮室１３内の圧力が低下する。そして、圧縮室１３内の圧力が、吸入マフラー５４内の圧力を下回ると、圧縮室１３内の圧力と吸入マフラー５４内の圧力との差により、吸入バルブ２０が開く。これに伴い、冷凍サイクルから戻った温度の低い作動流体３が、吸入管５０から密閉容器１内に一旦開放され、その後、吸入マフラー５４を経て、圧縮室１３内に流入する。
【００４５】
その後、圧縮行程において、図５（ｂ）に示すようにピストン１６の動作が下死点から圧縮室１３の容積が減少する矢印ｙ方向に転じると、圧縮室１３内の圧力は上昇し、圧縮室１３内の圧力と吸入マフラー５４内の圧力との差によって、吸入バルブ２０が閉じる。これに伴い、圧縮室１３は閉塞され、ピストン１６がさらに圧縮室１３の容積が減少する方向に動作することで、図５（ｃ）に示すように作動流体３は圧縮され、所定の圧力にまで昇圧される。
【００４６】
そして、吐出行程において、圧縮室１３内の作動流体３の圧力が上昇し、バルブプレート１７とシリンダヘッド５２により形成されているヘッド空間５６内部の圧力より高くなると、図５（ｄ）に示すように圧力差によって吐出バルブ２１が開き始める。その結果、
圧縮室１３内部の作動流体３は、吐出孔１９を通過し、ヘッド空間５６へ流出する。
【００４７】
そして、これらの吸入・圧縮サイクルを繰り返すことで作動流体３は、ヘッド空間５６から吐出マフラー（図示せず）を経由し、吐出管５７より冷凍サイクルの高圧側（図示せず）へと連続的に流れる。
【００４８】
一方、ピストン１６の上死点位置において、ピストン１６の天面１６ａとバルブシート６０の間には、両者の衝突を回避するため０．０５〜０．１ｍｍのクリアランス（本実施例では０．０８ｍｍ）が形成されており、このクリアランスにより圧縮室１３に死容積と呼ぶ微小な容積が残る。また、同様にガスケット６３の逃げ穴６５、シリンダ１４の端面１４ａおよびピストン１６の側面で形成される空間も圧縮室１３内の死容積である。さらに吸入バルブシート６０のスリット溝６１内の空間も死容積である。
【００４９】
これらの死容積は、圧縮行程で圧縮室１３の内部の作動流体３を残留させ、残留した作動流体３が吸入行程で再膨張するため、流入する作動流体３の量を減少させ、体積効率を低下させる。
【００５０】
また、圧縮行程の上死点近傍では、ピストン１６の天面１６ａと吸入バルブシート６０のクリアランスが狭くなると作動流体３が吐出孔１９へ流れる抵抗が増大する。そのため、作動流体３は、比較的流路面積が広い吸入バルブシート６０のスリット溝６１内の死容積や、ガスケット６３の逃げ穴６５の死容積を迂回しながら吐出流路を形成して吐出孔１９から吐出される。
【００５１】
このとき、本実施の形態１における密閉型圧縮機の構成は、吸入バルブシート６０のスリット溝６１とシリンダ１４の内周面１４ｂを連通する連通溝６４を備えることにより、圧縮行程の上死点近傍において、圧縮室１３のガスケット６３の逃げ穴６５および内周面１４ｂ近くの死容積から、吸入バルブシート６０に設けられた連通溝６４とスリット溝６１を経て吐出孔１９に通じる最短流路が形成される。そのため、圧縮室１３の吸入側内周面１４ｂ近くに位置する作動流体３は、連通溝６４からスリット溝６１に沿って吐出孔１９側へ向かってスムーズに流れ、圧縮室１３の吸入側内周面１４ｂ近くでの残留が抑制される。また、スリット溝６１を活用して吐出流路を形成することで死容積の増大を抑えて吸入行程における残留作動流体３の再膨張の量が減少し、密閉型圧縮機の体積効率を向上させることができる。また、作動流体３の圧縮室１３の内周面１４ｂ近くでの滞留に起因した過圧縮を抑制することもできるため、圧縮機入力を低減させることができ、効率を向上する。
【００５２】
以上のように、本実施の形態においては、ピストンの上死点位置における、圧縮室内の吐出流れ損失の低減と、作動流体の残留を低減することで残留作動流体の再膨張量を減らして体積効率を向上させ、密閉型圧縮機の効率を向上させることができる。
【００５３】
（実施の形態２）
図６は、本発明の第２の実施の形態における密閉型圧縮機の吸入リードバルブ組立部品の平面図である。なお、実施の形態１と同一または相当する構成要素には同一の符号を付して説明する。
【００５４】
図６に示すように、本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機は、実施の形態１と同様にそのバルブシート１６０のスリット溝１６１とシリンダ１４の内周面１４ｂを連通する連通溝１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃを複数備えるとともに、連通溝１６４ａを、吐出孔１９の配置に対して略面対称位置に配置したものである。かかる構成とすることにより、ピストン１６が下死点から上死点へ動作する圧縮行程時において、吐出孔１９から離れ
た圧縮室１３の内周面１４ｂ近く（ピストン１６天面の外周縁部）に位置する作動流体３を、連通溝１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃとスリット溝１６１に沿って吐出孔１９へ３つの吐出流路を形成して導くことができる。
【００５５】
その結果、作動流体３が圧縮室１３の内周面１４ｂ近くに滞留することにより発生する過圧縮をさらに抑制し、密閉型圧縮機の効率を向上させることができる。
【００５６】
また、連通溝１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃが複数設けられているため、圧縮室１３の内周面１４ｂ近くから、吸入バルブシート１６１に設けられた連通溝１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃとスリット溝１６１を経て吐出孔１６に通じる複数の吐出流路が形成される。これらの吐出経路により圧縮室１３の内周面１４ｂ近くに位置する作動流体３は、連通溝１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃからスリット溝１６１を介して吐出孔１９方向へ向かって流れる吐出流路の損失がさらに抑制される。その結果、作動流体３の圧縮室１３の内周面１４ｂ近くでの滞留により発生する過圧縮を抑制することもできるため、圧縮機入力を低減させることができる。
【００５７】
以上のように、本実施の形態においては、ピストンの上死点位置における、圧縮室内の吐出流れ損失の低減と、作動流体の残留を低減することで残留作動流体の再膨張量を減らすことにより体積効率を向上させ、密閉型圧縮機の効率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、体積効率の向上による圧縮機効率の向上が図れるため、家庭用電気冷蔵庫に限らず、エアーコンディショナー、自動販売機やその他の冷凍装置、さらに空気圧縮機などの工業用圧縮機などに広く適用できる。
【符号の説明】
【００５９】
１  密閉容器
６  電動要素
９  圧縮要素
１３  圧縮室
１４  シリンダ
１４ａ  開口端
１４ｂ  内周面
１５  シリンダブロック
１６  ピストン
１７  バルブプレート
１８  吸入孔
１９  吐出孔
２０  吸入リードバルブ
６０  吸入バルブシート
６１  スリット溝
６３  ガスケット
６４，１６４ａ，１６４ｂ，１６４ｃ  連通溝
【図１】
2014015883.tif 000003
【図２】
2014015883.tif 000004
【図３】
2014015883.tif 000005
【図４】
2014015883.tif 000006
【図５】
2014015883.tif 000007
【図６】
2014015883.tif 000008
【図７】
2014015883.tif 000009
【図８】
2014015883.tif 000010
【図９】
2014015883.tif 000011