(57)【要約】レシプロ圧縮機は、バルブシート内側の面積が吐出ポートの面積よりも極めて大きい吐出バルブを備える。また、好ましい実施例においては、バルブシートはバルブポートと比較して独特の形状を有する。バルブシートの拡大した面積が、圧縮流体からバルブを押し開けようと作用する力を増大させる。その一方で、バルブポートの面積が比較的小さいので、流動損失はあまり増加しない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバを画定するシリンダヘッドならびに、上記シリンダヘッドの一端に取り付けられたバルブプレートと、
上記バルブプレートへ向かう方向及び逆方向に上記シリンダヘッド内で往復運動するピストンと、
上記チャンバの中へ流体を流すことを可能にする吸入バルブと、
上記チャンバの外側に選択的に圧縮流体を流すことを可能にする吐出バルブと、を備えた圧縮機であって、
上記吐出バルブは、上記チャンバと反対側となる吐出ポートの端部に配置され、
上記吐出ポートは、第１の断面積を有し、
上記吐出バルブは、圧縮流体から作用する力に応答して上記吐出ポートから離れるように湾曲するように、一端が固定されており、
上記吐出バルブは上記バルブプレートのバルブシート上に着座し、
上記バルブシート内側の面積が、上記第１の断面積よりも大きい、ことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
上記吸入バルブは、上記バルブシートに取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。  
【請求項３】
上記吸入バルブは、上記吐出バルブの半径方向外側に位置し、
上記吐出ポートは、上記チャンバの中心近くに位置する、ことを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
【請求項４】
上記吐出ポートが下流側の端部へ向かって延びるとともに、傾斜部が上記バルブシートへと延び、このバルブシートは、上記吐出ポートの上記下流側端部よりも半径方向外側に位置することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。  
【請求項５】
上記バルブシートの内側に画定される形状が、上記吐出ポートの形状と異なることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。  
【請求項６】
上記バルブシートは、中心円の両側に２つの対向した耳部を有し、
これらの耳部は、上記中心円から半径方向外側に延び、上記第１の断面積を越えた拡張面積を画定する、ことを特徴とする請求項５に記載の圧縮機。
【請求項７】
上記バルブシート内の面積は、上記吐出ポートの面積よりも少なくとも２００％大きいことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項８】
上記流体は、冷媒であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。  
【請求項９】
上記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項８に記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブシート内側の面積が、吐出バルブに至るポートの面積よりも極めて大きいレシプロ圧縮機用の吐出バルブならびにバルブシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、レシプロ圧縮機は、シリンダ内で動くピストンを有する。シリンダの一端におけるバルブプレートは、選択的に吸入バルブを介してシリンダの中へ圧縮すべき流体を流すことを可能にする。バルブプレートはまた、シリンダの外部に流れる圧縮流体を調整する吐出バルブを備える。一般的なバルブプレートの配置は、吸入バルブがシリンダの半径方向外側に位置する一方で、吐出バルブが中心部に位置する。吐出バルブは、バルブプレートの外側面上に位置する。吐出ポートは、バルブプレートを貫通して吐出バルブに至る。通常、吐出バルブは、バルブプレートのバルブシート上に着座する。一般的に、バルブシートは、バルブシート内側の面積が吐出ポートの面積と等しいかまたは僅かに大きくなるように吐出ポートの周囲を囲っている。
【０００３】
このような圧縮機の吐出バルブの設計においては、トレードオフが存在する。特に、吐出ポートの面積は“流動損失”に比例する。流動損失は、圧縮機の効率を悪化させ、つまり流動損失に相当する圧縮流体は、シリンダの外側に流れず、下流側で利用されない。すなわち、ピストンストロークの終わりの時点で、吐出ポート内にある流体は、吐出バルブのさらに外側には流れ出ない。この圧縮流体の全てのエネルギーは、“損失”となる。従って、過剰に吐出ポートの寸法を大きくすることは有益でない。
【０００４】
一方で、バルブシート内の面積は、圧縮流体から作用する力の大きさを左右する。この力によって、吐出バルブを押し開いて流体がチャンバから外に流れることが可能となる。特定の用途においては、圧縮流体の圧力を劇的に増加させることなく、バルブシート内の面積を大きくすることが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
今日まで、レシプロ圧縮機の設計者は、バルブシート内の面積及び吐出ポートの面積として、レシプロ圧縮機が用いられる用途を考慮して比較的同等の数値を選択してきた。実際には、多くの圧縮機が幅広い用途で使用されるので、トレードオフが必ずしも要求どおりの有益なものとはならない。問題は、二酸化炭素のような特殊な冷媒が冷凍サイクルで使用される際に、特に重大になる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による実施例では、バルブシートは、吐出ポートの半径方向外側に明らかに動いており、吐出バルブを押し開けるように圧縮冷媒が作用する面積は、吐出ポートの面積よりも極めて大きい。このようにして、流動損失の著しい増加を伴うことなく、吐出バルブを押し開ける力が増加する。
【０００７】
本発明における実施例では、バルブシートの拡張面積は、少なくとも吐出ポートの面積に等しい。つまり、バルブシート内側の面積は、少なくとも吐出ポートの面積の２倍である。このようにして、バルブ上の圧力は、流動損失の著しい増加を伴うことなく、少なくとも２倍になる。
【０００８】
バルブシートは、種々の形状が用いられる。特に、好ましいバルブシートは、吐出ポートの形状とは異なる形状である。このようにして、バルブプレート上の利用可能なスペース内でバルブシートの面積を大きくすることができる。
【０００９】
本発明における上記及び他の特徴は、明細書ならびに図面から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
従来技術である図１Ａを参照すると、圧縮機２０は、シリンダヘッド２２ならびにバルブプレート２４を含む。ピストン２６は、シリンダチャンバ２８内に受け取った流体を圧縮するように、シリンダヘッド２２内で動作する。吸入バルブ３０は、選択的にシリンダチャンバ２８の中へ流体を流すことを可能にする。吐出ポート３２は、指形吐出バルブ３６に至る。既知のように、指形吐出バルブ３６はその一端３７が固定され、湾曲して吐出ポート３２から離れることで、吐出ポート３２の外部に圧縮冷媒が流れることを可能にする。ストッパ４０は、指形吐出バルブ３６の不要な動きを抑制する。吐出バルブ３６は、バルブシート３８に着座する。
【００１１】
図１Ｂから分かるように、バルブシート３８の内側の面積Ａ１は、吐出ポート３２内の面積に等しい。従って、吐出バルブ３６を押し開こうとする圧縮流体が作用する面積は、吐出ポートの面積に等しい。上述したように、相反する損失と潜在的に小さいバルブを押し開こうとする力との間のトレードオフが、従来技術の圧縮機において生じる。
【００１２】
図２Ａは、本発明により改良された圧縮機のバルブプレート４２を示している。吐出ポート４４は、シリンダチャンバ２８に接続する端部において面積４５を有し、この面積はバルブシート４６内側の面積よりも極めて小さい。さらに、指形吐出バルブ５０は、バルブシート４６に着座する。しかしながら、傾斜した吐出ポート拡張領域４８が、より小さい吐出ポート先端４９とバルブシート４６との間で半径方向外側に延びている。
【００１３】
図２Ｂを参照すると、吐出ポート面積Ａ１よりも極めて大きい拡張した吐出ポート面積Ａ２が示されている。好ましい実施例では、この面積増加分は、少なくとも吐出ポートの公称面積Ａ２に等しい。よって、吐出バルブ５０においてバルブを押し開けようと作用する力が大幅に増加する。加えて、流動損失は、名目上は増加するが、公称面積Ａ１を有する吐出ポートの端部４９を越えた極僅かな部分で面積が拡大するに過ぎない。
【００１４】
バルブの外側部分Ｄも、周囲の構造物と接触するため、あまり大きくすることが困難であり、バルブシートの形状を若干制限する。特異な形状のバルブシートのような、上記発明における態様は、バルブプレート上に配置すべき他の構成要素に対応するようバルブの外側部分Ｄの調整を可能にする。
図３Ａは、第２の実施例のバルブプレート５２を示している。プレート５２は、端部５５，５３の間で延びた吐出ポート５４を有する。バルブシート５６は、端部５５と隣接している。図３Ａでは、吐出バルブ５８に作用する吐出ポート拡大面積が符号５７として図示されている。図３Ｂから分かるように、バルブシート５６の形状は、吐出ポート５４の形状と著しく異なる。従って、バルブを押し開こうと流体が作用する吐出バルブ５８の面積は著しく増加し、流動損失は極僅かしか増加しない。図３Ｂで図示された形状は、吐出ポート５４の両側に、付加的な流路面積５７を形成する耳部５６を有する好ましい形状である。図示の形状に限らず、楕円形、長方形等のような他の形状も使用される。
【００１５】
繰り返し述べると、吐出ポートの面積の増加分は、最初の実施例と同じ程度であることが好ましい。
【００１６】
再度記述すると、本発明における圧縮機は、冷凍サイクル用の冷媒を圧縮するよう利用することが好ましく、また二酸化炭素のような特殊な冷媒を圧縮することが最も好ましい。
【００１７】
本発明における好ましい実施例を開示したが、当業者であれば特定の改良が本発明の範囲内であることを想到することができるだろう。従って、下記の請求項は、本発明の真の範囲を決定するために検討されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】従来技術の圧縮機の断面図。
【図１Ｂ】従来技術の吐出バルブを示す図。
【図２Ａ】本発明における圧縮機の断面図。
【図２Ｂ】吐出バルブの第１の実施例の平面図。
【図３Ａ】圧縮機の第２の実施例の断面図。
【図３Ｂ】吐出バルブの第２の実施例の平面図。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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