(57)【要約】冷却システムのためのコンプレッサ構造及び冷却システムのためのコンポーネント。コンプレッサ構造は、圧縮シリンダ、シリンダに圧縮されるガスを導く吸入径路、及びシリンダから圧縮されたガスを導出する吐出径路、を具備する構成において、吸入径路、吐出径路、又はこれらの両方の少なくとも１つのコンポーネントが、少なくとも１つのコンポーネントの表面に断熱層を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却システム用コンプレッサ構造であって、前記コンプレッサ構造は、
圧縮シリンダ、
圧縮されるべきガスを前記シリンダに導く吸入径路、及び
圧縮されたガスを前記シリンダから導出する吐出径路、を具備し、
前記コンプレッサ構造において、前記吸入径路、前記吐出径路、若しくはそれらの両方の少なくとの一つのコンポーネントが、前記少なくとも一つのコンポーネントの表面に断熱層を具備する。
【請求項２】
前記断熱層は前記コンポーネントの外側表面に形成されている請求項１に記載のコンプレッサ構造。
【請求項３】
前記断熱層は前記コンポーネントの内側表面に形成されている請求項１又は２に記載のコンプレッサ構造。
【請求項４】
前記断熱層は前記表面に形成された被膜を有する前述の請求項のいずれか一項に記載のコンプレッサ構造。
【請求項５】
前記断熱層は熱絶縁材料を含む前述の請求項のいずれか一項に記載のコンプレッサ構造。
【請求項６】
前記熱絶縁材料は、ＡｌＯ、ＺｒＯ及びＡｌ２Ｏ３のセラミック材料で構成された群の１つ若しくはそれ以上を含む請求項５に記載のコンプレッサ構造。
【請求項７】
前記コンポーネントは吸入マフラ又はシリンダヘッドを具備する前述の請求項のいずれか一項に記載のコンプレッサ構造。
【請求項８】
被膜が、前記シリンダヘッドの吸入プレナム、吐出プレナム、若しくはそれらの両方の内側表面に形成された請求項７に記載のコンプレッサ構造。
【請求項９】
被膜が前記吸入マフラの外側表面に形成された請求項７に記載のコンプレッサ構造。
【請求項１０】
前記断熱層は前記コンポーネントの多重壁構造の隣接する壁の間に空気層を具備する前述の請求項のいずれか一項に記載のコンプレッサ構造。
【請求項１１】
前記コンポーネントは吸入マフラを具備する請求項１０に記載のコンプレッサ構造。
【請求項１２】
冷却システム用コンプレッサ構造の吸入径路、吐出径路、若しくはそれらの両方を一体化するためのコンポーネントであって、前記コンポーネントは前記コンポーネントの表面に断熱層を具備する。
【請求項１３】
前記断熱層は前記コンポーネントの外側表面に形成されている請求項１２に記載のコンポーネント。
【請求項１４】
前記断熱層は前記コンポーネントの内側表面に形成されている請求項１２又は１３に記載のコンポーネント。
【請求項１５】
前記断熱層は前記表面に形成された被膜を有する請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載のコンポーネント。
【請求項１６】
前記断熱層は熱絶縁材料を含む請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載のコンポーネント。
【請求項１７】
前記熱絶縁材料は、ＡｌＯ、ＺｒＯ及びＡｌ２Ｏ３のセラミック材料で構成された群の１つ若しくはそれ以上を含む請求項１６に記載のコンポーネント。
【請求項１８】
前記コンポーネントは吸入マフラ又はシリンダヘッドを具備する請求項１２乃至１７のいずれか一項に記載のコンポーネント。
【請求項１９】
被膜が、前記シリンダヘッドの吸入プレナム、吐出プレナム、若しくはそれらの両方の内側表面に形成された請求項１８に記載のコンポーネント。
【請求項２０】
被膜が前記吸入マフラの外側表面に形成された請求項１８に記載のコンポーネント。
【請求項２１】
前記断熱層は前記コンポーネントの多重壁構造の隣接する壁の間に空気層を具備する請求項１２乃至２０のいずれか一項に記載のコンポーネント。
【請求項２２】
前記コンポーネントは吸入マフラを具備する請求項２１に記載のコンポーネント。
【請求項２３】
冷却システム用コンプレッサ構造を製造する方法であって、前記方法は、
圧縮シリンダを提供すること、
圧縮されるべきガスを前記シリンダの方向へ導く吸入径路を提供すること、
圧縮されたガスを前記シリンダから導出する吐出径路を提供すること、及び
前記吸入径路、前記吐出径路、若しくはそれらの両方の１つのコンポーネントの表面に断熱層を形成すること、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは冷却システム用コンプレッサ構造、冷却システム用コンプレッサ構造のためのコンポーネント、及び冷却システム用コンプレッサ構造を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス圧縮冷却は、家庭用冷蔵庫、若しくは大型公共建物、個人住宅、ホテル、病院、映画館、レストラン及び自動車等の空調のために用いられており、現在でもなお広く使用されている方法である。
ガス圧縮冷却システムでは、冷却すべき場所又は空間から熱を吸収して除去し、その熱を他の所へ消散させる媒体として循環冷媒を使用している。
【０００３】
典型的なガス圧縮システムは、コンプレッサ、凝縮器、膨張弁（また、絞り弁と呼ばれる）、及び蒸発器、の４つのコンポーネントを有している。コンプレッサは蒸発器からの低温度で低圧力の飽和ガスを吸い込み、そのガスを高圧力に圧縮して、その結果としてさらに高温度にする。コンプレッサの容積及びエネルギーの効率を改善するために、これはコンプレッサの単一圧縮サイクル内のガスを大きな体積で吸い込むためであり、ガスの温度が低く保たれているとき、蒸発器からの低温度ガスを大容量で汲み上げられるように、吸い込まれた低温度ガスがコンプレッサの高温度部分から熱的に絶縁されることが望まれている。
【０００４】
吸入径路に沿って多くのコンポーネントが存在する。これらのコンポーネントにはマフラ、シリンダヘッド、及び幾つかのパイプライン等が含まれている。冷却システムのために一般的に採用された往復式コンプレッサの内側には、マフラが受け取ったガスをコンプレッサの吸入バルブに導くためにガス吸入側のコンプレッサ容器の内側に通常設けられている。また、マフラは、コンプレッサの音響的振動を減衰させ、そして受け取った低温度のガスをコンプレッサの他の熱い部分から熱的に絶縁している。
【０００５】
しかしながら、吸い込まれたガスは狭い空間のコンプレッサ内で、そしてコンプレッサの熱い部分から短い距離のところに存在するため、低温度のガスとコンプレッサの他の熱い部分との間で熱交換を防止することは困難である。
【０００６】
マフラのために熱絶縁を改良するために多くの試みがなされてきた。例えば、マフラは、樹脂やプラスチック等の低い熱伝導性の材料から製造されている。また、最近、マフラの熱絶縁を改良するために、構造上の取り組みが幾つか存在している。
【特許文献１】国際公開第０２／１０１２３９Ａ１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
国際公開第０２／１０１２３９Ａ１号パンフレットに提案されている１つの吸入マフラには、マフラ内の冷媒ガス伝搬のための２つの音響室がデザインされている。特に、コンプレッサの外側の低温度ガスを直接受け取るマフラの第１の音響室は、マフラの第２の音響室により取り囲まれている。この構造は第１の音響室内の受け取られた低温度ガスに追加した熱絶縁を提供するものであり、なぜなら外部からの熱の流れが、第１の音響室内の低温度ガスに到達するために、第２の音響室の周囲の壁を通らなければならないためである。しかしながら、２つの音響室をデザインすることは、マフラの内部構造を複雑にし、またマフラの製造コストに悪影響を及ぼすマフラの大きさを増大させるものである。さらに、マフラの構造強度と信頼性が損なわれるおそれがある。
したがって、上記問題の少なくとも１つを解決しようとする冷却システム用構造を提供することの必要性が存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点によれば、冷却システム用コンプレッサ構造を提供するものであり、前記コンプレッサ構造は、圧縮シリンダ、圧縮されるべきガスを前記シリンダに導く吸入径路、及び圧縮されたガスを前記シリンダから導出する吐出径路、を具備し、前記コンプレッサ構造において、前記吸入径路、前記吐出径路、若しくはそれらの両方の少なくとも一つのコンポーネントが、前記少なくとも１つのコンポーネントの表面に断熱層を有する。
【０００９】
前記断熱層は前記コンポーネントの外側表面に形成されてもよい。
前記断熱層は前記コンポーネントの内側表面に形成されてもよい。
前記断熱層は前記表面に形成された被膜を有してもよい。
前記断熱層は熱絶縁材料を含んでもよい。
前記熱絶縁材料は、ＡｌＯ、ＺｒＯ、及びＡｌ２Ｏ３のセラミック材料で構成された群の１つ若しくはそれ以上を含んでもよい。
前記コンポーネントは吸入マフラ又はシリンダヘッドを具備してもよい。
被膜が、前記シリンダヘッドの吸入プレナム、吐出プレナム、若しくはそれらの両方の内側表面に形成されてもよい。
被膜が前記吸入マフラの外側表面に形成されてもよい。
前記断熱層は前記コンポーネントの多重壁構造の隣接する壁の間に空気層を具備してもよい。
前記コンポーネントは吸入マフラを具備してもよい。
【００１０】
本発明の第２の観点によれば、冷却システム用コンプレッサ構造の吸入径路、吐出径路、若しくはそれらの両方を一体化するためのコンポーネントであって、前記コンポーネントが前記コンポーネントの表面に断熱層を有する。
前記断熱層は前記コンポーネントの外側表面に形成されてもよい。
前記断熱層は前記コンポーネントの内側表面に形成されてもよい。
前記断熱層は前記表面に形成された被膜を有してもよい。
前記断熱層は熱絶縁材料を含んでもよい。
前記熱絶縁材料は、ＡｌＯ、ＺｒＯ、及びＡｌ２Ｏ３のセラミック材料で構成された群の１つ若しくはそれ以上を含んでもよい。
前記コンポーネントは吸入マフラ又はシリンダヘッドを具備してもよい。
被膜が、前記シリンダヘッドの吸入プレナム、吐出プレナム、若しくはそれらの両方の内側表面に形成されてもよい。
被膜が前記吸入マフラの外側表面に形成されてもよい。
前記断熱層は前記コンポーネントの多重壁構造の隣接する壁の間に空気層を具備してもよい。
前記コンポーネントは、吸入マフラを具備してもよい。
【００１１】
本発明の第３の観点によれば、冷却システム用コンプレッサ構造を製造する方法を提供するものであり、前記方法は、圧縮シリンダを提供すること、圧縮されるべきガスを前記シリンダへ導く吸入径路を提供すること、圧縮されたガスを前記シリンダから導出する吐出径路を提供すること、及び前記吸入径路、前記吐出径路、若しくはそれらの両方の少なくとも１つの表面に断熱層を形成すること、有している。
本発明の実施例は、例示のみを目的として以下に記載された明細書、及び図面から当業者に十分に理解され直ちに明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１には、密閉型ガス圧縮冷蔵庫のためのコンプレッサ１００の内部が、コンプレッサ１００の内部の冷媒ガスの移動径路に沿った冷媒ガスの温度分布を示すために表されている。コンプレッサ１００は、吸入口配管１０２、吸入マフラ１０４、及びシリンダヘッド１０８を具備している。吸入マフラ１０４はコンプレッサ１００の容器１０６の内部に配置されている。吸入マフラ１０４は、シリンダヘッド１０８に接続されており、このシリンダヘッド１０８はその内部に吸入プレナム（吸入室）１１６と吐出プレナム（吐出室）１１４を有している。吐出プレナム１１４が高温度で圧縮されたガスをシリンダ室（隠れている）から受け取る間、吸入プレナム１１６は低温度でガスを受け取っている。吸入プレナム１１６と吐出プレナム１１４は、吸入バルブと吐出バルブ（図示無し）を介してシリンダ室（隠れている）にそれぞれ接続されている。吐出プレナム１１４は、冷却システムのための高温度で圧縮されたガスを吐出するためのマフラカバー吐出部１１０と吐出径路１１２を介してコンプレッサ１００の吐出配管１１８にさらに接続されている。
【００１３】
コンプレッサ１００の内部の移動径路に沿って、最初に、低温度冷媒ガスが吸入口配管１０２を介して直接的若しくは間接的に吸入マフラ１０４に吸い込まれる。容器１０６に入る吸入口配管１０２の入り口（第１のポイント）において、ガスはコンプレッサ容器１０６の内側の最低温度、代表値で約４８度Ｃを有している。ガスがマフラ１０４にさらに吸い込まれるとき、その周りの影響を受けて更に加熱され、マフラ１０４の入口（第２のポイント）において、代表値で約５３．９度Ｃとなる。マフラ１０４の内側において、ガス温度は、シリンダヘッド１０８に到達する前に、代表値で約６２．４度Ｃにさらに上昇する。吸入マフラ１０４とシリンダヘッド１０８を連結しているコンジットテイル管１２０の内部において、ガスは、代表値で約６４．６度Ｃに上昇する（第５のポイント）。ガスがシリンダヘッド１０８の吸入プレナム１１６に達する移動径路を更に下降すると、ガスの温度は、代表値で約７４．５度Ｃとなる（第６のポイント）。そこで、ガスは、シリンダ室（隠れている）内で圧縮されるように吸入バルブ（図示無し）を介して吸い込まれる。圧縮されたガスは、吐出バルブ（図示無し）を介して吐出され、そしてシリンダヘッド１０８の吐出プレナム１１４に入る。吐出プレナム１１４の内部において、圧縮されたガスの温度は、代表値で約１３２．６度Ｃである（第７のポイント）。シリンダヘッド１０８を離れるときにおいて、ガスはクールダウンが始まる。マフラカバー吐出部１１０と吐出径路１１２、及びコンプレッサ１００の吐出配管１１８を介する下流径路に沿って、高温度で高圧力のガスは、吐出配管が容器１０６から導出する所（第１１のポイント）で、代表値で、約１０１．９度Ｃに冷やされる。
【００１４】
隣接する吸入と吐出プレナム１１６，１１４の間でガスは大きな温度差を有していることは明らかである。吐出プレナム１１４内に含まれる高温度のガスは、圧縮前の吸入プレナム１１６の中の低温度の吸入冷媒ガスにおける温度上昇に大きく寄与する熱源を構成することは、出願人により確認されている。吸入冷媒ガス温度における上昇は、冷媒ガスの特定の体積の増大をもたらし、冷媒ガスの質量流量率を減少させ、そしてさらにはそれが冷却性能の低下のせいでコンプレッサ効率の低下に導いている。また、吸入冷媒ガス温度における全体の上昇に更に寄与する吸入プレナム１１６に入口配管１０２からマフラ１０４を介してガスが移動するので、吐出プレナム１１４における高温度の圧縮されたガス、並びにコンプレッサ１００内の他の熱源は、吸入ガスにおける全体の温度上昇に寄与することが、知られている。
【００１５】
図２には、シリンダヘッド２００が、その内部構造を示すように表されている。シリンダヘッド２００は概ね丸まった４つのコーナを有する矩形形状である。４つのコーナにおいて、等しいサイズの４つの開口２０２ａ〜ｄがコンプレッサのシリンダ本体（図示無し）を有するシリンダヘッドをボルト締めするために設けられている。シリンダヘッド２００のリム２１２にある、ピンバルブガイド（図示無し）のための２つの位置合わせ孔２０８．２１０は、ボルト締めにおいてシリンダヘッド２００をシリンダ本体（図示無し）に結合するためのバルブプレートアセンブリ（図示無し）ための基準ガイドを提供している。取り囲んでいるリムの内部には、吐出プレナム２０６が吸入プレナム２０４を部分的に取り囲んでいる。吐出プレナム２０６及び／又は吸入プレナム２０４の両方又はいずれかは、シリンダヘッド２００の材料により提供された断熱部分にさらに追加して断熱層を設けることによって、熱絶縁のためのそれらの内部表面に熱絶縁材料の、図２において網目の形状で示した、それぞれの層で被覆されている。例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ、ジルコンが、溶射（例えば、フレーム、プラズマ、アークを使用する）、又は真空メッキを使用して断熱層を形成するために用いられる。隣接する吐出プレナム２０６の内側の圧縮された高温度ガスの存在により、受け取った低温度ガスが加熱される可能性を少なくするように、熱絶縁材料の層を用いて、２つのプレナム２０６，２０４の間で耐熱性が増大されている。さらに、また、コンプレッサの容器内部の他の熱源、例えばシリンダ本体自身からの熱が、圧縮される前の吸入プレナム２０４の内側のガス温度を徐々に上昇することを防いでいる。
【００１６】
図３には、他のシリンダヘッド３００がその内部構造を示すように表されている。また、概ね矩形状のシリンダヘッド３００は、その４つのコーナに配置された４つのボルト締め用開口３０２ａ〜ｄを有している。また、シールのために設けられたリム３１２があり、そしてバルブプレートアセンブリ（図示無し）のための基準ガイドを提供している、ピンバルブガイド（図示無し）のための２つの位置合わせ孔３０８，３１０は、位置合わせにおいてシリンダ３００をシリンダ本体（図示無し）に位置決めするために形成されている。シリンダヘッド３００の内側において、吐出プレナム３０６だけが、シリンダヘッド３００の材料により提供された断熱部分にさらに追加して断熱層を形成するように、熱絶縁材料の、網目の形状で示された、層でその内部表面を被覆されている。吐出プレナムは、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＯ又はＺｒＯ、若しくは他の熱絶縁材料の層で被覆されてもよい。代替の実施例においては、吸入プレナムがその内部表面を熱絶縁材料で被覆されてもよいことは理解されるであろう。
【００１７】
追加的に、又は代替的には、断熱層をシリンダヘッドの外側表面に形成してもよい。
【００１８】
図４ａ−ｃには、吸入マフラ４００が示されている。マフラ４００の外部表面４０２は、マフラ４００の材料に追加して断熱層を形成するように、網目の形状で示された、熱絶縁材料ＡｌＯの層で被覆されている。外部熱がマフラ４００の内部に伝導されることから防止され、そしてマフラ４００に接続された吸入プレナムで受け取ったガスが低温度を維持できるように、熱絶縁材料の層がマフラ４００の耐熱性を増大させている。代替的には、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ、又は他のセラミックを基本とした材料、若しくは他の熱絶縁材料が被膜のために用いられるであろう。
【００１９】
代わりの実施例において、断熱層は、多重壁のデザインを持つ吸入マフラの中に空気層の形で提供されてもよく、例えば、マフラを通過したガスのより良い熱絶縁性を達成するために、２重壁の間に空隙を持つ２重壁デザインでもよい。空隙は、２重に仕切られた壁の壁材料に追加して断熱層を提供するものである。２重壁デザインのマフラは、例えばプラスチック材料から形成されるであろう。外面被膜は、マフラデザインのための追加の断熱層を提供するために、そのような実施例において追加的に提供されるものであろう。２重壁の構造は、多ショットモルディング、インサートモルディング、コインジェクションモルディング、又は他の好適な技術により形成されるであろう。
【００２０】
図２−４を参照して上記に述べた実施例は、コンプレッサ構造内の吸入ガス温度が低減されるように、コンプレッサのコンポーネントが形成されるそれぞれの材料により提供された断熱に追加する１つ若しくはそれ以上の断熱層が、熱絶縁を改善できるという、コンプレッサ構造を提供することができる。吸入ガス温度の低減がその特定の体積を縮小し、冷媒の質量流量率を上昇させるので、これは冷却性能における上昇により改良されたコンプレッサ効率に導くことができる。コンプレッサの要素が有利に形成される材料により形成された断熱層に追加して、１つ若しくはそれ以上の断熱層を提供することは、一方でコンポーネントを形成する材料を独立して選択でき、及び他方では選択される追加の断熱層の形式を独立して選択できるため、熱絶縁の最適化を増大させている。したがって、前述の実施例は、一方で熱絶縁性能を独立して最適化するようにデザインを選択することができるであろうし、他方で構造上の設計とコンポーネントの整合性を改良することができるであろう。
【００２１】
各種の変形及び／又は改良が本発明の精神又は範囲から逸脱することなく具体的な実施例において示された本発明になされ得るものであることは、当業者により理解されるであろう。それ故、本実施例はあらゆる点で例示的であり、そして限定的でないように考慮されるべきである。
【００２２】
さらに、１つのシリンダヘッドと１つの吸入マフラの実施例を説明したが、異なる実施例において、断熱層をコンプレッサ構造の他のコンポーネントに設けてもよく、例えばコンプレッサ構造のパイプ又はコンジット要素の他のコンポーネントの各材料により形成された断熱層に追加して設けられることが、理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】往復式コンプレッサ内の冷媒ガス径路の温度分布を示す模式図
【図２】セラミック熱絶縁材料の層で被覆された吸入及び吐出プレナムの両方を有するシリンダヘッドの概略的な等角図
【図３】吐出プレナムを有するシリンダヘッドの概略的な等角図
【図４】熱絶縁材料で被覆された外側表面を有する吸入マフラを示す図であり、（ａ）はマフラの正面図、（ｂ）はマフラの側面図、そして（ｃ）はマフラの概略的な等角図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2008538231.tif 000007
2008538231.tif 000008
2008538231.tif 000009