(57)【要約】  本発明は、内部冷却システムを備えた冷凍コンプレッサに関する。該コンプレッサは、コンプレッサ枠体（１）を具備し、圧縮シリンダ（２，３）と、シリンダ内部を往復運動するピストンと、コンプレッサ枠体の下方部分における油蓄積領域（５）と、概ね鉛直方向に向いた回転シャフトを具備するとともにピストン駆動カム（７）に取り付けられた上方端を有するピストン駆動手段とがコンプレッサ枠体（１）の内部に配置されている。コンプレッサは、シャフト（４）から進入し、カム（７）によって放出された油を収集する手段を枠体（１）の上方部分に具備する。この蓄積された油は、圧縮シリンダ（２，３）の上方に排出されて圧縮シリンダ（２，３）を冷却し、コンプレッサの効率を向上させる。
2011528076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部冷却システムを備えた冷凍コンプレッサであって、コンプレッサ枠体を具備し、
シリンダ本体（３）およびシリンダヘッド（２）を有する圧縮シリンダと、
前記シリンダ内部を往復運動するピストン（１２）と、
前記コンプレッサ枠体の下方部分における油蓄積領域（５）と、
前記シリンダ内部において前記ピストンを往復運動させるピストン駆動手段と、
前記油蓄積領域（５）から前記ピストン駆動手段の上方まで油を汲み上げる油汲上げ手段とを前記コンプレッサ枠体の内部に具備する冷凍コンプレッサにおいて、
前記コンプレッサ枠体（１）がその内部の上方部分に配置された油溜り（８）を具備し、該油溜りが前記シリンダの表面に向けられた油排出部（９）を具備することを特徴とする、冷凍コンプレッサ。
【請求項２】
前記油溜り（８）が前記コンプレッサ枠体（１）の全内周周りに延在することを特徴とする、請求項１に記載の内部冷却システムを備えた冷凍コンプレッサ。
【請求項３】
前記油溜りの油排出部（９）は、油を前記シリンダ本体（２）にこぼれ出させるように向いていることを特徴とする、請求項１または２に記載の内部冷却システムを備えた冷凍コンプレッサ。
【請求項４】
前記コンプレッサ枠体（１）がカバー（６）を具備し、前記油溜り（８）が該カバーの領域に形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の内部冷却システムを備えた冷凍コンプレッサ。
【請求項５】
前記油溜まりが前記カバー（６）と一体的に形成されることを特徴とする、請求項４に記載の内部冷却システムを備えた冷凍コンプレッサ。
【請求項６】
前記油溜り（８）が前記コンプレッサ枠体（１）と一体的に形成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の内部冷却システムを備えた冷凍コンプレッサ。
【請求項７】
前記油溜りが、前記コンプレッサ枠体（１）の一部を製造する際にスタンピング加工によって形成されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の内部冷却システムを備えた冷凍コンプレッサ。
【請求項８】
前記油溜りが前記コンプレッサ枠体の一部に連結された付加的部品として構築されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の内部冷却システムを備えた冷凍コンプレッサ。
【請求項９】
前記ピストン駆動手段が概ね鉛直方向を向いた回転シャフト（４）を具備し、該回転シャフト（４）はピストン駆動カム（７）に取り付けられた上方端を有し、汲み上げられた油が前記ピストン駆動カム（７）を通って前記ピストン駆動手段に放出されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の内部冷却システムを備えた冷凍コンプレッサ。
【請求項１０】
前記油溜りが油収集領域（１１）を具備し、前記ピストン駆動手段によって放出された油の少なくとも一部を該油収集領域（１１）に収集することを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の内部冷却システムを備えた冷凍コンプレッサ。
【請求項１１】
前記油収集領域（１１）は、収集された油が前記油溜り（８）から排出（９）されるように流出可能な幾何学形状を有することを特徴とする、請求項１０に記載の内部冷却システムを備えた冷凍コンプレッサ。
【請求項１２】
前記油溜り（８）に配置された油冷却デバイスをさらに具備することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の内部冷却システムを備えた冷凍コンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復運動を伴う気密の冷凍コンプレッサにおいて、カムを介した駆動シャフトによって放出された油を収集する収集手段をコンプレッサ枠体の上方部分に具備する、冷凍コンプレッサに関する。蓄積された油は、コンプレッサブロックの或る特定の部品を冷却するために使用され、コンプレッサの効率を増大するようになっている。その後、油はコンプレッサの底部に戻される。
【背景技術】
【０００２】
冷凍コンプレッサの性能を向上させる試みはますます一般的になっており、その主たる目的はエネルギ消費を低減することにある。コンプレッサの損失の大部分が、コンプレッサ入口からコンプレッサのシリンダの入口までの経路におけるガスの過熱によるものであることは公知である。コンプレッサの性能を下げる別の要因は、シリンダの高い稼働温度に起因する非効率なガスの圧縮である。
【０００３】
したがって、コンプレッサの効率向上を図って、シリンダの温度低減に着目した発想および解決策が開発されている。この目的のための異なる手法は、先行して開示された特許文献に見られる。
【０００４】
例えば特許文献１は、シリンダ加熱源を隔離する概念を採用している。同文献によれば、離間ダクトがバルブプレートに形成されるとともに放出チャンバの内部に対して開放していて、バルブプレートから離間されたコンプレッサのシリンダカバーを維持するとともに、環状のプレナムを前記離間ダクトの周りに形成している。したがって、シリンダカバーからバルブプレートへの熱伝達が低減され、最終的にコンプレッサチャンバ領域におけるシリンダの加熱を低減して、コンプレッサの効率を向上させている。
【０００５】
特許文献２は、コンプレッサの効率を向上するための別の解決策を提案しており、熱管を用いて、シリンダに接触する高温部品から熱を除去している。同文献は、熱放散システムを備えた気密のコンプレッサを提案しており、このシステムにおいて、熱エネルギ伝達ダクトがシリンダブロックに取り付けられていて、ダクトは一方に吸熱端部を有し、他方の放熱端部はシリンダブロックから離れて配置されている。これは、シリンダ内における冷却流体の圧縮によって発生した熱を吸収するため、およびその熱をシリンダから離れた領域に放散するためであり、このようにしてシリンダの温度を低減し、かつコンプレッサの効率を向上している。
シリンダの温度を低減するための別の採りうる代替案は、コンプレッサの潤滑油を冷却手段として最大限利用することである。現在、油の主な機能は部品の信頼性および耐久性を保証するためにコンプレッサの機構を潤滑化することである。
【０００６】
シリンダの冷却を目的とした油の使用に基づいて、特許文献３が挙げられる。同文献において、発明者らは、シャフトの出口延長部およびシリンダヘッドの偏向器の採用を提案しており、これらは、油の流れをシャフトの出口延長部からシリンダヘッドに向かわせてシリンダを冷却する目的のためである。このシリンダの延長部はオリフィスを備えていて、このオリフィスを通って油がシリンダヘッドの偏向器に向かって水平方向に噴射され（slung）、その一方でこの延長部が回転する。また、この偏向器は、油が噴射される高さと略等しい高さにおいてオリフィスを備えていて、この油をシリンダヘッドに流してシリンダを冷却している。さらに、この発明は、油の減量を可能にしていて沸騰および本質的な特性の損失を防いでいる。
【０００７】
発明者らは、発明の目的として、シリンダの温度を低減すること、およびより信頼性のあるコンプレッサを提供することを提示する。なぜなら、より良く冷却されたシリンダは、この構成要素の内方領域において見られる油の過熱のリスクを低減し、したがって、コンプレッサを損傷させる残留物を発生しかねない、起こりうる油の炭化の問題を防ぐからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２００７／０６８０７２号
【特許文献２】国際公開第２００７／０１４４４３号
【特許文献３】米国特許第４５６９６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、気密の冷凍コンプレッサの効率を向上し、コンプレッサのシリンダ周りの油の流れを最大化すると同時に、シリンダの稼働温度を低減することにある。
本発明の別の目的は、圧縮ガスの過熱を減らし、さらなるコンプレッサの効率向上の促進に寄与することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、内部冷却システムを備えた冷凍コンプレッサによって達成される。コンプレッサはコンプレッサ枠体を具備していて、その内部には、シリンダ本体およびシリンダヘッドを有する圧縮シリンダと、シリンダ内を往復運動するピストンと、コンプレッサ枠体の下方部分における油蓄積領域と、シリンダ内においてピストンを往復運動させるピストン駆動手段と、油蓄積領域からピストン駆動手段に油を汲み上げるための汲上げ手段とが配置されている。コンプレッサ枠体は、その内部の上方部分に配置された油溜りを具備していて、この油溜りはシリンダ表面に向けられた油排出部を備えている。
【００１１】
好ましくは、油溜りは枠体の全内周の周りに延在し、油排出部は、油溜りからシリンダ本体に油をこぼれ出させるようになっている。
コンプレッサ枠体はカバーを具備していてもよく、油溜りはこのカバーの領域に形成されるとともに、カバーと一体的に形成可能であり、またはコンプレッサ枠体と一体的に形成可能であり、或いはコンプレッサ枠体の一部と連結された付加的な部品として形成可能である。油溜りは、コンプレッサ枠体の一部の製造工程においてスタンピング加工によって形成可能である。
【００１２】
ピストン駆動手段は概ね鉛直方向に向けられた回転シャフトを具備し、回転シャフトはピストン駆動カムに取り付けられた上方端を有し、汲み上げた油をピストン駆動手段の上方に放出する。油溜りは、好ましくはピストン駆動手段によって放出される油の少なくとも一部が収集される油収集領域を具備し、この油収集領域は、収集された油が油溜りから排出されるように流出可能な幾何学形状を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る内部冷却システムを備えていない従来技術の冷凍コンプレッサの断面図である。
【図２】内部冷却システムを備えた、本発明に係る冷凍コンプレッサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで、図面に表された実施形態の例に基づいて本発明のさらなる詳細について説明する。
図１は、単に本発明と比較する目的で従来技術のコンプレッサを示している。往復運動を伴う、気密の冷凍コンプレッサタイプであるこのコンプレッサは、本発明に係る内部冷却システムを備えていない。このコンプレッサは枠体１の内部に配置されている。コンプレッサは、シリンダ本体３およびシリンダヘッド２を有するシリンダと、このシリンダ内部を往復運動するピストンとを具備している。コンプレッサ枠体の下方部分において、油蓄積領域５が油井の形態をなして形成されている。この油蓄積領域に蓄積する油は、本来はコンプレッサ部品を潤滑にして部品間の摩耗を低減し、コンプレッサの耐久性を高める目的を有している。
【００１５】
また、この従来技術の冷凍コンプレッサはピストン駆動手段を備えていて、このピストン駆動手段は、シリンダ内部におけるピストンの往復運動の駆動、および圧縮流体の圧縮を担っている。駆動手段は通常ロータおよびステータを具備し、これらが回転シャフト４を回転運動させている。この回転シャフトは、コンプレッサ枠体に対して概ね鉛直方向に向いており、回転シャフトの下方端１３が油井に浸漬されるとともに、回転シャフトの反対の上方端がピストン運動を駆動するカム７に取り付けられるように配置されている。
【００１６】
したがって、コンプレッサを作動させたとき、回転シャフト４がコンプレッサ内部において回転して、オイルポンプが、油蓄積領域５に蓄積された油をピストン駆動手段、特に回転シャフト４の周りに向かって上方に汲み上げる。これによって、また回転カム７にもよって、最終的に油１４の一部が回転シャフトの上方部分に噴射される（slung to the upper part of the shaft）ようになっている。図１において矢印で示されるように、この部分の油は、コンプレッサ枠体１の上面またはコンプレッサのカバー６の内面に向いた上方と、コンプレッサ枠体の上方領域の内壁面に向いた側方とに向けられている。コンプレッサブロックと枠体の上面との間に形成される領域周りのカムの上方に放出された油の別の部分は、再び降下してコンプレッサブロックに亘って全体として流れる。
【００１７】
したがって、コンプレッサ枠体１の上面に向かって噴射された油１４の大部分は、最終的にこの上面またはカバー６の端部に向かって流れ、それから枠体の側壁面を下方に流れて、油がコンプレッサ枠体１と熱交換を行う場所である油蓄積領域５に再び降下する。シリンダ上方に集中して放出された油が最適化されて、コンプレッサのこの部分を特に冷却する。
【００１８】
しかしながら、実験的分析は、コンプレッサ（カーター（carter）とも称する）の底部において油蓄積領域５に存在する油と、圧縮シリンダとの間には顕著な温度差があり、油は圧縮シリンダよりも顕著に冷たいことを示唆している。したがって、シリンダ周りの油の流れを最大化してシリンダ表面から熱を回収することが可能であれば、シリンダの温度を低減する余地があることになる。より良く冷却されたシリンダは、圧縮処理の効率を向上させるとともに吸入時のガスの過熱を低減する。このことは、コンプレッサの効率向上を直接的に反映するものである。この点に鑑み、本発明は、シリンダを冷却するためにシリンダにおける油の流れを最大化することを提案する。
【００１９】
図２は、内部冷却システムを備えた本発明に係るコンプレッサを示している。このコンプレッサは、従来技術に係るコンプレッサとして説明したものと同じ部品を具備している。つまり、枠体１の内部にはコンプレッサが配置され、シリンダはシリンダ本体３およびシリンダヘッド２を有し、ピストン１２はシリンダ内部を往復運動する。また、油蓄積領域５がコンプレッサ枠体１の下方部分に形成されている。
【００２０】
本発明に係る冷凍コンプレッサはピストン駆動手段を具備しており、このピストン駆動手段は、シリンダ内部においてピストンを往復運動させるとともに、コンプレッサ枠体に対して概ね鉛直方向に向けられた回転シャフト４を駆動する、例えばモータおよびステータを具備している。シャフトの下方端１３は油井に浸漬されている一方、反対の上方端はピストンを運動させるカム７に取り付けられている。また、このコンプレッサはポンプシステムを備えていて、このポンプシステムは、油蓄積領域５に蓄積された油をピストン駆動手段に向かって、特に回転シャフト４の周りに向かって上方に汲み上げるものであり、コンプレッサを作動させたとき、図２において矢印により示されるように、コンプレッサ枠体１内部の上面またはコンプレッサのカバー６に向いた上方と、コンプレッサ枠体の上方領域の内壁面に向いた側方とに向けて、一部の油が放出される。コンプレッサブロックと枠体の上面との間に形成される領域周りのカムによって放出された別の部分の油は、再び降下してコンプレッサブロックに亘って全体として流れる。
【００２１】
また、図２に示されたコンプレッサは、コンプレッサ枠体内部の上方部分に配置された油溜り８を具備している。油溜り８は、油収集領域１１および油排出部９を具備していて、油排出部９はシリンダ表面に油がこぼれ出るように向けられている。したがって、シリンダの温度より顕著に低い温度を有する油溜り８に蓄積された油は、シリンダ表面、好ましくはシリンダ本体３の表面を流れるように排出されて、シリンダを冷却するようになっている。この流出の後、油は、油がコンプレッサ枠体１と熱交換を行う場所である、コンプレッサ枠体の下方部分に位置する油蓄積領域５に再び戻る。
【００２２】
このように、シリンダを流れる油が顕著に増大しており、従来技術においては枠体の底部に位置する油蓄積領域５に通常直接流れていた、その分の潤滑油によってシリンダの冷却能力が最大化されている。
【００２３】
油溜りは、好ましくはコンプレッサ枠体の全内周の周りに延在し、例えばコンプレッサ枠体の内壁から中心に向かって延在するとともに内方端から鉛直方向上方に延在する縁部１０を有する周方翼部（circumferential wing）として形成されうる。周方翼部に形成されるとともに縁部１０によって区画された領域は、油収集領域１１を形成している。したがって、カム７からコンプレッサ枠体１の上面に放出された油１４は、油溜り８を降下ないし流下して油収集領域１１に蓄積されていて、鉛直方向の縁部１０によって油溜り８から漏出しないようになっている。コンプレッサブロックと枠体の上面との間に形成された領域周りのカムによって放出された一部の油１４もまた油溜り８によって収集可能になっている。
【００２４】
図２に示されるように、圧縮シリンダ上方の位置において、油排出部９が、例えば油溜り８の端部から下方に傾斜した翼形状をなして構築されており、これにより排出部９が、油をシリンダ表面にこぼれ出させるように向けられていて、好ましくはシリンダ本体の表面にこぼれ出させるように向けられている。或いは、排出部は、油溜り８の表面または縁部に形成された穴の形態をなして構築されていてもよく、或いは油溜り８に蓄積された油をコンプレッサのシリンダ表面に排出可能な任意の形態をなして構築されていてもよい。油収集領域１１は、好ましくは収集された油の流出を可能にし、または容易にして油溜りから排出９するような幾何学形状に成形されていて、例えば水平方向の周方翼部を備えており、この周方翼部は排出領域９に向かって僅かに下方に傾斜していてもよい。
【００２５】
本発明の実施形態において、コンプレッサ枠体は、図２に示されたように好ましくはその上方部分にカバーを備えている。したがって、油溜り８は、このカバー６の領域に直接形成可能であるし、付加的部品の形態をなしてカバー６に取り付けてもよいし、カバー６と一体的に連結された単一の部品の形態をなして形成されてもよい。
或いは、油溜り８は、コンプレッサ枠体１に対してその上方領域に直接取り付けられた付加的部品として形成可能であるし、またはこの枠体の他の任意の部分に固定されて、例えば枠体の側壁に固定されて形成されてもよい。本発明の別の実施形態において、油溜り８はコンプレッサ枠体と一体的に連結して形成される。
油溜り８がコンプレッサ枠体１の任意の部分と一体的に連結して構築されているとき、カバー６または枠体本体の他の部分と一体的に連結して構築されているときには、その製造時に、これらの部分のスタンピング処理において付加的な工程を加えることによってこの油溜まりを形成できる。
【００２６】
さらに、図示されていない本発明の別の代替的な実施形態において、コンプレッサは上方の油溜り８に配置された油冷却デバイスを具備していてもよい。この油冷却デバイスは、油がシリンダに降下する前に油溜りに蓄積された油を冷却可能になっていて、シリンダ温度の低減を促進する。この冷却デバイスは、熱交換器、熱管その他の油を冷却する冷却手段の形態をなしうる。
【００２７】
好適な実施形態の例を説明したが、本発明の範囲は他の潜在的な変種をも包含するのであって、本願に添付された特許請求の範囲によってのみ制限され、採用しうる他の均等物も本発明の範囲に含まれることを理解されたい。
【図１】
2011528076.tif 000003
【図２】
2011528076.tif 000004
【国際調査報告】
2011528076.tif 000005
2011528076.tif 000006
2011528076.tif 000007