(57)【要約】  圧縮機は、圧縮機構と、吐出弁とを備える。吐出弁は、圧縮機構に固定される固定部と、圧縮機構の空間（７２）で圧縮された冷媒を吐出するための吐出口（７３）を開閉自在に閉塞する先端部と、固定部と先端部とをつなぎ、先端部とともに吐出口（７３）を開閉自在に閉塞する中間部とからなる。圧縮機構の吐出弁の中間部に対向する位置における吐出口（７３）の開口領域の幅ａは、圧縮機構の吐出弁の先端部に対向する位置における吐出口（７３）の開口領域の幅ｂよりも小さい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮するための空間と、前記空間で圧縮された冷媒を吐出するための吐出口とが形成された圧縮機構と、
前記圧縮機構に固定される固定部と、前記吐出口を開閉自在に閉塞する先端部と、前記固定部と前記先端部とをつなぎ、前記先端部とともに前記吐出口を開閉自在に閉塞する中間部とからなる吐出弁と
を備え、
前記圧縮機構の前記中間部に対向する位置における前記吐出口の開口領域の幅が、前記圧縮機構の前記先端部に対向する位置における前記吐出口の開口領域の幅よりも小さい圧縮機。
【請求項２】
前記圧縮機構の前記中間部に対向する位置における前記吐出口の開口領域が、前記圧縮機構の前記固定部に対向する位置に向かって徐々に狭くなる請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記吐出口の開口領域は、直径の異なる２つの円が前記２つの円の両方に接点を有する２つの線でつながった形状を持つ請求項１又は２に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記圧縮機構は、外周よりも外側に前記空間が形成され、偏心回転するリング状のピストンと、前記ピストンの回転位置に応じた割合で前記空間を低圧の吸入室と高圧の圧縮室とに仕切るベーンとを有し、
前記吐出口の開口領域は、一部が、前記空間の全体が前記吸入室となる回転位置にあるときの前記ピストンの内周と同心の円弧状に湾曲した形状を持つ請求項１又は２に記載の圧縮機。
【請求項５】
前記吐出口の開口領域は、直径の異なる２つの円が前記２つの円の両方に接点を有する２つの線でつながった形状を持ち、前記２つの線の一方が、前記空間の全体が前記吸入室となる回転位置にあるときの前記ピストンの内周と同心の円弧である請求項４に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記圧縮機構は、さらに、内周よりも内側に前記空間が形成されるシリンダと、前記吐出口及び円形の締結穴が形成され、前記締結穴に挿入される締結具によって前記シリンダに固定され、前記ピストンの回転軸を支持する軸受けとを有し、
前記吐出口の開口領域は、他の一部が前記締結穴の円周と同心の円弧状に湾曲した形状を持つ請求項４に記載の圧縮機。
【請求項７】
前記吐出口の開口領域は、直径の異なる２つの円が前記２つの円の両方に接点を有する２つの線でつながった形状を持ち、前記２つの線の一方が、前記空間の全体が前記吸入室となる回転位置にあるときの前記ピストンの内周と同心の円弧であり、前記２つの線の他方が前記締結穴の円周と同心の円弧である請求項６に記載の圧縮機。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の圧縮機が接続され、冷媒が循環する冷媒回路
を備える冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機及び冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
密閉型ロータリ圧縮機は、密閉容器と、密閉容器内の下部に収納される圧縮機構と、密閉容器内の上部に収納され、圧縮機構を駆動する電動機とを備える。圧縮機構は、円筒状のシリンダと、シリンダの上下端を閉塞する軸受けと、シリンダに収容されるリング状のピストンとを備える。軸受けは、電動機の回転力を圧縮機構に伝達するクランク軸を支持する。軸受けには、圧縮ガスを吐出するための吐出口が設けられる。ピストンは、クランク軸の偏心部に嵌められる。【０００３】
従来、軸受けの吐出口を長円状とした密閉型ロータリ圧縮機がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１４０９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
密閉型ロータリ圧縮機では、クランク軸が電動機の回転子の回転に同期して回転することで、ピストンが偏心回転し、シリンダ内の圧縮室の容積が変化する。圧縮室の容積変化に伴い、冷媒が圧縮室に吸入されて圧縮される。圧縮された冷媒は、軸受けの吐出口から吐出される。吐出された冷媒は、密閉容器の上部を通って、密閉容器の外部へ高圧冷媒として吐出される。【０００６】
このような密閉型ロータリ圧縮機において、軸受けの吐出口は、以下の条件を満たすように配置されることが望ましい。
・条件１：シリンダと軸受けとの締結に用いられる複数のボルト及びそれら複数のボルトが挿入される穴に吐出口が干渉しない。
・条件２：シリンダ内に圧縮室が形成される際に、ピストンの内周よりも内側の空間と吐出口とがつながらない。
・条件３：吐出口の面積が最適面積となる。【０００７】
条件１が満たされない場合、一部のボルトのみでシリンダと軸受けとが締結されることになり、圧縮機構の信頼性が低下する。【０００８】
条件２が満たされない場合、高圧冷媒がピストンの内側を通って低圧空間に流れ込むことになり、圧縮ロスが引き起こされる。【０００９】
条件３が満たされない場合、吐出口での流路抵抗が大きくなり、過圧縮が引き起こされる。その結果、圧縮動作の仕事量が増え、圧縮機構の性能が低下する。【００１０】
密閉型ロータリ圧縮機は、圧縮機構の信頼性を維持しつつ、圧縮機構の高効率化と小径の密閉容器での大容量化とを実現するために、シリンダが扁平化され、また、ピストンの偏心量が拡大される傾向にある。シリンダを扁平化したり、ピストンの偏心量を拡大したりしつつ、条件３を満たすには、吐出口を拡大する必要がある。しかし、吐出口を円形又は長円状としたまま拡大すると、ピストンとのシール長さが減り、条件２を満たすことが難しくなる。その結果、密閉型ロータリ圧縮機の効率性が低下する。吐出口の中心を外側方向に移動すれば、ピストンとのシール長さは確保できるが、条件１を満たすことが難しくなる。その結果、密閉型ロータリ圧縮機の信頼性が低下する。なお、「ピストンとのシール長さ」とは、吐出口とピストンの内周との間の距離のことである。【００１１】
また、大容量化によって冷媒の流量が増加すると、吐出口に取り付けられるバルブである吐出弁が破損する可能性が高まる。具体的には、吐出弁の上昇時に、吐出弁の一部に応力が集中したり、吐出弁の着座時に、衝撃応力の増加が起こったりすることで、吐出弁が破損するおそれがある。その結果、密閉型ロータリ圧縮機の信頼性が低下する。【００１２】
本発明は、圧縮機の信頼性及び効率性を維持しつつ、圧縮機の大容量化を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様に係る圧縮機は、
冷媒を圧縮するための空間と、前記空間で圧縮された冷媒を吐出するための吐出口とが形成された圧縮機構と、
前記圧縮機構に固定される固定部と、前記吐出口を開閉自在に閉塞する先端部と、前記固定部と前記先端部とをつなぎ、前記先端部とともに前記吐出口を開閉自在に閉塞する中間部とからなる吐出弁とを備える。
前記圧縮機構の前記中間部に対向する位置における前記吐出口の開口領域の幅は、前記圧縮機構の前記先端部に対向する位置における前記吐出口の開口領域の幅よりも小さい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、圧縮機構に形成される吐出口が、吐出弁の先端部だけでなく吐出弁の中間部によって閉塞されるほど大きいため、圧縮機の大容量化が可能となる。吐出口が吐出弁の中間部によって閉塞されるということは、吐出弁の一部への応力の集中、及び、吐出弁の着座時における衝撃応力の増加が抑えられ、吐出弁が破損しにくくなるということである。したがって、圧縮機の信頼性を維持できる。また、吐出口の開口領域の幅が、吐出弁の中間部によって閉塞される箇所で小さくなっているため、ピストンとのシール長さを確保できる。したがって、圧縮機の効率性も維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の回路図。
【図２】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の回路図。
【図３】実施の形態１に係る圧縮機の縦断面図。
【図４】実施の形態１に係る圧縮機の吐出弁の平面図。
【図５】実施の形態１に係る圧縮機の一部の横断面図。
【図６】実施の形態１に係る圧縮機のＡ−Ａ断面図。
【図７】実施の形態２に係る圧縮機の一部の横断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一又は相当する部分については、その説明を適宜省略又は簡略化する。また、実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「表」、「裏」といった配置や向き等は、説明の便宜上、そのように記しているだけであって、装置、器具、部品等の配置や向き等を限定するものではない。装置、器具、部品等の構成について、その材質、形状、大きさ等は、本発明の範囲内で適宜変更することができる。
【００１７】
実施の形態１．
本実施の形態に係る装置及び機器の構成、本実施の形態に係る機器の動作、本実施の形態の効果を順番に説明する。
【００１８】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１及び図２を参照して、本実施の形態に係る装置である冷凍サイクル装置１０の構成を説明する。
【００１９】
図１は、冷房運転時の冷媒回路１１を示している。図２は、暖房運転時の冷媒回路１１を示している。
【００２０】
冷凍サイクル装置１０は、本実施の形態では、空気調和機であるが、冷蔵庫、ヒートポンプサイクル装置といった空気調和機以外の装置であってもよい。
【００２１】
冷凍サイクル装置１０は、冷媒が循環する冷媒回路１１を備える。
【００２２】
冷媒回路１１には、圧縮機１２と、四方弁１３と、室外熱交換器である第１熱交換器１４と、膨張弁である膨張機構１５と、室内熱交換器である第２熱交換器１６とが接続される。圧縮機１２は、冷媒を圧縮する。四方弁１３は、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れる方向を切り換える。第１熱交換器１４は、冷房運転時には凝縮器として動作し、圧縮機１２により圧縮された冷媒を放熱させる。第１熱交換器１４は、暖房運転時には蒸発器として動作し、室外空気と膨張機構１５で膨張した冷媒との間で熱交換を行って冷媒を加熱する。膨張機構１５は、凝縮器で放熱した冷媒を膨張させる。第２熱交換器１６は、暖房運転時には凝縮器として動作し、圧縮機１２により圧縮された冷媒を放熱させる。第２熱交換器１６は、冷房運転時には蒸発器として動作し、室内空気と膨張機構１５で膨張した冷媒との間で熱交換を行って冷媒を加熱する。
【００２３】
冷凍サイクル装置１０は、さらに、制御装置１７を備える。
【００２４】
制御装置１７は、具体的には、マイクロコンピュータである。図１及び図２では、制御装置１７と圧縮機１２との接続しか示していないが、制御装置１７は、圧縮機１２だけでなく、冷媒回路１１に接続された各要素に接続される。制御装置１７は、各要素の状態を監視したり、制御したりする。
【００２５】
冷媒回路１１を循環する冷媒としては、Ｒ３２冷媒、Ｒ２９０（プロパン）冷媒、Ｒ４０７Ｃ冷媒、Ｒ４１０Ａ冷媒、Ｒ７４４（ＣＯ２）冷媒、Ｒ１２３４ｙｆ冷媒等、任意の冷媒を使用することができる。
【００２６】
図３を参照して、本実施の形態に係る機器である圧縮機１２の構成を説明する。
【００２７】
図３は、圧縮機１２の縦断面を示している。なお、図３において、断面を表すハッチングは省略している。
【００２８】
圧縮機１２は、本実施の形態では、２シリンダのロータリ圧縮機であるが、１シリンダのロータリ圧縮機、３シリンダ以上のロータリ圧縮機、或いは、スクロール圧縮機であってもよい。
【００２９】
圧縮機１２は、密閉容器２０と、圧縮機構３０と、電動機４０と、クランク軸５０と、吐出弁６０とを備える。
【００３０】
密閉容器２０には、冷媒を吸入するための吸入管２１と、冷媒を吐出するための吐出管２２とが取り付けられている。
【００３１】
圧縮機構３０は、密閉容器２０の内側に収納される。具体的には、圧縮機構３０は、密閉容器２０の内側下部に設置される。圧縮機構３０は、電動機４０によって駆動される。圧縮機構３０は、吸入管２１に吸入された冷媒を圧縮する。
【００３２】
電動機４０も、密閉容器２０の内側に収納される。具体的には、電動機４０は、密閉容器２０の内側上部に設置される。電動機４０は、本実施の形態では、集中巻のモータであるが、分布巻のモータであってもよい。
【００３３】
密閉容器２０の底部には、圧縮機構３０の各摺動部を潤滑するための冷凍機油が貯留される。冷凍機油は、クランク軸５０の回転に伴い、クランク軸５０の下部に設けられたオイルポンプによって汲み上げられ、圧縮機構３０の各摺動部へ供給される。冷凍機油としては、合成油であるＰＯＥ（ポリオールエステル）、ＰＶＥ（ポリビニルエーテル）、ＡＢ（アルキルベンゼン）等が使用される。
【００３４】
以下では、電動機４０の詳細を説明する。
【００３５】
電動機４０は、本実施の形態では、ブラシレスＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ・Ｃｕｒｒｅｎｔ）モータであるが、誘導電動機等、ブラシレスＤＣモータ以外のモータであってもよい。
【００３６】
電動機４０は、円筒状の固定子４１と、円柱状の回転子４２とを備える。
【００３７】
固定子４１は、密閉容器２０の内周面に接して固定される。回転子４２は、固定子４１の内側に０．３〜１．０ミリメートル程度の空隙を介して設置される。
【００３８】
固定子４１は、固定子鉄心４３と、巻線４４とを備える。固定子鉄心４３は、鉄を主成分とする、厚さが０．１〜１．５ミリメートルの複数枚の電磁鋼板を一定の形状に打ち抜き、軸方向に積層し、カシメ又は溶接等により固定して製作される。巻線４４は、固定子鉄心４３に絶縁部材を介して集中巻で巻かれている。巻線４４は、芯線と、芯線を覆う少なくとも１層の被膜とからなる。本実施の形態において、芯線の材質は、銅である。被膜の材質は、ＡＩ（アミドイミド）／ＥＩ（エステルイミド）である。絶縁部材の材質は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）である。なお、芯線の材質は、アルミニウムであってもよい。絶縁部材の材質は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、又は、フェノール樹脂であってもよい。巻線４４には、図示していないリード線の一端が接続されている。
【００３９】
回転子４２は、回転子鉄心４６と、図示していない永久磁石とを備える。回転子鉄心４６は、固定子鉄心４３と同じように、鉄を主成分とする、厚さが０．１〜１．５ミリメートルの複数枚の電磁鋼板を一定の形状に打ち抜き、軸方向に積層し、カシメ又は溶接等により固定して製作される。永久磁石は、回転子鉄心４６に形成される複数の挿入孔に挿入される。永久磁石は、磁極を形成する。永久磁石としては、フェライト磁石、又は、希土類磁石が使用される。
【００４０】
図示していないが、回転子鉄心４６の平面視中心には、クランク軸５０の主軸部５２が焼き嵌め又は圧入される軸孔が形成されている。回転子鉄心４６の軸孔の周囲には、軸方向に貫通する複数の貫通孔が形成されている。それぞれの貫通孔は、吐出マフラ３６から密閉容器２０内の空間へ放出されるガス冷媒の通路の１つとなる。
【００４１】
図示していないが、電動機４０が誘導電動機として構成される場合には、回転子鉄心４６に形成される複数のスロットにアルミニウム又は銅等で形成される導体が充填又は挿入される。そして、導体の両端をエンドリングで短絡したかご形巻線が形成される。
【００４２】
密閉容器２０の頂部には、インバータ装置等の外部電源と接続する端子２４が取り付けられている。端子２４は、具体的には、ガラス端子である。本実施の形態において、端子２４は、溶接により密閉容器２０に固定されている。端子２４には、前述したリード線の他端が接続される。これにより、端子２４と電動機４０の巻線４４とが電気的に接続される。
【００４３】
密閉容器２０の頂部には、軸方向両端が開口した吐出管２２が取り付けられている。圧縮機構３０から吐出されるガス冷媒は、密閉容器２０内の空間から吐出管２２を通って外部の冷媒回路１１へ吐出される。
【００４４】
以下では、図４を参照して、吐出弁６０の詳細を説明する。
【００４５】
吐出弁６０は、固定部６１と、中間部６２と、先端部６３とからなる。本実施の形態において、吐出弁６０は、長手状の板部材で一体成形されており、長手方向の一端部が固定部６１、長手方向の中央部が中間部６２、長手方向の他端部が先端部６３である。
【００４６】
固定部６１は、圧縮機構３０に固定される。本実施の形態では、固定部６１に貫通孔６４が設けられており、貫通孔６４に挿入されるネジ等の固定具によって固定部６１が圧縮機構３０に固定される。
【００４７】
中間部６２は、固定部６１と先端部６３とをつなぐ。本実施の形態において、中間部６２の幅ｘは、固定部６１の幅ｗよりも小さい。
【００４８】
先端部６３は、中間部６２とつながる部分である首部６５を有する。本実施の形態において、先端部６３の幅方向寸法は、中間部６２とつながる側から反対側に向かって徐々に大きくなり、途中から徐々に小さくなる。幅方向寸法が徐々に小さくなる部分は、平面視半円状である。この部分の直径の長さは、先端部６３の幅方向寸法の最大値、即ち、先端部６３の幅ｙと等しい。
【００４９】
以下では、図３のほかに、図５及び図６を参照して、圧縮機構３０の詳細を説明する。
【００５０】
図５は、圧縮機１２の一部の横断面を示している。なお、図５において、断面を表すハッチングは省略している。また、図５では、便宜上、締結具３７及び吐出弁６０等を省略し、圧縮機構３０の一部とクランク軸５０のみを示している。図６は、図５に示したＡ−Ａ線で圧縮機構３０を切断した場合の切断面を示している。なお、図６において、一部を除き、断面を表すハッチングは省略している。また、図６では、クランク軸５０も省略している。
【００５１】
圧縮機構３０には、冷媒回路１１からガス冷媒を吸入するための吸入口７１と、吸入口７１から吸入された冷媒を圧縮するための空間７２と、その空間７２で圧縮された冷媒を冷媒回路１１に吐出するための吐出口７３とが形成されている。
【００５２】
圧縮機構３０は、シリンダ３１と、ピストン３２と、ベーン３３と、主軸受け３４と、副軸受け３５とを有する。本実施の形態では、圧縮機１２が２シリンダのロータリ圧縮機であるため、シリンダ３１とピストン３２とベーン３３とが、それぞれ上部及び下部に１つずつある。
【００５３】
シリンダ３１の内周７５は、平面視円形である。シリンダ３１の内部には、平面視円形の空間であるシリンダ室７６が形成される。シリンダ３１は、軸方向両端が開口している。
【００５４】
シリンダ３１には、シリンダ室７６につながり、半径方向に延びるベーン溝７７が設けられる。図示していないが、ベーン溝７７の外側には、ベーン溝７７につながる平面視円形の空間である背圧室が形成される。
【００５５】
ピストン３２は、リング状である。よって、ピストン３２の内周７８及び外周７９は、平面視円形である。ピストン３２は、シリンダ室７６内で偏心回転する。ピストン３２は、ピストン３２の回転軸となるクランク軸５０の偏心軸部５１に摺動自在に嵌められる。
【００５６】
ベーン３３は、先端が丸まった板状である。ベーン３３は、シリンダ３１のベーン溝７７内に設置される。ベーン３３は、背圧室に設けられるベーンスプリングによって常にピストン３２に押し付けられている。密閉容器２０内が高圧であるため、圧縮機１２の運転が開始すると、ベーン３３の背圧室側の面であるベーン背面に密閉容器２０内の圧力とシリンダ室７６内の圧力との差による力が作用する。このため、ベーンスプリングは、主に密閉容器２０内とシリンダ室７６内の圧力に差がない圧縮機１２の起動時に、ベーン３３をピストン３２に押し付ける目的で使用される。
【００５７】
主軸受け３４は、側面視逆Ｔ字状である。主軸受け３４は、クランク軸５０の偏心軸部５１よりも上の部分である主軸部５２に摺動自在に嵌められる。主軸受け３４は、シリンダ３１のシリンダ室７６及びベーン溝７７の上側を閉塞する。
【００５８】
副軸受け３５は、側面視Ｔ字状である。副軸受け３５は、クランク軸５０の偏心軸部５１よりも下の部分である副軸部５３に摺動自在に嵌められる。副軸受け３５は、シリンダ３１のシリンダ室７６及びベーン溝７７の下側を閉塞する。
【００５９】
なお、図５及び図６には、主軸受け３４側の構造を示しているが、副軸受け３５側も同じような構造となる。
【００６０】
吸入口７１は、シリンダ３１の外周面からシリンダ室７６につながっている。冷媒を圧縮するための空間７２は、シリンダ３１の内周７５よりも内側、かつ、ピストン３２の外周７９よりも外側に形成される。即ち、冷媒を圧縮するための空間７２は、シリンダ３１の内周７５とピストン３２の外周７９との間に形成される。ベーン３３は、ピストン３２の回転位置に応じた割合で、この空間７２を低圧の吸入室と高圧の圧縮室とに仕切る。
【００６１】
吐出口７３は、主軸受け３４と副軸受け３５との２つの軸受けに形成される。吐出口７３は、それぞれの軸受けにおいて、ベーン３３の中心線を挟んで吸入口７１がある側と反対側に形成される。即ち、吐出口７３は、圧縮機構３０の空間７２がベーン３３によって吸入室と圧縮室とに仕切られているときに圧縮室につながる位置に形成される。
【００６２】
それぞれの軸受けには、さらに、円形の締結穴８１が形成される。それぞれの軸受けは、締結穴８１に挿入される締結具３７によってシリンダ３１に固定され、ピストン３２の回転軸であるクランク軸５０を支持する。主軸受け３４は、具体的には、上部のシリンダ３１に固定される。副軸受け３５は、具体的には、下部のシリンダ３１に固定される。締結具３７は、本実施の形態では、ボルトとナットとの組み合わせである。締結穴８１の個数は、適宜調整すればよいが、それぞれの軸受けに複数の締結穴８１が必要である。
【００６３】
それぞれの軸受けには、バルブ溝８２も形成される。バルブ溝８２は、浅溝部８３と、深溝部８４とからなる。浅溝部８３には、吐出弁６０の固定部６１が収められ、固定される。深溝部８４の底には、吐出口７３が設けられる。深溝部８４には、吐出弁６０の中間部６２と先端部６３とが収められる。先端部６３は、吐出口７３を開閉自在に閉塞する。中間部６２は、先端部６３とともに吐出口７３を開閉自在に閉塞する。中間部６２と先端部６３は、吐出口７３を閉塞しているときは、吐出口７３の周壁部７４の端面に接触する。吐出口７３の周壁部７４の厚さは、一定である。吐出口７３の周壁部７４の高さは、浅溝部８３と深溝部８４との深さの差に等しい。即ち、吐出口７３の周壁部７４の端面は、周壁部７４の高さ方向において、深溝部８４の底面と同じ位置にある。なお、中間部６２は、浅溝部８３と深溝部８４とに跨って配置されてもよい。
【００６４】
それぞれの軸受けの外側には、吐出マフラ３６が取り付けられる。吐出弁６０を介して吐出される高温かつ高圧のガス冷媒は、一旦吐出マフラ３６に入り、その後吐出マフラ３６から密閉容器２０内の空間に放出される。なお、吐出弁６０及び吐出マフラ３６は、主軸受け３４と副軸受け３５とのいずれか一方のみに設けられてもよい。
【００６５】
本実施の形態において、シリンダ３１、主軸受け３４、副軸受け３５の材質は、焼結鋼であるが、ねずみ鋳鉄又は炭素鋼であってもよい。ピストン３２の材質は、クロム等を含有する合金鋼である。ベーン３３の材質は、高速度工具鋼である。
【００６６】
密閉容器２０の横には、吸入マフラ２３が設けられる。吸入マフラ２３は、冷媒回路１１から低圧のガス冷媒を吸入する。吸入マフラ２３は、液冷媒が戻る場合に液冷媒が直接シリンダ３１のシリンダ室７６に入り込むことを抑制する。吸入マフラ２３は、吸入口７１に吸入管２１を介して接続される。吸入マフラ２３の本体は、溶接等により密閉容器２０の側面に固定される。
【００６７】
以下では、圧縮機構３０に形成される吐出口７３の詳細について説明する。
【００６８】
本実施の形態では、吐出口７３が、吐出弁６０の先端部６３だけでなく吐出弁６０の中間部６２によって閉塞されるほど大きい。したがって、圧縮機１２の大容量化が可能となる。
【００６９】
仮に吐出口７３が先端部６３のみによって閉塞されるとすると、吐出弁６０の上昇時には、中間部６２と先端部６３との剛性差により、先端部６３の首部へ応力が集中し、吐出弁６０が破損するおそれがある。しかし、本実施の形態では、吐出口７３が中間部６２によっても閉塞されるため、そのような応力の集中が抑えられ、吐出弁６０が破損しにくくなる。したがって、圧縮機１２の信頼性を維持できる。
【００７０】
仮に吐出口７３を円形又は長円状としたまま、中間部６２によっても閉塞されるほど大きくすると、ピストン３２とのシール長さｆが減るだけでなく、シリンダ３１内に圧縮室が形成される際に、ピストン３２の内周７８よりも内側の空間と吐出口７３とがつながるおそれがある。しかし、本実施の形態では、圧縮機構３０の中間部６２に対向する位置における吐出口７３の開口領域の幅ａが、圧縮機構３０の先端部６３に対向する位置における吐出口７３の開口領域の幅ｂよりも小さい。そのため、ピストン３２とのシール長さｆを確保できる。したがって、圧縮機１２の効率性も維持できる。なお、幅ａは、中間部６２の幅ｘよりも小さい。幅ｂは、先端部６３の幅ｙよりも小さい。
【００７１】
特に、本実施の形態では、圧縮機構３０の中間部６２に対向する位置における吐出口７３の開口領域が、圧縮機構３０の固定部６１に対向する位置に向かって徐々に狭くなる。そのため、ピストン３２とのシール長さｆを確保しながら、吐出口７３を拡大することができる。シリンダ３１を扁平化した場合、ピストン３２の肉厚が薄くなるが、本実施の形態によれば、構造上の制約を回避しながら、吐出口７３の開口領域の面積を最適化することができる。
【００７２】
吐出口７３の開口領域は、具体的には、直径の異なる２つの円が当該２つの円の両方に接点を有する２つの線でつながった形状を持つ。当該２つの円のうち、大きい方の円は、圧縮機構３０の先端部６３に対向する位置にあり、小さい方の円は、圧縮機構３０の中間部６２に対向する位置にある。
【００７３】
本実施の形態において、吐出口７３の開口領域は、一部が、圧縮機構３０の空間７２の全体が吸入室となる回転位置にあるときのピストン３２の内周７８と同心の円弧状に湾曲した形状を持つ。即ち、上記２つの線の一方が、圧縮機構３０の空間７２の全体が吸入室となる回転位置にあるときのピストン３２の内周７８と同心の円弧である。なお、図５に示すように、ピストン３２が、圧縮機構３０の空間７２の全体が吸入室となる回転位置にある場合、ベーン３３の全体がベーン溝７７内に収まる。
【００７４】
本実施の形態において、吐出口７３の開口領域は、他の一部が締結穴８１の円周と同心の円弧状に湾曲した形状を持つ。即ち、上記２つの線の他方が締結穴８１の円周と同心の円弧である。
【００７５】
主軸受け３４と副軸受け３５との２つの軸受けにおいて、締結穴８１は、シリンダ３１の内周７５よりも外側、かつ、吸入口７１とベーン溝７７と吐出口７３を含むバルブ溝８２とを避けた位置に配置されなければならない。しかも、主軸受け３４と上部のシリンダ３１との締結、上部のシリンダ３１と下部のシリンダ３１との締結、下部のシリンダ３１と副軸受け３５との締結によって、それぞれの軸受けとシリンダ３１とのシール性を確保する必要がある。そのため、締結穴８１は、等ピッチに設けられることが望ましい。さらに、締結位置は、シリンダ３１の内周７５から離れるほど、軸受けの外径の拡大、及び、軸受けのつば厚の増加が必要となり、製造コストが増加する。そのため、締結穴８１は、なるべくシリンダ３１の内周７５の近くに設けられることが望ましい。
【００７６】
本実施の形態では、上記のような要件を全て満たすように締結穴８１を配置しても、締結穴８１と干渉せず、かつ、ピストン３２とのシール長さｆを確保でき、かつ、開口領域の面積が最適面積となる吐出口７３を、それぞれの軸受けに設けることができる。即ち、吐出口７３を、前述した条件１及び条件２及び条件３の全てを満たすように配置することができる。
【００７７】
具体的には、図５に示すように、吐出口７３を、１つの締結穴８１の円周と、圧縮機構３０の空間７２の全体が吸入室となる回転位置にあるときのピストン３２の内周７８との間に配置することができる。吐出口７３の開口領域の片側は、隣接する締結穴８１の円周と一定の間隔を保ちながら、その隣接する締結穴８１の円周に沿って湾曲している。開口領域の別の片側は、圧縮機構３０の空間７２の全体が吸入室となる回転位置にあるときのピストン３２の内周７８と一定の間隔を保ちながら、そのピストン３２の内周７８に沿って湾曲している。このため、締結穴８１がシリンダ３１の内周７５の近くに設けられていても、吐出口７３と締結穴８１との干渉を回避でき、ピストン３２とのシール長さｆを確保でき、吐出口７３の開口面積を十分にとることができる。
【００７８】
図６に示すように、シリンダ３１の内径Ｄ、ピストン３２の内径ｄ、偏心量ｅに対して、吐出口７３がシリンダ３１の内周７５よりも内側の部分にかかる量ｇは、ｇ≦Ｄ／２−（ｅ＋ｄ／２）という条件を満たす必要がある。この条件は、吐出口７３が、ピストン３２とのシール長さｆを確保するための条件である。この条件を満たすことで、高圧冷媒がピストン３２の内周７８よりも内側の低圧空間に流れ込まないようにすることができる。
【００７９】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図３を参照して、本実施の形態に係る機器である圧縮機１２の動作を説明する。圧縮機１２の動作は、本実施の形態に係る冷媒圧縮方法に相当する。
【００８０】
端子２４からリード線を介して電動機４０の固定子４１に電力が供給される。これにより、固定子４１の巻線４４に電流が流れ、巻線４４から磁束が発生する。電動機４０の回転子４２は、巻線４４から発生する磁束と、回転子４２の永久磁石から発生する磁束との作用によって回転する。回転子４２の回転によって、回転子４２に固定されたクランク軸５０が回転する。クランク軸５０の回転に伴い、圧縮機構３０のピストン３２が圧縮機構３０のシリンダ３１のシリンダ室７６内で偏心回転する。シリンダ３１とピストン３２との間の空間７２は、圧縮機構３０のベーン３３によって吸入室と圧縮室とに分割されている。クランク軸５０の回転に伴い、吸入室の容積と圧縮室の容積とが変化する。吸入室では、徐々に容積が拡大することにより、吸入マフラ２３から低圧のガス冷媒が吸入される。圧縮室では、徐々に容積が縮小することにより、中のガス冷媒が圧縮される。圧縮され、高圧かつ高温となったガス冷媒は、吐出マフラ３６から密閉容器２０内の空間に吐出される。吐出されたガス冷媒は、さらに、電動機４０を通過して密閉容器２０の頂部にある吐出管２２から密閉容器２０の外へ吐出される。密閉容器２０の外へ吐出された冷媒は、冷媒回路１１を通って、再び吸入マフラ２３に戻ってくる。
【００８１】
図示していないが、圧縮機１２がスイング式のロータリ圧縮機として構成される場合には、ベーン３３が、ピストン３２と一体に設けられる。クランク軸５０が駆動されると、ベーン３３は、ピストン３２に回転自在に取り付けられた支持体の受入溝に沿って出入りする。ベーン３３は、ピストン３２の回転に従って揺動しながら半径方向へ進退することによって、シリンダ室７６の内部を圧縮室と吸入室とに区画する。支持体は、横断面が半円形状の２つの柱状部材で構成される。支持体は、シリンダ３１の吸入口７１と吐出口７３との中間部に形成された円形状の保持孔に回転自在に嵌められる。
【００８２】
＊＊＊効果の説明＊＊＊
本実施の形態では、圧縮機構３０に形成される吐出口７３が、吐出弁６０の先端部６３だけでなく吐出弁６０の中間部６２によって閉塞されるほど大きいため、圧縮機１２の大容量化が可能となる。吐出口７３が吐出弁６０の中間部６２によって閉塞されるということは、吐出弁６０の首部６５への応力の集中、及び、吐出弁６０の着座時における衝撃応力の増加が抑えられ、吐出弁６０が破損しにくくなるということである。したがって、圧縮機１２の信頼性を維持できる。また、吐出口７３の開口領域の幅が、吐出弁６０の中間部６２によって閉塞される箇所で小さくなっているため、ピストン３２とのシール長さｆを確保できる。したがって、圧縮機１２の効率性も維持できる。
【００８３】
本実施の形態では、２つの円をつないだ形状を持つ吐出口７３が吐出弁６０の固定部６１に向かって延びるように形成される。このため、円形の吐出口に比べて、吐出弁６０が吐出冷媒の圧力を受ける面積が固定部６１の側で増える。よって、吐出弁６０が滑らかに上昇し、吐出弁６０の中間部６２と先端部６３との剛性差により発生する首部６５への応力集中を低減することが可能となる。また、円形の吐出口に比べて、吐出口７３の周長が長くなる。よって、吐出弁６０が着座する際に、吐出弁６０が吐出口７３の周壁部７４に接触する面積が増加し、衝撃応力も低減することが可能となる。
【００８４】
本実施の形態では、吐出口７３が、全体としてはシリンダ３１の内周７５に沿って吐出弁６０の中間部６２に対応する位置まで延びている。このため、小径の密閉容器２０に収納され、シリンダ３１が扁平化され、ピストン３２の偏心量が拡大された圧縮機構３０においても、吐出口７３の面積を容易に確保することができる。したがって、圧縮機１２の性能が向上する。
【００８５】
＊＊＊他の構成＊＊＊
圧縮機構３０に形成される吐出口７３の開口領域は、直径の異なる２つの円の代わりに、任意の第１図形と円ではない第２図形とが第１図形及び第２図形の両方に接点を有する２つの線でつながった形状を持っていてもよい。第１図形の大きさと第２図形の大きさは、異なるものとする。第１図形及び第２図形は、それぞれ多角形でもよいし、その他の形状でもよい。吐出弁６０の形状は、吐出口７３を閉塞できるように、吐出口７３の形状に合わせて適宜変更されるものとする。
【００８６】
実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。
【００８７】
図７を参照して、圧縮機構３０の詳細を説明する。
【００８８】
図７は、図５に対応している。
【００８９】
実施の形態１と同じように、圧縮機構３０に形成される吐出口７３の開口領域は、直径の異なる２つの円が当該２つの円の両方に接点を有する２つの線でつながった形状を持つ。当該２つの円のうち、大きい方の円は、圧縮機構３０の先端部６３に対向する位置にあり、小さい方の円は、圧縮機構３０の中間部６２に対向する位置にある。
【００９０】
本実施の形態では、上記２つの線が、上記２つの円の接線である。
【００９１】
本実施の形態においても、図７に示すように、吐出口７３を、１つの締結穴８１の円周と、圧縮機構３０の空間７２の全体が吸入室となる回転位置にあるときのピストン３２の内周７８との間に配置することができる。吐出口７３の開口領域の片側は、隣接する締結穴８１の円周から離れて直線状に延びている。開口領域の別の片側は、圧縮機構３０の空間７２の全体が吸入室となる回転位置にあるときのピストン３２の内周７８から離れて直線状に延びている。このため、締結穴８１がシリンダ３１の内周７５の近くに設けられていても、吐出口７３と締結穴８１との干渉を回避でき、ピストン３２とのシール長さｆを確保でき、吐出口７３の開口面積を、実施の形態１ほどではないが十分にとることができる。
【００９２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらの実施の形態のうち、いくつかを組み合わせて実施しても構わない。或いは、これらの実施の形態のうち、いずれか１つ又はいくつかを部分的に実施しても構わない。具体的には、これらの実施の形態の説明において「部」として説明するもののうち、いずれか１つのみを採用してもよいし、いくつかの任意の組み合わせを採用してもよい。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１０  冷凍サイクル装置、１１  冷媒回路、１２  圧縮機、１３  四方弁、１４  第１熱交換器、１５  膨張機構、１６  第２熱交換器、１７  制御装置、２０  密閉容器、２１  吸入管、２２  吐出管、２３  吸入マフラ、２４  端子、３０  圧縮機構、３１  シリンダ、３２  ピストン、３３  ベーン、３４  主軸受け、３５  副軸受け、３６  吐出マフラ、３７  締結具、４０  電動機、４１  固定子、４２  回転子、４３  固定子鉄心、４４  巻線、４６  回転子鉄心、５０  クランク軸、５１  偏心軸部、５２  主軸部、５３  副軸部、６０  吐出弁、６１  固定部、６２  中間部、６３  先端部、６４  貫通孔、６５  首部、７１  吸入口、７２  空間、７３  吐出口、７４  周壁部、７５  内周、７６  シリンダ室、７７  ベーン溝、７８  内周、７９  外周、８１  締結穴、８２  バルブ溝、８３  浅溝部、８４  深溝部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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