(57)【要約】【課題】高効率の低段側圧縮要素及び高段側圧縮要素を有する密閉型往復動圧縮機を提供する。【解決手段】本密閉型往復動圧縮機は、多段式であって、低段側圧縮要素と高段側圧縮要素の弁装置の構成を異ならせる。【選択図】  図４
2005214068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧冷媒吸込管、中間圧冷媒吸込管及び吐出管が接続された密閉容器内に、電動機部によって駆動される低段側圧縮要素及び高段側圧縮要素を収納し、前記低圧側冷媒吸込管から低段側圧縮要素に低圧冷媒を吸込んで圧縮し吐出するとともに、前記低段側圧縮要素から吐出された冷媒及び中間圧冷媒吸込管から吸込まれた冷媒を吸込んで圧縮し、前記吐出管から吐出する密閉型往復動圧縮機において、前記低段側圧縮要素と高段側圧縮要素の弁装置の構成を異ならせたことを特徴とする密閉型往復動圧縮機。
【請求項２】
前記低段側圧縮要素の吐出孔及び吸込孔の少なくとも一方の大きさを、これに対応する高段側圧縮要素の吐出孔又は吸込孔より大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の密閉型往復動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は密閉型往復動圧縮機に係り、特に低段側圧縮要素と高段側圧縮要素の異なる弁装置を有する密閉型往復動圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸発圧力（温度）の異なる２つの蒸発器を有する冷凍冷蔵庫等の冷凍装置の冷凍サイクルに用いる圧縮機として、密閉容器内に低段側圧縮要素と高段側圧縮要素の２つの圧縮要素を備えた二段圧縮式の密閉型往復動圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような従来の圧縮型往復動圧縮機において、吸込孔とこの吸込孔を開閉する吸込弁及び吐出孔この吐出孔を開閉する吐出弁等からなる弁装置は、低段側圧縮要素用、高段側圧縮要素用共に孔径や弁の板厚等その構成が同一であった。
【０００３】
しかしながら、上記のような冷凍サイクルに用いられる二段圧縮式の圧縮機においては、低段側圧縮要素と高段側圧縮要素とで吸込圧力や吐出圧力の圧力条件、冷媒流量等が異なるため、圧縮機としての性能を十分に向上させることができなかった。
【特許文献１】特開２００３−８３２４７号公報（［００４６］、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、高効率の低段側圧縮要素及び高段側圧縮要素を有する密閉型往復動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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、低圧冷媒吸込管、中間圧冷媒吸込管及び吐出管が接続された密閉容器内に、電動機部によって駆動される低段側圧縮要素及び高段側圧縮要素を収納し、前記低圧側冷媒吸込管から低段側圧縮要素に低圧冷媒を吸込んで圧縮し吐出するとともに、前記低段側圧縮要素から吐出された冷媒及び中間圧冷媒吸込管から吸込まれた冷媒を吸込んで圧縮し、前記吐出管から吐出する密閉型往復動圧縮機において、前記低段側圧縮要素と高段側圧縮要素の弁装置の構成を異ならせたことを特徴とする密閉型往復動圧縮機が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る密閉型往復動圧縮機によれば、高効率の低段側圧縮要素及び高段側圧縮要素を有する密閉型往復動圧縮機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明に係わる密閉型往復動圧縮機の一実施形態について添付図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は本発明に係る密閉型往復動圧縮機の横断面図で、冷凍サイクルに組込んだ状態を示す。図２はその縦断面図である。
【０００９】
図１及び図２に示すように、本発明に係る密閉型往復動圧縮機１は、低圧冷媒吸込管２ａ、中間圧冷媒吸込管２ｂ及び吐出管２ｃが接続された密閉容器２と、この密閉容器２に収容された電動機部３と、この電動機部３によって駆動される低段側圧縮要素４及び高段側圧縮要素５を有している。
【００１０】
上記密閉容器２に接続された吐出管２ｃは、蒸発圧力（温度）の異なる２つの蒸発器を有する例えば冷凍冷蔵庫等の冷凍装置の凝縮器２１に接続され、中間圧冷媒吸込管２ｂは冷蔵室用蒸発器２２に接続され、低圧冷媒吸込管２ａは冷藏室用蒸発器２２よりも蒸発圧力の低い冷凍室用蒸発器２３に接続される。
【００１１】
また、電動機部３は固定子３ａと回転子３ｂからなり、この回転子３ｂはフレーム３ｃに支持された回転軸６に固着されている。
【００１２】
さらに、低段側圧縮要素４は、シリンダ４ａと、このシリンダ４ａ内を回転軸６の上部に形成されたクランク軸部６ａによって往復動されるピストン４ｂと、シリンダ４ａの端面に設けられた弁装置４１を有し、低圧冷媒吸込管２ａを介し蒸発圧力の低い冷凍室用蒸発器２３から吸込まれるガス冷媒は、低段側吸込管４ｄ、低段側吸込マフラ４ｅ、低段側吸込室４ｆ、弁装置４１を介してシリンダ４ａ内に吸込まれ、ピストン４ｂによって圧縮されて、弁装置４１、低段側吐出室４ｇ、密閉容器２内に開口した低段側吐出管４ｈを介して、密閉容器２内に吐出するような構造になっている。低段側圧縮要素４と同様に、高段側圧績要素５はシリンダ５ａと、このシリンダ５ａ内を回転軸６クランク軸部６ａによって往復動されるピストン５ｂと、シリンダ５ａの端面に設けられた弁装置５１を有し、密閉容器２内に開口した高段側吸込管５ｄを介して吸込まれるガス冷媒は、高段側吸込室５ｆ、弁装置５１を介してシリンダ５ａ内に吸込まれ、ピストン５ｂによって圧縮されて、弁装置５１、高段側吐出室５ｇ、高段側吐出マフラ５ｅ、高段側吐出管５ｈを介して、密閉容器２外の吐出管２ｃに吐出されるような構造になっている。この高段側圧縮要素５での圧縮行程において、高段側吸込管５ｄが吸込む冷媒は、低段側圧縮要素４で圧縮され密閉容器２内に吐出された冷媒に加えて、中間圧冷媒吸込管２ｂから密閉容器２内に吸込まれた中間圧の冷媒が密閉容器２で混合されたものである。
【００１３】
また、吐出管２ｃに吐出された高圧冷媒は、凝縮器２１で凝縮され、第１のキャピラリチューブ２２ａと冷蔵室用蒸発器２２、第２のキャピラリチューブ２３ａと冷凍室用蒸発器２３へと分流される。
【００１４】
上記冷媒は例えばイソブタン（Ｒ６００ａ）であり、冷凍冷蔵庫の場合、低段側圧縮要素４の吸込圧力は、約０．１ＭＰａ、低段側圧縮要素４の吐出圧力すなわち、高段側圧縮要素５の吸込圧力は、約０．３ＭＰａ、高段側圧縮要素５の吐出圧力は、約０．９ＭＰａになる。
【００１５】
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、上記低段側圧縮要素４の弁装置４１及び高段側圧縮要素５の弁装置５１は、同様の構成と形状をなし、その吸込孔及び吐出孔の直径のみが異なる。従って、弁装置４１及び弁装置５１を、符号を並列して同時に説明する。
【００１６】
弁装置４１、５１は、２個の吸込孔４１ａ１、５１ａ１、２個の吐出孔４１ａ２、５１ａ２が設けられた弁座板４１ａ、５１ａと、この弁座板４１ａ、５１ａに取り付けられ吐出孔４１ａ２、５１ａ２を開閉するＵ字形状の吐出弁４１ｂ、５１ｂと、この吐出弁４１ｂ、５１ｂの開度を制限する約Ｕ字形状の吐出弁押え４１ｃ、５１ｃと、弁座板４１ａ、５１ａの吐出弁４１ｂ、５１ｂと反対面には吸込孔４１ａ１、５１ａ１を開閉する吸込弁４１ｄ、５１ｄが設けられ、吸込弁４１ｄ、５１ｄは弁座板４１ａ、５１ａと略同一の形状を有しており、スリット４１ｄ１、５１ｄ１により吸込弁部４１ｄ２、５１ｄ２が形成されている。なお、図３（ａ）、（ｃ）中、符号４１ｄ２、５１ｄ２は吸込通路である。
【００１７】
図４に示すように、弁装置４１の吐出孔４１ａ２の直径Ｄｄ１は例えば４．５ｍｍで、弁装置５１の吐出孔５１ａ２の直径Ｄｄ２の３．１ｍｍに対して、Ｄｄ１／Ｄｄ２はほぼ１．５であり、この比率の根拠は後述の試験結果に基づくものであり、さらに、弁装置４１の吸込孔４１ａ１の直径Ｄｓ１は弁装置５１の吸込孔５１ａ１の直径Ｄｓ２よりも大きくなっている。
【００１８】
一般に往復動圧縮機において、図６に示すように、吐出孔部分の空間容積は、ピストンが上死点に位置したときに吐出ガスが残留し、この残留ガスはピストンが下死点に行く間に再膨張する。再膨張したガス容積のため吸込冷媒量が低下し、効率が低下する。このため、吐出孔部分の空間容積はできるだけ小さくなるように吐出孔の直径が設定される。しかしながら、吐出孔の直径が小さい（空間容積が小さい）と再膨張量が小さくなり、吸込冷媒量の低下は少なくなるが、流路抵抗が大きくなり過圧縮となり必要以上にシリンダ内圧力が上昇して圧縮仕事量が増加し効率を低下させる。この吐出孔の空間容積による吸込冷媒量の低減による効率低下と、吐出孔の流路抵抗の影響度は、吸込圧力と吐出圧力との関係及び吸込冷媒量によって異なる。
【００１９】
そこで、図３（ａ）〜（ｃ）に示すような弁座板４１ａの板厚を一定にして吐出孔４１ａ２の直径を種々変えて試験したところ、低段側圧縮要素４の吐出孔４１ａ２の直径Ｄｄ１、高段側圧縮要素５の吐出孔５１ａ２の直径Ｄｄ２とすると、Ｄｄ１／Ｄｄ２を１よリ大きくすると圧縮機としての成績係数が向上することが分かった。これは、低段側圧縮要素４の吸込圧力と吐出圧力との圧力差が高段側圧縮要素５のそれより小さいため、残留ガスの再膨張による損失よりも、流路抵抗低減による圧縮仕事量の低減効果の割合が大きいためである。なお、Ｄｄ１／Ｄｄ２が２より大きいと成績係数が低下するので、１＜Ｄｄ１／Ｄｄ２≦２であるのが好ましく、１．２≦Ｄｄ１／Ｄｄ２≦１．８であるのがより好ましい。
【００２０】
次に、上記密閉型往復動圧縮機の圧縮運転について説明する。
【００２１】
図１及び図２に示すように、電動機部３に通電して回転軸６を回転駆動すると、クランク軸部６ａが一体に偏心回転する。この偏心回転に伴い、低段側圧縮要素４の弁装置４１及び高段側圧縮要素５のピストン４ｂ、５ｂが、同一方向に往復運動する。これら低段側圧縮要素４、高段側圧縮要素５のシリンダ４ａ、５ａがほぼ１８０°対向する位置に配置されており、各ピストン４ｂ、５ｂはそれぞれのシリンダ４ａ、５ａにおいて互いに逆の行程をなす。
【００２２】
低段側圧縮要素４では、蒸発圧力の低いガス冷媒が、冷凍室用蒸発器２３から低圧冷媒吸込管２ａ、低段側吸込管４ｄ、低段側吸込マフラ４ｅを介して低段側吸込室４ｆに吸込まれる。低段側吸込室４ｆに吸込まれた蒸発圧力の低いガス冷媒は、弁装置４１の吸込孔４１ａ１を通り、シリンダ４ａ内に吸込まれ、ピストン４ｂによって中間圧に圧縮されて、吐出弁装置４１の吐出孔４１ａ２、低段側吐出室４ｇ、密閉容器２内に開口した低段側吐出管４ｈを介して、密閉容器２内に吐出される。さらに、密閉容器２には中間圧冷媒吸込管２ｂから中間圧の冷媒が吸込まれ、上記低段側圧縮要素４で圧縮された冷媒と混合される。
【００２３】
密閉容器２の中間圧冷媒は、密閉容器２内に開口した高段側吸込管５ｄを介して高段側吸込室５ｆに吸込まれる。高段側吸込室５ｆに吸込まれた中間圧のガス冷媒は弁装置５１の吸込孔５１ａ１を通り、シリンダ５ａ内に吸込まれ、ピストン５ｂによって高圧に圧縮されて、弁装置５１の吐出孔５１ａ２、高段側吐出室５ｇ、高段側吸込マフラ５ｅを介して密閉容器２外の吐出管２ｃ吐出される。
【００２４】
上記のような低段側圧縮要素４による低圧から中間圧への圧縮行程、高段側圧縮要素５による中間圧から高圧への圧縮行程において、吸込孔４１ａ１、５１ａ１、吐出孔４１ａ２、５１ａ２の大きさはガスの流路抵抗とガスの再膨張のため圧縮効率に影響を与えるが、低圧側圧縮要素４の吐出孔４１ｂの直径Ｄｄ１と高段側圧縮要素５の吐出孔４１ｂの直径Ｄｄ２の比Ｄｄ１／Ｄｄ２が、１より大きく形成されているので、圧縮機としての成績係数が向上する。これは、低段側圧縮要素４の吸込圧力と吐出圧力との圧力差が高段側圧績要素のそれより小さいため、残留ガスの再膨張による損失よりも、流路抵抗低減による圧縮仕事量の低減効果の割合が大きいためである。
【００２５】
また、一般に吸込弁は、圧縮行程時にシリンダ内圧と吸込室の圧力との差圧により、弁部分は吸込孔に押され応力が発生すし、この応力が大きくなると弁の破損に至る。このため、吸込孔は吸込弁に生じる応力を小さくできる大きさに設定される。しかしながら、吸込孔の大きさが小さいと流路抵抗は大きくなり吸込ガス量が低下し効率が低下する。弁の受ける応力は、
［数１］
σ＝１．２４（ｐａ２）／ｔ２
の式で表される。ここでσ：最大応力、ｐ：弁部分両側の差圧、ａ：弁の接する吸込孔部分の半径、ｔ：弁の板厚である。密閉型往復動圧縮機１において、低段側圧縮要素の圧力差が高圧側圧縮要素の圧力差より小さいため、低段側圧縮要素の吸込孔４１ａ１の大きさを高段側圧縮要素５の吸込孔５１ａ１の大きさより大きくすることにより、吸込弁４１ｄの受ける応力を大きくすることなく、吸込流路抵抗を小さくして密閉型往復動圧縮機の成績係数を向上することができる。
【００２６】
上記本実施形態の密閉型往復動圧縮機のように、シリンダ容積、圧縮比により吸込孔、吐出孔の大きさを低段側圧縮要素と高段側圧績要素とで適正な大きさにすることにより、その効率を向上させることができる。
【００２７】
なお、上記実施形態では、低段側圧縮要素の吸込孔、吐出孔の両方の大きさを、高段側圧縮要素の吸込孔、吐出孔の大きさより大きくする例で説明したが、一方のみを高段側圧縮要素の吸込孔又は吐出孔より大きくするようにしても良い。また、低段圧縮要素の吸込孔はその径を大きくする代わりに、吸込弁の板厚を高段側圧縮要素の吸込弁の板厚よりも薄くすることにより、吸込弁のバネ力を小さくし、小さい圧力で吸込弁の開閉を可能にし、吸込ガスの流路抵抗を小さくして吸込効率を向上するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係わる密閉型往復動圧縮機を冷凍サイクルに組込んだ状態を示す横断面図。
【図２】本発明に係わる密閉型往復動圧縮機の横断面図。
【図３】本発明に係わる密閉型往復動圧縮機に用いられる弁装置の分解図で、（ａ）は吐出弁と弁座板の平面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）は吸込弁の平面図。
【図４】本発明に係わる密閉型往復動圧縮機に用いられる弁装置の弁座板の一部拡大図。
【図５】本発明に係わる密閉型往復動圧縮機の吐出孔比と成績係数の試験結果を示す相関図。
【図６】一般的な密閉型往復動圧縮機の吐出孔と成績係数の相関図。
【符号の説明】
【００２９】
１…密閉型往復動圧縮機、２…密閉容器、３…電動機部、４…低段側圧縮要素、４１…弁装置、４１ａ…弁座板、４１ａ１…吸込孔、４１ａ２…吐出孔、５…高段側圧縮要素、５１…弁装置、５１ａ…弁座板、５１ａ１…吸込孔、５１ａ２…吐出孔、６ｂ…回転軸、６ａ…クランク軸部。
【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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