(57)【要約】【課題】商用周波数以外の運転周波数で駆動した場合の吸入弁装置での容積効率の低下を抑制し、制御性と効率の良い密閉型圧縮機を提供する。【解決手段】吸入リード１３２と吸入孔１３１との間に初期隙間１５１を備え、電動要素１０３はインバータ制御装置により少なくとも電源周波数以外の複数の運転周波数で駆動され、効率の高くなる運転周波数のみを選択駆動するよう設定しているので、冷凍能力と運転周波数との線形制御性を保つことができ、また吸入抵抗を少なくでき、制御性と効率を良くすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに、電動要素と前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素を、ピストンが往復動するシリンダと、前記シリンダの端部に備えられ、吸入孔が穿設されたバルブプレートと、板ばね材によって形成され、前記バルブプレートの前記シリンダ側に設けられて前記吸入孔を開閉する吸入リードを備える構成とし、前記吸入リードと前記吸入孔との間に初期隙間を備え、さらに、前記電動要素を、インバータ制御装置により少なくとも電源周波数以外の複数の運転周波数で駆動し、かつ効率の高くなる運転周波数のみを選択して駆動するようにした密閉型圧縮機。
【請求項２】
前記吸入リードの固有振動数を、２００Ｈｚから２８０Ｈｚの範囲に設定した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【請求項３】
前記初期隙間を、吸入リードをシリンダ側に折曲させることで形成し、初期リフトの高さを、０．２ｍｍから０．５ｍｍの範囲とした請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
【請求項４】
前記吸入孔の周りに吸入弁座を備え、潤滑油の粘度を、ＶＧ８以下とした請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷蔵庫、ショーケースなどの冷蔵、冷凍装置や空気調和装置に用いられる密閉型圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、冷蔵庫、ショーケースなどの冷蔵、冷凍装置や空気調和装置に使用される密閉型圧縮機は、冷凍能力制御を目的とした低速から高速までの可変速運転と、同時に省エネルギーのために高効率が求められている。
【０００３】
一般的な密閉型圧縮機は、電動要素の回転子の回転により、圧縮要素のクランクシャフトが回転され、このクランクシャフトの偏心運動がコンロッドにより水平運動に変換され、ピストンが圧縮室内部で往復運動する。この際、ピストンが後退する動作により、冷媒ガスが冷却システムから吸入弁装置を介して圧縮室内部に吸入され、このように吸入された冷媒ガスは、ピストンの前進運動により圧縮され、吐出弁装置を介して冷却システムに供給される。
【０００４】
従来、この種の密閉型圧縮機としては、吸入リードと吸入孔との間に初期隙間を備えた吸入弁装置を備え、容積効率を向上したものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
このような密閉型圧縮機において、吸入弁装置の吸入リードの開閉タイミングは、効率向上に大きな影響を及ぼす。以下、図面を参照しながら、従来の密閉型圧縮機の吸入弁装置について説明する。
【０００６】
図５は、特許文献１に記載された従来の冷凍用コンプレッサのリードバルブ動作を示すもので、（ａ）は吸入行程の状態図、（ｂ）は圧縮行程の状態図である。具体的には、（ａ）はピストンの吸入行程における吸入リードの状態を示す図であり、（ｂ）はピストンの圧縮行程における吸入リードの状態を示す図である。図６は、従来のコンプレッサの吸入リードの斜視図である。
【０００７】
圧縮室１の開口端には、これを封止するようバルブプレート２が配設されており、バルブプレート２と圧縮室１の開口端との間には、吸入リード３が挟持されている。
【０００８】
バルブプレート２には、吸入孔４が穿設されており、吸入孔４の圧縮室１側の外周には、吸入弁座６が形成されている。
【０００９】
吸入リード３は、吸入弁座６を開閉する開閉部７と、吸入リード３の基部をなす支持端部８と、支持端部８と開閉部７を連結するアーム部９で形成されている。アーム部９の湾曲部１０で圧縮室１側に折曲加工され、吸入リード３と吸入弁座６との間に初期隙間が形成されている。
【００１０】
以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。
【００１１】
ピストン１１が圧縮室１内を往復動することで、吸入行程時に圧縮室１内の圧力が下がり、吸入孔４と圧縮室１内の圧力差が生じる。この圧力差により、吸入リード３のアーム部９が支持端部８を支点に湾曲して圧縮室１内へ開き、これに伴い、吸入孔４から吸入弁座６を介して冷媒が圧縮室１内に吸入される。吐出行程時には、圧縮室１内の圧力が上がり、これに伴って吸入リード３が閉じ、吸入弁座６を塞ぐ。そして、冷媒が吐出弁装置を
介して圧縮室１外へ吐出される。
【００１２】
吸入行程時には、初期隙間が設けられているので、少ない圧力差でも初期隙間がない場合と比べ、吸入リード３が早く開き、また最大の開き量が初期隙間分だけ大きく開くことで吸入抵抗の低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特公平４−１８１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、前記従来の吸入弁装置の構成では、電動要素を商用周波数以外の運転周波数で駆動した場合、吸入行程の時間が運転周波数によって異なるため、吸入リードの開閉タイミングが最適でない運転周波数では、吸入リードの閉じ遅れが発生していた。これにより、圧縮行程初期に圧縮室から吸入孔に冷媒が逆流し、容積効率が低下して、制御性と効率が悪くなる可能性があるという課題を有していた。
【００１５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、商用周波数以外の運転周波数で駆動した場合でも、制御性と効率の良い密閉型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】
【００１６】
上記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、吸入リードと吸入孔との間に初期隙間を備え、電動要素を、インバータ制御装置により、少なくとも電源周波数以外の複数の運転周波数で駆動する構成とし、効率の高くなる運転周波数のみを選択駆動して容積効率の低くなる運転周波数を回避することとしたものである。
【００１７】
これによって、冷凍能力と運転周波数との線形制御性を保つことができ、また吸入損失を少なくできるという作用を有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の密閉型圧縮機は、密閉型圧縮機における運転の制御性と、圧縮機の効率を良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図
【図２】同実施の形態１における密閉型圧縮機の横断面図
【図３】同実施の形態１における密閉型圧縮機の吸入弁装置の分解斜視図
【図４】同実施の形態１における密閉型圧縮機の運転周波数に対する容積効率の特性図
【図５】（ａ）は従来の密閉型圧縮機の吸入弁装置の吸入行程の状態の断面図、（ｂ）は従来の密閉型圧縮機の吸入弁装置の圧縮行程の状態の断面図
【図６】従来の密閉型圧縮機の吸入リードの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
請求項１に記載の発明は、密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに、電動要素と前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素を、ピストンが往復動するシリンダと、前記シリンダの端部に備えられ、吸入孔が穿設されたバルブプレートと、板ばね材によって形成され、前記バルブプレートの前記シリンダ側に設けられて前記吸入孔を開閉する吸入リードを備える構成とし、前記吸入リードと前記吸入孔との間に初期隙間を
備え、さらに、前記電動要素を、インバータ制御装置により少なくとも電源周波数以外の複数の運転周波数で駆動し、かつ効率の高くなる運転周波数のみを選択して駆動するようにしたものである。
【００２１】
かかることにより、容積効率の低くなる運転周波数での運転を回避することとで、冷凍能力と運転周波数との線形制御性を保つことができ、また吸入損失を少なくでき、制御性と効率を良くすることができる。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記吸入リードの固有振動数を、２００Ｈｚから２８０Ｈｚの範囲に設定したものである。
【００２３】
かかることにより、冷蔵庫等の機器における省エネルギーへの寄与の大きい運転周波数範囲で吸入リードの開閉タイミングを最適化でき、その結果、請求項１に記載の発明の効果に加えて、更に効率を高くすることができる。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記初期隙間を、吸入リードをシリンダ側に折曲させることで形成し、初期リフトの高さを、０．２ｍｍから０．５ｍｍの範囲としたものである。
【００２５】
かかることにより、請求項１または２に記載の発明の効果に加えてさらに、初期リフトの高さを大きく設定することに伴い、運転周波数に対する容積効率の高低差が大きく現れるが、運転周波数を選択駆動することで、吸入損失を最小化でき、効率の向上効果を最大化することができる。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記吸入孔の周りに吸入弁座を備え、潤滑油の粘度を、ＶＧ８以下としたものである。
【００２７】
かかることにより、吸入リードと吸入弁座の衝突による衝撃力に対する吸入リードと吸入弁座との間に介在する潤滑油のダンピング効果が低くなりやすい場合でも、初期リフトによって衝突速度が低くなり、衝撃力を低くすることができる。したがって、リードの欠けを防止することができる。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図、図２は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の横断面図、図３は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の吸入弁装置の分解斜視図である。
【００３０】
図１から図３おいて、密閉型圧縮機は、密閉容器１０１内に、潤滑油１０２を貯留するとともに、電動要素１０３と、電動要素１０３の上方に配置された圧縮要素１０４で構成された電動圧縮要素１０５を収容している。また、密閉容器１０１内は、冷媒１０６で満たされている。圧縮要素１０４が吸入し、圧縮する冷媒１０６は、炭化水素系冷媒としてのＲ６００ａであり、潤滑油１０２の粘度は、ＶＧ３〜ＶＧ８の低粘度油である。
【００３１】
電動要素１０３は、回転子１１１と固定子１１２で構成されており、インバータ制御装置（図示せず）により、少なくとも電源周波数以外の運転周波数を含む複数の運転周波数で駆動される。インバータ制御装置は、圧縮機における効率の高くなる運転周波数のみを選択し、駆動するソフトウェアが内蔵されている。
【００３２】
圧縮要素１０４は、略鉛直方向に配設され、回転子１１１を固定した主軸部１１３と偏心軸部１１４と給油機構１１５とを備えたシャフト１１６と、シャフト１１６の主軸部１１３を軸支する主軸受１１７と圧縮室１１８を形成するシリンダ１１９を備えたブロック１２０と、連結手段１２１と、シリンダ１１９内を往復動するピストン１２２と、シリンダ１１９の端部１２３に設けられた吸入弁装置１２４と、バルブプレート１２５の反圧縮室側に形成した吐出弁装置１２７を備えている。
【００３３】
吸入弁装置１２４は、吸入孔１３１が穿設されたバルブプレート１２５と、板ばね材によって形成され、バルブプレート１２５のシリンダ１１９側に設けられて吸入孔１３１を開閉する吸入リード１３２と、圧縮室１１８をシールするガスケット１３３の積層構造となっている。
【００３４】
吸入リード１３２は、吸入弁座１４１を開閉する開閉部１４２と、吸入リード１３２の基部をなす支持端部１４３と、支持端部１４３と開閉部１４２とを連結するアーム部１４４で形成されており、固有振動数は２００Ｈｚから２８０Ｈｚであり、本発明品では２９ｒｐｓから３０ｒｐｓで吸入リード１３２の開閉タイミングが最適となるように、固有振動数を２６０Ｈｚに設定している。
【００３５】
吸入リード１３２と吸入孔１３１の吸入弁座１４１との間には、図１に示すように初期隙間１５１を備えており、初期隙間１５１は、吸入リード１３２を支持端部１４３近傍の折曲部１５２でシリンダ１１９側に折曲させることで形成している。そして、初期リフトの高さ（図１中の寸法Ａ）は０．２ｍｍから０．５ｍｍの範囲にある０．４ｍｍに設定している。
【００３６】
以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。
【００３７】
電動要素１０３の回転子１１１は、シャフト１１６を回転させ、偏心軸部１１４の回転運動が連結手段１２１を介してピストン１２２に伝えられる。これにより、ピストン１２２は、シリンダ１１９を往復運動する。
【００３８】
この動作により、冷媒１０６は、冷却システム（図示せず）から圧縮室１１８内へ吸入弁装置１２４を介して吸入され、圧縮された後、吐出弁装置１２７を介して再び冷却システムへと吐出される。
【００３９】
シャフト１１６に形成された給油機構１１５によって潤滑油１０２が上方に汲み上げられ、主軸受１１７と主軸部１１３で形成される摺動面などに供給されるとともに、偏心軸部１１４の端部に形成された飛散孔（図示せず）から、密閉容器１０１内の全周方向へ水平に飛散してピストン１２２にも供給され、それぞれの部位で潤滑を行う。
【００４０】
吸入弁装置１２４の動作について説明すると、吸入行程では圧縮室１１８内の圧力が下がり、吸入弁座１４１の内側と圧縮室１１８内の圧力差が生じる。これにより、吸入弁座１４１を塞いでいる吸入リード１３２の開閉部１４２に力が加わる。その結果、吸入リード１３２のアーム部１４４が支持端部１４３を支点に湾曲し、吸入リード１３２がシリンダ１１９内へ開く。これに伴い、吸入孔１３１から吸入弁座１４１の内側を介して冷媒１０６がシリンダ１１９内に吸入される。
【００４１】
また、圧縮行程では、吸入リード１３２の開閉部１４２が、吸入弁座１４１上で吸入孔１３１を閉鎖し、圧縮された冷媒１０６が圧縮室１１８外に流出することを阻止する。
【００４２】
図４は、本発明の実施の形態１における運転周波数に対する容積効率の特性図である。
【００４３】
吸入リード１３２の挙動と圧縮室１１８内の圧力変化を、実験により測定した結果、図４の特性図に示すように、吸入リード１３２の開閉タイミングと吸入行程の時間が一致した場合に容積効率が高くなった。また、吸入リード１３２の開閉タイミングと吸入行程の時間が不一致、特に閉じ遅れが発生した場合には、圧縮行程初期に圧縮室１１８から吸入孔１３１に冷媒１０６が逆流し、容積効率が低下した。さらに、初期リフト量が大きい程、冷媒１０６の逆流が多くなり、容積効率の低下が大きくなった。
【００４４】
本実施の形態１では、インバータ制御装置で容積効率の低くなる運転周波数の２５ｒｐｓから２６ｒｐｓと、３３ｒｐｓから３４ｒｐｓを回避し、効率の高くなる運転周波数のみを選択駆動するよう設定したことにより、冷凍能力と運転周波数との線形制御性を保つことができ、また吸入損失を少なくでき、制御性と効率を良くすることができる。
【００４５】
また、吸入リード１３２の固有振動数は、２００Ｈｚから２８０Ｈｚであるとしたもので、冷蔵庫の省エネルギーへの寄与の大きい運転周波数範囲での吸入リード１３２の開閉タイミングを最適に設定でき、圧縮機の効率を高くすることができる。
【００４６】
さらに、初期リフトの高さを０．２ｍｍ以上に大きく設定すると運転周波数に対する容積効率の高低差が大きく現れ、特定運転周波数での容積効率の低下が大きくなる。
【００４７】
また、一方で初期リフトの高さが０．４ｍｍ付近で吸入損失低減効果が最大となるため、吸入リード１３２の開閉タイミングと吸入行程の時間が一致する運転周波数では効率が高くなる。
【００４８】
本実施の形態１の初期隙間１５１は、吸入リード１３２をシリンダ１１９側に折曲させることで形成し、初期リフトの高さを、０．２ｍｍから０．５ｍｍの範囲としている。その結果、運転周波数を選択駆動することで、制御性を確保した上で、吸入損失を最小化でき、効率向上効果を最大化することができる。
【００４９】
さらに、本実施の形態１においては、吸入孔１３１の周りに吸入弁座１４１を備え、潤滑油１０２の粘度をＶＧ８以下とし、冷媒１０６を吸入する際に、密閉容器１０１内を飛散する潤滑油１０２を圧縮室１１８内に一緒に吸入する構成としている。したがって、吸入リード１３２と吸入弁座１４１との間には潤滑油１０２が介在する構成となっている。
【００５０】
かかる構成は、吸入リード１３２と吸入弁座１４１の衝突による衝撃力に対する潤滑油１０２によるダンピング効果が低くなりやすい低粘度油を用いた場合でも、初期リフトにより衝突速度を抑制し、衝撃力を低くすることができる。そのため、吸入リード１３２が欠けることを防止することができる。
【００５１】
なお、吸入し圧縮する冷媒１０６は、炭化水素系冷媒としてのＲ６００ａとしたが、フロンＲ１３４ａとしても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、制御性と効率を良くすることが可能となるので、冷蔵庫以外にも自販機や空調機器の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００５３】
１０１  密閉容器
１０２  潤滑油
１０３  電動要素
１０４  圧縮要素
１０６  冷媒
１１９  シリンダ
１２２  ピストン
１２３  端部
１２５  バルブプレート
１３１  吸入孔
１３２  吸入リード
１４１  吸入弁座
１５１  初期隙間
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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