(57)【要約】【課題】シリンダとローリングピストンの軸方向のクリアランスを、ローリングピストン内部に充満する冷凍機油のシリンダの圧縮室内への流入量が適切になるように所定の値の範囲にすることにより冷媒の漏れによる冷凍能力の低下が少なく、効率がよく高性能な密閉型圧縮機を提供することを目的とする。【解決手段】この発明に係る密閉型圧縮機は、密閉容器内に収納された電動機によって回転するクランクシャフトの偏芯軸に嵌合するローリングピストン７を内部に配置するシリンダ１６と、シリンダ１６の軸方向両端を閉塞するシリンダヘッド４及びフレーム５とによって構成される圧縮室を、ベーンにより高圧室と低圧室に区分して連続的に冷媒の圧縮を行う密閉型圧縮機において、シリンダ１６とローリングピストン７との軸方向のクリアランスＣｒ［μｍ］を、押しのけ容積Ｓｖ［ｃｍ３/ｒｅｖ］の０．３％〜４％としたことを特徴とする。【選択図】図２
2009209774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に収納された電動機によって回転するクランクシャフトの偏芯軸に嵌合するローリングピストンを内部に配置するシリンダと、前記シリンダの軸方向両端を閉塞するシリンダヘッド及びフレームとによって構成される圧縮室を、ベーンにより高圧室と低圧室に区分して連続的に冷媒の圧縮を行う密閉型圧縮機において、
前記シリンダと前記ローリングピストンとの軸方向のクリアランスＣｒ［μｍ］を、押しのけ容積Ｓｖ［ｃｍ３/ｒｅｖ］の０．３％〜４％としたことを特徴とする密閉型圧縮機。
【請求項２】
前記冷媒にＲ３２を使用することを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば冷凍装置、空調装置、給湯装置等に好ましく用いることができる密閉型圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の密閉型圧縮機としては、ローリングピストン嵌合部の構造に改良を加え、ローリングピストンの公転時に上下クリアランスの偏りをなくすことで、流体内部漏れ量の総和を抑えて密閉型圧縮機の効率化を図る方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、冷媒用ベーンポンプにおいて、軸受とロータの軸方向クリアランスを２０〜６０［μｍ］として、冷媒の内部漏れを軽減し、ポンプの効率化を図る方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平９−８８８５２号公報（第１２頁、図１）
【特許文献２】特開昭５８−１２８４８９号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１のローリングピストンとシリンダの軸方向クリアランスの偏りをなくすものでは、ローリングピストンに施した単面形状の改良により、冷媒の高圧から低圧への漏れは軽減されるが軸方向クリアランスの絶対量についての配慮がなされていない。そのため、圧縮機の押しのけ容積が小さい場合にはその漏れによる冷凍能力の低下の影響が大きくなり十分な効果を得ることが出来ない。更にローリングピストン内部から圧縮室内への冷凍機油の流入に対する配慮がないため圧縮室内の冷凍機油過大による実質的な押しのけ容積減少に伴う冷凍能力低下、圧縮室内の冷凍機油不足によるローリングピストンの周方向からの漏れ、ベーンの端面におけるシール性能の悪化による冷凍能力の低下という課題があった。
【０００５】
また、上記特許文献２の冷媒用ベーンポンプにおいて軸受とロータの軸方向クリアランスを２０〜６０［μｍ］としたものでは、押しのけ容積についての配慮がなされておらず、ベーンポンプの押しのけ容積が小さい場合にはその漏れによる能力の低下の影響が大きくなり十分な効果を得ることが出来ないという課題があった。
【０００６】
更に、例えばＲ３２等の音速の大きな冷媒を用いた場合には、各部クリアランスからの冷媒の漏れる量はその冷媒の音速に比例することから上記課題は一層顕著となる。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、シリンダとローリングピストンの軸方向のクリアランスを、ローリングピストン内部に充満する冷凍機油のシリンダの圧縮室内への流入量が適切になるように所定の値の範囲にすることにより冷媒の漏れによる冷凍能力の低下が少なく、効率がよく高性能な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】
【０００８】
この発明に係る密閉型圧縮機は、密閉容器内に収納された電動機によって回転するクランクシャフトの偏芯軸に嵌合するローリングピストンを内部に配置するシリンダと、シリンダの軸方向両端を閉塞するシリンダヘッド及びフレームとによって構成される圧縮室を、ベーンにより高圧室と低圧室に区分して連続的に冷媒の圧縮を行う密閉型圧縮機において、シリンダとローリングピストンとの軸方向のクリアランスＣｒ［μｍ］を、押しのけ容積Ｓｖ［ｃｍ３/ｒｅｖ］の０．３％〜４％としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る密閉型圧縮機は、シリンダとローリングピストンとの軸方向のクリアランスＣｒを、押しのけ容積Ｓｖの０．３％〜４％としたことにより、ローリングピストン内部から圧縮室への冷凍機油の流入が適切となるので、圧縮室内の冷凍機油過大による冷凍能力の低下および冷凍機油不足による各摺動部分からの冷媒の漏れが少なく、効率のよい密閉型圧縮機が得られる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１乃至図３は実施の形態１を示す図で、図１は密閉型圧縮機１００を概略的に示す縦断面図、図２は密閉型圧縮機の要部縦断面図、図３はＲ３２冷媒を使用した場合の成績係数をクリアランスＣｒと押しのけ容積Ｓｖの比をパラメータとした図である。
【００１１】
図１を参照しながら密閉型圧縮機１００の構成を説明する。密閉型圧縮機１００は、一例としてロータリ圧縮機を用いて説明する。密閉型圧縮機１００は、密閉容器１内に、圧縮機構部２０と、この圧縮機構部２０を駆動する電動機１０とを収納している。
【００１２】
電動機１０は、固定子２と、この固定子２の内側で回転する回転子３とを備える。固定子２には、ガラス端子３０から電力が供給される。電動機１０には、通常ブラシレスＤＣモータ、誘導電動機等が使用される。
【００１３】
圧縮機構部２０は、シリンダ１６を有し、シリンダ１６は外周部が密閉容器１の内壁に固定される。シリンダ１６の内部には、軸方向両端面が開口した空間があり、この空間にローリングピストン７が収納される。ローリングピストン７は、クランクシャフト６の偏芯軸６ａに嵌合してシリンダ１６内を偏芯回転する。
【００１４】
シリンダ１６の一方の開口部（電動機１０側）は、フレーム５で閉塞される。フレーム５は、上軸受けとも呼ばれ、クランクシャフト６を支持する。
【００１５】
シリンダ１６の他方の開口部は、シリンダヘッド４により閉塞される。シリンダヘッド４は、下軸受けとも呼ばれ、クランクシャフト６を支持する。
【００１６】
ベーン（図示せず）がシリンダ１６の溝（図示せず）に摺動自在に組み込まれ常時ローリングピストン７の外周に当接して圧縮室内を高圧側と低圧側に区分する。
【００１７】
密閉容器１の底部に冷凍機油４０が貯留され、クランクシャフト６の内部を経由してローリングピストン７の内側に導かれる。
【００１８】
また、吸入マフラー２２が、密閉容器１の外部に固定される。吸入マフラー２２上部に設けられた吸入管２３から冷媒回路（図示せず）からの冷媒ガス（低圧・低温）を吸入する。吸入マフラー２２の下端に設置した下接続管２４を経由して圧縮機構部２０の圧縮室に吸入ガスが供給される。
【００１９】
圧縮機構部２０で圧縮された高温・高圧の吐出ガスは、密閉容器１内に吐出され、電動機１０を通過して吐出管２５から冷媒回路（図示せず）へ出て行く。
【００２０】
ここで冷凍機油４０の流れについて説明する。密閉容器１の底部に貯留される冷凍機油４０は、クランクシャフト６の回転により遠心ポンプや容積型ポンプによりくみ上げられ、ローリングピストン７の内部に導かれる。ローリングピストン７の内部は、通常密閉容器１の内部と同じ高圧空間となっている。シリンダ１６とその両端を閉塞するシリンダヘッド４とフレーム５によって構成される圧縮室内は、冷媒ガスを低圧側に吸入し、ローリングピストン７の偏芯回転により冷媒ガスは圧縮されて高圧となり密閉容器１内へ吐出される。
【００２１】
図２に示すように、ローリングピストン７は、シリンダ１６と、シリンダヘッド４と、フレーム５とから構成される圧縮室内を摺動する。そのために、シリンダ１６よりもわずかに小さく、シリンダ１６とクリアランスＣｒ［μｍ］を有すように圧縮室内に組み込まれている。
【００２２】
シリンダ１６とローリングピストン７とのクリアランスＣｒ[μｍ]を密閉型圧縮機１００の押しのけ容積Ｓｖ［ｃｍ３/ｒｅｖ］の０．３から４％としている。ここで、押しのけ容積とは、密閉型圧縮機１００が、１回転当たりに押しのける幾何学的容積である。
【００２３】
そして上述のように圧縮室内は、ローリングピストン７の回転に伴って低圧から高圧へと圧力が上昇し、密閉容器１の内部の圧力と同等となって密閉容器１内へ冷媒ガスが吐出される。従って圧縮室内はほとんどの工程において密閉容器１と同等な圧力のローリングピストン７の内部の空間よりも圧力が低い。
【００２４】
この構造により、ローリングピストン７内部の冷凍機油４０は常に圧縮室に向かって流出している。この流出した冷凍機油４０が、ベーンとシリンダ１６の溝との間のクリアランス、シリンダ１６の内周とローリングピストン７との外周のクリアランスに供給されることにより、冷媒ガスの高圧空間から低圧空間の漏れを防止し冷凍能力の低下を防止している。
【００２５】
しかし、ローリングピストン７内部から圧縮室に流出する冷凍機油４０の量が少ないと上記クリアランス（ベーンとシリンダ１６の溝との間のクリアランス、シリンダ１６の内周とローリングピストン７との外周のクリアランス）のシールが充分に出来ず冷凍能力の低下、効率の低下を招く。
【００２６】
また逆にこの冷凍機油４０の圧縮室内への流出量が多いと、圧縮室内部に冷凍機油４０が充満し、実質的な押しのけ容積Ｓｖを小さくして、冷凍能力の低下を招く。
【００２７】
この実施の形態においては、この不具合を防止するために、シリンダ１６とローリングピストン７の軸方向のクリアランスＣｒ[μｍ]を密閉型圧縮機１００の押しのけ容積Ｓｖ［ｃｍ３/ｒｅｖ］の０．３％〜４％としている。
【００２８】
Ｒ３２冷媒を使用した実験によれば、上記クリアランスＣｒ[μｍ]と密閉型圧縮機１００の押しのけ容積Ｓｖ［ｃｍ３/ｒｅｖ］の比Ｃｒ[μｍ]／Ｓｖ［ｃｍ３/ｒｅｖ］と密閉型圧縮機１００の成績係数（冷凍能力／入力）との関係は図３に示すようになる。ここで、シリンダ１６とローリングピストン７の半径方向のクリアランスをパラメータとしている。半径方向のクリアランスは、２０、２５、３０μｍとした。シリンダ１６とローリングピストン７の半径方向のクリアランスが大きくなると、冷媒ガスが高圧空間から低圧空間へ漏れが大きくなり、冷凍能力が低下して成績係数が悪化する。逆に、シリンダ１６とローリングピストン７の半径方向のクリアランスが小さくなると、冷媒ガスが高圧空間から低圧空間へ漏れが小さくなり、冷凍能力が増加して成績係数が改善される。
【００２９】
Ｃｒ／Ｓｖが０．３％を下回りクリアランスＣｒが押しのけ容積Ｓｖに対して相対的に小さくなると、ローリングピストン７内部から圧縮室に流出する冷凍機油４０が不十分となり、各クリアランスから冷媒ガスが高圧側から低圧側に漏れる量が増大して成績係数が著しく低下する。
【００３０】
また、Ｃｒ／Ｓｖが４％を上回り、クリアランスＣｒが押しのけ容積Ｓｖに対して相対的に大きくなると、ローリングピストン７内部から圧縮室に流出する冷凍機油４０が過大となり、圧縮室内に充満し実質的な押しのけ容積を低下させて成績係数が著しく低下する。
【００３１】
成績係数とＣｒ[μｍ]／Ｓｖ［ｃｍ３/ｒｅｖ］とは、実験により図３に示す関係になることを求めたが、これを数式で表すと、次式のようになると推定される。
成績係数＝ａ×（Ｃｒ／Ｓｖ）３＋ｂ×（Ｃｒ／Ｓｖ）２＋ｃ×（Ｃｒ／Ｓｖ）＋ｄ
ここで、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、実験結果から求まる定数である。
【００３２】
尚、本実施の形態で説明した密閉型圧縮機１００の冷凍サイクルに用いる冷媒は、ＣＦＣ冷媒、ＨＣＦＣ冷媒、ＨＦＣ冷媒、ＣＯ２、ＨＣ、空気、水などの自然冷媒、１，１，１，２テトラフルオロプロペンを含む冷媒およびそれらの混合物を使用してもよい。
【００３３】
特にＲ３２等のように冷媒中の音速が早い冷媒においては、各クリアランスから漏れる冷媒ガスの量がその音速に比例することから上記の効果がより一層顕著となり、冷媒の漏れが少なく、実質的な押しのけ容積の低下がない効率のよい密閉型圧縮機１００が得られる。
【００３４】
また、本実施の形態で説明した密閉型圧縮機１００の冷凍機油は、ポリアルキレングリコース、エステル、エーテル、アルキルベンゼン、鉱油およびそれらの混合物を使用してもよい。
【００３５】
また、本実施の形態で説明した密閉型圧縮機１００の電動機１０は、回転子３にフェライト磁石を使用するもの及び希土類磁石を使用するものを使用することができる。特に、希土類磁石を使用するものは、強い磁力により電動機１０を小形化でき、さらに小形で効率がよい密閉型圧縮機１００が得られるという効果がある。
【００３６】
また、本実施の形態では、密閉型圧縮機１００の圧縮機構はロータリ形について記載したが、この発明は、スライディングベーン式、スイング式などの圧縮機構にも適用することもできる。
【００３７】
以上のように、本実施の形態によれば、シリンダ１６とローリングピストン７のクリアランスＣｒ[μｍ]を密閉型圧縮機１００の押しのけ容積Ｓｖ［ｃｍ３/ｒｅｖ］の０．３％〜４％とすることにより、ローリングピストン７内部から圧縮室への冷凍機油の流入が適切となるので、圧縮室内の冷凍機油過大による冷凍能力の低下および冷凍機油不足による各摺動部分からの冷媒の漏れが少なく、効率のよい密閉型圧縮機１００が得られる効果がある。
【００３８】
また、特にＲ３２等のように冷媒中の音速が早い冷媒においては、各クリアランスから漏れる冷媒ガスの量がその音速に比例することから上記の効果がより一層顕著となり、冷媒の漏れが少なく、実質的な押しのけ容積の低下がない効率のよい密閉型圧縮機１００が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施の形態１を示す図で、密閉型圧縮機１００を概略的に示す縦断面図。
【図２】実施の形態１を示す図で、密閉型圧縮機の要部縦断面図。
【図３】実施の形態１を示す図で、Ｒ３２冷媒を使用した場合の成績係数をクリアランスＣｒと押しのけ容積Ｓｖの比をパラメータとした図。
【符号の説明】
【００４０】
１  密閉容器、２  固定子、３  回転子、４  シリンダヘッド、５  フレーム、６  クランクシャフト、６ａ  偏芯軸、７  ローリングピストン、１６  シリンダ、２０  圧縮機構部、２２  吸入マフラー、２３  吸入管、２４  下接続管、２５  吐出管、３０  ガラス端子、４０  冷凍機油、１００  密閉型圧縮機。
【図１】
2009209774.tif 000003
【図２】
2009209774.tif 000004
【図３】
2009209774.tif 000005