JP2005513352A - 往復動圧縮機 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に冷却剤用の往復動圧縮機１であって、少なくとも１つのシリンダ・チャンバ３が配置されたシリンダ・ハウジング２と、シリンダ・チャンバ３の境界を画定し、吸引チャンバに連結された吸引弁構成物１０、および吸引チャンバ１１から分離された圧力チャンバ１４に連結された圧力弁構成物１３を有する弁板７を有するシリンダ・ヘッド６とを備える往復動圧縮機に関する。吸引チャンバと圧力チャンバの間の封止を向上させるための努力をなすものである。この目的のために、弁板７は、シリンダ・チャンバ３から反対を向いた側に、吸引チャンバ１１と圧力チャンバ１４を分離する突起部１５を有する。

Description

本発明は、特に冷却剤用の往復動圧縮機であって、少なくとも１つのシリンダ・チャンバが配置されたシリンダ・ハウジングと、シリンダ・チャンバの境界を決め、弁板を有するシリンダ・ヘッドとを備える往復動圧縮機に関し、弁板は、吸引チャンバに連結された吸引弁構成物と吸引チャンバから分離された圧力チャンバに連結された圧力弁構成物とを有する。

この種の往復動圧縮機は米国特許第６，２０６，６５５ Ｂ１によって知られている。ここでは、シリンダ・ヘッドは弁板を有し、弁板は、シリンダ・ハウジング上に位置し、シリンダ・チャンバ正面の境界となっている。この弁板には、２つの吸引弁、および２つの圧力弁が配置される。弁板上に封止部が載り、その上に再び、シリンダ・ヘッド・カバーが載る。最初に、封止部が、円周壁によって、弁板とシリンダ・ヘッド・カバーとの間でチャンバを外側に向かって封止する。向かい合って配置された円周壁セクションの間に仕切りが設けられ、これが、吸引チャンバと圧力チャンバを分離する。シリンダ・ヘッド・カバー、封止部、弁板、および追加の弁構成要素が、ネジによってシリンダ・ハウジングに取り付けられる。

他の冷媒圧縮機がドイツ特許 ３３ ３２ ２５９ Ａ１によって知られている。ここでは、シリンダ・ヘッドは、弁板とシリンダ・ヘッド・カバーを有し、このシリンダ・ヘッド・カバーは、吸引チャンバと圧力チャンバを形成する空洞を有する。このような実施形態は、実践でその価値を証明している。製造が簡単で、ある程度の要件までは、これらは、確実に動作を行う。冷媒ガスが吸引チャンバを通して吸引される。ピストンの吸引ストローク中、ガスは、吸引チャンバから、吸引弁構成物を通って、シリンダ・チャンバ内に流入する。圧縮の後、ガスは、圧力弁構成物を通って、圧力ガスチャンバ内に圧入される。この２つの弁構成物によって、ガスは確実に正しい経路を取る。

作動圧力が大きい、または吸引チャンバと圧力チャンバの圧力差が大きい状態で作動する圧縮機では、吸引側と圧力側の間の封止に関連して問題が発生する。冷媒ガスが圧力チャンバから吸引チャンバに溢れることによって、圧縮機の効率が低下する。これは、大きな容積冷却能力を有する冷却剤によって動作される冷凍システムで特に重大である。例えば、ＣＯ₂（二酸化炭素）が冷却剤として使用される場合、同一の冷却能力を得るのに、他の冷却剤を用いるより小さなガス容積を圧縮することですむ。この理由によって、シリンダ・チャンバの容積を、例えばシリンダ直径を縮小することによって縮小することができる。しかし、シリンダ直径を縮小すると、吸引開口部と圧力開口部、主として吸引弁と圧力弁に利用できる空間の大きさも縮小する。したがって、これらに対応する開口部を、互いに接近して配置しなければならず、これが、確実な封止をさらに困難にする。いうまでもなく、開口部の直径を縮小することもできる。しかし、そうすると流動抵抗が増大し、したがって圧力損失も起こり、これもまた圧縮機の効率にマイナス影響を及ぼす。

本発明は吸引チャンバと圧力チャンバの封止を向上させるという課題に基づいている。

序文で述べた往復動圧縮機では、この課題は、弁板が、シリンダ・チャンバから反対を向いた側に、吸引チャンバと圧力チャンバを分離する突起部を有することによって解決される。

したがって、吸引チャンバと圧力チャンバの間の封止部は、弁板に一体化される。この突起部は弁板と一体に作られ、すなわち、弁板に確実に固定される。

弁板と突起部の間で、ガスが貫通することはできない。したがって、突起部の最下部、すなわち弁板への移行部分を比較的薄く作ることができ、これによって、吸引開口部と圧力開口部を互いに比較的接近して配置しても、封止幅が小さ過ぎるために封止に問題が起こるようなことはない。したがって、突起部の必要最小限の幅、したがって、吸引開口部と圧力開口部の間の最小限の間隔は、作動圧力と弁板材料の強度の関係に大きく左右される。さらに、弁封止部を板に一体化することにより追加の利点が生まれる。弁板が機械的に安定する。吸引開口部と圧力開口部の間がこのように安定するので、実際には、シリンダの最大直径の区域、すなわち、特に変形にさらされる区域が自動的に安定する。この安定により、明らかに変形の危険が減少する。これが、さらに封止を向上させる。吸引弁と圧力弁は、必ずしも弁板に一体化させる必要はない。最先端技術から知られている通り、弁板は、吸引弁と圧縮弁の担体としての働きをすれば充分である。

弁板の厚みは、吸引弁構成物の区域よりも、圧力弁構成物の区域で、より小さいことが好ましい。したがって、デッド・スペースの容積を縮小することができ、それによって、圧縮機の効率をさらに向上させることができる。弁板の厚みの縮小が可能であるのは、シリンダ・チャンバ内を支配している圧力によって生じる機械的応力を、ここで実質的に弁板の突出部によって吸収することができるからである。

圧力弁構成物は、突起部に隣接する圧力チャンバへの圧力開口部を有することが好ましい。この圧力開口部は、弁板内の「穴」であり、これは、弁板を脆弱化させる。ここで、この脆弱化を、突起部によってもたらされる安定と組み合わせると、脆弱化は実質的に補償される。さらに突起部は、ある特定の状況で、圧力開口部を通って流入するガスを誘導するのに使用することができる。したがって、良好な流動状態を得ることができる。

吸引チャンバおよび／または圧力チャンバは、弁板の突起部によって形成される壁によって、円周方向でその境界が決められる。したがって、吸引チャンバと圧力チャンバの間の分離壁だけでなく、これら２つのチャンバの円周壁も弁板に一体化される。したがって、これらの円周壁は、弁板一般の強度に対応する比較的高い強度で作ることができ、それによって、特に圧力チャンバの区域で、比較的高い圧力を実現することができる。

シリンダ・ヘッドは、少なくとも、弁板に面した底側に平面を有するカバーを有することが好ましい。これによって、製造が簡略化される。吸引チャンバと圧力チャンバが共に、弁板に一体化された壁に囲まれる場合、このようなカバーが特に有用である。

少なくとも、吸引チャンバと圧力チャンバを分離する突起部は、弁板付近の端部よりも、弁板から反対を向いた端部でより大きな厚みを有することが好ましい。言い換えれば、突起部のヘッドは、その最下部よりも厚みが大きい。したがって、吸引チャンバと圧力チャンバの間の封止線の幅をより拡大することができる。カバーが支持される突起部のヘッドでは、利用可能な空間に関して比較的制限が少ない。この空間は、吸引開口部と圧力開口部の位置決めによって制限されない。したがって、ここで、吸引チャンバと圧力チャンバの間の封止を、さらに向上させることができる。

吸引チャンバと圧力チャンバの間の突起部は、少なくとも断面で、ガス空間が間に配置される２つの壁セクションを備えた二重壁を形成することが好ましい。このガス空間は、吸引チャンバと圧力チャンバの間に充分な断熱を提供する。吸引チャンバ内に吸引されたガスは、圧力チャンバの熱い仕切壁によって、あまりひどく加熱されない。このことは、圧縮機の容積効率に肯定的な効果を有する。二重壁はまた、弁板をさらに機械的に強化する。

好ましくは、吸引弁構成物は、吸引チャンバへの吸引開口部を有し、これは、少なくとも部分的に、吸引チャンバと圧力チャンバの間の突起部内に配置される。したがって、全体として、この突起部の幅は、吸引開口部と圧力開口部の距離によって示唆されるよりも大きくすることが可能である。さらに、この方策によって、突起部とカバーの間の接触域が広くなること、すなわち、封止の向上が可能となる。

吸引弁構成物は、プラスチック材料で裏打ちされた吸引路を介して、ガス貯蔵器に連結されることが好ましい。このプラスチック材料は断熱器を形成し、それによって、吸引ガスに対する望ましくない加熱を回避することができる。吸引路は、吸引ガスが、弁板の金属製の熱い部分と可能な限り接触しないように作られる。これも圧縮機の効率を向上させる。

吸引路が、吸引消音器の形態であることが特に好ましい。したがって、吸引開口部は、吸引消音器の出口に直接連結される。

以下に、本発明を、好ましい実施形態に基づいて、図面に関連して、詳しく記述する。

図１は、シリンダ・チャンバ３が配置された、シリンダ・ハウジング２を備えた往復冷媒圧縮機１の概略断面図を示す。シリンダ・チャンバ３内をピストン４が上下に運動することができる。必要とされる駆動はそれ自体が知られており、したがって、詳しく示さない。ピストン４の運動の方向を両方向矢印５によって示す。ピストン４の運動によって、シリンダ・チャンバ３が拡大し、または縮小する。

さらに、圧縮機１は、弁板７とカバー８を備えるシリンダ・ヘッド６を有する。

弁板には、吸引弁１０によって閉鎖することができる吸引開口部９が配置されている。吸引開口部９を介して、シリンダ・チャンバ３がシリンダ・ヘッド６内に形成された吸引チャンバ１１と連結している。

さらに、弁板７は、圧力弁１３によって閉鎖することができる圧力開口部１２を有している。圧力開口部１２を介して、シリンダ・チャンバ３が、同様にシリンダ・ヘッド６内に形成されている圧力チャンバ１４と連結される。

弁板は、吸引チャンバ１１と圧力チャンバ１４の間に、弁板７と一体に作られる突起部１５を有する。さらに、弁板７は、その縁部域に円周突起部１６を有し、これが、吸引チャンバ１１と圧力チャンバ１４の間の突起部１５に連結されている。したがって、２つの突起部１５、１６は、吸引チャンバ１１と圧力チャンバ１４を囲む。カバー８が突起部１５、１６上に載り、それによって、吸引チャンバ１１と圧力チャンバ１４は、さらに弁板７とカバー８によってその境界が決められている。

突起部１５とカバー８の間の接触面は、吸引チャンバ１１と圧力チャンバ１４の間の封止域１７を形成すしている。封止域１７の幅は大きくすることができるが、これは、点線で示す通り、突起部１５の上方端、すなわち、弁板７から反対を向いた端部を幅広部１８とすることによる。

吸引チャンバ１１の区域では、弁板は、厚さｓを、圧力チャンバの区域では、厚さｄを有し、厚さｄは、厚さｓよりも小さい。これによって、圧力開口部１２の長さを小さくしておくことが可能となる。圧力開口部１２は、圧縮機１のいわゆるデッド・スペースの一部であり、すなわち、このスペース内で利用可能なガスが、ピストンの上方のデッド・スペース中心位置で、より高い圧力になっても、圧力チャンバ１４に入れられることはない。デッド・スペースが小さければ小さいほど、圧縮機の効率は高くなる。圧力チャンバ区域の厚さｄの縮小によって、デッド・スペースの容積の縮小が可能になる。

圧力チャンバ区域の、弁板７の厚みの縮小が可能であるのは、突起部１５が、弁板７の剛性、したがって、変形に対する抵抗の向上に寄与するからである。弁板７の変形が少ないという事実は、カバー８の重さに耐える力を向上させることができ、すなわち、この場所で、漏れの発生する危険が極めて小さくなる。

吸引開口部９は、吸引チャンバ１１と圧力チャンバ１４の間の突起部１５内に、少なくとも部分的に配置される。この目的のために、吸引開口部は、曲がり延長部を有する。特に図２から分かる通り、この実施形態は、突起部１５が、吸引開口部９と圧力開口部１２の間隔よりも大きな幅ｂを有することができるという利点を有する。突起部１５、あるいはカバー８との封止域１７の幅が大きいほど、吸引チャンバ１１と圧力チャンバ１４の間の封止は充分となる。

圧力開口部１２は突起部１５に接近して配置される。吸引開口部１２によって起こる弁板７の脆弱化は、突起部１５によって与えられる強度によって補償される。

図２は、吸引チャンバ１１が吸引連結部１９を有し、圧力チャンバ１４が圧力連結部２０を有することを示しているが、吸引連結部１９を介して吸引チャンバ１１に流入したガスがシリンダ・チャンバ３で圧縮され、圧力連結部２０を通って、圧力チャンバ１４から流出する。連結部１９、２０のいずれにも連結される管は、それ自体知られており、したがって、詳しくは示さない。

図３は、図２に対応する図面による修正実施形態を示す。ここで、同じ部品は、同じ参照番号を有する。

図１、２に示す実施形態とは反対に、この場合、突出部は、２つのセクション１５ａ、１５ｂを備えた二重壁の形態を有し、セクション１５ｂの幅は、セクション１５ａの幅よりもかなり広い。これは、圧力チャンバ１４内の圧力が、吸引チャンバ１１内の圧力よりも高いという事実によるものであり、つまり、圧力チャンバ１４は、周囲環境に対してより充分な封止を必要とし、これを、セクション１５ｂの、より幅広い封止域によって達成させるようにしている。２つのセクション１５ａ、１５ｂの間には、ガス空間２１が配置され、そのことによって、この２つの壁セクション１５ａ、１５ｂの間に断熱が生じる。この断熱によって、セクション１５ａの温度は、セクション１５ｂよりも低くなる。より高い圧力にさらされた圧力チャンバ内のガスの温度の上昇により、セクション１５ｂは、吸引連結部１９を通って吸引チャンバ１１内に吸引されるガスよりも暖かくなる。吸引されたガスが加熱されると、膨張し、したがってガスの嵩が縮小したシリンダ・チャンバ３だけを充満させることができる。

ここに示すのは、ガス空間２１が、周囲環境に対して開いているということである。この事例では、ガス空間２１の利用可能なガスの永久置換が起こることが可能である。しかし、必要に応じて、断熱を高めるために、ガス空間２１を閉じ、または真空にすることもできる。

図４は、さらなる実施形態の例を示し、図２の実施形態に実質的に対応する。その相違点は、吸引消音器２２が、吸引チャンバ１１に配置されていることである。吸引消音器２２は、吸引連結部１９を通るアダプタ２３を有する。吸引消音器２２は、プラスチック材料から作られ、その熱伝導率は非常に低い。吸引消音器２２は、すぐに吸引開口部９内へと続くアダプタ２４を有する。この実施形態では、吸入ガスが、弁板またはカバーの熱い金属面とは接触しないことが実現される。したがって、ガスはあまりひどく加熱されず、これは、圧縮機１の効率をさらに向上させることができることを意味する。

しかし、すべての事例で、完全な吸引消音器２２を、吸引チャンバ１１に配置する必要はない。他の選択肢として、単に、吸引チャンバ１１を、プラスチック材料または他の断熱につなげ、吸引消音器をシリンダ・ヘッド６の外に配置してもよい。

圧縮機の概略断面図である。 図１による、断面図ＩＩ〜ＩＩである。 修正された実施形態である。 図２に対応する図による第３の実施形態である。

Claims (10)

1. 少なくとも１つのシリンダ・チャンバが配置されたシリンダ・ハウジング、及び吸引チャンバに連結された吸引弁構成物と吸引チャンバから分離された圧力チャンバに連結された圧力弁構成物とを有し、シリンダ・チャンバの境界を定める弁板を有するシリンダ・ヘッドを備える、特に冷却剤用の往復動圧縮機であって、弁板（７）が、シリンダ・チャンバ（３）から反対の上側に、吸引チャンバ（１１）と圧力チャンバ（１４）を分離する突起部（１５）を有することを特徴とする往復動圧縮機。
2. 弁板（７）の厚さ（ｄ）が、吸引弁構成物（１０）の区域よりも、圧力弁構成物（１３）の区域で、より小さいことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 圧力弁構成物（１３）が、突起部（１５）に隣接して、圧力チャンバ（１４）内への圧力開口部（１２）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機。
4. 吸引チャンバ（１１）および／または圧力チャンバ（１４）が、弁板（７）の突起部（１６）によって形成される壁によって、円周方向での境界が定められることを特徴とする請求項１または３に記載の圧縮機。
5. シリンダ・ヘッド（６）が、少なくとも弁板（７）に向かった底側に、平面を有するカバー（８）を有することを特徴とする請求項４に記載の圧縮機。
6. 少なくとも、吸引チャンバ（１１）と圧力チャンバ（１４）を分離する突起部（１５）が、弁板（７）から反対を向いた端部で、弁板（７）付近より大きな厚みを有することを特徴とする請求項４または５に記載の圧縮機。
7. 吸引チャンバ（１１）と圧力チャンバ（１４）の間に、突起部（１５）が、少なくとも断面で、ガス空間（２１）が間に配置される２つの壁セクション（１５ａ、１５ｂ）を備えた二重壁を形成することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の圧縮機。
8. 吸引弁構成物（１０）が、吸引チャンバ（１１）への吸引開口部（９）を有し、これが、吸引チャンバ（１１）と圧力チャンバ（１４）の間の突起部（１５）内に少なくとも部分的に配置されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の圧縮機。
9. 吸引弁構成物（１０）が、プラスチック材料で裏打ちされた吸引路を介して、ガス貯蔵器に連結されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の圧縮機。
10. 吸引路が吸引消音器（２２）の形態であることを特徴とする請求項９に記載の圧縮機。

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