密閉型壓縮機和製冷裝置的製作方法

2023-04-28 21:27:31

專利名稱：密閉型壓縮機和製冷裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於電冰箱、空氣調節機(air conditioner)、冷凍冷藏裝置等的 製冷循環的密閉型壓縮機。
背景技術：
近年來，家庭用電冰箱正在實行節能化，裝載在家庭用電冰箱中的密閉型壓縮機 的高效率化也得以發展。在該過程中，目前作為裝載在家庭用電冰箱中的該種密閉型壓縮機，為了提高效 率，公開有以下技術利用活塞的凸部減少排出孔的死區容積(dead volume)，降低由壓縮 氣體的再次膨脹引起的損耗，並抑制能力的降低。例如，參照日本特許第3205122號公報 (專利文獻1)。下面，參照附圖對上述現有的密閉型壓縮機進行說明。圖26是記載於專利文獻1 的現有的密閉型壓縮機的縱截面圖。圖27是現有的密閉型壓縮機的主要部分的截面圖。圖 28是現有的密閉型壓縮機的活塞的立體圖。如圖26 圖28所示，現有的密閉型壓縮機20在密閉容器1內收納有壓縮元件2 和電動元件3，在內部空間充填有冷卻介質氣體4。壓縮元件2主要由大致圓筒形的汽缸5和以能夠自由地往復運動的方式插入在汽 缸5內的活塞6構成。活塞6通過連結部7與曲軸8的偏心部9連結。此外，在汽缸5的端部配設有具備吸入孔11和排出孔12的閥板10。在汽缸5的 端部還包括分別對吸入孔11和排出孔12進行開閉的吸入閥(未圖示)和排出閥(未圖 示)°壓縮室19由汽缸5、閥板10、活塞6形成。通過對電動元件3的旋轉力進行傳遞 的曲軸8的旋轉，活塞6在汽缸5內往復運動。由此，在壓縮室19形成有將冷卻介質氣體 4吸入、壓縮、排出的壓縮機構。此外，如圖27和圖28所詳示，為了降低排出孔12的死區容積，現有的密閉型壓縮 機20在活塞6的閥板10側的端面(前端面)設置有與排出孔12對應的凸部14。該活塞 6的凸部14為圓柱(圓筒)形狀或錐形形狀。閥板10的排出孔12形成於活塞6的凸部 14所進入的位置。此外，在流體技術中，已知書本中也公開了以下技術在排出流體的排出孔的入口 周緣形成截面為圓弧的錐形孔(bellmouth)，降低隨著流體的流動所產生的在入口周緣的 損耗。例如，參照「工學基礎流體力學三訂版」(培風館1990 P. 184 185 (非專利文獻1))。但是，上述的現有技術構成為，通過活塞6的設置於閥板10側的凸部14進入排出 孔12，能夠減少死區容積，但是冷卻介質氣體4的流通面積逐漸地減少。此外，隨著壓縮室 19內的冷卻介質的複雜的運動，在壓縮室19內、排出孔12其它損耗增加，冷卻介質氣體4 不能完全從壓縮室19流出。S卩，積留(殘存)於壓縮室19內的冷卻介質氣體隨著活塞6 的吸入動作而再次膨脹，由此產生吸入損耗等，作為其結果，存在不能充分地發揮由減少密閉型壓縮機20的死區容積帶來的效果的問題。此外，也考慮將上述非專利文獻1所公開的結構應用於上述現有的密閉型壓縮機 20的排出孔12，但是，可以預測由於凸部14引起的排出孔12周邊的損耗(冷卻介質的復 雜的運動)，因此不能夠期待充分的效果。

發明內容
本發明的目的在於提供一種密閉型壓縮機和製冷裝置，其通過減少死區容積、並 且降低在壓縮室內、排出孔的損耗，來實現高效率。本發明的密閉型壓縮機構成為，在密閉容器內具備電動元件和由電動元件驅動的 壓縮元件，壓縮元件包括具有壓縮室空間的汽缸體(cylinder block)；在壓縮室空間內 進行往復運動的活塞；和配置於壓縮室空間的端部、且與活塞一併形成壓縮室的閥板，在閥 板設置有要在壓縮室內被壓縮的氣體流入的吸入孔和將在該壓縮室內被壓縮的氣體排出 的排出孔，在活塞的前端面、且與排出孔相對的位置，還設置有隨著活塞的往復運動而出沒 排出孔的凸部，凸部設置有與活塞的往復運動方向平行地延伸的平面。由此，減少死區容積，提高壓縮機的效率。此外，對於從吸入孔向排出孔流動的氣 體的氣流，通過平面遮擋向著在凸部的軸方向上延伸的周壁的蔓延，能夠將被平面遮擋的 氣體導向排出孔方向。因此，能夠降低壓縮行程結束時氣體在壓縮室內的積留(量)，降低 隨著該積留的氣體的再次膨脹而產生的吸入損耗。此外，本發明的製冷裝置構成為，具有通過配管將壓縮機、散熱器、減壓裝置和吸 熱器環狀地連結而成的冷卻介質迴路，壓縮機設定為上述的密閉型壓縮機。通過採用該結構，能夠得到抑制消耗電力(量)的製冷裝置，能夠實現以家庭用電 冰箱為主、除溼機、陳列櫃、自動售賣機等裝置的節能化。


圖1是本發明的實施方式1的密閉型壓縮機的縱截面圖。圖2是該實施方式1的密閉型壓縮機的活塞的主要部分的立體圖。圖3是該實施方式1的密閉型壓縮機的活塞的主要部分的側面圖。圖4是表示從該實施方式1的密閉型壓縮機的活塞的壓縮面觀察到的凸部與吸入 孔和排出孔的配置關係的說明圖。圖5是對該實施方式1的密閉型壓縮機的壓縮行程結束前的冷卻介質氣體的氣流 進行說明的主要部分的截面圖。圖6是對該實施方式1的密閉型壓縮機的壓縮行程結束時的冷卻介質氣體的氣流 進行說明的主要部分的截面圖。圖7是該實施方式1的設置有不同結構的凸部的活塞的主要部分的立體圖。圖8是該實施方式1的另一設置有不同結構的凸部的活塞的主要部分的立體圖。圖9是本發明的實施方式2的密閉型壓縮機的活塞的立體圖。圖10是該實施方式2的密閉型壓縮機的主要部分的截面圖。圖11是該實施方式2的密閉型壓縮機的特性比較圖。圖12是構成本發明的實施方式3的密閉型壓縮機的活塞的立體圖。
圖13是從構成該實施方式3的密閉型壓縮機的活塞的壓縮面觀察到的平面圖。圖14是構成該實施方式3的密閉型壓縮機的活塞的側面圖。圖15是從活塞的壓縮面觀察到的表示設置於該活塞的凸部與吸入孔和排出孔的 配置關係的說明圖。圖16是設置於該活塞的凸部的放大立體圖。圖17是表示該凸部的側面形狀的活塞的主要部分的側面圖。圖18是對該實施方式3的密閉型壓縮機的壓縮行程結束前的冷卻介質氣體的氣 流進行說明的沿著圖15的18-18線的主要部分的截面圖。圖19是對該壓縮行程結束時的冷卻介質氣體的氣流進行說明的沿著圖15的 19-19線的主要部分的截面圖。圖20是對該實施方式3的密閉型壓縮機的排出孔部分的冷卻介質氣體的氣流進 行說明的示意圖。圖21是表示該實施方式3的密閉型壓縮機的設置於活塞的凸部(側壁)的突出 角度θ與成績係數COP的關係的特性圖。圖22是表示該實施方式3的密閉型壓縮機的設置於活塞的凸部(側壁)相對於 吸入孔側的配置角度α與成績係數COP的關係的特性圖。圖23是表示設置於該活塞的凸部的不同的形狀的立體圖。圖24是對在該實施方式4的密閉型壓縮機的排出孔部分、在壓縮行程結束時的冷 卻介質氣體氣流進行說明的沿著圖15的24-24線的主要部分的截面圖。圖25是表示本發明的實施方式4的物品儲藏裝置的結構的示意圖。圖26是現有的密閉型壓縮機的縱截面圖。圖27是現有的密閉型壓縮機的主要部分的截面圖。圖28是現有的密閉型壓縮機的活塞的立體圖。
具體實施例方式下面，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。另外，本發明不限定於該實施方 式。(第一實施方式)圖1是本發明的實施方式1的密閉型壓縮機的縱截面圖。圖2是該實施方式1的 密閉型壓縮機的活塞的主要部分的立體圖。圖3是該實施方式1的密閉型壓縮機的活塞的 主要部分的側面圖。圖4是表示從該實施方式1的密閉型壓縮機的活塞的壓縮面觀察到的 凸部與吸入孔和排出孔的配置關係的說明圖。圖5是對該實施方式1的密閉型壓縮機的壓 縮行程結束前的冷卻介質氣體的氣流進行說明的主要部分的截面圖。圖6是對該實施方式 1的密閉型壓縮機的壓縮行程結束時的冷卻介質氣體的氣流進行說明的主要部分的截面 圖。圖7是該實施方式1的設置有不同結構的凸部的活塞的主要部分的立體圖。圖8是該 實施方式1的另一設置有不同結構的凸部的活塞的主要部分的立體圖。如圖1所示，密閉型壓縮機(以下，稱為壓縮機)100，在密閉容器101內填充有冷 卻介質氣體(氣體)104，電動元件103和由電動元件103驅動的壓縮元件102通過懸簧105 在密閉容器101內被彈性地支承、收納。
壓縮元件102的主體構成為將電動元件103的旋轉運動變換成往復運動的曲軸 109 ；和包括具有大致圓筒形的壓縮室空間的汽缸108的汽缸體120。曲軸109包括固定 有電動元件103的轉子103a的主軸部109a ；和軸心相對於主軸部109a偏心的偏心部110。 而且，主軸部109a由汽缸體120的主軸承部120a支承。此外，在汽缸108內以能夠自由地往復運動的方式插入有活塞106。該活塞106經 由連結部107與曲軸109的偏心部110連結。S卩，連結部107的一端與曲軸109的偏心部 110旋轉自由地連結，另一端與安裝於活塞106的活塞銷107a旋轉自由地連結。由此，連 結部107將隨著曲軸109的旋轉而產生的偏心部110的旋繞變換成往復運動，傳遞給活塞 106。在汽缸108的端部108a配設有閥板111。壓縮室125由閥板111、活塞106、汽缸 108形成。在閥板111設置有各自形成為圓形的吸入孔112和排出孔113，進一步還設置有分 別以已知結構形成的對吸入孔112進行開閉的吸入閥112a(圖4)和對排出孔113進行開 閉的排出閥(未圖示)。吸入閥112a的開閉的支點(起點)L在後述的線Z上，並且設定為 靠近排出孔113。此外，閥板111被汽缸蓋114覆蓋，在該汽缸蓋114的內部設置有吸入消音器115、 連通吸入孔112的吸入室116和與排出孔113連通的排出室117。在排出室117連接有排出管121，該排出管121與向密閉容器101的外部延伸的出 口管122連接。在活塞106的閥板111側的端面即前端面106a、且與排出孔113對應的位置，一體 地設置有隨著活塞106的往復運動而出沒排出孔113的凸部118。進一步，如圖5、圖6所示，在設置於閥板111的排出孔113，其孔徑形成為截面面 積從壓縮室125側向著壓縮室125的相反側(汽缸蓋114側)變大。進而，活塞106的凸 部118形成為能夠容易地進入的大小。此外，排出孔113設置在位於比壓縮室125的軸心 124更靠外周側的使其偏心的位置的軸心126。因此，就凸部118的軸心129的位置而言，由於在活塞106的往復運動時出沒排出 孔113，因此，設置於如下的位置與排出孔113的軸心126 (大致)一致，比壓縮室125的 軸心124和與該軸心124(大致)一致的活塞106的軸心128更靠外周側的偏心的位置。進一步，如圖2和圖4所示，凸部118配置為以將圓柱在軸方向上切斷成一半的 形狀為基準，該切斷面即平面118a面向活塞106的軸心128側。這裡，為了便於說明，凸部118的軸心129設定在圓柱情況下的軸心，但是，也能夠 設定在作為實際形狀的半圓柱的軸心(未圖示)。此外，凸部118的頂部的面118b為平面。而且，凸部118 (排出孔113)與設置於閥板111的吸入孔112的位置關係如圖4 所示，吸入孔112位於遍及從平面118a的延長線X起直至越過活塞106的軸心128而成的 區域的投影面(陰影區域)內。進一步，由平面118a與活塞106的前端面106a形成的角度θ (圖3)設定為大致 90°。由於活塞106和凸部118被模壓成型，因此該角度θ含有若干模具的起模坡度(角 度)，該起模坡度能夠任意地設定。在本實施方式1中，基於後述的理由，角度θ定義為約70° < θ <90°。
此外，如圖4所示，平面118a的方向設定為從活塞106的前端面106a側觀察，在 與活塞106的軸心128交叉的方向上延伸的平面118a的延長線X相對於通過吸入孔112 的軸心(中心)130和活塞106的軸心(中心)128的線Z構成角度(以下，稱為配置角度) α (在本實施方式1中約為45° )。該配置角度α也能夠定義為以下的配置關係垂直於平面118a且通過該平面 118a的中心的直線Y，與通過吸入孔112的軸心130和活塞106的軸心128的線Z以規定 的角度範圍交叉。特別是，在本實施方式1中設定為，直線Y在吸入孔112的軸心130和活 塞106的軸心128之間交叉而成的角度。因此，根據吸入孔112的位置不同，平面118a的延長線X與上述的通過吸入孔112 的軸心130和活塞106的軸心128的線Z交叉而成的配置角度α (約45° )不同。進一步，在活塞106的前端面106a中與凸部118的平面118a交叉的部分(凸部 118的突出部分)，形成有規定直徑的彎曲面106b (圖3)。換言之，該凸部118的平面118a 形成部分地具備彎曲面106b的形狀。而且，該彎曲面106b的面積(在平面118a中所佔的 面積比)根據與排出孔113的內徑的間隔或活塞106的前端面106a的面積(汽缸108的 容積)等各種設計元素來設定。此外，凸部118的高度H設定為比閥板111的厚度h(圖6)低若干。下面，對如上結構的壓縮機100的動作、作用進行說明。這裡，壓縮機100如已知 那樣，在吸入管(未圖示)與出口管122之間連接有將冷凝器、減壓器、蒸發器(均未圖示) 連接而成的冷卻介質迴路，由此構成已知的製冷循環。另外，被壓縮的冷卻介質氣體104採 用 R600a。當對電動元件103通電時，轉子103a旋轉，使曲軸109旋轉，曲軸109的偏心部 110的旋轉(轉動)運動經由連結部107被傳遞給活塞106。因此，活塞106在汽缸108內
往復運動。在活塞106從上死點起朝向下死點的吸入行程中，隨著活塞106向曲軸側移動，壓 縮室125的容積增大，因此壓縮室125內的壓力降低，通過形成於汽缸蓋114的吸入室116 與壓縮室125內的壓力差，吸入閥112a以支點L為基點打開，壓縮室125與吸入室116經 由吸入孔112連通。因此，冷卻介質氣體104從冷卻介質迴路被導入密閉容器101內，依次通過吸入消 音器115、吸入室116、吸入孔112，被吸入壓縮室125內。接著，在活塞106從下死點起朝向上死點的壓縮行程中，隨著活塞106向閥板111 側移動，吸入閥112a將吸入孔112關閉，壓縮室125內的容積減少。由此，壓縮室125內的 冷卻介質氣體104被壓縮，壓縮室125內的壓力上升。然後，在壓縮室125內的壓力上升到排出室117內的壓力為止，通過排出室117與 壓縮室125內的壓力差，排出閥打開，在直到活塞106到達上死點的期間，被壓縮的冷卻介 質氣體104從排出孔113向汽缸蓋114內的排出室117排出。向排出室117排出的冷卻介質氣體104通過排出管121，從出口管122被輸送到密 閉容器101外的冷卻介質迴路，形成製冷循環。如上所述的吸入、壓縮、排出的各行程，在曲軸109的每一次旋轉中反覆地進行， 冷卻氣體104在製冷循環內循環。
參照圖5和圖6，對在上述的排出行程中從排出孔113排出的冷卻介質氣體104的 氣流進行詳細的說明。另外，這裡為方便起見，基於活塞106的移動方向，將排出行程包含 在壓縮行程中進行說明。在壓縮行程的後半程，當壓縮室125的容積減少時，如圖5所示，活塞106的前端 面106a接近閥板111，同時凸部118接近相對的排出孔113。然後，隨著壓縮室125內的壓 力上升，排出閥打開。在排出閥打開的同時，如圖中的箭頭所示，在壓縮室125內被壓縮的冷卻介質氣 體104經由排出孔113 —氣地被排出到汽缸蓋114內的排出室117內。然後，當壓縮行程進一步進行時，如圖6所示，活塞106的凸部118進入相對的排 出孔113內，被壓縮的冷卻介質氣體104的一部分殘留在由凸部118與排出孔113形成的 死區容積(微細的陰影部分)內、以及閥板111與活塞106的前端面106a的微小間隔空間 中，壓縮行程結束。在上述的壓縮行程中，壓縮室125內的冷卻介質氣體104的氣流為速度、氣流方向 均較大地變化的三維的氣流，呈現複雜的運動。在本實施方式1中，在活塞106的前端面106a所設置的凸部118的側壁形成有平 面118a，使得冷卻介質氣體104難以向凸部118的周圍蔓延。因此，特別是在壓縮行程將要結束時，如圖5所示，由排出孔113和凸部118形成 的冷卻介質氣體104的流路變窄，冷卻介質氣體104的流速變快。而且，在凸部118的平面 118a的相反側，其一部分被認為如箭頭χ所示的那樣向凸部118的周圍(側面)蔓延。因 此，能夠認為通過平面118a能夠抑制與該平面118a相對的氣流的冷卻介質氣體向凸部118 的周圍(側面)蔓延，被導向排出孔113的氣流成分變多。而且，在平面118a從前端面106a突出的部分形成有彎曲面106b (圖3)，因此沿著 平面118a流動的冷卻介質氣體104的氣流變得順暢，從而能夠期待對冷卻介質氣體104的 複雜運動起到緩和的作用。然後，壓縮行程進一步進行，在活塞106到達上死點之前，如圖6所示，由排出孔 113和凸部118形成的冷卻介質氣體104的流路變得微小，冷卻介質氣體104的流通阻抗進 一步變大。但是，通過由平面118a部分將冷卻介質氣體104的氣流導向排出孔113，能夠降 低積留於壓縮室125內的冷卻介質氣體104的量，降低隨著再次膨脹而產生的吸入損耗。其結果是，能夠改善隨著冷卻介質氣體104的複雜運動而產生的在排出孔113附 近的冷卻介質氣體104的氣流，能夠減少在壓縮機100的壓縮行程將要結束時所積留的冷 卻介質氣體104的再次膨脹，降低壓縮機100的電力輸入。這裡前的說明中，對凸部118採用以將圓柱在軸方向上切斷成一半的形狀為基準 的結構進行了說明，但是如圖7所示，也可以使凸部218構成為以將圓錐臺在軸方向上切斷 成一半、並形成有平面218a的形狀為基準。或者，如圖8所示，也可以使凸部318構成為以 具有多個平面318a、318d和頂面318e的直六面體等的角錐臺(角柱體)形狀為基準。在 任意的情況下，通過將與排出孔113的軸心126的關係、以及吸入孔112與平面218a、318a 的關係等設定為同樣的條件，均能夠期待相同的作用效果。進一步，在凸部118、218、318中與活塞106的前端面106a形成大致平行關係的頂 部的面118b、218b、318e不限定於平面，即使是彎曲面也能夠期待相同的作用效果。
換言之，凸部118、218、318的形狀優選為具有在活塞106與汽缸108進行的壓縮 行程快要結束時，抑制冷卻介質氣體104向凸部118、218、318的周圍(側面)蔓延的平面 118a、218a、318a。S卩，圖2、圖7、圖8所示的各凸部118、218、318的結構作為抑制冷卻介質 氣體104向周圍(側面)蔓延的結構，能夠期待相同的作用。因此，根據本實施方式1，通過形成凸部118、218、318，減少由排出孔113與凸部 118、218、318形成的死區容積，提高壓縮機100的效率。除此之外，通過在凸部118、218、318 形成平面118a、218a、318a，能夠抑制隨著冷卻介質氣體104的複雜運動而產生的在排出孔 113附近的積留(殘存)，改善冷卻介質氣體104的氣流。其結果是，即使在壓縮行程快要結束時，也能夠生成冷卻介質氣體104流向排出 孔113的氣流，能夠期待減少壓縮機100中所積留的冷卻介質氣體104的再次膨脹，降低壓 縮機100的電力輸入。(第二實施方式)圖9是本發明的實施方式2的密閉型壓縮機的活塞的立體圖。圖10是該實施方 式2的密閉型壓縮機的主要部分的截面圖。圖11是該實施方式2的密閉型壓縮機的特性 比較圖。這裡，關於密閉型壓縮機的整體結構和說明，引用圖1和實施方式1的內容，省略 其說明。此外，對與實施方式1相同的結構要素標註相同的附圖標記，這裡以與實施方式1 不同的內容為主體進行說明。如圖9、圖10所示，凸部318為以在實施方式1中所說明的圖8的直六面體為基準 的形狀，形成有四個平面(以下，稱為側壁)318a、318b、318c(僅對能看到的平面賦予附圖 標記)和頂面318e。該凸部318形成與活塞106的軸心128垂直的頂面318e為大致長方 形的形狀。進一步，如圖10所示，凸部318的四個側壁318a、318b、318c的截面形狀為若干錐 形形狀，其形成為隨著朝向遠離活塞106的前端面106a的位置的頂部(頂面318e)，各側 壁318a、318b、318c接近且水平截面的截面面積變小。而且，該凸部318配置於其軸心129 與排出孔113的軸心126 —致的位置。下面，對具備如上構成的活塞106的密閉型壓縮機(以下，稱為壓縮機)100的動 作、作用進行說明。這裡，壓縮機100如已知那樣，在吸入管(未圖示)與出口管122之間 連接有將冷凝器、減壓器、蒸發器(均未圖示)連接而成的製冷循環(冷卻介質迴路)，構成 公知的製冷循環。另外，被壓縮的冷卻介質氣體104採用R600a。下面，對如上構成的壓縮機100的動作、作用進行說明。當對電動元件103通電時， 轉子103a旋轉，使曲軸109旋轉，曲軸109的偏心部110的旋轉運動經由連結部107被傳 遞給活塞106，由此，活塞106在汽缸108內往復運動。在活塞106從上死點起朝向下死點的吸入行程中，壓縮室125的容積增大，因此壓 縮室125內的壓力降低，通過形成於汽缸蓋114的吸入室116與壓縮室125內的壓力差，吸 入閥(在本實施方式2中未圖示)打開，壓縮室125與吸入室116經由吸入孔112連通。在活塞106從上死點起朝向下死點的吸入行程中，壓縮室125的容積增大，因此壓 縮室125內的壓力降低，通過形成於汽缸蓋114的吸入室116與壓縮室125內的壓力差，吸 入閥打開，壓縮室125與吸入室116經由吸入孔112連通。
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因此，冷卻介質氣體104從製冷循環(未圖示)被導入密閉容器101內，經由吸入 消音器115、吸入室116、吸入孔112，被吸入壓縮室125內。接著，在活塞106從下死點起朝向上死點的壓縮行程中，吸入閥關閉吸入孔112， 隨著壓縮室125內的容積減少，壓縮室125內的冷卻介質氣體104被壓縮，壓力上升。在壓 縮室125內的壓力上升到排出室117內的壓力為止，通過排出室117與壓縮室125內的壓 力差，排出閥(未圖示)打開，在直到活塞106到達上死點的期間，被壓縮的冷卻介質氣體 104經由排出孔113向汽缸蓋114內的排出室117排出。向排出室117排出的冷卻介質氣體104通過排出管121，從出口管122被輸送到密 閉容器101外的製冷循環。以上的吸入、壓縮、排出的各行程在曲軸109的每一次旋轉中反 復地進行。參照圖9和圖10，對上述的排出行程中的活塞106和排出孔113進行詳細的說 明。另外，這裡為方便起見，基於活塞106的移動方向，將排出行程包含在壓縮行程中進行 說明。在壓縮行程的後半程，當壓縮室125的容積減少時，如圖10所示，活塞106的前端 面(端部)106a接近閥板111，同時凸部318接近相對的排出孔113，排出閥打開。在排出閥打開的同時，如圖10的箭頭所示，在壓縮室125內被壓縮的冷卻介質氣 體104經由排出孔113 —氣地被排出到汽缸蓋114內的排出室117。然後，當壓縮行程進一步進行時，活塞106的凸部318進入相對的排出孔113內， 被壓縮的冷卻介質氣體104的一部分殘留在由凸部318和排出孔113形成的死區容積內、 以及閥板111與活塞106的前端面106a的微小間隔空間中，壓縮行程結束。在上述的壓縮行程中，壓縮室125內的冷卻介質氣體104的氣流為速度、氣流方向 均較大地變化的三維的氣流，呈現複雜的運動。公知由凸部318和排出孔113形成的死區 容積對密閉型壓縮機100的效率具有較大的影響。但是，本發明通過實驗發現，活塞106的 凸部318的形狀具有與該死區容積同等以上的影響。下面，對活塞106的凸部318的形狀效果進行說明。圖11表示將對具備上述結構 的活塞106的壓縮機100進行效率測定所得到的結果與現有的密閉型壓縮機20進行比較。 另外，橫軸是電源(運轉)頻率，縱軸是成績係數COP。在圖11中，實線Pl表示本實施方式 的密封型壓縮機的特性。虛線Ql表示現有的密封型壓縮機的特性。如圖11所示，通過實驗確認將活塞106的凸部318設定成以下的形狀，S卩，其水 平截面形狀為大致長方形，隨著朝向頂部(頂面318e)各側壁318a、318b、318c接近而逐漸 變細的錐形形狀，由此，與採用圓柱(圓筒)形狀的凸部14的現有的密閉型壓縮機20相比， 效率更高。該實驗結果證實除了死區容積和排出孔113的形狀以外，活塞106的凸部318 的形狀也影響效率。此外，儘管根據運轉頻率不同而在效率提高的效果上有差別，但是在約45Hz 60Hz的電源頻率(運轉頻率)的全頻率範圍內，在家庭用電冰箱通常運轉的條件下，通過 實驗確認的結果是壓縮機100的效率提高，通過以含有50Hz、60Hz的運轉頻率進行逆變 (inverter)驅動，能夠提高成績係數C0P，實現節能化。接著，根據圖11所示的實驗結果，在以下進行研究得出結論。通過研究認為在與 凸部318的延伸(軸)方向垂直地切斷而成的所謂水平截面形狀設定為大致長方形而不是圓形形狀的情況下，即，通過將凸部318設定為以直六面體為基準的形狀而不是現有的以 圓柱(圓錐臺)為基準的形狀，如圖10所示，在壓縮室125內的冷卻介質氣體104中，與凸 部318的延伸方向(側壁318a、318b、318c)垂直的方向上的冷卻介質氣流104A、104B形成 與採用以圓柱為基準的形狀時不同的運動，這是效率得以提高的主要原因。具體而言，在本實施方式2的凸部318的情況下，冷卻介質氣流104A、104B分別與 不同的側壁318a、318b、318c碰撞。但是，由於各側壁318a、318b、318c是平面，因此能夠抑 製冷卻介質氣流104A、104B向各側壁318a、318b、318c蔓延。其結果是，能夠認為與以圓柱 為基準的形狀時相比，能夠抑制向各側壁318a、318b、318c的周圍蔓延以至使對方氣流紊 亂。由此，能夠抑制與各側壁318a、318b、318c碰撞的冷卻介質氣流104A、104B的相互 幹涉。其結果是，通過研究認為能夠降低由氣流紊亂引起的損耗，使冷卻介質氣體104向排 出孔113的流入更順暢。即，通常認為在如現有的密閉型壓縮機20那樣採用圓柱(圓錐臺)形狀的凸部14 的情況下，存在以下可能性，即，與凸部14碰撞的冷卻介質氣體4在圓周方向上蔓延，氣流 紊亂，損耗增加。因此，能夠認為通過將本實施方式2所示的凸部318設定為越靠閥板111側水平 截面的截面面積越小，換言之，設定為四個側壁318a、318b、318c接近且逐漸變細的錐形形 狀，能夠減少與各側壁318a、318b、318c碰撞的冷卻介質氣體104向側壁318a、318b、318c 的周圍蔓延的氣流，並且能夠更順暢地將其導向排出孔113的方向。另外，就凸部318的形狀而言，即使不像上述的那樣設定為越靠凸部318的頂部的 頂面318e四個側壁318a、318b、318c越接近且逐漸變細的錐形形狀，而是設定為彎曲形狀， 儘管在效率提高的效果方面稍微存在差異，但是與現有的圓柱形狀的凸部14相比，也能夠 期待效率提高的效果，能夠與逐漸變細的錐形形狀同樣地實施。此外，對與活塞106的軸心128垂直的平面的凸部318的截面形狀(水平截面形 狀)為大致長方形形狀的情況進行說明。即使凸部318為三角形、五邊形等多邊形形狀，盡 管在效率提高的效果方面稍微存在差異，但將其與現有的圓柱形狀的凸部14相比，也能夠 期待效率提高的效果，能夠同樣地實施。此外，設置於閥板111的排出孔113形成為截面面積從壓縮室125側向著壓縮室 125的相反側變大。但是，即使為截面面積相同的圓筒形狀的排出孔113，儘管在效率提高 的效果方面存在差異，但與現有的密閉型壓縮機20相比，也能夠期待效率提高的效果，能 夠同樣地實施。此外，通過將本實施方式1至2中的密閉型壓縮機100裝載在具備製冷循環的制 冷裝置中，作為製冷裝置也能夠提高效率，實現節能化。(第三實施方式)圖12是構成本發明的實施方式3的密閉型壓縮機的活塞的立體圖。圖13是從構 成該實施方式3的密閉型壓縮機的活塞的壓縮面觀察到的平面圖。圖14是構成該實施方 式3的密閉型壓縮機的活塞的側面圖。圖15是從活塞的壓縮面觀察到的表示設置於該活 塞的凸部與吸入孔和排出孔的配置關係的說明圖。圖16是設置於該活塞的凸部的放大立 體圖。圖17是表示該凸部的側面形狀的活塞的主要部分的側面圖。圖18是對該實施方式3的密閉型壓縮機的壓縮行程結束前的冷卻介質氣體的氣流進行說明的沿著圖15的18-18 線的主要部分的截面圖。圖19是對該壓縮行程結束時的冷卻介質氣體的氣流進行說明的 沿著圖15的19-19線的主要部分的截面圖。圖20是對該實施方式3的密閉型壓縮機的排 出孔部分的冷卻介質氣體的氣流進行說明的示意圖。圖21是表示該實施方式3的密閉型 壓縮機的設置於活塞的凸部(側壁)的突出角度θ與成績係數COP的關係的特性圖。圖 22是表示該實施方式3的密閉型壓縮機的設置於活塞的凸部(側壁)相對於吸入孔側的配 置角度α與成績係數COP的關係的特性圖。圖23是表示設置於該活塞的凸部的不同的形 狀的立體圖。這裡，關於密閉型壓縮機的整體結構的說明，引用圖1和實施方式1的內容，省略 其說明。此外，對與實施方式1、2相同的結構要素賦予相同的附圖標記，這裡主要說明與實 施方式1、2不同的內容。如圖12 圖17所示，設置於活塞106的閥板111側的端面即前端面106a的凸部 318為在實施方式1中說明的以圖8的直六面體為基準的形狀，形成有四個平面(以下，稱 為側壁)318a、318b、318c、318d和頂面318e。而且，凸部318的面積較大的側壁318a,318c 和與之相鄰的面積較小的側壁318b、318d呈大致90° (包含90° )地交叉。因此，該凸部 318中與活塞106的軸心128垂直的頂面318e形成為大致長方形(包含長方形)的形狀。此外，凸部318如圖15所示位於與排出孔113對應的位置，隨著活塞106的往復 運動而出沒排出孔113。因此，凸部318設置於儘管含有一些公差但是凸部318的軸心(中 心)129與排出孔113的軸心126 (大致)一致的位置。因此，在凸部318沒入圓形的排出 孔113內的狀態下，作為冷卻介質通路的空間以凸部318為軸左右對稱地形成。進一步，由凸部318的四個側壁318a、318b、318c、318d與活塞106的前端面106a 形成的角度θ，如圖17所示那樣設定為大致90° (包含90° )。由於活塞106和凸部318 被模壓成型，因此該角度θ包含若干模具的起模坡度(角度)，該起模坡度能夠任意地設 定。由此，在本實施方式3中，基於後述的實驗結果，角度θ定義為約70° < θ <90°。此外，如圖13、圖15所示，凸部318的四個側壁318a、318b、318c、318d中的面積較 大的一個側壁318a面向活塞106的軸心(中心)128側。如圖15所示，側壁318a的方向 設定為從活塞106的前端面106a側觀察，側壁318a的面方向的延長線X相對於通過吸入 孔112的軸心(中心)130和活塞106的軸心(中心)128的線Z構成角度α (在本實施方 式3中約為45° )。該角度α的定義為以下位置關係的一個例子，S卩，垂直於側壁318a且通過凸部 318的中心(與軸心129交叉)的直線Y與通過吸入孔112的軸心130和活塞106的軸心 128的線Z交叉的位置(方向)關係。特別是，在本實施方式3中，直線Y在吸入孔112的 軸心130與活塞106的軸心128之間交叉。因此，側壁318a的延長線X與連結上述的吸入孔112的軸心130和活塞106的軸 心128的線Z交叉的角度α (約45° )根據吸入孔112的位置不同而不同。進一步，在活塞106的前端面106a與凸部318的四個側壁318a、318b、318c、318d 交叉的部分(凸部318的突出部分)，形成有規定直徑的彎曲面106b、106c、106d(僅對能夠 圖示的部位賦予附圖標記)。換言之，該凸部318的側壁318a、318b、318c、318d形成部分 地具備彎曲面106b、106c、106d的形狀。而且，該彎曲面106b、106c、106d的面積(在側壁318a、318b、318c、318d中所佔的面積比)根據與排出孔113的內徑的間隔、或活塞106的前 端面106a的面積(汽缸108的容積)等各種設計因素來設定。此外，凸部318的高度H設 定為比閥板111的厚度h(圖19)低若干。下面，對具備如上構成的活塞106的密閉型壓縮機(以下，稱為壓縮機)100的動 作、作用進行說明。這裡，壓縮機100如已知那樣，在吸入管(未圖示)與出口管122之間 連接有將冷凝器、減壓器、蒸發器(均未圖示)連接而成的冷卻介質迴路，由此構成公知的 製冷循環。另外，被壓縮的冷卻介質氣體104採用R600a。當對電動元件103通電時，轉子103a旋轉，使曲軸109旋轉，曲軸109的偏心部 110的旋轉(轉動)運動經由連結部107被傳遞給活塞106。因此，活塞106在汽缸108內
往復運動。在該往復運動中，在活塞106從上死點起朝向下死點的吸入行程中，隨著活塞106 向曲軸109側移動，壓縮室125的容積增大，因此，壓縮室125內的壓力降低，通過形成於汽 缸蓋114的吸入室116與壓縮室125內的壓力差，吸入閥112a以支點L為基點打開，壓縮室 125與吸入室116經由吸入孔112連通。因此，冷卻介質氣體104從製冷循環(未圖示)被 導入密閉容器101內，經由吸入消音器115、吸入室116、吸入孔112被吸入壓縮室125內。因此，冷卻介質氣體104從冷卻介質迴路被導入密閉容器101內，依次通過吸入消 音器115、吸入室116、吸入孔112，被吸入壓縮室125內。接著，在活塞106從下死點起朝向上死點的壓縮行程中，隨著活塞106向閥板111 側移動，吸入閥112a關閉吸入孔112，壓縮室125內的容積減少。由此，壓縮室125內的冷 卻介質氣體104被壓縮，壓縮室125內的壓力上升。在壓縮室125內的壓力上升到排出室 117內的壓力為止，通過排出室117與壓縮室125內的壓力差，排出閥(未圖示)打開，在直 至活塞106到達上死點的期間，被壓縮的冷卻介質氣體104從排出孔113向汽缸蓋114內 的排出室117排出。向排出室117排出的冷卻介質氣體104通過排出管121，從出口管122 被輸送到密閉容器101外的冷卻介質迴路，形成製冷循環。如上所述的吸入、壓縮、排出的 各行程在曲軸109的每一次旋轉中反覆地進行，冷卻介質氣體104在冷卻介質迴路內(制 冷循環內)循環。參照圖18和圖19，對在上述的排出行程將要結束時從排出孔113排出的冷卻介質 氣體104的氣流進行詳細的說明。另外，這裡為方便起見，基於活塞106的移動方向，將排 出行程包含在壓縮行程中進行說明。在壓縮行程的後半程，當壓縮室125的容積減少時，如圖18所示，活塞106的前端 面106a接近閥板111，同時凸部318接近相對的排出孔113。然後，隨著壓縮室125內的壓 力的上升，排出閥打開。在排出閥打開的同時，如圖中的箭頭所示，在壓縮室125內被壓縮 的冷卻介質氣體104經由排出孔113 —氣地被排出到汽缸蓋114內的排出室117內。當壓縮行程進一步進行時，如圖19所示，活塞106的凸部318進入相對的排出孔 113內，被壓縮的冷卻介質氣體104的一部分殘留在由凸部118和排出孔113形成的死區容 積(微細的陰影部分)內、以及閥板111與活塞106的前端面106a的微小間隔空間中，壓 縮行程結束。在上述的壓縮行程中，壓縮室125內的冷卻介質氣體104的氣流為速度、氣流方向 均較大地變化的三維的氣流，呈現複雜的運動。
在本實施方式3中，將設置於活塞106的前端面106a的凸部318設定為以具有四 個側壁318a、318b、318c、318d的直六面體為基準的形狀，因此形成冷卻介質氣體104難以 向凸部318的周圍蔓延的形狀。於是，特別是在壓縮行程將要結束時，如圖19所示，由排出孔113和凸部318形成 的冷卻介質氣體104的流路變窄，冷卻介質氣體104的流速變快。此外，能夠認為向著排出 孔113流入的冷卻介質氣體104形成被導向沿著各側壁318a、318b、318c、318d朝向排出孔 113的方向的氣流。S卩，如圖13、圖20所示，能夠認為沿著活塞106的外形(汽缸108的內壁)流 動的冷卻介質氣體104主要被凸部318的側壁318b、318d遮擋在該方向上的流動，在側壁 318b、318d與相鄰的側壁318a、318d的角部，儘管假設紊流，但是被導向排出孔113的氣流 成分變多。此外，能夠認為向凸部318的側壁318c側蔓延的冷卻介質氣體104的氣流從兩個 方向碰撞，一部分沿著側壁318c被導向排出孔113。進一步，通過研究認為從吸入孔112朝向排出孔113流動的冷卻介質氣體104同 樣地被側壁318a遮擋向著該方向的流動，被側壁318a導向排出孔113的氣流成分變多。而且，活塞106的前端面106a中凸部318的突出的部分形成彎曲面106b、106c、 106d，能夠期待使冷卻介質氣體104的沿著各側壁318a、318b、318c、318d的氣流變得順暢 的作用。這裡，為了提高密閉型壓縮機100的效率，本發明具有減少就上述的冷卻介質氣 體104的氣流而言由凸部318和排出孔113形成的死區容積的作用。此外，通過實驗發現 除了凸部318的形狀的影響以外，還受到以下因素的影響凸部318的至少側壁318a與活 塞106的前端面106a形成的角度θ (圖17)；和凸部318的側壁318a的方向，S卩，側壁318a 的延長線X相對於連結吸入孔112的軸心(中心)130和活塞106的軸心(中心)128的線 Z構成的角度(配置角度)α (圖15)。下面，對活塞106的凸部318的形狀所產生的作用效果進行說明。圖21是表示在 上述結構的壓縮機100中對上述的角度θ與效率的關係進行測定所得到的結果的特性圖。 橫軸是活塞106的凸部318中最接近吸入孔112的軸心130的側壁318a與活塞106的前 端面106a構成的角度θ，縱軸是成績係數COP。在圖21中，實線P2表示本實施方式的密 封型壓縮機的特性。點Q2表示現有的密封型壓縮機的特性。如圖21所示，通過實驗確認在活塞106的凸部318中，當與活塞106的前端 面106a大致平行的截面形狀為大致長方形、並將凸部318中與吸入孔112的軸心130 最接近的側壁318a與活塞106的前端面106a構成的角度設定為θ時，將其設定為約 70°彡θ彡90°，與採用凸部14為圓柱(圓錐臺)形狀的現有的密閉型壓縮機20相比， 效率更高。即，當θ為該範圍以外的角度時，不能期待比現有的密閉型壓縮機20更高的效 率。下面，通過研究圖21所示的角度θ的實驗結果得出結論。即，通過研究認為在 將凸部318的形狀設定為直六面體形狀而不是圓柱(圓錐臺)形狀的情況下，將在活塞106 的凸部318的四個側壁318a、318b、318c、318d中面向吸入孔112方向且面積較大的側壁 318a與活塞106的前端面106a的角度θ設定為約70°彡θ彡90°，由此，向凸部318的側壁318b、318c蔓延的冷卻介質氣流104A與圓柱形狀的情況相比不同。具體而言，在本實施方式3中的凸部318的情況下，如圖18所示，冷卻介質氣流 104A與凸部318碰撞。但是，通過將凸部318設定為具有作為平面的四個側壁318a、318b、 318c、318d且以直六面體為基準的形狀，產生將向著排出孔113流入的冷卻介質氣體104 的紊流導向一定方向即排出孔113的軸方向的作用。特別是能夠認為，通過將面向吸入 孔112方向且面積較大的側壁318a與活塞106的前端面106a構成的角度θ設定為約 70°彡θ彡90°，與採用圓柱形狀時的情況相比，凸部318的冷卻介質氣流104Α被引導向 排出孔113方向的氣流成分變多。S卩，在與凸部318中與被認為冷卻介質氣體104的流速較快的吸入孔112最接近 的壁面318a(318b、318c、318d)碰撞的冷卻介質氣流104A中，使流動紊亂而引起的損耗降 低。由此，冷卻介質氣體104的氣流被進一步整流，積留於壓縮室125內的冷卻介質氣體 104的量減少，隨著在吸入行程開始之前所積存混雜的冷卻介質氣體104的再次膨脹而產 生的吸入損耗降低。其結果是，通過研究認為對降低壓縮機100的電力輸入(提高成績系 數COP)產生效果。該實驗結果證實除了死區容積、排出孔113的形狀和活塞106的凸部318的形狀 以外，在凸部318的四個側壁318a、318b、318c、318d中最接近於吸入孔112的軸心130的 側壁318a與活塞106的前端面106a構成的角度θ對效率產生影響。另外，圖21的實驗僅是對一個側壁318a的角度θ進行的考察。但是，通過將其 他三個側壁318b、318c、318d的角度θ也同樣地設定為上述的約70°彡θ彡90°的範圍 內，能夠期待進一步提高成績係數COP的作用效果。此外，如在實施方式2中所說明的那樣，直六面體形狀的凸部318根據運轉頻率不 同而在效率提高的效果方面存在差異。但是，通過實驗確認在約45Hz 60Hz的電源頻率 (運轉頻率)的全頻率範圍、即在家庭用電冰箱通常運轉時的運轉頻率條件下，壓縮機100 的效率得以提高。因此，對凸部318的側壁318a (318b、318c、318d)的角度θ進行如上設定，並採用 以包含50Ηζ、60Ηζ的運轉頻率來進行的逆變驅動控制，能夠期待本實施方式3的壓縮機100
進一步節能化。接著，對凸部318的配置角度α的作用效果進行說明。圖22是表示在上述結構 的壓縮機100中對凸部318的配置角度α與效率的關係進行測定所得到的結果的特性圖。 這裡，橫軸是面相活塞106的軸心128側的側壁318a的面延長線X相對於通過吸入孔112 的軸心(中心)130和活塞106的軸心(中心)128的線Z構成的配置角度α，縱軸是成績 係數COP。凸部318的面積較大的側壁318a、318c與相鄰的面積較小的側壁318b、318d以 大致90°交叉。圖22的內容是在以下的每一個設定狀態下對成績係數COP進行測定所得到的結 果，即，將凸部318的四個側壁318a、318b、318c、318d中與壓縮室125的軸心124(活塞106 的軸心128)最接近且面積最大的側壁318a的方向(配置角度^)，在0° (與通過吸入孔 112的軸心130和活塞106的軸心的線Z平行)至180° (與側壁318c面向吸入孔112側 的線Z平行)的範圍內，進行多個部位的角度設定。在圖22中，實線P3表示本實施方式的 密封型壓縮機的特性，虛線Q3表示現有的密封型壓縮機的特性。
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根據該實驗，如圖22的實線P3所示，當配置角度α在約20° 約75°的範圍中 時，以約45°為峰，與由虛線Q3表示的現有的密閉型壓縮機20相比，能夠得到更高的效率 (成績係數COP)。進一步，當配置角度α在約118° 約150°的範圍中時，以約135°為 峰，與現有的密閉型壓縮機20相比，能夠得到更高的效率(成績係數COP)。這裡，上述配置角度α的數值為在活塞106的前端面106a假設吸入孔112的軸 心130來對凸部318的配置角度α進行設定所得到的結果，在作為壓縮元件102裝入的情 況下，能夠假設在該角度數值中生成若干公差。因此，根據上述的結果能夠期待，通過將與凸部318的壓縮室125的軸心124最接 近且面積最大的側壁318a的方向(配置角度α )配置為，相對於通過吸入孔112的軸心 130和活塞106的軸心的線Z構成約15°彡α彡約75°和約105° ^ α彡約150°的角 度，能夠得到比採用凸部14為圓柱形狀的現有的密閉型壓縮機20更高的效率。根據該結果，在與凸部318中與被認為冷卻介質氣體104的流速較快的吸入孔112 最接近的壁面318a(318b、318c、318d)碰撞的冷卻介質氣流104A中，使氣流紊亂而引起的 損耗降低。由此，冷卻介質氣體104的氣流被進一步整流，積留(殘存)於壓縮室125內的 冷卻介質氣體104的量減少，隨著在吸入行程開始之前所積存混雜的冷卻介質氣體104的 再次膨脹而產生的吸入損耗降低。其結果是，通過研究認為對降低壓縮機100的電力輸入 (提高成績係數COP)產生效果。該實驗結果證實除了死區容積、排出孔113的形狀和活塞106的凸部318的形狀 (最接近於吸入孔112的軸心130的側壁318a與活塞106的前端面106a構成的角度θ )以 外，凸部318中與吸入孔112的軸心130最接近且面積最大的側壁318a與通過吸入孔112 的軸心130和活塞106的軸心128的線Z構成的角度(配置角度)α對效率產生影響。接著，根據圖22所示的實驗結果，通過研究得出結論。S卩，通過研究認為與對最 接近於上述吸入孔112的軸心130的側壁318a與活塞106的前端面106a所構成的角度θ 進行研究後得出的結論相同，就以複雜的運動在壓縮室125內流動的冷卻介質氣體104而 言，與壓縮室125的軸心124(活塞106的軸心)最接近且面積最大的側壁318a阻礙向該 凸部318的其他側壁318b、318c(318d)蔓延的冷卻介質氣體104的氣流，形成與現有的圓 柱形狀時的情況不同的冷卻介質氣體104的氣流，這是效率得以提高的主要原因。具體而言，如圖13和圖20所示，能夠認為當冷卻介質氣體104與側壁318a碰 撞時，在側壁318a與相鄰的側壁318b、318d的角部，儘管假設紊流，但是通過各側壁318a、 318b、318d生成向排出孔113流動的氣流，並產生對具有複雜運動的冷卻介質氣體104的氣 流進行整流的作用。此外，能夠認為向凸部318的側壁318c側蔓延的冷卻介質氣體104的 氣流從兩個方向碰撞，一部分沿著側壁318c被導向排出孔113。特別是在凸部318中側壁318a的配置角度α為約45°的情況下，各側壁318a、 318b、318c、318d將冷卻介質氣流導向排出孔113的作用能夠最有效地進行。進一步通過研 究認為，通過將其設定為向前90°而得到的約145°的配置角度，各側壁318a、318b、318c、 318d將冷卻介質氣流導向排出孔113的作用也能夠有效地進行。由此，通過研究得出以下結果，S卩，在與凸部318中與被認為冷卻介質氣體的流速 較快的壓縮室125的軸心124最接近的側壁318a碰撞的冷卻介質氣體104中，使氣流紊亂 而引起的損耗降低，冷卻介質氣體104的氣流被進一步整流，使得壓縮負荷降低。
根據上述的結果，凸部318的形狀不限定於由多個平面形成的角柱體(角錐臺)， 只要是能夠期待將向凸部318的周圍蔓延的冷卻介質氣體104導向排出孔113方向的作用 的形狀即可，即使為具有多個平面的三角柱體(三角錐臺)、五角柱體(五角錐臺)等多角 柱體，也能夠期待同樣的作用效果。此外，凸部318的側壁318a、318b、318c、318d不需要設定為完全的平面，也能夠如 圖23所示那樣設定為在排出孔113的軸心126 (凸部318的軸心129)延伸的方向上平緩地 彎曲的平面。同樣地能夠期待抑制冷卻介質氣體104向凸部318的側壁318a、318b、318c、 318d蔓延的作用，同樣地能夠期待將效率提高的作用效果。進一步，根據圖22所示的實驗結果，能夠期待最佳效果的面積較大的側壁 318a(318c)的配置角度α為約45°。通過研究認為，這是對來自吸入孔112的冷卻介質 氣體104的能夠得到最佳效果的氣流即冷卻介質氣體104的主流進行整流的結果。換言之，根據圖22所示的實驗結果，通過研究證實通過設定在凸部318所設置的 至少一個平面(本實施方式3中的側壁318a)的最佳配置角度α、即能夠對冷卻介質氣體 104的流向排出孔113的主流進行整流的配置角度α (在本實施方式3中約為45° )，即使 是在實施方式1中所說明的凸部118的結構，也能夠期待效率提高的效果。進一步認為通過將凸部318的軸心129配置為與排出孔113的軸心126大致一 致，將由排出孔113與凸部318形成的冷卻介質氣體104的通路設定為以凸部318為軸左 右對稱，這也是提高效率的原因。S卩，通過研究認為在使凸部318的位置從排出孔113的軸心126偏移的情況下， 儘管認為隨著偏離的通路面積而產生氣體的流出斑，使被排出的冷卻介質氣體104的氣流 紊亂，但是，通過如上所述那樣將冷卻介質氣體104的通路設定為以凸部318為軸左右地對 稱，能夠使被排出的冷卻介質氣體104的氣流自然化，降低冷卻介質氣體104在壓縮室125 內的積留(殘存)。因此，能夠期待進一步降低隨著積留於壓縮室125的冷卻介質氣體104 的再次膨脹而產生的吸入損耗，降低壓縮機100的輸入。此外，設置於閥板111的排出孔113以截面面積從壓縮室125側向著壓縮室125 的相反側(排出室117)變大的方式形成，但是，即使為直徑相同的圓筒形狀的排出孔113， 與現有的密閉型壓縮機20相比，也能夠期待效率提高的效果。進一步，本實施方式3中的凸部318的結構，除了上述的對凸部318的側壁 318a(318b、318c、318d)的角度θ (約70°彡θ ^ 90° )進行設定，以及在實施方式2中 所說明的以含有50Ηζ、60Ηζ的運轉頻率進行逆變驅動控制來得到效率提高的效果之外，通 過設定凸部318的配置角度α (約15° < α <75°或約105° ( α <150° )，能夠得到 進一步提高效率、成績係數COP較高的壓縮機。(第四實施方式)圖24是對在該實施方式4的密閉型壓縮機的排出孔部分的當壓縮行程結束時冷 卻介質氣體氣流進行說明的沿著圖15的24-24線的主要部分的截面圖。這裡，關於對密閉型壓縮機的整體結構的說明，引用圖1和實施方式1的內容，省 略其說明。此外，對於與實施方式3相同的結構要素賦予相同的附圖標記，這裡主要說明與 實施方式3不同的內容。與實施方式3不同的結構為設置於閥板111的排出孔113的結構。S卩，與實施方式3不同之處在於，在排出孔113的入口側(壓縮室125側)周緣形成有截面為圓弧的錐形孔部(bellmouth)114的結構。錐形孔部114的圓弧的半徑能夠任 意地設定。下面，對具備如上構成的閥板111的壓縮機100的動作、作用進行說明。這裡，壓 縮機100如已知那樣，在吸入管(未圖示)與出口管122之間連接有將冷凝器、減壓器、蒸 發器(均未圖示)連接而成的冷卻介質迴路，構成已知的製冷循環。另外，被壓縮的冷卻介 質氣體104採用R600a。當對電動元件103通電時，轉子103a旋轉，使曲軸109旋轉，曲軸109的偏心部 110的旋轉(轉動)運動經由連結部107被傳遞給活塞106。因此，活塞106在汽缸108內
往復運動。在該往復運動中，在活塞106從上死點起朝向下死點的吸入行程中，隨著活塞106 向曲軸109側移動，壓縮室125的容積增大。因此，壓縮室125內的壓力降低，通過形成於 汽缸蓋114的吸入室116與壓縮室125內的壓力差，吸入閥112a以支點L為基點打開，壓 縮室125與吸入室116經由吸入孔112連通。因此，冷卻介質氣體104從製冷循環(未圖示)被導入密閉容器101內，經由吸入 消音器115、吸入室116、吸入孔112被吸入壓縮室125內。從而，冷卻介質氣體104從冷卻 介質迴路被導入密閉容器101內，依次通過吸入消音器115、吸入室116、吸入孔112被吸入 壓縮室125內。接著，在活塞106從下死點起朝向上死點的壓縮行程中，隨著活塞106向閥板111 側移動，吸入閥112a將吸入孔112關閉，壓縮室125內的容積減少。由此，壓縮室125內的 冷卻介質氣體104被壓縮，壓縮室125內的壓力上升。然後，在壓縮室125內的壓力上升到排出室117內的壓力為止，通過排出室117與 壓縮室125內的壓力差，排出閥(未圖示)打開，在直到活塞106到達上死點的期間，將被 壓縮的冷卻介質氣體104從排出孔113向汽缸蓋114內的排出室117排出。向排出室117排出的冷卻介質氣體104通過排出管121，從出口管122被輸送到密 閉容器101外的冷卻介質迴路，形成製冷循環。如上所述的吸入、壓縮、排出的各行程，在曲 軸109的每一次旋轉中反覆地進行，冷卻氣體104在製冷循環內循環。引用圖18、並參照圖24，對在上述的排出行程中從排出孔113排出的冷卻介質氣 體104的氣流進行詳細的說明。另外，這裡為方便起見，基於活塞106的移動方向，將排出 行程包含在壓縮行程中進行說明。在壓縮行程的後半程，當壓縮室125的容積減少時，如圖18所示，活塞106的前端 面106a接近閥板111，同時凸部318接近相對的排出孔113。然後，隨著壓縮室125內的壓 力上升，排出閥打開。在排出閥打開的同時，如圖中的箭頭所示，在壓縮室125內被壓縮的 冷卻介質氣體104經由排出孔113 —氣地被排出到汽缸蓋114內的排出室117。當壓縮行程進一步進行時，如圖24所示，活塞106的凸部318進入相對的排出孔 113內，被壓縮的冷卻介質氣體104的一部分殘留在由凸部318與排出孔113形成的死區容 積(微細的陰影部分)內、以及閥板111與活塞106的前端面106a的微小間隔空間中，壓 縮行程結束。在上述壓縮行程中，在壓縮室125內的冷卻介質氣體104的氣流為速度、氣流方向 均較大地變化的三維的氣流，呈現複雜的運動。
在本實施方式4中，通過在排出孔113的入口側周緣設置截面為圓弧的錐形孔部 114，將冷卻介質氣體104順暢地導向排出孔113，因此能夠改善在排出孔113的入口部分的 損耗。即，如實施方式3所說明的那樣，由凸部318的側壁(平面)318a、318b、318c、318d 在排出孔113的軸方向上進行整流的冷卻介質氣體104易於沿著錐形孔部114的圓弧流 動，順暢地通過排出孔113。換言之，通過凸部318與錐形孔部114的協同作用使冷卻介質 氣體104的氣流順暢，能夠減少當壓縮行程結束時在壓縮室125內的積留。因此，除了減少 排出孔113的死區容積的效果之外，還能夠降低隨著冷卻介質氣體104的積留而產生的再 次膨脹損耗，能夠降低壓縮機100的輸入。(第五實施方式)圖25是表示本發明的實施方式5的物品儲藏裝置的結構的示意圖。另外，這裡， 作為將實施方式3的密閉型壓縮機100裝入封入有冷卻介質R600a的製冷循環而得到的結 構進行說明。在圖25中，儲藏裝置主體221在內部包括前表面開口並由絕熱材料包圍的第一儲 藏室222a和第二儲藏室222b，在前表面與第一儲藏室222a和第二儲藏室222b對應地包括 開閉上述開口且具有絕熱性的第一門223a和第二門223b。此外，第一儲藏室222a和第二 儲藏室222b經由連接通路224a、224b連通。進一步，在儲藏裝置本體221的內部設置有通過配管將實施方式3的密閉型壓縮 機100、凝縮器226、減壓裝置227、蒸發器228環狀地連結而成的製冷循環。蒸發器228配 置於第一儲藏室222a。此外，在第一儲藏室222a設置有送風機229，其使由蒸發器228冷 卻的冷氣如箭頭a所示那樣在第一儲藏室222a內積極地循環。第二儲藏室222b通過如箭 頭b所示那樣經由連接通路224a、224b流入的第一儲藏室222a的一部分冷氣進行循環而 被冷卻。因此，如實施方式3所說明的那樣，通過裝載有高效率的密閉型壓縮機100，物品 儲藏裝置能夠進行效率良好的冷卻運轉。由此，能夠得到抑制消耗電力(量)的物品儲藏
直ο如上所述，本發明的密閉型壓縮機確保較高的生產率，是高效而廉價的密閉型壓 縮機。因此，能夠用作在製冷循環中所使用的密閉型壓縮機，能夠廣泛地裝載在製冷裝置 中。此外，裝載有該密閉型壓縮機的物品儲藏裝置，以家庭用電冰箱為主，能夠擴展到除溼 機、商品陳列箱、自動售賣機等各種裝置，作為能夠抑制消耗電力的儲藏裝置而被廣泛地應用。如以上說明的那樣，本發明的密閉型壓縮機構成為，在密閉容器內具備電動元件 和由電動元件驅動的壓縮元件，壓縮元件包括具有壓縮室空間的汽缸體；在壓縮室空間 內進行往復運動的活塞；和配置於壓縮室空間的端部、且通過活塞形成壓縮室的閥板，在閥 板設置有要在壓縮室內被壓縮的氣體流入的吸入孔和排出在該壓縮室內被壓縮的氣體的 排出孔，在活塞的前端面、且與排出孔相對的位置，進一步設置有隨著活塞的往復運動而出 沒排出孔的凸部，凸部設置有與活塞的往復運動方向平行地延伸的平面。通過採用該結構，除了降低形成於排出孔的死區容積、提高壓縮機的效率以外，還 能夠利用平面遮擋從吸入孔向排出孔流動的氣流向著在凸部的軸方向上延伸的周壁的蔓延。其結果是，能夠將被平面遮擋的氣體導向排出孔方向，能夠降低在壓縮行程結束 時氣體在壓縮室內的積留(殘存)，降低隨著該積留的氣體的再次膨脹而產生的吸入損耗， 降低壓縮機的輸入。此外，本發明的密閉型壓縮機具有構成為凸部配置為設置於凸部的平面面向吸入 孔側。通過採用該結構，能夠遮擋從吸入孔流入、流向排出孔的氣體的氣流。由此，能夠 生成流向排出孔的氣體的氣流，特別是能夠減輕壓縮行程結束時的壓縮負荷，降低壓縮機 的輸入。此外，本發明的密閉型壓縮機構成為，平面與活塞的前端面構成的角度θ設定為 約 70° < θ < 90°。通過採用該結構，流向氣體的排出孔的氣流變得順暢，特別是能夠降低壓縮行程 結束時氣體在壓縮室內的積留(殘存)。因此，能夠降低隨著積留的氣體的再次膨脹而產生 的吸入損耗，降低壓縮機的輸入。此外，本發明的密閉型壓縮機構成為，凸部中與活塞的前端面交叉的部分設定為 規定直徑的彎曲面。通過採用該結構，從活塞的前端面側流向排出孔的氣體的氣流變得順暢，特別是 能夠降低壓縮行程結束時的壓縮負荷，降低壓縮機的輸入。此外，本發明的密閉型壓縮機構成為，平面的方向按照下述方式設定垂直於平面 且通過平面的中心的直線Y，在通過吸入孔的軸心和活塞的軸心的線Z上的位置關係形成 為在吸入孔的軸心與活塞的軸心之間交叉。通過採用該結構，將設置於凸部的平面的方向設定為易於遮擋氣體的流向排出孔 的氣流的方向，能夠合理地生成流向排出孔的氣體的氣流。特別是能夠降低壓縮行程結束 時的壓縮負荷，降低壓縮機的輸入。此外，本發明的密閉型壓縮機構成為，平面的方向配置為平面的面向活塞的軸心 側的平面的延長線X相對於通過吸入孔的軸心和活塞的軸心的線Z構成角度α，角度α設 定為15°彡α彡75°或105°彡α彡150°。通過採用該結構，角度α設定為將伴隨有從吸入孔流向排出孔的複雜運動而流 動的氣體高效地導向排出孔的角度。因此，能夠期待以下的作用效果，即，能夠降低在壓縮 行程結束時隨著氣體的積留(殘存)所產生的再次膨脹損耗，使壓縮機的輸入為最小。另外，本發明的密閉型壓縮機構成為，凸部的形狀設定為與活塞的前端面平行的 面的截面形狀為具有多個平面的多邊形形狀。通過採用該結構，在從吸入孔向排出孔流動的氣流中，以形成多邊形的多個平面 遮擋向著在凸部的軸方向上延伸的周壁的蔓延，能夠將被該平面遮擋的氣體導向排出孔方 向。因此，能夠進一步降低壓縮行程結束時氣體在壓縮室內的積留(殘存)。其結果是，能 夠降低隨著該積留的氣體的再次膨脹而產生的吸入損耗，進一步降低壓縮機的輸入。此外，本發明的密閉型壓縮機構成為，凸部的形狀設定為與活塞的前端面平行的 面的截面形狀為長方形。通過採用該結構，在從吸入孔向排出孔流動的氣體的氣流中，能夠使流向排出孔的氣體的氣流包圍凸部、並沿著多個平面流動。因此，能夠抑制向著凸部的周圍方向蔓延， 將氣體順暢地導向排出孔方向。其結果是，能夠降低壓縮行程結束時氣體在壓縮室內的積 留(殘存)，降低隨著該積留的氣體的再次膨脹而產生的吸入損耗，降低壓縮機的輸入。此外，本發明的密閉型壓縮機構成為，排出孔形成為截面面積從壓縮室側向著壓 縮室的相反側變大。通過採用該結構，能夠極力減小由凸部和排出孔的周壁形成的通路阻抗。其結果 是，能夠期待以下的作用效果，即，能夠使壓縮氣體自排出孔的流出變得順暢，能夠降低壓 縮行程結束時的壓縮負荷，使壓縮機的輸入為最小。此外，本發明的密閉型壓縮機構成為，凸部的軸心配置為與排出孔的軸心一致。通過採用該結構，能夠將由排出孔與凸部形成的氣體通路設定為左右對稱，使隨 著偏離的通路面積而產生的氣體的流出斑自然化，能夠進一步降低隨著壓縮室內積留的氣 體的再次膨脹而產生的吸入損耗，降低壓縮機的輸入。此外，本發明的密閉型壓縮機構成為，在排出孔的壓縮室側角部設置有截面面積 從上述壓縮室側向著上述壓縮室的相反側變小的錐形孔部。通過採用該結構，在壓縮行程結束時，利用活塞的凸部能夠將被導向排出孔方向 的氣體更順暢地導向排出孔。其結果是，能夠降低壓縮行程結束時氣體在壓縮室內的積留 (殘存)，降低隨著該積留的氣體的再次膨脹而產生的吸入損耗，降低壓縮機的輸入。另外，本發明的製冷裝置構成為，具有通過配管將壓縮機、散熱器、減壓裝置和吸 熱器環狀地連結而成的冷卻介質迴路，將壓縮機設定為上述的密閉型壓縮機。根據該結構，通過裝載有高效率的密閉型壓縮機，能夠實現抑制消耗電力(量)的 運轉。
權利要求
一種密閉型壓縮機，其特徵在於在密閉容器內具備電動元件和由所述電動元件驅動的壓縮元件，所述壓縮元件包括具有壓縮室空間的汽缸體；在所述壓縮室空間內進行往復運動的活塞；和配置於所述壓縮室空間的端部、且與所述活塞一併形成壓縮室的閥板，在所述閥板設置有要在所述壓縮室內被壓縮的氣體流入的吸入孔和將在該壓縮室內被壓縮的氣體排出的排出孔，在所述活塞的前端面、且與所述排出孔相對的位置，進一步設置有隨著所述活塞的往復運動而出沒所述排出孔的凸部，所述凸部設置有與所述活塞的往復運動方向平行地延伸的平面。
2.如權利要求1所述的密閉型壓縮機，其特徵在於所述凸部配置為設置於所述凸部的平面面向所述吸入孔側。
3.如權利要求1所述的密閉型壓縮機，其特徵在於所述平面與所述活塞的前端面構成的角度θ設定為約70° < θ <90°。
4.如權利要求1所述的密閉型壓縮機，其特徵在於所述凸部中與所述活塞的前端面交叉的部分設定為規定直徑的彎曲面。
5.如權利要求1所述的密閉型壓縮機，其特徵在於所述平面的方向按照以下方式設定垂直於所述平面且通過所述平面的中心的直線 Y，在通過所述吸入孔的軸心和活塞的軸心的線Z上的位置關係形成為在所述吸入孔的軸 心與所述活塞的軸心之間交叉。
6.如權利要求1所述的密閉型壓縮機，其特徵在於所述平面的方向配置為所述平面的面向所述活塞的軸心側的平面延長線χ相對 於通過所述吸入孔的軸心和所述活塞的軸心的線Z構成角度α，所述角度α設定為 15° 彡 α 彡 75° 或 105° 彡 α 彡 150°。
7.如權利要求1所述的密閉型壓縮機，其特徵在於所述凸部的形狀設定為與所述活塞的前端面平行的面的截面形狀為具有多個平面的 多邊形形狀。
8.如權利要求1所述的密閉型壓縮機，其特徵在於所述凸部的形狀設定為與所述活塞的前端面平行的面的截面形狀為長方形。
9.如權利要求1所述的密閉型壓縮機，其特徵在於所述排出孔形成為截面面積從所述壓縮室側向著所述壓縮室的相反側變大。
10.如權利要求9所述的密閉型壓縮機，其特徵在於 所述凸部的軸心配置為與所述排出孔的軸心一致。
11.如權利要求1所述的密閉型壓縮機，其特徵在於在所述排出孔的壓縮室側的角部設置有截面面積從所述壓縮室側向著所述壓縮室的 相反側變小的錐形孔部。
12.—種製冷裝置，其特徵在於具有通過配管將壓縮機、散熱器、減壓裝置和吸熱器環狀地連結而成的冷卻介質迴路，所述壓縮機為權利要求1所述的密閉型壓縮機。
全文摘要
本發明提供一種高效率的密閉型壓縮機和製冷裝置。密閉型壓縮機在閥板上設置有要在壓縮室內被壓縮的氣體流入的吸入孔和將在該壓縮室內被壓縮的氣體排出的排出孔，在活塞的前端面且與排出孔相對的位置，設置有隨著活塞的往復運動而出沒排出孔的凸部，通過在凸部設置有與活塞的往復運動方向平行地延伸的平面，減少排出孔的死區容積，並且降低在壓縮室內和排出孔的損耗。
文檔編號F04B39/00GK101922439SQ201010204060
公開日2010年12月22日 申請日期2010年6月12日 優先權日2009年6月12日
發明者濱田尚宏, 金城賢治 申請人:松下電器產業株式會社