JP2011163142A - 密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮されて密閉ケース内に吐出されるガス冷媒が密閉ケース内の潤滑油を撒き上げないようにし、ガス冷媒と共に密閉ケース外に排出される潤滑油の消費量を抑制する。
【解決手段】密閉型圧縮機において、潤滑油９が収容される密閉ケース５と、密閉ケース５内に上下方向の軸心をもって収容された固定軸６と、固定軸６の外周部に回転可能に設けられた回転部材１１を有してガス冷媒を圧縮するとともに圧縮したガス冷媒を密閉ケース５内に吐出する圧縮機構部７と、回転部材１１を回転駆動させる駆動機構部８と、固定軸６の内部に形成されて圧縮機構部７で圧縮されたガス冷媒を固定軸６の上部側の吐出位置まで導く通路２５と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置に関し、特に、密閉ケース内における圧縮されたガス冷媒と潤滑油との分離効果を高めることができる密閉型圧縮機及びこの密閉型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置に関する。

ガス冷媒等の流体を圧縮する流体圧縮機としては、例えば、下記特許文献１の図９に記載されたものが知られている。この流体圧縮機では、流体を圧縮する作動部が密閉容器内に収容され、作動部で圧縮した流体を密閉容器内に吐出させている。

作動部で圧縮された流体の密閉容器内への吐出は、作動部に近接した位置から行なわれている。

また、密閉容器内には、作動部における摺動部分を潤滑するための潤滑油が貯留されている。

特開２００２−７０７３３号公報

特許文献１に記載された流体圧縮機では、作動部から密閉容器内に吐出される流体の吐出位置が潤滑油により潤滑される作動部に近接している。このため、作動部で圧縮された後に作動部から密閉ケース内に吐出された流体が、作動部を潤滑して飛散した潤滑油を撒き上げ易く、撒き上げられた潤滑油は流体と共に閉容器外に排出され易い。これにより、密閉容器内に貯留されている潤滑油量が少なくなり、作動部における摺動部分に十分な潤滑油を供給できず、摺動部が摩耗し信頼性が低下する不具合があった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、圧縮されて密閉ケース内に吐出されるガス冷媒が密閉ケース内の潤滑油を撒き上げないようにし、ガス冷媒と共に密閉ケース外に排出される潤滑油量（吐油量）を抑制することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、密閉型圧縮機において、潤滑油が収容される密閉ケースと、前記密閉ケース内に上下方向の軸心をもって収容された固定軸と、前記固定軸の外周部に回転可能に設けられた回転部材を有してガス冷媒を圧縮するとともに圧縮したガス冷媒を前記密閉ケース内に吐出する圧縮機構部と、前記回転部材を回転駆動させる駆動機構部と、前記固定軸の内部に形成されて前記圧縮機構部で圧縮されたガス冷媒を前記固定軸の上部側の吐出位置まで導く通路と、を備えることである。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、冷凍サイクル装置において、第１の特徴の密閉型圧縮機と、密閉型圧縮機に接続された凝縮器と、凝縮器に接続された膨張装置と、膨張装置に接続された蒸発器と、を備えることである。

本発明によれば、圧縮機構部で圧縮されて密閉ケース内に吐出されるガス冷媒が密閉ケース内の潤滑油を撒き上げることを防止することができ、ガス冷媒と共に密閉ケース外に排出される潤滑油の消費量を抑制することができる。

本発明の第１の実施の形態の密閉型圧縮機の縦断面図及び冷凍サイクル装置の概略図である。 圧縮機構部を示す水平断面図である。 圧縮機効率を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態の密閉型圧縮機の縦断面図である。 圧縮機構部を示す水平断面図である。 本発明の第３の実施の形態の密閉型圧縮機の縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を、図１ないし図３に基づいて説明する。図１に示す冷凍サイクル装置は、密閉型圧縮機１と、密閉型圧縮機１の吐出側に接続された凝縮器２と、凝縮器２の吐出側に接続された膨張装置３と、膨張装置３の吐出側に接続されるとともに密閉型圧縮機１の吸込側に接続された蒸発器４とを備えている。

密閉型圧縮機１は密閉ケース５を備えており、この密閉ケース５内に、固定軸６と、圧縮機構部７と、駆動機構部である電動機部８と、潤滑油９とが収容されている。なお、圧縮機構部７は密閉ケース５内の下側に配置され、電動機部８は密閉ケース５内の上側に配置されている。また、圧縮機構部７で圧縮された高圧ガス冷媒は、密閉ケース５内に吐出され、密閉ケース５内の高圧のガス冷媒が凝縮器２に供給される。

凝縮器２は、密閉型圧縮機１の圧縮機構部７において圧縮されることにより高圧・高温となったガス冷媒を冷やして熱を奪い、液化させる装置である。ガス冷媒を冷やす方法としては、例えば、ファンを駆動させて凝縮器２に向けて送風する方法を採用することができる。

膨張装置３は、液化された液冷媒を微小なノズル穴から噴射し、霧状にする装置である。

蒸発器４は、霧状の液冷媒を気化させる装置である。液冷媒が気化する際に液冷媒は周囲から気化熱を奪い、蒸発器４の周囲の空気が冷やされる。このため、ファンを駆動して蒸発器４に向けて送風することにより冷気が発生し、発生した冷気が冷凍用や冷房用として用いられる。蒸発器４で気化したガス冷媒は、密閉型圧縮機１内に吸入される。

固定軸６は、上下方向の軸心をもって配置され、下端側は密閉ケース５に固定された圧縮機構部７により支持され、上端側は板状に形成されて密閉ケース５に固定された支持フレーム１０により支持されている。

圧縮機構部７は、低圧のガス冷媒を圧縮して高圧・高温のガス冷媒にする部分であり、固定軸６の外周に回転可能に設けられるとともに拡径部１１ａを有する円筒状の回転部材１１と、拡径部１１ａの外側を囲むように設けられた円筒状のシリンダ１２と、シリンダ１２の両端を閉塞する一対の側板１３，１４とを備えている。

シリンダ１２は、アークスポット溶接１５等により密閉ケース５に固定されている。一対の側板１３，１４とシリンダ１２と後述する下カバー１６とは、複数のボルト１７により締付固定されている。

なお、回転部材１１とシリンダ１２とは、回転部材１１の中心とシリンダ１２の中心とが偏心する位置に配置され、拡径部１１ａの外周面の一部とシリンダ１２の内周面の一部とが微小隙間をもって対向している。

また、シリンダ１２の両端を側板１３，１４で閉塞することにより、シリンダ１２の内周面と拡径部１１ａの外周面との間には、ガス冷媒を圧縮する作動室１８が形成されている。

また、拡径部１１ａの端面１１ｂと側板１３，１４とが対向する部位には、密閉ケース５内に貯留されている潤滑油９に浸漬される油溜り部１９，２０が形成されている。なお、側板１４側に位置する下側の油溜り部２０は、固定軸６の外周面と回転部材１１の内周面との間に対向している。

拡径部１１ａには複数のベーンスロット２１が形成され、これらのベーンスロット２１内には摺動可能にベーン２２が収容されている。すなわち、圧縮機構部７はスライディングベーンタイプの圧縮機構部であり、ベーン２２は、回転部材１１の回転に伴なって発生する遠心力及びベーンスロット２１内に作用する潤滑油９による背圧により、先端部がシリンダ１２の内周面に当接され、作動室１８を複数の区画１８ａに仕切っている。蒸発器４に連通されるとともに容積が大きくなっている区画１８ａにはガス冷媒が吸入され、ガス冷媒が吸入された区画１８ａは回転部材１１の回転に伴なって容積が小さくなるとともに吸入したガス冷媒の圧力が上がり、圧力が上昇したガス冷媒は吐出弁２３に対向する位置に移動した場合に吐出弁２３を開弁させて作動室１８外に吐出される。作動室１８外に吐出されたガス冷媒は、側板１４と下カバー１６とに囲まれて形成された案内路２４を経由して後述する固定軸６の通路２５に導かれる。

固定軸６の内部には、圧縮機構部７で圧縮されたガス冷媒を密閉ケース５の上部に導く通路２５が形成されている。固定軸６の上部側には、通路２５に連通されるとともに通路２５内を導かれたガス冷媒が密閉ケース５内に吐出する吐出口２６が形成されている。図１に示す矢印は、作動室１８内で圧縮されたガス冷媒の流れ方向を示している。

上述した板状の支持フレーム１０は密閉ケース５に固定され、固定軸６の上端側を支持している。密閉ケース５内は、支持フレーム１０によって上部空間２７と下部空間２８とに仕切られており、吐出口２６は下部空間２８に開口されている。なお、支持フレーム１０には、上部空間２７と下部空間２８とを連通する連通部である連通穴２９が形成されており、吐出口２６から下部空間２８内に吐出されたガス冷媒は、矢印で示すように連通穴２９を通って上部空間２７内に流入し、上部空間２７内から凝縮器２に供給される。

電動機部８は、固定軸６に固定された固定子８ａと、固定子８ａの外周を囲んで配置された回転子８ｂとからなるアウターロータタイプであり、回転子８ｂと回転部材１１とが回転子８ｂの一部である椀形状の連結部材８ｃにより連結されている。連結部材８ｃには、固定軸６の外周面と回転部材１１の内周面との間を潤滑した潤滑油９であって回転部材１１の上端部から飛散した潤滑油９を密閉ケース５内に戻す戻し穴３０が形成されている。電動機部８は、回転子８ｂの外径寸法“φＤ”がφ７０ｍｍ以下に設定されている。

図３は、回転子８ｂが固定子８ａの外側に位置するアウターロータタイプの電動機部８と、回転子が固定子の内側に位置するインナーロータタイプの電動機部とにおいて、回転子外径と圧縮機の効率とを比較したグラフである。尚、圧縮機の運転条件は、ガス冷媒“Ｒ４１０Ａ”の冷房定格条件で、冷凍能力は回転子外径に比例するとして計算している。

一般に、回転子の慣性モーメントは、外径の２乗に比例するため、回転子の外径がが大きいアウターロータタイプの電動機においてはトルク変動の影響を受けにくく、安定した回転が得られ、電動機効率が有利である。一方、回転子の風損は、端面が回転子直径の５乗、側面が回転子直径の４乗に比例するため（妹尾泰利著；内部流れ学と流体機械；養賢堂；Ｐ191〜193）、回転子直径がある程度以上に大きくなると、風損が急速に増大する。

したがって、図３のグラフから判るように、回転子外径がφ７０ｍｍ以上になると、アウターロータタイプの電動機の場合に圧縮機効率が低下が著しくなる。一方、回転子外径がφ７０ｍｍ以下になると、風損の影響が小さくなるとともに慣性モーメントを大きくとることができ、トルク変動の影響を受けないアウターロータタイプの電動機を用いたほうが圧縮機効率が高くなることが判る。

このような構成において、冷凍サイクル装置の運転時には、電動機部８により駆動された回転部材１１が固定軸６の回りに回転し、圧縮機構部７内でガス冷媒が圧縮されて高圧・高温となり、高圧・高温となったガス冷媒が密閉ケース５内に一旦収容され、密閉ケース５内から凝縮器２に供給される。

なお、固定軸６は下端側を密閉ケース５に固定された圧縮機構部７により支持され、上端側を密閉ケース５に固定された支持フレーム１０により支持されているため、安定した固定状態を維持されている。このため、回転部材１１は固定軸６の周りを横振れすることなく安定して回転する。

凝縮器２に供給された高圧・高温のガス冷媒は、凝縮器２内において液化されて液冷媒となり、液冷媒が膨張装置３内で霧状化され、霧状化された液冷媒が蒸発器４内で気化されてガス冷媒となる。液冷媒が蒸発器４内で気化される場合に周囲から気化熱を奪い、気化熱を奪われて温度が低下した空気が冷凍用、冷房用として用いられる。蒸発器４で気化されたガス冷媒は、圧縮機構部７内に吸入される。

圧縮機構部７で圧縮されたガス冷媒は、固定軸６に形成された通路２５内を通って吐出口２６まで導かれ、吐出口２６から下部空間２８内に吐出される。ここで、吐出口２６は密閉ケース５内の上部に形成されており、また、吐出口２６と圧縮機構部７との間には電動機部８が位置している。

このため、吐出口２６から吐出されたガス冷媒は、圧縮機構部７の摺動部分を潤滑して飛散した潤滑油９を撒き上げることがなく、潤滑油９とガス冷媒との分離を確実に行なえる。したがって、圧縮後に密閉ケース５内に吐出されるガス冷媒によって撒き上げられた潤滑油９がガス冷媒と共に密閉ケース５外に排出される吐油量を減少させることができる。これにより、圧縮機構部７の摺動部分に常に十分な潤滑油を供給でき、信頼性を向上することができる。

さらに、圧縮機構部７で圧縮されたガス冷媒中には潤滑油９が含まれているが、吐出口２６から吐出されたガス冷媒が支持フレーム１０により仕切られた下部空間２８内に吐出され、下部空間２８内で流れ方向を変えて連通穴２９から上部空間２７内に流入し、その後に上部空間２７内から凝縮器２に供給される。このため、ガス冷媒が下部空間２８内に一定時間滞留することや、ガス冷媒が下部空間２８内で流れ方向を変えることにより、ガス冷媒中に含まれている潤滑油９の分離を促進することができ、潤滑油９の吐油量をより一層抑えることができる。

圧縮機構部７において、拡径部１１ａの端面１１ｂと側板１３，１４とが対向する部位に油溜り部１９，２０が形成され、これらの油溜り部１９，２０が密閉ケース５内に貯留されている潤滑油９に浸漬されている。このため、拡径部１１ａの端面１１ｂと側板１３，１４の間のシール及び潤滑を良好に行なうことができ、圧縮機構部７の圧縮性能を高めることができるとともに、圧縮機構部７の耐久性を向上させることができる。

また、側板１４側に位置する下側の油溜り部２０は、固定軸６の外周面と回転部材１１の内周面との間に対向しているため、固定軸６の外周面と回転部材１１の内周面との間への潤滑油９の供給を良好に行なえる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図４及び図５に基づいて説明する。なお、第２の実施の形態、及び、以下に説明する他の実施の形態において、先行して説明した実施の形態の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付け、重複する説明は省略する。

第２の実施の形態の基本的構成は第１の実施の形態と同じであり、第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、固定軸６の外周面に給油溝３１を形成した点である。給油溝３１は、下端が密閉ケース５内に収容されている潤滑油９に浸漬され、上端が回転部材１１の上端側縁部より上方に延出している。

また、給油溝３１は、回転部材１１の回転方向に沿って螺旋状に形成されている。

さらに、給油溝３１は、作動室１８の複数の区画１８ａのうち高圧になる区画１８ａが位置する側の反対側に形成されている。

このような構成において、密閉ケース５内に貯留されている潤滑油９が給油溝３１内に入り込み、この潤滑油９は固定軸６の外周面と回転部材１１の内周面との間の摺動部分を潤滑する。これにより、固定軸６の外周面と回転部材１１の内周面との間の摺動部分の潤滑を良好に行なうことができ、圧縮機構部７の信頼性を高めることができる。

また、給油溝３１は、回転部材１１の回転方向に沿って螺旋状に形成されている。このため、潤滑油９は回転部材１１の回転に伴なって粘性により給油溝３１内を上昇しやすくなり、密閉ケース５内に収容されている潤滑油９の液面よりも高い位置への潤滑油９の供給を良好に行なうことができる。特に、低温時の潤滑性能を高めることができる。

また、給油溝３１は、作動室１８の複数の区画１８ａのうち高圧になる区画１８ａが位置する側と反対側に形成されている。このため、ガス冷媒の圧力が図５の矢印で示すように高圧側の区画１８ａ側から回転部材１１に作用した場合、給油溝３１が形成されている側において固定軸６の外周面と回転部材１１の内周面との間に隙間が生じやすくなり、固定軸６の外周面と回転部材１１の内周面との間への潤滑油９の供給性能を高めることができる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図６に基づいて説明する。第３の実施の形態では、固定軸６の内部に通路２５を形成する点、及び、固定軸６の外周面に給油溝３１を形成する点は第１，第２の実施の形態と同じであり、第３の実施の形態の密閉型圧縮機１Ａでは、第１，第２の実施の形態で説明したスライディングベーンタイプの圧縮機構部７に代えてローリングピストンタイプの圧縮機構部７Ａを用いた点が第１，第２の実施の形態と異なる。

圧縮機構部７Ａは、固定軸６の外周に回転可能に設けられるとともに偏心部１１ｃを有する円筒状の回転部材１１と、偏心部１１ｃの外周に取付けられた円筒状のローラ３２と、ローラ３２を囲むように設けられた円筒状のシリンダ３３と、シリンダ３３の両端を閉塞する一対の側板１３，１４とを備えている。シリンダ３３には摺動可能にベーン３４が取付けられており、ベーン３４はスプリング３５により付勢されて先端部がローラ３２の外周面に当接されている。

シリンダ３３は、アークスポット溶接１５により密閉ケース５に固定されている。一対の側板１３，１４とシリンダ３３と下カバー１６とは、複数のボルト１７により締付固定されている。

圧縮機構部７Ａには、シリンダ３３の両端を側板１３，１４で閉塞することにより、シリンダ３３の内周面とローラ３２の外周面との間に位置してガス冷媒を圧縮する作動室３６が形成されている。

ローラ３２の回転に伴なって作動室３６内で圧縮されたガス冷媒は、吐出弁２３を開弁させて案内路２４から固定軸６の通路２５内に流入する。

このような構成において、圧縮機構部７Ａで圧縮されたガス冷媒は、第１の実施の形態で説明したように、固定軸６に形成された通路２５内を通って吐出口２６まで導かれ、吐出口２６から下部空間２８内に吐出される。このため、吐出口２６から吐出されたガス冷媒は、圧縮機構部７Ａの摺動部分を潤滑して飛散した潤滑油９を撒き上げることがなく、潤滑油９とガス冷媒との分離を確実に行なえる。したがって、圧縮後に密閉ケース５内に吐出されるガス冷媒によって撒き上げられた潤滑油９がガス冷媒と共に密閉ケース５外に排出される吐油量を低減することができる。

さらに、第２の実施の形態で説明したように、固定軸６の外周面に給油溝３１を形成したことにより、固定軸６の外周面と回転部材１１の内周面との間の摺動部分の潤滑を良好に行なうことができる。

１…密閉型圧縮機、１Ａ…密閉型圧縮機、２…凝縮器、３…膨張装置、４…蒸発器、５…密閉ケース、６…固定軸、７…圧縮機構部、７Ａ…圧縮機構部、８…電動機部（駆動機構部）、９…潤滑油、１０…支持フレーム、１１…回転部材、１９，２０…油溜り部、２５…通路、２６…吐出口、２９…連通穴（連通部）、３１…給油溝

Claims (6)

1. 潤滑油が収容される密閉ケースと、
   前記密閉ケース内に上下方向の軸心をもって収容された固定軸と、
   前記固定軸の外周部に回転可能に設けられた回転部材を有してガス冷媒を圧縮するとともに圧縮したガス冷媒を前記密閉ケース内に吐出する圧縮機構部と、
   前記回転部材を回転駆動させる駆動機構部と、
   前記固定軸の内部に形成されて前記圧縮機構部で圧縮されたガス冷媒を前記固定軸の上部側の吐出位置まで導く通路と、
   を備えることを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 前記固定軸の上端側を支持して前記密閉ケース内を上部空間と下部空間とに仕切るとともに前記上部空間と前記下部空間とを連通する連通部が形成された板状の支持フレームと、
   前記固定軸に形成されて前記通路内を導かれたガス冷媒が前記下部空間内に吐出する吐出口と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
3. 前記固定軸の外周面に形成されて前記固定軸と前記回転部材との間の摺動部分に潤滑油を供給する給油溝、
   を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の密閉型圧縮機。
4. 前記給油溝は、前記回転部材の回転方向に沿って螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項３記載の密閉型圧縮機。
5. 前記圧縮機構部は、前記回転部材と、前記回転部材の外側に設けられたシリンダと、前記シリンダの両端を閉塞する側板とを有し、
   前記側板と前記回転部材とが対向する部位に前記密閉ケース内に収容されている潤滑油中に浸漬される油溜り部が形成されていることを特徴とする請求項３又は４記載の密閉型圧縮機。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機と、
   前記密閉型圧縮機に接続された凝縮器と、
   前記凝縮器に接続された膨張装置と、
   前記膨張装置に接続された蒸発器と、
   を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。

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