JP2017115580A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出管からのオイル吐出量を抑制し、高効率で高信頼性の圧縮機を提供すること。【解決手段】吐出管２が接続された密閉容器１内に配設された圧縮機構部５０と、圧縮機構部５０を駆動するための電動機３とを備え、圧縮機構部５０に設けられた吐出口１２から吐出された冷媒ガスは、圧縮機構部５０と電動機３との間に位置する第１の空間３０と電動機３の回転子３ａの内部に設けられた回転子通路３ｂと電動機３の反圧縮機構部５０側に形成された第２の空間３１とを経由して、吐出管２から吐出され、回転子３ａの反圧縮機構部５０側に設けられたバランスウェイト３ｃと端板３ｄと回転子３ａとで形成された開口部３ｅは、電動機３の固定子３ｇの反圧縮機構部５０側のコイルエンド３ｊと対向する面積が最大となる位置に配置されている圧縮機。【選択図】図１

Description

本発明は、冷暖房空調装置や冷蔵庫等の冷却装置、あるいはヒートポンプ式の給湯装置等に用いられる圧縮機に関するものである。

従来、空調装置や冷却装置などに用いられる密閉型圧縮機は、一般に、冷凍サイクルから戻ってきた冷媒ガスを圧縮機構部で圧縮し、冷凍サイクルへと送り込む役割を果たしている。冷凍サイクルから戻ってきた冷媒ガスは吸入経路を経て、圧縮機構部に形成された圧縮室へと供給される。

その後、シールおよび潤滑のために供給されたオイルと共に、圧縮されて高温高圧状態となった冷媒ガスは、圧縮機構部から密閉容器内へと吐出され、密閉容器に設けられた吐出管から冷凍サイクルへと送り込まれる（例えば、特許文献１参照）。

図８は、特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機の圧縮機断面図である。

このスクロール圧縮機では、密閉容器１内の上部に、固定スクロール６とこの固定スクロール６に対して旋回運動する可動スクロール９とを噛み合わせてなる圧縮機構部５０を設けている。また、密閉容器１内の下部に、クランク軸４に取り付けられた回転子３ａと密閉容器１に取り付けられた固定子３ｇとからなる電動機３とを設けている。

さらには、回転子３ａの下方に、クランク軸４の副軸受２５と、その副軸受２５を支持し密閉容器に固定される副軸受支持部品４０とを設け、密閉容器１の底部に、オイルを貯蔵するオイル溜り３３を設けている。

そして、副軸受支持部品４０は、円板状で前記オイル溜り３３を覆うように設けられ、かつ副軸受支持部品４０のオイル溜り３３側と反油溜り側とを連通する連通口４１を、反油溜り側で周方向に開口面を有するように設けている。

これによって、オイル溜り３３のオイルが副軸受支持部品４０の上方空間へ持ち出されることを低減でき、オイル吐出量を低減させて、サイクル効率を向上させ、また、オイル溜り３３の油面切れを防ぐことができるため、圧縮機の信頼性を向上させることができる。

特開２０１０−１２１５８３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、例えば、オイル溜り中のオイルに冷媒が過度に相溶して油面が上昇する場合、油溜りのオイルが、副軸受支持部品の開口部を通して冷媒ガスで持ち上げられ、圧縮機外部へオイルが流出され易くなり、オイル吐出量の増加を招くという課題があった。したがって、サイクル中にオイルが大量に流出することでサイクル効率の低下やパイプ閉塞などの問題を生じやすい。

また、圧縮機構部にシールおよび潤滑のために供給されるオイル量は、高差圧運転条件
において増加するため、吐出される冷媒ガス中のオイル量も多くなり、圧縮機外部へ流出するまでの間に分離しないと、サイクル中にオイルが大量に流出することでサイクル効率の低下やパイプ閉塞などの問題を生じやすい。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、吐出管からのオイル吐出量を抑制し、高効率で高信頼性の圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機は、下部にオイル溜りを有し、吐出管が接続された密閉容器と、前記密閉容器内に配設された圧縮機構部と、前記密閉容器内で、前記圧縮機構部の反前記吐出管側に配設された前記圧縮機構部を駆動するための電動機と、を備え、前記圧縮機構部に設けられた吐出口から吐出された冷媒ガスは、前記圧縮機構部と前記電動機との間に位置する第１の空間を流れ、前記電動機の回転子の内部に設けられた回転子通路と前記電動機の反前記圧縮機構部側に形成された第２の空間とを経由して、前記吐出管から吐出される圧縮機において、前記回転子の反前記圧縮機構部側には、バランスウェイトと端板とが設けられ、前記回転子と前記バランスウェイトと前記端板とで形成された開口部は、前記電動機の固定子の反前記圧縮機構部側のコイルエンドと対向する面積が最大となる位置に配置されていることを特徴とするものである。

これによって、冷媒ガス中のオイルを固定子のコイルエンドに効率よく衝突分離させることができるため、吐出管からのオイル吐出量を抑制し、高効率で高信頼性の圧縮機を提供できる。

本発明によれば、吐出管からのオイル吐出量を抑制し、高効率で高信頼性の圧縮機を提供できる。

本発明の実施の形態１による圧縮機の縦断面図 図１のＸ−Ｘ断面図 本発明の実施の形態１による圧縮機の固定子の下部コイルエンドを円周方向に展開した図 同回転子開口部高さと下部コイルエンドと対向する面積およびオイル吐出量の関係を示す図 本発明の実施の形態２における縦型スクロール圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態３における縦型スクロール圧縮機の縦断面図 図６のＸ−Ｘ断面図 従来のスクロール圧縮機の断面図

第１の発明は、下部にオイル溜りを有し、吐出管が接続された密閉容器と、前記密閉容器内に配設された圧縮機構部と、前記密閉容器内で、前記圧縮機構部の反前記吐出管側に配設された前記圧縮機構部を駆動するための電動機と、を備え、前記圧縮機構部に設けられた吐出口から吐出された冷媒ガスは、前記圧縮機構部と前記電動機との間に位置する第１の空間を流れ、前記電動機の回転子の内部に設けられた回転子通路と前記電動機の反前記圧縮機構部側に形成された第２の空間とを経由して、前記吐出管から吐出される圧縮機において、前記回転子の反前記圧縮機構部側には、バランスウェイトと端板とが設けられ、前記回転子と前記バランスウェイトと前記端板とで形成された開口部は、前記電動機の固定子の反前記圧縮機構部側のコイルエンドと対向する面積が最大となる位置に配置されている圧縮機である。

この構成によれば、回転子の反圧縮機構部側の開口部から吐出された冷媒ガスを、電動機の固定子のコイルエンドに最大面積で衝突させ、冷媒中のオイルを、固定子のコイルエンドに最大限分離させることで、吐出管からのオイル吐出量を抑制することができ、高効率で高信頼性を実現することができる。

第２の発明は、第１の発明の圧縮機において、前記回転子の端部と前記バランスウェイトとの間に、スペーサーが配置されていることを特徴とするものである。

この構成によれば、回転子とバランスウェイトと端板で囲まれた開口部を、電動機の固定子の反圧縮機構部側のコイルエンドと対向する面積が最大となる高さに配置するために、スペーサーの厚みで容易に調整することができる。

第３の発明は、第１または２の発明の圧縮機において、前記バランスウェイトの端部より前記回転子側に、前記端板が配置されていることを特徴とするものである。

この構成によれば、バランスウェイトによる圧縮機のバランスを崩すことなく、開口部の面積を容易に減少させ、固定子のコイルエンドへの衝突速度を増加することができ、さらに、冷媒中のオイルを、固定子のコイルエンドに最大限分離させることにより、吐出管からのオイル吐出量を抑制することが可能となり、高効率で高信頼性を実現することができる。

第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明の圧縮機において、前記バランスウェイトを囲むように、前記端板が配置されているものである。

この構成によれば、バランスウェイトの形状等を変更することなく、開口部の面積を端板により容易に減少させ、固定子のコイルエンドへの衝突速度を増加することができ、さらに、容易に冷媒中のオイルを、固定子のコイルエンドに最大限分離させることにより、吐出管からのオイル吐出量を抑制することが可能となり、高効率で高信頼性を実現することができる。

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本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における縦型スクロール圧縮機の縦断面図である。

また、図２は、図１のＸ−Ｘ方向から見た電動機の断面図である。図のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

図１において、鉄製の密閉容器１の内部全体は吐出管２に連通する吐出圧力雰囲気となり、その中央部に電動機３、上部に圧縮機構部が配置され、電動機３の回転子３ａに固定されたクランク軸４の一端を支承する圧縮機構部５０の本体フレーム５が密閉容器１に固定されており、その本体フレーム５に固定スクロール６が取り付けられている。

クランク軸４に設けられた主軸方向の油通路７は、その一端が給油ポンプ装置８に通じ、他端が最終的に旋回スクロール９の偏心軸受１０に通じている。

固定スクロール６と噛み合って圧縮室１１を形成する旋回スクロール９は、渦巻き状の旋回スクロールラップ９ａと偏心軸受１０とを直立させたラップ支持円板９ｂとからなり
、固定スクロール６と本体フレーム５との間に配置されている。

固定スクロール６は、鏡板６ａと渦巻き状の固定スクロールラップ６ｂとからなり、固定スクロールラップ６ｂの中央部に吐出口１２、外周部に吸入管１３に繋がる吸入口１４が配置されている。

クランク軸４の主軸１５から偏心してクランク軸４の上端部に配置された偏心軸１６は、旋回スクロール９の偏心軸受１０と係合摺動すべく構成されている。

主軸１５は、本体フレーム５の主軸受１７と係合摺動し、本体フレーム５には、主軸受１７と同心の環状シール部材１８が遊合状態で装着されており、その環状シール部材１８は、その内側の概ね吐出圧力雰囲気の背面室１９と外側の中間圧力雰囲気の背圧室２０とを仕切っている。

給油ポンプ装置８によって吸い上げられたオイルは、クランク軸４の油通路７を通り旋回スクロール９と偏心軸１６との間に形成された内部空間２１へ導かれ、一方は旋回スクロール９のラップ支持円板９ｂの背面に設けられた絞り部２２を経由して、固定スクロール６と本体フレーム５とによって囲まれて形成される背圧室２０へと通じ、背圧調整弁２３、オイル供給通路２３ａを通って圧縮室１１へと導かれる。

背圧調整弁２３は、吸入圧力よりも高めの中間圧力を維持して旋回スクロール９を固定スクロール６に押さえつける機能を持ち、旋回スクロールラップ支持円板９ｂと固定スクロールラップ６ｂ上面および鏡板６ａとでスラスト軸受を形成する。もう一方は偏心軸受１０、背面室１９、主軸受１７を通り圧縮機構部外部へ排出される。

吐出口１２の出口側を開閉する逆止弁装置２４が、固定スクロール６の鏡板６ａの反ラップ側平面上に取り付けられており、その逆止弁装置２４は、薄鋼板製のリード弁２４ａと弁押さえ２４ｂとからなる。

クランク軸４の下端は、密閉容器１内に溶接や焼き嵌めして固定された副軸受２５により軸受され、安定に回転することができる。副軸受け２５はジャーナル軸受構成となっており、給油ポンプ装置８によって吸い上げられたオイルの一部が副軸受２５へと供給される。

逆止弁装置２４下流側の吐出室２６は、固定スクロール６と隔離部材２７との間に形成され、隔離部材２７によって吐出管２に連通する圧縮機構部上部の吐出空間２８と隔離されている。

圧縮機構部にて圧縮されたガスは、吐出室２６から圧縮機構部外周部付近に設けられた下向きガス流路２９を通り、図示された点線矢印のごとく回転子３ａ上部の第１の空間３０へと導かれる。

ここで、主軸受１７などを潤滑後排出されたオイルと合流し、回転子３ａ内部に設けられた回転子通路３ｂを通って、図２にも示すように、ガスとオイルの混合流が遠心力によって、回転子３ａと下部バランスウェイト３ｃと端板３ｄに囲まれた開口部３ｅから外側へ吐出され、固定子３ｇの下部コイルエンド３ｊに衝突し、気液分離される。

気液分離後のガスは、回転子３ａ下部の第２の空間３１へと到達後、固定子３ｇ外周に設けられた固定子通路３ｈを通って、仕切り部材３２で第１の空間３０と仕切られた固定子３ｇ上部の空間へと導かれ、圧縮機構部５０に設けられた図示されていない上向きガス
流路を通って吐出空間２８へ到達後、吐出管２から密閉容器１外部へと吐出される。

本実施の形態では、図１に示すように、回転子端部と下部バランスウェイトの間にスペーサー３ｆを設けている。

この構成により、電動機３の固定子３ｇの下部コイルエンド３ｊと対向する面積が最大となるように、スペーサー３ｆの厚みで、回転子３ａの開口部３ｅの高さ位置を調節している。この動作、作用について、詳細に説明する。

図３は、固定子３ｇの下部コイルエンド３ｊを円周方向（３６０°）に展開した図である。図中の斜線部は、回転子３ａの開口部３ｅが下部コイルエンド３ｊに対向する面積Ａを示している。

つまり、Ａは、開口部３ｅから吐出されたオイルを含んだ冷媒が、回転子３ａの回転により、固定子３ｇの下部コイルエンド３ｊに衝突する面積となる。図のように、開口部の高さ位置が異なれば、面積Ａは異なることとなる。

また、図４は、回転子３ａの開口部３ｅの高さと、下部コイルエンド３ｊと対向する面積（合計）Ａおよびオイル吐出量の関係を示している。

この図からも、開口部の高さが異なれば、下部コイルエンド３ｊに対向する面積Ａは異なり、面積Ａが最大となる開口部３ｅの高さが存在する。そして、その高さ位置でのオイル吐出量は、最小となることがわかる。

つまり、回転子３ａの開口部３ｅから吐出されるオイルを含んだ冷媒を、スペーサー３ｆを設けることにより、下部コイルエンド３ｊに、最大面積で最大限衝突分離させることにより、吐出管２からのオイル吐出量を抑制することができ、高効率で高信頼性を実現できる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における縦型スクロール圧縮機の縦断面図である。

本実施の形態の基本的な構成は、図１と同一であるので説明を省略する。また、図１で説明した構成と同一構成には同一符号を付して説明を一部省略する。

本実施の形態では、図５に示すように、回転子３ａの反圧縮機構部側に設けられた下部バランスウェイト３ｃの高さの間に、端板３ｄを設けたものである。

上記構成により、実施の形態１に示されように、スペーサーの厚みで、回転子３ａの開口部３ｅの高さ位置を調節し、オイルを含んだ冷媒を、下部コイルエンド３ｊに、最大面積で最大限衝突分離させることに加えて、下部バランスウェイト３ｃによる圧縮機のバランスを崩すことなく、回転子３ａの開口部３ｅの面積を容易に減少させ、固定子３ｇの下部コイルエンド３ｊへの衝突速度を増加することができる。

これにより、さらに、冷媒中のオイルを、固定子３ｇの下部コイルエンド３ｊに最大限分離させることにより、吐出管２からのオイル吐出量を抑制することが可能となり、高効率で高信頼性を実現することができる。

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における縦型スクロール圧縮機の縦断面図である。

また、図７は、図６のＸ−Ｘ方向から見た電動機の断面図である。

本実施の形態の基本的な構成は、図１と同一であるので説明を省略する。また、図１で説明した構成と同一構成には同一符号を付して説明を一部省略する。

本実施の形態では、図６、図７に示すように、下部バランスウェイト３ｃを囲むように端板３ｄを設けている。

上記構成により、下部バランスウェイト３ｃの形状等を変更することなく、開口部３ｅの面積を、端板３ｄにより容易に減少させ、固定子３ｇの下部コイルエンド３ｊへの衝突速度を増加することができる。

これにより、さらに、容易に冷媒中のオイルを、固定子３ｇの下部コイルエンド３ｊに最大限分離させることにより、吐出管２からのオイル吐出量を抑制することが可能となり、高効率で高信頼性を実現することができる。

なお、本実施の形態１から本実施の形態３までの全ては、スクロール圧縮機を一例として説明したが、本発明は圧縮機構部の方式によることはなく、ロータリ圧縮機やレシプロ圧縮機、リニア圧縮機等の他の方式の構成でも全く同様の効果が得られる。

また、作動流体としてオイルと溶解しやすい冷媒を用いた冷凍サイクルに搭載される圧縮機では、圧縮機外へのオイル吐出が効率や信頼性に直結するため、本発明の構成が非常に効果的であり、特に、比較的密度の低い冷媒を用いた圧縮機では、密閉容器１内部でのガス流速が高くなってオイル吐出量が増大しやすいため、本発明の構成を用いることでより一層の効果が期待できる。

比較的密度の低い冷媒としては、プロパンやイソブタン等に代表されるＨＣ冷媒や、ＨＦＯ１２３４ｙｆに代表される炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒が挙げられる。

以上のように、本発明にかかる圧縮機は、広い運転範囲におけるオイル吐出量を低減できるため、常用される運転条件では、圧縮機が搭載されるサイクルの高効率化が可能であるため、ＨＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒、ＨＦＯ系冷媒を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機のほかに、自然冷媒の二酸化炭素を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機などの用途にも適用できる。

１ 密閉容器
２ 吐出管
３ 電動機
３ａ 回転子
３ｂ 回転子通路
３ｃ 下部バランスウェイト
３ｄ 端板
３ｅ 開口部
３ｆ スペーサー
３ｇ 固定子
３ｊ 下部コイルエンド
１２ 吐出口
１３ 吸入管
３０ 第１の空間
３１ 第２の空間
３３ オイル溜り
５０ 圧縮機構部

Claims (4)

1. 下部にオイル溜りを有し、吐出管が接続された密閉容器と、
   前記密閉容器内に配設された圧縮機構部と、
   前記密閉容器内で、前記圧縮機構部の反前記吐出管側に配設された前記圧縮機構部を駆動するための電動機と、を備え、
   前記圧縮機構部に設けられた吐出口から吐出された冷媒ガスは、
   前記圧縮機構部と前記電動機との間に位置する第１の空間を流れ、
   前記電動機の回転子の内部に設けられた回転子通路と前記電動機の反前記圧縮機構部側に形成された第２の空間とを経由して、
   前記吐出管から吐出される圧縮機において、
   前記回転子の反前記圧縮機構部側には、バランスウェイトと端板とが設けられ、
   前記回転子と前記バランスウェイトと前記端板とで形成された開口部は、
   前記電動機の固定子の反前記圧縮機構部側のコイルエンドと対向する面積が最大となる位置に配置されていることを特徴とする圧縮機。
2. 前記回転子の端部と前記バランスウェイトとの間に、スペーサーが配置されていることを特徴とする前記請求項１記載の圧縮機。
3. 前記バランスウェイトの端部より前記回転子側に、前記端板が配置されてい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. 前記バランスウェイトを囲むように、前記端板が配置されていることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮機。

Images