JP6023971B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は圧縮機構部から吐出される冷媒ガスからオイルを分離するオイル分離機構部を設けた圧縮機に関する。

従来、空調装置や冷却装置などに用いられる圧縮機は、一般に、ケーシング内に圧縮機構部とその圧縮機後部を駆動する電動機部を備えており、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。一般的に、圧縮機構部で圧縮した冷媒ガスは、一旦電動機の周囲を流れることによって、電動機部を冷却し、その後、ケーシングに設けられた吐出配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）。すなわち、圧縮機構部で圧縮した冷媒ガスは、吐出口から吐出空間へ吐出される。その後、冷媒ガスは、フレームの外周に設けられた通路を通り、圧縮機構部と電動機部との間の電動機空間の上部に吐出される。一部の冷媒ガスは、電動機部を冷却した後、吐出配管より吐出される。また、他の冷媒ガスは、電動機部とケーシングの内壁との間に形成されている通路によって、電動機部の上部と下部の電動機空間を連通し、電動機部を冷却した後、電動機部の回転子と固定子の隙間を通って、電動機部の上部の電動機空間に入り、吐出配管から吐出される。

特開平５−４４６６７号公報

しかしながら、従来の構成では、圧縮機構部で圧縮された高温高圧の冷媒ガスが、電動機部を流れるため、電動機部が冷媒ガスによって加熱され、電動機部の効率低下を引き起こしてしまうという課題を有していた。

また、フレームの外周に設けられた通路を通って、圧縮機構部の下部を高温の吐出ガスが流れるため圧縮機構部が加熱され、特に、冷凍サイクルから戻ってきた低温状態である冷媒ガスが、吸入経路を経て圧縮室へと送り込まれる過程で熱を受ける。そのため実際に圧縮室にとじ込む時点では、冷媒ガスは膨張し、循環量の低下を引き起こしてしまう課題を有していた。

さらには、吐出管から吐出される冷媒にオイルが多く含まれると、サイクル性能の悪化を招くという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電動機部の高効率化、体積効率の向上、および低オイル循環を実現する圧縮機を提供することにある。

本発明の圧縮機は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する電動機部とを密閉容器内に備え、前記圧縮機構部によって、前記密閉容器内を、一方の容器内空間と他方の容器内空間に分割し、前記一方の容器内空間と前記他方の容器内空間とを連通する連通路を前記圧縮機構部の外周部に設け、前記一方の容器内空間から前記密閉容器の外部に前記冷媒ガスを吐出する吐出管を設け、前記他方の容器内空間に前記電動機部を
配置した圧縮機であって、前記圧縮機構部から吐出される前記冷媒ガスからオイルを分離するオイル分離機構部を設け、前記オイル分離機構部が、前記冷媒ガスを旋回させる円筒状空間と、前記圧縮機構部から吐出される前記冷媒ガスを前記円筒状空間に流入させる流入部と、前記円筒状空間から前記一方の容器内空間に、前記オイルを分離した前記冷媒ガスを送出する送出口と、前記送出口と対向して配置され、分離した前記オイルを前記円筒状空間から排出する排出口と、前記排出口と前記連通路とを連通する排出通路を有するとともに、前記分離されたオイルは、前記排出口から前記排出通路を経由して前記連通路に送出され、衝突体に衝突し、前記連通路を介して前記他方の容器内空間に排出されることを特徴とするものである。

本発明によれば、圧縮機構部で圧縮されてオイル分離機構部から送出される、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスは、一方の容器内空間に導かれて吐出管から吐出される。従って、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスは、電動機部を通過しないため、電動機部が冷媒ガスにより加熱されることがなく、電動機部の高効率化が図れる。

また、本発明によれば、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスを、一方の容器内空間に導くことで、他方の容器内空間に接する圧縮機構部の加熱を抑えることができるため、吸入冷媒ガスの加熱を抑制し、圧縮室内での高い体積効率を得ることができる。

また、本発明によれば、オイル分離機構部で分離されたオイルを、冷媒ガスとともに他方の容器内空間に排出するため、円筒状空間内にはオイルが滞留することがほとんど無い。従って、分離したオイルが、旋回する冷媒ガスによって円筒状空間内で吹き上げられ、送出口から冷媒ガスとともに送出することがなく、安定したオイル分離を行える。更に、円筒状空間内にオイルを滞留させないため、円筒状空間を小さく構成できる。また、排出口から排出されたオイルと冷媒ガスの混合流体は、衝突体に衝突することでオイルと冷媒ガスが分離される。

本発明の実施の形態による圧縮機の縦断面図 図１における圧縮機構部の要部拡大断面図

第１の発明は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する電動機部とを密閉容器内に備え、前記圧縮機構部によって、前記密閉容器内を、一方の容器内空間と他方の容器内空間に分割し、前記一方の容器内空間と前記他方の容器内空間とを連通する連通路を前記圧縮機構部の外周部に設け、前記一方の容器内空間から前記密閉容器の外部に前記冷媒ガスを吐出する吐出管を設け、前記他方の容器内空間に前記電動機部を配置した圧縮機であって、前記圧縮機構部から吐出される前記冷媒ガスからオイルを分離するオイル分離機構部を設け、前記オイル分離機構部が、前記冷媒ガスを旋回させる円筒状空間と、前記圧縮機構部から吐出される前記冷媒ガスを前記円筒状空間に流入させる流入部と、前記円筒状空間から前記一方の容器内空間に、前記オイルを分離した前記冷媒ガスを送出する送出口と、前記送出口と対向して配置され、分離した前記オイルを前記円筒状空間から排出する排出口と、前記排出口と前記連通路とを連通する排出通路を有するとともに、前記分離されたオイルは、前記排出口から前記排出通路を経由して前記連通路に送出され、衝突体に衝突し、前記連通路を介して前記他方の容器内空間に排出されることを特徴とする圧縮機である。

この構成によれば、圧縮機構部で圧縮されてオイル分離機構部から送出される、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスは、一方の容器内空間に導かれて吐出管から吐出される。従って
、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスは、電動機部を通過しないため、電動機部が冷媒ガスにより加熱されることがなく、電動機部の高効率化が図れる。また、この構成によれば、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスを、一方の容器内空間に導くことで、他方の容器内空間に接する圧縮機構部の加熱を抑えることができるため、吸入冷媒ガスの加熱を抑制し、圧縮室内での高い体積効率を得ることができる。また、この構成によれば、オイル分離機構部で分離されたオイルを、冷媒ガスとともに送出口と対向した位置にある排出口から排出するため、円筒状空間内にはオイルが滞留することがほとんど無い。従って、分離したオイルが、旋回する冷媒ガスによって円筒状空間内で吹き上げられ、送出口から冷媒ガスとともに送出することがなく、安定したオイル分離を行える。更に、円筒状空間内にオイルを滞留させないため、円筒状空間を小さく構成できる。また、この構成によれば、また、排出口から排出されたオイルと冷媒ガスの混合流体は、衝突体に衝突することでオイルと冷媒ガスが分離される。

第２の発明は、第１の発明において、前記衝突体は、前記連通路の一部を形成する前記密閉容器の内壁であることを特徴とするものである。この構成によれば、新たに衝突体を設ける必要がない。

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による圧縮機の縦断面図である。図１に示すように、本実施の形態による圧縮機は、密閉容器１内に、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部１０と、圧縮機構部１０を駆動する電動機部２０とを備えている。密閉容器１内は、圧縮機構部１０によって、一方の容器内空間３１と他方の容器内空間３２に分割し、これらの容器内空間３１、３２は圧縮機構部１０の外周に設けられた連通路４６でつながっている。そして、他方の容器内空間３２には、電動機部２０を配置している。また、他方の容器内空間３２は、電動機部２０によって、圧縮機構側空間３３と貯オイル側空間３４に分割している。そして、貯オイル側空間３４には、貯オイル部２を配置している。

密閉容器１には、吸接管３と吐出管４とが溶接によって固定されている。吸接管３と吐出管４とは密閉容器１の外部に通じ、冷凍サイクルを構成する部材と接続されている。吸接管３は密閉容器１の外部から冷媒ガスを導入し、吐出管４は一方の容器内空間３１から密閉容器１の外部に冷媒ガスを導出する。主軸受部材１１は、密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどで固定され、シャフト５を軸支している。この主軸受部材１１には、固定スクロール１２がボルト止めされている。固定スクロール１２と噛み合う旋回スクロール１３は、主軸受部材１１と固定スクロール１２とで挟み込まれている。主軸受部材１１、固定スクロール１２、及び旋回スクロール１３は、スクロール式の圧縮機構部１０を構成している。

旋回スクロール１３と主軸受部材１１との間には、オルダムリングなどによる自転拘束機構１４を設けている。自転拘束機構１４は、旋回スクロール１３の自転を防止し、旋回スクロール１３が円軌道運動するように案内する。旋回スクロール１３は、シャフト５の上端に設けている偏心軸部５ａにて偏心駆動される。この偏心駆動により、固定スクロール１２と旋回スクロール１３との間に形成している圧縮室１５は、外周から中央部に向かって移動し、容積を小さくして圧縮を行う。

吸接管３と圧縮室１５との間には、吸入経路（図示せず）が形成されている。吸入経路は、固定スクロール１２に設けられている。固定スクロール１２の中央部には、圧縮機構部１０の吐出口１７が形成されている。吐出口１７には、リード弁１８が設けられている
。

固定スクロール１２の一方の容器内空間３１側には、吐出口１７及びリード弁１８を覆うマフラー１９が設けられている。マフラー１９は、吐出口１７を一方の容器内空間３１から隔離している。冷媒ガスは、吸接管３から、吸入経路を経て圧縮室１５に吸入される。圧縮室１５で圧縮された冷媒ガスは、吐出口１７からマフラー１９内に吐出される。リード弁１８は、冷媒ガスが吐出口１７から吐出するときに押し開けられる。

シャフト５の下端にはポンプ６が設けられている。ポンプ６の吸い込み口は、密閉容器１の底部に設けられた貯オイル部２内に配置している。ポンプ６は、シャフト５によって駆動される。従って、貯オイル部２にあるオイルを、圧力条件や運転速度に関係なく、確実に吸い上げることができ、摺動部でのオイル切れは発生しない。ポンプ６で吸い上げたオイルは、シャフト５内に形成しているオイル供給穴７を通じて圧縮機構部１０に供給される。なお、オイルをポンプ６で吸い上げる前、又は吸い上げた後に、オイルフィルタを用いてオイルから異物を除去すると、圧縮機構部１０への異物混入が防止でき、更なる信頼性向上を図ることができる。

圧縮機構部１０に導かれたオイルの圧力は、吐出口１７から吐出される冷媒ガスの吐出圧力とほぼ同等であり、旋回スクロール１３に対する背圧源ともなる。これにより、旋回スクロール１３は、固定スクロール１２から離れたり、片当たりすることなく、安定して動作する。さらにオイルの一部は、供給圧や自重によって、逃げ場を求めるようにして偏心軸部５ａと旋回スクロール１３との嵌合部、及びシャフト５と主軸受部材１１との間の軸受部８に進入して潤滑し、その後に落下し、貯オイル部２に戻る。旋回スクロール１３には経路７ａが形成され、経路７ａの一端は高圧領域３５に開口し、経路７ａの他端は背圧室３６に開口している。自転拘束機構１４は、背圧室３６に配置されている。

従って、高圧領域３５に供給されたオイルの一部は、経路７ａを通って、背圧室３６に進入する。背圧室３６に進入したオイルは、スラスト摺動部及び自転拘束機構１４の摺動部を潤滑し、背圧室３６にて旋回スクロール１３に背圧を与えている。

次に、図１及び図２を用いて、実施の形態１による圧縮機のオイル分離機構部について説明する。図２は図１における圧縮機構部の要部拡大断面図である。

本実施の形態による圧縮機は、圧縮機構部１０から吐出される冷媒ガスからオイルを分離するオイル分離機構部４０を設けている。オイル分離機構部４０は、冷媒ガスを旋回させる円筒状空間４１と、マフラー１９内と円筒状空間４１とを連通する流入部４２と、円筒状空間４１と一方の容器内空間３１とを連通する送出口４３と、円筒状空間４１と連通路４６とを連通する排出口４４とを有する。

円筒状空間４１は、マフラー１９に形成した円筒状凹部１９ａと、これを覆う蓋１９ｂとで構成される。流入部４２は、マフラー１９に形成した流入溝１９ｃと蓋１９ｂとで構成され、好ましくは流入部４２の開口を円筒状空間４１の上端内周面に形成する。そして、流入部４２は、圧縮機構部１０から吐出される冷媒ガスをマフラー１９内から円筒状空間４１に流入させる。流入部４２は、円筒状空間４１に対し、接線方向に開口している。送出口４３は、円筒状空間４１の上端側に形成し、少なくとも流入部４２よりも一方の容器内空間３１側に形成する。送出口４３は、円筒状空間４１の上端側の蓋１９ｂに形成することが好ましい。そして、送出口４３は、円筒状空間４１から一方の容器内空間３１に、オイルを分離した冷媒ガスを送出する。

排出口４４は、円筒状空間４１の下端側に形成し、少なくとも流入部４２よりも他方の
容器内空間３２側に形成する。排出口４４は、円筒状空間４１の下端面に形成することが好ましい。そして、排出口４４は、円筒状空間４１から圧縮機構側空間３３に、分離したオイルと冷媒ガスの一部とを排出する。

ここで、送出口４３の開口部の断面積Ａは、円筒状空間４１の断面積Ｃよりも小さく、排出口４４の開口部の断面積Ｂよりも大きい方が好ましい。送出口４３の開口部の断面積Ａが、円筒状空間４１の断面積Ｃと同じ場合には、冷媒ガスの旋回流が排出口４４の方向に導かれることなく、送出口４３から吹き出してしまう。また、排出口４４の開口部の断面積Ｂが円筒状空間４１の断面積Ｃと同じ場合には、冷媒ガスの旋回流が排出口４４から吹き出してしまう。また、送出口４３の開口部の断面積Ａを、排出口４４の開口部の断面積Ｂよりも大きくすることで、送出口４３における流路抵抗が減る。これにより、冷媒ガスは排出口４４よりも送出口４３に流れやすくなる。

本実施の形態では、マフラー１９の上面側に円筒状凹部１９ａを設け、これを蓋１９ｂで覆うことで円筒状空間４１を形成する。また、マフラー１９の上面側には円筒状空間４１に対し、接線方向に開口する流入溝１９ｃを形成し、これを蓋１９ｂで覆うことで流入部４２を構成している。また、排出口４４は蓋１９ｂに形成した孔で構成し、この孔を円筒状空間４１の開口に配置している。また、排出口４４は円筒状空間４１の下端側のマフラー１９に形成した孔で構成し、この孔を円筒状空間４１の開口に配置している。この排出口４４はマフラー１９の下面側に設けた排出溝１９ｄに連通し、この溝は固定スクロール１２の反ラップ側端面とで排出通路４７を構成し、この排出通路４７は圧縮機構部１０の外周側の切欠き１０ａと密閉容器１の内壁にて構成され、一方の容器内空間３１と他方の容器内空間３２を連通する連通路４６に開口している。

以下に本実施の形態によるオイル分離機構部４０の作用を説明する。

マフラー１９内に吐出された冷媒ガスは、マフラー１９の上面側に設けた流入部４２を経て、円筒状空間４１に導かれる。流入部４２は円筒状空間４１に対し、接線方向に開口しているため、流入部４２から送出される冷媒ガスは、円筒状空間４１の内壁面に沿って流れ、円筒状空間４１の内周面で旋回流が発生する。この旋回流は、排出口４４に向かった流れとなる。冷媒ガスには圧縮機構部１０に給油されたオイルが含まれており、冷媒ガスが旋回している間に、比重の高いオイルは遠心力により円筒状空間４１の内壁に付着し、冷媒ガスと分離する。

円筒状空間４１の内周面で発生した旋回流は、排出口４４に到達後、又は排出口４４近傍で折り返し、円筒状空間４１の中心を通る上昇流に変わる。遠心力によりオイルを分離した冷媒ガスは、上昇流により送出口４３に到達し、一方の容器内空間３１に送出される。一方の容器内空間３１に送出された冷媒ガスは、一方の容器内空間３１に設けられた吐出管４から密閉容器１の外部に送り出され、冷凍サイクルに供給される。

また円筒状空間４１で分離されたオイルは、少量の冷媒ガスとともに排出口４４から排出通路４７を経由し、圧縮機構部１０の外周側の連通路４６に送り出される。圧縮機構部１０の外周側の連通路４６に送り出されたオイルは密閉容器１の内壁が衝突体となり、衝突することで少量の冷媒ガスからオイルが更に分離される。分離されたオイルは密閉容器１の内壁を伝って自重により他方の容器内空間３２を経て貯オイル部２に至る。一方、圧縮機構部１０の外周側の連通路４６に送り出された冷媒ガスは密閉容器１の内壁に沿って上昇し、一方の容器内空間３１を経由して吐出管４から密閉容器１の外部に送り出される。

本実施の形態によるオイル分離機構部４０は、送出口４３を流入部４２よりも一方の容
器内空間３１側に形成し、排出口４４を流入部４２よりも他方の容器内空間３２側に形成することで、流入部４２から排出口４４までの間では、円筒状空間４１の内周面で旋回流が発生し、排出口４４から送出口４３までの間では、円筒状空間４１の中心部で旋回流と逆方向の流れが発生する。従って、排出口４４が流入部４２から離れるに従い、冷媒ガスの旋回回数が増え、オイルの分離効果が高まる。また旋回後の冷媒ガスは、旋回流の中心部を通過するため、送出口４３は、流入部４２よりも反排出口側にあればよい。すなわち、流入部４２と排出口４４との距離を可能な限り大きくすることで、オイル旋回分離の効果を高めることができる。

また、本実施の形態によるオイル分離機構部４０は、容器内空間３２に分離したオイルを貯留することなく、オイルを冷媒ガスとともに排出口４４から排出するため、円筒状空間４１の内周面で発生する旋回流を、排出口４４の方向に導く作用を備えている。仮に、円筒状空間４１に排出口４４を形成せず、円筒状空間４１内にオイルを貯留すると、排出口４４から外部に引っ張る流れが発生しないため、オイル面に到達する前に旋回流が消滅してしまうか、オイル面に到達するとオイルを巻き上げてしまう。また円筒状空間４１に排出口４４を形成せずに、オイル分離機能を発揮させるためには、オイルを貯留するに十分な空間を形成する必要がある。しかし、本実施の形態によるオイル分離機構部４０のように、オイルを冷媒ガスとともに排出口４４から排出することで、旋回流を排出口４４に導くことができるとともに、オイルの巻き上げもない。

本実施の形態によれば、圧縮機構部１０で圧縮されてオイル分離機構部４０から送出される、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスは、一方の容器内空間３１に導かれて吐出管４から吐出される。従って、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスは、電動機部２０を通過しないため、電動機部２０が冷媒ガスにより加熱されることがなく、電動機部２０の高効率化が図れる。

また、本実施の形態によれば、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスを、一方の容器内空間３１に導くことで、他方の容器内空間３２に接する圧縮機構部１０の加熱を抑えることができるため、吸入冷媒ガスの加熱を抑制し、圧縮室内での高い体積効率を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、オイル分離機構部４０で分離されたオイルを、冷媒ガスとともに他方の容器内空間３２に排出するため、円筒状空間４１内にはオイルが滞留することがほとんど無い。従って、分離したオイルが、旋回する冷媒ガスによって円筒状空間４１内で吹き上げられ、送出口４３から冷媒ガスとともに送出することがなく、安定したオイル分離を行える。更に、円筒状空間４１内にオイルを滞留させないため、円筒状空間４１を小さく構成できる。

また、本実施の形態によれば、貯オイル部２を貯オイル側空間３４に配置し、圧縮機構側空間３３ではオイルを貯留しないため、密閉容器１を小型化できる。

また、本実施の形態によれば、圧縮機構部１０の吐出口１７を一方の容器内空間３１から隔離するマフラー１９を配設し、流入部４２によって、マフラー１９内と円筒状空間４１とを連通することで、圧縮機構部１０で圧縮された冷媒ガスを確実にオイル分離機構部４０に導くことができる。すなわち、全ての冷媒ガスがオイル分離機構部４０を通過することになるので、冷媒ガスから効率よくオイルを分離することができる。また、吐出口１７から吐出されたほとんどの高温の冷媒ガスは、他方の容器内空間３２を通過することなく、吐出管４から密閉容器１の外部に吐出されるため、電動機部２０や圧縮機構部１０の加熱を抑えることができる。

また、本実施の形態によれば、円筒状空間４１を、固定スクロール１２と主軸受部材１１に形成したことで、吐出口１７から吐出管４までの冷媒ガスが流れる経路を短く構成でき、密閉容器１を小型化できる。

本発明は、スクロール圧縮機やロータリー圧縮機など、密閉容器内に圧縮機構部と電動機部を有する圧縮機に適用でき、特に高温冷媒を用いる圧縮機に適している。

１ 密閉容器
２ 貯オイル部
４ 吐出管
１０ 圧縮機構部
１１ 主軸受部材
１２ 固定スクロール
１７ 吐出口
１９ マフラー
２０ 電動機部
３１ 容器内空間
３２ 容器内空間
３３ 圧縮機構側空間
３４ 貯オイル側空間
４０ オイル分離機構部
４１ 円筒状空間
４２ 流入部
４３ 送出口
４４ 排出口
４６ 連通路
４７ 排出通路

Claims (2)

1. 冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する電動機部とを密閉容器内に備え、
   前記圧縮機構部によって、前記密閉容器内を、一方の容器内空間と他方の容器内空間に分割し、
   前記一方の容器内空間と前記他方の容器内空間とを連通する連通路を前記圧縮機構部の外周部に設け、
   前記一方の容器内空間から前記密閉容器の外部に前記冷媒ガスを吐出する吐出管を設け、前記他方の容器内空間に前記電動機部を配置した圧縮機であって、
   前記圧縮機構部から吐出される前記冷媒ガスからオイルを分離するオイル分離機構部を設け、
   前記オイル分離機構部が、
   前記冷媒ガスを旋回させる円筒状空間と、
   前記圧縮機構部から吐出される前記冷媒ガスを前記円筒状空間に流入させる流入部と、
   前記円筒状空間から前記一方の容器内空間に、前記オイルを分離した前記冷媒ガスを送出する送出口と、
   前記送出口と対向して配置され、分離した前記オイルを前記円筒状空間から排出する排出口と、
   前記排出口と前記連通路とを連通する排出通路を有するとともに、
   前記分離されたオイルは、前記排出口から前記排出通路を経由して前記連通路に送出され、衝突体に衝突し、前記連通路を介して前記他方の容器内空間に排出されることを特徴とする圧縮機。
2. 前記衝突体は、前記連通路の一部を形成する前記密閉容器の内壁であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。