JP2006177225A - ロータリ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉容器内圧が高圧であるロータリ２段圧縮機のオイルレートを低減する。
【解決手段】密閉容器内に鉄製のコア部と銅線を備えたステータとロータを備えた電動機と、その電動機で駆動され２つの偏心部を有する回転軸と、前記偏心部の偏心回転により公転運動するローラをそれぞれ圧縮室に備えた低圧用圧縮要素と高圧用圧縮要素とが中間仕切板を介して設けられた回転圧縮要素と、前記低圧用圧縮要素の圧縮室と前記高圧用圧縮要素の圧縮室とに接続する前記密閉容器の内部空間と隔てた中間流路と、を備えたロータリ２段圧縮機において、前記ステータが、外周部の切欠流路と前記コア部の風穴とを備え、前記電動機の空間断面積である流路断面積aが、密閉容器の内側の断面積Ａに対して（a/Ａ）が0.09以上である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、冷凍サイクルを備えた空気調和機に使用されるロータリ圧縮機に関する。

従来、冷凍サイクルに使用されるロータリ２段圧縮機として、例えば特開昭６０−１２８９９０号公報（以下、特許文献１）に開示された構造が知られている。この従来技術における圧縮機は、密閉容器の内部において上部にステータとロータからなる電動機を備えている。電動機に連結された回転軸は２つの偏心部を備えている。それらの偏心部に対応した圧縮機構として、電動機側から順に、高圧用圧縮要素と低圧用圧縮要素とが密閉容器の内部に設けられている。

各圧縮要素は、回転軸の偏心部の偏心回転によりローラを公転運動させる。それらの偏心部は位相が180°異なり、各圧縮要素の圧縮工程の位相差は180°である。すなわち２つの圧縮要素の圧縮工程は逆位相である。

作動流体であるガス冷媒は低圧Psで低圧用圧縮要素内に吸入されて、圧縮されて中間圧Pmに上昇する。中間圧Pmで吐出されたガス冷媒は中間流路に吐出される。次に中間圧Pmのガス冷媒は中間流路を経て高圧用圧縮要素内に吸入され、高圧Pdに圧縮される。

圧縮機から吐出された高圧Pdのガス冷媒は凝縮器で凝縮された後、膨張機構で低圧Ｐｓまで減圧される。その後、蒸発器で蒸発してガス冷媒となり低圧用圧縮要素内に吸入される。

このような密閉容器の内圧が高圧Ｐｄとなるロータリ２段圧縮機の構造として、例えば特許文献１に開示された構造が知られている。従来技術のロータリ２段圧縮機は、低圧用圧縮要素で低圧Ｐｓから中間圧Ｐｍへ、高圧用圧縮要素で中間Ｐｍから高圧Ｐｄへ段階的にガス冷媒を圧縮する。

従来のロータリ２段圧縮機では単段のロータリ圧縮機と同様に、内部空間の下部に封入された冷凍機油が回転軸の内部に設けられた給油流路により揚程され、内部圧力と圧縮室内との差圧により圧縮室内に給油される。

特開昭６０−１２８９９０号公報（第５頁、第１図）

従来技術で述べたロータリ２段圧縮機では、従来の単段のロータリ圧縮機と異なりガス冷媒が各圧縮室を順次流下する。したがって同一の冷媒循環量であっても、ロータリ２段圧縮機では冷媒が給油されている時間が長くなり、冷凍機油の漏れ込み量が増大しやすい。圧縮機では吐出空間や中間流路等の部材同士の接触等で封止するシール箇所が多いため、単段のロータリ圧縮機に比べて冷凍機油が漏れ込みやすい。したがって吐出管より吐出されるガス冷媒のオイルレートが従来よりも高いという課題があった。ここでオイルレートは、冷凍機油の質量流量を冷凍機油とガス冷媒をあわせた質量流量で除した値である。

従来の単段のロータリ圧縮機のオイルレート低減の方法は、電動機でのガス冷媒の流速を十分低下させ、吐出管の上流側の入り口までで油分離を促進する方法である。一般的な単段のロータリ圧縮機では、ロータの外径とステータの内径とのエアギャップに加えて、ステータの外周側に切欠部やコア部に風穴を設けて流路断面積aを確保する方法がとられる。しかるに密閉空間が高圧Ｐｄのロータリ２段圧縮機においては、流路断面積aとオイルレートとの関係が明確ではなく、設計が困難であるという課題があった。

本発明は上記課題に対して、流路断面積を適正な値とすることにより、オイルレートを低減する事にある。

上記目的を達成するために、本発明のロータリ２段圧縮機は、密閉容器内に電動機と、その電動機で駆動され２つの偏心部を有する回転軸と、前記偏心部の偏心回転により公転運動するローラをそれぞれ圧縮室に備えた低圧用圧縮要素と高圧用圧縮要素とが中間仕切板を介して設けられた回転圧縮要素と、前記低圧用圧縮要素の圧縮室と前記高圧用圧縮要素の圧縮室とに接続する前記密閉容器の内部空間と隔てた中間流路と、を備え、前記密閉容器内の圧力が高圧である。流路断面積を適正にしてオイルレートを低減するために、上述のロータリ２段圧縮機において、ステータの外周部の切欠流路とコア部の風穴とを備え、切欠流路と風穴とステータとロータとの間の空間を合わせた前記電動機の空間断面積である流路断面積aが密閉容器の内側の断面積Ａに対して（a/Ａ）が0.09以上とした。

本発明は、密閉容器内圧が高圧であるロータリ２段圧縮機のオイルレートを低減する。

本発明の実施形態を図を用いて説明する。図１に、本実施形態のロータリ２段圧縮機１の縦断面図を示す。圧縮機１は、底部２１と蓋部１２と胴部２２からなる密閉容器１３を備える。密閉容器１３内部の上方には、ステータ７とロータ８を有する電動機１４が設けられている。電動機１４に連結された回転軸２は、２つの偏心部５を備えて、主軸受９と副軸受１９aに軸支されている。その回転軸２に対して電動機１４側から順に、端板部９ａを備えた主軸受９、高圧用圧縮要素２０b、中間仕切板１５、低圧用圧縮要素２０a及び端板部１９ｂと副軸受１９aを備えた中間容器１９が積層され、ボルト等の締結要素３６で一体化されている。

端板部９ａは、胴部２２の内壁に溶接によって固定されて、主軸受９を支持している。端板部１９ｂは、副軸受１９aに支持されている。なお、本実施形態は端板部１９ｂを締結要素３６で固定されているが、胴部２２に溶接で固定されても構わない。

各圧縮要素２０ａと２０ｂは、図１のように構成されている。低圧圧縮要素２０ａは、端板部１９ｂと、円筒状のシリンダ１０ａと、偏心部５ａの外周に嵌め合わされた円筒状のローラ１１aと、中間仕切板１５とで圧縮室２３ａは構成される。また、高圧圧縮要素２０ｂは、主軸受９と、円筒状のシリンダ１０ｂと、偏心部５ｂの外周に嵌め合わされた円筒状のローラ１１ｂと、中間仕切板１５とで圧縮室２３ｂは構成される。それらの圧縮室２３ａ、２３ｂは、コイルバネのような付勢力付与手段に連結された平板状のベーン（図示せず）が、偏心部５ａ、５ｂの偏心運動に合わせて回転するローラ１１ａ、１１ｂの外周上を接触しながら進退運動することにより、圧縮室２３ａ、２３ｂを圧縮空間と吸込み空間に分割する。

圧縮要素２０は、偏心部５が偏心回転することでローラ１１を駆動する。図１に示すように偏心部５aと偏心部５bは位相が180°異なり、圧縮要素２０ａ、２０ｂの圧縮工程の位相差は180°である。すなわち２つの圧縮要素の圧縮工程は逆位相となっている。

作動流体であるガス冷媒の流れを、図１の矢印で表す。配管３１を通って供給される低圧Psのガス冷媒は、配管３１と接続する吸入口２５aより低圧用圧縮要素２０a内に吸入され、ローラ１１aが偏心回転することにより中間圧Pmまで圧縮される。圧縮室２３ａ内の圧力が予め設定された圧力になると開口する吐出弁２８aが中間圧Pmで開口すると、中間圧Pmとなったガス冷媒が、吐出口２６aと連通する吐出空間３３に吐出される。この吐出空間３３は、中間容器19と平板状のカバー３５とにより密閉容器１３内の密閉空間２９と隔離された空間であり、その内部圧力は基本的には中間圧Pmとなる。中間流路30は、吐出空間３３からの排出口２６ｃと吸入口２５bを連通する流路である。吐出弁２８ａが開口した吐出口２６ａから吐出された圧力Ｐｍのガス冷媒は、吐出空間３３に吐出された後、中間流路３０を通って高圧圧力要素２０ｂの圧力室２３ｂと連通する吸入口２５ｂに至る。

次に、中間流路３０を通過して吸入口２５bより高圧用圧縮要素２０b内に吸入された中間圧Pmのガス冷媒は、ローラ１１bが公転することにより高圧Pdまで圧縮される。圧縮室２３ｂ内の圧力が予め設定された圧力になると開口する吐出弁２８ｂが高圧Pdで開口すると、ガス冷媒は吐出口２６bから密閉容器１３の内部空間である密閉空間２９に吐出される。この密閉空間２９に吐出された高圧Ｐｄのガス冷媒は、電動機１４を通過して吐出管２７より吐出される。

ここで高圧Ｐｄの冷媒ガスには、冷凍機油４８が溶け込んでいる。冷凍機油４８は、密閉容器１３の下部に封入されている。冷凍機油４８は、中央穴５２の開いた円板状の給油ピース５１、回転軸２の内部に設けられた給油流路５３を流下し、高圧Ｐｄと各圧縮室２３との差圧により各圧縮室２３へ漏れこむ。

このように冷凍機油４８は、各圧縮要素２０においてローラ１１の端面と図示しないベーンの摺動面等より、圧縮室２３に流入してガス冷媒と交じり合う。

次に図１に示した本実施形態の電動機１４のＢ−Ｂ断面を、図２に示す。ロータ８は、回転軸２に圧入もしくは焼嵌により固定する。ステータ７は、胴部２２に焼嵌により肯定した。ロータ８の外径とステータ７の内径には、所定のエアギャップを設けた。

ステータ７は鉄製のコアと、図２中の斜線領域に示した銅線部を１２個備えている。以下、銅線部間の空間をスロット隙間部と呼ぶ。ステータ７はコア部分の外周側に、切欠部５９を６個備えている。ステータ７はコア部分に、風穴５４を１２個備えている。

銅線部や切欠部５９や風穴５４は、ほぼ周方向６個均等とした。風穴５４は、隣り合う切欠部５９と切欠部５９の間に設けた。エアギャップや切欠部５９や風穴５４は、モータ効率を低下させない範囲とした。

このとき流路断面積aは、エアギャップ、スロット隙間部、風穴５４、切欠部５９の各断面積の総和である。オイルレートには、流路断面積a以外にロータリ圧縮機１全体の大きさも関係する。したがって流路断面積aと胴部２２の内側の面積Ａの比（a／Ａ）と、オイルレートを関連付け整理した結果を図３に示す。

図３より比（a／Ａ）が大きいほど、オイルレートが低下する。比（a／Ａ）が大きいと電動機１４でのガス冷媒流速が低下し、冷凍機油４８の分離を促進するためと考えられる。またオイルレートは比（a／Ａ）が０．０９で大きな傾きを持ち、（a／Ａ）が０．０９以上であれば安定してオイルレートを低減できる。

したがって本実施形態では、流路面積比（a／Ａ）を0.09以上でモータ効率を低下しない値として、比（a／Ａ）を0.12とした。エアギャップや切欠部５９や風穴５４の流路面積を増やすと磁気的な問題やステータの能力に影響があり好ましくない。本実施形態では、そのモータ効率をオイルレートとの兼ね合いで上限を設けることで、圧縮機の能力を低下させること無く、圧縮機から吐出される吐出ガス中のオイルレートを低減した。

本発明の一実施形態を示すロータリ２段圧縮機の縦断面図。 本発明の一実施形態を示す電動機の断面図。 比（a／Ａ）とオイルレートの関係を表す図。

符号の説明

１…圧縮機、７…ステータ、８…ロータ、１２…蓋、１３…密閉容器、１４…電動機、２７…吐出管、４８…冷凍機油、５９…切欠部、６０…風穴。

Claims (2)

1. 密閉容器内に、鉄製のコア部と銅線を有するステータとロータを備えた電動機と、その電動機で駆動され２つの偏心部を有する回転軸と、前記偏心部の偏心回転により公転運動するローラをそれぞれ圧縮室に備えた低圧用圧縮要素と高圧用圧縮要素とが中間仕切板を介して設けられた回転圧縮要素と、前記低圧用圧縮要素の圧縮室と前記高圧用圧縮要素の圧縮室とに接続する前記密閉容器の内部空間と隔てた中間流路と、を備え、前記密閉容器内の圧力は前記高圧用圧縮要素で圧縮された吐出ガスの圧力であり、前記ステータの外周部の切欠流路と前記コア部の風穴とを備え、当該切欠流路と風穴と前記ステータと前記ロータとの間の空間を合わせた前記電動機の空間断面積である流路断面積aが、前記密閉容器の内側の断面積Ａに対して（a/Ａ）が０．０９以上であることを特徴としたロータリ２段圧縮機。
2. 請求項１記載のロータリ２段圧縮機において、前記流路断面積aが、前記密閉容器の内側の断面積Ａに対して（a/Ａ）が０．１２以下であるロータリ２段圧縮機。
   

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