JP2007247647A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮室から吐出される冷媒ガスとオイルを遠心力により分離することで、ケーシング内部のオイルが外部に流出することを抑制でき、これにより、ケーシング内部の各摩擦部位が摩耗して圧縮機の信頼性を低下させることを未然に防止できるスクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】スクロール圧縮機は、オイルが充填される密閉されたケーシングと、ケーシングの内部に設置されて回転力を発生する駆動モータと、駆動モータの回転力を伝達する駆動軸と、駆動軸に偏心結合されて２つのスクロールが圧縮室を形成する圧縮ユニットと、駆動モータの回転子又は駆動軸に結合され、ケーシングの内部で冷媒ガスとオイルが分離されるようにオイル分離部が備えられる偏心質量とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は圧縮機に関し、特にスクロール圧縮機に関する。

一般的に、スクロール圧縮機は、空調機分野において広く適用される高効率低騒音の圧縮機である。スクロール圧縮機は、２つのスクロールが相対旋回運動することによって２つのスクロール間に対称となる１対の圧縮室が形成され、その圧縮室が中心に向かって連続的に移動することによって体積が減少して冷媒を連続的に圧縮する。

スクロール圧縮機は、ケーシングの内部に吸入ガスが充填されるか吐出ガスが充填されるかによって、低圧式と高圧式とに分けられる。高圧式スクロール圧縮機は、図９に示すように、高圧状態を維持してガス吸入管ＳＰ及びガス吐出管ＤＰが備えられるケーシング１と、ケーシング１内部の上下両側にそれぞれ固定されるメインフレーム２及びサブフレーム３と、メインフレーム２とサブフレーム３との間に設置されて回転力を発生する駆動モータ４と、駆動モータ４の回転子４Ｂの中心に圧入されてメインフレーム２を貫通して駆動モータ４の回転力を伝達する駆動軸５と、メインフレーム２の上面に固定設置され、ガス吸入管ＳＰが直接結合される固定スクロール６と、固定スクロール６に噛み合って複数の圧縮室Ｐを形成するように、メインフレーム２の上面に旋回可能に載せられる旋回スクロール７と、旋回スクロール７とメインフレーム２との間に設置され、旋回スクロール７の自転を防止して旋回させるオルダムリング８とを含む。

ガス吸入管ＳＰは、ケーシング１を通過して固定スクロール６の吸入口６ｂに連通設置され、ガス吐出管ＤＰは、メインフレーム２を中心に固定スクロール６の反対側のケーシング１の内部空間に連通設置されている。

メインフレーム２は、その中央に駆動軸５を半径方向に支持する軸受孔２ａが形成され、軸受孔２ａの上半部には、ポンピングされた高圧のオイルが収容されて旋回スクロール７を支持する高背圧空間部２ｂが拡張形成され、メインフレーム２の上面縁部には、旋回スクロール７の背面と共に所定の内部体積を有し、その内部体積に中間圧のオイルが充填される中背圧空間部２ｃが形成されている。

また、メインフレーム２は、その外周面がケーシング１の内周面に密着して溶接で固定結合され、メインフレーム２の外周面に沿って適当な箇所には、固定スクロール６を介して吐出される吐出ガスをガス吐出管ＤＰに案内するように、複数のガス連通溝２ｄが形成されている。

駆動モータ４は、ケーシング１の内周面に挿入固定される固定子４Ａと、固定子４Ａの内側に所定の空隙をおいて回転可能に結合される回転子４Ｂとからなる。

固定スクロール６は、そのプレート部の底面に、１対の圧縮室Ｐを形成する固定ラップ６ａがインボリュート形状に形成され、プレート部の側面には、ガス吸入管ＳＰに連通する吸入口６ｂが形成され、プレート部の上面中央には、固定ラップ６ａの中央で連通し、圧縮された冷媒がケーシング１の上側空間に吐出されるように吐出口６ｃが形成され、プレート部の縁部には、メインフレーム２のガス連通溝２ｄに連通するようにガス通過溝６ｄが形成されている。

旋回スクロール７は、そのプレート部の上面に、固定スクロール６の固定ラップ６ａと共に１対の圧縮室Ｐを形成する旋回ラップ７ａがインボリュート形状に形成され、プレート部の底面中央には、駆動軸５が結合されて駆動モータ４の動力が伝達されるボス部７ｂが形成されている。旋回スクロール７のボス部７ｂは、メインフレーム２の高背圧空間部２ｂに挿入されて旋回運動するように形成されている。

図中の符号３ａはサブフレームの軸受孔、５ａはオイル流路、９は逆止弁である。

以下、このような従来の高圧式スクロール圧縮機の動作について説明する。

まず、駆動モータ４に電源が供給されると、駆動軸５が回転子４Ｂと共に回転することによって、旋回スクロール７がオルダムリング８によりメインフレーム２の上面で偏心した距離だけ旋回運動すると共に、固定スクロール６の固定ラップ６ａと旋回スクロール７の旋回ラップ７ａとの間に次第に中央に移動する１対の圧縮室Ｐが連続的に形成される。圧縮室Ｐは、旋回スクロール７の継続的な旋回運動により中心に移動することによって体積が減少して、吸入される冷媒ガスを圧縮して吐出する。

ここで、冷媒は、ガス吸入管ＳＰを介して固定スクロール６の吸入口６ｂに直接吸入され、圧縮室Ｐで圧縮されて固定スクロール６の吐出口６ｃからケーシング１の上側空間Ｓ１に吐出された後、固定スクロール６のガス通過溝６ｄとメインフレーム２のガス連通溝２ｄを通過してケーシング１の下側空間Ｓ２に移動し、ガス吐出管ＤＰを介して冷凍システムに吐出される。

これに対して、オイルは、駆動軸５の回転時、遠心力により駆動軸５のオイル流路５ａを介して吸い上げられてそれぞれの潤滑面に供給されて潤滑した後、圧縮室Ｐから吐出される冷媒と共にケーシング１の底に回収される。

しかし、このような従来の高圧式スクロール圧縮機は、圧縮室Ｐから吐出される冷媒には所定量のオイルが含まれているが、その吐出される冷媒がガス吐出管ＤＰに向かって速い速度で排出されて、多量のオイルが冷媒と共に押し流されて冷凍システムに吐出されることによって、圧縮機内部でのオイル不足を来して各摩擦部位が摩耗するなど、圧縮機の信頼性を大きく低下させることはもちろん、冷凍システムにオイルが過度に流入することによってその冷凍システム全体の性能を低下させるという問題があった。

本発明は、このような従来のスクロール圧縮機が有する問題を解決するためになされたもので、圧縮室から吐出される冷媒からオイルを容易に分離できるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、オイルが充填される密閉されたケーシングと、ケーシングの内部に設置されて回転力を発生する駆動モータと、駆動モータの回転力を伝達する駆動軸と、駆動軸に偏心結合されて２つのスクロールが圧縮室を形成する圧縮ユニットと、駆動モータの回転子又は駆動軸に結合され、ケーシングの内部で冷媒ガスとオイルが分離されるようにオイル分離部が備えられる偏心質量とを含むスクロール圧縮機を提供する。

本発明によるスクロール圧縮機は、圧縮室から吐出される冷媒ガスとオイルを遠心力により分離することで、ケーシング内部のオイルが外部に流出することを抑制でき、これにより、ケーシング内部の各摩擦部位が摩耗して圧縮機の信頼性を低下させることを未然に防止できる。また、圧縮機を採用した冷凍システムの管路にオイルが残留することを防止して、冷凍システムの性能を向上させる。

以下、本発明によるスクロール圧縮機の第１実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１〜図４は、本発明の第１実施形態による高圧式スクロール圧縮機を示す図である。

図１に示すように、本発明の第１実施形態による高圧式スクロール圧縮機は、所定量のオイルが充填され、密閉された内部空間が形成されるケーシング１と、ケーシング１内部の上下両側にそれぞれ固定されるメインフレーム２及びサブフレーム３と、メインフレーム２とサブフレーム３との間に設置されて回転力を発生すると共に、圧縮室Ｐから吐出される冷媒からオイルが遠心分離されるようにオイル分離部が備えられる駆動モータ１００と、駆動モータ１００の回転子１２０の中心に圧入されてメインフレーム２を貫通して駆動モータ１００の回転力を伝達する駆動軸５と、メインフレーム２の上面に固定設置され、ケーシング１の上側空間Ｓ１に向けて吐出口６ｃが形成される固定スクロール６と、駆動軸５に偏心結合され、メインフレーム２の上面で固定スクロール６に噛み合って旋回運動することによって１対の圧縮室Ｐを形成する旋回スクロール７と、旋回スクロール７とメインフレーム２との間に設置され、旋回スクロール７の自転を防止して旋回させるオルダムリング８とを含む。

ケーシング１は、メインフレーム２と固定スクロール６を中心に、上側空間Ｓ１と下側空間Ｓ２とに区分され、ケーシング１の上側空間Ｓ１には、固定スクロール６に直接連結されるようにガス吸入管ＳＰが設置され、ケーシング１の下側空間Ｓ２には、メインフレーム２と駆動モータ１００との間に配置されるようにガス吐出管ＤＰが設置される。

メインフレーム２は、その中央に駆動軸５を半径方向に支持する軸受孔２ａが形成され、軸受孔２ａの上半部には、ポンピングされた高圧のオイルが収容されて旋回スクロール７を支持する高背圧空間部２ｂが拡張形成され、メインフレーム２の上面縁部には、旋回スクロール７の背面と共に所定の内部体積を有し、その内部体積に中間圧のオイルが充填される中背圧空間部２ｃが形成される。

また、メインフレーム２は、その外周面がケーシング１の内周面に密着して溶接で固定結合され、メインフレーム２の外周面に沿って適当な箇所には、ケーシング１の上側空間Ｓ１と下側空間Ｓ２とが連通するように、複数のガス連通溝２ｄが形成される。

駆動モータ１００は、ケーシング１の内周面に挿入固定される固定子１１０と、固定子１１０の内側に所定の空隙をおいて回転可能に結合される回転子１２０とからなる。

固定子１１０の外周面とケーシング１の内周面との間には、駆動モータ１００の下側まで移動した冷媒ガスが駆動モータ１００の上方に移動してガス吐出管ＤＰを介して吐出されるように、冷媒流路Ｆが形成される。

回転子１２０は、薄いステータコアが軸方向に複数積層されて形成される回転積層体１２１と、回転積層体１２１の積層状態を維持するように回転積層体１２１の上下両端にそれぞれ形成される上側及び下側エンドリング１２２、１２２とからなる。上側及び下側エンドリング１２２、１２２の両方、又は図２に示すように上側エンドリング１２２には、回転時に駆動軸５の偏心量を相殺できるように偏心質量１２３が固定設置される。

回転積層体１２１には、後述する偏心質量１２３の第１オイル分離孔１２３ｃに連通してオイルが冷媒ガスと遠心分離されるように、軸方向に貫通する第２オイル分離孔１２１ａが円周方向に沿って複数形成される。第２オイル分離孔１２１ａは、オイルをより円滑に分離できるように、第１オイル分離孔１２３ｃの直径よりも大きく形成されるか、回転子１２０の回転方向と順方向に傾斜して形成されるか、又は下向きに拡大して形成される。

偏心質量１２３は、図２及び図３に示すように、ケーシング１の下側空間Ｓ２に移動する冷媒ガスとオイルを集める第１偏心部１２３ａが円弧状に形成され、第１偏心部１２３ａの内側には、第２偏心部１２３ｂが第１偏心部１２３ａの高さよりも低く段差を有するように形成され、第２偏心部１２３ｂには、冷媒ガスとオイルが回転積層体１２１の内部に案内されるように、軸方向又は半径方向（図示せず）に貫通する第１オイル分離孔１２３ｃが円周方向に沿って複数形成される。

図中、従来と同一の部分には同一の符号を付した。

図中の符号１２２ａは貫通孔である。

以下、このような本発明の第１実施形態による高圧式スクロール圧縮機の作用効果について説明する。

すなわち、駆動モータ１００に電源が供給されると、駆動軸５が駆動モータ１００の回転子１２０と共に回転することによって、旋回スクロール７が偏心した距離だけ旋回運動し、旋回スクロール７は、固定スクロール６との間に連続的に移動して体積が小さくなる圧縮室Ｐを対で形成し、吸入される冷媒ガスを圧縮して吐出する。

ここで、冷媒ガスは、固定スクロール６の吸入口６ｂに連通するガス吸入管ＳＰを介して圧縮室Ｐに直接吸入され、圧縮室Ｐで圧縮されて固定スクロール６の吐出口６ｃからケーシング１の上側空間Ｓ１に吐出された後、固定スクロール６のガス通過溝６ｄとメインフレーム２のガス連通溝２ｄを通過してケーシング１の下側空間Ｓ２に移動する。下側空間Ｓ２に移動した冷媒ガスは、回転子１２０の偏心質量１２３に備えられた第１オイル分離孔１２３ｃから回転積層体１２１の第２オイル分離孔１２１ａに流入し、その第２オイル分離孔１２１ａを通過して遠心力によりオイルと冷媒ガスが分離される。

これをより詳細に説明すると、図４に示すように、冷媒ガスが冷凍システムから圧縮室Ｐに直接吸入されることによって、その冷媒ガスに混ざっているオイルが、圧縮室Ｐに共に吸入され、圧縮された冷媒ガスと共にケーシング１の上側空間Ｓ１に吐出された後に下側空間Ｓ２に移動する。下側空間Ｓ２に移動した冷媒ガスとオイルは、偏心質量１２３の第１偏心部１２３ａにより集まって第２偏心部１２３ｂの第１オイル分離孔１２３ｃに案内され、第２オイル分離孔１２１ａに流れて該第２オイル分離孔１２１ａで遠心力により分離される。ここで、分離されたオイルは、ケーシング１の底に回収され、冷媒ガスは、第２オイル分離孔１２１ａを通過した後にガス吐出管ＤＰを経て冷凍システムに吐出される。

以下、本発明によるスクロール圧縮機の第２実施形態について詳細に説明する。

前述した第１実施形態は、偏心質量１２３の円弧状の第１偏心部１２３ａが冷媒ガスとオイルを第１オイル分離孔１２３ｃに案内するものであるが、第２実施形態は、偏心部の外周面に形成された円筒状の案内部が冷媒ガスとオイルを第１オイル分離孔に案内するものである。

例えば、図５及び図６に示すように、偏心質量２２３は、平面投影時、環状に形成される本体部２２３ａと、本体部２２３ａの一側に円弧状に突設される偏心部２２３ｂと、偏心部２２３ｂの外周面を含んで本体部２２３ａの外周面全体に中空円筒状に形成される案内部２２３ｃとからなる。

案内部２２３ｃは、冷媒ガスとオイルをその内側に集めることができるように、本体部２２３ａと偏心部２２３ｂの高さよりも高く形成され、本体部２２３ａと偏心部２２３ｂには、軸方向に貫通して冷媒ガスとオイルを回転積層体１２１の第２オイル分離孔１２１ａに案内するように、第１オイル分離孔２２３ｄが円周方向に沿って等間隔で形成される。

前述したように、偏心質量２２３に円筒状の案内部２２３ｃが備えられた場合は、第１オイル分離孔２２３ｄが円周方向に沿って均一に形成されており、ケーシング１の下側空間Ｓ２に移動した冷媒ガスとオイルをより多く第１オイル分離孔２２３ｄに案内できるので、その分冷媒ガスから分離されるオイル量が増加する。

以下、本発明によるスクロール圧縮機の第３実施形態について詳細に説明する。

前述した第１実施形態と第２実施形態は、偏心質量が回転子に結合されるものであるが、第３実施形態は、偏心質量が駆動軸に結合されるものである。

例えば、図７及び図８に示すように、偏心質量３２３は、環状に形成されて駆動軸５に結合される固定部３２３ａと、固定部３２３ａの一側に円弧状に突設される第１偏心部３２３ｂと、第１偏心部３２３ｂの内側に円弧状に段差を有するように形成される第２偏心部３２３ｃと、第２偏心部３２３ｃに軸方向に貫通し、下側空間Ｓ２に移動した冷媒ガスとオイルを遠心力により分離する第１オイル分離孔３２３ｄとからなる。

このような第３実施形態においては、図８に示すように、ケーシング１の下側空間Ｓ２に移動した冷媒ガスとオイルが、偏心質量３２３の第１偏心部３２３ｂにより集まって第２偏心部３２３ｃの第１オイル分離孔３２３ｄに案内される。その後、第１オイル分離孔３２３ｄを通過する冷媒ガスとオイルが遠心力により１次分離されて、冷媒ガスの一部はガス吐出管ＤＰに移動し、分離されていない冷媒ガスとオイルは、回転積層体１２１の第２オイル分離孔１２１ａに案内される。そして、第２オイル分離孔１２１ａで冷媒ガスとオイルが２次分離されて、オイルがケーシング１の床に回収される。

ここで、第１オイル分離孔３２３ｄで冷媒ガスから分離されたオイルの一部は、駆動モータ１００のコイルを冷却した後、固定子１１０と回転子１２０間の空隙からケーシング１の床に回収されて、駆動モータ１００の冷却効果を高めると共にオイルの回収量をさらに増加させる。

偏心質量３２３は、駆動軸５の下端、すなわち、駆動モータ１００の下側で駆動軸５に結合することもできる。

本発明の第１実施形態による高圧式スクロール圧縮機を示す断面図である。 図１のＩ−Ｉ線断面図である。 図１に示す偏心質量を示す斜視図である。 図１に示す偏心質量によりオイルが分離される状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態による高圧式スクロール圧縮機の偏心質量を示す平面図である。 本発明の第２実施形態による高圧式スクロール圧縮機の偏心質量を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態による高圧式スクロール圧縮機の偏心質量を示す斜視図である。 図７に示す偏心質量によりオイルが分離される状態を示す断面図である。 従来の高圧式スクロール圧縮機の一例を示す断面図である。

符号の説明

１００ 駆動モータ
１１０ 固定子
１２０ 回転子
１２１ 回転積層体
１２１ａ 第２オイル分離孔
１２２ エンドリング
１２３ 偏心質量
１２３ａ 第１偏心部
１２３ｂ 第２偏心部
１２３ｃ 第１オイル分離孔
２２３ 偏心質量
２２３ａ 本体部
２２３ｂ 偏心部
２２３ｃ 案内部
２２３ｄ 第１オイル分離孔
３２３ 偏心質量
３２３ａ 固定部
３２３ｂ 第１偏心部
３２３ｃ 第２偏心部
３２３ｄ 第１オイル分離孔

Claims (18)

1. オイルが充填される密閉されたケーシングと、
   前記ケーシングの内部に設置されて回転力を発生する駆動モータと、
   前記駆動モータの回転力を伝達する駆動軸と、
   前記駆動軸に偏心結合されて２つのスクロールが圧縮室を形成する圧縮ユニットと、
   前記駆動モータの回転子又は前記駆動軸に結合され、前記ケーシングの内部で冷媒ガスとオイルが分離されるようにオイル分離部が備えられる偏心質量と
   を含むことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記オイル分離部は、軸方向にオイル分離孔が形成されてなる請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記偏心質量は、円弧状に偏心部が形成され、前記偏心部の内側に軸方向に前記オイル分離孔が形成される請求項２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記偏心部は、外側が内側よりも高く段差を有するように形成され、前記内側の偏心部に前記オイル分離孔が形成される請求項３に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記偏心質量は、その外周面に円筒状に案内部が形成され、前記案内部の内側に円弧状に偏心部が形成され、前記偏心部に前記オイル分離孔が形成される請求項２に記載のスクロール圧縮機。
6. 前記偏心質量は、その外周面に円筒状に案内部が形成され、前記案内部の内側に円弧状に偏心部が形成され、前記偏心部と該偏心部以外の部位に円周方向に沿って前記オイル分離孔が形成される請求項２に記載のスクロール圧縮機。
7. 前記回転子にオイル分離孔が形成される請求項２に記載のスクロール圧縮機。
8. 前記回転子のオイル分離孔は、軸方向に貫通するように形成される請求項７に記載のスクロール圧縮機。
9. 前記回転子のオイル分離孔は、前記回転子の回転方向と順方向に傾斜して形成される請求項７に記載のスクロール圧縮機。
10. 前記回転子のオイル分離孔は、その断面積が下向きに拡大するように形成される請求項７に記載のスクロール圧縮機。
11. 前記回転子のオイル分離孔が、前記偏心質量のオイル分離孔に連通するように形成される請求項７に記載のスクロール圧縮機。
12. 前記偏心質量のオイル分離孔と前記回転子のオイル分離孔とが軸方向に一致するように形成される請求項１０に記載のスクロール圧縮機。
13. 前記ケーシングは、その内部空間が吐出圧の冷媒で充填される請求項１に記載のスクロール圧縮機。
14. 前記圧縮ユニットの圧縮室から冷媒ガスが吐出される位置よりも低い位置で、前記ケーシングの内部にガス吐出管が連通する請求項１に記載のスクロール圧縮機。
15. 前記圧縮室の冷媒ガスが上向きに吐出されてから下向きに移動して冷凍システムに吐出されるように構成される請求項１４に記載のスクロール圧縮機。
16. 前記ケーシングは、前記圧縮ユニットにより上側空間と下側空間とに区分され、前記圧縮ユニットの圧縮室から前記上側空間に吐出される冷媒ガスが、前記圧縮ユニットを通過して前記ケーシングの下側空間に移動するように構成される請求項１４に記載のスクロール圧縮機。
17. 前記ガス吐出管が、前記駆動モータと前記圧縮ユニットとの間に位置する請求項１４に記載のスクロール圧縮機。
18. 前記駆動モータが前記下側空間に設置され、前記駆動モータの外周面と前記ケーシングの内周面との間に流路が形成される請求項１７に記載のスクロール圧縮機。

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