JP2012036749A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉型圧縮機において、圧縮室への吸入経路を通過する際に冷媒ガスが加熱されたり、高温高圧の冷媒ガスが吸入経路へと漏れ込んだりすることより、循環量の低下を引き起こす恐れがある。
【解決手段】吸入経路１７を吸入管５６と内管５７で構成し、さらに圧縮機構部２の構成部品１０にシール部材５９を配置して吸入管５６を支持することで、冷媒ガスの吸入加熱の抑制と、吸入部におけるシール性の確保が可能となり、体積効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。
【選択図】図３

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密閉型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、密閉容器内に圧縮機構部とモータ部を備えており、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。圧縮機構部には冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、圧縮室に冷媒ガスを供給する吸入経路が設けられている。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。

冷凍サイクルから戻ってきた冷媒ガスは低温状態であるが、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。この対策として、吸入経路に二重管部材を備え、冷媒ガスへの熱伝達を抑制する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

図５は特許文献１に記載された従来の圧縮機の縦断面図である。冷媒ガスは吸入管９１の内周部よりなる吸入経路９０を経て圧縮室９２に導かれる。この吸入管９１の外周部には外側管９３が備えられており、これにより吸入管９１と外側管９３の間には、周囲の熱から断熱する吸入冷媒断熱手段として断熱層９４が形成される。以上の構成により、周囲の熱が吸入管９１や内周部を流れる冷媒ガスに伝達することを抑制している。

特開２００８−１６９８１６号公報

しかしながら前記従来の構成では、外側管９３が圧縮室９２を構成する一部品９５と圧入された状態で固定支持されているため、以下の２つの課題が生じる。１つ目は、圧縮室９２を構成する一部品９５から外側管９３への熱の伝達が大きく、断熱層９４を介して冷媒ガスへの熱の伝達も大きくなってしまう。その結果、冷媒ガスが膨張し、循環量の低下を引き起こしてしまう。２つ目は外側管９３を圧入で固定支持した場合、運転・停止の繰り返しによる圧縮機の温度変化により、圧入部に隙間が生じる恐れがある。その結果、圧入部のシール性が低下してしまい、外側管９３の外部に存在する冷媒ガスが圧縮室９２へと流れ込み、同様に循環量の低下を引き起こしてしまう。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、吸入経路を吸入管と内管で構成し、さらに圧縮機構部の部品にシール部材を配置して吸入管を支持したものである。これにより、冷媒ガスの吸入加熱の抑制と、吸入部におけるシール性の確保ができ、体積効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

密閉容器内に圧縮機構部を備え、圧縮機構部に冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、圧縮室に冷媒ガスを供給する吸入経路を形成した密閉型圧縮機であって、吸入経路は吸入管とその内周部に配置した内管から構成され、冷媒ガスは内管の内周部を通過して圧縮室に供給さ
れ、内管の外周部と吸入管の間に形成される隙間には冷媒ガスを滞留させるとともに、圧縮室を構成する一部品にシール部材を配置し、吸入管は圧縮室を構成する一部品とシール部材を介して支持されるものである。

かかる構成によれば、吸入経路を通過する際に発生する冷媒ガスの加熱をさらに低減することができる。また長期にわたる温度変化に対してシール性を確保することができるため、外部からの冷媒ガスの漏れ込みを防止することもできる。以上のことから、体積効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

本発明の密閉型圧縮機は、吸入経路を吸入管と内管で構成し、さらに圧縮機構部の部品にシール部材を配置して吸入管を支持することで、冷媒ガスの吸入加熱を抑制すると同時に、吸入部におけるシール性の確保もできるため、体積効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態１における圧縮機構部の横断面図 本発明の実施の形態１における圧縮機構部の要部拡大断面図 本発明の実施の形態１における圧縮機構部の要部拡大断面図 従来のスクロール圧縮機の縦断面図

第１の発明では、密閉容器内に圧縮機構部を備え、圧縮機構部に冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、圧縮室に冷媒ガスを供給する吸入経路を形成した密閉型圧縮機であって、吸入経路は吸入管とその内周部に配置した内管から構成され、冷媒ガスは内管の内周部を通過して圧縮室に供給され、内管の外周部と吸入管の間に形成される隙間には冷媒ガスを滞留させるとともに、圧縮室を構成する一部品にシール部材を配置し、吸入管は圧縮室を構成する一部品とシール部材を介して支持されるものである。この構成によれば、吸入経路を通過する際に発生する冷媒ガスの加熱を低減することができる。また長期にわたる温度変化に対してシール性を確保することができるため、外部からの冷媒ガスの漏れ込みを防止することもできる。以上のことから、体積効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

第２の発明では、圧縮機後部は、固定スクロール及び旋回スクロールを用いて構成されるスクロール式圧縮機構部であり、記入管は、シール部材を介して固定スクロールに支持されるものである。この構成によれば、圧縮機構部が冷媒ガス雰囲気に配置されているため、シール部材によりシール性の効果が顕著に現れ、体積効率の高いスクロール方式の圧縮機を提供できる。

第３の発明では、特に第１または第２の発明において、吸入管のうち、シール部材より圧縮室側に位置する部分の外周表面積を、前記シール部材より前記密閉容器側に位置し、高温の冷媒ガスもしくは高温のオイルと接触する部分の外周表面積より大きく形成したものである。この構成によれば、吸入管が高温の冷媒ガスと接触する面積を減らすことで、吸入管自体が加熱されるのを抑制し、吸入管の内周部に存在する冷媒ガスへの熱伝達を防止することができる。

第４のでは、特に第１〜第３の発明で、内管の圧縮室側端面を、吸入管の圧縮室側端面の近傍に配置したものである。この構成によれば、冷媒ガスを圧縮室に閉じ込める直前まで内管を配置することで、冷媒ガスの吸入加熱を効果的に防止することができる。

第５の発明では、特に第１〜第３の発明において、内管の反圧縮室側端面を、密閉容器より外側に配置したものである。この構成によれば、高温の冷媒ガスが吸入管を加熱している領域に渡って内管を配置することで、冷媒ガスの吸入加熱を効果的に防止することができる。

第６の発明では、特に第１〜第５の発明において、冷媒ガスを、高圧冷媒、例えば二酸化炭素としたものである。この場合、特に冷媒ガスの温度差が大きくなるため、冷媒ガスは吸入経路を通過する際に加熱されやすくなる。そのため本発明の構成の効果が顕著に現れ、高効率を実現する密閉型圧縮機を提供することができる。

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、本発明の第１の実施の形態に係る密閉型圧縮機の縦断面図である。ここではスクロール方式の密閉型圧縮機を例にとって、その動作、作用を説明する。

図１に示すように、本発明の密閉型圧縮機は、密閉容器１と、その内部に圧縮機構部２、モータ部３を備えて構成されている。密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどして固定したシャフト４の主軸受部材１１と、この主軸受部材１１上にボルト止めした固定スクロール１２との間に、固定スクロール１２と噛み合う旋回スクロール１３を挟み込んでスクロール式の圧縮機構部２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、旋回スクロール１３の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転拘束機構１４を設け、シャフト４の上端にある偏心軸部４ａにて旋回スクロール１３を偏心駆動することにより、旋回スクロール１３を円軌道運動させる。これ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が、外周側から中央部に向かって容積を縮めながら移動することを利用して、密閉容器１外に通じた吸入パイプ１６、及び固定スクロール１２に形成された吸入経路１７を経て冷媒ガスを吸入し、圧縮室１５に閉じ込んだのち圧縮を行う。所定の圧力に到達した冷媒ガスは、固定スクロール１２の中央部の吐出口１８からリード弁１９を押し開けて、密閉容器１内に吐出される。

シャフト４の下端にはポンプ２５が設けられ、ポンプ２５の吸い込み口が貯油部２０内に存在するように配置する。ポンプ２５はスクロール圧縮機と同時に駆動されるため、ポンプ２５は密閉容器１の底部に設けられた貯油部２０にあるオイル６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、オイル切れの心配も解消される。ポンプ２５で吸い上げたオイル６は、シャフト４内を通縦しているオイル供給穴２６を通じて圧縮機構部２に供給される。なお、オイル６をポンプ２５で吸い上げる前もしくは吸い上げた後に、オイルフィルタ等でオイル６から異物を除去すると、圧縮機構部２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２に導かれたオイル６の圧力は、スクロール圧縮機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したりするようなことはなく、所定の圧縮機能を安定して発揮する。さらにオイル６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４ａと旋回スクロール１３との嵌合部、シャフト４と主軸受部材１１との間の軸受部５に進入してそれぞれの部分を潤滑した後落下し、貯油部２０へ戻る。

高圧領域３０に供給されたオイル６の別の一部は、旋回スクロール１３に形成され、か
つ高圧領域３０に一開口端を有する経路５１を通って、自転拘束機構１４が位置している背圧室２９に進入する。背圧室２９に進入したオイル６は、スラスト摺動部及び自転拘束機構１４の摺動部を潤滑するのに併せ、背圧室２９にて旋回スクロール１３の背圧印加の役割を果たしている。

ここで冷媒ガスの圧縮に関して、詳細に説明する。図２は固定スクロール１２に旋回スクロール１３を噛み合わせた状態の圧縮機構部２の横断面図であり、（Ｉ）〜（ＩＶ）の順番に位相を９０度ずつずらした状態を示す図である。ここで旋回スクロール１３のラップ外壁と固定スクロール１２のラップ内壁に囲まれて形成される圧縮室を第１の圧縮室１５ａ、旋回スクロール１３のラップ内壁と固定スクロール１２のラップ外壁に囲まれて形成される圧縮室を第２の圧縮室１５ｂとする。図２の（Ｉ）は、第１の圧縮室１５ａが冷媒ガスを閉じ込めた瞬間の状態であり、その圧縮室を１５ａ−１とする。その後、第１の圧縮室１５ａは、（ＩＩ）の１５ａ−２、（ＩＩＩ）の１５ａ−３、（ＩＶ）の１５ａ−４、（Ｉ）の１５ａ−５、（ＩＩ）の１５ａ−６、（ＩＩＩ）の１５ａ−７と移動し、（ＩＶ）の１５ａ−８では固定スクロール１２の中心部に形成された吐出口１８を経て、密閉容器１内に吐出される。

冷媒ガスは圧縮が進むにつれ高温高圧状態となり、吐出口１８からリード弁１９を押し開けて吐出した冷媒ガスは、固定スクロール１２のラップ面と反対の面側へと導かれる。すなわち、固定スクロール１２は高温状態の冷媒ガスと接触しているため、運転中の固定スクロール１２の温度は、冷媒ガスの吐出温度に近い温度まで上昇している。

一方、低温状態の冷媒ガスは固定スクロール１２の外周部に形成された吸入経路１７から圧縮室１５へと供給されるが、吸入経路１７を通過する際に外部から加熱され、膨張してしまう。このように冷媒ガスを圧縮室１５に閉じ込める行程において加熱・膨張が生じると、循環量が低下し、体積効率の低下、圧縮機効率の低下を招いてしまう。

そこで実施の形態では、吸入経路１７を吸入管５６とその内周部に配置した内管５７から構成し、冷媒ガスは内管５７の内周部を通過して圧縮室１５に供給される。さらに、内管５７の外周部と吸入管５６の間に形成される隙間５８には冷媒ガスを滞留させる。また、圧縮室１５を構成する一部品１０（スクロール方式の場合は固定スクロール１２）にシール部材５９を配置し、吸入管５６がこのシール部材５９によって支持された構成とする。

図３は圧縮機構部２の拡大断面図である。密閉容器１内は圧縮された高温高圧の冷媒ガスが充満しているため、圧縮機構部の構成部品１０（ここでは固定スクロール１２）は高温状態になっている。そのため吸入管５６を固定スクロール１２に圧入して固定支持させると、固定スクロール１２から吸入管５６へと固体接触状態で伝熱する。その結果、吸入管５６は全体にわたり高温となり、吸入管５６の内周部への伝熱を促進することになる。これに対し、固定スクロール１２にシール部材５９を配置し、このシール部材５９によって吸入管５６を支持させると、固定スクロール１２と吸入管５６は直接接触する箇所がない。さらにシール部材５９から圧縮室１５側に位置する吸入管５６は、低温の冷媒ガスが吸入管５６の外周部に回り込むため、吸入管５６の温度は圧入による固定支持の場合より低くなる。また圧入固定の場合では、吸入管５６の内周部を低温の冷媒ガスが通過する一方で、固定スクロール１２は高温状態であるため、圧入が緩和する方向に変形し、長期にわたって運転・停止が繰り返されると、この圧入部に隙間が生じる恐れがある。このような隙間が生じると吸入管５６の外部に存在する冷媒ガスが圧縮室１５へと流れ込み、循環量の低下を引き起こしてしまう。これに対しシール部材５９を配置すると、長期にわたり安定したシール性を確保することができる。

また吸入管５６の内周部に内管５７を配置することで、内管５７の外周部と吸入管５６の間に形成される隙間５８には冷媒ガスが滞留し、断熱層が形成される。すなわち本実施の形態では、固定スクロール１２から吸入経路１７を通過する冷媒ガスに至るまでに、固定スクロール１２、シール部材５９を境にした冷媒ガス領域、吸入管５６、冷媒ガスが滞留した隙間５８、内管５７の順で構成、配置されている。これにより、内管５７の内周部を通過する冷媒ガスへの加熱が大幅に抑制でき、体積効率の高い密閉型圧縮機を提供することが可能となる。

なお、本実施の形態ではスクロール方式を例にとって説明したが、例えばロータリ方式やレシプロ方式、その他の密閉型圧縮機においても、同等の効果を得ることができる。

次にスクロール方式特有の効果を以下に記す。スクロール方式の密閉型圧縮機では、一般的に図１に示すように、圧縮機構部２を密閉容器１内の上部に配置し、下部にモータ部３を備える。また構成部品１０は固定スクロール１２に相当する。このような構成では、圧縮機構部２は冷媒ガス雰囲気に配置されているため、吸入管５６と固定スクロール１２の接触部（従来の構成では圧入部であり、本実施の形態ではシール部材による支持部）を経由して、吸入管５６の外部に存在する冷媒ガスが圧縮室１５へと漏れ込みやすくなる。そのためスクロール方式では、シール部材５９によるシール性の効果がより顕著に現れ、体積効率の高いスクロール方式の圧縮機を提供できる。

また冷媒ガスと吸入管５６との接触領域を指定することで、更なる効果を得ることができる。図４は圧縮機構部２の拡大断面図である。図４に示すように、吸入管５６の外周部で、シール部材５９より圧縮室１５側に位置し、低温の冷媒ガスと接触する領域の吸入管５６の外周表面積を、吸入管５６の外周部でシール部材５９より密閉容器１側に位置し、高温の冷媒ガスもしくは高温のオイルと接触する領域の吸入管５６の外周表面積より大きくする。吸入管５６はシール部材５９を境にして、低温の冷媒ガスにより冷却される部分と、高温の冷媒ガスにより加熱される部分が存在することになるが、高温の冷媒ガスと接触する面積を減らすことで、吸入管５６の温度上昇を抑制できる。すなわち、吸入管５６の内周部に存在する冷媒ガスへの熱伝達を防止することができ、さらに体積効率の向上を図ることが可能となる。

またさらに望ましくは、内管５７の圧縮室１５側端面５７ｏを、吸入管５６の圧縮室１５側端面５６ｏの近傍に配置する。すなわち、冷媒ガスを圧縮室１５に閉じ込める直前まで内管５７を配置することになるので、冷媒ガスの吸入加熱を効果的に防止することができる。

またさらに望ましくは、内管５７の反圧縮室側の端面５７ｉを、密閉容器１より外側に配置する。すなわち、高温の冷媒ガスが吸入管５６を加熱している領域に渡って内管５７を配置することになるので、冷媒ガスの吸入加熱を効果的に防止することができる。

最後に冷媒ガスを、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とした場合、特に冷媒ガスの温度差が大きくなるため、冷媒ガスは吸入経路１７を通過する際に加熱されやすくなる。そのため本発明の構成の効果が顕著に現れ、高効率を実現する密閉型圧縮機を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、吸入経路を吸入管と内管で構成し、さらに圧縮機構部の部品にシール部材を配置して吸入管を支持することで、冷媒ガスの吸入加熱を抑制すると同時に、吸入部におけるシール性の確保もできるため、体積効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。さらに、製品であるルームエアコン等の空調機や
ヒートポンプ式給湯機として、より省エネで環境に優しい快適な製品とすることが可能である。

１ 密閉容器
２ 圧縮機構部
３ モータ部
１０ 圧縮機構部の構成部品
１２ 固定スクロール
１３ 旋回スクロール
１４ 自転拘束機構
１５ 圧縮室
１７ 吸入経路
１８ 吐出口
５６ 吸入管
５７ 内管
５８ 隙間
５９ シール部材

Claims (6)

1. 密閉容器内に圧縮機構部を備え、前記圧縮機構部に冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、前記圧縮室に冷媒ガスを供給する吸入経路を形成した密閉型圧縮機であって、
   前記吸入経路は吸入管とその内周部に配置した内管から構成され、
   前記冷媒ガスは前記内管の内周部を通過して前記圧縮室に供給され、
   前記内管の外周部と前記吸入管の間に形成される隙間には前記冷媒ガスの一部を滞留させるとともに、
   前記吸入管は、シール部材を介して前記圧縮機に支持される密閉型圧縮機。
2. 前記圧縮機後部は、固定スクロール及び旋回スクロールを用いて構成されるスクロール式圧縮機構部であり、
   前記記入管は、前記シール部材を介して前記固定スクロールに支持される請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記吸入管のうち、前記シール部材より圧縮室側に位置する部分の外周表面積を、
   前記シール部材より前記密閉容器側に位置し、高温の冷媒ガスもしくは高温のオイルと接触する部分の外周表面積より大きく形成した請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記内管の圧縮室側端面を、前記吸入管の圧縮室側端面の近傍に配置した請求項１から３のずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 前記内管の圧縮室と反対側の端面を、前記密閉容器より外側に配置した請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
6. 冷媒ガスを、高圧冷媒とした請求項１から５のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。