JP2012149544A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油の分離性能をさらに高め、冷凍サイクル側に循環される潤滑油の油循環率を抑えてシステム効率を向上させるとともに、圧縮機が潤滑油不足に陥ることを確実に防ぐ。
【解決手段】吐出チャンバ２６の上方に位置する電動モータ４のロータ６の下面に、下方の吐出チャンバ２６側に向けて延びる円筒状の整流部材５０を設けた。また、密閉ハウジング１０の内周面１０ａには、ステータコイルエンド５Ａの上方に位置するよう、円環プレート状の第二油分離板６０を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、密閉ハウジング内に設けられた電動モータにより駆動される圧縮機に関する。

密閉ハウジング内に電動モータにより駆動される低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構を設けた多段圧縮機の１例として、密閉ハウジング内のほぼ中央部に電動モータを設置し、この電動モータを挟んでその下側に低段側ロータリ圧縮機構、上側に高段側スクロール圧縮機構を設置するとともに、この低段側ロータリ圧縮機構及び高段側スクロール圧縮機構を電動モータにより回転軸を介して駆動するように構成した多段圧縮機が特許文献１に示されている。
特許文献１の多段圧縮機は、冷凍サイクル側から吸入管を介して低圧冷媒ガスを低段側ロータリ圧縮機構に吸入して中間圧まで圧縮した後、この中間圧冷媒ガスをいったん密閉ハウジング内に吐き出す。この多段圧縮機は、中間圧冷媒ガスを高段側スクロール圧縮機構により吸い込み、高温高圧状態に２段圧縮し、吐出管を経て外部に吐き出すように構成されている。このように、密閉ハウジング内は中間圧冷媒ガス雰囲気とされる。

この多段圧縮機において、密閉ハウジング内に吐き出された中間圧冷媒ガスには、低段側ロータリ圧縮機構の潤滑に供された後、冷媒ガスと共に密閉ハウジング内に吐き出された潤滑油や、高段側スクロール圧縮機構を潤滑した後、高段側スクロール圧縮機構から密閉ハウジング内に沿って落下される潤滑油が多量に溶け込んでいる。つまりこの中間圧冷媒ガスは、油リッチの状態となっている。この中間圧冷媒ガスは、電動モータの内部通路を流通してその上部空間に流入された後、高段側スクロール圧縮機構の吸入口へと導かれるが、その間に各部に衝突することによって相当量の潤滑油は分離される。
しかしながら、密閉ハウジング内の中間圧冷媒ガスには、多量の潤滑油が溶け込んでおり、その潤滑油が十分に分離されないまま中間圧冷媒ガスと共に高段側スクロール圧縮機構に吸い込まれる。この潤滑油は高段側スクロール圧縮機構から圧縮冷媒ガスに伴われて吐き出され、冷凍サイクル側に循環されることになる。この結果、冷凍サイクル側に循環される潤滑油の油循環率（ＯＣＲ）［全質量流量（冷媒流量＋潤滑油流量）に対する潤滑油の質量流量の比］が増加し、冷凍サイクル側での熱交換を阻害することによりシステム効率を低下させるとともに、圧縮機が潤滑油不足に陥るおそれがある。

そこで本発明者は特許文献２において、中間圧冷媒ガスに伴われて高段側圧縮機構に吸入される潤滑油量を低減することにより油循環率を低減し、システム効率の向上と潤滑油不足を解消できる多段圧縮機を提案した。この多段圧縮機は、図４に示されるように、電動モータ２００を挟んでその下部に低段側圧縮機構（図示せず）を、また上部に高段側圧縮機構２０１を設置するとともに、低段側圧縮機構で圧縮された中間圧冷媒ガスを密閉ハウジング２０３内に吐き出し、この中間圧冷媒ガスを高段側圧縮機構２０１により吸入して２段圧縮する。この多段圧縮機は、高段側圧縮機構２０１へと吸入される中間圧冷媒ガス中に含まれる潤滑油を遠心分離する油分離板２０２を、回転軸２０５を貫通して設けている。この油分離板２０２は、ロータ２０４の上端に設けられたバランスウエイト２０６に固定、設置される円盤状の部材である。

特許文献２による潤滑油分離の作用は以下の通りである。潤滑油が溶け込んだ中間圧冷媒ガスは、ロータ２０４のガス通路２０４Ａ内を流通して電動モータ２００の上部空間に流入すると、ロータ２０４と共に回転している油分離板２０２に衝突し、その遠心分離作用によって中間圧冷媒ガスから比重の大きい潤滑油が分離される。遠心分離された潤滑油は、電動モータ２００のステータコイルエンド２０７に衝突した後あるいは直接その隙間を通ってその外周側に導かれ、密閉ハウジング２０３の内周面に沿って底部へと流れる。

特開平５−８７０７４号公報 特開２００９−４７０３９号公報

しかしながら、特許文献２に記載の技術においても、潤滑油の分離性能は十分であるとは言えず、さらなる改良が要求されている。
なお、このような問題は、多段圧縮機に限らず、電動モータの下方にロータリ圧縮機構を備えるロータリ式の圧縮機にも共通する。

本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、潤滑油の分離性能をさらに高め、冷凍サイクル側に循環される潤滑油の油循環率を抑えてシステム効率を向上させるとともに、圧縮機が潤滑油不足に陥るのを確実に防ぐことのできる圧縮機を提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明の圧縮機は、密閉ハウジングと、密閉ハウジング内に設けられ、ロータとステータとを備える電動モータと、電動モータのロータとともに回転される回転軸を介して駆動され、電動モータの少なくとも下部に設置され、潤滑油を含んだ冷媒ガスを圧縮する圧縮機構と、ロータの下部に設けられ、圧縮機構で圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出口の上方を囲うように設けられた筒状部材と、を備えることを特徴とする。
このように、筒状部材をロータの下部に設け、圧縮機構で圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出口の上方を囲うようにすることで、吐出口から吐出された冷媒ガスの流れを上方に向かうよう整流できる。
また、潤滑油を含んだ冷媒ガスがロータの下面に衝突することでロータの下面に付着した潤滑油は、ロータの回転による遠心力により外周側に流れるが、この潤滑油を筒状部材で回収し、下方に流すことができる。

また、ロータの上方に、電動モータのロータに形成されたガス通路内を流通後に上方に吐出される冷媒ガス中に含まれる潤滑油を遠心分離する油分離板をさらに備えることもできる。
この油分離板は、いかなる位置に設けても良いが、密閉ハウジングの内周面に沿って設けられた円環プレート状で、ステータのステータコイルエンドの上端よりも上方に位置するよう設けることができる。もちろん、この位置以外にも複数の油分離板を備えても良い。

このような筒状部材や油分離板を備える圧縮機は、電動モータの少なくとも下部に圧縮機構を備えたものであればよいが、圧縮機構として、電動モータを挟んでその下部及び上部に設置される低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構を備えることもできる。
ここで、圧縮機構の圧縮方式は、電動モータにより駆動されるものであれば、ロータリ式、スクロール式のいずれであっても良い。

本発明によれば、筒状部材をロータの下部に設けることで、圧縮機構の吐出口から吐出された冷媒ガスの流れを上方に向かうよう整流するとともに、冷媒ガス中の潤滑油を回収することができる。
さらに、ロータの上方にも油分離板を備えることで、油分離性能がさらに高まる。
このようにして、潤滑油の分離性能をさらに高め、冷凍サイクル側に循環される潤滑油の油循環率を抑えてシステム効率を向上させるとともに、圧縮機が潤滑油不足に陥るのを確実に防ぐことが可能となる。

本実施の形態における圧縮機の断面図である。 （ａ）は整流部材を設けた部分の圧縮機の断面図、（ｂ）は第二油分離板を設けた部分の圧縮機の断面図である。 第二油分離板の変形例を示す図である。 従来の圧縮機の要部を示す断面図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１に示すように、多段圧縮機（圧縮機）１は、密閉ハウジング１０を備えている。
密閉ハウジング１０内のほぼ中央部には、ステータ５とロータ６とから構成される電動モータ４が固定設置されている。ロータ６には、回転軸（クランク軸）７が一体に結合されている。
電動モータ４の下部には、低段側ロータリ圧縮機構（低段側圧縮機構、圧縮機構）２が設置され、上部には高段側スクロール圧縮機構（高段側圧縮機構、圧縮機構）３が設定されている。

回転軸７の最下端部には、公知の容積形の給油ポンプ１１が組み込まれている。この給油ポンプ１１は、密閉ハウジング１０の底部に充填されている潤滑油１２を汲み上げ、回転軸７内に設けられている給油孔１３を介して低段側ロータリ圧縮機構２及び高段側スクロール圧縮機構３の軸受部等の所要潤滑箇所に潤滑油１２を強制給油できるように構成されている。

低段側ロータリ圧縮機構２は、シリンダ室２０を備え、密閉ハウジング１０に固定設置されるシリンダ本体２１と、シリンダ本体２１の上下に固定設置され、シリンダ室２０の上部及び下部を密閉する上部軸受２２及び下部軸受２３と、回転軸７のクランク部７Ａに保持され、シリンダ室２０の内周面を回動するロータ２４と、シリンダ室２０内を吸入側と吐出側とに仕切る図示省略のブレード及びブレード押えバネ等とを備えた公知のロータリ圧縮機構により構成される。

図２（ａ）に示すように、上部軸受２２には、低段側ロータリ圧縮機構２から圧縮された冷媒ガスを吐出するための吐出チャンバ（吐出口）２６が設けられている。この吐出チャンバ２６は、上部軸受２２に固定され、上部軸受２２の外周面２２ａとの間に隙間を有するよう設けられている。そして、吐出チャンバ２６は、上方に行くに従い、上部軸受２２の外周面２２ａとの間に形成される隙間が漸次小さくなるよう上窄まりに形成されている。

また、吐出チャンバ２６の上方に位置する電動モータ４のロータ６の下面には、下方の吐出チャンバ２６側に向けて延びる円筒状の整流部材（筒状部材）５０が設けられている。この整流部材５０は、吐出チャンバ２６の上部２６ａと干渉しないよう、上部２６ａの外径よりも大きな内径を有するよう形成されている。

低段側ロータリ圧縮機構２は、密閉ハウジング１０の外部に設けられたアキュムレータ１５から、吸入管２５を介してシリンダ室２０内に低圧の冷媒ガス（作動ガス）を吸入し、この冷媒ガスをロータ２４の回動により中間圧まで圧縮した後、吐出チャンバ２６を介して密閉ハウジング１０内に吐き出すように構成されている。

このとき、吐出チャンバ２６から吐出された中間圧冷媒ガスは、吐出チャンバ２６の上部２６ａと上部軸受２２の外周面２２ａとの隙間から密閉ハウジング１０内に拡散するが、その外周側には円筒状の整流部材５０が設けられているため、これにより中間圧冷媒ガスの流れが上方に向かうよう整流される。

吐出チャンバ２６から吐出された中間圧冷媒ガスは、電動モータ４のロータ６に設けられているガス通路６Ａ等を流通して電動モータ４の上部空間に流動し、さらに高段側スクロール圧縮機構３へと吸入されて２段圧縮されるようになっている。

高段側スクロール圧縮機構３は、回転軸７を支持する軸受３０を備えた支持部材３１と、固定スクロール部材３２及び旋回スクロール部材３３と、を備えている。
固定スクロール部材３２、旋回スクロール部材３３は、端板３２Ａ，３３Ａ上に立設される渦巻き状ラップ３２Ｂ，３３Ｂを備えている。これら渦巻き状ラップ３２Ｂ，３３Ｂ同士を互いに噛み合わせることで、一対の圧縮室３４を構成している。

また、高段側スクロール圧縮機構３は旋回スクロール部材３３と回転軸７の軸端に設けられる偏心ピン７Ｂとを結合し、旋回スクロール部材３３を公転旋回駆動する旋回ボス部３５と、旋回スクロール部材３３と支持部材３１との間に設けられ、旋回スクロール部材３３をその自転を阻止しつつ公転旋回させるオルダムリング等の自転阻止機構３６と、固定スクロール部材３２の背面に設けられる吐出弁４０と、固定スクロール部材３２の背面に固定設置され、固定スクロール部材３２との間に吐出チャンバ４１を形成する吐出カバー４２等とを備えた公知のスクロール圧縮機構により構成される。

高段側スクロール圧縮機構３は、低段側ロータリ圧縮機構２により圧縮されて密閉ハウジング１０に吐き出された中間圧冷媒ガスを圧縮室３４内に吸入し、この中間圧冷媒ガスを旋回スクロール部材３３の公転旋回駆動により高温高圧状態に圧縮した後、吐出弁４０を経て吐出チャンバ４１に吐き出すように構成されている。この高温高圧冷媒ガスは、吐出チャンバ４１から吐出管４３を経て圧縮機外部、すなわち冷凍サイクル側に導出されるようになっている。

多段圧縮機１には、電動モータ４を構成するロータ６の上面の一方側にバランスウエイト４６が設置されている。

図２（ｂ）に示すように、バランスウエイト４６の上端には、ロータ６と一体に回転される第一油分離板（油分離板）４５が設けられている。
第一油分離板４５は、円盤状で、ステータコイルエンド５Ａの上端よりも下方に位置するよう設けられている。第一油分離板４５の外径は、電動モータ４のステータコイルエンド５Ａの内周と僅かな隙間を保つ程度の大きさとされている。

また、密閉ハウジング１０の内周面１０ａには、ステータコイルエンド５Ａの上方に位置するよう、円環プレート状の第二油分離板（油分離板）６０が設けられている。第二油分離板６０は、その外周部６０ａが密閉ハウジング１０の内周面１０ａに接し、内周部６０ｂが、ステータコイルエンド５Ａの外周部５ｂよりも内周側に位置するよう設けられている。

以上説明の構成を有する多段圧縮機１によると、以下の作用効果を奏する。
吸入管２５を介して低段側ロータリ圧縮機構２のシリンダ室２０に吸入された低温低圧の冷媒ガスは、ロータ２４の回動により中間圧まで圧縮された後、吐出チャンバ２６に吐き出される。この中間圧冷媒ガスは、吐出チャンバ２６から電動モータ４の下部空間内に吐き出された後、電動モータ４のロータ６に設けられているガス通路６Ａ等を流れて電動モータ４の上部空間に達する。

電動モータ４の上部空間に達した中間圧冷媒ガスは、高段側スクロール圧縮機構３を構成する支持部材３１と密閉ハウジング１０との間の隙間等を通り固定スクロール部材３２に設けられている高段側スクロール圧縮機構３の吸入口に導かれ、圧縮室３４内に吸入される。この中間圧冷媒ガスは、高段側スクロール圧縮機構３により高温高圧状態に２段圧縮された後、吐出弁４０から吐出チャンバ４１内に吐き出され、吐出管４３を介して冷凍サイクル側に導出される。

上記の２段圧縮過程において、低段側ロータリ圧縮機構２の潤滑に供された潤滑油１２の一部は、冷媒ガス中に溶け込み、中間圧冷媒ガスと共に密閉ハウジング１０内に吐き出される。さらに、この中間圧冷媒ガスには、高段側スクロール圧縮機構３に給油孔１３を介して給油され、高段側スクロール圧縮機構３を潤滑した後、密閉ハウジング１０内の底部に流下される潤滑油１２の一部が巻き込まれて溶け込む。
潤滑油１２が溶け込んだ中間圧冷媒ガスは、吐出チャンバ２６から吐出されると、その一部が電動モータ４のロータ６の下面に衝突する。すると、遠心力により、冷媒ガス中の潤滑油１２が外周側に分離され、整流部材５０により下方に流れの向きを変え、密閉ハウジング１０の底部へと流れ落ちる。

さらに、潤滑油１２が溶け込んだ中間圧冷媒ガスは、ロータ６のガス通路６Ａ内を流れて電動モータ４の上部空間に達する際に、ロータ６と共に回転している第一油分離板４５に衝突し、その遠心分離作用によって中間圧冷媒ガス中から潤滑油１２が分離される。
第一油分離板４５とステータコイルエンド５Ａの内周面との隙間を通ってその上部空間に流れ込んだ中間圧冷媒ガスは、遠心力により外周側に向かって流れる。そして、その上方に位置する第二油分離板６０にその一部が衝突すると、その遠心分離作用によって中間圧冷媒ガス中から潤滑油１２が分離される。
上記の第一油分離板４５、第二油分離板６０により遠心分離された潤滑油１２は、電動モータ４のステータコイルエンド５Ａに干渉しながらその外周側に導かれ、密閉ハウジング１０の内周面に沿って底部へと流れる。

一方、潤滑油１２が分離された中間圧冷媒ガスは、さらに上方に向かって流れ、そこから高段側スクロール圧縮機構３の吸入口へと導かれ、圧縮室３４内に吸入されて２段圧縮される。

このように、整流部材５０（電動モータ４のロータ６の底面）、第一油分離板４５、第二油分離板６０によって潤滑油１２を分離した中間圧冷媒ガスを高段側スクロール圧縮機構３へと吸入させることができるため、中間圧冷媒ガスに伴われて高段側スクロール圧縮機構３に吸入され、高圧圧縮ガスと共に外部に吐き出される潤滑油１２の量を低減することができる。これにより、冷凍サイクル側に循環される潤滑油１２の油循環率（ＯＣＲ）［全質量流量（冷媒流量＋潤滑油流量）に対する潤滑油の質量流量の比］を低減し、システム効率を向上させることができるとともに、圧縮機における潤滑油不足の発生を解消することができる。

なお、上記実施形態では、第二油分離板６０を、円環プレート状としたが、これには、図３（ａ）に示すように、外周に行くに従い下方に下がる逆すり鉢状や逆テーパ状、図３（ｂ）に示すように、内周に行くに従い下方に下がるテーパ状やすり鉢状等をはじめとする形状的な変形例を含むものとする。

また、上記実施形態では、低段側圧縮機構にロータリ圧縮機構、高段側圧縮機構にスクロール圧縮機構を用いて構成した多段圧縮機１を例に説明したが、低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構は、上記圧縮機構に限定されない。さらには、高段側スクロール圧縮機構３を備えず、低段側ロータリ圧縮機構２と同様のロータリ圧縮機構のみを備えるロータリ式の圧縮機にも本発明を適用することができる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１…多段圧縮機（圧縮機）、２…低段側ロータリ圧縮機構（低段側圧縮機構、圧縮機構）、３…高段側スクロール圧縮機構（高段側圧縮機構、圧縮機構）、４…電動モータ、５…ステータ、５Ａ…ステータコイルエンド、６…ロータ、６Ａ…ガス通路、７…回転軸、１０…密閉ハウジング、２６…吐出チャンバ（吐出口）、４６…バランスウエイト、４５…第一油分離板（油分離板）、５０…整流部材（筒状部材）、６０…第二油分離板（油分離板）

Claims (4)

1. 密閉ハウジングと、
   前記密閉ハウジング内に設けられ、ロータとステータとを備える電動モータと、
   前記電動モータの前記ロータとともに回転される回転軸を介して駆動され、前記電動モータの少なくとも下部に設置され、潤滑油を含んだ冷媒ガスを圧縮する圧縮機構と、
   前記ロータの下部に設けられ、前記圧縮機構で圧縮された前記冷媒ガスを吐出する吐出口の上方を囲うように設けられた筒状部材と、
   を備えることを特徴とする圧縮機。
2. 前記ロータの上方に、前記電動モータの前記ロータに形成されたガス通路内を流通後に上方に吐出される冷媒ガス中に含まれる潤滑油を遠心分離する油分離板をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記油分離板は、前記密閉ハウジングの内周面に沿って設けられた円環プレート状で、前記ステータのステータコイルエンドの上端よりも上方に位置するよう設けられていることを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記圧縮機構は、前記電動モータを挟んでその下部及び上部に設置される低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧縮機。

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