JP4146693B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はルームエアコンなどの冷媒ガスを圧縮するスクロール圧縮機に関する。
【0002】
【従来の技術】
冷凍サイクルにおける冷媒圧縮機の運転中、圧縮機構のシール或いはベアリングなどの摺動部の潤滑に用いた冷凍機油は、圧縮機構中で圧縮ガスにミスト状になって混入したり、ベアリングの隙間から噴出したりすることで、吐出ガスに混入する。そのミスト状のオイルが混入された吐出ガスが、圧縮機の吐出パイプを経由し冷凍サイクルの配管に流入すると、この配管の内側でミスト状オイルが液化して付着する。付着したオイルは、熱交換器の配管であれば断熱層となり熱交換性能を阻害し、その他の配管内にあっては通風抵抗となり圧力損失を生じさせ、冷凍サイクルの熱交換効率を低下させる現象が生ずる。そのような配管への吐出ガスへオイルの混入を防止することは、省電力化を目指す空調機メーカーの大きな技術課題である。
【0003】
従来の技術として、圧縮機構から吐出したミスト状オイルが混入された圧縮ガス(吐出ガス)を、電動機の回転子内通路を途中で通る、密閉容器の内部空間を仕切って形成された一方通行の冷媒ガス通路を経て、密閉容器外に吐出し、回転子の回転による遠心分離作用でミスト状となった冷凍機油を液滴化させて圧縮ガスに混入する冷凍機油を減らす技術がある(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−115686号公報 (第7ページ、図1)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来技術では、回転子内のガス通路を通るため圧力損失が大きくなる。また、運転条件によっては冷媒ガスの溶け込みにより油面が上昇する場合も起こり得るため、オイルミストの混入量が変化し安定しないことも予測される。すなわち、低コストで、かつ想定できる運転条件範囲で、外部サイクルへの冷凍機油の流出を小さくすることが課題となる。
【0006】
【課題を解決するための手段】
密閉容器からの外部サイクルへのオイルミストの流出を少なくするためには、圧縮機構の吐出穴からオイルミストを含んだ吐出ガスが循環する経路の早期時点でオイルミストを液化分離し、吐出ガスの流れ方向と液化したオイルの滴下方向を分離することで目的は達せられる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したスクロール圧縮機の一実施形態を、図1〜図6を用いて説明する。図1には、密閉容器1の上部に圧縮機構2が配置され、下部には電動機3がクランクシャフト4で連繋して配置される。電動機3のステータ3aは、密閉容器1のケース1aに焼嵌め等によって固定され、また電動機3のロータ3bはクランクシャフト4が例えば圧入されて固定されている。
【0008】
密閉容器1は円筒状のケース1aを母体とし、上部にフタチャンバ1b、下部にソコチャンバ1cが溶接されている。ケース1aの側面には吐出パイプ1dが取り付けられ、フタチャンバ1bには吸い込みパイプ1eが夫々圧縮機構2と連繋するように取り付けられている。
【0009】
圧縮機構2は、クランクシャフト4を支承するベアリング9aを有するフレーム9を備え、フレーム9の凹部9bにはラップ10cを直立させた旋回スクロール10の鏡板10bが収納されている。この旋回スクロール10のラップ10cの反対側(図1で下側)に形成したベアリング10aは、クランクシャフト4の偏心部4bと摺動自在に嵌合されている。また、旋回スクロール10とフレーム9の間には、夫々のキー溝にオルダムリング11が挿入され、旋回スクロール10の自転が規制されている。フレーム9の上部には、固定スクロール12がその天板12aに直立するラップ12bを、旋回スクロール10のラップ10cと噛み合うように組み合わせ、フレーム9のフランジ部と固定スクロール12のフランジ部を当接し、ボルトによって締結している。
【0010】
この固定スクロール12の天板12aの中央部付近にはガス吐出穴12eが設けられている。旋回スクロール10のラップ10cと、固定スクロール12のラップ12bは渦巻状の形状(図示せず)で精密に加工され、クランクシャフト4の偏心部4bの回転と相俟って相互に精密な隙間を持って組み立てられ、圧縮室13が形成される。フレーム9のフランジ部と固定スクロール12のフランジ部の外周寸法は、密閉容器1内径と僅少隙間で接近し、フレーム9のフランジ部は後にケース1aに固定される。更に、フレーム9のフランジの下部には、密閉容器1の吐出パイプ1dと連設する凹部が設けられている。
【0011】
フレーム9のフランジと固定スクロール12のフランジ部の外周には、それぞれガス通路となる縦溝9cと12cが連通して設けられている。固定スクロール12の縦溝12cと連繋しているフレーム9の縦溝9cの真下には、ガス変流器14が設けられている。このガス変流器14は、縦溝9cと12cを垂直に降下してくる吐出ガスの流れを、水平方向に流れを変換するものである。詳細には、ガス変流器14は密閉容器1に、ケース1a内壁に接するように設けられ、図1及び図1のE−E断面である図2に示すように設置する。図2については後述する。
【0012】
固定スクロール12の天板12aの中央部付近に設けた吐出穴12eから吐出された吐出ガスは、固定スクロール12と密閉容器1の上部で形成する第1の空間である空間Aに吐出される。空間Aに吐出された吐出ガスは縦溝9cと12cに流れ込む。
【0013】
ステータ3aのエンドコイル3c内側には、エンドコイル3cの内径をその外径とするオイルカバー15のリング部15aが挿入され空間Bが形成される。空間Bの内側にはフレーム9の下部中心部が含まれ、ベアリング9aも含まれる。また、空間B内ではロータ3bの上部が回転可能に存在する。
【0014】
ステータ3aの下側と密閉容器1下部のオイル溜り6の間には空間Cが形成されている。空間Bとこの空間Cは、図2に示すステータ3aとロータ3bとの間であるエアギャップ(空間)3eと、コイルが挿入されているステータ3aのスロット(図示せず)で連繋している。この空間C内にはクランクシャフト4の先端と嵌合する副軸受5及びこれの支持板7とオイル面の波立ち防止板8が配設されている。クランクシャフト4のジャーナル部4aの先端は、密閉容器1の底部のオイル溜り6に浸漬し、その外径には副軸受5が嵌合され、この副軸受5は支持板7によってケース1aに固定されている。ルームエアコンなどの冷凍機はその使用条件、例えば寒冷時における起動時に暖房運転をさせた場合などで、冷媒が密閉容器内に大量に戻る場合がある。その場合、オイル溜り6の油面が上昇し、ロータ3bの回転によって攪拌されてフォーミング状態になる場合があり、オイルの密閉容器1外への流失を加速する。そこで、空間C内に設置する波立ち防止板8の外径は、ロータ3bの回転中心及び吐出ガスの吹き下がるエアギャップ3eから、出来るだけ距離をとった密閉容器1のケース1a内壁側に近接させたほうが良く、図1に示すようにケース内径寸法の80〜90%が良い。
【0015】
また、電動機3とフレーム9の間には、エンドコイル3cの略外径と、図1中で下方側にあるフレーム9のフランジ部に沿って広がるオイルカバー15のフランジ部15bの外径とをその内径とするオイルリング16を設ける。このオイルリング16は、ステータ3aの上面に対して若干の隙間を備えてフレーム9との間に設置する。ケース1内壁を外径としエンドコイル3cの略外径を内径とするドーナツ状の空間D(前述の変流器はこの空間Dに配置されている)は、前述の空間Cとは、ステータ3aのコア外周に設けた複数の溝3dによって連繋されている。
【0016】
以上、本実施形態におけるスクロール圧縮機は、電動機3の回転によって所期の圧縮機機能を発揮し、クランクシャフト4の油穴4cからオイルが上昇し、クランクシャフト4のジャーナル部4aとフレーム9のベアリング9aとの間、及び偏心部4bと旋回スクロール10のベアリング10aとの間のそれぞれの潤滑と、フレーム9の凹部9bと旋回スクロール10の鏡板10bの上下面や、旋回スクロール10のラップ10cと固定スクロール12のラップ12bの側面及び端面など、圧縮機構2のシ−ルとに供給される。
【0017】
この供給されたオイルは、実線矢印に示された吐出ガスの流れに乗って移動するルートがある。まず圧縮室に侵入したオイルはミスト状になって吐出ガスに混入して、固定スクロール12の吐出穴12eから密閉容器上部の空間Aに吐出される。次にミストオイルを含んだ吐出ガスは、空間Aから固定スクロール12とフレーム9の縦溝12c、9cを経由して変流器14から空間Dに流れ込む。更に吐出ガスは、空間Dからオイルリング16の下方を通り、オイルリング16とオイルカバー15のリング部15aとの間の空間を経て密閉容器1の吐出パイプ1dへと流れる。
【0018】
空間D内では、ガス変流器14による吐出ガスの気流がケース1cの内壁を伝うことで、旋回流となり、また、オイルリング16を介して空間Dが吐出パイプ1dへ連通する構造となっているため、ミストオイルを充分に液滴化した後に吐出ガスを吐出パイプ1dに導入できる。
【0019】
このとき、オイルリング16とエンドコイル3Cとの間隙が狭いとエンドコイル3cに付着した液状オイルを、オイルリング16とオイルカバー15のリング部15aとの間の空間に吹き上げ、液状のオイルの再ミスト化を助長することになるが、流速が遅くなった空間D内のガス流が、その流速を速めて液状オイルをミスト化することなく、オイルリング16の下方を通過することができる隙間を持った流路とすることで、ミストオイルを含むことなく吐出ガスを密閉容器1外へ吐出することが可能となる。
【0020】
断面積の小さい吐出穴12eから断面積の大きい空間Aへ、また断面積の小さい縦溝12c、9cから断面積の大きい空間Dへ、それぞれの空間A、Dに入った吐出ガスは、その流速が低下する。流速が低下すると密度の大きいオイルミストが液化し易くなり、空間Aで液化したオイルは固定スクロール12のフランジ部およびフレーム9のフランジ部とケース1a間の隙間を通過し、空間Dに滴下してゆく。
【0021】
また、縦溝12c、9cから垂直に降下する吐出ガスは、変流器14の底面14aに衝突した後、水平方向に向きを変え、変流器14の開口部14bから流れ出た吐出ガスは、空間Dのケース1aの内壁に衝突し、それぞれの吐出ガスが流れる方向の転換が、オイルミストの液化を助長する。液化したオイルは空間Aから滴下したオイルとともに、ケース1aの内壁を伝い、ステータ3aの外周溝3dから密閉容器1下部のオイル溜り6に白抜き矢印のように滴下する。そして、オイルを分離した吐出ガスは大部分密閉容器1の吐出パイプ1dへ導かれる。
【0022】
また、変流器14を経由した吐出ガスの一部は、空間Dからオイルリング16とステータ3aのコア上面との間の通路を通過して、オイルカバー15の内側に到る。そのオイルミストは、高集積に成形された電動機のコイルや、オイルカバー15の内側で高速に回転するロータ3bに衝突することによって、オイルミストが液化しステータ3のスロットなどを通り、オイル溜り6に白抜き矢印のように滴下する。その一部の吐出ガスは、密閉容器1下部の空間Cに到り、更にステータ3aの外周溝3dから前述の空間Dを経て密閉容器1の吐出パイプ1dに実線矢印のように到る。
【0023】
一方、フレーム9のベアリング9aから噴出するオイルは、液状或いはミスト状となってオイルカバー15内に放出されるが高速に回転するロータ3bに衝突することによって密度の高いオイル分は遠心力で分離され、エアギャップ3eからスロット内を通過し、密閉容器1下部のオイル溜り6に白抜き矢印のように滴下する。
【0024】
図2は本発明に係わる、縦溝12c、9cから直角に降下する吐出ガスの流れの方向を変える変流器14、ステータ3aのエンドコイル3cの外径に設置するオイルリング16、ステータ3aのエンドコイル3cの内径に設置するオイルカバー15夫々の形状の一例を説明するものである。
【0025】
即ち、図2に示す変流器14は、フレーム9の縦溝9cの下側に配設され、吐出ガスが衝突する底面14a、そして吐出ガスが流出する開口部14bを有している。
【0026】
オイルリング16は、通常エンドコイル3cにその下側を接触させるため、モータに用いられる絶縁フィルムなどを円筒状に丸めクリップした状態で製作する。オイルリング16の上部にはフレーム9の段付部に形成している横穴(図示せず)に、リベット(図示せず)などで係止する止め穴が適宜開口している。
【0027】
空間D内において、変流器14によりケース1a内壁に沿ってガスが流れ、内壁にガス流が当たることによって液化したオイルはガス流と直角方向に滴下することにより、ガスの流れとオイルの滴下方向とを分離することができる。この方向の違いにより、液化したオイルの再ミスト化を防ぐことが可能となる。
【0028】
図3に示されたオイルカバー15は、リング部15aとフランジ部15bとの複合形状を備える。エンドコイル3cの内径部と当接するリング部15aは、フレーム9のフランジ部下側の段付部に嵌合し、フランジ部15bの止め穴15dに係止される。リング部15aは、オイルリング16と同様電動機に用いられる絶縁フィルムなどを図のように丸め円筒状にクリップした状態で製作し、フランジ部15bと組み合わせてリベット15cなどで固定する。この場合のオイルカバー15のフランジ部15bは一般に板金加工などで製作される。
【0029】
図4は変流器14とオイルリング16、オイルカバー15の3要素を、電気絶縁性及び耐冷媒性の樹脂材で一体に成形した場合の一例を示す。このとき、変流器14’はフレーム9の縦溝9cからの吐出ガスを受ける位置に設けられ、方向を変えられたガス流は、オイルリング部16’とケース1aの内壁とで形成された空間D内をケース1aの内壁に沿って流れる。
【0030】
図5は変流器14とオイルカバー15のフランジ部15bを板金などで一体に成形し、ステータ3aのエンドコイル3cに近接する部分に電機絶縁フィルムや電気絶縁性及び耐冷媒性の樹脂材で製作したリング部16’とリング部15’を組み合わせた場合の一例を示す。
【0031】
図6は変流器14とオイルリング16、オイルカバー15を板金など金属で一体に成形し、ステータ3aのエンドコイル3cに近接する下側に適宜厚さの電気絶縁性及び耐冷媒性の樹脂材からなるコーテング皮膜17を形成した場合の一例を示す。
【0032】
以上、本発明の各実施例で述べた様に、吐出ガスに混入したオイルミストとベアリングから噴出するオイルミストの循環通路を改善し、密閉容器の吐出パイプを経て圧縮機外に放出されるオイル量を最少化することができる。
【0033】
まず、圧縮機構からの吐出ガスは、小径の固定スクロールの吐出穴から断面積の大きい空間Aと、断面積の小さい縦溝を通じて流れ込む断面積の大きい空間Dに達し、吐出ガスの流通初期の段階でオイルミストを分離液化することができる。空間Dに達した吐出ガスは、オイルカバーの下側から吐出パイプに通じる空間に入り、吐出パイプを通じて外部サイクルに導出される。
【0034】
また、一部ステータ内部方向に洩れこんだ吐出ガスに含むオイルミストと、ベアリングを潤滑して密閉容器内に還流するオイルは、前記の吐出ガスの吐出経路から隔離し、ステータのエンドコイル、コイルが挿入されているスロットなどの狭隘な隙間を通過させたり、高速回転するロータに衝突させて、遠心力でオイルとガスを分離させたりすることで、吐出経路以外の空間に浮遊するオイルミストを極力液化させることができ、吐出パイプへのオイルの流入量は少なく安定する。
【0035】
つまり、大量にオイルミストを含む吐出ガスは、その流路の断面積を大きく変化し、ガスの流速を落としながら、密閉容器の内壁に衝突させることでオイルの液化を効率よく達成できる。また、圧縮機中央部のベアリングやミスト状で侵入してくる吐出ガスの比較的少量の潤滑油は、ロータの外径を包含する仕切り内で、高速で回転するロータに衝突させ、強制的に遠心力を負荷することでオイルを堅実に分離できる。そして、それらの経路を確実に分けることで、最終的に吐出するガスに含まれる冷凍機油を排除することが出来る。
【0036】
その結果、ルームエアコンなど冷凍冷房機器の配管内の断熱層や圧損の原因となる油膜の形成が少なく、省電力を図った製品を提供することが出来る。また、オイル溜りの上部に配置する波立ち防止板は、ある特定の運転条件でのミストの発生やフォーミングを抑え製品の信頼性を向上する効果がある。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、スクロール圧縮機から吐出されるガス冷媒に混入する冷凍機油の混入割合を低減できる。また、ルームエアコン等の空気調和機の圧縮機として本発明を適用したスクロール圧縮機を適用することで、高性能の空気調和機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるスクロール圧縮機の構造の一例を示す断面図。
【図2】本発明に係わる図1のE−E断面図。
【図3】本発明に係わるオイルカバ−の形状の一例を示す断面図。
【図4】本発明に係わる変流器、オイルリング、オイルカバーを電気絶縁性及び耐冷媒性樹脂材で、一体に成形した場合の一例を示す断面図。
【図5】本発明に係わる変流器とオイルカバーの一部を金属で一体成形し、樹脂材で製作したリング部分を組み合わせた場合の一例を示す断面図。
【図6】本発明に係わる変流器、オイルリング、オイルカバーを金属で一体成形し、その一部に電気絶縁及び耐冷媒性樹脂材をコーテングした一例を示す断面図。
【符号の説明】
1…密閉容器、2…圧縮機構、3…電動機、4…クランクシャフト、5…副軸受、6…オイル溜り、7…副軸受支持板、8…油面波立ち防止板、9…フレーム、10…旋回スクロール、11…オルダムリング、12…固定スクロール、13…圧縮室、14…変流器、15…オイルカバー、16…オイルリング、17…コーテング皮膜。
Claims (6)
- 密閉容器内に、クランクシャフトで連繋した圧縮機構部とステータとロータを有する電動機とを、その圧縮機構部を上部にその電動機を下部に配置し、前記密閉容器の底部に前記クランクシャフトの先端を浸漬する油溜めと、前記圧縮機構部に油を供給する前記クランクシャフトに設けられた油穴とを有し、前記圧縮機構部は前記クランクシャフトの軸受を有するフレームと、そのフレームと締結される固定スクロールと、その固定スクロールと前記フレームとの間に配置され、当該固定スクロールと協動して複数の圧縮室を形成する旋回スクロールとを有し、前記密閉容器の上部に前記固定スクロールから前記圧縮室で圧縮されたガス冷媒が吐出する第1の空間と、前記固定スクロールと前記フレームとを貫通し前記第1の空間と連通する連通路と、その連通路から流出するガス冷媒を前記密閉容器外に導出する吐出パイプに連通する前記密閉容器の内壁に沿って設けられた第2の空間とを備え、その第2の空間内に設けられ、前記連通路から流出したガス冷媒を受ける流入口と、前記流入口から流入した流れ全てをその流れ方向とは異なる前記密閉容器の内壁に沿う方向にガス冷媒を流出する流出口を有する変流器を備え、前記フレームの下面と、前記電動機のステータのエンドコイル上面間に、そのエンドコイル外径とほぼ同等の径を外径とする第1のオイルカバーを設置して前記第2の空間となすスクロール圧縮機。
- 前記連通路の断面積は、前記第1の空間及び第2の空間の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項1記載のスクロール圧縮機。
- 前記第2の空間内に、前記エンドコイル内径とほぼ同等の径を外径とする第2のオイルカバーを設置し、その第2のオイルカバーで仕切られて、前記フレームの下面と前記電動機のロータの上方とで構成される第3の空間とを備えたことを特徴とする請求項1記載のスクロール圧縮機。
- 前記ステータのコア下側と前記密閉容器の底部に設けられたオイル貯留部上面とからなる第4の空間を備え、この第4の空間と前記第3空間とを前記ロータと前記ステータとのギャップと、前記ステータのコイルが挿入されているスロットとで連繋した請求項3項記載のスクロール圧縮機。
- 前記第4の空間内に、密閉容器内径寸法に対し、80%〜90%の外径寸法を有する円形のオイルの波立ち防止板が設けられた請求項4項記載のスクロール圧縮機。
- 前記変流器と、前記第1又は第2のオイルカバーとを、電気絶縁性と耐冷媒性を有する樹脂材にて一体或いは部分的に連繋してなる構造体である請求項3記載のスクロール圧縮機。
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