JP4146693B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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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