JP4845409B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍用、空調用などに用いられる密閉型圧縮機に係り、特に、密閉型圧縮機のＣＯＰを向上させるための技術に関する。

従来、密閉容器内に電動要素と、この電動要素に駆動されて冷媒を圧縮する回転圧縮要素とを収容した密閉型ロータリ圧縮機が知られている。この種の密閉型ロータリ圧縮機は、一般に、偏心回転運動するローラが所定のクリアランスを保ってシリンダに内設されてシリンダ内に三日月状の空間（いわゆる圧縮室）を形成するとともに、ローラに摺接するベーンが設けられて、シリンダ内の三日月状の空間が、ベーンにより、冷媒を吸気する低圧室側と冷媒を圧縮する高圧室側とに圧力的に仕切られるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−３２３２７６号公報

しかしながら、従来の技術においては、上記シリンダにおける三日月状の空間のシール性の向上が十分には図られておらず、密閉型ロータリ圧縮機の冷却効率（ＣＯＰ：Coefficient Of Performance：冷凍能力／入力電力）の低下を招くといった問題があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ローラとシリンダとの間のシール性を向上させ、以って、冷却効率を高めることのできる密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、密閉容器内に電動要素と、前記電動要素により駆動され冷媒を圧縮する回転圧縮要素とを収容した密閉型圧縮機において、前記回転圧縮要素の回転軸を支持する主軸受け及び副軸受けの間に配設されたシリンダと、前記シリンダに内設され前記回転軸により偏心回転するローラとを備えて前記回転圧縮要素を構成し、前記回転圧縮要素を構成するシリンダとローラとの間の圧縮室に開口した一端から水平に延びて他端が前記密閉容器内に開口し当該密閉容器内のオイルを吸入工程中に導く油路を前記シリンダと前記主軸受け又は前記副軸受けとの間に溝を形成して設けるとともに、前記一端の開口の断面積Ｄと前記圧縮室の排除容積Ｖとの比率Ｒを０．００４〜０．０３（ｍｍ²／ｃｃ）とし、前記油路の経路途中に当該経路を開閉する開閉弁を前記経路を開くように付勢した状態で設け、前記回転圧縮要素により圧縮された圧縮冷媒を前記開閉弁の付勢に抗するように導いて前記開閉弁に作用させて、前記圧縮冷媒の圧力が低い場合に前記開閉弁が前記付勢によって開状態となるようにしたことを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記密閉容器の吐出管から吐出された圧縮冷媒を前記開閉弁に導く圧縮冷媒導入路を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、回転圧縮要素を構成するシリンダとローラとの間の圧縮室に密閉容器内のオイルを吸入工程中に導く油路を設ける構成としたため、このオイルによりシリンダとローラとの間に十分な油膜が形成されてシール性が高められる。この結果、圧縮室内において、圧縮工程中の冷媒の低圧側への漏れが防止されるため、圧縮効率が高められ、以って、冷却効率が高められる。
特に本発明によれば、回転圧縮要素により圧縮された圧縮冷媒を開閉弁に作用させて、圧縮冷媒の圧力差が小さい場合に開閉弁が開状態となる構成としたため、オイル注入によりシール性が大きく向上する所定の運転条件（低速回転かつ低圧力差）の場合にだけオイル注入を行うことができ、これにより、密閉容器に貯留されているオイルの消耗を抑えつつ、冷却効率を効率的に向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本実施の形態に係る密閉型ロータリ圧縮機１００の一態様を示す縦断面図であり、図２は回転圧縮要素を拡大して示す縦断面図である。この密閉型ロータリ圧縮機１００は、冷媒の凝縮器と蒸発器との間に配管接続されて冷凍機ユニットを構成するものであり、図１に示すように、密閉容器１を有し、この密閉容器１の上側に電動要素２が、下側にこの電動要素２のクランクシャフト３（回転軸）によって駆動されて冷媒を圧縮する回転圧縮要素４が収納されている。

密閉容器１は、筒状のシェル部１０と、このシェル部１０にアーク溶接などにより固着されたエンドキャップ１１とを備え、このエンドキャップ１１には電動要素２に電力を供給する際の中継端子をなすターミナル１２が設けられると共に、圧縮された冷媒を機外に吐出する吐出管１３が設けられている。また、シェル部１０の底部近くには、アキュムレータ５から回転圧縮要素４に冷媒を導く吸込管６が溶接などにより固着されている。

電動要素２は、いわゆるＤＣブラシレスモータなどの直流モータからなるものであり、回転子（ロータ）３１と、シェル部１０に固着された固定子（ステータ）３２とを備え、回転子３１にクランクシャフト３が固定されて、回転子３１の回転力が回転圧縮要素４に伝達するようになっている。このクランクシャフト３は主軸受け７Ａ（支持部材）および副軸受け７Ｂにより回転自在に支持されている。

図１および図２に示すように、回転圧縮要素４は、円筒形状を有するシリンダ４１を有し、このシリンダ４１は主軸受け７Ａと副軸受け７Ｂとの間で、図示せぬボルトなどにより主軸受け７Ａおよび副軸受け７Ｂに一体的に固定され、主軸受け７Ａが密閉容器１の内側面に溶接により固着されて、この主軸受け７Ａにシリンダ４１が支持される。また、シリンダ４１の上側の開口が主軸受け７Ａに、下側の開口が副軸受け７Ｂにより閉塞されて、このシリンダ４１内に圧縮室４３が形成される。

圧縮室４３には、クランクシャフト３に一体成形された偏心部４４に嵌合されて偏心回転するローラ４５が内設されている。また、図３に示すように、シリンダ４１には、冷媒の吸込口４８と吐出口４０との間にベーン溝４７が設けられ、このベーン溝４７にはベーン４６が摺動自在に配設されている。このベーン４６は図示せぬスプリングなどの付勢部材によって常時ローラ４５方向に押圧され、偏心部４４およびローラ４５の回転に応じてローラ４５の外周面に摺接しながらベーン溝４７内を往復動し、圧縮室４３の内部を低圧室側４３Ａと高圧室側４３Ｂに圧力的に仕切る役割を果たしている。

具体的には、ローラ４５はその外側面の一端がシリンダ４１の内側面４９と常に所定のクリアランスで接するように設けられ、シリンダ４１とローラ４５との間の空間である圧縮室４３が三日月状に形成される。そして、ベーン４６がローラ４５の外側面に当接し、このベーン４６により三日月状の圧縮室４３が低圧室側４３Ａと高圧室側４３Ｂに仕切られる。

前掲図１および図２に示すように、シリンダ４１の吸込口４８には吸込管６が挿嵌され、また、上記吐出口４０には、図示しない吐出バルブが設けられており、冷媒がこの吐出バルブで規定される吐出圧に達すると吐出口４０から密閉容器１内に吐出される。
したがって、密閉型ロータリ圧縮機１００にあっては、電動要素２がクランクシャフト３を回転駆動することによってローラ４５を圧縮室４３内において偏心回転させることにより、アキュムレータ５を介して機外から供給された冷媒が吸込管６を介して圧縮室４３の低圧室側４３Ａに吸入され、その冷媒を高圧室側４３Ｂに移動させながら圧縮して吐出口４０から密閉容器１内に吐出し、吐出管１３から機外に吐出することになる。

また、前掲図１および図２に示すように、密閉容器１の底部には、主軸受け７Ａの下面（図中Ａ−Ａ’線にて示す）までオイル８が貯留されており、このオイル８を主軸受け７Ａ、副軸受け７Ｂおよび回転圧縮要素４とクランクシャフト３との間の摺擦部分や回転圧縮要素４の摺動部分に給油するオイルピックアップ５０（給油装置）がクランクシャフト３の下端部３Ａに設けられている。

具体的には、クランクシャフト３は円筒状に形成され、その下端部３Ａに円筒状のオイルピックアップ５０が圧入して取付けられている。オイルピックアップ５０の内部には、図２に示すように、螺旋形のオイル流路を構成するパドル５１が一体成形されており、クラックシャフト３の回転により生じる遠心力によりオイルピックアップ５０が下端５０Ａから密閉容器１に貯留されたオイル８を吸込み、パドル５１がオイル８を上向きに送給する。そして、このオイル８がオイルピックアップ５０に穿たれた給油孔５２を経て、クランクシャフト３の周面、特に、主軸受け７Ａ、副軸受け７Ｂおよび回転圧縮要素４とクランクシャフト３との各摺擦部分に供給される。

ここで、上述の通り、ローラ４５は、シリンダ４１の内側面４９と常に所定のクリアランスで接するように内設されているため、圧縮室４３のシール性が十分なものでなく冷却効率の低下を招くことになる。
そこで、本実施の形態では、密閉容器１に貯留されているオイル８を冷媒の吸入工程中に圧縮室４３に導く油路６０を密閉型ロータリ圧縮機１００に設ける構成とし、この油路６０を経由して注入されたオイル８によりローラ４５とシリンダ４１との間に十分な油膜を形成してシール性を高めるようにしている。以下、かかる構成について詳述する。

図４に示すように、シリンダ４１の上下面のそれぞれには主軸受け７Ａおよび副軸受け７Ｂとの接触面を構成する段部７０Ａ、７０Ｂが形成されている。そして、副軸受け７Ｂと接触するシリンダ４１側の下側の段部７０Ｂに溝６１を切削加工により形成し、この段部７０Ｂと副軸受け７Ｂとを接触させることで、シリンダ４１の内側面４９に一端６０Ａが開口し、他端６０Ｂが副軸受け７Ｂの外周端７Ｂ１で開口する油路６０が形成される。なお、主軸受け７Ａがオイル８に浸る構成である場合には、主軸受け７Ａと接触するシリンダ４１側の段部７０Ａに溝６１を形成して油路６０を構成しても良い。

この油路６０の一端６０Ａは、冷媒の圧縮室４３への吸入工程中に、オイル８を圧縮室４３に注入すべく、低圧室側４３Ａのシリンダ内側面４９に開口するように形成され、特に、図３に示すように、油路６０の一端６０Ａが、吸込口４８とシリンダ４１の中心点Ｏを結ぶ基準線Ｌを基準にして所定の角度θ１〜θ２（θ１：０°、θ２：１７０°、より望ましくは、θ１：１２５°、θ２：１６５°）の範囲に開口するように形成されている（図示例では約１２５°）。

以上の構成の下、密閉容器１内のオイル８には冷媒の吐出圧（例えば３ＭＰａ）が作用しているため、この高圧のオイル８が、圧縮室４３の低圧室側４３Ａの内圧（例えば１．１ＭＰａ）との差圧により、油路６０を経由して、シリンダ４１の圧縮室４３の低圧室側４３Ａに注入される。

したがって、冷媒の吸入工程中にオイル８が圧縮室４３に注入され、このオイル８によって、シリンダ内側面４９とローラ４５との間に十分な油膜が形成されシール性が高められる。この結果、シリンダ４１の圧縮室４３において低圧室側４３Ａと高圧室側４３Ｂとがより確実に分離されるため、低圧室側４３Ａに吸入された冷媒が高圧室側４３Ｂに圧縮される過程（圧縮工程）で低圧室側４３Ａへの圧縮冷媒の漏れが防止され、冷媒の圧縮効率が高められ、以って、密閉型ロータリ圧縮機１００の冷却効率の向上が図られる。

また、本実施の形態では、シリンダ内側面４９に開口する油路６０の断面積Ｄ（すなわち、溝６１の断面積）を調整することで、圧縮室４３に注入されるオイル量を調整することとし、このとき、油路６０の断面積Ｄを圧縮室４３の排除容積をＶとの比率Ｒ（＝Ｄ／Ｖ）が所定の範囲内に収まるように決定することとしている。詳細には、上記比率Ｒが小さ過ぎる場合には、油路６０が狭くなり過ぎてオイル８が圧縮室４３内に注入されなくなってしまい、これとは逆に、上記比率Ｒが大きすぎる場合には、圧縮室４３内にオイル８が過度に注入されて液圧縮が生じてしまう。そこで、上記比率Ｒを０．００４〜０．０３（ｍｍ²／ｃｃ）の範囲に収めることが望ましく、これにより、オイル８の過度の注入による液圧縮を防止しつつ、シリンダ内側面４９とローラ４５との間のシール性が高められる。

ところで、回転圧縮要素４が高周波数領域で駆動されて高速回転しているときよりも低周波数領域（例えば１５Ｈｚ〜３０Ｈｚ）で駆動されて吐出圧と吸入圧との差圧が小さいときの方が、圧縮室４３へのオイル注入によるシール性の効果は大きい。したがって、圧縮室４３へのオイル注入を差圧が小さいときに限定することで、密閉容器１に貯留されているオイル８の消耗を抑えつつ、冷却効率の向上を効率的に図ることが可能となる。そこで本実施の形態では、開閉弁８０を油路６２に設け、回転圧縮要素４かにより圧縮された圧縮冷媒の圧力差が小さいときにだけ開閉弁８０が開状態となって圧縮室４３にオイル８を注入する構成としている。

詳述すると、シリンダ４１には上下（厚さ方向）に円柱状に貫通して油路６０を横断する貫通穴７１が設けられ、この貫通穴７１に開閉弁８０が設けられる。開閉弁８０は貫通穴７１に挿嵌される略円筒状の弁体８１と、この弁体８１の内側に設けられ、弁体８１を主軸受け７Ａ側に付勢する付勢部材としてのバネ８２とを有して構成されている。バネ８２の付勢力によって弁体８１が主軸受け７Ａ側に押し上げられている状態（開状態）にあっては、弁体８１の底部８１Ａと副軸受け７Ｂの上面との間に隙間が生じ、貫通穴７１によって切断された油路６０が連通して、圧縮室４３へのオイル注入が行われる。

また、主軸受け７Ａには貫通穴７１に対応して凹部７２が設けられ、弁体８１がバネ８２により押し上げられたときには、弁体８１の上部８１Ｂが凹部７２の上面に当接した状態となる。この凹部７２には、主軸受け７Ａに内設された圧縮冷媒導入路９０の一端が接続され、圧縮冷媒導入路９０の他端には密閉容器１を貫通して固着された導入管９１が接続される。この導入管９１には、図１に示すように、図示せぬ接続管を介して密閉容器１の吐出管１３から吐出された圧縮冷媒の一部が導かれ、圧縮導入路９０を経由して、弁体８１の上部８１Ｂに圧縮冷媒の圧力が作用することになる。このとき、圧縮冷媒の圧力と吸込圧との差圧が所定値以上になった場合に弁体８１が押し下げられるように、上記バネ８２のばね定数（付勢力）が決定されている。

したがって、圧縮冷媒の圧力差が小さい間はバネ８２の付勢力により弁体８１が主軸受け７Ａ側に押し上げられ、油路６０が接続された状態、すなわち、開状態となる。また、回転圧縮要素４の吐出圧が高まり、吸込圧との差圧が大きくなった場合には、圧縮冷媒の圧力によりバネ８２の付勢に抗して弁体８１が押し下げられて、弁体８１の底部８１Ａにより油路６０が閉じられて、圧縮室４３のオイル８の注入が停止することになる。

これにより、圧縮室４３へのオイル注入が回転圧縮要素４の低周波数駆動、かつ、低差圧駆動時に限定され、密閉容器１に貯留されているオイル８の消耗を抑えつつ、冷却効率の向上を効率的に図ることが可能となる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、シリンダ４１とローラ４５との間の圧縮室４３に密閉容器１内のオイル８を吸入工程中に導く油路６２を設ける構成としたため、圧縮室４３に注入されたオイル８によりシリンダ４１とローラ４５との間に十分な油膜が形成されシール性が高められる。したがって、圧縮室４３内において圧縮工程中の冷媒の低圧室側４３Ａへの漏れが防止されるため、圧縮効率が高められ、以って、密閉圧縮機１００の冷却効率を高めることができる。

特に、本実施の形態によれば、圧縮冷媒の圧力差が小さい場合、すなわち、回転圧縮要素４の吐出圧と吸入圧との差圧が小さい領域で駆動されている間だけ開状態となる開閉弁８０を油路６２に設ける構成としたため、圧縮室４３へのオイル注入が回転圧縮要素４の低周波数駆動時、かつ、低差圧時に限定され、これにより、密閉容器１に貯留されているオイル８の消耗を抑えつつ、冷却効率の向上を効率的に図ることが可能となる。

また、本実施の形態によれば、油路６０の断面積Ｄと圧縮室４３の排除容積Ｖとの比率が所定の範囲内となるようにしたため、オイル８の過度の注入による液圧縮を防止しつつ、シリンダ内側面４９とローラ４５との間のシール性を高めることができる。

なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形可能である。例えば、上述した実施の形態では、１基のシリンダ４１を備える密閉型ロータリ圧縮機１００を例示したが、これに限らず、シリンダが２基の密閉型ロータリ圧縮機１００にも本発明を適用することが可能であることは勿論である。

本発明の実施の形態に係る密閉型ロータリ圧縮機の一態様を示す縦断面図である。 回転圧縮要素を拡大して示す縦断面図である。 シリンダの平面図である。 油路と開閉弁とを拡大して示す縦断面図である。

符号の説明

１ 密閉容器
２ 電動要素
４ 回転圧縮要素
７Ａ 主軸受け
７Ｂ 副軸受け
８ オイル
４１ シリンダ
４３ 圧縮室
４３Ａ 低圧室側
４３Ｂ 高圧室側
４５ ローラ
４６ ベーン
４８ 吸込口
６０ 油路
８０ 開閉弁
９０ 圧縮冷媒導入路

Claims (2)

1. 密閉容器内に電動要素と、前記電動要素により駆動され冷媒を圧縮する回転圧縮要素とを収容した密閉型圧縮機において、
   前記回転圧縮要素の回転軸を支持する主軸受け及び副軸受けの間に配設されたシリンダと、前記シリンダに内設され前記回転軸により偏心回転するローラとを備えて前記回転圧縮要素を構成し、
   前記回転圧縮要素を構成するシリンダとローラとの間の圧縮室に開口した一端から水平に延びて他端が前記密閉容器内に開口し当該密閉容器内のオイルを吸入工程中に導く油路を前記シリンダと前記主軸受け又は前記副軸受けとの間に溝を形成して設けるとともに、前記一端の開口の断面積Ｄと前記圧縮室の排除容積Ｖとの比率Ｒを０．００４〜０．０３（ｍｍ²／ｃｃ）とし、
   前記油路の経路途中に当該経路を開閉する開閉弁を前記経路を開くように付勢した状態で設け、前記回転圧縮要素により圧縮された圧縮冷媒を前記開閉弁の付勢に抗するように導いて前記開閉弁に作用させて、前記圧縮冷媒の圧力が低い場合に前記開閉弁が前記付勢によって開状態となるようにしたことを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 前記密閉容器の吐出管から吐出された圧縮冷媒を前記開閉弁に導く圧縮冷媒導入路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機。

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