JP6108276B2

JP6108276B2 - 圧縮機

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Publication number: JP6108276B2
Application number: JP2013544610A
Authority: JP
Inventors: 悠介今井; 河野　博之; 博之河野; 二上　義幸; 義幸二上; 達也中本; 淳作田; 作田　　淳; 森本　敬; 敬森本
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2033-05-09
Also published as: JPWO2013168430A1; WO2013168430A1; CN103635695A; CN103635695B

Description

本発明は圧縮機構部から吐出される冷媒ガスからオイルを分離するオイル分離機構部を設けた圧縮機に関する。

従来、空調装置や冷却装置などに用いられる圧縮機は、一般に、ケーシング内に圧縮機構部とその圧縮機構部を駆動する電動機部を備えており、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。一般的に、圧縮機構部で圧縮した冷媒ガスは、一旦電動機の周囲を流れることによって、電動機部を冷却し、その後、ケーシングに設けられた吐出配管から冷凍サイクルへと送り込まれる（例えば、特許文献１参照）。すなわち、圧縮機構部で圧縮した冷媒ガスは、吐出口から吐出空間へ吐出される。その後、冷媒ガスは、フレームの外周に設けられた通路を通り、圧縮機構部と電動機部との間の電動機空間の上部に吐出される。一部の冷媒ガスは、電動機部を冷却した後、吐出配管より吐出される。また、他の冷媒ガスは、電動機部とケーシングの内壁との間に形成されている通路によって、電動機部の上部と下部の電動機空間を連通し、電動機部を冷却した後、電動機部の回転子と固定子の隙間を通って、電動機部の上部の電動機空間に入り、吐出配管から吐出される。

特開平５−４４６６７号公報

しかしながら、従来の構成では、圧縮機構部で圧縮された高温高圧の冷媒ガスが、電動機部を流れるため、電動機部が冷媒ガスによって加熱され、電動機部の効率低下を引き起こしてしまうという課題を有していた。

また、フレームの外周に設けられた通路を通って、圧縮機構部の下部を高温の吐出ガスが流れるため圧縮機構部が加熱され、特に、冷凍サイクルから戻ってきた低温状態である冷媒ガスが、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。そのため圧縮室にとじ込む時点では既に冷媒ガスが膨張しており、冷媒ガスの膨張によって循環量が低下してしまう課題を有していた。

さらには、吐出管から吐出される冷媒にオイルが多く含まれると、サイクル性能を悪化させるという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電動機部の高効率化、体積効率の向上、および低オイル循環を実現する圧縮機を提供することにある。

本発明の圧縮機は、オイル分離機構部が、冷媒ガスを旋回させる円筒状空間と、圧縮機構部から吐出される冷媒ガスを円筒状空間に流入させる流入部と、円筒状空間から一方の容器内空間に、オイルを分離した冷媒ガスを送出する送出口と、分離したオイルと冷媒ガスの一部とを円筒状空間から他方の容器内空間に排出する排出口から構成されるオイル分離機構部を１つ以上有する圧縮機であって、流入部からオイル分離機構部に流入する冷媒ガスのシステム定格条件における循環量をＧｋｇ／ｈとし、オイル分離機構部を構成する流入部の円筒状空間への開口の断面積をＥｍｍ^２とし、オイル分離機構部の総数をＮとすると、Ｇ／（Ｅ×Ｎ）が１以上４以下にしたものである。

これによって、電動機部の高効率化、体積効率の向上、および低オイル循環を実現する圧縮機を提供できる。

本発明によれば、圧縮機構部で圧縮されてオイル分離機構部から送出される、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスは、一方の容器内空間に導かれて吐出管から吐出される。従って、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスは、電動機部を通過しないため、電動機部が冷媒ガスにより加熱されることがなく、電動機部の高効率化が図れる。

また、本発明によれば、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスを、一方の容器内空間に導くことで、他方の容器内空間に接する圧縮機構部の加熱を抑えることができるため、吸入冷媒ガスの加熱を抑制し、圧縮室内での高い体積効率を得ることができる。

また、本発明によれば、オイル分離機構部で分離されたオイルを、冷媒ガスとともに他方の容器内空間に排出するため、円筒状空間内にはオイルが滞留することがほとんど無い。従って、分離したオイルが、旋回する冷媒ガスによって円筒状空間内で吹き上げられて、送出口から冷媒ガスとともに送出することがなく、安定したオイル分離を行える。更に、円筒状空間内にオイルを滞留させないため、円筒状空間を小さく構成できる。

また、本発明によれば、吐出時の圧力損失を、圧縮機動力が増大しない範囲に抑えつつ、円筒状空間への冷媒ガスの流入速度を大きくし、遠心力による冷媒ガスとオイルの分離効率を向上させることができる。

本発明の実施の形態１による圧縮機の縦断面図図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、Ｇ／（Ｅ×Ｎ）に対するオイル循環量基準比の関係を示すグラフ本発明の実施の形態１における、Ｇ／（Ｅ×Ｎ）に対する圧縮機動力基準比の関係を示すグラフ本発明の実施の形態２による圧縮機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３による圧縮機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４による圧縮機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５による圧縮機の縦断面図本発明の実施の形態６による圧縮機における圧縮機構部の要部拡大断面図

１密閉容器
２貯オイル部
４吐出管
１０圧縮機構部
１１主軸受部材
１２固定スクロール
１７吐出口
１９マフラー
２０電動機部
３１容器内空間
３２容器内空間
３３圧縮機構側空間
３４貯オイル側空間
４０オイル分離機構部
４０ｃオイル分離機構部
４１円筒状空間
４１ａ第１の円筒状空間
４１ｂ第２の円筒状空間
４１ｃ第１の円筒状空間
４１ｄ第２の円筒状空間
４１ｅ第１の円筒状空間
４２流入部
４２ａ流入部
４２ｂ流入部
４３送出口
４３ａ送出口
４３ｂ送出口
４３ｃ送出口
４４排出口
４４ａ排出口
４４ｂ排出口
４６送出パイプ
４７送出パイプ
４８冷媒ガス旋回部材

第１の発明は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動機部とを密閉容器内に備え、圧縮機構部によって、密閉容器内を、一方の容器内空間と他方の容器内空間に分割し、一方の容器内空間から密閉容器の外部に冷媒ガスを吐出する吐出管を設け、他方の容器内空間に電動機部を配置した圧縮機であって、圧縮機構部から吐出される冷媒ガスからオイルを分離するオイル分離機構部を設け、オイル分離機構部が、冷媒ガスを旋回させる円筒状空間と、圧縮機構部から吐出される冷媒ガスを円筒状空間に流入させる流入部と、円筒状空間から一方の容器内空間に、オイルを分離した冷媒ガスを送出する送出口と、分離したオイルと冷媒ガスの一部とを円筒状空間から他方の容器内空間に排出する排出口とを有し、流入部からオイル分離機構部に流入する冷媒ガスのシステム定格条件における循環量をＧｋｇ／ｈとし、オイル分離機構部を構成する流入部の円筒状空間への開口の断面積をＥｍｍ^２とし、オイル分離機構部の総数をＮとすると、Ｇ／（Ｅ×Ｎ）が１以上４以下になるように構成するものである。

この構成によれば、圧縮機構部で圧縮されてオイル分離機構部から送出される、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスは、一方の容器内空間に導かれて吐出管から吐出される。従って、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスは、電動機部を通過しないため、電動機部が冷媒ガスにより加熱されることがなく、電動機部の高効率化が図れる。

また、この構成によれば、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスを、一方の容器内空間に導くことで、他方の容器内空間に接する圧縮機構部の加熱を抑えることができるため、吸入冷媒ガスの加熱を抑制し、圧縮室内での高い体積効率を得ることができる。

また、この構成によれば、オイル分離機構部で分離されたオイルを、冷媒ガスとともに送出口と対向した位置にある排出口から排出するため、円筒状空間内にはオイルが滞留することがほとんど無い。従って、分離したオイルが、旋回する冷媒ガスによって円筒状空間内で吹き上げられて、送出口から冷媒ガスとともに送出することがなく、安定したオイル分離を行える。更に、円筒状空間内にオイルを滞留させないため、円筒状空間を小さく構成できる。

この構成によれば、吐出時の圧力損失を、圧縮機動力が増大しない範囲に抑えつつ、円筒状空間への冷媒ガスの流入速度を大きくし、遠心力を増大させ、オイル分離を効率的に行うことができる。

第２の発明は、第１の発明において、圧縮機構部が、固定スクロールと、固定スクロールと対向配置された旋回スクロールと、旋回スクロールを駆動するシャフトを軸支する主軸受部材とを備え、円筒状空間を、固定スクロールと主軸受部材とに形成し、排出口を他方の容器内空間に連通したものである。

この構成によれば、オイル分離機構部を圧縮機構部に形成することで、吐出口から吐出管までの冷媒ガスが流れる経路を短く構成でき、密閉容器を小型化できる。

また、この構成によれば、オイル分離機構部で分離されたオイルを、冷媒ガスとともに他方の容器内空間に排出するため、円筒状空間内にはオイルが滞留することがほとんど無い。

第３の発明は、第１または第２の発明において、円筒状空間での冷媒ガスの流れ方向を全て統一するように、流入部を配置するものである。

この構成によれば、オイル分離機構部で分離しきれなかったオイルを含んだ冷媒ガスは、送出口から送出された後、一方の容器内空間で旋回流を発生させる。その結果、冷媒ガスは一方の容器内空間においても遠心力によりオイルが分離され、オイル循環量を低減させることができる。

第４の発明は、第１から３のいずれか１つの発明において、冷媒ガスとして、二酸化炭素を用いるものである。

この構成によれば、高温冷媒である二酸化炭素を用いても、冷媒ガスによって電動機部及び圧縮機構部が加熱されることがないため、電動機部効率及び体積効率を低下させることがない。

第５の発明は、第１から４のいずれか１つの発明において、オイルの主成分をポリアルキレングリコールとするものである。

この構成によれば、二酸化炭素とポリアルキレングリコールは相溶性が低いため、遠心力によるオイル分離を効率的に行うことができる。

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、本発明の実施の形態１による圧縮機の縦断面図である。図１に示すように、本実施の形態による圧縮機は、密閉容器１内に、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部１０と、圧縮機構部１０を駆動する電動機部２０とを備えている。

密閉容器１内は、圧縮機構部１０によって、一方の容器内空間３１と他方の容器内空間３２に分割している。そして、他方の容器内空間３２には、電動機部２０を配置している。また、他方の容器内空間３２は、電動機部２０によって、圧縮機構側空間３３と貯オイル側空間３４に分割している。そして、貯オイル側空間３４には、貯オイル部２を配置している。

密閉容器１には、吸接管３と吐出管４とが溶接によって固定されている。吸接管３と吐出管４とは密閉容器１の外部に通じ、冷凍サイクルを構成する部材と接続されている。吸接管３は密閉容器１の外部から冷媒ガスを導入し、吐出管４は一方の容器内空間３１から密閉容器１の外部に冷媒ガスを導出する。

主軸受部材１１は、密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどで固定され、シャフト５を軸支している。この主軸受部材１１には、固定スクロール１２がボルト止めされている。固定スクロール１２と噛み合う旋回スクロール１３は、主軸受部材１１と固定スクロール１２とで挟み込まれている。主軸受部材１１、固定スクロール１２、及び旋回スクロール１３は、スクロール式の圧縮機構部１０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、オルダムリングなどによる自転拘束機構１４を設けている。自転拘束機構１４は、旋回スクロール１３の自転を防止し、旋回スクロール１３が円軌道運動するように案内する。旋回スクロール１３は、シャフト５の上端に設けている偏心軸部５ａにて偏心駆動される。この偏心駆動により、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は、外周から中央部に向かって移動し、容積を小さくして圧縮を行う。

吸接管３と圧縮室１５との間には、吸入経路１６が形成されている。吸入経路１６は、固定スクロール１２に設けられている。固定スクロール１２の中央部には、圧縮機構部１０の吐出口１７が形成されている。吐出口１７には、リード弁１８が設けられている。固定スクロール１２の一方の容器内空間３１側には、吐出口１７及びリード弁１８を覆うマフラー１９が設けられている。マフラー１９は、吐出口１７を一方の容器内空間３１から隔離している。冷媒ガスは、吸接管３から、吸入経路１６を経て圧縮室１５に吸入される。圧縮室１５で圧縮された冷媒ガスは、吐出口１７からマフラー１９内に吐出される。リード弁１８は、冷媒ガスが吐出口１７から吐出するときに押し開けられる。

シャフト５の下端にはポンプ６が設けられている。ポンプ６の吸い込み口は、密閉容器１の底部に設けられた貯オイル部２内に配置している。ポンプ６は、シャフト５によって駆動される。従って、貯オイル部２にあるオイルを、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、摺動部でのオイル切れは発生しない。ポンプ６で吸い上げたオイルは、シャフト５内に形成しているオイル供給穴７を通じて圧縮機構部１０に供給される。なお、オイルをポンプ６で吸い上げる前、又は吸い上げた後に、オイルフィルタを用いてオイルから異物を除去すると、圧縮機構部１０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１０に導かれたオイルの圧力は、吐出口１７から吐出される冷媒ガス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、片当たりすることなく、安定して動作する。さらにオイルの一部は、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５ａと旋回スクロール１３との嵌合部、及びシャフト５と主軸受部材１１との間の軸受部８に進入して潤滑し、その後に落下し、貯オイル部２に戻る。旋回スクロール１３には経路７ａが形成され、経路７ａの一端は高圧領域３５に開口し、経路７ａの他端は背圧室３６に開口している。自転拘束機構１４は、背圧室３６に配置されている。

従って、高圧領域３５に供給されたオイルの一部は、経路７ａを通って、背圧室３６に進入する。背圧室３６に進入したオイルは、スラスト摺動部及び自転拘束機構１４の摺動部を潤滑し、背圧室３６にて旋回スクロール１３に背圧を与えている。

次に、図１及び図２を用いて、実施の形態１による圧縮機のオイル分離機構部について説明する。図２は図１における圧縮機構部の要部拡大断面図である。本実施の形態による圧縮機は、圧縮機構部１０から吐出される冷媒ガスからオイルを分離するオイル分離機構部４０を設けている。

オイル分離機構部４０は、冷媒ガスを旋回させる円筒状空間４１と、マフラー１９内と円筒状空間４１とを連通する流入部４２と、円筒状空間４１と一方の容器内空間３１とを連通する送出口４３と、円筒状空間４１と他方の容器内空間３２とを連通する排出口４４とを有する。円筒状空間４１は、固定スクロール１２に形成した第１の円筒状空間４１ａと主軸受部材１１に形成した第２の円筒状空間４１ｂとで構成される。

流入部４２は、第１の円筒状空間４１ａに連通し、好ましくは流入部４２の開口を第１の円筒状空間４１ａの上端内周面に形成する。そして、流入部４２は、圧縮機構部１０から吐出される冷媒ガスをマフラー１９内から円筒状空間４１に流入させる。流入部４２は、円筒状空間４１に対し、接線方向に開口している。

送出口４３は、円筒状空間４１の上端側に形成し、少なくとも流入部４２よりも一方の容器内空間３１側に形成する。送出口４３は、第１の円筒状空間４１ａの上端面に形成することが好ましい。そして、送出口４３は、円筒状空間４１から一方の容器内空間３１に、オイルを分離した冷媒ガスを送出する。

排出口４４は、円筒状空間４１の下端側に形成し、少なくとも流入部４２よりも他方の容器内空間３２側に形成する。排出口４４は、第２の円筒状空間４１ｂの下端面に形成することが好ましい。そして、排出口４４は、円筒状空間４１から圧縮機構側空間３３に、分離したオイルと冷媒ガスの一部とを排出する。

ここで、送出口４３の開口部の断面積Ａは、円筒状空間４１の断面積Ｃよりも小さく、排出口４４の開口部の断面積Ｂよりも大きい方が好ましい。送出口４３の開口部の断面積Ａが、円筒状空間４１の断面積Ｃと同じ場合には、冷媒ガスの旋回流が排出口４４の方向に導かれることなく、送出口４３から吹き出してしまう。また、排出口４４の開口部の断面積Ｂが円筒状空間４１の断面積Ｃと同じ場合には、冷媒ガスの旋回流が排出口４４から吹き出してしまう。また、送出口４３の開口部の断面積Ａを、排出口４４の開口部の断面積Ｂよりも大きくすることで、送出口４３における流路抵抗が減る。これにより、冷媒ガスは排出口４４よりも送出口４３に流れやすくなる。一例として、Ａ／Ｂは９程度に設定することができる。

本実施の形態では、固定スクロール１２の外周部に孔加工を施すことで第１の円筒状空間４１ａを形成し、主軸受部材１１の外周部に孔加工を施すことで第２の円筒状空間４１ｂを形成する。また、固定スクロール１２の反ラップ側端面には、第１の円筒状空間４１ａに対し、接線方向に開口する溝を形成し、第１の円筒状空間４１ａ側の溝の一部をマフラー１９で覆うことで流入部４２を構成している。また、送出口４３は、マフラー１９に形成した孔で構成し、この孔を第１の円筒状空間４１ａの開口に配置している。また、排出口４４は、軸受けカバー４５に形成した孔で構成し、この孔を第２の円筒状空間４１ｂの開口に配置している。

以下に本実施の形態によるオイル分離機構部４０の作用を説明する。マフラー１９内に吐出された冷媒ガスは、固定スクロール１２に形成された流入部４２を経て、円筒状空間４１に導かれる。流入部４２は円筒状空間４１に対し、接線方向に開口しているため、流入部４２から送出される冷媒ガスは、円筒状空間４１の内壁面に沿って流れ、円筒状空間４１の内周面で旋回流が発生する。この旋回流は、排出口４４に向かった流れとなる。冷媒ガスには圧縮機構部１０に給油されたオイルが含まれており、冷媒ガスが旋回している間に、比重の高いオイルは遠心力により円筒状空間４１の内壁に付着し、冷媒ガスと分離する。

円筒状空間４１の内周面で発生した旋回流は、排出口４４に到達後、又は排出口４４近傍で折り返し、円筒状空間４１の中心を通る上昇流に変わる。遠心力によりオイルを分離した冷媒ガスは、上昇流により送出口４３に到達し、一方の容器内空間３１に送出される。一方の容器内空間３１に送出された冷媒ガスは、一方の容器内空間３１に設けられた吐出管４から密閉容器１の外部に送り出され、冷凍サイクルに供給される。

また円筒状空間４１で分離されたオイルは、少量の冷媒ガスとともに排出口４４から圧縮機構側空間３３に送り出される。圧縮機構側空間３３に送り出されたオイルは、自重により密閉容器１の壁面や電動機部２０の連通路を経て、貯オイル部２に至る。

圧縮機構側空間３３に送り出された冷媒ガスは、圧縮機構部１０の隙間を通過して一方の容器内空間３１に至り、吐出管４から密閉容器１の外部に送り出される。

本実施の形態によるオイル分離機構部４０は、送出口４３を流入部４２よりも一方の容器内空間３１側に形成し、排出口４４を流入部４２よりも他方の容器内空間３２側に形成する。そのため、流入部４２から排出口４４までの間では、円筒状空間４１の内周面で旋回流が発生し、排出口４４から送出口４３までの間では、円筒状空間４１の中心部で旋回流と逆方向の流れが発生する。従って、排出口４４が流入部４２から離れるに従い、冷媒ガスの旋回回数が増え、オイルの分離効果が高まる。また旋回後の冷媒ガスは、旋回流の中心部を通過するため、送出口４３は、流入部４２よりも反排出口側にあればよい。すなわち、流入部４２と排出口４４との距離を可能な限り大きくすることで、オイル旋回分離の効果を高めることができる。

また、本実施の形態によるオイル分離機構部４０は、容器内空間３２に分離したオイルを貯留することなく、オイルを冷媒ガスとともに排出口４４から排出するため、円筒状空間４１の内周面で発生する旋回流を、排出口４４の方向に導く作用を備えている。

仮に、円筒状空間４１に排出口４４を形成せず、円筒状空間４１内にオイルを貯留すると、排出口４４から外部に引っ張る流れが発生しないため、オイル面に到達する前に旋回流が消滅してしまうか、オイル面に到達するとオイルを巻き上げてしまう。また円筒状空間４１に排出口４４を形成せずに、オイル分離機能を発揮させるためには、オイルを貯留するに十分な空間を形成する必要がある。

しかし、本実施の形態によるオイル分離機構部４０のように、オイルを冷媒ガスとともに排出口４４から排出することで、旋回流を排出口４４に導くことができるとともに、オイルの巻き上げもない。

本実施の形態によれば、圧縮機構部１０で圧縮されてオイル分離機構部４０から送出される、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスは、一方の容器内空間３１に導かれて吐出管４から吐出される。従って、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスは、電動機部２０を通過しないため、電動機部２０が冷媒ガスにより加熱されることがなく、電動機部２０の高効率化が図れる。

また、本実施の形態によれば、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスを、一方の容器内空間３１に導くことで、他方の容器内空間３２に接する圧縮機構部１０の加熱を抑えることができるため、吸入冷媒ガスの加熱を抑制し、圧縮室１５内での高い体積効率を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、オイル分離機構部４０で分離されたオイルを、冷媒ガスとともに他方の容器内空間３２に排出するため、円筒状空間４１内にはオイルが滞留することがほとんど無い。従って、分離したオイルが、旋回する冷媒ガスによって円筒状空間４１内で吹き上げられ、送出口４３から冷媒ガスとともに送出することがなく、安定したオイル分離を行える。更に、円筒状空間４１内にオイルを滞留させないため、円筒状空間４１を小さく構成できる。

また、本実施の形態によれば、貯オイル部２を貯オイル側空間３４に配置し、圧縮機構側空間３３ではオイルを貯留しないため、密閉容器１を小型化できる。また、本実施の形態によれば、圧縮機構部１０の吐出口１７を一方の容器内空間３１から隔離するマフラー１９を配設し、流入部４２によって、マフラー１９内と円筒状空間４１とを連通することで、圧縮機構部１０で圧縮された冷媒ガスを確実にオイル分離機構部４０に導くことができる。すなわち、全ての冷媒ガスがオイル分離機構部４０を通過することになるので、冷媒ガスから効率よくオイルを分離することができる。また、吐出口１７から吐出されたほとんどの高温の冷媒ガスは、他方の容器内空間３２を通過することなく、吐出管４から密閉容器１の外部に吐出されるため、電動機部２０や圧縮機構部１０の加熱を抑えることができる。

また、本実施の形態によれば、円筒状空間４１を、固定スクロール１２と主軸受部材１１に形成したことで、吐出口１７から吐出管４までの冷媒ガスが流れる経路を短く構成でき、密閉容器１を小型化できる。

ここで、本実施の形態において、システム定格条件における冷媒ガスの循環量をＧｋｇ／ｈとし、流入部４２の円筒状空間４１への開口の断面積をＥｍｍ^２とし、オイル分離機構部４０の総数をＮとすると、Ｇ／（Ｅ×Ｎ）が１以上４以下になるように構成されている。

冷媒ガスとオイルを遠心力により効率的に分離させるためには、円筒状空間４１での旋回速度を上げる必要がある。そのためには、円筒状空間４１への流入部４２の開口の断面積を小さくする必要がある。

しかし一方で、円筒状空間４１への流入部４２の開口の断面積を小さくしすぎると、吐出時の圧力損失が高まり圧縮機動力を増大させることになる。

そこで、圧縮機動力を増大させない範囲でオイル分離効率を向上させるために、Ｇ／（Ｅ×Ｎ）を１以上４以下としている。

ここで、Ｇ／（Ｅ×Ｎ）を１以上としたのは、オイル分離機構部４０の円筒状空間４１への流入速度を高め、遠心力によるオイル分離を効率的に行うためである。

図３は、Ｇ／（Ｅ×Ｎ）に対するオイル循環量基準比の関係を示している。ここで、オイル循環量基準比は、システム性能を急激に悪化させるオイル循環量を１００％としている。図３に示すように、Ｇ／（Ｅ×Ｎ）が大きくなるに従って（＝流入部４２の円筒状空間４１への開口の断面積を小さくする、若しくはオイル分離機構部４０の数を少なくする）、オイル循環量基準比が小さくなることが分かる。そして、Ｇ／（Ｅ×Ｎ）が１以上になると、オイル循環量基準比の値が１００％以下になる。

すなわち、Ｇ／（Ｅ×Ｎ）を１以上にすることで、システム性能に悪影響を及ぼさない範囲まで、オイル循環量を低減できる。

一方、Ｇ／（Ｅ×Ｎ）を４以下としたのは、圧縮機動力を増大させない範囲に吐出時の圧力損失を抑えるためである。

図４は、Ｇ／（Ｅ×Ｎ）に対する圧縮機動力基準比の関係を示している。ここで、圧縮機動力基準比は、オイル分離機構部４０を設けていない従来の圧縮機動力を１００％としている。図４に示すように、Ｇ／（Ｅ×Ｎ）が小さくなるに従って（＝円筒状空間４１への流入部４２の開口の断面積を大きくする、若しくはオイル分離機構部４０の数を増やす）、圧縮機機動力基準比が小さくなることが分かる。そして、Ｇ／（Ｅ×Ｎ）を４以下にすることで、圧縮機動力基準比が１００％以下となる。

すなわち、Ｇ／（Ｅ×Ｎ）を４以下にすることで、圧縮機動力を増大させない範囲に吐出時の圧力損失を抑えることができ、サイクル性能を向上させることができる。

また、本発明におけるシステム定格条件とは、サイクル性能を評価する際に最も代表的な運転条件のことである。例えば、家庭用ヒートポンプ給湯機の場合では、日本工業規格において、ＪＩＳＣ９２２０という評価基準が定められており、システム定格条件とは、中間期標準加熱条件のことである。

（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２による圧縮機における圧縮機構部の要部拡大断面図である。本実施の形態の基本的な構成は、図１に開示した構成と同一であるので説明を省略する。また、図１及び図２で説明した構成と同一構成には同一符号を付して説明を一部省略する。

本実施の形態では、固定スクロール１２の外周部に段付き孔加工を施すことで第１の円筒状空間４１ｃと送出口４３ａを形成する。第１の円筒状空間４１ｃは、主軸受部材１１との締結面側端面（ラップ側端面）から貫通させない穴を加工して形成する。送出口４３ａは、主軸受部材１１との締結面側端面（ラップ側端面）から、又は主軸受部材１１との反締結面側端面（反ラップ側端面）から、第１の円筒状空間４１ｃの断面よりも小さな孔を貫通させて形成する。

また、主軸受部材１１の外周部に段付き孔加工を施すことで第２の円筒状空間４１ｄと排出口４４ａを形成する。第２の円筒状空間４１ｄは、固定スクロール１２との締結面（スラスト受面）から貫通させない穴を加工して形成する。排出口４４ａは、固定スクロール１２との締結面（スラスト面）から、又は固定スクロール１２との反締結面（反スラスト面）から、第２の円筒状空間４１ｄの断面よりも小さな孔を貫通させて形成する。

また、流入部４２ａは、固定スクロール１２の主軸受部材１１との反締結面側端面（反ラップ側端面）から、第１の円筒状空間４１ｃに対し、接線方向に開口する貫通孔を形成することで構成している。

本実施の形態においても、オイル分離機構部４０の作用は実施の形態１と同じであり、実施の形態１における作用、効果も同じであるので説明を省略する。

（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３による圧縮機における圧縮機構部の要部拡大断面図である。本実施の形態の基本的な構成は、図１に開示した構成と同一であるので説明を省略する。また、図１及び図２で説明した構成と同一構成には同一符号を付して説明を一部省略する。

本実施の形態では、円筒状空間４１内に筒状の送出パイプ４６を設けている。送出パイプ４６の一端４６ａは、送出口４３を形成し、送出パイプ４６の他端４６ｂは円筒状空間４１内に配置されている。なお、本実施の形態では、送出パイプ４６の他端４６ｂは第２の円筒状空間４１ｂ内に延出させている。送出パイプ４６の外周にはリング状空間４６ｃが形成され、流入部４２がリング状空間４６ｃに開口している。送出パイプ４６の一端４６ａには、外方に延出させたフランジ４６ｄを形成している。

流入部４２から流入した冷媒ガスは、旋回流となって、リング状空間４６ｃを通り、円筒状空間４１の内周面に沿って排出口４４に至り、その後、円筒状空間４１の中心を逆流する。そして、送出パイプ４６の他端４６ｂから送出パイプ４６内に流入し、送出パイプ４６の一端４６ａから流出する。

本実施の形態では、第１の円筒状空間４１ｅは、固定スクロール１２の外周部に段付き孔加工を施すことで形成している。すなわち、固定スクロール１２の反ラップ側端面には、第１の円筒状空間４１ｅの内周断面よりも大きな孔が形成され、この孔に送出パイプ４６のフランジ４６ｄが収められる。ここで、第２の円筒状空間４１ｂは、実施の形態１と同様に主軸受部材１１に形成しているが、実施の形態２と同様に主軸受部材１１の外周部に段付き孔加工を施して形成してもよい。

本実施の形態に示すように、円筒状空間４１内に送出パイプ４６を設けることで、例えば、周波数を高くして圧縮機を運転する場合でも、オイル分離効果を確実に得ることができる。なお、送出パイプ４６を設ける場合には、円筒状空間４１の軸心と送出パイプ４６の軸心とを一致させることが重要である。

また、送出パイプ４６を設ける場合には、送出パイプ４６にフランジ４６ｄを設け、このフランジ４６ｄを円筒状空間４１に形成した孔内に配置し、マフラー１９で送出パイプ４６を円筒状空間４１に固定することが重要である。また、送出パイプ４６の内径断面積Ｄは、排出口４４の断面積Ｂよりも大きくする。これにより、冷媒ガスは排出口４４よりも送出口４３に流れやすくなる。一例として、Ｄ／Ｂは９程度に設定することができる。

本実施の形態によれば、円筒状空間４１内に筒状の送出パイプ４６を設けることで、円筒状空間４１内でのオイル分離効果を高めることができる。送出パイプ４６を設けた本実施の形態においても、オイル分離機構部４０の基本的な作用は実施の形態１と同様であり、実施の形態１における作用、効果も同じであるので説明を省略する。

（実施の形態４）
図７は本発明の実施の形態４による圧縮機における圧縮機構部の要部拡大断面図である。本実施の形態の基本的な構成は、図１に開示した構成と同一であるので説明を省略する。また、図１及び図２で説明した構成と同一構成には同一符号を付して説明を一部省略する。

本実施の形態では、円筒状空間４１内に筒状の送出パイプ４７を設けている。本実施の形態における送出パイプ４７は、マフラー１９と一体に形成されている。送出パイプ４７の一端４７ａは、送出口４３を形成し、送出パイプ４７の他端４７ｂは円筒状空間４１内に配置されている。なお、本実施の形態では、送出パイプ４７の他端４７ｂは第２の円筒状空間４１ｂ内に延出させている。

送出パイプ４７の外周にはリング状空間４７ｃが形成され、流入部４２がリング状空間４７ｃに開口している。流入部４２から流入した冷媒ガスは、旋回流となって、リング状空間４７ｃを通り、円筒状空間４１の内周面に沿って排出口４４に至り、その後、円筒状空間４１の中心を逆流する。そして、送出パイプ４７の他端４７ｂから送出パイプ４７内に流入し、送出パイプ４７の一端４７ａから流出する。

本実施の形態に示すように、円筒状空間４１内に送出パイプ４７を設けることで、例えば、周波数を高くして圧縮機を運転する場合でも、オイル分離効果を確実に得ることができる。なお、送出パイプ４７を設ける場合には、円筒状空間４１の軸心と送出パイプ４７の軸心とを一致させることが重要である。また、送出パイプ４７を設ける場合には、送出パイプ４７をマフラー１９と一体に形成することで、送出パイプ４７を円筒状空間４１に固定することができる。また、送出パイプ４７の内径断面積Ｄは、排出口４４の断面積Ｂよりも大きくする。

本実施の形態によれば、円筒状空間４１内に筒状の送出パイプ４７を設けることで、円筒状空間４１内でのオイル分離効果を高めることができる。

送出パイプ４７を設けた本実施の形態においても、オイル分離機構部４０の基本的な作用は実施の形態１と同様であり、実施の形態１における作用、効果も同じであるので説明を省略する。

なお、円筒状空間４１は、実施の形態１と同様に固定スクロール１２に形成した第１の円筒状空間４１ａと主軸受部材１１に形成した第２の円筒状空間４１ｂとで構成しているが、第２の円筒状空間４１ｂを、実施の形態２と同様に主軸受部材１１の外周部に段付き孔加工を施して形成してもよい。

（実施の形態５）
図８は本発明の実施の形態５による圧縮機の縦断面図である。本実施の形態の基本的な構成は、図１に開示した構成と同一であるので説明を省略する。

本実施の形態では、円筒状空間４１を構成する冷媒ガス旋回部材４８を一方の容器内空間３１に配置している。冷媒ガス旋回部材４８は、マフラー１９の外周面に設置している。冷媒ガス旋回部材４８には、流入部４２ｂ、送出口４３ｂ、排出口４４ｂが形成されている。

流入部４２ｂは、マフラー１９内と円筒状空間４１とを連通し、送出口４３ｂは、円筒状空間４１と一方の容器内空間３１とを連通し、排出口４４ｂは、円筒状空間４１と一方の容器内空間３１とを連通している。流入部４２ｂの開口は、円筒状空間４１の一端側内周面に形成する。そして、流入部４２ｂは、圧縮機構部１０から吐出される冷媒ガスをマフラー１９内から円筒状空間４１に流入させる。流入部４２ｂは、円筒状空間４１に対し、接線方向に開口している。

送出口４３ｂは、円筒状空間４１の一端側に形成し、少なくとも流入部４２ｂよりも一端側に形成する。送出口４３ｂは、円筒状空間４１の一端側の端面に形成することが好ましい。そして、送出口４３ｂは、円筒状空間４１から一方の容器内空間３１に、オイルを分離した冷媒ガスを送出する。

排出口４４ｂは、円筒状空間４１の他端側に形成し、少なくとも流入部４２ｂよりも他端側に形成する。また、排出口４４ｂは、送出口４３ｂと対向して配置される。排出口４４ｂは、円筒状空間４１の他端側の端面の下部に形成することが好ましい。排出口４４ｂは、円筒状空間４１の他端側の側面に形成してもよい。ここで、対向とは、排出口４４ｂが円筒状空間４１の底面に設けられている場合だけでなく、円筒状空間４１の側面に設けられている場合を含む。そして、排出口４４ｂは、円筒状空間４１から一方の容器内空間３１に、分離したオイルと冷媒ガスの一部とを排出する。ここで、送出口４３ｂの開口部の断面積Ａは、円筒状空間４１の断面積Ｃよりも小さく、排出口４４ｂの開口部の断面積Ｂよりも大きくしている。

以下に本実施の形態によるオイル分離機構部４０の作用を説明する。マフラー１９内に吐出された冷媒ガスは、マフラー１９の上面に形成された流入部４２ｂを経て、円筒状空間４１に導かれる。流入部４２ｂは円筒状空間４１に対し、接線方向に開口しているため、流入部４２ｂから送出される冷媒ガスは、円筒状空間４１の内壁面に沿って流れ、円筒状空間４１の内周面で旋回流が発生する。この旋回流は、排出口４４ｂに向かった流れとなる。冷媒ガスには圧縮機構部１０に給油されたオイルが含まれており、冷媒ガスが旋回している間に、比重の高いオイルは遠心力により円筒状空間４１の内壁に付着し、冷媒ガスと分離する。

円筒状空間４１の内周面で発生した旋回流は、排出口４４ｂに到達後、又は排出口４４ｂ近傍で折り返し、円筒状空間４１の中心を通る逆流に変わる。遠心力によりオイルを分離した冷媒ガスは、円筒状空間４１の中心を通る流れにより送出口４３ｂに到達し、一方の容器内空間３１に送出される。一方の容器内空間３１に送出された冷媒ガスは、一方の容器内空間３１に設けられた吐出管４から密閉容器１の外部に送り出され、冷凍サイクルに供給される。

また円筒状空間４１で分離されたオイルは、自重により一方に偏って溜まり、排出口４４ｂが他端側の端面の下部又は円筒状空間４１の下部に形成しているので、オイルを容易に排出できる。分離されたオイルは、少量の冷媒ガスとともに排出口４４ｂからマフラー１９上面に送り出される。マフラー１９上面に送り出されたオイルは、自重により圧縮機構部１０の隙間を通って一方の容器内空間３１から圧縮機構側空間３３に至り、更に密閉容器１の壁面や電動機部２０の連通路を経て、貯オイル部２に至る。排出口４４ｂから送り出された冷媒ガスは、一方の容器内空間３１に設けられた吐出管４から密閉容器１の外部に送り出され、冷凍サイクルに供給される。

本実施の形態によるオイル分離機構部４０は、送出口４３ｂを流入部４２ｂよりも円筒状空間４１の一端側に形成し、排出口４４ｂを流入部４２ｂよりも円筒状空間４１の他端側に形成する。そのため、流入部４２ｂから排出口４４ｂまでの間では、円筒状空間４１の内周面で旋回流が発生し、排出口４４ｂから送出口４３ｂまでの間では、円筒状空間４１の中心部で旋回流と逆方向の流れが発生する。従って、排出口４４ｂが流入部４２ｂから離れるに従い、冷媒ガスの旋回回数が増え、オイルの分離効果が高まる。また旋回後の冷媒ガスは、旋回流の中心部を通過するため、送出口４３ｂは、流入部４２ｂよりも反排出口側にあればよい。すなわち、流入部４２ｂと排出口４４ｂとの距離を可能な限り大きくすることで、オイル旋回分離の効果を高めることができる。

また、本実施の形態によるオイル分離機構部４０は、円筒状空間４１に分離したオイルを貯留することなく、オイルを冷媒ガスとともに排出口４４ｂから排出するため、円筒状空間４１の内周面で発生する旋回流を、排出口４４ｂの方向に導く作用を備えている。

仮に、円筒状空間４１に排出口４４ｂを形成せず、円筒状空間４１内にオイルを貯留すると、排出口４４ｂから外部に引っ張る流れが発生しないため、旋回流がオイルを巻き上げてしまう。また円筒状空間４１に排出口４４ｂを形成せずに、オイル分離機能を発揮させるためには、オイルを貯留するに十分な空間を形成する必要がある。しかし、本実施の形態によるオイル分離機構部４０のように、オイルを冷媒ガスとともに排出口４４ｂから排出することで、旋回流を排出口４４ｂに導くことができるとともに、オイルの巻き上げもない。

本実施の形態によれば、圧縮機の軸方向寸法を変えることなく、旋回分離を行うことが可能となる。また冷媒ガスの旋回回数を多くするため、円筒状空間４１、さらに詳しくは流入部４２ｂと排出口４４ｂとの距離を大きくすることも可能となる。これにより圧縮機自体の寸法を維持したまま、オイル分離機構部４０を密閉容器１の内部に備えることができ、さらにはオイル旋回分離の効果も高めることができる。

また、本実施の形態によれば、円筒状空間４１を構成する冷媒ガス旋回部材４８を一方の容器内空間３１に配置することで、吐出口１７から吐出管４までの冷媒ガスが流れる経路を短く構成でき、密閉容器１を小型化できる。

本実施の形態によれば、圧縮機構部１０で圧縮され、オイル分離機構部４０から送出される高温高圧の冷媒ガスは、一方の容器内空間３１に導かれて吐出管４から吐出される。従って、高温高圧の冷媒ガスは、電動機部２０を通過しないため、電動機部２０が冷媒ガスにより加熱されることがなく、電動機部２０の高効率化が図れる。

また、本実施の形態によれば、高温高圧の冷媒ガスを、一方の容器内空間３１に導くことで、他方の容器内空間３２に接する圧縮機構部１０の加熱を抑えることができるため、吸入冷媒ガスの加熱を抑制し、圧縮室１５内での高い体積効率を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、オイル分離機構部４０で分離されたオイルを、冷媒ガスとともに一方の容器内空間３１に排出するため、円筒状空間４１内にはオイルが滞留することがほとんど無い。従って、分離したオイルが、旋回する冷媒ガスによって円筒状空間４１内で吹き上げられ、送出口４３ｂから冷媒ガスとともに送出することがなく、安定したオイル分離を行える。更に、円筒状空間４１内にオイルを滞留させないため、円筒状空間４１を小さく構成できる。また、本実施の形態によれば、貯オイル部２を貯オイル側空間３４に配置し、圧縮機構側空間３３ではオイルを貯留しないため、密閉容器１を小型化できる。

また、本実施の形態によれば、圧縮機構部１０の吐出口１７を一方の容器内空間３１から隔離するマフラー１９を配設し、流入部４２ｂによって、マフラー１９内と円筒状空間４１とを連通することで、圧縮機構部１０で圧縮された冷媒ガスを確実にオイル分離機構部４０に導くことができる。すなわち、全ての冷媒ガスがオイル分離機構部４０を通過することになるので、冷媒ガスから効率よくオイルを分離することができる。また、吐出口１７から吐出された高温の冷媒ガスは、他方の容器内空間３２を通過することなく、吐出管４から密閉容器１の外部に吐出されるため、電動機部２０や圧縮機構部１０の加熱を抑えることができる。

上記各実施の形態における圧縮機においては、円筒状空間４１を２つ以上設けてもよい。

また、上記各実施の形態における圧縮機においては、冷媒として二酸化炭素を用いることができる。二酸化炭素は高温冷媒であり、このような高温冷媒を用いる場合には、本発明は更に有効である。また、冷媒として二酸化炭素を用いる場合には、オイルとしてポリアルキレングリコールを主成分とするオイル（ＰＡＧ）を用いることが好ましい。ＰＡＧは難相溶性オイルであり、二酸化炭素冷媒と溶け合うことがなく、お互いに分離した状態で混在している。そのため、円筒状空間４１に冷媒ガスとＰＡＧが導入されると、冷媒ガスに対し比重の高いＰＡＧには大きな遠心力が働く。結果として、ＰＡＧは外周方向へと飛ばされ、円筒状空間４１の内壁に付着するため、冷媒ガスと分離することができる。すなわち、難相溶性オイル（もしくは非相溶性オイル）に対しては、本発明に係る効果が顕著に表れる。

（実施の形態６）
本実施の形態の基本的な構成は、図１に開示した構成と同一であるので説明を省略する。また、図１及び図２で説明した構成と同一構成には同一符号を付して説明を一部省略する。

図９は本発明の実施の形態６における圧縮機構部の要部拡大断面図である。

また、図９に示すように、円筒状空間４１での冷媒ガスの旋回方向を統一させるように、対称となる位置関係に流入部４２を２個配置している。

これにより、一方のオイル分離機構部４０の送出口４３から送出された冷媒ガスの一方の容器内空間３１での流れの方向と、他方のオイル分離機構部４０ｃの送出口４３ｃから送出された冷媒ガスの一方の容器内空間３１での流れ方向とが一致し、冷媒ガスは一方の容器内空間３１の内壁面に沿って流れ、一方の容器内空間３１の内周面で旋回流が発生する。一方の容器内空間３１で発生する冷媒ガスの旋回流の流れ方向は、円筒状空間４１で発生している冷媒ガスの旋回流の流れ方向と一致する。

オイル分離機構部４０から一方の容器内空間３１に送出された冷媒ガスには、オイル分離機構部４０で分離しきれなかったオイルが含まれており、冷媒ガスが旋回している間に、比重の高いオイルは遠心力により一方の容器内空間３１の内壁に付着し、冷媒ガスと分離する。その後、冷媒ガスは、一方の容器内空間３１に設けられた吐出管４から密閉容器１の外部に送り出され、冷凍サイクルに供給される。

また、一方の容器内空間３１で分離されたオイルは自重により、貯オイル部２に至る。その結果として、オイル循環量を低減できる。

なお、図９ではオイル分離機構部４０を２個配置した形態を示しているが、本実施形態の効果を奏する範囲内で２個以上配置しても良い。

本発明は、スクロール圧縮機やロータリー圧縮機など、密閉容器内に圧縮機構部と電動機部を有する圧縮機に適用でき、特に高温冷媒を用いる圧縮機に適している。

Claims

冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する電動機部とを密閉容器内に備え、
前記圧縮機構部によって、前記密閉容器内を、一方の容器内空間と他方の容器内空間に分割し、
前記一方の容器内空間から前記密閉容器の外部に前記冷媒ガスを吐出する吐出管を設け、前記他方の容器内空間に前記電動機部を配置した圧縮機であって、
前記圧縮機構部から吐出される前記冷媒ガスからオイルを分離するオイル分離機構部を設け、
前記オイル分離機構部が、
前記冷媒ガスを旋回させる円筒状空間と、
前記圧縮機構部から吐出される前記冷媒ガスを前記円筒状空間に流入させる流入部と、
前記円筒状空間から前記一方の容器内空間に、前記オイルを分離した前記冷媒ガスを送出する送出口と、分離した前記オイルと前記冷媒ガスの一部とを前記円筒状空間から前記他方の容器内空間に排出する排出口と、
を有し、
前記流入部から前記オイル分離機構部に流入する前記冷媒ガスのシステム定格条件における循環量をＧｋｇ／ｈとし、前記オイル分離機構部を構成する前記流入部の前記円筒状空間への開口の断面積をＥｍｍ^２とし、前記オイル分離機構部の総数をＮとすると、Ｇ／（Ｅ×Ｎ）が１以上４以下であることを特徴とする圧縮機。
前記圧縮機構部が、
固定スクロールと、
前記固定スクロールと対向配置された旋回スクロールと、
前記旋回スクロールを駆動するシャフトを軸支する主軸受部材とを備え、
前記円筒状空間を、前記固定スクロールと前記主軸受部材とに形成し、
前記排出口を前記他方の容器内空間に連通させたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
前記オイル分離機構部を複数配置した圧縮機において、前記オイル分離機構部を構成する前記円筒状空間での前記冷媒ガスの流れ方向を統一するように、前記流入部を配置させたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧縮機。
前記冷媒ガスが、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧縮機。
前記オイルの、主成分がポリアルキレングリコールであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧縮機。