JPWO2013179658A1 - 圧縮機 - Google Patents

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Abstract

駆動軸3が上軸受7と下軸受9によって支持され、下軸受9に吐出ポート22が設けられ、下圧縮室11bで圧縮された作動流体が吐出ポート22から吐出された後の下吐出空間15bが下軸受9と下バルブカバー16bとで構成され、下部にオイル溜まり19を有する密閉容器1に貯留されたオイルの一部を取り込み、取り込まれたオイルの流れがオイル溜まり19におけるオイルの流れよりも抑制されるように構成されたオイル保持部24を下吐出空間15bと隣接して備え、下軸受9の中心部のボス9aの下端面を下バルブカバー16bの最下面と同一高さか、それより下側とすることで、圧縮機構部内の潤滑やシールに利用されるオイルを吸い上げる駆動軸3の下端部にガスの滞留がなく、高効率と高信頼性を併せ持つ圧縮機を提供する。

Description

本発明は、空調機、冷凍機、ブロワ、給湯機等に使用される圧縮機に関するものである。
従来の構成の一例として図4に示す2シリンダロータリ方式の高圧タイプ密閉型圧縮機の縦断面図を参照しながら説明する。
図4において、上下シリンダ101、102、上下ローリングピストン103、104、及びベーン(図示せず)を、上軸受105、中板106、及び下軸受107で挟み込むことで、上下独立した二つの吸入室108a(108b(図示せず))と二つの圧縮室109b(109a(図示せず))を形成する。そして、圧縮機構部111と電動要素112とが、密閉容器113内に収納されている。圧縮機構部111は、駆動軸110の回転に伴って上下ローリングピストン103、104が回転することで圧縮動作を行う。電動要素112は、駆動軸110に回転力を伝える。
上軸受105と下軸受107には吐出ポート(図示せず)が各々設けられ、圧縮室109b(109a(図示せず))で所定の圧力まで圧縮された作動流体が、逆止弁(図示せず)を介して吐出ポートから吐出される。吐出ポート下流側の上下吐出空間114、115は、上下軸受105、107と上下バルブカバー116、117とで囲まれて形成されている。下吐出空間115内の作動流体は、上下連通路(図示せず)を通って上吐出空間114へと導かれ、上軸受105の吐出ポートから吐出された作動流体と合流する。その後、作動流体は、上バルブカバー116に設けられた開口部を通じて電動要素112下部空間に流出し、密閉容器113上部の吐出管118から圧縮機外部へ吐出される。
密閉容器113下部に貯留されたオイルは、駆動軸110内部に軸方向に設けられた穴の下端から吸い上げられ、圧縮機構部111の各所に適量が供給されて、摺動部の潤滑と圧縮室109b(109a(図示せず))の隙間シールに利用される。
下吐出空間115内部には、圧縮機の中で最も温度が高い吐出ガスが全域に充満しているため、下軸受107が受熱される。そして、それに伴って下吸入室108b内の低温低圧の作動流体も受熱されるため、受熱による体積効率低下が課題となっている。
この課題を解決するため、特許文献1に示す圧縮機では、図5に示すとおり、下軸受107の下吐出空間115内の下吸入室108b側に淀み空間119を設け、下吐出空間115と淀み空間119とを通路120によって連通させる。それにより、高温高圧の吐出ガスを下吸入室108bから遠ざけて受熱を低減し、体積効率を向上させている。
しかし、この構成では、吐出ポートから吐出直後の最も高温のガスが充満する下吐出空間115と淀み空間119とが連通しているため、少なからず淀み空間119内外のガスの交換が生じるため、断熱効果は限定的なものとなる。
ここで、下軸受107の中心部における下バルブカバー117とのシール性が悪いと、下吐出空間115のガスがシール部から外部へ漏れ出して駆動軸下端からオイルとともに吸い上げられてしまう。そのため、オイル供給不足による摺動部の潤滑悪化と圧縮室109bのシール性悪化も課題となっている。
この課題を解決するため、特許文献2に示す圧縮機では、図6に示すとおり、下軸受107と下バルブカバー117との締結面122において、外周側締結面122aに対して中心側締結面122bを高さL1だけ突出する。よって、中心側締結面122bでの接触力を増加させてシール性を向上し、駆動軸110下端からのガスの吸い込みを防止して信頼性を向上させている。
特開2009−2299号公報 特開2009−127608号公報
しかし、この構成では、下バルブカバー117を積極的に変形させて軸方向接触力を発生させている。そのため、下軸受107には軸方向荷重が加わって変形することでローリングピストンとの隙間が確保できなくなる、又は、軸受部の円筒度や直角度が損なわれること等によって逆に信頼性が悪化する場合がある。
また、下バルブカバー117はある程度薄くする必要があるため、締結面122の各所に隙間が生じやすい。
更に、エッジ部でシールしている中心側締結面122bとボルトが締結される外周側締結面122aとの中間付近に、隙間が生じる場合もある。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、オイル保持部が、下部にオイル溜まりを有する密閉容器に貯留されたオイルの一部を取り込み、取り込まれたオイルの流れがオイル溜まりにおけるオイルの流れよりも抑制(規制)されるように構成され、オイル保持部を下吐出空間と隣接、あるいは区画領域を介して配置された圧縮機において、下軸受の中心部のボスの下端面を下バルブカバーの最下面と同一高さか、それより下側にすることにより、下軸受中心部付近の凹部を無くして駆動軸のガス噛みを防止する。したがって、断熱効果による高い体積効率とガス噛みの無い高い信頼性を持つ圧縮機を提供することを目的とする。
そこで、前記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機は、請求項1記載のとおり、オイル溜りを有する密閉容器と、前記密閉容器内で、駆動軸を支持する上軸受、及び下軸受と、前記下軸受に設けられ、圧縮室で圧縮された作動流体を吐出する吐出ポートと、前記下軸受に設けられ、前記オイル溜りのオイルの一部を取り込むオイル保持部と、前記下軸受と下バルブカバーとで構成され、前記吐出ポートを介して圧縮された作動流体が吐出される吐出空間と、前記オイル保持部と前記吐出空間とを独立的に区画すべく、前記下軸受に設けられた区画領域と、を具備する圧縮機であって、前記下バルブカバーは前記区画領域に設けられた締結面に取り付けられ、前記駆動軸が貫通するボスの中心部の下端面は前記下バルブカバーの最下面と同一高さか、それより下側に位置することを特徴とするものである。
これによって、断熱効果の高いオイル保持部を有する下軸受と下バルブカバーを用いた構成において、圧縮機構部内の潤滑やシールに利用されるオイルを吸い上げる駆動軸の下端部にガスが滞留することがなくなる。よって、ガス噛みによる信頼性の悪化と圧縮機効率の低下を防止することが可能である。
本発明の圧縮機は、断熱効果の高いオイル保持部を有する下軸受と下バルブカバーを用いた構成において、圧縮機構部内の潤滑やシールに利用されるオイルを吸い上げる駆動軸の下端部にガスが滞留することがなくなり、ガス噛みによる信頼性の悪化と圧縮機効率の低下を防止して、高効率と高信頼性を併せ持つ圧縮機を提供することができる。
本発明の実施の形態1における圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態1における下軸受の断面図 本発明の実施の形態1における下軸受の正面図 従来の圧縮機における圧縮機の縦断面図 特許文献1の従来の圧縮機における下軸受の正面図 特許文献2の従来の圧縮機における下軸受の断面図
1 密閉容器
3 駆動軸
4 圧縮機構部
7 上軸受
9 下軸受
9a ボス
11a 上圧縮室
11b 下圧縮室
15a 上吐出空間
15b 下吐出空間(吐出空間)
16b 下バルブカバー
19 オイル溜り
22 吐出ポート
24 オイル保持部
25 隔壁(区画領域)
26 締結面
第1の発明は、オイル溜りを有する密閉容器と、前記密閉容器内で、駆動軸を支持する上軸受、及び下軸受と、前記下軸受に設けられ、圧縮室で圧縮された作動流体を吐出する吐出ポートと、前記下軸受に設けられ、前記オイル溜りのオイルの一部を取り込むオイル保持部と、前記下軸受と下バルブカバーとで構成され、前記吐出ポートを介して圧縮された作動流体が吐出される吐出空間と、前記オイル保持部と前記吐出空間とを独立的に区画すべく、前記下軸受に設けられた区画領域と、を具備する圧縮機であって、前記下バルブカバーは前記区画領域に設けられた締結面に取り付けられ、前記駆動軸が貫通するボスの中心部の下端面は前記下バルブカバーの最下面と同一高さか、それより下側に位置するものである。それにより、駆動軸下端部のオイル吸い込み口付近におけるガスの滞留が無くなり、ガス噛みによる軸受部の潤滑悪化や圧縮室のシール悪化を防止して、高い信頼性を実現することが可能である。
第2の発明は、特に、第1の発明の圧縮機において、下バルブカバーが取り付けられる下軸受の締結面を、下軸受の中心軸に対して直角な同一平面とするものである。それにより、下軸受の形状がシンプルになるため、加工性が向上して加工コストを低減することができる。また、その結果、締結面の加工精度が向上して締結面におけるシール性が向上し、ガス噛みによる信頼性悪化を抑制することが可能である。
なお、段差を付ける等によって締結面を複数の平面で構成しても加工性は高く、同様の効果が得られる。
第3の発明は、特に、第1又は2の発明の圧縮機において、ボスの外径の中心軸と内径の中心軸とが一致しないものである。それにより、下軸受と下バルブカバーとの締結面の中心側締結面において、必要な箇所のシール長を十分に確保したり、下軸受の負荷の高い位置でのボスの厚みを厚く設定するように、ボスの形状を自由に設計することが可能となり、高い信頼性を確保することが可能である。
第4の発明は、特に、第1から第3のいずれかの発明の圧縮機において、下軸受と下バルブカバーとの間にシール材を設けるものである。それにより、下軸受と下バルブカバーの締結面の平面度や表面粗さ等の部品精度ばらつきを吸収して、確実にシール性を向上させることができ、信頼性を確保することが可能である。
第5の発明は、特に、第1から第4のいずれかの発明の圧縮機において、作動流体が潤滑油と相溶するものである。それにより、圧縮機外部へ吐出された潤滑油に作動流体を溶解させて潤滑油粘度を下げ、圧縮機内部へ戻りやすくすることで、圧縮機内部の油面確保ができる。しかし、相溶性が高いと、圧縮機運転過渡時の圧力低下によって潤滑油が減圧発泡してガスを大量に放出する。このような場合でも、本発明では駆動軸下端部にガスが滞留しないため、高い信頼性を維持することが可能である。
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における圧縮機の縦断面図である。
図1において、密閉容器1内に電動要素2が収納されている。電動要素2の鉛直方向の駆動軸3で圧縮機構部4が駆動される。この圧縮機構部4は、上シリンダ5a、上ローリングピストン6a、及び上ベーン(図示せず)を上軸受7と中板8で挟み込み、下シリンダ5b、下ローリングピストン6b、及び下ベーン(図示せず)を中板8と下軸受9で挟み込む。それによって、上・下シリンダ5a、5b各々が独立した上・下吸入室10a、10bと上・下圧縮室11a、11bを形成して圧縮動作を行う。上・下シリンダ5a、5b内には、駆動軸3と一体的に構成された上下偏芯部3a、3bが収納されており、この上・下偏芯部3a、3bに上・下ローリングピストン6a、6bが回転自在に装着されている。上・下シリンダ5a、5bには、ベーン(図示せず)が上・下ローリングピストン6a、6bに当接して設けられ、吸入室10と圧縮室11とを仕切っている。上・下シリンダ5a、5bには、上吸入室10a(下吸入室10b(図示せず))と隣接して上・下吸入穴12a、12bが設けられている。上・下吸入穴12a、12bには吸入ライナー13a、13bが圧入され、吸入ライナー13a、13bは、密閉容器1内部の高圧冷媒ガスと上・下吸入穴12a、12b内部の低圧冷媒ガスとを仕切っている。吸入ライナー13a、13bには、圧縮機の液圧縮を防止するためにアキュームレータ14が気密を保ちながら接続されている。
電動要素2を通電して駆動軸3を回転させると、上・下偏芯部3a、3bが上・下シリンダ5a、5b内において偏芯回転し、上・下ローリングピストン6a、6bがベーンに当接しながら回転運動し、冷媒ガスの吸入、圧縮が繰り返される。
上・下吐出空間15a、15bはそれぞれ、上軸受7と上バルブカバー16a、下軸受9と下バルブカバー16bが締結されることによって形成される。上・下シリンダ5a、5bで各々圧縮されたガスは上軸受7と下軸受9に設けられた吐出ポート(図示せず)から上・下吐出空間15a、15bへ吐出される。上下連通路(図示せず)は、上軸受7、上・下シリンダ5a、5b、中板8、下軸受9の5部品を貫通する。下吐出空間15b内の吐出ガスは、上下連通路を通って上吐出空間15a内に導かれ、上シリンダ5aにて圧縮された吐出ガスと合流した後、吐出通路17を通って電動要素2下部空間へと流出する。その後、電動要素2の固定子2a外周部、回転子2b内部に設けられたガス通路、及び固定子2aと回転子2bとの間の隙間を通って電動要素2上部空間へと導かれ、吐出管18から圧縮機外部へと吐出される。
駆動軸3内部には穴を設け、駆動軸3下端に給油機構20が取り付けられる。密閉容器1下部のオイル溜り19のオイルは、給油機構20を利用してオイル吸い込み口21から吸い上げられる。吸い上げられたオイルは、圧縮機構部4各所に供給され、摺動部の潤滑及び下圧縮室11b(11a(図示せず))の隙間をシールする。
図2は図1における下軸受の断面図、図3は同下軸受の正面図である。
下シリンダ5bで圧縮された高温高圧の吐出ガスは、吐出ポート22を通って下吐出空間15bに吐出される。吐出ポート22には逆止弁(図示せず)が取り付けられ、下圧縮室11bに吐出ガスが逆流することを防止する。
下吐出空間15b内の吐出ガスは上下連通路23から上吐出空間15aへと導かれる。
下吸入穴12b側にはオイル保持部24が設けられ、隔壁(区画領域)25が下バルブカバー16bと密着することで面シールし、下吐出空間15bとオイル保持部24とを隔離している。また、オイル保持部24は微小な通路(図示せず)によってオイル溜り19と連通しているが、オイルは、オイル保持部24とオイル溜り19との間をほとんど流動しない。
下軸受9の中心部のボス9aの下端面は下バルブカバー16bの下面よりも下側にある。
また、ボス9aの外径の中心軸9a1と内径の中心軸9a2とをずらしている。ボス9aの外径の中心軸9a1と内径の中心軸9a2とを一致させないことにより、下軸受9と下バルブカバー16bとの締結面26において、特に中心側の締結面26でのシール長を十分に確保したり、下軸受9の負荷の高い位置でのボス9aを厚くするなど、ボス9aの形状を自由に設計することが可能となり、高い信頼性を確保することが可能である。
図3において、ボス9aの外径中心は、下軸受9の中心に対して右下に偏芯している。
以上のように構成された圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。
低温低圧のガスは、上・下吸入穴12a、12bから圧縮機構部4へ入り、圧縮されて圧縮機構部4の外へ出た後、吐出管18から圧縮機外部へ吐出される。その過程の中で、下吐出空間15b内部のガス、すなわち、吐出ポート22から吐出された直後の吐出ガスがほとんどの運転モードにおいて最も高温高圧であり、上軸受7と下軸受9はこの高温高圧の吐出ガスに常にさらされている。
一方、低温低圧の吸入ガスが充満する上吸入室10a(下吸入室10b(図示せず))を形成する部品のひとつとして機能する上軸受7及び下軸受9は低温低圧の吸入ガスにもさらされている。
したがって、高温高圧の吐出ガスの熱が熱伝達及び熱伝導によって低温低圧の吸入ガスへと移動し、吸入ガスの密度低下による圧縮機の体積効率悪化を招く。
この熱の移動を抑制するため、下軸受9の下吸入室10b側に断熱層としのオイル保持部24を設けて、体積効率を向上させている。
下軸受9と下バルブカバー16bとの締結面26には大きく分けて5つのシール部(下記第1〜第5シール部26a〜26e)がある。いずれのシール部26a〜26eも面シールによってシール性が維持されている。そして、それぞれのシール部26a〜26eでの漏れリスクが異なる。
なお、下軸受9と下バルブカバー16bとの締結面26、すなわちシール部26a〜26eにはシール材(図示せず)を設けることが好ましい。
第1シール部26aは、下吐出空間15bとオイル保持部24との間の2箇所の隔壁25と下バルブカバー16bとが接する面である。下吐出空間15bとオイル保持部24とを仕切っている。
下吐出空間15bの圧力はオイル保持部24よりも若干高めであるため、第1シール部26aのシール性が損なわれた場合、下吐出空間15bの吐出ガスがオイル保持部24へと流れ込む。その結果、オイル保持部24自体が高温となるため、断熱層としての機能を果たせなくなって体積効率の悪化を招く。したがって、第1シール部26aは確実にシールする必要がある。
第2シール部26bは、下軸受9外周の締結面26のうちオイル保持部24側の面である。オイル保持部24とオイル溜り19とを仕切っている。
オイル保持部24とオイル溜り19との間には前述のとおり微小な通路が設けられており、基本的に連通状態であるため、第2シール部26bのシール性が少々損なわれても特に問題はない。但し、極端にシール性が悪化するとオイル溜り19の高温のオイルがオイル保持部24内に入り込み、断熱性能が悪化する。
第3シール部26cは、下軸受9外周の締結面26のうち下吐出空間15b側の面である。下吐出空間15bとオイル溜り19とを仕切っている。
下吐出空間15bの圧力はオイル溜り19よりも若干高めであるため、第3シール部26cのシール性が損なわれた場合、下吐出空間15bの吐出ガスがオイル溜り19へと流れ込む。その結果、吐出ガスのオイルへの溶解が促進されてオイル粘度が低下し、圧縮機の信頼性の低下を招く。したがって、第3シール部26cは確実にシールする必要がある。
第4シール部26dは、下軸受9中心側の締結面26のうちオイル保持部24側の面である。オイル保持部24とオイル溜り19とを仕切っている。
第4シール部26dは第2シール部26bと同様、シール性が少々損なわれても特に問題はない。
第5シール部26eは、下軸受9中心側の締結面26のうち下吐出空間15b側の面である。下吐出空間15bとオイル溜り19とを仕切っている。
第5シール部26eのシール性が損なわれた場合、第3シール部26cの場合と同様、吐出ガスがオイルへ溶解することによるオイル粘度低下のリスクがある。更に、第5シール部26eから流出したガスが駆動軸3のオイル吸い込み口21から直接吸い込まれる、いわゆるガス噛みが生じる。その結果、給油量不足による摺動部の潤滑不良や圧縮室11のシール不足が発生し、極端な信頼性悪化と圧縮機効率低下を招く。したがって、第5シール部26eは特に注意してシール性を確保する必要がある。
つまり、駆動軸3のオイル吸い込み口21でのガス噛みを発生させないことが、圧縮機の高い信頼性と効率を実現するキーポイントとなる。
下バルブカバー16bは比較的厚みのあるものを使用することにより、ボルト締結による下バルブカバー16bの径方向及び周方向の変形を抑制する。それにより、確実にシールする必要のある第1シール部26a、第3シール部26c及び第5シール部26eでのシール性を向上させている。
下吐出空間15bとオイル溜り19との圧力差による変形も下バルブカバー16bが比較的厚みがあるため極小化でき、下バルブカバー16b中心部の反り返りによる第5シール部26eのシール性低下を抑制することができる。
万が一、第5シール部26eのシール性が損なわれてガスが放出されたとしても、駆動軸3のオイル吸い込み口21よりも高い位置に放出される。したがって、ガスは、気泡の浮力によってオイル溜り19の油面側へと流れて行き、オイル吸い込み口21から吸い込まれることはない。
加えて、ボス9aの外径中心を下軸受9の中心から偏芯させることで、第5シール部26eでのシール長を比較的長く設定できるため、第5シール部26eのシール性がさらに向上する。
また、偏芯方向のボス9aの厚みを比較的厚くできるため、圧縮荷重による負荷方向と偏芯方向とを概ね一致させることで、ボス9aの軸受荷重による変形を抑制してボス9aの破損や異常磨耗を防止することも可能である。
なお、下軸受9を焼結材とすることにより、偏芯したボス9aの加工が容易になり、加工コストの増加を抑えることができる。
本実施の形態ではシリンダが上下二つある2シリンダロータリ圧縮機を1例として説明したが、下軸受9に吐出ポート22を備えた1シリンダロータリ圧縮機でも同様の効果が得られる。また、第5シール部26eとオイル吸い込み口21が近接していれば、スクロール圧縮機であっても同様の効果が得られる。
以上のように、本発明にかかる圧縮機は、断熱効果の高いオイル保持部を有する下軸受と比較的厚みのある下バルブカバーを用いた構成において、圧縮機構部内の潤滑やシールに利用されるオイルを吸い上げる駆動軸の下端部にガスが滞留することがなくなる。したがって、ガス噛みによる信頼性の悪化と圧縮機効率の低下を防止して、高効率と高信頼性を併せ持つ圧縮機が実現可能である。HFC系冷媒、HCFC系冷媒、又はHFO系冷媒を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機、又は、自然冷媒の二酸化炭素を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機などの用途にも適用できる。

Claims (5)

  1. オイル溜りを有する密閉容器と、
    前記密閉容器内で、駆動軸を支持する上軸受、及び下軸受と、
    前記下軸受に設けられ、圧縮室で圧縮された作動流体を吐出する吐出ポートと、
    前記下軸受に設けられ、前記オイル溜りのオイルの一部を取り込むオイル保持部と、
    前記下軸受と下バルブカバーとで構成され、前記吐出ポートを介して圧縮された作動流体が吐出される吐出空間と、
    前記オイル保持部と前記吐出空間とを独立的に区画すべく、前記下軸受に設けられた区画領域と、
    を具備する圧縮機であって、
    前記下バルブカバーは前記区画領域に設けられた締結面に取り付けられ、前記駆動軸が貫通するボスの中心部の下端面は前記下バルブカバーの最下面と同一高さか、それより下側に位置することを特徴とする圧縮機。
  2. 前記下バルブカバーが取り付けられる前記下軸受の締結面は、前記下軸受の中心軸に対して直角な同一平面であることを特徴とする請求項1に記載の圧縮機。
  3. 前記ボスの外径の中心軸は内径の中心軸と一致しないことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の圧縮機。
  4. 前記下軸受と前記下バルブカバーとの間にシール材を設けた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。
  5. 前記作動流体が潤滑油と相溶す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。
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