JP2004011548A - 内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサ - Google Patents

内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサ Download PDF

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Haruhisa Yamazaki
山崎 晴久
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里 和哉
Masaya Tadano
只野 昌也
Satoru Imai
今井 悟
Akira Sugawara
菅原 晃
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Abstract

【課題】外部に吐出されるオイル量を低減させながら、高さ寸法の縮小を図ることができる内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサを提供する。
【解決手段】密閉容器12内に電動要素14と電動要素14の下方に位置して電動要素14の回転軸16にて駆動される第1及び第2の回転圧縮要素32、34を設ける。電動要素14の上側における密閉容器12内の冷媒ガスを密閉容器12外を経て第2の回転圧縮要素34に導入するための冷媒導入管92を設ける。回転軸16内に構成され回転軸16の上端部に位置するオイル吐出口82Aからオイルを吐出するオイル通路16Aとを設ける。冷媒導入管92の入口の一部が、電動要素14のステータ22上端より下方に位置するよう冷媒導入管92を設ける。
【選択図】   図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉容器内に電動要素と電動要素の下方に位置してこの電動要素の回転軸にて駆動される第1及び第2の回転圧縮要素とを備え、第1の回転圧縮要素で圧縮された冷媒ガスを密閉容器内に吐出し、更にこの吐出された中間圧の冷媒ガスを第2の回転圧縮要素で圧縮する内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種内部中間圧型多段圧縮式のロータリコンプレッサは、例えば特開平2−294587号公報(F04C23/00)に示されている。係るロータリコンプレッサは、密閉容器内に電動要素と、この電動要素の下方に位置して電動要素の回転軸にて駆動される第1の回転圧縮要素と第2の回転圧縮要素とを備えている。そして、電動要素が起動して回転軸が回転すると下側に設けられた第1の回転圧縮要素(1段目)の吸込ポートから冷媒ガスがシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により1段目の圧縮が行われて中間圧となり、シリンダの高圧室側より吐出ポート、吐出消音室、中間吐出管を経て電動要素下側の密閉容器内に吐出される。
【0003】
そして、この密閉容器内の中間圧のガスはそこで冷媒からオイルが分離し、電動要素下側に設けられた冷媒導入管に流入した冷媒ガスは密閉容器外を経て第2の回転圧縮要素(2段目)のシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により2段目の圧縮が行なわれて高温高圧のガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て冷媒吐出管から外部の冷媒回路に吐出される。この吐出されたガスは冷媒回路の放熱器(ガスクーラ)などに流入し、放熱した後、膨張弁で絞られて蒸発器で吸熱し、冷媒導入管から第1の回転圧縮要素に戻って吸入されるサイクルを繰り返す。
【0004】
係るロータリコンプレッサの回転軸にはオイル通路が設けられており、密閉容器内底部に設けられたオイル溜めに貯留されたオイルは、オイル通路内を汲み上げられる。そして、第1及び第2の回転圧縮要素内の摺動部や軸受に供給されて潤滑やシールを行うと共に、回転軸の上端に設けられたオイル吐出口からも吐出され、密閉容器内の電動要素の冷却や周辺の各摺動部の潤滑を行うようにしていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第2の回転圧縮要素への冷媒導入管を電動要素の下側に開口させると、第1の回転圧縮要素から冷媒を密閉容器内に吐出する中間吐出管との間の距離が短いためにオイル分離が十分に行われず、第2の回転圧縮要素に必要以上のオイルが吸い込まれてしまうようになる。係る場合には第2の回転圧縮要素から冷媒吐出管を経て外部の冷媒回路に吐出されるオイル量が多くなるため、ロータリコンプレッサの密閉容器内での潤滑・シール性能が低下すると共に、冷媒回路内でのオイルの悪影響が問題となる。
【0006】
これを解決する目的で、第2の回転圧縮要素への冷媒導入管を電動要素の上側に開口させると、今度はコンプレッサ全体の高さ寸法が拡大されてしまう問題が生じる。また、回転軸上端から吐出されたオイルが冷媒導入管に流入し易くなって前述同様の不都合が引き起こされる問題もある。
【0007】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、外部に吐出されるオイル量を低減させながら、高さ寸法の縮小を図ることができる内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の内部中間圧型ロータリコンプレッサでは、冷媒導入管の入口の一部が、電動要素のステータ上端より下方に位置するよう冷媒導入管を設けたので、電動要素の下側に冷媒導入管を開口させる場合に比べて、冷媒導入管に吸い込まれて第2の回転圧縮要素から外部に吐出されるオイル量を削減することができるようになる。
【0009】
また、請求項2の発明では上記に加えて、回転軸にオイル通路を形成し、当該オイル通路のオイル吐出口の内径を調整するための調整手段を備えたので、外部に吐出されるオイル量を削減しながら第2の回転圧縮要素に吸い込まれるオイル量を好適に調整することができるようになる。
【0010】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図1は本発明を適用した実施例の内部中間圧型多段圧縮式のロータリコンプレッサ10の縦断側面図、図2は第1の回転圧縮要素32のシリンダ40の平面図をそれぞれ示している。
【0011】
この図において、10は二酸化炭素(CO)を冷媒として使用する縦型の内部中間圧型多段圧縮式のロータリコンプレッサで、このロータリコンプレッサ10は鋼板からなる円筒状の密閉容器12と、この密閉容器12の内部空間の上側に配置収納された電動要素14及びこの電動要素14の下側に配置され、電動要素14の回転軸16により駆動される第1の回転圧縮要素32(1段目)及び第2の回転圧縮要素34(2段目)からなる回転圧縮機構部18にて構成されている。
【0012】
密閉容器12は底部をオイル溜め58とし、電動要素14と回転圧縮機構部18を収納する容器本体12Aと、この容器本体12Aの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ(蓋体)12Bとで構成され、且つ、このエンドキャップ12Bの上面中心には円形の取付孔12Dが形成されており、この取付孔12Dには電動要素14に電力を供給するためのターミナル(配線を省略)20が取り付けられている。
【0013】
電動要素14は、密閉容器12の上部空間の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ22と、このステータ22の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ24とから構成されている。このロータ24は中心を通り鉛直方向に延びる前記回転軸16に固定されている。
【0014】
ステータ22は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体26と、この積層体26の歯部に直巻き(集中巻き)方式により巻装されたステータコイル28を有している。また、ロータ24もステータ22と同様に電磁鋼板の積層体30で形成され、この積層体30内に永久磁石MGを埋設して構成されている。
【0015】
前記第1の回転圧縮要素32と第2の回転圧縮要素34との間には中間仕切板36が狭持されている。即ち、回転圧縮機構部18の第1の回転圧縮要素32と第2の回転圧縮要素34は、中間仕切板36と、この中間仕切板36の上下に配置された上側のシリンダ38、下側のシリンダ40と、180度の位相差を有して回転軸16に設けられた上下の偏心部42、44に嵌合されて上下のシリンダ38、40内を偏心回転する上下のローラ46、48と、コイルバネ77(シリンダ38側のコイルバネは図示しないが同様とする)と背圧により付勢されて先端をこれら上下のローラ46、48にそれぞれ当接させ、上下のシリンダ38、40内をそれぞれ低圧室側LRと高圧室側HRに区画する上下のベーン52(シリンダ38側のベーンは図示しないが同様とする)と、シリンダ38の上側の開口面及びシリンダ40の下側の開口面を閉塞して回転軸16の軸受を兼用する支持部材としての上部支持部材54及び下部支持部材56にて構成されている。
【0016】
一方、上部支持部材54及び下部支持部材56には、吸込ポート55(図2。上部支持部材54は図示せず)にて上下のシリンダ38、40の内部とそれぞれ連通する吸込通路60(上部支持部材54側の吸込通路は図示せず)と、一部を凹陥させ、この凹陥部を上カバー66、下カバー68にて閉塞することにより形成される吐出消音室62、64とが設けられている。
【0017】
この吐出消音室64と密閉容器12内とは、上下のシリンダ38、40や中間仕切板36及び上下の支持部材54、56を貫通する図示しない連通路にて連通されており、この連通路の上端側となる上部支持部材54にはこの連通路に連通接続された中間吐出管121が立設されている。そして、第1の回転圧縮要素32で圧縮された中間圧の冷媒ガス(オイルが溶け込んでいる)は、この中間吐出管121から電動要素14下側の密閉容器12内に一旦吐出される(図中黒矢印)。
【0018】
このとき、密閉容器12内に中間吐出された冷媒ガスには第1の回転圧縮要素32内を潤滑・シールしたオイルが溶け込んでいるが、このオイルは冷媒ガスから分離して密閉容器12の内面に付着した後、密閉容器12の内面を伝わって底部のオイル溜め58に帰還することとなる。
【0019】
密閉容器12の容器本体12A側面には、上部支持部材54と下部支持部材56の吸込通路60(上側は図示せず)、吐出消音室62、上部支持部材54に対応する位置にスリーブ141、143が、また、下部支持部材56に対応する位置にはスリーブ142が、更に、電動要素14のステータ22上端部(容器本体12Aの上端部であってエンドキャップ12Bの下側)に対応する位置にはスリーブ144がそれぞれ溶接固定されている。
【0020】
そして、スリーブ141内にはシリンダ38に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管92の一端が挿入接続され、この冷媒導入管92の一端はシリンダ38の図示しない吸込通路と連通する。また、この冷媒導入管92の他端はスリーブ144内に挿入接続され、この冷媒導入管92の入口92Aは前記スリーブ144内に位置し、電動要素14上側の密閉容器12内空間に開口する。この場合スリーブ144は、冷媒導入管92の入口92Aの下側の一部(実施例では入口92Aの下側三分の一程度)が電動要素14のステータ22上端より下方に位置し、入口92Aの上側の大部分(三分の二程度)がステータ22上端より上側に位置するように密閉容器12の容器本体12Aに溶接固定されている。
【0021】
ここで、冷媒導入管92の入口92A全体がステータ22より上側に開口するようにスリーブ144を取り付けるためには、ステータ22より上側となる容器本体12Aの寸法を相当高くしなければならないが、上述の如く冷媒導入管92の入口92Aの一部が電動要素14のステータ22上端より下方に位置するよう冷媒導入管92を設けることで、スリーブ144の位置(冷媒導入管92の開口92Aの位置)が下げられる。それにより、ロータリコンプレッサ10全体の高さ寸法は縮小することになる。
【0022】
このようにスリーブ144に溶接固定された冷媒導入管92の入口92Aは、電動要素14上方における密閉容器12内空間に連通して開口すると共に、冷媒導入管92自体は密閉容器12外を通過してスリーブ141内に挿入接続されている。これにより、密閉容器12に吐出された中間圧の冷媒ガスは電動要素14の上側から冷媒導入管92内に流入し、密閉容器12外を経て(この間に中間冷却される)シリンダ38に吸入されるようになる。
【0023】
また、第1の回転圧縮要素32に対応する密閉容器12にはスリーブ142が溶接固定されている。このスリーブ142内にはシリンダ40に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管94の一端が挿入接続され、この冷媒導入管94の一端はシリンダ40の吸込通路60と連通する。この冷媒導入管94の他端は図示しないアキュムレータに接続される。また、スリーブ143内には冷媒吐出管96が挿入接続され、この冷媒吐出管96の一端は吐出消音室62と連通する。
【0024】
ここで、図2を参照しながら上記第1の回転圧縮要素32の動作について説明する。シリンダ40には前記吐出消音室64と図示しない吐出弁を介して連通する吐出ポート70と前述した吸込ポート55が形成されており、これらの間に位置してシリンダ40には半径方向に延在する案内溝71が形成されている。そして、この案内溝71内に前記ベーン52は摺動自在に収納されている。ベーン52は前述した如くその先端をローラ48に当接させてシリンダ40内を低圧室側LRと高圧室側HRとに区画する。そして、吸込ポート55はこの低圧室側LRに開口し、吐出ポート70は高圧室側HRに開口している。
【0025】
案内溝71の外側(密閉容器12側)には当該案内溝71に連通して収納部78がシリンダ40内に形成されている。前記コイルバネ77はこの収納部78内に収納され、コイルバネ77の後側には抜け止め80が収納部78に挿入され固定される。このコイルバネ77の付勢力によって、ベーン52の先端は常時ローラ48側に付勢されることとなる。尚、以上の構成は基本的に第2の回転圧縮要素34においても同様であるが各部品の寸法は当然に異なってくる。
【0026】
一方、回転軸16内にはオイル通路82が軸中心を貫通して上下に渡り設けられており、このオイル通路82の下端は密閉容器12内底部のオイル溜め58からオイルを汲み上げるオイルポンプ(図示せず)に連通し、上端はオイル吐出口82Aにてステータ22上側の密閉容器12内上部に開口している。このオイル通路82は各回転圧縮要素32、34の摺動部にも連通している。他方、オイル通路82上端のオイル吐出口82A内には、補助吐出具84(本発明の調整手段に相当)が設けられている(図3、図4)。この補助吐出具84は上面が開放した有底筒状を呈しており、オイル通路82のオイル吐出口82A内に圧入固定されている。
【0027】
上記補助吐出具84は、底面の中心に所定孔径(内径)のオイル吐出孔84Aが一カ所形成されている。この補助吐出具84は回転軸16の上端に位置して設けられ、オイル通路82のオイル吐出口82Aを塞ぐと共に、塞いだ底部に形成したオイル吐出孔84Aで回転軸16のオイル通路82の内径を狭める方向で調整する。このオイル吐出孔84Aの内径は、密閉容器12内の電動要素14の冷却や各摺動部を好適に潤滑でき、然も、冷媒導入管92を介して第2の回転圧縮要素34に吸い込まれるオイル量が好適な量となる大きさに設定されている。これにより、第2の回転圧縮要素34内の循環とシール性能を確保しながら、第2の回転圧縮要素34にそのまま吸い込まれて外部に吐出されるオイル量を低減させることができるものである。尚、この補助吐出具84のオイル吐出孔84Aは、コンプレッサ10の大きさに合わせて適宜決定するものであり、この他、オイル吐出孔84Aを中心位置からずらせて設け、複数の補助吐出具84を、オイル吐出孔84Aが重ならないように挿入配置する事によってもオイル吐出量を調整できるものである。
【0028】
以上の構成で次に動作を説明する。ターミナル20及び図示されない配線を介して電動要素14のステータコイル28に通電されると、電動要素14が起動してロータ24が回転する。この回転により回転軸16と一体に設けた上下の偏心部42、44に嵌合された上下のローラ46、48が上下のシリンダ38、40内を偏心回転する。
【0029】
これにより、冷媒導入管94及び下部支持部材56に形成された吸込通路60を経由して吸込ポート55からシリンダ40の低圧室側LRに吸入された低圧の冷媒は、ローラ48とベーン52の動作により1段目の圧縮が行なわれて中間圧となる。そして、中間圧となった冷媒はシリンダ40の高圧室側HRより吐出消音室64、前記連通路を経て中間吐出管121から電動要素14下側の密閉容器12内に吐出される。これによって、密閉容器12内は中間圧となる。
【0030】
中間吐出管121から吐出された冷媒ガスは電動要素14内や電動要素14と容器本体12Aとの間の隙間を通過して電動要素14の上方に上昇し、冷媒導入管92の入口92Aの上側三分の二の部分から冷媒導入管92内に吸い込まれる。このように密閉容器12内を上昇する過程で、中間吐出管121から吐出された冷媒に溶け込んだオイルは分離し、容器本体12Aの壁面に付着してオイル溜め58に流下する。
【0031】
また、回転軸16上端の補助吐出具84のオイル吐出孔84Aから電動要素14上方に吐出されたオイルも密閉容器12内を降下し、電動要素14を冷却・潤滑しながらオイル溜め58に流下する。
【0032】
冷媒導入管92に吸い込まれた冷媒ガスはその内部を経て上部支持部材54に形成された図示しない吸込通路を経由し、これも図示しない吸込ポートからシリンダ38の低圧室側に吸入される。尚、冷媒導入管92に吸い込まれるものには冷媒ガスの他、中間吐出管121から吐出されて分離しきれなかったオイルの一部や回転軸16上端の補助吐出具84のオイル吐出孔84Aから吐出されたオイルの一部も含まれている。
【0033】
シリンダ38の低圧室側に吸入された中間圧の冷媒ガスは、ローラ46とベーン(図示せず)の動作により2段目の圧縮が行なわれて高温・高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側から図示しない吐出ポートを通り、上部支持部材54に形成された吐出消音室62、冷媒吐出管96を経由して外部に吐出され、図示しないガスクーラなどに流入する。
【0034】
前記密閉容器12内に吐出された冷媒ガスは、冷媒導入管92の入口92Aから第2の回転圧縮要素34内に吸い込まれる。このとき、前述の如く第2の回転圧縮要素34内には冷媒ガスの他、中間吐出管121から吐出されて分離しきれなかったオイルの一部や回転軸16上端の補助吐出具84のオイル吐出孔84Aから吐出されたオイルの一部も冷媒導入管92の入口92Aから吸い込まれて流入することとなるが、図5の左側に示す如く(ロータリコンプレッサを100で示す)電動要素14の下側に冷媒導入管92の入口92Aを開口させる場合に比して密閉容器12内におけるオイル分離能力は向上する。
【0035】
特に、前述の如くオイル吐出孔84Aの内径を、密閉容器12内の電動要素14の冷却や各摺動部を好適に潤滑でき、然も、冷媒導入管92を介して第2の回転圧縮要素34に吸い込まれるオイル量が好適な量となる大きさに設定しているので、第2の回転圧縮要素34に入って外部に吐出されるオイル量は効果的に低減される。これにより、第2の回転圧縮要素34に入るオイル量を好適な量に調整し、ロータリコンプレッサ10の性能低下等を未然に回避しながら冷媒回路に与える悪影響も解消若しくは抑制することができるようになる。
【0036】
また、前述の如く冷媒導入管92の入口92Aの一部が電動要素14のステータ22上端より下方に位置するよう冷媒導入管92を設けているので、ロータリコンプレッサ10の高さ寸法を縮小できるようになるようになり、図5の左側に示す従来のロータリコンプレッサ100と比較しても同図右側に示すように略同等の高さ寸法に抑えることが可能となる。これにより、収納スペースが小さく、コンプレッサのサイズが制限されてしまう自動販売機や冷蔵庫用にロータリコンプレッサ10には極めて好適なものとなる。
【0037】
尚、実施例では2段圧縮式のロータリコンプレッサ10に本発明を適用したが、それに限らず、更に多段のロータリコンプレッサにおいても本発明は有効である。また、回転軸16のオイル通路82に調整手段としてオイル吐出孔84Aが形成された補助吐出具84を設けたが、オイル調整手段はこれに限らず、回転軸16上端に形成されるオイル吐出口82A自体の内径を狭めてもよい。
【0038】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、密閉容器内に電動要素と、該電動要素の下方に位置して当該電動要素の回転軸にて駆動される第1及び第2の回転圧縮要素を備え、第1の回転圧縮要素で圧縮された冷媒ガスを密閉容器内に吐出し、更にこの吐出された中間圧の冷媒ガスを第2の回転圧縮要素で圧縮する内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサにおいて、電動要素の上側における密閉容器内に開口し、該密閉容器内の冷媒ガスを、当該密閉容器外を経て第2の回転圧縮要素に導入するための冷媒導入管と、該冷媒導入管の入口の一部が、電動要素のステータ上端より下方に位置するよう冷媒導入管を設けたので電動要素の下側に冷媒導入管を開口させる場合に比べて冷媒導入管に吸い込まれて第2の回転圧縮要素から外部に吐出されるオイル量を削減することができるようになる。
【0039】
これにより、第2の回転圧縮要素から外部に吐出されるオイル量を低減させ、ロータリコンプレッサにおける潤滑・シール性能の低下と外部の冷媒回路におけるオイルによる悪影響の発生の双方を効果的に解消することができるようになる。また、冷媒導入管の取付位置も下がるので、コンプレッサの高さ寸法は縮小され、例えば、収納スペースが小さく、コンプレッサのサイズが制限されてしまう自動販売機や冷蔵庫用等に好適なロータリコンプレッサを提供することができるようになるものである。
【0040】
また、請求項2の発明によれば上記に加えて、回転軸にオイル通路を形成し、当該オイル通路のオイル吐出口の内径を調整するための調整手段を備えたので、外部に吐出されるオイル量を削減しながら第2の回転圧縮要素に吸い込まれるオイル量を好適に調整することができるようになる。これにより、第2の回転圧縮要素の潤滑・シール性を確保しつつロータリコンプレッサの性能低下と冷媒回路に対する悪影響の双方を効果的に解消することが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した実施例の内部中間圧型多段圧縮式のロータリコンプレッサの縦断側面図である。
【図2】図1のロータリコンプレッサの第1の回転圧縮要素のシリンダの平面図である。
【図3】図1のロータリコンプレッサの回転軸上部の縦断側面図である。
【図4】図1のロータリコンプレッサの回転軸の平面図である。
【図5】図1のロータリコンプレッサと従来の電動要素下側に冷媒導入管の入口を設けたロータリコンプレッサとの高さ比較を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
10 ロータリコンプレッサ
12 密閉容器
12A 容器本体
14 電動要素
16 回転軸
18 回転圧縮機構部
32 第1の回転圧縮要素
34 第2の回転圧縮要素
36 中間仕切板
38 シリンダ
40 シリンダ
54 上部支持部材
58 オイル溜め
82 オイル通路
82A オイル吐出口
84 補助吐出具
84A オイル吐出孔
92 冷媒導入管
92A 入口
121 中間吐出管
144 スリーブ

Claims (2)

  1. 密閉容器内に電動要素と、該電動要素の下方に位置して当該電動要素の回転軸にて駆動される第1及び第2の回転圧縮要素を備え、前記第1の回転圧縮要素で圧縮された冷媒ガスを前記密閉容器内に吐出し、更にこの吐出された中間圧の冷媒ガスを前記第2の回転圧縮要素で圧縮するロータリコンプレッサにおいて、
    前記電動要素の上側における前記密閉容器内に開口し、該密閉容器内の冷媒ガスを、当該密閉容器外を経て前記第2の回転圧縮要素に導入するための冷媒導入管と、該冷媒導入管の入口の一部が、前記電動要素のステータ上端より下方に位置するよう前記冷媒導入管を設けたことを特徴とする内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサ。
  2. 前記回転軸にオイル通路を形成し、当該オイル通路のオイル吐出口の内径を調整するための調整手段を備えたことを特徴とする請求項1の内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサ。
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