JP2004019599A

JP2004019599A - 多段圧縮式ロータリコンプレッサ

Info

Publication number: JP2004019599A
Application number: JP2002177941A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Matsumoto; 松本　兼三; Haruhisa Yamazaki; 山崎　晴久; Kazuya Sato; 里　和哉; Masaya Tadano; 只野　昌也; Satoru Imai; 今井　悟
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】多段圧縮式ロータリコンプレッサにおいて、コンプレッサ外部に吐出されるオイル量を低減させると共に、第２の回転圧縮要素への給油を円滑、且つ、確実に行う。
【解決手段】電動要素１４の下側に第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４を配置し、当該第２の回転圧縮要素３４の下側に第１の回転圧縮要素３２を配置して、第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒ガスを、密閉容器１２外に設けた冷媒導入管９２を経て第２の回転圧縮要素３４に導入し、第２の回転圧縮要素３４で圧縮された冷媒ガスを密閉容器１２内に吐出し、当該密閉容器１２内の高圧の冷媒ガスを電動要素１４の上側から外部に吐出する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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】
従来のこの種多段圧縮式ロータリコンプレッサは、第１の回転圧縮要素の吸入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圧縮されて中間圧となり、シリンダの高圧室側の吐出ポート、吐出消音室を経て密閉容器内に吐出される。そして、密閉容器内に吐出された中間圧の冷媒ガスは第２の回転圧縮要素の吸入ポートから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段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側の吐出ポート、吐出消音室を経て冷媒吐出管から外部に吐出される構成とされていた。
【０００３】
また、前記ロータリコンプレッサの密閉容器内の底部はオイル溜めとされ、回転軸の下端に取り付けられたオイルポンプ（給油手段）によりオイル溜めからオイルが吸い上げられ、回転軸や回転圧縮要素内の摺動部に供給されて潤滑とシールを行っていた。
【０００４】
【発明の解決しようとする課題】
このような多段圧縮式ロータリコンプレッサでは、第２の回転圧縮要素で圧縮された冷媒ガスはそのまま外部に吐出されることになるが、この冷媒ガス中には、第２の回転圧縮要素内の摺動部に供給された前記オイルが混入しており、冷媒ガスと共にこのオイルも吐出されることとなる。そのため、冷凍サイクルの冷媒回路中に当該オイルが多量に流出して冷凍サイクルの性能を悪化させると云う問題が生じていた。
【０００５】
また、係る内部中間圧型の多段圧縮式ロータリコンプレッサでは、底部がオイル溜めとなる密閉容器内の圧力（中間圧）よりも第２の回転圧縮要素のシリンダ内の圧力（高圧）の方が高くなるため、圧力差を利用して第２の回転圧縮要素にオイルを供給することが困難であった。
【０００６】
本発明は、係る技術的課題を解決するために成されたものであり、多段圧縮式ロータリコンプレッサにおいて、コンプレッサ外部に吐出されるオイル量を低減させると共に、第２の回転圧縮要素への給油を円滑、且つ、確実に行うことを目的とする。
【０００７】
【発明を解決するための手段】
即ち、本発明の多段圧縮式ロータリコンプレッサでは、第１の回転圧縮要素の圧力より高圧となる第２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、当該密閉容器内の高圧の冷媒ガスを外部に吐出するので、第２の回転圧縮要素から吐出された冷媒ガスに含まれるオイルを密閉容器内で分離させることができるようになる。これにより、オイル分離性能が向上し、コンプレッサ外部へのオイルの流出量が低減されるので、外部の冷凍サイクルに与える悪影響も抑制できるようになる。
【０００８】
請求項２の発明では上記に加えて、第１の回転圧縮要素から吐出された冷媒ガスを、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を設けたので、第２の回転圧縮要素に吸い込まれる冷媒ガスの温度を下げることができるようになる。
【０００９】
請求項３の発明では上記各発明に加えて、電動要素の下側に第１及び第２の回転圧縮要素を配置し、当該第２の回転圧縮要素の下側に第１の回転圧縮要素を配置すると共に、電動要素の上側から密閉容器内の冷媒ガスを外部に吐出するようにしたので、密閉容器内における高圧ガス冷媒のオイル分離性能をより一層向上させることができるようになる。
【００１０】
そして、請求項４の発明では高低圧差が大きくなる二酸化炭素を冷媒として使用する。
【００１１】
【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は本発明の多段圧縮式ロータリコンプレッサの実施例として、第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４を備えた縦型の多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサ１０の縦断面図である。尚、本発明のロータリコンプレッサ１０は後述する如く内部高圧型の多段圧縮式ロータリコンプレッサである。
【００１２】
図１において、この多段圧縮式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１２Ａ、及び、この密閉容器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とで形成される密閉容器１２と、この密閉容器１２の容器本体１２Ａの内部空間における上側に配置収納された電動要素１４と、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及び第２の回転圧縮要素３４からなる回転圧縮機構部１８とにより構成されている。
【００１３】
尚、密閉容器１２は底部をオイル溜めとする。また、前記エンドキャップ１２Ｂの上面中心には円形状の取付孔１２Ｄが形成され、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。ここで、密閉容器１２内は後述するように高圧となるため、このターミナル２０は内部高圧対応型となり、中央のパイプ溶接などは行われていないものとする。
【００１４】
前記電動要素１４は、密閉容器１２内の上部空間内で、容器本体１２Ａの内面に沿って環状に取り付けられたステータ（固定子）２２と、このステータ２２の内側に若干の隙間を存して挿入設置されたロータ（回転子）２４とからなる。そして、このロータ２４には鉛直方向に延在する回転軸１６が固定されている。
【００１５】
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の歯部に例えば直巻き（集中巻き）方式によって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を挿入して構成されている。
【００１６】
また、回転軸１６の電動要素１４側の端部（上端部）にはロータ２４の上側に位置してオイル分離板１０１が取り付けられている。一方、回転軸１６の回転圧縮要素３２側の端部（下端部）には給油手段としてのオイルポンプ１０２が形成されている。このオイルポンプ１０２は、密閉容器１２内の底部に構成されたオイル溜めから潤滑用のオイルを吸い上げて回転圧縮機構部１８の摺動部等に供給し、摩耗を防止し、且つ、シールを行うために設けられたものであり、このオイルポンプ１０２の下端１０３はオイル溜め内に位置している。
【００１７】
他方、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、この中間仕切板３６の下側に第１の回転圧縮要素３２が、また、中間仕切板３６の上側（即ち、第１の回転圧縮要素３２の上側）に第２の回転圧縮要素３４が位置している。即ち、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シリンダ３８、４０と、シリンダ３８、４０内を１８０度の位相差を有して回転軸１６に設けられた上下偏心部４２、４４に嵌合されて偏心回転する上下ローラ４６、４８と、この上下ローラ４６、４８に当接して上下シリンダ３８、４０内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画する図示されないベーンと、上シリンダ３８の上側の開口面及び下シリンダ４０の下側の開口面を閉塞して回転軸１６の軸受け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にて構成される。
【００１８】
また、上部支持部材５４及び下部支持部材５６には、吸込ポート１６１、１６２にて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路５８、６０と、上部支持部材５４及び下部支持部材５６の凹陥部を壁としてのカバーによって閉塞することにより形成された吐出消音室６２、６４とが設けられている。即ち、吐出消音室６２は当該吐出消音室６２を画成する壁としての上部カバー６６にて閉塞され、吐出消音室６４は下部カバー６８にて閉塞される。
【００１９】
そして、下部カバー６８はドーナッツ状の円形鋼板から構成されており、周辺部の４カ所を主ボルト１２９・・・によって下から下部支持部材５６に固定されている。この主ボルト１２９・・・の先端は上部支持部材５４に螺合する。
【００２０】
ここで、第１の回転圧縮要素３２の吐出消音室６４と第２の回転圧縮要素３４の吸込通路５８とは冷媒導入管９２にて連通されている。この冷媒導入管９２は、密閉容器１２の外側に位置しており、吐出消音室６４に吐出された冷媒ガスは、この冷媒導入管９２により密閉容器１２外を経て第２の回転圧縮要素３４に導入されることになる。
【００２１】
このとき、第２の回転圧縮要素３４に供給される冷媒ガス中には、第１の回転圧縮要素３２内に供給されたオイルが混入しており、このオイルを多量に含んだ冷媒ガスが第２の回転圧縮要素３４に直接吸い込まれることになる。これにより、第２の回転圧縮要素３４には十分なオイルが支障無く供給されることになる。
【００２２】
このように、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒ガスを密閉容器１２内に吐出させずに、冷媒導入管９２を介してそのまま第２の回転圧縮要素３４に吸入させることにより、第１の回転圧縮要素３２に供給されたオイルを含んだオイルリッチな冷媒ガスをそのまま第２の回転圧縮要素３４に導入することができるようになる。
【００２３】
従って、第２の回転圧縮要素３４の摺動部に給油を行うための特別な装置を用いることなく第２の回転圧縮要素３４にオイルを供給することができるようになり、第２の回転圧縮要素３４のオイル不足を解消することができるようになる。
【００２４】
更に、第２の回転圧縮要素３４の給油機構が簡素化できるので、給油機構の生産コストの削減を図ることができるようになる。
【００２５】
また、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒ガスを密閉容器１２の外側に設けられた冷媒導入管９２を介して第２の回転圧縮要素３４に導入することで、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒ガスは、外部を通過する過程で冷却される。これにより、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる冷媒ガスの温度を下げて圧縮効率の向上を図ることができるようになる。
【００２６】
他方、上部カバー６６の上側には、上部カバー６６と所定間隔を存して、電動要素１４が設けられている。この上部カバー６６は周辺部が４本の主ボルト７８・・・により、上から上部支持部材５４に固定されている。この主ボルト７８・・・の先端は下部支持部材５６に螺合する。
【００２７】
第２の回転圧縮要素３４の吐出消音室６２と密閉容器１２内は、上部カバー６６を貫通して密閉容器１２内の電動要素１４側に開口する吐出孔１２０にて連通されており、この吐出孔１２０から第２の回転圧縮要素３４で圧縮された高圧の冷媒ガスが密閉容器１２内に吐出される。このとき、冷媒ガス中には第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４に供給されたオイルが混入しているが、このオイルも密閉容器１２内に吐出されることとなる。そして、当該オイルは密閉容器１２内空間を通過する過程で冷媒ガスから分離し、密閉容器１２内底部のオイル溜めに流下して溜まる。
【００２８】
そして、この場合の冷媒としては、地球環境にやさしく可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）を使用し、密閉容器１２内に封入される潤滑油としてのオイルとしては、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキルグリコール）等既存のオイルが使用される。
【００２９】
また、密閉容器１２の容器本体１２Ａの側面には、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路５８、６０、吐出消音室６４、ロータ２４の上側（電動要素１４の直上）に対応する位置に、スリーブ１４１、１４２、１４３及び１４４がそれぞれ溶接固定されている。スリーブ１４１と１４２は上下に隣接すると共に、スリーブ１４３はスリーブ１４２の略対角線上にある。また、スリーブ１４４はスリーブ１４１の上方に位置する。そして、スリーブ１４１内には上シリンダ３８に冷媒ガスを導入するための前記冷媒導入管９２の一端が挿入接続されている。
【００３０】
この冷媒導入管９２は前述する如く第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒ガスを第２の回転圧縮要素３４に供給するためのものであり、この冷媒導入管９２の一端は上シリンダ３８の吸込通路５８と連通する。そして、冷媒導入管９２は密閉容器１２の外側を通過してスリーブ１４３に至り、他端はスリーブ１４３内に挿入接続されて第１の回転圧縮要素３２の吐出消音室６４と連通する。
【００３１】
そして、スリーブ１４２内には下シリンダ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の一端は下シリンダ４０の吸込通路６０と連通する。この冷媒導入管９４の他端は冷凍サイクルの冷媒回路を構成する図示しないアキュムレータに接続されている。
【００３２】
また、スリーブ１４４内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒吐出管９６の一端は電動要素１４上方の密閉容器１２内に連通する。このように、冷媒吐出管９６は電動要素１４の上側に設けられているので、第２の回転圧縮要素３４で圧縮された冷媒ガスと共に密閉容器１２内の電動要素１４の下側に吐出されたオイルは、電動要素１４を通過して上側に至り、冷媒吐出管９６から外部に吐出されるようになる。このように第２の回転圧縮要素３４から吐出された冷媒ガスが密閉容器１２内空間を移動することで、それに溶け込んだオイルは円滑に分離することになる。更に、冷媒ガスは電動要素１４の上側（回転軸１６の上端）に設けられたオイル分離板１０１を通過するので、より一層オイル分離が促進される。これにより、冷媒ガスと共にロータリコンプレッサ１０の外部（冷凍サイクルの冷媒回路内）に吐出されるオイルの量を効果的に減らすことができるようになる。
【００３３】
更に、第２の回転圧縮要素３４には前述の如くオイルリッチな冷媒ガスが吸い込まれることになるので、高圧縮運転時にも第２の回転圧縮要素３４の温度上昇を軽減することができるようになる。これに伴い、電動要素１４部分の温度上昇も抑制され、結果としてロータリコンプレッサ１０の性能と信頼性の改善が図られるようになる。
【００３４】
以上の構成で次にロータリコンプレッサ１０の動作を説明する。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と一体に設けられた上下偏心部４２、４４に嵌合されて上下ローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。
【００３５】
これにより、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１６２から下シリンダ４０の低圧室側に吸入された低圧（４ＭＰａＧ程）の冷媒ガスは、下ローラ４８と図示しないベーンの動作により圧縮されて中間圧（８ＭＰａＧ程）となり、シリンダ４０の高圧室側より図示しない吐出ポートを介して吐出消音室６４に吐出される。吐出消音室６４に吐出された中間圧の冷媒は、冷媒導入管９２に入り、密閉容器１２外を経て第２の回転圧縮要素３４の吸込通路５８を経由し、吸込ポート１６１から上シリンダ３８の低圧室側に吸入される。このとき、冷媒ガスは密閉容器１２の外側に設けられた冷媒導入管９２を通過際に冷却される。
【００３６】
そして、上シリンダ３８の低圧室側に吸入された冷媒ガスは、上ローラ４６と図示しないベーンの動作により圧縮されて高圧（１０〜１２ＭＰａＧ程）の冷媒ガスとなり、シリンダ３８の高圧室側より図示しない吐出ポートを介して吐出消音室６２に吐出される。吐出消音室６２に吐出された冷媒ガスは、吐出孔１２０から密閉容器１２内の電動要素１４下側に吐出され、電動要素１４のステータ２２及びロータ２４内やそれらの間隔、及び、ステータ２２と密閉容器１２間を通過して上昇し、電動要素１４の上側に至る。このとき、冷媒ガス中に混入した殆どのオイルは密閉容器１２内で冷媒ガスから分離され、密閉容器１２の内面を流下して当該密閉容器１２内底部に設けられたオイル溜めに溜まる。一方、冷媒ガスは電動要素１４の上側に開口する冷媒吐出管９６からロータリコンプレッサ１０外部の冷媒回路に吐出される。
【００３７】
このように、第２の回転圧縮要素３４で圧縮された冷媒ガスを密閉容器１２内に吐出し、当該密閉容器１２内の高圧の冷媒ガスを外部に吐出するので、第２の回転圧縮要素３４から吐出された冷媒ガスに含まれるオイルを密閉容器１２内で分離させることができるようになる。これにより、オイル分離性能が向上し、ロータリコンプレッサ１０の外部の冷媒回路へのオイルの流出量が低減されるので、外部の冷凍サイクルに与える悪影響も抑制できるようになる。これは特に高圧が低くなる冷却システム（カーエアコン等）を対象とした場合に効果大成るものとなる。
【００３８】
また、密閉容器１２内が高圧となるため、第１の回転圧縮要素３２への給油は圧力差で行うことができるようになると共に、第２の回転圧縮要素３４には第１の回転圧縮要素３２から冷媒ガスと共に吐出されたオイルが直接供給されることになるので、第２の回転圧縮要素３４への給油も支障無く行えるようになる。
【００３９】
更に、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる冷媒ガスにはオイルが十分に含まれているので、第２の回転圧縮要素３４の温度上昇も軽減できるようになる。従って、高圧縮運転における電動要素１４の温度上昇等も防ぐことが可能となる。以上により、高性能で信頼性の高い多段圧縮式ロータリコンプレッサ１０を提供することができるようになる。
【００４０】
特に、第１の回転圧縮要素３２から吐出された冷媒ガスを、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を設けたので、第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる冷媒ガスの温度を下げることができるようになり、ロータリコンプレッサ１０の圧縮効率の改善と信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００４１】
また、電動要素１４の下側に第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４を配置し、当該第２の回転圧縮要素３４の下側に第１の回転圧縮要素３２を配置すると共に、電動要素１４の上側から密閉容器１２内の冷媒ガスを外部に吐出するようにしたので、密閉容器１２内における高圧ガス冷媒のオイル分離性能をより一層向上させることができるようになる。そして、上述の如く高低圧差が大きくなる二酸化炭素を冷媒として使用する場合に本発明の構造は極めて有効となる。
【００４２】
尚、実施例では縦型のロータリコンプレッサに本発明を適用したが、請求項１及び請求項２ではそれに限らず、横長の密閉容器１２内に電動要素１４と回転圧縮機構部１８を左右に並設した所謂横型の多段圧縮式ロータリコンプレッサにも本発明は有効である。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、第２の回転圧縮要素から吐出された冷媒ガスに含まれるオイルを密閉容器内で分離させることができるようになり、オイル分離性能が向上し、コンプレッサ外部へのオイルの流出量が低減されるので、外部の冷凍サイクルに与える悪影響も抑制できるようになる。
【００４４】
また、密閉容器内が高圧となるため、第１の回転圧縮要素への給油は圧力差で行うことができるようになると共に、第２の回転圧縮要素には第１の回転圧縮要素から冷媒ガスと共に吐出されたオイルが直接供給されることになるので、第２の回転圧縮要素への給油も支障無く行えるようになる。
【００４５】
更に、第２の回転圧縮要素に吸い込まれる冷媒ガスにはオイルが十分に含まれているので、第２の回転圧縮要素の温度上昇も軽減できるようになる。従って、高圧縮運転における電動要素の温度上昇等も防ぐことが可能となる。
【００４６】
以上により、高性能で信頼性の高い多段圧縮式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。
【００４７】
請求項２の発明によれば上記に加えて、第２の回転圧縮要素に吸い込まれる冷媒ガスの温度を下げることができるようになり、コンプレッサの圧縮効率の改善と信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００４８】
請求項３の発明によれば上記各発明に加えて、密閉容器内における高圧ガス冷媒のオイル分離性能をより一層向上させることができるようになる。
【００４９】
そして、請求項４の発明の如く、高低圧差が大きくなる二酸化炭素を冷媒として使用する場合に、本発明の多段圧縮式ロータリコンプレッサは極めて好適なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の縦型ロータリコンプレッサの縦断側面図である。
【符号の説明】
１０　ロータリコンプレッサ
１２　密閉容器
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
３８、４０　シリンダ
９２　冷媒導入管
９６　冷媒吐出管
１０２　オイルポンプ
１２０　吐出孔

Claims

密閉容器内に電動要素と、該電動要素にて駆動される第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、
前記第２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、当該密閉容器内の高圧の冷媒ガスを外部に吐出することを特徴とする多段圧縮式ロータリコンプレッサ。
前記第１の回転圧縮要素から吐出された冷媒ガスを、前記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を設けたことを特徴とする請求項１の多段圧縮式ロータリコンプレッサ。
前記電動要素の下側に前記第１及び第２の回転圧縮要素を配置し、当該第２の回転圧縮要素の下側に前記第１の回転圧縮要素を配置すると共に、前記電動要素の上側から前記密閉容器内の冷媒ガスを外部に吐出することを特徴とする請求項１又は請求項２の多段圧縮式ロータリコンプレッサ。
二酸化炭素を冷媒として使用することを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３の多段圧縮式ロータリコンプレッサ。