JP2004346741A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉型回転圧縮機では、信頼性および冷凍サイクルの高効率化の観点から、油分離効率を向上して密閉容器外への冷凍機油の吐出を極力抑える必要がある。
【解決手段】導入端子３４に装着するクラスタ３５を、当該クラスタ中心軸に対して軸対称形状とし、そのクラスタ３５の中心軸を回転電動機部の回転中心軸Ｌとほぼ一致するように密閉容器１内の上部中央に配設する構成として、回転子１２の高速回転によって密閉容器１内の上部空間１９に誘起された作動流体の旋回流れを、クラスタ３５の周りにも誘起し、その旋回流れの遠心力によって作動流体に含むオイルミストを分離して、密閉容器１の側面部に貫通設置した吐出管３３から密閉容器１外に吐出する冷凍機油の量を低減する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプ式給湯機、冷凍冷蔵庫や空調機等に用いられる冷媒用密閉型回転圧縮機に関し、特に油分離構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
密閉型回転圧縮機は、圧縮機に回転電動機が内蔵されておりヒートポンプシステムが構成しやすく、構成が簡単になる等の観点から、ヒートポンプ式給湯機、冷凍冷蔵庫および空調機等に多く用いられている。ロータリ圧縮機やスクロール圧縮機等の密閉型回転圧縮機の構成については非特許文献１に記載されている。
以下に、密閉型回転圧縮機の構成を、ロータリ圧縮機を例に図６、図７および図８を用いて説明する。図６は、従来の圧縮機の縦断面図、図７は、従来の圧縮機の導入端子と回転電動機部の固定子からのリード線を接続するクラスタの斜視図である。
図に示す圧縮機は、密閉容器１と、偏心部２ａを有するシャフト２，シリンダ３，ローラ４，ベーン７，バネ８，上軸受９，下軸受１０等から成り密閉容器１の内部の下方に配置された圧縮機構部と、上下端側にそれぞれ設けられたコイルエンド１１ｂ，１１ｄを有する固定子１１，回転子１２等から成り密閉容器１の上方に配置された回転電動機部とから構成される。
そして、固定子１１の外周側には、作動流体の流路とするための複数の切欠き１１ａが設けられている。密閉容器１の上部には、密閉容器１の内部の回転電動機部に通電するための導入端子１３と、密閉容器１の内部から作動流体を冷凍サイクルに導く吐出管１４が設けられている。この導入端子１３には、回転電動機部の固定子１１からのリード線２５を接続するほぼ直方体形状のクラスタ２６を装着し、回転電動機部に通電する構成としている。また、吐出管１４は、垂直に密閉容器１の内部に貫通しており、その吸入口１４ａが回転電動機部の固定子１１や回転子１２と接触しないように、固定子１１上端側のコイルエンド１１ｂよりも上側に位置する。また、密閉容器１の側面部には、作動流体を冷凍サイクルから圧縮機に導く吸入管１５が設けられている。密閉容器１の底部の油溜り１６には、冷凍機油が貯留される構成となっている。
上記構成の圧縮機の動作について説明する。圧縮機の回転電動機部に通電して回転子１２を回転させると、偏心部２ａによりローラ４は偏心回転運動を行い、シリンダ３内に形成された吸入室５と圧縮室（図示せず）の容積が変化する。これに伴って作動流体は、吸入管１５から流路９ａを経て吸入室５に吸入され、圧縮室にて圧縮される。圧縮された作動流体は、油溜り１６から供給され、圧縮機構部を潤滑した冷凍機油の霧滴（以下、オイルミスト）を混合した状態で、吐出孔９ｂを経て回転電動機部の下部空間１７に吐出され、固定子１１の切欠き１１ａや、固定子１１と回転子１２の隙間１８を通過して、回転電動機部の上部空間１９に流れる。
そして、作動流体は吐出管１４から吐出されるが、同時に作動流体に混合した冷凍機油も吐出されてしまう。そのため圧縮機では、圧縮機の信頼性および冷凍サイクルの高効率化の観点から、油を分離して密閉容器１の外部への冷凍機油の吐出を抑えている。
この作動流体から冷凍機油の分離を行う構成としては、例えば特許文献１に示されているように、回転子１２の上部に設けた油分離板を用いる方法がある。図８に油分離板の周辺の詳細断面図を示す。回転子１２には、永久磁石２０の挿入孔を閉塞する上側端板２１ａおよび下側端板２１ｂが具備されると共に、回転子１２に上下方向に貫通形成された複数の貫通孔１２ａと、貫通孔１２ａの出口の上方に配され回転子１２の上面との間に油分離空間２２を形成する油分離板２３とが、固定部材２４によって回転子１２に固定されている。
このように構成された圧縮機では、圧縮機構部から回転電動機部の下部空間１７に吐出されたオイルミストを含む作動流体の一部は、回転子１２に設けられた貫通孔１２ａを通って油分離空間２２に流入する。そして、ここで遠心力により油分離板２３の外周出口から作動流体を放射状に吐出し、固定子１１のコイルエンド１１ｂに吹き付けられて作動流体とこれに含まれたオイルミストが分離される。そして、油を分離した作動流体だけが上昇して、密閉容器１内の上部に設けられた吐出管１４から外部へ吐出される。一方、固定子１１のコイルエンド１１ｂに付着した冷凍機油は下方へ伝わって落ち、密閉容器１の底部に貯留されている油溜り１６へ戻される。
【０００３】
【非特許文献１】
「冷凍空調便覧、新版第５版、ＩＩ巻 機器編」、日本冷凍協会、平成５年、第３０項〜第４３項
【特許文献１】
特開平８−２８４７６号公報（第６項、図１〜図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の圧縮機では、回転電動機部の下部空間１７から上部空間１９への作動流体の流れは、固定子１１の外周側の切欠き１１ａや、固定子１１と回転子１２の隙間１８、あるいは、図８のように構成される圧縮機の場合は回転子１２の貫通孔１２ａを通過していた。このうち、固定子１１と回転子１２の隙間１８は、回転電動機部の効率の観点から通常０．５ｍｍ程度の狭い幅であり、しかも回転子１２が高速で回転しているため、ここを流れる作動流体の割合は非常に少ない。また、回転子１２の貫通孔１２ａについても、回転子１２の積層鉄芯の断面積が減り磁気回路が狭くなると、回転電動機部の効率が低下するため大きくできない。従って、固定子１１の切欠き１１ａを通過する作動流体の割合が非常に多くなる。
この固定子１１の切欠き１１ａを通過したオイルミストを含有する作動流体は、密閉容器１の壁面に沿って回転電動機部の上部空間１９に流入した後、回転電動機部の回転子１２の回転により誘起される旋回流れとなり、作動流体と冷凍機油の密度差により遠心分離される。しかしながら、上部空間１９内に設置しているクラスタ２６が細長い直方体形状であり、密閉容器１の軸中心からずれて設置されているため、回転子１２の回転により誘起される上部空間１９内の、回転中心軸Ｌを中心とする旋回流れを邪魔する作用が生じる。そのため、旋回流れの流速が遅く、かつ不均一となる。従って、作動流体と冷凍機油の分離が不十分であった。
また、図８に示すように、回転子１２に上下方向に貫通形成された複数の貫通孔１２ａを設けた場合でも、貫通孔１２ａを通過する作動流体からの油分離しかできず、特に流量の多い固定子１１の外周側の切欠き１１ａを通過する作動流体からの油分離が課題であった。
更に、従来の圧縮機を、二酸化炭素を主成分とした自然冷媒を作動流体として用いる冷凍サイクルに適用した場合、圧縮室から吐出される作動流体の圧力が臨界圧力を越えるため、密閉容器１の内部の作動流体は超臨界状態となり、作動流体に対する冷凍機油の溶解量が増加すること、および吸入室５と密閉容器１内の差圧が増大するため吸入室５に流入する冷凍機油の流量が増大し作動流体に混合する冷凍機油の混合割合が増加すること等のため、特に密閉容器１の内部での油分離が課題であった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためのものであり、回転電動機部の効率を低下させることなく、簡易かつ低コストに油分離効率を高めて、密閉容器の外部に持ち出される冷凍機油の量を低減し、圧縮機の信頼性を向上させ、高効率の冷凍サイクルを得ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の圧縮機は、密閉容器内に、作動流体を圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する回転電動機部と、前記回転電動機部に電力を供給する導入端子と、前記導入端子に前記回転電動機部からのリード線を接続するクラスタとを備え、前記圧縮機構部を前記回転電動機部よりも下方に配置し、前記密閉容器内の下部に冷凍機油を貯留する油溜りを、前記密閉容器内の上部に前記導入端子及び前記クラスタをそれぞれ設け、前記圧縮機構部から吐出される作動流体を、前記回転電動機部と前記密閉容器との隙間から前記密閉容器の上部空間に導き、当該上部空間に設けた吐出管から前記密閉容器外に吐出する構成とした圧縮機であって、前記クラスタを軸対称形状とし、前記クラスタの中心軸が前記回転電動機部の回転中心軸とほぼ一致するように設けたことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の圧縮機において、前記クラスタを、円柱形状としたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１に記載の圧縮機において、前記クラスタを、多角柱形状としたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１に記載の圧縮機において、前記吐出管を、前記密閉容器の上部側の側面部に設け、前記吐出管の密閉容器内開口端を、前記密閉容器の内壁面よりも突出させたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項４に記載の圧縮機において、前記密閉容器内の吐出管を、前記クラスタの下面よりも下方に設置したことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項４に記載の圧縮機において、前記密閉容器を、上シェル、胴シェル、及び下シェルから構成し、少なくとも前記上シェルは前記胴シェルに溶接によって接合される構成とし、前記導入端子を前記上シェルの中央部に設置し、前記吐出管を前記上シェルの側面部に貫通設置したことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の圧縮機において、前記回転電動機部を、前記密閉容器の内部に焼嵌めされた固定子と、前記固定子の内周部で回転する回転子とより構成し、前記クラスタの外径を前記固定子のコイルエンド内径より小さくしたことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の圧縮機において、前記クラスタを、装着隙間が生じないように前記導入端子に設置したことを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の圧縮機において、前記密閉容器の内径寸法を、前記クラスタの外径寸法の３倍以下としたことを特徴とする。
請求項１０記載の本発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の圧縮機において、前記作動流体として、二酸化炭素や炭化水素などの自然冷媒を用いたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態による圧縮機は、クラスタを軸対称形状とし、クラスタの中心軸が回転電動機部の回転中心軸とほぼ一致するように設けたものである。本実施の形態によれば、回転電動機部の高速回転によって密閉容器の上部空間には旋回流れが誘起されるが、軸対称形状としたクラスタを回転電動機部の回転中心軸とほぼ一致するように設けているため、クラスタの周辺でも旋回流れが誘起される。従って、作動流体とともに密閉容器の上部空間に導かれたオイルミストは、旋回流れによって遠心分離され、密閉容器内壁面に付着し、付着したオイルミストは油滴となって下方に流れ落ちるため、冷凍機油が作動流体とともに吐出管から吐出されることを防止することができる。
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による圧縮機において、クラスタを円柱形状としたものである。本実施の形態によれば、クラスタ周辺での旋回流れの誘起作用を高めることができる。
本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態による圧縮機において、クラスタを多角柱形状としたものである。本実施の形態によれば、多角形状の側面が障害物となり、この側面に沿って下向きの流れを生じる。従って、オイルミストを油滴とし下方に落下させる効果を高め、冷凍機油が作動流体とともに吐出管から吐出されることを防止することができる。
本発明の第４の実施の形態は、第１の実施の形態による圧縮機において、吐出管を、密閉容器の上部側の側面部に設け、吐出管の密閉容器内開口端を、密閉容器の内壁面よりも突出させたものである。本実施の形態によれば、吐出管の密閉容器内開口端を、密閉容器の内壁面よりも突出させることで、密閉容器内壁面に付着したオイルミストが吐出管に流れ込むことを防止でき、旋回流れの中央部付近の、オイルミストが十分に分離された作動流体を吐出管内に導くことができる。
本発明の第５の実施の形態は、第４の実施の形態による圧縮機において、密閉容器内の吐出管を、クラスタの下面よりも下方に設置したものである。本実施の形態によれば、上部側空間に流入した作動流体の流れが、クラスタ側面に遮られて、直接、吐出管に流入することをなくすことができる。
本発明の第６の実施の形態は、第４の実施の形態による圧縮機において、密閉容器を、上シェル、胴シェル、及び下シェルから構成し、少なくとも上シェルは胴シェルに溶接によって接合される構成とし、導入端子を上シェルの中央部に設置し、吐出管を上シェルの側面部に貫通設置したものである。本実施の形態によれば、導入端子や吐出管をあらかじめ上シェルに設けておき、一方圧縮機や回転電動機をあらかじめ胴シェルに設けておくことができるため、圧縮機の組み立て作業が容易となる。
本発明の第７の実施の形態は、第１から第６の実施の形態による圧縮機において、回転電動機部を、密閉容器の内部に焼嵌めされた固定子と、固定子の内周部で回転する回転子とより構成し、クラスタの外径を固定子のコイルエンド内径より小さくしたものである。本実施の形態によれば、流れの空間が拡大し、コイルエンド内側の空間の旋回流れが、クラスタ周辺の旋回流れに発展成長しやすい。
本発明の第８の実施の形態は、第１から第６の実施の形態による圧縮機において、クラスタを、装着隙間が生じないように導入端子に設置するものである。本実施の形態によれば、上部側空間に流入した作動流体の流れが、クラスタと導入端子の装着隙間を通過してしまい、旋回流れを乱すことがなくなる。
本発明の第９の実施の形態は、第１から第６の実施の形態による圧縮機において、密閉容器の内径寸法を、クラスタの外径寸法の３倍以下としたものである。本実施の形態によれば、密閉容器とクラスタとの径方向隙間が、クラスタの外径と同程度以下であれば、一層、クラスタの周りの旋回流れを促進することが可能となるため、油分離効率を高めることができる。
本発明の第１０の実施の形態は、第１から第６の実施の形態による圧縮機において、作動流体として、二酸化炭素や炭化水素などの自然冷媒を用いたものである。本実施の形態のように自然冷媒を用いることができ、例えば可燃性冷媒である炭化水素冷媒を用いた小型圧縮機に対しても、冷凍機油の吐出量の削減が容易となる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明のいくつかの実施例について、図面を参照しながら説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例における圧縮機の縦断面図であり、図２は、図１に示す圧縮機のＸ―Ｘ矢視の横断面図であり、図３は、図１に示す圧縮機のＹ―Ｙ矢視の横断面図であり、図４は、図１に示す圧縮機のＺ―Ｚ矢視の横断面図である。なお、本発明の第１の実施例における圧縮機は、前述した従来の圧縮機とほぼ同様な構成であり、同一機能部品については同一符号を適用する。
第１の実施例の圧縮機は、密閉容器１と、その密閉容器１の内部の下方に配置された圧縮機構部と、その上方に配置された回転電動機部とから構成される。圧縮機構部は、回転中心軸Ｌを中心に回転可能なシャフト２と、内部に円筒面３ａを有するシリンダ３と、シャフト２の偏心部２ａに嵌合され、シャフト２の回転に伴いシリンダ３の内側で偏心回転運動を行うローラ４と、ローラ４に先端を接しながらシリンダ３のベーン溝３ｂの内部を往復運動し、シリンダ３とローラ４により形成される空間を吸入室５と圧縮室６に分割するベーン７と、ベーン７の背面に設置され、ベーン７をローラ４に押し付けるバネ８と、シャフト２を支える上軸受９および下軸受１０とから構成される。上軸受９は、吸入管１５に接続され、その吸入管１５から吸入した作動流体を吸入室５に導入する流路９ａと、圧縮室６で圧縮された作動流体を回転電動機部の下部空間１７に吐出する吐出孔９ｂとを有する。
【０００９】
回転電動機部は、密閉容器１の内部に焼嵌めされた固定子１１と、シャフト２に焼嵌めされて固定子１１の内周部で回転する回転子１２とから構成される。この固定子１１には、その上端側にコイルエンド１１ｂと、下端側にコイルエンド１１ｄとが設けられている。また、固定子１１の外周側には、下部空間１７と上部空間１９とを連通し、作動流体の流路となる複数の切欠き１１ａが設けられている。そして、密閉容器１の底部の油溜り１６には冷凍機油が貯留される構成となっている。
【００１０】
一方、密閉容器１は、上シェル３０、胴シェル３１、下シェル３２の３つの要素で構成し、溶接で密閉容器１を形成している。そして、上シェル３０の中央部には、密閉容器１内の回転電動機部に通電するための導入端子３４を設置する。この導入端子３４には、密閉容器１内で円柱形状のクラスタ３５を装着隙間がほぼ生じないように装着し、リード線２５を通して回転電動機部の固定子１１に通電している。この円柱形状のクラスタ３５は、その中心軸が回転電動機部の回転中心軸Ｌとほぼ一致するように密閉容器内の上部中央に設けられている。そして、クラスタ３５の外径は、固定子１１上端側のコイルエンド１１ｂの内径より小さく構成している。
さらに、密閉容器１（上シェル３０）の上部側の側面部には、密閉容器１内の上部空間１９から作動流体を密閉容器１外の冷凍サイクルに導く吐出管３３が設けられている。この吐出管３３は、上シェル３０の側面部から密閉容器１の内部まで貫通するように、かつ吐出管３３の位置がクラスタ３５の下面より低くなるように形成している。また、吐出管３３の密閉容器内開口端としての吸入口３３ａを、密閉容器１の内壁面よりも突出させた構成とする。
そして、作動流体には自然冷媒である二酸化炭素冷媒を用いている。なお、本実施例では、従来技術と同様な油分離板方法の回転子１２の貫通孔１２ａ（図８参照）は設けていない。
【００１１】
次に、上記構成の圧縮機の動作について説明する。作動流体は、吸入管１５から上軸受９に設けられた流路９ａを通じて吸入室５に導かれる。回転電動機部に通電し、回転子１２と一体のシャフト２を回転させると、ローラ４は偏心回転運動を行い、吸入室５と圧縮室６の容積が変化し、これに伴い作動流体は吸入、圧縮される。圧縮された作動流体は、吐出孔９ｂの吐出弁（図示せず）が開くと、油溜り１６から供給され圧縮機構部を潤滑したオイルミストを混合した状態で、回転電動機部の下部空間１７に吐出される。この下部空間１７内の作動流体は、回転電動機部と密閉容器１との隙間としての固定子１１の外周側の切欠き１１ａや、固定子１１と回転子１２の隙間１８（エアギャップ）を通過して、回転電動機部の上部空間１９に流れる。そして、作動流体は、上部空間１９で冷凍機油を分離し、吐出管１４から吐出される。
【００１２】
この油分離動作について説明する。前述のように、圧縮機構部から回転電動機部の下部空間１７に吐出されたオイルミストを含む作動流体は、固定子１１の切欠き１１ａや、固定子１１と回転子１２の隙間１８を通過して、回転電動機部の上部空間１９に流入する。このとき、隙間１８は非常に狭いので、固定子１１の切欠き１１ａを通過する作動流体の割合が非常に多くなる。
この固定子１１の切欠き１１ａを通過したオイルミストを含有する作動流体は、密閉容器１（胴シェル３１、上シェル３０）の壁面に沿って回転電動機部の上部空間１９に流入した後、上シェル３０の中央部に設置したクラスタ３５の側面に沿って、コイルエンド１１ｂの内側空間に向かう下向きの流れを生じる。
【００１３】
一方、回転電動機部の回転子１２は高速回転しているため、作動流体の下向きの流れには回転子１２の上面１２ｂによるせん断力が作用し、回転子１２の回転中心軸Ｌを中心とする旋回流れが誘起される。このとき、クラスタ３５の形状が回転中心軸Ｌに軸対称の円柱形状であるため、クラスタ３５周りの旋回流れが一層誘起されやすくなり、旋回流れの流速が一様に早くなる。このため、作動流体と冷凍機油はその密度差により遠心分離され、オイルミストは旋回流れの外周部に移動し、上シェル３０内壁面に付着し油滴となる。そして、この油滴は、下方に流れ落ち、密閉容器１の底部に貯留されている油溜り１６に戻される。
また、固定子１１上端側のコイルエンド１１ｂの内側空間まで流入したオイルミストを含む作動流体は、コイルエンド１１ｂの内側空間内を旋回して流れて、遠心力によりオイルミストを分離し、そのオイルミストは、コイルエンド１１ｂの内周面に付着し、油滴となり下方に流れ落ち、密閉容器１の底部に貯留されている油溜り１６に戻される。
【００１４】
更に、オイルミストが分離された作動流体は、密閉容器１の内壁面から離れた旋回流れの中央部近傍寄りの領域を流れている。そこで、本実施例では、吸入口３３ａを密閉容器１の内壁面から突出させて、その領域に吸入口３３ａを挿入しているため、吐出管３３に流れ込んで圧縮機から吐出される作動流体は、冷凍機油がほとんど分離された状態となる。
また、吐出管３３の位置がクラスタ３５の下面より低くなるように構成しているため、上部空間１９に流入した作動流体の流れが、クラスタ３５側面に遮られて、直接、吐出管３３の吸入口３３ａに流入することがなくなる。また、導入端子３４にクラスタ３５を装着隙間が生じないように設置しているため、上部空間１９に流入した作動流体の流れが、クラスタ３５と導入端子３４の装着隙間を通過してしまい、旋回流れを乱すことがなくなる。
また、密閉容器１を上シェル３０、胴シェル３１、下シェル３２に分割したことにより、上シェル３０に吐出管３３と導入端子３４を予め接合して置くことや、胴シェル３１に圧縮機構部や回転電動機部を予め嵌装して置くことができるため、圧縮機の組み立て作業が容易となる。さらに、クラスタ３５の外径を、コイルエンド１１ｂ内径より小さく構成しているため、流れの空間が拡大し、コイルエンド１１ｂの内側空間の旋回流れが、クラスタ３５回りの旋回流れに発展成長しやすいという効果を奏する。
【００１５】
以上のように、第１の実施例の圧縮機では、作動流体とともに圧縮機外部の冷凍サイクルへ持ち出される冷凍機油の量を著しく低減することができ、熱交換器の伝熱管内壁に冷凍機油が付着して熱交換効率を低下させることを防止し、かつ、油溜りの冷凍機油の量を常に一定にして圧縮機の信頼性と効率を向上させることが可能である。
また、冷媒として地球温暖化防止の観点から、温暖化係数の低い自然冷媒である二酸化炭素冷媒の採用が検討されている。作動流体に二酸化炭素冷媒を用いた場合、圧縮される作動流体の圧力が非常に高圧となり、作動流体への冷凍機油の混合割合が増加するために、油分離が課題となるが、本実施例によれば、円柱形状のクラスタ３５の周りに旋回流れを促進することができるので、作動流体とオイルミストを容易に分離することが可能となる。
さらに、上記第１の実施例は、クラスタ３５と吐出管３３を変更するだけであり、僅かな変更のみで油分離が簡単に実施できるので、圧縮機などを非常に安価とする効果も奏する。
【００１６】
ところで、第１の実施例の圧縮機において、密閉容器１の上シェル３０とクラスタ３５の径方向隙間が、クラスタ３５の外径と同程度以下とする構成であれば、一層、クラスタ３５の周りの旋回流れを促進することが可能となるため、油分離効率を高めることができる。例えば、円柱形状のクラスタ３５の外径２８ｍｍに対して、上シェル３０の内径が８４ｍｍ程度以下であれば、圧縮機外部の冷凍サイクルへ持ち出される冷凍機油の量を著しく低減することが可能となる。
また、密閉容器１の内径が小さければ小さいほど、旋回流れの流速が増加するため、旋回流れによる油分離効果が大きくなる。そして、クラスタ３５の形状を円柱形状とし、吐出管３３を上シェル３０の側面部から貫通させて形成するだけで、油分離効率を高めることが可能となるため、密閉容器１の外径が８０ｍｍ程度以下の非常に小さな圧縮機に対して、第１の実施例は容易に適用可能である。
さらに、第１の実施例の圧縮機では、吐出管３３を上シェル３０の側面部から貫通させて形成していたが、上シェル３０の高さを低くし胴シェル３１の高さを高くすることで、吐出管３３を胴シェル３１の側面部から貫通させて形成する構成（図示せず）とすれば、同様な効果を奏することは言うまでもない。
【００１７】
（実施例２）
第２の実施例における圧縮機は、吐出管、導入端子及びクラスタを除いて図１、図２および図３で説明した第１の実施例における圧縮機と同様な構成であり、第２の実施例における圧縮機を示す縦断面図を、図１と共用する。従って、図５は、本発明の第２の実施例における圧縮機の横断面図であり、図１のＺ―Ｚ矢視を示している。そして、同一機能部品については同一符号を適用する。また、第１の実施例の圧縮機と同一の構成および作用の説明は省くことにする。
本実施例の圧縮機の構成において、第１の実施例と異なる点は、吐出管４３と、導入端子４４と、この導入端子４４に装着する六角柱形状のクラスタ４５である。そして、上シェル３０の中央部に設置されている導入端子４４には、六角柱形状のクラスタ４５を装着隙間がほぼ生じないように装着し、リード線２５を通して回転電動機部の固定子１１に通電している。このクラスタ４５は、その中心軸が回転電動機部の回転中心軸Ｌとほぼ一致するように密閉容器内の上部中央に設けられている。また、六角柱形状のクラスタ４５の側面４５ａが固定子１１に設けた切欠き１１ａに対向するように設置している。そして、六角柱形状のクラスタ４５の外径は、固定子１１上端側のコイルエンド１１ｂの内径より小さく構成している。
さらに、吐出管４３は、上シェル３０の側面部に密閉容器１の内部まで貫通するように、かつ吐出管４３の位置がクラスタ４５の下面より低くなるように形成している。また、吐出管４３の密閉容器内開口端としての吸入口４３ａを、密閉容器１の内壁面よりも突出させた構成とする。そして、作動流体には自然冷媒である炭化水素冷媒を用いている。
【００１８】
このような構成にした圧縮機の油分離動作は次のとおりである。圧縮機構部から回転電動機部の下部空間１７に吐出されたオイルミストを含む作動流体は、固定子１１の切欠き１１ａや、固定子１１と回転子１２の隙間１８を通過して、回転電動機部の上部空間１９に流入する。このとき、隙間１８は非常に狭いので、固定子１１の切欠き１１ａを通過する作動流体の割合が非常に多くなる。
この固定子１１の切欠き１１ａを通過したオイルミストを含有する作動流体は、密閉容器１（胴シェル３１、上シェル３０）の壁面に沿って回転電動機部の上部空間１９に流入した後、上シェル３０の中央部に設置したクラスタ４５の側面４５ａが障害物となり、側面４５ａに沿ってコイルエンド１１ｂの内側空間に向かう下向きの流れを生じる。このとき、クラスタ４５の側面４５ａを、固定子１１の切欠き１１ａから流入してくるオイルミストを含んだ作動流体の流れに対向させていることにより、第１の実施例の場合と比べて、クラスタ４５の側面４５ａが平面形状であるため、コイルエンド１１ｂの内側空間に向かう周方向成分がない下向きの流れが特に促進される。特に多角形状の側面が障害物となり、オイルミストを油滴として下方に落下させる効果を高める。
【００１９】
一方、回転電動機部の回転子１２は高速回転しているため、作動流体の下向きの流れには回転子１２の上面１２ｂによるせん断力が作用し、回転中心軸Ｌを中心とする旋回流れが誘起される。このとき、クラスタ４５の形状が回転中心軸Ｌに軸対称の六角柱形状であるため、クラスタ４５周りの旋回流れがほとんど妨げられることは無く、誘起されやすくなり、旋回流れの流速が一様に早くなる。このため、作動流体と冷凍機油はその密度差により遠心分離され、オイルミストは旋回流れの外周部に移動し、上シェル３０内壁面に付着し油滴となる。そして、この油滴は、下方に流れ落ち、密閉容器１の底部に貯留されている油溜り１６に戻される。
また、固定子１１上端側のコイルエンド１１ｂの内側空間まで流入したオイルミストを含む作動流体は、コイルエンド１１ｂの内側空間内を旋回して流れ、遠心力によりオイルミストを分離し、そのオイルミストは、コイルエンド１１ｂの内周面に付着し、油滴となり下方に流れ落ち、密閉容器１の底部に貯留されている油溜り１６に戻される。
【００２０】
更に、オイルミストが分離された作動流体は、密閉容器１の内壁面から離れた旋回流れの中央部近傍寄りの領域を流れている。そこで、本実施例では、吸入口４３ａを密閉容器１の内壁面から突出させて、その領域に吸入口４３ａを挿入しているため、吐出管４３に流れ込んで圧縮機から吐出される作動流体は、冷凍機油がほとんど分離された状態となる。
また、吐出管４３の位置がクラスタ４５の下面より低くなるように構成しているため、上部空間１９に流入した作動流体の流れが、クラスタ４５側面に遮られて、直接、吐出管４３の吸入口４３ａに流入することがなくなる。また、導入端子４４にクラスタ４５を装着隙間が生じないように設置しているため、上部空間１９に流入した作動流体の流れが、クラスタ４５と導入端子４４の装着隙間を通過してしまい、旋回流れを乱すことがなくなる。
また、本実施例は第１の実施例と同様に密閉容器１を３つに分割しているので、上シェル３０に吐出管４３と導入端子４４を予め接合して置くことや、胴シェル３１に圧縮機構部や回転電動機部を予め嵌装して置くことができるため、圧縮機の組み立て作業が容易となる。さらに、クラスタ４５の外径をコイルエンド１１ｂの内径より小さく構成しているため、コイルエンド１１ｂの内側空間が拡大し、その内側空間の旋回流れが、クラスタ４５回りの旋回流れに発展成長しやすいという効果を奏する。
【００２１】
以上のように、第２の実施例の圧縮機では、作動流体とともに圧縮機外部の冷凍サイクルへ持ち出される冷凍機油の量をさらに一層低減することができ、熱交換器の伝熱管内壁に冷凍機油が付着して熱交換効率を低下させることを防止し、かつ、油溜りの冷凍機油の量を常に一定にして圧縮機の信頼性と効率を向上させることが可能である。
また、現在、冷媒として地球温暖化防止の観点から、温暖化係数の低い自然冷媒である炭化水素冷媒の採用が検討されている。作動流体に炭化水素冷媒を用いた場合、冷媒の可燃性を考慮して、安全性向上のため冷凍サイクル中に封入する冷媒充填量を削減する必要があり、圧縮機の小型化が要望されている。本実施例によれば、クラスタ４５の形状を六角柱形状とし、吐出管４３を上シェル３０の側面部から貫通させて形成するだけで、油分離効率を高めることが可能となるため、密閉容器１の外径が８０ｍｍ程度以下の非常に小さな圧縮機に対しても、容易に適用可能である。従って、本実施例の圧縮機では、可燃性冷媒である炭化水素冷媒を用いた小型圧縮機に対しても、油吐出量の削減が容易に可能となる。 更に、クラスタ４５と吐出管４３を変更するだけの、僅かな変更のみで簡単に削減が実施できるので非常に安価とすることができる。
ところで、第２の実施例では、クラスタ４５の形状を六角柱形状としたが、正多角柱形状のクラスタ（図示省略）などを含めて、当該クラスタ中心軸に対してほぼ軸対称形状のクラスタとし、そのクラスタ中心軸を回転電動機部（即ち、回転子１２）の回転中心軸Ｌとほぼ一致するように配設する構成とすれば、同様な効果を奏することは言うまでもない。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べてきたところから明らかなように本発明は、密閉容器内の上部中央に軸対称形状のクラスタを設け、吐出管を密閉容器（上シェルまたは胴シェル）の側面部に貫通設置することにより、オイルミストを大量に含む作動流体であっても、回転電動機部の上部空間にクラスタ周りの旋回流れを誘起し易くなるため、油分離効率を高めて、密閉容器から流出する冷凍機油の量を著しく低減することができる。その結果、圧縮機内の冷凍機油の油面高さを維持することができるため、圧縮機の信頼性を向上させることができるとともに、冷凍サイクルを循環する冷凍機油がほとんど無くなるため、熱伝達の阻害、流動抵抗の増大を招くこともないので、冷凍サイクル効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における圧縮機の縦断面図
【図２】図１に示す圧縮機のＸ―Ｘ矢視の横断面図
【図３】図１に示す圧縮機のＹ―Ｙ矢視の横断面図
【図４】図１に示す圧縮機のＺ―Ｚ矢視の横断面図
【図５】本発明の第２の実施例における圧縮機の横断面図（図１に示すＺ―Ｚ矢視）
【図６】従来の圧縮機の縦断面図
【図７】従来の圧縮機のクラスタの斜視図
【図８】従来の圧縮機の油分離板の周辺の詳細断面図
【符号の説明】
１ 密閉容器
１１ 固定子
１１ａ 切欠き
１１ｂ コイルエンド
１２ 回転子
１３、３４、４４ 導入端子
１４、３３、４３ 吐出管
１４ａ、３３ａ、４３ａ 吸入口
１６ 油溜り
１９ 上部空間
２５ リード線
２６、３５、４５ クラスタ
３０ 上シェル
３１ 胴シェル
３２ 下シェル
Ｌ 回転中心軸

Claims (10)

1. 密閉容器内に、作動流体を圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する回転電動機部と、前記回転電動機部に電力を供給する導入端子と、前記導入端子に前記回転電動機部からのリード線を接続するクラスタとを備え、前記圧縮機構部を前記回転電動機部よりも下方に配置し、前記密閉容器内の下部に冷凍機油を貯留する油溜りを、前記密閉容器内の上部に前記導入端子及び前記クラスタをそれぞれ設け、前記圧縮機構部から吐出される作動流体を、前記回転電動機部と前記密閉容器との隙間から前記密閉容器の上部空間に導き、当該上部空間に設けた吐出管から前記密閉容器外に吐出する構成とした圧縮機であって、前記クラスタを軸対称形状とし、前記クラスタの中心軸が前記回転電動機部の回転中心軸とほぼ一致するように設けたことを特徴とする圧縮機。
2. 前記クラスタを、円柱形状としたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記クラスタを、多角柱形状としたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
4. 前記吐出管を、前記密閉容器の上部側の側面部に設け、前記吐出管の密閉容器内開口端を、前記密閉容器の内壁面よりも突出させたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
5. 前記密閉容器内の吐出管を、前記クラスタの下面よりも下方に設置したことを特徴とする請求項４に記載の圧縮機。
6. 前記密閉容器を、上シェル、胴シェル、及び下シェルから構成し、少なくとも前記上シェルは前記胴シェルに溶接によって接合される構成とし、前記導入端子を前記上シェルの中央部に設置し、前記吐出管を前記上シェルの側面部に貫通設置したことを特徴とする請求項４に記載の圧縮機。
7. 前記回転電動機部を、前記密閉容器の内部に焼嵌めされた固定子と、前記固定子の内周部で回転する回転子とより構成し、前記クラスタの外径を前記固定子のコイルエンド内径より小さくしたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の圧縮機。
8. 前記クラスタを、装着隙間が生じないように前記導入端子に設置したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の圧縮機。
9. 前記密閉容器の内径寸法を、前記クラスタの外径寸法の３倍以下としたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の圧縮機。
10. 前記作動流体として、二酸化炭素や炭化水素などの自然冷媒を用いたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の圧縮機。

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