JP2005048682A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 環境保護などな観点から、自然冷媒やＨＦＣ冷媒などが使用されるが、これらの冷媒の多くは、冷媒の特性上、機器のシステム効率を高めるために、従来冷媒Ｒ２２等より作動圧力が高く、そのため圧縮機構部や密閉容器には、その板厚を厚くする等の強化をする必要があった。
【解決手段】 ガス管を挿入接合する管挿入孔の断面を、密閉容器の内壁側開口部の幅を、外壁側開口部の幅より広く構成し、ろう材によりくさび状の接合部を形成することで、ガス管を密閉容器の隔壁に強固に接合する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、冷凍機器及び空調機器等に用いられる密閉型圧縮機に関し、特に、高圧の冷媒ガスである炭酸ガス等を、高圧に圧縮する密閉型圧縮機に好適な容器構造に係るものである。

冷凍空調用の密閉型電動圧縮機としては、圧縮機構の方式がレシプロ式、ローリングピストン式およびスクロール式のものがあり、いずれの方法も家庭用、業務用の冷凍空調分野で使用されている。いずれの方式の圧縮機も、密閉容器内に、圧縮機構部と、その駆動用のシャフト、及び電動機等を収容して構成されている。例えば、特許文献１に開示された密閉圧縮機には、空調機用のスクロール圧縮機について動作等が詳細に説明されている。

ここでは、ＨＣＦＣ系冷媒Ｒ２２、またはＨＦＣ系Ｒ４１０Ａ冷媒などであって作動圧力５ＭＰａ以下で使用している場合のスクロール圧縮機を例にとり、従来の技術を説明する。

図６に従来のスクロール圧縮機の縦断面図を示す。図６において密閉容器１は、円筒状の胴シェル２１と、その上端側と下端側に円周溶接された深皿状の上部鏡板２２と底部鏡板２３により構成されている。

また、胴シェル２１に設けられた管挿入孔２１ａに吸入外管２４が、上部鏡板２２に設けられた管挿入孔２２ａは吐出管１６が、各々挿入されろう付で結合されている。吸入管１１は、吸入外管２４に挿入され円周ろう付けされ固定されている。また、導入端子２５は上部鏡板２２に抵抗溶接などで接合されている。

密閉容器１の内部には、固定スクロール２ａと可動スクロール３とから構成された圧縮機構部２、オルダム継手４を介して可動スクロール３を固定スクロール２ａに対して旋回運動させるシャフト５と、固定スクロール２ａを固定されシャフト５を回転自在に支持する軸受部材６を設けている。

シャフト５には電動機７の回転子７ａが取り付けられており、胴シェル２１に焼き嵌め固定された固定子７ｂとともに軸受部材６の下部に配設されている。

密閉容器１の下方底部には潤滑油９を貯溜する油溜め１０が設けられており、シャフト５の貫通穴１３の下端より油溜め１０の潤滑油９をシャフト５の回転に伴いオイルポンプ１７で吸い上げ、ジャーナル軸受６ａ、偏芯軸受３ａ、および各摺動面へ供給する。

次に、以上のような構成を有する従来のスクロール圧縮機における、冷媒ガスの圧縮サイクルを説明する。空調機の熱交換器（図示せず）などを循環してきた低圧の冷媒ガスは吸入管１１より圧縮機構部２に吸入される。

吸入された冷媒ガスは、固定スクロール２ａと可動スクロール３との間に形成された三日月状の圧縮空間（図示せず）に入り、可動スクロール３の旋回運動により三日月状の圧縮空間が外側から中央に向かって次第に縮小することで、冷媒ガスは圧縮され高圧ガスとなり吐出孔１２より吐出される。

吐出孔１２より吐出された高圧ガスは、一旦密閉容器１内の固定スクロール２ａの上方の吐出空間１ａへ吐出され、ガス通路１４を通じ、電動機７が収容された下部空間１ｂに流れ、先のガス通路１４とは別に設けられたガス通路１５を通じ、上方の空間１ｃに流れ、吐出管１６より、外部の図示しない熱交換器などの空調システムへ吐出される。そして、高圧ガスは該空調システムにおいて空調機の熱交換器などを循環し低圧ガスとなり、再び吸入管１１より圧縮機に戻る周知の圧縮サイクルを構成する。

しかしながら、地球環境への問題へ対応から、従来用いられていたＲ１２等のＣＦＣ系やＲ２２などのＨＣＦＣ系冷媒より地球温暖化抑制に適した、高効率で地球温暖化係数の小さいＨＦＣ系冷媒（例えば、Ｒ４１０Ａ，またはＲ３２等を、主成分としたＨＦＣ系冷媒等）、あるいは地球温暖化係数がさらに小さい自然冷媒である、たとえは二酸化炭素（以後ＣＯ２と記す）等を冷媒に用いた機器の利用が進められている。これらの冷媒に対応するために、従来の構造の圧縮機では次のような課題が生じていた。
特開２００２−１６１８５６号公報

これらの冷媒の多くは、冷媒の特性上、機器のシステム効率を高めるために、従来冷媒Ｒ２２等より作動圧力が高く、そのため圧縮機構部や密閉容器には、その板厚を厚くする等の強化をする必要があった。

例えば、図６に示す上記圧縮機の構成のように、密閉容器１の内壁（電動機７が収容された空間）に吐出圧力が作用する場合は、密閉容器１の板厚は（Ｒ２２等の吐出圧力の使用範囲が約５ＭＰａ未満の冷媒ガス、胴シェル２１の内径が約１１０ｍｍの場合）、約３ｍｍ程度で構成されていたが、ＣＯ２冷媒では、吐出圧力の使用範囲が約１５Ｍｐａとなり、Ｒ２２冷媒に対応した密閉容器の材料と同等強度の材料を用いた場合、胴シェルの板厚は２倍以上の約８ｍｍが必要となる。

また、密閉容器１の板厚だけでなく、その密閉容器１への吸入管２４、吐出管１６の接合にも、より強固な接合が要求される。その接合について、従来の構成で、ＣＯ２ガスに対応すべく密閉容器１の板厚を厚くした場合を、図７を用いて説明する。

図７は、板厚ｔ１の胴シェル２１に吸入外管２４が接合される部分の断面図である。その接合は、まず図７（ａ）のように、吸入外管２４は管径が略均一な円管で、胴シェル２１の所定の位置にあけられた管挿入孔２１ａに挿入される。ここでは管挿入孔２１ａの直径ｄ１は、胴シェル２１の外面側から内面側に渡って略均一であり、また吸入外管２４の直径ｄ０よりわずかに大きくなるようにドリル等であけられている。

図７（ａ）の状態に胴シェル２１と吸入外管２４を治具などで固定し、図７（ｂ）のように両者をろう付け接合する。ろう付けでは、ろう材が吸入外管２４の直径ｄ０と管挿入孔２１ａの直径ｄ１の隙間に侵入固化し両者が接合されるが、その接合は、両者の隙間で固化したろう材と、図７（ｂ）のよう隙間よりはみ出し固化したろう材により形成された接合部３１で、行われる。

しかしながら、ろう付けのよる図７に示すような接合では、ＣＯ２冷媒の高い作動圧力に耐えられるだけの十分な接合強度が得られなかった。

そこで強い接合強度を得る為に、胴シェル２１に吸入外管２４を溶接で固定する方法もあるが、この場合には、その吸入外管２４を円周溶接する際、ろう付けによる場合より胴
シェル２１に多大の熱が局部的に加わる為、溶接部近辺が局部的に高温となりその後冷やされた時、胴シェル２１が局部的に大きく変形し、その後に固定子７ｂ、圧縮機構部２及び軸受フレーム６を挿入できない等の課題が生じていた。また、吐出管１６を上部鏡板２２に円周溶接で固定する場合も、その熱により上部鏡板２２が変形し、導入端子２５の接合に支障をきたす等の課題が生じていた。

本発明は、上記のような従来の課題を解決するものであり、ＣＯ２等の作動圧力が高い冷媒ガス（流体含む）を用いた場合でも、胴シェルに冷媒ガス流れる吸入管や吐出管を、安価にして強固に接合する事ができるため、信頼性の高い密閉型圧縮機を安価に提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、第１の本発明（請求項１に対応）は、密閉容器と、前記密閉容器内に設けられた、作動ガスを吸入し圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する駆動軸と、及び前記駆動軸を回転駆動する電動機と、前記密閉容器の隔壁に設けられた管挿入孔にろう付けにより勘合され接合され、前記密閉容器内に前記作動ガスを流入または流出させるガス管とを有し、前記管挿入孔は前記隔壁の内壁側開口部の幅が外壁側開口部の幅より広いことを、特徴とする密閉型圧縮機である。

上記実施例から明らかなように、本発明によれば、ＣＯ２などの作動圧力が高い冷媒を用いる場合でも、密閉容器にガス管を強固に接合できるため、信頼性の高い密閉型圧縮機が実現できる。

以下に、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。尚、本発明の一実施の形態で用いたスクロール圧縮機の構成において、図６で説明した従来の技術の例と同一機能部品については同一番号を使用し、同一の構成および作用の説明は省く。

また、本発明の実施の形態におけるスクロール圧縮機は、二酸化炭素を冷媒（以後ＣＯ２と記載）に用いた場合を例に説明するが、これに限るものではなく、従来用いられている冷媒でも作動圧力が５ＭＰａを超えて使用する場合や、ＨＦＣ系冷媒Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、またはハイドロカーボン（ＨＣ））等や、それより低い従来のＨＣＦＣ２２などの冷媒を用いた場合にも同様に適用可能であり、同様の効果を得ることができる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について、図１及び図２を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図態を示したものである。図２は、本発明の実施の形態１における説明に用いる主要部の断面図である。

図１において、密閉容器１は、図６の従来構成と同じように円筒状の胴シェル２１と、その上端側と下端側に円周溶接された上部鏡板２２と底部鏡板２３により構成されている。胴シェル２１に冷媒ガスの吸入管１１が、上部鏡板２２には吐出管１６が接合されている。作動ガスにＣＯ２を用いるため、密閉容器１の板厚は、従来より厚くなっており、また上部鏡板２２、底部鏡板２３の形状は、強度的に有利なように従来より深いドーム型となっている。

冷媒の特性にあわせ圧縮部の吸込容積等の変更はあるが、圧縮機構２は従来例と同じ動作をし、冷媒ガスは、吸入管１１から吸入され、吐出管１６から吐出されるまでの間、密閉容器１内では従来と同じ流れ動作をする。

本実施の形態１である図１の構成と従来構成との違いは、吸入外管２４および吐出管１６を、胴シェル２１または上部鏡板２２に接合する部分の構成にある。その接合部分を図２を用いて説明する。

図２（ａ）は、吸入外管２４を挿入接合するために、胴シェル２１に設けられた管挿入孔２１ａ部分の断面図である。図２（ｂ）は、吸入外管２４を管挿入孔２１ａに挿入し胴シェル２１にろう付けで接合された様子を示した断面図である。

図２（ａ）に示すように、管挿入孔２１ａの断面は、直径ｄ１の部分と、直径ｄ１からｄ２となるすり鉢状の異径断面を有する構成となっている。直径ｄ１は、吸入外管２４の直径ｄ０よりわずかに大きく、板厚ｔ１の胴シェル２１の外側面より板厚の中央部にかけて設けてあり、すり鉢状の部分は、内側面から板厚の中央部に向かって厚みｔ２の部分で、直径ｄ１から直径ｄ２に拡大してある。

この断面を有する管挿入孔２１ａに吸入外管２４が挿入されると、管挿入孔２１ａのすり鉢状の部分と吸入外管２４との隙間は、くさび状の断面を構成する。この状態で、胴シェル２１にろう付けされ接合されると、図２（ｂ）に示すように、従来形成されていた接合部３１ａだけでなく、くさび状の隙間でろう材が固化するためくさび状の接合部３１ｂが形成される。

胴シェル２１の内部に高圧がかかると、吸入外管２１には胴シェル２１から引き剥がされる方向の力が（図の右方に）作用する、その時、くさび状の接合部３１ｂには、くさび作用により引き剥がされる力の分力が作用し、吸入外管２４を締める力と作用するため、従来の接合部３１ａだけの場合より接合力が著しく向上する。

したがって、本構成を用いる事で、従来では、十分な接合強度を得られなかったろう付けによる吸入外管２４と胴シェル２１の接合部において、十分な接合強度を得ることが容易に可能となる。

図２にしめすような断面形状は、ドリルなどで直径ｄ１の孔をあけ、内側面より傾斜をつけた面取りドリルなどでを形成できるが、外側面よりプレス加工を用いることで形成する事もできる。即ち、本実施例のように板厚５ｍｍ以上の鉄管（または板）にプレス加工で孔をあける場合に、プレス型の凸型、凹型により打ち抜く際、凸型と凹型のかみ合わせの隙間を幾分大きく取ることで、凸型での打ち抜き方向の上方側（図の右方）はほぼ直径ｄ１で抜かれるが、打ち抜き方向下流側（図の左方側）では、応力関係からｄ１より外側に最大応力が作用するようになり、その結果、途中から直径ｄ１から直径ｄ２のすり鉢状となる断面形状を形成する事ができる。このプレス方法によれば、安価に生産性の向上が実現できるものである。

また、より強い接合が必要な場合は、接合部を長くすることが有効である。即ち、図２（ｂ）では、吸入外管２４の左方端部が胴シェル２１よりｔ３だけへこんでいるが、図３に示すように吸入外管２４を、胴シェル２１の内面側にｔ４（０以上）突出させて、胴シェル２１の板厚に渡って、接合部３１ａ、３１ｂをとる構成にすることで、図２（ｂ）の場合より、より接合強度を上げる事ができる。

次に、図４を用いて、上部鏡板２２と吐出管１６の接合を説明するが、図２，３の場合と作用は同様である。図４（ａ）は、吐出管１６を挿入接合するために、上部鏡板２２に設けられた管挿入孔２２ａ部分の断面図である。図２（ｂ）は、吐出管１６を管挿入孔２２ａに挿入し上部鏡板２２にろう付けで接合された様子を示した断面図である。

図４（ａ）に示す管挿入孔２２ａの断面は、図２（ａ）と同様に、開口部の直径がｄ３とｄ４の部分を有しており、図４（ｂ）に示す様にろう付けされ、接合部３２ａとくさび状の接合部３３ｂが形成されるため、従来より接合力が著しく向上する。

このように、上記実施の形態１の構成によれば、ろう付けによる簡単な構成で確実に、作動ガスである冷媒を流入または流出させる、吸入外管２４または吐出管１６を、胴シェル２１または上部鏡板２２に強固に接合することができるため、ＣＯ２などの作動圧力の高い冷媒を用い運転した場合でも接合部の破壊やガス漏れなどを防止することが可能となり、安価に、スクロールなどの密閉型圧縮機の信頼性を向上することができる。

尚、上記実施の形態１では、管挿入孔２１ａ，２２ａの断面部にすり鉢状の部分を設けたが、その断面形状は、上記で説明したように接合部にくさび効果による力が作用し接合部の強度が向上する形状であれば、上記実施例と同様の動作を実現でき、同様の効果が得られることは言うまでもない。

（実施の形態例２）
次に、本発明の実施の形態２について、図５を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態２における主要部の縦断面図を示したものである。構成は図４と同様である。

実施の形態１との違いは、吐出管１６の設置角度である。図４（ｂ）では、吐出管１６を胴シェル２１の円筒中心と同方向に設置した構成を示したが、この場合、上部鏡板２２の曲面に管挿入孔２２ａが設けられると、管挿入孔２２ａは幾何学的に長孔となり円形とならない。このような管挿入孔２２ａをプレスやドリル等で形成する場合、プレス型の片当たり、ドリルでは工具の逃げなどが生じ、製作上の問題や、プレス型などの工具の寿命が短くなる。

これらの課題に対応する為、本実施の形態２では、図５に示すように吐出管１６を角度α傾けて、管挿入孔２２ａが設けられる上部鏡板２２の接線Ａに対し、吐出管１６の軸Ｂを略垂直（α≒９０°）となる構成とした。

図５（ａ）は、上部鏡板２２に設けられた管挿入孔２２ａの断面を示しており、その断面形状は、直径ｄ３の部分と直径がｄ３からｄ４となるすり鉢状の部分を有している。また、図５（ｂ）では吐出管１６がろう付けされ、図２（ｂ）と同様に接合部３２ａとくさび状の接合部３２ｂが形成されている。そのため、吐出管１６の接合強度は図４（ｂ）と同等に確保される。

尚、上記構成によれば、管挿入孔２２ａをプレス加工で形成する際に、プレス型がプレスされる上部鏡板２２に対し垂直に当たり、プレス型へのダメージが少なくなるため、プレス型の寿命を長くできる。

尚、この構成のように、吐出管１６が導入端子２５の反対側に傾く事で、導入端子２５または端子カバー２６との距離（図中のｔ５）が大きく取れるため、作業性が向上すると言う効果を有する。したがって、生産性の向上が可能となる。

尚、上記実施の形態１、及び２では、電動機７は吐出ガスの圧力がかかる空間に収容される構成を例に説明したが、接合強度が向上しているため、当然それより低い圧力が密閉容器１の内にかかる構成でも問題なく使用できる。即ち、密閉容器１の内壁よりかかる圧力が、吸入ガスの圧力以上の圧力となる構成であっても、上記形態１，２と同様の効果が得られる。
尚、上記実施の形態１、及び２では、ＣＯ２冷媒を用いた場合を例に説明したが、ＣＯ２冷媒に限定するものではなく、作動圧力がＣＯ２冷媒同等以下、またはそれ以上となる冷媒を用いる場合でも、上記同様に効果を得られることはいうまでもない。

本発明の実施の形態１による密閉型圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態１による主要部の断面図 吸入管外管接合部の断面図 吐出管接合部の断面図 本発明の実施の形態２による吐出管の接合部の断面図 従来例のスクロール圧縮機の縦断面図 従来例の主要部の断面図

符号の説明

１ 密閉容器
２ 圧縮機構
６ 旋回スクロール
７ 固定スクロール
１１ 吸入管
１６ 吐出管
２１ 胴シェル
２１ａ、２２ａ 管挿入孔
２２ 上部鏡板
２３ 底部鏡板
２４ 吸入外管
２５ 導入端子
３１、３１ａ，３１ｂ 接合部
３２ａ，３２ｂ 接合部

Claims (6)

1. 密閉容器と、前記密閉容器内に設けられた、作動ガスを吸入し圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する駆動軸と、及び前記駆動軸を回転駆動する電動機と、
   前記密閉容器の隔壁に設けられた管挿入孔にろう付けにより勘合され接合され、前記密閉容器内に前記作動ガスを流入または流出させるガス管とを有し、前記管挿入孔は前記隔壁の内壁側開口部の幅が外壁側開口部の幅より広いことを、特徴とする密閉型圧縮機。
2. 前記管挿入孔は、プレス加工で形成されたことを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
3. 前記電動機は、前記圧縮機構部より吐出される作動ガスの圧力以上となる圧力空間に設けられたことを特徴とする請求項１または２記載の密閉型圧縮機。
4. 前記ガス管は、前記隔壁の鏡版に設けられ、前記ガス管の軸線が前記鏡板の法線と略並行に設けられたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の密閉型圧縮機。
5. 前記作動ガスは、二酸化炭素を主成分とすることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の密閉型圧縮機。
6. 前記圧縮機構部は、スクロール型であることを特徴とする請求項１から５いずれかに記載の密閉型圧縮機。

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