JP2005139974A - 横型多段圧縮式ロータリ圧縮機及び自動車用エアコン - Google Patents

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Abstract

【目的】 内部中間圧型の多段圧縮式ロータリ圧縮機を横型として用いる場合に、密閉容器内における冷凍機油の分離を確実にするとともに、第2段圧縮要素のシリンダ内への冷凍機油の供給を円滑に行えるようにすること。
【構成】 密閉容器2内の一側方から第1段圧縮要素20、第2段圧縮要素40、電動機3を順次配置する。また、密閉容器2内の第2段圧縮要素40の軸受45aの端部を貫通させる。また、回転式圧縮機構部10を収納した圧縮機室71と電動機を収納した電動機室72とに密閉容器2内を分割するバッフル板70を設ける。また、バッフル板70の外周部等に電動機室72から圧縮機室71への冷媒通路及び冷凍機油通路を設ける。さらに、第2段圧縮要素40の軸受45aの端面に一部を接しつつ、軸受45aと電動機3との間に通気性材料からなる冷凍機油捕集部材74を設ける。そして、第1段圧縮要素20の中間吐出配管34を前記冷凍機油捕集部材74に向けて配置するとともに、第2段圧縮要素40の中間吸入配管57の吸入口57aを圧縮機室71に配置する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、第1段圧縮要素と第2段圧縮要素からなる回転圧縮機構部を密閉容器内に収納した横型多段圧縮式ロータリ圧縮機に関するものである。
COを冷媒として使用した多段圧縮式ロータリ圧縮機としては、第1段圧縮要素と第2段圧縮要素から成る回転圧縮機構部を備えた2段圧縮式ロータリ圧縮機、特に内部中間圧型の2段圧縮式ロータリ圧縮機が一般的に用いられている。この2段圧縮式ロータリ圧縮機は、例えば、特許文献1のように、縦型の密閉容器内上部に電動要素(電動機)を配置し、下部に電動要素の回転軸で駆動される回転圧縮機構部(回転式圧縮機構部)を配置して構成されている。また、この圧縮機では、冷媒回路の低圧ガス冷媒を第1の回転圧縮要素(第1段圧縮要素)の吸込ポートから吸入し、第1の回転圧縮要素で圧縮した中間圧力のガス冷媒を第1の回転圧縮要素の吐出ポート、吐出消音室などを経て密閉容器内に吐出している。
この密閉容器内の中間圧力の冷媒ガスは、第2の回転圧縮要素(第2段圧縮要素)に吸入され、圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、第2の回転圧縮要素の吐出ポート、吐出消音室などを経て冷媒回路に吐出される構成となっていた。
また、この縦型のロータリ圧縮機では、回転圧縮機構部の下方に位置する密閉容器内底部がオイル溜(油溜部)とされており、回転軸下端に構成された給油手段によりオイル溜からオイル(冷凍機油)が吸引され、回転圧縮機構部や回転軸の摺動部に供給されていた。
特開2000−105005号公報
ところで、このような横型2段圧縮式ロータリ圧縮機においては、中間圧力のガス冷媒で満たされる密閉容器内のオイルを高圧側の第2の回転圧縮要素のシリンダに供給するためには、圧力に逆らって第2の回転圧縮要素のシリンダに冷凍機油を供給しなければならず、第2の回転圧縮要素のシリンダに冷凍機油を十分に供給することが容易でないという問題がある。
また、2段目となる第2の回転圧縮要素に吸入されるガス冷媒が密閉容器内にあるため、第2の回転圧縮要素に吸い込まれる冷媒ガスとオイルを良好に分離しないと第2の回転圧縮要素から外部に接続される冷媒回路に大量のオイルが吐出されて、密閉容器内のオイル不足が発生する原因となる。
本発明は、このような技術的課題を解決するためになされたものであり、内部中間圧型の多段圧縮式ロータリ圧縮機を横型として用いる場合に、密閉容器内における冷凍機油の分離を確実にするとともに、第2の回転圧縮要素のシリンダ内への冷凍機油の供給を円滑に行えるようにすることを目的とする。
本発明に係る横型多段圧縮式ロータリ圧縮機は、上記目的を達成するものであって、底部に冷凍機油を貯留する油溜部を形成した密閉容器と、密閉容器内の一側方から第1段圧縮要素、第2段圧縮要素が順次配置されて密閉容器内に配置された回転式圧縮機構部と、第1段圧縮要素及び第2段圧縮要素を直結して駆動するように、密閉容器内の第2段圧縮要素の他側方に配置された電動機と、第2段圧縮要素の軸受の端部を貫通させた状態で、回転式圧縮機構部を収納した圧縮機室と電動機を収納した電動機室とに密閉容器内を分割するバッフル板と、電動機室から圧縮機室への冷媒の流通を許容する冷媒通路と、電動機室から圧縮機室への冷凍機油の流通を許容する冷凍機油通路と、第2段圧縮要素の軸受の端面に一部を接しつつ軸受と電動機との間に設けられた、通気性素材からなる冷凍機油捕集部材とを有し、前記第1段圧縮要素は、電動機室内の前記冷凍機油捕集部材に向けて吐出ガス冷媒を吹き付けるように構成された中間吐出配管を有し、前記第2段圧縮要素は、圧縮機室のガス冷媒を吸入するように形成された吸入通路を有してなることを特徴とする。
また、本発明に係る自動車用エアコンは、上記横型多段圧縮式ロータリ圧縮機から構成されるとともに、冷媒として炭酸ガス冷媒が用いられてなるものである。
本発明に係る横型多段圧縮式ロータリ圧縮機は、回転式圧縮機構部と電動機との間に、密閉容器内を回転式圧縮機構部を収納した圧縮機室と電動機を収納した電動機室とに分割するバッフル板を有し、さらに、電動機室から圧縮機室への冷媒及び冷凍機油を流通させる冷媒流通路と冷凍機油流通路とを備えるとともに、第1段圧縮要素の吐出ガス冷媒を電動機室内に吐出し、電動機室から圧縮機室に流入するガス冷媒を第2段圧縮要素に吸入するように形成されているので、第1段圧縮要素からの吐出ガスが一旦電動機室に滞留する状態となり、この吐出ガスに含まれている冷凍機油が分離され易くなる。分離された冷凍機油は、電動機室底部の油溜部に貯留され、冷凍機油通路を通って圧縮機室の底部に流れる。
また、電動機室に吐出された第1段圧縮要素からの吐出ガスは、冷媒通路を通って電動機室に流れるようになるので、電動機室の圧力が圧縮機室の圧力より高くなる。このため、第2段圧縮要素のシリンダ内の低圧室側の圧力が電動機室の圧力より低くなる。
さらに、第1段圧縮要素の吐出ガスが第2段圧縮要素の軸受端面に接するように設けられた通気性素材からなる冷凍機油捕集部材に吹き付けられるので、第1段圧縮要素の吐出ガスが冷凍機油捕集部材を通過する間に、この吐出ガス中に含まれる冷凍機油がこの冷凍機油捕集部材に付着して分離される。これにより電動機室における冷凍機油の分離効果がより一層向上する。
また、通気性素材からなる冷凍機油捕集部材に付着して捕集された冷凍機油は、電動機室の圧力と第2段圧縮要素のシリンダにおける低圧室側との圧力差により、第2段圧縮要素の軸受の隙間からシリンダ内に流れ込む。本発明に係る横型多段圧縮式ロータリ圧縮機は、このようにして第2段圧縮要素に必要な冷凍機油を供給することが可能となる。
また、本発明に係る自動車用エアコンは、上記横型多段圧縮式ロータリ圧縮機から構成されるとともに、冷媒として炭酸ガス冷媒が用いられているので、環境にやさしい冷媒を使用しながら過負荷の使用状況に耐えることができる。
次に、本発明を横型2段圧縮式ロータリ圧縮機に具体化した実施例を詳述する。図1は本発明の実施例に係る横型多段圧縮式ロータリ圧縮機の縦断側面図であり、図2は同横型2段圧縮式ロータリ圧縮機の平断面図である。
本実施例に係る横型2段圧縮式ロータリ圧縮機1は、二酸化炭素(CO)を冷媒とする内部中間圧型の横型2段圧縮式ロータリ圧縮機で、密閉容器2を備え、この密閉容器2の底部を油溜部2aとしている。そして、密閉容器2内には電動機3と、電動機3の回転軸4に直結されて駆動される回転式圧縮機構部10が収納されている。
二酸化炭素(CO)は、地球環境にやさしく、可燃性及び毒性がない自然冷媒として選択されている。また、この自然冷媒に適合する冷凍機油として、例えば鉱物油(ミネラル冷凍機油)、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)等既存の冷凍機油が密閉容器2内に封入されている。
密閉容器2は、両端が密閉された横長円筒状の容器であって、電動機3側の端部には、円形の取付孔2bが形成されている。そして、取付孔2bには、電動機3に電力を供給するためのターミナル5が取り付けられている。
電動機3は、回転軸4と、密閉容器2の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ6と、このステータ6の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ7とからなる。
回転軸4における回転式圧縮機構部10側の端部には、給油手段としての冷凍機油ポンプ15が形成されている。冷凍機油ポンプ15は、密閉容器2内の底部に形成された油溜部2aから冷凍機油を吸い上げ、この冷凍機油を回転式圧縮機構部10の摺動部に供給して、摺動部の摩耗を防止している。また、冷凍機油ポンプ15は、密閉容器2の底部から冷凍機油を吸い上げるための冷凍機油吸入パイプ16を備えており、この冷凍機油吸入パイプ16は、冷凍機油ポンプ15から垂直に降下して油溜部2aに開口している。
ステータ6は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体6aと、この積層体6a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6bを有している。また、ロータ7もステータ6と同様に電磁鋼板の積層体7aで形成され、この積層体7a内に永久磁石MGを挿入して形成されている。そして、ロータ7は、密閉容器2の軸心方向に延在する回転軸4に固定されている。
回転式圧縮機構部10は、電動機3の回転軸4により駆動される第1段圧縮要素20及び第2段圧縮要素40から構成されている。第1段圧縮要素20及び第2段圧縮要素40は、密閉容器2内において、一側(図1及び図2においては左側)から第1段圧縮要素20、第2段圧縮要素40の順に配置されている。また、第1段圧縮要素20及び第2段圧縮要素40は、中間仕切板60と、中間仕切板60の左右に配置された第1段及び第2段圧縮要素のシリンダ21、41と、回転軸4に180度の位相差を有して設けられた第1段及び第2段圧縮要素の偏心部22、42と、第1段及び第2段圧縮要素の偏心部22、42に嵌合され、シリンダ21、41内を偏心回転するローラ23、43と、これら第1段及び第2段圧縮要素のローラ23、43にそれぞれ当接してシリンダ21、41内をそれぞれ低圧室側と高圧室側とに区画するベーン24、44と、シリンダ21の電動機3の反対側の開口面及びシリンダ41の電動機3側の開口面をそれぞれ閉塞する支持部材25、45とから構成されている。また、支持部材25、45には回転軸4用の軸受25a、45aが形成されている。
ベーン24、44の外側(図1では下側)には、ベーン24、44の外側端部に当接して、常時ベーン24、44をローラ23、43側に付勢するスプリング26、46が設けられている。さらに、スプリング26、46の密閉容器2側には、スプリング26、46の抜け止めの役目を果たす金属製のプラグ27、47が設けられている。また、ベーン24、44には図示しない背圧室が構成され、この背圧室にはシリンダ21、41内の高圧室側の圧力が背圧として印加されている。
また、支持部材25、45には、図2に示すように、吸入ポート28、48を介してシリンダ21、41内部の低圧室側に連通する吸入通路29、49が設けられている。また、支持部材25、45には、一部を凹陥させ、この凹陥部をカバー30、50にてそれぞれ閉塞することにより、吐出消音室31、51が形成されている。
また、横型2段圧縮式ロータリ圧縮機1は、密閉容器2内がバッフル板70により、回転式圧縮機構部10を収納した圧縮機室71と電動機を収納した電動機室72とに分割されている。
バッフル板70は、ドーナッツ状の鋼板製のものであって、支持部材45から離隔し、かつ、その外周端面の略全周にわたって密閉容器2の内面との間に、冷媒通路及び冷凍機油通路として機能する小さい隙間73を残して、密閉容器2にドット溶接されて固定されている。また、バッフル板70の中央部においては,第2段圧縮要素40の軸受45aが電動機3側に貫通している。
第1段圧縮要素20の吐出消音室31は、シリンダ21、41、中間仕切板60、カバー50、バッフル板70を貫通して電動機3側に開口する第1段圧縮要素20の中間吐出配管34により密閉容器2内に連通されている。
また、軸受45aと電動機3との間には通気性素材からなる冷凍機油捕集部材74が取り付けられている。この冷凍機油捕集部材74は、回転軸4を中央部で貫通させた円盤状のものである。冷凍機油捕集部材74を構成する通気性素材としては、フェルトなどの繊維材料からなるもの、ポーラス金属などの多孔性材料、金網を重ねて形成したものなどが用いられる。また、冷凍機油捕集部材74の表面の一部は、軸受45aの端面に密着させて取り付けられている。
なお、冷凍機油捕集部材74は、第1段圧縮要素20からの吐出ガスを通過させるものであって、この吐出ガスが冷凍機油捕集部材74を通過する際に、この吐出ガスに含まれる冷凍機油を冷凍機油捕集部材74を構成する素材に付着させて捕集させるものであればよく、上述以外の適宜の材料を用い、適宜の形状に形成することができる。
そして、中間吐出配管34の先端部は、図2に示すように、冷凍機油捕集部材74に向けて曲げられて冷凍機油捕集部材74の近くまで伸ばされている。このように構成するのは、中間吐出配管34から第1段圧縮要素20で圧縮された中間圧力のガス冷媒を、密閉容器2における電動機室72内の冷凍機油捕集部材74に向けて確実に吹き付けるようにするためである。
また、第2段圧縮要素40の中間吸入配管57は、その吸入口57aが圧縮機室71の上部に位置している。この構成により、圧縮機室71のガス冷媒が中間吸入配管57及び吸入通路49を介して第2段圧縮要素40のシリンダ41内に吸入され。また、吸入配管57は、バッフル板70を貫通し、バッフル板70の電動機室72側の表面に接触して配置され、その先端が第2段圧縮要素40の吸入通路49に連結されている。
第1段圧縮要素20の吸入配管37は、密閉容器2の側面における支持部材25の側部に取り付けられたスリーブ36を通して密閉容器2外に導出されている。また、第2段圧縮要素40の吐出配管58は、密閉容器2の側面における支持部材45の側部に取り付けられたスリーブ59を通して密閉容器2外に導出されている。
なお、密閉容器2の底部における長手方向両端部には、取付用台座2dが設けられている(図1参照)。
次に、以上のように構成された横型2段圧縮式ロータリ圧縮機1の動作を説明する。
先ず、ターミナル5及び図示しない配線を介して電動機3のステータコイル6bに通電されると、電動機3が起動してロータ7が回転する。この回転により回転軸4と一体に設けられた偏心部22、42が回転し、偏心部22、42に嵌合されたローラ23、43がシリンダ21、41内で偏心回転する。
これにより、横型2段圧縮式ロータリ圧縮機1の外部に接続されている冷媒回路(図示せず)内の冷媒が、第1段圧縮要素20の吸入配管37、吸入通路29及び吸入ポート28を経由して第1段圧縮要素20のシリンダ21の低圧室側に吸入される。シリンダ21の低圧室側に吸入されたガス冷媒は、ローラ23とベーン24の動作により圧縮されて中間圧力となり、シリンダ21の高圧室側より中間吐出配管34を経て密閉容器2内における電動機室72内の冷凍機油捕集部材74に向けて吹き付けられる。
このように中間圧力のガス冷媒が冷凍機油捕集部材74に吹き付けられると、中間圧力ガス冷媒の一部は冷凍機油捕集部材74を通過し、そのガス冷媒に含まれている冷凍機油の一部が冷凍機油捕集部材74を構成する素材に付着することにより捕集され、分離される。
また、電動機室72に吹き込まれた中間圧力ガス冷媒中に含まれる残部の冷凍機油は、電動機室72内で気液分離される。この場合において、第2段圧縮要素40の中間吸入配管57の吸入口57aが電動機室72とバッフル板70により区画された圧縮機室71側にあるため、電動機室72におけるガス冷媒中の冷凍機油の分離作用が容易になる。このようにして電動機室72で分離された冷凍機油はて密閉容器2内底部の油溜部2aに貯留される。
また、電動機室72内に吹き込まれたガス冷媒は、冷凍機油が分離された後、バッフル板70と密閉容器2との間に形成された冷媒通路及び冷凍機油通路としての隙間73から圧縮機室71側に流入する。また、圧縮機室71に流入した中間圧力のガス冷媒は、圧縮機室71の上部に開口する吸入口57aから吸入配管57及び吸入通路49を介して第2段圧縮要素40のシリンダ41内に吸入される。そして、ローラ43とベーン44の回転により2段目の圧縮が行われて高圧高温のガス冷媒となり、図示しない吐出ポート、支持部材45に形成された吐出消音室51、吐出配管58を経て外部の冷媒回路に吐出される。
密閉容器2内では上記のようにバッフル板70の外周に形成される隙間73を通して冷媒の流れが生ずるように構成されているが、この隙間73を適宜の大きさとすることにより、バッフル板70の左右、つまり電動機室72と圧縮機室71との間に適宜の差圧を発生させることができ、電動機室72の圧力を圧縮機室71の圧力より高くすることができ。
また、このように圧力差をつけることにより、軸受45aを挟んで対向する電動機室72とシリンダ41内の低圧室側との間に圧力差が生じ、電動機室72の圧力がシリンダ41内の低圧室側より高くなる。この結果、冷凍機油捕集部材74に付着して貯留された冷凍機油は、一部は下方の油溜部2aに滴下するが、残部は上記電動機室72と圧縮機室71との圧力差により、軸受45a部の隙間を介しシリンダ41内に供給される。これにより、従来容易でなかった第2段圧縮要素40のシリンダ41内に冷凍機油を十分に供給することができる。
一方、冷凍機油捕集部材74から滴下した冷凍機油、及び冷凍機油捕集部材74で捕集されずに電動機室72内で分離された冷凍機油は、油溜部2aに貯留されるが、バッフル板74の外周に形成される隙間73を通じて圧縮機室71側に流入する。また、前述のように電動機室72に比し圧縮機室71の圧力が低くなるため、図3に示すように、圧縮機室71側の冷凍機油の油面71aが電動機室72側の油面72aに比し高くなる。これにより、冷凍機油吸入パイプ16の開口は支障なく冷凍機油中に浸漬されるようになるので、冷凍機油ポンプ15による回転式圧縮機構部10の摺動部への冷凍機油の供給が円滑に行われる。また、上述のように圧縮機室71側の油面71aが高くなるため、密閉容器2内に封入する冷凍機油量を増やすことなく、回転式圧縮機構部10に冷凍機油を充分に供給することが可能となる。
また、第2段圧縮要素40の中間吸入配管57が電動機室72側を通って吸い込まれるので、回転式圧縮機構部10の発熱による加熱作用が抑制される。これにより、第2段圧縮要素40に吸い込まれるガス冷媒の温度が下がり、第2段圧縮要素40の圧縮効率が向上する。
なお、中間吸入配管57は、上記実施例ではバッフル板70の表面に接触しているが、これを隔離すると、回転式圧縮機構部10の発熱による第2段圧縮要素40の吸入ガス冷媒の加熱がより一層抑制され、第2段圧縮要素40の圧縮効率をより一層向上させることが可能となる。
また、上記実施例においては、電動機室72から圧縮機室71への冷媒通路及び冷凍機油通路として、バッフル板70の外周面と密閉容器2の内面との間の隙間73を利用していたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、上記隙間73を設けずに、冷凍機油通路としてバッフル板70の下方部に冷凍機油を通過させる適宜大きさの孔を設けるとともに、冷媒通路としてバッフル板70の上方部に冷媒を通過させる適宜大きさの孔を設けるようにしてもよい。
上記各実施例では冷媒としてCO2(二酸化炭素)を用いたが、本発明は、これら冷媒に限定されるものではなく、HC(炭化水素)、NH3(アンモニア)等を用いて実施することも可能である。
また、上記実施例では横型2段圧縮式ロータリ圧縮機1を例に説明したが、本発明は、これに限らず、回転式圧縮機構10を3段、4段あるいはそれ以上にした横型多段圧縮式ロータリ圧縮機に適用することも可能である。
また、本発明に係る横型多段圧縮式ロータリ圧縮機1は、家庭用エアコン、業務用エアコン(パッケージエアコン)、自動車用エアコン、ヒートポンプ式給湯装置、家庭用冷蔵庫、業務用冷蔵庫、業務用冷凍庫、業務用冷凍冷蔵庫、自動販売機などに利用することができる。
とりわけ本発明に係る横型多段圧縮式ロータリ圧縮機は、第2段圧縮要素40のシリンダ41内に十分な冷凍機油を供給することができるので、過酷な条件下で運転される自動車用エアコンに好適である。また、炭酸ガスを冷媒として用いる場合には、高温の給湯水を得ることが容易になるので、ヒートポンプ式給湯装置にも好適である。
本発明の実施例に係る横型2段圧縮式ロータリ圧縮機の縦断側面図である。 同横型2段圧縮式ロータリ圧縮機の平断面図である。 同横型2段圧縮式ロータリ圧縮機における油溜部の油面状態説明図である。
符号の説明
1 横型2段圧縮式ロータリ圧縮機
2 密閉容器
3 電動機
10 回転式圧縮機構部
20 第1段圧縮要素
25a 軸受
34 中間吐出配管
40 第2段圧縮要素
57 中間吸入配管
57a 吸入口
70 バッフル板
71 圧縮機室
71a 油面
72 電動機室
72a 油面
73 (冷媒通路及び冷凍機油通路として機能する)隙間
74 冷凍機油捕集部材

Claims (2)

  1. 底部に冷凍機油を貯留する油溜部を形成した密閉容器と、密閉容器内の一側方から第1段圧縮要素、第2段圧縮要素が順次配置されて密閉容器内に配置された回転式圧縮機構部と、第1段圧縮要素及び第2段圧縮要素を直結して駆動するように、密閉容器内の第2段圧縮要素の他側方に配置された電動機と、第2段圧縮要素の軸受の端部を貫通させた状態で、回転式圧縮機構部を収納した圧縮機室と電動機を収納した電動機室とに密閉容器内を分割するバッフル板と、電動機室から圧縮機室への冷媒の流通を許容する冷媒通路と、電動機室から圧縮機室への冷凍機油の流通を許容する冷凍機油通路と、第2段圧縮要素の軸受の端面に一部を接しつつ軸受と電動機との間に設けられた、通気性素材からなる冷凍機油捕集部材とを有し、前記第1段圧縮要素は、電動機室内の前記冷凍機油捕集部材に向けて吐出ガス冷媒を吹き付けるように構成された中間吐出配管を有し、前記第2段圧縮要素は、圧縮機室のガス冷媒を吸入するように形成された吸入通路を有してなることを特徴とする横型多段圧縮式ロータリ圧縮機。
  2. 請求項1記載の横型多段圧縮式ロータリ圧縮機から構成されるとともに、冷媒として炭酸ガス冷媒が用いられてなる自動車用エアコン。
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