JP2005240637A - ガス圧縮ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】低回転数運転時でも、スクロール型圧縮機構内の潤滑及びシールを確実に実施できるスクロール型圧縮機を備えたガス圧縮ユニットを提供する。
【解決手段】固定スクロール９と旋回スクロール１１とを噛み合わせることによってガスを圧縮する密閉空間Ｐが形成される圧縮機構４と、前記圧縮機構４を駆動する電動モータ５を配してなる電動モータ室と、前記電動モータ室内に溜まった油を前記圧縮機構内に供給する潤滑油ポンプ２７とを密閉ハウジング２内に備えた縦置きスクロール型圧縮機１０１Ａをその系統内に有するガス圧縮ユニットにおいて、前記スクロール型圧縮機１０１Ａから吐出される高圧・高温ガス１０２と共に吐出された油１０３を分離する油分離装置１０４と、該分離された油１０３を前記電動モータ５が配置された室に設けた油溜り部２８内に設けられた潤滑油ポンプ２７のポンプ吸入管１０５内に供給する油戻し管１０６とを備えてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、冷凍装置や空気調和装置などに使用されるスクロール圧縮機を備えたガス圧縮ユニットに係り、特に、インバータ制御等により広範囲にわたる運転回転数で使用されるスクロール圧縮機の潤滑に用いて好適な技術に関する。

従来より、冷凍装置や空気調和装置で冷媒ガスなどの圧縮に広く使用されているスクロール型圧縮機においては、固定スクロール、旋回スクロール及び自転阻止機構を具備することでスクロール型圧縮機構を構成している。このスクロール型圧縮機構において、一方の固定スクロールは、吸入管及び吐出管を接続したハウジング内に固定支持された不動のスクロールである。他方の旋回スクロールは、固定スクロールと上下または左右方向に噛み合わされた状態で配置され、自転阻止機構により自転を阻止されると共に、電動モータなどの駆動源と連結されて、固定スクロールに対し公転旋回運動を行うものである。この旋回スクロールは、固定スクロールと複数の接触点で接触して三日月状の圧縮室を形成し、同圧縮室が外周側より容積を減少させながら内側へ移動することにより、吸入・圧縮・吐出を同時に行うことができる。

また、スクロール型圧縮機においても、焼き付きの防止や冷却等を目的として各摺動部の潤滑が必要になる。このため、縦型のスクロール型圧縮機では、従来よりハウジングの底部に潤滑油を貯留する貯留部が設けられ、たとえば電動モータの回転シャフト下端部付近に設けた潤滑油ポンプ機構によって、回転シャフト等に設けた油通路を通して回転シャフト上部の偏心ピン（ドライブピン）上端面から各摺動部へ潤滑油を供給するように構成した潤滑システムを備えている（特許文献１）。

特開２００３−２２７４８０号公報

ところで、上述した従来のスクロール型圧縮機の潤滑システムにおいては、圧縮機の吐出口から吐出された高温・高圧のガスは、そのガスに同伴された油を油分離装置で分離するようにしているが、該分離された油は差圧によって潤滑油として圧縮機内の貯留部に戻される。

しかしながら、圧縮機が低回転数の場合には、圧縮機から吐出される油の量よりも、油分離装置からの油の戻り量が多いので、吐出ガスが吸入側に戻される場合があり、圧縮機の性能の低下となるという問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、運転回転数可変式のスクロール型圧縮機において、低回転数運転時でも、スクロール型圧縮機構内の潤滑及びシールを確実に実施できるスクロール型圧縮機を備えたガス圧縮ユニットを提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせることによってガスを圧縮する密閉空間が形成される圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する電動モータ室と、前記電動モータ室内に溜まった油を前記圧縮機構内に供給する潤滑油ポンプとを密閉ハウジング内に備えた縦置きスクロール型圧縮機をその系統内に有するガス圧縮ユニットにおいて、前記スクロール型圧縮機から吐出される高圧・高温ガスと共に吐出された油を分離する油分離装置と、該分離された油を前記潤滑油ポンプのポンプ吸入管内に供給する油戻し管とを備えてなることを特徴とするガス圧縮ユニットにある。

第２の発明は、固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせることによってガスを圧縮する密閉空間が形成される圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する電動モータ室と、前記電動モータ室内に溜まった油を前記圧縮機構内に供給する潤滑油ポンプとを密閉ハウジング内に備えた横置きスクロール型圧縮機をその系統内に有するガス圧縮ユニットにおいて、前記スクロール型圧縮機から吐出される高圧・高温ガスと共に吐出された油を分離する油分離装置と、該分離された油を貯蔵する油タンクと、該油タンク内に設けられ、前記潤滑油ポンプに連通するポンプ吸入管内に、前記分離された油を供給する油戻し管とを備えてなることを特徴とするガス圧縮ユニットにある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記ポンプ吸入管の端部または管内に逆止弁を設けてなることを特徴とするガス圧縮ユニットにある。

以上述べたように、本発明によれば、低速運転時においては、油分離装置からの油は油溜りではなく、直接潤滑油ポンプの油吸入管内に油を供給することができるので、性能が低下することがない。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による圧縮ユニットの実施例について図１を用いて説明する。図１は、圧縮ユニットの概略図である。
本実施例にかかる圧縮ユニット１００は、固定スクロール９と旋回スクロール１１とを噛み合わせることによってガスを圧縮する密閉空間が形成されるスクロール型の圧縮機構４と、前記圧縮機構４を駆動する電動モータ５を配してなる電動モータ室と、前記電動モータ室内に溜まった油を前記圧縮機構内に供給する容積式の潤滑油ポンプ２７とを密閉ハウジング２内に備えた縦置きスクロール型圧縮機１０１Ａをその系統内に有するガス圧縮ユニットにおいて、前記スクロール型圧縮機１０１Ａから吐出される高圧・高温ガス１０２と共に吐出された油１０３を分離する油分離装置１０４と、該分離された油１０３を前記潤滑油ポンプ２７のポンプ吸入管１０５内に供給する油戻し管１０６とを備えてなる。
なお、図中、１２１は凝縮機、１２２は蒸発器を各々図示する。

前記構成において、前記電動モータ５の低速運転時においては、油分離装置１０４からの油１０３は油を貯留する貯留部２８ではなく、潤滑油ポンプ２７の油吸入管１０５内に直接給油することができるので、油切れがなくなり、圧縮機の性能が低下することがない。

以下、本発明を適用した一例として密閉縦型のスクロール型圧縮機の構成及び潤滑システムを図２及び図３を基に簡単に説明する。
この縦型のスクロール型圧縮機１０１Ａは、有底筒形状のハウジング２と、該ハウジング２内の上部に上部軸受３で支持されたスクロール型の圧縮機構４と、該スクロール型圧縮機構４の下方、すなわちハウジング２内の下部に上部軸受３などで支持して配設された駆動装置のモータ５とを備え、該モータ５の回転シャフト６が、スクロール型圧縮機構４の下部に連結されている。

前記ハウジング２は、筒部２ａの下端及び上端が底部２ｂ及び蓋部２ｃでそれぞれ閉塞状態とされ、筒部２ａには吸入管７が内部と貫通状態に接続されるとともに、蓋部２ｃには吐出管８が内部に突出状態に接続された閉空間を形成している。前記スクロール型圧縮機構４は、上部軸受３に固定された固定スクロール９と、上部軸受３と固定スクロール９との間にスラスト軸受１０を介して公転旋回運動が可能に支持された旋回スクロール１１と、該旋回スクロール１１の外面に設けられ旋回スクロール１１の公転旋回運動を許容しながらその自転を阻止する周知のオルダムリンク等よりなる自転阻止機構１２とを備えている。

前記固定スクロール９は、固定側端板９ａと、該固定側端板９ａの内面に立設された渦巻き状の固定側渦巻体９ｂと、固定側端板９ａの周縁部に形成された円筒状の周壁部９ｃとを備え、該固定側渦巻体９ｂの先端面にはチップシール１３が嵌装されている。前記固定側端板９ａには、その中央部に吐出通路１４が上下に貫通状態に形成されるとともに、その上面にはハウジング２内を高圧室ＨＲと低圧室ＬＲとに分割する仕切部材として、ディスチャージカバー１５が配設されている。このディスチャージカバー１５の中央部には吐出ポート１６が開口しており、同吐出ポート１６を開閉する吐出弁１７が設けられている。なお、高圧室ＨＲには、前記吐出管８の開口端が貫通状態に固定され、吐出管８と高圧室ＨＲとが接続されている。

また、上部軸受３の外周部には、吸入管７からハウジング２内に導入してこれから圧縮しようとする流体（以下、圧縮流体と呼ぶ）を固定スクロール３の固定側端板９ａ及び固定壁９ｃの内面側に導く吸入口１８が形成されている。この吸入口１８は、固定スクロール９と旋回スクロール１１との間に形成される吸入室１９に接続されている。従って、吸入管７からハウジング２内に導入した圧縮流体は、吸入口１８を通って吸入室１９からスクロール型圧縮機構４へと吸入されていく。

前記旋回スクロール１１は、前記固定側端板９ａに対向状態に配された旋回側端板１１ａと、該旋回側端板１１ａの内面に立設された固定側渦巻体９ｂと噛み合わされた渦巻き状の旋回側渦巻体１１ｂとを備え、該旋回側渦巻体１１ｂの先端面にはチップシール１３が嵌装されている。前記旋回側端板１１ａには、その外面に円筒形状のボス２０が軸線を同じくして立設され、該ボス２０の内部には、ブッシュ２１が旋回軸受２２を介して回転可能に嵌装されている。また、該ブッシュ２１には、その内部に軸線から偏心した貫通孔２１ａが形成されている。

固定スクロール９と旋回スクロール１１とは、互いに所定の距離だけ偏心した状態で、固定側渦巻体９ｂと旋回側渦巻体１１ｂとの互いの側面が複数個所で線接触するように１８０度の位相差をもって噛み合わされている。また、この状態で、固定側渦巻体９ｂ及び旋回側渦巻体１１ｂのチップシール１３がそれぞれ旋回側端板１１ａ及び固定側端板９ａの内面に密接して、図３に示すように、固定側渦巻体９ｂと旋回側渦巻体１１ｂの中心に対して点対称の位置関係となる複数個所に密閉空間となる圧縮室Ｐが形成される。なお、旋回スクロール１１は、周知のオルダムリンクを備えた自転阻止機構１２によって、上部軸受３及び同上部軸受３に固定された固定スクロール９に対して、自転が阻止された状態で公転旋回運動可能に配されている。

前記モータ５の回転シャフト６は、上部軸受３の内周面に配された上部軸受２３及びモータ５の下方に位置する下部軸受２４に軸支され、軸線から所定量偏心された偏心ピン２５が上端に突出状態に設けられている。偏心ピン２５は、ブッシュ２１の貫通孔２１ａに挿入され、ブッシュ２１を回転可能に支持している。なお、回転シャフト６などの適所には、一体に回転するバランスウエイトが固定されている。

偏心ピン２５及び回転シャフト６には、これらを上下に貫通する油通路２６が形成されるとともに、回転シャフト６の下端には潤滑油ポンプ機構２７が設けられている。この潤滑油ポンプ機構２７は、油通路２６の下端に接続されている。また、ハウジング２の底部２ｂには潤滑油の貯留部２８が設けられており、該貯留部２８の潤滑油内に回転シャフト６下端の潤滑油ポンプ機構２７が配されている。なお、図中の符号Ｌは、貯留部２８に貯留されている潤滑油の油面を示している。

次に、上記構成のスクロール型圧縮機１０１Ａにおけるガス（圧縮流体）の圧縮方法について説明する。モータ５を駆動することにより、回転シャフト６の回転が偏心ピン２５、ブッシュ２１、旋回軸受２２及びボス２０を介して旋回スクロール１１に伝達されるとともに、旋回スクロール１１が自転阻止機構１２によって自転が阻止された状態で固定スクロール９に対して公転旋回運動を行う。このとき、圧縮流体のガスは、吸入管７からハウジング２内に供給されてモータ５を冷却するとともに、さらに吸入口１８及び吸入室１９を経て圧縮室Ｐへと供給される。

そして、圧縮室Ｐ内のガスは、旋回スクロール１１の上記公転旋回運動による圧縮室Ｐの容積縮小に伴い、圧縮されながら中央部に移送される。このようにして、さらに圧縮されたガスは、吐出通路１４及び吐出ポート１６から吐出弁１７を押し開けて高圧室ＨＲ内に排出され、該高圧室ＨＲから吐出管８によって圧縮機の外部へと導かれる。

また、底部２ｂの貯留部２８に貯留された潤滑油は、潤滑油ポンプ機構２７によって吸い上げられるとともに油通路２６内を通って偏心ピン２５先端の給油出口２６ａから吐出され、ブッシュ２１、旋回軸受２２及び偏心ピン２５を潤滑した後、油だまり２９に溜まる。そして、この潤滑油はさらに、油だまり２９の上部から溢れるようにしてスラスト軸受１０及び自転阻止機構１２等の各潤滑部へと供給され、各部を通過して潤滑した後、ハウジング２底部の貯留部２８に戻されて繰り返し循環される。さらに、貯留部２８内の潤滑油が駆動モータ５の回転により撹拌されミスト状となったものや、スラスト軸受１０および自転防止機構１２等の各潤滑部へ供給された油が、圧縮流体のガスと共に吸入口１８及び吸入室１９を経て圧縮室Ｐに供給され、スクロール型圧縮機構４内の摺動部を潤滑すると共に、圧縮室Ｐ間のシールをしている。

本実施例によれば、図１に示すように、圧縮機１００Ａの外部へ吐出されたガス１０２に含まれる油１０３は油分離装置１０４により分離され、該分離された油１０３は油潤滑油ポンプ機構２７のポンプ給油管１０７内に直接戻される。この結果、圧縮機１０１Ａの回転可変時に、その回転数に応じた、給油が可能となる。すなわち、圧縮機から吐出される油よりも非常に多くの油が差圧により戻され、油貯留部２８内が空になる場合でも、給油管１０７に直接油が戻るので、油の供給が断続されることがなく、安定した油の供給が可能となる。

さらに、前記油戻し管１０９には電磁弁１１０を介装することで、吐出ガス１０２中の油１０３が空になったら、閉じるようにしている。
そして、このような場合には、油貯留部２６に溜まっていた油を供給するようにすればよい。このため、ポンプ給油管１０７内には逆止弁１１１を設けて、これを制御している。

この逆止弁の機構を図４に示す。
図４に示すように、逆止弁１３０は、他端がポンプ２７に連通する油吸入管１０７の端部近傍に設けられ、管１０７の軸方向に移動自在の平板状の板状弁１３１と、該板状弁１３１を支持する弁座１３２と、前記板状弁１３１の移動を規制する規制部１３３とから構成されている。前記板状弁１３１は、その平面図を示す図５に示すように、中央部分が弁座１３２の突起状シール部１３２ａと当接する閉塞部１３１ａと、該閉塞部１３１aの周囲に配置され、油を通過させる通孔１３１ｂとからなり、油分離装置１０４からの油量が多く、潤滑油１０３が油戻し管１０６から供給され、該潤滑油１０３の流れが図中Ａ方向（図中下向き）の場合には、板状弁１３１が弁座１３２側に当接され、吸入室１３７からの潤滑油を吸い込むことはない。一方、油戻し管１０６からの潤滑油１０３の供給が停止され、潤滑油１０３がポンプ２７により吸い上げられるような油流れが図中Ｂ方向（図中上向き）の場合には、板状弁１３１が弁座１３２から離れ浮上し、油は通孔１３１ｂを介して流れ、吸入されるようにしている。

また、規制部１３３は弁１３１の浮上を規制するものであり、例えばＥリング等を用いており、管１０７に設けた切欠部１３４に嵌め込まれている。また、弁座１３２は規制部材１３３と所定間隔で板状弁１３１を支えるように、管１０７の所定位置に設けた位置決め段差部１３５で弁座１３２を係止している。そして、弁座１３２のスカート部１３２ｂを管１０７に螺合する押え金１３６で押えている。なお、油の流れが止まると弁１３１は自由落下し、閉塞状態となる。
このように、この逆止弁１３０を用いることにより、油分離装置１０４からの潤滑油１０３が流入する場合には、油の貯留部２８からの流れを規制するようにしている。

図４に示した前記逆止弁１３０は管１０７の端部に設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図６に示すように、管１０７の途中に設けるようにしてもよい。この場合には、押え金１３６は管の途中で弁座１３２を押えるようにしている。

本発明によるガス圧縮ユニットの他の実施例について図７を用いて説明する。
実施例１にかかる図２に示すスクロール型圧縮機１０１Ａは縦型のものであったが、本実施例は横置きスクロール型圧縮機を用いている。
なお、図２の圧縮機と同一部材については同一符号を付してその説明は省略する。
本実施例にかかる横置きスクロール型圧縮機１０１Ｂは、吸入管７が上方に位置するように縦型のものを横置き配置としている。また、油の貯留部２８は外部に設け、ハウジング２内と連通する油タンク１４１を用いており、図１に示す油分離装置１０４からの油戻し管１０６はこの油タンク１４１内に設けられた油吸入管１４２に連結されている。
そして、油吸入管１４２はハウジング２内の潤滑油ポンプ２７に連通され、油を供給するようにしている。

前記構成において、前記電動モータ５の低速運転時においては、油分離装置１０４からの油１０３は油を貯留するタンク１４１ではなく、潤滑油ポンプ２７に連通する油吸入管１４２内に直接給油することができるので、油切れがなくなり、圧縮機の性能が低下することがない。

以上のように、本発明にかかるガス圧縮ユニットは、前記圧縮機内の電動モータの低速運転時においては、油分離装置からの油を、潤滑油ポンプに連通する油吸入管内に直接給油することができるので、油切れがなくなり、圧縮機の性能が低下することがなく、インバータ制御等により広範囲にわたる運転回転数で使用されるスクロール圧縮機の潤滑に用いて適している。

実施例１にかかるガス圧縮ユニットの概略図である。 実施例１にかかる圧縮機の概略図である。 同スクロール型圧縮機のスクロール型圧縮機構における、固定スクロールと旋回スクロールとの噛み合い状態を示す断面図である。 実施例１にかかる逆止弁の概略図である。 その弁の平面図である。 実施例１にかかる他の逆止弁の概略図である。 実施例２にかかる圧縮機の概略図である。

符号の説明

４ 圧縮機構
５ 電動モータ
９ 固定スクロール
１１ 旋回スクロール
２７ 潤滑油ポンプ
１０１Ａ 縦置きスクロール型圧縮機
１０１Ｂ 横置きスクロール型圧縮機
１０２ 高圧・高温ガス
１０３ 潤滑油
１０４ 油分離装置
１０５ ポンプ吸入管
１０６ 油戻し管
１０７ 給油管

Claims (3)

1. 固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせることによってガスを圧縮する密閉空間が形成される圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する電動モータ室と、前記電動モータ室内に溜まった油を前記圧縮機構内に供給する潤滑油ポンプとを密閉ハウジング内に備えた縦置きスクロール型圧縮機をその系統内に有するガス圧縮ユニットにおいて、
   前記スクロール型圧縮機から吐出される高圧・高温ガスと共に吐出された油を分離する油分離装置と、
   該分離された油を前記潤滑油ポンプのポンプ吸入管内に供給する油戻し管とを備えてなることを特徴とするガス圧縮ユニット。
2. 固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせることによってガスを圧縮する密閉空間が形成される圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する電動モータ室と、前記電動モータ室内に溜まった油を前記圧縮機構内に供給する潤滑油ポンプとを密閉ハウジング内に備えた横置きスクロール型圧縮機をその系統内に有するガス圧縮ユニットにおいて、
   前記スクロール型圧縮機から吐出される高圧・高温ガスと共に吐出された油を分離する油分離装置と、
   該分離された油を貯蔵する油タンクと、該油タンク内に設けられ、前記潤滑油ポンプに連通するポンプ吸入管内に、前記分離された油を供給する油戻し管とを備えてなることを特徴とするガス圧縮ユニット。
3. 請求項１又は２において、
   前記ポンプ吸入管の端部または管内に逆止弁を設けてなることを特徴とするガス圧縮ユニット。

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