JP2005344537A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】あらゆる運転条件においても、潤滑油と冷媒の分離効果を高めて、密閉容器外への潤滑油の持ち出しを小さくする。
【解決手段】電動機部と油溜との間に、クランク軸の軸方向に自在に移動できる円盤を設け、前記円盤を油の密度より小さく、冷媒の密度より大きい材料で構成したものである。これによって、油溜の油面が上昇した場合でも、軸方向に自在に移動することができるために、冷媒が円盤に衝突する力によって、円盤が油面へと押し付けられるので、回転子と潤滑油の攪拌を防ぎ、潤滑油の密閉容器外への持ち出しを防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールを自転規制機構による自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたとき圧縮室が容積を変えながら移動することで、吸入、圧縮、吐出を行うスクロール圧縮機に関するものである。

従来、この種のスクロール圧縮機は、回転子と固定子からなる電動機部のうち、回転子の圧縮機構部とは反対側の端部に端板を設けたものがある。（例えば、特許文献１参照）
特開２０００−０９８０２０号公報

図２に回転子３ｂの圧縮機構部とは反対側の端部に端板３ｃを設けたスクロール圧縮機の断面図を示す。このような圧縮機では、冷媒中にミスト状に混在している潤滑油を端板３ｃに衝突させて、遠心力により外周側へ強制的に移動させて、同時に固定子３ａのコイルエンド部に衝突させることによって、潤滑油と冷媒の分離効果を高めて、密閉容器１外への潤滑油の持ち出しを防いでいる。結果として、潤滑油の確保による圧縮機の信頼性を向上させると同時に熱交換器等の冷凍サイクル要素の性能向上を行っている。

しかしながら、密閉容器１内に形成された油溜の油面は、冷媒の潤滑油への溶け込み量によって大きく変化する。油溜の油面が回転子端板３ｃ付近まで上昇すると、回転子端板３ｃが油溜を攪拌して、密閉容器外への潤滑油の持ち出しが多くなり、熱交換器等の冷凍サイクル要素の性能を低下させるという問題を有していた。

一方、油溜の油面をあらかじめ十分低くすることによって、回転子端板３ｃによる油溜の攪拌を防ぐことができるが、冷媒循環量が多い場合や、回転数が早い場合など、密閉容器外への潤滑油の持ち出しが多い場合は、潤滑油の十分な確保をすることができず、圧縮機の信頼性を確保することができないという問題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、密閉容器外への潤滑油の過度の持ち出しを防いで、潤滑油の確保による信頼性の向上や冷凍サイクル要素の性能向上を実現するスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、電動機部と油溜との間に、クランク軸の軸方向に自在に移動できる円盤を設け、円盤を油の密度より小さく、冷媒の密度より大きい材料で構成したものである。これによって、油溜の油面が上昇した場合でも、軸方向に自在に移動することができるために、油溜を攪拌することによる密閉容器外への潤滑油の持ち出しを防ぐことができる。

本発明のスクロール圧縮機は、あらゆる運転条件においても、潤滑油と冷媒の分離効果を高めて、密閉容器外への潤滑油の持ち出しを小さくすることができる。

第１の発明は、電動機部と油溜との間に、クランク軸の軸方向に自在に移動できる円盤
を設け、前記円盤を油の密度より小さく、冷媒の密度より大きい材料で構成したものである。これによって、油溜の油面が上昇した場合でも、軸方向に自在に移動することができるために、冷媒が円盤に衝突する力によって、円盤が油面へと押し付けられるので、回転子と潤滑油の攪拌を防ぎ、潤滑油の密閉容器外への持ち出しを防ぐことができる。

第２の発明は、特に、第1の発明の、クランク軸の回転方向と反対の回転方向成分を持つ、クランク軸表面上の螺旋曲線に沿ってクランク軸に凸部を設け、円盤に凹部を形成することにより、特に潤滑油の密閉容器外への持ち出し量の多い高速回転運転条件において、円盤に作用する回転方向と反対の慣性力によって、円盤が油面へと押し付けられる。これによって、油面と回転子との距離を確保できるので、潤滑油の密閉容器外への持ち出しをより効果的に防ぐことができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の、円盤の圧縮機構部側を、すり鉢状に形成することによって、冷媒が円盤に衝突する力により円盤が油面へと押し付けられる力を増大させて回転子と潤滑油の攪拌を防ぎ、潤滑油の密閉容器外への持ち出しをより効果的に防ぐことができる。

第４の発明は、特に、第１〜第３の発明の、冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすることにより、冷媒密度が高い二酸化炭素の場合においても、潤滑油の密閉容器外への持ち出しをより効果的に防ぐことができるので、高い加熱能力を必要とする給湯機等の用途に用いても、高効率で高信頼性を確保したスクロール圧縮機を提供することができる。

以下、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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるスクロール圧縮機の断面図を示すものである。密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどして固定したクランク軸４の主軸受部材１１と、この主軸受部材１１上にボルト止めした固定スクロール１２との間に、固定スクロール１２と噛み合う旋回スクロール１３を挟み込んでスクロール式の圧縮機構２を構成し、旋回スクロール１３と主軸受部材１１との間に旋回スクロール１３の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転規制機構１４を設けて、クランク軸４の上端にある主軸部４ａにて旋回スクロール１３を偏心駆動することにより旋回スクロール１３を円軌道運動させ、これにより固定スクロール１２と旋回スクロール１３との間に形成している圧縮室１５が外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、密閉容器１外に通じた吸入パイプ１６および固定スクロール１２の外周部の吸入口１７から冷媒ガスを吸入して圧縮していき所定圧以上になった冷媒ガスは固定スクロール１２の中央部の吐出口１８からリード弁１９を押し開いて密閉容器１内に吐出させることを繰り返す。

固定スクロール１２と軸受１１に囲まれて形成される背圧室２９は旋回スクロール１３が固定スクロール１２から引き離されないだけの背圧を常に有している必要がある。しかし、この背圧が過剰になると、旋回スクロール１３が固定スクロール１２に強く押し付けられて、スクロール摺動部の異常磨耗や入力増加を招くことになる。このため背圧は常に一定に保つ必要がある。そこで、背圧調整機構９を設けている。背圧調整機構９は、背圧室２９から固定スクロール１２の内部を通って吸入口１７へと連通している通路９aに、バルブ９bを設けたもので、背圧室２９の圧力が設定圧力より高くなるとバルブ９bが開き、背圧室２９のオイルが吸入口１７へと供給され、背圧室内を一定の中間圧に維持している。旋回スクロール１３の背面には前述の中間力が印加され、運転中に転覆するのを抑えている。転覆すると固定スクロール１２と旋回スクロール１３が離れてしまい、その部分
に漏れが発生してしまう。また吸入口１７へと供給されたオイルは旋回運動とともに圧縮室１５へと移動し、圧縮室間の漏れ防止に役立っている。

給油機構７はクランク軸４の下端で駆動されるポンプ２５によってオイル溜め２０内のオイル６をクランク軸４を通縦しているオイル供給穴２６を通じて圧縮機構２の各部の軸受部６６や圧縮機構２の各摺動部に供給する。供給後のオイル６は供給圧や重力によって逃げ場を求めるようにして軸受部６６を通じ主軸受部材１１の下に流出して滴下し、最終的にオイル溜め２０に回収される。

しかし、圧縮機構２から吐出される図１に破線矢印で示す冷媒ガス２７には圧縮機構２内で接触したオイル６を随伴させていたり、上記主軸受部材１１の下に滴下してくる供給後のオイル６を飛散させて随伴させたりしていて、従来これを十分に分離できず密閉容器１外に吐出する冷媒ガスとともにオイルも吐出されてしまう問題がある。

図１に示す各実施の形態はこのような問題を解消するために、電動機部３とオイル溜め２０との間に、クランク軸４の軸方向に自在に移動できる円盤１００を設け、円盤１００をオイル６の密度より小さく、冷媒２７の密度より大きい材料で構成した。

圧縮機構２から吐出される冷媒ガス２７が、圧縮機構２の上部の容器内吐出室３１、この容器内吐出室３１と圧縮機構２の下部を連通させる圧縮機構連通路３２、この圧縮機構連通路３２から回転子上部室３３に続く連絡路３４、回転子上部室３３と回転子下部室３５を連通させるように回転子３ｂに設けた回転子通路３６、回転子下部室３５、を順次経て電動機３の下に至り、円盤１００に衝突した後、さらに固定子３ａの下部と上部とを連通させるように固定子３ａまたは固定子３ａと密閉容器１との間に設けられた固定子通路３７を通って前記連絡路３４の外まわりの固定子上部室３８に抜けた後、密閉容器１の固定子上部室３８の位置以上の部分に設けられた外部吐出パイプ３９を通って密閉容器１外に吐出されるようにする容器内ガス通路Ａを設けてある。

このような容器内ガス通路Ａの容器内吐出室３１と、圧縮機構連通路３２とは、圧縮機構２およびその軸受部６６の外回りに位置して、圧縮機構２から吐出される冷媒ガス２７を一括して圧縮機構２の下部の連絡路３４に吐出させる。続いて連絡路３４は吐出されてきた冷媒ガス２７を回転子上部室３３に導いて回転子３ｂおよびバランスウエイト２３の回転による影響で緩く旋回する状態で回転子通路３６内に進入させて下方に通りぬけ回転子下部室３５へ回転子３ｂの回転を受けた強い旋回流Ｂを持って吐出させる。

オイル溜め２０の油面が回転子３ｂと十分距離が遠い場合には、上記のように圧縮機構２から吐出された冷媒ガス２７を拘束して取扱うことにより、圧縮機構２から吐出された冷媒ガス２７が圧縮機構２内や軸受部６６まわりを経る間にそれらに供給されていたオイル６と接触してそれを随伴していても、前記強い旋回流Ｂによって気液分離を行ないオイル６を外方へ追いやって固定子３ａの内周に付着させてオイル溜め２０に近いところで冷媒ガス２７から実線矢印で示すように効果的に分離し、以降分離したオイル６は伝い落ちながら直ぐ下のオイル溜めに滴下して、冷媒ガス２７に乗じる機会がほとんどなしに回収されるようにするので、冷媒ガス２７に随伴しているオイル６を効率よく分離し回収することができる。

一方、オイル溜め２０の油面が回転子３ｂと十分距離が近い場合にも、円盤１００は、クランク軸４の軸方向に自在に移動することができて、油の密度より小さく、冷媒の密度より大きい材料で構成しているので、浮力によってオイル溜め２０の油面の上に位置する。また、冷媒ガス２７の流れによって、円盤１００はオイル溜め２０に押し付けられることになる。これによってオイル溜め２０の油面が上昇した場合でも、円盤１００はオイル
溜め２０の油面へと押し付けられ続けることになる。結果としてオイル溜め２０の油面と回転子３ｂとの距離を確保できるので、回転子３ｂによるオイル溜め２０の攪拌を防止して、潤滑油６の密閉容器１外への持ち出しをより効果的に防ぐことができる。

なお、クランク軸４の回転方向と反対の回転方向成分を持つ、クランク軸４表面上の螺旋曲線に沿ってクランク軸４に凸部を設け、円盤１００に凹部を形成することにより、特に潤滑油６の密閉容器１外への持ち出し量の多い高速回転運転条件において、円盤１００に作用する回転方向と反対の慣性力によって、円盤１００が油面へと押し付けられる。これによって、油面と回転子３ｂとの距離をより確保できるので、潤滑油６の密閉容器１外への持ち出しをより効果的に防ぐことができる。

なお、円盤１００の圧縮機構部側を、すり鉢状に形成することによって、冷媒２７が円盤１００に衝突する力によって、円盤１００が油面へと押し付けられる力を増大させて回転子３ｂとオイル溜め２０の攪拌を防ぎ、潤滑油６の密閉容器１外への持ち出しをより効果的に防ぐことができる。

なお、冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすると、冷媒密度が高い二酸化炭素の場合においても、冷媒２７の円盤１００への押し付け力が増大するため、潤滑油６の密閉容器１外への持ち出しをより効果的に防ぐことができるので、高い加熱能力を必要とする給湯機等の用途に用いても、高効率で高信頼性を確保したスクロール圧縮機を提供することができる。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、電動機部と油溜との間に、クランク軸の軸方向に自在に移動できる円盤を設け、前記円盤を油の密度より小さく、冷媒の密度より大きい材料で構成したものである。これによって、油溜の油面が上昇した場合でも、軸方向に自在に移動することができるために、冷媒が円盤に衝突する力によって、円盤が油面へと押し付けられるので、回転子と潤滑油の攪拌を防ぎ、潤滑油の密閉容器外への持ち出しを防ぐことができるので、作動流体を冷媒と限ることなく、空気スクロール圧縮機、スクロール型膨張機等のスクロール流体機械の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の断面図 従来のスクロール圧縮機の断面図

符号の説明

１ 密閉容器
２ 圧縮機構
３ 電動機
３ａ 固定子
３ｂ 回転子
４ クランク軸
４ａ 主軸部
６ オイル（潤滑油）
７ 給油機構
９ 背圧調整機構
９a 通路
９b バルブ
１１ 主軸受部材
１２ 固定スクロール
１３ 旋回スクロール
１４ 自転規制機構
１５ 圧縮室
１６ 吸入パイプ
１７ 吸入口
１８ 吐出口
１９ リード弁
２０ オイル溜め
２５ ポンプ
２６ オイル供給穴
２７ 冷媒ガス
２９ 背圧室
３１ 密閉容器内吐出室
３２ 圧縮機構連通路
３３ 回転子上部室
３４ 連絡路
３５ 回転子下部室
３６ 回転子通路
３７ 固定子通路
３８ 固定子上部室
３９ 外部吐出パイプ
１００ 円盤

Claims (4)

1. 鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールを自転規制機構による自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたとき圧縮室が容積を変えながら移動することで、吸入、圧縮、吐出を行うスクロール圧縮機構部と、前記旋回スクロールを駆動するクランク軸を駆動する電動機部と、圧縮機構部及び電動機部を収納する密閉容器を備え、前記密閉容器内に油溜を形成したスクロール圧縮機において、前記電動機部と前記油溜との間に、前記クランク軸の軸方向に自在に移動できる円盤を設け、前記円盤を油の密度より小さく、冷媒の密度より大きい材料で構成したことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. クランク軸の回転方向と反対の回転方向成分を持つ、前記クランク軸表面上の螺旋曲線に沿って前記クランク軸に凸部を設け、前記円盤に凹部を形成したことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 円盤の圧縮機構部側を、すり鉢状に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
4. 冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。