JP2006090180A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉容器内ガス流路のより下流側の副軸受け部でのオイル飛散を防止することでオイル持ち出し量を低減し、圧縮機の信頼性を確保し、冷凍サイクル全体の効率向上実現を可能とする密閉型圧縮機を提供すること。
【解決手段】副軸受け２４にオイル飛散防止手段２７を設けることで、密閉容器１内ガス流路のより下流側でのガスとオイルの混合機会を低減し、密閉容器１外部へのオイル持ち出し量を極小化することが可能となるので、圧縮機の信頼性を確保し、冷凍サイクル全体の効率向上が実現できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、業務用または家庭用、あるいは乗り物用の冷凍空調、あるいは冷蔵庫などに用いられる密閉型圧縮機に関するものである。

従来の空気調和装置等の冷凍サイクルに使用される密閉型圧縮機は例えば図３に示される構成になっている。両端が閉鎖された筒状の密閉容器１０１の内側には電動機１０２と圧縮機構１０３とが内蔵されている。電動機１０２は密閉容器１０１の内壁面側に固定された固定子１０２ａと、この固定子１０２ａの内側に回転自在に支持された回転子１０２ｂとからなり、この回転子１０２ｂにはクランク軸１０４が貫通状態に結合されている。このクランク軸１０４の一端は圧縮機構１０３の一部を構成する主軸受け１０５に回転自在に支持されている。クランク軸１０４の他端側は回転子１０２ｂから突出されており、この先端部は密閉容器１０１内に収容されたオイルに没するように下方に延長されている。また、クランク軸１０４には、オイルを吸入して供給する油通路１０４ａが軸方向に穿設されており、オイルがこの油通路１０４ａを経て主軸受け１０５などの各摺動部に供給された後、圧縮機構１０３にて圧縮されたガスの流れに乗り、密閉容器１０１下部にて気液分離されて下部オイル溜まりへと再循環されるようになっている。

圧縮機構１０３にて圧縮されたガスは圧縮機構１０３外周部付近に設けられた下向きガス流路１０６を通り、図示された点線矢印のごとく回転子１０２ｂ上部へと導かれる。ここで主軸受け１０５などを潤滑後排出されたオイルと合流し、回転子１０２ｂ内部に設けられた回転子通路１０２ｃを介して回転子１０２ｂ下部へと到達後、ガスとオイルの混合流が遠心力によって固定子１０２ａ下部コイルエンドに衝突し、気液分離される。気液分離後のガスは固定子１０２ａ外周に設けられた固定子通路１０２ｄを介して電動機１０２上部へと導かれ、圧縮機構１０３に設けられた図示されていない上向きガス流路を通って圧縮機構１０３上側空間へ到達後、吐出管１０７から密閉容器１０１外部へと吐出される。

しかし、昨今のインバータ制御化によって圧縮機構１０３は高回転化し、それに伴って主軸受け１０５などへの給油量の増加が余儀なくされることにより、主軸受け１０５から排出されるオイル量が増加し、電動機１０２下部での気液分離だけでは十分にガスとオイルが分離されず、ガスとともに密閉容器１０１外部へとオイルが持ち出されやすい傾向となっている。オイルが密閉容器１０１外部へと持ち出されると、密閉容器１０１内部のオイル量が減少し圧縮機構１０３などの摺動部の信頼性低下を招くだけでなく、冷凍サイクル内でのオイル比率が上昇し熱交換器などの効率低下による消費電力の上昇も問題となる。

このような問題を解決するために、例えば特許文献１においては図３に示すように、圧縮機構１０３で圧縮されたガスが電動機１０２下部へと導かれる回転子１０２ｂに設けられた回転子通路１０２ｃと、主軸受け１０５から排出されたオイルが電動機１０２下部へと導かれる回転子１０２ｂに設けられたもう一つの回転子通路１０２ｅとを独立させることによって、ガスとオイルとの混合機会を極力低減させ、密閉容器１０１外部へのオイル持ち出し量を低減させている。
特開２００３−２６９３５５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、主軸受けから排出されたオイルがガスと混合される機会は減少するものの、クランク軸下部に設けられた副軸受けから排出されたオイルに関しては何ら対策がなされておらず、摺動部潤滑オイルの事前分離によるオイル持ち出し量低減効果は半減してしまう。

また、副軸受けから排出されたオイルがガスと混合された後のガス流路下流側には気液分離に効果的な遠心分離機能が備わっていないため、副軸受けからの排出オイルのオイル持ち出し量への影響は主軸受けのそれよりも大きい。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、副軸受け部にオイル飛散防止手段を設けることにより、ガスとオイルが遠心分離された後のガス流路におけるガスへのオイル混合を低減し、密閉容器外部へのオイル持ち出し量を極小化させて圧縮機の信頼性の確保と冷凍サイクル全体の効率向上が実現可能な密閉型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、本発明の密閉型圧縮機は、請求項１記載のとおり、副軸受け部にオイル飛散防止手段を設けたものである。

従来の構成では副軸受けからの排出オイルの気液分離手段が無く、密閉容器外部へのオイル持ち出し量を十分に極小化することはできなかったものが、本構成によれば、副軸受け部にオイル飛散防止手段を設けることで、密閉容器内ガス流路のより下流側でのガスとオイルの混合機会を低減し、密閉容器外部へのオイル持ち出し量を極小化することが可能である。

本発明の密閉型圧縮機は、密閉容器内ガス流路のより下流側の副軸受け部でのオイル飛散を防止することでオイル持ち出し量を低減し、圧縮機の信頼性確保と冷凍サイクル全体の効率向上が実現可能である。

第１の発明は、密閉容器内に圧縮機構と、圧縮機構の下方に設けた圧縮機構を駆動するための電動機と、電動機の回転力を圧縮機構部に伝達するためのクランク軸と、電動機の下側に設けたクランク軸の副軸受けと、密閉容器内の下部に設けたオイル溜めのオイルをクランク軸を通じてクランク軸の軸受け部や圧縮機構摺動部に供給する給油機構とを備え、副軸受け部にオイル飛散防止手段を設けたもので、本構成により、ガスとオイルが遠心分離された後のガス流路におけるガスへのオイル混合を低減し、密閉容器外部へのオイル持ち出し量を極小化させて圧縮機の信頼性の確保と冷凍サイクル全体の効率向上が実現可能である。

第２の発明は、特に、第１の発明の密閉型圧縮機において、副軸受け部を密閉容器内の下部に設けたオイル溜めのオイルに浸漬させることにより、副軸受け部から排出されたオイルがミスト状となることなく再び下部貯留オイルに回収されるため、電動機下部空間でのガスとの混合を防止し、密閉容器外部へのオイル持ち出しを抑制することが可能である。

また、本構成を実現させるためには下部貯留オイルのレベルを上昇させるか副軸受けの設置位置をより下部に移動させるだけでよいため、部品点数を増加させる必要がなく、コスト上昇を抑えることができる。

なお、圧縮機構の最高速運転時でも副軸受けが下部貯留オイルに浸漬されていることが理想であるが、より低い運転速度にて副軸受けのオイル浸漬状態の遷移域があっても、その遷移域以下の運転速度ではオイル持ち出し量低減効果がある。

第３の発明は、特に、第１の発明の密閉型圧縮機において、副軸受けを潤滑したオイルが副軸受けから排出される出口付近に、排出されたオイルの軸方向およびまたは径方向への飛散を妨げる仕切り部材を設けることにより、副軸受け排出オイルとガスとを隔離することができ、オイル持ち出し量を低減させることが可能である。

また、オイル量を増加させる必要がないため、冷凍サイクル全体のオイル希釈率を最適値に保つことができ、従来同等の性能および信頼性を確保できる。

さらに、副軸受けの位置を変更させる必要もないため、副軸受け位置変更に伴う圧縮機組立設備の改造が不要であり、設備投資を抑制することが可能である。

第４の発明は、特に、第３の発明の密閉型圧縮機において、副軸受け付近に設けた仕切り部材をクランク軸に固定することにより、仕切り部材とクランク軸との間に隙間を設ける必要がないため、副軸受けからの排出オイル流の速度成分のうち、最も大きい軸方向成分のオイル流をガス流と遮断することができ、確実にオイル持ち出し量を低減させることが可能である。

なお、仕切り部材が回転することにより下部貯留オイルが撹拌されオイルミストの発生する可能性があるが、仕切り部材を下部貯留オイルと接触しないような構成とすることなどで対応は可能である。

第５の発明は、特に、第３の発明の密閉型圧縮機において、副軸受け付近に設けた仕切り部材を副軸受けに固定することにより、仕切り部材自体が回転することがないため、クランク軸の慣性力上昇防止によって圧縮機起動安定性や騒音、振動などを悪化させることがない。

また、仕切り部材の回転による下部貯留オイルの撹拌に伴うオイルミスト発生の可能性が無いため、確実にオイル持ち出し量を低減させることが可能である。

第６の発明は、特に、第３〜５のいずれか１つの発明の密閉型圧縮機において、副軸受け付近に設けた仕切り部材をプレス成型することにより、仕切り部材の材料費や加工費などを限りなく抑制することができるとともに、プレス加工によって軽量化された仕切り部材をクランク軸に固定させた場合にはクランク軸の慣性力の上昇を極小化でき、圧縮機起動安定性や騒音、振動などの悪化を抑制することが可能である。

第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明の密閉型圧縮機において、ジャーナル軸受けである副軸受けと、クランク軸およびまたは副軸受けに粘性ポンプ作用を発生させるリード溝を設けて構成することにより、大量のオイル給油を必要とするジャーナル軸受けにおいてリード溝を通じて排出される大量のオイルを、副軸受けから排出直後に下部貯留オイルに回収させることができるため、ジャーナル軸受けを採用することによるオイル持ち出し量の悪化を抑制することができるとともに、ジャーナル軸受けによる軸受け信頼性を同時に確保し、高次元の軸受け信頼性を実現することが可能である。

なお、リード溝が無い場合でもジャーナル軸受けではオイルの循環が有り、副軸受けからのオイル排出量は転がり軸受けよりも多くなるため、ガスとのオイル混合低減効果はある。

第８の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明の密閉型圧縮機において、副軸受けを転がり軸受けによって構成することにより、クランク軸外径と副軸受け内径との隙間がジャーナル軸受けの場合に対して非常に大きいため、組立の容易化による量産性の向上は可能な一方でクランク軸の回転による遠心力でオイルが飛散しミスト化しやすい場合でも、オイルのガスとの混合を抑制することができ、オイル持ち出し量悪化を抑制することができる。

第９の発明は、特に、第１〜８のいずれか１つの発明の密閉型圧縮機において、電動機をインバータ駆動することにより、副軸受け排出オイルがミスト化し、ガスと混合されやすい超高速運転時でもオイル持ち出し量を極小化することが可能である。

特に、冷凍サイクル低温寝込み時における超高速起動の際には、オイル粘度が低下しミスト化しやすい状況にあるため、一層効果的である。

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、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図である。

図１において、鉄製の密閉容器１の内部全体は吐出管２に連通する高圧雰囲気となり、その中央部に電動機３、上部に圧縮機構が配置され、電動機３の回転子３ａに固定されたクランク軸４の一端を支承する圧縮機構の本体フレーム５が密閉容器１に固定されており、その本体フレーム５に固定スクロール６が取り付けられている。

クランク軸４に設けられた主軸方向の油通路７は、その一端が給油ポンプ装置８に通じ、他端が最終的に旋回スクロール９の偏心軸受１０に通じている。固定スクロール６と噛み合って圧縮室１１を形成する旋回スクロール９は、渦巻き状の旋回スクロールラップ９ａと偏心軸受１０とを直立させたラップ支持円板９ｂとからなり、固定スクロール６と本体フレーム５との間に配置されている。

固定スクロール６は、鏡板６ａと渦巻き状の固定スクロールラップ６ｂとからなり、固定スクロールラップ６ｂの中央部に吐出口１２、外周部に吸入室１３が配置されている。

クランク軸４の主軸から偏心してクランク軸４の上端部に配置された偏心軸１４は、旋回スクロール９の偏心軸受１０と係合摺動すべく構成されている。旋回スクロール９のラップ支持円板９ｂと本体フレーム５に設けられたスラスト軸受１５との間は、油膜形成可能な微小隙間が設けられている。ラップ支持円板９ｂには偏心軸受１０とほぼ同心の環状シール部材１６が遊合状態で装着されており、その環状シール部材１６はその内側の背面室１７と外側の背圧室１８とを仕切っている。

給油ポンプ装置８によって吸い上げられたオイルはクランク軸４の油通路７を通り旋回スクロール９の偏心軸受１０と偏心軸１４との間に形成された軸方向の内部空間２０へ導かれ、一方は旋回スクロール９のラップ支持円板９ｂの背面に設けられた絞り部２１を経由して固定スクロール６と本体フレーム５とによって囲まれて形成される背圧室１８へと通じ、旋回スクロール９を固定スクロールラップ６ｂに押さえつける機能を持った背圧調整弁２２、オイル供給通路２２ａを通って吸入室１３へと導かれる。もう一方は偏心軸受１０、背面室１７、主軸受１９を通り圧縮機構外部へ排出される。

吐出口１２の出口側を開閉する逆止弁装置２３が固定スクロール６の鏡板６ａの平面上に取り付けられており、その逆止弁装置２３は薄鋼板製のリード弁２３ａと弁押さえ２３ｂとからなる。

クランク軸４の下端は密閉容器１内に溶接や焼き嵌めして固定された副軸受け２４により軸受けされ、安定に回転することができる。副軸受け２４はジャーナル軸受け構成となっており、給油ポンプ装置８によって吸い上げられたオイルの一部が副軸受け２４へと供給される。また、副軸受け２４に相対するクランク軸４には図示されていないリード溝が設けられており、給油ポンプ装置８による副軸受け２４へのオイル圧送に加え、リード溝による粘性ポンプ作用でも副軸受け２４にオイルが大量に供給されている。したがって、副軸受け２４上端部から副軸受け２４外部へとオイルが大量に飛散されている。

圧縮機構にて圧縮されたガスは圧縮機構外周部付近に設けられた下向きガス流路２５を通り、図示された点線矢印のごとく回転子３ａ上部へと導かれる。ここで主軸受け１９などを潤滑後排出されたオイルと合流し、回転子３ａ内部に設けられた回転子通路３ｃを介して回転子３ａ下部へと到達後、ガスとオイルの混合流が遠心力によって固定子３ｂ下部コイルエンドに衝突し、気液分離される。気液分離後のガスは固定子３ｂ外周に設けられた固定子通路３ｄを介して電動機３上部へと導かれ、圧縮機構に設けられた図示されていない上向きガス流路を通って圧縮機構上側空間へ到達後、吐出管２から密閉容器１外部へと吐出される。

密閉容器１下部に貯留されたオイルの自由表面２６は副軸受け２４上端部よりも上部に位置し、運転中でも副軸受け２４はオイルに浸漬されている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

ジャーナル軸受けで構成された副軸受け２４の摺動部には副軸受け２４下端部からオイルが供給され、潤滑後に副軸受け２４上端部より副軸受け２４外部へと排出される。このとき、副軸受け２４には焼き付きやカジリなどを防止するため大量の給油が必要であり、したがって副軸受け２４上端部からは大量のオイルが排出される。副軸受け２４上端部付近がガス状態の場合、排出されたオイルは粒状になり、オイルミストとしてガスの流れに同乗し密閉容器１外部へと持ち出されやすい。

そこで、図１のように副軸受け２４上端部付近をオイルで満たすことにより、排出されたオイルがミスト状になることなく下部貯留オイルに吸収され、密閉容器１外部へのオイル持ち出しを防ぐことができる。

また、副軸受け２４付近より下流側のガス流路には特にガスとオイルの遠心分離機能が無いため、副軸受け２４からの排出オイルミストの抑制はオイル持ち出し量低減に対して効果が大きい。

以上のように、副軸受け２４を密閉容器１内の下部に設けたオイル溜めのオイルに浸漬させることにより、ガスとオイルが遠心分離された後のガス流路におけるガスへのオイル混合を低減し、密閉容器外部へのオイル持ち出し量を極小化させて圧縮機の信頼性の確保と冷凍サイクル全体の効率向上が実現可能である。

また、本構成を実現させるためには下部貯留オイルのレベルを上昇させるか副軸受け２４の設置位置をより下部に移動させるだけでよいため、部品点数を増加させる必要がなく、コスト上昇を抑えることができる。

なお、本実施例では副軸受け２４をジャーナル軸受けとしたが、転がり軸受けの場合では、クランク軸４の中心軸に対して玉あるいはころ部がクランク軸４外周よりも外側を回転し相対的に遠心力が増大することと、玉あるいはころ部のクリアランスが大きくなることにより、副軸受け２４上端部からのオイル飛散量はジャーナル軸受けよりも大幅に増加するため、なお一層の効果が得られる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の縦断面図である。

図２において、副軸受け２４上端部を覆うように仕切り部材２７を副軸受け２４に固定設置することにより、副軸受け２４上端部より排出されたオイルがガスの流れと混合することなく下部貯留オイルに回収され、密閉容器１外部へのオイル持ち出し量を低減させることが可能である。

また、仕切り部材２７を副軸受け２４に固定しているため、クランク軸４の回転運動に影響を与えることは無く、結果として圧縮機起動安定性や騒音、振動などを悪化させることがない。

なお、仕切り部材２７をクランク軸４に固定することで、仕切り部材２７とクランク軸４との間に隙間を設ける必要がないため、副軸受け２４上端部からの排出オイル流の速度成分のうち、最も大きい軸方向成分のオイル流をガス流と遮断することができ、確実にオイル持ち出し量を低減させることが可能である。

また、仕切り部材２７を薄板のプレス品にて構成することで、仕切り部材２７の材料費や加工費などを限りなく抑制することができるとともに、プレス加工によって軽量化された仕切り部材をクランク軸４に固定させた場合にはクランク軸４の慣性力の上昇を極小化でき、圧縮機起動安定性や騒音、振動などの悪化を抑制することが可能である。

さらに、これらの実施の形態において、電動機３をインバータ駆動することにより、副軸受け２４排出オイルがミスト化し、ガスと混合されやすい超高速運転時でもオイル持ち出し量を極小化することが可能である。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、副軸受け部にオイル飛散防止手段を設けることにより、ガスとオイルが遠心分離された後のガス流路におけるガスへのオイル混合を低減し、密閉容器外部へのオイル持ち出し量を極小化させて圧縮機の信頼性の確保と冷凍サイクル全体の効率向上が実現可能であり、エアーコンディショナー用圧縮機のほかに、ヒートポンプ式給湯機や乗り物用冷凍空調機、冷蔵庫などの用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における縦型スクロール圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態２における縦型スクロール圧縮機の縦断面図 従来例における縦型スクロール圧縮機の縦断面図

符号の説明

１ 密閉容器
２ 吐出管
３ 電動機
３ａ 回転子
３ｂ 固定子
３ｃ 回転子通路
３ｄ 固定子通路
４ クランク軸
５ 本体フレーム
６ 固定スクロール
６ａ 鏡板
６ｂ 固定スクロールラップ
７ 油通路
８ 給油ポンプ装置
９ 旋回スクロール
９ａ 旋回スクロールラップ
９ｂ ラップ支持円板
１０ 偏心軸受
１１ 圧縮室
１２ 吐出口
１３ 吸入室
１４ 偏心軸
１５ スラスト軸受
１６ 環状シール部材
１７ 背面室
１８ 背圧室
１９ 主軸受
２０ 内部空間
２１ 絞り部
２２ 背圧調整弁
２２ａ オイル供給通路
２３ 逆止弁装置
２３ａ リード弁
２３ｂ 弁押さえ
２４ 副軸受け
２５ 下向きガス流路
２６ オイル自由表面
２７ 仕切り部材
１０１ 密閉容器
１０２ 電動機
１０２ａ 固定子
１０２ｂ 回転子
１０２ｃ 回転子通路
１０２ｄ 固定子通路
１０２ｅ もう一つの回転子通路
１０３ 圧縮機構
１０４ クランク軸
１０４ａ 油通路
１０５ 主軸受け
１０６ 下向きガス流路
１０７ 吐出管

Claims (9)

1. 密閉容器内に圧縮機構と、前記圧縮機構の下方に設けた前記圧縮機構を駆動するための電動機と、前記電動機の回転力を前記圧縮機構部に伝達するためのクランク軸と、前記電動機の下側に設けた前記クランク軸の副軸受けと、前記密閉容器内の下部に設けたオイル溜めのオイルを前記クランク軸を通じて前記クランク軸の軸受け部や前記圧縮機構摺動部に供給する給油機構とを備え、前記副軸受け部にオイル飛散防止手段を設けたことを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 副軸受け部が密閉容器内の下部に設けたオイル溜めのオイルに浸漬されている請求項１記載の密閉型圧縮機。
3. 副軸受けを潤滑したオイルが副軸受けから排出される出口付近に、排出されたオイルの軸方向およびまたは径方向への飛散を妨げる仕切り部材を設けた請求項１記載の密閉型圧縮機。
4. 副軸受け付近に設けた仕切り部材をクランク軸に固定した請求項３記載の密閉型圧縮機。
5. 副軸受け付近に設けた仕切り部材を副軸受けに固定した請求項３記載の密閉型圧縮機。
6. 副軸受け付近に設けた仕切り部材をプレス成型した請求項３から５のいずれか記載の密閉型圧縮機。
7. ジャーナル軸受けである副軸受けと、クランク軸およびまたは副軸受けに粘性ポンプ作用を発生させるリード溝を設けて構成した請求項１から６のいずれか記載の密閉型圧縮機。
8. 副軸受けを転がり軸受けによって構成した請求項１から６のいずれか記載の密閉型圧縮機。
9. 電動機がインバータ駆動される請求項１から８のいずれか記載の密閉型圧縮機。