JP2006097634A

JP2006097634A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2006097634A
Application number: JP2004286755A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Ogasawara; 弘丞小笠原; Takehiro Nishikawa; 剛弘西川; Hiroyuki Sawabe; 浩幸沢辺; Hiroyuki Yoshida; 浩之吉田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-13

Abstract

【課題】摺動部への給油を円滑に行うことができる圧縮機を提供する。
【解決手段】密閉容器１内に収納された駆動要素２及びこの駆動要素１の回転軸５により駆動される圧縮要素３とを備え、この圧縮要素３は、内部に圧縮空間２１が構成されるシリンダ８と、このシリンダ８内の圧縮空間２１に連通する吸込ポート２７及び吐出ポート２８と、回転軸５の軸方向に交差する上面３３（一面）が上死点３３Ａと下死点３３Ｂの間で連続して傾斜すると共に、シリンダ８内に配置されて回転し、吸込ポート２７から吸い込まれた流体を圧縮して吐出ポート２８より密閉容器１内に吐出する圧縮部材９と、吸込ポート２７と吐出ポート２８間に配置されて圧縮部材９の上面３３に当接し、シリンダ８内の圧縮空間２１を低圧室ＬＲと高圧室ＨＲとに区画するベーン１１とから構成され、このベーン１１の背圧を、密閉容器１内の圧力より低い値とした。
【選択図】図５

Description

本発明は、冷媒や空気などの流体を圧縮して吐出する圧縮機に関するものである。

従来より例えば冷凍機においては圧縮機を用いて冷媒を圧縮し、回路内を循環させる方式が採られている。この場合の圧縮機の方式としては、回転式圧縮機と称されるロータリ圧縮機（例えば、特許文献１参照。）やスクロール圧縮機、スクリュー圧縮機などがある。

上記ロータリ圧縮機は構造が比較的簡単で生産コストが安価である利点があるものの、振動とトルク変動が大きくなる問題がある。また、スクロール圧縮機やスクリュー圧縮機はトルク変動は小さいものの、加工性が悪く、コストが高騰する問題があった。

そこで、シリンダ内に回転する圧縮部材としての斜板を設け、この斜板の上下に構成される圧縮空間をベーンで区画して流体を圧縮する方式も開発されている（例えば、特許文献２参照。）。係る方式の圧縮機によれば、構造比較的簡単にして振動の少ない圧縮機を構成できる利点がある。
特開平５−９９１７２号公報特表２００３−５３２００８号公報

ここで、上記特許文献２のような構造の場合、シリンダ内全域において斜板の上下で高圧室と低圧室とが隣接するかたちとなるため、高低圧差が大きくなり、冷媒リークによる効率悪化が問題となる。

また、上記圧縮機は従来の圧縮機と同様に密閉容器内下部がオイル溜めとされ、回転軸の下端に取り付けられたオイルポンプによりオイル溜めからオイルを吸引し、圧力差を利用して圧縮部材やベーン周辺部などの摺動部に給油するものとされていたが、係る圧縮機ではベーンは圧縮部材の上下面の回転軸付近に位置するため、ベーンの背圧として高圧を印加すると、ベーン付近の摺動部への圧力差を利用した給油が困難となる恐れがあった。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、摺動部への給油を円滑に行うことができる圧縮機を提供することを目的とする。

本発明の圧縮機は、密閉容器内に収納された駆動要素及び該駆動要素の回転軸により駆動される圧縮要素とを備え、この圧縮要素は、内部に圧縮空間が構成されるシリンダと、このシリンダ内の圧縮空間に連通する吸込ポート及び吐出ポートと、回転軸の軸方向に交差する一面が上死点と下死点の間で連続して傾斜すると共に、シリンダ内に配置されて回転し、吸込ポートから吸い込まれた流体を圧縮して吐出ポートより密閉容器内に吐出する圧縮部材と、吸込ポートと吐出ポート間に配置されて圧縮部材の一面に当接し、シリンダ内の圧縮空間を低圧室と高圧室とに区画するベーンとから構成され、このベーンの背圧を、密閉容器内の圧力より低い値としたものである。

請求項２の発明の圧縮機は、上記においてベーンの背圧を、吸込ポートに吸い込まれる流体の圧力より高くしたものである。

本発明の圧縮機によれば、ベーンの背圧を、密閉容器内の圧力より低い値としたので、圧力差を利用してベーン付近の摺動部への給油を円滑に行うことができるようになる。これにより、摺動部の摩耗及び機械損失を低減することができるようになる。

また、請求項２の如くベーンの背圧を、吸込ポートに吸い込まれる流体の圧力より高くすれば、ベーンを圧縮部材に付勢して十分に追従させることが可能となる。これにより、ベーン飛びの発生及び冷媒リークの発生も極力回避することができるようになる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳細に説明する。尚、以後説明する実施例の圧縮機Ｃは、例えば冷凍機の冷媒回路を構成し、冷媒を吸い込んで圧縮し、回路内に吐出する役割を果たすものである。

図１は本発明の一実施例の圧縮機Ｃの縦断側面図、図２はもう一つの縦断側面図、図３は圧縮機Ｃの圧縮要素３の斜視図、図４は圧縮機Ｃの圧縮要素３のもう一つの斜視図、図５は図１の圧縮機Ｃの圧縮要素３の縦断側面図、図６は図５の斜視図をそれぞれ示している。各図において、１は密閉容器であり、この密閉容器１内には上側に駆動要素２が、下側にこの駆動要素２の回転軸５により駆動される圧縮要素３がそれぞれ収納されている。

駆動要素２は、密閉容器１の内壁に固定され、固定子コイルが巻装された固定子４と、この固定子４の内側で中央に回転軸５を有する回転子６とで構成された電動モータである。尚、この駆動要素２の固定子４の外周部と密閉容器１間には所々上下を連通する隙間１０が形成されている。

圧縮要素３は、密閉容器１の内壁に固定された支持部材７と、この支持部材７の下面にボルトにより取り付けられ、内部に圧縮空間２１が構成されたシリンダ８と、このシリンダ８内に配置された圧縮部材９と、ベーン１１、吐出バルブ１２等から構成されている。支持部材７の上面中央部は同心状に上方に突出し、そこに回転軸５の主軸受１３が形成されており、下面中央部は同心円柱状に下方へ突出し、この突出部１４の下面１４Ａは平滑面とされている。

支持部材７の突出部１４内にはスロット１６が形成され、このスロット１６内に前記ベーン１１が上下往復動自在に挿入される。このスロット１６の上部には後述する背圧室１７が形成されると共に、スロット１６内にはベーン１１の上面を下方に押圧する付勢手段としてのコイルバネ１８が配置されている。

そして、シリンダ８の上開口部は上記支持部材７により閉塞され、これにより、当該シリンダ８内部（前記圧縮部材９と支持部材７の突出部１４の間のシリンダ８内部）には圧縮空間２１が構成される。また、シリンダ８には吸込通路２４が形成されると共に、密閉容器１には吸込配管２６が取り付けられてこの吸込通路２４に接続されている。シリンダ８には圧縮空間２１に連通する吸込ポート２７と吐出ポート２８が形成されており、吸込通路２４は吸込ポート２７に連通し、吐出ポート２８はシリンダ８の側面にて密閉容器１内に連通している。また、前記ベーン１１はこの吸込ポート２７と吐出ポート２８の間に配置されて圧縮部材９の上面３３（一面）に当接し、シリンダ８内の圧縮空間２１を低圧室ＬＲと高圧室ＨＲとに区画している。

前記回転軸５は、支持部材７に形成された主軸受１３と副支持部材２２に形成された副軸受２３に支持されて回転する。即ち、回転軸５は係る支持部材７、シリンダ８、及び副支持部材２２の中央に挿通され、上下方向の中央部を主軸受１３により回転自在に軸支されると共に、下方は副支持部材２２の副軸受２３にて回転自在に軸支されている。そして、圧縮部材９は係る回転軸５の下部に一体に形成され、シリンダ８内に配置されている。

上記圧縮部材９は上述の如くシリンダ８内に配置されて、回転軸５により回転駆動され、吸込ポート２７から吸い込まれた流体（本実施例では冷媒）を圧縮して吐出ポート２８より密閉容器１内に吐出するためのものであり、全体としては回転軸５と同心の略円柱状を呈している。そして、圧縮部材９は一側の肉厚部３１と他側の肉薄部３２とが連続した形状を呈して、回転軸５の軸方向に交差する上面３３（一面）が肉厚部３１にて高く、肉薄部３２にて低い傾斜面とされている（図５）。即ち、上面３３は、最も高くなる上死点３３Ａから最も低くなる下死点３３Ｂを経て上死点３３Ａに戻る上死点３３Ａから下死点３３Ｂの間で連続して傾斜する形状を呈している。

前記シリンダ８の下開口部は副支持部材２２により閉塞され、前記圧縮部材９の下面（本発明の圧縮部材９の他面）と副支持部材２２の間（圧縮空間２１の背面側）には、当該圧縮部材９と支持部材７にて閉塞された密閉空間５４が形成されている。

尚、圧縮部材９の上死点３３Ａと支持部材７の突出部１４の下面１４Ａとの間のクリアランスは、密閉容器１内に封入されたオイルによってシールすることで、ガスのリークを回避することができ、高効率な運転を維持することができる。

また、圧縮部材９の周面はシリンダ８の内壁との間に微少なクリアランスを構成し、これにより、圧縮部材９は回転自在とされている。そして、この圧縮部材９の周面とシリンダ８の内壁との間もオイルによってシールされる。

前記吐出ポート２８の外側にはシリンダ８の圧縮空間２１の側面に位置して前記吐出バルブ１２が取り付けられると共に、密閉容器１の上端には吐出配管３７が取り付けられている。そして、密閉容器１内下部にはオイル溜め３６が構成されている。そして、回転軸５の下端にはオイルポンプ４０が設けらており（図１、図２では図示せず）、一端がオイル溜め３６内に浸漬されている。そして、当該オイルポンプ４０により吸い上げられたオイルは、回転軸５内中心に形成されたオイル通路４２及びオイル通路４２から回転軸５の軸方向となる圧縮部材９の側面に渡って形成された図示しないオイル孔を介して圧縮要素３の摺動部等に供給される。また、密閉容器１内には例えばＣＯ₂（二酸化炭素）、Ｒ−１３４ａ、或いは、ＨＣ系の冷媒が所定量封入される。

ここで、前述した背圧室１７は、密閉空間とされている。即ち、従来では、背圧室１７の一部と密閉容器１内とを連通させて、背圧室１７内を高圧として、コイルバネ１８に加えてベーン１１を下方に付勢するものとしていたが、背圧室１７を高圧とすることで、オイルポンプ４０による圧力差を利用したベーン１１付近への給油が円滑に行われなくなる恐れがあった。また、背圧室１７内の高圧が回転軸５の周面に漏れ出る恐れもあり、最悪、回転軸５のオイル通路４２内も高圧となって、その他の摺動部にも圧力差を利用した給油が困難となる問題が生じる。

しかしながら、本発明の如く圧縮室１７を密閉容器１内と連通させずに、密閉した空間とすることで、当該背圧室１７にはベーン１１の隙間から圧縮空間２１の低圧室側と高圧室側の冷媒が僅かに流入するのみとなるため、背圧室１７は吸込ポート２７に吸い込まれる冷媒の圧力より高く、且つ、密閉容器１内の圧力より低い中間圧となる。これにより、ベーン１１の背圧が、密閉容器１内の圧力より低い値となるので、係る圧力差を利用して、オイルポンプ４０によりオイル溜め３６から回転軸５内のオイル通路４２を上昇したオイルをベーン１１の周辺部やその他の摺動部やオイルシールを要する箇所（例えば、上述した圧縮部材９の周面とシリンダ８の内壁との間）等にも供給することができるようになる。

これにより、各摺動部の摩耗を低減し、圧縮機Ｃの信頼性の改善と機械損失の低減を図ることができるようになる。

また、ベーン１１の背圧を吸込ポート２７に吸い込まれる冷媒の圧力より高くしたことで、ベーン１１を圧縮部材９に付勢して十分に追従させることが可能となる。これにより、ベーン飛びの発生や冷媒リークの発生も極力回避することができるようになる。

以上の構成で、駆動要素２の固定子４の固定子コイルに通電されると、回転子６が下から見て時計回り方向に回転する。この回転子６の回転は回転軸５を介して圧縮部材９に伝達され、これにより、圧縮部材９はシリンダ８内において下から見て時計回り方向に回転する。今、圧縮部材９の上面３３の上死点３３Ａが吐出ポート２８のベーン１１側にあり、ベーン１１の吸込ポート２７側でシリンダ８、支持部材７、圧縮部材９及びベーン１１で囲まれた空間（低圧室ＬＲ）内に吸込配管２６及び吸込通路２４を介して吸込ポート２７から冷媒回路内の冷媒が吸い込まれているものとする。

そして、その状態から圧縮部材９が回転していくと、上死点３３Ａがベーン１１、吸込ポート２７を過ぎた段階から上面３３の傾斜により上記空間の体積は狭められていき、空間（高圧室ＨＲ）内の冷媒は圧縮されていく。そして、上死点３３Ａが吐出ポート２８を通過するまで圧縮された冷媒は吐出ポート２８から吐出され続ける。一方、上死点３３Ａが吸込ポート２７を通過した後、ベーン１１の吸込ポート２７側でシリンダ８、支持部材７、圧縮部材９及びベーン１１で囲まれた空間（低圧室ＬＲ）の体積は拡大していくので、吸込配管２６及び吸込通路２４を介して吸込ポート２７から冷媒回路内の冷媒が圧縮空間２１内に吸い込まれていく。

吐出ポート２８からは吐出バルブ１２を介して、冷媒が密閉容器１内に吐出される。そして、密閉容器１内に吐出された高圧冷媒は、駆動要素２の固定子４と回転子６とのエアギャップを通過し、密閉容器１内の上部（駆動要素２の上方）にてオイルと分離し、吐出配管３７より冷媒回路に吐出される。一方、分離したオイルは、密閉容器１と固定子４の間に形成された隙間１０から流下し、オイル溜め３６に戻ることとなる。

このような構成により、圧縮機Ｃは小型で構造簡単でありながら、十分な圧縮機能を発揮することができるようになる。特に、従来の如くシリンダ８内全域で高圧と低圧とが隣接することも無くなると共に、圧縮部材９は連続する肉厚部３１と肉薄部３２を有して上面３３（一面）が傾斜する形状を呈しているので、高圧室ＨＲに対応することになる肉厚部３２においてシリンダ８の内壁との間のシール寸法を十分に確保することができる。

これらにより、圧縮部材９とシリンダ８間における冷媒リークの発生を効果的に防止できるようになり、効率的な運転が可能となる。また、圧縮部材９の肉厚部３１はフライホールの役割を果たすので、トルク変動も少なくなる。また、圧縮機Ｃは所謂内部高圧型の圧縮機であるので構造の更なる簡素化が図れる。

また、支持部材７（支持部材７の突出部１４）にベーン１１のスロット１６を構成し、更にコイルバネ１８を当該支持部材７内に設けているので、精度が必要となるシリンダ８にベーン取付構造を形成する必要が無くなり、加工性が改善される。更に、実施例の如く圧縮部材９を回転軸５に一体に形成すれば、部品点数の削減を計ることができるようになる。

尚、実施例では背圧室１７を密閉空間とすることで、ベーン１１の背圧として印加される背圧室１７の圧力を吸込ポートに吸い込まれる冷媒の圧力より高く、密閉容器１内の圧力より低い値としたが、このように背圧室１７を密閉空間とする場合に限らず、例えば、背圧室１７と密閉容器１内とを微細な通路（ノズル）により連通させるものとしても構わない。この場合、密閉容器１内の冷媒がノズルを通って背圧室１７に流入するため、当該ノズルを通過する過程で、冷媒の圧力が低下する。これにより、背圧室１７を吸込ポート２７に吸い込まれる冷媒の圧力より高く、密閉容器１内の圧力より低い圧力とすることができるので、ベーン１１の圧縮部材９の上面３３への付勢力を確保しながら、圧力差を利用して、ベーン１１の周辺部への給油を円滑に行うことができるようになる。また、ノズルの径を調整することで、背圧室１７内に流入する冷媒の圧力も自在に設定することができる。

尚、実施例では冷凍機の冷媒回路に使用されて冷媒を圧縮する圧縮機を例にとって説明したが、それに限らず、空気を吸い込んで圧縮し、吐出する所謂エアーコンプレッサにも本発明は有効である。

また、本実施例で使用した圧縮機Ｃは、密閉容器１内の上側に駆動要素２、下側に圧縮要素３を収納するものとしたが、これに限らず、密閉容器内の上側に圧縮要素、下側に駆動要素が収納された圧縮機や、圧縮空間が本実施例とは反対側となる圧縮部材の下面に構成された圧縮機等に本発明を適用しても有効である。

本発明の第１の実施例の圧縮機の縦断側面図である。図１の圧縮機のもう一つの縦断側面図である。図１の圧縮機の圧縮要素の斜視図である。図１の圧縮機の圧縮要素のもう一つの斜視図である。図１の圧縮機の圧縮要素の縦断側面図である。図１の圧縮機の圧縮要素の縦断面の斜視図である。

符号の説明

Ｃ圧縮機
１密閉容器
２駆動要素
３圧縮要素
４固定子
５回転軸
６回転子
７支持部材
８シリンダ
９圧縮部材
１１ベーン
１３主軸受
１６スロット
１８コイルバネ
２１圧縮空間
２２副支持部材
２３副軸受
２４吸込通路
２６吸込配管
２７吸込ポート
２８吐出ポート
３１肉厚部
３２肉薄部
３３上面
３６オイル溜め
３７吐出配管
４０オイルポンプ
４２オイル通路

Claims

密閉容器内に収納された駆動要素及び該駆動要素の回転軸により駆動される圧縮要素とを備え、
該圧縮要素は、内部に圧縮空間が構成されるシリンダと、
該シリンダ内の圧縮空間に連通する吸込ポート及び吐出ポートと、
前記回転軸の軸方向に交差する一面が上死点と下死点の間で連続して傾斜すると共に、前記シリンダ内に配置されて回転し、前記吸込ポートから吸い込まれた流体を圧縮して前記吐出ポートより前記密閉容器内に吐出する圧縮部材と、
前記吸込ポートと吐出ポート間に配置されて前記圧縮部材の一面に当接し、前記シリンダ内の圧縮空間を低圧室と高圧室とに区画するベーンとから構成され、
該ベーンの背圧を、前記密閉容器内の圧力より低い値としたことを特徴とする圧縮機。
前記ベーンの背圧を、前記吸込ポートに吸い込まれる流体の圧力より高くしたことを特徴とする請求項１の圧縮機。