JP2006220088A - 流体機械およびそれを用いた冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】油分離効率を向上して密閉容器外への冷凍機油の吐出を抑え、流体機械の信頼性及び高効率化を図る。
【解決手段】流体機械において、シャフト２内部に設けて油溜り１６から潤滑油を汲み上げる油孔２ｂと、この油孔２ｂを回転電動機部の上部空間１９に連通させる吐出油孔２ｃとを設けることで、油溜り１６の油を上部空間１９に供給し、供給される油をシャフト２の回転による遠心力で径方向に飛散させ、上部空間１９の作動流体中に存在する微細化された油と衝突させ、その微細油を捕獲し、油を密閉容器の側壁面に付着させ、油溜りに戻すことにより、油分離効率を向上させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷凍冷蔵庫や空調機等に用いられる密閉型回転流体機械に関し、特に吐出油防止に係る油分離構造に関する。

密閉型回転流体機械は、そのコンパクト性や構造が簡単なことから、冷凍冷蔵庫や空調機等に多く用いられている。ロータリ圧縮機やスクロール圧縮機等の密閉型回転流体機械の構成については、非特許文献１に記載されている。以下に、従来の密閉型回転流体機械の構成を、ロータリ圧縮機を例にして説明する。図１２は、従来のロータリ圧縮機の縦断面図である。
図に示すロータリ圧縮機は、密閉容器１と、シャフト２，シリンダ３，ローラ４，ベーン５，バネ６，上軸受部材７，下軸受部材８等から成る圧縮機構部と、コイルエンド１１ｃやコイルエンド１１ｄなどを有する固定子１１，回転子１２等から成る回転電動機部とを備えている。また、固定子１１の外周側には、作動流体の流路とする複数の切欠き１１ｅが設けられ、固定子１１と回転子１２の間に隙間１８が設けられている。
そして、密閉容器１には、導入端子１３と、吸入管１４と、吐出管１５と、容器内下部に設けられ、冷凍機油を貯留する油溜り１６とを備えている。
上記構成のロータリ圧縮機の動作について説明する。
導入端子１３を介して通電し、回転子１２を回転させると、シャフト２の偏心部２ａによりローラ４は偏心回転運動を行い、上軸受部材７及び下軸受部材８に挟まれたシリンダ３とローラ４との間の空間容積が変化する。これに伴い作動流体は、吸入管１４から吸入されて圧縮される。圧縮された作動流体は、油溜り１６から供給された冷凍機油の油滴を混合した状態で、上軸受部材７に設けた吐出孔７ａを経て下部空間１７に噴出する。
噴出した作動流体の主たる流れは、回転子１２の下端面１２ａに衝突した後、回転子１２の回転運動により強い旋回流となる。また、作動流体に含まれる油滴の一部は、作動流体が下部空間１７に旋回流れとして滞留している間に、遠心力で密閉容器１の内壁に付着、あるいは、重力で下方に落ちて分離され、油溜り１６に戻る。
一方、作動流体は、分離されずにいる油滴を含んだ状態で、切欠き１１ｅや隙間１８を通過し、上部空間１９に噴出する。噴出した作動流体の主たる流れは吐出管１５へと向かうが、その際に一部の作動流体が、回転子１２の上端面１２ｂの近傍を通過し、その回転運動の影響で旋回流となる。また、作動流体に含まれる油滴の一部は、作動流体が上部空間１９に滞留している間に、遠心力で密閉容器１の内壁に付着、あるいは、重力で下方に落ちて分離され、密閉容器１の内壁や固定子１１の壁面を伝って油溜り１６に戻る。そして、作動流体は、なおも分離されずにいる油滴を含んだ状態で吐出管１５から吐出される。
以上のようにロータリ圧縮機では、油溜り１６の冷凍機油が圧縮機構部の摺動面を潤滑する際に作動流体に混じり、密閉容器１の外部に吐出される。従って、冷凍機油の吐出量が多いと、圧縮機構部の潤滑が不十分となり信頼性が低下したり、熱交換器の内壁に付着して熱伝達率が低下したりするので、油を分離して冷凍機油の吐出量を削減する必要がある。
この作動流体から冷凍機油を分離する構成としては、例えば特許文献１に示されているように、ロータリ圧縮機の回転子１２の上部に設けた油分離板を用いる方法がある。図１３は、従来の圧縮機の油分離板の周辺の詳細断面図である。
即ち、回転子１２には、永久磁石２０の挿入孔を閉塞する上側端板２１ａ及び下側端板２１ｂが具備されるとともに、回転子１２の上下方向に貫通形成された複数の貫通孔１２ｃの出口上方に配され、回転子１２の上部に油分離空間２２を形成する油分離板２３が、固定部材２４によって固定されている。
このように構成された圧縮機では、圧縮機構部から回転電動機の下部空間１７に吐出された油滴を含む作動流体の一部は、回転子１２に設けられた貫通孔１２ｃを通って油分離空間２２に流入する。そして、ここで遠心力により油分離板２３の外周出口から上部空間１９へ作動流体を放射状に吐出し、固定子１１のコイルエンド１１ｄに吹き付けられて作動流体とこれに含まれた冷凍機油が分離される。そして、冷凍機油を分離した作動流体だけが上昇して、密閉容器１内の上部に設けられた吐出管１５から外部へ吐出される。一方、固定子１１のコイルエンド１１ｄに付着した冷凍機油は下方へ伝わって落ち、密閉容器１の底部に貯留されている油溜り１６へ戻される。
「冷凍空調便覧、新版第５版、ＩＩ巻 機器編」、日本冷凍協会、平成５年、第３０項〜第４３項 特開平８−２８４７６号公報（第６項、図１〜図３）

しかしながら、上記密閉型回転流体機械では、回転電動機部の下部空間１７や上部空間１９に噴出した作動流体は、回転子１２の回転運動の影響で旋回流となる。このとき、作動流体に含まれる冷凍機油の油滴は旋回流により撹拌されて微細化されるため、下部空間１７及び上部空間１９での旋回流による遠心力と重力による分離方法では、完全な油分離が困難であるという課題があった。
また、以上の課題は縦型のロータリ圧縮機を例に説明したが、従来のスクロール圧縮機でも同様であることは言うまでもなく、縦型と横型の違いや、圧縮方式の違いに関らず、また、膨張機においてはその膨張方式に関らず、油滴を含んだ作動流体が、密閉型回転流体機械内を通り、密閉容器に設けられた吐出管から吐出されるまでの間の主たる流れ場において、回転子の回転運動により発生する旋回流の影響を受ける場合には、同様の課題が生じる。
また、以上の課題は作動流体の種類に関らず生じるが、特に、二酸化炭素を主成分とした作動流体を用いる冷凍サイクルの場合、密閉容器の内部における作動流体の圧力が臨界圧力を越えるため、密閉容器の内部の作動流体は超臨界状態となり、作動流体に対する冷凍機油の溶解量が増し、特に密閉容器の内部での油分離が一層困難になるという課題が生じる。

したがって本発明は、上記問題を解決するためのものであり、回転電動機部の効率を低下させることなく、簡易かつ低コストに油分離効率を高めて、密閉容器の外部に持ち出される冷凍機油の量を低減し、流体機械の信頼性を向上させ、かつ、高効率の冷凍サイクルを得ることができる流体機械を提供することを目的としている。

請求項１記載の本発明の流体機械は、シャフトを回転させる回転電動機と、前記シャフトの回転により作動流体を圧縮するまたは膨張させる圧縮・膨張機構部と、前記回転電動機及び前記圧縮・膨張機構部を収納し、その底部に潤滑油を貯える油溜りを有する密閉容器とを備え、前記作動流体を前記回転電動機の下部空間から上部空間を経て前記潤滑油とともに前記密閉容器に設置した吐出管から吐出する流体機械であって、前記シャフトの内部に設けて前記油溜りから前記潤滑油を汲み上げる油孔と、前記油孔を前記上部空間または前記下部空間の少なくとも一方の空間に連通させる連通手段とを設けたことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の流体機械において、前記連通手段を、前記シャフトに設けて前記油孔と前記空間とを連通する吐出油孔で形成したことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１に記載の流体機械において、前記シャフトの上端部にキャップを備え、前記連通手段を、前記シャフトまたは前記キャップの少なくともどちらか一方に設けて前記油孔と前記空間とを連通する切り欠きで形成したことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１に記載の流体機械において、前記シャフトの上端部にキャップを備え、前記連通手段を、前記キャップ内部に設けて前記油孔と前記空間とを連通する吐出油孔で形成したことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項２から請求項４のいずれかに記載の流体機械において、前記吐出油孔または前記切り欠きを、複数設置したことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項２から請求項４のいずれかに記載の流体機械において、前記吐出油孔または前記切り欠きを、前記シャフトの軸方向に対して斜め方向に設置したことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項２から請求項４のいずれかに記載の流体機械において、前記吐出油孔または前記切り欠きを、前記吐出管の開口端部付近に設置したことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項２から請求項４のいずれかに記載の流体機械において、前記吐出油孔または前記切り欠きを、前記回転電動機のコイルエンドの内側に設置したことを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項１から請求項８のいずれかに記載の流体機械において、前記シャフトと同期回転して撹拌作用を有する形状の撹拌部材を、前記シャフトまたは前記回転電動機に設けたことを特徴とする。
請求項１０記載の本発明は、請求項１から請求項９のいずれかに記載の流体機械において、前記吐出管の開口端部を、前記シャフトの略軸上に設けたことを特徴とする。
請求項１１記載の本発明は、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の流体機械において、前記吐出管の開口端部が前記密閉容器内に貫通することを特徴とする。
請求項１２記載の本発明は、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の流体機械において、前記作動流体を二酸化炭素としたことを特徴とする。
請求項１３記載の本発明の冷凍装置は、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の流体機械を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、シャフト内部に設けた油孔と、この油孔を回転電動機部の上部空間または下部空間に連通させる連通手段とを設けることで、油溜りの潤滑油（以下、油）を、油孔から連通手段を通して回転電動機部の上部空間または下部空間に供給し、供給される油を、シャフトの回転による遠心力の影響で径方向に飛び出す速度成分とシャフトの回転による角速度成分とで、回転電動機部の上部空間または下部空間に飛び出させ、作動流体中に存在する微細化された油と衝突させることができる。そして、飛散する油は作動流体中の微細化された油を捕獲しながら密閉容器の側壁面に付着し、重力によって壁面を伝って油溜りに戻ることで、油分離効率を向上させることが可能となり、流体機械およびそれを用いた冷凍装置の信頼性と効率を向上させることができる。

本発明の第１の実施の形態による流体機械は、シャフトの内部に設けて油溜りから潤滑油を汲み上げる油孔と、この油孔を上部空間または下部空間の少なくとも一方の空間に連通させる連通手段とを設けたものである。本実施の形態によれば、油溜りから汲み上げた潤滑油（以下、油）を油孔及び連通手段を介して上部空間や下部空間に飛散させることができ、飛散した油が作動流体中に存在する微細化された油を捕獲するように作用し、油が吐出管から吐出されるのを防ぐという効果を奏する。
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による流体機械において、連通手段を、シャフトに設けて油孔と前記空間とを連通する吐出油孔で形成したものである。本実施の形態によれば、吐出油孔から油を遠心力で飛散させ、飛散した油が微細化された油を捕獲するように作用し、油が吐出管から吐出されるのを防止するとともに、ドリル加工により吐出油孔を容易に形成できるため、安価な構成とすることができるという効果を奏する。
本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態による流体機械において、シャフトの上端部にキャップを備え、連通手段を、シャフトまたはキャップの少なくともどちらか一方に設けて油孔と前記空間とを連通する切り欠きで形成したものである。本実施の形態によれば、切り欠きから油を遠心力で飛散させ、飛散した油が微細化された油を捕獲するように作用し、油が吐出管から吐出されるのを防止するとともに、シャフトに対する加工が不要であるという効果を奏する。
本発明の第４の実施の形態は、第１の実施の形態による流体機械において、シャフトの上端部にキャップを備え、連通手段を、キャップ内部に設けて油孔と前記空間とを連通する吐出油孔で形成したものである。本実施の形態によれば、吐出油孔から油を遠心力で飛散させ、飛散した油が微細化された油を捕獲するように作用し、油が吐出管から吐出されるのを防止するとともに、シャフトに対する加工が不要であるという効果を奏する。
本発明の第５の実施の形態は、第２から第４の実施の形態による流体機械において、吐出油孔または切り欠きを、複数設置したものである。本実施の形態によれば、飛散する油滴の数が増え、微細化された油を捕獲する効果が大きくなるように作用し、油分離効果をさらに向上させる効果を奏する。
本発明の第６の実施の形態は、第２から第４の実施の形態による流体機械において、吐出油孔または切り欠きを、シャフトの軸方向に対して斜め方向に設置したものである。本実施の形態によれば、飛散角度を変えることで、例えば、油濃度分布の高い空間に油を飛散させることが可能となり、その付近の微細化された油を捕獲するよう作用し、油分離効果をさらに向上させる効果を奏する。
本発明の第７の実施の形態は、第２から第４の実施の形態による流体機械において、吐出油孔または切り欠きを、吐出管の開口端部付近に設置したものである。本実施の形態によれば、吐出管から吐出される直前の微細化された油を捕獲するよう作用し、油分離効果をさらに向上させる効果を奏する。
本発明の第８の実施の形態は、第２から第４の実施の形態による流体機械において、吐出油孔または切り欠きを、回転電動機のコイルエンドの内側に設置したものである。本実施の形態によれば、飛散する油は、微細化された油と衝突し、微細化された油を捕獲しながら、密閉容器の側壁面に比べて表面積が大きいコイルエンドに付着するよう作用し、油分離効果をさらに向上させる効果を奏する。
本発明の第９の実施の形態は、第１から第８の実施の形態による流体機械において、シャフトと同期回転して撹拌作用を有する形状の撹拌部材を、シャフトまたは回転電動機に設けたものである。本実施の形態によれば、旋回流を強め、遠心分離の効果が促進されるよう作用し、油分離効果をさらに向上させる効果を奏する。
本発明の第１０の実施の形態は、第１から第９の実施の形態による流体機械において、吐出管の開口端部を、シャフトの略軸上に設けたものである。本実施の形態によれば、吐出管の開口端部が、密閉容器内の径方向に対する油濃度分布の低い空間に位置することになり、微細化された油が吐出管から吐出され難くなるよう作用し、油分離効果をさらに向上させる効果を奏する。
本発明の第１１の実施の形態は、第１から第１０の実施の形態による流体機械において、吐出管の開口端部が密閉容器内に貫通する構成としたものである。本実施の形態によれば、吐出管から吐出される直前の微細化された油を捕獲するよう作用し、油分離効果をさらに向上させる効果を奏する。
本発明の第１２の実施の形態は、第１から第１１の実施の形態による流体機械において、作動流体を二酸化炭素としたものである。本実施の形態によれば、作動流体を二酸化炭素としても密閉容器からの吐出油量を減らすことが可能であり、地球温暖化防止の効果を奏する。
本発明の第１３の実施の形態の冷凍装置は、第１から第１２の実施の形態に記載の流体機械を用いたものである。本実施の形態によれば、油による伝熱阻害の影響を少なくすることで、冷凍装置全体の効率を向上させる効果を奏する。

以下、本発明による実施例の流体機械ついて、ロータリ圧縮機を例に取り図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施例におけるロータリ圧縮機の縦断面図であり、図２は、図１に示すロータリ圧縮機のＺ−Ｚ矢視の横断面図である。
本実施例のロータリ圧縮機は、シャフトを回転させる回転電動機と、シャフトの回転により作動流体を圧縮するまたは膨張させる圧縮・膨張機構部（以下、圧縮機構部）と、回転電動機及び圧縮機構部を収納し、その底部に潤滑油（例えば、冷凍機油）を貯える油溜りを有する密閉容器とを備える。
この圧縮機構部は、中心軸Ｌを中心に回転可能なシャフト２と、シリンダ３と、シャフト２の偏心部２ａに嵌合され、その回転に伴いシリンダ３の内側で偏心回転運動を行うローラ４と、ローラ４に先端を接しながらシリンダ３のベーン溝３ａの内部を往復運動するベーン５と、ベーン５をローラ４に押し付けるバネ６と、シリンダ３の上側でシャフト２を支える上軸受部材７と、シリンダ３の下側でシャフト２を支える下軸受部材８とから構成される。また、図２に示すように、上軸受部材７と下軸受部材８に挟まれてシリンダ３とローラ４との間に形成される空間は、ベーン５により吸入室９と圧縮室１０に分割される。

一方、回転電動機部は、密閉容器１の内部に焼嵌めされた固定子１１と、シャフト２に焼嵌めされた回転子１２とから構成される。固定子１１は、下端面１１ａから上端面１１ｂまで鋼板が積層されており、下端面１１ａ及び上端面１１ｂのそれぞれから突出するコイルエンド１１ｃ及びコイルエンド１１ｄを有する。また、固定子１１の外周側には、作動流体の流路とする複数の切欠き１１ｅが設けられ、固定子１１と回転子１２の間に隙間１８が設けられている。
さらに、密閉容器１に、密閉容器１の外部から固定子１１に通電するための導入端子１３と、作動流体を冷凍サイクルから吸入室９に導く吸入管１４と、作動流体を密閉容器１の内部から冷凍サイクルに吐出する吐出管１５と、密閉容器１の底部に潤滑油（以下、油）を貯留する油溜り１６とを備えている。また、吐出管１５の開口端部１５ａは、シャフト２のシャフト上端部２ｄに対面している。即ち、開口端部１５ａを密閉容器１内の径方向に対する油濃度分布の低い空間に位置する略軸上に設けて、微細化された油が吐出管１５から吐出され難くなるようにしている。
そして、本実施例のロータリ圧縮機の特徴は、シャフト２内部に設けてシャフト２の回転により油溜り１６の油を汲み上げる油孔２ｂと、この油孔２ｂを回転電動機部の上部空間１９に連通させる連通手段の吐出油孔２ｃとを設ける構成にある。

以上のように構成されたロータリ圧縮機について、以下、その動作を説明する。
導入端子１３を介して固定子１１に通電し、回転子１２を回転させると、シャフト２の偏心部２ａによりローラ４は偏心回転運動を行い、吸入室９と圧縮室１０の容積が変化する。これに伴い作動流体は、吸入管１４から吸入室９に吸入され圧縮室１０にて圧縮される。圧縮された作動流体は、油溜り１６から供給され圧縮機構部の摺動面を潤滑し、隙間をシールした油の油滴を混合した状態で、上軸受部材７に設けた吐出孔７ａを経て回転電動機部の下部空間１７に噴出する。
噴出した作動流体の主たる流れは、回転子１２の下端面１２ａに対して衝突した後、回転子１２の回転運動により強い旋回流となる。また、作動流体に含まれる油滴の一部は、作動流体が回転電動機部の下部空間１７に旋回流れとして滞留している間に、遠心力で密閉容器１の内壁に付着、あるいは、重力で下方に落ちて分離され、油溜り１６に戻る。
また、作動流体は、分離されずにいる油滴を含んだ状態で、下部空間１７から固定子１１の切欠き１１ｅや、固定子１１と回転子１２の隙間１８を通過し、回転電動機部の上部空間１９に噴出する。噴出した作動流体の主たる流れは吐出管１５へと向かうが、その際に一部の作動流体が、回転子１２の上端面１２ｂの近傍を通過し、その回転運動の影響で旋回流となる。また、作動流体に含まれる油滴の一部は、作動流体が回転電動機部の上部空間１９に滞留している間に、遠心力で密閉容器１の内壁に付着、あるいは、重力で下方に落ちて分離され、密閉容器１の内壁や固定子１１の壁面を伝って油溜り１６に戻る。そして、作動流体はなおも分離されずにいる油滴を含んだ状態で吐出管１５から吐出される。

一方、密閉容器１の底部に保持される油溜り１６の油は、シャフト２内部に設けた油孔２ｂから吐出油孔２ｃを通り、回転電動機部の上部空間１９に供給される。供給される油は、シャフト２の回転による遠心力の影響で、吐出油孔２ｃ内を回転電動機部の上部空間１９に向かって進み、吐出油孔２ｃ出口から飛び出す際は、遠心力によって径方向に飛び出す速度成分と、シャフト２の回転による角速度成分とを持ち、回転電動機部の上部空間１９内に飛び出す。また、飛び出した油は、回転電動機部の上部空間１９の旋回流の流れに沿って進むことで、作動流体との密度差により遠心分離の影響を受け、径方向に飛散する。飛散する油は、作動流体中に存在する微細化された油と衝突し、微細化された油を捕獲しながら密閉容器１の側壁面に付着し、壁面を伝って油溜り１６に戻る。

本実施例の流体機械によれば、飛散する油が微細化された油を捕獲するので、微細化された油が分離されずに作動流体と共に吐出管１５から吐出されているのを防ぐ効果があり、また、微細化された油を捕獲することで、飛散する油が増大化し、より遠心分離効果を促進する作用を有する。また、増大化することで、重力で下方に落ちて分離される効果も促進され、油分離効率を向上させることができる。
また、吐出油孔２ｃを、固定子１１の上端面１１ｂから突出したコイルエンド１１ｄの内側に設けることで、吐出油孔２ｃより飛散する油は、微細化された油と衝突し、微細化された油を捕獲しながらコイルエンド１１ｄに付着する。複数のコイルが束になって形成されるコイルエンド１１ｄは、密閉容器１の側壁面に比べて表面積が大きく、多量の油を付着可能なことから、油分離効果をさらに向上させることができる。
また、吐出油孔２ｃを、シャフト２の軸方向に対して斜め方向に設けることで、油の飛散角度を変えることができる。例えば、飛散角度をシャフト２の軸方向に対して斜め上方向にすることで、吐出管１５の開口端部１５ａ付近に、油を飛散させることが可能となり、吐出管１５の開口端部１５ａ付近の微細化された油を捕獲することができ、油分離効果をさらに向上させることができる。
また、シャフト２に設ける吐出油孔２ｃは、必ずしも一つである必要は無く、複数の吐出油孔２ｃを設けてもよい。複数の吐出油孔２ｃを設けることで飛散する油滴の数が増え、微細化された油を捕獲する効果が大きくなり、油分離効果をさらに向上させることができる。

また、複数の吐出油孔２ｃは、シャフト２に対して同一断面上にある必要はなく、複数の断面に複数の吐出油孔２ｃを設けることが可能である。複数の断面を設けることで、回転電動機部の上部空間１９内に存在する微細化された油を、吐出管１５の開口端部１５ａ付近で捕獲したり、回転子１２の上端面１２ｂ上で捕獲したりと、複数の位置で同時に捕獲することができ、また、飛散する油をコイルエンド１１ｄや密閉容器１の側壁面に同時に付着することができることから、油分離効果をさらに向上させることができる。
また、シャフト２に吐出油孔２ｃを設ける際は、シャフト２の側面からのドリル加工により容易に形成できるため、安価な構成で油分離効果を向上させることができる。
以上、本実施例では縦型のロータリ圧縮機を例に説明したが、縦型と横型の違いや、圧縮方式と膨張方式の違いに関らず、密閉容器内で主たる流れが旋回流を伴うような場合には同様の効果を得ることができるのは言うまでも無い。

第２実施例について図面を参照しながら説明する。図３は、本発明の第２実施例におけるロータリ圧縮機の縦断面図であり、図４は、図３に示すロータリ圧縮機の撹拌部材の斜視図である。なお、本実施例の構成等は第１実施例とほぼ同じであり、その異なる点についてのみ説明し、他の説明については省略する。以下の実施例においても同様とする。
本実施例のロータリ圧縮機が第１実施例と異なる点は、油孔２ｂを上部空間１９に連通させる連通手段の吐出油孔２ｅをシャフト上端部２ｄに設けるとともに、上部空間１９に滞留する作動流体や油滴を撹拌する撹拌部材３０をシャフト２または回転電動機に設ける構成にある。

即ち、本実施例の吐出油孔２ｅは、第１実施例の吐出油孔２ｃのようにシャフト２の側面に必ずしも設ける必要は無く、図３に示すようにシャフト上端部２ｄに設ける構成であっても良い。吐出油孔２ｅを、シャフト２の回転軸Ｌから径方向にずれた箇所に設けることでも、同様の効果を得ることができるのは言うまでも無い。
本実施例の流体機械では、吐出油孔２ｅを開口端部１５ａ付近に設置する構成によって、吐出管１５から吐出される直前の微細化された油を捕獲するよう作用し、油分離効果をさらに向上させることができる。
また、回転子１２の上端面１２ｂ（または、シャフト２の上部）に取り付けて、図４に示すようなシャフト２と同期回転して撹拌作用を有する凸形状部３０ａを有する撹拌部材３０を配置することで、回転電動機部の上部空間１９の旋回流が促進され、旋回流による遠心分離効果が向上し、油分離効率を向上させることができる。

第３実施例について図面を参照しながら説明する。図５は、本発明の第３実施例におけるロータリ圧縮機の縦断面図である。
本実施例のロータリ圧縮機が第１実施例と異なる点は、シャフト２内部に設けた油孔２ｂと回転電動機部の下部空間１７とを連通する連通手段の吐出油孔２ｆを設ける構成にある。
以上のように構成されたロータリ圧縮機について、以下、その動作を説明する。
密閉容器１の底部に保持される油溜り１６の油は、シャフト２内部に設けた油孔２ｂから吐出油孔２ｆを通り、回転電動機部の下部空間１７に供給される。供給される油は、シャフト２の回転による遠心力の影響で、吐出油孔２ｆ内を回転電動機部の下部空間１７に向かって進み、吐出油孔２ｆ出口から飛び出す際は、遠心力によって径方向に飛び出す速度成分と、シャフト２の回転による角速度成分とを持ち、回転電動機部の下部空間１７内に飛び出す。また、飛び出した油は、回転電動機部の下部空間１７の旋回流の流れに沿って進むことで、作動流体との密度差により遠心分離の影響を受け、径方向に飛散する。飛散する油は、作動流体中に存在する微細化された油と衝突し、微細化された油を捕獲しながら密閉容器１の側壁面に付着し、壁面を伝って油溜り１６に戻る。

本実施例の流体機械によれば、飛散する油が微細化された油を捕獲するので、微細化された油が分離されずに作動流体と共に吐出管１５から吐出されているのを防ぐ効果があり、また、微細化された油を捕獲することで、飛散する油が増大化し、より遠心分離効果を促進する作用を有する。また、増大化することで、重力で下方に落ちて分離される効果も促進され、油分離効率を向上させることができる。
また、飛散する油は、回転電動機部の下部空間１７内の微細化された油だけでなく、圧縮機構部から吐出される作動流体中の油とも衝突するので、作動流体中の油が回転子１２の下端面１２ａに衝突し、微細化される前に油を捕獲することができ、さらに油分離効率を向上させることができる。
また、吐出油孔２ｆを下部空間１７に連通させるように設けることで、油溜りから吸い上げる距離が短くなり、効率よく吐出油孔２ｆから油を飛散させることができる。
なお、本実施例と第１実施例の相違は、下部空間１７に吐出油孔２ｆを設けるか上部空間１９に吐出油孔２ｃを設けるかという点であり、第１実施例で得られた効果と同様の効果が本実施例でも得られることは言うまでも無い。
また、本実施例の吐出油孔２ｆと、第１実施例の吐出油孔２ｃとを組み合わせる構成により、さらに油分離効率が向上することは言うまでも無い。

第４実施例について図面を参照しながら説明する。図６は、本発明の第４実施例におけるロータリ圧縮機の縦断面図である。図７は、図６に示すロータリ圧縮機のキャップ部拡大図であり、図８は、図７に示すキャップの斜視図である。
本実施例のロータリ圧縮機が第１実施例と異なる点は、シャフト２のシャフト上端部２ｄにキャップ２５を配置し、このキャップ２５の傘下面２５ｂとキャップ軸部２５ｃとに連通手段の切り欠き２５ａを設けることで、シャフト２内部に設けた油孔２ｂと回転電動機部の上部空間１９とを連通する構成にある。
なお、本実施例では、傘下面２５ｂをシャフト上端部２ｄに接するようにしてキャップ軸部２５ｃを油孔２ｂに挿入する構成であるが、傘下面２５ｂとシャフト上端部２ｄの間に隙間（図示せず）を形成する構成としても良い。

以上のように構成されたロータリ圧縮機について、以下、その動作を説明する。
密閉容器１の底部に保持される油溜り１６の油は、シャフト２内部に設けた油孔２ｂからキャップ軸部２５ｃの切り欠き２５ａを通り、キャップ２５の傘下面２５ｂに供給される。供給された油は、シャフト２と同期回転するキャップ２５の回転による遠心力で、キャップ２５の傘下面２５ｂの切り欠き２５ａに沿って径方向に移動し、傘先端部分から離脱する際は、遠心力によって径方向に飛び出す速度成分と、シャフト２の回転による角速度成分とを持ち、回転電動機部の上部空間１９内に飛び出す。また、飛び出した油は、回転電動機部の上部空間１９の旋回流の流れに沿って進むことで、作動流体との密度差により遠心分離の影響を受け、径方向に飛散する。飛散する油は、作動流体中に存在する微細化された油と衝突し、微細化された油を捕獲しながら密閉容器１の側壁面に付着し、壁面を伝って油溜り１６に戻る。

本実施例の流体機械によれば、飛散する油が微細化された油を捕獲するので、微細化された油が分離されずに作動流体と共に吐出管１５から吐出されているのを防ぐ効果があり、また、微細化された油を捕獲することで、飛散する油が増大化し、より遠心分離効果を促進する作用を有する。また、増大化することで、重力で下方に落ちて分離される効果も促進され、油分離効率を向上させることができる。
なお、キャップ２５を非磁性体で形成すれば、回転電動機部の磁気回路に与える影響が少なく、回転電動機部の効率を低下させることなく油分離効率を向上させることができる。

ところで、図９は、他の実施例のキャップの斜視断面図である。図９に示すように、キャップ２５の代わりに、その内部に吐出油孔２６ｄを有するキャップ２６をシャフト上端部２ｄに配置して、連通手段の吐出油孔２６ｄを介してシャフト２内部に設けた油孔２ｂと上部空間１９とを連通する構成でも、同様の効果を得ることができるのは言うまでも無い。
また、このキャップ２６の傘上面２６ｃに、凸形状部２６ｅを形成する構成で、回転電動機部の上部空間１９の旋回流を強め、遠心分離の効果が促進され、さらに油分離効率を向上させることができる。

なお、前述のキャップ２５の傘下面２５ｂに上述の凸形状部２６ｅと同様な凸形状部を形成する構成でも、同様に回転電動機部の上部空間１９の旋回流を強め、遠心分離の効果が促進され、油分離効率を向上させることができることは言うまでも無い。
また、キャップ２５の傘下面２５ｂまたはキャップ２６の吐出油孔２６ｄを、シャフト２の軸方向に対して斜め方向に設けることで、油の飛散角度を変えることができる。例えば、飛散角度をシャフト２の軸方向に対して斜め上方向にすることで、吐出管１５の開口端部１５ａ付近に、油を飛散させることが可能となり、吐出管１５の開口端部１５ａ付近の微細化された油を捕獲することができ、油分離効果をさらに向上させることができる。
また、キャップ２５，２６に設ける切り欠き２５ａ及び吐出油孔２６ｄは、必ずしも一つである必要は無く、複数設けてもよい。複数の切り欠き２５ａ及び吐出油孔２６ｄを設けることで飛散する油滴の数が増え、微細化された油を捕獲する効果が向上し、油分離効果をさらに向上させることができる。

一方、キャップ２５，２６に、切り欠き２５ａ及び吐出油孔２６ｄを同時に設けることで、微細化された油を捕獲する効果が向上し、油分離効果をさらに向上させることができることは言うまでも無い。
また、本実施例によれば、第１実施例に示すようなシャフト２に対する加工が不要であり、シャフト２の上端部にキャップ２５，２６を設けるだけで、油分離効率を向上させることができる。
また、本実施例と第１実施例との相違は、シャフト２内部に設けた油孔２ｂと回転電動機部の上部空間１９とを連通する連通手段を、シャフト２に設けた吐出油孔２ｃで形成するか、シャフト上端部２ｄにキャップ２５，２６を備えて設けた切り欠き２５ａまたは吐出油孔２６ｄで形成するかという点であり、第１実施例で得られた効果と同様の効果が本実施例でも得られることは言うまでも無い。

第５実施例について図面を参照しながら説明する。図１０は、本発明の第５実施例におけるロータリ圧縮機の縦断面図である。図１１は、図１０に示すロータリ圧縮機のキャップ部拡大図である。
本実施例のロータリ圧縮機が第１実施例と異なる点は、図１０に示すように、本実施例のキャップ２７と、第１実施例の上部空間１９に開口する吐出油孔２ｃと、第３実施例の下部空間１７に開口する吐出油孔２ｆとを組み合わせる構成にある。即ち、キャップ２７のキャップ軸部２７ａを油孔２ｂに挿入してシャフト上端部２ｄにキャップ２７を配置し、シャフト２のシャフト上端部２ｄと油孔２ｂとに連通手段の切り欠き２ｇを設けることで、油孔２ｂと上部空間１９とを連通する構成である。
以上のように構成されたロータリ圧縮機について、以下、その動作を説明する。
油溜り１６から汲み上げられた油は、その一部は油孔２ｂから吐出油孔２ｆを通り下部空間１７に供給され、他の一部は吐出油孔２ｃを通り、上部空間１９に供給される。そして、残りの油は油孔２ｂから切り欠き２ｇを通り、上部空間１９に供給される。供給された油は、シャフト２やキャップ２７の回転による遠心力によって、下部空間１７や上部空間１９に飛散する。飛散する油は、作動流体中に存在する微細化された油と衝突し、微細化された油を捕獲しながら密閉容器１の側壁面に付着し、壁面を伝って油溜り１６に戻る。
本実施例の流体機械により、さらに油分離効率が向上することは言うまでも無い。

なお、これまでに示した第１実施例から第５実施例の流体機械においては、縦型のロータリ圧縮機について述べてきたが、スクロール圧縮機でも同様の効果を奏することは言うまでもない。即ち、縦型と横型の違いや、圧縮方式の違いに関らず、また膨張機においてもその膨張方式に関らず、油滴を含んだ作動流体が、密閉型回転流体機械内を通り、密閉容器に設けられた吐出管から吐出されるまでの間の主たる流れ場において、回転子の回転運動により発生する旋回流の影響を受ける場合には、同様の油分離効率の向上効果を得ることができるのは言うまでもない。
また、上記流体機械が、圧縮機膨張機一体型の流体機械であっても、油滴を含んだ作動流体が密閉型回転流体機械内を通り、密閉容器に設けられた吐出管から吐出されるまでの間の主たる流れ場における作動流体が、回転子の回転運動により発生する旋回流の影響を受ける場合には、同様の油分離効率の向上効果を得ることができるのは言うまでもない。

一方、上記第１実施例から第５実施例の流体機械であれば、密閉容器からの吐出油量を減らすことが可能となるので、これらの流体機械を油溶解量が増える作動流体（例えば、二酸化炭素）と組み合わせて用いることができる。これによって、環境に優しい二酸化炭素を使用でき、地球温暖化の防止に役立てられる。
また、上記第１実施例から第５実施例の流体機械を用いた冷凍装置（図示せず）においては、流体機械の信頼性の向上だけでなく、流体機械から吐出される潤滑油を少なくすることで、潤滑油が蒸発器や凝縮器等の熱交換器の配管内部に付着する影響を少なくすることができ、蒸発器や凝縮器等の熱交換器での潤滑油による伝熱阻害の影響を少なくすることで、冷凍装置全体の効率を向上させることができる。

本発明の流体機械は、回転電動機部の効率を低下させることなく、簡易かつ低コストに油分離効率を高めて、密閉容器の外部に持ち出される冷凍機油の量を低減し、流体機械の信頼性を向上させ、かつ、高効率の冷凍サイクルを得ることができるように構成したので、冷蔵庫、エアコン、給湯器等の冷凍・空調機器等に用いることができる。

本発明の第１実施例におけるロータリ圧縮機の縦断面図 図１に示すロータリ圧縮機のＺ−Ｚ矢視の横断面図 本発明の第２実施例におけるロータリ圧縮機の縦断面図 図３に示すロータリ圧縮機の撹拌部材の斜視図 本発明の第３実施例におけるロータリ圧縮機の縦断面図 本発明の第４実施例におけるロータリ圧縮機の縦断面図 図６に示すロータリ圧縮機のキャップ部拡大図 図７に示すキャップの斜視図 他の実施例のキャップの斜視断面図 本発明の第５実施例におけるロータリ圧縮機の縦断面図 図１０に示すロータリ圧縮機のキャップ部拡大図 従来のロータリ圧縮機の縦断面図 従来の圧縮機の油分離板の周辺の詳細断面図

符号の説明

１ 密閉容器
２ シャフト
２ａ 偏心部
２ｂ 油孔
２ｃ，２ｅ，２ｆ 吐出油孔
２ｄ シャフト上端部
２ｇ 切り欠き
１１ 固定子
１１ｃ，１１ｄ コイルエンド
１２ 回転子
１５ 吐出管
１５ａ 開口端部
１６ 油溜り
１７ 下部空間
１９ 上部空間
２５，２６，２７ キャップ
２５ａ 切り欠き
２５ｂ 傘下面
２５ｃ，２７ａ キャップ軸部
２６ｃ 傘上面
２６ｄ 吐出油孔
２６ｅ 凸形状部
３０ 撹拌部材
３０ａ 凸形状部

Claims (13)

1. シャフトを回転させる回転電動機と、前記シャフトの回転により作動流体を圧縮するまたは膨張させる圧縮・膨張機構部と、前記回転電動機及び前記圧縮・膨張機構部を収納し、その底部に潤滑油を貯える油溜りを有する密閉容器とを備え、前記作動流体を前記回転電動機の下部空間から上部空間を経て前記潤滑油とともに前記密閉容器に設置した吐出管から吐出する流体機械であって、
   前記シャフトの内部に設けて前記油溜りから前記潤滑油を汲み上げる油孔と、
   前記油孔を前記上部空間または前記下部空間の少なくとも一方の空間に連通させる連通手段とを設けたことを特徴とする流体機械。
2. 前記連通手段を、前記シャフトに設けて前記油孔と前記空間とを連通する吐出油孔で形成したことを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
3. 前記シャフトの上端部にキャップを備え、
   前記連通手段を、前記シャフトまたは前記キャップの少なくともどちらか一方に設けて前記油孔と前記空間とを連通する切り欠きで形成したことを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
4. 前記シャフトの上端部にキャップを備え、
   前記連通手段を、前記キャップ内部に設けて前記油孔と前記空間とを連通する吐出油孔で形成したことを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
5. 前記吐出油孔または前記切り欠きを、複数設置したことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の流体機械。
6. 前記吐出油孔または前記切り欠きを、前記シャフトの軸方向に対して斜め方向に設置したことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の流体機械。
7. 前記吐出油孔または前記切り欠きを、前記吐出管の開口端部付近に設置したことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の流体機械。
8. 前記吐出油孔または前記切り欠きを、前記回転電動機のコイルエンドの内側に設置したことを特徴とする請求項２または請求項４に記載の流体機械。
9. 前記シャフトと同期回転して撹拌作用を有する形状の撹拌部材を、前記シャフトまたは前記回転電動機に設けたことを特徴とする請求項1から請求項８のいずれかに記載の流体機械。
10. 前記吐出管の開口端部を、前記シャフトの略軸上に設けたことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の流体機械。
11. 前記吐出管の開口端部が前記密閉容器内に貫通することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の流体機械。
12. 前記作動流体を二酸化炭素としたことを特徴とする請求項1から請求項１１のいずれかに記載の流体機械。
13. 請求項１から請求項１２のいずれかに記載の前記流体機械を用いたことを特徴とする冷凍装置。

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