JP2008106710A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】熱移動損失の少ない膨張機構部を有する圧縮機を提供すること。
【解決手段】膨張機構部１と圧縮機構部４１と電動機部２を収納する外殻容器４２からなる圧縮機であって、膨張機構部１が、鏡板から渦巻状のラップが立ち上がる固定スクロール１２及び旋回スクロール１３を噛み合わせて双方間に膨張室１５を形成し、旋回スクロール１３を自転規制機構１４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膨張室１５が容積を変えながら移動することで、冷媒の吸入、吐出を行う、スクロール膨張機構部であって、圧縮機構部４１と電動機部２を外殻容器４２に収納し、且つ、外殻容器４２に膨張機構部１と圧縮機構部４１とを連結する連結部４３を備え、連結部４３を介して外殻容器４２外に膨張機構部１を配置したことを特徴とする圧縮機。
【選択図】図１

Description

本発明は、膨張機構部と圧縮機構部とを有する圧縮機に関する。

現在、冷凍装置の冷媒として二酸化炭素を用いることが検討されているが、エネルギー効率の面から、膨張装置として膨張機を用いることが検討されている。

膨張機構部と圧縮機構部とは、構造的には共通するため、従来圧縮機構部として用いられてきた構造を膨張機構部として利用することができる。

ところで、圧縮機構部は、冷媒を圧縮するので、圧縮機構部を構成する部材の温度は冷媒の圧縮動作と共に上昇していく、一方、膨張機構部は、冷媒を膨張させるので、膨張機構部を構成する部材の温度が冷媒の膨張動作と共に低下していく。したがって、圧縮機構部と膨張機構部とを単純に一体化すると、圧縮機構部の熱が膨張機構部に移動してしまうので、膨張機構部にて冷媒が加熱されてしまい、冷凍サイクルの効率が低下してしまうという問題が発生する。

そこで、上記問題を解決するために、膨張機構部と圧縮機構部との間に、熱移動を抑制する断熱手段を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１６５０４０号公報

しかしながら、膨張機構部と圧縮機構部との間に、熱移動を抑制する断熱手段を設けた場合には、圧縮機構部或いは膨張機構部を潤滑する潤滑油の移動も同時に妨げてしまい、メカの信頼性を低下させるといった問題を有していた。

本発明は、膨張機構部と圧縮機構部とを備えた圧縮機において、膨張機構部と圧縮機構部との間の熱移動を抑制しながら、同時に潤滑経路を確保して、高性能と高い信頼性を両立した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、本発明の圧縮機は、膨張機構部と圧縮機構部と電動機部からなる圧縮機であって、前記膨張機構部が、鏡板から渦巻状の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膨張室を形成し、前記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膨張室が容積を変えながら移動することで、冷媒の吸入、吐出を行う、スクロール膨張機構部であって、前記圧縮機構部と前記電動機部とを外殻容器に収納し、且つ、前記外殻容器に前記膨張機構部と前記圧縮機構部とを連結する連結部を備え、前記連結部を介して前記外殻容器外に前記膨張機構部を配置したものである。これによって、膨張機構部に伝わる熱を小さくしながら、圧縮機構部或いは膨張機構部を潤滑する潤滑油を確保することができるので、高性能と高い信頼性を両立した圧縮機を提供することができる。

本発明によれば、熱損失が少なく、高い信頼性を確保することができる圧縮機を実現することができる。

本発明の第１の実施の形態による圧縮機は、膨張機構部と圧縮機構部と電動機部からなる圧縮機であって、膨張機構部が、鏡板から渦巻状の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膨張室を形成し、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膨張室が容積を変えながら移動することで、冷媒の吸入、吐出を行う、スクロール膨張機構部であって、圧縮機構部と電動機部とを外殻容器に収納し、且つ、外殻容器に膨張機構部と圧縮機構部とを連結する連結部を備え、連結部を介して外殻容器外に膨張機構部を配置したものである。本実施の形態によれば、圧縮機構部から膨張機構部への伝熱を小さくすることができる。

本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による圧縮機において、膨張機構部と圧縮機構部とを同時に潤滑する給油経路を設けたものである。本実施の形態によれば、膨張機構部に伝わる熱を小さくしながら、圧縮機構部或いは膨張機構部を潤滑する潤滑油を確保することができるので、高性能と高い信頼性を両立した圧縮機を提供することができる。

本発明の第３の実施の形態は、第１〜２の実施の形態による圧縮機において、圧縮機において、圧縮機構部を、鏡板から渦巻状の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、冷媒の吸入、吐出を行う、スクロール圧縮機構部であって、圧縮機構部を上部に、膨張機構部を下部に配置したものである。本実施の形態によれば、潤滑油を圧縮機構部と膨張機構部の間に滞留させることができるので、潤滑油を介した膨張機構部の吸熱や、圧縮機構部の放熱を効果的に防いで、圧縮機構部から膨張機構部への伝熱をより小さくすることができる。

本発明の第４の実施の形態は、第１〜２の実施の形態による圧縮機において、圧縮機構部を、ローリングピストン式圧縮機構部とし、圧縮機構部を下部に、前記膨張機構部を上部に配置したものである。本実施の形態によれば、潤滑油を圧縮機構部の周辺に滞留させることができるので、ローリングピストン式圧縮機構部の締結面からの冷媒漏れを効果的に防いで、膨張機構部の吸熱も同時に抑えることができるので、より高効率な圧縮機を提供することができる。

本発明の第５の実施の形態は、第１〜４の実施の形態による圧縮機において、作動流体としての冷媒を、二酸化炭素としたものである。二酸化炭素は、膨張機による動力回収効果が他の作動流体と比べて大きいのと、冷媒が圧縮されたときに到達する温度が高いために、熱移動によるサイクル効率の低下が顕著になると考えられるが、本実施の形態によれば、高い信頼性と高効率を実現することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の一実施の形態による圧縮機について説明する。図１は、本発明の一実施の形態の圧縮機における側断面図である。図１に示すように、本実施の形態による膨張機構部１は、圧縮機構部４１とともに、外殻容器４２内に配置されている。なお、この種の圧縮機は、放熱器や蒸発器とともに冷凍サイクル装置を構成する。この冷凍サイクル装置としては二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側では超臨界域となるように運転することが好ましい。

圧縮機構部４１は外殻容器４２内に焼き嵌めなどして固定されており、電動機部３によって駆動され、圧縮された冷媒は外殻容器４２内に吐出された後、外殻容器４２外へと流出していく。

上記構成において、圧縮機構部４１を駆動するクランク軸４ｃは、電動機部３及び外郭容器４２に設けられた連結部４３を介して膨張機構部１へとつながっている。また、膨張機構部１のクランク軸４の主軸部４ａを軸支する主軸受部材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膨張機構部を構成し、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を設けている。

上記構成において、クランク軸４の下端にある偏心軸部４ｂ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膨張室１５が中央部から外周側に移動しながら大きくなるのを利用して、吸入パイプ１６および固定スクロール１２の中央部の吸入口１７から冷媒ガスを吸入して膨張していき、所定圧以下になった冷媒ガスは固定スクロール１２の外周側の吐出口１８から吐出させることを繰り返す。このときの膨張過程により回収された動力は、クランク軸４から連結部４３を介して圧縮機構部４１のクランク軸４ｃに伝えられ圧縮機機構部４１の動力の一部として使われる。また、膨張機構部１は、外殻容器４２に連結部４３を介して溶接などで固定されている。

また、クランク軸４には容積型ポンプ２５を備えている。外殻容器４２の下部に形成された潤滑油溜まり２０から、容積型ポンプ入り口穴２５ａを通って、潤滑油６は、容積型ポンプ２５に供給され、膨張機後部１及び圧縮機構部４１を潤滑した後、外殻容器４２下部の潤滑油溜まり２０へと再循環を行う。

ここで、外殻容器４２内の冷媒は、圧縮機構部４１に圧縮されることにより高温・高圧となっている。この高温・高圧の冷媒が、膨張機構部１のまわりに多く存在すれば、圧縮機構部４１の吐出冷媒が持つエネルギーが膨張過程の冷媒へと流入して、結果として放熱器の能力低下を招いてしまう。しかし、膨張機構部１は外部へと露出しているために、圧縮機構部４１から膨張機機構部１への伝熱を小さくすることが出来るので、高い性能の圧縮機を提供することができる。

一方、潤滑油６も圧縮機構部４１の圧縮熱により暖められる。潤滑油６の熱容量は、冷媒の熱容量に比べて大きいために、膨張機構部１のまわりに多く存在すれば、吐出冷媒が持つエネルギーが膨張過程の冷媒へと流入して、結果として放熱器の能力低下を招いてしまう。しかし、潤滑油６は膨張機構部１の摺動面にのみ供給され、膨張機構部１のまわりに存在しないために、膨張機構部１が潤滑油６と接する面積を小さくすることができるので、圧縮機構部４１から膨張機構部１への伝熱を小さくすることができるので、高い性能の圧縮機を提供することができる。

なお、外殻容器４２内において、膨張機構部１を下部に、圧縮機構部４１を上部に配置している。この構成によれば、潤滑油６を圧縮機構部４１と膨張機構部１の間に滞留させることができるので、潤滑油６による熱搬送を最小限にすることができる。よって、潤滑油６を介した膨張機構部１の吸熱や、圧縮機構部４１の放熱を効果的に防いで、高い性能の圧縮機を提供することができる。

なお、圧縮機構部４１を、ローリングピストン式圧縮機構部４１とし、圧縮機構部４１を下部に、膨張機構部１しても良い（図示せず）。この構成にすれば、潤滑油６を圧縮機構部４１の周辺に滞留させることができるので、ローリングピストン式圧縮機構部４１特有の課題であるのメカ締結面からの冷媒漏れを効果的に防いで、膨張機構部１の吸熱も同時に最小限に抑えることができるので、より高効率な圧縮機を提供することができる。

本発明の膨張機構部は、二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍サイクルを構成する圧縮機として特に有用である。

本発明の一実施の形態の圧縮機における側断面図

符号の説明

１ 膨張機構部
２ 電動機部
４ クランク軸（膨張機構部）
４ａ 主軸受部
４ｂ 偏心軸部
４ｃ クランク軸（圧縮機構部）
１１ 主軸受部材
１２ 固定スクロール
１３ 旋回スクロール
１４ 自転拘束機構
１５ 膨張室
１６ 吸入管
１７ 吸入口
１８ 吐出管
２０ 潤滑油溜まり
２５ａ 給油経路の入口
２５ 容積型ポンプ
４１ 圧縮機構部
４２ 外殻容器
４３ 連結部

Claims (5)

1. 膨張機構部と圧縮機構部と電動機部からなる圧縮機であって、前記膨張機構部が、鏡板から渦巻状の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膨張室を形成し、前記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膨張室が容積を変えながら移動することで、冷媒の吸入、吐出を行う、スクロール膨張機構部であって、前記圧縮機構部と前記電動機部とを外殻容器に収納し、且つ、前記外殻容器に前記膨張機構部と前記圧縮機構部とを連結する連結部を備え、前記連結部を介して前記外殻容器外に前記膨張機構部を配置したことを特徴とする圧縮機。
2. 前記圧縮機において、前記膨張機構部と前記圧縮機構部とを同時に潤滑する給油経路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記圧縮機において、前記圧縮機構部を、鏡板から渦巻状の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、前記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、冷媒の吸入、吐出を行う、スクロール圧縮機構部であって、前記圧縮機構部を上部に、前記膨張機構部を下部に配置したことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の圧縮機。
4. 前記圧縮機において、前記圧縮機構部を、ローリングピストン式圧縮機構部とし、前記圧縮機構部を下部に、前記膨張機構部を上部に配置したことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の圧縮機。
5. 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１〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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