JP2008223729A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧貯油室を圧縮機ハウジング内に配置しても、圧縮機本体からの熱的影響を抑制する、圧縮機を提供する。
【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機構部１３を内蔵したハウジング１１ａに、圧縮された冷媒を、オイルセパレータ３８により分離されたオイルを貯油する高圧貯油室３９を収容する構成として、ハウジング１１ａ内部が吐出圧より低圧となる圧縮機１０において、ハウジング１１ａ内において圧縮機構部１３と高圧貯油室３９との間にオイルが充満しない間隙４９を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧貯油室を備える圧縮機に関するものである。

従来、冷凍装置、空気調和器等に用いられる圧縮機として、圧縮機のハウジングに高圧貯油室を内蔵した構成のものが開示されている（特許文献１）。
特許文献１に記載の構成によれば、オイルのサイクルへの流出を防ぎ、サイクル効率も向上させることができるとともに、オイルを圧縮機内に貯留できるので、圧縮機の信頼性を向上させることができる。

特開２００４−２１１５５０号公報

しかし、上述のような構成では、高温の貯油が圧縮機本体と接するため、吸入ガスが加熱され、圧縮機の性能低下を来たす虞がある。
本発明は、上記課題を改善するために提案されたものであって、高圧貯油室を圧縮機ハウジング内に配置しても、圧縮機本体からの熱的影響を抑制することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、冷媒を圧縮する圧縮機構部（１３）をハウジング（１１ａ）に内蔵し、このハウジング（１１ａ）内部が吐出圧より低圧とした圧縮機（１０）において、圧縮機構部（１３）により圧縮された冷媒からオイルを分離するオイルセパレータ（３８）と、このオイルセパレータ（３８）により分離されたオイルを貯油する高圧貯油室（３９）とを備え、この高圧貯油室（３９）は、圧縮機構部（１３）に隣接してハウジング（１１ａ）内の軸方向一端側に配置され、ハウジング（１１ａ）内において圧縮機構部（１３）と高圧貯油室（３９）との間にオイルが充満しない間隙（４９）が設けられていることを特徴とする。

これにより、間隙（４９）には、オイルが充満しないため、伝熱が抑制され、高温の貯油が圧縮機構部（１３）側と熱的に遮断することができるため、圧縮機構部（１３）が温度上昇しても、吸入冷媒の加熱による、性能低下を来たすことはない。

請求項２に記載の発明では、高圧貯油室（３９）は耐圧容器（１４）で構成し、この耐圧容器（１４）によりハウジング（１１ａ）の端部壁が構成されていることを特徴とする。
これにより、高圧貯油室（３９）を、ハウジング（１１ａ）と結合して形成するよりも、強度を大きくすることができる。

請求項３に記載の発明では、吐出管（３５）とオイルセパレータ（３８）とは、高圧貯油室（３９）と共に、ハウジング（１１ａ）内部に収容する構成としたことを特徴とする。
これにより、装置自体を小型化することができる。

請求項４に記載の発明では、冷媒として二酸化炭素を用いることを特徴とする。
これにより、吸入冷媒加熱によって影響が大きい二酸化炭素において特に有効となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
図１に示す圧縮機１０はスクロール型圧縮機であり、この圧縮機１０は、密閉容器１１内に電動機部１２と圧縮機構部１３とを収容し、外部の冷媒回路からの冷媒を圧縮すると共に、圧縮された冷媒からオイルを分離して、外部の冷媒回路へ冷媒を戻すようにしたもので、圧縮機構部１３などの可動部の構成部材に対し、運転に伴い、常時、オイルを供給回収する構成としている。
なお、この圧縮機１０では、冷媒として二酸化炭素を用いるようにしている。二酸化炭素を冷媒とする場合、従来のフロン系冷媒と比較して効率上、より高圧化が必要であり、旋回スクロールと固定スクロールとが摺動する箇所に対する押圧力は過大なものとなるが、後述のように、運転時、常時、オイルを供給回収する構成としていることから、二酸化炭素を冷媒とすることを可能としている。

密閉容器１１は、円筒形をなすハウジング１１ａと、このハウジング１１ａに、循環させるオイルを、貯油する高圧貯油室（後述）である耐圧容器１４を一体的に結合して、密閉型容器としている。

そこで、圧縮機１０の構成と共にオイルを循環させる機構構成を概略説明する。
圧縮機１０は、ハウジング１１ａ内において支持部材１５に固定された副軸受１６と、主軸受１７とによって略水平に支持されたシャフト１８を、電動機部１２によって回転するもので、このシャフト１８の回転によって後述する圧縮機構部１３を作動させる構成である。

圧縮機構部１３は、ハウジング１１ａ内において固定されたミドルハウジング１９と、ミドルハウジング１９に設けられた主軸受１７によって支持されたクランク機構２０により公転する可動スクロール２１と、可動スクロール２１と対向配置されて共に後述する作動室２２を形成する固定スクロール２３とを備えている。

可動スクロール２１は、略円盤状のものであり、この可動スクロール２１は、端面から固定スクロール２３側に向かってインボリュート曲線状に立設した可動側渦巻２４と、可動側渦巻２４と反対側の端面からミドルハウジング１９側に向かって円筒状に立設したボス部２５とを備えている。

固定スクロール２３は、可動スクロール２１側の端面に設けられた渦巻状の溝によって形成された固定側渦巻２６を備えている。

ミドルハウジング１９は、電動機部１２側から固定スクロール２３側に向かって、順次径が大きくなる３段円筒状をなしており、電動機部１２に近い最も小径の円筒１９ａは主軸受１７を構成し、真ん中の円筒１９ｂはクランク機構２０を収容するクランク室２７を構成し、固定スクロール２３に近い最も大径の円筒１９ｃは内部に可動スクロール２１を収容するスクロール収納部２８を形成すると共に、ハウジング１１ａの内周面に焼き嵌めなどの固定手段によって固定されている。

クランク機構２０は、シャフト１８の圧縮機構部１３側の端部に一体に設けられた偏心部２９と可動スクロール２１のボス部２５によって構成されている。偏心部２９は、上記主軸受１７及び副軸受１６の軸中心から所定量だけ偏心するように設けられている。この偏心量が、可動スクロール２１の公転半径となる。

ミドルハウジング１９を構成する上記大径の円筒１９ｃと真ん中の円筒１９ｂとを繋ぐ円板部１９ｄの可動スクロール２１側の端面（以下、円板部スクロール側端面１９ｅと称する）には、図示しないオルダムカップリングが配置されており、可動スクロール２１の自転を防止している。これにより、可動スクロール２１は公転のみが許容されている。
また、円板部スクロール側端面１９ｅと、可動スクロール２１のボス部２５が設けられた側の端面（以下、可動スクロール背面２１ａと称する）との間には、可動スクロール背面２１ａと円板部スクロール側端面１９ｅとを摺動させるすべり軸受であるスラスト軸受３０が配置されている。

以上のような構成により圧縮機構部１３は、可動側渦巻２４と固定側渦巻２６の噛み合いによって形成される複数の作動室２２が、可動スクロール２１が固定スクロール２３に対して旋回することで体積を縮小することにより固定側渦巻２６の最外周側に連通する吸入室（図示省略）に供給された冷媒を圧縮する機能を有している。

さらに圧縮機構部１３における固定側渦巻２６の中心部には、固定スクロール２３を軸方向に貫通する吐出口３１が設けられている。可動スクロール２１と固定スクロール２３とによって圧縮された冷媒はこの吐出口３１から吐出室３２に吐出される構成である。

吐出室３２は、固定側渦巻２６を形成した固定スクロール２３の反対側面の中央箇所に、遮蔽板３３で密閉して形成した空間で構成している。
また、吐出室３２内には、固定スクロール２３を軸方向に貫通する吐出口３１を閉止することで、吐出された冷媒が逆流することを防止する吐出弁３４が配置されている。

そして吐出室３２上方の固定スクロール２３には、ハウジング１１ａ外側に向けて吐出管３５が貫通形成されている。この場合、吐出管３５外周には、空間部３６を設けている。そしてこの吐出管３５には、接続管３７を介してオイルセパレータ３８、高圧貯油室３９に繋がっている。

次に以上のような構成の圧縮機構部１３において、オイルを循環させる機構構成を説明する。オイルは、後述する高圧貯油室の耐圧容器１４から、比較的低圧に保持されたハウジング１１ａ内の圧縮機構部１３に、圧縮機構部１３の可動部の動作に伴い供給されるようになっている。
そのために、オイルの通路として吐出室３２より下方の固定スクロール２３に、貫通するようにオイル戻し通路４０が形成されている。

オイル戻し通路４０の可動スクロール２１寄りの出口側には、小径の絞り部４０ａが設けられ、オイル通路４１に至っている。このオイル通路４１の入口は、可動スクロール２１の公転運動によってオイル戻し通路４０の出口と間欠的に連通するようになっている。また、オイル通路４１の出口は、シャフト１８の端部とボス部２５の底面におけるクランク室２７との間の空間に連通するようにボス部２５の内壁に開口している。

なお、オイル戻し通路４０からのオイルは高圧であるが、絞り部４０ａおよび可動スクロール２１の公転運動によるオイル戻し通路４０とオイル通路４１との間欠的な連通によって、所望の圧力まで減圧されるようになっている。

シャフト１８の端部とボス部２５の底面との間のクランク室２７は、シャフト１８内部を軸方向に貫通するオイル通路４２に連通している。
またオイル通路４２には、主軸受１７及び副軸受１６に対応する部位に径方向孔４２ａ、４２ｂがオイル通路４２から分岐するように設けられている。
さらに、径方向孔４２ａの出口はシャフト１８に設けられたシャフト溝１８ａに連通している。
また、真ん中の円筒１９ｂには、シャフト１８よりも上部のスラスト軸受３０へオイルを導くため、シャフト１８よりも上部において、径方向孔４２ａとスラスト軸受３０とを連通させるオイル溝４３が形成されている。

なお、密閉容器１１内の全領域の下方は低圧貯油室４４を構成しており、オイル通路４２を通過したオイルを貯油するようにしている。

そして、低圧貯油室４４に貯油されたオイルは、スクロール収納部２８に戻すことができるように、ミドルハウジング１９の円板部１９ｄの下方にオイル戻し孔４５が設けられている。

次に、ハウジング１１ａ内において、圧縮機構部１３の固定スクロール２３に外側に向けて貫通形成した吐出管３５から、接続管３７を通じて、圧縮された冷媒を受けるオイルセパレータ３８は、遠心分離式のオイルセパレータであり、分離筒４６を有している。
分離筒４６上部側には、圧縮機構部１３から吐出された冷媒を分離筒４６内に接線方向に流入させる接続管３７が接続される。
また分離筒４６内の上部側には、外部冷媒回路（図示せず）にオイルが分離された冷媒を送り出す、分離パイプ４７が装着されている。分離パイプ４７は、上半部外径が、分離筒４６内径に略等しく、下半部外径が分離筒４６内径の略１／２程度としていて、この下半部外周面の位置において、接続管３７が、分離筒４６内壁の接線方向に冷媒が流入するように連通させている。

また、分離筒４６下端側は、ハウジング１１ａ内である高圧貯油室３９内に位置させて、高圧貯油室３９内に連通する排出孔が設けられ、排出孔には、異物を除去するためのフィルタ４８が設けられている。

高圧貯油室３９は、ハウジング１１ａの軸方向一端側面と、一端側面の内部に配置され、一端側面と共に耐圧容器１４を構成する第２ハウジングとによって形成されている。この場合、耐圧容器１４は、ハウジング１１ａを構成する壁面に比較して、肉厚が大で、強度を高めるために内壁の断面形状が略楕円形としている。
そして、この際、ハウジング１１ａ内の、耐圧容器１４を構成する第２ハウジングと、圧縮機構部１３の吐出室３２を形成する遮蔽板３３間にオイルが充満しない間隙４９が画成されている。すなわち、間隙４９は、ハウジング１１ａ内において、耐圧容器１４を構成する第２ハウジングと、固定スクロール２３と、圧縮機構部１３の吐出室３２を形成する遮蔽板３３とで、区画、遮蔽されることで、高圧貯油室３９におけるオイルは流入しない構成となっている。

高圧貯油室３９の底部には、高圧貯油室３９に貯油したオイルを、圧縮機構部１３に戻すための送油管５０が配管されている。
この送油管５０は、固定スクロール２３に、貫通するように形成されたオイル戻し通路４０に連通接続されている。

次に本発明にかかる圧縮機１０の動作、作用について説明する。
圧縮機１０の電動機部１２を起動し、圧縮機構部１３を作動させると、冷媒回路から還流される冷媒を、固定側渦巻２６の最外周側に連通する吸入室（図示省略）に供給される。
吸入された冷媒は、可動側渦巻２４と固定側渦巻２６の噛み合いによって形成される複数の作動室２２が、電動機部１２のシャフト１８が回転することによって、可動スクロール２１が固定スクロール２３に対して旋回して、体積を縮小することにより固定側渦巻２６の最外周側に連通する吸入室（図示省略）に供給された冷媒を圧縮することができる。
この場合、冷媒には、圧縮機構部１３における可動部を潤滑したオイルがミスト状に混在すると共に、高温高圧状態となる。また、以上のような動作により、圧縮機構部１３は高温状態となる。

可動スクロール２１と固定スクロール２３とによって圧縮された冷媒は、固定スクロール２３を軸方向に貫通する吐出口３１から吐出弁３４を介し、吐出室３２に吐出される。

そして吐出室３２から、冷媒は、ハウジング１１ａ外側に向けて貫通形成されている吐出管３５を通過し、接続管３７を介してオイルセパレータ３８に至る。
吐出管３５を通過するときは、吐出管３５外周が空間部３６を介して固定スクロール２３に設けているため、圧縮機構部１３が動作によって固定スクロール２３が高温化しても、通過する冷媒に対して与える、熱的影響を抑制することができる。

冷媒が、接続管３７から分離筒４６内に流入させる際、分離筒４６内壁の接線方向に冷媒が流入し、分離筒４６上部の分離パイプ４７によって、旋回流となる。
これにより、分離筒４６内壁を進行することで、遠心力により、冷媒内のオイルが分離し、外部冷媒回路（図示せず）にオイルが分離された冷媒を送り出す一方、分離されたオイルは、分離筒４６内壁を伝って流下し、分離筒４６下端側のフィルタ４８に至り、オイルから異物を除去することができ、高圧貯油室３９における耐圧容器１４にオイルを貯油することができる。
従って、貯油されたオイルには、異物が混入することはなく、圧縮機構部１３に戻されるオイルによって圧縮機構部１３がトラブルを起こすようなことはない。
なお、オイルセパレータ３８における分離筒４６下端側は、ハウジング１１ａ内の高圧貯油室３９内に位置させる構成としたことにより、分離筒４６下端側から高圧貯油室３９内に導く配管は不要であり、その分、製造コストを抑制することができる。

高圧貯油室３９は、圧縮機構部１３の動作によって高圧化され、オイルは高温化している。高圧貯油室３９が高圧化しても、耐圧容器１４は、ハウジング１１ａを構成する壁面に比較して肉厚が大で、内壁面形状が略楕円形状をなしているため、強度を充分に確保することができる。
そして、この耐圧容器１４と、ハウジング１１ａ内の、圧縮機構部１３の吐出室３２を形成する遮蔽板３３間にはオイルが充満しない間隙４９が設けられているため、伝熱が抑制され、動作中の圧縮機構部１３の高温化の影響を極力抑えることができる。

高圧貯油室３９に貯油されたオイルは、高圧貯油室３９の底部の送油管５０から、固定スクロール２３に、貫通するように形成されたオイル戻し通路４０を通じて圧縮機構部１３内に戻される。

オイル戻し通路４０の可動スクロール２１寄りの出口側の絞り部４０ａにオイルが至ると、これにつながる、オイル通路４１の入口は、可動スクロール２１の公転運動によってオイル戻し通路４０の出口と間欠的に連通し、オイルはこれにより所望の圧力まで減圧され、オイルは、オイル通路４１から、シャフト１８の端部とボス部２５の底面におけるクランク室２７との間の空間に至る。

そしてオイルは、シャフト１８の端部とボス部２５の底面との間のクランク室２７から、シャフト１８内部を軸方向に貫通するオイル通路４２を通り、主軸受１７及び副軸受１６に対応する部位の径方向孔４２ａ、４２ｂに至り、主軸受１７及び副軸受１６を潤滑する。
さらに、オイルは径方向孔４２ａの出口のシャフト溝１８ａに至り、径方向孔４２ａとスラスト軸受３０とを連通させるオイル溝４３に至り、スラスト軸受３０へオイルを導くことができる。

以上のようにして、オイル通路４２を通過したオイルは、密閉容器１１内の全領域の下方の低圧貯油室４４に貯油される。

そして、低圧貯油室４４に貯油されたオイルは、ミドルハウジング１９の円板部１９ｄの下方のオイル戻し孔４５を通じてスクロール収納部２８に戻すことができる。
スクロール収納部２８に戻ったオイルは、可動スクロール２１と固定スクロール２３の摺動面に供給され、作動室２２で冷媒と共に圧縮され、再びオイルセパレータ３８によって冷媒から分離され、高圧貯油室３９における耐圧容器１４にオイルを貯油することができる。

以上のように、圧縮機構１０は、オイル循環動作と共に実行され、高圧貯油室３９を構成する耐圧容器１４と、ハウジング１１ａ内の、圧縮機構部１３の吐出室３２を形成する遮蔽板３３間のオイルが充満しない間隙４９によって、圧縮機構部１３側と熱的に遮断することができる。
このため、圧縮機構部１３が温度上昇しても、吸入冷媒加熱の影響が高い二酸化炭素を冷媒として用いても、性能低下を来たすことはない。

（第２実施形態）
本発明にかかる圧縮機１０は、図２に示すような構成とすることもできる。
なお、この圧縮機１０において、圧縮機構部１３は、前述の圧縮機１０と同様の構成としており、それらの説明は省略する。
この場合の圧縮機１０においては、オイルセパレータ３８、および高圧貯油室３９がハウジング１１ａ内に収容される構成としている。

この高圧貯油室３９における耐圧容器１４は、第１実施形態の圧縮機１０における耐圧容器１４同様、肉厚がハウジング１１ａのそれに比較して厚く、外側の端部壁はハウジング１１ａの端部壁としてハウジング１１ａの端面を閉止している。一方、内側の容器壁は、ハウジング１１ａの端部壁を担う外側の容器壁の略中間部において、外側の容器壁と結合している。従って、この場合の高圧貯油室３９の容積は、前述の圧縮機１０における耐圧容器１４が構成する高圧貯油室３９に比較して小さくなる。
そして、耐圧容器１４の内側の容器壁と、圧縮機構部１３の吐出室３２を形成する遮蔽板３３間には、オイルが充満しない間隙４９が形成されている。

オイルセパレータ３８を構成する分離筒４６は、下端部側がハウジング１１ａ内において、耐圧容器１４の内側の容器壁の上部から高圧貯油室３９に連通するように装着している。また分離筒４６は、上端部側がハウジング１１ａ外側、すなわち、耐圧容器１４の外側の容器壁から突出している。
さらに、分離筒４６の上端部側には、導入される冷媒からオイル分の分離を促進するための分離パイプ４７が嵌着される。
そして、分離筒４６の分離パイプ４７における径を絞った下半部の位置には、圧縮機構部１３における吐出室３２からの冷媒を送り込む吐出管３５が連通接続されている。
なおこの場合、吐出管３５は、図示の通り、ハウジング１１ａ内の吐出室３２を形成する遮蔽板３３と分離筒４６間の空間にある。

以上のような圧縮機１０によれば、第１実施形態の圧縮機１０同様、高圧貯油室３９を構成する耐圧容器１４と、ハウジング１１ａ内の、圧縮機構部１３の吐出室３２を形成する遮蔽板３３間のオイルが充満しない間隙４９によって、圧縮機構部１３側と熱的に遮断することができるため、圧縮機構部１３が温度上昇しても、吸入冷媒の加熱による、性能低下を来たすことはない。

また、第１実施形態の耐圧容器１４同様、肉厚がハウジング１１ａのそれに比較して厚く、外側の端部壁はハウジング１１ａの端部壁としてハウジング１１ａの端面を閉止しているので、必要な強度を確保することができる。
さらに、ハウジング１１ａ内に、高圧貯油室３９と共に、オイルセパレータ３８を構成する分離筒４６、吐出管３５を収容した構造であるので、高圧貯油室３９の容量は小さくなるが、装置自体の小型化が可能となる。

本発明にかかる圧縮機の第１実施形態を示した、断面説明図である。 本発明にかかる圧縮機の第２実施形態を示した、断面説明図である。

符号の説明

１０ 圧縮機
１１ 密閉容器
１１ａ ハウジング
１１ｂ 第３円筒部
１２ 電動機部
１３ 圧縮機構部
１４ 耐圧容器
１５ 支持部材
１６ 副軸受
１７ 主軸受
１８ シャフト
１８ａ シャフト溝
１９ ミドルハウジング
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ 円筒
１９ｄ 円板部
１９ｅ 円板部スクロール側端面
２０ クランク機構
２１ 可動スクロール
２１ａ 可動スクロール背面
２２ 作動室
２３ 固定クスロール
２４ 可動側渦巻
２５ ボス部
２６ 固定側渦巻
２７ クランク室
２８ スクロール収納部
２９ 偏心部
３０ スラスト軸受
３１ 吐出口
３２ 吐出室
３３ 遮蔽壁
３４ 吐出弁
３５ 吐出管
３６ 空間部
３７ 接続管
３８ オイルセパレータ
３９ 高圧貯油室
４０ オイル戻し通路
４１、４２ オイル通路
４２ａ，４２ｂ 径方向孔
４３ オイル溝
４４ 低圧貯油室
４５ オイル戻し孔
４６ 分離筒
４７ 分離パイプ
４８ フィルタ
４９ 間隙
５０ 送油管

Claims (4)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機構部（１３）をハウジング（１１ａ）に内蔵し、このハウジング（１１ａ）内部が吐出圧より低圧とした圧縮機（１０）において、
   前記圧縮機構部（１３）により圧縮された冷媒からオイルを分離するオイルセパレータ（３８）と、
   このオイルセパレータ（３８）により分離されたオイルを貯油する高圧貯油室（３９）とを備え、
   この高圧貯油室（３９）は、前記圧縮機構部（１３）に隣接して前記ハウジング（１１ａ）内の軸方向一端側に配置され、
   前記ハウジング（１１ａ）内において前記圧縮機構部（１３）と高圧貯油室（３９）との間に前記オイルが充満しない間隙（４９）が設けられていることを特徴とする圧縮機。
2. 前記高圧貯油室（３９）は耐圧容器（１４）で構成し、この耐圧容器（１４）により前記ハウジング（１１ａ）の端部壁が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記オイルセパレータ（３８）は、前記高圧貯油室（３９）と共に、前記ハウジング（１１ａ）内部に収容する構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機。
4. 冷媒として二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の圧縮機。

Images