JP2009068453A - 密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の内部に油分離装置を配置した場合であっても十分な油分離効果が得ること。
【解決手段】密閉容器１０内に電動機１１と、この電動機部１１と回転軸１５を介して連結された圧縮機部１２とを収納し、密閉容器１０の電動機部１１側に圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出管３６を設けた密閉型圧縮機１において、電動機部１１のロータ１４に取付けられ、吐出管３６を囲むように設けられた略円錐状のフィルタ５１と、フィルタ５１を所定の間隙を介して覆うように設けられ円錐状面を有する板状部材５２とを具備する油分離装置５０手段を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機等に組み込まれる密閉型圧縮機及びこの密閉型圧縮を有する冷凍サイクル装置に関し、特に油分離装置を改良したものに関する。

従来、ロータリ式圧縮機では、密閉ケース内に電動機部と、圧縮機構部とが収納され、電動機部のロータには圧縮機構部に駆動力を伝達するシャフトが挿着される。

このような構造のロータリ式圧縮機では、運転中に圧縮機構部を潤滑した油が吐出ガスとともに吐出されるので、この吐油量の増加が冷凍サイクル内における熱伝導の低下や、冷凍サイクルの効率の減少の原因となるとともに、密閉ケース内の油面低下により圧縮機構部の信頼性に悪影響を及ぼす。

このため、従来から吐油量をできるだけ抑制するために、圧縮されたガスを吐出管に導く経路上にガスに混じっている油を分離するための油分離部材が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

また、圧縮機の下流の冷凍サイクルにオイルセパレータを配置し、流出した油を圧縮機吸込側に戻す構造も知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平０８−１７７７３８号公報 実開平０７−０１８１７３号公報

上述した密閉型圧縮機では、次のような問題があった。すなわち、十分な油分離効果が得られなかったり、圧縮機の外部に油分離装置を設けると製造コストが増大するとともに、冷凍サイクル装置も大形化するという問題があった。

そこで本発明は、圧縮機の内部に油分離装置を配置した場合であっても十分な油分離効果が得られる密閉型圧縮機及びこの密閉型圧縮機を有する冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置は次のように構成されている。

密閉容器内に電動機と、この電動機と回転軸を介して連結された圧縮機構部とを収納し、上記密閉容器の電動機側に圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出管を設けた密閉型圧縮機において、上記電動機の回転子又は回転軸に取付けられ、上記吐出管を囲むように設けられた略円錐状のフィルタ部材と、上記フィルタ部材を所定の間隙を介して覆うように設けられ円錐状面を有する板状部材とを具備する油分離手段を備えたことを特徴とする。

上述した構成の密閉型圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、圧縮機の内部に油分離装置を配置した場合であっても十分な油分離効果が得られる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る密閉型圧縮機の断面構造と、この密閉型圧縮機を備えた冷凍サイクル装置の冷凍サイクル構成図、図２は密閉型圧縮機に組み込まれた油分離装置を示す分解斜視図、図３は油分離装置と吐出管との組み立て状態を示す斜視図、図４は油分離装置を示す断面図である。

冷凍サイクル装置は、図１に示すように、密閉型圧縮機１と、この密閉型圧縮機１から吐出された冷媒を凝縮する凝縮器２と、この凝縮器２に接続された膨張装置３と、この膨張装置３に接続され、冷媒を気化する蒸発器４と、この蒸発器４の出口側にアキュムレータ５とを備えている。アキュムレータ５は、吸込パイプ４０，４１を介して密閉型圧縮機１に接続されている。

密閉型圧縮機１は、密閉容器１０と、この密閉容器１０内に収容された電動機部１１と、この電動機部１１によって駆動される圧縮機構部１２とを備えている。電動機部１１は、密閉容器１０の内周面に固定されたステータ１３と、このステータ１３の内側に回転自在に遊嵌しているロータ１４とから構成されている。なお、ステータ１３の上端・下端にはコイルエンド１３ａが位置している。ロータ１４には、回転軸１５が固着され、この回転軸１５は、圧縮機構部１２側で、主軸受１６、副軸受１７によって回転自在に支承されている。

圧縮機構部１２は、２シリンダタイプで、第１シリンダ１８と第２シリンダ１９とが仕切り板２０を間に介して重ねて連設されるとともに、これらが一体的にフレーム部材２１によって密閉容器１０に対して固定されている。また、回転軸１５には、偏心した第１クランク部２２と、第２クランク部２３とが設けられ、第１シリンダ１８の内部には、第１クランク部２２とこれに外嵌する第１ローラ２４が収容され、第２シリンダ１９の内部には第２クランク部２３と第２ローラ２５が収容されている。

圧縮機構部１２では、第１シリンダ１８、第２シリンダ１９は、ブレードがそれぞれ半径方向に摺動自在に組み込まれている。図１では、これらのブレードのうち、第２シリンダ１９に設けられたブレード２８が図示されている。第１シリンダ１８、第２シリンダ１９の内部では、第１ローラ２４及び第２ローラ２５の偏心回転とともに、第１ローラ２４及び第２ローラ２５とブレードで画される圧縮室容積が変化し、吸込管４０、４１から吸込まれた冷媒ガスが圧縮されるようになっている。

副軸受１７の側では、バルブカバー３０は、ボルト３１により、副軸受け１７に対して固定されている。同様に、主軸受１６の側でもバルブカバー３２が取り付けられ、この主軸受１６では、バルブカバー３２の外側にマフラ３３が被せられて両者ともにボルト３４を用いて固定されている。

一方、吐出管３６は、電動機部１１側で密閉容器１０の上端部に、その中心が上記回転軸１５の回転中心と一致するように接続されている。

第２シリンダ１９で圧縮されたガスは、吐出弁３７から吐出された後、副軸受１７、第２シリンダ１９、仕切板２０、第１シリンダ１８、主軸受２１に穿孔されているガス通路（不図示）からマフラ３３を通ってモータ室Ａに吐出される。また、第１シリンダ１８で圧縮されたガスは、吐出弁３８からバルブカバー３２、マフラ３３の内側から同様にモータ室Ａに吐出される。

このモータ室Ａでは、ガスは、ステータ１３の内周面とロータ１４の外周面間のエアーギャップ等を通り、油分離装置５０が取り付けられている側に導出され、この油分離装置５０にあたってガスに混合している油が分離された後、吐出管３６から外部の冷凍サイクルに吐出される。

一方、油分離装置５０は、ロータ１４の上端面を覆い、吐出管３６を囲むように設けられた円錐状のフィルタ５１と、このフィルタ５１を所定の間隙をもって覆う漏斗状の板状部材５２とを備えている。フィルタ５１は金網状部材からなり、その空隙であるメッシュ全面積は吐出管３６の開口面積より大きく設定されている。板状部材５２は、上方から下方に広がる円錐状部分５２ａと、この円錐状部分５２ａの上部に設けられた円管部５２ｂとを備えている。油分離装置５０は、図３に示すようにロータ１４と連結され、同期して回転する構成となっている。なお、油分離装置５０は、回転軸１５の上端部に取り付けても良い。

なお、図４に示すように、板状部材５２の円管部５２ｂと吐出管３６との間隙を寸法ｔ１、フィルタ５１と板状部材５２の円錐状部分５２ａとの間隙を寸法ｔ２、フィルタ５１と吐出管３６との間隙を寸法ｔ３としたときに、ｔ１＜ｔ２、ｔ３≦ｔ１（望ましくは、ｔ３＜ｔ１）の関係に設定されている。また、板状部材５２の最外径をＤ１、ロータ１４の外径をＤ２としたとき、Ｄ１≧Ｄ２の関係に設定されている。

このように構成された冷凍サイクル装置では、次のように運転される。なお、冷凍サイクル装置には、冷媒ガスが充填され、また、密閉型圧縮機１の密閉容器１０には潤滑油が収容される。電動機部１１に電力が供給されると、回転軸１５が回転駆動され、圧縮機構部１２が駆動される。

圧縮機構部１２では、第１ローラ２４及び第２ローラ２５が第１シリンダ１８、第２シリンダ１９内で偏心回転を行うことで、第１シリンダ１８、第２シリンダ１９内に導かれた冷媒ガスが徐々に圧縮される。回転軸１５が継続して回転され、第１シリンダ１８、第２シリンダ１９における圧縮室の容量がさらに減少して冷媒ガスが圧縮され、所定圧まで上昇したところで吐出弁３７，３８が開放する。高圧となった冷媒ガスはバルブカバー３２及びマフラ３３を介して密閉容器１０内に吐出され充満する。そして、密閉容器１０から吐出される。

密閉容器１０から吐出された高圧の冷媒ガスは、凝縮器２に導かれて凝縮液化し、膨張装置３で断熱膨張し、蒸発器４で熱交換空気から蒸発潜熱を奪って冷房作用をなす。そして、蒸発したあとの冷媒ガスはアキュムレータ５及び吸込管４０，４１を介して第１シリンダ１８、第２シリンダ１９内に再び吸込まれて上述の経路を循環する。

油分離装置５０では、次のように油分離機能が動作する。すなわち、圧縮機構部１２では、その作動に伴って潤滑油が各部に供給され、潤滑油の一部は油滴となって冷媒ガスに混入する。ロータ１４の最外周側より導入された油滴を含んだ冷媒ガスはフィルタ５１及び板状部材５２の回転運動によって生じた遠心力を受ける。このとき、板状部材５２の最外径をロータ１４の外径以上の大きさに設定しているため、冷媒ガス中の密度の大きな油滴は最外周部よりコイルエンド１３ａ側に飛ばされる。吐出管３６とフィルタ５１の間隙から導入された冷媒ガスも同様な遠心力を受けるため冷媒ガスと油滴が分離される。コイルエンド１３ａ側に飛ばされた油滴はコイルの銅線間の隙間や表面に付着し、密閉容器１１下方に滴下する。

なお、円管部５２ｂと吐出管３６との間隙から流入した油滴を含む冷媒ガスは、大きな遠心力を受ける前に、その一部がフィルタ５１と吐出管３６の間隙から、吐出管３６に流入しやすいが、円管部５２ｂと吐出管３６との間隙は、円管部５２ｂが吐出管３６に接触することなしに回転するために必要不可欠な間隙である。このため、ディスク５２の円管部５２ｂと吐出管３６との間隙を寸法ｔ１、フィルタ５１とディスク５２の板状部材５２ａとの間隙を寸法ｔ２としたときに、ｔ１＜ｔ２の関係に設定することで、大きな遠心力を受けるフィルタ５１と板状部材５２ａの下端の間隙から流入する冷媒ガス量を多くし、油分離効果を高めることができる。

吐出管３６から流出しようとフィルタ５１内に入り込んでくるガス流に残った油粉がフィルタ５１にて最終分離される。このフィルタ５１の空隙であるメッシュ全面積を吐出管の開口面積より大きくしたことで圧力損失を低減でき、圧縮性能を犠牲にすることがない。

油滴が分離された冷媒ガスは、フィルタ５１の空隙より吐出管３６に導入され、冷凍サイクルに排出される。

上述したように、本実施の形態に係る密閉型圧縮機１においては、油分離装置５０において、ロータ１４の回転に伴う遠心力を利用して油とガスとを分離しているので、圧縮機の内部に油分離装置を配置した場合であっても十分な油分離効果が得られる。特に最終段に金網状のフィルタ５１を通過させているので、遠心力が増大する高周波数運転ほど効果が大きくなる。このようにして、冷凍サイクルに潤滑油が流出することを防止できるので、密閉容器１１内の潤滑油の油面が安定し、信頼性が確保される。

また、ステータ１３の内周面とロータ１４の外周面間の隙間から上昇する油滴を含む冷媒ガスの他、油分離装置５０の上方にある油滴を含む冷媒ガスをも油分離装置５０内に導入することができるので、油分離効果を増幅させることができる。

一方、このように分離効果の高い油分離装置５０を内蔵した密閉型圧縮機１を用いた冷凍サイクル装置においても、機器が大形化したり、配管が長くなった場合であっても、信頼性を高めることができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

本発明の一実施の形態に係る密閉型圧縮機の断面構造と、この密閉型圧縮機を備えた冷凍サイクル装置の冷凍サイクル構成図。 密閉型圧縮機に組み込まれた油分離装置を示す分解斜視図。 油分離装置と吐出管とを組み立て状態を示す斜視図。 油分離装置を示す断面図。

符号の説明

１…密閉型圧縮機、１０…密閉容器、１１…電動機部、１２…圧縮機部、１３…ステータ、１４…ロータ、３６…吐出管、５０…油分離装置、５１…フィルタ、５２…板状部材、５２ａ…円錐状部分、５２ｂ…円管部。

Claims (5)

1. 密閉容器内に電動機と、この電動機と回転軸を介して連結された圧縮機構部とを収納し、上記密閉容器の電動機側に圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出管をその中心が上記回転軸の回転中心と一致するように設けた密閉型圧縮機において、
   上記電動機の回転子又は回転軸に取付けられ、上記吐出管を囲むように設けられた略円錐状のフィルタ部材と、上記フィルタ部材を所定の間隙を介して覆うように設けられ円錐状面を有する板状部材とを具備する油分離手段を備えたことを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 上記フィルタ部材と上記板状部材間の間隙を、上記板状部材と上記吐出管との間隙よりも大きくしたことを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
3. 上記板状部材の外径を上記回転子の外径以上の大きさにしたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の密閉型圧縮機。
4. 上記フィルタ部材は金網状部材を具備し、この金網状部材の空隙の合計面積が上記吐出管の開口面積よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の密閉型圧縮機。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の密閉型圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えていることを特徴とする冷凍サイクル装置。

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