JP2009203810A - 密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明に係る密閉型圧縮機によれば、回転軸と大端の摺動に悪影響を及ぼすことがなくかつ、直接圧縮機構部のシリンダとピストン間の潤滑性を向上させることができて、圧縮効率を向上させることができる密閉型圧縮機を提供することができる。
【解決手段】密閉型圧縮機は、電動機部と圧縮機構部を連結する回転軸により、密閉容器の底部に貯溜した潤滑油を、回転軸のクランクピンの上部に設けられ上方に開ロする給油穴に汲み上げ、回転軸の回転により、開口から圧縮機構部のピストンに給油するようにした密閉型圧縮機において、給油穴の上部は上端に向かって広がる漏斗状に形成され、クランクピンの上端面をピストンの上面よりも高くするとともに、クランクピン上端面の半径方向の長さを１ｍｍ以下に形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置に係り、特に潤滑油の給油構造を改良した密閉型圧縮機及びこれを用いた冷凍サイクル装置に関する。

密閉容器を備えた密閉型電動圧縮機は、安全性、取り扱いの容易さなどから多くの冷凍装置に使用されている。

このような密閉型電動圧縮機は、密閉容器の底部の油溜に潤滑油が貯溜され、この潤滑油が圧縮機部と電動機部間に設けられる回転軸の回転に伴って吸上げられ、圧縮機構部の摺動部分に供給されて潤滑を行うと共に、冷媒を圧縮することによって生ずる熱により温度が上昇するのを冷却する役目をする。

しかるに、従来の密閉形圧縮機は、低速運転時に給油性能が低下し、摺動部に十分な潤滑油を供給できない不具合があった。

また、回転軸の上端に漏斗状に拡開された別個の散油管を圧入によって取り付け、回転軸の回転に伴って、漏斗状の散油管から潤滑油を密閉容器の天井に広い範囲にわたって散布し、密閉容器を介して潤滑油の持つ熱を外部へ多く放出して潤滑油を良く冷却するようにした密閉型圧縮機も知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に記載の密閉型圧縮機は、別個の散油管を回転軸に圧入することによって、回転軸の真円度等の部品精度が悪化し、回転軸とコンロッドの大端の摺動に悪影響を及ぼす問題があり、さらに、潤滑油を密閉容器の天井に広い範囲にわたって散布することを目的とするため、十分に圧縮機構部のシリンダとピストン間に潤滑油を散布できず、潤滑を十分にできない。
実開昭５２−９２４１４号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、回転軸の精度に悪影響を及ぼすことがなくかつ、圧縮機構部のシリンダとピストン間の潤滑性を向上させることができて、圧縮効率を向上させることができる密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

また、回転軸の精度に悪影響を及ぼすことがなくかつ、圧縮機構部のシリンダとピストン間の潤滑性を向上させることができて、圧縮効率を向上させることができる密閉型圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る密閉型圧縮機は、底部に潤滑油を貯溜する密閉容器内の下部に電動機部を、上部に回転軸を介して前記電動機部により駆動される圧縮機構部を配置し、前記回転軸の回転により前記底部に貯溜した潤滑油を汲み上げて、前記回転軸の上部にこの回転軸の回転中心から偏心して設けられ、上方に開口する給油穴が設けられたクランクピンの前記開口から前記圧縮機構部のピストンに給油するようにした密閉型圧縮機において、前記給油穴の上部周面は上端に向かって広がる漏斗状に形成され、前記クランクピンの上端面を前記ピストンの上面よりも高くするとともに、前記クランクピン上端面の半径方向の長さを１ｍｍ以下に形成したことを特徴とする。

また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記密閉型圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備える。

本発明に係る密閉型圧縮機によれば、回転軸の精度に悪影響を及ぼすことがなくかつ、圧縮機構部のシリンダとピストン間の潤滑性を向上させることができて、圧縮効率を向上させることができる密閉型圧縮機を提供することができる。

また、本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、回転軸と大端の摺動に悪影響を及ぼすことがなくかつ、圧縮機構部のシリンダとピストン間の潤滑性を向上させることができて、圧縮効率を向上させることができる密閉型圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る密閉型圧縮機及びこれを用いた冷凍サイクル装置について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る密閉型圧縮機の縦断面図及びこれを用いた冷凍サイクル装置の概念図である。

本発明に係る冷凍サイクル２０は、本発明の密閉型圧縮機１、凝縮器２１と、膨張装置２２および蒸発器２３が配管接続されて構成され、密閉型圧縮機１で圧縮された高圧ガス冷媒は、凝縮器２１で凝縮され、膨張装置２２で減圧され、蒸発器２３で蒸発するサイクルが繰り返される。

本発明の密閉型圧縮機１は密閉容器２を備え、この密閉容器２内の高さ方向ほぼ中間部には、後述する電動機部６もステータ６ｂを介してスプリング４により弾性支持されるフレーム３が位置している。

フレーム３の上側には圧縮機構部５が配され、下側には電動機部６が配される。

圧縮機構部５は、レシプロ式圧縮機構が採用され、フレーム３の中心部に沿って軸受孔３ａが設けられ、回転軸７が回転自在に嵌め込まれる。

この回転軸７の上端部には、フレーム３上面に摺動自在に載る鍔部７１が一体に設けられ、さらに鍔部７１の上部には、回転軸７の中心とは所定量偏心する中心をもったクランクピン７２が連設される。

これにより、回転軸７が回転駆動されると、鍔部７１はフレーム３上面において摺接状態で回転しかつ、クランクピン７２が回転軸７中心の周囲に沿って偏心回転する。

一方、圧縮機構部５は、フレーム３上面に配され、軸方向を水平に向けたシリンダ８を備える。このシリンダ８の内部は、ピストン９が往復動自在に収容されるシリンダ室８ａとなっている。

ピストン９には、コンロッド１０の一端がボールジョイント機構部１１を介して連結され、コンロッド１０の他端には、クランクピン７２に回転自在に嵌め合うリング状の大端１０ａが設けられる。

ボールジョイント機構部１１は、コンロッド１０のシリンダ側端部に一体に設けられたボール１０ｂと、ピストン９の内側に一体に設けられたボール受け座９ａからなり、このボール受け座９ａは、ボール１０ｂを回動自在に抱持する。この抱持はボール受け座９ａのかしめ（塑性変形）加工で行なう。

これにより、クランクピン７２の偏心回転にともない、コンロッド１０がボールジョイント機構部１１を支点として揺動運動をなすことができ、ピストン９はシリンダ８内において往復運動する。

さらに、図１に示すように、シリンダ８の開口端は、弁機構１２によって閉塞され、かつバルブカバー１３で覆われる。バルブカバー１３には、内部を二分する仕切り部が設けられ、その一方空間は吸込室となし、他方空間は吐出室となっている。

弁機構１２は、吸込口と、吐出口を備えた弁板が設けられ、それぞれの吸込口と、吐出口は吸込弁と吐出弁によって開閉される。そして、吸込口は吸込室と対向し、吐出口は吐出室に対向する。

また、電動機部６は、回転軸７のフレーム３から下方に突出する部位に嵌着されるロータ６ａと、このロータ６ａの周面と狭小の間隙を存する内周面を備え、フレーム３から適宜な手段で垂設固定されるステータ６ｂとからなる。

また、本密閉型圧縮機には、油潤滑の給油系１４が設けられる。

この給油系１４は、回転軸７の下端に取り付けられ、常時密閉容器２の底部に貯溜される潤滑油に浸っている逆截頭円錐筒状のオイルポンプ１４ａと、回転軸７の軸方向に設けられた給油路７３と、この給油路７３に入側連通部７４を介して連通され、回転軸７に沿って設けられたスパイラル溝７５と、このスパイラル溝７５に出側連通部７６を介して連通される連通路７７と、この連通路７７に連通し、クランクピン７２に設けた給油穴７８からなる。

給油穴７８は上方に開口し、底部が扁平逆円錐形状をなす円筒形状で、クランクピン７２の中心線上に設けられ、給油穴７８の上部周面には、上端に向かって広がる漏斗状部（逆截頭円錐状部）７８ａが形成される。

また、クランクピン７２の上端面７２ａはピストン上面９ｂよりも高く位置し、上端面７２ａの半径方向の長さＬを１ｍｍ以下に形成する。

給油穴７８は、別個の散油管を圧入によって取り付ける従来とは異なり、クランクピン７２に加工用工具を用いて一体に形成されるので、回転軸の真円度等の部品精度が悪化して、回転軸と大端の摺動に悪影響を及ぼすようなことはない。

油潤滑の給油系１４による給油は次のようにして行われる。

密閉容器２の底部に貯溜される潤滑油は、図中矢印で示すように、回転軸７の回転に伴い、オイルポンプ１４ａによって吸引され、給油路７３、入側連通部７４を介してスパイラル溝７５に導かれ、フレーム３に設けた軸受孔３ａを潤滑する一方、出側連通部７６、連通路７７を介して給油穴７８に達する。

給油穴７８に達した潤滑油はクランクピン７２の偏心回転により、図中ドット（小さな丸）で示すように、クランクピン７２の上端面７２ａから噴射され、噴射した潤滑油はシリンダ８に効率よく当たり、ピストン上面９ｂに流れ、ピストン９とシリンダ８との間の潤滑及びシールを行う。

一方、圧縮機は図３に示すような運転周波数と運転効率（成績係数（ＣＯＰ））の相関を有する。

図３において破線で示す従来例のものは、ＣＯＰは運転周波数に対して極大値を持つ特性を示し、およそ４０ｒｐｍ付近で最大値となる。また、低速運転時、特に３５ｒｐｍ以下では圧縮機の運転効率が著しく低下する。この低下は、圧縮室からの圧縮ガスの漏れによる冷凍能力低下やオイルポンプ能力の低下による摺動損失の増加によるものと考えられえる。

そこで本実施形態の密閉型圧縮機では、上記のように、給油穴７８の潤滑油をクランクピン７２の偏心回転により、給油穴７８の漏斗状部７８ａに沿って上昇させて、クランクピン７２の上端面７２ａから噴射させ、シリンダ８に効率よく当て、ピストン上面９ｂに流し、ピストン９とシリンダ８との間の潤滑を行う。これにより、図３において実線で示すように、３５ｒｐｍ以下の運転効率を向上させることができる。

また、ピストンへの給油過程において、給油穴周面を遠心力によって上昇した油は、給油穴周面の漏斗状部を伝わってクランクピンの上端面より飛散するが、大きく面取りされた漏斗状部がないと、クランクピン上端面の平坦部を伝わり抵抗を受けることとなり、低速運転時にシリンダまで潤滑油が到達できず、ピストンの潤滑が不十分になる。

図４に、クランクピン上端面の半径方向長さＬとクランクピンから飛散した潤滑油がピストン上面に到達する限界運転周波数の相関を示す。

本実施形態の密閉型圧縮機では、クランクピン先端の半径方向長さＬを１．０ｍｍ以下に薄くすることで、より低速運転でもシリンダとピストン間の十分な給油が可能となる。

特に、漏斗状部の傾斜角度（軸線方向に対する角度）を２０°〜７０°の範囲にすると、より大きな効果が得られる。

これに対して、本実施形態のように給油穴の上部内周を漏斗状にするのに替えて、給油穴の上部内周を段付き加工し、クランクピン先端の平坦部長さを短くすることも考えられるが、これでは、潤滑油が段付き部を沿って流れるときに抵抗を受け、低速運転時にシリンダまで潤滑油が到達できない。

また、ピストンの給油穴に漏斗状部を設けず、外周面のみテーパー形状にしたものは、潤滑油が周囲に飛散せず、本実施形態のような効果は得られなかった。

本実施形態の密閉型圧縮機によれば、回転軸の精度を悪化させることなく、したがって、回転軸とコンロッドの大端の摺動に悪影響を及ぼすことがなくかつ、直接圧縮機構部のシリンダとピストン間の潤滑性を向上させることができて、圧縮効率を向上させることができる密閉型圧縮機が実現する。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置によれば、回転軸と大端の摺動に悪影響を及ぼすことがなくかつ、直接圧縮機構部のシリンダとピストン間の潤滑性を向上させることができて、圧縮効率を向上させることができる密閉型圧縮機を備えた冷凍サイクル装置が実現する。

本発明の一実施形態に係る密閉型圧縮機の縦断面図及びこれを用いた冷凍サイクル装置の概念図。 本発明の一実施形態に係る密閉型圧縮機に用いるクランクピン近傍の縦断面図。 本発明の一実施形態に係る密閉型圧縮機の運転周波数とＣＯＰの相関線図。 一般的なクランプピンを備えた密閉型圧縮機における潤滑油到達の限界運転周波数の相関線図。

符号の説明

１…密閉型圧縮機、２…密閉ケース、３…フレーム、３ａ…軸受孔、４…スプリング、５…圧縮機構部、６…電動機部、６ａ…ロータ、６ｂ…ステータ、７…回転軸、７１…鍔部、７２…クランクピン、７２ａ…上端面、７３…給油路、７４…入側連通部、７５…スパイラル溝、７６…出側連通部、７７…連通路、７８…給油穴、７８ａ…漏斗状部、８…シリンダ、８ａ…シリンダ室、９…ピストン、９ａ…ボール受け座、９ｂ…ピストン上面、１０…コンロッド、１０ａ…大端、１０ｂ…ボール、１１…ボールジョイント機構部、１２…弁機構、１３…バルブカバー、１４…給油系、１４ａ…オイルポンプ、２０…冷凍サイクル、２１…凝縮器、２２…膨張装置、２３…蒸発器。

Claims (2)

1. 底部に潤滑油を貯溜する密閉容器内の下部に電動機部を、上部に回転軸を介して前記電動機部により駆動される圧縮機構部を配置し、
   前記回転軸の回転により前記底部に貯溜した潤滑油を汲み上げて、
   前記回転軸の上部にこの回転軸の回転中心から偏心して設けられ、上方に開口する給油穴が設けられたクランクピンの前記開口から前記圧縮機構部のピストンに給油するようにした密閉型圧縮機において、
   前記給油穴の上部周面は上端に向かって広がる漏斗状に形成され、前記クランクピンの上端面を前記ピストンの上面よりも高くするとともに、
   前記クランクピン上端面の半径方向の長さを１ｍｍ以下に形成したことを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 請求項１に記載の密閉型圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置。

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