JP2010151070A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を増やすことなく冷媒と潤滑油とを効率よく分離し、潤滑油の速度を十分に低下させるスクロール型流体機械の構造を提供する。
【解決手段】ロータ７の下端側に第２のバランスウエイト７０２を配設し、当該第２のバランスウエイトの下面にオイル分離板７２を一体に設け、第２のバランスウエイトにはロータ及び第２のバランスウエイトを貫通する連通路７１を通りオイル分離板に衝突した冷媒及び潤滑油をオイル分離板の外周方向へガイドする排出路７３を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、スクロール型流体機械に係り、詳しくは、潤滑油と冷媒とを分離する構造に関するものである。

この種のスクロール型流体機械では、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する圧縮ユニットが密閉容器内に備えられ、圧縮ユニット及びこの圧縮ユニットの駆動部には潤滑油が用いられている。
この潤滑油は、圧縮ユニット内の摺動面や軸受等の潤滑剤のみならず、摺動面のシールとしての機能を有しており、密閉容器下部の貯油室に貯留され、一時的に冷媒と混ざりながら密閉容器内を循環している。

ところで、容器内の各部分で潤滑剤やシールとして作用した潤滑油は、冷媒とともに吐出口から吐出してしまうと、圧縮ユニット内の油上がり現象、潤滑不良、熱効率の低下を招くという問題がある。
そこで、例えばスクロール型圧縮機において、スクロールユニットで圧縮された冷媒及びこの冷媒に随伴する潤滑油が回転子内に設けられた連通路を通り密閉容器下部へ導かれ、当該連通路の下部に設けられたバランスウエイトの下方に設けられたオイル分離板に強く衝突して分離され、当該オイル分離板の回転による遠心分離作用により分離効果を高め、密閉容器外への潤滑油の吐出を抑制できる構成が知られている（特許文献１）。
特開２００６−２２６２０８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示される構成では、連通路を通る冷媒ガス及び潤滑油はオイル分離板に衝突するが、例えば、この衝突位置が軸心とバランスウエイトの間の領域である場合、衝突後の潤滑油はその衝突の位置から近い遠心方向にはバランスウエイトがあるため導かれず、その衝突地点において軸心を挟んで反対側の遠心方向に導かれることになり、潤滑油と冷媒とを十分に分離できるとは限らず効率が悪いという問題がある。

また、分離された潤滑油の速度が十分に落ちないまま潤滑油が貯油室に導かれると貯油室で潤滑油の跳ね返り及び泡立ち現象が起こり、この泡立ち現象により潤滑油の表面がオイル分離板の下面まで上昇するとオイル分離板の回転動力は潤滑油の撹拌にも使われるため動力の無駄な消費につながり、ひいては圧縮性能の低下につながる。
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、部品点数を増やすことなく冷媒と潤滑油とを効率よく分離し、潤滑油の速度を十分に低下させるスクロール型流体機械の構造を提供することにある。

上述の目的を達成すべく、請求項１記載のスクロール型流体機械は、筒状の胴部、及び該胴部の上側に形成される吐出室、並びに前記胴部の下側に形成される潤滑油の貯油室を有し、前記胴部内に吐出圧が作用する密閉容器と、前記胴部内を延び、軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、前記胴部内に収容され、前記回転軸を通電により駆動させるとともに、該回転軸の周囲にて該回転軸と一体にて回転されるロータ、及び該ロータの周囲にて該ロータを回転させる電機子巻線を含むステータを有する電動機と、該電動機の上側にて前記胴部内に収容され、前記回転軸に駆動されて作動流体の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する圧縮ユニットと、該圧縮ユニットと前記電動機との間に配設され、前記圧縮ユニットを固定するとともに、前記軸受けを介して前記回転軸を支持する主軸フレームと、前記ロータ内を貫通し、前記圧縮ユニットで圧縮された冷媒及び該冷媒に含まれる潤滑油を前期密閉容器下部へ導く単数または複数の連通路と、前記ロータの上端部に配設される第１のバランスウエイト及び下端部に配設される第２のバランスウエイトと、前記第２のバランスウエイトの下端に前記ロータの下端部を覆うよう前記回転軸に対し垂直に延びて設けられ、前記連通路を通った冷媒及び潤滑油を衝突させ分離するオイル分離板とを備え、前記連通路の少なくとも一つは前記第２のバランスウエイトをも貫通し、前記第２のバランスウエイトの前記オイル分離板との境界面には、前記第２のバランスウエイトをも貫通する連通路と連通して該境界面に沿い前記第２のバランスウエイトを貫通し、前記連通路を通った冷媒及び潤滑油を前記オイル分離板の外周側に導く排出路を有してなることを特徴とする。

請求項２記載のスクロール型流体機械では、請求項１記載において、前記排出路は、前記回転軸に対し遠心方向に延びて設けられていることを特徴とする。
請求項３記載のスクロール型流体機械では、請求項１または２記載において、前記排出路は、前記第２のバランスウエイトの前記オイル分離板との境界面において、該境界面に沿い前記第２のバランスウエイトを貫通していることを特徴とする。

請求項４記載のスクロール型流体機械では、請求項１〜３いずれかに記載において、前記第２のバランスウエイトと前記オイル分離板とが一体に形成されていることを特徴とする。

請求項１記載のスクロール型流体機械によれば、密閉容器下部へ冷媒及び潤滑油を導く連通路の一つがロータ及び当該ロータの下端部の第２のバランスウエイトを貫通して設けられ、当該第２のバランスウエイトを貫通する連通路を含んで連通路によりオイル分離板上に導かれる冷媒及び潤滑油が、オイル分離板の回転に伴う遠心分離作用により分離されながら第２のバランスウエイトの排出路をも経てオイル分離板の外周側に導かれ、ステータに衝突する。これにより、冷媒及び潤滑油を十分に分離することができ、潤滑油を冷媒と一緒に吐出してしまうことを防ぐことができる。

また、潤滑油はオイル分離板とステータとに二段階で衝突しているので、分離された潤滑油の速度を十分に落とすことができ、貯油室での潤滑油の跳ね返り及び泡立ちを防ぐことができる。
請求項２記載のスクロール型流体機械によれば、第２のバランスウエイトの排出路は回転軸に対し遠心方向に設けられているので、遠心分離作用を効率的に働かせることができ、より一層冷媒と潤滑油とを効率的に分離することができる。

請求項３記載のスクロール型流体機械によれば、第２のバランスウエイトの排出路は、オイル分離板との境界面において第２のバランスウエイトを貫通しているので、冷媒及び潤滑油をオイル分離板上でより滑らかに導くことができる。
請求項４記載のスクロール型流体機械によれば、第２のバランスウエイトとオイル分離板とは一体的に形成されているので、第２のバランスウエイトとオイル分離板との構造の簡素化を図ることができる。

以下、図面により本発明の一実施例について説明する。
図１は、本発明に係るスクロール型流体機械の縦断面図を示す。
この圧縮機１は、冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれる縦置きタイプのスクロール型流体機械である。この回路は、作動流体の一例である二酸化炭素冷媒（以下、冷媒）が循環する経路を備え、圧縮機１は経路から冷媒を吸入し、圧縮して経路に向けて吐出する。

この圧縮機１はハウジング（密閉容器）２を備えており、ハウジング２の胴部４は、その上側及び下側が上蓋６及び下蓋８によってそれぞれ気密に嵌合されており、胴部４の内部が密閉され、高圧の吐出圧が作用している。また、胴部４には上記回路から取り込んだ冷媒を吸入する吸入管１０が接続され、上蓋６の適宜位置にはハウジング２内の圧縮冷媒を上記回路へ送出する吐出管１２が接続されている。

胴部４内には電気モータ（電動機、以下、モータ）１４が収容され、このモータ１４内には回転軸１６が配置されている。詳しくは、モータ１４は、永久磁石を有するロータ７が回転軸１６の外周側に固着され、このロータ７の外周側には電機子巻線９を有するステータ８が配置されている。
なお、ステータ８の外周側の一部分が胴部４に圧入固定される。そして、電機子巻線９が通電されると、ロータ７は電機子巻線９で発生した磁界によって回転し、回転軸１６と一体的に回転する。また、回転軸１６の上端側は軸受を介して主軸フレーム１８に回転自在に支持されている。

一方、回転軸１６の下端側は軸受２０を介して副軸フレーム２２に回転自在に支持されている。また、回転軸１６の下端側にはオイルポンプ２４が装着されており、ポンプ２４は下蓋８の内側、すなわちハウジング２の底部に形成された貯油室２６内の潤滑油を吸引する。この潤滑油は、回転軸１６の内部に軸線方向に沿って穿設される給油路２８を経て各摺動部分や軸受等の潤滑、並びに摺動面のシールとして機能する。

なお、貯油室２６の潤滑油の油面には冷媒の吐出圧が作用しており、この冷媒の吐出圧が潤滑油の油面に作用することも給油路２８における潤滑油の上昇に寄与する。これにより、給油路２８の出口においては冷媒の吐出圧に略等しい高圧環境となる。
また、副軸フレーム２２の適宜位置には潤滑油の導入口３２が形成されており、スクロール型流体機械内の各摺動部分に供給された潤滑油は、導入口３２を介して貯油室２６に貯留される。

スクロールユニット（圧縮ユニット）３０は、胴部４内においてモータ１４の上方に配置され、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する。詳しくは、この圧縮ユニット３０は、可動スクロール３４及び固定スクロール３６から構成されており、可動スクロール３４は鏡板４７を備え、この鏡板４７には固定スクロール３６の鏡板４８に向けて延びた渦巻きラップが一体形成されている。

そして、これら各渦巻きラップが互いに協働して圧縮室を形成し、この圧縮室は固定スクロール３６に対する可動スクロール３４の旋回運動により、渦巻きラップの径方向外周側から中心に向けて移動し、この際、その容積が減少され、冷媒が圧縮される。
上述した可動スクロール３４に旋回運動を付与するため、鏡板４７の下面側にはボス３８が形成され、このボス３８は軸受４４を介してクランクピン４２に連結されている。このクランクピン４２は、回転軸１６の上端側に偏心して一体形成され、回転軸の回転に伴い主軸フレーム１８上にて可動スクロール３４を公転旋回運動させる。なお、可動スクロール３４の自転は自転阻止ピン６２により阻止されている。

固定スクロール３６は、外周部分に位置して軸線方向に複数穿設される貫通孔においてボルト７４にナット７５を螺合させることで主軸フレーム１８に締結され固定されている。
これにより、上蓋６に形成される吐出室５４側と圧縮室側とが固定スクロール３６によって仕切られている。詳しくは、主軸フレーム１８には回転軸１６と同心円状に円筒状の外周壁１９が固定スクロール３６に向けて延びており、固定スクロール３６はこの外周壁１９の上縁にて主軸フレーム１８に接合されている。

このように固定スクロール３６が外周壁１９の上縁にて接合されていることにより、可動スクロール３４がこの外周壁１９に囲まれ、固定スクロール３６と主軸フレーム１８との間には、可動スクロール３４の摺動する旋回摺動領域（空間）４６が形成されている。
また、固定スクロール３６の中央部分の適宜位置には、圧縮室側に連通する吐出孔５６が貫通して穿設されており、この吐出孔５６は固定スクロール３６の上端部に配置された吐出弁５８により開閉される。また、吐出弁５８は吐出ヘッド５０で覆われており、この吐出ヘッド５０により吐出弁５８の開弁時における音が抑制される。

そして、固定スクロール３６及び主軸フレーム１８には、外周部分に位置する冷媒通路（図示せず）が軸線方向に貫通して穿設されている。この冷媒通路は、スクロールユニット３０により圧縮され吐出孔５６から吐出した高圧の冷媒を主軸フレーム１８の背面側に導く通路であり、吐出孔５６から吐出された高圧冷媒がこの冷媒通路を経てハウジング２内を循環可能である。

このように構成された圧縮機１によれば、回転軸１６の回転に伴い、可動スクロール３４が自転することなく旋回運動する。この可動スクロール３４の旋回運動は、吸入管１０を介して冷媒をスクロールユニット３０の外周側からその内部に向けて吸入させる。そして、圧縮室の容積が縮小すると、高圧の圧縮冷媒は吐出孔５６を介して吐出室５４に至り、冷媒通路を経てハウジング２内を循環し、上蓋６の適宜位置に設けた吐出管１２を通じて圧縮機１外へ吐出させられる。

また、クランクピン４２の偏心による回転運動のつり合いをとるため第１及び第２のバランスウエイト７０１、７０２がロータ７に接合されおり、ここでは第１及び第２のバランスウエイト７０１、７０２はロータ７の上端部及び下端部にそれぞれ互いに回転軸１６を挟んで位置するように設けられている。
図２は、ロータ７の周辺部の拡大図を示し、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図を示す。

同図に示すように、ロータ７の下端部には上述の如く第２のバランスウエイト７０２が接合されており、この第２のバランスウエイト７０２の下面には冷媒及び潤滑油を衝突させてこれらを分離するためのオイル分離板７２が設けられている。このオイル分離板７２は、ステータ９と回転軸１６との間の領域を占めるように回転軸１６に対し垂直に位置し、回転軸１６の回転により第２のバランスウエイト７０２と一体となって回転する。

冷媒通路は、主軸フレーム１８の下方においてロータ７を貫通するよう設けられた複数（例えば、４本）の連通路７１と連通しており、これら連通路７１はオイル分離板７２の手前まで延びている。また、連通路７１のうちの一部（例えば、２本）は第１のバランスウエイト７０１を、残部（例えば、２本）第２のバランスウエイト７０２をそれぞれ貫通している。

第２のバランスウエイト７０２のオイル分離板７２との接触面には、連通路７１に導かれた冷媒及び潤滑油をオイル分離板７２の外周側に導く排出路７３が貫通して設けられている。詳しくは、排出路７３は、第２のバランスウエイト７０２を貫通する連通路７１の数（例えば、２本）に対応し、連通路７１と連通するとともに回転軸１６に対し遠心方向に延びるように第２のバランスウエイト７０２内に設けられている。

これにより、連通路７１に導かれた冷媒及び潤滑油は、オイル分離板７２に衝突すると遠心分離作用により分離されながら第２のバランスウエイト７０２の排出路７３をも経てオイル分離板７２の外周側に位置するステータ８に向かうように進路を変える。
このように、本発明に係るスクロール型流体機械によれば、密閉容器下部へ冷媒及び潤滑油を導く連通路７１がロータ７及び第１及び第２のバランスウエイト７０１、７０２を貫通して設けられ、当該連通路７１によりオイル分離板７２に導かれる冷媒及び潤滑油がオイル分離板７２の回転に伴う遠心分離作用により分離しながら排出路７３をも経てオイル分離板７２の外周側に導かれ、ステータ８に衝突するので、冷媒及び潤滑油を十分に分離することができ、潤滑油を冷媒と一緒に吐出してしまうことを防ぐことができる。

特に、排出路７３は回転軸１６に対し遠心方向に延びて設けられているので、潤滑油及び冷媒を遠心方向へしっかりとガイドすることで遠心分離作用を効率的に働かせることができる。
さらに、排出路７３は第２のバランスウエイト７０２とオイル分離板７２との境界面において設けられているので、冷媒及び潤滑油はオイル分離板７２上を滑らかに当該オイル分離板７２の外周側へ導かれる。

さらにまた、第２のバランスウエイト７０２とオイル分離板７２とを一体的に形成することで、これらの構造の簡素化を図ることができる。
また、潤滑油はオイル分離板７２とステータ８とに二段階で衝突しているので、分離された潤滑油の速度を十分に落とすことができ、貯油室２６での潤滑油の跳ね返り及び泡立ちを防ぐことができる。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施形態を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、連通路７１を例えば４本として説明したが、連通路７１の本数はこれに限ることなく、その他の本数の連通路７１を有するスクロール型流体機械に対しても本発明を適用可能である。

また、上記実施形態では、連通路７１に対応して第２のバランスウエイト７０２の排出路７３を例えば２本として説明したが、これに限ることなく、排出路７３の本数は第２のバランスウエイト７０２を貫通する連通路７１の数に応じて適宜設定されればよい。

本発明に係るスクロール型流体機械の縦断面図である。 ロータの周辺部の拡大図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

符号の説明

１ スクロール型流体機械
２ ハウジング（密閉容器）
４ 胴部
７ ロータ
８ ステータ
９ 電機子巻線
１４ モータ
１６ 回転軸
１８ 主軸フレーム
３０ スクロールユニット（圧縮ユニット）
３４ 可動スクロール
３６ 固定スクロール
７０１ 第１のバランスウエイト
７０２ 第２のバランスウエイト
７１ 連通路
７２ オイル分離板
７３ 排出路

Claims (4)

1. 筒状の胴部、及び該胴部の上側に形成される吐出室、並びに前記胴部の下側に形成される潤滑油の貯油室を有し、前記胴部内に吐出圧が作用する密閉容器と、
   前記胴部内を延び、軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、
   前記胴部内に収容され、前記回転軸を通電により駆動させるとともに、該回転軸の周囲にて該回転軸と一体にて回転されるロータ、及び該ロータの周囲にて該ロータを回転させる電機子巻線を含むステータを有する電動機と、
   該電動機の上側にて前記胴部内に収容され、前記回転軸に駆動されて作動流体の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する圧縮ユニットと、
   該圧縮ユニットと前記電動機との間に配設され、前記圧縮ユニットを固定するとともに、前記軸受けを介して前記回転軸を支持する主軸フレームと、
   前記ロータ内を貫通し、前記圧縮ユニットで圧縮された冷媒及び該冷媒に含まれる潤滑油を前期密閉容器下部へ導く単数または複数の連通路と、
   前記ロータの上端部に配設される第１のバランスウエイト及び下端部に配設される第２のバランスウエイトと、
   前記第２のバランスウエイトの下端に前記ロータの下端部を覆うよう前記回転軸に対し垂直に延びて設けられ、前記連通路を通った冷媒及び潤滑油を衝突させ分離するオイル分離板とを備え、
   前記連通路の少なくとも一つは前記第２のバランスウエイトをも貫通し、
   前記第２のバランスウエイトには、前記第２のバランスウエイトをも貫通する連通路と連通して前記連通路を通った冷媒及び潤滑油を前記オイル分離板の外周側に導く排出路を有してなることを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 前記排出路は、前記回転軸に対し遠心方向に延びて設けられていることを特徴とする、請求項１記載のスクロール型流体機械。
3. 前記排出路は、前記第２のバランスウエイトの前記オイル分離板との境界面において、該境界面に沿い前記第２のバランスウエイトを貫通していることを特徴とする、請求項１または２記載のスクロール型流体機械。
4. 前記第２のバランスウエイトと前記オイル分離板とが一体に形成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のスクロール型流体機械。

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