JP2012036752A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】吸入経路を通過する際に冷媒ガスが加熱されたり、高温高圧の冷媒ガスが吸入経路へと漏れ込んだりすることより、循環量の低下を引き起こす恐れがある。
【解決手段】吸入経路１７を吸接管１６と吸入管５６と内管５７で構成し、湾曲部１６ｒを有する吸接管１６に対し、遠心力を考慮した最適な位置に内管５７を配置することで、冷媒ガスの吸入経路１７で発生する圧力損失を抑制し、効率良く圧縮室１５へと冷媒ガスを供給することが可能となり、体積効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、冷暖房空調装置や冷蔵庫等の冷却装置、あるいはヒートポンプ式の給湯装置等に用いられる密閉型圧縮機に関するものである。

従来、空調装置や冷却装置などに用いられる密閉型圧縮機は、一般に、冷凍サイクルから戻ってきた冷媒ガスを圧縮機構部で圧縮し、冷凍サイクルへと送り込む役割を果たしている。冷凍サイクルから戻ってきた冷媒ガスは吸入経路を経て、圧縮機構部に形成された圧縮室へと供給される。その後、圧縮されて高温高圧状態となった冷媒ガスは、圧縮機構部から密閉容器内へと吐出され、密閉容器に設けられた吐出管から冷凍サイクルへと送り込まれる。

冷凍サイクルから戻ってきた冷媒ガスは低温状態であるが、吸入経路を経て圧縮室へと送り込まれる過程で熱を受ける（＝吸入加熱）。そのため実際に圧縮室にとじ込む時点では、冷媒ガスは膨張し、循環量の低下を引き起こしてしまう。この対策として、吸入経路に二重管部材を備え、冷媒ガスへの熱伝達を抑制する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

図６は特許文献１に記載された従来の圧縮機の縦断面図である。冷媒ガスは吸入管９１の内周部よりなる吸入経路９０を経て圧縮室９２に導かれる。この吸入管９１の外周部には外側管９３が備えられており、これにより吸入管９１と外側管９３の間には、周囲の熱から断熱する吸入冷媒断熱手段として断熱層９４が形成される。以上の構成により、周囲の熱が吸入管９１や内周部を流れる冷媒ガスに伝達することを抑制している。

特開２００８−１６９８１６号公報

しかしながら前記従来の構成では、冷凍サイクルと接続する吸接管９５の形状に関しては何ら開示していない。一般的に圧縮機を冷凍サイクルと接続する際には、可能な限りコンパクトに冷凍サイクルを完結させるため、吸入経路９０に湾曲部を形成し、冷媒ガスを密閉容器内に導くまでに、流れの向きを変えている。例えば湾曲部を吸接管９５に形成した場合、その内部を冷媒ガスが通過する際に湾曲部で遠心力が働き、吸接管９５の下流側端部では、軸中心からずれた位置が最大速度となるような速度分布となる。このような速度分布となっている冷媒ガスに対し、吸入管９１を吸接管９５と同軸に配置しても、圧力損失が増大してしまい、冷媒ガスを効率良く圧縮室９２へと供給することができないという課題を有していた。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、吸入経路を吸接管と吸入管と内管で構成し、湾曲部を有する吸接管に対し、遠心力を考慮することで最適な位置に内管を配置したものである。これにより、冷媒ガスの吸入経路で発生する吸入加熱及び圧力損失を抑制し、効率良く圧縮室へと冷媒ガスを供給することが可能となり、体積効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

密閉容器内に圧縮機構部を備え、圧縮機構部に冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、圧縮室に冷媒ガスを供給する吸入経路を形成した密閉型圧縮機であって、吸入経路は湾曲部を有する吸接管と、吸接管に固定した吸入管と、吸入管の内周部に配置した内管から構成され、吸接管の下流側端部と吸入管の上流側端部を略同軸で接続し、吸入管内壁と内管外壁の間に形成される隙間を不均一となるように内管を配置したものである。

かかる構成によれば、圧縮機を含めた冷凍サイクルをコンパクトに完結させることができ、かつ冷媒ガスの吸入経路で発生する吸入加熱及び圧力損失を抑制し、効率良く圧縮室へと冷媒ガスを供給することが可能となり、体積効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

本発明の密閉型圧縮機は、吸入経路を吸接管と吸入管と内管で構成し、湾曲部を有する吸接管に対し、遠心力を考慮した最適な位置に内管を配置することで、冷媒ガスの吸入経路で発生する吸入加熱及び圧力損失を抑制し、効率良く圧縮室へと冷媒ガスを供給することが可能となり、体積効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

本発明の実施の形態における密閉型圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態における圧縮機構部の横断面図 本発明の実施の形態における圧縮機構部の要部拡大断面図 本発明の実施の形態における圧縮機構部の要部拡大断面図 本発明の実施の形態における圧縮機構部の要部拡大断面図 従来のスクロール圧縮機の縦断面図

第１の発明では、密閉容器内に圧縮機構部を備え、圧縮機構部に冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、圧縮室に冷媒ガスを供給する吸入経路を形成した密閉型圧縮機であって、吸入経路は湾曲部を有する吸接管と、吸接管に固定した吸入管と、吸入管の内周部に配置した内管から構成され、吸接管の下流側端部と吸入管の上流側端部を略同軸で接続し、吸入管内壁と内管外壁の間に形成される隙間を不均一となるように内管を配置したものである。この構成によれば、圧縮機を含めた冷凍サイクルをコンパクトに完結させることができ、かつ冷媒ガスの吸入経路で発生する吸入加熱及び圧力損失を抑制し、効率良く圧縮室へと冷媒ガスを供給することが可能となり、体積効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

第２の発明では、第１の発明の圧縮機後部を、固定スクロール及び旋回スクロールを用いて構成されるスクロール式圧縮機構部としたものである。この構成によれば、スクロール方式の圧縮機では、旋回スクロールの外壁側と内壁側に２つの圧縮室を形成し、これらの圧縮室の少なくとも一方に冷媒ガスを送り込むことができるため、吸入経路を通過する冷媒ガスの流れがせき止められることはなく、連続的に圧縮室へと供給される。よって湾曲部を持った吸接管に対し、最適な位置に内管を配置することで、圧縮機を含めた冷凍サイクルをコンパクトに完結させることができ、かつ冷媒ガスの吸入経路で発生する吸入加熱及び圧力損失を抑制し、さらに吸入経路を通過する冷媒ガスを絶え間なく連続して圧縮室へと送り込むことができるため、より体積効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

第３の発明では、特に第１または２に記載の吸入管内壁と内管外壁によって形成される隙間に関して、吸接管の湾曲部の曲率中心に対し、中心側の隙間を広く、反対側の隙間を狭くしたものである。この構成によれば、吸接管の下流側端部では遠心力の影響により、
湾曲部の曲率中心に対し軸中心より外側で速度が最大となるため、内管の軸を最大速度の方向に移動させることで、圧力損失を抑制でき、体積効率の向上を図ることができる。

第４の発明では、特に第１から３に記載の吸接管の湾曲部を略９０度としたものである。この構成によれば、湾曲部における管路圧力損失を抑制し、高い圧縮機性能を実現しつつ、圧縮機の周囲に無駄なスペースを作ることなくシステムとして構成できるため、冷凍サイクルをコンパクトに設計することが可能となる。

第５の発明では、特に第１から４に記載の吸入管と内管で形成される隙間の一端を閉塞したものである。この構成によれば、隙間の一端を閉塞し冷媒ガスを滞留させることで、断熱効果を高めることができ、高い体積効率を実現することができる。

第６の発明では、特に第１から５に記載の冷媒ガスを、高圧冷媒、例えば二酸化炭素としたものである。この場合、特に冷媒ガスの密度が高いため、圧力損失の比率も大きくなり、また温度差が大きくなるため、冷媒ガスは吸入経路を通過する際に加熱されやすくなる。そのため本発明の構成の効果が顕著に現れ、高効率を実現する密閉型圧縮機を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
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縦断面図である。ここではスクロール方式の密閉型圧縮機を例にとって、その動作、作用を説明する。

図１に示すように、本発明の密閉型圧縮機は、密閉容器１と、その内部に圧縮機構部２、モータ部３を備えて構成されている。密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどして固定したシャフト４の主軸受部材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圧縮機構部２を構成している。旋回スクロール１３と主軸受部材１１との間には、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拘束機構１４を設け、シャフト４の上端にある偏心軸部４ａ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を円軌道運動させる。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圧縮室１５が、外周側から中央部に向かって容積を縮めながら移動することを利用して、密閉容器１外の冷凍サイクルに通じた吸接管１６と、吸接管１６に接続された吸入管５６からなる吸入経路１７を経て冷媒ガスを吸入し、圧縮室１５に閉じ込んだのち圧縮を行う。所定の圧力に到達した冷媒ガスは、固定スクロール１２の中央部の吐出口１８からリード弁１９を押し開けて、密閉容器１内に吐出される。

シャフト４の下端にはポンプ２５が設けられ、ポンプ２５の吸い込み口が貯油部２０内に存在するように配置する。ポンプ２５はスクロール圧縮機と同時に駆動されるため、ポンプ２５は密閉容器１の底部に設けられた貯油部２０にあるオイル６を、圧力条件や運転速度に関係なく、確実に吸い上げることができ、オイル切れの心配も解消される。ポンプ２５で吸い上げたオイル６は、シャフト４内を通縦しているオイル供給穴２６を通じて圧縮機構部２に供給される。なお、オイル６をポンプ２５で吸い上げる前もしくは吸い上げた後に、オイルフィルタ等でオイル６から異物を除去すると、圧縮機構部２への異物混入が防止でき、更なる信頼性向上を図ることができる。

圧縮機構部２に導かれたオイル６の圧力は、スクロール圧縮機の吐出圧力とほぼ同等で
あり、旋回スクロール１３に対する背圧源ともなる。これにより、旋回スクロール１３は固定スクロール１２から離れたり片当たりしたりするようなことはなく、所定の圧縮機能を安定して発揮する。さらにオイル６の一部は、供給圧や自重によって、逃げ場を求めるようにして偏心軸部４ａと旋回スクロール１３との嵌合部、シャフト４と主軸受部材１１との間の軸受部５に進入してそれぞれの部分を潤滑した後落下し、貯油部２０へ戻る。

高圧領域３０に供給されたオイル６の別の一部は、旋回スクロール１３に形成され、かつ高圧領域３０に一開口端を有する経路５１を通って、自転拘束機構１４が位置している背圧室２９に進入する。進入したオイル６は、スラスト摺動部及び自転拘束機構１４の摺動部を潤滑するのに併せ、背圧室２９にて旋回スクロール１３の背圧印加の役割を果たしている。

ここで冷媒ガスの圧縮に関して、詳細に説明する。図２は固定スクロール１２に旋回スクロール１３を噛み合わせた状態の圧縮機構部２の横断面図であり、（Ｉ）〜（ＩＶ）の順番に位相を９０度刻みでずらした状態を示す図である。ここで旋回スクロール１３のラップ外壁と固定スクロール１２のラップ内壁に囲まれて形成される圧縮室を第１の圧縮室１５ａ、旋回スクロール１３のラップ内壁と固定スクロール１２のラップ外壁に囲まれて形成される圧縮室を第２の圧縮室１５ｂとする。図２の（Ｉ）は、第１の圧縮室１５ａが冷媒ガスを閉じ込めた瞬間の状態であり、その圧縮室を１５ａ−１とする。その後、第１の圧縮室１５ａは、（ＩＩ）の１５ａ−２、（ＩＩＩ）の１５ａ−３、（ＩＶ）の１５ａ−４、（Ｉ）の１５ａ−５、（ＩＩ）の１５ａ−６、（ＩＩＩ）の１５ａ−７と移動し、（ＩＶ）の１５ａ−８では固定スクロール１２の中心部に形成された吐出口１８を経て、密閉容器１内に吐出される。

冷媒ガスは圧縮が進むにつれ高温高圧状態となり、吐出口１８からリード弁１９を押し開けて吐出した冷媒ガスは、固定スクロール１２の反ラップ面へと導かれる。すなわち、固定スクロール１２は高温状態の冷媒ガスと接触しているため、運転中の固定スクロール１２の温度は、冷媒ガスの吐出温度に近い温度まで上昇している。

一方、低温状態の冷媒ガスは、密閉容器１外の冷凍サイクルと通じる吸接管１６及び吸入管５６からなる吸入経路１７を通過し、圧縮室１５へと供給されるが、吸入経路１７を通過する際に外部から加熱され、膨張してしまう（＝吸入加熱）。このように冷媒ガスを圧縮室１５に閉じ込める行程において加熱・膨張が生じると、循環量が低下し、体積効率の低下、圧縮機効率の低下を招いてしまう。

図３、図４、図５は圧縮機構部２の拡大断面図である。図３に示すように、上記課題を防止する方法として、吸入管５６の内周部に内管５７を配置するものがある。この構成では、内管５７の外周部と吸入管５６の間に形成される隙間５８が断熱層の役目を果たし、冷媒ガスが内管５７の内周部を通過することで、外部からの加熱を大幅に低減でき、圧縮室１５へ供給する間に発生する冷媒ガスの膨張を抑制することができる。

しかし本発明における圧縮機は、例えば空調用や給湯用に用いられる冷凍サイクルの一部を構成するデバイスである。そのため吸接管１６と吐出管２８には銅管などが接続され、他のデバイスと連結することで閉回路を構成する。例えば、空調用の冷凍サイクルを例にとると、必要な冷凍（もしくは暖房）能力を維持しつつ、可能な限りコンパクトにする方が、設置面やコスト面から考えても望ましい。結果として、圧縮機の吸接管１６や吐出管２８は、湾曲部を設けることで他のデバイスと連結されることになる。ここでは密閉容器１の半径方向に吸接管１６があり、軸方向に吐出管２８がある場合を例にとり説明していく。具体的な構成としては、吸接管１６に湾曲部１６ｒを形成し、吸接管１６の接続口１６ｉを吐出管２８と同じ方向に向ける。これによって冷凍サイクルとの接続が容易とな
り、またコンパクトに構成することが可能となる。一方で、湾曲部１６ｒを形成することによって、吸入経路１７の途中で冷媒ガスの流れの向きが変わることになり、冷媒ガスが湾曲部１６ｒを通過する際に遠心力が働くことになる。その結果、冷媒ガスの速度分布は、直管における速度分布と異なってくるため、内管５７を吸接管１６の下流側端部１６ｏと同軸に配置しても、圧力損失が増大してしまい、冷媒ガスを効率良く圧縮室９２へと供給することができない。

そこで図４に示すように、湾曲部１６ｒでの速度分布を考慮して、吸入管５６と内管５７の軸中心をずらして配置し、吸入管５６の内壁と内管５７の外壁の間に形成される隙間５８を不均一に設定する。このように構成することで、冷媒ガスが湾曲部１６ｒを通過してから内管５７に流れ込むまでに発生する圧力損失を、最小限にとどめることができる。すなわち、効率良く圧縮室へと冷媒ガスを供給することが可能となるため、体積効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。ちなみに、吸入管５６と内管５７の軸中心をずらす方法としては、例えば吸入管５６の内周面に嵌合する部材に軸中心から偏心した孔を形成し、その部分に内管５７を取り付けることで、内管５７を保持する方法がある。

なお、冷媒ガスが吸接管１６の下流側端部１６ｏと内管５７の通路断面積をできる限り近づける方が、圧力損失を極力抑制できるという点で望ましい。

また、本実施の形態ではスクロール方式を例にとって説明したが、例えばロータリ方式やレシプロ方式、その他の密閉型圧縮機においても、同等の効果を得ることができる。

次にスクロール方式特有の効果を以下に記す。スクロール方式の密閉型圧縮機では、前述したように第１の圧縮室１５ａと第２の圧縮室１５ｂの２つの圧縮室が形成される。吸入経路１７が一箇所の場合においては、対称型のスクロール、非対称型のスクロールに限らず、旋回スクロール１３の外壁側と内壁側の少なくとも一方に冷媒ガスを供給することになる。すなわち、吸入経路１７を通過する冷媒ガスの流れがせき止められることはなく、圧縮室１５ａと１５ｂの少なくとも一方へと供給される。よって湾曲部１６ｒを有する吸接管１６の下流側端部１６ｏに対し、最適な位置に内管５７を配置することで、圧縮機を含めた冷凍サイクルをコンパクトに完結させることができ、かつ冷媒ガスの吸入経路１７で発生する吸入加熱及び圧力損失を抑制し、さらに吸入経路１７を通過する冷媒ガスを絶え間なく連続して、圧縮室１５ａ、１５ｂへと送り込むことができるため、より体積効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

また吸入管５６の内壁と内管５７の外壁によって形成される隙間５８を、吸接管１６の湾曲部１６ｒの曲率中心１６ｃに対し、中心側の隙間５８ｍを広く、反対側の隙間５８ｎを狭くする。この構成によれば、吸接管１６の下流側端部１６ｏでは遠心力の影響により、湾曲部１６ｒの曲率中心１６ｃに対し軸中心より外側で速度が最大となる。すなわち、内管５７の軸を最大速度の方向に移動させることで、冷媒ガスを効率的に内管５７へと送り込むことができるので、内管５７の入り口で発生する圧力損失を最小限にとどめ、体積効率の向上を図ることができる。

また図５に示すように、吸接管１６の湾曲部１６ｒを略９０度とすることにより、湾曲部１６ｒにおける管路圧力損失を抑制し、高い圧縮機性能を実現しつつ、圧縮機の周囲に無駄なスペースを作ることなくシステムとして構成できるため、冷凍サイクルをコンパクトに設計することが可能となる。

また同じく図５に示すように、吸入管５６と内管５７で形成される隙間５８の一端を閉塞することで、さらに断熱効果を高めることができる。具体的な構成は、隙間５８の上流側もしくは下流側のどちらか一方に部材５９を配置して閉塞するものであり、冷媒ガスが
隙間５８に滞留することになる。すなわち、圧縮室１５に送り込まれる直前の吸入経路１７は外周側から、吸入管５６、冷媒ガスが滞留した隙間５８、内管５７の順で構成、配置されるので、内管５７の内周部を通過する冷媒ガスへの加熱が大幅に抑制でき、体積効率の高い密閉型圧縮機を提供することが可能となる。

最後に冷媒ガスを、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とした場合、特に冷媒ガスの密度が高いため、圧力損失の比率も大きくなる。また温度差も大きくなるため、冷媒ガスは吸入経路１７を通過する際に加熱されやすくなる。そのため本発明の構成の効果が顕著に現れ、高効率を実現する密閉型圧縮機を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、吸入経路を吸接管と吸入管と内管で構成し、湾曲部を有する吸接管に対し、遠心力を考慮した最適な位置に内管を配置することで、冷媒ガスの吸入経路で発生する圧力損失を抑制し、効率良く圧縮室へと冷媒ガスを供給することが可能となり、体積効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。さらに、製品であるルームエアコン等の空調機やヒートポンプ式給湯機として、より省エネで環境に優しい快適な製品とすることが可能である。

１ 密閉容器
２ 圧縮機構部
３ モータ部
１２ 固定スクロール
１３ 旋回スクロール
１４ 自転拘束機構
１５ 圧縮室
１６ 吸接管
１６ｉ 吸接管の接続口
１６ｃ 曲率中心
１６ｏ 下流側端部
１６ｒ 湾曲部
１７ 吸入経路
１８ 吐出口
５６ 吸入管
５７ 内管
５８ 隙間
５８ｍ 中心側の隙間
５８ｎ 反対側の隙間

Claims (6)

1. 密閉容器内に圧縮機構部を備え、前記圧縮機構部に冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、前記圧縮室に冷媒ガスを供給する吸入経路を形成した密閉型圧縮機であって、
   前記吸入経路は湾曲部を有する吸接管と、前記吸接管に固定した吸入管と、前記吸入管の内周部に配置した内管から構成され、
   前記吸接管の下流側端部と前記吸入管の上流側端部を略同軸で接続し、前記吸入管内壁と前記内管外壁の間に形成される隙間を不均一となるように前記内管を配置してなる密閉型圧縮機。
2. 前記圧縮機後部は、固定スクロール及び旋回スクロールを用いて構成されるスクロール式圧縮機構部であることを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記吸入管内壁と前記内管外壁によって形成される前記隙間は、前記吸接管の湾曲部の曲率中心に対し、中心側の隙間を広く、反対側の隙間を狭くしてなる請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記吸接管の湾曲部を略９０度としてなる請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 前記吸入管と前記内管で形成される隙間の一端を閉塞してなる請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
6. 冷媒ガスを、高圧冷媒とした請求項１から５のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。