JP2012163051A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ベーンの往復運動による油面の波立ちを抑制し、更には回転子の回転に伴う遠心力・攪拌力を遮断することで、冷凍機油が圧縮機上部空間へ持上げられなくなり、冷媒ガスだけが密閉容器から排出させるようにした密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】この発明に係る密閉型圧縮機は、冷媒ガスをベーンが往復運動するベーン溝を有するシリンダに吸入して圧縮し、吐出マフラの吐出穴から密閉容器内に吐出する圧縮機構部と、圧縮機構部を回転子により駆動する電動機とが密閉容器内に収容される密閉型圧縮機であって、シリンダの上端面から回転子の下端面の間の所定の位置に、シリンダ及び回転子より所定の距離を空けて１枚以上の油面保持板を設け、油面保持板の少なくとも１枚は吐出マフラの吐出穴より下に設け、該油面保持板の外径は、ベーン溝を覆う径以上で密閉容器の内径より所定寸法小径であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、密閉型圧縮機に関する。詳しくは、密閉型圧縮機内部における、冷媒吐出ガスに含まれる冷凍機油の分離機構に関する。

従来の密閉型圧縮機の油分離機構は、例えば、回転子の上部に設けられた円盤形状の油分離器で構成されている（例えば、特許文献１参照）。

従来の密閉型回転圧縮機は、冷媒ガスを吸入して圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動機が密閉容器内に収容された構成となっている。尚、密閉容器内の下部には、冷凍機油が貯留される油溜まりが形成されている。

密閉形回転圧縮機では、吸入された冷媒ガスが圧縮機構部にて圧縮され、圧縮された冷媒ガスは吐出マフラを経て密閉容器内へ吐出される。そして、密閉容器と電動機の固定子との隙間、及び電動機の回転子と固定子との隙間（空隙という）及び回転子に開けられた冷媒ガスが通る風穴を通過して、吐出管から冷凍空調装置等の冷凍サイクルに吐出される。

一方、密閉容器の下部の油溜まりに貯留されている冷凍機油は、駆動軸が回転すると駆動軸の内部に形成された流路を上昇し、圧縮機構部の各摺動部に気密油および潤滑油として供給される。

圧縮機構部を潤滑した冷凍機油は、圧縮された冷媒ガスと共に吐出マフラの吐出穴より密閉容器内に放出され、その後密閉容器の下部に落下して再循環する。

実開平７−１０４８６号公報（第２頁、第４図）

密閉形回転圧縮機は、密閉容器内の下部に油溜まりが形成されていて、通常は圧縮機構部の機密性を確保する為にシリンダの上面から吐出マフラの吐出口位に油面が形成される。ベーンの往復運動による油面の波立ち、油の飛び跳ね及び回転子の回転に伴う遠心力・攪拌力により、吐出マフラより吐出された高圧の冷媒と一緒に冷凍機油が吐出管のある圧縮機上部空間に持上げられ、外部の冷凍装置内へ流出しやすくなる。

冷凍装置内に過度に冷凍機油が流入すると、冷凍装置の熱交換率が低下し、冷凍装置の性能が悪化するという課題が生じる。

また、密閉容器内に封入されている冷凍機油が過度に減少すると、圧縮機構部における気密性が低下して圧縮性能が低下したり、各摺動部における十分な給油を確保することが出来ず、故障の原因になるなど、密閉型回転圧縮機の性能を維持することが出来なくなるという課題も生じる。

従来の密閉型圧縮機では、密閉容器内に封入されている冷凍機油が冷凍装置に過度に流出するのを制御するために電動機の回転子上部に円盤状の油分離器を付設している。

回転子上部に設けられたカップ状（もしくは円盤状）の油分離器は、駆動軸の回転とともに回転し、圧縮機上部空間の冷媒ガスに含まれた冷凍機油を遠心分離作用によって外側に吹き飛ばし、冷凍機油が冷媒ガスとともに吐出管に流れ込むのを抑制する。

しかし、高速時や高負荷時など圧縮機構部より吐出された圧縮機上部空間の冷媒ガスに含まれた冷凍機油の量が多い時には、遠心分離作用で十分に冷媒ガスと冷凍機油に分離する効果が得られないことがあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ベーンの往復運動による油面の波立ちを抑制し、更には回転子の回転に伴う遠心力・攪拌力を遮断することで、冷凍機油が圧縮機上部空間へ持上げられなくなり、冷媒ガスだけが密閉容器から排出させるようにした密閉型圧縮機を提供する。

この発明に係る密閉型圧縮機は、冷媒ガスをベーンが往復運動するベーン溝を有するシリンダに吸入して圧縮し、吐出マフラの吐出穴から密閉容器内に吐出する圧縮機構部と、圧縮機構部を回転子により駆動する電動機とが密閉容器内に収容される密閉型圧縮機であって、
シリンダの上端面から回転子の下端面の間の所定の位置に、シリンダ及び回転子より所定の距離を空けて１枚以上の油面保持板を設け、油面保持板の少なくとも１枚は吐出マフラの吐出穴より下に設け、該油面保持板の外径は、ベーン溝を覆う径以上で密閉容器の内径より所定寸法小径であることを特徴とする。

この発明に係る密閉型圧縮機は、油面保持板を設けることで、ベーンの往復運動による油面の波立ちを抑制し、更には回転子の回転に伴う遠心力、攪拌力を遮断することで密閉容器の上部空間へ持上げられなくなり、冷媒ガスだけを密閉容器から排出させることができる。

実施の形態１を示す図で、密閉型回転圧縮機１００の構成を示す縦断面図。 実施の形態１を示す図で、第１の油面保持板１２の平面図。 実施の形態１を示す図で、第１の油面保持板１２の外径とベーン溝６ａの位置関係を示す図。 実施の形態１を示す図で、変形例１の密閉型回転圧縮機２００の構成を示す部分縦断面図。 実施の形態１を示す図で、変形例２の密閉型回転圧縮機３００の圧縮機構部３０１の構成を示す縦断面図。 実施の形態１を示す図で、変形例３の密閉型回転圧縮機４００の第１の油面保持板４１２の斜視図。

実施の形態１．
図１は実施の形態１を示す図で、密閉型回転圧縮機の構成を示す縦断面図である。図１に示す密閉型回転圧縮機１００（密閉型圧縮機）は、密閉容器９内部に、冷媒を圧縮する圧縮機構部１０１と、圧縮機構部１０１を駆動する電動機１０２とが組み込まれた構成である。さらに、密閉容器９内の底部に、冷凍機油１５が貯留されている。

圧縮機構部１０１は、シリンダ１、上軸受２、下軸受３、クランク軸４、ローリングピストン５、吐出マフラ１０、第１の油面保持板１２、ベーン６（図３参照）等で構成される。

本実施の形態は、圧縮機構部１０１が第１の油面保持板１２を備える点に特徴がある。第１の油面保持板１２について説明する前に、圧縮機構部１０１の構成について説明する。

内部に圧縮室が形成されるシリンダ１は、外周が平面視略円形で、内部に平面視略円形の空間であるシリンダ室を備える。シリンダ室は、軸方向両端が開口している。シリンダ１は、側面視で所定の軸方向の高さを持つ。

シリンダ１の略円形の空間であるシリンダ室に連通し、半径方向に延びる平行なベーン溝６ａ（図３参照）が軸方向に貫通して設けられる。

また、ベーン溝６ａの背面（外側）に、ベーン溝６ａに連通する平面視略円形の空間である背圧室（図示せず）が設けられる。

シリンダ１には、冷凍サイクルからの吸入ガスが通る吸入ポート（図示せず）が、シリンダ１の外周面からシリンダ室に貫通している。

シリンダ１には、略円形の空間であるシリンダ室を形成する円の縁部付近（電動機１０２側の端面）を切り欠いた吐出ポート（図示せず）が設けられる。

ローリングピストン５が、シリンダ室内を偏心回転する。ローリングピストン５はリング状で、ローリングピストン５の内周がクランク軸４の偏心軸部４ｄに摺動自在に嵌合する。

ベーン６がシリンダ１のベーン溝６ａ内に収納され、背圧室に設けられるベーンスプリング（図示せず）でベーン６が常にローリングピストン５に押し付けられている。密閉型回転圧縮機１００は、密閉容器９内が高圧であるから、運転を開始するとベーン６の背面（背圧室側）に密閉容器９内の高圧とシリンダ室の圧力との差圧による力が作用するので、ベーンスプリングは主に密閉型回転圧縮機１００の起動時（密閉容器９内とシリンダ室の圧力に差がない状態）に、ベーン６をローリングピストン５に押し付ける目的で使用される。

ベーン６の形状は、平たい（周方向の厚さが、径方向及び軸方向の長さよりも小さい）略直方体である。

上軸受２は、クランク軸４の主軸部４ｂ（偏心軸部４ｄより上の部分）に摺動自在に嵌合するとともに、シリンダ１のシリンダ室（ベーン溝６ａも含む）の一方の端面（電動機１０２側）を閉塞する。

上軸受２に、吐出弁（図示せず）が取り付けられる。上軸受２は、側面視略逆Ｔ字状である。

下軸受３が、クランク軸４の副軸部４ｃ（偏心軸部４ｄより下の部分）に摺動自在に嵌合するとともに、シリンダ１のシリンダ室（ベーン溝６ａも含む）の他方の端面（冷凍機油側）を閉塞する。下軸受３は、側面視略Ｔ字状である。

上軸受２には、その外側（電動機１０２側）に吐出マフラ１０が取り付けられる。上軸受２の吐出弁から吐出される高温・高圧の吐出ガスは、一端吐出マフラ１０に入り、その後吐出マフラ１０の吐出穴１０ａから密閉容器９内に放出される。

密閉容器９の横（側部）に、冷凍サイクルからの低圧の冷媒ガスを吸入し、液冷媒が戻る場合に液冷媒が直接シリンダ１のシリンダ室に吸入されるのを抑制する吸入マフラ２０が設けられる。吸入マフラ２０は、シリンダ１の吸入ポートに吸入管２１を介して接続する。吸入マフラ２０は、溶接等により密閉容器９の側面に固定される。

圧縮機構部１０１で圧縮された高温・高圧のガス冷媒は、吐出マフラ１０の吐出穴１０ａから電動機１０２を通過して、吐出管１１から外部の冷媒回路（図示せず）へ吐出される。

電動機１０２は、固定子７と、回転子８とを備える。電動機１０２は、例えば、回転子８に永久磁石を使用するブラシレスＤＣモータである。但し、誘導電動機でもよい。

外部電源から電動機１０２の固定子７に、ガラス端子３０、リード線３１を経由して電力（三相電力、単相誘導電動機の場合は単相電力）が供給される。

次に、本実施の形態の特徴部分である、第１の油面保持板１２について説明する。図２、図３は実施の形態１を示す図で、図２は第１の油面保持板１２の平面図、図３は第１の油面保持板１２の外径とベーン溝６ａの位置関係を示す図である。

図１に示したように、シリンダ１の上端面より所定の間隔を空けて、１枚以上の第１の油面保持板１２（油面保持板）を設ける。図１の一例では、１枚の第１の油面保持板１２を設けている。第１の油面保持板１２は、吐出マフラ１０の吐出穴１０ａより下に設けている。

図２に示すように、第１の油面保持板１２は、平面視で略ドーナッツ形状である。油面保持板外径１２ａと油面保持板内径１２ｂとの間の略ドーナッツ状の部分が油面保持部となる。

また、第１の油面保持板１２は、油面保持板内径１２ｂから内側に突出する固定部１２ｃが周方向に略等間隔に形成され、夫々の固定部１２ｃにはボルトが挿入されるボルト挿入孔１２ｄが形成されている。

第１の油面保持板１２は、例えば、ボルト挿入孔１２ｄを利用して、上軸受２をシリンダ１に固定する固定ボルト４０により、上軸受２のシリンダ閉塞部（鍔部）の外側（電動機１０２側）の面に固定される。但し、密閉容器９の内径に固定しても同様の効果が得られる。また、シリンダ１の上面に固定するようにしてもよい。

図３に示すように、少なくとも１枚の第１の油面保持板１２は、油面保持板外径１２ａがベーン溝６ａを覆う径より大きく、密閉容器９の内径（シリンダ１の外径）より、所定寸法やや小径であることを特徴とする。

また、上記１枚の第１の油面保持板１２の油面保持板内径１２ｂは、吐出マフラ１０の外径と略同等である。従って、第１の油面保持板１２は、冷凍機油１５の油面を略覆うことになる。

第１の油面保持板１２によりベーン６の往復運動による冷凍機油１５の油面の波立ちを抑制し、更には回転子８の回転に伴う遠心力・攪拌力を遮断する。それにより、冷凍機油１５が密閉容器９の上部空間へ持上げられなくなり、冷媒ガスだけが密閉容器９から排出される。従って、冷凍装置に放出される冷凍機油１５の量を減少させることができ、油上りによる冷凍装置の性能低下及び密閉型回転圧縮機１００の性能劣化を抑制することが出来る。

このように、図１に示す密閉型回転圧縮機１００によれば、冷凍機油１５が密閉容器９の上部空間へ持上げられなくなり、従来の密閉型回転圧縮機のように、回転子８の上部に油分離機構を設ける必要がなくなる。

但し、回転子８の上部に油分離機構を設ければ、更に冷凍装置に放出される冷凍機油の量を減少させることができ、更に油上りによる冷凍装置の性能低下および密閉型回転圧縮機１００自体の性能劣化を抑制することが出来る。

また、図２に示すように、第１の油面保持板１２の形状を略ドーナッツ形状としているが、第１の油面保持板１２を設ける目的がベーン６の往復運動による冷凍機油１５の油面の波立ちを抑制することであるから、略ドーナッツ形状でなくてもベーン溝６ａの上部のみ覆う形状でも効果はある。

但し、冷凍機油１５の油面は、回転子８の回転に伴う遠心力・攪拌力の影響を受けることから、略ドーナッツ形状の第１の油面保持板１２より効果は少ない。

また、第１の油面保持板１２の最大径は、密閉容器９の内径まで可能であるが、その場合第１の油面保持板１２の上部にて分離した冷凍機油１５を油溜まりへ戻す為の流路が必要であり、穴開け加工や切欠き形状を追加する必要がある。

図４は実施の形態１を示す図で、変形例１の密閉型回転圧縮機２００の構成を示す部分縦断面図である。図４に示すように、変形例１の密閉型回転圧縮機２００は、図１の密閉型回転圧縮機１００の第１の油面保持板１２に加えて、第１の油面保持板１２とは別に、１枚以上の第２の油面保持板１３（油面保持板）が回転子８の下端より所定間隔を空けて設けられている。図４では、１枚の第２の油面保持板１３の例を示している。その他の構成は、密閉型回転圧縮機１００と同様である。

別の第２の油面保持板１３は、略ドーナッツ形状であり、その外径は回転子８の外径より所定寸法やや大径であることを特徴とする。

第２の油面保持板１３は、例えば、上軸受２の軸受部の回転子８側の端部に圧入等により固定される。

変形例１の密閉型回転圧縮機２００は、第１の油面保持板１２とは別に回転子８の下端より所定間隔を空けて１枚以上の第２の油面保持板１３を設けることで、ベーン６の往復運動による冷凍機油１５の油面の波立ちを抑制することは勿論のこと、回転子８の回転に伴う遠心力・攪拌力の影響を遮断する効果が増す。

それにより、吐出マフラ１０より吐出された冷凍機油１５を含んだ吐出ガスから冷凍機油１５のみが滴下しやすくなる。そして、冷凍機油１５が油溜まりに落ちることから、冷凍機油１５が密閉容器９の上部空間へ持上げられなくなり、冷媒ガスだけが密閉容器９から排出される。従って、冷凍空調装置等の冷凍サイクルに放出される冷凍機油１５の量を減少させることができ、油上りによる冷凍空調装置等の性能低下および密閉型回転圧縮機２００自体の性能劣化を抑制することが出来る。

図５は実施の形態１を示す図で、変形例２の密閉型回転圧縮機３００の圧縮機構部３０１の構成を示す縦断面図である。変形例２の密閉型回転圧縮機３００は、吐出マフラ１１０に油面保持板が一体に形成されている。その他の構成は、密閉型回転圧縮機１００と同様である。

シリンダ１の上端面より所定の間隔を空けて、吐出マフラ１１０の鍔部が径方向に拡大されている。この吐出マフラ１１０の外径は、図３に示した第１の油面保持板１２の油面保持板外径１２ａと同様に、ベーン溝６ａを覆う径より大きく、密閉容器９の内径（シリンダ１の外径）より、所定寸法やや小径であることを特徴とする。

変形例２の密閉型回転圧縮機３００の油面保持板が一体に形成された吐出マフラ１１０によりベーン６の往復運動による冷凍機油１５の油面の波立ちを抑制する。更に、回転子８の回転に伴う遠心力・攪拌力を遮断することで冷凍機油１５が密閉容器９の上部空間へ持上げられなくなり、冷媒ガスだけを密閉容器９から排出させる。そのため、外部の冷凍空調装置等の冷凍サイクルに放出される冷凍機油１５の量を減少させることができ、油上りによる冷凍空調装置等の性能低下及び密閉型回転圧縮機３００自体の性能劣化を抑制することが出来る。

変形例２の密閉型回転圧縮機３００によれば、油面保持板の機能を吐出マフラ１１０に持たせることで部品点数を削減することができ、製造コストを低減することができる。

尚、上軸受２のツバ部（シリンダ閉塞部）を、径方向に拡大することでも、同様の効果を奏する。

図６は実施の形態１を示す図で、変形例３の密閉型回転圧縮機４００の第１の油面保持板４１２の斜視図である。変形例３の密閉型回転圧縮機４００は、第１の油面保持板１２に相当する第１の油面保持板４１２、図示は省くが第２の油面保持板１３に相当する第２の油面保持板４１３に、ディンプル加工が施されている。

第１の油面保持板４１２もしくは第２の油面保持板４１３に、ディンプル加工等の表面積を大きくする加工を施すことで、冷凍機油１５を含んだ吐出ガスから冷凍機油１５がからめ取られ、冷凍機油１５が密閉容器９の上部空間へ持上げられなくなり、冷媒ガスだけが密閉容器９から排出される。

第１の油面保持板４１２もしくは第２の油面保持板４１３の表裏両面に、ディンプル加工を施すのが好ましい。

但し、第１の油面保持板４１２もしくは第２の油面保持板４１３の表裏両面ではなく、片面にディンプル加工を施してもよい。その場合、第１の油面保持板４１２については、冷凍機油１５を含んだ吐出ガスが存在する電動機側の片面にディンプル加工を施すのがよい。また、第２の油面保持板４１３は、その反対で、電動機の反対側の片面にディンプル加工を施すのがよい。

ディンプル加工等の表面積を大きくする加工を第１の油面保持板４１２もしくは第２の油面保持板４１３に施すことで、冷凍機油１５を含んだ吐出ガスから冷凍機油１５がからめ取られ、冷媒ガスだけが密閉容器９から排出される。そのため、冷凍空調装置等に放出される冷凍機油１５の量を減少させることができ、油上りによる冷凍空調装置等の性能低下及び密閉型回転圧縮機４００自体の性能劣化を抑制することが出来る。

ディンプル加工は表面積を大きくすることが目的であり、穴開け加工や波状形状等に加工したり、表面にメッシュ等の多孔部材を張付けても同様な効果が得られることは言うまでもない。

１ シリンダ、２ 上軸受、３ 下軸受、４ クランク軸、４ｂ 主軸部、４ｃ 副軸部、４ｄ 偏心軸部、５ ローリングピストン、６ ベーン、６ａ ベーン溝、７ 固定子、８ 回転子、９ 密閉容器、１０ 吐出マフラ、１０ａ 吐出穴、１１ 吐出管、１２ 第１の油面保持板、１２ａ 油面保持板外径、１２ｂ 油面保持板内径、１２ｃ 固定部、１２ｄ ボルト挿入孔、１３ 第２の油面保持板、１５ 冷凍機油、２０ 吸入マフラ、２１ 吸入管、３０ ガラス端子、３１ リード線、４０ 固定ボルト、１００ 密閉型回転圧縮機、１０１ 圧縮機構部、１０２ 電動機、１１０ 吐出マフラ、２００ 密閉型回転圧縮機、３００ 密閉型回転圧縮機、３０１ 圧縮機構部、４００ 密閉型回転圧縮機、４１２ 第１の油面保持板、４１３ 第２の油面保持板。

Claims (4)

1. 冷媒ガスをベーンが往復運動するベーン溝を有するシリンダに吸入して圧縮し、吐出マフラの吐出穴から密閉容器内に吐出する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を回転子により駆動する電動機とが密閉容器内に収容される密閉型圧縮機であって、
   前記シリンダの上端面から前記回転子の下端面の間の所定の位置に、前記シリンダ及び前記回転子より所定の距離を空けて１枚以上の油面保持板を設け、前記油面保持板の少なくとも１枚は前記吐出マフラの前記吐出穴より下に設け、該油面保持板の外径は、前記ベーン溝を覆う径以上で前記密閉容器の内径より所定寸法小径であることを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 前記シリンダの上端面から所定の距離を空けて、前記吐出マフラの前記吐出穴より下の高さに設けられ、前記ベーン溝を覆う径以上で前記密閉容器の内径より所定寸法小径である第１の油面保持板と、
   前記回転子の下端面より所定の距離を空けて、前記吐出マフラの前記吐出穴の高さ位置より上に設けられ、前記回転子の外径より所定寸法大径の第２の油面保持板と、を設けたことを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
3. 前記圧縮機構部は、クランク軸を支持する上軸受を備え、前記第１の油面保持板を、前記吐出マフラの鍔部または前記上軸受の鍔部を径方向に延出して形成したことを特徴とする請求項２記載の密閉型圧縮機。
4. 前記油面保持板の表面にディンプル加工、波状加工、穴開け加工を施すか、もしくはメッシュ等の多孔部材を張付けることを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。

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