JP2018040324A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシングの下部に溜まる油を除去し、冷媒ガスの圧力損失の増加を抑制して、性能の低下を防止することが可能な圧縮機を提供する。
【解決手段】スクリュー圧縮機１００は、冷媒吸入口７を有するケーシングと、ケーシング内に収容される電動機６と、ケーシング内に収容され、電動機６により駆動され、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部と、冷媒吸入口７から圧縮機構部に至る冷媒ガスのガス流路上であって、ケーシング内の下部に位置する吸入前油溜り部３３と圧縮機構部とを連通する油通路３１と、油通路３１の途中に設けられ、油通路３１内に減圧領域を形成するためのエジェクタ機構３４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍空調用などに用いられる圧縮機に関する。

圧縮機の一種であるスクリュー圧縮機は、スクリューロータとスクリューロータを支持する低圧側軸受と高圧側軸受、スクリューロータを駆動する電動機およびこれらを収納するケーシングで主に構成される。電動機は低圧側と高圧側のいずれにも配置可能であるが、低圧側に配置すると低温、低圧の冷媒ガスで発熱した電動機を冷却できるため、低圧側に配置されるケースが多い。スクリューロータを駆動する電動機を低圧側に配置したスクリュー圧縮機が特許文献１に開示されている。

また、冷凍サイクル内には、使用前の洗浄では完全に除去できなかった銅粉，鉄粉等の異物が少なからず存在する。冷凍サイクルの一構成要素であるスクリュー圧縮機が、これらの異物を含んだ冷媒ガスを吸い込んだ場合、圧縮機構部を支持する軸受の軌道面と転動面上を損傷させて軸受寿命を著しく低下させることがある。この異物吸込みによるスクリュー圧縮機の信頼性低下を防止するため、低圧側のケーシングに吸入冷媒ガスに含まれる異物を除去するためのストレーナを装備することが一般的となっている。

一方、低圧側のケーシングに電動機やストレーナを配置すると、低圧側のケーシングにおいてガス通路面積が縮小して冷媒ガスの吸入圧力損失が増加する。その結果、冷媒循環量が減少して圧縮機の性能が低下する。吸入圧力損失を低減させるために、ストレーナ取付け用の固定フランジを設置したスクリュー圧縮機が、特許文献２に開示されている。特許文献２では、ストレーナ取付け用の固定フランジを設置することで、ストレーナの通過面積を自由に設定することを可能にして、通過面積を拡大させて吸入圧力損失を低減させている。

特開平０７−３１７６８４号公報 特開２００７−３０３３１９号公報

ところで、低圧側のケーシングに配置された電動機やストレーナ以外にも低圧側ケーシングに冷凍機油が溜まることが吸入圧力損失を低減させる要因となっている。すなわち、吐出冷媒ガス中に混入した油が、圧縮機から冷凍サイクルへ運び出された場合、油は冷凍サイクルを循環して冷媒とともに圧縮機の冷媒吸入口から吸入され、この油がケーシングの下部の空間に溜まることで冷媒ガスの通路面積が減少する。これにより、冷媒ガスの圧力損失が増加してし、圧縮機の性能が低下していた。

そこで、本発明は、ケーシングの下部に溜まる油を除去し、冷媒ガスの圧力損失の増加を抑制して、性能の低下を防止することが可能な圧縮機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る圧縮機は、冷媒吸入口を有するケーシングと、前記ケーシング内に収容される電動機と、前記ケーシング内に収容され、前記電動機により駆動され、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部と、前記冷媒吸入口から前記圧縮機構部に至る冷媒ガスのガス流路上であって、前記ケーシング内の下部に位置する空間と、前記圧縮機機構と、を連通する油通路と、前記油通路の途中に設けられ、前記油通路内に減圧領域を形成するための減圧装置と、を備える。

本発明によれば、ケーシングの下部に溜まる油を除去し、冷媒ガスの圧力損失の増加を抑制して、性能の低下を防止することが可能な圧縮機を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るスクリュー圧縮機の断面図を示す。 スクリュー圧縮機の圧縮機構部の断面図を示す。 本発明の第２の実施形態に係るスクリュー圧縮機の断面図を示す。

以下、本発明のスクリュー圧縮機の実施形態を、図面を用いて説明する。なお、各図において、同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。

まず、本発明の第１の実施形態に係るスクリュー圧縮機１００について、図１、２を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るスクリュー圧縮機１００の断面図を示し、図２は、スクリュー圧縮機１００の圧縮機構部の断面図を示している。

スクリュー圧縮機１００は、メインケーシング１、吸入口７を有するモータケーシング２、吐出ケーシング３、および吐出口１３を有する油分離ケーシング４を有し、これらのケーシング１〜４は互いに密封関係に接続されている。

モータケーシング２には、駆動用電動機６が収納されている。駆動用電動機６は、モータケーシング２に固定された電動機ステータ６ａと電動機ステータ６ａ内に回転自在に設けられた電動機ロータ６ｂとを備える。駆動用電動機６は、電源端子２０を介して供給される電流により駆動される。また、モータケーシング２には、ストレーナが取り付けられた冷媒吸入口７が形成されている。

メインケーシング１には、円筒状ボア１５、およびガスを円筒状ボア１５に導入する吸入ポート８が形成されている。図２に示すように、円筒状ボア１５内に、雄ロータ５ａおよび雌ロータ５ｂが互いに噛み合わせられた状態で収納されている。メインケーシング１と、雄ロータ５ａおよび雌ロータ５ｂの噛み合い歯面とにより、圧縮室３０が形成される。また、メインケーシング１の雄ロータ５ａおよび雌ロータ５ｂの下側には、吸入ポート形成部８ａが設けられている。吸入ポート形成部８ａは、冷媒ガスの流路の上流側から下流側に向かうにつれて雄ロータ５ａおよび雌ロータ５ｂに近づくように傾斜する傾斜面８ｂを有する。傾斜面８ｂにより、吸入ポート８が形成れている。雄ロータ５ａおよび雌ロータ５ｂ等により圧縮機構部が構成される。

吸入ポート形成部８ａの上流側には、冷媒ガス中の油が溜まる吸入前油溜り部３３が発生する。吸入前油溜り部３３は、冷媒吸入口７から圧縮機構部に至る冷媒ガスのガス流路上であって、メインケーシング１内の下部に位置する空間に相当する。当該空間に冷媒ガス中の油が溜まり吸入前油溜り部３３となる。なお、当該空間は、メインケーシング１および他の部材等によって形成される窪みである。

図１に示すように、雄ロータ５ａの吸込側軸部は、メインケーシング１に設けられたころ軸受９、１０に回転可能に支持され、雄ロータ５ａの吐出側軸部は、吐出ケーシング３に設けられたころ軸受１１および玉軸受１２に回転可能に支持されている。雄ロータ５ａの軸は、モータケーシング２側で駆動用電動機６の電動機ロータ６ｂに連結されている。雌ロータ５ｂの吸込側軸部は、メインケーシング１に設けられた図示せぬころ軸受に回転可能に支持され、雌ロータ５ｂの吐出側軸部は、吐出ケーシング３に設けられた図示せぬころ軸受および玉軸受により回転可能に支持されている。

また、メインケーシング１には、油溜り部１８が設けられている。油溜り部１８には、油分離ケーシング４に設けられたオイルセパレータにより、冷媒ガスから分離された油が溜まるように構成されている。また、メインケーシング１には、油通路３１およびメイン側冷媒ガス通路３２ａが形成されている。油通路３１は、圧縮室３０と吸入前油溜り部３３とを繋ぐように形成されている。油通路３１は、一端が吸入前油溜り部３３の下部に接続され、他端がガス冷媒の圧縮開始時の圧縮室３０に連通するように構成されている。メイン側冷媒ガス通路３２ａは、一端が油通路３１に接続され、他端が後述の吐出側冷媒ガス通路３２ｂに接続されている。油通路３１とメイン側冷媒ガス通路３２ａとの接続部には、減圧装置としてのエジェクタ機構３４が設けられている。エジェクタ機構３４は、冷媒ガスの流れを利用して減圧状態を作り出す。

吐出ケーシング３は、ボルト等によってメインケーシング１に固定されている。ころ軸受１１および玉軸受１２を収納する。吐出ケーシング３には、円筒状ボア１５と油分離ケーシング４を連通するガスの吐出通路１４が形成されている。また、吐出ケーシング３の一端には、ころ軸受１１および玉軸受１２を収納する軸受室１６を閉止する遮蔽板１７が取付けられている。吐出ケーシング３には、一端がメイン側冷媒ガス通路３２ａの他端に接続され、他端が吐出通路１４に接続される吐出側冷媒ガス通路３２ｂが形成されている。メイン側冷媒ガス通路３２ａおよび吐出側冷媒ガス通路３２ｂにより、冷媒ガス通路３２が構成される。

また、メインケーシング１および吐出ケーシング３内には図示せぬ給油通路が形成されており、メインケーシング１の下部の油溜り部１８と各軸受を連通するように構成されている。

次に、スクリュー圧縮機１００における冷媒ガスおよび油の流れについて説明する。

モータケーシング２の冷媒吸入口７から吸入された低温、低圧の冷媒ガスは、駆動用モータ６とモータケーシング２の間に設けられたガス通路、および、電動機ステータ６ａ、電動機ロータ６ｂ間のギャップを通過し、駆動用電動機６を冷却した後、吸入側油溜り部３３を通過して、メインケーシング１内であって雄ロータ５ａおよび雌ロータ５ｂの下側に形成された吸入ポート８から、圧縮室３０に吸入される。その後、冷媒ガスは、圧縮室３０に密閉され、雄ロータ５ａの回転の回転に伴う圧縮室３０の縮小によって徐々に圧縮され、高温、高圧の冷媒ガスとなって、吐出ケーシング３から吐出通路１４を通り、油分離ケーシング４内へ吐出される。また、吐出通路１４へ吐出された高温・高圧の冷媒ガスの一部は、冷媒ガス通路３２に流入する。

一方、圧縮時に雄ロータ５ａ、雌ロータ５ｂに作用する圧縮反力のうち、ラジアル荷重をころ軸受９、１０、１１により支持され、スラスト荷重を玉軸受１２により支持される。 これらの軸受の潤滑および冷却用の油は、メインケーシング１の高圧側（圧縮室３０に対する冷媒ガスの下流側）に設けた油溜め部１８から、差圧によって、各軸受に連通する給油通路を通って各軸受に給油され、圧縮ガスと共に油分離ケーシング４内に吐出される。圧縮冷媒ガスに含まれる油は、油分離ケーシング４内のオイルセパレータにより冷媒ガスから分離され、メインケーシング１に設けられた油溜め部１８に溜められる。油分離後、圧縮冷媒ガスは、冷媒吐出口１３より吐出される。

また、メインケーシング１の吸入ポート８付近には、冷媒吸入口７から吸入された冷媒ガス中に混入されていた油が溜まることにより、吸入側油溜り部３３が発生する。冷媒ガス通路３２に流入した冷媒ガスによって、エジェクタ機構３４において減圧領域が発生する。エジェクタ機構３４は、油通路３１の途中に設けられているので、吸入側油溜り部３３の油は吸引される。吸引された油は圧縮室３０に運ばれ、冷媒ガスとともに圧縮され、最終的にメインケーシング１の油溜り部１８に溜められる。

以上のようなスクリュー圧縮機１００によれば、吸入側油溜り部３３の油は、エジェクタ機構３４により油通路３１を介して、圧縮室３０に運ばれ、油分離ケーシング４で冷媒ガスから分離された後、油溜り部１８に溜められる。このようにして、吸入側油溜り部３３に溜まった油を排出することができる。これにより、吸入ポート８の上流側のガス冷媒の通路面積の減少を防止することができ、圧力損失を低減させることができる。よって、スクリュー圧縮機１００の性能の低下を防止することができる。

また、減圧装置はエジェクタ機構３４であるので、簡易な構成により減圧領域を発生させることができ、吸入側油溜り部３３の油を圧縮室３０に運ぶことができる。

また、油通路３１は、メインケーシング１に形成されているので、スクリュー圧縮機１００のサイズをコンパクトにすることができる。

また、油通路３１は、ガス冷媒の圧縮開始時（密閉直後）の圧縮室３０に連通するように構成されているので、圧縮室３０と吐出通路１４との差圧を大きくすることができ、油排出効果を向上させることができる。

また、油通路３１は、吸入側油溜り部３３の下部に接続されているので、吸入側油溜り部３３に溜まった油を十分に排出することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係るスクリュー圧縮機２００について、図３を参照して説明する。なお、第１の実施の形態に係るスクリュー圧縮機１００と同一の部材については、同一の参照番号を付して説明を省略し、異なる部分について説明を行う。

図３は、第２の実施形態に係るスクリュー圧縮機２００の断面図を示している。

図３に示すように、吸入前油溜り部３３から油を排出するための油通路が、油配管３５とケーシング油通路３６とにより構成されている。油配管３５は、メインケーシング１の外部に設けられ、一端が吸入側油溜り部３３の下部に接続され、他端がメインケーシング１の端面に接続されている。ケーシング油通路３６は、メインケーシング１に形成され、一端が油配管３５の他端に接続され、他端が圧縮室３０（図２）に接続されている。

また、冷媒ガス配管３７が、メインケーシング１および吐出ケーシング３の外部に設けられ、一端が油分離ケーシング４の冷媒吐出口１３に接続され、他端が油配管３５に接続されている。そして、油配管３５と冷媒ガス配管３７との接続部に、エジェクタ機構３４が設けられている。

かかる構成においても、吸入側油溜り部３３の油は、エジェクタ機構３４により油配管３５およびケーシング油通路３６を介して、圧縮室３０に運ばれ、油分離ケーシング４で冷媒ガスから分離された後、油溜り部１８に溜められる。

よって、本実施形態のスクリュー圧縮機２００によれば、第１の実施形態のスクリュー圧縮機１００と同様に、吸入側油溜り部３３に溜まった油を排出することができるので、吸入ポート８の上流側のガス冷媒の通路面積の減少を防止することができ、圧力損失を低減させることができる。よって、スクリュー圧縮機２００の性能の低下を防止することができる。

また、油通路をメインケーシング１の外部に設けた油配管３５により構成しているので、メインケーシング１の簡素化を図ることができる。また、エジェクタ機構３４および冷媒ガス配管３７も、メインケーシング１および吐出ケーシング３の外部に設けたので、メインケーシング１および吐出ケーシング３の簡素化を図ることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

例えば、上記の実施形態では、減圧装置としてエジェクタ機構３４を用いたが、ポンプをもちいてもよい。また、上記の実施形態では、油通路３１を、ガス冷媒の圧縮開始時の圧縮室３０に連通するように構成したが、圧縮途中に対する圧縮開始時の容積比が１〜１．５の状態にある圧縮室３０に連通するように構成してもよい。油を戻すタイミングが圧縮開始前（容積比が１以下）であると、油が低圧側に漏れて冷媒ガスを温めて、冷媒ガスが膨張し、冷媒ガスが圧縮室３０で十分に圧縮されない可能性がある。一方、容積比が１．５より大きい場合には、圧縮室３０と吐出通路１４との差圧が十分にとれなくなり、吸入側油溜り部３３の油を十分に排出することができない。

また、上記の実施形態は本発明を冷凍空調用スクリュー圧縮機に適用した場合について説明したが、その他のガス圧縮機、例えばロータリー型、スクロール型、レシプロ圧縮機、の他にも吸入側に油溜りが発生する圧縮機の何れに対しても同様に適用できる。また、冷媒ガス配管３７は、一端が油分離ケーシング４の冷媒吐出口１３に接続されていたが、吐出通路１４に接続されてもよい。

１ メインケーシング
２ モータケーシング
３ 吐出ケーシング
４ 油分離ケーシング
５ａ 雄ロータ
５ｂ 雌ロータ
６ 駆動用電動機
６ａ 電動機ステータ
６ｂ 電動機ロータ
７ 冷媒吸入口
８ 吸入ポート
８ａ 吸入ポート形成部
８ｂ 傾斜面
９ ころ軸受
１０ ころ軸受
１１ ころ軸受
１２ 玉軸受
１３ 冷媒吐出口
１４ 冷媒ガス吐出通路
１５ 円筒状ボア
１６ 軸受室
１７ 遮蔽板
１８ 油溜り部
２０ 電源端子
３０ 圧縮部
３１ 油通路
３２ 冷媒ガス通路
３２ａ メイン側冷媒ガス通路
３２ｂ 吐出側冷媒ガス通路
３３ 吸入側油溜り部
３４ エジェクタ機構
３５ 油配管
３６ ケーシング油通路
３７ 冷媒ガス配管

Claims (8)

1. 冷媒吸入口を有するケーシングと、
   前記ケーシング内に収容される電動機と、
   前記ケーシング内に収容され、前記電動機により駆動され、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部と、
   前記冷媒吸入口から前記圧縮機構部に至る冷媒ガスのガス流路上であって、前記ケーシング内の下部に位置する空間と、前記圧縮機構部と、を連通する油通路と、
   前記油通路の途中に設けられ、前記油通路内に減圧領域を形成するための減圧装置と、を備える圧縮機。
2. 前記圧縮機構部は、互いに噛み合う雄ロータおよび雌ロータを有し、
   前記ケーシングと、前記雄ロータおよび前記雌ロータの噛み合い歯面と、によりガス冷媒を圧縮する圧縮室が形成され、
   前記油通路は、前記空間と前記圧縮室とを連通する、請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記減圧装置は、前記圧縮室から吐出される高圧のガス冷媒の流れを利用して減圧領域を形成するエジェクタ機構である、請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記油通路は、前記ケーシングに形成されている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧縮機。
5. 前記油通路は、前記ケーシングの外部に設けられ一端が前記空間に接続された油配管と、前記ケーシングに形成され、一端が前記油配管の他端に接続され、他端が前記圧縮室に接続されたケーシング通路と、により構成され、
   前記エジェクタ機構は、前記油配管に設けられている、請求項２または請求項３に記載の圧縮機。
6. 前記油通路は、ガス冷媒の圧縮開始時の前記圧縮室に連通するように構成されている、請求項２から請求項５に記載の圧縮機。
7. 前記油通路は、圧縮途中に対する圧縮開始時の容積比が１〜１．５の状態にある前記圧縮室に連通するように構成されている、請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の圧縮機。
8. 前記空間は、冷媒ガス中の油が溜まる油溜り部であり、
   前記油通路は、前記油溜り部の下部に接続されている、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の圧縮機。
   

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