JP2023000256A - 油回収装置を有する圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍機油が圧縮機の外へ吐出されることを抑制する。
【解決手段】スクロール圧縮機９０は、ケーシング１０と、スクロール圧縮機構４０と、モータ２０と、第１吸込口７４と、第２吸込口７５と、を備える。ケーシング１０は、油溜まり１７、及び油流路７０を収容する。油溜まり１７には冷凍機油Ｌが貯留される。油流路７０は、冷凍機油Ｌを油溜まり１７へ案内する。スクロール圧縮機構４０は、ケーシング１０の内部に配置される。スクロール圧縮機構４０は、冷媒を圧縮する。モータ２０は、スクロール圧縮機構４０に動力を与える。第１吸込口７４は、油流路７０によって案内される冷凍機油Ｌの移動を利用して、ケーシング１０の内部を浮遊する浮遊油Ｆを油流路７０へ吸い込む。第２吸込口７５は、浮遊油Ｆを油流路７０へ吸い込む。第２吸込口７５は、第１吸込口７４とは異なる。
【選択図】図３

Description

本開示は、油回収装置を有する圧縮機に関する。

冷凍装置の圧縮機には冷凍機油が用いられる。冷凍機油は冷媒に対して相溶性を示す。圧縮機が圧縮済みの冷媒を吐出する前には、圧縮機は冷媒から冷凍機油を分離するのが一般的である。圧縮機の中で冷媒から分離された冷凍機油は、例えば特許文献１（特開２０１３－１０８３８９号公報）に示されるような油回収装置によって回収され、圧縮機内の油溜まりへと戻される。

冷凍機油を冷媒から一旦分離することに成功しても、圧縮機の中の可動部品が冷凍機油と冷媒とを攪拌し得るので、再び両者は混合される傾向にある。このような状況の下では、冷凍機油が冷媒と共に圧縮機の外へ吐出され、油上がりが増加するおそれがある。このため、圧縮機の油回収装置の性能を改善することによって、圧縮機の内部を浮遊する冷凍機油の飛沫を迅速に回収する必要がある。

第１観点のスクロール圧縮機は、ケーシングと、スクロール圧縮機構と、モータと、第１吸込口と、第２吸込口と、を備える。ケーシングは、油溜まり、及び油流路を収容する。油溜まりには油が貯留される。油流路は、油を油溜まりへ案内する。スクロール圧縮機構は、ケーシングの内部に配置される。スクロール圧縮機構は、冷媒を圧縮する。モータは、スクロール圧縮機構に動力を与える。第１吸込口は、油流路によって案内される油の移動を利用して、ケーシングの内部を浮遊する浮遊油を油流路へ吸い込む。第２吸込口は、浮遊油を油流路へ吸い込む。第２吸込口は、第１吸込口とは異なる。

この構成によれば、浮遊油は第１吸込口からだけでなく、第２吸込口からも吸い込まれ、油溜まりへ戻される。したがって、油が冷媒とともにスクロール圧縮機の外部へ吐出される現象、が抑制されやすい。

第２観点のスクロール圧縮機は、第１観点のスクロール圧縮機において、スクロール圧縮機構がモータよりも高く配置される。第１吸込口、及び、第２吸込口は、スクロール圧縮機構よりも低く、かつモータよりも高く配置される。

この構成によれば、スクロール圧縮機構とモータの間の空間を浮遊する浮遊油につき、第１吸込口に近い場所において浮遊油は第１吸込口から油流路へ吸い込まれ、第２吸込口に近い場所において浮遊油は第２吸込口から油流路へ吸い込まれる。したがって、浮遊油が効率的に回収される。

第３観点のスクロール圧縮機は、第１観点又は第２観点のスクロール圧縮機において、第１吸込口が第２吸込口よりも高く配置される。

この構成によれば、第１吸込口は第２吸込口よりも高く配置される。したがって、第１吸込口と第２吸込口の高さが異なるので、スクロール圧縮機構とモータの間の空間の高さ方向にわたり、浮遊油の回収効率が均一化される。

第４観点のスクロール圧縮機は、第３観点のスクロール圧縮機において、吐出管をさらに備える。吐出管は、ケーシングの内部から冷媒を吐出する。第１吸込口は吐出管よりも高く配置される。吐出管は第２吸込口よりも高く配置される。

この構成によれば、第１吸込口は吐出管より高く、第２吸込口は吐出管より低く配置される。したがって、冷媒が高速で旋回する高さの両側に第１吸込口と第２吸込口が配置されるので、浮遊油が効率的に回収される。

第５観点のスクロール圧縮機は、第１観点から第４観点のいずれか１つのスクロール圧縮機において、第１油案内板と、第２油案内板と、第３油案内板と、をさらに備える。第１油案内板は、油流路を形成する。第２油案内板は、第１油案内板と協働して第１吸込口を形成する。第３油案内板は、第２油案内板と協働して第２吸込口を形成する。第１油案内板、第２油案内板、及び、第３油案内板は、ケーシングの径方向において重なるように配置される。

この構成によれば、第１吸込口と第２吸込口がケーシングの径方向において重なる。したがって、第１吸込口及び第２吸込口の近傍の箇所において、浮遊油が効率的に回収される。

第６観点の冷凍装置は、第１観点から第５観点のいずれか１つのスクロール圧縮機と、
熱交換器と、を備える。

この構成によれば、冷凍装置に搭載されるスクロール圧縮機に置いて、浮遊油が効率的に回収される。したがって、冷凍装置において、油が冷媒とともにスクロール圧縮機の外部へ吐出される現象、が抑制されやすい。

冷凍装置４００の回路図である。 基本実施形態に係るスクロール圧縮機９０の断面図である。 基本実施形態に係るスクロール圧縮機９０の拡大図である。 基本実施形態に係るスクロール圧縮機９０の水平断面図である。 基本実施形態に係るスクロール圧縮機９０の拡大図である。

＜基本実施形態＞
（１）全体構成
図１は、基本実施形態に係る冷凍装置４００の冷媒回路を示す。冷凍装置４００は、例えば、空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、給湯器などである。冷凍装置４００は、熱源ユニット１００、利用ユニット２００、連絡配管３００を有する。

熱源ユニット１００は、スクロール圧縮機９０、四路切換弁１１０、熱源熱交換器１２０、熱源ファン１３０、熱源膨張弁１４０、液閉鎖弁１５０、ガス閉鎖弁１６０を有する。

利用ユニット２００は、利用熱交換器２２０、利用ファン２３０を有する。

連絡配管３００は、液連絡配管３１０及びガス連絡配管３２０を有する。

冷凍装置４００が冷熱利用運転を行う場合、四路切換弁１１０は図１の実線の接続を形成し、冷媒は矢印Ｃの方向に循環する。冷熱利用運転において、利用熱交換器２２０は蒸発器として機能し、利用ファン２３０と協働してユーザに冷熱を提供する。冷凍装置４００が温熱利用運転を行う場合、四路切換弁１１０は図１の破線の接続を形成し、冷媒は矢印Ｈの方向に循環する。温熱利用運転において、利用熱交換器２２０は凝縮器として機能し、利用ファン２３０と協働してユーザに温熱を提供する。

（２）スクロール圧縮機９０の詳細構成
図２は、基本実施形態に係るスクロール圧縮機９０の断面を示す。スクロール圧縮機９０は、低圧ガス冷媒を吸入し、それを圧縮することによって、高圧ガス冷媒を生成する。以下に、スクロール圧縮機９０の構造を説明する。

スクロール圧縮機９０は、ケーシング１０、吸入管１５、吐出管１６、モータ２０、クランク軸３０、スクロール圧縮機構４０、上部フレーム５０、下部フレーム５５を有する。

（２－１）ケーシング１０、吸入管１５、吐出管１６
ケーシング１０は、スクロール圧縮機９０の各種構成要素、冷媒、及び冷凍機油Ｌを収容する。ケーシング１０は、気密的に接続された胴部１１、蓋部１２、及び底部１３を有する。

蓋部１２には、低圧ガス冷媒を吸入するための吸入管１５が取り付けられている。胴部１１には、高圧ガス冷媒を吐出するための吐出管１６が取り付けられている。ケーシング１０の内部には、冷凍機油Ｌを貯留するための油溜まり１７が設けられている。油溜まり１７は、底部１３の近傍に位置する。

以上に説明した部品の配置は一例に過ぎない。例えば、吸入管１５及び吐出管１６がケーシング１０のどの場所に設置されるかは、適宜変更してよい。

（２－２）モータ２０
モータ２０は、スクロール圧縮機９０の外部から電力の供給を受け、スクロール圧縮機構４０を駆動する動力を発生する。モータ２０は、胴部１１に取り付けられている。モータ２０は、ステータ２１、及びロータ２２を有する。

ステータ２１は円筒形状を有し、胴部１１に固定されている。ステータ２１は電力を交流磁界に変換する。ロータ２２はステータ２１の内側に配置される。ロータ２２は、ステータ２１が発する交流磁界と相互作用することによって、回転軸心ＲＡのまわりを回転する。

（２－３）クランク軸３０
クランク軸３０はロータ２２に固定されており、ロータ２２とともに回転軸心ＲＡを中心として回転する。クランク軸３０は、ロータ２２が生み出す回転力をスクロール圧縮機構４０へ伝達する。

クランク軸３０は、回転軸心ＲＡと同心である主軸部３１と、回転軸心ＲＡに対して偏心している偏心部３２を有する。主軸部３１の一部はロータ２２に固定される。偏心部３２は、スクロール圧縮機構４０の中に位置する。

クランク軸３０の中には、クランク軸通路３３が形成されている。クランク軸通路３３は、冷凍機油Ｌが通過するためのものである。

（２－４）スクロール圧縮機構４０
スクロール圧縮機構４０は、低圧ガス冷媒を圧縮することによって高圧ガス冷媒を生成する。スクロール圧縮機構４０は、ケーシング１０の内部に配置される。スクロール圧縮機構４０は、モータ２０よりも高く配置される。

スクロール圧縮機構４０は、固定スクロール４１、及び可動スクロール４２を有する。固定スクロール４１と可動スクロール４２は、複数の圧縮室４５を画定する。可動スクロール４２の下面には、偏心部収容部４２ａが設けられている。偏心部収容部４２ａには、第１軸受４２ｂが取り付けられている。偏心部収容部４２ａには、偏心部３２が収容されている。第１軸受４２ｂは偏心部３２を支持する。

可動スクロール４２は、クランク軸３０の回転によって、固定スクロール４１に接触しながら公転運動をする。可動スクロール４２の運動に従ってそれぞれの圧縮室４５の容積は変化し、それによって冷媒を圧縮する。スクロール圧縮機構４０は、吐出口４６から高圧ガス冷媒を吐出する。

（２－５）上部フレーム５０、下部フレーム５５
上部フレーム５０及び下部フレーム５５は、クランク軸３０を支持するものであり、胴部１１に固定されている。上部フレーム５０には、第２軸受５０ａが取り付けられている。第２軸受５０ａは主軸部３１を支持する。下部フレーム５５には、第３軸受５５ａが取り付けられている。第３軸受５５ａもまた主軸部３１を支持する。

可動スクロール４２と上部フレーム５０との間には、クランク室５１が形成されている。上部フレーム５０とモータ２０の間には、サイクロン室６４が形成されている。サイクロン室６４には、ガスガイド６１が設けられている。

油溜まり１７の冷凍機油Ｌは、冷媒の圧力又はその他の要因によって、クランク軸通路３３を通過して上昇する。その後、冷凍機油Ｌは、スクロール圧縮機構４０の他、第１軸受４２ｂ、第２軸受５０ａ、及び第３軸受５５ａへ供給され、複数の部品が摺動する箇所を潤滑する。

（３）冷凍機油Ｌの移動
図３は、スクロール圧縮機９０の拡大図である。本図に示されている断面は、図２に示されている断面とは異なっており、吐出管１６を通過していない。本図において、破線で示されている吐出管１６は、その高さを参考のために示す目的で描かれている。本図からは、上部フレーム５０に通路５３が形成されていることが理解できる。さらに、本図からは、第１油案内板７１、第２油案内板７２、及び第３油案内板７３の存在が理解できる。

第１軸受４２ｂを潤滑し終えた冷凍機油Ｌは、クランク室５１へ流れ出る。その後、冷凍機油Ｌは、通路５３を通過することによって、上部フレーム５０の外側へ移動する。その後、冷凍機油Ｌは、油回収装置によって油溜まり１７へと回収される。油回収装置は、胴部１１の内面付近に形成された油流路７０として構成されている。

油流路７０の形成には、第１油案内板７１、第２油案内板７２、及び第３油案内板７３が寄与している。第１油案内板７１は、通路５３から冷凍機油Ｌを受け取り、下方へ移動させる。第２油案内板７２の一部、及び第３油案内板７３の一部もまた、冷凍機油Ｌを下方へ案内する。

図４は、サイクロン室６４におけるスクロール圧縮機９０の断面図である。本図におけるＩＩＩ-ＩＩＩ線が、図３で示した断面に相当する。本図から理解されるように、第１油案内板７１、第２油案内板７２、及び、第３油案内板７３は、ケーシング１０の胴部１１の径方向において重なるように配置されている。

（４）冷媒の移動
高圧ガス冷媒は、図３に示すスクロール圧縮機構４０の吐出口４６から吐出された後、第１通路４８、次いで第２通路５２を通過する。第１通路４８は、スクロール圧縮機構４０に設置された通路画定部材４９により画定されている。第２通路５２は、上部フレーム５０を貫通するように設けられている。

次いで、高圧ガス冷媒は、サイクロン室６４に移動する。高圧ガス冷媒は、サイクロン室６４に配置されたガスガイド６１に向かう。ガスガイド６１は、高圧ガス冷媒の一部を旋回流に変換するとともに、残りの一部を下降流として送り出すためのものである。旋回流は、胴部１１の円周に沿って、水平方向に旋回する。下降流は、第３通路６３を通過して、モータ２０よりも下方へ移動する。第３通路６３は、ステータ２１と胴部１１の隙間である。

冷媒は冷凍機油Ｌに対して相溶性を示す。このため、ケーシング１０の内部の冷媒には冷凍機油Ｌが溶け込んでいる。図４に示すように、ガスガイド６１は、冷媒と冷凍機油Ｌの旋回流Ｒを発生させ、遠心力によって冷凍機油Ｌを冷媒から分離するためのものである。

旋回流Ｒは、サイクロン室６４の中で旋回する。旋回流Ｒが生じさせる遠心力は、冷凍機油Ｌを冷媒から分離させる。分離された冷凍機油Ｌは遠心力によって胴部１１の内面に衝突する。胴部１１の内面で比較的大きな油滴となった冷凍機油Ｌは、胴部１１の内面を伝って、油溜まり１７へ流れ落ちる。冷凍機油Ｌの成分を取り除かれた高圧ガス冷媒は、吐出管１６を通過し、ケーシング１０の外部へ出ていく。

（５）浮遊油Ｆの移動
図３に示すサイクロン室６４では、冷媒と冷凍機油Ｌが激しい運動を行う。これにより、サイクロン室６４には、微小な体積の冷凍機油Ｌの飛沫からなる浮遊油Ｆが漂う。浮遊油Ｆの一部は、旋回流Ｒから分離された冷凍機油Ｌである。浮遊油Ｆの別の一部は、例えば、可動スクロール４２の第１軸受４２ｂから流れ出した後、回転するロータ２２に跳ね返された冷凍機油Ｌの飛沫でありうる。

浮遊油Ｆの一部は、第１吸込口７４から吸い込まれ、油流路７０に合流する。浮遊油Ｆの別の一部は、第２吸込口７５から吸い込まれ、油流路７０に合流する。第１吸込口７４は、上部フレーム５０と第１油案内板７１との隙間である。第２吸込口７５は、第２油案内板７２と第３油案内板７３の隙間である。第１吸込口７４及び第２吸込口７５は、いずれもサイクロン室６４に配置されている。

図５に示すように、第１吸込口７４は第２吸込口７５よりも高く配置される。第１吸込口７４を形成する第２油案内板７２の上端は、高さＨ１に位置する。第２吸込口７５を形成する第３油案内板７３の上端は、高さＨ２に位置する。高さＨ１は高さＨ２よりも高い。

吐出管１６の中心線１６ａは、高さＨ３に位置する。第１吸込口７４は吐出管１６、特にその中心線１６ａ、よりも高く配置される。換言すれば、高さＨ１は高さＨ３よりも高い。さらに、吐出管１６、特にその中心線１６ａ、は第２吸込口７５よりも高く配置される。換言すれば、高さＨ３は高さＨ２よりも高い。

吐出管１６、特にその中心線１６ａ、の高さにおいては、冷媒が高速で旋回すると考えられる。ガスガイド６１の高さが吐出管１６の高さと近い場合には、旋回流Ｒの速度はさらに増大する場合がある。さらに、第１吸込口７４及び第２吸込口７５の高さが、吐出管１６の高さ又はガスガイド６１の高さと近い場合に、浮遊油Ｆが油流路７０へ効率的に回収される可能性がある。

この観点より、ガスガイド６１の高さと吐出管１６の中心線１６ａの高さの差を３０ｍｍ以内となるように制限してもよい。第１吸込口７４の高さと吐出管１６の中心線１６ａの高さの差を１５ｍｍ以内となるように制限してもよい。第２吸込口７５の高さと吐出管１６の中心線１６ａの高さの差を１５ｍｍ以内となるように制限してもよい。第１吸込口７４の高さとガスガイド６１の高さの差を１５ｍｍ以内となるように制限してもよい。第２吸込口７５の高さとガスガイド６１の高さの差を１５ｍｍ以内となるように制限してもよい。

第１吸込口７４及び第２吸込口７５は、スクロール圧縮機構４０よりも低く、かつモータ２０よりも高く配置される。第１吸込口７４及び第２吸込口７５の近傍において浮遊油Ｆに作用する吸引力は、油流路７０によって案内される冷凍機油Ｌの下方への移動によって生じる。

（６）特徴
（６－１）
浮遊油Ｆは第１吸込口７４からだけでなく、第２吸込口７５からも吸い込まれ、油溜まり１７へ戻される。したがって、冷凍機油Ｌが冷媒とともにスクロール圧縮機９０の外部へ吐出される現象、が抑制されやすい。

（６－２）
スクロール圧縮機構４０とモータ２０の間のサイクロン室６４を浮遊する浮遊油Ｆにつき、第１吸込口７４に近い場所において浮遊油Ｆは第１吸込口７４から油流路７０へ吸い込まれ、第２吸込口７５に近い場所において浮遊油Ｆは第２吸込口７５から油流路７０へ吸い込まれる。したがって、浮遊油Ｆが効率的に回収される。

（６－３）
第１吸込口７４は第２吸込口７５よりも高く配置される。したがって、第１吸込口７４と第２吸込口７５の高さが異なるので、スクロール圧縮機構４０とモータ２０の間のサイクロン室６４の高さ方向にわたり、浮遊油Ｆの回収効率が均一化される。

（６－４）
第１吸込口７４は吐出管１６より高く、第２吸込口７５は吐出管１６より低く配置される。したがって、冷媒が高速で旋回する高さの両側に第１吸込口７４と第２吸込口７５が配置されるので、浮遊油Ｆが効率的に回収される。

（６－５）
第１吸込口７４と第２吸込口７５がケーシング１０の径方向において重なる。したがって、第１吸込口７４及び第２吸込口７５の近傍の箇所において、浮遊油Ｆが効率的に回収される。

（６－６）
冷凍装置４００に搭載されるスクロール圧縮機９０において、浮遊油Ｆが効率的に回収される。したがって、冷凍装置４００において、冷凍機油Ｌが冷媒とともにスクロール圧縮機９０の外部へ吐出される現象、が抑制されやすい。

＜基本実施形態の変形例＞
（７）変形例
（７－１）第１変形例
上述の基本実施形態で説明した寸法設計に代えて、ガスガイド６１の高さと吐出管１６の中心線１６ａの高さの差を５０ｍｍ以内となるように制限してもよい。第１吸込口７４の高さと吐出管１６の中心線１６ａの高さの差を３０ｍｍ以内となるように制限してもよい。第２吸込口７５の高さと吐出管１６の中心線１６ａの高さの差を３０ｍｍ以内となるように制限してもよい。第１吸込口７４の高さとガスガイド６１の高さの差を３０ｍｍ以内となるように制限してもよい。第２吸込口７５の高さとガスガイド６１の高さの差を３０ｍｍ以内となるように制限してもよい。

（７－２）第２変形例
基本実施形態に係る圧縮機はスクロール圧縮機９０である。これに代えて、他の種類の圧縮機、例えばロータリー圧縮機などに本発明を適用してもよい。

（７－３）第３変形例
基本実施形態に係る圧縮機はスクロール圧縮機９０においては、スクロール圧縮機構４０はサイクロン室６４の上側に位置し、モータ２０はサイクロン室６４の下側に位置する。これに代えて、スクロール圧縮機構４０に限られない圧縮機構がサイクロン室６４の下側に位置し、モータ２０がサイクロン室６４の上側に位置してもよい。

＜むすび＞
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

１０ ：ケーシング
１５ ：吸入管
１６ ：吐出管
１６ａ ：中心線
１７ ：油溜まり
２０ ：モータ
３０ ：クランク軸
４０ ：スクロール圧縮機構
４１ ：固定スクロール
４２ ：可動スクロール
４６ ：吐出口
６１ ：ガスガイド
６４ ：サイクロン室
７０ ：油流路
７１ ：第１油案内板
７２ ：第２油案内板
７３ ：第３油案内板
７４ ：第１吸込口
７５ ：第２吸込口
９０ ：スクロール圧縮機
１００ ：熱源ユニット
１１０ ：四路切換弁
１２０ ：熱源熱交換器（熱交換器）
１４０ ：熱源膨張弁
２００ ：利用ユニット
２２０ ：利用熱交換器
３００ ：連絡配管
４００ ：冷凍装置
Ｆ ：浮遊油
Ｈ１ ：高さ
Ｈ２ ：高さ
Ｈ３ ：高さ
Ｌ ：冷凍機油（油）
Ｒ ：旋回流
ＲＡ ：回転軸心

特開２０１３－１０８３８９号公報

Claims (6)

1. 油（Ｌ）が貯留される油溜まり（１７）、及び、前記油を前記油溜まりへ案内する油流路（７０）、を収容するケーシング（１０）と、
   前記ケーシングの内部に配置され、かつ、冷媒を圧縮するスクロール圧縮機構（４０）と、
   前記スクロール圧縮機構に動力を与えるモータ（２０）と、
   前記油流路によって案内される前記油の移動を利用して、前記ケーシングの内部を浮遊する浮遊油（Ｆ）を前記油流路へ吸い込む第１吸込口（７４）と、
   前記浮遊油を前記油流路へ吸い込む、前記第１吸込口とは異なる第２吸込口（７５）と、
   を備える、スクロール圧縮機（９０）。
2. 前記スクロール圧縮機構は前記モータよりも高く配置され、
   前記第１吸込口、及び、前記第２吸込口は、前記スクロール圧縮機構よりも低く、かつ前記モータよりも高く配置される、
   請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記第１吸込口は前記第２吸込口よりも高く配置される、
   請求項１又は請求項２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記ケーシングの内部から前記冷媒を吐出する吐出管（１６）、
   をさらに備え、
   前記第１吸込口は前記吐出管よりも高く配置され、
   前記吐出管は前記第２吸込口よりも高く配置される、
   請求項３に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記油流路を形成する第１油案内板（７１）と、
   前記第１油案内板と協働して前記第１吸込口を形成する第２油案内板（７２）と、
   前記第２油案内板と協働して前記第２吸込口を形成する第３油案内板（７３）と、
   をさらに備え、
   前記第１油案内板、前記第２油案内板、及び、前記第３油案内板は、前記ケーシングの径方向において重なるように配置される、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機と、
   熱交換器（１２０）と、
   を備える、冷凍装置（４００）。

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