JP2023076187A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】高段側圧縮機構に導かれる油を可及的に少なくすることができる圧縮機を提供する。【解決手段】圧縮機１は、回転軸１５の下端に接続され、冷媒を圧縮してハウジング１１内に吐出するロータリ圧縮機構１２と、回転軸１５の上端に接続され、ロータリ圧縮機構１２からハウジング１１内に吐出された冷媒を吸入して圧縮するスクロール圧縮機構１３と、スクロール圧縮機構１３から吐出された冷媒を回転軸１５の周囲から吸入する吸入開口４５ａを下端に有し、スクロール圧縮機構１３の吸入側に冷媒を導くようにハウジング１１内の空間を仕切るカバー４５と、を備えている。カバー４５の吸入開口４５ａは、電動モータ１４の上側コイルエンド３９ｂの内側でかつ上側コイルエンド３９ｂの上端よりも下方に設けられている。【選択図】図１

Description

本開示は、圧縮機に関し、より具体的には低段側圧縮機構と高段側圧縮機構を備えた二段圧縮機に関するものである。

ハウジング内にロータリ圧縮機構とスクロール圧縮機構を備えた二段圧縮機が知られている。特許文献１に開示された二段圧縮機は、低段側のロータリ圧縮機構で圧縮した冷媒がハウジング内に吐出され、この吐出冷媒を高段側のスクロール圧縮機でさらに圧縮するようになっている。ハウジング内には、潤滑油を貯留する油溜まりが設けられている。この油溜まりに貯留する油がロータリ圧縮機構から吐出された冷媒に随伴し、スクロール圧縮機構に導かれるおそれがある。油がスクロール圧縮機構に導かれると性能低下を招くので、特許文献１では、円錐形状の流入制限プレート（特許文献１の符号８１及び図４参照）を設けて、スクロール圧縮機構に導かれる冷媒の流れを制限するようになっている。

特開２０１７－１９０７３２号公報（図４等）

しかし、特許文献１の流入制限プレートは、吸入開口となる下端の位置が電動モータのコイルエンドよりも上方となっているため、油を随伴する冷媒を吸入するおそれがある。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高段側圧縮機構に導かれる油を可及的に少なくすることができる圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示の圧縮機は、下方に油溜まりを有するハウジングと、
前記ハウジング内に収容され、長手軸線回りに回転する回転軸部と、前記回転軸部の前記長手軸線の方向における中央に設けられて前記回転軸部を回転駆動する電動モータと、前記回転軸部の下端に接続され、冷媒を圧縮して前記ハウジング内に吐出する低段側圧縮機構と、前記回転軸部の上端に接続され、前記低段側圧縮機構から前記ハウジング内に吐出された冷媒を吸入して圧縮する高段側圧縮機構と、前記低段側圧縮機構から吐出された冷媒を前記回転軸部の周囲から吸入する吸入開口を下端に有し、前記高段側圧縮機構の吸入側に冷媒を導くように前記ハウジング内の空間を仕切るカバーと、を備え、前記カバーの前記吸入開口は、前記電動モータのコイルエンドの内側でかつ該コイルエンドの上端よりも下方に設けられている。

高段側圧縮機構に導かれる油を可及的に少なくすることができる。

本開示の一実施形態に係る圧縮機を示した縦断面図である。 図１の圧縮機の要部を示した縦断面図である。 図２の切断線III－IIIにおける断面図である。 油戻し管の下端の高さ位置で圧縮機を拡大して示した縦断面図である。 カバーによる冷媒の流れを示した縦断面図である。 図５の変形例を示した縦断面図である。

以下に、本開示に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、圧縮機１は、空調機に用いられ、例えば二酸化炭素等のガスである冷媒Ｒを二段圧縮する。圧縮機１は、脚部３を介して設置面ＦＬに対して固定されている。圧縮機１はハウジング１１と、ハウジング１１の内部に設けられたロータリ圧縮機構（低段側圧縮機構）１２と、スクロール圧縮機構（高段側圧縮機構）１３と、電動モータ１４と、回転軸（回転軸部）１５とを備えている。

ハウジング１１は、円筒状をなす本体部２１と、本体部２１の上下の開口を閉塞する上部蓋部２２及び下部蓋部２３とを備えている。そしてハウジング１１の内部は密閉空間を形成している。

回転軸１５は、ハウジング１１の内部で軸線Ｘに沿って上下に延在して設けられている。回転軸１５の上端（一端）側は、上部軸受３１によって回転可能に支持されている。回転軸１５の下端（他端）側は、下部軸受３２によって回転可能に支持されている。

電動モータ１４は、回転軸１５の長手方向における中央でかつ回転軸１５の外周側に配置され、回転軸１５を軸線Ｘ回りに回転させる。電動モータ１４は、回転軸１５の外周面に固定されたロータ３８と、ロータ３８の外周面と隙間を空けてロータ３８と径方向に対向し、ハウジング１１の本体部２１の内壁に焼嵌め等によって固定されたステータ３９とを有している。

ロータ３８には、周方向に所定間隔で設けられたロータ通路３８ａが設けられている。各ロータ通路３８ａは、上下方向（軸線Ｘ方向）にロータ３８を貫通している。これらロータ通路３８ａを介して、ロータリ圧縮機構１２から吐出された冷媒が上方へ流れる。ロータ３８の上部には、油分離プレート（邪魔板）３８ｂが固定されている。油分離プレート３８ｂは、円板形状とされており水平方向に延在するように配置されている。油分離プレート３８ｂは、ロータ３８とともに軸線Ｘ回りに回転する。

ステータ３９の外周には、周方向に所定角度間隔で複数のステータ通路３９ａが形成されている（具体的には図３を用いて後に説明する）。
図１に示すように、ステータ３９の上部には巻線が折り返された上側コイルエンド３９ｂが位置し、ステータ３９の下部には巻線が折り返された下側コイルエンド３９ｃが位置している。電動モータ１４は、不図示のインバータを介して電源に接続されており、回転軸１５を周波数可変として回転させる。

ロータリ圧縮機構１２は、ハウジング１１の内部で、回転軸１５の下端（他端）側に設けられている。ロータリ圧縮機構１２は、本実施形態では２気筒とされており、回転軸１５に設けられた偏心軸部４１と、偏心軸部４１に固定され、回転軸１５の回転に伴って軸線Ｘに対して偏心して圧縮室Ｃ１内で回転するロータ４２と、圧縮室Ｃ１が形成されたシリンダ４４とを備えている。

シリンダ４４に形成された圧縮室Ｃ１には、吸入管３３から冷媒Ｒが供給されるようになっている。圧縮室Ｃ１にて圧縮された冷媒は、下部軸受３２を介してロータリ吐出管４３からハウジング１１内の電動モータ１４の下方の領域に吐出される。

シリンダ４４は、下部軸受３２に対してボルト４８によって下方から固定されている。シリンダ４４の下方には、シリンダ４４とともにボルト４８によって固定された油ポンプ４９が設けられている。油ポンプ４９によって、ハウジング１１の下部の油溜まりＯ１から油が吸い込まれ、回転軸１５の軸線Ｘに沿って貫通された油供給穴１５ａを通過して上部軸受３１側へと導かれる。

スクロール圧縮機構１３は、ハウジング１１の内部で電動モータ１４の上方に配置されている。スクロール圧縮機構１３は、上部軸受３１に固定された固定スクロール５１と、固定スクロール５１の下方で固定スクロール５１に対向して配置された旋回スクロール５７とを備えている。

固定スクロール５１は、上部軸受３１の上面に固定された端板５２と、端板５２から下方に突出する固定ラップ５３とを有している。端板５２の中央部（軸線Ｘ近傍）には、上下に貫通する吐出孔５２ａが形成されている。

旋回スクロール５７は、上部軸受３１と固定スクロール５１との間に挟まれるようにして配置されている。旋回スクロール５７は、回転軸１５の上端側に接続された端板５８と、端板５８から上方に突出する旋回ラップ５９とを有している。

端板５８は、回転軸１５の上端に設けられた偏心軸部５６に対してブッシュ５５を介して固定されて、回転軸１５の回転に伴って軸線Ｘに対して偏心して回転する。

旋回ラップ５９は、固定ラップ５３と噛み合うことで固定ラップ５３との間に冷媒Ｒを圧縮する圧縮室Ｃ２を形成している。

上部軸受３１の中央側の凹所と旋回スクロール５７の下方との間には、バランスウェイト室６３が形成されている。バランスウェイト室６３内では、回転軸１５とともにバランスウェイト５４が回転する。

ロータリ圧縮機構１２で圧縮されてハウジング１１内に吐出された冷媒Ｒは、スクロール圧縮機構１３の外周側から圧縮室Ｃ２内に吸い込まれて、中心側に向かって圧縮される。圧縮された冷媒Ｒは、固定スクロール５１の吐出孔５２ａを介して、吐出管３４からハウジング１１の外部へ吐出される。

上部軸受３１の下方には、上部軸受３１を覆うようにカバー４５が設けられている。カバー４５は、板金加工されて成形されており、下方から上方に向かって拡径された略円錐形状とされている。カバー４５の外周側における上端は、ボルト４５ｂによって上部軸受３１に対して固定されている（図２参照）。

カバー４５の下端には吸入開口４５ａが設けられている。すなわち、吸入開口４５ａは、下方を向いており、カバー４５と回転軸１５との間に形成された円環状の領域である。カバー４５によってハウジング１１の下方の空間と上部軸受３１側の空間とが仕切られており、吸入開口４５ａから吸い込まれた冷媒のみがスクロール圧縮機構１３に導かれるようになっている。

ハウジング１１の外部でかつ下方には、オイルレベルタンク６０が設けられている。オイルレベルタンク６０は、中空の容器とされ下部配管６１と上部の均圧管６２を介してハウジング１１内と連通している。オイルレベルタンク６０は、ハウジング１１内の油溜まりＯ１から下部配管６１を介して油を導くことによって、油溜まりＯ１の油面高さを計測するものである。

ハウジング１１の下方側部には、オイルセパレータ返油管６５の下流端が接続されている。オイルセパレータ返油管６５の上流端は、図示しないオイルセパレータに接続されている。オイルセパレータにて圧縮機１から吐出された冷媒から分離した油が、オイルセパレータ返油管６５を介してハウジング１１内の油溜まりＯ１へと戻される。オイルセパレータ返油管６５の下流端がハウジング１１に接続される高さ位置は、下部軸受３２の下方とされている。

ハウジング１１内には、ハウジング１１の内壁に接触しつつ上下方向に延在する油戻し管６７が設けられている。油戻し管６７は、図２に示すように、上端（一端）がボス６８を介して上部軸受３１に固定され、下端（他端）がハウジング１１の下部の油溜まりＯ１に位置するように設けられている。油戻し管６７の下端は、棒状部材７０を介してハウジング１１の内壁に固定されている。

油戻し管６７は、ステータ３９とハウジング１１との間に形成された空間を貫通するように設けられている。具体的には、図３に示すように、ステータ３９の外周に周方向に所定角度間隔で切欠が設けられることによって、ハウジング１１の内壁との間で周方向に複数のステータ通路３９ａが形成されている。これらステータ通路３９ａによって冷媒や油が流通するようになっている。２本の油戻し管６７は、これらステータ通路３９ａのうちの１つ又は複数に挿通されている。

図３から分かるように、ロータ通路３８ａは、周方向に所定間隔で設けられている。これらロータ通路３８ａを介して、ロータリ圧縮機構１２から吐出された冷媒が上方へ流れる。

図４に示すように、下部軸受３２の下面に対してスタビライジングプレート７５が固定されている。スタビライジングプレート７５は、ボルト７６によって下部軸受３２（具体的には下部軸受３２の半径方向に張り出した脚部）に固定されている。スタビライジングプレート７５は、中央に開口が形成された円板である。スタビライジングプレート７５は、油溜まりＯ１の油面の上方を覆うことによって油面を安定させるものである。

図５を用いて、カバー４５の詳細について説明する。カバー４５の下端に設けられた吸入開口４５ａは、下方を向いており、上側コイルエンド３９ｂの内側（軸線Ｘ側）に位置している。さらに、吸入開口４５ａの高さ位置は、上側コイルエンド３９ｂの上端よりも下方に位置している。吸入開口４５ａが下方に向けて対向する位置には、油分離プレート３８ｂが設けられている。
カバー４５は、吸入開口４５ａから上方に向けて、径が階段状に変化する複数の段部を有する形状とされている。このような形状のカバー４５によって、上部軸受３１の下面形状に沿って冷媒が流れる流路が形成される。

上述した構成の圧縮機１は、以下のように動作する。
図示しない蒸発器で蒸発した冷媒が吸入管３３から圧縮機１内に吸い込まれ、ロータリ圧縮機構１２で圧縮される。ロータリ圧縮機構１２で圧縮された冷媒は、ロータリ吐出管４３からハウジング１１の内部に吐出される。
ハウジング１１内に吐出された冷媒は、カバー４５の吸入開口４５ａから吸い込まれ、カバー４５内の流路を通りスクロール圧縮機構１３へと導かれて圧縮される。スクロール圧縮機構１３で圧縮された冷媒は、固定スクロール５１の吐出孔５２ａを通り吐出管３４から外部のガスクーラ又は凝縮器へと吐出される。

吐出管３４から吐出された冷媒から、図示しないオイルセパレータにて油が分離される。分離された油は、オイルセパレータ返油管６５を通り、ハウジング１１内に返送され、油溜まりＯ１に貯留される。

油溜まりＯ１に貯留された油は、油ポンプ４９によって吸い上げられ、回転軸１５に形成された油供給穴１５ａを通りスクロール圧縮機構１３側へと導かれる。スクロール圧縮機構１３側に導かれた油は、上部軸受３１の軸受部やブッシュ５５などの摺動部を潤滑した後に下方の油溜まりＯ１へと戻される。潤滑後の油のうちバランスウェイト室６３に導かれた油は、上部軸受３１に形成された油戻し穴３１ａ及び縦穴３１ｂ（図２参照）を通り、油戻し管６７へと導かれる。

油戻し管６７へと導かれた油は、その内部の流路を通り、下端から排出されて油溜まりＯ１へと戻される。

図５には、カバー４５によって形成される冷媒及び油の流れが模式的に示されている。同図において、冷媒の流れを白矢印、油の流れを黒矢印で示している。
ロータリ圧縮機構１２で圧縮されてハウジング１１内に吐出した冷媒は、先ずロータ３８に形成されたロータ通路３８ａを通ってロータ３８の下方から上方へと導かれる。このとき、冷媒とともに油が随伴される。
ロータ通路３８ａを出た冷媒及び油は、油分離プレート３８ｂに衝突し、遠心力によって軸線Ｘを中心とする半径方向に導かれる。そして、冷媒よりも比重が大きい油は、ハウジング１１の内壁に衝突し、重力によって下方に流れる。しかし、一部の油は、冷媒とともにハウジング１１の内壁と上側コイルエンド３９ｂとの間の空間を上方に流れる。
冷媒とともに上昇した一部の油は、カバー４５の外周における上端に衝突した後に、重力によって下方へと落下する。
冷媒は、ハウジング１１の内壁側から内周へと流れ、上側コイルエンド３９ｂの上端を流れた後に、上側コイルエンド３９ｂの内周側とカバー４５の外周側との空間に流れ込み下方へと向きを変える。そして、油分離プレート３８ｂの上端に衝突した後に内周側へと向きを変えて上側に向きを折り返した後に、吸入開口４５ａからカバー４５内の流路に流れ込む。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

ロータリ圧縮機構１２から吐出された冷媒はハウジング１１内に吐出され、この吐出冷媒は、カバー４５の吸入開口４５ａを介してスクロール圧縮機構１３へと導かれる。カバー４５はハウジング１１内を仕切っているので、スクロール圧縮機構１３にはカバー４５の吸入開口４５ａを通過した冷媒のみが導かれる。
カバー４５の吸入開口４５ａを電動モータ１４の上側コイルエンド３９ｂの内側でかつ上側コイルエンド３９ｂの上端よりも下方に設けることとした。これにより、上側コイルエンド３９ｂの外周から内周へと導かれた冷媒は、下方へ折り返して流れた後に反転した上でカバー４５の下端の吸入開口４５ａへ流れ込む。このように冷媒の流れの向きを繰り返し偏向した後にカバー４５内へ冷媒を導くこととしたので、冷媒に随伴された油を可及的に分離することができる。

吸入開口４５ａの下方に油分離プレート３８ｂを設けることとして、吸入開口４５ａに向かう冷媒の流れを遮ることとした。これにより、ハウジング１１の下方の油溜まりから導かれた油が冷媒とともに吸入開口４５ａに導かれるのを抑制することができる。

カバー４５に径が階段状に変化する段部を設けることした。これにより、カバー４５に沿って流れる冷媒の向きを変化させることができ、冷媒に随伴する油を分離することができる。

なお、上述した実施形態では、カバー４５の形状を、段部を有するものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、図６に示すように段部を有さない円錐形状とされたカバー４５’としても良い。

以上説明した各実施形態に記載の圧縮機は、例えば以下のように把握される。

本開示の一態様に係る圧縮機は、下方に油溜まりを有するハウジング（１１）と、前記ハウジング内に収容され、長手軸線回りに回転する回転軸部（１５）と、前記回転軸部の前記長手軸線の方向における中央に設けられて前記回転軸部を回転駆動する電動モータ（１４）と、前記回転軸部の下端に接続され、冷媒を圧縮して前記ハウジング内に吐出する低段側圧縮機構（１２）と、前記回転軸部の上端に接続され、前記低段側圧縮機構から前記ハウジング内に吐出された冷媒を吸入して圧縮する高段側圧縮機構（１３）と、前記低段側圧縮機構から吐出された冷媒を前記回転軸部の周囲から吸入する吸入開口（４５ａ）を下端に有し、前記高段側圧縮機構の吸入側に冷媒を導くように前記ハウジング内の空間を仕切るカバー（４５）と、を備え、前記カバーの前記吸入開口は、前記電動モータのコイルエンド（３９ｂ）の内側でかつ該コイルエンドの上端よりも下方に設けられている。

低段側圧縮機構から吐出された冷媒はハウジング内に吐出され、この吐出冷媒は、カバーの吸入開口を介して高段側圧縮機構へと導かれる。カバーはハウジング内を仕切っているので、高段側圧縮機構にはカバーの吸入開口を通過した冷媒のみが導かれる。
カバーの吸入開口を電動モータのコイルエンドの内側でかつコイルエンドの上端よりも下方に設けることとした。これにより、コイルエンドの外周から内周へと導かれた冷媒は、下方へ折り返して流れた後に反転した上でカバーの下端の吸入開口へ流れ込む。このように冷媒の流れの向きを繰り返し偏向した後にカバー内へ冷媒を導くこととしたので、冷媒に随伴された油を可及的に分離することができる。
高段側圧縮機構としては、例えばスクロール圧縮機構が用いられ、低段側圧縮機としては、例えばロータリ圧縮機構が用いられる。

本開示の一態様に係る圧縮機では、前記吸入開口の下方に、該吸入開口に向かう冷媒の流れを遮る邪魔板（３８ｂ）が設けられている。

吸入開口の下方に邪魔板を設けることとして、吸入開口に向かう冷媒の流れを遮ることとした。これにより、ハウジングの下方の油溜まりから導かれた油が冷媒とともに吸入開口に導かれるのを抑制することができる。

本開示の一態様に係る圧縮機では、前記カバーは、前記吸入開口から上方に向かって拡径した略円錐形状とされている。

カバーは吸入開口から上方に向かって拡径した略円錐形状とされているので、吸入開口から吸い込んだ冷媒を高圧側圧縮機構の外周側に位置する吸入部に円滑に導くことができる。

本開示の一態様に係る圧縮機では、前記カバーは、径が階段状に変化する段部を有する。

カバーに径が階段状に変化する段部を設けることした。これにより、カバーに沿って流れる冷媒の向きを変化させることができ、冷媒に随伴する油を分離することができる。段部の数は、１つでも、複数でも良い。

１ 圧縮機
３ 脚部
１１ ハウジング
１２ ロータリ圧縮機構（低段側圧縮機構）
１３ スクロール圧縮機構（高段側圧縮機構）
１４ 電動モータ
１５ 回転軸（回転軸部）
１５ａ 油供給穴
２１ 本体部
２２ 上部蓋部
２３ 下部蓋部
３１ 上部軸受（軸受部）
３１ａ 油戻し穴
３１ｂ 縦穴
３２ 下部軸受
３３ 吸入管
３４ 吐出管
３８ ロータ
３８ａ ロータ通路
３８ｂ 油分離プレート（邪魔板）
３９ ステータ
３９ａ ステータ通路
３９ｂ 上側コイルエンド
３９ｃ 下側コイルエンド
４１ 偏心軸部
４２ ロータ
４３ ロータリ吐出管
４４ シリンダ
４５，４５’ カバー
４５ａ 吸入開口
４８ ボルト
４９ 油ポンプ
５１ 固定スクロール
５２ 端板
５２ａ 吐出孔
５３ 固定ラップ
５４ バランスウェイト
５５ ブッシュ
５６ 偏心軸部
５７ 旋回スクロール
５８ 端板
５９ 旋回ラップ
６０ オイルレベルタンク
６１ 下部配管
６２ 均圧管
６３ バランスウェイト室
６５ オイルセパレータ返油管
６７ 油戻し管
６８ ボス
７０ 棒状部材
７５ スタビライジングプレート
Ｃ１ 圧縮室
Ｃ２ 圧縮室
ＦＬ 設置面
Ｏ１ 油溜まり
Ｘ 軸線

Claims (4)

1. 下方に油溜まりを有するハウジングと、
   前記ハウジング内に収容され、長手軸線回りに回転する回転軸部と、
   前記回転軸部の前記長手軸線の方向における中央に設けられて前記回転軸部を回転駆動する電動モータと、
   前記回転軸部の下端に接続され、冷媒を圧縮して前記ハウジング内に吐出する低段側圧縮機構と、
   前記回転軸部の上端に接続され、前記低段側圧縮機構から前記ハウジング内に吐出された冷媒を吸入して圧縮する高段側圧縮機構と、
   前記低段側圧縮機構から吐出された冷媒を前記回転軸部の周囲から吸入する吸入開口を下端に有し、前記高段側圧縮機構の吸入側に冷媒を導くように前記ハウジング内の空間を仕切るカバーと、
   を備え、
   前記カバーの前記吸入開口は、前記電動モータのコイルエンドの内側でかつ該コイルエンドの上端よりも下方に設けられている圧縮機。
2. 前記吸入開口の下方に、該吸入開口に向かう冷媒の流れを遮る邪魔板が設けられている請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記カバーは、前記吸入開口から上方に向かって拡径した略円錐形状とされている請求項１又は２に記載の圧縮機。
4. 前記カバーは、径が階段状に変化する段部を有する請求項３に記載の圧縮機。

Images