JP4074760B2 - 密閉型回転圧縮機及び冷凍・空調装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型回転圧縮機及び冷凍・空調装置に係り、特にベーン部の先端部を給油ポンプ室内で往復動させて潤滑油を供給する密閉型回転圧縮機及び冷凍・空調装置に好適なものである。この冷凍・空調装置は、例えば冷蔵庫、エアコンディショナー、除湿機、給湯機、カーエアコン等である。
【０００２】
【従来の技術】
従来のロータリ圧縮機としては、特開平５−２３１３６７号公報に示されているものがある。即ち、このロータリ圧縮機は、潤滑油を貯溜した密閉容器と、密閉容器内に収納した圧縮要素及び電動要素と、電動要素の回転により圧縮要素を駆動する駆動軸とを備えている。そして、この圧縮要素は圧縮機構と給油機構とを備えている。また、圧縮機構は、シリンダ室を有する二つのシリンダと、二つのシリンダ室の両端部を閉塞する部材と、二つのシリンダ室内で１８０度位相が異なる公転運動する二つのローラ部と、二つのローラ部の外周面から半径方向に延びて二つのシリンダ室内をそれぞれ区画する二つのベーン部とを有している。給油機構は、二つのシリンダ室の外側に形成した二つの給油ポンプ室と、二つの給油ポンプ室内を往復動する二つのベーン部の先端部と、二つの給油ポンプ室を連通する流体ダイオードと、給油ポンプ室の一方を密閉容器の潤滑油に連通する連通部と、給油ポンプ室の他方を圧縮機構部の摺動部に連通する給油路とを有している。さらには、二つのベーン部の先端部は、駆動軸心と平行な直線状に形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、係る従来のロータリ圧縮機では、ベーン部の先端部が駆動軸心と平行な直線状に形成されているため、給油ポンプ室内の潤滑油を押し出す機能を十分に発揮できないものであった。このため、従来のロータリ圧縮機では、圧縮機の運転条件、特に低速の条件によっては駆動軸まで汲み上げられる潤滑油が不足し、圧縮機の各摺動部及び隙間が存在する圧縮部の給油量が減り、圧縮機性能及び冷凍サイクル性能が低下するといった課題があった。さらに、従来のロータリ圧縮機では、ＨＣＦＣ系冷媒の代替冷媒、例えばＨＦＣ系冷媒、炭化水素、ＣＯ２、アンモニア等の自然系冷媒を適用する際の潤滑性低下及び荷重増加等による信頼性低下に対応して、摺動部への給油量を十分に確保することが難しいという課題があった。
【０００４】
本発明の目的は、圧縮機構の摺動部への給油量不足による潤滑不良が防止でき、信頼性の高い密閉型回転圧縮機及び冷凍・空調装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の密閉型回転圧縮機は、潤滑油を貯溜した密閉容器内に圧縮機構及び給油機構を収納し、前記圧縮機構は、シリンダ室内で公転運動するローラ部と、ローラ部の外周面から半径方向に延びて前記シリンダ室内を区画するベーン部とを有して形成し、前記給油機構は、前記シリンダ室の外側に形成した給油ポンプ室と、前記給油ポンプ室内を往復動する前記ベーン部の先端部とを有して形成し、前記ベーン部の先端部は給油流れ方向に前記給油ポンプ室が広くなる形状に形成したものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１から図７を用いて説明する。
【０００７】
まず、本実施形態を図１から図５を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る密閉型回転圧縮機の縦断面図、図２は図１における異なる作動状態を示す図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図１の圧縮機に用いる揺動ピストンの斜視図、図５は図１の圧縮機を用いた冷凍調装置の冷凍サイクル構成図である。
【０００８】
本実施形態に係る冷凍装置の冷凍サイクルは、図５に示すように冷凍（冷房）専用のサイクルである。この冷凍サイクルは、圧縮機４２、凝縮器３９、減圧装置４０、蒸発器４１を冷媒配管で順次接続して構成される。圧縮機４２は横置き型の密閉揺動ピストン形圧縮機で構成されている。凝縮器３９は凝縮器ファン３９ａにより強制的に通風されるが、自然対流式熱交換器で構成されて凝縮器ファン３９ａがない場合にも本発明は適用可能である。減圧装置４０は膨張弁、キャピラリーチューブなどで構成される。蒸発器４１は蒸発器ファン４１ａにより強制的に通風される。
【０００９】
冷凍サイクル内の冷媒は、圧縮機４２を起動することにより、圧縮機４２で圧縮されて高温・高圧のガスとなり、図５の実線矢印で示すように吐出パイプ１５から凝縮器３９に流入し、凝縮器ファン３９ａの送風作用により放熱されて液化し減圧装置４０に流入し、減圧装置４０で絞られ、断熱膨張して低温・低圧となり、蒸発器４１に流入し、蒸発器４１で蒸発器ファン４１ａの送風作用により周囲より吸熱してガス化された後、吸込パイプ１２を経て圧縮機４２に吸込まれる。この冷媒として、ＨＣＦＣ系冷媒の代替冷媒、例えばＨＦＣ系冷媒、炭化水素、ＣＯ２、アンモニア等の自然系冷媒が用いられている。
【００１０】
係る本実施例の冷凍装置は、本発明の圧縮機４２を用いているので、エネルギー効率に優れた冷凍装置が得られる。特に、圧縮機４２は密閉容器６内を吐出圧力以下にしているので、断続運転における圧縮機４２の停止時に高温・高圧の冷媒が蒸発器４１内に流入する量を少なくでき、断続エネルギーロスを低減できる。
【００１１】
圧縮機４２は、図１から図３に示すように、密閉容器６内に電動要素４３、圧縮要素４４及びこの両者４３、４４を連結する駆動軸４を配置して構成されている。密閉容器６内の底部には潤滑油１６を貯溜する油溜り部１８が形成されている。この圧縮機４２は、密閉容器６内の空間を吐出圧力より低い圧力（本実施例では吸込圧力）としている。密閉容器６内を低い圧力とすることにより、潤滑油１６内に溶け込む冷媒量を低減でき、可燃性の自然系冷媒を用いる場合に特に好適である。電動要素４３は、固定子７及び回転子５を有している。圧縮要素４４は、圧縮機構と給油機構を有している。
【００１２】
圧縮機構は、第１シリンダ５０、第２シリンダ５１と、各シリンダ５０、５１内に回転可能に配置された揺動ピストン８０、８１と、各シリンダ５０、５１の両端開口を閉塞する主軸受２、副軸受３及び仕切り板２６等よりなっており、二つの圧縮部を有している。揺動ピストン８０、８１は、ローラ部８０ａ、８１ａ及びベーン部８０ｂ、８１ｂより構成されている。
【００１３】
給油機構は、第１シリンダ５０の給油ポンプ室５０ｃ、第２シリンダ５１の給油ポンプ室５１ｃと、ベーン部８０ｂ、８１ｂと、連通部１３、連通孔部２１、給油流通路２２及び流体ダイオード１７と、給油パイプ１９と、スパイラル溝２０等よりなっている。これらの給油流通路２２、給油パイプ１９及びスパイラル溝２０などは、摺動部への給油路を構成する。
【００１４】
給油ポンプ室５０ｃと給油ポンプ室５１ｃとは、連通孔部２１を介して連通される。連通孔部２１は、給油ポンプ室５１ｃ側に狭くなる傾斜内面を有する。これにより、連通孔部２１は、流体が給油ポンプ室５０ｃから給油ポンプ室５１ｃに流れ易く、その反対には流れ難くなるという流体ダイオード機能を備えている。また、給油ポンプ室５０ｃは連通部１３を介して油溜り部１８と連通される。
【００１５】
給油ポンプ室５１ｃは、流体ダイオード１７及び給油流通路２２を介して油溜り部１８に連通されると共に、給油流通路２２を介して給油パイプ１９と連通される。給油パイプ１９は給油流通路２２とスパイラル溝２０との間を連通する。
【００１６】
第１シリンダ５０、第２シリンダ５１には中央部に第１円筒状孔部であるシリンダ室５０ａ、５１ａが形成されている。このシリンダ室５０ａ、５１ａの両端開口は、閉塞部材を兼用する主軸受２、副軸受３及び仕切り板２６とで閉塞されている。主軸受２と副軸受３にはそれぞれ軸受部２ａ、３ａが形成されており、これにより駆動軸４が回転可能に支持されている。また、主軸受２と副軸受３には駆動軸４の回転軸心が第１シリンダ５０、第２シリンダ５１のシリンダ室５０ａ、５１ａの軸心と一致するように第１シリンダ５０、第２シリンダ５１に固定されている。主軸受２の外周部は密閉容器６に固定されている。駆動軸４には電動要素４３の回転子５が固定されており、電動要素４３の固定子７が密閉容器６に固定されている。
【００１７】
駆動軸４には、第１シリンダ５０、第２シリンダ５１のシリンダ室５０ａ、５１ａ内に位置する部分に偏心部４ａ、４ｂが形成されている。この偏心部４ａ、４ｂの円筒状外周面と揺動ピストン８０、８１のローラ部８０ａ、８１ａの円筒状内周面とは回転可能に嵌合されている。そして、駆動軸４が回転して揺動ピストン８０、８１が回転する際に、ローラ部８０ａ、８１ａの円筒状外周面とシリンダ室５０ａ、５１ａを形成する円筒状外周面との間の隙間が微少になるように各部寸法が決められている。そして、二つの偏心部４ａは互いに１８０度位相を異にして形成されているので、二つの圧縮部で生じるガス圧縮トルクの変動が平準化されて圧縮機の振動が低減される。
【００１８】
シリンダ５０、５１において、シリンダ室５０ａ、５１ａの外側にはシリンダ室５０ａ、５１ａの中心軸心と平行な中心軸心を持つ第２円筒状孔部である滑動室５０ｂ、５１ｂが形成されている。滑動室５０ｂ、５１ｂの外側には第３筒状孔部である給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃが形成されている。そして、滑動室５０ｂ、５１ｂは、一側がシリンダ室５０ａ、５１ａ連通され、他側が給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃに連通されている。滑動室５０ｂ、５１ｂ及び給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃの両端部まで主軸受２、副軸受３及び仕切板２６が延びている。
【００１９】
ローラ部８０ａ、８１ａの円筒状外周面から半径方向に延びるベーン部８０ｂ、８１ｂが一体に形成されている。ベーン部８０ｂ、８１ｂは、シリンダ室５０ａ、５０ｂ内を吸込室１１と圧縮室１０とに区画すると共に、滑動室５０ｂ、５１ｂ内を通って給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃ内まで延びている。
【００２０】
ベーン部８０ｂ、８１ｂと滑動室５０ｂ、５１ｂの円筒状内周面との間には、滑動部材９が組み込まれている。この滑動部材９は、ベーン部８０ｂ、８１ｂの平面部に摺動可能に当接する平面部と、滑動室５０ｂ、５１ｂの円筒状内周面に摺動可能に当接する円筒面部とを有している。この滑動部材９はベーン部８０ｂ、８１ｂをはさみ込むように配置されている。この結果、ベーン部８０ｂ、８１ｂは滑動室５０ｂ、５１ｂの中心軸に向かう進退運動と中心軸廻りの揺動運動を行う。
【００２１】
ベーン部８０ｂ、８１ｂの先端部は給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃの中で往復運動し、第１シリンダ５０、第２シリンダ５１と干渉することはない。そして、往復運動するベーン部８０ｂ、８１ｂの先端部は、給油流れ方向に対して給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃが広くなるように形成されている。具体的には、図４に示すように、上流側のベーン部の長さをＬ１とし、下流側のベーン部の長さをＬ２とすると、上流側長さＬ１＞下流側長さＬ２の関係に設定されており、さらには先端部は傾斜部を有する形状に形成されている。本実施例では傾斜部が直線状に形成されているので、その加工が容易であり、安価に製作することができる。
【００２２】
次に、圧縮要素４４の圧縮動作を説明する。
【００２３】
電動要素４３に通電されて回転子５が回転すると、回転子５と共に駆動軸４が回転することにより、揺動ピストン８０、８１は偏心部４ａ、４ｂと共にシリンダ室５０ａ、５１ａ内で揺動を伴う公転運動を行う。これによって、吸込室１１内に冷媒ガスを吸込み、圧縮室１０に移行して容積の増減を繰り返し、冷媒ガスを圧縮する。
【００２４】
具体的には、冷媒ガスは、密閉容器６に取り付けられた吸込パイプ１２から密閉容器６内に吸込まれ、吸込通路を通って吸込室１１に吸込まれ、圧縮室１０の容積の減少と共に圧縮された後、主軸受２及び副軸受３に形成された吐出ポート部２ｂ、吐出ポート３ｂを通って主軸受２と吐出カバー１４ａとで形成される吐出室２ｃ及び副軸受３と吐出カバー１４ｂとで形成される吐出室２ｃ、吐出室３ｃへ吐出され、その後、吐出パイプ１５から密閉容器６外に吐出される。
【００２５】
次に、給油機構の給油動作について説明する。駆動軸４の回転によって揺動ピストン８０、８１が動作することにより、圧縮機構による圧縮動作と共に給油機構による給油動作が行われる。
【００２６】
まず、図１に示すように、第１シリンダ５０の揺動ピストン８０が下死点に、第２シリンダ５１の揺動ピストン８１が上死点にそれぞれ動作する場合について説明する。
【００２７】
第２シリンダ５１側のベーン部８１ｂの上昇に伴い、密閉容器６の油溜り部１８に貯溜された潤滑油１６は流体ダイオード１７から吸引され、給油流通路２２を通って給油ポンプ室５１ｃに吸引される。一方、第１シリンダ５０側のベーン部８０ｂの下降に伴い、給油ポンプ室５０ｃ内の潤滑油１６が連通孔部２１を通って給油ポンプ室５１ｃに押し出されると同時に連通部１３から油溜り部１８内へ流出する。
【００２８】
この動作において、給油ポンプ室５１ｃへの給油流れ方向に対して給油ポンプ室５０ｃが広くなるようにベーン部８０ｂの先端部を形成しているので、給油ポンプ室５０ｃ内における反給油ポンプ室５１ｃ側の潤滑油１６を容易に給油ポンプ室５１ｃへ吐出することができる。これにより給油量を増大することができる。特にベーン部８０ｂの先端部が傾斜面で形成されているので、給油ポンプ室５０ｃ内の潤滑油１６に給油ポンプ室５１ｃ側への押し出し分力が加えられ、この点からも給油量を増大することができる。この給油量の増大は、ベーン部８０ｂの先端部の形状変更という簡単な変更であり、安価に達成することができる。
【００２９】
図１の状態から図２に示すように、第１シリンダ５０の揺動ピストン８０が上死点に、第２シリンダ５１の揺動ピストン８１が下死点に動作する場合について説明する。
【００３０】
第２シリンダ５１のベーン部８１ｂの下降に伴い、給油ポンプ室５１ｃに吸引された潤滑油１６は給油流通路２２に押し出され、給油流通路２２から給油パイプ１９を通って駆動軸４の一端部まで汲み上げられ、さらに駆動軸４の外周に設けられたスパイラル溝２０を通って副軸受３、偏心部４ａ、４ｂ、主軸受２を潤滑し、再び密閉容器６内の油溜り部１８に戻る。
【００３１】
この動作において、給油流通路２２への給油流れ方向に対して給油ポンプ室５１ｃが広くなるようにベーン部８１ｂの先端部を形成しているので、給油ポンプ室５１ｃ内における反給油流通路２２側の潤滑油１６を容易に給油流通路２２へ吐出することができると共に給油ポンプ室５０ｃに潤滑油１６が流出することを防止できる。これにより給油量を増大することができる。特にベーン部８１ｂの先端部が傾斜面で形成されているので、給油ポンプ室５０ｃ内の潤滑油１６に給油ポンプ室５１ｃ側への押し出し分力が加えられ、この点からも給油量を増大することができる。この給油量の増大は、ベーン部８１ｂの先端部の形状変更という簡単な変更であり、安価に達成することができる。なお、流体ダイオード１７の作用により、給油ポンプ室５１ｃ押し出された潤滑油１６は、密閉容器６内の油溜り部１８に逆流することを防止することができる。
【００３２】
このように、駆動軸４の回転により、給油流れ方向に傾斜したベーン部８０ｂ、８１ｂが給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃの中で往復運動し、給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃの容積が変化するベーン給油ポンプ作用により、密閉容器６の底部に貯溜された潤滑油１６は駆動軸４まで十分な量が汲み上げられる。
【００３３】
以上の構成とすることにより、運転条件が変化した場合（例えば、低速運転された場合）でも、潤滑油１６を各摺動部に適正に供給でき、各摺動部の油量不足による潤滑不良が防止できる。これにより、高信頼性の密閉型回転圧縮機を提供することができる。さらには、ＨＣＦＣ系冷媒の代替冷媒、例えばＨＦＣ系冷媒、炭化水素、ＣＯ２、アンモニア等の自然系冷媒を適用すると、一般に潤滑性低下及び荷重増加等により信頼性の低下を招くが、本実施例によればこの信頼性の低下を抑制することができ、代替冷媒を密閉型回転圧縮機に採用することが可能となる。
【００３４】
次に、揺動ピストン８０、８１の二つの変形例を図６及び図７を参照しながら説明する。図６に示す変形例１は、ベーン部８０ｂ、８１ｂの先端部形状を弧状に傾斜して形成したものである。また、図７に示す変形例２は、ベーン部８０ｂ、８１ｂの先端部の形状を段部を有するように形成したものである。これらの変形例１、２においても、加工が若干面倒になるが、上述したものと同様に給油流れ方向に給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃが広くなるので、この共通した構成において同様な効果が得られる。
【００３５】
上述した実施例では、ローラとベーンが一体となった揺動ピストン形圧縮機にて説明を行なったが、ローラとベーンが別体のロータリ圧縮機においても同様に適用可能である。これはベーン給油ポンプ方式の圧縮機であればよいことを意味している。
【００３６】
さらには、単段圧縮機だけでなく２段圧縮機としてもよく、また、冷凍装置だけでなく空調装置にも適用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、圧縮機構の摺動部への給油量不足による潤滑不良が防止でき、信頼性の高い密閉型回転圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る密閉型回転圧縮機の縦断面図である。
【図２】図１における異なる作動状態を示す図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１の圧縮機に用いる揺動ピストンの斜視図である。
【図５】図１の圧縮機を用いた冷凍調装置の冷凍サイクル構成図である。
【図６】図１の揺動ピストンの変形例１を示す斜視図である。
【図７】図１の揺動ピストンの変形例２を示す斜視図である。
【符号の説明】
２…主軸受、２ａ…軸受部、２ｂ…吐出ポート、２ｃ…吐出室、３…副軸受、３ａ…軸受部、３ｂ…吐出ポート、３ｃ…吐出室、４…駆動軸、４ａ…偏心部、４ｂ…偏心部、５…回転子、６…密閉容器、７…固定子、９…滑動部材、１０…圧縮室、１１…吸込室、１２…吸込パイプ、１３…連通部、１４ａ…吐出カバー、１４ｂ…吐出カバー、１５…吐出パイプ、１６…潤滑油、１７…流体ダイオード、１８…油溜り部、１９…給油パイプ、２０…スパイラル溝、２１…連通孔部（流体ダイオード）、２２…給油流通路、２６…仕切板、３９…凝縮器、３９ａ…凝縮器用ファン、４０…膨張弁、４１…蒸発器、４１ａ…蒸発器用ファン、４２…圧縮機、４３…電動要素、４４…圧縮要素、５０…第１シリンダ、５０ａ…シリンダ室、５０ｂ…滑動室、５０ｃ…給油ポンプ室、５１…第２シリンダ、５１ａ…シリンダ室、５１ｂ…滑動室、５１ｃ…給油ポンプ室、８０…揺動ピストン、８０ａ…ローラ部、８０ｂ…ベーン部、８１…揺動ピストン、８１ａ…ローラ部、８１ｂ…ベーン部。

Claims (6)

1. 潤滑油を貯溜した密閉容器内に圧縮機構及び給油機構を収納し、
   前記圧縮機構は、シリンダ室内で公転運動するローラ部と、ローラ部の外周面から半径方向に延びて前記シリンダ室内を区画するベーン部とを有して形成し、
   前記給油機構は、前記シリンダ室の外側に形成した給油ポンプ室と、前記給油ポンプ室内を往復動する前記ベーン部の先端部とを有して形成し、
   前記ベーン部の先端部は給油流れ方向に前記給油ポンプ室が広くなる形状に形成した
   ことを特徴とする密閉型回転圧縮機。
2. 請求項１において、前記ベーン部は上流側の長さを下流側の長さより長くし、このベーン部の先端部を傾斜面形状に形成したことを特徴とする密閉型回転圧縮機。
3. 請求項１または２において、前記密閉容器内の空間の圧力を吐出圧力より低い圧力にしたことを特徴とする密閉型回転圧縮機。
4. 請求項１から３の何れかにおいて、圧縮する冷媒をＨＣＦＣ冷媒の代替冷媒であるＨＦＣ系冷媒か炭化水素、ＣＯ２、アンモニア等の自然系冷媒かの何れかを用いたことを特徴とする密閉型回転圧縮機。
5. 潤滑油を貯溜した密閉容器と、前記密閉容器内に収納した圧縮要素及び電動要素と、前記電動要素の回転により前記圧縮要素を駆動する駆動軸とを備え、
   前記圧縮要素は圧縮機構と給油機構とを備え、
   前記圧縮機構は、シリンダ室を有する二つのシリンダと、前記二つのシリンダ室の両端部を閉塞する部材と、前記二つのシリンダ室内で１８０度位相が異なる公転運動をする二つのローラ部と、前記二つのローラ部の外周面から半径方向に延びて前記二つのシリンダ室内をそれぞれ区画する二つのベーン部とを有し、
   前記給油機構は、前記二つのシリンダ室の外側に形成した二つの給油ポンプ室と、前記二つの給油ポンプ室内を往復動する前記二つのベーン部の先端部と、前記二つの給油ポンプ室を連通する流体ダイオードと、前記二つの給油ポンプ室の一方を前記密閉容器の潤滑油に連通する連通部と、前記二つの給油ポンプ室の他方を摺動部に連通する給油路とを有し、
   前記二つのベーン部の先端部は、給油流れ方向に前記給油ポンプ室が広くなるようにそれぞれ形成した
   ことを特徴とする密閉型回転圧縮機。
6. 密閉型回転圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管で接続してＨＣＦＣ系冷媒の代替冷媒を封入した冷凍サイクルを形成し、
   前記密閉型回転圧縮機は、容器内を吐出圧力より低い圧力にすると共に潤滑油を貯溜した密閉容器と、前記密閉容器内に収納した圧縮要素及び電動要素と、前記電動要素の回転により前記圧縮要素を駆動する駆動軸とを備え、
   前記圧縮要素は圧縮機構と給油機構とを備え、
   前記圧縮機構は、シリンダ室を有するシリンダと、前記シリンダ室の両端部を閉塞する部材と、前記シリンダ室内で公転運動するローラ部と、前記ローラ部の外周面から半径方向に延びて前記シリンダ室内を区画するベーン部とを有し、
   前記給油機構は、前記シリンダ室の外側に形成した給油ポンプ室と、前記給油ポンプ室内を往復動する前記ベーン部の先端部と、前記密閉容器の潤滑油を前記給油ポンプ室に連通する流体ダイオードと、前記給油ポンプ室を前記圧縮機構部の摺動部へ連通する給油路とを有し、
   前記ベーン部の先端部は、給油流れ方向に前記給油ポンプ室が広くなるように形成した
   ことを特徴とする密閉型回転圧縮機。

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