JP4289975B2

JP4289975B2 - 多段圧縮式ロータリ圧縮機

Info

Publication number: JP4289975B2
Application number: JP2003376064A
Authority: JP
Inventors: 大松浦; 裕之松森; 俊行江原; 孝佐藤; 隆泰斎藤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2023-11-05
Also published as: JP2005139973A

Description

本発明は、第１段圧縮要素から吐出されたガス冷媒を第２段圧縮要素に吸引して圧縮する回転式圧縮機構部を備えた多段圧縮式ロータリに関するものである。

従来この種の多段圧縮式ロータリ圧縮機、例えば、圧縮要素等を内蔵した密閉容器内に低段側圧縮用の吐出ガスを充満させるように構成した中間圧力ドーム型の２段圧縮式ロータリ圧縮機では、次のように構成されていた。すなわち、第１段圧縮要素では、吸入ポートからガス冷媒をシリンダに吸入し、ローラとベーンの動作により中間圧力まで圧縮する１段目の圧縮を行い、この中間圧力の吐出ガス冷媒を吐出ポート及び吐出消音室を経て密閉容器内に吐出していた。また、第２段圧縮要素では、密閉容器内の中間圧力のガス冷媒を吸入ポートからシリンダに吸入し、ローラとベーンの動作により高圧側圧力まで圧縮する２段目の圧縮を行い、高温高圧のガス冷媒として吐出ポート及び吐出消音室等を経て吐出管から外部の冷媒回路内へ吐出していた。

また、密閉容器の底部をオイル溜部とし、さらに、このオイル溜部から圧縮要素の各摺動部にオイルを供給するオイル供給機構を回転軸に設けていた。このオイル供給機構は、回転軸の下端部にポンプ機構を形成し、このポンプ機構により軸受部等の回転軸の外周面にオイルを汲み上げ、さらに圧縮要素構成部品の隙間を通じて圧縮要素の各摺動部にオイルを供給するように形成されていた。このようなオイル供給器機構は特許文献１、特許文献２などに開示されている。
特開２０００−１０５００４号公報特開２０００−１０５００５号公報

本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、第２段圧縮要素のシリンダ内に十分なオイルを供給することにより圧縮機の耐久性及び信頼性を向上した多段圧縮式ロータリ圧縮機を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するものであって、第１段圧縮要素及び第２段圧縮要素からなり、第１段圧縮要素からの吐出ガスを第２段圧縮要素に吸入させるようにした回転式圧縮機構部と、回転式圧縮機構部を駆動する電動機と、電動機及び回転式圧縮機構部を収納し、内部が第１段圧縮要素の吐出ガス冷媒により満たされた密閉容器と、この密閉容器の底部に形成されたオイル溜部と、一端が電動機の回転軸の外周に形成されたオイル通路としての空間部に開口され、他端が第２段圧縮要素のシリンダ壁における圧縮工程終了点と吸入工程開始点との間に形成されるシリンダ内空間部に開口されたオイル供給通路とを備えたことを特徴とする。

回転式圧縮機構部では、ロータがシリンダ壁に接触しながら回転することにより圧縮作用が行われる。この場合、ロータとシリンダ壁との接触点が圧縮工程終了点と吸入工程開始点に移動する間では、負圧空間が形成される。
本発明は、第２段圧縮要素のシリンダ内にこのような負圧領域が形成されることに着目したもので、一端が電動機の回転軸の外周に形成されたオイル通路としての空間部に開口され、他端が第２段圧縮要素のシリンダ壁における圧縮工程終了点と吸入工程開始点との間に形成される空間部に開口されたオイル供給通路を備えているので、オイル供給機構のオイル通路通路から第２段圧縮要素のシリンダ内へのオイル供給を十分に行うことができる。また、第２段圧縮要素のシリンダ内へのオイル供給量は、このオイル供給通路のオイル通過抵抗、オイル供給通路が圧縮工程終了点と吸入工程開始点との間のシリンダ内空間部に開口される時間などを変更することにより、調整することが可能である。

以下、図１〜図８に基づき本発明の実施例を詳述する。図１に本発明を具体化した２段圧縮式ロータリ圧縮機１、すなわち、第２段圧縮要素２０及び第１段圧縮要素４０を備えた中間圧力ドーム型の２段圧縮式ロータリ圧縮機１の縦断面図を示している。

本実施例に係る２段圧縮式ロータリ圧縮機１は、図１に示すように、鋼板からなる円筒状の密閉容器２、この密閉容器２の内部空間の上側に配置された電動機３、電動機３の下側に配置された、回転式圧縮機構部１０、回転式圧縮機構部１０の摺動部へオイルを供給するためのオイル供給機構７０などから構成されている。
なお、２段圧縮式ロータリ圧縮機１では、冷媒としては、地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して、自然冷媒である前記二酸化炭素（ＣＯ２）が使用されている。また、潤滑油としては、鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油等の既存のものが使用されている。

上記構成についてさらに詳しく説明する。
密閉容器２は、電動機３の回転式圧縮機構部１０を収納する容器本体２ａと、この容器本体２ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）２ｂとで構成され、底部をオイル溜部２ｃとしている。また、エンドキャップ２ｂの上面中心には円形の取付孔２ｄが形成されており、この取付孔２ｄには、電動機３に電力を供給するためのターミナル（配線を省略）５が取り付けられている。

電動機３は、密閉容器２の上部空間の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ６と、ステータ６の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ７とからなる。

ステータ６は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体６ａと、この積層体６ａの歯部に直巻き（集中巻き）方式により巻装されたステータコイル６ｂを有している。また、ロータ７もステータ６と同様に電磁鋼板の積層体７ａで形成され、この積層体７ａ内に永久磁石ＭＧを挿入して構成されている。そして、ロータ７は、電動機３の中心を通り鉛直方向に延びる回転軸４に固定されている。

回転式圧縮機構部１０は、電動機３の回転軸４により駆動される第２段圧縮要素２０及び第１段圧縮要素４０からなる。前記第２段圧縮要素２０及び第１段圧縮要素４０は、中間仕切板６０、中間仕切板６０の上下に配置された上下シリンダ２１、４１、この上下シリンダ２１、４１内を１８０度の位相差を有して回転軸４に設けた上下偏心部２２、４２、この上下偏心部２２、４２に嵌合されて偏心回転する上下ローラ２３、４３（図４、図５参照）、この上下ローラ２３、４３に当接して上下シリンダ２１、４１内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画する上下ベーン２４、４４（図４、図５参照）、上シリンダ２１の上側の開口面及び下シリンダ４１の下側の開口面を閉塞して回転軸４の軸受を兼用する支持部材としての上下支持部材２５、４５などから構成されている。

上下支持部材２５、４５には、吸入ポート２６、４６（図４、図５参照）と上下シリンダ２１、４１の内部とをそれぞれ連通する吸入通路２６ａ、４６ａと、凹陥した吐出消音室２７、４７とが形成されている。なお、吐出消音室２７、４７は、吐出ポート２９、４９に連通している。また、これら両吐出消音室２７、４７の開口部はそれぞれカバーにより閉塞されている。すなわち、吐出消音室２７は上カバー２８にて閉塞され、吐出消音室４７は下カバー４８にて閉塞されている。

また、上支持部材２５の中央には上軸受２４ａが起立形成され、下支持部材４５の中央には下軸受４４ａが貫通形成されている。そして、前述の回転軸４が上支持部材２５の上軸受２４ａと下支持部材４５の下軸受４４ａとにより支持されている。

上カバー２８は、吐出消音室２７の上面開口部を閉塞することにより、密閉容器２内を吐出消音室２７側と電動機３側とに仕切っている。上カバー２８は、図３に示すように、前記上支持部材２５の上軸受２４ａが貫通する孔が形成された略ドーナッツ状の円形鋼板から構成されており、周辺部が主ボルト６７により、上から上支持部材２５に固定されている。主ボルト６７の先端は下支持部材４５に螺合している。なお、上支持部材２５の上部には、図３に示すように、吐出消音室２７内に位置する状態で、吐出ポート２９を開閉する第２段圧縮要素２０の吐出弁３０が設けられている。

下カバー４８は、ドーナッツ状の円形鋼板から構成され、周辺部の主ボルト６５によって下から下支持部材４５に固定されている。なお、主ボルト６５の先端は上支持部材２５に螺合している。
下支持部材４５の下面には、図２に示すように、吐出消音室４７内に位置する状態で、吐出ポート４９を開閉する第１段圧縮要素４０の吐出弁５０が設けられている。

吐出弁３０、５０は、図２及び図３に示されるように縦長金属板などの弾性部材にて構成されている。また、吐出弁３０、５０は、一端側において図示しないネジで固定され、他端側において吐出ポート２９、４９に弾性的に当接して閉鎖するように、上支持部材２５又は下支持部材４５にねじ止めされている。

また、吐出消音室４７と密閉容器２内における上カバー２８の電動機３側とは、上下シリンダ２１、４１や中間仕切板６０を貫通する孔である図示しない連通路にて連通されている。そして、この図示しない連通路の上端には中間吐出管６６が立設されており、この中間吐出管６６から密閉容器２内に中間圧力の冷媒が吐出されるように構成されている。

第１段圧縮要素４０の吸入配管５１は、図１に示すように、下支持部材４５の吸入通路４６ａに連通して取り付けられている。また、第２段圧縮要素２０の吸入配管３１は、図示しないが一端において上カバー２８上側の密閉容器２内に連通され、他端において第２段圧縮要素２０の吸入通路２６ａに連通している。また、第２段圧縮要素２０の吐出配管３２は、第２段圧縮要素２０の吐出消音室２７から取り出されるように取り付けられている。

次に、オイル供給機構７０について説明する。前記回転軸４の下部にはパイプを螺旋状にひねり加工して形成されたパドル７１が取り付けられている。このパドル７１は、オイル溜部２ｃに貯留されているオイル中に下端が浸されており、回転軸４が回転されることにより同時に回転して、オイル溜部２ｃのオイルを遠心力により汲み上げるようにしたポンプ機構を構成する。パドル７１により汲み上げられたオイルは、パドル７１に形成されているオイル溝７２、回転軸の軸心に設けられた縦方向のオイル連通路７３、縦方向の連通路７３に連通する横方向のオイル連通路７４などを介し下軸受４４ａ、上軸受２４ａ、中間仕切板６０の中心部に形成されたオイル供給通路としての空間部７５などに供給される。この空間部７５は、回転軸４の上下偏心部２２、４２、上下支持部材で区画されるローラー内側空間である。以上の構成は、例えば特許文献１及び２などにより従来公知のオイル供給機構と同一である。ところで、本実施例のオイル供給機構７０においては、一端がオイル通路としての空間部７５に開口され、他端が上シリンダ２１内に開口されるオイル供給通路７７を備えている点で、従来のものと構成を異にする。

このオイル供給通路７７の上シリンダ２１内における開口部７７ａは、図６に示されるように、上シリンダ２１における圧縮工程終了点８１と吸入工程開始点８２との間に形成される空間部８５に開口されている。

以上のように構成された本実施例に係る２段圧縮式ロータリ圧縮機１の動作を説明する。
ターミナル５及び図示されない配線を介して電動機３のステータコイル６ｂに通電される。ステータコイル６ｂに通電されると、電動機３が起動してロータ７が回転する。ロータ７の回転により回転軸４と一体に設けられた第２段圧縮要素２０及び第１段圧縮要素４０における上下偏心部２２、４２が回転し、上下偏心部２２、４２に嵌合されている上下ローラ２３、４３が上下シリンダ２１、４１内を偏心回転する。

これにより、第１段圧縮要素４０においては、外部に接続された冷媒回路内の冷媒が吸入配管５１、下支持部材４５に形成された吸入通路４６ａを経由し、さらに、図４の下シリンダ４１の下面図に示す吸入ポート４６を経由して下シリンダ４１の圧縮室４１ａにおける低圧室側に吸入される。下シリンダ４１の圧縮室４１ａにおける低圧室側に吸入された低圧（ＬＰ）冷媒は、下ローラ４３と下ベーン４４の動作により圧縮されて中間圧力（ＭＰ）となり、下シリンダ４１の高圧室側より吐出ポート４９を経て下支持部材４５に形成された吐出消音室４７に吐出される。
吐出消音室４７に吐出された中間圧力のガス冷媒は、図示しない連通路を経て中間吐出管６６から密閉容器２内に吐出される。これにより密閉容器２内は中間圧力となる。

密閉容器２内の中間圧力のガス冷媒は、吸入配管３１を通って第２段圧縮要素２０に吸入されて、２段目の圧縮作用が行われる。すなわち、中間圧力のガス冷媒は、上支持部材２５に形成された吸入通路２６ａを経由し、図５の上シリンダ２１の上面図に示す吸入ポート２６から上シリンダ２１の圧縮室２１ａにおける低圧室側に吸入される。吸入された中間圧力のガス冷媒は、上ローラ２３と上ベーン２４の動作により２段目の圧縮が行われて高温高圧（ＨＰ）のガス冷媒となり、高圧室側から吐出ポート２９を通って吐出される。第２段圧縮要素２０における吐出冷媒は、上支持部材２５に形成された吐出消音室２７から吐出配管３２を介して２段圧縮式ロータリ圧縮機１の外部に設けられた図示しない冷媒回路内を循環して再び第１段圧縮要素４０側に吸入される。

上記圧縮運転時において、オイル溜部２ｃに貯留されているオイルがパドル７１のポンプ機能により汲み上げられる。汲み上げられたオイルは、縦方向にのオイル連通路７３、横方向のオイル連通路７４などを介し手上下軸受２４ａ、４４ａ、空間部７５などの摺動部に供給される

また、上記圧縮運転時において、オイル供給通路７７の開口部７７ａは、上ローラ２３と上シリンダ２１との接触点８５が開口部７７ａを通過した後に、接触点８５と圧縮工程終了点８１との間に形成される空間部８５に連通することになる。また、この空間部８５は、圧縮工程終了点８１と吸入工程開始点８２との間に形成されるため負圧部となる。したがって、オイル供給通路７７は、空間部８５が負圧になることを利用して、オイル通路としての空間部７５に貯留されているオイルを上シリンダ２１内に十分に供給することができる。

なお、オイル供給通路７７による上シリンダ２１内へのオイル供給量は、オイル供給通路７７のオイル通過抵抗に影響する要素や開口部７７ａが空間部に連通している時間を変更することにより、調節することができる。
例えば、オイル供給通路７７の断面積を小さくしたり、オイル供給通路７７の曲がり部の形状を鋭角にしたりすると、オイル供給通路７７のオイル通過抵抗が大きくなり、空間部８５へのオイル供給量を減少させることができる。また、開口部７７ａを図６のように広げたり、オイル供給通路７７の開口部７７ａを圧縮工程終了点８１に近づけたりすることにより、オイル供給通路７７の空間部８５への開口時間が長くなり、空間部８５へのオイル供給量を増加させることができる。

以上に記載した実施例は、２段圧縮式ロータリ圧縮機についてのみ説明したが、これに限らず、回転式圧縮機構１０を３段、４段或いはそれ以上のものとした多段圧縮式ロータリ圧縮機に適用することも可能である。

以上詳述した多段圧縮式ロータリ圧縮機は、家庭用エアコン、業務用エアコン（パッケージエアコン）、自動車用エアコン、ヒートポンプ式給湯装置、家庭用冷蔵庫、業務用冷蔵庫、業務用冷凍庫、業務用冷凍冷蔵庫、自動販売機などに利用されるものである。

本発明の実施例に係る２段圧縮式ロータリ圧縮機の縦断面図である。同２段圧縮式ロータリ圧縮機の下支持部材の下面図である。同２段圧縮式ロータリ圧縮機の上支持部材及び上カバーの上面図である。同２段圧縮式ロータリ圧縮機の下シリンダの下面図である。同２段圧縮式ロータリ圧縮機の上シリンダの上面図である。同２段圧縮式ロータリ圧縮機の上シリンダにおけるオイル供給通路開口部周りの模式拡大図である。

符号の説明

１２段圧縮式ロータリ圧縮機
２密閉容器
３電動機
１０回転式圧縮機構部
２０第２段圧縮要素
２１上シリンダ
２１ａ圧縮室
４０第１段圧縮要素
７０オイル供給機構
７５空間部
７７オイル供給通路
７７ａオイル供給通路の開口部
８１圧縮工程終了点
８２吸入工程開始点
８５空間部

Claims

第１段圧縮要素及び第２段圧縮要素からなり、第１段圧縮要素からの吐出ガスを第２段圧縮要素に吸入させるようにした回転式圧縮機構部と、回転式圧縮機構部を駆動する電動機と、電動機及び回転式圧縮機構部を収納し、内部が第１段圧縮要素の吐出ガス冷媒により満たされる密閉容器と、この密閉容器の底部に形成されたオイル溜部と、一端が電動機の回転軸の外周に形成されたオイル通路としての空間部に開口され、他端が第２段圧縮要素のシリンダ壁における圧縮工程終了点と吸入工程開始点との間に形成されるシリンダ内空間部に開口されたオイル供給通路とを備えたことを特徴とする多段圧縮式ロータリ圧縮機。