JP4325081B2

JP4325081B2 - 圧縮機

Info

Publication number: JP4325081B2
Application number: JP2000161952A
Authority: JP
Inventors: 賢志鈴木; 好範白藤; 守千代延; 勝巳遠藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: JP2001342960A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は冷凍冷蔵および空調用に供される圧縮機に係わり、特に油分離効率の向上に寄与する油分離構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、例えば実開昭６２−７２４９４に開示されている誘導電動機を具備した密閉型圧縮機の断面図である。図１１において、1は密閉容器で容器内には上部に電動要素２、下部に電動要素によって駆動される圧縮要素３を収納し、底部に冷凍機油４が貯留されている。電動要素は固定子５と回転子６からなり、回転子上部に油分離板７と円筒状カップ２０が付設され共動するものである。
【０００３】
このように構成された密閉型圧縮機では、圧縮要素３から固定子下部空間に吐出されたオイル噴霧の混合した冷媒ガスは、固定子５の外周側面の切り欠き部９や固定子と回転子の空隙(エアギャップ)１０などを通過して固定子上部空間に移動する。そして冷媒ガスを外部に導く吐出管１１に吸引される際に、吐出管１１が取り付けられている容器の中央へ向かう流れとなるが、円筒状カップ２０の遮蔽作用により円筒状カップの外側壁面に沿った上下方向に運動の向きが変えられると共に流速も変化して、密度の大きいオイル噴霧の油滴は上方に設けてある吐出管とは逆の下方に落ち、密度が小さくて軽い冷媒ガスのみが円筒状カップの壁面を乗り越えて吐出管１１に吸入される油分離機能が作用し、冷媒ガスだけが吐出パイプ１１から外部へ吐出され、オイルは密閉容器底部に戻される。
【０００４】
また、特開平８−２８４７６に開示されている例として、図１２に永久磁石埋め込み形電動回転子を具備した密閉型圧縮機の断面図を示す。図１２において、1は密閉容器で容器内には上部に電動要素２、下部に圧縮要素３、底部に冷凍機油４が貯留されている。電動要素２は固定子５と回転子６からなり、回転子は積層鉄心１２に永久磁石１３が埋め込まれている。図１３に図１２の回転子上部に設けた油分離板周りの詳細断面を示している。図１３において、６は回転子、１３は永久磁石、１４は上下端板、１８は油分離板、１９は固定部材である。回転子６には永久磁石１３の挿入孔を閉塞する上下端板１４が具備されると共に、回転子の積層鉄芯に上下方向に貫通形成された複数の冷媒通過孔１５と、前記冷媒通過孔の出口の上方に配され前記回転子６の上面との間に油分離空間１６を形成するためのスペーサー部１７を具備した油分離板１８とが固定部材１９によって回転子に固定されている。
【０００５】
このように構成された密閉型圧縮機では、圧縮要素３から吐出されたオイル噴霧の混合した冷媒ガスは回転子の積層鉄心１２に敷設された冷媒通過孔１５を通って油分離空間１６に流入する。そして、ここで遠心力により油分離板１８の外周出口から冷媒ガスを放射状に吐出し、固定子のコイルエンドに吹き付けられて冷媒ガスとこれに含まれた油滴が分離される。分離された冷媒ガスだけが上昇して密閉容器内の上部に設けられた吐出管１１から外部へ吐出される。一方、固定子のコイルエンドに付着した油滴は下方へ伝わって落ち密閉容器底部に貯留されている冷凍機油４へ戻される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来例の図１１に示されているように、回転子上部に油分離板を介して付設したカップを円筒状に形成した場合、円筒壁面による遮蔽効果は得られるものの、壁面が円形状の回転のためオイル噴霧が混合した冷媒ガスに十分な回転力、すなわち遠心力を与えることができず、遠心分離による油滴と冷媒ガスの分離効果を十分に得ることができなかった。
【０００７】
また、従来例の図１２及び図１３のように構成された密閉型回転圧縮機では、回転子の積層鉄芯に上下方向に貫通形成された複数の冷媒通過孔以外の流路となる固定子と回転子のエアギャップおよび密閉容器と固定子の切り欠き部との隙間を通過するオイル噴霧の混合した冷媒ガスに対しては遠心力を与えることができず油分離作用が不十分であった。
【０００８】
特に、ハイドロフルオロカーボンを主成分とした冷媒を使用し、冷媒と非相溶性あるいは弱相溶性の冷凍機油を採用している圧縮機では、相溶性のある冷凍機油を用いた場合と比べ油分離のメカニズムの内、遠心分離に依存する割合が大きく、相溶性の冷凍機油を採用している冷凍システム以上に遠心分離による油分離の効率を高める必要があった。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、簡易且つ低コストに油分離効率を高めて圧縮機外へ持ち出される冷凍機油の量を低減し、圧縮機の信頼性を向上させ、高効率の冷凍サイクルを得ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に関わる圧縮機は、容器内の下部に圧縮機要素、上部に圧縮機要素を駆動する回転子と固定子からなる電動機要素を収納するとともに、圧縮機要素で圧縮して容器内に吐出した冷媒を容器の上部に設けた吐出管から吐出するようにした圧縮機において、回転子上部に一体に回転する平板状の油分離板と、油分離板上部に断面が多角形となる壁面を有するカップ形状を開口上向きに備え、壁面の中央部と水平端部で回転周速度が異なると共に吐出管の吸入口がカップ形状の開口の内側に位置するものである。
【００１１】
本発明の請求項２に関わる圧縮機は、請求項１に記載の圧縮機において、壁面を有するカップ形状は、略正方形形状に配設された四面からなるものである。
【００１２】
本発明の請求項３に関わる圧縮機は、請求項１または請求項２に記載の圧縮機において、電動機要素の回転子として積層鉄芯内に永久磁石を埋め込むとともに、圧縮吐出された冷媒を通す積層鉄芯に上下方向に貫通形成された冷媒貫通孔と、冷媒貫通孔の出口の上方に設けられ、回転子の上面と油分離板との間に油分離空間を形成するスペーサーとを備えたものである。
【００１３】
本発明の請求項４に関わる圧縮機は、請求項１または請求項２に記載の圧縮機において、油分離板とカップ形状を成す四面の壁を板金で一体形成すると共に、回転子上部のバランスウェートに当接する段差をカップ形状の底部に形成したものである。
【００１４】
本発明の請求項５に関わる圧縮機は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の圧縮機において、冷媒と非相溶性あるいは弱相溶性を示す冷凍機油を用いたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図１に基づいて説明する。図１中、８は正方形形状カップであり、図１１と同一および相当する構成部分には同一の符号を適用する。
図１において密閉容器１の内部には上部に電動要素２が、下部には圧縮要素３、底部には冷凍機油４が貯留されている。電動要素は固定子５と回転子６からなり、回転子上部のエンドリングには回転子の断面円形とほぼ同じサイズの円盤形状の油分離板７が固着され、さらに水平断面が概ね正方形形状のカップ８が上向きにかつ密閉容器１の上側中央付近に設けてある吐出管１１の吸入口端が前記カップ８の開口内に位置するように前記油分離板７の上面に付設されている。
【００１６】
このように構成された密閉型圧縮機では、圧縮要素３から固定子下部空間に吐出されたオイル噴霧の混合した冷媒ガスは、固定子の切り欠き部９や固定子と回転子の空隙(エアギャップ)１０などを通過して固定子上部空間に移動する。その際、固定子の外周にある切り欠き部９の上端から流出した冷媒ガスは、固定子端部にはコイルエンドがあるため、それと密閉容器の間を通り上向きの流れとして容器内の上部空間へ到達する。一方、回転子の外周に位置するエアギャップ１０の上端から流出した冷媒ガスの一部は回転子上部に固定した油分離板７に衝突し、冷媒ガスに混合したオイル噴霧が表面に付着し滴下して分離が行なわれるが、油分離板７に衝突しないでコイルエンドに沿って上部へ抜け出たそれ以外の冷媒ガスは油分離板の外周とコイルエンドの間から上向きの流れとして容器内の上部空間へ至る。そして、これら冷媒ガスは、密閉容器１の上部中央に設けられた吐出管１１へ向けた、つまり容器外周から容器中央に向かう横向きの流れとなって、吐出管の吸入口を囲むように設けられた前記正方形形状のカップ８に向けて集まってくる。
【００１７】
次に図２〜図５を用いてカップまわりの冷媒ガスの流れの説明を行う。図２は上から見たカップまわりを模式的に表したもので、図３はその斜視図、図４は上から見たカップまわりの冷媒ガス挙動平面図、図５はカップまわりの冷媒ガス挙動説明図である。図２および図３において、６は電動要素の回転子、８は正方形形状カップ、８ａはカップ壁面である。正方形形状カップ８は回転子６の上部に付設され、その形状は水平断面が概ね正方形である四角柱状のカップで、高さ方向には形状変化はなく、全４側面は下部の回転子６の外周円形内であり、正方形断面の対角中心点と回転子６の回転中心点はほぼ同じ位置となるよう配設している。従って、回転子６の回転に共動して正方形形状カップ８も回転運動をなすが、その４側面の角部は側面の中央部より回転中心からの距離が長いので周速度が速くなる。
【００１８】
図４および図５において、図１〜図３と同様に、６は回転子、８は正方形形状カップ、１１は吐出管であり、実線は密度の小さい冷媒ガスの挙動軌跡、点線は密度の大きいオイル噴霧の挙動軌跡を表している。また、図５は正方形形状カップと冷媒ガスおよびオイル噴霧ガスとの関係を説明する図のため、正方形形状カップ８が配設された下部の部品を回転子６だけで省略して表している。
固定子上部の空間に到達したオイル噴霧の混合した冷媒ガスは、その先端口が正方形形状カップの開口内に位置する吐出管１１めがけて密閉容器中心方向に流れる。この際、カップの断面形状が正方形形状のため、上述したように角部と側面中央部との速度差によってカップ壁面８ａで回転力を与えられた混合流は、次の瞬間に密度の差による遠心分離作用により、密度の大きいオイル噴霧は半径方向外向きに遠心力が加えられ、図中の点線で示すように吐出管から遠ざかる方向に挙動してコイルエンドまたは容器内面に付着し、それらが集まり蓄積されると重力にしたがって密閉容器低部へ滴下する。一方、密度の小さい軽い冷媒ガスは図中の実線で示すようにカップ壁面を上昇しカップ内部に達し吐出管１１を通って外部に搬送される。これにより円筒状カップと比べ冷媒ガスとオイル噴霧の分離が効率よく達成され、油分離効率を高めることができる。
これにより、冷媒と共に圧縮機外部の冷凍サイクルへ持ち出す冷凍機油の量を最小に抑えることにより、熱交換器内部の表面に冷凍機油が停滞し冷凍能力を低下させることを防ぐと共に、圧縮機に貯留された冷凍機油が常に所定量以上確保されて圧縮機の信頼性向上が図れる。
【００１９】
ここで、正方形形状カップ８および油分離板７と回転子６との固着方法について述べる。まず、鋼鈑の絞り加工により所定の形状に成型された正方形形状カップ８を同じく鋼鈑で加工された円板状の油分離板７の所定の位置に溶着してセットする。そして、回転子のエンドリングを形成しているアルミ材でその端部に数個の突起（ダボ）を設け、油分離板７にはこのダボに対向した位置に挿入可能な穴を設けて、この穴にダボを挿入してアルミのダボを油分離板側からつぶして固着組立てられている。
なお、本実施の形態では密閉型圧縮機について説明しているが、半密閉型圧縮機においても同様の効果が得られる。
【００２０】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の上部断面図であり、図１における油分離板と正方形形状のカップを一体としたものである。図６において、２１は回転子６のエンドリングと一体に形成されたバランスウェート、２２は段差付き四方形カップである。なお、図１と同一および相当する構成部分に関しては同一の符号を付す。また、図７は、図６におけるオイルカップ周りの略斜視図であり、６は回転子、２２は段差付き正方形形状カップである。
【００２１】
段差付き正方形形状カップ２１の段差より上部の形状は、前記正方形形状カップ８と同形状であり、カップ底面の一部が一段深くなった形をしている。回転子６の上部にこの段差付き正方形形状カップ２２を固着して、実施の形態１と同様な使用となる。ここで、図６に示すように電動要素２によって駆動される圧縮要素３で発生する力学的アンバランスを補正するために、回転子端部のエンドリングの一部にバランスウェート２１が設けられており、これによりエンドリングに段差が生じる。この段差形状に合わせて、前記段差付き正方形形状カップ２２の底面形状を形成することにより、回転子へ直接固着できる。なお、オイルカップと回転子の固着方法としては、回転子のエンドリングを形成しているアルミ材に突起（ダボ）を設け、オイルカップ底面にこのダボに対向した位置に設けた穴へ差し込んで、オイルカップ側からダボをつぶして固定するものである。上述のように、正方形形状カップの底面に段差を形成することにより、回転子に設けたバランスウェートの出っ張りを収納できるので、油分離効率を向上させると共に部品点数の削減が可能となる。
【００２２】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３における永久磁石埋込型回転子を使った密閉型圧縮機の断面図である。図８において、1は密閉容器、２は電動要素、３は圧縮要素、４は容器底部に貯留した冷凍機油、６は電動要素２の回転子、８は回転子６の上部に設けた正方形形状カップである。なお、図中、図１と同一または相当部分は同一符号を付す。図９は、図８の回転子上部およびカップ周りの断面図であり、図中、１２は積層鉄心、１３は永久磁石、１４は上下端板、１５は冷媒通過孔、１６は油分離空間、１７はスペーサー、１８は油分離板、１９は固定部材、８ａは油分離板１８の上部に形成した正方形形状カップをなすカップ壁面である。
【００２３】
電動要素は固定子５と回転子６からなり、回転子６は積層鉄心１２と前記鉄心に永久磁石１３が組込まれている。また、回転子６の上下端部には永久磁石の挿入孔を閉塞する上下端板１４が具備されると共に、上下方向に貫通形成された複数の冷媒通過孔１５と、前記冷媒通過孔の上方出口に配され前記回転子６の上面との間に油分離空間１６を形成するためのスペーサー１７と水平断面が概ね正方形であるカップを形成するオイルカップのカップ壁面８ａを有する油分離板１８とが固定部材１９によって回転子に固定されている。
【００２４】
図１０は図９における永久磁石埋込型回転子とその上部に設けた油分離板およびオイルカップとの組立分解図である。図において、６は永久磁石を埋め込んだ回転子、１５は冷媒貫通孔、１７はスペーサー、１８は油分離板、２３は固定部材を通す挿通孔、８は正方形形状カップ、８ａはカップ壁面である。スペーサー１７の外周寸法は回転子６の断面円形以内であり、冷媒貫通孔１５を塞がないようにその孔および孔から外周方向に向けて徐々に拡大した開口形状を有している。また、スペーサー１７には回転子６の挿通孔２３に対向した位置に同じ寸法の挿通孔を設けている。油分離板１８は回転子６と同じ直径寸法の円盤形状で所要の板厚を有する。この上部に正方形形状カップ８を有すると共に前記挿通孔２３に対向した位置に同じ寸法の挿通孔を設けている。回転子６に上下端板とスペーサー１７及び油分離板１８をそれぞれ挿通孔を合わせて積層し、固定部材で固定されている。これにより、スペーサー１７で冷媒貫通孔１５の上方出口と連通して外周の開口部を通路出口とする油分離空間１６を放射状に均一に形成できる。
【００２５】
このように構成された圧縮機では、圧縮要素３から固定子下部空間に吐出されたオイル噴霧の混合した冷媒ガスは、冷媒貫通孔１５をより多く通過して油分離空間１６に流入する。ここで回転子の回転による遠心力により油分離板１８と上下端板１４の間で形成される外周部出口より放射状に吐出し、固定子のコイルエンドに吹き付けられてオイル噴霧と冷媒ガスが分離される。分離された冷媒ガスは上昇し容器上方に設けた吐出管１１を通って外部へ搬送される。一方、コイルエンドに付着したオイルは固定子を伝わって容器底部の冷凍機油４に戻る。
一方、上述の冷媒貫通孔１５を通らず、固定子と回転子のエアギャップ１０および密閉容器と固定子の切り欠き部９との隙間を通過するオイル噴霧の混合した冷媒ガスは固定子上部の空間に到達する。ここで、密閉容器上部に設けられた吐出管１１の先端吸込み口は、固定子５に積層された油分離板１８の上部に形成した正方形形状のオイルカップの開口内に位置するので、前記実施の形態１での説明と同様に、正方形形状カップの回転によりオイル噴霧の混合した冷媒ガスに遠心力が作用して油分離を促進し、油分離効率を高めることができる。
【００２６】
実施の形態４．
本実施の形態では実施の形態１〜３で説明したオイル噴霧の混合した冷媒ガスの密閉容器内の流れと正方形形状のオイルカップによる挙動に加えて、例えば、冷媒が塩素分を含まないハイドロフルオロカーボンを主成分とするものを使用し、その冷媒と非相溶性あるいは弱相溶性を示す冷凍機油を採用した圧縮機である。
相溶性のある冷凍機油を用いた場合に比べ、冷媒に溶け込まないでガスの中に浮遊するオイル噴霧の量が増えるため、密閉型圧縮機内における油分離手段のなかでは、遠心力を利用した遠心分離に依存する割合が大きくなる。従って、冷媒がハイドロフルオロカーボンを主成分とし、その冷媒と非相溶性あるいは弱相溶性の冷凍機油を使用する圧縮機では、回転子上部の油分離板に設けた正方形形状のオイルカップによる油分離の効率向上はさらに重要となる。
【００２７】
【発明の効果】
このように構成された圧縮機では以下に挙げる効果を奏する。本発明の請求項１に関わる圧縮機は、容器内の下部に圧縮機要素、上部に圧縮機要素を駆動する回転子と固定子からなる電動機要素を収納するとともに、圧縮機要素で圧縮して容器内に吐出した冷媒を容器の上部に設けた吐出管から吐出するようにした圧縮機において、回転子上部にこれと一体に回転する平板状の油分離板と、油分離板上部に断面が多角形となる壁面を有するカップ形状を開口上向きに備え、壁面の中央部と水平端部で回転周速度が異なると共に吐出管の吸入口がカップ形状の開口の内側に位置するので、固定子上部空間のオイル噴霧の混合した冷媒ガスに十分な回転力を与えることが可能となり、これにより冷媒ガスとオイル噴霧の分離が効率よく達成され、密閉容器内に十分なオイルを確保できると共に、圧縮機外部の冷媒回路へのオイル流出を抑制することができ、空調システムの高効率化と圧縮機の高信頼性化を達成することができる。
【００２８】
本発明の請求項２に関わる圧縮機は、請求項１に記載の圧縮機において、壁面を有するカップ形状は略正方形形状に配設された四面からなるので、壁面の端部は周速度が中央部より速いので遠心力をより大きく発生させて分離効率を向上できるとともに、長方形形状に配設するよりも回転子の回転バランスが良く振動や騒音を低下させる効果がある。
【００２９】
本発明の請求項３に関わる圧縮機は、請求項１または請求項２に記載の圧縮機において、電動機要素の回転子として積層鉄芯内に永久磁石を埋め込むとともに、圧縮吐出された冷媒を通す積層鉄芯に上下方向に貫通形成された冷媒貫通孔と、冷媒貫通孔の出口の上方に設けられ、回転子の上面と油分離板との間に油分離空間を形成するスペーサーとを備えたので、さらに冷媒ガスとオイル噴霧の分離効果が得られ、上述と同様に空調システムの高効率化と圧縮機の高信頼性化を達成することができる。
【００３０】
本発明の請求項４に関わる圧縮機は、請求項１または請求項２に記載の圧縮機において、油分離板とカップ形状を成す四面の壁を板金で一体形成すると共に、回転子上部のバランスウェートに当接する段差をカップ形状の底部に形成したので、油分離空間にバランスウェートを収納することにより、密閉容器のコンパクト化が図られるとともに、固定部材の長さを共通化することができ、コスト低減の効果を奏する。
【００３１】
本発明の請求項５に関わる圧縮機は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の圧縮機において、冷媒と非相溶性あるいは弱相溶性を示す冷凍機油を用いたので、遠心力を利用した遠心分離に依存する割合が大きくなり、油分離板に設けた正方形形状カップによる油分離の効率向上が重要になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係わる密閉型圧縮機の断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係わるオイルカップ周りの上面から見た模式図である。
【図３】本発明の実施形態１に係わるオイルカップ周りの斜視図である。
【図４】本発明の実施形態１に係わるオイルカップ周りの冷媒ガス挙動平面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係わるオイルカップ周りの冷媒ガス挙動説明図である。
【図６】本発明の実施形態２に係わる密閉型圧縮機の上部断面図である。
【図７】本発明の実施形態２に係わるオイルカップ周りの略斜視図である。
【図８】本発明の実施形態３に係わる密閉型圧縮機の断面図である。
【図９】本発明の実施形態３に係わるオイルカップ周りの断面図である。
【図１０】本発明の実施形態３に係わるオイルカップと回転子との組立分解斜視図である。
【図１１】従来例１を表す密閉型圧縮機の断面図である。
【図１２】従来例２を表す密閉型圧縮機の断面図である。
【図１３】従来例２の油分離板周りの詳細断面図である。
【符号の説明】
１密閉容器、２電動要素、３圧縮要素、４冷凍機油、５固定子、６回転子、７油分離板、８正方形形状カップ、８ａカップ壁面、９固定子切り欠き部、１０エアギャップ、１１吐出パイプ、１２積層鉄心、１３永久磁石、１４上下端板、１５貫通孔、１６油分離空間、１７スペーサー、１８油分離板、１９固定部材、２０円筒状カップ、２１バランスウェート、２２段差付き正方形形状カップ、２３挿通孔。

Claims

容器内の下部に圧縮機要素、上部に前記圧縮機要素を駆動する回転子と固定子からなる電動機要素を収納するとともに、前記圧縮機要素で圧縮して前記容器内に吐出した冷媒を前記容器の上部に設けた吐出管から吐出するようにした圧縮機において、前記回転子上部に一体に回転する平板状の油分離板と、前記油分離板上部に断面が多角形となる壁面を有するカップ形状を開口上向きに備え、前記壁面の中央部と水平端部で回転周速度が異なると共に前記吐出管の吸入口が前記カップ形状の開口の内側に位置することを特徴とする圧縮機。
前記壁面を有するカップ形状は、略正方形形状に配設された四面からなることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
前記電動機要素の回転子として積層鉄芯内に永久磁石を埋め込むと共に、圧縮吐出された冷媒を通す前記積層鉄芯に上下方向に貫通形成された冷媒貫通孔と、前記冷媒貫通孔の出口の上方に設けられ、前記回転子の上面と前記油分離板との間に油分離空間を形成するためのスペーサーとを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮機。
前記油分離板と前記カップ形状をなす四面の壁を板金で一体形成すると共に、回転子上部のバランスウェートに当接する段差を前記カップ形状の底部に形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮機。
冷媒と非相溶性あるいは弱相溶性を示す冷凍機油を用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の圧縮機。