JP4887265B2 - 容積型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、容積型圧縮機に関し、特に圧縮ガスに混入するオイルミストの低減構造に関する。

容積型圧縮機は、通常、複数の部材で形成した閉空間にガスを吸込み、それら部材の相対運動でその閉空間の容積を縮小して圧縮動作を行う。このため、閉空間は、それを形成する部材間に相対運動を可能にするための微小隙間が必須となり、厳密には密閉された空間ではない。この微小隙間は圧縮途中の漏れを起すため、その箇所のシール性を向上させる対策が必須となる。

極めて有効でかつ実現容易な手段に、吸込み時または圧縮途中のガスへのオイルの注入がある。漏れ流れ内のオイルが漏れ隙間を油膜でシールするため、漏れ量を大幅に低減でき、オイルフリー機以外のほぼ全ての容積型圧縮機に採用されている。ところがこの手段には、吐出する圧縮ガスに多量のオイルが混入し、圧縮ガスの清浄性を損なう弊害がある。

従来の容積型圧縮機として、オイルミストの混入した圧縮ガスを押除け容積の１０倍以上の容積を有する圧縮部上部空間に吐出させ、圧縮ガスの流速を低下させ、比重の大きいオイルを圧縮ガスから分離した後、圧縮ガスを圧縮部下部空間に導き、そこに設けた吐出パイプから圧縮機外部へ吐出させることを行っていた（例えば、特許文献１参照。）。

特開平９−１７０５７０号公報（実施例）

特許文献１では、軸受に供給されたオイルが圧力差によって圧縮部の吸込み室に注入され、圧縮部上部空間に吐出された圧縮ガス中には多量のオイルが混入する。特許文献１ではこのオイルを、圧縮部上部空間で分離できるが、分離して液化したオイルのうちで圧縮部に付着したオイルを、密閉容器下部の貯油室に再ミスト化せずに戻す流路を考慮していなかった。このため、圧縮部の側面から下面を伝って、最終的に高速運動するシャフトや駆動部に滴下し、再ミスト化を起こしていた。この結果、オイルミストを混合する圧縮ガスの総質量に対するオイルの質量割合であるオイルレートが低減せず、空気圧縮機の場合、圧縮空気は最終的に大気開放するため、環境を汚染するという問題を生じた。また、冷凍空調用圧縮機の場合、伝熱管内壁への付着による熱交換効率の低減や、圧力損失の増大により、冷凍空調性能が低下するという問題が生じることがあった。

本発明の目的は、オイルレートを低減した容積型圧縮機を提供することにある。

上記目的を達成する第一の手段として、本発明の容積型圧縮機は、オイルを含むガスを圧縮する圧縮部と、前記圧縮部の下部から突出したシャフトと、前記シャフトを介して連繋する運動部と静止部とを有する駆動部と、前記圧縮部と前記シャフトと前記駆動部とを内蔵する密閉容器と、前記圧縮部の上部の圧縮部上部空間と、前記圧縮部と前記駆動部との間の圧縮部下部空間と、前記圧縮部上部空間に前記圧縮部から圧縮ガスを吐出する吐出口と、前記圧縮部上部空間と前記圧縮部下部空間とを連繋する流通路と、前記流通路の下端である流通口と、前記密閉容器内の前記圧縮ガスを外部に導く吐出パイプと、前記圧縮部下部空間に設けた前記吐出パイプの密閉容器側の開口部とを備えた容積型圧縮機において、前記シャフト及び前記駆動部の運動部を取り囲む筒形状の遮蔽体を設け、前記遮蔽体の上端を前記圧縮部の下面に固定し、前記遮蔽体の下端を垂直下方に延ばして前記駆動部の静止部の上方近傍に配置し、前記遮蔽体の外側空間に前記吐出パイプの開口部と前記流通口を設け、前記遮蔽体は前記吐出パイプの開口部と前記シャフト及び前記駆動部の運動部とを遮蔽する。

前記の目的を達成するために、前記手段における吐出パイプの密閉容器側開口部である内側Ｄパイプ口を圧縮部下部空間に設けた容積型圧縮機において、少なくとも内側Ｄパイプ口からシャフト及び駆動部の運動部が見えないように遮蔽体を設け、その遮蔽体の下部が圧縮部下部空間の上部と接するか固定されるか若しくは近傍まで延長され、その遮蔽体の下端近傍に返油路の圧縮部下部空間端部である上部返油口を設けてもよい。

また、前記目的を達成する第二の手段として、前記第一の手段とともに、前記遮蔽体の下端を前記駆動部の静止部の上部に接するまたは固定する。

また、前記目的を達成する第三の手段として、前記第一または二の手段とともに、遮蔽体を圧縮部の下面に押圧固定配置または接着または一体形成する。

また、前記目的を達成する第四の手段として、前記第一乃至第三の手段とともに、圧縮
部下部空間を形成する駆動部の静止部の上面で遮蔽体よりもシャフト寄りにシャフトを取
り囲む筒状の油リングを固定配置する。

次に、上記第一の手段を用いた場合の作用を述べる。圧縮部上部空間で圧縮ガスから分離したオイルが重力により圧縮部の表面を伝って下部のシャフトや駆動部の運動部に滴下し、再ミスト化する。しかし、そのミストのうちで吐出パイプに向かって飛散するものは遮蔽体に付着し、吐出パイプに到達しない。そして、付着したオイルは再液化し再飛散の危険性が低下する。この液化オイルは、重力により遮蔽体のシャフト側の面を伝ってその下部に達する。遮蔽体の下部は圧縮部下部空間を形成する駆動部のうちの静止部の上部と繋がるか極めて近くまで延長しているため、液化オイルは再ミスト化することなく圧縮部下部空間の下面を区画する駆動部静止部上部に達する。この近傍に返油口が開口しているため、液化オイルが駆動部運動部側に流れる前に貯油室に戻る。この結果、Ｄパイプ口に達するオイルが極めて微量となり、オイルレートが大幅に低減する効果を奏する。

また、上記第二の手段を用いることにより、上記第一の手段で液化できなかったＤパイプ口とは異なる方向に飛散したミストも、上記第一の手段で液化したオイルと同様に貯油室に戻る。通常、密閉容器内は形状が複雑であるため、圧縮ガスの流れも複雑となっている。このため、初期的にシャフトや運動部から内側Ｄパイプ口とは異なる向きに飛散したオイルミストでも、最終的に内側Ｄパイプ口に到達するものがある。また、内側Ｄパイプ口と下部流通口はともに遮蔽体の外側空間にあるため、液化オイルが遮蔽体表面から圧縮部下部空間の下面を区画する駆動部静止部上部に移る箇所では基本的に圧縮ガスの流れは無く、一層再ミスト化しにくくなる。以上より第二の手段では、オイルレートが一層低減するという効果が有る。

また、上記第三の手段では、上記第一や第二の手段とは異なる作用によりオイルレート低減効果を奏する。次に、その作用を説明する。本手段では、上記第一第二の手段と異なって、圧縮部上部空間で圧縮ガスから分離したオイルが重力により圧縮部下部に至るが、シャフトや駆動部の運動部に滴下することなく、筒状遮蔽体の外周面を伝って圧縮部下部空間を形成する駆動部のうちの静止部の上部に至る。この後は、第一及び第二の手段と同様に返油路を通って貯油室に戻る。すなわち、上記二つの手段は、再ミスト化を許していたが、本手段は、再ミスト化そのものを回避して、オイルレートを低減するものである。このため、さらに一層の低オイルレートを実現できる効果が有る。

また、上記第四の手段を用いることにより、上記第一乃至第三の手段による効果とともに、圧縮部下部空間を形成する駆動部のうちの静止部の上部に溜まった液化オイルの一部が上部返油口に至らずシャフトや運動部に接触し、再びミスト化することを回避できるため、さらに一層オイルレートを低減できる効果が有る。

本発明によれば、オイルレートを低減できる容積型圧縮機を実現できるという効果を奏する。

以下、本発明をスクロール圧縮機に適用した場合の第一の実施例について、図１乃至図５を用いて詳細に説明する。

まず、構成を説明する。旋回スクロール部材２を噛み合わせた固定スクロール部材１を、シャフト９が下部に突出したフレーム１５にネジ固定して圧縮部２００を形成する。このとき、フレーム１５と旋回スクロール部材２の間にオルダムリング５を組み込む。

圧縮部２００から突出したシャフト９の下方には、駆動部であるモータ１７の回転運動部であるロータ１７ａが固定され、それと外周面で対向する位置にモータ１７の静止部であるステータ１７ｂが配されている。これら圧縮部２００とシャフト９で連繋された駆動部であるモータ１７を密閉容器２０３で包含する。この時に、圧縮部２００の上部に、押除け容積の３０倍程度の容積をもつ圧縮部上部空間２０４と、圧縮部２００とモータ１７の間に圧縮部下部空間２０５を設ける。

ここで、圧縮部から圧縮ガスが吐出する吐出口１ａは固定スクロール部材の上面中央寄りにあるため、この圧縮部上部空間２０４には吐出口１ａが臨んでいる。また、最下部には油を溜める貯油室２１０を設ける。ここで圧縮部２００の外周側に複数の流通溝２０１を設け、圧縮部上部空間と圧縮部下部空間を連繋する。

また、ステータ１７ｂには巻線１７ｃを通す軸方向の巻線穴１７ｄが多数開口しているが、巻線を施した後でも軸方向に貫通する空間が残っており、これが冷凍機油を貯油室２１０へ戻す返油路２０６としての役割を担う。さらに、ステータ側面に返油のための溝である返油溝２０７も設けてある。

圧縮部にガスを送り込む吸込みパイプ１８は、密閉容器２０３を貫通して圧縮部２００の吸込み空間まで挿入している。吐出パイプ１９は、内側Ｄパイプ口１９ａを介して圧縮部下部空間２０５に挿入されている。

本発明の一実施形態に所要の構成要素である筒状遮蔽体２０８を圧縮部２００の下面にビス固定する。この筒状遮蔽体２０８は図２で示すように、金属製の遮蔽体ベース２０８ａと圧縮機内での使用環境下で信頼性が確認されたプラスチック製の遮蔽リング２０８ｂをビス留めして形成されており、ステータの巻線に接触しても問題無いように絶縁性を確保している。この筒状遮蔽体２０８の下端は圧縮部下部空間の下側を区切る巻線１７ｃの上部に接するか極めて近づけて配置される。これにより、下部流通口２０１ａと内側Ｄパイプ口１９ａはともに筒状遮蔽体２０８の外側に配される。また、ステータ１７ｂの上面で筒状遮蔽体２０８よりも内側、つまりシャフト９側に、油リング２０９を設ける。この油リング２０９は、図３に示した、その下部に突出した複数のつめ２０９ａを上部返油口２０６ａに押し込むか接着することにより、固定配置する。この筒状遮蔽体２０８は、吐出パイプ１９に接続する内側Ｄパイプ口１９ａとロータ１７ａ及びシャフト４を軸受けするフレーム１５の軸受部とを遮蔽する。

次に、動作を説明する。固定スクロール部材１に組み込まれた背圧制御弁１００により旋回スクロール部材２の背面空間である背圧室１６の圧力は中間的な圧力に制御される。吐出口１ａが密閉容器内に臨んでいるため、密閉容器内は吐出圧となる。これらの圧力差により、下部の貯油室２１０からオイルがシャフトの縦穴９ａを通って上昇し、軸受部を潤滑した後、背圧室１６に入る。

そこでオルダムリング５を潤滑した後、背圧制御弁１００を通って、両スクロール部材間で形成される吸込み室と圧縮室にオイルが注入される。吸込み室と圧縮室との隙間での漏れを低減し、圧縮機の効率を向上させる。そして、このオイルは、ミスト状になって吐出口１ａより圧縮ガスとともに容積の大きな圧縮室上部空間２０４に吐き出される。そこで、ガスの流速が急激に低下するため、ガスの有するオイルミストの搬送能力が急激に低下し、比重の大きなオイルは重力により圧縮部上面に付着し、これが集まって液化する。

この液化したオイルは粘性があるために、圧縮部２００の表面を伝って下部まで流れる。そして、液化オイルが筒状遮蔽体２０８に達するとその大部分は筒状遮蔽体２０８の外周面を流下し、接している巻き線１７ｃを伝って、ステータ１７ｂの上面に達する。この時、内側Ｄパイプ口１９ａと下部流通口２０１ａは、ともに筒状遮蔽体２０８の外部に配置されているため、筒状遮蔽体２０８の内外空間を流れるガスはほとんど無い。よって、筒状遮蔽体２０８の下端が巻き線１７ｃと接触していなくても、スムースにオイルが流下し、再ミスト化することはほとんど無い。そして、油リング２０９により、ロータに触ること無く返油路２０６に流れ込む。このためここでも再ミスト化が回避される。

ステータ１７ｂ上面に溜まるオイルが多くて返油路２０６だけでは不足の時には、さらに外周に設けた返油溝２０７を通って下部の貯油室にオイルが戻る。よって、この実施形態では、巻き線１７ｃが密となって返油路２０６の断面積が小さい場合でも、再ミスト化は回避できるという特有の効果が有る。

一方、筒状遮蔽体２０８をビスでフレーム１５に止めているため、フレームと筒状遮蔽体の間に若干の隙間ができる。この隙間にある程度のオイルが流れ込み、ロータ１７ａやシャフト９に滴下するものが生じる。これにより、オイルの再ミスト化が生じるが、この場合でも筒状遮蔽体２０８があらゆる方向に飛散したミストをその内面に付着させ液化させる。そして、その後は、筒状遮蔽体２０８の外周面を流下したオイルと同様に、再ミスト化することなく、貯油室２１０に戻る。この結果、吐出パイプに混入するオイルミストは極端に低減し、オイルレートの極めて低い圧縮機を提供できる。

図１の実施形態で示した固定スクロール部材１は、図５に示すように、固定内線側のインボリュート区間が吸込み側まで延長した非対称歯形となっている。このため、固定スクロール渦巻き体１ｂの内線側で形成される圧縮室（圧縮室Ａと称する）は外線側で形成される圧縮室（圧縮室Ｂと称する）よりも圧力の高い場合が多く、シール隙間の漏れは、圧縮室Ａから圧縮室Ｂへ向かう流れが多い。よって、圧縮室Ａへ主にオイルを注入すれば漏れが低減する。このため、固定スクロール部材１の内線側外周部に、図４で示す傾斜穴１００ｈと通じた流出溝１００ａを配した背圧制御弁１００を設ける。

この背圧制御弁１００の詳細構造を図４に示す。これは、図１中のＲ部の拡大図である。背圧制御弁１００は、その内部に圧縮された弁ばね１００ｂ、弁板１００ｃ、弁キャップ１００ｄを有する。これは、背圧室１６に流入するオイルとそこに溶け込んでいた流体がガス化することにより上昇するガス及びオイルの背圧を下げるために、そのガス及びオイルを圧縮室Ａへ抜く弁である。

流出溝１００ａの開口先（圧縮室Ａ）の圧力に、弁ばね１００ｂの圧縮量に対応した一定値を足した圧力に背圧を調整する作用を有する。この結果、圧縮効率が向上し、高性能となる特有の効果が有る。

また、この方式では、圧縮室Ｂ側へのオイル注入量が極端に減少する場合があり、これにより性能の低下が生じる可能性も有る。これを回避するために、鏡板溝１ｃ（図５）の吸込み側を圧縮室Ｂが閉じる側へ配置した。この鏡板溝は、背圧室１６から圧縮室へ漏れ込むオイルを捕獲する役目もあり、このオイルを集中して圧縮室Ｂに供給できるため、圧縮室Ｂの極端なオイル不足を緩和でき、性能が向上するという特有の効果が有る。また、この鏡板溝１ｃは鏡板部の摺動損失を低減する効果が有り、入力の低減にも寄与している。

次に、本発明の第二の実施形態を、図６を用いて説明する。本発明に係る筒状遮蔽体２０８の下方斜視である。絶縁材料であるプラスチックで、図１及び図２における遮蔽体ベース２０８ａと遮蔽リング２０８ｂとを一体で形成したものである。加工コストが低減する。その他は前記第一の実施例と同様なので、他の説明は省略する。

図７に、本発明に係る筒状遮蔽体の他の実施形態を示す。筒状遮蔽体２０８下部の下方斜視図で示したように、巻線１７ｃの上部に対向する筒状遮蔽体２０８の最下部に切り込みを入れて、剛性を低下させ、多少巻線１７ｃに干渉しても破損せず、寸法管理が容易となる。その他は前記第一及び第二の実施例と同様なので、他の説明は省略する。

本発明の第一実施例における圧縮機の縦断面図。 本発明の第一実施例における筒状遮蔽体の下方斜視図。 本発明の第一実施例における油リングの上方斜視図。 本発明の第一実施例における背圧制御弁の拡大縦断面図。 本発明の第一実施例における固定スクロール部材の下面図。 本発明の第二実施例における筒状遮蔽体の下方斜視図。 本発明の第三実施例における筒状遮蔽体下端部の下方斜視図。

符号の説明

１…固定スクロール部材、２…旋回スクロール部材、１５…フレーム、１７…モータ、１９…吐出パイプ、１００…背圧制御弁、２００…圧縮部、２０１…流通路、２０４…圧縮部上部空間、２０５…圧縮部下部空間、２０６…返油路、２０８…筒状遮蔽体、２０９…油リング、２１０…貯油室。

Claims (6)

1. オイルを含むガスを圧縮する圧縮部と、
   前記圧縮部の下部から突出したシャフトと、
   前記シャフトを介して連繋する運動部と静止部とを有する駆動部と、
   前記圧縮部と前記シャフトと前記駆動部とを内蔵する密閉容器と、
   前記圧縮部の上部の圧縮部上部空間と、
   前記圧縮部と前記駆動部との間の圧縮部下部空間と、
   前記圧縮部上部空間に前記圧縮部から圧縮ガスを吐出する吐出口と、
   前記圧縮部上部空間と前記圧縮部下部空間とを連繋する流通路と、
   前記流通路の下端である流通口と、
   前記密閉容器内の前記圧縮ガスを外部に導く吐出パイプと、
   前記圧縮部下部空間に設けた前記吐出パイプの密閉容器側の開口部と
   を備えた容積型圧縮機において、
   前記シャフト及び前記駆動部の運動部を取り囲む筒形状の遮蔽体を設け、
   前記遮蔽体の上端を前記圧縮部の下面に固定し、
   前記遮蔽体の下端を垂直下方に延ばして前記駆動部の静止部の上方近傍に配置し、
   前記遮蔽体の外側空間に前記吐出パイプの開口部と前記流通口を設け、
   前記遮蔽体は前記吐出パイプの開口部と前記シャフト及び前記駆動部の運動部とを遮蔽し、
   前記遮蔽体の下端は前記駆動部の静止部の上部に接するまたは固定されることを特徴とする請求項１に記載の容積型圧縮機。
2. 前記遮蔽体を前記圧縮部の下面に押圧固定配置または接着または一体形成することを特徴とする請求項１に記載の容積型圧縮機。
3. 前記圧縮部下部空間を形成する前記駆動部の静止部の上面で前記遮蔽体よりも前記シャフト寄りに前記シャフトを取り囲む筒状の油リングを固定配置することを特徴とする請求項１又は２に記載の容積型圧縮機。
4. 前記遮蔽体の下部を絶縁性の遮蔽体部材で構成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の容積型圧縮機。
5. 前記駆動部の静止部に対向する側の前記遮蔽体の下部に切り込みを入れることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の容積型圧縮機。
6. 前記密閉容器内の下部に位置する貯油室と、
   前記貯油室と前記圧縮部下部空間とを連繋する返油路と、
   前記遮蔽体の下端近傍に位置する前記返油路の端部である返油口と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の容積型圧縮機。

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