JP4919773B2

JP4919773B2 - スクロール圧縮機

Info

Publication number: JP4919773B2
Application number: JP2006310942A
Authority: JP
Inventors: 直洋土屋; 康弘岸; 敦島田
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2026-11-17
Also published as: JP2008128021A

Description

本発明は、冷凍空調システム等の冷媒ガスを圧縮する、回転式密閉形のスクロール圧縮機に関する。

冷凍空調システム等の冷媒ガスを圧縮する回転式密閉形スクロール圧縮機には、圧縮機構部の信頼性確保を目的に冷凍機油が封入されている。

冷媒ガスは、密閉形スクロール圧縮機の圧縮機構部にて圧縮され密閉容器内に排出される際、圧縮機構部内乃至密閉容器に付着した冷凍機油との混合ガスとなる。混合ガスとなった冷媒ガスが密閉容器からサイクル内に排出されると、混合ガス中の冷凍機油がサイクルを構成する管路内側に付着する。熱交換器の内側に付着した場合は、冷媒ガスと熱交換器との熱交換を阻害し熱交換器の性能低下を引起す。また、密閉容器内の冷凍機油量の低下により圧縮機構部の信頼性低下を引起すこともある。

上記問題に対し、例えば特開２００５−２１４１７３号公報では、電動機部の回転子もしくはクランク軸と一体的に回転する遠心油分離部材を用いている。また特開２００１−２０７９８０号公報では、クランク軸の周囲に円筒仕切板を設けている。

特開２００５−２１４１７３号公報特開２００１−２０７９８０号公報

上述の何れの特許文献に開示された技術において、混合ガスから冷凍機油を分離するために設けた部品を必要とするため、材料にかかるコストの増加や組立工数の増加がある。

そこで本発明の課題は、特殊部品を用いず密閉形スクロール圧縮機から冷凍サイクルに排出される混合ガス中に占める冷凍機油の割合を低下させ、冷凍サイクルの効率向上及び密閉形圧縮機の信頼性を確保することである。

上記課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、密閉容器内に、電動機部と、その電動機部により駆動される圧縮機構部を収納したスクロール圧縮機において、前記圧縮機構部に設けられ圧縮された流体を吐出する吐出口と、前記圧縮機構部の周囲に設けられ前記密閉容器の内壁とで前記吐出口から吐出された流体が流れる複数の流体流路と、を有し、この流体流路は、入口よりも断面積が小さい部分を有する。

本発明によれば、油分離を行うための特殊部品を必要としないため、コスト低減を図ることが出来る。

図１は本発明の一実施例に関する回転式密閉形スクロール圧縮機の断面図である。本実施例の回転式密閉型スクロール圧縮機は、密閉容器１内に圧縮機構部８と電動機部１１とを有する。

圧縮機構部８は、渦巻状のラップを有する固定スクロール２と、固定スクロール２のラップと互いに噛み合わせて複数の圧縮室３を形成するラップを持った旋回スクロール４と、旋回スクロール４の自転運動を抑制し公転運動を許容するためのオルダムリング５と、旋回スクロール４とオルダムリング５を収容し固定スクロール２を複数のボルト６により支持するフレーム７とを有する。密閉容器１と圧縮機構部８は、圧縮機構部８の外周部をなす固定スクロール２とフレーム７の外周部と密閉容器１とが溶接されることにより固定される。

電動機部１１は、固定子９と回転子１０を有し、回転子１０の回転力を圧縮機構部８に伝達するためのクランク軸１２を備える。また、密閉容器内の底部には冷凍機油１３が溜まる空間が設けられている。

冷媒ガスと冷凍機油の圧縮機内の流れについて説明する。冷媒ガスは低圧の状態で吸込管１４から固定スクロール２へ流入し、圧縮室３にて高圧の状態となる。

密閉容器１内に封入されている冷凍機油１３は、密閉容器１内の高圧力ガスとフレーム７内の中間圧力室７ａ内の中間圧力ガスとの差圧により、クランク軸１２の軸芯に設けられた流路１２ａを通り、中間圧力室７ａを経て圧縮室３へ流入する。

圧縮室３に流入した冷凍機油１３は、旋回スクロール４と固定スクロール２との接触部分をシールして圧縮室３の密閉性を向上させるのと共に、摺動部分の潤滑性を維持する。この際、圧縮室３にて一部の冷凍機油１３は冷媒ガスと混ざり混合ガスとなり、固定スクロール２のラップとは反対側に設けられている吐出口２ａから密閉容器１内の圧縮機構部８の上方へ放出される。

吐出口２ａから排出された混合ガスは、密閉容器１と圧縮機構部８との嵌合部であり、圧縮機構部８の側面となる外周部に設けられた流体（冷媒）流路である複数の切欠部１５を通り、圧縮機構部８の下方へ流れる。この流体流路は切欠部１５と対向する密閉容器１の内壁と切欠部１５とで構成される。

切欠部１５を通り抜けた混合ガスは、圧縮機構部８と電動機部１１との間の空間に一端を開放して、冷凍サイクルに冷媒を吐出する吐出管１６から機外に吐出される。

尚、吸込管１４は固定スクロール２の頭部に圧入されている。この固定スクロール２の頭部は、図では、ボルト６が挿入されるボルト孔が設けられた面よりも高くなっている。つまり本実施例の固定スクロール２では、ボルト孔形成面と吐出口２ａや吸込管１４が設けられる面とで段差を有している。が、固定スクロール２の形状として、同じ面上にボルト孔や吐出口２ａ等が設けられた形状としてもよい。

次に流体流路である切欠部１５の構成について詳細に説明する。本実施例における切欠部１５は、固定スクロール２及びフレーム７に設けられた凹部である固定スクロール切欠２ｂ及びフレーム切欠７ｂからなり、固定スクロール切欠２ｂの断面積がフレーム切欠
７ｂの断面積より大きくした。

図６を用いてより詳しく述べると、固定スクロール２のうち、本実施例においては、フレーム７と締結するボルト６が設けられる固定スクロール２の円周縁部に固定スクロール切欠２ｂが設けられている。この固定スクロール切欠２ｂの端部には切削による切削痕や角を面取りした面取り部を有するものも有り得る。このような端部の微小な形状においては、固定スクロール切欠２ｂに導入される混合ガス流体に対して、本実施例の構成における切欠部１５内の流体の流れを想定しないものであり、本実施例における切欠部１５の入口部分としていない。

図６の切欠部１５の入口部１７に示すように、固定スクロール切欠２ｂをマクロ的に見て、流体の導入部として支配的な流れが形成される部分の導入部分を入口部１７と規定する。もし微小な面取り部を端部に供えるならば、厳密に見て面取り部よりも内側（切欠部１５内部側）の仮想断面を入口部１７と呼び、面取り部が微小で、その影響が全体の流れに対して微小なもの（近似できる範囲）であれば、その面取り部を含んで入口部１７と呼んでもよい。

一方、切欠部１５の出口部１８も、例え端部に面取り部が設けられていた場合に、その全体の流れに対して影響を与えるものでない場合は、その面取り部を含んで考えても構わない。

以上により、その内側に固定スクロール２のラップが存在する部分の側方であって流体の流れの導入部における流れの支配的な部分を、固定スクロール切欠２ｂに設けられた切欠部１５の入口と呼び、その切欠部１５の入口は流体の流れ方向に幅があっても構わない。

この固定スクロール切欠２ｂの凹部とフレーム切欠７ｂの凹部とが連通してなる切欠部１５は、区間ｔにおいて密閉容器１の内壁との間にできた流体流路であり、圧縮機構部８に設けられた吐出口２ａに対して吐出管１６との間に設けられた流体流路である。より詳細には、吐出口２ａから圧縮機構部８の上部空間に吐出された冷凍機油と冷媒ガスとが混合した混合ガスが、この圧縮機構部８の上部空間から移動してフレーム７の下方に開口する吐出管１６が設けられた空間に移動する流体流路が切欠部１５と密閉容器１の内壁とで構成されている。

本発明の一実施形態として例えば、固定スクロール切欠２ｂの密閉容器１内壁と対向する面と密閉容器１内壁までの距離が、フレーム切欠７ｂの密閉容器１内壁と対向する面と密閉容器１内壁までの距離より大きくなる様に設け、固定スクロール切欠２ｂとフレーム切欠７ｂとにより、切欠部１５の途中に段差を設けたものがある（図５（ａ）参照）。

この段差があるために、固定スクロール切欠２ｂと密閉容器１の内壁とからなる流体流路の断面積に対して、フレーム切欠７ｂと密閉容器１の内壁とからなる流体流路の断面積が急激に小さくなる。

このような段差が設けられた複数の切欠部１５を通過する混合ガスは、固定スクロール切欠２ｂを通過する流れがフレーム切欠７ｂを通過するために一時的に集中し、混合ガスに含まれる密度の大きい冷凍機油１３の結合が促進され、冷媒ガスと冷凍機油との分離を図ることができる。

また、先に述べた切欠部１５内の段差により、固定スクロール切欠２ｂからフレーム切欠７ｂへ流入する際の混合ガスの流れに密閉容器１内壁へ向かう流れが生じ、混合ガス中に含まれる冷凍機油の密閉容器１内壁への付着が促進され、冷媒ガスとの分離を図ることができる。

また、後述するが、複数の切欠部１５のうち、混合ガスを密閉容器から冷凍サイクルに排出する吐出管１６に近い切欠部の断面積を小さくしてもよい。これは断面積を小さくした切欠部１５の混合ガスの流量を他の切欠部に比べて小さくすることで、冷媒ガスと冷凍機油の分離が促進された混合ガスを冷凍サイクルに吐出することができる。

以上、複数の切欠部１５により油分離の促進された混合ガスは、圧縮機構部８の下方を通り、密閉容器１に設けられた吐出管１６へ直接流入するか、圧縮機構部８の下方から電動機部１１の下方へ流入した後、再度圧縮機構部８の下方へ流入し吐出管１６へ流入する。そして吐出管１６より吐出された冷媒ガスは冷凍サイクルへ排出される。これにより、密閉容器１内に封入された冷凍機油１３が冷凍サイクルへ排出される量を低減することができ、冷凍サイクルの熱交換機の性能向上及び回転式圧縮機の圧縮機構部８及び各種軸受の信頼性の向上をすることができる。

図２から図４は、密閉容器１内の断面図で、圧縮機構部８の上方から見た図であり、本発明の実施形態の例である。ここで流体流路である複数の切欠部１５ａ〜１５ｇは、固定スクロール２とフレーム７を締結する複数のボルト６ａ〜６ｈの間に配置され、吐出管
１６に近いボルト６ａとボルト６ｈの間には配置されない。

ボルト６ａとボルト６ｈの間には配置されない理由は、もしこの区間に切欠部１５を設けると、密閉容器１内のフレーム７の側方に設けられた吐出管１６に対して、冷凍機油の割合が多い混合ガスが吐出管１６の近傍に供給されることになり、吐出管１６から吐出される加圧された流体と一緒に冷凍機油が吐出されるのを防ぐためである。

本実施例では、吐出管１６の密閉容器１内に開口する開口部の近傍に冷凍機油の分離手段を設けていないため、流体流路である切欠部１５を吐出管１６の開口部の近傍に設けないようにしたが、吐出管１６の密閉容器１内の開口部近傍に対して切欠部１５を設けることを妨げるものではない。

図２は、複数の切欠部１５ａ〜１５ｇがおよそ同一の形状で、かつ複数の切欠部１５ａ〜１５ｇすべてに段差を設けた場合の実施形態を示す。このように流体の流路となる切欠部に段差を設けることで、圧縮機構部の周囲を通過する混合ガスの流れが非直線的となり、切欠部１５内で一時的に流れが集中する。これにより混合ガス内で密度の大きい冷凍機油１３は互いに結合を促進し、冷媒ガスとの分離が図れる。

図３は、複数の切欠部１５ａ〜１５ｇがおよそ同一形状で、切欠部１５ａ及び１５ｇにのみ上述の段差を設けた場合の実施形態を示す。他の切欠部１５ｂから１５ｆはフレーム切欠７ｂの断面積が固定スクロール切欠部２ｂの断面積とおよそ同等、つまり流路抵抗が、段差を設けた切欠部１５ａ及び１５ｇよりも小さくなっている。

この構成によれば、切欠部１５ａ及び１５ｇでは混合ガスの油分離を促進し、切欠部
１５ｂ〜１５ｆでは混合ガスの流量を多くすることができる。吐出管１６の開口部に近い切欠部１５ａ及び１５ｇからの混合ガスは、混合ガスの流れの向きが密閉容器内壁に向かうため、混合ガス中の冷凍機油が密閉容器に付着しやすくなり、冷媒ガスと冷凍機油の分離が図れる。

また、吐出管１６の開口部から遠い切欠部１５ｂ〜１５ｆからの混合ガスは、フレーム７側へ流入した後、吐出管１６に至るまでに密閉容器１内の構造物と衝突する量が大きいため、冷媒ガスと冷凍機油との分離が促進する。これらにより、図３に示した構成でも、全体として吐出管１６へ直接流入する混合ガス量を低減することができる。

図４は、複数の切欠部のうち切欠部１５ａ及び１５ｇの入口の断面積が他の切欠部15ｂ〜１５ｆより小さく、かつ切欠部１５ａ〜１５ｇ全てに流体の流れを変える段差を設けた場合の実施形態を示す図である。

これにより複数の切欠部１５ａ〜１５ｇにおける混合ガスの油分離を促進し、かつ切欠部１５ｂ〜１５ｆへの混合ガスの流量を多くすることができ、吐出管１６へ直接流入する混合ガス量を低減することができる。

図４の構成では、複数の切欠部１５の内、混合ガスを密閉容器１から冷凍サイクルに排出する吐出管１６に近い切欠部１５の入口部分の断面積を小さくし、吐出管１６に近い切欠部１５ａ及び１５ｇを通過する混合ガスの流量を少なくすることで、吐出管１６に近い領域に流れ込む混合ガスのうち、冷凍機油の分離が進んでいない冷媒ガスの量を減らし、冷媒ガスと冷凍機油の分離が促進された混合ガスを冷凍サイクルに吐出することができる。

図５は、吐出口２ａから吐出した圧縮冷媒ガスが通り抜ける圧縮機構部８の外周部に設けられた流体流路である切欠部１５を説明するための断面図である。

図５（ａ）に示す切欠部１５は、図１に示された切欠部１５と同じものであり、固定スクロール２に設けられた固定スクロール切欠２ｂの密閉容器１の内壁に対する対向面とその内壁との距離が、フレーム７に設けられたフレーム切欠７ｂの密閉容器１の内壁に対する対向面とその内壁との距離が異なり、フレーム切欠７ｂの方がその距離が狭いため、切欠部１５は入口よりも断面積が小さくなる部分を備え、図５（ａ）においては、固定スクロール切欠２ｂとフレーム切欠７ｂとの間で段差を有するものである。

このように、流体流路である切欠部１５の断面積が切欠部１５の混合ガス流入口に対して流路が狭まりそのガス流路の断面積が急激に小さく変わることにより、固定スクロール切欠２ｂからフレーム切欠７ｂへ混合ガスが流入する際に、流れが集中して冷凍機油１３の粒子の結合が促進される。

図５（ｂ）に示す切欠部１５は、固定スクロール切欠２ｂとフレーム切欠７ｂとがともに、密閉容器１の内壁に対向する傾斜面を有し、対向する密閉容器１の内壁に対する距離が漸減する構成である。言い換えると流体流路である切欠部１５の断面積が徐々に小さくなるように変わるものです。この場合でも、混合ガスの流れが狭い流路に集中することにより、冷媒ガスと冷凍機油との分離を図ることができる。

図５（ｂ）においては、固定スクロール切欠２ｂとフレーム切欠７ｂとで一様に流体流路の断面積が減少する構成であるが、例えば、固定スクロール切欠２ｂの流体進行方向に対する断面積の減少率と、フレーム切欠７ｂの流体進行方向に対する断面積の減少率とを異ならせてもよい。

図５（ｃ）に示す切欠部１５は、図５（ａ）の構成に対してフレーム切欠７ｂにおける流路の断面積を、固定スクロール切欠２ｂで形成される切欠部１５の断面積に対して漸減させたものである。フレーム切欠７ｂは密閉容器１の内壁に対向する傾斜面を有し、なだらかな段差を設けた。このような構成によっても混合ガスが切欠部１５を通過する際に、流れの集中が起こり、混合ガスに含まれる冷凍機油１３の結合を促進して、冷媒ガスと冷凍機油との分離を図ることができる。

また、図５（ｃ）に示す切欠部１５は、図５（ｂ）の切欠部１５に対して、流体流路の一部に密閉容器１の内壁に対向する傾斜面を有し、切欠部１５の入口と出口は密閉容器１の内壁に対向する平面を有するものといえる。

図５（ｄ）に示す切欠部１５は、固定スクロール切欠２ｂとフレーム切欠７ｂとからなる流体流路の途中で一旦、断面積が狭くなる部分を有する。その後に、流体流路の出口に向かって断面積が大きくなる流路を備えたたものである。

この構成によって、断面積が狭くなった空間を通過するにあたり流速が早くなった混合ガスの流速が緩やかに低下することとなる。そのため、切欠部１５で結合が促進され、密閉容器１の内壁やフレーム７やフレーム切欠７ｂの表面上に付着した冷凍機油１３を吹き飛ばすことがなくなる。

一旦狭くなった断面積が広くなる区間は、図５（ｄ）の様にその断面積が一定の割合で増えて平面としてもよく、また断面積の変化の割合が変化して曲面となるようにしてもよい。

図７を用いて、本発明の他の一実施形態を説明する。図７の構成は切欠部１５の出口部に板１９を流体流路が狭まるように設け、この流路出口を絞るようにしたことで切欠部
１５内の混合ガスの流れが集中するようにしたものである。

この場合、流路出口に板１９を取付けるだけでよいので、固定スクロール切欠２ｂとフレーム切欠７ｂとは従来と変わらない構成とすることができる。また、切欠部１５内の混合ガスの流れが集中するように設ける構成であれば、平面形状ではなく立体形状、例えば図５（ａ）の段付きや図５（ｂ）から図５（ｄ）の斜面を有するようにしてもよい。また、開口する孔部を備えるようにしてもよい。流路抵抗が必要以上に大きくならないようにするのは他の実施形態と同様である。

本発明の一実施例である密閉形スクロール圧縮機の断面図。本発明の一実施例である密閉形スクロール圧縮機の圧縮機構部上方から見た際の断面図。本発明の一実施例である密閉形スクロール圧縮機の圧縮機構部上方から見た際の断面図。本発明の一実施例である密閉形スクロール圧縮機の圧縮機構部上方から見た際の断面図。切欠部を説明する断面図。切欠部の構造を説明する断面図。切欠部を説明する断面図。

符号の説明

１密閉容器
２固定スクロール
２ａ固定スクロールに設けられた吐出口
２ｂ固定スクロール切欠
３圧縮室
４旋回スクロール
５オルダムリング
６及び６ａ〜６ｈボルト
７フレーム
７ａ中間圧力室
７ｂフレーム切欠
８圧縮機構部
９固定子
１０回転子
１１電動機部
１２クランク軸
１２ａクランク軸の軸心に設けた流路
１３冷凍機油
１４吸込管
１５及び１５ａ〜１５ｇ切欠部
１６吐出管
１７入口部
１８出口部
１９板

Claims

密閉容器内に、電動機部と、その電動機部により駆動される圧縮機構部を収納したスクロール圧縮機において、前記圧縮機構部に設けられ圧縮された流体を吐出する吐出口と、前記圧縮機構部の周囲に設けられ前記密閉容器の内壁とからなり前記吐出口から吐出された流体が流れる複数の流体流路と、を有し、前記流体流路のうち少なくとも一つは、当該流体流路の入口よりも断面積が小さい部分を有するスクロール圧縮機。
請求項１記載のスクロール圧縮機において、前記圧縮機構部は、渦巻状のラップを有する固定スクロールと、この固定スクロールのラップと互いに噛み合わせて複数の圧縮室を形成するラップを持った旋回スクロールと、この旋回スクロールを収容し前記固定スクロールが固定されるフレームとを有し、前記流体流路は、前記固定スクロールの外周部と前記フレームの外周部とに設けられた凹部からなるスクロール圧縮機。
請求項１記載のスクロール圧縮機において、前記入口よりも断面積が小さい部分を有する流体流路は、流体の入口の断面積が出口側の断面積よりも大きくなる段差を有するものであるスクロール圧縮機。
請求項１記載のスクロール圧縮機において、前記入口よりも断面積が小さい部分を有する流体流路は、流体の入口の断面積が出口側の断面積よりも大きくなる前記密閉容器の内壁に対向する傾斜面を有するものであるスクロール圧縮機。
密閉容器内に、電動機部と、その電動機部により駆動される圧縮機構部を収納したスクロール圧縮機において、前記圧縮機構部に設けられ圧縮された流体を吐出する吐出口と、前記圧縮機構部の周囲に設けられ前記密閉容器の内壁とからなり前記吐出口から吐出された流体が流れる複数の流体流路と、前記流体流路を通った流体が前記圧縮機構部の下方かつ前記電動機部よりも上方の前記密閉容器から吐出する吐出管と、を有し、前記流体流路のうち、前記吐出管に近い流体流路の入口の断面積がこの流体流路の出口の断面積よりも大きいスクロール圧縮機。
密閉容器内に、電動機部と、その電動機部により駆動される圧縮機構部を収納したスクロール圧縮機において、前記圧縮機構部に設けられ圧縮された流体を吐出する吐出口と、前記圧縮機構部の周囲に設けられ前記密閉容器の内壁とからなり前記吐出口から吐出された流体が流れる複数の流体流路と、前記流体流路を通った流体が前記圧縮機構部の下方かつ前記電動機部よりも上方の前記密閉容器から吐出する吐出管と、を有し、前記流体流路のうち、前記吐出管に近い流体流路の入口の断面積がこの流体流路の出口の断面積よりも大きく、かつ前記吐出管に近い流体流路の入口の断面積が前記他の液体流路の入口の断面積よりも小さいスクロール圧縮機。