JP5136498B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

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Description

本発明は、空調機、冷凍機等に使用される密閉型圧縮機に関するものである。
以下に従来の密閉型圧縮機の冷媒ガスの流れとオイル分離について図面を参照にしながら説明する。
図6は特許文献1に記載された従来の密閉型圧縮機(ここでは空調用スクロール圧縮機)の縦断面図を示すものである。密閉容器1内に圧縮機構2、この圧縮機構2の下方に設けた圧縮機構2を駆動するための電動機3と、この電動機3の回転力を圧縮機構2に伝達するためのクランク軸4とを備え、密閉容器1内の下部に設けたオイル溜め20のオイル6をクランク軸4を通じてクランク軸4の軸受部66や圧縮機構2の摺動部に供給する給油機構7とを備えている。
これによって、オイル6は給油機構7によって重力に逆らって軸受部66や圧縮機構2の摺動部に強制給油されて、円滑な動作を確保しながら、圧縮機構2で圧縮した冷媒ガスを密閉容器1内の電動機3の部分を通して電動機3を冷却した後、密閉容器1外に吐出するようにしており、軸受部66や圧縮機構2の摺動部に供給した後のオイルが供給圧や重力によって下方に移動しオイル溜20に自然回収されるようにすることができる。
しかし、冷媒ガスは常時オイルと接触してこれを随伴させ、密閉容器から冷凍サイクルに供給される際にオイルを持ち込んでしまい、冷凍サイクル中での配管圧力損失や凝縮器や蒸発器などの熱交換器での熱交換効率の低下をもたらす問題がある。
この問題を解消するのに従来、圧縮機構から密閉容器内に吐出した冷媒ガスが電動機を通ってこの電動機を冷却しながら密閉容器外に吐出されるまでの冷媒ガスの通路を、オイルの衝突分離や遠心分離が繰り返し生じるように設計して、密閉容器外に吐出される冷媒ガスにオイルが随伴しないように工夫したり、圧縮機構2から吐出される冷媒ガスが、圧縮機構上部の容器内吐出室31、この容器内吐出室31から圧縮機構2の下部に連通させる圧縮機構連通路32、この圧縮機構連通路32から回転子上部室33まで続くように通路カバーで囲われた連通路34、回転子上部室33と回転子下部室35を順次経て電動機の下に至り、さらに固定子3aの下部と上部とを連通させるように固定子3aまたは固定子3aと密閉容器1との間に設けられた固定子通路37を通って連通路34外まわりの固定子上部室38に抜けた後、密閉容器1の固定子上部室38の位置以上の部分に設けられた外部吐出孔39を通って密閉容器1外に吐出されるようにする容器内冷媒ガス通路経路を設けるなどしている(例えば、特許文献1参照)。
また、銅損の大幅低を実現することによって電動機の高効率化を図れる直巻線方式による集中巻き型のタイプでは、その独特なコイルエンドに対応するため、コイルエンド外周および上部を覆う隔離壁により通路を隔離するとともに気液分離作用を向上させる方法(例えば、特許文献2参照)や、インシュレータ形状(例えば、特許文献3参照)も開示されている。
特開2001−280252号公報 特開2004−270668号公報 特開2007−159192号公報
従来の技術においては圧縮機構部からの連絡路、電動機の回転子および固定子を用いてガスを効果的に拘束してガスとオイルの気液分離を行う設計思想であった。
しかしながら、電動機周りの寸法によってはガスの拘束が必ずしも十分に行なえないことがあった。例えば、固定子上部のコイルエンドと冷媒ガスを回転子上部へ誘導するための連通路カバーの隙間が組立てバラツキ等で大きくなったりすると、その隙間からの冷媒ガスの短絡によって、回転子上部の冷媒ガスの拘束および誘導能力が低下することによって、気液分離効果が低下してしまう問題があった。また、固定子上部にインシュレータが装着される電動機においても、インシュレータと連通路カバーの隙間が組立てバラツキ等で大きくなったりすると、同様にその隙間からの冷媒ガスの短絡によって、回転子上部の冷媒ガスの拘束および誘導能力が低下することによって、気液分離効果が低下してしまう問題があった。
このような従来の課題を解決する手段として、固定子と連通路カバーの隙間や、インシュレータと連通路カバーの隙間に、それらの隙間を吸収するシール材を装着する手段があるが、その実現手段となりうるゴム系等の弾性シール材は高価になってしまう問題があった。
これを樹脂系材料等で一体成形するとシール部に適度な弾性作用を付与する構成が困難であり、嵌合が緩い場合には冷媒ガスを短絡させ、逆にきつい場合には電動機と圧縮機構部の間の振動の伝達による圧縮機の騒音振動を吸収できず、増大させてしまう等の問題がおこることがあり、この解決手段が結果的に高価になってしまっていた。
本発明は以上説明した課題を解決するものであり、インシュレータと連通路カバーの隙間を弾性シールする手段を安価な構成で実現することにより、オイルミストを多く含んだ冷媒ガスの短絡を抑制して、圧縮機外へのオイルの持ち出し(オイル吐出量)を抑制できる密閉型圧縮機を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために本発明は、先端部が概円筒形状の通路カバーおよび固定子の圧縮機構部側のインシュレータに取り付けた概円筒形状の冷媒ガイドに相互に当接する隔壁シール部材を設け、この隔壁シール部材の一端を通路カバーもしくは冷媒ガスガイドに密接に嵌合固定し、他端を長手方向に沿って設けた等間隔の切込みをそれぞれ放射状に折り返して端面を概正多角形環形状の弾性カエリ部を形成し、冷媒ガイドもしくは通路カバーの壁面に滑らかに押接させた状態で嵌合設置するものである。
上記のように隔壁シール部材の一端のカエリ部が複数の切込みの放射状の折り返しによって形成されるので、カエリ部に容易にバネ性を付与することができ、冷媒ガスガイドと連通路カバーの隙間を適度な弾性シールすることができる。その結果、圧縮機の騒音振動を増加させることなく、オイルミストを多く含んだ冷媒ガスの短絡を効率よく抑制して、圧縮機外へのオイルの持ち出しを抑制することが可能になる。
また、カエリ部のカエリ枚数Nを
の関係が成り立つように選択することによって、隔壁シール部材の嵌合取り付け性を高めることができる。
本発明の密閉型圧縮機は、安価な構成により冷媒ガスガイドと連通路カバーの隙間を適度な弾性シールすることができ、圧縮機の騒音振動を増加させることなく、オイルミストを多く含んだ冷媒ガスの短絡を抑制して、圧縮機外へのオイルの持ち出しを抑制できる密閉型圧縮機を実現することができる。
第1の発明は、密閉容器内に圧縮機構と、この圧縮機構の下方に設けた圧縮機構を駆動するためのインシュレータ付電動機と、この電動機の回転力を圧縮機構部に伝達するためのクランク軸と、密閉容器内の下部に設けたオイル溜めのオイルをクランク軸を通じてクランク軸の軸受部や圧縮機構部摺動部に供給する給油機構とを備え、圧縮機構から吐出される冷媒ガスが、圧縮機構上部の容器内吐出室、この容器内吐出室と圧縮機構下部を連通させる圧縮機構連通路、この圧縮機構連通路から回転子上部室まで続く先端部が概円筒形状の通路カバーで囲われた連通路、電動機の上部と下部とを連通する通路、回転子下部室を順次経て電動機下に至り、さらに固定子の下部と上部とを連通させるように固定子または固定子と密閉容器との間に設けられた固定子通路を通って前記連通路外回りの固定子上部室、圧縮機構または圧縮機構と密閉容器との間に設けられた圧縮機構上昇通路を経て、密閉容器の固定子上部室の位置以上の部分に設けられた外部吐出孔を通って密閉容器外に吐出されるようにする容器内冷媒ガス通路を設けた密閉型圧縮機において、通路カバーおよび固定子の圧縮機構部側のインシュレータに取り付けた概円筒形状の冷媒ガスガイドに相互に当接にする隔壁シール部材を設け、この隔壁シール部材の一端を通路カバーもしくは冷媒ガスガイドに密接に嵌合固定し、他端を長手方向に沿って設けた等間隔の切込みをそれぞれ放射状に折り返して端面を概正多角形環形状の弾性カエリ部を形成し、冷媒ガイドもしくは通路カバーの壁面に滑らかに押接させた状態で嵌合設置するものである。
このように隔壁シール部材の一端のカエリ部が複数の切込みの放射状の折り返しによって形成されるので、カエリ部に容易にバネ性を付与することができ、冷媒ガスガイドと連通路カバーの隙間が組立てバラツキ等で大きくなったりあるいは不均一になったりした場合でも、その隙間を適度な弾性シールすることができる。その結果、安価な構成で、圧縮機の騒音振動を増加させることなく、オイルミストを多く含んだ冷媒ガスの短絡を抑制して、圧縮機外へのオイルの持ち出しを抑制できる。
なお、隔壁シール部材の切込みを多くするほど、放射状に折り返したときのカエリ部の折り返し端形状が円環形状に近い多角形環になり、嵌合性やシール性が向上するので望ましい。また、隔壁シール部材をシート状の材料の展開状態から溶接(着)固定等で組み立てれば、より安価に製造できる。
第2の発明は、隔壁シール部材をPET等の樹脂系フィルムにすることによって、冷媒ガスガイドと連通路カバーの隙間を適度に吸収しかつシールする作用を高めることに加えて、電動機と圧縮機構部の間の振動の伝達抑制作用もさらに高めることができ、その隙間からのオイルミストを多く含んだ冷媒ガスの短絡を抑制して、圧縮機外へのオイルの持ち出しを抑制できる。
第3の発明は、通路カバーおよび冷媒ガスガイドのうち外径の大きい方の内接半径をrai、小さい方の外接半径をrbo、隔壁シール部材の一端の正多角形(N角形)環形状のN枚のシール片に分割されるカエリ部の折り返し部厚さを2tfとしたとき、
の関係が成り立つように隔壁シール部材のカエリ枚数Nを選定することによって、多角形環状のカエリ部のそれぞれの頂点が、通路カバーおよび冷媒ガスガイドのうち外径の大きい部品の内壁面と干渉することを容易に回避することが可能になり、隔壁シール部材の嵌合設置する際の作業効率も高めることができる。
第4の発明は、第1〜3のいずれかの発明の密閉型圧縮機において、冷媒として二酸化炭素を用いることで、通路カバーおよび固定子の圧縮機構部側のインシュレータ近傍の圧力差が大きくなる場合においても、圧縮機外へのオイルの持ち出しを抑制できる。
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1(a)は、本発明の実施の形態における密閉型圧縮機(スクロール式密閉圧縮機)の縦断面図、(b)は主要部であるX部の拡大図、(c)は隔壁シール部材の斜視図である。また図2は主要部品である隔壁シール部材の詳細図である。
図に示すように、密閉容器201内に溶接や焼き嵌めなどして固定したクランク軸204の主軸受部材211と、この主軸受部材211上にボルト止めした固定スクロール212との間に、固定スクロール212と噛み合う旋回スクロール213を挟み込んでスクロール式の圧縮機構202を構成し、旋回スクロール213と主軸受部材211との間に旋回スクロール213の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転規制機構214を設けて、クランク軸204の上端にある主軸部204aにて旋回スクロール213を偏心駆動することにより旋回スクロール213を円軌道運動させ、これにより固定スクロール212と旋回スクロール213との間に形成している圧縮室215が外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、密閉容器201外に通じた吸入パイプ216および固定スクロール212の外周部の吸入口217から冷媒ガスを吸入して圧縮していき所定圧力以上になった冷媒ガスは固定スクロール212の中央部の吐出口218からリード弁219を押し開いて密閉容器201内に吐出させることを繰り返す。
クランク軸204の下端は密閉容器201の下端部のオイル溜め220に達して、密閉容器201内に溶接や焼き嵌めして固定された副軸受部材221により軸受され、安定に回転することができる。
電動機203は主軸受部材211と副軸受部材221との間に位置して、密閉容器201に溶接や焼き嵌めなどして固定された固定子203aと、クランク軸204の途中の外まわりに一体に結合された回転子203bとで構成され、回転子203bの上下端面の外周部分にはピン222により止め付けられたバランスウエイト223、224が設けられ、これにより回転子203bおよびクランク軸204が安定して回転し、旋回スクロール213を安定して旋回軌道運動させることができる。
給油機構207はクランク軸204の下端で駆動されるポンプ225によってオイル溜め220内のオイル206をクランク軸204を通縦しているオイル供給穴226を通じて圧縮機構202の各部の軸受部266や圧縮機構202の各摺動部に供給する。
供給後のオイル206は供給圧や重力によって逃げ場を求めるようにして軸受部266を通じ主軸受部材211の下に流出して滴下し、最終的にオイル溜め220に回収される。
しかしながら実際には、圧縮機構202から吐出される破線矢印で示す冷媒ガス227には圧縮機構202内で接触したオイル206を随伴させていたり、主軸受部材211の下に滴下してくる供給後のオイル206を飛散させて随伴させたりしていて、従来これを十分に分離できず密閉容器201外に吐出する冷媒ガスとともにオイルも吐出されてしまう問題があり、それを防止するために以下のような構成をとっている。
圧縮機構202から吐出される冷媒ガス227が、圧縮機構202の上部の容器内吐出室231、この容器内吐出室231と圧縮機構202の下部を連通させる圧縮機構連通路232、この圧縮機構連通路232から回転子上部室233に続く連絡路234、回転子上部室233と回転子下部室235を連通させるように回転子203bに設けた回転子通路236、固定子203aと回転子203bとの電動機ギャップ280、回転子下部室235、を順次経て電動機203の下に至り、さらに固定子203aの下部と上部とを連通させるように固定子203aまたは固定子203aと密閉容器201との間に設けられた固定子通路237を通って前記連絡路234の外まわりの固定子上部室238に抜けた後、密閉容器201の固定子上部室238の位置以上の部分に設けられた外部吐出口239を通って密閉容器201外に吐出されるようにする容器内ガス通路Aを設けてある。
このような容器内ガス通路Aの容器内吐出室231と、圧縮機構連通路232とは、圧縮機構202およびその軸受部266の外回りに位置して、圧縮機構202から吐出される冷媒ガス227を一括して圧縮機構202の下部の連絡路234に吐出させる。続いて連絡路234は吐出されてきた冷媒ガス227を回転子上部室233、固定子上部室271に導く。
上記の様に誘導された冷媒ガス227の一部は、回転子203bおよびバランスウエイト223の回転による影響で緩く旋回する状態で回転子通路236内に進入させて下方に通りぬけ、オイル206を分離する分離板261に強く衝突して、随伴しているオイル206を効果的に分離し、またオイル206のミストを液滴化しかつ成長させて、分離板261と回転子203bの下端との間の空間の円周上の少なくとも一部が側方へ開口していることにより遠心分離作用が働き、オイル206の分離効果を高めている。
また、残りの冷媒ガス227は、冷媒ガスガイドカップ282外壁と通路カバー251内壁の狭い空間から電動機ギャップ280を経て回転子下部空間235に流れるものと、先端部が概円筒形状の通路カバー251外壁と固定子203aのインシュレータ203cに取り付けた概円筒形状の冷媒ガスガイド203d内壁の隙間283に設置される隔壁シール部材291を経て固定子上部室238へ流れるものに分かれる。前者は電動機ギャップ280の流路抵抗が回転子通路236の通路抵抗より格段に大きくなるために、電動機ギャップ280を流れる冷媒ガス量は回転子通路236に流れる冷媒ガス227に比べ極めて小さな量になる。
一方後者はオイルミストを多く含んだ状態のままの冷媒ガス227が固定子上部室238へ短絡する経路になるが、隔壁シール部材291は一端が通路カバー251もしくは冷媒ガスガイド203dに密接に嵌合固定され、他端は長手方向に沿って設けられた等間隔の切込み291eをそれぞれ放射状に折り返して端面を概正多角形環断面形状の弾性カエリ部291aが形成され、冷媒ガスガイド203dもしくは通路カバー251の壁面に滑らかに押接させた状態で嵌合設置されるため、この部分を通過する流路抵抗がさらに大きくなり、この経路を流れる冷媒ガス量も回転子通路236に流れる冷媒ガス227に比べ極めて小さな量になり、かつ十分に気液分離された状態になる。
このように隔壁シール部材291の一端のカエリ部291aが複数の切込み291eの放射状の折り返しによって形成されるので、カエリ部291aに容易にバネ性を付与する
ことができ、インシュレータ203cの冷媒ガイド203dと連通路カバー251の隙間283が組立てバラツキ等で大きくなったりあるいは不均一になったりした場合でも、その隙間283を弾性作用を持たしたカエリ部291aで適度に吸収しかつシールすることによって、安価な構成で、圧縮機の騒音振動を増加させることなく、オイルミストを多く含んだ冷媒ガスの短絡を抑制することができ、圧縮機外へのオイルの持ち出しを抑制できる。
また、隔壁シール部材291をシート状の材料の展開状態から溶接(着)固定等291hで組立てればより安価に製造することが可能になる。
以上のようにしてオイル206を十分に分離されて電動機下部空間に導かれた冷媒ガス227は、固定子通路237を通って軸受部266まわりにある連絡路234のさらに外まわりの固定子上部室238に達して、圧縮機構202に設けられた圧縮機構上昇通路243を経て、密閉容器201の固定子上部室238の位置以上の部分にある外部吐出口239から密閉容器201外に吐出でき、圧縮機外へのオイルの持ち出しを抑制できることによって冷凍サイクル中での配管圧力損失や凝縮器、蒸発器などの熱交換器での熱交換効率の低下を防止することができる。
また、隔壁シール部材291をPET等の樹脂系フィルムにすることによって、インシュレータ203cの冷媒ガスガイド203dと連通路カバー251の隙間283を適度に吸収しかつシール作用を高めることに加えて、電動機203aと圧縮機構部202の間の振動の伝達抑制作用をさらに高めることができ、その隙間283からのオイルミストを多く含んだ冷媒ガス227の短絡を抑制して、圧縮機外へのオイルの持ち出しを抑制できる。
(実施の形態2)
また、図3および図4に示すように、通路カバー251の外接半径をrai、冷媒ガスガイド203d内接半径をrai、隔壁シール部材291の一端の正多角形(正N角形)環断面形状のN枚のシール片291bに分割されるカエリ部291aの折り返し部291f厚さを2tfとしたとき、
の関係が成り立つように隔壁シール部材291のカエリ枚数Nを選定することによって、多角形環形状のカエリ部端面形状を円環形状に近づけ、その頂点291gが、嵌合取付け時に対向する冷媒ガスガイド203dの内壁面と干渉することを容易に回避することが可能になり(すなわち隔壁シール部材の中心から多角形の内側頂点291giまでの距離をrs、カエリ部291の折り返し厚さ2tfを加えた同外側頂点291goまでの距離rs+2tfが rs+2tf<rai の関係を満足することにより同外側頂点291goと内壁面の干渉が回避され)、隔壁シール部材291の嵌合設置する際の作業効率も高めることができる。この干渉を確実に回避することにより、カエリ部291aの損傷も防止することができる。
(実施の形態3)
図5は通路カバー251の内接半径raiが冷媒ガスガイド203dの外接半径rboよりも大きい場合を示したもので、隔壁シール部材の返り枚数Nを
とすることで、実施の形態2と同様の効果を得ることができる。
また、冷媒として二酸化炭素を用いることで、通路カバーおよび固定子の圧縮機構部側のインシュレータ近傍の圧力差が大きくなる場合においても、圧縮機外へのオイルの持ち出しを抑制できる。
以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、安価な構成により冷媒ガスガイドと連通路カバーの隙間を適度な弾性シールすることができ、オイルミストを多く含んだ冷媒ガスの短絡を抑制して、圧縮機外へのオイルの持ち出しを抑制できる密閉型圧縮機を実現することができ、HFC系冷媒、HCFC系冷媒および自然冷媒である二酸化炭素を用いたエアコンディショナー用圧縮機やヒートポンプ式給湯機用圧縮機などの用途に適用できる。
(a)本発明の実施の形態における密閉型圧縮機縦断面図(b)要部Xの拡大図(c)隔壁シール部材の斜視図 本発明の実施形態を示す隔壁シール部材の詳細図 本発明の実施形態2における隔壁シール部材の嵌合部の断面拡大図 本発明の実施形態2における隔壁シール部材の嵌合の説明図 本発明の実施形態3における隔壁シール部材の嵌合の説明図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図
201 密閉容器
202 圧縮機構
203 電動機
203a 固定子
203b 回転子
203c インシュレータ
203d 冷媒ガスガイド
204 クランク軸
206 オイル
207 給油機構
217 吸入口
218 吐出口
220 オイル溜め
223、224 バランスウエイト
227 冷媒ガス
231 容器内吐出室
232 圧縮機構連通路
233 回転子上部室
234 連絡路
235 回転子下部室
236 回転子通路
237 固定子通路
238 固定子上部室
239 外部吐出口
242 圧縮機構上部室
243 圧縮機構上昇通路
251 通路カバー
261 分離板
271 固定子上部室
275 巻き線
280 電動機ギャップ
282 冷媒ガスガイドカップ
283 通路カバーとインシュレータの隙間
291 隔壁シール部材
291a 隔壁シール部材の弾性カエリ部
291b 隔壁シール部材の弾性カエリ部のシール片
291e 隔壁シール部材の弾性カエリ部の切込み
291f 隔壁シール部材の弾性カエリ部の折返し部
291g 隔壁シール部材の弾性カエリ部の折返し部の頂点
291h 隔壁シール部材の溶接(着)部

Claims (4)

  1. 密閉容器内に圧縮機構と、この圧縮機構の下方に設けた圧縮機構を駆動するためのインシュレータ付電動機と、この電動機の回転力を圧縮機構部に伝達するためのクランク軸と、密閉容器内の下部に設けたオイル溜めのオイルをクランク軸を通じてクランク軸の軸受部や圧縮機構部摺動部に供給する給油機構とを備え、圧縮機構から吐出される冷媒ガスが、圧縮機構上部の容器内吐出室、この容器内吐出室と圧縮機構下部を連通させる圧縮機構連通路、この圧縮機構連通路から回転子上部室まで続く先端部が概円筒形状の通路カバーで囲われた連通路、電動機の上部と下部とを連通する通路、回転子下部室を順次経て電動機下に至り、さらに固定子の下部と上部とを連通させるように固定子または固定子と密閉容器との間に設けられた固定子通路を通って前記連通路外回りの固定子上部室、圧縮機構または圧縮機構と密閉容器との間に設けられた圧縮機構上昇通路を経て、密閉容器の固定子上部室の位置以上の部分に設けられた外部吐出孔を通って密閉容器外に吐出されるようにする容器内冷媒ガス通路を設けた密閉型圧縮機において、前記通路カバーおよび前記固定子の圧縮機構部側のインシュレータに取り付けた概円筒形状の冷媒ガスガイドに相互に当接にする隔壁シール部材を設け、前記隔壁シール部材の一端を前記通路カバーもしくは前記冷媒ガスガイドに密接に嵌合固定し、他端を長手方向に沿って設けた等間隔の切込みをそれぞれ放射状に折り返して端面を概正多角形環形状の弾性カエリ部を形成し、前記冷媒ガイドもしくは前記通路カバーの壁面に滑らかに押接させた状態で嵌合設置した密閉型圧縮機。
  2. 前記隔壁シール部材はPET等の樹脂系フィルムであることを特徴とする請求項1に記載の密閉型圧縮機。
  3. 前記通路カバーおよび前記冷媒ガスガイドのうち外径の大きい方の内接半径をrai、小さい方の外接半径をrbo、前記隔壁シール部材の一端の正多角形(N角形)環形状のN枚のシール片に分割される前記カエリ部の折り返し部厚さを2tfとしたとき、
    の関係が成り立つように、前記隔壁シール部材のカエリ枚数Nを選定した請求項1または2に記載の密閉型圧縮機。
  4. 作動冷媒として高圧冷媒である二酸化炭素を用いた請求項1から3いずれか1項に記載の密閉型圧縮機。
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