JP5138236B2 - ロータリー圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、ロータリー圧縮機に関するものである。

ロータリー圧縮機は、例えば、ルームエアコンやパッケージエアコン等の空気調和装置において、冷媒回路内での気体冷媒の圧縮に用いられるものである。
このようなロータリー圧縮機としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
特開２００５−３３７２１０号公報

さて、上記特許文献１に開示されたロータリー圧縮機においては、上方に位置するステータコアの渡線部の基端部に、クランクシャフトの回転軸線と直交する方向に沿って延びるとともに、上方に位置するステータコアの渡線部が形成する凹部内とハウジングの胴部内とを連通する連通路が複数形成されている。そのため、ロータコアの軸心孔に沿って上下方向に延びる複数の通路を通って、上記凹部内に導かれた潤滑油と冷媒ガスとの混合体の一部が、上記連通路を通ってロータリー圧縮機から吐出され、下流側の冷媒回路へ流出してしまうといった問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、油分離効率を向上させることができるロータリー圧縮機を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るロータリー圧縮機は、ハウジングと、このハウジングの下部側に収納される圧縮機構部と、前記ハウジングの上部側に収納される駆動部とを備え、前記駆動部が、クランクシャフトに外嵌固定され、このクランクシャフトとともに回転する回転子と、この回転子の外周側に配置されて前記ハウジングに固定される固定子とを有し、前記回転子のロータコアの上端面に、この上端面を覆うとともに、前記固定子のステータコアの上端面から突出する渡線部が形成する凹部内に位置するように油分離板が取り付けられ、前記渡線部の基端部に、前記凹部内と前記ハウジングの胴部内とを連通する連通路が複数形成されたロータリー圧縮機であって、前記ロータコアの上端面が前記ステータコアの上端面よりも上方に位置するとともに、前記連通路の出口側に位置する開口端から、当該連通路の入口側に位置する開口端を見たときに、前記ロータコアの側面が前記連通路の入口側に位置する開口端を覆う比率が３０％〜８０％となるように、前記回転子が前記クランクシャフトに対して固定されている。

本発明に係るロータリー圧縮機によれば、連通路の出口側に位置する開口端から、同じ連通路の入口側に位置する開口端を見たときに、ロータコアの側面が連通路の入口側に位置する開口端を覆う比率（ステータコイルスキマ遮蔽率）を３０％〜８０％とすることで、連通路を通ってハウジングの胴部内に漏れ出す（逃げ出す）混合体の漏れ量を低減させることができ、渡線部に衝突する混合体の衝突量を増大させることができて、油粒の分離効率を向上させることができる。
また、ハウジングの外への油の流出を防止でき、このハウジング内の各要素に対する潤滑油不足を回避することができて、ロータリー圧縮機の寿命を延ばすことができる。

本発明に係る空気調和装置は、油分離効率の向上化が図られたロータリー圧縮機を具備しているので、冷媒回路への油分を含んだ冷媒ガスの流出を防止することができ、冷媒回路全体のシステムCOPを大幅に向上させることができる。

本発明によれば、油分離効率を向上させることができるという効果を奏する。

以下、本発明に係るロータリー圧縮機の第１実施形態を図１ないし図３に基づいて説明する。
図１は本実施形態に係るロータリー圧縮機の概略縦断面図、図２は図１の要部拡大縦断面図、図３は本実施形態に係るロータリー圧縮機の圧縮機効率とステータコイルスキマ遮蔽率との関係、およびシステムCOPとステータコイルスキマ遮蔽率との関係を示すグラフである。

本実施形態に係るロータリー圧縮機１は、ルームエアコンやパッケージエアコン等の空気調和装置の冷媒回路上に設けられて、この冷媒回路内を流通する気体冷媒の圧縮に用いられるものである。
図１に示すように、ロータリー圧縮機１は、密封容器であるハウジング２を有しており、このハウジング２内には、冷媒回路から供給される気体冷媒を圧縮する圧縮機構部３と、この圧縮機構部３を駆動する駆動部４とが収納されている。

本実施形態では、ハウジング２は、両端が閉じられた略円筒形状の密封容器とされており、軸線を略鉛直にした状態で設置されている。そして、圧縮機構部３は、ハウジング２の下部に配置されており、駆動部４は、圧縮機構部３の上方に配置されている。
また、ハウジング２の下部側面には、外部から冷媒回路の冷媒配管Ｐ１，Ｐ２が挿入されており、これら冷媒配管Ｐ１，Ｐ２によって圧縮機構部３に冷媒回路の気体冷媒が供給されるようになっている。
ここで、図示しないが、ハウジング２の底部には油溜め室が設けられており、この油溜め室内には圧縮機構部３の潤滑等に用いられる潤滑油が貯留されている。

圧縮機構部３は、冷媒配管Ｐ１，Ｐ２から供給された気体冷媒を圧縮して高圧の圧縮気体とした後に、ハウジング２内に送出するものである。
ここで、ハウジング２の天井部には、外部から冷媒配管Ｐ３が挿通されており、この冷媒配管Ｐ３を通じて、ハウジング２内に一時的に貯留された圧縮気体が冷媒回路の下流側に送り込まれるようになっている。

圧縮機構部３は、円筒状内面１２を有する複数のシリンダ１１を有しており、これらシリンダ１１は、互いの円筒状内面１２が略同軸となるようにして、かつ互いの間にセパレータ１３を挟み込んだ状態にして軸線方向に隣接配置されている。
各シリンダ１１の内部には、それぞれ円筒状内面１２よりも小径の円筒状のロータ１４が、その軸線を円筒状内面１２の軸線と略平行にして設けられている。

これらシリンダ１１、セパレータ１３、およびロータ１４には、クランクシャフト１６が挿通されている。クランクシャフト１６は、軸線をシリンダ１１の配列方向に略平行にして設けられており、下端側を圧縮機構部３に挿通されている。ここで、クランクシャフト１６は、上端側を駆動部４によって支持されていて、駆動部４によって軸線回りに回転駆動されるようになっている。本実施形態では、駆動部４は、クランクシャフト１６の上端側を保持するロータを有する電動モータによって構成されており、このロータを回転させることでクランクシャフト１６が回転駆動されるようになっている。

クランクシャフト１６において各シリンダ１１に挿通される領域には、ロータ１４の内周面と係合する略円柱形状の偏心軸部１７が設けられており、クランクシャフト１６が軸線回りに回転駆動されることで、各ロータ１４がシリンダ１１の円筒状内面１２上で転がるようにして偏心回転させられるようになっている。
ここで、各偏心軸部１７は、偏心方向をクランクシャフト１６の軸線まわりに約１８０°ずらして設けられている（すなわち、軸線まわりの位相が約１８０°ずれている）。これにより、クランクシャフト１６が回転駆動された際に一方の偏心軸部１７に生じる慣性モーメントと他方の偏心軸部１７に生じる慣性モーメントとが互いに打ち消し合って、クランクシャフト１６の回転が安定する。
また、これらシリンダ１１の列の一端側及び他端側にはそれぞれ端部軸受１８が取り付けられており、これら端部軸受１８によってクランクシャフト１６が軸線回りの回転を可能にして支持されている。

駆動部４は、クランクシャフト１６に外嵌固定される回転子２１と、この回転子２１の外周側に配設される固定子２２とを備えている。
回転子２１は、所定形状に形成された珪素鋼板等の薄肉体を複数枚積層したコア（以下、「ロータコア」という。）２３を有するものであって、このロータコア２３には、その軸心孔２４に沿って上下方向に延びる複数の貫通孔（以下、「通路」という。）２５が設けられている。また、これら通路２５の下方はそれぞれ開口端とされており、この開口端を通って、圧縮機構部３や駆動部４を円滑に駆動させるための潤滑油と、冷媒ガスとの混合体が通路２５内に流入するようになっている。なお、ロータコア２３の軸心孔２４に筒状体を内嵌して、この筒状体にクランクシャフト１６を圧入するようにしてもよい。

一方、図２に示すように、ロータコア２３の上端面２３ａには，この上端面２３ａを覆うように、取付台２６および締結部材（例えば、ボルト・ナット等）２７を介して円盤状の油分離板２８が取り付けられている。また、取付台２６には、板厚方向に貫通するとともに、通路２５の上方に設けられた開口端と合致する複数の貫通孔２９が設けられている。そして、通路２５の下方に設けられた開口端から通路２５内に流入した潤滑油と冷媒ガスとの混合体は、図２中の実線矢印で示すように、通路２５の上方に設けられた開口端および貫通孔２９を通ってロータコア２３の外側（ロータコア２３の上端面２３ａと油分離板２８との間に形成された空間内）に流出するようになっている。

図１に示すように、固定子２２は、所定形状に形成された珪素鋼板等の薄肉体を複数枚積層したコア（以下、「ステータコア」という。）３０と、このステータコア３０のティース部に巻設されるコイルエンド（渡線）３１とを有している。この場合、コイルエンド３１の渡線部３２がステータコア３０の両端面３０ａ，３０ｂから突出して、圧縮機構部３の上下において凹部３３，３４を形成する。そして、凹部３３内には、上述した取付台２６および油分離板２８が収容されている。なお、ステータコア３０は、ハウジング２の胴部２ａ内に圧入固定（焼嵌め）されている。

また、図２に示すように、渡線部３２の基端部（ステータコア３０の側に位置する端部）には、クランクシャフト１６の回転軸線と直交する方向に沿って延びるとともに、凹部３３内とハウジング２の胴部２ａ内とを連通する複数の連通路３５が形成されている。

さて、本実施形態における回転子２１は、ロータコア２３の上端面２３ａがステータコア３０の上方に位置する上端面３０ａよりも上方に位置するとともに、連通路３５の出口側（半径方向外側）に位置する開口端から、同じ連通路３５の入口側（半径方向内側）に位置する開口端を見たときに、ロータコア２３の側面２３ｂが連通路３５の入口側に位置する開口端を覆う（塞ぐ）比率（ステータコイルスキマ遮蔽率）が、３０％〜８０％（最も好ましくは、５０％程度）となるように、クランクシャフト１６に対して固定されている。

このように構成されたロータリー圧縮機１では、通路２５を介して上昇してきた混合体（冷媒ガスと潤滑油との混合体）が、ロータコア２３の上端面２３ａと油分離板２８との間に形成された空間内に流出する。そして、この流出した混合体は、油分離板２８の回転による遠心力によって、渡線部３２側に放射状に飛散（分散）して、渡線部３２に衝突する。このようにして衝突した混合体は、その油分がこの渡線部３２側に付着して、油分と冷媒ガスとが分離される。分離された油分は、固定子２２を伝わってハウジング２の下部に設けられた油溜め室に戻る。一方、分離された冷媒ガスは、ハウジング２の上部に設けられた冷媒配管Ｐ３を介してハウジング２の外へ吐出される。

本実施形態に係るロータリー圧縮機１によれば、ステータコイルスキマ遮蔽率を３０％〜８０％とすることで、連通路３５を通ってハウジング２の胴部２ａ内に漏れ出す（逃げ出す）混合体の漏れ量を低減させることができ、渡線部３２に衝突する混合体の衝突量を増大させることができて、油粒の分離効率を向上させることができる。そしてその結果、図３に示すように、圧縮機効率は若干低下する（なぜなら、フラックス量が低下し、モータ電流が増加することによってモータ効率が低下するとともに、マグネットプル力が増加し、これに伴ってスラスト損失が増加して、機械損失が増加するからである。）ものの、このロータリー圧縮機１が使用された冷媒回路への油分を含んだ冷媒ガスの流出を防止することができ、冷媒回路全体のシステムCOPを大幅に向上させることができる。また、ハウジング２の外への油の流出を防止でき、このハウジング２内の各要素に対する潤滑油不足を回避することができて、ロータリー圧縮機１の寿命を延ばすことができる。

本発明に係るロータリー圧縮機の第１参考実施形態を図４に基づいて説明する。図４は本実施形態に係るロータリー圧縮機の概略縦断面図である。
本実施形態に係るロータリー圧縮機４０は、ステータコイルスキマ遮蔽率が０％となるように（すなわち、ロータコア２３の上端面２３ａとステータコア３０の上方に位置する上端面３０ａとが同一平面上に位置するように）、回転子２１がクランクシャフト１６に対して固定されているとともに、連通路３５の出口側に位置する開口端が、バンド部材（閉塞部材）４１により閉塞されているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。
なお、その他の構成要素については、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略し、また、図４において、上述した第１実施形態と同一の部材には、同一の符号を付している。

バンド部材４１は、耐熱性および耐冷媒性の材料（ポリエステル系の材料）からなる帯状（フィルム状）の部材または線状の部材であり、連通路３５の出口側に位置する開口端を塞ぐように巻回されている。そして、このバンド部材４１により、連通路３５の入口側に位置する開口端から連通路３５内に流入した混合体が、連通路３５の出口側に位置する開口端からハウジング２の胴部２ａ内に漏れ出さない（逃げ出さない）ようになっている。

本実施形態に係るロータリー圧縮機４０によれば、バンド部材４１により連通路３５の出口側に位置する開口端を塞ぐだけで、連通路３５を通ってハウジング２の胴部２ａ内に漏れ出す（逃げ出す）混合体の漏れ量をなくす（または大幅に低減させる）ことができ、渡線部３２に衝突する混合体の衝突量を増大させることができて、油粒の分離効率を向上させることができる。そしてその結果、このロータリー圧縮機４０が使用された冷媒回路への油分を含んだ冷媒ガスの流出を防止することができ、冷媒回路全体のシステムCOPを向上させることができる。また、ハウジング２の外への油の流出を防止でき、このハウジング２内の各要素に対する潤滑油不足を回避することができて、ロータリー圧縮機４０の寿命を延ばすことができる。
なお、本実施形態ではバンド部材４１で連通路３５の出口側に位置する開口端を塞ぐ構成について説明したが、本発明はこのようなものに限定されるものではなく、バンド部材４１で連通路３５の入口側に位置する開口端を塞ぐ構成にしてもよいし、連通路３５の入口側および出口側に位置する開口端の双方を塞ぐような構成にしてもよい。

本発明に係るロータリー圧縮機の第２参考実施形態について説明する。
本実施形態に係るロータリー圧縮機は、ステータコイルスキマ遮蔽率が０％となるように（すなわち、ロータコア２３の上端面２３ａとステータコア３０の上方に位置する上端面３０ａとが同一平面上に位置するように）、回転子２１がクランクシャフト１６に対して固定されているとともに、連通路３５が形成されないように渡線部３２が形成されているか、あるいは連通路３５の内径が上述した実施形態のものよりも小さくなるように連通路３５が形成されているという点で上述した実施形態のものと異なる。

本実施形態に係るロータリー圧縮機によれば、連通路３５を通ってハウジング２の胴部２ａ内に漏れ出す（逃げ出す）混合体の漏れ量をなくす、あるいは大幅に低減させる（最小限にする）ことができ、渡線部３２に衝突する混合体の衝突量を増大させることができて、油粒の分離効率を向上させることができる。そしてその結果、このロータリー圧縮機が使用された冷媒回路への油分を含んだ冷媒ガスの流出を防止することができ、冷媒回路全体のシステムCOPを向上させることができる。また、ハウジング２の外への油の流出を防止でき、このハウジング２内の各要素に対する潤滑油不足を回避することができて、ロータリー圧縮機の寿命を延ばすことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、第１実施形態と第１参考実施形態とを組み合わせて実施したり、第１実施形態と第２参考実施形態とを組み合わせて実施する等、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更実施することも可能である。

本発明の第１実施形態に係るロータリー圧縮機の概略縦断面図である。 図１の要部拡大縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係るロータリー圧縮機の圧縮機効率とステータコイルスキマ遮蔽率との関係、およびシステムCOPとステータコイルスキマ遮蔽率との関係を示すグラフである。 本発明の第１参考実施形態に係るロータリー圧縮機の概略縦断面図である。

１ ロータリー圧縮機
２ ハウジング
２ａ 胴部
３ 圧縮機構部
４ 駆動部
１６ クランクシャフト
２１ 回転子
２２ 固定子
２３ ロータコア
２３ａ 上端面
２３ｂ 側面
２８ 油分離板
３０ ステータコア
３０ａ 上端面
３２ 渡線部
３３ 凹部
３５ 連通路
４０ ロータリー圧縮機
４１ バンド部材（閉塞部材）

Claims (2)

1. ハウジングと、このハウジングの下部側に収納される圧縮機構部と、前記ハウジングの上部側に収納される駆動部とを備え、
   前記駆動部が、クランクシャフトに外嵌固定され、このクランクシャフトとともに回転する回転子と、この回転子の外周側に配置されて前記ハウジングに固定される固定子とを有し、
   前記回転子のロータコアの上端面に、この上端面を覆うとともに、前記固定子のステータコアの上端面から突出する渡線部が形成する凹部内に位置するように油分離板が取り付けられ、
   前記渡線部の基端部に、前記凹部内と前記ハウジングの胴部内とを連通する連通路が複数形成されたロータリー圧縮機であって、
   前記ロータコアの上端面が前記ステータコアの上端面よりも上方に位置するとともに、前記連通路の出口側に位置する開口端から、当該連通路の入口側に位置する開口端を見たときに、前記ロータコアの側面が前記連通路の入口側に位置する開口端を覆う比率が３０％〜８０％となるように、前記回転子が前記クランクシャフトに対して固定されていることを特徴とするロータリー圧縮機。
2. 請求項１に記載のロータリー圧縮機を具備してなることを特徴とする空気調和装置。

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