JP5764733B2 - ロータリコンプレッサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、密閉容器内に電動要素と、この電動要素により駆動される回転圧縮機構部とを収納して成るロータリコンプレッサ及びその製造方法に関するものである。

従来この種ロータリコンプレッサ、例えば、第１及び第２の回転圧縮要素を備えた内部中間圧型多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサでは、密閉容器内に電動要素とこの電動要素にて駆動される回転圧縮機構部とにより構成されている。そして、第１の回転圧縮要素の吸込ポートから冷媒ガスがシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮されて中間圧となり、シリンダの高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て密閉容器内に吐出される。この密閉容器内の中間圧の冷媒ガスは第２の回転圧縮要素の吸込ポートからシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により２段目の圧縮が行なわれて高温高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経てコンプレッサの外部に吐出される構成とされている。

また、密閉容器内の底部はオイル溜めとされ、回転軸の一端（下端）に取り付けられたオイルポンプ（給油手段）によりオイル溜めからオイルが吸い上げられて、回転圧縮機構部の摺動部等に供給されて潤滑とシールを行っている。しかしながら、上述の如く第１の回転圧縮要素で圧縮された冷媒ガス中に混入したオイルは、密閉容器内に吐出され、当該密閉容器内の空間を移動する過程で冷媒ガスからある程度分離されるが、第２の回転圧縮要素で圧縮された冷媒ガス中に混入したオイルは、冷媒ガスと共にそのままコンプレッサの外部に吐出されていた。

このため、オイル溜めのオイルが不足し、摺動性能やシール性が低下すると云う問題が生じていた。また、コンプレッサ外部に吐出されたオイルにより、冷媒回路内の冷媒循環に支障をきたすなど、冷媒回路に悪影響を及ぼす恐れもあった。一方、密閉容器の外部の配管にオイルセパレータを接続して吐出冷媒ガスからオイルを分離し、コンプレッサに戻す工夫も成されているが、設置スペースが拡大するなどの問題が生じる。これらは、密閉容器が最終圧力となる内部高圧（単段）のロータリコンプレッサでも同様に発生する問題であるが、内部中間圧型に限らず、密閉容器内が最終的な吐出圧力とはならないロータリコンプレッサにおいては極めて重大な問題となる。

そこで、第２の回転圧縮要素から吐出された冷媒ガス中のオイルを遠心力を用いて分離するオイル分離機構を回転圧縮機構部と密閉容器内面との間に配設し、密閉容器外に吐出される冷媒からオイルを分離し、分離したオイルはオイル分離機構の下端に形成された細孔を介して密閉容器内底部のオイル溜めに流下させるようにしていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１０５９８６号公報 特開２００５−１０５９８５号公報

しかしながら、オイル分離手段において冷媒中のオイルを効率的に遠心分離するためには、冷媒が旋回する空間部や、この空間部に冷媒を導入する冷媒導入部の寸法を適切に設定しなければならない。

特に、ロータリコンプレッサ据え付け時の寸法を縮小するために密閉容器内に収納した回転圧縮機構部にオイル分離手段を構成する場合には、ロータリコンプレッサ自体の寸法拡大も問題となるために、オイル分離手段の設計には制約がある。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、遠心分離により密閉容器外部へのオイルの吐出を低減するオイル分離手段を用いた場合の分離性能を改善したロータリコンプレッサ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明のロータリコンプレッサは、密閉容器内に電動要素と、この電動要素の回転軸により駆動される回転圧縮機構部とを収納して成るものであって、回転圧縮機構部にて圧縮され、吐出された冷媒中のオイルを遠心分離するオイル分離手段を備え、このオイル分離手段は、中心軸が上下方向とされた円筒状で下方に向けて先細り形状の空間部と、この空間部の中心軸を中心とする円の接線方向から当該空間部に冷媒を導入するための冷媒導入部と、空間部の中心軸上の上端部において下方に向けて開口し、当該空間部内に連通した冷媒導出部と、空間部の下端に連通したオイル流出部とを備え、空間部の内径をＤｃ、冷媒導入部の開口面積をＡｃ、冷媒導入部の開口幅寸法をＢｃ、冷媒導入部の開口高さ寸法をＨｃ、冷媒導入部から空間部内に吐出される冷媒の単位時間当たりの体積流量をＱとした場合に、Ｑ／１５≦Ａｃ≦Ｑ／８、但し、Ａｃ＝Ｂｃ＊Ｈｃ、Ｂｃ＝Ｄｃ／４、Ｈｃ＝Ｄｃ／２とされていることを特徴とする。

上記のロータリコンプレッサにおいてオイル分離手段は、回転圧縮機構部に構成されていることを特徴とする。

本発明のロータリコンプレッサの製造方法は、密閉容器内に電動要素と、この電動要素の回転軸により駆動される回転圧縮機構部とを収納して成るロータリコンプレッサを製造するに当たり、回転圧縮機構部にて圧縮され、吐出された冷媒中のオイルを遠心分離するオイル分離手段を設け、中心軸が上下方向とされた円筒状で下方に向けて先細り形状の空間部と、この空間部の中心軸を中心とする円の接線方向から当該空間部に冷媒を導入するための冷媒導入部と、空間部の中心軸上の上端部において下方に向けて開口し、当該空間部内に連通した冷媒導出部と、空間部の下端に連通したオイル流出部とから構成し、空間部の内径をＤｃ、冷媒導入部の開口面積をＡｃ、冷媒導入部の開口幅寸法をＢｃ、冷媒導入部の開口高さ寸法をＨｃ、冷媒導入部から空間部内に吐出される冷媒の単位時間当たりの体積流量をＱとした場合に、Ｑ／１５≦Ａｃ≦Ｑ／８、但し、Ａｃ＝Ｂｃ＊Ｈｃ、Ｂｃ＝Ｄｃ／４、Ｈｃ＝Ｄｃ／２の関係となるようにするオイル分離手段の寸法を設定することを特徴とする。

上記のロータリコンプレッサの製造方法において体積流量Ｑを、回転圧縮機構部の排除容積Ｒと電動要素の運転周波数Ｗから求めることを特徴とする。

上記のロータリコンプレッサの製造方法において電動要素の回転数を制御する場合には、運転周波数Ｗとして最も頻繁に使用される周波数帯域を用いることを特徴とする。

上記のロータリコンプレッサの製造方法においてオイル分離手段を、回転圧縮機構部構成することを特徴とする。

上記の如く密閉容器内に電動要素と回転圧縮機構部を収納したロータリコンプレッサにおいて、吐出冷媒中のオイルを遠心分離するオイル分離手段を設け、このオイル分離手段を、中心軸が上下方向とされた円筒状で下方に向けて先細り形状の空間部と、この空間部の中心軸を中心とする円の接線方向から当該空間部に冷媒を導入するための冷媒導入部と、空間部の中心軸上の上端部において下方に向けて開口し、当該空間部内に連通した冷媒導出部と、空間部の下端に連通したオイル流出部とから構成し、空間部の内径をＤｃ、冷媒導入部の開口面積をＡｃ、冷媒導入部の開口幅寸法をＢｃ、冷媒導入部の開口高さ寸法をＨｃ、冷媒導入部から空間部内に吐出される冷媒の単位時間当たりの体積流量をＱとした場合に、Ｑ／１５≦Ａｃ≦Ｑ／８、但し、Ａｃ＝Ｂｃ＊Ｈｃ、Ｂｃ＝Ｄｃ／４、Ｈｃ＝Ｄｃ／２としたので、密閉容器内の回転圧縮機構部にオイル分離手段を構成する場合にも、適切な寸法を設定し、圧損を抑制して効率的な遠心オイル分離を実現することができるようになる。特に、冷媒導入部から空間部の内面に沿って導入された冷媒は、当該空間部の内周面に沿って螺旋状に旋回しながら降下していく。そして、冷媒は空間部の先細り形状に案内されて中心に集まり、上昇気流となって上端の冷媒導出部から円滑に流出するので、ロータリコンプレッサ外部へ吐出されるオイル量を一層効果的に低減することが可能となる。

また、回転圧縮機構部に複数のオイル分離手段を構成すれば、一つ当たりのオイル分離手段の寸法を縮小しながら、必要な流量の冷媒中のオイルを効果的に分離することができるようになり、ロータリコンプレッサ自体の寸法拡大を防止することが可能となる。

本発明によれば、遠心分離により密閉容器外部へのオイルの吐出を低減するオイル分離手段を用いた場合の分離性能を改善したロータリコンプレッサ及びその製造方法を提供することができる。

本発明を適用した実施例のロータリコンプレッサの概略縦断面図である（実施例１）。 図１のロータリコンプレッサの回転圧縮機構部の概略縦断面図である。 図１のロータリコンプレッサの回転圧縮機構部の上部カバー及びガスケットを除く平面図である。 図３のオイル分離機構部分の拡大図である。 図１のロータリコンプレッサのオイル分離機構の側面図である。 図５のオイル分離機構の平面図である。 図５のオイル分離機構への冷媒の流入速度と、未分離オイル量及び圧損の関係を示す図である。 本発明の他の実施例のロータリコンプレッサのオイル分離機構部分の上部カバー及びガスケットを除く拡大平面図である（実施例２）。 図８のロータリコンプレッサのオイル分離機構部分の拡大縦断面図である。

以下に図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。

図１は本発明の一実施例のロータリコンプレッサ１０の概略縦断面図、図２は回転圧縮機構部１８の概略縦断面図、図３は回転圧縮機構部１８の上部カバー６６及びガスケット６５を除く平面図、図４はその要部の拡大図をそれぞれ示している。尚、各図における部材の位置関係は、説明を行い易くするために実際の配置と変えて示しており、実際の位置関係とは異なるものもある。

各図において、１０は本発明の一実施例としての内部中間圧型多段（２段）圧縮式の縦型ロータリコンプレッサで、このロータリコンプレッサ１０は、鋼板からなる縦型円筒状の密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部空間の上側に配置収納された電動要素（駆動要素）１４及びこの電動要素１４の下側に配置され、電動要素１４の回転軸１６により駆動される第１の回転圧縮要素３２（１段目）及びその上側に位置した第２の回転圧縮要素３４（２段目）から成る回転圧縮機構部１８にて構成されている。

密閉容器１２は、底部をオイル溜め１３とし、電動要素１４と回転圧縮機構部１８を収納する容器本体１２Ａと、この容器本体１２Ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで構成され、且つ、このエンドキャップ１２Ｂの上面中心には電動要素１４に電力を供給するためのターミナル（配線を省略）２０が取り付けられている。電動要素１４は、密閉容器１２の上部空間の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ２２と、このステータ２２の内側に若干の隙間を設けて挿入配置されたロータ２４とからなる。このロータ２４は中心を通り鉛直方向（密閉容器１２の軸方向）に延びる前記回転軸１６に固定されている。

ステータ２２は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体２６と、この積層体２６の歯部に直巻き（集中巻き）方式により巻装されたステータコイル２８を有している。また、ロータ２４もステータ２２と同様に電磁鋼板の積層体３０で形成され、この積層体３０内に永久磁石ＭＧを挿入して構成されている。

前記回転圧縮機構部１８は、第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４をそれぞれ構成し、冷媒が内部で圧縮される圧縮室を有する下シリンダ（第１のシリンダ）４０及び上シリンダ（第２のシリンダ）３８と、これら上下シリンダ３８、４０内にそれぞれ設けられた上下偏心部４２、４４に嵌合されて偏心回転する上下ローラ４６、４８と、上下シリンダ３８、４０及びローラ４６、４８の間に介在して第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４を仕切る中間仕切板３６と、ローラ４６、４８に当接して上下シリンダ３８、４０内の圧縮室をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画するベーン５０、５２と、上シリンダ３８の圧縮室の上側の開口面及び下シリンダ４０の圧縮室の下側の開口面をそれぞれ閉塞して回転軸１６の軸受け５４Ａ、５６Ａを有した支持部材である閉塞部材としての上部支持部材（上部閉塞部材）５４及び下部支持部材（下部閉塞部材）５６にて構成されている。

上部支持部材５４及び下部支持部材５６には、図示しない吸込ポートにて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路６０（図３）、６１と、上部支持部材５４の上面及び下部支持部材５６の下面の一部をそれぞれ凹陥させ、各凹所の上面開口及び下面開口を上部カバー６６、下部カバー６８にてそれぞれ閉塞することにより形成される吐出室としての一定の容積を有した吐出消音室６２、６４とが設けられている。即ち、上部支持部材５４及び下部支持部材５６は、各吐出消音室６２、６４を凹陥形成するために一定の厚さ寸法を有している。尚、前記軸受け５４Ａ、５６Ａは前記上部カバー６６、下部カバー６８に形成しても良い。

この場合、上部支持部材５４と上部カバー６６の間には、シール用のガスケット６５が介設されている（図示しないが下部支持部材５６と下部カバー６８間にも同様に介設されている）。また、下部カバー６８は周辺部を主ボルト１２９・・・によって下から下部支持部材５６に固定されている。この主ボルト１２９・・・の先端は上部支持部材５４に螺合する。

尚、第１の回転圧縮要素３２の吐出消音室６４と密閉容器１２内とは連通路にて連通されている。この連通路は下部支持部材５６、上部支持部材５４、上部カバー６６、上下シリンダ３８、４０や中間仕切板３６を貫通する図示しない孔である。この場合、連通路の上端には中間吐出管１２１が立設されており、この中間吐出管１２１から密閉容器１２内に中間圧の冷媒が吐出される。

また、電動要素１４は密閉容器１２内の上部カバー６６の上方に所定間隔を存して設けられている。この上部カバー６６は周辺部が主ボルト７８・・・により、上から上部支持部材５４に固定されている。この主ボルト７８・・・の先端は下部支持部材５６に螺合する。

一方、回転軸１６内には軸中心に鉛直方向のオイル孔８０が形成され、このオイル孔８０は下端のオイルポンプ８４に連通している。回転軸１６の回転によりオイルポンプ８４はオイル溜め１３内のオイルをオイル孔８０に吸い上げる。回転軸１６には更にこのオイル孔８０に連通する横方向の給油孔８２（上下偏心部４２、４４やそれらの上下に複数形成されている）が形成されており、ここから回転圧縮機構部１８の軸受け５４Ａ、５６Ａその他の摺動部等にオイルが供給される構成とされている。

そして、この場合の冷媒としては二酸化炭素（ＣＯ₂）が使用され、ロータリコンプレッサ１０の最終圧力は極めて高い圧力となる。また、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油等既存のオイルが使用される。

密閉容器１２の容器本体１２Ａの側面には、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路６０、６１、上部カバー６６の上側（電動要素１４の下端に略対応する位置）に対応する位置に、スリーブ１４１、１４２、１４３及び１４４がそれぞれ溶接固定されている。スリーブ１４１と１４２は上下に隣接すると共に、スリーブ１４３はスリーブ１４４と略９０度ずれた位置にある。

そして、スリーブ１４１内には上シリンダ３８に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９２の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９２の一端は上シリンダ３８の吸込通路６０に連通される。この冷媒導入管９２は密閉容器１２の上側を通過してスリーブ１４４に至り、他端はスリーブ１４４内に挿入接続されて密閉容器１２内に連通する。

スリーブ１４２内には下シリンダ４０に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９４の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９４の一端は下シリンダ４０の吸込通路６１に連通される。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、上部支持部材５４に設けられた吐出通路７０（図３）に連通されている。

そして、この回転圧縮機構部１８には、第２の回転圧縮要素３４で圧縮され、吐出された冷媒中のオイルを分離するための本発明のオイル分離手段としてのオイル分離機構９０が構成され、このオイル分離機構９０は、第２の回転圧縮要素３４の上部支持部材５４から上シリンダ（第２のシリンダ）３８、及び、中間仕切板３６を経て下シリンダ（第１のシリンダ）４０まで渡っている。

次に、このオイル分離機構９０について説明する。上部支持部材５４の軸受け５４Ａの周囲には、図３に示されるように凹所が形成されており、前述した如くこの凹所の上面開口がガスケット６５を介して上部カバー６６により閉塞されることで、凹所内が第２の回転圧縮要素３４の吐出消音室６２とされる。この吐出消音室６２内には上シリンダ３８の内部に連通する図示しない吐出ポートを閉塞する吐出弁７２が配置されている。この吐出弁７２は上シリンダ３８の高圧室が規定の吐出圧力まで上昇した場合に吐出ポートを開くものである。

また、前記吐出通路７０は吐出弁７２と軸受け５４Ａを挟んで略反対側に形成され、吐出消音室６２に連通している。そして、吐出消音室６２は軸受け５４Ａを挟んで略反対側の位置の上部支持部材５４に形成された仕切壁５４Ｂ、５４Ｃによって吐出弁７２側（６２Ａ）と吐出通路７０側（６２Ｂ）とに仕切られており、一方の仕切壁５４Ｃ内に位置して本発明のオイル分離機構９０が構成されている。

このオイル分離機構９０は、上部支持部材５４に貫通形成された円筒状の第１の孔９１Ａ、その下側に対応して上シリンダ（第２のシリンダ）３８に形成された円筒状の第２の孔９１Ｂ、その下側に対応して上シリンダ３８に形成された円筒状の第３の孔９１Ｃ、その下側に対応して中間仕切板３６に形成された円筒状の第４の孔９１Ｄ、及び、その下側に対応して中間仕切板３６に形成された円筒状の第５の孔９１Ｅとから成り、全体としては中心軸が上下方向とされた円筒状の空間部９１と、この空間部９１の孔９１Ａの軸受け５４Ａとは反対側の上縁部に開口形成された冷媒導入部９５と、空間部９１の中心軸上に位置して一端が空間部９１（孔９１Ａ）内に開口し、他端が吸込通路７０側の吐出消音室６２（図３、図４に６２Ｂで示す）に開口した冷媒導出部９７と、空間部９１を構成する孔９１Ｅの下端に対応して下シリンダ（第１のシリンダ）４０の上面に凹陥形成されたオイル溜まり１０４と、このオイル溜まり１０４に連通して下シリンダ（第１のシリンダ）４０内に形成されたオイル流出部としての細孔９８とから構成されている。

前記空間部９１は上下に連続する孔９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃ、９１Ｄ、及び、９１Ｅにより全体としては円筒状であるが、第２の孔９１Ｂの内径は第１の孔９１Ａの内径より小さく、第３の孔９１Ｃの内径は第２の孔９１Ｂの内径より小さい。また、第４の孔９１Ｄの内径は第３の孔９１Ｃの内径と同一であるが、第５の孔９１Ｅの内径は第４の孔９１Ｄの内径よりも小さく構成されている。即ち、空間部９１を構成する複数の孔９１Ａ〜９１Ｅの内径は、下方のもの程小さくなるように構成されており、これにより、空間部９１の下部はオイル溜まり１０４及び細孔９８に向かって内径が段階的に小さくなる形状を呈している。

この場合、第１の孔９１Ａは上部支持部材５４を最大径の第１のドリルで切削加工することにより、貫通形成される。また、第２の孔９１Ｂは上記第１のドリルよりも細い径の第２のドリルで上シリンダ（第２のシリンダ）５０を上方から中途部まで切削加工することにより形成される。また、第３の孔９１Ｃは上記第２のドリルよりも細い径の第３のドリルで上シリンダ（第２のシリンダ）５０を上方若しくは下方から切削加工し、第２の孔９１Ｂに連通させてこれら孔９１Ｂ、９１Ｃにより上シリンダ３８を貫通することにより形成される。即ち、実施例では上シリンダ３８に内径の異なる複数の孔９１Ｂ、９１Ｃが形成される。

また、第４の孔９１Ｄは上記第３のドリルで中間仕切板３６を上方から中途部まで切削加工することにより形成される。また、第５の孔９１Ｅは上記第３のドリルよりも細い径の第４のドリルで中間仕切板３６を上方若しくは下方から切削加工し、第４の孔９１Ｄに連通させてこれら孔９１Ｄ、９１Ｅにより中間仕切板３６を貫通することにより形成される。即ち、実施例では中間仕切板３６に内径の異なる複数の孔９１Ｄ、９１Ｅが形成される。

また、オイル流出部としての細孔９８は、オイル溜まり１０４から下シリンダ（第１のシリンダ）４０内を密閉容器１２方向に延在し、当該密閉容器１２内に開口して連通している。これにより、細孔９８は空間部９１（孔９１Ｅ）の下端と密閉容器１２内とをオイル溜まり１０４を介して連通している。

また、冷媒導入部９５は導入通路９９を介して吐出弁７２側の吐出消音室６２（図３、図４に６２Ａで示す）に連通しており、該吐出消音室６２内の冷媒は、冷媒導入部９５より空間部９１の中心軸を中心とする円の接線方向から当該空間部９１内に導入され、空間部９１の内面に沿って旋回するよう構成とされている。そして、これら空間部９１（孔９１Ａ）と冷媒導入部９５の上面は上部カバー６６にて閉塞される。

前記冷媒導出部９７は、上部カバー６６の下面を掘削することにより形成された溝（図３、図４には実際には上部カバー６６は存在しないが、仮想線で溝（冷媒導出部９７）を示している）により構成されている。即ち、この溝の一端は空間部９１（孔９１Ａ）の中心軸上まで延在し、その上端部において下方に向けて開口しており、他端は吸込通路７０側の吐出消音室６２（６２Ｂ）まで延在し、下方に向けて開口している。そして、これら一端と他端の間の溝の下面開口は、仕切壁５４Ｃにより下から閉塞されている。そして、これによってオイル分離機構９０は吐出弁７２と吐出通路７０との間に介在するかたちとなる。

ここで、オイル分離機構９０の設計方法について説明する。オイル分離機構９０の理想的な寸法は、下記で設定されることが知られている。
Ａｃ＝Ｂｃ＊Ｈｃ ・・（１）
Ｂｃ＝Ｄｃ／４ ・・（２）
Ｈｃ＝Ｄｃ／２ ・・（３）
但し、Ａｃは冷媒導入部９５の開口面積（ｍ²）、Ｂｃは冷媒導入部９５の開口幅寸法（ｍ）、Ｈｃは冷媒導入部９５の開口高さ寸法（ｍ）、Ｄｃは空間部９１（実施例では孔９１Ａ）の内径（直径、ｍ）であり、上記の関係が成り立つ場合に、遠心力（サイクロン）によるオイル分離性能が最良となる。

ここで、オイル分離機構９０への冷媒の流入速度Ｖに着目した場合、空間部９１内で旋回する速度が高い程、遠心力によるオイルの分離性能は向上する。この流入速度Ｖは、下記の式で表せる。即ち、
Ｖ＝Ｑ／Ａｃ ・・（４）
但し、Ｑはオイル分離機構９０の冷媒導入部９５から空間部９１内に吐出される冷媒の単位時間当たりの流量（ｍ³／ｓ）であり、下記の式で表せる。即ち、
Ｑ＝Ｒ＊Ｗ ・・（５）
但し、Ｒは回転圧縮機構部１８の第２の回転圧縮要素３４の排除容積（ｍ³／ｒｅｖ）、Ｗは電動要素１４の運転周波数（回転数、Ｈｚ）である。尚、電動要素１４が定速の場合にはその回転数を使用し、回転数制御される場合には、最も頻繁に使用される周波数帯域、この種ロータリコンプレッサ１０では通常４０Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下の範囲の何れかの値を用いる。

上記から明らかな如く、流入速度Ｖを上げるためには、冷媒導入部９５の開口面積Ａｃを小さくすれば良い。しかしながら、開口面積Ａｃを小さくすると、今度はオイル分離機構９０における冷媒の圧損が多くなる。この様子が図７に示されている。図７の横軸は流入速度Ｖ、左縦軸はオイル分離機構９０から出て行く未分離のオイル量（％）、右縦軸はオイル分離機構９０における圧損（％）を示している。

図７から明らかな如く、流入速度Ｖが高くなる程、未分離のオイル量は減少するものの、圧損は増大していく。このとき、流入速度Ｖが８ｍ／ｓ付近まで未分離のオイル量は急激に減少するものの、それ以降は変化が小さくなる。また、圧損に関しては、ロータリコンプレッサ１０の高圧（最終圧力）は実施例では２．５Ｍｐａ程になるが、圧損として許容できるのは１０％程度までである。

そこで、流入速度Ｖとしては８ｍ／ｓ以上１５ｍ／ｓ以下の範囲を採用する。これから、前記式（４）よりＡｃは、Ｑ／１５≦Ａｃ≦Ｑ／８の範囲で決定し、決定したＡｃから前記式（１）〜（３）を用いてＢｃ、Ｄｃ、及び、Ｈｃを導き出して決定する。これにより、オイル分離機構９０における圧損が抑制され、且つ、効率的な遠心分離が実現できるようになる。

以上の構成で次に動作を説明する。ターミナル２０および図示されない配線を介して電動要素１４のステータコイル２８に通電されると、電動要素１４が起動してロータ２４が回転する。この回転により回転軸１６と一体に設けた上下偏心部４２、４４に嵌合された上下ローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を前述の如く偏心回転する。

実施例の場合電動要素１４の回転数はロータリコンプレッサ１０が用いられる冷凍サイクルの負荷に応じて制御されるので、前記運転周波数Ｗとしては最も頻繁に使用される４０Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下の何れかの値がオイル分離機構９０の設計に用いられることになる。

これにより、冷媒導入管９４及び下部支持部材５６に形成された吸込通路６１を経由して図示しない吸込ポートから下シリンダ（第１のシリンダ）４０の低圧室側に吸入された低圧の冷媒ガスは、ローラ４８とベーン５２の動作により圧縮されて中間圧となり、下シリンダ４０の高圧室側より図示しない吐出ポート、下部支持部材５６に形成された吐出消音室６４から図示しない前記連通路を経て中間吐出管１２１から密閉容器１２内に吐出される。これによって、密閉容器１２内は中間圧となる。尚、吐出消音室６４は冷媒が流れる流路が広くなったり狭くなったりするように形成されているため、消音効果が得られる。

そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは、スリーブ１４４から出て冷媒導入管９２及び上部支持部材５４に形成された吸込通路５８を経由して吸込ポート６０から上シリンダ（第２のシリンダ）３８の低圧室側に吸入される。吸入された中間圧の冷媒ガスは、ローラ４６とベーン５０の動作により２段目の圧縮が行なわれて高温高圧（最終圧力）の冷媒ガスとなり、高圧室側から図示しない前記吐出ポートを通り、吐出弁７２から上部支持部材５４に形成された吐出消音室６２（６２Ａ）に吐出される。吐出消音室６２は冷媒が流れる流路が広くなったり狭くなったりするように形成されているため、消音効果が得られる。吐出消音室６２に吐出された冷媒は、図３、図４に矢印で示す如く導入通路９９を経て冷媒導入部９５からオイル分離機構９０の空間部９１内に吐出される。

このとき、冷媒ガス及び当該冷媒ガス中に混入したオイルは、空間部９１の内面に沿って吐出され、吐出された冷媒ガス及びオイルは、吐出時の勢いにより空間部９１の内周面に沿って螺旋状に旋回しながら孔９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃ、９１Ｄ、９１Ｅへと空間部９１内を降下して行く（図２）。

このときの旋回による遠心力で冷媒ガス中に混入したオイルが冷媒ガスから分離され、空間部９１の内面に付着し、当該内面を伝わって空間部９１の下端に対応して形成されたオイル溜まり１０４に流入し、そこに貯留される。オイル溜まり１０４に貯留されたオイルは図２中破線矢印の如く細孔９８を通って密閉容器１２の下部のオイル溜め１３に流下する。

一方、オイルが分離された冷媒ガスは、前述した如き空間部９１の下方に向けた段階的な先細り形状に案内されて中心に集まり、上昇気流となって冷媒導出部９７の一端の開口から内部に流入する。冷媒導出部９７内に流入した冷媒ガスは、各図に実線矢印で示す如く上部カバー６６に形成された溝（冷媒導出部９７）内を通過して他端の開口から吐出通路７０側の吐出消音室６２（６２Ｂ）内に入り、該吐出消音室６２内を経て吐出通路７０に至る。そして、冷媒吐出管９６に流出し、外部に吐出されるので、これにより、吐出消音室６２に吐出された冷媒ガスは、密閉容器１２内を経ること無く外部に吐出されることになる。

このように、第２の回転圧縮要素３４で圧縮された冷媒ガス中に混入したオイルをオイル分離機構９０にて遠心分離することで、冷媒ガス中に混入したオイルを効果的に分離することができる。これにより、コンプレッサ１０から吐出されるオイル吐出量を低減することができるので、コンプレッサ１０内がオイル不足となる不都合や冷媒回路内に悪影響を及ぼす不都合も未然に回避することができるようになる。

また、オイル分離機構９０を回転圧縮機構部１８に構成しているので、オイル分離機構９０のための格別な機構を回転圧縮機構部１８と密閉容器１２との間に設ける必要もなくなり、部品点数の増加も抑制される。

更に、オイル分離機構９０は、中心軸が上下方向とされた円筒状の空間部９１と、この空間部９１に冷媒を導入するための冷媒導入部９５と、空間部９１の中心軸上において当該空間部９１内に連通した冷媒導出部９７と、空間部９１の下端に連通した細孔９８とを備えているので、冷媒導入部９５から空間部９１内に流入した冷媒は、当該空間部９１の内周面に沿って旋回した後、冷媒導出部９７に流入すると共に、冷媒から分離したオイルは細孔９８に流下するようになる。これにより、オイル分離機構９０の空間部９１内で冷媒を旋回させ、遠心力によりオイルを効率的に分離させ、冷媒は冷媒導出部９７に流入させ、分離したオイルは細孔９８を介して円滑に密閉容器１２内に戻すことが可能となる。

特に空間部９１を、内径の異なる円筒状の複数の孔９１Ａ〜９１Ｅから構成し、各孔９１Ａ〜９１Ｅの内径を、下方のもの程小さくしたので、冷媒からのオイルの分離と、オイルが分離された冷媒の冷媒導出部９７への流入を円滑に行わせることができる。この場合、空間部９１の下部を徐々に縮径させる場合には、加工が面倒なものとなるが、本発明の如く内径の異なる複数の孔９１Ａ〜９１Ｅにて構成すれば、孔を形成するためのドリルを変更すれば良いことになるので、空間部９１を構成するための加工を著しく簡素化することが可能となる。これらにより、ロータリコンプレッサ１０の寸法の拡大とコストの高騰を防止、若しくは、抑制することが可能となる。

また、オイル分離機構９０の空間部９１を、上部支持部材５４から上シリンダ（第１のシリンダ）３８を経て中間仕切板３６まで渡って構成しているので、ロータリコンプレッサ１０の寸法を拡大すること無く、オイル分離機構９０の上下寸法を確保することができるようになる。それにより、オイル分離機構９０内における冷媒の流速を上げるために冷媒導入部９５を狭くする必要が無くなり、オイル分離機構９０における圧損の増大を効果的に抑制することができるようになる。

更に、吐出消音室６２が構成された上部支持部材５４から上シリンダ３８に渡ってオイル分離機構９０を構成したことで、上シリンダ３８内で圧縮され、吐出消音室６２に吐出された冷媒に混入したオイルをオイル分離機構９０により効果的に遠心分離することができるようになると共に、吐出消音室６２からオイル分離機構９０までの経路も短縮・簡素化することができる。

特に、空間部９１を構成する上シリンダ３８部分の孔９１Ｂ、９１Ｃの内径を、上部支持部材５４部分の孔９１Ａの内径より小さくし、中間仕切板３６部分の９１Ｅの内径を、上シリンダ３８部分の孔９１Ｃの内径より小さくしたので、中間仕切板３６に形成する孔９１Ｅと上シリンダ３８に形成する孔９１Ｃの内径や、上シリンダ３８に形成する孔９１Ｂと上部支持部材５４に形成する孔９１Ａの内径を変えるだけで空間部９１を構成することができるようになり、加工性は一段と向上する。

また、実施例のように上シリンダ３８や中間仕切板３６部分の空間部９１を、複数の孔９１Ｂ、９１Ｃ、９１Ｄ、９１Ｅにより構成すれば、段階的により細かく空間部９１の形状を先細りとすることができるようになり、空間部９１内において旋回する冷媒を冷媒導出部９７より一層円滑に流出させることができるようになる。

また、オイル分離機構９０を、吐出弁７２と吐出通路７０の間に介在するかたちで構成しているので、実施例の如く回転圧縮機構部１８を第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４から構成し、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒を密閉容器１２内に吐出し、この密閉容器１２内に吐出された冷媒を第２の回転圧縮要素３４を構成する上シリンダ３８で圧縮し、吐出消音室６２に吐出するロータリコンプレッサ１０の如く、吐出消音室６２から密閉容器１２内を経ること無く、即ち、密閉容器１２内でオイルが分離されること無く、冷媒が外部に吐出されるロータリコンプレッサ１０のオイルの流出をオイル分離機構９０により効果的に抑制することが可能となる。

この場合、オイル分離機構９０は吐出弁７２と吐出通路７０の間に介在するかたちで設けられているので、吐出弁７２から吐出消音室６２とオイル分離機構９０を経て吐出通路７０に至る冷媒の流れを円滑化し、且つ、経路も最短距離とすることができる。

また、オイル分離機構９０の冷媒導出部９７を、上部カバー６６の下面に形成された溝により構成しているので、配管により冷媒導出部９７を構成する場合に比して構造を著しく簡素化し、生産コストを低減することができるようになる。

そして、何よりもオイル分離機構９０は前述した如く圧損と未分離のオイル量との兼ね合いで冷媒導入部９５の開口幅寸法Ｂｃ、開口高さ寸法Ｈｃ、及び、空間部９１の内径Ｄｃが設計されているので、圧損を抑制し、且つ、効率的な遠心分離が実現される。

次に、図８及び図９は本発明の他の実施例のロータリコンプレッサ１０の回転圧縮機構部１８の平面図（上部カバー６６及びガスケット６５を除く）とその拡大図を示している。この場合、オイル分離機構９０は上部支持部材５４の仕切壁５４Ｂと仕切壁５４Ｃにそれぞれ一箇所ずつ、合計二箇所（９０Ａ、９０Ｂ）構成されており、第１及び第２のオイル分離機構９０Ａ、９０Ｂの冷媒導入部９５に連通する導入通路９９がそれぞれ吐出弁７２側の吐出消音室６２（６２Ａ）に連通し、第１及び第２のオイル分離機構９０Ａの冷媒導出部９７がそれぞれ吐出通路７０側の吐出消音室６２（６２Ｂ）に連通されている。即ち、この実施例では二つのオイル分離機構９０（９０Ａ、９０Ｂ）が上部支持部材５４に構成され、それらに分かれて冷媒ガスが流れるかたち（並列接続）とされている。

前述した如く、オイル分離機構９０の冷媒導入部９５の開口面積Ａｃを設計する場合、Ａｃはオイル分離機構９０の冷媒導入部９５から空間部９１内に吐出される冷媒の単位時間当たりの流量Ｑ（ｍ³／ｓ）に比例することになる。そして、この流量Ｑは第２の回転圧縮要素３４の排除容積Ｒに比例するので、この排除容積Ｒが大きいロータリコンプレッサ１０の場合には、Ａｃから求められるオイル分離機構９０の各部の寸法Ｂｃ、Ｄｃ、Ｈｃが大きくなり、単体では回転圧縮機構部１８内に配置できなくなる。

その場合には、この実施例のようにオイル分離機構９０を二箇所設け、一つのオイル分離機構９０内に吐出される冷媒の流量を半分にすることにより、単体での寸法を縮小して、回転圧縮機構部１８の拡大に伴うロータリコンプレッサ１０の寸法拡大を抑制することが可能となる。尚、この実施例ではオイル分離機構９０を二箇所構成してそれぞれに冷媒ガスが分かれて流れるようにしたが、それに限らず、ロータリコンプレッサ１０の排除容積等に応じて三箇所以上構成して各オイル分離機構９０に冷媒を分流させても良い。

また、各実施例では所謂内部中間圧型多段（２段）圧縮式の縦型ロータリコンプレッサに本発明を適用したが、それに限らず、所謂単段、若しくは、三段以上の多段圧縮式のロータリコンプレッサに適用しても良く、特に、吐出消音室に吐出された冷媒が、密閉容器内を経ること無く外部に吐出されるものに適用すれば、本発明は極めて有効なものとなる。

即ち、単段の場合には上部支持部材からシリンダ（実施例の上部支持部材５４から上シリンダ３８）に渡るかたちで空間部９１を構成すれば良い。その場合は、オイル溜まり１０４と細孔９８はシリンダに構成しても良く、下部支持部材（実施例の中間仕切板３６の位置となる）に構成しても良い。

また、実施例の如き２段圧縮式のロータリコンプレッサの場合にも、上部支持部材５４から上シリンダ（第１のシリンダ）３８まで渡るかたち、又は、中間仕切板３６まで渡るかたちでオイル分離機構９０を構成しても良く、その場合はオイル溜まり１０４と細孔９８は上シリンダ（第１のシリンダ）３８、又は、中間仕切板３６に構成すれば良い。

また、実施例ではオイル分離機構９０にて分離されたオイルを細孔９８にて密閉容器１２内のオイル溜め１３に戻したが、それに限らず、回転圧縮機構部１８の摺動部等に戻すものしても構わない。

更に、実施例では上シリンダ（第１のシリンダ）３８と中間仕切板３６に異なる径の孔９１Ｂ、９１Ｃや、９１Ｄ、９１Ｅを形成したが、それに限らず、上部支持部材５４に異なる径の孔を複数形成してもよい。

また、実施例では冷媒導出部９７を上部カバー６６に形成した溝で構成したが、それに限らず、パイプを空間部９１の中心に上から挿入して冷媒導出部９７としても良い。

１０ ロータリコンプレッサ
１２ 密閉容器
１４ 電動要素
１６ 回転軸
１８ 回転圧縮機構部
３２ 第１の回転圧縮要素
３４ 第２の回転圧縮要素
３６ 中間仕切板
３８ 上シリンダ（第２のシリンダ）
４０ 下シリンダ（第１のシリンダ）
５４ 上部支持部材（閉塞部材）
５６ 下部支持部材
６２ 吐出消音室（吐出室）
６５ ガスケット
６６ 上部カバー
７０ 吐出通路
７２ 吐出弁
９０ オイル分離機構（オイル分離手段）
９１ 空間部
９１Ａ〜９１Ｅ 孔
９５ 冷媒導入部
９７ 冷媒導出部
９８ 細孔（オイル流出部）

Claims (6)

1. 密閉容器内に電動要素と、該電動要素の回転軸により駆動される回転圧縮機構部とを収納して成るロータリコンプレッサにおいて、
   前記回転圧縮機構部にて圧縮され、吐出された冷媒中のオイルを遠心分離するオイル分離手段を備え、
   該オイル分離手段は、中心軸が上下方向とされた円筒状で下方に向けて先細り形状の空間部と、該空間部の中心軸を中心とする円の接線方向から当該空間部に冷媒を導入するための冷媒導入部と、前記空間部の中心軸上の上端部において下方に向けて開口し、当該空間部内に連通した冷媒導出部と、前記空間部の下端に連通したオイル流出部とを備え、
   前記空間部の内径をＤｃ、前記冷媒導入部の開口面積をＡｃ、前記冷媒導入部の開口幅寸法をＢｃ、前記冷媒導入部の開口高さ寸法をＨｃ、前記冷媒導入部から前記空間部内に吐出される冷媒の単位時間当たりの体積流量をＱとした場合に、
   Ｑ／１５≦Ａｃ≦Ｑ／８、但し、Ａｃ＝Ｂｃ＊Ｈｃ、Ｂｃ＝Ｄｃ／４、Ｈｃ＝Ｄｃ／２
   とされていることを特徴とするロータリコンプレッサ。
2. 前記オイル分離手段は、前記回転圧縮機構部に複数構成されていることを特徴とする請求項１に記載のロータリコンプレッサ。
3. 密閉容器内に電動要素と、該電動要素の回転軸により駆動される回転圧縮機構部とを収納して成るロータリコンプレッサの製造方法であって、
   前記回転圧縮機構部にて圧縮され、吐出された冷媒中のオイルを遠心分離するオイル分離手段を設け、
   該オイル分離手段を、中心軸が上下方向とされた円筒状で下方に向けて先細り形状の空間部と、該空間部の中心軸を中心とする円の接線方向から当該空間部に冷媒を導入するための冷媒導入部と、前記空間部の中心軸上の上端部において下方に向けて開口し、当該空間部内に連通した冷媒導出部と、前記空間部の下端に連通したオイル流出部とから構成し、
   前記空間部の内径をＤｃ、前記冷媒導入部の開口面積をＡｃ、前記冷媒導入部の開口幅寸法をＢｃ、前記冷媒導入部の開口高さ寸法をＨｃ、前記冷媒導入部から前記空間部内に吐出される冷媒の単位時間当たりの体積流量をＱとした場合に、
   Ｑ／１５≦Ａｃ≦Ｑ／８、但し、Ａｃ＝Ｂｃ＊Ｈｃ、Ｂｃ＝Ｄｃ／４、Ｈｃ＝Ｄｃ／２
   の関係となるようにする前記オイル分離手段の寸法を設定することを特徴とするロータリコンプレッサの製造方法。
4. 前記体積流量Ｑを、前記回転圧縮機構部の排除容積Ｒと前記電動要素の運転周波数Ｗから求めることを特徴とする請求項３に記載のロータリコンプレッサの製造方法。
5. 前記電動要素の回転数を制御する場合には、前記運転周波数Ｗとして最も頻繁に使用される周波数帯域を用いることを特徴とする請求項４のロータリコンプレッサの製造方法。
6. 複数の前記オイル分離手段を、前記回転圧縮機構部に構成することを特徴とする請求項３乃至請求項５のうちの何れかに記載のロータリコンプレッサの製造方法。
   

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