JP5881461B2 - 冷媒圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、空調機及び冷凍機等に搭載される冷媒圧縮機に関するものである。

従来の密閉形スクロール圧縮機は、固定スクロールと揺動スクロールとからなる圧縮機構、固定子と回転子とからなる電動機機構、電動機機構より回転駆動される主軸、上記圧縮機構及び電動機機構を収容し、底部に油溜り部を有する密閉形の密閉容器、冷媒ガスを吸入する吸入管、圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出管、主軸及び圧縮機機構の各摺動部に潤滑油を供給する給油機構を備えている（例えば、特許文献１参照）。

このように構成された圧縮機では、油溜り部に貯留している潤滑油を、給油機構で吸い上げ、各摺動部に潤滑油を供給しながら運転を行っている。つまり、潤滑油を供給することで摩耗を防止しながら圧縮動作を行っている。

特開平５−２０９５９１号公報（図１）

冷媒圧縮機では、圧縮機停止中及び運転中に、密閉容器内に流入した冷媒ガスが液冷媒となり、油溜り部に貯留した潤滑油に溶解、混合することがある。この場合、液冷媒と潤滑油の互いの比重の関係により、密閉容器の油溜り部の底部に液冷媒、その上層に潤滑油が位置する状態となる。そうすると、給油機構が、潤滑油ではなく液冷媒を吸い上げて各摺動部に供給することになり、各摺動部を潤滑させることができず、潤滑特性を悪化させる問題が生じる。しかし、特許文献１では、この点について何ら考慮されていなかった。

また、冷媒に二酸化炭素を使用した圧縮機では、温度により液冷媒（液体二酸化炭素）の比重が異なるため、−１５℃以下の低温状態になると液冷媒の比重が潤滑油よりも大きくなり、潤滑油の下層部に液冷媒が位置するようになる。このため、上記と同様のことが生じる。

本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、油溜り部の底部に液冷媒、その上層に潤滑油が位置する場合でも、各摺動部の潤滑特性が低下しない冷媒圧縮機を得ることを目的とする。

本発明に係る冷媒圧縮機は、電動機機構と、冷媒を圧縮する圧縮機構と、電動機機構と圧縮機構とを連結し、電動機機構の回転力を圧縮機構に伝達する、上下方向に延びる主軸と、電動機機構、圧縮機構及び主軸を収容する密閉容器と、密閉容器の底部に設けられ、潤滑油を貯留する油溜り部と、主軸の下端部に設けられ、油溜り部内の潤滑油を主軸及び圧縮機構の各摺動部に供給する給油機構とを備え、給油機構は、油溜り部内に位置する下側吸入口から吸い込んだ潤滑油を主軸及び圧縮機構の各摺動部に供給する第１給油流路と、潤滑油の規定油量の液面位置よりも上方に位置する上側吸入口から吸い込んだ潤滑油を主軸及び圧縮機構の各摺動部に供給する第２給油流路とを有し、第２給油流路は第１給油流路の周囲に形成されて二重配管式に構成され、下側吸入口の高さ位置に潤滑油が位置している場合は、下側吸入口から潤滑油を吸い上げて主軸及び圧縮機構の各摺動部に供給し、上側吸入口の高さ位置に潤滑油が位置している場合は、上側吸入口から潤滑油を吸い上げて主軸及び圧縮機構の各摺動部に供給するものである。

本発明によれば、油溜り部に下側給油機構を配置すると共に、潤滑油の規定油量位置より上部となる位置に上側給油機構を配置するようにしたので、油溜り部の底部に潤滑油が位置している場合は下側給油機構から潤滑油を主軸及び圧縮機構の各摺動部に供給し、液冷媒が潤滑油に溶解、混合して混合液量が増加し、油溜り部の底部に液冷媒が位置している場合は、上側給油機構から主軸及び圧縮機構の各摺動部に潤滑油を供給する。よって、液冷媒が潤滑油に溶解、混合して混合液量が増加し、油溜り部の底部に液冷媒が位置している場合でも、潤滑特性が低下しない冷媒圧縮機を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る冷媒圧縮機１の縦断面図である。 図１の下側給油機構の吸入弁の動作説明図である。 油溜り部の底部に冷媒が貯留し、その上層に潤滑油が貯留して上側給油機構が潤滑油に浸漬している状態を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る冷媒圧縮機の要部縦断面図である。 本発明の実施の形態３に係る冷媒圧縮機の要部縦断面図である。 本発明の実施の形態４に係る冷媒圧縮機の要部縦断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷媒圧縮機の縦断面図である。図１及び後述の各図においてハッチングで示した部分は、潤滑油を示している。また、図１及び後述の各図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。更に、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

冷媒圧縮機１は、電動機機構１０と、外部より冷媒を吸入して圧縮する圧縮機構２０と、この電動機機構１０と圧縮機構２０とを連結し、電動機機構１０の発生する回転力を圧縮機構２０に伝達する主軸３０とを有し、これらが密閉容器４０内に収容された構成を有している。そして、密閉容器４０の下部には、潤滑油５０を貯留する油溜り部４１が設けられている。油溜り部４１に貯留された潤滑油５０は、後述の下側給油機構７０により主軸３０内を通って主軸３０及び圧縮機構２０の各摺動部（後述の主軸受け６１、副軸受け６３や圧縮機構２０の各摺動部等）に供給される。

また、密閉容器４０の側面には冷媒を吸入するための吸入管４２が設けられ、密閉容器４０の上面には圧縮した冷媒を吐出するための吐出管４３が設けられている。

電動機機構１０は、リング状に形成された固定子１１と、この固定子１１の内部で回転し得るように支持された回転子１２とを備えている。密閉容器４０内には、電動機機構１０を挟んで対向するように主フレーム６０及び副フレーム６２が密閉容器４０に固定されており、主フレーム６０及び副フレーム６２の中央に設けた主軸受け６１及び副軸受け６３に、主軸３０が回転自在に支持されている。

圧縮機構２０は、固定スクロール２１と揺動スクロール２２とを備えており、互いの対向面にはそれぞれ渦巻歯２１ａ、２２ａが設けられている。この渦巻歯２１ａ、２２ａが互いに摺動可能に噛み合わされて、冷媒を圧縮する圧縮室を構成している。なお、ここではスクロール圧縮機の圧縮機構２０を図示しているが、これに限らず、ロータリー圧縮機等、他の形式の圧縮機構としてもよい。

主軸３０は、密閉容器４０内において上下方向に延びるように配置されており、高さが異なる２箇所には下側給油機構７０及び上側給油機構８０が配置されている。下側給油機構７０は、主軸３０の下端部に設けられて油溜り部４１内に位置しており、油溜り部４１内の潤滑油５０を、主軸３０及び圧縮機構２０の各摺動部へ供給する。

下側給油機構７０は、自身の設置位置に潤滑油５０が位置している場合には、その潤滑油５０を吸い上げて主軸３０及び圧縮機構２０の各摺動部へ供給する一方、自身の設置位置に液化した冷媒（以下、液冷媒）が位置している場合には、吸い上げを行わず、主軸３０及び圧縮機構２０の各摺動部への供給を行わないように構成されている。このように自身の設置位置に潤滑油５０又は液冷媒のどちらが位置しているのかに応じて、主軸３０及び圧縮機構２０の各摺動部への供給・停止を切り換える切り換え機構は、具体的には吸入弁７１によって実現されており、その構造については後述する。

下側給油機構７０は、実施の形態１では容積形ポンプで構成されており、ポンプ本体７６と、吸入弁７１の吸入口７５（後述の図２参照）から異物が吸入されるのを防止するための略円筒状のフィルター７７と、前述の吸入弁７１とが一体化された構成を有している。なお、フィルター７７は、必須の構成ではなく、省略可能である。

上側給油機構８０は、潤滑油５０の規定油量の液面位置１ａよりも上方に設けられている。この位置に設けることで、潤滑油５０に液冷媒が溶解、混合して油溜り部４１に液冷媒が位置し、その上層に潤滑油５０が位置している場合（後述の図３参照）、上側給油機構８０は、潤滑油５０に浸漬することになる。よって、上側給油機構８０が潤滑油５０に浸漬している場合（自身の設置位置に潤滑油５０が位置している場合）には、潤滑油５０を吸い上げて主軸３０及び圧縮機構２０の各摺動部へ供給する動作を行う。上側給油機構８０は、実施の形態１では遠心ポンプで形成されている。遠心ポンプは、具体的には、主軸３０に軸心から偏心して主軸３０の上端面から軸方向に貫通し、下端開口８０ａが液面位置１ａよりも上方に位置するように形成された偏心穴８１によって構成されている。

図２は、図１の下側給油機構の吸入弁の動作説明図で、図１において点線Ａで囲った部分を概略的に拡大して示している。図２において実線矢印は潤滑油５０の流れ方向、点線は弁体７４の移動方向を示している。
吸入弁７１は、内部に給油流路７２が形成された弁室７３と、弁室７３内に設けられ、給油流路７２を開閉する弁体７４とを備えている。弁体７４は、液冷媒９０よりも低く且つ潤滑油５０よりも高い比重を有し、自身が液冷媒９０に浸漬しているのか又は潤滑油５０に浸漬しているのかに応じて上下に移動することで、給油流路７２を開閉する。

すなわち、図２（ａ）に示すように、吸入弁７１が潤滑油５０に浸漬している場合は、弁体７４が下方に移動して給油流路７２を開放する。このように給油流路７２が開放されている場合、下側給油機構７０は、主軸３０の回転に伴い吸入口７５から潤滑油５０を吸い上げ、主軸３０及び圧縮機構２０の各摺動部へ供給する動作を行う。一方、図２（ｂ）に示すように、吸入弁７１が液冷媒９０に浸漬している場合には、弁体７４が上方に移動して給油流路７２が閉塞される。よって、下側給油機構７０は、液冷媒９０の吸い上げを行わない。

次に、冷媒圧縮機１の動作を説明する。
電動機機構１０に電力が供給されると、回転子１２がトルクを発生し主軸３０が回転する。主軸３０の回転により、揺動スクロール２２がオルダムリング（図示せず）により自転を規制されて揺動運動する。吸入管４２から密閉容器４０内に吸入されたガス冷媒は、固定スクロール２１の渦巻歯２１ａと揺動スクロール２２の渦巻歯２２ａとの間に形成された圧縮室に取り込まれる。そして、ガス冷媒を取り込んだ圧縮室は、揺動スクロール２２の揺動運動に伴い、外周部から中心方向に移動しながら容積を減じ、冷媒ガスを圧縮する。そして、圧縮された冷媒ガスは、固定スクロール２１に設けた吐出口２１ｂから吐出弁２１ｃに抗して吐出され、吐出管４３から密閉容器４０外へ排出される。

次に、主軸３０の回転に伴う、下側給油機構７０及び上側給油機構８０の動作について説明する。
まず、図１に示すように油溜り部４１に潤滑油５０が貯留され、下側給油機構７０の吸入弁７１が図２（ａ）に示すように給油流路７２を開放した状態にあるときの各ポンプの動作について説明する。
この状態の場合には、電動機機構１０により主軸３０を回転させることにより、下側給油機構７０が油溜り部４１に貯留された潤滑油５０を吸い上げ、主軸３０及び圧縮機構２０の各摺動部に供給する。このとき、偏心穴８１の位置には何ら液体が位置していないため、上側給油機構８０ではポンプ動作は行われない。

次に、油溜り部４１に貯留している潤滑油５０に、液冷媒が溶解、混合して混合液量が増加し、図３に示すように油溜り部４１に液冷媒９０が貯留し、その上層に潤滑油５０が貯留した状態の場合について説明する。この場合、上側給油機構８０は、潤滑油５０に浸漬し、下側給油機構７０の吸入弁７１は、図２（ｂ）に示すように給油流路７２を閉塞した状態にある。このような状態にあるときの各ポンプの動作について説明する。

この状態の場合には、下側給油機構７０の吸入弁７１は給油流路７２を閉塞しているため、下側給油機構７０のポンプ本体７６に液冷媒９０は供給されず、下側給油機構７０は、液冷媒９０を吸い上げる動作は行わない。一方、上側給油機構８０は、潤滑油５０中に浸漬しているため、電動機機構１０により主軸３０が回転することに伴い、潤滑油５０を吸い上げて主軸３０及び圧縮機構２０の各摺動部に潤滑油５０を供給する。なお、上側給油機構８０は、上述したように潤滑油５０の規定油量の液面位置１ａよりも上方に配置されているため、この位置まで液冷媒９０が溜まることはレアケースであり、上側給油機構８０により液冷媒９０が主軸３０及び圧縮機構２０の各摺動部に供給されることはないと考えて良い。

以上説明したように、本実施の形態１では、油溜り部４１に下側給油機構７０を配置すると共に、潤滑油５０の規定油量位置より上部となる位置に上側給油機構８０を配置し、潤滑油５０が油溜り部４１の底部に位置するときには下側給油機構７０から主軸３０及び圧縮機構２０の各摺動部に潤滑油５０を供給する。そして、液冷媒９０が潤滑油５０に溶解、混合して混合液量が増加し、潤滑油５０の下層部に液冷媒９０が位置するときには、上側給油機構８０によって潤滑油５０を主軸３０及び圧縮機構２０の各摺動部に供給する。このような構成とすることで、油溜り部４１の底部に潤滑油５０が貯留している場合はもちろんのこと、液冷媒９０が潤滑油５０に溶解、混合して混合液量が増加した場合でも、主軸３０及び圧縮機構２０の各摺動部に、確実に潤滑油５０を供給でき、潤滑特性が低下することを防止できる。よって、信頼性の高い冷媒圧縮機１を構成できる。

また、下側給油機構７０における前記切り換え機構として、内部に給油流路７２が形成された弁室７３と、弁室７３内に設けられ、液冷媒９０よりも低く且つ潤滑油５０よりも高い比重を有し、自身が液冷媒９０に浸漬している場合には上方に移動して給油流路７２を閉塞し、自身が潤滑油５０に浸漬している場合には下方に移動して給油流路７２を開放する弁体７４とを備えた吸入弁７１を用いた。よって、簡単な構成で切り換え機構を構成できる。

実施の形態２．
実施の形態１では、下側給油機構を容積形ポンプ、上側給油機構を遠心ポンプで構成した例を示したが、実施の形態２は、下側給油機構も遠心ポンプで構成したものである。なお、実施の形態１と同様の構成部分について適用される変形例は、本実施の形態２及び後述の実施の形態についても同様に適用される。

図４は、本発明の実施の形態２に係る冷媒圧縮機の要部縦断面図である。なお、図４には、油溜り部４１に液冷媒９０が位置し、その上層に潤滑油５０が位置して上側給油機構８０の設置位置まで達している状態を示している。
実施の形態２の下側給油機構７０Ａは、主軸３０に軸心から偏心して主軸３０の上端面から軸方向に貫通し、下端開口が油溜り部４１内に位置するように形成された偏心穴７８によって構成されている。そして、偏心穴７８の途中に、実施の形態１と同様の動作を行う吸入弁７１が設けられている。よって、図４に示すように下側給油機構７０Ａが液冷媒９０中に浸漬している状態では、下側給油機構７０Ａは液冷媒の吸い上げを行わず、上側給油機構８０側が潤滑油５０を吸い上げて主軸３０及び圧縮機構２０の各摺動部に供給する動作を行う。

このように構成された実施の形態２の冷媒圧縮機においても、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態３は、下側給油機構及び上側給油機構の両方を、容積形ポンプで構成したものである。

図５は、本発明の実施の形態３に係る冷媒圧縮機の要部縦断面図である。なお、図５には、油溜り部４１に液冷媒９０が位置し、その上層に潤滑油５０が位置して上側給油機構８０Ａの設置位置まで達している状態を示している。
実施の形態３の上側給油機構８０Ａも実施の形態１と同様、潤滑油５０の規定油量の液面位置１ａ（図１参照）よりも上方に配置されており、実施の形態１の上側給油機構８０と同様の動作を行う。

このように構成された実施の形態３の冷媒圧縮機においても、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、下側給油機構及び上側給油機構の２つの給油機構を設けていたが、実施の形態４は、１つの給油機構で上記の下側給油機構及び上側給油機構の両方の機能を兼ね備えたものである。

図６は、本発明の実施の形態４に係る冷媒圧縮機の要部縦断面図である。なお、図６には、油溜り部４１に液冷媒９０が位置し、その上層に潤滑油５０が位置して給油機構１００の上側吸入口８０Ｂの位置まで達している状態を示している。
実施の形態４の冷媒圧縮機における給油機構１００は、ここでは容積形ポンプで構成されており、ポンプ本体７６と、図２に示した実施の形態１と同様の吸入弁７１と、吸入弁７１の吸入口（以下、下側吸入口という）７５及び後述の上側吸入口８０Ｂから異物が吸入されるのを防止するためのフィルター７７と、が一体化された構成を有している。なお、フィルター７７は必須の構成ではなく、省略可能である。

給油機構１００は、更に、ポンプ本体７６に連通し、吸入弁７１の給油流路（以下、第１給油流路という）７２とは独立して設けられた第２給油流路８２を有している。第２給油流路８２は、第１給油流路７２の外周に設けられており、弁室７３においてポンプ本体７６との接続側部分をいわば二重配管とし、外側流路（第２給油流路８２）の下端を塞ぐことによって構成されている。第２給油流路８２の上側吸入口８０Ｂは、潤滑油５０の規定油量の液面位置１ａよりも上方に設けられており、実施の形態１〜３の上側給油機構８０と同様の給油動作を行う。

このように構成された給油機構１００は、上記実施の形態１〜３の下側給油機構及び上側給油機構の両方の動作を行うものであり、潤滑油５０が油溜り部４１の底部に位置するときには、下側吸入口７５から潤滑油５０を吸い上げて主軸３０及び圧縮機構２０の各摺動部に潤滑油５０を供給する。そして、液冷媒９０が潤滑油５０に溶解、混合して混合液量が増加し、潤滑油５０の下層部に液冷媒９０が位置するときには、吸入弁７１が閉じられて下側吸入口７５からの液冷媒９０の吸い上げは行わず、上側吸入口８０Ｂから第２給油流路８２を介して潤滑油５０を吸い上げて主軸３０及び圧縮機構２０の各摺動部に供給する。

このように構成された実施の形態４の冷媒圧縮機においても、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。なお、給油機構１００は、ここでは容積形ポンプとしたが、遠心ポンプとしてもよい。

ところで、冷媒として用いられる二酸化炭素は、上述したように−１５℃以下になると、潤滑油５０の比重よりも液冷媒９０の比重の方が大きくなり、潤滑油５０の下に液冷媒９０が溜まる状態となる。よって、実施の形態１〜４において、冷媒として二酸化炭素を用いる場合には、吸入弁７１に代えて、−１５℃より高いときには、主軸３０及び圧縮機構２０の各摺動部に連通する給油流路を開、−１５℃以下で閉となるようなサーモ弁としてもよい。この場合も、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

上記各実施の形態１〜４の構成は、冷媒ガス温度が低い温度領域で運転され、油溜り部４１に貯留している潤滑油５０の温度が低くなる冷凍又は冷蔵用途に用いられる冷媒圧縮機１において特に有効である。また、液冷媒９０の比重が温度によって変化する冷媒である二酸化炭素冷媒を使用した冷媒圧縮機１においても有効である。

ところで上記では、本発明の給油機構をスクロール圧縮機に適用した例を示して説明したが、他の形式の圧縮機にも適用できることは、言うまでもない。

１ 冷媒圧縮機、１ａ 液面位置、１０ 電動機機構、１１ 固定子、１２ 回転子、２０ 圧縮機構、２１ 固定スクロール、２１ａ 渦巻歯、２１ｂ 吐出口、２１ｃ 吐出弁、２２ 揺動スクロール、２２ａ 渦巻歯、３０ 主軸、４０ 密閉容器、４１ 油溜り部、４２ 吸入管、４３ 吐出管、５０ 潤滑油、６０ 主フレーム、６１ 主軸受け、６２ 副フレーム、６３ 副軸受け、７０ 下側給油機構、７０Ａ 下側給油機構、７１ 吸入弁、７２ 給油流路（第１給油流路）、７３ 弁室、７４ 弁体、７５ 吸入口（下側吸入口）、７６ ポンプ本体、７７ フィルター、７８ 偏心穴、８０ 上側給油機構、８０Ａ 上側給油機構、８０Ｂ 上側吸入口、８０ａ 下端開口、８１ 偏心穴、８２ 第２給油流路、９０ 液冷媒、１００ 給油機構。

Claims (6)

1. 電動機機構と、
   冷媒を圧縮する圧縮機構と、
   前記電動機機構と前記圧縮機構とを連結し、前記電動機機構の回転力を前記圧縮機構に伝達する、上下方向に延びる主軸と、
   前記電動機機構、前記圧縮機構及び前記主軸を収容する密閉容器と、
   前記密閉容器の底部に設けられ、潤滑油を貯留する油溜り部と、
   前記主軸の下端部に設けられ、前記油溜り部内の潤滑油を前記主軸及び前記圧縮機構の各摺動部に供給する給油機構とを備え、
   前記給油機構は、
   前記油溜り部内に位置する下側吸入口から吸い込んだ潤滑油を前記主軸及び前記圧縮機構の各摺動部に供給する第１給油流路と、
   前記潤滑油の規定油量の液面位置よりも上方に位置する上側吸入口から吸い込んだ潤滑油を前記主軸及び前記圧縮機構の各摺動部に供給する第２給油流路とを有し、
   前記第２給油流路は前記第１給油流路の周囲に形成されて二重配管式に構成され、
   前記下側吸入口の高さ位置に潤滑油が位置している場合は、前記下側吸入口から前記潤滑油を吸い上げて前記主軸及び前記圧縮機構の各摺動部に供給し、
   前記上側吸入口の高さ位置に潤滑油が位置している場合は、前記上側吸入口から前記潤滑油を吸い上げて前記主軸及び前記圧縮機構の各摺動部に供給する
   ことを特徴とする冷媒圧縮機。
2. 前記給油機構は、
   自身の設置位置に潤滑油又は液冷媒のどちらが位置しているかに応じて、前記第１給油流路から前記主軸及び前記圧縮機構の各摺動部への供給・停止を切り換える切り換え機構を有し、
   前記切り換え機構は、
   自身の設置位置に潤滑油が位置している場合には、前記第１給油流路を開放し、
   自身の設置位置に液冷媒が位置している場合には、前記第１給油流路を閉塞する
   ことを特徴とする請求項１記載の冷媒圧縮機。
3. 前記切り換え機構は、
   内部に前記第１給油流路が形成された弁室と、
   前記弁室内において上下方向に移動可能に設けられ、液冷媒よりも低く且つ潤滑油よりも高い比重を有し、上方に移動して前記第１給油流路を閉塞し、下方に移動して前記第１給油流路を開放する弁体と
   を有する吸入弁である
   ことを特徴とする請求項２記載の冷媒圧縮機。
4. 前記切り換え機構は、温度に応じて前記第１給油流路を開閉するサーモ弁であることを特徴とする請求項２記載の冷媒圧縮機。
5. 前記給油機構は、遠心ポンプであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の冷媒圧縮機。
6. 前記給油機構は、容積形ポンプであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の冷媒圧縮機。

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