JP5897117B2 - 冷媒圧縮機および冷凍サイクル機器 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒圧縮機および冷凍サイクル機器に関し、特に、密閉容器内に冷媒が吸入された後に当該密閉容器内の冷媒を吸い込んで圧縮する圧縮機構部を有する低圧チャンバ方式の冷媒圧縮機、および冷凍サイクル機器に関する。

冷媒を圧縮する圧縮機構部とこの圧縮機構部を駆動するモータとを密閉容器内に収納した冷媒圧縮機として、密閉容器内の圧力が冷媒の吐出圧力となる高圧チャンバ方式の冷媒圧縮機が存在する。しかし、高圧チャンバ方式の冷媒圧縮機では、密閉容器内が高温高圧となるため、モータのコイル温度が上昇して、例えば一般的なフェライト磁石を用いたモータではモータ効率が低下するという課題がある。

一方、密閉容器内の圧力が冷媒の吸入圧力となる低圧チャンバ方式の冷媒圧縮機が存在する。この低圧チャンバ方式の冷媒圧縮機では、低温低圧の吸入冷媒によりモータを冷却することができる。しかし、密閉容器内に吸入された冷媒がモータを冷却することにより、冷媒（ガス）の密度低下が生じるため、冷凍サイクルを循環する冷媒循環量が減少し、冷凍能力が低下して、更に冷凍サイクルの効率も低下するという問題がある。そのため、低圧チャンバ方式の冷媒圧縮機では、吸入冷媒をモータの熱的影響を受けずに圧縮機構部に導く構造が採用されている。

例えば、特開昭６３−５０６９５号公報（特許文献１）には、「この発明は、密閉ケース１内を圧縮機部５で仕切る他、圧縮機部５のローラ６と電動機部２のロータ４とを結ぶシャフト１５内に軸方向に沿う貫通孔１６の電動機部２側と対向する密閉ケース１に吸込管２０を設ける他、圧縮機部５に貫通孔１６からの吸込ガスを受ける吸込孔１９を設けることにより、電動機部２の熱に触れずに吸込ガスを圧縮機部５側へ導き、気液分離して後、吸込孔１９からシリンダ室へ吸入させる。」と記載されている（公報第２頁右下欄第５行〜第１４行参照）。

また、特開平９−２３６０９２号公報（特許文献２）には、「第２の発明の要旨はするところは、圧縮機構及びその駆動モータを内蔵する密閉ハウジング内に冷媒ガスを吸入して上記圧縮機構に吸い込ませるとともに上記圧縮機構の圧縮室に液冷媒の一部を噴射する液インジェクション回路を備えた冷凍装置用密閉型圧縮機において、冷媒ガスの吸込管を冷媒ガスが直接上記圧縮機構に導かれる位置において上記密閉ハウジングに接続するとともに上記液インジェクション回路を分岐してその一方を液冷媒が上記モータに向かって噴射される位置に接続したことを特徴とする冷凍装置用密閉型圧縮機にある。」と記載されている（段落［００１５］参照）。

特開昭６３−５０６９５号公報 特開平９−２３６０９２号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の圧縮機では、密閉ケース１内に吸入した冷媒はモータからの熱的影響を受けないで済むが、一方で、モータは冷却されずに高温となる。このため、使用温度が高いほど効率の低下する例えばフェライト磁石を用いたモータでは、モータ効率が低下するという問題がある。また、前記特許文献１に記載の圧縮機は、ガスと共に吸い込まれる液冷媒を分離するために、回転する気液分離板２１を用いているが（図１参照）、この気液分離板２１の回転により流速の上がる冷媒流に液冷媒が混合しやすく、気液分離効率が小さいという問題もある。

前記特許文献２に記載の圧縮機では、密閉ハウジング内に吸入した冷媒の過熱による密度低下を防止しつつ、更にモータの高効率化を図るため、液インジェクション回路により、凝縮器で凝縮液化した液冷媒をモータに噴射して冷却している。このようにモータ使用温度の低減による高効率化を図っているものの、モータ冷却用の液インジェクション回路を別途必要とする。このため、冷凍サイクル構成が複雑で、更に制御も複雑になり、コストアップとなる問題がある。また、圧縮機内で噴射された液冷媒とガス冷媒との気液分離が困難であり、特に圧縮機の回転数（回転速度）が高く、冷媒循環量が多い運転条件においては、液冷媒が圧縮機構部に吸い込まれやすく、密閉ハウジング内に吸入した冷媒の気液分離が困難である。しかも、発熱量の最も大きい巻線に液冷媒が噴射されないため、効果的なモータの冷却ができないという問題がある。

本発明は前記した事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、密閉容器内に吸入された圧縮対象となる冷媒の密度低下を防止することにより冷凍能力の低下を防止できると共に、モータ温度を低下させることによりモータ効率を向上させることができ、低コストで、信頼性が高く、高効率な冷媒圧縮機、および冷凍サイクル機器を提供することにある。

前記した目的を達成するために、本発明の一側面を反映する冷媒圧縮機は、密閉容器と、前記密閉容器に収納され、前記密閉容器内に冷媒が吸入された後に当該密閉容器内の冷媒を吸い込んで圧縮する圧縮機構部と、前記密閉容器に収納され、前記圧縮機構部を駆動するモータと、冷媒を前記密閉容器内に吸入するための吸入管と、前記吸入管の出口に対向して設けられ、前記吸入管から吸入した冷媒を衝突させて気液分離した液冷媒を前記モータの巻線上に落下させるカバーと、前記吸入管から吸入した冷媒が前記カバーに衝突させられて気液分離したガス冷媒を、前記圧縮機構部に設けられた圧縮室の入口に導く吸込通路と、を備える冷媒圧縮機であって、前記モータは、前記密閉容器内に固定されるステータと、回転するロータとを有し、前記ロータの外周には、上から下に向かって当該ロータの回転方向と反対方向に捻じれた溝が形成されており、前記冷媒圧縮機は、前記ロータを固定支持するシャフトと、前記ステータに巻回された前記巻線のうちの前記ロータの下方に位置する下側巻線部の一部と同じ高さに配置され、前記シャフトに固定される板体と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の一側面を反映する冷凍サイクル機器は、前記冷媒圧縮機を冷凍または空調用の冷媒圧縮機として備えることを特徴とする。

本発明によれば、密閉容器内に吸入された圧縮対象となる冷媒の過熱を防止できると共に、確実な吸入冷媒の気液分離を行うことができ、冷凍サイクルに特別な変更を施すことなく、液冷媒により、モータにおいて発熱量の最も大きい巻線の冷却が可能となる。
すなわち、密閉容器内に吸入された圧縮対象となる冷媒の密度低下を防止することにより冷凍能力の低下を防止できると共に、モータ温度を低下させることによりモータ効率を向上させることができ、低コストで、信頼性が高く、高効率な冷媒圧縮機、および冷凍サイクル機器を提供することができる。

本発明の冷媒圧縮機の第１実施形態に係るロータリ圧縮機を示す縦断面図である。 図１に示されるカバーおよびその支持構造の斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るロータリ圧縮機を示す縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係るロータリ圧縮機におけるカバーの斜視図である。 本発明の第４実施形態に係るスクロール圧縮機を示す縦断面図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
≪第１実施形態≫
まず、図１および図２を参照しながら本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るロータリ圧縮機１００を示す縦断面図である。

第１実施形態では、本発明の冷媒圧縮機について、密閉容器内が低温低圧の吸入ガス空間となる低圧チャンバ方式のロータリ圧縮機（ローリングピストン形圧縮機）１００を例に挙げて説明する。また、ここでは、圧縮機構部がモータよりも下方に配置される冷媒圧縮機の例について説明する。

図１に示すように、ロータリ圧縮機１００は、エアコンなどの空調装置や冷凍装置などの冷凍空調用に使用される冷媒圧縮機である。このロータリ圧縮機１００は、筐体を成す密閉容器１０３を有しており、密閉容器１０３の上部に設けられた吸入管１０４から密閉容器１０３内に冷媒が導かれて、密閉容器１０３内が冷媒の吸入圧力となる低圧チャンバ方式の冷媒圧縮機である。密閉容器１０３内の下側には圧縮機構部１０１が配置されており、密閉容器１０３内の上側には圧縮機構部１０１に回転動力を与えるモータ１０２が配置されている。ここで、圧縮機構部１０１およびモータ１０２は、密閉容器１０３内に密閉して収納されている。

モータ１０２は、ロータ１０２ａとステータ１０２ｂとを有している。ステータ１０２ｂは、密閉容器１０３の内壁面に固定支持されている。ロータ１０２ａは、シャフト１０５に固定支持されている。そして、ステータ１０２ｂのスロット部（図示せず）に巻回された巻線１２６に通電することにより、ロータ１０２ａに回転動力が付与される。

圧縮機構部１０１は、シリンダ１０６、ローラ１０７、およびベーン１０８を有しており、ロータリ式の圧縮機構部である。シリンダ１０６は、密閉容器１０３の内壁面に固定支持されたフレーム１０９の下側に固定されている。ローラ１０７は、円筒形状を呈しており、シャフト１０５の偏心部１０５ａに回転可能に嵌め合わされており、シリンダ１０６内で偏心回転運動する。シャフト１０５は、フレーム１０９に設けられた上軸受１１０と、シリンダ１０６の下側に固定された下軸受１１１とにより回転自在に支持されている。なお、偏心部１０５ａは、シャフト１０５の上軸受１１０および下軸受１１１により支持される部分の軸心に対して偏心した軸心を有する。

ベーン１０８は、ローラ１０７の外周面と常時接触運動するように、シリンダ１０６に取り付けられている。このベーン１０８は、スプリング１１２により常にローラ１０７の外周面に押し付けられており、ローラ１０７の偏心回転運動に合わせて、シリンダ１０６内で往復運動する。このベーン１０８により、シリンダ１０６の内部に圧縮室（図示せず）が形成される。

圧縮室は、シリンダ１０６に設けられた吸込ポート（図示せず）に連通しており、下軸受１１１に設けられた吐出ポート（図示せず）を介して下軸受１１１の下側に形成された吐出室１１３に連通している。また、吐出ポートには、吐出弁（図示せず）が設けられている。吐出管１１４が、吐出室１１３から密閉容器１０３の外側へ延びており、ロータリ圧縮機１００の横(側方)に設けられているオイルセパレータ１１５に連通している。圧縮機構部１０１により圧縮された冷媒は、オイルセパレータ１１５を介して冷凍サイクル（図示せず）に放出される。

モータ１０２の上方には、カバー１１７ａが備えられている。このカバー１１７ａは、平面視した形状が、ロータ１０２ａの外径よりも大きく、ステータ１０２ｂの巻線１２６が装着されるスロット部の径と同程度の直径を持つ円形を呈しており、３次元的な形状が上に凸状となった球面の一部を成す形状（略半球殻形状）を呈している。カバー１１７ａは、吸入管１０４の出口に対向して設けられており、密閉容器１０３内に吸入された圧縮対象となる冷媒が当該カバー１１７ａの上面に衝突して気液分離したもののうちの液冷媒が巻線１２６上に落下する位置に配置されている。

図２は、図１に示されるカバー１１７ａおよびその支持構造の斜視図である。図２に示すように、カバー１１７ａは、密閉容器１０３（図１参照）の内壁面に固定支持されるリング形状の支持板１１７ｂに、支持脚１１７ｃを介して溶接やねじ締結等により固定されている。支持板１１７ｂには、ガス冷媒の通気を良くするためのガス孔１１７ｄが複数個設けられている。

図１に戻り、ロータリ圧縮機１００は、更に、吸込通路１１８を備えている。この吸込通路１１８は、その一端がカバー１１７ａよりも上方の密閉容器１０３内の上部に連通し、密閉容器１０３の外側を通って、他端がシリンダ１０６に設けられた吸込ポート（図示せず）に接続されて連通している。

次に、前記のように構成された第１実施形態の作用について説明する。
第１実施形態に係るロータリ圧縮機１００においては、気液混合の状態で冷凍サイクルから戻される冷媒は、吸入管１０４から密閉容器１０３内に導かれる。密閉容器１０３内に導かれた冷媒は、吸入管１０４の出口から流出した直後に、カバー１１７ａに衝突する。カバー１１７ａに衝突した冷媒のうち、密度の大きい液冷媒は、略半球殻形状のカバー１１７ａの上表面に沿って外方に流れて外周端縁から下方に流れ、ステータ１０２ｂのスロット部に巻回された巻線１２６のうちのロータ１０２ａの上方に位置する上側巻線部１２６ａ上に落下する。

このため、ステータ１０２ｂの巻線１２６は、カバー１１７ａの外周端縁から落下した液冷媒によって冷却される。更に、液冷媒は、ロータ１０２ａの外周とステータ１０２ｂの内周との間の隙間、およびステータ１０２ｂの外周と密閉容器１０３の内壁面との間に設けられる冷媒通路１２２を通って、ステータ１０２ｂの下部に位置する下部空間に流れる。この際に、液冷媒は、ロータ１０２ａおよびステータ１０２ｂの表面を冷却し、フレーム１０９の上部に位置する空間に溜まる。

モータ１０２の発熱量は、モータ１０２を構成する各部の損失により決まり、最も大きい損失は、主に通電時の導線の電気抵抗によって決まる巻線１２６の損失（いわゆる銅損）である。したがって、吸入管１０４から吸入した冷媒のうちの液冷媒がステータ１０２ｂの巻線１２６上に落下するようにカバー１１７ａを構成することにより、液冷媒を用いて最も発熱量の大きいステータ１０２ｂの巻線１２６を積極的に冷却することができる。これにより、効果的にモータ１０２を冷却することが可能となる。

因みに、フレーム１０９の上部に位置する空間には、吸入冷媒と共に、冷凍サイクルを循環する微量の潤滑油も溜まることになる。このため、フレーム１０９には油戻し通路１２５が設けられており、油戻し通路１２５を通ってフレーム１０９の上部に位置する空間からシリンダ１０６に設けられた吸込ポート（図示せず）へ潤滑油を戻している。

一方、カバー１１７ａに衝突した冷媒のうち、密度の小さいガス冷媒は、ステータ１０２ｂの上部に位置する上部空間に滞留し、カバー１１７ａの上方に配置された吸込通路１１８の入口に吸い込まれる。吸込通路１１８の入口に吸い込まれたガス冷媒は、吸込通路１１８を通って圧縮機構部１０１に流れる。このため、圧縮対象となるガス冷媒は、モータ１０２からの熱的影響を殆ど受けずに、すなわち当該ガス冷媒の温度の上昇を極力抑えて、圧縮機構部１０１に供給される。

吸込通路１１８からの冷媒は、圧縮機構部１０１におけるシリンダ１０６の内面とローラ１０７の外面との間に形成されベーン１０８により仕切られる圧縮室（図示せず）に、吸込ポート（図示せず）を経て流入する。圧縮室に流入した冷媒は、シャフト１０５の回転により偏心回転するローラ１０７によって圧縮され、所定の吐出圧力となったところで、吐出弁（図示せず）が開成して吐出室１１３に流入する。吐出室１１３に流入した冷媒は、吐出管１１４を通ってオイルセパレータ１１５に流入する。オイルセパレータ１１５では、冷媒と共に圧縮室から流出した潤滑油が分離回収され、冷媒は冷凍サイクルに流出される。因みに、回収された潤滑油は、油戻し管１１６を通って密閉容器１０３内に戻される。

前記したように、本発明の第１実施形態に係るロータリ圧縮機１００は、密閉容器１０３と、密閉容器１０３に収納され、密閉容器１０３内に吸入した冷媒を吸い込んで圧縮する圧縮機構部１０１と、密閉容器１０３に収納され、圧縮機構部１０１を駆動するモータ１０２と、冷媒を密閉容器１０３内に吸入するための吸入管１０４と、吸入管１０４の出口に対向して設けられ、吸入管１０４から吸入した冷媒を衝突させて気液分離した液冷媒をモータ１０２の巻線１２６上に落下させるカバー１１７ａと、吸入管１０４から吸入した冷媒がカバー１１７ａに衝突させられて気液分離したガス冷媒を、圧縮機構部１０１に設けられた圧縮室の入口に導く吸込通路１１８と、を備えている。

この第１実施形態では、密閉容器１０３内が低温低圧の吸入ガス空間となり、圧縮機構部１０１がモータ１０２よりも下方に配置されるロータリ圧縮機１００において、気液混合状態で冷媒圧縮機に戻される吸入冷媒は、密閉容器１０３内において気液分離され、液冷媒の圧縮機構部１０１への吸込みによる信頼性低下が防止される。分離されたガス冷媒は、モータ１０２からの過熱を極力抑えた状態で圧縮機構部１０１に導かれ、分離された液冷媒は、モータ１０２におけるステータ１０２ｂの巻線１２６の冷却に用いられる。

したがって、第１実施形態によれば、密閉容器１０３内に吸入された圧縮対象となる冷媒の過熱を防止できると共に、確実な吸入冷媒の気液分離を行うことができ、冷凍サイクルに特別な変更を施すことなく、液冷媒により、モータ１０２において発熱量の最も大きい巻線１２６の冷却が可能となる。

すなわち、密閉容器１０３内に吸入された圧縮対象となる冷媒の密度低下を防止することにより冷凍能力の低下を防止できると共に、モータ１０２の温度を低下させることによりモータ１０２の効率を向上させることができ、低コストで、信頼性が高く、高効率な冷媒圧縮機としてのロータリ圧縮機１００を提供することができる。

なお、前記した第１実施形態では、ロータリ圧縮機１００を例に挙げて説明したが、圧縮機構部がモータよりも下方に配置されるスクロール圧縮機でも同様の構成が可能であり、本発明の適用が可能である。

≪第２実施形態≫
次に、図３を参照しながら本発明の第２実施形態について説明する。
図３は、本発明の第２実施形態に係るロータリ圧縮機１００ａを示す縦断面図である。第２実施形態では、ステータ１０２ｂの上部巻線１２６ａの冷却だけでなくステータ１０２ｂの下部巻線部１２６ｂの冷却も可能な冷媒圧縮機の例を説明する。

第２実施形態では、第１実施形態と同様に、低圧チャンバ方式のロータリ圧縮機１００ａを例に挙げて説明する。第２実施形態の構成のうち図１に示す第１実施形態に係るロータリ圧縮機１００と同一の機能を有する部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。第１実施形態に係るロータリ圧縮機１００との主な相違点は、ロータ１０２ａの外周面にスキュー溝（溝）１０２ｃが形成されたスキューモータと呼ばれるモータ１０２を使用している点、及びロータ１０２ａの下方にディスク（板体）１２１を配置した点である。

図３に示すように、ロータ１０２ａの外周面には、上から下に向かって当該ロータ１０２ａの回転方向と反対方向に捻じれ、ロータ１０２ａの上端から下端まで連続的につながっているスキュー溝１０２ｃが形成されている。ここで、ロータ１０２ａは、上方から見て反時計回りに回転する。このようなスキュー溝１０２ｃが形成されたロータ１０２ａを有するモータ１０２を使用することにより、トルク変動が小さくなってモータ１０２の振動、騒音の低減効果が得られる。

また、ロータ１０２ａの下方には、ディスク１２１が設けられている。このディスク１２１は、シャフト１０５に固定されており、ステータ１０２ｂのスロット部に巻回された巻線１２６のうちのロータ１０２ａの下方に位置する下側巻線１２６ｂの一部と同じ高さに配置されている。更に、シャフト１０５の偏心重量をキャンセルするためのバランスウェイト１２３が、ディスク１２１の下側に一体に取り付けられている。

次に、前記のように構成された第２実施形態の作用について説明する。
第２実施形態に係るロータリ圧縮機１００ａにおいては、ステータ１０２ｂの上部に位置する上部空間において、ステータ１０２ｂの上側巻線部１２６ａを冷却した液冷媒がステータ１０２ｂの上部に溜まり、この液冷媒をロータ１０２ａの外周面に形成されたスキュー溝１０２ｃによってロータ１０２ａの下部に導くことができる。この際に、液冷媒は、ロータ１０２ａ外周面およびステータ１０２ｂ内周面を冷却することができる。

更に、ロータ１０２ａの下部に導かれた液冷媒は、ディスク１２１上に落下し、回転するディスク１２１上で受ける遠心力により、ステータ１０２ｂの下側巻線１２６ｂにはね掛けられる。これにより、ステータ１０２ｂの下側巻線１２６ｂを液冷媒で冷却することができ、更に効果的にモータ１０２の冷却を行うことができる。

ここで、ステータ１０２ｂの上部に溜まった液冷媒を、ロータ１０２ａのスキュー溝１０２ｃによる粘性ポンプ効果によって、積極的にロータ１０２ａの下部に移送することができる。これにより、第１実施形態においてステータ１０２ｂの外周と密閉容器１０３の内壁面との間に設けられている冷媒通路１２２（図１参照）を省略することができる。このため、ステータ１０２ｂを構成する鋼板において有効に磁区を形成することができ、モータ１０２の効率の向上も期待できる。

このような第２実施形態に係るロータリ圧縮機１００ａによれば、前記した第１実施形態と同様の作用効果を奏することができることに加えて、モータ１０２において発熱量の大きいステータ１０２ｂの巻線１２６をステータ１０２ｂの上下両方から効果的に冷却することができる。これにより、モータ１０２の使用温度を更に低減することができ、より高効率な冷媒圧縮機を提供することができる。

また、ロータ１０２ａの外周面にスキュー溝１０２ｃが形成されたスキューモータを使用することによる振動、騒音低減も達成できる。ただし、振動、騒音が元々問題ない場合や、ロータ製造上の都合で連続的なスキュー溝を形成するスキューモータを採用できない場合には、ロータの外周面にステップ状の溝（垂直方向に不連続に変化する部分を有するもののロータ１０２ａの上端から下端までつながっている溝）を有する疑似スキューモータを使用してもよい。あるいは、通常のモータにおいてロータの外周面に斜め溝を形成してもよい。なお、この場合にはロータに装着される磁石はロータの軸方向に平行である。このように疑似スキューモータを使用したり通常のモータのロータの外周面に斜め溝を形成した場合でも、同様のモータ冷却効果を得ることができるので、高効率な冷媒圧縮機を提供することができる。

なお、前記した第２実施形態では、第１実施形態と同様にロータリ圧縮機１００ａを例に挙げて説明したが、圧縮機構部がモータよりも下方に配置されるスクロール圧縮機でも同様の構成が可能であり、本発明の適用が可能である。

≪第３実施形態≫
次に、図４を参照しながら本発明の第３実施形態について説明する。
図４は、本発明の第３実施形態に係るロータリ圧縮機におけるカバー１１９の斜視図である。第３実施形態では、より低コストで吸入冷媒の気液分離を行うことができる冷媒圧縮機の例を説明する。

第３実施形態では、図４に示すカバー構造体１１９が、前記した第１実施形態、第２実施形態に係るロータリ圧縮機１００，１００ａにおけるカバー１１７ａおよびその支持構造に代えて、使用されている。前記実施形態と同じ構成については同じ符号を使用すると共に、重複する説明を省略する。

図４に示すように、カバー構造体１１９は、略半球殻形状のカバー１１９ａと、カバー１１９ａに一体に設けられ密閉容器１０３（図１参照）の内壁面に固定支持されるリング形状の支持板（支持体）１１９ｂとを備えている。すなわち、カバー１１９ａは、当該カバー１１９ａを固定支持するための支持板１１９ｂと共に、一枚の板材から一体成形されている。カバー１１９ａの外周側に、液冷媒を分離して滴下するための液孔１１９eが複数個形成されており、更にその外周側にガス冷媒の通気を良くするためのガス孔１１９ｆが複数個形成されている。

したがって、第３実施形態によれば、前記実施形態と同様の作用効果を奏することができることに加えて、前記したカバー１１９ａは、当該カバー１１９ａを固定支持するための支持板１１９ｂと共に、１枚の板材からプレス成型することが可能であるため、より低コストとなる構成で、気液分離を行うことが可能となる。

≪第４実施形態≫
次に、図５を参照しながら本発明の第４実施形態について説明する。
図５は、本発明の第４実施形態に係るスクロール圧縮機２００を示す縦断面図である。

第４実施形態では、本発明の冷媒圧縮機について、密閉容器内が低温低圧の吸入ガス空間となる低圧チャンバ方式のスクロール圧縮機２００を例に挙げて説明する。また、ここでは、圧縮機構部がモータよりも上方に配置される冷媒圧縮機の例について説明する。

図５に示すように、スクロール圧縮機２００は、エアコンなどの空調装置や冷凍装置などの冷凍空調用に使用される冷媒圧縮機である。このスクロール圧縮機２００は、筐体を成す密閉容器２０３を有しており、密閉容器２０３には、冷媒を密閉容器２０３内に吸入するための吸入管２０４と、圧縮された冷媒を吐出するための吐出管２１４とが設けられている。密閉容器２０３内の上側には、固定スクロール２３０と、この固定スクロール２３０と噛み合って旋回運動する旋回スクロール２３１とを備えるスクロール式の圧縮機構部２０１が配置されている。固定スクロール２３０および旋回スクロール２３１は、それぞれ渦巻き状の歯型形状部を有している。また、密閉容器２０３内の下側には、ロータ２０２ａとステータ２０２ｂとを有するモータ２０２が配置されている。ここで、圧縮機構部２０１およびモータ２０２は、密閉容器２０３内に密閉して収納されている。

旋回スクロール２３１の背面（下面）に設けられた旋回軸受２３１ａに、フレーム２０９に設けられた主軸受２１０により支持されるシャフト２０５の偏心部２０５ａが挿入される。そして、旋回スクロール２３１とフレーム２０９との間に配置したオルダムリング２３２がシャフト２０５の回転に際して旋回スクロール２３１の自転運動を拘束し、旋回スクロール２３１に旋回運動を行わせるようになっている。

吸入管２０４は、冷媒ガスを取り入れるためのものであり、密閉容器２０３内に連通している。密閉容器２０３の内部空間と、固定スクロール２３０と旋回スクロール２３１とにより形成される圧縮室とは、吸込通路２１８によって連通している。吐出管２１４は、圧縮した冷媒ガスを外部へ吐出するためのものであり、固定スクロール２３０の上部に設けられた吐出室２１３に連通している。

モータ２０２の下方には、軸受支持板２３３が配置されている。軸受支持板２３３に設けられた副軸受２３４は、フレーム２０９に設けられた主軸受２１０と共に、シャフト２０５を回転自在に支持している。

モータ２０２の上方には、カバー２１７が備えられている。このカバー２１７は、ロータ２０２ａの外径よりも大きく、ステータ２０２ｂの巻線２２６が装着されるスロット部（図示せず）の径と同程度の直径を持つ例えば円筒形状を呈している。カバー２１７は、吸入管２０４の出口に対向して設けられており、密閉容器２０３内に吸入された圧縮対象となる吸入冷媒が円筒形状のカバー２１７の側面に衝突して気液分離したもののうちの液冷媒が巻線２２６上に落下する位置に配置されている。このカバー２１７は、フレーム２０９に例えばねじ締結等により固定されている。

吸込通路２１８は、フレーム２０９の内部に形成されており、一端がカバー２１７よりも上方の密閉容器２０３内の上部に連通し、他端が固定スクロール２３０の吸込ポート２２０に接続されて連通している。このように、圧縮機構部２０１が上部にあり、モータ２０２が下部にある構成の冷媒圧縮機の場合、吸入管２０４を圧縮機構部２０１とモータ２０２との間に設けることができ、吸入管２０４と吸込ポート２２０との間の距離が近くなる。これにより、吸込通路２１８の距離が短くなり、吸込通路２１８を通る冷媒は熱の影響を受けにくくなるため、吸込通路２１８を密閉容器２０３の内部に形成することが可能となる。ただし、密閉容器２０３内のスペースの都合上、吸込通路を形成しにくい場合には、前記した第１実施形態や第２実施形態のように密閉容器２０３の外側を通るように吸込通路を設けてもよい。

ここでは、モータ２０２として、ロータ２０２ａの外周面にスキュー溝（溝）２０２ｃが形成されたスキューモータを使用している。ロータ２０２ａの外周面には、上から下に向かって当該ロータ２０２ａの回転方向と反対方向に捻じれ、ロータ２０２ａの上端から下端まで連続的につながっているスキュー溝２０２ｃが形成されている。ここで、ロータ２０２ａは、上方から見て時計回りに回転する。

また、ロータ２０２ａの下方には、ディスク２２１が設けられている。このディスク２２１は、シャフト２０５に固定されており、ステータ２０２ｂのスロット部に巻回された巻線２２６のうちのロータ２０２ａの下方に位置する下側巻線２２６ｂの一部と同じ高さに配置されている。更に、シャフト２０５の偏心重量をキャンセルするためのバランスウェイト２２３が、ディスク２２１の下側に一体に取り付けられている。

次に、前記のように構成された第４実施形態の作用について説明する。
第４実施形態に係るスクロール圧縮機２００においては、気液混合の状態で冷凍サイクルから戻される冷媒は、吸入管２０４から密閉容器２０３内に導かれる。密閉容器２０３内に導かれた冷媒は、吸入管２０４の出口から流出した直後に、円筒形状のカバー２１７に衝突する。カバー２１７に衝突した冷媒のうち、密度の大きい液冷媒は、カバー２１７に衝突した後にカバー２１７から下方に流れ、ステータ２０２ｂのスロット部に巻回された巻線２２６のうちのロータ２０２ａの上方に位置する上側巻線部２２６ａ上に落下する。

このため、ステータ２０２ｂの巻線２２６は、カバー２１７から落下した液冷媒により冷却される。この液冷媒は、その後、ロータ２０２ａのスキュー溝２０２ｃの粘性ポンプ効果によって、ロータ２０２ａの外周面およびステータ２０２ｂの内周面を冷却しながらロータ２０２ａの下部に導かれる。ロータ２０２ａの下部に導かれた液冷媒は、ディスク２２１上に落下し、回転するディスク２２１上で受ける遠心力により、ステータ２０２ｂの下側巻線２２６ｂにはね掛けられる。これにより、ステータ２０２ｂ下側巻線２２６ｂを液冷媒で冷却することができ、モータ２０２において最も発熱量の大きいステータ２０２ｂの巻線２２６を上下両方から効果的に冷却することができる。

一方、カバー２１７に衝突した冷媒のうち、密度の小さいガス冷媒は、カバー２１７に衝突後、ステータ２０２ｂの上部に位置する上部空間を滞留し、カバー２１７の上方に配置された吸込通路２１８の入口に吸い込まれる。吸込通路２１８の入口に吸い込まれたガス冷媒は、吸込通路２１８を通って固定スクロール２３０内に設けられた吸込ポート２２０に流れる。このため、圧縮対象となるガス冷媒は、モータ２０２からの熱的影響を殆ど受けずに、すなわち当該ガス冷媒の温度の上昇を極力抑えて、圧縮機構部２０１に供給される。

モータ２０２が駆動されてロータ２０２ａおよびシャフト２０５が回転させられると、これに伴って圧縮機構部２０１における旋回スクロール２３１が旋回運動を開始する。この動作により、旋回スクロール２３１および固定スクロール２３０の渦巻き状の歯型形状部が噛み合い、圧縮室を形成する。

このとき、吸込ポート２２０から流入した冷媒ガスが圧縮室で圧縮される。シャフト２０５の回転に伴い、冷媒ガスは、旋回スクロール２３１および固定スクロール２３０の中央方向に移動するに従い容積を減少させながら圧縮される。これにより高圧化された冷媒ガスが、所定の吐出圧力となったところで吐出弁２２６が開成して、固定スクロール２３０に形成された吐出ポート２２４から吐出室２１３に流入する。固定スクロール２３０の上部の吐出室２１３に吐出された冷媒は、最終的に吐出管２１４を通ってスクロール圧縮機２００の外部へ吐出される。

前記したように、この第４実施形態では、密閉容器２０３内が低温低圧の吸入ガス空間となり、圧縮機構部２０１がモータ２０２よりも下方に配置されるスクロール圧縮機２００において、気液混合状態で冷媒圧縮機に戻される吸入冷媒は、密閉容器２０３内において気液分離され、液冷媒の圧縮機構部２０１への吸込みによる信頼性低下が防止される。分離されたガス冷媒は、モータ２０２からの過熱を極力抑えた状態で圧縮機構部２０１に導かれ、分離された液冷媒は、モータ２０２におけるステータ２０２ｂの巻線２２６を上下両方から冷却するのに用いられる。

したがって、第４実施形態によれば、密閉容器２０３内に吸入された圧縮対象となる冷媒の過熱を防止できると共に、確実な吸入冷媒の気液分離を行うことができ、冷凍サイクルに特別な変更を施すことなく、液冷媒により、モータ２０２において発熱量の最も大きい巻線２２６の上下両方からの冷却が可能となる。

すなわち、密閉容器２０３内に吸入された圧縮対象となる冷媒の密度低下を防止することにより冷凍能力の低下を防止できると共に、モータ２０２の温度を低下させることによりモータ２０２の効率を向上させることができ、低コストで、信頼性が高く、高効率な冷媒圧縮機としてのスクロール圧縮機２００を提供することができる。

また、ロータ２０２ａの外周面にスキュー溝２０２ｃが形成されたスキューモータを使用することによる振動、騒音低減も達成できる。ただし、振動、騒音が元々問題ない場合や、ロータ製造上の都合で連続的なスキュー溝を形成するスキューモータを採用できない場合には、ロータの外周面にステップ状の溝を有する疑似スキューモータを使用する、あるいは通常のモータにおいてロータの外周面に斜め溝を形成してもよい。このように構成した場合でも、同様のモータ冷却効果を得ることができるので、高効率な冷媒圧縮機を提供することができる。

更には、モータの温度があまり高くならない場合には、外周面に斜め溝の無い通常のモータを使用し、ステータの上側巻線部のみを液冷媒で冷却する構造を採用することも可能である。この場合には、潤滑油および液冷媒の滴下のため、ステータ２０２ｂの外周と密閉容器２０３の内壁面との間に冷媒通路を設けることが望ましい。

なお、前記した第４実施形態では、スクロール圧縮機２００を例に挙げて説明したが、圧縮機構部がモータよりも上方に配置されるロータリ圧縮機でも同様の構成が可能であり、本発明の適用が可能である。

以上、本発明について実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、前記実施形態では、本発明がスクロール圧縮機、ロータリ圧縮機に適用される場合の例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、密閉容器内に冷媒が吸入された後に当該密閉容器内の冷媒を吸い込んで圧縮する圧縮機構部を有する低圧チャンバ方式の冷媒圧縮機であれば、他の形式の冷媒圧縮機にも適用可能である。

また、前記実施形態では、略半球殻形状のカバー１１７ａ，１１９ａや、円筒形状のカバー２１７を例に挙げて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、吸入管から吸入した冷媒を衝突させて気液分離した液冷媒をモータの巻線上に落下させ得るものであれば、略円錐形状等の他の形状のカバーを使用することが可能である。

また、本発明は、本発明に係る冷媒圧縮機を冷凍または空調用の冷媒圧縮機として備える冷凍サイクル機器として構成され得る。この冷凍サイクル機器は、本発明に係る冷媒圧縮機と、冷媒圧縮機で圧縮されて高温高圧になった冷媒ガスから熱を放熱する凝縮器と、凝縮器からの高圧冷媒を減圧する減圧装置と、減圧装置からの液冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えている。このような冷凍サイクル機器は、冷凍装置、空調装置、ヒートポンプ式給湯機などに使用され得る。

１００，１００ａ ロータリ圧縮機（冷媒圧縮機）
１０１ 圧縮機構部
１０２ モータ
１０２ａ ロータ
１０２ｂ ステータ
１０２ｃ スキュー溝（溝）
１０３ 密閉容器
１０４ 吸入管
１０５ シャフト
１１７ａ カバー
１１８ 吸込通路
１１９ａ カバー
１１９ｂ 支持板（支持体）
１２１ ディスク（板体）
１２６ 巻線
１２６ｂ 下部巻線部
２００ スクロール圧縮機（冷媒圧縮機）
２０１ 圧縮機構部
２０２ モータ
２０２ａ ロータ
２０２ｂ ステータ
２０２ｃ スキュー溝（溝）
２０３ 密閉容器
２０４ 吸入管
２０５ シャフト
２１７ カバー
２１８ 吸込通路
２２１ ディスク（板体）
２２６ 巻線
２２６ｂ 下部巻線部

Claims (5)

1. 密閉容器と、
   前記密閉容器に収納され、前記密閉容器内に冷媒が吸入された後に当該密閉容器内の冷媒を吸い込んで圧縮する圧縮機構部と、
   前記密閉容器に収納され、前記圧縮機構部を駆動するモータと、
   冷媒を前記密閉容器内に吸入するための吸入管と、
   前記吸入管の出口に対向して設けられ、前記吸入管から吸入した冷媒を衝突させて気液分離した液冷媒を前記モータの巻線上に落下させるカバーと、
   前記吸入管から吸入した冷媒が前記カバーに衝突させられて気液分離したガス冷媒を、前記圧縮機構部に設けられた圧縮室の入口に導く吸込通路と、
   を備える冷媒圧縮機であって、
   前記モータは、前記密閉容器内に固定されるステータと、回転するロータとを有し、
   前記ロータの外周には、上から下に向かって当該ロータの回転方向と反対方向に捻じれた溝が形成されており、
   前記冷媒圧縮機は、前記ロータを固定支持するシャフトと、前記ステータに巻回された前記巻線のうちの前記ロータの下方に位置する下側巻線部の一部と同じ高さに配置され、前記シャフトに固定される板体と、を備えることを特徴とする冷媒圧縮機。
2. 前記カバーは、当該カバーを固定支持するための支持体と共に、一枚の板材から一体成形されていることを特徴とする請求項１に記載の冷媒圧縮機。
3. 前記圧縮機構部は、ロータリ式の圧縮機構部であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷媒圧縮機。
4. 前記圧縮機構部は、スクロール式の圧縮機構部であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷媒圧縮機。
5. 請求項１または請求項２に記載の冷媒圧縮機を冷凍または空調用の冷媒圧縮機として備えることを特徴とする冷凍サイクル機器。

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