JP5935035B2

JP5935035B2 - 横置き型圧縮機

Info

Publication number: JP5935035B2
Application number: JP2011245291A
Authority: JP
Inventors: 松浦　大; 大松浦; 加藤　哲也; 哲也加藤; 藤原　一昭; 一昭藤原
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2031-11-09
Also published as: JP2013100778A; CN103917781A; WO2013069071A1

Description

本発明は、密閉容器内に電動要素と、この電動要素にて駆動される圧縮機構部とを備え、この圧縮機構部にて冷媒を圧縮して吐出する横置き型圧縮機に関するものである。

従来よりこの種圧縮機としてのロータリコンプレッサ、特に第１の圧縮要素と第２の圧縮要素から成る圧縮機構部を備える多段圧縮式のロータリコンプレッサにおいては、通常縦型の密閉容器内上部に電動要素を配置し、下部に当該電動要素の回転軸で駆動される圧縮機構部を配置して構成されている。そして、第１の圧縮要素のシリンダの低圧室側に冷媒ガスが吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮されて、シリンダの高圧室側より密閉容器内に吐出される。このとき密閉容器内は中間圧となる（例えば、特許文献１参照）。

密閉容器内の中間圧の冷媒ガスは、第２の圧縮要素の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段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側よりコンプレッサ外部の放熱器に流入する構成とされていた。そして、回転軸の下方に設けられた機械式のオイルポンプで、密閉容器内下部のオイル溜めに貯留されたオイルを汲み上げ安定して圧縮機構部や回転軸の摺動部の摩耗を防止していた。

一方、単段の圧縮機では、圧縮機から吐出された冷媒ガスにてエジェクタ効果を利用したエジェクタオイルポンプが採用されている。そして、エジェクタオイルポンプのエジェクタ効果によって、密閉容器内底部のオイル溜めに貯留されたオイルが吸引され、圧縮機構部や回転軸の摺動部の摩耗を防ぐと共にシール性を確保していた。

更に、この種ロータリコンプレッサでは、密閉容器を横置きとして高さ寸法を縮小したものもあり、その場合には回転軸は水平方向に延在して第１及び第２の圧縮要素は左右に並設されたかたちとなる（例えば、特許文献２参照）。

特開平２−２９４５８７号公報特開２００５−３６７４０号公報

前記特許文献２では、バッフル板を用いて密閉容器内を電動要素側と圧縮機構部側とに区画し、冷媒ガスを電動要素側の密閉容器内に吐出することで電動要素側の圧力が高くなるように構成し、それによってバッフル板の圧縮機構部側のオイルレベルを高くしてエジェクタオイルポンプによりオイルを確実に吸引できるようにしていたが、冷媒として二酸化炭素を使用する場合等には圧力損失が少ないため、電動要素側の圧力を高くすることが困難で、圧縮機構部側のオイルレベルがあまり上がらないという問題があった。

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、エジェクタオイルポンプにより安定したオイルの供給を実現することができる横置き型圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の横置き型圧縮機は、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圧縮機構部と、密閉容器内底部に構成されたオイル溜めと、圧縮機構部の電動要素とは反対側に位置し、圧縮機構部から吐出された冷媒を用いたエジェクタ効果によりオイル溜めから回転軸にオイルを吸引するエジェクタオイルポンプとを備えたものであって、圧縮機構部で圧縮された冷媒を、回転軸内を経て電動要素の圧縮機構部とは反対側における密閉容器内に吐出し、この密閉容器内の冷媒を圧縮機構部の電動要素とは反対側より密閉容器外に吐出すると共に、電動要素側が圧縮機構部側より高くなるよう傾斜させ、前記圧縮機構部を第１及び第２の圧縮要素から構成し、該第１の圧縮要素で圧縮された冷媒を前記密閉容器内に吐出し、更にこの吐出された中間圧の冷媒を前記第２の圧縮要素で圧縮して吐出することを特徴とする。

請求項２の発明の横置き型圧縮機は、上記発明において密閉容器の電動要素側と圧縮機構部側の下部にそれぞれ取り付けられた脚部を備え、電動要素側の脚部の高さを、圧縮機構部側の脚部より高くしたことを特徴とする。

請求項３の発明の横置き型圧縮機は、上記各発明において水平に対して１度乃至１０度の角度で傾斜させたことを特徴とする。

本発明によれば、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圧縮機構部と、密閉容器内底部に構成されたオイル溜めと、圧縮機構部の電動要素とは反対側に位置し、圧縮機構部から吐出された冷媒を用いたエジェクタ効果によりオイル溜めから回転軸にオイルを吸引するエジェクタオイルポンプとを備えた横置き型圧縮機において、圧縮機構部で圧縮された冷媒を、回転軸内を経て電動要素の圧縮機構部とは反対側における密閉容器内に吐出し、この密閉容器内の冷媒を圧縮機構部の電動要素とは反対側より密閉容器外に吐出するようにしたので、密閉容器内の電動要素側の圧力を圧縮機構部側より高くして、オイル溜めの圧縮機構部側におけるオイルレベル（油面高さ）を高くすることが可能となると共に、電動要素側から圧縮機構部側に移動する冷媒により電動要素を冷却することが可能となる。
また、圧縮機構部が第１及び第２の圧縮要素から構成されている場合には、第２の圧縮要素の排除容積で吐出冷媒ガス量や流速が決定されるので、第１の圧縮要素の吐出例外ガス容量の変化は少なくなる。従って、第１の圧縮要素で圧縮された冷媒を密閉容器内に吐出し、更にこの吐出された中間圧の冷媒を第２の圧縮要素で圧縮して吐出するようにすることにより、安定的に第１の圧縮要素から吐出される冷媒を用いてエジェクタオイルポンプによりオイルを安定して吸引することができるようになるものである。

特に、電動要素側が圧縮機構部側より高くなるよう傾斜させたので、オイル溜めの圧縮機構部側におけるオイルの深さをより一層深くすることが可能となる。これらにより、エジェクタオイルポンプによりオイル溜めから円滑にオイルを吸引することができるようになり、横置き型圧縮機の信頼性を著しく向上させることができるようになるものである。

この場合、請求項２の発明の如く密閉容器の電動要素側と圧縮機構部側の下部にそれぞれ取り付けられた脚部のうちの電動要素側の脚部の高さを、圧縮機構部側の脚部より高くすれば、簡単な構成で圧縮機の電動要素側を高く傾斜させることが可能となる。

尚、上記の傾斜は高くし過ぎれば圧縮機の高さ寸法が大きくなって横置き型圧縮機のメリットが削がれてしまうので、請求項３の発明の如く水平に対して１度乃至１０度の角度で傾斜させることで、オイルレベルを確保しながら高さ寸法の拡大を最小限に抑えることができるようになる。

本発明を適用した横置き型圧縮機の縦断正面図である。図１の圧縮機のエジェクタオイルポンプの正面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。各図において、１０は本発明の横置き型圧縮機の実施例として、二酸化炭素（ＣＯ₂）を冷媒として使用する横置き型の内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサである。この多段圧縮式ロータリコンプレッサ（圧縮機）１０は両端が密閉された横長円筒状の横置き型密閉容器１２を備え、この密閉容器１２内底部をオイル溜め１５としている。密閉容器１２は、容器本体１２Ａとこの容器本体１２Ａの開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで構成されている。

この密閉容器１２内にはエンドキャップ１２Ｂ側にモータから成る電動要素１４と、水平方向に延在する電動要素１４の回転軸１６により駆動される第１の圧縮要素３２及び第２の圧縮要素３４からなる圧縮機構部１８が並設して収納されている。また、密閉容器１２のエンドキャップ１２Ｂには電動要素１４に電力を供給するためのターミナル２０（配線を省略）が取り付けられている。

電動要素１４は、密閉容器１２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の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ２４とからなる。このロータ２４は中心を通り密閉容器１２の軸心方向（水平方向）に延在する回転軸１６に固定されている。回転軸１６には延在方向に渡って内部にオイル通路９０が貫通形成されている。

また、回転軸１６の圧縮機構部１８側の端部には、オイル吸上パイプ８２が設けられており、このオイル吸上パイプ８２は密閉容器１２の底部に向かって密閉容器１２内を迂回しながら降下し、オイル溜め１５内で下方に向いて開口すると共に、上端８２Ａは回転軸１６のオイル通路９０に連通している。

また、前記ステータ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。そして、前記ロータ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内に永久磁石を挿入して形成されている。

前記第１の圧縮要素３２と第２の圧縮要素３４は第１及び第２のシリンダ４０、３８によりそれぞれ構成され、これらシリンダ４０、３８間には中間仕切板３６が挟持されている。即ち、圧縮機構部１８は、第１の圧縮要素３２及び第２の圧縮要素３４と、中間仕切板３６などから構成される。各シリンダ４０、３８の外周は密閉容器１２の内面に当接若しくは近接している。

即ち、第１及び第２の圧縮要素３２、３４は、それぞれ中間仕切板３６の両側に配置された前記第１及び第２のシリンダ４０、３８と、１８０度の位相差を有して回転軸１６に設けられた図示しない第１及び第２の偏心部に嵌合され、第１及び第２のシリンダ４０、３８内を偏心回転する図示しない第１及び第２のローラと、これらローラにそれぞれ当接し、往復動してシリンダ４０、３８内をそれぞれ低圧室側と高圧室側（圧縮室）とに区画する図示しない第１及び第２のベーンと、シリンダ３８の電動要素１４側の開口面とシリンダ４０の電動要素１４とは反対側の開口面をそれぞれ閉塞して回転軸１６の軸受けを兼用する支持部材５４、５６とから構成されている。

支持部材５４、５６には、内部に吐出消音室をそれぞれ構成するためのカバー６６、６８が取り付けられている。そして、支持部材５６には第１の圧縮要素３２の吐出消音室に連通するエジェクタパイプ８８がカバー６８を貫通して引き出されており、オイル吸い上げパイプ８２下方まで延在している。

エジェクタパイプ８８の一方の端部は、オイル溜め１５内においてオイル吸上パイプ８２の開口内に少許挿入された状態で開口し、他方の端部は第１の圧縮要素３２の吐出消音室内で開口する。オイル吸上パイプ８２の開口内に挿入されたエジェクタパイプ８８の開口部の外径は、オイル吸上パイプ８２の開口部の内径より所定寸法小径に形成される。即ち、エジェクタパイプ８８の一方の端部の外形は、オイル吸上パイプ８２の開口部内に挿入された状態で、オイル吸上パイプ８２の開口部の内径より所定の間隔を存して隙間が設けられている。これにより、オイル吸上パイプ８２の大径の開口内にエジェクタパイプ８８の小径の端部が挿入されたエジェクタオイルポンプ８０が構成される。このエジェクタオイルポンプ８０は圧縮機構部１８の電動要素１４とは反対側に位置している。

そして、この場合の冷媒としては、地球環境にやさしく可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である前記ＣＯ₂（二酸化炭素）を使用し、密閉容器１２内に封入される潤滑油としてのオイルとしては、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキルグリコール）等既存のオイルが使用される。

密閉容器１２の側面には、支持部材５４と支持部材５６の側部に対応する位置にスリーブ１４１、１４２、１４３がそれぞれ溶接固定されている。そして、スリーブ１４２内にはシリンダ４０に冷媒を導入するための冷媒導入管９４の一端が挿入接続されている。そして、スリーブ１４１内にはシリンダ３８に冷媒ガスを流入するための冷媒導入管９２の一端が挿入接続されている。

この冷媒導入管９２は密閉容器１２外の図示しないインタークーラ（中間冷却）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圧縮機構部１８の電動要素１４とは反対側における密閉容器１２内上部に連通している。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入され、この冷媒吐出管９６の一端は第２の圧縮要素３４の吐出消音室に連通されている。

また、密閉容器１２の底部には脚部１１１と１１２が取り付けられている。脚部１１１は密閉容器１２の電動要素側に取り付けられ、脚部１１２は圧縮機構部１８側に取り付けられているが、脚部１１１を構成するゴム台座１１１Ａの高さは、脚部１１２を構成するゴム台座１１２Ａよりも高さが高く設定されている（図１）。

これにより、多段圧縮式ロータリコンプレッサ（圧縮機）１０は、電動要素１４側が圧縮機構部１８側よりも高く傾斜している。この場合、多段圧縮式ロータリコンプレッサ１０は水平に対して１度乃至１０度の角度で傾斜するように設定されている。このように傾斜させることで、オイル溜め１５内のオイルは低くなる圧縮機構部１８側に流下するので、エジェクタオイルポンプ８０が位置する部分のオイル溜め１５のオイルの深さが深くなる。

そして、電動要素１４が運転され、回転軸１６が回転して回転圧縮要素１８が駆動されると、冷媒導入管９４から第１の圧縮要素３２に冷媒が吸引される（図１に黒矢印で示す）。そして、この第１の圧縮要素３２で圧縮されて中間圧となった冷媒ガスは吐出消音室内に吐出され、この吐出消音室内の冷媒ガスは、エジェクタパイプ８８に流入する。このエジェクタパイプ８８内に流入した冷媒は、オイル吸上パイプ８２の開口部において、回転軸１６のオイル通路９０方向に向かって吐出される。

エジェクタパイプ８８から冷媒ガスがオイル吸上パイプ８２内に吐出されると、オイル吸上パイプ８２とエジェクタパイプ８８との隙間の圧力は低下し、これによってその隙間から周囲のオイルを吸い込むエジェクタ効果が発生する。即ち、エジェクタパイプ８８からオイル吸上パイプ８２内に冷媒ガスが吐出されると、エジェクタオイルポンプ８０によってオイル溜め１５に貯留されたオイルは、オイル吸上パイプ８２とエジェクタパイプ８８との隙間からオイル吸上パイプ８２内に吸い込まれる。

そして、エジェクタオイルポンプ８０のエジェクタ効果によって吸い込まれたオイルは、エジェクタパイプ８８から吐出された冷媒ガスと共にオイル吸上パイプ８２内を通り、回転軸１６のオイル通路９０内に流入する。そして、オイル通路９０内に流入した冷媒ガスは回転する回転軸１６の回転によって回転方向に渦を巻きながら密閉容器１２内の電動要素１４の圧縮機構部１８とは反対側に吐出される。

このとき、冷媒ガスの流れに混じったオイルは冷媒ガスより比重が重いので回転する回転軸１６の遠心力でオイル通路９０の内壁に吸着し、冷媒から分離される。即ち、オイル通路９０内のオイルが混入した冷媒ガスは、回転軸１６の回転による遠心力の働きによってオイル分離される。

この分離されたオイルは、回転軸１６内のオイル通路９０に設けられ各摺動部に連通する図示しないオイル通路から各摺動部に供給され、摺動部を潤滑した後、密閉容器１２内底部のオイル溜め１５に帰還し、傾斜によって圧縮機構部１８側に流下する。また、回転軸１６のオイル通路９０内でオイルが分離された冷媒ガスは、電動要素１４の圧縮機構部１８とは反対側における密閉容器１２内に吐出される（図１に白抜き矢印で示す）。尚、回転する回転軸１６（オイル通路９０内）の中心は略冷媒ガスだけとなるので、冷媒ガスは密閉容器１２内に円滑に吐出される。

このように電動要素１４の圧縮機構部１８とは反対側の密閉容器１２内に第１の圧縮要素３２で圧縮された冷媒ガスは吐出される。そして、圧縮機構部１８の電動要素１４とは反対側における密閉容器１２に接続された圧縮機構部１８の電動要素１４とは反対側に接続された冷媒導入管９２に向かう。このとき、冷媒ガスは電動要素１４及び圧縮機構部１８と密閉容器１２の隙間等を通過して（図１白抜き長矢印）冷媒導入管９２に向かうので、電動要素１４がこの冷媒ガスで冷却されることになる。

また、このときの通路抵抗で密閉容器１２内には、電動要素１４側で圧力が高く、圧縮機構部１８側で低い差圧が構成される。この差圧によっても密閉容器１２内の底部のオイル溜め１５に貯留されたオイルは圧縮機構部１８側に移動し、電動要素１４側より圧縮機構部１８側のオイルレベルが上昇し易くなる。

これにより、密閉容器１２底部のオイル溜め１５に貯溜されたオイルのレベル（油面）は、圧縮機構部１８の電動要素１４とは反対側に位置するオイル吸上パイプ８２下端より所定寸法上方まで満たされる。これによって、エジェクタオイルポンプ８０は支障無くオイル中に浸漬されるようになるので、エジェクタオイルポンプ８０による圧縮機構部１８の摺動部へのオイルの供給が円滑に行われるようになる。

このように、オイル吸上パイプ８２開口に形成したエジェクタオイルポンプ８０部分はオイル中に浸漬されるので、エジェクタオイルポンプ８０で密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスを吸い込むことなく、オイル溜め１５に貯溜されたオイルだけを吸い込み圧縮機構部１８の摺動部へ円滑に供給することができるようになる。

一方、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは、冷媒導入管９２に流入して前述したインタークーラで冷却された後、第２の圧縮要素３４のシリンダ３８の低圧室側に吸入される。そして、シリンダ３８の低圧室側に吸入された中間圧の冷媒ガスは、ローラとベーンの動作により２段目の圧縮が行われて高温・高圧の冷媒ガスとなる。

高温・高圧の冷媒ガスは、高圧室側から支持部材５４内に形成された吐出消音室を経て、冷媒吐出管９６から外部の図示しないガスクーラ（放熱器）などに流入する。このガスクーラで冷媒は放熱した後、図示しない減圧装置などで減圧され、これもまた図示しないエバポレータに流入する。

そこで冷媒が蒸発し、その後、冷媒導入管９４から第１の圧縮要素３２内に吸い込まれるサイクルを繰り返す（図１に黒矢印で示す）。

このように、圧縮機構部１８の第１の圧縮要素３２で圧縮された冷媒を、回転軸１６内のオイル通路９０を経て電動要素１４の圧縮機構部１８とは反対側における密閉容器１２内に吐出し、この密閉容器１２内の冷媒を圧縮機構部１８の電動要素１４とは反対側の冷媒導入管９２より密閉容器１２外に吐出するようにしたので、密閉容器１２内の電動要素１４側の圧力を圧縮機構部１８側より高くして、オイル溜め１５の圧縮機構部１８側におけるオイルレベル（油面高さ）を高くすることが可能となると共に、電動要素１４側から圧縮機構部１８側に移動する冷媒により電動要素１４を冷却することが可能となる。

特に、電動要素１４側が圧縮機構部１８側より高くなるよう傾斜させたので、オイル溜め１５の圧縮機構部１８側におけるオイルの深さをより一層深くすることが可能となる。これらにより、エジェクタオイルポンプ８０によりオイル溜め１５から円滑にオイルを吸引することができるようになり、横置き型の多段圧縮式ロータリコンプレッサ（圧縮機）１０の信頼性を著しく向上させることができるようになる。

この場合、密閉容器１２の電動要素１４側と圧縮機構部１８側の下部にそれぞれ取り付けられた脚部１１１、１１２のうちの電動要素１４側の脚部１１１の高さを、圧縮機構部１８側の脚部１１２より高くしているので、簡単な構成で多段圧縮式ロータリコンプレッサ１０の電動要素１４側を高く傾斜させることが可能となる。

このとき、実施例では多段圧縮式ロータリコンプレッサ１０を水平に対して１度乃至１０度の角度で傾斜させているので、オイルレベルを確保しながらロータリコンプレッサ１０の高さ寸法の拡大を最小限に抑えることができるようになる。

ここで、多段圧縮式ロータリコンプレッサ１０では第２の圧縮要素３４の排除容積で吐出冷媒ガス量や流速が決定されるので、第１の圧縮要素３２の吐出冷媒ガス容量の変化は少なくなる。従って、実施例のように第１の圧縮要素３２で圧縮された冷媒を密閉容器１２内に吐出し、更にこの吐出された中間圧の冷媒を第２の圧縮要素３４で圧縮して吐出するようにすることで、安定的に第１の圧縮要素３２から吐出される冷媒を用い、エジェクタオイルポンプ８０により、オイルを安定して吸引することができるようになる。

尚、実施例では２段圧縮式のロータリコンプレッサ１０に本発明を適用したが、それに限らず、単段、若しくは、更に多段のロータリコンプレッサにおいても本発明は有効である。

１０多段圧縮式ロータリコンプレッサ（圧縮機）
１２密閉容器
１４電動要素
１５オイル溜め
１６回転軸
１８圧縮機構部
３２第１の圧縮要素
３４第２の圧縮要素
８０エジェクタオイルポンプ
８２オイル吸上パイプ
８８エジェクタパイプ
９０オイル通路
９２冷媒導入管
１１１、１１２脚部

Claims

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圧縮機構部と、前記密閉容器内底部に構成されたオイル溜めと、前記圧縮機構部の前記電動要素とは反対側に位置し、前記圧縮機構部から吐出された冷媒を用いたエジェクタ効果により前記オイル溜めから前記回転軸にオイルを吸引するエジェクタオイルポンプとを備えた横置き型圧縮機において、
前記圧縮機構部で圧縮された冷媒を、前記回転軸内を経て前記電動要素の前記圧縮機構部とは反対側における前記密閉容器内に吐出し、該密閉容器内の冷媒を前記圧縮機構部の前記電動要素とは反対側より前記密閉容器外に吐出すると共に、
前記電動要素側が前記圧縮機構部側より高くなるよう傾斜させ、
前記圧縮機構部を第１及び第２の圧縮要素から構成し、該第１の圧縮要素で圧縮された冷媒を前記密閉容器内に吐出し、更にこの吐出された中間圧の冷媒を前記第２の圧縮要素で圧縮して吐出することを特徴とする横置き型圧縮機。
前記密閉容器の前記電動要素側と圧縮機構部側の下部にそれぞれ取り付けられた脚部を備え、前記電動要素側の脚部の高さを、前記圧縮機構部側の脚部より高くしたことを特徴とする請求項１に記載の横置き型圧縮機。
水平に対して１度乃至１０度の角度で傾斜させたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の横置き型圧縮機。