JP6120173B2 - 圧縮機 - Google Patents
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Description
また、フレームの外周に設けられた通路を通って、圧縮機構部の下部を高温の吐出ガスが流れるため圧縮機構部が加熱され、特に、冷凍サイクルから戻ってきた低温状態である冷媒ガスが、吸入経路を経て圧縮室へと送り込まれる過程で熱を受ける。そのため圧縮室にとじ込む時点では既に冷媒ガスは膨張しており、冷媒ガスの膨張によって循環量が低下してしまう課題を有していた。
さらには、吐出管から吐出される冷媒にオイルが多く含まれると、サイクル性能を悪化させるという課題を有していた。
これによって、電動機部の高効率化、体積効率の向上、および低オイル循環を実現する圧縮機を提供できる。
また、本発明によれば、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスを、一方の容器内空間に導くことで、他方の容器内空間に接する圧縮機構部の加熱を抑えることができるため、吸入冷媒ガスの加熱を抑制し、圧縮室内での高い体積効率を得ることができる。
また、本発明によれば、オイル分離機構部で分離されたオイルを、冷媒ガスとともに他方の容器内空間に排出するため、円筒状空間内にはオイルが滞留することがほとんど無い。従って、分離したオイルが、旋回する冷媒ガスによって円筒状空間内で吹き上げられて、送出口から冷媒ガスとともに送出することがなく、安定したオイル分離を行える。更に、円筒状空間内にオイルを滞留させないため、円筒状空間を小さく構成できる。
また、本発明によれば、オイル分離機構部でオイルを分離した後の冷媒ガスに含まれる微量のオイルを、衝突体によりさらに衝突分離することができる。また、冷媒ガスの流れる方向を変えることにより、一方の容器内空間でのオイル分離を促進することができる。
この構成によれば、圧縮機構部で圧縮されてオイル分離機構部から送出される、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスは、一方の容器内空間に導かれて吐出管から吐出される。従って、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスは、電動機部を通過しないため、電動機部が冷媒ガスにより加熱されることがなく、電動機部の高効率化が図れる。
また、この構成によれば、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスを、一方の容器内空間に導くことで、他方の容器内空間に接する圧縮機構部の加熱を抑えることができるため、吸入冷媒ガスの加熱を抑制し、圧縮室内での高い体積効率を得ることができる。
また、この構成によれば、オイル分離機構部で分離されたオイルを、冷媒ガスとともに送出口と対向した位置にある排出口から排出するため、円筒状空間内にはオイルが滞留することがほとんど無い。従って、分離したオイルが、旋回する冷媒ガスによって円筒状空間内で吹き上げられて、送出口から冷媒ガスとともに送出することがなく、安定したオイル分離を行える。更に、円筒状空間内にオイルを滞留させないため、円筒状空間を小さく構成できる。
また、この構成によれば、オイル分離機構部でオイルを分離した後の冷媒ガスに含まれる微量のオイルを、衝突体によりさらに衝突分離することができる。また、冷媒ガスの流れる方向を変えることにより、一方の容器内空間でのオイル分離を促進することができる。
また、この構成によれば、オイル分離機構部を圧縮機構部に形成することで、吐出口から吐出管までの冷媒ガスが流れる経路を短く構成でき、密閉容器を小型化できる。
また、この構成によれば、オイル分離機構部で分離されたオイルを、冷媒ガスとともに他方の容器内空間に排出するため、円筒状空間内にはオイルが滞留することがほとんど無い。
この構成によれば、送出口から送出されるガスを、確実に衝突体に衝突させることができる。
この構成によれば、冷媒ガスが衝突体へ適度な速度で衝突するため、より効率的にオイルの衝突分離を行うことができる。
図1は、本発明の実施の形態1による圧縮機の縦断面図である。図1に示すように、本実施の形態による圧縮機は、密閉容器1内に、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部10と、圧縮機構部10を駆動する電動機部20とを備えている。
密閉容器1内は、圧縮機構部10によって、一方の容器内空間31と他方の容器内空間32に分割している。そして、他方の容器内空間32には、電動機部20を配置している。
また、他方の容器内空間32は、電動機部20によって、圧縮機構側空間33と貯オイル側空間34に分割している。
そして、貯オイル側空間34には、貯オイル部2を配置している。密閉容器1には、吸接管3と吐出管4とが溶接によって固定されている。吸接管3と吐出管4とは密閉容器1の外部に通じ、冷凍サイクルを構成する部材と接続されている。吸接管3は密閉容器1の外部から冷媒ガスを導入し、吐出管4は一方の容器内空間31から密閉容器1の外部に冷媒ガスを導出する。
旋回スクロール13と主軸受部材11との間には、オルダムリングなどによる自転拘束機構14を設けている。自転拘束機構14は、旋回スクロール13の自転を防止し、旋回スクロール13が円軌道運動するように案内する。旋回スクロール13は、シャフト5の上端に設けている偏心軸部5aにて偏心駆動される。この偏心駆動により、固定スクロール12と旋回スクロール13との間に形成している圧縮室15は、外周から中央部に向かって移動し、容積を小さくして圧縮を行う。
固定スクロール12の中央部には、圧縮機構部10の吐出口17が形成されている。吐出口17には、リード弁18が設けられている。
固定スクロール12の一方の容器内空間31側には、吐出口17及びリード弁18を覆うマフラー19が設けられている。マフラー19は、吐出口17を一方の容器内空間31から隔離している。
冷媒ガスは、吸接管3から、吸入経路16を経て圧縮室15に吸入される。圧縮室15で圧縮された冷媒ガスは、吐出口17からマフラー19内に吐出される。リード弁18は、冷媒ガスが吐出口17から吐出するときに押し開けられる。
従って、高圧領域35に供給されたオイルの一部は、経路7aを通って、背圧室36に進入する。背圧室36に進入したオイルは、スラスト摺動部及び自転拘束機構14の摺動部を潤滑し、背圧室36にて旋回スクロール13に背圧を与えている。
図2は図1における圧縮機構部の要部拡大断面図である。
本実施の形態による圧縮機は、圧縮機構部10から吐出される冷媒ガスからオイルを分離するオイル分離機構部40を設けている。
オイル分離機構部40は、冷媒ガスを旋回させる円筒状空間41と、マフラー19内と円筒状空間41とを連通する流入部42と、円筒状空間41と一方の容器内空間31とを連通する送出口43と、円筒状空間41と他方の容器内空間32とを連通する排出口44とを有する。
流入部42は、第1の円筒状空間41aに連通し、好ましくは流入部42の開口を第1の円筒状空間41aの上端内周面に形成する。そして、流入部42は、圧縮機構部10から吐出される冷媒ガスをマフラー19内から円筒状空間41に流入させる。流入部42は、円筒状空間41に対し、接線方向に開口している。
また、送出口43の開口部の断面積Aを、排出口44の開口部の断面積Bよりも大きくすることで、送出口43における流路抵抗が減る。これにより、冷媒ガスは排出口44よりも送出口43に流れやすくなる。一例として、A/Bは9程度に設定することができる。
マフラー19内に吐出された冷媒ガスは、固定スクロール12に形成された流入部42を経て、円筒状空間41に導かれる。流入部42は円筒状空間41に対し、接線方向に開口しているため、流入部42から送出される冷媒ガスは、円筒状空間41の内壁面に沿って流れ、円筒状空間41の内周面で旋回流が発生する。この旋回流は、排出口44に向かった流れとなる。冷媒ガスには圧縮機構部10に給油されたオイルが含まれており、冷媒ガスが旋回している間に、比重の高いオイルは遠心力により円筒状空間41の内壁に付着し、冷媒ガスと分離する。
円筒状空間41の内周面で発生した旋回流は、排出口44に到達後、又は排出口44近傍で折り返し、円筒状空間41の中心を通る上昇流に変わる。
また円筒状空間41で分離されたオイルは、少量の冷媒ガスとともに排出口44から圧縮機構側空間33に送り出される。圧縮機構側空間33に送り出されたオイルは、自重により密閉容器1の壁面や電動機部20の連通路を経て、貯オイル部2に至る。
圧縮機構側空間33に送り出された冷媒ガスは、圧縮機構部10の隙間を通過して一方の容器内空間31に至り、吐出管4から密閉容器1の外部に送り出される。
仮に、円筒状空間41に排出口44を形成せず、円筒状空間41内にオイルを貯留すると、排出口44から外部に引っ張る流れが発生しないため、オイル面に到達する前に旋回流が消滅してしまうか、オイル面に到達するとオイルを巻き上げてしまう。また円筒状空間41に排出口44を形成せずに、オイル分離機能を発揮させるためには、オイルを貯留するに十分な空間を形成する必要がある。
しかし、本実施の形態によるオイル分離機構部40のように、オイルを冷媒ガスとともに排出口44から排出することで、旋回流を排出口44に導くことができるとともに、オイルの巻き上げもない。
また、本実施の形態によれば、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスを、一方の容器内空間31に導くことで、他方の容器内空間32に接する圧縮機構部10の加熱を抑えることができるため、吸入冷媒ガスの加熱を抑制し、圧縮室内での高い体積効率を得ることができる。
また、本実施の形態によれば、オイル分離機構部40で分離されたオイルを、冷媒ガスとともに他方の容器内空間32に排出するため、円筒状空間41内にはオイルが滞留することがほとんど無い。従って、分離したオイルが、旋回する冷媒ガスによって円筒状空間41内で吹き上げられ、送出口43から冷媒ガスとともに送出することがなく、安定したオイル分離を行える。更に、円筒状空間41内にオイルを滞留させないため、円筒状空間41を小さく構成できる。
また、本実施の形態によれば、圧縮機構部10の吐出口17を一方の容器内空間31から隔離するマフラー19を配設し、流入部42によって、マフラー19内と円筒状空間41とを連通することで、圧縮機構部10で圧縮された冷媒ガスを確実にオイル分離機構部40に導くことができる。すなわち、全ての冷媒ガスがオイル分離機構部40を通過することになるので、冷媒ガスから効率よくオイルを分離することができる。また、吐出口17から吐出されたほとんどの高温の冷媒ガスは、他方の容器内空間32を通過することなく、吐出管4から密閉容器1の外部に吐出されるため、電動機部20や圧縮機構部10の加熱を抑えることができる。
また、本実施の形態によれば、円筒状空間41を、固定スクロール12と主軸受部材11に形成したことで、吐出口17から吐出管4までの冷媒ガスが流れる経路を短く構成でき、密閉容器1を小型化できる。
図3は本発明の実施の形態2による圧縮機における圧縮機構部の要部拡大断面図である。
本実施の形態の基本的な構成は、図1と同一であるので説明を省略する。また、図1及び図2で説明した構成と同一構成には同一符号を付して説明を一部省略する。
また、流入部42aは、固定スクロール12の主軸受部材11との反締結面側端面(反ラップ側端面)から、第1の円筒状空間41cに対し、接線方向に開口する貫通孔を形成することで構成している。
本実施の形態においても、オイル分離機構部40の作用は実施の形態1と同じであり、実施の形態1における作用、効果も同じであるので説明を省略する。
図4は本発明の実施の形態3による圧縮機における圧縮機構部の要部拡大断面図である。
本実施の形態の基本的な構成は、図1と同一であるので説明を省略する。また、図1及び図2で説明した構成と同一構成には同一符号を付して説明を一部省略する。
送出パイプ46の一端46aは、送出口43を形成し、送出パイプ46の他端46bは円筒状空間41内に配置されている。なお、本実施の形態では、送出パイプ46の他端46bは第2の円筒状空間41b内に延出させている。
流入部42から流入した冷媒ガスは、旋回流となって、リング状空間46cを通り、円筒状空間41の内周面に沿って排出口44に至り、その後円筒状空間41の中心を逆流する。そして、送出パイプ46の他端46bから送出パイプ46内に流入し、送出パイプ46の一端46aから流出する。
本実施の形態に示すように、円筒状空間41内に送出パイプ46を設けることで、例えば、周波数を高くして圧縮機を運転する場合でも、オイル分離効果を確実に得ることができる。
なお、送出パイプ46を設ける場合には、円筒状空間41の軸心と送出パイプ46の軸心とを一致させることが重要である。
また、送出パイプ46を設ける場合には、送出パイプ46にフランジ46dを設け、このフランジ46dを円筒状空間41に形成した孔内に配置し、マフラー19で送出パイプ46を円筒状空間41に固定することが重要である。
本実施の形態によれば、円筒状空間41内に筒状の送出パイプ46を設けることで、円筒状空間41内でのオイル分離効果を高めることができる。
送出パイプ46を設けた本実施の形態においても、オイル分離機構部40の基本的な作用は実施の形態1と同様であり、実施の形態1における作用、効果も同じであるので説明を省略する。
図5は本発明の実施の形態4による圧縮機における圧縮機構部の要部拡大断面図である。
本実施の形態の基本的な構成は、図1と同一であるので説明を省略する。
また、図1及び図2で説明した構成と同一構成には同一符号を付して説明を一部省略する。
送出パイプ47の一端47aは、送出口43を形成し、送出パイプ47の他端47bは円筒状空間41内に配置されている。なお、本実施の形態では、送出パイプ47の他端47bは第2の円筒状空間41b内に延出させている。
送出パイプ47の外周にはリング状空間47cが形成され、流入部42がリング状空間47cに開口している。流入部42から流入した冷媒ガスは、旋回流となって、リング状空間47cを通り、円筒状空間41の内周面に沿って排出口44に至り、その後円筒状空間41の中心を逆流する。そして、送出パイプ47の他端47bから送出パイプ47内に流入し、送出パイプ47の一端47aから流出する。
なお、送出パイプ47を設ける場合には、円筒状空間41の軸心と送出パイプ47の軸心とを一致させることが重要である。
また、送出パイプ47を設ける場合には、送出パイプ47をマフラー19と一体に形成することで、送出パイプ47を円筒状空間41に固定することができる。
また、送出パイプ47の内径断面積Dは、排出口44の断面積Bよりも大きくする。
送出パイプ47を設けた本実施の形態においても、オイル分離機構部40の基本的な作用は実施の形態1と同様であり、実施の形態1における作用、効果も同じであるので説明を省略する。
なお、円筒状空間41は、実施の形態1と同様に固定スクロール12に形成した第1の円筒状空間41aと主軸受部材11に形成した第2の円筒状空間41bとで構成しているが、第2の円筒状空間41bを、実施の形態2と同様に主軸受部材11の外周部に段付き孔加工を施して形成してもよい。
図6は本発明の実施の形態5による圧縮機の縦断面図である。本実施の形態の基本的な構成は、図1と同一であるので説明を省略する。
冷媒ガス旋回部材48は、マフラー19の外周面に設置している。冷媒ガス旋回部材48には、流入部42b、送出口43b、排出口44bが形成されている。
流入部42bは、マフラー19内と円筒状空間41とを連通し、送出口43bは、円筒状空間41と一方の容器内空間31とを連通し、排出口44bは、円筒状空間41と一方の容器内空間31とを連通している。
流入部42bの開口は、円筒状空間41の一端側内周面に形成する。そして、流入部42bは、圧縮機構部10から吐出される冷媒ガスをマフラー19内から円筒状空間41に流入させる。流入部42bは、円筒状空間41に対し、接線方向に開口している。
排出口44bは、円筒状空間41の他端側に形成し、少なくとも流入部42bよりも他端側に形成する。また、排出口44bは、送出口43bと対向して配置される。排出口44bは、円筒状空間41の他端側の端面の下部に形成することが好ましい。排出口44bは、円筒状空間41の他端側の側面に形成してもよい。ここで、対向とは、排出口44bが円筒状空間41の底面に設けられている場合だけでなく、円筒状空間41の側面に設けられている場合を含む。そして、排出口44bは、円筒状空間41から一方の容器内空間31に、分離したオイルと冷媒ガスの一部とを排出する。
ここで、送出口43bの開口部の断面積Aは、円筒状空間41の断面積Cよりも小さく、排出口44bの開口部の断面積Bよりも大きくしている。
マフラー19内に吐出された冷媒ガスは、マフラー19の上面に形成された流入部42bを経て、円筒状空間41に導かれる。流入部42bは円筒状空間41に対し、接線方向に開口しているため、流入部42bから送出される冷媒ガスは、円筒状空間41の内壁面に沿って流れ、円筒状空間41の内周面で旋回流が発生する。この旋回流は、排出口44bに向かった流れとなる。
冷媒ガスには圧縮機構部10に給油されたオイルが含まれており、冷媒ガスが旋回している間に、比重の高いオイルは遠心力により円筒状空間41の内壁に付着し、冷媒ガスと分離する。
円筒状空間41の内周面で発生した旋回流は、排出口44bに到達後、又は排出口44b近傍で折り返し、円筒状空間41の中心を通る逆流に変わる。
円筒状空間41で遠心力によりオイルを分離した冷媒ガスは、送出口43bから一方の容器内空間31に送出される。送出された冷媒ガスは、微量のオイルを含んでおり、上部シェル50の端部に形成した衝突面50aに衝突し、オイルが衝突分離される。また、送出された冷媒ガスは、円筒状空間41での旋回流の影響で旋回しながら衝突面50aに衝突する。衝突後の冷媒ガスは、衝突面50aの外周の一部が上部シェル50の天面により閉塞されているため流れが規制され、一方の容器内空間31内を旋回する流れになる。そのため、一方の容器内空間31内で更にオイル分離が促進される。また、衝突面50aの送出口43bへの投影面積を送出口43bの開口面積の半分以上とすることで、送出された冷媒ガスの大半は衝突面50aに衝突する。
また円筒状空間41で分離されたオイルは、自重により一方に偏って溜まり、排出口44bが他端側の端面の下部又は円筒状空間41の下部に形成しているので、オイルを容易に排出できる。
分離されたオイルは、少量の冷媒ガスとともに排出口44bからマフラー19上面に送り出される。マフラー19上面に送り出されたオイルは、自重により圧縮機構部10の隙間を通って一方の容器内空間31から圧縮機構側空間33に至り、更に密閉容器1の壁面や電動機部20の連通路を経て、貯オイル部2に至る。
排出口44bから送り出された冷媒ガスは、一方の容器内空間31に設けられた吐出管4から密閉容器1の外部に送り出され、冷凍サイクルに供給される。
仮に、円筒状空間41に排出口44bを形成せず、円筒状空間41内にオイルを貯留すると、排出口44bから外部に引っ張る流れが発生しないため、旋回流がオイルを巻き上げてしまう。また円筒状空間41に排出口44bを形成せずに、オイル分離機能を発揮させるためには、オイルを貯留するに十分な空間を形成する必要がある。しかし、本実施の形態によるオイル分離機構部40のように、オイルを冷媒ガスとともに排出口44bから排出することで、旋回流を排出口44bに導くことができるとともに、オイルの巻き上げもない。
また、本実施の形態によれば、円筒状空間41を構成する冷媒ガス旋回部材48を一方の容器内空間31に配置することで、吐出口17から吐出管4までの冷媒ガスが流れる経路を短く構成でき、密閉容器1を小型化できる。
また、本実施の形態によれば、高温高圧の冷媒ガスを、一方の容器内空間31に導くことで、他方の容器内空間32に接する圧縮機構部10の加熱を抑えることができるため、吸入冷媒ガスの加熱を抑制し、圧縮室内での高い体積効率を得ることができる。
また、本実施の形態によれば、オイル分離機構部40で分離されたオイルを、冷媒ガスとともに一方の容器内空間31に排出するため、円筒状空間41内にはオイルが滞留することがほとんど無い。従って、分離したオイルが、旋回する冷媒ガスによって円筒状空間41内で吹き上げられ、送出口43bから冷媒ガスとともに送出することがなく、安定したオイル分離を行える。更に、円筒状空間41内にオイルを滞留させないため、円筒状空間41を小さく構成できる。
また、本実施の形態によれば、圧縮機構部10の吐出口17を一方の容器内空間31から隔離するマフラー19を配設し、流入部42bによって、マフラー19内と円筒状空間41とを連通することで、圧縮機構部10で圧縮された冷媒ガスを確実にオイル分離機構部40に導くことができる。すなわち、全ての冷媒ガスがオイル分離機構部40を通過することになるので、冷媒ガスから効率よくオイルを分離することができる。また、吐出口17から吐出された高温の冷媒ガスは、他方の容器内空間32を通過することなく、吐出管4から密閉容器1の外部に吐出されるため、電動機部20や圧縮機構部10の加熱を抑えることができる。
また、上記各実施の形態における圧縮機においては、冷媒として二酸化炭素を用いることができる。二酸化炭素は高温冷媒であり、このような高温冷媒を用いる場合には、本発明は更に有効である。
また、冷媒として二酸化炭素を用いる場合には、オイルとしてポリアルキレングリコールを主成分とするオイル(PAG)を用いることが好ましい。PAGは難相溶性オイルであり、二酸化炭素冷媒と溶け合うことがなく、お互いに分離した状態で混在している。そのため、円筒状空間41に冷媒ガスとPAGが導入されると、冷媒ガスに対し比重の高いPAGには大きな遠心力が働く。結果として、PAGは外周方向へと飛ばされ、円筒状空間41の内壁に付着するため、冷媒ガスと分離することができる。すなわち、難相溶性オイル(もしくは非相溶性オイル)に対しては、本発明に係る効果が顕著に表れる。
送出口43には、所定距離を空けて衝突体49を設けている。衝突体49は、一方の容器内空間31を形成する密閉容器1の部材である上部シェル(密閉容器部材)50の端部により衝突面50aが構成される。衝突面50aの外周の一部は、密閉容器1の部材である胴部シェル51により閉塞する。衝突面50aは送出口43に対向して配置する。衝突面50aの送出口43への投影面が、送出口43の半分以上を覆うように、送出口43に面して衝突体49を配置する。すなわち、平面視で送出口43の半分以上は衝突面50aで覆われる。送出口43から衝突面50aまでの距離は、送出口43の直径の1〜3倍の範囲とする。
なお、実施の形態1における送出口43を基に説明したが、実施の形態2から実施の形態4についても同様である。
2 貯オイル部
4 吐出管
10 圧縮機構部
11 主軸受部材
12 固定スクロール
17 吐出口
19 マフラー
20 電動機部
31 容器内空間
32 容器内空間
33 圧縮機構側空間
34 貯オイル側空間
40 オイル分離機構部
41 円筒状空間
42 流入部
43 送出口
44 排出口
46 送出パイプ
47 送出パイプ
48 冷媒ガス旋回部材
49 衝突体
50 上部シェル
50a 端部
51 胴部シェル
Claims (5)
- 冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する電動機部とを密閉容器内に備え、
前記圧縮機構部によって、前記密閉容器内を、一方の容器内空間と他方の容器内空間に分割し、
前記一方の容器内空間から前記密閉容器の外部に前記冷媒ガスを吐出する吐出管を設け、前記他方の容器内空間に前記電動機部を配置した圧縮機であって、
前記圧縮機構部が、
固定スクロールと、
前記固定スクロールと対向配置された旋回スクロールと、
前記旋回スクロールを駆動するシャフトを軸支する主軸受部材とを備え、
前記圧縮機構部から吐出される前記冷媒ガスからオイルを分離するオイル分離機構部を設け、
前記オイル分離機構部が、
前記冷媒ガスを旋回させる円筒状空間と、
前記圧縮機構部から吐出される前記冷媒ガスを前記円筒状空間に流入させる流入部と、
前記円筒状空間から前記一方の容器内空間に、前記オイルを分離した前記冷媒ガスを送出する送出口と、分離した前記オイルを前記円筒状空間から排出する排出口と、
を有し、
前記円筒状空間を、前記固定スクロールと前記主軸受部材とに形成し、
前記送出口には、所定距離を空けて衝突体を設け、
前記排出口を前記他方の容器内空間に連通したことを特徴とする圧縮機。 - 前記衝突体を、前記一方の容器内空間を形成する密閉容器部材の端部により構成することを特徴とする請求項1に記載の圧縮機。
- 前記衝突体の衝突面の外周の一部を閉塞することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の圧縮機。
- 前記衝突面の、前記送出口への投影面積が、前記送出口の開口面積の半分以上であることを特徴とする請求項3に記載の圧縮機。
- 前記送出口から前記衝突面までの距離を、前記送出口の直径の1〜3倍にしたことを特徴とする請求項4に記載の圧縮機。
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