JP6148993B2 - 回転式圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、回転式圧縮機及び冷凍サイクル装置に関する。

従来から、空気調和装置等の冷凍サイクル装置に使用される回転式圧縮機として、回転軸と、回転軸を回転させる電動機部と、回転軸の回転により流体（冷媒）を圧縮する圧縮機構部と、これら回転軸、電動機部及び圧縮機構部が収納された密閉容器と、を備えたものが知られている。
圧縮機構部は、シリンダ室と、上述した回転軸の偏心部に取り付けられるとともに、回転軸の回転によりシリンダ室内で偏心回転するローラと、を備えている。そして、ローラがシリンダ室内で偏心回転することで、シリンダ室内の冷媒を圧縮するように構成されている。

ここで、回転軸の内部には、軸方向に沿って延びる給油通路が形成されている。給油通路は、密閉容器内に収容される潤滑油が回転軸の回転に伴い流入し、流入した潤滑油を回転軸の偏心部とローラ間、及び回転軸と軸受間等、圧縮機構部における摺動部分に供給するように構成されている。

しかしながら、上述した圧縮機では、回転軸に加わる軸方向の荷重を支持した上で、給油通路内に効率的に潤滑油を供給する点で、未だ改善の余地があった。

特開２００８−１４１５０号公報

本発明が解決しようとする課題は、回転軸に加わる軸方向の荷重を支持した上で、給油通路内に効率的に潤滑油を供給できる回転式圧縮機及び冷凍サイクル装置を提供することである。

実施形態の回転式圧縮機は、回転軸と、圧縮機構部と、を持つ。回転軸には、軸方向に延びる給油通路が形成される。圧縮機構部は、シリンダと、軸受部と、シリンダプレートと、連通通路と、を持ち、回転軸の回転により流体を圧縮する。シリンダは、回転軸が貫通するシリンダ室を形成する筒状である。軸受部は、軸方向におけるシリンダ室の上側の開口部を閉塞するとともに、回転軸に加わる径方向の荷重を受ける。シリンダプレートは、軸方向におけるシリンダ室の下側の開口部を閉塞するとともに、軸方向における回転軸の下面を摺動可能に支持して、回転軸に加わる軸方向の荷重を受ける。連通通路は、シリンダプレートに形成され、シリンダ室の外側と給油通路の内部とを連通させる。そして、連通通路は、シリンダ室の外側に向けて開口する外側開口部が、シリンダ室の内側に向けて開口する内側開口部に比べて大きくなっている。

実施形態における回転式圧縮機の断面図を含む、冷凍サイクル装置の概略構成図。 回転式圧縮機の要部を説明するための拡大断面図。 シリンダプレートの他の構成を示す図２に相当する拡大断面図。 シリンダプレートの他の構成を示す図２に相当する拡大断面図。

以下、実施形態の回転式圧縮機及び冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
始めに、冷凍サイクル装置について簡単に説明する。
図１に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置１は、回転式圧縮機２と、回転式圧縮機２に接続された凝縮器３と、凝縮器３に接続された膨張装置４と、膨張装置４と回転式圧縮機２との間に接続された蒸発器５と、を備えている。

回転式圧縮機２は、いわゆるロータリ式の圧縮機であって、内部に取り込まれる低圧の気体冷媒（流体）を圧縮して高温・高圧の気体冷媒とする。なお、回転式圧縮機２の具体的な構成については後述する。

凝縮器３は、回転式圧縮機２から送り込まれる高温・高圧の気体冷媒から熱を放熱させ、高温・高圧の気体冷媒を高圧の液体冷媒にする。
膨張装置４は、凝縮器３から送り込まれる高圧の液体冷媒の圧力を下げ、高圧の液体冷媒を低温・低圧の液体冷媒にする。
蒸発器５は、膨張装置４から送り込まれる低温・低圧の液体冷媒を気化させ、低温・低圧の液体冷媒を低圧の気体冷媒にする。そして、蒸発器５において、低圧の液体冷媒が気化する際に周囲から気化熱を奪い、周囲が冷却される。なお、蒸発器５を通過した低圧の気体冷媒は、上述した回転式圧縮機２内に取り込まれる。

このように、本実施形態の冷凍サイクル装置１では、作動流体である冷媒が気体冷媒と液体冷媒とに相変化しながら循環し、気体冷媒から液体冷媒に相変化する過程で放熱され、液体冷媒から気体冷媒に相変化する過程で吸熱され、これらの放熱や吸熱を利用して暖房や冷房等が行われる。

次に、上述した回転式圧縮機２について説明する。
本実施形態の回転式圧縮機２は、圧縮機本体１１とアキュムレータ１２とを備えている。
アキュムレータ１２は、いわゆる気液分離器であって、上述した蒸発器５と圧縮機本体１１との間に設けられている。アキュムレータ１２は、吸い込みパイプ２１を通して圧縮機本体１１の後述するシリンダ４１に接続されており、蒸発器５で気化された気体冷媒、及び蒸発器５で気化されなかった液体冷媒のうち、気体冷媒のみを圧縮機本体１１に供給するように構成されている。

圧縮機本体１１は、回転軸３１と、回転軸３１を回転させる電動機部３２と、回転軸３１の回転により気体冷媒を圧縮する圧縮機構部３３と、これら回転軸３１、電動機部３２及び圧縮機構部３３が収納された円筒状の密閉容器３４と、を備えている。なお、密閉容器３４内には、潤滑油Ｊが収容されており、圧縮機構部３３の一部が潤滑油Ｊ内に浸漬されている。

密閉容器３４及び回転軸３１は、軸線Ｏに沿って同軸状に配置されている。また、回転軸３１のうち、軸線Ｏに沿う上側に電動機部３２が配置され、下側に圧縮機構部３３が配置されている。なお、以下の説明では、軸線Ｏに沿う方向を単に軸方向といい、軸方向に直交する方向を径方向、軸線Ｏ周りの方向を周方向という。

電動機部３２は、いわゆるインナーロータ型のＤＣブラシレスモータである。具体的に、電動機部３２は、密閉容器３４の内壁面に焼嵌め等により固定された筒状の固定子３５と、固定子３５の内側に径方向に間隔をあけて配置されるとともに、回転軸３１の上部に固定された円柱状の回転子３６と、を備えている。

圧縮機構部３３は、回転軸３１が貫通するシリンダ室４６を形成する筒状のシリンダ４１と、軸方向におけるシリンダ室４６の上側の開口部を閉塞するとともに、回転軸３１に加わる径方向の荷重を受ける軸受部４２と、軸方向におけるシリンダ室４６の下側の開口部を閉塞するとともに、回転軸３１に加わる軸方向の荷重を受けるシリンダプレート４３と、を備えている。そして、シリンダ４１、軸受部４２、及びシリンダプレート４３により画成された空間がシリンダ室４６を構成している。なお、シリンダ４１には、上述した吸い込みパイプ２１が接続されており、アキュムレータ１２で気液分離された気体冷媒がシリンダ室４６内に取り込まれるようになっている。

上述した回転軸３１は、軸受部４２に回転可能に支持されている。回転軸３１のうち、シリンダ室４６内に位置する部分には、軸線Ｏに対して径方向に偏心する偏心部５１が形成されている。
偏心部５１にはローラ５３が外嵌されている。ローラ５３は、回転軸３１の回転に伴い、外周面がシリンダ４１の内周面に摺接しながら、軸線Ｏに対して偏心回転可能に構成されている。

図２に示すように、回転軸３１の内部には、軸方向に沿って延びる孔部５５が形成されている。この孔部５５は、回転軸３１の全体に亘って延在するとともに、その両端部が回転軸３１の両端面でそれぞれ開口している。
また、回転軸３１のうち、偏心部５１よりも軸方向の上側に位置する部分には、一端が回転軸３１の外周面に開口するとともに、他端が孔部５５内に連通する給油孔５６が形成されている。この給油孔５６は、孔部５５内を流通する潤滑油Ｊを、偏心部５１とローラ５３間や、軸受部４２と回転軸３１間等、圧縮機構部３３における摺動部分に給油するためのものである。

そして、軸方向において、孔部５５のうち、下部から給油孔５６に至る部分が、孔部５５内に供給される潤滑油Ｊを給油孔５６に向けて流通させるための給油通路５５aを構成している。一方、孔部５５のうち、給油孔５６よりも上部に位置する部分が、給油通路５５aに連通するとともに、潤滑油Ｊや潤滑油Ｊ内に混入した冷媒（気体冷媒）を孔部５５から排出するためのガス抜き通路５５ｂを構成している。本実施形態において、孔部５５の内径は、軸方向の全体に亘って一定になっている。すなわち、給油通路５５aとガス抜き通路５５ｂの内径φｄｐ，φｄｇは同等になっている。

シリンダ４１には、径方向に沿ってスライド移動可能なブレード（不図示）が設けられている。これらブレードは、図示しない付勢手段により径方向の内側に向けて付勢されるとともに、その先端部がシリンダ室４６内においてローラ５３の外周面にそれぞれ当接している。これにより、ブレードは、ローラ５３の回転動作に応じてシリンダ室４６内に進退可能に構成されている。シリンダ室４６は、ローラ５３及びブレードによって吸込室側と圧縮室側とに区画されている。そして、ローラ５３の回転動作及びブレードの進退動作により、シリンダ室４６内で圧縮動作が行われる。

軸受部４２は、回転軸３１が挿通される筒部６１と、筒部６１における軸方向の下縁から径方向の外側に向けて突設され、シリンダ室４６を軸方向の上側から閉塞するフランジ部６２と、を備えている。なお、フランジ部６２には、図示しない吐出孔と、シリンダ室４６内外の圧力差に応じて吐出孔を開閉可能な図示しない吐出弁機構と、が配設されている。

軸受部４２には、軸受部４２を軸方向の上側から覆うマフラ６３が設けられている。図示の例において、マフラ６３は、軸受部４２とともにシリンダ４１に固定されている。この場合、吐出孔を通して吐出される高温・高圧の気体冷媒は、マフラ６３と軸受部４２（筒部６１）との間を通って密閉容器３４内に吐出される。

シリンダプレート４３は、鋳造等によって形成された円板状の部材であり、軸方向の下側からシリンダ４１に固定されている。シリンダプレート４３には、回転軸３１における軸方向の下面が摺動可能に近接または当接している。また、シリンダプレート４３には、シリンダプレート４３を軸方向に貫通するとともに、密閉容器３４内と回転軸３１の上述した給油通路５５a（孔部５５）内とを連通する連通通路７１が形成されている。

ここで、連通通路７１は、軸方向の下側に位置する大径部７２と、軸方向の上側に位置するとともに、大径部７２よりも小径の小径部７３と、を有している。なお、シリンダプレート４３のうち、少なくとも大径部７２及び小径部７３の内面は鋳肌面とされ、シリンダ室４６内に露出する面（軸方向における上面）は研磨面とされている。

大径部７２は、軸線Ｏに沿って同軸状に配置されるとともに、軸方向に沿って一定の内径で延在している。大径部７２のうち、軸方向の下部はシリンダプレート４３における軸方向の下面においてシリンダ室４６の外側に向けて開口し、軸方向の上部はシリンダプレート４３における軸方向の中途部分に位置している。

小径部７３は、軸線Ｏに沿って同軸状に配置されるとともに、軸方向に沿って一定の内径で延在している。小径部７３のうち、軸方向の下部は大径部７２内に連通し、軸方向の上部はシリンダプレート４３における軸方向の上面において、給油通路５５a（孔部５５）内に向けて開口している。

連通通路７１のうち、シリンダ室４６の外側に開口する外側開口部７６の内径（大径部７２の内径）φ１は、シリンダ室４６内（給油通路５５a内）に開口する内側開口部７７の内径（小径部７３の内径）φ２に比べて大きくなっている（φ１＞φ２）。
また、図示の例において、シリンダプレート４３のうち、大径部７２が位置する部分の厚さ（大径部７２の深さ）Ｈ１は、小径部７３が位置する部分の厚さ（小径部７３の深さ）Ｈ２に比べて大きくなっている（Ｈ１＞Ｈ２）。

ここで、小径部７３のアスペクト比（φ２：Ｈ２）は、適宜設定可能である。例えば、内径φ２に比べて厚さＨ２を大きくした場合には、シリンダプレート４３のうち、小径部７３が位置する部分の厚さＨ２を確保して、シリンダプレート４３の剛性を確保できる。
一方、厚さＨ２に比べて内径φ２を大きくした場合には、小径部７３内での通路抵抗を低減できる。

さらに、外側開口部７６の内径φ１は、上述した回転軸３１の外径φｓ以下になっていることが好ましい。これにより、シリンダプレート４３の剛性を確保できる。

このように構成された回転式圧縮機２において、図１に示すように電動機部３２の固定子３５に電力が供給されることで、回転軸３１が回転子３６とともに軸線Ｏ周りに回転する。そして、回転軸３１の回転に伴い、偏心部５１及びローラ５３がシリンダ室４６内で偏心回転する。このとき、ローラ５３がシリンダ４１の内周面にそれぞれ摺接することで、吸込みパイプ２１を通してシリンダ室４６内に気体冷媒が取り込まれるとともに、シリンダ室４６内に取り込まれた気体冷媒が圧縮される。

圧縮された気体冷媒は、軸受部４２の吐出孔を通してシリンダ室４６の外側に吐出され、その後マフラ６３と軸受部４２（筒部６１）との間を通って密閉容器３４内に吐出される。なお、密閉容器３４内に吐出された気体冷媒は、上述したように凝縮器３に送り込まれる。

ここで、回転軸３１の回転に伴う遠心力により、密閉容器３４内に貯留された潤滑油Ｊが孔部５５内に汲み上げられる。具体的に、密閉容器３４内の潤滑油Ｊは、シリンダプレート４３の連通通路７１（大径部７２及び小径部７３）を経て、孔部５５の給油通路５５ａ内に流入する。給油通路５５ａ内に流入した潤滑油は、給油通路５５ａ内を軸方向の上側に向けて流通した後、給油孔５６付近に到達する。給油孔５６付近に到達した潤滑油Ｊは、遠心力によって給油孔５６に向けて押し出され、その後給油孔５６を通って回転軸３１の外部に向けて吐出される。給油孔５６から吐出された潤滑油Ｊは、偏心部５１とローラ５３間や、軸受部４２と回転軸３１間等、圧縮機構部３３の摺動部分に向けて供給される。これにより、圧縮機構部３３の潤滑性能を確保できる。なお、圧縮機構部３３の摺動部分に供給された潤滑油Ｊは、その後密閉容器３４内に戻され、再び連通通路７１を通って孔部５５内に汲み上げられるようになっている。

一方、孔部５５内において、給油通路５５ａを通過した潤滑油Ｊや、潤滑油Ｊ中に混入した気体冷媒は、ガス抜き通路５５ｂ内に流入する。ガス抜き通路５５ｂ内に流入した潤滑油Ｊや冷媒は、回転軸３１における軸方向の上面から排出され、密閉容器３４内に戻される。

このように、本実施形態では、シリンダ室４６の下側の開口部を閉塞するとともに、回転軸３１における軸方向の下面を摺動可能に支持するシリンダプレート４３を備える構成とした。
この構成によれば、例えば回転軸３１の両端部をそれぞれ軸受部により支持する構成に比べて、低コスト化や組付性の向上を図ることができる。

特に、本実施形態によれば、連通通路７１のうち、外側開口部７６が内側開口部７７に比べて大きくなっているため、連通通路７１内での通路抵抗を低下させ、給油通路５５ａ内に効率的に潤滑油Ｊを流入させることができる。その結果、給油通路５５ａ内への潤滑油Ｊの給油量を確保して、圧縮機構部３３の摺動部分での焼き付き等の発生を抑制できる。
また、シリンダプレート４３の肉厚化を図ることができるので、シリンダプレート４３の剛性を確保し、回転軸３１に加わる軸方向の荷重をシリンダプレート４３により支持することができる。
したがって、回転軸３１に加わる軸方向の荷重を支持した上で、給油通路５５ａ内に効率的に潤滑油Ｊを供給できる。

しかも、本実施形態では、シリンダプレート４３に大径部７２を形成することで、シリンダプレート４３の肉厚化に伴い小径部７３の通路長が増加するのを抑制できる。これにより、連通通路７１内での通路抵抗の増加を確実に抑制できる。
また、本実施形態のシリンダプレート４３は、連通通路７１の内面が鋳肌面とされているため、低コスト化を図ることができる。

さらに、上述したように給油通路５５ａ内に効率的に潤滑油Ｊを供給できるので、給油通路５５ａの内径をガス抜き通路５５ｂに比べて大きくする等、例えば孔部５５に２段穴明け加工を施す必要がない。すなわち、給油通路５５ａ及びガス抜き通路５５ｂの内径φｄｐ，φｄｇを同等の大きさに形成できるので、孔部５５に２段穴明け加工を施す場合に比べて、低コスト化を図ることができる。

そして、本実施形態の冷凍サイクル装置１においては、上述した回転式圧縮機２を備えているため、高品質で信頼性の高い冷凍サイクル装置１を提供できる。

なお、上述した実施形態では、回転式圧縮機２として、ロータリ式の圧縮機について説明したが、これに限らず、スクロール式の圧縮機にも適宜採用することができる。
また、本実施形態の回転式圧縮機２を、シリンダ室４６を２つ有するツインロータリ式の圧縮機に採用することも可能である。

また、上述した実施形態では、シリンダプレート４３に対して大径部７２及び小径部７３からなる連通通路７１を一体的に形成した場合について説明したが、これに限られない。例えば、図３に示すように、大径部７２が形成された第１プレート１００、及び小径部７３が形成された第２プレート１０１を重ね合わせ、シリンダプレート１０２を構成しても構わない。
さらに、本実施形態の回転式圧縮機２では、連通通路７１のうち、シリンダ室４６の外側に向けて開口する外側開口部７６が、シリンダ室４６の内側に向けて開口する内側開口部７７に比べて大きくなっていれば構わない。例えば、図４に示すシリンダプレート１０５のように、外側開口部７６から内側開口部７７に向かうに従い内径が漸次縮小するテーパ状に連通通路１０３を形成しても構わない。

また、上述した実施形態では、孔部５５が回転軸３１の両端面で開口する構成について説明したが、これに限らず、少なくとも軸方向の下面（給油通路５５ａ側）で開口していれば構わない。この場合、回転軸３１のうち、軸受部４２よりも軸方向の上側に位置する部分に、回転軸３１の外周面で開口するとともに、ガス抜き通路５５ｂ内に連通する排出孔を形成しても構わない。
この構成によれば、電動機部３２に潤滑油Ｊが付着するのを抑制して、電動機部３２の回転性能を維持できる。
さらに、給油孔５６の形成箇所や数等については、適宜設計変更が可能である。
また、給油通路５５ａ内に、ポンプ部材（例えば、羽根車等）を設け、給油通路５５ａ内に潤滑油Ｊを誘導し易くしても構わない。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、連通通路のうち、外側開口部が内側開口部に比べて大きくなっているため、連通通路内での通路抵抗を低下させ、給油通路内に効率的に潤滑油を流入させることができる。その結果、給油通路内への潤滑油の給油量を確保して、圧縮機構部の摺動部分での焼き付き等の発生を抑制できる。
また、シリンダプレートの肉厚化を図ることができるので、シリンダプレートの剛性を確保し、回転軸に加わる軸方向の荷重をシリンダプレートにより支持することができる。
したがって、回転軸に加わる軸方向の荷重を支持した上で、給油通路内に効率的に潤滑油を供給できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…冷凍サイクル装置、２…回転式圧縮機、３…凝縮器、４…膨張装置、５…蒸発器、３１…回転軸、３３…圧縮機構部、４１…シリンダ、４２…軸受部、４３，１０２，１０５…シリンダプレート、５５ａ…給油通路、５５ｂ…ガス抜き通路、７１，１０３…連通通路、７６…外側開口部、７７…内側開口部

Claims (3)

1. 軸方向に延びる給油通路が形成された回転軸と、
   前記回転軸の回転により流体を圧縮する圧縮機構部と、を備えた回転式圧縮機において、
   前記圧縮機構部は、
   前記回転軸が貫通するシリンダ室を形成する筒状のシリンダと、
   軸方向における前記シリンダ室の上側の開口部を閉塞するとともに、前記回転軸に加わる径方向の荷重を受ける軸受部と、
   軸方向における前記シリンダ室の下側の開口部を閉塞するとともに、軸方向における前記回転軸の下面を摺動可能に支持して、前記回転軸に加わる軸方向の荷重を受けるシリンダプレートと、
   前記シリンダプレートに形成され、前記シリンダ室の外側と前記給油通路の内部とを連通させる連通通路と、を備え、
   前記連通通路のうち、前記シリンダ室の外側に向けて開口する外側開口部は、前記シリンダ室の内側に向けて開口する内側開口部に比べて大きくなっている回転式圧縮機。
2. 前記回転軸には、軸方向の上側から前記給油通路内に連通するとともに、軸方向に延びるガス抜き通路が形成され、
   前記給油通路及び前記ガス抜き通路は、内径が同等になっている請求項１記載の回転式圧縮機。
3. 請求項１または請求項２に記載の回転式圧縮機と、
   前記回転式圧縮機に接続された凝縮器と、
   前記凝縮器に接続された膨張装置と、
   前記膨張装置と前記回転式圧縮機との間に接続された蒸発器と、を備えていることを特徴とする冷凍サイクル装置。

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