JP6300829B2 - 回転式圧縮機 - Google Patents
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Description
このスクロール式の回転式圧縮機には、密閉容器内に、固定スクロールと揺動スクロールを組み合わせて圧縮室を形成した圧縮機構部と、揺動スクロールに連結される主軸と、圧縮機構部を主軸を介して可変速で駆動する電動機と、主軸を支持する軸受と、主軸の下端に設けたオイルポンプと、を収納し、主軸の内部には密閉容器の底部に貯留される油を軸受や圧縮機構部の摺動部へ供給するための給油路と、給油路の途中で給油路と主軸外部に連通するバイパス路と、を形成し、主軸の回転によって発生する遠心力で作動し、バイパス路を開閉させる給油バイパス機構を設けているものがある(例えば、特許文献1、2参照)。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る回転式圧縮機100の縦断面図である。
回転式圧縮機100は、冷凍サイクルを循環する冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧の状態として吐出させるものである。この回転式圧縮機100は、図1に示すように密閉容器20内に、圧縮機構部28と電動機部29とを備えており、圧縮機構部28が上側に、電動機部29が下側に、それぞれ配置されている。
密閉容器中17は、冷媒回路の一部を成して冷媒を密閉容器20内に取り込むための冷媒吸入配管21が接続され、その上端部内周にフレーム3が固定され、その中間部内周に電動機ステータ7が固定されている。密閉容器下18の底部は、各軸受を潤滑する油(以下、単に油とも称することがある)を貯留する油溜め16を構成する。フレーム3の底面には、フレーム3内に滞留する油を油溜め16に戻す排油管27が接続されている。密閉容器上19には、圧縮した冷媒を密閉容器20から冷媒回路に吐き出す冷媒吐出配管22が接続されている。
ここで、偏心スライダ軸部8aはスライダ9が主軸8に対して偏心するように主軸8の上部に設置されたスライダ装着軸である。
主軸8の内部には、ポンプ軸部8bの下端から偏心スライダ軸部8aの上端に至るまで上下方向(軸方向)に貫通し、軸受や圧縮機構部28の摺動部へ供給するための給油路8cが形成され、副軸受14および主軸受3aに油を供給するための軸受給油路(図示省略)が給油路8cに直交して形成され、主軸受3aと副軸受14との間には給油路8cから分岐して主軸8の外部と連通し、出口から主軸8の外部へ油を排出するバイパス路8dが形成されている。
また、給油路8cの下端側にはオイルポンプ15が連通し、主軸8の外周部にはバイパス路8dの出口を開閉するリード弁30と、リード弁30に重ねられてリード弁30のリフト量(開口高さ)を規制するリード弁ストッパー31と、締結手段としてのネジ32と、で構成される給油バイパス機構33が設けられている。なお、リード弁30は、例えばバネ性をもつステンレス鋼などで平板状に形成されている。
図2に示すように主軸8の外周面に軸方向に対して平行に形成された締結面8eに、リード弁30がネジ32で締結されている。また、主軸8の外周面でバイパス路8dの出口の外周には、バイパス路8dの出口をリード弁30で開閉するための着座面8fが形成されている。つまり、バイパス路8dの出口は着座面8fの面内に形成されている。この着座面8fは傾斜形状となっており、その傾斜は主軸8の軸方向に対して(締結面8eに対して)リード弁30が所定のたわみ量δとなるように、締結面8eとは反対側の方向に向かうにつれて主軸8の半径方向外側への突出量が多くなる形状となっている。この着座面8fの傾斜によってリード弁30がたわむため、着座面8fにはそのたわみによる予荷重が作用した状態でリード弁30が接触しており、着座面8f内のバイパス路8dの出口を閉じている。
そのため、所定の回転数以下では、着座面8fに作用するリード弁30のたわみによる予荷重(プリロード)によって、着座面8f内のバイパス路8dの出口は閉じられている。
また、着座面8fが形成されている位置における主軸8の最外径は電動機ロータ6の内径よりも小さく形成し、主軸8の下端から電動機ロータ6の装着が可能な寸法としている。
上記のように構成された回転式圧縮機100において、電動機ステータ7に電源が供給されると、電動機ステータ7が発生する回転磁界からの回転力を受けて電動機ロータ6が回転し、電動機ロータ6の回転により主軸8が回転される。なお、電源には50Hzや60Hzの一般商用電源が使用されるが、冷媒循環量を可変にするため、回転数を600〜10000rpmの範囲で駆動できるようにインバータ電源も使用される。
次に、回転式圧縮機100の給油バイパス機構33の動作および給油特性を、図4および図5を用いて詳細に説明する。
以下、電動機部29が所定の回転数NL以下の場合の給油バイパス機構33の動作について説明する。
所定の回転数NL以下の回転数で電動機部29が駆動されると、上記の通りまず副軸受14に給油される。このとき、図4に示すようにリード弁30には、ポンプ圧による荷重Fo=(バイパス路8dの出口に作用する油圧)×(バイパス路8dの出口面積)と、リード弁30本体が主軸8とともに回転することによってリード弁30に均等に作用する遠心力による荷重Fcとが、バイパス路8dの出口を開く方向(主軸8の半径方向外側)に作用する。
ここで、リード弁30の着座面8fの形状は、主軸8の軸方向に対して(締結面8eに対して)リード弁30が所定のたわみ量δとなるように、締結面8eとは反対側の方向に向かうにつれて半径方向外側への突出量が多くなる傾斜形状となっており、静止状態でリード弁30のたわみによる予荷重Fpがバイパス路8dの出口を閉じる方向(主軸8の半径方向内側)に作用する。本実施の形態1では、所定の回転数NL以下で(Fo+Fc)≦Fpとなる予荷重Fpを作用させている。そのため、回転数NL以下ではリード弁30の予荷重Fpが着座面8fに作用しており、そのリード弁30によって着座面8f内のバイパス路8dの出口は閉じられている。
次に、電動機部29が所定の回転数NLより大きい場合の給油バイパス機構33の動作について説明する。
所定の回転数NLより大きい回転数で電動機部29が駆動されると、上記同様まず副軸受14に給油される。このとき、図4に示すようにリード弁30には、ポンプ圧による荷重Fo=(バイパス路8dの出口に作用する油圧)×(バイパス路8dの出口面積)と、リード弁30本体が主軸8とともに回転することによってリード弁30に均等に作用する遠心力による荷重Fcとが、バイパス路8dの出口を開く方向(半径方向外側)に作用する。リード弁30には上記の通り予荷重Fpが作用しているが、回転数NLより大きい回転数では(Fo+Fc)>Fpとなってリード弁30が開き、バイパス路8dから油が主軸8の外部へ排出される。
したがって、図5に示すように回転数NLより大きい回転数ではバイパスしないときに比べて密閉容器上19への給油量が制限される。
なお、密閉容器上19に汲み上げられた油の動作については上記と同様であるため、説明を省略する。
上記の通り、圧縮室23に取り込まれた油は、回転式圧縮機100の冷媒漏れを低減する効果がある。低回転数運転ほど冷媒循環量に対する隙間からの冷媒漏れ流量の比率が大きく、油シール効果による効率向上が顕著となる。
回転式圧縮機100の外部へ排出された油は、冷凍サイクル装置内に設けられる熱交換器の性能を悪化させる要因となる。ここで、低回転数運転ほど密閉容器20内の油分離効率が高く、冷媒循環量に対して回転式圧縮機100の外部へ排出される油量が少ないのに対し、高回転数運転になると密閉容器20内の油分離効率が低下し、冷媒循環量に対して回転式圧縮機100の外部へ排出される油量が増大する。
したがって、冷凍サイクル装置の高効率化の観点から、油による冷媒漏れ低減効果が高い低回転数域では、上部への給油量を制限せずにオイルポンプ15から100%の給油量を確保し、冷媒漏れ低減効果が低く回転式圧縮機100の外部への油流出量が増大する高回転数域では、過剰な油が圧縮室23へ取り込まれないようオイルポンプ15から上部への給油量を制限することが望ましい。
図6は、本発明の実施の形態2に係る回転式圧縮機200の給油バイパス機構63の拡大断面図である。
なお、給油バイパス機構63以外の構成は実施の形態1と同様であり、実施の形態1と異なる部分のみ説明する。
図6に示すように実施の形態2の給油バイパス機構63では、着座面68fを主軸8の外周面に軸方向に対して平行に形成し、締結面68eを、主軸8の軸方向に対して(着座面68fに対して)リード弁30が所定のたわみ量δとなるように、着座面68fとは反対側の方向に向かうにつれて半径方向外側への突出量が多くなる傾斜形状に形成している。実施の形態2によれば、締結面68eから主軸8の中心までの距離を大きく取れるため、実施の形態1と比べ、締結手段であるネジ32の有効長さ、すなわちネジ溝のピッチ数も増やすことが可能となる。そのため、ネジ32による締結力を向上できるという効果がある。
図7は、本発明の実施の形態3に係る回転式圧縮機300の給油バイパス機構73の拡大断面図である。なお、給油バイパス機構73以外の構成は実施の形態1と同様であり、実施の形態1と異なる部分のみ説明する。
図7に示すように実施の形態3の給油バイパス機構73では、締結面78eと着座面78fをともに、主軸8の上下方向に対して傾斜させている。詳しくは、締結面78eを主軸8の軸方向に対してリード弁30が所定のたわみ量δ/2となるように、着座面78fとは反対側の方向に向かうにつれて半径方向外側への突出量が多くなる傾斜形状に形成し、着座面78fを主軸8の軸方向に対してリード弁30が所定のたわみ量δ/2となるように、締結面78eとは反対側の方向に向かうにつれて半径方向外側への突出量が多くなる傾斜形状に形成している。
実施の形態1および実施の形態2では、着座面8fおよび締結面68eのいずれか一方をリード弁30がたわみ量δとなるように傾斜させているので、主軸8の外周面を少なくともたわみ量δ分だけ切り欠く必要があった。
しかし、実施の形態3では、締結面78eおよび着座面78fの両方でリード弁30のたわみ量をとれるので、主軸8の外周面の切り欠き量を最大δ/2分だけ小さくでき、実施の形態1および実施の形態2よりも主軸8の剛性を向上できるという効果がある。
図8は、本発明の実施の形態4に係る回転式圧縮機400の断面図、図9は、図8のA−A断面の矢視図である。なお、給油バイパス機構74以外の構成は実施の形態1と同様であり、実施の形態1と異なる部分のみ説明する。
本実施の形態4に係る給油バイパス機構74では、図8および図9に示すようにリード弁30と主軸8との間にリング状のリード弁ホルダ50を設け、リード弁ホルダ50の下端面に締結面50eと着座面50fとを形成し、締結面50eにはリード弁30をネジ32で締結している。
なお、リード弁ホルダ50の形状は回転時にアンバランスによる荷重が作用しないよう軸対称形状としている。
また、リード弁ホルダ50は本発明の「ホルダ」に相当する。
所定の回転数以下の場合では、着座面50fに作用するリード弁30のたわみによる予荷重(プリロード)によって、着座面50f内のバイパス路50dの出口は閉じられる。
所定の回転数より大きい場合では、(リード弁30のたわみにより着座面50fに作用する予荷重)<(オイルポンプ15のポンプ圧による荷重)となって、リード弁30が開き、バイパス路50dから油が主軸8の外部へ排出される。
図10は、本発明の実施の形態5に係る回転式圧縮機500の断面図、図11は、図10のB−B断面の矢視図である。なお、給油バイパス機構75以外の構成は実施の形態4と同様であり、実施の形態4と異なる部分のみ説明する。
実施の形態4ではリード弁30をリード弁ホルダ50の下端面に設けていたのに対し、本実施の形態5に係る給油バイパス機構75では、図10および図11に示すようにリード弁30をリード弁ホルダ51の外周側面に設ける。詳細には、リング状のリード弁ホルダ51の外周をカットして、主軸8の軸方向に対して平行な平坦面を形成し、その平坦面に締結面51eと着座面51fとを形成している。なお、リード弁ホルダ51の外形状は、回転時にアンバランスによる荷重が軸に作用しないよう軸対称形状としている。
さらに、本実施の形態5においては、リード弁ホルダ51の外側にバランサ12までを包含する円筒状のホルダカバー80を装着している。
なお、リード弁ホルダ51は本発明の「ホルダ」に相当し、ホルダカバー80は本発明の「カバー」に相当する。
すなわち、給油バイパス機構75が上方にコンパクトに収まるので、油面がサブフレーム13よりも高くなった場合にも給油バイパス機構75によって油面が撹拌されず、油が巻き上げられるのを防止できる。
さらに、給油バイパス機構75を円筒状のホルダカバー80で覆ったことにより、容器内に浮遊、落下する油が給油バイパス機構75によって撹拌、微粒化されるのを抑制でき、油上りを低減できる効果がある。
Claims (5)
- 底部に油が溜められる密閉容器と、
渦巻部を有する固定スクロールと、
渦巻部を有し、前記固定スクロールの渦巻部と組み合わされて冷媒を圧縮する圧縮室を形成する揺動スクロールと、
前記密閉容器の底部に溜められた油を汲み上げるオイルポンプと、
前記オイルポンプに汲み上げられた油が通過する給油路と、前記給油路から分岐して出口から外部へ油を排出するバイパス路と、が内部に形成された主軸と、
前記主軸を介して前記揺動スクロールを駆動させる電動機部と、
前記主軸の外周に設けられ、前記バイパス路と外部とを連通するホルダ側バイパス路を有するリング状のホルダと、
たわむ素材で形成され、前記ホルダ側バイパス路の出口を開閉するリード弁と、を備え、
前記ホルダには、
前記リード弁が締結手段で締結される締結面と、
前記ホルダ側バイパス路の出口を面内に有し、前記リード弁が接触する着座面と、が形成されており、
前記締結面および前記着座面のうち少なくとも一方は前記リード弁をたわませるための傾斜形状を有し、
前記リード弁のたわみによる予荷重が前記着座面に作用し、前記ホルダ側バイパス路の出口が閉じられ、
前記ホルダの外周側面に前記主軸の軸方向に対して平行な平坦面が形成され、前記平坦面に前記着座面と前記締結面とが形成され、
前記ホルダを覆う円筒状のカバーを設けた
回転式圧縮機。 - 前記電動機部が所定の回転数以下の場合では、
前記リード弁がたわむことにより前記着座面に作用する予荷重が、前記オイルポンプのポンプ圧による荷重に、前記電動機部の回転により前記リード弁に作用する遠心力を加えた値以上となるため、前記ホルダ側バイパス路の出口が閉じられ、
前記電動機部が所定の回転数より大きい場合では、
前記リード弁がたわむことにより前記着座面に作用する予荷重が、前記オイルポンプのポンプ圧による荷重に、前記電動機部の回転により前記リード弁に作用する遠心力を加えた値未満となるため、前記ホルダ側バイパス路の出口が開かれる
請求項1に記載の回転式圧縮機。 - 底部に油が溜められる密閉容器と、
渦巻部を有する固定スクロールと、
渦巻部を有し、前記固定スクロールの渦巻部と組み合わされて冷媒を圧縮する圧縮室を形成する揺動スクロールと、
前記密閉容器の底部に溜められた油を汲み上げるオイルポンプと、
前記オイルポンプに汲み上げられた油が通過する給油路と、前記給油路から分岐して出口から外部へ油を排出するバイパス路と、が内部に形成された主軸と、
前記主軸を介して前記揺動スクロールを駆動させる電動機部と、
前記主軸の外周に設けられ、前記バイパス路と外部とを連通するホルダ側バイパス路を有するリング状のホルダと、
たわむ素材で形成され、前記ホルダ側バイパス路の出口を開閉するリード弁と、を備え、
前記ホルダには、
前記リード弁が締結手段で締結される締結面と、
前記ホルダ側バイパス路の出口を面内に有し、前記リード弁が接触する着座面と、が形成されており、
前記締結面および前記着座面のうち少なくとも一方は前記リード弁をたわませるための傾斜形状を有し、
前記リード弁のたわみによる予荷重が前記着座面に作用し、前記ホルダ側バイパス路の出口が閉じられ、
前記着座面と前記締結面とは、回転する前記ホルダの上端面あるいは下端面に形成されており、
前記リード弁は、前記主軸の軸方向に開閉するように設けられている
回転式圧縮機。 - 前記電動機部が所定の回転数以下の場合では、
前記リード弁がたわむことにより前記着座面に作用する予荷重が、前記オイルポンプのポンプ圧による荷重以上となるため、前記ホルダ側バイパス路の出口が閉じられ、
前記電動機部が所定の回転数より大きい場合では、
前記リード弁がたわむことにより前記着座面に作用する予荷重が、前記オイルポンプのポンプ圧による荷重より小さくなるため、前記ホルダ側バイパス路の出口が開かれる
請求項3に記載の回転式圧縮機。 - 前記ホルダは、前記揺動スクロールの揺動運動が前記主軸の回転中心に対してアンバランスであることを相殺するためのバランサである
請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転式圧縮機。
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