JP6437294B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は冷凍、冷蔵機器や空調機器等に使用される圧縮機に係り、特に、冷媒ガスと油が混合された作動ガスを圧縮するスクロール圧縮機に関するものである。

スクロール圧縮機は、台板に渦巻状のラップを立設する固定スクロールと台板に渦巻状のラップを立設する旋回スクロールとを有する。スクロール圧縮機は、両スクロールのラップを噛み合わせて対向させて配置し、旋回スクロールを旋回させて互いのラップ間に形成される複数の圧縮室の容積を順次縮小させることにより、冷媒ガスと油が混合された作動ガスを圧縮するものである。この種のスクロール圧縮機は良く知られている構造である。

ところで、従来の冷凍、冷蔵用機器や空調用機器に使用されるスクロール圧縮機においては、作動ガス中の油の一部が吐出管から排出されるいわゆる油上りの問題がある。この現象により、吐出管から排出される油上り量が多い場合には、熱交換器の熱交換効率を低下させる。また、油上りが続くと圧縮機内の潤滑油不足が生じ、ついには潤滑性が低下する可能性もある。そこで、圧縮機構部から吐出された作動流体を吐出管に導く前に油分離を行い、油分が少ない作動ガスを吐出管から吐出させる構造が提案されている。

例えば、特開２００５−１６３６３７号公報（特許文献１）には、作動ガスが圧縮機構部、フレーム外周通路、ガイド、固定子外周通路を通過する構造を備え、且つフレーム外周通路と固定子外周通路とガイドが、密閉容器内径の周方向に対して同じ位置に配置されている。そして、フレーム外周通路を通過した作動ガスをガイドで周方向へ方向転換させる構造となっている。この構造だと、ガイドで周方向に方向転換させた作動ガスに遠心分離効果を引き起すことにより油分離を行い、分離した油を固定子外周通路に通過させ、固定子の下部にある油溜り部へ戻している。しかしながら、油の一部は固定子外周部より固定子コイルエンド部の隙間を流れて回転子部へ到達する。その結果、回転子の遠心力によって油が再び作動ガス中に飛散してしまう虞がある。

そこで、特開２０１２−６７６７６号公報（引用文献２）では、密閉容器内に固定スクロールとフレームとを備え、それらの間にモータによって駆動される回転軸により旋回する旋回スクロールを備えた、冷媒ガス圧縮用のスクロール圧縮機において、フレームは、フレーム外周通路を有し、モータの固定子は、フレーム外周通路からの冷媒ガス流に対向する固定子端面を有するとともに、フレーム外周通路とは周方向に対して異なる位置に固定子外周通路を有する構成が記載されている。

この構造によれば、フレーム外周通路を通過した作動ガスが固定子端部に衝突し油分離するようになる。油分離後の作動ガスは、固定子外周の仕切り板と密閉容器の内径で構成される空間を流れながら、遠心分離効果によって更に油が分離される。そして、固定子端部の反対側に位置する吐出管に到達し外部に排出される。一方で分離した油は、固定子外周通路を通過して圧縮機底部の油溜りに戻る。このように、分離した油が回転子部に流れて作動ガス中に飛散することを防止した構造であるため、高い油分離効率を得ることができると述べている。

特開２００５−１６３６３７号公報 特開２０１２− ６７６７６号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載されているスクロール圧縮機の構成においては、圧縮機構部の吐出口から吐出された油と冷媒ガスが混合された作動ガスは、圧縮機構部の上部空間で上側に向けて噴出して密閉容器の上側内壁と衝突し、この衝突作用によって油と冷媒ガスが分離されるものである。ここで、油と冷媒ガスが混合した作動ガスは、圧縮機構部の上部空間で上側に向けて噴出して密閉容器の上側内壁と衝突するので、上側内壁の下側の空間に油が飛散して油の浮遊する量が多くなる。

このため、油が分離された冷媒ガスが電動機と圧縮機構部の間に形成された空間に導かれる際に、浮遊している油と再び混合されるので圧縮機のオイルレート（＝冷凍サイクルを流れる冷媒ガスと油の重量比率）の低減を阻害するようになる。したがって、オイルレートの低減が効率良くできないという課題があった。

本発明の目的は、オイルレートの低減を効率よく行うことができる新規なスクロール圧縮機を提供することにある。

本発明の特徴は、油と冷媒ガスが混合された作動ガスが通過する吐出通路の出口が、圧縮機構部の上部空間を形成する密閉容器の半径方向の内周壁に向かって所定距離を維持するように開口すると共に、吐出通路の出口の延長線上に、分離された油を電動機と圧縮機構部の間の空間、或いは油溜りに導く油導出通路を設けた、ところにある。

本発明によれば、作動ガスが半径方向に噴出して密閉容器の内周壁に衝突して油が分離され、この油が油導出通路から素早く円滑に排出されるので、冷媒ガスに分離した油が再混合される割合が減少して油分離効率を向上させ、オイルレートの低減を図ることができるものである。

本発明の第１の実施形態になるスクロール圧縮機の断面を示す断面図である。 図１に示すスクロール圧縮機の圧縮機構部を拡大した拡大断面図である。 図１に示すスクロール圧縮機の密閉容器を構成する上部密閉カップを取り外して上面から見た上面図である。 本発明の第２の実施形態になるスクロール圧縮機の圧縮機構部を拡大した拡大断面図である。

本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

次に、本発明の第１の実施形態になるスクロール圧縮機の構成を図１乃至及び図３を用いて詳細に説明する。図１はスクロール圧縮機の縦断面図であり、図２は圧縮機構部の拡大断面図であり、図３は上部密閉カップを取り外して上面から見た上面図である。

密閉容器７は、上部密閉カップ７Ａと、中空円筒状の中央密閉胴部７Ｂと、下部密閉カップ７ｃとから構成され、これらはその接合端面で溶接されて気密及び液密に構成されている。上部密閉カップ７Ａの空間には圧縮機構部１２０が配置され、中央密閉胴部７Ｂの空間には、上側に圧縮機後部１２０を構成するフレーム４が配置されると共に、下側に電動機部６が配置されている。下部密閉カップ７ｃの空間には油溜め７０３が配置されている。したがって、密閉容器７内は、圧縮機構部１２０より上の上部空間７０４と、圧縮機構部１２０と電動機部６との間の中央空間７０５と、電動機部６より下の下部空間７０６との三つの空間に分割される。

圧縮機構部１２０は、台板１０１に渦巻き状のラップ１０２を直立した固定スクロール１と、台板２０１に渦巻き状のラップ２０２を直立した旋回スクロール２を、ラップ１０２、２０２を互いに噛み合わせて圧縮機構が形成され、固定スクロール１には吸入口１０３、吐出口１０４が設けられている。固定スクロール１はフレーム４にボルト４０４により締結されている。吸入口１０３は吸入管７０２と接続されており、吸入管７０２は上部密閉カップ７Ａを貫通して外部に引き出されている。

電動機部６は、中央密閉胴部７Ｂに固定されたステータ６０１と、駆動軸３に圧入等の手段によって締結されたロータ６０２より構成されている。この電動機部６はインバータによって制御され、回転速度が調節可能になっている。駆動軸３は上方先端にクランクピン３０１を備え、このクランクピン３０１が旋回スクロール２の台板２０１の下方に突設したボス２０３に挿入されている。

ボス２０３内には旋回軸受２１０が設けられており、クランクピン３０１と摺動する構造となっている。駆動軸３は、電動機６の上部に備えた主軸受４０１及び電動機下部に備えた副軸受８に支持されており、駆動軸３の下端部には給油ポンプ９が取り付けられている。給油ポンプ９は、ポンプ下端から油溜め７０３の油を吸い込み、駆動軸３内に形成されている油通路３０２へ油を給送する機能を備えている。このため、給油ポンプ９と油通路３０２は連通する構造となっている。

油通路３０２に供給された油は、副軸受８、旋回軸受２１０を経由して主軸受４０１に供給されて摺動部を潤滑する。尚、油通路３０２に供給された油は旋回スクロール２と固定スクロール１との摺動部にも供給される。

密閉容器７の中央密閉胴部７Ｂの内周壁に密着、固定されているフレーム４には、主軸受４０１が嵌合されており、主軸受４０１はスラスト受け部材４０３によって覆われている。スラスト受け部材４０３は主軸受４０１の下から押えるようにフレーム４に取付けられている。

フレーム４の下部の主軸受４０１には、給油ポンプ９により駆動軸３内部の油通路３０２を通った油が主軸受４０１に供給された後に油溜め７０３に戻るための排油パイプ４０２がフレーム４に取り付けられている。また、中央空間７０５は圧縮された作動ガスが流れ込んで外部に吐出するため、中央密閉胴部７Ｂを貫通する吐出管７０１が取り付けられて外部に引き出されている。

電動機部６の回転により駆動軸３のクランクピン３０１が偏心回転すると、旋回スクロール２は背面に位置するオルダム継手５の自転防止機構により固定スクロール１に対し自転せずに旋回運動を行う。その旋回運動により生じる不釣り合い力を打ち消すため、駆動軸３には主軸受４０１と電動機部６の間にバランスウエイト３０３が固定され、駆動軸３に締結されているロータ６０２の下部にはロータバランスウエイト３０４が固定されている。副軸受８は、圧縮機構部１２０に対し電動機部６を挟んだ反対側に位置しており、ハウジング８０１に副軸受８を備えた構造となっている。副軸受８は下フレーム８０２を介して密閉容器７に固定されている。

そして、冷媒ガスは吸入管７０２より固定スクロール１の吸入口１０３より圧縮機構部１２０へ流入する。流入した冷媒ガスは圧縮行程を経て、旋回スクロール２と固定スクロール１との摺動部に供給された油と供に固定スクロール１の吐出口１０４を通過する。吐出口を通過した冷媒ガスと油は、フレーム４と密閉容器７の間に形成された図示しないガス流通路を通過し、上部空間７０４から中央空間７０５に導かれ、その後、吐出管７０１から吐出される。このようなスクロール圧縮機の構成は良く知られているので、これ以上の説明は省略する。

ところで、上述したように、従来のスクロール圧縮機の構成においては、圧縮機構部の吐出口から吐出された作動ガスは、圧縮機構部の上部空間で上側に向けて噴出して密閉容器の上側内壁と衝突し、この衝突作用によって油と冷媒ガスが分離される。しかしながら、油と冷媒ガスが混合された作動ガスは、圧縮機構部の上部空間で上側に向けて噴出して密閉容器の上側内壁と衝突するので、上側内壁の下側の空間に油が飛散して、油の浮遊する量が多くなる。このため、分離された冷媒ガスが電動機を配置した駆動部空間に導かれる際に、浮遊している油と再び混合されるので圧縮機のオイルレートを低減するのが困難となっている。

そこで、本実施例においては次に述べるような構成を提案するものである。以下この構成を図１乃至図３に基づき説明する。

まず、図１において、固定スクロール１の台板１０１には半径方向に延びる吐出通路１０５が形成されている。この吐出通路１０５は固定スクロール１の台板１０１にドリル等の穿孔工具によって形成している。そして、吐出通路１０５は吐出口１０４と接続されており、吐出口１０４から吐出されてくる、高圧の油と冷媒ガスが混合した作動ガスが流入してくるものである。この流入してきた作動ガスは半径方向に延びた吐出通路１０５を移動して、吐出通路１０５の出口１０６から半径方向に噴出される。

吐出通路１０５の延長線は密閉容器７（ここでは、上部密閉カップ７Ａ）の内周壁７１と略直交する関係に決められており、出口１０６から噴出した作動ガスは密閉容器７の内周壁７１に略直角に衝突することになる。衝突によって作動ガスから分離した油は内周壁７１と固定スクロール１の台板１０１、及びフレーム４との間に形成した第１油導出通路７０１ａを通って中央空間７０５に至り、更に中央密閉胴部７Ｂに取り付けた通路案内枠７２０と中央密閉胴部７Ｂの内周壁との間に形成した第２油導出通路７２１を通ってステータ６０１の上部に至る。

更にステータ６０１と中央密閉胴部７Ｂの内周壁との間に形成した第３油導出通路７３０を通って下部空間７０６に至り、最終的には油溜め７０３に戻されるようになる。上述した説明からわかるように、第１油導出通路７０１ａ、第２油導出通路７２１及び第３油導出通路７３０は実質的に軸線方向で同一線上に配置されており、分離された油が重力によって円滑に油溜り７０３に戻るように構成されている。

尚、本実施例では、製造上の都合から第２油導出通路７２１と第３油導出通路７３０とは中央空間７０５で分断されているが、第２油導出通路７２１と第３油導出通路７３０を連続して形成することも可能である。このようにすれば、油を直接的に油溜り７０３に導くことができ、中央空間７０５で油が作動ガスに混合する恐れを少なくできる。

以上が大まかな構成であるが、次に図２及び図３を用いてより詳細な構成とその動作について説明する。

図２、図３において、上部密閉カップ７Ａによって形成される上部空間７０４には圧縮機構部１２０を構成する固定スクロール１が収納されている。固定スクロール１には吐出口１０４と接続された吐出通路１０５が形成されており、この吐出通路１０５は半径方向で外側に延びている。この吐出通路１０５の出口１０６は上部密閉カップ７Ａの内周壁７１と向き合うように対向して開口している。

内周壁７１の壁面と吐出通路１０５の延長線は略直交する位置関係に設定されており、出口１０６から噴出した作動ガスは内周壁７１の壁面と略直角に衝突することになる。更に、出口１０６と内周壁７１の壁面までの所定距離Ｄは、作動ガスが衝突して油が有効に分離できる長さに維持されており、例えば、作動ガスの吐出速度に対応して適切に決められている。

吐出速度が遅い場合では、作動ガスの油が分離する前に作動ガスが上部空間７０４に拡散する恐れがあるので、所定距離Ｄは短く設定されている。吐出速度が速い場合では、作動ガスが勢いよく内周壁７１の壁面に衝突するので油が飛び散って上部空間７０４に拡散する恐れがあるので、所定距離Ｄは長く設定されるものである。尚、所定距離Ｄを長く取らねばならない場合は、吐出通路１０５の出口１０６の壁面１０６ａを切り欠くことで、所定距離Ｄを確保できるようになる。

吐出通路１０５の出口１０６と内周壁７１が対向する対向空間領域Ｓの下側には第１油導出通路７１０ａが開口している。この第１油導出通路７１０ａは対向空間領域Ｓで分離された油を排出する機能を備えている。第１油導出通路７１０ａは図３にあるように、吐出通路１０５の延長線上に位置して駆動軸３の軸線方向で中央空間７０５側（下側）に延びている。

そして、第１油導出通路７１０ａは、台板１０１、フレーム４と中央密閉胴部７Ｂとの間に形成されており、対向空間領域Ｓと中央空間７０５を連通するものである。本実施例では、台板１０１とフレーム４の外周壁に、駆動軸３の軸線に沿って形成されている。

更に図３にあるように、台板１０１、フレーム４と中央密閉胴部７Ｂとの間にはガス通流路７１０が形成されており、上部空間７０４と中央空間７０５を連通している。このガス流通路７１０は上部空間７０４の圧縮された作動ガスを中央空間７０５に吐出し、更に吐出管７０１から外部に吐出する機能を備えている。本実施例では、台板１０１とフレーム４の外周壁に駆動軸３の軸線に沿って形成されている。

図３にあるように、ガス流通路７１０は本実施例では２つ設けられており、流通断面積は、第１油導出通路７１０ａの流通断面積より大きく設定されている。このようにガス流通路７１０の流通断面積を大きくしたことにより、油が分離した作動ガスは優先的にガス流通路を通りようになる。このため、作動ガスが第１油導出通路７１０ａに向かって油を取り込む恐れを少なくできるようになる。

また、ガス流通路７１０は、図３にある通り第１油導出通路７１０ａに対して反対側の領域に配置されている。つまり、第１油導出通路７１０ａを起点として９０°〜２７０°の範囲に配置されている。このように、第１油導出通路７１０ａに対して反対側の領域に配置することで、対向空間領域Ｓで分離された油がガス流通路７１０に到達するのをできるだけ少なくなるようにしている。

以上のような構成において、吐出通路１０５の出口１０６から噴出した作動ガスは、上部密閉カップ７Ａの内周壁７１と衝突して冷媒ガスと油が分離される。そして、油は冷媒ガスに対して比重が大きいため、上部密閉カップ７Ａの内周壁７１と衝突し分離された油は自重により第１油導出通路７１０ａに向かって移動する。その後、図１に示すように第２油導出通路７２１及び第３油導出通路７３０を通って油溜り７０３に戻ることになる。

また、密閉容器内壁７１に衝突して油が分離された後の冷媒ガスは上部空間７０４に拡散し、ガス流通路７１０を通過して中央空間７０５へ導かれる。このとき、ガス流通路７１０の断面積が第１油導出通路７１０aの断面積より大きいので、油が分離した冷媒ガスはガス流通路７１０側に優先的に流れて中央空間７０５へ導かれる。冷媒ガスは中央空間７０５及び電動機部６の周囲を循環して冷却し、その後に中央密閉胴部７Ｂに取付けられている吐出管７０１から外部へ吐出される。

このように、圧縮機構部１２０から吐出された作動ガスが、半径方向に噴出して内周壁に衝突して油が分離され、再び作動ガスと混合される前に分離した油を油溜り７０３へと戻すことができる。

本実施例によれば、分離された油は密閉容器の上側内壁の下側に飛散せず、作動ガスが半径方向に噴出して内周壁に衝突して油が分離され、この油が円滑に油導出通路から油溜りに排出されるので、冷媒ガスが分離した油と再混合される割合が減少して油分離効率を向上させ、オイルレートの低減を図ることができるものである。

次に、本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態は吐出通路１０５の形成方法が実施例１とは異なっている。尚、既に説明した図１乃至図３に示された同一の参照番号は同一構成部品、或いは類似機能を有する構成部品であるので説明を省略する。

図１に示した吐出通路１０５は固定スクロール１の台板１０１にドリル等の穿孔工具によって形成している。これに対して、第２の実施形態では、図４に示してあるように、圧縮機構部１２０より吐出された作動ガスが通過する吐出流路１０５を、固定スクロール１の台板１０１に形成した凹状の半径方向で外側に延びる吐出溝１０７を薄板１０８で覆うことにより形成している。更に薄板１０８は固定スクロール１にボルト１０９にて固定されている。

このような構成とすることで、固定スクロール１の台板１０１の厚さを薄くすることができるため、材料コストの増加を抑えることが可能となる。

以上に述べた通り、本発明によれば油と冷媒ガスの作動ガスの吐出通路の出口を、圧縮機構部空間を形成する円筒状の密閉容器の半径方向の内周壁に向かって所定距離を保って開口し、作動ガスの吐出通路の出口の延長線上に、分離された油を電動機と圧縮機構部の間の空間、或いは油溜りに導く油導出通路を設けた構成とした。

これによれば、分離された油は密閉容器の上側内壁の下側に飛散せず、作動ガスが半径方向の内周壁に衝突して油導出通路から排出されるので、冷媒ガスが分離した油と再混合される割合が減少して油分離効率を向上させ、オイルレートの低減を図ることができる。

尚、本発明は上記した実施例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、上記した実施例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、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例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。

１…固定スクロール、２…旋回スクロール、３…駆動軸、４…フレーム、５…オルダム継手、６…電動機部、７…密閉容器、１０１…台板、１０２…ラップ、１０３…吸入口、１０４…吐出口、１０５…吐出流路、１０７…吐出溝、１０８…薄板、１０９…ボルト、１２０…圧縮機構部、２０１…台板、２０２…ラップ、２０３…ボス、２１０…旋回軸受、３０１…クランクピン、３０２…油通路、３０３…バランスウエイト、３０４…ロータバランスウエイト、４０１…主軸受、４０２…排油パイプ、４０３…スラスト受け部材、４０４…ボルト、６０１…ステータ、６０２…ロータ、７０１…吐出管、７０２…吸入管、７０３…油溜め、７０４…上部空間、７０５…中央空間、７０６…下部空間、７１…密閉容器内壁、７１０…ガス流通路、７１０a…第１油導出通路、７２０…案内通路枠、７２１…第２油導出通路、７３０…第３油導出通路、８…副軸受、８０１…ハウジング、８０２…下フレーム、９…給油ポンプ。

Claims (6)

1. 固定スクロール、旋回スクロール及び前記固定スクロール並びに前記旋回スクロールの下方に設けられたフレームからなり油と冷媒ガスが混合された作動ガスを吸入、圧縮して吐出する圧縮機構部と、駆動軸を回転させることにより前記圧縮機構部を駆動する電動機部とを所定の距離をおいて密閉容器内に収納し、前記圧縮機構部と前記密閉容器とで形成される上部空間と前記圧縮機構部と前記電動機部とで形成される中央空間とをガス流通路で接続して、前記上部空間から前記ガス流通路を介して前記中央空間に流入する作動ガスを外部に吐出するスクロール圧縮機において、
   前記固定スクロールの吐出口と接続され作動ガスが流れる吐出通路を前記固定スクロールの台板に設け、前記吐出通路の出口が前記上部空間を形成する前記密閉容器の半径方向の内周壁に向かって所定距離を維持するように開口すると共に、前記吐出通路の前記出口の延長線上に、分離された油を前記中央空間、或いは前記電動機部と前記密閉容器で形成される下部空間に導く油導出通路を設けており、
   前記密閉容器の半径方向の内周壁の壁面と前記吐出通路の延長線が略直交し、
   前記圧縮機構部から前記電動機部の方向を見た上面視において、前記油導出通路は、前記延長線上に設けられ、しかも前記内周壁と前記台板及び前記フレームとの間に前記駆動軸の軸線に沿って形成されたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、
   前記油導出通路を流れてきた油は、前記中央空間に設けられた第２油導出通路と、前記電動機部を構成するステータと前記密閉容器との間に形成された第３油導出通路とを流れて、前記下部空間の形成された油溜りに戻されることを特徴とするスクロール圧縮機。
3. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、
   前記ガス流通路の流通断面積は、前記油導出通路の流通断面積より大きく設定されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
4. 請求項３に記載のスクロール圧縮機において、
   前記ガス流通路は２つ以上設けられており、
   前記圧縮機構部から前記電動機部の方向を見た前記上面視において、前記固定スクロールの吐出口を通って延びる前記吐出通路の延長線と、前記固定スクロールの吐出口を通って前記延長線と直交して延びる線分とで分割した時、前記延長線上に位置する前記油導出通路を起点（０°）として９０°〜２７０°の範囲に、全ての前記ガス流通路が配置されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
5. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、
   前記吐出通路は、前記固定スクロールの前記台板に穿孔工具で穿孔して形成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
6. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、
   前記吐出通路は、前記固定スクロールの前記台板に形成した凹状の半径方向で外側に延びる吐出溝と、この吐出溝を覆う薄板材とで形成されることを特徴とするスクロール圧縮機。

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