JP6762420B2 - スクリュー圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、スクリュー圧縮機に関し、特に、冷凍機油を分離する構造に関するものである。

スクリュー圧縮機においては、軸受の潤滑や圧縮熱の冷却、隙間のシールを目的として、軸受及び圧縮室に多量の冷凍機油が供給されている。この供給された冷凍機油は、圧縮された冷媒ガスと共に圧縮室から吐出部に吐き出されるため、油分離機構にて冷凍機油と冷媒ガスとを分離して、再度軸受や圧縮室に供給する必要がある。また、吐出部に吐き出された冷凍機油が圧縮機外のサイクル側へ吐き出された場合、凝縮器や蒸発器での熱交換に悪影響を及ぼし、性能低下の要因となるため、サイクル側へ吐き出される前に油分離機構にて冷媒ガスと冷凍機油とを分離して冷凍機油を回収する必要がある。

スクリュー圧縮機として、冷凍機油と冷媒ガスとを分離する油分離器を圧縮機本体と一体化したものが知られている。また、冷凍機油と冷媒ガスとを分離する方式としては、気液の密度差を利用して遠心力により冷凍機油と冷媒ガスとを分離させるサイクロン方式と呼ばれる方式がある。サイクロン方式を採用した油分離器は、二重の円筒部で形成され、遠心分離部分と、油分離部と、油貯留部とにより構成されている。遠心分離部分は、油分離を行うための遠心力を発生させる。油分離部は、遠心力によって冷凍機油と分離された冷媒ガスを旋回及び下降させ、内筒部分の内側へ旋回上昇させて圧縮機外のサイクル側へ吐き出す。油貯留部は、分離された冷凍機油を貯留する。

上記の油貯留部を油分離器の下方に設ける場合、上記油分離部と油貯留部との距離が近いと、内筒部分に旋回上昇する気流によって油貯留部の油が再飛散して圧縮機外のサイクル側へ流出してしまう。そのため、油貯留部と油分離器との間には、仕切板が取り付けられており、例えば、リング状の開口が仕切板の全周に渡り形成されている。また、特許文献１では、支柱と、支柱を固定する固定部材とを圧縮機の油分離部と一体化し、支柱に仕切板を取り付けることが提案されている。

特開２０１５−０４２８４６号公報

リング状に開口する返油口を仕切板の外周の全周に渡り設けると、分離した冷凍機油を貯留するための返油口が油貯留部の油面に対向する構成となるため、油面に浸入した旋回流によって油面が乱されやすく、油分離性能が低下してしまう。また、特許文献１のような仕切板により旋回上昇流による冷凍機油の再飛散を防止する構造では、支柱と仕切板とを取り付けるための組立作業が発生し、製造に時間やコストを要する。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、簡単な構造にて旋回流による油貯留部からの冷凍機油の再飛散を抑制し、高い油分離効率を実現させるスクリュー圧縮機を提供することを目的とする。

本発明に係るスクリュー圧縮機は、圧縮機本体部より吐出された気体及び油が流入する外筒部、及び、前記外筒部の内部に、前記外筒部と同軸上に設けられた筒状の内筒部で構成された油分離部と、前記油分離部の下に設けられた油貯留部と、前記外筒部の内周壁に設けられ、前記油分離部と前記油貯留部とを仕切る仕切板と、を備え、前記外筒部は、前記仕切板が設けられた位置に、前記外筒部の前記圧縮機本体部側の側面を貫通し、前記油貯留部に連通する第１返油孔を備え、前記仕切板は、前記第１返油孔と軸対称位置に、前記仕切板の外周側の半周のみに設けられ、前記仕切板を貫通し、前記油貯留部と前記油分離部とを連通させる第２返油孔を備え、前記仕切板が、前記外筒部と一体に形成されている。

本発明によれば、油分離部の外筒部の側面に第１返油孔を設け、第１返油孔の軸対称位置において、油分離部と油貯留部とを仕切る仕切板の半周に渡り第２返油孔を設けている。圧縮機本体部から気体と共に吐出された冷凍機油は、油分離部における旋回により気体から分離され、第１返油孔及び第２返油孔から素早く流出して油貯留部に貯留されるため、冷凍機油が油分離部に滞留することが抑制される。また、油貯留部に旋回流が浸入しにくくなり、貯留された油分離器の油面が乱されることが防止される。更に、外筒部と仕切板とが一体に成型されており、組立工程が少なく、製造及び組立コストを抑制したスクリュー圧縮機が得られる。

本発明の実施の形態に係る圧縮機の概略断面図である。 図１のＸ−Ｘ線に沿った概略断面図である。 本発明の実施の形態の変形例１に係る圧縮機の第２返油孔の概略断面図である。 本発明の実施の形態の変形例１に係る圧縮機の第２返油孔の概略断面図である。 本発明の実施の形態の変形例２に係る圧縮機の第２返油孔の概略断面図である。 本発明の実施の形態の変形例２に係る圧縮機の第２返油孔の概略断面図である。

以下、本発明に係るスクリュー圧縮機の好適な実施の形態について図を参照して説明する。なお、これらの実施の形態によって本発明が限定されることはない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係る圧縮機１の概略断面図である。図１において、二点鎖線より右側、つまり、Ａ側は、圧縮機本体部２を示し、二点鎖線より左側、つまり、Ｂ側は、圧縮機１の油分離器４を示している。本発明の実施の形態に係る圧縮機１は、例えば、シングルスクリュー圧縮機などのスクリュー圧縮機であり、油分離器４を備えたものである。

図１に示すように、圧縮機１は、圧縮機本体部２と油分離器４とを備え、圧縮機本体部２と油分離器４とが図示せぬボルトによってケーシング３に締結されている。

圧縮機本体部２の外郭を構成するケーシング３は、筒状であり、ケーシング３内にモーター５と、スクリュー軸６と、スクリューローター７と、軸受８と、が収容されている。モーターローター５ｂは、スクリュー軸６に固定され、スクリューローター７はスクリュー軸６に固定されており、スクリュー軸６はモーターローター５ｂを固定している端（図示せず）とモーターローター５ｂを固定していない他端が軸受８により回転自在に支持されている。そして、モーター５によりスクリュー軸６が回転駆動する。

スクリューローター７は、側面に一対のゲートローター９を備え、一対のゲートローター９がスクリュー軸６に対して軸対称となるように配置されている。スクリューローター７は、外周面に沿って吸入圧力側と吐出圧力側との間で摺動可能なスライドバルブ１０を備えている。スライドバルブ１０の中央部には、開口部１０ａが設けられている。

モーター５はケーシング３内に内接して固定されたステーター５ａと、ステーター５ａの内側に配置されたモーターローター５ｂとから構成されており、モーターローター５ｂがスクリュー軸６に固定され、スクリューローター７と同軸上に配置されている。

スクリューローター７は円柱状であり、外周面にはスクリューローター７の一端から他端に向かって複数の螺旋状に延びるスクリュー溝７ａが複数本形成されている。ケーシング３は、低圧の冷媒ガスで満たされる吸入圧力側と高圧の冷媒ガスで満たされる吐出圧力側とが隔てられ、スクリューローター７の一端側は冷媒ガスの吸入側となり吸入圧力側と連通し、スクリューローター７の他端側は冷媒ガスの吐出側となりスクリュー溝７ａが吐出圧力側と連通する。

ゲートローター９は、外周面に複数の歯部９ａを備えた円盤状であり、軸方向がスクリューローター７の軸方向と直交している。ゲートローター９の歯部９ａは、スクリューローター７のスクリュー溝７ａに噛み合うように配置されている。スクリュー溝７ａとゲートローター９の歯部９ａとケーシング３の内周面とスライドバルブ１０とによって囲まれた空間は、圧縮された冷媒ガスが満たされる圧縮室１１を形成する。圧縮室１１には、スクリュー軸６を支持する軸受８の潤滑、及び、及び圧縮室１１のシールのための冷凍機油が注入されている。

ケーシング３の吐出圧力側の内周面には、吐出室１２へつながる図示しない吐出口が開口している。吐出室１２は、圧縮室１１内の高圧の冷媒ガス及び冷凍機油が吐出され、満たされる空間である。圧縮室１１からスライドバルブ１０に開口した開口部１０ａと吐出口とを介して吐出された高圧の冷媒ガス及び冷凍機油は、吐出室１２により油分離器４へと導出される。

油分離器４は、圧縮機本体部２のケーシング３に、ボルトによって締結されており、例えば、サイクロン方式により圧縮機本体部２から吐出された気体である冷媒ガスと冷凍機油とを分離するものである。油分離器４は、油分離部１６、油貯留部１９、及び、仕切板１７により構成されている。

油分離部１６は、外筒部１３と、外筒部１３の内部に設けられた内筒部１４と、外筒部１３及び内筒部１４の上部の開口を覆う蓋部１５とにより構成されている。外筒部１３と、内筒部１４とは、同軸上に配置され、二重円筒状に形成されている。外筒部１３は、圧縮機本体部２から吐出された冷媒ガスと冷凍機油とを流入させ、外筒部１３と内筒部１４との間で旋回させ、冷媒ガスと冷凍機油とを遠心分離する。内筒部１４は、分離され、仕切板１７で折り返した冷媒ガスを上昇させる。

油貯留部１９は、油分離部１６の下方に設けられており、冷媒ガスから分離された冷凍機油を貯留する。油貯留部１９は、油分離部１６よりも圧縮機本体部２側に突出した楕円形状などの断面を有する。

仕切板１７は、外筒部１３の内周壁から延在し、油分離部１６と油貯留部１９とを仕切っている。仕切板１７は、例えば、内筒部１４の端面の開口面と平行になるように設けられていればよい。仕切板１７は、鋳造などにより外筒部１３と一体に形成されている。

蓋部１５は、円盤形状をしており、中央に内筒部１４の内径よりも小さな径を有する穴が形成されている。この穴は、蓋部１５を貫通し、油分離器４において冷凍機油を分離させた後の冷媒ガスを圧縮機１から外部へ排出する出口部１５ａであり、出口部１５ａの下流には逆止弁１８が設けられている。逆止弁１８は、蓋部１５へ内蔵されていてもよい。

図２は、図１のＸ−Ｘ線に沿った概略断面図である。図２に示すように、外筒部１３は、第１返油孔５０を備え、仕切板１７は、第２返油孔５１を備えている。

第１返油孔５０は、外筒部１３を貫通する孔であり、第１返油孔５０の最下端が仕切板１７の上面と同じ高さ位置になるように配置されている。第１返油孔５０は、圧縮機本体部２に隣接する側面に設けられ、外筒部１３の周方向に帯状に形成されている。第１返油孔５０は、油分離部１６と、油分離部１６の下部の油貯留部１９とを連通させている。第１返油孔５０は、油分離部１６において旋回し、遠心力により外筒部１３の内周壁に飛ばされた冷凍機油、及び、仕切板１７の上に落下し、仕切板１７の上面を移動した冷凍機油を通過させる。これにより、冷凍機油が、油貯留部１９に貯留される。

第１返油孔５０の大きさは、特に限定されないが、第１返油孔５０を通過した冷凍機油が油貯留部１９に落下できる位置に形成されていればよく、例えば、外筒部１３の外周のうち、１／４の領域に形成される。また、第１返油孔５０の軸方向の幅は、特に限定されないが、油貯留部１９に旋回流を浸入させない程度の幅とすればよい。

第２返油孔５１は、仕切板１７を貫通する孔であり、第１返油孔５０に軸対称な位置において、仕切板１７の外周側の半周ほどに渡り形成されている。第２返油孔５１は、仕切板１７において、外筒部１３の内壁面に沿って設けられており、円弧状に形成されている。第２返油孔５１は、油分離部１６で分離され、落下した冷凍機油を通過させる。これにより、冷凍機油が油貯留部１９に貯留される。第２返油孔５１の幅は、特に限定されないが、油貯留部１９に旋回流を浸入させにくい、例えば、仕切板１７の半径の１／４とすればよい。第２返油孔５１の開口から旋回流が流入しにくい構成とすることで、旋回流により油貯留部１９の油面が乱されて冷凍機油が再飛散することが防止される。なお、第２返油孔５１の形成方法は、例えば、仕切板１７に鋳抜き穴を形成すればよい。

第１返油孔５０と、第２返油孔５１とは、軸対称の位置に配置され、互いに最も離れた位置に設けられる。これにより、分離され、落下した冷凍機油は、第１返油孔５０と、第２返油孔５１とのいずれか到達しやすいほうから流出することが可能となり、油分離部１６に滞留せず、素早く油貯留部１９に貯留される。

次に、本実施の形態１に係る圧縮機１における冷媒ガス及び冷凍機油の流れの過程を説明する。

スクリューローター７の吸入圧力側から吸込まれた低圧の冷媒ガスは、スクリューローター７と同軸上に固定されたモーター５の回転により、圧縮室１１で圧縮されながら、スクリューローター７の吐出圧力側へ送られる。高圧に圧縮された冷媒ガスは、圧縮室１１に注入されている冷凍機油と一緒に開口部１０ａから図示しない吐出部を経て吐出室１２へ吐出され、吐出室１２から油分離器４へと導出される。

冷媒ガス及び冷凍機油は、油分離器４に到達すると、外筒部１３の側面に開口した流入口２０より流入し、外筒部１３と内筒部１４の間の隙間を旋回しながら下降する。この際、旋回下降する冷媒ガス及び冷凍機油のうち、冷媒ガスよりも密度の高い冷凍機油が遠心力により冷凍機油が冷媒ガスから分離される。

分離された冷凍機油のうち、遠心力により飛ばされた冷凍機油は、外筒部１３の内周壁にぶつかり、内周壁に沿って重力により落下する。そして、第１返油孔５０又は第２返油孔５１のいずれか又は双方を通過して油貯留部１９に溜められる。

また、仕切板１７の上面に落下した冷凍機油は、遠心力により仕切板１７の上面を半径方向に移動し、互いに軸対称の位置に配置された第１返油孔５０又は第２返油孔５１のいずれか到達したほうを通過して、油貯留部１９に溜められる。更に、仕切板１７の半周に渡って開口する第２返油孔５１の上方に落下した冷凍機油は、第２返油孔５１を通過し、直接油貯留部１９に到達する。

そして、油貯留部１９へ溜められた冷凍機油は、ケーシング３内に設けられた図示しない経路を通って圧縮室１１や軸受８へ供給される。油分離部１６を下降する間に冷凍機油から分離された冷媒ガスは、仕切板１７を折り返し、旋回しながら上昇して内筒部１４内部へ流入する。そして、内筒部１４内側を経由し、蓋部１５の出口部１５ａから逆止弁１８を通過して、サイクル側に流出されて循環する。

従来の油分離部のように、仕切板１７の外周部の全周に渡ってリング状の開口を設けた場合、油面上部に配置された仕切板１７の開口から油貯留部１９に旋回する冷媒ガスが浸入し、油面が気流によって乱されて、油が再飛散してしまう。仕切板１７上に開口を設けない場合、油貯留部１９の油面は乱されないが、第１返油孔５０からのみ油が流出することになる。そうすると、第１返油孔５０の軸対称位置の分離された冷凍機油が、仕切板１７の中心部を通過して第１返油孔５０へ流れることとなり、通過途中で旋回上昇流によって巻き上げられて再飛散してしまう。どちらの場合にも、分離された冷凍機油が再飛散して冷媒ガスと混ざり、冷凍サイクルを循環する冷媒に冷凍機油が混入されてしまう。

本実施の形態では、仕切板１７の半周に渡り第２返油孔５１を形成しており、旋回流が油貯留部１９に浸入しにくく、貯留された冷凍機油の油面が乱されにくく、油貯留部１９の冷凍機油の再飛散が抑制される。また、第２返油孔５１が第１返油孔５０と軸対称の位置の仕切板１７に設けられていることにより、仕切板１７の上に落下した冷凍機油が仕切板１７を移動する距離が短縮され、仕切板１７を移動する冷凍機油の再飛散も抑制される。

仕切板１７を外筒部１３と一体化して形成し、外筒部１３に設けた第１返油孔５０と、仕切板１７に設けた第２返油孔５１とから冷凍機油を流出させることにより、冷凍機油の再飛散を抑制しつつ、製造コストが低減された圧縮機１が実現できる。

＜変形例１＞
図３は、本実施の形態の変形例１に係る圧縮機１の第２返油孔５１ａの概略断面図である。図４は、本実施の形態の変形例１に係る圧縮機１の第２返油孔５１ｂの概略断面図である。変形例１に係る圧縮機１は、第１返油孔５０と軸対称の位置に設けられた第２返油孔５１ａ、５１ｂをそれぞれ複数備えている。

図３に示すように、変形例１に係る圧縮機１は、仕切板１７において、２つの円弧状の孔である第２返油孔５１ａが仕切板１７の半周に渡る領域に配置されている。また、図４に示すように、変形例１に係る圧縮機１は、仕切板１７において、３つの円弧状の孔である第２返油孔５１ｂが仕切板１７の半周に渡る領域に配置されている。

第２返油孔５１ａ、５１ｂは、例えば、機械加工、又は、鋳型により形成されるが、鋳型で形成することで製造コストが抑制される。

仕切板１７に複数形成された第２返油孔５１ａ、５１ｂにより、冷凍機油を通過させる開口面積を確保される。また、複数の第２返油孔５１ａ、５１ｂの間を区切る仕切板１７により、旋回流の浸入が抑制されると共に旋回流が整流され、旋回流の油貯留部１９への浸入により油貯留部１９の油面が乱されることが防止される。従って、油の再飛散が抑制され、より高い油分離性能を有する圧縮機１が得られる。

＜変形例２＞
図５及び図６は、本実施の形態の変形例２に係る圧縮機１の第２返油孔５１ｃの概略断面図である。図５に示すように、変形例２に係る圧縮機１は、第１返油孔５０と軸対称の位置に設けられた複数の第２返油孔５１ｃを備え、それぞれの第２返油孔５１ｃが円形に形成されている。また、図６に示すように、変形例２に係る圧縮機１は、複数の第２返油孔５１ｃを備え、それぞれの第２返油孔５１ｃが楕円形状に形成されている。

複数の第２返油孔５１ｃは、仕切板１７の外周に沿うように、仕切板１７の半周に渡る領域に配置されている。それぞれの第２返油孔５１ｃは、例えば、円形、又は、楕円形状に形成されている。この場合にも、それぞれの第２返油孔５１ｃの間の仕切が旋回流の浸入が抑制される。これにより、旋回流が油貯留部１９へ浸入しにくくなり、油貯留部１９の油面が乱されにくく、油の再飛散が抑制された圧縮機１が得られる。

なお、第２返油孔５１ｃの形成方法についても限定されず、例えば、機械加工、又は、鋳型により形成すればよい。また、変形例２では、第２返油孔５１ｃが円形の場合を説明しているが、形状は限定されず、仕切板１７の外周に沿って半周に渡り設けられていればよい。

以上説明した、本実施の形態に係る圧縮機１によれば、第１返油孔５０を油分離部１６の外筒部１３の側面に設け、第２返油孔５１を第１返油孔５０の軸対称位置において仕切板１７の半周に渡り設けている。外筒部１３を旋回し、分離された冷凍機油は、第１返油孔５０、第２返油孔５１のうち、到達しやすいほうを通過し、油貯留部１９に貯留される。これにより、冷凍機油を素早く回収しながら、油貯留部１９への旋回流の浸入を抑制できる。このため、分離された冷凍機油が再度飛散し、冷媒と交じることが抑制さて、油分離性能の高い圧縮機１が得られる。更に、仕切板１７と、外筒部１３は、一体に形成されるため、組立作業が容易となり、圧縮機１の製造及び組立コストを低減できる。

また、外筒部１３と、油貯留部１９と、仕切板１７とを鋳造により一体に形成することで、部品点数と組立工程とが少なくなり、製造及び組立コストを低減できる。

また、第２返油孔５１を鋳抜き孔で形成することで、製造及び組立コストを低減できる。

また、第２返油孔５１は、扇状に形成され、旋回流が油貯留部１９に浸入することが抑制される。

また、第２返油孔５１を複数の円形状に形成することで、返油孔の開口面積を拡大又は確保しつつ、仕切板１７により旋回流が油貯留部１９に浸入することを抑制でき、油が再飛散した場合にも油分離部１６へ油が流入することも阻止される。

また、第２返油孔５１を複数の楕円状に形成した場合にも、返油孔の開口面積を拡大又は確保しつつ、仕切板１７により旋回流が油貯留部１９に浸入することを抑制できる上に、油が再飛散した場合にも油分離部１６へ油が流入することが阻止される。

また、第２返油孔５１を仕切板１７の半周に、複数に分割して設けることで、仕切板１７により旋回流が油貯留部１９に浸入することを抑制できる。また、返油の開口面積を拡大又は確保することができる。

また、第２返油孔５１が外筒部１３の内周壁に沿って円弧状に形成されることで、返油の開口面積を拡大又は確保できる。更に、仕切板１７により旋回流が油貯留部１９に浸入することを抑制でき、油が再飛散した場合にも油分離部１６への流入を阻止しやすい。

１ 圧縮機、２ 圧縮機本体部、３ ケーシング、４ 油分離器、５ モーター、５ａ ステーター、５ｂ モーターローター、６ スクリュー軸、７ スクリューローター、７ａ スクリュー溝、８ 軸受、９ ゲートローター、９ａ 歯部、１０ スライドバルブ、１０ａ 開口部、１１ 圧縮室、１２ 吐出室、１３ 外筒部、１４ 内筒部、１５ 蓋部、１５ａ 出口部、１６ 油分離部、１７ 仕切板、１８ 逆止弁、１９ 油貯留部、２０ 流入口、５０ 第１返油孔、５１、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ 第２返油孔。

Claims (7)

1. 圧縮機本体部より吐出された気体及び油が流入する外筒部、及び、前記外筒部の内部に、前記外筒部と同軸上に設けられた筒状の内筒部で構成された油分離部と、
   前記油分離部の下に設けられた油貯留部と、
   前記外筒部の内周壁に設けられ、前記油分離部と前記油貯留部とを仕切る仕切板と、
   を備え、
   前記外筒部は、前記仕切板が設けられた位置に、前記外筒部の前記圧縮機本体部側の側面を貫通し、前記油貯留部に連通する第１返油孔を備え、
   前記仕切板は、前記第１返油孔と軸対称位置に、前記仕切板の外周側の半周のみに設けられ、前記仕切板を貫通し、前記油貯留部と前記油分離部とを連通させる第２返油孔を備え、
   前記仕切板が、前記外筒部と一体に形成された、
   スクリュー圧縮機。
2. 前記外筒部と前記油貯留部と前記仕切板とは鋳造により一体化されて形成されている、
   請求項１に記載のスクリュー圧縮機。
3. 前記第２返油孔は、鋳抜き穴で形成されている、
   請求項２に記載のスクリュー圧縮機。
4. 前記第２返油孔は、複数の円形状に形成されている、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機。
5. 前記第２返油孔は、楕円状に形成されている、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機。
6. 前記第２返油孔は、前記外筒部の内周壁に沿って円弧状に形成されている、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機。
7. 前記第２返油孔は、前記仕切板の外周側の半周に複数設けられている、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機。

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