JP7117607B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本開示は、冷暖房空調装置および冷蔵庫等の冷却装置、ならびに、ヒートポンプ式の給湯装置等に用いられる圧縮機に関する。

従来、冷却装置および給湯装置等に用いられる密閉型圧縮機は、冷凍サイクルから戻ってきた冷媒ガスを圧縮機構部で圧縮し、冷凍サイクルへと送り込む。その際、圧縮機構部には油が供給されて、その摺動部分を油が潤滑し、潤滑した後の油は、油貯留部に戻る（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－２０７５４１号公報

本開示は、圧縮機構部からの油の放出に伴う騒音発生を抑制するともに、冷凍サイクルへの油の流出を抑制し、低騒音、かつ、冷凍サイクルへの油流出も少ない圧縮機を提供するものである。

本開示の圧縮機は、密閉容器と、シャフト、および、シャフトを支持する下軸受部材を有し、密閉容器内に設けられた圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動機部と、圧縮機構部に油を供給するポンプと、圧縮機構部に接続され、圧縮機構部を潤滑することによって圧力変動を起こして脈動する油を、密閉容器内の電動機部の下方空間へ戻す、鉄製の油排出パイプとを備えている。そして、油排出パイプの端部が、ＴＩＧ溶接により、密閉容器に固定されてており、油排出パイプは、電動機部のコイル部外周の、上下方向に形成されている切欠き間隙部を通して配置されており、油排出パイプを密閉容器に固定する位置は、下軸受部材より下方であり、密閉容器内に溜まった油の中に位置する開口縁部である。

これにより、圧縮機構部から放出された油は、油排出パイプを介して密閉容器の電動機部下方へと排出される。その際、圧縮機構部から放出される油が脈動等していても、油排出パイプが密閉容器に固定されているので、油排出パイプが振動して騒音が発生することを抑制でき、低騒音化できる。

さらに、油排出パイプは、密閉容器内の電動機よりも下方の空間に油を戻すので、この油が、電動機の上方空間に生じている乱流冷媒に巻き込まれることを抑制でき、冷凍サイクルへ流出する油を低減できる。

本開示によれば、低騒音で、冷凍サイクルへの油流出も少ない圧縮機を提供することができる。

図１は、本開示の第１の実施の形態における圧縮機を側方から見た断面図である。 図２は、同圧縮機の要部を示す拡大断面図である。 図３は、比較例の圧縮機の構成を示す拡大断面図である。

（本開示の基礎となる知見）
図３は、上述した特許文献１と類似した構成を有する、比較例のスクロール圧縮機の圧縮機構部を示す断面図である。

低温低圧の冷媒ガスは、吸入管１０１を通って、固定スクロール１０２の吸入室に導かれて、固定スクロール１０２と旋回スクロール１０３との間に形成された圧縮室１０４の容積変化により圧縮され、高温高圧となる。その後、高温高圧の冷媒ガスは、固定スクロール１０２上部の吐出口１０５を通って、マフラー空間１０６へと吐出され、マフラー空間１０６から密閉容器１０７内を経由して、吐出管１０８より冷凍サイクルへと送出される。

このとき、固定スクロール１０２および旋回スクロール１０３からなる圧縮機構部の摺動部分、例えば固定スクロール１０２と旋回スクロール１０３との噛み合い部分、シャフト１０９とその軸受部材１１０との間、および、旋回スクロール１０３の背圧室等には、油が供給され、各摺動部分を潤滑している。

各摺動部分を潤滑する油は、旋回スクロール１０３を駆動するシャフト１０９内の油通路１１２を介して供給され、圧縮機構部の各摺動部分を潤滑した後、軸受部材１１０に設けられた排油通路１１３を介して、圧縮機構部の下方の密閉容器１０７内に排出される。そして、密閉容器１０７内に排出された油は、重力で下方に落下し、密閉容器１０７内の下部に設けられている油貯留部（図示せず）に溜まる。

しかしながら、図３の構成の圧縮機においては、固定スクロール１０２の吐出口１０５から吐出された高圧の冷媒ガスが、密閉容器１０７内で乱流状態となっている。このため、軸受部材１１０の排油通路１１３から、圧縮機構部の下方の密閉容器１０７内に排出された油は、落下途中でその一部が冷媒ガスに混ざり、吐出管１０８から冷凍サイクルへ流出してしまう。

そのため、図３の構成においては、排油通路１１３の出口部分に、密閉容器１０７の内
壁面に沿う油案内板１１４が設けられている。この油案内板１１４と密閉容器１０７の内壁面との間に、排油通路１１３からの油が放出される。

これにより、排油通路１１３から放出された油が、密閉容器１０７内の乱流冷媒に混ざり、冷凍サイクルへ流出することを抑制することができる。

しかしながら、排油通路１１３から放出される油は高圧であって、旋回スクロール１０３およびシャフト偏芯軸１０９ａの偏芯回転等により脈動している。このため、油案内板１１４が振動して、騒音を発するという問題がある。

また、油案内板１１４は、シャフト１０９を駆動する電動機１１５のコイル部上端部分までしか設けることができない。よって、それより下方へは、油を、電動機１１５のコイル部と、密閉容器１０７の内壁面との間の間隙等を通して落下させる。そのため、油案内板１１４の下端と、密閉容器１０７の内壁面との間から落下する油の一部は、密閉容器１０７内の電動機１１５の上方空間１１６に生じている冷気の乱流に巻き込まれて、冷凍サイクルに流出される。よって、図３の構成によれば、冷凍サイクルへの油流出は少なくなるものの、未だ改善の余地が残る。本開示は、このような知見に基づいてなされたものである。

（本開示の態様の一例）
本開示の第１の態様の圧縮機は、密閉容器と、密閉容器内に設けられた圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動機部と、圧縮機構部に油を供給するポンプと、圧縮機構部に接続され、圧縮機構部を潤滑することによって圧力変動を起こして脈動する油を、密閉容器内の電動機部の下方空間へ戻す油排出パイプとを備えている。そして、油排出パイプの端部が、密閉容器に固定されている。

これにより、圧縮機構部から放出された油は、油排出パイプを介して密閉容器の電動機部下方へと排出される。その際、圧縮機構部から排出される油が脈動等していても、油排出パイプが密閉容器に固定されているので、油排出パイプが振動して騒音が発生することを抑制でき、低騒音化できる。

さらに、油排出パイプが、密閉容器内の、電動機より下方の空間に油を戻すので、この油が、電動機の上方空間に生じている、冷媒の乱気流に巻き込まれることを抑制でき、冷凍サイクルへ流出する油を低減できる。

本開示の第２の態様は、油排出パイプが、ＴＩＧ溶接により、密閉容器に固定された構成であってもよい。

これにより、さらに、油排出パイプは、長期間使用されていても、密閉容器に強固に固定保持されるので、固定部が緩んで騒音を発生し始めることを防止できる。

さらに、ＴＩＧ溶接は、他の溶接方法に比べて、溶接時にスパッタがほとんど発生しない。よって、スパッタが電動機部のコイル部等に付着して、電動機の性能に影響を与えることも防止でき、信頼性の高い圧縮機を実現することができる。

第３の態様は、さらに、密閉容器内に設けられた油貯留部を備え、油排出パイプは、開口部を有し、開口部は、油貯留部に溜まった油の中に開口するように構成されていてもよい。

これにより、さらに、油排出パイプから流出する油は、そのすべてが油中に戻る。よって、油面上方で油排出パイプを開口させたときに生じる、油の油面への衝突により跳ね返
った油滴の一部が、冷媒の乱気流に巻き込まれて冷凍サイクルへと流出することも防止でき、冷凍サイクルへの油の流出を大幅に低減することができる。

第４の態様は、さらに、電動機部は、シャフト、および、シャフトを支持する下軸受部材を有し、油排出パイプを密閉容器に固定する位置は、下軸受部材より下方であってもよい。

これにより、さらに、油排出パイプを固定した位置から開口までの寸法が短くなり、固定部を起点として開口までの間で、油排出パイプが振動することを効果的に抑制でき、騒音防止効果を高くすることができる。

第５の態様は、さらに、油排出パイプを密閉容器に固定する位置が、密閉容器内に溜まった油の中に位置する開口縁部であってもよい。

これにより、さらに、油排出パイプの固定部を起点とした振動発生の余地がなくなり、振動抑制による騒音防止効果を、より確実なものとすることができる。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって、本開示が限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
図１は、本開示の第１の実施の形態における圧縮機５０の側方から見た断面図であり、図２は、同圧縮機５０の要部を示す拡大断面図である。

図１に示すように、本実施の形態の圧縮機５０は、密閉容器１と、その内部に設けられた圧縮機構部２と、電動機部３とを備えている。

密閉容器１内には、主軸受部材４と下軸受部材４ａが、溶接または焼き嵌め等により固定されている。この主軸受部材４および下軸受部材４ａが、シャフト５を軸支している。

主軸受部材４上には、固定スクロール６がボルト止めされている。固定スクロール６と主軸受部材４との間に、固定スクロール６と噛み合う旋回スクロール７が挟み込まれて、スクロール式の圧縮機構部２が構成されている。

旋回スクロール７と主軸受部材４との間には、旋回スクロール７の自転を防止して円軌道運動するように案内する、オルダムリング等を含む自転拘束機構８が設けられている。

シャフト５の上端にある偏心軸部５ａによって、旋回スクロール７を偏心駆動させることにより、旋回スクロール７を円軌道運動させる。これにより、固定スクロール６と旋回スクロール７との間に形成されている圧縮室９が、外周側から中央部に向かって、容積を縮めながら移動する。この動きを利用して、密閉容器１外の冷凍サイクルに通じた吸入管１０から、固定スクロール６に設けられた吸入室１１を経て冷媒ガスが吸入され、冷媒ガスは、圧縮室９に閉じ込まれた後、圧縮される。所定の圧力に到達した冷媒ガスは、固定スクロール６の中央部の吐出口１２から、リード弁１３を押し開けて、吐出される。

リード弁１３を押し開けて吐出された冷媒ガスは、マフラー空間１４に吐出され、密閉容器１の、圧縮機構部２と電動機部３との間の容器内空間１５を経由して、吐出管１７から冷凍サイクルへと送出される。

一方、旋回スクロール７を旋回駆動させるシャフト５の下端には、容積型オイルポンプ
１８が設けられ、容積型オイルポンプ１８の吸い込み口は、油貯留部１９の油中に存在するように配置されている。

容積型オイルポンプ１８がスクロール圧縮機と同時に駆動されるため、容積型オイルポンプ１８は、密閉容器１の底部に設けられた油貯留部１９にある油を、圧力条件および運転速度に関係なく、確実に吸い上げる。

容積型オイルポンプ１８で吸い上げられた油は、シャフト５内を貫通している油供給通路２０を通じて、圧縮機構部２に供給される。なお、油を容積型オイルポンプ１８で吸い上げる前、または、吸い上げた後に、油フィルタ等により、油から異物を除去すると、圧縮機構部２への異物混入が防止でき、信頼性向上を図ることができる。

圧縮機構部２に導かれた油の圧力は、スクロール圧縮機の吐出圧力とほぼ同等であり、旋回スクロール７に対する背圧源ともなる。これにより、旋回スクロール７は、固定スクロール６から離れたり、片当たりしたりするようなことはなく、所定の圧縮機能を安定して発揮する。

さらに、油の一部は、供給圧および自重によって、逃げ場を求めるように、偏心軸部５ａと旋回スクロール７との嵌合部、シャフト５と主軸受部材４との間の軸受部２１（図２参照）に浸入して、それぞれの部分を潤滑した後、油貯留部１９へ戻る。

油供給通路２０から高圧領域２２に供給された油の、別の一部は、旋回スクロール７に形成されかつ高圧領域２２に一開口端を有する経路を通って、自転拘束機構８が位置している背圧室２３に浸入する。浸入した油は、スラスト摺動部および自転拘束機構８の摺動部を潤滑するのに併せて、背圧室２３においては、旋回スクロール７への背圧印加の役割を果たしている。

圧縮機構部２を潤滑した油は、密閉容器１内の油貯留部１９へと戻される。本実施の形態では、圧縮機構部２の主軸受部材４に設けられた油排出孔２４に、油排出パイプ２５が接続されており、油は、油排出パイプ２５を介して、油貯留部１９に戻される。

油排出パイプ２５は、略Ｌ字状に屈曲しており、その一端が、主軸受部材４の油排出孔２４に嵌合装着され、他端側が、密閉容器１の内壁面に沿って、下向きに配置されており、電動機部３の下方まで引き出されている。そして、油排出パイプ２５の下方端部は、密閉容器１の内壁面に、少なくとも、後述する固定位置２６において固定されている。

油排出パイプ２５の固定位置２６は、本実施の形態ではＴＩＧ溶接によって固定されている。そして、油排出パイプ２５は、油排出パイプ２５の下端となる開口２７の縁部を固定位置２６として、ＴＩＧ溶接することによって固定されている。

さらに、本実施の形態では、油排出パイプ２５は、密閉容器１内の油貯留部１９まで引き出され、その開口２７は、密閉容器１内の油貯留部１９に溜まる油の中に位置するように構成されている。

なお、油排出パイプ２５は、鉄パイプによって構成されており、電動機部３のコイル部外周の、上下方向に形成されている複数の切欠き間隙部３ａのうちの一つを利用して配置されている。しかしながら、本開示はこの例に限定されず、パイプ材料および配置箇所はこれに限られるものではない。

以上のように構成された圧縮機５０において、以下、その作用および効果について説明
する。

吸入管１０より吸入された冷媒は、固定スクロール６および旋回スクロール７によって形成される圧縮室９によって圧縮されて、リード弁１３を押し開けて、密閉容器１内に吐出される。密閉容器１内に吐出された冷媒は、圧縮機構部２と電動機部３との間の容器内空間１５を経て、吐出管１７から冷凍サイクルへ送出される。

一方、冷媒を圧縮する圧縮機構部２の、固定スクロール６と旋回スクロール７との噛み合い部分、シャフト５とその主軸受部材４との間、および、旋回スクロール７の背圧室２３等の各部分に、シャフト５の油供給通路２０を介して、油が供給される。

そして、圧縮機構部２の各部を潤滑油は、圧縮機構部２の主軸受部材４に設けられた油排出孔２４へと流れて、油排出パイプ２５を介して、その開口２７から、密閉容器１内の油貯留部１９へ排出される。

ここで、油排出パイプ２５へと流れる油は、圧縮機構部２の各部の潤滑によって、圧力変動を起こして脈動し、油排出パイプ２５を振動させようとする。

しかしながら、本開示の油排出パイプ２５は、その端部が、密閉容器１の内壁面に、固定位置２６で固定されているので、振動が抑制される。したがって、油排出パイプ２５の振動による、騒音発生を防止することができる。ここで、油排出パイプ２５の端部とは、油排出パイプ２５の下軸受部材４ａよりも下方部分のことをいう（図１の固定位置２６付近のハッチング部分を参照）。

油排出パイプ２５の固定位置２６は、電動機部３のシャフト５を支持する下軸受部材４ａよりも下方部分に位置しているので、騒音防止効果を高くできる。

すなわち、油排出パイプ２５を、下軸受部材４ａよりも下方部分の固定位置２６で固定することにより、固定位置２６からパイプ下端の開口２７までの寸法が短いものとなって、固定位置２６を起点として、開口２７までの間で、油排出パイプ２５が振動するのを抑制する効果が高まる。よって、油排出パイプ２５の振動による、騒音発生の防止効果を高めることができる。

本実施の形態では、油排出パイプ２５の固定位置２６を、パイプ下端の開口２７の縁部としている。よって、固定位置２６部分を起点とした、振動発生の余地がなくなり、油排出パイプ２５の振動抑制による騒音防止を確実なものとすることができる。

また、油排出パイプ２５の密閉容器１への固定位置２６での固定は、ＴＩＧ溶接で行われている。よって、長期間使用していても、油排出パイプ２５は密閉容器１に強固に固定保持され続け、長期間の使用により固定部が緩んで、騒音が発生し始めることを防止できる。

ＴＩＧ溶接は、他の溶接方法に比べて、溶接時に、スパッタがほとんど発生しない。よって、圧縮機構部２とともに電動機部３が組み込まれた状態の密閉容器１に油排出パイプ２５を溶接固定しても、スパッタが、電動機部３の磁石部分およびコイル部分等に付着することを防止できる。したがって、電動機部３の性能に影響を与えることを防止でき、信頼性の高い圧縮機を実現することができる。

また、油排出パイプ２５の開口２７は、電動機部３よりも下方の空間まで引き出されて、電動機下方空間に油を戻すように構成されている。これにより、油が、電動機部３の上
方空間に生じている冷媒の乱気流に巻き込まれることを抑制でき、冷凍サイクルへ流出する油を低減することができる。

本実施の形態では、油排出パイプ２５の開口２７を、密閉容器１内の油貯留部１９に形成される油の中に開口させる構成としている。これにより、冷凍サイクルへの油の流出を大幅に低減することができる。

すなわち、油排出パイプ２５の開口２７から流出する油は、そのすべてが油中に戻る。これにより、開口を、電動機下方空間の油面上方で開口させたときに生じる、油の油面への衝突による跳ね返りを防止できる。よって、電動機下方空間に生じた跳ね返り油の油滴の一部が、圧縮機構部２と電動機部３との間の容器内空間１５に生じている冷媒の乱気流に巻き込まれて、冷凍サイクルへ流出することも防止でき、冷凍サイクルへの油の流出を大幅に低減することができる。

本開示によれば、低騒音で、冷凍サイクルへの油流も少ない圧縮機を実現することができる。しかしながら、本開示の圧縮機の構成は、本実施の形態の形状に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。本開示の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および均等の範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本開示によれば、低騒音で冷凍サイクルへの油流出も少ない圧縮機を実現することができる。よって、本開示は、冷凍サイクルを利用した各種機器に幅広く使用することができ、有用である。

１，１０７ 密閉容器
２ 圧縮機構部
３ 電動機部
３ａ 切欠き間隙部
４ 主軸受部材
４ａ 下軸受部材
５，１０９ シャフト
６，１０２ 固定スクロール
７，１０３ 旋回スクロール
８ 自転拘束機構
９，１０４ 圧縮室
１０，１０１ 吸入管
１１ 吸入室
１２，１０５ 吐出口
１３ リード弁
１４，１０６ マフラー空間
１５ 容器内空間
１７，１０８ 吐出管
１８ ポンプ（容積型オイルポンプ）
１９ 油貯留部
２０ 油供給通路
２１ 軸受部
２２ 高圧領域
２３ 背圧室
２４ 油排出孔
２５ 油排出パイプ
２６ 固定位置
２７ 開口
５０ 圧縮機
１０９ａ シャフト偏芯軸
１１０ 軸受部材
１１２ 油通路
１１３ 排油通路
１１４ 油案内板
１１５ 電動機
１１６ 上方空間

Claims (2)

1. 密閉容器と、
   前記密閉容器内に設けられた圧縮機構部と、
   シャフト、および、前記シャフトを支持する下軸受部材を有し、前記圧縮機構部を駆動する電動機部と、
   前記圧縮機構部に油を供給するポンプと、
   前記圧縮機構部に接続され、前記圧縮機構部を潤滑することによって圧力変動を起こして脈動する前記油を、前記密閉容器内の前記電動機部の下方空間へ戻す、鉄製の油排出パイプとを備え、
   前記油排出パイプの端部が、ＴＩＧ溶接により、前記密閉容器に固定されており、
   前記油排出パイプは、前記電動機部のコイル部外周の、上下方向に形成されている切欠き間隙部を通して配置されており、
   前記油排出パイプを前記密閉容器に固定する位置は、前記下軸受部材より下方であり、前記密閉容器内に溜まった前記油の中に位置する開口縁部である
   圧縮機。
2. さらに、前記密閉容器内に設けられた油貯留部を備え、
   前記油排出パイプは、開口部を有し、
   前記開口部は、前記油貯留部に溜まった前記油の中に開口するように構成された
   請求項１に記載の圧縮機。

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