JPWO2015056292A1 - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

圧縮機は、外殻を構成するシェルと、シェルに収容され、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、シェルに収容され、圧縮機構部を駆動する電動機構部と、冷媒をシェルの内部に吸入する吸入管から吸入される冷媒の一部を、シェルの内部下方に導入する冷媒導入管と、を有する。

Description

本発明は、空調機又は冷凍機等に使用される圧縮機に関する。

従来より、空調機又は冷凍機等に使用される圧縮機として、例えばスクロール圧縮機が提案されている。特許文献１には、固定スクロールと揺動スクロールとからなる圧縮機構部、固定子と回転子とからなる電動機構部、電動機構部によって回転駆動される主軸、圧縮機構部及び電動機構部を収容する密閉形のシェル、冷媒ガスを吸入する吸入管、圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出管、固定子の電源動力線及び熱動保護器の接続線をシェルの外側に取り出すためにシェルに溶接された密封端子、軸受及び各摺動部に冷凍機油を供給する容積形油ポンプ、この容積形油ポンプに冷凍機油を吸入するオイルパイプで構成されたスクロール圧縮機が開示されている。

また、特許文献２には、電動機構部によって回転駆動される主軸の先端に回転板を設け、この回転板の回転によってシェルの内部に貯留する冷凍機油を撹拌する密閉型冷媒圧縮機が開示されている。この特許文献２は、冷凍機油を撹拌することによって、冷凍機油内に溶解している冷媒を除去しようとするものである。

特開平５−２０９５９１号公報（図１） 特開２００８−１６３７８２号公報（第２頁、第３頁）

特許文献１に開示されているような圧縮機に使用される冷媒としては、例えば二酸化炭素冷媒を使用することができる。しかしながら、二酸化炭素冷媒は冷凍機油に溶け易く、二酸化炭素冷媒が冷凍機油に溶解した場合、冷凍機油の粘度が極めて低くなる。このため、圧縮機に二酸化炭素冷媒を用いる場合、元の粘度が高い冷凍機油を使用する必要がある。ここで、冷凍機油は、容積形油ポンプによってシェルの底部から吸い込まれ、シェル内の軸受及び各摺動部等を潤滑させるものであるが、冷凍機油の粘度が高いと、容積形油ポンプによる吸い上げの妨げとなり、冷凍機油が軸受及び各摺動部等に供給され難くなる。これにより、軸受及び各摺動部等の潤滑特性が悪化する。そして、これは、冷凍機油の粘度が高くなる低温条件での運転の際に、顕著となる。

また、二酸化炭素冷媒を用いた圧縮機においては、上記のとおり、高粘度の冷凍機油を使用する必要があり、高粘度であることから、高温時の粘度と低温時の粘度との差が開く傾向にある。このため、冷凍機油の粘度の選定が難しく、従って、高温時と低温時、冷媒の高溶解時と低溶解時といった広範囲にわたる運転条件において、良好な潤滑特性を得ることが困難である。更に、特許文献２に開示されている密閉型冷媒圧縮機は、冷凍機油を撹拌するものであるが、冷凍機油の粘度については何ら配慮されていない。

本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、高温時と低温時、冷媒の高溶解時と低溶解時といった広範囲にわたる運転条件において、良好な潤滑特性を備える圧縮機を提供するものである。

本発明に係る圧縮機は、外殻を構成するシェルと、シェルに収容され、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、シェルに収容され、圧縮機構部を駆動する電動機構部と、冷媒をシェルの内部に吸入する吸入管から吸入される冷媒の一部を、シェルの内部下方に導入する冷媒導入管と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、吸入管から吸入される冷媒の一部が、冷媒導入管によって冷凍機油に導かれるため、この冷媒によって冷凍機油が泡立つ。このため、冷凍機油の粘度を下げることができる。

実施の形態１に係る圧縮機１００を示す正面断面図である。 実施の形態１における冷媒導入管３１及び吸入管７を示す側面断面図である。 実施の形態１における冷媒導入管３１及びシェル６を示す上面断面図である。 比較例１に係る圧縮機１００ａを示す正面断面図である。 実施の形態２に係る圧縮機１００を示す正面断面図である 実施の形態３における冷媒導入管３１及び吸入管７を示す側面断面図である。

以下、本発明に係る圧縮機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、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る圧縮機１００を示す正面断面図である。この図１に基づいて、圧縮機１００について説明する。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にして吐出するものである。この圧縮機１００は、図１に示すように、外殻を構成するシェル６と、冷媒をシェル６の内部に吸入する吸入管７と、冷媒をシェル６の外部に吐出する吐出管８とを備えている。

シェル６は、圧力容器となっており、その内部に、冷媒を圧縮する圧縮機構部Ａ及びこの圧縮機構部Ａを駆動する電動機構部Ｂが収容され、電動機構部Ｂの中心には主軸５が設置されている。このうち、圧縮機構部Ａは、固定スクロール１及び揺動スクロール２を備えており、電動機構部Ｂは、固定子３及び回転子４を備えている。また、圧縮機構部Ａがシェル６の内部における上側に配置され、電動機構部Ｂがシェル６の内部における下側に配置されている。また、このシェル６の底部は、冷凍機油１６を貯留する油だめ１７となっている。また、シェル６には、冷媒を吸入するための吸入管７と、冷媒を吐出するための吐出管８とが接続されている。さらに、シェル６の内側には、フレーム１０及びサブフレーム１１が固定されている。

また、シェル６には、ガラス端子９が設置されている。ガラス端子９は、外部の電源とシェル６内に収納されている圧縮機構部Ａとを電気的に接続するものである。このガラス端子９は、密封されており、シェル６の側壁の一部を貫通して設置されている。即ち、ガラス端子９は、シェル６の内部と外部とを電気的に絶縁しつつ接続するものである。また、圧縮機１００には、電動機構部Ｂの動作を制御する制御部４１が接続されている。この制御部４１は、ガラス端子９を介して電動機構部Ｂに接続されている。

圧縮機構部Ａにおける固定スクロール１は、固定部材であるボルト等によって、フレーム１０に固定されている。固定スクロール１は、鏡板と、鏡板の一方の面（矢印Ｚ１方向の面）に立設されたインボリュート曲線形状の渦巻状突起であるラップ部とを備えている。また、固定スクロール１の中央部には、圧縮され、高圧となった冷媒ガスを吐出する吐出ポート１８が形成されている。

圧縮機構部Ａにおける揺動スクロール２は、固定スクロール１に対して自転運動するのではなく公転旋回運動を行なうようになっている。揺動スクロール２は、鏡板と、鏡板の一方の面（矢印Ｚ２方向の面）に立設されたインボリュート曲線形状の渦巻状突起であるラップ部とを備えている。また、揺動スクロール２のラップ部形成面とは反対側の面であるスラスト面の中心部には、中空円筒形状の揺動スクロールボス部が形成されている。この揺動スクロールボス部には、揺動軸１２が係合されている。

これらの固定スクロール１と揺動スクロール２とは、両者のラップ部を互いに噛み合わせ、シェル６内に装着される。そして、両者のラップ部の間には、相対的に容積が変化する圧縮室１９が形成される。なお、揺動スクロール２と固定スクロール１との間には、揺動スクロール２の偏心旋回運動中における自転運動を阻止するためのオルダムリング２０が配設されている。このオルダムリング２０は、揺動スクロール２の自転運動を阻止するとともに、公転旋回運動を可能とするものである。

電動機構部Ｂは、圧縮機構部Ａで冷媒を圧縮するために、圧縮機構部Ａを構成する揺動スクロール２を駆動するものである。即ち、電動機構部Ｂが主軸５を介して揺動スクロール２を駆動することによって、圧縮機構部Ａで冷媒が圧縮される。電動機構部Ｂは、固定子３への通電が開始されることにより回転子４を回転駆動させ、回転子４に固定された主軸５を回転させるものである。

主軸５は、作用するガス荷重に対し、許容撓み量を確保できる剛性をもち、切削性が良好であって、低コスト化できる材料を選定して構成することが好ましい。主軸５の上端部には、揺動軸１２が取り付けられており、この揺動軸１２は、前述の如く、揺動スクロール２の揺動スクロールボス部に対し回転自在に係合されている。また、主軸５の内部には、油だめ１７に貯留されている冷凍機油１６の流路となる給油流路５ａが形成されている。そして、主軸５の下端には、油ポンプ１５が取り付けられている。これにより、油だめ１７に貯留されている冷凍機油１６は、主軸５の回転に伴って油ポンプ１５によって吸い上げられ、圧縮機構部Ａに供給される。

また、フレーム１０は、その外周面が、焼き嵌め又は溶接等によってシェル６の内周面に固着され、中心部に主軸５が挿通される貫通穴が形成されている。この貫通穴には、主軸５を回転自在に支持する主軸受１３が取り付けられている。このフレーム１０は、シェル６の内部における上側に設置され、主軸５の上部を支持している。

サブフレーム１１も、フレーム１０と同様に、その外周面が、焼き嵌め又は溶接等によってシェル６の内周面に固着され、シェル６の内部における下側に設置され、主軸５の下部を支持している。そして、このサブフレーム１１の中心部には、主軸５が挿通される貫通穴が形成されており、この貫通穴には、主軸５を回転自在に支持する副軸受１４が取り付けられている。

そして、シェル６の内部には、冷媒導入管３１が設置されている。この冷媒導入管３１は、吸入管７から吸入される冷媒の一部を、シェル６の内部下方、例えば、サブフレーム１１の下側に導入するものである。これにより、冷媒導入管３１は、サブフレーム１１の下側の油だめ１７に貯留されている冷凍機油１６に、冷媒を導入する。冷媒導入管３１は、例えば、吸入管７とシェル６との接続部分から、シェル６の内壁に沿って延在しており、シェル６の底部にまで延びている。このように、冷媒導入管３１は、その基端側が吸入管７に接続され、また、その先端側がシェル６の内部下方に位置しており、油だめ１７に貯留されている冷凍機油１６に挿入されている。なお、冷媒導入管３１の基端側には、流入孔３１ａが設けられており、冷媒導入管３１の先端側には、吐出孔３１ｂが設けられている。

ここで、図２は、実施の形態１における冷媒導入管３１及び吸入管７を示す側面断面図である。図２に示すように、冷媒導入管３１の基端側には、流入孔３１ａが設けられており、吸入管７から吸入される冷媒の一部が、この流入孔３１ａを通って冷媒導入管３１の内部に流入する。また、この流入孔３１ａは、吸入管７の開口７ａにおける底部よりも上方（矢印Ｚ２方向）に位置している。吸入管７から吸入される冷媒ガスには、若干冷媒液が混在している場合もあるが、この冷媒液は重力により開口７ａの底部の側を流れる傾向にあるため、底部よりも上方に位置する流入孔３１ａに冷媒液が混入し難い。このように、流入孔３１ａは、冷媒液ではなく冷媒ガスを、効率的に冷媒導入管３１の内部に流入させるものである。

図３は、実施の形態１における冷媒導入管３１及びシェル６を示す上面断面図である。図３に示すように、冷媒導入管３１の先端側には、吐出孔３１ｂが複数設けられており、吸入管７から吸入される冷媒の一部が、この吐出孔３１ｂを通ってシェル６の内部下方に位置する冷凍機油１６に吐出する。この吐出孔３１ｂの径は、冷媒導入管３１の径よりも極めて小さく、例えば、吐出孔３１ｂの径は、冷媒導入管３１の径の１／１０以下である。このため、吸入管７から吸入される冷媒は、吐出孔３１ｂから勢いよく冷凍機油１６に噴出する。

次に、本実施の形態１に係る圧縮機１００の動作について説明する。電動機構部Ｂに駆動電圧が供給されると、回転子４は、固定子３が発生する回転磁界からの回転力を受けて回転する。それに伴って、回転子４に固定され且つ主軸受１３及び副軸受１４に支持された主軸５が回転する。主軸５の回転運動は、主軸５の上端部の揺動軸１２及び揺動スクロールボス部を介して揺動スクロール２に伝わる。揺動スクロール２は、オルダムリング２０により自転が規制され、公転運動する。

この主軸５の回転によって、シェル６内の冷媒が固定スクロール１と揺動スクロール２とにより形成される外周側の圧縮室１９内へ吸い込まれる。なお、冷凍サイクルを循環してきた低温・低圧状態の冷媒は、吸入管７からシェル６内に流入する。圧縮室１９内に取り込まれた冷媒は、揺動スクロール２の回転とともに徐々に圧縮されながら中心部に向かう。そして、圧縮室１９で圧縮された冷媒は、高圧の状態となって固定スクロール１の吐出ポート１８から吐出し、シェル６内の上部空間を経由してから圧縮機１００の外部へと流出される。また、圧縮された高圧状態の冷媒は、吐出管８からシェル６の外部に流出され、冷凍サイクルを循環する。なお、主軸５の下端に取り付けられた油ポンプ１５は、主軸５の回転に伴って駆動し、冷凍機油１６を吸い上げ、この冷凍機油１６が、主軸受１３、副軸受１４及び各摺動部に供給される。

次に、圧縮機１００に設けられた冷媒導入管３１の作用について説明する。図４は、比較例１に係る圧縮機１００ａを示す正面断面図である。本実施の形態１における冷媒導入管３１の作用についてわかりやすく説明するために、本実施の形態の圧縮機１００（図１）と、冷媒導入管３１を備えていない比較例１の圧縮機１００ａ（図４）とを比較して説明する。

図１に示すように、本実施の形態１に係る圧縮機１００は、冷媒導入管３１を備えている。圧縮機１００の冷媒として、二酸化炭素冷媒を使用する場合、二酸化炭素冷媒は冷凍機油１６に溶け易く、二酸化炭素冷媒が冷凍機油１６に溶解した場合、冷凍機油１６の粘度が極めて低くなる。このため、圧縮機１００に二酸化炭素冷媒を用いる場合、粘度が高い冷凍機油１６を使用する必要がある。本実施の形態１に係る圧縮機１００は、冷媒導入管３１が、吸入管７から吸入される冷媒の一部を、冷凍機油１６に直接導入する。このため、この冷媒によって冷凍機油１６が泡立ち、冷凍機油１６の粘度を下げることができる。

なお、冷凍機油１６は、低温条件での運転の際に、顕著に粘度が高まる。しかし、本実施の形態１に係る圧縮機１００は、冷媒導入管３１を有しているため、低温条件下においても、冷媒導入管３１から吐出する冷媒によって、冷凍機油１６の粘度を容易に低下させることができる。従って、冷凍機油１６の流動特性を向上させ、油ポンプ１５の給油特性の悪化を抑制し、その結果、高温時と低温時、冷媒の高溶解時と低溶解時といった広範囲にわたる運転条件において、主軸受１３、副軸受１４及び各摺動部に冷凍機油１６を供給することができる。このため、本実施の形態１に係る圧縮機１００は、信頼性が極めて高い。また、使用する冷媒は二酸化炭素冷媒に限らないが、上記のとおり、本実施の形態１に係る圧縮機１００は、冷凍機油１６に溶解し易い二酸化炭素冷媒を使用する場合に、特に有効である。

また、本実施の形態１に係る圧縮機１００は、冷凍又は冷蔵用途の圧縮機、即ち、冷媒の温度が低く冷凍機油１６の温度が低下している状態で運転が行われる圧縮機において、極めて有効である。また、シェル６の内部における冷媒の圧力が、圧縮前の圧力で構成される低圧シェルの圧縮機においても、有効である。

また、本実施の形態１では、冷媒導入管３１における吐出孔３１ｂの径は、冷媒導入管３１の径よりも極めて小さいため、冷媒は、吐出孔３１ｂから勢いよく冷凍機油１６に噴出する。このため、冷凍機油１６が更に効率的に泡立ち、従って、冷凍機油１６の粘度を著しく低下させることができる。

これに対し、図４に示すように、比較例１の圧縮機１００ａは、冷媒導入管３１を備えていない。このため、二酸化炭素冷媒を使用する場合、冷凍機油１６の粘度を効率的に下げることができない。よって、油ポンプ１５による吸い上げ性が阻害され、冷凍機油１６が軸受及び各摺動部等に供給され難くなってしまう。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る圧縮機１００について説明する。図５は、実施の形態２に係る圧縮機１００を示す正面断面図である。本実施の形態２は、ヒータ３２を備えている点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

本実施の形態２では、図５に示すように、ヒータ３２を備えており、このヒータ３２は、冷凍機油１６を加熱するものである。ヒータ３２は、例えば、シェル６の外側に設置されており、冷凍機油１６が貯留されている油だめ１７に対し水平に位置している。これにより、ヒータ３２は、冷凍機油１６を適切に加熱する。

このように、本実施の形態２は、ヒータ３２により冷凍機油１６を加熱するため、冷凍機油１６の温度が上がり、冷凍機油１６は泡立ち易くなる。従って、本実施の形態２は、実施の形態１で得られる効果に加え、更に、冷凍機油１６の粘度を低下させるという効果を奏する。

実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る圧縮機１００について説明する。図６は、実施の形態３における冷媒導入管３１及び吸入管７を示す側面断面図である。本実施の形態３は、冷媒導入管３１が開閉弁３１ｃを備えている点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態３では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

本実施の形態３では、図６に示すように、開閉弁３１ｃを備えており、この開閉弁３１ｃは、吸入管７から吸入される冷媒の量を調整するものである。開閉弁３１ｃは、例えば、冷媒導入管３１の基端部における流入孔３１ａよりも下流側に設置されている。また、本実施の形態３では、制御部４１は、電動機構部Ｂの動作を制御することに加え、冷凍機油１６の温度に基づいて、開閉弁３１ｃの開閉時間を制御する。具体的には、制御部４１は、冷凍機油１６の温度が、予め決められた温度以下である場合に、開閉弁３１ｃを開く。この温度は、例えば、冷凍機油１６の粘度が高く、油ポンプ１５による吸い上げを阻害する程度の温度に設定することができる。

このように、本実施の形態３は、冷凍機油１６の温度が高い場合は、冷凍機油１６の粘度が低いため、冷媒導入管３１における開閉弁３１ｃを閉じて冷凍機油１６に冷媒を導入しない。一方、冷凍機油１６の温度が低い場合は、冷凍機油１６の粘度が高いため、開閉弁３１ｃを開いて冷凍機油１６に冷媒を導入し、冷凍機油１６の粘度を下げる。これにより、冷凍機油１６の温度が変わっても、冷凍機油１６における粘度の変動を抑えることができる。従って、本実施の形態３は、実施の形態１で得られる効果に加え、より粘度が安定した冷凍機油１６を、主軸受１３、副軸受１４及び各摺動部等に供給することができる。

なお、本実施の形態では、スクロール圧縮機を例に説明したが、これに限定するものではなく、他の形式の圧縮機、例えば、ロータリ圧縮機、ベーン圧縮機、スクリュー圧縮機等の圧縮機においても適用することができる。

１ 固定スクロール、２ 揺動スクロール、３ 固定子、４ 回転子、５ 主軸、５ａ 給油流路、６ シェル、７ 吸入管、７ａ 開口、８ 吐出管、９ ガラス端子、１０ フレーム、１１ サブフレーム、１２ 揺動軸、１３ 主軸受、１４ 副軸受、１５ 油ポンプ、１６ 冷凍機油、１７ 油だめ、１８ 吐出ポート、１９ 圧縮室、２０ オルダムリング、３１ 冷媒導入管、３１ａ 流入孔、３１ｂ 吐出孔、３１ｃ 開閉弁、３２ ヒータ、４１ 制御部、１００ 圧縮機、１００ａ 圧縮機、Ａ 圧縮機構部、Ｂ 電動機構部。

本発明に係る圧縮機は、外殻を構成するシェルと、シェルに収容され、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、シェルに収容され、圧縮機構部を駆動する電動機構部と、冷媒をシェルの内部に吸入する吸入管から吸入される冷媒の一部を、シェルの内部下方に導入する冷媒導入管と、を有し、シェルの底部には、冷凍機油を貯留する油だめが設けられており、冷媒導入管は、冷凍機油に挿入されている。

Claims (7)

1. 外殻を構成するシェルと、
   前記シェルに収容され、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、
   前記シェルに収容され、前記圧縮機構部を駆動する電動機構部と、
   前記冷媒を前記シェルの内部に吸入する吸入管から吸入される前記冷媒の一部を、前記シェルの内部下方に導入する冷媒導入管と、を有する
   ことを特徴とする圧縮機。
2. 前記冷媒導入管は、基端側が前記吸入管に接続されており、
   前記冷媒導入管の基端側には、
   前記吸入管から吸入される前記冷媒の一部が、前記冷媒導入管の内部に流入する流入孔が設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
3. 前記流入孔は、
   前記吸入管の開口における底部よりも上方に位置している
   ことを特徴とする請求項２記載の圧縮機。
4. 前記冷媒導入管は、先端側が前記シェルの内部下方に位置しており、
   前記冷媒導入管の先端側には、
   前記吸入管から吸入される前記冷媒の一部が、前記シェルの内部下方に吐出する吐出孔が設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮機。
5. 前記シェルに貯留されている冷凍機油を加熱するヒータを更に有する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮機。
6. 前記冷媒導入管は、
   前記吸入管から吸入される前記冷媒の量を調整する開閉弁を有し、
   前記シェルに貯留されている冷凍機油の温度に基づいて、前記開閉弁の開閉時間を制御する制御部を更に有する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧縮機。
7. 前記制御部は、
   前記冷凍機油の温度が、予め決められた温度以下である場合に、前記開閉弁を開くものである
   ことを特徴とする請求項６記載の圧縮機。

Images