JPWO2015140949A1 - 密閉形圧縮機及びこの密閉形圧縮機を備えた蒸気圧縮式冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

密閉形圧縮機は、底部に潤滑油を貯蔵する密閉容器と、固定子及び回転子を有する電動機と、回転子に取り付けられた駆動軸と、駆動軸の回転によって冷媒を圧縮する圧縮機構と、回転子の上方に設けられて冷媒ガスを昇圧する回転昇圧機構と、回転昇圧機構を囲むように、電動機の上側空間を外側空間と内側空間とに仕切る円筒側壁と、該内側空間から冷媒を密閉容器の外部回路に流出させる吐出管と、を備え、圧縮機構から密閉容器内に吐出された冷媒ガスは、電動機の下側空間から回転子の回転子風穴を通って回転子の上端まで移動して回転昇圧機構に流入し昇圧された後、内側空間に流れて該空間を昇圧し、外側空間から内側空間への冷媒ガスの流入を抑制しながら吐出管より外部へ吐出される。

Description

本発明は、密閉形圧縮機及びこの密閉形圧縮機を備えた蒸気圧縮式冷凍サイクル装置に関し、特に、油分離効果の高い密閉形圧縮機及びこの密閉形圧縮機を備えた蒸気圧縮式冷凍サイクル装置に関するものである。

従来から、蒸気圧縮式冷凍サイクル装置（ヒートポンプ機器や冷凍サイクル機器）に使用される冷媒圧縮機では、電動機による回転力が駆動軸によって圧縮機構に伝達され、冷媒ガスを圧縮する冷媒圧縮機が用いられている。このような冷媒圧縮機は、圧縮機構で圧縮された冷媒ガスが密閉容器内に吐出され、電動機部ガス流路を通って電動機に対して下側の空間から上側の空間に移動した後、密閉容器外の冷媒回路へ吐出される。このとき、圧縮機構に供給された潤滑油が、冷媒ガスに混ざって、密閉容器外に吐出される。従来から、冷媒回路へ持ち出す油吐出量が増加すると熱交換器の性能が低下し、さらには、密閉容器内の貯油量が減少すると潤滑不良によって冷媒圧縮機の信頼性低下を生じさせることが問題であった。

近年、冷媒圧縮機の小型化開発や、環境負荷の小さい代替冷媒（自然冷媒を含む）へ使用冷媒を転換することが加速され、密閉容器内での油分離技術の高度化が求められている。一方、密閉容器内で電動機が高速回転する際の冷媒・潤滑油の流動状態と油分離のメカニズムは非常に複雑であり、かつ、高圧の密閉容器内の観察実験も容易でないため、未解明な部分が多く、解決されていない技術課題も多かった。

特許文献１に記載の高圧シェル型スクロール圧縮機は、密閉容器内の上側に配置した圧縮機構で吸入した冷媒を圧縮して、一旦、密閉容器底の油溜りまで下降させたのち、電動機ガス流路を通って電動機下側空間から上側空間に上昇させ、圧縮機吐出管から高圧ガスを吐出する。この特許文献１に記載の高圧シェル型スクロール圧縮機は、電動機回転子の上部に設けられたファンと、ファン上方において電動機固定子側と電動機回転子側とを仕切る仕切り壁とを備えている。そして、ファンの回転による遠心力と、仕切り壁の隙間を流れる圧力抵抗とによって冷媒と潤滑油とを分離し、冷媒と分離されていない潤滑油が吐出管へ直接流入すること、つまり、潤滑油が密閉容器から流出することを防止している。

また、特許文献２には、密閉容器内の上部に収納された電動要素と、電動要素によって駆動される圧縮要素と、電動要素のロータの上部エンドリングに所定間隔をおいて対設された油分離板と、油分離板に植立された撹拌羽根とを備えた密閉型電動圧縮機おいて、油分離板の下面のみに撹拌羽根を植立させるようにしたことを特徴とする密閉型電動圧縮機の油分離装置が開示されている。

特許文献１におけるファン及び仕切壁や特許文献２における油分離板及び攪拌羽根による圧縮機密閉容器内での油分離状態を改善する効果は一般的に確認されている。

さらに、最近では進歩の著しい３次元流体シミュレーション技術を活用して、圧縮機密閉容器内の冷媒と潤滑油の流動状態を可視化することが可能となり、新たな知見が得られるようになった。例えば、特許文献３には、密閉容器内に設けられた電動機回転子の上端の上側バランスウエイトの回転方向先端付近で発生するヘッド圧上昇を利用して、先端部付近から下端に向かって油戻し用流路を形成し、上記回転子の周囲に表出する高濃度な潤滑油を電動機下側へ戻して油上がりを防止する冷媒圧縮機が開示されている。

特許第３９２５３９２号公報 実開平５−６１４８７号公報 特開２００９−２６４１７５号公報

「ターボ送風機と圧縮機」コロナ社（昭和６３年） 「流体機械工学」コロナ社（昭和５８年）

一般的に、高性能な遠心送風機を構成するためには、非特許文献１に記載されるように、羽根車自体の形状、羽根車に流入する流路形状、羽根車から流出する流路形状などについて理論的な設計が必要である。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２は、それぞれに開示された電動機回転子（ロータ）の上部に取り付けたファン及び羽根について理論的な設計方法は開示しておらず、油分離状態を改善するために最適なファン及び羽根の構成までには至っていない。

例えば、特許文献１に記載の高圧シェル型スクロール圧縮機では、電動機回転子の上部に取り付けるファンと仕切り壁を適切に設計配置しないと、圧縮機構から電動機上側空間へ流入した冷媒（油微粒子が混ざった冷媒）が電動機固定子側から電動機回転子側へ直接流入することをファン及び仕切り壁によって防止できないため、油分離効果が十分発揮されないという課題があった。

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、密閉容器内に設けられた電動機回転子の回転を利用し、密閉容器外への油流出量を従来よりも低減することができる密閉形圧縮機及びこの密閉形圧縮機を備えた蒸気圧縮式冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。

本発明に係る密閉形圧縮機は、底部に潤滑油を貯蔵する密閉容器と、前記密閉容器の内部に設けられ、固定子及び上下方向に貫通する回転子風穴が形成された回転子を有する電動機と、前記回転子に取り付けられた駆動軸と、前記密閉容器の内部に設けられ、前記駆動軸の回転によって冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記回転子の上方に設けられ、前記駆動軸周りに回転しながら冷媒ガスを通過させ昇圧する回転昇圧機構と、前記回転昇圧機構を囲むように、前記電動機の上側空間を固定子側である外側空間と回転子側である内側空間とに仕切る円筒側壁と、前記内側空間に連通し、該空間から冷媒を前記密閉容器の外部回路に流出させる吐出管と、を備え、前記圧縮機構で圧縮されて前記密閉容器内に吐出された冷媒ガスは、前記電動機の下側空間から前記回転子風穴を通って前記回転子の上端まで移動して前記回転昇圧機構に流入し昇圧された後、前記内側空間に流れて該内側空間を昇圧し、前記外側空間から前記内側空間への冷媒ガスの流入を抑制しながら前記吐出管より外部へ吐出されるものである。

また、本発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクル装置は、本発明に係る密閉形圧縮機と、該圧縮機で圧縮された冷媒から放熱させる放熱器と、該放熱器から流出した冷媒を膨張させる膨張機構と、該膨張機構から流出した冷媒に吸熱させる蒸発器と、を備えたものである。

本発明によれば、密閉容器内での潤滑油貯蔵量の低下を防ぐことができ、潤滑不良による信頼性低下を抑える効果と、省エネ性能を向上させる効果が得られる。

本発明の実施の形態１による密閉形圧縮機の構造を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態１による密閉形圧縮機の構造を示す横断面図（図１のＡ−Ａ断面図）である。 本発明の実施の形態１による密閉形圧縮機の回転子の上方に設けられた回転昇圧機構を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２による密閉形圧縮機の構造を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態２による密閉形圧縮機の構造を示す横断面図（図４のＡ−Ａ断面図）である。 本発明の実施の形態２による密閉形圧縮機の回転子の上方に設けられた回転昇圧機構を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３による密閉形圧縮機の構造を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態３による密閉形圧縮機の構造を示す横断面図（図７のＡ−Ａ断面図）である。 本発明の実施の形態４による密閉形圧縮機の構造を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態４による密閉形圧縮機の構造を示す横断面図（図９のＡ−Ａ断面図）である。 本発明の実施の形態４による密閉形圧縮機の回転子の上方に設けられた回転昇圧機構を示す斜視図である。 本実施の形態５に係る蒸気圧縮式冷凍サイクル装置１０１を示す構成図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による密閉形圧縮機の構造を示す縦断面図である。図２は本発明の実施の形態１による密閉形圧縮機の構造を示す横断面図（図１のＡ−Ａ断面図）である。また、図３は本発明の実施の形態１による密閉形圧縮機の回転子の上方に設けられた回転昇圧機構を示す斜視図である。なお、図２に示す黒塗り矢印は回転昇圧機構の回転方向を示すものである。また、図３は、図２に図示された立体的な矢印の方向から観察した回転昇圧機構を示している。
まず、これら図１〜図３を用いて、本実施の形態１に係る密閉形圧縮機１００の基本構造及び動作を説明する。

＜密閉形圧縮機１００の基本構造及び動作＞
本実施の形態１に係る密閉形圧縮機１００は高圧シェル密閉形スクロール圧縮機であり、底部に潤滑油を貯留する下部油溜り２が形成された密閉容器１と、該密閉容器１の内部に収容された電動機８、駆動軸３、圧縮機構６０及び回転昇圧機構４９等と、を備えている。

電動機８は、内周部に上下方向に貫通する貫通孔が形成された略円筒形状の固定子７と、該固定子７の内周側に所定のエアギャップ２７ａを介して配置された略円筒形状の回転子６と、を備えている。本実施の形態１に係る電動機８は、例えばＤＣブラシレスモータである。この固定子７は、鋼板を積層して構成されており、コア７ｃに高密度にコイルが巻きつけられコイル巻き線ブロックが形成されている。また、固定子７の上端には、コイル巻き線ブロックから固定子７の上方へ突出したコイル部分である電動機上部コイル渡り部７ａが複数形成されており、固定子７の下端には、コイル巻き線ブロックから固定子７の下方へ突出したコイル部分である電動機下部コイル渡り部７ｂが複数形成されている。この固定子７は、密閉容器１の内周面に圧入や溶接等によって取り付けられている。なお、固定子７のコア７ｃの外周部の一部は切り欠かれており、固定子７を密閉容器１の内周面に取り付けた際、コア７ｃと密閉容器１との間には固定子外周流路２５が形成される。

回転子６は、鋼板を積層し、これら積層鋼板の上端と下端を回転子上端固定基板３３と回転子下端固定基板３４によって挟持したものである。そして、回転子６は、その内部に磁石が配置されている。また、回転子上端固定基板３３の上面と回転子下端固定基板３４の下面には、それぞれ逆位相に配置された上側釣合い錘３１と下側釣合い錘３２が、回転子６の外周縁に沿って所定の厚さを有して設けられている。また、本実施の形態１に係る回転子６には、上下方向に貫通する４本の回転子風穴２６が形成されている。なお、回転子風穴２６の数は、少なくとも１本あればよい。

駆動軸３は、下端部が電動機８の回転子６に取り付けられ、上端部が後述する圧縮機構６０に取り付けられるものである。つまり、駆動軸３は、電動機８の駆動力を圧縮機構６０に伝達するものである。この駆動軸３は、その上部側が電動機８の上方に設けられた上側軸受け部材１１の主軸受け部５５によって回転自在に保持され、その下部側が電動機８の下方に設けられた下側軸受け部材１２の副軸受け部５４によって回転自在に保持されている。

圧縮機構６０は、電動機８の上方に設けられており、固定スクロール５１及び揺動スクロール５２を備えている。固定スクロール５１は、下面に板状渦巻歯が形成されたものであり、密閉容器１の内周面に固定された圧縮機構筐体５０に取り付けられている。揺動スクロール５２は、上面に固定スクロール５１の板状渦巻歯と噛み合う板状渦巻歯が形成され、駆動軸３の上端部に摺動自在に設けられている。固定スクロール５１の板状渦巻歯と揺動スクロール５２の板状渦巻歯とが噛み合うことにより、両板状渦巻歯の間に圧縮室４が形成される。この揺動スクロール５２は、その下面が上側軸受け部材１１の上面部によって摺動自在に支持されている。上側軸受け部材１１は、その外周面が圧縮機構筐体５０の内周面によって摺動自在に支持されており、圧縮室４に所定値以上の圧力がかかった際に下方に待避して圧縮室４の異常な圧力上昇を回避できる構成となっている。

なお、圧縮機構筐体５０は、その外周部と密閉容器１との間に冷媒流路５７が形成されている。また、圧縮機構筐体５０の下部には、電動機上側空間９（より詳しくは後述する円筒側壁３７より上側部分）を電動機固定子上側空間９ａ（外側空間）と電動機回転子上側空間９ｂ（内側空間）とに仕切る吐出カバー５６が設けられている。

回転昇圧機構４９は、回転子６の上方に設けられている。本実施の形態１に係る回転昇圧機構４９は遠心羽根車４０であり、駆動軸３を中心として内周側から外周側へ向かって設けられた複数の羽根４１を備えている。また、本実施の形態１に係る遠心羽根車４０は、羽根４１の上側から遠心羽根車４０に冷媒ガスが流入するのを遮る羽根上側円板４３（上面板）と、羽根４１の下側から遠心羽根車４０に冷媒ガスが流入するのを遮る羽根下側円板４４（下面板）と、を備えている。また、回転子風穴２６以外の流路から遠心羽根車４０の内周側の入口へ冷媒ガスが流入するのを防ぐため、羽根４１の内周側となる位置に形成された羽根下側円板４４の開口部の周縁から、回転子風穴２６の外周部を覆うように内周側流れガイド４２（仕切り板）が下方へ延設されている。遠心羽根車４０は、例えば羽根上側円板４３と駆動軸３との接続、羽根下側円板４４と後述する円筒側壁３７との接続、又は内周側流れガイド４２と回転子６との接続等により駆動軸３周りに回転する構成となっており、内周側の入口から流入した冷媒を昇圧して外周側の出口から流出させる。

また、本実施の形態１に係る密閉形圧縮機１００には、遠心羽根車４０（より詳しくは外周側の冷媒出口）を囲むように、つまり、電動機上側空間９を電動機固定子上側空間９ａ（外側空間）と電動機回転子上側空間９ｂ（内側空間）とに仕切るように円筒側壁３７が設けられている。また、円筒側壁３７には、上側釣合い錘３１の回転方向先端部３１ａ側に、油抜き孔３９が形成されている。この円筒側壁３７は、上側釣合い錘３１を回転子上端固定基板３３に固定するためのバランサ固定底板３８の円板部３８ａの上面部に取り付けられている。また、本実施の形態１では、バランサ固定底板３８の円板部３８ａの外周部に固定子内周流路閉塞部３８ｂ（閉塞部材）が突設されている。この固定子内周流路閉塞部３８ｂは、回転子６と固定子７との間に形成される固定子内周流路２７（詳しくは、回転子６と固定子７との間のエアギャップ２７ａや、固定子７の内周側に切り欠き形成されたコア内周部切欠き流路２７ｂ）の上方を閉塞するように配置される。

このように構成された密閉形圧縮機１００においては、駆動軸３の回転に伴って圧縮機構６０の揺動スクロール５２が偏芯旋回運動することにより、低圧の吸入冷媒は圧縮機吸入管２１から圧縮室４に入る。そして、圧縮室４の体積が徐々に減少する圧縮行程により吸入冷媒は高圧となり、固定スクロール５１の吐出ポート１８より密閉容器１内の吐出空間１０（図１中の（１））に吐出される。

また、駆動軸３が回転することにより、下部油溜り２に貯蔵された潤滑油は、駆動軸３の下端から吸い上げられて、中空穴３ａに流入する。この潤滑油の一部は、図示しない給油穴を通って、副軸受け部５４及び主軸受け部５５等に供給される。また、この潤滑油の一部は、駆動軸３の上端から流出した後、上側軸受け部材１１と揺動スクロール５２との間の隙間等や給油穴３ｂを通って圧縮室４内に供給され、圧縮機構６０の潤滑や圧縮ガスのシールに寄与する。この圧縮室４内に供給された潤滑油は、圧縮室４で高圧に圧縮された冷媒と共に、固定スクロール５１の吐出ポート１８より密閉容器１内の吐出空間１０（図１中の（１））に吐出される。

＜密閉容器内の冷媒流れ＞
吐出ポート１８から吐出された冷媒は、圧縮機構筐体５０の外周側と密閉容器１と隙間で形成される冷媒流路５７を下方向に流れて電動機固定子上側空間９ａ（図１中の（２））に達する。さらに、この冷媒は、固定子７のコア７ｃと密閉容器１との間に形成された固定子外周流路２５を下方向に流れて電動機下側空間５のうちの電動機固定子下側空間（図１中の（３））に流入し、副軸受け部５４を形成する下側軸受け部材１２まで到達する。この過程で冷媒と該冷媒に噴霧状態で混入する潤滑油とは分離し、分離した潤滑油は下側軸受け部材１２に開けられた油戻し穴１２ａから下部油溜り２に還流される。

一方、電動機下側空間５のうちの電動機固定子下側空間に流入した冷媒は、電動機下側空間５のうちの電動機回転子下側空間（図１中の（４））から回転子風穴２６を通って上昇し、回転子６の上部に取り付けた遠心羽根車４０の羽根内側流路４６（内周側流れガイド４２の内周側の流路であり、図１中の（５）で示す空間）に流入する。そして、羽根内側流路４６に流入した冷媒は、遠心羽根車４０の羽根４１の間に形成される羽根間流路４７に吸い込まれ、遠心羽根車４０の回転速度により昇圧されながら外周側に流れて、羽根４１の外周側で円筒側壁３７の内周側の領域に形成された羽根外側流路４８を通って上昇する。そして、この冷媒は、遠心羽根車４０の羽根４１の上面を塞ぐ円形の羽根上側円板４３より上で円筒側壁３７の内周側に形成された電動機回転子上側空間９ｂ（図１中の（６））に一旦開放され静圧が上昇する。その後、電動機回転子上側空間９ｂ（図１中の（６））に流入した冷媒は、吐出カバー５６の開口部５６ａから吐出カバー５６に流入し、吐出カバー５６の内側空間に連通する圧縮機吐出管２２から密閉容器１外の外部回路に吐出される。

＜短絡流路２３流れと短絡防止＞
電動機上部コイル渡り部７ａが吐出カバー５６と電気的短絡をしないために、電動機上部コイル渡り部７ａと吐出カバー５６との間の隙間である短絡流路２３が必要となる。このため、吐出空間１０（図１中の（１））から電動機回転子上側空間９ｂ（図１中の（６））に達する過程で、電動機固定子下側空間（図１中の（３））を経ないで電動機固定子上側空間９ａ（図１中の（２））から電動機回転子上側空間９ｂ（図１中の（６））に冷媒が直接流れ込んで分離されていない油滴が大量に密閉容器１から外部回路へ流出し、密閉形圧縮機１００の性能と信頼性の低下、蒸気圧縮式冷凍サイクル装置（特に熱交換器）の性能低下を引き起こすことが懸念される。

そこで、短絡流路２３から短絡して直接吐出する冷媒の流れを減らすため、
１）電動機回転子上側空間９ｂ（図１中の（６））への短絡流路２３の流路抵抗を十分大きくすることと、
２）電動機回転子上側空間９ｂ（図１中の（６））を昇圧して、電動機固定子上側空間９ａの圧力に近づけるか、または、より高圧にすること、
が必要である。

このため、本実施の形態１では、円筒側壁３７をバランサ固定底板３８から立ち上げることによって短絡流路２３の流路面積を小さくし、流路抵抗を大きくした。また、吐出カバー５６の下端部を折り曲げることによって、短絡流路２３の流路形状を複雑にし、短絡流路２３の流路抵抗をさらに大きくした。

また、本実施の形態１では、回転子６の上方に配置した遠心羽根車４０と電動機上部コイル渡り部７ａとの間を円筒側壁３７で仕切った。これにより、遠心羽根車４０で昇圧した冷媒ガスが電動機上部コイル渡り部７ａにあるラジアル方向流路２８を通って電動機固定子上側空間９ａ（図１中の（２））に逆流して流れ込むことを抑制でき、電動機回転子上側空間９ｂ（図１中の（６））を昇圧できる。
ここで、電動機下側空間５（図１中の（３）又は（４））から電動機上側空間９（図１中の（２）又は（５））へ上昇する冷媒流路として、回転子風穴２６以外にも固定子内周流路２７（エアギャップ２７ａ、コア内周部切欠き流路２７ｂ）が存在し、固定子内周流路２７を通る冷媒ガスは遠心羽根車４０による昇圧効果が得られない。このため、できるだけ固定子内周流路２７を塞いだほうが、遠心羽根車４０による昇圧効果として大きな効果が得られる。そこで、本実施の形態１では、バランサ固定底板３８の外周径を少し（例えば１ｍｍ程度）大きくするために円板部３８ａの外周部に固定子内周流路閉塞部３８ｂを設け、固定子内周流路２７の上方を閉塞した。これにより、固定子内周流路２７を通る冷媒ガスの量を抑制でき、電動機回転子上側空間９ｂ（図１中の（６））をさらに昇圧できる。

＜遠心羽根車の設計＞
遠心羽根車４０で電動機回転子上側空間９ｂ（図１中の（６））を昇圧し、電動機固定子上側空間９ａ（図１中の（２））から電動機固定子下側空間（図１中の（３））に１００％近く冷媒が流れるようにするためには、電動機回転子上側空間９ｂ（図１中の（６））の圧力（Ｐ_６）が電動機固定子上側空間９ａ（図１中の（２））の圧力（Ｐ_２）より大きくなるように遠心羽根車４０の羽根形状や流路を設計することが必要である。また、遠心羽根車４０を昇圧するために圧縮機入力（消費電力）は増加するので、遠心羽根車４０を高効率に設計することも重要である。

非特許文献２（ｐ１３２）によれば、遠心ファンのうちでターボファン（回転方向に対して羽根の向きが後退向き）が効率的に優位なため、遠心羽根車４０の羽根４１の形状を回転方向に対して後退向に選定し、当該形状の８枚の羽根４１を駆動軸３に対して軸対称に配置した。また、羽根４１は、羽根４１の内周側の端点が構成する円と、±５度以内範囲で接するように入口角を定めた。非特許文献１（ｐ２１６）によれば、羽根車入口における相対流入角β１と羽根入口角β１ｂとの差である入射角ｉｂが２〜５ｄｅｇ以上では衝突損失が発生し、圧縮機損失の原因となるためである。また、回転子風穴２６を通過した冷媒が遠心羽根車４０の内周側から流入し外周側へ通り抜ける割合（通過率）を高くするため、以下の点に注意した。
・回転子風穴２６は、平面視において内周側流れガイド４２より内側となるように配置した。
・羽根４１の上下を覆う羽根上側円板４３及び羽根下側円板４４は、複数枚の羽根４１の内周側から外周側までを覆い隠す円板とした。
これにより、遠心羽根車４０による昇圧効果がより大きくなり、電動機回転子上側空間９ｂ（図１中の（６））をさらに昇圧できる。

＜効果＞
本実施の形態１のように構成された密閉形圧縮機１００においては、密閉容器１内で回転子６の回転を利用して、電動機回転子上側空間９ｂ（図１中の（６））を昇圧することができる。たとえば、３馬力一定速（５０ｒｐｓ）の密閉形圧縮機１００において、Ｒ２２冷媒でＡｓｈｒａｅ条件運転すると、電動機回転子上側空間９ｂ（図１中の（６））を数ｋＰａレベル昇圧する効果が得られる。その結果、短絡流路２３を介して電動機固定子上側空間９ａ（図１中の（２））から電動機回転子上側空間９ｂ（図１中の（６））に冷媒が直接流れ込んで分離されていない油滴が大量に密閉容器１から外部回路へ流出することを低減することができる。さらに、封入した潤滑油を有効活用するため、密閉形圧縮機１００の性能低下を抑える効果と、密閉容器１内の貯油量が減少し潤滑不良による信頼性低下を抑える効果が得られる。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２による密閉形圧縮機の構造を示す縦断面図である。図５は本発明の実施の形態２による密閉形圧縮機の構造を示す横断面図（図４のＡ−Ａ断面図）である。また、図６は本発明の実施の形態２による密閉形圧縮機の回転子の上方に設けられた回転昇圧機構を示す斜視図である。なお、図５に示す黒塗り矢印は回転昇圧機構の回転方向を示すものである。また、図６は、図５に図示された立体的な矢印の方向から観察した回転昇圧機構を示している。
以下、これら図４〜図６を用いて、本実施の形態２に係る密閉形圧縮機１００について説明する。なお、本実施の形態２に係る密閉形圧縮機１００の基本構造と動作は上記実施の形態１と同様であるので説明は省略する。

（１）本実施の形態２では、実施の形態１の遠心羽根車４０の８枚の羽根４１のうち、上側釣合い錘３１のない位置の片側４枚のみを残して、これら４枚の羽根４１の高さを上側釣合い錘３１と同じ高さに設計した点が実施の形態１と異なる。実施の形態１では、回転子風穴２６を通った冷媒が羽根内側流路４６から遠心羽根車４０を通過するために、内周側流れガイド４２と羽根下側円板４４が必要であった。これに対し、本実施の形態２場合には、内周側流れガイド４２と羽根下側円板４４が不要となり、遠心羽根車４０を加工しやすいという利点がある。
なお、本実施の形態２のように遠心羽根車４０を構成した場合、軸対称にファン効率の軸対称に羽根４１を配置した実施の形態１に係る遠心羽根車４０と比較して、ファン効率が低下する。また、本実施の形態２のように遠心羽根車４０を構成した場合、軸対称に羽根４１を配置した実施の形態１に係る遠心羽根車４０と比較して、遠心羽根車４０による圧力脈動が増加し、振動・騒音の要因にもなりうる。このため、ファン効率や振動・騒音の防止を重視する場合には、実施の形態１のように遠心羽根車４０を構成することが好ましい。

（２）実施の形態１では、短絡流路２３からの冷媒の短絡流れを防ぐ円筒側壁３７と、この円筒側壁３７を固定するバランサ固定底板３８とを別部材で構成した。一方、本実施の形態２では、実施の形態１に係る円筒側壁３７及びバランサ固定底板３８を、円筒側壁３６ａと底板３６ｂとを一体加工した油分離用カップ３６で構成している。なお、油分離用カップ３６にも、実施の形態１と同様に、上側釣合い錘３１の回転方向先端部３１ａ側に油抜き孔３６ｃが形成されている。実施の形態１に係る円筒側壁３７及びバランサ固定底板３８を、円筒側壁３６ａと底板３６ｂとを一体加工した油分離用カップ３６で構成することにより、密閉形圧縮機１００の組立加工が容易になるという利点がある。

以上、本実施の形態２のように構成された密閉形圧縮機１００よれば、密閉容器１内での潤滑油貯蔵量の低下を防ぐことができ、潤滑不良による信頼性低下を抑える効果と、省エネ性能の低下を抑える効果について、実施の形態１には劣るもののそれに準ずる効果が得られる。一方、本実施の形態２のように構成された密閉形圧縮機１００よれば、実施の形態１と比べ、遠心羽根車４０の製造コストを低減できる利点がある。

（３）なお、本実施の形態２に係る密閉形圧縮機１００と実施の形態１で示した密閉形圧縮機１００とのその他の差異は以下の通りである。
・本実施の形態２に係る密閉形圧縮機１００は、吐出カバー５６の下端部が折り曲げ加工されておらず、短絡流路２３が単純な形状となっている。このため、本実施の形態２に係る密閉形圧縮機１００においては、短絡流路２３の流路抵抗は吐出カバー５６と円筒側壁３６ａとの間に形成される最小隙間で決定される。
・また、本実施の形態２に係る密閉形圧縮機１００は、固定子内周流路２７を塞ぐ閉塞部材（実施の形態１の固定子内周流路閉塞部３８ｂに相当する部材）を設けていない。

実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３による密閉形圧縮機の構造を示す縦断面図である。図８は本発明の実施の形態３による密閉形圧縮機の構造を示す横断面図（図７のＡ−Ａ断面図）である。なお、図８に示す黒塗り矢印は回転昇圧機構の回転方向を示すものである。
以下、これら図７及び図８を用いて、本実施の形態３に係る密閉形圧縮機１００について説明する。なお、本実施の形態３に係る密閉形圧縮機１００の基本構造と動作は上記実施の形態１と同様であるので説明は省略する。

（１）本実施の形態３に係る遠心羽根車４０は、実施の形態２と同様に、実施の形態１の遠心羽根車４０の８枚の羽根４１のうち、上側釣合い錘３１のない位置の片側４枚のみを残して、これら４枚の羽根４１の高さを上側釣合い錘３１と同じ高さに設計している。しかしながら、本実施の形態３に係る遠心羽根車４０は、実施の形態２と異なり、羽根４１をラジアル方向（駆動軸３の回転方向と直交する方向）に配置した点が異なる。ターボファンよりファン効率は劣るが、遠心羽根車４０を製作しやすいという利点がある。

（２）実施の形態１及び実施の形態２では、短絡流路２３からの冷媒の短絡流れを防ぐ円筒側壁（円筒側壁３７、円筒側壁３６ａ）を回転子６の上部に配置し、円筒側壁と回転子６をいっしょに回転させる構成となっていた。これに対し、本実施の形態３では、固定子７の電動機上部コイル渡り部７ａの内側に円筒側壁に相当する閉塞カバー２９（より詳しくは、円筒部２９ａ）を、ラジアル方向流路２８を塞ぐように配置している。また、閉塞カバー２９には、円筒部２９ａの内周側に、固定子内周流路２７の上方を閉塞する突起部２９ｂが設けられている。この突起部２９ｂは、実施の形態１の固定子内周流路閉塞部３８ｂに相当するものであり、バランサ固定底板３８の円板部３８ａとの最小隙間２９ｃが電気短絡のない範囲で小さくなる（例えば約１から２ｍｍ）ように設計した。なお、以上のように設計した場合には、円筒側壁が駆動軸廻りに回転することで得られる昇圧効果は得られない。

以上、本実施の形態３のように構成された密閉形圧縮機１００よれば、密閉容器１内での潤滑油貯蔵量の低下を防ぐことができ、潤滑不良による信頼性低下を抑える効果と、省エネ性能の低下を抑える効果について、実施の形態１には劣るもののそれに準ずる効果が得られる。

実施の形態４．
図９は本発明の実施の形態４による密閉形圧縮機の構造を示す縦断面図である。図１０は本発明の実施の形態４による密閉形圧縮機の構造を示す横断面図（図９のＡ−Ａ断面図）である。また、図１１は本発明の実施の形態４による密閉形圧縮機の回転子の上方に設けられた回転昇圧機構を示す斜視図である。なお、図１０に示す黒塗り矢印は回転昇圧機構の回転方向を示すものである。また、図１１は、図１０に図示された立体的な矢印の方向から観察した回転昇圧機構を示している。
以下、これら図９〜図１１を用いて、本実施の形態４に係る密閉形圧縮機１００について説明する。なお、本実施の形態４に係る密閉形圧縮機１００の基本構造と動作は上記実施の形態１と同様であるので説明は省略する。

（１）本実施の形態４に係る密閉形圧縮機１００は、回転昇圧機構４９の構成を除き、実施の形態２で示した密閉形圧縮機１００と同様の構成になっている。詳しくは、本実施の形態４の回転昇圧機構４９は、実施の形態１で示した遠心羽根車４０から羽根４１を全て取り除いた構成となっている。換言すると、本実施の形態４の回転昇圧機構４９は、実施の形態１の羽根上側円板４３に相当する油分離用回転円板３５と、実施の形態１の羽根下側円板４４及び内周側流れガイド４２に相当する回転円板３０ｂ及び内周側流れガイド３０ｃで構成されたバランサカバー３０と、を備えている。このように構成された回転昇圧機構４９は、回転子風穴２６から流出した冷媒が内周側流れガイド３０ｃの内周側に形成された内側流路３０ａに流入して、回転円板３０ｂと油分離用回転円板３５との間を通り、油分離用カップ３６の内周側に形成されたカップ内側流路３６ｄを介して電動機回転子上側空間９ｂ（図９中の（６））に流出することとなる。本実施の形態４の回転昇圧機構４９は、遠心羽根車による大きな昇圧効果（例えば数ｋＰａレベル）が得られないが、バランサカバー３０の回転円板３０ｂ、油分離用回転円板３５及び油分離用カップ３６の円筒側壁３６ａの回転によって、昇圧効果（例えば１ｋＰａ以下）が得られる。

以上、本実施の形態４のように構成された密閉形圧縮機１００よれば、密閉容器１内での潤滑油貯蔵量の低下を防ぐことができ、潤滑不良による信頼性低下を抑える効果と、省エネ性能の低下を抑える効果について、実施の形態１には劣るものの（例えば半分以下）それに準ずる効果が得られる。一方、本実施の形態４のように構成された密閉形圧縮機１００よれば、実施の形態１と比べ、回転昇圧機構４９の製造コストを低減できる利点がある。

以上、実施の形態１〜実施の形態４では高圧シェル密閉形スクロール圧縮機を例に本発明を説明したが、電動機８の回転子６と固定子７の配置が同様で、冷媒が電動機下側空間５から電動機上側空間９へ流れが同様であれば、その他の回転形圧縮方式（スライディングベーン式、スイング式等）についても、実施の形態１〜実施の形態４と同様の効果が得られる。

実施の形態５．
本実施の形態５では、実施の形態１〜実施の形態４で示した密閉形圧縮機１００を備えた蒸気圧縮式冷凍サイクル装置の一例について説明する。

図１２は、本実施の形態５に係る蒸気圧縮式冷凍サイクル装置１０１を示す構成図である。蒸気圧縮式冷凍サイクル装置１０１は、実施の形態１〜実施の形態４のいずれかで示した密閉形圧縮機１００と、密閉形圧縮機１００で圧縮された冷媒から放熱させる放熱器１０２と、放熱器１０２から流出した冷媒を膨張させる膨張機構１０３と、膨張機構１０３から流出した冷媒に吸熱させる蒸発器１０４とを備えている。蒸気圧縮式冷凍サイクル装置１０１に実施の形態１〜実施の形態４のいずれかで示した密閉形圧縮機１００を用いることによって、蒸気圧縮式冷凍サイクル装置１０１の省エネ効率の改善、振動騒音の低減、信頼性向上を図ることができる。

１ 密閉容器、２ 下部油溜り、３ 駆動軸、３ａ 中空穴、３ｂ 給油穴、４ 圧縮室、５ 電動機下側空間、６ 回転子、７ 固定子、７ａ 電動機上部コイル渡り部、７ｂ 電動機下部コイル渡り部、７ｃ コア、８ 電動機、９ 電動機上側空間、９ａ 電動機固定子上側空間、９ｂ 電動機回転子上側空間、１０ 吐出空間、１１ 上側軸受け部材、１２ 下側軸受け部材、１２ａ 油戻し穴、１８ 吐出ポート、２１ 圧縮機吸入管、２２ 圧縮機吐出管、２３ 短絡流路、２５ 固定子外周流路、２６ 回転子風穴、２７ 固定子内周流路、２７ａ エアギャップ、２７ｂ コア内周部切欠き流路、２８ ラジアル方向流路、２９ 閉塞カバー、２９ａ 円筒部 ２９ｂ 固定子内周流路閉塞突起部、２９ｃ 最小隙間、３０ バランサカバー、３０ａ 内側流路、３０ｂ 回転円板、３０ｃ 内周側流れガイド、３１ 上側釣合い錘、３１ａ 回転方向先端部、３１ｂ 回転方向後端部、３２ 下側釣合い錘、３３ 回転子上端固定基板、３４ 回転子下端固定基板、３５ 油分離用回転円板（単体）、３６ 油分離用カップ ３６ａ 円筒側壁、３６ｂ 底板、３６ｃ 油抜き孔、３６ｄ カップ内側流路、３７ 円筒側壁（単体）、３８ バランサ固定底板、３８ａ 円板部 ３８ｂ 固定子内周流路閉塞部、３９ 油抜き孔、４０ 遠心羽根車、４１ 羽根、４２ 内周側流れガイド、４３ 羽根上側円板、４４ 羽根下側円板、４６ 羽根内側流路、４７ 羽根間流路、４８ 羽根外側流路、４９ 回転昇圧機構、５０ 圧縮機構筐体、５１ 固定スクロール、５２ 揺動スクロール、５４ 副軸受け部、５５ 主軸受け部、５６ 吐出カバー、５６ａ 開口部、５７ 冷媒流路、
６０ 圧縮機構、１００ 密閉形圧縮機、１０１ 蒸気圧縮式冷凍サイクル装置、１０２ 放熱器、１０３ 膨張機構、１０４ 蒸発器。

本発明に係る密閉形圧縮機は、底部に潤滑油を貯蔵する密閉容器と、前記密閉容器の内部に設けられ、固定子及び上下方向に貫通する回転子風穴が形成された回転子を有する電動機と、前記回転子に取り付けられた駆動軸と、前記密閉容器の内部に設けられ、前記駆動軸の回転によって冷媒を圧縮して、前記密閉容器の内部に吐出するスクロール型の圧縮機構と、前記回転子の上方に設けられ、前記駆動軸の周りに回転しながら、前記電動機の下側空間から前記回転子風穴を通って流入する冷媒ガスを通過させ昇圧する回転昇圧機構と、前記回転昇圧機構を囲むように、前記電動機の上側空間を固定子側である外側空間と回転子側である内側空間とに仕切る円筒側壁と、前記内側空間に連通し、前記内側空間から冷媒を前記密閉容器の外部回路に流出させる吐出管と、を備え、前記回転昇圧機構により、前記内側空間の圧力が前記外側空間の圧力よりも大きくされる。

Claims (10)

1. 底部に潤滑油を貯蔵する密閉容器と、
   前記密閉容器の内部に設けられ、固定子及び上下方向に貫通する回転子風穴が形成された回転子を有する電動機と、
   前記回転子に取り付けられた駆動軸と、
   前記密閉容器の内部に設けられ、前記駆動軸の回転によって冷媒を圧縮する圧縮機構と、
   前記回転子の上方に設けられ、前記駆動軸周りに回転しながら冷媒ガスを通過させ昇圧する回転昇圧機構と、
   前記回転子側である内側空間にある前記回転昇圧機構を囲むように、前記電動機の上側空間を固定子側である外側空間と仕切る円筒側壁と、
   前記内側空間に連通し、該空間から冷媒を前記密閉容器の外部回路に流出させる吐出管と、
   を備え、
   前記圧縮機構で圧縮されて前記密閉容器内に吐出された冷媒ガスは、前記電動機の下側空間から前記回転子風穴を通って前記回転子の上端まで移動して前記回転昇圧機構に流入し昇圧された後、前記内側空間に流れて該内側空間を昇圧し、前記外側空間から前記内側空間への冷媒ガスの流入を抑制しながら前記吐出管より外部へ吐出されることを特徴とする密閉形圧縮機。
2. 前記回転昇圧機構は、
   駆動軸を中心として、前記駆動軸周りに回転することで、冷媒ガスを内周側の入口から流入させて昇圧させながら外周側の出口より流出させる遠心羽根車であることを特徴とする請求項１に記載の密閉形圧縮機。
3. 前記円筒側壁は、前記遠心羽根車の外周側の出口を囲むように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の密閉形圧縮機。
4. 前記遠心羽根車は、
   羽根の下側から前記遠心羽根車に冷媒ガスが流入するのを遮る下面板と、
   羽根の上側から前記遠心羽根車に冷媒ガスが流入するのを遮る上面板と、
   前記回転子風穴以外の流路から前記遠心羽根車の内周側の入口へ冷媒ガスが流入するのを防ぐ仕切り板と、
   を備えたことを請求項２又は請求項３に記載の特徴とする密閉形圧縮機。
5. 前記固定子には、コアに巻かれたコイルが該固定子の上端から突出した部分である電動機上部コイル渡り線部が複数形成され、
   前記円筒側壁は、前記回転昇圧機構と前記電動機上部コイル渡り線部との間を仕切ることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の密閉形圧縮機。
6. 前記回転子と前記固定子との間に形成される流路の上方を閉塞する閉塞部材を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の密閉形圧縮機。
7. 前記円筒側壁は、前記回転子の上端に設けられて前記回転子と共に回転することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の密閉形圧縮機。
8. 前記圧縮機構は前記電動機の上方に設けられ、
   前記圧縮機構で圧縮されて前記密閉容器内に吐出された冷媒ガスは、前記外側空間から前記固定子と前記密閉容器との間に形成された固定子外周流路を通って前記電動機の下側空間に流入した後、該電動機の下側空間から前記回転子風穴を通って前記回転子の上端まで移動して前記回転昇圧機構に流入して昇圧され、前記内側空間に流れて該内側空間を昇圧し、前記外側空間から前記内側空間への冷媒ガスの流入を抑制しながら前記吐出管より外部へ吐出されることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の密閉形圧縮機。
9. 前記圧縮機構の下部に、前記電動機の上側空間における前記円筒側壁より上側部分を前記外側空間と前記内側空間とに仕切る吐出カバーを備え、
   該吐出カバーと前記円筒側壁とにより、前記外側空間と前記内側空間とを連通する短絡流路の流路抵抗を増加させていることを特徴とする請求項８に記載の密閉形圧縮機。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の圧縮機と、
    該圧縮機で圧縮された冷媒から放熱させる放熱器と、
    該放熱器から流出した冷媒を膨張させる膨張機構と、
    該膨張機構から流出した冷媒に吸熱させる蒸発器と、
    を備えたことを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル装置。

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