JPWO2018020992A1 - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部（１０）と、圧縮機構部（１０）を駆動させる電動機部と、圧縮機構部（１０）から吐出される冷媒ガスからオイルを分離するオイル分離機構部（４０）とを備える。また、圧縮機構部（１０）と電動機部とオイル分離機構部（４０）とは密閉容器内に配されており、圧縮機構部（１０）の吐出口（１７）の断面積をａ、オイル分離機構部（４０）の流入部（４２）の断面積をｂ、としたとき、ｂ／ａが１以上３以下である。この構成により、電動機部の高効率化を図りながら、圧縮機の冷媒ガスからのオイルの分離性能を向上させることができる。

Description

本発明は、圧縮機構で圧縮した冷媒ガスからオイルを分離する機能を有する圧縮機に関する。

従来、空調装置や冷却装置などに用いられる圧縮機は、一般に、ケーシング内に圧縮機構部とその圧縮機後部を駆動させる電動機部を備えており、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役割を果たしている。

一般的に、圧縮機構部で圧縮した冷媒ガスは、一旦電動機の周囲を流れることによって、電動機部を冷却し、その後、ケーシングに設けられた吐出配管から冷凍サイクルへと送り込まれる（例えば、特許文献１参照）。

すなわち、圧縮機構部で圧縮した冷媒ガスは、吐出口から吐出空間へ吐出される。その後、冷媒ガスは、フレームの外周に設けられた通路を通り、圧縮機構部と電動機部との間の電動機空間の上部に吐出される。

一部の冷媒ガスは、電動機部を冷却した後、吐出配管より吐出される。また、他の冷媒ガスは、電動機部とケーシングの内壁との間に形成されている通路によって、電動機部の上部と下部の電動機空間を連通し、電動機部を冷却した後、電動機部の回転子と固定子の隙間を通って、電動機部の上部の電動機空間に入り、吐出配管から吐出される。

特開平５−４４６６７号公報

しかしながら、従来の構成では、圧縮機構部で圧縮された高温高圧の冷媒ガスが、電動機部を流れるため、電動機部が冷媒ガスによって加熱され、電動機部の効率低下を引き起こしてしまうという課題を有していた。

本発明は、電動機部の高効率化を図りながら、圧縮機の冷媒ガスからのオイルの分離性能を向上させた圧縮機を提供する。

本発明の圧縮機は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動させる電動機部と、圧縮機構部から吐出される冷媒ガスからオイルを分離するオイル分離機構部と、を備える。また、圧縮機構部と電動機部とオイル分離機構部とは密閉容器内に配されており、圧縮機構部の吐出口の断面積をａ、オイル分離機構部の流入部の断面積をｂ、としたとき、ｂ／ａが１以上３以下であることを特徴とする。

これにより、断面積の比であるｂ／ａが１以上であるため、圧縮機構部から吐出口の断面積ａから吐出された、オイルを相溶した冷媒ガスは、オイル分離機構の最も通路の狭い流入部を通過するが、吐出口と同等以上の断面積であるため、圧力損失が抑制され、高効率が維持できる。

また、断面積の比であるｂ／ａが３以下であるため、冷媒ガスの流入速度を大きくし、遠心力を増大させることができるため、冷媒ガスと相溶するオイルを用いても、オイル分離を効率的に行うことができる。

本発明によれば、電動機部の高効率化を図りながら、圧縮機の冷媒ガスからのオイルの分離性能を向上させた圧縮機を提供できる。

図１は、本発明の第１の実施の形態における圧縮機の縦断面図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態における圧縮機の圧縮機構部の要部拡大断面図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態における圧縮機の断面積の比であるｂ／ａと、オイル循環量、圧縮機動力との関係を示す図である。 図４は、本発明の第２の実施の形態における圧縮機の縦断面図である。

以下、本発明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発明が限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における圧縮機の縦断面図である。

図１に示すように、本実施の形態における圧縮機は、密閉容器１内に、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部１０と、圧縮機構部１０を駆動させる電動機部２０を備えている。

密閉容器１内は、圧縮機構部１０によって、第１の容器内空間３１と第２の容器内空間３２に分割している。そして、第２の容器内空間３２には、電動機部２０を配置している。

また、第２の容器内空間３２は、電動機部２０によって、圧縮機構側空間３３と貯オイル側空間３４に分割している。そして、貯オイル側空間３４には、貯オイル部２を配置している。

密閉容器１には、吸接管３と吐出管４とが溶接によって固定されている。吸接管３と吐出管４とは密閉容器１の外部に通じ、冷凍サイクルを構成する部材と接続されている。吸接管３は密閉容器１の外部から冷媒ガスを導入し、吐出管４は第１の容器内空間３１から密閉容器１の外部に冷媒ガスを導出する。

主軸受部材１１は、密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどで固定され、シャフト５を軸支している。この主軸受部材１１には、固定スクロール１２がボルト止めされている。固定スクロール１２と噛み合う旋回スクロール１３は、主軸受部材１１と固定スクロール１２とで挟み込まれている。主軸受部材１１、固定スクロール１２、及び旋回スクロール１３は、スクロール式の圧縮機構部１０を構成している。

旋回スクロール１３と主軸受部材１１との間には、オルダムリングなどによる自転拘束機構１４を設けている。自転拘束機構１４は、旋回スクロール１３の自転を防止し、旋回スクロール１３が円軌道運動するように案内する。旋回スクロール１３は、シャフト５の上端に設けている偏心軸部５ａにて偏心駆動される。この偏心駆動により、固定スクロール１２と旋回スクロール１３との間に形成している圧縮室１５は、外周から中央部に向かって移動し、容積を小さくして圧縮を行う。

吸接管３と圧縮室１５との間には、吸入経路１６が形成されている。吸入経路１６は、固定スクロール１２に設けられている。固定スクロール１２の中央部には、圧縮機構部１０の吐出口１７が形成されている。吐出口１７には、リード弁１８が設けられている。

固定スクロール１２の第１の容器内空間３１側には、吐出口１７及びリード弁１８を覆うマフラー１９が設けられている。マフラー１９は、吐出口１７を第１の容器内空間３１から隔離している。冷媒ガスは、吸接管３から、吸入経路１６を経て圧縮室１５に吸入される。圧縮室１５で圧縮された冷媒ガスは、吐出口１７からマフラー１９内に吐出される。リード弁１８は、冷媒ガスが吐出口１７から吐出するときに押し開けられる。

シャフト５の下端にはポンプ６が設けられている。ポンプ６の吸い込み口は、密閉容器１の底部に設けられた貯オイル部２内に配置している。ポンプ６は、シャフト５によって駆動される。従って、貯オイル部２にあるオイルを、圧力条件や運転速度に関係なく、確実に吸い上げることができ、摺動部でのオイル切れは発生しない。ポンプ６で吸い上げたオイルは、シャフト５内に形成しているオイル供給穴７を通じて圧縮機構部１０に供給される。なお、オイルをポンプ６で吸い上げる前、又は吸い上げた後に、オイルフィルタを用いてオイルから異物を除去すると、圧縮機構部１０への異物混入が防止でき、更なる信頼性向上を図ることができる。

圧縮機構部１０に導かれたオイルの圧力は、吐出口１７から吐出される冷媒ガスの吐出圧力とほぼ同等であり、旋回スクロール１３に対する背圧源ともなる。これにより、旋回スクロール１３は、固定スクロール１２から離れたり、片当たりしたりすることなく、安定して動作する。さらにオイルの一部は、供給圧や自重によって、逃げ場を求めるようにして偏心軸部５ａと旋回スクロール１３との嵌合部、及びシャフト５と主軸受部材１１との間の軸受部８に進入して潤滑し、その後に落下し、貯オイル部２に戻る。

旋回スクロール１３には経路７ａが形成され、経路７ａの一端は高圧領域３５に開口し、経路７ａの他端は背圧室３６に開口している。自転拘束機構１４は、背圧室３６に配置されている。

従って、高圧領域３５に供給されたオイルの一部は、経路７ａを通って、背圧室３６に進入する。背圧室３６に進入したオイルは、スラスト摺動部及び自転拘束機構１４の摺動部を潤滑し、背圧室３６にて旋回スクロール１３に背圧を与えている。

次に、図１及び図２を用いて、第１の実施の形態における圧縮機のオイル分離機構部について説明する。図２は、図１における圧縮機構部の要部拡大断面図である。

本実施の形態による圧縮機は、圧縮機構部１０から吐出される冷媒ガスからオイルを分離するオイル分離機構部４０を設けている。

オイル分離機構部４０は、冷媒ガスを旋回させる円筒状空間４１と、マフラー１９内と円筒状空間４１とを連通する流入部４２と、円筒状空間４１と第１の容器内空間３１とを連通する送出口４３と、円筒状空間４１と第２の容器内空間３２とを連通する排出口４４とを有する。

円筒状空間４１は、固定スクロール１２に形成した第１の円筒状空間４１ａと主軸受部材１１に形成した第２の円筒状空間４１ｂとで構成される。流入部４２は、第１の円筒状空間４１ａに連通し、好ましくは流入部４２の開口を第１の円筒状空間４１ａの上端内周面に形成する。そして、流入部４２は、圧縮機構部１０から吐出される冷媒ガスをマフラー１９内から円筒状空間４１に流入させる。流入部４２は、円筒状空間４１に対し、接線方向に開口している。

送出口４３は、円筒状空間４１の上端側に形成し、少なくとも流入部４２よりも第１の容器内空間３１側に形成する。送出口４３は、第１の円筒状空間４１ａの上端面に形成することが好ましい。そして、送出口４３は、円筒状空間４１から第１の容器内空間３１に、オイルを分離した冷媒ガスを送出する。

排出口４４は、円筒状空間４１の下端側に形成し、少なくとも流入部４２よりも第２の容器内空間３２側に形成する。排出口４４は、第２の円筒状空間４１ｂの下端面に形成することが好ましい。そして、排出口４４は、円筒状空間４１から圧縮機構側空間３３に、分離したオイルと冷媒ガスの一部とを排出する。

ここで、送出口４３の開口部の断面積Ａは、円筒状空間４１の断面積Ｃよりも小さく、排出口４４の開口部の断面積Ｂよりも大きい方が好ましい。送出口４３の開口部の断面積Ａが、円筒状空間４１の断面積Ｃと同じ場合には、冷媒ガスの旋回流が排出口４４の方向に導かれることなく、送出口４３から吹き出してしまう。また、排出口４４の開口部の断面積Ｂが円筒状空間４１の断面積Ｃと同じ場合には、冷媒ガスの旋回流が排出口４４から吹き出してしまう。

また、送出口４３の開口部の断面積Ａを、排出口４４の開口部の断面積Ｂよりも大きくすることで、送出口４３における流路抵抗が減る。これにより、冷媒ガスは排出口４４よりも送出口４３に流れやすくなる。一例として、Ａ／Ｂは９程度に設定することができる。

本実施の形態では、固定スクロール１２の外周部に孔加工を施すことで第１の円筒状空間４１ａを形成し、主軸受部材１１の外周部に孔加工を施すことで第２の円筒状空間４１ｂを形成する。また、固定スクロール１２の反ラップ側端面には、第１の円筒状空間４１ａに対し、接線方向に開口する溝を形成し、第１の円筒状空間４１ａ側の溝の一部をマフラー１９で覆うことで流入部４２を構成している。また、送出口４３は、マフラー１９に形成した孔で構成し、この孔を第１の円筒状空間４１ａの開口に配置している。また、排出口４４は、軸受けカバー４５に形成した孔で構成し、この孔を第２の円筒状空間４１ｂの開口に配置している。

以下に本実施の形態によるオイル分離機構部４０の作用を説明する。

マフラー１９内に吐出された冷媒ガスは、固定スクロール１２に形成された流入部４２を経て、円筒状空間４１に導かれる。流入部４２は円筒状空間４１に対し、接線方向に開口しているため、流入部４２から送出される冷媒ガスは、円筒状空間４１の内壁面に沿って流れ、円筒状空間４１の内周面で旋回流が発生する。この旋回流は、排出口４４に向かった流れとなる。

冷媒ガスには圧縮機構部１０に給油されたオイルが含まれており、冷媒ガスが旋回している間に、比重の高いオイルは遠心力により円筒状空間４１の内壁に付着し、冷媒ガスと分離する。円筒状空間４１の内周面で発生した旋回流は、排出口４４に到達後、又は排出口４４近傍で折り返し、円筒状空間４１の中心を通る上昇流に変わる。

遠心力によりオイルを分離した冷媒ガスは、上昇流により送出口４３に到達し、第１の容器内空間３１に送出される。第１の容器内空間３１に送出された冷媒ガスは、第１の容器内空間３１に設けられた吐出管４から密閉容器１の外部に送り出され、冷凍サイクルに供給される。また、円筒状空間４１で分離されたオイルは、少量の冷媒ガスとともに排出口４４から圧縮機構側空間３３に送り出される。圧縮機構側空間３３に送り出されたオイルは、自重により密閉容器１の壁面や電動機部２０の連通路を経て、貯オイル部２に至る。圧縮機構側空間３３に送り出された冷媒ガスは、圧縮機構部１０の隙間を通過して第１の容器内空間３１に至り、吐出管４から密閉容器１の外部に送り出される。

本実施の形態によるオイル分離機構部４０は、送出口４３を流入部４２よりも第１の容器内空間３１側に形成し、排出口４４を流入部４２よりも第２の容器内空間３２側に形成することで、流入部４２から排出口４４までの間では、円筒状空間４１の内周面で旋回流が発生し、排出口４４から送出口４３までの間では、円筒状空間４１の中心部で旋回流と逆方向の流れが発生する。従って、排出口４４が流入部４２から離れるに従い、冷媒ガスの旋回回数が増え、オイルの分離効果が高まる。また旋回後の冷媒ガスは、旋回流の中心部を通過するため、送出口４３は、流入部４２よりも反排出口側にあればよい。すなわち、流入部４２と排出口４４との距離を可能な限り大きくすることで、オイル旋回分離の効果を高めることができる。

また、本実施の形態によるオイル分離機構部４０は、分離したオイルを円筒状空間４１内に貯留することなく、オイルを冷媒ガスとともに排出口４４から排出するため、円筒状空間４１の内周面で発生する旋回流を、排出口４４の方向に導く作用を備えている。

仮に、円筒状空間４１に排出口４４を形成せず、円筒状空間４１内にオイルを貯留すると、排出口４４から外部に引っ張る流れが発生しないため、オイル面に到達する前に旋回流が消滅してしまうか、オイル面に到達するとオイルを巻き上げてしまう。また円筒状空間４１に排出口４４を形成せずに、オイル分離機能を発揮させるためには、オイルを貯留するに十分な空間を形成する必要がある。

しかし、本実施の形態によるオイル分離機構部４０のように、オイルを冷媒ガスとともに排出口４４から排出することで、旋回流を排出口４４に導くことができるとともに、オイルの巻き上げもない。

本実施の形態によれば、圧縮機構部１０で圧縮されてオイル分離機構部４０から送出される、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスは、第１の容器内空間３１に導かれて吐出管４から吐出される。従って、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスは、電動機部２０を通過しないため、電動機部２０が冷媒ガスにより加熱されることがなく、電動機部２０の高効率化が図れる。

また、本実施の形態によれば、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスを、第１の容器内空間３１に導くことで、第２の容器内空間３２に接する圧縮機構部１０の加熱を抑えることができるため、吸入冷媒ガスの加熱を抑制し、圧縮室内での高い体積効率を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、オイル分離機構部４０で分離されたオイルを、冷媒ガスとともに第２の容器内空間３２に排出するため、円筒状空間４１内にはオイルが滞留することがほとんど無い。従って、分離したオイルが、旋回する冷媒ガスによって円筒状空間４１内で吹き上げられ、送出口４３から冷媒ガスとともに送出することがなく、安定したオイル分離を行える。更に、円筒状空間４１内にオイルを滞留させないため、円筒状空間４１を小さく構成できる。

また、本実施の形態によれば、貯オイル部２を貯オイル側空間３４に配置し、圧縮機構側空間３３ではオイルを貯留しないため、密閉容器１を小型化できる。

また、本実施の形態によれば、圧縮機構部１０の吐出口１７を第１の容器内空間３１から隔離するマフラー１９を配設し、流入部４２によって、マフラー１９内と円筒状空間４１とを連通することで、圧縮機構部１０で圧縮された冷媒ガスを確実にオイル分離機構部４０に導くことができる。すなわち、全ての冷媒ガスがオイル分離機構部４０を通過することになるので、冷媒ガスから効率よくオイルを分離することができる。

また、吐出口１７から吐出されたほとんどの高温の冷媒ガスは、第２の容器内空間３２を通過することなく、吐出管４から密閉容器１の外部に吐出されるため、電動機部２０や圧縮機構部１０の加熱を抑えることができる。

また、本実施の形態によれば、円筒状空間４１を、固定スクロール１２と主軸受部材１１に形成したことで、吐出口１７から吐出管４までの冷媒ガスが流れる経路を短く構成でき、密閉容器１を小型化できる。

また、本実施の形態では、冷媒ガスと相溶するオイルを用い、図２に示す圧縮機構部１０における吐出口１７の断面積をａ（図２のＥ−Ｅ断面で表示）、オイル分離機構部４０の流入部４２の通路断面積をｂ（図２のＤ−Ｄ断面で表示）とすると、断面積の比であるｂ／ａが１以上３以下になるように、吐出口１７とオイル分離機構部４０の流入部４２が構成されている。なお、オイル分離機構部４０が複数形成されている場合には、流入部４２の通路断面積ｂはそれぞれの通路断面積ｂを合計したものとする。

図３は、断面積の比であるｂ／ａと、オイル循環量、圧縮機動力との関係を示す図である。横軸は、オイル分離機構部４０における流入部４２の通路断面積ｂを、吐出口１７の段面積ａで除した値である。縦軸は、オイル循環量基準比と圧縮機動力基準比を示しており、それぞれ吐出冷媒ガスが一旦電動機部の周囲を流れる従来構成におけるオイル循環量と、圧縮機動力を基準としたときの比としている。

オイル循環量基準比は、システム性能を悪化させる冷媒ガス中に含まれるオイル循環量を示しており、１００％以上になるとサイクル性能が悪化する。

図３に示すように、オイル循環量基準比を１００％以下にするために、ｂ／ａの値を３以下にする必要がある。つまり、冷媒ガスとオイルを遠心力により分離させるために、円筒状空間４１での旋回速度をあげる必要があり、そのために、ｂ（円筒状空間４１への流入部４２の断面積合計）／ａ（吐出口１７の断面積）を３以下としている。

また、一方で、ｂ／ａの値を小さくしすぎる、つまり、吐出口１７の断面積ａに対して、円筒状空間４１への流入部４２の通路断面積ｂを小さくしすぎると、圧縮機構部１０の吐出口１７から吐出された冷媒ガスが、オイル分離機構部４０の流入部４２を経由して円筒状空間４１に流入する際の圧力損失が大きくなり、圧縮機の動力を増大させてしまう。そこで、圧縮機動力を増大させないためにｂ／ａを1以上としている。

このように、ｂ／ａを１以上３以下とすることで、システム性能に悪影響を及ぼさない範囲まで、冷媒ガス中のオイル含有量を低減でき、かつ、圧縮機動力を増大させない範囲に吐出時の圧力損失を抑えている。

その後、オイル分離機構部４０から第１の容器内空間３１に送出された冷媒ガスは、オイル分離機構部４０で完全に分離しきれずオイルが含まれているが、第１の容器内空間３１内で冷媒ガスが旋回し、比重の高いオイルは遠心力により第１の容器内空間３１の内壁に付着し、冷媒ガスと分離する。そして、冷媒ガスは、第１の容器内空間３１に設けられた吐出管４から密閉容器１の外部に送り出され、冷凍サイクルに供給される。

また、第１の容器内空間３１で分離されたオイルは自重により、貯オイル部２に至る。その結果として、オイル循環量を低減できる。

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態における圧縮機の縦断面図である。本実施の形態の基本的な構成は、図１と同一であるので説明を省略するが、図４では、円筒状空間４１を構成する冷媒ガス旋回部材４８を第１の容器内空間３１に配置している。

冷媒ガス旋回部材４８は、マフラー１９の外周面に設置している。冷媒ガス旋回部材４８には、流入部４２ｂ、送出口４３ｂ、排出口４４ｂが形成されている。流入部４２ｂは、マフラー１９内と円筒状空間４１とを連通し、送出口４３ｂは、円筒状空間４１と第１の容器内空間３１とを連通し、排出口４４ｂは、円筒状空間４１と第１の容器内空間３１とを連通している。

流入部４２ｂの開口は、円筒状空間４１の一端側内周面に形成する。そして、流入部４２ｂは、圧縮機構部１０から吐出される冷媒ガスをマフラー１９内から円筒状空間４１に流入させる。流入部４２ｂは、円筒状空間４１に対し、接線方向に開口している。

送出口４３ｂは、円筒状空間４１の第１の端部側に形成し、少なくとも流入部４２ｂよりも第１の端部側に形成する。送出口４３ｂは、円筒状空間４１の第１の端部側の端面に形成することが好ましい。そして、送出口４３ｂは、円筒状空間４１から第１の容器内空間３１に、オイルを分離した冷媒ガスを送出する。

排出口４４ｂは、円筒状空間４１の他端側に形成し、少なくとも流入部４２ｂよりも第１の端部と対向する第２の端部側に形成する。排出口４４ｂは、円筒状空間４１の第２の端部側の端面の下部に形成することが好ましい。そして、排出口４４ｂは、円筒状空間４１から第１の容器内空間３１に、分離したオイルと冷媒ガスの一部とを排出する。

ここでも、図１の構成と同様に、送出口４３ｂの開口部の断面積Ａは、円筒状空間４１の断面積よりも小さく、排出口４４ｂの開口部の断面積Ｂよりも大きくしている。

以下に、本実施の形態によるオイル分離機構部４０の作用を説明する。

マフラー１９内に吐出された冷媒ガスは、マフラー１９の上面に形成された流入部４２ｂを経て、円筒状空間４１に導かれる。流入部４２ｂは円筒状空間４１に対し、接線方向に開口しているため、流入部４２ｂから送出される冷媒ガスは、円筒状空間４１の内壁面に沿って流れ、円筒状空間４１の内周面で旋回流が発生する。この旋回流は、排出口４４ｂに向かった流れとなる。

冷媒ガスには圧縮機構部１０に給油されたオイルが含まれており、冷媒ガスが旋回している間に、比重の高いオイルは遠心力により円筒状空間４１の内壁に付着し、冷媒ガスと分離する。円筒状空間４１の内周面で発生した旋回流は、排出口４４ｂに到達後、又は排出口４４ｂ近傍で折り返し、円筒状空間４１の中心を通る逆流に変わる。

遠心力によりオイルを分離した冷媒ガスは、円筒状空間４１の中心を通る流れにより送出口４３ｂに到達し、第１の容器内空間３１に送出される。第１の容器内空間３１に送出された冷媒ガスは、第１の容器内空間３１に設けられた吐出管４から密閉容器１の外部に送り出され、冷凍サイクルに供給される。

また、円筒状空間４１で分離されたオイルは、自重により一方に偏って溜まり、排出口４４ｂが、第２の端部側の端面の下部又は円筒状空間４１の下部に形成しているので、オイルを容易に排出できる。

分離されたオイルは、少量の冷媒ガスとともに排出口４４ｂからマフラー１９上面に送り出される。マフラー１９上面に送り出されたオイルは、自重により圧縮機構部１０の隙間を通って第１の容器内空間３１から圧縮機構側空間３３に至り、更に密閉容器１の壁面や電動機部２０の連通路を経て、貯オイル部２に至る。

排出口４４ｂから送り出された冷媒ガスは、送出口４３ｂから送出された冷媒ガスと同様に第１の容器内空間３１に設けられた吐出管４から密閉容器１の外部に送り出され、冷凍サイクルに供給される。

本実施の形態によるオイル分離機構部４０は、送出口４３ｂを流入部４２ｂよりも円筒状空間４１の一端側に形成し、排出口４４ｂを流入部４２ｂよりも円筒状空間４１の他端側に形成することで、流入部４２ｂから排出口４４ｂまでの間では、円筒状空間４１の内周面で旋回流が発生し、排出口４４ｂから送出口４３ｂまでの間では、円筒状空間４１の中心部で旋回流と逆方向の流れが発生する。従って、排出口４４ｂが流入部４２ｂから離れるに従い、冷媒ガスの旋回回数が増え、オイルの分離効果が高まる。

また、旋回後の冷媒ガスは、旋回流の中心部を通過するため、送出口４３ｂは、流入部４２ｂよりも反排出口４４ｂ側にあればよい。すなわち、流入部４２ｂと排出口４４ｂとの距離を可能な限り大きくすることで、オイル旋回分離の効果を高めることができる。

また、本実施の形態によるオイル分離機構部４０は、円筒状空間４１に分離したオイルを貯留することなく、オイルを冷媒ガスとともに排出口４４ｂから排出するため、円筒状空間４１の内周面で発生する旋回流を、排出口４４ｂの方向に導く作用を備えている。

仮に、円筒状空間４１に排出口４４ｂを形成せず、円筒状空間４１内にオイルを貯留すると、排出口４４ｂから外部に引っ張る流れが発生しないため、旋回流がオイルを巻き上げてしまう。また円筒状空間４１に排出口４４ｂを形成せずに、オイル分離機能を発揮させるためには、オイルを貯留するに十分な空間を形成する必要がある。

しかし、本実施の形態によるオイル分離機構部４０のように、オイルを冷媒ガスとともに排出口４４ｂから排出することで、旋回流を排出口４４ｂに導くことができるとともに、オイルの巻き上げもない。

本実施の形態によれば、圧縮機の軸方向寸法を変えることなく、旋回分離を行うことが可能となる。また、冷媒ガスの旋回回数を多くするため、円筒状空間４１、さらに詳しくは流入部４２ｂと排出口４４ｂとの距離を大きくすることも可能となる。これにより圧縮機自体の寸法を維持したまま、オイル分離機構部４０を密閉容器１の内部に備えることができ、さらにはオイル旋回分離の効果も高めることができる。

また、本実施の形態によれば、円筒状空間４１を構成する冷媒ガス旋回部材４８を第１の容器内空間３１に配置することで、吐出口１７から吐出管４までの冷媒ガスが流れる経路を短く構成でき、密閉容器１を小型化できる。

本実施の形態によれば、圧縮機構部１０で圧縮され、オイル分離機構部４０から送出される高温高圧の冷媒ガスは、第１の容器内空間３１に導かれて吐出管４から吐出される。従って、高温高圧の冷媒ガスは、電動機部２０を通過しないため、電動機部２０が冷媒ガスにより加熱されることがなく、電動機部２０の高効率化が図れる。

また、本実施の形態によれば、高温高圧の冷媒ガスを、第１の容器内空間３１に導くことで、第２の容器内空間３２に接する圧縮機構部１０の加熱を抑えることができるため、吸入冷媒ガスの加熱を抑制し、圧縮室内での高い体積効率を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、オイル分離機構部４０で分離されたオイルを、冷媒ガスとともに第１の容器内空間３１に排出するため、円筒状空間４１内にはオイルが滞留することがほとんど無い。従って、分離したオイルが、旋回する冷媒ガスによって円筒状空間４１内で吹き上げられ、送出口４３ｂから冷媒ガスとともに送出することがなく、安定したオイル分離を行える。更に、円筒状空間４１内にオイルを滞留させないため、円筒状空間４１を小さく構成できる。

また、本実施の形態によれば、貯オイル部２を貯オイル側空間３４に配置し、圧縮機構側空間３３ではオイルを貯留しないため、密閉容器１を小型化できる。

また、本実施の形態によれば、圧縮機構部１０の吐出口１７を第１の容器内空間３１から隔離するマフラー１９を配設し、流入部４２ｂによって、マフラー１９内と円筒状空間４１とを連通することで、圧縮機構部１０で圧縮された冷媒ガスを確実にオイル分離機構部４０に導くことができる。

すなわち、全ての冷媒ガスがオイル分離機構部４０を通過することになるので、冷媒ガスから効率よくオイルを分離することができる。また、吐出口１７から吐出された高温の冷媒ガスは、第２の容器内空間３２を通過することなく、吐出管４から密閉容器１の外部に吐出されるため、電動機部２０や圧縮機構部１０の加熱を抑えることができる。

その後、オイル分離機構部４０から第１の容器内空間３１に送出された冷媒ガスは、オイル分離機構部４０で完全に分離しきれずオイルが含まれているが、第１の容器内空間３１内で冷媒ガスが旋回し、比重の高いオイルは遠心力により第１の容器内空間３１の内壁に付着し、冷媒ガスと分離する。そして、冷媒ガスは、第１の容器内空間３１に設けられた吐出管４から密閉容器１の外部に送り出され、冷凍サイクルに供給される。

また、第１の容器内空間３１で分離されたオイルは自重により、貯オイル部２に至る。

その結果として、オイル循環量を低減できる。

上記各実施の形態における圧縮機においては、円筒状空間４１を２つ以上設けてもよい。

また、上記各実施の形態における圧縮機においては、冷媒ガスとして、フッ化炭素系を用いることができる。この構成によれば、高温冷媒であるフッ化炭素系の冷媒ガスを用いても、冷媒ガスによって電動機部及び圧縮機機構部が加熱されることがないため、電動機部効率及び体積効率の低下を抑制することができ、本発明は有効である。

また、フッ化炭素系の冷媒ガスは、密度が比較的小さく、流速が大きくなるが、本発明により、オイル分離を効率的に行うとともに、圧力損失を抑制することで高効率化が図られる。

また、冷媒ガスとしてフッ化炭素系冷を用いる場合、オイルとして、エステルおよびエーテルを主成分としたオイルを用いる。

この構成によれば、フッ化炭素系の冷媒ガスと、主成分がエステルおよびエーテルのオイルは相溶性が高いが、本実施の形態により、冷媒ガス中のオイルを遠心力により効率的に分離することができる。

以上説明したように、第１の発明における圧縮機は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動させる電動機部と、圧縮機構部から吐出される冷媒ガスからオイルを分離するオイル分離機構部とを備える。さらに、圧縮機構部と電動機部とオイル分離機構部とは密閉容器内に配されており、圧縮機構部の吐出口の断面積をａ、オイル分離機構部の流入部の断面積をｂ、としたとき、ｂ／ａが１以上３以下であることを特徴とする。

この構成によれば、ｂ／ａが１以上であるため、圧縮機構部から吐出口の断面積ａから吐出された、オイルを相溶した冷媒ガスは、オイル分離機構の最も通路の狭い流入部を通過するが、吐出口と同等以上の断面積であるため、圧力損失が抑制され、高効率が維持できる。また、ｂ／ａが３以下であるため、冷媒ガスの流入速度を大きくし、遠心力を増大させることができるため、冷媒ガスと相溶するオイルを用いても、オイル分離を効率的に行うことができる。

第２の発明における圧縮機は、特に第１の発明において、密閉容器内は圧縮機構部により、第１の容器内空間と第２の容器内空間とに分割され、電動機部は第２の容器内空間に配置されており、第１の容器内空間から密閉容器の外部に冷媒ガスを吐出する吐出管を有する。また、オイル分離機構部は、冷媒ガスを旋回させる円筒状空間と、圧縮機構部から吐出される冷媒ガスを円筒状空間に流入させる流入部と、円筒状空間から第１の容器内空間に、オイルを分離した冷媒ガスを送出する送出口と、送出口と対向して配置され、分離したオイルと冷媒ガスの一部とを円筒状空間から排出する排出口とから構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、圧縮機構部で圧縮されてオイル分離機構部から送出される高温高圧の冷媒ガスは、第１の容器内空間に導かれて吐出管から吐出される。従って、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスは、電動機部を通過しないため、電動機部が冷媒ガスにより加熱されることがなく、電動機部の高効率化が図れる。また、この構成によれば、ほとんどの高温高圧の冷媒ガスを、第１の容器内空間に導くことで、第２の容器内空間に接する圧縮機構部の加熱を抑えることができるため、吸入冷媒ガスの加熱を抑制し、圧縮室内での高い体積効率を得ることができる。

また、この構成によれば、オイル分離機構部で分離されたオイルを、冷媒ガスとともに送出口と対向した位置にある排出口から排出するため、円筒状空間内にはオイルが滞留することがほとんど無い。従って、分離したオイルが、旋回する冷媒ガスによって円筒状空間内で吹き上げられ、送出口から冷媒ガスとともに送出することがなく、安定したオイル分離を行える。更に、円筒状空間内にオイルを滞留させないため、円筒状空間を小さく構成できる。また、この構成によれば、円筒状空間への冷媒ガスの流入速度を大きくし、遠心力を増大させ、オイル分離を効率的に行うとともに、圧力損失を抑制することで高効率化が図られる。

第３の発明における圧縮機は、特に第２の発明において、圧縮機構部が、固定スクロールと、固定スクロールと対向配置された旋回スクロールと、旋回スクロールを駆動するシャフトを軸支する主軸受部材とから構成され、円筒状空間が、固定スクロールと主軸受部材とに形成されており、排出口が、第２の容器内空間に連通する構成としたことを特徴とする。

この構成によれば、オイル分離機構部を圧縮機構部に形成することで、吐出口から吐出管までの冷媒ガスが流れる経路を短く構成でき、密閉容器を小型化できる。また、この構成によれば、オイル分離機構部で分離されたオイルを、冷媒ガスとともに第２の容器内空間に排出するため、円筒状空間内にはオイルが滞留することがほとんど無い。また、この構成によれば、オイル分離機構の流入部を、固定スクロールに容易に設けることができるため、流入部の断面積も容易に調節することができる。

第４の発明における圧縮機は、特に第１〜第３のいずれかの発明において、冷媒ガスが、フッ化炭素系であることを特徴とする。

この構成によれば、高温冷媒であるフッ化炭素系の冷媒ガスを用いても、冷媒ガスによって、電動機部及び圧縮機機構部が加熱されることがないため、電動機部効率及び体積効率の低下を抑制することができる。また、フッ化炭素系の冷媒ガスは、密度が比較的小さく、流速が大きくなるが、オイル分離を効率的に行うとともに、圧力損失を抑制することで高効率化が図られる。

第５の発明における圧縮機は、特に第１〜第４のいずれかの発明において、オイルの主成分が、エステルおよびエーテルであることを特徴とする。

この構成によれば、フッ化炭素系の冷媒ガスと、主成分がエステルおよびエーテルのオイルは相溶性が高いが、冷媒ガス中のオイルを遠心力により効率的に分離することができる。

本発明は、スクロール圧縮機やロータリー圧縮機など、密閉容器内に圧縮機構部と電動機部を有する圧縮機に適用でき、特に高温冷媒を用いる圧縮機に適している。

１ 密閉容器
２ 貯オイル部
４ 吐出管
５ シャフト
１０ 圧縮機構部
１１ 主軸受部材
１２ 固定スクロール
１３ 旋回スクロール
１７ 吐出口
１９ マフラー
２０ 電動機部
３１ 第１の容器内空間
３２ 第２の容器内空間
３３ 圧縮機構側空間
３４ 貯オイル側空間
４０ オイル分離機構部
４１ 円筒状空間
４１ａ 第１の円筒状空間
４１ｂ 第２の円筒状空間
４２，４２ｂ 流入部
４３，４３ｂ 送出口
４４，４４ｂ 排出口
４６ 送出パイプ
４７ 送出パイプ
４８ 冷媒ガス旋回部材

Claims (6)

1. 冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部と、
   前記圧縮機構部を駆動させる電動機部と、
   前記圧縮機構部から吐出される前記冷媒ガスからオイルを分離するオイル分離機構部と、を備え、
   前記圧縮機構部と前記電動機部と前記オイル分離機構部とは密閉容器内に配されており、前記圧縮機構部の吐出口の断面積をａ、前記オイル分離機構部の流入部の断面積をｂ、
   としたとき、
   ｂ／ａが１以上３以下であることを特徴とする圧縮機。
2. 前記密閉容器内は前記圧縮機構部により、第１の容器内空間と第２の容器内空間とに分割されており、前記電動機部は前記第２の容器内空間に配置されており、前記第１の容器内空間から前記密閉容器の外部に前記冷媒ガスを吐出する吐出管を有し、前記オイル分離機構部は、前記冷媒ガスを旋回させる円筒状空間と、前記圧縮機構部から吐出される前記冷媒ガスを前記円筒状空間に流入させる流入部と、前記円筒状空間から前記第１の容器内空間に、前記オイルを分離した前記冷媒ガスを送出する送出口と、前記送出口と対向して配置され、分離した前記オイルと前記冷媒ガスの一部とを前記円筒状空間から排出する排出口とから構成されていることを特徴とする前記請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記圧縮機構部は、固定スクロールと、前記固定スクロールと対向配置された旋回スクロールと、前記旋回スクロールを駆動するシャフトを軸支する主軸受部材とから構成され、前記円筒状空間は、前記固定スクロールと前記主軸受部材とに形成されており、前記排出口は、前記第２の容器内空間に連通する構成としたことを特徴とする前記請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記冷媒ガスが、フッ化炭素系であることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮機。
5. 前記オイルの主成分が、エステルおよびエーテルであることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮機。
6. 前記オイルの主成分が、エステルおよびエーテルであることを特徴とする前記請求項４に記載の圧縮機。

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