WO2007032337A1 - ロータリ型流体機械および冷凍サイクル装置 - Google Patents

ロータリ型流体機械および冷凍サイクル装置 Download PDF

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WO2007032337A1
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rotary
fluid
vane
fluid machine
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PCT/JP2006/318046
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Atsuo Okaichi
Hiroshi Hasegawa
Masaru Matsui
Tomoichiro Tamura
Takeshi Ogata
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a rotary type fluid machine used in a refrigeration air conditioner and the like, and more particularly to a rotary type fluid machine in which a rotary type fluid mechanism is provided in an upper part of a sealed container.
  • the present invention also relates to a refrigeration cycle apparatus using the rotary fluid machine.
  • a rotary fluid machine has been used as a fluid machine for compressing or expanding a working fluid typified by a refrigerant.
  • rotary compressors are widely used in electrical products such as air conditioners, water heaters, and refrigerator-freezers because of their compactness and simple structure.
  • the configuration of the rotary compressor is disclosed in, for example, “Refrigeration and Air Conditioning Handbook, 5th Edition, ⁇ Equipment” (Japan Refrigeration Association, 1993, pages 30 to 43).
  • the configuration of a conventional rotary compressor will be described below with reference to FIG.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a conventional rotary compressor.
  • a rotary compressor 120 shown in FIG. 7 includes a hermetic container 101, a compression mechanism 122 provided at a lower portion of the hermetic container 101, and an electric motor 124 provided above the compression mechanism 122.
  • the compression mechanism 122 includes a shaft 102 having an eccentric portion 102a, a cylinder 103, a roller 104, a vane 105, a screw 106, an upper bearing member 107 having a discharge hole 107a, and a lower bearing member 108.
  • the electric motor 124 includes a stator 109 and a rotor 110 fixed to the shaft 102.
  • a suction pipe 111 and a discharge pipe 112 are connected to the sealed container 101.
  • an oil reservoir 113 is formed by storing oil at the bottom of the sealed container 101, and the periphery of the compression mechanism 122 is filled with oil.
  • a terminal 114 for supplying external power to the electric motor 124 is provided through the sealed container 101 at the upper part of the sealed container 101.
  • the eccentric part 1 02a causes the roller 104 to perform eccentric rotational movement. Accordingly, the refrigerant is sucked from the suction pipe 111 and the suction hole 103a and compressed in the compression chamber 115. The compressed refrigerant is ejected into the inner space of the sealed container 101 through the discharge hole 107a. The refrigerant jetted into the sealed container 101 is discharged from the discharge pipe 112 toward the radiator.
  • the cylinder 103, the roller 104, the vane 105, the upper bearing member 107, and the lower bearing member 108 communicate with the two compression chambers 115a, 115b, that is, the suction hole 103a.
  • a compression chamber 115a in the process and a compression chamber 115b in the compression Z discharge process communicating with the discharge hole 107a are formed.
  • the compression chamber 115a in the suction process is filled with refrigerant having a suction pressure (low pressure), and the compression chamber 115b in the compression Z discharge process is between the suction pressure (low pressure) and the discharge pressure (high pressure) in the compression process.
  • the refrigerant is filled with the refrigerant having the same discharge pressure (high pressure) as the inside of the sealed container 101. Therefore, the cylinder 103 has a suction pressure (low pressure) portion and an intermediate pressure or discharge pressure (high pressure) portion, and the discharge pressure (high pressure) filled in the sealed container 101 is reduced. There is also a low pressure part of the refrigerant.
  • the sliding portion between the cylinder 103 and the vane 105 is directly supplied with oil from the oil reservoir 113 based on the pressure difference between the inside of the hermetic container 101 and the inside of the cylinder 103, and the cylinder 103 Oil flows into the interior of the cylinder and lubricates the entire sliding surface.
  • the rotary fluid machine is also useful as an expander. Since the rotary expander is simple in its compactness and structure, use of a rotary expander in place of an expansion valve is being considered to recover the expansion energy of the refrigerant in the process of depressurizing the high-pressure refrigerant.
  • a rotary type expander as disclosed in JP 2005-106046 A and JP 2005 106064 A, a rotary type compression mechanism and a rotary type expander mechanism are integrally configured.
  • a fluid machine 200 shown in FIG. 8 includes an airtight container 201, a compression mechanism 202 provided at the lower part of the airtight container 201, an electric motor 203, and a rotary type expansion mechanism 204 provided above the electric motor 203.
  • the compression mechanism 202, the electric motor 203, and the expansion mechanism 204 are mainly composed of a shaft 205, and an oil storage portion 206 that is provided at the bottom of the hermetic container 201 and fills the periphery of the compression mechanism 202 with oil.
  • the compression mechanism 202 sucks and compresses the refrigerant discharged from the evaporator, and discharges the compressed refrigerant into the sealed container 201.
  • the refrigerant discharged into the sealed container 201 is discharged toward the radiator.
  • the refrigerant cooled by the radiator is guided to the expansion mechanism 204, and expands while being recovered by the expansion mechanism 204 using the expansion energy as power. Then, the expanded refrigerant is heated by the evaporator and sucked into the compression mechanism 202 again.
  • the expansion mechanism 204, the electric motor 203, and the compression mechanism 202 are arranged in order with the upward force directed downward. Since the compression mechanism 202 is immersed in oil like the conventional rotary compressor (Fig. 7), the sliding portion between the cylinder and the vane is lubricated by the principle described above.
  • the expansion mechanism 204 provided on the upper portion of the sealed container 201 is not immersed in oil, but it is difficult to stably lubricate the cylinder and the vane.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems. Even when the rotary fluid mechanism is provided away from the oil reservoir at the bottom, oil is provided at the sliding portion between the cylinder and the vane. The purpose is to enable a stable supply.
  • the present invention provides:
  • a sealed container whose bottom is used as an oil reservoir
  • a rotary fluid mechanism provided at an upper portion of the hermetic container, wherein the working chamber in the cylinder is partitioned into a suction side working chamber and a discharge side working chamber by a partition member;
  • It has an oil supply path for supplying oil to the fluid mechanism and is connected to the fluid mechanism. And a shaft extending to the oil reservoir,
  • An oil pump provided at the bottom of the shaft;
  • the oil supplied through the oil supply path by the oil pump is held around the fluid mechanism so that the partition member of the fluid mechanism is lubricated, and the liquid level of the held oil is positioned above the lower surface of the partition member.
  • a rotary fluid machine including the above is provided.
  • the present invention also provides:
  • An expander that expands the refrigerant radiated by the radiator
  • An evaporator for evaporating the refrigerant expanded by the expander An evaporator for evaporating the refrigerant expanded by the expander
  • a refrigeration cycle device in which at least one of a compressor and an expander also has the above-described rotary fluid mechanical force.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a rotary type fluid machine in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a rotary type fluid machine in Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a rotary fluid machine in Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a rotary type fluid machine in Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 5A Partial view of a modified example in which a valve is provided in the oil return path of the rotary type fluid machine shown in FIG.
  • FIG. 5B is a modified example in which a valve is provided in the oil return path of the rotary fluid machine shown in FIG. Enlarged view
  • FIG. 6A Block diagram of a refrigeration cycle apparatus using the rotary fluid machine shown in FIGS. 1 to 4.
  • FIG. 6B Compressor and Z or expander applying the rotary fluid machine shown in FIGS. Block diagram of refrigeration cycle equipment using
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a fluid machine in which a conventional rotary compression mechanism and a rotary expansion mechanism are integrated.
  • the direction parallel to the axial direction of the shaft is defined as the vertical direction.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a rotary fluid machine 10A according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a rotary fluid machine 10A according to the first embodiment includes a sealed container 1, a rotary compression mechanism 13 provided at the lower part of the sealed container 1, a rotary expansion mechanism 15 provided at the upper part of the sealed container 1, An electric motor 14 provided between the rotary compression mechanism 13 and the rotary expansion mechanism 15 is provided.
  • a terminal 46 for supplying power to the electric motor 14 is attached to the sealed container 1 so as to penetrate the inside and outside of the sealed container 1.
  • the terminal 46 may be attached to the uppermost part of the closed container 1 as in the first embodiment, and the terminal 46 may be connected between the rotary compression mechanism 13 and the rotary expansion mechanism 15 as shown in FIG. May be installed in the vicinity of the electric motor 14
  • the bottom of the hermetic container 1 is used as an oil reservoir 45 that stores oil for lubricating the rotary compression mechanism 13 and the rotary expansion mechanism 15.
  • the oil reservoir 45 fills the periphery of the rotary compression mechanism 13 with oil.
  • the oil pumped up from the oil storage section 45 is held around the rotary expansion mechanism 15 by the oil holding member 61, so that the oil holding section 65 is formed.
  • both the rotary compression mechanism 13 and the rotary expansion mechanism 15 are directly immersed in oil, the external force of these mechanisms 13 and 15 is also lubricated. It is possible to supply a sufficient amount of oil to the components that need to be performed, specifically the vanes 7, 28, 29 described later.
  • the rotary compression mechanism 13 includes an upper bearing member 2 whose outer edge is fixed to the hermetic container 1, a cylinder 3 fixed to the lower portion of the upper bearing member 2, and a lower portion fixed to the lower portion of the cylinder 3.
  • a shaft 5 having eccentric parts 5a, 5b, and 5c in order of lower force and rotatably fitted to the eccentric part 5a of the shaft 5 supported rotatably by the bearing member 4, the upper bearing member 2 and the lower bearing member 4.
  • the upper bearing member 2 functions as a fixing member that fixes the rotary compression mechanism 13 to the sealed container 1.
  • the upper bearing member 2 is compressed by the opening 2a that is an oil return path for returning the oil flowing down from the upper part of the hermetic container 1 to the oil storage part 45 and the working chamber 9 in the cylinder 3
  • a discharge hole 2b is formed for discharging the refrigerant (working fluid) to the inside of the sealed container 1.
  • Cylinder 3 has a suction hole 3a for sucking refrigerant to be compressed into working chamber 9, and a vane 7 for mounting and retracting in a direction approaching and separating from the axis of shaft 5.
  • a vane groove 3b is formed.
  • the vane 7 mounted in the vane groove 3b is a partition member that partitions the working chamber 9 formed between the cylinder 3 and the roller 6 into a suction side working chamber 9a and a discharge side working chamber 9b.
  • oil is directly supplied from the oil reservoir 45 to the sliding surface between the vane groove 3b and the vane 7. Is done. This point is exactly the same for the rotary type expansion mechanism 15 disposed at the top.
  • a fixing member for fixing the rotary compression mechanism 13 to the sealed container 1 can be provided.
  • an opening as an oil return path is formed in the fixing member.
  • the shaft 5 is described as a single member that is used as both the rotary compressor mechanism 13 and the rotary expansion mechanism 15, but the shaft 5 needs to be a single member.
  • the upper and lower shafts may be connected directly or via a coupler.
  • the electric motor 14 includes a stator 11 fixed to the hermetic container 1 and a rotor 12 fixed to the shaft 5.
  • the rotary expansion mechanism 15 includes a lower bearing member 21 whose outer edge is fixed to the hermetic container 1, a first cylinder 22 fixed to the upper portion of the lower bearing member 21, and a fixed upper portion of the first cylinder 22.
  • a first roller 26 rotatably fitted to the eccentric portion 5b, a second roller 27 rotatably fitted to the eccentric portion 5c of the shaft 5, and a first vane 28 attached to the first cylinder 22.
  • the rotary type expansion mechanism 15 is configured as a so-called multistage rotary type fluid mechanism having a plurality of cylinders 22 and 24, a plurality of rollers 26 and 27, and a plurality of vanes 28 and 29.
  • the lower bearing member 21 has a function of a bearing that rotatably supports the shaft 5 and a function as a support that supports the entire rotary expansion mechanism 15.
  • an opening 21a that vertically penetrates the lower bearing member 21 is provided at the outer edge of the lower bearing member 21 as an oil return path for returning the oil overflowing from the oil storage portion 65 to the oil storage portion 45.
  • a fixing member for fixing the rotary type expansion mechanism 15 to the sealed container 1 may be provided.
  • an opening as an oil return path is formed in the fixing member. It is also possible to install a muffler that suppresses the pulsation of the refrigerant between the lower bearing member 21 and the first cylinder 22 and / or between the upper bearing member 25 and the second cylinder 24. is there.
  • a first vane groove 22b is formed for mounting on the housing.
  • the second cylinder 24 is formed with a discharge hole 24a for discharging the expanded refrigerant from the working chamber 33 and a second vane groove 24b for mounting the second vane 29 so as to be able to advance and retract.
  • the vanes 28 and 29 are partition members that partition the working chambers 32 and 33 formed between the cylinders 22 and 24 and the rollers 26 and 27 into suction working chambers 32a and 33a and discharge working chambers 32b and 33b, respectively. It is.
  • the rotary compression mechanism 13 includes a suction pipe 41 for sucking low-pressure refrigerant from the outside of the sealed container 1 into the suction-side working chamber 3a through a suction hole 3a formed in the cylinder 3. It is directly connected so as to penetrate inside and outside of 1. Further, a discharge pipe 42 for allowing the high-pressure refrigerant discharged into the sealed container 1 to be discharged to the outside of the sealed container 1 also with a positional force above the motor 14 penetrates the inside and outside of the sealed container 1.
  • the rotary expansion mechanism 15 has a suction pipe for sucking refrigerant before expansion into the suction side working chamber 32a of the first cylinder 22 through the suction hole 22a formed in the first cylinder 22 and external force of the sealed container 1. 43 and a discharge pipe 44 for discharging the expanded refrigerant from the discharge side working chamber 33b of the second cylinder 24 to the outside of the sealed container 1 through the discharge hole 24a formed in the second cylinder, respectively, are sealed. It is directly connected so as to penetrate the inside and outside of the container 1.
  • the refrigerant is taken in and out of the rotary expansion mechanism 15 from the outside of the hermetic container 1 directly using the suction pipe 43 and the discharge pipe 44, while the refrigerant compressed by the rotary compression mechanism 13 Is discharged once into the sealed container 1 so that the inside of the sealed container 1 can always be kept at a high pressure. Therefore, the differential pressure between the inside of the sealed container 1 and the inside of each mechanism 13, 15 can be increased, and oil can be easily supplied to each mechanism 13, 15. Further, the oil contained in the refrigerant discharged from the rotary compression mechanism 13 is naturally separated from the refrigerant in the process of passing through the inside of the hermetic container 1.
  • the lower bearing member 21 of the rotary expansion mechanism 15 suppresses intense convection of the refrigerant above the lower bearing member 21, the oil in the oil holding portion 65 is also prevented from being disturbed. As a result, the oil is stably supplied to the vanes 28 and 29.
  • the channel 51 is formed so as to extend straight in the axial direction.
  • the rotary type compression mechanism 13 has a lower bearing member 4, a roller 6 and an upper bearing member 2, and a rotary type expansion mechanism 15 has a lower bearing member 21, a first roller 26, a second roller 27 and an upper bearing member 25.
  • a plurality of oil supply holes 51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f, 51g for supply are formed so as to branch from the oil supply path 51 and open outward in the radial direction.
  • the upper end surface 5p of the shaft 5 is not covered by the upper bearing member 25 and is exposed.
  • An oil supply path 51 is opened in the upper end surface 5p of the shaft 5 exposed from the upper bearing member 25. Accordingly, surplus oil that has been pumped up by the oil pump 52 and passes through the upper bearing member 25 and reaches the upper end surface 5p of the shaft 5 overflows from the oil supply path 51. The overflowing oil is prevented from returning immediately to the oil storage part 45 by the oil holding member 61, thereby forming the oil holding part 65.
  • Such an oil holding portion 65 is provided between the lower bearing member 21 as a support for supporting the single expansion mechanism 15, the upper surface of the lower bearing member 21, and the rotary expansion mechanism 15 and the sealed container 1.
  • the oil holding member 61 is open on the upper side facing the terminal 46. Accordingly, the oil overflowing from the oil holding portion 65 flows into the gap between the oil holding member 61 and the sealed container 1 and passes through the opening 21a formed in the outer edge portion of the lower bearing member 21 to the lower side of the lower bearing member 21. Spill out and return to oil reservoir 45.
  • the oil retaining member 61 has a cylindrical body 61a that surrounds the rotary expansion mechanism 15 in the circumferential direction, and projects out from the body 61a toward the center of the shaft 5 by force. It consists of 6 lb of buttocks. According to the body portion 6 la, the oil retaining portion 65 is formed over the entire circumference of the rotary type expansion mechanism 15, so even if the positions of the first vane 28 and the second vane 29 are not aligned in the circumferential direction, Oil can be supplied uniformly and sufficiently to both. Further, there is no need to bother the oil overflowing from the oil supply path 51 to the inside of the oil holding member 61.
  • the flange 6lb contributes to the oil retention, and all oil is lost from the oil retainer 65. It will not be broken. Then, since the oil pump 52 is activated and oil is supplied from the oil supply passage 51, such as when the rotary fluid machine 10A is started, sufficient lubrication can be performed. More improved.
  • the oil pump 52 can It is preferable that the oil holding portion 65 is formed so that the oil level is located above the lower vane, that is, the lower surface of the second vane 29. In this way, by forming a state in which the first vane 28 and the second vane 29 are always immersed in oil, it is possible to avoid the problem of temporary poor lubrication at the start of operation.
  • the upper end force of the body 61 a of the oil holding member 61 is positioned above the upper surface (upper end) of the second vane 29.
  • the height of the body 61a exceeds the upper surface of the upper bearing member 25, and the flange portion 6 lb partially covers the upper bearing member 25 and exceeds the upper surface of the second vane 29.
  • the oil holding portion 65 is formed so that the oil level is positioned at a height. In this way, oil can be supplied to the sliding surface in the height direction of the gap between the second vane 29 and the second vane groove 24b, so that the second vane 29 and the second vane groove 24b From the viewpoint of lubrication.
  • the liquid level in the oil holding portion 65 is also higher than the lower surface of the second vane 29. Then, based on the difference between the pressure of the refrigerant inside the sealed container 1 and the pressure of the refrigerant inside the working chamber 33, the oil supplied from near the lower surface of the second vane 29 spreads upward and becomes Therefore, the entire sliding surface of the second vane 29 and the second vane groove 24b can be lubricated, and the reliability of the rotary fluid machine 10A can be ensured.
  • a valve 16 may be provided in an opening 21a formed in the lower bearing member 21 as an oil return path.
  • the valve 16 can be switched between the two states, an open state that allows oil overflowing from the oil retaining section 65 to pass through the oil return path (opening 21a) and a closed state that prohibits it by the external controller 17. It is.
  • valve 16 can be controlled to close when a sufficient amount of oil has accumulated in the oil holding section 65, the inside of the sealed container 1 is bounded by the lower bearing member 21 except for the oil supply path 51 of the shaft 5. As a result, the top and bottom are separated. Then, the oil sent from the oil supply path 51 does not flow into the upper side of the lower bearing member 21 more than necessary. That is, excess oil used to lubricate the vanes 28 and 29 lubricates the bearing members 21 and 25 and the rollers 26 and 27, and then does not go to the oil retaining portion 65 but travels along the shaft 5 to the lower bearing. Flows below member 21 and returns to oil reservoir 45.
  • the lower bearing member 21 is provided with an oil groove (not shown) for distributing the supplied oil to the entire lower bearing member 21, so that excess oil can be returned to the oil reservoir 45. In addition, it is particularly necessary to provide a large clearance between the shaft 5 and the lower bearing member 21.
  • a compressor 81 having an inherent hermetic container and a refrigeration cycle apparatus 80 using an expander 83 having an inherent hermetic container are known. Even in the refrigeration cycle apparatus 80 having this structure, the oil is mixed into the refrigerant and circulates in the refrigerant circuit. Therefore, a device for making the oil amount of the compressor 81 and the expander 83 uniform is indispensable. Such an idea is usually to connect the oil storage part of the compressor 81 and the oil storage part of the expander 83 with an oil equalizing pipe 76.
  • the oil equalizing pipe 76 is provided with a valve 16 for controlling the flow rate of the oil.
  • the valve 16 restricts free movement of the oil between the compressor 81 and the expander 83 and compresses the oil through the oil.
  • the thermal short circuit between the machine 81 and the expander 83 can be suppressed.
  • Such a mechanism contributes to an improvement in the coefficient of performance of the refrigeration cycle apparatus 80.
  • the rotary type expansion mechanism 15 includes two working chambers 32 (first suction side working chambers 32a) including a first cylinder 22, a first vane 28, a first roller 26, a lower bearing member 21 and an intermediate plate 23. And the first discharge side working chamber 32b), and the second cylinder 24, the second vane 29, the second roller 27, the upper bearing member 25, and the middle plate 23 form two working chambers 33 (second suction side working chambers). 33a and a second discharge side working chamber 33b) are formed.
  • the first discharge side working chamber 32b in which communication with the suction hole 22a is blocked by the first roller 26 and the second suction side working chamber 33a in which communication with the discharge hole 24a is blocked by the second roller 27 Are connected by a communication hole (not shown) formed in the intermediate plate 23 to form one expansion chamber.
  • the communication hole of the intermediate plate 23 is located on the opposite side of the suction hole 22a across the first vane 28 when viewed from the working chamber 32 side, and the second hole when viewed from the working chamber 33 side. Located on the opposite side of the discharge hole 24a across the vane 29.
  • the first roller 26 When the high-pressure refrigerant flows from the suction hole 22a, the first roller 26 is pushed to rotate the shaft 5, and the volume of the first suction-side working chamber 32a communicating with the suction hole 22a increases. Due to the eccentric rotational movement of the first roller 26, the first suction side working chamber 32a is not communicated with the suction hole 22a, and changes to the first discharge side working chamber 32b which communicates with the communication hole of the intermediate plate 23. As the shaft 5 rotates, the volume of the first discharge-side working chamber 32b begins to decrease, but the volume of the second suction-side working chamber 33a having a larger cylinder volume starts to increase!] The refrigerant moves while expanding from 32b to the second suction side working chamber 33a.
  • the shaft 5 When the shaft 5 further rotates, the communication between the second suction side working chamber 33a and the communication hole of the intermediate plate 23 is blocked, and the second suction side working chamber 33a changes to the second discharge side working chamber 33b.
  • the refrigerant that has expanded to a predetermined pressure passes through the discharge pipe 44 to the outside of the sealed container 1 when the second discharge side working chamber 33b communicates with the discharge hole 24a and the volume of the second discharge side working chamber 33b decreases. Discharged.
  • the refrigerant discharged to the outside is heated by the evaporator in the refrigeration cycle apparatus (see FIG. 6A) and returns to the suction pipe 41 again.
  • the oil pump 52 provided at the lower end of the shaft 5 pumps oil from the oil reservoir 45 to the oil supply path 51. Pumped up After passing through the oiling holes 51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f, 51g, the lower bearing member 4, the roller 6, the upper bearing member 2, the lower bearing member 21, and the first roller 26, the second roller 27, and the upper bearing member 25 are supplied to lubricate the sliding portion. Between the vane 7 and the vane groove 3b, the area around the rotary compression mechanism 13 is filled with the oil in the oil reservoir 45, so that the oil is directly supplied from the oil reservoir 45.
  • the oil overflowing from the upper end of the oil supply path 51 is temporarily held around the rotary type expansion mechanism 15 by the oil holding member 61.
  • the oil held in the oil holding member 61 is directly supplied to the sliding portion between the first vane 28 and the first vane groove 22b and the sliding portion between the second vane 29 and the second vane groove 24b. .
  • the oil holding member 61, the first vane 28 and the second vane 29 of the rotary expansion mechanism 15 provided away from the oil reservoir 45 are lubricated by a conventional rotary compressor (Fig. As in 7), it is performed stably and simply, and damage such as seizure of the sliding portion can be prevented. Therefore, it is possible to provide a rotary fluid mechanism (rotary expansion mechanism 15 in the present embodiment) on the top of the sealed container 1 without providing a complicated oil supply mechanism. Furthermore, since the periphery of the rotary expansion mechanism 15 is filled with oil, refrigerant leakage from gaps around the first vane 28 and the second vane 29 is reduced, and the rotary expansion mechanism 15 Volumetric efficiency is improved and efficiency is improved.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a rotary fluid machine 10B according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 2 the same components as those in FIG.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that an overflow pipe 62 is attached to the lower bearing member 21 without the opening 21a provided in the lower bearing member 21 and the oil holding member 61. It is.
  • the upper opening of the overflow pipe 62 is located above the lower surface of the second vane 29, and the oil holding section 65 is formed by the overflow pipe 62, the sealed container 1, and the lower bearing member 21.
  • the overflow pipe 62 is disposed so as to vertically penetrate the lower bearing member 21 that supports the rotary expansion mechanism 15, and the oil level held around the rotary expansion mechanism 15 exceeds a predetermined height. In such a case, surplus oil is allowed to flow down below the lower bearing member 21. In other words, the overflow pipe 62 removes oil overflowing from the oil holding section 65. This is an oil return path that returns to the oil reservoir 45.
  • Oil supplied from the oil supply path 51 of the shaft 5 or oil that has lubricated the rotary expansion mechanism 15 is temporarily around the rotary expansion mechanism 15 below the upper opening of the overflow pipe 62. Retained. Therefore, oil can be stably supplied from the outside of the cylinders 22 and 24 to the sliding surfaces of the vanes 28 and 29 and the vane grooves 22b and 24b. Further, by providing the overflow pipe 62 closer to the rotary type expansion mechanism 15 than the inner wall of the hermetic container 1, even if the rotary type fluid machine 10B is inclined during transportation, the overflow pipe 62 Some oil that does not reach the opening of the oil remains in the oil retainer 65. As a result, sufficient lubrication can be performed during the period from when the oil pump 52 is activated and the supply of oil through the oil supply path 51 is started, such as when the rotary fluid machine 10B is started. More improved.
  • the overflow pipe 62 is bent below the lower bearing member 21.
  • the overflow pipe 62 below the lower bearing member 21 extends toward the center of the shaft 5 while ensuring an inclination for returning the oil. In this way, the influence of the swirling flow of the refrigerant generated by the motor 14 rotating at high speed is less likely to reach the space above the oil retaining portion 65 through the overflow pipe 62, and the oil level in the oil retaining portion 65 is reduced. This leads to stabilization and, in turn, the stability of oiling to vanes 28 and 29.
  • the bent lower part of the overflow pipe 62 contributes to oil retention even when the rotary fluid machine 10B is tilted during transportation.
  • the oil in the oil holding section 65 is difficult to move to the oil storage section 45 side. That is, all the oil in the oil holding part 65 is not lost.
  • the oil pump 52 is activated and the oil supply from the oil supply path 51 starts to be lubricated, such as when the rotary fluid machine 10B is started, the reliability of the rotary fluid machine 10B can be improved. Will be improved.
  • the inner diameter of the overflow pipe 62 is preferably larger than the inner diameter of the oil supply passage 51. In this way, the oil that has reached the upper opening of the overflow pipe 62 can be smoothly returned to the oil reservoir 45. It is also possible to provide a plurality of such overflow pipes 62. In this case, the total cross-sectional area of the plurality of overflow pipes 62 is not limited. It is preferable that the force is larger than the cross-sectional area of the oil supply path 51.
  • a valve 16 can be provided in a portion below the lower bearing member 21 of the overflow pipe 62 as described in FIG. 5A. In this case, heat exchange between the oil and the rotary expansion mechanism 15 can be suppressed for the reason described above.
  • the position of the valve 16 may be the end of the overflow pipe 62 which is not particularly limited, or may be midway as shown in FIG. 5B.
  • the oil retaining portion 65 is formed by the sealed container 1, the lower bearing member 21, and the overflow pipe 62, and overflows from the upper end of the oil supply passage 51.
  • the oil is temporarily held around the rotary expansion mechanism 15.
  • the retained oil is directly supplied to sliding portions of the first vane 28 and the first vane groove 22b, and the second vane 29 and the second vane groove 24b. Then, the oil that has reached the opening at the top of the overflow pipe 62 returns to the oil reservoir 45 through the overflow pipe 62.
  • the lubrication related to the first vane 28 and the second vane 29 of the single opening type expansion mechanism 15 provided away from the oil reservoir 45 is the same as the conventional single opening type compression. As with the machine (Fig. 7), it can be carried out stably and simply, and damage such as seizure of sliding parts can be prevented. Therefore, it is possible to provide a rotary fluid mechanism (rotary expansion mechanism 15 in the present embodiment) on the top of the sealed container 1 without providing a complicated oil supply mechanism.
  • the periphery of the rotary expansion mechanism 15 is filled with oil, leakage of powerful refrigerant such as gaps around the first vane 28 and the second vane 29 is reduced, and the volumetric efficiency of the rotary expansion mechanism 15 is reduced. Improves and efficiency increases.
  • the upper opening of the overflow pipe 62 is positioned above the upper surface of the second vane 29.
  • the oil holding portion 65 is formed so that the oil level is positioned at a height exceeding the upper surface of the second vane 29.
  • the total force in the height direction of the gap between the second vane 29 and the second vane groove 24b can also supply oil to the sliding surface, which is desirable from the viewpoint of lubrication between the second vane 29 and the second vane groove 24b.
  • the opening at the top of the overflow pipe 62 is positioned above the lower surface of the second vane 29
  • the height of the oil surface in the oil holding portion 65 is also above the lower surface of the second vane 29.
  • the refrigerant pressure inside the sealed container 1 and the working chamber 33 Based on the difference from the internal refrigerant pressure, the oil supplied to the lower surface of the second vane 29 also spreads upward, so the sliding surface between the second vane 29 and the second vane groove 24b.
  • the entire system can be lubricated, and the reliability of the rotary fluid machine 10B can be secured.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a rotary fluid machine 10C according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the same constituent elements as those in FIG. 3 are identical to FIG. 3, the same constituent elements as those in FIG.
  • the third embodiment differs from the first embodiment in that an annular recess 63 is provided on the upper surface of the upper bearing member 25 without the oil retaining member 61, and the bottom force of the recess 63 is also the second vane groove 24b. And the first vane groove 22b are provided with oil guiding paths 63a and 63b so as to extend in the direction of force.
  • the oil retaining portion 65 is formed by the recess 63, and the oil that overflows the upper end force of the oil supply path 51 is temporarily retained by the recess 63. Is done.
  • the oil held in the recess 63 is supplied to sliding portions of the first vane 28 and the first vane groove 22b, and the second vane 29 and the second vane groove 24b through the oil guide paths 63a and 63b. Then, the oil that has reached the upper end of the recess 63 overflows the recess 63 and returns to the oil reservoir 45 through the opening 21a of the lower bearing member 21.
  • the oil retaining portion 65 can be easily formed by cutting the upper bearing member 25 or adding a concave portion to the vertical shape, it is difficult to increase the cost of the rotary fluid machine 10C. Yes.
  • the recess 63 is located above the upper surface of the vane 29 and exceeds the upper surface of the second vane 29.
  • An oil retaining portion 65 is formed so that the oil level is located at a height. Oil is applied to the sliding surface in the height direction from the upper side to the lower side of the gaps of the second vane 29 and the second vane groove 24b and the first vane 28 and the first vane groove 22b by the oil guide paths 63a and 63b. It is desirable from the viewpoint of lubrication with the vanes 28 and 29 and the vane grooves 22b and 24b.
  • the intermediate plate 23 covers all of the upper end surface of the first vane groove 22b and the lower end surface of the second vane groove 24b. You can cover them all.
  • the oil guide path 63b and the oil guide path 63a are connected to the first vane groove 22b and the second vane groove 24b.
  • the oil supplied from each of the first and second vane 29 and the second vane groove 24b and the total force in the height direction of the gap between the first vane 28 and the first vane groove 22b can also supply oil to the sliding surface. Therefore, it is preferable from the viewpoint of lubrication between the second vane 29 and the second vane groove 24b and the first vane 28 and the first vane groove 22b.
  • the oil holding portion 65 is formed by the recess 63.
  • the oil holding portion 6 is formed by a groove or the like for guiding oil that also overflows the upper end force of the oil supply passage 51 to the oil guide passages 63a and 63b. 5 may be formed.
  • the concave portion 63 is provided on the upper surface of the upper bearing member 25.
  • the configuration is located above the lower surface of the second vane 29, in other words, at the top of the rotary expansion mechanism 15.
  • the component does not have a bearing function.
  • a muffler that is provided between the upper bearing member 25 and the second cylinder 24 and reduces the pulsation of refrigerant or noise. Even if a recess 63 is provided on the upper surface of such a muffler, the oil that is supplied to the oil supply path 51 can be collected. [0074] (Embodiment 4)
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a rotary fluid machine 10D according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the same components as those in FIG. 4 are identical to FIG. 4, the same components as those in FIG. 4, the same components as those in FIG. 4, the same components as those in FIG.
  • the fourth embodiment differs from the first embodiment in that an oil return pipe 64 is provided in place of the opening 21a provided in the lower bearing member 21 and the oil holding member 61. .
  • the oil return pipe 64 has one end opened to the inside of the sealed container 1 at a position above the lower surface of the second vane 29, and the other end opened to the inside of the sealed container 1 below the lower bearing member 21. In other words, it is attached to the sealed container 1.
  • the other end of the oil return pipe 64 shown in FIG. 4 is connected to the inside of the hermetic container 1 at a position below the electric motor 14.
  • the oil retaining portion 65 is formed by the sealed container 1, the lower bearing member 21, and the oil return pipe 64, and overflows from the upper end of the oil supply passage 51.
  • the oil is temporarily held around the rotary expansion mechanism 15.
  • the retained oil is directly supplied to sliding portions of the first vane 28 and the first vane groove 22b, and the second vane 29 and the second vane groove 24b.
  • the oil that has reached the opening at the top of the oil return pipe 64 is guided to the lower side of the electric motor 14 through the oil return pipe 64 and returns to the oil reservoir 45.
  • the upper part of the oil return pipe 64 penetrates the inside of the sealed container 1 and opens at a position slightly extended by the direction of the axis of the shaft 5. Therefore, even if the rotary fluid machine is tilted during transportation, etc., the part extending inside the sealed container 1 contributes to oil retention, and all oil is lost from the oil retaining part 65. There is nothing. Then, when the rotary fluid machine 10D is started, the oil pump 52 is activated to supply oil from the oil supply path 51. Since the lubrication during the period until the supply starts can be sufficiently performed, the reliability of the rotary fluid machine 10D is further improved.
  • the inner diameter force of the oil return pipe 64 is preferably larger than the inner diameter of the oil supply path 51.
  • oil that has reached the opening at the top of the oil return pipe 64 can be smoothly returned to the oil reservoir 45.
  • a plurality of oil return pipes 64 may be provided.
  • the oil temporarily retained in the oil retaining portion 65 can be returned to the lower side of the electric motor 14, the oil is generated by the swirling flow of the refrigerant accompanying the rotation of the rotor 12 of the electric motor 14. It is possible to prevent miniaturization. As a result, the oil easily returns to the oil reservoir 45, and the oil surface of the oil reservoir 45 can be stably held. Then, since the oil pump 52 can stably supply the oil to the rotary type expansion mechanism 15, the reliability of the rotary type fluid machine 10D can be improved.
  • the upper opening of the oil return pipe 64 is positioned above the upper surface of the second vane 29.
  • the oil holding portion 65 is formed so that the oil level is positioned at a height exceeding the upper surface of the second vane 29.
  • the overall force in the height direction of the gap between the second vane 29 and the second vane groove 24b can also supply oil to the sliding surface, which is desirable from the viewpoint of lubrication between the second vane 29 and the second vane groove 24b.
  • valve 16 described in FIG. 5B may be provided in the oil return pipe 64.
  • the first fluid-type expansion mechanism 15 that is the first fluid mechanism disposed in the upper part of the sealed container 1 and the oil stored in the oil reservoir 45 are directly pickled.
  • a fluid machine 10A-: LOD (so-called expander-integrated compressor) in which a rotary compression mechanism 13 which is a second fluid mechanism arranged at the lower part of the closed container 1 is connected by a shaft 5 has been described.
  • the present invention is not limited to this.
  • sealed container A rotary expansion mechanism may be provided at the lower part of the container, and a rotary compression mechanism may be provided at the upper part of the closed container, or both sides may be a rotary type compression mechanism, and conversely, both sides may be a rotary type expansion mechanism.
  • the present invention is effective when at least the rotary fluid mechanism is provided away from the oil reservoir. Therefore, the present invention can also be suitably applied to a rotary compressor in which a rotary type compression mechanism is provided on the upper part of the closed container and a rotary expander in which a rotary type expansion mechanism is provided on the upper part of the closed container.
  • the present invention is most suitable for constituting an integrated fluid machine in which a rotary compressor and a rotary expansion mechanism are connected by a shaft and they are arranged in one sealed container.
  • the LOD may be applied to a refrigeration cycle apparatus (synonymous with a refrigeration cycle system) that heats or cools an object such as air or water. it can.
  • the refrigeration cycle apparatus 70 includes a compression mechanism 13 that compresses the refrigerant, a radiator 72 that radiates the refrigerant compressed by the compression mechanism 13, and an expansion that expands the refrigerant radiated by the radiator 72.
  • a mechanism 15 and an evaporator 74 for evaporating the refrigerant expanded by the expansion mechanism 15 are provided.
  • the compression mechanism 13, the radiator 72, the expansion mechanism 15, and the evaporator 74 are connected by a pipe 75 to form a refrigerant circuit.
  • the compression mechanism 13 and the expansion mechanism 15 are part of the rotary fluid machine 10A-: LOD described with reference to FIGS.
  • the pipe 75 includes the suction pipes 41 and 43 and the discharge pipes 42 and 44 shown in FIGS.
  • the expansion energy of the refrigerant recovered by the expansion mechanism 15 is directly transmitted to the compression mechanism 71 through the shaft 5 in the form of mechanical force.
  • the shaft 5 may be a single shaft or a plurality of shafts connected coaxially.
  • a refrigeration cycle apparatus 80 using a compressor 81 and Z or an expander 83 configured as a rotary fluid machine of the present invention is also suitable.
  • Each of the compressor 81 and the expander 83 has its own sealed container, and the sealed containers are connected to each other by an oil equalizing pipe 76 for equalizing the amount of oil.
  • a flow control valve 16 can be disposed in the oil equalizing pipe 76.
  • the expansion energy of the refrigerant is converted into electric power by the generator built in the expander 83. Converted and used as part of the power needed to drive the compressor 81 motor Industrial applicability
  • the rotary type fluid machine of the present invention is suitable for a refrigeration cycle apparatus constituting an electrical product such as an air conditioner, a hot water heater, a dryer, and a refrigerator-freezer.

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Abstract

　ロータリ型流体機械１０Ａは、底部がオイル貯留部として利用される密閉容器１と、密閉容器１の上部に設けられ、シリンダ２２、２４内の作動室３２、３３がベーン２８、２９によって吸入側作動室と吐出側作動室とに仕切られているロータリ型流体機構１５（膨張機構）と、流体機構１５へオイルを供給するための給油経路５１を内部に有し、流体機構１５に接続されるとともにオイル貯留部４５まで延伸するシャフト５と、シャフト５の下部に設けられたオイルポンプ５２と、オイルポンプ５２によって汲み上げられ給油経路５１を通じて供給されるオイルを流体機構１５の周囲に保持することにより、流体機構１５の仕切部材が潤滑されるようにするとともに、保持されたオイルの液面が仕切部材２８、２９の下面より上に位置するように形成されたオイル保持部６５とを備えている。

Description

明 細 書
ロータリ型流体機械および冷凍サイクル装置
技術分野
[0001] 本発明は、冷凍空調機などに使用されるロータリ型流体機械に関し、特にロータリ 型流体機構を密閉容器の上部に設けるロータリ型流体機械に関する。また、本発明 は、そのロータリ型流体機械を用 V、た冷凍サイクル装置に関する。
背景技術
[0002] 従来から、冷媒に代表される作動流体を圧縮または膨張させる流体機械としてロー タリ型流体機械が用いられている。例えば、ロータリ型圧縮機は、そのコンパクト性や 構造が簡単なことから、空調機、給湯機、冷凍冷蔵庫のような電気製品に広く用いら れている。ロータリ型圧縮機の構成については、例えば、「冷凍空調便覧、新版第 5 版、 Π卷 機器編」（日本冷凍協会、平成 5年、第 30頁〜第 43頁）に開示されている 。以下に、従来のロータリ型圧縮機の構成を、図 7を用いて説明する。図 7は、従来の ロータリ型圧縮機の縦断面図である。
[0003] 図 7に示すロータリ型圧縮機 120は、密閉容器 101と、密閉容器 101の下部に設け られた圧縮機構 122と、この圧縮機構 122の上方に設けられた電動機 124とから構 成される。圧縮機構 122は、偏心部 102aを有するシャフト 102と、シリンダ 103と、口 ーラ 104と、ベーン 105と、ノ ネ 106と、吐出孔 107aを有する上軸受部材 107と、下 軸受部材 108とを含む。電動機 124は、固定子 109と、シャフト 102に固定された回 転子 110とを含む。
[0004] また、密閉容器 101には、吸入管 111と、吐出管 112とが接続されている。さらに、 密閉容器 101の底部にはオイルが溜まることによってオイル貯留部 113が形成され ており、圧縮機構 122の周囲がオイルで満たされている。また、密閉容器 101の上部 には、外部力も電動機 124への電力供給のためのターミナル 114が密閉容器 101を 貫通して設けられている。
[0005] 上記構成のロータリ型圧縮機 120の動作について説明する。
[0006] ターミナル 114を通じて電動機 124へ通電して回転子 110が回転すると、偏心部 1 02aによりローラ 104は偏心回転運動を行う。これに伴って、冷媒は、吸入管 111お よび吸入孔 103aから吸入されて圧縮室 115で圧縮される。圧縮された冷媒は、吐出 孔 107aを経て密閉容器 101の内部空間に噴出する。密閉容器 101の内部に噴出し た冷媒は、吐出管 112から放熱器に向けて吐出される。
[0007] ここで、上記のロータリ型圧縮機 120が圧縮動作を行っている間のシリンダ 103とべ ーン 105との摺動について説明する。
[0008] 圧縮機構 122の内部には、シリンダ 103とローラ 104とべーン 105と上軸受部材 10 7と下軸受部材 108とで 2つの圧縮室 115a、 115b,つまり、吸入孔 103aに連通する 吸入過程の圧縮室 115aと、吐出孔 107aに連通する圧縮 Z吐出過程の圧縮室 115 bとが形成される。吸入過程の圧縮室 115aは、吸入圧力（低圧)の冷媒で満たされて おり、圧縮 Z吐出過程の圧縮室 115bは、圧縮過程であれば吸入圧力（低圧）と吐出 圧力（高圧)との間の中間圧の冷媒で満たされており、圧縮が終了した後の吐出過程 では密閉容器 101の内部と同じ吐出圧力（高圧）の冷媒で満たされている。したがつ て、シリンダ 103の内部には、吸入圧力（低圧）の部分と、中間圧もしくは吐出圧力（ 高圧)の部分があって、密閉容器 101の内部に満たされた吐出圧力（高圧)の冷媒ょ りも低い圧力の部分が存在する。
[0009] そのため、シリンダ 103とべーン 105との摺動箇所には、密閉容器 101の内部とシリ ンダ 103の内部との圧力差に基づいて、オイル貯留部 113から直接給油され、シリン ダ 103の内部に向カゝつてオイルが流れて摺動面全体を潤滑する。
[0010] また、ロータリ型流体機械は、膨張機としても有用である。ロータリ型膨張機は、そ のコンパクト性や構造が簡単なことから、高圧の冷媒を減圧する過程で冷媒の膨張 エネルギーを回収するために、膨張弁に代えて使用することが検討されている。その ようなロータリ型膨張機の構成として、特開 2005— 106046号公報および特開 2005 — 106064号公報に開示されているように、ロータリ型圧縮機構とロータリ型膨張機 構とを一体に構成した流体機械がある。このような流体機械は、しばしば、膨張機一 体型圧縮機とも呼ばれる。
[0011] 以下に、特開 2005— 106046号公報と特開 2005— 106064号公報に開示され て 、る流体機械の構成を、図 8の縦断面図を用いて説明する。 [0012] 図 8に示す流体機械 200は、密閉容器 201と、密閉容器 201の下部に設けられた 圧縮機構 202と、電動機 203と、電動機 203の上方に設けられたロータリ型膨張機 構 204と、圧縮機構 202と電動機 203と膨張機構 204とを連結するシャフト 205と、密 閉容器 201の底部に設けられ、圧縮機構 202の周りをオイルで満たすオイル貯留部 206とで主に構成される。
[0013] 上記構成の流体機械 200の動作にっ 、て説明する。
[0014] 電動機 203に通電すると、電動機 203で動力が発生し、その動力をシャフト 205が 圧縮機構 202に伝達する。圧縮機構 202は、蒸発器カゝら吐出された冷媒を吸引およ び圧縮し、圧縮した冷媒を密閉容器 201の内部に吐出する。密閉容器 201の内部に 吐出された冷媒は、放熱器に向けて吐出される。放熱器で冷却された冷媒は、膨張 機構 204に導かれ、膨張機構 204で膨張エネルギーを動力として回収されながら膨 張する。そして、膨張後の冷媒は、蒸発器で加熱されて再び圧縮機構 202に吸引さ れる。
[0015] 上記構成の流体機械 200では、上力も下に向力つて順に膨張機構 204、電動機 2 03、圧縮機構 202と並んでいる。圧縮機構 202は、従来のロータリ型圧縮機（図 7)と 同じくオイルに浸力つているため、先に説明した原理でシリンダとベーンとの摺動箇 所が潤滑される。
発明の開示
[0016] し力しながら、密閉容器 201の上部に設けられた膨張機構 204は、オイルに浸かつ ていないため、シリンダとベーンの潤滑を安定して行うことが困難であった。
[0017] 本発明は上記課題を解決するためになされたもので、ロータリ型流体機構を底部の オイル貯留部から離して設けた場合でも、シリンダとベーンとの間の摺動箇所にオイ ルを安定して供給できるようにすることを目的とする。
[0018] すなわち、本発明は、
底部がオイル貯留部として利用される密閉容器と、
密閉容器の上部に設けられ、シリンダ内の作動室が仕切部材によって吸入側作動 室と吐出側作動室とに仕切られるロータリ型流体機構と、
流体機構へオイルを供給するための給油経路を内部に有し、流体機構に接続され るとともにオイル貯留部まで延伸するシャフトと、
シャフトの下部に設けられたオイルポンプと、
オイルポンプにより給油経路を通じて供給されるオイルを流体機構の周囲に保持し て、流体機構の仕切部材が潤滑されるようにするとともに、保持されたオイルの液面 が仕切部材の下面より上に位置するように形成されたオイル保持部と、
を備えたロータリ型流体機械を提供する。
[0019] このような構成によれば、密閉容器の底部のオイル貯留部から離れて設けられた口 一タリ型流体機構の仕切部材に安定してオイルを供給し、摺動箇所の焼き付きなど の損傷を防止することができる。また、仕切部材とシリンダの隙間に供給されるオイル は冷媒の漏れを抑制するため、流体機械の効率を向上させることができる。また、ォ ィル保持部により、運転停止時でもロータリ型流体機構の周囲にオイルが保持された 状態が維持されるので、運転再開時に仕切部材に直ちに十分な量のオイルを供給 することができる。
[0020] また、本発明は、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、
放熱器で放熱した冷媒を膨張させる膨張機と、
膨張機で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、
圧縮機および膨張機の少なくとも一方が、上記ロータリ型流体機械力もなる、冷凍 サイクル装置を提供する。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]本発明の実施の形態 1におけるロータリ型流体機械の縦断面図
[図 2]本発明の実施の形態 2におけるロータリ型流体機械の縦断面図
[図 3]本発明の実施の形態 3におけるロータリ型流体機械の縦断面図
[図 4]本発明の実施の形態 4におけるロータリ型流体機械の縦断面図
[図 5A]図 1に示すロータリ型流体機械のオイル戻し経路に弁を設けた変形例の部分 拡大図
[図 5B]図 2に示すロータリ型流体機械のオイル戻し経路に弁を設けた変形例の部分 拡大図
[図 6A]図 1〜図 4に示すロータリ型流体機械を用 、た冷凍サイクル装置のブロック図 [図 6B]図 1〜図 4に示すロータリ型流体機械を応用した圧縮機および Zまたは膨張 機を用いた冷凍サイクル装置のブロック図
[図 7]従来のロータリ型圧縮機の縦断面図
[図 8]従来のロータリ型圧縮機構とロータリ型膨張機構とを一体に構成した流体機械 の縦断面図
発明を実施するための最良の形態
[0022] 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、本明 細書においては、シャフトの軸方向に平行な方向を上下方向とする。
[0023] (実施の形態 1)
図 1は、本発明の実施の形態 1におけるロータリ型流体機械 10Aの縦断面図である 。本実施の形態 1におけるロータリ型流体機械 10Aは、密閉容器 1と、密閉容器 1の 下部に設けられたロータリ型圧縮機構 13と、密閉容器 1の上部に設けられたロータリ 型膨張機構 15と、ロータリ型圧縮機構 13とロータリ型膨張機構 15の間に設けられた 電動機 14とを備えている。
[0024] 密閉容器 1には、電動機 14への電力供給のためのターミナル 46が密閉容器 1の内 外を貫通する形で取り付けられている。ターミナル 46は、本実施の形態 1のように、密 閉容器 1の最上部に取り付けてもよいし、後で説明する図 2のように、ロータリ型圧縮 機構 13とロータリ型膨張機構 15との間、つまり、電動機 14の近傍に取り付けてもよい
[0025] 密閉容器 1の底部は、ロータリ型圧縮機構 13およびロータリ型膨張機構 15の潤滑 を行うためのオイルを貯留するオイル貯留部 45として利用されて 、る。オイル貯留部 45により、ロータリ型圧縮機構 13の周囲がオイルで満たされている。一方、ロータリ 型膨張機構 15の周囲には、オイル貯留部 45から汲み上げられたオイルが、オイル 保持部材 61によって当該ロータリ型膨張機構 15の周囲に保持されることにより、オイ ル保持部 65が形成されている。ロータリ型圧縮機構 13およびロータリ型膨張機構 15 は、いずれもオイルに直接漬カつているので、これらの機構 13、 15の外側力も給油 する必要がある構成部品、具体的には後述するべーン 7、 28、 29に対し、十分な量 のオイルを供給することが可能である。
[0026] ロータリ型圧縮機構 13は、密閉容器 1に外縁部が固定された上軸受部材 2と、上軸 受部材 2の下部に固定されたシリンダ 3と、シリンダ 3の下部に固定された下軸受部材 4と、上軸受部材 2と下軸受部材 4とで回転可能に支持されて下力 順に偏心部 5a、 5b、 5cを有するシャフト 5と、シャフト 5の偏心部 5aに回転可能に嵌合したローラ 6と、 シリンダ 3に取り付けられたベーン 7と、一端はシリンダ 3に他端はべーン 7に接してベ ーン 7をローラ 6に押し付けるパネ 8を含む。
[0027] 上軸受部材 2は、ロータリ型圧縮機構 13を密閉容器 1に固定する固定部材として機 能する。上軸受部材 2の外縁部には、密閉容器 1の上部から流下してくるオイルをォ ィル貯留部 45に戻すためのオイル戻し経路である開口 2aと、シリンダ 3内の作動室 9 で圧縮された冷媒 (作動流体)を密閉容器 1の内部に吐出するための吐出孔 2bとが 形成されている。シリンダ 3には、圧縮するべき冷媒を作動室 9に吸入させるための吸 入孔 3aと、シャフト 5の軸線に接近する方向と離間する方向とにべーン 7を進退可能 に装着するためのベーン溝 3bとが形成されている。ベーン溝 3bに装着されたべーン 7は、シリンダ 3とローラ 6との間に形成される作動室 9を吸入側作動室 9aと吐出側作 動室 9bとに仕切る仕切部材である。図 1から分力るように、ベーン溝 3bの後端はオイ ル貯留部 45に露出しているので、ベーン溝 3bとべーン 7との摺動面にオイル貯留部 45からオイルが直接供給される。この点は、上部に配置されたロータリ型膨張機構 1 5につ!/、ても全く同じである。
[0028] なお、上軸受部材 2とは別に、ロータリ型圧縮機構 13を密閉容器 1に固定するため の固定部材を設けることも可能である。この場合、当該固定部材にオイル戻し経路と しての開口が形成される。また、本明細書において、シャフト 5は、ロータリ型圧縮機 構 13とロータリ型膨張機構 15とに兼用された単一の部材として記載されているが、シ ャフト 5が単一の部材である必要はなぐ例えば、上下 2本のシャフトを直接または連 結器を介して連結したものであってもよ 、。
[0029] 電動機 14は、密閉容器 1に固定された固定子 11と、シャフト 5に固定された回転子 12とを含む。 [0030] ロータリ型膨張機構 15は、密閉容器 1に外縁部が固定された下軸受部材 21と、下 軸受部材 21の上部に固定された第 1シリンダ 22と、第 1シリンダ 22の上部に固定さ れた中板 23と、中板 23の上部に固定された第 2シリンダ 24と、第 2シリンダ 24の上部 に固定されてシャフト 5を回転可能に支持する上軸受部材 25と、シャフト 5の偏心部 5 bに回転可能に嵌合した第 1ローラ 26と、シャフト 5の偏心部 5cに回転可能に嵌合し た第 2ローラ 27と、第 1シリンダ 22に取り付けられた第 1ベーン 28と、第 2シリンダ 24 に取り付けられた第 2ベーン 29と、一端は第 1シリンダ 22に他端は第 1ベーン 28に接 して第 1ベーン 28を第 1ローラ 26に押し付ける第 1パネ 30と、一端は第 2シリンダ 24 に他端は第 2ベーン 29に接して第 2ベーン 29を第 2ローラ 27に押し付ける第 2パネ 3 1を含む。このように、ロータリ型膨張機構 15は、複数のシリンダ 22、 24、複数のロー ラ 26、 27および複数のベーン 28、 29を有する、いわゆる多段ロータリ型流体機構と して構成されている。
[0031] 下軸受部材 21は、シャフト 5を回転可能に支持する軸受の機能と、ロータリ型膨張 機構 15全体を支持する支持体としての機能とを有する。また、下軸受部材 21の外縁 部には、オイル貯留部 65から溢れたオイルをオイル貯留部 45に戻すためのオイル 戻し経路として、この下軸受部材 21を上下に貫通する開口 21aが設けられている。も ちろん、下軸受部材 21とは別に、ロータリ型膨張機構 15を密閉容器 1に固定するた めの固定部材を設けることも可能である。この場合、当該固定部材にオイル戻し経路 としての開口が形成される。また、下軸受部材 21と第 1シリンダ 22との間、および/ま たは、上軸受部材 25と第 2シリンダ 24との間、に冷媒の脈動を抑制するマフラーを設 けることも可會である。
[0032] 第 1シリンダ 22には、膨張させるべき冷媒を作動室 32に吸入させるための吸入孔 2 2aと、シャフト 5の軸線に接近する方向と離間する方向とに第 1ベーン 28を進退可能 に装着するための第 1ベーン溝 22bとが形成されている。第 2シリンダ 24には、膨張 後の冷媒を作動室 33から吐出させるための吐出孔 24aと、第 2ベーン 29を進退可能 に装着するための第 2ベーン溝 24bが形成されている。ベーン 28、 29は、それぞれ 、シリンダ 22、 24とローラ 26、 27との間に形成される作動室 32、 33を吸入側作動室 32a、 33aと吐出側作動室 32b、 33bとに仕切る仕切部材である。 [0033] ロータリ型圧縮機構 13には、シリンダ 3に形成された吸入孔 3aを通じて、低圧の冷 媒を密閉容器 1の外部から吸入側作動室 3aに吸入させるための吸入管 41が、密閉 容器 1の内外を貫通する形で直接接続されている。また、密閉容器 1の内部に吐出さ れた高圧の冷媒を、電動機 14よりも上の位置力も密閉容器 1の外部に吐出させるた めの吐出管 42が、密閉容器 1の内外を貫通する形で設けられている。ロータリ型膨 張機構 15には、第 1シリンダ 22に形成された吸入孔 22aを通じて、膨張前の冷媒を 密閉容器 1の外部力 第 1シリンダ 22の吸入側作動室 32aに吸入させるための吸入 管 43と、第 2シリンダに形成された吐出孔 24aを通じて、膨張後の冷媒を第 2シリンダ 24の吐出側作動室 33bから密閉容器 1の外部に吐出させるための吐出管 44とが、 それぞれ、密閉容器 1の内外を貫通する形で直接接続されている。
[0034] このように、密閉容器 1の外部からロータリ型膨張機構 15への冷媒の出し入れは、 吸入管 43および吐出管 44を用いて直接行う一方、ロータリ型圧縮機構 13で圧縮さ れた冷媒を密閉容器 1の内部にいったん吐出させることにより、密閉容器 1内を常時 高圧に保つことができる。そのため、密閉容器 1の内部と各機構 13、 15の内部との差 圧を大きくすることができ、各機構 13、 15にオイルを容易に供給できるようになる。ま た、ロータリ型圧縮機構 13から吐出された冷媒に含まれるオイルは、密閉容器 1の内 部を通過する過程で、冷媒から自然分離される。また、ロータリ型膨張機構 15の下軸 受部材 21によって、その下軸受部材 21よりも上側における冷媒の激しい対流が抑 制されるので、オイル保持部 65のオイルが力き乱されることも抑制され、ひいてはべ ーン 28、 29にオイルが安定供給されるようになる。
[0035] シャフト 5の内部には、シャフト 5の下端に設けられたオイルポンプ 52によりオイル貯 留部 45から汲み上げられるオイルを、ロータリ型圧縮機構 13およびロータリ型膨張 機構 15に供給するための給油経路 51が、軸方向にまっすぐ延びるように形成されて いる。そして、ロータリ型圧縮機構 13の下軸受部材 4、ローラ 6および上軸受部材 2と 、ロータリ型膨張機構 15の下軸受部材 21、第 1ローラ 26、第 2ローラ 27および上軸 受部材 25とに供給するための複数の給油穴 51a、 51b、 51c、 51d、 51e、 51f、 51g 力 給油経路 51から分岐して半径方向外向きに開口するように形成されている。
[0036] シャフト 5の上端面 5pは、上軸受部材 25によって塞がれておらず、露出している。 そして、上軸受部材 25から露出したシャフト 5の上端面 5pに給油経路 51が開口して いる。したがって、オイルポンプ 52によって汲み上げられ、上軸受部材 25を通過して シャフト 5の上端面 5pに到達した余剰のオイルは、給油経路 51から溢れ出る。その 溢れ出たオイルは、オイル保持部材 61によってオイル貯留部 45に直ちに戻ることを 阻止され、これによりオイル保持部 65が形成される。このようなオイル保持部 65は、口 一タリ型膨張機構 15を支持する支持体としての下軸受部材 21と、その下軸受部材 2 1の上面かつ当該ロータリ型膨張機構 15と密閉容器 1との間に配置されたオイル保 持部材 61とによって形成されている。オイル保持部材 61は、ターミナル 46と向カゝぃ 合う上側が開放している。したがって、オイル保持部 65から溢れたオイルは、オイル 保持部材 61と密閉容器 1との隙間に流れ、下軸受部材 21の外縁部に形成された開 口 21aを通って下軸受部材 21の下方へ流出し、オイル貯留部 45に戻る。
[0037] 上記のような構成により、シャフト 5の給油経路 51から供給されたオイルや、ロータリ 型膨張機構 15を潤滑し終えたオイルが、オイル保持部材 61に堰き止められて一時 的に当該ロータリ型膨張機構 15の周囲に保持され、シリンダ 22、 24の外側力もべ一 ン 28、 29とシリンダ 22、 24の摺動箇所へ安定してオイルを供給することができる。
[0038] 図 1に示すように、オイル保持部材 61は、ロータリ型膨張機構 15を周方向に包囲 する筒状の胴部 61aと、その胴部 61aからシャフト 5の中心方向に向力つて張り出した 庇部 6 lbとからなっている。胴部 6 laによれば、ロータリ型膨張機構 15の全周囲にわ たってオイル保持部 65が形成されるので、第 1ベーン 28と第 2ベーン 29の位置が周 方向で揃っていなくても、両者に均一かつ十分にオイルを供給できるようになる。また 、給油経路 51から溢れ出るオイルをオイル保持部材 61の内側にわざわざ誘導する 必要もない。
[0039] 他方、庇部 61bによれば、搬送時などにロータリ型流体機械 10Aが傾いた場合でも 、庇部 6 lbがオイルの保持に寄与して、全てのオイルがオイル保持部 65から失われ ることがない。すると、ロータリ型流体機械 10Aの起動時など、オイルポンプ 52が作 動して給油経路 51からオイルの供給が始まるまでの期間の潤滑を十分に行うことが できるので、ロータリ型流体機械 10Aの信頼性がより向上する。
[0040] なお、ロータリ型流体機械 10Aの運転を停止した状態で、オイルポンプ 52から最も 離れて位置するべーン、つまり、第 2ベーン 29の下面よりも上にオイルの液面が位置 するようにオイル保持部 65が形成されていることが好ましい。このように、第 1ベーン 2 8および第 2ベーン 29が常時オイルに漬カつている状態を形成することにより、運転 開始時に一時的に潤滑不良が発生する問題を回避できる。
[0041] 具体的には、オイル保持部材 61の胴部 61aの上端力 第 2ベーン 29の上面（上端 )よりも上側に位置することである。本実施の形態 1では、胴部 61aの高さが上軸受部 材 25の上面を超え、庇部 6 lbが上軸受部材 25を部分的に覆っており、第 2ベーン 2 9の上面を超える高さに油面が位置するようにオイル保持部 65が形成されて 、ること が好ましい。このようにすれば、第 2ベーン 29と第 2ベーン溝 24bとの隙間の高さ方向 全体力ゝら摺動面にオイルを供給することができるので、第 2ベーン 29と第 2ベーン溝 24bとの潤滑の観点から望ましい。もちろん、オイル保持部材 61の上端が、第 2ベー ン 29の下面よりも上側に位置している限り、オイル保持部 65における液面の高さも 第 2ベーン 29の下面よりも上側となる。すると、密閉容器 1の内部の冷媒の圧力と作 動室 33の内部の冷媒の圧力との差に基づいて、第 2ベーン 29の下面付近から供給 されるオイルが上方向にも広がって 、くので、第 2ベーン 29と第 2ベーン溝 24bとの 摺動面全体を潤滑することができ、ロータリ型流体機械 10Aの信頼性を確保できる。
[0042] また、図 5Aの模式図に示すように、オイル戻し経路として下軸受部材 21に形成さ れている開口 21aに弁 16を設けてもよい。弁 16は、オイル保持部 65から溢れたオイ ルがオイル戻し経路（開口 21a)を通過することを許容する開状態と禁止する閉状態 との 2状態を、外部のコントローラ 17によって相互に切り替え可能である。
[0043] オイル保持部 65に十分な量のオイルがたまった時点で、弁 16を閉じる制御を行え ば、シャフト 5の給油経路 51を除き、密閉容器 1の内部は、下軸受部材 21を境界とし て上下に分離された形となる。すると、給油経路 51から送られてくるオイルが必要以 上に下軸受部材 21の上側に流入しなくなる。すなわち、ベーン 28、 29の潤滑に使 用される以上の余分なオイルは、軸受部材 21、 25やローラ 26、 27を潤滑したのち、 オイル保持部 65に向かわず、シャフト 5を伝って下軸受部材 21の下側に流れ、オイ ル貯留部 45に戻る。このようにすれば、オイル貯留部 45からロータリ型膨張機構 15 の周囲に送られるオイルの量が少なくなるので、オイルとロータリ型膨張機構 15との 間で熱交換が行われることを極力防止できる。下軸受部材 21には、供給されたオイ ルを当該下軸受部材 21の全体にいきわたらせるためのオイル溝（図示省略）が設け られているので、余分なオイルをオイル貯留部 45に戻すためにシャフト 5と下軸受部 材 21とのクリアランスを大きくとる必要も特にな 、。
[0044] ところで、図 6Bに示すように、固有の密閉容器を有する圧縮機 81、および、固有の 密閉容器を有する膨張機 83を用いた冷凍サイクル装置 80が知られて 、る。この構 造の冷凍サイクル装置 80にお 、ても、オイルは冷媒に混入して冷媒回路を循環する 。したがって、圧縮機 81と膨張機 83の油量を均一化するための工夫が不可欠である 。そのような工夫は、通常、圧縮機 81のオイル貯留部と、膨張機 83のオイル貯留部 とを均油管 76で接続することである。均油管 76には、オイルの流量を制御するため の弁 16が設けられ、この弁 16により、圧縮機 81と膨張機 83との間のオイルの自由な 移動が規制され、オイルを介して圧縮機 81と膨張機 83とが熱的に短絡することを抑 制できる。こうした仕組みは、冷凍サイクル装置 80の成績係数の向上に寄与する。
[0045] 本実施の形態のロータリ型流体機械 10Aによれば、オイル戻し経路 21a (開口 21a )に弁 16を設けることにより、上記冷凍サイクル装置 80と同等の利益を得ることができ る。
[0046] 次に、本実施の形態 1におけるロータリ型流体機械の動作について説明する。
[0047] ターミナル 46から電力を電動機 14へ供給すると、固定子 11と回転子 12の間に回 転動力が発生し、シャフト 5によってロータリ型圧縮機構 13が駆動される。ロータリ型 圧縮機構 13には、シリンダ 3とべーン 7とローラ 6と上軸受部材 2と下軸受部材 4とで 作動室である 2つの圧縮室 9 (9a、 9b)が形成され、偏心部 5aの回転によるローラ 6の 偏心回転運動で各々の容積を変化させる。ローラ 6の偏心回転運動によって、吸入 孔 3aと連通する圧縮室 9の容積が増加し、吸入管 41を経て外部 (冷凍サイクル装置 における蒸発器)から低圧の冷媒が吸引される。
[0048] ローラ 6の偏心回転運動によって圧縮室 9と吸入孔 3aが連通しなくなり容積が減少 すると、圧縮室 9に閉じ込められた冷媒が圧縮される。そして、圧縮室 9の冷媒の圧 力が密閉容器 1の内部の冷媒の圧力を超えると、吐出孔 2bに設けられた吐出バルブ (図示せず)が開いて、高圧の冷媒が密閉容器 1の内部に吐出される。吐出された冷 媒は、電動機 14を冷却しながら吐出管 42を経て外部に吐出される。外部に吐出され た冷媒は、冷凍サイクル装置（図 5A参照）における放熱器で冷却され、吸入管 43を 経てロータリ型膨張機構 15へ導かれる。
[0049] ロータリ型膨張機構 15には、第 1シリンダ 22と第 1ベーン 28と第 1ローラ 26と下軸 受部材 21と中板 23とで 2つの作動室 32 (第 1吸入側作動室 32aと第 1吐出側作動室 32b)が形成され、第 2シリンダ 24と第 2ベーン 29と第 2ローラ 27と上軸受部材 25と 中板 23とで 2つの作動室 33 (第 2吸入側作動室 33aと第 2吐出側作動室 33b)とが形 成されている。そして、第 1ローラ 26によって吸入孔 22aとの連通が阻止されている 第 1吐出側作動室 32bと、第 2ローラ 27によって吐出孔 24aとの連通が阻止されてい る第 2吸入側作動室 33aとが中板 23に形成された連通孔（図示せず）によってつな がって、 1つの膨張室が形成される。ここで、中板 23の連通孔は、作動室 32の側から 見れば、第 1ベーン 28を挟んで吸入孔 22aの反対側に位置して、作動室 33の側か ら見れば、第 2ベーン 29を挟んで吐出孔 24aの反対側に位置する。
[0050] 高圧の冷媒が吸入孔 22aより流入すると、第 1ローラ 26が押されてシャフト 5が回転 し、吸入孔 22aと連通する第 1吸入側作動室 32aの容積が増加する。第 1ローラ 26の 偏心回転運動により第 1吸入側作動室 32aが吸入孔 22aと連通しなくなり、中板 23の 連通孔と連通する第 1吐出側作動室 32bへと変化する。シャフト 5の回転に伴って第 1吐出側作動室 32bの容積が減少し始めるが、より気筒容積の大きな第 2吸入側作 動室 33aの容積が増力!]し始め、第 1吐出側作動室 32bから第 2吸入側作動室 33aへ と冷媒が膨張しながら移動する。シャフト 5がさらに回転すると第 2吸入側作動室 33a と中板 23の連通孔との連通が遮断され、第 2吸入側作動室 33aは第 2吐出側作動室 33bへと変化する。所定の圧力まで膨張した冷媒は、第 2吐出側作動室 33bが吐出 孔 24aと連通して第 2吐出側作動室 33bの容積が減少することによって、吐出管 44 を経て密閉容器 1の外部に吐出される。外部に吐出された冷媒は、冷凍サイクル装 置（図 6A参照）における蒸発器で加熱され、吸入管 41に再び戻る。
[0051] 次に、本実施の形態 1におけるロータリ型流体機械 10Aの潤滑について説明する。
[0052] 電動機 14によってシャフト 5が回転すると、シャフト 5の下端に設けられたオイルボン プ 52が、オイル貯留部 45から給油経路 51にオイルを汲み上げる。汲み上げられた 才ィノレは、給油穴 51a、 51b, 51c、 51d、 51e、 51f、 51gを経て、下軸受咅材 4と、口 ーラ 6と、上軸受部材 2と、下軸受部材 21と、第 1ローラ 26と、第 2ローラ 27と、上軸受 部材 25へ供給され、摺動箇所を潤滑する。ベーン 7とべーン溝 3bとの間へは、ロー タリ型圧縮機構 13の周りがオイル貯留部 45のオイルで満たされて ヽるため、オイル 貯留部 45から直接給油される。
[0053] 他方、給油経路 51の上端カゝら溢れたオイルは、オイル保持部材 61によって一時的 にロータリ型膨張機構 15の周囲に保持される。オイル保持部材 61に保持されたオイ ルは、第 1ベーン 28と第 1ベーン溝 22bとの摺動箇所、および、第 2ベーン 29と第 2 ベーン溝 24bとの摺動箇所へ直接供給される。
[0054] オイル保持部材 61を設けることで、オイル貯留部 45から離れて設けられたロータリ 型膨張機構 15の第 1ベーン 28および第 2ベーン 29の潤滑が、従来のロータリ型圧 縮機 (図 7)と同様に安定して簡便に行われ、摺動箇所の焼き付きなどの損傷を防止 することができる。そのため、複雑な給油機構を備えることなぐ密閉容器 1の上部に ロータリ型流体機構 (本実施の形態ではロータリ型膨張機構 15)を設けることが可能 になる。さらに、ロータリ型膨張機構 15の周囲がオイルで満たされているため、第 1ベ ーン 28や第 2ベーン 29の周りの隙間などからの冷媒の漏れが減少して、ロータリ型 膨張機構 15の体積効率が向上し、効率がよくなる。
[0055] (実施の形態 2)
図 2は、本発明の実施の形態 2におけるロータリ型流体機械 10Bの縦断面図である 。図 2において図 1と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
[0056] 本実施の形態 2が実施の形態 1と異なるのは、下軸受部材 21に設けた開口 21aと、 オイル保持部材 61とが無ぐオーバーフロー管 62を下軸受部材 21に取り付けている ことである。オーバーフロー管 62の上部開口は、第 2ベーン 29の下面よりも上の位置 にあり、このオーバーフロー管 62と密閉容器 1と下軸受部材 21とでオイル保持部 65 が形成されている。オーバーフロー管 62は、ロータリ型膨張機構 15を支持する下軸 受部材 21を上下に貫くように配置され、ロータリ型膨張機構 15の周囲に保持された オイルの液面が所定の高さを超えた場合に、余剰のオイルを下軸受部材 21の下方 へ流下させる。つまり、オーバーフロー管 62は、オイル保持部 65から溢れたオイルを オイル貯留部 45へ戻すオイル戻し経路である。
[0057] シャフト 5の給油経路 51から供給されたオイルや、ロータリ型膨張機構 15を潤滑し たオイルが、オーバーフロー管 62の上部の開口よりも下側のロータリ型膨張機構 15 の周りに一時的に保持される。そのため、シリンダ 22、 24の外側からベーン 28、 29と ベーン溝 22b、 24bとの摺動面へ安定してオイルを供給することができる。また、ォー バーフロー管 62を密閉容器 1の内壁よりもロータリ型膨張機構 15に近接して設ける ことで、搬送時などに当該ロータリ型流体機械 10Bが傾いた場合でも、オーバーフロ 一管 62の開口に届かない一部のオイルがオイル保持部 65に残る。すると、ロータリ 型流体機械 10Bの起動時など、オイルポンプ 52が作動して給油経路 51からオイル の供給が始まるまでの期間の潤滑を十分に行うことができるので、ロータリ型流体機 械 10Bの信頼性がより向上する。
[0058] オーバーフロー管 62は、下軸受部材 21よりも下方で曲げられている。下軸受部材 21より下のオーバーフロー管 62は、オイルを戻すための傾斜を確保しつつ、シャフト 5の中心に向かって延びている。このようにすれば、電動機 14が高速回転することに よって生ずる冷媒の旋回流の影響力、オーバーフロー管 62を通じてオイル保持部 6 5の上の空間に及びにくくなり、オイル保持部 65における油面の安定化、ひいてはべ ーン 28、 29への給油の安定ィ匕につながる。
[0059] さらに、オーバーフロー管 62の下部を密閉容器 1の内側に曲げることにより、搬送 時などにロータリ型流体機械 10Bが傾いた場合でも、オーバーフロー管 62の屈曲し た下部がオイルの保持に寄与して、オイル保持部 65のオイルがオイル貯留部 45側 に移動しにくい。つまり、オイル保持部 65のオイルが全て失われることがない。すると 、ロータリ型流体機械 10Bの起動時など、オイルポンプ 52が作動して給油経路 51か らのオイルの供給が始まるまでの期間の潤滑を行うことができるため、ロータリ型流体 機械 10Bの信頼性がより向上する。
[0060] また、オーバーフロー管 62の内径は、給油経路 51の内径よりも大きいことが好まし い。このようにすれば、オーバーフロー管 62の上部の開口に達したオイルをスムーズ にオイル貯留部 45へ戻すことができる。なお、このようなオーバーフロー管 62を複数 設けることも可能であり、その場合には、複数のオーバーフロー管 62の合計断面積 力 給油経路 51の断面積よりも大きいことが好ましい。
[0061] また、図 5Bに示すように、オーバーフロー管 62の下軸受部材 21よりも下の部分に は、図 5Aで説明したように、弁 16を設けることができる。この場合、先に説明した理 由により、オイルとロータリ型膨張機構 15との間で熱交換が行われることを抑制でき る。弁 16の位置は、特に限定されるわけではなぐオーバーフロー管 62の端でもよい し、図 5Bのように中途であってもよい。
[0062] 以上のように、本発明の実施の形態 2では、密閉容器 1と下軸受部材 21とオーバー フロー管 62とによりオイル保持部 65が形成され、給油経路 51の上端カゝら溢れたオイ ルは、一時的にロータリ型膨張機構 15の周囲に保持される。保持されたオイルは、 第 1ベーン 28と第 1ベーン溝 22b、および、第 2ベーン 29と第 2ベーン溝 24bの摺動 箇所へ直接供給される。そして、オーバーフロー管 62の上部の開口に達したオイル は、オーバーフロー管 62を通じてオイル貯留部 45へと戻る。
[0063] つまり、オーバーフロー管 62を設けることで、オイル貯留部 45から離して設けた口 一タリ型膨張機構 15の第 1ベーン 28および第 2ベーン 29に関する潤滑が、従来の口 一タリ型圧縮機 (図 7)と同様に安定して簡便に行われ、摺動箇所の焼き付きなどの 損傷を防止することができる。そのため、複雑な給油機構を備えることなぐ密閉容器 1の上部にロータリ型流体機構 (本実施の形態ではロータリ型膨張機構 15)を設ける ことが可能になる。さらに、ロータリ型膨張機構 15の周囲がオイルで満たされている ため、第 1ベーン 28や第 2ベーン 29の周りの隙間など力もの冷媒の漏れが減少して 、ロータリ型膨張機構 15の体積効率が向上し、効率がよくなる。
[0064] さらに、図 2に示す本発明の実施の形態 2のロータリ型流体機械は、オーバーフロ 一管 62の上部の開口が、第 2ベーン 29の上面よりも上側に位置している。これにより 、第 2ベーン 29の上面を超える高さに油面が位置するようにオイル保持部 65が形成 されている。第 2ベーン 29と第 2ベーン溝 24bとの隙間の高さ方向全体力も摺動面に オイルを供給することができるので、第 2ベーン 29と第 2ベーン溝 24bとの潤滑の観 点から望ましい。もちろん、オーバーフロー管 62の上部の開口が、第 2ベーン 29の 下面よりも上側に位置している限り、オイル保持部 65における油面の高さも第 2ベー ン 29の下面よりも上側となる。すると、密閉容器 1の内部の冷媒の圧力と作動室 33の 内部の冷媒の圧力との差に基づいて、第 2ベーン 29の下面付近力も供給されるオイ ルが上方向にも広がっていくので、第 2ベーン 29と第 2ベーン溝 24bとの摺動面全体 を潤滑することができ、ロータリ型流体機械 10Bの信頼性を確保できる。
[0065] なお、下軸受部材 21に開口を設け、それより上にのみオーバーフロー管を設置す る構成にしても、同様の効果が得られる。
[0066] (実施の形態 3)
図 3は、本発明の実施の形態 3におけるロータリ型流体機械 10Cの縦断面図である 。図 3において図 1と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
[0067] 本実施の形態 3が実施の形態 1と異なるのは、オイル保持部材 61が無ぐ上軸受部 材 25の上面に環状の凹部 63を設け、凹部 63の底面力も第 2ベーン溝 24bと第 1ベ ーン溝 22bとのそれぞれに向力つて延びるように導油経路 63a、 63bを設けて 、るこ とである。
[0068] 以上のように、本発明の実施の形態 3では、凹部 63によってオイル保持部 65が形 成されており、給油経路 51の上端力も溢れたオイルは、凹部 63によって一時的に保 持される。凹部 63に保持されたオイルは、導油経路 63a、 63bによって第 1ベーン 28 と第 1ベーン溝 22b、および、第 2ベーン 29と第 2ベーン溝 24bの摺動箇所へ供給さ れる。そして、凹部 63の上端に達したオイルは、凹部 63を溢れて下軸受部材 21の 開口 21aを通ってオイル貯留部 45へと戻る。
[0069] つまり、凹部 63と導油経路 63a、 63bを設けることで、オイル貯留部 45から離して設 けたロータリ型膨張機構 15の第 1ベーン 28および第 2ベーン 29に関する潤滑が安 定して行われ、摺動箇所の焼き付きなどの損傷を防止することができる。そのため、 複雑な給油機構を備えることなぐ密閉容器 1の上部にロータリ型流体機構 (本実施 の形態ではロータリ型膨張機構 15)を設けることが可能になる。さらに、第 1ベーン 28 と第 1ベーン溝 22b、および、第 2ベーン 29と第 2ベーン溝 24bの隙間にオイルが供 給されているため、第 1ベーン 28と第 2ベーン 29の周りの隙間からの冷媒の漏れが 減少して、ロータリ型膨張機構 15の体積効率が向上し、効率がよくなる。
[0070] また、上軸受部材 25への切削加工もしくは铸型への凹部の追加で容易にオイル保 持部 65を形成することができるため、ロータリ型流体機械 10Cのコスト増を招来しにく い。
[0071] さらに、図 3に示す本発明の実施の形態 3のロータリ型流体機械は、凹部 63が、ベ ーン 29の上面よりも上側に位置しており、第 2ベーン 29の上面を超える高さに油面 が位置するようにオイル保持部 65が形成されている。導油経路 63a、 63bによって第 2ベーン 29と第 2ベーン溝 24bおよび第 1ベーン 28と第 1ベーン溝 22bの隙間の上 側から下側に向かって高さ方向全体力 摺動面にオイルを供給することができるので 、ベーン 28、 29とべーン溝 22b、 24bとの潤滑の観点から望ましい。もちろん、導油 経路 63a、 63bとべーン溝 29、 28とがどのような位置でつながつていたとしても、密閉 容器 1の内部の冷媒の圧力と作動室 33および作動室 32の内部の冷媒の圧力との差 に基づ 、てオイルが広がって 、くので、第 2ベーン 29と第 2ベーン溝 24bとの摺動面 および第 1ベーン 28と第 1ベーン溝 22bとの摺動面を潤滑することができ、ロータリ型 流体機械 10Cの信頼性を確保できる。
[0072] また、本実施の形態 3では、図 3に記したように中板 23が第 1ベーン溝 22bの上端 面と第 2ベーン溝 24bの下端面のすべてを覆って ヽな 、が、すべて覆うようにしてもよ い。中板 23が第 1ベーン溝 22bの上端面と第 2ベーン溝 24bの下端面のすべてを覆 う場合は、第 1ベーン溝 22bと第 2ベーン溝 24bに導油経路 63bと導油経路 63aから それぞれ供給されるオイルが溜まって、第 2ベーン 29と第 2ベーン溝 24bおよび第 1 ベーン 28と第 1ベーン溝 22bの隙間の高さ方向全体力も摺動面にオイルを供給する ことができるので、第 2ベーン 29と第 2ベーン溝 24bおよび第 1ベーン 28と第 1ベーン 溝 22bとの潤滑の観点から好ま 、。
[0073] また、本実施の形態 3では、オイル保持部 65を凹部 63で形成したが、給油経路 51 の上端力も溢れるオイルを導油経路 63a、 63bへ導くための溝などでオイル保持部 6 5を形成してもよい。また、本実施の形態 3では、上軸受部材 25の上面に凹部 63を 設けているが、第 2ベーン 29の下面よりも上、言いかえれば、ロータリ型膨張機構 15 の最も上に位置する構成部品が軸受の機能を持たない場合もある。例えば、上軸受 部材 25と第 2シリンダ 24との間に設けられ、冷媒の脈動を低減したり騒音を低減した りするマフラーがそうである。そのようなマフラーの上面に凹部 63を設け、給油経路 5 1力も供給されるオイルが溜まるようにしてもょ 、。 [0074] (実施の形態 4)
図 4は、本発明の実施の形態 4におけるロータリ型流体機械 10Dの縦断面図である 。図 4において図 1と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
[0075] 本実施の形態 4が実施の形態 1と異なるのは、下軸受部材 21に設けた開口 21aと、 オイル保持部材 61とが無ぐ代わりにオイル戻し管 64を設けていることである。オイ ル戻し管 64は、一端が第 2ベーン 29の下面より上の位置において密閉容器 1の内 部に開口し、他端が下軸受部材 21の下側において密閉容器 1の内部に開口するよ うに、密閉容器 1に取り付けられている。図 4に示すオイル戻し管 64の他端は、詳しく は、電動機 14よりも下側の位置で密閉容器 1の内部に接続している。
[0076] 以上のように、本発明の実施の形態 4では、密閉容器 1と下軸受部材 21とオイル戻 し管 64によってオイル保持部 65が形成され、給油経路 51の上端カゝら溢れたオイル は、一時的にロータリ型膨張機構 15の周囲に保持される。保持されたオイルは、第 1 ベーン 28と第 1ベーン溝 22b、および、第 2ベーン 29と第 2ベーン溝 24bの摺動箇所 へ直接供給される。そして、オイル戻し管 64の上部の開口に達したオイルは、オイル 戻し管 64を通じて電動機 14の下側に導かれ、オイル貯留部 45へと戻る。
[0077] つまり、オイル戻し管 64を設けることで、オイル貯留部 45から離して設けたロータリ 型膨張機構 15の第 1ベーン 28および第 2ベーン 29に関する潤滑が、従来のロータリ 型圧縮機 (図 7)と同様に安定して簡便に行われ、摺動箇所の焼き付きなどの損傷を 防止することができる。そのため、複雑な給油機構を備えることなぐ密閉容器 1の上 部にロータリ型流体機構 (本実施の形態ではロータリ型膨張機構)を設けることが可 能になる。さらに、ロータリ型膨張機構 15の周囲がオイルで満たされているため、第 1 ベーン 28や第 2ベーン 29の周りの隙間などからの冷媒の漏れが減少して、ロータリ 型膨張機構 15の体積効率が向上し、効率がよくなる。
[0078] さらに、オイル戻し管 64の上部は、密閉容器 1の内部に貫通し、シャフト 5の軸線に 向力つてやや延びた位置で開口している。そのため、搬送時などにロータリ型流体機 械が傾!、た場合でも、密閉容器 1の内側に延びて ヽる部分がオイルの保持に寄与し て、全てのオイルがオイル保持部 65から失われることがない。すると、ロータリ型流体 機械 10Dの起動時など、オイルポンプ 52が作動して給油経路 51からのオイルの供 給が始まるまでの期間の潤滑を十分に行うことができるため、ロータリ型流体機械 10 Dの信頼性がより向上する。
[0079] さらに、オイル戻し管 64の内径力 給油経路 51の内径よりも大きいことが好ましい。
このようにすれば、オイル戻し管 64の上部の開口に達したオイルをスムーズにオイル 貯留部 45へ戻すことができる。もちろん、実施の形態 2で説明したように、オイル戻し 管 64を複数設けてもよい。
[0080] さら〖こ、一時的にオイル保持部 65に保持されたオイルを、電動機 14の下側に戻す ことができるので、電動機 14の回転子 12の回転に伴う冷媒の旋回流でオイルが微 細化されることを防止することができる。これにより、オイル貯留部 45にオイルが戻り やすくなり、オイル貯留部 45のオイル面を安定して保持することができる。すると、ォ ィルポンプ 52によってロータリ型膨張機構 15への安定したオイルの供給を実現でき るので、ロータリ型流体機械 10Dの信頼性を向上させることができる。
[0081] さらに、図 4に示す本発明の実施の形態 4のロータリ型流体機械は、オイル戻し管 6 4の上部の開口が、第 2ベーン 29の上面よりも上側に位置している。これにより、第 2 ベーン 29の上面を超える高さに油面が位置するようにオイル保持部 65が形成されて いる。第 2ベーン 29と第 2ベーン溝 24bとの隙間の高さ方向全体力も摺動面にオイル を供給することができるので、第 2ベーン 29と第 2ベーン溝 24bとの潤滑の観点から 望ましい。もちろん、オイル戻し管 64の上部の開口力 第 2ベーン 29の下面よりも上 側に位置していれば、密閉容器 1の内部の冷媒の圧力と膨張室 33の内部の冷媒の 圧力との差に基づいて、第 2ベーン 29の下面付近力も供給されるオイルが上方向に も広がっていくので、第 2ベーン 29と第 2ベーン溝 24bとの摺動面を潤滑することが でき、ロータリ型流体機械 10Dの信頼性を確保できる。
[0082] さらに、図 5Bで説明した弁 16を、オイル戻し管 64に設けてもよい。
[0083] 以上の各実施の形態では、密閉容器 1の上部に配置された第 1流体機構である口 一タリ型膨張機構 15と、オイル貯留部 45に溜められたオイルに直接漬カゝるように密 閉容器 1の下部に配置された第 2流体機構であるロータリ型圧縮機構 13とがシャフト 5によって連結されている流体機械 10A〜： LOD (いわゆる膨張機一体型圧縮機）を 説明した。し力しながら、本発明がこれに限定されるわけではない。例えば、密閉容 器の下部にロータリ型膨張機構、密閉容器の上部にロータリ型圧縮機構を設けても よいし、両側がロータリ型圧縮機構であったり、反対に両側がロータリ型膨張機構で あったりしてもよい。少なくともロータリ型流体機構をオイル貯留部カゝら離して設けて いる場合には、本発明が有効である。よって、密閉容器の上部にロータリ型圧縮機構 が設けられたロータリ圧縮機や、密閉容器の上部にロータリ型膨張機構が設けられた ロータリ膨張機にも、本発明を好適に採用できる。
[0084] (ロータリ型流体機械の応用例）
昨今では、電気製品の冷凍サイクルシステムにお ヽて更なる省エネが求められて おり、膨張弁の代わりに膨張機構を用いる必要がある。本発明は、ロータリ圧縮機と ロータリ型膨張機構とをシャフトで連結するとともに、それらを 1つの密閉容器内に配 置した、一体型の流体機械を構成するのに最も適している。
[0085] すなわち、図 1〜図 4で説明したロータリ型流体機械 10A〜： LODは、空気や水など の対象を加熱または冷却する冷凍サイクル装置 (冷凍サイクルシステムと同義）に適 用することができる。図 6Aに示すように、冷凍サイクル装置 70は、冷媒を圧縮する圧 縮機構 13と、圧縮機構 13で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器 72と、放熱器 72で 放熱した冷媒を膨張させる膨張機構 15と、膨張機構 15で膨張した冷媒を蒸発させる 蒸発器 74とを備えている。圧縮機構 13、放熱器 72、膨張機構 15および蒸発器 74 が配管 75によって接続され、冷媒回路が形成されている。圧縮機構 13および膨張 機構 15は、それぞれ、図 1〜図 4で説明したロータリ型流体機械 10A〜： LODの一部 である。配管 75は、図 1〜図 4に示した吸入管 41、 43および吐出管 42、 44を含む。 膨張機構 15で回収された冷媒の膨張エネルギーは、シャフト 5を介して機械力の形 で圧縮機構 71に直接伝達される。シャフト 5は、単一のシャフトであってもよいし、複 数のシャフトを同軸に連結したものであってもよい。
[0086] また、図 6Bに示すように、本発明のロータリ型流体機械として構成される圧縮機 81 および Zまたは膨張機 83を用いた冷凍サイクル装置 80も好適である。圧縮機 81お よび膨張機 83は、それぞれに固有の密閉容器を有し、互いの密閉容器がオイル量 の均一化を図るための均油管 76で接続される。均油管 76には、流量調整弁 16を配 置することができる。冷媒の膨張エネルギーは、膨張機 83に内蔵の発電機で電力に 変換され、圧縮機 81の電動機を駆動するために必要な電力の一部として使用される 産業上の利用可能性
本発明のロータリ型流体機械は、空調機、給湯機、乾燥機、冷凍冷蔵庫のような電 気製品を構成する冷凍サイクル装置に好適である。

Claims

請求の範囲
[1] 底部がオイル貯留部として利用される密閉容器と、
前記密閉容器の上部に設けられ、シリンダ内の作動室が仕切部材によって吸入側 作動室と吐出側作動室とに仕切られるロータリ型流体機構と、
前記流体機構へオイルを供給するための給油経路を内部に有し、前記流体機構 に接続されるとともに前記オイル貯留部まで延伸するシャフトと、
前記シャフトの下部に設けられたオイルポンプと、
前記オイルポンプにより前記給油経路を通じて供給されるオイルを前記流体機構 の周囲に保持して、前記流体機構の前記仕切部材が潤滑されるようにするとともに、 保持されたオイルの液面が前記仕切部材の下面より上に位置するように形成された オイル保持部と、
を備えたロータリ型流体機械。
[2] 前記オイル保持部カゝら溢れたオイルを前記オイル貯留部へ戻すためのオイル戻し 経路をさらに備えた、請求項 1に記載のロータリ型流体機械。
[3] 前記流体機構が複数の前記シリンダおよび複数の前記仕切部材を有する多段口 一タリ型であり、
前記オイル保持部は、当該ロータリ型流体機械の運転を停止した状態で、前記ォ ィルポンプ力 最も離れて位置する前記仕切部材の下面よりも上に液面が位置する ように形成されて 、る、請求項 1に記載のロータリ型流体機械。
[4] 前記流体機構には、作動流体を前記密閉容器の外部から前記吸入側作動室に吸 入させるための吸入管と、前記作動流体を前記吐出側作動室から前記密閉容器の 外部に吐出させるための吐出管とが、それぞれ、前記密閉容器の内外を貫通する形 で直接接続されて 、る、請求項 1に記載のロータリ型流体機械。
[5] 前記オイル保持部が、前記密閉容器に固定されて前記流体機構を支持する支持 体と、前記流体機構と前記密閉容器との間に配置されたオイル保持部材とによって 形成され、
前記オイル戻し経路が、前記オイル保持部から溢れたオイルを前記支持体の下方 へ流出させる、前記支持体に設けられた開口である、請求項 2に記載のロータリ型流 体機械。
[6] 前記オイル保持部材が、前記流体機構を包囲する筒状の胴部を含む、請求項 5に 記載のロータリ型流体機械。
[7] 前記オイル保持部材が、前記胴部から前記シャフトの中心方向に向力つて張り出し た庇部をさらに含む、請求項 6に記載のロータリ型流体機械。
[8] 前記オイル保持部が、前記密閉容器に固定されて前記流体機構を支持する支持 体と、前記支持体に取り付けられ、前記流体機構の周囲に保持されたオイルの液面 が所定の高さを超えた場合に、余剰のオイルを前記支持体の下方へ流下させるォー バーフロー管とによって形成され、 前記オーバーフロー管が前記オイル戻し経路である、請求項 2に記載のロータリ型 流体機械。
[9] 前記オーバーフロー管が、前記支持体の下側において前記シャフトに向力つて延 びている、請求項 8に記載のロータリ型流体機械。
[10] 前記オイル保持部が、前記仕切部材の下面よりも上に位置する、前記流体機構の 構成部品によって形成されている、請求項 1に記載のロータリ型流体機械。
[11] 前記オイル保持部が、前記流体機構の前記構成部品の上面に設けられた凹部に よって形成されている、請求項 10に記載のロータリ型流体機械。
[12] 前記オイル保持部が、前記密閉容器に固定されて前記流体機構を支持する支持 体と、一端が前記仕切部材の下面より上の位置にお 、て前記密閉容器の内部に開 口し、他端が前記支持体の下側において前記密閉容器の内部に開口するように、前 記密閉容器に取り付けられたオイル戻し管とによって形成され、
前記オイル戻し管が前記オイル戻し経路である、請求項 2に記載のロータリ型流体 機械。
[13] 前記オイル戻し経路の端または中途に設けられ、前記オイル保持部力 溢れたォ ィルが前記オイル戻し経路を通過することを許容する開状態と禁止する閉状態との 2 状態を相互に切り替え可能な弁をさらに含む、請求項 2に記載のロータリ型流体機械
[14] 前記オイル貯留部のオイルに直接漬カゝるように前記密閉容器の下部に配置され、 第 1流体機構である前記流体機構と前記シャフトで連結された第 2流体機構をさらに 備える、請求項 1に記載のロータリ型流体機械。
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、
前記放熱器で放熱した冷媒を膨張させる膨張機と、
前記膨張機で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、
前記圧縮機および前記膨張機の少なくとも一方が、請求項 1に記載のロータリ型流 体機械力もなる、冷凍サイクル装置。
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