WO2007138809A1 - 膨張機および膨張機一体型圧縮機 - Google Patents

Description

膨張機および膨張機一体型圧縮機

技術分野

[0001] 本発明は、流体を膨張させる膨張機に関する。本発明は、さらに、流体を圧縮する 圧縮機構と流体を膨張させる膨張機構とがシャフトで連結された一体構造を持つ膨 張機一体型圧縮機に関する。

背景技術

[0002] 圧縮、放熱、膨張、蒸発という冷媒の冷凍サイクルを利用した装置、いわゆる冷凍 サイクル装置は、空気調和機や給湯機など、幅広い分野で使用されている。この種 の冷凍サイクル装置に適用される膨張機一体型圧縮機として、冷媒が減圧膨張する 際の膨張エネルギーを機械工ネルギ一に変換して回収する膨張機構と、冷媒を圧縮 する圧縮機構とをシャフトで連結するとともに、膨張機構で回収した機械エネルギー を圧縮機構に供給することにより、冷凍サイクルの効率向上を図るものがある (特開 昭 62— 77562号公報）。

[0003] 圧縮機構は冷媒を断熱圧縮するので、圧縮機構を構成する部材の温度は、冷媒 の温度とともに上昇する。他方、膨張機構には放熱器で冷却された冷媒が流入し、 冷媒が断熱膨張するので、膨張機構を構成する部材の温度は、冷媒の温度とともに 低下する。したがって、特開昭 62— 77562号公報に記載されているように、圧縮機 構と膨張機構とを単純に一体ィ匕しただけでは、圧縮機構側の熱が膨張機構側に移 動してしまう。こうした熱の移動は、膨張機構において意図しない冷媒の加熱が起こ ること、および圧縮機構において意図しない冷媒の冷却が起こることを意味し、ひい ては冷凍サイクルの効率低下を招く。

[0004] この問題を解決するべぐ圧縮機構と膨張機構との間に断熱部材を設け、圧縮機 構力も膨張機構への熱の移動を阻害すると 、う提案がある (特開 2001— 165040号 公報)。さらに、図 10に示すように、密閉容器 101の内部に圧縮機構 102、電動機 1 03および膨張機構 104を下力もこの順番で配置するとともに、膨張機構 104の表面 に周囲の冷媒カもの伝熱を阻害する断熱部材 105を設けるという提案もある (特許 3 674625号公報）。

発明の開示

[0005] ところで、膨張機一体型圧縮機の圧縮機構や膨張機構に好適な型式として、スクロ 一ル型ゃロータリ型が挙げられる。例えば、図 11に示す膨張機一体型圧縮機 200の ように、密閉容器 201の内部にスクロール型の圧縮機構 202と、電動機 203と、ロー タリ型の膨張機構 204とを上力もこの順番で配置することができる。密閉容器 201の 内部を圧縮機構 202から吐出された冷媒で満たす高温高圧型の構成を採用する場 合には、密閉容器 201の底部がオイル貯まりとなり、膨張機構 204の周囲が高温の オイルで満たされる。

[0006] 膨張機構 204の周囲が高温のオイルで満たされて ヽるので、膨張機構 204とオイ ルとの間で熱の移動が起こり、膨張機構 204が加熱され、オイルが冷却される。この オイルは、上に配置された圧縮機構 202を潤滑するとともに、旋回スクロール 207に 背圧をかけるために使用され、それらの過程で圧縮機構 202を冷却する。この結果、 先に説明したように、オイルを介した熱の移動による冷凍サイクルの効率低下が問題 となる。

[0007] 特開 2001— 165040号公報や特許 3674625号公報に記載されているような断熱 部材を使用することも考えられるが、ロータリ型の機構は、冷媒漏れ、特にべーンから の冷媒漏れを防止するため、あるいは各摺動部分の潤滑を容易化するために、周囲 がオイルで満たされていることが好ましい。したがって、図 11とは逆のレイアウト、すな わち、スクロール型の圧縮機構 202が下、ロータリ型の膨張機構 204が上というレイ アウトは、本質的に採用しにくい。仮に、そうしたレイアウトを採用できたとしても、今度 は一転して、冷媒漏れや潤滑不良の問題が表面化する。

[0008] そこで本発明は、膨張機構をオイルに漬けて使用する場合であっても、オイルから 膨張機構への熱の移動を抑制することにより、冷凍サイクル装置の性能を向上させる ことが可能な膨張機および膨張機一体型圧縮機を提供することを目的とする。

[0009] 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、

周囲がオイルで満たされるように密閉容器内に配置された膨張機構と、 油面よりも上に位置するように密閉容器内に配置された圧縮機構と、 圧縮機構と膨張機構とを連結するシャフトと、

密閉容器と膨張機構との間のオイルを貯留するべき空間を、膨張機構との間の空 間である内側貯留空間と、密閉容器との間の空間である外側貯留空間とに仕切り、 内側貯留空間を満たすオイルの流動を、外側貯留空間を満たすオイルの流動よりも 抑制する、膨張機構の周囲に配置されたオイル流動抑制部材と、

を備えた膨張機一体型圧縮機を提供する。

[0010] 他の側面において、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、

周囲がオイルで満たされるように密閉容器内に配置された膨張機構と、 密閉容器と膨張機構との間のオイルを貯留するべき空間を、膨張機構との間の空 間である内側貯留空間と、密閉容器との間の空間である外側貯留空間とに仕切り、 内側貯留空間を満たすオイルの流動を、外側貯留空間を満たすオイルの流動よりも 抑制する、膨張機構の周囲に配置されたオイル流動抑制部材と、

を備えた膨張機を提供する。

[0011] 一般に、流体から固体への熱伝達率は、流体の流速が速いほど大きい。したがつ て、オイル力も膨張機構への伝熱を抑制するには、オイルの流動を抑制すればよい 。上記本発明の膨張機一体型圧縮機によれば、オイル流動抑制部材により、オイル 流動抑制部材と膨張機構との間の空間（内側貯留空間）を満たすオイルの流動が抑 制されるため、高温のオイル力 低温の膨張機構への熱の移動を減ずることができる 。すなわち、オイルカゝら膨張機構への熱流束が低下し、オイルによる膨張機構の加 熱、さらには圧縮機構の冷却が防止される。したがって、本発明の膨張機一体型圧 縮機を冷凍サイクル装置に用いると、膨張後の冷媒のェンタルピー増加が防止され て優れた冷凍能力が発揮されるとともに、圧縮後の冷媒のェンタルピー減少が防止 されて優れた加熱能力が発揮され、ひいては高い COP (coefficient of performance) を持つ冷凍サイクル装置を実現可能となる。

[0012] こうした効果は、単独の膨張機においても同様に得られる。

図面の簡単な説明 [0013] [図 1]本発明の第 1実施形態にかかる膨張機一体型圧縮機の縦断面図 [図 2A]図 1の A— A横断面図

[図 2B]図 1の B— B横断面図

[図 3]図 1の部分拡大図

[図 4]オイル流動抑制部材の給油孔による作用を説明する模式図

[図 5]オイル流動抑制部材を構成する容器の他の例の縦断面図

[図 6]第 2実施形態にかかる膨張機一体型圧縮機の縦断面図

[図 7]本発明の第 3実施形態にかかる膨張機の縦断面図

[図 8]本発明の膨張機一体型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置のブロック図

[図 9]本発明の膨張機を用いた冷凍サイクル装置のブロック図

[図 10]従来の膨張機一体型圧縮機の縦断面図

[図 11]従来の他の膨張機一体型圧縮機の縦断面図

発明を実施するための最良の形態

[0014] 以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。

図 1に示すごとぐ膨張機一体型圧縮機 70は、密閉容器 密閉容器 1内に配置さ れた容積式の圧縮機構 2、同じく密閉容器 1内に配置された容積式の膨張機構 4、 一端が圧縮機構 2に接続し他端が膨張機構 4に接続してそれら圧縮機構 2と膨張機 構 4を連結するシャフト 5、および、圧縮機構 2と膨張機構 4との間に配置されてシャフ ト 5を回転駆動する電動機 3を備えている。密閉容器 1の上部には、電動機 3に電力 を供給するためのターミナル 9が取り付けられている。膨張機構 4は、冷媒 (作動流体 )が膨張する際の膨張力をトルクに変換してシャフト 5に与え、電動機 3によるシャフト 5の回転駆動をアシストする。すなわち、冷媒の膨張エネルギーを膨張機構 4にて回 収し、圧縮機構 2を駆動する電動機 3の動力に重畳する仕組みである。

[0015] 密閉容器 1の底部は、各機構 2, 4を潤滑およびシールするオイル 60 (冷凍機油） が貯留されたオイル貯留部 6として利用されている。シャフト 5の軸方向が鉛直方向と 平行、かつオイル貯留部 6が下となるように密閉容器 1の姿勢を定めると、密閉容器 1 の内部には、圧縮機構 2、電動機 3および膨張機構 4がこの順番に上カゝら配列する。 したがって、膨張機構 4の周囲はオイル 60で満たされる。換言すれば、膨張機構 4の 周囲を満たすために十分な量のオイル 60が、オイル貯留部 6に貯留されている。

[0016] 膨張機構 4の周囲には、オイル流動抑制部材 50が配置されている。このオイル流 動抑制部材 50により、密閉容器 1と膨張機構 4との間のオイル 60を貯留するべき空 間が、オイル流動抑制部材 50と膨張機構 4との間の空間である内側貯留空間 55aと 、オイル流動抑制部材 50と密閉容器 1との間の空間である外側貯留空間 55bとに仕 切られ、これ〖こより、内側貯留空間 55aを満たすオイル 60の流動が、外側貯留空間 5 5bを満たすオイル 60の流動よりも抑制されている。膨張機構 4の周囲を満たすオイ ル 60の流動を抑制できれば、オイル 60から膨張機構 4への熱伝達率を低減でき、ォ ィル 60から膨張機構 4への伝熱を抑制することができる。

[0017] オイル流動抑制部材 50は、膨張機構 4の外形に沿った形状を有する筒状部 52を 含み、その筒状部 52が膨張機構 4を周方向に取り囲むことにより、内側貯留空間 55 aと外側貯留空間 55bとが形成されている。オイル流動抑制部材 50がこのような筒状 部 52を含むものであれば、膨張機構 4の周囲 360° を包囲することができるので、内 側貯留空間 55aと外側貯留空間 55bとを確実に仕切ることが可能である。

[0018] 具体的には、膨張機構 4の外形に沿った有底筒状の形態を有する容器 (カップ）に よって流動抑制部材 50が構成されている。底部 51があることにより、内側貯留空間 5 5aで冷却されたオイル 60が下力も逃げていくことを防止できる。また、このような有底 筒状の容器力もなる流動抑制部材 50であれば、膨張機構 4への取り付けが非常に 簡単に行える。ただし、オイル流動抑制部材 50が有底筒状の容器であることは必須 ではない。後述する第 2実施形態で説明するように、底部を有さない円筒状のオイル 流動抑制部材も好適に採用できる。また、本実施形態において筒状部 52は、シャフ ト 5の軸方向に直交する水平方向の断面が円形を示す円筒状であるが、円筒状以外 の形状、例えば、上記水平方向の断面が方形を示す角筒状とすることも可能である。

[0019] 圧縮機構 2および膨張機構 4について簡単に説明する。

[0020] スクロール型の圧縮機構 2は、旋回スクロール 7と、固定スクロール 8と、オルダムリ ング 11と、軸受部材 10と、マフラー 16と、吸入管 13と、吐出管 15とを備えている。シ ャフト 5の偏心軸 5aに嵌合され、かつ、オルダムリング 11により自転運動を拘束され た旋回スクロール 7は、渦巻き形状のラップ 7aが、固定スクロール 8のラップ 8aと嚙み 合いながら、シャフト 5の回転に伴って旋回運動を行い、ラップ 7a, 8aの間に形成さ れる三日月形状の作動室 12が外側から内側に移動しながら容積を縮小することによ り、吸入管 13から吸入された冷媒を圧縮する。圧縮された冷媒は、リード弁 14を押し 開き、固定スクロール 8の中央部に形成された吐出孔 8b、マフラー 16の内部空間 16 a、ならびに固定スクロール 8および軸受部材 10を貫通する流路 17をこの順に経由 して、密閉容器 1の内部空間 24に吐出される。シャフト 5の給油路 29を通ってこの圧 縮機構 2に到達したオイル 60は、旋回スクロール 7と偏心軸 5aとの摺動面や、旋回ス クロール 7と固定スクロール 8との摺動面を潤滑する。密閉容器 1の内部空間 24に吐 出された冷媒は、その内部空間 24に滞留する間に、重力や遠心力によってオイル 6 0と分離され、その後、吐出管 15からガスクーラに向けて吐出される。

[0021] シャフト 5を介して圧縮機構 2を駆動する電動機 3は、密閉容器 1に固定された固定 子 21と、シャフト 5に固定された回転子 22とを含む。密閉容器 1の上部に配置された ターミナル 9から電動機 3に電力が供給される。電動機 3は、同期機および誘導機の いずれであってもよぐ圧縮機構 2から吐出された冷媒ゃ冷媒に混入しているオイル 60によって冷却される。

[0022] シャフト 5は、本実施形態のように互いに連結された複数の部品を力もなつていても よいし、連結部を持たない単一の部品力もなつていてもよい。シャフト 5の内部には、 圧縮機構 2および膨張機構 4にオイル 60を供給するための給油路 29が軸方向に延 びるように形成されている。シャフト 5の下端部には、オイルポンプ 27が取り付けられ ている。オイル流動抑制部材 50の底部 51には、貫通孔 56が形成されており、オイル ポンプ 27は、その貫通孔 56を通じてオイル 60を給油路 29に送り込む。また、オイル 流動抑制部材 50の底部 51の貫通孔 56からシャフト 5の下端部を突出させ、その突 出した下端部にオイルポンプ 27を取り付けるようにしてもょ 、。

[0023] 図 2Aおよび図 2Bに膨張機構 4の断面図を示す。図 1、図 2Aおよび図 2Bに示すご とぐ 2段ロータリ型の膨張機構 4は、密閉プレート 48、下軸受部材 35、第 1シリンダ 3 2、中板 33、第 2シリンダ 34、第 2マフラー 49、上軸受部材 31、第 1ローラ 36 (第 1ピ ストン）、第 2ローラ 37 (第 2ピストン）、第 1ベーン 38、第 2ベーン 39、第 1パネ 40およ び第 2パネ 41を備えている。 [0024] 図 1に示すごとぐ第 1シリンダ 32は、シャフト 5を支持する密閉プレート 48の上部に 下軸受部材 35を介して固定されている。第 1シリンダ 32の上部には、中板 33が固定 されており、その中板 33の上部に第 2シリンダ 34が固定されている。第 1ローラ 36は 、第 1シリンダ 32内に配置されており、回転可能な状態でシャフト 5の第 1偏心部 5b に嵌合している。第 2ローラ 37は、第 2シリンダ 34内に配置されており、回転可能な 状態でシャフト 5の第 2偏心部 5cに嵌合している。図 2Bに示すごとぐ第 1ベーン 38 は、第 1シリンダ 32に形成されたべーン溝 32aにスライド可能な状態で配置されて ヽ る。図 2Aに示すごとぐ第 2ベーン 39は、第 2シリンダ 34のべーン溝 34aにスライド可 能な状態で配置されている。第 1ベーン 38は、第 1パネ 40によって第 1ローラ 36に押 し付けられ、第 1シリンダ 32と第 1ローラ 36との間の空間 43を吸入側空間 43aと吐出 側空間 43bとに仕切る。第 2ベーン 39は、第 2パネ 41によって第 2ローラ 37に押し付 けられ、第 2シリンダ 34と第 2ローラ 37との間の空間 44を吸入側空間 44aと吐出側空 間 44bとに仕切る。中板 33には、第 1シリンダ 32の吐出側空間 43bと、第 2シリンダ 3 4の吸入側空間 44aとを連通して、両空間 43b, 44aによる膨張室を形成する連通孔 33aが設けられている。

[0025] 吸入管 42から膨張機構 4に吸入された冷媒は、下軸受部材 35に形成された吸入 孔 35aを経由して、第 1シリンダ 32の吸入側空間 43aに案内される。第 1シリンダ 32 の吸入側空間 43aは、シャフト 5の回転にともなって、吸入孔 35aとの連通が遮断され 、吐出側空間 43bへと変化する。シャフト 5がさらに回転すると、第 1シリンダ 32の吐 出側空間 43bに移動した冷媒は、中板 33の連通孔 33aを経由して、第 2シリンダ 34 の吸入側空間 44aに案内される。シャフト 5がさらに回転すると、第 2シリンダ 34の吸 入側空間 44aの容積が増加し、第 1シリンダ 32の吐出側空間 43bの容積が減少する 力 第 2シリンダ 34の吸入側空間 44aの容積増加量力 第 1シリンダ 32の吐出側空 間 43bの容積減少量よりも大きいので、冷媒は膨張する。そしてこの際、冷媒の膨張 力がシャフト 5に加わるので、電動機 3の負荷が軽減される。シャフト 5がさらに回転す ると、第 1シリンダ 32の吐出側空間 43bと第 2シリンダ 34の吸入側空間 44aとの連通 が遮断され、第 2シリンダ 34の吸入側空間 44aは、吐出側空間 44bへと変化する。第 2シリンダ 34の吐出側空間 44bに移動した冷媒は、第 2マフラー 49に形成された吐 出孔 49aを経由して、吐出管 45から吐出される。

[0026] ロータリ型の膨張機構 4は、その構造上、シリンダ内の空間を 2つに仕切るベーンの 潤滑が不可欠となるが、膨張機構 4がオイルに直接漬カゝつている場合には、ベーン が配置されて ヽるべーン溝の後端を密閉容器内に露出させると ヽぅ極めて単純な方 法により、ベーンを潤滑することができる。本実施形態においても、そのような方法で ベーン 38, 39の潤滑を行っている。

[0027] 圧縮機構および膨張機構の少なくとも一方にロータリ型を採用し、そのロータリ型の 機構がオイルに漬カゝらないレイアウトを採用する場合 (例えば図 10の構成）、ベーン の潤滑は少々厄介である。まず、ロータリ型の機構の要潤滑部品のうち、ピストンとシ リンダは、シャフトの内部に形成された給油路を使えば比較的簡単に潤滑できる。し 力しながら、ベーンに関してはそうはいかない。ベーンはシャフトから離れているので 、シャフトの給油路力 オイルを直接供給することができず、シャフトの上端部から吐 出させたオイルをべーン溝に送り込むための何らかの工夫が必須となる。そのような 工夫は、例えば、シリンダの外側に給油管を別途設けることであり、部品点数の増加 や構造の複雑化を免れな 、。

[0028] これに対し、スクロール型の機構の場合にはそうした工夫が本質的に不要であり、 潤滑が必要な全ての部分に比較的簡単にオイルを行き渡らせることが可能である。こ のような諸事情を鑑みると、ロータリ型の機構がオイルに漬かり、スクロール型の機構 が油面よりも上に位置するというレイアウトは、最も優れたレイアウトの 1つであるといえ る。本実施形態は、そのようなレイアウトを実現するべぐ圧縮機構 2をスクロール型、 膨張機構 4をロータリ型とし、そのロータリ型の膨張機構 4の周囲がオイル 60で満たさ れるように、シャフト 5の軸方向に沿って、圧縮機構 2、電動機 3および膨張機構 4をこ の順番で配置している。

[0029] 次に、オイル流動抑制部材 50について詳しく説明する。

[0030] 図 1に示すごとぐオイル流動抑制部材 50は、筒状部 52および底部 51を有する容 器力もなるとともに、シャフト 5の下端側から膨張機構 4に覆い被さるように、ボルトや ネジのような締結部品 54を用 、て膨張機構 4に固定されている。本実施形態では、 膨張機構 4にオイル流動抑制部材 50を直接固定しているが、密閉容器 1側にオイル 流動抑制部材 50を固定することによつても、膨張機構 4とオイル流動抑制部材 50と の相対位置決めを適切に行なうことが可能である。

[0031] オイル流動抑制部材 50によって仕切られた内側貯留空間 55aおよび外側貯留空 間 55bの 、ずれの空間もオイル 60で満たされる力 内側貯留空間 55aを満たすオイ ル 60は、膨張機構 4によって冷却される。そのため、内側貯留空間 55aを満たすオイ ル 60の平均温度は、外側貯留空間 55bを満たすオイル 60の平均温度よりも低くなる

[0032] オイル流動抑制部材 50は、内側貯留空間 55aを満たすオイル 60の体積力 外側 貯留空間 55bを満たすオイル 60の体積よりも小さくなるように、その形状、寸法およ び取り付け位置が定められている。言い換えれば、内側貯留空間 55aの容積は、外 側貯留空間 55bの容積よりも小さい。内側貯留空間 55aを満たすオイル 60は、膨張 機構 4のべーン 38, 39の潤滑およびシールに使用されるだけなので、少量で足りる 。他方、オイルポンプ 27に吸い込まれてシャフト 5の給油路 29に送られるオイル 60の 量は相当多 、ので、外側貯留空間 55bを満たすオイル 60の量は大き 、方が好まし い。

[0033] オイル流動抑制部材 50の形状や寸法は、膨張機構 4の設計に左右されるが、図 3 の部分拡大図に示すごとぐシャフト 5の半径方向に関する内側貯留空間 55aの平均 幅 dlよりも、外側貯留空間 55bの平均幅 d2を大きくすることが好ましい。このようにす れば、内側貯留空間 55aを満たすオイル 60の体積を、内側貯留空間 55aを満たす オイル 60の体積よりも十分に小さくすることができる。

[0034] また、図 1に示すごとぐオイル流動抑制部材 50の底部 51には、貫通孔 56が形成 されている。その貫通孔 56を通じてシャフト 5の下端部力も給油路 29にオイル 60を 送り込むことが可能となっている。給油路 29に送り込まれるオイル 60は、外側貯留空 間 55bを満たしている画分である。また、貫通孔 56の周囲において、底部 51と膨張 機構 4との隙間は、リング状の封止材 57によって封止されている。これにより、貫通孔 56を通じた内側貯留空間 55aと外側貯留空間 55bとの間のオイル 60の流通が禁止 されている。すなわち、封止材 57は、内側貯留空間 55aを満たす低温のオイル 60と 、外側貯留空間 55bを満たす高温のオイル 60とが、貫通孔 56を通じて混合すること を防止する。この結果、内側貯留空間 55aには比較的低温のオイル 60が滞留し続け ることになり、オイル 60から膨張機構 4への熱の移動が抑制される。

[0035] また、図 3の部分拡大図に示すごとぐオイル流動抑制部材 50は、底部 51の反対 側に位置する開口部 52gが、膨張機構 4の外周面および上軸受部材 31の下面 31q の双方力も離間している。すなわち、オイル流動抑制部材 50の開口端面 50fと、上 軸受部材 31の下面 31qとの間に、若干の空間（隙間 SH1)が確保されるように、筒状 部 52の高さ調整が行われている。筒状部 52の上側の端部 52g (開口部 52g)よりも 上に形成されたその隙間 SH1を経由して、外側貯留空間 55bから内側貯留空間 55 aにオイル 60が流入可能となっている。このようにすれば、ベーン 38, 39とべーン溝 32a, 34aとの間から膨張機構 4の内部に漏れ込む分だけ、つまり、必要最小限のォ ィル 60だけが外側貯留空間 55bから内側貯留空間 55aに供給されるので、オイル 6 0の無駄な移動を食 、止めることができる。

[0036] また、上記隙間 SH1は、オイル流動抑制部材 50の開口部 52gの全周囲にわたつ て形成されている。したがって、 360° どの角度カゝらでも内側貯留空間 55aにオイル 60が流入可能である。一見すると、オイル 60が内側貯留空間 55aに流入できる区間 を制限する方が好ましいとも考えられる。しかしながら、隙間 SH1はあまり広くないの で、オイル 60が流入できる区間を制限すると、内側貯留空間 55aにオイル 60が勢い よく流れ込んでしまい、流動を抑制する効果が薄れてしまう。本実施形態のように、 3 60° 全周囲力も緩やかにオイル 60が内側貯留空間 55aに流れ込んだ方力 内側貯 留空間 55aを満たすオイル 60の流動を抑制する効果は高ぐ流速増大にともなう熱 伝達率の増大をより効果的に食い止めることができる。

[0037] また、図 1および図 3に示すごとぐ本実施形態の膨張機一体型圧縮機 70は、シャ フト 5の給油路 29を通じて外側貯留空間 55bから圧縮機構 2へと供給され、その圧縮 機構 2の潤滑を行った後のオイル 60、給油路 29の上端部力 溢れ出た余剰のオイ ル 60、および圧縮後の冷媒から分離されたオイル 60を、オイル 60の自重により外側 貯留空間 55bに戻すオイル戻し通路 31aを備えている。オイル戻し通路 31aを流通 するオイル 60が外側貯留空間 55bに進むようになって 、るので、内側貯留空間 55a を満たすオイル 60は、上カゝら戻ってくるオイル 60と直接混ざりにくぐ撹拌作用をうけ にくい。

[0038] 本実施形態では、そのようなオイル戻し通路 3 laとして、上軸受部材 31に形成され た複数のオイル戻し孔 31aを採用している。上軸受部材 31は、電動機 3と膨張機構 4 との間において、密閉容器 1に隙間無く固定されており、上軸受部材 31の上下の空 間を連通する通路は、実質的にオイル戻し孔 3 laのみとなっている。

[0039] オイル戻し孔 3 laとオイル流動抑制部材 50の位置関係は重要である。なぜなら、こ のオイル戻し孔 3 laを流通するオイル 60が、最初に内側貯留空間 55aに案内される 力 外側貯留空間 55bに案内されるかによって、オイル 60から膨張機構 4への熱の 移動を抑制する効果に差異が生ずるからである。つまり、図 2Aおよび図 2Bの横断面 図に示すごとぐオイル戻し孔 31aが、外側貯留空間 55bに向力つて開口している場 合には、内側貯留空間 55aに比較的高温のオイル 60がまつすぐ流れ落ちてくること を回避できるとともに、内側貯留空間 55aを満たすオイル 60の流動が小さく保たれる

[0040] より詳しくいえば、シャフト 5の軸方向に平行な下方向に、オイル戻し孔 31aの下側 の開口を投影したとき、その開口の投影像の全部が、オイル流動抑制部材 50の開口 端面 50fの外縁と密閉容器 1の内周面との間に位置することである。

[0041] また、オイル流動抑制部材 50の筒状部 52には、膨張機構 4と向かい合う内周面側 に、膨張機構 4の外周面に向力つて凸のスぺーサ部 53が設けられている。スぺーサ 部 53は、オイル流動抑制部材 50と膨張機構 4との密着を阻止し、膨張機構 4の周囲 全体に内側貯留空間 55aを確保する。内側貯留空間 55aは、スぺーサ部 53の突出 高さで規定される広さを持つことになる。本実施形態では、筒状部 52とスぺーサ部 5 3とが一体形成されて ヽるが、オイル流動抑制部材 50を構成する容器とは別体のス ぺーサ部を用いることも可能である。

[0042] 図 2Aおよび図 2Bに示すごとぐスぺーサ部 53は、膨張機構 4に接する側に位置 する先端部が、膨張機構 4に接する側とは反対側に位置する基端部よりも幅狭であ る。具体的には、膨張機構 4に接する表面が、膨張機構 4に向力つて凸の曲面になつ ている。このような曲面は、例えば、アール面である。このような形状のスぺーサ部 53 は、膨張機構 4に点または線で接触する傾向を示す。すると、オイル流動抑制部材 5 0自身による伝熱経路が狭くなり、オイル流動抑制部材 50と膨張機構 4との接触境界 での熱抵抗を高くすることができる。上記接触境界の熱抵抗が高ければ、外側貯留 空間 55bを満たすオイル 60から膨張機構 4へと、オイル流動抑制部材 50を通って熱 が移動することを抑制できる。

[0043] また、図 3に示すごとぐオイル流動抑制部材 50の筒状部 52には、シャフト 5の軸方 向に関して、膨張機構 4の要潤滑部品であるべーン 38, 39が配置されている位置よ りも上側端 50f (開口端面 50f)力も近い位置に、内側貯留空間 55aと外側貯留空間 55bとの間のオイル 60の流通を許容する通路 58が形成されている。本実施形態に おいては、そのような通路 58として給油孔 58を採用している。より詳しく説明すると、 給油孔 58は、膨張機構 4の 2つのシリンダ 32, 34のうち、圧縮機構 2に近い側のシリ ンダ 34 (第 2シリンダ）の下面よりも上方に形成されている。このような位置に給油孔 5 8を設けておくと、万が一、油面 60pが、オイル流動抑制部材 50の開口端面 50fを下 回った場合でも、給油孔 58から内側貯留空間 55aにオイルが供給され、膨張機構 4 のべーン 38, 39とべーン溝 32a, 34aを確実に潤滑することができる。なお、給油孔 58に代えて、開口端面 50fから底部 51に向力つて延びるスリットをオイル流動抑制 部材 50の筒状部 52に形成してもよい。

[0044] 給油孔 58は、シャフト 5の中心に向力つてまっすぐ穿孔されたものであってもよいが 、図 4の模式図に示すように向きが調整されていることが好ましい。その理由は、以下 の通りである。密閉容器 1の内部空間 24は、上軸受部材 31によって一応上下に仕 切られた形になっては 、るものの、電動機 4が巻き起こす旋回流の影響がオイル戻し 孔 3 laを通じて、オイル貯留部 6に貯留されているオイル 60にも及ぶ。つまり、オイル 貯留部 6のオイル 60は、電動機 4の回転子 22と同一の回転方向に流動する傾向を 示す。この傾向は、オイル流動抑制部材 50によって仕切られた外側貯留空間 55bを 満たすオイル 60に特に顕著であり、内側貯留空間 55aを満たすオイル 60がこうした 傾向をなるベく示さない方がよい。したがって、図 4に示すごとぐ外側貯留空間 55b 力も内側貯留空間 55aに向力つて給油孔 58を流通するオイル 60に、電動機 4の回 転子 22の回転方向とは逆の回転方向の流れを生じさせるように、給油孔 58の向きが 調整されて 、ることが好ま 、。 [0045] 例えば、外側貯留空間 55bを満たすオイル 60が、シャフト 5を中心に上力も見て右 回りの流れ EFを形成している場合、給油孔 58は、シャフト 5の中心 Oに近い内側の 開口端 58aよりも外側の開口端 58bが上から見て右回りにずれているのがよい。すな わち、オイルの流れ EFの回転方向における下流側に外側の開口端 58bが位置し、 上流側に内側の開口端 58aが位置する。 2つの開口端 58a, 58bがこのような位置関 係になっていると、給油孔 58を通って外側貯留空間 55bから内側貯留空間 55aに向 力うオイル 60は、外側貯留空間 55bに形成されたオイルの流れ EFとは、いったん逆 向きに流れることを要する。これにより、外側貯留空間 55bのオイルの流れ EFの影響 が内側貯留空間 55aに及びにくくなる。

[0046] また、オイル流動抑制部材 50を構成する有底筒状の容器は、断熱性を向上させる ための構造を含むものであることが好ましい。具体的には、図 5の断面模式図に示す ような中空断熱構造を採用することができる。内側容器 62と外側容器 63との間の隙 間 SH2は、当該オイル流動抑制部材 50を通じた外側貯留空間 55bから内側貯留空 間 55への熱貫流量を小さくし、オイル 60を媒介とした膨張機構 4の加熱および圧縮 機構 2の冷却の防止に寄与する。こうした中空断熱構造は、別々に作製した内側容 器 62と外側容器 63との複数の容器を合体させることによって得ることができる。この ようにすれば、 1回の射出成形やプレス成形では作り出すことのできな!/、複雑な形状 にも対応可能である。

[0047] なお、本実施形態では、底部を有する円筒状の容器をオイル流動抑制部材 50とし て用いているが、例えば、深さが連続的または段階的に変化するすり鉢状の容器等 、膨張機構 4の外形に合わせて形状が種々調整された容器を使用することが好まし い。

[0048] オイル流動抑制部材 50を構成する有底筒状の容器は、榭脂、金属またはセラミツ ク、もしくはこれらの組み合わせによって構成することができる。

[0049] 好適な榭脂としては、フッ素榭脂（例えばポリテトラフルォロエチレン）、ポリイミド系 榭脂（PI)、ポリアミド榭脂（PA)、ポリエチレンテレフタレート（PET)、ポリエチレンナ フタレート（PEN)、ポリフエ-レンサルファイド（PPS)、ポリブチレンテレフタレート（P BT)を例示することができる。より好ましくは、多孔質の榭脂を用いることである。多孔 質の榭脂は、熱伝導率が金属に比べて低ぐ内部に形成された多数の空隙により、 優れた断熱性能を発揮する。

[0050] 好適な金属としては、ステンレスやアルミニウムを例示することができる。これらの材 料は、経年劣化による腐食や変形の問題がなぐ信頼性に優れる。具体的には、鋼 材ゃアルミ材をプレス成形することにより、オイル流動抑制部材 50を作製することが できる。プレス成形が生産性に優れる方法であることや、上記した材料が加工容易か つ安価であることを考慮すると、オイル流動抑制部材 50を金属製とする選択は賢明 である。

[0051] 好適なセラミックとしては、アルミナセラミック、窒化ケィ素セラミック、窒化アルミ-ゥ ムセラミック等、各種工業製品に利用されている種類のものを例示することができる。 この種のセラミックは、榭脂ゃ金属に比べて成形性に難があると考えられる力 耐久 性や断熱性という観点力 は推奨される材料である。一般に、セラミックの熱伝導率 は、金属のそれと比べて小さい。したがって、耐久性や断熱性を重視するならば、ォ ィル流動抑制部材 50をセラミック製とすることも視野に入れてもよい。

[0052] 図 8に、本実施形態の膨張機一体型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置を示す。冷 凍サイクル装置 96は、膨張機一体型圧縮機 70、放熱器 91および蒸発器 92を備え ている。この冷凍サイクル装置 96の運転時において、圧縮機構 2は、圧縮過程の冷 媒とともに温度上昇し、膨張機構 4は、膨張過程の冷媒とともに温度低下する。密閉 容器 1の内部は、圧縮機構 2から吐出される高温の冷媒で満たされるので、オイル貯 留部 6に貯留されるオイル 60の温度も上昇する。

[0053] し力しながら、オイル流動抑制部材 50によって内側貯留空間 55aと外側貯留空間 55bとが区画されているので、内側貯留空間 55aを満たすオイル 60は、膨張機構 4 により冷却されて温度が低下する。温度が低下したオイル 60は、外側貯留空間 55b を満たす高温のオイル 60よりも密度が大き 、ため、オイル流動抑制部材 50の底部 5 1力も溜まっていき、最終的には内側貯留空間 55aのオイル 60は大部分が低温にな る。

[0054] つまり、オイル流動抑制部材 50を設けることで、膨張機構 4の周囲を満たすオイル 60が、外側貯留空間 55bを満たす高温のオイル 60と混ざることなく低温になるため、 膨張機構 4がオイル 60によって加熱されることを防止できる。この結果、膨張機構 4 力も吐出される冷媒のェンタルピー上昇が抑制され、膨張機一体型圧縮機 70を用 いた冷凍サイクル装置 96の冷凍能力が高まる。また、膨張機構 4によって冷却された 内側貯留空間 55aのオイル 60力 外側貯留空間 55bのオイル 60と混ざりにくいので 、外側貯留空間 55bのオイル 60が比較的高温に維持され、この高温のオイル 60で 潤滑される圧縮機構 2が冷却されることを防止できる。この結果、圧縮機構 2から吐出 される冷媒のェンタルピー低下が抑制され、膨張機一体型圧縮機 70を用いた冷凍 サイクル装置 96の加熱能力が高まる。

[0055] (第 2実施形態）

先に触れたように、膨張機構 4の周囲を満たすオイルの流動を抑制するオイル流動 抑制部材に底部が必須というわけではない。図 6に示す膨張機一体型圧縮機 700は 、実質的に筒状部 520とスぺーサ部 53だけで構成されたオイル流動抑制部材 500 を備えている。ただし、筒状部 520の下端が密閉容器 1の底部に隙間無く接している 、つまり、筒状部 520が密閉容器 1の底部に固定されているので、筒状部 520の下側 をオイル 60が流通することはできな!、ようになって!/、る。

[0056] 本実施形態では、シャフト 5の下端が内側貯留空間 55aに露出することになる。そこ で、シャフト 5の下端部に取り付けられたオイルポンプ 27が外側貯留空間 55bを満た すオイル 60を吸入できるように、オイルポンプ 27と外側貯留空間 55bとを結ぶ給油 管 61を設けている。これにより、第 1実施形態と同様、内側貯留空間 55aを満たすォ ィル 60の流動が抑制される。

[0057] (第 3実施形態）

第 1実施形態では、膨張機一体型圧縮機 70の膨張機構 4にオイル流動抑制部材 5 0を取り付けた例を説明したが、同様の構成を単独の膨張機にも採用できる。図 7〖こ 示す本実施形態の膨張機 80は、密閉容器 81、密閉容器 81内に配置された発電機 30、および発電機 30とシャフト 85で連結されるとともに周囲がオイルで満たされるよ うに密閉容器 81内に配置された膨張機構 4を備えている。膨張機構 4には、オイル 流動抑制部材 50が取り付けられて 、る。膨張機構 4およびオイル流動抑制部材 50 の構成は、第 1実施形態と同一である。冷媒が膨張する際の膨張エネルギーは膨張 機構 4によって回収され、発電機 30により電力に変換される。発電機 30で生成した 電力は、ターミナル 82から密閉容器 81の外部に取り出すことができる。膨張機構 4に オイル流動抑制部材 50を取り付けることで、高温のオイル 60による膨張機構 4の加 熱が防止される。こうした効果については、第 1実施形態で説明した通りである。

[0058] 図 9に、本実施形態の膨張機を用いた冷凍サイクル装置を示す。冷凍サイクル装 置 97は、圧縮機 90、放熱器 91、膨張機 80および蒸発器 92を備える。圧縮機 90と 膨張機 80は、それぞれ専用の密閉容器を有する。

[0059] 一般的な冷凍サイクル装置にぉ 、ては、冷媒にオイルが混入することが知られて!/ヽ るが、圧縮機構 2で冷媒に混入するオイルの量と、膨張機構 4で冷媒に混入するオイ ルの量は、必ずしも一致しない。第 1実施形態の膨張機一体型圧縮機 70を用いた冷 凍サイクル装置 96は、圧縮機構 2と膨張機構 4に使用するオイルが兼用なので、オイ ルの収支を考慮する必要がな 、。

[0060] これに対し、図 9に示す冷凍サイクル装置 97のように、圧縮機 90と膨張機 80が独 立している場合には、オイルの収支を考慮する必要がある。具体的には、圧縮機 90 と膨張機 80とでオイル量をバランスさせるために、圧縮機 90と膨張機 80とを均油管 8 4で接続する。この均油管 84は、一端が膨張機 80の密閉容器 81のオイル貯留部 6 ( 図 7参照）に開口し、他端が圧縮機 90の密閉容器のオイル貯留部（図示省略）に開 口するよう〖こ、それら圧縮機 90および膨張機 80に取り付けられる。さら〖こ、圧縮機 90 と膨張機 80とを均圧管 83で接続し、圧縮機 90の内部の雰囲気と、膨張機 80の内部 の雰囲気とを等しくすることが、圧縮機 90内と膨張機 80内の油面を安定させる上で 望ましい。

[0061] 以上、本発明の膨張機一体型圧縮機および膨張機は、例えば、空気調和機、給湯 機、各種乾燥機または冷凍冷蔵庫に用いられる冷凍サイクル装置に好適に採用でき 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、

周囲がオイルで満たされるように前記密閉容器内に配置された膨張機構と、 前記密閉容器と前記膨張機構との間のオイルを貯留するべき空間を、前記膨張機 構との間の空間である内側貯留空間と、前記密閉容器との間の空間である外側貯留 空間とに仕切り、前記内側貯留空間を満たすオイルの流動を、前記外側貯留空間を 満たすオイルの流動よりも抑制する、前記膨張機構の周囲に配置されたオイル流動 抑制部材と、

を備えた膨張機。

[2] 底部がオイル貯留部として利用される密閉容器と、

周囲がオイルで満たされるように前記密閉容器内に配置された膨張機構と、 油面よりも上に位置するように前記密閉容器内に配置された圧縮機構と、 前記圧縮機構と前記膨張機構とを連結するシャフトと、

前記密閉容器と前記膨張機構との間のオイルを貯留するべき空間を、前記膨張機 構との間の空間である内側貯留空間と、前記密閉容器との間の空間である外側貯留 空間とに仕切り、前記内側貯留空間を満たすオイルの流動を、前記外側貯留空間を 満たすオイルの流動よりも抑制する、前記膨張機構の周囲に配置されたオイル流動 抑制部材と、

を備えた膨張機一体型圧縮機。

[3] 前記シャフトの内部に形成された給油路を通じて前記外側貯留空間から前記圧縮 機構へと供給され、前記圧縮機構の潤滑を行った後のオイルを、オイルの自重により 前記外側貯留空間に戻すオイル戻し通路をさらに備えた、請求項 2記載の膨張機一 体型圧縮機。

[4] 前記膨張機構と前記圧縮機構との間に配置され、前記シャフトを回転駆動する電 動機をさらに備え、

前記オイル戻し通路は、前記密閉容器内における、前記電動機と前記膨張機構と の間に形成されるとともに、前記外側貯留空間に向かって開口している、請求項 3記 載の膨張機一体型圧縮機。

[5] 前記オイル流動抑制部材は、前記膨張機構の外形に沿った形状を有する筒状部 を含み、その筒状部が前記膨張機構を取り囲むことにより、前記内側貯留空間と前 記外側貯留空間とが形成されて!ヽる、請求項 2記載の膨張機一体型圧縮機。

[6] 前記内側貯留空間を満たすオイルの体積が、前記外側貯留空間を満たすオイル の体積よりも小さくなるように、前記筒状部の形状、寸法および取り付け位置が定めら れている、請求項 5記載の膨張機一体型圧縮機。

[7] 前記シャフトの軸方向に平行な方向を上下方向としたときの、前記筒状部の上側の 端部よりも上に形成された隙間を経由して、前記内側貯留空間にオイルが流入可能 となっている、請求項 5記載の膨張機一体型圧縮機。

[8] 前記オイル流動抑制部材は、前記膨張機構の外形に沿った形状を有する有底筒 状の容器を含み、前記筒状部が前記容器の一部を構成する、請求項 5記載の膨張 機一体型圧縮機。

[9] 前記シャフトの内部には前記圧縮機構にオイルを供給するための給油路が軸方向 に延びるように形成され、

前記容器の底部には貫通孔が形成されており、その貫通孔を通じて前記シャフトの 下端部から前記給油路に前記外側貯留空間を満たすオイルが送り込まれる一方、 前記貫通孔の周囲において、前記容器の底部と前記膨張機構との隙間が封止さ れることにより、前記貫通孔を通じた前記内側貯留空間と前記外側貯留空間との間 のオイルの流通が禁止されて ヽる、請求項 8記載の膨張機一体型圧縮機。

[10] 前記オイル流動抑制部材は、前記筒状部と前記膨張機構との密着を阻止して前記 内側貯留空間を確保するスぺーサ部をさらに含む、請求項 5記載の膨張機一体型 圧縮機。

[11] 前記スぺーサ部は、前記膨張機構に接する側に位置する先端部が、前記膨張機 構に接する側とは反対側に位置する基端部よりも幅狭である、請求項 10記載の膨張 機一体型圧縮機。

[12] 前記シャフトの軸方向に平行な方向を上下方向としたとき、

前記筒状部には、前記膨張機構の要潤滑部品が配置されている位置よりも当該筒 状部の上側端に近い位置に、前記内側貯留空間と前記外側貯留空間との間のオイ ルの流通を許容する通路が形成されて!ヽる、請求項 5記載の膨張機一体型圧縮機。

[13] 前記通路は、前記外側貯留空間から前記内側貯留空間に向かって当該通路を流 通するオイルに、前記電動機の回転子の回転方向とは逆の回転方向の流れを生じさ せる、請求項 12記載の膨張機一体型圧縮機。

[14] 前記有底筒状の容器が榭脂によって構成されている、請求項 8記載の膨張機一体 型圧縮機。

[15] 前記有底筒状の容器が金属によって構成されている、請求項 8記載の膨張機一体 型圧縮機。

[16] 前記有底筒状の容器がセラミックによって構成されている、請求項 8記載の膨張機 一体型圧縮機。

[17] 前記有底筒状の容器は、断熱性を向上させるための構造を含む、請求項 8記載の 膨張機一体型圧縮機。

[18] 前記断熱性を向上させるための構造が中空断熱構造である、請求項 17記載の膨 張機一体型圧縮機。

[19] 前記膨張機構と前記圧縮機構との間に配置され、前記シャフトを回転駆動する電 動機をさらに備え、

前記圧縮機構力 Sスクロール型であり、前記膨張機構がロータリ型であり、 前記膨張機構の周囲がオイルで満たされるように、前記シャフトの軸方向に沿って

、前記圧縮機構、前記電動機および前記膨張機構がこの順番で配置されている、請 求項 2記載の膨張機一体型圧縮機。