JP4396401B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、気液分離器を有しない冷凍サイクルに関するものである。

従来、冷凍サイクルに使用される冷媒の脱フロン対策の１つとして、例えば特許文献１に記載のように二酸化炭素（ＣＯ２）を使用した図３に示す冷凍サイクルが提案されている。すなわち、圧縮機１０１で気相状態のＣＯ２を圧縮し、この高温高圧の超臨界状態の
ＣＯ２を放熱器（ガスクーラ）１０２にて冷却する。そして、減圧器１０３により減圧して、気液２相状態となったＣＯ２を蒸発器１０４にて蒸発させて、蒸発潜熱を空気等の外部流体から奪って外部流体を冷却する。

因みに、超臨界状態とは、密度が液密度と略同等でありながら、ＣＯ２分子が気相状態のように運動する状態をいう。しかし、ＣＯ２の臨界温度は約３１℃と従来のフロンの臨界温度（例えば、Ｒ１２では１１２℃）と比べて低いので、放熱器側でのＣＯ２温度がＣＯ２の臨界点温度より高くなってしまう。つまり、放熱器１０２の出口側においてもＣＯ２は凝縮しない。

一方、圧縮機１０１は運転中に液相冷媒が吸入されると、その液相冷媒にて圧縮機内部の圧縮室の潤滑油を洗い流すため潤滑不足による損傷を招くため、通常は、蒸発器１０４と圧縮機１０１の間にアキュームレータ等の気液分離器１０５を配設して、圧縮機に液相冷媒が吸入されることを防止している。
特開平１１−９４３８０号公報

ところで、この気液分離器は冷凍サイクルの過渡状態（例えば低温状態での寝込み始動時や圧縮機停止後の再起動時等の運転時を示す）に発生する圧縮機への液相冷媒の戻り量に対して十分な液溜めの容積が必要となるが、機器の省スペース化や低材料コスト化の観点からは出来るだけ小型にすることが望ましい。しかし、ＣＯ２冷凍サイクルのごとく作動圧力が高い場合の気液分離器は、特に容器の耐圧強度を確保するため容器の板厚も大きくなり小型化することは困難であった。

本発明は、上記点に鑑み、気液分離器を設けずに機器の小型化と低コスト化を図るとともに、圧縮機の損傷を防止することができる密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、気液分離器を有しない冷凍サイクルの圧縮機で、その圧縮機の吸入管と圧縮室をつなぐ吸入孔部に圧縮機外部から前記吸入管を通って戻る冷媒ガスに混合して吸入される潤滑油を分離して溜める油溜めを設け、液相冷媒の圧縮機への戻り時に吸入した液相冷媒とともに油溜め部の潤滑油が圧縮室に供給されるように構成したものである。

これにより、圧縮機に冷凍サイクルの過渡状態時に液相冷媒が流入しても油溜めの潤滑油が混合して圧縮室に供給されるため圧縮室の潤滑不足を防止することができる。

また、本発明の密閉型圧縮機は、油溜め部を設けた位置の吸入孔の面積を吸入管の内径面積より大きくしたものである。

これにより、冷凍サイクルの安定運転時に吸入管内を気相冷媒と混入して流れている油滴状の潤滑油の流速が油溜め部の吸入孔付近で流速が遅くなり、効果的に潤滑油を分離でき油溜め部に潤滑油を溜めることができる。

また、本発明の密閉型圧縮機は、吸入孔の圧縮室とつながる部分の面積を、油溜め部を設けた位置付近の面積より小さくしたものである。

これにより、冷凍サイクルの安定運転時に吸入管内壁を伝い流れる潤滑油を効果的に油溜め部付近の吸入孔に集めることができ油溜め部に潤滑油を溜めることができる。

本発明の密閉型圧縮機は冷凍サイクルに気液分離器を設けずに機器の小型化と低コスト化を図るとともに、圧縮機の損傷を防止することができる密閉型圧縮機を提供することができる。

第１の発明は、密閉容器内に圧縮部材と主軸受部材とからなる圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動する電動機部と、前記密閉容器の底部に潤滑油溜めを配設し、前記圧縮機構部に、ガスを圧縮する圧縮室と、この圧縮室と圧縮機外部を連結する吸入管を接続する吸入孔と、この吸入孔の近傍に圧縮機外部から前記吸入管を通って戻る冷媒ガスに混合して吸入される潤滑油を分離して溜める油溜め部を設け、さらに油溜め部を設けた位置の吸入孔の面積を吸入管の内径面積より大きくしたことにより、冷凍サイクルの安定状態時に吸入管内を冷媒ガスと混入して流れている油滴状の潤滑油の流速が油溜め部の吸入孔付近で遅くなるため、効果的に潤滑油を分離でき油溜め部に潤滑油を溜めることができる。また、圧縮室につながる位置の吸入孔の面積を油溜まり付近の吸入孔の面積より小さくしたことにより、冷凍サイクルの安定状態時に吸入管内壁を伝い流れる潤滑油を効果的に油溜め部付近の吸入孔に集めることができ油溜め部に潤滑油を溜めることができる。このようにして油溜め部に溜められた潤滑油を液相冷媒の圧縮機への戻り時に吸入した液相冷媒とともに圧縮室に供給するように構成したことにより、圧縮機に冷凍サイクルの過渡状態時に液相冷媒が流入しても油溜め部の潤滑油が混合して圧縮室に供給されるため圧縮室の潤滑不足を防止することができる。

第２の発明は、特に第１の発明の密閉型圧縮機で、油溜め部を開口部と溜め部で構成し、前記開口部の面積を前記溜め部の面積より小さくしたことにより、圧縮機に冷凍サイクルの過渡状態時に液相冷媒が流入しても油溜め部の潤滑油が徐々に圧縮室に流れ出すため、液相冷媒に長時間潤滑油を供給することができる。

第３の発明は、特に第１の発明の密閉型圧縮機で、油溜め部を、圧縮部材の吸入孔に設けられた連通孔を開口部とし、主軸受部材に設けられた凹部を溜め部として組み合せて構成したことにより、安価に油溜め部を構成することができる。

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。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における密閉型圧縮機５０の断面図を示すものである。

図１において、密閉容器１内に、圧縮機構部２とこれを駆動する電動機３が上下に配置されている。電動機３は前記密閉容器１の内側に焼き嵌めや溶接などして固定された固定子４と、この固定子４の内側に回転自在に位置する回転子５とからなり、この回転子５には駆動軸６が貫通状態で結合されている。この駆動軸６の上向きとなっている一端は上記圧縮機構部２の一部を構成する固定部材としての主軸受部材７に固定された軸受８により回転自在に支持されている。駆動軸６の軸受８により支持されている側の先端には駆動軸６に対して偏心運動を行うクランク軸９が備えられている。

一方、圧縮機構部２は、固定鏡板１０ａからうず巻き状の固定ラップ１０ｂが立ち上がった固定スクロール１０（以下、圧縮部材と呼ぶ）と旋回鏡板１１ａからうず巻き状の旋回ラップ１１ｂが立ち上がった旋回スクロール１１とを向かい合わせに噛み合わせて双方間に複数の圧縮室３２を形成し、圧縮部材１０を前記主軸受部材７に固定するとともに、
これらの間に旋回スクロール１１を挟み込んで主軸受部品７により自転防止機構１２を介しバックアップしている。

この状態で、旋回スクロール１１の自転を自転防止機構１２により防止しておいて、クランク軸９により旋回スクロール１１をこの旋回スクロール１１に接合した旋回軸受１３を介して円軌道に沿った旋回運動のみをさせる。これによって、圧縮室３２は容積を減少させながら例えば周辺部から旋回ラップ１１ｂと固定ラップ１０ｂの中心に向かって移動されながら、圧縮部材１０の周辺部に設けた吸入孔１４から冷媒ガス等を吸入し、圧縮する。圧縮した冷媒ガス等は圧縮部材１０の中心部にある吐出孔１５を通り、密閉容器１内の空間１６に吐出される。密閉容器１内に吐出された冷媒ガスは電動機３の細部を通ってこれを冷却した後、吐出管１７を経て密閉容器１外に吐出され図２に示す冷凍サイクルに供給される。ここで、図３に示す冷凍サイクルの構成部品で従来の冷凍サイクルと同一の機能を有するものは同一符号を付してある。この冷凍サイクルには従来存在する気液分離器１０５は設けられていない。この冷凍サイクルを経た冷媒ガスは吸入管１８を経て吸入孔１４に戻され、以降繰り返し利用される。

また、駆動軸６の下向きとなる他端側は密閉容器１内に焼き嵌めや溶接などして固定された副軸受部品３６に設けられた副軸受１９によって回転自在に支持されており、駆動軸６の他端側の先端には容積型のポンプ２０を用いた潤滑機構３７を備えている。この潤滑機構３７は、ポンプ２０により潤滑油貯留部２１から潤滑油を吸入して駆動軸６の中心に軸方向に設けられた給油通路２２を通じクランク軸９の上部に位置する旋回スクロール１１の中央部背面に位置する潤滑油溜まり２３に供給する。この潤滑油溜まり２３への潤滑油の供給圧は圧縮機構部２の吐出圧とほぼ同等に設定され、圧縮機構部２が冷媒ガスを圧縮するときに旋回スクロール１１が圧縮部材１０から離れるのを防止する背圧を与える。

潤滑機構３７は、潤滑油溜まり２３に供給した潤滑油を旋回軸受１３の潤滑および冷却した後、今１つの潤滑油溜まり２４を経て軸受８を潤滑する潤滑経路３７ａを有し、潤滑経路３７ａでの潤滑後の潤滑油は主として供給圧や重力により圧縮機構部２の下部に滲み出して潤滑油貯留部２１に戻り再循環を行う。潤滑機構３７は、さらに、潤滑油溜まり２３に供給された潤滑油の一部を自転防止機構１２と主軸受部品７および旋回スクロール１１との間の摺動部に絞り部２５を通じて供給した後、圧縮室３２に流入し冷媒ガスと混合される。冷媒ガスと混合された大部分の潤滑油は冷媒ガスとともに密閉容器１内に吐出されて、冷媒ガスから分離され後潤滑油溜め部１９に戻る。また、密閉容器１内にて分離されなかった潤滑油は冷媒ガスと一緒に吐出管１７より密閉容器１外に吐出され冷凍サイクルに供給された後吸入管１８を経て吸入孔１４より圧縮室３２に再び戻ってくる。

ここで、圧縮部材１０の吸入孔１４の近傍には、この吸入孔１４に連通する開口部２６ａと、この開口部２６ａの面積より大きい面積を有し主軸受部材７に設けられた溜め部２６ｂとを組み合せて構成した油溜め部２６が設けている。一方、油溜め部２６を設けた近傍の吸入孔１４の面積は吸入管１８の内径面積よりも大きく形成するとともに圧縮室３２につながる部分に段差部を設けてあるため、圧縮機の通常運転中は吸入管１８から戻る冷媒ガスに混合して流れる油滴状の潤滑油は吸入孔１４部にて流速が遅くなることで冷媒ガスから分離され、また吸入管１８の内壁に沿って流れて戻る潤滑油は吸入孔１４の圧縮室３２につながる部分の段差部でせき止められて油溜め部２６近傍の吸入孔１４に集められる。この集められた潤滑油は自重で開口部２６ａを通して溜め部２６ｂに溜められる。この溜められた潤滑油は冷凍サイクルの過渡状態時（例えば低温状態での寝込み始動時や圧縮機停止後の再起動時等の運転時を示す）に発生する液相冷媒の吸入管１８からの圧縮機への戻り時には液相冷媒の比重が気相冷媒よりも大きいため開口部１０ａから溜め部２６ｂに流れ込み溜め部２６ｂ内の潤滑油と混合された後、再び開口部２６ａから吸入孔１４に流れ出し圧縮室３２に供給される。このため潤滑油を多く含んだ液相冷媒が圧縮室３２
に供給されるため圧縮室３２内の潤滑油不足が解消される。また、開口部２６ａは溜め部２６ｂの面積より小さく構成しているため液相冷媒と混合した潤滑油が徐々に吸入孔１４に流れ出すため、液相冷媒に長時間潤滑油が供給することができる。さらに油溜め部２６は圧縮部材１０に設けた開口部２６ａと主軸受部材７に設けた溜め部２６ｂを組み合せて構成しているため、安価に設けることができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、冷凍サイクルに気液分離器を設けずに機器の小型化と低コスト化を図るとともに、液相冷媒が冷凍サイクルから圧縮機に戻るときにも圧縮機の損傷を防止することができる密閉型圧縮機を提供することができる。

また、この密閉型圧縮機は気液分離器を設けない冷凍サイクルに限定するものではなく、小型のアキュームレータを設けた場合の液相冷媒が戻るときにも同様の効果を有するものである。さらに、密閉型圧縮機はスクロール型の圧縮機に限定するものではなく、ローリングピストン型圧縮機やその他方式の圧縮機にも利用可能である。

本発明の実施形態における密閉型圧縮機の縦断面図 本発明の実施形態における密閉型圧縮機を使用した冷凍サイクルを示す図 従来の冷凍サイクルを示す図

１ 密閉容器
２ 圧縮機構部
３ 電動機
７ 主軸受部材
１０ 圧縮部材
１４ 吸入孔
１８ 吸入管
２６ 油溜め部
２６ａ 開口部
２６ｂ 溜め部
３２ 圧縮室
５０ 密閉型圧縮機

Claims (3)

1. 密閉容器内に圧縮部材と主軸受部材とからなる圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動する電動機部と、前記密閉容器の底部に潤滑油溜めを配設し、前記圧縮機構部に、ガスを圧縮する圧縮室と、この圧縮室と圧縮機外部を連結する吸入管を接続する吸入孔と、この吸入孔の近傍に圧縮機外部から前記吸入管を通って戻る冷媒ガスに混合して吸入された潤滑油を溜める油溜め部を設けると同時に、前記油溜め部を設けた位置の吸入孔の面積を前記吸入管の内径面積よりも大きくし、かつ圧縮室につながる位置の吸入孔の面積を油溜め部付近の吸入孔の面積よりも小さくしてなり、液相冷媒の圧縮機への戻り時に吸入した液相冷媒とともに油溜め部の潤滑油が圧縮室に供給されるように構成した密閉型圧縮機。
2. 油溜め部を開口部と溜め部で構成し、前記開口部の面積を前記溜め部の面積より小さくした請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 油溜め部を、圧縮部材の吸入孔に設けられた連通孔を開口部とし、軸受部材に設けられた凹部を溜め部として組み合せて構成した請求項２に記載の密閉型圧縮機。