JP2004138059A - 水平式二段階回転圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】静止シャフトが内部に固定して取り付けられたハウジングを有する密閉型二段階回転圧縮機を提供する。
【解決手段】回転子および固定子を有する発動機は、回転子がシャフトに回転可能に取り付けられた状態でハウジングに取り付けられる。一対の圧縮機構は、一方の圧縮機構が回転子の第１端部に隣接して配置され、他方の圧縮機構が回転子の第２端部に隣接して配置された状態で、シャフトに回転可能に取り付けられる。圧縮機構は、回転子の回転により圧縮機構が駆動するよう回転子と作動的に連動する。流体流路は、静止シャフトに形成された複数の長手方向孔を含む圧縮機において画定される。取付組立体は、圧縮機を実質的に横向きまたは縦向きのいずれかで取り付けるようハウジングに取り付けられる。ポンプは、圧縮機がいずれかの向きで取り付けられると、ハウジング内の油溜めに少なくとも部分的に浸漬するような位置にある。
【選択図】図１

Description

　本発明は、密閉型圧縮機に関し、特に、作動流体として二酸化炭素を使用する二段階回転圧縮機に関する。

　従来、多段圧縮機は、低吸引圧力から高排出圧力の冷媒流体の圧縮が、１つ以上の圧縮工程で達成される圧縮機である。冷却および空調設備に一般に使用される冷媒の種類としては、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）やハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）が挙げられる。さらに、二酸化炭素を冷却および空調システムにおける作動流体として使用してもよい。二酸化炭素を冷媒として使用することによって、オゾンの消耗および地球温暖化をかなり防止する。二酸化炭素は、無毒性かつ不燃性であり、たとえば、ＣＦＣやＨＣＦＣと比べて熱伝達がよい。二酸化炭素のコストは、ＣＦＣやＨＣＦＣよりかなり低い。さらに、二酸化炭素を回収して再生利用する必要がなく、養成および設備における大幅な経費節減となる。

　二段階圧縮機において、吸引圧力ガスは中間圧力に圧縮される。次いで、中間圧力ガスは、一般に、アキュムレータに収集される。中間圧力ガスは、アキュムレータから第２圧縮機機構内に引き込まれ、そこで冷却システムの残部に使用される高排出圧力に圧縮される。

　二段階圧縮機の圧縮機構は、二方向中の一方向でよい。圧縮機構は発動機の一方の側に互いに隣接して積み重ねられるか、あるいは、発動機の対向側に配置される１つの圧縮機構が位置することができる。圧縮機構が発動機の一方の側に互いに隣接して配置されると、圧縮機作動の間に問題生じることがある。そのような問題は、圧縮機性能の体積効率に影響を及ぼす第一段階の圧縮機構に供給される吸引ガスの過熱を含むことがある。排出圧力パイプからの熱伝達はパイプにきわめて近接するために、入ってくる吸引圧力ガスを加熱する。さらに、圧縮機構への近接による過熱は圧縮機効率の付加的な減少および可能な信頼性問題を含む問題を引き起こすことがある。

　一般に、圧縮機の発動機は圧縮機のハウジング内に配置され、圧縮機作動の間、発動機を冷却する吸引圧力ガスまたは冷却された中間圧力のガスのいずれかによって包囲されている。発動機を包囲する吸引圧力ガスまたは冷却された中間圧力ガスは、次いで、第二段階の圧縮機構に供給される。吸引圧力ガスまたは冷却された中間圧力ガスが上述のように過熱される場合、発動機および第二段階の圧縮機構に入るガスは十分に冷却されない。

　別の方法として、一対の隣接した圧縮機構は並列圧縮機作動を有することができる。吸引圧力ガスは、同時に、両方の圧縮機構に引き込まれる。たとえば、別の冷媒が使用され、圧縮機構が並列構成である場合、圧縮機構は二酸化炭素等の冷媒の圧縮の間にかかる高い作動圧力に耐えることができないことがある。

　さらに、一対の圧縮機構を発動機の対向端部に配置することは、発動機によって作動的に駆動される２つの駆動シャフトを必要とする。その駆動シャフトは精密に整列され、相関接続される必要がある。駆動シャフトのほんの僅かな調整不良が、動的不安定性を結果として生ずる。そのシャフトの調整不良は、さらに圧縮機構の偏心体、外側ベアリングおよびメインベアリングの荷重を増大することがあり、それにより、順番に、圧縮機作動の間に過度の振動および騒音をトリガすることになる。吸引圧力と排出圧力との間の高い圧力および大きな差は駆動シャフトに作用する荷重を増大させ、それにより、順番に、ベアリングに伝達される。過度の荷重はベアリングの早期の故障を生ずることがある。

　いくつかの圧縮機は、たとえば、止めねじなどの締り嵌めまたは締め具によってそれに固定して取り付けられるシャフトの各端部に取り付けられる偏心体を有する。圧縮機に駆動シャフトからの独立したコンポーネントである偏心体を設けることによって、圧縮機の組立体は複雑になる。さらに、たとえば、偏心体がシャフト上で緩むと、振動、従って騒音が偏心体および駆動シャフト組立体から生成される。

　回転子により作動的に駆動される駆動シャフトの対向端部に配置される一対の圧縮機構を有する改良された効率および信頼性、ならびに、圧縮機を通る改良された冷媒流体流動を有する回転圧縮機を提供することが望ましい。

　本発明は、動作流体として二酸化炭素冷媒を使用する二段階回転圧縮機に関する。該回転圧縮機は、圧縮機ハウジング内に固定して取り付けられるその対向端部を有する非回転の静止シャフトを有する。一対の回転圧縮機構は静止シャフトの対向端部周りに回転可能に配置され、圧縮機構と圧縮機発動機の回転子の中心孔との間に締り嵌めによって互いに固定されている。各圧縮機構は、静止シャフトに一体的に形成される偏心体に回転可能に配置されるローラを含む。各ローラは、圧縮機構シリンダに取り付けられるブッシュに形成されるスロットに摺動可能に係合するそれと一体的に形成されるベーンを有する。

　静止シャフトには、吸引圧力ガスが第一段階の圧縮機組立体に移動する第１長手方向ガス孔が設けられる。第１ガス孔は、静止シャフトとローラとの間に形成される周辺チャネルと連絡している。そのチャネル内のガスは、ベーンの一方の側に隣接するローラに形成される径方向入口通路を通って第一段階の圧縮チャンバに供給される。第一段階の圧縮機構において中間圧力に圧縮されるガスは、入口通路側に対向するベーンの第２側方に隣接して位置される出口通路を通って圧縮チャンバから出る。圧縮されたガスは、静止シャフトに形成され、そのシャフトに形成される第２長手方向の孔と連絡する凹部に受け入れられる。その圧縮されたガスは、第２孔と出口取付部品とを通ってクーラーに排出される。冷却された中間圧力ガスは、発動機チャンバを満たすために入口取付部品を通って圧縮機ハウジングに再び入り、従って、発動機を冷却する。冷却された中間圧力のガスは、圧縮機構に隣接して位置される外側ベアリングにおける通路を通って第二段階の圧縮機構に引き込まれ、排出圧力に圧縮される。その圧縮されたガスは、次いで、ベーンの一方の側に隣接するローラにおける径方向通路を通って、圧縮機から排出される。そのガスは、次に、静止シャフトに形成される凹部と径方向通路とに入る。その径方向通路は、ガスをシャフトの第３長手方向孔へ、そして、ハウジング内に取り付けられている排出取付部品を通って冷却システムへ配向される。

　圧縮機は、圧縮機ハウジングの外側表面の形状に輪郭づけられる型打ちされたスチール基部をさらに有する。基部は、突起溶接を含むあらゆる好適な方法によってハウジングに固定される。基部には、大部分の圧縮機ハウジング表面の塗装を容易にする大きな開口が設けられている。穴は、圧縮機が実質的に水平の接地表面または垂直の接地表面のいずれかに取り付けられることを可能にする基部に設けられる。

　本発明は、中部に固定して取り付けられる静止シャフトを有するハウジングを含む密閉型回転圧縮機を提供する。発動機もそのハウジング内に取り付けられ、回転子および固定子を有する。回転子は第１端部と第２端部を有し、シャフトに回転可能に取り付けられる。第１圧縮機構および第２圧縮機構はシャフトに回転可能に取り付けられ、第１圧縮機構は回転子の第１端部に隣接して配置され、第２圧縮機構は回転子の第２端部に隣接して配置される。圧縮機構は、回転子の回転が静止シャフト周りに圧縮機構を駆動するよう、回転子に作動的に係合される。

　本発明は、ハウジングを有し、そのハウジングに固定して取り付けられる静止シャフト有する密閉型回転圧縮機をさらに提供する。静止シャフトは、第１端部および第２端部を有する。固定子および回転子を有する発動機は、ハウジングに画定される発動機チャンバ内に取り付けられる。回転子は対向端部を有し、静止シャフト周りに回転可能に取り付けられる。第一段階の圧縮機構および第二段階の圧縮機構が回転子の対抗端部に固定されて設けられる。第１長手方向孔は、静止シャフトの第１端部から第一段階の圧縮機構に延在し、第１径方向通路を介して第一段階の圧縮機構と流体連絡している。第２径方向通路は、第一段階の圧縮機構と静止シャフトに形成される第２長手方向孔との間を延在している。第２長手方向孔は、発動機チャンバと流体連絡する排出ポートを有する。発動機チャンバおよび第二段階の圧縮機構は流体連絡している。第二段階の圧縮機構は、第３径方向通路を介して静止シャフトに形成される第３長手方向孔と流体連絡している。第３長手方向孔は、圧縮された冷媒が静止シャフトの第２端部を通って圧縮機から排出されるよう、第二段階の圧縮機構から静止シャフトの第２端部に延在する。

　本発明は、外側表面を有するハウジングとその中に画定される油溜めとを含む密閉型回転圧縮機をさらに提供する。静止シャフトは、ハウジング内に固定して取り付けられる。発動機はハウジング内に取り付けられる。発動機は固定子および回転子を有し、回転子は静止シャフト回りに回転可能に取り付けられる。第１圧縮機構および第２圧縮機構は回転子の対向端部に回転可能に取り付けられ、回転子に作動的に係合される。取付プレートは、圧縮機が実質的に横向きまたは縦向きのいずれかで取り付けられるよう、ハウジングの外側表面に取り付けられる。

　本発明の１つの利点は、回転子によって結合され、駆動される圧縮機構が、圧縮機構を駆動するために一対の精密に整列されて、相互に連結された駆動シャフトの必要性を排除し、従って、シャフトへの荷重を減少することである。

　本発明の他の利点は、圧縮機が、異なる取付組立体を必要とすることなく、実質的に水平の接地表面または垂直の接地表面のいずれかに取り付けられることができることである。

　本発明のさらに他の利点は、偏心体が静止シャフトと一体的に形成され、それにより、圧縮機部品の数を減少し、組立体を簡素化することである。

　添付図面と共に以下の本発明の実施形態の説明を参照して発明自体を理解すると、本発明の上述および他の特徴および目的ならびにそれらを得るための方法はより明らかとなる。

　対応する参照符号はいくつかの図における対応する部分を示す。図面は本発明の実施形態を表わすものであるが、図面は必ずしも縮尺通りではなく、特定の特徴は本発明をより良く例示し、説明するために拡大されている場合がある。

　図１を参照すると、冷却システムに使用される２つのシリンダからなる二段階回転水平式圧縮機２０が示されている。圧縮機２０は、溶接、ろう付け等を含むあらゆる好適な方法によって、その各端部に取り付けられる端部キャップ２６を有する主本体部２４によって画定される密閉型ハウジング２２を含む。圧縮機ハウジング２２内に取り付けられているのは、各端部キャップ２６に形成される凹部３４に取り付けられる対向端部３０、３２を有する非回転の静止シャフト２８である。圧縮機ハウジング２２の主本体部２４に配置されているのは、固定子３８および回転子４０を含む電気圧縮機の発動機３６である。固定子３８は、たとえば、内部に発動機３６を取り付けるために主本体部２４に嵌合される締まりまたは収縮であり、回転子４０を包囲する関係で堅固に取り付けられている。回転子４０には、回転子４０が静止シャフトの周りに回転可能に配置されるよう、シャフト２８が受け入れられるその長さにわたる中心孔４２が設けられる。

　偏心体４４、４６は、それぞれ、対向するシャフト端部３０、３２の近くに一体的に形成され、第一段階の回転圧縮機構４８および第二段階の回転圧縮機構５０によって係合される。偏心体４４、４６は、圧縮機構４８、５０の適切なバランスを確実とするために、偏心体４４、４６の一方が、シャフト２８の縦軸５２周りに偏心体４４、４６の他方からほぼ１８０°のところに配置されるように、シャフト２８に形成される。第一段階の回転圧縮機構４８および第二段階の回転圧縮機構５０には、それぞれ、環状フランジ５８、６０を有するヘッド５４、５６が、そこから延在するほぼ円筒状の突出部６２、６４を有して設けられる。ヘッド５４、５６は、フランジ５８、６０が回転子４０の対向端部に対して堅固に保持されるように、たとえば、プレス嵌めまたは収縮嵌めなどにより回転子４０に取り付けられる突出部６２、６４と共に回転するために回転子４０に取り付けられる。

　図１〜図４を参照すると、第一段階の回転圧縮機構４８および第二段階の回転圧縮機構５０は、内側シリンダブロック６６の内面と偏心体４４、４６のそれぞれとの間に画定される内側円筒状キャビティ６８を有するシリンダブロック６６を含む。１つのローラ７０は、偏心体４４、４６を包囲する関係で各キャビティ６８内に配置され、それに軸支される。シリンダブロック６６は、偏心体４４、４６の周りで矢印６７（図２、図３および図４）の方向に回転子４０およびローラ７０と一緒に回転する。ローラ偏心組立体とシリンダブロック６６のキャビティ６８との間には、ローラ７０がシリンダブロック６６の内壁に係合する点において径方向の流体シーリングを設けるためにシーリング接触部がある。図１を参照すると、シリンダブロック６６およびローラ７０は、それぞれ端部表面７１、７３を有する。各圧縮機構４８、５０の端部表面７１、７３は、それぞれヘッドフランジ５８、６０の表面７２、７４と対面接触している。外側ベアリング７８、８０には、それぞれ、各シリンダブロック６６とローラ７０との対向端部表面７６、７７と対面接触する表面８６、８８を有する環状フランジ８２、８４が設けられる。フランジ８２、８４には、シリンダブロック６６を貫通して設けられる大きな開口９０（図２、図３および図４）とフランジ５８、６０のねじ付き開口（図示せず）と整列する開口が設けられる。締め具９２は、その整列した開口を延通して、外側ベアリング７８、８０とシリンダブロック６６と、各圧縮機構４８、５０のヘッド５４、５６とを相関接続するために、フランジ５８、６０にねじで係合されるる。

　ヘッド５４、５６と、シリンダブロック６６と、外側ベアリング７８、８０とを組み立てる際、シリンダブロックの内径とローラの外径との間には固有の偏心がある。その偏心は、シリンダブロック６６とローラ７０との間の締り嵌めをローラ軌道の１つの部分において意図されるよりも大きくさせ、そして、ローラ軌道の対抗部分において意図されるよりも少なくさせることがある。これは、ローラ７０と連結圧縮機コンポーネントとにおける高い内部応力を誘発し、それにより、早期の疲労故障となることがある。この可能性のある問題に取り組み、そして、本発明の圧縮機における早期の故障を防止するために、シリンダブロック６６における開口９０が大きくされ、予備的な締り嵌めが予め定められるように、圧縮機組立ての間に、シリンダブロックが配置されることを可能とする。１つの例において、その締り嵌めは、０．０００５インチ〜０．０００７インチの範囲であるが、この範囲は、圧縮機のサイズにより変えることができる。

　図１を参照すると、静止シャフト２８の端部３０、３２は、それぞれ外側ベアリング７８、８０を延通している。外側ベアリング７８、８０は、それと一体的に形成される突出部９４、９６を有し、フランジ８２、８４から端部キャップ２６の方に向けて延在している。各突出部９４、９６とシャフト２８との間には、そのキャビティ内に、ニードルベアリング組立体９８、１００が配置されるキャビティ９７が画定され、その中でプレス嵌めされる。ベアリング組立体９８、１００は、シャフト２８の外面で回転する複数のニードルベアリング要素１０３を含む。ベアリング組立体９８、１００の中心線軸は、縦軸５２と同心であるのに対して、突出部９４、９６は、シャフト軸５２から間隔Ｄだけオフセットされる中心線軸１０２ａ、１０２ｂを有する。これにより、突出部９４、９６が静止シャフト２８の縦軸５２周りに偏心して回転することを可能とする。

　図５を参照すると、突出部９４、９６の偏心部分は、シャフト中心軸５２周りで１８０°の位相差を有するシャフト２８の対向側に配置されるバランス調整部１０４、１０６を有する。バランス調整部１０４は、偏心体４４からほぼ１８０°のシャフト２８上に位置し、バランス調整部１０６は、偏心体４６からほぼ１８０°に位置する。慣性力Ｆ_１、Ｆ_２は、それぞれ、シリンダブロック６６、従って、外側ベアリング７８、８０の回転時、偏心体４４、４６で生成される。その慣性力は、シャフト２８の長さに沿って中心に、そして、シャフトの軸５２に直交する軸周りに慣性偶力Ｍ_Ｆを生成する。バランス調整部１０４、１０６は、シリンダブロック６６、従って、外側ベアリング７８、８０との回転時に慣性力ｆ_１、ｆ_２を生成し、それによってＭ_Ｆと同じシャフト２８の位置に慣性偶力Ｍ_ｆを生成する。慣性偶力Ｍ_ｆは、慣性偶力Ｍ_Ｆと同等であるが、力ｆ_１、ｆ_２の方向が、力Ｆ_１、Ｆ_２の方向と反対であるという事実のために、Ｍ_ｆは、Ｍ_Ｆの方向に対して反対方向に作用する。その結果、慣性偶力Ｍ_Ｆは、慣性偶力Ｍ_ｆによって均衡され、シャフト組立体は、全体として均衡が保たれる。さらに、釣り合いおもり（図示せず）は、圧縮機組立体２０の均衡を保つのを助けるために、対応する外側ベアリング７８、８０の対向表面１０８、１１０に隣接して設けられることができる。

　圧縮機２０は、図２〜図４、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａおよび図８Ｂに示される外部取付プレート１８０によって実質的に横向きに取り付けられる。取付プレート１８０は、たとえば、圧縮機組立体に必要とされる時間の量を減少する突起溶接を含むあらゆる好適な方法によって、圧縮機２０の外壁１８１に取り付けられる。図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、外部取付プレート１８０は、そこから延在する延長脚部１８４を有する基部１８２を含む一体化ユニットである。各延長脚部１８４には、ビルディング、あるいは、冷却システムハウジングの床、壁等のフラットな支持表面（図示せず）に圧縮機２０を取り付けるための穴１８６が設けられる。基部１８２は、圧縮機の外壁１８１の湾曲に調和するように輪郭づけられ、組立ての間に、取付プレート１８０の位置決めおよび取扱いを可能とする開口１８８を有して形成される。開口１８８は、さらに、基部１８２によって覆われる圧縮機ハウジング２２の多量の領域を減らして、外側ハウジング壁のより多くが、さび防止のために塗装されるのを可能にする。基部１８２は、外部取付プレート１８０を圧縮機の外壁１８１に溶接するのに使用される複数の溶接突起１９０を含む。基部１８２は、６つの溶接突起１９０を有して示されているが、追加の突起、あるいは、別の固定機構が、取付プレート１８０を圧縮機ハウジング２２に固定するのに使用することができる。穴１９２は、圧縮機２０の接地接続に使用される対向する延長脚部１８４に設けられる。圧縮機２０は、取付プレート１８０を使用して水平接地表面か、垂直接地表面のいずれかに取り付けられることができる。圧縮機２０が、実質的に垂直の設置表面に取り付けられるために、シャフト２８の端部３０近くに配置される油ポンプ１２４は、発動機と油溜めキャビティ１６０内に少なくとも部分的に浸漬され、油が発動機の回転子と固定子とのギャップ１９４に入ることを防止する必要がある。

　圧縮機作動中、ローラ７０の一部は、内側キャビティ６８（図２、図３および図４）の壁から引き離されているローラ７０の周囲の残部で、シリンダブロック６６に形成される内側円筒状キャビティ６８の壁に係合する。ベーン１１２はローラ７０と一体的に形成され、そこから径方向に延在している。ベーン１１２は、ローラ７０を駆動し、シリンダブロック６６とローラ７０との間の径方向の対面を形成するために、シリンダブロック６６に取り付けられるガイド組立体１１４内に受け止められ、それによって、第１圧縮機構４８と第２圧縮機構５０とを駆動する。ガイド組立体１１４は、内側円筒状のキャビティ６８の壁に隣接するシリンダブロック６６内に形成される円筒状凹部１１８に配置される円筒状ブッシュ１１６を含む。ブッシュ１１６には、ベーン１１２が摺動可能に受け止められる長手方向に延在するスロット１２０が設けられる。円筒状のブッシュ１１６は、十分な滅摩特性を備えるあらゆる好適な材料で形成することができる。そのような材料の１つとしてはＶＥＳＰＥＬ　ＳＰ−２１が挙げられ、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ　ｄｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ　ａｎｄ　Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な硬質樹脂材料である。滅摩特性を有する材料を使用することによって、スロット１２０内でのベーン１１２の摺動とシリンダブロック６６の凹部１１８内でのブッシュ１１６の周方向移動とに起因する摩擦損失が減少される。さらに、ベーン１１２と凹部１１８との接触表面間だけではなく、円筒状ブッシュ１１６とシリンダブロック６６との間の接触表面の摩耗が減少され、それにより圧縮機２０の信頼性を向上させる。

　回転子４０が固定子３８と回転子４０との間に作用する磁気力の影響下で回転すると、シリンダブロック６６および外側ベアリング７８、８０は、シャフト軸５２周りにベアリング組立体９８、１００と共に回転する。ブッシュ１１６内のスロット１２０とのベーン１１２の係合により、シリンダブロック６６の回転と同調してシャフトの偏心部分４４、４６の軸周りにローラ７０を回転させる。ローラ７０は、シリンダブロック６６内で偏心して回転し、圧縮機２０の圧縮ポンプ作動を実行する。回転子４０と、圧縮機構４８、５０とを含む組立体の軸方向移動は、一方の端部において、油ポンプ１２４により支持されるスラストベアリング１２２によって制限される。軸方向移動は、その対向する端部において、円形ワイヤばね１２８によって支持されるスラストベアリング１２６により制限される。ばね１２８は、たとえば、Ｌａｋｅ　Ｚｕｒｉｃｈ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ，Ｕ．Ｓ．Ａ．（アメリカ合衆国イリノイレークチューリッヒ）に位置されるＳｍａｌｌｅｙ　Ｓｔｅｅｌ　Ｒｉｎｇ　ＣｏｍａｎｙからのＷＡＷＯばねとすることができる。

　第一段階の圧縮機構４８と第二段階の圧縮機構５０とにより作動される冷媒流体が、圧縮機を貫通して移動する流体流路は、圧縮機２０を貫通して設けられている。図１を参照すると、吸引入口１３０は、溶接、ろう付け等の方法によって一方の端部キャップ２６に取り付けられる。吸引圧縮冷媒は、吸引入口１３０に入り、そして、シャフト２８の端部３０と凹部３４の底との間に画定されるキャビティ１３２を通って、シャフト２８に形成される長手方向に延在する孔１３４へと通流する。図２に示すように、複数の径方向通路１３６は、孔１３４から外方向に延在し、第一段階の圧縮機構４８の偏心部分４４の周囲に形成される環状チャネル１３８と流体連絡する。チャネル１３８は、ローラ７０の壁を貫通する径方向チャネル１４０と常に流体連絡している。チャネルまたは通路１４０は、ベーン１１２の一方の側に配置され、シリンダブロック６６とローラ７０との間に画定される三日月形の圧縮スペース１４４に冷媒を配向し、その圧縮スペース１４４において、冷媒が第２中間圧力に圧縮される。

　図３を参照すると、圧縮された流体は、径方向通路１７０を通って第一段階の圧縮機構４８の圧縮スペース１４４から排出される。通路１７０は、通路１４０が形成されるベーン１１２の側方の反対側のベーン１１２の側方に隣接して配置される。通路１７０内の流体は、偏心部分４４周辺部の一部の周りに延在する凹部１４６に入る。図６に示すように、凹部１４６は、径方向チャネル１５０によって、シャフト２８を延通する第２長手方向孔１４８に流体的に連結されている。図６を参照すると、シャフト２８の端部３２近くの孔１４８の端部には、流体が孔１４８から出るのを防止して、流れを径方向通路１５４に配向するためにプラグ１５２が設けられる。中間圧力の冷媒は、通路１５４を通って端部キャップ２６に形成されるチャネル１５６に流れ、排出出口１５８を通って圧縮機ハウジング２２の外に流れる。その排出された中間圧力の流体は、図６に概略的に示すユニットクーラ１５９に入る。ユニットクーラ１５９は、圧縮機ケーシング２２の外側に配置され、そこで、それが取付部品１６２を通って発動機および油溜めキャビティ１６０に導入される前に冷却される。キャビティ１６０内の冷却された中間圧力の冷媒ガスは、回流し、発動機３６を冷却する。中間圧力ガスを冷却することによって、第一段階の排出ガスからの熱は、流体間の小さな温度差のために、発動機および油溜めキャビティ１６０内の潤滑油と第一段階の圧縮機構４８に入る吸引圧力ガスとには伝達されない。

　冷却された中間圧力の冷媒ガスは、外側ベアリング８０のフランジ８４に形成される入口ポート１６４（図１）を通って第二段階の圧縮機構５０に導入される。バッフル１６６には、回転子４０の回転方向と反対の方向に面する開口（図示せず）が設けられている。バッフル１６６は、第二段階の圧縮機構５０への油の直接的な吸引を防止するために、入口ポート１６４と整列するように外側ベアリング８０に取り付けられる。その冷却された中間圧力の冷媒ガスが第二段階の圧縮機構５０において高い排出圧力にまで圧縮された後、排出圧力のガスはベーン１１２の一方の側に隣接するローラ７０に形成される径方向通路１６８に排出される。その排出圧力のガスは、次いで、シャフト２８の端部周囲の一部周りに延在する凹部１７１と、径方向通路１７３とを通って圧縮機構５０からシャフト端部３２に延在するシャフトに２８に形成される長手方向に延在する孔１７２へ通流する。図１を参照すると、その排出圧力のガスは、圧縮機２０から出て、シャフト２８の端部３２と端部キャップ２６の凹部３４の底との間に形成されるキャビティ１７４へ通流する。キャビティ１７４内の流体は、次に、排出ポート１７６を通って冷却システムの残部へ通流する。

　圧縮機２０の流体通流システムの吸引導管および通路は、シャフト２８の一方の側に配置され、排出チャネルおよび導管は、入ってくる吸引圧のガスの過熱を防止するためにシャフトの反対側に配置される。静止のＯリングシール１７８は、シャフトと端部キャップ凹部３４との間でシャフト２８の各端部３０、３２周りに位置する。シール１７８は、シャフトと、吸引および排出圧力のキャビティ１３２、１７４と、中間圧力の発動機および油溜めキャビティ１６０との間の加圧された冷媒ガスの漏れを防止する。

　圧縮機２０には、さらに、発動機および油溜めキャビティ１６０の下方部分に集められる潤滑油が、圧縮機コンポーネントへ配向される潤滑流体の通流路が設けられる。図１および図９Ａ〜図９Ｈを参照すると、潤滑通流路内に配置されるのは、確実な排水量で精巧に機械加工された、または磨かれた内側シリンダ表面２００を有するポンプ筒１９８を含む往復運動ピストン型の油ポンプ１２４である。油ポンプ１２４は、さらにポンプ筒１９８の一方の側に一体的に形成される柄２０２を含む。柄２０２は、油溜め１６０から上方へ延出し、その露出端部に形成される耳２０４を有する。円形の開口２０６は、油ポンプ１２４を静止シャフト２８へ取り付けるために耳２０４に形成されている。

　ピストン２０８は、筒１９８内に受け入れられるために、図１および図１０Ａ〜図１０Ｄに示すように、実質的に管形状を有する。ピストンは、ポンプ１２４のポンプ作動を誘発するために筒１９８内を往復運動する。ピストン２０８は、拡大された環部分２１０、２１２、２１４を含み、それぞれは、往復運動するピストン２０８と筒１９８の円筒状表面２００との間に密閉された関係を確立するために、筒１９８の内径に実質的に等しい外形を有する。ピストン２０８には、その一方の端部に形成される半球状のキャビティ２１８を有する軸方向チャネル２１６とチャネル２１６の内側端部から延出する小径の軸方向油通路２２０とが設けられる。通路２２０は、キャビティ２１８からピストン２０８の対向端部に形成される半球状のキャビティ２２２に流体連絡されていて、そのために、キャビティ２１８、２２２が流体連絡されている。ピストン２０８は、さらに一対の小径部分２２４を有して形成され、その１つの小径部分２２４は一対の拡大された部分２１０と２１２、２１２と２１４のそれぞれの間に配置される。複数のポート２２６は、長手方向チャネル２１６と流体連絡する状態で、拡大された部分２１０と２１２との間に配置される小径部分２２４に形成される。ポート２２６は、ピストン２０８の長手方向軸に実質的に平行に延在する複数の細長いスロットによって形成されることもできる。

　図１を参照すると、ピストン２０８の往復運動は、外側ベアリング７８の突出部９４の偏心によって与えられ、それは静止シャフト２８周りに回転する。突出部９４はカムとして作用し、そのカムは半球状のキャビティ２２２に位置されるローラまたはボールを介して従節、あるいは、ピストン２０８に運動を伝える。ボール２２８は、突出部９４の外側表面に形成される湾曲したレース、あるいは、溝２３２内のカム表面２３０上をスライドして、そのボールとカム表面との間の圧縮応力を軽減する。ピストン２０８の往復運動を生成するこの方法の利点は、ボール２２８とカム表面２３０との間の最初の摩擦量が、ポンプ１２４の作動摩擦よりも僅かに大きいことである。

　環状の圧縮ばね要素２３４は、ボール２２８をカム表面２３０と常に接触し続けるために、油ポンプ筒１９８の端部２３６とピストン２０８の端部２４０に画定されるフランジ構造２３８の間に介在される。油ポンプ筒１９８の流体端部２３６には、そこに穴があけられる入力ポート２４２が設けられる。入力ポート２４２は、その中に収容される油と流体連絡する状態で、油溜め１６０内の油表面レベル１９６より下に配置される。

　排出マニホルド２４４は、ポンプ筒１９８の柄２０２に形成され、径方向通路２４７を介して、シャフト２８に形成される長手方向に延在する孔２４６に流体連絡している。径方向に延在する油通路２４８（図１）は、圧縮機のベアリングに潤滑を分配するために、長手方向チャネル２４６から延出している。ピストン２０８の往復運動は、筒の端部２３６とピストン２０８の端部２４０との間の筒１９８に画定されるチャンバ２５０の体積を変化させて潤滑油のポンプ作動を可能とする。ピストン２０８が、シャフト２８の方に向って上方側へ移動すると、筒１９８の内側円筒状表面２００と拡大部分２１０の外径との間の密閉された関係は、入力ポート２４２を通ってチャンバ２５０に発動機と油溜めキャビティ１６０内の潤滑油を引き込む真空状態を生成する。ピストン２０８がシャフト２８から離れて下方側へ移動すると、ばね要素２３４が圧縮され、ばね巻き線間のギャップが減少される。圧縮されたばね要素２３４は、少なくとも部分的に入力ポート２４２を閉鎖して、発動機および油溜めキャビティ１６０の方に向うポンプチャンバ２５０内に配置される潤滑油の逆流を抑制する。ばね要素２３４が圧縮されると、油はチャンバ２５０から押し出され、半球状のキャビティ２１８と、軸方向通路２１６と、複数のポート２２６とを通って排出マニホルド２４４の方に上方側に通流する。マニホルド２４４内の油は、次に、シャフト２８内のチャネル２４６に、そして、径方向油通路２４８を通って通流し、圧縮機ベアリングを潤滑する。ピストン２０８の下降ストロークが完了した後、ピストンは、ばね２３４の影響下でポンプ筒１９８内を上方側へ移動し、潤滑プロセスを繰り返すために、チャンバ２５０内に残っている油に作用する圧力の量を減少し、追加の油がチャンバ２５０の内に引き込まれることを可能とする。

　排出マニホルド２４４に通流するチャンバ２５０内の油の一部分は、通路２２０の内を上方側へ移動する。発動機および油溜めキャビティ１６０からの潤滑油は、通路２２０を通ってボール２２８の表面と半球状のキャビティ２２２とに供給され、それらの間の摩擦を軽減する。ボール２２８が回転するに従って、通路２２０からの油はその外側表面に導かれてボール２２８とカム表面２３０との間の接触表面に潤滑する。

　油ポンプ１２４は、突出部６２、６４の偏心部における相似のため、シャフト２８のいずれの端部にも取り付けられることができる。別の方法として、２つの油ポンプは、たとえば、高い粘性油が潤滑のために必要とされるときなどの極めて異なる条件のもとでの潤滑を改良するために、圧縮機内に据え付けられることもできる。

　発動機と油溜めキャビティ１６０内の油の油レベル１９６より下にあるポンプチャンバと油入口との配置は、「ガスロック」状態を防止する。そのような状態は、別の状況で、ピストン要素が正常に反復するときに起こることがあるが、ガスがチャンバ２５０内に捕獲されているので、油は汲み上げられることができない。ピストンの移動は、その場合、ポンプチャンバ２５０内のガスの圧縮と膨張とを発動機らすだけであり、従って油はベアリング表面に汲み上げられない。さらに、油ポンプ１２４を静止シャフトの端部にではなく本発明において示される配置へ油ポンプ１２４を位置することによって、ハウジング２２の長さが、他の点ではポンプと油ピックアップチューブとを収納するのに使用される量だけ縮小される。

　いくつかの圧縮機において、潤滑油は圧縮機の停止時にベアリング表面から流れ去ることが多い。圧縮機の始動時、油がベアリングへ再び供給されることが可能な前に遅延がある場合がある。その潤滑遅延を防止するために、圧縮機２０には、図１に示すように、回転子４０における開口４２の内側表面とシャフト２８の外側表面との間に位置されるギャップによって画定される溜め部２５２が設けられている。溜め部２５２は、油が径方向に延在する通路２５４によって油供給孔２４６から受け入れられる中空の円筒状キャビティである。溜め部２５２内の油は、次いで、その潤滑のために偏心体４４、４６およびローラ７０に供給される。

　溜め部２５２の総体積は、以下の方程式を用いて求める。

　　　数１
　Ｖ_０＝Ｂｔ（Ｒ^２−ｒ^２）
式中、ｔは偏心体４４、４６の対面する内側平面間の間隔（ｃｍ）であり、ｒはシャフト２８の半径（ｃｍ）であり、Ｒは溜め部２５２の部分を画定する回転子４０における開口４２の内側壁表面の半径（ｃｍ）である。溜め部２５２には、圧縮機２０の組立体の間の予め定められた量の潤滑油が充填されており、それは、ほぼ１／３Ｖ_０でよい

　溜め部２５２内の潤滑油の最初の組立体充填の小部分は、近接に許容された部分間に位置される油フィルムによって形成される細孔シール、またはシールを通って圧縮機２０の始動前にそこから漏れる。細孔シールは、偏心体４４、４６とローラ７０、ローラ７０と外側ベアリング７８、８０、およびローラ７０とヘッド５４、５６の間に形成することができる。本例において、細孔シールは厚さが０．０００３インチ〜０．０００７インチの範囲内でよい。細孔シールを通過して、シャフト２８に沿って軸方向に漏れる油の量は、圧縮機が静止していると、以下の方程式から算出可能である。

　　　数２
　Ｑ_０＝２ＢＲｈ^３）Ｐ／（１２：_０ｔ）
式中、ｈは細孔シールの厚さ（ｃｍ）であり、：_０は油の粘性（センチポイズ）であり、）Ｐは実質的に１ｐｓｉと考慮されるシール全体の圧力差である。その結果、溜め部２５２内に充填される油の量を最初の油漏れの量で除することによって、圧縮機が油の最初の充填全体を放出する時間の長さが決定することが可能である。圧縮機作動中の温度と圧力との上昇は、潤滑油の粘性に影響を及ぼし、その結果、細孔を通る漏れが密閉される。漏れは以下の方程式から得られる。

　　　数３
　Ｑ＝（２ＢＲｈ^３／１２：ｔ）［（１−ｅ^−Ｂ）ｐ）／Ｂ］
式中、Ｂはほぼ２，２×１０^−４に等しい経験に基づく定数であり、：は１００°Ｆでの油の粘性（センチポイズ）であり、）ｐは、シール全体の圧力差（ｐｓｉ）である。圧縮機が最初の組立体油充填を放出する時間の長さは、溜め部２５２内の油の最初の体積を始動後の漏れで除することによって決定することが可能である。その結果、潤滑が圧縮機始動時のベアリング表面に供給されることが可能な場合、発動機および油溜めキャビティ１６０からの潤滑油がポンプ１２４によってベアリング表面に分配することができるまで、その場合、溜め部２５２内の油の最初の体積は圧縮機の潤滑の要求を満たす。

　圧縮機２０の作動中、最初の油の充填および通路２５４を通って溜め部２５２に供給される油のいくらかは、遠心力のもとに、溜め部２５２に対面するローラ７０と偏心体４４、４６との方に分配される。圧縮機２０の停止時、溜め部２５２を画定する円筒状表面に集められる油、通路２５４に捕獲される油および溜め部２５２に残るあらゆる油は、溜め部２５２の底に集められ、圧縮機が再び再スタートするときにベアリング表面に直ちに分配される。

　本発明は、例示的設計を有するように記述されてきたが、本発明はこの開示の精神および範囲内でさらに変更してもよい、本適用は、その結果、一般原則を使用して本発明のあらゆる変形、用途、あるいは改作をカバーするように意図される。さらに、本適用は本発明が関係する技術における周知の、あるいは通例の実施内にあるような本開示からの新しい試みをカバーするように意図される。

本発明に係る回転圧縮機の断面図。 図１の線２−２に沿う回転圧縮機の断面図。 図１の線３−３に沿う回転圧縮機の断面図。 図１の線４−４に沿う回転圧縮機の断面図。 図１の回転圧縮機の静止シャフトおよび偏心体の概略図。 本発明に係る回転圧縮機の追加断面図。 Ａは本発明に係る互いに組み立てられた回転圧縮機および取付組立体の斜視図。 Ｂは本発明の取付組立体の斜視図。 Ａは図１の回転圧縮機のための取付組立体の端面図。 Ｂは図８Ａの取付組立体の頂面図。 Ａは本発明に係るポンプ組立体の柄の斜視図。 Ｂは図９Ａの柄の正面図。 Ｃは図９Ｂの柄の頂面図。 Ｄは図９Ｂの柄の底面図。 Ｅは図９Ｂの線９Ｅ−９Ｅに沿う柄の断面図。 Ａは本発明のポンプ組立体のピストンの斜視図。 Ｂは図１０Ａのピストンの立面図。 Ｃは図１０Ｂのピストンの頂面図である。 Ｄは図１０Ｂの線１０Ｄ−１０Ｄに沿うピストンの断面図。

Claims (24)

1. 　ハウジングと、
   　前記ハウジング内に固定して取り付けられる静止シャフトと、
   　前記ハウジング内に取り付けられる発動機であって、前記発動機が回転子および固定子を有し、前記回転子が第１端部および第２端部を有し、且つ前記シャフトに回転可能に取り付けられる、発動機と、
   　前記シャフトに回転可能に取り付けられる第１および第２圧縮機構とを備え、
   　前記第１圧縮機構が前記回転子の前記第１端部に隣接して配置され、前記第２圧縮機構が、前記回転子の前記第２端部に隣接して配置され、前記圧縮機構が前記回転子と作動的に係合されることにより、前記回転子の回転が前記静止シャフト周りに前記圧縮機構を駆動させる、密閉型回転圧縮機。
2. 　前記ハウジングが主本体部と、前記主本体部の対向端部に固定して取り付けられる一対の端部キャップとを含み、前記静止シャフトが２つの端部を有し、前記シャフトの各端部が前記端部キャップの一方に取り付けられる、請求項１に記載の回転圧縮機。
3. 　前記静止シャフトに一体的に形成される２つの偏心体をさらに備え、前記第１圧縮機構および第２圧縮機構がそれぞれ１つの前記偏心体を含み、各前記圧縮機構が圧縮チャンバを有し、その体積が前記偏心体に対する前記圧縮機構の角度位置で変化する、請求項１に記載の回転圧縮機。
4. 　前記圧縮機構がそれぞれフランジ部分および突出部を有するヘッドを含み、前記回転子が前記突出部に固定的に取り付けられ、それにより、ヘッドおよび回転子組立体が形成され、前記ヘッドおよび回転子組立体が前記静止シャフト周りに回転可能に取り付けらる、請求項３に記載の回転圧縮機。
5. 　前記圧縮機構がそれぞれ前記シャフトの偏心体それぞれに軸支されるローラと、前記ローラ周りに回転可能に取り付けられるシリンダブロックとを含み、前記ローラが前記シリンダブロックに係合するそれと一体的に形成されているベーンを有し、前記ローラおよび前記シリンダブロックが前記ヘッドに隣接して配置される、請求項４に記載の回転圧縮機。
6. 　前記圧縮機構がそれぞれ外側ベアリングをさらに含み、前記外側ベアリングが前記ローラおよび前記シリンダブロックに隣接する前記静止シャフトに回転可能に取り付けられ、前記外側ベアリング、前記シリンダブロックおよび前記ヘッドが締め具によって互いに固定される、請求項４に記載の回転圧縮機。
7. 　前記静止シャフトの一方の端部に取り付けられるスラストベアリングをさらに備え、前記外側ベアリングの１つが前記スラストベアリングに係合するように偏向される、請求項６に記載の回転圧縮機。
8. 　前記静止シャフトの一端部に取り付けられる油ポンプと、前記外側ベアリングおよび前記油ポンプの一方と接触しているスラストベアリングとをさらに備える、請求項６に記載の回転圧縮機。
9. 　前記ヘッドと回転組立体および前記静止シャフトとの間に画定される溜め部をさらに備え、前記溜め部がその中に蓄えられる油を有し、前記蓄えられた油が圧縮機が始動すると直ちに前記圧縮組立体を潤滑するのに使用される、請求項４に記載の回転圧縮機。
10. 　ハウジングと、
    　前記ハウジング内に固定して取り付けられ、第１端部および第２端部を有する静止シャフトと、
    　前記ハウジングに画定される発動機チャンバ内に取り付けられる発動機であって、前記発動機が固定子および回転子を有し、前記回転子が対向端部を有し、前記静止シャフト周りに回転可能に取り付けられる、発動機と、
    　第一段階の圧縮機構および第二段階の圧縮機構であって、前記圧縮機構が前記回転子の対向端部に固定される、第一段階の圧縮機構および第二段階の圧縮機構と、
    　前記静止シャフトの前記第１端部から前記第一段階の圧縮機構に延在する第１長手方向孔であって、前記第１長手方向孔が、第１径方向通路を介して前記第一段階の圧縮機構と流体連絡している、第１の長手方向の孔と、
    　前記第一段階の圧縮機構と前記静止シャフトに形成される第２長手方向孔との間に延在する第２径方向通路であって、前記第２長手方向孔が、前記発動機チャンバと流体連絡する排出ポートを有する、第２径方向通路とを備え、
    　前記発動機チャンバおよび前記第二段階の圧縮機構が流体連絡し、前記第二段階の圧縮機構が第３径方向通路を介して前記静止シャフトに形成される第３長手方向孔と流体連絡し、前記第３長手方向孔が前記第二段階の圧縮機構から前記静止シャフトの前記第２端部に延在し、圧縮された冷媒が前記静止シャフトの第２端部を通って前記圧縮機から排出される、密閉型回転圧縮機。
11. 　前記静止シャフトの前記第１端部および前記ハウジングによって画定される第１キャビティおよび第２キャビティをさらに備え、前記第１キャビティおよび第２キャビティが、前記第１長手方向に延在する孔および前記第３長手方向に延在する孔とそれぞれに流体連絡している、請求項１０に記載の回転圧縮機。
12. 　前記第二段階の圧縮機構に隣接して配置される外側ベアリングをさらに備え、前記発動機チャンバおよび前記第二段階の圧縮機構が前記外側ベアリングを延通する通路を介して流体連絡している、請求項１０に記載の回転圧縮機。
13. 　前記第一段階の圧縮機構がシリンダブロックおよびローラをさらに含み、前記ローラがそれと一体的に形成されるベーンを有し、前記ベーンが前記シリンダブロックに係合し、前記第１径方向通路が前記ベーンの第１側方に隣接して配置され、前記第２径方向通路が前記ベーンの第２側方に隣接して配置される、請求項１０に記載の回転圧縮機。
14. 　前記第一段階の圧縮機構に入る前記冷媒ガスが第１吸引圧力であり、前記第一段階の圧縮機構から排出される前記冷媒ガスが第２中間圧力である、請求項１０に記載の回転圧縮機。
15. 　前記中間圧力冷媒ガスが前記発動機チャンバに入り、前記発動機が前記中間圧力ガスによって冷却される、請求項１４に記載の回転圧縮機。
16. 　ユニットクーラをさらに備え、前記中間圧力ガスが前記発動機チャンバに入る前に前記ユニットクーラにおいて冷却される、請求項１５に記載の回転圧縮機。
17. 　前記中間圧力が前記第二段階の圧縮機構に引き込まれ、前記中間圧力ガスが前記第二段階の圧縮機構において第３排出圧力に圧縮される、請求項１５に記載の回転圧縮機。
18. 　前記静止シャフトと前記ハウジングとの間に配置される環状シールをさらに備え、それにより、前記静止シャフトと前記ハウジングと間の流体の漏れが防止される、請求項１０に記載の回転圧縮機。
19. 　外側表面を有するハウジングと、
    　前記ハウジング内に画定される油溜めと、
    　前記ハウジング内に固定して取り付けられる静止シャフトと、
    　前記ハウジング内に取り付けられる発動機であって、前記発動機が固定子および回転子を有し、前記回転子が前記シャフト周りに回転可能に取り付けられる、発動機と、
    　前記回転子の対向端部に回転可能に取り付けられ、前記回転子に作動的に係合される第一段階の圧縮機構および第二段階の圧縮機構と、
    　前記ハウジングの前記外側表面に取り付けられる取付プレートとを備え、実質的に横向きまたは縦向きのいずれかで取り付けられる、密閉型回転圧縮機。
20. 　前記取付プレートがそこから延在する複数の延長脚部を有する基部をさらに含む、請求項１９に記載の回転圧縮機。
21. 　前記延長脚部には前記圧縮機を取り付けるための少なくとも１つの孔が設けられる、請求項２０に記載の回転圧縮機。
22. 　前記基部には内部に開口が設けられ、前記開口が前記ハウジングの前記外側表面の一部分を露出している、請求項２０に記載の回転圧縮機。
23. 　前記取付プレートが突起溶接によって前記ハウジングに取り付けられる、請求項１９の回転圧縮機。
24. 　前記静止シャフトに取り付けられる油ポンプをさらに備え、前記実質的に横向きまたは縦向き取り付けた際に、前記油ポンプが前記油溜め内に少なくとも部分的に沈められるよう前記静止シャフトに取り付けられる、請求項１９に記載の回転圧縮機。

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