JP2017053285A

JP2017053285A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2017053285A
Application number: JP2015178842A
Authority: JP
Inventors: 貴典十佐近; Takanori Tosachika; 上田　智也; Tomoya Ueda; 智也上田; 植田　英之; Hideyuki Ueda; 英之植田
Original assignee: Johnson Controls Hitachi Air Conditioning Technology Hong Kong Ltd
Current assignee: Johnson Controls Hitachi Air Conditioning Technology Hong Kong Ltd
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2017-03-16

Abstract

【課題】吐出管を介した圧縮機外への油の排出を十分に低減可能な圧縮機の提供を目的とする。【解決手段】本発明の圧縮機１は、油で潤滑する圧縮機構１０とこの圧縮機構１０よりも下方に位置し油を貯留する油溜り７０と圧縮機構１０から吐出された油を油溜り７０に導く通路６０とが同一の容器９０内に配置されている圧縮機であって、容器９０内と相通するように設けられ、圧縮機構１０により圧縮された冷媒ガスを容器９０外に排出する吐出管３０と、容器９０内における圧縮機構１０と油溜り７０との間に設けられ、略鉛直下方にのみ開放された空間５２を有する室５０とを備え、吐出管３０の容器９０側の開口部３０ａが空間５２内に位置するように配置されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機に関する。

冷凍サイクルに用いられる圧縮機は、一般的にその圧縮機構等を油で潤滑して摩耗や焼き付けを防止している。このような圧縮機では、圧縮された冷媒ガス中に油が混入しており、圧縮機外への油の排出に起因した下流側の機器の故障や油不足に伴う圧縮機の故障を引き起こしたり、排出された油の介在により凝縮器等での熱交換効率が低下するのを回避するため、冷媒ガスを排出する吐出管からの油の排出を可及的に防止する必要がある。

ここで、上述した吐出管からの油の排出を防止するため、冷媒ガスと油とを分離する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このような技術によれば、油分離器等を用い、油を含んだミスト状の混合物から冷媒ガスと油とを分離すると共に、分離した油を貯留する油溜りからの油の吹上げを低減することで、上述した油の排出が低減されることが期待される。

特開２００１−１４０７７９号公報

しかしながら、上述した従来の圧縮機では、冷媒ガスと共存するミスト状の油および油溜りから吹上げる油の排出を低減することは期待できるものの、圧縮機の容器内壁上を流下して油溜りに導かれる予定の液膜状の油が、吐出管から排出される冷媒ガスの流れに巻き込まれて上記冷媒ガスと共に圧縮機外に排出される傾向にある。そのため、従来の技術では、吐出管を介した圧縮機外への油の排出が十分に低減できているとは必ずしも言えない。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、吐出管を介した圧縮機外への油の排出を十分に低減可能な圧縮機を提供することにある。

本発明は、
（１）油で潤滑する圧縮機構とこの圧縮機構よりも下方に位置し前記油を貯留する油溜りと前記圧縮機構から吐出された油を前記油溜りに導く通路とが同一の容器内に配置されている圧縮機であって、
前記容器内と相通するように設けられ、前記圧縮機構により圧縮された冷媒ガスを前記容器外に排出する吐出管と、
前記容器内における前記圧縮機構と前記油溜りとの間に設けられ、略鉛直下方にのみ開放された空間を有する室とを備え、
前記吐出管の前記容器側の開口部が前記空間内に位置するように配置されていることを特徴とする圧縮機、
（２）室は空間を水平方向から囲繞する側壁を有し、
吐出管が前記側壁を貫通するように取り付けられている前記（１）に記載の圧縮機、
（３）圧縮機構を容器の内壁に固定するフレームを備え、
通路は、前記容器の内壁と前記フレームの外周の少なくとも一部との間に設けられ、油が前記容器の内壁面上を流下する隙間通路を有している前記（１）または（２）に記載の圧縮機、および
（４）圧縮機構がスクロール式の圧縮機構である前記（１）から（３）のいずれか１項に記載の圧縮機
に関する。

なお、「略鉛直下方にのみ開放された空間を有する室」とは、圧縮機の使用時において略鉛直下方に向かってのみ開放された空間を内部に有し、かつ上記空間を画する内壁面と容器の内壁とが連続していない室を意味する。また、「油」とは、圧縮機構を潤滑するための潤滑油を意味する。

本発明は、吐出管を介した圧縮機外への油の排出を十分に低減可能な圧縮機を提供することができる。

本発明の圧縮機の一実施形態を示す概略縦断面図である。図１の圧縮機をＡ−Ａ線で切断した概略横断面図である。

本発明の圧縮機は、油で潤滑する圧縮機構部とこの圧縮機構部よりも下方に位置し上記油を貯留する油溜りと上記圧縮機構部から吐出された油を上記油溜りに導く通路とが同一の容器内に格納されている圧縮機であって、
上記容器内と相通するように設けられ、上記圧縮機構部により圧縮された冷媒ガスを上記容器外に吐出する吐出管と、
上記容器内における上記圧縮機構部と上記油溜りとの間に設けられ、略鉛直下方にのみ開放された空間を有する室とを備え、
上記吐出管の上記容器側の開口部が上記空間内に位置するように配置されていることを特徴とする。

当該圧縮機は、摩擦による摩耗や焼き付けを特に起こし易いスクロール圧縮機の固定および旋回スクロール等を効果的に保護するの観点から、その圧縮機構がスクロール式の圧縮機構であることが好ましい。

以下、スクロール式の圧縮機構を備えている圧縮機（スクロール圧縮機）を例にして本発明の圧縮機の一実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は、当該図面に記載の実施形態にのみ限定されるものではない。

図１は、本発明の圧縮機の一実施形態を示す概略縦断面図である。当該圧縮機１は、図１に示すように、概略的に、圧縮機構１０と、電動機２０と、吐出管３０と、フレーム４０と、室５０と、通路６０と、油溜り７０と、油分離器８０とにより構成されている。また、これらのうちの圧縮機構１０、電動機２０および油溜り７０は、この順で上方から下方に向かって同一の容器９０内に配置されている。このような配置により、当該圧縮機１の容器９０内部は、概ね、圧縮機構１０よりも上方の上部空間Ｓ１、圧縮機構１０と電動機２０との間の中部空間Ｓ２、および電動機２０と油溜り７０との間の下部空間Ｓ３に分割されている。

圧縮機構１０は、後述する電動機２０を用いた駆動軸２１の回転により駆動され、冷媒ガスを圧縮する。この圧縮機構１０は、固定台板１１１に渦巻き状の固定ラップ１１２が立設された固定スクロール１１０と、旋回台板１２１に渦巻き状の旋回ラップ１２２が立設された旋回スクロール１２０とを有し、これらの固定ラップ１１２および旋回ラップ１２２が互いに噛み合うように配置されている。なお、圧縮機構１０は、駆動に伴う摩耗や焼き付けを防止するため、油で潤滑されている。

固定スクロール１１０には、冷媒ガスを吸入する吸入口１１３と、この圧縮機構１０により圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出口１１４が設けられている。旋回スクロール１２０には、旋回台板１２１の旋回ラップ１２２とは反対側（背面側）にボス１２３が突設しており、このボス１２３には後述するクランクピン２２を受け入れる旋回軸受２１ａが設けられている。なお、旋回スクロール１２０の背面側には、オルダム継手１４０が配設されている。このオルダム継手１４０は、旋回スクロール１２０を固定スクロール１１０に対して自転することなく旋回運動させる。

電動機２０は、圧縮機構１０における旋回スクロール１２０を駆動するものであり、概略的に、圧縮機構１０に接続され当該圧縮機構１０に動力を伝達する駆動軸２１と、駆動軸２１に締結されたロータ２５と、容器９０に固定されたステータ２６とにより構成されている。

上述の駆動軸２１は、具体的には、その先端にクランクピン２２が設けられている。このクランクピン２２は、旋回スクロール１２０が摺動自在となるように旋回スクロール１２０におけるボス１２３の旋回軸受２１ａに軸支されている。また、駆動軸２１は、その内部に主軸受２１ｂ、下部軸受２１ｃおよび旋回軸受２１ａへ油を導くための給油通路２３が設けられていると共に、クランクピン２２と反対側の軸端に油溜り７０内の油を給油通路２３内に吸い上げるための給油チューブ２４が取り付けられている。

吐出管３０は、容器９０内と相通するように設けられ、圧縮機構１０により圧縮された冷媒ガスを容器９０外に排出する。この吐出管３０の容器９０側の開口部３０ａは、後述の空間５２内に位置するように配置されている。また、吐出管３０は、容器９０内が気密となるように、当該容器９０の胴部９０ｂに溶接固定されている。なお、吐出管３０から排出された冷媒ガスは、配管を介して当該圧縮機１よりも下流に位置する凝縮器（不図示）へ流入する。

フレーム４０は、圧縮機構１０を容器９０の内壁９０ａに固定する。具体的には、このフレーム４０は、上述した圧縮機構１０における固定スクロール１１０がボルト４１を用いて締結されていると共に、その外周における周方向の数カ所（溶接部４０ａ）で容器９０の内壁９０ａと溶接固定されている。また、フレーム４０の上部には旋回スクロール１２０およびオルダム継手１４０が収納されていると共に上述した給油チューブ２４により油を吸い上げるための負圧室４２が設けられ、フレーム４０の中央部および下部にはそれぞれ駆動軸２１を軸支する主軸受２１ｂおよび下部軸受２１ｃが設けられている。

また、フレーム４０には室５０が一体的に設けられている。この室５０は、容器９０内における圧縮機構１０と油溜り７０との間に設けられ、略鉛直下方にのみ開放された空間５２を有する。具体的には、室５０は、空間５２を水平方向から囲繞する側壁５１を有し、上述の吐出管３０が側壁５１を貫通するように取り付けられている。これにより、容器９０内を複雑化および／または大型化することなく簡易な構成で吐出管３０を取り付けることができる。なお、側壁５１には、油が侵入しないように吐出管３０の外周と当該側壁５１とを密接させる金属製のＯリング（不図示）が埋設されている。

通路６０は、圧縮機構１０から吐出された油を油溜り７０に導く。本実施形態では、通路６０は、図１および図２に示すように、フレーム４０および固定スクロール１１０の外周部の鉛直方向に１個の切り欠き４０ｂが設けられ、この切り欠き４０ｂと容器９０の内壁９０ａとにより形成されている切欠通路６１（図１参照）と、容器９０の内壁９０ａとフレーム４０の外周の少なくとも一部との間に設けられ、油が容器９０の内壁９０ａ面上を流下する隙間通路６２（図２参照）と、後述するステータ外周通路６３（図１参照）とを有している。このように当該圧縮機１が隙間通路６２を有していることで、油をより確実に油溜り７０に導くことができ、油溜り７０に導かれる予定の油が冷媒ガスの流れに巻き込まれて吐出管３０から排出されるのをより防止することができる。

油溜り７０は、圧縮機構１０よりも下方に位置し油を貯留する。本実施形態では、油溜り７０は、容器９０内を流下する油を確実に受け入れることができるように、容器９０内の最も下部に位置している。この油溜り７０内に貯留された油は、上述した給油チューブ２４を用いて給油通路２３内に吸い上げられる。

油分離器８０は、冷媒ガスと油とのミスト状の混合物（以下、単に「ミスト状混合物」ともいう）から冷媒ガスと油とを分離する手段である。本実施形態では、特開２００１−１４０７７９号公報の段落番号［００２１］等に記載のガス案内通路枠として例示された油分離器と同様の油分離器８０が採用されている。この油分離器８０は、上記公報に記載のガス案内通路枠（不図示）を備え、流入したミスト状混合物を衝突板（不図示）に衝突させることで、当該ミスト状混合物から油を除去する。当該圧縮機１が油分離器８０を備えていることで、ミスト状混合物から冷媒ガスと油とが概ね分離される。

次に、上述した構成の圧縮機１の動作について説明する。まず、圧縮機構１０における冷媒ガスの圧縮は、以下のように行われる。すなわち、電動機２０を用いた駆動軸２１の回転により旋回スクロール１２０を旋回運動させると、冷媒ガスが吸入口１１３から吸入され、旋回スクロール１２０と固定スクロール１１０とにより形成された圧縮室１３０内に導入される。この冷媒ガスが導入された圧縮室１３０は固定スクロール１１０の中心方向（固定台板１１１の中央部に位置する吐出口１１４の方向）に移動しながら容積を減少させ、これにより冷媒ガスが徐々に圧縮される。次いで、この圧縮された冷媒ガスは、固定スクロール１１０に設けられた吐出口１１４から容器９０内の上部空間Ｓ１へ吐出される。なお、吐出される冷媒ガスは、ミスト状混合物として上部空間Ｓ１に吐出される。

次に、上部空間Ｓ１へ吐出されたミスト状混合物は、当該上部空間Ｓ１に面した容器９０の内壁９０ａとの衝突により冷媒ガスと油とに分離される。次いで、これらのうちの分離された油の大部分は、吐出された冷媒ガスと共に切欠通路６１を通過しつつ再混合され、ミスト状混合物となって油分離器８０に流入する。一方、切欠通路６１を通過しない残りの油は、フレーム４０と容器９０の内壁９０ａとの間に形成された隙間通路６２を通過しながら流下する。

ここで、油分離器８０に流入したミスト状混合物は、衝突板との衝突により冷媒ガスと油とに概ね分離される。この分離された冷媒ガスのうちの一部、並びに油分離器８０で分離された油および上記隙間通路６２を通過した油は、容器９０内の下方（電動機２０側）に流れ、ステータ２６の外周と容器９０の内壁９０ａとの間に形成されたステータ外周通路６３を通過して下部空間Ｓ３に達する。この下部空間Ｓ３に達した油は油溜り７０内に流下する。一方、上記分離された冷媒ガスのうちの一部はステータ外周通路６３の通過時に電動機２０を冷却した後、相対する他のステータ外周通路６３を介して下部空間Ｓ３から中部空間Ｓ２に再び導かれ、油分離器８０で分離された冷媒ガスのうちの他部と中部空間Ｓ２にて合流する。次いで、この合流した冷媒ガスは吐出管３０の開口部３０ａへ向かい、その後吐出管３０から排出される。

ところで、油分離器８０を通過した冷媒ガスは、分離できなかった僅かな油と共存している。この共存した冷媒ガスおよび油の一部は、吐出管３０の開口部３０ａへ向かう際に遠心作用（慣性）により油と冷媒ガスとに分離され、この分離された油が容器９０の内壁９０ａに付着する。この付着した油は、上述の隙間通路６２を通過した油と共に容器９０の内壁９０ａ上で液膜を形成し、形成された液膜が容器９０の内壁９０ａ上を自重で流下してステータ外周通路６３を通過した後、油溜り７０に導かれる。

ここで、当該圧縮機１は上述した略鉛直下方にのみ開放された空間５２を有する室５０を備え、吐出管３０の容器９０側の開口部３０ａが空間５２内に位置するように配置されている。そのため、圧縮機１の容器９０の内壁９０ａ上を流下して油溜り７０に導かれる予定の液膜状の油が、吐出管３０の開口部３０ａ周囲（室５０内の空間５２に面した吐出管３０の外周の部位）に形成されることはなく、上記液膜状の油が吐出管３０から排出される冷媒ガスの流れに巻き込まれて上記冷媒ガスと共に吐出管３０から排出されるのを防止することができ、その結果、吐出管を介した圧縮機外への油の排出を十分に低減することができる。

以上のことから、当該圧縮機１は、圧縮機外への油の排出に起因した圧縮機等の故障や凝縮器等での熱交換効率の低下を防止可能な信頼性に優れる冷凍サイクル（例えば、冷凍機、空気調和機等）の実現に寄与する。

なお、本発明は、上述した実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

例えば、上述した実施形態では、圧縮機１としてスクロール圧縮機を例示して説明したが、本発明の効果を損なわない限り特に限定されず、例えば、ロータリー圧縮機、スクリュー圧縮機、レシプロ圧縮機、ターボ圧縮機等の他の圧縮機にも適用することができる。

また、上述した実施形態では、室５０がフレーム４０に一体的に設けられている圧縮機１について説明したが、本発明の効果を損なわない限り特に限定されず、室がフレームとは別体として設けられている圧縮機であってもよい。

また、上述した実施形態では、吐出管３０が側壁５１を貫通するように取り付けられている圧縮機１について説明したが、吐出管が室の上方の壁を貫通するように取り付けられている圧縮機や、吐出管が室の壁を貫通することなく空間の下方から吐出管の開口部が空間内に挿入するように取り付けられている圧縮機も本発明の意図する範囲内である。

また、上述した実施形態では、通路６０として切欠通路６１およびステータ外周通路６３が特定形状かつ特定数の圧縮機１について説明したが、これに限定されるものではなく、通路の形状や数は適宜決定することができる。

１圧縮機
１０圧縮機構
３０吐出管
３０ａ開口部
４０フレーム
５０室
５１側壁
５２空間
６０通路
６２隙間通路
７０油溜り
９０容器
９０ａ内壁

Claims

油で潤滑する圧縮機構とこの圧縮機構よりも下方に位置し前記油を貯留する油溜りと前記圧縮機構から吐出された油を前記油溜りに導く通路とが同一の容器内に配置されている圧縮機であって、
前記容器内と相通するように設けられ、前記圧縮機構により圧縮された冷媒ガスを前記容器外に排出する吐出管と、
前記容器内における前記圧縮機構と前記油溜りとの間に設けられ、略鉛直下方にのみ開放された空間を有する室とを備え、
前記吐出管の前記容器側の開口部が前記空間内に位置するように配置されていることを特徴とする圧縮機。
室は空間を水平方向から囲繞する側壁を有し、
吐出管が前記側壁を貫通するように取り付けられている請求項１に記載の圧縮機。
圧縮機構を容器の内壁に固定するフレームを備え、
通路は、前記容器の内壁と前記フレームの外周の少なくとも一部との間に設けられ、油が前記容器の内壁面上を流下する隙間通路を有している請求項１または請求項２に記載の圧縮機。
圧縮機構がスクロール式の圧縮機構である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧縮機。