(57)【要約】【課題】吐出パイプ口に達するオイルが極めて微量となるが、圧縮機の運転される圧力条件および駆動部の回転数の組み合わせは無数に存在しており、低格点など特定の一点のみに限らず、オイルレート低減が必要である。本発明の目的は、オイルレートを低減することにある。【解決手段】上記目的は、冷媒を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部を駆動する駆動部とを、各々密閉容器内に固定し、前記密閉容器内に高圧空間を有する容積型圧縮機において、前記圧縮部が固定されている前記密閉容器の部分であって、前記密閉容器の内壁に複数の油溝を設けることによって達成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部を駆動する駆動部とを、各々密閉容器内に固定し、前記密閉容器内に高圧空間を有する容積型圧縮機において、
前記圧縮部が固定されている前記密閉容器の部分であって、前記密閉容器の内壁に複数の油溝を設けた容積型圧縮機。
【請求項２】
前記駆動部が固定されている前記密閉容器の部分であって、前記密閉容器の内壁に複数の油溝を設けたことを特徴とする請求項１に記載の容積型圧縮機。
【請求項３】
前記複数の油溝は前記容積型圧縮機の長さ方向と平行とすることを特徴とする請求項１に記載の容積型圧縮機。
【請求項４】
前記複数の油溝は螺旋状としたことを特徴とする請求項１に記載の容積型圧縮機。
【請求項５】
前記複数の油溝はネジ溝状としたことを特徴とする請求項１に記載の容積型圧縮機。
【請求項６】
前記複数のネジ溝は、複数条としたことを特徴とする請求項５に記載の容積型圧縮機。
【請求項７】
請求項１において、
冷媒として二酸化炭素を用いたことを特徴とする容積型圧縮機。
【請求項８】
請求項１において、
顕熱がＲ４１０Ａよりも小さい冷媒を用いたことを特徴とする容積型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容積型圧縮機に関し、特に圧縮ガスに混入するオイルミストの低減構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
容積型圧縮機は、通常、複数の部材で形成した閉空間にガスを吸込み、それら部材の相対運動でその閉空間の容積を縮小して圧縮動作を行う。このため、閉空間は、それを形成する部材間に相対運動を可能にするための微小隙間が必須となり、厳密には密閉された空間とは言えない。この微小隙間により圧縮途中に冷媒が漏れるため、その箇所のシール性を向上させる対策が必須となる。極めて有効でかつ実現容易な手段に、吸込み時または圧縮途中の冷媒ガスへのオイルの注入がある。漏れ流れ内のオイルが漏れ隙間を油膜でシールするため、漏れ量を大幅に低減できる。ところがこの手段には吐出する圧縮ガスに多量のオイルが混入し、密閉容器から冷凍サイクルへ流出し冷凍空調性能が低下するという問題がある。
【０００３】
従来の容積型圧縮機として、オイルミストの混入した圧縮ガスを押除け容積の１０倍以上の容積を有する圧縮部上部空間に吐出させ、圧縮ガスの流速を低下させ、比重の大きいオイルを圧縮ガスからある程度分離した後、圧縮ガスを圧縮部下部空間に導き、そこに設けた遮蔽体によってシャフトや駆動部の運動部を囲い、圧縮ガス中に含まれている多量のオイルが運動部によって攪拌されないようにし、オイルミストを混合する圧縮ガスの総質量に対するオイルの質量割合であるオイルレートの低減を図っていた。（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−６４１１６号公報（実施例）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、圧縮部上部空間で圧縮ガスから分離されたオイルが重力により圧縮部の表面を伝って下部のシャフトや駆動部の運動部に滴下し、再ミスト化する。しかし、そのミストのうちで吐出パイプに向かって飛散するものは遮蔽体に付着し、吐出パイプに到達しない。そして、付着したオイルは再液化し再飛散の可能性が低下する。この液化オイルは、重力により遮蔽体のシャフト側の面を伝ってその下部に達する。遮蔽体の下部は圧縮部下部空間を形成する駆動部のうちの静止部の上部と繋がるか極めて近くまで延長しているため、液化オイルは再ミスト化することなく圧縮部下部空間の下面を区画する駆動部静止部上部に達する。この近傍に返油口が開口しているため、液化オイルが駆動部運動部側に流れる前に貯油室に戻る。
【０００６】
この結果、吐出パイプ口に達するオイルが極めて微量となるが、圧縮機の運転される圧力条件および駆動部の回転数の組み合わせは無数に存在しており、定格点など特定の一点のみに限らず、オイルレート低減が必要である。
【０００７】
本発明の目的は、オイルレートを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、
冷媒を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部を駆動する駆動部とを、各々密閉容器内に固定し、前記密閉容器内に高圧空間を有する容積型圧縮機において、
前記圧縮部が固定されている前記密閉容器の部分であって、前記密閉容器の内壁に複数の油溝を設けた容積型圧縮機。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、オイルレートを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態のスクロール圧縮機の縦断面図。
【図２】図１のケース２０３ｃの単体状態。
【図３】図１のＳ部拡大図。
【図４】本発明の第２実施形態のケース２０３ｃの単体状態。
【図５】本発明の第２実施形態のケース２０３ｃの単体状態。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本発明をスクロール圧縮機に適用した場合の第一の実施例について、図１と図２を用いて詳細に説明する。
【００１２】
まず、構成を説明する。旋回スクロール部材２を噛み合わせた固定スクロール部材１を、シャフト９が下部に突出したフレーム１５にネジ固定して圧縮部２００を形成する。冷媒を圧縮する圧縮部２００は密閉容器内に固定されている。このとき、フレーム１５と旋回スクロール部材２の間にオルダムリング５を組み込む。圧縮部２００から突出したシャフト９の下方には、駆動部であるモータ１７の回転運動部であるロータ１７ａが固定され、それと外周面で対向する位置にモータ１７の静止部であるステータ１７ｂが配されている。圧縮部２００を駆動する駆動部とを、各々密閉容器内に固定されている。これら圧縮部２００とシャフト９で連繋された駆動部であるモータ１７を密閉容器２０３で包含する。つまり、冷媒を圧縮する圧縮部２００と、圧縮部２００を駆動する駆動部とは、各々密閉容器内に収納，固定されている。
【００１３】
この時に、圧縮部２００の上部に、押除け容積の３０倍程度の容積をもつ圧縮部上部空間２０４と、圧縮部２００とモータ１７の間に圧縮部下部空間２０５を設ける。ここで、圧縮部から圧縮ガスが吐出する吐出口１ａは固定スクロール部材の上面中央寄りにあるため、この圧縮部上部空間２０４には吐出口１ａが臨んでいる。また、最下部には油を溜める貯油室２１０を設ける。この容積型圧縮機は、高圧チャンバ方式である。
【００１４】
ここで圧縮部２００の外周側に複数の流通路２０１を設け、圧縮部上部空間２０４と圧縮部下部空間２０５を連繋する。この油溝５００は、板を丸めて密閉容器２０３の一部であるケース２０３ｃとする前に加工しておくものである。ケース２０３ｃの上辺および下辺に直角な溝を形成する。つまり、油溝５００は容積型圧縮機の長さ方向と平行に形成する。
【００１５】
この油溝５００は、ケース２０３ｃとして筒状にした後に加工しても良い。ケース２０３ｃの製作時は第１次加工として板材を丸めて筒状の形状とし、その後第２次加工としてケース２０３ｃの真円度と円筒度の精度を上げる加工を施す。この加工の際に、プレス機などでケース内壁を加圧するため、油溝５００の形状によっては加圧加工により溝が押し潰されてしまい、油溝５００の形状がバラつく場合がある。筒状にした後であれば油溝５００の形状を安定することが可能であり、油が流下しやすい。筒状後の加工は、切削にて行ってもよいし、プレス機などでケース内壁を加圧して溝を成形してもよい。
【００１６】
ケース２０３ｃの上辺および下辺に平行な油溝５００では、分離できる油の量が多いかも知れないが、その油溝５００に油が保持されてしまい好ましくない。空気調和機（例えば、いわゆるエアコン）やヒートポンプ給湯機など運転が停止されることがあるような機器においては、油が固まって油溝５００を詰まらせ、結局は油溝５００の無いものと同様となりかねない。
【００１７】
また、ステータ１７ｂには巻線１７ｃを通す軸方向の巻線穴１７ｄが多数開口しているが、巻線を施した後でも軸方向に貫通する空間が残っており、これが冷凍機油を貯油室２１０へ戻す返油路２０６としての役割を担う。さらに、ステータ側面に返油のための溝である返油溝２０７も設けてある。
【００１８】
圧縮部にガスを送り込む吸込みパイプ１８は、密閉容器２０３を貫通して圧縮部２００の吸込み空間まで挿入している。吐出パイプ１９は、内側Ｄパイプ口１９ａを介して圧縮部下部空間２０５に挿入されている。
【００１９】
フレーム１５には筒状遮蔽体２０８を圧縮部２００の下面にビス固定する。この筒状遮蔽体２０８は金属製の遮蔽体ベース２０８ａと圧縮機内での使用環境下で信頼性が確認されたプラスチック製の遮蔽リング２０８ｂをビス留めして形成されており、ステータの巻線に接触しても問題無いように絶縁性を確保している。この筒状遮蔽体２０８の下端は圧縮部下部空間２０５の下側を区切る巻線１７ｃの上部に接するか極めて近づけて配置される。これにより、下部流通口２０１ａと内側Ｄパイプ口１９ａはともに筒状遮蔽体２０８の外側に配される。この筒状遮蔽体２０８は、吐出パイプ１９に接続する内側Ｄパイプ口１９ａとロータ１７ａ及びシャフト９を軸受けするフレーム１５の軸受部とを略遮蔽する。
【００２０】
密閉容器２０３はフタチャンバ２０３ａ，ソコチャンバ２０３ｂ，ケース２０３ｃで構成している。本発明の一実施形態に所要の構成要素であるケース２０３ｃには複数の油溝５００を設けてある。この油溝５００は、圧縮部２００の外周側に設けてある複数の流通路２０１とステータ側面に設けてある返油溝２０７にかかる位置に設けてある。
【００２１】
次に、動作を説明する。固定スクロール部材１に組み込まれた背圧制御弁１００により旋回スクロール部材２の背面空間である背圧室１６の圧力は中間的な圧力に制御される。吐出口１ａが密閉容器内に臨んでいるため、密閉容器内は吐出圧となる。これらの圧力差により、下部の貯油室２１０からオイルがシャフトの縦穴９ａを通って上昇し、軸受部を潤滑した後、背圧室１６に入る。
【００２２】
そこでオルダムリング５を潤滑した後、背圧制御弁１００を通って、両スクロール部材間で形成される吸込み室と圧縮室にオイルが注入される。吸込み室と圧縮室との隙間での漏れを低減し、圧縮機の効率を向上させる。そして、このオイルは、ミスト状になって吐出口１ａより圧縮ガスとともに容積の大きな圧縮部上部空間２０４に吐き出される。
【００２３】
そこで、ガスの流速が急激に低下するため、ガスの有するオイルミストの搬送能力が急激に低下し、比重の大きなオイルは重力により圧縮部上面に付着し、これが集まって液化する。
【００２４】
この液化したオイルは粘性があるために、圧縮部２００の表面を伝って下部まで流れる。そして、液化オイルが筒状遮蔽体２０８に達するとその大部分は筒状遮蔽体２０８の外周面を流下し、接している巻き線１７ｃを伝って、ステータ１７ｂの上面に達し、返油路２０６や返油溝２０７を介して貯油室２１０へ戻る。
【００２５】
図３に図１のＳ部拡大図を示す。圧縮部２００の表面を伝って、流通路２０１へ圧縮ガスと液化したオイルが通過することとなっている。圧縮部２００は密閉容器に固定されているため、圧縮部２００と密閉容器との間は基本的に流通路２０１のみであり、冷媒ガスの流路断面積が狭い。これは返油溝２０７の部分も同様である。流通路２０１は複数設けているが、流路断面積が狭い部分を再び圧縮ガスと液化したオイルが通過するために流速が増加し、流通路２０１を通り、下部流通口２０１ａを抜け出す際に、圧縮部上部空間２０４で液化したオイルが再び再ミスト化する方向になる。
【００２６】
しかし、本実施形態では、ケース２０３ｃに複数の油溝５００を設けているために流通路２０１を通過する際に、油溝５００には表面張力作用によってオイルが溜まり、ケース２０３ｃの表面積が大きい分だけ、壁面を通過するオイルの量が従来構造よりも増加し、圧縮部下部空間２０５にミストとなって空間中に流出するオイルが減少する。つまり、圧縮部２００が固定されている密閉容器の内壁に複数の油溝５００を設けることで、このようなメリットを享受することができる。上記に記載したとおりであるが、これは返油溝２０７の部分も同様である。
【００２７】
更に、密閉容器内で発生している旋回流に対しても、遠心作用によってケース２０３ｃの壁面に付着したオイルは油溝５００に溜まることで、ミスト状のオイルが液化し、油溝５００を介して貯油室２１０へ戻ることから、吐出パイプ１９から冷凍サイクルへ流出するオイルの量を低減し、オイルレートの極めて低い圧縮機を提供できる。
【００２８】
本実施例では油溝５００をケース２０３ｃの全長と同一の長さとしているが、効果の大きい流通路２０１を通過する部分のみの油溝５００、つまり、圧縮部上部空間２０４と圧縮部下部空間２０５を連通している部分のみの溝であってもほぼ同様の効果が得られる。斯様に加工した際のメリットとしては、ケース２０３ｃとフタチャンバ２０３ａ，ソコチャンバ２０３ｂとを接続する際の密着性が高いことが挙げられる。おおむね面と面とで密着するからである。
【００２９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図４を用いて説明する。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
【００３０】
この第２実施形態では、ケース２０３ｃの溝を圧縮機の駆動部であるモータの回転方向に対し上方に傾斜する螺旋状の油溝５００を設けている。換言すれば、内壁面の溝を雌ネジに見立てた場合に、モータの回転軸ベクトルと雌ネジの左ネジベクトルとが互いに同方向の螺旋状とすることで油溝５００壁面の表面積が増加することから遠心作用によってケース２０３ｃの壁面に付着するオイルが第１の実施例よりも液化しやすく、油溝５００を介して貯油室２１０へ戻ることから、吐出パイプ１９から冷凍サイクルへ流出するオイルの量を低減し、オイルレートの極めて低い圧縮機を提供できる。この場合の複数の溝は、一条のネジ溝でも良いし、複数条のネジ溝でも良い。複数条のネジ溝の方が加工が速いメリットの他に、一のネジ溝の一箇所が万が一詰まってしまって、長年の蓄積により上から下まで詰まってしまったとしても、他のネジ溝が引き続き油を分離するという効果がある。
【００３１】
実施例１で、ケース２０３ｃの上辺および下辺に平行な油溝５００について言及したが、平行な溝のメリットを享受するものである。この油溝５００は、板を丸めて密閉容器２０３の一部であるケース２０３ｃとする前に加工しておいても良いし、ケース２０３ｃとして筒状にした後に加工しても良い。筒状にした後であれば、ネジを切る要領で油溝５００を形成することができる。また、接合部でネジの山や谷が堰き止められることが無いので、油が流下しやすい。
【００３２】
なお、本実施例はモータの回転方向に対し上方に傾斜する螺旋状であるが、図５に示すように下方に傾斜する螺旋状、つまり、モータの回転軸ベクトルと雌ネジの右ネジベクトルとが互いに同方向であっても同様の効果が得られる。
【００３３】
以上のように各実施例の圧縮機は、具体的には、ヒートポンプ給湯機に用いられるスクロール圧縮機に適用することができる。ヒートポンプ給湯機は所望の温度および量のお湯を生成するのに運転時間を長くかけることができるが、効率が高いに越したことはない。この圧縮機では、圧力が高いため油に溶け込む冷媒（例えば、二酸化炭素ＣＯ2などの自然系冷媒）の量が多く、油の分離が効率向上の観点で重要となる。
【００３４】
また、ＣＯ2を冷媒として用いた場合には、冷凍サイクルが超臨界サイクルとなるため、顕熱でお湯を生成することとなる。この場合、油が分離されずオイルレートが高いと顕熱の一部が油に取られてしまうため、その分だけ冷媒の温度が下がり、お湯の生成に対してデメリットとなる。従って、油はできるだけ分離した方が、ヒートポンプ給湯機に用いられるスクロール圧縮機にとって有利である。
【００３５】
また、本実施例の圧縮機は、空気調和機に用いられるスクロール圧縮機に適用することができる。この空気調和機では、その瞬間瞬間に生成する空気の温度および風量が直接製品の能力に関係しており、最大の能力を発揮するためには油の分離、つまりオイルレートの低減が非常に重要である。更に、空気調和機は家庭内で最も消費電力が大きなものであるため、瞬間の能力が高いことに加え、効率が高いことも重要である。ヒートポンプ給湯機用のスクロール圧縮機ほど冷媒は高圧にはならないものの、油の分離は重要である。
【００３６】
顕熱がＲ４１０Ａよりも小さい冷媒（例えば、Ｒ１３４Ａや、その代替冷媒であるＨＦＯ１２３４ｙｆ）になると、循環量を増やさなければならないため、油の分離が益々重要となる。オイルレートが高いと、つまり圧縮機外に持ち出される油が多いと、吸込側の圧力損失が増え吸込圧Ｐｓが低下する。つまり、蒸発圧に対して吸込圧Ｐｓが低下すると、圧縮機が余計な仕事をしなければならず、特に冷房時に効率が低下する。また、圧縮機から持ち出される油の量が多いと、サイクル中の全ての配管で圧力損失が増える。油の顕熱が室内に持ち込まれて効率が低下することに関しては、ヒートポンプ給湯機の場合と同様である。
【００３７】
なお、本発明は、容積型圧縮機の代表格であるスクロール圧縮機だけではなく、他の圧縮構造の圧縮機（例えば、ロータリ圧縮機）でも密閉容器内が高圧空間を有する圧縮機であれば同様の効果が得られ、年間を通して性能が要求される複数の圧力条件で冷凍サイクル性能を向上でき、密閉容器内に存在するオイルの量を低下させず、信頼性も保つことができる。また、近年、ルームエアコンで性能表記されている通年エネルギー消費効率（ＡＰＦ）や、ヒートポンプ式給湯機で性能表記されている年間給湯効率（年間ＣＯＰ）では年間を通しての効率表記となっているが、これらも高くすることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  固定スクロール部材
２  旋回スクロール部材
１５  フレーム
１７  モータ
１９  吐出パイプ
１００  背圧制御弁
２００  圧縮部
２０１  流通路
２０３  密閉容器
２０４  圧縮部上部空間
２０５  圧縮部下部空間
２０６  返油路
２０７  返油溝
２０８  筒状遮蔽体
２１０  貯油室
５００  油溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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