(57)【要約】【課題】高圧密閉型圧縮機において、高速運転や循環量の多い運転において、ガスからオイルを十分に分離出来ず、冷凍サイクル内へのオイルの持ち出し量が増加する場合があった。【解決手段】密閉容器１内に、ガスの流れの方向を変え、密閉容器１の内壁に沿わせて円周方向の流れを発生させるガイド８４を設けることで、ガス２７とオイルの遠心分離作用を効果的に行い、冷凍サイクルへの持ち出し量を低減させ、サイクル性能の高効率を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動するための電動機を設け、前記圧縮機構部から吐出されたガスが、前記密閉容器内のガス通路を経て、前記密閉容器に設置された吐出管から前記密閉容器外に吐出される高圧密閉型圧縮機において、ガスの流れの方向を変え、前記密閉容器の内壁に沿わせて円周方向の流れを発生させるガイドを設けてなる高圧密閉型圧縮機。
【請求項２】
前記圧縮機構部が鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールから成り、かつ前記密閉容器内の上部に配置され、前記密閉容器の下部には前記電動機が配置され、前記圧縮機構部から吐出されたガスが前記密閉容器内の下部に導かれ、前記電動機を経由した後、前記圧縮機構部を通過して前記吐出管から密閉容器外に吐出されてなる請求項１に記載の高圧密閉型圧縮機。
【請求項３】
前記ガイドを前記圧縮機構部の上部に設置してなる請求項１または２に記載の高圧密閉型圧縮機。
【請求項４】
前記吐出管の一開口端を前記密閉容器の軸断面方向の中心部近傍に設けてなる請求項１から３のうちいずれか一項に記載の高圧密閉型圧縮機。
【請求項５】
前記ガイドの出口の断面積を、前記ガス通路の最小断面積より小さくしてなる請求項１から４のうちいずれか一項に記載の高圧密閉型圧縮機。
【請求項６】
前記ガイドに前記ガス通路と連通しつつ、前記ガイド出口とは別の通路を設けてなる請求項１から５のうちいずれか一項に記載の高圧密閉型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷暖房空調装置や冷蔵庫等の冷却装置、あるいはヒートポンプ式の給湯装置等に用いられる高圧密閉型圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍空調機や冷凍機に用いられる高圧密閉型圧縮機（ここでは一例としてスクロール圧縮機を用いて説明を行う）は、一般に、鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールを自転拘束機構による自転の拘束のもとに円軌道に沿って旋回させたとき、圧縮室が容積を変えながら移動することで吸入、圧縮、吐出を行うものである。ガスを圧縮する過程において、圧縮室間の漏れを抑制し、効率良く圧縮を行うために、圧縮室へオイルを供給することで圧縮室間のシール性を高めている。その結果、ガスはオイルとともに圧縮室を移動し、オイルとともに圧縮機構部から吐出される。圧縮機から大量のオイルが冷凍サイクルに持ち出されると、熱交換器の効率を低下させ、サイクル性能の悪化を引き起こす。さらには圧縮機のオイルが欠乏し、圧縮室間のシール性が低下するだけでなく、最悪の場合、摺動部の潤滑不良を起こす恐れもある。この対策として、圧縮機構部から吐出されたガスを圧縮機の内部を巡回させた後、圧縮機から冷凍サイクルへ吐出させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機の圧縮機構部の断面図である。圧縮機構部２から吐出されたガス２７は、マフラ８９により進行方向を変えられ、電動機部３へと誘導される。回転子通路３６に誘導されたガス２７は、回転子３ｂに取り付けられた分離板６１に衝突し、随伴しているオイル６を分離板６１に付着させ、オイル６のミストを滴状にする。滴状になったオイル６は、分離板６１から遠心分離され、固定子３ａ下端部に付着し、貯油部２０に自重により落下していく。また、オイル６が分離されたガス２７は、固定子通路３７を上昇し、圧縮機構部２を通過し、吐出管３９から冷凍サイクルへと吐出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２２６２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記従来の構成では、高速運転や循環量の多い運転において、ガスからオイルを十分に分離出来ない。遠心分離によりオイル６を固定子３ａ下端部に付着させても、その後オイル６が自重で貯油部２０まで落下する間に連続的に通過するガス２７に再度混合し、オイル６を含んだガス２７が冷凍サイクルへと吐出される。結果として、冷凍サイクルの効率低下や、最悪の場合には圧縮機の信頼性低下を引き起こすという課題を有していた。
【０００６】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、密閉容器１内で円周方向の流れを発生させ、密閉容器の空間を利用して遠心分離を行うことで、オイル６の分離を促進する。具体的には、オイル６に働く遠心力により、オイル６を密閉容器１の内壁に付着させるので、ガス２７に再度混合することはなく、冷凍サイクルへと持ち出されるオイル量を低減することができる。すなわちサイクル性能の高効率を図りつつ、密閉容器内に十分なオイルを確保できるので高信頼性を実現する高圧密閉型圧縮機を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
密閉容器内に圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動するための電動機を設け、圧縮機構部から吐出されたガスが、密閉容器内のガス通路を経て、密閉容器に設置された吐出管から密閉容器外に吐出される高圧密閉型圧縮機において、ガスの流れの方向を変え、密閉容器内壁に沿わせて円周方向の流れを発生させるガイドを設けたものである。
【０００８】
かかる構成によれば、密閉容器内でガスを旋回させることで、ガスに含まれているオイルに遠心力が働き、その結果オイルは密閉容器の内壁に付着する。オイルが内壁に付着するため、連続的にガスが通過しても再度混合することはなく、冷凍サイクルへと持ち出されるオイル量を低減することができる。すなわちサイクル性能の高効率を図りつつ、密閉容器内に十分なオイルを確保できるので高信頼性を実現する高圧密閉型圧縮機を提供することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の高圧密閉型圧縮機は、ガスの流れの方向を変え、密閉容器内壁に沿わせて円周方向の流れを発生させるガイドを設けることで、ガスとオイルの分離を促進させる。その結果、特に高速運転や循環量の多い運転において、冷凍サイクルへと持ち出されるオイル量を低減することができ、サイクル性能の高効率を図ることができる。さらに密閉容器内に十分なオイルを確保できるので、高信頼性を実現する高圧密閉型圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における高圧密閉型圧縮機の横断面図
【図２】本発明の実施の形態１における高圧密閉型圧縮機の縦断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるガイドの斜視図
【図４】本発明の実施の形態２における高圧密閉型圧縮機の上面図
【図５】本発明の実施の形態３におけるガイドの斜視図
【図６】本発明の実施の形態４におけるガイドの斜視図
【図７】従来の高圧密閉型圧縮機の縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
請求項１に記載の本発明では、密閉容器内に圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動するための電動機を設け、圧縮機構部から吐出されたガスが、密閉容器内のガス通路を経て、密閉容器に設置された吐出管から密閉容器外に吐出される高圧密閉型圧縮機において、ガスの流れの方向を変え、密閉容器内壁に沿わせて円周方向の流れを発生させるガイドを設けたものである。この構成によれば、密閉容器内でガスを旋回させることで、ガスに含まれているオイルに遠心力が働き、その結果オイルは密閉容器の内壁に付着する。オイルが内壁に付着するため、連続的にガスが通過しても再度混合することはなく、冷凍サイクルへと持ち出されるオイル量を低減することができる。すなわちサイクル性能の高効率を図りつつ、密閉容器内に十分なオイルを確保できるので高信頼性を実現する高圧密閉型圧縮機を提供することができる。
【００１２】
請求項２に記載の本発明では、特に請求項１に記載の圧縮機構部が鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールから成り、かつ密閉容器内の上部に配置され、密閉容器の下部には電動機が配置され、圧縮機構部から吐出されたガスが密閉容器内の下部に導かれ、電動機を経由した後、圧縮機構部を通過して吐出管から密閉容器外に吐出されたものである。この構成によれば、圧縮機構部から吐出されたガスを密閉容器内で循環させ、吐出管から密閉容器外に吐出されるまでの間に、構成部品との衝突を多くしたり、複雑なガス経路を形成・誘導したりすることで、オイルの分離を促進することができ、さらに冷凍サイクルへの持ち出し量を低減することができる。
【００１３】
請求項３に記載の本発明では、特に請求項１または２に記載のガイドを圧縮機構部の上部に設置したものである。この構成によれば、密閉容器からの吐出直前にオイルをガスから遠心分離することになり、オイルは密閉容器の内壁に付着するため、一旦分離されたオイルが再度ガスと混合することはなく、効果的にオイルを分離することができる。
【００１４】
請求項４に記載の本発明では、特に請求項１から３のうちいずれか一項に記載の吐出管の一開口端を密閉容器の軸断面方向の中心部近傍に設けたものである。この構成によれば、密閉容器の内壁から最も離れた位置からガスを吐出させることになり、吐出ガスによって密閉容器の内壁に付着したオイルが持ち出されないようにすることができる。
【００１５】
請求項５に記載の本発明では、特に請求項１から４のうちいずれか一項に記載のガイドの出口の断面積を、ガス通路の最小断面積より小さくしたものである。この構成によれば、ガスがガイドを通過することで、円周方向に流れを変えられると同時に流速を上げられるため、遠心分離の効果をさらに高めることができる。
【００１６】
請求項６に記載の本発明では、特に請求項１から５のうちいずれか一項に記載のガイドにガス通路と連通しつつ、ガイド出口とは別の通路を設けたものである。この構成によれば、遠心分離されて滴状になったオイルをガス通路へ導き、密閉容器下部の貯油部に戻すことができるため、密閉容器内に十分なオイルを確保でき、高信頼性を実現する高圧密閉型圧縮機を提供することができる。
【００１７】
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。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る高圧密閉型圧縮機の横断面図、図２は本発明の第１の実施の形態に係る高圧密閉型圧縮機の縦断面図、図３は本発明の第１の実施の形態に係るガイドの斜視図である。以下、高圧密閉型圧縮機について、その動作、作用を説明する。なお、本実施の形態では高圧密閉型圧縮機の一例として、スクロール圧縮機の構造を用いて説明を行う。
【００１９】
図２に示すようにスクロール圧縮機は、密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどして固定したクランク軸４の主軸受部材１１と、この主軸受部材１１上にボルト止めした固定スクロール１２との間に、固定スクロール１２と噛み合う旋回スクロール１３を挟み込んでスクロール式の圧縮機構部２を構成し、旋回スクロール１３と主軸受部材１１との間に旋回スクロール１３の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転拘束機構１４を設けて、クランク軸４の上端にある偏心軸部４ａにて旋回スクロール１３を偏心駆動することにより旋回スクロール１３を円軌道運動させ、これにより固定スクロール１２と旋回スクロール１３との間に形成している圧縮室１５が外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、密閉容器１外に通じた吸入パイプ１６及び固定スクロール１２の外周部の吸入口１７からガス２７を吸入して圧縮していき、所定圧以上になったガス２７は固定スクロール１２の中央部の吐出口１８からリード弁１９を押し開いて密閉容器１内に吐出させることを繰り返す。
【００２０】
電動機３は主軸受部材１１と副軸受部材２１との間に位置し、密閉容器１に溶接や焼き嵌めなどして固定された固定子３ａと、クランク軸４に一体に結合された回転子３ｂとで構成されている。回転子３ｂの上下端面にはバランスウエイト２３、２４が設けられ、これにより回転子３ｂ及びクランク軸４が安定して回転し、旋回スクロール１３を安定して円軌道運動させることができる。
【００２１】
クランク軸４の一端にはポンプ２５が設けられ、ポンプ２５の吸い込み口が貯油部２０内に存在するように配置する。ポンプ２５はスクロール圧縮機と同時に駆動されるため、ポンプ２５は密閉容器１の底部に設けられた貯油部２０にあるオイル６を、圧力条件や運転速度に関係なく、確実に吸い上げることができ、オイル切れの心配も解消される。ポンプ２５で吸い上げたオイル６は、クランク軸４内を通縦しているオイル供給穴２６を通じて圧縮機構部２に供給される。なお、オイル６をポンプ２５で吸い上げる前もしくは吸い上げた後に、オイルフィルタ等でオイル６から異物を除去すると、圧縮機構部２への異物混入が防止でき、更なる信頼性向上を図ることができる。
【００２２】
圧縮機構部２に導かれたオイル６は、スクロール圧縮機の吐出圧力とほぼ同等であり、旋回スクロール１３に対する背圧源ともなる。これにより、旋回スクロール１３は固定スクロール１２から離れたり片当たりしたりするようなことはなく、所定の圧縮機能を安定して発揮する。さらにオイル６の一部は、供給圧や自重によって、逃げ場を求めるようにして偏心軸部４ａと旋回スクロール１３との嵌合部、クランク軸４と主軸受部材１１との間の軸受部６６に進入してそれぞれの部分を潤滑した後落下し、貯油部２０へ戻る。
【００２３】
密閉容器１内部のガス２７の流れについて、さらに詳細に説明する。ガス２７は、圧縮機構部２の吐出口１８から吐出された後、マフラ８９と固定スクロール１２で形成される容器内吐出室３１に送り込まれ、この容器内吐出室３１と圧縮機構部２の下部を連通させる圧縮機構連通路３２及び連絡路３４を経由して、回転子上部室３３に至る。その後、回転子３ｂに設けられた回転子通路３６、もしくは固定子３ａと回転子３ｂとの電動機ギャップ８０を通過して、回転子下部室３５に至る。さらに固定子３ａに形成された固定子通路３７、または固定子３ａと密閉容器１との間に設けられた固定子通路３７を通って、固定子３ａの下部から固定子上部室３８に抜けた後、密閉容器１に設けられた吐出管３９を通って密閉容器１外に吐出される。以上のように、密閉容器１内においてガス２７が通過するガス通路を総じて２７Ａとする。
【００２４】
従来のスクロール圧縮機では、回転子通路３６に誘導されたガス２７は、回転子３ｂに取り付けられた分離板６１に衝突して、随伴しているオイル６を効果的に滴状化させる。分離板６１と回転子３ｂの下端の間にはバランスウエイト２４が取り付けられているため、円周上の少なくとも一部が側方に開口している。滴状化したオイル６には遠心分離作用が働くため、前述の開口部分より外周側へと飛び出し、固定子３ａの下端部に付着した後、自重により落下し、貯油部２０に戻る。一方、オイルを分離したガス２７は、固定子通路３７を通って固定子上部室３８に至り、圧縮機構部２に設けられた圧縮機構上昇通路４３を経て、密閉容器１の吐出管３９から密閉容器１外に吐出される。
【００２５】
しかし高速運転や循環量の多い運転においては、ガス通路２７Ａでのガス２７の流速が上がるため、遠心分離によりオイル６を固定子３ａ下端部に付着させても、その後オイル６が自重で貯油部２０まで落下する間に連続的に通過するガス２７に再度混合し、オイル６がガス２７に巻き上げられてしまう。結果として、オイル６を含んだガス２７が冷凍サイクルへと吐出されてしまい、冷凍サイクルの効率低下や、最悪の場合には密閉容器１内のオイルが欠乏し、圧縮機の信頼性低下を引き起こす恐れもある。
【００２６】
そこで本実施の形態の高圧密閉型圧縮機では、圧縮機構上昇通路４３を覆うようにしてガス２７の流れの方向を変え、密閉容器１の内壁に沿わせて円周方向の流れを発生させるガイド８４を複数設ける。図３に示すように、ガイド８４はガイド上面９０と２枚のガイド側面９１から構成されている。圧縮機構上昇通路４３を経たガス２７がガイド８４を通過することで、曲面で構成されたガイド上面９０に沿って流路の方向を変え、密閉容器１内でガス２７は旋回することになる。その結果、ガス２７に含まれているオイル６に遠心
力が働くことになり、オイル６は密閉容器１の内壁に付着する。オイル６が内壁に付着するため、連続的にガス２７が通過しても再度混合することはなく、冷凍サイクルへと持ち出されるオイル量を低減することができる。すなわち、冷凍サイクル中での配管圧力損失や、凝縮器や蒸発器などの熱交換器での熱交換効率の低下を抑制することができるので、サイクル性能の高効率を図りつつ、密閉容器１内に十分なオイル６を確保できるので高信頼性を実現する高圧密閉型圧縮機を提供することができる。
【００２７】
またガイド８４を圧縮機構部２の上部に設置することで、より効果的にオイル６を分離できる。例えば、図１に示すように圧縮機構部２の上面で、圧縮機構上昇通路４３の下流側に設置した場合、圧縮機構部２の上部空間ではガス２７の旋回流が生じている。またガス２７から遠心分離したオイル６は密閉容器１の内壁に付着し、その自重によって壁面を伝って真下に落ちようとする。これらの向きが直交状態に近づくほど、オイル６は持ち出されないことになる。さらに具体的に言うと、オイル６が壁面を伝って落ちようとするのに対し、仮にその向きと対向する方向にガス２７が流れると、オイル６はガス２７の流れに逆らえず壁面を伝いながら吐出管３９へと移動していく恐れがある。すなわち吐出直前においてはガス２７の流れをオイル６が落ちていく方向と対向させないようにし、できる限りガス２７の流れとオイル６の落ちていく方向を直交状態に近づけるのが望ましい。
【００２８】
本実施の形態ではガイド８４の構成の一例として、２枚のガイド側面９１を用いた場合で説明したが、これはガス２７の分散を防止するものであり、例えば密閉容器１や他の構成部品がガイド側面９１の役割を果たす場合には、敢えてガイド側面９１を設ける必要はない。
【００２９】
またスクロール圧縮機の構成で説明しているが、ガイド８４を設ける圧縮機はスクロール式に限ったものではなく、例えばロータリ圧縮機でも同様の効果が得られる。
【００３０】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における高圧密閉型圧縮機の上面図である。図４に示すように、吐出管３９の一開口端８５を密閉容器１の軸断面方向の中心部近傍に設けることで、密閉容器１の内壁から最も離れた位置からガス２７を吐出させることになり、吐出ガス２７によって密閉容器１の内壁に付着したオイル６が持ち出されないようにすることができる。さらに吐出管３９の一開口端８５を密閉容器１の内部にまで突出させると、内壁に付着したオイル６が仮にガス２７の流れとともに吐出管３９の位置まで移動したとしても、壁面と吐出管３９の開口端８５に段差があるため、密閉容器１の外へオイル６が持ち出されるのを防止することができる。
【００３１】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３におけるガイドの斜視図である。図５に示すように、ガイドの出口の断面積８６をガス通路の最小断面積８７より小さくすることで、ガス２７がガイド８４を通過する際に、円周方向に流れが変わると同時に流速も上がる。ガス２７とオイル６の密度差が大きいことと、遠心力は速度の２乗に比例することから、オイル６に働く遠心力は大きくなり、より細かい粒子のオイル６まで分離させることが可能となる。
【００３２】
（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４におけるガイドの斜視図である。図６に示すように、ガイド８４にガス通路２７Ａと連通しつつ、ガイド８４の出口とは別の通路８８を設けることで、遠心分離されて滴状になったオイル６をガス通路２７Ａへ導く。図６では説明しやすいように、通路８８を壁面から離れた部分に形成しているが、実際のところ滴状になったオイル６は壁面を伝って落ちてくるので、オイル６をガス通路２７Ａへと戻す通路８８は、壁面付近にあった方が望ましい。滴状になったオイル６は自重によりガス通路２７Ａ
（図６では圧縮機構上昇通路４３）をガス２７の流れに逆らって落ちていき、最終的には密閉容器１の下部の貯油部２０に戻る。これにより、密閉容器１内に十分なオイルを確保できるので、オイル６が欠乏し摺動部の潤滑不良を起こす心配もなく、高信頼性を実現する高圧密閉型圧縮機を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明にかかる高圧密閉型圧縮機は、密閉容器内において遠心分離作用を効果的に行うことで、冷凍サイクルへのオイルの持ち出し量を抑制することが可能となるため、空気調和装置や冷蔵庫等の冷凍機器の他、ヒートポンプ式給湯装置や乾燥機等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００３４】
１  密閉容器
２  圧縮機構部
３  電動機
１２  固定スクロール
１３  旋回スクロール
２７  ガス
２７Ａ  ガス通路
３９  吐出管
８４  ガイド
８５  一開口端
８６  ガイドの出口の断面積
８７  ガス通路の最小断面積
８８  通路
【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
2011085039.tif 000008
【図７】
2011085039.tif 000009