(57)【要約】【課題】圧縮機を小型化しても、その信頼性を確保しながら圧縮機の体積効率を向上できる圧縮機を提供する。【解決手段】吸入ポート(38)を有するハウジング(8)と、ハウジング内に収容され、ハウジング内を延びる回転軸(14)によって駆動されて圧縮室(11)を形成し、潤滑油を含む冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを行う圧縮ユニット(10)と、ハウジングを区画して形成され、吸入ポートからの冷媒を一旦貯留させる空間(42)と、空間からの冷媒を圧縮室に導入させる流路(44)とを具備する【選択図】図１
2008014245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入ポートを有するハウジングと、
前記ハウジング内に収容され、該ハウジング内を延びる回転軸によって駆動されて圧縮室を形成し、潤滑油を含む冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを行う圧縮ユニットと、
前記ハウジングを区画して形成され、前記吸入ポートからの冷媒を一旦貯留させる空間と、
前記空間からの冷媒を前記圧縮室に導入させる流路とを具備することを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記流路は複数設けられることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記流路は、該流路の一端が略鉛直方向の上側に向けて開口する開口部を有して前記空間内に突設される管路であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記吸入ポートは、該吸入ポートの一端が前記圧縮機の外側に向けて開口する開口部を有して突設される管路であって、
前記吸入ポート及び前記流路の前記各開口部の少なくともいずれか一方は、ラッパ状に開口して形成されることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機。
【請求項５】
前記流路の側面には、該流路内へ前記潤滑油を導入可能な所定の位置に小孔が形成されることを特徴とする請求項３または４に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記圧縮機は対称スクロール圧縮機であって、
前記圧縮ユニットは、固定渦巻体を有する固定スクロールと、該固定渦巻体と略対称の渦巻き状をなす可動渦巻体を有する可動スクロールとが互いに嵌合されて構成され、
前記流路は２つ設けられ、該各流路の他端は、前記固定渦巻体の外端が前記可動渦巻体と当接する箇所の近傍、及び前記可動渦巻体の外端が前記固定渦巻体と当接する箇所の近傍にそれぞれ位置づけられることを特徴とする請求項３または４に記載の圧縮機。
【請求項７】
前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機に係り、詳しくは、冷凍空調機やヒートポンプ給湯機に好適な圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の圧縮機には、例えば電動駆動式のスクロール型圧縮機があり、この圧縮機のハウジング内には固定スクロール及び可動スクロールからなる圧縮機構が収容されている。これら固定及び可動スクロールは、互いに協働して気密な圧縮室を形成すべく配置され、この配置のもとで、可動スクロールには電動機からの駆動力が回転軸を介して伝達され、可動スクロールは固定スクロールに対して旋回運動する。この旋回運動に伴って圧縮室はその容積及び位置が変化し、これにより作動ガス（冷媒）の吸入ポートからの吸入、圧縮室での圧縮、吐出ポートからの吐出の一連のプロセスが実行される。
【０００３】
ここで、特許文献１の圧縮機では、冷媒の吸入ポートが一つの管路として形成され、この管路の一端がハウジングの外側に開口し、一方、この管路の他端は固定スクロールの基板を貫通して配され、冷媒はこの管路を流れて圧縮室に導入されている。
【特許文献１】特開２００３−２６９３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、この種の圧縮機の小型化、及び高速運転化が進められているが、これらを推し進めると冷媒の圧力損失が増大し、圧縮機の体積効率、換言すると圧縮機の運転効率が悪化するとの問題がある。なぜなら、圧縮機の小型化を促進させるには、吸入ポートの管路断面積を小さくせざるを得ず、且つ、これにより冷媒の流速も大きくなる。また、可動スクロールの高速回転化に伴い、可動スクロールの外周部の旋回速度が上昇するため、吸入ポートから圧縮室へ流れる冷媒の流れが阻害され、冷媒中の渦流が増加するからである。しかしながら、上記従来の技術ではこの点については格別な配慮がなされていない。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、圧縮機を小型化・高速運転化しても、その信頼性を確保しながら体積効率を向上できる圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の圧縮機は、吸入ポートを有するハウジングと、ハウジング内に収容され、ハウジング内を延びる回転軸によって駆動されて圧縮室を形成し、潤滑油を含む冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを行う圧縮ユニットと、ハウジングを区画して形成され、吸入ポートからの冷媒を一旦貯留させる空間と、空間からの冷媒を圧縮室に導入させる流路とを具備することを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２記載の発明では、流路は複数設けられることを特徴とし、更に、請求項３記載の発明では、流路は、流路の一端が略鉛直方向の上側に向けて開口する開口部を有して空間内に突設される管路であることを特徴としている。
更にまた、請求項４記載の発明では、吸入ポートは、吸入ポートの一端が圧縮機の外側に向けて開口する開口部を有して突設される管路であって、吸入ポート及び流路の各開口部の少なくともいずれか一方は、ラッパ状に開口して形成されることを特徴とし、また、請求項５記載の発明では、流路の側面には、流路内へ潤滑油を導入可能な所定の位置に小孔が形成されることを特徴としている。
【０００８】
更に、請求項６記載の発明では、圧縮機は対称スクロール圧縮機であって、圧縮ユニットは、固定渦巻体を有する固定スクロールと、固定渦巻体と略対称の渦巻き状をなす可動渦巻体を有する可動スクロールとが互いに嵌合されて構成され、流路は２つ設けられ、各流路の他端は、固定渦巻体の外端が可動渦巻体と当接する箇所、及び可動渦巻体の外端が固定渦巻体と当接する箇所の近傍にそれぞれ位置づけられることを特徴とし、更にまた、請求項７記載の発明では、冷媒は二酸化炭素であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
従って、請求項１記載の本発明の圧縮機によれば、吸入ポートからの冷媒は、ハウジング内の空間で一旦貯留されてから流路を経て圧縮室に導入される。よって、冷媒を吸入ポートから圧縮室へ単に流路だけで直接導入する場合に比して、流路を流れる冷媒の流速が小さくなり、圧縮室に導入される冷媒の圧力損失が低減される。従って、圧縮機の作動圧力の低下が防止され、圧縮機の体積効率が向上する。
【００１０】
また、圧縮機を小型化すると、流路の断面積を小さくせざるを得ず、また、圧縮ユニットを高速運転させると、圧縮室へ導入される冷媒中の渦流が増大する。しかし、本発明は上記した冷媒の圧力損失低減効果により、トータルでの冷媒の圧力損失は低減され、圧縮機の体積効率を向上させながら圧縮機の小型化、高速運転化が可能となる。
また、請求項２及び６記載の発明によれば、流路が複数設けられることにより、一つの流路を流れる冷媒の重量流量及び流速が小さくなり、圧縮室に導入される冷媒の圧力損失が更に低減される。よって、圧縮機の作動圧力の低下が確実に防止され、圧縮機の体積効率が更に向上する。
【００１１】
更に、請求項３記載の発明によれば、管状の流路の一端が略鉛直方向の上側に向け、且つ空間内に開口して突設されるため、空間内に流入した冷媒の性状が気液混合の場合には、液冷媒は空間に貯留されて冷媒ガスのみが流路に流入する。よって、圧縮室への液冷媒の大量流入により圧縮機の作動圧力が過大となるのが防止され、圧縮機の信頼性が向上する。
【００１２】
更にまた、請求項４記載の発明によれば、吸入ポート及び流路の各開口部の少なくともいずれか一方がラッパ状に形成されることにより、吸入ポート及び流路に冷媒が吸入される際の吸入抵抗が低減され、圧縮室に導入される冷媒の圧力損失が低減される。よって、圧縮機の作動圧力の低下が確実に防止され、圧縮機の体積効率が更に向上する。
また、請求項５記載の発明によれば、流路の側面に小孔を有することにより、流路中の冷媒への潤滑油の混入が促進され、圧縮ユニットの潤滑性が向上する。更に、請求項６記載の発明によれば、冷媒に二酸化炭素冷媒を用いると作動圧力が高圧となるため、上記発明での圧縮機の体積効率向上、信頼性向上、潤滑性向上効果がより顕著となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図１に示されるスクロール型圧縮機（以下、圧縮機という）１は、例えば、図示しない冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機などに好適に用いられ、胴部２と、胴部２の上部を覆う上部蓋４と、胴部２の下部を覆う下部蓋６とで密閉されたハウジング８を備えた縦置き型の圧縮機である。
【００１４】
胴部２内には、流体である二酸化炭素からなる冷媒ガスを圧縮するための圧縮機構（圧縮ユニット）１０が収容されるとともに、圧縮機構１０の下方には圧縮機構１０を駆動するための駆動力を発生する電動機１２が収容されている。
電動機１２は電動機１２の駆動力を圧縮機構１０に伝達するための回転軸１４を有し、この回転軸１４は電動機１２を貫通して圧縮機構１０から電動機１２の下方にかけてハウジング８内に延設されている。回転軸１４の上端部には、回転軸１４から偏心してクランクピン１６が形成され、クランクピン１６と電動機１２との間には、これらを固定する図示しない固定子が介在している。この固定子は、胴部２に固定されてハウジング８の一部を形成する上部フレーム１８によって、主軸受２０を介して回転可能に支持されている。
【００１５】
また、回転軸１４の下端部には下部蓋６に貯留された潤滑油を吸引するためのオイルポンプ２２が装着されるとともに、電動機１２とオイルポンプ２２との間には、これらを固定する図示しない固定子が介在している。この固定子は、胴部２に固定されてハウジング８の一部を形成する下部フレーム２４によって、副軸受２６を介して回転可能に支持されている。
【００１６】
圧縮機構１０は、胴部２に固定された固定スクロール２８と、フレーム１８上で旋回運動可能に設けられた可動スクロール３０とを備え、これら固定及び可動スクロール２８，３０が互いに協働することによって圧縮室１１が形成される。より詳しくは、固定及び可動スクロール２８，３０は、互いに略対称のインボリュート曲線からなる渦巻き状をなして形成される固定及び可動渦巻体２８ａ，３０ａを有し、圧縮機構１０は、これら固定及び可動渦巻体２８ａ，３０ａが互いに嵌合される、いわゆる対称スクロール構造をなしている。
【００１７】
ここで、非対称スクロール構造の場合には、固定渦巻体２８ａが可動渦巻体３０ａの渦巻き状の巻き終わりである外端近くまでインボリュート曲線を展開させて形成され、冷媒が圧縮機構１０に導入される導入口は１つだけ形成される。
一方、本実施形態の如く対称スクロール構造の場合は、固定渦巻体２８ａのインボリュート曲線の展開角、すなわちインボリュート開始点からインボリュート終了点までのインボリュート展開角が、可動渦巻体３０ａのインボリュート展開角と略等しくなっている。すなわち、固定及び可動渦巻体２８ａ，３０ａがこれらの渦巻き状の中央端部を境に略左右対称の形状をなして配置され、冷媒の圧縮機構１０に対する導入口も２つ存在する。
【００１８】
可動スクロール３０の下面にはボス３２が形成され、回転軸１４のクランクピン１６が旋回軸受３４を介して回転可能に挿入されている。そして、電動機１２が作動して回転軸１４が回転すると、クランクピン１６によって可動スクロール３０が旋回運動し、固定及び可動スクロール２８，３０によって形成された圧縮室１１が固定及び可動渦巻体２８ａ，３０ａの渦巻き状の中央近傍に向けて移動しながらその容積を変化させ、冷媒ガスの圧縮が行われる。
【００１９】
なお、回転軸１４の内部には、その軸線方向に沿って潤滑油通路（油路）３６が形成されており、この潤滑油通路３６には回転軸１４の下端部の開口からオイルポンプ２２で吸引された潤滑油が供給され、潤滑油通路３６を流動する潤滑油は、回転軸１４の上端部の開口から吐出されて、圧縮機構１０や電動機１２などの各摺動部分に供給されている。
ここで、冷媒は、図示しない冷媒回路などから管状の吸入管（吸入ポート）３８を介して圧縮機構１０に吸入され、上述の如く圧縮されて高圧の冷媒ガスとなってハウジング８内を循環した後、管状の吐出管４０から冷媒回路へと吐出される。
【００２０】
より詳しくは、吸入管３８の開口部３８ａから圧縮機１内に供給された冷媒は、吸入管３８と圧縮機構１０との間の低圧室（空間）４２に一旦貯留される。低圧室４２は、固定スクロール２８の背面と胴部２及び上部蓋４の内面とで形成され、ハウジング８を気密に区画している。また、低圧室４２には、低圧室４２から圧縮室１１まで冷媒ガスを導入する管状の２つの吸入ガス連通管（流路）４４が突設され、各吸入ガス連通管４４の一端の各開口部４４ａは低圧室４２内に開口している。
【００２１】
一方、各吸入ガス連通管４４の他端は固定スクロール２８の基板を貫通する各貫通孔２８ｂに挿入され、圧縮室１１近傍に開口している。こうして、吸入管３８及び吸入ガス連通管４４は、縦置き型の圧縮機１の長手方向、すなわち略鉛直方向でみて上側から下側に向けて冷媒が流れるように配置されている。
また、固定スクロール２８の固定渦巻体２８ａの中央端部近傍には、後述する吐出孔４５が形成され、この吐出孔４５から吐出した圧縮冷媒ガスは、固定スクロール２８の基板内に形成された吐出ガス連通管４６を流れて高圧室４８を経た後、吐出管４０から吐出される。なお、高圧室４８はハウジング８の胴部２内で気密に区画されている。
【００２２】
より詳しくは、図２に示されるように、各貫通孔２８ｂは、固定及び可動スクロール２８，３０の外周部近傍であって、固定渦巻体２８ａの外端２８ｃが可動渦巻体３０ａと当接する箇所の近傍、及び可動渦巻体３０ａの外端３０ｂが固定渦巻体２８ａと当接する箇所の近傍にそれぞれ設けられている。換言すると、各貫通孔２８ｂは、固定及び可動渦巻体２８ａ，３０ａのインボリュート終了点近傍に形成され、圧縮機構１０に対して図２中の矢印の方向に冷媒ガスを円滑に導入すべく位置づけられている。
【００２３】
こうして、吸入管３８から流入し、低圧室４２で一旦貯留された冷媒のうち、液冷媒は低圧室４２の底部４２ａから吸入ガス連通管４４の開口部４４ａまでの領域にそのまま滞留し、冷媒ガスのみが開口部４４ａから吸入ガス連通管４４に流入する。すなわち、低圧室４２では、冷媒ガスのみを圧縮機構１０に導入すべく冷媒の気液分離が行われる。そして、圧縮機構１０では、冷媒ガスの吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスが実行される。
【００２４】
ここで、図３に示される吸入管５０及び吸入ガス連通管５２の如く、これらの開口部５０ａ及び５２ａをそれぞれ圧縮機１の外側及び低圧室４２内に向けて徐々に拡開するラッパ状に形成しても良い。
また、図４に示されるように、吸入ガス連通管４４の側面には、低圧室４２の底部４２ａ近傍に小孔４４ｂを設けても良い。底部４２ａには、冷媒中に含まれる潤滑油が滞留しており、この潤滑油は、吸入ガス連通管４４を流れる冷媒ガスの負圧によって小孔４４ｂから冷媒ガス中に供給される。好ましくは、小孔４４ｂは、底部４２ａから約２〜３ｍｍ程度離間して設けられる。なお、この小孔４４ｂは図４中では２つ設けられているが、この数に制約はない。
【００２５】
以上のように、本実施形態では、吸入管３８からの冷媒は、ハウジング８内の低圧室４２で一旦貯留されてから吸入ガス連通管４４を経て圧縮室１１に導入される。よって、気液混合の冷媒を吸入管３８から圧縮室１１へ管路で直接に導入する場合に比して、低圧室４２が介在することにより、冷媒ガスの流路の断面積が相対的に大きくなって冷媒ガスの流れ及び性状を安定させることができる。これにより、吸入ガス連通管４４を流れる冷媒ガスの流速が小さくなって圧縮室１１に導入される冷媒の圧力損失が低減される。
【００２６】
また、吸入ガス連通管４４は２つ設けられることにより、１つの吸入ガス連通管しか設けられない場合に比して、１つの吸入ガス連通管４４を流れる冷媒ガスの重量流量及び流速が小さくなり、圧縮室１１に導入される冷媒の圧力損失が更に低減される。
更に、吸入管３８と圧縮機構１０との間に低圧室４２を介在させることにより、圧縮室１１へ連なる吸入ガス連通管４４を短くできるため、吸入ガス連通管４４を流れる冷媒の管路抵抗による圧力損失が低減されるとともに、低圧室４２の容積を調整することにより圧縮機１の大きさや形状を容易に調整可能となり、圧縮機１の小型化が容易になる。
【００２７】
更にまた、吸入管３８及び吸入ガス連通管４４の各開口部３８ａ及び４４ａがラッパ状に形成されることにより、吸入管３８及び吸入ガス連通管４４に冷媒が吸入される際の吸入抵抗が低減され、冷媒の更なる圧力損失低減に寄与する。
このように、本実施形態では、圧縮機１を小型化するために吸入ガス連通管４４の断面積を小さくする必要はなく、この断面積はそのままで冷媒ガスの流速を低減できる。よって、可動スクロール３０の高速回転化を促進させて仮に冷媒ガス中の渦流が増大したとしても、冷媒ガスのトータルの圧力損失は低減されるため、圧縮機１の作動圧力の低下が確実に防止され、その体積効率、すなわち運転効率を向上させながら圧縮機１の小型化、高速運転化が可能となる。
【００２８】
一方、吸入ガス連通管４４は縦置き型の圧縮機１において略鉛直方向に配され、その開口部４４ａが低圧室４２内に開口して突設されている。よって、冷媒の性状が気液混合の場合でも液冷媒は低圧室４２に貯留され、冷媒ガスのみが吸入ガス連通管４４に流入する。従って、圧縮室１への液冷媒の大量流入により圧縮機１の作動圧力が過大となるのが防止され、圧縮機１の信頼性が向上する。
【００２９】
また、圧縮機１の低圧室４２において冷媒の気液分離が容易に可能となるため、冷凍回路上の図示しないアキュムレータなどが不要となり、冷凍回路のコストが低減される。
更に、冷媒中には潤滑油が含まれているが、低圧室４２の底部４２ａには、液冷媒より比重の大きな潤滑油が滞留する。ここで、吸入ガス連通管の側面の底部４２ａ近傍に小孔４４ｂを形成することにより、この小孔４４ｂから吸入ガス連通管４４中の冷媒ガスへの潤滑油の混入が好適に実施され、簡単な構成で圧縮機構１０の潤滑性が向上される。
【００３０】
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、吸入ガス連通管４４は図２に示される位置に２つ設けられるが、これら吸入ガス連通管４４の位置は、固定及び可動渦巻体２８ａ，３０ａのインボリュート終了点近傍であって、圧縮機構１０に冷媒ガスの導入が円滑になされれば良く、図２の位置に厳密に限定されるものではない。
【００３１】
また、吸入ガス連通管４４は３つ以上形成されても良く、この場合には、１つの吸入ガス連通管４４を流れる冷媒の重量流量及び流速が更に小さくなり、圧縮室１１に導入される冷媒の圧力損失が更に大幅に低減される。更に、吸入ガス連通管４４が１つであっても、低圧室４２が形成される限り、吸入ガス連通管４４を流れる冷媒ガスの流速が小さくなり、冷媒の圧力損失が低減される。
【００３２】
更にまた、上記実施形態では、圧縮機１を縦置き型としているが、横置き型であっても、低圧室４２における吸入ガス連通管４４の開口部４４ａが略鉛直方向の上側に向いて開口していれば良く、この場合にも冷媒の気液分離が好適に実施され、上記した圧縮機１の潤滑性向上が図られる。
また、上記実施形態では、冷凍空調機やヒートポンプ給湯機に好適なスクロール型圧縮機に二酸化炭素冷媒を使用しているが、冷媒の種類や圧縮機の用途、種類についてはこれに限定されるものではない。但し、二酸化炭素冷媒を用いる場合には、作動圧力もより高圧となるため、上記した圧縮機１の体積効率向上、信頼性向上、潤滑性向上効果がより顕著となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態のスクロール型圧縮機の概略を示す縦断面図である。
【図２】図１中のII−II線からみた断面図である。
【図３】図１の吸入管及び吸入ガス連通管の開口部の変形例を示す図である。
【図４】図１の吸入管の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
８              ハウジング
１０            圧縮機構（圧縮ユニット）
１１            圧縮室
１４            回転軸
２８            固定スクロール
２８ａ          固定渦巻体
２８ｃ，３０ｂ  外端
３０            可動スクロール
３０ａ          可動渦巻体
３８，５０      吸入管（吸入ポート）
４２            低圧室（空間）
４４，５２      吸入ガス連通管（流路）
３８ａ，４４ａ  開口部
４４ｂ          小孔
【図１】
2008014245.tif 000003
【図２】
2008014245.tif 000004
【図３】
2008014245.tif 000005
【図４】
2008014245.tif 000006