(57)【要約】【課題】熱移動損失の少ない膨張機構部を有する圧縮機を提供すること。【解決手段】膨張機構部２００と圧縮機構部１００の間にオイルポンプ５５を設け、密閉容器１内のオイル溜まり５１からオイルポンプ５５までオイルを導くオイル供給経路５３とその吸込開口部５２を膨張機構部２００より上面に配置する。これにより膨張機構部２００の周辺のオイルは滞留し、常に低い温度のオイルに浸ることとなる。その結果、圧縮機構部１００や電動機部３００を潤滑した後のオイルと入れ替わることがなく、熱移動が低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向の上部に圧縮機構部、下部に膨張機構部、中央部に電動機部を収納する密閉容器からなる圧縮機であって、
前記膨張機構部と前記圧縮機構部の間にオイルポンプを設け、前記密閉容器内のオイル溜まりから前記オイルポンプまでオイルを導くオイル供給経路とその吸込開口部を前記膨張機構部より上面に配置してなる圧縮機。
【請求項２】
前記オイルポンプとして、例えばトロコイドポンプやロータリーピストンポンプのような容積型オイルポンプとしてなる請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記圧縮機構部を構成する第１のシャフトにモータロータを取り付け、２つ以上の軸受部で支承し、前記膨張機構部を構成する第２のシャフトと前記第１のシャフトを継手によって連結してなる請求項１または２に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記膨張機構部として、鏡板から渦巻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を噛み合わせて双方間に膨張室を形成し、前記旋回スクロールを自転規制機構による自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたとき膨張室が容積を変えながら移動することで、吸入、吐出を行うスクロールタイプとしてなる請求項１から３に記載の圧縮機。
【請求項５】
作動流体を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素としてなる請求項１から４に記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの密閉容器内に膨張機構部と圧縮機構部の両方を有する圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、冷凍装置の作動流体として二酸化炭素を用いることが検討されているが、エネルギー効率の面から、膨張装置として膨張機を用いることが検討されている。膨張機構部と圧縮機構部とは、構造的には共通するため、従来圧縮機構部として用いられてきた構造を膨張機構部として利用することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図２は特許文献１に記載された従来の圧縮機である。膨張機構部５０１と圧縮機構部５０２を密閉容器５１０内に収納し、各機構部のシャフトを連結することで圧縮機と膨張機の一体化を実現している。膨張機構部５０１もしくは圧縮機構部５０２のどちらか一方のシャフトには、オイルポンプ５０５が設けられており、密閉容器５１０内のオイル溜まり５０６からオイルを吸い上げ、各摺動部を潤滑した後に、再びオイル溜まり５０６に戻る構成となっている。
【特許文献１】特開平９−１２６１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら前記従来の構成では、オイル溜まりのオイルによって、膨張機構部と圧縮機構部で熱移動が発生してしまう。圧縮機構部は作動流体を圧縮するので、圧縮機構部を構成する部材の温度は作動流体の圧縮動作と共に上昇していく。一方、膨張機構部は作動流体を膨張させるので、膨張機構部を構成する部材の温度が作動流体の膨張動作と共に低下していく。したがって、圧縮機構部と膨張機構部を単純に一体化し、密閉容器内に共用のオイル溜まりを設けると、オイルが常に流動するので、オイルを介して圧縮機構部の熱が膨張機構部に移動することとなり、膨張機構部において作動流体が加熱されてしまう。その結果、冷凍サイクルの効率が低下するという問題を有していた。
【０００５】
本発明は、膨張機構部と圧縮機構部とを備えた圧縮機において、膨張機構部と圧縮機構部との間の熱移動を抑制しながら、同時に潤滑経路を確保して、高性能と高い信頼性を両立した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】
前記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機は、鉛直方向の上部に圧縮機構部、下部に膨張機構部、中央部に電動機部を収納する密閉容器からなる圧縮機であって、膨張機構部と圧縮機構部の間にオイルポンプを設け、密閉容器内のオイル溜まりからオイルポンプまでオイルを導くオイル供給経路とその吸込開口部を膨張機構部より上面に配置したものである。
【０００７】
かかる構成によれば、オイル溜まりから吸い込まれたオイルは膨張機構部、圧縮機構部、電動機部を潤滑することで加熱され、オイル溜まりに戻ってくるが、オイル吸込口が膨張機構部より上面に位置しているため、戻ってきた熱いオイルを再度吸い込むこととなる。すわなち、膨張機構部周辺のオイルは滞留し、常に低い温度のオイルに浸ることとなる。その結果、圧縮機構部や電動機部を潤滑した後のオイルと入れ替わることがなく、熱移動が低減できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の圧縮機は、密閉容器内に膨張機構部と圧縮機構部を備えつつ、オイル溜まりにあるオイルの流動を抑えることで、圧縮機構部から膨張機構部への熱移動を抑制することができ、高性能を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
請求項１に記載の本発明では、鉛直方向の上部に圧縮機構部、下部に膨張機構部、中央部に電動機部を収納する密閉容器からなる圧縮機であって、膨張機構部と圧縮機構部の間にオイルポンプを設け、密閉容器内のオイル溜まりからオイルポンプまでオイルを導くオイル供給経路とその吸込開口部を膨張機構部より上面に配置しものである。そしてこの構成によれば、オイル溜まりから吸い込まれたオイルは膨張機構部、圧縮機構部、電動機部を潤滑することで加熱され、オイル溜まりに戻ってくるが、オイル吸込口が膨張機構部より上面に位置しているため、戻ってきた熱いオイルを再度吸い込むこととなる。すわなち、膨張機構部周辺のオイルは滞留し、常に低い温度のオイルに浸ることとなる。その結果、圧縮機構部や電動機部を潤滑した後のオイルと入れ替わることがなく、熱移動が低減できる。
【００１０】
請求項２に記載の本発明では、特に請求項１に記載のオイルポンプとして、例えばトロコイドポンプやロータリーピストンポンプのような容積型オイルポンプとしたものである。そしてこの構成によれば、常に安定したオイルを供給できるだけでなく、遠心式等とは異なりオイルの攪拌がほとんどない。その結果、密閉容器内での温度分布を乱すことなく、吸い上げることができ、オイルを介した積極的な熱移動を抑制することができる。
【００１１】
請求項３に記載の本発明では、特に請求項１または２に記載の圧縮機構部を構成する第１のシャフトにモータロータを取り付け、２つ以上の軸受部で支承し、膨張機構部を構成する第２のシャフトと第１のシャフトを、継手によって連結したものである。そしてこの構成によれば、第１のシャフトと第２のシャフトの内部にオイル経路を設けることができ、シャフト内部を通して密閉容器上部に配置された圧縮機構部を潤滑することが可能となる。
【００１２】
請求項４に記載の本発明では、特に請求項１から３に記載の膨張機構部として、鏡板から渦巻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を噛み合わせて双方間に膨張室を形成し、旋回スクロールを自転規制機構による自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたとき膨張室が容積を変えながら移動することで、吸入、吐出を行うスクロールタイプとしたものである。そしてこの構成によれば、例えばベーンを用いたロータリ系の方式とは異なり、オイル溜まりから直接オイルを供給する必要性がない。すなわち膨張機構部の周辺のオイルは滞留するため、膨張機構部への加熱量が低減できる。
【００１３】
請求項５に記載の本発明では、特に請求項１から４の圧縮機において、作動流体を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素としたものである。そしてこの場合、特に圧縮機構部と膨張機構部の温度差が大きくなり、オイルを介して移動する熱量も増加するので、本発明の効果が顕著に現れ、性能低下を防止することができる。
【００１４】
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。
【００１５】
（実施の形態１）
以下本発明の一実施例による圧縮機について説明する。図１は、本発明の一実施例の圧縮機における側断面図である。
【００１６】
まず構成について説明する。図１に示すように、密閉容器１内には、上部に圧縮機構部１００、下部に膨張機構部２００、中央部に電動機部３００が配置されている。これらは溶接などによって密閉容器１に固定されている。各部の中心にはシャフトが配置されており、圧縮機構部１００には第１のシャフト１１、膨張機構部２００には第２のシャフト２１が配置されている。本実施の形態では第１のシャフト１１と第２のシャフト２１の２本シャフトにて説明するが、１本化が可能であれば１本化する方が望ましい。クランク部などが必要となる場合には本実施の形態のようにシャフトを分割し、継手などで結合する必要がある。
【００１７】
密閉容器１の底にはオイル溜まり５１を設けている。この部分に溜まったオイルをオイルポンプ５５で吸い上げ、圧縮機構部１００や膨張機構部２００における摺動部に供給し、潤滑を行う。摺動部を潤滑したオイルは再びオイル溜まり５１に戻ってくる。
【００１８】
次に動作について説明する。この種の圧縮機は、放熱器や蒸発器とともに冷凍サイクル装置を構成し、冷暖房や給湯機の用途として利用される。作動流体を圧縮機構部１００の吸入管２から圧縮機構部１００の内部へと取り込み、圧縮した後、吐出管３から外部の放熱器に送り出す。放熱器で放熱した作動流体は、膨張機構部２００の吸入管４から膨張機構部２００の内部へと取り込まれ、膨張した後、吐出管５から蒸発器に送り込まれる。蒸発器で蒸発した作動流体は再度圧縮機構部１００で圧縮され、この一連のサイクルによって熱の搬送を行うものである。
【００１９】
圧縮機内部の動作については、電動機部３００のステータ９１の巻線に電流を流すことで磁界を発生させ、その磁力によってモータロータ９２に回転力を与える。モータロータ９２は第１のシャフト１１（もしくは第２のシャフト２１）に固定されているため、モータロータ９２の回転と同期して第１のシャフト１１（もしくは第２のシャフト２１）も回転する。第１のシャフト１１は圧縮機構部１００において旋回スクロール１２を駆動する役割を果たす。旋回スクロール１２は固定スクロール１３と噛み合うことで複数の圧縮室１４を形成し、第１のシャフト１１の回転とともに、作動流体を吸込んで圧縮を行う。作動流体は所定の圧力に到達した時点で吐出バルブ１５を経て、圧縮機構部１００の外部に送り出される。その後、作動流体はマフラー１６により強制的に下方へと導かれ、モータロータ９２の内部を経て、電動機部３００の下端に到達する。作動流体はここで折り返して、ステータ９１の外周切り欠き部を経て上部へと進み、吐出管３から外部へと、例えば放熱器へと送り出される。なお、本実施の形態では圧縮機構部１００としてスクロール方式を例にとって説明したが、これに限ったものではない。
【００２０】
放熱器で放熱した作動流体は、膨張機構部２００の吸入管４から膨張室２４へと流れ込む。作動流体は膨張することで、エンタルピが低下し、その時に動力が回収される。この回収された動力は、第２のシャフト２１から第１のシャフト１１に伝達され、圧縮機構部１００の動力の一部として使われる。
膨張した作動流体は吐出管５から外部へと、例えば蒸発器へと送り出される。
【００２１】
以上のように本発明の圧縮機は、膨張機構部２００を備えているので、低消費電力を図ることが可能となる。しかし同一密閉容器内に圧縮機構部１００と膨張機構部２００を共存させるには課題がある。そのひとつとして、熱の移動が挙げられる。
【００２２】
上記課題の熱移動について説明する。圧縮機構部１００では圧縮を行うため、作動流体は高温となる。一方、膨張機構部２００では放熱器を通過した作動流体が入り、さらに膨張を行うため、作動流体は低温となる。これらが密閉容器１内で熱交換を行い、冷凍サイクルの性能低下を引き起こす。この熱交換の主要因は、密閉容器１内のオイルである。オイル自体は高温となっているため、オイルと膨張機構部２００をいかに熱交換させないか
がポイントとなる。
【００２３】
そこで、膨張機構部２００と圧縮機構部１００の間にオイルポンプ５５を設け、密閉容器１内のオイル溜まり５１からオイルポンプ５５までオイルを導くオイル供給経路５３とその吸込開口部５２を膨張機構部２００より上面に配置してやる。これによりオイル溜まりから吸い込まれたオイルは膨張機構部２００、圧縮機構部１００、電動機部３００を潤滑することで加熱され、オイル溜まり５１に戻ってくるが、吸込開口部５２が膨張機構部２００より上面に位置しているため、戻ってきた熱いオイルを再度吸い込むこととなる。すわなち、膨張機構部２００の周辺のオイルは滞留し、常に低い温度のオイルに浸ることとなる。その結果、圧縮機構部１００や電動機部３００を潤滑した後のオイルと入れ替わることがなく、熱移動が低減できる。
【００２４】
またオイルポンプ５５としては、例えばトロコイドポンプやロータリーピストンポンプのような容積型オイルポンプが望ましい。容積型ポンプであれば、常に安定したオイルを供給できるだけでなく、遠心式等とは異なりオイルの攪拌がほとんどない。その結果、密閉容器１内での温度分布を乱すことなく、吸い上げることができ、オイルを介した積極的な熱移動を抑制することができる。
【００２５】
またモータロータ９２は圧縮機構部１００を構成する第１のシャフト１１に取り付け、第１のシャフト１１は２つ以上の軸受で支承し、第２のシャフト２１と継手によって連結することが望ましい。本実施の形態では、軸受１７と軸受３１で第１のシャフト１１を支承し、第１のシャフト１１と第２のシャフト２１にはスプライン加工を施し、専用の継手３２を用いて連結している。これにより、第１のシャフト１１と第２のシャフト２１の内部にオイル経路５６を設けることができ、シャフト内部を通して密閉容器１の上部に配置された圧縮機構部１００を潤滑することが可能となる。
【００２６】
また膨張機構部２００としてはスクロール方式が望ましい。これにより、例えばベーンを用いたロータリ系の方式とは異なり、オイル溜まり５１から直接オイルを供給する必要性がない。すなわち膨張機構部２００の周辺のオイルは滞留するため、膨張機構部２００への加熱量が低減できる。
【００２７】
また作動流体としては、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすることも可能である。作動流体が高圧冷媒になれば、特に圧縮機構部１００と膨張機構部２００の温度差が大きくなり、オイルを介して移動する熱量も増加するので、本発明の効果が顕著に現れ、性能低下を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本実施例の圧縮機は、膨張機構部を備えているため動力回収が可能となり、また圧縮機構部と膨張機構部の熱移動も抑制することができるので、冷凍サイクル、特に給湯システムを構成する圧縮機として特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例における圧縮機の断面図
【図２】従来の圧縮機の断面図
【符号の説明】
【００３０】
１  密閉容器
１１  第１のシャフト
１７  軸受
２１  第２のシャフト
２２  旋回スクロール
２３  固定スクロール
２４  膨張室
２８  自転規制機構
３１  軸受
３２  継手
５１  オイル溜まり
５２  吸込開口部
５３  オイル供給経路
５５  オイルポンプ
１００  圧縮機構部
２００  膨張機構部
３００  電動機部
【図１】
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【図２】
2008008165.tif 000004