(57)【要約】【課題】密閉型回転圧縮機では、信頼性および冷凍サイクルの高効率化の観点から、油分離効率を向上して密閉容器外への冷凍機油の吐出を極力抑える必要がある。【解決手段】薄肉円筒３１の上端部３１ｂと密閉容器１内の上端面１ａとの間に隙間３４を設けながら、当該薄肉円筒３１を固定子１１上端側のコイルエンド１１ｂの外側に嵌合し、この薄肉円筒３１で密閉容器１内の上部空間１９を内側空間１９ａと外側空間１９ｂに区画することにより、内側空間１９ａの内部で回転子１２に依って誘起される作動流体の旋回流れを、外側空間１９ｂに拡散することを防止して確実なものとし、その旋回流れによる遠心油分離作用を十分に発揮させる。これによって、作動流体とともに密閉容器１外へ持ち出される冷凍機油の量を抑える。【選択図】        図１
2004346742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器と、前記密閉容器内の下部に設けた圧縮機構部と、前記密閉容器内の上部に設けた回転子と固定子から構成された回転電動機部と、前記密閉容器の上部に設けた吐出管と、前記密閉容器内の下部に設けた油溜りとを備え、前記圧縮機構部から吐出される作動流体を、前記回転電動機部と前記密閉容器との隙間から前記密閉容器の上部空間に導き、前記吐出管から前記密閉容器外に吐出する構成とした圧縮機において、
前記上部空間に、内側空間と外側空間に区画する区画部材を設け、前記吐出管の密閉容器内開口端を前記内側空間の内部に配置したことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記吐出管の前記密閉容器内開口端を、前記区画部材の上端部よりも下方に配置したことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記区画部材の上端部と前記密閉容器内の上端面との間に隙間を設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記区画部材に連通孔を設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項５】
前記区画部材を略円筒形状としたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記区画部材を前記固定子の上端側コイルエンドに設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項７】
前記区画部材を前記コイルエンドの内側に設けたことを特徴とする請求項６に記載の圧縮機。
【請求項８】
前記区画部材を前記コイルエンドの外側に設けたことを特徴とする請求項６に記載の圧縮機。
【請求項９】
前記区画部材の上部内径を、前記区画部材の下部内径より小さくしたことを特徴とする請求項５に記載の圧縮機。
【請求項１０】
前記上端側コイルエンドまたは前記区画部材の内周側に鍔部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項１１】
前記作動流体として二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍冷蔵庫や空調機等に用いられる密閉型回転圧縮機に関し、特に油吐出防止に係る油分離構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
密閉型回転圧縮機は、そのコンパクト性や構造が簡単なことから、冷凍冷蔵庫や空調機等に多く用いられている。ロータリ圧縮機やスクロール圧縮機等の密閉型回転圧縮機の構成については、非特許文献１に記載されている。以下に、密閉型回転圧縮機の構成を、ロータリ圧縮機（以下、圧縮機）を例に図５および図６を用いて説明する。図５は、従来の圧縮機の縦断面図である。
図に示す圧縮機は、密閉容器１と、偏心部２ａを有するシャフト２，シリンダ３，ローラ４，ベーン７，バネ８，上軸受９，下軸受１０等から成り密閉容器１の内部の下方に配置された圧縮機構部と、上下端側にそれぞれ設けられたコイルエンド１１ｂ，１１ｄを有する固定子１１，回転子１２等から成り密閉容器１の上方に配置された回転電動機部とから構成される。
そして、固定子１１の外周側には、作動流体の流路とするための複数の切欠き１１ａが設けられている。密閉容器１の上部には、密閉容器１の内部の回転電動機部に通電するための導入端子１３と、密閉容器１の内部から作動流体を冷凍サイクルに導く吐出管１４が設けられている。この吐出管１４は、密閉容器１の内部に貫通しており、その吸入口１４ａが回転電動機部の固定子１１や回転子１２と接触しないように、固定子１１の上端側のコイルエンド１１ｂよりも上側に位置している。また、密閉容器１の側面には作動流体を冷凍サイクルから圧縮機に導く吸入管１５が設けられている。そして、密閉容器１の底部の油溜り１６には冷凍機油が貯留される構成となっている。
上記構成の圧縮機の動作について説明する。圧縮機の回転電動機部に通電して回転子１２を回転させると、偏心部２ａによりローラ４は偏心回転運動を行い、シリンダ３内に形成された吸入室５と圧縮室（図示せず）の容積が変化する。これに伴って作動流体は、吸入管１５から流路９ａを経て吸入室５に吸入され、圧縮室にて圧縮される。圧縮された作動流体は、油溜り１６から供給され、圧縮機構部を潤滑した冷凍機油の霧滴（以下、オイルミスト）を混合した状態で、吐出孔９ｂを経て回転電動機部の下部空間１７に吐出され、固定子１１の切欠き１１ａや、固定子１１と回転子１２の隙間１８を通過して、回転電動機部の上部空間１９に流れる。
そして、作動流体は吐出管１４から吐出されるが、同時に作動流体に混合した冷凍機油も吐出されてしまう。そのため圧縮機では、圧縮機の信頼性および冷凍サイクルの高効率化の観点から、油を分離して密閉容器１の外部への冷凍機油の吐出を抑えている。
この作動流体から冷凍機油の分離を行う構成としては、例えば特許文献１に示されているように、回転子１２の上部に設けた油分離板を用いる方法がある。図６に油分離板の周辺の詳細断面図を示す。回転子１２には、永久磁石２０の挿入孔を閉塞する上側端板２１ａおよび下側端板２１ｂが具備されると共に、回転子１２に上下方向に貫通形成された複数の貫通孔１２ａと、貫通孔１２ａの出口の上方に配され回転子１２の上面との間に油分離空間２２を形成する油分離板２３とが、固定部材２４によって回転子１２に固定されている。
このように構成された圧縮機では、圧縮機構部から回転電動機部の下部空間１７に吐出されたオイルミストを含む作動流体の一部は、回転子１２に設けられた貫通孔１２ａを通って油分離空間２２に流入する。そして、ここで遠心力により油分離板２３の外周出口から作動流体を放射状に吐出し、固定子１１のコイルエンド１１ｂに吹き付けられて作動流体とこれに含まれたオイルミストが分離される。そして、油を分離した作動流体だけが上昇して、密閉容器１内の上部に設けられた吐出管１４から外部へ吐出される。一方、固定子１１のコイルエンド１１ｂに付着した冷凍機油は下方へ伝わって落ち、密閉容器１の底部に貯留されている油溜り１６へ戻される。
【０００３】
【非特許文献１】
「冷凍空調便覧、新版第５版、ＩＩ巻  機器編」、日本冷凍協会、平成５年、第３０項〜第４３項
【特許文献１】
特開平８−２８４７６号公報（第６項、図１〜図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の圧縮機では、回転電動機部の下部空間１７から上部空間１９への作動流体の流れは、固定子１１の外周側の切欠き１１ａや、固定子１１と回転子１２の隙間１８、あるいは、図６のように構成される圧縮機の場合は回転子１２の貫通孔１２ａを通過していた。このうち、固定子１１と回転子１２の隙間１８は、回転電動機部の効率の観点から通常０．５ｍｍ程度の狭い幅であるため、ここを流れる作動流体の割合は非常に少ない。また、回転子１２の貫通孔１２ａについても、回転子１２の積層鉄芯の断面積が減り磁気回路が狭くなると、回転電動機部の効率が低下するため大きく出来ない。従って、固定子１１の切欠き１１ａを通過する作動流体の割合が非常に多くなる。
図６のように構成された従来の圧縮機では、回転子１２に上下方向に貫通形成された複数の貫通孔１２ａを通過する作動流体からの油分離しか出来ず、特に流量の多い固定子１１の外周側の切欠き１１ａを通過する作動流体からの油分離が課題であった。
また、従来の圧縮機を、二酸化炭素を主成分とした自然冷媒を作動流体として用いる冷凍サイクルに適用した場合、圧縮室６から吐出される作動流体の圧力が臨界圧力を越えるため、密閉容器１の内部の作動流体は超臨界状態となり、作動流体に対する冷凍機油の溶解量が増加し、特に密閉容器１の内部での油分離が課題であった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためのものであり、回転電動機部の効率を低下させることなく、簡易かつ低コストに油分離効率を高めて、密閉容器の外部に持ち出される冷凍機油の量を低減し、圧縮機の信頼性を向上させ、高効率の冷凍サイクルを得ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の圧縮機は、密閉容器と、前記密閉容器内の下部に設けた圧縮機構部と、前記密閉容器内の上部に設けた回転子と固定子から構成された回転電動機部と、前記密閉容器の上部に設けた吐出管と、前記密閉容器内の下部に設けた油溜りとを備え、前記圧縮機構部から吐出される作動流体を、前記回転電動機部と前記密閉容器との隙間から前記密閉容器の上部空間に導き、前記吐出管から前記密閉容器外に吐出する構成とした圧縮機において、
前記上部空間に、内側空間と外側空間に区画する区画部材を設け、前記吐出管の密閉容器内開口端を前記内側空間の内部に配置したことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の圧縮機において、前記吐出管の前記密閉容器内開口端を、前記区画部材の上端部よりも下方に配置したことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１に記載の圧縮機において、前記区画部材の上端部と前記密閉容器内の上端面との間に隙間を設けたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１に記載の圧縮機において、前記区画部材に連通孔を設けたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１に記載の圧縮機において、前記区画部材を略円筒形状としたことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１に記載の圧縮機において、前記区画部材を前記固定子の上端側コイルエンドに設けたことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項６に記載の圧縮機において、前記区画部材を前記コイルエンドの内側に設けたことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項６に記載の圧縮機において、前記区画部材を前記コイルエンドの外側に設けたことを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項５に記載の圧縮機において、前記区画部材の上部内径を、前記区画部材の下部内径より小さくしたことを特徴とする。
請求項１０記載の本発明は、請求項１に記載の圧縮機において、前記上端側コイルエンドまたは前記区画部材の内周側に鍔部を設けたことを特徴とする。
請求項１１記載の本発明は、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の圧縮機において、前記作動流体として二酸化炭素を用いたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態による圧縮機は、上部空間に、内側空間と外側空間に区画する区画部材を設け、吐出管の密閉容器内開口端を内側空間に配置したものである。本実施の形態によれば、区画部材を設けたことにより、内側空間の内部で回転子によって誘起される作動流体の旋回流れが、外側空間に拡散しないため、その旋回流れを維持でき、旋回流れによる遠心油分離作用を十分に発揮させることができる。これによってオイルミストを、区画部材の内壁面に確実に付着させて液滴とし、油溜りに戻すことができるので、冷凍機油が作動流体とともに吐出管から吐出されることを防止することができる。
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による圧縮機において、吐出管の密閉容器内開口端を、区画部材の上端部よりも下方に配置したものである。本実施の形態によれば、密閉容器内開口端が区画部材の上端部よりも下方の位置にあるため、作動流体を密閉容器内開口端に向かって下向きに強く引き込むことになり、その下向きの慣性力と重力で作動流体に含まれるオイルミストを作動流体から分離することができる。
本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態による圧縮機において、区画部材の上端部と密閉容器内の上端面との間に隙間を設けたものである。本実施の形態によれば、密閉容器内上方に狭い隙間を設けることにより、その隙間を通過した作動流体が広い内側空間を下向きに拡がって流れるため、重力の影響を大きく受ける作動流体より密度の大きいオイルミストは、大きな下向き速度成分を持つことになり、油分離が促進される。
本発明の第４の実施の形態は、第１の実施の形態による圧縮機において、区画部材に連通孔を設けたものである。本実施の形態によれば、内側空間と外側空間を連通する流路を連通孔としたために、区画部材の上端部を密閉容器内の上端面に接触固定することが可能となり、当該区画部材の圧縮機組立て時における位置決め精度が向上する。
本発明の第５の実施の形態は、第１の実施の形態による圧縮機において、区画部材を略円筒形状としたものである。本実施の形態によれば、区画部材が略円筒形状であれば、回転子によって内側空間に誘起される作動流体の旋回流れの回転方向の流速損失が小さくなるので、旋回流れによる遠心油分離作用を十分に発揮させることができる。
本発明の第６の実施の形態は、第１の実施の形態による圧縮機において、区画部材を固定子の上端側コイルエンドに設けたものである。本実施の形態によれば、区画部材をコイルエンドに設けることにより、内側空間に回転子が来るので、回転子によって誘起される作動流体の旋回流れによる遠心油分離を確実に利用することができる。また、例えばコイルエンドに区画部材を締まり嵌めで固定することが可能となり、締結部材等を不要にし、圧縮機の廉価性や組立性を向上することができる。
本発明の第７の実施の形態は、第６の実施の形態による圧縮機において、区画部材をコイルエンドの内側に設けたものである。本実施の形態によれば、区画部材を内側に設けるので、内側空間の領域が小さくなり、旋回流れの回転運動エネルギーの拡散が抑えられて、作動流体は強い遠心力を受ける。従って、遠心力によるオイルミストの油分離が促進される。
本発明の第８の実施の形態は、第６の実施の形態による圧縮機において、区画部材をコイルエンドの外側に設けたものである。本実施の形態によれば、区画部材を外側に設けるので、複雑な表面形状を有するコイルエンドが区画部材の内側に来ることになる。これによって、コイルエンド表面に付着した冷凍機油が液滴に成長しやすくなり、油分離が促進される。
本発明の第９の実施の形態は、第５の実施の形態による圧縮機において、区画部材の上部内径を、区画部材の下部内径より小さくしたものである。本実施の形態によれば、旋回する作動流体の遠心力で、区画部材の内壁面に付着した冷凍機油の液滴に、当該内壁面に平行な遠心力の下向き分力が加わり、液滴が内壁面に沿って下方に流れ落ちることが促進され、油分離効果が高められる。
本発明の第１０の実施の形態は、第１の実施の形態による圧縮機において、前記上端側コイルエンドまたは区画部材の内周側に鍔部を設けたものである。本実施の形態によれば、鍔部を設けて形成した下側空間に作動流体を流入させ、その作動流体を回転子と共に回転させて生じた遠心力にて下側空間の径方向に移動させることにより、鍔部近傍の冷凍機油の霧滴や液滴を、下側空間から回転子と固定子の隙間を経て、油溜りに強制的に戻すことができる。
本発明の第１１の実施の形態は、第１から第１０の実施の形態による圧縮機において、作動流体として二酸化炭素を用いたものである。本実施の形態によれば、密閉容器内が冷凍機油の溶解量が増加する超臨界状態になっても、第１から第１０の実施の形態によって重力や遠心力等の作用で油分離を効果的に行い、冷凍機油の容器外への吐出を防止するので、作動流体として二酸化炭素を用いて、環境保護に役立てることができる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明のいくつかの実施例について、図面を参照しながら説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例における圧縮機の縦断面図であり、図２は、図１に示す圧縮機のＸ―Ｘ矢視の横断面図である。なお、本発明の第１の実施例における圧縮機は、前述した従来の圧縮機とほぼ同様な構成であり、同一機能部品については同一の符号を適用する。
本実施例の圧縮機は、密閉容器１と、その密閉容器１の内部の下方に配置された圧縮機構部と、その上方に配置された回転電動機部とから構成される。圧縮機構部は、回転中心軸Ｌを中心に回転可能なシャフト２と、内部に円筒面３ａを有するシリンダ３と、シャフト２の偏心部２ａに嵌合され、シャフト２の回転に伴いシリンダ３の内側で偏心回転運動を行うローラ４と、ローラ４に先端を接しながらシリンダ３のベーン溝３ｂの内部を往復運動し、シリンダ３とローラ４により形成される空間を吸入室５と圧縮室６に分割するベーン７と、ベーン７の背面に設置され、ベーン７をローラ４に押し付けるバネ８と、シャフト２を支える上軸受９および下軸受１０とから構成される。上軸受９は、吸入管１５に接続され、その吸入管１５から吸入した作動流体を吸入室５に導入する流路９ａと、圧縮室６で圧縮された作動流体を回転電動機部の下部空間１７に吐出する吐出孔９ｂとを有する。
【０００９】
回転電動機部は、密閉容器１の内部に焼嵌めされた固定子１１と、シャフト２に焼嵌めされて固定子１１の内周部で回転する回転子１２とから構成される。この固定子１１には、その上端側にコイルエンド１１ｂと、下端側にコイルエンド１１ｄとが設けられている。また、固定子１１の外周側には、下部空間１７と上部空間１９とを連通し、作動流体の流路となる複数の切欠き１１ａが設けられている。そして、密閉容器１の底部の油溜り１６には冷凍機油が貯留される構成となっている。
【００１０】
一方、固定子１１の上端側のコイルエンド１１ｂの外側に、区画部材としての薄肉円筒３１を嵌合して、回転電動機部の上部空間１９を当該薄肉円筒３１で内側空間１９ａと外側空間１９ｂとに区画する。この薄肉円筒３１は、例えば絶縁性に優れたテフロン（登録商標）樹脂等で形成され、その厚みは１ミリメートル程度とする。また薄肉円筒３１は、コイルエンド１１ｂの上端部１１ｃ近傍の位置で折れ部３１ａを有し、この薄肉円筒３１の折れ部３１ａの上部は、上部側に向かうほど内径が小さく形成され、薄肉円筒３１の上端部３１ｂと密閉容器１内の上端面１ａとの間に、作動流体の流路となる隙間３４が設けられている。
さらに、密閉容器１の上部には、密閉容器１の内部の回転電動機部に通電するための導入端子１３と、密閉容器１の内部の上部空間１９から作動流体を冷凍サイクルに導く吐出管３０が設けられている。この吐出管３０は、密閉容器１の内部まで貫通しており、密閉容器１の内部において曲部３０ｂを有し、吐出管３０の密閉容器内開口端としての吸入口３０ａは、薄肉円筒３１の内側（即ち、内側空間１９ａ内）で隙間３４の下方に位置させる。即ち、吸入口３０ａを薄肉円筒３１の上端部３１ｂより下方に配置する。また、吐出管３０の吸入口３０ａの位置は、回転子１２の回転中心軸Ｌの近傍とし、斜め下方を向ける。このため、導入端子１３は、密閉容器１の上部に設けた吐出管３０の取り付けの障害にならない位置に取り付ける構成とする。なお、本実施例では、従来技術と同様な油分離板方法の回転子１２の貫通孔１２ａ（図６参照）は設けていない。
【００１１】
次に、上記構成の圧縮機の動作について説明する。作動流体は、吸入管１５から上軸受９に設けられた流路９ａを通じて吸入室５に導かれる。回転電動機部に通電し、回転子１２と一体のシャフト２を回転させると、ローラ４は偏心回転運動を行い、吸入室５と圧縮室６の容積が変化し、これに伴い作動流体は吸入、圧縮される。圧縮された作動流体は、吐出孔９ｂの吐出弁（図示せず）が開くと、油溜り１６から供給され圧縮機構部を潤滑したオイルミストを混合した状態で、回転電動機部の下部空間１７に吐出される。この下部空間１７内の作動流体は、固定子１１の外周側に形成した回転電動機部と密閉容器１との隙間としての切欠き１１ａや、固定子１１と回転子１２の隙間１８（エアギャップ）を通過して、回転電動機部の上部空間１９に流れる。そして、作動流体は、上部空間１９で冷凍機油を分離し、吐出管１４から吐出される。
【００１２】
この油分離動作について説明する。前述のように、圧縮機構部から回転電動機部の下部空間１７に吐出されたオイルミストを含む作動流体は、固定子１１と回転子１２の隙間１８や、固定子１１の切欠き１１ａを通過して、回転電動機部の上部空間１９の内側空間１９ａや外側空間１９ｂに移動する。このとき、固定子１１と回転子１２の隙間１８は非常に狭いので、固定子１１の切欠き１１ａを通過する作動流体の割合が非常に多くなる。
この固定子１１の切欠き１１ａを通過して薄肉円筒３１の外側空間１９ｂに流入した作動流体は、薄肉円筒３１の上端部３１ｂと密閉容器１内の上端面１ａとの間の隙間３４を経て、薄肉円筒３１の内側空間１９ａに移動する。そして、薄肉円筒３１の内側空間１９ａの作動流体は、隙間３４の下方に位置する吸入口３０ａに吸入されて、外部の冷凍サイクルへ吐出される。また、薄肉円筒３１の内側空間１９ａで回転子１２が高速回転するため、薄肉円筒３１の内側空間１９ａの作動流体には、回転中心軸Ｌを中心とした旋回流れが生じる。
【００１３】
さらに、油分離動作とその効果について詳細に説明する。
薄肉円筒３１をコイルエンド１１ｂの外側に嵌合し、回転電動機部の上部空間１９を薄肉円筒３１の内側空間１９ａと外側空間１９ｂに区画したことにより、固定子１１の切欠き１１ａを通過して上部空間１９に流入した作動流体の流路を制限することができる。
即ち、上部空間１９を内側空間１９ａと外側空間１９ｂに区画する薄肉円筒３１を設けたことにより、薄肉円筒３１の内側空間１９ａの旋回流れが薄肉円筒３１の外側空間１９ｂに拡散することを防ぐため、回転運動エネルギーの減衰が抑えられる。このため、コイルエンド１１ｂの上端面１１ｃより上部における薄肉円筒３１の内部空間１９ａの旋回流速が維持されやすくなり、薄肉円筒３１の上端部３１ｂと密閉容器１内の上端面１ａとの隙間３４を経て、当該隙間３４の下方に設けた吸入口３０ａに向かう作動流体とオイルミストとに強い遠心力が作用する。従って、作動流体よりも大きな密度を有し大きな遠心力が作用するオイルミストは、薄肉円筒３１の内側側面に付着して液滴となり、作動流体よりも密度が大きいため、作動流体よりも下側に流れて作動流体から分離される。
【００１４】
また、薄肉円筒３１の上端部３１ｂと密閉容器１内の上端面１ａとの間に隙間３４を設けたことにより、固定子１１の切欠き１１ａを通過したオイルミストを含む作動流体は、外側空間１９ｂを密閉容器１の上端部近傍まで上向きに流れた後、隙間３４を通過して薄肉円筒３１の内側空間１９ａに入る。隙間３４は密閉容器１内の上端面１ａの真下であり、薄肉円筒３１の内側空間１９ａは隙間３４よりも下方に拡がるため、薄肉円筒３１の内部空間１９ａに流入した作動流体は、流れの幅を拡大しつつ下向きの流速成分を持つ流れを形成する。この下向きに流れる作動流体に混合したオイルミストは、周囲の作動流体から下向きの流速成分を与えられる。また、オイルミストは作動流体に比べて密度が大きく、冷凍機油に働く重力が作動流体に働く重力よりも大きいため、オイルミストは作動流体よりも大きな下向き速度成分を持つ。このため、オイルミストは、作動流体の下方に向かって流れ、作動流体から分離される。つまり、薄肉円筒３１の上端部３１ｂと密閉容器１内の上端面１ａとの隙間３４を通り、薄肉円筒３１の内側空間１９ａに作動流体を流入させることで、オイルミストは作動流体から分離される。
【００１５】
また、本実施例では、吐出管３０が密閉容器１の内部に貫通して、吐出管３０の吸入口３０ａが薄肉円筒３１の内側空間１９ａで隙間３４よりも下方の位置にあるため、隙間３４から内側空間１９ａに流入する作動流体が吸入口３０ａに向かってより下向きに流れる。よって、オイルミストは作動流体から強い下向きの外力を与えられ、オイルミストが作動流体から分離されやすくなる。また、吐出管３０の吸入口３０ａが斜め下方に向けて開口しており、吸入口３０ａに吸入される作動流体の流れは下向きから上向きに急激に変わる。このため、吸入口３０ａに誘引されて下向きに流れてきたオイルミストは、作動流体より密度が大きく慣性力が大きいために、流れを上向きに変えずに下方の回転子１２の上端面１２ｂへと向かう。一方、冷凍機油よりも密度が小さく慣性力も小さな作動流体は吸入口３０ａに吸入される。このため、作動流体とオイルミストは分離される。
【００１６】
また、薄肉円筒３１の内部空間１９ａでは、回転子１２が回転しているため、回転子１２の上面１２ｂの近傍で粘性により旋回流れが生じる。薄肉円筒３１の内側空間１９ａの作動流体は、旋回流れから受ける剪断力により回転子１２の上面１２ｂの近傍に近づくほど回転方向の流速成分が増す。コイルエンド１１ｂの上端面１１ｃより上部では、コイルエンド１１ｂの外側に嵌合した薄肉円筒３１の内側側面まで、旋回流れの影響を受ける領域が拡大するため、作動流体の回転方向の流速が急激に低下してしまうが、薄肉円筒３１の内側側面を円筒形状としたことにより、コイルエンド１１ｂの上端面１１ｃより上部の薄肉円筒３１の内側側面が作動流体に与える回転方向の流速損失は非常に小さくなる。
【００１７】
また、薄肉円筒３１の折れ部３１ａの上部が、上部側ほど内径が小さく形成されているため、薄肉円筒３１の折れ部３１ａの上部に付着した冷凍機油の液滴には、内側で回転する作動流体の遠心力により薄肉円筒３１の内側側面に向かう外力が加わる。その薄肉円筒３１の内側側面に向かう外力の薄肉円筒３１の内側側面に垂直な分力は、薄肉円筒３１の内側側面からの反力とバランスするが、薄肉円筒３１の内側側面に平行な分力が残る。このため、薄肉円筒３１の折れ部３１ａの上部に付着した冷凍機油の液滴には、薄肉円筒３１の内側側面に平行な下向きの力が作用し、作動流体の下側に向かう流れがより促進される。
さらに、薄肉円筒３１の内側側面に付着せず吐出管３０の吸入口３０ａに吸入されないオイルミストは、吐出管３０の吸入口３０ａの下部において、密度が作動流体よりも大きいために、作動流体よりもさらに回転子１２の上面１２ｂの近傍に到達する。
【００１８】
また、薄肉円筒３１をコイルエンド１１ｂの外側に固定したことにより、回転子１２の上面１２ｂの近傍に至り大きな旋回流速を与えられ大きな遠心力を受けたオイルミストは、複数の銅線の束で構成され表面に複雑な凹凸形状を有するコイルエンド１１ｂに付着するため、液滴に成長しやすく作動流体との分離が促進される。
上記の作用効果により、霧滴から液滴に成長し、作動流体から分離された冷凍機油は、重力により固定子１１と回転子１２の隙間１８を通過して、密閉容器１の底部の油溜り１６に戻される。一方、旋回流れによる遠心力が冷凍機油よりも小さく、薄肉円筒３１の内側空間１９ａの中心部に集まる作動流体は、冷凍機油が分離された状態で吐出管３０の吸入口３０ａに導かれる。
【００１９】
以上のように、本実施例では、作動流体とともに圧縮機外部の冷凍サイクルへ持ち出される冷凍機油の量を抑えることができ、熱交換器に冷凍機油が付着して熱交換効率を低下させることを防止し、かつ、油溜り１６の冷凍機油の量を常に一定にして圧縮機の信頼性と効率を向上させることが可能である。
また、本実施例は、薄肉円筒３１をコイルエンド１１ｂに嵌合させ、薄肉円筒３１の上端と密閉容器１内の上端面との間に隙間を設け、吐出管３０を延長してその吸入口３０ａを薄肉円筒３１の内側に位置させるだけであり、従来の圧縮機から僅かな変更のみで簡単に本実施例の効果が得られ非常に安価である。
【００２０】
（実施例２）
図３は、本発明の第２の実施例における圧縮機の縦断面図である。第２の実施例の圧縮機は、薄肉円筒を除いて図１および図２で説明した第１の実施例における圧縮機と同様な構成であり、同一機能部品については同一符号を適用する。また、第１の実施例の圧縮機と同一の構成および作用の説明を省略する。
本実施例の圧縮機では、固定子上端側のコイルエンド１１ｂの内側に、区画部材としての薄肉円筒３２を嵌合して、回転電動機部の上部空間１９を当該薄肉円筒３２により内側空間１９ａと外側空間１９ｂに区画する。また、薄肉円筒３２を、その下端から上端までの内側側面を上端側ほど内径が小さくなる形状に形成し、かつ薄肉円筒３２の上端部３２ｂと密閉容器１内の上端面１ａとの間に隙間３４を設ける構成とする。
【００２１】
次に、以上のように構成した薄肉円筒３２の油分離動作とその効果について説明する。
薄肉円筒３２の内側空間１９ａの作動流体は、回転子１２の上面１２ｂの近傍で生じる旋回流れから、剪断力による回転運動エネルギーを与えられて旋回流れを生じるが、薄肉円筒３２をコイルエンド１１ｂの内側に嵌合させたことにより、薄肉円筒３２をコイルエンド１１ｂの外側に嵌合させる場合と比較して、内側空間１９ａの領域が小さくなるため回転運動エネルギーの拡散が抑えられる。従って、薄肉円筒３２の内側空間１９ａの旋回流速が、第１の実施例と比較して、全体的に大きくなる。そして、薄肉円筒３２の上端部３２ｂの隙間３４から内側空間１９ａに流入した作動流体は、第１の実施例の場合より、強い遠心力を受ける。このため、作動流体と冷凍機油との密度差に起因する遠心力の差によって、オイルミストが、薄肉円筒３２の内側側面により付着しやすくなり、液滴への成長が促進されて、作動流体から冷凍機油が一段と分離される。
【００２２】
また、薄肉円筒３２をコイルエンド１１ｂの内側に嵌合させたことにより、薄肉円筒３２の内側に薄肉円筒３２の形状の自由度を制限する障害物が無いため、第１の実施例の圧縮機よりも、薄肉円筒３２の下端から上端までの内側側面を上端側ほど内径を更に小さく形成することが可能となる。そのため、薄肉円筒３２の内側側面に付着した冷凍機油の液滴に作用するところの、遠心力の薄肉円筒３２の内側側面に垂直な分力は、薄肉円筒３２の内側側面からの反力とバランスし、薄肉円筒３２の内側側面に付着した冷凍機油の液滴に作用するところの、遠心力の薄肉円筒３２の内側側面に平行な分力が残る。そのため、薄肉円筒３２の下端から上端までの内側側面に付着した冷凍機油の液滴の下向きの流れが促進されて、第１の実施例の圧縮機よりも、密閉容器１の下部の油溜り１６に冷凍機油が一段と戻りやすくなる。
なお、上記に説明した作用効果の他に、第２の実施例の構成においても、第１の実施例と同様の構成による作用効果が同様に得られることは言うまでもない。
【００２３】
以上のように、本実施例では、作動流体とともに圧縮機外部の冷凍サイクルへ持ち出される冷凍機油の量を抑えることができ、熱交換器に冷凍機油が付着して熱交換効率を低下させることを防止し、かつ、油溜り１６の冷凍機油の量を常に一定にして圧縮機の信頼性と効率を向上させることが可能である。
【００２４】
（実施例３）
図４は、本発明の第３の実施例における圧縮機の縦断面図である。第３の実施例の圧縮機は、薄肉円筒を除いて図１および図２で説明した第１の実施例における圧縮機と同様な構成であり、同一機能部品については同一符号を適用する。また、第１の実施例の圧縮機と同一の構成および作用の説明を省略する。
本実施例の圧縮機では、固定子上端側のコイルエンド１１ｂの内側に、区画部材としての薄肉円筒３３を嵌合して、回転電動機部の上部空間１９を当該薄肉円筒３３により、内側空間１９ａと外側空間１９ｂとに区画する。このとき薄肉円筒３３の上端部を、密閉容器１内の上端面１ａに接触させて固定する構成とする。また、薄肉円筒３３の上部に、内側空間１９ａと外側空間１９ｂとを連通する作動流体の流路としての、複数の連通孔３５を設ける。また、回転子１２の上面１２ｂの近傍において、薄肉円筒３３の下部の内側側面から薄肉円筒３３の内側に向かう鍔部３３ａを設ける。そして、この鍔部３３ａで、薄肉円筒３３の内側空間１９ａを上側空間１９ａ’と下側空間１９ｃとに区画し、鍔部３３ａの中心部に、上側空間１９ａ’と下側空間１９ｃとを連通する流路３６を形成する構成とする。
【００２５】
次に、以上のように構成した薄肉円筒３３及び鍔部３３ａの油分離動作とその効果について説明する。
薄肉円筒３３で区画した内側空間１９ａと外側空間１９ｂを、薄肉円筒３３の上部に設けた複数の連通孔３５で連通したことにより、薄肉円筒３３の上端部を密閉容器１内の上端面１ａに接触固定することが可能となり、区画部材のコイルエンド内側または外側の設置場所に係わらず、圧縮機組立て時における区画部材の縦方向の位置決め精度が向上する。尚、薄肉円筒をコイルエンドの外側に設けた構成であれば、薄肉円筒と高速で回転する回転子との接触可能性がより低下して、薄肉円筒及び回転子の接触による損傷を防止し、信頼性の高い圧縮機を提供することができる。
【００２６】
一方、薄肉円筒３３の内周側に回転中心軸Ｌに向かう鍔部３３ａを設け、薄肉円筒３３の内側空間１９ａを、鍔部３３ａで上側空間１９ａ’と下側空間１９ｃとに区画し、鍔部３３ａの中心部に上側空間１９ａ’と下側空間１９ｃとを連通する流路３６を形成したことにより、薄肉円筒３３の下側空間１９ｃでは、回転している回転子１２の上面１２ｂから粘性により回転運動エネルギーを与えられた作動流体に、回転中心軸Ｌから外側に向かう強い遠心力が働くことになる。この強い遠心力が作用する作動流体は、鍔部３３ａと回転子１２の上面１２ｂとの間の下側空間１９ｃを、薄肉円筒３３の内側側面に向けて径方向に流れ、薄肉円筒３３の内側側面と鍔部３３ａとで形成される角部に沿って、回転子１２と固定子１１の隙間１８を下向きに流れる。
このとき回転子１２の上面１２ｂの回転中心軸Ｌの近傍では、作動流体が外側に向けて流れるために圧力が低下し、作動流体が鍔部３３ａの上部空間１９ａ’から流路３６を経て鍔部３３ａの下側空間１９ｃに流入する。このため、薄肉円筒３３をコイルエンド１１ｂに嵌合させ、作動流体を薄肉円筒３３の上部から薄肉円筒３３の内側空間１９ａに流入させることにより、作動流体から分離されて鍔部３３ａの上側空間１９ａ’の下部に集められた冷凍機油の霧滴や液滴が、鍔部３３ａの流路３６から下側空間１９ｃおよび回転子１２と固定子１１の隙間１８を経て、密閉容器１の下部に設けた油溜り１６へと強制的に戻される。このように、鍔部３３ａの上側空間１９ａ’の下部に集められた冷凍機油の霧滴や液滴が強制的に油溜り１６に戻されることにより、鍔部３３ａの上部空間１９ａ’のオイルミストの濃度が低下して、圧縮機から冷凍機油が吐出されるのを一段と防ぐことができる。
ところで、上記実施例では薄肉円筒３３の内周側に鍔部３３ａを設けたが、上端側コイルエンドの内周部に独立して鍔部を設ける構成（図示せず）とすることも可能であり、本実施例と同様の作用効果によって、鍔部近傍の冷凍機油の霧滴や液滴を鍔部で形成した下側空間から油溜りへ強制的に戻すことができる。
なお、上記に説明した作用効果の他に、第３の実施例の構成においても、第１および第２の実施例と同様の構成による作用効果が同様に得られることは言うまでもない。
【００２７】
以上のように、本実施例では、作動流体とともに圧縮機外部の冷凍サイクルへ持ち出される冷凍機油の量を抑えることができ、熱交換器に冷凍機油が付着して熱交換効率を低下させることを防止し、かつ、油溜り１６の冷凍機油の量を常に一定にして圧縮機の信頼性と効率を向上させることが可能である。
【００２８】
なお、上述した第１から第３の実施例の圧縮機において、環境に優しい二酸化炭素などの作動流体を用いて、密閉容器１の内部の作動流体が超臨界状態になり、作動流体に対する冷凍機油の溶解量が増加する構成に対しては、前述した薄肉円筒３１等の作用によって油分離の効果が特に顕著になる。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明によれば、薄肉円筒を固定子上端側のコイルエンドに嵌合し、薄肉円筒で密閉容器内の上部空間を内側空間と外側空間に区画し、吐出管を密閉容器１の内部まで貫通し、その吐出管の吸入口を薄肉円筒の内側に位置させることにより、固定子の切欠きを通過した作動流体は、外側空間を上向きに流れ、薄肉円筒の上端部と密閉容器内の上端面との隙間を通過して吐出管の吸入口に向かって、内側空間を下向きに流れ、そして、吸入口に吸い込まれる際に再び上向きに流れる。このように薄肉円筒で上部空間を内側空間と外側空間に区画することによって、作動流体は、上向きから下向き、更に上向きに流れるとともに、内側空間に流入した作動流体は、回転子により誘起されて旋回して流れる。
従って、密度の大きいオイルミストは、重力や下向き流れの慣性力で下方側に落ち、且つ旋回流れの遠心力で薄肉円筒の内壁に付着して作動流体から分離されるため、作動流体とともに密閉容器外の冷凍サイクルへ持ち出される冷凍機油の量を抑えることができる。即ち、熱交換器に冷凍機油が付着して熱交換効率を低下させることを防止し、かつ、油溜りの冷凍機油の量を常に一定にして圧縮機の信頼性と効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における圧縮機の縦断面図
【図２】図１に示す圧縮機のＸ―Ｘ矢視の横断面図
【図３】本発明の第２の実施例における圧縮機の縦断面図
【図４】本発明の第３の実施例における圧縮機の縦断面図
【図５】従来の圧縮機の縦断面図
【図６】従来の圧縮機の油分離板の周辺の詳細断面図
【符号の説明】
１    密閉容器
１ａ    上端面
１１    固定子
１１ａ  切欠き
１１ｂ  コイルエンド
１２    回転子
１４、３０  吐出管
１４ａ、３０ａ  吸入口
１６    油溜り
１９    上部空間
１９ａ  内側空間
１９ａ’  上側空間
１９ｂ  外側空間
１９ｃ  下側空間
３０ｂ  曲部
３１、３２、３３  薄肉円筒
３１ａ  折れ部
３１ｂ、３２ｂ  上端部
３３ａ  鍔部
【図１】
2004346742.tif 000003
【図２】
2004346742.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004346742.tif 000006
【図５】
2004346742.tif 000007
【図６】
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