(57)【要約】【課題】ＣＯ２を冷媒として高圧力下で用いられるものにおいても、耐圧性確保のための重量増加を最小限におさえつつ、冷凍サイクルシステムの効率向上を可能とする電動圧縮機を提供する。【解決手段】ＣＯ２を作動流体とし、吸入された作動流体がモータ部１２０を流通した後に、圧縮機部１３０で圧縮される電動圧縮機において、圧縮機部１３０の吐出側で作動流体中に含まれる潤滑油を分離する潤滑油分離器１５０と、分離された潤滑油を溜める貯油室１６０と、貯油室１６０に溜められた潤滑油を圧縮機部１３０の低圧側に減圧して還流させる還流通路１７０とを設ける。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ２を作動流体とし、吸入された前記作動流体がモータ部（１２０）を流通した後に、圧縮機部（１３０）で圧縮される電動圧縮機において、
前記圧縮機部（１３０）の吐出側で前記作動流体中に含まれる潤滑油を分離する潤滑油分離器（１５０）と、
前記分離された潤滑油を溜める貯油室（１６０）と、
前記貯油室（１６０）に溜められた潤滑油を前記圧縮機部（１３０）の低圧側に減圧して還流させる還流通路（１７０）とが設けられたことを特徴とする電動圧縮機。
【請求項２】
前記潤滑油分離器（１５０）は、遠心分離式であることを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
【請求項３】
前記還流通路（１７０）における減圧のための絞り部（１７１）は、前記還流通路（１７０）が前記圧縮機部（１３０）内の部材（１３５、１４０）間の隙間に開口することで形成される隙間部（１７１）としたことを特徴とする請求項２に記載の電動圧縮機。
【請求項４】
前記還流通路（１７０）の開口部（１７２）と対向する側の前記部材（１３５）は、前記圧縮機部（１３０）内の可動部材（１３５）であることを特徴とする請求項３に記載の電動圧縮機。
【請求項５】
前記圧縮機部（１３０）はスクロール式の圧縮機部（１３０）であり、
前記可動部材（１３５）は、可動スクロール（１３５）としたことを特徴とする請求項４に記載の電動圧縮機。
【請求項６】
前記圧縮機部（１３５）の外郭（１１３）は、低圧側の圧力を受けるハウジング（１１３）として形成され、
前記ハウジング（１１３）内に包含される第２ハウジング（１６１）によって前記貯油室（１６０）が形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＯ２を冷媒として用いる冷凍サイクル装置に適用される電動圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動圧縮機に関わる技術として、特開２００１−１２３５２号公報に示されるように、モータ室を低圧雰囲気とし、吸入冷媒でモータを冷却するいわゆる吸入冷却方式としたものが知られている。
【０００３】
この電動圧縮機においては、例えばＣＯ２を冷媒として臨界圧力を超えるような高圧力下で使用する場合でも、モータ室を形成するハウジングの板厚は低圧雰囲気としていることから最小限に留めることができ、軽量化に有効なものとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、吸入冷却方式ではモータ室を吐出冷媒中に含まれるオイルの分離室として使用することができないので、圧縮機の潤滑を行うためには冷凍サイクルのシステム内循環による帰還オイルでの潤滑が必要となり、システム内のオイルレートを下げることができなかった。システム内のオイルレートが高いと、熱交換器の熱交換効率低下や圧縮機自身の体積効率低下等を招き、システムの効率低下を引き起こす。
【０００５】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、ＣＯ２を冷媒として高圧力下で用いられるものにおいても、耐圧性確保のための重量増加を最小限におさえつつ、冷凍サイクルシステムの効率向上を可能とする電動圧縮機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
請求項１に記載の発明では、ＣＯ２を作動流体とし、吸入された作動流体がモータ部（１２０）を流通した後に、圧縮機部（１３０）で圧縮される電動圧縮機において、圧縮機部（１３０）の吐出側で作動流体中に含まれる潤滑油を分離する潤滑油分離器（１５０）と、分離された潤滑油を溜める貯油室（１６０）と、貯油室（１６０）に溜められた潤滑油を圧縮機部（１３０）の低圧側に減圧して還流させる還流通路（１７０）とが設けられたことを特徴としている。
【０００８】
これにより、モータ部（１２０）は、作動流体圧縮後の高圧に耐え得る強度を備える必要が無く、ハウジング（１１２）の板厚を下げることができるので、電動圧縮機（１００）の重量増加を抑えることができる。特にＣＯ２を作動流体として臨界圧力を超えるような高圧力下で用いられる電動圧縮機（１００）においては、もともと耐圧性確保のために重量が非常に大きくなるが、上記の耐圧性を不要とする分の重量低減効果が大きく得られる。
【０００９】
また、作動流体中の潤滑油を吐出側で分離して再び圧縮機部（１３０）の低圧側に還流させることで圧縮機部（１３０）の潤滑をまかなうことができるので、作動流体中のオイルレートを下げて熱交換器や圧縮機部（１３０）自身の効率低下を抑え、冷凍サイクル装置のシステム効率を向上させることができる。
【００１０】
潤滑油分離器（１５０）としては、請求項２に記載の発明のように、遠心分離式が好適であり、安価な構造で容易に対応することができる。
【００１１】
ところで、ＣＯ２のように作動流体を高圧力下で扱うものにおいて所定量の潤滑油を還流させるために還流通路（１７０）の絞り部（１７１）として通常の孔加工による絞りで対応すると非常に孔径の小さいものが必要となり、加工の難易度が高くなるが、請求項３に記載の発明のように、還流通路（１７０）における減圧のための絞り部（１７１）は、還流通路（１７０）が圧縮機部（１３０）内の部材（１３５、１４０）間の隙間に開口することで形成される隙間部（１７１）とすれば、容易に絞り部（１７１）を形成することができる。
【００１２】
そして、請求項４に記載の発明では、還流通路（１７０）の開口部（１７２）と対向する側の部材（１３５）は、圧縮機部（１３０）内の可動部材（１３５）であることを特徴としている。
【００１３】
これにより、潤滑油内に含まれる微小な異物が可動部材（１３５）の動きに伴って潤滑油と共に流動しやすくなるので、開口部（１７２）近傍で停滞してこの開口部（１７２）を閉塞させることを防止することができる。
【００１４】
尚、請求項５記載の発明のように、圧縮機部（１３０）はスクロール式の圧縮機部（１３０）とし、可動部材（１３５）は可動スクロール（１３５）として適用すると好適である。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、圧縮機部（１３５）の外郭（１１３）は、低圧側の圧力を受けるハウジング（１１３）として形成され、ハウジング（１１３）内に包含される第２ハウジング（１６１）によって貯油室（１６０）が形成されたことを特徴としている。
【００１６】
これにより、圧縮機部（１３０）のハウジング（１１３）は、モータ部（１２０）と同様に低圧側圧力と大気圧との差分の圧力に耐え得るものとすれば良く、大気側への直接的な作動流体の洩れに対する安全率を高めることができる。また、ハウジング（１１３）の板厚をモータ部（１２０）側と統一してハウジング材の標準化を図ることができる。
【００１７】
更に、第２ハウジング（１６１）は、高圧側圧力と低圧側圧力との差分の圧力を受けることになるので、高圧側圧力を大気圧で受けるものに比べて第２ハウジング（１６１）は薄肉化して対応することができる。
【００１８】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明における第１実施形態について図１〜図４を用いて説明する。電動圧縮機１００は、ＣＯ２を冷媒（作動流体）とする冷凍サイクル装置（図示せず）に適用されるもので、内部に組み込まれたモータ部１２０によって圧縮機部１３０が作動される圧縮機としている。
【００２０】
モータ部１２０および圧縮機部１３０は、フロントハウジング１１１、ミドルハウジング１１２、エンドハウジング１１３が互いに溶接されて形成される密閉容器としてのハウジング１１０内に収容されている。尚、フロントハウジング１１１には冷媒が吸入される吸入口１１１ａが設けられている。
【００２１】
ミドルハウジング１１２内のフロントハウジング１１１側および中間部には、それぞれ軸受け１３２、１３３が固定される支持板１１４およびフレーム１１５が設けられており、この軸受け１３２、１３３によって駆動シャフト１３１が回転可能に支持されている。
【００２２】
モータ部１２０は、ミドルハウジング１１２内に形成されるモータ室１２３に収容されるロータ部１２１とステータ部１２２とから成る。ロータ部１２１は、駆動シャフト１３１に固定されており、また、ステータ部１２２はロータ部１２１の外周側でミドルハウジング１１２の内周面に圧入によって固定されている。そして、図示しない外部電源からの電力がステータ部１２２に供給されると、ロータ部１２１の回転に伴って駆動シャフト１３１が回転駆動されるようにしている。尚、支持板１１４には、吸入口１１１ａから吸入された冷媒がモータ室１２３内に流通する流通路１１４ａが設けられている。
【００２３】
圧縮機部１３０は、内部部材としての可動スクロール１３５と固定スクロール１３６とを有する周知のスクロール式圧縮機を成すものである。固定スクロール１３６は、ミドルハウジング１１２内の反モータ部側に固定されており、この固定スクロール１３６に噛み合うように可動部材としての可動スクロール１３５が配設されている。
【００２４】
可動スクロール１３５の反固定スクロール側には駆動シャフト１３１の先端部に設けられた偏心部１３１ａが軸受け１３４を介して挿入されている。そして、可動スクロール１３５は、図示しない自転防止機構によって駆動シャフト１３１の回転駆動に伴い固定スクロール１３６に対して公転する。
【００２５】
両スクロール１３５、１３６間の外周側には吸入室１４１が形成され、中心側に向けて圧縮室１４２が形成されている。そして、フレーム１１５にはモータ室１２３内に流入した冷媒が吸入室１４１に流通する流通路１１５ａが形成されている。
【００２６】
また、固定スクロール１３６には、圧縮室１４２で圧縮された冷媒が吐出される吐出ポート１３６ａおよび吐出室１４３が形成されている。吐出ポート１３６ａは固定スクロール１３６の中心部に設けられた孔として形成されており、吐出室１４３は、固定スクロール１３６に設けられた凹状部が仕切り板１３７によって区画される空間として形成されている。
【００２７】
そして、圧縮された冷媒が吐出室１４３から流通路１３６ｂを経て吐出口１１２ａから吐出される間には、本発明の特徴部となるオイルセパレータ１５０、貯油室１６０、還流通路１７０が設けられている。
【００２８】
オイルセパレータ１５０は、圧縮機部１３０の吐出側で冷媒中に含まれる潤滑油を分離する遠心分離式の潤滑油分離器であり、分離パイプ１５１、分離筒１５２、導入通路１５３、排出孔１５４から成る。
【００２９】
分離パイプ１５１は、外径寸法が２段に設定されたパイプ部材である。分離筒１５２は、固定スクロール１３６および仕切り板１３７に設けられた両凹状部によって形成される筒状の空間である。
【００３０】
分離パイプ１５１の外径の大きい側は、分離筒１５２の上側に圧入固定され、また、分離パイプ１５１の外径の小さい側は、分離筒１５２内で下側に向けて延びている。そして、分離パイプ１５１は、流通路１３６ｂ、吐出口１１２ａに連通している。
【００３１】
分離筒１５２には、図２に示すように、分離筒１５２の内周面に接するように導入通路１５３が設けられ、吐出室１４３と分離筒１５２内とが連通されるようにしている。更に、分離筒１５２の下側には貯油室カバーとしてのエンドハウジング１１３と仕切り板１３７との間に形成される貯油室１６０内に連通する排出孔１５４が設けられている。
【００３２】
貯油室１６０は、上記オイルセパレータ１５０によって分離された冷媒中の潤滑油を溜めるものである。貯油室１６０内は、吐出室１４３から導入通路１５３、分離筒１５２、排出孔１５４を経て冷媒の吐出圧力（高圧側圧力）が付加されるため、エンドハウジング１１３の板圧ｔ２は、圧縮前の冷媒圧力（低圧側圧力）が付加されるフロントおよびミドルハウジング１１１、１１２の板圧ｔ１よりも厚く設定されている。
【００３３】
還流通路１７０は、貯油室１６０に溜められた潤滑油を圧縮機部１３０の低圧側に減圧して還流させるものであり、給油通路１７０ａと給油管１７０ｂとから成る。給油通路１７０ａは、固定スクロール１３６の吸入室１４１近傍に設けられている。図３に示すように、給油通路１７０ａは、可動スクロール１３５に対向して、作動時にスラスト力によって両スクロール１３５、１３６間に生ずる隙間δに開口部１７２を形成し、吸入室１４１に連通している。また、給油通路１７０ａは、給油管１７０ｂが接続されて貯油室１６０の下側近傍と連通するようにしている。
【００３４】
そして、図４に示すように、隙間δと給油通路１７０ａの内径φｄとによって形成される仮想扁平円柱の側面の隙間部（面積πｄδ部）が、貯油室１６０から吸入室１４１に対する減圧のための絞り部１７１となっている。
【００３５】
次に上記構成に基づく作動および作用効果について説明する。電動圧縮機１００はモータ部１２０の駆動によって可動スクロール１３５が公転作動され、吸入口１１１ａ、流通路１１４ａ、モータ室１２３、流通路１１５ａを経て吸入室１４１に流入する冷媒を圧縮室１４２で圧縮する。この時冷媒がモータ部１２０を流通することにより、モータ部１２０は冷却される。そして、圧縮室１４２で圧縮された冷媒が所定の吐出圧力に達すると、冷媒は吐出ポート１３６ａから吐出室１４３に吐出される。
【００３６】
更に、冷媒は吐出室１４３からオイルセパレータ１５０の導入通路１５３から分離筒１５２内に流入する。この時冷媒は分離パイプ１５１と分離筒１５２との間で旋回しながら下方に流れ、比重の小さい冷媒は分離パイプ１５１内に流入し、流通路１３６ｂを経て吐出口１１２ａから流出する。
【００３７】
一方、冷媒中の比重の大きい潤滑油は遠心力によって分離筒１５２の内周壁側に分離され、重力によって下降し、排出孔１５４から貯油室１６０内に溜められる。
【００３８】
そして、貯油室１６０内に溜められた潤滑油は、貯油室１６０と吸入室１４１との圧力差によって還流通路１７０、絞り部１７１を経て圧縮機部１３０に還流され、圧縮機部１３０の潤滑を行う。尚、還流される潤滑油量は、絞り部１７１（隙間部面積πｄδ）によって予め設定した量に調整される。
【００３９】
これにより、モータ部１２０は、冷媒圧縮後の高圧に耐え得る強度を備える必要が無く、ハウジング１１２の板厚ｔ１を下げることができるので、電動圧縮機１００の重量増加を抑えることができる。特にＣＯ２を冷媒として臨界圧力を超えるような高圧力下で用いられる電動圧縮機１００においては、もともと耐圧性確保のために重量が非常に大きくなるが、上記の耐圧性を不要とする分の重量低減効果が大きく得られる。
【００４０】
また、冷媒中の潤滑油を吐出側で分離して再び圧縮機部１３０の低圧側に還流させることで圧縮機部１３０の潤滑をまかなうことができるので、冷媒中のオイルレートを下げて熱交換器や圧縮機部１３０自身の効率低下を抑え、冷凍サイクル装置のシステム効率を向上させることができる。
【００４１】
また、オイルセパレータ１５０として遠心分離式のものを用いているので、安価な構造で容易に対応することができる。
【００４２】
ところで、ＣＯ２のように冷媒を高圧力下で扱うものにおいて所定量の潤滑油を還流させるために還流通路１７０の絞り部１７１として通常の孔加工による絞りで対応すると非常に孔径の小さいものが必要となり、加工の難易度が高くなるが、ここでは絞り部１７１を両スクロール１３５、１３６間の隙間部によって形成するようにしているので、容易に絞り部１７１を形成することができる。
【００４３】
更に、還流通路１７０の開口部１７２と対向する側を可動スクロール１３５としているので、潤滑油内に含まれる微小な異物が可動スクロール１３５の動きに伴って潤滑油と共に流動しやすくなり、開口部１７２近傍で停滞してこの開口部１７２を閉塞させることを防止することができる。
【００４４】
尚、絞り部１７１の隙間部は、図５に示すように、可動スクロール１３５に段差部１３５ａを設けることで調整したり、図６に示すように、切欠き部１３５ｂを設けて可動スクロール１３５の運動に応じて間欠的に開口部１７２を開放し、異物排出性を向上させるようにしても良い。
【００４５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図７に示す。第２実施形態は上記第１実施形態に対して、貯油室１６０をエンドハウジング１１３内に包含されるように形成したものである。
【００４６】
圧縮機部１３０には、吸入室１４１からエンドハウジング１１３内に連通する連通路１３６ｃが設けられ、エンドハウジング１１３内を低圧側雰囲気として、エンドハウジング１１３は、フロント、ミドルハウジング１１１、１１２と同一の板圧ｔ１で設定している。そして、この連通路１３６ｃよりも内側の領域に貯油室カバー（第２ハウジング）１６１を設け、その内部に貯油室１６０が形成されるようにしている。この貯油室カバー１６１の板圧ｔ３は、フロント、ミドルハウジング１１１、１１２の板圧ｔ１と上記第１実施形態でのエンドハウジング１１３の板圧ｔ２との中間の厚さとしている。
【００４７】
これにより、圧縮機部１３０のリヤハウジング１１３は、モータ部１２０と同様に低圧側圧力と大気圧との差分の圧力に耐え得るものとすれば良く、大気側への直接的な作動流体の洩れに対する安全率を高めることができる。また、リヤハウジング１１３の板厚をモータ部１２０側と統一してハウジング材の標準化を図ることができる。
【００４８】
更に、貯油室カバー１６１は、高圧側圧力と低圧側圧力との差分の圧力を受けることになるので、高圧側圧力を大気圧で受けるものに比べて貯油室カバー１６１は薄肉化して対応することができる。
【００４９】
（その他の実施形態）
上記第１、第２実施形態では、スクロール式の圧縮機部１３０を用いたものとして説明したが、これに限らず、図８に示すように、シリンダ１８１内をロータ１８２が公転し、ロータ１８２に当接するベーン１８３によって吸入室１４１および圧縮室１４２が区画されるロータリ式の圧縮機部１３０としても良く、この時の還流通路１７０の開口部１７２は、吸入室１４１側となるベーン（可動部材）１８３の側面に対向して開口するようにすれば、貯油室１６０からの潤滑油を還流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実施形態における電動圧縮機を示す断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ部を示す断面図である。
【図３】図１における絞り部近傍を示す拡大図である。
【図４】絞り部における隙間部面積を示すモデル図である。
【図５】図１における絞り部近傍の変形例１を示す拡大図である。
【図６】図１における絞り部近傍の変形例２を示す拡大図である。
【図７】本発明の第２実施形態における電動圧縮機を示す断面図である。
【図８】本発明のその他の実施形態における圧縮機部を示す断面図である。
【符号の説明】
１００　電動圧縮機
１１３　エンドハウジング（外郭、ハウジング）
１２０　モータ部
１３０　圧縮機部
１３５　可動スクロール（部材、可動部材）
１３６　固定スクロール（部材）
１５０　オイルセパレータ（潤滑油分離器）
１６０　貯油室
１６１　貯油室カバー（第２ハウジング）
１７０　還流通路
１７１　絞り部（隙間部）
１７２　開口部
【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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【図６】
2004060605.tif 000008
【図７】
2004060605.tif 000009
【図８】
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