(57)【要約】【課題】運転条件によって潤滑油の油面レベルが急激に低下した場合でも常に潤滑油を各摺動部に適正に配分し、各摺動部の油量不足による潤滑不良が防止でき、省電力、低振動、低騒音、高信頼性の密閉型回転圧縮機を提供する。【解決手段】往復運動する前記ベーン部に給油ポンプ作用を設け、前記密閉容器内の底部に貯溜した潤滑油を、前記給油ポンプ室内に汲み上げ、前記給油ポンプ室と前記密閉容器内を連通する油出口路から前記密閉容器内に戻す構造とすることにより達成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部に潤滑油を貯溜した密閉容器と、前記密閉容器内に収納した圧縮要素および電動要素と、前記電動要素の回転力により前記圧縮要素を駆動し回転軸中心を鉛直方向に配置した駆動軸とを備え、前記圧縮要素は、シリンダ室を有するシリンダと、前記シリンダ室の両端部を閉塞する部材と前記シリンダ室内で公転運動をするローラ部と、前記ローラ部の外周面から半径方向に延びて前記シリンダ室をそれぞれの区画するベーン部とを有し、前記シリンダ室の外周側に密閉的に形成した別の空間部を備えた密閉型回転圧縮機において、
前記空間部を給油ポンプ室とし、前記駆動機構の回転に伴って公転運動する前記ローラ部に追従して前記給油ポンプ室を往復運動する前記ベーン部に給油ポンプ作用を設け、前記密閉容器内の底部に貯溜した潤滑油を、前記給油ポンプ室内に汲み上げ、前記給油ポンプ室と前記密閉容器内を連通する油出口路から前記密閉容器内に戻す構造を特徴とする密閉型回転圧縮機。
【請求項２】
底部に潤滑油を貯溜した密閉容器と、前記密閉容器内に収納した圧縮要素および電動要素と、前記電動要素の回転力により前記圧縮要素を駆動し回転軸中心を鉛直方向に配置した駆動軸とを備え、前記圧縮要素は、シリンダ室を有する２つのシリンダと、前記２つのシリンダ室の両端部を閉塞する部材と前記２つのシリンダ室内で１８０度位相が異なる公転運動をする２つのローラ部と、前記２つのローラ部の外周面から半径方向に延びて前記２つのシリンダ室をそれぞれの区画する２つのベーン部とを有し、前記２つシリンダ室の外周側に密閉的に形成した２つの別の空間部を備えた密閉型回転圧縮機において、
前記２つの空間部を給油ポンプ室とし、前記駆動機構の回転に伴って公転運動する前記２つのローラ部に追従して前記２つの給油ポンプ室を往復運動する前記２つのベーン部に給油ポンプ作用を設け、前記密閉容器内の底部に貯溜した潤滑油を、前記密閉容器内の下部側の前記給油ポンプ室内に汲み上げ、前記２つの給油ポンプ室を連通する油連通路と、上部側の前記給油ポンプ室と前記密閉容器内を連通する油出口路から前記密閉容器内に戻す構造を特徴とする密閉型回転圧縮機。
【請求項３】
請求項２に記載された密閉型２段回転圧縮機。
【請求項４】
請求項１において、前記給油ポンプ室における潤滑油の油流入路を流体ダイオードとし、前記流体ダイオードの上部は常に前記密閉容器内に貯溜した潤滑油で満たされていることを特徴とする密閉型回転圧縮機。
【請求項５】
請求項２または３において、前記２つの給油ポンプ室における潤滑油の油流入路を流体ダイオードと、前記２つの給油ポンプ室を連通する油連通路を流体ダイオードとし、前記油流入路の前記流体ダイオードは常に前記密閉容器内に貯溜した潤滑油で満たされていることを特徴とする密閉型回転圧縮機。
【請求項６】
請求項１から５において、圧縮する冷媒をＨＣＦＣ冷媒の代替冷媒であるＨＦＣ系冷媒か炭化水素、ＣＯ２、アンモニア等の自然系冷媒かの何れかを用いたことを特徴とする密閉型回転圧縮機。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の密閉型回転圧縮機を搭載した冷凍・空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型回転圧縮機および冷凍・空調装置にかかり、特に、圧縮機の給油構造に適用され、省電力、低振動、低騒音、高信頼性の密閉型回転圧縮機および冷凍・空調装置を提供するのに好適なものである。この冷凍・空調は、例えば冷蔵庫、エアコンディショナー、除湿機、給湯機、カーエアコン等である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷蔵庫、エアコンディショナー、除湿機、給湯機、カーエアコン等の冷凍・空調システムに用いられているロータリ圧縮機は、密閉容器内に固定子及び回転子を有する電動要素と、この電動要素によって駆動される圧縮要素が収納され、圧縮要素は駆動軸の偏心部に自転自在に嵌合されたローラが、駆動軸の回転によってシリンダ内を公転運動し、ローラに当接するベーンによってシリンダ内を吸込室と圧縮室に仕切ることにより、吸込パイプより吸込室に吸入された冷媒ガスを圧縮室で圧縮し、圧縮された冷媒ガスは密閉容器内に吐出され、吐出パイプより外部の冷凍サイクルに吐出される。
【０００３】
このように構成されたロータリ圧縮機、特に縦形ロータリ圧縮機においては、ローラ部の外周面から半径方向に延びてシリンダ室内を区画し、常に往復運動するベーン部に潤滑油を供給する必要がある。
【０００４】
上記に対して、密閉容器底部に貯溜する潤滑油をベーン部に供給する手段を備えたロータリ圧縮機として、特開平６−８８５８４号公報がある。
【０００５】
特開平６−８８５８４号公報に開示されたロータリ圧縮機は、複数個のシリンダを有する圧縮機構部に給油できる小形の給油機構を備えたもので、駆動軸の回転により、ベーン部の後方に密閉的に形成された空間部（以後給油ポンプ室と呼ぶ）の中で往復運動し、空間部の容積が変化する。このような容積変化によるポンプ作用（以後ベーン給油ポンプと呼ぶ）で、密閉容器底部に貯溜された潤滑油は給油パイプに設けた油吸入口から吸引され、給油パイプを通って駆動軸まで汲み上げられ、各摺動部に供給され、且つベーン給油ポンプとして用いないベーン部が存在した場合に、密閉容器内における潤滑油の油面レベルが低下してもそのベーン部に十分な潤滑油を常に供給可能として信頼性の向上を図るというものであった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−８８５８４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記におけるベーン給油ポンプとして用いない第２のベーン部への油供給経路は、第１のベーン給油ポンプにより押し出された潤滑油が圧縮室と第２の給油ポンプ室との間にある第２のベーン溝部に開口し、その隙間から第２の給油ポンプ室に潤滑油を流出する手段をとっている。このため、代替冷媒、例えばＨＦＣ系冷媒、炭化水素、ＣＯ２、アンモニア等の自然系冷媒を適用する際に、圧縮機の運転条件、特に高速の条件によってはベーンの往復運動によってベーン給油ポンプ能力が上がり、給油ポンプ室の圧力が上昇し、その影響によりベーン溝部の隙間から流出する潤滑油から溶け込んでいた冷媒が発泡し、ベーン部の潤滑性の低下により信頼性を低下させるといった問題があった。
【０００８】
さらに、作動圧力の高いＣＯ２冷媒を適用する際に、ベーン溝部に開口する構造では、圧縮室と給油ポンプ室とのシール距離が少なくなるために、漏れ損失による圧縮機性能および冷凍サイクル性能が低下するといった問題も生じる。
【０００９】
また、密閉容器内の潤滑油の油面レベルが低下した場合には、ベーン給油ポンプとして用いないベーンの往復運動により、潤滑油は攪拌されてミスト状なり、吐出管から冷凍サイクルに流出し、圧縮機性能及び冷凍サイクル性能が低下するといった問題も生じる。
【００１０】
本発明の目的は、ベーン部の後方にベーンポンプ作用を設け、密閉容器底部に貯溜した潤滑油を密閉的に形成された空間部に汲み上げ、運転条件によって密閉容器内の潤滑油の油面レベルが変化した場合でも潤滑油を供給し、ベーン部の摺動部における油量不足による潤滑不良が防止でき、省電力、低振動、低騒音、高信頼性の密閉型回転圧縮機を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の密閉型回転圧縮機は、底部に潤滑油を貯溜した密閉容器と、前記密閉容器内に収納した圧縮要素および電動要素と、前記電動要素の回転力により前記圧縮要素を駆動し回転軸中心を鉛直方向に配置した駆動軸とを備え、前記圧縮要素は、シリンダ室を有するシリンダと、前記シリンダ室の両端部を閉塞する部材と前記シリンダ室内で公転運動をするローラ部と、前記ローラ部の外周面から半径方向に延びて前記シリンダ室をそれぞれの区画するベーン部とを有し、前記シリンダ室の外周側に密閉的に形成した別の空間部を備えた密閉型回転圧縮機において、前記空間部を給油ポンプ室とし、前記駆動機構の回転に伴って公転運動する前記ローラ部に追従して前記給油ポンプ室を往復運動する前記ベーン部に給油ポンプ作用を設け、前記密閉容器内の底部に貯溜した潤滑油を、前記給油ポンプ室内に汲み上げ、前記給油ポンプ室と前記密閉容器内を連通する油出口路から前記密閉容器内に戻す構造とすることにより達成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１から図４を用いて説明する。
【００１３】
まず、本実施形態を図１から図３を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施形態に係る密閉容器回転圧縮機の縦断面図、図２は図１における異なる作動状態を示す図、図３は図１のＡ−Ａ断面図である。
【００１５】
本発明の圧縮機４２は、図１から図３に示すように、密閉容器６内に電動要素４３、圧縮要素４４及びこの両者４３、４４を連結する駆動軸４を配置して構成されている。密閉容器６内の底部には潤滑油１６を貯溜する油溜り部１８が形成されている。この圧縮機４２は、密閉容器６内の空間を吐出圧力より低い圧力（本実施例では中間圧力）とした２段圧縮方式としている。密閉容器内を低い圧力とすることにより、潤滑油１６内に溶け込む冷媒量を低減でき、圧力レベルの高い自然系冷媒であるＣＯ２冷媒を用いる場合に特に好適である。電動要素４３は、固定子７及び回転子５を有している。圧縮要素４４は、圧縮機構と給油機構を有している。
【００１６】
圧縮機構は、第１シリンダ５０、第２シリンダ５１と、各シリンダ５０、５１内に回転可能に配置された揺動ピストン８０、８１と、各シリンダ５０、５１の両端開口を閉塞する主軸受２、副軸受３及び仕切り板２６等よりなっており、２つの圧縮部を有している。揺動ピストン８０、８１は、ローラ部８０ａ、８１ａ及びベーン部８０ｂ、８１ｂより構成されている。
【００１７】
給油機構は、第１シリンダ５０の給油ポンプ室５０ｃ、第２シリンダ５１の給油ポンプ室５１ｃと、ベーン部８０ｂ、８１ｂと、連通部１３、連通孔部２１及び流体ダイオード１７等よりなっており、これらは、ベーン部８０ｂ、８１ｂの摺動部への給油路を構成する。また、主軸受２、副軸受３、各圧縮要素等の摺動部への給油は駆動軸４に設けた図示しないスパイラル溝によって駆動軸４の回転運動により潤滑している。なお、スパイラル溝は主軸受２、副軸受３側に設けてあっても良い。
【００１８】
給油ポンプ室５０ｃと給油ポンプ室５１ｃとは、連通孔部２１を介して連通される。連通孔部２１は、給油ポンプ室５１ｃ側に狭くなる傾斜内面を有する。これにより、連通孔部２１は、流体が給油ポンプ室５０ｃから給油ポンプ室５１ｃに流れ易く、その反対には流れ難くなるという流体ダイオード機能を備えている。また給油ポンプ室５１ｃは連通部１３を介して密閉容器６内のほぼ壁面の方向に開口されて油溜り部１８と連通される。
【００１９】
第１シリンダ５０、第２シリンダ５１には中央部に第１円筒孔部であるシリンダ室５０ａ、５１ａ、が形成されている。このシリンダ室５０ａ、５１ａの両端開口は、閉塞部材を兼用する主軸受２、副軸受３及び仕切り板２６とで閉塞されている。主軸受２と副軸受３にはそれぞれ軸受部２ａ、３ａが形成されており、これにより駆動軸４が回転可能に支持されている。また、主軸受２と副軸受３には駆動軸４の回転軸心が第１シリンダ５０、第２シリンダ５１のシリンダ室５０ａ、５１ａの軸心と一致するように第１シリンダ５０、第２シリンダ５１に固定されている。主軸受２の外周部は密閉容器６に固定されている。駆動軸４には電動要素４３の回転子５が固定されており、電動要素４３の固定子７が密閉容器６に固定されている。
【００２０】
駆動軸４には第１シリンダ５０、第２シリンダ５１のシリンダ室５０ａ、５１ａ内に位置する部分に偏心部４ａ、４ｂが形成されている。この偏心部４ａ、４ｂの円筒状外周面と揺動ピストン８０、８１のローラ部８０ａ、８１ａの円筒状内周面とは回転可能に嵌合されている。そして、駆動軸４が回転して揺動ピストン８０、８１が回転する際に、ローラ部８０ａ、８１ａの円筒状外周面とシリンダ室５０ａ、５１ａを形成する円筒状外周面との間の隙間が微小になるように各部寸法が決められている。そして、２つの偏心部４ａ、４ｂは互いに１８０度位相を異にして形成されているので、２つの圧縮部で生じるガス圧縮トルクの変動が平準化されて圧縮機の振動が低減される。
【００２１】
シリンダ室５０、５１において、シリンダ室５０ａ、５１ａの外周にはシリンダ室５０ａ、５１ａの中心軸心と平行な中心軸を持つ第２円筒状孔部である滑動室５０ｂ、５１ｂが形成されている。滑動室５０ｂ、５１ｂの外側には第３円筒状孔部である給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃが形成されている。そして、滑動室５０ｂ、５１ｂは、一側がシリンダ室５０ａ、５１ａに連通され、他側が給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃに連通されている。滑動室５０ｂ、５１ｂ及び給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃの両端部まで主軸受２、副軸受３及び仕切り板２６が延びている。
【００２２】
ローラ部８０ａ、８１ａの円筒状外周面から半径方向に延びるベーン部８０ｂ、８１ｂは一体に形成されている。このベーン部８０ｂ、ベーン部８１ｂはローラ部８０ａ、８１ａと別体で形成され、ローラ部８０ａ、８１ａの外周面に当接される方式のものでもよい。ベーン部８０ｂ、８１ｂは、シリンダ室５０ａ、５０ｂ内を吸込室１１と圧縮室１０とに区画すると共に、滑動室５０ｂ、５１ｂ内を通って給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃまで延びている。
【００２３】
ベーン部８０ｂ、８１ｂと滑動室５０ｂ、５１ｂの円筒状内周面との間には、滑動部材９が組み込まれている。この滑動部材９は、ベーン部８０ｂ、８１ｂの平面部に摺動可能に当接する平面部と、滑動室５０ｂ、５１ｂの円筒状内周面に摺動可能に当接する円筒面部とを有している。この滑動部材９はベーン部８０ｂ、８１ｂをはさみ込むように配置されている。この結果、ベーン部８０ｂ、８１ｂは滑動室５０ｂ、５１ｂの中心軸に向かう進退運動と中心軸廻りの揺動運動を行い、ベーン部８０ｂ、８１ｂは第１シリンダ５０、第２シリンダ５１と干渉することはない。
【００２４】
次に圧縮要素４４の圧縮動作を説明する。
【００２５】
電動要素４３に通電されて回転子５が回転すると、回転子５と共に駆動軸４が回転することにより、揺動ピストン８０、８１は偏心部４ａ、４ｂと共にシリンダ室５０ａ、５１ａ内で揺動を伴う公転運動を行う。これによって吸込室１１内に冷媒ガスを吸込み、圧縮室に移行して容積の増減を繰り返し、冷媒ガスを圧縮する。
【００２６】
具体的には、冷媒ガスは、密閉容器６に取り付けられた吸込パイプ３０からシリンダ５０の吸込室１１に吸込まれ、圧縮室１０の容積の減少と共に圧縮されて中間圧力となった後、副軸受３に形成された吐出ポート３ｂを通って副軸受３と吐出カバー１４ｂとで形成される吐出室３ｃへ吐出され、その後、吐出室３ｃから密閉容器６内の電動要素側に開口している図示しない孔部と吐出パイプ３１から密閉容器６外に吐出され第１段目の圧縮動作を行う。吐出パイプ３１から吐出された冷媒ガスは次に吸込パイプ３２からシリンダ５１の吸込室に吸込まれ、圧縮室の容積の減少と共に圧縮されて吐出圧力となった後、主軸受２に形成された吐出ポート２ｂを通って副軸受２と吐出カバー１４ａとで形成される吐出室２ｃへ吐出され、その後、吐出パイプ３３から密閉容器６外に吐出され２段目の圧縮動作を行う。
【００２７】
次に給油機構の給油動作について説明する。駆動軸４の回転によって揺動ピストン８０、８１が動作することにより、圧縮機構による圧縮動作と共に給油機構による給油動作が行われる。
【００２８】
まず、図１に示すように第１シリンダ５０の揺動ピストン８０が上死点に、第２シリンダ５１の揺動ピストン８１が下死点にそれぞれ動作する場合について説明する。第１シリンダ５０側の給油ポンプ室５０ｃの容積変化の増加に伴い、密閉容器６の油溜り部１８に貯溜された潤滑油１６は流体ダイオード１７から吸引され、給油ポンプ室５０ｃに吸引される。一方、第２シリンダ５１側の給油ポンプ室５１ｃの容積変化の減少に伴い、給油ポンプ室５１ｃ内の潤滑油１６が連通路１３を通って密閉容器６内の油溜り部１８内へ流出する。
【００２９】
図１の状態から図２に示すように、第１シリンダ５０の揺動ピストン８０が下死点に、第２シリンダ５１の揺動ピストン８１が上死点にそれぞれ動作する場合について説明する。第１シリンダ５０側の給油ポンプ室５０ｃの容積変化の減少と第２シリンダ５１側の給油ポンプ室５１ｃの容積変化の増加に伴い、給油ポンプ室５０ｃ内の潤滑油１６が連通孔部２１を通って給油ポンプ室５１ｃに押し出される。
【００３０】
図１および図２の上記動作において、駆動軸４の回転により、ベーン部８０ｂ、８１ｂが給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃの中で往復運動し、給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃの容積が変化するベーンポンプ作用により、給油流れ方向を第１シリンダ５０の給油ポンプ室５０ｃから第２シリンダ５１の給油ポンプ室５１ｃになるよう形成することとなる。このため、給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃ内は密閉容器６の底部に貯溜された潤滑油１６で満たされ、常に潤滑油１６は循環されることとなる。
【００３１】
以上の構成とすることにより、冷凍サイクルにおける運転状態が安定している、つまり密閉容器６内の潤滑油１６の油面レベルの変動が少ない場合には、給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃの容積が変化するベーンポンプ作用により給油ポンプ室５０ｃおよび５１ｃ内の潤滑油１６は常に循環されるため、ベーン部８０ｂ、８１ｂ、と滑動部材９の摺動による給油ポンプ室５０ｃおよび５１ｃ内の潤滑油１６の温度上昇を抑制でき、潤滑油１６の粘性低下による摺動部の潤滑不良が防止できる。また、冷凍サイクルにおける運転状態が不安定（例えば、低速運転から高速運転に切り換った場合）である、つまり駆動軸４の回転運動によって主軸受２、副軸受３、各圧縮要素等の摺動部への給油の影響による密閉容器６内の潤滑油１６の油面レベルが第１シリンダに設けた流体ダイオード１７の上部まで低下した場合でも、給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃの容積が変化するベーンポンプ作用により、給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃ内は常に潤滑油で満たされており、油量不足による潤滑不良が防止できる。これにより高信頼性の密閉型回転圧縮機を提供することができる。
【００３２】
また、給油ポンプ室５１ｃ内の潤滑油１６がベーン部８１ｂによって攪拌されミスト状態になった場合でも、連通路１３は密閉容器６内のほぼ壁面に向かって設けているため、潤滑油１６は密閉容器６内の壁面から底部に貯溜している油溜り部１８に戻ることとなり、ミスト状の潤滑油１６を冷凍サイクルに流出することがなく、圧縮機性能及び冷凍サイクル性能の低下を抑制することができる。さらには、ＨＣＦＣ系冷媒の代替冷媒、例えばＨＦＣ系冷媒、炭化水素、ＣＯ２、アンモニア等の自然系冷媒を適用すると、一般に潤滑性低下及び荷重増加等により信頼性の低下を招くが、本実施例によればこの信頼性の低下を抑制することができ、代替冷媒を密閉型回転圧縮機に採用することが可能となる。
【００３３】
次に、給油ポンプ室の変形例を図４を用いて説明する。図４に示す変形例は、給油ポンプ室５０ｃに潤滑油１６を供給する吸入口である流体ダイオード１７を副軸受３に設けたものである。この変形例においても、副軸受３の加工が若干面倒になるが、上述したものと同様に潤滑油１６を給油ポンプ室５０ｃ、５１ｃに供給でき、且つ流体ダイオードの位置が密閉容器６の底部よりとなっているために、運転条件が変化し、油面レベルが急激に低下した場合でも、常に潤滑油を提供でき、この構成においても同様の効果が得られる。
【００３４】
ここでは、２段圧縮機を用いて説明したが、単段圧縮機にも搭載できる。また、冷凍・空調システムとして、例えば冷蔵庫、エアコンディショナー、除湿機、給湯機、カーエアコン等に本発明は適用可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、運転条件によって潤滑油の油面レベルが急激に低下した場合でも常に潤滑油を各摺動部に適正に配分し、各摺動部の油量不足による潤滑不良が防止でき、省電力、低振動、低騒音、高信頼性の密閉型回転圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る密閉型回転圧縮機の縦断面図。
【図２】図１における異なる作動状態を示す図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】図１の密閉型回転圧縮機の変形例を示す図。
【符号の説明】
２…主軸受、２ａ…軸受部、２ｂ…吐出ポート、２ｃ…吐出室、３…副軸受、３ａ…軸受部、３ｂ…吐出ポート、３ｃ…吐出室、４…駆動軸、４ａ…偏心部、４ｂ…偏心部、５…回転子、６…密閉容器、７…固定子、９…滑動部材、１０…圧縮室、１１…吸込室、１３…連通部、１４ａ…吐出カバー、１４ｂ…吐出カバー、１６…潤滑油、１７…流体ダイオード、１８…油溜り部、２１…連通孔部（流体ダイオード）、２６…仕切り板、３０…吸込パイプ、３１…吐出パイプ、３２…吸込パイプ、３３…吐出パイプ、４２…圧縮機、４３…電動要素、４４…圧縮要素、５０…第１シリンダ、５０ａ…シリンダ室、５０ｂ…滑動室、５０ｃ…給油ポンプ室、５１…第２シリンダ、５１ａ…シリンダ室、５１ｂ…滑動室、５１ｃ…給油ポンプ室、８０…揺動ピストン、８０ａ…ローラ部、８０ｂ…ベーン部、８１…揺動ピストン、８１ａ…ローラ部、８１ｂ…ベーン部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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