JP2014234784A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮室内へと供給されるオイルが少なく、ラップで仕切られる圧縮室間のシール性が低くなり、冷媒の漏れが増加し性能の低下を引き起こす課題を有していた。【解決手段】密閉容器１内に圧縮機構部４とモータ部５を収納し、圧縮機構部４は、固定スクロール１０と、旋回スクロール１１と、駆動軸１３と、駆動軸１３を支持するメインフレーム１２と、自転拘束機構１５から構成されるスクロール圧縮機であって、主軸受部材１２ｍの旋回スクロール１１の筒型ボス部が旋回する油溜り空間１２ｄのオイルを、密閉容器内壁に沿わして排出する第一の経路１２ａとロータ上部空間２１に排出する第二の経路１２ｂとを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、スクロール圧縮機に関するものである。

密閉容器内にステータとロータで構成されたモータ部とモータ上部に固定スクロール及び旋回スクロールを有した圧縮機構部とを収納するスクロール圧縮機では、一般的に、潤滑油を駆動軸の回転の遠心力により貯油部から汲み上げ、圧縮機構部の潤滑部位へ供給する。図４は従来のスクロール圧縮機の縦断面図である。図４に示すように従来の構成では、潤滑油は圧縮機構部の潤滑部位を潤滑した後、返油パイプ２４を介して貯油部に戻している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１２０５６９号公報

しかしながら、特許文献１に示すような従来の構成では、潤滑油が圧縮機構部の潤滑部位を潤滑した後、返油パイプ内を通り貯油部へ戻るため、冷媒ガスとオイルとが接触することがなく、圧縮室内に供給されるオイルが少ない。そのためラップで仕切られる圧縮室間のシール性が低く、冷媒の漏れが増加し性能の低下を引き起こす課題を有していた。

本発明のスクロール圧縮機は、駆動軸回転の遠心力により貯油部から主軸受部材の旋回スクロールの筒型ボス部が旋回する油溜まり空間に導かれた潤滑油を、密閉容器内壁に沿わして排出する第一の経路とロータ上部空間に排出する第二の経路とを備えている。これによって、高効率なスクロール圧縮機を提供できる。

本発明によれば、圧縮機にオイルを過不足なく供給できるために、オイルによる吸入加熱を最小限に抑えながら、圧縮室内のシール性を向上させることができ、高効率な圧縮機を実現することができる。

本発明の実施の形態による圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態によるメインフレームの下面図 Ａ／Ｂに対する圧縮機効率基準比の関係を示すグラフ 従来の構成による圧縮機の縦断面図

第１の発明は、密閉容器内を下部の低圧室と上部の高圧室に仕切る仕切板を設け、前記低圧室にステータとロータで構成されたモータ部と圧縮機構部とを収納し、前記圧縮機構部は、旋回スクロールと、固定スクロールと、駆動軸と、前記駆動軸の一端に設けられた偏心軸とが一体に形成され、前記偏心軸は前記旋回スクロールの筒型ボス部で支持され、前記駆動軸の主軸は主軸受部材で支持され、前記筒型ボス部が旋回する油溜り空間が前記主軸受部材に設けられ、前記圧縮機構部は前記固定スクロールに形成された吸入口から冷媒を吸入し圧縮した後、前記固定スクロールの吐出口を介して、前記高圧室に吐出する構
成を備え、前記密閉容器の底部に備えられた貯油部のオイルは、前記駆動軸の内部に形成されたオイル通路を通り前記偏心軸端まで汲み上げられ、前記偏心軸と偏心軸受部材を潤滑した後、前記油溜り空間へ至るスクロール圧縮機であって、前記油溜まり空間のオイルを密閉容器内壁に沿わして排出する第一の経路と、ロータ上部空間に排出する第二の経路とを備えるものである。この構成によれば、第二の経路から排出されたオイルは、ロータによって攪拌されミスト状になり、冷媒とともに圧縮室内へと供給されるため、シール性が向上し、冷媒の漏れを防ぐことができ、圧縮機の効率の向上を図ることができる。

第２の発明は、第１の発明において、ロータ上端面にオイル攪拌部材を設けるものである。この構成によれば、確実にオイルをミスト状にできるため、循環量が低い条件においてもオイル供給量を増加でき、冷媒の漏れを抑制することができる。

第３の発明は、第１の発明、第２の発明において、第二の経路の排出口を駆動軸の中心線に直交する平面で、吸入口を中心とし３０°以上離した位置に配置するものである。この構成によれば、圧縮機に供給するオイルの温度を低下させることができるため、オイルによる吸入加熱を防止でき体積効率の向上を図ることができる。

第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、第一の経路の排出口の断面積をＡとし、第二の経路の排出口の断面積をＢとすると、Ａ／Ｂを５以上６０以下にするものである。この構成によれば圧縮機に過不足なくオイルを供給することができるため、圧縮機の効率を向上させることができる。

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。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態による圧縮機の縦断面図である。図１に示すように、本実施の形態による圧縮機は、密閉容器１内に、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部４と、圧縮機構部４を駆動するモータ部５とを備えている。

密閉容器１内は、仕切板６によって上部が高圧室２、下部が低圧室３に仕切られている。そして、低圧室３には圧縮機構部４とモータ部５とオイル９ａを貯留する貯油部９を配置している。密閉容器１には、吸入管７と吐出管８が溶接によって固定されている。吸入管７と吐出管８は密閉容器１の外部に通じ、冷凍サイクルを構成する部材と接続されている。吸入管７は密閉容器１の外部から冷媒を導入し、吐出管８は高圧室２から密閉容器１の外部に高温・高圧の冷媒を導出する。

メインフレーム１２は、密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどで固定され、駆動軸１３を軸支している。このメインフレーム１２には、固定スクロール１０がボルト止めされている。旋回スクロール１１は、メインフレーム１２と固定スクロール１０で挟み込まれている。メインフレーム１２と旋回スクロール１１との間には、旋回スクロール１１の自転運動を規制する自転拘束機構１５が設けられている。メインフレーム１２、固定スクロール１０、旋回スクロール１１、及び自転拘束機構１５は、スクロール式の圧縮機構部４を構成している。

冷媒を圧縮すると、旋回スクロール１１には固定スクロール１０から離れる方向にガス力が作用する。そのため、旋回スクロール１１はメインフレーム１２に形成したスラスト軸受１２ｔによってガス力を支承する。

旋回スクロール１１と固定スクロール１０は、オルダムリングなどによる自転拘束機構
１５によって互いの位置関係が規制されている。また自転拘束機構１５は、旋回スクロール１１の自転を防止し、旋回スクロール１１が円軌道運動するように案内する役割も果たす。旋回スクロール１１は、駆動軸１３の上端に設けている偏心軸１３ｅ、及び可動偏心部材１４にて偏心駆動される。この偏心駆動により、固定スクロール１０と旋回スクロール１１の間に形成している圧縮室１７は、外周から中央部に向かって移動し、容積を小さくして圧縮を行う。

モータ部５は密閉容器１の内壁面側に固定されたステータ５ｂと、このステータ５ｂの内側に回転自在に支持されたロータ５ａからなり、このロータ５ａには駆動軸１３が貫通状態に結合されている。この駆動軸１３の一方の主軸１３ｍはメインフレーム１２に設けられた主軸受部材１２ｍに、他方の副軸１３ｓは副軸プレート１６に設けられた副軸受部材１６ｓに回転自在に支持されている。

次に冷媒の流れについて説明する。吸入管７から吸い込んだ冷媒は、密閉容器１内に導かれ、一部は圧縮機構部４の吸入口７ａへと直接供給され、一部はモータ部５を冷却した後、圧縮機構部４へと供給される。これにより、モータ部５の冷却を行い、巻線温度が所定の温度以上に上昇しないよう制御している。圧縮機構部４へと供給された冷媒は、圧縮室１７の容積変化によって圧縮されるとともに、固定スクロール１０及び旋回スクロール１１の中心部に移動する。固定スクロール１０の中央部には、吐出口１０ａが形成されている。吐出口１０ａには、リードバルブやフロートバルブなどの逆止弁１８が設けられている。所定の圧力に到達すると、冷媒は逆止弁１８を押し開け、高圧室２へと流れ込み、吐出管８から冷凍サイクルへと送り込まれる。

次にオイルの流れについて説明する。駆動軸１３の下端にはオイルピックアップ１９が装着され、その内部にはオイルハネ２０を備えている。駆動軸１３が回転することにより、オイルハネ２０によって貯油部９のオイル９ａが吸い上げられ、その後、駆動軸１３の内部に形成されたオイル通路１３ｉを上昇する。オイル通路１３ｉは、回転軸に対して偏心した状態で形成されており、オイル９ａには遠心力が働く。これにより、オイル９ａは駆動軸１３の主軸１３ｍ、更には駆動軸１３の端部まで導かれる。主軸１３ｍに到達したオイル９ａは駆動軸１３に形成された横穴１３ｈを通過し、主軸受部材１２ｍと主軸１３ｍの嵌合部へと供給され、潤滑油として作用する。同じく、駆動軸１３の端部に到達したオイル９ａは偏心軸受部材１１ｅと偏心軸１３ｅの嵌合部へと供給され、潤滑油として作用する。各軸受の嵌合部を潤滑したオイル９ａは、メインフレーム１２と旋回スクロール１１の鏡板で囲まれた油溜り空間１２ｄに到達する。その後、スラスト軸受１２ｔを潤滑し、メインフレーム１２の内部通路を経由して、密閉容器１内に導かれ、貯油部９に戻る。

以下より、本実施の形態を説明する。図１に示すように、主軸受部材１２ｍの旋回スクロール１１の筒型ボス部が旋回する油溜り空間１２ｄのオイル９ａを密閉容器１の内壁に沿わして排出する第一の経路１２ａとロータ上部空間２１に排出する第二の経路１２ｂとを備えている。第一の経路１２ａから排出されたオイル９ａは、密閉容器１の内壁に沿って貯油部９へ至るため、圧縮室１７内に供給されることはほとんどない。一方、第二の経路１２ｂから排出されたオイル９ａは、ロータ５ａによって攪拌されることで液状からミスト状になる。オイル９ａをミスト状にすることで密閉容器１内の冷媒とともに圧縮室１７内へと供給されやすくなるため、圧縮室１７内への給油量を増やすことができる。その結果、圧縮室１７内のシール性が良化し、冷媒の漏れを抑制できるため圧縮機の高効率化を実現することができる。

また、ロータ５ａ上端面にオイル攪拌部材２２を設けることで、確実にオイル９ａをミスト状にすることができる。その結果、循環量が低く圧縮室１７内へオイル９ａを供給し
にくい条件においても、圧縮室１７内へ供給するオイル量が増え、広範囲の運転条件で圧縮機の高効率化を実現することができる。オイル攪拌部材２２として、バランスウェイトを用いても同様の効果を得ることができる。

図２は本発明の実施の形態によるメインフレーム１２の下面図である。図２に示すように、第二の経路の排出口１２ｃを、駆動軸の中心線１３ａに直交する平面で、吸入口７ａを中心とし３０°以上離した位置に配置している。３０°以上離すことで、オイル９ａが密閉容器１内空間で滞留し圧縮室１７内へと供給されるまでの時間が長くなる。そのため、オイル９ａの熱は密閉容器１へと伝わり、密閉容器１の外部へと放熱される。その結果、圧縮機構部４に供給される冷媒ガスの加熱を抑制し、圧縮室１７内での高い体積効率を得ることができる。

圧縮機の高効率化を図る上で、圧縮室１７内のシール性を高めるためにオイル供給は不可欠であるが、一方で、シール性向上に必要な量以上に供給されると、オイル９ａの熱によって吸入冷媒が加熱されることで圧縮機の効率が低下してしまう。

そこで、本実施の形態では、第一の経路１２ａの排出口の断面積と第二の経路の排出口１２ｃの断面積を調整することで、圧縮機の高効率化を図る上で最適なオイル供給を実現している。ここで、第一の経路１２ａの排出口の断面積をＡ、第二の経路の排出口１２ｃの断面積をＢとしたとき、Ａ／Ｂが５以上６０以下となるように構成されている。図３は、Ａ／Ｂに対する圧縮機効率基準比の関係を示している。ここで、圧縮機効率基準比は、第二の経路１２ｂを設けない従来の構成の圧縮機効率を１００としている。

それぞれの排出口から出るオイルの量を調整するには、各排出口の断面積の比率を変える必要がある。図３に示すように、第二の経路の排出口１２ｃの断面積を大きくする、すなわちＡ／Ｂの値を小さくすることで、第二の経路１２ｂから排出されるオイル量が増加する。その結果、圧縮室内へ供給されるオイル量が増加し、シール性が良化するために、圧縮機効率は向上する。一方で、Ａ／Ｂの値を小さくしすぎると圧縮室１７内へのオイル９ａが圧縮室１７内のシール性確保に必要な量以上供給され、過剰に供給されたオイル９ａの熱によって吸入冷媒が加熱されて体積効率が低下し、圧縮機効率が低下する。

すなわち、Ａ／Ｂが５以上６０以下とすることで、圧縮室内へ過不足なくオイル供給することができるため、高い圧縮機効率を実現できる。

本発明は、小型から大型に至るスクロール圧縮機に適用でき、ルームエアコン等の空調機、ヒートポンプ式給湯機や温水暖房機、冷凍機に搭載することで、より省エネで環境に優しい快適な製品を実現することが可能となる。

１ 密閉容器
２ 高圧室
３ 低圧室
４ 圧縮機構部
５ モータ部
５ａ ロータ
５ｂ ステータ
６ 仕切板
７ 吸入管
７ａ 吸入口
８ 吐出管
９ 貯油部
９ａ オイル
１０ 固定スクロール
１１ 旋回スクロール
１１ｅ 偏心軸受部材
１２ メインフレーム
１２ａ 第一の経路
１２ｂ 第二の経路
１２ｃ 第二の経路の排出口
１２ｄ 油溜り空間
１２ｍ 主軸受部材
１３ 駆動軸
１３ａ 駆動軸の中心線
１３ｅ 偏心軸
１３ｍ 主軸
１３ｓ 副軸
１４ 可動偏心部材
１５ 自転拘束機構
１６ 副軸プレート
１６ｓ 副軸受部材
１７ 圧縮室
１８ 逆止弁
１９ オイルピックアップ
２０ オイルハネ
２１ ロータ上部空間
２２ オイル攪拌部材
２４ 返油パイプ

Claims (4)

1. 密閉容器内を下部の低圧室と上部の高圧室に仕切る仕切板を設け、
   前記低圧室にステータとロータで構成されたモータ部と圧縮機構部とを収納し、
   前記圧縮機構部は、旋回スクロールと、固定スクロールと、駆動軸と、前記駆動軸の一端に設けられた偏心軸とが一体に形成され、前記偏心軸は前記旋回スクロールの筒型ボス部で支持され、前記駆動軸の主軸は主軸受部材で支持され、前記筒型ボス部が旋回する油溜り空間が前記主軸受部材に設けられ、
   前記圧縮機構部は前記固定スクロールに形成された吸入口から冷媒を吸入し圧縮した後、前記固定スクロールの吐出口を介して、前記高圧室に吐出する構成を備え、
   前記密閉容器の底部に備えられた貯油部のオイルは、前記駆動軸の内部に形成されたオイル通路を通り前記偏心軸端まで汲み上げられ、前記偏心軸と偏心軸受部材を潤滑した後、前記油溜り空間へ至るスクロール圧縮機であって、
   前記油溜まり空間のオイルを密閉容器内壁に沿わして排出する第一の経路と、ロータ上部空間に排出する第二の経路とを備えていることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記ロータ上端面にオイル攪拌部材を設けること特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記第二の経路の排出口を、前記駆動軸の中心線に直交する平面で、前記吸入口を中心とし周方向に３０°以上離した位置に配置することを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記第一の経路の排出口の断面積をＡ、前記第二の経路の排出口の断面積をＢとしたとき、Ａ／Ｂが５以上６０以下となることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。

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