Horizontal scroll compressor

本発明はスクロール圧縮機を提供する技術に関するものである。

従来の横型密閉式の冷媒圧縮機としては、特許文献１に開示のように、密閉容器内を電動機および圧縮機機構部を収納する部分と、吐出パイプを装着した空間部分とにガス流体に対して抵抗を有する分離板にて分離する。 この分離板の抵抗により、吐出パイプを装着した空間部分に冷凍機油を蓄え、必要な冷凍機油量を確保するようにした横型のスクロール圧縮機がある。

特開平５-１２６０７２号公報(図１、第４頁)

前述に記載した構造において、吐出パイプを装着した空間部分の圧力が圧縮機機構部の空間部分に対してガス流体の抵抗分だけ低くなるため、前記差圧と同じレベルの揚程となる偏心孔による遠心ポンプを採用した構造では軸受給油が不十分となる問題が予想される。 また、従来技術の場合、インバータによる圧縮機の回転数変化をさせた場合、前記圧力差が変動するため、吐出パイプを装着した空間部分に安定的に必要量の油を保有することが困難であった。

従来の場合、差圧力が大きくなり過ぎると、吐出パイプ装着空間の油面が上昇し過ぎて吐出パイプから流出してしまうことも予想される。 一方、差圧力が小さいと油面が下がり、吐出パイプ装着空間に必要量の油を保有することが困難となる。

本出願の第１の目的は圧力差による吐出パイプ装着空間の油面が高くなり過ぎた場合に、吐出パイプ部空間の冷凍機油を圧縮機機構部に移動させる手段を提供し、冷凍機油が圧縮機機外に流出することを防止するものである。 また、第２の目的は支持板の抵抗により発生する圧力差の影響を受けない給油構造を提供することである。

前述の密閉式の横型スクロール圧縮機では、密閉容器内を、電動機および圧縮機機構部を収納する部分と吐出パイプを装着した空間部分とに分離し、吐出パイプを装着した空間部分(給油室)に冷凍機油を蓄え、必要な冷凍機油を確保するようにした。

図５は従来の横型密閉式スクロール圧縮機の縦断面図である。 図５において密閉容器1の内部空間を支持板12で分離しており、支持板12には回転子7の回転子中心より上方部に支持板連通孔１７を設けている。 駆動軸170の回転に伴い圧縮された冷媒ガスが固定スクロール110の吐出孔9から放出されると、電動機部および圧縮機後部側の圧力が上昇して油面を押し下げ、支持板連通孔17の圧力損失分に相当する油面差ｈを生じる。 油面差ｈは支持板連通孔17の圧力損失の程度により変動し、その圧力損失の大きさは連通孔の面積、吐出圧力と吸入圧力の比、冷媒ガスの循環量等によって定まる。

この前述の技術の場合、特にインバータ運転により循環量を大きくなる高速の運転条件では圧力損失が大きくなって油面差ｈが大きくなり油面が上昇して吐出パイプが接近して、更には吐出パイプより冷凍機油が流出してしまうことがあった。 低速の運転では圧力損失が小さくなって油面差ｈが小さくなり給油室内に十分な冷凍機油を確保できなくなる。 このため前述の技術では、冷凍機油の流出の問題と必要油量を確保する課題の両立が困難であった。

前述の構造においては吐出パイプを装着した空間部分が圧縮機機構部の空間部分に対してガス流体の抵抗分だけ圧力が低くなる。 圧縮機の軸受は前記抵抗分だけ圧力の高い圧力空間にあるため、遠心力を利用した遠心ポンプの揚程は前記と圧力損失と同程度のため、軸受の給油が、必ずしも十分にできないことが予想される。

前記密閉容器内を、電動機および圧縮機機構部を収納する部分と吐出パイプを装着した空間部分とに分離して仕切る支持板の上方部に連絡路を設け、また、支持板の下方部に油通路を設けるとともに、油面を安定させるための連絡路を設ける。

この連絡路は圧縮機機構部の開口部に通常では開勢となる弁体を設けて、油面が上昇した場合、この連絡路を介して、吐出パイプ装着空間の油を圧縮機機構部空間に移動を可能とする。

ここで、前記支持板は、前述のように前記密閉容器内を、電動機および圧縮機機構部を収納する部分と吐出パイプを装着した空間部分とに分離して仕切る機能も有するが、また、圧縮機機構部の駆動軸の軸受けを支持する機能も有するものである。

低速運転の循環量が少ない条件において、支持板で必要な油面差を得る圧力差を得られるように流路抵抗値を設定し、循環量が多くなる高速では、連絡路を介して吐出パイプを装着した空間から油圧縮機機構部室側に移動させる。 以上のように、支持板により発生する圧力差を利用して油を吐出パイプ装着した空間に安定確保する。

支持板にて発生する圧力差に影響を受けない油圧式の給油ポンプを組みつけて軸受部を給油する。 トロコイドポンプ(登録商標)は冷媒を溶融した油を吸引すると冷媒ガスの発砲による給油障害を発生する。 給油ポンプとしてトロコイドポンプを採用した場合には、吸引給油部分による前記発砲現象に伴う給油阻害の実用的な問題を発生させないために、吸引給油部分を従来よりも短い経路とする。 このため、油圧ポンプとしてトロコイドを採用する場合は、吐出パイプを装着した空間に近い側の駆動軸の軸端部にトロコイドポンプを組みつける。

前記構成により、運転条件によらず、給油室の油面が連絡路の給油室開口部より上昇した場合、連絡路を通して冷凍機油をモータ室に移動することにより、給油室内の油面を連絡路の開口部より低い位置に保つことができる。 このため、給油室の油面が上り過ぎて吐出パイプが接近し、吐出パイプより冷凍機油が流出してしまうことはなくなる。 吐出パイプからの冷凍機油が流出することはなくなる。

また、連絡路から移動した冷凍機油はモータ室に貯留が可能となり、冷凍機油の保有量を多くできる。 また、油圧ポンプを給油ポンプに採用したため、支持板の抵抗の変動によらず、安定した軸受給油が可能となり、圧縮機の信頼性を確保することができる。

本発明によれば、従来よりも信頼性を向上させた圧縮機を提供可能となる。

以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。

本発明の実施の形態について、図１を用いて全体構造について説明する。 図２は図１の詳細図である。 以下、図１と図２によって説明する。

密閉容器100内には圧縮機機構部と電動機部を収納し、密閉容器内空間は副フレーム160と密閉容器に固定されて副フレームを支える支持板162により、圧縮機機構部を収納した空間と吐出パイプを装着した空間に仕切られている。

図１の右側面図を説明する図３に示すように支持板162には上方にガス通路となる連絡路211と下方に油通路となる連絡路212を有すると共に連絡路213を有している。 連絡路213は支持板162の下方の位置で圧縮機機構部室側に開口するとともに電動機ロータの回転中心より上方で吐出パイプより下方の位置に開口している。 この連絡路213の圧縮機機構部側の開口部には通常は開いた状態となる弁214が取付けられている。

この連絡路213は、図３に示すようにパイプ、連通管を有するものであっても良いが、必ずしも、パイプ、連通管を用いるものに限定されない。 例えば、パイプ、連通管の機能を有する部材を適宜用いて構成するものであっても良い。

図１に示すように圧縮機構部の基本要素は、固定スクロール110と旋回スクロール120と主フレーム130とオルダムリング140と副フレーム160および駆動軸170であり、フレーム130と副フレーム160は密閉容器100に固定されている。

図１に示すように固定スクロール110の基本構成部分は、ラップ111と鏡板112と吐出ポート113であり、旋回スクロール120は、ラップ121と鏡板122と軸受支持部123である。 固定スクロール110と旋回スクロール120を噛合せて圧縮室が構成される。

旋回スクロール120を旋回駆動する駆動部の基本要素は密閉容器に固定された電動機ステータ180とロータ181と、駆動軸170と旋回スクロール120の自転防止機構部品であるオルダムリング140と、主フレーム130と駆動軸170を回転自在に係合する駆動軸170の軸支持部を構成する主軸受131と副軸受161、旋回スクロール120と駆動軸170の偏芯ピン部172およびスラスト方向に移動可能にかつ回転自在に係合する旋回スクロールの軸受支持部123である。 駆動軸170の主軸受131と副軸受161は電動機の圧縮室130側と反圧縮室側に配置する。

駆動軸170の吐出パイプ装着室側の軸端部にはトロコイドポンプ190が設けられており、このトロコイドポンプには密閉容器の下部に開口して給油通路を構成する給油管190が取付られている。

電動機ロータ181により駆動軸170は回転駆動され、この駆動軸の回転により、旋回スクロール120が旋回運動することにより圧縮機室は容積を減少し圧縮動作が行われる。 オルダムリング140は旋回スクロール120と共に、主フレーム130と固定スクロール110により構成した空間の外周部空間153に配設され、オルダムリング140に形成した直交する2組のキー（図示せず）の滑動により旋回スクロールの自転を防止し、圧縮を可能としている。

旋回スクロール120の旋回運動に伴って、作動流体が吸込口102、吸込空間1144を経由して圧縮室へ吸込まれる。 吸込まれた作動流体は、圧縮行程を経て吐出空間115から吐出ポート113を経由し吐出される。 圧縮されたガスは固定スクロール110と主フレーム150の外周部で潤滑油から遠い位置に設けられた外周ガス通路116を経て電動機ステータ180の外周部の上部通路182および電動機ステータ180と電動機ロータ181の隙間等を通り、電動機を冷却し支持板162の上方の連絡路211を通過して吐出パイプ101から圧縮機機外に吐出される。

駆動軸170の回転により、トロコイドポンプ190は駆動され給油管191から潤滑油を吸い上げ駆動軸内に設けられた給油路171を介して、副軸受161を給油後副軸受端部より圧縮機機構部室に流出する。 給油路171を通過した潤滑油は駆動軸端部の空間から旋回軸受124を潤滑し、シールリング150でシールされた吐出圧力に保たれた中央部空間152を経て主軸受131を潤滑しフレームに設けた排油孔から排油管133に導かれ前記の外周ガス通路116から遠い位置で密閉容器底部に排出される。

中央部空間152に導かれ潤滑油の一部はシールリング150から漏れでて外周部空間153に導かれ、オルダムリング140、旋回スクロール鏡板摺動部となる鏡板面を潤滑して圧縮機室の吸入空間112に導かれる。 また、前記潤滑油の一部は連絡孔121から圧縮機室内に入り、冷媒ガスとともに吐出され密閉容器内で分離され密閉容器下部の潤滑油槽にもどる。 中央部空間152に排出された多くの潤滑油は排油管132に導かれて油槽に戻される。 このように本実施例では潤滑油の給油系統が圧縮ガス流れと分離されているので圧縮機ガスの流れに乗って圧縮機機外に流出する所謂油上りを低減できる。

支持板162の連絡路211は冷媒ガスを通過させる際に圧力損失を発生する。 この圧力損失により、圧縮機機構部室の圧力が吐出パイプを装着した空間の圧力より若干低くなる。 この圧力差により、圧縮機機構部の潤滑油は支持板162の下方の連絡路212を通り、吐出パイプ装着空間に移動し、潤滑油を吐出パイプ装着空間に保有することができる。 この油面差は支持板に設けた連絡路の断面積と冷媒ガスの流量によって変動する。 油面差Ｈは数(1)によって求めることができる。

Ｇ：冷媒循環量 （一回転当り） ζ：抵抗係数

ｇ：重力加速度

ＰS：吸入圧力 Ｐd：吐出圧力

ρ：吸入ガス密度 Ａ：連通孔面積

ｎ：ポリトロープ指数油面差Ｈは数（1）で求められるが、特にインバータ運転での回転数Ｎ変化により大きく変動する。 低速運転時に必要な油面差Ｈを設定すると高速運転時には油面差Ｈは大きくなり、油面が吐出パイプ部まで達し潤滑油が圧縮機機外に流出する。

逆に高速運転時に必要な油面差Ｈを設定すると低速運転時には油面差Ｈが小さくなり、吐出パイプ装着空間に必要量の潤滑油を保有することができなくなる。
本実施例では低速運転時に必要な油面差Ｈが得られるように数（1）にて連通孔面積が設定されている。 高速運転時に油面が上昇した場合は、電動機ロータ170の回転中心より上方で吐出口101より下方の位置に開口する場合連絡路213が設けられており、油面がこの開口端より上部に達すると潤滑油を圧縮機機室側に移動させるので、吐出パイプから潤滑油が圧縮機機外に流出することはない。

連絡路213の圧縮機室側の開口部には通常は開勢となる弁214が取付けられている。
圧縮機が運転され、支持板162の前後で圧力差が発生するとその圧力差により弁214は閉塞される。 吐出パイプ装着室の油面が上昇し連絡路213内に潤滑油が満たされると弁214の閉止力がなくなり、弁214は通常の開勢の状態となり、潤滑油を圧縮機機構部室に移動する。 油面が低下し、連絡管内が吐出パイプ装着室内のガス圧力のみとなると弁214は閉じる。 この動作の繰返しで、吐出パイプ装着室の油面は連絡路213の開口部のほぼ端面位置に保たれることになる。

この様子を例示しているのが図４である。 図４に示すように、連絡路213の開口部は、電動機ロータ170の回転中心より上方で連絡路211より下方の高さの位置に開口している。 従って、油面が連絡路211まで達することはなく、吐出パイプから直接流出してしまうこともなくなる。

図２に記載のように給油は、駆動軸170内に設けた給油路171駆動軸170の主軸受131、副軸受161と旋回スクロールの軸支持部123へトロコイドポンプ190で行い、密閉容器100の下部空間に溜めた潤滑油131を各部へ供給する。 給油は偏芯ピン部172の上部の中央部空間179に達した後、旋回スクロールの軸受124を潤滑し、中央部空間152へ流出する。

中央部空間152へ流出した油は、旋回スクロール軸支持部123の端面に接するように設けたシールリング150のシール部で微量に外周部空間153に流出するものの、ほとんどの油が主軸受である転がり軸受131を通過し、軸受おさえ133側面に設けた経路183、排油管132を経て、下部の潤滑油溜め200へ戻る。 よって、旋回スクロール部材の軸支持部123と駆動軸170の主軸受131、副軸受161を潤滑する油を吸込口102より吸入される作動流体と混合させることがなく、油が作動流体の冷媒ガスの流れにつれて圧縮機外に持ちだされる所謂油上がりの低減が可能になる。

なお、前記経路183は、図１に例示するように、密閉容器100と電動機ステータ180との間に、潤滑油が導かれるように構成されるものである。 密閉容器100と電動機ステータ180の形状を適宜変えて、パイプ、連通管状とするものでもよいし、パイプ、連通管状の部材を用いるものであってもよい。

中央部空間179、180と転がり軸受131と軸受おさえ133側面に設けた給油経路183と排油管132は、ポンプ作用による昇圧作用と軸受部や隙間部通過による減圧作用を受けるものの、おおよそ吐出圧程度の圧力となる空間である。 外周部空間153は、圧縮途中の圧縮室と連通孔125を介して断続的あるいは連続的に連通し、吸込圧と吐出圧の間の圧力状態となる。 この吐出圧力と吸入圧力の中間の圧力と旋回スクロールラップの背面側に構成する空間であって、概略吐出圧力である中央部空間179、152と概略吐出圧力と概略吸込圧力の間の圧力である外周部空間153、182とにより圧縮室側で生じる旋回スクロール押下げ力とのバランスにより決定でき、旋回スクロール鏡板122の背面を固定スクロール110方向へ押上げて、圧縮室の気密性を保持する。

本発明の実施例の圧縮機断面構造図

図１の部分拡大図

図１の右側面図

図１の右側面図で油面が上昇した場合の説明図

従来の構造図

符号の説明

100：密閉容器、101：吐出口、102：吸入口、110：固定スクロール、111：ラップ、112：鏡板、113：吐出ポート、114：吸入空間、115：吐出空間、120：旋回スクロール、121：ラップ、122：鏡板、123：軸受支持部、124：旋回軸受、125：連絡孔、130：主フレーム、131：主軸受（ころがり軸受）、132：排油管、133：軸受おさえ、140：オルダムリング、150：シールリング、151：リング状溝、152：中央部空間、153：外周部空間、160：フレーム、161：副軸受、162：支持板、170：駆動軸、171：給油路、172：偏芯ピン部、180：電動機ステータ、181：電動機ロータ、182：上部通路、183：下部通路、190：トロコイドポンプ、191：給油管、200：潤滑油、210：上部連絡路、211：下部連絡路、212：連絡路、213：連絡路、214：弁。