JP4799437B2 - 流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、流体機械に係り、詳しくは、密閉容器の下側に潤滑油を貯留する流体機械に関する。

この種の流体機械としての一例である密閉型圧縮機は冷凍空調機器等に用いられ、作動流体としての冷媒を圧縮する。この冷媒には通常、潤滑油が含まれている。この潤滑油は圧縮機内の摺動面や軸受等の潤滑のみならず、摺動面のシールとしての機能を有する。
しかしながら、この潤滑油が摺動面等に供給されない場合には圧縮機の故障を招くことになる。そこで、潤滑油の枯渇に起因する問題の解決を図る圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−４７２６９号公報

ところで、上述した従来の技術では電動機をバイパスしてスクロールユニットと貯油室とを接続するパイプが設けられており、このパイプは電動機の外周側に配設されている。
ここで、上記潤滑油の枯渇に起因する問題の解決を図る際には、圧縮機の重厚長大化を避ける点にも留意しなければならない。なぜならば、上記冷凍空調機器等に用いられ、密閉容器の下側に潤滑油を貯留する圧縮機においては、近年、一般家庭にも容易に配置させるべくより一層の小型・軽量化が求められているからである。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、簡単な機構で流体機械の潤滑性能に係る信頼性を向上しながら、流体機械のより一層の小型・軽量化を実現できる流体機械を提供することを目的とする。

上記の目的を達成すべく、請求項１記載の流体機械は、筒状の胴部、及び該胴部の上側に形成される吐出室、並びに胴部の下側に形成される潤滑油の貯油室を有し、胴部内に吐出圧が作用する密閉容器と、胴部内を延び、軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、胴部内に収容され、回転軸を通電により駆動させるとともに、該回転軸の周囲にて該回転軸と一体に回転されるロータ、及び該ロータの周囲にて該ロータを回転させるステータを有する電動機と、電動機の上側にて胴部内に収容され、回転軸に駆動されて作動流体の吸入から吐出の一連のプロセスを実施するスクロールユニットと、スクロールユニットと電動機との間に配設され、スクロールユニットを固定するとともに、軸受を介して回転軸を支持するフレーム部材と、貯油室から軸受に供された潤滑油のステータ側への流入を阻止すべく、スクロールユニット側から電動機側に流下する潤滑油の方向を規制する流れ方向規制手段とを具備し、流れ方向規制手段は、ロータの上面に固定され、流下する潤滑油を上面に導くガイド部材と、上面に導かれた潤滑油を貯油室に向かわせる排出路とを含み、スクロールユニットから吐出される作動流体のガイド部材内への流入を阻止すべく、該ガイド部材を囲繞し、該作動流体と流下する潤滑油とを隔絶する仕切機構を更に具備することを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、請求項１において、ガイド部材は、上面にかしめ固定される底部と、フレーム部材側に開口する開口部とを有する有底筒状に形成されることを特徴としている。

更にまた、請求項３記載の発明では、請求項２において、排出路は、底部及びロータを同軸で貫通して形成されることを特徴とし、また、請求項４記載の発明では、請求項１から３のいずれかにおいて、作動流体が二酸化炭素からなる冷媒であることを特徴としている。

従って、請求項１記載の本発明の流体機械によれば、貯油室内の潤滑油は軸受に供給され、軸受の潤滑や冷却を行うが、この潤滑油は流れ方向規制手段によりスクロールユニット側から電動機側に流下する方向が規制され、ステータ側への流入が阻止される。この流れ方向規制手段は、ロータの上面に固定され、流下する潤滑油をロータの上面に導くガイド部材と、ロータの上面に導かれた潤滑油を貯油室に向かわせる排出路とを含んで構成されている。よって、この潤滑油は胴部内に飛散することなく、総て貯油室に速やかに導かれて蓄えられる。この結果、潤滑油の回収を効率的に実施でき、ガイド部材を設けるだけの簡単な機構で潤滑油の供給不足に起因する流体機械の故障を確実に防止でき、流体機械の信頼性を向上できる。

しかも、胴部内における潤滑油の飛散を防止できるため、流下する潤滑油が作動流体と接触して作動流体中に含まれることが抑制され、流体機械外に流れる潤滑油の潤滑油率（ＯＣＲ）が抑制可能となり、この潤滑油率の抑制により、冷凍システムの各熱交換器の効率が向上し、冷凍システムの省エネルギー化を実現できる。
更に、作動流体のガイド部材内への流入を阻止する仕切機構を有することにより、流下する潤滑油が作動流体と接触し作動流体中に含まれることが防止され、潤滑油率を確実に低減でき、潤滑油の供給不足に起因する流体機械の故障をより一層確実に防止できる。
また、請求項２記載の発明によれば、ガイド部材は有底筒状に形成され、その開口部をフレーム部材側に開口させて、その底部をロータの上面にかしめることにより、ガイド部材をロータと一体に組み付けるだけの簡単な機構で潤滑油率を抑制でき、流体機械のより一層の小型・軽量化、並びに流体機械の製造コストの低廉化が達成できる。

更にまた、請求項３記載の発明によれば、流下する潤滑油はガイド部材の底部及びロータを同軸で貫通して形成される排出路を通じて貯油室に円滑に排出され、潤滑油の回収を更に効率的に実施でき、潤滑油の供給不足に起因する流体機械の故障を更に確実に防止できる。

また、請求項４記載の発明によれば、作動流体として高圧に圧縮される二酸化炭素からなる冷媒が用いられて密閉容器の板厚等が増大した場合であっても、上記構成によれば、流体機械の更なる重厚長大化を招くことなく十分な量の潤滑油が確保できる。

以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る流体機械の一例としての密閉型圧縮機を示す。この圧縮機１は冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機等の冷凍回路に組み込まれている。当該回路は、作動流体の一例である二酸化炭素冷媒（以下、冷媒と称する）が循環する経路を備え、圧縮機１は経路から冷媒を吸入し、圧縮して経路に向けて供出する。

この圧縮機１はハウジング（密閉容器）２を備えており、ハウジング２の胴部３は、その上側及び下側が上蓋４及び下蓋５によってそれぞれ気密に嵌合されており、胴部３の内部が密閉され、吐出圧が作用している。
胴部３内には電動モータ（電動機）６が収容され、このモータ６内には回転軸１２が配置されている。詳しくは、モータ６は、永久磁石を有するロータ７が回転軸１２の外周側に固着され、このロータ７の外周側には電機子巻線９を有するステータ８が配置されている。なお、ステータ８の外周側の一部分が胴部３に圧入固定される。そして、電機子巻線９が通電されると、ロータ７は電機子巻線９で発生した磁界の回転に伴って回転し、回転軸１２と一体的に回転する。また、回転軸１２の上端側は軸受１６を介して主軸フレーム（フレーム部材）１４に回転自在に支持されている。

一方、回転軸１２の下端側は軸受２０を介して副軸フレーム１８に回転自在に支持されている。また、回転軸１２の下端側にはオイルポンプ２２が装着されており、ポンプ２２は下蓋５の内側に形成された貯油室２３内の潤滑油を吸引する。この潤滑油は回転軸１２の油路２４を経て回転軸１２の上端からモータ６やスクロールユニット３０等に供給され、各摺動部分や軸受等の潤滑、並びに、摺動面のシールとして機能する。更に、このフレーム１８の適宜位置には潤滑油の導入口１９が形成されており、圧縮機１内の各摺動部分に供給された潤滑油は、後述の如く導入口１９を介して貯油室２３に貯留される。

上記ユニット３０は胴部３内においてモータ６の上方に配置され、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する。詳しくは、このユニット３０は、可動渦巻体５２及び固定渦巻体３２から構成されており、可動渦巻体５２は鏡板５４を備え、この鏡板５４には固定渦巻体３２の鏡板３４に向けて延びた渦巻きラップが一体形成されている。これに対し、固定渦巻体３２の鏡板３４にも鏡板５４に向けて延びる渦巻きラップが一体形成されている。そして、これら各渦巻きラップが互いに協働して圧縮室を形成し、この圧縮室は固定渦巻体３２に対する可動渦巻体５２の旋回運動により、渦巻きラップの径方向外周側から中心に向けて移動し、この際、その容積が減少される。

上述した可動渦巻体５２に旋回運動を付与するため、鏡板５４の下面側にはボス６６が形成され、このボス６６は軸受２８を介して偏心軸２６に回転自在に支持される。この偏心軸２６は回転軸１２の上端側に一体形成されている。なお、可動渦巻体５２の自転は自転阻止ピン６８により阻止されている。
一方、固定渦巻体３２は主軸フレーム１４に固定されており、鏡板３４が圧縮室側と吐出室６０側とを仕切っている。固定渦巻体３２の中央部分の適宜位置には、圧縮室側に連通する吐出孔が鏡板３４を貫通して穿設されており、この吐出孔は、固定渦巻体３２の反スクロール側に配置された吐出弁６２により開閉される。また、吐出弁６２を含む固定渦巻体３２の反スクロール側は吐出ヘッド６４で覆われており、この吐出ヘッド６４により、吐出弁６２の開弁時における音が抑制される。

ところで、貯油室２３内の潤滑油は、オイルポンプ２２及び油路２４を介してユニット３０や軸受１６，２８等に供給された後、ユニット３０側からモータ６側に流下するにあたり、その流れ方向が流れ方向規制手段８０で規制されている。
具体的には、流れ方向規制手段８０は、ロータ７の上面７ａに固定され、この上面７ａにユニット３０側からモータ６側に流下する潤滑油を導くロータカバー（ガイド部材）８２と、上面７ａに導かれた潤滑油を貯油室２３に向かわせるオイル排出路（排出路）８４とを有して構成され、ユニット３０や軸受１６，２８等に供給された潤滑油は、ステータ８側への流入を阻止すべく、その流れ方向が規制されて貯油室２３で回収される。

図２に示される図１のＡ−Ａ方向からロータカバー８２をみた図も参照すると、ロータカバー８２は、底部８２ａ及び開口部８２ｂ並びに筒部８２ｃを有する有底筒となるカップ状に形成されている。
底部８２ａには、その略中央に回転軸１２が挿入される軸孔、及び排出路８４の一部をなす４つの孔、並びにかしめピン８６の後述する挿入孔８８の一部をなす４つの孔が穿孔されている。

図３に示される図２のＢ−Ｂ方向からみたロータカバー８２及びロータ７並びに回転軸１２のみの接続を表す断面図を参照すると、ロータカバー８２は回転軸１２を囲繞するとともに、底部８２ａが上面７ａにかしめピン８６にてかしめ固定されている。
かしめピン８６は、底部８２ａ及びロータ７を回転軸１２と略平行に一括貫通される挿入孔８８に挿入されてかしめられ、これよりロータカバー８２はロータ７に固定される。また、開口部８２ｂは主軸フレーム１４側に開口するとともに、筒部８２ｃは少なくとも主軸フレーム１４の下端を囲繞するまで延設されている。更に、筒部８２ｃの外径はロータ７の外径より小さく形成されている。

これにより、ロータカバー８２はロータ７と一体的に回転しながら、ユニット３０側からモータ６側に向けて流下する潤滑油の流れをロータカバー８２の内側に規制し、この潤滑油のステータ８側への流入を阻止する。なお、これら挿入孔８８及びかしめピン８６は４組設けられているが、複数組設けられていれば良く、この組数に限定されない。また、これらの挿入孔８８及びかしめピン８６うちの一組をロータ７の回転バランスを調整する図示しないカウンタウエイトの固定に兼用しても良い。

一方、オイル排出路８４は、挿入孔８８と同様に、底部８２ａ及びロータ７を回転軸１２と略平行に一括貫通して形成され、オイル排出路８４を経た潤滑油は導油孔１９を介して貯油室２３で回収される。なお、オイル排出路８４も複数設けられるのが好ましい。
ここで再び図１をみると、主軸フレーム１４とステータ８との間にはロータカバー８２を囲繞するようにしてユニット３０側からモータ６側に向けて流下する潤滑油の流路Ｆｏ（図中実線矢印で示す）とモータ６から吐出される冷媒の流路Ｆｒ（図中破線矢印で示す）とを仕切るオイル・冷媒仕切機構（仕切機構）９０が配置されている。

この仕切機構９０は、主軸フレーム１４側に突設される垂直円筒部９０ａと、冷媒の流路Ｆｒの一部をなす連通孔９０ｂとを有して形成され、仕切部材９０の下端側はステータ８に固定されている。
垂直円筒部９０ａは、ステータ８側からロータカバー８２を囲繞して主軸フレーム１４の下端側に嵌合されており、これより流路Ｆｒを通ってハウジング２内を循環する冷媒のロータカバー８２の内側への流入が阻止され、流路Ｆｒと流路Ｆｏとが隔絶されることとなる。一方、連通孔９０ｂは、垂直円筒部９０ａの外周側にその周方向に沿って複数穿孔された小孔である。

また、仕切機構９０には、流路Ｆｒを構成する冷媒の下降流路と上昇流路とを隔絶しながら整流する整流部材９２の下端側が嵌合されており、この整流部材９２の上端側は主軸フレーム１４に固定されている。
上述した圧縮機１によれば、回転軸１２の回転に伴い、可動渦巻体５２が自転することなく旋回運動する。この可動渦巻体５２の旋回運動は、吸入パイプ７０を介して胴部３内に取り込んだ冷媒をスクロールユニット３０の外周側からその内部に向けて吸入させる。

そして、圧縮室の容積が縮小すると、高圧の圧縮冷媒は、吐出孔を経て吐出室６０に至り、図示しないユニット３０を貫通する貫通路を経て仕切部材９０における垂直円筒部９０ａの外周側で且つ整流部材９２の内周側との間隙、及び連通孔９０ｂを順次通過する。そして、この冷媒はステータ８内の電機子巻線９内の間隙を通って下降し、更にステータ８の外周側とハウジング２の内周側との間隙を上昇した後、吐出パイプ７２を通じて圧縮機１外へ送出される。

一方、ユニット３０や軸受１６，２８等に供された後にモータ６側に向けて流下する潤滑油の流路Ｆｏは、ロータカバー８２及びオイル排出路８４によって略鉛直方向に規制され、冷媒の流路Ｆｒと交わることはなく、ユニット３０側からモータ６側に流下する潤滑油は導入口１９を通じて貯油室２３に導かれて蓄えられる。
以上のように、本実施形態によれば、貯油室２３内の潤滑油はオイルポンプ２２及び油路２４を介してユニット３０の摺動部分や軸受１６，２８に供給され、その潤滑や冷却の他、摺動面のシールとして機能するが、この潤滑油はロータカバー８２及びオイル排出路８４からなる流れ方向規制手段８０によりユニット３０側からモータ６側に流下する方向が規制され、ステータ８側への流入が阻止される。よって、ユニット３０側からモータ６側に流下する潤滑油は胴部３内に飛散することなく、総て貯油室２３に速やかに導かれて蓄えられる。

この結果、潤滑油の回収を効率的に実施でき、カップ状のロータカバー８２をロータ７の上面７ａにかしめ固定するだけの簡単な機構で圧縮機１のより一層の小型・軽量化、並びに圧縮機１の製造コストの低廉化の達成を実現しながら、潤滑油の供給不足に起因する圧縮機１の故障、例えば、潤滑油の枯渇による摺動部分や軸受１６，２８の焼き付き等の不具合を確実に防止でき、圧縮機１の信頼性を向上できる。

しかも、胴部３内における潤滑油の飛散を防止できるため、ユニット３０側からモータ６側に流下する潤滑油が冷媒と接触して冷媒中に含まれることが抑制され、圧縮機１外に流れる潤滑油の潤滑油率（ＯＣＲ）が抑制可能となり、この潤滑油率の抑制により、冷凍システムの各熱交換器の効率が向上し、冷凍システムの省エネルギー化を実現できる。
また、冷媒のロータカバー８２内への流入を阻止する仕切機構９０を有することにより、流下する潤滑油が冷媒と接触し冷媒中に含まれることが防止され、潤滑油率を確実に低減でき、潤滑油の供給不足に起因する圧縮機１の故障をより一層確実に防止できる。

更に、流下する潤滑油はロータカバー８２の底部８２ａ及びロータ７を一括貫通して形成されるオイル排出路８４を通じて貯油室２３に円滑に排出され、潤滑油の回収を更に効率的に実施でき、潤滑油の供給不足に起因する圧縮機１の故障を更に確実に防止できる。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。

例えば、上記実施形態では密閉型圧縮機に使用するスクロールユニット３０を用いているが、密閉型のハウジング内で冷媒の吸入から吐出の一連のプロセスを実施し、冷媒の吐出圧が作用する潤滑油がハウジング内を循環するのであれば、他の圧縮機構や膨張機等を用いても良い。
また、上記実施形態では作動流体に二酸化炭素冷媒を用いているが、他の作動流体を用いても良い。但し、高圧に圧縮される二酸化炭素冷媒が用いられる場合には密閉容器の板厚等を増大せざるを得ないが、本実施形態の流れ方向規制手段８０を使用すれば、圧縮機１の更なる重厚長大化を招くことなく十分な量の潤滑油が確保できる。

本発明の一実施形態に係る密閉型圧縮機を示した縦断面図である。 図１のＡ−Ａ方向からロータカバーをみた平面図である。 図２のＢ−Ｂ方向からみたロータカバー及びロータ並びに回転軸のみの接続を表す断面図である。

符号の説明

１ 密閉型圧縮機（流体機械）
２ ハウジング（密閉容器）
３ 胴部
６ 電動モータ（電動機）
７ ロータ
７ａ 上面
８ ステータ
１２ 回転軸
１４ 主軸フレーム（フレーム部材）
１６ 軸受
２３ 貯油室
２８ 軸受
３０ スクロールユニット
６０ 吐出室
８０ 流れ方向規制手段
８２ ロータカバー（ガイド部材）
８２ａ 底部
８２ｂ 開口部
８４ オイル排出路（排出路）
９０ オイル・冷媒仕切機構（仕切機構）

Claims (4)

1. 筒状の胴部、及び該胴部の上側に形成される吐出室、並びに前記胴部の下側に形成される潤滑油の貯油室を有し、前記胴部内に吐出圧が作用する密閉容器と、
   前記胴部内を延び、軸受を介して回転自在に支持される回転軸と、
   前記胴部内に収容され、前記回転軸を通電により駆動させるとともに、該回転軸の周囲にて該回転軸と一体に回転されるロータ、及び該ロータの周囲にて該ロータを回転させるステータを有する電動機と、
   前記電動機の上側にて前記胴部内に収容され、前記回転軸に駆動されて作動流体の吸入から吐出の一連のプロセスを実施するスクロールユニットと、
   前記スクロールユニットと前記電動機との間に配設され、前記スクロールユニットを固定するとともに、前記軸受を介して前記回転軸を支持するフレーム部材と、
   前記貯油室から前記軸受に供された潤滑油の前記ステータ側への流入を阻止すべく、前記スクロールユニット側から前記電動機側に流下する潤滑油の方向を規制する流れ方向規制手段とを具備し、
   前記流れ方向規制手段は、前記ロータの上面に固定され、前記流下する潤滑油を前記上面に導くガイド部材と、前記上面に導かれた潤滑油を前記貯油室に向かわせる排出路とを含み、
   前記スクロールユニットから吐出される作動流体の前記ガイド部材内への流入を阻止すべく、該ガイド部材を囲繞し、該作動流体と前記流下する潤滑油とを隔絶する仕切機構を更に具備することを特徴とする流体機械。
2. 前記ガイド部材は、前記上面にかしめ固定される底部と、前記フレーム部材側に開口する開口部とを有する有底筒状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
3. 前記排出路は、前記底部及び前記ロータを同軸で貫通して形成されることを特徴とする請求項２に記載の流体機械。
4. 前記作動流体が二酸化炭素からなる冷媒であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の流体機械。

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