圧縮機及び冷凍装置
【課題】油分離器で分離された高温高圧の潤滑油を圧縮機内部へ戻す過程において、体積効率の低下を抑制することができる圧縮機を提供することにある。
【解決手段】圧縮機構１５によって、潤滑油を含有する高温高圧の圧縮冷媒が、高圧空間Ｓ１へ吐出される。高圧空間Ｓ１の圧縮冷媒は、スクロール圧縮機１０１から吐出されて油分離器１０２に供給される。油分離器１０２によって、圧縮冷媒に含有される潤滑油が分離される。分離された潤滑油は、油分離器１０２の外部に排出されて油戻し管９６を流れる。オイルポンプ９８は、油戻し管９６を流れる潤滑油を吸引して、高圧空間Ｓ１に供給する。
【解決手段】圧縮機構１５によって、潤滑油を含有する高温高圧の圧縮冷媒が、高圧空間Ｓ１へ吐出される。高圧空間Ｓ１の圧縮冷媒は、スクロール圧縮機１０１から吐出されて油分離器１０２に供給される。油分離器１０２によって、圧縮冷媒に含有される潤滑油が分離される。分離された潤滑油は、油分離器１０２の外部に排出されて油戻し管９６を流れる。オイルポンプ９８は、油戻し管９６を流れる潤滑油を吸引して、高圧空間Ｓ１に供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機及び冷凍装置に関し、特に、圧縮機から吐出された圧縮冷媒に含まれる潤滑油を圧縮機内部へ戻す機構を備える圧縮機、及び、当該圧縮機を備える冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、冷媒ガスが冷凍サイクルを繰り返す冷媒回路を構成する圧縮機は、圧縮機内部の圧縮機構等の摺動部の潤滑性を高めるために、潤滑油を内部に有している。そのため、圧縮機から吐出される圧縮冷媒は潤滑油を含有する。しかし、潤滑油を含有する圧縮冷媒が圧縮機外部の冷媒回路へ供給されると、圧縮機内部の潤滑油が不足して摺動部の潤滑不良が引き起こされると共に、冷媒回路を構成する凝縮器内部の伝熱管に潤滑油が付着して伝熱作用が阻害される等の問題が発生する。そこで、従来、潤滑油を含有する圧縮冷媒が圧縮機外部の冷媒回路へ供給されることを防止するため、圧縮機から吐出される圧縮冷媒から潤滑油を分離して圧縮機内部へ戻す機構が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１（特開平５−２２３０７４号公報）に記載されるスクロール圧縮機では、圧縮冷媒から潤滑油を分離する油分離器（オイルセパレータ）が圧縮機本体（スクロール型コンプレッサ）の外部に配設されている。圧縮機本体のケーシング上面に配設される吐出管は、油分離器内部の上部空間に連通している。圧縮機本体の吐出管から吐出された圧縮冷媒は、油分離器内部に供給され、金属の微細線を丸めて形成されたオイル分離手段を通過する。このとき、圧縮冷媒に含まれる潤滑油が金属の微細線に付着することで、潤滑油が圧縮冷媒から分離される。圧縮冷媒から分離された潤滑油は、油分離器内部のオイル溜り室に貯留される。このオイル溜り室は、絞り機構を有するオイル戻り流路を介して、圧縮機内部の低圧空間と連通している。従って、油分離器内部のオイル溜り室に貯留された潤滑油は、オイル戻り流路を介して圧縮機内部の低圧空間に戻される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のスクロール圧縮機では、圧縮冷媒に含まれる高温高圧の潤滑油は、油分離器によって分離された後、圧縮前の低温低圧の冷媒が満たされている圧縮機内部の空間に戻される。そのため、従来のスクロール圧縮機では、圧縮前の低温低圧の冷媒が高温高圧の潤滑油によって過熱されて膨張するので、体積効率の大幅な低下を招いてしまうという問題が発生していた。
【０００５】
本発明の課題は、油分離器で分離された高温高圧の潤滑油を圧縮機内部へ戻す過程において、体積効率の低下を抑制することができる圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１観点に係る圧縮機は、密閉容器と、電動機と、圧縮機構と、油分離器と、油戻し管と、油導入管と、オイルポンプとを備える。密閉容器は、高圧空間を内部に有し、潤滑油が貯留される油貯留部を底部に有する。油貯留部は、高圧空間の一部である。電動機は、密閉容器の内部に収容される。圧縮機構は、密閉容器の内部に収容され、電動機によって駆動される。圧縮機構は、冷媒を圧縮すると共に、高圧空間に圧縮冷媒を吐出する。油分離器は、密閉容器の外部に配設される。油分離器は、圧縮機構から吐出される圧縮冷媒から潤滑油を分離する。油戻し管は、油分離器によって分離された潤滑油を油分離器の外部に排出する。油導入管は、油戻し管によって排出された潤滑油を高圧空間に導入する。オイルポンプは、密閉容器の外部に配設される。オイルポンプは、油分離器によって分離された潤滑油を、油戻し管から吸入して、油導入管に吐出する。
【０００７】
第１観点に係る圧縮機では、電動機及び圧縮機構等を内部に収容する密閉容器からなる圧縮機本体が、圧縮機本体の外部に配設される油分離器と、油戻し管、オイルポンプ及び油導入管を介して接続されている。オイルポンプの吸入口は油戻し管に接続され、オイルポンプの吐出口は油導入管に接続されている。圧縮機構によって、潤滑油を含有する高温高圧の圧縮冷媒が、高圧空間へ吐出される。高圧空間の圧縮冷媒は、圧縮機本体から吐出されて油分離器に供給される。そして、油分離器によって、圧縮冷媒に含有される潤滑油が分離される。分離された潤滑油は、油分離器の外部に排出されて油戻し管を流れる。油戻し管を流れる潤滑油は、オイルポンプによって吸引されて油導入管に吐出される。油導入管を流れる潤滑油は、高圧空間に導入される。これにより、第１観点に係る圧縮機では、従来の圧縮機と異なり、油分離器によって分離された高温高圧の潤滑油が、圧縮前の低温低圧の冷媒が満たされる圧縮機本体内部の空間へ戻されることがない。そのため、圧縮機本体内部に戻された潤滑油によって圧縮前の冷媒が過熱されて膨張することがない。従って、第１観点に係る圧縮機では、体積効率の低下を抑制することができる。
【０００８】
本発明の第２観点に係る圧縮機は、第１観点に係る圧縮機において、油導入管は、油貯留部の近傍の高圧空間に潤滑油を導入する。
【０００９】
第２観点に係る圧縮機では、油導入管を流れる潤滑油は、油貯留部の近傍に導入される。これにより、第２観点に係る圧縮機では、油分離器で分離された潤滑油が、迅速に油貯留部に供給される。従って、第２観点に係る圧縮機では、潤滑油を油貯留部に安定的に供給することができる。
【００１０】
本発明の第３観点に係る圧縮機は、第２観点に係る圧縮機において、油分離板をさらに備える。油分離板は、油貯留部の近傍の高圧空間に配設される。油分離板は、圧縮機構から吐出される圧縮冷媒から潤滑油を分離する。油導入管は、油分離板の下方の高圧空間に潤滑油を導入する。
【００１１】
第３観点に係る圧縮機では、高圧空間を流れる圧縮冷媒が油分離板に上方から衝突することによって、圧縮冷媒に含まれる潤滑油の一部が油分離板に付着する。油分離板に付着した潤滑油は、高圧空間を落下して油貯留部に貯留される。油導入管を流れる潤滑油は、油分離板の下方に導入されるので、油分離器で分離された潤滑油は、迅速に油貯留部に供給される。また、油導入管を流れる潤滑油は、油分離板の下方に導入されるので、油分離板に上方から衝突する圧縮冷媒の流れによって巻き上げられにくい。従って、第３観点に係る圧縮機では、潤滑油を油貯留部に安定的に供給することができる。
【００１２】
本発明の第４観点に係る冷凍装置は、第１観点乃至第３観点のいずれかに係る圧縮機と、凝縮器と、膨張部と、蒸発器と、を備える。
【００１３】
第４観点に係る冷凍装置では、第１観点乃至第３観点のいずれかに係る圧縮機を、冷凍装置が備えることができる。第１観点乃至第３観点のいずれかに係る圧縮機は、体積効率の低下を抑制することができる。従って、第４観点に係る冷凍装置では、成績係数の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る圧縮機では、油分離器で分離された高温高圧の潤滑油を圧縮機内部へ戻す過程において、体積効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るスクロール圧縮機を備える冷媒回路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態に係る圧縮機について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００１７】
本実施形態における圧縮機は、高低圧ドーム型スクロール圧縮機本体（以下、「スクロール圧縮機」という）と、スクロール圧縮機の外部に配設される油分離器とから構成される。スクロール圧縮機は、互いに噛合する２つのスクロール部品の少なくとも一方が自転運動をすることなく公転運動をすることにより冷媒を圧縮する機構を有する圧縮機である。
【００１８】
（１）全体構成
本実施形態に係るスクロール圧縮機１０１の縦断面図を図１に示す。また、本実施形態に係るスクロール圧縮機１０１、油分離器１０２、凝縮器１０３、膨張部１０４及び蒸発器１０５から構成される冷媒回路の概略図を図２に示す。この冷媒回路は、冷媒ガスを循環する冷凍サイクルを繰り返す。スクロール圧縮機１０１は、冷媒回路中の冷媒ガスを圧縮する役割を担う。
【００１９】
本実施形態に係るスクロール圧縮機１０１は、図１に示されるように、ケーシング１０、圧縮機構１５、主フレーム２３、オルダム継手３９、駆動モータ１６、副フレーム６０、油分離板７３、駆動軸１７、吸入管１９及び吐出管２０から構成される。また、本実施形態に係るスクロール圧縮機１０１は、図２に示されるように、吐出管２０、油戻し管９６、油導入管９７及びオイルポンプ９８を介して、スクロール圧縮機１０１の外部に配設される油分離器１０２と接続されている。以下、スクロール圧縮機１０１の構成部品及び油分離器１０２について詳述する。
【００２０】
（２）詳細構成
（２−１）ケーシング
ケーシング１０は、略円筒状の胴部ケーシング部１１と、胴部ケーシング部１１の上端部に気密状に溶接される椀状の上壁部１２と、胴部ケーシング部１１の下端部に気密状に溶接される椀状の底壁部１３とから構成される。ケーシング１０は、ケーシング１０の内部及び外部において圧力及び温度が変化した場合に変形及び破損が起こりにくい剛性部材で成型される。また、ケーシング１０は、胴部ケーシング部１１の略円筒状の軸方向が鉛直方向に沿うように設置される。
【００２１】
ケーシング１０の内部には、圧縮機構１５と、圧縮機構１５の下方に配置される駆動モータ１６と、ケーシング１０内を鉛直方向に延びるように配設される駆動軸１７等が収容されている。また、ケーシング１０の上壁部１２には吸入管１９が気密状に溶接され、胴部ケーシング部１１には吐出管２０及び油導入管９７が気密状に溶接されている。
【００２２】
ケーシング１０の底部には、潤滑油を貯留するための空間である油貯留部Ｐが形成されている。潤滑油は、スクロール圧縮機１０１の運転中に圧縮機構１５等の摺動部の潤滑性を良好に保つために使用される。
【００２３】
（２−２）圧縮機構
圧縮機構１５は、ケーシング１０の内部に収容され、低温低圧の冷媒を吸引し、圧縮し、高温高圧の冷媒（以下、「圧縮冷媒」という）を吐出する。圧縮機構１５は、固定スクロール部品２４と、旋回スクロール部品２６とから構成される。次に、固定スクロール部品２４及び旋回スクロール部品２６について、それぞれ説明する。
【００２４】
固定スクロール部品２４は、第１鏡板２４ａと、第１鏡板２４ａに直立して形成されている渦巻形状（インボリュート状）の第１ラップ２４ｂとを有している。固定スクロール部品２４には、主吸入孔（図示せず）と、主吸入孔に隣接する補助吸入孔（図示せず）とが形成されている。主吸入孔は、吸入管１９と、後述する圧縮室４０とを連通する。補助吸入孔は、後述する低圧空間Ｓ２と、圧縮室４０とを連通する。また、第１鏡板２４ａの中央部には、吐出孔４１が形成され、第１鏡板２４ａの上面には、吐出孔４１と連通する拡大凹部４２が形成されている。この拡大凹部４２は、第１鏡板２４ａの上面に凹設された水平方向に広がる空間である。固定スクロール部品２４の上面には、この拡大凹部４２を塞ぐように蓋体４４がボルト４４ａにより締結固定されている。そして、拡大凹部４２に蓋体４４が覆い被せられることにより圧縮機構１５の運転音を消音させる膨張室からなるマフラー空間４５が形成されている。固定スクロール部品２４と蓋体４４とは、ガスケット（図示せず）を介して密着させることによりシールされている。また、固定スクロール部品２４には、マフラー空間４５と連通し、固定スクロール部品２４の下面に開口する第１連絡通路４６が形成されている。
【００２５】
旋回スクロール部品２６は、第２鏡板２６ａと、第２鏡板２６ａに直立して形成されている渦巻形状（インボリュート状）の第２ラップ２６ｂとを有している。第２鏡板２６ａの下面中央部には、第２軸受部２６ｃが形成されている。第２鏡板２６ａの内部には、給油細孔６３が形成されている。給油細孔６３は、第２鏡板２６ａの上面外周部と、第２軸受部２６ｃの内側の空間とを連通している。
【００２６】
固定スクロール部品２４及び旋回スクロール部品２６は、第１ラップ２４ｂと第２ラップ２６ｂとが噛合することにより、第１鏡板２４ａ、第１ラップ２４ｂ、第２鏡板２６ａ及び第２ラップ２６ｂによって囲まれる空間である圧縮室４０を形成する。この圧縮室４０は、後述するように、旋回スクロール部品２６の公転運動によって自身の体積を減少させることにより、冷媒を圧縮する。
【００２７】
（２−３）主フレーム
主フレーム２３は、圧縮機構１５の下方に配設され、その外周面においてケーシング１０の内壁に気密状に接合されている。このため、ケーシング１０の内部は、主フレーム２３の下方の高圧空間Ｓ１と、主フレーム２３の上方の低圧区間Ｓ２とに画成されている。主フレーム２３は、主フレーム２３の上面に凹設されている主フレーム凹部３１と、主フレーム２３の下面から下方に延設されている第１軸受部３２とを有している。この第１軸受部３２には、鉛直方向に第１軸受孔３３が貫通して形成されている。また、主フレーム２３は、ボルト等で固定することによって固定スクロール部品２４を載置し、後述するオルダム継手３９を介して、固定スクロール部品２４と共に、旋回スクロール部品２６を挟持している。また、主フレーム２３の外周部には、鉛直方向に第２連絡通路４８が貫通して形成されている。この第２連絡通路４８は、主フレーム２３の上面において第１連絡通路４６と連通し、主フレーム２３の下面において吐出口４９を介して高圧空間Ｓ１と連通する。
【００２８】
（２−４）オルダム継手
オルダム継手３９は、旋回スクロール部品２６の自転運動を防止するための環状部材である。オルダム継手３９は、主フレーム２３に形成されている長円形状のオルダム溝２６ｄに嵌め込まれている。
【００２９】
（２−５）駆動モータ
駆動モータ１６は、ケーシング１０の内部に収容され、主フレーム２３の下方に配設されるブラシレスＤＣモータである。駆動モータ１６は、ケーシング１０の内壁に固定されるステータ５１と、このステータ５１の内側に僅かな間隙（エアギャップ）を設けて回転自在に収容されるロータ５２とによって構成される。
【００３０】
ステータ５１は、電線が巻き付けられているコイル部（図示せず）と、コイル部の上方及び下方に形成されているコイルエンド５３とを有している。また、ステータ５１の外周面には、ステータ５１の上端面から下端面に亘り、かつ、周方向に所定間隔をおいて、切欠形成されている複数のコアカット部（図示せず）が設けられている。このコアカット部は、胴部ケーシング部１１とステータ５１との間に鉛直方向に延びるモータ冷却通路５５を形成する。
【００３１】
ロータ５２は、その回転中心において鉛直方向に貫通している駆動軸１７を固定している。ロータ５２は、駆動軸１７を介して、圧縮機構１５と接続されている。
【００３２】
（２−６）副フレーム
副フレーム６０は、駆動モータ１６の下方に配設され、その外周面の一部においてケーシング１０の内壁に気密状に接合されている。副フレーム６０は、鉛直方向に貫通して形成されている第３軸受部６０ａを有している。
【００３３】
（２−７）油分離板
油分離板７３は、ケーシング１０の内部に収容される平板状の部材である。油分離板７３は、副フレーム６０の上端面に固定されている。
【００３４】
（２−８）駆動軸
駆動軸１７は、ケーシング１０の内部に収容され、その軸方向が鉛直方向に沿うように配設されている。駆動軸１７は、図１に示されるように、その上端部の軸心が上端部を除く部分の軸心に対してわずかに偏心している形状を有している。
【００３５】
駆動軸１７は、駆動モータ１６のロータ５２に固定され、その軸回転運動によって、第１軸受部３２、第２軸受部２６ｃ及び第３軸受部６０ａと摺動する。駆動軸１７は、その上端部が第２軸受部２６ｃに嵌入することで旋回スクロール部品２６と接続されている。駆動軸１７は、軸回転運動することによって、旋回スクロール部品２６を駆動させる。
【００３６】
駆動軸１７は、軸方向に形成されている給油路６１を有している。給油路６１の上端は、駆動軸１７の上端面と第２鏡板２６ａの下面とによって形成される油室８３と連通している。この油室８３は、第２鏡板２６ａの給油細孔６３を介して、固定スクロール部品２４と旋回スクロール部品２６との摺動部（以下、「圧縮機構１５の摺動部」という）に連通し、圧縮室４０を介して最終的に低圧空間Ｓ２に連通する。また、給油路６１の下端は、油貯留部Ｐに連通する。
【００３７】
また、駆動軸１７は、給油路６１から分岐する第１給油横孔６１ａ、第２給油横孔６１ｂ及び第３給油横孔６１ｃを有している。第１給油横孔６１ａ、第２給油横孔６１ｂ及び第３給油横孔６１ｃは、給油路６１に対して直交して形成されている。
【００３８】
（２−９）吸入管
吸入管１９は、ケーシング１０の外部から圧縮機構１５へ、冷媒回路の冷媒を導入するための管状部材である。吸入管１９は、ケーシング１０の上壁部１２に気密状に嵌入されている。吸入管１９は、低圧空間Ｓ２を鉛直方向に貫通すると共に、内端部が固定スクロール２４に嵌入されている。
【００３９】
（２−１０）吐出管
吐出管２０は、高圧空間Ｓ１からケーシング１０の外部へ、圧縮冷媒を吐出するための管状部材である。吐出管２０は、ケーシング１０の胴部ケーシング部１１に気密状に嵌入されている。吐出管２０は、高圧空間Ｓ１を水平方向に貫通すると共に、内端部が主フレーム２３近傍の高圧空間Ｓ１に位置している。
【００４０】
（２−１１）油分離器
油分離器１０２は、スクロール圧縮機１０１の吐出管２０から吐出された圧縮冷媒から潤滑油を分離する。これにより、油分離器１０２は、潤滑油を含有する圧縮冷媒が冷媒回路を循環することを防止する。
【００４１】
油分離器１０２は、図２に示されるように、スクロール圧縮機１０１の外部に設置され、入口管１０２ｂ、出口管１０２ｃ及び油戻し管９６が、密閉容器であるタンク１０２ａの壁部を貫通して気密上に溶接された構造を有している。
【００４２】
タンク１０２ａは、圧縮冷媒から潤滑油を分離する機構を内部に備える。圧縮冷媒から潤滑油を分離する機構の例として、遠心分離式機構がある。遠心分離式機構では、タンク１０２ａの内部に旋回板を配設して、圧縮冷媒を旋回運動させることにより、圧縮冷媒に含まれる潤滑油の油滴を遠心力によって分離させる。圧縮冷媒から分離された潤滑油は、タンク１０２ａの底部に貯留され、油戻し管９６からタンク１０２ａの外部へ排出される。
【００４３】
入口管１０２ｂは、スクロール圧縮機１０１の吐出管２０と連通する。入口管１０２ｂは、スクロール圧縮機１０１の高圧空間Ｓ１からタンク１０２ａの内部へ、圧縮冷媒を導入するための管状部材である。
【００４４】
出口管１０２ｃは、タンク１０２ａの内部からタンク１０２ａの外部の冷媒回路へ、潤滑油が分離された圧縮冷媒を導入するための管状部材である。
【００４５】
油戻し管９６は、圧縮冷媒から分離された潤滑油をタンク１０２ａの外部へ排出するための管状部材である。油戻し管９６は、図２に示されるように、タンク１０２ａの底部を貫通して気密上に溶接されている。
【００４６】
（２−１２）オイルポンプ
オイルポンプ９８は、粘性のある液体を吸引及び吐出するためのギアポンプ等である。オイルポンプ９８は、スクロール圧縮機１０１の外部に設置される。オイルポンプ９８の吸入口は、油戻し管９６に接続され、オイルポンプ９８の吐出口は、油導入管９７に接続されている。油導入管９７は、図１に示されるように、胴部ケーシング部１１を貫通して気密上に溶接されていると共に、内端部が油分離板７３の下方の高圧空間Ｓ１に位置している。
【００４７】
オイルポンプ９８は、油分離器１０２のタンク１０２ａから排出された油戻し管９６の潤滑油を吸入し、油導入管９７に吐出する。オイルポンプ９８は、インバータ制御によりポンプモータの回転速度を自由に変更できる機能を有し、油導入管９７に吐出される潤滑油の量を細かく制御することができる。
【００４８】
（３）動作
本実施形態におけるスクロール圧縮機１０１の運転動作について説明する。最初に、スクロール圧縮機１０１が備えられる冷媒回路を循環する冷媒の流れについて説明する。次に、スクロール圧縮機１０１の摺動部を潤滑する潤滑油の流れについて説明する。
【００４９】
（３−１）冷媒の流れ
駆動モータ１６が駆動されることによって、ロータ５２が回転する。これにより、ロータ５２に固定されている駆動軸１７が、軸回転運動を行う。駆動軸１７の軸回転運動は、第２軸受部２６ｃを介して旋回スクロール部品２６に伝達される。駆動軸１７の上端部の軸心は、駆動軸１７の軸回転運動の軸心に対して偏心しているので、旋回スクロール部品２６は、駆動軸１７の軸回転中心に対して公転運動を行う。旋回スクロール部品２６は、オルダム継手３９によって自転することなく公転運動を行う。
【００５０】
圧縮前の低温低圧の冷媒は、吸入管１９から主吸入孔を経由して、又は、低圧空間Ｓ２から補助吸入孔を経由して、圧縮機構１５の圧縮室４０に吸引される。旋回スクロール部品２６の旋回運動により、圧縮室４０は体積を徐々に減少させながら固定スクロール部品２４の外周部から中心部へ向かって移動する。その結果、圧縮室４０内の冷媒は圧縮されて圧縮冷媒となる。圧縮冷媒は、吐出孔４１からマフラー空間４５へ吐出された後、第１連絡通路４６及び第２連絡通路４８を経由して、吐出口４９から高圧空間Ｓ１へ導入される。そして、圧縮冷媒は、ガスガイド５８と胴部ケーシング部１１との間の空間を下方に向かって流れる。圧縮冷媒は、モータ冷却通路５５を下降して、駆動モータ１６の下方の空間に到達する。その後、圧縮冷媒は、流れの向きを反転して、他のモータ冷却通路５５及びエアギャップを上昇する。最終的に、圧縮冷媒は、吐出管２０からスクロール圧縮機１０１の外部に吐出される。
【００５１】
スクロール圧縮機１０１から吐出された高温高圧の圧縮冷媒は、油分離器１０２の入口管１０２ｂからタンク１０２ａ内に吸入される。圧縮冷媒は、タンク１０２ａ内で潤滑油が分離されて、出口管１０２ｃから油分離器１０２の外部に吐出される。
【００５２】
油分離器１０２から吐出された圧縮冷媒は、凝縮器１０３を通過することによって、冷却されて液化される。液化された冷媒は、膨張部１０４を通過することによって、低温低圧の冷媒になる。その後、低温低圧の冷媒は、蒸発器１０５を通過することによって、気化されて低温低圧の冷媒ガスとなり、最終的に吸入管１９からスクロール圧縮機１０１の内部に吸入される。
【００５３】
（３−２）潤滑油の流れ
駆動モータ１６が駆動されることによって、ロータ５２が回転する。これにより、ロータ５２に固定されている駆動軸１７が、軸回転運動を行う。駆動軸１７の軸回転運動によって圧縮機構１５が駆動し、高圧空間Ｓ１に圧縮冷媒が吐出されると、高圧空間Ｓ１の圧力が上昇する。また、給油路６１の上端は、油室８３及び給油細孔６３を介して低圧空間Ｓ２に連通している。これにより、給油路６１の上端と下端との間において圧力差が発生する。その結果、給油路６１自体が差圧ポンプとして作用するので、油貯留部Ｐに貯留される潤滑油は吸引されて給油路６１を上昇する。
【００５４】
給油路６１を上昇して油室８３まで到達した潤滑油は、給油細孔６３を経由して、圧縮機構１５の摺動部に供給される。圧縮機構１５の摺動部を摺動した潤滑油は、低圧空間Ｓ２及び圧縮室４０に漏れ込む。このとき、元来高温高圧である潤滑油は、低圧空間Ｓ２及び圧縮室４０に存在する圧縮前の冷媒を過熱する。また、潤滑油は、油滴の状態で圧縮冷媒に含有される。圧縮冷媒に含有される潤滑油は、圧縮冷媒と同じ経路を通って、圧縮室４０から高圧空間Ｓ１へ吐出される。その後、潤滑油は、圧縮冷媒と共にモータ冷却通路５５を下降した後に、一部が油分離板７３に衝突する。このとき、油分離板７３に付着した潤滑油は、高圧空間Ｓ１を落下して油貯留部Ｐに貯留される。
【００５５】
一方、給油路６１を上昇する潤滑油の多くは、第１給油横孔６１ａ、第２給油横孔６１ｂ及び第３給油横孔６１ｃに供給される。第１給油横孔６１ａを流れる潤滑油、及び、油室８３内の潤滑油の一部は、駆動軸１７と第２軸受部２６ｃとの摺動部を潤滑した後、主フレーム凹部３１の底部に落下する。第２給油横孔６１ｂを流れる潤滑油、及び、主フレーム凹部３１の底部に落下した潤滑油の一部は、駆動軸１７と第１軸受部３２との摺動部を潤滑して主フレーム２３の下端から高圧空間Ｓ１に漏出した後、高圧空間Ｓ１を落下する。なお、主フレーム凹部３１の底部に落下した潤滑油の一部は、主フレーム凹部３１と高圧空間Ｓ１とを連通する油通路（図示せず）を経由して高圧空間Ｓ１に到達した後、高圧空間Ｓ１を落下する。第３給油横孔６１ｃを流れる潤滑油は、駆動軸１７と第３軸受部６０ａとの摺動部を潤滑して高圧空間Ｓ１に漏出した後、高圧空間Ｓ１を落下する。
【００５６】
高圧空間Ｓ１を落下する潤滑油は、一部が油貯留部Ｐに落下して貯留され、一部が高圧空間Ｓ１を上昇する圧縮冷媒の流れに巻き込まれて圧縮冷媒に含有される。その結果、吐出管２０からスクロール圧縮機１０１の外部へ吐出される圧縮冷媒は潤滑油を含有する。
【００５７】
スクロール圧縮機１０１から吐出された圧縮冷媒は、油分離器１０２の入口管１０２ｂからタンク１０２ａ内に吸引されて、潤滑油が分離される。圧縮冷媒から分離された潤滑油は、タンク１０２ａの底部に一時的に貯留される。その後、潤滑油は、タンク１０２ａ内から油戻し管９６に排出された後、オイルポンプ９８によって吸引されて、油導入管９７に吐出される。その後、潤滑油は、油導入管９７から高圧空間Ｓ１に供給され、最終的に油貯留部Ｐに貯留される。
【００５８】
（４）特徴
（４−１）
本実施形態では、油分離器１０２によって分離された高温高圧の潤滑油は、油戻し管９６、オイルポンプ９８及び油導入管９７を経由して油貯留部Ｐへ戻される。これにより、本実施形態では、スクロール圧縮機１０１内部の圧縮前の冷媒が、高温高圧の潤滑油によって過熱されて膨張することを防ぐことができる。従って、本実施形態では、スクロール圧縮機１０１の体積効率の低下を抑制することができる。
【００５９】
（４−２）
本実施形態では、オイルポンプ９８によって油導入管９７に吐出された潤滑油は、油貯留部Ｐの近傍に位置する高圧空間Ｓ１に供給される。これにより、本実施形態では、油分離器１０２によって分離された潤滑油を迅速に油貯留部Ｐへ戻すことができる。従って、本実施形態では、潤滑油を効率的に回収して油貯留部Ｐに安定的に供給することができる。
【００６０】
（４−３）
本実施形態では、オイルポンプ９８によって油導入管９７に吐出された潤滑油は、油分離板７３の下方に位置する高圧空間Ｓ１に供給される。これにより、本実施形態では、油分離器１０２によって分離された潤滑油が高圧空間Ｓ１に供給される際に、高圧空間Ｓ１を流れる圧縮冷媒の油分離板７３への衝突が阻害されにくい。従って、本実施形態では、潤滑油を効率的に回収して油貯留部Ｐに安定的に供給することができる。
【００６１】
（４−４）
本実施形態では、オイルポンプ９８によって油導入管９７に吐出される潤滑油の量を制御することができる。例えば、スクロール圧縮機１０１の起動直後等、油分離器１０２のタンク１０２ａ内に潤滑油が十分に貯留されていない場合に、油導入管９７に吐出される潤滑油の量を減少させることができる。これにより、オイルポンプ９８によってタンク１０２ａ内の高圧冷媒が、高圧空間Ｓ１へ送出されることを防止することができる。また、油分離器１０２のタンク１０２ａ内に潤滑油が過剰に貯留されている場合に、油導入管９７に吐出される潤滑油の量を増加させることができる。これにより、油貯留部Ｐの潤滑油が不足して、圧縮機構１５の摺動部等の摺動不良が引き起こされることを抑制することができる。
【００６２】
（５）変形例
（５−１）変形例１Ａ
本実施形態においては、スクロール圧縮機１０１は、固定スクロール部品２４と旋回スクロール部品２６とから構成される圧縮機構１５を備えているが、駆動軸１７の軸回転運動によって駆動される圧縮機構であれば、他の種類の圧縮機構を備えていてもよい。例えば、ロータリー式の圧縮機構やスクリュー式の圧縮機構を備えていてもよい。
【００６３】
（５−２）変形例１Ｂ
本実施形態においては、油分離器１０２のタンク１０２ａ内に貯留されている潤滑油の量に基づいて、オイルポンプ９８によって油導入管９７に吐出される潤滑油の量が自動で制御されてもよい。この場合、オイルポンプ９８は、タンク１０２ａ内の潤滑油量が所定値未満である場合には、油導入管９７に吐出される潤滑油の量がゼロになるように自動で制御され、タンク１０２ａ内の潤滑油量が当該所定値以上である場合には、タンク１０２ａ内の潤滑油量が増加するに従って、油導入管９７に吐出される潤滑油の量が増加するように自動で制御されてもよい。
【００６４】
（５−３）変形例１Ｃ
本実施形態においては、油分離器１０２及びオイルポンプ９８がスクロール圧縮機１０１のケーシング１０の外部に配設されているが、油分離器１０２及びオイルポンプ９８に相当する機構がケーシング１０の内部に配設されていてもよい。これにより、冷凍装置のコンパクト化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、圧縮機及び冷凍装置に適応可能であり、特に、圧縮機から吐出された圧縮冷媒に含まれる潤滑油を圧縮機内部へ戻す機構を備える圧縮機、及び、当該圧縮機を備える冷凍装置に適応可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０ ケーシング（密閉容器）
１５ 圧縮機構
１６ 駆動モータ（電動機）
７３ 油分離板
９６ 油戻し管
９７ 油導入管
９８ オイルポンプ
１０１ スクロール圧縮機（圧縮機）
１０２ 油分離器
１０３ 凝縮器
１０４ 膨張部
１０５ 蒸発器
Ｐ 油貯留部
Ｓ１ 高圧空間
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６７】
【特許文献１】特開平５−２２３０７４号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機及び冷凍装置に関し、特に、圧縮機から吐出された圧縮冷媒に含まれる潤滑油を圧縮機内部へ戻す機構を備える圧縮機、及び、当該圧縮機を備える冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、冷媒ガスが冷凍サイクルを繰り返す冷媒回路を構成する圧縮機は、圧縮機内部の圧縮機構等の摺動部の潤滑性を高めるために、潤滑油を内部に有している。そのため、圧縮機から吐出される圧縮冷媒は潤滑油を含有する。しかし、潤滑油を含有する圧縮冷媒が圧縮機外部の冷媒回路へ供給されると、圧縮機内部の潤滑油が不足して摺動部の潤滑不良が引き起こされると共に、冷媒回路を構成する凝縮器内部の伝熱管に潤滑油が付着して伝熱作用が阻害される等の問題が発生する。そこで、従来、潤滑油を含有する圧縮冷媒が圧縮機外部の冷媒回路へ供給されることを防止するため、圧縮機から吐出される圧縮冷媒から潤滑油を分離して圧縮機内部へ戻す機構が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１（特開平５−２２３０７４号公報）に記載されるスクロール圧縮機では、圧縮冷媒から潤滑油を分離する油分離器（オイルセパレータ）が圧縮機本体（スクロール型コンプレッサ）の外部に配設されている。圧縮機本体のケーシング上面に配設される吐出管は、油分離器内部の上部空間に連通している。圧縮機本体の吐出管から吐出された圧縮冷媒は、油分離器内部に供給され、金属の微細線を丸めて形成されたオイル分離手段を通過する。このとき、圧縮冷媒に含まれる潤滑油が金属の微細線に付着することで、潤滑油が圧縮冷媒から分離される。圧縮冷媒から分離された潤滑油は、油分離器内部のオイル溜り室に貯留される。このオイル溜り室は、絞り機構を有するオイル戻り流路を介して、圧縮機内部の低圧空間と連通している。従って、油分離器内部のオイル溜り室に貯留された潤滑油は、オイル戻り流路を介して圧縮機内部の低圧空間に戻される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のスクロール圧縮機では、圧縮冷媒に含まれる高温高圧の潤滑油は、油分離器によって分離された後、圧縮前の低温低圧の冷媒が満たされている圧縮機内部の空間に戻される。そのため、従来のスクロール圧縮機では、圧縮前の低温低圧の冷媒が高温高圧の潤滑油によって過熱されて膨張するので、体積効率の大幅な低下を招いてしまうという問題が発生していた。
【０００５】
本発明の課題は、油分離器で分離された高温高圧の潤滑油を圧縮機内部へ戻す過程において、体積効率の低下を抑制することができる圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１観点に係る圧縮機は、密閉容器と、電動機と、圧縮機構と、油分離器と、油戻し管と、油導入管と、オイルポンプとを備える。密閉容器は、高圧空間を内部に有し、潤滑油が貯留される油貯留部を底部に有する。油貯留部は、高圧空間の一部である。電動機は、密閉容器の内部に収容される。圧縮機構は、密閉容器の内部に収容され、電動機によって駆動される。圧縮機構は、冷媒を圧縮すると共に、高圧空間に圧縮冷媒を吐出する。油分離器は、密閉容器の外部に配設される。油分離器は、圧縮機構から吐出される圧縮冷媒から潤滑油を分離する。油戻し管は、油分離器によって分離された潤滑油を油分離器の外部に排出する。油導入管は、油戻し管によって排出された潤滑油を高圧空間に導入する。オイルポンプは、密閉容器の外部に配設される。オイルポンプは、油分離器によって分離された潤滑油を、油戻し管から吸入して、油導入管に吐出する。
【０００７】
第１観点に係る圧縮機では、電動機及び圧縮機構等を内部に収容する密閉容器からなる圧縮機本体が、圧縮機本体の外部に配設される油分離器と、油戻し管、オイルポンプ及び油導入管を介して接続されている。オイルポンプの吸入口は油戻し管に接続され、オイルポンプの吐出口は油導入管に接続されている。圧縮機構によって、潤滑油を含有する高温高圧の圧縮冷媒が、高圧空間へ吐出される。高圧空間の圧縮冷媒は、圧縮機本体から吐出されて油分離器に供給される。そして、油分離器によって、圧縮冷媒に含有される潤滑油が分離される。分離された潤滑油は、油分離器の外部に排出されて油戻し管を流れる。油戻し管を流れる潤滑油は、オイルポンプによって吸引されて油導入管に吐出される。油導入管を流れる潤滑油は、高圧空間に導入される。これにより、第１観点に係る圧縮機では、従来の圧縮機と異なり、油分離器によって分離された高温高圧の潤滑油が、圧縮前の低温低圧の冷媒が満たされる圧縮機本体内部の空間へ戻されることがない。そのため、圧縮機本体内部に戻された潤滑油によって圧縮前の冷媒が過熱されて膨張することがない。従って、第１観点に係る圧縮機では、体積効率の低下を抑制することができる。
【０００８】
本発明の第２観点に係る圧縮機は、第１観点に係る圧縮機において、油導入管は、油貯留部の近傍の高圧空間に潤滑油を導入する。
【０００９】
第２観点に係る圧縮機では、油導入管を流れる潤滑油は、油貯留部の近傍に導入される。これにより、第２観点に係る圧縮機では、油分離器で分離された潤滑油が、迅速に油貯留部に供給される。従って、第２観点に係る圧縮機では、潤滑油を油貯留部に安定的に供給することができる。
【００１０】
本発明の第３観点に係る圧縮機は、第２観点に係る圧縮機において、油分離板をさらに備える。油分離板は、油貯留部の近傍の高圧空間に配設される。油分離板は、圧縮機構から吐出される圧縮冷媒から潤滑油を分離する。油導入管は、油分離板の下方の高圧空間に潤滑油を導入する。
【００１１】
第３観点に係る圧縮機では、高圧空間を流れる圧縮冷媒が油分離板に上方から衝突することによって、圧縮冷媒に含まれる潤滑油の一部が油分離板に付着する。油分離板に付着した潤滑油は、高圧空間を落下して油貯留部に貯留される。油導入管を流れる潤滑油は、油分離板の下方に導入されるので、油分離器で分離された潤滑油は、迅速に油貯留部に供給される。また、油導入管を流れる潤滑油は、油分離板の下方に導入されるので、油分離板に上方から衝突する圧縮冷媒の流れによって巻き上げられにくい。従って、第３観点に係る圧縮機では、潤滑油を油貯留部に安定的に供給することができる。
【００１２】
本発明の第４観点に係る冷凍装置は、第１観点乃至第３観点のいずれかに係る圧縮機と、凝縮器と、膨張部と、蒸発器と、を備える。
【００１３】
第４観点に係る冷凍装置では、第１観点乃至第３観点のいずれかに係る圧縮機を、冷凍装置が備えることができる。第１観点乃至第３観点のいずれかに係る圧縮機は、体積効率の低下を抑制することができる。従って、第４観点に係る冷凍装置では、成績係数の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る圧縮機では、油分離器で分離された高温高圧の潤滑油を圧縮機内部へ戻す過程において、体積効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るスクロール圧縮機を備える冷媒回路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態に係る圧縮機について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００１７】
本実施形態における圧縮機は、高低圧ドーム型スクロール圧縮機本体（以下、「スクロール圧縮機」という）と、スクロール圧縮機の外部に配設される油分離器とから構成される。スクロール圧縮機は、互いに噛合する２つのスクロール部品の少なくとも一方が自転運動をすることなく公転運動をすることにより冷媒を圧縮する機構を有する圧縮機である。
【００１８】
（１）全体構成
本実施形態に係るスクロール圧縮機１０１の縦断面図を図１に示す。また、本実施形態に係るスクロール圧縮機１０１、油分離器１０２、凝縮器１０３、膨張部１０４及び蒸発器１０５から構成される冷媒回路の概略図を図２に示す。この冷媒回路は、冷媒ガスを循環する冷凍サイクルを繰り返す。スクロール圧縮機１０１は、冷媒回路中の冷媒ガスを圧縮する役割を担う。
【００１９】
本実施形態に係るスクロール圧縮機１０１は、図１に示されるように、ケーシング１０、圧縮機構１５、主フレーム２３、オルダム継手３９、駆動モータ１６、副フレーム６０、油分離板７３、駆動軸１７、吸入管１９及び吐出管２０から構成される。また、本実施形態に係るスクロール圧縮機１０１は、図２に示されるように、吐出管２０、油戻し管９６、油導入管９７及びオイルポンプ９８を介して、スクロール圧縮機１０１の外部に配設される油分離器１０２と接続されている。以下、スクロール圧縮機１０１の構成部品及び油分離器１０２について詳述する。
【００２０】
（２）詳細構成
（２−１）ケーシング
ケーシング１０は、略円筒状の胴部ケーシング部１１と、胴部ケーシング部１１の上端部に気密状に溶接される椀状の上壁部１２と、胴部ケーシング部１１の下端部に気密状に溶接される椀状の底壁部１３とから構成される。ケーシング１０は、ケーシング１０の内部及び外部において圧力及び温度が変化した場合に変形及び破損が起こりにくい剛性部材で成型される。また、ケーシング１０は、胴部ケーシング部１１の略円筒状の軸方向が鉛直方向に沿うように設置される。
【００２１】
ケーシング１０の内部には、圧縮機構１５と、圧縮機構１５の下方に配置される駆動モータ１６と、ケーシング１０内を鉛直方向に延びるように配設される駆動軸１７等が収容されている。また、ケーシング１０の上壁部１２には吸入管１９が気密状に溶接され、胴部ケーシング部１１には吐出管２０及び油導入管９７が気密状に溶接されている。
【００２２】
ケーシング１０の底部には、潤滑油を貯留するための空間である油貯留部Ｐが形成されている。潤滑油は、スクロール圧縮機１０１の運転中に圧縮機構１５等の摺動部の潤滑性を良好に保つために使用される。
【００２３】
（２−２）圧縮機構
圧縮機構１５は、ケーシング１０の内部に収容され、低温低圧の冷媒を吸引し、圧縮し、高温高圧の冷媒（以下、「圧縮冷媒」という）を吐出する。圧縮機構１５は、固定スクロール部品２４と、旋回スクロール部品２６とから構成される。次に、固定スクロール部品２４及び旋回スクロール部品２６について、それぞれ説明する。
【００２４】
固定スクロール部品２４は、第１鏡板２４ａと、第１鏡板２４ａに直立して形成されている渦巻形状（インボリュート状）の第１ラップ２４ｂとを有している。固定スクロール部品２４には、主吸入孔（図示せず）と、主吸入孔に隣接する補助吸入孔（図示せず）とが形成されている。主吸入孔は、吸入管１９と、後述する圧縮室４０とを連通する。補助吸入孔は、後述する低圧空間Ｓ２と、圧縮室４０とを連通する。また、第１鏡板２４ａの中央部には、吐出孔４１が形成され、第１鏡板２４ａの上面には、吐出孔４１と連通する拡大凹部４２が形成されている。この拡大凹部４２は、第１鏡板２４ａの上面に凹設された水平方向に広がる空間である。固定スクロール部品２４の上面には、この拡大凹部４２を塞ぐように蓋体４４がボルト４４ａにより締結固定されている。そして、拡大凹部４２に蓋体４４が覆い被せられることにより圧縮機構１５の運転音を消音させる膨張室からなるマフラー空間４５が形成されている。固定スクロール部品２４と蓋体４４とは、ガスケット（図示せず）を介して密着させることによりシールされている。また、固定スクロール部品２４には、マフラー空間４５と連通し、固定スクロール部品２４の下面に開口する第１連絡通路４６が形成されている。
【００２５】
旋回スクロール部品２６は、第２鏡板２６ａと、第２鏡板２６ａに直立して形成されている渦巻形状（インボリュート状）の第２ラップ２６ｂとを有している。第２鏡板２６ａの下面中央部には、第２軸受部２６ｃが形成されている。第２鏡板２６ａの内部には、給油細孔６３が形成されている。給油細孔６３は、第２鏡板２６ａの上面外周部と、第２軸受部２６ｃの内側の空間とを連通している。
【００２６】
固定スクロール部品２４及び旋回スクロール部品２６は、第１ラップ２４ｂと第２ラップ２６ｂとが噛合することにより、第１鏡板２４ａ、第１ラップ２４ｂ、第２鏡板２６ａ及び第２ラップ２６ｂによって囲まれる空間である圧縮室４０を形成する。この圧縮室４０は、後述するように、旋回スクロール部品２６の公転運動によって自身の体積を減少させることにより、冷媒を圧縮する。
【００２７】
（２−３）主フレーム
主フレーム２３は、圧縮機構１５の下方に配設され、その外周面においてケーシング１０の内壁に気密状に接合されている。このため、ケーシング１０の内部は、主フレーム２３の下方の高圧空間Ｓ１と、主フレーム２３の上方の低圧区間Ｓ２とに画成されている。主フレーム２３は、主フレーム２３の上面に凹設されている主フレーム凹部３１と、主フレーム２３の下面から下方に延設されている第１軸受部３２とを有している。この第１軸受部３２には、鉛直方向に第１軸受孔３３が貫通して形成されている。また、主フレーム２３は、ボルト等で固定することによって固定スクロール部品２４を載置し、後述するオルダム継手３９を介して、固定スクロール部品２４と共に、旋回スクロール部品２６を挟持している。また、主フレーム２３の外周部には、鉛直方向に第２連絡通路４８が貫通して形成されている。この第２連絡通路４８は、主フレーム２３の上面において第１連絡通路４６と連通し、主フレーム２３の下面において吐出口４９を介して高圧空間Ｓ１と連通する。
【００２８】
（２−４）オルダム継手
オルダム継手３９は、旋回スクロール部品２６の自転運動を防止するための環状部材である。オルダム継手３９は、主フレーム２３に形成されている長円形状のオルダム溝２６ｄに嵌め込まれている。
【００２９】
（２−５）駆動モータ
駆動モータ１６は、ケーシング１０の内部に収容され、主フレーム２３の下方に配設されるブラシレスＤＣモータである。駆動モータ１６は、ケーシング１０の内壁に固定されるステータ５１と、このステータ５１の内側に僅かな間隙（エアギャップ）を設けて回転自在に収容されるロータ５２とによって構成される。
【００３０】
ステータ５１は、電線が巻き付けられているコイル部（図示せず）と、コイル部の上方及び下方に形成されているコイルエンド５３とを有している。また、ステータ５１の外周面には、ステータ５１の上端面から下端面に亘り、かつ、周方向に所定間隔をおいて、切欠形成されている複数のコアカット部（図示せず）が設けられている。このコアカット部は、胴部ケーシング部１１とステータ５１との間に鉛直方向に延びるモータ冷却通路５５を形成する。
【００３１】
ロータ５２は、その回転中心において鉛直方向に貫通している駆動軸１７を固定している。ロータ５２は、駆動軸１７を介して、圧縮機構１５と接続されている。
【００３２】
（２−６）副フレーム
副フレーム６０は、駆動モータ１６の下方に配設され、その外周面の一部においてケーシング１０の内壁に気密状に接合されている。副フレーム６０は、鉛直方向に貫通して形成されている第３軸受部６０ａを有している。
【００３３】
（２−７）油分離板
油分離板７３は、ケーシング１０の内部に収容される平板状の部材である。油分離板７３は、副フレーム６０の上端面に固定されている。
【００３４】
（２−８）駆動軸
駆動軸１７は、ケーシング１０の内部に収容され、その軸方向が鉛直方向に沿うように配設されている。駆動軸１７は、図１に示されるように、その上端部の軸心が上端部を除く部分の軸心に対してわずかに偏心している形状を有している。
【００３５】
駆動軸１７は、駆動モータ１６のロータ５２に固定され、その軸回転運動によって、第１軸受部３２、第２軸受部２６ｃ及び第３軸受部６０ａと摺動する。駆動軸１７は、その上端部が第２軸受部２６ｃに嵌入することで旋回スクロール部品２６と接続されている。駆動軸１７は、軸回転運動することによって、旋回スクロール部品２６を駆動させる。
【００３６】
駆動軸１７は、軸方向に形成されている給油路６１を有している。給油路６１の上端は、駆動軸１７の上端面と第２鏡板２６ａの下面とによって形成される油室８３と連通している。この油室８３は、第２鏡板２６ａの給油細孔６３を介して、固定スクロール部品２４と旋回スクロール部品２６との摺動部（以下、「圧縮機構１５の摺動部」という）に連通し、圧縮室４０を介して最終的に低圧空間Ｓ２に連通する。また、給油路６１の下端は、油貯留部Ｐに連通する。
【００３７】
また、駆動軸１７は、給油路６１から分岐する第１給油横孔６１ａ、第２給油横孔６１ｂ及び第３給油横孔６１ｃを有している。第１給油横孔６１ａ、第２給油横孔６１ｂ及び第３給油横孔６１ｃは、給油路６１に対して直交して形成されている。
【００３８】
（２−９）吸入管
吸入管１９は、ケーシング１０の外部から圧縮機構１５へ、冷媒回路の冷媒を導入するための管状部材である。吸入管１９は、ケーシング１０の上壁部１２に気密状に嵌入されている。吸入管１９は、低圧空間Ｓ２を鉛直方向に貫通すると共に、内端部が固定スクロール２４に嵌入されている。
【００３９】
（２−１０）吐出管
吐出管２０は、高圧空間Ｓ１からケーシング１０の外部へ、圧縮冷媒を吐出するための管状部材である。吐出管２０は、ケーシング１０の胴部ケーシング部１１に気密状に嵌入されている。吐出管２０は、高圧空間Ｓ１を水平方向に貫通すると共に、内端部が主フレーム２３近傍の高圧空間Ｓ１に位置している。
【００４０】
（２−１１）油分離器
油分離器１０２は、スクロール圧縮機１０１の吐出管２０から吐出された圧縮冷媒から潤滑油を分離する。これにより、油分離器１０２は、潤滑油を含有する圧縮冷媒が冷媒回路を循環することを防止する。
【００４１】
油分離器１０２は、図２に示されるように、スクロール圧縮機１０１の外部に設置され、入口管１０２ｂ、出口管１０２ｃ及び油戻し管９６が、密閉容器であるタンク１０２ａの壁部を貫通して気密上に溶接された構造を有している。
【００４２】
タンク１０２ａは、圧縮冷媒から潤滑油を分離する機構を内部に備える。圧縮冷媒から潤滑油を分離する機構の例として、遠心分離式機構がある。遠心分離式機構では、タンク１０２ａの内部に旋回板を配設して、圧縮冷媒を旋回運動させることにより、圧縮冷媒に含まれる潤滑油の油滴を遠心力によって分離させる。圧縮冷媒から分離された潤滑油は、タンク１０２ａの底部に貯留され、油戻し管９６からタンク１０２ａの外部へ排出される。
【００４３】
入口管１０２ｂは、スクロール圧縮機１０１の吐出管２０と連通する。入口管１０２ｂは、スクロール圧縮機１０１の高圧空間Ｓ１からタンク１０２ａの内部へ、圧縮冷媒を導入するための管状部材である。
【００４４】
出口管１０２ｃは、タンク１０２ａの内部からタンク１０２ａの外部の冷媒回路へ、潤滑油が分離された圧縮冷媒を導入するための管状部材である。
【００４５】
油戻し管９６は、圧縮冷媒から分離された潤滑油をタンク１０２ａの外部へ排出するための管状部材である。油戻し管９６は、図２に示されるように、タンク１０２ａの底部を貫通して気密上に溶接されている。
【００４６】
（２−１２）オイルポンプ
オイルポンプ９８は、粘性のある液体を吸引及び吐出するためのギアポンプ等である。オイルポンプ９８は、スクロール圧縮機１０１の外部に設置される。オイルポンプ９８の吸入口は、油戻し管９６に接続され、オイルポンプ９８の吐出口は、油導入管９７に接続されている。油導入管９７は、図１に示されるように、胴部ケーシング部１１を貫通して気密上に溶接されていると共に、内端部が油分離板７３の下方の高圧空間Ｓ１に位置している。
【００４７】
オイルポンプ９８は、油分離器１０２のタンク１０２ａから排出された油戻し管９６の潤滑油を吸入し、油導入管９７に吐出する。オイルポンプ９８は、インバータ制御によりポンプモータの回転速度を自由に変更できる機能を有し、油導入管９７に吐出される潤滑油の量を細かく制御することができる。
【００４８】
（３）動作
本実施形態におけるスクロール圧縮機１０１の運転動作について説明する。最初に、スクロール圧縮機１０１が備えられる冷媒回路を循環する冷媒の流れについて説明する。次に、スクロール圧縮機１０１の摺動部を潤滑する潤滑油の流れについて説明する。
【００４９】
（３−１）冷媒の流れ
駆動モータ１６が駆動されることによって、ロータ５２が回転する。これにより、ロータ５２に固定されている駆動軸１７が、軸回転運動を行う。駆動軸１７の軸回転運動は、第２軸受部２６ｃを介して旋回スクロール部品２６に伝達される。駆動軸１７の上端部の軸心は、駆動軸１７の軸回転運動の軸心に対して偏心しているので、旋回スクロール部品２６は、駆動軸１７の軸回転中心に対して公転運動を行う。旋回スクロール部品２６は、オルダム継手３９によって自転することなく公転運動を行う。
【００５０】
圧縮前の低温低圧の冷媒は、吸入管１９から主吸入孔を経由して、又は、低圧空間Ｓ２から補助吸入孔を経由して、圧縮機構１５の圧縮室４０に吸引される。旋回スクロール部品２６の旋回運動により、圧縮室４０は体積を徐々に減少させながら固定スクロール部品２４の外周部から中心部へ向かって移動する。その結果、圧縮室４０内の冷媒は圧縮されて圧縮冷媒となる。圧縮冷媒は、吐出孔４１からマフラー空間４５へ吐出された後、第１連絡通路４６及び第２連絡通路４８を経由して、吐出口４９から高圧空間Ｓ１へ導入される。そして、圧縮冷媒は、ガスガイド５８と胴部ケーシング部１１との間の空間を下方に向かって流れる。圧縮冷媒は、モータ冷却通路５５を下降して、駆動モータ１６の下方の空間に到達する。その後、圧縮冷媒は、流れの向きを反転して、他のモータ冷却通路５５及びエアギャップを上昇する。最終的に、圧縮冷媒は、吐出管２０からスクロール圧縮機１０１の外部に吐出される。
【００５１】
スクロール圧縮機１０１から吐出された高温高圧の圧縮冷媒は、油分離器１０２の入口管１０２ｂからタンク１０２ａ内に吸入される。圧縮冷媒は、タンク１０２ａ内で潤滑油が分離されて、出口管１０２ｃから油分離器１０２の外部に吐出される。
【００５２】
油分離器１０２から吐出された圧縮冷媒は、凝縮器１０３を通過することによって、冷却されて液化される。液化された冷媒は、膨張部１０４を通過することによって、低温低圧の冷媒になる。その後、低温低圧の冷媒は、蒸発器１０５を通過することによって、気化されて低温低圧の冷媒ガスとなり、最終的に吸入管１９からスクロール圧縮機１０１の内部に吸入される。
【００５３】
（３−２）潤滑油の流れ
駆動モータ１６が駆動されることによって、ロータ５２が回転する。これにより、ロータ５２に固定されている駆動軸１７が、軸回転運動を行う。駆動軸１７の軸回転運動によって圧縮機構１５が駆動し、高圧空間Ｓ１に圧縮冷媒が吐出されると、高圧空間Ｓ１の圧力が上昇する。また、給油路６１の上端は、油室８３及び給油細孔６３を介して低圧空間Ｓ２に連通している。これにより、給油路６１の上端と下端との間において圧力差が発生する。その結果、給油路６１自体が差圧ポンプとして作用するので、油貯留部Ｐに貯留される潤滑油は吸引されて給油路６１を上昇する。
【００５４】
給油路６１を上昇して油室８３まで到達した潤滑油は、給油細孔６３を経由して、圧縮機構１５の摺動部に供給される。圧縮機構１５の摺動部を摺動した潤滑油は、低圧空間Ｓ２及び圧縮室４０に漏れ込む。このとき、元来高温高圧である潤滑油は、低圧空間Ｓ２及び圧縮室４０に存在する圧縮前の冷媒を過熱する。また、潤滑油は、油滴の状態で圧縮冷媒に含有される。圧縮冷媒に含有される潤滑油は、圧縮冷媒と同じ経路を通って、圧縮室４０から高圧空間Ｓ１へ吐出される。その後、潤滑油は、圧縮冷媒と共にモータ冷却通路５５を下降した後に、一部が油分離板７３に衝突する。このとき、油分離板７３に付着した潤滑油は、高圧空間Ｓ１を落下して油貯留部Ｐに貯留される。
【００５５】
一方、給油路６１を上昇する潤滑油の多くは、第１給油横孔６１ａ、第２給油横孔６１ｂ及び第３給油横孔６１ｃに供給される。第１給油横孔６１ａを流れる潤滑油、及び、油室８３内の潤滑油の一部は、駆動軸１７と第２軸受部２６ｃとの摺動部を潤滑した後、主フレーム凹部３１の底部に落下する。第２給油横孔６１ｂを流れる潤滑油、及び、主フレーム凹部３１の底部に落下した潤滑油の一部は、駆動軸１７と第１軸受部３２との摺動部を潤滑して主フレーム２３の下端から高圧空間Ｓ１に漏出した後、高圧空間Ｓ１を落下する。なお、主フレーム凹部３１の底部に落下した潤滑油の一部は、主フレーム凹部３１と高圧空間Ｓ１とを連通する油通路（図示せず）を経由して高圧空間Ｓ１に到達した後、高圧空間Ｓ１を落下する。第３給油横孔６１ｃを流れる潤滑油は、駆動軸１７と第３軸受部６０ａとの摺動部を潤滑して高圧空間Ｓ１に漏出した後、高圧空間Ｓ１を落下する。
【００５６】
高圧空間Ｓ１を落下する潤滑油は、一部が油貯留部Ｐに落下して貯留され、一部が高圧空間Ｓ１を上昇する圧縮冷媒の流れに巻き込まれて圧縮冷媒に含有される。その結果、吐出管２０からスクロール圧縮機１０１の外部へ吐出される圧縮冷媒は潤滑油を含有する。
【００５７】
スクロール圧縮機１０１から吐出された圧縮冷媒は、油分離器１０２の入口管１０２ｂからタンク１０２ａ内に吸引されて、潤滑油が分離される。圧縮冷媒から分離された潤滑油は、タンク１０２ａの底部に一時的に貯留される。その後、潤滑油は、タンク１０２ａ内から油戻し管９６に排出された後、オイルポンプ９８によって吸引されて、油導入管９７に吐出される。その後、潤滑油は、油導入管９７から高圧空間Ｓ１に供給され、最終的に油貯留部Ｐに貯留される。
【００５８】
（４）特徴
（４−１）
本実施形態では、油分離器１０２によって分離された高温高圧の潤滑油は、油戻し管９６、オイルポンプ９８及び油導入管９７を経由して油貯留部Ｐへ戻される。これにより、本実施形態では、スクロール圧縮機１０１内部の圧縮前の冷媒が、高温高圧の潤滑油によって過熱されて膨張することを防ぐことができる。従って、本実施形態では、スクロール圧縮機１０１の体積効率の低下を抑制することができる。
【００５９】
（４−２）
本実施形態では、オイルポンプ９８によって油導入管９７に吐出された潤滑油は、油貯留部Ｐの近傍に位置する高圧空間Ｓ１に供給される。これにより、本実施形態では、油分離器１０２によって分離された潤滑油を迅速に油貯留部Ｐへ戻すことができる。従って、本実施形態では、潤滑油を効率的に回収して油貯留部Ｐに安定的に供給することができる。
【００６０】
（４−３）
本実施形態では、オイルポンプ９８によって油導入管９７に吐出された潤滑油は、油分離板７３の下方に位置する高圧空間Ｓ１に供給される。これにより、本実施形態では、油分離器１０２によって分離された潤滑油が高圧空間Ｓ１に供給される際に、高圧空間Ｓ１を流れる圧縮冷媒の油分離板７３への衝突が阻害されにくい。従って、本実施形態では、潤滑油を効率的に回収して油貯留部Ｐに安定的に供給することができる。
【００６１】
（４−４）
本実施形態では、オイルポンプ９８によって油導入管９７に吐出される潤滑油の量を制御することができる。例えば、スクロール圧縮機１０１の起動直後等、油分離器１０２のタンク１０２ａ内に潤滑油が十分に貯留されていない場合に、油導入管９７に吐出される潤滑油の量を減少させることができる。これにより、オイルポンプ９８によってタンク１０２ａ内の高圧冷媒が、高圧空間Ｓ１へ送出されることを防止することができる。また、油分離器１０２のタンク１０２ａ内に潤滑油が過剰に貯留されている場合に、油導入管９７に吐出される潤滑油の量を増加させることができる。これにより、油貯留部Ｐの潤滑油が不足して、圧縮機構１５の摺動部等の摺動不良が引き起こされることを抑制することができる。
【００６２】
（５）変形例
（５−１）変形例１Ａ
本実施形態においては、スクロール圧縮機１０１は、固定スクロール部品２４と旋回スクロール部品２６とから構成される圧縮機構１５を備えているが、駆動軸１７の軸回転運動によって駆動される圧縮機構であれば、他の種類の圧縮機構を備えていてもよい。例えば、ロータリー式の圧縮機構やスクリュー式の圧縮機構を備えていてもよい。
【００６３】
（５−２）変形例１Ｂ
本実施形態においては、油分離器１０２のタンク１０２ａ内に貯留されている潤滑油の量に基づいて、オイルポンプ９８によって油導入管９７に吐出される潤滑油の量が自動で制御されてもよい。この場合、オイルポンプ９８は、タンク１０２ａ内の潤滑油量が所定値未満である場合には、油導入管９７に吐出される潤滑油の量がゼロになるように自動で制御され、タンク１０２ａ内の潤滑油量が当該所定値以上である場合には、タンク１０２ａ内の潤滑油量が増加するに従って、油導入管９７に吐出される潤滑油の量が増加するように自動で制御されてもよい。
【００６４】
（５−３）変形例１Ｃ
本実施形態においては、油分離器１０２及びオイルポンプ９８がスクロール圧縮機１０１のケーシング１０の外部に配設されているが、油分離器１０２及びオイルポンプ９８に相当する機構がケーシング１０の内部に配設されていてもよい。これにより、冷凍装置のコンパクト化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、圧縮機及び冷凍装置に適応可能であり、特に、圧縮機から吐出された圧縮冷媒に含まれる潤滑油を圧縮機内部へ戻す機構を備える圧縮機、及び、当該圧縮機を備える冷凍装置に適応可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０ ケーシング（密閉容器）
１５ 圧縮機構
１６ 駆動モータ（電動機）
７３ 油分離板
９６ 油戻し管
９７ 油導入管
９８ オイルポンプ
１０１ スクロール圧縮機（圧縮機）
１０２ 油分離器
１０３ 凝縮器
１０４ 膨張部
１０５ 蒸発器
Ｐ 油貯留部
Ｓ１ 高圧空間
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６７】
【特許文献１】特開平５−２２３０７４号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧空間（Ｓ１）を内部に有し、前記高圧空間の一部であって潤滑油が貯留される油貯留部（Ｐ）を底部に有する密閉容器（１０）と、
前記密閉容器の内部に収容される電動機（１６）と、
前記密閉容器の内部に収容され、前記電動機によって駆動され、冷媒を圧縮すると共に、前記高圧空間に圧縮冷媒を吐出する圧縮機構（１５）と、
前記密閉容器の外部に配設され、前記圧縮機構から吐出される圧縮冷媒から潤滑油を分離する油分離器（１０２）と、
前記油分離器によって分離された潤滑油を前記油分離器の外部に排出する油戻し管（９６）と、
前記油戻し管によって排出された潤滑油を前記高圧空間に導入する油導入管（９７）と、
前記密閉容器の外部に配設され、前記油分離器によって分離された潤滑油を、前記油戻し管から吸入して前記油導入管に吐出するオイルポンプ（９８）と、
を備える、圧縮機（１０１）。
【請求項２】
前記油導入管は、前記油貯留部の近傍の前記高圧空間に潤滑油を導入する、
請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記油貯留部の近傍の前記高圧空間に配設され、前記圧縮機構から吐出される圧縮冷媒から潤滑油を分離する油分離板（７３）をさらに備え、
前記油導入管は、前記油分離板の下方の前記高圧空間に潤滑油を導入する、
請求項２に記載の圧縮機。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の圧縮機と、
凝縮器（１０３）と、
膨張部（１０４）と、
蒸発器（１０５）と、
を備える、冷凍装置。
【請求項１】
高圧空間（Ｓ１）を内部に有し、前記高圧空間の一部であって潤滑油が貯留される油貯留部（Ｐ）を底部に有する密閉容器（１０）と、
前記密閉容器の内部に収容される電動機（１６）と、
前記密閉容器の内部に収容され、前記電動機によって駆動され、冷媒を圧縮すると共に、前記高圧空間に圧縮冷媒を吐出する圧縮機構（１５）と、
前記密閉容器の外部に配設され、前記圧縮機構から吐出される圧縮冷媒から潤滑油を分離する油分離器（１０２）と、
前記油分離器によって分離された潤滑油を前記油分離器の外部に排出する油戻し管（９６）と、
前記油戻し管によって排出された潤滑油を前記高圧空間に導入する油導入管（９７）と、
前記密閉容器の外部に配設され、前記油分離器によって分離された潤滑油を、前記油戻し管から吸入して前記油導入管に吐出するオイルポンプ（９８）と、
を備える、圧縮機（１０１）。
【請求項２】
前記油導入管は、前記油貯留部の近傍の前記高圧空間に潤滑油を導入する、
請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記油貯留部の近傍の前記高圧空間に配設され、前記圧縮機構から吐出される圧縮冷媒から潤滑油を分離する油分離板（７３）をさらに備え、
前記油導入管は、前記油分離板の下方の前記高圧空間に潤滑油を導入する、
請求項２に記載の圧縮機。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の圧縮機と、
凝縮器（１０３）と、
膨張部（１０４）と、
蒸発器（１０５）と、
を備える、冷凍装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−５７５９６（Ｐ２０１２−５７５９６Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０４５７３（Ｐ２０１０−２０４５７３）
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
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