JP2007332833A - 圧縮機及びこれを用いた給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉容器内の潤滑油を冷却することにより、摺動部に安価な部品を使用して製造コストの低減を図ることのできる圧縮機及びこれを用いた給湯装置を提供する。
【解決手段】第３の空間３９に貯留された潤滑油と熱交換する水を流通可能な水流通管３９ｂを備えたので、水流通管３９ｂに貯湯タンク１０の下部の水を流通させることにより冷却された潤滑油によってハウジング３１内の摺動部を潤滑することができ、摺動部に安価な部品を使用することにより、製造コストの低減を図ることが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、密閉容器内に、冷媒を圧縮するための圧縮部と、圧縮部を駆動するための電動機と、潤滑油を貯留するための貯油部を有する圧縮機及びこれを用いた給湯装置に関するものである。

従来、この種の圧縮機としては、密閉容器内に、冷媒を圧縮する圧縮部と、圧縮部を駆動する電動機と、密閉容器内の摺動部を潤滑する潤滑油を貯留する貯油部とを有しているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３３１１１８号公報

しかしながら、前記圧縮機において、例えば冷媒として二酸化炭素を用いた場合、圧縮部において圧縮された冷媒の温度は１００℃以上となり、潤滑油が冷媒によって加熱されて高温となるため、密閉容器内の摺動部を構成する部品に耐熱性の高い高価な部材を用いる必要があり、製造コストが高くなるという問題点があった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、密閉容器内の潤滑油を冷却することにより、摺動部に安価な部品を使用して製造コストの低減を図ることのできる圧縮機及びこれを用いた給湯装置を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、密閉容器内に、冷媒を圧縮する圧縮部と、圧縮部を駆動する電動機と、密閉容器内の摺動部を潤滑する潤滑油を貯留する貯油部とを有する圧縮機において、前記貯油部に貯留された潤滑油と熱交換する水を流通可能な水流通管を備えている。

これにより、貯油部に貯留された潤滑油が水流通管を流通する水によって冷却され、冷却された潤滑油によって密閉容器内の摺動部が潤滑されることから、摺動部を構成する部品に耐熱性の高い部材を用いる必要がない。

また、本発明は、請求項１乃至３の何れか一項に記載の圧縮機に、放熱器、膨張手段及び吸熱器を接続してなる冷媒回路と、放熱器において冷媒と熱交換した水を貯留する貯湯タンクと、放熱器において冷媒と熱交換する水を放熱器に流入させ、放熱器において冷媒と熱交換した水を貯湯タンクに流入させる湯沸かし回路とを備えた給湯装置であって、前記湯沸かし回路の放熱器の上流側を流通する水の一部を水流通管に流通させる潤滑油冷却回路を備えている。

これにより、貯留部に貯留された潤滑油が湯沸かし回路の放熱器の上流側を流通する水の一部によって冷却されることから、既存の給湯装置において圧縮機の近傍に配管された湯沸かし回路を分岐することにより、潤滑油冷却回路が構成される。

本発明によれば、冷却された潤滑油によって密閉容器内の摺動部を潤滑することができるので、摺動部に安価な部品を使用することにより、製造コストの低減を図ることが可能となる。

また、本発明によれば、既存の給湯装置において圧縮機の近傍に配管された湯沸かし回路を分岐することにより、短い配管長で潤滑油冷却回路を構成することができるので、製造コストの低減を図ることが可能となる。

図１乃至図３は本発明の一実施形態を示すもので、図１は給湯装置の概略構成図、図２は圧縮機の断面図、図３は流量調整弁の弁開度の制御に関するフローチャートである。

この給湯装置は、給湯用の水を貯えるための貯湯タンク１０と、貯湯タンク１０に貯えられた水を加熱するためのヒートポンプユニット２０とを備え、貯湯タンク１０に貯えられた高温の水を、例えば入浴や洗い物等の給湯用の温水として利用するためのものである。

貯湯タンク１０は、ステンレス等の部材からなり、上端及び下端が閉塞された上下に延びる円筒状に形成されている。また、貯湯タンク１０は、グラスウールまたは発泡ウレタン等の断熱材によって外部が覆われており、貯湯タンク１０の内部と外部との熱の移動が遮断されるようになっている。

ヒートポンプユニット２０は、電動の圧縮機３０、オイルセパレータ４０、放熱器としてのガスクーラ５０、膨張弁６０及び蒸発器７０を有し、これらを銅管またはステンレス管によって順次接続することにより冷媒回路が構成されている。また、冷媒回路には、高圧側が超臨界状態となる二酸化炭素が冷媒として充填されている。更に、蒸発器７０には、冷媒と熱交換する空気を流通させるための送風機８０が設けられている。

貯湯タンク１０には、上水道の水を貯湯タンク１０内に供給するための給水管１１と、貯湯タンク１０内の高温水を供給するための給湯管１２と、貯湯タンク１０の低温の水をガスクーラ５０において加熱して貯湯タンク１０に戻すための湯沸かし回路としての循環回路１３が接続されている。

給水管１１は、貯湯タンク１０の下部に接続されており、減圧弁１１ａによって所定の圧力に減圧された水を貯湯タンク１０内に流入させるようになっている。また、給水管１１は、貯湯タンク１０以外に給湯管１２に接続されている。

給湯管１２は、貯湯タンク１０の上部に接続され、貯湯タンク１０内に流入する給水の圧力によって上部の高温水が給湯管１２を流通するようになっている。また、給湯管１２には、第１の混合弁１２ａを介して給水管１１が接続され、給湯管１２を流通する高温水と給水管１１を流通する水を混合することにより得られた所定の温度の温水を浴室や台所等に供給するようになっている。

循環回路１３は、貯湯タンク１０の下部、循環ポンプ１３ａ、ガスクーラ５０及び貯湯タンク１０の上部が順次銅管またはステンレス管によって接続され、循環ポンプ１３ａによって貯湯タンク１０の下部の水がガスクーラ５０を流通して貯湯タンク１０の上部に流入するようになっている。また、循環回路１３には、ガスクーラ５０の上流側を流通する水の一部を圧縮機３０の後述する水流通管に流通させるための潤滑油冷却回路１４が接続されている。潤滑油冷却回路１４は、ガスクーラ５０の上流側を流通する水の一部を水流通管に流通させ、水流通管を流通した水をガスクーラ５０に流入させるようになっている。また、潤滑油冷却回路１４の水流通管の上流側には、水流通管を流通する水の流量を調整可能な電動の流量調整弁１４ａが設けられている。

また、本実施形態の圧縮機３０は、縦長形状の密閉容器としてのハウジング３１と、ハウジング３１内の上部に設けられ、吸入した冷媒を圧縮するための圧縮部３２と、ハウジング３１内の圧縮部３２の下方に設けられ、圧縮部３２を駆動させる電動機３３とを備えた密閉型圧縮機である。

ハウジング３１は、中心軸を上下方向に向けて配置した円筒状の部材からなるハウジング本体３１ａと、ハウジング本体３１ａの上端開口及び下端開口を閉鎖する半球形状に形成された一対のキャップ３１ｂとからなる。ハウジング本体３１ａの上端開口を閉鎖するキャップ３１ｂには、圧縮部３２において圧縮した冷媒を吐出するための冷媒吐出管１５が接続されている。また、圧縮部３２の位置するハウジング本体３１ａの周面には、蒸発器７０から流出した冷媒を吸入するための冷媒吸入管１６が接続されている。更に、ハウジング本体３１ａの下部の周面には、オイルセパレータ４０において分離された潤滑油をハウジング３１内に戻すためのオイル戻し管１７が接続されている。

圧縮部３２は、ハウジング本体３１ａの上部にハウジング３１内を上下に仕切るように固定された固定スクロール部材３２ａと、固定スクロール部材３２ａの下方に設けられ、固定スクロール部材３２ａに対して自転することなく旋回可能な可動スクロール部材３２ｂとを有している。

固定スクロール部材３２ａは、中心軸を上下に向けて配置された円板状の部材からなり、下面側に渦巻体が設けられている。固定スクロール部材３２ａの径方向中央部の上面側には、圧縮した冷媒を吐出するための冷媒吐出孔３２ｃが設けられている。

可動スクロール部材３２ｂは、固定スクロール部材３２ａと対向するように設けられた円板状の部材からなり、上面側に渦巻体が設けられている。可動スクロール部材３２ｂの下面側には、上下に延びる駆動シャフト３４の上端が連結され、駆動シャフト３４の回転により可動スクロール部材３２ｂが旋回するようになっている。

電動機３３は、駆動シャフト３４に固定された永久磁石からなるロータ３３ａと、ロータ３３ａを囲むように設けられ、ハウジング本体３１ａに固定されたステータ３３ｂとを有している。ステータ３３ｂは、複数の電磁鋼板をハウジング３１の中心軸方向に積層することにより設けられたステータコア３３ｃと、ステータコア３３ｃに巻き付けられたコイル３３ｄとを有している。

駆動シャフト３４は、上端側がハウジング３１内を上下に仕切るように設けられた上部フレーム３５によって回転自在に支持され、下部側がハウジング３１内を上下に仕切るように設けられた下部フレーム３６によって回転自在に支持されている。また、駆動シャフト３４は、径方向中央部の中心軸方向に沿って潤滑油流通路３４ａが設けられ、ハウジング３１内の各摺動部に潤滑油を流通させるようになっている。上部フレーム３５には、電動機３３を冷却する潤滑油を流通させるための潤滑油流通路３５ａが周方向に複数設けられ、各潤滑油流通路３５ａから電動機３３のロータ３３ａ及びステータ３３ｂに潤滑油を案内するようになっている。

ハウジング３１内には、固定スクロール部材３２ａの上方に設けられ、圧縮部３２において圧縮された冷媒が吐出される第１の空間３７と、上部フレーム３５と下部フレーム３６との間に設けられ、電動機３３が設けられた第２の空間３８と、下部フレーム３６の下方に設けられ、ハウジング３１内の摺動部を潤滑するための潤滑油を貯留するための貯油部としての第３の空間３９とが形成されている。

第３の空間３９には、貯留された潤滑油を吸引して駆動シャフト３４の潤滑油流通路３４ａに流通させるための油ポンプ３９ａが設けられている。また、第３の空間３９には、貯留された潤滑油と水とを熱交換可能な水流通管３９ｂが設けられ、水流通管３９ｂには、ガスクーラ５０において加熱される前の低温の水が流通するようになっている。更に、第３の空間３９には、貯留された潤滑油の温度を検出するための温度検出器３９ｃが設けられている。

また、この給湯装置は、流量調整弁１４ａの弁開度を制御するための制御部９０を備えている。制御部９０は、マイクロコンピュータによって構成され、流量調整弁１４ａの弁の開閉動作に関するプログラムが記憶されている。また、制御部９０には、流量調整弁１４ａ及び温度検出器３９ｃが接続されている。

以上のように構成された給湯装置において、湯沸かし運転を行う場合には、圧縮機３０、送風機８０及び循環ポンプ１３ａを運転する。これにより、圧縮機３０から吐出された潤滑油を含む冷媒は、オイルセパレータ４０に流入して潤滑油と分離され、ガスクーラ５０に流入して放熱する。ガスクーラ５０において放熱した冷媒は、膨張弁６０を流通することにより減圧され、蒸発器７０において吸熱して圧縮機３０に吸入される。オイルセパレータ４０において分離された潤滑油は、オイル戻し管１７を介して圧縮機３０内に戻される。

また、貯湯タンク１０の下部から流出した水は、ガスクーラ５０において放熱する冷媒と熱交換することにより加熱されて貯湯タンク１０の上部に流入して貯えられる。また、貯湯タンク１０の下部から流出した水の一部は、潤滑油冷却回路１４を流通し、圧縮機３０の第３の空間３９に貯留された潤滑油を冷却した後にガスクーラ５０に流入して加熱されて貯湯タンク１０の上部に流入する。

また、圧縮機３０においては、電動機３０に通電することにより駆動シャフト３４を回転させると、圧縮部３２において固定スクロール部材３２ａに対して可動スクロール部材３２ｂが旋回する。これにより、冷媒吸入管１６からハウジング３１内に流入する冷媒は、圧縮部３２に流入して固定スクロール部材３２ａ及び可動スクロール部材３２ｂの渦巻体の間で圧縮され、第１の空間３７に吐出されて冷媒吐出管１５からハウジング３１外に流出する。

第３の空間３９内に貯留された潤滑油は、水流通管３９ｂを流通する水によって冷却され、冷却された潤滑油が油ポンプ３９ａによって吸引される。油ポンプ３９ａによって吸引された潤滑油は、駆動シャフト３４の潤滑油流通路３４ａを流通して各摺動部を潤滑する。また、油ポンプ３９ａに吸引された潤滑油は、上部フレーム３５の潤滑油流通路３５ａを流通して下方に吐出され、電動機３３のロータ３３ａ及びステータ３３ｂと接触することにより、ロータ３３ａ及びステータ３３ｂを冷却し、自重によって第３の空間３９に流入する。

このときの制御部９０の動作を図３のフローチャートを用いて説明する。まず、温度検出器３９ｃの検出温度Ｔが第１の設定温度Ｔ１以上の場合には（Ｓ１）、流量調整弁１４ａの弁開度を大きくする（Ｓ２）。また、温度検出器３９ｃの検出温度Ｔが第２の設定温度Ｔ２（Ｔ１＞Ｔ２）以下の場合には（Ｓ３）、流量調整弁１４ａの弁開度を小さくする（Ｓ４）。

このように、本実施形態の圧縮機３０及びこれを用いた給湯装置によれば、第３の空間３９に貯留された潤滑油と熱交換する水を流通可能な水流通管３９ｂを備えたので、水流通管３９ｂに貯湯タンク１０の下部の水を流通させることにより冷却された潤滑油によってハウジング３１内の摺動部を潤滑することができ、摺動部に安価な部品を使用することにより、製造コストの低減を図ることが可能となる。

また、水流通管３９ｂを流通する水と熱交換した潤滑油を上部フレーム３５の潤滑油流通路３５ａに流通させて電動機３３に接触させるようにしたので、圧縮部３２から吐出された冷媒よりも低い温度の冷却された潤滑油によって電動機を冷却することができ、フェライト磁石等の安価な部品を用いることが可能となる。

また、循環回路１３の放熱器５０の上流側を流通する水の一部を水流通管３９ｂに流通させるための潤滑油冷却回路１４を備えたので、既存の給湯装置において圧縮機の近傍に配管された循環回路１３を分岐することにより、短い配管長で潤滑油冷却回路１４を構成することができ、製造コストの低減を図ることが可能となる。

また、温度検出器３９ｃの検出温度Ｔに基づいて流量調整弁１４ａの弁開度を制御するようにしたので、潤滑油を常に一定の温度に冷却することができ、圧縮機の運転効率の向上を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態を示す給湯装置の概略構成図 圧縮機の断面図 流量調整弁の弁の動作制御に関するフローチャート

符号の説明

１０…貯湯タンク、１３…循環回路、１４…潤滑油冷却回路、１４ａ…流量調整弁、２０…ヒートポンプユニット、３０…圧縮機、３１…ハウジング、３２…圧縮部、３３…電動機、３５…上部フレーム、３５ａ…潤滑油流通路、３９…第３の空間、３９ｂ…水流通管、３９ｃ…温度検出器、５０…ガスクーラ、６０…膨張弁、７０…蒸発器、９０…制御部。

Claims (5)

1. 密閉容器内に、冷媒を圧縮する圧縮部と、圧縮部を駆動する電動機と、密閉容器内の摺動部を潤滑する潤滑油を貯留する貯油部とを有する圧縮機において、
   前記貯油部に貯留された潤滑油と熱交換する水を流通可能な水流通管を備えた
   ことを特徴とする圧縮機。
2. 前記水流通管を流通する水と熱交換した潤滑油を電動機に案内する潤滑油案内手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
3. 前記冷媒として二酸化炭素を用いた
   ことを特徴とする請求項１または２記載の圧縮機。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の圧縮機に、放熱器、膨張手段及び吸熱器を接続してなる冷媒回路と、放熱器において冷媒と熱交換した水を貯留する貯湯タンクと、放熱器において冷媒と熱交換する水を放熱器に流入させ、放熱器において冷媒と熱交換した水を貯湯タンクに流入させる湯沸かし回路とを備えた給湯装置であって、
   前記湯沸かし回路の放熱器の上流側を流通する水の一部を水流通管に流通させる潤滑油冷却回路を備えた
   ことを特徴とする給湯装置。
5. 前記潤滑油冷却回路の水流通管の上流側に設けられ、水流通管を流通する水の流量を調整可能な流量調整弁と、
   貯油部に貯留された水の温度を検出する温度検出器と、
   温度検出器の検出温度に基づいて流量調整弁の弁開度を制御する流量調整手段とを備えた
   ことを特徴とする請求項４記載の給湯装置。
   

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