JP2001012352A - 密閉型電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超臨界ヒートポンプ式給湯器用の密閉型電動
圧縮機において、吸入冷媒の密度低下すること、並びに
モータハウジングの重量及びコストが増大することを抑
制する。 【解決手段】 モータハウジング１２０の外壁に給湯用
の水が流通する扁平チューブ１４０を巻き付けるととも
に、吸入冷媒をモータハウジング１２０内に流通させ
る。これにより、モータＭｏ及びモータハウジング１２
０を流通する冷媒が冷却されるとともに、モータハウジ
ング１２０の耐圧性を向上させる必要がないので、吸入
冷媒の密度低下すること、並びにモータハウジングの重
量及びコストが増大することを抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高圧側の冷媒圧力
が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイク
ルにて水を加熱して給湯するヒートポンプ式給湯器に適
用される密閉型電動圧縮機に関するもので、二酸化炭素
を冷媒とする超臨界ヒートポンプサイクルを採用したヒ
ートポンプ式給湯器に適用して有効である。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプ式給湯器用の密閉型電動圧
縮機として、例えば実公昭６１−７４０４５号公報に記
載の発明では、密閉型電動圧縮機の密閉容器内に充満し
た高圧の冷媒と加熱する前の給湯用の水（以下、この水
を給湯水と呼ぶ。）とを熱交換することにより、密閉型
圧縮機にて発生した熱を給湯に利用している。

【０００３】なお、密閉容器内に冷媒を充満させる（循
環させる）理由は、密閉容器内に収納されたモータを冷
却するためである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ヒートポン
プ式給湯器は、周知のごとく、高圧側の冷媒と給湯水と
を熱交換することにより給湯水を加熱するものである
が、フロンを冷媒とするヒートポンプサイクルでは、凝
縮器にて高圧側冷媒が凝縮しながら給湯水と熱交換する
ので、凝縮器内において冷媒は、略温度一定となる。

【０００５】このため、フロンを冷媒とするヒートポン
プサイクルにおいては、凝縮機内で給湯水と冷媒との間
で確実に熱交換が行われるように、つまり凝縮器内にて
給湯水と冷媒との温度差が０とならないように、凝縮器
入口側において、冷媒と給湯水との間に十分な温度差が
発生するように高圧側圧力を設定する必要があるので、
熱交換効率が低いという問題がある。

【０００６】この問題を解決すべく、発明者等は、高圧
側の冷媒が凝縮することなく、所定の温度勾配を有して
変化する超臨界ヒートポンプサイクルにて給湯水を加熱
するヒートポンプ式給湯器を検討したところ、以下に述
べる問題が新たに発生することを発見した。

【０００７】すなわち、上記公報に記載の発明では、密
閉容器内に高圧の冷媒を循環させて電動モータを冷却す
るとともに、その廃熱を回収するものであるが、超臨界
ヒートポンプサイクルは、フロンを冷媒とするヒートポ
ンプサイクルに比べて高圧側圧力が２〜５倍以上と高い
ので、密閉容器（モータハウジング）内に高圧側の冷媒
を循環させる場合には、密閉容器の肉厚を厚くする等し
て密閉容器の耐圧性を高くする必要があり、密閉容器の
コスト及び重量が増大してしまうという第１の問題が発
生する。

【０００８】この問題に対して、高圧側の冷媒（吐出冷
媒）を密閉容器内に循環させるのではなく、低圧側の冷
媒（吸入冷媒）を密閉容器内に循環させるといった手段
が考えられるが、この手段では、圧縮機に吸入される冷
媒が加熱されて冷媒密度が小さくなるので、吐出冷媒の
質量が小さくなり、加熱能力が低下すると言う第２の問
題が発生する。

【０００９】因みに、冷媒として二酸化炭素を使用した
ときの第２の問題による加熱能力の低下量は、冷媒とし
てフロンを使用したときの第２の問題による加熱能力の
低下量の２倍以上と大きいので、超臨界ヒートポンプサ
イクルにて給水を加熱する給湯器は、フロンを冷媒とし
たヒートポンプサイクルにより給水を加熱する給湯器に
比べて、この点（第２の問題点）において不利である。

【００１０】本発明は、上記点に鑑み、超臨界ヒートポ
ンプサイクルを使用した給湯器に適用される密閉型電動
圧縮機において、上記第１、２の問題を解決することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１〜３に記載の発明では、電動モ
ータ（Ｍｏ）を収納するとともに、圧縮機構（ｃｐ）に
吸入される冷媒の通路（１３１）を構成するモータハウ
ジング（１２０）に、給湯用の水が流通する吸水通路
（１４１）を設け、さらに、給水通路（１４１）を流通
する水にてモータハウジング（１２０）を冷却すること
を特徴とする。

【００１２】これにより、モータハウジング（１２０）
の耐圧を上げる必要がないので、モータハウジング（１
２０）のコスト及び重量が増大してしまうことを抑制で
きる。

【００１３】また、圧縮機構（ｃｐ）に吸入される冷媒
を冷却するので、冷媒の密度が小さくなることを抑制で
きる。

【００１４】以上に述べたように、本発明に係る密閉型
圧縮機によれば、上記第１、２の問題を解決できる。

【００１５】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本実施形態は、本発明に係る密閉
型電動圧縮機（以下、圧縮機と略す。）を二酸化炭素を
冷媒とする超臨界ヒートポンプサイクル（以下、サイク
ルと略す。）を用いた給湯器に適用したものであって、
図１は給湯器の模式図である。

【００１７】１００は本実施形態に係る圧縮機であり、
２００は圧縮機１００から吐出する高温高圧の冷媒と給
湯用の水（給水）とを熱交換する水冷媒熱交換器（以
下、加熱器と呼ぶ。）である。なお、加熱器２００は、
給水と冷媒との熱交換効率を向上させるべく、給水流れ
と冷媒流れとが対向流れとなる対向流型熱交換器構造と
なっている。

【００１８】３００は加熱器２００から流出した冷媒を
減圧する減圧器であり、この減圧器３００はキャピラリ
ーチューブのごとく、開度が固定された固定絞り型のも
である。４００は減圧器３００にて減圧された冷媒を蒸
発させて大気中から熱を吸熱する吸熱器（蒸発器）であ
り、５００は吸熱器４００から流出する冷媒を液相冷媒
と気相冷媒とに分離して気相冷媒のみを圧縮機１００の
吸入側に流出するとともに、サイクル中の余剰冷媒を蓄
えるアキュムレータである。

【００１９】なお、６００は給湯器の使用者が希望する
給湯温度を設定入力する温度設定パネル（温度設定手
段）であり、６１０は加熱器２００の冷媒入口側におけ
る冷媒温度を検出する温度センサ（温度検出手段）であ
り、６２０は給水用のウォータポンプ（以下、ポンプと
略す。）である。そして、圧縮機１００及びポンプ６２
０の回転数は、温度設定パネル６００の設定温度及び温
度センサ６１０の検出温度に基づいて、予め設定された
プログラムに従って電子制御装置（ＥＣＵ）６３０によ
り制御される。

【００２０】次に、圧縮機１００について図２に基づい
て述べる。

【００２１】１１０は、旋回スクロール（可動部）１１
１及び固定スクロール（固定部）１１２等からなる周知
のスクロール型圧縮機構（以下、圧縮機構と略す。）Ｃ
ｐを収納するとともに、固定スクロール１１２を兼ねる
アルミニウム製の第１コンプレッサハウジングである。

【００２２】１１３は圧縮機構Ｃｐに冷媒を供給する吸
入室であり、コンプレッサハウジング１１０は、第２コ
ンプレッサハウジング１１４を介して後述するモータハ
ウジングにボルト（図示せず。）にて固定されている。

【００２３】１２０は、圧縮機構Ｃｐを駆動するＤＣブ
ラシレスモータ（以下、モータと略す。）Ｍｏを収納す
るモータ室１２１を構成する略円筒状に形成されたアル
ミニウム製のモータハウジングであり、モータ室１２１
は、圧縮機構Ｃｐの吸入側に連通して圧縮機構Ｃｐに吸
入される冷媒の通路１３１を兼ねるものである。

【００２４】なお、モータＭｏは、モータハウジング１
２０内に焼きばめ固定された略円筒状の固定子鉄心１２
２ａ、及び図３に示すように固定子鉄心１２２ａのスロ
ット１２２ｃに挿入された巻線１２２ｂからなるステー
タ１２２と、このステータ１２２内で回転するマグネッ
トロータ１２３とを有して構成されている。

【００２５】また、図２中、１２４はステータ１２２に
電力を供給する導線であり、１２５は、外部配線（図示
せず）と導線１２４とを接続するための端子であり、こ
の端子１２５は、樹脂にて固定（モールド）されてい
る。

【００２６】また、マグネットロータ１２３を支持する
ロータシャフト（以下、シャフトと略す。）１２６の長
手方向一端側は、第２コンプレッサハウジング１１４を
貫通して旋回スクロール（圧縮機構Ｃｐ）に連結されて
いるとともに、第２コンプレッサハウジング１１４に固
定されたラジアル軸受１２７によって回転可能に保持さ
れている。一方、シャフト１２６の他端は、モータハウ
ジング１２０に固定されたラジアル軸受１２８によって
回転可能に保持されている。

【００２７】また、モータハウジング１２０のうちシャ
フト１２６の長手方向他端側に相当する部位には、アキ
ュムレータ５００から流出した冷媒をモータ室１２１
（モータハウジング１２０）内に導入する吸入口１３０
が形成されており、吸入口１３０からモータ室１２１に
流入した吸入冷媒（低圧冷媒）は、ステータ１２２とモ
ータハウジング１２０の内壁との間に形成された空間
（通路１３１）を経由して吸入室１１３に流入した後、
圧縮機構Ｃｐにて吸入圧縮される。

【００２８】なお、圧縮機Ｃｐにて圧縮された冷媒は、
第１コンプレッサハウジング１１０に形成された吐出室
１３２を経由して吐出口１３３から加熱器２００に向け
て吐出される。

【００２９】また、１４０はモータＭｏ（シャフト１２
６）の軸方向と平行な方向が長径方向となるように扁平
状に形成されたチューブ１４０であり、このチューブ１
４０は、図４に示すように、モータハウジング１２０の
外壁に密着した状態で巻き付けられて、給湯用の給水が
流通する給水通路１４１を構成している。因みに、チュ
ーブ１４０はモータハウジング１４０に巻き付けられた
状態で、図示しないテンション装置にて図４の矢印ａの
向き締め上げられてモータハウジング１２０に固定され
ている。

【００３０】なお、本実施形態では、図１に示すよう
に、加熱器２００に流入する前（加熱される前）の給水
がチューブ１４０に導かれ、チューブ１４０から流出し
た給水は加熱器１２０の給水入口側に導かれる用に給水
配管が構成されている。

【００３１】次に、本実施形態の特徴を述べる。

【００３２】本実施形態によれば、モータ室１２１（モ
ータハウジング１２０）内に吸入冷媒（低圧冷媒）を導
いてモータＭｏの冷却を行っているので、モータハウジ
ング１２０の耐圧性を上げる必要性が低く、モータハウ
ジング１２０のコスト及び重量が増大してしまうことを
抑制できる。

【００３３】また、チューブ１４０内に給水を流通させ
ることによりモータハウジング１２０を冷却することが
できるので、モータＭｏ及びモータ室１２１（通路１３
１）を流通する冷媒から熱を吸熱しながら、その吸熱し
た熱を給水に与えることができる。したがって、吸入冷
媒の密度が小さくなることを抑制しつつ、給水に与える
熱量（給湯能力）を増大させることができる。

【００３４】以上に述べたように、本実施形態に係る圧
縮機１００によれば、上記第１、２の問題を解決しつ
つ、給湯器の給湯能力を増大させることができる。

【００３５】ところで、上述の実施形態では、圧縮機構
Ｃｐとしてスクロール型圧縮機構を採用したが、本発明
に係る密閉型圧縮機は、これに限定されるものではな
く、ベーン型及びロタスコ（ローリングピストン）型等
のその他の圧縮機構であってもよい。

【００３６】また、上述の実施形態では、モータＭｏは
ＤＣブラシレスモータであったが、本発明はこれに限定
されるものではなく、インダクションモータ等その他の
電動モータであってもよい。

【００３７】また、上述の実施形態では、冷媒として二
酸化炭素を用いたが超臨界ヒートポンプサイクルに使用
される冷媒は二酸化炭素に限定されるものではなく、例
えば、エチレン、エタン、酸化窒素等でもよい。

【００３８】また、上述実施形態では、給水が流通する
給水通路１４１をモータハウジング１２０とは独立した
部品（チューブ１４０）にて構成したが、モータハウジ
ング１２０の肉厚部分に給水通路１４１を一体的に形成
してもよい。

【００３９】また、上述の実施形態では、１本の扁平状
のチューブ１４０をモータハウジング１２０に巻き付け
ることにより、圧縮機１００の廃熱を回収する熱回収器
を構成したが、複数本の丸パイプ状のチューブをモータ
ハウジング１２０の外壁に巻き付ける、又は、１本の丸
パイプ状のチューブをモータハウジング１２０の外壁に
コイル状（螺旋状）に巻き付ける等して熱回収器を構成
してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る圧縮機を用いた給湯器
の模式図である。

【図２】本発明の実施形態に係る圧縮機の断面図であ
る。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図であ。

【図４】図１のＢ矢視図である。

【符号の説明】

１２０…モータハウジング、１３０…吸入口、１３１…
通路、１３３…吐出口１４０…チューブ、Ｃｐ…圧縮機
構、Ｍｏ…モータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 猛 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3H003 AA05 AB06 AC03 AC04 BE06 CD00 CD06 CF04 3H029 AA02 AA16 AB03 AB05 BB12 BB44 CC07 CC09 CC22 CC48 5H609 BB06 BB14 BB19 PP01 PP02 PP05 PP06 PP08 QQ03 QQ04 QQ12 QQ13 QQ23 RR03 RR12 RR27 RR36 RR37 RR40 RR42 RR50 RR53 RR69 RR73

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上
   となる超臨界ヒートポンプサイクルにて水を加熱して給
   湯するヒートポンプ式給湯器に適用され、 流体を吸入圧縮する圧縮機構（ｃｐ）と、前記圧縮機構
   （ｃｐ）を駆動する電動モータ（Ｍｏ）とが一体となっ
   た密閉型電動圧縮機であって、 前記電動モータ（Ｍｏ）を収納するとともに前記圧縮機
   構（ｃｐ）に吸入される冷媒の通路（１３１）を構成す
   るモータハウジング（１２０）に、給湯用の水が流通す
   る吸水通路（１４１）を設け、 前記給水通路（１４１）を流通する水にて前記モータハ
   ウジング（１２０）を冷却することを特徴とする密閉型
   電動圧縮機。
2. 【請求項２】 前記給水通路（１４１）を構成するチュ
   ーブ（１４０）が、前記モータハウジング（１２０）の
   外壁に巻き付けられていることを特徴とする請求項１に
   記載の密閉型電動圧縮機。
3. 【請求項３】 前記チューブ（１４０）は、前記電動モ
   ータ（Ｍｏ）の軸方向と平行な方向が長径方向となるよ
   うに、扁平状に形成されていることを特徴とする請求項
   ２に記載の密閉型電動圧縮機。