JP2005113866A - 密閉型電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｒ６００ａを主体とする冷媒を用いかつ騒音が低く信頼性の高い密閉型電動圧縮機を提供すること。
【解決手段】冷媒としてＲ６００ａを用い、密閉容器１０２内に冷媒と相溶するオイル１０３を貯留するとともにインバータによって駆動される電動要素１０４と電動要素１０４によって駆動される圧縮要素１０５とを収納し、圧縮要素１０５はシリンダを形成するブロック２１０とシリンダ２１１内で往復運動するピストン２１２を備え、シリンダ２１１とピストン２１２の間の摺動部に直接的にオイルを給油する給油装置を有することにより飛散オイルよるシリンダとピストンへの給油を無くすことができ、マフラー外表面での発泡オイル吸引による過圧縮を激減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は例えば冷蔵庫や自動販売機等の冷凍装置に使用した密閉型電動圧縮機に関するものである。

近年、地球環境に対する要求が高まってきている。こうした中、従来、この種の密閉型電動圧縮機は、オゾン破壊係数がゼロであるＨＦＣ冷媒を用い、インバータ制御されながら駆動されるものがある（例えば、特許文献１参照）。

以下図面を参照しながら上記従来の密閉型電動圧縮機を説明する。

図３は、特許文献１に記載された従来の密閉型電動圧縮機の断面図である。図３において従来の密閉型電動圧縮機は、密閉容器２内に貯留したオイル３と上方に圧縮要素４と下方に電動要素５を配置し、オゾン破壊係数がゼロであるＨＦＣ系の代表的な冷媒であるＲ１３４ａからなる冷媒１を圧縮するよう設計されている。

圧縮要素４は、シリンダ１０を形成するブロック１１と、シリンダ１０内で往復運動するピストン１２と、シリンダ１０へ冷媒ガスを導くマフラー１３と、下端がオイル３に浸かりシリンダ１０とピストン１２の間の摺動部に間接的にオイルを給油するポンプ機能（図示せず）を内蔵するクランクシャフト１４と、クランクシャフト１４を軸支する軸受け１５を備えている。

マフラー１３は圧縮要素４の略下方に配設され、吸入口１６がオイル３の上面に近接している。

電動要素５を構成する回転子２３は、回転子鉄心２１内に組み込まれた永久磁石２２を備え、クランクシャフト１４に焼嵌めにて固定されている。電動要素５を構成する固定子２６は固定子巻線２４を固定子鉄心２５に直接的に捲設している。そして電動要素５はインバータ装置（図示せず）によってインバータ制御されながら、駆動される。

以上のように構成された密閉型電動圧縮機について、以下その動作を説明する。

電動要素５の固定子２６に電圧が印加され回転子２３が回転することでクランクシャフト１４も回転することで圧縮要素４を駆動する。シリンダ１０内でピストン１２が往復運動し、冷媒１は吸入口１６からマフラー１３を経てシリンダ１０へ吸引され圧縮される。

同時に密閉容器２内に貯留したオイル３はポンプ機能によってクランクシャフト１４の下端から吸入されクランクシャフト１４の上端で排出される。排出されたオイル３は、クランクシャフト１４の遠心力により飛散し密閉容器２の天面や圧縮要素４の表面に付着した後、密閉容器２の放熱作用により冷却され密閉容器２の内壁面を伝わり密閉容器２内に貯留したオイル３へ戻る。

また圧縮要素４に飛散したオイル３の一部はシリンダ１０とピストン１２の間に散布供給されることでこの摺動部に間接的に給油され、これを潤滑する。飛散したオイル３はマフラー１３の外表面にも付着し、その後マフラー１３の外表面を伝わり流れ落ち密閉容器２内に貯留したオイル３へ戻る。
特開２００１−２１８３９４号公報

上記した密閉型電動圧縮機は既に実用化されている一般的な構成であるが、地球環境の観点からは、まだ改良の余地を残す。すなわち従来技術の密閉型電動圧縮機は、オゾン破壊係数がゼロであるＨＦＣ系の代表的な冷媒であるＲ１３４ａを圧縮するよう設計されているが、Ｒ１３４ａを含むＨＦＣ系の冷媒は温暖化係数が高く、いずれ規制されることが決定している。

こういったＨＦＣ系の冷媒に代り、欧州で既に実用化されておりオゾン破壊係数がゼロでしかも温暖化係数の小さい炭化水素系冷媒、具体的にはＲ６００ａが日本国内でも有力な代替冷媒と考えられている。しかしながらＲ６００ａは冷媒Ｒ１３４ａに較べ、新たな課題を有している。すなわちＲ６００ａは冷媒Ｒ１３４ａに較べオイル中での溶解度が極端に大きいため密閉型電動圧縮機の運転停止時、密閉容器２内の冷媒がオイル３中に溶け込む割合が非常に高くなる。

従来の密閉型電動圧縮機に冷媒Ｒ６００ａを適用した場合、運転起動時、密閉容器２内に貯留したＲ６００ａを高い割合で含んだオイル３は、ポンプ機能を内蔵するクランクシャフト１４の下端から吸入されクランクシャフト１４の上端で排出され、排出されたオイル３は、クランクシャフト１４の遠心力により飛散し密閉容器２の天面や圧縮要素４に付着する。また、圧縮要素４に飛散したオイル３の一部はマフラー１３の外表面に付着する。

マフラー１３の外表面に付着したオイル３からは大量の冷媒が蒸発し、マフラー１３の外表面で発泡し泡となる。この泡がマフラー１３の外表面を伝わり流れ落ち吸入口１６の近傍までくると冷媒ガスの流れに従い吸入口１６から冷媒１とともに吸引され、シリンダ１０の中で圧縮される。そのためシリンダ１０内では液圧縮を起こし、衝撃音が発生するとともに圧縮要素４が故障しやすいという課題を有していた。

また密閉型電動圧縮機の運転起動時、密閉容器２内に貯留したＲ６００ａを含んだオイル３は、クランクシャフト１４によって攪拌されるとオイル３に溶け込んだ冷媒が蒸発発泡し油面上に多量の泡が発生する。この発泡現象はオイル３に溶け込んだ冷媒が減少するまで続く。こうして発生した泡はオイル３の表面から上昇する。

従来の密閉型電動圧縮機においてはマフラー１３が圧縮要素４の略下方に配設され吸入口１６がオイル３の上面に近接しているため、この泡は吸入口１６まで到達してしまう。特に圧縮要素４が電動要素５の略上方に配置されているため、固定子鉄心２５の高さが低くなると吸入口１６の位置はさらに下がりオイル３の上面に近づき泡は容易に吸入口１６まで到達する。

泡が吸入口１６の位置まで到達すると、泡は吸入口１６からマフラー１３を通りシリンダ１０へ吸い込まれる。そのためシリンダ１０内で過圧縮を起こし、衝撃音が発生するとともに圧縮要素４が損懐するという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、Ｒ６００ａを主体とする冷媒を用いかつ騒音が低く信頼性の高い密閉型電動圧縮機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型電動圧縮機は、冷媒としてＲ６００ａを用い、密閉容器内に前記冷媒と相溶するオイルを貯留するとともにインバータによって駆動される電動要素と前記電動要素によって駆動される圧縮要素とを収納し、前記圧縮要素はシリンダを形成するブロックと前記シリンダ内で往復運動するピストンを備えるとともに前記シリンダと前記ピストンの間の摺動部に直接的に前記オイルを給油する給油装置を有し、かつ少なくとも電源周波数未満の運転周波数で起動するとしたものでオイルは給油装置から直接的にシリンダとピストンの間の摺動部へ給油され、クランクシャフト上端から飛散したオイルよるシリンダとピストンの間の摺動部へ間接的な給油が不要になりマフラー外表面でのオイルの発泡がなくなりシリンダ内で過圧縮を起こしにくく衝撃音の発生が激減するとともに圧縮要素が故障しにくいという作用を有し、かつクランクシャフトが低速でオイルを攪拌するためオイルに溶け込んだ冷媒の発泡が抑制され泡の発生が減少し、泡が吸入口の位置まで到達しにくくなり、吸入口からマフラーを通りシリンダへ吸い込まれる泡の量が減少するためシリンダ内で過圧縮を起こしにくく衝撃音の発生が激減するとともに圧縮要素が故障しにくいという作用を有する。

本発明の密閉型電動圧縮機は、騒音を低減でき信頼性を向上することができる。

請求項１に記載の発明は、冷媒としてＲ６００ａを用い、密閉容器内に前記冷媒と相溶するオイルを貯留するとともにインバータによって駆動される電動要素と前記電動要素によって駆動される圧縮要素とを収納し、前記圧縮要素はシリンダを形成するブロックと前記シリンダ内で往復運動するピストンを備えるとともに前記シリンダと前記ピストンの間の摺動部に直接的に前記オイルを給油する給油装置を有し、かつ少なくとも電源周波数未満の運転周波数で起動するとしたものでオイルは給油装置から直接的にシリンダとピストンの間の摺動部へ給油され、クランクシャフト上端から飛散したオイルよるシリンダとピストンの間の摺動部へ間接的な給油が不要になるため、マフラー外表面でのオイルの発泡がなくなり、シリンダ内で過圧縮を起こしにくく衝撃音の発生が激減するとともに圧縮要素が故障しにくいという作用を有し、かつ起動時にクランクシャフトが低速でオイルを攪拌するためオイルに溶け込んだ冷媒の発泡が抑制され泡の発生が減少し、泡が吸入口の位置まで到達しにくくなり、吸入口からマフラーを通りシリンダへ吸い込まれる泡の量が減少するためシリンダ内で過圧縮を起こしにくく衝撃音の発生が激減するとともに圧縮要素が故障しにくいという作用を有するため騒音を低減することができ信頼性を向上することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明の給油装置を、一端が前記オイルに浸かり他端が前記シリンダ部に連通するガス通路に挿入されたキャピラリーチューブから形成したもので請求項１に記載の発明の作用に加えて圧縮要素にかかる負荷に比例しガス通路内を流れる冷媒ガスの流速が増しキャピラリーチューブからシリンダとピストンの間の摺動部に直接的に給油されるオイル量が増えるという作用を有するため請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに信頼性を向上することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明の給油装置を摺動部に直接開口する給油口から形成したもので請求項１に記載の発明の作用に加えてオイルはクランクシャフトから連続的に圧縮要素に給油された後、軸受けから排出されたオイルの一部が給油口の周辺に溜まり給油口からシリンダとピストンの間の摺動部へ連続的に給油されるという作用が得られ、請求項１に記載の発明の効果に加えて安価に信頼性を向上することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３に記載の発明に、さらにシリンダ内へ冷媒ガスを導くマフラー有し、前記マフラーを前記圧縮要素の略上方に配設したもので請求項１から３に記載の発明の作用に加えて密閉型電動圧縮機の運転停止時、外気温度等の影響でオイル中に溶け込んだ冷媒量が増加した状態で、クランクシャフトがオイルを攪拌しオイル中の冷媒の発泡が増え泡の量が増加しても、マフラーが圧縮要素の略上方に配設され吸入口位置がオイルの油面から離れ、泡の進入を防ぐことができシリンダ内で過圧縮を起こしにくく衝撃音の発生が激減するとともに圧縮要素が故障しにくいという作用を有するため請求項１から３に記載の発明の効果に加えてさらに騒音を低減することができ信頼性を向上することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４に記載の発明に、さらに圧縮要素は電動要素の略下方に構築され、前記電動要素は回転子鉄心内に組み込まれた永久磁石を備えた回転子と、固定子巻線を固定子鉄心に直接的に捲設した固定子とからなるもので請求項１から４に記載の発明の作用に加えて固定子巻線を固定子鉄心に直接的に捲設し固定子高さを低しても圧縮要素は電動要素の略下方に構築され固定子高さによらずマフラーの吸入口位置を油面から離せるので、クランクシャフトがオイルを攪拌しオイル中の冷媒が発泡し泡の量が増加しても、吸入口からの泡の進入を防ぐことができシリンダ内で過圧縮を起こしにくく衝撃音の発生が激減するとともに圧縮要素が故障しにくいという作用を有するため請求項１から４に記載の発明の効果に加えてさらに安価な密閉型電動圧縮機を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なおこの実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における密閉型電動圧縮機の断面図である。

図１において本発明の密閉型電動圧縮機は、温暖化係数の低い炭化水素系冷媒であるＲ６００ａからなる冷媒１０１を用いる。密閉容器１０２は、冷媒１０１を封入するとともに底部に冷媒と相溶する鉱油系のオイル１０３を貯留し、インバータによって駆動される電動要素１０４と電動要素１０４によって駆動される圧縮要素１０５を収納する。

圧縮要素１０５は電動要素１０４の下方に構築され密閉容器１０２内で弾性支持（図示せず）されている。

電動要素１０４は、固定子１１１と回転子１１２からなり、起動時は電源周波数未満の運転周波数で起動する。固定子１１１は、固定子鉄心１１３に固定子巻線１１４を直接的に捲設した突極集中巻き仕様で固定子１１１の高さを低く抑えることができるとともに固定子巻線１１４の銅量を少なく抑えることができる。

回転子１１２は、回転子鉄心１１５内にフェライトや希土類でできた永久磁石１１６を組み込んでいる。次に圧縮要素１０５の詳細を以下に説明する。

ブロック２１０は略円筒形のシリンダ２１１を有し、シリンダ２１１内で往復運動するピストン２１２が勘入されている。マフラー２１３は圧縮要素１０５の略上方に配設され上部側面に冷媒ガスをシリンダに導く吸入口２１４を有する。マフラー２１３とシリンダ２１１はガス通路２１５で結ばれている。ガス通路２１５には一端がオイル１０３に浸かったキャピラリーチューブ２１６が挿入されている。

クランクシャフト２１７はオイル１０３に浸かりこれを給油する給油装置であるオイルポンプ２２０を下端に形成しており、軸受け２１８で軸支されることで形成される摺動部に給油されるよう、給油溝２２２が刻設されている。

以上のように構成された密閉型電動圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

電動要素１０４の固定子１１１に電圧が印加されると、回転子１１２がクランクシャフト２１７を回転させ、ピストン２１２がシリンダ２１１内で往復運動することで冷媒１０１はマフラー２１３の吸入口２１４からガス通路２１５を経てシリンダ２１１内へ吸引され圧縮される。圧縮された冷媒１０１は冷凍システム（図示せず）へと吐出され、周知の冷凍サイクルを構成する。

オイルポンプ２２０はオイル１０３の中で回転し、遠心力によってオイル１０３を上方へと押し上げることで、オイル１０３は軸受け２１８とクランクシャフト２１７とで形成される摺動部をはじめとする各摺動部を潤滑し、給油溝２２２を経て軸受け２１８上端から吐出され、外周を伝って密閉容器１０２の底部へと落下する。

この際、起動時には電動要素１０５は電源周波数未満の運転周波数で起動するため
オイルポンプ２２０は低速でオイル１０３を攪拌する。そのためオイル１０３に溶け込んだ大量の冷媒は少しずつ発泡するため泡の発生が減少し泡の高さが抑制され、吸入口２１４の位置まで到達しにくくなる。さらにマフラー２１３は圧縮要素１０５の略上方に配設され吸入口２１４の位置がオイル１０３の油面から離れていることで、余計に泡が吸入口２１４の位置まで到達しにくくなる。

よって泡を吸うことによって起こるシリンダ２１１内での過圧縮を回避することができ、衝撃音の発生が激減するとともに圧縮要素１０５が故障しにくくなる。

またオイル１０３はキャピラリーチューブ２１６によって密閉容器１０２内とガス通路２１５内との間の差圧によってキャピラリーチューブ２１６からガス通路２１５に供給され、冷媒ガスによってシリンダ２１１とピストン２１２の間の摺動部に直接的に給油される。すなわちクランクシャフト２１７からの散布という間接的な給油を必要としないので、マフラー２１３外表面への付着オイル１０３がなくなり、発泡した泡を吸うことによって起こるシリンダ２１１内での過圧縮を回避することができ、衝撃音の発生が激減するとともに圧縮要素１０５が故障しにくくなる。

また本実施の形態の電動要素１０４は固定子巻線１１４を固定子鉄心１１３に直接的に捲設したもので、固定子巻線１１４の銅量が少なく安価であるとともに、固定子１１１高さが低くても圧縮要素１０５は電動要素１０４の略下方に構築されいるため固定子１１１の高さにかかわらずマフラー２１３の吸入口位置が油面から離れている。そしてマフラー２１３は圧縮要素１０４の略上方に配設されるため、吸入口２１４位置がオイル１０３の油面から離れているために、泡が吸入口２１４の位置まで到達しにくくなっている。よって安価な電動要素１０４を用いながら、騒音を低減することができ信頼性を向上することができる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における密閉型電動圧縮機の断面図である。

以下、図２に基づいて本実施の形態について説明する。なお実施の形態１と同一構成については同一符号を付して詳細な説明は省略する。

圧縮要素３０５を構成するブロック３１０は、シリンダ３１１とピストン２１２の間の摺動部に直接開口する略円筒状の給油口３０１を穿設している。給油口３０１はシリンダ３１１の上側に位置し、オイルポンプ２２０によって給油され軸受け２１８の上端から吐出されるオイル１０３が流入する位置に設けてある。

以上のように構成された密閉型電動圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

電動要素１０４の固定子１１１に電圧が印加されると、回転子１１２がクランクシャフト２１７を回転させ、ピストン２１２がシリンダ２１１内で往復運動することで冷媒１０１はマフラー２１３の吸入口２１４からガス通路２１５を経てシリンダ２１１内へ吸引され圧縮される。圧縮された冷媒１０１は冷凍システム（図示せず）へと吐出され、周知の冷凍サイクルを構成する。

オイルポンプ２２０はオイル１０３の中で回転し、遠心力によってオイル１０３を上方へと押し上げることで、オイル１０３は軸受け２１８とクランクシャフト２１７とで形成される摺動部をはじめとする各摺動部を潤滑し、給油溝２２２を経て軸受け２１８上端から吐出され、外周を伝って密閉容器１０２の底部へと落下する。
この際、給油口３０１は軸受け２１８の上端から吐出されるオイル１０３が流入する位置に設けてあるため、オイル１０３は給油口３０１からシリンダ３１１とピストン２１２の間の摺動部へ直接的に給油され、これを潤滑する。

従ってクランクシャフト２１７からシリンダ３１１とピストン２１２の間の摺動部への間接的なオイル１０３の給油が不要になる。すなわちクランクシャフト２１７からの散布という間接的な給油を必要としないので、マフラー２１３外表面への付着オイル１０３がなくなり、発泡した泡を吸うことによって起こるシリンダ２１１内での過圧縮を回避することができ、衝撃音の発生が激減するとともに圧縮要素１０５が故障しにくくなる。よって騒音を低減することができ信頼性を向上することができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型電動圧縮機は、騒音を低減することができ信頼性を向上することが可能となるので、除湿機、ショーケース等の用途にも適応できる。

本発明の実施の形態１における密閉型電動圧縮機の断面図 本発明の実施の形態２における密閉型電動圧縮機の断面図 従来の密閉型電動圧縮機の断面図

符号の説明

１０１ 冷媒
１０２ 密閉容器
１０３ オイル
１０４ 電動要素
１０５，３０５ 圧縮要素
１１１ 固定子
１１２ 回転子
１１３ 固定子鉄心
１１４ 固定子巻線
１１５ 回転子鉄心
１１６ 永久磁石
２１０，３１０ ブロック
２１１，３１１ シリンダ
２１２ ピストン
２１３ マフラー
２１５ ガス通路
２１６ キャピラリーチューブ
３０１ 給油口

Claims (5)

1. 冷媒としてＲ６００ａを用い、密閉容器内に前記冷媒と相溶するオイルを貯留するとともにインバータによって駆動される電動要素と前記電動要素によって駆動される圧縮要素とを収納し、前記圧縮要素はシリンダを形成するブロックと前記シリンダ内で往復運動するピストンを備えるとともに前記シリンダと前記ピストンの間の摺動部に直接的に前記オイルを給油する給油装置を有し、かつ少なくとも電源周波数未満の運転周波数で起動する密閉型電動圧縮機。
2. 給油装置を、一端が前記オイルに浸かり他端が前記シリンダ部に連通するガス通路に挿入されたキャピラリーチューブにて形成した請求項１に記載の密閉型電動圧縮機。
3. 給油装置は、摺動部に直接開口する給油口にて形成した請求項１に記載の密閉型電動圧縮機。
4. シリンダ内へ冷媒ガスを導くマフラー有し、前記マフラーを前記圧縮要素の略上方に配設した請求項１から３に記載の密閉型電動圧縮機。
5. 圧縮要素は電動要素の下方に構築され、前記電動要素は回転子鉄心内に組み込まれた永久磁石を備えた回転子と、固定子巻線を固定子鉄心に直接的に捲設した固定子とからなる前記請求項１から４に記載の密閉型電動圧縮機。

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