JP2005171819A

JP2005171819A - 冷媒圧縮機

Info

Publication number: JP2005171819A
Application number: JP2003410633A
Authority: JP
Inventors: Tatsuaki Shimizu; 辰秋清水; Hideaki Maeyama; 英明前山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2003-12-09
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】信頼性の高い圧縮機を得ることを目的とする。また、低コストの圧縮機を得ることを目的とする。また、油分離が良好で信頼性の高い炭酸ガス冷媒使用の圧縮機を得ることを目的とする。
【解決手段】密閉容器内に設けられ、冷媒を圧縮する圧縮要素と、密閉容器内に設けられ、圧縮要素に駆動力を与える電動要素と、圧縮要素と電動要素との間の設けられた第１の空間と、電動要素に対して第１の空間と反対側に設けられ、第１の空間に吸入された冷媒が導かれる第２の空間と、第２の空間の冷媒を圧縮要素に設けられた吸入口に冷媒を導く吸入接続管と、を備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、給湯器や冷凍・空調装置等に用いられるＣＯ２などの炭酸ガスを使用する冷媒圧縮機およびその搭載ユニット（給湯器や冷凍・空調装置等）に関するものである。

従来の圧縮機としては、たとえば密閉容器内が吸入圧力と同等の低圧空間であるスクロール方式の圧縮機がある。この場合、密閉容器の上方に圧縮要素、下方に圧縮要素を駆動する電動要素が配置され、下部ブラケットのバランサ室から側部に排油口を設け、この排油口と密閉容器底部の油だめとに連通する油戻し管を密閉容器の外部に取り付けている。

圧縮機を運転すると各軸受部を潤滑した潤滑油は、上部ブラケットの返油孔を流下し下部ブラケットのバランサ室に入る。そしてバランサ室に設けられた排出口から密閉容器外部に設けられた油戻し管に導かれて下流し、密閉容器内の油だめに戻る。これにより、油は吸入ガス側から分離され、圧縮室より吐出される冷媒に含まれる潤滑油が低減される。（たとえば特許文献１参照）

特開平２−２１１３９６号公報

特許文献１などに示される従来の圧縮機では、圧縮要素が上部で電動要素が下部に配置されており、吸入管より吸入された冷媒ガスはロータとステータのすきまなどを通って、油溜め空間に導かれるため、油溜め内の油が冷媒ガスに混入しやすく、油戻し管にて排油を分離するだけでは油分離が困難となり、圧縮室から潤滑油が吐出され、ユニットへ持出される油量が増加し、ユニットの熱交換器に潤滑油が付着し、熱交換性能の悪化する恐れがある。さらには圧縮機内の潤滑油が枯渇し、潤滑不足になり、圧縮機が故障するなどの問題点があった。

また、冷媒として、従来のＨＦＣ系冷媒に比べて、地球温暖化係数が小さいなど地球環境にやさしい冷媒の使用が求められており、自然冷媒の使用が検討されている。しかし自然冷媒であるＣＯ２冷媒では一般的にＨＦＣ系冷媒よりも圧力が高いので、密閉容器内が高圧圧力であるいわゆる高圧シェルタイプでは、密閉容器の強度が必要なため、密閉容器（シェル）の板圧をかなり厚くするなどの対応が必要でコストＵＰするとともに、加工性が悪化していた。

また、密閉容器内が吸入圧力と同等の低圧圧力である低圧シェルタイプの圧縮機を使用した場合、密閉容器内が吸入圧力と同等の低圧圧力のロータリ方式、スイングロータリ方式などの低圧シェルタイプなどが考えられるが、高圧シェルタイプに比べて圧縮要素の各部品間の隙間から冷媒が漏れ易く、漏れによる損失を低減するため、各部品間の隙間のシール性を向上させる必要があり、そのため、密閉容器の上方に電動要素、下方に圧縮要素を配置し、圧縮要素を潤滑油に浸けることにより、潤滑油によるシールをすることができ、漏れによる損失の低減を図ることが考えられる。しかし、その場合には、特許文献１などに示される従来の圧縮機とは、圧縮要素、電動要素の配置が異なるため、従来の油戻し管の配置による油分離では油分離が困難となり、圧縮室から潤滑油が吐出され、ユニットへ持出される油量が増加し、ユニットの熱交換器に潤滑油が付着し、熱交換性能の悪化する恐れがある。さらには圧縮機内の潤滑油が枯渇し、潤滑不足になり、圧縮機が故障するなどの問題点があった。

この発明は上記の問題点を解消するためになされたものであり、信頼性の高い圧縮機およびその搭載ユニットを得ることを目的とする。また、低コストの圧縮機およびその搭載ユニットを得ることを目的とする。また、漏れ損失の少ない高効率の圧縮機およびその搭載ユニットを得ることを目的とする。また、油分離が良好で信頼性の高い炭酸ガス冷媒使用の圧縮機およびその搭載ユニットを得ることを目的とする。

この発明は、密閉容器内に設けられ、冷媒を圧縮する圧縮要素と、前記密閉容器内に設けられ、前記圧縮要素に駆動力を与える電動要素と、前記圧縮要素と前記電動要素との間の設けられた第１の空間と、前記電動要素に対して前記第１の空間と反対側に設けられ、前記第１の空間に吸入された冷媒が導かれる第２の空間と、前記第２の空間の冷媒を前記圧縮要素に設けられた吸入口に冷媒を導く吸入接続管と、を備えたものである。

この発明によれば、従来に比べて油持ち出しの少ない信頼性の高い圧縮機が得られる。また、低圧シェルタイプの場合、高圧シェルタイプよりも密閉容器（シェル）の強度（板圧）を小さくでき、低コストの圧縮機が得られる。また、圧縮室から吐出される油が低減され、ユニットに持ち出される油量が低減されるため、熱交換効率の良い高性能な給湯装置、冷凍空調装置が得られる。また、潤滑油が枯渇することのない信頼性の高い圧縮機を得ることができる。

また、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）などの炭酸ガス冷媒を使用するようにすれば、地球温暖化などの起こらない地球環境にやさしい圧縮機、給湯装置、冷凍・空調装置が得られる。また、使用圧力の大きな二酸化炭素冷媒を使用しているので、給湯温度の使用範囲の大きな（高温度まで使用可能な）圧縮機、および給湯装置を得ることができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１にて説明する。図１は本発明の実施の形態１を表すロータリ方式の密閉形圧縮機の断面図である。図２は本発明の実施の形態１を表す別のロータリ方式の密閉形圧縮機の断面図である。密閉容器１内には、上方に電動要素２、下方に圧縮要素３が収納されている。密閉容器１内の一端（底部）には潤滑油１３が貯留されている。電動要素２と圧縮要素３の間には第１の空間１６ａが設けられ、電動要素２に対して圧縮要素３と反対側（電動要素２の上方）には第２の空間１６ｂが設けられている。圧縮要素３は密閉容器１内の一端（底部）側に貯留されている潤滑油１３にほぼ浸かっており、圧縮要素３のシール性を向上させている。電動要素２は、固定子１４、回転子１５より構成され、回転子４にはクランク軸４が固着され接続されている。

電動要素２より駆動されるクランク軸４には、その一端が潤滑油１３内に開口し他端が第１の空間１６ａに開口する給油通路４ａが設けられている。この給油通路４ａの途中には、軸受け部などに潤滑油を供給する供給穴が設けられている。また、シリンダ５の内部には圧縮室６が形成され、圧縮室６の駆動要素（電動要素２）側の開口部を閉塞するフレーム７には、密閉容器１内の低圧圧力の冷媒を吸入接続管１２を介して圧縮室６内に吸入する吸入口７ａ、圧縮室６にて圧縮された冷媒を密閉容器１外へ吐出する吐出管１１に連通する吐出口７ｂが設けられている。

圧縮室６の反駆動要素側（反電動要素２側）の開口部には、この開口部を閉塞するシリンダヘッド８が設けられ、また、圧縮室６内においてクランク軸４の偏心部４ｂには、偏心運動するローリングピストン９が装着されている。また、密閉容器１には、冷凍サイクルを構成する冷凍回路内の蒸発器（図示せず）と接続される吸入管１０が設けられ、冷凍回路の凝縮器（図示せず）と接続される吐出管１１が設けられている。

また、吸入接続管１２は、図１では密閉容器１の外部より一端を圧縮要素３のフレーム７の吸入口７ａに直接連通するように接続され、他端を第２の空間１６ｂに連通するように接続されている。ここで、フレーム７と密閉容器１内面とは圧入やシールリングなどによってシールされているので、吸入接続管１２内の冷媒は漏れることなく吸入孔７ａに供給され、冷媒が密閉容器１内に漏れることがなく、高効率の圧縮機を得ることができる。また、吸入接続管１２と密閉容器１とは、ろう付けなどの溶接などによって気密に接続されており、信頼性の高い圧縮機を得ることができる。また、吸入接続管１２が密閉容器１に予め設けられているので、組立性が良好で低コストの圧縮機を得ることができる。

また、図２では、吸入接続管１２は、密閉容器１の内部で一端を圧縮要素３のフレーム７の吸入口７ａに直接連通するように接続され、他端を第２の空間１６ｂに連通するように接続されている。この場合、吸入接続管１２は電動要素３の固定子１４に設けられた貫通穴あるいは外周部に設けられた切り欠きに挿入されて固定されている。ここで、フレーム７の吸入口７ａと吸入接続管１２は圧入やシールリングなどによってシールされているので、吸入接続管１２内の冷媒は漏れることなく吸入孔７ａに供給され、冷媒が密閉容器１内に漏れることがななく、高効率の圧縮機を得ることができる。また、吸入接続管１２が外部に突出しないので、小形でコンパクトな圧縮機が得られる。

次ぎに図１、図２を用いて動作を説明する。図において、実線矢印が冷媒の流れを表し、点線矢印が油の流れを表している。電動要素２が密封端子２０に接続されているので、この密封端子２０が通電されると、回転子１５が回転してクランク軸４が回転することによって圧縮が行われる。冷媒は蒸発器から吸入管１０を通り、密閉容器１内の第１の空間１６ａに吸入される。そのため密閉容器１内は吸入圧力と略同等の低圧空間となっている。すなわち、密閉容器内が低圧圧力である低圧シェルタイプの圧縮機である。第１の空間１６ａ内では、クランク軸４の給油通路４ａを通過した潤滑油１３は、クランク軸４とフレーム７の軸受けの潤滑を終えて第１の空間１６ａに排出されるため、第１の空間１６ａには給油通路４ａを通過した潤滑油１３が存在し、冷媒と潤滑油１３が混在している状態になっている。

ここで、冷媒として自然冷媒であるＣＯ２冷媒を使用した場合には、ＣＯ２冷媒は一般的にＨＦＣ系冷媒などよりも使用圧力が高いことより、ＨＦＣ系冷媒使用時に比べて圧縮要素３の圧縮室を構成する各部品間の隙間から冷媒が漏れ易いので、漏れによる損失を低減するため、圧縮要素３を潤滑油１３で浸して各部品間の隙間を油でシールすることを行っているので、そのような場合には、第１の空間１６ａ内には、冷媒に対する潤滑油１３の混在比率がＨＦＣ系冷媒に比べて多くなってしまう。

第１の空間１６ａに導かれた冷媒は、固定子１４と回転子１５の間の隙間や固定子１４と密閉容器１との間の隙間など通って、第２の空間１６ｂに達する。この通過過程で混在していた潤滑油１３は分離される。さらに第２の空間１６ｂでも油分離され、十分に油分離された冷媒は、第２の空間１６ｂより吸入接続管１２を通過し、圧縮要素３を構成するフレーム７の吸入口７ａに直接吸入される。冷媒は、駆動されるクランク軸４によりローリングピストン９が偏心運動し、１回転することに、シリンダ５、フレーム７、シリンダーヘッド８で形成される圧縮室６で圧縮される。圧縮された高圧力の冷媒はフレーム７の吐出口７ｂを通り、密閉容器１に設けられた吐出管１１より密閉容器１の外部の冷媒回路の凝縮器に流出され、冷凍サイクル内を循環して、再び密閉容器１に設けられた吸入管１０より密閉容器１内に導かれる。

したがって、密閉容器１内に設けられ、冷媒を圧縮する圧縮要素２と、密閉容器１内に設けられ、圧縮要素２に駆動力を与える電動要素３と、圧縮要素２と電動要素３との間の設けられた第１の空間１６ａと、電動要素３に対して第１の空間１６ａと反対側に設けられ、第１の空間１６ａに吸入された冷媒が導かれる第２の空間１６ｂと、第２の空間１６ｂの冷媒を圧縮要素２に設けられた吸入口７ａに冷媒を導く吸入接続管１２と、を備えたので、潤滑油を多く含んだ冷媒を、第１の空間１６ａ、電動要素３のすきま、第２の空間１６ｂを通過させて潤滑油を分離させることができ、従来に比べて油持ち出しの少ない信頼性の高い圧縮機が得られる。また、低圧シェルタイプのため、高圧シェルタイプよりも密閉容器（シェル）の強度（板圧）を小さくでき、低コストの圧縮機が得られる。また、圧縮室から吐出される油が低減され、ユニットに持ち出される油量が低減されるため、熱交換効率の良い高性能な給湯装置、冷凍空調装置が得られる。また、潤滑油が枯渇することのない信頼性の高い圧縮機を得ることができる。

また、吸入接続管１２が、一端を前記第２の空間１６ｂと接続し、他端を圧縮要素２に設けられた吸入口７ａに接続し、密閉容器１の外側に設けられたているので、密閉容器内部の構造が簡単で組立てやすい低コストの圧縮機を得ることができる。

このため、ＣＯ２冷媒を用いた場合でも、圧縮機器内で十分油分離されてから吸入接続管１２を通って冷媒を圧縮室に導き、油分離された冷媒を密閉容器１外部の冷凍サイクル内に吐出できるため、ユニットに持ち出される油量が低減され、熱交換効率の良い高性能なユニットを提供することができる。また、油循環率が小さいため、潤滑油が枯渇することのない高信頼性の圧縮機、および冷凍・空調装置を提供できる。

図３〜図５は本発明の別の実施例を表す圧縮機の断面図である。図において、図１、図２と同等部分は、同一の符号を付して説明は省略する。図３において１００はフィルタであり、第２の空間１６ｂ内に突出している吸入接続管１２を覆うように吸入接続管１２に設けられており、吸入接続管１２内を通過しようとする冷媒より潤滑油を除去する役目を果たす。また、図４においも、１００はフィルタであり、この場合は密閉容器１に直接設けられており、この場合も吸入接続管１２を覆ている。したがって、この場合も吸入接続管１２内を通過しようとする冷媒より潤滑油を除去する役目を果たす。

また、図５において、１１０は油分離板であり、電動機回転子１５の圧縮機構部２とは反対側の空間（第２の空間）側に設けられており、電動機回転子１５の回転とともに回転子して第２の空間１６ｂ内の冷媒より潤滑油（油）を分離する。この場合、吸入接続管１２の第２の空間１６ｂ内の端面開口方向は、油分離板１１０より分離された油が混入しにくいような方向、たとえば密閉容器１の端面側（油分離板１１０の遠心力発生方向に対して略直角方向）に向っている。

したがって、図３〜図５に示したようにフィルタ１００や油分離板１１を設けることにより、図１や図２の場合よりもさらに第２の空間１６ｂ内の潤滑油が分離されるので、吸入接続管１２内に潤滑油が混入しにくく、油持ち出しの少ない信頼性の高い圧縮機を得ることができる。

また、本実施の形態では、電動要素３が圧縮要素２よりも上方に配置される縦置き形であるため、潤滑油１３が密閉容器１の低部に圧縮要素２によって仕切られているので、横置き形に比べ潤滑油１３が第１の空間１６ａ、第２の空間１６ｂに混入しにくく潤滑油の分離が容易で油持ち出しの少ない信頼性の高い圧縮機が得られる。

また、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）などの炭酸ガス冷媒を使用するようにしているので、地球温暖化などの起こらない地球環境にやさしい圧縮機、給湯装置、冷凍・空調装置が得られる。また、使用圧力の大きな二酸化炭素冷媒を使用しているので、給湯温度の使用範囲の大きな（高温度まで使用可能な）圧縮機、および給湯装置を得ることができる。

本実施の形態では、ロータリ方式の圧縮機について説明したが、レシプロ式、スイングロータリ方式やスクロール式など、圧縮機の構造に関係なくどのような構造の圧縮機であっても同様の効果を有する。また、本実施の形態では、低圧シェルタイプの圧縮機について説明したが、密閉容器１内が高圧と低圧の間の圧力である中間圧シェルタイプの圧縮機であっても、または、密閉容器１内の一部が低圧、一部が中間圧である低圧と中間圧の２つの圧力を有する２圧力シェルタイプ圧縮機であっても同様の効果を奏する。

この発明の実施の形態１を表す圧縮機の断面図である。この発明の実施の形態１を表す圧縮機の断面図である。この発明の実施の形態１を表す圧縮機の断面図である。この発明の実施の形態１を表す圧縮機の断面図である。この発明の実施の形態１を表す圧縮機の断面図である。

符号の説明

１密閉容器、２電動要素、３圧縮要素、４クランク軸、４ａ給油通路、５シリンダ、６圧縮室、７フレーム、７ａ吸入口、７ｂ吐出口、８シリンダヘッド、９ローリングピストン、１０吸入管、１１吐出管、１２吸入接続管、１３潤滑油、１４固定子、１５回転子、１６ａ第１の空間、１６ｂ第２の空間、２０密封端子、１００フィルタ、１１０油分離板。

Claims

密閉容器内に設けられ、冷媒を圧縮する圧縮要素と、前記密閉容器内に設けられ、前記圧縮要素に駆動力を与える電動要素と、前記圧縮要素と前記電動要素との間の設けられた第１の空間と、前記電動要素に対して前記第１の空間と反対側に設けられ、前記第１の空間に吸入された冷媒が導かれる第２の空間と、前記第２の空間の冷媒を前記圧縮要素に設けられた吸入口に冷媒を導く吸入接続管と、を備えたことを特徴とする冷媒用圧縮機。
前記吸入接続管が、一端を前記第２の空間と接続し、他端を前記圧縮要素に設けられた吸入口に接続し、前記密閉容器の外側に設けられたものであることをを特徴とする請求項１に記載の冷媒用圧縮機。
前記電動要素が前記圧縮要素よりも上方に配置される縦置き形であることをを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷媒用圧縮機。
前記圧縮要素の下方に設けられて潤滑油を貯留する油溜めと、前記油溜めの潤滑油を吸入し摺動部へ供給する油供給孔を有するクランク軸と、を備え、前記油溜めより吸入した潤滑油を前記第１の空間に排出するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の冷媒用圧縮機。
冷媒として炭酸ガスを使用するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の冷媒用圧縮機。