JP2005171943A

JP2005171943A - アンモニア冷媒用密閉形圧縮機

Info

Publication number: JP2005171943A
Application number: JP2003415913A
Authority: JP
Inventors: Eisuke Kato; 英介加藤; Masayuki Urashin; 昌幸浦新; Yasuhiro Hioki; 泰宏日置
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】
密閉形圧縮機において、アンモニア冷媒を用いてオゾン層破壊防止や地球温暖化防止を図りつつ、始動電流による弗素樹脂被覆の絶縁破壊を防止して信頼性の高いものとすること。
【解決手段】
アンモニア冷媒用密閉形圧縮機５０は、作動流体としてアンモニア冷媒を用いる圧縮機構部６０と、アンモニア冷媒に曝されると共に弗素樹脂で被覆されたアルミニウム電線を用いた電動機７０とを密閉ケーシング８０内に収納して構成されている。インバータ２２は電動機７０の始動電流を電動機定格電流値以下になるように制御するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンモニア冷媒を使用した空調機、冷凍機などの冷凍空調機に使用されるアンモニア冷媒用密閉形圧縮機に関する。

冷凍空調機による地球のオゾン層の破壊や地球温暖化の防止を図るため、アンモニア冷媒を使用することが考えられている。アンモニア冷媒を使用した冷凍空調機においては、開放形圧縮機を採用するのが一般的であった。その理由は、アンモニアには銅や銅合金を侵すという性質があり、銅線の電動機を用いて圧縮機を密閉化できなかったためである。

そこで、アンモニア冷媒用密閉形圧縮機として、特開平１０−２５０５６５号公報（特許文献１）に示されたものが提案されている。即ち、このアンモニア冷媒用密閉形圧縮機は、作動流体としてアンモニア冷媒を用いる圧縮機構部と、アンモニア冷媒に曝されると共に弗素樹脂で被覆されたアルミニウム電線を用いた電動機とを密閉ケーシング内に収納して構成したものである。

また、アンモニアを冷媒に使用した冷凍装置として、特開２００１−９１０６９号公報（特許文献２）に示されたものが提案されている。即ち、この冷凍装置は、冷媒にアンモニアを使用し、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器とが配管にて接続されたアンモニア冷凍サイクルを有し、圧縮機と圧縮機を駆動する電動機を内蔵し冷媒が流通するケーシングと、アルミ電線とされた電動機の固定子巻線と、圧縮機の容量を制御するインバータ駆動装置とを備えて構成されている。

一方、フルオロカーボン系冷媒を使用した冷凍空調装置においては、銅線の電動機を用いて密閉化できるため、これに用いる圧縮機は従来から密閉化して用いられてきた。係るフルオロカーボン系冷媒で使用される電動機のコイルエンド部は、通常ワニスによって固着されている。これは、電動機始動時に定格電流の約４〜７倍の始動電流が流れ、その電磁振動により銅線が損傷して絶縁破壊を起こすことを防止するためである。

特開平１０−２５０５６５号公報

特開２００１−９１０６９号公報

しかし、上述した特許文献１では、電動機のアルミニウム電線の弗素樹脂被覆が始動電流によって絶縁破壊されることに関しては開示されていない。即ち、弗素樹脂は基本的に樹脂自体に接着性がなく、弗素樹脂をアルミニウム電線の被覆として用いてもアルミニウム電線と弗素樹脂被覆と間には密着性がないため、電動機始動時の始動電流によって生じる電磁振動によって、弗素樹脂の被覆が損傷して絶縁破壊を起こし易いものであった。なお、電動機の電磁振動は電流値の２乗に比例するため、電動機の出力が大きくなると始動電流は大きくなり、電動機の出力が大きくなるほど弗素樹脂被覆のアルミニウム電線が損傷して絶縁破壊を起こす傾向が強くなる。

また、上述した特許文献２では、電動機のアルミニウム電線を弗素樹脂で被覆したものではなく、アルミニウム電線の弗素樹脂被覆が始動電流によって絶縁破壊されることに関しては開示されていない。

本発明の目的は、アンモニア冷媒を用いてオゾン層破壊防止や地球温暖化防止を図りつつ、始動電流による弗素樹脂被覆の絶縁破壊を防止して信頼性の高いアンモニア冷媒用密閉形圧縮機を得ることにある。

前記目的を達成するために、本発明は、作動流体としてアンモニア冷媒を用いる圧縮機構部と、アンモニア冷媒に曝されると共に弗素樹脂で被覆されたアルミニウム電線を用いた電動機とを密閉ケーシング内に収納して構成したアンモニア冷媒用密閉形圧縮機において、前記電動機の始動電流を電動機定格電流値以下になるようにインバータで制御する構成にしたことにある。

前記本発明において、より好ましくは次の構成としたことにある。
（１）前記電動機は誘導電動機であること。
（２）前記圧縮機構部が互いに噛み合う少なくとも一対の雄ロータ及び雌ロータにより構成されるスクリュー型圧縮機構部であること。
（３）前記雄ロータまたは前記雌ロータの横に始動時に圧縮ガスを吸入側へバイパスする為のバイパス弁を備えたこと。
（４）前記電動機の定格出力が１５ｋＷ以上であること。

本発明のアンモニア冷媒用密閉形圧縮機によれば、アンモニア冷媒を用いてオゾン層破壊防止や地球温暖化防止を図りつつ、始動電流による弗素樹脂被覆の絶縁破壊を防止して信頼性を向上することができる。

以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。

本発明の第１実施例の密閉形スクリュー圧縮機を図１を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施例の密閉形スクリュー圧縮機の縦断面図である。なお、本実施例では密閉形スクリュー圧縮機を用いて説明するが、本発明は必ずしもスクリュー式に限定されるべきものではなく、レシプロ式等、他の方式の圧縮機をも含むアンモニア冷媒用密閉形圧縮機である。

本実施例のスクリュー圧縮機５０は、作動流体としてアンモニア冷媒を用いる圧縮機構部６０と、アンモニア冷媒に曝されると共に弗素樹脂で被覆されたアルミニウム電線を用いた電動機７０とを密閉ケーシング８０内に収納して構成されている。アンモニア冷媒を用いたスクリュー圧縮機５０としているので、アンモニア冷媒が漏出してもオゾン層の破壊防止や地球温暖化の防止を図ることができる。

圧縮機構部６０は、互いに噛み合わされた一対の雄ロータ６及び雌ロータ（図示せず）を円筒状ボア１６内に回転自在に収納して構成されている。電動機７０は、誘導電動機で構成されており、主ケーシング１に外周が固定されたステータ２５と、ステータ２５内に回転可能に配置されたロータ２６とを備えて構成されている。密閉ケーシング８０は、主ケーシング１と、吸入口８を有する電動機カバー２と、吐出ケーシング３と、吐出口１４を有する吐出チャンバ４とを密封関係を有して接続することにより構成されている。

主ケーシング１には、圧縮機構部６０を駆動する電動機７０が収納されている。また、主ケーシング１には、円筒状ボア１６と、ガスを円筒状ボア１６に導入する吸入ポート９とが形成されている。円筒状ボア１６には、ころ軸受１０、１１、１２と玉軸受１３とで回転可能に支えられた雄ロータ６及び雌ロータ（図示せず）が互いに噛み合わされて収納されている。雄ロータ６の軸は電動機７０に直結されている。

ころ軸受１２及び玉軸受１３を収納する吐出ケーシング３には、円筒状ボア１６と吐出チャンバ４とを連通し、吐出チャンバ４に開口するガスの吐出通路１５が形成されている。吐出ケーシング３はボルト等の手段により主ケーシング１に固定されている。また、吐出ケーシング３の一端には、ころ軸受１２及び玉軸受１３を収納する軸受室１７を閉止する遮蔽板１８が取り付けられている。

吐出チャンバ４の内部には油分離器５が設けられている。吐出チャンバ４は吐出ケーシング３を包囲するようにボルト等の手段により主ケーシング１に固定されている。吐出チャンバ４の底部には潤滑油１９が溜められている。

主ケーシング１及び吐出ケーシング３内には給油通路が形成されており、この給油通路により油１９が溜められた吐出チャンバ４の下部と各軸受部とを連通するように構成されている。

ここで、アンモニア冷媒ガス及び油の流れを説明する。

電動機カバー２に設けられた吸入口８から吸入された低温、低圧のアンモニア冷媒ガスは、電動機７０と主ケーシング１との間に設けられたガス通路と、ステータ２５とロータ２６との間のエアギャップとを通過し、電動機７０を冷却した後、主ケーシング１に形成された吸入ポート９から雄、雌のスクリューロータの噛み合い歯面と主ケーシング１により形成される圧縮室に吸入される。

その後、アンモニア冷媒ガスは、電動機７０に連結する雄ロータ６の回転と共に雄、雌のスクリューロータの噛み合い歯面と、主ケーシング１により形成される圧縮室に密閉され、圧縮室の縮小により徐々に圧縮され、高温、高圧のガスとなって、吐出ケーシング３から吐出通路１５を通り、吐出チャンバ４内へ吐出される。圧縮時に雄、雌のスクリューロータに作用する圧縮反力の内、ラジアル荷重をころ軸受１０、１１、１２により支持し、スラスト荷重を玉軸受１３により支持するように構成されている。

これらの軸受の潤滑及び冷却用の油は、主ケーシング１内の高圧部に設けた油溜めから、各軸受部に連通する油通路を通り、差圧により給油され、圧縮ガスと共に吐出チャンバ４内へ吐出される。圧縮ガスに含まれる油は、吐出チャンバ４に取り付けた油分離器５により分離され、主ケーシング１の下部油溜めに溜められる。油分離後、圧縮冷媒ガスは、吐出口１４より吐出される。

電動機７０はアンモニア冷媒に曝される構造となっているため、電動機７０の巻線２７には耐アンモニア性を有する弗素樹脂で被覆されたアルミニウム電線が使用されている。アルミニウム電線に弗素樹脂を厚く被覆すると電動機巻線として成形することが困難になり、薄く被覆すると簡単に損傷されるため、適切な厚さで被覆される。基本的に弗素樹脂には接着性がないため、アルミニウム電線と弗素樹脂間には密着性がない。また、一般的に用いられる電動機のワニス材エポキシ樹脂、フェノール樹脂は耐アンモニア性がないので、本実施例の電動機７０のコイルエンド２４はワニスによる固着構造を採用していない。

電動機７０には外部電源２３からインバータ２２を介して電源端子２１より電力が供給される。インバータ２２は、電動機７０の始動電流を電動機７０の定格電流値以下になるように制御するように構成されている。具体的には、図３に示すように、電動機７０の運転開始から電動機７０の始動電流７１が電動機７０の定格電流値Ｉ以下になるようにインバータ２２の出力周波数７２を徐々に高くなるように制御する。

これにより、アルミニウム電線と弗素樹脂被覆との間に密着性がなく、ワニスのようなコイルエンド部の固着部材を使用していない本実施例の電動機７０においても、電磁振動による弗素樹脂被覆の絶縁破壊を防止して、信頼性の高いものとすることができる。

なお、誘導電動機をインバータにより制御することなく、外部電源２３から直接電力供給すると、図３の始動電流７３のように、電動機の定格電流値Ｉより４倍以上の始動電流が流れるため、その電磁振動による弗素樹脂被覆の絶縁破壊を防ぐことは難しい。

そして、電磁振動は電流値の２乗に比例するため、電動機７０の出力が大きくなると始動電流が大きくなり、電磁振動による被覆の損傷によって絶縁破壊を起こす可能性はより高くなる。しかし、定格出力が１５ｋＷ以上の電動機７０を用いたスクリュー圧縮機において、インバータ２２によって始動電流を電動機７０の定格電流値以下になるように制御すると、始動電流時に発生する電磁振動による弗素樹脂被覆の損傷によって絶縁破壊を起こすことを防止できることが確認できた。

次に、本発明の第２実施例のスクリュー圧縮機を、図２を参照しながら説明する。図２は本発明の第２実施例のスクリュー圧縮機の要部縦断面図である。この第２実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。

この第２実施例では、雄ロータ６または雌ロータ４１の側方に圧縮ガスを吸入側へバイパスする為のバイパス通路３７及びバイパス弁３６を設けている。電動機７０の始動時にはバイパス弁３６を開いて、スクリューロータ(雄ロータ６、雌ロータ４１)の噛み合い歯面と主ケーシング１により形成される圧縮室内で圧縮された冷媒ガスを吸入室３２へバイパスさせる。圧縮ガスを始動時に吸入側へバイパスすることで、始動負荷が減少して電動機７０の電流値を減少させることができる。

これによって、電動機７０の始動電流を電動機７０の定格電流値以下になるようにインバータ２２で制御することが容易に行なえる。従って、この第２実施例によれば、より一層確実に電磁振動による弗素樹脂被覆の絶縁破壊を防止することができ、信頼性をさらに高いものとすることができる。

本発明の第１実施例の密閉形スクリュー圧縮機の縦断面図である。本発明の第２実施例の密閉形スクリュー圧縮機の要部縦断面図である。本発明および従来の密閉形スクリュー圧縮機における電動機始動電流またはインバータ始動周波数の特性図である。

符号の説明

１…主ケーシング、２…電動機カバー、３…吐出ケーシング、４…吐出チャンバ、５…油分離器、６…雄ロータ、８…吸入口、９…吸入ポート、１０，１１，１２…ころ軸受、１３…玉軸受、１４…吐出口、１５…吐出通路、１６…円筒状ボア、１７…軸受室、１８…遮蔽板、１９…油、２０…端子ベース、２１…電源端子、２２…インバータ、２３…外部電源、２４…コイルエンド、２５…ステータ、２６…ロータ、２７…巻線、２８…電磁弁、２９…スライドバルブ、３０…ロッド、３１…ピストン、３２…吸入室、３３…吐出ポート、３４…シリンダ室、３５…給排油通路、３６…バイパス弁、３７…バイパス通路、３８，３９…ころ軸受、４０…玉軸受、４１…雌ロータ、５０…スクリュー圧縮機（アンモニア冷媒用密閉形圧縮機）、６０…圧縮機構部、７０…電動機、８０…密閉ケーシング。

Claims

作動流体としてアンモニア冷媒を用いる圧縮機構部と、アンモニア冷媒に曝されると共に弗素樹脂で被覆されたアルミニウム電線を用いた電動機とを密閉ケーシング内に収納して構成したアンモニア冷媒用密閉形圧縮機において、
前記電動機の始動電流を電動機定格電流値以下になるようにインバータで制御する
ことを特徴とするアンモニア冷媒用密閉形圧縮機。
請求項１に記載のアンモニア冷媒用密閉形圧縮機において、前記電動機は誘導電動機であることを特徴とするアンモニア冷媒用密閉形圧縮機。
請求項１または２に記載のアンモニア冷媒用密閉形圧縮機において、前記圧縮機構部が互いに噛み合う少なくとも一対の雄ロータ及び雌ロータにより構成されるスクリュー型圧縮機構部であることを特徴とするアンモニア冷媒用密閉形圧縮機。
請求項３に記載のアンモニア冷媒用密閉形圧縮機において、前記雄ロータまたは前記雌ロータの横に始動時に圧縮ガスを吸入側へバイパスする為のバイパス弁を備えたことを特徴とするアンモニア冷媒用密閉形圧縮機。
請求項１から４の何れかに記載のアンモニア冷媒用密閉形圧縮機において、前記電動機の定格出力が１５ｋＷ以上であることを特徴とするアンモニア冷媒用密閉形圧縮機。