JP2006037724A - 密閉型電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の構成を簡素に維持しつつハウジング内における油面の位置を確実に検出し、併せて、かかる圧縮機を用いて冷凍装置の信頼性向上を図ることを目的とする。
【解決手段】検出部に１個の充分な長さを持った円柱形のサーミスタ１２を使用し、また、この油面センサー１２を、圧縮機構３の側壁に設置している。さらに、ハウジング２上部の密封端子８に２本の配線で結線され、検出された信号をハウジング２の外部に取り出すように構成され、その測定開始初期温度とその後の温度上昇変化率に基づいて、油面９の位置を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒の圧縮を行う密閉型電動圧縮機に関するものである。

従来より、圧縮機構と電動機とを溶接構造のハウジングに密閉して形成される密閉型電動圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。この密閉型電動圧縮機は、冷媒が漏洩せず、水分の侵入等のおそれも無いことから高い信頼性を有し、空調機や冷蔵庫に広く用いられている。

上記密閉型電動圧縮機では、ハウジング内の電動機に電力を供給する必要がある。このため、耐圧性と気密性に優れたいわゆる密封端子をハウジングに溶接し、この密封端子を介して電動機へ電力を供給している。

また、上記密閉型電動圧縮機では、ハウジング内に貯留する冷凍機油を圧縮機構や軸受等に供給して潤滑を行うようにしている。ところが、ハウジング内の冷凍機油は、圧縮されたガス冷媒と共に圧縮機から吐出される。通常、冷凍機油は冷媒回路を循環して再び圧縮機に戻るため、ハウジングにおける冷凍機油の貯留量は確保される。しかしながら、運転状態によっては冷凍機油の貯留量が変動し、冷凍機油の貯留量が不足して潤滑不良に至る危険がある。

また、逆に冷凍機油の貯留量が過多となった場合は、圧縮されたガス冷媒と共に圧縮機から多量に冷凍機油が吐出され、熱交換器の能力低下を招き冷凍装置の性能低下を招くこととなる。

上述の問題に対し、従来より、ハウジング内における油面の位置をセンサ等で検出し、冷凍機油の貯留量不足や過多を検知して圧縮機を保護するという提案がなされている（例えば、特許文献２参照）。つまり、油面の低下を検出すると、圧縮機を停止したり、冷媒回路から冷凍機油を回収する運転を行う等の保護動作を行い、圧縮機の破損を回避するというものである。
特開平６−１５９２７４号公報 特開２００１−１２３５１号公報

しかしながら、ハウジング内における油面の位置を検出しようとすると、ハウジング内の油面位置にセンサ等を設置し、更にセンサ等の信号をハウジングの外に取り出す必要がある。これに対し、従来は、検出部にサーミスタを２個使用し、その温度差を検出し油面を限定していた。また、信号の取り出しには、ハウジング上部に密封端子を取付け、サーミスタと密封端子を結線することで外部に取り出していた。このため、２個のサーミスタを使用することで、センサ等と密封端子とを結線する必要から、構成が複雑化し、作業性が悪く、断線等による信頼性の低下を招くおそれがあった。また、１個のサーミスタを使用するものも従来あったが、単に温度を測定するのみとなっており、油面検出精度が良くないものであった。

更に、上記問題を解決するために、特許文献２に記載の密閉型電動圧縮機では、ハウジング内の油面の位置を検出する検出部と密封端子とを一体に形成した油面センサーを、上記ハウジングの側壁に設ける事も提案されているが、ハウジング側壁は円筒状となってお
り、密閉端子取付にあたり歪み等による気密不良や組立工程中での接触破損による気密不良を招くおそれがあった。

また、センサ取付位置が油面の下限に対応して取り付けられており、油面の下限検出後油面回復動作を行っても、直ぐに油面を回復することは難しく、その遅れによって更に油面が低下していた。場合によっては、圧縮機に重大なダメージを与えることもあった。

また更に、単に冷媒ガスの温度と冷凍機油の温度を検出するセンサを使用した場合、運転条件によってはほぼ同一温度となることもあり、特に過渡期条件運転では、誤動作する事もあった。

本発明は、かかる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、圧縮機の構成を簡素に維持しつつハウジング内における油面の位置を確実に検出し、併せて、かかる圧縮機を用いて冷凍装置の信頼性向上を図ることにある。

本発明が講じた第１の解決手段は、電動機と該電動機で駆動される圧縮機構とがハウジングに収納され、ハウジング内に貯留する冷凍機油により潤滑される密閉型圧縮機を対象とする。そして、上記ハウジング内の油面の位置を検出する検出部に１個の充分な長さを持った円柱形のサーミスタを使用し、これを油面に対して直角方向に配置するようにホルダーで保持され構成された油面センサーを、上記圧縮機構の側壁に設けられている密閉型圧縮機である。また、上記サーミスタは、冷媒中と油中の放熱差を利用し、その測定開始温度とその後の温度変化率を検出することによって油面の位置を検出するように構成されている。

また、サーミスタは、ハウジング上部の密封端子に２本の配線で結線され、検出された信号をハウジングの外部に取り出すように構成している。

本発明が講じた第２の解決手段は、電動機と該電動機で駆動される圧縮機構とがハウジングに収納され、ハウジング内に貯留する冷凍機油により潤滑される密閉型圧縮機を対象とする。そして、上記第１の解決手段において、検出部のサーミスタとこれを保持するホルダーとの間に、断熱用部材を挿入して保持し、ホルダーの温度がサーミスタに伝導しないように固定され構成されている密閉型圧縮機である。

上記第１，第２の解決手段では、電動機で圧縮機構を駆動すると、密閉型圧縮機にガス冷媒が吸入され、圧縮後に吐出される。その間、ハウジングの底部に溜まる冷凍機油が圧縮機構や軸受等に供給され、潤滑が行われる。冷凍機油は、圧縮された冷媒ガスと共に密閉型圧縮機から吐出される。従って、密閉型圧縮機の運転中には、ハウジング内に貯留する冷凍機油の量が変化し、油面の位置が変動する。

そして、上記第１、２の解決手段では、１個のサーミスタを持つ油面センサーを圧縮機構の側壁に取り付け、２本の配線をハウジング上部の密封端子と結線することで、この油面センサーによってハウジング内における油面の位置を検出し、検出部の検出信号が密封端子によってハウジングの外に取り出される。

また、上記第１、２の解決手段では、ハウジング内における油面の上限位置及び中間より下限側位置に対応する様に、円柱形のサーミスタが油面に対して直角に設置され、その上端部が油面の上限 相当位置に下端部が油面の中間より下限側相当位置になるように設置される。つまり、運転中における確実な潤滑のために必要となる油面の高さ、即ちハウジング内における油面位置の下限は予め分かっており、この油面の下限より油面が低下し
ないように、中間位置より下限側に検出部の下端面を設置している。また、運転中における性能低下をまねかないよう必要最高の油面の高さ、即ちハウジング内における油面位置の上限は予め分かっており、この油面の上限より油面が上昇しないように、上限位置に検出部の上端面を設置している。

上記検出部にサーミスタを使用しているが、サーミスタは、電圧をかけることで発熱する。その温度は、周囲温度が同じであっても、周囲の流体の放熱量の違いによって違ってくる。

ここで、密閉型圧縮機におけるハウジング内部は、冷凍機油が貯留すると共に、ガス冷媒で満たされている。運転中において、冷凍機油の温度とガス冷媒の温度とは基本的に相違する。従って、温度を検出することによって、検出部の設置されている位置に冷凍機油が存在するのかガス冷媒が存在するのかを判別でき、油面の位置が検出される。ただ、条件によっては、冷媒温度が冷凍機油温度と同一か、または冷凍機油温度が高くなることもある。そこで、冷凍機油中の温度とガス冷媒中の温度を限定するために、２個以上のセンサーを設置しなければならなかった。

今回、１個の円柱形サーミスタを油面に対して直角に取り付けられている。このサーミスタに対し、油面の位置が違うと、存在するガス冷媒と冷凍機油が同一温度であっても、ガス冷媒の放熱量は冷凍機油のそれより少なく、よってガス冷媒側のサーミスタの検出温度は高くなる。この様に、ガス冷媒中か冷凍機油中かによって、サーミスタの検出温度には差が発生することになる。そこで、外部よりこの検出部のサーミスタに、ある電圧を付加し、付加直後の温度を検出する。さらに電圧付加を継続すると、その温度は上昇するが、油面に対して直角に取り付けられたサーミスタに対し油面の位置が違うことで、その後の温度上昇率は違うこととなる。この初期の温度とその後の温度上昇率を検知することで、その時点での油面の位置が検出されることになる。

上記第２の解決手段では、上記第１の解決手段同様、検出部が温度を検出し、かつ、その後の温度変化率を検出し油面の位置を検出するが、この検出部のサーミスタとこれを保持するホルダーとの間に、断熱用部材を挿入して保持し、ホルダーの温度がサーミスタに伝導しないように固定され構成されている密閉型圧縮機である。この断熱用部材は、例えば合成樹脂と言った熱伝導率の低い材料でかつ取付性に優れ、対冷媒性も優れた材料で構成されている。これにより、本来の油温度や冷媒ガス温度をより正確に検出できることになる。

上記第１、２の解決手段によれば、上記ハウジング内の油面の位置を検出する検出部に１個の充分な長さを持った円柱形のサーミスタを使用し、また、この油面センサーを、圧縮機構の側壁に設置している。さらに、ハウジング上部の密封端子に２本の配線で結線され、検出された信号をハウジングの外部に取り出すように構成している。このため、従来のように２個以上のセンサ等と信号取り出し用の端子とを結線することによる誤結線や断線等が発生しにくくなる。また、油面センサーをハウジングの円筒部に設置する事がないため、これによるハウジングの歪み発生による組立不良や、本来必要な圧縮機構部に対する油面位置が、組立誤差によってずれてしまうと言った問題が解決でき、密閉型圧縮機の構成が簡素化され、その製造工程の簡略化も図られ、信頼性も向上できる。

また、ハウジングの気密性や耐圧性を損なうことなく確実に油面センサーの取り付けを行うことができる。

また、上記第１，２の解決手段によれば、油面の上限位置および中間より下限側位置に
対応する様に検出部の上端面と下端面を配置して設置しているため、ハウジング内における油面の位置が上記の上限よりも上昇する前にこれを予知して油面低下動作を開始でき、過度の冷凍機油の吐出を押さえ、能力への悪影響を押さえ安定させることができる。また、下限よりも低下する前に、この油面の低下を確実に検知することが可能となるため、潤滑不良の危険を確実に予知して油面回復動作を行い、密閉型圧縮機の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態１を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における油面センサー１０を示す図である。又、図２は、本発明の第１の実施の形態における油面センサー１０を圧縮機構３の側壁に設けられている密閉型圧縮機を示す図である。

図２において、圧縮機は、円筒容器状のハウジング２に圧縮機構３と電動機４とを収納して形成され、いわゆる高圧ドーム型に構成されている。ハウジング２の上端部には、圧縮したガス冷媒を送り出す吐出管６が設けられている。

圧縮機構３は、いわゆるローリングピストン型に構成され、ハウジング２に固定されている。圧縮機構３には、ガス冷媒を送り込む吸入管５が接続されている。また、圧縮機構３は、駆動軸７によって電動機４と連結され、電動機４によって回転駆動される。

電動機４は、圧縮機構３の上方に配置されている。電動機４は、ハウジング２の上端部に溶接された電力用密封端子８と結線されている。この電動機４には、電力用密封端子８を介して電力が供給される。

駆動軸７は、図示しない遠心ポンプと給油路とを備え、圧縮機構３を貫通して設けられている。遠心ポンプは駆動軸７の下端部に設けられ、駆動軸７の回転に伴ってハウジング２の底に貯留する冷凍機油を汲み上げるように構成されている。一方、給油路は、駆動軸７の内部にその軸方向に沿って形成され、遠心ポンプが汲み上げた冷凍機油を各摺動部分へ供給するよう構成されている。

図２に示すように、圧縮機の圧縮機構３には、油面センサ１０が設けられている。この油面センサ１０は、ハウジング２の下部であって、ハウジング２内における油面位置に対応する様に、圧縮機構３にボルト等によって取り付けられている。

図１に示すように、油面センサ１０は、検出部である１つのサーミスタ１２とそれを固定するホルダー１３で構成されている。且つ、この１個のサーミスタをホルダーで固定した油面センサ１０を圧縮機構３にボルト等で固定したとき、ハウジング２内における油面に対して直角に位置するようになっている。また、ハウジング２内における油面９の上限位置に対してサーミスタの上端部が、油面の中間より下限側相当位置に対してサーミスタの下端部が、それぞれ位置するように設置されている。

また、サーミスタ１２の上端部と下端部には、信号を取り出す２本の信号線１５が接続されている。この２本の信号線とハウジング２上部の密封端子１１が結線され、さらに、密封端子１１の他方の端部には、信号線１９が接続されている。この信号線１９は、図外のコントローラに接続され、サーミスタ１２の検出信号をコントローラに伝送する。

また、サーミスタ１２の中間部は絶縁体が存在し、この絶縁体を介してホルダー１３と
接触し固定されており、絶縁を保てるように構成されている。

圧縮機１における油面検知動作について、図２及び図３を参照しながら説明する。ここで、圧縮機からは吐出冷媒と共に冷凍機油も吐出され、運転中にハウジング２内の油面９の位置が変動する。これに対し、本実施形態の圧縮機１では、油面センサ１０によってハウジング２内での油面位置を検出する。ここで、高圧ドーム型の場合、運転中において、冷凍機油は６０℃程度であるのに対して ガス冷媒は８０℃程度である。そして、上記油面センサ１０に、ある電圧を付加し、付加直後の温度を検出する。この温度は、冷凍機油の温度とガス冷媒の温度との相違と、かつ、油面センサ１０が冷凍機油に浸かっている割合によって相違する。また、その後の電圧付加状態での温度変化の変化率は、油面センサ１０が冷凍機油に浸かっている割合によって異なる。これは、サーミスタに電圧をかけることで発熱するが、放熱量がガス冷媒中と冷凍機油中とで違っているためである。予め、初期測定温度とその後の油面センサ１０が冷凍機油に浸かっている割合による温度変化の変化率を測定しておき、それとの比較をすることで、測定時の油面９の位置を検出する。

具体的に、図３に示すように、サーミスタ１２の上端部１６と下端部１７との間に油面９が存在する状態では、サーミスタ１２の電圧付加初期の検出温度はガス冷媒と冷凍機油の温度の間の温度となる一方、電圧付加を継続してその温度変化率を測定すると、油面センサ１０が冷凍機油に浸かっている割合によって、その変化率は差が発生し、予め測定しておいた初期測定温度とその後の油面センサ１０が冷凍機油に浸かっている割合による温度変化の変化率と比較することで、ガス冷媒１００％の状態か、冷凍機油１００％の状態か、または、冷凍機油中に何％浸かっているのか限定でき、油面９の位置を検出することができる。

上記油面センサ１０は、ハウジング２内における油面９の限界に対応した位置に設けられている。従って、油面９の位置がサーミスタ１２よりも下方であると判断した場合には、油面９を上昇させるための措置が必要となる。具体的には、以下の措置を講ずる。例えば、冷凍サイクル中の吐出ラインにオイルセパレーターやオイル溜まりタンクを設置し、バルブを開閉制御して油面低下した圧縮機の吸入側からオイルを供給する。或いは、油面が上限以上に存在すると判断した場合には、バルブを開閉制御して油面上昇した圧縮機へのオイル供給を停止する。

尚、冷凍サイクル内に圧縮機が１台設置され運転される場合に於いても、又、同一サイクル内に複数台設置され同時或いは個別順不同に運転される場合でも、それぞれの圧縮機に上記油面センサ１０を設置し、油面を検知しコントロールする事ができる。

本実施形態１では、圧縮機１に油面センサ１０を設けている。このため、圧縮機１における油面９の低下を確実に検出でき、潤滑不良による焼き付き等のトラブルを未然に回避することができる。また、油面９の上昇を確実に検出でき、過度の冷凍機油の吐出を押さえ、能力への悪影響を押さえ安定させることができる。この結果、上記圧縮機１の信頼性と性能安定性、ひいては冷凍装置の信頼性と性能安定性を向上させることができる。

また、本実施形態１では、サーミスタ１２を１個とし、ホルダー１３で固定した油面センサー１０を上記圧縮機構３の側壁に設けられる。従って、一体の油面センサ１０を組立前に圧縮機構３に取り付けることで、ハウジング２内の油面位置を組立誤差を少なくして検出することができる。この結果、従来のように２個以上のセンサ等と信号取り出し用の端子とを複雑に結線するのに比べて圧縮機の構成が簡素化される。また、円筒状のハウジング２の表面に密封端子１１を直接取り付けることが無いため、取付時の溶接等の歪みによる気密性や耐圧性を損なうことなく、確実に油面センサー１０の取り付けを行うことができる。且つ、製造工程中での接触による破損を少なく出来る。

（実施の形態２）
本発明の実施形態２は、上記実施形態１とほぼ同様に構成されている。以下、実施形態１と異なる構成について説明する。

図４に示すように、上記第１の解決手段同様、サーミスタ１２が温度を検出し、かつ、その後の温度変化率を検出し油面９の位置を検出するが、この検出部のサーミスタとこれを保持するホルダー１３との間に、断熱用部材１４を挿入して構成している。ホルダーは、圧縮機構部３に接触する形でボルト等で固定されているが、強固に固定するためには、金属製のホルダーが望ましい。そうした場合、圧縮機構部内温度がホルダーを通して検出部サーミスタに伝わり温度の誤差が発生しやすい。そこで、この温度がサーミスタに伝導しないように、断熱用部材をホルダーとサーミスタ間に設置する。この材料は、例えば合成樹脂と言った熱伝導率の低い材料でかつ取付性に優れ、対冷媒性も優れた材料で構成されている。これにより、本来の油温度や冷媒ガス温度をより正確に検出できることになる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、油面の検出がその上限位置と下限位置を１個のセンサーで誤検知なく確実におこなえると共に、簡単な構成にしているために製造上も容易にできるので、密閉型圧縮機に限らず、耐圧容器や各種配管内の油面や他の液面の確認や制御にも適用できる。

本発明の実施の形態１に係る油面センサーを示す図 本発明の実施の形態１に係る圧縮機の概略構成図 図２における要部Ａの拡大図 本発明の実施の形態２に係る油面センサーを示す図 従来の圧縮機断面図

符号の説明

２ ハウジング
３ 圧縮機構
４ 電動機
８ 密封端子
９ 油面
１０ 油面センサー
１１ 密封端子
１２ サーミスター
１４ 断熱用部材

Claims (2)

1. 電動機と該電動機で駆動される圧縮機構とがハウジングに収納され、ハウジング内に貯留する冷凍機油により潤滑される密閉型圧縮機であって、前記ハウジング内の油面の位置を検出する検出部に１個の充分な長さを持った円柱形のサーミスタを使用し、これを油面に対して直角方向に配置するようにホルダーで固定し、冷媒中と油中の放熱差を利用し、その測定開始温度とその後の温度変化率を検出することによって油面の位置を検出するように構成し、一体に形成した油面センサーを圧縮機構の側壁に設けている密閉型電動圧縮機。
2. 請求項１記載の密閉型圧縮機において、油面センサーを構成するホルダーとサーミスタ間に、断熱用部材を挿入してなる密閉型電動圧縮機。