JP2008045767A

JP2008045767A - 圧縮装置

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Publication number: JP2008045767A
Application number: JP2006218873A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Kosho; 和宏古庄; Masanori Masuda; 正典増田; Yorihide Higuchi; 順英樋口; Takeyoshi Okawa; 剛義大川; Masaru Tanaka; 勝田中
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2026-08-10
Also published as: JP5045025B2

Abstract

【課題】二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置における冷媒充填方法において、冷媒充填時間の短縮や冷媒充填後に運転可能になるまでの時間の短縮を図ることができる冷媒充填方法を提供する。
【解決手段】二酸化炭素を冷媒として用いる空気調和装置１における冷媒充填方法は、第１冷媒充填ステップと、第２冷媒充填ステップとを備えている。第１冷媒充填ステップは、冷媒連絡管６、７を含む冷媒充填対象部分に対して、充填開始から冷媒充填対象部分の圧力が所定の圧力に上昇するまで、ガス状態の冷媒を充填するステップである。第２冷媒充填ステップは、冷媒充填対象部分に対して、第１冷媒充填ステップの後から冷媒充填対象部分に充填された冷媒量が所定の量になるまで、液状態の冷媒を充填するステップである。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧縮装置に関する。

従来の複数の圧縮機を備えた空調機では、それぞれの圧縮機の油面を過不足なく維持する方法として、特許文献１に記載されている方法がある。この方法では、それぞれの圧縮機のケーシング内部の油たまり空間から油戻し通路によって他方の圧縮機内部などへ冷凍機油を移動させている。
特開２００１―３２４２３１号公報

しかし、特許文献１に記載の空調機の場合、油の粘性等の影響により、油戻し通路の内部を油が流れにくい。とくに、ＣＯ₂冷媒とともに用いられるＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）等の冷凍機油の場合には、粘性が高いので、油戻し通路を流れにくくなる度合いが大きくなる。

一方、油を流れやすくするために油戻し通路等の連結管を太くすることが考えられる。しかし、連結管を太くした場合、耐圧を考慮すれば連結管の肉厚を厚くする必要があり、製造コストが高くなる。しかも、それぞれの圧縮機の振動が連結管に伝わって連結管が破損しやすくなる。

本発明の課題は、圧縮機間の油の安定した移動が可能な圧縮装置を提供することにある。

第１発明の圧縮装置は、複数の圧縮機と、連結路とを備えている。複数の圧縮機は、冷媒を圧縮する。連結路は、複数の圧縮機間における油の移動を可能にする。複数の圧縮機のうち油の流れにおける上流側の圧縮機の内部圧力は、下流側の圧縮機の内部圧力よりも高くなるように設定される。

ここでは、複数の圧縮機のうち油の流れにおける上流側の圧縮機の内部圧力は、下流側の圧縮機の内部圧力よりも高くなるように設定されているので、油の移動を確実に行うことができ、油面高さを圧縮機内部の圧縮機構に給油できる高さに確実に維持することができる。これによって、確実な油面管理が可能である。

第２発明の圧縮装置は、第１発明の圧縮装置であって、複数の圧縮機は、可変容量圧縮機である。上流側の圧縮機の回転数は、下流側の圧縮機の回転数よりも大きい。

ここでは、複数の圧縮機が可変容量圧縮機であり、上流側の圧縮機の回転数が下流側の圧縮機の回転数よりも大きいので、複数の圧縮機間の内部圧力の差圧を発生させることが可能になり、既存の可変容量圧縮機を用いて容易かつ確実に油の移動を行うことができ、油面高さを圧縮機構に給油できる高さに維持することができる。これによって、確実な油面管理が可能である。

第３発明の圧縮装置は、第１発明の圧縮装置であって、複数の圧縮機は、定容量圧縮機である。上流側の圧縮機の容積は、下流側の圧縮機の容積よりも大きい。

ここでは、複数の圧縮機が定容量圧縮機であり、上流側の圧縮機の容積が下流側の圧縮機の容積よりも大きいので、複数の圧縮機間の内部圧力の差圧を発生させることが可能になり、既存の定容量圧縮機を用いて容易かつ確実に油の移動を行うことができ、油面高さを圧縮機構に給油できる高さに維持することができる。これによって、確実な油面管理が可能である。

第４発明の圧縮装置は、第１発明の圧縮装置であって、複数の圧縮機は、複数の圧縮室を有する中間圧ドーム型の圧縮機である。上流側の圧縮機の１段側の圧縮室の容積に対する２段側の圧縮室の容積の容積比は、下流側の前記圧縮機の１段側の圧縮室の容積に対する２段側の圧縮室の容積の容積比よりも小さい。

ここでは、複数の圧縮機が複数の圧縮室を有する中間圧ドーム型の圧縮機であり、上流側の圧縮機の１段側の圧縮室の容積に対する２段側の圧縮室の容積の容積比が下流側の前記圧縮機の１段側の圧縮室の容積に対する２段側の圧縮室の容積の容積比よりも小さいので、複数の圧縮機間の内部圧力の差圧を発生させることが可能になり、既存の中間圧ドーム型の圧縮機を用いて容易かつ確実に油の移動を行うことができ、油面高さを各圧縮室に給油できる高さに維持することができる。これによって、確実な油面管理が可能である。

第５発明の圧縮装置は、第１発明から第４発明のいずれかの圧縮装置であって、冷凍サイクルを行う冷凍装置の冷媒回路に設けられている。圧縮装置は、冷媒回路に冷媒として充填されたＣＯ₂を圧縮する。

ここでは、圧縮装置が冷凍サイクルを行う冷凍装置の冷媒回路に設けられ、冷媒回路に冷媒として充填されたＣＯ₂を圧縮する。ＣＯ₂冷媒は、温暖化係数が小さく、環境に優しい製品の実現が可能である。また、ＣＯ₂冷媒は単位容積あたりの冷凍能力が高く、他の冷媒と同一能力を得るためのシリンダーは、小型化が可能で、圧縮機の小型化が可能である。

第６発明の圧縮装置は、第５発明の圧縮装置であって、ＣＯ₂冷媒に混合される油は、ポリアルキレングリコールであり、粘性が高く、移動しにくい性質を有しているが、圧縮機間の内部圧力の差圧によって油を確実に移動することが可能である。

第１発明によれば、油の移動を確実に行うことができ、油面高さを圧縮機内部の圧縮機構に給油できる高さに確実に維持することができる。これによって、確実な油面管理が可能である。

第２発明によれば、既存の可変容量圧縮機を用いて容易かつ確実に油の移動を行うことができ、油面高さを圧縮機構に給油できる高さに維持することができる。これによって、確実な油面管理が可能である。

第３発明によれば、既存の定容量圧縮機を用いて容易かつ確実に油の移動を行うことができ、油面高さを圧縮機構に給油できる高さに維持することができる。これによって、確実な油面管理が可能である。

第４発明によれば、既存の中間圧ドーム型の圧縮機を用いて容易かつ確実に油の移動を行うことができ、油面高さを各圧縮室に給油できる高さに維持することができる。これによって、確実な油面管理が可能である。

第５発明によれば、ＣＯ₂冷媒は、温暖化係数が小さく、環境に優しい製品の実現が可能である。また、ＣＯ₂冷媒は単位容積あたりの冷凍能力が高く、他の冷媒と同一能力を得るためのシリンダーは、小型化が可能で、圧縮機の小型化が可能である。

第６発明によれば、ＣＯ₂冷媒に混合される油は、ポリアルキレングリコールであり、粘性が高く、移動しにくい性質を有しているが、圧縮機間の内部圧力の差圧によって油を確実に移動することが可能である。

〔第１実施形態〕
＜圧縮装置１の全体構成＞
図１に示される圧縮装置１０１は、冷凍サイクルを行う冷凍装置の冷媒回路に設けられ、冷媒回路に冷媒として充填されたＣＯ₂冷媒を圧縮する２台の圧縮機Ｃ１、Ｃ２を備えている。２台の圧縮機Ｃ１、Ｃ２は、高圧ドームタイプの容量可変のインバータ圧縮機である。２台の圧縮機Ｃ１、Ｃ２は、油Ａの移動を可能にする連結路である均油通路３５によって互いに連結されている。圧縮機Ｃ１、Ｃ２のうち油Ａの流れ（流れ方向ＦＡ）における上流側の圧縮機Ｃ１の内部圧力は、下流側の圧縮機Ｃ２の内部圧力よりも高くなるように設定されているので、圧縮機Ｃ１からＣ２への油Ａの流れ（流れ方向ＦＡ）が可能である。なお、圧縮機Ｃ１、Ｃ２は、２台以上であってもよく、この場合も、隣接する圧縮機の間を均油通路によって互いに連結すればよい。

＜圧縮機Ｃ１、Ｃ２の構成＞
図１〜３に示される２台の圧縮機Ｃ１、Ｃ２は、同じ構成を有しており、ケーシング２と、モータ３と、圧縮機構４と、シャフト６と、均油通路３５とを備えている。モータ３、圧縮機構４およびシャフト６は、ケーシング２の内部に収納されている。圧縮機構４は、単シリンダのスイング圧縮機であり、後述する揺動ピストン２１、ブッシュ２３、およびシリンダ２７ａを有している。

ケーシング２は、筒状部２ａと、筒状部２ａの上下の開口端を閉じる一対の鏡板２ｂ、２ｃとを有している。ケーシング２の筒状部２ａは、モータ３のモータステータ８およびモータロータ９を収納している。また、ケーシング２は、シリンダ２７ａの下部に油Ａを貯める貯油空間３２を有する。油Ａは、圧縮機構４の潤滑に用いられ、ＣＯ₂冷媒とともにケーシング２の内部に充填される。

油Ａは、従来より用いられる冷凍機油であり、第１実施形態ではＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）である。

ここで、図４のグラフに示されるように、ＣＯ₂冷媒とＰＡＧとの組合せ（曲線Ｃ１）は、他のＲ４１０Ａ冷媒とエーテルとの組合せ（曲線Ｃ２）と比較して、２台の圧縮機間の差圧に対する流量比（Ｒ４１０Ａ冷媒とエーテルとの組合せの場合を１とする）を見れば、ＣＯ₂冷媒とＰＡＧとの組合せ（曲線Ｃ１）の流量比は、差圧の全範囲において、Ｒ４１０Ａ冷媒とエーテルとの組合せ（曲線Ｃ２）の流量比よりも低いことがわかる。すなわち、ＣＯ₂冷媒とＰＡＧとの組合せは、Ｒ４１０Ａ冷媒とエーテルとの組合せよりも流れにくい性質を有していることがわかる。

ＣＯ₂冷媒が充填されたケーシング２の内圧は、高圧（１２ＭＰａ程度）になっている。

ここで、圧縮機Ｃ１、Ｃ２のうち油Ａの流れ（流れ方向ＦＡ）における上流側の圧縮機Ｃ１の内部圧力は、下流側の圧縮機Ｃ２の内部圧力よりも高くなるように設定されている。

第１実施形態では、容量可変のインバータ圧縮機Ｃ１、Ｃ２において、内部圧力の差圧を発生させるために、上流側の圧縮機Ｃ１の回転数は、下流側の圧縮機Ｃ２の回転数よりも大きくしている。これにより、圧縮機Ｃ１の内部圧力は、圧縮機Ｃ２の内部圧力よりも高くなる。

モータ３は、回転数を変更することができるインバータモータであり、環状のモータステータ８と、モータステータ８の内部空間８ａに回転自在に配置されたモータロータ９とを有している。モータロータ９は、シャフト６に連結され、シャフト６とともに回転することが可能である。

モータステータ８は、複数の点接合部７によって筒状部２ａに固定されている。点接合部７は、具体的には、筒状部２ａに貫通孔２ｄを形成し、その貫通孔２ｄを通してモータステータ８をスポット溶接することにより形成される。

＜圧縮機構４の構成＞
圧縮機構４は、図１〜３に示されるように、ブレード２２を有する揺動ピストン２１と、ブレード２２を揺動可能に支持するブッシュ２３と、シリンダ２７ａとを有している。シリンダ２７ａは、揺動ピストン２１を収納するシリンダ室２４、ブッシュ２３が回転自在に挿入されたブッシュ孔２５を有している。さらにシリンダ２７ａの端面にはフロントヘッド２７ｂ、リアヘッド２７ｃが設置され、リアヘッド２７ｃにはブッシュ孔２５に連通するブッシュ給油路２６を有している。

揺動ピストン２１は、モータ３の回転駆動力を受けてシャフト６の偏心部６ａが偏心して回転することによって、シリンダ室２４の内部で揺動し、これによって、吸入管２８から吸入されたＣＯ₂冷媒をシリンダ室２４内部で圧縮する。圧縮されたＣＯ₂冷媒は、ケーシング２の内部を通って上昇し、吐出管２９から吐出される。

フロントヘッド２７ｂは、マウンティングプレート３０にネジ止めされている。マウンティングプレート３０は、マウンティングプレート接合部３１によってケーシング２の筒状部２ａに固定されている。マウンティングプレート接合部３１は、スポット溶接により形成されている。

＜第１実施形態の特徴＞
（１）
第１実施形態の圧縮装置１０１は、複数の圧縮機Ｃ１、Ｃ２のうち油Ａの流れＦＡにおける上流側の圧縮機Ｃ１の内部圧力が、下流側の圧縮機Ｃ２の内部圧力よりも高くなるように設定されているので、油Ａの移動を確実に行うことができ、油面高さを圧縮機構４に給油できる高さ（具体的には、ブッシュ給油路２６の吸入口２６ａよりも高い位置）に確実に維持することができる。これによって、確実な油面管理が可能である。

また、油を流れやすくするために圧縮機間の均油通路３５に用いられる連結管を太くする必要がないので、連結管の製造コストを抑えることができ、製品の信頼性を確保することが可能である。また、連結管を太くしなくてよいので、圧縮機の振動が伝わりにくくなり、連結管の破損のおそれもない。

（２）
第１実施形態の圧縮装置１０１は、圧縮機Ｃ１、Ｃ２が、容量可変のインバータ圧縮機であり、内部圧力の差圧を発生させるために、上流側の圧縮機Ｃ１の回転数は、下流側の圧縮機Ｃ２の回転数よりも大きくしているので、内部圧力の差圧を発生させることが可能になり、既存のインバータ圧縮機を用いて容易かつ確実に油Ａの移動を行うことができ、油面高さを圧縮機構４に給油できる高さ（具体的には、ブッシュ給油路２６の吸入口２６ａよりも高い位置）に維持することができる。これによって、確実な油面管理が可能である。

（３）
第１実施形態の圧縮装置１０１は、冷凍サイクルを行う冷凍装置の冷媒回路に設けられており、冷媒回路に冷媒として充填されたＣＯ₂を圧縮する。

ここでは、圧縮機Ｃ１、Ｃ２は、ＣＯ₂冷媒を圧縮している。ＣＯ₂冷媒は、温暖化係数が小さく、環境に優しい製品の実現が可能である。また、ＣＯ₂冷媒は単位容積あたりの冷凍能力が高く、他の冷媒と同一能力を得るためのシリンダーは、小型化が可能で、圧縮機の小型化が可能である。

（４）
第１実施形態の圧縮装置１０１では、ＣＯ₂冷媒に混合される油Ａは、ポリアルキレングリコールであり、粘性が高く、移動しにくい性質を有しているが、圧縮機Ｃ１、Ｃ２間の内部圧力の差圧によって油Ａを確実に移動することが可能である。

＜第１実施形態の変形例＞
（Ａ）
第１実施形態では、ＣＯ２冷媒とともに用いられる冷凍機油として、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）を例に挙げて説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、従来公知のその他の冷凍機油を採用することが可能である。この場合も、圧縮機Ｃ１、Ｃ２間の内部圧力の差圧によって冷凍機油を確実に移動することが可能である。

（Ｂ）
上記第１実施形態では、圧縮機Ｃ１、Ｃ２として、容量可変のインバータ圧縮機が用いられているが、本発明はこれに限定されるものではない。

第１実施形態の変形例として、複数の圧縮機Ｃ１、Ｃ２が、一定の回転数で圧縮動作を行う高圧ドームタイプの定容量圧縮機であり、これらの定容量圧縮機Ｃ１、Ｃ２のうち、上流側の圧縮機Ｃ１の容積Ｖａが下流側の圧縮機Ｃ２の容積Ｖｂよりも大きくなるように設定すれば、圧縮機Ｃ１、Ｃ２間で内部圧力の差圧を発生させることが可能になる。これにより、既存の定容量圧縮機を用いて容易かつ確実に油Ａの移動を行うことができ、油面高さを圧縮機構４に給油できる高さ（具体的には、ブッシュ給油路２６の吸入口２６ａよりも高い位置）に維持することができる。これによって、確実な油面管理が可能である。

（Ｃ）
上記第１実施形態では、スイング式の圧縮機を備えた圧縮装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の圧縮方式、例えばローリングピストン式等の圧縮機を採用してもよい。

〔第２実施形態〕
上記第１実施形態では、通常の高圧ドームタイプの圧縮機Ｃ１、Ｃ２を２台備えた圧縮装置１０１を例にあげて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図５に示される２段の中間圧ドーム型の圧縮機５１を上流側の圧縮機Ｃ１および下流側の圧縮機Ｃ２のそれぞれに用いてもよい。

ここで、図５に示されるように、中間圧ドーム型の圧縮機５１は、冷媒を２段階に圧縮する圧縮機であり、基本構成として、ケーシング５２と、固定子５３ａおよび回転子５３ｂを有するモータ５３と、モータ５３によって駆動されるシャフト５４と、シャフト５４の回転力を利用して冷媒の圧縮を行う第１圧縮室５５（容積Ｖ１）および第２圧縮室５６（容積Ｖ２）とを備えている。第１圧縮室５５および第２圧縮室５６は、図示されない既存のスイング式またはローリングピストン式等の圧縮機構を内蔵している。ケーシング５２は、その下部の範囲に油Ａを貯める貯油空間６７を有する。

均油通路３５は、第１圧縮室５５と第２圧縮室５６との間のミドルプレート６５のブッシュ給油路６６の吸入口６６ａよりも高い位置でケーシング５２に連結されている。

中間圧ドーム型の圧縮機５１では、冷媒は、吸入管６１を通して第１圧縮室５５に導入され、第１圧縮室５５で１段目の圧縮がなされ、そののち、連通管６２を通して一旦ケーシング５２の内部に排出される。ケーシング５２の内部に排出される冷媒は、連通管６３を通して第２圧縮室５６に導入され、第２圧縮室５６で２段目の圧縮がなされ、そののち、吐出管６４を通してケーシング５２の外部に排出される。

この場合、上流側の圧縮機Ｃ１の１段側の第１圧縮室５５の容積Ｖ１に対する２段側の第２圧縮室５６の容積Ｖ２の容積比（Ｖ２／Ｖ１）は、下流側の圧縮機Ｃ２の１段側の第１圧縮室５５の容積Ｖ１に対する２段側の第２圧縮室５６の容積Ｖ２の容積比（Ｖ２'／Ｖ１'）よりも小さいようにすれば、中間圧ドーム型の圧縮機Ｃ１、Ｃ２間で内部圧力の差圧を発生させることが可能になる。これにより、既存の中間圧ドーム型の圧縮機を用いて容易かつ確実に油Ａの移動を行うことができ、油面高さを第１圧縮室５５、５６に給油できる高さ（具体的には、ミドルプレート６５のブッシュ給油路６６の吸入口６６ａよりも高い位置）維持することができる。これによって、確実な油面管理が可能である。

本発明は、複数の圧縮機が油の移動が可能な連結管で連結された圧縮装置に広く適用することが可能である。

本発明の第１実施形態に係わる高圧ドームタイプの圧縮機の縦断面図。図１の均油通路とブッシュ給油路付近の縦断面図。図１の圧縮機構の水平断面図。２種類の冷媒と油の組合せにおける差圧と流量比の関係を示すグラフ。本発明の第２実施形態に係わる中間圧ドームタイプの圧縮機の縦断面図。

符号の説明

２ケーシング
３モータ
４圧縮機構
２６ブッシュ給油路
３２貯油空間
３５均油通路
５１中間圧ドームタイプの圧縮機
１０１圧縮装置
Ｃ１、Ｃ２圧縮機

Claims

冷媒を圧縮する複数の圧縮機（Ｃ１、Ｃ２）と、
前記複数の圧縮機（Ｃ１、Ｃ２）間における油の移動を可能にする連結路（３５）と、
を備えており、
前記複数の圧縮機（Ｃ１、Ｃ２）のうち前記油の流れにおける上流側の前記圧縮機（Ｃ１）の内部圧力が、下流側の前記圧縮機（Ｃ２）の内部圧力よりも高くなるように設定される、
圧縮装置（１０１）。
前記複数の圧縮機（Ｃ１、Ｃ２）は、可変容量圧縮機であり、
上流側の前記圧縮機（Ｃ１）の回転数は、下流側の前記圧縮機（Ｃ２）の回転数よりも大きい、
請求項１に記載の圧縮装置（１０１）。
前記複数の圧縮機（Ｃ１、Ｃ２）は、定容量圧縮機であり、
上流側の前記圧縮機（Ｃ１）の容積は、下流側の前記圧縮機（Ｃ２）の容積よりも大きい、
請求項１に記載の圧縮装置（１０１）。
前記複数の圧縮機（Ｃ１、Ｃ２）は、複数の圧縮室を有する中間圧ドーム型の圧縮機であり、
上流側の前記圧縮機（Ｃ１）の１段側の圧縮室の容積に対する２段側の圧縮室の容積の容積比は、下流側の前記圧縮機（Ｃ２）の１段側の圧縮室の容積に対する２段側の圧縮室の容積の容積比よりも小さい、
請求項１に記載の圧縮装置（１０１）。
冷凍サイクルを行う冷凍装置の冷媒回路に設けられ、冷媒回路に冷媒として充填されたＣＯ₂を圧縮する、
請求項１から４のいずれかに記載の圧縮装置（１０１）。
前記ＣＯ₂冷媒に混合される油は、ポリアルキレングリコールである、
請求項５に記載の圧縮装置（１０１）。