JP2008163782A - 密閉型冷媒圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、簡易、かつ安価な撹拌機構を備えることで、冷凍機油中に溶解する冷媒量を確実に低減できる密閉型冷媒圧縮機を得る。
【解決手段】密閉容器２と、密閉容器２内の上部側に配設されたモータ４と、密閉容器２内のモータ４の下部側に配設され、モータ４によって駆動される回転軸３１の回転により作動する圧縮機構部３と、密閉容器２の底部に形成され、冷凍機油６を貯留する油溜め部５と、を備えている。回転板８が回転軸３１の他端に固着され、回転軸３１の回転により油溜め部５に貯留されている冷凍機油６を撹拌する。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化水素冷媒などの可燃性冷媒を用いる冷凍空調装置に適用される密閉型冷媒圧縮機に関し、特に装置に封入する冷媒量を低減する技術に関するものである。

現在、例えば空調装置に利用されているＲ４１０Ａ冷媒などのハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）冷媒は、地球温暖化係数が高い。そこで、地球温暖化係数の低い炭化水素冷媒の採用が検討されている。しかし、炭化水素冷媒は、可燃性を有することから、装置からの漏洩などによる爆発などを未然に防止し、安全性を確保する必要がある。
このことから、装置に封入する冷媒量を極力少なくする必要があるが、この種の冷媒は冷凍機油中にも多く溶解している。冷凍機油中に溶解している冷媒は、冷媒としての役割を果たしていないので、油中溶解冷媒量も、極力少なくする必要がある。

このような状況に鑑み、油中溶解冷媒量、あるいは封入冷媒量を低減させるために、例えば、冷凍機油に冷媒との相溶性の低い油を用いる方法（例えば、特許文献１参照）、圧縮機に油分離部を設け、圧縮機から冷媒回路に持ち出される油量を低減する方法（例えば、特許文献２参照）、圧縮機の運転中に圧縮機内の冷凍機油を加熱して、冷凍機油内に溶解している冷媒を追い出す方法（例えば、特許文献３参照）などが提案されている。

特開平１１−３４９９７０号公報 特開平１１−１１８２７１号公報 特開平１１−２９４８７７号公報

まず、特許文献１に記載されているように、冷凍機油に冷媒との相溶性の低い油を用いた場合、冷凍機油が冷媒回路内に滞留しやすくなるので、冷凍機油の圧縮機への返油が大きな問題となる。この問題を解決するためには、圧縮機への返油を確実に行わせる機構や制御が新たに必要となる。

また、特許文献２に記載されているように、冷凍機油の冷媒回路への持ち出しを抑えて、圧縮機への冷凍機油の油量を低減する場合、冷凍機油の持ち出しを抑える油分離部が必要となる。さらに、起動時などの冷凍機油が持ち出されやすい条件でも、常に圧縮機内の油の枯渇を防止できるように、より信頼性の高い油分離部が必要となる。

また、特許文献３に記載されているように、圧縮機内の冷凍機油を加熱して溶解している冷媒を追い出す場合、ヒータが必要となる。また、運転中、常時ヒータに通電していなければならず、余分な動力が必要となり、省エネ性が低下してしまう。特許文献３には、ヒータに代えて、油溜め部内の冷凍機油をモータなどの発熱機構部に導いて、冷凍機油を加熱する方法も記載されている。しかし、冷凍機油と発熱機構部の熱とを熱交換させるための流路機構が必要となる。また、圧縮機が高圧シェル方式（圧縮機の密閉容器内部が吐出圧力雰囲気となる方式）の場合には、冷凍機油の温度もある程度高いため、発熱機構部の熱と熱交換させて冷凍機油の温度を上昇させる効果は小さいので、冷凍機油中に溶解している冷媒を十分に低減させることができるとは言い難い。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、冷凍機油中に溶解している冷媒は、撹拌によって外乱が加わると、静的な状態を保てず、追い出されることに着目し、簡易、かつ安価な撹拌機構を備えることで、冷凍機油中に溶解する冷媒量を確実に低減できる密閉型冷媒圧縮機を得ることを目的としている。

この発明による密閉型冷媒圧縮機は、密閉容器と、上記密閉容器内の上部側に配設されたモータと、上記密閉容器内の上記モータの下部側に配設され、該モータによって駆動される回転軸の回転により作動する圧縮機構部と、上記密閉容器の底部に形成され、冷凍機油を貯留する油溜め部と、を備え、冷媒として可燃性冷媒を用い、上記回転軸の回転により上記油溜め部に貯留されている上記冷凍機油を撹拌する攪拌機構部を備えている。

この発明によれば、運転中、攪拌機構部がモータの回転によって作動して油溜め部に貯留されている冷凍機油を撹拌する。これにより、冷凍機油内に溶解している冷媒は、撹拌によって外乱が加わり、静的な状態を保てず、冷凍機油から追い出される。この結果、冷凍機油内に溶解している冷媒量が低減され、装置に封入される冷媒量が低減され、冷媒の漏洩時の安全性が向上される。また、撹拌機構部がモータの回転力により作動するので、撹拌機構部の動力源を新たに設ける必要が無く、撹拌機構部を簡易、かつ安価に構築できる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る密閉型冷媒圧縮機の構成を示す断面図である。

図１において、密閉型冷媒圧縮機１は、縦型の密閉容器２を備えている。そして、圧縮機構部３が密閉容器２内の下部側に配設され、圧縮機構部３を駆動するモータ４が密閉容器２内の圧縮機構部３の上方に配設されている。圧縮機構部３のさらに下方には、冷凍機油６を貯留するため油溜め部５が形成されている。

モータ４は、リング状に形成されたステータ４１と、このステータ４１の内部で回転し得るように支持されたロータ４２とから構成されている。
回転軸３１は、その一端がロータ４２の軸心位置に穿設された孔に挿入固定され、その延出部が軸受３２，３３により軸支されている。ローリングピストン３４が回転軸３１の偏心部３１ａに嵌着され、シリンダ３５内に回転自在に配設されている。ベーン３６は、ローリングピストン３４の回転に連動して、ローリングピストン３４およびシリンダ３５に対して摺動し、シリンダ３５内を低圧室と高圧室とに仕切る。ここで、回転軸３１、軸受３２，３３、ローリングピストン３４、シリンダ３５およびベーン３６により圧縮機構部３が構成されている。

冷凍機油６を軸受３２，３３および摺動部に供給するオイルポンプ７が、下端を油溜め部５内に貯留されている冷凍機油６内に浸漬されて、回転軸３１に取り付けられている。撹拌機構部としての回転板８は、筒状のフランジ部８ａと、フランジ部８ａから径方向外方に延設された平らな円板状の基部８ｂと、を備えている。この回転板８は、フランジ部８ａを回転軸３１の他端に外嵌状態に装着、固定して取り付けられ、油溜め部５内に貯留されている冷凍機油６内に浸漬されている。
吸入管９がマフラー１０を介して密閉容器２の側面に取り付けられ、吐出管１１が密閉容器２の上部に取り付けられている。さらに、電力を供給するためのガラス端子１２が密閉容器２の上部に設けられている。

このように構成された密閉型冷媒圧縮機１は、図示していないが、配管により凝縮器、膨張機構および蒸発器に順次接続されて、冷媒回路が構成される。この冷媒回路には、地球温暖化係数の低い、プロパン、イソブタンなどの炭化水素冷媒が封入されている。

つぎに、この密閉型冷媒圧縮機１の動作について説明する。
電力がガラス端子１２からモータ４に供給され、モータ４が駆動される。これにより、回転軸３１が回転し、冷媒が吸入管９から圧縮機構部３内に吸入される。圧縮機構部３内に吸入された冷媒は、圧縮機構部３内で圧縮され、密閉容器２内に吐出される。密閉容器２内に吐出された冷媒は、モータ４を冷却しながら上方に導かれ、吐出管１１から密閉型冷媒圧縮機１外に吐出される。密閉型冷媒圧縮機１から吐出された冷媒は、凝縮器、膨張機構および蒸発器を経て、再び吸入管９から密閉型冷媒圧縮機１に吸入される。

この動作中、回転板８が回転軸３１の回転に連動して回転し、油溜め部５内の冷凍機油６は撹拌され、オイルポンプ７によって回転軸３１の下端から取り込まれて、直接、軸受３２，３３および摺動部に供給される。ここで、冷凍機油６内には、冷凍機油６の温度、油溜め部５の圧力に応じた量の冷媒が溶解している。そして、油溜め部５内の冷凍機油６が撹拌された状態では、冷凍機油６内に溶解している冷媒は静的に安定状態を保てず、冷凍機油６から追い出される。そして、撹拌力が大きいほど、即ち回転数が大きいほど、回転板８の径が大きいほど、冷凍機油６から追い出される冷媒量が多くなる。この結果、運転中に冷凍機油６内に溶解する冷媒量が少なくなり、初期的に冷媒回路に封入する冷媒量を少なくできる。

このように、実施の形態１によれば、油溜め部５を密閉容器２の圧縮機構部３の下部に設け、モータ４により駆動される回転軸３１と連結した回転板８を油溜め部５内に貯留する冷凍機油６内に配設している。これにより、運転中に、油溜め部５内に貯留している冷凍機油６が撹拌され、冷凍機油６内に溶解している冷媒が冷凍機油６から追い出される。そこで、初期的に冷媒回路に封入する冷媒量を少なくでき、冷媒漏洩時の危険性を低くすることができる。

運転中に、油溜め部５内に貯留している冷凍機油６を撹拌して、冷凍機油６内に溶解している冷媒を追い出しているので、冷凍機油として冷媒との相溶性の高い油を用いても、冷媒回路に封入される冷媒量を少なくできる。また、冷凍機油として冷媒に対して相溶性の低い油を用いる必要がないので、圧縮機の起動時や高周波運転の場合などに、圧縮機内の冷凍機油が多量に持ち出されて、冷凍機油が枯渇するという不具合もない。さらに、相溶性の低い冷凍機油を用いた場合に必要な油分離部などの機器も不要となる。

地球温暖化係数の低い炭化水素冷媒を用いているので、地球温暖化現象に大きな影響を与えない圧縮機が得られる。
回転板８を駆動する新たな動力も必要が無く、簡易な、かつ安価な機構で、冷凍機油６の撹拌機構部を実現できる。また、攪拌機構部が回転板８で構成されているので、攪拌機構部を安価に作製できる。

ここで、密閉型冷媒圧縮機１は、密閉容器２内が吐出圧力となる、いわゆる高圧シェル方式の圧縮機である。冷凍機油６に溶解する冷媒量は、圧力が高くなるほど多くなるため、密閉容器内が吸入圧力となる、いわゆる低圧シェル方式の圧縮機に比べて、高圧シェル方式の圧縮機の方が、冷凍機油６内に溶解する冷媒量が多くなる。従って、本発明は、高圧シェル方式の圧縮機に適用すれば、封入冷媒量を低減できる効果が顕著となる。なお、本発明は、低圧シェル方式の圧縮機に適用しても、封入冷媒量を低減できる効果が得られることは言うまでもないことである。

冷凍機油６の種類については、特に限定されず、どの冷凍機油を用いても良い。
また、冷凍機油の撹拌による冷媒の追い出し効果は、冷凍機油内に溶解する冷媒量が多いほど大きい。そこで、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油、アルキルベンゼン油またはこれらの混合油などの冷媒との相溶性の高い冷凍機油を用いた場合には、冷凍機油の撹拌による冷媒の追い出し効果が顕著となる。さらに、冷媒との相溶性の高い油を冷凍機油に用いても、運転中に、冷凍機油を撹拌して溶解している冷媒を追い出すので、冷媒が冷凍機油に溶解しすぎて、冷凍機油の粘度が低下し、潤滑性が確保できなくなるという不具合を未然に防止できる。

なお、上記実施の形態１では、回転板８の基部８ｂが平らな円板に形成されているものとしているが、回転板は冷凍機油を撹拌できれば良く、例えば基部を表面が波状の円板に形成しても良い。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２に係る密閉型冷媒圧縮機の構成を示す断面図、図３はこの発明の実施の形態２に係る密閉型冷媒圧縮機に適用される回転板の構成を説明する図であり、図３の（ａ）は平面図、図３の（ｂ）は側面図である。

図２および図３において、回転板８Ａは、筒状のフランジ部８ａと、フランジ部８ａから径方向外方に延設された平らな円板状の基部８ｂと、基部８ｂの両面に放射状に、かつ垂直に立設された羽根部８ｃと、を備えている。この回転板８Ａは、フランジ部８ａを回転軸３１の他端に外嵌状態に装着、固着して取り付けられ、油溜め部５内に貯留されている冷凍機油６内に浸漬されている。なお、密閉型冷媒圧縮機１Ａは、回転板８に代えて回転板８Ａを用いている点を除いて、実施の形態１による密閉型冷媒圧縮機１と同様に構成されている。

このように構成された密閉型冷媒圧縮機１Ａでは、回転板８Ａが回転軸３１の回転と連動して回転し、油溜め部５内に貯留されている冷凍機油６が撹拌される。
従って、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、羽根部８ｃが基部８ｂの両面に放射状に立設されているので、羽根部８ｃの回転方向の面が冷凍機油６を押して、大きな撹拌力が得られる。これにより、冷凍機油６から追い出される冷媒量が増加し、初期に冷媒回路に封入する冷媒量を、上記実施の形態１に比べて、さらに少なくできる。

なお、上記実施の形態２では、羽根部８ｃが基部８ｂの両面に形成されているものとしているが、羽根部は基部の両面に形成される必要はなく、基部の一方の面に形成されていればよい。また、羽根部８ｃは基部８ｂの表面に放射状に形成されているものとしているが、羽根部は、基部の径方向に対して所定の角度を有するように傾斜させてもよいし、円弧状に曲げてもよい。さらに、羽根部８ｃは、周方向に等角ピッチで形成されているものとしているが、羽根部は必ずしも等角ピッチに形成されている必要なく、羽根部の個数も特に限定されない。さらに、基部８ｂは平らな平板に形成されているものとしているが、基部を表面が波状の円板に形成してもよい。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３に係る密閉型冷媒圧縮機に適用される回転板の構成を説明する図であり、図４の（ａ）は平面図、図４の（ｂ）は側面図である。

図４において、回転板８Ｂは、筒状のフランジ部８ａと、フランジ部８ａから径方向外方に延設された平らな円板状の基部８ｂと、基部８ｂの外周壁面から周方向に等角ピッチで、かつ径方向外側に延設された羽根部８ｄと、を備えている。この回転板８Ｂは、図示していないが、フランジ部８ａを回転軸３１の他端に外嵌状態に装着、固着して取り付けられ、油溜め部５内に貯留されている冷凍機油６内に浸漬される。

このように構成された密閉型冷媒圧縮機では、回転板８Ｂが回転軸３１の回転と連動して回転し、油溜め部５内に貯留されている冷凍機油６が撹拌される。そして、羽根部８ｄが基部８ｂの外周壁面に周方向に等角ピッチで、かつ径方向外方に延設されているので、羽根部８ｄの回転方向の面が冷凍機油６を押して、大きな撹拌力が得られる。
従って、この実施の形態３においても、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。

なお、上記実施の形態３では、羽根部８ｄは、周方向に等角ピッチで形成されているものとしているが、羽根部は必ずしも等角ピッチに形成されている必要なく、羽根部の個数も特に限定されない。

この発明の実施の形態１に係る密閉型冷媒圧縮機の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係る密閉型冷媒圧縮機の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係る密閉型冷媒圧縮機に適用される回転板の構成を説明する図である。 この発明の実施の形態３に係る密閉型冷媒圧縮機に適用される回転板の構成を説明する図である。

符号の説明

２ 密閉容器、３ 圧縮機構部、４ モータ、５ 油溜め部、６ 冷凍機油、８，８Ａ，８Ｂ 回転板（撹拌機構部）、８ａ フランジ部、８ｂ 基部、８ｃ，８ｄ 羽根部、３１ 回転軸。

Claims (7)

1. 密閉容器と、上記密閉容器内の上部側に配設されたモータと、上記密閉容器内の上記モータの下部側に配設され、該モータによって駆動される回転軸の回転により作動する圧縮機構部と、上記密閉容器の底部に形成され、冷凍機油を貯留する油溜め部と、を備え、冷媒として可燃性冷媒を用いる密閉型冷媒圧縮機において、
   上記回転軸の回転により上記油溜め部に貯留されている上記冷凍機油を撹拌する攪拌機構部を備えていることを特徴とする密閉型冷媒圧縮機。
2. 上記撹拌機構部は、上記回転軸に取り付けられた回転板であることを特徴とする請求項１記載の密閉型冷媒圧縮機。
3. 上記回転板は、上記回転軸の径方向外方に延在する円板状の基部と、上記基部の少なくとも一面に立設された羽根部と、を備えていることを特徴とする請求項２記載の密閉型冷媒圧縮機。
4. 上記回転板は、上記回転軸の径方向外方に延在する円板状の基部と、上記基部の外周壁面から径方向外方に延設された羽根部と、を備えていることを特徴とする請求項２記載の密閉型冷媒圧縮機。
5. 上記冷凍機油は、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油、アルキルベンゼン油またはこれらの混合油であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の密閉型冷媒圧縮機。
6. 上記密閉容器の底部の圧力が、吐出圧力雰囲気であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の密閉型冷媒圧縮機。
7. 上記可燃性冷媒は、炭化水素冷媒であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の密閉型冷媒圧縮機。

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