JP2010053779A

JP2010053779A - 密閉型圧縮機およびこれを用いた冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP2010053779A
Application number: JP2008219882A
Authority: JP
Inventors: Kazu Takashima; 和高島; Hisataka Kato; 久尊加藤; Toshikimi Aoki; 俊公青木; Koji Satodate; 康治里舘
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Carrier Japan Corp
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2010-03-11
Anticipated expiration: 2028-08-28
Also published as: JP5288457B2

Abstract

【課題】油面検知に連通管を用いても、油面検出精度の向上を図ることができる密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】本密閉型圧縮機４ａは、底部に冷凍機油を貯留した密閉容器４０ａ内の上部に電動機部４Ａａを収容するとともに、密閉容器内の下部に電動機部と回転軸を介して連結された圧縮機構部４Ｂａとを収容し、密閉容器の側面に油面検知用の連通管４１ａを備え、密閉容器の内壁面を流下する冷凍機油及び冷媒に混入して飛散している冷凍機油が連通管の開口部に直接導かれるのを防止する防止手段を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は密閉型圧縮機およびこれを用いた冷凍サイクル装置に係り、特に冷凍機油の油面を検知する連通管の取付構造を改良した密閉型圧縮機およびこれを用いた冷凍サイクル装置に関する。

従来、高圧型の密閉圧縮機は、密閉容器で被われ、密閉容器内には冷凍機油が充填される。この冷凍機油は、圧縮機が冷媒を吸込んで吐出するのに伴い、一部が冷媒と共に冷凍サイクル中に流出するため、圧縮機において潤滑油不足を生じることがある。

そこで、密閉容器の側面に油面検知用の連通管を接続し、この連通管を用いて油面高さ検出を行い、油面が低い状態を検出した場合に冷凍サイクルから冷凍機油を供給する制御を行って、機械的なスイッチを用いることなく的確に油面の検知を行っている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に記載の圧縮機は、連通管はシリンダ上面と同じ高さに配置していたため、タイムラグが生ずることがあり、このタイムラグが大きいと油供給が間に合わずに限界油面を下回ることがあった。

また、連通管の開口部の鉛直方向上部にステータ外周切欠部が位置し、さらに、連通管の開口部は水平方向・圧縮機中心軸を向き、マフラーの吐出ガス出口は圧縮機中心軸周りに円環上に設けられており連通管とできるだけ離間させるような配慮はなされていない。また、連通管の開口部周辺にはカバー等は設置されていない。

さらに、シリンダよりも上のモータ下部空間の雰囲気は、ロータ回転による旋回流や、マフラー出口からの吐出ガス等に加え、モータ上部空間で冷媒と分離された冷凍機油がステータ外周切欠を通って落下してくるため、特に高Ｈｚ運転時は冷媒・油が混合一体となった乱流状態であり、油面判別が困難なことがある。

一方、シリンダより下の空間は、シリンダ自体が壁となり、シリンダ上よりも相対的に油面が安定している。
特開２００２−２４２８３３号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、油面検知に連通管を用いても、油面検出精度の向上を図ることができる密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

また、油面検知に連通管を用いても、油面検出精度の向上を図ることができる密閉型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る密閉型圧縮機は、底部に冷凍機油を貯留した密閉容器内の上部に電動機部を収容するとともに、前記密閉容器内の下部に前記電動機部と回転軸を介して連結された圧縮機構部とを収容し、前記密閉容器の側面に油面検知用の連通管を接続した密閉型圧縮機において、前記密閉容器の内壁面を流下する冷凍機油及び冷媒に混入して飛散している冷凍機油が前記連通管の開口部に直接導かれるのを防止する防止手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記密閉型圧縮機を用いたことを特徴とする。

本発明に係る密閉型圧縮機によれば、油面検知に連通管を用いても、油面検出精度の向上を図ることができる密閉型圧縮機を提供することができる。

また、本発明に係る密閉型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置によれば、油面検知に連通管を用いても、油面検出精度の向上を図ることができる密閉型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る密閉型圧縮機およびこれを用いた冷凍サイクル装置について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１実施形態に係る密閉型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置の概念図であり、図２は本発明の第１実施形態に係る密閉型圧縮機の縦断面図である。

図１に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置１が組込まれた空気調和装置Ａは、室外ユニット２と室内ユニット３を接続してなる。

室外ユニット２は、並列に接続された同一構造を有する２台の圧縮機４ａ、４ｂ、油分離器７、四方弁９、室外熱交換器１０、アキュムレータ１６、室外ファン２０等により構成され、室内ユニット３は、電子膨張弁１３、室内熱交換器１４、室内用送風ファン３０等により構成されており、さらに、室内ユニット２及び室外ユニット３は、液管１２とガス管１５により接続されている。

図２は一方の圧縮機４ａの縦断面図であり、圧縮機４ａ、４ｂは同一構造であるので、他方の圧縮機４ｂの説明は省略する。

図２に示すように、圧縮機４ａは、ツインタイプのロータリー式圧縮機であり、インバータ装置（図示せず）により可変回転数で駆動し、密閉容器４０ａを備え、その底部４０ａ_１に冷凍機油を貯留したその上部に電動機部４Ａａを収容するとともに、密閉容器４０ａの下部に電動機部４Ａａと回転軸４Ｃａを介して連結された圧縮機構部４Ｂａとを収容する。

さらに、圧縮機４ａの冷媒吐出口に吐出管５ａが接続され、吐出管５ａが高圧側配管６に接続される。

吐出管５ａ、５ｂには、逆止弁５１ａ、５１ｂが設けられる。また、圧縮機４ａ、４ｂの冷媒吸込口に吸込管１８ａ、１８ｂが接続され、これら吸込管１８ａ、１８ｂが低圧側配管１７に接続され、吸込管１８ａ、１８ｂには、サクションカップ１９ａ、１９ｂが接続される。

圧縮機４ａの密閉容器４０ａの所定高さ位置には、油面検知用の連通管４１ａの開口部４１ａ_２を備えた一端部４１ａ_１が接続される。

連通管４１ａは、上方から下方に延び、途中で曲折し、一端部４１ａ_１はその開口面積が連通管４１ａの開口面積よりも小さく形成される。

また、この一端部４１ａ_１は、圧縮機４ａの電動機部４Ａａの固定子４１Ａａ_１の下端と、電動機部４Ａａにより駆動される圧縮機構部４Ｂａのシリンダ４Ｂａ_１間に位置して、開口部４１ａ_２が開口される。

さらに、開口部４１ａ_２に対向し、離間近接して、冷凍機油が直接導かれるのを防止する防止手段としてのカバー部材２１ａが密閉容器４０ａに固着されて設けられる。

図３に示すように、カバー部材２１ａは、正面視長方形状をなし、前面および裏面が密閉容器４０ａの曲率を同じ曲率の円弧状をなした略直方体であり、カバー部材２１ａには図中、点線および網掛けで示すように、左側および底部が開放された略直方体状の空間部２１ａ_１が形成される。この空間部２１ａ_１に開口部４１ａ_２が対向して開口する。また、カバー部材２１ａは、固定子一端部４Ａａ_１（図２）の外周切欠４Ａａ_３の真下に位置する。

図中カバー部材２１ａの右側および上側は閉塞され、左側および下側の大部分は開放され、回転子４Ａａ_２の回転により生じる冷媒の流れに対向し、冷媒の開口部４１ａ_２への流れを阻止する。

連通管４１ａの端部近傍にはガイド管４８ａが固着され、連通管４１ａは補強され、搬送時や封止時に連通管４１ａに力を加えても問題ない。

再び、図１に示すように、連通管４１ａ、４１ｂの油流出方向に逆止弁４２ａ、４２ｂ及び第１減圧手段例えばキャピラリチューブ４３ａ、４３ｂが設けられる。このキャピラリチューブ４３ａ、４３ｂの開口面積に比べて、開口部４１ａ_２（図２）の開口面積は大きくなっている。これにより、開口部４１ａ_２が抵抗になるのが回避されて、均油回路への油の流れ特性を向上させることができる。

このキャピラリチューブ４３ａ、４３ｂの下流側には、第１温度検出センサＴ１ａ、Ｔ１ｂが設けられている。連通管４１ａ、４１ｂの他端には、気液分離の機能を兼ねたオイルタンク６０が接続され、連通管４１ａ、４１ｂはオイルタンク６０において集合している。オイルタンク６０は、連通管４１ａ、４１ｂから流れてきた余剰分の冷凍機油を一時的に蓄え、気体と液体とを分離する。オイルタンク６０の所定高さに均油管４５が接続され、この均油管４５のオイルタンク６０付近には、第２温度検出センサＴ２が設けられている。均油管４５は、途中で均油分管４５ａ、４５ｂに分岐し、この均油分管４５ａ、４５ｂが各吸込管１８ａ、１８ｂに接続される。均油分管４５ａ、４５ｂには、第２減圧手段例えばキャピラリチューブ４６ａ、４６ｂがそれぞれ設けられる。

さらに、オイルタンク６０と高圧側配管６との間にバイパス管４７が接続される。バイパス管４７には第３減圧手段例えばキャピラリチューブ４８が設けられ、このキャピラリチューブ４８の下流側には第３温度検出センサＴ３が設けられる。

第１減圧手段としてのキャピラリチューブ４３ａ、４３ｂは、その抵抗が、第２減圧手段としてのキャピラリチューブ４６ａ、４６ｂの抵抗よりも大きく設けられる。これによりオイルタンク６０内の冷凍機油は、第１連通管４１ａ、４１ｂから均油分管４５ａ、４５ｂへ引っ張られ、逆流することがない。

また、油分離器７と均油管４５の間には、油戻管７１、７２が並列に接続される。油戻管７１は、その一端が油分離器７の所定高さ位置に接続され、キャピラリチューブ７３が設けられている。油戻管７１の接続位置より上方に溜まった油分離器７内の冷凍機油は、油戻管７１に流入し、キャピラリチューブ７４を介して均油管４５に流入する。この均油管４５に流入した潤滑油は、均油分管４５ａ、４５ｂに分流され、キャピラリチューブ４６ａ、４６ｂを介して各吸込管１８ａ、１８ｂに流入し、冷凍サイクルを循環した冷媒と共に圧縮機４ａ、４ｂに吸込まれる。

一方、油戻管７２は、その一端が油分離器７の下部に接続され、開閉弁７４が設けられている。なお、密閉容器４０ａ、４０ｂに収容される冷凍機油の量は、規定油封入量高さＬ１（図２）と限界油面（上部シリンダが一部油に浸る高さ）Ｌ２によって設定される。

また、吐出管５ａ、５ｂには共通の高圧側配管６が接続され、さらに、この高圧側配管６には油分離器７が接続され、この油分離器７には冷媒流出管８、四方弁９を介して室外熱交換器１０が接続されている。この室外熱交換器１０は受液器１１、パックドバルブ２２ａ、液管１２、パックドバルブ２２ｃ、室内ユニット３に設けられた電子膨張弁１３を介して室内熱交換器１４に接続され、さらに、パックドバルブ２２ｄ、ガス管１５、パックドバルブ２２ｂを順に介して室外ユニット２に接続されている。

なお、図中符号４Ｄａは回転軸４Ｃａを支持する主軸受であり、符号４Ｅａは副軸受であり、符号４Ｆａはマフラーである。

次に第１実施形態の密閉型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置の動作について説明する。

図１に示すような冷凍サイクル装置１の圧縮機４ａ、４ｂが運転されると、冷媒は、吐出管５ａ、５ｂを介して高圧側配管６に流れ、その高圧側配管６により油分離器７に供給される。油分離器７は、冷媒と冷凍機油を分離し、この油分離器７内の冷媒は、冷媒流出管８に流れ、冷媒流出管８から四方弁９に流れる。冷房運転時、冷媒は、四方弁９を通って室外熱交換器１０に流れ、この室外熱交換器１０で室外空気と熱交換して凝縮（液化）する。

室外熱交換器１０を経た冷媒は、パックドバルブ２２ａ、液管１２、パックドバルブ２２ｂを順に介して室内ユニット３に流れる。室内ユニット３に流れた冷媒は、電子膨張弁１３を通って室内熱交換器１４に流れ、この室内熱交換器１４で室内空気と熱交換して気化する。室内熱交換器１４を経た冷媒は、パックドバルブ２２ｄ、ガス管１５、パックドバルブ２２ｂを順に介して室外ユニット２に流れる。

室外ユニット２に流れた冷媒は、四方弁９を通ってアキュムレータ１６に流れ、低圧側配管１７から吸込管１８ａ、１８ｂを通って各圧縮機４ａ、４ｂに吸込まれる。

暖房運転時は、四方弁９を切り換えることにより、冷媒は上記とは逆方向に流れる。

上記のような圧縮機４ａ、４ｂによる冷媒圧縮過程において、油面検知は、次のようにして行われる。

例えば、各室外ユニットの圧縮機４ａ、４ｂは運転されており、これら圧縮機４ａ、４ｂの密閉容器４０ａ、４０ｂ内油面が適正であれば、連通管４１ａ、４１ｂに冷凍機油が流入し、オイルタンク６０は適正油量が維持され、均油管４５に冷凍機油が流入する。圧縮機４ａ、４ｂの密閉容器４０ａ、４０ｂ内油面が低下していれば、連通管４１ａ、４１ｂには冷媒が流入し、オイルタンク６０の油面も低下するので均油管４５に冷媒が流入する。それぞれの管の温度を比べた場合、各管の抵抗が等しければ、冷凍機油が流入する管は温度が高く、冷媒が流入する管は温度が低く検出される。

連通管４１ａ、４１ｂには第１温度検出センサＴ１ａ、Ｔ１ｂが設けられ、均油管４５には第２温度検出センサＴ２が設けられ、バイパス管４７には第３温度センサＴ３が設けられている。これら各温度検出センサＴ１ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ２、Ｔ３で検出された温度差を比較することによって油面を検出できる。これら各温度検出センサＴ１ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ２、Ｔ３のデータを室外ユニット制御部（図示せず）が処理し、各弁の開閉を制御して均油を行う。

さらに、圧縮機４ａ、４ｂによる冷媒圧縮過程において、圧縮機４ａ、４ｂの密閉容器４０ａ、４０ｂ内油面がそれぞれ連通管４１ａ、４１ｂの接続位置よりも高い場合（冷凍機油が足りている場合）には、その接続位置を越えている分の冷凍機油が、余剰分として連通管４１ａ、４１ｂに流入する。

連通管４１ａ、４１ｂに流入した冷凍機油は、キャピラリチューブ４３ａ、４３ｂを介してオイルタンク６０に流入する。また、オイルタンク６０には、バイパス管４７により微量の吐出ガスが流入する。オイルタンク６０に流入した冷凍機油は、このオイルタンク６０内において、微量吐出ガスによる圧力と、低圧側の吸引力により、均油分管４５ａ、４５ｂに分流し、キャピラリチューブ４６ａ、４６ｂを介して吸込管１８ａ、１８ｂに流入する。吸込管１８ａ、１８ｂに流入した冷凍機油は、冷凍サイクル装置１中を循環した冷媒と共に圧縮機４ａ、４ｂに吸込まれる。

また、圧縮機４ａの密閉容器４０ａ内油面が、連通管４１ａの接続位置よりも高く、圧縮機４ｂの密閉容器４０ｂ内油面が連通管４１ｂの接続位置よりも低いというように、各圧縮機４ａ、４ｂの密閉容器４０ａ、４０ｂ内油面に偏りが生じる場合（冷凍機油が不足している場合）がある。この場合、圧縮機４ａに接続されている連通管４１ａには冷凍機油が流入し、圧縮機４ｂに接続されている連通４ｂには高圧の冷媒ガスが流入するが、これら流入した冷凍機油及び冷媒ガスはオイルタンク６０で合流し、このオイルタンク６０内において、冷媒と冷凍機油に分離され、オイルタンク６０から流出する際に混合状態となって均油管４５に流入する。この均油管４５に流入した混合状態の冷凍機油及び冷媒は、キャピラリチューブ４６ａ、４６ｂの抵抗作用によって均油分管４５ａ、４５ｂに均等に分流する。この分流により油量の多い側の圧縮機４ａから油量の少ない側の圧縮機４ｂへと冷凍機油が移動するようになり、圧縮機４ａ、４ｂの密閉容器４０ａ、４０ｂ内油面が迅速にバランスする。

一方、圧縮機４ａ、４ｂの運転により、吐出管５ａ、５ｂから冷媒と共に吐出した冷凍機油は、高圧側配管６を介して油分離器７に流入する。油分離器７において、冷凍機油は冷媒と分離され、油戻管７１の接続位置を越えた分の冷凍機油が油戻管７１に流入し、均油管４５において上記均油回路と合流して各圧縮機４ａ、４ｂに戻される。

圧縮機４ａ、４ｂの密閉容器４０ａ、４０ｂ内油面が両方とも低下した場合は、油戻管７２に設けられた開閉弁７４を開けることによって、油分離器７内の冷凍機油を均油管４５に流入させて各圧縮機４ａ、４ｂに戻す。圧縮機４ａ、４ｂに冷凍機油の不足が生じても、連通管４１ａ、４１ｂの働きで、圧縮機４ａ、４ｂの冷凍機油は足りた状態に復帰し、略均一に保たれる。

上記のような連通管４１ａ、４１ｂによる油均一過程において、図３に示すように、連通管４１ａの開口部４１ａ_２は、カバー部材２１ａによって被われているので、回転子４Ａａ_２の回転により生じた冷媒の直接開口部４１ａ_２への流れは阻止され、さらに、密閉容器４０ａの内壁面を流下する冷凍機油及び冷媒に混入して飛散している冷凍機油が、開口部４１ａ_２に直接導かれて、連通管４１ａ、４１ｂ内に流入するのが防止され、油面検知精度が向上する。

本第１実施形態の密閉型圧縮機によれば、油面検知に連通管を用いても、油面検出精度の向上を図ることができる密閉型圧縮機が実現する。

また、本第１実施形態の密閉型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置によれば、油面検知に連通管を用いても、油面検出精度の向上を図ることができる密閉型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置が実現する。

また、第１実施形態のカバー部材の変形例について説明する。

本変形例は、第１実施形態のカバー部材が一側と下側を開放するのに対して、カバー部材の下側のみを開放する。

例えば、図４に示すように、本変形例のカバー部材２１ａは、連通管４１ａの開口部４１ａ_２に対向して、カバー部材２１ａの底部のみが開放された略直方体状の空間部２１ａ１が形成され、この空間部２１ａ_１に開口部４１ａ_２が対向して開口する。

これにより、第１実施形態のカバー部材と同様の効果が得られる。

また、本発明の第２実施形態に係る密閉型圧縮機について説明する。

本第２実施形態は、第１実施形態が別個のカバー部材を密閉容器に固着するのに対して、圧縮機構部を密閉容器に固定するフレームで兼用する。

例えば、図５に示すように、第２実施形態に係る密閉型圧縮機４ａは、圧縮機構部４Ｂａを密閉容器４０ａに固定するフレーム４Ｇａを備え、このフレーム４Ｇａには、連通管４１ａの開口部４１ａ_２に対向して空間凹部２１ａ_１が形成される。

これにより、冷媒が直接開口部４１ａ_２への流れは阻止され、さらに、密閉容器４０ａの内壁面を流下する冷凍機油及び冷媒に混入して飛散している冷凍機油が、開口部４１ａ_２に直接導かれて、連通管４１ａ内に流入するのが防止され、油面検知精度が向上する。また、別個の部材を用いることがないので、経済的である。

また、本発明の第３実施形態に係る密閉型圧縮機について説明する。

本第３実施形態は、第１実施形態が防止手段としてカバー部材を用いるのに対して、連通管の開口部の位置を、固定子に設けた外周切欠の範囲から外すことで構成する。

例えば、図６に示すように、第３実施形態の密閉型圧縮機４ａに設け連通管４１ａの開口部４１ａ_２の位置は、固定子４Ａａ_１に設けた複数の外周切欠４Ａａ_３の範囲から外す。

さらに、図７に示すように、開口部４１ａ_２を下方に向けるか、図８に示すように、連通管４１ａの端部を閉塞し、端部近傍に下方に開口する開口部４１ａ_２を設けるようにしてもよい。

また、本発明の第４実施形態に係る密閉型圧縮機について説明する。

本第４実施形態は、第１実施形態が防止手段としてカバー部材を用いるのに対して、連通管の開口部の位置からマフラーに設けた吐出ガス出口までの距離を最大限にする。

例えば、図９に示すように、第４実施形態の密閉型圧縮機４ａに設け連通管４１ａの開口部４１ａ_２の位置から最も離れたマフラー４Ｆａの上に吐出ガス出口４Ｆａ_１を設ける。

これにより、冷媒が直接開口部４１ａ_２への流れは阻止され、さらに、密閉容器４０ａの内壁面を流下する冷凍機油及び冷媒に混入して飛散している冷凍機油が、開口部４１ａ_２に直接導かれて、連通管４１ａ、４１ｂ内に流入するのが防止され、油面検知精度が向上する。また、別個の部材を用いることがないので、経済的である。

本発明の第１実施形態に係る密閉型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置の概念図。本発明の第１実施形態に係る密閉型圧縮機の縦断面図。本発明の第１実施形態に係る密閉型圧縮機の用いるカバー部材の斜視図。本発明の第１実施形態に係る密閉型圧縮機の用いるカバー部材の変形例の斜視図。本発明の第２実施形態に係る密閉型圧縮機の縦断面図。本発明の第３実施形態に係る密閉型圧縮機の横断面図。図６の密閉型圧縮機に用いる連通管の縦断面図。図７の連通管の変形例の縦断面図。本発明の第４実施形態に係る密閉型圧縮機の横断面図。

符号の説明

１…冷凍サイクル装置、２…室外ユニット、３…室内ユニット、４ａ、４ｂ…圧縮機、４Ａａ…電動機部、４Ｂａ…圧縮機構部、４Ｃａ…回転軸、９…四方弁、１０…室外熱交換器、２１ａ…カバー部材、２１ａ_１…空間部、４０ａ…密閉容器、４１ａ、４１ｂ…連通管、４５ａ、４５ｂ…均油分管。

Claims

底部に冷凍機油を貯留した密閉容器内の上部に電動機部を収容するとともに、前記密閉容器内の下部に前記電動機部と回転軸を介して連結された圧縮機構部とを収容し、前記密閉容器の側面に油面検知用の連通管を接続した密閉型圧縮機において、前記密閉容器の内壁面を流下する冷凍機油及び冷媒に混入して飛散している冷凍機油が前記連通管の開口部に直接導かれるのを防止する防止手段を備えたことを特徴とする密閉型圧縮機。
前記防止手段が、前記連通管の開口部を覆い下部に開口を有するカバー部材であることを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
前記カバー部材を、前記圧縮機構部を密閉容器に固定するフレームで兼用したことを特徴とする密閉型圧縮機。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。