JP2010255623A

JP2010255623A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2010255623A
Application number: JP2010062363A
Authority: JP
Inventors: Masao Nakano; 雅夫中野; Noboru Iida; 飯田　　登; Takeshi Karino; 健苅野; Daisuke Funakoshi; 大輔船越
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】体積効率を低下することなくコスト的にまた性能的に有利な圧縮機を提供すること。
【解決手段】ハイドロフルオロオレフィンを基本成分とした冷媒を作動冷媒として使用可能な圧縮機であって、密閉容器１と、密閉容器１に配置され、固定子２ａと回転子２ｂとを少なくとも含む電動機２と、回転子２ｂで駆動されるシャフト４を少なくとも含む圧縮機構５とを備える。圧縮機構５の外径は、固定子２ａの外径よりも大きくされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイドロフルオロオレフィンを基本成分とした冷媒を作動冷媒として使用可能なロータリ圧縮機に関する。

例えば、従来の冷凍装置では、作動冷媒は、オゾン層破壊係数ゼロのＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系に移行してきている。しかし、このＨＦＣ系冷媒は、地球温暖化係数が非常に高いため近年問題になってきている。そこで、塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒とした冷凍装置が考えられて来ている。このハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒は、現在使用されているＲ４１０Ａ冷媒の約０．４倍の容積比であるため、単位体積あたりの能力が減少する。したがって、Ｒ４１０Ａ冷媒と同等の能力を出すためには、約３倍の容積が必要になる。

図６は、ＨＦＣ系冷媒で作動する従来のロータリ圧縮機の部分縦断面図であり、図７は、図６に示す面Ａ−Ａ（一点鎖線で示す）に沿う部分横断面図である。

図６，７において、密閉容器４１内の上部には、電動機の固定子４２ａと回転子４２ｂとが配置され、この固定子４２ａが密閉容器４１に固定されている。また回転子４２ｂで駆動されるシャフト４３を有する圧縮機構部４４が密閉容器４１の下部に固定されている。圧縮機構部４４にはシリンダ４５の上下両側に上軸受け４６および下軸受け４７が配置される。また、シリンダ４５の内面には、ピストン４８がシャフト４３の偏心部４３ａに挿入されシャフト４３の回転と共に回転し、ベーン４９で仕切られた吸入室５０および圧縮室５１で冷媒ガスが吸入および圧縮される。冷媒は吸入管５２より吸入され圧縮機構部４４で圧縮され密閉容器４１内に吐出され電動機の固定子４２ａおよび回転子４２ｂのすき間を通って吐出管５３より吐出される（例えば、特許文献１の図２，３を参照）。

特開平１１−２３６８９０号公報

しかしながら、ハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒とした圧縮機を考えた場合、従来のロータリ圧縮機と同等の能力を得るためには、従来のＲ４１０Ａの約２．６倍の容積が必要になり、シリンダ高さを高くして容積を稼ぐかまたは圧縮機構部全体をひと回り大きくして使用する構成が考えられる。シリンダ高さを高くする方法は、現行のＲ４１０Ａの圧縮機と同じ密閉容器、電動機を使用することができコスト的に安価な圧縮機を得ることができるが性能面では受熱面積の増大による体積効率の低下の課題があった。また圧縮機構部全体をひと回り大きくして使用する構成では受熱面積の増大を抑えて性能の低下は抑えられるが、電動機の外径が大きくなり過ぎコストの高い電動機となる課題があった。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、体積効率を低下することなくコスト的にまた性能的に有利な圧縮機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、ハイドロフルオロオレフィンを基本成分とした冷媒を作動冷媒として使用可能な圧縮機であって、密閉容器と、前記密閉容器に配置され、固定子と回転子とを少なくとも含む電動機と、前記電動機の回転子で駆動されるシャフトを少なくとも含む圧縮機構とを備え、前記圧縮機構の外径は、前記固定子の外径よりも大きいことを特徴とする。

本発明では、ハイドロフルオロオレフィンを基本成分とした冷媒を作動冷媒として使用可能な圧縮機において、圧縮機構の外径が電動機の固定子の外径よりも大きい。上記作動冷媒の比容積は、従来のＲ４１０Ａ冷媒と比較すると大きく、３倍程度ある。よって、電動機を同一とした場合、上記作動冷媒を用いた圧縮機構部の大きさは、従来のＲ４１０Ａ冷媒を用いたものの約３倍必要になる。よって、圧縮機構部の外径を大きくすることにより、コスト的にまた性能的に有利な現行のＲ４１０Ａ用の電動機と同じ電動機をそのまま使用できるようになり、相対的に安価な圧縮機を得ることが出来ると共に、塩素原子を含まず地球温暖化係数の低いハイドロフルオロオレフィンを基本成分とした冷媒を使用することが出来る。

実施の形態１にかかるロータリ圧縮機の部分縦断面図図１に示す面Ａ−Ａに沿うロータリ圧縮機の部分横断面図図１に示す面Ｂ−Ｂに沿うロータリ圧縮機の部分横断面図実施の形態２にかかるロータリ圧縮機の部分縦断面図２成分を混合した冷媒の混合比率による地球温暖化係数を示した特性図ＨＦＣ系冷媒で作動する従来のロータリ圧縮機の部分縦断面図図６に示す面Ａ−Ａに沿う部分横断面図

第１の発明は、ハイドロフルオロオレフィンを基本成分とした冷媒を作動冷媒として使用可能な圧縮機であって、密閉容器と、前記密閉容器に配置され、固定子と回転子とを少なくとも含む電動機と、前記回転子で駆動されるシャフトを少なくとも含む圧縮機構と、を備え、前記圧縮機構の外径は、前記固定子の外径よりも大きくしたことにより、コスト的にまた性能的に有利な現行のＲ４１０Ａ用の電動機と同じ電動機をそのまま使用できるようになり、相対的に安価な圧縮機を提供でき、さらに、塩素原子を含まず地球温暖化係数の低いハイドロフルオロオレフィンを基本成分とした冷媒を使用することが出来る。

第２の発明は、第１の発明において、前記密閉容器と前記固定子の外径との間に挿入され、該固定子を該密閉容器に固定する固定部材をさらに備えることにより、相対的に安価な圧縮機を提供できると共に、塩素原子を含まず地球温暖化係数の低いハイドロフルオロオレフィンを基本成分とした冷媒を使用することが出来る。

第３の発明は、第２の発明において、前記固定部材と前記密閉容器とを溶接で固定したことにより、密閉容器内の圧力が異常に高くなって密閉容器が膨張しても、密閉容器から前記固定部材が離れることがないため、電動機の固定子を確実に固定することができる。

第４の発明は、第１の発明において、前記固定部材に孔を設けたことにより、冷媒の通路を確保することができオイル吐出等を抑制することができる。また、従来固定子に開けられていた冷媒通路を無くすことも可能となり、鉄損を小さくして電動機の効率を向上することができる。

第５の発明は、第１の発明において、前記密閉容器の一部が絞り加工され、該絞り加工された部分が前記固定子に当接する絞り部をさらに備えることにより、前記固定子自体を前記密閉容器に固定することを可能にしたものである。この手法によっても、コスト的にまた性能的に有利な現行のＲ４１０Ａ用の電動機と同じ電動機をそのまま使用できるようになり、相対的に安価な圧縮機を提供でき、さらに、塩素原子を含まず地球温暖化係数の低いハイドロフルオロオレフィンを基本成分とした冷媒を使用することが出来る。

第６の発明は、第５の発明において、前記絞り部と前記固定子の外径とが溶接により互いに固定されることにより、前記密閉容器の絞り部の精度が多少悪くても確実に前記固定子を固定することが出来る。

第７の発明は、第６の発明において、溶接がレーザで行われることにより、溶接長さを任意の長さに設定できかつ溶接歪みの少ない溶接を行うことができる。

第８の発明は、第１〜７のいずれかの発明において、前記作動冷媒として、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を用いることにより、万が一大気に放出されても地球温暖化への影響を極小に保つことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかるロータリ圧縮機の部分縦断面図である。図１に示されるように、ロータリ圧縮機は、大略的には、密閉容器１内に電動機２と圧縮機構５とを備えている。具体的には、密閉容器１の上部に電動機２が配置され、その下部に圧縮機構５が配置される。電動機２は、密閉容器１に、固定部材１６を介して固定される固定子２ａと、その内側に配置される回転子２ｂを有する。ここで、固定部材１６は、例えばロータリ圧縮機の上方から見てリング状の形状を有する。また、圧縮機構５は、回転子２ｂで駆動されるシャフト４と、シリンダ６と、シリンダ６の上端面及び下端面にボルト等で固定されシャフト４を支持する上軸受け７及び下軸受け８とを備えている。シリンダ６内には、シャフト４の偏心部４ａが配置され、この偏心部４ａにピストン９が挿入されている。

また、図１において、密閉容器１の底部には、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒と相溶性のあるポリビニルエーテル類又はポリオールエステル類の冷凍機油３が溜められている。なお、図１に示される吐出管１５については後述する。

図２は、図１に示す面Ａ−Ａ（一点鎖線で示す）に沿うロータリ圧縮機の部分横断面図であり、特に圧縮機構５を拡大して示している。

図２に示されるように、シリンダ６には、ベーン１０が挿入されるスロット６ａが形成される。ベーン１０は、偏心部４ａの回転に伴い、スロット６ａの内面に沿って往復運動する。このベーン１０は、具体的には、スロット６ａに挿入され、シリンダ６内に形成される空間を吸入室１３と圧縮室１４とに仕切る。ここで、ベーン１０の後方にはバネ１１が設置されており、バネ１１はベーン１０の先端がピストン９の外周面に当接するようにベーン１０を付勢する。

以上のように構成されたロータリ圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。まず、シリンダ６に設けられた吸入孔１２より、前述の冷媒のガスが吸入室１３に吸入される。また、圧縮室１４にある気体冷媒はピストン９の左方向の回転（矢印方向）とともに圧縮され吐出口（図示せず）より吐出される。密閉容器１内に吐出された圧縮気体冷媒は、図１に示す固定子２ａ及び回転子２ｂの隙間や固定部材１６に形成された孔を通って、密閉容器１の上部にある吐出管１５より吐出される、その際まわりにある冷凍機油のミストも一緒に吐出される。

冷凍機油としては、上記冷媒と相溶性のあるポリビニルエーテル類あるいはポリオールエステル類を使用しているため、冷凍サイクルに出て行った冷凍機油をロータリ圧縮機に回収できるため信頼性の高いロータリ圧縮機を得ることが出来る。

図３は、図１に示す面Ｂ−Ｂ（二点鎖線で示す）に沿うロータリ圧縮機の部分横断面図であり、特に電動機２の周辺の拡大図である。図３に示されるように、密閉容器１と固定子２ａとの間にリング状の固定部材１６が挿入されている。この固定部材１６は、密閉容器１に、例えば３箇所（三角マーク１７）で溶接により固定される。また、固定部材１６は、固定子２ａの外周に締まり嵌めで固定される。この固定部材１６には、ロータリ圧縮機の縦方向に貫通する複数の孔１６ａがあけられる。この孔１６ａは、前述の通り、冷媒の通路の役割を果たしている。この孔１６ａがあることで、固定子２ａには冷媒通路を設ける必要がなくなり、その外形は実質的に円形である。

上記の通り、固定子２ａには冷媒通路が設けられず円形形状をしているので、冷媒通路分の鉄損が無いため電動機２の効率を向上することが出来る。

また、密閉容器１と固定子２ａの間に固定部材１６が挿入されることにより、電動機２の固定子２ａの外径よりも圧縮機構５の外径を大きくできる。その結果、電動機２にはコスト的に優位なまた性能の良いＲ４１０Ａ用の電動機を搭載できるとともに、圧縮機構５をひと回り大きく設計できるようになるため、受熱損失の少ない高効率な圧縮機を実現することが可能となる。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２にかかるロータリ圧縮機の部分縦断面図である。

図４に示すロータリ圧縮機は、図１に示すものと比較すると、固定部材１６が無い点と、密閉容器１において固定子２ａの位置に相当する部分に絞り加工が行われている点とで相違する。それ以外に、図１及び図４のロータリ圧縮機に相違点は無いので、図４において、図１に示す構成に相当するものには同一の参照符号を付け、それぞれの説明を省略又は簡素化する。なお、以下では、絞り加工が行われている箇所を絞り部１ａと称する。

図４において、絞り部１ａの部分で、レーザ溶接（マーク１７の部分を参照）により密閉容器１と固定子２ａとが固定されている。絞り加工は、固定子２ａの全周囲にわたって行われても良いし、複数箇所にて部分的に行われても構わない。また、レーザ溶接を行うことにより歪みの少ない溶接が可能となり、固定子２ａの変形を抑制できるため性能の低下を防ぐことが出来る。

上記の通り、密閉容器１の絞り部１ａを設けることにより、電動機２の固定子２ａの外径よりも圧縮機構５の外径を大きくできる。その結果、電動機２にはコスト的に優位なまた性能の良いＲ４１０Ａ用の電動機を搭載できるとともに、圧縮機構５をひと回り大きく設計できるようになるため、受熱損失の少ない高効率な圧縮機を実現することが可能となる。

また、上記実施の形態１，２に係るロータリ圧縮機に使用される作動冷媒は、ハイドロフルオロオレフィンである、例えばテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）を基本成分にジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）とペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）とのいずれか一方又は両方を、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が５以上で７５０以下、望ましくは５以上で３００以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒である。または、ハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒（ＧＷＰ＝４）でも良い。

図５は、テトラフルオロプロペンとジフルオロメタン又はペンタフルオロエタンとの２成分を混合した冷媒の混合比率による地球温暖化係数を示した特性図である。具体的には図５に示すように、２成分混合の場合にはテトラフルオロプロペンとジフルオロメタンとを混合してＧＷＰ３００以下とするためにはジフルオロメタンを４４ｗｔ％以下、テトラフルオロプロペンとペンタフルオロエタンとを混合してＧＷＰ７５０以下とするためにはペンタフルオロエタンを２１．３ｗｔ％以下、さらにＧＷＰ３００以下とするためにはペンタフルオロエタンを８．４ｗｔ％以下と混合することになる。

また、冷媒をテトラフルオロプロペンの単一冷媒とした時にはＧＷＰ４となり極めて良好な値を示す。しかしながら、ハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒に比べて比容積が大きいことなどから冷凍能力が低くなるため、より大きな冷却サイクル装置が必要になる。換言すれば、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンを混合した冷媒を用いれば、ハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒と比較して冷凍能力などの所定の特性を改善して冷媒として使用しやすくすることができる。従って、封入する冷媒において、単一冷媒を含めてテトラフルオロプロペンの割合をどれほどにするかは、圧縮機を組み込む冷却サイクル装置等の目的や上述したＧＷＰの制限などの条件に応じて適宜選択すればよい。

これによって回収されない冷媒が大気に放出されても地球温暖化に対しその影響を極少に保つことができる。また前記比率で混合された混合冷媒は、非共沸混合冷媒にも関わらず温度差を小さくでき擬似共沸混合冷媒に挙動が近づくため、冷却サイクル装置の冷却性能や冷却性能係数（ＣＯＰ）を改善することができる。

なお、以上の実施の形態では、ロータリ圧縮機への適用例を説明したが、スクロール圧縮機、スイング圧縮機又はベーン圧縮機に、各実施の形態で説明した手法を適用しても同様の効果が得られる。

本発明にかかるロータリ圧縮機は、体積効率を低下することなくコスト的又は性能的に有利なことが要求される、給湯器用圧縮機、カーエアコン用圧縮機、冷凍冷蔵庫用圧縮機、除湿機用圧縮機等に好適である。

１密閉容器
１ａ絞り部
２電動機
２ａ固定子
２ｂ回転子
４シャフト
４ａ偏心部
５圧縮機構
６シリンダ
９ピストン
１６固定部材
１６ａ孔

Claims

ハイドロフルオロオレフィンを基本成分とした冷媒を作動冷媒として使用可能な圧縮機であって、密閉容器と、前記密閉容器に配置され、固定子と回転子とを少なくとも含む電動機と、前記回転子で駆動されるシャフトを少なくとも含む圧縮機構とを備え、前記圧縮機構の外径は前記固定子の外径よりも大きいことを特徴とする圧縮機。
前記密閉容器と前記固定子の外径との間に挿入され、該固定子を該密閉容器に固定する固定部材をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
前記固定部材と前記密閉容器とは溶接で固定されることを特徴とする請求項２記載のロータリ圧縮機。
前記固定部材には孔が設けられていることを特徴とする請求項２又は３記載のロータリ圧縮機。
前記密閉容器の一部が絞り加工され、該絞り加工された部分が前記固定子に当接する絞り部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
前記絞り部と前記固定子の外径とは溶接により互いに固定されることを特徴とする請求項６記載の圧縮機。
前記溶接はレーザで行われていることを特徴とする請求項７記載の圧縮機。
前記作動冷媒として、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒が使用可能である請求項１〜７のうちいずれか一項記載の圧縮機。