JP2016118317A - 圧縮機用ユニット、圧縮機、及び冷媒回路 - Google Patents

Abstract

【課題】油不足による圧縮機の不具合の発生を防止する。【解決手段】圧縮機４の外面であって圧縮機４の内部に溜められる油Ｌの油面Ｓ１よりも下側に接続される第一の配管３１と、圧縮機４の外面であって油面Ｓ１よりも上側に接続される第二の配管３２と、第一の配管３１及び第二の配管３２が接続されるタンク３３と、タンク３３に取り付けられ油面Ｓ２を検出する油検出センサ３５であって、油面Ｓ２よりも下側に取り付けられた油検出センサ３５と、を備える圧縮機用ユニット５を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、冷熱設備に設けられている圧縮機の故障を防止する圧縮機用ユニット、圧縮機、及び冷媒回路に関する。

例えば、店舗等に設置される冷却ユニット（クーリングユニット）などの冷熱設備は、室外機として、圧縮機、電動機、凝縮器、等を同一の架台に取り付けてユニット化したコンデンシングユニットを有している。
コンデンシングユニットと組み合わされる蒸発器ユニット（ユニットクーラ、ショーケース用クーラ等）は、その台数や形状など、個々の要件に対して多種多様である。
例えば、蒸発器ユニットの台数や、接続配管の長さが変わることによって、蒸発器ユニットや接続配管に冷凍機油（潤滑油）が滞留し、圧縮機での油面低下を発生することがあった。また、油不足に起因して圧縮機に不具合が発生する可能性があった。

特許文献１には、スクロール圧縮機を含む冷却ユニットにおいてスクロール圧縮機から吐出される冷媒ガス中に混入した冷凍機油を分離回収する冷凍ユニットが記載されている。この冷凍ユニットでは、蒸発温度が所定の冷凍温度以下であることを検知して、分離回収した冷凍機油を圧力差によってスクロール圧縮機へ吸引することにより、潤滑不良を解消する技術が記載されている。

特開２０１２−２４７１０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明においては、圧縮機内部の冷凍機油の油面の量が確認できないため、確実な潤滑不良の解消が難しかった。

この発明は、冷熱設備の圧縮機に取り付けることが可能であり、油不足による圧縮機の不具合の発生を防止することができる圧縮機用ユニット、圧縮機、及び冷媒回路を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、圧縮機用ユニットは、圧縮機の外面であって前記圧縮機の内部に溜められる油の油面よりも下側に接続される第一の配管と、前記圧縮機の外面であって前記圧縮機の油面よりも上側に接続される第二の配管と、前記第一の配管及び前記第二の配管が接続されるタンクと、前記タンクに取り付けられ前記タンクの内部に溜められる油の油面を検出する油検出センサであって、前記タンクの油面よりも下側に取り付けられた油検出センサと、を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、第一の配管を介して油がタンクに導入されるとともに、第二の配管によって圧縮機内の気体の圧力とタンク内の気体の圧力とが均等化され、タンク内に圧縮機の内部に溜められる油面と同じ高さの油面が形成される。油検出センサを参照してタンクに形成される油面を検出することにより、圧縮機の内部に溜められる油の油面の状態を確認することができる。圧縮機内部の油面を確認することにより、油不足に起因する圧縮機の故障を防止することができる。

上記圧縮機用ユニットにおいて、前記油の供給源から前記圧縮機へ接続する第一の供給配管及び第二の供給配管と、前記第二の供給配管を開閉する弁と、を備えてもよい。

このような構成によれば、確認された圧縮機内部の油面の高さに応じて油の供給源から油を供給するように弁を操作することによって、圧縮機内の油の不足を解消することができる。

上記圧縮機用ユニットにおいて、前記弁を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記油検出センサが油を検出した場合に前記弁を閉じ、前記油検出センサが油を検出しない場合に前記弁を開く制御を行ってよい。

このような構成によれば、制御部が油面の状態に応じて弁の制御を行うことによって、自動的に油の供給源に溜められた油を圧縮機に供給することができる。

また、本発明の第二の態様によれば、圧縮機は、上記いずれかの圧縮機用ユニットを備えることを特徴とする。

また、本発明の第三の態様によれば、冷媒回路は、上記の圧縮機を備えることを特徴とする。

本発明によれば、油不足による圧縮機の不具合の発生を防止することができる。

本発明の実施形態の冷熱設備を示す構成図である。 本発明の実施形態の冷熱設備の圧縮機及び油溜を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態の冷熱設備である冷却ユニット１について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の冷却ユニット１は、互いに接続されている室外機２（コンデンシングユニット）と室内機３（蒸発器ユニット）とを備え、冷媒管（ガス管７及び液管８）からなる冷媒回路を有している。なお、室外機２に対して順次並列に接続すれば、室内機３の台数を増やしてもよい。

室外機２は、ガス管７を介して導入される冷媒ガスを圧縮する圧縮機４と、圧縮機４に取り付けて使用される圧縮機用ユニット５と、圧縮機４から吐出された冷媒ガスに含まれている潤滑油Ｌ（冷凍機油）を分離するオイルセパレータ９と、室外空気と冷媒とを熱交換して凝縮する凝縮器１０（室外熱交換器）と、制御部１１と、を主な構成要素として備えている。さらに、室外機２は、ガス管７を介して圧縮機４に供給される冷媒ガスの気液分離を行うアキュムレータ１２（液分離器）を有している。

室内機３は、室内空気と冷媒とを熱交換して蒸発させる蒸発器１３（室内熱交換器）と、膨張弁１４と、を主な構成要素として備えている。膨張弁１４は、凝縮器１０から液管８を介して導入される高温・高圧の液冷媒を蒸発しやすい状態に減圧する弁である。

アキュムレータ１２は、圧縮機４の吸引管１５（蒸発器１３と圧縮機４との間のガス管７）の上流側に設けられている圧力容器である。アキュムレータ１２としては、容器内に液冷媒を蓄積し、蒸気となった冷媒のみを圧縮機４に戻す構造のものを採用することができる。

圧縮機４は、低圧の状態で導入された冷媒ガスを圧縮してオイルセパレータ９へと吐出する機械である。
図２に示すように、圧縮機４は、スクロール型圧縮機構１７と、スクロール型圧縮機構１７を駆動する電動モータ１８と、電動モータ１８が発する駆動力をスクロール型圧縮機構１７に伝達する回転シャフト１９（駆動軸）とがハウジング２０内に収容された密閉式構造となっている。

電動モータ１８は、ロータ２１とステータ２２とからなり、電気エネルギーにより回転シャフト１９を駆動する電動機である。
スクロール型圧縮機構１７は、固定スクロール２４及び旋回スクロール２５と、を有している。電動モータ１８とスクロール型圧縮機構１７とは、回転シャフト１９を介して連結されている。

回転シャフト１９の上端は、サブベアリング２６を介してハウジング２０に回転自在に固定され、回転シャフト１９の下端は、メインベアリング２７を介してハウジング２０のフレーム２８に回転自在に固定されている。
電動モータ１８が回転シャフト１９を駆動することにより、スクロール型圧縮機構１７の旋回スクロール２５が回転する。圧縮機４は、潤滑油Ｌを用いることで圧縮機４内の各摺動部の潤滑を行っている。潤滑油Ｌは、ハウジング２０の下部に貯留される。即ち、圧縮機４のハウジング２０の底部は、スクロール型圧縮機構１７などを潤滑する潤滑油Ｌが貯留されるオイル溜めとして機能する。潤滑油Ｌがハウジング２０に溜められることにより、油面Ｓ１が形成される。

図示しないが、回転シャフト１９の内部には軸方向に沿って油路が形成されており、ハウジング２０の下部に貯留された潤滑油Ｌは、回転シャフト１９に形成されている油路を介してメインベアリング２７等の摺動部に供給される。

オイルセパレータ９は、圧縮機４の下流側に設けられ、吐出管３０（圧縮機４と凝縮器１０との間のガス管７）を通って送り込まれる潤滑油Ｌが混在した冷媒ガスから、遠心力等により潤滑油Ｌを分離する装置である。オイルセパレータ９は、上下が封鎖された円筒形状を有しており、分離された潤滑油Ｌを貯留可能である。即ち、オイルセパレータ９は、潤滑油Ｌの供給源として機能させることができる。

次に、冷却ユニット１に追加設置可能な圧縮機用ユニット５の詳細について説明する。
圧縮機用ユニット５は、圧縮機４のハウジング２０の圧縮機４の内部に溜められる潤滑油Ｌの油面Ｓ１よりも下側に接続される第一の配管３１と、油面Ｓ１よりも上側に接続される第二の配管３２と、第一の配管３１及び第二の配管３２を介して圧縮機４のハウジング２０に接続されている油溜３３（タンク）と、を有している。

第一の配管３１は、圧縮機４の内部に溜められている潤滑油Ｌを油溜３３に送るための配管である。第一の配管３１は圧縮機４のハウジング２０の外面２０ａに接続されている。第一の配管３１は、圧縮機４のハウジング２０の内部に僅かでも潤滑油Ｌが溜まっていれば、油溜３３に潤滑油Ｌが送られるように、圧縮機４のハウジング２０の底部に接続されている。
第二の配管３２は、圧縮機４のハウジング２０の外面２０ａに接続されている。第二の配管３２は、圧縮機４に使用される潤滑油Ｌの総量等に基づき、最も油面Ｓ１が高くなった場合においても、第二の配管３２に潤滑油Ｌが流入しない様な位置に接続されている。

油溜３３は、潤滑油Ｌを貯留可能な容器であり、密閉式構造となっている。第一の配管３１は、油溜３３の底部に接続されている。第二の配管３２は、油溜３３の上部に接続されている。

油溜３３の上下には、油溜３３に貯留された潤滑油Ｌの油面Ｓ２を検出する第一の油検出センサ３５及び第二の油検出センサ３６が取り付けられている。第一の油検出センサ３５及び第二の油検出センサ３６は、設置個所の潤滑油Ｌの有無を検出可能な検出器であり、センサ表面に潤滑油Ｌが触れることにより制御器に信号を送信するように構成されている。即ち、第一の油検出センサ３５及び第二の油検出センサ３６は、制御部１１と接続されており、制御部１１は、第一の油検出センサ３５及び第二の油検出センサ３６から受信する信号に応じて制御を行う。

第一の油検出センサ３５は、圧縮機４に使用される潤滑油Ｌの総量や、所望される制御方法に基づいて配置されている。具体的には、圧縮機４に溜められている潤滑油Ｌの量が適量である場合に、油溜３３に形成される油面Ｓ２よりも下方に配置されている。即ち、圧縮機４のハウジング２０に貯留された潤滑油Ｌの量が適量である場合に、潤滑油Ｌを検出するように配置されている。

第二の油検出センサ３６は、圧縮機４に使用される潤滑油Ｌの総量や、所望される制御方法に基づいて、第一の油検出センサ３５の上方に配置されている。具体的には、圧縮機４に溜められている潤滑油Ｌの量が適量である場合に、油溜３３に形成される油面Ｓ２よりも上方に配置されている。即ち、圧縮機４のハウジング２０に貯留された潤滑油Ｌの量が適量である場合に、潤滑油Ｌを検出しないように配置されている。

図１に示すように、圧縮機用ユニット５は、オイルセパレータ９に貯留された潤滑油Ｌを圧縮機４に送る第一の供給配管３７及び第二の供給配管３８を有している。第一の供給配管３７及び第二の供給配管３８の第一の端部は、オイルセパレータ９の容器の下部に接続されている。第一の供給配管３７及び第二の供給配管３８の第一の端部とは反対側の第二の端部は、圧縮機４のハウジング２０の上部に接続されている。
第一の供給配管３７及び第二の供給配管３８は、互いに独立して形成されてもよいし、図１に示すように、途中で分岐してもよい。

第一の供給配管３７及び第二の供給配管３８にはキャピラリチューブ等の絞り部３９が設けられている。第一の供給配管３７には、第一の供給配管３７を開閉する第一の電磁弁４１が設けられている。即ち、第一の電磁弁４１を開状態とすることにより、第一の供給配管３７を流れる潤滑油Ｌを流し、第一の電磁弁４１を閉状態とすることにより、第一の供給配管３７を流れる潤滑油Ｌを止めることができる。

第二の供給配管３８には、第一の供給配管３７に設けられている第一の電磁弁４１と同様の第二の電磁弁４２が設けられている。
第一の電磁弁４１及び第二の電磁弁４２は、制御部１１と接続されている。即ち、第一の電磁弁４１及び第二の電磁弁４２は、制御部１１から送信される信号に基づいて開閉させることができる。

制御部１１は、第一の油検出センサ３５及び第二の油検出センサ３６が潤滑油Ｌを検出した場合、即ち、潤滑油Ｌが第二の油検出センサ３６の位置よりも多く貯留されている場合は、第二の電磁弁４２を閉状態にする。即ち、第二の油検出センサ３６が潤滑油Ｌを検出した場合、制御部１１は、圧縮機４の内部の油面Ｓ１も十分に貯留されていると判断し、潤滑油Ｌの供給源であるオイルセパレータ９から潤滑油Ｌを送らない。

制御部１１は、第一の油検出センサ３５のみが潤滑油Ｌを検出した場合、即ち、油面Ｓ２が第一の油検出センサ３５と第二の油検出センサ３６の間の位置よりにある場合は、第二の電磁弁４２を閉状態にする。即ち、第一の油検出センサ３５のみ潤滑油Ｌを検出した場合、制御部１１は、圧縮機４の内部の油面Ｓ１が適正であると判断し、潤滑油Ｌの供給源であるオイルセパレータ９から潤滑油Ｌを送らない。

制御部１１は、第一の油検出センサ３５及び第二の油検出センサ３６が潤滑油Ｌを検出しない場合、即ち、潤滑油Ｌが第一の油検出センサ３５の位置よりも少なく貯留されている場合は、第二の電磁弁４２を開状態にする。即ち、第一の油検出センサ３５が潤滑油Ｌを検出しない場合、制御部１１は、圧縮機４の内部の潤滑油Ｌの油面Ｓ１が低下しており、潤滑油Ｌが不十分であると判断し、潤滑油Ｌの供給源であるオイルセパレータ９から潤滑油Ｌを送る。

また、第一の電磁弁４１は基本的に常時開状態とされている。即ち、オイルセパレータ９に貯留されている潤滑油Ｌは、通常状態において第一の供給配管３７を介して圧縮機４の内部に供給される。第一の電磁弁４１の制御方法はこれに限ることはなく、潤滑油Ｌの量が十分と判断される場合、第一の電磁弁４１を閉じる制御を行ってもよい。例えば、第一の油検出センサ３５及び第二の油検出センサ３６が潤滑油Ｌを検出した場合、即ち、潤滑油Ｌが第二の油検出センサ３６の位置よりも多く貯留されている場合に、第一の電磁弁４１を閉じる制御を行うものとしてもよい。

圧縮機用ユニット５は、既存の冷熱設備に設けられている汎用の圧縮機４に取り付けることができる。油溜３３は、所定のブラケット４３を用いて圧縮機４に一体となるように取り付けることができる。油溜３３が圧縮機４と一体となるように取り付けられていることによって、圧縮機４の振動により、第一の配管３１及び第二の配管３２が劣化することを防止することができる。

次に、本実施形態の圧縮機用ユニット５の作用について説明する。
圧縮機４のハウジング２０の内部に潤滑油Ｌが貯留され油面Ｓ１が形成されると、第一の配管３１を介して潤滑油Ｌが油溜３３に導入される。また、第二の配管３２によって圧縮機４内の気体の圧力と油溜３３内の気体の圧力とが均等化され、油溜３３内に圧縮機４の内部に溜められる油面Ｓ１と同じ高さの油面Ｓ２が形成される。

例えば、潤滑油Ｌが蒸発器１３や、冷媒管などに滞留し、圧縮機４の内部に貯留されている潤滑油Ｌの油面Ｓ１の低下が生じた場合、第一の油検出センサ３５が潤滑油Ｌを検出しなくなる。これにより、制御部１１は、第二の電磁弁４２を開状態にする。第二の電磁弁４２が開状態となることによって、オイルセパレータ９に貯留されている潤滑油Ｌが圧縮機４のハウジング２０の内部に送られて、潤滑油Ｌの油面Ｓ１が上昇する。圧縮機４の潤滑油Ｌが十分になると、第一の油検出センサ３５が潤滑油Ｌを検出して制御部１１が第二の電磁弁４２を閉じて、第二の供給配管３８を介して潤滑油Ｌが供給されなくなる。

上記実施形態によれば、第一の配管３１を介して潤滑油Ｌが油溜３３に導入されるとともに、第二の配管３２によって圧縮機４内の気体の圧力と油溜３３内の気体の圧力とが均等化され、油溜３３内に圧縮機４の内部に溜められる油面Ｓ１と同じ高さの油面Ｓ２が形成される。第一の油検出センサ３５を参照して油溜３３に形成される油面Ｓ２を検出することにより、圧縮機４の内部に溜められる潤滑油Ｌの油面Ｓ１の状態を確認することができる。圧縮機４内部の油面Ｓ１を確認することにより、潤滑油不足に起因する圧縮機４の故障を防止することができる。

また、確認された圧縮機４内部の油面Ｓ１の高さに応じて潤滑油Ｌの供給源であるオイルセパレータ９から潤滑油Ｌを供給するように第二の電磁弁４２を操作することによって、圧縮機４内の油の不足を解消することができる。

また、制御部１１が油面Ｓ２の状態に応じて第二の電磁弁４２の制御を行うことによって、自動的にオイルセパレータ９に溜められた潤滑油Ｌを圧縮機４に供給することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、冷熱設備として冷却ユニット１を用いて圧縮機用ユニット５について説明したが、本実施形態の圧縮機用ユニット５は冷却ユニット１に限らず、他の冷熱設備にも適用可能である。本実施形態の圧縮機用ユニット５は、例えば、四方弁などの切換え弁を用いて冷媒の流れを逆転させる空気調和機にも適用することができる。

また、オイルセパレータ９の代替として、潤滑油Ｌを一時貯蔵するレシーバ（受液器）の採用も可能である。即ち、オイルセパレータ９に限らず、潤滑油Ｌの供給源として機能する容器であれば、適宜採用が可能である。
また、上記実施形態では、圧縮機４をスクロール型圧縮機構１７が鉛直方向下方に位置するように配置したが、これに限ることはなく、スクロール型圧縮機構１７が鉛直方向上方に位置するように配置してもよい。

１ 冷却ユニット
２ 室外機
３ 室内機
４ 圧縮機
５ 圧縮機用ユニット
７ ガス管
８ 液管
９ オイルセパレータ
１０ 凝縮器
１１ 制御部
１２ アキュムレータ
１３ 蒸発器
１４ 膨張弁
１５ 吸引管
１７ スクロール型圧縮機構
１８ 電動モータ
１９ 回転シャフト
２０ ハウジング
２０ａ 外面
２１ ロータ
２２ ステータ
２４ 固定スクロール
２５ 旋回スクロール
２６ サブベアリング
２７ メインベアリング
３０ 吐出管
３１ 第一の配管
３２ 第二の配管
３３ 油溜（タンク）
３５ 第一の油検出センサ
３６ 第二の油検出センサ
３７ 第一の供給配管
３８ 第二の供給配管
３９ 絞り部
４１ 第一の電磁弁
４２ 第二の電磁弁
４３ ブラケット
Ｌ 潤滑油
Ｓ１，Ｓ２ 油面

Claims (5)

1. 圧縮機の外面であって前記圧縮機の内部に溜められる油の油面よりも下側に接続される第一の配管と、
   前記圧縮機の外面であって前記圧縮機の油面よりも上側に接続される第二の配管と、
   前記第一の配管及び前記第二の配管が接続されるタンクと、
   前記タンクに取り付けられ前記タンクの内部に溜められる油の油面を検出する油検出センサであって、前記タンクの油面よりも下側に取り付けられた油検出センサと、を備える圧縮機用ユニット。
2. 前記油の供給源から前記圧縮機へ接続する第一の供給配管及び第二の供給配管と、
   前記第二の供給配管を開閉する弁と、を備える請求項１に記載の圧縮機用ユニット。
3. 前記弁を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、
   前記油検出センサが油を検出した場合に前記弁を閉じ、
   前記油検出センサが油を検出しない場合に前記弁を開く制御を行う請求項２に記載の圧縮機用ユニット。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧縮機用ユニットを備えた圧縮機。
5. 請求項４に記載の圧縮機を備えた冷媒回路。

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