JP4652131B2

JP4652131B2 - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP4652131B2
Application number: JP2005160193A
Authority: JP
Inventors: 元嗣菊川
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: JP2006336907A

Description

本発明は冷凍サイクル装置に係り、特に冷媒の寝込みによる密閉形圧縮機内の潤滑油の希釈を低減させて確実に潤滑を行うことができるようにした冷凍サイクル装置に関する。

従来、密閉形圧縮機とアキュムレータを有する冷凍サイクル装置である空気調和機では、暖房運転時等外気温が低く、密閉形圧縮機の密閉ケース内に液冷媒が貯留されている寝込み状態で起動を行うと、潤滑油の希釈化による密閉形圧縮機の摺動部の潤滑油の油膜切れなどにより、圧縮機部が損傷することがある。

そこで、液冷媒による密閉ケース内の潤滑油の油希釈を低減するため、冷媒の封入量の低減、潤滑油量の増加等を行っていた。

しかしながら、このような対策では下記のような問題点があった。すなわち、空気調和機の大能力化に伴う冷媒封入量の増加及び密閉形圧縮機の小型化及びコスト低減化において、密閉形圧縮機の油量増が限界に近づき、寝込み起動時の油希釈を低減することが困難になり、また、冷媒が寝込むことにより油面が上昇し、潤滑油が吐出ガスにより噴上げられ、吐油量が増大する問題もあった。さらに、起動時に密閉形圧縮機をヒータにより加熱するものもあるが、この場合、液冷媒の蒸発に時間がかかり消費電力も多くなる問題があった（特許文献１）。
特開平１１−９４３７１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、潤滑油を確実に各摺動部に潤滑することができ圧縮機部が損傷することがなく、信頼性があり低消費電力の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、本発明に係る冷凍サイクル装置は、密閉形圧縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発器、アキュムレータを備え、前記密閉形圧縮機が密閉ケース内に圧縮機構部とこの圧縮機構部を駆動する電動機部を収納するとともに、前記圧縮機構部で圧縮された吐出ガスを前記密閉ケース内に吐出する冷凍サイクル装置において、前記密閉形圧縮機の密閉ケースと前記アキュムレータの入口側とを連通し開閉弁を有する戻し通路と、前記密閉ケース内に液冷媒が貯留されている寝込み起動時に、所定時間前記開閉弁を開放するように制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記密閉形圧縮機が起動してから、前記密閉ケース内の圧力が前記アキュムレータ内の圧力よりも高くなる所定時間経過後に開閉弁を開放するように制御することを特徴とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、潤滑油を確実に各摺動部に潤滑することができ圧縮機部が損傷することがなく、信頼性があり低消費電力の冷凍サイクル装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る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は本発明の一実施形態に係る空気調和機の冷凍サイクルの概念図である。

図１に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置である空気調和機１は、密閉形圧縮機例えば密閉形ロータリ圧縮機２の吐出口に四方弁３を介して室外熱交換器４が配管接続され、この室外熱交換器４に膨張装置例えば電子絞り弁５を介して室内熱交換器６が配管接続されている。そして、この室内熱交換器６に四方弁３、アキュムレータ７、密閉形ロータリ圧縮機２と一体の補助アキュムレータ７ａを介してロータリ圧縮機２の吸込口が配管接続され、冷凍サイクルが構成されている。

そして、冷房運転時には、実線矢印で示すように、密閉形ロータリ圧縮機２の吐出口、四方弁３、室外熱交換器４、電子絞り弁５、室内熱交換器６、四方弁３、アキュムレータ７、補助アキュムレータ７ａ、ロータリ圧縮機２の吸込口の順に冷媒が流れ、暖房運転時には、破線矢印で示すように、密閉形ロータリ圧縮機２の吐出口、四方弁３、室内熱交換器６、電子絞り弁５、室外熱交換器４、四方弁３、アキュムレータ７、補助アキュムレータ７ａ、ロータリ圧縮機２の吸込口の順に冷媒が流れようになっている。

また、図２に示すように、ロータリ圧縮機２は密閉ケース２ａを備え、この密閉ケース２ａにはロータリ式圧縮機部２ｂと、このロータリ式圧縮機部２ｂをシャフト２ｃを介して駆動する電動機部２ｄが収容されている。２ｅはマフラ、２ｆは吐出パイプ、２ｇは吸込みパイプである。

さらに、図１及び図２に示すように、密閉ケース２ａ内とアキュムレータ７の入口側はパイプからなる戻し通路８によって連通され、この戻し通路８には開閉弁例えば電子制御弁９が設けられている。アキュムレータ７は冷媒の気体と液体及び潤滑油とを分離し冷媒ガスのみをロータリ式圧縮機部２ｂに戻して、液冷媒の圧縮によるロータリ圧縮機２の焼付き等の故障を防止するものである。

戻し通路８は密閉ケース２ａの底部近傍で密閉ケース２ａ内に連通されており、少量の液寝込み時でもアキュムレータ７へ液冷媒を戻すことができるようにしている。さらに、電子制御弁９には、この電子制御弁９を開放制御する制御手段１０が設けられている。

制御手段１０はＭＣＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備え、電子制御弁９の他、ロータリ圧縮機２、室外熱交換器用電動送風機（図示せず）、電子絞り弁５、室内熱交換器用電動送風機（図示せず）など装置全体を制御する。

なお、上記開閉弁は電子制御弁に限らず、電磁弁であってもよい。また、図３に示すように、吐出マフラの出口部、すなわち吐出マフラより密閉ケース２ａ内に吐出ガスが噴出される位置に戻し通路８を設けるようにしてもよい。この吐出マフラの出口部の位置より上部に戻し通路を設けると、潤滑油及び液冷媒は吐出ガスにより噴上げられて吐出パイプよりロータリ圧縮機外に排出されるため、戻し通路の効果が十分に得られない。

図２に示すように、ロータリ圧縮機２内に冷媒が寝込む際、密閉ケース２ａの下側に比重が大きい液冷媒、上側に比重が小さい潤滑油と二層分離し、ロータリ圧縮機２はシャフト２ｃの下端より潤滑油を吸込み各摺動部に給油しているため、寝込み起動時、密閉ケース２ａの下側の液冷媒で希釈された潤滑油をアキュムレータ７へ液冷媒を戻すことにより、潤滑油の希釈度を短時間に低減し、各摺動部に十分な給油を行うことができるようになる。

なお、図５に示すように、ロータリ圧縮機２の密閉ケース２ａ内への冷媒の寝込み量と、停止時間及び外気温とには密接な相関関係があり、停止時間と外気温によって決定される電子制御弁９の開放時間すなわち戻し通路８による密閉ケース２ａとアキュムレータ７の連通時間を変えることで、寝込み量に応じて液冷媒を戻し、サイクルの立上り時間を短縮すると共に、戻し過ぎによるロータリ圧縮機２の油面低下を防止することができる。

また、図４に示すように、空気調和機１は、ロータリ圧縮機２の起動から一定時間後、例えば３０秒後、電子制御弁９を開放してアキュムレータ７ヘの戻し通路８を所定時間開くことが可能になっている。ロータリ圧縮機２の起動から一定時間後に戻し通路８を所定時間開くことで、ロータリ圧縮機２の密閉ケース２ａ内部の圧力をアキュムレータ７内より高くすることができ、アキュムレータ７からロータリ圧縮機２ヘの液冷媒の逆流を防止し、ロータリ圧縮機２からアキュムレータ７に希釈された潤滑油を確実に排出することができる。

本実施形態の空気調和機によれば、ロータリ圧縮機の冷媒寝込み状態での起動時、希釈された潤滑油をロータリ圧縮機からアキュムレータに排出することで、密閉ケース内の潤滑油の希釈化を短時間に低減できて、希釈されていない潤滑油を確実に各摺動部に潤滑することができ、圧縮機部が損傷することがなく、信頼性があり、密閉ケースを加熱するヒータを設ける必要がなく低消費電力の冷凍サイクル装置が実現される。

試験１：一般的な冷凍サイクル装置を用いて密閉形ロータリ圧縮機の密閉ケース内の潤滑油の運転停止時間と希釈度、外気温度と希釈度の関係を調べた。

なお、希釈度（重量％）＝液冷媒重量／（液冷媒＋潤滑油）重量×１００で表す。

結果を図６（ａ）、（ｂ）に示す。

停止時間の経過とともに希釈度は大きくなるが、ある時間後は一定になることがわかった。また、外気温度の低下とともに希釈度は大きくなることがわかった。

試験２：本発明の冷凍サイクル装置を用いて密閉形ロータリ圧縮機の密閉ケース内の潤滑油の運転時間と希釈度の関係を調べ（実施例）、従来例と比較した。

結果を図７に示す。

実施例は時間とともに速やかに希釈度は低下するが、従来例は希釈度の低下に長い時間を要することがわかった。

本発明に係る冷凍サイクル装置の概念図。本発明に係る冷凍サイクル装置に用いられる密閉形圧縮機の縦断面図。本発明に係る冷凍サイクル装置に用いられる他の密閉形圧縮機の縦断面図。本発明に係る冷凍サイクル装置の制御図。本発明に係る冷凍サイクル装置の停止時間、外気温と回路開放時間との相関図。（ａ）一般的な冷凍サイクル装置の密閉形ロータリ圧縮機の密閉ケース内の潤滑油の運転停止時間と希釈度、（ｂ）外気温度と希釈度の試験結果図。本発明の冷凍サイクル装置の運転時間と希釈度の試験結果図。

符号の説明

１…冷凍サイクル装置、２…密閉形ロータリ圧縮機、２ａ…密閉ケース、２ｂ…ロータリ式圧縮機部、２ｃ…シャフト、２ｄ…電動機部、３…四方弁、４…凝縮器、５…電子絞り弁、６…蒸発器、７…アキュムレータ、７ａ…補助アキュムレータ、８…戻し通路、９…電子制御弁、１０…制御手段。

Claims

密閉形圧縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発器、アキュムレータを備え、前記密閉形圧縮機が密閉ケース内に圧縮機構部とこの圧縮機構部を駆動する電動機部を収納するとともに、前記圧縮機構部で圧縮された吐出ガスを前記密閉ケース内に吐出する冷凍サイクル装置において、
前記密閉形圧縮機の密閉ケースと前記アキュムレータの入口側とを連通し開閉弁を有する戻し通路と、前記密閉ケース内に液冷媒が貯留されている寝込み起動時に、所定時間前記開閉弁を開放するように制御する制御手段とを具備し、
前記制御手段は、前記密閉形圧縮機が起動してから、前記密閉ケース内の圧力が前記アキュムレータ内の圧力よりも高くなる所定時間経過後に開閉弁を開放するように制御することを特徴とする冷凍サイクル装置。