JP5889405B2 - 冷媒圧縮機及びヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は冷媒圧縮機及びヒートポンプ装置、特に、冷凍冷蔵庫、空調機あるいは給湯機等のヒートポンプ装置に用いられる冷媒圧縮機、および該圧縮機が用いられたヒートポンプ装置に関するものである

近年、冷媒圧縮機において地球温暖化防止を図る観点から、使用するフロン冷媒量を削減する技術や、オゾン層破壊係数がゼロで地球温暖化係数の小さな可燃性冷媒を用いる技術が必要となっている。
特に、冷媒特性に優れた炭化水素冷媒（以下、「ＨＣ冷媒」と称す）が期待されている。ＨＣ冷媒は摺動部潤滑性能、漏れシール性能、理論ＣＯＰの観点からフロン冷媒と同等の冷媒特性を備えており、既にイソブタンを用いた冷凍冷蔵庫が量産されているが、可燃性冷媒の危険性から、国際規格で冷媒許容充填量が制限されている。例えば、ＩＥＣ規格によると、家庭用エアコンに充填できる炭化水素冷媒量は約１５０ｇ以内に削減することが必要になっている。

このため、冷媒許容充填量の制限を解決する手段として、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）はＨＣ冷媒（Ｒ２９０）との相溶性が低く、ＰＡＧを潤滑油に用いることにより冷媒充填量を低減できる（潤滑油への溶け込み量を見こして余分に冷媒量を封入する必要がなくなる）ことが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
また、潤滑油としてＨＣ冷媒との相溶性が低い油（非相溶油化）を用いると共に、潤滑油を貯蔵した密閉シェル（密閉容器）内を冷媒吸入圧雰囲気とする（低圧シェル化）ことにより、潤滑油に対するＨＣ冷媒の溶け込み量を低減する発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
さらに、ＨＣ冷媒に非相溶性の潤滑油を用いると、冷凍サイクル中に持ち出された潤滑油が圧縮機内に十分戻ってこない問題があるとして、高圧シェル形圧縮機または中間圧型圧縮機を採用し、ＨＣ冷媒がよく溶ける性質があるパラフィン系鉱油を潤滑油として用い、圧縮機の運転中に圧縮機内の潤滑油を加熱する加熱手段を設けて、潤滑油中に溶解する冷媒量を低下させる発明が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−２００２２４号公報（第２−３頁、図１） 特開平１１−２９４８７７号公報（第３−４頁、図３）

高橋仁"冷媒／冷凍機油混合物の特性について"、日本冷凍空調工業会主催、代替冷媒と環境 国際シンポジウム２００２講演集 第１６０−１６４頁

しかしながら、特許文献１には、冷媒の潤滑油への溶け込み量を削減する上で、非相溶油化と低圧シェル化が有効な手段であることが示されているが、発明者等が下記試験評価等で見出したような、低圧シェル形式の圧縮機での運転状態の変化に伴う潤滑油の動粘度変化の大きさについては考慮されていない。
また、特許文献２のものも、高圧シェルまたは中間圧形式の圧縮機が記載されるのみであり、低圧シェル化については考慮されていない。
そして、低圧シェル形式の圧縮機について、高圧シェル形式の圧縮機との性能を比較する下記試験評価等によって以下のような課題が明らかになっていた。

（試験条件）
発明者等は低圧シェル化と非相溶油化による新たな課題抽出のために、ＨＣ冷媒としてＲ２９０を用い、１．５馬力クラスの低圧シェル形ロータリ圧縮機と高圧シェル形ロータリ圧縮機の性能試験を実施した。
図１１は、かかる性能試験の条件（以下、「圧縮機試験条件」と称す）を整理したものであって、（ａ）ＡＳＨＲＡＥ−Ｔ条件、（ｂ）定格冷房試験条件、（ｃ）中間冷房試験条件 、（ｄ）定格暖房試験条件、（ｅ）中間暖房試験条件、（ｆ）欧州給湯暖房Ａ２Ｗ３５条件、および（ｇ）中国ＧＢ条件の７条件について、それぞれ実施した。
このとき、ＨＣ冷媒としてＲ２９０を用い、潤滑油として相溶性の高いナフテン系鉱油（ＮＭ１００）と、ＥＯ５０％を含む相溶性の低いＰＡＧ油との２水準について、各運転時の油動粘度を、圧縮機シェル底に、粘度計（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ社Ｖｉｓｃｏｐｒｏ １６００）を取り付けて測定した。

（Ｒ２９０とナフテン系鉱油）
図１２は、ＨＣ冷媒としてＲ２９０を用い、相溶性の高いナフテン系鉱油（ＮＭ１００）を潤滑油として、上記各試験を実施した場合における測定結果であって、当該潤滑油の動粘度変化を示すものである。
図１２に示されるように、低圧シェル形圧縮機の場合、高圧シェル形圧縮機に比べて油動粘度が高く、例えば定格暖房運転時は約５倍に達し、機械損失が非常に大きくなる。さらに、油動粘度変動幅も大きく、最大値（中間冷房試験条件時）と最小値（定格暖房試験条件時）の比率が約７倍に達するので、幅広い条件で軸受耐久性確保と機械損失低減とを両立する設計が難しい。
このように低圧シェル形圧縮機において、ＨＣ冷媒を用い、相溶性の高いナフテン系鉱油などの鉱油を潤滑油として用いた場合、油動粘度変動幅が大きく、幅広い条件で軸受耐久性確保（粘度大が好ましい）と機械損失低減（粘度小が好ましい）とを両立する設計が難しいという問題が明らかになった。

（Ｒ２９０とＰＡＧ油）
図１３は、潤滑油をＥＯ５０％を含む相溶性の低いＰＡＧ油（ここでは粘度がＶＧ２２であるものを用いた）に交換して同様の試験を実施した結果であって、当該潤滑油の動粘度変化を示すものである。
図１３に示されるように、低圧シェル形圧縮機の場合、高圧シェル形圧縮機に比べて、油動粘度が定格暖房運転時で約２．５倍であり、また、油動粘度変動幅は最大値（中間暖房試験条件時）と最小値（中間冷房試験条件）の比率は約２倍である。
このように低圧シェル形圧縮機において、ＨＣ冷媒を用い、相溶性の低いＰＡＧ油を潤滑油として用いた場合、油動粘度変動幅はナフテン系鉱油などの鉱油を潤滑油として用いた場合に比べて小さくなる。

また、ＨＣ冷媒とＰＡＧ油との溶解度について、非特許文献１には、Ｒ２９０（プロパン）冷媒と主な潤滑油（鉱油、ＰＯＥ油、ＰＡＧ油）との溶解度曲線が示されており、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）油が、ＨＣ冷媒に対して相溶性が低く、鉱油などの相溶性の油に比べて、冷媒溶解度の変化が小さく、ＨＣ冷媒封入量を削減することがわかる。
このように、低圧シェルにおいて、ＨＣ冷媒に対し相溶性の低いＰＡＧ油を潤滑油として用いることで、鉱油を潤滑油として用いる場合に比べて油動粘度変動幅を小さくでき、また、非相溶油化および低圧シェル化によりＨＣ冷媒の潤滑油への溶け込み量を減らすことができる（冷媒充填量を低減できる）。
しかしながら、軸受耐久性確保と機械損失低減とを両立する設計の自由度を確保する観点から、ＰＡＧの油動粘度変動幅を更に小さくする必要がある。

また、ＰＡＧ油中のＥＯ（エチレンオキサイト）含有量を増やすと、ＨＣ冷媒に対する相溶性を下げることができる（冷媒充填量を低減できる）が、それにより潤滑磨耗性能が低下し、特に５０％以上では潤滑磨耗性能が急激に低下する問題を生じる。このため、ＥＯ含有量を増やすことによる潤滑磨耗性能の低下に対する対策として、ＰＡＧの油動粘度を制御する何らかの手段が必要となる。
また、ＰＡＧ油中の平均分子量を下げると標準状態の粘度を下げることができるが、一方、揮発性が高くなり、引火点が低下する。ＶＧ１８（ＩＳＯ粘度規格）で引火点が１８
３℃であり、ＶＧ１８が実用上使える粘度の限界である。このようなＰＡＧ油の標準状態の粘度低下の限界からも、ＰＡＧの油動粘度を制御する何らかの手段が必要となる。

（冷媒溶解度の変化範囲）
図１４は、温度および圧力に対する冷媒溶解度の変化範囲について、低圧シェル形の場合と高圧シェル形の場合とで比較した図である。
図１５は、冷媒溶解時の油動粘度の変化範囲について、低圧シェル形の場合と高圧シェル形の場合とで比較した図である。
一般的に、図１４に示すように、冷媒溶解度と圧力との関係を示すグラフは圧力０とき冷媒溶解度０となる対数カーブが、異なる温度条件ごとに表される。すなわち、潤滑油を貯蔵した密閉シェル（密閉容器）内を冷媒吐出圧雰囲気とする高圧シェル形の場合、圧縮機の吐出圧条件が変化すると、密閉シェル（密閉容器）内に貯蔵する油の圧力と温度が変化する。一方、低圧シェル形の場合、圧縮機の吸入圧条件が変化すると、密閉シェル（密閉容器）内に貯蔵する油の圧力と温度が変化する。
図１４のような対数カーブで表すことができる冷媒溶解度曲線の特性上、低温低圧側で圧力と温度が変化する低圧シェル形のほうが、高圧シェル形のよりも冷媒溶解度に与える影響が大きく冷媒溶解度が変化する。その結果、図１５に示すように、油動粘度変化範囲も低圧シェル形のほうが高圧シェル形に比べて大きくなる。

以上のように、低圧シェル化と非相溶油化とに対応するために、以下のような新たな課題が抽出された。
（１）ＨＣ冷媒の冷媒溶解度を低減する手段として、非相溶性のＰＡＧ油を用いることが有効であるが、ＰＡＧ油はＶＧ１８より粘度の低い油が実用上製造できない。したがって、軸受け設計を適正化し機械損失を低減するためには、ＰＡＧ油の物性を制御する別の手段が必要である。
（２）さらに、低圧シェル形式を用いる場合には、密閉シェル（密閉容器）内に貯蔵する油の冷媒溶解度と動粘度が変化しやすい。したがって、軸受け設計を適正化し機械損失を低減するためには、油物性を制御する新たな手段が必要である。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、低圧シェル形式の圧縮機において、冷媒の油中溶解度を小さくし、冷媒封入量を削減することができるとともに、圧縮機効率を改善することができる冷媒圧縮機およびヒートポンプ装置を得るものである。

本発明に係る冷媒圧縮機は、低圧シェル形の密閉容器と、該密閉容器内に収納され、冷媒を吸入し圧縮する圧縮機構と、前記密閉容器内に収納され、前記圧縮機構を駆動する電動機と、前記密閉容器内の下部に形成された潤滑油を貯蔵する油貯蔵部と、前記油貯蔵部に貯蔵された潤滑油と前記圧縮機構から吐出された冷媒との間で熱交換する熱交換手段と、前記圧縮機構から冷媒を前記密閉容器外に導く複数の吐出経路と、を有し、前記吐出経路は、前記潤滑油を加熱する前記熱交換手段を前記密閉容器内に備えた第１吐出経路と、前記潤滑油と熱交換しないで前記冷媒を前記密閉容器外に導く第２吐出経路とを備え、前記第１吐出経路は前記熱交換手段を通過した後に前記第２吐出経路と合流することを特徴とする。

本発明では、油貯蔵部に貯蔵された潤滑油に圧縮機構から吐出された高圧冷媒の有する温熱が受け渡されるため、冷媒の油中溶解度を小さくすることができるから、冷媒封入量を削減する効果と、圧縮機効率及びヒートポンプ効率を改善する効果とが得られる。

本発明の実施の形態１に係る冷媒圧縮機を模式的に説明する縦断面図。 本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置を模式的に説明する構成図。 本発明の実施の形態３に係る冷媒圧縮機を模式的に説明する縦断面図。 本発明の実施の形態４に係るヒートポンプ装置を模式的に説明する構成図。 本発明の実施の形態５に係る冷媒圧縮機を模式的に説明する縦断面図。 本発明の実施の形態６に係るヒートポンプ装置を模式的に説明する構成図。 本発明の実施の形態７に係る冷媒圧縮機を模式的に説明する縦断面図。 本発明の実施の形態８に係るヒートポンプ装置を模式的に説明する構成図。 本発明の実施の形態９に係る冷媒圧縮機を模式的に説明する縦断面図。 本発明の実施の形態１０に係るヒートポンプ装置を模式的に説明する構成図。 低圧シェル形と高圧シェル形と性能試験の条件。 Ｒ２９０とナフテン系鉱油を潤滑油とした場合の測定結果。 Ｒ２９０とＰＡＧ油を潤滑油とした場合の測定結果。 温度および圧力に対する冷媒溶解度の変化を示す測定結果。 冷媒溶解度と油動粘度との関係を示す測定結果。

［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る冷媒圧縮機を模式的に説明する縦断面図である。なお、各部位は模式的に描いたものであって、本発明は図示された形態に限定するものではない。

（低圧シェル形２シリンダ圧縮機）
図１において、冷媒圧縮機（以下、「低圧シェル形２シリンダ圧縮機」または「冷媒圧縮機」と称す）１１０は、密閉容器８と、密閉容器８内に設けられた電動機９と、電動機９によって駆動される駆動軸６と、駆動軸６の両端をそれぞれ支持する短軸側軸受け７ａおよび長軸側軸受け７ｂと、第１（下側）シリンダ１１によって構成された第１（下側）圧縮機構１０、第２（上側）シリンダ２１によって構成された第２（上側）圧縮機構２０と、第１（下側）シリンダ１１と第２（上側）シリンダ２１とを仕切る中間プレート５を、を有している。
低圧の冷媒は、圧縮機吸入管１から密閉容器８内に吸入され、密閉容器８内を移動して、密閉容器８内に設置された第１（下側）シリンダ吸入管１５から第１（下側）圧縮機構１０の第１（下側）シリンダ圧縮室１１ａに吸引されると共に、第２（上側）シリンダ吸入管２５から第２（上側）圧縮機構２０の第２（上側）シリンダ圧縮室２１ａにそれぞれ吸入される。
そして、第１（下側）シリンダ圧縮室１１ａおよび第２（上側）シリンダ圧縮室２１ａのそれぞれにおいて圧縮された冷媒（以下、「高圧冷媒」と称す）は、第１（下側）吐出ポート１７および第２（上側）吐出ポート２７からそれぞれ第１（下側）吐出マフラ空間３２および第２（上側）吐出マフラ空間４２に吐出され、それぞれ、密閉容器８外の冷媒回路（図示しない）に導く第１（下側）吐出流路３５と第２（上側）吐出流路４５に繋がる。なお、第１（下側）吐出マフラ空間３２は容器３３によって形成され、両者を合わせて第１（下側）吐出マフラ３１と称す。

第１（下側）吐出流路３５および第２（上側）吐出流路４５には、それぞれ流路抵抗を調整する流路抵抗手段である第１バルブ３７および第２バルブ４７が設置され、それぞれの開度を調節することにより、第１（下側）吐出流路３５および第２（上側）吐出流路４５のそれぞれを流れる冷媒流量が適切に調整される。
また、第１（下側）吐出流路３５は、第１（下側）吐出マフラ空間３２から密閉容器８内の油貯蔵部５０に設置された熱交換手段３６を経由した後、密閉容器８の外に導かれる。
本発明の実施の形態１の構成では、２つの圧縮シリンダ１１、２１が、それぞれ、吐出ポート１７、２７から吐出する高圧冷媒を放熱器１０２（図２参照）に導く吐出経路３０、４０が上記のように構成される。そのうち、密閉容器内で潤滑油を加熱する吐出経路を第１と定義した。
縦置き圧縮機においては潤滑油が密閉容器８内の下部に貯留されるので、下側に配置した吐出経路を第１、上側に配置した吐出経路を第２と命名する構成が一般的である。しかしながら、密閉シェル内で積極的に熱交換する吐出経路を第１と命名するのであって、第２吐出経路より相対的に上側に配置した構成の場合も可能である。
熱交換手段３６は駆動軸６の下端に取り付けてある油回転ポンプ５１の吸い込み口付近に配置され、熱交換手段３６と密閉容器８の外壁部との間に潤滑油の流動を遮る油包囲手段５５が配され、断熱が図られている。熱交換手段３６は、例えば、冷媒が流れる１又は２以上の伝熱管と、該伝熱管に設置された複数の放熱板（フィン）とからなり、潤滑油に浸漬されている。
第１（下側）吐出マフラ空間３２と第２（上側）吐出マフラ空間４２とは、連通流路４６によって連通している。なお、連通流路４６は、第１（下側）シリンダ１１と第２（上側）シリンダ２１と中間プレート５とを軸方向に貫いている。なお、第２（上側）吐出マフラ空間４２は容器４３によって形成され、両者を合わせて上部吐出マフラ４１と称す。

例えば、低温環境条件においては、吸入温度低下により密閉容器内に貯蔵される油温が低下し、油粘度が増加し圧縮機の機械損失が増加する問題があった。
本発明の実施の形態１では、第２バルブ４７を絞って、第１バルブ３７を開くことによって、第１圧縮シリンダ１１で圧縮され、第１吐出ポート１７から第１吐出マフラ空間３２に吐出される高圧冷媒は、連通流路４６を通って、第２吐出マフラ空間４２に流れるため、第２（上側）吐出流路４５を流れる流量を減少させ、第１（下側）吐出流路３５を流れる流量を増加させることができる。すなわち、熱交換手段３６を通過する油の流量が増加するから、油との熱交換量（温熱の受け取り量）が増えることによって油温が上昇し、油粘度が低下するという効果が得られる。
以上より、実施の形態１に係る低圧シェル形２シリンダ圧縮機１１０は、油温を制御することができるため、冷媒の油中溶解度と油動粘度変動幅とが小さくなり、冷媒封入量を削減する効果と、圧縮機効率を向上させる効果が得られる。

なお、熱交換手段３６と密閉容器８の壁面の間に潤滑油の流動を遮る油包囲手段５５が載置されているから油包囲手段５５の内部において潤滑油は加熱され、密閉容器８の外への温熱の放散が防止される。
また、潤滑油として、炭化水素冷媒と相溶性の小さな潤滑油、例えば、４０℃大気圧中で動粘度が１８ｃＳｔ以上であるようにエチレンオキサイトを含有させたポリアルキレングリコールを用いている。

［実施の形態２］
図２は本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置を模式的に説明する一部縦断面の構成図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。また、各部位は模式的に描いたものであって、本発明は図示された形態に限定するものではない。

（ヒートポンプ給湯器）
図２において、ヒートポンプ装置（以下、「ヒートポンプ給湯器」と称す）１４０は、冷媒圧縮機１１０と、放熱器１０２と、膨張弁１０３と、蒸発器１０４と、これらを順次連結して冷媒を循環させる冷媒配管１０５と、によって冷凍サイクルを実現する主冷媒回路１２０と、利用流体回路１３０とを備える。
ここで、冷媒圧縮機１１０は、実施の形態１において説明した低圧シェル形２シリンダ圧縮機１１０であり、第１（下側）吐出流路３５と第２（上側）吐出流路４５とは、それぞれ第１バルブ３７と第２バルブ４７の下流側（密閉容器８の外）で合流している。
そして、放熱器１０２において、冷媒圧縮機１１０が圧縮した冷媒（高圧冷媒）と利用流体回路１３０を流れる利用流体（ここでは水）とを熱交換することにより、冷媒は温熱を受け渡して冷却され、利用流体は温熱を受け取って温められる。すなわち、利用流体回路１３０は、放熱器１０２において温められた利用流体を活用するものである。

このとき、ヒートポンプ給湯器１４０においては、高温吐出による高温沸き上げ運転が必要である。この場合には、第１バルブ３７を閉じて、第２バルブ４７を開くことで、第２（上側）吐出流路４５を流れる流量を増加させることができる。すなわち、油と熱交換しない高温冷媒を、放熱器１０２に供給することができる。
一方、定常の出湯温度で高出力が必要な場合には、冷媒圧縮機１１０は高い回転数で動作し吐出部で大きな圧力損失が発生するから、圧力損失を低減するために、第１バルブ３７および第２バルブ４７を全開にして動作させる。
さらに、圧力脈動による騒音・振動を低減するため、第１（下側）吐出マフラ空間３２と第２（上側）吐出マフラ空間４２との間で逆位相で発生する圧力脈動を、連通流路４６を経由して相互に伝播させることで、圧力脈動の振幅を低減する効果が得られる。

なお、第１バルブ３７および第２バルブ４７の開度の制御は、密閉容器８内の油温、密閉容器８の外壁温度、または、吐出温度を検知しながら、能動的に制御したり、用途や環境条件によって平均的に最も効率のより開度に調整しておいたりする。
以上より、実施の形態２に係るヒートポンプ給湯器１４０は、実施の形態１に係る低圧シェル形２シリンダ圧縮機１１０を有するから、冷媒の油中溶解度と油動粘度変動幅とを小さくできるので、ヒートポンプ効率を改善する効果が得られる。

［実施の形態３］
図３は本発明の実施の形態３に係る冷媒圧縮機を模式的に説明する縦断面である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。また、各部位は模式的に描いたものであって、本発明は図示された形態に限定するものではない。

（低圧シェル形２シリンダ圧縮機）
図３において、冷媒圧縮機（以下、「低圧シェル形２シリンダ圧縮機」と称す）２１０は、第１（下側）吐出流路３５および第２（上側）吐出流路４５の一方または両方から流出した冷媒が、冷媒回路（図示しない）において油分離された後、分離された油を第１（下側）圧縮機構１０および第２（上側）圧縮機構２０に戻すための油戻し回路５６が設けられている。
すなわち、低圧シェル形２シリンダ圧縮機２１０には、実施の形態１に示す低圧シェル形２シリンダ圧縮機１１０と同様に、第１（下側）吐出流路３５が第１（下側）吐出マフラ空間３２から密閉容器８内の油貯蔵部５０に設置された熱交換手段３６を経由した後、密閉容器８の外に導かれ、熱交換手段３６において、潤滑油が加熱されるから、冷媒封入量を削減する効果と、圧縮機効率を改善する効果が得られる。

さらに、第１バルブ３７および第２バルブ４７の開度を調節することにより、第１吐出流路３５および第２吐出流路４５のそれぞれを流れる冷媒流量が適切に調整されるので、吐出流路での圧力損失を減らすには、バルブ３７、４７を全開にするのがよいが、一方、油との熱交換量を増やし、油動粘度低減、冷媒溶解度低減をさせる必要な場合に第１バルブ３７を全開にし、第２バルブ４７を閉じる。などの調整が可能となり、冷媒封入量の削減と圧縮機効率の改善に有効である。
このとき、バルブ３７、４７を開閉調整によって油との熱交換量を調整する機能を得るには、圧縮シリンダから吐出された冷媒が、第１吐出経路側３５の熱交換手段３６を経由する前に、第２吐出経路に合流できるように連通流路４６を配置するのがよい。

［実施の形態４］
図４は本発明の実施の形態４に係るヒートポンプ装置を模式的に説明する一部縦断面の構成図である。なお、実施の形態３と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。また、各部位は模式的に描いたものであって、本発明は図示された形態に限定するものではない。

（ヒートポンプ給湯器）
図４において、ヒートポンプ装置２４０は、圧縮機２１０と、放熱器１０２と、膨張弁１０３と、蒸発器１０４と、これらを順次連結して冷媒を循環させる冷媒配管１０５と、によって冷凍サイクルを実現する主冷媒回路２２０とを備える。このとき、圧縮機２１０と放熱器１０２との間に油分離器５７が設置されている。
そして、第１（下側）吐出流路３５と第２（上側）吐出流路４５は第１バルブ３７と第２バルブの下流（密閉容器８の外）で合流し、一旦、油分離器５７内に導かれ、油分離後の冷媒は放熱器１０２に導かれる。一方、分離された油は、油戻し回路５６を通って第１（下側）圧縮機構１０および第２（上側）圧縮機構２０に給油される（戻される）。
以上より、実施の形態４に係るヒートポンプ装置２４０は、実施の形態１に係る低圧シェル形２シリンダ圧縮機１１０を有するから、冷媒の油中溶解度と油動粘度変動幅とを小さくできるので、ヒートポンプ効率を改善する効果が得られる。なお、実施の形態２に示したヒートポンプ給湯器１４０に準じて、放熱器１０２に利用流体回路１３０を熱的に接続してもよい。

［実施の形態５］
図５は本発明の実施の形態５に係る冷媒圧縮機を模式的に説明する縦断面である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。また、各部位は模式的に描いたものであって、本発明は図示された形態に限定するものではない。

（低圧シェル形２シリンダ圧縮機）
図５において、冷媒圧縮機（以下、「低圧シェル形２シリンダ圧縮機」と称す）３１０は、圧縮機吸入管１を経由して密閉容器８内に導かれた低圧冷媒を、一旦、密閉容器８の外に誘導した後、第１（下側）シリンダ圧縮室１１ａに導く第１（下側）シリンダ吸入管１５と、第２（上側）シリンダ圧縮室２１ａに導く第２（上側）シリンダ吸入管２５と、が設置されている。したがって、冷凍冷蔵庫や冷房などの冷却を主とする用途においては、吸入加熱損失を低減する効果があり、実施の形態１に示すより優れている。
また、第１（下側）圧縮機構１０からの吐出直後の圧力脈動を減衰させる第１（下側）吐出マフラ３１を構成する容器３３に、放熱用の複数のフィン３８を設置し、第１吐出径路３５自体には、放熱用のフィンを設置していない。よって、独立した熱交換器を用いる（第１吐出径路３５自体に放熱用のフィンを設置する構成）よりも低コスト化とコンパクト化に有利である。

すなわち、低圧シェル形２シリンダ圧縮機３１０には、第１（下側）吐出マフラ空間３２およびフィン３８からの伝熱によって潤滑油が加熱されるから、冷媒封入量を削減する効果と、圧縮機効率を改善する効果が得られる。

さらに、第１バルブ３７および第２バルブ４７の開度を調節することにより、第１吐出流路３５および第２吐出流路４５のそれぞれを流れる冷媒流量が適切に調整されるので、吐出流路での圧力損失を減らすには、バルブ３７、４７を全開にするのがよいが、一方、油との熱交換量を増やし、油動粘度低減、冷媒溶解度低減させる必要な場合に第１バルブ３７を全開にし、第２バルブ４７を閉じる。などの調整が可能となり、冷媒封入量の削減と圧縮機効率の改善に有効である。

［実施の形態６］
図６は本発明の実施の形態６に係るヒートポンプ装置を模式的に説明する一部縦断面の構成図である。なお、実施の形態５と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。また、各部位は模式的に描いたものであって、本発明は図示された形態に限定するものではない。

（ヒートポンプ給湯器）
図６において、ヒートポンプ装置３４０は、圧縮機３１０と、放熱器１０２と、膨張弁１０３と、蒸発器１０４と、これらを順次連結して冷媒を循環させる冷媒配管１０５と、によって冷凍サイクルを実現する主冷媒回路３２０とを備える。
したがって、ヒートポンプ装置３４０は、実施の形態５に係る冷媒圧縮機３１０を有するから、冷媒の油中溶解度と油動粘度変動幅とを小さくできるので、ヒートポンプ効率を改善する効果が得られる。なお、実施の形態２に示したヒートポンプ給湯器１４０に準じて、放熱器１０２に利用流体回路１３０を熱的に接続してもよい。

［実施の形態７］
図７は本発明の実施の形態７に係る冷媒圧縮機を模式的に説明する縦断面である。なお、実施の形態５と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。また、各部位は模式的に描いたものであって、本発明は図示された形態に限定するものではない。

（低圧シェル形１シリンダ圧縮機）
実施の形態５に示した低圧シェル形２シリンダ圧縮機３１０は、第１（下側）圧縮機構１０および第２（上側）圧縮機構２０の２個の圧縮機構で構成したが、図７において、冷媒圧縮機４１０は、圧縮機構が１シリンダで構成した低圧シェル形１シリンダ圧縮機である点が異なる。
本低圧シェル形１シリンダ圧縮機４１０では、圧縮機吸入管１を経由して密閉容器８内に導かれた低圧冷媒を、一旦、密閉容器８の外に誘導した後、シリンダ圧縮室６１ａに導くシリンダ吸入管６５が設置されている。したがって、冷凍冷蔵庫や冷房などの冷却を主とする用途においては、吸入加熱損失を低減する効果があり、実施の形態１に示すより優れている。
本発明の実施の形態７では、実施の形態１から６のような連通流路４６がなくとも、シリンダ圧縮室６１ａの２つの吐出ポート２７、１７が上下に分かれて取り付けてあるため、連通流路がなくとも、
第２バルブ４７を絞って、第１バルブ３７を開くことによって、第１圧縮シリンダ６１で圧縮された高圧冷媒は、シリンダ圧縮室４６から第２吐出マフラ空間４２に流れやすくなるため、第２（上側）吐出流路４５を流れる流量を減少させ、第１（下側）吐出流路３５を流れる流量を増加させることができる。すなわち、熱交換手段３６を通過する油の流量が増加するから、油との熱交換量（温熱の受け取り量）が増えることによって油温が上昇し、油粘度が低下するという効果が得られる。
なお、冷媒圧縮機４１０はの密閉容器８の底面に密閉容器脚台９０が設置されているが、密閉容器脚台９０の形態は図示するものの限定するものではない。また、その他の実施の形態１〜６においても同様に密閉容器脚台９０を設置することができる。

これ以外については、実施の形態１と同様な構成であって、低圧シェル形１シリンダ圧縮機４１０には、また、第１バルブ３７および第２バルブ４７の開度を調節することにより、第１吐出流路３５および第２吐出流路４５のそれぞれを流れる冷媒流量を適切に調整し、冷媒封入量を削減する効果と、圧縮機効率を改善する効果が得られる。

［実施の形態８］
図８は本発明の実施の形態８に係るヒートポンプ装置を模式的に説明する一部縦断面の構成図である。なお、実施の形態７と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。また、各部位は模式的に描いたものであって、本発明は図示された形態に限定するものではない。

（ヒートポンプ給湯器）
図８において、ヒートポンプ装置４４０は、圧縮機４１０と、放熱器１０２と、膨張弁１０３と、蒸発器１０４と、これらを順次連結して冷媒を循環させる冷媒配管１０５と、によって冷凍サイクルを実現する主冷媒回路１２０とを備える。
したがって、ヒートポンプ装置４４０は、実施の形態７に係る冷媒圧縮機４１０を有するから、冷媒の油中溶解度と油動粘度変動幅とを小さくできるので、ヒートポンプ効率を改善する効果が得られる。なお、実施の形態２に示したヒートポンプ給湯器１４０に準じて、放熱器１０２に利用流体回路１３０を熱的に接続してもよい。

［実施の形態９］
図９は本発明の実施の形態９に係る冷媒圧縮機を模式的に説明する縦断面である。なお、実施の形態７と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。また、各部位は模式的に描いたものであって、本発明は図示された形態に限定するものではない。

（低圧シェル形１シリンダ圧縮機：横置き）
以上、実施の形態１〜７で示すような縦置き圧縮機においては、潤滑油が密閉容器８内の下部に貯留されるので、密閉容器８内で潤滑油を加熱する第１吐出経路は、下側に配置した吐出経路を第１、上側に配置した吐出経路を第２と命名する構成が簡便であるが、密閉容器８内で積極的に熱交換する吐出経路を第１と命名するのであって、第２吐出経路より相対的に上側に配置した構成の場合もありうる。

図９において、本実施の形態９に示す冷媒圧縮機５１０は、実施の形態７に示す冷媒圧縮機（低圧シェル形１シリンダ圧縮機）４１０を横置きにしたものに相当している。
冷媒圧縮機（低圧シェル形１シリンダ圧縮機）５１０には、駆動軸６のモータ９側を支持する長軸側軸受け７ｂ側に、シリンダ圧縮室６１ａから高圧冷媒を吐出する第１吐出ポート７７、第１吐出マフラ７１、第１吐出マフラ空間７２が形成され、第１吐出マフラ容器７３の表面には油との熱交換を促進するフィン７８が設置されている。第１吐出マフラ空間７２から放熱器１０２に導く第１吐出流路７５と、第１吐出流路７５の開度を調整するバルブ７７が取り付けられている。
一方、短軸側軸受け７ａ側に、第２吐出ポート８７、第２吐出マフラ８１、第２吐出マフラ空間８２が形成され、第２吐出マフラ空間７２から放熱器１０２に導く第２吐出流路８５と、第２吐出流路８５の開度を調整するバルブ８７が取り付けられている。第１バルブ７７および第２バルブ８７の開度を調節することにより、第１吐出流路７５および第２吐出流路８５のそれぞれを流れる冷媒流量が適切に調整される。
なお、駆動軸６の短軸側軸受７ａ側には給油管５２の一方の端部が接続され、給油管５２の他方の端部は油貯蔵部５０に位置している。また、密閉容器８の側面（円筒状部分）に密閉容器脚台９０が設けられている。

冷媒圧縮機５１０は、前記以外については、冷媒圧縮機４１０（実施の形態７）と同様な構成であり、第１吐出マフラ空間７２およびフィン７８からの伝熱によって潤滑油が加熱されるから、冷媒封入量を削減する効果と、圧縮機効率を改善する効果が得られる。

［実施の形態１０］
図１０は本発明の実施の形態１０に係るヒートポンプ装置を模式的に説明する一部縦断面の構成図である。なお、実施の形態９と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。また、各部位は模式的に描いたものであって、本発明は図示された形態に限定するものではない。

（ヒートポンプ給湯器）
図１０において、ヒートポンプ装置（以下、「ヒートポンプ給湯器」と称す）５４０は、実施の形態９に示す冷媒圧縮機５１０と、放熱器１０２と、膨張弁１０３と、蒸発器１０４と、これらを順次連結して冷媒を循環させる冷媒配管１０５と、によって冷凍サイクルを実行するものである。
すなわち、ヒートポンプ給湯器５４０は、実施の形態９に示す冷媒圧縮機５１０を有するから、冷媒の油中溶解度と油動粘度変動幅とを小さくすることができるので、ヒートポンプ効率を改善する効果が得られる。
なお、実施の形態２に示したヒートポンプ給湯器１４０に準じて、放熱器１０２に利用流体回路１３０を熱的に接続してもよい（図２参照）。

［その他の実施の形態］
以上、実施の形態１〜８では、第１（下側）吐出流路３５および第２（上側）吐出流路４５における流路抵抗を調整する手段として、第１バルブ３７および第２バルブ４７が設置されものを示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、流路断面積や長さの調整や、流路折り曲げ、キャピラリーチューブなどの別の手段を用いてもよい。
また、潤滑油が密閉容器８の壁面から外部へ放熱することを防ぐ断熱手段として、熱交換手段と密閉容器８の壁面の間に前記潤滑油の流動を遮る部材５５を配置して構成した断熱手段を示しているが、密閉容器８の外壁面を外気から断熱する手段も有効である。
さらに、以上は、ロータリ圧縮機を想定したシリンダ構成図で説明したが、レシプロ式やスクロール式などの圧縮機方式の場合にも、吐出流路を２つ配置できる圧縮機であれば同様の効果を得られる。

１：圧縮機吸入管、３：圧縮機構、５：中間プレート、６：駆動軸、７ａ：短軸側軸受け、７ｂ：長軸側軸受け、８：密閉容器、９：電動機、１０：第１（下側）圧縮機構、１１：第１（下側）シリンダ、１１ａ：第１（下側）シリンダ圧縮室、１５：第１（下側）シリンダ吸入管、１７：第１（下側）吐出ポート、２０：第２（上側）圧縮機構、２１：第２（上側）シリンダ、２１ａ：第２（上側）シリンダ圧縮室、２５：第２（上側）シリンダ吸入管、２７：第２（上側）吐出ポート、３０：第１吐出経路、３１：第１（下側）吐出マフラ、３２：第１（下側）吐出マフラ空間、３３：容器、３５：第１（下側）吐出流路、３６：熱交換手段、３７：バルブ、３８：フィン、３９：第１吐出経路、４０：第２吐出経路、４１：第２（上側）吐出マフラ、４２：第２（上側）吐出マフラ空間、４３：容器、４５：第２（上側）吐出流路、４６：連通流路、４７：バルブ、５０：油貯蔵部、５１：油回転ポンプ、５２：給油管、５５：油包囲手段、５６：油戻し回路、５７：油分離器、６０：圧縮機構、６１：圧縮シリンダ、６１ａ：シリンダ圧縮室、６５：シリンダ吸入管、９０：密閉容器脚台、７０：第１吐出経路、７１：第１吐出マフラ、７２：第１吐出マフラ空間、７３：容器、７５：第１吐出流路、７６：熱交換手段、７７：バルブ、７８：フィン、７９：第１吐出ポート、８０：第２吐出経路、８１：第２吐出マフラ、８２：第２吐出マフラ空間、８３：容器、８５：第２吐出流路、８７：バルブ、８９：第２吐出ポート、１０２：放熱器、１０３：膨張弁、１０４：蒸発器、１０５：冷媒配管、１１０：低圧シェル形２シリンダ圧縮機（冷媒圧縮機、実施の形態１）、１２０：冷媒圧縮機、１３０：利用流体回路、１４０：ヒートポンプ給湯器（実施の形態２）、２１０：低圧シェル形２シリンダ圧縮機（冷媒圧縮機、実施の形態３）、２２０：主冷媒回路、２４０：ヒートポンプ装置（実施の形態４）、３１０：低圧シェル形２シリンダ圧縮機（冷媒圧縮機、実施の形態５）、３２０：主冷媒回路、３４０：ヒートポンプ装置（実施の形態６）、４１０：低圧シェル形２シリンダ圧縮機（冷媒圧縮機、実施の形態７）、４２０：主冷媒回路、４４０：ヒートポンプ装置（実施の形態８）、５１０：低圧シェル形１シリンダ圧縮機（冷媒圧縮機、実施の形態９）、５４０：ヒートポンプ給湯器（実施の形態１０）。

Claims (12)

1. 低圧シェル形の密閉容器と、
   該密閉容器内に収納され、冷媒を吸入し圧縮する圧縮機構と、
   前記密閉容器内に収納され、前記圧縮機構を駆動する電動機と、
   前記密閉容器内の下部に形成された潤滑油を貯蔵する油貯蔵部と、
   前記油貯蔵部に貯蔵された潤滑油と前記圧縮機構から吐出された冷媒との間で熱交換する熱交換手段と、
   前記圧縮機構から冷媒を前記密閉容器外に導く複数の吐出経路と、を有し、
   前記吐出経路は、前記潤滑油を加熱する前記熱交換手段を前記密閉容器内に備えた第１吐出経路と、前記潤滑油と熱交換しないで前記冷媒を前記密閉容器外に導く第２吐出経路とを備え、前記第１吐出経路は前記熱交換手段を通過した後に前記第２吐出経路と合流することを特徴とする冷媒圧縮機。
2. 前記圧縮機構から吐出した冷媒が前記熱交換手段を通過する前に、前記第１吐出経路と前記第２吐出経路とを連通するバイパス流路を有し、
   前記第１吐出経路と前記第２吐出経路それぞれに流れる冷媒流量を調整する流路抵抗手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷媒圧縮機。
3. 前記第１吐出経路と前記第２吐出経路それぞれに流れる冷媒流量を調整する流路抵抗手段によって前記油貯蔵部の温度を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の冷媒圧縮機。
4. 前記圧縮機構は、高圧に圧縮した冷媒を前記第１吐出経路から前記密閉容器の外に導く第１圧縮機構と、高圧に圧縮した冷媒を前記第２吐出経路から前記密閉容器の外に導く第２圧縮機構との２つで形成したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の冷媒圧縮機。
5. 前記第１圧縮機構から吐出直後の高圧冷媒が流入すると共に、前記第１吐出経路に連通する第１吐出マフラが設置され、
   前記第２圧縮機構から吐出直後の高圧冷媒が流入すると共に、前記第２吐出経路に連通する第２吐出マフラが設置され、
   前記第１吐出マフラと前記第２吐出マフラとを連通させた前記バイパス流路を有することを特徴とする請求項２に従属する請求項４に記載の冷媒圧縮機。
6. 前記第１圧縮機構と前記第２圧縮機構は逆位相で圧縮動作するツインロータリ圧縮機であることを特徴とする請求項４に記載の冷媒圧縮機。
7. 前記密閉容器は、前記潤滑油が前記密閉容器の壁面から外部への放熱を防ぐ断熱手段を備えることを特徴とする請求項４または５に記載の冷媒圧縮機。
8. 前記第１吐出経路の前記油貯蔵部を通過する範囲の一部に、熱交換手段が設置され、該熱交換手段と前記密閉容器の壁面との間に前記潤滑油の流動を遮る油包囲手段が配置されることを特徴とする請求項１に記載の冷媒圧縮機。
9. 前記潤滑油が、炭化水素冷媒との相溶性が小さいことを特徴とする請求項１に記載の冷媒圧縮機。
10. 前記潤滑油は、４０℃大気圧中で動粘度が１８ｃＳｔ以上であるようにエチレンオキサイトを含有させたポリアルキレングリコールを用いたことを特徴とする請求項９に記載の冷媒圧縮機。
11. 前記圧縮機構が第１圧縮機構と、
    該第１圧縮機構の上方に配置された第２圧縮機構とからなり、
    前記第１圧縮機構から吐出された直後の高圧冷媒が流入する第１吐出マフラと、
    該第１吐出マフラに連通し、前記密閉容器の外に直接導かれる第１吐出経路と、
    前記第２圧縮機構から吐出された直後の高圧冷媒が流入する第２吐出マフラと、
    該第２吐出マフラに連通し、前記密閉容器の外に直接導かれる第２吐出経路と、
    を有し、前記油貯蔵部に貯蔵された潤滑油と、前記第１吐出マフラに流入した高圧冷媒との間で、熱交換することを特徴とする請求項１記載の冷媒圧縮機。
12. 請求項１〜１１の何れか１項に記載の冷媒圧縮機を用いたヒートポンプ装置。

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