JPS61135991A - 密閉形電動圧縮機の潤滑方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、密閉形電動圧縮機の潤滑方法に係り、特に冷
凍サイクル中のロータリ圧縮機などの回転数を増進する
ことにより急速冷凍を可能にし、また、冷凍負荷に合せ
て圧縮機の回転を減速させるのに好適な潤滑油を適用し
た密閉形電動圧縮機の潤滑方法に関するものである。

〔発明の背景〕

まず、従来の一般的な密閉形圧縮機について、第１図か
ら第４図を参照して説明する。

ここに第１図は、一般的なロータリ圧縮機の縦断面図、
第２図は、第１図のＸ−Ｘ＠面図、第６図は、一般的な
冷凍サイクルの構成図、第４図は、第１図のロータリ圧
縮機における軸の偏心率ｎと、半径隙間Ｃ１軸半径ｒ、
潤滑油の粘性係数η、軸の回転数Ｎ、軸受荷重Ｐの関係
を示す線区である。

従来技術を説明する・に当り、冷蔵庫用ロータリ圧縮機
を例に取上げＣ１まず冷凍ザイクルの説明から進める。

第６図において、１は圧縮機、２は凝縮器、６は減圧手
段に係る膨張器、４は蒸発器で、これらを接続する実線
は冷媒配管を示１〜でいる。

圧縮機１で圧縮され、吐出される高温高圧の冷媒ガスは
、凝縮器２で放熱し、ここで冷媒は液化する。次いで、
冷媒液は膨張器６で減圧され、蒸発器４で気化する。こ
のとき、周囲から蒸発熱を奪うので、蒸発器４の周囲は
冷却される。蒸発器４で気化して低温低圧のガスとなっ
た冷媒は再び圧縮機１に吸込まれ、以下同じサイクルを
繰返す。

冷蔵庫は、一般に蒸発器佑、断熱された箱体の内部に設
け、箱体の内部に収納された食品から熱を奪って食品を
冷却するものである。

従来の冷蔵庫は、圧縮機の回転数が一定であるので、冷
蔵庫の冷却能力は一定であり、冷蔵庫内の食品を急速に
冷却したい場合、冷凍能力が不足する。

また、冷蔵庫内の食品の鮮度を長期間保存するためには
、冷蔵庫内の温度変化を少なくする必要がある。このた
めに、従来は冷蔵庫内部の温度を感知し、設定温度にな
ると圧縮機の運転を停止し、設定温度以上になると圧縮
機の運転を再開する、いわゆる圧縮機のオン−オフ制御
でこれを行っていた。

しかし、この方法では、冷蔵庫内の温度変動は設定温度
±２℃程度にしかならない。

従来の冷蔵庫は、上述のような問題を有していたが、こ
れを解決する手段としては、冷蔵庫の冷凍負荷に合わせ
て圧縮機の回転数を制御し、冷媒循環量、すなわち冷凍
能力をコントロールする方法がある。しかし、この方法
に２ける圧縮機の問題点としては、下記の点があげられ
る。

高速回転においては、圧縮負荷の増加、軸受損失等圧縮
機摺動損失の増加、モータ入力の増加などにより圧縮機
が高温になる。そのため、圧縮室を潤滑油により密封（
以Ｆゾールという）しているロータリ圧縮機においては
、潤滑油が高温になることにより油の粘度が著しく低下
し　潤滑油で完全にシールすることが難しくなる。この
ため、圧縮機の体積効率が悪くなり、寸た、高圧側の高
温度の冷媒ガスが吸込側に洩れ込むことにより、吸込ガ
スが別熱され、圧縮終了時の吐出ガス温度が著しく高温
となる。その結果、冷媒ガスとともに冷凍サイクルを循
環している油が炭化し、また冷媒ガスも熱によって分解
されやすくなる。

また、低速回転においては、シャフトの回転速４５　。

度が遅くなることにより、軸受部に油膜が形成されにく
くなるので、軸受とシャフト間で金属接触が生じやすく
なり、軸受がかじったり、あるいは摩耗したりする問題
がある。

上記のことを第１図および第２図を参照して、さらに具
体的に説明する。

第１．２図に示す冷蔵庫用ロータリ圧縮機は、ケーシン
グ１７内に電動機部１６と圧縮機構部１５とを収納し、
ケーシング底部に潤滑油溜り１９が設けられているもの
である。

圧縮機構部の構成をさらに詳しく説明する。

図において、５は、′電動機部１６側のサイドプレート
、６は、サイドプレート５に対向するサイドプレートで
ある。７は、両サイドプレート５゜６間に設けられたシ
リンダ、８は、シリンダ７内面に沿って回転するローラ
で１、これらで圧縮室１４が構成されている。

９は、冷媒ガスを吸入する吸込パイプ、１０は圧縮され
た高温高圧の冷媒ガスを吐出する吐出パイプである。

、　４　。

１１は、圧縮室１４と吸込室１２とを仕切って作動する
ベーンで、ローラ８の回転にともなって可動しうるよう
にシリンダ７に装着されている。

前記ローラ８の両側に対向して配設されたサイドプレー
ト５．６部には、ジャーナル軸受２１゜２２が設けられ
ている。

２０は、電動機部１６の回転力を圧縮機構部１５に伝達
するシャフトである。

次に、このように構成されたロータリ圧縮機における動
作と潤滑油の機能について説明する。

冷媒ガスは、吸込パイプ９から吸込室１２に導かれる。

吸込室１２に導かれた冷媒ガスは、シリンダ７内面に沿
って回転するローラ８とベーン１１の働きによって圧縮
され、吐出ポート１３から吐出サイレンサ１８を経てケ
ーシング１７内空間２３に吐出され、吐出パイプ１０か
ら冷凍サイクルの冷媒配管に吐出される。吐出ボート１
６には図示しないが吐出弁が設けられている。

ローラ８の内部８′は、ケーシング内空間２６と連通し
ているのでケーシング内空間２６と同じ吐出圧力になっ
ている。

まだ、ローラ８とシリンダ７の間には、軸方向のクリア
ランスｃｈ　と半径方向のクリアランスＣｒがある。

吸込室１２は、ローラ内ｓ８′の圧力より低いので、冷
媒ガスは第２図の矢印のようにローラ内部８′からロー
ラ端面のクリアランスＣｈを通って吸込室１２に洩れよ
うとする。また、半径方向のクリアランスＣｒからは圧
縮途中の冷媒ガスが吸込室１２に洩れようとする。

これらのクリアランスは、通常潤滑油によってシールさ
れているので、吸込室１２への洩れ量はわずかである。

しかし、圧縮機が高速回転するときにおいては圧縮仕事
が大きく、また、摺動部の損失も大きくなるので、圧縮
機が非常に高温になる。それにともない、潤滑油の粘度
も低下し、前記のクリアランス部からの洩れも多くなる
。

この場合もつとも問題となるのは、前記のクリアランス
Ｃｈ　、　Ｃｒを介して高温の冷媒ガスを吸込室１２へ
洩れると、吸込ガスが異常に加熱され、そのため圧縮が
終了する吐出ボート部１６においては冷媒ガスとともに
冷凍サイクルを循環している潤滑油が炭化することがあ
ることである。

また、圧縮機の断熱圧縮効率も、圧縮機構部の冷媒ガス
洩れが多くなると悪化する。

さらに、上記のロータリ圧縮機は、圧縮荷重を受けるロ
ーラ８の両側にジャーナル軸受２１，２２が設けられて
いて、軸受部に供給された潤滑油は、シャフト２０が回
転することによってジャーナル軸受２１．２２との間に
油膜が形成され、シャフト２０とジャーナル軸受２１．
２２とが金属接触しない構造となっている。

シャフト２０（以下軸という）とジャーナル軸受２１．
２２（以下軸受という）との間で形成される最小油膜厚
さは、一般に、次のように計算される。

すなわち、最小油膜厚さＨ１軸受と軸の半径隙間０１輔
の偏心率ｎとすると Ｈ＝Ｃ（１−ｎ）・・・・・・・・・・・・・・・（１
）７　・ となる。

また、軸の偏心率ｎと、半径隙間Ｃ１軸半径ｒ１油の粘
性係数η、軸の回転数Ｎ１軸受荷重Ｐの関係は第４図の
ようになる。

ｒ　η・Ｎ 第４図では、横軸に（Ｃ）２Ｐ−命とり、縦軸に偏心率
ｎをとって、偏心率ｎの指数変化を示している。

第４図および（１）式から、軸と軸受の間に形成される
最小油膜厚さＨは、軸回転数Ｎが低くなると小さくなる
ことがわかる。

したがって、冷凍負荷が低下したときに、それに合うよ
うに圧縮機の回転数を低下させると前述の理由により油
膜が形成されにくくなり、シャフト２０とジャーナル軸
受２１．２２との間で金属接触が生じやすくなり、かじ
りあるいは摩耗が起シやすい。

これを解決するためには、軸径ｒを大きくすることが考
えられるが、このようにすると軸径が大きくなり、それ
に伴い各部の寸法が大きくなり、結局圧縮機外法寸法が
大きくなる欠点がある。

・　８　・ また、低速回転時の他の問題としては、圧縮機の全体の
損失の中で冷媒の洩れ損失の占める割合が大きい。

したがって、冷媒の洩れ損失を小さくしないと、低速回
転時において圧縮機の効率が悪く、低速回転では効率の
点で実用できないという問題があった。

なお、本発明に関連する先行技術情報として特記すべき
ものはない。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、従来の一定回転故圧縮機の機構的な構成
をｖｌとんど変えることなく、圧縮機の回転数を低速か
ら高速までの広範囲Ｖこ、信頼性が高く、効率的にも優
れた運転を可能にする密閉形電動圧縮機の潤滑方法の提
供を、その目的としている。

〔発明の概要」 本発明に係る密閉形電動圧縮機の潤滑方法は、圧縮機、
凝縮器、蒸発器および減圧手段からなる冷凍サイクルに
おける当該圧縮機であって、ケーシング内に電動機部と
圧縮機構部と潤滑油とを収納し、その圧縮機構部の圧縮
室を潤滑油で密封する密閉形電動圧縮機の潤滑方法にお
いて、前記密閉形電動圧縮機に供せられる潤滑油を、フ
ロン冷媒ｔｔ１２１囲気中、圧力””　Ｋｑ　／ＭＧ　
　、温度６０℃における潤滑油の粘度が５〜７ｃＳｔ、
粘度指数が９０〜１１０の潤滑油とし、この潤滑油によ
り前記圧縮室を密封するとともに摺動部の潤滑を行う方
法である。

なお付記すると、本発明は冷蔵庫用ロータリ圧縮機など
密閉形電動圧縮機の信頼性を確保するとともに、あわせ
て圧縮機の効率を同上させるため、低速回転および高速
回転のいずれにも適応する潤滑油を研究し、上記の目的
に適う潤滑油を見出し、実機に適用したものである。

〔発明の実施例〕

上記の従来技術の問題を、潤滑油に焦点を絞って研究し
た結果、潤滑油として、ツーロン冷媒■１２の雰囲気中
、圧力５　Ｋｇ／ｃｒｄＧ　、　温度６０℃における潤
滑油の粘度が５〜７Ｃ８ｔ、粘度指数が９０〜１１０の
ものを便うことにより、上記の問題点がすべて解決でき
ることやＳわかった。

以−ド、本発明の実施例として、上記の目的に適する潤
滑油を見出した実験について、先の第１゜２図に合わせ
て第５図ないし第７図を参照１７て説明する。

ここに、第５図は、本実験の結果を示すもので、潤、滑
油の精度別に、圧縮機の断熱圧縮効率と回転数との関係
を比較した線図、第６図は、その潤滑油温の関係を示す
線図、第７図は、軸受最小油膜厚と圧縮機回転数の関係
を示す線図である。

第５図は、横軸に圧縮機の回転ａ（ｒｐｍ）をとり、縦
軸に断熱圧縮効率ηａｄをとって、潤滑油Ａ（実線）、
潤滑油Ｂ（破線）、潤滑油Ｃ（一点鎖線）を用いたとき
の各回転数における断熱圧縮効率ケ示しだものである。

潤滑油Ａは、フロン冷媒Ｒ１２の雰囲気中、圧力５　Ｋ
９／ｃｒｌ　Ｇ　、温度６０℃における潤滑油の粘土が
５〜７　ｃｓ、ｔ　、粘度指ｅＬ９０〜１１０の仕様の
もの、１１　・ 潤滑油Ｂば、従来の一定速回転の圧縮機に使用している
ものであり、フロン冷媒比１２の雰囲気中、圧力５にμ
ｆＡＧ　、温度６０℃における潤滑油の粘度が５ｃＳｔ
、粘度指数が２０の仕様のもの、また、潤滑油Ｃは、潤
滑油入よりもさらに高粘度のものである。

圧縮機としては、第１．２図で説明した一般的なロータ
リ圧縮機を使用し、適用潤滑油を前記６種類とし、断熱
圧縮効率ηａｄを圧縮機の回転数を変えて比較実験を行
った。

その結果、第５図に示すように、従来、回転数が３００
Ｏｒｐｍあるいは３６　Ｑ　Ｏｒｐｍの一定回転数で運
転する圧縮機に使用されている潤滑油Ｂ／／（破線）を
使用した場合は、１５００ｒｐｍ以下の回転数で断熱圧
縮効率ηａａ　は非常に悪くなる。

これは、先に説明したように、低速回転のときは、圧縮
機の損失の中で冷媒ガス洩れ損失の占める割合が圧倒的
に多くなるものであり、従来の一定速回転で使用してい
た潤滑油Ｂでは油の粘度が低すぎて洩れ損失が多くなり
、断熱圧縮効率ηａｄ、１２ が悪くなったものである。

また、潤滑油Ｂは５０００　ｒｐｍ以上の回転数におい
ても断熱圧縮効率ηａｄが急激に低下している。

これは、圧縮機の潤滑油の温度が上昇することによシ油
の粘度が低下し、先に説明したようにローラ８周囲のク
リアランスＣｈ、Ｃｒが潤滑油で完全に７−ルされない
ために洩れ損失が大きくなるからである。

潤滑油Ａは、従来の潤滑油Ｂよりも油の粘度を大きくし
だために、潤滑油による圧縮室１４のシール、すなわち
ローラ８周囲のクリアランスＣｈ。

Ｃｒのシール効果が大きく、第５図に実線で示すように
、従来の潤滑油Ｂを使用したものにくらべ断熱圧縮効率
ηａｄは大幅に向上されている。

また、・潤滑油Ａは、従来の潤滑油Ｂにくらべ粘度指数
を大きくしであるので、油温か高温度になっても粘度の
低下は少ない。第６図は、前記のことを定性的に説明し
た図である。

第６図は、横軸に油の温度、縦軸に油の粘度をと９．潤
滑油Ａを実線、従来の潤滑油Ｂを破線で示しており、潤
滑油Ａが油温上昇にともなう粘度低下の少ないことを明
らかに示している。

潤滑油Ａは、このような特性を有しているので、圧縮機
が高速回転して高温となっても粘度の低下が少ないため
、圧縮機構部全油でほぼ完全Ｖこ／−ルすることができ
る。このため圧縮機が高速回転になって潤滑油が高温と
なっても断熱圧縮効率ηａｄの著し・ハ低ｆは少なく、
また、高温の高圧ガスが吸込室１２へ洩れることによる
吸込ガスの加熱も少いので、吐出ボート１６部の温度も
低くすることができ、油が炭化することもなくなる。

潤滑油の粘度を、潤滑油Ａよりさらに高くした潤滑油Ｃ
を用いた場合、第５図に一点鎖線で示すように断熱圧縮
効率ηａｄは潤滑油入を用いたものより悪くなっている
。

これは、潤滑油Ａよりもさらに粘度を高めても洩れ損失
はこれ以上少なくならず、逆に粘度が高いので摺動損失
が大きくなるためである。

したがって、潤滑油の粘度は、潤滑油への仕様が最適で
ある。

また、低速回転における軸受油膜の問題も潤滑仙人を用
いれば、金属接触がなくなる。

第７図は、潤滑油Ａ、Ｂを使用した場合の、最小油膜厚
を実験した結果である。

第７図では、横軸に圧縮機回転数、縦軸に最小油膜厚（
μｍ）をとり、潤滑油Ａを実線、従来の潤滑油Ｂを破線
で示して、回転数の変化に対する最小油膜厚の変化を示
している。

従来の潤滑油Ｂをそのまま使うと、圧縮機が低速回転の
ときは、最小油膜厚が、シャフト２０の１ジヤ一ナル部
およびジャーナル軸受２１．２２の表面あらさく第７図
における一点鎖線より小さくなって、シャフト２０とジ
ャーナル軸受２１．２２との間で金属接触が生じる。

しかし、潤滑油Ａを使うと、５００　ｒｐｍの低速回転
でも最小油膜厚はシャフト２０のジャーナル部およびジ
ャーナル軸受２１．２２の表面あらさよりも大きくする
ことができるので、当該部分における金属接触を防止す
ることができる。

本実験の結果にもとづき、潤滑油Ａを第１，２．１５　
。

図に示すようなロータリ圧縮機に適用して圧縮室１４を
シールし、摺動部の潤滑を行うようにすれば、３０００
　ｒｐｍあるいは３６００ｒｐｍの一定回転数圧縮機の
機構的な構成をほとんど変更することなしに、圧縮機の
回転数を５０　Ｏｒｐｍの低速から８００Ｏｒｐｍの高
速まで広範囲まで運転できる圧縮機を提供することが可
能となる。

特に、低速回転においては、軸受油膜厚さを軸受摺動部
の而あらさ以上に保持することができ、また洩れ損失を
少なくして低速回転における断熱圧縮効率ηａｄを向上
させることができる。

まだ、高速回転においては、圧縮機の温度が高くなって
も、潤滑油Ａが十分な油粘度を有することにより、圧縮
室１４を潤滑油でシールすることができ、高速回転時の
断熱圧縮効率、ηａｄｄ向上できるとともに、圧縮機構
部１５の高圧部から吸込室１２に高温のガスが流入する
ことによる吸込ガスの加熱が少なくなるので、圧縮終了
時に冷媒ガスが異常に高温になることがなくなり、冷媒
の分解あるいは冷媒中に含まれる潤滑油が炭化するこ・
　１６・ とがなくなる。

なお、前述の従来技術および本発明の一実施例の説明で
は、冷蔵庫用ロータリ圧縮機の例を説明しだが、本発明
の潤滑方法における潤滑油の適用は、冷蔵庫用ロータリ
圧縮機のみに限定されるものではなく、圧縮室が潤滑油
で７−ルされる形式の圧縮機で、前記実施例と同等の効
果が期待される密閉形電動圧縮機に適用されるものであ
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、従来の一定回転数
圧縮機の機構的な構成をほとんど変えることなく、圧縮
機の回転数を低速から高速までの広範囲に、信頼性が高
く、効率的にも優れた運転を可能にする密閉形電動圧縮
機の潤滑方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一般的なロータリ圧縮機の縦断面図、第２図
は、第１図のＸ−Ｘ断面図、第６図は、一般的な冷凍サ
イクルの構成図、第４図は、第１図のロータリ圧縮機に
おける軸の偏心率ｎと、半径隙間Ｃ９軸半径ｒ、潤滑油
の粘性係数々、軸の回転数Ｎ、軸受荷重Ｐの関係を示す
線図、第５図は、本実験の結果を示すもので、潤滑油の
精度別Ｖこ、圧縮機の断熱圧縮効率と回転数との関係を
比較した線図、第６図は、その潤滑油の粘度と油温の関
係を示す線図、第７図は、軸受最小油膜厚と圧縮機回転
数の関係を示す線図である。 １・・・圧縮機、２・・・凝縮器、３・・・膨張器、４
・・・蒸発器、５．６・・・サイドプレート、７・・・
シリンダ、８・・・ローラ、９・・・吸込パイプ、１０
・・・吐出パイプ、１１・・・ベーン、１２・・・吸込
室、１６・・・吐出ポート１４・・・圧縮室、１５・・
・圧縮機構部、１６・・・電動機部、１７・・・ケーシ
ング、１９・・・潤滑油溜、２０・・・シャツ）、２１
．２２・・・ジャーナル軸受。 、１９４ 茎　２　口 片ヒ　　　、−，１ 蓼　３　図 茎　４　図 ＯＯ・５１・０ ｆ　　〕　　両 ２、ｏｏｏ　　　４．ｏｏｏ　　　６．ｏｏｏ　　　８
θＯＯ圧・塙機回転牧　（’ｆＰ也） 温　　　度 事　７　口 ｚ、ｏｏｏ　　　４．０００　　　６．ｏｏｏ　　　　
８．ｏｏ。 圧縞機回転敷

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、圧縮機、凝縮器、蒸発器および減圧手段からなる冷
   凍サイクルにおける当該圧縮機であつて、ケーシング内
   に電動機部と圧縮機構部と潤滑油とを収納し、その圧縮
   機構部の圧縮室を潤滑油で密封する密閉形電動圧縮機の
   潤滑方法において、前記密閉形電動圧縮機に供せられる
   潤滑油を、フロン冷媒Ｒ１２雰囲気中、圧力５Ｋｇ／ｃ
   ｍ＾２Ｇ温度３０℃における潤滑油の粘度指数が９０〜
   １１０の潤滑油とし、この潤滑油により前記圧縮室を密
   封するとともに摺動部の潤滑を行うことを特徴とする密
   閉形電動圧縮機の潤滑方法。