密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置
【課題】安価で簡単な構造によって圧縮機構部の摺動部分の潤滑を行い、さらに、摺動部分へ導く潤滑油が不足して焼付きが発生することを防止する。
【解決手段】密閉型圧縮機２は、密閉ケース７内の作動流体を圧縮機構部９に導く作動流体吸込通路２８が設けられ、一端が作動流体吸込通路２８に連通されて他端が密閉ケース７内の底部に貯留された潤滑油に浸漬される潤滑油吸込通路が設けられ、圧縮機構部で圧縮された作動流体に含まれる潤滑油が油分離器３で分離された後に圧縮機構部９に導かれてこの圧縮機構部９内の摺動部分を潤滑する。この密閉型圧縮機２には、圧縮機構部９の運転が第１運転周波数以下の運転周波数で第１運転時間継続された場合、圧縮機構部９の運転を第１運転周波数より周波数が高い第２運転周波数で第２運転時間継続させる制御部１５が設けられている。
【解決手段】密閉型圧縮機２は、密閉ケース７内の作動流体を圧縮機構部９に導く作動流体吸込通路２８が設けられ、一端が作動流体吸込通路２８に連通されて他端が密閉ケース７内の底部に貯留された潤滑油に浸漬される潤滑油吸込通路が設けられ、圧縮機構部で圧縮された作動流体に含まれる潤滑油が油分離器３で分離された後に圧縮機構部９に導かれてこの圧縮機構部９内の摺動部分を潤滑する。この密閉型圧縮機２には、圧縮機構部９の運転が第１運転周波数以下の運転周波数で第１運転時間継続された場合、圧縮機構部９の運転を第１運転周波数より周波数が高い第２運転周波数で第２運転時間継続させる制御部１５が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、密閉型圧縮機及びこの密閉型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
底部に潤滑油を貯留した密閉ケース内に電動機部とこの電動機部により駆動される圧縮機構部とを収容し、循環するガス冷媒（作動流体）を密閉ケース内に一旦流入させ、密閉ケース内に流入したガス冷媒を圧縮機構部に導いて圧縮する密閉型圧縮機として、例えば、下記特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
特許文献１に記載された密閉型圧縮機では、圧縮機構部の下部に容積型給油ポンプを設け、この容積型給油ポンプを用いて密閉ケースの底部に貯留された潤滑油を圧縮機構部に供給している。圧縮機構部に供給された潤滑油は圧縮機構部で圧縮されたガス冷媒と共に油分離器に導かれ、油分離器で分離された後に圧縮機構部に導かれ、圧縮機構部内の摺動部分を潤滑する。
【０００４】
油分離器で分離された後に圧縮機構部に導かれた潤滑油は、密閉ケース内の圧力に比べて高圧であり、密閉ケース内の圧力と潤滑油の圧力との差圧により摺動部分を通過し、密閉ケース内に排出される。密閉ケース内に排出された潤滑油は、密閉ケース内の底部に貯留される潤滑油の一部となり、再び、容積型給油ポンプを用いて圧縮機構部に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−５８４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された密閉型圧縮機は、容積型給油ポンプを使用しているため、コストが高くなっている。
【０００７】
本発明の実施形態の目的は、安価で簡単な構造によって圧縮機構部の摺動部分の潤滑を行うことができ、さらに、摺動部分へ導かれる潤滑油が不足して焼付きが発生することを防止することができる密閉型圧縮機及びこの密閉型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の密閉型圧縮機によれば、底部に潤滑油が貯留される密閉ケース内に電動機部とこの電動機部により駆動される圧縮機構部とが収容され、密閉ケース内の空間に導かれる作動流体を圧縮機構部に導く作動流体吸込通路が設けられ、一端が作動流体吸込通路に連通されて他端が密閉ケース内の底部に貯留された潤滑油に浸漬される潤滑油吸込通路が設けられ、圧縮機構部で圧縮された作動流体に含まれる潤滑油が油分離器で分離された後に圧縮機構部に導かれてこの圧縮機構部内の摺動部分を潤滑する密閉型圧縮機において、圧縮機構部の運転が第１運転周波数以下の運転周波数で第１運転時間継続された場合、圧縮機構部の運転を第１運転周波数より周波数が高い第２運転周波数で第２運転時間継続させる制御部が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の密閉式圧縮機を含む冷凍サイクル装置の概略図である。
【図２】圧縮機構部の運転周波数とシリンダ室内への潤滑油の吸込量との関係を示すグラフである。
【図３】制御部による運転周波数の制御内容を示すグラフである。
【図４】第２の実施形態における、摺動部分からの潤滑油の排出量と差圧との関係を示すグラフである。
【図５】制御部による運転周波数の制御内容を示す表である。
【図６】第３実施形態における、制御部による運転周波数の制御内容を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
第１の実施形態について、図１ないし図３に基づいて説明する。図１に示すように、冷凍サイクル装置１は、密閉型圧縮機２と、密閉型圧縮機２に接続された油分離器３と、油分離器３に接続された凝縮器４と、凝縮器４に接続された膨張装置５と、膨張装置５と密閉型圧縮機２との間に接続された蒸発器６とを有している。この冷凍サイクル装置１では、作動流体である冷媒が気体状のガス冷媒と液体状の液冷媒とに相変化しながら循環し、ガス冷媒から液冷媒に相変化する過程で放熱され、液冷媒からガス冷媒に相変化する過程で吸熱され、これらの放熱や吸熱を利用して暖房、冷房、加熱、冷却等が行われる。
【００１２】
密閉型圧縮機２は、略円筒状に形成された気密状態の密閉ケース７を有し、この密閉ケース７内に電動機部８とガス冷媒を圧縮する圧縮機構部９とが収容されている。密閉ケース７は、円筒の中心を上下方向に向けて設置され、密閉ケース７内の上方側に電動機部８が配置され、その下方に圧縮機構部９が配置されている。密閉ケース７内の底部には、潤滑油が貯留されている。密閉ケース７内の空間は、圧縮機構部９で圧縮される前のガス冷媒で満たされている。
【００１３】
電動機部８は、固定子１０と回転子１１と回転軸１２と接続端子部１３とを有している。固定子１０は円筒状に形成され、密閉ケース７の内周部に焼嵌めや圧入又は溶接等により固定されている。回転子１１は、固定子１０の内側に回転可能に挿入され、回転子１１の中心部に回転軸１２が嵌合されている。回転軸１２は、圧縮機構部９に設けられた後述する軸受（主軸受２２、副軸受２３）により回転可能に軸支され、回転軸１２と回転子１１とが一体に回転する。接続端子部１３には、図示しないリード線と、圧縮機構部９の運転周波数を可変させるインバータ１４と、インバータ１４を駆動させる制御部１５とが接続されている。
【００１４】
回転軸１２には、この回転軸１２の外周側に向けて偏心して張り出した二つの偏心部１６、１７が形成されている。これらの偏心部１６、１７は、回転軸１２の軸方向に沿って設定寸法離間した位置に形成されるとともに、回転軸１２の回転方向に沿って１８０°離間した位置に形成されている。
【００１５】
圧縮機構部９は、低圧のガス冷媒を圧縮して高圧・高温のガス冷媒とする部分であり、上下に配置された一対のシリンダ１８、１９と、シリンダ１８、１９の間に配置された上下一対の仕切板２０、２１と、一方のシリンダ１８の上方に配置された主軸受２２と、他方のシリンダ１９の下方に配置された副軸受２３とを有している。
【００１６】
一方のシリンダ１８内には、上端側を主軸受２２により閉止されて下端側を仕切板２０により閉止されたシリンダ室２４が形成されている。他方のシリンダ１９内には、上端側を仕切板２１により閉止されて下端側を副軸受２３により閉止されたシリンダ室２５が形成されている。
【００１７】
シリンダ室２４、２５には回転軸１２が挿通され、回転軸１２に形成された一方の偏心部１６がシリンダ室２４内に位置し、回転軸１２に形成された他方の偏心部１７がシリンダ室２５内に位置している。偏心部１６にはローラ２６が嵌合され、偏心部１７にはローラ２７が嵌合されている。これらのローラ２６、２７は、回転軸１２の回転に伴い外周部の一部をシリンダ室２４、２５の内周面に当接させながらシリンダ室２４、２５内を転動する。
【００１８】
さらに、シリンダ室２４、２５内には、スライド可能にブレード（図示せず）が設けられており、ブレードの先端部がスプリング等の付勢体により付勢されてローラ２６、２７の外周面に当接されている。シリンダ室２４、２５の内周面にローラ２６、２７の外周面の一部が当接され、ローラ２６、２７の外周面にブレードの先端部が当接されることにより、シリンダ室２４、２５内はローラ２６、２６の転動に伴って容積が変動する二つの空間に仕切られている。一方の空間にガス冷媒が流入し、その空間の容積がローラ２６、２７の転動に伴って小さくなることにより、その空間内のガス冷媒が圧縮される。
【００１９】
シリンダ室２４、２５と密閉ケース７内の空間との間には、密閉ケース７内の空間のガス冷媒をシリンダ室２４、２５内に吸込んで導く作動流体吸込通路であるガス冷媒通路２８が設けられている。副軸受２３とシリンダ１９と仕切板２０、２１とシリンダ１８とには、一端がガス冷媒通路２８に連通されて他端が密閉ケース７内に貯留された潤滑油に浸漬される潤滑油吸込通路２９が形成されている。
【００２０】
仕切板２０、２１には、シリンダ室２４、２５内で圧縮されたガス冷媒が吐出される吐出室３０が形成されている。シリンダ室２４、２５と吐出室３０との間には、シリンダ室２４、２５内のガス冷媒の圧力が所定値に上昇した場合に開弁される吐出弁３１が設けられている。吐出室３０と油分離器３との間には、シリンダ室２４、２５で圧縮された後に吐出室３０に吐出されたガス冷媒を油分離器３に導く吐出管３２が接続されている。油分離器３では、シリンダ室２４、２５で圧縮されたガス冷媒中に含まれる潤滑油が分離される。
【００２１】
さらに、仕切板２０、２１には、油分離器３で分離された潤滑油が導かれる潤滑油戻し室３３が形成されている。この潤滑油戻し室３３と油分離器３の下部との間には、油分離器３内でガス冷媒中から分離された潤滑油を潤滑油戻し室３３に導く油戻し管３４が接続されている。油戻し管３４を経由して潤滑油戻し室３３に導かれた潤滑油は、圧縮機構部９の摺動部分の潤滑に用いられる。
【００２２】
凝縮器４では、油分離器３において潤滑油を分離されたガス冷媒が凝縮され、液冷媒となる。
【００２３】
膨張装置５では、凝縮器４で凝縮された液冷媒が減圧される。
【００２４】
蒸発器６では、膨張装置５で減圧された液冷媒が蒸発し、ガス冷媒となる。
【００２５】
蒸発器６で蒸発したガス冷媒は、蒸発器６と密閉型圧縮機２とを接続する吸込管３５を経由し、密閉ケース７内の空間に導かれる。
【００２６】
このような構成において、電動機部８が駆動されて回転軸１２が回転することにより、密閉ケース７内の空間のガス冷媒がガス冷媒通路２８を流れてシリンダ室２４、２５内に吸込まれ、吸込まれたガス冷媒はシリンダ室２４、２５で圧縮される。ガス冷媒がガス冷媒通路２８を流れる場合、密閉ケース７内の底部に貯留されている潤滑油が潤滑油吸込通路２９内を通ってガス冷媒通路２８内に吸込まれ、吸込まれた潤滑油はガス冷媒と共にシリンダ室２４、２５内に吸込まれる。
【００２７】
シリンダ室２４、２５内に吸込まれた潤滑油は、シリンダ室２４、２５内で圧縮されたガス冷媒と共に油分離器３内に導かれ、潤滑油は油分離器３内でガス冷媒から分離される。油分離器３内で分離された潤滑油は高圧であり、この高圧の潤滑油は油戻し管３４を通って油戻し室３３に導かれ、油戻し室３３から圧縮機構部９の摺動部分、例えば、主軸受２２や副軸受２３と回転軸１２との摺動部分の潤滑に用いられる。摺動部分の潤滑に用いられる潤滑油は密閉ケース７内圧力より高圧であり、摺動部分を潤滑する潤滑油は、潤滑油の圧力と密閉ケース７内の圧力との差圧“ΔＰ（ＭＰａ）”により摺動部分を通過して密閉ケース７内の空間に向けて移動し、摺動部分を潤滑した後に密閉ケース７内の空間に排出される。密閉ケース７内の空間に排出された潤滑油は密閉ケース７内の底部に貯留され、潤滑油吸込通路２９内を通って再びシリンダ室２４、２５内に吸込まれる。
【００２８】
したがって、一端がガス冷媒通路２８に連通されて他端が密閉ケース７内の底部に貯留された潤滑油に浸漬される潤滑油吸込通路２９を設けるという簡単で安価な構成により、密閉ケース７内の底部に貯留された潤滑屋を用いて圧縮機構部９の摺動部分を潤滑することができる。
【００２９】
ここで、図２は、圧縮機構部９の運転周波数と、潤滑油吸込通路２９内を通ってシリンダ室２４、２５内に吸込まれる潤滑油の吸込量との関係を示すグラフである。圧縮機構部９の運転周波数が上昇すると、シリンダ室２４、２５内に吸込まれる潤滑油の量は二次関数的に上昇する。これは、圧縮機構部９の運転周波数の上昇に伴い、ガス冷媒通路２８を流れるガス冷媒の流速が速くなり、これに伴って潤滑油吸込通路２９内を通って吸込まれる潤滑油の量が多くなるためである。
【００３０】
このようなことから、圧縮機構部９が低い運転周波数で運転されている場合には、潤滑油吸込通路２９内を通ってガス冷媒通路２８内に吸込まれ、さらに、シリンダ室２４、２５内に吸込まれる潤滑油の量が少なくなる。
【００３１】
シリンダ室２４、２５内に吸込まれる潤滑油の量が少ないと、圧縮されたガス冷媒と共に油分離器３内に導かれる潤滑油の量が少なくなり、油分離器３内で分離される潤滑油の量が少なくなる。それに伴い、油分離器３内で分離された後に潤滑油戻し室３３に導かれる潤滑の量が少なくなるとともに圧縮機構部９の摺動部分に導かれる潤滑油の量が少なくなり、摺動部分で焼付を生じる場合がある。
【００３２】
そこで、図３に示すように、制御部１５により圧縮機構部９の運転周波数の制御を行い、圧縮機構部９の運転が第１運転周波数“Ｘ”以下の運転周波数で第１運転時間“Ｔ１”継続された場合、第１運転周波数“Ｘ”より高い運転周波数である第２運転周波数“Ｙ”で第２運転時間“Ｔ２”圧縮機構部９を運転する。これにより、第１運転周波数“Ｘ”以下の運転周波数での運転中に潤滑油吸込通路２９内を通ってシリンダ室２４、２５内に吸込まれる潤滑油の量が少ない場合でも、第２運転周波数“Ｙ”での運転中に潤滑油吸込通路２９内を通ってシリンダ室２４、２５内に吸込まれる潤滑油の量を多くすることができ、シリンダ室２４、２５内から油分離器３内に導かれる潤滑油の量を多くすることができる。したがって、油分離器３内で分離される潤滑油の量を多くすることができ、油分離器３内で分離された後に圧縮機構部９の摺動部分に導かれる潤滑油が不足するという事態の発生を防止することができ、圧縮機構部９の摺動部分が潤滑油の不足により焼付を起こすという事態の発生を防止することができる。
【００３３】
ここで、第１運転周波数“Ｘ”、第２運転周波数“Ｙ”、第１運転時間“Ｔ１”、第２運転時間“Ｔ２”は、密閉型圧縮機２の大きさや性能等に応じて適宜設定される値である。
【００３４】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を図４及び図５に基づいて説明する。なお、第２の実施形態及びそれ以降の実施形態において、第１の実施形態で説明した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付け、重複する説明は省略する。また、第２の実施形態の密閉型圧縮機２及び冷凍サイクル装置１の外観構成については、図１を援用して説明する。
【００３５】
圧縮機構部９の摺動部分を潤滑した後に密閉ケース７内の空間に排出される潤滑油の排出量と、油分離器３から導かれて摺動部分を潤滑する潤滑油の圧力と密閉ケース７内の圧力との差圧“ΔＰ（ＭＰａ）”との関係は、図４のグラフに示すようになる。図４のグラフによれば、差圧“ΔＰ”が大きくなるほど、摺動部分を潤滑した後に密閉ケース７内の空間に排出される潤滑油の量が多くなることがわかる。
【００３６】
そこで、この第２の実施形態の制御部１５では、図５の表に示すように、第１運転周波数“Ｘ”以下の運転周波数で運転する第１運転時間“Ｔ１”を、差圧“ΔＰ”により変化させる制御が行われる。
【００３７】
具体的には、差圧“ΔＰ”が０〜１未満の場合には、“Ｔ１”を１５分とし、差圧“ΔＰ”が１以上〜２未満の場合には、“Ｔ１”を１０分とし、差圧“ΔＰ”が２以上の場合には、“Ｔ１”を５分としている。
【００３８】
また、差圧“ΔＰ”は、凝縮器４の温度を測定する温度センサの測定結果と、蒸発器６の温度を測定する温度センサの測定結果とに基づいて制御部１５において推定される。
【００３９】
このような構成において、第２の実施形態では、差圧“ΔＰ”に応じて、第１運転周波数“Ｘ”以下の運転周波数での第１運転継続時間“Ｔ１”を変化させ、差圧“ΔＰ”が大きくなるにつれて第１運転時間“Ｔ１”を短くしている。これにより、差圧“ΔＰ”が大きくなった場合には、潤滑油吸込通路２９内を通ってシリンダ室２４、２５内への潤滑油の吸込量が少ない第１運転周波数“Ｘ”以下の運転周波数で運転される第１運転時間“Ｔ１”が短くなり、シリンダ室２４、２５内への潤滑油の吸込量が多い第２運転周波数“Ｙ”で運転される第２運転時間“Ｔ２”の割合が高くなる。このため、差圧“ΔＰ”が大きいために摺動部分から密閉ケース７内の空間に排出される潤滑油の排出量が多い場合でも、第１運転周波数“Ｘ”以下の運転周波数で運転される第１運転時間“Ｔ１”を短くすることにより、油分離器３内で分離された後に圧縮機構部９の摺動部分に導かれる潤滑油が不足するという事態の発生を防止することができる。このため、圧縮機構部９の摺動部分が潤滑油の不足により焼付を起こすという事態の発生を防止することができる。
【００４０】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を図６に基づいて説明する。第３の実施形態では、図６の表に示すように、差圧“ΔＰ”に応じて、第１運転周波数“Ｘ”の値を変化させている。
【００４１】
具体的には、差圧“ΔＰ”が０〜１未満の場合には、第１運転周波数を“Ｘａ”とし、差圧“ΔＰ”が１以上〜２未満の場合には、第１運転周波数を“Ｘｂ（但し、Ｘａ＜Ｘｂ）”とし、差圧“ΔＰ”が２以上の場合には、第１運転周波数を“Ｘｃ（但し、Ｘｂ＜Ｘｃ）”としている。なお、第１運転周波数“Ｘａ”、“Ｘｂ”、“Ｘｃ”は、密閉型圧縮機２の大きさや性能等に応じて適宜設定される値である。
【００４２】
このような構成において、第３の実施形態では、差圧“ΔＰ”に応じて第１運転周波数を“Ｘａ”、“Ｘｂ”、“Ｘｃ”と変化させ、差圧“ΔＰ”が大きくなるにつれて第１運転周波数“Ｘ”を高くしている。このため、差圧“ΔＰ”が大きいために摺動部分から密閉ケース７内の空間に排出される潤滑油の排出量が多い場合でも、潤滑油吸込通路２９内を通ってシリンダ室２４、２５内に吸込まれる潤滑油の量を多くすることができ、シリンダ室２４、２５内から油分離器３内に導かれる潤滑油の量を多くすることができる。したがって、油分離器３内で分離される潤滑油の量を多くすることができ、油分離器３内で分離された後に圧縮機構部９の摺動部分に導かれる潤滑油が不足するという事態の発生を防止することができる。このため。圧縮機構部９の摺動部分が潤滑油の不足により焼付を起こすという事態の発生を防止することができる。
【００４３】
以上説明した各実施形態によれば、制御部１５によって圧縮機構部９の運転周波数を制御し、圧縮機構部９の運転が第１運転周波数“Ｘ”以下の運転周波数で第１運転時間“Ｔ１”継続された場合、圧縮機構部９の運転を第１運転周波数“Ｘ”より周波数が高い第２運転周波数“Ｙ”で第２運転時間“Ｔ２”継続させている。これにより、第１運転周波数“Ｘ”以下の運転周波数での運転時に潤滑油吸込通路２９内を通ってシリンダ室２４、２５内に吸込まれる潤滑油の量が少ない場合であっても、第２運転周波数“Ｙ”での運転時に潤滑油吸込通路２９内を通ってシリンダ室２４、２５内に吸込まれる潤滑油の量を多くすることができ、シリンダ室２４、２５から油分離器３内に導かれる潤滑油の量を多くすることができる。したがって、一端がガス冷媒通路２８に連通されて他端が密閉ケース７内の底部に貯留された潤滑油に浸漬される潤滑油吸込通路２９を設けるという簡単で安価な構成であっても、圧縮機構部の摺動部分に導かれる潤滑油が不足するという事態の発生を防止することができ、圧縮機構部９の摺動部分が潤滑油不足により焼付を起こすという事態の発生を防止することができる。
【００４４】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
１…冷凍サイクル装置、２…密閉型圧縮機、３…油分離器、４…凝縮器、５…膨張装置、６…蒸発器、７…密閉ケース、８…電動機部、９…圧縮機構部、１５…制御部、２８…ガス冷媒通路（作動流体吸込通路）、２９…潤滑油吸込通路
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、密閉型圧縮機及びこの密閉型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
底部に潤滑油を貯留した密閉ケース内に電動機部とこの電動機部により駆動される圧縮機構部とを収容し、循環するガス冷媒（作動流体）を密閉ケース内に一旦流入させ、密閉ケース内に流入したガス冷媒を圧縮機構部に導いて圧縮する密閉型圧縮機として、例えば、下記特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
特許文献１に記載された密閉型圧縮機では、圧縮機構部の下部に容積型給油ポンプを設け、この容積型給油ポンプを用いて密閉ケースの底部に貯留された潤滑油を圧縮機構部に供給している。圧縮機構部に供給された潤滑油は圧縮機構部で圧縮されたガス冷媒と共に油分離器に導かれ、油分離器で分離された後に圧縮機構部に導かれ、圧縮機構部内の摺動部分を潤滑する。
【０００４】
油分離器で分離された後に圧縮機構部に導かれた潤滑油は、密閉ケース内の圧力に比べて高圧であり、密閉ケース内の圧力と潤滑油の圧力との差圧により摺動部分を通過し、密閉ケース内に排出される。密閉ケース内に排出された潤滑油は、密閉ケース内の底部に貯留される潤滑油の一部となり、再び、容積型給油ポンプを用いて圧縮機構部に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−５８４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された密閉型圧縮機は、容積型給油ポンプを使用しているため、コストが高くなっている。
【０００７】
本発明の実施形態の目的は、安価で簡単な構造によって圧縮機構部の摺動部分の潤滑を行うことができ、さらに、摺動部分へ導かれる潤滑油が不足して焼付きが発生することを防止することができる密閉型圧縮機及びこの密閉型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の密閉型圧縮機によれば、底部に潤滑油が貯留される密閉ケース内に電動機部とこの電動機部により駆動される圧縮機構部とが収容され、密閉ケース内の空間に導かれる作動流体を圧縮機構部に導く作動流体吸込通路が設けられ、一端が作動流体吸込通路に連通されて他端が密閉ケース内の底部に貯留された潤滑油に浸漬される潤滑油吸込通路が設けられ、圧縮機構部で圧縮された作動流体に含まれる潤滑油が油分離器で分離された後に圧縮機構部に導かれてこの圧縮機構部内の摺動部分を潤滑する密閉型圧縮機において、圧縮機構部の運転が第１運転周波数以下の運転周波数で第１運転時間継続された場合、圧縮機構部の運転を第１運転周波数より周波数が高い第２運転周波数で第２運転時間継続させる制御部が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の密閉式圧縮機を含む冷凍サイクル装置の概略図である。
【図２】圧縮機構部の運転周波数とシリンダ室内への潤滑油の吸込量との関係を示すグラフである。
【図３】制御部による運転周波数の制御内容を示すグラフである。
【図４】第２の実施形態における、摺動部分からの潤滑油の排出量と差圧との関係を示すグラフである。
【図５】制御部による運転周波数の制御内容を示す表である。
【図６】第３実施形態における、制御部による運転周波数の制御内容を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
第１の実施形態について、図１ないし図３に基づいて説明する。図１に示すように、冷凍サイクル装置１は、密閉型圧縮機２と、密閉型圧縮機２に接続された油分離器３と、油分離器３に接続された凝縮器４と、凝縮器４に接続された膨張装置５と、膨張装置５と密閉型圧縮機２との間に接続された蒸発器６とを有している。この冷凍サイクル装置１では、作動流体である冷媒が気体状のガス冷媒と液体状の液冷媒とに相変化しながら循環し、ガス冷媒から液冷媒に相変化する過程で放熱され、液冷媒からガス冷媒に相変化する過程で吸熱され、これらの放熱や吸熱を利用して暖房、冷房、加熱、冷却等が行われる。
【００１２】
密閉型圧縮機２は、略円筒状に形成された気密状態の密閉ケース７を有し、この密閉ケース７内に電動機部８とガス冷媒を圧縮する圧縮機構部９とが収容されている。密閉ケース７は、円筒の中心を上下方向に向けて設置され、密閉ケース７内の上方側に電動機部８が配置され、その下方に圧縮機構部９が配置されている。密閉ケース７内の底部には、潤滑油が貯留されている。密閉ケース７内の空間は、圧縮機構部９で圧縮される前のガス冷媒で満たされている。
【００１３】
電動機部８は、固定子１０と回転子１１と回転軸１２と接続端子部１３とを有している。固定子１０は円筒状に形成され、密閉ケース７の内周部に焼嵌めや圧入又は溶接等により固定されている。回転子１１は、固定子１０の内側に回転可能に挿入され、回転子１１の中心部に回転軸１２が嵌合されている。回転軸１２は、圧縮機構部９に設けられた後述する軸受（主軸受２２、副軸受２３）により回転可能に軸支され、回転軸１２と回転子１１とが一体に回転する。接続端子部１３には、図示しないリード線と、圧縮機構部９の運転周波数を可変させるインバータ１４と、インバータ１４を駆動させる制御部１５とが接続されている。
【００１４】
回転軸１２には、この回転軸１２の外周側に向けて偏心して張り出した二つの偏心部１６、１７が形成されている。これらの偏心部１６、１７は、回転軸１２の軸方向に沿って設定寸法離間した位置に形成されるとともに、回転軸１２の回転方向に沿って１８０°離間した位置に形成されている。
【００１５】
圧縮機構部９は、低圧のガス冷媒を圧縮して高圧・高温のガス冷媒とする部分であり、上下に配置された一対のシリンダ１８、１９と、シリンダ１８、１９の間に配置された上下一対の仕切板２０、２１と、一方のシリンダ１８の上方に配置された主軸受２２と、他方のシリンダ１９の下方に配置された副軸受２３とを有している。
【００１６】
一方のシリンダ１８内には、上端側を主軸受２２により閉止されて下端側を仕切板２０により閉止されたシリンダ室２４が形成されている。他方のシリンダ１９内には、上端側を仕切板２１により閉止されて下端側を副軸受２３により閉止されたシリンダ室２５が形成されている。
【００１７】
シリンダ室２４、２５には回転軸１２が挿通され、回転軸１２に形成された一方の偏心部１６がシリンダ室２４内に位置し、回転軸１２に形成された他方の偏心部１７がシリンダ室２５内に位置している。偏心部１６にはローラ２６が嵌合され、偏心部１７にはローラ２７が嵌合されている。これらのローラ２６、２７は、回転軸１２の回転に伴い外周部の一部をシリンダ室２４、２５の内周面に当接させながらシリンダ室２４、２５内を転動する。
【００１８】
さらに、シリンダ室２４、２５内には、スライド可能にブレード（図示せず）が設けられており、ブレードの先端部がスプリング等の付勢体により付勢されてローラ２６、２７の外周面に当接されている。シリンダ室２４、２５の内周面にローラ２６、２７の外周面の一部が当接され、ローラ２６、２７の外周面にブレードの先端部が当接されることにより、シリンダ室２４、２５内はローラ２６、２６の転動に伴って容積が変動する二つの空間に仕切られている。一方の空間にガス冷媒が流入し、その空間の容積がローラ２６、２７の転動に伴って小さくなることにより、その空間内のガス冷媒が圧縮される。
【００１９】
シリンダ室２４、２５と密閉ケース７内の空間との間には、密閉ケース７内の空間のガス冷媒をシリンダ室２４、２５内に吸込んで導く作動流体吸込通路であるガス冷媒通路２８が設けられている。副軸受２３とシリンダ１９と仕切板２０、２１とシリンダ１８とには、一端がガス冷媒通路２８に連通されて他端が密閉ケース７内に貯留された潤滑油に浸漬される潤滑油吸込通路２９が形成されている。
【００２０】
仕切板２０、２１には、シリンダ室２４、２５内で圧縮されたガス冷媒が吐出される吐出室３０が形成されている。シリンダ室２４、２５と吐出室３０との間には、シリンダ室２４、２５内のガス冷媒の圧力が所定値に上昇した場合に開弁される吐出弁３１が設けられている。吐出室３０と油分離器３との間には、シリンダ室２４、２５で圧縮された後に吐出室３０に吐出されたガス冷媒を油分離器３に導く吐出管３２が接続されている。油分離器３では、シリンダ室２４、２５で圧縮されたガス冷媒中に含まれる潤滑油が分離される。
【００２１】
さらに、仕切板２０、２１には、油分離器３で分離された潤滑油が導かれる潤滑油戻し室３３が形成されている。この潤滑油戻し室３３と油分離器３の下部との間には、油分離器３内でガス冷媒中から分離された潤滑油を潤滑油戻し室３３に導く油戻し管３４が接続されている。油戻し管３４を経由して潤滑油戻し室３３に導かれた潤滑油は、圧縮機構部９の摺動部分の潤滑に用いられる。
【００２２】
凝縮器４では、油分離器３において潤滑油を分離されたガス冷媒が凝縮され、液冷媒となる。
【００２３】
膨張装置５では、凝縮器４で凝縮された液冷媒が減圧される。
【００２４】
蒸発器６では、膨張装置５で減圧された液冷媒が蒸発し、ガス冷媒となる。
【００２５】
蒸発器６で蒸発したガス冷媒は、蒸発器６と密閉型圧縮機２とを接続する吸込管３５を経由し、密閉ケース７内の空間に導かれる。
【００２６】
このような構成において、電動機部８が駆動されて回転軸１２が回転することにより、密閉ケース７内の空間のガス冷媒がガス冷媒通路２８を流れてシリンダ室２４、２５内に吸込まれ、吸込まれたガス冷媒はシリンダ室２４、２５で圧縮される。ガス冷媒がガス冷媒通路２８を流れる場合、密閉ケース７内の底部に貯留されている潤滑油が潤滑油吸込通路２９内を通ってガス冷媒通路２８内に吸込まれ、吸込まれた潤滑油はガス冷媒と共にシリンダ室２４、２５内に吸込まれる。
【００２７】
シリンダ室２４、２５内に吸込まれた潤滑油は、シリンダ室２４、２５内で圧縮されたガス冷媒と共に油分離器３内に導かれ、潤滑油は油分離器３内でガス冷媒から分離される。油分離器３内で分離された潤滑油は高圧であり、この高圧の潤滑油は油戻し管３４を通って油戻し室３３に導かれ、油戻し室３３から圧縮機構部９の摺動部分、例えば、主軸受２２や副軸受２３と回転軸１２との摺動部分の潤滑に用いられる。摺動部分の潤滑に用いられる潤滑油は密閉ケース７内圧力より高圧であり、摺動部分を潤滑する潤滑油は、潤滑油の圧力と密閉ケース７内の圧力との差圧“ΔＰ（ＭＰａ）”により摺動部分を通過して密閉ケース７内の空間に向けて移動し、摺動部分を潤滑した後に密閉ケース７内の空間に排出される。密閉ケース７内の空間に排出された潤滑油は密閉ケース７内の底部に貯留され、潤滑油吸込通路２９内を通って再びシリンダ室２４、２５内に吸込まれる。
【００２８】
したがって、一端がガス冷媒通路２８に連通されて他端が密閉ケース７内の底部に貯留された潤滑油に浸漬される潤滑油吸込通路２９を設けるという簡単で安価な構成により、密閉ケース７内の底部に貯留された潤滑屋を用いて圧縮機構部９の摺動部分を潤滑することができる。
【００２９】
ここで、図２は、圧縮機構部９の運転周波数と、潤滑油吸込通路２９内を通ってシリンダ室２４、２５内に吸込まれる潤滑油の吸込量との関係を示すグラフである。圧縮機構部９の運転周波数が上昇すると、シリンダ室２４、２５内に吸込まれる潤滑油の量は二次関数的に上昇する。これは、圧縮機構部９の運転周波数の上昇に伴い、ガス冷媒通路２８を流れるガス冷媒の流速が速くなり、これに伴って潤滑油吸込通路２９内を通って吸込まれる潤滑油の量が多くなるためである。
【００３０】
このようなことから、圧縮機構部９が低い運転周波数で運転されている場合には、潤滑油吸込通路２９内を通ってガス冷媒通路２８内に吸込まれ、さらに、シリンダ室２４、２５内に吸込まれる潤滑油の量が少なくなる。
【００３１】
シリンダ室２４、２５内に吸込まれる潤滑油の量が少ないと、圧縮されたガス冷媒と共に油分離器３内に導かれる潤滑油の量が少なくなり、油分離器３内で分離される潤滑油の量が少なくなる。それに伴い、油分離器３内で分離された後に潤滑油戻し室３３に導かれる潤滑の量が少なくなるとともに圧縮機構部９の摺動部分に導かれる潤滑油の量が少なくなり、摺動部分で焼付を生じる場合がある。
【００３２】
そこで、図３に示すように、制御部１５により圧縮機構部９の運転周波数の制御を行い、圧縮機構部９の運転が第１運転周波数“Ｘ”以下の運転周波数で第１運転時間“Ｔ１”継続された場合、第１運転周波数“Ｘ”より高い運転周波数である第２運転周波数“Ｙ”で第２運転時間“Ｔ２”圧縮機構部９を運転する。これにより、第１運転周波数“Ｘ”以下の運転周波数での運転中に潤滑油吸込通路２９内を通ってシリンダ室２４、２５内に吸込まれる潤滑油の量が少ない場合でも、第２運転周波数“Ｙ”での運転中に潤滑油吸込通路２９内を通ってシリンダ室２４、２５内に吸込まれる潤滑油の量を多くすることができ、シリンダ室２４、２５内から油分離器３内に導かれる潤滑油の量を多くすることができる。したがって、油分離器３内で分離される潤滑油の量を多くすることができ、油分離器３内で分離された後に圧縮機構部９の摺動部分に導かれる潤滑油が不足するという事態の発生を防止することができ、圧縮機構部９の摺動部分が潤滑油の不足により焼付を起こすという事態の発生を防止することができる。
【００３３】
ここで、第１運転周波数“Ｘ”、第２運転周波数“Ｙ”、第１運転時間“Ｔ１”、第２運転時間“Ｔ２”は、密閉型圧縮機２の大きさや性能等に応じて適宜設定される値である。
【００３４】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を図４及び図５に基づいて説明する。なお、第２の実施形態及びそれ以降の実施形態において、第１の実施形態で説明した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付け、重複する説明は省略する。また、第２の実施形態の密閉型圧縮機２及び冷凍サイクル装置１の外観構成については、図１を援用して説明する。
【００３５】
圧縮機構部９の摺動部分を潤滑した後に密閉ケース７内の空間に排出される潤滑油の排出量と、油分離器３から導かれて摺動部分を潤滑する潤滑油の圧力と密閉ケース７内の圧力との差圧“ΔＰ（ＭＰａ）”との関係は、図４のグラフに示すようになる。図４のグラフによれば、差圧“ΔＰ”が大きくなるほど、摺動部分を潤滑した後に密閉ケース７内の空間に排出される潤滑油の量が多くなることがわかる。
【００３６】
そこで、この第２の実施形態の制御部１５では、図５の表に示すように、第１運転周波数“Ｘ”以下の運転周波数で運転する第１運転時間“Ｔ１”を、差圧“ΔＰ”により変化させる制御が行われる。
【００３７】
具体的には、差圧“ΔＰ”が０〜１未満の場合には、“Ｔ１”を１５分とし、差圧“ΔＰ”が１以上〜２未満の場合には、“Ｔ１”を１０分とし、差圧“ΔＰ”が２以上の場合には、“Ｔ１”を５分としている。
【００３８】
また、差圧“ΔＰ”は、凝縮器４の温度を測定する温度センサの測定結果と、蒸発器６の温度を測定する温度センサの測定結果とに基づいて制御部１５において推定される。
【００３９】
このような構成において、第２の実施形態では、差圧“ΔＰ”に応じて、第１運転周波数“Ｘ”以下の運転周波数での第１運転継続時間“Ｔ１”を変化させ、差圧“ΔＰ”が大きくなるにつれて第１運転時間“Ｔ１”を短くしている。これにより、差圧“ΔＰ”が大きくなった場合には、潤滑油吸込通路２９内を通ってシリンダ室２４、２５内への潤滑油の吸込量が少ない第１運転周波数“Ｘ”以下の運転周波数で運転される第１運転時間“Ｔ１”が短くなり、シリンダ室２４、２５内への潤滑油の吸込量が多い第２運転周波数“Ｙ”で運転される第２運転時間“Ｔ２”の割合が高くなる。このため、差圧“ΔＰ”が大きいために摺動部分から密閉ケース７内の空間に排出される潤滑油の排出量が多い場合でも、第１運転周波数“Ｘ”以下の運転周波数で運転される第１運転時間“Ｔ１”を短くすることにより、油分離器３内で分離された後に圧縮機構部９の摺動部分に導かれる潤滑油が不足するという事態の発生を防止することができる。このため、圧縮機構部９の摺動部分が潤滑油の不足により焼付を起こすという事態の発生を防止することができる。
【００４０】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を図６に基づいて説明する。第３の実施形態では、図６の表に示すように、差圧“ΔＰ”に応じて、第１運転周波数“Ｘ”の値を変化させている。
【００４１】
具体的には、差圧“ΔＰ”が０〜１未満の場合には、第１運転周波数を“Ｘａ”とし、差圧“ΔＰ”が１以上〜２未満の場合には、第１運転周波数を“Ｘｂ（但し、Ｘａ＜Ｘｂ）”とし、差圧“ΔＰ”が２以上の場合には、第１運転周波数を“Ｘｃ（但し、Ｘｂ＜Ｘｃ）”としている。なお、第１運転周波数“Ｘａ”、“Ｘｂ”、“Ｘｃ”は、密閉型圧縮機２の大きさや性能等に応じて適宜設定される値である。
【００４２】
このような構成において、第３の実施形態では、差圧“ΔＰ”に応じて第１運転周波数を“Ｘａ”、“Ｘｂ”、“Ｘｃ”と変化させ、差圧“ΔＰ”が大きくなるにつれて第１運転周波数“Ｘ”を高くしている。このため、差圧“ΔＰ”が大きいために摺動部分から密閉ケース７内の空間に排出される潤滑油の排出量が多い場合でも、潤滑油吸込通路２９内を通ってシリンダ室２４、２５内に吸込まれる潤滑油の量を多くすることができ、シリンダ室２４、２５内から油分離器３内に導かれる潤滑油の量を多くすることができる。したがって、油分離器３内で分離される潤滑油の量を多くすることができ、油分離器３内で分離された後に圧縮機構部９の摺動部分に導かれる潤滑油が不足するという事態の発生を防止することができる。このため。圧縮機構部９の摺動部分が潤滑油の不足により焼付を起こすという事態の発生を防止することができる。
【００４３】
以上説明した各実施形態によれば、制御部１５によって圧縮機構部９の運転周波数を制御し、圧縮機構部９の運転が第１運転周波数“Ｘ”以下の運転周波数で第１運転時間“Ｔ１”継続された場合、圧縮機構部９の運転を第１運転周波数“Ｘ”より周波数が高い第２運転周波数“Ｙ”で第２運転時間“Ｔ２”継続させている。これにより、第１運転周波数“Ｘ”以下の運転周波数での運転時に潤滑油吸込通路２９内を通ってシリンダ室２４、２５内に吸込まれる潤滑油の量が少ない場合であっても、第２運転周波数“Ｙ”での運転時に潤滑油吸込通路２９内を通ってシリンダ室２４、２５内に吸込まれる潤滑油の量を多くすることができ、シリンダ室２４、２５から油分離器３内に導かれる潤滑油の量を多くすることができる。したがって、一端がガス冷媒通路２８に連通されて他端が密閉ケース７内の底部に貯留された潤滑油に浸漬される潤滑油吸込通路２９を設けるという簡単で安価な構成であっても、圧縮機構部の摺動部分に導かれる潤滑油が不足するという事態の発生を防止することができ、圧縮機構部９の摺動部分が潤滑油不足により焼付を起こすという事態の発生を防止することができる。
【００４４】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
１…冷凍サイクル装置、２…密閉型圧縮機、３…油分離器、４…凝縮器、５…膨張装置、６…蒸発器、７…密閉ケース、８…電動機部、９…圧縮機構部、１５…制御部、２８…ガス冷媒通路（作動流体吸込通路）、２９…潤滑油吸込通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部に潤滑油が貯留される密閉ケース内に電動機部とこの電動機部により駆動される圧縮機構部とが収容され、前記密閉ケース内の空間に導かれる作動流体を前記圧縮機構部に導く作動流体吸込通路が設けられ、一端が前記作動流体吸込通路に連通されて他端が前記密閉ケース内の底部に貯留された潤滑油に浸漬される潤滑油吸込通路が設けられ、前記圧縮機構部で圧縮された作動流体に含まれる潤滑油が油分離器で分離された後に前記圧縮機構部に導かれてこの圧縮機構部内の摺動部分を潤滑する密閉型圧縮機において、
前記圧縮機構部の運転が第１運転周波数以下の運転周波数で第１運転時間継続された場合、前記圧縮機構部の運転を前記第１運転周波数より周波数が高い第２運転周波数で第２運転時間継続させる制御部が設けられていることを特徴とする密閉型圧縮機。
【請求項２】
前記制御部は、前記密閉ケース内の圧力と前記油分離器で分離されて前記圧縮機構部に導かれる潤滑油の圧力との差圧に基づいて前記第１運転時間を変化させ、前記差圧が大きくなるにつれて前記第１運転時間を短くすることを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
【請求項３】
前記制御部は、前記密閉ケース内の圧力と前記油分離器で分離されて前記圧縮機構部に導かれる潤滑油の圧力との差圧に基づいて前記第１運転周波数を変化させ、前記差圧が大きくなるにつれて前記第１運転周波数を高くすることを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機と、前記密閉型圧縮機に接続される凝縮器と、前記凝縮器に接続される膨張装置と、前記膨張装置と前記密閉型圧縮機との間に接続される蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置。
【請求項１】
底部に潤滑油が貯留される密閉ケース内に電動機部とこの電動機部により駆動される圧縮機構部とが収容され、前記密閉ケース内の空間に導かれる作動流体を前記圧縮機構部に導く作動流体吸込通路が設けられ、一端が前記作動流体吸込通路に連通されて他端が前記密閉ケース内の底部に貯留された潤滑油に浸漬される潤滑油吸込通路が設けられ、前記圧縮機構部で圧縮された作動流体に含まれる潤滑油が油分離器で分離された後に前記圧縮機構部に導かれてこの圧縮機構部内の摺動部分を潤滑する密閉型圧縮機において、
前記圧縮機構部の運転が第１運転周波数以下の運転周波数で第１運転時間継続された場合、前記圧縮機構部の運転を前記第１運転周波数より周波数が高い第２運転周波数で第２運転時間継続させる制御部が設けられていることを特徴とする密閉型圧縮機。
【請求項２】
前記制御部は、前記密閉ケース内の圧力と前記油分離器で分離されて前記圧縮機構部に導かれる潤滑油の圧力との差圧に基づいて前記第１運転時間を変化させ、前記差圧が大きくなるにつれて前記第１運転時間を短くすることを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
【請求項３】
前記制御部は、前記密閉ケース内の圧力と前記油分離器で分離されて前記圧縮機構部に導かれる潤滑油の圧力との差圧に基づいて前記第１運転周波数を変化させ、前記差圧が大きくなるにつれて前記第１運転周波数を高くすることを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機と、前記密閉型圧縮機に接続される凝縮器と、前記凝縮器に接続される膨張装置と、前記膨張装置と前記密閉型圧縮機との間に接続される蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７６３３２（Ｐ２０１３−７６３３２Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１５０８６（Ｐ２０１１−２１５０８６）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（５０５４６１０７２）東芝キヤリア株式会社 (477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（５０５４６１０７２）東芝キヤリア株式会社 (477)
【Ｆターム（参考）】
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