| 【発明の名称】 |
冷凍装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】間 誠
【氏名】清水 栄一
【氏名】西川 弘
【氏名】西川 剛弘
【氏名】里 和哉
【氏名】坂本 泰生
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| 【要約】 |
【課題】熱媒体として二酸化炭素を用い、かつ、潤滑油の分離を効率的に行えるようにすると共にラップと鏡板との摺動面に潤滑油を安定供給できるようにする。
【解決手段】第１熱交換器３０と減圧器５０との間にオイルセパレータ６０を設け、このオイルセパレータ６０で分離回収した潤滑油を戻管６１を介してスクロール圧縮機１０の吸入管に戻す。二酸化炭素は第１熱交換器３０で温度が下がるが液化しないので、潤滑油の分離効率が向上し、また分離回収した潤滑油を熱媒体と共に圧縮室に供給することで、ラップと鏡板との摺動面に安定して潤滑油が供給できるようになる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 密閉ケース内に圧縮要素と駆動要素とを備えると共に、当該密閉ケース内に潤滑油を貯留し、少なくとも前記圧縮要素の摺動部を前記潤滑油で潤滑しながら熱媒体としての二酸化炭素を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された熱媒体が流れる第１熱交換器と、この第１熱交換器からの熱媒体を減圧する減圧器と、この減圧器からの熱媒体が流れる第２熱交換器と、前記第１熱交換器と前記減圧器とをつなぐ管路に配設されて、該第１熱交換器から吐出された熱媒体に含まれている潤滑油を分離するオイルセパレータと、該オイルセパレータで分離された前記潤滑油を前記圧縮機の熱媒体供給管に戻すように設けられた戻管とを有することを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】 前記圧縮機がスクロール圧縮機であることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二酸化炭素を熱媒体として用いた冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、冷凍装置は種々の技術分野に用いられている。図３は、かかる冷凍装置の回路図を示したものである。
【０００３】図３に示す冷凍装置は、熱媒体を圧縮する圧縮機１１０、熱媒体を凝縮させる第１熱交換器１３０、熱媒体を減圧する減圧器１５０、熱媒体を蒸発させる第２熱交換器１４０等を有して、Ｒ−２２等の塩素を含む熱媒体（以下、特定フロンガスと記載する）が用いられている。
【０００４】そして、例えばこのような冷凍装置を空気調和機に用い冷房運転するような場合には、圧縮機１１０で圧縮された熱媒体は、第１熱交換器１３０で外気と熱交換することにより凝縮して液化し、この液状熱媒体が減圧器１５０で減圧される。
【０００５】その後、熱媒体は第２熱交換器１４０に供給されて、ここで室内空気と熱交換することにより加熱されて蒸発する。室内空気は逆に冷却されて、室内の冷房が行われる。
【０００６】なお、圧縮機１１０には、レシプロ圧縮機、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機等種々の構成があり、いずれの構成の圧縮機１１０でも内部に圧縮室を備えた圧縮要素が設けられて、この圧縮室がメカニカルに縮小することにより熱媒体を圧縮している。
【０００７】従って、摺動部の発生は避けられず、この摺動部の摩耗を抑制等するために潤滑油が用いられている。
【０００８】特にスクロール圧縮機においては、潤滑油は差圧式ポンプや潤滑油注入器等により摺動面に供給されている。かかるスクロール圧縮機の潤滑機構を図４を参照して説明する。
【０００９】スクロール圧縮機は鏡板１１３，１１４に渦巻状のラップ１１５，１１６が立設された固定スクロール１１１と揺動スクロール１１２とを有し、それぞれのラップ１１５，１１６の先端が相手の鏡板１１３，１１４に当接することにより圧縮室１１７が形成されている。
【００１０】揺動スクロール１１２は密閉ケース１１８に固着されたフレーム１１９上に摺動可能に設けられ、このフレーム１１９の下にモータ１２０が配設されている。
【００１１】モータ１２０の駆動力は、モータ軸１２１を介して揺動スクロール１１２に伝達され、この揺動スクロール１１２はオルダムリング１２２等により運動方向が規制されることにより固定スクロール１１１に対して公転運動する。
【００１２】潤滑油１２３は密閉ケース１１８の底部に貯留され、またモータ軸１２１には潤滑油通路１２４が形成されている。
【００１３】そして、モータ１２０が回転することにより、熱媒体は吸入管１２６を介して圧縮室１１７に吸入され、この圧縮室１１７の縮小に伴い熱媒体が圧縮されて吐出口１２５から密閉ケース１１８内に吐出される。密閉ケース１１８内に吐出された熱媒体は、図示しない吐出管を介して機外に吐出される。
【００１４】圧縮された熱媒体が密閉ケース１１８内に吐出されることにより、潤滑油１２３はこの密閉ケース１１８内の圧力に押されて潤滑油通路１２４を通りフレーム１１９と揺動スクロール１１２との摺動面に供給され、またこの摺動面に供給された潤滑油１２３の一部が図示しないオイル注入器によりラップ１１５，１１６と鏡板１１３，１１４との摺動面に供給される。
【００１５】潤滑油１２３は摺動部のみを潤滑すればよいが、現実には圧縮室１１７内にも紛れ込み、この結果として潤滑油１２３が熱媒体中に含まれるようになる。
【００１６】このように熱媒体に潤滑油１２３が含まれるようになると、熱媒体の特性が劣化して冷凍装置における冷凍効率等を低下させてしまう。
【００１７】そこで、圧縮機１１０から吐出された熱媒体に含まれる潤滑油１２３を除去するために、オイルセパレータ１６０が設けられている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構成の冷凍装置に用いられている熱媒体が特定フロンガスであるため、第１熱交換器１３０の後にオイルセパレータ１６０を用いることができない問題があった。
【００１９】即ち、熱媒体に含まれる潤滑油１２３を分離するには、固溶度等の関係から分離対象となる熱媒体の温度が低いことが好ましい。この意味から、温度が低くなると共に、冷凍効率等に余り影響が与えない場所にオイルセパレータ１６０を設けて潤滑油１２３の分離をすることが望まれる。
【００２０】かかる場所としては、第１熱交換器１３０と減圧器１５０との間が考えられるが、特定フロンガスは第１熱交換器１３０で熱交換すると殆ど液化してしまい、この第１熱交換器１３０と減圧器１５０との間にオイルセパレータ１６０を設けて潤滑油１２３の分離を行うことが困難となる。
【００２１】このような観点から従来は、圧縮機１１０と第１熱交換器１３０との間にオイルセパレータ１６０を設けて潤滑油１２３の分離を行っている。
【００２２】しかし、圧縮機１１０から吐出された熱媒体の温度が高いため潤滑油１２３の分離効率を高めることが困難で冷凍効率等の低下をもたらす問題があった。
【００２３】又、特にスクロール圧縮機においてはラップ１１５，１１６と鏡板１１３，１１４との摺動面に潤滑油１２３を供給するためにオイル注入器を設けているが、かかるオイル注入器は複雑な構成であり、潤滑油通路１２４を介して供給される潤滑油１２３の量が変動するような場合には安定してラップ１１５，１１６と鏡板１１３，１１４との摺動面に供給することが困難になる問題があった。
【００２４】加えて、上記特定フロンガスがオゾン層を破壊する原因となり規制対象となるにおよび、かかる環境破壊の恐れのない熱媒体が求められている。
【００２５】そこで、本発明は、オゾン層を破壊しない安全な熱媒体を用い、かつ、潤滑油の分離が効率的に行えるようにすると共に、圧縮機内の摺動面に潤滑油を安定供給できるようにして装置の信頼性の向上及び冷凍効率の向上を可能にした冷凍装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、密閉ケース内に圧縮要素と駆動要素とを備えると共に、当該密閉ケース内に潤滑油を貯留し、少なくとも圧縮要素の摺動部を潤滑油で潤滑しながら熱媒体としての二酸化炭素を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された熱媒体が流れる第１熱交換器と、この第１熱交換器からの熱媒体を減圧する減圧器と、この減圧器からの熱媒体が流れる第２熱交換器と、第１熱交換器と減圧器とをつなぐ管路に配設されて、該第１熱交換器から吐出された熱媒体に含まれている潤滑油を分離するオイルセパレータと、該オイルセパレータで分離された潤滑油を圧縮機の熱媒体供給管に戻すように設けられた戻管とを有することを特徴とする。
【００２７】請求項２にかかる発明は、圧縮機がスクロール圧縮機であることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は空気調和機を例にした冷凍装置の回路図で、熱媒体を圧縮するスクロール圧縮機等の圧縮機１０、熱媒体中に含まれる潤滑油を分離するオイルセパレータ６０、熱媒体が外気等と熱交換することにより冷却される第１熱交換器３０、熱媒体を減圧する減圧器５０、熱媒体が室内空気等と熱交換することにより加熱される第２熱交換器４０、オイルセパレータ６０で分離した潤滑油を圧縮機１０の吸入管に戻す戻管６１等を有して、熱媒体として二酸化炭素が用いられている。
【００２９】なお、二酸化炭素は第１熱交換器３０で冷却されても特定フロンガスのように凝縮することはないが、特定フロンガスを用いる冷凍装置との対応を図るため敢て第１熱交換器３０と記載した。従って、第２熱交換器４０においても二酸化炭素は蒸発することはない。
【００３０】無論、熱媒体が二酸化炭素であるか特定フロンガスであるかを問わず、第１熱交換器３０及び第２熱交換器４０での作用は同じである。
【００３１】二酸化炭素は、特定フロンのように塩素を含まないためオゾン層破壊の原因とならず環境破壊する恐れがない利点がある。
【００３２】そして、圧縮機１０で圧縮されて高温高圧になった熱媒体は第１熱交換器３０に供給され、この第１熱交換器３０で熱交換して冷却される。
【００３３】このとき空気調和機が冷房運転のときは、第１熱交換器３０で熱媒体が外気等と熱交換して熱を失い冷却される。また、暖房運転のときは、第１熱交換器３０で熱媒体が室内空気と熱交換することにより冷却され、その結果室内空気が加熱されて室内が暖房される。
【００３４】第１熱交換器３０で冷却された熱媒体は、オイルセパレータ６０を介して減圧器５０に供給されて、ここで減圧されて第２熱交換器４０に供給される。
【００３５】上述したように二酸化炭素は凝縮しないので、第１熱交換器３０から吐出された熱媒体の温度は低下するものの気体の状態である。
【００３６】従って、潤滑油の固溶度は小さくなっており、効率的に熱媒体と潤滑油とを分離することができるようになり、圧縮機１０内の潤滑油が不足したり冷凍効率が低下したりする事態を抑制することが可能になる。
【００３７】このようにして潤滑油の分離が行われた熱媒体は、第２熱交換器４０で熱交換して加熱される。
【００３８】このとき空気調和機が冷房運転のときは、第２熱交換器４０で熱媒体は室内空気と熱交換することにより加熱され、この結果室内空気が冷却されて冷房が行われる。また、暖房運転のときは、第２熱交換器４０で熱媒体が外気等と熱交換することにより冷却される。
【００３９】図２はスクロール圧縮機の断面図で、スクロール圧縮機は固定スクロール１１、揺動スクロール１２及び固定スクロール１１に対して揺動スクロール１２を公転運動させるモータ２０等を有して、これらが密閉ケース１８内に収納されている。
【００４０】固定スクロール１１及び揺動スクロール１２は、鏡面仕上げされた鏡板１３，１４と、この鏡板１３，１４に立設された渦巻状のラップ１５，１６とにより構成され、各ラップ１５，１６は対向するスクロール１１，１２の鏡板１３，１４と当接するように配設されて、これらがなす空間が圧縮室１７を形成している。
【００４１】揺動スクロール１２には、モータ２０からの動力が伝達されると共にオルダムリング２２等により運動方向が規定されて、固定スクロール１１に対して公転運動するように構成され、かかる公転運動により圧縮室１７が縮小して熱媒体が圧縮される。
【００４２】なお、スクロール圧縮機では、圧縮室１７は複数存在し、それぞれの位置及び容積が揺動スクロール１２の公転に伴い変化する。
【００４３】このような構成において、熱媒体は固定スクロール１１の鏡板１３に固着された吸入管２６を介して圧縮室１７に吸入され、この圧縮室１７の縮小に伴い圧縮されて吐出口２５から吐出される。
【００４４】この吐出口２５には、開口を塞ぐようにメインバルブ２７が設けられて、圧縮室１７の圧力が所定圧になったときに熱媒体が密閉ケース１８内に吐出されるようになっている。
【００４５】ところで、上述したように揺動スクロール１２とフレーム１９、ラップ１５，１６と鏡板１３，１４はそれぞれ当接して摺動するので、これらの摺動面の摩耗を抑制する必要がある。
【００４６】そこで、密閉ケース１８の下部（図２において下側）に貯留している潤滑油２３を差圧式ポンプ等を用いてフレーム１９と揺動スクロール１２との摺動面に供給している。
【００４７】また、オイルセパレータ６０で分離回収された潤滑油２３は戻管６１を介して吸入管２６に戻され、熱媒体と共に圧縮室１７に供給されて、ラップ１５，１６と鏡板１３，１４との摺動面を潤滑するようになっている。
【００４８】即ち、ラップ１５，１６と鏡板１３，１４とは摺動可能にメカニカルに当接しているので、圧縮室１７の圧力が上昇すると微少の熱媒体がこの摺動面を介して漏出る。
【００４９】この結果、この漏出る熱媒体に含まれている潤滑油２３によりラップ１５，１６と鏡板１３，１４との摺動面が潤滑され、かつ、その摺動面がシールされるようになる。
【００５０】従って、従来のように複雑な構成の潤滑油注入器を用いることなく潤滑油２３の安定供給が可能になりコスト低減及び装置の信頼性が向上すると共に、熱媒体のリークが押えられるので圧縮効率の低下を抑制することが可能になる。
【００５１】なお、上記説明においては、潤滑油注入器を用いない場合について説明したが本発明はこれに限定されるものではなく潤滑油注入器を用いてもよいことは言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように請求項１にかかる発明によれば、熱媒体として二酸化炭素を用い、かつ、第１熱交換器と減圧器との間にオイルセパレータを設けて熱媒体に含まれる潤滑油を分離回収し、それを圧縮機の吸入管に戻すようにしたので、オゾン層を破壊しない環境に優しい冷凍装置が提供できるようになると共に、潤滑油の分離が効率的に行え装置の信頼性向上及び冷凍効率の向上が可能になる。
【００５３】請求項２にかかる発明によれば、圧縮機にスクロール圧縮機を用いたのでオゾン層を破壊しない環境に優しい冷凍装置が提供できるようになると共に、潤滑油の分離が効率的に行え、かつ、この潤滑油を圧縮機内の摺動面に安定供給できるようになって装置の信頼性向上及び冷凍効率の向上が可能になる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月１日（１９９９．３．１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８３２３１
【弁理士】
【氏名又は名称】紋田 誠
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２４９４１２（Ｐ２０００−２４９４１２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月１４日（２０００．９．１４） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−５２１１５ |
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