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JP2000291553A - 密閉型電動圧縮機 - Google Patents

密閉型電動圧縮機

Info

Publication number
JP2000291553A
JP2000291553A JP11096303A JP9630399A JP2000291553A JP 2000291553 A JP2000291553 A JP 2000291553A JP 11096303 A JP11096303 A JP 11096303A JP 9630399 A JP9630399 A JP 9630399A JP 2000291553 A JP2000291553 A JP 2000291553A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refrigerant
oil
compression element
weight ratio
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11096303A
Other languages
English (en)
Inventor
Keizo Iida
慶三 飯田
Hidetoshi Nishihara
秀俊 西原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Refrigeration Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Refrigeration Co filed Critical Matsushita Refrigeration Co
Priority to JP11096303A priority Critical patent/JP2000291553A/ja
Publication of JP2000291553A publication Critical patent/JP2000291553A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバーター圧縮機において、ゼロペネトレ
ーション流速を満足しない配管径でも密閉容器内に十分
なオイル量を確保し、信頼性の高い圧縮機を提供するこ
とを図る。 【解決手段】 冷媒循環量に対するオイルの重量比率を
0.3wt%以下にすることにより、十分なオイル戻り
を確保し、信頼性の高い圧縮機を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、塩素を含まないH
FC系冷媒、例えばR134a又はR407C等と、前
記冷媒が溶けにくい非相溶オイル、たとえば鉱油又はア
ルキルベンゼン油等を使用した、インバーター圧縮機に
関する。
【0002】
【従来の技術】近年、環境汚染、特にオゾン層破壊,地
球温暖化の問題から、塩素系フロンが使用規制の対象と
なり、代替冷媒として塩素を含まないR134a,R4
07C,R404A等のHFC系冷媒が幅広く使用され
てきている。またこれらの冷媒に対応するオイルとして
は、相溶性の面からPOE(エステル油)が採用されて
いるが、特開平8−278062号公報に示されるよう
にHFC系冷媒と非相溶なアルキルベンゼン系オイルも
採用されている。この非相溶オイルを採用するメリット
としては、POEと比較して水分管理,コンタミ管理が
不要である点があげられるが、一方デメリットとして
は、圧縮機へのオイル戻りが懸念される。この対応の一
環として、特に冷媒が下方から上方に流れる場合の、配
管内壁に付着したオイルを上昇させるために、特開平7
−174439号公報に示されるようにゼロペネトレー
ション流速以上になる配管内径が提唱されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら近年、環
境保護の観点から省エネが叫ばれ、冷蔵庫等において
は、回転数を可変できるインバーターモーターを採用し
た圧縮機が採用されている。またその能力可変範囲も省
エネ効果を大きく得るため、回転数範囲を拡大していく
傾向があり、より最小回転数と最大回転数の比率が大き
くなってきている。そのため、最小回転数に対する冷媒
循環量と最大回転数に対する冷媒循環量の差が大きくな
り、特開平7−174439号公報に示される方法では
ゼロペネトレーション流速以上になる配管内径を決定す
るのは困難である。つまり最小回転数での冷媒流速で配
管内径を決定した場合、最大回転数での冷媒流速に対し
ては配管内径が小さくなりすぎ、圧力損失が増大し、圧
縮機の性能が低下し、システムの冷却性能の低下が懸念
される。また最大回転数での冷媒流速で配管内径を決定
した場合、最小回転数での冷媒流速に対しては、配管内
径が大きくなり、ゼロペネトレーション流速以下にな
り、配管内径に付着したオイルを上昇させる事が不可能
になる。
【0004】本発明は、上記従来の課題を解決しようと
するもので、インバーター圧縮機で非相溶オイルを使用
しても、密閉容器内に十分なオイル量を確保することを
目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、運転時に圧縮要素から吐出されるオイル
量の冷媒循環量に対する重量比率を0.3wt%以下に
する手段を備えたものである。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、塩素を含まないHFC系冷媒を主成分とする冷媒
と、前記冷媒に対して非相溶なオイルを使用し、密閉容
器内に圧縮要素及び前記圧縮要素を駆動する回転数が可
変速で制御されるインバーターモータを有し、前記圧縮
要素から吐出されるオイル量の冷媒循環量に対する重量
比率を0.3wt%以下にする手段を備えたことによ
り、ゼロペネトレーション流速を満足しない配管内径で
冷凍サイクルを構成しても、密閉容器内におけるオイル
量を十分に確保することが出来るため、圧縮機の信頼性
を確保するという作用を有する。
【0007】本発明の請求項2に記載の発明は、塩素を
含まないHFC系冷媒を主成分とする冷媒と、前記冷媒
に対して非相溶なオイルを使用し、内部が区画された密
閉容器内の一方の区画に圧縮要素を、他方の区画に前記
圧縮要素を駆動する回転数が可変速で制御されるインバ
ーターモータを有し、前記圧縮要素から吐出されるオイ
ル量の冷媒循環量に対する重量比率を0.3wt%以下
にする手段を備えたものであるから、密閉容器内が高圧
の回転式圧縮機においても密閉容器内におけるオイル量
を十分に確保することが出来るものである。
【0008】本発明の請求項3に記載の発明は、冷媒循
環量に対するオイルの重量比率を0.3wt%以下にす
る手段として、シリンダで圧縮された高温,高圧のガス
を密閉容器から吐出して冷却した後、密閉容器のモータ
側区画に戻しモータと圧縮要素を通過させるようにした
プリクーラを備えたものであるから、プリクール作用と
ともに、モータと圧縮要素のそれぞれの隙間を通過する
際に冷媒とオイルの分離作用が得られる。
【0009】本発明の請求項4に記載の発明は、冷媒循
環量に対するオイルの重量比率を0.3wt%以下にす
る手段として、シリンダで圧縮された高温,高圧のガス
を密閉容器のモータ側区画に吐出してからモータと圧縮
要素を通過させるようにしたオイル分離手段を備えたも
のであるから、モータと圧縮要素のそれぞれの隙間を通
過する際に冷媒とオイルの分離作用が得られる。
【0010】
【実施例】以下本発明実施例について図1から図9及び
表1を用いて説明する。
【0011】(実施例1)図1は本発明の実施例1によ
る、塩素を含まないHFC系冷媒を主成分とする冷媒
と、前記冷媒に対して非相溶なオイルを使用し、密閉容
器内に圧縮要素及び前記圧縮要素を駆動する回転数が可
変速で制御されるインバーターモータを有した圧縮機と
それを構成する冷凍サイクルである。圧縮機1は、密閉
容器2内に圧縮要素3及び前記圧縮要素3をインバータ
ーで駆動する回転子4と固定子5とからなるモータ6を
備えるとともに、オイル7及びHFC系冷媒が封入され
ている。密閉容器内は前記圧縮要素3によって左右に区
画され、左側に圧縮要素側区画、右側にモータ側区画が
形成されている。左右の区画はモータ6の固定子5と回
転子4のギャップや図示しない圧縮要素3の隙間等によ
って連通されている。
【0012】8は凝縮器、9は膨張機構、10は乾燥
器、11は蒸発器で冷凍サイクルを構成している。12
は吐出管、13は吸入管である。また、14は圧縮要素
3のシリンダで圧縮された高温高圧のガスを直接、密閉
容器外のプリクーラ15に吐出するプリクーラ出口管、
16はプリクールガスを密閉容器2のモータ側区画に戻
すプリクーラ戻り管である。
【0013】プリクーラ冷却方式は、吐出された高温,
高圧の冷媒ガスをプリクーラ出口管14から直接プリク
ーラ15に送り、そこで冷却した後、プリクーラ戻り管
16から密閉容器内2に戻り、固定子5,圧縮要素3を
通過して吐出管11から吐出されていく構成になってい
る。固定子5,圧縮要素3を通過する時に、冷媒中のオ
イルが分離される為、吐出管11から吐出される冷媒中
のオイル重量比率はプリクーラ冷却方式を用いないもの
と比較して低減することが出来る。
【0014】本実施例において、圧縮機のストロークボ
リュームは5.00cc、運転周波数は40Hzから8
0Hzの範囲で駆動される事とした。この冷凍サイクル
において吸入管13内を流れる冷媒は下方から上方に流
れる。この冷凍サイクルで配管内壁に付着したオイルが
自重に逆らって上昇するのに必要な冷媒流速(ゼロペネ
トレーション速度)以上になる最大配管内径を算出す
る。このゼロペネトレーション流速は、配管内径や気液
の冷媒の状態値から算出される。ゼロペネトレーション
流速Uは数式1に示すWallisの実験式を用いて算
出できる。
【0015】 U={g*dx*[ρoil−ρg]/ρg}0.5 ={g*dx*[867Vx−1]}0.5…………………………(1) ここで g:重力加速度(m/sec2) ρoil:オイル密度(kg/m3)=867(kg/
3) ρg:冷媒ガス密度(kg/m3) dx:状態xにおける管内径(m) Vx:状態xにおける比容積(m3/kg) 配管内を流れる冷媒流速U*は数式2で示される。
【0016】 U*=G*Vx/{π(dx/2)2} =SV*N*ηv*Vx/Vs{π(dx/2)2}………………(2) ここで G:冷媒流量(kg/s) SV:圧縮機のストロークボリューム(m3) N:回転数(rps) ηv:体積効率 Vs:吸入ガスの比容積(m3/kg) 以上のように算出された冷媒流速U*がゼロペネトレー
ション流速Uよりも大きければ配管内壁に付着したオイ
ルが自重に逆らって上昇していき、蒸発器11内に滞留
しなくなる。
【0017】図1の冷凍サイクルで圧縮機の最小回転数
(40Hz)と最大回転数(80Hz)に対するゼロペ
ネトレーション流速以上となる最大配管内径を求める。
温度条件として、凝縮温度40℃,蒸発温度−30℃,
吸入ガス温度30℃として求めると数式1・2から表1
の結果が得られる。
【0018】
【表1】
【0019】40〜80Hzの運転を考慮した場合、配
管内径は3.87mm以下にする必要がある。しかし8
0Hz運転時は負荷が大きい時に運転される為、冷媒循
環量が大きく、吸入管の配管内径を小さくする事は、圧
力損失を増大させ、圧縮機の冷凍性能が低下する為好ま
しくない。図2は吸入管13の内径を変化させた時の圧
縮機の冷凍性能の変化をカロリーメーターで測定したも
ので、縦軸に圧縮機の冷凍性能、横軸に吸入管の内径を
示している。運転条件として、凝縮温度40℃,蒸発温
度−30℃,吸入ガス温度32℃,運転周波数を80H
zにしたものである。図2から明らかなように、配管内
径が5mm以下の時は性能が低下していく傾向にある。
そのためゼロペネトレーション流速以上となる配管内径
を決定するのは、困難となる。以上の結果は、ストロー
クボリュームが5.0ccでの一例であるが、他のスト
ロークボリュームでも同様である。また最小運転周波数
と最大運転周波数の比率が2の可変速のインバーター圧
縮機での一例であるが、当然この比率が変化しても、同
様の傾向がみられる。
【0020】そこで従来使用している標準の配管内径
(φ6.35mm)で、ゼロペネトレーション流速以下
でも十分にオイル戻りを確保する必要があり、その場合
の許容される冷媒循環量中のオイルの最大重量比率を求
めた。
【0021】図3は、縦軸に圧縮機内の油面高さ、横軸
に運転周波数を示したもので、運転周波数が大きいほど
油面高さは減少する。又図4は冷媒循環量と冷媒中のオ
イル重量比率の関係を求めたもので冷媒循環量が増加す
るほど、オイル重量比率は、増加することが解る。
【0022】以上の結果より実使用条件下での最大周波
数及び最大冷媒循環量での運転条件で圧縮機の運転を行
って、油面高さの評価を行った。図5は、凝縮温度40
℃,蒸発温度0℃,吸入ガス温度32℃,運転周波数8
0Hzで運転した時の圧縮機内の油面高さと冷媒中のオ
イル重量比率をグラフにしたものである。オイル重量比
率は、圧縮機から吐出されるオイル量と、計算から求め
られる冷媒循環量から算出したものである。また圧縮機
の必要最低油面高さ基準を15mmと設定したものであ
る。図5から冷媒循環量に対するオイルの重量比率を
0.3wt%以下にすれば、ゼロペネトレーション流速
以下となる配管内径であっても、必要最小油面レベルを
確保する事が出来る。この結果はストロークボリューム
5cc、最大運転周波数が80Hzでの結果であるが、
ストロークボリューム及び最大運転周波数が大きくなっ
ても冷媒循環量に対するオイルの重量比率を0.3wt
%以下にすれば、油面高さが確保されることは、確認さ
れている。
【0023】図6は縦軸にオイル重量比率、横軸に冷媒
循環量を示したものであるが、プリクーラ冷却方式を用
いないものと比較してオイル重量比率は約1/10程度
になり、冷媒循環量に対するオイル重量比率を0.3w
t%以下にする事が出来る。
【0024】(実施例2)図7は本発明の実施例2によ
る冷媒循環量に対するオイルの重量比率を0.3wt%
以下にする為、オイル分離機能として、モータ側吐出を
使用する事を特徴とした回転式圧縮機の断面図である。
【0025】図7において、圧縮された冷媒ガスは圧縮
要素3を構成するSベアリング17,シリンダー18,
Lベアリング19に設けた吐出穴20を通過して、固定
子5側に吐出される。吐出された冷媒ガスは、圧縮要素
3を通過し吐出管11から吐出されていく。圧縮要素3
を通過する時に、プリクーラ冷却方式と同様に、オイル
が分離され、吐出管11から吐出される冷媒中のオイル
重量比率はモータ側吐出を用いないものと比較して低減
する事が出来る。
【0026】図8は縦軸にオイル重量比率、横軸に冷媒
循環量を示したものであるが、モータ側吐出方式を用い
ないものと比較してオイル重量比率は約1/10程度に
なり、冷媒循環量に対するオイル重量比率を0.3wt
%以下にする事が出来る。
【0027】
【発明の効果】上記実施例から明らかなように、請求項
1記載の発明によれば、塩素を含まないHFC系冷媒を
主成分とする冷媒と、前記冷媒に対して非相溶なオイル
を使用し、密閉容器内に圧縮要素及び前記圧縮要素を駆
動する回転数が可変速で制御されるインバーターモータ
を有し、前記圧縮要素から吐出されるオイル量の冷媒循
環量に対する重量比率を0.3wt%以下にする手段を
備えたことにより、ゼロペネトレーション流速を満足し
ない配管内径で冷凍サイクルを構成しても、密閉容器内
のオイル量を確保することが出来るため、圧縮機の信頼
性を確保することができる。
【0028】また請求項2記載の発明によれば、塩素を
含まないHFC系冷媒を主成分とする冷媒と、前記冷媒
に対して非相溶なオイルを使用し、内部が区画された密
閉容器内の一方の区画に回転式圧縮要素を、他方の区画
に前記圧縮要素を駆動する回転数が可変速で制御される
インバーターモータを有し、前記回転式圧縮要素から吐
出されるオイル量の冷媒循環量に対する重量比率を0.
3wt%以下にする手段を備えたものであるから、密閉
容器内が高圧の回転式圧縮機においても密閉容器内にお
けるオイル量を十分に確保することが出来るものであ
る。
【0029】また請求項3記載の発明によれば、シリン
ダで圧縮された高温,高圧のガスを密閉容器から吐出し
て冷却した後、密閉容器のモータ側区画に戻しモータと
圧縮要素を通過させるようにしたプリクーラを備えたも
のであるから、プリクール作用とともに、モータと圧縮
要素のそれぞれの隙間を通過する際に冷媒とオイルの分
離作用が行われ、密閉容器内におけるオイル量を十分に
確保することが出来、圧縮機の信頼性を確保することが
できる。
【0030】また請求項4記載の発明によれば、シリン
ダで圧縮された高温,高圧のガスを密閉容器のモータ側
区画に吐出してからモータと圧縮要素を通過させるよう
にしたオイル分離手段を備えたものであるから、モータ
と圧縮要素のそれぞれの隙間を通過する際に冷媒とオイ
ルの分離作用が行われ、密閉容器内におけるオイル量が
十分に確保され、圧縮機の信頼性を確保することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1による圧縮機の断面図と冷凍
サイクルを示す図
【図2】本発明の実施例1による吐出管内径と圧縮機の
入力の関係図
【図3】本発明の実施例1による圧縮機内の油面高さと
運転周波数の関係図
【図4】本発明の実施例1による冷媒循環量と冷媒中の
オイル重量比率の関係図
【図5】本発明の実施例1による圧縮機内の油面高さと
冷媒中のオイル重量比率の関係図
【図6】本発明の実施例1によるオイル重量比率と冷媒
循環量の関係図
【図7】本発明の実施例2による回転式圧縮機の断面図
【図8】本発明の実施例2によるオイル重量比率と冷媒
循環量の関係図
【符号の説明】
1 圧縮機 2 密閉容器 3 圧縮要素 6 モータ 15 プリクーラ 16 プリクーラ戻り管 17 Sベアリング 18 シリンダー 19 Lベアリング 20 吐出穴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3H003 AA05 AB05 AC03 BH06 CD05 CE02 CF04 3H029 AA04 AA15 AA21 AB03 BB05 CC07 CC23 CC34 CC42

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 塩素を含まないHFC系冷媒を主成分と
    する冷媒と、前記冷媒に対して非相溶なオイルを使用
    し、密閉容器内に圧縮要素及び前記圧縮要素を駆動する
    回転数が可変速で制御されるインバーターモータを有
    し、前記圧縮要素から吐出されるオイル量の冷媒循環量
    に対する重量比率を0.3wt%以下にする手段を備え
    たことを特徴とする密閉型電動圧縮機。
  2. 【請求項2】 塩素を含まないHFC系冷媒を主成分と
    する冷媒と、前記冷媒に対して非相溶なオイルを使用
    し、内部が区画された密閉容器内の一方の区画に圧縮要
    素を、他方の区画に前記圧縮要素を駆動する回転数が可
    変速で制御されるインバーターモータを有し、前記圧縮
    要素から吐出されるオイル量の冷媒循環量に対する重量
    比率を0.3wt%以下にする手段を備えたことを特徴
    とする密閉型回転式電動圧縮機。
  3. 【請求項3】 冷媒循環量に対するオイルの重量比率を
    0.3wt%以下にする手段として、シリンダで圧縮さ
    れた高温,高圧のガスを密閉容器から吐出して冷却した
    後、密閉容器のモータ側区画に戻しモータと圧縮要素を
    通過させるようにしたプリクーラを備えた請求項2記載
    の密閉型回転式電動圧縮機。
  4. 【請求項4】 冷媒循環量に対するオイルの重量比率を
    0.3wt%以下にする手段として、シリンダで圧縮さ
    れた高温,高圧のガスを密閉容器のモータ側区画に吐出
    してからモータと圧縮要素を通過させるようにしたオイ
    ル分離手段を備えた請求項2記載の密閉型回転式電動圧
    縮機。
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