(57)【要約】      （修正有）【課題】潤滑油の貯留量の減少が実質的に防止された圧縮機を提供する。【解決手段】圧縮機１００は、気体冷媒を圧縮するための圧縮装置１１０と、前記圧縮装置を収容しているとともに潤滑油を貯留している密閉容器１８０と、前記気体冷媒と前記潤滑油を分離するための気液分離装置２００を備えている。前記密閉容器は、前記気体冷媒を吸入するために設けられた第１の管１８２Ａ、１８２Ｂと、前記気液分離装置によって分離された前記気体冷媒を吐出するために設けられた第２の管１８４を有している。前記気液分離装置は、前記密閉容器の内部空間を、前記第１の管と接続されている第１の空間Ｓ１であって、前記圧縮装置を収容している前記第１の空間と、前記第２の管と接続されている第２の空間Ｓ２とに分割するように構成されている。前記気液分離装置は、前記第１の空間と前記第２の空間の境界に配置された撥油性の気液分離膜を含んでいる。【選択図】図２
2020148148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体冷媒を圧縮するための圧縮装置と、
前記圧縮装置を収容するとともに潤滑油を貯留するための密閉容器と、
前記気体冷媒と前記潤滑油を分離するための気液分離装置を備え、
前記密閉容器は、前記気体冷媒を吸入するために設けられた第１の管と、前記気液分離装置によって分離された前記気体冷媒を吐出するために設けられた第２の管を有し、
前記気液分離装置は、前記密閉容器の内部空間を、前記第１の管と接続されている第１の空間であって、前記圧縮装置を収容している前記第１の空間と、前記第２の管と接続されている第２の空間とに分割しており、前記第１の空間と前記第２の空間の境界に配置された撥油性の気液分離膜を含んでいる、圧縮機。
【請求項２】
前記気液分離装置は、前記気液分離膜から潤滑油を回収する第１の流路を有している、請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記密閉容器は、前記第１の流路内に回収された潤滑油を吐出するために設けられた第３の管を有し、
前記第３の管から吐出される潤滑油を前記密閉容器に戻すための返却装置をさらに備えており、
前記返却装置は、前記第３の管を前記第１の管と接続している第２の流路と、前記第２の流路を流れる流体の圧力を調整するための圧力調整器とを有している、請求項２に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記第１の流路は、１以上の仕切り板によって分割された複数の第３の流路を有している、請求項２または３に記載の圧縮機。
【請求項５】
前記気液分離装置は、互いに間隔をおいて配置された複数の撥油性の気液分離膜を含んでおり、前記複数の気液分離膜のいずれも、前記第１の空間と前記第２の空間の境界に配置されている、請求項１から請求項４までのいずれかひとつに記載の圧縮機。
【請求項６】
前記気液分離膜は、凹凸を有している、請求項１から請求項５までのいずれかひとつに記載の圧縮機。
【請求項７】
前記気液分離膜は、次式で表される表面積（Ａｍｉｎ）よりも大きい表面積を有し、
Ａｍｉｎ＝（μ×ｔ×Ｑ）／（Ｋ×ΔＰｃ）
ここで、Ｑは、前記気液分離膜を通過させたい所望の気体冷媒の流量、Ｋは、前記気液分離膜の透過係数、μは、気体冷媒の粘性係数、ｔは、前記気液分離膜の厚さ、ΔＰｃは、前記気液分離膜の微細孔へ潤滑油の浸入を妨げる限界圧力差である、請求項１から請求項６までのいずれかひとつに記載の圧縮機。
【請求項８】
前記圧縮装置から前記気液分離装置へ流れる前記潤滑油の大きな液滴を事前に除去するための油除去装置をさらに備えている、請求項１から請求項７までのいずれかひとつに記載の圧縮機。
【請求項９】
前記圧力調整器はキャピラリーチューブで構成されている、請求項３または請求項３を引用する請求項４から請求項８までのいずれかひとつに記載の圧縮機。
【請求項１０】
各々が請求項１から請求項８までのいずれかひとつに記載の圧縮機である複数の圧縮機と、
前記複数の圧縮機と接続されている複数組の第１の熱交換器と第２の熱交換器と膨張器とを備えており、
各組において、第１の熱交換器は、膨張器を介して、第２の熱交換器と接続されており、前記第１の熱交換器は前記複数の圧縮機と接続されており、前記第２の熱交換器は前記複数の圧縮機と接続されている、冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、圧縮機および冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用した冷凍サイクル装置たとえば空調装置が知られている。そのような冷凍サイクル装置は、圧縮機と凝縮器と膨張器と蒸発器を有している。圧縮機は、気体状態の冷媒を圧縮する圧縮装置と、圧縮装置を収容している密閉容器を有している。本願では、便宜上、気体状態の冷媒を気体冷媒と称する。圧縮装置は、気体冷媒を圧縮するための可動部品たとえば摺動部品を有している。密閉容器は、圧縮装置の可動部品の潤滑のために潤滑油を貯留している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−４２１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、気体冷媒と共に潤滑油が圧縮機から冷凍サイクル装置の配管内に排出されてしまう。排出された潤滑油の一部は配管内に留まるため、圧縮機内の潤滑油の貯留量が減少してしまう。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、潤滑油の貯留量の減少が実質的に防止された圧縮機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
圧縮機は、気体冷媒を圧縮するための圧縮装置と、前記圧縮装置を収容するとともに潤滑油を貯留するための密閉容器と、前記気体冷媒と前記潤滑油を分離するための気液分離装置を備えている。前記密閉容器は、前記気体冷媒を吸入するために設けられた第１の管と、前記気液分離装置によって分離された前記気体冷媒を吐出するために設けられた第２の管を有している。前記気液分離装置は、前記密閉容器の内部空間を、前記第１の管と接続されている第１の空間であって、前記圧縮装置を収容している前記第１の空間と、前記第２の管と接続されている第２の空間とに分割している。前記気液分離装置は、前記第１の空間と前記第２の空間の境界に配置された撥油性の気液分離膜を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る冷凍サイクル装置を模式的に示す図である。
【図２】図２は、図１に示された圧縮機を模式的に示す図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った圧縮機の断面を模式的に示す図である。
【図４】図４は、気液分離膜による気体冷媒と潤滑油の分離を模式的に示す図である。
【図５】図５は、図２のＢ−Ｂ線に沿った圧縮機の断面を模式的に示す図である。
【図６】図６は、第２の実施形態に係る圧縮機を模式的に示す図である。
【図７】図７は、図６のＣ−Ｃ線に沿った圧縮機の断面を模式的に示す図である。
【図８】図８は、第３の実施形態に係る圧縮機を模式的に示す図である。
【図９】図９は、第４の実施形態に係る圧縮機を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１０を模式的に示している。冷凍サイクル装置１０は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用したビル用の空調装置であり、二組の圧縮機１００とアキュムレータ２０と、複数組の第１の熱交換器３０と膨張器４０と第２の熱交換器５０を有している。
【０００９】
圧縮機１００とアキュムレータ２０はいずれも、冷媒を吸入する吸入口と、冷媒を吐出する吐出口を有している。アキュムレータ２０は、圧縮機１００の吸入側に設けられ、アキュムレータ２０の吐出口は圧縮機１００の吸入口と接続されている。
【００１０】
第１の熱交換器３０は、膨張器４０を介して、第２の熱交換器５０と接続されている。
【００１１】
冷凍サイクル装置１０はまた、二組の圧縮機１００とアキュムレータ２０と、複数組の第１の熱交換器３０と膨張器４０と第２の熱交換器５０との間で、流路を切り替える流路切り替え器６０とを有している。
【００１２】
アキュムレータ２０の吸入口と圧縮機１００の吐出口は、流路切り替え器６０と接続されている。また、第１の熱交換器３０と第２の熱交換器５０は、流路切り替え器６０と接続されている。
【００１３】
流路切り替え器６０は、冷房時には、アキュムレータ２０と第２の熱交換器５０を接続するともに圧縮機１００と第１の熱交換器３０を接続し、暖房時には、アキュムレータ２０と第１の熱交換器３０を接続するともに圧縮機１００と第２の熱交換器５０を接続するように構成されている。流路切り替え器６０は、たとえば、四方弁で構成される。
【００１４】
圧縮機１００は、アキュムレータ２０から供給される低温低圧の気体冷媒Ｃを圧縮して高温高圧の気体冷媒Ｃに変えるように構成されている。
【００１５】
第１の熱交換器３０は、冷房時に凝縮器として機能し、暖房時に蒸発器として機能する。第２の熱交換器５０は、冷房時に蒸発器として機能し、暖房時に凝縮器として機能する。
【００１６】
凝縮器は、圧縮機１００から供給される高温高圧の気体冷媒Ｃを凝縮して常温高圧の液体冷媒に変えるように構成されている。
【００１７】
膨張器４０は、凝縮器から供給される常温高圧の液体冷媒を低温低圧の液体冷媒に変えるように構成されている。膨張器４０は、たとえば、膨張弁で構成される。
【００１８】
蒸発器は、膨張器４０から供給される低温低圧の液体冷媒を蒸発させて低温低圧の気体冷媒Ｃに変えるように構成されている。
【００１９】
アキュムレータ２０は、蒸発器から供給される冷媒から液体冷媒を分離し、気体冷媒Ｃだけを圧縮機１００に供給するように構成されている。
【００２０】
図２は、図１に示された圧縮機１００を模式的に示している。また、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った圧縮機１００の断面を模式的に示している。
【００２１】
図２に示されるように、圧縮機１００は、気体冷媒Ｃを圧縮するための圧縮装置１１０と、圧縮装置１１０を収容している密閉容器１８０を有している。圧縮装置１１０は、気体冷媒Ｃを圧縮するための可動部品たとえば摺動部品を有している。使用時、密閉容器１８０は、圧縮装置１１０の可動部品用の潤滑油Ｌを貯留している。潤滑油Ｌの大部分は、密閉容器１８０の内部空間の下部に貯留されている。潤滑油Ｌの一部は、ミスト状態（微細な液滴の状態）で密閉容器１８０の内部空間内に存在する。
【００２２】
圧縮装置１１０は、気体冷媒Ｃを圧縮する圧縮機構部１２０と、圧縮機構部１２０を駆動する電動機部１６０とを有している。圧縮機構部１２０は、密閉容器１８０の内部空間の下部に配置されており、密閉容器１８０の下部に貯留された潤滑油Ｌに部分的に浸っている。電動機部１６０は、圧縮機構部１２０の上方に配置されている。
【００２３】
圧縮機構部１２０は、そのハウジング１２２内に、上下に位置する二つのシリンダ室すなわち上部シリンダ室１３０Ａおよび下部シリンダ室１３０Ｂを有している。上部シリンダ室１３０Ａと下部シリンダ室１３０Ｂは、同一の円柱形状の内部空間を有している。上部シリンダ室１３０Ａは、中央に、上下に開口した上部上側貫通穴１３２Ａおよび上部下側貫通穴１３４Ａを有している。下部シリンダ室１３０Ｂは、中央に、上下に開口した下部上側貫通穴１３２Ｂおよび下部下側貫通穴１３４Ｂを有している。上部シリンダ室１３０Ａの上部上側貫通穴１３２Ａおよび上部下側貫通穴１３４Ａと下部シリンダ室１３０Ｂの下部上側貫通穴１３２Ｂおよび下部下側貫通穴１３４Ｂは、同一の径を有し、上下に整列している。上部シリンダ室１３０Ａと下部シリンダ室１３０Ｂは、上部下側貫通穴１３４Ａと下部下側貫通穴１３４Ｂを介して、接続されている。
【００２４】
密閉容器１８０は、気体冷媒Ｃを吸入するために下部に設けられた二つの第１の管すなわち上部吸入管１８２Ａおよび下部吸入管１８２Ｂを有している。上部シリンダ室１３０Ａは、上部吸入管１８２Ａと接続されている。下部シリンダ室１３０Ｂは、下部吸入管１８２Ｂと接続されている。
【００２５】
圧縮機構部１２０はまた、上部シリンダ室１３０Ａと下部シリンダ室１３０Ｂを通って上下に延びている回転軸１５０と、回転軸１５０を回転可能に支持している二つの軸受けすなわち上部軸受け１３６Ａおよび下部軸受け１３６Ｂを有している。上部軸受け１３６Ａは、上部シリンダ室１３０Ａの上部中央に設けられている。下部軸受け１３６Ｂは、下部シリンダ室１３０Ｂの下部中央に設けられている。
【００２６】
電動機部１６０は、回転軸１５０の上端部に固定された回転子１６２と、密閉容器１８０に固定された固定子１６４とを備えている。回転子１６２は複数の永久磁石（図示せず）を備えている。固定子１６４は複数のコイル（図示せず）を備えている。各コイルは、通電回路（図示せず）に電気的に接続されており、通電されることにより磁場を作り出す働きをする。固定子１６４は、回転子１６２を取り囲むように構成されている。電動機部１６０は、コイルが作り出す磁場と永久磁石の磁場の相互作用を利用して回転軸１５０を回転させるように構成されている。
【００２７】
回転軸１５０は、上部シリンダ室１３０Ａの上部上側貫通穴１３２Ａおよび上部下側貫通穴１３４Ａと下部シリンダ室１３０Ｂの下部上側貫通穴１３２Ｂおよび下部下側貫通穴１３４Ｂを通って延びている。上部シリンダ室１３０Ａの上部上側貫通穴１３２Ａは、回転軸１５０と上部軸受け１３６Ａによって閉塞されている。下部シリンダ室１３０Ｂの下部下側貫通穴１３４Ｂは、回転軸１５０と下部軸受け１３６Ｂによって閉塞されている。
【００２８】
回転軸１５０はまた、潤滑油Ｌを圧縮機構部１２０の適所へ導くために、中心軸すなわち回転軸に平行に延びている貫通孔１５２を有している。回転軸１５０はまた、その回転に伴って、上部シリンダ室１３０Ａ内において偏心回転する円柱形状の上部ローラー１５４Ａと、下部シリンダ室１３０Ｂ内において偏心回転する円柱形状の下部ローラー１５４Ｂを有している。上部ローラー１５４Ａと下部ローラー１５４Ｂは、上部シリンダ室１３０Ａと下部シリンダ室１３０Ｂの径よりも小さい同一の径を有し、回転軸１５０の中心軸に対して反対方向に偏心している。
【００２９】
上部ローラー１５４Ａの上下面は、それぞれ、上部シリンダ室１３０Ａの上下面と面接触しており、上部ローラー１５４Ａの外周面は、上部シリンダ室１３０Ａの内周面と線接触している。上部ローラー１５４Ａは、回転軸１５０の回転に伴って、上部シリンダ室１３０Ａの内周面と線接触を維持しつつ、一定の径の円周上を回転しながら移動する。
【００３０】
同様に、下部ローラー１５４Ｂの上下面は、それぞれ、下部シリンダ室１３０Ｂの上下面と面接触しており、下部ローラー１５４Ｂの周面は、下部シリンダ室１３０Ｂの内周面と線接触している。下部ローラー１５４Ｂは、回転軸１５０の回転に伴って、下部シリンダ室１３０Ｂの内周面と線接触を維持しつつ、一定の径の円周上を回転しながら移動する。
【００３１】
つまり、上部ローラー１５４Ａは、上部シリンダ室１３０Ａ内を摺動する摺動部品であり、下部ローラー１５４Ｂは下部シリンダ室１３０Ｂを摺動する摺動部品でる。詳しくは、上部ローラー１５４Ａは、潤滑油Ｌの油膜を介して、上部シリンダ室１３０Ａに接触している。下部ローラー１５４Ｂは、潤滑油Ｌの油膜を介して、下部シリンダ室１３０Ｂに接触している。
【００３２】
上部シリンダ室１３０Ａは、上部に設けられた上部吐出弁１３８Ａを備えている。上部吐出弁１３８Ａは、上部シリンダ室１３０Ａ内の圧力が設定圧力以下である間は閉じており、上部シリンダ室１３０Ａ内の圧力が設定圧力を超えたときに開くように構成されている。
【００３３】
同様に、下部シリンダ室１３０Ｂは、下部に設けられた下部吐出弁１３８Ｂを備えている。下部吐出弁１３８Ｂは、下部シリンダ室内の圧力が設定圧力以下である間は閉じており、下部シリンダ室内の圧力が設定圧力を超えたときに開くように構成されている。
【００３４】
上部シリンダ室１３０Ａはまた、その内部空間を実質的に二つの空間すなわち吸入室１４２および圧縮室１４４に分割する上部ブレード１４０(図３参照)を備えている。上部ブレード１４０は、上部シリンダ室１３０Ａの周方向に関して、上部吸入管１８２Ａとの連結部と上部吐出弁１３８Ａとの間に配置されている。上部ブレード１４０は、上部シリンダ室１３０Ａの径方向に往復移動可能であり、上部ブレード１４０の上下端がそれぞれ上部シリンダ室１３０Ａの上下面と常に接触しており、上部ブレード１４０の先端が上部ローラー１５４Ａの外周面に常に当接しているように構成されている。
【００３５】
分割された上部シリンダ室１３０Ａの二つの空間のうち、上部吸入流路と接続されている空間が吸入室１４２であり、上部吐出弁１３８Ａと接続されている空間が圧縮室１４４である。なお、吸入室１４２と圧縮室１４４は、上部ローラー１５４Ａの外周面と上部シリンダ室１３０Ａの内周面の線接触の位置が上部ローラー１５４Ａの外周面と上部ブレード１４０の先端の当接の位置と一致するとき、一時的に消滅する。
【００３６】
このような構成により、上部シリンダ室１３０Ａ内における上部ローラー１５４Ａの偏心回転に伴って、上部シリンダ室１３０Ａ内の吸入室１４２と圧縮室１４４の容積が経時的に変化する。詳しくは、上部ローラー１５４Ａの外周面と上部シリンダ室１３０Ａの内周面の線接触の位置が上部吐出弁１３８Ａに近づくにつれて、吸入室１４２の容積は大きくなり、反対に圧縮室１４４の容積は小さくなる。
【００３７】
圧縮室１４４の容積が小さくなると、圧縮室１４４内の圧力が高まる。圧縮室１４４内は、気体冷媒Ｃの他に、潤滑油Ｌも存在する。圧縮室１４４内の圧力が設定圧力を超えたとき、上部吐出弁１３８Ａが開く。その結果、圧縮された気体冷媒Ｃが排出され、その際に潤滑油Ｌはミスト状態となり、気体冷媒Ｃと一緒に、圧縮室１４４から排出される。言い換えれば、ミスト状態の潤滑油Ｌを含んでいる気体冷媒Ｃが圧縮室１４４から排出される。本願では、便宜上、ミスト状態の潤滑油Ｌを含んでいる気体冷媒Ｃを含油気体冷媒ＣＬと称する。圧縮室１４４から排出された含油気体冷媒ＣＬは、圧縮機構部１２０のハウジング１２２内の空間を通って、圧縮装置１１０の外へ排出される。
【００３８】
下部シリンダ室１３０Ｂも、上部シリンダ室１３０Ａと同様に、その内部空間を実質的に二つの空間すなわち吸入室および圧縮室に分離する下部ブレード(図示せず)を備えている。下部ブレードの詳細は上部ブレード１４０の同様であり、ここでは、その詳細な説明は省略する。
【００３９】
圧縮機１００はさらに、気体冷媒Ｃから潤滑油Ｌを分離するための気液分離装置２００を備えている。また、密閉容器１８０は、気液分離装置２００によって分離された気体冷媒Ｃを吐出するために上部頂部に設けられた第２の管すなわち冷媒吐出管１８４と、気液分離装置２００によって分離された潤滑油Ｌを吐出するために上部側部に設けられた第３の管すなわち潤滑油吐出管１８６を有している。
【００４０】
気液分離装置２００は、密閉容器１８０の内部空間を、上部吸入管１８２Ａおよび下部吸入管１８２Ｂと接続されているとともに圧縮装置１１０を収容している第１の空間すなわち下部空間Ｓ１と、冷媒吐出管１８４と接続されている第２の空間すなわち上部空間Ｓ２とに分割するための分割体２１０を備えている。
【００４１】
分割体２１０は、密閉容器１８０の内部空間を横切るように設けられている。分割体２１０は、撥油性の気液分離膜２２０と、気液分離膜２２０を支持している支持体２１２とから構成されている。気液分離膜２２０は、下部空間Ｓ１と上部空間Ｓ２の境界に配置されており、下部空間Ｓ１と上部空間Ｓ２の両方に露出している。気液分離膜２２０は、気体冷媒Ｃは透過するが、潤滑油Ｌは透過しない機能を有している。たとえば、気液分離膜２２０は、多数の微細孔を有する多孔質膜で構成される。気液分離膜２２０の詳細については後述する。
【００４２】
下部空間Ｓ１から上部空間Ｓ２への気体冷媒Ｃの流れに対して、気液分離膜２２０は抵抗となる。このため、気液分離膜２２０によって、下部空間Ｓ１と上部空間Ｓ２の間に少なからず圧力損失が生じる。圧力損失は少ない方が好ましい。このため、気液分離膜２２０による圧力損失が小さくなるように、たとえば１０ｋＰａ未満となるように、上部空間Ｓ２の容積は十分に大きいことが望ましい。
【００４３】
本実施形態では、分割体２１０は気液分離膜２２０と支持体２１２を有し、気液分離膜２２０は下部空間Ｓ１と上部空間Ｓ２の境界に部分的に配置されているが、分割体２１０の全体が気液分離膜２２０で構成されてもよい。
【００４４】
気液分離装置２００はまた、気液分離膜２２０によって分離された潤滑油Ｌを回収する回収板２４０を有している。回収板２４０は、気液分離膜２２０と支持体２１２の下側に、気液分離膜２２０と支持体２１２に向かい合うように設けられている。たとえば、回収板２４０は、気液分離膜２２０の全体と向かい合っている。回収板２４０は、一部を除いて、密閉容器１８０の内部空間を横切るように設けられている。具体的には、図２において、回収板２４０は、左側の端部が密閉容器１８０に連続していない。
【００４５】
気液分離膜２２０と支持体２１２と回収板２４０は、密閉容器１８０の周壁と協働して、気体冷媒Ｃから分離された潤滑油Ｌを回収するための第１の流路すなわち回収流路２５０を構成している。回収流路２５０は、図２における左側において、回収板２４０の下側の密閉容器１８０の内部空間と接続されている。回収流路２５０はまた、図２における右側において、密閉容器１８０の潤滑油吐出管１８６と接続されている。
【００４６】
支持体２１２と回収板２４０の材質は、たとえば鋳鉄である。しかし、支持体２１２と回収板２４０の材質は、冷媒や潤滑油Ｌに侵されない性質と、隣接する部材と電食されない性質とを有してさえいれば特に限定されない。
【００４７】
圧縮機１００はさらに、潤滑油吐出管１８６から吐出される潤滑油Ｌを密閉容器１８０に戻すための返却装置２６０を有している。返却装置２６０は、潤滑油吐出管１８６と上部吸入管１８２Ａおよび下部吸入管１８２Ｂとを接続している第２の流路すなわち返却流路２６２と、返却流路２６２を流れる流体（潤滑油Ｌまたは潤滑油Ｌと気体冷媒Ｃ）の圧力を調整するための圧力調整器２６４とを有している。圧力調整器２６４は、返却流路２６２に設けられており、返却流路２６２を流れる流体（潤滑油Ｌまたは潤滑油Ｌと気体冷媒Ｃ）の圧力を低下させる機能を有している。圧力調整器２６４は、たとえば、弁やオリフィスやキャピラリーチューブで構成される。
【００４８】
気液分離膜２２０は、たとえば、１ｃｍ２あたり数億個以上の微細孔を有するポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂製の多孔質膜で構成される。具体的には、気液分離膜２２０には、日東電工（株）製のＴＥＭＩＳＨ（登録商標）のうち、撥油性能を有するものが適用可能である。
【００４９】
圧縮機構部１２０によって圧縮された含油気体冷媒ＣＬは、圧縮装置１１０から密閉容器１８０の下部空間Ｓ１に吐出される。これにより、密閉容器１８０の下部空間Ｓ１のうち、密閉容器１８０の下部に貯留している液体状態の潤滑油Ｌの上方の空間は、圧縮された高圧の含油気体冷媒ＣＬで満たされる。このため、密閉容器１８０の下部空間Ｓ１内の圧力は、密閉容器１８０の上部空間Ｓ２内の圧力よりも高い状態にある。
【００５０】
圧縮された高圧の含油気体冷媒ＣＬの一部は、回収流路２５０に進入し、潤滑油吐出管１８６に向かって流れる。その流れの途中、含油気体冷媒ＣＬは、気液分離膜２２０によって、潤滑油Ｌを含んでいない純粋な気体冷媒Ｃと、潤滑油Ｌとに分離される。
【００５１】
図４は、気液分離膜２２０による気体冷媒Ｃと潤滑油Ｌの分離を模式的に示している。含油気体冷媒ＣＬのうち、気体冷媒Ｃの大部分または全部は、気液分離膜２２０の微細孔２２２を通過して上部空間Ｓ２に進入する。上部空間Ｓ２に進入した気体冷媒Ｃは、その後、冷媒吐出管１８４を通って圧縮機１００から吐出される。一方、含油気体冷媒ＣＬのうち、ミスト状態の潤滑油Ｌは、気液分離膜２２０の微細孔２２２を通過できず、気液分離膜２２０に付着して油滴すなわち液体状態になる。油滴になった潤滑油Ｌは、その後、回収流路２５０に回収される。
【００５２】
気液分離膜２２０を通過する気体冷媒Ｃの流量（Ｑ）は、下部空間Ｓ１と上部空間Ｓ２の圧力差（ΔＰ）、気液分離膜２２０の透過係数（Ｋ）、気液分離膜２２０の１つの面の表面積（Ａ）に比例し、気体冷媒Ｃの粘性係数（μ）、気液分離膜２２０の厚さ（ｔ）に反比例する。この関係は、Ｑ＝（Ｋ×ΔＰ×Ａ）／（μ×ｔ）で表せる。
【００５３】
一方、潤滑油Ｌは、気液分離膜２２０が撥油性を有することにより、微細孔２２２への侵入を妨げる方向に表面張力が働くため、微細孔２２２の通過が抑制される。微細孔２２２への潤滑油Ｌの侵入を妨げる圧力差には限界があり、その限界圧力差（ΔＰｃ）は、「ＪＩＳ Ｌ １０９２：２００９ 繊維製品の防水性試験方法」によって測定される。この限界圧力差は、潤滑油Ｌの表面張力（σ）と、潤滑油Ｌと気液分離膜２２０の接触角の余弦（ｃｏｓθ）とに比例し、気液分離膜２２０の微細孔の毛管半径（ｒ）に反比例する。この関係は、ΔＰｃ＝σ×ｃｏｓθ／ｒで表せる。
【００５４】
好ましくは、気液分離膜２２０は、Ａｍｉｎ＝（μ×ｔ×Ｑ）／（Ｋ×ΔＰｃ）で表される表面積（Ａｍｉｎ）よりも大きい表面積を有している。この条件を満たす場合、下部空間Ｓ１と上部空間Ｓ２の圧力差（ΔＰ）は、気液分離膜２２０の微細孔２２２への潤滑油Ｌの浸入を妨げる限界圧力差（ΔＰｃ）よりも小さくなる。これにより、気液分離膜２２０の微細孔２２２への潤滑油Ｌの浸入が良好に防止される。
【００５５】
回収流路２５０に回収された潤滑油Ｌは、その後、もしあれば、気液分離膜２２０を通過しなかった気体冷媒Ｃと共に、潤滑油吐出管１８６に向かって流れる。潤滑油Ｌの流れの下流において、潤滑油Ｌの液体スラグが形成されることが望ましい。このため、回収流路２５０の高さは、潤滑油Ｌの液体スラグが形成されるように、十分小さいことが望ましい。たとえば、回収流路２５０の高さは３ｍｍである。このように回収流路２５０の下流において潤滑油Ｌの液体スラグが形成されることにより、余分な気体冷媒Ｃが潤滑油吐出管１８６に向かって流れて行くことが抑制されながら、潤滑油Ｌが密閉容器１８０の潤滑油吐出管１８６から吐出される。
【００５６】
密閉容器１８０の潤滑油吐出管１８６から吐出された流体（潤滑油Ｌまたは潤滑油Ｌと気体冷媒Ｃ）は、その後、返却流路２６２に進入する。返却流路２６２に進入した流体（潤滑油Ｌまたは潤滑油Ｌと気体冷媒Ｃ）は、返却流路２６２を流れて上部吸入管１８２Ａおよび下部吸入管１８２Ｂに進入し、上部吸入管１８２Ａおよび下部吸入管１８２Ｂを通って、密閉容器１８０の中に、詳しくは圧縮装置１１０の上部シリンダ室１３０Ａおよび下部シリンダ室１３０Ｂの中に再び戻る。
【００５７】
返却流路２６２を流れる流体（潤滑油Ｌまたは潤滑油Ｌと気体冷媒Ｃ）は、途中、圧力調整器２６４によって圧力が低減される。これにより、返却流路２６２を流れる流体（潤滑油Ｌまたは潤滑油Ｌと気体冷媒Ｃ）の流量が小さく抑えられる。仮に返却流路２６２を流れる流体（潤滑油Ｌまたは潤滑油Ｌと気体冷媒Ｃ）の流量が多すぎる場合、圧縮装置１１０によって圧縮された気体冷媒Ｃの多くが、回収流路２５０と返却流路２６２を介して不所望に循環されてしまい、密閉容器１８０の冷媒吐出管１８４から冷凍サイクル装置１０の配管内に供給されるべき気体冷媒Ｃが大幅に減少してしまう。圧力調整器２６４によって返却流路２６２を流れる流体（潤滑油Ｌまたは潤滑油Ｌと気体冷媒Ｃ）の圧力が低減されることによって、このような不所望な事態が好適に防止される。
【００５８】
図５は、図２のＢ−Ｂ線に沿った圧縮機１００の断面を模式的に示している。図５に示されるように、回収流路２５０は、少なくとも１つ好ましくは複数の仕切り板２４２によって分割されている。言い換えれば、回収流路２５０は、複数の仕切り板２４２によって分割された複数の第３の流路すなわち分割流路２５２を有している。仕切り板２４２の材質は、支持体２１２と回収板２４０と同様、たとえば鋳鉄である。しかし、仕切り板２４２の材質は、冷媒や潤滑油Ｌに侵されない性質と、隣接する部材と電食されない性質とを有してさえいれば特に限定されない。
【００５９】
回収流路２５０が複数の分割流路２５２に分割されていることにより、含油気体冷媒ＣＬの流れの偏りの発生が抑えられ、含油気体冷媒ＣＬは、理想的には、回収流路２５０を偏りなく均一に流れる。これにより、気液分離膜２２０の１つの面の表面積の全体が有効に利用される。仮に含油気体冷媒ＣＬの流れに偏りが発生した場合、所望の流量の気体冷媒Ｃが気液分離膜２２０を通過するようにするためには、より大きな圧力差や表面積が必要となる。複数の分割流路２５２によって含油気体冷媒ＣＬの流れの偏りが抑えられることによって、より大きな圧力差や表面積が必要となる事態が好適に避けられる。
【００６０】
本実施形態に係る圧縮機１００においては、含油気体冷媒ＣＬは、気液分離装置２００によって気体冷媒Ｃと潤滑油Ｌとに分離され、分離された純粋な気体冷媒Ｃは冷媒吐出管１８４から吐出され、分離された潤滑油Ｌは、もしあれば気体冷媒Ｃと共に、返却流路２６２を介して再び密閉容器１８０内に戻される。つまり、圧縮機１００から吐出される潤滑油Ｌの量が実質的にゼロに抑えられる。
【００６１】
従来の圧縮機では、圧縮された気体冷媒Ｃに加えて、ミスト状態の潤滑油Ｌも一緒に吐出される。そのような圧縮機を含む冷凍サイクル装置では、圧縮機から吐出された潤滑油Ｌの一部は配管を通って圧縮機に戻ってくるが、他の一部は配管内に留まる。その結果、その分、圧縮機内の潤滑油Ｌの貯留量が減少する。圧縮機内の摺動部品の潤滑を維持するため、潤滑油Ｌを補給する必要がある。また、配管内に留まっている潤滑油Ｌは、冷凍サイクル装置の熱交換性能を低下させる。
【００６２】
これに対して、本実施形態に係る圧縮機１００では、潤滑油Ｌの吐出量が実質的にゼロに抑えられるため、潤滑油Ｌを補給する必要がない。また、圧縮機１００を含む冷凍サイクル装置１０では、潤滑油Ｌによる熱交換性能の低下も生じない。
【００６３】
また、ビル用エアコンのように、複数の従来の圧縮機が並列に接続された構成の冷凍サイクル装置では、複数の圧縮機の間において潤滑油Ｌの貯留量に偏りが生じる。そのような貯留量の偏りを解消するために、たとえば、配管内を流れる含油気体冷媒ＣＬから潤滑油Ｌを回収するオイルセパレーターと、回収した潤滑油Ｌを複数の圧縮機に均等に再分配する均油回路が設けられる。これは、冷凍サイクル装置の構造を複雑にする。
【００６４】
これに対して、本実施形態に係る圧縮機１００を複数含む冷凍サイクル装置１０では、各圧縮機１００からの潤滑油Ｌの吐出量が実質的にゼロに抑えられるため、複数の圧縮機１００の間において潤滑油Ｌの貯留量に偏りが生じない。したがって、冷凍サイクル装置１０は、オイルセパレーターと均油回路を必要とせず、これにより、シンプルに構成される。
【００６５】
また、蒸気圧縮式冷凍サイクルでは、膨張弁の機能の代替または補完などの目的のためにキャピラリーチューブを用いることが多い。圧力調整器２６４をキャピラリーチューブで構成した場合、蒸気圧縮式冷凍サイクル内のほかのキャピラリーチューブと部品の種類を共通化できる。これにより、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１０を実施するために必要な費用の削減につながり、有益である。
【００６６】
本実施形態に係る圧縮機１００は、適宜、変形や変更が施されてもよい。たとえば、返却装置２６０と潤滑油吐出管１８６が省略され、回収流路２５０の下流端から潤滑油Ｌを密閉容器１８０の下部に戻すような構成に変更されてもよい。さらには、気液分離装置２００が分割体２１０だけを備えている構成に変更されてもよい。
【００６７】
また、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１０は、ただ１つの圧縮機１００を有していてもよいし、３つ以上の圧縮機１００を有していてもよい。
【００６８】
［第２の実施形態］
図６は、第２の実施形態に係る圧縮機１００Ａを模式的に示している。また、図７は、図６のＣ−Ｃ線に沿った圧縮機１００Ａの断面を模式的に示している。本実施形態に係る圧縮機１００Ａは、気液分離装置が相違する他は、第１の実施形態に係る圧縮機１００と同様である。図６において、図２に示した部材と同一の参照符号を付した部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。以下、相違部分に重点をおいて説明する。つまり、以下の説明で触れない部分は、第１の実施形態と同様である。
【００６９】
本実施形態に係る圧縮機１００Ａは、気液分離装置２００に代えて、気液分離装置２００Ａを備えている。気液分離装置２００Ａは、密閉容器１８０の内部空間を、下部空間Ｓ１と上部空間Ｓ２とに分割するための分割体２１０Ａを備えている。分割体２１０Ａは、密閉容器１８０の内部空間を横切るように設けられている。
【００７０】
分割体２１０は、複数の撥油性の気液分離膜２２０Ａと、複数の気液分離膜２２０Ａを支持している支持体２１４とから構成されている。各気液分離膜２２０Ａの特性は、気液分離膜２２０と同様である。
【００７１】
複数の気液分離膜２２０Ａは、上下に互いに間隔をおいて配置されている。各気液分離膜２２０Ａは、下部空間Ｓ１と上部空間Ｓ２の境界に配置されており、下部空間Ｓ１と上部空間Ｓ２の両方に露出している。
【００７２】
支持体２１４と気液分離膜２２０Ａは、気体冷媒Ｃから分離された潤滑油Ｌを回収して案内するための回収流路２５０Ａを構成している。回収流路２５０Ａは、図６における左側において、気液分離膜２２０Ａの下側の密閉容器１８０の内部空間と接続されている。回収流路２５０Ａはまた、図６における右側において、密閉容器１８０の潤滑油吐出管１８６と接続されている。
【００７３】
回収流路２５０Ａは、複数たとえば２つの第４の流路すなわち分岐流路２５６を有している。各分岐流路２５６は、２つの気液分離膜２２０Ａを含んでいる。言い換えれば、複数の気液分離膜２２０Ａは、複数の分岐流路２５６の一部を構成している。
【００７４】
各気液分離膜２２０Ａは、凹凸を有している。たとえば、各気液分離膜２２０Ａは、断面が、波型形状またはプリーツ形状、すなわち繰り返し折り曲げられた形状を有している。
【００７５】
本実施形態に係る圧縮機１００Ａにおいては、気液分離装置２００Ａの分割体２１０Ａが互いに間隔をおいて配置された複数の気液分離膜２２０Ａを有している。このため、第１の実施形態の気液分離膜２２０の表面積よりも本実施形態の気液分離膜２２０Ａの表面積の方が多い。前述したように、気液分離膜２２０，２２０Ａを通過する気体冷媒Ｃの流量（Ｑ）は、圧力差（ΔＰ）と透過係数（Ｋ）と表面積（Ａ）に比例する。したがって、同じ流量の気体冷媒Ｃが気液分離膜２２０，２２０Ａを通過するようにする場合、第１の実施形態の圧縮機１００よりも本実施形態の圧縮機１００Ａの方が、必要となる下部空間Ｓ１と上部空間Ｓ２の圧力差が小さく済む。これは、圧縮機１００Ａの負荷を小さくし、有益である。
【００７６】
また、各気液分離膜２２０Ａが凹凸を有している。このため、第１の実施形態の気液分離膜２２０の表面積よりも本実施形態の気液分離膜２２０Ａの表面積の方が多い。これもまた、必要となる下部空間Ｓ１と上部空間Ｓ２の圧力差の低減に貢献し、圧縮機１００Ａの負荷を小さくし、有益である。
【００７７】
［第３の実施形態］
図８は、第３の実施形態に係る圧縮機１００Ｂを模式的に示している。本実施形態に係る圧縮機１００Ｂは、油除去装置を備える他は、第１の実施形態に係る圧縮機１００と同様である。図８において、図２に示した部材と同一の参照符号を付した部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。以下、相違部分に重点をおいて説明する。つまり、以下の説明で触れない部分は、第１の実施形態と同様である。
【００７８】
本実施形態に係る圧縮機１００Ｂは、油除去装置３００を備えている。油除去装置３００は、圧縮装置１１０から気液分離装置２００へ流れる含油気体冷媒ＣＬに含まれる潤滑油Ｌの大きな液滴を事前に除去するように構成されている。油除去装置３００は、気液分離装置２００の下流側に設けられている。油除去装置３００は、たとえば、メッシュで構成されている。油除去装置３００は、密閉容器１８０の内部空間を横切るように配置されている。
【００７９】
圧縮装置１１０から排出された含油気体冷媒ＣＬの一部は、油除去装置３００を通って、気液分離装置２００に至る。油除去装置３００を通る際、含油気体冷媒ＣＬに含まれる潤滑油Ｌの大きな液体は、油除去装置３００であるメッシュによって捕獲される。捕獲された液滴は、合体して液滴径が大きくなり、重力によって落下しやすくなる。これにより、気液分離装置２００に流れ込む含油気体冷媒ＣＬに含まれる潤滑油Ｌの大きな液滴の量が大幅に低減される。
【００８０】
このように、本実施形態に係る圧縮機１００Ｂにおいては、気液分離装置２００に流れ込む含油気体冷媒ＣＬから潤滑油Ｌの大きな油滴が油除去装置３００によって事前に除去されるため、気液分離装置２００内の気液分離膜２２０に潤滑油Ｌの大きな液滴が付着することが防止される。
【００８１】
仮に油除去装置３００を備えていなくとも、気液分離装置２００に流れ込んだ潤滑油Ｌの大きな液滴の大部分は、速やかに回収流路２５０を通過して潤滑油吐出管１８６に至る。しかし、潤滑油Ｌの大きな液滴の一部は、気液分離膜２２０に付着する。気液分離膜２２０に付着した液滴は、気液分離膜２２０の一部の微細孔をふさぐ。これは、見かけ上、気液分離膜２２０の表面積を小さくすることになり、気液分離膜２２０を通る気体冷媒Ｃの通過の妨げとなる。
【００８２】
これに対して、本実施形態に係る圧縮機１００Ｂは油除去装置３００を備えているため、気液分離膜２２０に対する潤滑油Ｌの付着が防止される。そのため、気液分離膜２２０の表面積が、見かけ上、小さくなることが防止される。これにより、圧縮機１００Ｂの負荷が軽減される。
【００８３】
［第４の実施形態］
図９は、第４の実施形態に係る圧縮機１００Ｃを模式的に示している。本実施形態に係る圧縮機１００Ｃは、油除去装置を備える他は、第１の実施形態に係る圧縮機１００と同様である。図９において、図２に示した部材と同一の参照符号を付した部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。以下、相違部分に重点をおいて説明する。つまり、以下の説明で触れない部分は、第１の実施形態と同様である。
【００８４】
本実施形態に係る圧縮機１００Ｃは、油除去装置３００Ａを備えている。油除去装置３００Ａは、圧縮装置１１０から気液分離装置２００へ流れる含油気体冷媒ＣＬに含まれる潤滑油Ｌの大きな液滴を事前に除去するように構成されている。
【００８５】
油除去装置３００Ａは、回転軸１５０の上端に固定されたディスク３１０によって構成されている。ディスク３１０は、回転軸１５０の中心軸に沿って見たときに円形の輪郭を有し、回転軸１５０に同中心に固定されている。ディスク３１０は、円錐台形状の外観形状を有し、回転軸１５０から離れるにつれて上方に位置するように傾斜している。
【００８６】
圧縮装置１１０から排出された含油気体冷媒ＣＬの一部はディスク３１０に当たり、潤滑油Ｌの大きな液滴の一部はディスク３１０に付着する。ディスク３１０に付着した液滴は、ディスク３１０の回転により遠心力を受け、周囲に飛散する。飛散した潤滑油Ｌの液滴は、密閉容器１８０の壁面に衝突し、自重によって落下して、密閉容器１８０の底部に戻る。
【００８７】
本実施形態においても、第３の実施形態と同様の理由により、気液分離装置２００の気液分離膜２２０に対する潤滑油Ｌの付着が防止される。そのため、気液分離膜２２０の表面積が、見かけ上、小さくなることが防止される。これにより、圧縮機１００Ｃの負荷が軽減される。
【００８８】
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、種々の省略、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】
【００８９】
１０…冷凍サイクル装置、２０…アキュムレータ、３０…第１の熱交換器、４０…膨張器、５０…第２の熱交換器、６０…流路切り替え器、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…圧縮機、１１０…圧縮装置、１２０…圧縮機構部、１２２…ハウジング、１３０Ａ…上部シリンダ室、１３０Ｂ…下部シリンダ室、１３２Ａ…上部上側貫通穴、１３２Ｂ…下部上側貫通穴、１３４Ａ…上部下側貫通穴、１３４Ｂ…下部下側貫通穴、１３６Ａ…上部軸受け、１３６Ｂ…下部軸受け、１３８Ａ…上部吐出弁、１３８Ｂ…下部吐出弁、１４０…上部ブレード、１４２…吸入室、１４４…圧縮室、１５０…回転軸、１５２…貫通孔、１５４Ａ…上部ローラー、１５４Ｂ…下部ローラー、１６０…電動機部、１６２…回転子、１６４…固定子、１８０…密閉容器、１８２Ａ…上部吸入管、１８２Ｂ…下部吸入管、１８４…冷媒吐出管、１８６…潤滑油吐出管、２００，２００Ａ…気液分離装置、２１０，２１０Ａ…分割体、２１２…支持体、２１４…支持体、２２０，２２０Ａ…気液分離膜、２２２…微細孔、２４０…回収板、２４２…仕切り板、２５０，２５０Ａ…回収流路、２５２…分割流路、２５６…分岐流路、２６０…返却装置、２６２…返却流路、２６４…圧力調整器、３００，３００Ａ…油除去装置、３１０…ディスク、Ｃ…気体冷媒、ＣＬ…含油気体冷媒、Ｌ…潤滑油、Ｓ１…下部空間、Ｓ２…上部空間。
【図１】
2020148148.tif 000003
【図２】
2020148148.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020148148.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2020148148.tif 000009
【図８】
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【図９】
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