(57)【要約】【課題】運転圧力条件における冷凍機油中の冷媒溶解量を抑制し、初期冷媒封入量を最小限に留めるとともに再起動時の性能確保すること。【解決手段】密閉容器内に電動要素と圧縮要素を収納するとともに容器低部に冷凍機油を貯留し、前記圧縮要素に含まれるシリンダにて冷媒の吸入、圧縮、吐出を行う密閉型圧縮機において、圧縮機の起動の際に、起動直後の密閉容器内の冷媒ガスの圧力と冷凍機油の温度で算出される冷媒の油中溶解量が、所定の値以下となるようあらかじめ冷凍機油の温度を設定する手段を設ける。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に電動要素と圧縮要素を収納するとともに容器低部に冷凍機油を貯留し、前記圧縮要素に含まれるシリンダにて冷媒の吸入、圧縮、吐出を行う密閉型圧縮機において、圧縮機の起動の際に、起動直後の密閉容器内の冷媒ガスの圧力と冷凍機油の温度で算出される冷媒の油中溶解量が、所定の値以下となるようあらかじめ冷凍機油の温度を設定する手段を設けたことを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項２】
冷媒として炭化水素系冷媒を用い、密閉容器内に電動要素と圧縮要素を収納するとともに容器低部に冷凍機油を貯留し、前記圧縮要素に含まれるシリンダにて冷媒の吸入、圧縮、吐出を行う密閉型圧縮機において、圧縮機の起動の際に、起動直後の密閉容器内の冷媒ガスの圧力と冷凍機油の温度で算出される冷媒の油中溶解量が、所定の値以下となるようあらかじめ冷凍機油の温度を設定する手段を設けたことを特徴とする密閉形圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷蔵庫、ルームエアコン、除湿機等の冷凍空調応用機器に用いられる密閉形圧縮機に係り、特に可燃性冷媒を用いた場合の安全性を向上させる技術を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境保護の観点より、いわゆる容積形圧縮機を用いる冷凍空調装置に使用される冷媒としてオゾン層破壊係数の低いＨＦＣ（ハイドロフロロカーボン）系冷媒や、地球温暖化係数の低い自然系冷媒、例えばプロパン、イソブタン等の炭化水素系冷媒および二酸化炭素等が注目され実用化が行われている。
【０００３】
この中で特に炭化水素系冷媒は可燃性を有し、冷凍空調システムで使用する場合、冷媒の周辺への洩れを想定し、空気との混合比が爆発限界に達しないよう機器への冷媒封入量を最小限にとどめる配慮が必要であることが知られている。
【０００４】
また、機器の高効率化、省スペース化等の製品仕様の向上を目指す場合、高い冷凍能力と、ＣＯＰ（成績係数）の確保がしやすい密閉形回転式圧縮機を使用することが好ましい。
【０００５】
しかしながら、密閉形回転式圧縮機においては、圧縮部のシール性を高めるため、一般的に密閉容器内をシリンダから吐出された冷媒ガスで満たす高圧チャンバ方式がとられる。このような事情を考慮すると、冷凍機油への溶解性の高い炭化水素系冷媒を使用するに当っては、冷凍機油中に溶解する冷媒量を考慮した冷媒封入量を設定する必要があり、いわゆる低圧チャンバ方式と比較すると冷媒封入量が増加する傾向にあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記を考慮すると、以下の課題を解決する必要がある。すなわち、圧縮機が搭載された機器が停止し比較的圧縮機内の冷凍機油温度が低下した状態から圧縮機が起動すると、圧力の上昇に対し温度上昇が追従せず、冷媒溶解度の高い領域で運転されるため、有効作動冷媒量が減少し、能力不足となるおそれがある。従来、特に高圧チャンバ方式の密閉型回転式圧縮機における上述の状態での起動時における性能低下を防止するため、初期の冷媒封入量を増加させる手段がとられていた。しかしながら、炭化水素のような可燃性冷媒を用いる場合には機器から冷媒が漏洩した場合の安全性を確保するため、空気との混合比が爆発限界に達しないよう冷媒封入量を最小限にとどめる必要がある。
【０００７】
本発明の目的は、上述の課題を解決して、密閉型回転式圧縮機の冷凍空調システムの起動時における性能低下を防ぐことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題に対応するため、本発明においては、圧縮機の起動の際に、起動直後の安定状態における密閉容器内の冷媒ガスの圧力と冷凍機油の温度で算出される冷媒の油中溶解量が所定の値以下となるようあらかじめ冷凍機油の温度を設定する手段を設けるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例について図１ないし図４を用いて説明する。
【００１０】
図１は密閉形回転式圧縮機の一例の縦断面図であり、密閉容器２内に電動要素３と圧縮要素４が収納され、さらに低部に冷凍機油５が貯留されている。冷媒ガスは吸入管６よりシリンダ内に導入され圧縮された後、圧縮要素４の吐出ポート７より一旦密閉容器２内に吐出される。圧縮された冷媒ガスは電動要素３を冷却した後、密閉容器２上部の吐出管８によりサイクルへ送り出される。
【００１１】
本構造において、密閉容器２内は吐出冷媒ガスで満たされており、いわゆる高圧チャンバ方式となっている。このため、密閉容器２内の冷媒ガスは図３の例に示した圧力と温度より算出される冷媒溶解度特性に従い、ある一定の量が冷凍機油５中に溶け込む。
【００１２】
しかしながら、各圧力、温度条件において冷媒溶解度は変曲点を持ち、その前後で溶解度が大きく変化する特性を有することがわかる。図４は冷凍機油５の封入量を基準とした溶解量特性の一例を示したものであり、ある圧力、温度条件において溶解量が急激に増加する様子がわかる。この特性を考慮し、圧縮機１に用いられる材料の信頼性を確保できる範囲において、冷凍機油５あるいは圧縮機１の温度を何らかの手段である水準に高めておいてから運転開始することで冷媒の溶解量が急激に増加する範囲での運転条件を回避することが可能となる。例えば、冷蔵庫における通常負荷の断続運転においては、定常運転中のチャンバ内圧は、冷媒Ｒ６００ａの場合で約０．４ＭＰａであり、この場合、図３に示すように冷凍機油の温度を６０℃以上に設定することで冷媒の油に対する溶解度を２０％以下とすることができる。さらに、圧力の高い過負荷条件の場合、例えば外気温度の上昇により定常運転圧力が０．８ＭＰａ程度となるときには、冷凍機油の温度を９０℃以上に設定することで同等の溶解度２０％以下を維持できる。図４の例は小形の回転式圧縮機を用いた場合の冷凍機油封入量に対する冷媒溶解量を示したものであり、それぞれの条件で約２３ｇの溶解量となる。本圧縮機を搭載する中容量の圧縮機において有効冷媒量は６０〜７０ｇ程度となり、溶解量を考慮しても総冷媒量を１００ｇ以下とすることが可能である。本発明において圧縮機温度、冷凍機油の温度を上昇させることにはなるが、現在選定できるモータ巻線材料、絶縁材料、あるいは冷凍機油において前述の温度帯域で使用することについては信頼性上問題にはならないレベルである。図２は本発明の実施例の冷凍空調サイクル構成を示す。圧縮機１から吐出された高圧の冷媒ガスは、凝縮器１１を通過し、減圧機構１２にて低圧になった後蒸発器１３内で気化し再び圧縮機１に吸入される。本サイクルにおいては、制御基板１６が設けられており、圧縮機１の温度（センサー１６１）および外気温度（サンサー図示せず）をセンシングし、必要に応じてバイパス回路１４の弁１５を開くことにより再起動前に圧力の低い状態（圧力平衡状態）で予め圧縮機を運転することで圧縮機１および冷凍機油の温度を前述したように所定のレベルに高めておいて通常運転に移行することで吐出圧力の上昇による冷媒の冷凍機油５中への溶解量を最小限に留めるものである。圧縮機１の予熱に関しては、本実施例のようなバイパス運転のほかにも電動要素の巻線に予め通電しておく方法等が考えられる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、高圧チャンバ方式の密閉形回転圧縮機において炭化水素冷媒の初期封入量を最小限に留め、再起動時の冷凍空調サイクルの性能が維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】密閉形回転圧縮機の縦断面図。
【図２】本発明の一実施例を示すサイクル構成図。
【図３】炭化水素系冷媒の冷凍機油溶解特性。
【図４】炭化水素系冷媒の冷凍機油溶解量特性。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…密閉容器、３…電動要素、４…圧縮要素、５…冷凍機油。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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