JPH11294331A - 回転式圧縮機及び冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭化水素系冷媒を使用する圧縮機において、
より冷凍性能のでやすい、大型化が不要で、低コストの
圧縮機を提供することを図る。 【解決手段】 オイル粘度が４０℃で５〜１００ｃＳｔ
の回転式圧縮機を用いる事により、往復式圧縮機と比較
してより冷凍能力の大き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，フッ素を含
まない炭化水素冷媒、例えばＲ−６００ａ又はＲ−２９
０等を主成分とする冷媒に最適な圧縮機に関する。

【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、ＣＦＣ１２も規制対象になり、代替冷媒として塩
素を含まないＲ１３４ａが幅広く使用されてきている。
しかしＲ１３４ａは、フッ素を含むため、地球温暖化係
数が比較的高いという欠点を有している。この対応とし
て欧州では既に塩素及びフッ素を含まない炭化水素を主
成分とする冷媒としてＲ−６００ａが採用されている。
Ｒ−６００ａに採用されている圧縮機は特開平７−２５
９７３７号公報に示すようなＲ１３４ａに対応する往復
式圧縮機がそのまま使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらＲ−６０
０ａは冷凍能力がＲ−１３４ａの半分程度しかなく、Ｒ
１３４ａと同等の性能を得るには、気筒容積の大容量化
が必要である。この為圧縮機のコストアップ，圧縮機の
大型化が避けられなかった。

【０００４】本発明は、上記従来の課題を解決しようと
するもので、炭化水素系冷媒を使用するものにおいてよ
り冷凍性能の出やすく、気筒容積の大容量化が不要な、
効率の良い、信頼性の高い圧縮機を提供することを目的
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、密閉容器内に４０℃で５〜１００ｃＳｔ
の粘度のオイルを貯留し、圧縮要素及び前記圧縮要素を
駆動する回転子と固定子からなるモータとからなる回転
式圧縮機を用いるものである。

【０００６】これにより、往復式圧縮機と比較して、回
転式圧縮機は体積効率が良好な為、より小さい気筒容積
で必要とする冷凍能力が得られる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、密閉容器内に４０℃で粘度が５〜１００ｃＳｔのオ
イルを貯留した回転式圧縮機を塩素，フッ素を含まない
炭化水素系冷媒の冷却システムに用いる事により、往復
式圧縮機と比較して体積効率が向上する為、より冷凍性
能が出やすくなり、又４０℃で粘度が５〜１００ｃＳｔ
のオイルを用いると回転式圧縮機の摺動部のシール性が
向上することにより更に体積効率が向上し、より大きな
冷凍性能が得られるという作用を有する。

【０００８】本発明の請求項２に記載の発明は、粘度が
４０℃で１５〜６０ｃＳｔのオイルを用いることによ
り、炭化水素系冷媒としてＲ６００ａを使用する場合
は、冷媒のオイルへの溶け込んだ場合の粘度が、回転式
圧縮機に対して最適であり、冷凍性能の向上に加えて圧
縮機の効率を示す成績係数（ＣＯＰ）も改善することが
出来るという作用を有する。

【０００９】本発明の請求項３に記載の発明は、圧縮室
を構成するシリンダーを２つ備える事により、Ｒ６００
ａを使用した際、気筒容積の増加に伴う振動を小さくす
る事が出来るという作用を有する。

【００１０】本発明の請求項４に記載の発明は、粘度が
４０℃で２２〜８０ｃＳｔのオイルを用いることによ
り、炭化水素系冷媒としてＲ２９０を使用する場合は、
冷媒のオイルへの溶け込んだ場合の粘度が、回転式圧縮
機に対して最適であり、冷凍性能の向上に加えて圧縮機
の効率を示す成績係数（ＣＯＰ）も改善することが出来
るという作用を有する。

【００１１】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
１又は請求項２、請求項３に記載のオイルに極圧添加剤
を併用することにより、境界潤滑領域において局部的な
金属接触が生じた時、それに伴う摩擦熱により金属表面
と反応して被膜を生じ、この反応生成膜が一種の固体潤
滑剤として作用するため、特に摺動条件の厳しい回転式
圧縮機を構成するローラ及びベーン間の摩耗が低減さ
れ、より信頼性の高い圧縮機を提供することが出来ると
いう作用を有する。

【００１２】本発明の請求項６に記載の発明は、密閉容
器内でオイルと液冷媒が２層に分離した時、液冷媒主体
の層の底面が圧縮要素を構成する給油管開口部及びベー
ン溝開口部以上にすることにより、給油管及びベーン溝
からの液冷媒の吸入を防止する事が出来、常にオイルを
主体とした層から十分なオイルを摺動部に供給する事が
出来るため、より信頼性の高い回転式圧縮機を得ること
が出来るという作用を有する。

【００１３】本発明の請求項７に記載の発明は、密閉容
器内を低圧にすることにより、高圧式の回転式圧縮機と
比較して、オイルへの冷媒の溶け込みが減少するため、
冷媒封入量をより低減する事が出来るという作用を有す
る。

【００１４】本発明の請求項８に記載の発明は、密閉容
器内容積に対する空間容積を少なくとも６０％以下とす
ることにより、冷媒封入量の少ない回転式圧縮機を提供
する事が出来るという作用を有する。

【００１５】本発明の請求項９に記載の発明は、少なく
とも、凝縮器と、乾燥器と、蒸発器を有し、請求項１又
は請求項２，請求項３，請求項４，請求項５，請求項
６，請求項７，請求項８記載の回転式圧縮機を搭載した
冷凍装置で、蒸発器を圧縮機より上方に配設することに
より、オイルが圧縮機に戻りやすくなる為、より信頼性
の高い冷凍装置を提供する事が出来るという作用を有す
る。

【００１６】

【実施例】以下本発明の実施例について図１から図１０
及び（表１），（表２）を用いて説明する。

【００１７】（実施例１）図１は請求項１に示す本発明
の一実施例による炭化水素系冷媒を用い、オイルに４０
℃で粘度が５〜１００ｃＳｔのナフテン系鉱油を用いた
回転式圧縮機の断面図で、密閉容器１内に圧縮要素２及
び前記圧縮要素２を駆動する回転子３と固定子４とから
なり、オイル５及び炭化水素系冷媒６が封入されてい
る。（表１）は冷凍性能を往復式圧縮機と比較したもの
である。なお、オイルにはナフテン系鉱油を用いたが、
これに限定されるものではなく、他の鉱油又は合成油を
用いても良い。

【００１８】

【表１】

【００１９】（表１）の結果から回転式圧縮機は往復式
圧縮機と比較して体積効率は＋２１％向上しており、そ
の分気筒容積を小さく出来るので、圧縮機の小型化，低
コスト化が図れると共に、同一気筒容積であれば、より
冷凍性能の高い冷却装置を提供することが出来る。

【００２０】なお、この際、電源周波数を超える周波数
を運転範囲に持つ可変速運転方式、例えばインバーター
方式を採用することで更に気筒容積を小さくできるのは
言うまでもない。

【００２１】（実施例２）図２は請求項２に示す本発明
の一実施例による炭化水素系冷媒であるＲ６００ａを用
い、オイルの４０℃の粘度を横軸に、回転式圧縮機の冷
凍能力を縦軸に目盛ったものであり、４０℃のオイル粘
度が、５，１０，１５，２２，３２，５６，６８，１０
０ｃＳｔの時の冷凍性能をプロットしたものである。

【００２２】この結果から、１５ｃＳｔ以下のものであ
ればシール性が悪くなり、体積効率が低下して、冷凍性
能が低下しているのがわかる。

【００２３】同様に図３はオイルの４０℃の粘度を横軸
に、圧縮機の効率を示す成績係数（ＣＯＰ）を縦軸に目
盛ったものであり、図１と同じく４０℃のオイル粘度
が、５，１０，１５，２２，３２，５６，６８，１００
ｃＳｔの時の回転式圧縮機の成績係数（ＣＯＰ）をプロ
ットしたものである。

【００２４】この結果から、１５ｃＳｔ以下のものであ
ればシール性の低下により冷凍性能が低下し、又５６ｃ
Ｓｔ以上のものは粘度が高いことによる摺動抵抗の増加
により入力が増加し、成績係数が低下している。

【００２５】以上の結果から、冷凍能力，成績係数の両
方を考慮すると１５〜６０ｃＳｔの範囲のものがＲ６０
０ａを使用する場合は好ましいといえる。

【００２６】（実施例３）図４は請求項４に示す本発明
の一実施例による炭化水素系冷媒であるＲ２９０を用
い、オイルの４０℃の粘度を横軸に、回転式圧縮機の冷
凍能力を縦軸に目盛ったものであり、４０℃のオイル粘
度が、５，１０，１５，２２，３２，５６，６８，１０
０ｃＳｔの時の冷凍性能をプロットしたものである。

【００２７】この結果から、２２ｃＳｔ以下のものであ
ればシール性が悪くなり、体積効率が低下して、冷凍性
能が低下しているのがわかる。

【００２８】同様に図５はオイルの４０℃の粘度を横軸
に、圧縮機の効率を示す成績係数（ＣＯＰ）を縦軸に目
盛ったものであり、図１と同じく４０℃のオイル粘度
が、５，１０，１５，２２，３２，５６，６８，１００
ｃＳｔの時の回転式圧縮機の成績係数（ＣＯＰ）をプロ
ットしたものである。

【００２９】この結果から、２２ｃＳｔ以下のものであ
ればシール性の低下により冷凍性能が低下し、又６８ｃ
Ｓｔ以上のものは粘度が高いことによる摺動抵抗の増加
により入力が増加し、成績係数が低下している。

【００３０】以上の結果から、冷凍能力，成績係数の両
方を考慮すると２２〜８０ｃＳｔの範囲のものがＲ２９
０を使用する場合は好ましいといえる。

【００３１】（実施例４）（表２）は請求項２に示す本
発明の一実施例における炭化水素系冷媒を用い、オイル
に４０℃で粘度が１５〜６０ｃＳｔのものを用いた回転
式圧縮機の耐久試験結果である。

【００３２】

【表２】

【００３３】以上の結果から、オイルに極圧添加剤を併
用することにより、回転式圧縮機を構成する部品の摩耗
量を低減することができ、特に重要部品であるベーン及
びローラの摩耗量を低減することが出来るので、より信
頼性の高い回転式圧縮機を提供することが出来る。

【００３４】（実施例５）図６は請求項６に示す本発明
の一実施例における回転式圧縮機で、給油管開口部７及
びベーン溝開口部８が、密閉容器１内でオイルを主体と
した層５と液冷媒を主体とした層９が２層に分離して
も、常に液冷媒主体の層９の底面の下方に位置する様
に、配設されている。これにより、給油管開口部７及び
ベーン溝開口部８からの液冷媒の吸入を防止する事が出
来、常にオイルを主体とした層５から十分なオイルを摺
動部に供給する事が出来るため、より信頼性の高い回転
式圧縮機を得ることが出来る。

【００３５】（実施例６）図７は請求項３に示す本発明
の一実施例における回転式圧縮機の断面図で、圧縮室を
構成するシリンダー１０を２つ備えており、１つのシリ
ンダーが上死点の時は他方のシリンダーは下死点になる
ように構成されている。これによりシャフトの回転時に
発生するトルク変動が低減され、Ｒ６００ａを使用した
際、気筒容積の増加に伴う振動を小さくする事が出来
る。

【００３６】（実施例７）図８は請求項７に示す本発明
の一実施例における回転式圧縮機の断面図で、密閉容器
１内が低圧になっている。これにより高圧式の回転式圧
縮機と比較して、オイルへの冷媒の溶け込みが減少する
ため、冷媒封入量を低減する事ができる。

【００３７】（実施例８）図９は請求項８に示す本発明
の一実施例における回転式圧縮機の断面図で、密閉容器
１の内容積に対する空間容積１１を少なくとも６０％以
下とすることにより、冷媒封入量を低減する事ができ
る。

【００３８】（実施例９）図１０は請求項９に示す本発
明の一実施例による炭化水素系冷媒を用い、オイルに４
０℃で粘度が２２〜６８ｃＳｔのものを用いた回転式圧
縮機を用いた冷却システムの概略図であり、１２は請求
項１又は請求項２，請求項３，請求項４，請求項５，請
求項６，請求項７のいずれかに記載の回転式圧縮機、１
３は凝縮器、１４は乾燥器（ドライヤー）、１５は膨張
機構（キャピラリー）、１６は蒸発器で、蒸発器１６は
圧縮機１２よりも上の位置に設けている。

【００３９】以上のような構成において、吸入管から吸
入したガスを圧縮機１２で圧縮し、吐出管より吐出す
る。吐出されたガスは凝縮器１３で凝縮し液化され、乾
燥器１４を通り、さらに膨張機構１５で減圧され、蒸発
器１６で蒸発気化されることにより蒸発器１６が冷却さ
れ、再び圧縮機１２に吸入，圧縮される。圧縮機１２か
ら吐出される吐出ガス中にはオイルが含まれ、吐出ガス
と同じサイクルを通り、途中でもっとも温度の低下する
蒸発器で、オイル粘度が高くなり、オイルが戻りにくく
なる。特にオイルに４０℃で粘度に３２〜６８ｃＳｔの
比較的高い粘度のものを用いると戻りにくくなるが、蒸
発器１６を圧縮機１２の上方に配設することにより、蒸
発器１６から圧縮機１２までの間はガスの流れに加え、
自重による力が加わり、圧縮機１２へオイルが戻りやす
くなり、より信頼性の高い回転式圧縮機を提供すること
ができ、冷凍装置の信頼性も向上することが出来る。

【００４０】

【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、炭化水素冷媒を使用し、４０℃
で５〜１００ｃＳｔ、好ましくは２２〜６８ｃＳｔの粘
度のオイルを有した回転式圧縮機を用いることにより、
往復式圧縮機と比較して体積効率が良くなる為、圧縮機
の小型化が計れ、コストダウンが可能になるという有利
な効果が得られる。

【００４１】また請求項２記載の発明によれば、粘度が
４０℃で１５〜６０ｃＳｔのオイルを用いることによ
り、炭化水素系冷媒としてＲ６００ａを使用する場合更
に体積効率が向上し、より大きな冷凍性能が得られると
共に、圧縮機の効率を示す成績係数（ＣＯＰ）も改善す
ることが出来る。

【００４２】また請求項３記載の発明によれば、圧縮室
を構成するシリンダーを２つ備える事により、Ｒ６００
ａを使用した際、気筒容積の増加に伴う振動を小さくす
る事が出来る。

【００４３】また請求項４記載の発明によれば、粘度が
４０℃で２２〜８０ｃＳｔのオイルを用いることによ
り、炭化水素系冷媒としてＲ２９０を使用する場合更に
体積効率が向上し、より大きな冷凍性能が得られると共
に、圧縮機の効率を示す成績係数（ＣＯＰ）も改善する
ことが出来る。

【００４４】また請求項５記載の発明によれば、請求項
１又は請求項２，請求項３のいずれかに記載のオイルに
極圧添加剤を併用する事により、回転式圧縮機を構成す
るローラ及びベーン間の摩耗が低減され、より信頼性の
高い圧縮機を提供できるという有利な効果が得られる。

【００４５】また請求項６記載の発明によれば、密閉容
器内でオイルと液冷媒が２層に分離した時、液冷媒主体
の層の底面が圧縮要素を構成する給油管開口部及びベー
ン溝開口部以上にすることにより、給油管及びベーン溝
からの液冷媒の吸入を防止する事が出来、常にオイルだ
けを摺動部に供給する事が出来るため、より信頼性の高
い回転式圧縮機を得ることが出来る。

【００４６】また請求項７記載の発明によれば、密閉容
器内を低圧にすることにより、高圧式の回転式圧縮機と
比較して、オイルへの冷媒の溶け込みが減少するため、
冷媒封入量を低減する事ができる。

【００４７】また請求項８記載の発明によれば、密閉容
器内容積に対する空間容積を少なくとも６０％以下とす
ることにより、冷媒封入量を低減する事ができる。

【００４８】また、請求項９記載の発明によれば、少な
くとも、凝縮器と、乾燥器と、蒸発器を有し、請求項１
又は請求項２，請求項３，請求項４，請求項５，請求項
６，請求項７のいずれかに記載の回転式圧縮機を搭載し
た冷凍装置で、蒸発器を圧縮機より上方に配設すること
により、オイルが圧縮機に戻りやすくなる為、より信頼
性の高い回転式圧縮機を提供することができ、冷凍装置
の信頼性も向上するという有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載した本発明の実施例１による回
転式圧縮機の断面図

【図２】請求項２に記載した本発明の実施例２によるＲ
６００ａを使用した時の、４０℃のオイル粘度と回転式
圧縮機の冷凍能力との関係を示す特性図

【図３】請求項２に記載した本発明の実施例２によるＲ
６００ａを使用した時の、４０℃のオイル粘度と成績係
数（ＣＯＰ）との関係を示す特性図

【図４】請求項４に記載した本発明の実施例３によるＲ
２９０を使用した時の、４０℃のオイル粘度と回転式圧
縮機の冷凍能力との関係を示す特性図

【図５】請求項４に記載した本発明の実施例３によるＲ
２９０を使用した時の、４０℃のオイル粘度と成績係数
（ＣＯＰ）との関係を示す特性図

【図６】請求項６に記載した本発明の実施例５による回
転式圧縮機の断面図

【図７】請求項３に記載した本発明の実施例６による回
転式圧縮機の断面図

【図８】請求項７に記載した本発明の実施例７による回
転式圧縮機の断面図

【図９】請求項８に記載した本発明の実施例８による回
転式圧縮機の断面図

【図１０】請求項９に記載した本発明の実施例９による
冷凍装置の概略図

【符号の説明】

１ 密閉容器 ２ 圧縮要素 ３ 回転子 ４ 固定子 ５ オイル ６ 炭化水素系冷媒 ７ 給油管開口部 ８ ベーン溝開口部 ９ 液冷媒層 １０ シリンダー １１ 空間容積 １２ 回転式圧縮機 １３ 凝縮器 １４ 乾燥器 １５ 膨張機構 １６ 蒸発器

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】塩素及びフッ素を含まない炭化水素系冷媒
   を主成分とする冷媒を使用し、密閉容器内に、４０℃で
   ５〜１００ｃＳｔの粘度のオイルと、圧縮要素及び前記
   圧縮要素を駆動する回転子と固定子からなるモータを有
   する回転式圧縮機。
2. 【請求項２】塩素及びフッ素を含まない炭化水素系冷媒
   であるＲ−６００ａを使用し、密閉容器内に、４０℃で
   １５〜６０ｃＳｔの粘度のオイルと、圧縮要素及び前記
   圧縮要素を駆動する回転子と固定子からなるモータを有
   する回転式圧縮機。
3. 【請求項３】圧縮室を構成するシリンダーを２つ備えた
   事を特徴とする請求項２記載の回転式圧縮機。
4. 【請求項４】塩素及びフッ素を含まない炭化水素系冷媒
   であるＲ−２９０を使用し、密閉容器内に、４０℃で２
   ２〜８０ｃＳｔの粘度のオイルと、圧縮要素及び前記圧
   縮要素を駆動する回転子と固定子からなるモータを有す
   る回転式圧縮機。
5. 【請求項５】オイル内に極圧添加剤が含まれている請求
   項１〜４のいずれかに記載の回転式圧縮機。
6. 【請求項６】密閉容器内でオイルと液冷媒が２層に分離
   した時、液冷媒主体の層の底面が圧縮要素を構成する給
   油管開口部及びベーン溝開口部以上にした請求項１〜５
   のいずれかに記載の横型の回転式圧縮機。
7. 【請求項７】密閉容器内が低圧である事を特徴とする請
   求項１〜６のいずれかに記載の回転式圧縮機。
8. 【請求項８】密閉容器内容積に対する空間容積を少なく
   とも６０％以下としたことを特徴とする請求項１〜７の
   いずれかに記載の回転式圧縮機。
9. 【請求項９】少なくとも、凝縮機と、乾燥器と、膨張機
   構と、蒸発器を有し、請求項１〜８のいずれかに記載の
   回転式圧縮機を備えると共に、前記蒸発器を前記圧縮機
   よりも上に配設した冷凍装置。