JPH11294877A - 可燃性冷媒を用いた冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮機内で潤滑油に溶け込む冷媒量を減らす
ことによって必要冷媒量つまり冷凍サイクル装置の中に
封入する冷媒の量をより少なくして、冷媒漏洩時の危険
性をより低くすること。 【解決手段】 圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器をそ
れぞれ配管を介して環状に接続した冷凍サイクル装置に
おいて、冷媒として可燃性冷媒を用い、前記圧縮機の運
転中に前記圧縮機内の潤滑油を加熱するための加熱手段
を設けた可燃性冷媒を用いた冷凍サイクル装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒として可燃性
冷媒を用いた冷凍サイクル装置に関し、特に可燃性冷媒
のなかでもプロパンやイソブタン又はエタン等のＨＣ系
冷媒を冷媒として用いた冷凍サイクル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在冷凍サイクル装置に利用されている
Ｒ２２に代表されるＨＣＦＣの冷媒は、その物性の安定
性からオゾン層を破壊すると言われている。また近年で
は、ＨＣＦＣ系冷媒の代替冷媒としてＨＦＣ系冷媒が利
用されはじめているが、このＨＦＣ系冷媒は温暖化現象
を促進する性質を有している。従って、最近ではオゾン
層の破壊や温暖化現象に大きな影響を与えないＨＣ系冷
媒の採用が検討されはじめている。しかし、このＨＣ系
冷媒は、可燃性冷媒であるがために爆発や発火を未然に
防止し、安全性を確保する必要がある。ＨＣ系冷媒を用
いた場合の爆発や発火を未然に防止する方法として、発
火源を無くしたり、又は隔離し、若しくは遠ざけること
が提案されている（例えば特開平７ー５５２６７号公
報、特開平８ー６１７０２号公報）。一方、ＨＣ系冷媒
を用いた場合の爆発や発火を未然に防止する方法とし
て、冷媒自体を不燃化する方法（特開平９−５９６０９
号公報）や使用する冷媒の量を少なくする方法（特開平
８−１７０８５９号公報、特開平８−１７０８６０号公
報）が提案されている。ここでは、使用する冷媒量を少
なくする方法（特開平８ー１７０８５９号公報、特開平
８ー１７０８６０号公報）についての従来技術について
さらに詳細に説明する。特開平８ー１７０８５９号公報
や特開平８ー１７０８６０号公報に示されるものは、冷
蔵庫に関するものであるが、使用する冷媒量を減らすた
めに、冷凍サイクルとは別体に防露パイプを設け、この
防露パイプには不燃性冷媒を用いること、庫内熱交換用
の冷媒管を蒸発器の冷媒管とは別に設けて庫内熱交換用
の冷媒管には不燃冷媒を用いること、蒸発器や凝縮器の
上流側と下流側とのパス数を変更すること等が提案され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】まず、発火源を無くし
たり、又は隔離し、若しくは遠ざけることによって爆発
や発火を未然に防止する方法は、冷凍サイクル装置単体
で考えたときには非常に有効であるが、空気調和装置や
冷蔵庫、又は除湿機等の多くの冷凍サイクル装置は、密
閉された室内で使用されるが、この室内に他の機器など
による発火源がないとは言えない。また、冷媒自体を不
燃化することにより爆発や発火を未然に防止する方法
は、上記のような問題は無く、より安全であると言え
る。しかし、オゾン層の破壊や温暖化現象などの地球環
境に悪影響を及ぼさず、なおかつ一定以上の冷凍能力を
得なければならないなどの制約のもとで可燃性冷媒を不
燃化することは容易なことではない。一方、使用する冷
媒量を少なくする方法については、可燃性冷媒が空気中
において、一定の濃度以上にならないと着火源があって
も発火、爆発しないことから、封入冷媒量をより少なく
することにより、発火、爆発を未然に防止したり、危険
の確率を大幅に低減できる。この封入冷媒量をより少な
くする手段として、極めて冷媒が溶け込みにくい非相溶
性の潤滑油を用いることが考えられる。しかしながらこ
のような潤滑油を用いた場合には、圧縮機の起動時や高
周波数運転の場合などに、圧縮機内の潤滑油は冷凍サイ
クル中に多量に持ち出されれるが圧縮機内には十分に戻
ってこないという問題を有している。このように圧縮機
内の潤滑油が減少すると圧縮機の信頼性が低下するだけ
でなく、潤滑油が熱交換器に滞留した場合には伝熱を阻
害し、熱交換性能を低下させる要因となるなどハンドリ
ングが難しくなってしまう。ところで、プロパンやイソ
ブタン又はエタン等の可燃性冷媒は、従来より冷凍機油
として広く使われてきたパラフィン系鉱油等の潤滑油に
対してよく溶ける性質がある。そして潤滑油に溶け込ん
だ冷媒は、圧縮機内等に滞留することになるため、冷凍
サイクル内に搬送されて熱移動の用に供さず、熱交換を
行わない無駄な冷媒と言える。

【０００４】そこで本発明は、圧縮機内で潤滑油に溶け
込む冷媒量を減らすことによって必要冷媒量つまり冷凍
サイクル装置の中に封入する冷媒の量をより少なくし
て、冷媒漏洩時の危険性をより低くすることを目的とす
るものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明の
可燃性冷媒を用いた冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮
器、絞り装置、蒸発器をそれぞれ配管を介して環状に接
続した冷凍サイクル装置において、冷媒として可燃性冷
媒を用い、前記圧縮機の運転中に前記圧縮機内の潤滑油
を加熱するための加熱手段を設けたことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の可燃性冷媒
を用いた冷凍サイクル装置において、前記加熱手段が圧
縮機の油溜部に配置された発熱部材であることを特徴と
する。請求項３記載の本発明は、請求項１に記載の可燃
性冷媒を用いた冷凍サイクル装置において、前記加熱手
段が圧縮機の油溜部を形成するシェルの外側に配置され
た発熱部材であることを特徴とする。請求項４記載の本
発明は、請求項１に記載の可燃性冷媒を用いた冷凍サイ
クル装置において、前記加熱手段が圧縮機の内部に配置
された発熱機構部に潤滑油を接触させることからなるこ
とを特徴とする。請求項５記載の本発明は、請求項４に
記載の可燃性冷媒を用いた冷凍サイクル装置において、
前記発熱機構部が圧縮機のモーター機構部であることを
特徴とする。請求項６記載の本発明は、請求項４に記載
の可燃性冷媒を用いた冷凍サイクル装置において、前記
発熱機構部が圧縮機の圧縮機構部であることを特徴とす
る。請求項７記載の本発明は、請求項４に記載の可燃性
冷媒を用いた冷凍サイクル装置において、前記加熱手段
が前記発熱機構部の内部に潤滑油を通過させて熱交換さ
せるものであることを特徴とする。請求項８記載の本発
明の可燃性冷媒を用いた冷凍サイクル装置は、圧縮機、
凝縮器、絞り装置、蒸発器をそれぞれ配管を介して環状
に接続するとともに冷媒として可燃性冷媒を用いた冷凍
サイクル装置であって、前記圧縮機内の潤滑油を加熱す
るための加熱手段と、前記圧縮機の運転中の潤滑油の温
度を検出するための潤滑油温度検出手段と、前記潤滑油
温度検出手段により検出した潤滑油の温度を所定範囲の
温度に維持するための潤滑油温度制御手段とを有するこ
とを特徴とする。請求項９記載の本発明は、請求項８に
記載の可燃性冷媒を用いた冷凍サイクル装置において、
前記潤滑油温度検出手段が、前記圧縮機から吐出される
冷媒の温度を検出するセンサからなることを特徴とす
る。請求項１０記載の本発明は、請求項１から請求項９
のいずれかに記載の可燃性冷媒を用いた冷凍サイクル装
置において、前記圧縮機の吐出部から前記凝縮器までの
配管と、前記蒸発器から前記圧縮機の吸入部までの配管
とを熱交換できるように構成したことを特徴とする。請
求項１１記載の本発明は、請求項１から請求項９のいず
れかに記載の可燃性冷媒を用いた冷凍サイクル装置にお
いて、前記冷凍サイクル装置を、四方弁を備えた冷暖房
空気調和装置とし、冷房運転時には、前記圧縮機の吐出
側配管と吸入側配管とで熱交換を行わせることを特徴と
する。請求項１２記載の本発明は、請求項１から請求項
１１のいずれかに記載の可燃性冷媒を用いた冷凍サイク
ル装置において、前記圧縮機の圧縮機構部で圧縮された
冷媒を、潤滑油の滞留する空間を通過させることなく前
記圧縮機外へ吐出させる構成としたことを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】一例として潤滑油として例えばパ
ラフィン系鉱油を採用した場合のプロパンの溶解度特性
の概要を図４に示す。同図から理解できるように、例え
ば、圧力１６kg/cm2（絶対圧）のときに、潤滑油の温度
を６５℃から７５℃まで上昇させたときには、プロパン
の中に溶解している潤滑油は約４０．５％から約２７．
５％まで減少する。このことを前提として本発明の実施
の形態を以下に説明する。本発明の第１の実施の形態
は、圧縮機の運転中に圧縮機内の潤滑油を加熱するため
の加熱手段を設けたことを特徴とするものである。この
ように本実施の形態によれば、潤滑油中に溶解する冷媒
量を低下させることができるため、冷凍サイクル中に封
入する冷媒量を低減することができる。

【０００７】本発明の第２の実施の形態は、第１の実施
の形態において、前記加熱手段が圧縮機の油溜部に配置
された発熱部材であることから、この油溜部に滞留する
潤滑油を直接加熱することができる。このように潤滑油
を直接加熱することによって、必要なときに効率良く且
つ迅速に潤滑油の温度を上昇させることができる。この
発熱部材としては典型的には、電熱ヒータであり、この
ヒータによる加熱は、例えば冷凍サイクル装置に付設さ
れた電子式制御手段を用いて簡単に制御することができ
るため、必要であれば、潤滑油を加熱して所定の温度に
維持することも容易である。

【０００８】本発明の第３の実施の形態は、第１の実施
の形態において、加熱手段が圧縮機の油溜部を形成する
シェルの外側に配置された発熱部材であることから、発
熱部材を圧縮機に組み付けるときの組立性が良好とな
る。本発明の第４の実施の形態は、第１の実施の形態に
おいて、加熱手段が圧縮機の内部に配置された発熱機構
部に潤滑油を接触させることからなることから、第２の
実施の形態のように別途を加熱部材を設ける必要がな
く、本来廃棄すべき熱を利用して潤滑油の加熱を行うこ
とができる。

【０００９】本発明の第５の実施の形態は、第４の実施
の形態において、発熱機構部が圧縮機のモーター機構部
であることから、圧縮機に内在する一般的に最も熱量を
発生する部分であるモーター機構部の熱によって効果的
に潤滑油を加熱することができる。また一方でモーター
機構部は、冷却されるため、高温化によるモーター効率
の低下を緩和することもできる。本発明の第６の実施の
形態は、第４の実施の形態において、発熱機構部が圧縮
機の圧縮機構部であることから、圧縮機構部の圧縮行程
に伴って発生する熱を利用して潤滑油を加熱することが
できる。

【００１０】本発明の第７の実施の形態は、第４の実施
の形態において、加熱手段が圧縮機の内部に配置された
発熱機構部の内部に潤滑油を通過させることからなるこ
とから、この発熱機構部と潤滑油との接触面積を比較的
自在に設定することができ、これにより発熱機構部が発
生する熱を効果的に利用して潤滑油を加熱することが設
計上容易になる。本発明の第８の実施の形態は、圧縮機
の運転中に圧縮機内の潤滑油の温度を加熱して一定の範
囲の温度となるようにしたことを特徴とするものであ
る。このように本発明の第８の実施の形態は、圧縮機の
運転中に圧縮機内の潤滑油が所定の温度を維持するよう
に加熱することにより、潤滑油に溶解する冷媒量を所望
の値以下に維持することができるため、冷凍サイクル装
置に封入する必要冷媒量を低減することができるととも
に必要冷媒量の設定が容易になる。本発明の第９の実施
の形態は、第８の実施の形態において、前記潤滑油温度
検出手段が、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度を検
出するセンサからなることを特徴とするものである。例
えば高圧型圧縮機では圧縮機からの吐出冷媒温度を検出
して冷凍サイクル装置の運転状態を制御することが行わ
れているが、この第９の実施の形態によれば、このよう
な従来から一般的に組み込まれているシステムの一部を
流用して本発明を実施することができるため、コストを
低減しつつ本発明を実施することができる。

【００１１】本発明の第１０の実施の形態は、第１から
第９のいずれかの実施の形態において、圧縮機の吐出部
から凝縮器までの配管と、蒸発器から圧縮機の吸入部ま
での配管とを熱交換できるように構成したことを特徴と
するものである。例えば高圧型の圧縮機では、圧縮機構
部で圧縮された冷媒は、圧縮機から吐出されるまでの間
に加熱手段の影響を受けて高温化する。冷房サイクルの
場合には、このような高温化した冷媒が、凝縮器に流入
すると、凝縮器内では顕熱変化の範囲が多くなり、効率
のよい潜熱変化の領域が小さくなってしまう。従って、
冷房サイクルにおいては、凝縮器に流入する冷媒温度は
低い方がよく、本実施の形態のように、圧縮機の吐出側
の配管と吸入側の配管とで熱交換できるようにすること
で、高温化された冷媒温度を適切に低下させることがで
き、高効率な冷房サイクルを実現することができる。

【００１２】本発明の第１１の実施の形態は、第１から
第９のいずれかの実施の形態において、冷凍サイクル装
置を、四方弁を備えた冷暖房空気調和装置とし、冷房運
転時には、前記圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とで熱
交換を行わせることを特徴とするものである。本実施の
形態においても、圧縮機から吐出された冷媒ガスの上昇
しすぎた温度を下げることができることから、高効率な
冷房サイクルを実現することができるとともに、圧縮機
に吸い込まれる冷媒ガスの蒸発を助けることができる。
また、本来の目的とする圧縮機の内部の潤滑油の温度を
高めることもできる。本発明の第１２の実施の形態は、
第１から第１１のいずれかの実施の形態において、圧縮
機の圧縮機構部で圧縮された冷媒を、潤滑油の滞留する
空間を通過させることなく圧縮機外へ吐出させる構成と
したことを特徴とするものである。本実施の形態におい
ては、加熱されて高温になった潤滑油の滞留する雰囲気
に吐出冷媒を通すことを避けることにより、吐出冷媒が
再加熱されて高温化するのを回避し、圧縮機から吐出さ
れる冷媒の温度上昇を押さえることができる。従って、
凝縮器に流入する冷媒温度を低くすることができ、高効
率な冷房サイクルを実現することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例によるＨＣ冷媒を用
いた冷凍サイクル装置を図面に基づいて説明する。図１
は、同実施例を説明するための冷凍サイクル図である。
同図に示すように、圧縮機１、オイルセパレータ２、凝
縮器３、絞り装置４、蒸発器５、アキュームレータ６を
それぞれ配管を介して環状に接続している。ここで、オ
イルセパレータ２で分離された潤滑油は、圧縮機１内に
戻されるように配管で接続されている。同冷凍サイクル
に用いる冷媒は、プロパンやイソブタン又はエタンなど
を主成分とするＨＣ系の可燃性冷媒である。圧縮機１で
圧縮された冷媒は、オイルセパレータ２を経由して凝縮
器３へ導かれる。ここで、吐出冷媒に含まれている潤滑
油は、オイルセパレータ２で分離されて圧縮機１へ戻さ
れる。凝縮器３に導入された冷媒は、放熱後絞り装置４
にて減圧され、蒸発器５にて吸熱し、アキュームレータ
６を経てガス冷媒だけが圧縮機１に吸入される。

【００１４】オイルセパレータ２は、図２に示すよう
に、内部にフィルタ２１を有し、圧縮機１の吐出側配管
と接続される吸入口２２、凝縮器３と接続される吐出口
２３、圧縮機１へ分離された潤滑油を戻すオイル戻し口
２４をそれぞれ本体２５を有している。吸入口２２は本
体２５の側部に設けられ、吐出口２３は本体２５の上部
に設けられている。ここで、フィルタ２１は、吸入口２
２と吐出口２３との間の空間に設けられている。一方オ
イル戻し口２４は本体２５の底部に設けられている。上
記のような構成により、吸入口２２から本体２５内に導
入された冷媒は、フィルタ２１を通過して吐出口２３か
ら吐出されるが、このとき潤滑油は、フィルタ２１によ
って冷媒と分離され、本体２５の下部に落下する。この
分離された潤滑油は、オイル戻し口２４から圧縮機１に
導かれる。このようにオイルセパレータ２を圧縮機１の
吐出側の配管に設けることにより、凝縮器３、絞り装置
４、及び蒸発器５等の冷凍サイクルへの潤滑油の流出を
防止することができるので、圧縮機１への潤滑油の封入
量を減らすことができる。なお、オイルセパレータ２や
フィルタ２１は、冷凍サイクル中に必ず設けなければな
らないものではない。

【００１５】図３は圧縮機１の断面図である。圧縮機１
は、略円筒形からなるシェル３０の下方に圧縮機構部４
０を上方にモーター機構部５０を設けた縦型の高圧型圧
縮機である。まず、シェル３０は、その径方向の寸法よ
りも高さ方向の寸法の大きな筒状形状をしており、上部
に冷媒吐出管３１を設けている。圧縮機構部４０は、ピ
ストン４１、シリンダ４２、上軸受け４３、下軸受け４
４等を有し、シリンダ４２内への吸入ポート４５にはア
キュームレータ６からの接続配管が設けられている。こ
の圧縮機構部４０の吐出ポート４６は上軸受け４３に設
けられている。モーター機構部５０は、ステーター５１
及びロータ５２等からなる。このロータ５２とピストン
４１とはクランクシャフト５３によって連結されてい
る。なお、シェル３０の底部には、油溜部６０が形成さ
れている。ここで潤滑油は、その潤滑油面がシリンダ４
２の上面より高くなるように封入されている。また、ク
ランクシャフト５３には、この油溜部６０から上軸受け
４３、ピストン４１、下軸受け４４に潤滑油を供給する
ためのオイルポンプ６２が形成されている。

【００１６】オイルポンプ６２は、ここでは、クランク
シャフト５３の周面に形成した螺旋溝５３ａで構成され
ている。前述した油溜部６０には、潤滑油を加熱するた
めの手段として例えば電熱ヒータ６４が設けられてい
る。このヒータ６４はオイルポンプ６２からできるだけ
離れた位置に設けるのが好ましい。これにより、ヒータ
６４で加熱された直後の高温の潤滑油がオイルポンプ６
２で汲み上げて各摺動部分に供給されてしまうことを防
止することができる。換言すれば、ヒータ６４はオイル
ポンプ６２からできるだけ離れた位置に設けることによ
り、ヒータ６４で加熱された直後の高温の潤滑油がオイ
ルポンプ６２に吸い込まれる過程で油溜部６０の中を流
動することによって、油溜部６０内の潤滑油の全体を均
一に昇温することができる。また、ヒータ６４の発する
熱を全て潤滑油に伝えるためにシェル３０の壁面から離
して油溜部６０内の潤滑油だけに接触するように配置す
るのが好ましい。しかしながら、ヒータ６４の配置位置
として、図３に仮想線で示すようにシェル３０の外側に
配置してもよい。このようにシェル３０の外側にヒータ
６４を配置したときには、ヒータ６４のメンテナンス性
を向上することができるという利点がある。このように
油溜部６０をヒータ６４によって強制的に加熱する場
合、この油溜部６０の部分の断熱性を高めるのが好まし
い。

【００１７】一方、モーター機構部５０の上方には、オ
イル分離室７０が形成されている。このオイル分離室７
０は、モーター機構部５０周辺を通過した冷媒ガスが、
冷媒吐出管３１に導かれる前に、その冷媒ガスの流速を
落とすに十分な空間となっている。より具体的には、オ
イル分離室７０の高さ方向の寸法を冷媒吐出管３１の内
径の寸法よりも大きくしている。また、このオイル分離
室７０には、オイル分離機構部８０を設けている。この
オイル分離機構部８０は、クランクシャフト５３に連結
されて回転するオイル分離板を、冷媒吐出管３１の開口
部に対向するように設けたものである。モーター機構部
５０のステーター５１とシェル３０との間には、冷媒ガ
スが通過する隙間を有するが、この隙間以外に冷媒通路
９０を形成している。この冷媒通路９０は、通過する冷
媒ガスの流速を落とすに十分な通路断面を有している。
すなわち、この冷媒通路９０は、冷媒ガスの上昇に伴っ
て潤滑油が通路内面に沿って上昇しないように通路断面
としている。

【００１８】圧縮機１の冷媒ガス及び潤滑油の流れにつ
いて簡単に説明する。まず、アキュームレータ６から吸
入ポート４５を経てシリンダ４２内に吸入された冷媒
は、ピストン４１の回転に伴って圧縮され、この圧縮さ
れた高圧冷媒ガスは、吐出ポート４６からシェル３０内
に吐出される。そして、ステーター５１とシェル３０と
の隙間や冷媒通路９０を通ってオイル分離室７０に至
り、冷媒吐出管３１からシェル３０外に吐出される。一
方、油溜部６０に溜められている潤滑油は、クランクシ
ャフト５３の下部に形成されたオイルポンプ６２によっ
て汲み上げられ、上軸受け４３、ピストン４１、下軸受
け４４の摺動面に供給される。そして圧縮室内に供給さ
れた潤滑油は、冷媒とともに吐出ポート４６からシェル
３０内に吐出され、冷媒ガスの流れと同様に移動する。
ただし、冷媒とともに吐出された潤滑油の一部は、モー
ター機構部５０を通過する時に冷媒から分離し、圧縮機
構部４０に落下する。又、モーター機構部５０を冷媒ガ
スとともに通過した潤滑油の一部は、オイル分離室７０
にて冷媒から分離し、又他の一部はオイル分離機構部８
０によって冷媒から分離し、モーター機構部５０に落下
する。このように、圧縮機構部４０をシェル３０の下部
に配することにより、シェル３０の下部に形成される油
溜部６０としての空間は狭くなり、少ない量の潤滑油で
圧縮機構部４０を満たすことができる。すなわち、圧縮
機構部４０の存在によって、少ない潤滑油でも潤滑油面
を高くすることができる。従って、シェル３０外に多少
潤滑油が冷媒とともに飛び出しても、クランクシャフト
５３の下部に形成されたオイルポンプ６２の入口よりも
潤滑油の面が下がることは生じにくく、潤滑油不足によ
る信頼性に影響を及ぼすことは少ない。

【００１９】次に、ヒータ６４は、基本的には、圧縮機
１の運転時に常に潤滑油の温度を一定以上に保つために
使用されるが、このヒータ６４を圧縮機１の運転開始時
に用いて、従来から知られているように、潤滑油への冷
媒の寝込み（溶け込み）によるフォーミング現象の発生
を防止するようにしてもよい。圧縮機１の運転時のヒー
タ６４の制御は図外の制御手段によって行われる。具体
的には、油溜部６０に貯留する潤滑油の温度を直接又は
間接的に検出して、潤滑油の温度が所定温度よりも低い
ときに、図外の制御手段によってヒータ６４のスイッチ
を「ＯＮ」して潤滑油の加温が行われる。潤滑油の温度
検出方法としては、圧縮機１の冷媒吐出温度を検出し
て、この冷媒吐出温度から潤滑油の温度を間接的に検出
してもよく、また、油溜部６０を形成するシェル３０の
部分の外部に温度センサを設け、シェル３０を介して油
溜部６０の温度を検出してもよい。なお、市販の冷凍サ
イクル装置では、一般的に、圧縮機１の冷媒吐出温度を
検出して冷凍サイクル装置の運転状態を制御することが
行われていることから、この制御手段を流用して、上述
したヒータ６４の制御を行うことができる。ヒータ６４
の他の制御方法としては、油溜部６０に貯留する潤滑油
の温度を直接又は間接的に検出して、潤滑油の温度を所
定範囲の温度を維持するようにヒータ６４の「ＯＮ」
「ＯＦＦ」を制御するようにしてもよい。

【００２０】潤滑油として例えばパラフィン系鉱油を採
用した場合に、このパラフィン系鉱油に対する冷媒とし
てのプロパンの溶解度特性の一例を図４に示す。同図に
示すように、圧力１６kg/cm2（絶対圧）のときに、ヒー
タ６４によって潤滑油の温度を６５℃から７５℃まで上
昇させたときには、プロパンの中に溶解している潤滑油
は約４０．５％から約２７．５％まで減少することにな
る。このことから、圧縮機１の運転中に潤滑油をヒータ
６４によって加熱することによって、潤滑油の中に溶け
込んでいる冷媒の量を低減することができ、これによ
り、潤滑油の中に溶け込んでいる冷媒の量を低減するこ
とによって高めることで、冷媒の封入量を実質的に少な
くすることができる。

【００２１】ヒータ６４を設けた圧縮機１（図３）は、
この縦型の圧縮機に限定されるものではなく、図５ない
し図８に示すような他の形式の圧縮機であってもよい。
図５に示す圧縮機１００は、上述した圧縮機１と同様
に、略円筒形からなるシェル３０の下方に圧縮機構部４
０を上方にモーター機構部５０を設けた縦型の高圧型圧
縮機であり、また、この圧縮機１０はスクロール圧縮機
であって２枚のスクロールラップ４７，４８及びオルダ
ムリング４９等によって圧縮機構部４０を構成してい
る。この圧縮機構部４０の吐出ポート４６は固定側スク
ロールラップ４８、すなわち圧縮機構部４０の下面に設
けられている。油溜部６０は、圧縮機構部４０とモータ
ー機構部５０との間に設けられ、この油溜部６０の中又
は油溜部６０を囲むシェル３０の外側にヒータ６４が配
設されている。また、クランクシャフト５３やオルダム
リング４９には、この油溜部６０からスクロールラップ
４７、４８に潤滑油を供給するためのオイル通路６３が
設けられている。また、モーター機構部５０のステータ
ー５１とシェル３０との間には、冷媒ガスが通過する隙
間と、この隙間以外に冷媒通路９０が形成されており、
また、圧縮機構部４０は、圧縮機構部４０の下方の空間
と上方の空間を連通する冷媒連通孔９１が形成されてい
る。

【００２２】図６に示す圧縮機２００は、先に説明した
圧縮機１００と同様に、２枚のスクロールラップ４７、
４８、オルダムリング４９等によって圧縮機構部４０を
構成したスクロール型圧縮機であるが、この圧縮機２０
０にあっては、圧縮機構部４０、モーター機構部５０及
びオイルポンプ２０１を横方向に併設した横型の高圧型
圧縮機である。この圧縮機構部４０の吐出ポート４６は
固定側スクロールラップ４８に設けられている。また、
油溜部６０は、圧縮機構部４０よりもモーター機構部５
０側のシェル３０の下部に設けられ、この油溜部６０の
中またはこれを囲むシェル３０の外側にヒータ６４が設
けられている。このヒータ６４によって圧縮機２００の
運転中に潤滑油を加熱することによって、潤滑油の中に
溶け込んでいる冷媒の量を低減することができる。ヒー
タ６４の配置位置としては、オイルポンプ２０１からで
きるだけ離れた箇所に配置することが、先に述べた理由
により、油溜部６０内に貯留されている潤滑油への冷媒
溶解を少なくするうえで好ましい。

【００２３】図７に示す圧縮機３００は、略円筒形から
なるシェル３０の下方に２つの圧縮機構部４０Ａ、４０
Ｂを、上方にモーター機構部５０を設けた縦型の中間圧
型圧縮機である。２つの圧縮機構部４０Ａ、４０Ｂは、
それぞれピストン４１Ａ、４１Ｂ、シリンダ４２Ａ、４
２Ｂを有し、一方の圧縮機構部４０Ａは、そのシリンダ
４２Ａ内への吸入ポート４５Ａを有し、この吸入ポート
４５Ａにはアキュムレータ６への接続配管が設けられて
いる。この圧縮機構部４０Ａの吐出ポート４６Ａは下軸
受け４４に設けられている。他方、圧縮機構部４０Ｂ
は、そのシリンダ４２Ｂ内への吸入口４５Ｂを上軸受け
４３に有し、この圧縮機構部４０Ｂの吐出ポート４６Ｂ
には冷媒吐出口３１が設けられている。このロータ５２
とピストン４１Ａ及びピストン４１Ｂとはクランクシャ
フト５３によって連結されている。なお、シェル３０の
底部には、油溜部６０が形成され、この油溜部６０の中
またはこれを囲むシェル３０の外側にヒータ６４が設け
られている。このヒータ６４によって圧縮機３００の運
転中に潤滑油を加熱することによって、潤滑油の中に溶
け込んでいる冷媒の量を低減することができる。

【００２４】以上、潤滑油を加熱する手段としてヒータ
を用いるのに代えて、又はこれに加えて、圧縮機の中に
存在する熱源を利用して運転中の圧縮機の潤滑油を加熱
して、潤滑油の中に溶け込んでいる冷媒の量を低減する
ようにしてもよい。その一例を図８の横型のスクロール
型圧縮機４００を例に説明する。この圧縮機４００は、
図６の圧縮機２００の変形例である。圧縮機４００は、
モーター機構部５０のステーター５１に貫通孔５１ａを
有し、この貫通孔５１ａの入口にはオイルポンプ２０１
からの油通路４０１が接続され、この油通路４０１を通
じて潤滑油が供給され、貫通孔５１ａを通過する過程で
潤滑油が加熱された後に、ステーター５１の貫通孔５１
ａの出口から流出した。このステーター５１の貫通孔５
１ａはステーター５１の全域に螺旋状に形成してもよ
く、また、ステーター５１の上方域に直線状に形成して
もよい。また、オイルポンプ２０１で汲み上げた潤滑油
をモーター機構部５０の回りに直接当てて加熱するよう
にしてもよい。

【００２５】図９は、圧縮機の中に存在する熱源を利用
して運転中の圧縮機の潤滑油を加熱する他の例を示す。
同図に示す圧縮機５００は、図６の圧縮機２００の変形
例である。圧縮機５００は、モーター機構部５０のステ
ーター５１の油溜部６０の中に存在している部分に潤滑
油が通過するための油流通孔５１ｂが形成され、この油
流通孔５１ｂを通じて油溜部６０内の潤滑油が流動しな
がら加熱されるようになっている。すなわち、この例
は、油溜部６０内の潤滑油が熱源（その例示としてモー
ター機構部５０）と直接接触する接触面積を拡大する実
施例を例示するものである。

【００２６】図１０は、圧縮機の中に存在する熱源を利
用して運転中の圧縮機の潤滑油を加熱する他の例を示
す。同図に示す圧縮機６００は、図３の縦型の高圧型圧
縮機１の変形例である。この圧縮機６００では、油溜部
６０を形成するシェル３０の底部分３０ａが、この底部
分３０ａが囲む圧縮機構部４０及びオイルポンプ６２の
下面に沿い且つこれらに隣接して延びる形状を有し、こ
れにより圧縮機構部４０及びオイルポンプ６２の下方に
位置する油溜部６０の容積が小さくなるように設計され
ている。これにより、シェル３０の下部分に位置する油
溜部６０の油面が実質的に上昇して圧縮機構部４０の全
部又は一部が潤滑油の中に沈むことから、この潤滑油の
中に沈む圧縮機構部４０を潤滑油の加熱源として利用す
ることができる。

【００２７】図１１は、圧縮機の中に存在する熱源を利
用して運転中の圧縮機の潤滑油を加熱する他の例を示
す。同図に示す圧縮機７００は、図３の縦型の高圧型圧
縮機１の変形例である。この圧縮機７００では、圧縮機
構部４０の外壁部分にオイルポンプ６２から圧縮機構部
４０の上方部分に開放する油通路７０１を有し、この油
通路７０１を通過して圧縮機構部４０の上方空間に入っ
た潤滑油は、圧縮機構部４０の外壁部分に形成した還流
路７０３を通じて油溜部６０に戻る。潤滑油は、油通路
７０１を通り圧縮機構部４０の上方空間から還流路７０
３を通る過程で、圧縮機構部４０を潤滑油の加熱源とし
て利用することができる。オイルポンプ６２から吐出さ
れた潤滑油が通過する油通路７０１は極力圧縮機構部４
０の圧縮室に近い箇所を通すのが、潤滑油を加熱する効
果を高める上で好ましい。また、この油通路７０１は、
比較的低温の状態となる吸入ポート４５Ａからできるだ
け遠ざけた位置に配置するのが好ましい。より好ましく
は、比較的高温の状態となる吐出ポート４６の近傍に油
通路７０１を配置するのがよい。

【００２８】以上のように、本発明は潤滑油を加熱する
ものであるが、圧縮機から吐出される冷媒温度の上昇し
すぎを防止する実施例を図１２に示す。図１２は、冷暖
房兼用の空調機に採用される冷凍サイクル図であり、こ
の冷凍サイクルを構成する要素は、図１の冷凍サイクル
と同様に、圧縮機１、室外側凝縮器３，絞り装置４、室
内側蒸発器５、アキュームレータ６をそれぞれ配管を介
して環状に接続している。この冷凍サイクルは四方弁８
を有し、この四方弁８を切り換えることによって冷媒の
流れ方向が切り替えられる。図１２の四方弁８は冷房運
転時の態様を示す。四方弁８と室内側蒸発器５とを連結
する管路１０には、圧縮機１から室内側蒸発器５への冷
媒の流れを許容する第一の逆止弁１１が設けられ、この
一方向弁１１をバイパスするバイパス管１２には室内側
蒸発器５から圧縮機１への冷媒の流れを許容する第二の
逆止弁１３が設けられている。また、圧縮機１の吐出側
管路１４には熱交換器１５が設けられ、この熱交換器１
５にはバイパス管１２が取り込まれている。冷房運転時
には、吐出側管路１４を通る高温高圧の冷媒ガスの熱が
パイパス管１２を通る低温低圧の冷媒ガスに伝達される
ように設計されている。これにより、圧縮機１から出た
冷媒ガスの上昇しすぎた温度を熱交換器１５で下げるこ
とができることから、凝縮器３での凝縮温度を下げるこ
とができ、これにより冷房効率を高めることができると
ともに、圧縮機１に吸い込まれる冷媒ガスの蒸発を助け
ることができる。また、本来の目的とする圧縮機１の内
部の潤滑油の温度を高めることができる。

【００２９】また、圧縮機から吐出される冷媒温度の上
昇しすぎを防止する他の実施例を図１３に示す。他の実
施例と同一機能を有する構成には、同一符号を付して説
明を省略する。同図に示すように、圧縮機８００、凝縮
器３、蒸発器５、アキュムレータ６が環状に接続されて
構成される冷凍サイクル中には、絞り装置４Ａ、４Ｂが
接続されており、バイパス管Ｃには絞り装置４Ｃが、バ
イパス管Ｄには絞り装置４Ｄが接続されている。圧縮機
８００は、シェル３０内を圧縮機構部４０によって吐出
冷媒側の空間Ａとモーター機構部側の空間Ｂとに分割し
ている。バイパス管Ｃは、絞り装置４Ａで減圧された中
間圧の冷媒を圧縮機８００の空間Ｂに導いており、バイ
パス管Ｄは、圧縮機８００の空間Ｂの中間圧の冷媒を蒸
発器５の出口側の低圧側配管に導いている。従って、圧
縮機８００内は、空間Ａの圧力よりも空間Ｂの圧力が若
干低い圧力に保たれている。なお、圧縮機後部４０の下
部には、空間Ａと空間Ｂとを連通する連通孔９２が設け
られている。この連通孔９２によって、空間Ａ内で分離
して貯留してしまった潤滑油を、空間Ａと空間Ｂとの圧
力差によって空間Ｂに戻すように構成されている。本実
施例は、上記のように吐出冷媒が滞留する空間Ａと主に
潤滑油が滞留する空間Ｂとを圧縮機構部４０よって隔て
ている。従って、圧縮機構部４０で圧縮された冷媒は、
ヒータ６４で加熱され、高温になっている潤滑油が滞留
する空間Ｂを通過することなく冷媒吐出管３１より吐出
されるので、吐出冷媒の温度の上昇を防止することがで
きる。このように本実施例によれば、圧縮機８００から
吐出される冷媒の温度上昇を押さえることができるの
で、凝縮器３に流入する冷媒温度を低くすることがで
き、高効率な冷房サイクルを実現することができる。以
上、本発明の実施例を説明したが、潤滑油を加熱するた
めの各手段を夫々組み合わせて使用してもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明によれば、潤滑油に溶け込む冷媒量を減らすことによ
って必要冷媒量を少なくして、冷媒漏洩時の発火や爆発
の危険性をより低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される冷凍サイクル図

【図２】図１の冷凍サイクルに組み込まれたオイルセパ
レータの縦断面図

【図３】本発明の一実施例による圧縮機の縦断面図

【図４】パラフィン系鉱油とプロパンの溶解度特性の概
略図

【図５】本発明の他の実施例による圧縮機の縦断面図

【図６】本発明の他の実施例による圧縮機の縦断面図

【図７】本発明の他の実施例による圧縮機の縦断面図

【図８】本発明の他の実施例による圧縮機の縦断面図

【図９】本発明の他の実施例による圧縮機の縦断面図

【図１０】本発明の他の実施例による圧縮機の縦断面図

【図１１】本発明の他の実施例による圧縮機の縦断面図

【図１２】冷凍サイクルの冷媒管路に熱交換器を組み込
んだ実施例の冷凍サイクル図

【図１３】圧縮機から吐出される冷媒温度の上昇しすぎ
を防止する他の実施例の冷凍サイクル図

【符号の説明】

１ 圧縮機 ３ 凝縮器 ４ 絞り装置 ５ 蒸発器 １５ 熱交換器 ４０ 圧縮機構部 ５０ モーター機構部 ６０ 油溜部 ６２ オイルポンプ ６４ ヒータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽根田 完爾 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 朔晦 理子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器をそ
   れぞれ配管を介して環状に接続した冷凍サイクル装置に
   おいて、冷媒として可燃性冷媒を用い、前記圧縮機の運
   転中に前記圧縮機内の潤滑油を加熱するための加熱手段
   を設けたことを特徴とする可燃性冷媒を用いた冷凍サイ
   クル装置。
2. 【請求項２】 前記加熱手段が圧縮機の油溜部に配置さ
   れた発熱部材であることを特徴とする請求項１に記載の
   可燃性冷媒を用いた冷凍サイクル装置。
3. 【請求項３】 前記加熱手段が圧縮機の油溜部を形成す
   るシェルの外側に配置された発熱部材であることを特徴
   とする請求項１に記載の可燃性冷媒を用いた冷凍サイク
   ル装置。
4. 【請求項４】 前記加熱手段が圧縮機の内部に配置され
   た発熱機構部に潤滑油を接触させることからなることを
   特徴とする請求項１に記載の可燃性冷媒を用いた冷凍サ
   イクル装置。
5. 【請求項５】 前記発熱機構部が圧縮機のモーター機構
   部であることを特徴とする請求項４に記載の可燃性冷媒
   を用いた冷凍サイクル装置。
6. 【請求項６】 前記発熱機構部が圧縮機の圧縮機構部で
   あることを特徴とする請求項４に記載の可燃性冷媒を用
   いた冷凍サイクル装置。
7. 【請求項７】 前記加熱手段が前記発熱機構部の内部に
   潤滑油を通過させて熱交換させるものであることを特徴
   とする請求項４に記載の可燃性冷媒を用いた冷凍サイク
   ル装置。
8. 【請求項８】 圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器をそ
   れぞれ配管を介して環状に接続するとともに冷媒として
   可燃性冷媒を用いた冷凍サイクル装置であって、前記圧
   縮機内の潤滑油を加熱するための加熱手段と、前記圧縮
   機の運転中の潤滑油の温度を検出するための潤滑油温度
   検出手段と、前記潤滑油温度検出手段により検出した潤
   滑油の温度を所定範囲の温度に維持するための潤滑油温
   度制御手段とを有することを特徴とする可燃性冷媒を用
   いた冷凍サイクル装置。
9. 【請求項９】 前記潤滑油温度検出手段が、前記圧縮機
   から吐出される冷媒の温度を検出するセンサからなるこ
   とを特徴とする請求項８に記載の可燃性冷媒を用いた冷
   凍サイクル装置。
10. 【請求項１０】 前記圧縮機の吐出部から前記凝縮器ま
    での配管と、前記蒸発器から前記圧縮機の吸入部までの
    配管とを熱交換できるように構成したことを特徴とする
    請求項１から請求項９のいずれかに記載の可燃性冷媒を
    用いた冷凍サイクル装置。
11. 【請求項１１】 前記冷凍サイクル装置を、四方弁を備
    えた冷暖房空気調和装置とし、冷房運転時には、前記圧
    縮機の吐出側配管と吸入側配管とで熱交換を行わせるこ
    とを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載
    の可燃性冷媒を用いた冷凍サイクル装置。
12. 【請求項１２】 前記圧縮機の圧縮機構部で圧縮された
    冷媒を、潤滑油の滞留する空間を通過させることなく前
    記圧縮機外へ吐出させる構成としたことを特徴とする請
    求項１から請求項１１のいずれかに記載の可燃性冷媒を
    用いた冷凍サイクル装置。