JP4830964B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、滑り軸受けを有する圧縮機を含むヒートポンプユニットによって給湯用水を加熱する給湯装置に関する。

従来、この種の給湯装置に用いられるヒートポンプユニットの圧縮機としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。この圧縮機は、スクロール形の冷媒圧縮機であり、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動する電動機部とを備え、これらが密閉容器内に収容されている。

圧縮機構部は、渦巻きラップを有する旋回スクロールと、容器に固定された固定スクロールとを対向して組み合わせたものである。渦巻きラップの反対側に形成されている旋回スクロールの面は、フレームとの間に配された摺動部であるスラスト軸受けに当接するスラスト面を構成する。このスラスト軸受けは、旋回スクロールを軸方向に支持する滑り軸受けであり、潤滑油によってスラスト面が潤滑されて潤滑油膜が形成され、摺動部の磨耗を抑制している。

そして、特許文献１に記載の圧縮機を有するヒートポンプユニットを用いて湯を沸き上げる給湯装置も知られている。この給湯装置による沸き上げ運転において、ヒートポンプユニットの起動時および停止時には、通常、サイクルを早く安定させるために、冷媒圧力を可変させる絞り弁等を一定値に絞る制御が行われている。
特開２００２−１８８５６７号公報

しかしながら、上記のような制御が行われることにより、圧縮機内部での差圧が大きくなり、滑り軸受け面の面圧が高くなる。これにより、摺動部に潤滑油膜が十分に形成されず、潤滑不足状態になり、摺動部の磨耗や焼き付きを引き起こしてしまうという問題がある。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、圧縮機の滑り軸受けにおける潤滑不足を低減することができる給湯装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明は、内部に摺動部の荷重を支持する滑り軸受け（５４）を有しサイクル内の冷媒を吸入して高圧の冷媒に圧縮する圧縮機（１）と、圧縮機（１）によって圧縮された高圧の冷媒を放冷する高圧側熱交換器（１０１）と、減圧された低圧の冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器（１０８）と、サイクル内の冷媒通路（１０５ｃ）の開度を調整する減圧手段（１０５）とを備え、低温側の熱を高温側に移動させるヒートポンプユニットによって給湯用水を加熱する給湯装置の発明であり、
滑り軸受けは、圧縮機の旋回スロール部（３２）と固定スクロール部（３３）との間で冷媒の圧縮に基づいて旋回スロール部（３２）に加わる軸方向の反力を受けるスラスト滑り軸受け（５４）であり、
ヒートポンプユニットによる給湯用水の加熱運転を起動するときには、減圧手段（１０５）を制御して冷媒通路（１０５ｃ）の開度を所定開度以上に開いた後、圧縮機（１）を起動し、
所定開度は、潤滑油粘度と、摺動部の周速度と、スラスト滑り軸受けに働くスラスト方向の荷重である面圧とを用いて決定される値であることを特徴としている。この所定開度以上の開度とは、圧縮機を起動したときに、圧縮機内の高圧側（吐出側、例えば滑り軸受け面に対して吐出側の圧力）と低圧側（吸入側、例えば滑り軸受け面に対して吸入側の圧力）の差圧が小さく、滑り軸受けの面圧が油膜を形成するために必要な値になるような開度である。
また、請求項２に記載の発明によると、当該所定開度以上の開度は、潤滑油粘度と摺動部の周速度の積を面圧で除算した値が３以上となる開度であることを特徴とする。

この発明によれば、圧縮機を起動するときに絞り部の冷媒通路面積を所定量以上に確保して、圧縮機内の高圧側（吐出側、例えば滑り軸受け面に対して吐出側の圧力）と低圧側（吸入側、例えば滑り軸受け面に対して吸入側の圧力）の差圧を小さくし、滑り軸受け面等に働く面圧を低減するので、起動まもなく潤滑油膜が形成されることとなり、通常の制御が行われた場合の潤滑油膜が形成されるまでの潤滑不足の状態を改善することができる。これにより、起動時の摺動部等の磨耗や焼き付きを防止することができる。また、摺動部の潤滑のために冷凍機油を分離する機構を圧縮機に設けることなく、摺動部の潤滑不足を改善することができ、構成の簡単化、装置の小型化が図れる。

請求項３に記載の発明によると、さらに、ヒートポンプユニットによる給湯用水の加熱運転を停止するときにも、減圧手段（１０５）を制御して冷媒通路（１０５ｃ）の開度を所定開度以上に開いた後、圧縮機（１）を停止することを特徴とする。

この発明によれば、圧縮機の起動時に加え、圧縮機を停止する前にもサイクル内の冷媒流量を所定量以上に確保し、圧縮機内の差圧を小さくして滑り軸受け面等に働く面圧を低減するので、潤滑油膜の形成が促進されることとなり、停止時にも摺動部の磨耗や焼き付きを防止することができる。

請求項４に記載の発明によると、ヒートポンプユニットによる給湯用水の加熱運転の起動時や、加熱運転の起動時および停止時には、圧縮機（１）の起動前または停止前に、減圧手段（１０５）による冷媒通路（１０５ｃ）の開度を全開に調整することを特徴とする。この発明によれば、圧縮機内の高圧側（吐出側、例えば滑り軸受け面に対して吐出側の圧力）と低圧側（吸入側、例えば滑り軸受け面に対して吸入側の圧力）との差圧がより均一に近づくことになり、滑り軸受け面等に働く面圧の低減効果が大きく、潤滑油膜の形成をさらに促進することができる。

請求項５に記載の発明によると、減圧手段（１０５）により冷媒通路（１０５ｃ）の開度を調整する上記制御は、当該開度調整の制御開始後、所定時間が経過したときに終了し解除することを特徴とする。この発明によれば、上記制御を、摺動部の潤滑油不足を改善できる状態になると思われる所定時間実施することにより、摺動部の潤滑不足状態を解消するとともに上記制御の無駄な実施時間を減らし、適切に通常の制御に移行してサイクルの安定化を早めることができる。

請求項６に記載の発明によると、減圧手段（１０５）は冷媒を減圧膨張させるとともに低圧側熱交換器（１０８）にて蒸発された気相冷媒を吸引することにより、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機（１）の吸入圧を上昇させるエジェクタ（１０５）により構成されており、
さらにこのエジェクタ（１０５）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒に分離するアキュムレータ（１０６）を設け、アキュムレータ（１０６）で分離された液相冷媒は一方は低圧側熱交換器（１０８）に流入し、他方は圧縮機（１）に吸入されることを特徴とする。

この発明によれば、減圧手段であるエジェクタから流出した冷媒の他方は低圧側熱交換器を経由しないで圧縮機に吸入されるので、エジェクタによって冷媒通路の開度を大きくなるように調整する上記制御により、アキュムレータに供給される潤滑油流量の増加に直接的に寄与し、潤滑油膜の形成を促進することができる。

請求項７に記載の発明によると、圧縮機（１）は冷媒を吸入して圧縮する圧縮機構部（３）と、圧縮機構部（３）を駆動させるモータ部（２）と、圧縮機構部（３）およびモータ部（２）を収容するハウジング（１０）と、を備えており、圧縮機構部（３）およびモータ部（２）はハウジング（１０）内で天地方向に並んで配置されるように構成できる。請求項８に記載の発明によると、圧縮機（１）は、圧縮機構部（３）およびモータ部（２）をハウジング（１０）内で水平方向に並んで配置されるように構成してもよい。

請求項９に記載の発明によると、また、サイクル内の冷媒はＣＯ２を主成分とする冷媒であることを特徴とする。この発明によれば、サイクル内の冷媒圧力が高圧になるため、減圧手段にて冷媒通路の開度を調整する上記制御を行うことによって、滑り軸受け面の面圧を下げる大きな効果が期待できる。

上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
第１実施形態について図１〜図５にしたがって説明する。図１は本実施形態の給湯装置におけるヒートポンプユニットの構成を示した模式図である。本給湯装置は、給湯用水を加熱するヒートポンプユニットと、加熱された高温の湯を貯めておき、例えばシャワー、カラン、浴槽などの給湯用端末部に出湯するタンクとを備えている。ヒートポンプユニットはヒートポンプサイクルと、このヒートポンプサイクルの作動を制御するヒートポンプ制御装置とを備えている。本実施形態ではヒートポンプユニットを構成するヒートポンプサイクルの一例として、エジェクタ式サイクルを用いている。

ヒートポンプサイクルは、圧縮機１、高圧側熱交換器としての冷媒水熱交換器１０１、内部熱交換器１０３、減圧手段である電気式のエジェクタ１０５およびアキュムレータ１０６を順次環状に冷媒配管で接続することにより構成された主冷媒循環路と、アキュムレータ１０６の液相冷媒出口、低圧側熱交換器である蒸発器１０８およびエジェクタ１０５の吸引部１０５ｂを順に冷媒配管で接続した冷媒戻り通路と、を備えている。本実施形態では、ヒートポンプサイクルを流れる冷媒として二酸化炭素を主成分とする冷媒（以下、ＣＯ_２冷媒とする）を用いる。

圧縮機１は内蔵される電動モータによって駆動されるスクロール式の電動圧縮機であり、その詳細構成は後述する。圧縮機１はヒートポンプ制御装置によって作動およびその冷媒圧縮量、すなわち回転数が制御される。圧縮機１よりも下流側の冷媒通路には冷媒の温度を検出する吐出サーミスタ１００が設けられ、吐出サーミスタ１００の検出信号はヒートポンプ制御装置に送信される。

冷媒水熱交換器１０１は、冷媒が流れる冷媒流路１０１ａと、給湯用水が流れる給湯用水流路１０１ｂとを一体的に有しており、冷媒流路１０１ａを流れる冷媒の流れ方向と給湯用水流路１０１ｂを流れる給湯用水の流れ方向とが対向するように構成されている。冷媒水熱交換器１０１は、圧縮機１により吐出される高圧冷媒とタンク内から供給される給湯用水との間で熱交換を行い、放熱作用によって給湯用水を加熱して高温の湯（例えば目標温度９０℃）を生成する。冷媒水熱交換器１０１よりも下流側の冷媒通路には冷媒の温度を検出する熱交換器出口サーミスタ１０２が設けられ、熱交換器出口サーミスタ１０２の検出信号はヒートポンプ制御装置に送信される。

冷媒水熱交換器１０１とタンクを環状に連絡する沸き上げ回路１１２には、給湯用水を沸き上げ回路１１２内で循環させるウォータポンプ１１１が設けられている。ヒートポンプ制御装置はウォータポンプ１１１の回転数を制御して、給湯用水の循環量を制御する。

内部熱交換器１０３は、冷媒水熱交換器１０１を流出した高圧側の冷媒と圧縮機１に吸入される低圧側の冷媒とを熱交換させる熱回収手段である。高圧冷媒が流れる高圧冷媒流路１０３ａと、低圧冷媒が流れる低圧冷媒流路１０３ｂとを一体的に有しており、高圧冷媒流路１０３ａを流れる冷媒の流れ方向と低圧冷媒流路１０３ｂを流れる冷媒の流れ方向とが対向するように構成されている。内部熱交換器１０３よりも下流側の冷媒通路には冷媒の圧力を検出する圧力センサ１０４が設けられ、圧力センサ１０４の検出信号はヒートポンプ制御装置に送信される。

エジェクタ１０５は、冷媒水熱交換器１０３の冷媒流路１０３ａから流入する冷媒の通路面積を小さく絞って冷媒を等エントロピ的に減圧させるノズル部１０５ａ、ノズル部１０５ａの冷媒噴出口と連通するように配置されて蒸発器１０８から冷媒を吸引する冷媒吸引部１０５ｂ、ノズル部１０５ａと冷媒吸引部１０５ｂの下流側に配置されてノズル部１０５ａからの高速度の冷媒流と冷媒吸引部１０５ｂからの吸引冷媒とを混合する混合部および混合部の下流側に配置されて冷媒流れを減速して冷媒圧力を上昇させる昇圧部をなすディフューザ部を備えている。

さらに、エジェクタ１０５はノズル部１０５ａ内の冷媒通路１０３ｃの面積を可変制御する通路面積調整手段を備えている。この通路面積調整手段は、冷媒通路１０３ｃの通路軸方向に進退可能に配置されたニードル弁１０５ｄと、ニードル弁１０５ｄを移動させる駆動部とから構成されている。

駆動部は、モータのアクチュエータであるステッピングモータ、電磁ソレノイド機構、ピエゾ素子等、電気的に制御可能な駆動手段であり、ヒートポンプ制御装置から制御信号によって制御される。

ニードル弁１０５ｄの先端形状は細長く尖った形状であり、ニードル弁１０５ｄは駆動部に連結されている。ヒートポンプ制御装置は、駆動部の動作を制御してニードル弁１０５ｄをノズル部１０５ａ内の冷媒通路１０５ｃに沿って移動させることにより、冷媒通路１０３ｃとニードル弁１０５ｄの外周面との間に形成される通路の面積、つまり冷媒通路１０３ｃの開度を調整自在に設定することができる。

冷媒通路１０５ｃの開度を小さくした場合には、より大きな減圧を行え、冷媒の高圧側に対しては圧力を上昇させることになる。また、冷媒通路１０５ｃの開度を所定開度以上に大きくした場合には、減圧作用を低減してサイクル内の差圧が小さくなり、また圧縮機内部の高圧側（吐出側、例えば滑り軸受け面に対して圧縮室の圧力）と低圧側（吸入側、例えば滑り軸受け面に対してモータ部側の圧力）との差圧も小さくすることができる。

エジェクタ１０５の冷媒噴出口はアキュムレータ１０６の上部に接続されている。アキュムレータ１０６は冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器である。アキュムレータ１０６の液相冷媒部は、二つの冷媒配管と接続されており、一方が蒸発器１０８に液冷媒を流入させる冷媒配管であり、他方が内部熱交換器１０３の低圧冷媒流路１０３ｂを経て圧縮機１に液冷媒を吸入される冷媒配管である。

蒸発器１０８の入口付近の冷媒配管には、冷媒の温度を検出する蒸発器入口サーミスタ１０７が設けられている。また、蒸発器１０８の表面には外気温度を検出する外気温サーミスタ１０９が設けられ、蒸発器１０８の出口には冷媒の温度を検出するフロストサーミスタ１１０が設けられている。各サーミスタ１０７、１０９、１１０の検出信号はヒートポンプ制御装置に送信される。

次に、圧縮機内部の構成を図２を用いて説明する。図２は圧縮機１の構成を示す縦断面図である。圧縮機１は、外郭を構成する密閉容器としてのハウジング１０と、ハウジング１０内に収容された圧縮機構部３およびモータ部２とから主に構成されている。圧縮機１は、天地方向の地側に位置する設置面から天側に向かって圧縮機構部３、モータ部２の順に配置されている縦置き型の圧縮機である。このため、圧縮機構部３はモータ部２よりも下方に配設されている。圧縮機１は圧縮機構部３をモータ部２により駆動する電動圧縮機である。

圧縮機１の内部には、圧縮機内に用いられている各軸受け５１〜５４を適切に滑動させるために潤滑油（冷凍機油）が供給されている。圧縮機１は、ハウジング１０の上部から低圧冷媒とともに潤滑油を吸入して低圧冷媒と潤滑油とをハウジング１０内を流下させる縦置き型のスクロール型圧縮機でもある。この構成の圧縮機は、潤滑油をハウジング１０内で貯めず、冷媒とともに冷凍サイクル内を循環させている。

ハウジング１０内に吸入された潤滑油は、圧縮機構部３を駆動するためのモータ部２から圧縮機構部３へと流下しつつ圧縮機内の各軸受け５１〜５４を潤滑した後、圧縮機構部３によって圧縮された高圧冷媒とともにハウジング１０から吐出される。このため圧縮機１は低圧ドーム式圧縮機である。

ハウジング１０は、円筒状の中部ケーシング１１、上部ケーシング１２および下部ケーシング１３から構成されている。これらのケーシング１１〜１３が固着されて密閉空間を形成することによりハウジング１０は密閉容器を構成している。中部ケーシング１１における外周面の下方部には、圧縮機１を縦置きに固定するための脚部１４が固着されている。

上部ケーシング１２には吸入パイプ１５が設けられている。吸入パイプ１５からヒートポンプサイクルの低圧冷媒（内部熱交換器１０３を流出した低圧冷媒）、および各軸受け５１〜５４を滑動させるための低温の潤滑油がハウジング１０内に流入する。

モータ部２は、主軸としてのシャフト２１に固定される回転子２２と、この回転子２２の外周側に配置された固定子２３とから構成されている。固定子２３は、中部ケーシング１１の内周面に焼嵌めまたは圧入により固着されている。モータ部２には、外部電源から配線２４を介して電力が供給され、これにより回転子２２が回転駆動されてシャフト２１も回転駆動する。

圧縮機構部３は、センタフレーム３１、可動部材としての旋回スクロール部３２、固定スクロール部３３、下部フレーム３４を備えている。センタフレーム３１は、中部ケーシング１１の内周面に焼嵌めまたは圧入により固着されている。

センタフレーム３１におけるモータ部２側の中心部には主軸受け設置部３１ａが設けられている。主軸受け設置部３１ａには、軸受け機構としての第１滑り軸受け５１が固定されている。中部ケーシング１１の上部には、副軸受け設置部２６を有するホルダ２５が設けられている。副軸受け設置部２６には軸受け機構としての第２滑り軸受け５２が固定されている。

シャフト２１は、センタフレーム３１側の第１滑り軸受け５１と、ホルダ２５側の第２滑り軸受け５２とにより回動可能に支持されている。センタフレーム３１には貯油室３６が形成されている。駆動ピン部２１ａはシャフト２１の軸心に対して偏心した状態でシャフト２１の下端部に一体に形成されている。

シャフト２１には回転駆動時における動的なアンバランスを相殺するためのバランサ３７が固定されている。バランサ３７はシャフト２１とともに回転する。

センタフレーム３１の下側には旋回スクロール部３２が設けられている。旋回スクロール部３２は、略円板状の端板部３２ａと、渦巻状の羽根部３２ｂと、略円筒状のボス部３２ｃとから構成されている。羽根部３２ｂは端板部３２ａの下面側に一体形成され、ボス部３２ｃは端板部３２ａの上面側に一体形成されている。

ボス部３２ｃには、駆動ピン部２１ａが軸受け機構としての旋回滑り軸受け５３を介して挿着されている。このボス部３２ｃに駆動ピン部２１ａが挿着されることにより、旋回スクロール部３２はシャフト２１に連結されることになる。この旋回滑り軸受け５３により、シャフト２１の回転力が旋回スクロール部３２の旋回運動に円滑に伝達される。

旋回スクロール部３２のボス部３２ｃもセンタフレーム３１の貯油室３６において旋回運動をする。シャフト２１に固定されたバランサ３７は、駆動ピン部２１ａの偏心と対向するよう重心を偏らせて回転する。

センタフレーム３１と旋回スクロール部３２における端板部３２ａの外周部との間には、摺動部の荷重を支持する軸受け機構としてのスラスト滑り軸受け５４が設けられている。このスラスト滑り軸受け５４は、重ね合わされた２枚のドーナツ状のスラストプレート（スラスト摺動部材）５４ａが互いに摺動することで軸受けとしての機能を果たしている。上側のスラストプレート５４ａは接合ピンによってセンタフレーム３１に固定されており、下側のスラストプレート５４ａは接合ピンによって旋回スクロール部３２の端板部３２ａに固定されている。

そして、スラスト滑り軸受け５４は、旋回スクロール部３２と固定スクロール部３３との間での冷媒の圧縮に基づいて旋回スクロール部３２に加わる軸方向の反力、即ち、スラスト荷重を受ける役割を果たす。このスラスト滑り軸受け５４により、センタフレーム３１はハウジング１０に固着された状態で旋回運動をする旋回スクロール部３２を支持している。

第１滑り軸受け５１、旋回滑り軸受け５３およびスラスト滑り軸受け５４は圧縮機構部３に備えられ、シャフト２１の回転および旋回スクロール部３２の作動を補助する軸受け機構に相当する。

旋回スクロール部３２の下側には、固定スクロール部３３が旋回スクロール部３２と相対して配設されている。この固定スクロール部３３はボルトによりセンタフレーム３１に固定されている。固定スクロール部３３の上面側には渦巻状の羽根部３３ａが形成されており、旋回スクロール部３２の羽根部３２ｂと嵌合して圧縮室３９を形成している。

両スクロール部３２、３３の羽根部３２ｂ、３３ａは、旋回スクロール部３２の羽根部３２ｂが固定スクロール部３３の羽根部３３ａと角度をずらして噛み合い、それらの間に閉塞された圧縮室３９を形成するように、重ね合わされている。固定スクロール部３３には、センタフレーム３１側から流下してきた冷媒を圧縮室３９へと導く圧縮室吸入路が設けられている。

この圧縮室吸入路は、冷媒を両スクロール部３２、３３の外周側から圧縮室３９へ導くように形成されている。固定スクロール部３３の中央には、圧縮室３９から圧縮された冷媒を吐出するための吐出口３３ｂが形成されている。固定スクロール部３３の下側には下部フレーム３４が設けられている。この下部フレーム３４はボルトにより固定スクロール部３３に固定されている。

吐出室４０は、固定スクロール部３３と下部フレーム３４の両方に設けられた凹部により形成されており、吐出口３３ｂを介して圧縮室３９と連通している。吐出室４０にはリード弁４１が設けられている。このリード弁４１は吐出室４０側に開く構成であり、吐出室４０内の高圧冷媒が圧縮室３９に逆流することを防止している。

固定スクロール部３３には、吐出室４０内の高圧冷媒を外部に吐出するための吐出通路３３ｃが形成されている。中部ケーシング１１の下部には、吐出パイプ４２が設けられ、この吐出パイプ４２から吐出通路３３ｃを通過した高圧冷媒が冷媒水熱交換器１０１に向けて流出する。

センタフレーム３１のモータ部２側（上側）は外周側から中心部に向かって***するように形成されている。これによりセンタフレーム３１には潤滑油貯留部５５が形成されている。

潤滑油貯留部５５は、センタフレーム３１のモータ部２側（上側）の面と中部ケーシング１１の内周面とから形成され、吸入パイプ１５から流入しモータ部２側から流下する潤滑油を一時的に貯留するようになっている。センタフレーム３１の潤滑油貯留部５５には、冷媒吸入管５６が突設されている。

センタフレーム３１には、冷媒吸入管５６に対応するように連通孔３１ｂが形成されている。冷媒吸入管５６の管内とセンタフレーム３１内に形成された連通孔３１ｂとにより、通路５７が構成されている。冷媒吸入管５６により通路５７の入口端部は、潤滑油貯留部５５からモータ部２側に突出して形成されている。通路５７は上記圧縮室吸入路と連通している。

冷媒吸入管５６（通路５７）は、中部ケーシング１１の内周面から離間して設けられている。センタフレーム３１におけるモータ部２側に***した部位の裾部には外周側から中心側に向かって斜め下方に延びる潤滑油吸入路３１ｃが形成されている。この潤滑油吸入路３１ｃの入口端部は、潤滑油貯留部５５の底部近傍に開口して形成されている。

貯油室３６内の天面側（モータ部２側）部位には、送油機構としての容積型の潤滑油ポンプ６０が設けられている。潤滑油ポンプ６０は、潤滑油貯留部５５の潤滑油を潤滑油吸入路３１ｃから取り込んで貯油室３６内に圧送する作動がなされる。貯油室３６内に圧送された潤滑油は、スラスト滑り軸受け５４の摺動面に供給されると同時に、シャフト２１の駆動ピン部２１ａ外面に設けた潤滑油溝２１ｂから旋回滑り軸受け５３との摺動面にも供給される。

潤滑油溝２１ｂに供給された潤滑油は、シャフト２１の中心で底面から開けられた潤滑油供給孔２１ｃを通って上方へと上がり、シャフト２１の外面に設けられた潤滑油溝２１ｄに到達し、ここから第１滑り軸受け５１との摺動面へも供給される。

上記構成の圧縮機１の作動について説明する。ヒートポンプ制御装置により圧縮機を起動する制御信号が送信されると、モータ部２に外部から電力が供給され、回転子２２が回転駆動し、それに伴いシャフト２１が回転する。このシャフト２１が回転することに伴って駆動ピン部２１ａも回転するため、旋回スクロール部３２は所定の偏心量をもってシャフト２１のまわりを旋回する。

次に圧縮機１の作動に伴う冷媒および潤滑油の流れを説明する。まず、圧縮機１が起動することにより、吸入パイプ１５からハウジング１０内に低圧の冷媒と低温の潤滑油とが流入し、ハウジング１０内を流下する。冷媒および潤滑油はハウジング１０の上部から流入するので、まず、潤滑油が第２滑り軸受け５２に上方から供給されて、第２滑り軸受け５２は潤滑される。

そして、冷媒および潤滑油はモータ部２内に形成された隙間を通過し、モータ部２側から圧縮機構部３へ流下する。このとき、回転子２２とシャフト２１が回転することにより遠心力が発生し、その遠心力により冷媒より比重が重い潤滑油は遠心方向へ飛散される。その結果、潤滑油は中部ケーシング１１の内周面に付着し、冷媒は遠心力の影響を受けることなく流下する。

そして、冷媒は、冷媒吸入管５６の入口端部から吸入され、通路５７および圧縮室吸入路を通って圧縮室３９へ吸入される。その後、圧縮室３９で圧縮され高圧の冷媒とされ、吐出口３３ｂ、吐出室４０、吐出通路３３ｃを順に通って吐出パイプ４２から冷媒水熱交換器１０１に向けて吐出される。

中部ケーシング１１の内周面に飛散された潤滑油は、この内周面を伝ってセンタフレーム３１の潤滑油貯留部５５に流下し、この潤滑油貯留部５５で一旦溜められる。潤滑油貯留部５５に溜められた潤滑油は、潤滑油貯留部５５に開口した潤滑油吸入路３１ｃから潤滑油ポンプ６０によって吸入され、潤滑油ポンプ６０から貯油室３６内に吐出される。

貯油室３６で貯留された潤滑油の一部は、貯油室３６の側面の一部を構成するスラスト滑り軸受け５４の僅かな隙間に浸入する。そして、スラスト滑り軸受け５４は貯油室３６から流入した潤滑油により潤滑され、十分に潤滑される油膜が形成されることになる。スラスト滑り軸受け５４を潤滑し終えた潤滑油は、冷媒に混ざって圧縮室吸入路から圧縮室３９へと吸引されて循環する。

スラスト滑り軸受け５４には、旋回スクロール３２のセンタフレーム３１側の背面に働く背圧と圧縮作用による圧縮反力との差から生じる面圧がかかる。この面圧はスラスト滑り軸受け５４に働くスラスト方向の荷重であり、上記油膜の形成に潤滑油粘度や摺動部の周速度とともに大きく関係する。

油膜の形成を確認できる油膜パラメータは、潤滑油粘度と上記周速度の積を上記面圧で除算した値に比例する。この油膜パラメータが３以上であるときは油膜が形成されている状態である。この油膜パラメータが３未満であるときは油膜が形成されていない状態であり、この状態で圧縮機１が動作すると、摺動部であるスラスト滑り軸受け５４は金属同士が摺動して接触し合うことにより磨耗が促進してしまう。

また、貯油室３６に貯留された潤滑油の残余の一部は、シャフト２１の駆動ピン部２１ａ外面に設けた潤滑油溝２１ｂを通って旋回滑り軸受け５３に導かれる。その結果、旋回滑り軸受け５３は潤滑油溝２１ｂからの潤滑油により潤滑されることになる。

潤滑油溝２１ｂに供給された潤滑油は、シャフト２１の底面に開口する潤滑油供給孔２１ｃを通って上方へと上がり、シャフト２１の外面に設けられた潤滑油溝２１ｄにも到達し、ここから第１滑り軸受け５１に導かれる。これにより、第１滑り軸受け５１は潤滑油溝２１ｄからの潤滑油により潤滑される。そして、旋回滑り軸受け５３および第１滑り軸受け５１を潤滑し終えた潤滑油は、第１滑り軸受け５１の上側端面より湧き出し、潤滑油貯留部５５へと還流して循環する。

潤滑油貯留部５５から通路５７へオーバーフローした潤滑油は、冷媒とともに圧縮室吸入路を通過し、圧縮室３９へ吸入される。その後、冷媒とともに圧縮室３９内で圧縮され高温の潤滑油となり、吐出口３３ｂ、吐出室４０、吐出通路３３ｃを順に通って吐出パイプ４２から冷媒水熱交換器１０１に向けて吐出される。

次に、本実施形態の給湯装置の運転制御について図３にしたがって説明する。図３は給湯装置による給湯用水の加熱運転の制御手順を示したフローチャートである。湯を作る場合は、タンク側の制御装置からヒートポンプ制御装置にヒートポンプユニットの起動信号が伝えられ、ヒートポンプユニットは給湯用水の加熱運転を開始しようとする。電源がＯＮされると、ヒートポンプ制御装置はこの起動信号を受信するまでステップＳ１の判断を繰り返し待機する。

ヒートポンプ制御装置は、ヒートポンプユニットの起動信号を受信したと判断したときは、まず、ステップＳ２で減圧手段としてのエジェクタ１０５における冷媒通路１０５ｃの開度が全開となるように、冷媒通路１０５ｃに対するニードル弁１０５ｄの軸方向位置を制御する（図５参照）。図５は冷媒通路１０５ｃを全開状態に調整した状態を示した部分的断面図である。

一方、ヒートポンプユニットによる従来の加熱運転においては、まず運転の初期化として、一旦ニードル弁による冷媒通路の開度を所定開度に絞る制御が行われる（例えば図４参照）。そして、この所定開度では、圧縮機が起動したときに圧縮機内の高圧側と低圧側の差圧が生じて滑り軸受け面の面圧が大きくなってしまう。面圧が大きくなることにより、上述した油膜パラメータの値は小さくなるので、摺動部に油膜が形成されず、摺動部の磨耗や焼付けが発生しやすくなる。

これに対して、本実施形態では、絞り部の初期条件として、ニードル弁１０５ｄの駆動を制御して冷媒通路１０５ｃの開度を所定開度以上に開いた後、圧縮機１を起動するので、圧縮機１の起動時には圧縮機内の高圧側と低圧側の差圧が均一化されて、滑り軸受け面の面圧を小さくなり、パラメータの値を油膜摺動部に油膜を形成し得る必要条件な値にすることができる。この場合の所定開度以上の開度とは、後で圧縮機を起動したときに、圧縮機内の高圧側（吐出側、例えば滑り軸受け面に対して吐出側の圧力）と低圧側（吸入側、例えば滑り軸受け面に対して吸入側の圧力）の差圧が小さくなり、上述の油膜パラメータが３以上になるような開度である。また、面圧が下がれば、圧縮機の回転数が低回転域の低流量状態でも油膜パラメータを３以上にでき、油膜の形成を実施することができる。

ヒートポンプ制御装置は、このように冷媒通路１０５ｃの開度を所定開度以上（例えば、ステップＳ２のように全開）に開いた制御を行った後、次に圧縮機１、ウォータポンプ１１１、蒸発器１０８への送風を行う送風機等の各機能部品を起動する（ステップＳ３）。

このように各機能部品が起動されて運転している間も、エジェクタ１０５による冷媒通路１０５ｃの開度制御は継続されており、この開度制御はステップＳ２の制御を開始後、所定時間が経過するまで継続される（ステップＳ４）。

ヒートポンプ制御装置は、ステップＳ４でステップＳ２の制御を開始後、所定時間が経過したと判断したときはステップＳ２の制御を終了して、冷媒通路１０５ｃの全開状態を解除する（ステップＳ５）。この処理により、冷媒通路１０５ｃの開度を所定開度以上に大きくする制御を、摺動部の潤滑油不足を改善できる状態になると思われる必要な時間分実施することで、上記制御の実施時間を最小限にでき、通常制御に迅速に移行してサイクルの安定化を早めることができる。

次に、ヒートポンプ制御装置は、給湯用水の加熱運転（沸き上げ運転）を実行するために各種サーミスタやセンサからの検出信号を取り込み、ヒートポンプユニットの各機能部品の駆動を制御する（ステップＳ６）。このとき、冷媒通路１０５ｃの開度は、ニードル弁１０５ｄによって例えば図４に示すように所望の吸入圧の上昇効果が得られるように絞られる。図４は冷媒通路１０５ｃがニードル弁１０５ｄによって絞られた状態を示した部分的断面図である。ヒートポンプ制御装置は、次に加熱運転を停止する停止信号を受信するまでステップＳ６の加熱運転を継続する（ステップＳ７）。

ヒートポンプ制御装置は、ステップＳ７で加熱運転を停止する停止信号を受信すると、加熱運転をすぐに終了しないで、所定時間ステップＳ２と同様の処理を行い（ステップＳ７）、エジェクタ１０５における冷媒通路１０５ｃの開度が全開となるように冷媒通路１０５ｃに対するニードル弁１０５ｄの軸方向位置を制御する（図５参照）。

ヒートポンプ制御装置は、ステップＳ８の制御を開始後、所定時間が経過したと判断するまで冷媒通路１０５ｃの開度全開状態を維持する（ステップＳ９）。ステップＳ９で、所定時間が経過したと判断したときはステップＳ８の制御を終了して冷媒通路１０５ｃの全開状態を解除するとともに、各機能部品を停止して加熱運転を終了する（ステップＳ１０）。

この処理を行わず、ニードル弁１０５ｄによる冷媒通路１０５ｃの開度を成り行きのままにして各機能部品を停止した場合には、圧縮機の回転数つまり摺動部の周速度が低下したときに摺動部の面圧が高いと、上記油膜パラメータが小さくなり油膜形成が崩れる可能性が高い。

これに対して、本実施形態ではＳ７〜Ｓ１０に示す処理により、ニードル弁１０５ｄによる冷媒通路１０５ｃの開度を成り行きのままにして各機能部品を停止するのではなく、冷媒通路１０５ｃの開度を所定開度以上に大きくする制御を、摺動部の潤滑油不足を改善できる状態になると思われる必要な時間分実施してから各機能部品を停止することにより、油膜の形成を維持したまま圧縮機を停止させることができる。

本実施形態では、冷媒通路の開度を調整可能な減圧手段としてエジェクタ１０５を説明しているが、本発明はこれに限定するものではなく、サイクル中の冷媒通路の開度を調節可能な電気式または機械式の膨張弁、流量調節弁等で構成することもできる。

また、本実施形態では圧縮機１は縦置き型の圧縮機であるが、本発明はこれに限定するものではなく、圧縮機構部３およびモータ部２をハウジング１０内で水平方向に並べて配置するように構成してもよい。

第１実施形態の給湯装置におけるヒートポンプユニットの構成を示した模式図である。 同ヒートポンプユニットに含まれる圧縮機１の構成を示す縦断面図である。 同給湯装置による給湯用水の加熱運転の制御手順を示したフローチャートである。 同ヒートポンプユニットに含まれるエジェクタ１０５の冷媒通路１０５ｃがニードル弁１０５ｄによって絞られた状態を示した部分的断面図である。 同ヒートポンプユニットに含まれるエジェクタ１０５の冷媒通路１０５ｃを全開状態に調整した状態を示した部分的断面図である。

符号の説明

１…圧縮機
２…モータ部
３…圧縮機構部
１０…ハウジング
５４…スラスト滑り軸受け（滑り軸受け）
１０１…冷媒水熱交換器（高圧側熱交換器）
１０５…エジェクタ（減圧手段）
１０５ｃ…冷媒通路
１０６…アキュムレータ
１０８…蒸発器（低圧側熱交換器）

Claims (9)

1. 内部に摺動部の荷重を支持する滑り軸受け（５４）を有しサイクル内の冷媒を吸入して高圧の冷媒に圧縮する圧縮機（１）と、前記圧縮機（１）によって圧縮された高圧の冷媒を放冷する高圧側熱交換器（１０１）と、減圧された低圧の冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器（１０８）と、前記サイクル内の冷媒通路（１０５ｃ）の開度を調整する減圧手段（１０５）とを備え、低温側の熱を高温側に移動させるヒートポンプユニットによって給湯用水を加熱する給湯装置であって、
   前記滑り軸受けは、前記圧縮機の旋回スロール部（３２）と固定スクロール部（３３）との間で前記冷媒の圧縮に基づいて前記旋回スロール部（３２）に加わる軸方向の反力を受けるスラスト滑り軸受け（５４）であり、
   前記ヒートポンプユニットによる給湯用水の加熱運転を起動するときには、前記減圧手段（１０５）を制御して冷媒通路（１０５ｃ）の開度を所定開度以上に開いた後、前記圧縮機（１）を起動し、
   前記所定開度は、潤滑油粘度と、前記摺動部の周速度と、前記スラスト滑り軸受けに働くスラスト方向の荷重である面圧とを用いて決定される値であることを特徴とする給湯装置。
2. 前記所定開度以上の開度は、前記潤滑油粘度と前記摺動部の周速度の積を前記面圧で除算した値が３以上となる開度であることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
3. さらに、前記ヒートポンプユニットによる給湯用水の加熱運転を停止するときにも、前記減圧手段（１０５）を制御して冷媒通路（１０５ｃ）の開度を所定開度以上に開いた後、前記圧縮機（１）を停止することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の給湯装置。
4. 前記減圧手段（１０５）による前記冷媒通路（１０５ｃ）の開度調整は全開に開くことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の給湯装置。
5. 前記減圧手段（１０５）によって前記冷媒通路（１０５ｃ）の開度を調整する制御を、前記開度調整の制御を開始後、所定時間が経過したときに終了し解除することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の給湯装置。
6. 前記減圧手段（１０５）は冷媒を減圧膨張させるとともに前記低圧側熱交換器（１０８）にて蒸発された気相冷媒を吸引することにより、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して前記圧縮機（１）の吸入圧を上昇させるエジェクタ（１０５）により構成されており、
   さらに前記エジェクタ（１０５）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒に分離するアキュムレータ（１０６）を設け、前記アキュムレータ（１０６）で分離された液相冷媒は一方は前記低圧側熱交換器（１０８）に流入し、他方は前記圧縮機（１）に吸入されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の給湯装置。
7. 前記圧縮機（１）は、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機構部（３）と、前記圧縮機構部（３）を駆動させるモータ部（２）と、前記圧縮機構部（３）および前記モータ部（２）を収容するハウジング（１０）と、を備えており、
   前記圧縮機構部（３）および前記モータ部（２）は前記ハウジング（１０）内で天地方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の給湯装置。
8. 前記圧縮機（１）は、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機構部（３）と、前記圧縮機構部（３）を駆動させるモータ部（２）と、前記圧縮機構部（３）および前記モータ部（２）を収容するハウジング（１０）と、を備えており、
   前記圧縮機構部（３）および前記モータ部（２）は前記ハウジング（１０）内で水平方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の給湯装置。
9. 前記サイクル内の冷媒はＣＯ２を主成分とする冷媒であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の給湯装置。

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