JP2003056483A - ポンプ及びこれを備えた空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体に対して摩擦力を与え圧送する円柱体
を、常に安定して回転支持することが可能なポンプ、及
びこれを備えた空気調和装置を提供することである。 【解決手段】 外筒体と、該外筒体内に同一の軸線を有
して収容された円柱体と、該円柱体の軸線方向一端側か
ら他端側へ流体を圧送するポンプ部とを備え、前記円柱
体は、該円柱体に連結された軸受用軸部と前記外筒体側
の内壁部との間における前記流体による流体潤滑によっ
て、前記外筒体に対して相対回転可能に軸支されている
ポンプにおいて、前記外筒体側の内壁部は、前記外筒体
に固定された軸受部材の内周面によって形成されてお
り、前記軸受部材には、前記流体が該軸受部材を通過す
るように流路が形成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体（主として液
体）をその流体摩擦力により昇圧させ吐出するポンプ、
特に蓄熱式やガスヒートポンプ式、自動車用（カーエア
コン用）等の空気調和装置に適用され、液冷媒を搬送す
るのに好適なポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、蓄熱式やガスヒートポンプ式、自
動車用（カーエアコン用）等の種々の空気調和装置に対
して、冷媒系統内を流通する低圧の液冷媒を搬送するた
めに、液冷媒ポンプが用いられてきており、このような
液冷媒ポンプとしては、一般的にロータリ式液冷媒ポン
プ適用されていた（特願平２０００−０９８３８４参
照）。

【０００３】ロータリ式液冷媒ポンプは、モータと同調
回転するロータによりポンプ室内に液冷媒を吸入したの
ち、ロータの偏心回転に伴い前記ポンプ室内で液冷媒を
徐々に昇圧し、ポンプ外部へと吐出する構造とされてい
る。

【０００４】しかし、ロータリ式液冷媒ポンプは、ポン
プ仕様条件に合致させるよう高揚程とするために、ロー
タの回転数を上げ、液冷媒の流速を高速にすると、液冷
媒の脈動（圧力変化）が過大となり、圧送性能が不安定
且つ機械的寿命が短くなる等の問題を有しており、構造
上ロータ一回転あたりの揚程（液冷媒の吸入側と吐出側
の圧力差（差圧））を大きくできなかった。また、圧送
媒体である液冷媒がフロンやＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ等の場合、油
などに比べて粘性が非常に低く、圧縮性に乏しいこと
も、揚程が高められない一因である。

【０００５】そこで、上記問題点を解消するために、ロ
ータの外周又はハウジングの内周に設けられたねじ加工
部（凹凸部）と液冷媒との間の流体摩擦力により、液冷
媒の吸入側と吐出側との間に大きな差圧を生じさせ、液
冷媒を低圧側（吸入側）から高圧側（吐出側）へ送出す
るねじ式液冷媒ポンプが開発されてきた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述のねじ式
液冷媒ポンプは、その内部構造が非常に複雑であるとと
もに、空気調和装置（ユニット）内に組み込む必要性か
らコンパクト化が望まれており、よって、ポンプ内を流
れる液冷媒の流路を確保するのが困難とされてきた。本
発明は、上述のような課題に鑑み、圧送する流体の流路
が内部に簡素に設けられたポンプ、及びこれを備えた空
気調和装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、外筒体と、該外筒体内に同一の軸線を有して収容さ
れた円柱体と、該円柱体の軸線方向一端側から前記外筒
体の内周面と前記円柱体の外周面との間隙に流体を導
き、前記外筒体と前記円柱体との相対回転によって前記
円柱体の軸線方向他端側へ前記流体を圧送するポンプ部
とを備え、前記円柱体は、該円柱体に連結された軸受用
軸部と前記外筒体側の内壁部との間における前記流体に
よる流体潤滑によって、前記外筒体に対して相対回転可
能に軸支されているポンプにおいて、前記外筒体側の内
壁部は、前記外筒体に固定された軸受部材の内周面によ
って形成されており、前記軸受部材には、前記流体が前
記軸受部材を通過するように流路が形成されているこ
と、を特徴としている。

【０００８】このポンプにおいては、円柱体が、該円柱
体に連結された軸受用軸部と外筒体に固定された軸受部
材の内周面との間における流体潤滑によって、外筒体に
対して相対回転可能に支持されているとともに、軸受部
材には、圧送される流体が通過するよう流路が形成され
ている。つまり、軸受部材は円柱体に対する軸受機能と
流体の流路機能とが兼ね備えられることとなる。従っ
て、流体が通過する流路をポンプ内に簡素に設けること
が可能となり、構造を簡素化し、ポンプをコンパクト化
できる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、外筒体と、該外
筒体内に同一の軸線を有して収容された円柱体と、該円
柱体の軸線方向一端側から前記外筒体の内周面と前記円
柱体の外周面との間隙に流体を導き、前記外筒体と前記
円柱体との相対回転によって前記円柱体の軸線方向他端
側へ前記流体を圧送するポンプ部とを備え、前記円柱体
は、該円柱体に連結された軸受用軸部と前記外筒体側の
内壁部との間における前記流体による流体潤滑によっ
て、前記外筒体に対して相対回転可能に軸支されている
ポンプにおいて、前記外筒体側の内壁部は、前記外筒体
の内周面によって形成されており、前記軸受用軸部に
は、前記流体が前記軸受用軸部を通過するように流路が
形成されていること、を特徴とするポンプ。

【００１０】このポンプにおいては、円柱体が、該円柱
体に連結された軸受用軸部と外筒体の内周面との間にお
ける流体潤滑によって、外筒体に対して相対回転可能に
支持されているとともに、軸受用軸部に対して、圧送さ
れる流体が通過するよう流路が形成されている。つま
り、軸受用部材は、円柱体の支持機能と流体の流路機能
とが兼ね備えられることとなる。従って、流体が通過す
る流路をポンプ内に簡素に設けることが可能となり、構
造を簡素化し、ポンプをコンパクト化できる。また、円
柱体は、該円柱体が収容される「外筒体の内周面」との
間（以下、「軸受部」という）における流体潤滑によっ
て軸支されている。つまり、潤滑媒体である流体は、ポ
ンプ内部において、円柱体の回転軸線から最も離れた位
置に介在されることとなる。よって、「軸受部」におけ
る流体の流速（周速）は最も高速となる。従って、低粘
度の流体であっても、「軸受部」には、円柱体を常に安
定して回転支持し得るのに十分な厚さの液膜が形成され
ることとなる。

【００１１】請求項３に記載の発明は、前記円柱体の外
周面、および前記外筒体の内周面の少なくともいずれか
一方に凹凸部が形成されていることを特徴としている。

【００１２】このポンプにおいては、外筒体と円柱体と
の相対回転によって流体に生じさせる摩擦力を、外筒体
の内周面、および円柱体の外周面の少なくともいずれか
一方に形成された「凹凸部」によって作用させることが
できる。すなわち、平滑状態において材質が固有する摩
擦係数に比して、「凹凸部」が形成された面の摩擦係数
は非常に大きいため、圧送媒体である流体に対して最も
効果的に流体摩擦力を作用させうることが可能である。

【００１３】請求項４に記載の発明は、前記円柱体の外
周面に雄ねじが加工され、且つ、前記雄ねじの加工方向
と逆加工方向の雌ねじが前記外筒体の内周面に加工され
ていることを特徴としている。

【００１４】このポンプにおいては、外筒体と円柱体と
の相対回転によって流体に生じさせる摩擦力を、外筒体
の内周面および円柱体の外周面にそれぞれ形成された
「ねじ加工」によって作用させることができる。すなわ
ち、もっとも簡易な機械加工手段により、流体摩擦力を
作用させうるポンプ部の流路面を形成することができ、
本発明に係るポンプを効率よく製造できる。また、前記
ポンプ部を流れる流体の脈動を最小に抑制することが可
能である。しかも、外筒体の内周面および円柱体の外周
面に形成された、それぞれのねじ加工方向が逆方向であ
ることにより、ポンプ部における摩擦係数は著しく増大
される。よって、フロンやＣＯ₂、Ｈ₂Ｏなどの低粘度の
流体（液冷媒）を圧送媒体として用いる場合でも、高揚
程で圧送することが可能となる。

【００１５】請求項５に記載の発明は、水が貯溜され、
冷媒が流過する伝熱管が前記水中に浸漬された蓄熱槽
と、前記伝熱管と連結され、前記冷媒と室内気との熱交
換を行う室内熱交換器と、前記伝熱管と連結され、前記
冷媒と室外気との熱交換を行う室外熱交換器とを有する
蓄熱式空気調和装置において、前記室内熱交換器と前記
伝熱管とを結ぶ管路内に前記冷媒を循環させる、請求項
１乃至請求項４のいずれかに記載のポンプを備えている
ことを特徴としている。

【００１６】請求項６に記載の発明は、内燃機関により
駆動される圧縮機と室外用熱交換器と複数の室内用熱交
換器とを備え、冷媒管路により連結したガスヒートポン
プ式空気調和装置において、前記室外用熱交換器あるい
は前記室内用熱交換器により凝縮された冷媒を循環させ
る、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のポンプを
備えていることを特徴としている。

【００１７】請求項７に記載の発明は、圧縮機とコンデ
ンサとエバポレータとを備え、第一の冷媒管路にて連結
した一次サイクルと、前記エバポレータと車室用熱交換
器と冷媒ポンプとを備え、第二の冷媒管路にて連結した
二次サイクルからなる自動車用空気調和装置において、
前記冷媒ポンプは、請求項１乃至請求項４のいずれかに
記載のポンプであることを特徴としている。

【００１８】請求項５乃至請求項７に記載の各々の空気
調和装置に対して、請求項１乃至請求項４のいずれかに
記載されたポンプをそれぞれ適用することにより、前記
空気調和装置の運転において、フロンやＣＯ₂、Ｈ₂Ｏな
どの低粘度の流体（液冷媒）を冷媒として用いたとして
も、円柱体の回転機能、すなわちポンプ部の圧送機能を
常に安定維持し、よって、冷媒を安定して圧送すること
が可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。

【００２０】（本発明のポンプに関する第一の実施形
態）まず、本発明のポンプに係る第一の実施形態であ
る、ねじ式液冷媒ポンプ１６について、図１に基づき説
明する。図１に示すように、円形の内周面が長手方向に
延在する円筒部１ａと缶状部１ｂとを有するハウジング
（外筒体）１は、吸入口Ａおよび吐出口Ｂを有してい
る。ハウジング１内には、円柱形の圧送部材（円柱体）
３，円柱形の軸部（軸受用軸部）４ａ，４ｂおよびシャ
フト５を備えたロータ部材６が収容されている。ロータ
部材６は、その軸部４ａ，４ｂが、ハウジング１の内周
に固定された環状の軸受部材（軸受部材）２ａ，２ｂの
内周面において、該内周面とロータ部材６の軸部４ａ，
４ｂの外周面との間に圧送媒体である液冷媒を介在させ
ることにより、液冷媒を潤滑材として回転可能に軸支さ
れている。

【００２１】圧送部材３の外周には、吸入口Ａ側すなわ
ち圧送部材３の軸線方向一端側から、他端側すなわち吐
出口Ｂ側へ（図１の左側から右側へ）と液冷媒を送り出
すよう、雄ねじが加工されている。また、シャフト５
は、圧送部材３および軸部４ａ，４ｂに対して同一軸線
上に連結されており、その外周には、モータロータ１０
等が缶状部１ｂに覆われた「キャンド（ｃａｎｎｅｄ）
型」のモータ９が取り付けられている。つまり、モータ
９の回転駆動力によりモータロータ１０が回転し、これ
によりロータ部材６がモータロータ１０の軸心を中心と
して回転する構造となっている。また、軸受部材２ａ，
２ｂは、ロータ部材６の高速回転時において、ロータ部
材６の軸部４ａ，４ｂが安定支持されるよう、内径が十
分に大きく加工されている。また、軸受部材２ａ，２ｂ
の側面には、図２に示すように、液冷媒が流れる複数の
通孔７ａ，７ｂがそれぞれ円周方向に一定間隔で設けら
れている。シャフト５には、軸受部材２ｂの通孔７ｂか
ら流出した液冷媒がポンプ外部へ吐出されるよう貫かれ
ている吐出孔８が設けられている。

【００２２】ハウジング１の内周には、圧送部材３と対
置するよう（圧送部材３の外周面を囲むよう）、滑らか
な内周面を有する環状部材１１が配設されており、圧送
部材３の外周と環状部材１１の内周との間には間隙部
（ポンプ部）１４が形成されている。また、軸受部材２
ａの吸入口Ａ側（図１の左側）にはスラスト軸受１３が
隣接して設けられており、スラスト軸受１３には、軸受
部材２ａのそれぞれの通孔７ａに対応（連通）した通孔
１２が形成されている。

【００２３】上述した構成により、ねじ式液冷媒ポンプ
１６は、以下のように作用する。モータ９を駆動し、モ
ータロータ１０をその軸心周りに回転させると、一体的
に連結されたロータ部材６は、軸部４ａ，４ｂの外周面
と軸受部材２ａ，２ｂの内周面との間に圧送媒体として
の液冷媒を介在させて、モータロータ１０と同方向に回
転する。すると、吸入口Ａから流入する液冷媒は、通孔
１２および通孔７ａを通過してハウジング１内へ吸入さ
れ、間隙部１４へと進入する。そして、圧送部材３の回
転運動によって、液冷媒には間隙部１４において流体摩
擦力が生じ、液冷媒は圧送部材３の外周面に引っ張られ
て運動を生じ、その圧力が間隙部１４を進行するに連れ
て徐々に増大し高圧となる。高圧となった液冷媒は、通
孔７ｂを通過したのち吐出孔８に至り、ポンプ外部へと
吐出される。

【００２４】すなわち、ねじ式液冷媒ポンプ１６には、
軸受部材２ａ，２ｂおよびシャフト５に対して、それぞ
れ通孔７ａ，７ｂおよび吐出孔８が設けられている。つ
まり、軸受部材２ａ，２ｂは、ロータ部材６の軸受とし
ての機能を備えるとともに、液冷媒の流路をも有するこ
ととなる。よって、上述したように内部構成が複雑にな
りがちなポンプ内において、非常に簡素に流路を設ける
ことが可能となる。更には、図１に示すモータ９のよう
なキャンド型のモータがロータ部材６の駆動源として適
用される場合であっても、シャフト５がロータ部材６の
駆動軸としての機能を備えるとともに、液冷媒の流路を
有することとなり、ポンプが非常にコンパクト化され
る。

【００２５】なお、上述したねじ式液冷媒ポンプ１６で
は、軸受部材２ａ，２ｂは、通孔７ａ，７ｂがそれぞれ
円周方向に一定間隔で側端面に設けられている（図２）
が、これに限られるものではなく、図３に示すように、
外周面に一定間隔で複数の切欠き１７１が配置された歯
車形状を成すものであってもよい。また、通孔７ａ，７
ｂおよび切欠き１７１の数・大きさ・形状は、ポンプの
仕様（揚程など）により適宜決定されるものである。

【００２６】（本発明のポンプに関する第二の実施形
態）次に、本発明のポンプに係る第二の実施の形態であ
る、ねじ式液冷媒ポンプ１００を、図４を用いて説明す
る。図４に示すように、円形の内周面が長手方向に延在
する円筒部１０１ａと缶状部１０１ｂとを有するハウジ
ング（外筒体）１０１が、吸入口ａおよび吐出口ｂを有
している。ハウジング１０１内には、円柱形の圧送部材
（円柱体）１０３、円柱形の軸部（軸受用軸部）１０４
ａ，１０４ｂ及びシャフト１０５を備えたロータ部材１
０６が収容されている。そして、ロータ部材１０６は、
その軸部１０４ａ，１０４ｂが、ハウジング１０１の内
周面において、該内周面とロータ部材１０６の軸部１０
４ａ，１０４ｂの外周面との間に、圧送媒体である液冷
媒を介在させることにより、液冷媒を潤滑材として、回
転可能に軸支されている。

【００２７】圧送部材１０３の外周には、吸入口ａ側す
なわち圧送部材１０３の軸線方向一端側から、他端側す
なわち吐出口ｂ側へ（図４の左側から右側へ）と液冷媒
を送出するよう雄ねじが加工されている。また、シャフ
ト１０５は、圧送部材１０３および軸部１０４ａ，１０
４ｂに対して同一軸線上に連結されており、その外周に
は、モータロータ１１０等が缶状部１０１ｂに覆われた
「キャンド（ｃａｎｎｅｄ）型」のモータ１０９が取り
付けられている。つまり、モータ１０９の回転駆動力に
よりモータロータ１１０が回転し、これによりロータ部
材１０６がモータロータ１１０の軸心を中心として回転
する構造となっている。

【００２８】軸部１０４ａ，１０４ｂの側面には、液冷
媒が流れる複数の通孔１０７ａ，１０７ｂが、図５に示
すように、それぞれ円周方向に一定間隔で設けられてい
る。シャフト１０５には、軸部１０４ｂの通孔１０７ｂ
から流出した液冷媒を、吐出口ｂからポンプ外部へ吐出
するよう貫かれた吐出孔１０８が設けられている。ハウ
ジング１０１の内周には、圧送部材１０３と対置するよ
う（圧送部材１０３の外周面を囲むよう）、滑らかな内
周面を有する環状部材１１１が配設されており、圧送部
材１０３の外周と環状部材１１１の内周との間には間隙
部（ポンプ部）１１４が形成されている。また、軸部１
０４ａの吸入口ａ側（図４の左側）にはスラスト軸受１
６５が隣接して設けられており、スラスト軸受１６５に
は、通孔１６６が円周方向に一定間隔で形成されてい
る。

【００２９】ねじ式液冷媒ポンプ１００は、上述した構
成により、以下のように作用する。モータ１０９を駆動
し、モータロータ１１０をその軸心周りに回転させる。
このとき、一体的に連結されたロータ部材１０６は、軸
部１０４ａ，１０４ｂの外周面とハウジング１０１の内
周面との間に、圧送媒体としての液冷媒を介在させて、
モータロータ１１０と同方向に回転する。すると、吸入
口ａから流入する液冷媒が、通孔１６６および通孔１０
７ａを通過してハウジング１０１内へ吸入され、間隙部
１１４へと進入する。そして、圧送部材１０３の回転運
動によって、液冷媒には間隙部１１４において流体摩擦
力が生じ、液冷媒は圧送部材１０３の外周面に引っ張ら
れて運動を生じ、その圧力が間隙部１１４を進行するに
つれて徐々に増大し高圧となる。高圧となった液冷媒
は、通孔１０７ｂを通過したのち吐出孔１０８に至り、
吐出口ｂからポンプ外部へと吐出される。

【００３０】すなわち、ねじ式液冷媒ポンプ１００に
は、軸部１０４ａ，１０４ｂおよびシャフト１０５に対
して、それぞれ通孔１０７ａ，１０７ｂおよび吐出口１
０８が設けられている。つまり、軸部１０４ａ，１０４
ｂおよびシャフト１０５は、それぞれロータ部材１０６
の支持軸，駆動軸としての機能を備えるとともに、液冷
媒の流路をも有することとなる。よって、第一の実施形
態と同様に、構成が複雑になりがちなポンプ内におい
て、非常に簡素に流路を設けることが可能となり、ポン
プがコンパクト化される。

【００３１】さらに、第二の実施形態のねじ式液冷媒ポ
ンプ１００においては、ロータ部材１０６が、収容され
るハウジング１０１の内周面と軸部１０４ａ，１０４ｂ
の外周面との間（以下、「軸受部」という。）におけ
る、液冷媒による流体潤滑によって軸支されている。つ
まり、潤滑媒体である液冷媒は、ポンプ内部において、
ロータ部材１０６の回転軸線から最も距離の離れた位置
に介在することとなる。よって、「軸受部」における液
冷媒の流速（周速）がより高速となる。従って、フロン
やＣＯ₂、Ｈ₂Ｏのような非常に低粘度の液冷媒であって
も、「軸受部」にはロータ部材１０６を常に安定して回
転支持し得るのに、十分な厚さの液膜が形成されること
となる。すなわち、ねじ式液冷媒ポンプ１００の運転機
能に対する信頼性は高く、安定したポンプ機能（圧送機
能）を奏することが可能となる。

【００３２】なお、上述したねじ式液冷媒ポンプ１００
は、間隙部１１４を通り抜けた液冷媒は、軸部１０４ｂ
に設けられた通孔１０７ｂを通過した後、吐出孔１０８
から外部へと吐出される構成であるが、これに限られる
ものではない。例えば、軸部１０４ｂの吸入口ａ側の一
側面から他側面へと向かい、その半径方向中心へと孔設
された複数の通孔１６７ａと、シャフト１０５の軸線上
に延在して設けられ、通孔１６７ａが集合した後に連通
する通孔１６７ｂとにより構成され、吐出口ｂへと貫通
する通孔１６７（図６）や、圧送部材１０３と軸部１０
４ｂとの間の軸１６９の外周面から半径方向中心へと孔
設された複数の通孔１６８ａと、シャフト１０５の軸線
上に延在して設けられ、通孔１６８ａが集合した後に連
通する通孔１６８ｂとにより構成され、吐出口ｂへと貫
通する通孔１６８（図７）から、外部へ吐出される構成
でもよい。また、通孔１０７ａ，１０７ｂは、軸部１０
４ａ，１０４ｂの一方の側面から他方の側面へと、その
軸線方向に収束するよう渦巻状に孔設されているのが、
液冷媒のスクロール効果の点からより好ましい。また、
第一の実施形態と同様に、通孔１０７ａ，１０７ｂ，１
６７，１６８の数・大きさ・形状は、それぞれ摩擦ポン
プの仕様（揚程など）により適宜決定されるものであ
る。

【００３３】以上、第一および第二の実施形態として詳
述したねじ式液冷媒ポンプ１６，１００は、それぞれ圧
送部材３，１０３の外周面に雄ねじが加工されている
が、これに限らず、図８に示すように環状部材１１，１
１１の内周面に雌ねじが加工されていてもよい。また、
液冷媒が圧送部材３，１０３の軸線方向一端側から他端
側へと圧送されるようねじ加工が施されているならば、
例えば、環状部材１１，１１１を省略し、圧送部材３，
１０３の外周面と対置する、ハウジング１，１０１の内
周面に雌ねじが加工された構成であってもよい。

【００３４】また、図９に示すように、圧送部材３，１
０３の外周面、および環状部材１１，１１１の内周面に
雄ねじ，雌ねじがそれぞれ逆方向に加工されたものであ
れば、間隙部１４，１１４における摩擦係数を著しく高
めることができる。つまり、液冷媒の揚程（差圧）をよ
り向上させることができ、圧送性能が高まるため、高揚
程を得るための実施形態としては最も好ましい。

【００３５】（本発明のポンプを備えた空気調和装置に
関する実施形態）次に、本発明のポンプの一実施形態で
あるねじ式液冷媒ポンプ１００を備えた種々の空気調和
装置について説明する。

【００３６】図１０はねじ式液冷媒ポンプ１００が適用
された、蓄熱式空気調和装置１３２の系統図の一例であ
る。スタティック型蓄熱装置と呼ばれるもので、蓄熱装
置１１２、室外機１１３、及び室内機１７０からなる。
蓄熱装置１１２は、内部に水１２１が貯留され、伝熱管
１２２が前記水１２１中に浸漬された蓄熱槽１１５と、
伝熱管１２２と室内機１６５との間に配置されたねじ式
液冷媒ポンプ１００と、室外機１１３と室内機１６５と
を結ぶガス管１３４および液管１３３と、液管１３３か
ら分岐され伝熱管１２２と接続されたバイパス液管１３
５等を有している。そして、ガス管１３４と伝熱管１２
２の間，室外機１１３と伝熱管１２２の間，伝熱管１２
２とねじ式冷媒液ポンプ１００の間，およびバイパス液
管１３５上には、それぞれ開閉弁１１６，１１７，１１
８，１１９が設けられている。また、開閉弁１１７と伝
熱管１２２の間には絞り１２０が設けられている。

【００３７】室内機１６５は、接続ガス管１３１および
開閉弁１１６を介して前記伝熱管１２２と連結された室
内熱交換器１２６と、接続液管１３０を介して蓄熱装置
１１２と室内熱交換器１２６との間に設けられた絞り１
２７とを備えている。室外機１１３は、接続液管１２８
を介して蓄熱装置１１２と連結された室外熱交換器１２
５、圧縮機１２３、及び接続ガス管１２９を介して蓄熱
装置１１２と接続されるとともに、室外熱交換器１２５
および圧縮機１２３を連結する四方切替弁１２４を備え
ている。

【００３８】上述の構成により、蓄熱式空気調和装置１
３２は次のように作用する。室内冷房運転時は、圧縮機
１２３により圧縮・吐出されたガス冷媒が、図４の実線
矢印で示すように、四方切替弁１２４を経て室外熱交換
器１２５に入り、ここで放熱することによって凝縮液化
（液冷媒化）する。この液冷媒は、接続液管１２８を経
て蓄熱装置１１２内に入り、液管１３３および液管１３
３に介装された開閉弁１１９、接続液管１３０を経て室
内機１７０に入る。そして、絞り１２７で絞られること
によって断熱膨張した後、室内熱交換器１２６に入り、
ここで室内空気を冷却することによって再び蒸発気化す
る。このガス冷媒は接続ガス管１３１を経て蓄熱装置１
１２に入り、ガス管１３４を通過し、接続ガス管１２９
を経て室外機１１３に戻り、四方切替弁１２４を経て圧
縮機１２３に吸入される。

【００３９】一方、室内暖房運転時には四方切替弁１２
４が上述と逆に切り替えられ、圧縮機１２３から吐出さ
れたガス冷媒は、図４の破線矢印で示すように、四方切
替弁１２４、接続ガス管１２９、ガス管１３４、接続ガ
ス管１３１、室内熱交換器１２６、絞り１２７、接続液
管１３０、液管１３３、開閉弁１１９、接続液管１２
８、室外熱交換器１２５、四方切替弁１２４の順に経て
圧縮機１２３に再び吸入される。なお、上記冷房運転時
および暖房運転時には、蓄熱装置１１２の開閉弁１１
６，１１７，１１８はいずれも閉とされ、ねじ式液冷媒
ポンプ１００は停止している。

【００４０】蓄熱槽製氷運転時には、開閉弁１１６，１
１７が開、開閉弁１１８，１１９が閉とされ、ねじ式液
冷媒ポンプ１００は停止している。圧縮機１２３から吐
出されたガス冷媒は、白抜矢印で示すように、四方切替
弁１２４、室外熱交換器１２５、接続液管１２８を経て
蓄熱装置１１２内に入る。次に、バイパス液管１３５に
介装された開閉弁１１７を経て絞り１２０に入り、絞り
１２０で絞られることによって断熱膨張した後、伝熱管
１２２内に入る。そして、伝熱管１２２中を通過する過
程で水１２１を冷却して伝熱管１２２のまわりに氷結１
３６させることにより、蒸発気化する。気化したガス冷
媒は、開閉弁１１６、ガス管１３４、接続ガス管１２
９、および四方切替弁１２４を経て圧縮機１２３に吸入
される。

【００４１】一方、蓄熱槽解氷運転時には、圧縮機１２
３が停止され、ねじ式液冷媒ポンプ１００が前述の如く
駆動される。そして、開閉弁１１６，１１８が開、開閉
弁１１７，１１９が閉とされる。かくして、ねじ式液冷
媒ポンプ１００から吐出された液冷媒は、黒塗矢印で示
すように、接続液管１３０を経て室内機１７０に入り、
絞り１２７で断熱膨張した後、室内熱交換器１２６で室
内空気を冷却することによって蒸発気化する。そして、
接続ガス管１３１、ガス管１３４、開閉弁１１６を経て
伝熱管１２２内に入り、伝熱管１２２中を通過する過程
で氷結１３６を融解することにより、凝縮液化した後、
開閉弁１１８を経てねじ式液冷媒ポンプ１００に吸入さ
れる。本発明に係るねじ式液冷媒ポンプ１００が蓄熱式
空気調和装置１３２内に組み込まれているため、フロン
やＣＯ₂、Ｈ₂Ｏなどの低粘度の流体（液冷媒）を冷媒と
して用いたとしても、ポンプ性能（ロータ部材の回転機
能）を常に安定維持しながら、冷媒を圧送することが可
能であるとともに、コンパクトな空気調和装置が構築で
きる。

【００４２】また、図１１はねじ式液冷媒ポンプ１００
が適用された、ガスヒートポンプ式空気調和装置１３７
の系統図の一例である。一つの室外機１３８と複数の
（図５では３台）の室内機１３９とが、ヘッダー１４０
を介して冷媒管路で連結されている。室外機１３８は、
下部の機械室１３８ａと上部の熱交換器室１３８ｂから
構成されている。

【００４３】エンジン（内燃機関）１４１で駆動される
圧縮機１４２が、室内側熱交換器１４３、減圧素子１４
４、室外側熱交換器１４５の冷媒管路と四方切替弁１４
６を介して連結されている。冷媒管路の高圧液管１４７
より分岐した分岐管路１４８に冷媒液ポンプ１００、バ
イパス開閉弁１４９、及びエンジン１４１の水熱交換器
１５０を介在させ、この水熱交換器１５０とラジエータ
１５１とを三方切替弁１５２を介してエンジン１４１の
冷却水管路に並列に接続している。三方切替弁１５２
は、水熱交換器１５０の冷媒出口の圧力に基づいて比例
制御されている。そして、水熱交換器１５０の冷媒出口
側に、加熱運転時に開く第１冷媒開閉弁１５３と冷却
（冷房）運転時に開く第２冷媒開閉弁１５４とが並列に
設けられている。この第１冷媒開閉弁１５３は四方切替
弁１４６と室内側熱交換器１４３との間に、一方、第２
冷媒開閉弁１５４は四方切替弁１４６と室外側熱交換器
１４５との間にそれぞれ連結されている。

【００４４】上述の構成により、ガスヒートポンプ式空
気調和装置１３７は次のように作用する。暖房や給湯を
行う加熱運転時には、バイパス開閉弁１４９を開とし
て、室内側熱交換器１４３で凝縮した高圧液冷媒の一部
を、ねじ式冷媒液ポンプ１００でエンジン１４１の水熱
交換器１５０に圧送する。そして、水熱交換器１５０で
加熱させて液冷媒をガス化させ、高温高圧となったこの
冷媒を圧縮機１４２からの吐出冷媒と合流させ、再び室
内側熱交換器１４３へ送り込むことによって暖房能力を
向上させている。また、冷却水管路の水熱交換器１５０
とラジエータ１５１とに流れる冷却水の流量を三方切替
弁１５２で調節することにより、水熱交換器１５０の排
熱回収を良好に保ち、より一層の暖房能力向上を行って
いる。

【００４５】一方、冷房（冷却）運転時には、室外側熱
交換器１４５で凝縮した高圧液冷媒の一部をねじ式液冷
媒ポンプ１００でエンジン１４１の水熱交換器１５０に
圧送する。高温のエンジン冷却水が液冷媒により冷却さ
れるため、エンジン冷却水用のラジエータ１５１が小型
化されている。また、エンジン冷却水と熱交換されてガ
ス化された液冷媒は圧縮機１４２からの吐出冷媒と合流
させて、再び水熱交換器１５０に送られた後、凝縮され
る。すなわち高圧液冷媒の一部とエンジン１４１の高温
冷却水とを熱交換させる水熱交換器１５０が組み込まれ
ているガスヒートポンプ式空気調和装置であるため、エ
ンジン１４１の排熱を暖房の熱源として回収するための
専用配管が不要とされ、室内側熱交換器１４３で室内を
強力に暖房することが可能な装置である。また、本発明
に係るねじ式液冷媒ポンプ１００がガスヒートポンプ式
空気調和装置１３７内に組み込まれているため、フロン
やＣＯ₂、Ｈ₂Ｏなどの低粘度の流体（液冷媒）を冷媒と
して用いたとしても、ポンプ性能（ロータ部材の回転機
能）を常に安定維持しながら、冷媒を圧送することが可
能であるとともに、コンパクトな空気調和装置が構築で
きる。

【００４６】また、図１２はねじ式液冷媒ポンプ１００
が適用された、ＣＯ２などの自然冷媒を用いた自動車用
（カーエアコン用）空気調和装置１５５の概略系統図の
一例である。図１２に示すように、一次および二次から
なる二つの冷媒循環路（以下、それぞれ「一次サイクル
１５６」「二次サイクル１５７」という。）で構成され
る。

【００４７】一次サイクル１５６は圧縮機１５８、コン
デンサ１５９、膨張弁１６０及びエバポレータ１６１が
冷媒管路１６２で直列に連結されている。また、二次サ
イクル１５７はエバポレータ１６１、ねじ式液冷媒ポン
プ１００及び車室内熱交換器１６３が冷媒管路１６４に
て直列に連結されている。車室内熱交換器１６３のみが
車室内に設けられ、その他の構成はエンジンルームに設
けられている。

【００４８】上述の構成により、ＣＯ₂などの自然冷媒
を用いた自動車用（カーエアコン用）空気調和装置１５
５は次のように作用する。冷房運転時において、圧縮機
１５８で高温・高圧に圧縮された、第一の冷媒管路１６
２を流れるガス冷媒（例えばプロパン等）は、コンデン
サ１５９において室外気と熱交換を行い、冷却され凝縮
液化する。液化された液冷媒（以下「液冷媒ａ」とい
う。）は膨張弁１６０にて低温・低圧状態とされ、エバ
ポレータ１６１へ送り込まれる。そして、エバポレータ
１６１において、二次サイクル１５７の第二の冷媒管路
１６４を流れる液冷媒（例えば、ＣＯ₂などの自然冷
媒；以下「液冷媒ｂ」という。）と熱交換を行い、液冷
媒ｂを冷却する。第一の冷媒管路１６２を流れる液冷媒
ａは、エバポレータ１６１での熱交換により、蒸発気化
し、低温低圧のガス冷媒ａとなり、再び圧縮機１５８へ
吸入される。

【００４９】一方、エバポレータ１６１において冷却さ
れた液冷媒ｂは、ねじ式冷媒液ポンプ１００により高圧
で圧送され、車室用熱交換器１６３へ流入する。そし
て、車室内熱交換器１６３外部を通過する車室内空気か
ら熱を奪い、冷却する。熱を奪った液冷媒ｂは第二の冷
媒管路１６４を流過して再びエバポレータ１６１へと戻
り、低温低圧の液冷媒ａと熱交換が行われる。本発明に
係るねじ式液冷媒ポンプ１００がガスヒートポンプ式空
気調和装置１５５内に組み込まれているため、ＣＯ₂や
Ｈ₂Ｏなどの低粘度の流体（液冷媒）を冷媒として用い
たとしても、ポンプ性能（ロータ部材の回転機能）を常
に安定維持しながら、冷媒を圧送することが可能である
とともに、コンパクトな空気調和装置が構築できる。

【００５０】以上、本発明のポンプの一実施形態である
ねじ式冷媒液ポンプ１００が適用された空気調和装置の
一例として、蓄熱式調和装置１３２、ガスヒートポンプ
式空気調和装置１３７および自動車用（カーエアコン
用）空気調和装置１５５を用いて説明したが、これらに
限られるものではなく、液冷媒を圧送する種々の空気調
和装置に適用可能である。また、圧送媒体も本発明の実
施形態の説明に用いた「液冷媒」に限られるものではな
く、本発明に係るポンプは、種々の「流体」を圧送する
流体システムに適用可能であることは言うまでもない。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、以下の効果を有する。請求項１に記載の発明によれ
ば、円柱体が、該円柱体に連結された軸受用軸部と外筒
体に固定された軸受部材の内周面との間における流体潤
滑によって、外筒体に対して相対回転可能に支持されて
いるとともに、軸受部材には、圧送される流体が通過す
るよう流路が形成されている。つまり、軸受部材は円柱
体に対する軸受機能と流体の流路機能とが兼ね備えられ
ることとなる。従って、流体が通過する流路をポンプ内
に簡素に設けることが可能となり、構造の簡素化を図る
ことができ、それによってポンプをコンパクト化するこ
とができる。

【００５２】請求項２に記載の発明によれば、円柱体
が、該円柱体に連結された軸受用軸部と外筒体の内周面
との間における流体潤滑によって、外筒体に対して相対
回転可能に支持されているとともに、軸受用軸部に対し
て、圧送される流体が通過するよう流路が形成されてい
る。つまり、軸受用部材は、円柱体の支持機能と流体の
流路機能とが兼ね備えられることとなる。従って、流体
が通過する流路をポンプ内に簡素に設けることが可能と
なり、構造の簡素化を図ることができ、それによってポ
ンプをコンパクト化することができる。また、円柱体
は、該円柱体が収容される「外筒体の内周面」との間に
おける流体潤滑によって軸支されている。つまり、潤滑
媒体である流体は、ポンプ内部において、円柱体の回転
軸線から最も離れた位置に介在されることとなる。よっ
て、「軸受部」における流体の流速（周速）は最も高速
となる。従って、低粘度の流体であっても、「軸受部」
には、円柱体を常に安定して回転支持し得るのに十分な
厚さの液膜が形成されることとなる。つまり、ポンプの
運転機能に対する信頼性が高まり、安定した圧送機能を
常に維持することが可能となる。

【００５３】請求項３に記載の発明によれば、外筒体と
円柱体との相対回転によって流体に生じさせる摩擦力
を、外筒体の内周面、および円柱体の外周面の少なくと
もいずれか一方に形成された「凹凸部」によって作用さ
せることができる。すなわち、平滑状態において材質が
固有する摩擦係数に比して、「凹凸部」が形成された面
の摩擦係数は非常に大きいため、請求項１または請求項
２に記載の発明が有する効果に加えて、流体に対して最
も効果的に流体摩擦力を作用させ、圧送することが可能
である。

【００５４】請求項４に記載の発明によれば、外筒体と
円柱体との相対回転によって流体に生じさせる摩擦力
を、外筒体の内周面および円柱体の外周面にそれぞれ形
成された「ねじ加工」によって作用させることができ
る。すなわち、もっとも簡易な機械加工手段により、流
体摩擦力を作用させうるポンプ部の流路面を形成するこ
とができ、よって、請求項１または請求項２に記載の発
明が有する効果に加えて、本発明に係るポンプを効率よ
く製造できる。また、前記ポンプ部を流れる流体の脈動
を最小に抑制することが可能である。しかも、外筒体の
内周面および円柱体の外周面に形成された、それぞれの
ねじ加工方向が逆方向であることにより、ポンプ部にお
ける摩擦係数は著しく増大される。よって、フロンやＣ
Ｏ₂、Ｈ₂Ｏなどの低粘度の流体（液冷媒）を圧送媒体と
して用いる場合でも、高揚程で圧送することが可能とな
る。

【００５５】請求項５乃至請求項７に記載の発明によれ
ば、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された、常
に安定して回転支持可能な円柱体を有するポンプを各々
の空気調和装置に適用することにより、その運転時にお
いて、低粘度の液冷媒を高揚程かつ安定して圧送するこ
とが可能となり、運転効率が上昇することとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一実施形態に係るポンプの断面構
造図である。

【図２】 本発明の第一実施形態に係るポンプの、軸受
部材の斜視図である。

【図３】 本発明の第一実施形態に係るポンプの、他の
軸受部材の斜視図である。

【図４】 本発明の第二実施形態に係るポンプの断面構
造図である。

【図５】 図４のＡ−Ａ断面図である。

【図６】 本発明の第二実施形態に係るポンプの流路の
変形例である。

【図７】 本発明の第二実施形態に係るポンプの流路の
変形例である。

【図８】 本発明の他の実施形態に係るポンプの断面構
造図である。

【図９】 本発明の他の実施形態に係るポンプの断面構
造図である。

【図１０】 本発明の第一実施形態に係るポンプを適用
した、蓄熱式空気調和装置の一系統図である。

【図１１】 本発明の第一実施形態に係るポンプを適用
した、ガスヒートポンプ式空気調和装置の一系統図であ
る。

【図１２】 本発明の第一実施形態に係るポンプを適用
した、自動車用（カーエアコン用）空気調和装置の一概
略系統図である。

【符号の説明】

１６，１００ ねじ式冷媒液ポンプ １，１０１ ハウジング ３，１０３ 圧送部材 ４ａ，４ｂ，１０４ａ，１０４ｂ 軸部 ５，１０５ シャフト ６，１０６ ロータ部材 ７ａ，７ｂ，１０７ａ，１０７ｂ，１６７，１６８ 通
孔 ８，１０８ 吐出口 ９，１０９ モータ １１，１１１ 環状部材 １４，１１４ 間隙部 １７１ 切欠き Ａ，ａ 吸入口 Ｂ，ｂ 吐出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０４Ｄ 3/02 Ｆ０４Ｄ 3/02 Ｂ Ｃ 29/04 29/04 Ａ Ｇ Ｈ 29/38 29/38 Ａ 29/54 29/54 Ａ Ｆ２４Ｆ 5/00 １０２ Ｆ２４Ｆ 5/00 １０２Ｓ Ｆターム(参考） 3H022 AA01 BA02 BA04 BA06 BA07 CA01 CA06 CA11 CA17 CA19 CA20 CA56 DA20 3H033 AA01 AA18 BB01 BB08 BB13 CC01 CC03 CC04 CC05 CC06 CC07 DD01 DD06 DD29 DD30 EE00 EE14 3H034 AA01 AA18 BB01 BB08 BB13 CC01 CC03 CC04 CC05 CC06 CC07 DD01 DD05 DD20 DD27 DD28 DD30 EE12 EE14

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外筒体と、 該外筒体内に同一の軸線を有して収容された円柱体と、 該円柱体の軸線方向一端側から前記外筒体の内周面と前
   記円柱体の外周面との間隙に流体を導き、前記外筒体と
   前記円柱体との相対回転によって前記円柱体の軸線方向
   他端側へ前記流体を圧送するポンプ部とを備え、 前記円柱体は、該円柱体に連結された軸受用軸部と前記
   外筒体側の内壁部との間における前記流体による流体潤
   滑によって、前記外筒体に対して相対回転可能に軸支さ
   れているポンプにおいて、 前記外筒体側の内壁部は、前記外筒体に固定された軸受
   部材の内周面によって形成されており、 前記軸受部材には、前記流体が該軸受部材を通過するよ
   うに流路が形成されていることを特徴とするポンプ。
2. 【請求項２】 外筒体と、 該外筒体内に同一の軸線を有して収容された円柱体と、 該円柱体の軸線方向一端側から前記外筒体の内周面と前
   記円柱体の外周面との間隙に流体を導き、前記外筒体と
   前記円柱体との相対回転によって前記円柱体の軸線方向
   他端側へ前記流体を圧送するポンプ部とを備え、 前記円柱体は、該円柱体に連結された軸受用軸部と前記
   外筒体側の内壁部との間における前記流体による流体潤
   滑によって、前記外筒体に対して相対回転可能に軸支さ
   れているポンプにおいて、 前記外筒体側の内壁部は、前記外筒体の内周面によって
   形成されており、 前記軸受用軸部には、前記流体が該軸受用軸部を通過す
   るように流路が形成されていることを特徴とするポン
   プ。
3. 【請求項３】 前記円柱体の外周面、および前記外筒体
   の内周面の少なくともいずれか一方に凹凸部が形成され
   ていること、 を特徴とする請求項１または請求項２に記載のポンプ。
4. 【請求項４】 前記円柱体の外周面に雄ねじが加工さ
   れ、且つ、前記雄ねじの加工方向と逆加工方向の雌ねじ
   が前記外筒体の内周面に加工されていることを特徴とす
   る請求項１または請求項２に記載のポンプ。
5. 【請求項５】 水が貯溜され、冷媒が流過する伝熱管が
   前記水中に浸漬された蓄熱槽と、前記伝熱管と連結さ
   れ、前記冷媒と室内気との熱交換を行う室内熱交換器
   と、前記伝熱管と連結され、前記冷媒と室外気との熱交
   換を行う室外熱交換器とを有する蓄熱式空気調和装置に
   おいて、前記室内熱交換器と前記伝熱管とを結ぶ管路内
   に前記冷媒を循環させる、請求項１乃至請求項４のいず
   れかに記載のポンプを備えていることを特徴とする蓄熱
   式空気調和装置。
6. 【請求項６】 内燃機関により駆動される圧縮機と室外
   用熱交換器と複数の室内用熱交換器とを備え、冷媒管路
   により連結したガスヒートポンプ式空気調和装置におい
   て、前記室外用熱交換器あるいは前記室内用熱交換器に
   より凝縮された冷媒を循環させる、請求項１乃至請求項
   ４のいずれかに記載のポンプを備えていること、を特徴
   とするガスヒートポンプ式空気調和装置。
7. 【請求項７】 圧縮機とコンデンサとエバポレータとを
   備え、第一の冷媒管路にて連結した一次サイクルと、前
   記エバポレータと車室用熱交換器と冷媒ポンプとを備
   え、第二の冷媒管路にて連結した二次サイクルからなる
   自動車用空気調和装置において、前記冷媒ポンプは、請
   求項１乃至請求項４のいずれかに記載のポンプであるこ
   とを特徴とする自動車用空気調和装置。