JP2004084633A

JP2004084633A - 気体圧縮機のオイル戻し制御装置

Info

Publication number: JP2004084633A
Application number: JP2002249991A
Authority: JP
Inventors: Takugun Ri; 李　沢群
Original assignee: Calsonic Compressor Manufacturing Inc
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】気体圧縮機の運転条件に対応して適正なオイル量を気体圧縮機の吸入側に供給可能とする。
【解決手段】気体圧縮機１で圧縮された冷媒は冷媒ガス吐出ポート１６を出てコンデンサ３で液化されたあと、膨張弁４で断熱膨張し、エバポレータ５で蒸発して、周囲の空気を冷却する。エバポレータ５で蒸発した冷媒はアキュムレータ６で液分離されたあと、気体圧縮機１の冷媒ガス吸入ポート１４に戻る。気体圧縮機１のオイル溜り１７と吸入室１３の間には、流量制御バルブ８を備えるオイル戻し配管７が設けられ、高回転域では吸入室１３へのオイル戻し量を少なく、低回転域ではオイル戻し量を多くするように調節する。これにより、適正な潤滑が確保され、また動力効率を最大に維持できる。
【選択図】　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体圧縮機において冷媒等に混合されるオイルの圧縮機内への戻し量を制御するオイル戻し制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和装置などでは気体圧縮機により冷媒を圧縮してこれを冷却サイクルに循環させている。この際、気体圧縮機においては冷媒にオイルを混合させることにより、気体圧縮機内部の必要部位を潤滑するようにしている。これにより、例えばベーンロータリ式の気体圧縮機では、シリンダにおけるベーン先端とシリンダ内周面の接触部位等にオイルが供給され、良好な潤滑状態が得られる。
ところが、オイルが吐出冷媒に多量に含まれたまま気体圧縮機から冷却サイクルへ出てしまうと、冷房能力に影響を与えるので、気体圧縮機内部にシリンダから吐出後の冷媒からオイルを分離するオイルセパレータを備えており、さらには、気体圧縮機外部にもオイルセパレータを設ける場合もある。
【０００３】
しかしながら、オイルセパレータでのオイル分離量が大きい場合には、冷却サイクルを循環し気体圧縮機の吸入側へ戻ってくる冷媒はオイルが大部分除去されているので、そのままでは気体圧縮機内部の適切な潤滑には不足となり、ベーン先端の磨耗と、動力効率の低下を招く。
また、オイルセパレータのオイル分離性能がそれほど高くなくても、気体圧縮機の低速回転域では同様に十分なオイルが戻ってこないため適切な潤滑に不足となる。
そしてオイルが不足すると、気体圧縮機内部の様様な隙間による内部リークを招くことにもなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この対策として、気体圧縮機内部のオイル溜りから吸入側への配管を設け、オイル溜りにかかる高圧の吐出圧と低圧の吸入圧の圧力差を利用して、オイルを吸入側へ戻すことが考えられる。
しかしながら、上述のようにオイルの不足状況は気体圧縮機の回転速度でも変化するので、運転条件によって異なるにもかかわらず、単にオイル溜りから吸入側への配管を設けただけでは、気体圧縮機の必要オイル量に対して過剰ともなり得る。
【０００５】
すなわち、気体圧縮機の高回転域では冷却サイクルを循環して戻ってくるオイルの割合を示すＯＣＲ（オイル循環率）は高くなる傾向があるので、それだけでベーン先端の潤滑に十分な場合がある。そのため、さらにオイル溜りから配管によって余計なオイルが供給されると、冷媒の体積効率が低下して気体圧縮機の圧縮性能に影響を与えることとなる。
したがって本発明は、上記の問題点に着目し、気体圧縮機の運転条件に対応して適正なオイル量を気体圧縮機の吸入側に供給可能としたオイル戻し制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の本発明は、冷媒等を圧縮してこれを冷却サイクルに循環させる気体圧縮機において、該気体圧縮機の吐出側に設けられるオイル溜りから吸入側へオイルを戻すオイル戻し配管を設けるとともに、該オイル戻し配管に流量制御バルブを設けて、運転条件に基づいて吸入側へのオイル戻し量を制御するよう構成したものとした。
【０００７】
請求項２の発明は、オイル溜りが気体圧縮機の吐出室に形成されたもので、オイル戻し配管のオイル溜り側は吐出室の底壁に接続しているものである。
また、請求項３の発明は、オイル戻し配管の吸入側を気体圧縮機の吸入室に接続したものである。
【０００８】
請求項４の発明は、運転条件を気体圧縮機の回転速度とし、該回転速度が高いときはオイル戻し配管による吸入ＯＣＲが小さく、回転速度が低いときは吸入ＯＣＲが大きくなるようにオイル戻し量を制御するものとした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は車両用の空気調和装置に適用した実施の形態を示す全体システム図、図２は気体圧縮機の縦断面図、図３は図２におけるＡ−Ａ部断面図である。
気体圧縮機１の冷媒ガス吐出ポート１６にコンデンサ３が接続され、以下、冷媒の流れ方向に、コンデンサ３、膨張弁４、エバポレータ５、アキュムレータ６が設けられ、アキュムレータ６が気体圧縮機１の冷媒ガス吸入ポート１４に接続されている。さらに、必要に応じて冷媒ガス吐出ポート１６とコンデンサ３の間にオイルセパレータ２を設けることができる。
【００１０】
そして、つぎに詳述する気体圧縮機１のオイル溜り１７と吸入室１３の間にはオイル戻し配管７が設けられ、オイル戻し配管７にはその外周にフィン７ａが設けられている。
オイル戻し配管７にはさらに流量制御バルブ８が設けられている。流量制御バルブ８はＯＮ／ＯＦＦ電磁弁で構成され、制御部９によってデューティ制御される。
【００１１】
気体圧縮機１は、図２に示すように、コンプレッサケース１０内に、シリンダ４０をフロントサイドブロック２０とリヤサイドブロック３０の間に挟んで設け、シリンダ４０内に配置したロータ５０の回転軸５１が、フロントサイドブロック２０を貫通して前端側がコンプレッサケース端壁のリップシール１８からコンプレッサケース１０の外方へ延び、後端はリヤサイドブロック３０に支持されている。回転軸５１の前端にはプーリ２４を備える電磁クラッチ２５が取り付けられ、図示しないエンジンのクランクプーリからの回転駆動力を受けるようになっている。
【００１２】
とくに図３に示すように、シリンダ４０は略楕円形状の内周を有し、ロータ５０の外周面側にはスリット状のベーン溝５６が放射状に複数形成され、これらのベーン溝５６にそれぞれベーン５８が装着されている。ベーン５８は、ロータ５０の回転時に遠心力とベーン溝５６の底部に形成される背圧室５９に加えられる油圧とにより、シリンダ４０の内周面へ付勢される。シリンダ４０内はロータ５０とベーン５８により複数の小室に仕切られ、ロータ５０の回転にしたがって容積の大小変化を繰り返す圧縮室４８を形成する。
【００１３】
コンプレッサケース１０の冷媒ガス吸入ポート１４が設けられたフロントサイドブロック２０側には、吸入室１３が形成されている。吸入室１３には冷媒ガス吸入ポート１４と並んで、オイル戻し配管７の接続口１２が設けられている。
フロントサイドブロック２０には吸入室１３と圧縮室４８を連通させる吸入口２２が開口している。冷媒ガス吸入ポート１４から吸入室１３に流入した冷媒ガスは、フロントサイドブロック２０に形成された吸入口２２から圧縮室４８へ吸入される。
コンプレッサケース１０のリヤサイドブロック３０側には、冷媒ガス吐出ポート１６を備える吐出室１５が形成されている。またリヤサイドブロック３０の吐出室１５側には、オイルセパレータ６２を備えるサイクロンブロック６０が取り付けられている。
【００１４】
シリンダ４０の短径部近傍は外周部に吐出チャンバ４４が切り欠かれて薄肉部とされ、この薄肉部にリードバルブ４３を備える吐出口４２が開口されている。吐出口４２から吐出された冷媒ガスは、吐出チャンバ４４からオイルセパレータ６２を経て吐出室１５へ吐出される。
吐出室１５の下部はオイル溜り１７となっている。吐出室１５の底壁にはオイル戻し配管７の接続口１１が設けられている。
サイクロンブロック６０は、回転軸５１の後端を支持するリヤサイドブロック３０の貫通支持穴３２が形成されたボス部３８との間に密閉空間Ｒを形成している。
【００１５】
リヤサイドブロック３０には吐出室１５の底部に開口するとともに貫通支持穴３２の側壁に至る油路３３が形成され、また、リヤサイドブロック３０のロータ５０に対向する面には、ベーン溝５６の背圧室５９に連通するように配した凹部（さらい）３５が設けられている。
サイクロンブロック６０とリヤサイドブロック３０間の密閉空間Ｒと凹部３５とが連通路３４で結ばれている。
【００１６】
吐出室１５の吐出圧に押されて、油路３３を経て貫通支持穴３２の側壁に至った潤滑油は、貫通支持穴３２と回転軸５１間の隙間を通って密閉空間Ｒへ流れ、それから連通路３４により凹部３５へ流れるほか、直接貫通支持穴３２と回転軸５１間の隙間を通って凹部３５へ流れる。
また、シリンダ４０の底部にはリヤサイドブロック３０の油路３３に接続する貫通穴４６が設けられ、フロントサイドブロック２０に形成された油路２６でこの貫通穴４６とフロントサイドブロック２０の回転軸支持部２３を接続して、当該支持部２３並びにフロントサイドブロック２０のロータ５０に対向する面に形成した凹部２７へ潤滑油を導くようになっている。
【００１７】
ロータ５０が回転すると、冷媒ガス吸入ポート１４に流入する冷媒ガスは、吸入室１３から吸入口２２を経て、圧縮室４８へ吸入される。そして、冷媒ガスは圧縮室４８で圧縮された後、吐出口４２から吐出室１５を経て冷媒ガス吐出ポート１６からコンデンサ３へ向けて供給される。
【００１８】
図１に戻って、空気調和装置の運転中、気体圧縮機１で圧縮された冷媒は冷媒ガス吐出ポート１６を出てコンデンサ３で液化されたあと、膨張弁４で断熱膨張し、エバポレータ５で蒸発して、周囲の空気を冷却する。エバポレータ５で蒸発した冷媒はアキュムレータ６で液分離されたあと、気体圧縮機１の冷媒ガス吸入ポート１４に戻る。
この間、吐出室１５の圧力を受けているオイル溜り１７のオイルは、オイル戻し配管７を通じて気体圧縮機１の吸入室１３へ戻され、その戻し量が運転条件に基づいて流量制御バルブ８により調節される。オイル戻し配管７を流れるオイルは、オイル戻し配管７にフィン７ａが設けられているため、温度が低下する。
【００１９】
制御部９は、運転条件として気体圧縮機１の回転速度に基づいて流量制御バルブ８を制御する。
図４は、空気調和装置における気体圧縮機について、吸入ＯＣＲと動力効率の関係を求めた実験結果を示す。ここで吸入ＯＣＲは、オイル戻し配管７を通じて吸入室１３に戻されるオイルの吸入冷媒に対する割合を指す。
回転速度１０００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍおよび２４００ｒｐｍについて、それぞれ吸入ＯＣＲを変化させたところ、いずれも吸入ＯＣＲの変化に応じて動力効率が変化するが、最大の動力効率が得られる吸入ＯＣＲは回転速度によって異なっている。
【００２０】
ここでは、１０００ｒｐｍのときは吸入ＯＣＲ６ｗｔ％（重量パーセント）で動力効率最大、また１５００ｒｐｍのときは吸入ＯＣＲ４．３ｗｔ％、２０００ｒｐｍのときは吸入ＯＣＲ３．７ｗｔ％、２４００ｒｐｍのときは吸入ＯＣＲ３．３ｗｔ％で動力効率最大となっている。図中、最大位置を○で示している。
制御部９では、このような回転速度に対する動力効率を最大とする最適な吸入ＯＣＲをあらかじめ実験によって把握し、これをオイル戻し配管７によるオイル戻し量データとしてマップ形式で記憶しておき、実際の回転速度に対応したオイル戻し量となるように流量制御バルブ８を制御する。
【００２１】
図５は、上記の制御要領を回転速度を横軸として示したものである。
すなわち、Ｑ１〜Ｑ３は吸入ＯＣＲを示し、Ｑ１＞Ｑ２＞Ｑ３である。本制御は、Ｑ１〜Ｑ３の包絡線として太線で示すＱにそった吸入ＯＣＲとなるようにオイル戻しを行うものである。これにより、常に最大の動力効率が得られる。
【００２２】
本実施の形態は以上のように構成され、気体圧縮機１のオイル溜り１７と吸入室１３の間に、流量制御バルブ８を備えるオイル戻し配管７を設け、気体圧縮機１の回転速度などの運転条件に応じて、低回転域では吸入室１３へのオイル戻し量を多くし、高回転域ではオイル戻し量を少なくするように流量制御バルブ８を制御するものとしたので、時々刻々の運転条件に対して最適な量のオイルが供給される。したがって、ロータの端面やベーン溝は凹部２７、３５を通じて潤滑されるがシリンダ内周面と接触するベーン先端はオイル不足で磨耗が発生するというような事態が防止されるとともに、常に高い動力効率が得られる。
【００２３】
また、常に適正な量のオイルが供給されるので、種々の隙間の内部リークも抑えられ、低、中回転域でとくに発生しやすい体積効率の低下や再圧縮による必要動力の増大が抑えられる。
そしてさらに、気体圧縮機１の吸入室１３に戻されたオイルはオイル戻し配管７を流れる間にフィン７ａの冷却構造によって温度が低下しているので、冷媒の圧縮熱を吸収し、吸入冷媒の温度上昇を防止し、吐出冷媒の温度を下げるように作用するので、体積効率の向上にいっそう寄与する。
【００２４】
なお、上記実施の形態では、オイル戻し配管７を気体圧縮機１の接続口１２に接続して直接吸入室１３にオイルを戻すものとしたが、これに限定されず、アキュムレータ６から冷媒ガス吸入ポート１４への配管途中に戻すようにしてもよい。
また、流量制御バルブ８はＯＮ／ＯＦＦ電磁弁をデューティ制御するものとしたが、オイル戻し配管７を流れるオイルの流量を調節できるものであればその形式は問わない。
【００２５】
また、実施の形態では、流量制御バルブ８を制御するための運転条件として回転速度を用いたが、さらに冷媒の吸入温度、吐出温度、吸入圧力や吐出圧力等も運転条件に加えて、これらの組み合わせに基づいて流量制御バルブ８を制御することができる。
さらに、気体圧縮機としてはベーンロータリ式のもので説明したが、本発明は、種々の形式の気体圧縮機について適用可能である。
また、実施の形態は車両用の空気調和装置に用いる気体圧縮機に適用した例を示したが、これに限定されず、ビル用の空気調和装置や冷凍装置等の用いる気体圧縮機にも同様に適用される。
【００２６】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明は、気体圧縮機の吐出側に設けられるオイル溜りから吸入側へオイルを戻すオイル戻し配管を設けるとともに、該オイル戻し配管に流量制御バルブを設けて、運転条件に基づいて吸入側へのオイル戻し量を制御するよう構成したので、時々刻々の運転条件に対して最適な量のオイルを供給することができ、ベーン等の磨耗を防止し、また高い動力効率を得ることができる。
【００２７】
オイル戻し配管のオイル溜り側は気体圧縮機の吐出室の底壁に接続させ、またオイル戻し配管の吸入側は気体圧縮機の吸入室に接続することにより、オイル戻し配管を気体圧縮機に組み付けたコンパクトなものとすることができる。
【００２８】
また、運転条件を気体圧縮機の回転速度とし、該回転速度が高いときはオイル戻し配管による吸入ＯＣＲが小さく、回転速度が低いときは吸入ＯＣＲが大きくなるようにオイル戻し量を制御することにより、回転速度の全範囲にわたって過不足のないオイルを気体圧縮機に供給することができ、確実に磨耗防止と高い動力効率の維持ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す全体システム図である。
【図２】気体圧縮機の縦断面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ部断面図である。
【図４】吸入ＯＣＲと動力効率の関係を示す図である。
【図５】気体圧縮機の回転速度と吸入ＯＣＲおよび動力効率の関係を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　気体圧縮機
２　　　　オイルセパレータ
３　　　　コンデンサ
４　　　　膨張弁
５　　　　エバポレータ
６　　　　アキュムレータ
７　　　　オイル戻し配管
７ａ　　　フィン
８　　　　流量制御バルブ
９　　　　制御部
１０　　　コンプレッサケース
１１、１２　　接続口
１３　　　吸入室
１４　　　冷媒ガス吸入ポート
１５　　　吐出室
１６　　　冷媒ガス吐出ポート
１７　　　オイル溜り
１８　　　リップシール
２０　　　フロントサイドブロック
２２　　　吸入口
２３　　　回転軸支持部
２４　　　プーリ
２５　　　電磁クラッチ
２６、３３　　油路
２７、３５　　凹部
３０　　　リヤサイドブロック
３２　　　貫通支持穴
３４　　　連通路
３８　　　ボス部
４０　　　シリンダ
４２　　　吐出口
４３　　　リードバルブ
４４　　　吐出チャンバ
４６　　　貫通穴
４８　　　圧縮室
５０　　　ロータ
５１　　　回転軸
５６　　　ベーン溝
５８　　　ベーン
５９　　　背圧室
６０　　　サイクロンブロック
６２　　　オイルセパレータ
Ｒ　　　　密閉空間

Claims

冷媒等を圧縮してこれを冷却サイクルに循環させる気体圧縮機において、該気体圧縮機の吐出側に設けられるオイル溜りから吸入側へオイルを戻すオイル戻し配管を設けるとともに、該オイル戻し配管に流量制御バルブを設けて、運転条件に基づいて前記吸入側へのオイル戻し量を制御するよう構成したことを特徴とする気体圧縮機のオイル戻し制御装置。
前記オイル溜りが気体圧縮機の吐出室に形成され、
前記オイル戻し配管のオイル溜り側は前記吐出室の底壁に接続していることを特徴とする請求項１記載の気体圧縮機のオイル戻し制御装置。
前記オイル戻し配管の吸入側は気体圧縮機の吸入室に接続していることを特徴とする請求項１または２記載の気体圧縮機のオイル戻し制御装置。
前記運転条件が気体圧縮機の回転速度であり、
該回転速度が高いときは前記オイル戻し配管による吸入ＯＣＲが小さく、回転速度が低いときは吸入ＯＣＲが大きくなるようにオイル戻し量を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の気体圧縮機のオイル戻し制御装置。