JP2004132353A - 密閉二酸化炭素圧縮機の潤滑剤 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の運転中に、過剰の油が上方油溜めへ収集されないと、問題が起こる。問題は、上方油溜めの充満、及び下方油溜めの欠乏である。もし下方油溜めの油量が減少すると、軸受面を潤滑するのに必要な油量が不充分になる。
【解決手段】駆動シャフトは、駆動シャフトの中にある給油通路及び駆動シャフトの外周部と流体連絡する半径方向に伸びた孔を含む。半径方向に伸びる孔の下に、油を蓄積する空洞が置かれ、圧縮機の停止時に油が前記空洞の中に貯蔵され、圧縮機の始動時に油が軸受面へ供給される。油の戻りシステムは、駆動シャフトの一端に置かれたチャンバーと、前記チャンバーから軸受と駆動シャフトとの間に形成された円環へ伸びる油戻り通路とを含む。円環内の油は、軸受と駆動シャフトとの界面を潤滑する。油溜めの中の油が特定レベルに達したとき油溜めから油を吸い込む手段を有する吐き出し管が設けられる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉圧縮機に関し、更に具体的には、二酸化炭素を作動流体として使用する二段圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、多段圧縮機は、低い吸い込み圧力から高い吐き出し圧力への冷媒流体の圧縮が、２つ以上の圧縮プロセスで達成される圧縮機である。冷凍及び空気調和機器で一般的に使用される冷媒のタイプは、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）及びヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）を含む。更に、冷凍及び空気調和システムでは、二酸化炭素が作動流体として使用されてよい。二酸化炭素冷媒を使用することによって、オゾン減少及び地球温暖化が、ほとんど避けられる。更に、二酸化炭素は無毒かつ不燃性で、例えばＣＦＣ及びＨＣＦＣよりも良好な熱伝導特性を有する。二酸化炭素のコストは、ＣＦＣ及びＨＣＦＣよりも著しく低い。更に、二酸化炭素を回収又はリサイクルする必要はない。この事は、トレーニング及び機器の顕著な節約に寄与する。
【０００３】
二段圧縮機において、吸い込み圧力ガスは、最初に中圧へ圧縮される。中圧ガスは、第２段の吸い込み側へ導かれるか、第２段の吸い込みへ渡される前にユニット熱交換器の中で冷却されることができる。次に、中圧ガスは第２の圧縮機機構の中へ引き入れられて、より高い吐き出し圧力へ圧縮され、冷凍システムの残りの部分で使用される。
【０００４】
二段圧縮機の圧縮機構は、モータの１つの側で上下に積み重ねられるか、モータの各々の側に１つずつ配置されてよい。圧縮機機構がモータの対向する側に配置されるとき、各々の圧縮機構は油溜めを設けられる。油溜めは、それぞれの圧縮機構成部品に潤滑油を供給する。下方にある主油溜めの油は、第１の圧縮機構を潤滑し、駆動シャフトの中の通路を通って引き出され、第２の圧縮機構を潤滑する。上方にある油溜めからの油も第２の圧縮機構を潤滑する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
圧縮機の運転中に、もし過剰の油が主油溜めへ戻らないで上方油溜めへ収集されないと、問題が起こる。そのような問題は、上方油溜めの過剰の充満、及び下方主油溜めの油の欠乏を含む。もし下方油溜めの油量が減少すると、軸受面を潤滑するのに必要な油量が不十分になる。
【０００６】
圧縮機の停止中に、未使用又は過剰な油の一部分は、重力によって主油溜めへ戻る。軸受面の間の油の量は、著しく低減又は除去される。圧縮機が再始動するとき、軸受面は相互に接触し、それらの軸受面にダメージを与える。
【０００７】
二酸化炭素を作動流体として使用し、圧縮機の始動時及び運転時の潤滑作用を改善する潤滑系統を設けられた二段密閉圧縮機が望まれる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、二酸化炭素を作動流体として使用する二段密閉圧縮機に関する。圧縮機は、電動機の対向する端に置かれた一対の圧縮機構を有する。圧縮機構及びモータは別々のハウジングに格納される。別々のハウジングは、圧縮機の組立時に相互に固定されるモジュールを形成する。駆動シャフトは、モータ及び圧縮機構を動作可能なように連結する。潤滑油を含む油溜めは、各々の圧縮機構モジュールの中に形成される。駆動シャフトは長手方向の通路を設けられ、下方油溜めからの油は、前記長手方向通路を通って、シャフトの中で半径方向に伸びる複数の通路へ供給される。油を蓄積する傾斜空洞が半径方向の通路から伸びている。この空洞は、圧縮機の停止中に油を蓄積する。圧縮機の始動時に、油は即時に軸受面へ供給され、軸受面の金属間の接触が防止される。
【０００９】
本発明の圧縮機は、更に、駆動シャフトの上端に形成された凹所を含む油戻りシステムを有する。凹所内の油は、上方圧縮機構モジュールの反駆動側軸受、シリンダブロック、及び主軸受の中に形成された通路を介して、駆動シャフトの中に形成された油円環へ導かれる。次に、円環内の油は、モータモジュールを通って、下方の油溜めへ戻る。
【００１０】
本発明の圧縮機は、更に、上方圧縮機構モジュールの中に取り付けられた吐き出し管を含む。吐き出し管は、その底の近くに置かれた複数の開口を設けられる。もし上方油溜めの油のレベルが、吐き出し管の中の開口レベルにあるか、それより上にあれば、油は冷凍システムへ入る吐き出し圧力ガスの中へ吸い込まれる。
【００１１】
本発明の圧縮機は、モータを取り付けられたハウジングを含む密閉圧縮機を提供する。更に、圧縮機構がハウジングの中に置かれ、軸受によって支持された駆動シャフトによつてモータへ動作可能なように連結される。長手方向の通路が駆動シャフトの中心に設けられる。半径方向に伸びる少なくとも１つの孔が、駆動シャフトの中に形成される。この孔は、長手方向通路及び軸受の中に置かれた駆動シャフトの外周部と流体連絡する。下方へ伸びる盲空洞が駆動シャフトの中に形成される。盲空洞は半径方向に伸びる孔の下に置かれる。
【００１２】
本発明の圧縮機は、更に、油を含む油溜めを形成されたハウジングを有する密閉圧縮機を提供する。ハウジングの中にモータが取り付けられる。モータは、軸受によって支持された駆動シャフトによって、ハウジングの中に置かれた圧縮機構へ動作可能なように連結される。駆動シャフトは、第１及び第２の端、並びにそれらの端を通って伸びる長手方向給油通路を有する。給油通路は油溜めと流体連絡する。駆動シャフトの第１の端に、給油通路と流体連絡するチャンバーが置かれ、油溜めからの油は給油通路を介してチャンバーへ供給される。チャンバーから軸受と駆動シャフトとの間に形成された円環へ、油戻り通路が伸びている。潤滑油は油戻り通路を介して円環へ供給され、軸受と駆動シャフトとの界面が潤滑されるようになっている。
【００１３】
本発明は、更に、冷媒を圧縮する密閉圧縮機であって、少なくとも第１及び第２の区分室を有するハウジングを含む密閉圧縮機を提供する。モータが第１の区分室の中に取り付けられ、圧縮機構が第２の区分室の中に置かれる。駆動シャフトは、モータ及び圧縮機構を動作可能なように連結する。第２の区分室の中に、潤滑油溜めが形成される。吐き出し管が第２の区分室の中に置かれ、第２の区分室の中の冷媒ガスは前記吐き出し管を通って圧縮機を抜け出す。吐き出し管は、油溜めの中の油が特定のレベルに達したとき油溜めから油を吸い込む手段を含む。
【００１４】
本発明の１つの利点は、潤滑系統が、駆動シャフトの中及び偏心輪の上に、油を蓄積する空洞を提供することである。この空洞は、圧縮機の始動時及び運転時に、軸受面に十分な潤滑油を供給する。
【００１５】
本発明の追加の利点は、潤滑系統の油戻り部分である。この油戻り部分は、上方圧縮機構を潤滑した後、油を下方主油溜めへ導き、主油溜めに油の欠乏を生じないようにする。
【００１６】
本発明の他の利点は、圧縮機の吐き出し出口が吹き出し弁開口を設けられることである。油は、吹き出し弁開口を通って吸い込まれ、吐き出しガスと一緒に冷凍システムの中へ運ばれ、上方油溜めの過剰の充満が防止される。
【００１７】
本発明の前記及び他の特徴及び目的、並びにそれらを獲得する方法は、本発明の実施形態の以下の説明を添付の図面と一緒に参照することによって、更に明らかとなり、本発明自身も、更に良好に理解されるであろう。
【００１８】
幾つかの図面を通して、対応する参照文字は対応する部品を示す。図面は本発明の実施形態を表すが、図面は必ずしも一定の比率で縮尺されておらず、より良好に本発明を図示及び説明するため、或る特徴は誇張されている。
【００１９】
図１を参照すると、容積式二段回転密閉圧縮機２０は、電動機モジュール２６の対向する軸端へ同軸に連結された下端圧縮モジュール２２及び上端圧縮モジュール２４を含む。圧縮モジュール２２及び２４は、溶接、ろう付けなどを含む任意適切な方法を使用して、モータモジュール２６へ２８で固定される。圧縮モジュール２２及び２４は、例えば、溶接部２８によって実質的に円筒形の圧縮機構ハウジング壁３４及び３６へ固定されたキャップ３０及び３２によって密閉式にシーリングされる。下方ハウジング壁３４は、更に、その外面からほぼ垂直に伸びる環状フランジ３８を含む。環状フランジ３８は、圧縮機２０をほぼ垂直位置に支持するために設けられる。
【００２０】
本発明の冷凍システムに使用される作動流体は、例えば、二酸化炭素であってよい。二酸化炭素が圧縮されたとき、生成される圧力は、例えば、ＨＣＦＣ冷媒を使用したときに生成される圧力よりも著しく大きい。二酸化炭素の高い作動圧力に配慮して、上方圧縮モジュール２４の壁３６は、高い圧力ガスに耐えるのに十分な厚さへ構成される。壁３６は、下方圧縮モジュール２２の壁３４よりも厚い。なぜなら、第１段の圧縮の間に生成される圧力は、第２段の圧縮の間に生成される圧力よりも実質的に低いからである。
【００２１】
営業、住宅、自動車、及び軍用の応用例における二酸化炭素の使用は、「冷媒としての二酸化炭素の応用」（”Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｄｉｏｘｉｄｅ　ａｓ　ａ　Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ”，ＩＩＲ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，Ｖｏｌ．１９９９−１，ａｎｄ　ｐｐ．２−２１）と題する出版物の中で、Ｋｒｕｓｅ　Ｈ．、Ｈｅｄｅｌｃｋ　Ｒ．、及びＳｕｓｓ　Ｊ．によって分析され、その結果が提示されている。更に、Ｌｏｒｅｎｚ，Ｇ．らによる出版物「非ＣＦＣ冷凍の新しい可能性」（”Ｎｅｗ　Ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｆｏｒ　Ｎｏｎ−ＣＦＣ　Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ”，Ｐｒｏｃ．ＩＩＲ，１９９２，ｖｏｌ．２１，ｎｏ．３，ｐｐ．１４７−１６３）は、二酸化炭素の更なる応用可能性を説明している。
【００２２】
電動機モジュール２６の中には、固定子４２及び回転子４４を含む電動機４０が置かれる。固定子４２は、例えば、締まりばめのような方法によって、モジュール２６の円筒形ハウジング４３の中で、実質的にその軸の中心へ嵌め込まれる。駆動シャフト４８の周りに配置された円筒形スリーブ６２を受け取るため、軸方向の円筒形開口４６が回転子４４を通って中央に置かれている。駆動シャフト４８は、回転子４４と一緒に回転するように、スリーブ６２の中に取り付けられる。駆動シャフト４８の下端及び上端は、それぞれ下端及び上端圧縮モジュール２２及び２４の中に格納された第１段及び第２段の圧縮機構５０及び５２へ駆動可能に連結される。
【００２３】
駆動シャフト４８は、下方駆動シャフト５４及び上方駆動シャフト５６から構成される。駆動シャフト５４及び５６の継目端の近くに、それぞれキー５８及び６０が一体的に形成される。キー５８及び６０は、半円筒形の端部を形成するようにカットされ、滑り方式でインターロックされ、下方及び上方駆動シャフトを回転可能に固定し、駆動シャフト４８の完全なシリンダを形成する。円筒形スリーブ６２は、下方及び上方駆動シャフト５４及び５６の結合部の上で、締まりばめを含む任意適切な方法によって、駆動シャフト４８の上に取り付けられる。スリーブ６２は、回転子４４と一緒に回転するように開口４６の中で締まりばめによって固定される。偏心部分６４及び６６は、それぞれ駆動シャフト５４及び５６の外端の近くで一体的に形成される。駆動シャフト５４及び５６は相互に連結され、偏心部分６４及び６６は半径方向で１８０°だけ変位され、より良好な力学的平衡及びモータ荷重を達成する。
【００２４】
図１、４、５を参照すると、第１段圧縮機構５０及び第２段圧縮機構５２は、モジュール２２及び２４の中に取り付けられる。モジュール設計によって、モータ４０及び圧縮機構５０並びに５２は個別のハウジングを設けられる。各々のハウジングは実質的に異なった圧力に維持される。モジュール設計は、更に、圧縮機２０の組立コストを低減し、異なった能力のモジュール２２及び２４を提供することによって、柔軟な設計を容易にする。
【００２５】
図１、５で示されるように、第１段の圧縮機構５０は、反駆動側軸受７０とフレーム又は主軸受７２との間に置かれたシリンダブロック６８を含む。主軸受７２は、ハウジング壁３４と一体的に形成される。反駆動側軸受７０及びシリンダブロック６８を通って伸びるファスナー７４は、軸受７０及びシリンダブロック６８を主軸受７２へ固定する。下方駆動シャフト５４は、ジャーナル７６によって主軸受７２の中に回転可能に取り付けられる。図１、４で示されるように、シリンダブロック７８を含む第２段圧縮機構５２は反駆動側軸受８０とフレーム又は主軸受８２との間に置かれる。主軸受８２は、ハウジング壁３６と一体的に形成される。ファスナー７４は、反駆動側軸受８０及びシリンダブロック７８を主軸受８２へ固定する。上方駆動シャフト５６は、ジャーナル８４によって主軸受８２の中に取り付けられる。駆動シャフト５６及び５８の偏心部分６４及び６６は、圧縮機構５０及び５２を駆動するためシリンダブロック６８及び７８の中に受け取られる。
【００２６】
図１、６Ａ、６Ｂを参照すると、スリーブ６２と主軸受７２の上平面９８との間に、軸方向荷重を受け取るために設けられた円形スラスト軸受１００が置かれる。スラスト軸受１００は開口１０１を設けられ、駆動シャフト４８は組立時に開口１０１を通される。円形スラスト軸受１００は、十分に低い静的及び動的摩擦係数を有する任意適切な材料から構成され、スリーブ６２、従って駆動シャフト４８の回転が妨げられないようになっている。潤滑油は主軸受７２の溝（図示されていない）を通ってスラスト軸受面へ供給され、それによって圧縮機の始動時及び運転時の摩擦係数を更に低減する。スラスト軸受１００の円形形状は、油膜の周辺連続パターンがスラスト面の間に形成されるのを助ける。この油膜は金属間の接触を防止する。
【００２７】
スラスト軸受１００に適した材料のタイプを決定するため、スラスト軸受の圧力−速度（ＰＶ）荷重を使用することができる。圧力−速度（ＰＶ）荷重は、多数の外径及び内径について計算されてよい。これらの計算で、次のパラメータが使用される。
Ｐ＝４Ｗ／Ｂ（Ｄ_ｏ ^２−ｄ_ｉ ^２）
ここで、Ｐは単位面積当たりの静荷重、１インチ当りのポンド（ｐｓｉ）（又はｋｇ／ｃｍ^２）であり、Ｗはスラスト軸受１００に作用する静荷重、ポンド（ｌｂ）（又はｋｇ）である。図６Ａ、６Ｂを参照すると、Ｄ_０はスラスト軸受１００の外径であり、ｄ_ｉは内径、インチ（ｉｎｃｈ）（又はｃｍ）である。単位面積当たりの静荷重（Ｐ）は、前記の式を使用して最初に計算される。スラスト軸受１００の表面速度（Ｖ）を計算するためには、次の式が使用される。
Ｖ＝Ｂ（Ｄ_ｍＮ）
ここで、Ｖは単位ｉｎｃｈ／ｍｉｎ（又はｃｍ／ｍｉｎ）を有し、Ｎは駆動シャフト４８と一緒に回転するスラスト軸受１００の回転速度、ｒｐｍ（サイクル／ｍｉｎ）であり、Ｄ_ｍは次の式によって計算される平均直径、ｉｎｃｈ（又はｃｍ）である。
（Ｄ_０＋ｄ_ｉ）／２
【００２８】
次に、スラスト軸受１００の圧力−速度荷重が、単位面積当たりの静荷重（Ｐ）と表面速度（Ｖ）とを乗算することによって計算され、圧力−速度荷重（ＰＶ）、ｐｓｉ−ｆｔ／ｉｎｃｈ^２　ｍｉｎｃｈ（又はｋｇ−ｍ／ｃｍ^２　ｓｅｃ）が得られる。これらの計算は、軸受１００の適切な材料を選択するために使用される。
【００２９】
スラスト軸受１００の適切な材料の１つは、ポリアミド、例えば、ＶＥＳＰＥＬ　ＳＰ−２１を含む。ＶＥＳＰＥＬ　ＳＰ−２１は、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ　ｄｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ社から入手可能な硬質樹脂材料である。ポリアミド材料は広い温度範囲の熱安定性を有し、約３００，０００ポンド（ｌｂ）．ｆｔ／ｉｎｃｈに耐えることができ、潤滑されないとき約７４０°Ｆ（３９３°Ｃ）の最大接触温度を有する。ＶＥＳＰＥＬのような材料から構成され機械加工されたスラスト軸受１００の場合、許容される圧力（Ｐ）は６，６００ｐｓｉを超えてはならない。連続運転の条件下で潤滑されない軸受のＰＶ制限は、３００，０００ポンドｌｂ　ｆｔ／ｉｎｃｈ^２　ｍｉｎを超えてはならない。本発明のこの実施形態において、スラスト軸受１００の外径と内径との比（Ｄ／ｄ）は、２を超えてはならない。
【００３０】
スラスト軸受１００は、主軸受７２の表面９８及びスリーブ６２と接触する軸受１００の双方の表面に、半径方向に伸びる溝１０２を設けられる。溝１０２はスラスト軸受１００の中に設けられ、スラスト軸受１００と界面との間で潤滑油を連通させる。
【００３１】
図１、４、５を参照すると、第１段及び第２段の圧縮機構５０及び５２は回転型圧縮機構として示されるが、圧縮機構５０及び５２は、往復、回転、又はスクロール型圧縮機であってよい。回転圧縮機は、一般的に、シリンダブロックの中へ滑らせて取り付けられた羽根を含む。この羽根はシリンダブロック６８及び７８と駆動シャフト５４及び５６の偏心輪６４並びに６６を取り巻くローラ２２０及び２２２との間に置かれた圧縮室１１８を分離する。羽根は、駆動シャフトの周りで軌道を描いてシリンダブロックの内と外とを往復する。図２を参照すると、シリンダブロック６８は開口８６を設けられ、ローラ２２０によって取り囲まれた偏心部分６４が開口８６の中へ受け取られる。取り入れ通路８８は、開口８６から半径方向へ伸びる。圧縮されるガスは、取り入れ通路８８を介して圧縮室１１８の中へ引き込まれる。一度、冷媒ガスが、より高い圧力へ圧縮されると、それは半径方向に伸びる吐き出し通路１０４を介して吐き出される。代替的に、図３で示されるように、取り入れ通路、例えば取り入れ通路９２は、開口８６に対してほぼ軸方向に置かれてよい。図１を参照すると、冷媒ガスは、主軸受８２を通って伸びる軸方向入口通路９４を介して、上方シリンダブロック７８の中に画定された圧縮室１１８の中へ引き込まれる。代替的に、冷媒ガスは、図４で示されるように、半径方向の管９６を介して第２段の圧縮機構５２の圧縮室１１８へ供給されてよい。吐き出し圧縮ガスは、軸方向に伸びる通路１０６を通って圧縮機構５２から抜け出す。
【００３２】
図１、２を参照すると、第１段の圧縮機構５０のシリンダブロック６８は、半径方向に伸びる吐き出し通路１０４を設けられる。吐き出し通路１０４は、その中に吐き出し弁１０８を取り付けられている。図１で示されるように、第２段の圧縮機構５２の反駆動側軸受８０は、それを通って軸方向に伸びる吐き出し通路１０６を設けられる。吐き出し通路１０４及び１０６は、それぞれシリンダブロック６８及び反駆動側軸受８０を半径方向及び軸方向へ導かれるように示されるが、吐き出し通路は、シリンダブロック、反駆動側軸受、又は主軸受のいずれかを通る任意適切な構成であってよい。
【００３３】
図１、７、８、９、及び１０を参照すると、各々の吐き出し通路１０４及び１０６の中に、１つの吐き出し弁１０８が取り付けられる。圧縮機の運転中、吐き出し弁１０８は吐き出し通路１０４及び１０６の中で往復し、吐き出しガスが弁１０８を周って通路１０４及び１０６を通るようになっている。これらの吐き出しガスは、第１段の圧縮機構５０から伸びる吐き出し管１５２の中へ解放されるか、上方圧縮機構モジュール２４の中に形成された吐き出し圧縮区分室１５４の中へ解放される。吐き出し弁部材１０８は、半球頭部１１０、四角ワイヤスプリング１２２、及び結合附属部１２６を含む弁ささえ１２４を有する１個の材料から形成された一体的な１個の弁−バネ−保持器アセンブリである。吐き出し弁１０８は、弾性、疲労及び腐食抵抗品質を有する１個の材料から形成される。材料は、更に、バネのような品質を有していなければならない。従って、バネ１２２は、閉止位置へバイアスされ、弁１０８を開放するように圧縮されてよい。そのような特性を有する材料は、高強度材料、例えば１７−４ＰＨ耐腐食性スチール、１５−５ＰＨ、Ｃ−３００、ＢＥＴＡ　Ｃチタン、７０７５−Ｔ６アルミニウムなどを含んでよい。
【００３４】
一体化吐き出し弁１０８は半球形頭部１１０を含む。半球形頭部１１０は、吐き出し通路１０４及び１０６の出口端の内部に形成された半球形座席面１１２（図９、１０）に対面している。半球座席面１１２は、吐き出し弁１０８のために弁座を提供し、吐き出し弁１０８によって作動可能な円筒形出口１１４（図９、１０）を画定する。半球弁頭部１１０は、半球座席面１１２とかみ合うシーリング面１１６を含み、閉止位置（図９）にあるとき出口１１４を実質的にふさぎ、それによって出口１１４のガス再膨張容積を低減する。
【００３５】
圧縮機構５０及び５２の圧縮室１１８に対面する半球シーリング面１１６のほぼ全ての表面が、圧縮動作の間に生成された流体圧力へ露出される。シーリング面１１６の半球形状は、同じ直径の平坦な面よりも大きな表面積を提供する。半球形状は、吐き出し圧力冷媒によって影響される面積を大きくする。これは吐き出し弁の開放を加速して、圧縮機の効率を増加する。
【００３６】
半球弁座１１２は、球形シーリング面１１６の曲率半径とほぼ同じ曲率半径を有し、従って吐き出し弁１０８の転位、コック動作、偏向その他の転置は弁を閉じるときシーリング接触に影響を与えない。吐き出し出口１１４の半径方向内端は、吐き出し出口１１４を通る流体の滑らかなフローを助ける円形室１２０（図９、１０）を有し、圧縮機の効率に影響を与える乱れを低減する。
【００３７】
吐き出し弁１０８は、弁ささえ１２４に固定された結合附属部１２６によって、吐き出し通路１０４及び１０６の内部に固定される。結合附属部１２６は、弁ささえ１２４を長手方向に通って伸びる孔１２８を含む。孔１２８は、シリンダブロック６８又は反駆動側軸受８０の中の孔１３０と整列され、スプリングピン１３２を受け取る。スプリングピン１３２は吐き出し弁１０８を通路１０４及び１０６の中に固定し、弁バネ１２２が少し圧縮応力が与えられて、ガス圧縮プロセスの間に漏れが生じないようにする。吐き出し弁１０８は、シーリング面１１６が半球座席面１１２とかみ合う第１の閉止位置（図９）と、シーリング面１１６が座席面１１２から長手方向に間隔を開けられる第２の開放位置（図１０）との間を往復する。弁の開放及びバネ１２２の圧縮の間、通常は角バネ１２２の分離対向表面１３６を有するギャップ１３４が閉止されたとき、第２の位置へ向かう吐き出し弁１０８の長手方向移動は停止する。
【００３８】
例えば、角バネ１２２へ加えられる圧縮荷重が高いとき、バネ１２２の長手方向移動を案内及び維持するため、案内部材１３８が設けられてよい。案内部材１３８は、バネ１２２の内径よりも小さい直径を有するほぼ円筒形の形状を有する。案内部材１３８の前端１４０は円形であって、追加の弁絞りを形成する。案内部材１３８の後端１４２は孔１４３を開けられている。孔１４３は孔１２８及び１３０と整列され、スプリングピン１３２の一部分を受け取る。ピン１３２を受け取るための孔１２８、１３０、１４３の整列によって、シリンダブロック、主軸受、又は反駆動側軸受の中へ吐き出し弁１０８及び案内部材１３８を組み立てることが容易になる。案内部材１３８の外面１４６とバネ１２２の内面１４８との間に、クリアランス間隔１４４が設けられる。クリアランス間隔１４４は、弁の開放及び閉止を遅延させる摩擦なしに、弁バネ１２２の所定の軸回転運動を可能にする。
【００３９】
吐き出し弁１０８の重量を低減する試みにおいて、球形又は円錐形の空洞１５０が吐き出し弁１０８の背面に形成される。空洞１５０は、吐き出し通路１０４及び１０６の中で背圧によって影響される表面積を増加する。空洞１５０は、流体圧力が加えられる面積を増加し、従って吐き出し弁１０８の閉止を加速する。
【００４０】
ここで図１、１１、１２を参照すると、本発明の潤滑油システムは、主として駆動シャフト４８の中に形成される。駆動シャフト４８は、スリーブ６２によって一緒に連結された下方及び上方駆動シャフト５４及び５６を含む。給油チャネル１５６及び１５８は、それぞれ駆動シャフト５４及び５６の回転軸に沿って中央で流体連絡するように形成される。反駆動側軸受８０の中に形成された油チャネル１５８の上端はチャンバー１８４である。下方駆動シャフト５４の下端に、反駆動側軸受７０及び油チャネル１５６及び１５８と動作可能なように関連づけられた容積式オイルポンプ１８６（図１）が置かれる。駆動シャフト５４の下端、反駆動側軸受７０、及びオイルポンプ１８６は、下方圧縮モジュール２２の中に形成された油溜め１８８の中に沈められる。油溜め１８８の中の潤滑油は、更に、圧縮機構５０の往復羽根へ供給される。更に、上端圧縮モジュール２４の油溜め１８９の中の油は、圧縮機構５２の往復羽根を潤滑するために必要である。
【００４１】
図１１、１２を参照すると、下方駆動シャフト５４は、反駆動軸７０の孔１６２の中に支持されるように受け取られる部分１６０及び凹所区域１６６によって画定される油円環１６４を含む。下方及び上方ジャーナル１６７及び１６８は、円環１６４に隣接してシャフト５４の上に形成され、主軸受７２の主軸受孔１７０の中に支持されるように受け取られる。ジャーナル７６は、下方シャフト５４と主軸受孔１７０との間に配置され、ジャーナル１６７及び１６８と接触して、シャフト５４を主軸受７２の中に回転可能に支持する。上方駆動シャフト５６は、反駆動側軸受８０の孔１７４の中に回転可能に受け取られる部分１７２を含む。油円環１７６は、上方駆動シャフト５６の凹所区域１７８によって画定される。下方及び上方ジャーナル１７９及び１８０は、円環１７６に隣接して上方シャフト５６の上に形成され、主軸受８２の主軸受孔１８２の中に支持されるように受け取られる。ジャーナル８４は、シャフト５６と主軸受孔１８２との間に配置され、ジャーナル１７９及び１８０と接触して、シャフト５６を主軸受８２の中に回転可能に支持する。
【００４２】
駆動シャフト４８の回転は、容積式ポンプ１８６を作動して、油溜め１８８から給油チャネル１５６及び１５８によって形成される給油通路１９０及びチャンバー１８４の中へ油を引き入れる。ポンプ１８６のポンプ動作は、駆動シャフト４８の回転速度に依存する。給油通路１９０の中の油は、シャフト４８の回転の間に作り出された遠心力によって、下方シャフト５４の中に置かれた一連の半径方向伸長通路１９２及び１９４の中へ流れる。通路１９２は偏心輪６４に関連づけられ、通路１９４はジャーナル１６７及び円環１６４の中に形成される。給油通路１９０を介して供給される潤滑油は、更に、上方シャフト５６の中に置かれた一連の半径方向伸長通路１９６及び１９８及びチャンバー１８４の中へ流れる。通路１９６は偏心輪６６の中に置かれ、１つの通路１９８がジャーナル１７９の中に形成され、１つの通路が油円環１７６の中に形成される。
【００４３】
図１１を参照すると、下方へ傾いたチャネル２００が反駆動側軸受８０の中に形成される。チャネル２００は、チャンバー１８４から、第２段圧縮機構５２のシリンダブロック７８の中に形成された軸方向チャネル２０２の１つの端へ伸びている。下方へ傾斜したチャネル２０４が、軸方向チャネル２０２の第２の端から伸びている。チャネル２０４は、主軸受８２の中に形成され、上方駆動軸５６の中に画定された油円環１７６と流体連絡する。油円環１７６は、ジャーナル８４の内壁に形成された螺旋形油溝２０５、電動機モジュール２６の中の区分室２０６、ジャーナル８４の中に形成された環状空洞２０８、及び反駆動側軸受８０の中に形成された環状空洞２１０と流体連絡する。
【００４４】
上方駆動シャフト５６の上端に置かれたチャンバー１８４へ供給された油は、チャネル２００、２０２、２０４を通って油円環１７６へ流れ、半径方向に伸びる通路１９６によって供給された油と一緒になる。油の少なくとも一部分は上方へ流れて上方ジャーナル１８０を潤滑し、下方へ流れて螺旋形ジャーナル溝２０５により下方ジャーナル１７９を潤滑する。過剰の潤滑油は、電動機モジュール２６及び主軸受７２を通って伸びる通路２１２（図１）を通ることによって油溜め１８８へ戻される。図１２を参照すると、給油通路１９０を通る油は、半径方向通路１９４に入って円環１６４を満たす。螺旋形溝２０７は、ジャーナル７６の中に形成されて、円環１６４の中の潤滑油を下方及び上方ジャーナル１６７及び１６８へ導くことができる。
【００４５】
給油通路１９０の伸長によって、下方ジャーナル軸受７６、１６７、１６８、及び特に上方ジャーナル軸受８４、１７９、１８０の潤滑を遅延することができる。この遅延は、軸受界面を分離する油膜の形成を防止する。軸受の予想寿命は、軸受界面の間の油膜の厚さに部分的に関連する。回転圧縮機のはめあい部に要求されるクリアランスは、０．０００５インチから０．００１１インチの範囲にあり、従って油膜の厚さは非常に小さい。圧縮機２０の初期運転の間、軸受界面の間に置かれた油膜は存在せず、従って軸受面は金属間の接触である。圧縮機のピーク負荷運転の間、圧縮機のスタート及びストップの頻度は高く、膜を形成するために使用された油の幾分かは、重力によって油溜め１８８へ戻る。油の一部分は軸受界面に残るが、油の量は十分な膜厚の形成を助けるほど大きくはない。軸受界面の接触は、局所的に高い応力を生じ、軸受材料の疲労を起こす。
【００４６】
従来技術の圧縮機において、圧縮機が頻繁に停止するときジャーナル面から流れる潤滑油を入れるため、油を保持する凹所が使用されるが、これらの凹所は始動時に潤滑油を軸受に供給しない。更に、従来技術の圧縮機は、油を保持する凹所を形成する周辺溝を設けられた。これらの溝は駆動シャフトを弱くする可能性がある。
【００４７】
圧縮機の初期始動時、及び頻繁なスタート及びストップの間、潤滑油を軸受界面へ供給するため、本発明の駆動シャフト５４及び５６は、油を蓄積する円筒形空洞２１４を設けられる。空洞２１４は、駆動シャフト５４及び５６の中に形成され、半径方向に伸びる通路１９２、１９４、１９６、１９８の外側給油端から下方へ傾斜している。空洞２１４は「盲」の孔である。これは、孔が、駆動シャフト５４及び５６を貫通しておらず、給油通路１９０と流体連絡していないことを意味する。空洞２１４は半径方向に伸びる通路１９２、１９４、１９６、１９８の下方に置かれて、各々の空洞２１４の開口は、半径方向に伸びる通路の１つに、少なくとも部分的に置かれている。空洞２１４及び通路１９２、１９４、１９６、１９８は、空洞のすぐ上に置かれた通路と半径方向で整列されている。
【００４８】
各々の半径方向に伸びる通路１９２、１９４、１９６、１９８の出口部分は、環状凹所２０８及び２１０、油円環凹所１６４及び１７６、並びに空洞２１６及び２１８と流体連絡する。空洞２１６及び２１８は、ローラ２２０及び２２２と偏心輪６４及び６６との間に形成される。ローラ２２０及び２２２は、偏心輪６４及び６６を取り巻くような関係で駆動シャフト５４及び５６へ取り付けられ、圧縮機構５０及び５２の駆動を助ける。圧縮機が停止されたとき、空洞２０８、２１０、１６４、１７６、２１６、２１８の中に蓄積された油は、重力によって下方へ流れようとする。空洞２０８、２１０、１６４、１７６、２１６、２１８の中へ収集された油の一部分は油溜め１８８へ導かれ、これらの空洞の中の油の一部分は、油を蓄積する空洞２１４へ導かれる。圧縮機２０の始動時に、オイルポンプ１８６によって給油通路１９０を通るように強制された油が軸受界面へ到着する前に、空洞２１４の中に貯蔵された潤滑油は、遠心力によって空洞２１４から引き出されて、軸受界面を潤滑する。更に、上方圧縮モジュール２４は圧縮機の組立時に潤滑油を充填され、これも圧縮機の始動時に圧縮機構５２へ潤滑油を供給する。これは、始動時における軸受面の金属間接触を除き、圧縮機の信頼性を改善する。油を蓄積する凹所２２４及び２２６は、下方及び上方シャフト偏心輪６４及び６６の平坦な上面に形成され、圧縮機が停止したとき油を受け取る。凹所２２４及び２２６の中の油は、圧縮機の始動時に、ローラ２２０及び２２２と偏心輪６４及び６６との接触面へ即時に供給される。
【００４９】
図１を参照すると、圧縮機の運転時に、圧縮機２０を通る流体の流れは次の通りである。低圧サクションガスが、吸い込み入口８８又は９２（図２、３）を介して下端圧縮モジュール２２の第１段圧縮機構５０へ直接供給される。駆動シャフト４８が回転するとき、圧縮機構５０が駆動されて、低圧サクションガスを中圧へ圧縮する。中圧ガスは吐き出しポート９０（図２）及び吐き出し通路１０４内の吐き出し弁１０８を通って、吐き出し管１５２へ吐き出される。中圧ガスは、管１５２に沿って流れ、圧縮機ケーシングの外側に置かれたユニットクーラ（図示されていない）の中へ入る。続いて、冷却された中圧冷媒ガスが、入口管２２８を通って電動機モジュール２６の区分室２０６の中へ導入される。区分室２０６は、油通路２１２を介して下端圧縮モジュール２２の区分室２３０と流体連絡している。油通路２１２によって、油溜め１８８は油を再度要求することができる。冷却された冷媒ガスを電動機の区分室２０６へ導入することは、電動機４０の冷却を助ける。更に、中圧ガスを冷却することによって、潤滑油と冷媒ガスとの間の熱伝導量が２つの流体の最小温度差によって低減される。円錐形の邪魔板２３４は、入ってくる潤滑油を、上方圧縮モジュール２４に入る中圧ガスから分離し、主軸受８２の中に形成された吸い込みポート９４がモータの固定子・回転子ギャップ２３８から来る油を直接吸い込まないようにする。邪魔板２３４は、主軸受８２の表面２３６へ固定され、駆動シャフト４８と同心である。第２段圧縮機構５２へ入る中圧冷媒ガスは、より高い吐き出し圧力へ圧縮される。次に、高圧ガスは、吐き出し通路１０６の中に置かれた吐き出し弁１０８を通って、上端圧縮モジュール２４の中に画定された高圧吐き出し区分室１５４の中へ吐き出され、キャップ３２に取り付けられた吐き出し管２４２を通って冷凍システム（図示されていない）へ吐き出される。反駆動側軸受８０は、給油通路１９０及びチャンバー１８４を空洞１５０の中の高圧流体から分離するように働く。第２段圧縮機構５２からの高圧吐き出しガスは、幾らかの油を含む。この油の一部分は、ガスが管２４２の内端に置かれたガス入口２４１を通って吐き出される前に、吐き出しガスから分離されて上端圧縮モジュール２４の油溜め１８９の中に捕捉される。吐き出し管２４２は、一連の入口孔２４４及び管２４２の底の近くに置かれた吹き出し弁穴２４６を含む。油溜めの中のオイルレベルが吹き出し弁穴２４６の高さに達すると、ガス入口２４１は油の中に沈む。従って、吐き出し圧力ガスは、入口孔２４４を通って吐き出し管２４２へ入る。入口孔２４４を通る吐き出しフローの作用によって、油は孔２４６を通って吐き出し管２４２の中へ吸い込まれる。
【００５０】
本発明は例示の設計を有するものとして説明されたが、本発明は、この開示の趣旨及び範囲の中で更に修正されてよい。従って、本願は、本発明の一般的な原理を使用する本発明の変形、使用、又は適応形態をカバーするように意図されている。更に、本願は、本発明が関連を有する技術の既知又は通常の実施に入るような、この開示からの逸脱をカバーするように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従った圧縮機アセンブリの側面の断面図である。
【図２】図１の圧縮機アセンブリのシリンダブロックの断面図である。
【図３】図２のシリンダブロックの断面図であって、代替取り入れ通路を示す。
【図４】図１の圧縮機アセンブリの部分断面図であって、代替取り入れ通路を有する上方圧縮機構を示す。
【図５】図１の圧縮機アセンブリの部分断面図であって、下方圧縮機構を示す。
【図６】Ａは潤滑溝を有するスラスト軸受の平面図である。Ｂは線６Ｂ−６Ｂに沿って取られた図６Ａのスラスト軸受の側面図である。
【図７】図１の圧縮機アセンブリの吐き出し弁の側面図である。
【図８】図７の吐き出し弁の斜視図である。
【図９】図１の圧縮機アセンブリの圧縮機構の吐き出し弁アセンブリが閉止位置にあるときの側面の断面図である。
【図１０】図９の吐き出し弁アセンブリが開放位置にあるときの側面の断面図である。
【図１１】図１の圧縮機アセンブリの上方駆動シャフトの部分断面図である。
【図１２】図１の圧縮機アセンブリの下方駆動シャフトの部分断面図である。

Claims (18)

1. ハウジング、ハウジングの中に取り付けられたモータ、ハウジングの中に置かれた圧縮機構、軸受、及び駆動シャフトを含む密閉圧縮機であって、
   駆動シャフトは、軸受によって支持されて、モータ及び圧縮機構を動作可能なように連結し、駆動シャフトの中心に長手方向の通路が設けられ、
   少なくとも１つの半径方向に伸びる孔が駆動シャフトの中に形成され、前記孔は長手方向通路及び軸受の中に置かれた駆動シャフトの外周部と流体連絡し、
   下方に伸びる盲空洞が駆動シャフトの中に形成され、前記盲空洞が半径方向に伸びる孔の下に置かれている
   ことを特徴とする圧縮機。
2. 盲空洞が開口を有し、前記開口が半径方向に伸びる孔の中に少なくとも部分的に置かれている、請求項１に記載の圧縮機。
3. 盲空洞及び半径方向に伸びる孔が半径方向で整列されている、請求項１に記載の圧縮機。
4. 盲空洞が、油を蓄積する空洞であり、圧縮機の停止時に油が前記油蓄積空洞の中に貯蔵され、圧縮機の始動時に油が軸受及び駆動シャフトの界面を潤滑する、請求項１に記載の圧縮機。
5. 軸受が溝を形成され、空洞の中に貯蔵された油の少なくとも１部分が、溝により駆動シャフトの長さに沿って導かれる、請求項１に記載の圧縮機。
6. 油を貯蔵する油溜めを形成されたハウジング、ハウジングの中に取り付けられたモータ、ハウジングの中に取り付けられた圧縮機構、軸受、及び駆動シャフトを含む密閉圧縮機であって、
   駆動シャフトは、軸受によって支持され、第１及び第２の端を有し、駆動シャフトはモータ及び圧縮機構を動作可能なように連結し、駆動シャフトを通って伸びる長手方向の給油通路が油溜めと流体連絡し、
   駆動シャフトの第１の端に置かれたチャンバーが給油通路と流体連絡し、油溜めからの油が給油通路を介してチャンバーへ供給され、
   油戻り通路がチャンバーから軸受と駆動シャフトとの間に形成された円環へ伸び、潤滑油が油戻り通路を介して円環へ供給され、それによって軸受と駆動シャフトとの界面が潤滑される
   ことを特徴とする圧縮機。
7. 圧縮機構が、更に、対向する側面を有するシリンダブロック、シリンダブロックの第１の側面に隣接して配置された軸受を含むフレーム、及びシリンダブロックの第２の側面に隣接して配置された反駆動側軸受を含み、駆動シャフト軸受の第１の端が反駆動側軸受によって回転可能に支持される、請求項６に記載の圧縮機。
8. 油戻り通路が、チャンバーから反駆動側軸受を通って伸びる第１の通路、シリンダブロックを通って伸びる第２の通路、及びフレームを通って軸受へ伸びる第３の通路によって形成される、請求項７に記載の圧縮機。
9. 軸受が溝を形成され、円環内の油が溝によって軸受の上方及び下方の端へ導かれる、請求項７に記載の圧縮機。
10. 円環が駆動シャフトの中に形成される、請求項７に記載の圧縮機。
11. 円環内の過剰油がモータ部分の上を油溜めへ流れ、それによってモータが冷却される、請求項７に記載の圧縮機。
12. 更に、駆動シャフトの第２の端に置かれた第２の圧縮機構を含み、第２の圧縮機構は、対向する側面を有する第２のシリンダブロック、第２のシリンダブロックの第１の側面に隣接する第２の反駆動側軸受、及び第２のシリンダブロックの第２の端に隣接した第２の軸受を含む第２のフレームを有する、請求項７に記載の圧縮機。
13. 第２の軸受が、その中で伸びるポートを有し、油溜めへ戻される油が前記ポートを通過する、請求項１５に記載の圧縮機。
14. 冷媒を圧縮する密閉圧縮機であって、圧縮機は少なくとも第１及び第２の区分室を有するハウジングを含み、第１の区分室の中にモータが取り付けられ、第２の区分室の中に圧縮機構が置かれ、圧縮機構によって圧縮されたガスが第２の区分室の中へ吐き出され、駆動シャフトがモータ及び圧縮機構を動作可能なように連結し、
    潤滑油溜めが第２の区分室の中に形成され、
    第２の区分室の中に吐き出し管が置かれ、第２の区分室の中の冷媒ガスが前記吐き出し管を通って圧縮機から抜け出し、吐き出し管は、油溜め内の油が特定のレベルに達したとき油溜めから油を吸い込む手段を含む
    ことを特徴とする圧縮機。
15. 更に、第１及び第２の区分室を分離し、軸受の中に置かれたポートを有する軸受を含み、第１の区分室の中の冷媒ガスが、ポートを介して第２の区分室へ入り、冷媒ガスが、圧縮機構によって吐き出し圧力へ圧縮されて第２の区分室の中へ吐き出される、請求項１４に記載の圧縮機。
16. 油溜めから油を吸い込む手段が、吐き出し管の中に形成された少なくとも１つの吹き出し弁開口及び冷媒ガス入口開口を含み、入口開口が吹き出し弁開口の上に置かれている、請求項１４に記載の圧縮機。
17. 吐き出し管がガス入口を有し、吹き出し弁開口がガス入口の上に置かれ、油溜めの中の油が吹き出し弁開口に達したとき、ガス入口が油の中に沈む、請求項１６に記載の圧縮機。
18. 油溜めの中の油が吹き出し弁開口へ達したとき、吐き出された冷媒ガスが入口開口を介して吐き出し管へ入り、それによって油は、吐き出された冷媒流体の作用のもとで吹き出し弁開口を通して吸い込まれる、請求項１７に記載の圧縮機。

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