JP2006170007A

JP2006170007A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2006170007A
Application number: JP2004361349A
Authority: JP
Inventors: Shunji Komatsu; 俊二小松
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】潤滑を必要とする部位では油膜を常に確保し、耐久性向上を図ることができる圧縮機を提供する。
【解決手段】冷凍回路(61)から吸入室(50)を介して吸入したＣＯ₂冷媒を圧縮し、クランク室(28)内での潤滑油を含むＣＯ₂冷媒の圧力調整に応じて圧縮冷媒ガスを吐出室(52)に吐出する圧縮機(2)であって、圧縮機は、ハウジング(6)と、ハウジング内に形成され、冷媒の圧縮が行われるシリンダボア(24)と、シリンダボア内を往復運動するピストン(26)と、ハウジング内に形成され、吸入室内の冷媒をクランク室に導入させる形状を備えた細孔(70)とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機に関し、より詳しくは、ＣＯ₂冷媒を使用した冷凍システムの圧縮機に関する。

近年、地球環境への配慮から、地球温暖化係数（ＧＷＰ）の小さな値を有する冷媒を用いた冷凍システムの開発が進められている。この種の冷媒の一例としては、ＧＷＰが１である自然系のＣＯ₂（炭酸）ガスがあり、環境負荷の低減に非常に大きく貢献できる。
しかし、ＣＯ₂冷媒はその蒸発圧力等が比較的高く、それ故、冷媒の循環経路から洩れ易くなる。また、その経路の各機器のうち圧縮機の損傷も問題となる。このため、この圧縮機の損傷を回避させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３５４０２８号公報

ところで、この種の圧縮機は冷媒を圧縮するが、この冷媒には、通常、潤滑油（オイル）が含まれている。この潤滑油は圧縮機のハウジング内の摺動面や軸受等の潤滑のみならず、摺動面のシールとしての機能を有する。
しかしながら、上述したＣＯ₂冷媒の蒸発圧力や温度の高さは潤滑油の粘度低下を招く要因となる。換言すれば、ＣＯ₂冷媒の性質によって多量のＣＯ₂が潤滑油中に溶け込み易くなる。これでは、ハウジング内の必要潤滑面の油膜を確保できず、圧縮機の破損を招くことが懸念される。

この場合に、圧縮機に潤滑油を補充する等によってその粘度を高めることも考えられるが、これでは、冷凍サイクルにおける圧縮機への潤滑油の戻りが悪くなり、やはり圧縮機の耐久性が低下するという問題が生ずる。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、潤滑を必要とする部位では油膜を常に確保し、耐久性向上を図ることができる圧縮機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載の圧縮機は、冷凍回路から吸入室を介して吸入したＣＯ₂冷媒を圧縮し、クランク室内での潤滑油を含むＣＯ₂冷媒の圧力調整に応じて圧縮冷媒ガスを吐出室に吐出する圧縮機であって、圧縮機は、ハウジングと、ハウジング内に形成され、冷媒の圧縮が行われるシリンダボアと、シリンダボア内を往復運動するピストンと、ハウジング内に形成され、吸入室内の冷媒をクランク室に導入させる形状を備えた細孔とを具備したことを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、圧縮機は、ハウジングと、ハウジング内に形成され、前記冷媒の圧縮が行われるシリンダボアと、シリンダボア内を往復運動するピストンと、ハウジング内に形成され、吸入室内の冷媒を前記クランク室側に向かわせる形状を備えた細孔と、細孔に接続され、細孔内の冷媒をシリンダボアに導入すべく、クランク室内に達してからシリンダボアに向かう形状を備えた細管とを具備したことを特徴としている。

更に、請求項３記載の発明では、細管は、ピストンの上死点近傍位置或いは下死点近傍位置にてシリンダボアに接続されることを特徴としている。

従って、請求項１記載の本発明の圧縮機によれば、ハウジングには、シリンダボアの他、吸入室とクランク室とを繋ぐ細孔が形成されており、この細孔は吸入室内における低温の冷媒の一部をクランク室内に導入させる形状を備えている。従って、クランク室内の潤滑油は吸入室内の冷媒によって直接的に冷却され、潤滑油の粘度が高くなり、ハウジング内の必要潤滑面の油膜が保持される。この結果、圧縮機の耐久性が向上する。

また、請求項２記載の発明によれば、ハウジング内には、吸入室とクランク室とを繋ぐ細孔が形成され、更に、この細孔には細管が設けられている。この細管は、細孔内の冷媒がクランク室内を経由してシリンダボアに導入する形状を備えている。つまり、吸入室内における低温の冷媒の一部はこれら細孔及び細管を介して、クランク室内には導入せずに、シリンダボア内に導入される。従って、クランク室内の潤滑油は、吸入室内の冷媒によって希釈されることなく、細管内の冷媒との熱交換によって間接的に冷却され、潤滑油の粘度がより高くなる。この結果、圧縮機の耐久性がより一層向上する。

更に、請求項３記載の発明によれば、細管をピストンの上死点近傍位置或いは下死点近傍位置にて開口させれば、細管内の冷媒はシリンダボア内に放出され、クランク室内の潤滑油の間接的な冷却が確実に実現される。

以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る揺動板式の圧縮機を示す。当該圧縮機２はシリンダブロック（ハウジング）６を備え、このシリンダブロック６の一端側にはフロントハウジング４が接合され、他端側にはシリンダヘッド８が複数個の連結ボルト９を介して接合されている。

フロントハウジング４内にはその中央に駆動軸１０が配置され、この駆動軸１０の一端側はフロントハウジング４を貫通し、軸受１２を介してフロントハウジング４に回転自在に支持されている。一方、駆動軸１０の他端はシリンダブロック６の中央に貫通して形成された中央孔１４に進入し、軸受１６を介してシリンダブロック６に回転自在に支持されている。

駆動軸１０の一端は駆動プーリ１８に電磁クラッチ２０を介して連結可能となっており、電磁クラッチ２０は駆動プーリ１８に内蔵されている。駆動プーリ１８は軸受２２を介してフロントハウジング４に回転自在に支持され、車両のエンジン（図示しない）から動力を受けて回転される。従って、電磁クラッチ２０がオン作動されると、駆動プーリ１８の回転が駆動軸１０に伝達され、この駆動軸１０は一方向に回転される。

シリンダブロック６内には例えば７個のシリンダボア２４が形成されている。これらシリンダボア２４はシリンダブロック６の周方向に等間隔を存して配置され、駆動軸１０と平行にしてシリンダブロック６をその軸線方向に貫通している。
各シリンダボア２４内にはピストン２６が摺動自在に嵌合されており、これらピストン２６はロッド２５に連結され、このロッド２５がクランク室２８内に突出されている。この突出したロッド２５の端部の外周縁は揺動板３２に摺動自在に連結されている。

揺動板３２は斜板３４を介して駆動軸１０に取り付けられ、この駆動軸１０にはフロントハウジング４と斜板３４との間に位置するロータアーム３６が取り付けられている。これら斜板３４及びロータアーム３６は駆動軸１０と一体に回転し、斜板３４はロータアーム３６にヒンジ３８を介して連結され、傾動可能に構成されている。更に、駆動軸１０には、リターンスプリング４０がこの駆動軸１０を囲繞して取り付けられており、このリターンスプリング４０は斜板３４をフロントハウジング４側に押圧付勢している。

また、揺動板３２の背面側にはバランスリング３０が斜板３４を介して取り付けられ、更に、揺動板３２の下部にはスライダ３５が嵌め込まれている。そして、揺動板３２は、このスライダ３５とフロントハウジング４及びシリンダブロック６に両側が支持されたガイドレール３９とで構成される回転阻止機構により、回転することなく揺動する。
一方、シリンダブロック６とシリンダヘッド８との間には円形のバルブプレート４２が挟持されており、このバルブプレート４２は各シリンダボア２４内に、そのピストン２６の他端との間にて自然系冷媒であるＣＯ₂冷媒（以下、単に冷媒と称す）の圧縮を行わせる。バルブプレート４２にはシリンダボア２４毎に吸入ポート４６及び吐出ポート４８がそれぞれ形成されている。図から明らかなように、バルブプレート４２の径方向でみて、吸入ポート４６は対応する吐出ポート４８の外側に位置付けられている。なお、上記冷媒は潤滑油を含んでいるが、この潤滑油はクランク室２８内に充填され、圧縮機２内の軸受や種々の摺動面を潤滑する他、摺動面のシールする機能をも発揮する。

シリンダヘッド８は、シリンダブロック６に向けて開口したカップ形状をなし、このカップ形状の開口端はバルブプレート４２に気密に嵌合され、シリンダブロック６に連結される。また、シリンダヘッド８はその内部に互いに独立した環状の吸入室５０と、吐出室５２とを有している。吐出室５２はシリンダヘッド８の中央部に配置され、吸入室５０はその外周側に配置されている。

吸入室５０は各シリンダボア２４にそれぞれ吸入弁５４を介して連通することができる。これに対し、吐出室５２は各シリンダボア２４にそれぞれ吐出弁５６を介して連通することができる。詳しくは、吸入弁５４はシリンダブロック６とバルブプレート４２との間に挟持され、ボルト６０を介して取り付けられている。これに対し、吐出弁５６は吐出室５２側のバルブプレート４２の面にその弁開度を制限するストッパ５８とともにボルト６０を介して取り付けられている。

ここで、シリンダブロック６には細孔７０が形成されている。詳しくは図１の他、図２に示されるように、細孔７０は中央孔１４の外周側であって各シリンダボア２４の間に配置され、シリンダブロック６を駆動軸１０の軸線方向に貫通している。つまり、本実施形態の細孔７０は、吸入室５０とクランク室２８とを連通させ、且つ、吸入室５０内の冷媒がバルブプレート４２の通路４９を介してクランク室２８内に向かう形状を備えている。これにより、吸入室５０内の低温の冷媒はクランク室２８内に導入される。

再び図１に戻ると、吸入室５０及び吐出室５２は冷凍回路の冷媒循環経路６１に接続され、この冷媒循環経路６１には吐出室５２側からガスクーラ６２、レシーバ６４、膨脹弁６６及び蒸発器６８が順次介挿されている。ガスクーラ６２、レシーバ６４及び膨脹弁６６は圧縮機２と同様に車両のエンジンルーム内に配置され、これに対し、蒸発器６８は車両の車室側に配置されている。

そして、圧縮機２の駆動軸１０とともに斜板３４が回転されると、この斜板３４の回転は揺動板３２及びロッド２５を介して各ピストン２６の往復直線運動に変換される。ここで、ピストン２６がそのシリンダボア２４内の容積を増加させる方向に移動すると、吸入弁５４が開かれ、吸入室５０から吸入ポート４６を通じて冷媒ガスが吸い込まれる。この後、ピストン２６がシリンダヘッド８側に向けて移動すると、シリンダボア２４内に吸い込まれた冷媒は圧縮され、この圧縮圧が吐出弁５６の締切圧を越えた時点で吐出弁５６が開かれる。この結果、圧縮冷媒ガスはシリンダボア２４から吐出ポート４８を通じて吐出室５２内、つまり、冷媒循環経路６１に向けて吐出される。

この吐出された冷媒は、この後、ガスクーラ６２にて冷却され、レシーバ６４にて一時的に貯留された後、高圧ガス状態の冷媒が膨脹弁６６に供給される。そして、絞り作用による膨張を受けた冷媒が蒸発器６８に供給され、冷媒の気化熱よって蒸発器６８周辺の空気が冷却される。従って、このような冷却空気を車室内に導入させて、車室内の冷房を行うことができる。なお、蒸発器６８内にて比較的低温低圧のガス状態となった冷媒は圧縮機２に吸引される。

一方、この吸入された吸入室５０内の冷媒は、上述の吸入ポート４６及び吸入弁５４を介してシリンダボア２４内に吸入される他、細孔７０の形状に基づき、細孔７０を通じてクランク室２８に向けて一定量の供給が常時行われる。
以上のように、本実施形態は、ＣＯ₂冷媒を用いた車両用空調装置において、高い蒸発圧力や温度を有するＣＯ₂冷媒の特性に対応させることに着目したものである。

そして、本実施形態によれば、クランクケース６には、シリンダボア２４の他、吸入室５０とクランク室２８とを繋ぐ細孔７０が形成されており、この細孔７０は吸入室５０内における低温の冷媒の一部をクランク室２８内に導入させる形状を備えている。従って、クランク室２８内の潤滑油は吸入室５０内の冷媒によって直接的に冷却される。
より具体的には、図３の片対数グラフに示される。当該グラフにはＣＯ₂冷媒及び潤滑油の全量に対するＣＯ₂冷媒の量、つまり、潤滑油に対するＣＯ₂冷媒の溶解率が示されている。そして、一例として溶解率１０％をみると、クランク室２８内の潤滑油の温度が８０℃から６０℃に下がることにより、潤滑油の粘度は約２倍程度に増加していることが分かる。

このように、細孔７０から低温の冷媒をクランク室２８内に導入し、クランク室２８内の潤滑油を冷却すれば、潤滑油を補充することなく、圧縮機２の運動機構のうち最も重要な潤滑部分であるクランクケース６の周囲のみの潤滑油の粘度が高くなり、圧縮機２内の必要潤滑面の油膜が保持される。この結果、圧縮機２の耐久性が向上する。
また、自然系冷媒であるＣＯ₂冷媒を用いれば、環境負荷の低減に大きく貢献する。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、低温の冷媒をクランク室２８内に直接に導入させる形状を備えた細孔７０が形成されている。しかしながら、必ずしも上記細孔７０の形状に限定されるものではなく、また、低温の冷媒をクランク室２８内に間接に導入させるものであっても良い。

より詳しくは、図４に示されるように、シリンダブロック６には細孔７２が形成されており、この細孔７２は、中央孔１４の外周側であって各シリンダボア２４の間に配置され、駆動軸１０と平行にしてシリンダブロック６をその軸線方向に貫通している。そして、細孔７２には細管７４が接続されている。
この細管７４は、細孔７２に嵌合される細孔嵌合部７６と、細孔嵌合部７６に連なり、細孔７２内の冷媒を一旦クランク室２８内に達してからシリンダボア２４に向かわせる形状を備えた冷媒返戻部７８と、この冷媒返戻部７８に連なり、シリンダボア２４に開口を有するボア導入部８０とから構成されている。

つまり、本実施例の細管７４は、細孔７２内の冷媒がクランク室２８内を経由してシリンダボア２４に導入させる形状を備えており、吸入室５０内の低温の冷媒は、クランク室２８内には導入されることなく、シリンダボア２４内に導入される。そして、この場合におけるクランク室２８内の潤滑油は、吸入室５０内の冷媒によって希釈されずに、細管７４内の冷媒との熱交換によって間接的に冷却される。従って、潤滑油の粘度は全く希釈されない分だけより高くなり、圧縮機２の耐久性がより一層向上する。

また、この細管７４のボア導入部８０は、ピストン２５の下死点近傍位置にてシリンダボア２４に接続されており、クランク室２８内の潤滑油との熱交換に費やされた細管７４内の冷媒は、ピストン２６によるシリンダボア２４の容積が最大となる時点にて細管７４内からシリンダボア２４内に放出される。次いで、この細管７４内には新たな冷媒が吸入室５０から導入される。そして、この場合には、クランク室２８内の潤滑油の希釈が確実に回避され、クランク室２８内の潤滑油の間接的な冷却が確実に実現される。なお、シリンダボア２４内にて圧縮される冷媒の量も大きな変更はない。

一方、ボア導入部８０はピストン２５の上死点近傍位置にてシリンダボア２４に接続されていても良く、この場合には、熱交換に費やされた細管７４内の冷媒は、ピストン２６がシリンダボア２４内の容積を増加させる方向に向けて移動し始める時点以降で細管７４内から放出される。なお、このときにはボア導入部８０の適宜位置に逆止弁を設ければ良く、これにより、潤滑油の間接的な冷却が確実に実現されるし、圧縮される冷媒の量も大きな変更はない。

更に、上述のシリンダボア２４は７個に限らず、その数に何ら制約されるものではない。更にまた、揺動板式の圧縮機に必ずしも限定されるものではなく、例えば斜板式の圧縮機等にも適用可能である。
また、上記実施形態では車両用空調装置に具体化された例を示しているが、本発明の圧縮機は冷凍空調機器等の如く、ＣＯ₂冷媒を用いた冷凍・空調サイクルに適用可能である。

本発明の一実施形態に係る圧縮機を示した縦断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う横断面図である。オイル温度と粘度との関係を説明する図である。他の実施例を説明する図である。

符号の説明

２圧縮機
６シリンダブロック（ハウジング）
２４シリンダボア
２５ピストン
２８クランク室
５０吸入室
５２吐出室
７０細孔
７２細孔
７４細管
７８返戻部

Claims

冷凍回路から吸入室を介して吸入したＣＯ₂冷媒を圧縮し、クランク室内での潤滑油を含むＣＯ₂冷媒の圧力調整に応じて圧縮冷媒ガスを吐出室に吐出する圧縮機であって、
該圧縮機は、
ハウジングと、
該ハウジング内に形成され、前記冷媒の圧縮が行われるシリンダボアと、
該シリンダボア内を往復運動するピストンと、
前記ハウジング内に形成され、前記吸入室内の冷媒を前記クランク室に導入させる形状を備えた細孔と
を具備したことを特徴とする圧縮機。
冷凍回路から吸入室を介して吸入したＣＯ₂冷媒を圧縮し、クランク室内での潤滑油を含むＣＯ₂冷媒の圧力調整に応じて圧縮冷媒ガスを吐出室に吐出する圧縮機であって、
該圧縮機は、
ハウジングと、
該ハウジング内に形成され、前記冷媒の圧縮が行われるシリンダボアと、
該シリンダボア内を往復運動するピストンと、
前記ハウジング内に形成され、前記吸入室内の冷媒を前記クランク室側に向かわせる形状を備えた細孔と、
該細孔に接続され、該細孔内の冷媒を前記シリンダボアに導入すべく、前記クランク室内に達してから前記シリンダボアに向かう形状を備えた細管と
を具備したことを特徴とする圧縮機。
前記細管は、前記ピストンの上死点近傍位置或いは下死点近傍位置にて前記シリンダボアに接続されることを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。