JP2006300021A - クラッチを備えた圧縮機の起動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸封装置を構成するＯリングが低温硬化した状態での圧縮機起動に伴う不具合発生を防止することができるとともに、軸封装置からの冷媒の漏れを防止することができる圧縮機の起動方法を提供すること。
【解決手段】 駆動源からの駆動力を圧縮機１０の回転軸１３に伝達したり、あるいは前記駆動源からの駆動力を遮断したりするクラッチ３０を備えた圧縮機１０の起動方法であって、前記圧縮機１０の起動時において、前記圧縮機１０のハウジング１１の温度が、所定値よりも高い場合に、前記クラッチ３０を繋いで前記駆動源を起動し、前記圧縮機１０のハウジング１１の温度が、所定値以下の場合、前記クラッチ３０を繋がずに前記ハウジング１１の温度を上昇させるようにし、前記圧縮機１０のハウジング１１の温度が、所定値よりも高くなったら、前記クラッチ３０を繋いで前記駆動源を起動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空調装置や陸上輸送用冷凍ユニット等に適用される、クラッチを備えた圧縮機の起動方法に関するものである。

空調装置や陸上輸送用冷凍ユニット等に適用される圧縮機としては、ベルトを介して伝達されたエンジンや電動モータ等からの駆動力を圧縮機の回転軸に伝達したり、あるいはエンジンや電動モータ等からの駆動力を遮断したりするクラッチを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−２５６２７４号公報

このようなクラッチを備えた圧縮機では、起動時、ハウジングの温度（あるいは環境温度）が低いにもかかわらずクラッチが繋がれてしまうことがある。圧縮機の回転軸の周りには、冷媒がハウジングの外に漏れだしてしまうのを防止するための軸封装置（例えば、メカニカルシール）が設けられており、ハウジングの温度が低い場合、この軸封装置を構成しているＯリングが低温硬化しているおそれがある。このような状態でクラッチが繋がれると、回転軸の軸方向に衝撃力が加わり、これによってＯリングが軸方向にずれてしまい、この部分から冷媒が外に漏れ出てしまうおそれがある。
また、圧縮機のノーズ部（軸受筒）とクラッチの駆動ロータ（駆動輪）との間に配置されたクラッチ軸受は、手で容易に着脱できるよう、軸受筒の外径が軸受の内径よりも小さくなるように構成されているため、クラッチ軸受がノーズ部に対してがたつくことがあり、これによってＯリングが軸方向と直交する方向にずれてしまい、この部分から冷媒が外に漏れ出てしまうおそれもあった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、軸封装置を構成するＯリングが低温硬化している場合の圧縮機起動に伴う不具合発生を防止することができるとともに、軸封装置からの冷媒の漏れを防止することができる圧縮機の起動方法を提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明による圧縮機の起動方法は、駆動源からの駆動力を圧縮機の回転軸に伝達したり、あるいは前記駆動源からの駆動力を遮断したりするクラッチを備えた圧縮機の起動方法であって、前記圧縮機の起動時において、前記圧縮機のハウジングの温度が、所定値よりも高い場合に、前記クラッチを繋いで前記駆動源を起動し、前記圧縮機のハウジングの温度が、所定値以下の場合、前記クラッチを繋がずに前記ハウジングの温度を上昇させるようにし、前記圧縮機のハウジングの温度が、所定値よりも高くなったら、前記クラッチを繋いで前記駆動源を起動するものである。
このような圧縮機の起動方法によれば、ハウジングの温度が、所定値（例えば、−１０℃）以下の場合（すなわち、圧縮機内に設けられた軸封装置を構成するＯリングが低温硬化してしまい、クラッチが入るときに加わる回転軸の軸方向の移動に追従できないような場合）には、クラッチが入らず、ハウジング温度が、所定値（例えば、−１０℃）よりも高い場合（すなわち、圧縮機内に設けられた軸封装置を構成するＯリングが低温硬化するおそれがなく、クラッチが入るときに加わる回転軸の軸方向の移動に追従できるような場合）にのみクラッチが入るようになっている。
これにより、軸封装置を構成するＯリングが低温硬化した状態で圧縮機を起動することによって、これらＯリングが回転軸の軸方向にずれてしまうことを防止することができて、軸封装置から冷媒が外に漏れ出てしまうことを防止することができる。

本発明による圧縮機の起動方法は、前記クラッチとして電磁クラッチが設けられており、当該電磁クラッチは、前記圧縮機の軸受筒に圧入されたクラッチ軸受を介して前記軸受筒に取り付けられている。
このような圧縮機の起動方法によれば、軸受筒とクラッチ軸受、およびクラッチ軸受と電磁クラッチの駆動ロータが、それぞれ密着するように構成されているので、これらの間に生じるガタツキをなくすことができ、軸封装置を構成するＯリングが、回転軸の軸方向と直交する方向にずれてしまうことを防止することができて、軸封装置から冷媒が外に漏れ出てしまうことを防止することができる。
また、軸受筒とクラッチ軸受、およびクラッチ軸受と電磁クラッチの駆動ロータが、それぞれ密着するように構成されているので、これら部材間の熱伝導を向上させることができるので、ハウジング温度が所定値よりも低い場合でも、ハウジング温度を素早く上昇させることができる。

本発明による圧縮機の起動方法は、前記圧縮機のハウジング温度が、前記駆動源のアイドル運転により上昇させられる。
このような圧縮機の起動方法によれば、アイドル運転中の駆動源から発せられる熱により圧縮機のハウジングが暖められることとなる。

本発明による圧縮機の起動方法は、前記圧縮機のハウジング温度が、前記電磁クラッチの電磁コイルに微弱電流を流すことにより上昇させられる。
このような圧縮機の起動方法によれば、コイルに流れる微弱電流のジュール熱により圧縮機のハウジングが暖められることとなる。

本発明による空調装置は、駆動源からの駆動力を圧縮機の回転軸に伝達したり、あるいは前記駆動源からの駆動力を遮断したりするクラッチを備えた圧縮機と、前記圧縮機の起動時において、前記圧縮機のハウジングの温度が、所定値よりも高い場合に、前記クラッチを繋いで前記駆動源を起動し、前記圧縮機のハウジングの温度が、所定値以下の場合、前記クラッチを繋がずに前記ハウジングの温度を上昇させるようにし、その後、前記圧縮機のハウジングの温度が、所定値よりも高くなったら、前記クラッチを繋いで前記駆動源を起動する制御器とを具備している。
このような空調装置によれば、ハウジングの温度が、所定値（例えば、−１０℃）以下の場合（すなわち、圧縮機内に設けられた軸封装置を構成するＯリングが低温硬化してしまい、クラッチが入るときに加わる回転軸の軸方向の移動に追従できないような場合）には、クラッチが入らず、ハウジング温度が、所定値（例えば、−１０℃）よりも高い場合（すなわち、圧縮機内に設けられた軸封装置を構成するＯリングが低温硬化するおそれがなく、クラッチが入るときに加わる回転軸の軸方向の移動に追従できるような場合）にのみクラッチが入るようになっている。
これにより、圧縮機に内蔵された軸封装置を構成するＯリングが低温硬化した状態で圧縮機を起動することによって、これらＯリングが回転軸の軸方向にずれてしまうことを防止することができて、軸封装置から冷媒が外に漏れ出てしまうことを防止することができる。

本発明による空調装置は、前記クラッチとして電磁クラッチが設けられており、当該電磁クラッチは、前記圧縮機の軸受筒に圧入されたクラッチ軸受を介して前記軸受筒に取り付けられている。
このような空調装置によれば、圧縮機の軸受筒とクラッチ軸受、およびクラッチ軸受と電磁クラッチの駆動ロータが、それぞれ密着するように構成されているので、これらの間に生じるガタツキをなくすことができ、圧縮機の軸封装置を構成するＯリングが、回転軸の軸方向と直交する方向にずれてしまうことを防止することができて、軸封装置から冷媒が外に漏れ出てしまうことを防止することができる。
また、軸受筒とクラッチ軸受、およびクラッチ軸受と電磁クラッチの駆動ロータが、それぞれ密着するように構成されているので、これら部材間の熱伝導を向上させることができるので、ハウジング温度が所定値よりも低い場合でも、ハウジング温度を素早く上昇させることができる。

本発明による空調装置は、前記制御器は、前記圧縮機のハウジングの温度が、所定値以下の場合、前記駆動源をアイドル運転する機能を有していることが望ましい。
このような空調装置によれば、前記圧縮機のハウジングの温度が所定値以下の場合には、制御器からの信号により駆動源のアイドル運転が行われ、この駆動源から発せられる熱により圧縮機のハウジングが暖められることとなる。

本発明による空調装置は、前記圧縮機のハウジングの温度が、所定値以下の場合、前記電磁クラッチに微弱電流を流す機能を有していることが望ましい。
このような空調装置によれば、前記圧縮機のハウジングの温度が所定値以下の場合には、制御器からの信号により電磁クラッチのコイルに微弱電流が流され、このコイルに流れる微弱電流のジュール熱により圧縮機のハウジングが暖められることとなる。

本発明による圧縮機の起動方法によれば、軸封装置を構成するＯリングが低温硬化しているケースでの圧縮機起動に伴う不具合発生を防止することができるとともに、軸封装置からの冷媒の漏れを防止することができるという効果を奏する。

以下、本発明による圧縮機（以下、「スクロール圧縮機」という）の一実施形態を、図面を参照しながら説明するが、本発明がこれに限定解釈されるものでないことは勿論である。なお、図１は、本実施形態のスクロール圧縮機１０を示す図であって、その回転軸の軸線を含む断面で見た場合の断面図である。

図１に示すように、本実施形態によるスクロール圧縮機１０は、内部に密閉空間ｍを有するハウジング１１と、このハウジング１１内に配置され、密閉空間ｍ内に取り込まれた冷媒ガスを圧縮するスクロール圧縮機構１２と、このスクロール圧縮機構１２を駆動する回転軸１３と、この回転軸１３の駆動により密閉空間ｍ内に潤滑油を供給する潤滑油供給ポンプ１４とを主たる要素として構成されたものである。

ハウジング１１は、フロントハウジング１５と、リアハウジング１６とを備えてなり、これらを組み合わせてから複数本のボルト１７で結合することにより、内部に密閉空間ｍが形成されるようになっている。なお、符号１８は、これらフロントハウジング１５およびリアハウジング１６間の接合部分をシールして、密閉空間ｍの密閉状態を保つＯリングである。
フロントハウジング１５の開放端（リアハウジング１６と反対側の端面）は、複数本のボルト１７ａを介して取り付けられた閉鎖体１５ａにより塞がれている。また、この閉鎖体１５ａには、回転軸１３の軸線方向に沿って突出するノーズ部（軸受筒）１５ｂが設けられているとともに、この軸受筒１５ｂの中心部（すなわち、閉鎖体１５ａの中心部）には、回転軸１３の一端部が貫通する貫通孔１５ｃが形成されている。
フロントハウジング１５には、当該ハウジング１５の温度を測定する温度センサＴが取り付けられており、この温度センサＴで測定された測定データ（測定値）は、制御器ＣＤに出力されるようになっている。

リアハウジング１６の上部には、冷媒ガスを吸入する吸入ポート１６ａが、密閉空間ｍに連通するように形成されており、リアハウジング１６の側部には、スクロール圧縮機構１２で圧縮された後の圧縮流体を吐出する吐出ポート１６ｂが形成されている。また、リアハウジング１６の下方空間（すなわち、密閉空間ｍの下方）は、スクロール圧縮機構１２や各軸受等の各摺動部分を潤滑した後の潤滑油を集める集油部１６ｃとなっている。

スクロール圧縮機構１２は、固定スクロール２０と、旋回スクロール２１と、オルダムリング２２とを備えるものである。
固定スクロール２０は、固定端板２０ａとその内面に立設された渦巻状壁体２０ｂとを備え、固定端板２０ａの中央部には、吐出ポート２０ｃが形成されている。この吐出ポート２０ｃは、吐出弁２３により開閉される。

旋回スクロール２１は、旋回端板２１ａとその内面に立設された渦巻状壁体２１ｂとを備えている。旋回端板２１ａの外面に立設されたボス２１ｃ内には、偏心ブッシュ２４が、軸受メタル（軸受ブッシュ）２５を介して回転自在に嵌合され、この偏心ブッシュ２４に穿設された穴に、回転軸１３の端部から突出した偏心ピン１３ａが嵌合されている。そして、固定スクロール２０と旋回スクロール２１とを相互に所定距離だけ偏心させ、かつ１８０度だけ角度をずらして噛み合わせることにより、複数の圧縮室Ｃが形成されるようになっている。
また、旋回スクロール２１は、リアハウジング１６の内部に固定されたケーシング２６に摺動自在に支持されており、旋回スクロール２１とケーシング２６との間には、旋回スクロール２１の公転旋回運動を許容するがその自転を阻止するオルダムリング２２が設けられている。

回転軸１３は、エンジンや電動モータ等の図示しない駆動機構により、その軸線回りに回転するロータシャフトであり、その先端には、偏心した軸線を有する前述した偏心ピン１３ａが突出形成されている。そして、この回転軸１３は、フロントハウジング１５側に設けられた第１軸受２７と、ケーシング２６に固定され、旋回スクロール２１のスラスト力を受ける第２軸受２８とにより、その軸線回りに回転可能に支持されている。また、第１軸受２７と第２軸受２８との間に位置する回転軸１３の外周面には、バランスウェイト（「カウンターウェイト」ともいう）Ｗが取り付けられている。
回転軸１３の内部には、前述した潤滑油供給ポンプ１４からの潤滑油を、前述したボス２４内や、スクロール圧縮機構１２、第２軸受２８等の潤滑を要する各摺動部分に向かって供給する潤滑油供給路１３ｂが形成されている。

つぎに、図１に符号３０で示した電磁クラッチについて説明する。この電磁クラッチ３０は、クラッチ軸受３１と、駆動ロータ３２と、コイル３３と、カバ３４と、ハブ３５と、板バネ３６と、ピン３７，３８と、アーマチュア板３９とを主たる要素として構成されたものである。
クラッチ軸受３１は、その内輪の内周面とノーズ部１５ｂの外周面とが密着するように、ノーズ部１５ｂの外周面に（プレスで打ち込む程度に）圧入されている。

駆動ロータ３２は、その内周面とクラッチ軸受３１の外輪の外周面とが密着するように、クラッチ軸受３１の外輪の外周面に取り付けられている。また、この駆動ロータ３２には、コイル３３が内蔵されており、これらコイル３３と対向する位置にアーマチュア板３９が配置されている。そして、これらコイル３３には、制御器ＣＤからの出力信号に基づいて電流が流されるようになっている。
ハブ３５は、ボルト４０およびストッパ４１を介して回転軸１３の一端部先端に取り付けられている。

カバ３４および板バネ３６はそれぞれ、それらの一端部がピン３８を介してハブ３５のフランジ部に取り付けられており、板バネ３６の他端部には、ピン３７を介してアーマチュア板３９が取り付けられている。
また、貫通孔１５ｃ内には、二本のＯリング４２，４３を備えたメカニカルシール（軸封装置）４４が設けられており、これにより貫通孔１５ｃからの冷媒の漏れ（流出）が防止されるようになっている。

このような構成を有する電磁クラッチ３０は、駆動ロータ３２が図示しないＶベルト等を介してエンジンや電動モータ等の駆動源に連結されており、これによりエンジンや電動モータ等の回転中は、駆動ロータ３２が常時回転するようになっている。
そして、制御器ＣＤからの出力信号に基づいてコイル３３に電流が流されると、アーマチュア板３９が板バネ３６の弾発力に抗して駆動ロータ３２に密着し、駆動ロータ３２の回転は、アーマチュア板３９、ピン３７、板バネ３６、ピン３８、ハブ３５をこの順に経て回転軸１３に伝達されて回転軸１３が回転する。また、コイル３３への通電が停止されると、板バネ３６の復元力によってアーマチュア板３９は駆動ロータ３２から離間し、回転軸１３への動力伝達が遮断される。

図２に示すように、電磁クラッチ３０は、起動指令が発せられ、かつハウジング温度（本実施形態ではフロントハウジング１５の温度）が、所定値（例えば、−１０℃）よりも高ければ、制御器ＣＤからの信号に基づいてコイル３３に電流が流されて、クラッチＯＮの状態となる。そして、電磁クラッチ３０がクラッチＯＮの状態となったら、エンジンや電動モータ等の駆動源が起動され、エンジンや電動モータ等からの駆動力が回転軸１３に伝達されるとともに回転軸１３が回転されて、スクロール圧縮機１０が通常制御されるようになっている。

一方、起動指令が発せられても、ハウジング温度が、所定値（例えば、−１０℃）以下の場合には、電磁クラッチ３０を切った状態でエンジンや電動モータ等の駆動源が起動され、アイドル運転が行われて、駆動源から発せられる熱でハウジングが暖められるか、あるいはコイル３３に微弱電流が流され、そのジュール熱によってハウジングが暖められるようになっている。その結果、ハウジング温度が所定値（例えば、−１０℃）よりも高くなれば、一旦エンジンや電動モータ等の駆動源が停止され、あるいはコイル３３への通電が停止され、制御器ＣＤからの信号に基づいてコイル３３に電流が流されて、クラッチＯＮの状態となる。そして、電磁クラッチ３０がクラッチＯＮの状態となったら、エンジンや電動モータ等の駆動源が起動され、エンジンや電動モータ等からの駆動力が回転軸１３に伝達されるとともに回転軸１３が回転されて、スクロール圧縮機１０が通常制御されるようになっている。

電磁クラッチ３０がクラッチＯＮの状態となると、スクロール圧縮機１０の側では、エンジンや電動モータ等からの駆動力が回転軸１３に伝達されるとともに回転軸１３が回転され、この回転が偏心ピン１３ａ、偏心ブッシュ２４、およびボス２１ｃを介してスクロール圧縮機構１２の旋回スクロール２１に伝達される。旋回スクロール２１はオルダムリング２２により自転を阻止されながら公転旋回半径を半径とする円軌道上で公転旋回運動を行うようになっている。

そうすると、冷媒ガスが吸入ポート１６ａを介してハウジング１１の密閉空間ｍに入り、図示省略の経路を経てスクロール圧縮機構１２の圧縮室Ｃに吸入される。そして、旋回スクロール１９の公転旋回運動によって圧縮室Ｃの容積が減少するのに伴い冷媒ガスが圧縮されながら中央部に至り、吐出ポート２０ｃからリアハウジング１６の吐出ポート１６ｂを経て冷媒が外部に吐出されるようになっている。

また、集油部１６ｃに貯溜された潤滑油ＬＯは、図示しない油溜まりを通ってフロントハウジング１５の前側（図１において左側）内部に設けられた、潤滑油供給ポンプ１４の図示しない吸入孔と油溜まりの底部とを連通する連通路２９を介して、潤滑油供給ポンプ１４の吸引力により潤滑油供給ポンプ１４に吸い上げられるようになっている。
潤滑油供給ポンプ１４に吸い上げられた潤滑油ＬＯは、潤滑油供給ポンプ１４の図示しない吐出孔を通って、潤滑油供給路１３ｂに吐出された後、メカニカルシール（軸封装置）４２、第２軸受２８、スクロール圧縮機構１２、およびボス２４内等の潤滑を要する各摺動部分を潤滑し、その自重によって下方に落下して油溜まりに再び戻されるようになっている。

本実施形態によるスクロール圧縮機１０によれば、ハウジング温度（本実施形態ではフロントハウジング１５の温度）が、所定値（例えば、−１０℃）以下の場合（すなわち、メカニカルシール４４を構成するＯリング４２，４３が低温硬化してしまい、電磁クラッチ３０が入るときに加わる回転軸１３の軸方向の移動に追従できないような場合）には、電磁クラッチ３０が入らず、ハウジング温度が、所定値（例えば、−１０℃）よりも高い場合（すなわち、メカニカルシール４４を構成するＯリング４２，４３が低温硬化するおそれがなく、電磁クラッチ３０が入るときに加わる回転軸１３の軸方向の移動に追従できるような場合）にのみ電磁クラッチ３０が入るようになっている。
これにより、メカニカルシール４４を構成するＯリング４２，４３が低温硬化した状態で圧縮機を起動することによって、これらＯリング４２，４３が回転軸１３の軸方向にずれてしまうことを防止することができて、貫通孔１５ｃから冷媒が外に漏れ出てしまうことを防止することができる。
また、ノーズ部１５ｂとクラッチ軸受３１、およびクラッチ軸受３１と駆動ロータ３２は、それぞれ密着するように構成されているので、これらの間に生じるガタツキをなくすことができ、メカニカルシール４４を構成するＯリング４２，４３が、回転軸１３の軸方向と直交する方向にずれてしまうことを防止することができて、貫通孔１５ｃから冷媒が外に漏れ出てしまうことを防止することができる。
さらに、ノーズ部１５ｂとクラッチ軸受３１、およびクラッチ軸受３１と駆動ロータ３２が、それぞれ密着するように構成されていることにより、これら部材間の熱伝導を向上させることができるので、ハウジング温度が所定値よりも低い場合でも、ハウジング温度を素早く上昇させることができる。

なお、上述したスクロール圧縮機は、上述したような密閉型だけでなく、半密閉型や開放型のスクロール圧縮機とすることもできる。
また、圧縮機としては上述したようなスクロール圧縮機に限定されるものではなく、斜板式圧縮機や往復動式圧縮機等とすることもできる。
さらに、圧縮機としては上述したような横置き型のものに限定されるものではなく、縦置き型のものであっても良い。

本発明による圧縮機の一実施形態を示す概略側断面図である。 本発明による圧縮機の起動時における手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ スクロール圧縮機
１３ 回転軸
１５ｂ ノーズ部（軸受筒）
３０ 電磁クラッチ
３１ クラッチ軸受

Claims (8)

1. 駆動源からの駆動力を圧縮機の回転軸に伝達したり、あるいは前記駆動源からの駆動力を遮断したりするクラッチを備えた圧縮機の起動方法であって、
   前記圧縮機の起動時において、前記圧縮機のハウジングの温度が、所定値よりも高い場合に、前記クラッチを繋いで前記駆動源を起動し、
   前記圧縮機のハウジングの温度が、所定値以下の場合、前記クラッチを繋がずに前記ハウジングの温度を上昇させるようにし、その後、前記圧縮機のハウジングの温度が、所定値よりも高くなったら、前記クラッチを繋いで前記駆動源を起動することを特徴とするクラッチを備えた圧縮機の起動方法。
2. 前記クラッチとして電磁クラッチが設けられており、当該電磁クラッチは、前記圧縮機の軸受筒に圧入されたクラッチ軸受を介して前記軸受筒に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のクラッチを備えた圧縮機の起動方法。
3. 前記圧縮機のハウジング温度を前記駆動源のアイドル運転により上昇させることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のクラッチを備えた圧縮機の起動方法。
4. 前記圧縮機のハウジング温度を前記電磁クラッチの電磁コイルに微弱電流を流すことにより上昇させることを特徴とする請求項２に記載のクラッチを備えた圧縮機の起動方法。
5. 駆動源からの駆動力を圧縮機の回転軸に伝達したり、あるいは前記駆動源からの駆動力を遮断したりするクラッチを備えた圧縮機と、
   前記圧縮機の起動時において、前記圧縮機のハウジングの温度が、所定値よりも高い場合に、前記クラッチを繋いで前記駆動源を起動し、前記圧縮機のハウジングの温度が、所定値以下の場合、前記クラッチを繋がずに前記ハウジングの温度を上昇させるようにし、その後、前記圧縮機のハウジングの温度が、所定値よりも高くなったら、前記クラッチを繋いで前記駆動源を起動する制御器とを具備していることを特徴とする空調装置。
6. 前記クラッチとして電磁クラッチが設けられており、当該電磁クラッチは、前記圧縮機の軸受筒に圧入されたクラッチ軸受を介して前記軸受筒に取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の空調装置。
7. 前記制御器は、前記圧縮機のハウジングの温度が、所定値以下の場合、前記駆動源をアイドル運転する機能を有することを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載の空調装置。
8. 前記制御器は、前記圧縮機のハウジングの温度が、所定値以下の場合、前記電磁クラッチに微弱電流を流す機能を有することを特徴とする請求項６に記載の空調装置。

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