JP2007040283A - オイル循環装置及びエンジン駆動式空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 劣化が進んでいない潤滑油を循環させることができて良好な潤滑機能を発揮でき、劣化が進んで比重が大きくなった潤滑油及び水を捕捉貯留することができる潤滑油供給装置を備えた空気調和装置。
【解決手段】 サブオイルタンク６３の潤滑油をガスエンジン３０のオイルタンク３０ａに給送しこの潤滑油を前記サブオイルタンク６３に戻す潤滑油循環系と、ガスエンジン３０から排出するブローバイガスを通流させてオイルミストを分離するオイルミスト分離手段７３と、オイルミスト分離手段７３で分離回収した潤滑油を受け入れて比重の相違により、水及び劣化が進んだ潤滑油と、劣化が進んでいない潤滑油とを分離できて、劣化が進んでいない潤滑油を前記サブオイルタンク１６へ送流し水及び劣化が進んだ潤滑油を下層に捕捉する劣化油分離タンク７６を備えた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、エンジン駆動式空気調和機に関し、特にブローバイガスの処理手段を含む潤滑油循環装置の改良する。

一般に、空気調和装置等に使用される圧縮機をエンジンにより駆動するエンジン駆動式空気調和機が知られている。この種のものでは、ガスエンジンの運転中、燃焼ガスの一部がシリンダとピストンとの隙間を通りクランクケースへ洩れてクランクケース内に飛散しているオイルミストを含んでブローバイガスとなりヘッドカバーから排出される。このブローバイガスに含まれるオイルミストをオイルセパレータで分離し、捕捉した潤滑油を、オイルタンクを経てエンジンに戻して長時間の連続運転を可能にしている（特許文献１参照）。
また、ブローバイガス中に含まれるオイルミストを第１段としてオイルセパレータで捕捉し、続いて、前記オイルセパレータで捕捉されないでブローバイガス中に含まれて前記オイルセパレータを流出するオイルミストを第２段として不織布等のフィルタを収容するブローバイフィルタで捕捉し、前記オイルセパレータ及び前記ブローバイフィルタでそれぞれ捕捉した潤滑油、オイルタンクを経てエンジンに戻して一層長時間の連続運転を可能にしている（特許文献２参照）。
また、ガスエンジンのヘッドカバーから排出するブローバイガスをサブオイルタンクの空間部へ戻してブローバイガス中に含まれるオイルミストを捕捉することも提案されている（特許文献３参照）。
特開平９−１１２２４０号公報 特開平１１−２８７１５５号公報 特開平１１−２４７７１５号公報

特許文献１のガスエンジン駆動式空気調和機が示している潤滑油供給装置では、オイルセパレータを通過するブローバイガス中に含まれるオイルミストが皆無ではないので、潤滑油の補給が必要であるが、オイルセパレータとオイルタンクとを含む潤滑油循環系には潤滑油の劣化を改善できる手立てが無いから、サブオイルタンクへ潤滑油を補給したとしても循環系全体の潤滑油の劣化を改善できるものではない。循環系全体の潤滑油が劣化してガスエンジンが潤滑不良に陥る虞がある。また、オイルセパレータでドレンが捕捉されるので、潤滑油の劣化が進みやすい。

特許文献２のガスエンジン駆動式空気調和機が示している潤滑油供給装置も、特許文献１の場合と同様に、循環系全体の潤滑油が劣化してエンジンが潤滑不良に陥る虞があり、また、オイルタンクに蓄積されるドレンにより潤滑油の劣化が進みやすい。

特許文献３のガスエンジン駆動式空気調和機が示している潤滑油供給装置は、サブオイルタンクへ潤滑油を補給することができるが、劣化が進んだ潤滑油を分離できてその分を補給できるものではなく、サブオイルタンクにおける目減り分を補給するものであり、潤滑油を補給することによって循環系全体の潤滑油の劣化を改善できるものではない。循環系全体の潤滑油の劣化が進行した段階では、潤滑油の劣化を改善できる手立てが無いから、循環系全体の潤滑油の全量を交換しない限り、ガスエンジンが潤滑不良に陥る虞がある。また、サブオイルタンクが冷えるとブローバイガス中に含まれる水分がタンク内壁に結露してドレンとなって潤滑油中に入り込みオイルタンクに蓄積される潤滑油の劣化が進みやすい。

潤滑油の劣化は燃料ガスの種類によっても比較的早い場合があるので、潤滑油の劣化の程度を是正できる潤滑油供給装置が求められている。

本発明の目的は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、劣化が進んだ潤滑油を分離除去できてガスエンジンの潤滑を良好に行える潤滑油供給装置を備えたエンジン駆動式空気調和機を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、エンジンのブローバイガスに含まれるオイルをオイルミスト分離手段により分離し、この分離手段により分離したオイルを、サブオイルタンクを経て前記エンジンに循環させるエンジンのオイル循環装置において、前記オイルミスト分離手段と前記サブオイルタンクとの間に劣化油分離タンクを備え、この劣化油分離タンクから溢流するオイルを前記サブオイルタンクに給送するオイル給送手段を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、エンジン駆動式の圧縮機と、室外熱交換器と、減圧装置と、室内熱交換器とを有するエンジン駆動式空気調和機において、前記エンジンのブローバイガスに含まれるオイルをオイルミスト分離手段により分離し、この分離手段により分離したオイルを、サブオイルタンクを経て前記エンジンに循環させるエンジンのオイル循環装置を備えると共に、前記オイルミスト分離手段と前記サブオイルタンクとの間に劣化油分離タンクを備え、この劣化油分離タンクから溢流するオイルを前記サブオイルタンクに給送するオイル給送手段を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、オイルタンクに供給される潤滑油はクランクの回転に伴って攪拌され一部がオイルミストになり、ガスエンジンの燃焼室からクランク室へ漏れ出るブローバイガス中に取り込まれてクランク室から排出する。ブローバイガス中に取り込まれるオイルミストには、水と劣化が進んで比重が大きくなった潤滑油と劣化が進んでいない比重が小さい潤滑油とが分離不能に含まれる。このブローバイガスは、オイルミスト分離手段を通流し、ここで潤滑油となって回収される。回収された潤滑油は、サブオイルタンクへ戻される前に、劣化油分離タンクに入り、ここで、比重の相違により、水及び劣化が進んで比重が大きくなった潤滑油を下層に分離し上層に劣化が進んでいない比重が小さい潤滑油を分離し、上層の潤滑油のみをサブオイルタンクへ戻すとともに水及び劣化油を捕捉する。
従って、潤滑油循環系から、水及び劣化油を取り除く作用が絶えず行われる結果、常に劣化が進んでいない潤滑油がガスエンジンのオイルタンクとサブオイルタンクとの間で循環するから、シリンダとピストンリングとの摺動面に対して良好な潤滑機能を発揮できる。

本発明によれば、オイルミスト分離手段とサブオイルタンクとの間に劣化油分離タンクを備えたので、潤滑油循環系に常に劣化が進んでいない潤滑油を循環させることができ、エンジンのオイルタンク内には、水を含まずかつ劣化が進んでいない潤滑油が供給されるからシリンダとピストンリングとの摺動面に対して良好な潤滑機能を発揮できる。そして、劣化油分離タンクには、劣化が進んで比重が大きくなった潤滑油及び水を捕捉することができる。上記構成において、サブオイルタンクに補給する新油は、潤滑油循環系の潤滑油に混ざって循環するが、新油が補給されるとブローバイガス中に取り込まれるオイルミストは、一層劣化が進んでいない比重が小さい潤滑油を含むようになって劣化の度合いが相対的に大きい潤滑油がタンク下層に溜まり、これによって、潤滑油循環系の潤滑油の劣化改善に繋がり、一層長時間に渡り良好な連続運転が可能になる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係るエンジン駆動式空気調和機の一実施形態の冷媒回路を示す回路図である。
図１に示すように、冷凍装置としてのエンジン駆動式空気調和機１０は、室外機１１、複数台（例えば２台）の室内機１２Ａ，１２Ｂ及び制御装置１３を有し、室外機１１の室外冷媒配管１４と室内機１２Ａ，１２Ｂの各室内冷媒配管１５Ａ，１５Ｂとが連結されている。

室外機１１は室外に設置され、室外冷媒配管１４には、圧縮機１６が配設されるとともに、この圧縮機１６の吸込側にアキュムレータ１７が配設され、また圧縮機１６の吐出側に四方弁１８、室外熱交換器１９，１９、室外膨張弁２４、ドライコア２５が順次配設されて構成される。室外熱交換器１９には、この室外熱交換器１９へ向かって送風する室外ファン２０が隣接して配置されている。また、圧縮機１６は、フレキシブルカップリング２７等を介してガスエンジン３０に連結され、このガスエンジン３０により駆動される。更に、室外膨張弁２４をバイパスしてバイパス管２６が配設されている。

一方、室内機１２Ａ，１２Ｂはそれぞれ室内に設置され、並列配管である室内冷媒配管１５Ａ，１５Ｂには、室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂが配設されるとともに、室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂの近傍で前記ドライコア２５の側の室内膨張弁２２Ａ，２２Ｂが配設されて構成される。上記室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂには、これらの室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂへ送風する室内ファン２３Ａ，２３Ｂが隣接して配置されている。
尚、図１中の符号２８はストレーナを示す。また、符号２９は、圧縮機１６の吐出側の冷媒圧力を圧縮機１６の吸込側へ逃す電動弁である。

また、上記制御装置１３は室外機１１に設置され、室外機１１及び室内機１２Ａ，１２Ｂの運転を制御する。具体的には、制御装置１３は、室外機１１におけるガスエンジン３０（即ち圧縮機１６）、四方弁１８、室外ファン２０及び室外膨張弁２４、並びに室内機１２Ａ，１２Ｂにおける室内膨張弁２２Ａ，２２Ｂ、及び室内ファン２３Ａ，２３Ｂをそれぞれ制御する。

制御装置１３により四方弁１８が切り替えられることにより、空気調和装置１０が冷房運転又は暖房運転に設定される。つまり、制御装置１３が四方弁１８を冷房側に切り替えたときには、冷媒が実線矢印の如く流れ、室外熱交換器１９が凝縮器に、室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂが蒸発器になって冷房運転状態となり、各室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂが室内を冷房する。また、制御装置１３が四方弁１８を暖房側に切り替えたときには、冷媒が破線矢印の如く流れ、室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂが凝縮器に、室外熱交換器１９が蒸発器になって暖房運転状態となり、各室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂが室内を暖房する。

また、制御装置１３は、冷房運転時には、室内膨張弁２２Ａ，２２Ｂのそれぞれの弁開度を空調負荷に応じて制御する。暖房運転時には、制御装置１３は、室外膨張弁２４及び室内膨張弁２２Ａ，２２Ｂのそれぞれの弁開度を空調負荷に応じて制御する。
一方、圧縮機１６を駆動するガスエンジン３０の燃焼室には、エンジン燃料供給装置３１から燃料と空気との混合気が供給される。このエンジン燃料供給装置３１は、燃料供給配管３２に、燃料遮断弁３３、ゼロガバナ３４、燃料調整弁３５及びスロットルバルブ３６が順次配設され、この燃料供給配管３２のスロットルバルブ３６側端部がガスエンジン３０の燃焼室に接続されて構成される。

燃料遮断弁３５は、閉鎖型の燃料遮断弁機構を構成し、燃料遮断弁３５が全閉または全開し、燃料ガスの漏れのない遮断と連通とを択一に実施する。
ゼロガバナ３４は、燃料供給配管３２内における当該ゼロガバナ３４の前後の１次側燃料ガス圧力（一次圧ａ）と２次側燃料ガス圧力（二次圧ｂ）のうち、一次圧ａに変動が生じても二次圧ｂを一定の所定圧に調整して、ガスエンジン３０の運転を安定化させる。

燃料調整弁３５は、この燃料調整弁３５とスロットルバルブ３６との間に接続される空気供給配管１０６より空気が導入されることで生成される混合気の空燃比を最適に調整するものである。
スロットルバルブ３６は、ガスエンジン３０の燃焼室へ供給される混合気の供給量を調整して、ガスエンジン３０の回転数を制御する。
ガスエンジン３０の燃焼室の吸気側には、インテークマニホールドが付設されており、このインテークマニホールドの吸気側には、エンジンユニット外から空気を供給する空気供給配管１０６が接続されている。空気供給配管１０６はエアフィルタ１０５を備えている。

ガスエンジン３０には、潤滑油供給装置６０が接続されている。この潤滑油供給装置６０は、後で詳述するが、オイル供給配管にオイルタンク６１とオイル遮断弁６２とサブオイルタンク６３とオイル供給ポンプ６４等を配設してなり、ガスエンジン３０へ潤滑油を適宜供給する。
また、ガスエンジン３０は、エンジン冷却装置４１内を循環するエンジン冷却水により冷却される。このエンジン冷却装置４１は、冷却水配管４２を備え、この冷却水配管４２には、ワックス三方弁４３、ラジエータ４６及び循環ポンプ４７が順次配設されて構成される。上記循環ポンプ４７は、稼働時にエンジン冷却水を昇圧して、このエンジン冷却水を冷却水配管４２内で循環させる。

上記ワックス三方弁４３は、ガスエンジン３０を速やかに暖機させるためのものである。このワックス三方弁４３は、入口４３Ａが、冷却水配管４２におけるガスエンジン３０に付設の排ガス熱交換器側に接続され、低温側出口４３Ｂが、冷却水配管４２における循環ポンプ４７の吸込側に接続され、高温側出口４３Ｃが冷却水配管４２におけるラジエータ４６側に接続される。

前記制御装置１３によるガスエンジン３０の制御は、具体的には、エンジン燃料供給装置３１の燃料遮断弁３３、ゼロガバナ３４、燃料調整弁３５及びスロットルバルブ３６、並びに潤滑油供給装置６０のオイル遮断弁６２及びオイル供給ポンプ６４、冷却装置４１の循環ポンプ４７を制御装置１３が制御することによってなされる。

本実施形態では、ガスエンジン３０の排気側に、図２に示すように、排気処理装置１００が接続されている。この排気処理装置１００は、ガスエンジン３０、マフラー１０１、排気トップ１０２、中和器１０３を有して構成されている。また、ガスエンジン３０の燃焼室の排気側には、排ガス熱交換器（図示しない）が付設されている。この排ガス熱交換器は、上記冷却装置４１の冷却水配管４２を流れるエンジン冷却水と、エンジンの排気ガス間で熱交換する。この排ガス熱交換器を流れる排気ガスと上記エンジン冷却装置４１内を循環するエンジン冷却水とが熱交換され、この排ガス熱交換器によって例えば約１００℃まで冷却される。この排気ガス中の水蒸気が排ガス熱交換器で冷えて凝縮し、凝縮水（以下、ドレンという。）と排気ガスとが排出される。

上記排ガス熱交換器から排出されたドレンと排気ガスとが、排気ホース１１１を通じてマフラー１０１の膨張室へ流入し、ここで排気ガスは、ドレンを分離して排気トップ１０２に向かう。

マフラー１０１に溜まったドレンは、マフラー戻しホース１１３を通じて中和器１０３に導かれる。

上記マフラー１０１と排気トップ１０２とは、排気ホース１１２を介して接続されており、上記マフラー１０１を通過した排気ガスは、排気ホース１１２を通じて排気トップ１０２に流入する。この排気ガスは、排気トップ１０２内で冷却され、排気ガス中の水蒸気が冷却されてドレンとなり、最終的な排気ガスは、この排気トップ１０２を介して外に排気される。

排気トップ１０２内部で発生したドレンは、排気トップ戻しホース１１４を介して、中和器１０３に導かれる。

この中和器１０３は、中和空間に設けた充填した中和剤（例えば方解石（大理石）等のアルカリ成分）により上記マフラー１０１から導いたドレンと上記排気トップ１０２から導いたドレンに含まれる排気ガス中のＳＯｘやＮＯｘ等の有害物質を中和し、中和したドレンは、ドレン排水ホース１１６を介して外へ排出する。

この実施形態例では、潤滑油供給装置６０が図２に示す回路図のように構成されている。
潤滑油供給装置６０は、ガスエンジン３０のための潤滑油を高位置のオイルタンク６１に貯留し、オイルタンク６１内の潤滑油を給油管６５を通しかつ給油管６５の中途に設けた電磁弁６２を開弁して低位置のサブオイルタンク６３へ給送し、サブオイルタンク６３から油送管６６を通してかつ油循環ポンプ１８を稼動してガスエンジン３０のオイルタンク３０ａに給送し、オイルタンク３０ａの潤滑油をオイルタンク３０ａの底部とサブオイルタンク６３の底部とを連通接続している戻し管６７を通してサブオイルタンク６３に戻すように構成された潤滑油循環系を備えている。

ガスエンジン３０のクランク室とサブオイルタンク６３内の上部空隙部とが圧力均衡管６８によって連通されていて、これによって、オイル供給ポンプ６４によりオイルタンク３０ａに給送される潤滑油は、油面レベルをサブオイルタンク６３内の潤滑油の油面レベルと均衡を保って戻し管６７を通してサブオイルタンク６３に戻るようになっている。

そうして、サブオイルタンク６３内の潤滑油の液面レベルの管理を行うことを通じてオイルタンク３０ａ内の潤滑油の油面レベルを高低一定の範囲内の変動に収める管理を行えるように構成されている。

サブオイルタンク６３内の潤滑油の液面レベルの管理は、サブオイルタンク６３内に備えた低レベル液面センサ６９と高レベル液面センサ７０の検知信号をコントローラ７１に入力することに基づいて、コントローラ７１が電磁弁６２を開閉制御することで行われる。コントローラ７１は、低レベル液面センサ６９の信号を入力したときは、電磁弁６２を開弁してオイルタンク６１内の潤滑油を給油管６５を通してサブオイルタンク６３へ供給し、そして、高レベル液面センサ７０の信号を入力したときは、電磁弁６２を閉弁して給油を停止する。

ガスエンジン３０の運転中、燃焼ガスの一部は、シリンダとピストンとの隙間を通りクランクケースへ洩れてクランクケース内に飛散しているオイルミストと混合してブローバイガスとなる。このブローバイガスをクランクケース内から抜かないと、クランクケース内の圧力が高まり、潤滑に支障を来たし、エンジンの駆動に支障を来たすので、このブローバイガスをシリンダ壁内に設けたガス通路を通しヘッドカバー３０ｂを通してクランクケース内から抜いている。

ガスエンジン３０のヘッドカバー３０ｂから排出するブローバイガスは、オイルミストを含んでおり、ガス出口管７２を通りオイルミストを分離するオイルミスト分離手段７３を通流し、ここでオイルミストを捕捉除去されてガス導入管７４を通り、上述した空気供給配管１０６に備えるエアクリーナ１０５の下流側において空気供給配管１０６へ混流し、スロットル弁３６の上流側で燃料と空気との混合気体へ混流するようになっている。

前記オイルミスト分離手段７３は、オイルミストを含むブローバイガスを例えば蛇行通路に通流させて蛇行通路を形成する邪魔板、あるいは、多孔フィルタに接触させてオイルミストを捕捉するか、あるいは、サイクロン方式でオイルミストを捕捉してオイルミストを底部を底部に集めて潤滑油として溢流方式あるいはポンプ排出方式で油流出管７５を通して劣化油分離タンク７６へ送油するようになっている。

劣化油分離タンク７６は、オイルミスト分離手段７３から油流出管７５を通して微量で送られてくる潤滑油を受け入れて、比重の相違により、水及び劣化が進んで比重が大きくなった潤滑油を下層に分離し、上層に劣化が進んでいない比重が小さい潤滑油を分離し、上層の潤滑油を例えば溢流方式で戻り管（オイル給送手段）７７を通してサブオイルタンク６３へ戻すとともに水及び劣化油を下層に捕捉する。捕捉した水及び劣化油は、定期的かつ自動的（手段省略）に抜き取る。
そして、劣化油分離タンク７６の底部から捕捉した水及び劣化油の抜き取りを行うと、抜き取った分がサブオイルタンク６３における目減り分となって反映するので、低レベル液面センサ６９が検知すれば、電磁弁６２が開弁してサブオイルタンク６３に新油の補給が行われる。

本実施形態によれば、オイルミスト分離手段７３がブローバイガスを通流させてブローバイガスに含まれる潤滑油及びブローバイガスに含まれる水分の結露水を捕捉し、劣化油分離タンク７６へ送る。すると、劣化油分離タンク７６では、水及び劣化が進んで比重が大きくなった潤滑油を下層に分離し上層に劣化が進んでいない比重が小さい潤滑油を分離し、そして、上層の潤滑油を溢流させるのでサブオイルタンク６３には劣化が進んでいない潤滑油が戻り、サブオイルタンク６３の下層に水及び劣化が進んで比重が大きくなった潤滑油が捕捉貯留される。このため、潤滑油の循環系には常に劣化が進んでいない潤滑油が循環し、ガスエンジン３０のオイルタンク３０ａ内の潤滑油も、常に水を含まずかつ劣化が進んでいない潤滑油が貯留されることになるので、シリンダとピストンリングとの摺動面に対して良好な潤滑機能を発揮できる。そして、定期的に劣化油分離タンク７６の底部から水及び劣化が進んで比重が大きくなった潤滑油を抜き取ると、水及び劣化が進んで比重が大きくなった潤滑油が劣化油分離タンク７６からサブオイルタンク６３へ流れずに劣化油分離タンク７６で更新捕捉が行われる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態を詳述してきたが、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲の種々の設計変更を含むものである。
本発明は、ガスエンジン３０で圧縮機１６を駆動する種々のエンジン駆動式空気調和機及び空気調和装置の潤滑油供給装置に適用される。
本発明は、潤滑油循環系のオイル供給ポンプ６４がクランク室に備えられていても良い。
実施形態に示すオイルミスト分離手段は、特許文献２に示すオイルセパレータとブローバイフィルタのように、オイルミストを２段階に捕捉する構造として、それぞれ捕捉した潤滑油を劣化油分離タンクに導くようにする構成も、本発明に含まれる。
本発明の劣化油分離タンクは、比重の相違により、水及び劣化が進んだ潤滑油と、劣化が進んでいない潤滑油とを分離できて、劣化が進んでいない潤滑油をサブオイルタンクへ送流できれば足りる。劣化が進んでいない潤滑油をサブオイルタンクへ送流は溢流を利用する場合に限定されず、ミニ油ポンプなどを用いても良い。

エンジン駆動式空気調和機の全体構成を示す回路図である。 エンジン駆動式空気調和機の潤滑油供給装置の全体構成を示す回路図である。

符号の説明

３０ ガスエンジン
３０ａ オイルタンク
６３ サブオイルタンク
７３ オイルミスト分離手段
７６ 劣化油分離タンク

Claims (3)

1. エンジンのブローバイガスに含まれるオイルをオイルミスト分離手段により分離し、この分離手段により分離したオイルを、サブオイルタンクを経て前記エンジンに循環させるエンジンのオイル循環装置において、前記オイルミスト分離手段と前記サブオイルタンクとの間に劣化油分離タンクを備え、この劣化油分離タンクから溢流するオイルを前記サブオイルタンクに給送するオイル給送手段を備えたことを特徴とするエンジンのオイル循環装置。
2. エンジン駆動式の圧縮機と、室外熱交換器と、減圧装置と、室内熱交換器とを有するエンジン駆動式空気調和機において、
   前記エンジンのブローバイガスに含まれるオイルをオイルミスト分離手段により分離し、この分離手段により分離したオイルを、サブオイルタンクを経て前記エンジンに循環させるエンジンのオイル循環装置を備えると共に、前記オイルミスト分離手段と前記サブオイルタンクとの間に劣化油分離タンクを備え、この劣化油分離タンクから溢流するオイルを前記サブオイルタンクに給送するオイル給送手段を備えたことを特徴とするエンジン駆動式空気調和機。
3. 前記オイル給送手段が戻り管であることを特徴とする請求項２記載のエンジン駆動式空気調和機。
   
   

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