JP2009216296A - 冷媒回路 - Google Patents

Abstract

【課題】従来構成での主コンプレッサから第二外部熱交換器までを室外機とし、冷房時は膨張機械と内部熱交換器を室内機とする空調機において、駆動軸が外部に突出する構成の補助コンプレッサを使用するに当たって、補助コンプレッサの摺動負荷低減による運転効率の向上、および補助圧縮機の信頼性向上を図る。
【解決手段】室外放熱器３, ６での放熱途中で、駆動軸２１が外部に突出する構成の補助圧縮機２にて冷媒を昇圧する冷媒回路１において、補助圧縮機２にシール部２２を設け、補助圧縮機２の駆動軸２１がシール部２２を貫通して外部へ突出する構成とし、シール部２２を主圧縮機４の吸入ライン１０に連通する構成とした冷媒回路１である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、駆動軸が外部に突出した補助圧縮機を冷房放熱過程に有する冷媒回路に関するものである。

冷媒として二酸化炭素を使用する冷媒回路では、放熱域を長くして運転効率を高めるため、冷媒高圧を高くする必要がある。

そこで、従来より、冷媒として二酸化炭素を使用するカーエアコンにおいて、冷媒高圧を高める構成として、放熱途中に補助コンプレッサを設けることが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−２６３５５２号公報

しかし、上記従来の冷媒回路で使用されている補助コンプレッサは、膨張機械での冷媒膨張過程の運動エネルギーを駆動源とする膨張−圧縮機械であり、この構成は膨張機械も補助コンプレッサも近接した状態で構成可能だからこそ取り得る構成で、冷房時に補助コンプレッサと膨張機械が室外機と室内機に分離する様な空調機では使用できない。

そこで、本願は、従来構成での主コンプレッサから第二外部熱交換器までを室外機とし、冷房時は膨張機械と内部熱交換器を室内機とする空調機において、駆動軸が外部に突出する構成の補助コンプレッサを使用するに当たって、補助コンプレッサの摺動負荷低減による運転効率の向上、および補助圧縮機の信頼性向上を目的とする。

上記課題を解決するための本発明の冷媒回路は、室外放熱器での放熱途中で、駆動軸が外部に突出する構成の補助圧縮機にて冷媒を昇圧する冷媒回路において、補助圧縮機にシール部を設け、補助圧縮機の駆動軸がシール部を貫通して外部へ突出する構成とし、シール部を主圧縮機の吸入ラインに連通する構成としたものである。

また、上記冷媒回路において、主圧縮機の吐出ラインにオイルセパレータを配置し、オイルセパレータから主圧縮機へのオイル戻しラインの一つを補助圧縮機のシール部に連通する構成としたものであってもよい。上記冷媒回路において、オイルセパレータから主圧縮機へのオイル戻しラインの一つが補助圧縮機軸受部を通り、補助圧縮機のシール部に連通する構成としたものであってもよい。

上記冷媒回路において、作動冷媒としては、二酸化炭素を使用するものであってもよいし、二酸化炭素以外の自然冷媒を使用するものであってもよいし、ＨＦＣ系冷媒を使用するものであってもよい。

以上述べたように、本発明によると、シール部を冷媒回路で最低圧の主圧縮機の吸入ラインに連通する構成としたので、シール部の内圧と駆動軸が突出する外部との差圧を低減できるため、シール部の摺動負荷が低減され、また耐久性が向上する。

本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

図１は本発明に係る冷媒回路１を示し、図２は同冷媒回路１のモリエル線図を示し、図３は同冷媒回路１に設けられた補助圧縮機２を示している。

すなわち、この冷媒回路１は、室外放熱器３での放熱途中で、駆動軸２１が外部に突出する構成の補助圧縮機２にて冷媒を昇圧する冷媒回路１において、補助圧縮機２にメカニカルシール部２２を設け、補助圧縮機２の駆動軸２１がメカニカルシール部２２を貫通して外部へ突出する構成とし、メカニカルシール部２２を主圧縮機４の吸入ライン１０に連通する構成としたものである。

室外機１１は、主圧縮機４、オイルセパレータ５、第一の室外放熱器３、補助圧縮機２、第二の室外放熱器６を具備し、上記した順に接続して構成されている。オイルセパレータ５からのオイル戻りライン１３は、補助圧縮機２のメカニカルシール部２２に導入され、このメカニカルシール部２２から主圧縮機４の吸入ライン１０に戻るように構成されている。具体的には、このオイルセパレータ５からのオイル戻りライン１３は、キャピラリチューブ９を介した後、図３に示すように、補助圧縮機２のロータ２３の軸受部２４に連通し、この軸受部２４からメカニカルシール部２２を経て、このメカルカニシール部２２から主圧縮機４の吸入ライン１０に戻るように構成されている。メカニカルシール部２２は、ロータ２３の軸部２５と、この補助圧縮機２の外に突出した駆動軸２１の基端部分とを接続するようになされている。この補助圧縮機２から外に突出した駆動軸２１の部分には、モーターやエンジン（共に図示省略）の駆動軸（図示省略）が直接連結されたものであってもよいし、プーリーを介してベルト駆動したり、歯車を介して歯車駆動するものであってもよい。

室内機１２は、膨張機７、室内熱交換器８を具備して構成されている。

次に、この冷媒回路１の動作について説明する。

主圧縮機４で低圧から中圧に圧縮された冷媒ガスは、オイルセパレータ５を介して第一の室外放熱器３で放熱して冷却される。

冷却された冷媒ガスは、補助圧縮機２で中圧から高圧に圧縮される。一方、オイルセパレータ５で分離されたオイルは、オイル戻りライン１３を通過し、キャピラリチューブ９で減圧された後、補助圧縮機２のシール部２２に供給され、その後、主圧縮機４の下流側から吸入ライン１０へと戻される。

補助圧縮機２で高圧に圧縮された冷媒ガスは、第二の室外放熱器６で放熱して冷却された後、膨張機７で減圧膨張されて低圧となり、室内熱交換器８で蒸発気化し、主圧縮機４へと流れ、以後同様に循環する。

この冷媒回路１は、二酸化炭素を冷媒としている。この際のモリエル線図は、図２に示すようになる。図２において、横軸はエンタルピ、縦軸は圧力を示している。主圧縮機４で低圧Ｐｌのａ点から中圧Ｐｍのｂ点まで圧縮された冷媒は、第一の室外放熱器３でｃ点まで放熱した後、補助圧縮機２で中圧Ｐｍのｃ点から高圧Ｐｈのｄ点まで圧縮される。そして、第二の室外放熱器６でｅ点まで放熱した後、膨張機７で、低圧Ｐｌのｆ点まで減圧膨張され、室内熱交換器８で加熱された冷媒は、ａ点に戻る。

このように二酸化炭素を冷媒として使用した場合、補助圧縮機２は、ロータ２３の圧縮部分２６に中圧Ｐｍから高圧Ｐｈまでの範囲（約８．５〜１０ＭＰａ）の高圧力が加わることとなり、この補助圧縮機２の駆動軸２１が突出した外部の常圧（約０．１ＭＰａ）との差圧（約８．４〜９．９ＭＰａ）が大きくなる。したがって、この差圧を受ける摺動部分の負荷が懸念されるが、この外部と圧縮部分２６との間に位置するメカニカルシール部２２に、オイル戻りライン１３の圧力（約８．５ＭＰａ未満）を加えることができるので、上記した差圧を緩和でき、摺動ロスを低減することができ、耐久性の向上を図ることができる。

また、補助圧縮機２は、オイル戻りライン１３を導入しており、ロータ２３の軸受部２４からメカニカルシール部２２を経て、このオイル戻りライン１３のオイルが潤滑することとなるので、摺動部分の潤滑をよくし、信頼性改善と摺動ロスの低減を図ることができる。特に、オイル戻りライン１３のオイルを軸受部２４にも供給できるので、補助圧縮機２の圧縮部分２６から軸受部２４の間隙を介してシール部２２へと冷媒が漏れるのを防止することができ、軸受部２４の摺動負荷を低減できるとともに、この部分のオイル切れを防止して耐久性の向上を図ることができる。

なお、オイル戻りライン１３から補助圧縮機２のメカニカルシール部２２に加える圧力は、キャピラリーチューブ９の巻数を調整することにより、低圧Ｐｌから中圧Ｐｍまでの範囲（約４〜８．５ＭＰａ）で適宜に調整することができる。

この際、キャピラリチューブ９の巻数を少なくすることにより、中圧Ｐｍに近い圧力でメカニカルシール部２２に圧力を加えることができるが、このオイル戻りライン１３が接続された主圧縮機４の吸入ライン１０の低圧Ｐｌとの圧力差が大きくなりすぎることが懸念される。したがって、このような場合には、メカルカルシール部２２を通過後のオイル戻りライン１３の部分にさらにキャピラリチューブ９が設けられていてもよい。

また、キャピラリチューブ９の巻数を多くすることにより、低圧Ｐｌに近い圧力でメカニカルシール部２２に圧力を加えることができる。この場合、補助圧縮機２のメカニカルシール部２２は、図１に示すように、オイルセパレータ５からのオイル戻りライン１３が導入されるとともに、このメカニカルシール部２２から主圧縮機４の吸入ライン１０へとオイル戻りライン１３が導出されるものであってもよいし、図４に示すように、補助圧縮機２のメカニカルシール部２２と主圧縮機４の吸入ライン１０との間を連通する連通ライン１４だけを設ける構成にしたものであってもよい。図４に示す連通ライン１４の場合、主圧縮機４のオイルセパレータ５からのオイルを補助圧縮機２に供給することはできないが、補助圧縮機２のメカニカルシール部２２は、主圧縮機４の吸入ライン１０と同じ低圧Ｐｌにすることができるので、外部と圧縮部分２６との間に生じる差圧は、緩和することができる。したがって、摺動ロスを低減することができ、耐久性の向上を図ることができる。なお、図４において、図１と同部材には同符号を付して説明を省略する。

また、本実施の形態において、補助圧縮機２は、導入されたオイル戻りライン１３が、ロータ２３の軸受部２４からメカニカルシール部２２を経て、このメカルカニシール部２２から導出されるように構成されているが、図５に示すように、ロータ２３の軸受部２４を通過せず、メカニカルシール部２２に導入されて、このメカニカルシール部２２から導出されるように構成されたものであってもよい。この場合、ロータ２３の軸受部２４にオイルを供給する図３の構成の補助圧縮機２のように、軸受部２４に直接的にオイルを供給することはできないが、メカニカルシール部２２を介して間接的にオイルを供給することができる。しかも、ロータ２３の軸受部２４にオイルを供給しないぶん、図３の構成の補助圧縮機２よりも、補助圧縮機２内部のオイル供給路を簡略化することができるので、取り扱い性の向上、メンテナンス性の向上、コストの低減を図ることができる。また、この図５に示す構成の場合、図３の構成の補助圧縮機２よりも、補助圧縮機２内部のオイル供給路を簡略化することで、流動抵抗が低減されてオイルが循環し易くなるので、オイル戻りライン１３の圧力と、主圧縮機４の吸込ライン１０の低圧との差圧が小さすぎるような場合であっても、補助圧縮機２のオイルの循環を充分に確保することができる。なお、図５において、図３と同部材には同符号を付して説明を省略する。

上記した実施の形態では、冷媒として二酸化炭素を用いた場合について述べており、図２に示すモリエル線図も、この二酸化炭素を冷媒として用いた場合のものとなっているが、この冷媒回路１に用いる冷媒としては、特に二酸化炭素に限定されるものではなく、Ｒ２３、Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１４３ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ５０７Ａ、Ｒ５０８ＡなどのＨＦＣ系冷媒を用いるものであってもよい。また、二酸化炭素以外のアンモニア、プロパン、ブタン、イソブタンなどの自然冷媒を用いるものであってもよい。例えば、ＨＦＣ系冷媒としてＲ４１０Ａを使用した場合、図２に示すモリエル線図の各工程に対応する圧力は、低圧Ｐｌが約１ＭＰａ、中圧Ｐｍが約２ＭＰａ、高圧が約３ＭＰａとなる。また、自然冷媒としてプロパンを使用した場合、図２に示すモリエル線図の各工程に対応する圧力は、低圧Ｐｌが約０．６ＭＰａ、中圧Ｐｍが約１．２ＭＰａ、高圧が約１．７ＭＰａとなる。これらの場合、二酸化炭素を冷媒として使用した場合程では無いが、やはり補助圧縮機２の圧縮部分と、外部との差圧が依然として大きいので、本願発明の冷媒回路１を構成することにより、補助圧縮機２の摺動ロスを低減することができ、耐久性の向上を図ることができる。

本発明は、超臨界状態で使用される各種の冷媒回路として利用できる。

は本発明に係る冷媒回路の回路図である。 図１に示す冷媒回路の冷媒として二酸化炭素を使用した場合のモリエル線図である。 （ａ）は本発明に係る冷媒回路に使用される補助圧縮機の断面図、（ｂ）は同図（ａ）のI-I 線断面図である。 本発明に係る冷媒回路の他の実施の形態を示す回路図である。 本発明に係る冷媒回路に使用される補助圧縮機の他の実施の形態を示す断面図である。

符号の説明

１ 冷媒回路
２ 補助圧縮機
２１ 駆動軸
２２ メカニカルシール部
２４ 軸受部
３ 室外放熱器
４ 主圧縮機
５ オイルセパレータ
６ 室外放熱器
１０ 吸入ライン
１３ オイル戻しライン
１４ 連通ライン

Claims (6)

1. 室外放熱器での放熱途中で、駆動軸が外部に突出する構成の補助圧縮機にて冷媒を昇圧する冷媒回路において、
   補助圧縮機にシール部を設け、補助圧縮機の駆動軸がシール部を貫通して外部へ突出する構成とし、シール部を主圧縮機の吸入ラインに連通する構成としたことを特徴とする冷媒回路。
2. 請求項１記載の冷媒回路において、主圧縮機の吐出ラインにオイルセパレータを配置し、オイルセパレータから主圧縮機へのオイル戻しラインの一つを補助圧縮機のシール部に連通する構成としたことを特徴とする冷媒回路。
3. 請求項２記載の冷媒回路において、オイルセパレータから主圧縮機へのオイル戻しラインの一つが補助圧縮機軸受部を通り、補助圧縮機のシール部に連通する構成としたことを特徴とする冷媒回路。
4. 作動冷媒として二酸化炭素を使用する請求項１ないし３の何れか１記載の冷媒回路。
5. 作動冷媒として二酸化炭素以外の自然冷媒を使用する請求項１ないし３の何れか１記載の冷媒回路。
6. 作動冷媒としてＨＦＣ系冷媒を使用する請求項１ないし３の何れか１記載の冷媒回路。

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