JP2015183567A - 冷凍回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボ式圧縮機の回転軸を頻繁に停止したり、起動したりする場合であっても、動力損失の低減及び長寿命化を実現可能な冷凍回路を提供する。【解決手段】冷凍回路は、ターボ式圧縮機１と凝縮器９６と膨張弁９７と蒸発器９８とを備える。回転軸３１は、ラジアルフォイル軸受１１０、１２０を介して回転可能に支持される。回転軸３１は、軸内通路３９と、軸内通路３９に連通するとともに、回転軸３１の外周面のうち、ラジアルフォイル軸受１１０、１２０に支持される被支持面３２、３３に開口する導圧孔３７、３８とを有する。冷凍回路は、冷凍回路上のターボ式圧縮機１より下流側、かつ膨張弁９７より上流側と、軸内通路３９とを接続し、ターボ式圧縮機１の起動時に軸内通路３９に冷媒を導入する導圧流路９５を備える。【選択図】図１

Description

本発明は冷凍回路に関する。

冷凍回路は、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とを備えている。圧縮機としては、例えば、特許文献１に開示されているようなターボ式圧縮機が採用され得る。このターボ式圧縮機は、回転軸に連結されたインペラの回転によって吸入室から吸入した冷媒を圧縮して吐出室に吐出する。回転軸は、ラジアルフォイル軸受を介して回転可能に支持されている。凝縮器は、第１流路によって吐出室と接続される。膨張弁は、第２流路によって凝縮器と接続される。蒸発器は、第３流路によって膨張弁と接続され、第４流路によって吸入室と接続される。

このような冷凍回路では、ターボ式圧縮機の回転軸が回転している間、回転軸の外周面のうち、ラジアルフォイル軸受に支持される被支持面と、ラジアルフォイル軸受との間に動圧が作用する。この動圧によって、ラジアルフォイル軸受が変形し、回転軸の被支持面とラジアルフォイル軸受とが離間する。その結果、回転軸がラジアルフォイル軸受によって非接触状態で支持される。このため、ターボ式圧縮機は、回転軸がラジアルフォイル軸受との間で摩擦力を生じないことから、動力損失の低減及び長寿命化を実現することができる。

特開２００９−２５７１６５号公報

しかし、上記冷凍回路では、ターボ式圧縮機の回転軸が停止している間、回転軸の被支持面とラジアルフォイル軸受との間には動圧が作用しないので、ラジアルフォイル軸受が変形しなくなる。その結果、回転軸がラジアルフォイル軸受によって接触状態で支持される。

この状態からターボ式圧縮機の回転軸を駆動すると、回転軸の回転数と同様、回転軸の被支持面とラジアルフォイル軸受との間に作用する動圧も、ゼロから徐々に増加する。このため、回転軸の被支持面とラジアルフォイル軸受との間に充分な動圧が作用するまでの間、被支持面とラジアルフォイル軸受とが摺れ易い。このため、この冷凍回路は、ターボ式圧縮機のラジアルフォイル軸受に摩耗や損傷が生じるおそれがある。

このように、上記従来の冷凍回路は、例えば、ビル内の空調等、ターボ式圧縮機の回転軸を継続して回転させる場合には、動力損失の低減及び長寿命化を実現可能であるものの、例えば、車両の空調等、ターボ式圧縮機の回転軸を頻繁に停止したり、起動したりする場合には、それらの長所を実現できない。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、ターボ式圧縮機の回転軸を頻繁に停止したり、起動したりする場合であっても、動力損失の低減及び長寿命化を実現可能な冷凍回路を提供することを解決すべき課題としている。

本発明の冷凍回路は、回転軸に連結されたインペラの回転によって吸入室から吸入した冷媒を圧縮して吐出室に吐出するターボ式圧縮機と、
第１流路によって前記吐出室と接続された凝縮器と、
第２流路によって前記凝縮器と接続された膨張弁と、
第３流路によって前記膨張弁と接続され、第４流路によって前記吸入室と接続された蒸発器とを備える冷凍回路であって、
前記回転軸は、ラジアルフォイル軸受を介して回転可能に支持され、
前記回転軸は、軸内通路と、前記軸内通路に連通するとともに、前記回転軸の外周面のうち、前記ラジアルフォイル軸受に支持される被支持面に開口する導圧孔とを有し、
前記冷凍回路上の前記ターボ式圧縮機より下流側、かつ前記膨張弁より上流側と、前記軸内通路とを接続し、前記ターボ式圧縮機の起動時に前記軸内通路に冷媒を導入する導圧流路を備えることを特徴とする。

本発明の冷凍回路では、ターボ式圧縮機の起動時に、導圧流路によって、凝縮器に蓄えられた高圧の冷媒が軸内通路に導入される。すると、その高圧の冷媒は、回転軸の軸内通路及び導圧孔を通じて、回転軸の被支持面とラジアルフォイル軸受との間に供給される。このため、回転軸が停止している状態から起動されて未だ回転数が小さい状態において、回転軸の被支持面とラジアルフォイル軸受とは、その高圧の冷媒により、離間する。その結果、回転軸の被支持面とラジアルフォイル軸受との間に充分な動圧が作用するまでの間においても、回転軸がラジアルフォイル軸受によって非接触状態で支持される。

したがって、本発明の冷凍回路では、ターボ式圧縮機の回転軸を頻繁に停止したり、起動したりする場合であっても、動力損失の低減及び長寿命化を実現可能である。

また、本発明の冷凍回路は、ターボ式圧縮機の起動時においても回転軸がラジアルフォイル軸受によって非接触状態で支持されるため、回転軸及びラジアルフォイル軸受の材料の厳選、回転軸とラジアルフォイル軸受との間の過剰なコーティング等を行う必要性を低くすることができる。このため、冷凍回路の製造コストの低廉化を実現できる。

本発明の冷凍回路は、第１流路を開放及び遮断する第１開閉弁と、第２流路を開放及び遮断する第２開閉弁と、冷凍回路上の凝縮器を挟む第１開閉弁と第２開閉弁との間に接続される導圧流路と、導圧流路を開放及び遮断する第３開閉弁と、第２開閉弁及び第３開閉弁を制御する制御手段とを備えることが望ましい。

この場合、この冷凍回路では、制御手段が第２開閉弁及び第３開閉弁を制御することにより、凝縮器に蓄えられた高圧の冷媒を導圧流路、軸内通路及び導圧孔を通じて回転軸の被支持面とラジアルフォイル軸受との間に効果的なタイミングで供給することができる。このため、回転軸が停止している状態から起動されて未だ回転数が小さい状態において、回転軸の被支持面とラジアルフォイル軸受とは、その高圧の冷媒により、確実に離間する。

回転軸の停止時、第１開閉弁は、第１流路における凝縮器から吐出室に向かう流れを遮断し、制御手段は、第２開閉弁を制御して第２流路を遮断し、第３開閉弁を制御して導圧流路を遮断することが望ましい。また、回転軸の起動時、制御手段は、第３開閉弁を制御して導圧流路を開放し、次に、第１開閉弁による第１流路の開放後、第２開閉弁を制御して第２流路を開放することが望ましい。

この場合、回転軸の停止時、第１開閉弁と第２開閉弁との間で、凝縮器に高圧の冷媒が確実に蓄えられる。

そして、回転軸の起動時、制御手段に制御されて第３開閉弁が導圧流路を開放すると、第１開閉弁と第２開閉弁との間で凝縮器に蓄えられた高圧の冷媒が導圧流路、軸内通路及び導圧孔を通じて回転軸の被支持面とラジアルフォイル軸受との間に供給される。このため、回転軸の被支持面とラジアルフォイル軸受とは、その高圧の冷媒によって離間する。

次に、第１開閉弁による第１流路の開放後、制御手段に制御されて第２開閉弁が第２流路を開放する。この際には、回転軸の回転により、回転軸の被支持面とラジアルフォイル軸受との間に作用する動圧も充分に高くなっている。このため、回転軸の被支持面とラジアルフォイル軸受とは、動圧によって離間する。

こうして、この冷凍回路では、回転軸が停止している状態から起動する間において、動力損失の低減及び長寿命化を実現可能である。

第１開閉弁は、弁座と、弁座に対して凝縮器側に位置し、弁座に着座することにより第１流路を遮断する一方、弁座から離座することにより第１流路を開放する弁体と、弁座に着座するように弁体を付勢する付勢手段とを有する逆止弁であることが望ましい。この場合、電磁弁よりも安価な逆止弁を第１開閉弁として採用することにより、製造コストを低減できる。

制御手段は、回転軸の起動時に第３開閉弁を制御して導圧流路を開放した後、所定時間が経過してから、第３開閉弁を制御して導圧流路を遮断することが望ましい。この場合、回転軸の回転数が充分に増加し、回転軸の被支持面とラジアルフォイル軸受との間に作用する動圧が充分に高くなるタイミングで、導圧流路を遮断することができるので、吐出室から凝縮器に無駄なく高圧の冷媒を流すことができる。

導圧流路は、第１流路における第１開閉弁と凝縮器との間に接続されていることが望ましい。この場合、導圧流路が第２流路における凝縮器と第２開閉弁との間に接続されている場合と比較して、導圧流路を短くできるので、製造コストを低減できる。

回転軸は、軸内通路が形成された回転軸本体と、回転軸本体の外周面に嵌合され、被支持面を構成する円筒状の多孔質体と、回転軸本体の外周面から径内方向に凹み、かつ周方向に溝状に延び、多孔質体によって径外方向から覆われる均圧室と、軸内通路と均圧室とを連通するように回転軸本体に形成された連通孔とを有していることが望ましい。そして、導圧孔は、多孔質体、均圧室及び連通孔によって構成されていることが望ましい。この構成によれば、高圧の冷媒を軸内通路から連通孔、均圧室及び多孔質体を通じ、回転軸の被支持面とラジアルフォイル軸受との間の広い範囲に亘って好適に供給することができる。このため、回転軸の被支持面とラジアルフォイル軸受とを確実に離間させることができる。

本発明の冷凍回路によれば、ターボ式圧縮機の回転軸を頻繁に停止したり、起動したりする場合であっても、動力損失の低減及び長寿命化を実現可能である。

実施例１の冷凍回路の模式図である。 実施例１の冷凍回路に係り、ターボ式圧縮機の模式断面図である。 実施例１の冷凍回路に係り、図２のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面を示す部分断面図である。 実施例１の冷凍回路に係り、図３と同様の断面であって、導圧流路及び導圧孔を経由して高圧の冷媒が供給される状態を示す部分断面図である。 実施例１の冷凍回路に係り、回転軸の起動及び停止と、第１〜第３開閉弁の開放及び遮断との関係を示すタイムチャートである。 実施例２の冷凍回路に係り、ターボ式圧縮機の模式断面図である。 実施例２の冷凍回路に係り、図６のＣ−Ｃ断面及びＤ−Ｄ断面を示す部分断面図である。

以下、本発明を具体化した実施例１、２を図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、ターボ式圧縮機の前後方向を図２及び図６に示すように定める。

（実施例１）
図１に示すように、実施例１の冷凍回路は、車両用空調装置を構成している。この冷凍回路は、ターボ式圧縮機１と凝縮器９６と膨張弁９７と蒸発器９８とを備えている。凝縮器９６は、第１流路９１によって、図２に示すターボ式圧縮機１の吐出室７と接続されている。図１に示すように、膨張弁９７は、第２流路９２によって凝縮器９６と接続されている。蒸発器９８は、第３流路９３によって膨張弁９７と接続され、第４流路９４によって、図２に示すターボ式圧縮機１の吸入室４と接続されている。

また、この冷凍回路は、図１に示すように、第１開閉弁８１と第２開閉弁８２と導圧流路９５と第３開閉弁８３と制御手段Ｃ１とを備えている。

第１開閉弁８１は、第１流路９１の途中に配設された逆止弁である。図２に示すように、第１流路９１は、凝縮器９６に接続される端部とは反対側に、接続配管９１Ａを有している。ターボ式圧縮機１のハウジング１０を構成するインペラハウジング１２には、吐出室７とハウジング１０の外部とを連通させる吐出口１２Ｅが形成されている。接続配管９１Ａは、吐出口１２Ｅに接続されている。第１開閉弁８１は、接続配管９１Ａ内に形成された弁座８１Ａと、接続配管９１Ａ内で弁座８１Ａに対して凝縮器９６側に位置する弁体８１Ｂと、弁座８１Ａに着座するように弁体８１Ｂを付勢する付勢手段８１Ｃとを有して構成されている。

付勢手段８１Ｃは圧縮コイルバネである。弁体８１Ｂは、付勢手段８１Ｃに付勢されて弁座８１Ａに着座することにより第１流路９１を遮断する一方、吐出室７から吐出されて接続配管９１Ａを通過する冷媒に押されて弁座８１Ａから離座することにより第１流路９１を開放する。

図１に示すように、第２開閉弁８２は、第２流路９２の途中に配設された電磁弁である。本実施例では、第２開閉弁８２として、２ポート単動常時閉電磁弁を採用している。第２開閉弁８２を構成するソレノイドは、制御手段Ｃ１を構成する制御回路に電気的に接続されている。第２開閉弁８２は、ソレノイドが励磁されていない状態では、第２流路９２を遮断している。第２開閉弁８２は、制御手段Ｃ１に制御されてソレノイドが励磁されることにより、第２流路９２を開放する。

第１流路９１における第１開閉弁８１と凝縮器９６との間には、接続点Ｊ１が設けられている。導圧流路９５は、接続点Ｊ１において第１流路９１に接続されている。図２に示すように、ターボ式圧縮機１のハウジング１０を構成する蓋体１６には、接続口１６Ｈが前後方向において貫通して形成されている。導圧流路９５は、接続点Ｊ１に接続される端部とは反対側の端部が接続口１６Ｈに接続され、接続口１６Ｈを介して、ハウジング１０内の回転軸３１に形成された軸内通路３９に連通している。換言すると、導圧流路９５は、冷凍回路上のターボ式圧縮機１より下流側、かつ膨張弁９７より上流側と、軸内通路３９とを接続している。

図１に示すように、第３開閉弁８３は、導圧流路９５の途中に配設された電磁弁である。本実施例では、第３開閉弁８３として、２ポート単動常時閉電磁弁を採用している。第３開閉弁８３を構成するソレノイドは、制御手段Ｃ１を構成する制御回路に電気的に接続されている。第３開閉弁８３は、ソレノイドが励磁されていない状態では、導圧流路９５を遮断している。第３開閉弁８３は、制御手段Ｃ１に制御されてソレノイドが励磁されることにより、導圧流路９５を開放する。

次に、ターボ式圧縮機１の具体的構成を説明する。図２に示すように、ターボ式圧縮機１は、ハウジング１０と回転軸３１と電動モータ３０とインペラ５０とを備えている。また、ターボ式圧縮機１は、ハウジング１０に形成された吸入室４、インペラ室５、ディフューザ６、吐出室７、第１軸孔１１９、第２軸孔１２９及びモータ室３を有している。

ハウジング１０は、インペラハウジング１２、フロント側軸支部材１３、モータハウジング１４、リヤ側軸支部材１５及び蓋体１６が前側から後側に向かってこの順序で突き合わされ、図示しない複数本のボルトによって相互に固定されてなる。

より詳しくは、インペラハウジング１２には、第１凹部１２Ａが形成されている。第１凹部１２Ａの前側部分は、前後方向に延びる軸心Ｘ１を中心軸とする円柱形状をなしている。第１凹部１２Ａの後側部分は、軸心Ｘ１を中心軸とし、後方に向かうにつれて母線が軸心Ｘ１から離間するように湾曲した円錐台形状をなしている。つまり、第１凹部１２Ａは、その前側部分が小径とされ、その後側部分が後方に向かうにつれて拡径されている。インペラハウジング１２は、第１凹部１２Ａによって前後方向において貫通されている。第１凹部１２Ａの円柱形状をなす前側部分によって吸入室４が区画されている。

フロント側軸支部材１３は、隔壁部１３Ａとボス部１３Ｂとを有している。隔壁部１３Ａは、円盤形状とされている。隔壁部１３Ａの前面側には第２凹部１３Ｃが形成されている。第２凹部１３Ｃは、軸心Ｘ１を中心軸とする円形をなし、隔壁部１３Ａの前側から後側に浅く凹んでいる。

第１凹部１２Ａの円錐台形状をなす後側部分と第２凹部１３Ｃとによってインペラ室５が区画されている。ディフューザ６は、インペラ室５の最も内径が大きい部分に連通している。ディフューザ６は前後方向において扁平をなす環状の空間である。吐出室７は、ディフューザ６の外周縁部に連通し、かつ、ディフューザ６より容積の大きな環状の空間である。吐出室７は回転軸３１の回転方向で徐々に容積が拡大するように形成されている。吐出室７は、インペラハウジング１２に形成された吐出口１２Ｅを介して、第１流路９１の接続配管９１Ａに接続されている。

フロント側軸支部材１３のボス部１３Ｂは、隔壁部１３Ａの中央から後側に突出している。第２軸孔１２９は、軸心Ｘ１を中心軸としてボス部１３Ｂの後端面から前側に凹設されている。第２軸孔１２９には、図３に示すように、軸心Ｘ１方向に延びるキー溝１２９Ｋが凹設されている。

図２に示すように、フロント側軸支部材１３は、軸心Ｘ１を中心軸とする第３軸孔１３Ｋによって貫通されている。第３軸孔１３Ｋは、第２軸孔１２９よりも小径の貫通孔である。第３軸孔１３Ｋは、第２凹部１３Ｃと第２軸孔１２９とを連通させている。

モータハウジング１４は筒状体である。モータハウジング１４の内壁面１４Ａは、軸心Ｘ１を中心軸とする円筒面とされている。

リヤ側軸支部材１５は、隔壁部１５Ａとボス部１５Ｂとを有している。隔壁部１５Ａは、円盤形状とされている。ボス部１５Ｂは、隔壁部１５Ａの中央から前側に突出している。第１軸孔１１９は、軸心Ｘ１を中心軸としてボス部１５Ｂを貫通している。第１軸孔１１９には、図３に示すように、軸心Ｘ１方向に延びるキー溝１１９Ｋが凹設されている。

図２に示すように、モータ室３は、モータハウジング１４の内壁面１４Ａと、フロント側軸支部材１３の隔壁部１３Ａと、リヤ側軸支部材１５の隔壁部１５Ａとによって区画されて、前後方向に略円柱状に延びる空間である。

蓋体１６の前面側には、リヤ側軸支部材１５の隔壁部１５Ａとの間にスラスト軸受収容室１６Ａが形成されている。

回転軸３１は、軸心Ｘ１を中心軸とする軸体である。回転軸３１は、大径部３１Ａと中径部３１Ｂと小径部３１Ｃとを有している。大径部３１Ａは大径の円柱状に形成されている。中径部３１Ｂは、大径部３１Ａより後側で大径部３１Ａと同軸の一体をなし、大径部３１Ａよりも小径の円柱状に形成されている。小径部３１Ｃは、大径部３１Ａより前側で大径部３１Ａと同軸の一体をなし、中径部３１Ｂよりも小径の円柱状に形成されている。

大径部３１Ａはモータ室３内に位置している。第１軸孔１１９及び第２軸孔１２９は大径部３１Ａを挿通している。中径部３１Ｂはスラスト軸受収容室１６Ａ内に位置している。中径部３１Ｂの後端面３１Ｒは、スラスト軸受収容室１６Ａの蓋体１６側の底面１６Ｂに対面している。後端面３１Ｒと底面１６Ｂとの間には、双方が互いに摺接しない程度に小さい隙間が確保されている。小径部３１Ｃはインペラ室５内に位置している。

第１軸孔１１９と大径部３１Ａとの間には、第１ラジアルフォイル軸受１１０が設けられている。第２軸孔１２９と大径部３１Ａとの間には、第２ラジアルフォイル軸受１２０が設けられている。第１ラジアルフォイル軸受１１０及び第２ラジアルフォイル軸受１２０は、本発明の「ラジアルフォイル軸受」の一例である。

図２及び図３に示すように、第１ラジアルフォイル軸受１１０は、第１トップフォイル１１１と第１バンプフォイル１１３とを有している。第２ラジアルフォイル軸受１２０は、第２トップフォイル１２１と第２バンプフォイル１２３とを有している。

図３に示すように、第１ラジアルフォイル軸受１１０において、第１トップフォイル１１１は、金属薄板が略円弧状に湾曲されてなる。第１トップフォイル１１１は、前後方向に細長く延びる隙間１１１Ｓを有している。

第１トップフォイル１１１は、大径部３１Ａの外周側に位置して、大径部３１Ａを囲っている。図２に示すように、大径部３１Ａの外周面のうち、第１トップフォイル１１１に囲われた部分、すなわち、第１ラジアルフォイル軸受１１０に支持される部分は、第１被支持面３２とされている。第１被支持面３２は、本発明の「被支持面」の一例である。

図３に示すように、第１トップフォイル１１１には、キー１１１Ｋが形成されている。キー１１１Ｋは、隙間１１１Ｓを形成する端縁から径外方向に突出する小片である。キー１１１Ｋが第１軸孔１１９に凹設されたキー溝１１９Ｋに係合することにより、第１トップフォイル１１１が第１軸孔１１９内で回り止めされる。図３及び図４に示すように、第１トップフォイル１１１は、隙間１１１Ｓが拡大又は縮小することにより、第１軸孔１１９に対して変位可能である。

図３に示すように、第１バンプフォイル１１３は、複数の湾曲部１１３Ｗが形成された金属薄板が略円弧状に湾曲されてなる。第１バンプフォイル１１３は、第１トップフォイル１１１の外周側に位置して、第１トップフォイル１１１を囲っている。図３及び図４に示すように、第１バンプフォイル１１３は、湾曲部１１３Ｗが潰れるように弾性変形し、又は元の形状に復元することにより、第１軸孔１１９に対して変位して第１トップフォイル１１１を弾性的に支持可能である。

図３に示すように、第２ラジアルフォイル軸受１２０において、第２トップフォイル１２１は、金属薄板が略円弧状に湾曲されてなる。第２トップフォイル１２１は、前後方向に細長く延びる隙間１２１Ｓを有している。

第２トップフォイル１２１は、大径部３１Ａの外周側に位置して、大径部３１Ａを囲っている。図２に示すように、大径部３１Ａの外周面のうち、第２トップフォイル１２１に囲われた部分、すなわち、第２ラジアルフォイル軸受１２０に支持される部分は、第２被支持面３３とされている。第２被支持面３３は、本発明の「被支持面」の一例である。

図３に示すように、第２トップフォイル１２１には、キー１２１Ｋが形成されている。キー１２１Ｋは、隙間１２１Ｓを形成する端縁から径外方向に突出する小片である。キー１２１Ｋが第２軸孔１２９に凹設されたキー溝１２９Ｋに係合することにより、第２トップフォイル１２１が第２軸孔１２９内で回り止めされる。図３及び図４に示すように、第２トップフォイル１２１は、隙間１２１Ｓが拡大又は縮小することにより、第２軸孔１２９に対して変位可能である。

図３に示すように、第２バンプフォイル１２３は、複数の湾曲部１２３Ｗが形成された金属薄板が略円弧状に湾曲されてなる。第２バンプフォイル１２３は、第２トップフォイル１２１の外周側に位置して、第２トップフォイル１２１を囲っている。図３及び図４に示すように、第２バンプフォイル１２３は、湾曲部１２３Ｗが潰れるように弾性変形し、又は元の形状に復元することにより、第２軸孔１２９に対して変位して第２トップフォイル１２１を弾性的に支持可能である。

つまり、第２軸受１２０において、第２トップフォイル１２１は第１トップフォイル１１１と同じ構成を有し、第２バンプフォイル１２３は第１バンプフォイル１１３と同じ構成を有している。

図２及び図３に示すように、回転軸３１には、軸内通路３９と第１導圧孔３７と第２導圧孔３８とが形成されている。第１導圧孔３７及び第２導圧孔３８は、本発明の「導圧孔」の一例である。

図２に示すように、軸内通路３９は、軸心Ｘ１を中心軸として、回転軸３１に凹設された有底穴である。軸内通路３９は、中径部３１Ｂの後端面３１Ｒから前側に凹設され、小径部３１Ｃの手前まで延びている。蓋体１６に形成された接続口１６Ｈも、軸心Ｘ１を中心軸とする貫通孔である。つまり、軸内通路３９と接続口１６Ｈとは前後方向において同軸で並んでいる。軸内通路３９は、接続口１６Ｈを介して導圧流路９５と連通している。

図２及び図３に示すように、第１導圧孔３７は、軸内通路３９から径外方向に延び、第１被支持面３２に開口する複数本の細孔である。本実施例では、第１導圧孔３７は、第１被支持面３２の前側部分に開口する４本１組の細孔と、第１被支持面３２の後側部分に開口する４本１組の細孔とからなる。各組の第１導圧孔３７同士は、９０°間隔で軸心Ｘ１側から放射状に延びている。

第２導圧孔３８は、軸内通路３９から径外方向に延び、第２被支持面３３に開口する複数本の細孔である。本実施例では、第２導圧孔３８は、第２被支持面３３の前側部分に開口する４本１組の細孔と、第２被支持面３３の後側部分に開口する４本１組の細孔とからなる。各組の第２導圧孔３８同士は、９０°間隔で軸心Ｘ１側から放射状に延びている。

図２に示すように、中径部３１Ｂにはフランジ部材１３９が圧入されている。フランジ部材１３９は、軸心Ｘ１を中心軸とする孔開き円盤である。スラスト軸受収容室１６Ａ内には、前後一対のスラスト軸受１３１、１３２が配設されている。前側のスラスト軸受１３１は、隔壁部１５Ａの後面に組み付けられている。後側のスラスト軸受１３２は、スラスト軸受収容室１６Ａの蓋体１６側の底面１６Ｂに組み付けられている。フランジ部材１３９は、各スラスト軸受１３１、１３２によって前後から挟まれている。

回転軸３１は、このような第１ラジアルフォイル軸受１１０及び第２ラジアルフォイル軸受１２０を介在させた状態で、軸心Ｘ１周りで回転可能にハウジング１０に支持されている。回転軸３１は、フランジ部材１３９及び各スラスト軸受１３１、１３２により、軸心Ｘ１が延びる方向である前後方向においてハウジング１０に対して支持される。

電動モータ３０は、モータ室３内に収容されている。電動モータ３０は、ステータ３０Ａとロータ３０Ｂとを有している。ステータ３０Ａは、モータハウジング１４の内壁面１４Ａに固定されている。ロータ３０Ｂは、ステータ３０Ａの内側で回転軸３１に固定されている。

インペラ５０は、後方に向かうにつれて母線が軸心Ｘ１から離間するように湾曲した円錐台形状をなしている。インペラ５０には、複数枚の羽根が形成されている。インペラ５０は、インペラ室５内に収容され、小径部３１Ｃに圧入されている。

このターボ式圧縮機１では、電動モータ３０は、ステータ３０Ａへの通電によって、ロータ３０Ｂを軸心Ｘ１周りに回転させる駆動力を発生し、回転軸３１を回転駆動する。これにより、インペラ５０がインペラ室５内で回転する。このため、冷凍回路を循環する冷媒は、第４流路９４を経由して吸入室４を供給され、インペラ室５に吸い込まれる。そして、インペラ５０は、インペラ室５内の冷媒について、運動エネルギーを高め、ディフューザ６で運動エネルギーを圧力エネルギーに変換し、吐出室７への吐出を行う。吐出室７内の高圧の冷媒は吐出口１２Ｅから第１流路９１へ吐出される。

ターボ式圧縮機１の回転軸３１が回転している間、回転軸３１の第１、２被支持面３２、３３と、第１、２ラジアルフォイル軸受１１０、１２０の第１、２トップフォイル１１１、１２１との間に動圧が作用する。この動圧によって、第１、２トップフォイル１１１、１２１が第１、２軸孔１１９、１２９に対して変位し、第１、２バンプフォイル１１３、１２３が第１、２軸孔１１９、１２９に対して変位して第１、２トップフォイル１１１、１２１を弾性的に支持する。これにより、回転軸３１の第１、２被支持面３２、３３と、第１、２トップフォイル１１１、１２１とが離間し、回転軸３１が第１、２ラジアルフォイル軸受１１０、１２０によって非接触状態で支持される。

一方、ターボ式圧縮機１の回転軸３１が停止している間、回転軸３１の第１、２被支持面３２、３３と、第１、２ラジアルフォイル軸受１１０、１２０の第１、２トップフォイル１１１、１２１との間には動圧が作用しない。このため、第１、２トップフォイル１１１、１２１及び第１、２バンプフォイル１１３、１２３が第１、２軸孔１１９、１２９に対して変位しなくなり、回転軸３１の第１、２被支持面３２、３３と第１、２トップフォイル１１１、１２１とが接触する。これにより、回転軸３１が第１、２ラジアルフォイル軸受１１０、１２０によって接触状態で支持される。

ここで、この冷凍回路において、図５に示すように、回転軸３１の停止時、第１開閉弁８１は、吐出室７から吐出される冷媒に押されなくなった弁体８１Ｂを付勢手段８１Ｃによって付勢して弁座８１Ａに着座させ、第１流路９１における凝縮器９６から吐出室７に向かう流れを遮断する。制御手段Ｃ１は、第２開閉弁８２において、ソレノイドが励磁されていない状態に切り替えて第２流路９２を遮断させる。また、制御手段Ｃ１は、第３開閉弁８３において、ソレノイドが励磁されていない状態を維持し、導圧流路９５を遮断させたままとする。その結果、第１開閉弁８１と第２開閉弁８２との間で、凝縮器９６に高圧の冷媒が確実に蓄えられる。

また、回転軸３１の起動時、制御手段Ｃ１は、第３開閉弁８３において、ソレノイドを励磁させて導圧流路９５を開放させる。これにより、第１開閉弁８１と第２開閉弁８２との間で凝縮器９６に蓄えられた高圧の冷媒が導圧流路９５、接続口１６Ｈ、軸内通路３９及び第１、２導圧孔３７、３８を通じて回転軸３１の第１、２被支持面３２、３３と第１、２トップフォイル１１１、１２１との間に供給される。このため、図４に示すように、回転軸３１の第１、２被支持面３２、３３と第１、２トップフォイル１１１、１２１とは、高圧の冷媒によって離間し、回転軸３１が第１、２ラジアルフォイル軸受１１０、１２０によって非接触状態で支持される。

続いて、図５に示すように、回転軸７の回転数の増加に応じて吐出室７から吐出される冷媒の流量が増加すると、第１開閉弁８１は、冷媒によって付勢手段８１Ｃが弁体８１Ｂを介して圧縮変形し、弁体８１Ｂが弁座８１Ａから離座して、第１流路９１における吐出室７から凝縮器９６に向かう流れを許容する。制御手段Ｃ１は、回転軸３１の起動開始から時間Ｔ２が経過した後、第２開閉弁８２において、ソレノイドを励磁させて第２流路９２を開放する。この際には、回転軸３１の回転により、回転軸３１の第１、２被支持面３２、３３と第１、２トップフォイル１１１、１２１との間に作用する動圧も充分に高くなっている。このため、回転軸３１の第１、２被支持面３２、３３と第１、２トップフォイル１１１、１２１とは、動圧によって離間し、回転軸３１が第１、２ラジアルフォイル軸受１１０、１２０によって非接触状態で支持される。時間Ｔ２は、回転軸３１の起動時の時間経過に伴う上記動圧の増加の状況等に基づいて適宜設定される。

さらに、制御手段Ｃ１は、回転軸３１の起動後、所定時間Ｔ３が経過してから、第３開閉弁８３において、ソレノイドが励磁されていない状態に切り替えて導圧流路９５を遮断させる。この際には、回転軸３１の回転数が充分に増加し、回転軸３１の第１、２被支持面３２、３３と第１、２トップフォイル１１１、１２１との間に作用する動圧が充分に高くなっている。このタイミングで、導圧流路９５を遮断することで、吐出室７から凝縮器９６に無駄なく高圧の冷媒を流すことができる。所定時間Ｔ３も、時間Ｔ２と同様、回転軸３１の起動時の時間経過に伴う上記動圧の増加の状況等に基づいて適宜設定される。所定時間Ｔ３は、時間Ｔ２と同じ時間でもよいし、時間Ｔ２より短い時間でもよい。

こうして、この冷凍回路では、回転軸３１が停止している状態から起動する間において、回転軸３１の第１、２被支持面３２、３３と、第１、２ラジアルフォイル軸受１１０、１２０の第１、２トップフォイル１１１、１２１とが摺れ難くなっている。

この冷凍回路では、回転軸３１の回転数が充分に増加した後、冷媒が吐出室７から第１流路９１、凝縮器９６、第２流路９２、膨張弁９７、第３流路９３、蒸発器９８、第４流路９４を経由して再び吸入室４に供給される。こうして、車両用空調装置の空調が行われる。

したがって、実施例１の冷凍回路では、ターボ式圧縮機１の回転軸３１を頻繁に停止したり、起動したりする場合であっても、動力損失の低減及び長寿命化を実現可能である。

また、この冷凍回路では、回転軸３１が停止している状態から起動する間においても、回転軸３１を第１、２ラジアルフォイル軸受１１０、１２０によって非接触状態で支持できるため、回転軸３１及び第１、２トップフォイル１１１、１２１の材料の厳選、回転軸３１と第１、２トップフォイル１１１、１２１との間の過剰なコーティング等を行う必要性を低くすることができる。このため、冷凍回路の製造コストの低廉化を実現できる。

さらに、この冷凍回路では、電磁弁よりも安価な逆止弁を第１開閉弁８１として採用しているので、製造コストを低減できる。

また、この冷凍回路では、導圧流路９５は、第１流路９１における第１開閉弁８１と凝縮器９６との間の接続点Ｊ１に接続されている。これにより、この冷凍回路では、導圧流路９５が第２流路９２における凝縮器９６と第２開閉弁８２との間に接続されている場合と比較して、導圧流路９５を短くできるので、製造コストを低減できる。

（実施例２）
図６及び図７に示すように、実施例２の冷凍回路では、ターボ式圧縮機について、実施例１の冷凍回路におけるターボ式圧縮機１の回転軸３１の代わりに、回転軸２３１を採用している。実施例２のその他の構成は、実施例１と同様である。このため、実施例１と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略又は簡略する。

実施例２の冷凍回路において、ターボ式圧縮機の回転軸２３１は、回転軸本体２３５と第１多孔質体２３７Ａと第２多孔質体２３８Ａと第１均圧室２３７Ｂと第２均圧室２３８Ｂと第１連通孔２３７Ｃと第２連通孔２３８Ｃとを有している。

第１多孔質体２３７Ａ及び第２多孔質体２３８Ａは、本発明の「多孔質体」の一例である。第１均圧室２３７Ｂ及び第２均圧室２３８Ｂは、本発明の「均圧室」の一例である。第１連通孔２３７Ｃ及び第２連通孔２３８Ｃは、本発明の「連通孔」の一例である。

図６に示すように、回転軸本体２３５は、軸心Ｘ１を中心軸とする軸体である。回転軸本体２３５は、大径部２３５Ａと中径部２３５Ｂと小径部２３５Ｃとを有している。

大径部２３５Ａの前後方向の中間部は、実施例１の回転軸３１の大径部３１Ａと同一形状とされている。大径部２３５Ａの後側部分には、実施例１の大径部３１Ａの第１被支持面３２より小径の第１外周面２３６Ａが形成されている。大径部２３５Ａの前側部分には、実施例１の大径部３１Ａの第２被支持面３３より小径の第２外周面２３６Ｂが形成されている。

中径部２３５Ｂは、実施例１の回転軸３１の中径部３１Ｂと同一形状をなして、大径部２３５Ａより後側に一体に形成されている。小径部２３５Ｃは、実施例１の回転軸３１の小径部３１Ｃと同一形状をなして、大径部２３５Ａより前側に一体に形成されている。

回転軸本体２３５には、軸内通路２３９が形成されている。軸内通路２３９は、実施例１の軸内通路３９と同一形状をなして、中径部２３５Ｂの後端面２３５Ｒから前側に凹設された有底穴である。

図６及び図７に示すように、第１多孔質体２３７Ａは、円筒状をなしている。第１多孔質体２３７Ａは、回転軸本体２３５の第１外周面２３６Ａに嵌合されている。第１多孔質体２３７Ａの外周面は、回転軸２３１の外周面の一部であって、第１ラジアルフォイル軸受１１０に支持される第１被支持面２３２を構成している。

第２多孔質体２３８Ａは、円筒状をなしている。第２多孔質体２３８Ａは、回転軸本体２３５の第２外周面２３６Ｂに嵌合されている。第２多孔質体２３８Ａの外周面は、回転軸２３１の外周面の一部であって、第２ラジアルフォイル軸受１２０に支持される第２被支持面２３３を構成している。

第１多孔質体２３７Ａ及び第２多孔質体２３８Ａを構成する材料としては、例えば、多孔質セラミック等の焼結体が採用される。第１被支持面２３２及び第２被支持面２３３は、本発明の「被支持面」の一例である。

第１均圧室２３７Ｂは、回転軸本体２３５の第１外周面２３６Ａから径内方向に凹み、かつ周方向に溝状に延びている。第１均圧室２３７Ｂは、第１外周面２３６Ａに嵌合された第１多孔質体２３７Ａによって径外方向から覆われている。

第２均圧室２３８Ｂは、回転軸本体２３５の第２外周面２３６Ｂから径内方向に凹み、かつ周方向に溝状に延びている。第２均圧室２３８Ｂは、第２外周面２３６Ｂに嵌合された第２多孔質体２３８Ａによって径外方向から覆われている。

第１連通孔２３７Ｃは、軸内通路２３９から径外方向に延び、第１均圧室２３７Ｂの底面に開口する複数本の細孔である。本実施例では、第１連通孔２３７Ｃは、軸心Ｘ１側から互いに反対方向に延びる２本の細孔である。

第２連通孔２３８Ｃは、軸内通路２３９から径外方向に延び、第２均圧室２３８Ｂの底面に開口する複数本の細孔である。本実施例では、第２連通孔２３８Ｃは、軸心Ｘ１側から互いに反対方向に延びる２本の細孔である。

第１多孔質体２３７Ａ、第１均圧室２３７Ｂ及び第１連通孔２３７Ｃによって、第１導圧孔２３７が構成されている。第２多孔質体２３８Ａ、第２均圧室２３８Ｂ及び第２連通孔２３８Ｃによって、第２導圧孔２３８が構成されている。第１導圧孔２３７及び第２導圧孔２３８は、本発明の「導圧孔」の一例である。

このような構成であるターボ式圧縮機を備える実施例２の冷凍回路では、高圧の冷媒が導圧流路９５及び接続口１６Ｈを経由し、軸内通路２３９に供給されると、その冷媒を軸内通路２３９から、第１導圧孔２３７を構成する第１連通孔２３７Ｃ、第１均圧室２３７Ｂ及び第１多孔質体２３７Ａを通じ、回転軸２３１の第１被支持面２３２と、第１ラジアルフォイル軸受１１０の第１トップフォイル１１１との間の広い範囲に亘って好適に供給することができる。このため、回転軸２３１の第１被支持面２３２と第１トップフォイル１１１とを確実に離間させることができる。

また、その冷媒を軸内通路２３９から、第２導圧孔２３８を構成する第２連通孔２３８Ｃ、第２均圧室２３８Ｂ及び第２多孔質体２３８Ａを通じ、回転軸２３１の第２被支持面２３３と、第２ラジアルフォイル軸受１２０の第２トップフォイル１２１との間の広い範囲に亘って好適に供給することができる。このため、回転軸２３１の第２被支持面２３３と第２トップフォイル１２１とを確実に離間させることができる。

したがって、実施例２の冷凍回路では、実施例１の冷凍回路と同様、ターボ式圧縮機１の回転軸３１を頻繁に停止したり、起動したりする場合であっても、動力損失の低減及び長寿命化を実現可能である。

以上において、本発明を実施例１、２に即して説明したが、本発明は上記実施例１、２に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、導圧流路は、第２流路における凝縮器と第２開閉弁との間に接続されていてもよい。また、第１開閉弁は、電磁弁であってもよい。この場合、第１開閉弁は、制御手段に制御され得る。

実施例１、２では、ラジアルフォイル軸受１１０、１２０がトップフォイル１１１、１２１とバンプフォイル１１３、１２３とを有していたが、この構成には限定されない。本発明の冷凍回路は、例えば、リーフ型のラジアルフォイル軸受を備えていてもよい。

本発明は空調装置等に利用可能である。

１…ターボ式圧縮機
４…吸入室
５…インペラ室
６…ディフューザ
７…吐出室
９１…第１流路
９６…凝縮器
９２…第２流路
９７…膨張弁
９３…第３流路
９４…第４流路
９８…蒸発器
１０…ハウジング
３１、２３１…回転軸
５０…インペラ
１１０、１２０…ラジアルフォイル軸受（１１０…第１ラジアルフォイル軸受、１２０…第２ラジアルフォイル軸受）
８１…第１開閉弁（逆止弁）
８２…第２開閉弁
９５…導圧流路
８３…第３開閉弁
Ｃ１…制御手段
３９、２３９…軸内通路
３２、３３、２３２、２３３…被支持面（３２、２３２…第１被支持面、３３、２３３…第２被支持面）
３７、３８、２３７、２３８…導圧孔（３７、２３７…第１導圧孔、３８、２３８…第２導圧孔）
８１Ａ…弁座
８１Ｂ…弁体
８１Ｃ…付勢手段
Ｔ３…所定時間
２３５…回転軸本体
２３７Ａ、２３８Ａ…多孔質体（２３７Ａ…第１多孔質体、２３８Ａ…第２多孔質体）
２３７Ｂ、２３８Ｂ…均圧室（２３７Ｂ…第１均圧室、２３８Ｂ…第２均圧室）
２３７Ｃ、２３８Ｃ…連通孔（２３７Ｃ…第１連通孔、２３８Ｃ…第２連通孔）

Claims (7)

1. 回転軸に連結されたインペラの回転によって吸入室から吸入した冷媒を圧縮して吐出室に吐出するターボ式圧縮機と、
   第１流路によって前記吐出室と接続された凝縮器と、
   第２流路によって前記凝縮器と接続された膨張弁と、
   第３流路によって前記膨張弁と接続され、第４流路によって前記吸入室と接続された蒸発器とを備える冷凍回路であって、
   前記回転軸は、ラジアルフォイル軸受を介して回転可能に支持され、
   前記回転軸は、軸内通路と、前記軸内通路に連通するとともに、前記回転軸の外周面のうち、前記ラジアルフォイル軸受に支持される被支持面に開口する導圧孔とを有し、
   前記冷凍回路上の前記ターボ式圧縮機より下流側、かつ前記膨張弁より上流側と、前記軸内通路とを接続し、前記ターボ式圧縮機の起動時に前記軸内通路に冷媒を導入する導圧流路を備えることを特徴とする冷凍回路。
2. 前記第１流路を開放及び遮断する第１開閉弁と、
   前記第２流路を開放及び遮断する第２開閉弁と、
   前記冷凍回路上の前記凝縮器を挟む前記第１開閉弁と前記第２開閉弁との間に接続される前記導圧流路と、
   前記導圧流路を開放及び遮断する第３開閉弁と、
   前記第２開閉弁及び前記第３開閉弁を制御する制御手段とを備える請求項１記載の冷凍回路。
3. 前記回転軸の停止時、前記第１開閉弁は、前記第１流路における前記凝縮器から前記吐出室に向かう流れを遮断し、前記制御手段は、前記第２開閉弁を制御して前記第２流路を遮断し、前記第３開閉弁を制御して前記導圧流路を遮断し、
   前記回転軸の起動時、前記制御手段は、前記第３開閉弁を制御して前記導圧流路を開放し、次に、前記第１開閉弁による前記第１流路の開放後、前記第２開閉弁を制御して前記第２流路を開放する請求項２記載の冷凍回路。
4. 前記第１開閉弁は、弁座と、前記弁座に対して前記凝縮器側に位置し、前記弁座に着座することにより前記第１流路を遮断する一方、前記弁座から離座することにより前記第１流路を開放する弁体と、前記弁座に着座するように前記弁体を付勢する付勢手段とを有する逆止弁である請求項３記載の冷凍回路。
5. 前記制御手段は、前記回転軸の起動時に前記第３開閉弁を制御して前記導圧流路を開放した後、所定時間が経過してから、前記第３開閉弁を制御して前記導圧流路を遮断する請求項２乃至４のいずれか１項記載の冷凍回路。
6. 前記導圧流路は、前記第１流路における前記第１開閉弁と前記凝縮器との間に接続されている請求項２乃至５のいずれか１項記載の冷凍回路。
7. 前記回転軸は、前記軸内通路が形成された回転軸本体と、
   前記回転軸本体の外周面に嵌合され、前記被支持面を構成する円筒状の多孔質体と、
   前記回転軸本体の前記外周面から径内方向に凹み、かつ周方向に溝状に延び、前記多孔質体によって前記径外方向から覆われる均圧室と、
   前記軸内通路と前記均圧室とを連通するように前記回転軸本体に形成された連通孔とを有し、
   前記導圧孔は、前記多孔質体、前記均圧室及び前記連通孔によって構成されている請求項１乃至６のいずれか１項記載の冷凍回路。

Images