JP3851971B2

JP3851971B2 - Ｃｏ２用圧縮機

Info

Publication number: JP3851971B2
Application number: JP04238698A
Authority: JP
Inventors: 裕康加藤; 雅文中島; 猛酒井; 和秀内田
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: US6129532A; JPH11241682A; DE19907492A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＯ₂（二酸化炭素）を冷媒とする空調装置においてＣＯ₂冷媒を圧縮するために使用されるＣＯ₂用圧縮機に係り、特にＣＯ₂用圧縮機における潤滑油の供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から広く使用されているＨＦＣ１３４のようなフッ素化合物を冷媒とする空調装置において、冷媒の中に予め冷凍機油のような潤滑油を混入しておいて、圧縮された冷媒が冷媒圧縮機の吐出室に一時滞留する際に冷媒から潤滑油を分離させると共に、分離した潤滑油を、動力を必要とする潤滑油ポンプ等を使用しないで、吐出圧と吸入圧、或いはそれらの中間圧との差圧によって付勢して、潤滑の必要な冷媒圧縮機の摺動部分等へ供給することにより、それらの部分を強制潤滑する潤滑油供給装置が使用されている。
【０００３】
このような潤滑油供給装置においては、潤滑油を付勢するために利用する吐出圧と吸入圧の差圧が圧縮機の回転数の上昇に応じて大きくなると、供給される潤滑油の量が必要以上に多くなる場合があるので、例えば実開昭５９−１１９９９２号公報に記載されているように、給油通路に細径の絞りや多孔質材料のような減圧部品を挿入したり、潤滑油の給油通路を細くて長いものに構成したりして、流路の抵抗を増加させることによって潤滑油の流量を抑制している。
【０００４】
ところで、ＣＯ₂を冷媒とする空調装置においては、通常のＨＦＣ１３４等を冷媒とする空調装置の場合に比べて、吸入圧と吐出圧との差圧が約５倍にも拡大するため、ＣＯ₂を冷媒とする冷媒圧縮機において吐出圧と吸入圧の差圧によって潤滑油を付勢して強制潤滑を行うには、通常の冷媒の場合よりも潤滑油の流量を更に大きく絞ってから供給する必要があるので、給油通路に設けるべき減圧部品としての絞り等は非常に細くて長いものとする他はない。
【０００５】
このように、潤滑油の給油通路に非常に細くて長い絞りのような減圧部品を使用することになると、減圧部品を製造する際に加工性が低下してコストの上昇を招くだけでなく、冷凍回路を構成する部品に付着して残っていることがある加工時の金属粉等の異物や、稀に冷媒や潤滑油に混入していることがある凝縮性の物質等が凝固して異物となるか、或いは粘度の高い塊を形成した時に、それらの異物が、潤滑油供給装置に設けられた細径の絞り等の減圧部品に詰まって安定な給油を阻害するために、圧縮機、ひいては空調装置の性能や信頼性の低下を招く懸念がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＣＯ₂用圧縮機に対して従来技術による潤滑油供給装置を適用した場合に生じる前述のような問題に対処して、新規な手段によってそれらの問題を解消し、ＣＯ₂用圧縮機における潤滑油供給装置の給油通路が異物によって閉塞されるのを防止して、安定で且つ適量の給油を保障すると共に、ＣＯ₂用圧縮機の潤滑油供給装置に関連する部品の製造工程におけるコストを低減することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載されたＣＯ₂用圧縮機を提供する。
【０００８】
本発明のＣＯ₂ 用圧縮機においては、貯油室に貯溜されている潤滑油を吐出側の圧力と吸入側の圧力との差圧によって付勢して、潤滑が必要な部位へ圧送するので、潤滑油ポンプのような動力を必要とする潤滑油供給装置を必要としないだけでなく、ＣＯ₂ 冷媒を使用する空調装置の冷媒圧縮機における特有の問題として吐出圧と吸入圧との差圧が非常に大きくても、給油通路の流路を絞る減圧部品を使用しないで潤滑油の流量を調整して、潤滑が必要な部位へ潤滑油を供給するので、大きな差圧に対応して非常に細い絞り等の減圧部品を使用した場合に比べて、異物による減圧部品の閉塞等の問題を生じる恐れがなく、安定で信頼性の高い潤滑油供給装置を実現することができる共に、減圧部品の加工の必要がないので、製造コストを低減することができる。
【０００９】
より具体的に、本発明のＣＯ₂ 用圧縮機においては、潤滑油供給装置がそれを構成する給油通路の少なくとも一部に、給油を間欠的に行う所謂間欠給油機構を含んでいるので、給油通路に絞りのような減圧部品を設ける必要がなく、間欠給油機構による給油時間を調節することによって、潤滑油の供給量を自由に設定、変更することが可能になる。従って、給油通路に減圧部品を設けた場合のような異物による給油通路の閉塞を懸念する必要がなく、安定で信頼性の高い潤滑油供給装置を実現することができる共に、減圧部品の加工の必要がないので、製造コストを低減することができる。
【００１０】
請求項１記載のＣＯ ₂ 用圧縮機においては、ＣＯ ₂ 用圧縮機がピストンを備えている場合に、給油通路に設けられる間欠給油機構がピストンに設けられたピストンリングと、そのピストンが摺動可能に挿入されるシリンダボアとの間に構成され、ピストンの往復運動に伴うピストンリングの運動によって給油通路が開閉される。従って、ピストンの往復運動によって給油通路が自動的に開閉されるので、間欠給油機構に特別の動弁手段等を新設する必要がない。また、その間欠給油機構はピストンと、ピストンが摺動可能に挿入されるシリンダボアとの間に構成してもよい。ピストンにピストンリングが設けられている場合には、給油通路の一部をピストンリング溝によって構成して構成を簡単にすることができる。
【００１１】
請求項２記載のＣＯ₂ 用圧縮機においては、ＣＯ₂ 用圧縮機がＣＯ₂ 用スクロール型圧縮機として構成される場合に、給油通路に設けられる間欠給油機構が既存のスクロール型圧縮機の旋回スクロールの端板部と、それに対向している固定の部材とによって構成される。従って、端板部の公転によって給油通路が自動的に開閉されるので、間欠給油機構に特別の動弁手段等を新設する必要がない。この場合の間欠給油機構は、旋回スクロールの端板部の背面側と、それに対向する固定の部材との間に構成されてもよいし、或いは旋回スクロールの端板部の前面側と、それに対向する固定の部材との間に構成されてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に本発明のＣＯ₂用圧縮機の第１実施形態としてのＣＯ₂用スクロール型電動圧縮機を例示する。メインハウジング１の内部空間において、右方の大部分は駆動部であるモーター２が占めている。即ち、ハウジング１の内面に沿って界磁コア３が固定され、その内部に複数個の永久磁石を備えているアーマチュア４がシャフト５と一体になって支持されて交流モーター２が構成される。アーマチュア４は、シャフト５を支持する前後のベアリング６ａ，６ｂによって軸承されて、界磁コア３に対して自由に回転することができる。
【００１３】
シャフト５の一端部５ａは、シャフト５の軸心に対して偏心したクランク部を形成していると共に、ハウジング１に螺着されることによって一体化される圧縮機部ハウジング７の内部まで延びており、ベアリング８を介して旋回スクロール９の中心のボス部９ｃを回転可能に支持している。図示していないが、旋回スクロール９の端板部９ｄには、旋回スクロール９の公転のみを許すと共に自転を防止する自転阻止機構が設けられる。
【００１４】
旋回スクロールの端板部９ｄの背面９ｇと、圧縮機部ハウジング７の図１において左側の端面７ｅとをスラスト受け面として摺動接触させて摺動部２２を形成することにより、２つのスクロール９及び１１の渦巻き形の羽根９ｆ，１１ｆの間に形成された作動室内において流体を圧縮することによって発生する圧縮反力により旋回スクロール９が図において右方へ押圧される際に、旋回スクロール９を軸方向に支持するスラスト支持機構を構成する。それによって作動室における圧縮反力が摺動部２２のスラスト受け面９ｇと７ｅに作用する際に、旋回スクロール９を固定スクロール１１の方へ押し戻そうとするスラスト力が発生する。
【００１５】
相互に噛み合うように組み合わされた２つのスクロール９及び１１の渦巻き形の羽根９ｆ，１１ｆの間に形成される中央の作動室１２は、定圧開放型の逆止弁である吐出弁１３が開弁したときに、固定スクロール１１の端板部１１ｄの外側に空間として形成された吐出室１４と連通するようになっている。吐出室１４は蓋板１５によって閉じられているが、図示しない通路によってメインハウジング１内に連通しており、更に、モーター２の界磁コア３やコイル１９等の空隙を介して吐出ポート２３に連通していて、そこからＣＯ₂を冷媒とする空調装置の冷凍回路に接続されている。
【００１６】
なお、第１実施形態においては、固定スクロール１１の端板部１１ｄの上部位置に吸入ポート１６が設けられていて、２つのスクロール９及び１１の中心部よりも外周寄りの渦巻き形の羽根９ｆ，１１ｆの間に形成される複数個の三日月形の作動室１７のうちで、最も外側にあるものが外周に向かって開いた時に、その作動室１７が吸入ポート１６と連通して圧縮すべきＣＯ₂ガスを作動室１７内へ吸入するようになっている。
【００１７】
図示実施形態のＣＯ₂用スクロール型電動圧縮機はこのような構成を有するから、モーター２のコイル１９に交流の電力を供給すると、アーマチュア４及びそれと一体のシャフト５が回転駆動されて、通常のスクロール型圧縮機と同様に、シャフトの偏心した端部５ａによって旋回スクロール９が回転駆動される。しかし、旋回スクロール９は図示しない自転阻止機構によって自転を阻止されているから公転のみが許され、それによって２つのスクロール９及び１１の渦巻き形の羽根９ｆ，１１ｆの間に形成される三日月形の作動室１７は、それが外周部において開いている時に吸入ポート１６からＣＯ₂ガスを取り込んで、次にそれが閉じると共に、漸次容積を縮小しながら半径方向の内側に向かって移動するので、ＣＯ₂ガスは圧縮されて高圧となる。圧縮されたＣＯ₂ガスは三日月形の作動室１７が中央の作動室１２に向かって開く時に作動室１２内へ吐出される。そして更に、作動室１２の吐出圧が吐出弁１３の開弁圧を超えると、吐出弁１３が開いて圧縮されたＣＯ₂が吐出室１４へ送り出される。
【００１８】
吐出室１４にある圧縮されたＣＯ₂ガスは矢印によって示すように図示しない通路を通ってメインハウジング１内へ流入し、吐出ポート２３へ流れる間に、予め冷媒としてのＣＯ₂と混合されている冷凍機油のような潤滑油が分離されて、ハウジング１の底部の貯油室２１に溜まる。その過程において潤滑油がモーター２内のベアリング等の摺動部分を潤滑することは言うまでもない。メインハウジング１内、従って、その底部に形成された貯油室２１に溜まった潤滑油には圧縮されたＣＯ₂の圧力、即ち吐出圧が作用している。なお、ハウジング１内のモーター２の構成部分の空隙を通過して流れる圧縮されたＣＯ₂ガスは、モーター２のコイル１９等の各部分を冷却する作用もする。
【００１９】
第１実施形態の特徴として、圧縮機部ハウジング７には給油通路２０が設けられており、給油通路２０は、メインハウジング１の下部に形成されてＣＯ₂冷媒中から分離された潤滑油を貯溜している貯油室２１と、旋回スクロール９の端板部９ｄの背面９ｇと摺動接触して摺動部２２を形成しているハウジング１の端面７ｅのうちで、旋回スクロールの端板部９ｄの公転運動によって開閉される位置に開口している吐出口２０ａとを連通している。
【００２０】
図２は、図１におけるII−II断面を示す側面図であって、４つの図面（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、それぞれ（ａ）の状態を基準にして旋回スクロール９が９０°ずつ公転した状態を示している。図１（ａ）の場合は給油通路の吐出口２０ａが旋回スクロール９の端板部９ｄによって覆われておらず、吸入室２４に向かって開放されているから、貯油室２１内の圧力、即ちＣＯ₂用圧縮機の吐出圧と、吸入室２４の吸入圧との差圧によって、貯油室２１内の潤滑油が給油通路２０を通って摺動部２２に形成された吐出口２０ａまで圧送され、摺動部２２そのものや、作動室１２及び作動室１７を形成する２つのスクロール９及び１１の渦巻き形の羽根９ｆ，１１ｆの摺動接触個所に供給されて、それらの部分を十分に潤滑する。
【００２１】
そして、旋回スクロール９が公転して吐出口２０ａが端板部９ｄの背面９ｇによって覆われる図２の（ｂ）〜（ｄ）の状態では、給油通路２０を通過する潤滑油の流れが遮断される。このとき、端板部９ｄの背面９ｇは作動室１２，１７内に作用する圧縮反力によって圧縮機部ハウジング７の端面７ｅに押し付けられているから、吐出口２０ａの閉塞は確実に行われる。従って、吐出口２０ａからの潤滑油の供給が間欠的になり、実質的な潤滑油供給時間が短くなるため、吐出口２０ａが開口して潤滑油を供給している時間中の潤滑油の供給量を多くすることが可能になるので、給油通路２０に潤滑油の流量を制限する絞りのような減圧部品を用いる必要がなくなる。従って、減圧部品の異物による詰まりや加工のコストの問題も解消し、安定で確実な潤滑油の供給が可能になり、コストの低減や圧縮機の性能、信頼性の向上という効果が得られる。
【００２２】
この場合、圧縮機部ハウジング７の端面７ｅ上における給油通路２０の吐出口２０ａの開口位置を変更することによって、実質的な潤滑油供給時間と供給量を変更することができるから、機種によって潤滑油の供給量を容易に変更することが可能になる。また、摺動部２２を形成するハウジング７の端面７ｅに摺動部材としてリテーナ等を取り付けた場合は、そのリテーナ等に吐出口２０ａと一致する連通孔を開口させておけば同じ作用を奏する。
【００２３】
なお、図示した第１実施形態においては、圧縮機部ハウジング７の端面７ｅと旋回スクロール９の端板部９ｄの背面９ｇとの間の摺動部２２に、吐出口２０ａを含む間欠給油機構を構成しているが、旋回スクロール９の端板部９ｄにおける他の表面、即ち前面９ｉと、それに対向して固定スクロール１１の端板部１１ｄ側から張り出すように形成される図示しない突出部分との間に間欠給油機構を形成することもできる。また、第１実施形態の特徴は、図示されたような全体が密閉されたスクロール型電動圧縮機に限らず、開放されたＣＯ₂用スクロール型圧縮機にも適用することが可能である。
【００２４】
図３に、本発明の第２実施形態として、開放型として構成されたＣＯ₂用斜板型圧縮機の縦断正面図を示す。３１はフロントハウジング、３２はシャフト３３に取り付けられた斜板、３４はシリンダブロック、３４ａはシャフト３３と平行にシリンダブロック３４に形成された複数個のシリンダボア、３５はシリンダボア３４ａに摺動可能に挿入されたピストン、３６はピストン３５を斜板３２に対して摺動可能に連結する部分に設けられたシュー、３７ａ及び３７ｂはシャフト３３を軸支するラジアルベアリング、３８ａ及び３８ｂは同じくスラストベアリング、３９はバルブプレートをそれぞれ示している。
【００２５】
４０はリアハウジングであって、バルブプレート３９を挟んでシリンダブロック３４の一端側に取り付けられ、内部に吸入室４０ａを形成すると共に、圧縮すべきＣＯ₂ガスを受け入れる吸入ポート４０ｂを設けられている。リアハウジング４０の背後には更にオイルセパレータ４１が取り付けられ、それらは図示しない通しボルト等によって一体的に締結される。オイルセパレータ４１は加圧されたＣＯ₂冷媒の中から、それと混合している潤滑油を分離するための空間であって、その底部は貯油室４１ａ、上層部は吐出室４１ｂとなっており、上部には図示しない空調装置の冷凍回路に連通する吐出ポート４１ｃが形成されている。なお、４２はガスケット、４３は吸入弁、４４は吐出弁を示す。
【００２６】
第２実施形態の特徴として、まずオイルセパレータ４１の貯油室４１ａから、リアハウジング４０、ガスケット４２、シリンダブロック３４を順次に通ってシリンダボア３４ａの壁面に開口する給油通路４５ａが形成される。また、ピストン３５には、それが下死点付近の位置にあるときに給油通路４５ａと連通するように径方向の給油通路４５ｂが設けられる。更に、シャフト３３にはラジアルベアリング３７ａ，３７ｂやスラストベアリング３８ａ，３８ｂ、更にはシャフトシール４６のような潤滑が必要な部位に通じる給油通路４５ｃが設けられて、前述の給油通路４５ｂ及び４５ａが連通したときに、シリンダブロック３４に形成された給油通路４５ｄを介して同時にそれらに対して連通し、潤滑油を受け入れるようになっている。
【００２７】
なお、４５ｅは給油通路４５ｂから分岐して斜板３２とシュー３６の摺動接触面へ潤滑油を供給する給油通路である。また、シリンダブロック３４の上部に形成された給油通路４５ａも、バルブプレート３９のガスケット４２が取り付けられる面に沿って形成される図示しない給油溝のような給油通路を介して下部の給油通路４５ａに連通しており、貯油室４１ａから潤滑油を受け入れることができるようになっている。
【００２８】
斜板３２を収容している斜板室４７を図示しない通路によってリアハウジング４０内の吸入室４０ａと連通させておけば、運転中は斜板室４７が常時吸入圧となっているし、そのような通路を設けなくても、斜板室４７は自然に吐出室４１ｂの吐出圧と吸入室４０ａの吸入圧との中間の圧力になるから、斜板室４７の圧力は吐出圧に対して低圧となっている。従って、図３に示した例では、複数個のピストン３５のいずれか１つが下死点付近に来て、シリンダブロック３４の給油通路４５ａ，４５ｄとピストン３５の給油通路４５ｂが連通したときだけ、貯油室４１ａ内に貯溜されている潤滑油が前述の差圧によって潤滑が必要な部位へ圧送されることになる。それによって、潤滑油の供給が間欠的なものとなり、給油通路に絞り等の減圧部品を設ける必要もなく潤滑油供給量が適量に調整されて、第１実施形態の場合と概ね同様な効果が得られる。
【００２９】
第２実施形態の変形として、ピストンにピストンリングを装着するＣＯ₂用圧縮機においては、ピストンに形成されるピストンリング用の溝を給油通路の一部として利用すると共に、シリンダボアに形成された給油通路の開口と、ピストンの円筒面及びピストンリングの摺動面とによって、間欠給油機構を構成することもできる。また、第２実施形態に倣って、電動型で密閉されたピストン型の圧縮機を構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す縦断正面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）はいずれも図１のII−II線における横断側面図であって、旋回スクロールが９０°ずつ公転した状態を示している。
【図３】本発明の第２実施形態を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１…メインハウジング
２…モーター
５…シャフト
６ａ，６ｂ，８…ベアリング
７…圧縮機部のハウジング
９…旋回スクロール
９ｄ…旋回スクロールの端板部
９ｇ…端板部９ｄの背面
９ｉ…端板部９ｄの前面
１１…固定スクロール
１２，１７…作動室
１４…吐出室
１６…吸入ポート
２０…給油通路
２１…貯油室
２２…摺動部
２３…吐出ポート
２４…吸入室
３１…フロントハウジング
３２…斜板
３３…シャフト
３４…シリンダブロック
３５…ピストン
３７ａ，３７ｂ…ラジアルベアリング
３８ａ，３８ｂ…スラストベアリング
４０ａ…吸入室
４０ｂ…吸入ポート
４１…オイルセパレータ
４１ａ…貯油室
４１ｂ…吐出室
４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ…給油通路
４６…シャフトシール
４７…斜板室

Claims

ＣＯ₂ を冷媒とする空調装置に使用されてＣＯ₂ ガスを圧縮するＣＯ₂ 用圧縮機において、予めＣＯ₂ 冷媒と混合されている潤滑油を分離して一時的に貯溜する潤滑油の貯油室を吐出側に形成しており、前記貯油室に貯溜されている潤滑油を吐出側の圧力によって潤滑が必要な部位へ圧送する際に、給油通路の流路を絞る減圧部品を使用することなく潤滑油の流量を調整して、潤滑が必要な部位へ潤滑油を供給する潤滑油供給装置を備えていて、前記潤滑油供給装置がそれを構成する給油通路の少なくとも一部に間欠給油機構を含んでおり、
前記ＣＯ ₂ 用圧縮機がピストン型のＣＯ ₂ 用圧縮機として構成される場合に、前記給油通路に設けられる前記間欠給油機構がピストンに設けられたピストンリングと、前記ピストンが摺動可能に挿入されるシリンダボアとの間に構成されて、前記ピストンの往復運動に伴う前記ピストンリングの運動によって前記給油通路が開閉されるようになっていて、前記給油通路の少なくとも一部が、前記ピストンに形成されて前記ピストンリングが装着されるピストンリング溝によって構成されていることを特徴とするＣＯ₂ 用圧縮機。
ＣＯ ₂ ガスを圧縮するＣＯ ₂ 用圧縮機であって、
固定スクロールと、前記固定スクロールに対向して配置される旋回スクロールとを備え、
予めＣＯ ₂ 冷媒と混合されている潤滑油を分離して一時的に貯溜する潤滑油の貯油室を吐出側に形成し、
前記貯油室に貯溜されている潤滑油を吐出側の圧力によって潤滑が必要な部位へ圧送する際に、前記旋回スクロールの端板部と、該端板部に対向している固定の部材との間に構成され、前記端板部の公転によって開閉される間欠給油機構によって、給油通路の流路を絞る非常に細い絞りを使用することなく潤滑油の流量を調整して、潤滑が必要な部位へ潤滑油を供給する給油通路を備え、
前記給油通路の吐出口は、前記端板部が押付けられる側の固定の部材に開口していることを特徴とするＣＯ ₂ 用圧縮機。
前記固定の部材が、前記間欠給油機構を構成するために前記旋回スクロールの端板部の背面側に対向していることを特徴とする請求項２に記載されたＣＯ₂ 用圧縮機。
前記固定の部材が、前記間欠給油機構を構成するために前記旋回スクロールの端板部の前面側に対向していることを特徴とする請求項２に記載されたＣＯ₂ 用圧縮機。
前記給油通路は、前記旋回スクロールを支持するクランク部が収容されている空間を介さずに前記端板部の背面側に開口していることを特徴とする請求項３に記載のＣＯ ₂ 用圧縮機。
前記旋回スクロールを駆動するシャフトは、軸方向が水平方向を向いており、
前記給油通路は、前記旋回スクロールの端板の上部と対向している前記固定の部材に開口していることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか一項に記載のＣＯ ₂ 用圧縮機。