JP5863135B2 - 往復動圧縮機 - Google Patents

Description

本開示は、往復動圧縮機に関する。

往復動圧縮機は、例えば冷凍サイクルに適用され、冷媒の圧縮に用いられる。
例えば特許文献１に記載されているように、往復動圧縮機のハウジング内には、吸入室、吐出室、シリンダ及びクランク室が区画され、クランク室の下部が潤滑油を貯留する油溜室として利用される。シリンダ内には、ピストンが往復動可能に配置され、クランク室には軸受を介して回転可能にクランク軸が配置される。ピストンはクランク軸と連接棒を介して連結され、クランク軸の回転運動がピストンの往復運動に変換される。

シリンダと吸入室及び吐出室との間は、吸入弁及び吐出弁を介して連通可能である。往復動圧縮機の運転中、クランク軸に外部から動力が供給されてピストンが往復運動すると、圧縮対象のガスは、吸入室から吸入弁を通じてシリンダ内に吸入されてから圧縮され、そして、吐出弁を通じて吐出室に吐出される。

シリンダ内でのガスの圧縮中に、シリンダの内壁面とピストンリングの隙間から、圧縮対象のガス（漏れガス）が漏れてクランク室内に流入する。漏れガスによってクランク室の圧力が高くなることを防止するために、クランク室と吸入室を連通する均圧路が設けられている。
従って、圧縮機の通常運転（負荷運転）時には、均圧路を通じて、クランク室内の漏れガスが吸入室に返戻される。一方、特許文献１の往復動圧縮機は、アンロード機構を有しており、吸入弁を開いたままの状態での運転（無負荷運転）が可能である。負荷運転から無負荷運転への移行時には、吸入室の圧力が高くなるため、均圧路を通じて吸入室からクランク室へとガスが流れる。
なお、特許文献１の往復動圧縮機では、ハウジングの外部に設けられた均圧管が均圧路を構成しているが、均圧路は、ハウジングの内部に設けられていてもよい。

また、特許文献１の往復動圧縮機には、ポンプが設けられており、往復動圧縮機の運転中、油溜室の潤滑油がポンプによって吸い上げられ、ハウジングやクランク軸の内部に設けられた油路を通じて、クランク軸を支持する軸受等に供給される。

米国特許第４８８７５１４号明細書

特許文献１の往復動圧縮機の運転中、クランク室内の漏れガスは、クランク室と吸入室との圧力差に応じて、均圧路を通じ吸入室に返戻される。特に、負荷変動によって、往復動圧縮機が無負荷運転から通常運転に移行したときには、吸入室の圧力が急激に低下するため、クランク室と吸入室との圧力差が大きくなり、均圧路を通じて吸入室に返戻される漏れガスの流速（返戻速度）が大きくなる。

一方、往復動圧縮機の運転中、クランク室内では、各軸受の潤滑後の潤滑油が油滴となり飛散する。この飛散している潤滑油の油滴は、漏れガスの流れとともに均圧路を通じて吸入室に流入する。吸入室に溜まった潤滑油は、シリンダに吸入されてから吐出される。吸入室に流入する潤滑油の量は、漏れガスの返戻速度に応じて増大するため、返戻速度が大であると、往復動圧縮機から吐出される潤滑油の量が多くなり、往復動圧縮機内の潤滑油の量が減少し、油上がりを生ずる虞がある。

なお、特許文献１の往復動圧縮機では、均圧路を構成する均圧管が油分離器としての機能を有するが、漏れガスの返戻速度が大であると、均圧路内の潤滑油が漏れガスによって吹き上げられてしまう。このため、均圧路に油分離器を有する往復動圧縮機でも、往復動圧縮機から吐出される潤滑油の量が多くなり、往復動圧縮機内の潤滑油の量が減少し、油上がりを生ずる虞がある。

本発明の少なくとも一実施形態の目的は、潤滑油の減少が抑制される往復動圧縮機を提供することにある。

本発明の少なくとも一実施形態の往復動圧縮機によれば、吸入室、吐出室、シリンダ、及び、クランク室が設けられ、前記クランク室の下部が潤滑油を貯留するための貯油室として構成されているハウジングと、前記シリンダ内に往復動可能に配置されたピストンと、前記クランク室に回転可能に配置され、前記ピストンと連接棒を介して連結されたクランク軸と、前記クランク室に開口する開口端を有し、前記吸入室と前記クランク室を連通する均圧路と、前記クランク軸と前記均圧路の開口端との間に配置された仕切り部材とを備え、前記仕切り部材は、前記クランク軸の一方の側方から他方の側方まで、前記クランク軸の下側を通って前記クランク軸の少なくとも下側を覆う形で広がっていることを特徴とする往復動圧縮機が提供される。

この構成では、クランク軸から飛散する潤滑油の油滴が仕切り部材に衝突するので、油滴が均圧路の開口端に直接流入することが防止される。このため、均圧路を通じて吸入室に流入する潤滑油の量が低減され、往復動圧縮機からの潤滑油の吐出が抑制される。

一実施形態の往復動圧縮機では、前記仕切り部材は複数の仕切り板からなり、前記複数の板材は前記クランク軸の軸線方向に沿って配列されている。
この構成では、仕切り部材が複数の仕切り板からなるので、クランク室内への仕切り部材の設置が容易である。

一実施形態の往復動圧縮機では、前記仕切り板は、前記クランク軸の下側に沿って湾曲した四半円筒形状の下部と、前記下部に連なって前記クランク軸の側方に位置する上部とを有する。
この構成では、仕切り板に衝突した油滴が仕切り板の下部に集まり、集まった潤滑油を貯油室に円滑に流下させることができる。

一実施形態の往復動圧縮機では、前記クランク軸の軸線方向にて隣り合う前記複数の仕切り板の端部は、前記仕切り板の厚さ方向に隙間を存して相互に重なっている。
この構成では、各仕切り板の下部に集まった潤滑油を、仕切り板の端部同士の隙間を通じて、貯油室に円滑に流下させることができる。

一実施形態の往復動圧縮機は、前記仕切り板の端部の隙間に配置され、前記隙間を通過する前記潤滑油を捕集する捕集部材を更に備える。
この構成では、均圧路の開口端に流入する潤滑油の量が更に低減され、往復動圧縮機からの潤滑油の吐出が更に抑制される。

一実施形態の往復動圧縮機は、前記仕切り部材と前記均圧路の開口端との間に配置された油分離器を更に備え、前記油分離器は、前記仕切り部材側に設けられ、折れ曲がった流路を規定する迷路部と、前記開口端側に設けられ、前記迷路部の流路よりも大きな断面積の流路を規定する空洞部とを有する。

この構成では、油滴の粒径が迷路部を通過する間に大きくなり、空洞部を通過する間にて油滴が重力沈降によりガスから分離され易くなる。この結果、油滴が油分離器によって効率的に回収され、均圧路の開口端に流入する潤滑油の量が更に低減され、往復動圧縮機からの潤滑油の吐出が更に抑制される。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、潤滑油の減少が抑制される往復動圧縮機が提供される。

本発明の一実施形態の往復動圧縮機の概略的な縦断面を、冷凍サイクルの構成とともに示す図である。 図１中の往復動圧縮機の概略的な横断面を示す図である。 図１及び図２中の仕切り板を概略的に示す斜視図である。 他の一実施形態の往復動圧縮機の概略的な横断面を示す図である。 他の一実施形態の往復動圧縮機の概略的な横断面の一部を示す図である。 図６中の油分離器の外観を概略的に示す図である。 他の一実施形態の往復動圧縮機の概略的な横断面の一部を示す図である。 図３の仕切り板の隙間に捕集部材が配置された状態を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、一実施形態の往復動圧縮機の概略的な縦断面とともに、往復動圧縮機が適用された冷凍サイクルの構成を概略的に示す図である。
冷凍サイクルは、冷媒が循環する循環路１０を有し、循環路１０には、往復動圧縮機、凝縮器（高圧側熱交換器）１２、膨張弁（膨張器）１４及び蒸発器（低圧側熱交換器）１６が冷媒の循環方向にてこの順序で配置されている。なお、本実施形態では、循環路１０に、油分離器１８及び受液器２０が更に配置されている。

冷凍サイクルにおいて、往復動圧縮機は、例えば、１ＭＰａ〜３ＭＰａの圧力（吸入圧力）の冷媒を吸入して圧縮し、４ＭＰａ〜６ＭＰａの圧力（吐出圧力）の冷媒を吐出するように構成されているが、冷媒の吸入圧力及び吐出圧力の範囲はこれに限定されることはない。冷媒は、例えばアンモニアや二酸化炭素である。

往復動圧縮機はハウジング２２を有し、ハウジング２２には吸入ポート２４及び吐出ポート２６が設けられている。吸入ポート２４は、配管を介して蒸発器１６の出口に接続され、吐出ポート２６は、配管を介して油分離器１８の入口に接続されている。
ハウジング２２の内部には、吸入室２８、吐出室３０、シリンダ３２、及び、クランク室３４が設けられている。シリンダ３２内にはピストン３６が往復動可能に配置され、シリンダ３２内には、ピストン３６によって圧縮室が区画される。吸入室２８は、吸入ポート２４と連通するとともに、吸入弁を介して圧縮室と連通可能である。吐出室３０は、吐出ポート２６と連通するとともに、吐出弁を介して圧縮室と連通可能である。

なお、本実施形態の往復動圧縮機は、複数のピストン３６及びシリンダ３２を有する多気筒往復動圧縮機である。シリンダ３２は、シリンダスリーブによって区画されているが、シリンダブロックによって区画されていてもよい。

シリンダ３２の一端は、クランク室３４に連通しており、ピストン３６に連結された連接棒３８がクランク室３４内まで延びている。クランク室３４内には、クランク軸４０が回転可能に配置され、連接棒３８がクランク軸４０に連結されている。より詳しくは、クランク軸４０は、ラジアル軸受としてのすべり軸受を介してハウジング２２によって回転可能に支持されている。また、連接棒３８とピストン３６及びクランク軸４０との間にも、ラジアル軸受としてのすべり軸受が介装されている。

クランク軸４０の一端側は、ハウジング２２を気密に貫通しており、クランク軸４０の外端に図示しない駆動源が連結される。駆動源によってクランク軸４０が回転させられると、シリンダ３２内をピストン３６が往復動し、これにより、冷媒の吸入行程、圧縮行程及び吐出行程が繰り返し実行される。

なお、本実施形態の往復動圧縮機は、負荷に応じて吐出容量を変化させるためのアンローダ機構（容量制御機構）を備えている。具体的には、アンローダ機構は、負荷に応じて作動させることのできるアンローダピストン３７を有し、アンローダピストン３７の位置に応じて、吸入弁の開閉を制御することができる。

具体的には、負荷が減少したときに、アンローダピストン３７と連動するリンク部材によって吸入弁が常時開放され、これにより、吸い込み容量が減少する。
そして、吸い込み容量が減少した状態が続き負荷側温度が上昇すると、蒸発器１６での冷媒の蒸発が進行して吸入圧力が上昇する。
吸入圧力を下げるために吸い込み容量を増加させる場合、容量制御機構を働かせてアンローダピストン３７の位置を変化させることにより、吸入弁の常時開放が解除され、吸い込み容量が増大して元に戻る。

一方、往復動圧縮機は、運転中、ラジアル軸受やピストン３６等の摺動部に潤滑油が供給されるように構成されている。そのために、クランク室３４の底部は潤滑油の貯油室３５として区画されている。そして、往復動圧縮機は、クランク軸４０と連動して動作するオイルポンプ４２を有し、オイルポンプ４２によって貯油室３５から吸い上げられた潤滑油が、ハウジング２２の内部又は外部に設けられた油路を通じて、各摺動部に供給される。油路は、例えば、図１中に点線で示したように、クランク軸４０の内部にも形成されている。
なお、本実施形態では、潤滑油を浄化するためのオイルフィルタ４６，４８が貯油室３５内及びハウジング２２の外にそれぞれ設置されている。

図２は、図１中の往復動圧縮機の横断面を概略的に示す図である。
往復動圧縮機においては、運転中、ピストン３６とシリンダ３２の壁面との隙間から冷媒が漏れ出し、クランク室３４内に流入する。この漏れ出した冷媒（漏れガス）によって、クランク室３４の圧力が上昇するのを抑制するために、往復動圧縮機は、クランク室３４と吸入室２８とを連通する均圧路５０を有する。本実施形態では、ハウジング２２に設けられた貫通孔によって、均圧路５０が形成されている。

均圧路５０は、クランク室３４に開口する開口端（入口端）と、吸入室２８に開口する開口端（出口端）とを有する。均圧路５０の入口端は、貯油室３５における潤滑油の通常の油面レベルよりも上方に位置している。

そして、図１及び図２に示したように、本実施形態の往復動圧縮機は、均圧路５０の開口端と、クランク軸４０との間を仕切る仕切り部材５２を更に有する。本実施形態では、仕切り部材５２は、３枚の仕切り板５４ａ，５４ｂ，５４ｃによって形成されている。なお以下では、仕切り板５４ａ，ｂ，ｃをまとめて仕切り板５４とも称する。

仕切り板５４は、図３に示したように、略四半円筒形状の下部５６と、下部５６に一体に連なる平板状の上部５８とからなり、上部５８の上端側が、ハウジング２２に対してボルト等の固定部材で固定されている。
仕切り板５４がハウジング２２に固定された状態では、仕切り板５４の下部５６が、クランク軸４０の下側に沿って下向きに凸に曲がっている。上部５８は、水平方向にてクランク軸４０から離れるほど高くなるように傾斜しており、クランク軸４０と直交する水平方向にてクランク軸４０の両側方に位置している。

換言すれば、仕切り板５４は、クランク軸４０の一方の側方に位置するハウジング２２の部位から、他方の側方に位置するハウジング２２の部位まで、クランク軸４０の下方を通ってクランク軸４０の少なくとも下側を覆う形で広がっている。仕切り板５４の下部５６は、クランク軸４０の直下にて最も凹んでいる。

また、仕切り板５４はクランク軸４０の軸線方向に延びている。３つの仕切り板５４ａ，ｂ，ｃは、クランク軸４０の軸線方向に沿って配列され、隣り合う仕切り板５４ａ，ｂ，ｃの端部同士が、仕切り板５４ａ，ｂ，ｃの厚さ方向に隙間を存して重なっている。

上述した一実施形態の往復動圧縮機では、仕切り板５４によって、クランク軸４０と均圧路５０の入口端との間が仕切られているので、往復動圧縮機の運転中、軸受等を潤滑した後の潤滑油の油滴がクランク軸４０や軸受から飛散しても、油滴が仕切り板５４に衝突するので、油滴が均圧路５０の入口端に直接流入することが防止される。このため、均圧路５０を通じて吸入室２８に流入する潤滑油の量が低減され、往復動圧縮機からの潤滑油の吐出が抑制される。

特に、従来の往復動圧縮機では、アンローダ機構が作動して吸い込み容量が減少し、無負荷運転状態に一旦なった後、吸い込み容量が増大して通常運転状態に移行すると、吸入圧力が急激に減少するので、均圧路に油滴が流入し易かった。これに対し、上述した一実施形態の往復動圧縮機では、無負荷運転から通常運転に移行した際も、仕切り板５４によって、油滴が均圧路５０の入口端に直接流入することが防止される。

そして、上述した一実施形態の往復動圧縮機では、仕切り部材５２が複数の仕切り板５４からなるので、クランク室３４内への仕切り部材５２の設置が容易である。

また、上述した一実施形態の往復動圧縮機では、仕切り板５４に衝突した油滴は、下向きに凸の下部５６に集まり、集まった潤滑油が、仕切り板５４同士の隙間を通じて貯油室３５に円滑に流下する。

本発明は、上述した一実施形態に限定されることはなく、以下に例示するように、上述した一実施形態に変更を加えた形態も含む。なお、以下の実施形態の説明において、先行する実施形態と同一又は類似の構成については、同一の符号を付して説明を簡略化又は省略する。

図４は、他の一実施形態の往復動圧縮機の横断面を概略的に示している。
図４の往復動圧縮機では、ハウジング２２の外部に設けられた均圧管６０によって、均圧路５０が形成されている。
この構成においても、仕切り板５４によって、均圧路５０の入口端へ油滴が直接流入することが防止される。

図５は、更に他の一実施形態の往復動圧縮機の横断面の一部を概略的に示している。
図５の往復動圧縮機は、クランク室３４内に設置された油分離器６４を更に備えている。
図６は、油分離器６４の外観を概略的に示す斜視図であり、図５及び図６を参照すると、油分離器６４は、仕切り板５４側に迷路部６６を有し、均圧路の入口端側に空洞部６８を有する。

迷路部６６は、折れ曲がった流路を規定しており、空洞部６８は、迷路部６６よりも断面積の大きな流路を規定している。
具体的には、油分離器６４は、筒形状の周壁７０と、周壁７０の一端から外側に向けて延びる鍔７２を有する。周壁７０の軸線方向はクランク軸４０に向けられている。周壁７０の内側には、それぞれ周壁７０と直交する複数の仕切り壁７６が設けられている。仕切り壁７６は、周壁７０の軸線方向にて相互に離隔しており、迷路部６６の折れ曲がった流路を規定している。そして、鍔７２には、均圧路５０の入口端と連通する貫通孔（ガス戻し絞り７８）が設けられている。

一方、本実施形態では、均圧路５０の途中部分と、クランク室３４とを連通する貫通孔（オイル落とし絞り８０）が設けられている。オイル落とし絞り８０を通じて、吸入室２８から流下してきた潤滑油が、クランク室３４に返戻される。なお、オイル落とし絞り８０の上に潤滑油が溜まるようにオイル落とし絞り８０の断面積は設定されており、クランク室３４内の油滴がオイル落とし絞り８０に直接が流入して吸入室２８に到達することはない。
なお、オイル落とし絞り８０の位置に、クランク室３４から吸入室２８に向かう方向での流体の流れを制限する逆止弁を設置してもよい。

この往復動圧縮機によれば、油滴の粒径が油分離器６４の迷路部６６を通過する間に大きくなり、空洞部６８を通過する間に油滴が重力沈降によりガスから分離され易くなる。この結果、油滴が油分離器６４によって効率的に回収され、均圧路５０の入口端に流入する潤滑油の量が更に低減され、往復動圧縮機からの潤滑油の吐出が更に抑制される。

なお、この往復動圧縮機では、仕切り板５４の上部５８が傾斜しているので、ハウジング２２の大型化を招くことなく、油分離器６４をクランク室３４内に設置することができる。

図７は、更に他の一実施形態の往復動圧縮機の横断面の一部を概略的に示している。
この往復動圧縮機では、吸入室２８とクランク室３４とを連通する油返戻路８２が、均圧路５０とは別に設けられている。油返戻路８２の断面積は、油返戻路８２が潤滑油によって常時閉塞されるように設定されており、クランク室３４内の油滴が油返戻路８２に直接流入して吸入室２８に到達することはない。

図８は、仕切り板５４の端部同士の隙間に、捕集部材８４を配置した構成を例示している。捕集部材８４は網目構造を有し、自身を通過する油滴が集めて大きくし、大きくなった油滴が貯油室に流下する。
この捕集部材８４によれば、均圧路５０の入口端に流入する潤滑油の量が更に低減され、往復動圧縮機からの潤滑油の吐出が更に抑制される。

また、上述した冷凍サイクルは、往復動圧縮機と凝縮器１２の間に油分離器１８を有していたが、往復動圧縮機から吐出される潤滑油が低減されているので、油分離器１８を省略してもよい。
更に、上述した仕切り部材５２は、３つの仕切り板５４によって構成されていたが、仕切り板５４の数は特に限定されることはない。また、仕切り板５４は、板材によって構成されていたが、板材にはスリットが形成されていてもよく、あるいは、仕切り板５４は、メッシュやパンチングメタル等によって構成されていてもよい。

２２ ハウジング
２８ 吸入室
３０ 吐出室
３２ シリンダ
３４ クランク室
３５ 貯油室
３６ ピストン
３８ 連接棒
４０ クランク軸
５０ 均圧路
５２ 仕切り部材
５４（５４ａ，５４ｂ，５４ｃ） 仕切り板
５６ 下部
５８ 上部
６４ 油分離器
６６ 迷路部
６８ 空洞部

Claims (6)

1. 吸入室、吐出室、シリンダ、及び、クランク室が設けられ、前記クランク室の下部が潤滑油を貯留するための貯油室として構成されているハウジングと、
   前記シリンダ内に往復動可能に配置されたピストンと、
   前記クランク室に回転可能に配置され、前記ピストンと連接棒を介して連結されたクランク軸と、
   前記クランク室に開口する開口端を有し、前記吸入室と前記クランク室を連通する均圧路と、
   前記クランク軸と前記均圧路の開口端との間に配置された仕切り部材とを備え、
   前記仕切り部材は、前記クランク軸の一方の側方から他方の側方まで、前記クランク軸の下側を通って前記クランク軸の少なくとも下側を覆う形で広がっている
   ことを特徴とする往復動圧縮機。
2. 前記仕切り部材は複数の仕切り板からなり、
   前記複数の板材は前記クランク軸の軸線方向に沿って配列されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の往復動圧縮機。
3. 前記仕切り板は、前記クランク軸の下側に沿って湾曲した四半円筒形状の下部と、前記下部に連なって前記クランク軸の側方に位置する上部とを有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の往復動圧縮機。
4. 前記クランク軸の軸線方向にて隣り合う前記複数の仕切り板の端部は、前記仕切り板の厚さ方向に隙間を存して相互に重なっている
   ことを特徴とする請求項３に記載の往復動圧縮機。
5. 前記仕切り板の端部の隙間に配置され、前記隙間を通過する前記潤滑油を捕集する捕集部材を更に備える
   ことを特徴とする請求項４に記載の往復動圧縮機。
6. 前記仕切り部材と前記均圧路の開口端との間に配置された油分離器を更に備え、
   前記油分離器は、
   前記仕切り部材側に設けられ、折れ曲がった流路を規定する迷路部と、
   前記開口端側に設けられ、前記迷路部の流路よりも大きな断面積の流路を規定する空洞部とを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の往復動圧縮機。
   
   

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