JP6898468B2 - 往復動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクルに適用され、冷媒ガスの圧縮に用いられる往復動圧縮機における油上り防止機構に関する。

往復動圧縮機は、クランク軸（駆動軸）の回転運動をクランク室内においてピストンの往復動に変え、冷凍サイクルを循環する冷媒ガスを圧縮するようにしている。往復動圧縮機の内部は、吸入室、吐出室、シリンダおよびクランク室に区画され、クランク室の下部は、潤滑油を貯留する貯油室となっている。貯油室に貯留された潤滑油は、オイルポンプによる強制給油方式で往復動圧縮機の各摺動部へ給油される。

冷凍サイクルを循環する冷媒ガスは、ピストンの往復動により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、吐出弁を通じて吐出室に吐出される。

従来から、シリンダの内壁面とピストンリングの隙間からクランク室内に漏れた冷媒ガス（ブローバイガス）によって、クランク室内の圧力が上昇す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（バランスホール）を設けて、ブローバイガスを吸入室に戻すようにしている。

均圧路を通じて吸入室に流入するブローバイガスの吸入室への戻りは、クランク室内の油滴を同伴するため、潤滑油を貯留する貯油室の油量が減少する油上りを生ずる虞がある。

このような油上りを防止する機構として、例えば下記の特許文献１には、クランク室および吸入室を連通する均圧路のクランク室側の開口端と、ピストンが連結されたクランク軸との間に配置された仕切り部材を備え、さらに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備える往復動圧縮機が開示されている。

このように構成された往復動圧縮機によれば、クランク室内の油滴が仕切り部材により均圧路の開口端に直接流入することが防止され、さらに油分離器によって均圧路の開口端に流入する潤滑油の量がさらに低減され、油溜室の油量が減少する油上りが防止される。

ＷＯ２０１４／０５４０９２国際公開公報

しかしながら、特許文献１の構成に対して、クランク室内に仕切り部材を設けることなく、またクランク室内に突出する油分離器を設けることなく、ブローバイガスを吸入室に戻すことによる油上りを防止することが求められている。

本発明は、上記課題を解決するために発明されたものであり、簡易的な構造によりブローバイガスを吸入室に戻すことによる油上りを防止する往復動圧縮機を提供することを目的とする。

上記目的を達成する往復動圧縮機は、吸入室、吐出室、シリンダ、およ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貯油室として構成されたハウジングと、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、前記クランク軸を軸受けする軸受部が配置される軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングおよび前記クランク室の間に設けられ、前記軸受ハウジング内とともに密閉空間を形成し、前記クランク室および前記密閉空間を連通する第１連通部、第２連通部を備える仕切り板と、前記密閉空間に開口する開口端を備え、前記吸入室と連通する均圧路と、を有する。前記第１連通部は、ブローバイガスが通過可能であって前記潤滑油が通過不可能または通過困難となるように構成され、前記第２連通部は、前記第１連通部に対して鉛直方向の下側に設けられるとともに、前記潤滑油の油滴が通過可能となるように構成されている。

このように構成された往復動圧縮機によれば、シリンダの内壁面およびピストンリングの隙間からクランク室内に漏れたブローバイガスは、第１連通部を介して、軸受ハウジングおよび仕切り板によって形成された密閉空間を流通する。このとき、潤滑油はブローバイガスの吸入室への戻りに同伴して密閉空間を流通する。そして、潤滑油が密閉空間内を通過する間に、油滴は大きくなり、重力沈降によりブローバイガスから分離される。ガスから分離された油滴は、第２連通部を介して貯油室に戻される。一方、油滴が分離されたブローバイガスは、密閉空間から均圧路を介して吸入室に移動する。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、往復動圧縮機の油上りを防止できる。したがって、簡易的な構造によりブローバイガスを吸入室に戻すことによる油上りを防止する往復動圧縮機を提供することができる。

本実施形態に係る往復動圧縮機の概略縦断面を、冷凍サイクルとともに示す図である。 本実施形態に係る往復動圧縮機の概略横断面を示す図である。 本実施形態に係る往復動圧縮機を示す斜視断面図である。 ブローバイガスの吸入室への戻りおよび潤滑油の移動する様子を示す図である。

本発明の実施形態を、図１〜図４を参照しつつ説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、本実施形態に係る往復動圧縮機１の概略縦断面を、冷凍サイクルとともに示す図である。図２は、本実施形態に係る往復動圧縮機１の概略横断面を示す図である。図３は、本実施形態に係る往復動圧縮機１を示す斜視断面図である。図４は、ブローバイガスの吸入室への戻りおよび潤滑油の移動する様子を示す図であって、図３のＡ部を示す拡大図である。なお、図３では理解の容易のため、仕切り板７０の内部を透視した状態を表している。

まず、図１を参照して、冷凍サイクルの構成について説明する。

冷凍サイクルは、冷媒が循環する環状の冷媒循環路１０を有し、冷媒循環路１０には、往復動圧縮機１、凝縮器（高圧側熱交換器）１２、膨張弁（膨張器）１４、および蒸発器（低圧側熱交換器）１６が冷媒の循環方向にてこの順序で接続され配置されている。なお、本実施形態では、冷媒循環路１０に、油分離器１８および受液器２０がさらに配置されている。

冷凍サイクルにおいて、往復動圧縮機１は、例えば、０.１ＭＰａ〜０.３ＭＰａの圧力（吸入圧力）の冷媒を吸入して圧縮し、１．５ＭＰａ〜２ＭＰａ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、冷媒の吸入圧力およ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Ｒ３２等の種々の代替フロン冷媒、又はアンモニアや二酸化炭素等である。

次に、図１〜図４を参照して、本実施形態に係る往復動圧縮機１の構成について説明する。

往復動圧縮機１は、概説すると、ハウジング２２と、シリンダ３２内に往復動可能に配置されたピストン３６と、クランク室３４に回転可能に配置されたクランク軸４０と、クランク軸４０を軸受するオイルポンプ９０側の軸受部５０Ａと、オイルポンプ９０側の軸受部５０Ａが配置される軸受ハウジング６０と、軸受ハウジング６０およびクランク室３４の間に設けられ、軸受ハウジング６０とともに密閉空間Ｖを形成する仕切り板７０と、密閉空間Ｖおよび吸入室２８を連通する均圧路８０と、を有する。以下、各構成について説明する。

図１に示すように、ハウジング２２には、吸入ポート２４および吐出ポート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。

図１〜図３に示すように、ハウジング２２の内部には、吸入室２８、吐出室３０、シリンダ３２、クランク室３４、および貯油室３５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Ｗ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Ｗ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Ｗと連通可能である。

シリンダ３２の下端は、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。

貯油室３５は、図１に示すように、クランク室３４の底部に形成されている。貯油室３５に貯留されている油は、往復動圧縮機１の運転中、各摺動部に潤滑油として供給される。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内およびハウジング２２の外にそれぞれ設置されている。

クランク軸４０の一端側（図１の右側）は、軸シール４３を介してハウジング２２を気密に貫通しており、クランク軸４０の外端に不図示の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、圧縮行程および吐出行程が繰り返し実行される。

軸受部５０Ａは、図３に示すように、駆動源とは反対のオイルポンプ９０側のクランク軸４０を軸受するように構成されている。軸受部５０Ａの内周には、図３に示すように、貯油室３５からの潤滑油がクランク軸４０の外周に接するように、溝部５１が形成されている。軸受部５０Ａの一端側（図３の手前側）はフランジ形状を備えており、軸受ハウジング６０に当接するように構成されている。

軸受ハウジング６０には、図３に示すように、軸受部５０Ａが配置される。軸受ハウジング６０は、不図示の固定部によって、ハウジング２２に固定される。固定部は特に限定されないが、例えば、ボルトである。

軸受ハウジング６０には、図３に示すように、径方向の外方に向けて、潤滑油が通過する油路６１が形成されている。また、軸受ハウジング６０の一端側（図３の手前側）には、クランク軸４０の軸方向に凹んだ凹部６２が形成されている。凹部６２は、仕切り板７０が軸受ハウジング６０に固定されることによって密閉空間Ｖを形成する。密閉空間Ｖは、均圧路８０と接続した第１密閉空間Ｖ１および油路６１と接続した第２密閉空間Ｖ２を備える。貯油室３５から軸受ハウジング６０に供給された潤滑油は、油路６１を介して第２密閉空間Ｖ２に流通する。

仕切り板７０は、図３に示すように、軸受ハウジング６０およびクランク室３４の間に設けられる。また、仕切り板７０は、軸受ハウジング６０の凹部６２を覆うように、軸受ハウジング６０に固定される。仕切り板７０を軸受ハウジング６０に対して固定する手段は特に限定されないが、例えばボルトによる締結である。

仕切り板７０は、図３、図４に示すように、クランク室３４および密閉空間Ｖを連通する第１連通部７１、第２連通部７２、および第３連通部７３を備える。

第１連通部７１および第２連通部７２は、図３、図４に示すように、均圧路８０と連通する第１密閉空間Ｖ１と連通するように形成されている。また、第３連通部７３は、図３に示すように、軸受ハウジング６０の油路６１と連通する第２密閉空間Ｖ２と連通するように形成されている。

第１連通部７１は、図３、図４に示すように、６つの貫通孔から形成される。第１連通部７１を構成する貫通孔の大きさは、ブローバイガスが通過可能であって、潤滑油の油滴が通過不可能または通過困難となるように規定されていることが好ましい。このような第１連通部７１を構成する貫通孔の大きさは、例えば１ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。

第２連通部７２は、第１連通部７１に対して鉛直方向の下側に設けられる。第２連通部７２は、第１密閉空間Ｖ１の最下部に位置する。第２連通部７２は、図３、図４に示すように、１つの貫通孔から形成される。第２連通部７２を構成する貫通孔の大きさは、潤滑油の油滴が通過可能となるように規定されていることが好ましい。すなわち、第２連通部７２を構成する貫通孔の大きさは、第１連通部７１を構成する貫通孔の大きさよりも大きく構成されていることが好ましい。このような第２連通部７２を構成する貫通孔の大きさは、例えば３ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。第２連通部７２は、第１連通部７１の合計面積よりも小さい方が良い。

第３連通部７３は、図３に示すように、開口形状を横に広くとる扁平形状の切り欠き部によって形成される。この構成によれば、第３連通部７３からの油は、クランク室３４に勢いよく噴出するような噴き出しを防止できる。したがって、隣接する第１連通部７１のブローバイガスの吸入室２８への戻りおよび第２連通部７２のブローバイガスから分離された油滴の貯油室３５への戻りに影響を及ぼさない。第３連通部７３は、第２密閉空間Ｖ２のうち、鉛直方向の下方に設けられることが好ましい。このように構成されることによって、油路６１を介して第２密閉空間Ｖ２に流通する潤滑油を好適にクランク室３４へ供給することができる。

均圧路８０は、往復動圧縮機１の運転中にピストン３６とシリンダ３２の壁面との隙間から漏れ出したブローバイガスによって、クランク室３４の圧力が上昇するのを抑制するために設けられる。

均圧路８０は、第１密閉空間Ｖ１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。

次に、本実施形態に係る往復動圧縮機１の効果について説明する。

例えば、仕切り板７０が設けられない往復動圧縮機の場合、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や軸受から飛散し、均圧路を通じて吸入室に流入するブローバイガスによって潤滑油が同伴されて、貯油室の油量が減少して油上りが生じてしまう虞がある。

これに対して、本実施形態に係る往復動圧縮機１によれば、軸受ハウジング６０およびクランク室３４の間に仕切り板７０が設けられるため、第１連通部７１を通過するブローバイガス（図４の矢印Ａ１参照）に同伴しようとする潤滑油は、第１連通部７１において、通過が困難であるため、貯油室３５に戻される。さらに、ブローバイガスに同伴する潤滑油がわずかに第１連通部７１を通過したとしても、第１密閉空間Ｖ１を通過する間に、同伴された油滴は大きくなり、重力沈降によりブローバイガスから分離される。ブローバイガスから分離された油滴は、第２連通部７２を介して貯油室３５に戻される（図４の矢印Ａ２参照）。一方、油滴が分離されたブローバイガスは、第１密閉空間Ｖ１から均圧路８０を介して吸入室２８に移動する。このため、均圧路８０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１の油上りを防止できる。

軸受ハウジング６０内に第１密閉空間Ｖ１を第１連通部７１よりも大きな流路断面積とする形状とし、ブローバイガスの吸入室２８への戻りの流速を低下させてより重力沈降を促進させる。また、軸受ハウジング６０内の凹部６２で形成される空間内には、軸受ハウジング６０の強度を補強するリブ６６が設けられている。このようにリブ６６が設けられることによって、ブローバイガスは複雑な流路を通過することにより、さらに油分離が促進される。

以上説明したように、本実施形態に係る往復動圧縮機１は、吸入室２８、吐出室３０、シリンダ３２、およびクランク室３４が設けられ、クランク室３４の下部が潤滑油を貯留する貯油室３５として構成されたハウジング２２と、シリンダ３２内に往復動可能に配置されたピストン３６と、クランク室３４に回転可能に配置され、ピストン３６と連接棒３８を介して連結されたクランク軸４０と、クランク軸４０を軸受けする軸受部５０Ａが配置される軸受ハウジング６０と、軸受ハウジング６０およびクランク室３４の間に設けられ、軸受ハウジング６０とともに密閉空間Ｖを形成し、クランク室３４および密閉空間Ｖを連通する第１連通部７１、第２連通部７２を備える仕切り板７０と、密閉空間Ｖに開口する開口端を備え、吸入室２８と連通する均圧路８０と、を有する。このように構成された往復動圧縮機１によれば、簡易的な構造によりブローバイガスを吸入室２８に戻すことによる油上りを防止することができる。

また、軸受ハウジング６０には、クランク軸４０の軸方向に凹んだ凹部６２が形成されている。このため、ブローバイガスから潤滑油を分離するための密閉空間を容易に形成することができる。

また、仕切り板７０は、第２密閉空間Ｖ２からクランク室３４へ潤滑油が移動可能な第３連通部７３を有する。この構成によれば、軸受部５０Ａに供給された油が、軸受ハウジング６０の油路６１、第２密閉空間Ｖ２、および第３連通部７３を介して、隣接する第１連通部７１のブローバイガスの吸入室２８への戻りおよび第２連通部７２のブローバイガスから分離された油滴の貯油室３５への戻りに影響を及ぼさないように貯油室３５に戻されるため、油上りをより好適に防止することができる。

また、第１連通部７１は、ブローバイガスが通過可能であって潤滑油が通過不可能または通過困難となるように構成されている。この構成によれば、第１連通部７１を通過するブローバイガスに同伴しようとする潤滑油は、第１連通部７１において、通過が困難であるため、貯油室３５に戻される。よって、油上りをより好適に防止することができる。

また、第３連通部７３は、開口形状が横に広い扁平形状である。この構成によれば、第３連通部７３からの油は、クランク室３４に勢いよく噴出するような噴き出しを防止できる。したがって、隣接する第１連通部７１のブローバイガスの吸入室２８への戻りおよび第２連通部７２のブローバイガスから分離された油滴の貯油室３５への戻りに影響を及ぼさない。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変することができる。

例えば、上述した実施形態では、第１連通部７１は、６つの貫通孔から形成したが、６つに限定されない。

また、上述した実施形態では、第１連通部７１は、ブローバイガスが通過可能であって油滴が通過不可能または通過困難であった。しかしながら、第１連通部７１は、油滴が通過可能に構成されてもよい。この場合であっても、第１密閉空間Ｖ１を通過する間に、同伴された油滴は大きくなり、重力沈降によりブローバイガスから分離され、ブローバイガスから分離された油滴は、第２連通部７２を介して貯油室３５に戻されるため、好適に油上りを防止できる。

また、上述した実施形態では、仕切り板７０は、第３連通部７３を有したが、第３連通部を有していなくてもよい。

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、
５０Ａ オイルポンプ側軸受部、
５０Ｂ 駆動源側軸受部、
６０ 軸受ハウジング、
７０ 仕切り板、
７１ 第１連通部、
７２ 第２連通部、
７３ 第３連通部、
８０ 均圧路、
９０ オイルポンプ、
Ｖ 密閉空間。

Claims (4)

1. 吸入室、吐出室、シリンダ、およ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貯油室として構成されたハウジングと、
   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、
   前記クランク軸を軸受けする軸受部が配置される軸受ハウジングと、
   前記軸受ハウジングおよび前記クランク室の間に設けられ、前記軸受ハウジングとともに密閉空間を形成し、前記クランク室および前記密閉空間を連通する第１連通部、第２連通部を備える仕切り板と、
   前記密閉空間に開口する開口端を備え、前記吸入室と連通する均圧路と、を有し、
   前記第１連通部は、ブローバイガスが通過可能であって前記潤滑油が通過不可能または通過困難となるように構成され、
   前記第２連通部は、前記第１連通部に対して鉛直方向の下側に設けられるとともに、前記潤滑油の油滴が通過可能となるように構成されている往復動圧縮機。
2. 前記軸受ハウジングには、前記クランク軸の軸方向に凹んだ凹部が形成されている請求項１に記載の往復動圧縮機。
3. 前記仕切り板は、前記密閉空間から前記クランク室へ前記潤滑油が移動可能な第３連通部を有する請求項１または２に記載の往復動圧縮機。
4. 前記第３連通部は、開口形状が横に広い扁平形状である請求項３に記載の往復動圧縮機。

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