JPH0317479A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は潤滑油を冷媒に混ぜてサイクル中を循環させる
ようにした冷凍装置に関し、特に冷媒中より潤滑油を分
離して圧縮機に戻す潤滑油分離器に関する。

〔従来の技術〕

通常、自動車用空調装置に用いられる圧縮機はエンジン
ルーム内に配設されるようになっている。

そして、特に近年では種々の機器がエンジンルーム内に
配設されるためにエンジンルーム内は増々狭くなり、そ
れに伴う各機器の小型化あるいは軽量化等が望まれてい
る．そのため、圧縮機に関しても例外ではなく、近年の
圧縮機は重量増加に関与するオイルポンプや大きなオイ
ル溜めは備えていない。従って、冷媒中に潤滑油を混入
させて圧縮吐出を行い、圧縮機の被給油部分の潤滑を行
うようにしてい′る。そして、冷凍装置内を循環する冷
媒量が不足した時であっても十分な量の潤滑油が圧！１
機に戻るようにしなければならない。

ここで、冷媒中に潤滑油を含有させて冷凍装置内を循環
させる場合、冷房能力上、冷凍装置内を循環する潤滑油
量はできるだけ少なくして圧縮機の潤滑を行う必要があ
る。そのため、圧ｗＪ機の吐出側に冷媒中より潤滑油を
分離する潤滑油分離器を設け、この分離された潤滑油を
圧縮機側に戻し、圧縮機を潤滑しているものが提案され
ている。

（実開昭５１−１５４３５８号公報） 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、圧縮機の吐出側に潤滑油分離器を設けた
場合、潤滑油は冷媒中に溶け込んでいるため分離するの
は難しい。そして、圧縮機の吐出側は他の冷凍装置内に
比べ比較的高圧であるため、この高圧に耐え得る潤滑油
分離器を設けなければならない。また、分離した潤滑油
は高温であるため、圧縮機側に戻す際、潤滑油を冷却し
なければならない。従って、構造が複雑になったりコス
トが高くなったりするという問題がある。

また、圧縮機の吐出側に潤滑油分離器を設ける上述のも
のは、圧縮機の高圧側と低圧側をバイパスすることにな
り、冷凍装置の低圧側の圧力および温度の上昇を早くす
る結果となる。ここで、自動車用空調装置に用いられる
冷凍装置は蒸発器からの吹出空気温度によって圧縮機の
作動を制御するようにしていることを考慮すると、この
低圧側の圧力，温度上昇は圧縮機の稼働率上昇、すなわ
ち冷凍装置の稼働率の増加を引き起こすという問題があ
る。

また、冷房能力上さらに封入する潤滑油を少なくした場
合、冷凍装置内を循環する冷媒量が少ない時、さらに循
環する潤滑油量は少なくなるため、圧縮機の潤滑を良好
に行うことができないという問題がある。

本発明は上記種々の問題に鑑みてなされたもので、少な
い潤滑油量で冷凍装置内を循環する冷媒量が少なくなっ
ても圧縮機の潤滑を良好に行うことができるとともに、
冷凍装置の稼働率の増加を防止することができる安価で
簡単な構或の潤滑油分離器を有する冷凍装置を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達或するために、自動車用空調装置
の冷凍装置において蒸発器と圧縮機との間、すなわち該
冷凍装置の低圧側に、潤滑油を含有する冷媒中より潤滑
油を分離すると共に、この潤滑油を圧縮機側に戻す潤滑
油分Ｍ器を設け、該潤滑油分離器により該冷凍装置の高
圧側と低圧側をバイパスしない構成とするという技術的
手段を採用している。

そして、潤滑油分離器は、圧縮機と蒸発器とを接続する
と共に蒸発器から導出した潤滑油を含有する冷媒が圧縮
機に向けて内部を流れる冷媒配管に設けられ、潤滑油を
含有する冷媒中より潤滑油を分離する潤滑油分離部と、
この潤滑油分離部によって分離された潤滑油を前記圧縮
機の低圧側に戻す潤滑油戻し部とを備える。

〔作用〕

蒸発器より導出した冷媒は低温低圧であるため、潤滑油
の冷媒中に溶け込むことができる量は他の冷凍装置内に
比べ、比較的少ない。そして、潤滑油は冷媒に比べ単位
体積あたりの重量が重く、また粘性が高いため、蒸発器
より導出した冷媒中には比較的多くの潤滑油が存在して
いる。そのため、潤滑油分離器では冷媒中より潤滑油が
容易に分離される。そして、潤滑油分離器で分離された
潤滑油は戻し部を介して圧縮機側に戻される。

〔実施例〕 本発明冷凍装置を図面に示す実施例に基づき説明する。

第１図には本発明の模式構或図を示す。

第１図中、符号１はエンジンルーム゛内に設けられ、図
示しない自動車走行用エンジンの駆動力を電磁クラッチ
を介して受け、冷媒を潤滑油と共に圧縮吐出し高温高圧
のガス冷媒にする圧縮機である。

符号２はエンジンルーム内のラジエー夕の前方に設けら
れ（省図示）、圧縮Ｍｌより吐出されたガス冷媒を凝縮
し、液冷媒にする凝縮器である。

符号３はエンジンルーム内の前方に設けられ、凝縮器２
を通過した冷媒を導入して、この冷媒をガス冷媒と液冷
媒とに分離し、液冷媒のみを導出する受液器である。

符号４は車室内に設けられ、受液器３より導出された液
冷媒を導入して低温低圧の霧状に膨張させる膨張弁（減
圧手段）である。

符号５は車室内に設けられ、膨張弁４により霧状にされ
た冷媒を蒸発させる蒸発器である。蒸発器によって冷媒
が蒸発する際、蒸発器５の各チューブ及びフィン間を空
気が通過することによって空気は熱を奪われ冷却される
。この冷却された空気によって車室内の冷房を行う。

また、符号６は各機器を接続する冷媒配管であり、符号
１０は圧縮機１と蒸発器５とを接続する冷媒配管６ａ中
に設けられた潤滑油分離器である。

そして、この潤滑油分離器１０と圧縮機１との間には、
冷媒経路としての冷媒配管６ａとは別に、潤滑油を圧縮
機側に戻す戻し部として、潤滑油戻し経路が構成されて
いる。なお、潤滑油分離器ＩＯで分離された潤滑油は、
この潤滑油戻し経路を介して圧縮機１へ吸入される吸入
直前の冷媒中、あるいは直接圧縮機１内の摺動部へ戻さ
れる。

次にこの潤滑油分離器１０について詳述する。

まず、第１実施例として潤滑油を圧縮機吸入直前の冷媒
中に戻すようにしたものを説明する。なお、潤滑油分離
器１０は冷媒の流れを考慮して蒸発器５の出口パイプか
ら直線状に設けられ、かつ、できるだけ蒸発器５出口近
傍に設けられている。

第２図に示すように圧縮機１の低圧フランジ部１ａと蒸
発器５の出口パイプ５ａとを接続する円形状の冷媒配管
６ａにはこの冷媒配管６ａの径（約１６ｍｍ）よりもや
や大きい径（約２２Ｍ）を有する拡管部１１が連続的に
形成されている。拡管部ｌ１の開放部１１ａ側はボック
ス型の固定フランジ１２の連通穴１２ａに嵌合されてい
る。拡管部ｌｌ内には冷媒配管６ａとほぼ同一径を有す
る冷媒ガス配管１３が配設されている。この冷媒ガス配
管１３は冷媒配管６ａの同軸上に配設されている。冷媒
ガス配管１３の一端１３ａは冷媒及び潤滑油の慣性を考
慮し、拡管部１１と冷媒配管６ａとの境部６ｂより５〜
１５ｍｍ程度、図中左側に位置するように形成されてい
る。冷媒ガス配管１３の他端１３ｂ側は固定フランジ１
２の連通穴１２ｃに嵌合されている。

また、固定フランジ１２には中空部１２ｂより図中下方
に向けて貫通する貫通穴１２ｄ（径は４〜５Ｍ程度）が
形成されている。そして、貫通穴１２ｄの固定フランジ
ｌ２の底面への開口部１２ｅにはジョイント１４（戻し
配管）が接続されている。ジョイント１４には潤滑油が
流れる潤滑油配管１５（戻し配管）の一端１５ａが接続
されている。潤滑油配管１５の他端１５ｂは圧縮機ｌの
低圧フランジ部１ａに連通接続されている。低圧フラン
ジ部１ａには通常冷媒ガスを補給するためのユニオンｌ
ｂ（径は４〜５Ｍ程度）が常設されているため、このユ
ニオン１ｂに潤滑油配管１５の他端１５ｂを接続する。

（拡管部ｌ１、固定フランジ１２、ジョインｌ−１４及
び潤滑油配管１５によって潤滑油分離器ｌＯが構威され
ている。）尚、本実施例では潤滑油配管１５の他端１５
ｂを低圧フランジ部１ａのユニオン１ｂに接続し、潤滑
油を圧縮機側に戻すようにしているが、冷媒配管６ｂの
圧縮機１に近接する部分に接続するようにしてもよく、
さらには後述する第２実施例と同様、圧縮機Ｉ内の摺動
部に直接潤滑油を戻すようにしてもよい。また、第２図
中矢印Ａは冷媒ガス配管工３を通過した冷媒が通常の冷
媒配管６ａ内を通って圧縮機ｌの冷媒吸入口に導入され
る冷媒の流れを示す。

次に上記構成による冷凍装置の作動について説明する。

圧縮機１より圧縮吐出され蒸発器５より導出されるまで
の冷媒中には比較的多くの潤滑油が溶け込んでいるが、
蒸発器５より導出された冷媒は冷凍装置内においては加
熱ガスであるため、冷媒に潤滑油が溶け込めなくなる。

つまり、蒸発器５内で冷媒が熱交換されることにより冷
媒は徐々に気化（ガス化）され、潤滑油が分離しはじめ
る。

ここで、特に蒸発器５の冷媒出口パイプ５ａ付近から圧
縮Ｉａ１の低圧フランジｌａ付近までの冷媒配管６ａ内
では冷媒が加熱ガスの（圧力：約２ｋｇ　／　ｃＪ、温
度：約１０’Ｃ）ため多くの潤滑油が冷媒中に溶け込む
ことができない。従っゴ、冷媒と潤滑油とが完全に分離
してしまい、潤滑油は冷媒に比べ単位体積あたりの重量
が大きく（冷媒：約０．０　１　８　ｇ／ａｆｌ、潤滑
油：約０．　８　９　ｇ　／ｃｆｆｌ）　、粘性が高い
。よって、潤滑油は流動性が悪いため、冷媒は冷媒配管
６ａの略中心付近を流れるが、潤滑油は冷媒配管６ａの
管内壁を伝わって流れる。

また、蒸発器５の冷媒出口パイプ５ａ付近から圧縮機の
冷媒吸入口付近までの冷媒配管６ａは圧力損失を低減す
るために比較的管径（約１６ｍｍ程度）を大きくしてい
るため、冷媒ガスの流速が遅く、冷媒不足時等において
は、ほとんど潤滑油が流れなくなってしまう。そして、
蒸発器５の冷媒出口パイブ５ａ付近から圧縮機１の低圧
フランジｌａ付近までの冷媒配管６ａ内に比較的多くの
潤滑油が溜まることになる（全潤滑油量の３０％程度）
。

そして、蒸発器５より流出し、冷媒配管６ａ内を流れる
冷媒のうち、管内壁の上方あるいは側方を流れる潤滑油
は重力の影響により徐々に下方を流れるようになる。

そして、冷媒及び潤滑油が潤滑油分離器１０に達した時
、冷媒は慣性によって冷媒ガス配管ｌ３内に向かって流
れ、再び冷媒配管６ｂ内を流れる。

一方、冷媒配管６ａの管内壁を伝わって流れてきた潤滑
油は粘性が高いため、境部６ｂから拡管部１１内を伝わ
って流れる。そして、拡管部１１内の潤滑油が固定フラ
ンジ１２の中空部１２ｂに達した時、潤滑油は貫通穴１
２ｄ，ジョイント１４潤滑油配管１５及びユニオンｌｂ
を介して低圧フランジｌａ内に流入する。低圧フランジ
ｌａ内に流入した潤滑油は、冷媒配管６ｂ内を流れ、低
圧フランジｌａ内に流入した冷媒と共に、圧縮機１によ
って再び圧縮され、吐出される。以下、この工程を繰り
返す。

以上示したように、簡単な構戒により容易に冷媒と潤滑
油とを分離することができ、分離した潤滑油を圧縮機に
戻しているため、蒸発器から圧縮機までの間における冷
媒配管に潤滑油が溜まることがなくなる。

従って、冷凍装置内の封入冷媒が不足してきた場合ある
いは可変容量式の圧縮機が低負荷で作動した場合に発生
する冷凍装置内を循環する冷媒量が少ないことに伴う圧
縮機への潤滑油不足を解消することができる。

また、比較的径（４〜５胴程度）の小さい潤滑油専用の
配管によって分離された潤滑油を圧縮機に戻しているた
め、可変速が大きく、潤滑油戻りが不安定となる車両等
においても圧縮機への安定した潤滑油の供給を行うこと
ができる。

さらに、冷凍装置の停止あるいは放置後において、圧縮
機の起動時に生じるオイルあがりによる潤滑油不足も潤
滑油分離器内に溜まっている潤滑油が圧縮機に給油され
ることにより解消することができる。

また、省燃費あるいは冷房フィーリングの向上に伴う可
変容量式の圧縮機を用いた場合、この圧縮機の低負荷時
においては冷凍装置内を循環する冷媒量が少ないため、
圧縮機への潤滑油量も減少するが、この場合においても
、蒸発器と圧縮機の潤滑油配管中には比較的多くの潤滑
油が存在するため、良好に圧縮機の潤滑を行うことがで
きる。

従って、冷凍装置内を循環する潤滑油量を最小限に抑え
た場合においても、圧縮機の潤滑を良好に行う事ができ
る。

以上により、圧縮機を正常に作動させることができ、圧
縮機の耐久力を向上させることができる。

また、第３図に示すような潤滑油分離器１０を設けても
よい。この潤滑油分離器１ｏはボックス形状の潤滑油分
離部１６，ジョイント１４及び潤滑油配管１５により構
威されている。潤滑油分離部ｌ６は内部に中空部１６ａ
を有し、蒸発器５がら圧縮機１の間の冷媒配管６ｂに中
空部１６ａと冷媒配管６・ａ内とが連通ずるように設け
られている。潤滑油分離部１６の底面部１６ｂには断面
円形状の貫通穴１６ｃが形成され、この貫通穴１６Ｃ，
ジョイント１４及び潤滑油配管１５を介して、中空ｆｌ
Ｂ１６ａと圧縮機ｌ内とが連通している。

上記構成により、蒸発器５より導出された冷媒は冷媒配
管６ａ内を矢印Ｂのように流れるが、蒸発器５より導出
された潤滑油は冷媒配管６ａ内壁を伝わるため、潤滑油
のみ中空部１６ａにて回収され、圧縮機１側に戻される
。この潤滑油分離器１０を用いた場合、蒸発器５から圧
縮機１の間の冷媒配管６ｂに潤滑油分離部ｌ６を組み付
け、ジョイント１４，潤滑油配管１５等を接続するだけ
で良いため後付けを容易に行うことができる。

その他の構成・作動及び作用・効果は第２図に示した実
施例と同様である。

次に、第２実施例として潤滑油を圧縮機１内の摺動部へ
戻すようにしたものについて説明する。

圧縮機ｌと潤滑油分離器ＩＯを一体型に構成した例を第
４図に示す。第４図に示す潤滑油分離器１０において、
潤滑油を冷媒から分離する分離室２２はその内周壁が円
筒状であり、分離室２２中夫にはこの分離室２２と同心
軸に冷媒出口管２３が設けられている。また、蒸発器５
から分離室２２内に導入される冷媒流の導入口２ｌは、
該冷媒流が分離室２２内周壁に対してその接線方向から
導入されるべく分離室２２上部に配置されている。

また、分離室２２下部には、分離室２２内で分離された
潤滑油を圧縮機ｌのクランクケース１ａ内に直接導入す
るために、分離室２２内とクランクケース１ａ内とを結
ぶ潤滑油戻し部としての連通孔２４が設けられている。

なお、圧縮機１のクランクケースｌａ内は低圧側である
。

上記構成により、蒸発器５より導出された冷媒流は冷媒
配管６ａ内略中心を通り潤滑油分離器ｌＯの分離室２２
内へ導入口２ｌを介して導入される。また、冷媒配管６
ａ内壁を伝わって潤滑油が導入口２１から分離室２２内
へ導入される。さらに、冷媒流中に溶解して導入口２１
から分離室２２内へ導入される潤滑油はその比重が比較
的重いために、冷媒流が第４図中矢印Ｃに示すように、
円筒状の分離室２２内周壁および冷媒出口管外壁２３ａ
に沿って流れるうちに、遠心作用によって比重の比較的
軽いガス冷媒から安全に分離される。

分離されたガス冷媒は冷媒出口管２３内を通って圧縮機
ｌのシリンダｌｂ内へ導入され、圧縮作用の後、凝縮器
２へと導出される。一方、分離された潤滑油は分離室２
２内壁あるいは冷媒出口管外壁２３ａを伝わって潤滑油
分離器１０内下部へ流れ、第４図中矢印Ｄに示すように
、連通孔２４を介して圧縮機１のクランクケース１ａ内
へ供給され、クランクケース１ａ内に溜められる。なお
、冷媒流の流速は圧縮機１の高圧側であっても低圧側で
あってもあまり変化はないため、遠心作用による潤滑油
分離は良好に行われる。本実施例によれば、冷凍装置内
を循環する潤滑油を実質無くすことができ、例え冷凍装
置の運転条件の変動によって潤滑油が冷媒中に溶解し循
環されたとしても圧縮機直前でまた分離される。すなわ
ち、潤滑油が冷凍装置内を実質的に循環しないため、該
冷凍装置の冷凍能力をさらに向上することができる。

また、本実施例によっても第１実施例と同様の効果を得
ることができる。

なお、第４図において、潤滑油のクランクケース１ａ内
への戻りがさらに良好になるように、圧縮機ｌに対して
潤滑油分離器１０全体を角度をつけるようにして配設し
てもよい。また、第２実施例は必ずしも圧縮機ｌと一体
化して潤滑油分離器を構成するものでないことは言うま
でもなく、さらに、この遠心作用による潤滑油分離器は
第１実施例によるものにも適用可能である。

〔発明の効果〕

以上示したように本発明によれば、安価で簡単な構戒の
潤滑油分離器を蒸発器と圧縮機との間に設けることによ
り、冷媒と潤滑油を分離することができるため、圧縮機
の稼働率が増加することもなく、また少ない潤滑油量で
冷凍装置内を循環する冷媒量が少なくなっても圧縮機に
潤滑油を供給することができる。

従って、圧縮機の潤滑を良好に行うことができるため、
圧縮機を良好に作動させることができると共に、圧縮機
の耐久性を向上させることができる． の一例を示す要部拡大図である。

１・・・圧縮機．２・・・凝縮器，４・・・減圧手段，
５・・・蒸発器，１０・・・潤滑油分離器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷媒を吸入し、圧縮吐出を行う圧縮機と、この圧
   縮機より圧縮吐出されたガス冷媒を液化する凝縮器と、 この凝縮器により液化された液冷媒を減圧させる減圧手
   段と、 この減圧手段により減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器
   と、 を備えた冷凍装置において、 前記蒸発器と前記圧縮機との間に、前記冷媒中に含有さ
   れて該冷凍装置内を循環する潤滑油を分離すると共に、
   この分離された潤滑油を前記圧縮機側に戻す潤滑油分離
   器を配設したことを特徴とする冷凍装置。
2. （２）前記潤滑油分離器は、前記圧縮機と前記蒸発器と
   を接続して前記潤滑油を含有する冷媒を前記蒸発器から
   前記圧縮機に向けて導く冷媒配管に設けられ、 前記冷媒より潤滑油を分離する潤滑油分離部と、この潤
   滑油分離部によって分離された潤滑油を前記圧縮機の低
   圧側に戻す潤滑油戻し部と、を備えることを特徴とする
   請求項１記載の冷凍装置。
3. （３）前記潤滑油分離部は前記冷媒配管の外周囲に設け
   られることにより、二重管構造を形成することを特徴と
   する請求項２記載の冷凍装置。