JPS6139520B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は遠心冷媒ガス圧縮機のための油返送
系統に関する。

米国特許第3927889号及び第3927890号には、圧
縮されたガスを集収するスクロール（渦巻室）中
に位置された圧縮機羽根車を駆動するための歯車
及び軸受を収容する室に圧縮機の排出スペースか
らの冷媒ガスが漏れないようにするための改良型
シール装置が開示されている。

一例として液体冷凍機パツケージに普通に用い
られる、これらの米国特許に開示された型式の冷
媒圧縮機は、羽根車の上流側の吸引スペースに歯
車−軸受室又は歯車−軸受ハウジングがベントさ
れる全体として気密の系統中に配列されている。
高圧の排出スペースと歯車−軸受ハウジングとの
間の高度のシールを用意することの詳細な理由
は、前記米国特許に記載されている通りである。
ここでは、本発明の説明の目的で、この型式の遠
心圧縮機においては羽根車の吸引側にベントを設
けねばならないこと、さもないと軸及び歯車を駆
動する電動機を収容した電動機ハウジングに油が
加入又は噴出されるレベルまで歯車−軸受ハウジ
ング内の圧力が生ずることを指摘するにとどめ
る。

前記米国特許に記載されているように、ここで
考慮する型式の遠心圧縮機組立体は、小形でまと
まつていることを重要な特徴とする設計のもので
ある。これは圧縮機羽根車が34000RPMの公称速
度で駆動される比較的小形の高速圧縮機を用いる
ことによりある程度達成される。圧縮機組立体を
全体的に小形化するには、歯車−軸受ハウジング
も比較的小形にするので、このハウジングに収容
される油の量は限られている。一例として約100t
の冷凍能力をもつ小型の遠心圧縮機において、最
初にハウジングの油サンプに存在する油は約2.8
ガロン（10.6リツトル）である。ハウジングが小
さいことは、ハウジングの内部容積並びに内部表
面積も比較的限られていることを意味する。その
ためハウジング内部を循環してサンプに落下する
油ミストの全量は多少とも限られている。内部表
面上又はサンプ内にない油は、冷媒のベント速度
にほぼ比例する搬出速度で、冷媒系統にベントさ
れる鈴媒ガスによる連行作用を受ける。搬出され
る油は冷媒ガスから分離され、蓄積器に貯留され
る。やがて蓄積器内の油は、蓄積器から歯車−軸
受ハウジングに油を排出し得るように系統の作動
を停止させることを必要とする程の量に到達す
る。前記米国特許には、系統の作動停止の間の時
間を長くするように油の搬出量を最小とするため
漏れを実質的に減少させるシール装置を設けるこ
とが記載されている。

本発明は基本的に、遠心冷媒圧縮機及びその系
統は油が冷媒と共に循環しないように設計されて
いるとしても、Ｏリングシール、ガスケツト、冷
媒冷却される油冷却器又は鋳物の多孔性その他に
よる漏れのため油が結局は冷媒中に失われ、コス
トを過大にせずに完全な漏れのないユニツトを得
ることは実際には非常に困難である、という認識
に基づいている。本発明はこの認識の下に、油を
連続的に歯車−軸受ハウジングに返送する装置を
全系統に設けた装置を提供しようとするものであ
り、系統の主要部は、油の連続返送系統中に設け
られた、これまで当該技術で用いられていなかつ
た型式の比較的小形の高効率の油−ガス分離器即
ちフイルターである。

本発明により、モーターハウジングスペース、
油サンプを含む別個の歯車−軸受ハウジングスペ
ース及びこの歯車−軸受ハウジングから入り込む
軸により駆動される高速羽根車を含む別個の圧縮
機ケーシングスペースを有する高速遠心冷媒圧縮
機において、歯車−軸受ハウジングから圧縮機の
吸引側に冷媒ガスをベントし、ベントされる冷媒
ガス中の油を歯車−軸受ハウジングに連続返送す
る装置が提供される。これは油及びガス入口と、
ガス出口と、油出口と、上流側が前記油及びガス
入口に連通し下流側が前記ガス出口と油出口との
両方に連通している高効率合体型材とを有する
比較的小形のフイルターハウジングを含む構成に
より達成される。油ー冷媒ガス配管は歯車−軸受
ハウジング内部をフイルターハウジングの油及び
ガス入口に連結し、冷媒ガス配管は歯車−軸受ハ
ウジングから冷媒及び油をベントする吸引源を提
供するように、フイルターハウジングのガス出口
を吸引側スペースに連結し、更にフイルターハウ
ジングの油出口から油を受けるように接続された
入口及び圧縮機の作動中に合体型材から取出さ
れた油を歯車−軸受ハウジングに連続返送するよ
うに歯車−軸受ハウジングの内部に連結された出
口を有する油ポンプ装置が設けられている。好ま
しい形式では、油ポンプ装置は噴射ポンプであ
り、歯車−軸受ハウジングは、歯車−軸受ハウジ
ングの軸受に油を供給し且つ前記噴射ポンプの作
動流体となる与圧された油を噴射ポンプに供給す
る油ポンプを具えている。

更に本発明によれば、全体的な冷凍装置は、吸
引配管温度に応答して冷凍装置の蒸発器への冷媒
供給を制御し約０〜６〓（約０〜３℃）の範囲の
比較的低い程度の過熱を通常維持し蒸発器から圧
縮機への油の除去を促進するための膨脹弁装置を
有し、羽根車軸と組合わされた軸シール装置は、
この軸シール装置の他端おいてよりも前記歯車−
軸受ハウジングにおいて圧力が高い条件の下にこ
の歯車−軸受ハウジングの方向にポンプ送り作用
を生ずる手段を具えている。

次に添附図面に示す実施例に沿つて本発明を説
明する。

第１図に略示した本発明に係る圧縮機は、３つ
の主要区分即ちハウジング１０内に位置させたガ
ス受入れ及び圧縮区分、中間の歯車−軸受ハウジ
ングに及び他端側のモーターハウジング１４を備
えていると見ることができる。ハウジング１０は
渦巻室１８中に高速羽根車１６を有し、羽根車１
６は、壁２２を通つて延長し且つ高速軸受２４に
支承されている高速軸２０により駆動される。軸
シール装置は参照符号２６で示した個所に設けて
あり、後に詳述する。高速軸２０の歯車２８は、
低速軸受３４中に志承されてモーターハウジング
１４中のモーター３６により駆動される低速モー
ター軸３２に取付けた大径の歯車３０により駆動
される。歯車−軸受ハウジング１２の内部には、
電気的に付勢される油ポンプ−遠心分離器３８及
び油サンプ４０も配設されている。

前述した圧縮機の全体的な構成及び配列につい
ては、本出願人の次の米国特許、即ち潤滑系統に
関する米国特許第3575264号、羽根車の取付けに
関する米国特許第3601501号、基本的構造部分に
関する米国特許第3619086号及び同第3635579号、
並びに入口及び容量制御構造に関する米国特許第
3635580号を参照されたい。

次に基本的な冷媒回路について説明する。冷媒
吸引ガスは、羽根車１６の上流側即ち吸込側４２
から羽根車１６に吸引されて圧縮され、渦巻室１
８から排出され、配管４４を径て冷媒凝縮器４６
に流入する。冷媒吸引ガスはそこで凝縮され、配
管４８を経て膨脹弁５０に入る。低圧の冷媒は蒸
発器５２に至り、次に配管５４を経て羽根車１６
の入口の吸込側４２に戻される。

本発明が特に適用される種類の装置は、圧縮機
組立体、凝縮器及び蒸発器が、限られた大きさの
入口開口をもつスペースに取付ける場合に重要な
単一で小形の集合体としてまとめられているパツ
ケージ型の冷凍機である。本発明がこの小形の構
造に関連することについては後に説明する。

油系統の各要素について次に説明する。前述し
たように、シール５６を介してモーターハウジン
グ１４に油が噴出する値となり得る歯車−軸受ハ
ウジング１２内の圧力の発生を防止する目的か
ら、前記した型式の全ての遠心圧縮機のベント
は、歯車−軸受ハウジング１２から冷媒回路の吸
込側例えば吸込側４２の方に行わねばならない。
第１図に略示したベント系統及び返油系統は、油
を含んだ冷媒ガスをハウジング１２の内部から合
体型フイルターハウジング６２の入口６０に搬送
する油−冷媒ガス配管５８を具えている。フイル
ターハウジング６２は、上流側が入口６０に連通
し下流側が冷媒ガス出口６４及び油出口６６に連
通する高効率の合体型材６１を収容している。
ほとんど油を含まない冷媒ガスは冷媒ガス配管６
８を経て吸込側４２に戻され、フイルターハウジ
ング６２の底部７０の油は油出口６６から配管７
２を経て油ポンプ装置７４に入り、この油ポンプ
装置７４により配管７６を経て歯車−軸受ハウジ
ング１２の内部に戻される。好ましい形式の油ポ
ンプ装置７４は、歯車−軸受ハウジング１２の油
ポンプ−遠心分離器３８から油を受ける配管８０
からの高圧の油を受ける作動流体入口７８を具え
た噴射ポンプである。

油ポンプ−遠心分離器３８の第一義的な目的
は、高速軸及び低速軸のそれぞれの軸受を適切に
潤滑するのに必要な油量を適正な圧力で供給する
ことにある。鎖線８２は歯車−軸受ハウジング１
２中の全部の軸受に至るいろいろの油配管を例示
的に表わしている。油ポンプ−遠心分離器３８か
らの油は、入口案内羽根車（図示しない）を位置
決めするために液圧ピストン装置（図示しない）
に圧力を供給するためにも用いられる。いずれに
しても油ポンプ−遠心分離器３８は、これらの目
的のために適当な以上の容量を有し、油をフイル
ターから歯車−軸受ハウジング１２に強制返送す
るのに充分高圧の油を配管８０により噴射ポンプ
即ち油ポンプ装置７４に抽気するための便利な抽
気源を形成する。

歯車−軸受ハウジング１２の内部の圧力は吸込
側４２の圧力よりも高く、従つて材６１の下流
側の油の圧力は歯車−軸受ハウジング１２の内部
の圧力よりも必然的に低くなるので、フイルター
ハウジング６２からの油の返送は重力流れによつ
てでなく、油ポンプ装置によつて強制的に行われ
る。油フイルター及び蓄積器が歯車−軸受ハウジ
ング１２に比べて充分高い場所に設けられ、高さ
の差に基づく圧力頭が歯車−軸受ハウジング１２
の内部と吸込側４２との圧力差に打勝つようにな
つていれば、重力流れ状態がもちろん実現され
る。しかしこれは小形のパツケージ化された冷凍
機ユニツトの構想と両立しないし、ユニツトを取
付けるスペースへの入口開口の高さよりもユニツ
トの高さが大きくなるという問題が生じ得る。

歯車−軸受ハウジング１２に油を返送する別の
方法は、圧縮機の作動中に重力返送するには適切
でないが圧縮機の作動休止時には確実に重力返送
を許容する高さに油フイルター及び蓄積器を配設
することである。この構成は本出願人のいくつか
の冷凍機ユニツトに用いられているが、定期的な
作動休止を要する点で明らかに不利である。

高効率の合体型フイルターの使用が本発明の装
置の要点であることから、従来のフイルター装置
と合体型フイルターとによる分離機構との差異に
ついて簡単に説明することが適当と思われる。従
来のフイルターにおいては、ガスから分離される
べき液体又は固体の粒子は材の上流側又は材
自体の内部に保持されるようにし、そしてガスだ
けが材の下流側を去る部分であるようにする。
従来の機械的フイルターにおいては材に粒子を
集めるのは典型的には篩別作用と材物質への衝
突作用との組合せによつて行われ、後者の作用は
前者の作用よりもおそらくは一層広汎に生ずる。
いずれにしても集められた粒子は材の上流側に
あるか又は材内にある。高効率の合体型フイル
ターにおいては、ブラウン運動と慣性機構との両
者による捕そくが行われ、かかる合体型フイルタ
ーにおいては液体粒子は渡り点まで材の繊維に
沿つて移動し、そこでより小さな液体粒子の凝集
が生ずる。集められた液は最終的に材の下流側
に大きな液滴として現れ、そのままフイルターハ
ウジング６２の底部に排出される。

尚本発明者は、合体型フイルターを発明したと
するものではなく、本明細書に述べているよう
に、遠心圧縮機の環境において高効率合体型フイ
ルターを用いることが非常に有用なことを見出し
て、この発明を完成したものである。このような
合体型フイルターは、いろいろの大きさの液体冷
凍機のパツケージと共に用いる遠心冷媒圧縮機に
とつて特に有用な大きさ及び等級のものが米国マ
サシユーセツツ州レキシントン所在のバルストン
社（Balston、Inc.）から市販されている。前記
した米国特許第3927890号に説明されている従来
の過方法においては、２μ及びそれ以下の粒径
をもち油ポンプ−遠心分離器３８の遠心分離部に
より分離されない比較的小さな油ミスト粒子は冷
媒ガスと共にフイルター−油蓄積器にベントされ
る。フイルター−油蓄積器は、約0.4μ以上の粒
子がベント配管を経て冷媒系統の吸引側に戻るこ
とを阻止するための材を具えている。この公知
の構成は、この大きさの粒子を材により篩別す
ることを意図したものであるが、油粒子をガスか
ら分離して貯留するように充分に作用するには、
蓄積器の断面図を比較的大きくしなければならな
い。この従来技術による蓄積器において実際に生
ずる作用は、比較的小さな粒子が去れるという
よりもむしろ沈殿する機会をもつように蓄積器を
通るガスの流速を相当遅くすることによる沈殿作
用であり、過作用ではないと言える。このため
この従来技術による油フイルター−蓄積タンクの
断面積を相当大きくする必要があり、フイルター
ハウジング６２を比較的小さな廉価にした場合に
比べてタンクの製造コストが増大する。

合体型フイルターハウジング６２の取付け及び
フイルターハウジング６２と圧縮機系統の他の部
分との間の相互接続を第２図と第３図に示す。フ
イルターハウジング６２及び接続部は圧縮機の側
面と端面の輪郭内に基本的に包含され、小形化が
保たれるようになつている。フイルターハウジン
グ６２は、いわゆるスピンダウン型のピストンプ
レート８６に固定したブラケツト８４から支持さ
れている。歯車−軸受ハウジング１２の内部から
の冷媒ガス及び連行された油は配管５８を経てフ
イルターハウジング６２に入る。フイルターハウ
ジング６２の内部においては、第１図に示すよう
に、材６１の外面において油が合体し、ハウジ
ング６２の底部にドレンされ、ほとんど油を含ま
ない冷媒は配管６８を経てハウジング１０内の羽
根車１６の吸込側４２に入る。排出された油は配
管７２を経てピストンプレート８６内に形成され
たベンチユリの入口に入る。第１図および第２図
の他に第４図も参照して、油ポンプ−遠心分離器
３８からの油は、第４図に示した噴射ポンプ７４
のベンチユリの作動流体入口７８に配管８０を経
て入り、配管７２を経て歯車−軸受ハウジング１
２の内部に戻る油の流れを誘起させる。

歯車−軸受ハウジング１２への油の返送を助け
る前述した別の要素は、吸引配管５４と熱交換関
係にある検出要素８８を介して吸引ガスの過熱に
応答するサーモスタツト制御される膨張弁５０で
ある。本発明の対象とする型式のパツケージ式の
冷凍機の場合、従来は、凝縮器４６内の臨界以下
のある量の冷却について設定された高側フロート
弁を使用している。この方法は機械が全負荷で作
動している場合には全般的に良好であるが、機械
がその作動時間の大部分を占める部分負荷で作動
している期間中は、蒸発器を去る吸引ガスの過熱
度が増大する。フロート弁はこの変化に応答しな
い。

サーモスタツト制御される膨張弁５０は比較的
低い過熱度で、例えば０〜６〓（約０〜３℃）の
オーダーで作動するように設定されている。これ
により吸引ガスによる油の搬出作用が助長され
る。このことは次の説明によつて理解されよう。
いわゆる過熱された状態にある、蒸発器５２を去
る冷媒は、熱力学的に安定状態の温度にはなく、
設定過熱点以上に過熱されたガスと、これに混合
した液体冷媒の液滴との混合物である。この混合
物が安定化され、全部の液滴がガスになつたら、
真の過熱温度になるであろう。過熱が比較的低い
値に保たれていると、油の液滴（ガス状の冷媒に
対してよりも液体冷媒に対して親和感が高い）を
蒸発器５２から運び去るのに充分な液体冷媒の液
滴がガス中に確実に存在するようになる。

本発明による装置の別の特徴について述べる
と、軸２０に組合せた軸シール装置が、この軸シ
ール装置の他端側よりも歯車−軸受ハウジング１
２内部が高圧になつている条件の下で歯車−軸受
ハウジング１２内部の方向にポンプ送り作用を生
ずるように設けられている。第５図に示した実施
例において軸２０はこれと共に回転するように取
付けた回転子９０を有し、回転子９０の半径方向
外面９２は封止固定子９６の半径方向内面９４に
対向している。回転子９０の外面９２には、羽根
車１６が普通の回転方向に回転している場合に歯
車−軸受ハウジング１２の方向に移動するらせん
方向の機械ねじ部が形成されている。これは羽根
車１６の半径方向内側部分のすぐ後方のシールの
他端においてよりも歯車−軸受ハウジング１２に
おいて高圧を存在する条件の下で油及び冷媒蒸気
を歯車−軸受ハウジング１２の油及び冷媒蒸気を
ダイナミツクにポンプ送りする作用を得ることを
目的としている。普通の操作の下では吸引ガスは
羽根車１６に入り、加速されて、より高速のガス
になり、このガスは常法のように拡散されて運動
エネルギーを圧力に変換する。軸シールに近接す
る羽根車１６の後方の圧力は羽根車後部シユラウ
ドの半径方向外方へのポンプ送り作用により羽根
車１６の出口部の圧力よりも低い。排出圧力が普
通の値であると、軸シールの圧力は、羽根車１６
の入口圧力よりも高くなる。従つてシールを通る
漏れは歯車−軸受ハウジング１２の方向に生ず
る。しかし排出圧力が低いと、始動又は凝縮器４
６の低圧などの条件の下では、羽根車１６の後方
の圧力が吸込側４２での羽根車入口圧力、従つて
歯車−軸受ハウジング１２の内部の圧力より高く
ならないことがある。この条件の下では式のねじ
式の軸シール装置はある量の油及び冷媒蒸気を歯
車−軸受ハウジング１２の内部にポンプ送りする
ポンプ送り作用を提供する。１インチ（約25.4
mm）当り24ねじれとすると、この目的にとつて満
足すべき成果から得られることが判明している。

駆動モーターハウジング１４と歯車−軸受ハウ
ジング１２との間の軸シール５６も同様の構成に
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷媒回路と油回路とを含む本発明によ
る装置を示す系統図、第２図は油とガスとの分離
器及び接続配管の構成を示すための冷媒が流出入
する圧縮機端部の断片的な立面図、第３図は第２
図に示す圧縮機端及び各部の断片的な側面図、第
４図は第２図の−線に沿う垂直断面図、第５
図は羽根車と羽根車軸及びこれに組合せたポンプ
軸シールの相互関係を示す断片的は垂直断面図で
ある。 符号の説明、１０……ハウジング、１２……歯
車−軸受ハウジング、１４……モーターハウジン
グ、１６……羽根車、２０……軸、４０……油サ
ンプ、４２……吸込側（吸引側スペース）、６０
……油及びガスの入口、６１……合体型材、６
２……フイルターハウジング、６４……ガス出
口、６６……油出口、６８，８０……配管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ モーターハウジング、油サンプを備えた歯車
   −軸受ハウジング及びこの歯車−軸受ハウジング
   から入り込む軸により駆動される高速羽根車を備
   えた圧縮機ケーシングを含む高速の遠心冷媒圧縮
   機と組み合わせて用いられ、前記歯車−軸受ハウ
   ジングから前記圧縮機の吸引側スペースに冷媒ガ
   スをベントし、ベントされた冷媒ガス中の油を前
   記歯車−軸受ハウジングに連続的に返送する油分
   離返送装置であつて、油及びガスの入口、ガス出
   口及び油出口を有する合体型フイルターハウジン
   グと、上流側が前記油及びガスの入口に連通し、
   下流側が前記ガス出口と前記油出口との両方に連
   通するように前記フイルターハウジング内に配設
   された高効率合体型材と、前記歯車−軸受ハウ
   ジングの内部を前記フイルターハウジングの前記
   油及びガスの入口に連結する油−冷媒ガス配管
   と、前記歯車−軸受ハウジングから冷媒及び油を
   ベントするための吸引源を提供するように前記ガ
   ス出口を前記吸引側スペースに連結する冷媒ガス
   配管と、前記合体型フイルターハウジングの前記
   油出口から油を受けるように接続された入口及び
   前記圧縮機の作動中に前記合体型材から抽出さ
   れた圧縮機を前記歯車−軸受ハウジングに連続的
   に返送するように前記歯車−軸受ハウジングの内
   部に連結された出口を有する噴射ポンプとを備
   え、 前記歯車−軸受ハウジングが、その内部に前記
   歯車−軸受ハウジング内の軸受に油を供給するた
   めの油ポンプを有し、前記噴射ポンプはその作動
   流体入口が加圧された油配管を介して前記歯車−
   軸受ハウジング内の前記油ポンプに連結されてな
   り、前記遠心冷媒圧縮機の吐出側に入口が接続さ
   れた凝縮器と、前記圧縮機の吸込側に出口が接続
   され前記凝縮器に入口が接続された蒸発器と、吸
   込管温度に応答して前記蒸発器への冷媒の侵入を
   制御して実質的に０℃乃至３℃の範囲の過熱を維
   持するようにし、前記蒸発器から油を除去して圧
   縮機に返送することを促進させる膨張弁装置とを
   備え、前記軸は、前記軸が回転しているとき前記
   歯車−軸受ハウジングへの方向のポンプ作用を行
   うよう構成され、前記軸上に共に回転するように
   固着された封止回転子上のねじ面を含む軸シール
   装置を組み合わせて備えてなる油分離返送装置。