JP2001124421A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スクリューコンプレッサのベアリングを潤滑
するために潤滑油を多く含む流体を生じさせる。 【解決手段】 凝縮器（１６）の凝縮液の一部は、発生
器（３２）へ分岐され、発生器（３２）において冷媒−
潤滑油混合物から冷媒を蒸発させるように熱を供給し、
これにより過冷却される。過冷却された液体は、冷却の
ためにモータ（２６）に供給される。発生器（３２）に
おける冷媒の蒸発によって、潤滑のためにベアリングな
どに供給される潤滑油を多く含む液体（４０）が形成さ
れる。１つもしくはそれ以上のジェットポンプまたはエ
ゼクタポンプ（４４，１４４）が、潤滑油分配装置に潤
滑油を多く含む液体を供給するために使用されることが
望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に空調装置の潤
滑装置に関し、特に空調装置のスクリューコンプレッサ
の潤滑装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】閉じた冷凍装置及び空調装置では、通
常、冷媒と潤滑油とが接触している。潤滑油と冷媒と
は、親和性を有するので、異なる組成の混合物として冷
凍装置及び空調装置内に存在する。このような組成は、
温度、装置が運転中か否か、潤滑油の分離がオイルセパ
レータを通る流れによってなされているか回路を通る流
れによってなされているか、冷媒の位相が変化するか否
か、などの多くの要因によって決定される。冷媒中の潤
滑油は、装置の表面を覆って装置の熱伝達特性を低下さ
せるおそれを有する。冷媒は、潤滑油を薄めるだけでな
く、圧力の低下によりガスを放出し、潤滑を妨げ得る泡
を生じるおそれがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、スク
リューコンプレッサのベアリングを潤滑するために潤滑
油を多く含む流体を生じさせることである。

【０００４】本発明の他の目的は、スクリューコンプレ
ッサのロータやベアリングに分離した潤滑回路を提供す
ることである。

【０００５】本発明のまた他の目的は、潤滑油−冷媒混
合物の冷媒含有量を減少させることである。

【０００６】本発明の更に他の目的は、典型的な潤滑油
分離装置の複雑さを排除することで、コストを低下させ
るとともに装置の信頼性を向上させることである。

【０００７】本発明のまた他の目的は、モータ冷却のた
めに過冷却した液体を生じさせることである。上記及び
その他の目的は、以下で明らかとなるように、本発明に
よって達成される。

【０００８】

【課題を解決するための手段】閉じた冷凍装置または空
調装置の冷却器または蒸発器の下に、小型の熱交換器を
設けることが望ましく、この熱交換器は、潤滑油を濃厚
とする発生器つまり蒸留器を構成する。蒸留器を比較的
高い高さに設けることもできるが、この場合にはポンプ
などが要求される。潤滑油を濃厚とする発生器は、冷媒
と潤滑油を含む混合液を冷却器から受け入れる。凝縮器
からの比較的暖かい液体の一部が、発生器へ分岐され
る。凝縮器からの流れが、発生器内のチューブを通って
流れるのに従って熱が放出され、発生器内の冷媒を沸騰
させる。また、電気抵抗熱などの補助的な熱源を用いる
こともできる。発生する冷媒蒸気は、発生器から排出さ
れ、コンプレッサの吸入側と冷却器との圧力差によって
コンプレッサの吸入側へと流れる。冷媒の蒸発によ
り、”潤滑油を多く含む”液体が形成される。この潤滑
油を多く含む液体は、１つまたはそれ以上のエゼクタに
よって潤滑装置に供給され、これにより、潤滑油を多く
含む液体がコンプレッサから排出される高圧ガスに混入
される。エゼクタを起動する圧力は、吐出圧力または最
後に閉じるローブのロータ圧力のいずれか高い方である
ことが望ましい。

【０００９】凝縮器からの冷媒の流れは、発生器を通過
するときに過冷却される。この比較的高圧で過冷却され
た流れは、冷却のためにモータに供給される。モータの
冷却時に、過冷却された流れは熱されて膨張し、続いて
コンプレッサへ吸入される流れに供給される。

【００１０】要するに、本願発明では、補助的な熱もし
くは凝縮器内の凝縮液は、発生器つまり蒸留器に導かれ
るとともに、ここで冷媒−潤滑油混合物から冷媒を蒸発
させるために熱を供給し、これにより、凝縮液が過冷却
される。過冷却された液体は、モータに冷却のために供
給される。発生器で冷媒が蒸発することによって、潤滑
油を多く含む液体が生じ、この液体が潤滑のためにベア
リングに供給される。１つまたはそれ以上のジェットポ
ンプまたはエゼクタポンプが、潤滑油を多く含む液体を
潤滑油分配装置に供給してベアリングを潤滑するために
使用されることが望ましい。また、冷却器内の潤滑油を
多く含む領域によって、第２の潤滑油分配装置を介して
ロータを潤滑または密閉するための潤滑油が供給される
ことが望ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１では、符号１０によって閉じ
た冷凍装置もしくは空調装置が全体として示されてい
る。従来通り、コンプレッサ１２、吐出ポートに接続さ
れた吐出管路１４、凝縮器１６、膨張装置２０を含む管
路１８、冷却器または蒸発器２２、及び吸入ポートへ続
く吸入管路２４とを連続的に含む閉じた回路が設けられ
ている。コンプレッサ１２は、マルチロータ密閉型スク
リューコンプレッサであり、電源（図示省略）に接続さ
れた電気モータ２６によって駆動される。図２，図５に
最もよく示されているように、スクリューコンプレッサ
１２は、互いに噛み合う複数のロータを有し、このうち
３つのロータ１２１，１３１，１４１が図示されてい
る。特に図３を参照すると、ロータ１２１は、端部軸１
２１−１，１２１−２と、ロータ１２１と軸１２１−
１，１２１−２の全長に亘って延在する軸方向のボア１
２１−３と、を有する。端部軸１２１−１，１２１−２
は、それぞれ中間軸１２１−１ａ，１２１−２ａによっ
てロータ１２１に接続されている。中間軸１２１−１
ａ，１２１−２ａは、ラビリンスシール１２２，１２３
との間に狭いクリアランスを有する。ラビリンスシール
１２２は、ベアリングチャンバ１２−２からロータボア
１２−１を密閉する。同様に、ラビリンスシール１２３
は、ベアリングチャンバ１２−３からロータボア１２−
１を密閉する。軸１２１−１は、複数のベアリング１２
４−１，１２４−２，１２４−３によってベアリングチ
ャンバ１２−２内で支持されている。同様に、軸１２１
−２は、ベアリング１２５−１によってベアリングチャ
ンバ１２−３内で支持されている。

【００１２】図３に示した上述のロータ１２１は、ロー
タ１３１，１４１に関するベアリングの支持及び潤滑を
代表して示している。これらのロータの違いは、雄モー
タか雌ロータであるかということと、１つのロータがモ
ータ２６によって駆動され、続いてこのロータが他のロ
ータを駆動するという点のみである。歯車では、駆動歯
車が“太陽”であり、駆動される歯車が“遊星”であ
る。ロータは、ロータを通して直接駆動するのではな
く、歯車によっても駆動可能である。

【００１３】再び図１を参照すると、本発明によれば、
凝縮器１６内の比較的暖かい液体の一部は、管路３０を
通って発生器即ち蒸留器３２を通過する。発生器即ち蒸
留器３２は、冷却器２２の下または冷却器２２よりも低
い高さに設けることが望ましい。必要もしくは望ましい
場合には、発生器即ち蒸留器３２は、比較的高い高さに
設けることもできるが、蒸留器を補給するためにポンプ
が必要となる。凝縮器１６から管路３０を通して供給さ
れる液体は、複数のチューブ３４を通過して、冷却器２
２から管路３６を通して発生器３２へ流れる冷媒−潤滑
油の混合液と熱交換を行う。この流れは、チューブ３４
を通過後、管路３５を通してモータ２６に供給され、モ
ータ２６を冷却するとともに、続いて、管路２４を通し
て供給される吸入ガスと混合される。凝縮器１６から分
岐した流れは、発生器３２の冷媒−潤滑油混合物３２に
熱を与えることによって冷却される一方で、冷媒を沸騰
させる。冷媒の蒸発によって発生する蒸気は、管路３８
を通して発生器３２から排出され、管路３８によってコ
ンプレッサ吸入管路２４に導かれるとともにコンプレッ
サの吸入側と冷却器２２との間の圧力差によってコンプ
レッサの吸入側へと流れる。

【００１４】冷媒の蒸発によって、潤滑油を多く含む液
体４０が発生器３２で形成される。この潤滑油を多く含
む液体４０は、管路４２を通してエゼクタ４４に供給さ
れる。コンプレッサの吐出量または最後に閉じるローブ
のロータ流体は、管路４６を通ってエゼクタ４４に分岐
され、潤滑油を多く含む液体を発生器３２から引き込ん
で、１つもしくはそれ以上のフィルタ５０を含み得る管
路４８へこの液体を導く。管路４８は、複数の管路へと
枝分かれする。図３において管路４８−１に関して最も
よく示しているように、管路４８−１，４８−２，４８
−３は、ベアリングケーシングの上部にそれぞれ接続さ
れており、コンプレッサ１２の吐出側即ち高圧側に設け
られたベアリングチャンバ１２−２，１２−２ａ，１２
−２ｂに液体を供給する。

【００１５】ベアリングチャンバ１２−２，１２−２
ａ，１２−２ｂを潤滑する典型例として、特に図３を参
照すると、分岐路４８−１は、ベアリングチャンバ１２
−２の頂部に接続されている。分岐路４８−１によって
供給される潤滑油は、ベアリング１２４−１，１２４−
２，１２４−３を通して及びこれらのヘアリング上を流
れて、該ベアリングを潤滑する。ベアリングチャンバ１
２−２内の潤滑油及びガス状の冷媒は、ロータ１２１の
軸方向のボア１２１−３内へ及びこれを通って、ベアリ
ングチャンバ１２−３へと流れる。ベアリングチャンバ
１２−３に流れる潤滑油は、管路６０、及び最終的に蒸
留器３２に接続される分岐路６０−１を通過する前にベ
アリング１２５−１上及びこれを通って流れる。同様
に、潤滑油は、チャンバ１２−３ａ，１２−３ｂから分
岐路６０−２，６０−３をそれぞれ介して管路６０へと
流れる。管路６０は、第２のエゼクタ１４４と接続され
ており、コンプレッサの吐出量の一部または最後に閉じ
るローブのロータ流体が管路１４６を介してエゼクタ１
４４に分岐され、キャビティ１２−３，１２−３ａ，１
２−３ｂから導かれた潤滑油を引き込んで、この潤滑油
を望ましくは蒸留器３２に戻す。必要もしくは所望であ
れば、蒸留器３２ではなく、冷却器２２に潤滑油を導く
こともできる。

【００１６】図２では、図１で図示された構造に、吐出
圧力または最後に閉じるローブのロータ圧力のいずれか
高い方を、作動流体としてエゼクタ４４，１４４に供給
することが加えられている。エゼクタ４４に流体を供給
する管路４６は、それぞれチェックバルブを含む２つの
分岐路４６−１，４６−２から供給を受ける。管路４６
−１ａは、コンプレッサ吐出圧力をエゼクタ４４に供給
し、管路４６−２ａは、最後に閉じるローブの圧力をエ
ゼクタ４４に供給し、これらの２つの圧力のいずれか高
い方がエゼクタ４４に供給される。オイルの戻り経路１
４８は、蒸留器へと戻る。

【００１７】図４，図５の装置１１０では、管路１２２
を通して冷却器から潤滑油を導いて、第３のエゼクタ２
４４を通してこの潤滑油を供給することでロータを潤滑
または密閉する構造が、図１，図２の装置に加えられて
いる。より詳細には、管路２４６は、管路４６から分岐
し、吐出圧力または最後に閉じるローブのロータ圧力の
いずれか高い方をエゼクタ２４４に供給し、冷媒−潤滑
油混合物が管路１２２を通して冷却器２２から導かれ、
ロータ１２１，１３１，１４１を潤滑するために管路２
４８−１を介してコンプレッサ１２へと供給される。図
５は、ロータ潤滑路をより詳細に示している。この実施
例は、潤滑よりも密閉が主な機能であり、ロータ１２
１，１３１，１４１が、ベアリングで要求される潤滑油
を多く含む混合物を要求しない点で有利である。また、
潤滑油を多く含む領域が冷却器２２内に形成される点を
利用して、この領域から潤滑油を回収するように管路１
２２と冷却器２２とを流体的に接続することができる。
更に、３つのエゼクタを利用することで、これらのエゼ
クタに対する要求が減少する。特に図５を参照すると、
管路２４８−１がロータ１２１，１３１を潤滑する管路
２４８−２と、ロータ１３１，１４１を潤滑する管路２
４８−３と、に分岐している。上述のように、分岐管路
６０−１，６０−２，６０−３は、コンプレッサ１２の
吸入側即ち低圧側でベアリングチャンバ１２−３，１２
−３ａ，１２−３ｂの上部から分岐し、蒸留器３２に潤
滑油を戻す管路６０へ統合される。

【００１８】本発明の好適な実施例を図示及び開示した
が、当業者によって他の変更もなされ得る。従って、本
発明の範囲は、請求項のみによって限定されるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を利用する閉じた冷凍装置もしくは空調
装置の概略図である。

【図２】図１の装置のより詳細な概略図である。

【図３】潤滑路の一部を示すスクリューコンプレッサの
一部切り欠き断面図である。

【図４】潤滑装置の変形例の概略図である。

【図５】図４の装置の潤滑路の一部の概略図である。

【符号の説明】

１６…凝縮器 ２６…モータ ３２…発生器 ４０…潤滑油を多く含む流体 ４４，１４４…エゼクタポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エドワード アレン ヒュニガー アメリカ合衆国，ニューヨーク，リヴァプ ール，アロウヘッド レーン 4015 (72)発明者 ファディ サミー マアロウフ アメリカ合衆国，コネチカット，イースト ハンプトン，チャサム フィールズ ロ ード 45 (72)発明者 ドナルド，ヤナスコリ アメリカ合衆国，ニューヨーク，マンリウ ス，ランプ ポスト サークル 8543

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸入ポートと吐出ポートとを備えるとと
   もにモータによって駆動されるコンプレッサと、前記吐
   出ポートから凝縮器まで延在する吐出管路と、膨張装置
   と、冷却器と、前記吸入ポートに接続された吸入管路
   と、を連続的に含み、かつ冷媒と潤滑油とを含む閉じた
   冷凍装置において、 前記冷却器から冷媒と潤滑油とを含む混合流体を受け入
   れるように該冷却器に流体的に接続された発生器と、 前記混合流体から冷媒が蒸発して潤滑油を多く含む混合
   物が形成されるように、前記発生器内の前記混合流体と
   熱交換を行うように液体冷媒と潤滑油の混合物を前記凝
   縮器から前記発生器へ供給する手段と、 蒸発した冷媒を前記発生器から前記吸入ポートへと供給
   する手段と、 ポンプ手段と、 前記ポンプ手段と接続された潤滑油分配装置と、 前記発生器から前記ポンプ手段へ前記潤滑油を多く含む
   混合物を供給する手段と、 前記潤滑油を多く含む混合物が前記潤滑油分配装置に供
   給されるように前記ポンプ手段を起動する手段と、 を含み、前記潤滑油分配装置は、前記コンプレッサを潤
   滑することを特徴とする冷凍装置。
2. 【請求項２】 前記凝縮器から前記発生器へ液体冷媒と
   潤滑油の混合物を供給する手段は、前記モータに流体的
   に接続されており、前記液体冷媒と潤滑油の混合物は、
   該発生器を通過時に過冷却され、続いて前記モータに冷
   却を提供することを特徴とする請求項１記載の冷凍装
   置。
3. 【請求項３】 前記コンプレッサは、互いに噛み合う複
   数のロータを有するスクリューコンプレッサであること
   を特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
4. 【請求項４】 前記各ロータは、第１の端部と、第２の
   端部と、これらの端部の間に延びる軸方向のボアと、を
   それぞれ備え、前記端部は、前記ロータから流体的に密
   閉されたベアリングチャンバ内に設けられたベアリング
   によって支持されており、 前記潤滑油分配装置は、前記各ロータに関連する、前記
   ベアリングチャンバと前記軸方向のボアとをそれぞれ含
   むことを特徴とする請求項３記載の冷凍装置。
5. 【請求項５】 前記ポンプ手段は、エゼクタポンプであ
   り、前記起動手段は、吐出圧力または最後に閉じるロー
   ブ圧力のいずれか高い方の圧力で高圧の冷媒を前記エゼ
   クタポンプに供給することを特徴とする請求項１記載の
   冷凍装置。
6. 【請求項６】 更に、第２のエゼクタポンプと、 前記第２のエゼクタポンプに高圧冷媒を供給する手段
   と、を含み、 前記潤滑油分配装置は、戻り管路を含み、 前記第２のエゼクタポンプは、前記戻り管路と機能的に
   接続されており、該第２のエゼクタポンプに供給される
   高圧冷媒によって、潤滑油が、前記戻り管路を通して前
   記コンプレッサから吸入されるとともに該第２のエゼク
   タポンプに供給されることを特徴とする請求項５記載の
   冷凍装置。
7. 【請求項７】 前記第２のエゼクタポンプは、前記発生
   器と接続されており、前記コンプレッサから吸入された
   潤滑油を、前記戻り管路を通して前記発生器へ供給する
   ことを特徴とする請求項６記載の冷凍装置。
8. 【請求項８】 更に、第３のエゼクタポンプと、 前記第３のエゼクタポンプに高圧冷媒を供給する手段
   と、を含み、 前記第３のエゼクタポンプは、前記冷却器に機能的に接
   続されており、 前記コンプレッサは、複数の互いに噛み合うロータを備
   えるスクリューコンプレッサであり、 前記第３のエゼクタポンプへ高圧冷媒が供給されたとき
   に、前記ロータに潤滑及び密閉を提供するために、前記
   冷却器から吸入された冷媒−潤滑油の混合物を該ロータ
   に供給するように前記第３のエゼクタポンプに接続され
   た手段を含むことを特徴とする請求項７記載の冷凍装
   置。
9. 【請求項９】 前記コンプレッサは、ベアリングに支持
   され、かつ互いに噛み合った複数のロータを備えるスク
   リューコンプレッサであり、 前記潤滑油分配装置は、前記ロータと前記ベアリングに
   潤滑油を提供することを特徴とする請求項１記載の冷凍
   装置。
10. 【請求項１０】 前記潤滑油分配装置は、前記発生器に
    接続された戻り管路を含むことを特徴とする請求項１記
    載の冷凍装置。