(57)【要約】【課題】  油戻し管の寸法を選定することにより、オイルセパレータから圧縮機に戻る潤滑油の量を、定格冷房運転時には適正量とし、最大冷房運転時には過大とならないように抑制して、良好な冷房運転を確保する。【解決手段】  圧縮機１から吐出された冷媒は、オイルセパレータ２，凝縮器３，レシーバ４，膨張弁５及び蒸発器６を通って圧縮機１に戻り冷房作用を果たす。オイルセパレータ２にて冷媒から分離した潤滑油は、油戻し管８を通って圧縮機１に戻される。油戻し管８の長さと直径は、圧縮機１が定格冷房運転している際には、潤滑油を層流で流し、圧縮機１が最大冷房運転をしている際には、潤滑油を乱流で流すことができる寸法とした。このため、最大冷房時であっても、戻る潤滑油の量が抑制され、良好な冷房運転を行うことができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機により圧縮した冷媒をオイルセパレータ，凝縮器，蒸発器に通した後に前記圧縮機に戻すと共に、前記オイルセパレータにて前記冷媒から分離した潤滑油を、油戻し管を介して前記圧縮機に戻す空調装置において、
前記油戻し管は、前記圧縮機が定格冷房運転をしている際には前記潤滑油を層流で流し、前記圧縮機が最大冷房運転をしている際には前記潤滑油を乱流で流すことができるように、その長さと等価直径が規定されていることを特徴とする空調装置の油戻し構造。
【請求項２】
請求項１において、
前記定格冷房運転とは、冷房運転がある程度進み冷房対象空間内の空気が適正温度にまで冷房されたときに、この適正温度の冷房状態を維持できる程度に圧縮機が回転駆動している運転状態をいい、
前記最大冷房運転とは、圧縮機の温度が予め決めた限界上限温度以下となり、且つ、前記油戻し管を介して前記圧縮機に戻ってくる潤滑油の量が予め設定した限界戻し量以下となることを条件として、前記圧縮機が最大能力で回転駆動している運転状態をいうことを特徴とする空調装置の油戻し構造。
【請求項３】
前記空調装置は、前記圧縮機が自動車の走行用エンジンにより駆動されるようになっている車両用空調装置であることを特徴とする空調装置の油戻し構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調装置の油戻し構造に関し、圧縮機が高速回転駆動しても、オイルセパレータから圧縮機に戻ってくる潤滑油の量が適正になるように工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車室内環境を快適にするため、車両用空調装置が備えられている。ここで、図１を参照して、一般的な車両用空調装置の構成システムを説明する。
【０００３】
図１に示すように、車両用空調装置の冷凍サイクルは、圧縮機１、オイルセパレータ２、凝縮器３、レシーバ４、膨張弁５、蒸発器６、及びこれら機器を連結する冷媒配管７により構成されている。圧縮機１としては、例えばスクロール圧縮機を採用している。
【０００４】
この冷凍サイクルでは、圧縮機１により圧縮された高温・高圧の冷媒ガスは、オイルセパレータ２を介して凝縮器３に送られ、外気により冷却・凝縮されて冷媒液となる。冷媒液は、膨張弁５にて断熱膨張し、蒸発器６にて蒸発し冷媒ガスとなる。この冷媒ガスは、蒸発器６に接触する導入空気を冷却した後、圧縮機１に戻される。
【０００５】
オイルセパレータ２では、冷媒ガスに含まれていた潤滑油を分離し、分離した潤滑油は油戻し管８を通って圧縮機１に戻される。つまり、圧縮機１の軸受装置等の潤滑のために用いる潤滑油は、冷媒ガスと共にミスト状になって圧縮機１から吐出されるが、潤滑油を多量に含む冷媒が冷凍サイクルに循環すると冷凍能力が低下するため、圧縮後の冷媒ガスから潤滑油を分離するオイルセパレータを備えているのである。
【０００６】
圧縮機１の駆動源は、車両走行用のエンジン９である。つまりエンジン９の駆動力が、ベルト１０及び電磁クラッチ１１を介して、圧縮機１に伝達されて、圧縮機１が駆動するようになっている。したがって、エンジン９が停止時には圧縮機１は作動せず、また、エンジン９が作動中では、電磁クラッチ１１がＯＮ（接続）状態のときに圧縮機１が作動し、電磁クラッチ１１がＯＦＦ（開放）状態のときには圧縮機１は作動しない。
【０００７】
このため、圧縮機１の駆動回転数は、エンジン９の回転数が高いほど（つまり、自動車が高速走行しているときほど）高くなる。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−８２３３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、従来のオイルセパレータ内蔵式圧縮機等では、オイルセパレータ２の油溜め室から圧縮機１の圧縮室に油を戻す油戻し管８に固定絞りを備えており、この固定絞りにより油戻し量の調整をしている。
この場合、油戻し量は、差圧・温度等により決まるため以下のような課題が発生する。なお、ここでいう「差圧」とは、油戻し管８の入口側（オイルセパレータ２側）の圧力（高圧力）と、油戻し管８の出口側（圧縮機１側）の圧力（低圧力）との差を意味する。
【００１０】
従来技術では、固定絞りのため、差圧・温度等により油戻し量が変動し、油戻し量の制御ができない。したがって、油戻し量が少ないときには、圧縮機１の焼きつきが生じる恐れがある。一方、自動車が高速走行をしている時などの、油戻し量が多い時には、高温の潤滑油が圧縮機１に多量に流入して（戻って）くることがあるため、圧縮機１が加熱されると共に、冷媒が加熱されてその密度が薄くなり結果的に冷媒循環量が減り冷凍能力が落ちるという不具合が生じる。
【００１１】
本発明は、固定絞り等の絞りを用いることなく、油戻し管の直径と長さを最適に選定することにより、定格冷房運転時には層流で油を戻し、最大冷房運転時には乱流で油を戻すことにより、定格冷房運転時には予め設定した「定格戻し量」の潤滑油が圧縮機に戻り、最大冷房運転時には予め設定した「限界戻し量」を越えない量の潤滑油が圧縮機に戻るようにした、空調装置の油戻し構造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】
【００１２】
上記課題を解決する本発明の構成は、
圧縮機により圧縮した冷媒をオイルセパレータ，凝縮器，蒸発器に通した後に前記圧縮機に戻すと共に、前記オイルセパレータにて前記冷媒から分離した潤滑油を、油戻し管を介して前記圧縮機に戻す空調装置において、
前記油戻し管は、前記圧縮機が定格冷房運転をしている際には前記潤滑油を層流で流し、前記圧縮機が最大冷房運転をしている際には前記潤滑油を乱流で流すことができるように、その長さと等価直径が規定されていることを特徴とする。
【００１３】
また本発明の構成は、
前記定格冷房運転とは、冷房運転がある程度進み冷房対象空間内の空気が適正温度にまで冷房されたときに、この適正温度の冷房状態を維持できる程度に圧縮機が回転駆動している運転状態をいい、
前記最大冷房運転とは、圧縮機の温度が予め決めた限界上限温度以下となり、且つ、前記油戻し管を介して前記圧縮機に戻ってくる潤滑油の量が予め設定した限界戻し量以下となることを条件として、前記圧縮機が最大能力で回転駆動している運転状態をいうことを特徴とする。
【００１４】
また本発明の構成は、
前記空調装置は、前記圧縮機が自動車の走行用エンジンにより駆動されるようになっている車両用空調装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
従来のオイルセパレータ内蔵式圧縮機等の油戻し構造の場合では、固定絞りを用いており、油戻し量は差圧・粘度等により変動するため絞りの選定が難しく、最適な油戻し量にすることができないことがあったが、本発明では、油戻し管の流量を、層流と乱流の流量の違いを利用して、油戻し量の最適化を図ることができる。したがって、圧縮機が高速回転駆動しているときであっても、圧縮機に戻る潤滑油の量が適正になり、良好な冷房運転をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明を実施するための最良の形態は、具体的には図１に示す、車両用空調装置の冷凍サイクルに適用するものであり、油戻し管８に固定絞り等の絞りを備えることなく、油戻し管８の等価直径（内径）Ｄと長さＬを最適化することにより、オイルセパレータ１から圧縮機１に戻す潤滑油を、定格冷房運転時には層流で戻し、最大冷房運転時には乱流で戻すようにしたものである。
なお、図１において圧縮機１とオイルセパレータ２は別構造物として記載されているが、本発明はこのような別体構造に限定されず、オイルセパレータ内蔵型の圧縮機においても適用可能である。
【００１７】
定格冷房運転時には、オイルセパレータ２にて分離されて圧縮機１に戻される潤滑油の量は定格戻し量である。このとき、オイルセパレータ８の差圧（油戻し管８の入口側つまりオイルセパレータ２側の圧力と、油戻し管８の出口側つまり圧縮機１側の圧力との差）が小さいので、潤滑油は層流となって油戻し管８中を流れて圧縮機１に戻る。
【００１８】
また、最大冷房運転時には、圧縮機１が高速回転駆動して、圧縮機１から潤滑油を含む多量の冷媒ガスが吐出されるので、オイルセパレータ２により多量の潤滑油が分離される。このとき、油戻し管８の差圧が大きくなり、潤滑油が乱流となって油戻し管８中を流れて圧縮機１に戻る。一般的に知られているように、管の中を流れる液体の抵抗係数は、層流の状態で流れるときに比べて、乱流となって流れるときの方が大きい。このため、圧縮機１に戻る潤滑油の量が抑制され、過大量の潤滑油が圧縮機１に戻ることが防止され、予め設定した限界戻し量を越えない適正量の潤滑油が圧縮機１に戻り、良好な冷房運転を確保することができる。
【００１９】
ここで、本発明の基礎となる技術的知見を説明しておく。
管の中を流れる流体の流量をＱ、管の長さをＬ、管の等価直径（内径）をＤとしたときに、管内に層流状態で流れる流量Ｑは、次式（１）にて表される。
ここで、Ｄは等価直径と記述しているが、管の断面形状は円形に限定されず、方形、楕円形、半円形等の形状でも構わない。詳細には、ある真円の直径Ｄの円管と同等の流量を流すことのできるいろいろな形状の管の断面の代表長さを等価直径Ｄとする。つまり、ある真円の直径Ｄの円管と同等の流量を流すことのできる、他の形状の管はその形状にかかわらず等価直径がＤの管であると規定している。
Ｑ∝Ｄ4／Ｌ・・・・・（１）
【００２０】
例えば、管として、等価直径Ｄ，長さＬが次のように異なる、３種類を比較した場合、上式（１）から分かるように、層流状態では流量Ｑは同一となる。なお、等価直径Ｄ，長さＬの長さの単位は任意の単位とする。
(i)      第１の管Ｋ１・・・Ｄ＝１  ，Ｌ＝１
(ii)     第２の管Ｋ２・・・Ｄ＝２  ，Ｌ＝１６
(iii)    第３の管Ｋ３・・・Ｄ＝３  ，Ｌ＝８１
【００２１】
各管Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３において、差圧が大きくなりレイノズル係数が大きくなると（例えばレイノズル係数Ｒが２３２０を越えると）、管内に流れる流体は、乱流となって流れる。このとき周知のように、液体の抵抗係数は、層流の状態で流れるときに比べて、乱流となって流れるときの方が大きい。
【００２２】
更に、いずれの管Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３であっても、差圧が低い状態では流体は層流の状態で流れるが、差圧が高い状態では流体は乱流の状態で流れる。層流で流れる差圧領域と、乱流で流れる差圧領域との境界となる差圧は、管Ｋ１が最も小さく，管Ｋ２が中程度で、管Ｋ３が最も大きくなる。
【００２３】
図２は、各管Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３を油戻し管８として用いた場合の、差圧と流量との関係を示す。図２から分かるように、
（１）管Ｋ１は、差圧がΔＰ１以下では潤滑油を層流状態で流し、差圧がΔＰ１を越えると潤滑油を乱流状態で流し、
（２）管Ｋ２は、差圧がΔＰ２以下では潤滑油を層流状態で流し、差圧がΔＰ２を越えると潤滑油を乱流状態で流し、
（３）管Ｋ３は、差圧がΔＰ３以下では潤滑油を層流状態で流し、差圧がΔＰ３を越えると潤滑油を乱流状態で流す。
【００２４】
また図２に示す「定格戻し量Ｑｔ」とは、冷房運転がある程度進み車室内の空気が適正温度にまで冷房されたときに、この適正温度の冷房状態を維持できる程度に圧縮機１が回転駆動している際に（圧縮機１が定格冷房運転をしている際に）、油戻し管８を介して圧縮機１に戻ってくる潤滑油の量をいう。逆に言えば、油戻し管８を介して圧縮機１に戻ってくる潤滑油の量が、予め設定した定格戻し量Ｑｔのときに、圧縮機１が定格冷房運転となるような圧縮機を採用している。
【００２５】
また図２に示す「限界戻し量Ｑｍａｘ」とは、圧縮機１の温度が予め決めた限界上限温度以下となることを条件として、圧縮機１があらかじめ決めた最大の能力で回転駆動している際に（圧縮機１が最大冷房運転をしている際に）、油戻し管８を介して圧縮機１に戻ってくる潤滑油の量をいう。逆に言えば、油戻し管８を介して圧縮機１に戻ってくる潤滑油の量が、予め設定した限界戻し量Ｑｍａｘのときに、圧縮機１が最大冷房運転となるような圧縮機を採用している。
【００２６】
本発明を実施するための最良の形態では、限界戻し量Ｑｍａｘのときには、乱流状態で潤滑油を戻し、定格戻し量Ｑｔのときには、層流状態で潤滑油を戻すことができる管を、油戻し管８として採用している。例えば図２に示す特性の管の中では、管Ｋ１を採用する。
【００２７】
結局、管Ｋ１を油戻し管８として採用した場合には、差圧がΔＰ１を越えた差圧領域では、潤滑油は乱流状態となって管Ｋ１中を流れ、即ち、抵抗係数が大きくなった管Ｋ１中を流れるため、差圧が大きい割に、圧縮機１に戻ってくる潤滑油の量を抑制することができる。このため、自動車が高速で走行したり、冷房負荷が多かったり、日射量が多かったりした場合であって、圧縮機１が高速回転駆動しても、潤滑油の油戻し量が抑制され、油戻し量が限界戻し量Ｑｍａｘを越えることがなくなる。
【００２８】
この結果、圧縮機１が最大冷房運転をしている場合であっても、油戻し量が限界戻し量Ｑｍａｘを越えることはなく、良好な冷房運転を維持することができる。
【実施例１】
【００２９】
次に実施例１の油戻し管について説明する。実施例１の油戻し管は、図１に示す車両用空調装置に適用するものである。
実施例１の油戻し管と、比較例としての油戻し管の寸法等を、表１に示す。
【００３０】
【表１】
2006057592.tif 000003
【００３１】
実施例１の油戻し管の等価直径（内径）Ｄは０．３７ｍｍ、長さは１００ｍｍであり、比較例の油戻し管の等価直径（内径）Ｄは０．６ｍｍ、長さは６８３ｍｍである。
【００３２】
実施例１の油戻し管及び比較例の油戻し管では、入口側（オイルセパレータ２側）の圧力ＨＰは、定格冷房運転時には１．４２［ＭＰａＧ］、最大冷房運転時には２．７４［ＭＰａＧ］であり、出口側（圧縮機１側）の圧力ＬＰは、定格冷房運転時には０．２１［ＭＰａＧ］、最大冷房運転時には０．３４［ＭＰａＧ］である。
【００３３】
圧縮機１に吸入する冷媒の温度Ｔｓは、２０［ｄｅｇＣ］である。
【００３４】
実施例１の油戻し管を採用する車両用空調装置では、圧縮機１の「限界戻し量Ｑｍａｘ」は、１０Ｋｇ／ｈｒである。
【００３５】
レイノズル数Ｒは、実施例１の油戻し管では、定格冷房運転時に６２０、最大冷房運転時に２７００、比較例の油戻し管では、定格冷房運転時に３９０、最大冷房運転時に２２００である。
【００３６】
油戻し量（Ｋｇ／ｈｒ）は、実施例１の油戻し管では、定格冷房運転時に３．６、最大冷房運転時に８．８、比較例の油戻し管では、定格冷房運転時に３．６、最大冷房運転時に１１．７である。
【００３７】
表１から分かるように、定格冷房運転ときには、実施例１の油戻し管でも、比較例の油戻し管でも、油戻し量は３．６［Ｋｇ／ｈｒ］となり、等しい。
【００３８】
また、表１から分かるように、実施例１の油戻し管では、最大冷房運転時であっても、油戻し量が８．８［Ｋｇ／ｈｒ］となり、圧縮機１の「限界戻し量Ｑｍａｘ」の１０Ｋｇ／ｈｒよりも小さくなる。
これに対して、比較例１の油戻し管では、最大冷房運転時の油戻し量が１１．７［Ｋｇ／ｈｒ］となり、圧縮機１の「限界戻し量Ｑｍａｘ」の１０Ｋｇ／ｈｒよりも大きくなってしまう。
【００３９】
このように実施例１の油戻し管では、最大冷房運転時であっても、油戻し量を、圧縮機１の「限界戻し量Ｑｍａｘ」以下にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、車両用空調装置のみならず、家庭やビルなどに設置する空調装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】車両用空調装置を示す構成図。
【図２】長さと直径が異なる三種の管についての、差圧と流量との関係を示す特性図。
【符号の説明】
【００４２】
１  エンジン
２  オイルセパレータ
３  凝縮器
４  レシーバ
５  膨張弁
６  蒸発器
７  冷媒配管
８  油戻し管
９  エンジン
１０  ベルト
１１  電磁クラッチ
【図１】
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【図２】
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