(57)【要約】【課題】密閉容器内が高い圧力となる密閉式圧縮機において、フロートによりオイルレベルを的確に検知する。【解決手段】密閉式圧縮機は、密閉容器１２内に駆動要素１４とこの駆動要素にて駆動される圧縮要素１８を設けて成るものにおいて、密閉容器内のオイルレベルを検知するためのフロート５５を備え、このフロートは、中空の球状の外殻と、この外殻内に封入された高圧ガスにより構成される。フロートは、使用冷媒よりも比重が重く、オイルよりも比重が軽い。外殻内のガス圧力は、密閉容器内圧力よりも高い。【選択図】      図１
2004263590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に駆動要素と該駆動要素にて駆動される圧縮要素を設けて成る密閉式圧縮機において、
前記密閉容器内のオイルレベルを検知するためのフロートを備え、
該フロートは、中空の球状の外殻と、該外殻内に封入された高圧ガスにより構成されていることを特徴とする密閉式圧縮機。
【請求項２】
前記フロートは、使用冷媒よりも比重が重く、前記オイルよりも比重が軽いことを特徴とする請求項１の密閉式圧縮機。
【請求項３】
前記外殻内のガス圧力は、前記密閉容器内圧力よりも高いことを特徴とする請求項１又は請求項２の密閉式圧縮機。
【請求項４】
前記外殻は、アルミニウム若しくはマグネシウム等の軽金属から構成されていることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３の密閉式圧縮機。
【請求項５】
冷媒として二酸化炭素を使用することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４の密閉式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉容器内に駆動要素と圧縮要素を設けて成る密閉式圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりこの種密閉式圧縮機として内部中間圧型多段圧縮式のロータリコンプレッサが開発されている（特許文献１参照）。即ち、係るロータリコンプレッサでは、圧縮機構部を構成する第１の回転圧縮要素の吸込ポートから冷媒ガスがシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮されて中間圧となりシリンダの高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て密閉容器内に吐出される。そして、この密閉容器内の中間圧のガスは第２の回転圧縮要素の吸込ポートからシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により２段目の圧縮が行われて高温高圧のガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て冷媒吐出管より外部に吐出される。
【０００３】
ロータリコンプレッサから吐出された冷媒ガスは冷媒回路の放熱器などに流入し、放熱した後、膨張弁で絞られてエバポレータ（蒸発器）で吸熱し、ロータリコンプレッサの第１の回転圧縮要素に吸入されるサイクルを繰り返す。
【０００４】
また、近年ではオゾン層破壊に伴う地球環境破壊に対処するため、この種密閉式圧縮機においてもオゾン層を破壊することの無い自然冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を採用することが提案されている。このような二酸化炭素をロータリコンプレッサに用いた場合、高低圧差の大きくなり、吐出冷媒圧力は二段目の第２の回転圧縮要素の吐出側で１２ＭＰａＧの高圧に達し、一方、一段目の第１の回転圧縮要素の吐出側で８ＭＰａＧ（中間圧）となる（第１の回転圧縮要素の吸込圧力は４ＭＰａＧ）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２−２９４５８７号公報（Ｆ０４Ｃ２３／００）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、密閉容器内には摺動部の潤滑と圧縮機構部のシールを行うためにオイルが所定量封入される。従って、このオイルが不足すると摺動部の焼き付きやシール性の低下が発生するようになる。そのため、密閉容器内にオイル面にフロートを浮かべ、このフロートの上下動に基づいて密閉容器内のオイルレベルを制御することが考えられるが、上述した如き内部中間圧の場合でも密閉容器内の圧力は８ＭＰａＧ程に高くなる。また、内部高圧の場合には１２ＭＰａＧ以上まで上昇することになる。
【０００７】
このような極めて高い圧力条件下で通常のフロートを使用すると、フロートが潰れてしまい、使用不能に陥る。
【０００８】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、密閉容器内が高い圧力となる密閉式圧縮機において、フロートによりオイルレベルを的確に検知することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の密閉式圧縮機では、密閉容器内に駆動要素とこの駆動要素にて駆動される圧縮要素を設けて成るものにおいて、密閉容器内のオイルレベルを検知するためのフロートを備え、このフロートは、中空の球状の外殻と、この外殻内に封入された高圧ガスにより構成されているものである。
【００１０】
請求項２の発明の密閉式圧縮機は、上記においてフロートは、使用冷媒よりも比重が重く、オイルよりも比重が軽いことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明の密閉式圧縮機は、上記各発明において外殻内のガス圧力は、密閉容器内圧力よりも高いことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明の密閉式圧縮機は、上記各発明において外殻は、アルミニウム若しくはマグネシウム等の軽金属から構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明の密閉式圧縮機は、上記各発明において冷媒として二酸化炭素を使用することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、密閉式圧縮機の密閉容器内のオイルレベルを検知するためのフロートを、中空の球状の外殻と、この外殻内に封入された高圧ガスにより構成したので、二酸化炭素を冷媒として使用する場合の如く、密閉容器内が極めて高い圧力となる場合にも、フロートが潰れること無く的確に密閉容器内のオイルレベルを検知することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明を適用する密閉式圧縮機の実施例として、第１及び第２の回転圧縮要素を備えた内部中間圧型の多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサ１０の縦断側面図である。尚、実施例のロータリコンプレッサ１０はカーエアコンの冷媒回路を構成するものである。
【００１６】
この図において、１０は二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として使用する縦型の内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサで、この多段圧縮式のロータリコンプレッサ１０は鋼板からなる円筒状の密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部空間の上側に配置収納された駆動要素１４及びこの駆動要素１４の下側に配置され、駆動要素１４の回転軸１６により駆動される第１の回転圧縮要素３２（１段目）及び第２の回転圧縮要素３４（２段目）からなる回転圧縮機構部１８にて構成されている。
【００１７】
密閉容器１２は底部をオイル溜めＴとし、駆動要素１４と回転圧縮機構部１８を収納する容器本体１２Ａと、この容器本体１２Ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで構成されている。エンドキャップ１２Ｂの上面中心には円形の取付孔１２Ｄが形成されており、この取付孔１２Ｄには駆動要素１４に電力を供給するためのターミナル（配線を省略）２０が取り付けられている。
【００１８】
駆動要素１４は、密閉容器１２の上部空間の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ２２と、このステータ２２の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ２４とからなる。このロータ２４は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸１６に固定されている。
【００１９】
ステータ２２は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体２６と、この積層体２６の歯部（図示せず）に直巻き（集中巻き）方式により巻装されたステータコイル２８を有している。また、ロータ２４もステータ２２と同様に電磁鋼板の積層体３０で形成され、この積層体３０内に永久磁石ＭＧを挿入して形成されている。
【００２０】
前記第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４との間には中間仕切板３６が挟持されている。即ち、第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４は、中間仕切板３６と、この中間仕切板３６の上下に配置された上シリンダ３８、下シリンダ４０と、この上下シリンダ３８、４０内を１８０度の位相差を有して回転軸１６に設けた上下偏心部４２、４４にて偏心回転する上下ローラ４６、４８と、この上下ローラ４６、４８に当接して上下シリンダ３８、４０内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画するベーン５０、５２と、上シリンダ３８の上側の開口面及び下シリンダ４０の下側の開口面を閉塞して回転軸１６の軸受けを兼用する上部支持部材５４及び下部支持部材５６にて構成されている。
【００２１】
一方、上部支持部材５４及び下部支持部材５６には、図示しない吸込ポートにて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路６０（上側の吸込通路は図示せず）と、一部を凹陥させ、この凹陥部を上カバー６６、下カバー６８にて閉塞することにより形成される吐出消音室６２、６４とが設けられている。
【００２２】
尚、吐出消音室６４と密閉容器１２内とは、上下シリンダ３８、４０や中間仕切板３６を貫通する図示しない連通路にて連通されており、連通路の上端には中間吐出管１２１が立設され、この中間吐出管１２１から第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒が密閉容器１２内に吐出される。
【００２３】
また、第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８内部と連通する吐出消音室６２の上面開口部を閉塞する上部カバー６６は、密閉容器１２内を吐出消音室６２と駆動要素１４側とに仕切る。
【００２４】
密閉容器１２の容器本体１２Ａの側面には、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路６０（上側は図示せず）、吐出消音室６２、上部カバー６６の上側（駆動要素１４の下端に略対応する位置）に対応する位置に、スリーブ１４１、１４２、１４３及び１４４がそれぞれ溶接固定されている。スリーブ１４１と１４２は上下に隣接すると共に、スリーブ１４３はスリーブ１４１の略対角線上に位置している。また、スリーブ１４４はスリーブ１４１と略９０度ずれた位置にある。
【００２５】
そして、スリーブ１４１内には上シリンダ３８に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９２の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９２の一端は上シリンダ３８の図示しない吸込通路と連通する。この冷媒導入管９２は密閉容器１２の上側を通過してスリーブ１４４に至り、他端はスリーブ１４４内に挿入接続されて密閉容器１２内に連通する。
【００２６】
また、スリーブ１４２内には下シリンダ４０に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９４の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９４の一端は下シリンダ４０の吸込通路６０と連通する。この冷媒導入管９４の他端は図示しないアキュムレータの下側に接続される。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒導入管９６の一端は吐出消音室６２と連通する。
【００２７】
前記アキュムレータは吸込冷媒の気液分離を行うタンクである。該アキュムレータは、密閉容器１２の容器本体１２Ａの上部側面に溶接固定されたブラケット１４７に、図示しないブラケットにて取り付けられる。
【００２８】
そして、この場合冷媒としては地球環境にやさしく、可燃性および毒性等を考慮して自然冷媒である前記二酸化炭素（ＣＯ２）を使用し、密閉容器１２内に封入される潤滑油としてのオイル（図１にＯで示す）は、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキルグリコール）等既存のオイルが使用される。
【００２９】
密閉容器１２内底部のオイル溜めＴ内には、上下方向に渡って内外が連通された案内部材６５が設けられており、この案内部材６５内に本発明に係るフロート５５が移動自在に設けられている。このフロート５５は図２に示す如くアルミニウム若しくはマグネシウム等の軽金属から成る内部中空球状の外殻５５Ａから成り、この外殻５５Ａ内には高圧ガス（気体）が封入されている。
【００３０】
ここで、中空球状の外殻５５Ａが内外圧を受けた場合、外殻５５Ａの内半径をａ、外半径をｂ、半径をｒ、内圧をＰａ、外圧をＰｂとすると、外殻５５Ａにかかる円周方向応力σθは数式１で示される。
【００３１】
【数１】
2004263590.tif 000003
【００３２】
従って、例えば外殻５５Ａの内径が２．５ｍｍ、肉厚が０．３ｍｍの場合、上記各値はａ＝２．５ｍｍ、ｂ＝２．８ｍｍとなる。また、内圧Ｐａを大気圧（０．１ＭＰａＧで考え、外圧Ｐｂを１５ＭＰａＧとすると、ｒ＝ａ＝２．５ｍｍの外殻５５Ａ内面での円周方向応力σθは−５３．１５ＭＰａＧとなり、ｒ＝ｂ＝２．８ｍｍの外殻５５Ａ外面での円周方向応力σθは−４５．７０ＭＰａＧとなる。
【００３３】
一方、外殻５５Ａの材質をマグネシウム合金ＡＺ９１とすると、外殻５５Ａに係る上記円周方向応力は、ＡＺ９１の耐力である１６０ＭＰａＧ以下となる。従って、実施例として上記寸法と材質を設定することで、外殻５５Ａは高圧側である１５ＭＰａＧにも十分耐え得る強度を有することになる。
【００３４】
これに加えて外殻５５Ａ内には高圧のガスが封入されている。この外殻５５Ａ内に封入されたガス圧力は通常の密閉容器１２内の圧力（この実施例では中間圧で８ＭＰａＧ程）よりも高い１０ＭＰａＧから１６ＭＰａＧとされている。これによって、フロート５５の強度には更なる余裕が生まれることになる。
【００３５】
また、上記実施例のマグネシウム合金ＡＺ９１の比重を１．８２とすると、上記寸法の外殻５５Ａの比重ρｆは０．７６７となる。使用するオイルをＰＡＧ（ポリアルキルグリコール）とすると、その比重ρｏは常温で約０．９５であるので、フロート５５は支障無くオイルに浮くことになる。そして、二酸化炭素冷媒の比重をρａとすると、本発明ではρａ＜ρｆ＜ρｏの関係となるように設計されている。
【００３６】
これにより、フロート５５は密閉容器１２内のオイル溜めＴのオイル面に浮かび、当該オイルレベルの変動に伴って案内部材６５内を上下に移動する。このフロート５５の上下動は図示しない検知手段（スイッチなど）にて検知され、フロート５５の位置に応じたオイルレベルで駆動要素１４の運転や図示しないオイルセパレータからのオイル戻し量が制御される。
【００３７】
以上の構成で、ロータリコンプレッサ１０のターミナル２０及び図示しない配線を介して駆動要素１４のステータコイル２８に通電されると、駆動要素１４が起動してロータ２４が回転する。この回転により回転軸１６と一体に設けた上下偏心部４２、４４に嵌合された上下ローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。
【００３８】
これにより、冷媒導入管９４及び下部支持部材５６に形成された吸込通路６０を経由して図示しない吸込ポートからシリンダ４０の低圧室側に吸入された低圧の冷媒は、ローラ４８とベーン５２の動作により圧縮されて中間圧となり下シリンダ４０の高圧室側より図示しない連通路を経て中間吐出管１２１から密閉容器１２内に吐出される。これによって、密閉容器１２内は中間圧の８ＭＰａＧ程となる。
【００３９】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは、スリーブ１４４から出て冷媒導入管９２に流出する。冷媒導入管９２に流入した冷媒はスリーブ１４１に至り、上部支持部材５４に形成された図示しない吸込通路を経由して図示しない吸込ポートから上シリンダ３８の低圧室側に吸入される。
【００４０】
上シリンダ３８の低圧室側に吸入された中間圧の冷媒ガスは、ローラ４６とベーン５０の動作により２段目の圧縮が行われて高圧（１２ＭＰａＧ）の冷媒ガスとなり、高圧室側から図示しない吐出ポートを通り上部支持部材５４に形成された吐出消音室６２、冷媒吐出管９６を経由して図示しない冷媒回路のガスクーラに流入する。このガスクーラで冷媒は放熱された後、図示しない膨張弁で絞られて減圧され、図示しないエバポレータ内に流入する。
【００４１】
そして、冷媒はエバポレータ内で蒸発し、そのときに周囲から吸熱することにより冷却作用を発揮して車室内が冷房される。その後、前記アキュムレータを経て冷媒導入管９４から第１の回転圧縮要素３２内の低圧側（４ＭＰａＧ）に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００４２】
ここで、ロータリコンプレッサ１０の冷媒吐出管９６には冷媒ガスと共に前述したオイルも吐出される。従って、密閉容器１２内のオイル溜めＴのオイルレベルは運転状態によって上下する。このオイルレベルはフロート５５の上下動により検知され、前述した如くオイルセパレータからのオイル戻し量が制御される。
【００４３】
このようにフロート５５は密閉容器１２内の圧力（中間圧の８ＭａＧ）中に晒されるが、本発明ではフロート５５を耐圧の高い軽金属製の外殻５５Ａから構成し、その外殻５５Ａ内に、密閉容器１２内圧力よりも高い圧力の高圧ガスを封入して構成しているので、外殻５５は常時内側から広げられる方向に力を受けている。従って、密閉容器１２内の高い圧力条件下においても潰れること無く、オイルレベルの上下に応じて支障無く上下できるようになる。
【００４４】
これにより、密閉容器１２内におけるオイル面制御を的確に行えるようになり、オイル枯渇による焼き付き、シール性の低下やオイル過剰を未然に回避することができるようになる。
【００４５】
尚、実施例に示したフロート５５の外殻５５Ａの材質や内部のガス圧力は、これに限定されるものでは無く、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜選択するものとする。また、密閉式圧縮機としても実施例のロータリコンプレッサに限らず、スクロール式のコンプレッサなどにも本発明は有効である。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、密閉式圧縮機の密閉容器内のオイルレベルを検知するためのフロートを、中空の球状の外殻と、この外殻内に封入された高圧ガスにより構成したので、二酸化炭素を冷媒として使用する場合の如く、密閉容器内が極めて高い圧力となる場合にも、フロートが潰れること無く的確に密閉容器内のオイルレベルを検知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した密閉式圧縮機の実施例としての内部中間圧型多段圧縮式のロータリコンプレッサの縦断面図である。
【図２】図１のロータリコンプレッサの密閉容器内に設けたフロートの断面図である。
【符号の説明】
１０  多段圧縮式ロータリコンプレッサ
１２  密閉容器
１４  駆動要素
１８  回転圧縮機構部
３２  第１の回転圧縮要素
３４  第２の回転圧縮要素
５５  フロート
９２、９４  冷媒導入管
９６  冷媒吐出管
Ｏ  オイル
Ｔ  オイル溜め
【図１】
2004263590.tif 000004
【図２】
2004263590.tif 000005