(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも圧縮機、放熱器、蒸発器を冷媒管により連通させて形成する冷媒閉回路に二酸化炭素が充填され、冷媒閉回路に油分離器を介在させると共に、その油分離器の底部に設けた貯油部と圧縮機とを返油管により連結した冷凍装置において、
前記油分離器は、貯油部の上方に、油付着・分離材を備え、この油付着・分離材の上方に複数の邪魔板を備えると共に、底板に冷媒を導入する冷媒管が連結され、天板に冷媒を排出する冷媒管を連結したことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
油分離器が放熱器の出口側冷媒回路または蒸発器の出口側冷媒回路に設けられたことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒に二酸化炭素を用いた冷凍装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
二酸化炭素を冷媒として使用する冷凍装置の冷媒圧縮機として、例えば図４に示した内部中間圧型の回転式２段圧縮機（以下、単に圧縮機と云う）１００Ｘが周知である。この圧縮機１００Ｘにおいては、密閉容器１２内の上部にステータ１４、ロータ１６などからなる電動機構部１８を備えると共に、その下部に電動機構部１８のロータ１６と回転軸２０を介して連結された２段式の回転式圧縮機構部２２を備えている。
【０００３】
この圧縮機１００Ｘの２段式の回転式圧縮機構部２２においては、下側に第１の圧縮機構部２４が配設され、その上側に第２の圧縮機構部２６が配設され、図示しないアキュムレータから冷媒導入管３０を介して導入した気体の冷媒を下段側の第１の圧縮機構部２４で圧縮し、その圧縮した冷媒を中間吐出管２８から密閉容器１２内に吐出、それを密閉容器１２の胴部に開設した中間吐出孔に設けたスリーブ２９から延設した冷媒導入管３２を介して２段目の第２の圧縮機構部２６に導入し、そこでさらに高圧に圧縮して冷媒吐出管３４から図示しない空調装置の冷媒回路に高圧冷媒を供給するように構成されている。
【０００４】
そして、この圧縮機１００Ｘにおいては、密閉容器１２内の下部には冷凍機油６０が溜め置かれ、その冷凍機油６０を汲み上げて回転式圧縮機構部２２の摺動部分の潤滑と気密性の向上が図られている。
【０００５】
例えば、回転軸２０の下端部に設けたポンプ機構により汲み上げられ、回転軸２０の中空部を介して上昇し、回転軸２０の本体部分と、ローラ３８、４０が装着される偏心部４２、４４の外周部に設けた給油孔４６、４８、５０、５２から吐出した冷凍機油６０により、摺動部分の潤滑などが図られている。
【０００６】
上記構成の圧縮機１００Ｘは冷凍機油６０を密閉容器１２の内部に蓄えておく構造であったため、圧縮機を小型化し難い。そのため、そのような構造の圧縮機１００Ｘを用いて冷媒を圧縮するカーエアコンなどにおいては、容積に限りがある自動車のボンネット内部に圧縮機１００Ｘをエンジンなどの自動車部品と共に設置する際に、設置し難いと云った問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、圧縮機の内部には冷凍機油を蓄えないか、最小限度の冷凍機油を蓄え、冷凍機油の大部分は圧縮機以外の部分に溜めておく構成の空調装置を提供する必要があり、それが解決すべき課題となっていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来技術の課題を解決するため、少なくとも圧縮機、放熱器、蒸発器を冷媒管により連通させて形成する冷媒閉回路に二酸化炭素が充填され、冷媒閉回路に油分離器を介在させると共に、その油分離器の底部に設けた貯油部と圧縮機とを返油管により連結した冷凍装置において、
前記油分離器は、貯油部の上方に、油付着・分離材を備え、この油付着・分離材の上方に複数の邪魔板を備えると共に、底板に冷媒を導入する冷媒管が連結され、天板に冷媒を排出する冷媒管を連結した第１の構成の冷凍装置と、
【０００９】
前記第１の構成の冷凍装置において、油分離器を放熱器の出口側冷媒回路または蒸発器の出口側冷媒回路に設けるようにした第２の構成の冷凍装置と、
を提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を主に図１〜図３に基づいて詳細に説明する。なお、理解を容易にするため、これらの図においても前記図面において説明した部分と同様の機能を有する部分には、同一の符号を付した。
【００１１】
本発明の冷凍装置２００は、例えば図１に示したように圧縮機１００と、放熱器１０１と、膨張弁１０２と、蒸発器１０３と、油分離器１０４とが冷媒管１１０により連結されて冷媒の閉回路が形成され、その閉回路に二酸化炭素が冷媒として充填されている。
【００１２】
また、油分離器１０４の底部に設けた貯油部１０４Ａと圧縮機１００とは返油管１１２により連結されている。すなわち、油分離器１０４は、例えば図２に示したように底部側に貯油部１０４Ａを備えると共に、その上方に油付着・分離材１０４Ｂと、さらにその上方に複数の邪魔板１０４Ｃとを備え、底板に連結された冷媒管１１０から冷凍機油６０を含んで器内に入った気体の冷媒は、油付着・分離材１０４Ｂを通過し、さらにその上に配設した邪魔板１０４Ｃの隙間を通過し、天板に連結した冷媒管１１０から排出する構成となっている。
【００１３】
油付着・分離材１０４Ｂは、例えば網目の小さい金網が積層されたもの、金属たわしなどのような隙間を備えたもの、などから構成される。そして、冷凍機油６０を含んだ気体の冷媒が、油付着・分離材１０４Ｂの隙間を通過する際に、気体の冷媒は天板に連結した冷媒管１１０からそのまま排出されるが、密度の大きい冷凍機油６０は油付着・分離材１０４Ｂに衝突して次第に速度を落とし、終には油付着・分離材１０４Ｂに付着してその部分に留まる。
【００１４】
その際、油付着・分離材１０４Ｂの上方には邪魔板１０４Ｃが複数枚設置されているので、油分離器１０４の下部側に入り、上部から排出される冷媒と冷凍機油６０の流速を下げる効果があり、冷媒から冷凍機油６０を分離する油付着・分離材１０４Ｂの分離作用効果が一層高まる。
【００１５】
油付着・分離材１０４Ｂに付着してその部分に留まる冷凍機油６０の量が増え、質量が増加すると、油付着・分離材１０４Ｂから冷凍機油６０は滴下し、底部のオイル溜め１０４Ａに溜まる。そして、油分離器１０４の底板には返油管１１２が連結されているので、油付着・分離材１０４Ｂから滴下し、オイル溜め１０４Ａに溜まった冷凍機油６０は返油管１１２を通って圧縮機１００に戻される。
【００１６】
一方、圧縮機１００は例えば図３に示した構成である。すなわち、圧縮機１００は内部に冷凍機油６０を溜め置く構造とはなっておらず、前記図４に示した圧縮機１００Ｘと同様に構成した中空の回転軸２０の下端部に、返油管１１２の終端部が連結され、その返油管１１２を介して油分離器１０４から戻される冷凍機油６０が、図示しない給油孔から吐出して回転式圧縮機構部２２の各摺動部分に供給され、その部分の潤滑と気密性の向上が図られる構成となっている。
【００１７】
すなわち、図３に示した構成の圧縮機１００においては、冷凍機油６０をその内部に溜め置く必要がないので、電動機構部１８と回転式圧縮機構部２２とを内蔵した密閉容器１２を、冷凍機油６０を密閉容器１２に内蔵する従来の圧縮機１００Ｘのそれより小さくすることができる。
【００１８】
次に、図１に示した冷凍装置２００の動作を説明する。圧縮機１００の電力ターミナル５４および図示しない配線を介して電動機構部１８の図示しないステータコイルに通電すると、電動機構部１８が起動してその図示しないロータが回転する。この回転により回転軸２０と一体に設けた偏心部に嵌合されている図示しないローラがシリンダ内で偏心回転する（図３参照）。
【００１９】
このため、冷媒導入管３０（冷媒管１１０）より吸入された低圧の冷媒ガスは、下側の第１の圧縮機構部２４により圧縮されて中間圧となり、霧状の冷凍機油６０を微量含んだ状態で中間吐出管２８から密閉容器１２内に吐出される。
【００２０】
このとき、中間吐出管２８は、例えば上方の電動機構部１８のステータに巻装された相隣接するステータコイル同士の隙間に指向しており、未だ比較的温度の低い冷媒ガスを電動機構部１８方向に積極的に供給して、電動機構部１８の温度上昇が抑制される。また、これによって、密閉容器１２内は中間圧となる。
【００２１】
そして、密閉容器１２内の霧状の冷凍機油６０を微量含んだ中間圧の冷媒ガスは、冷媒導入管３２を経由して上側の第２の圧縮機構部２６により圧縮され、霧状の冷凍機油６０を含んだ高温高圧の冷媒ガスとなり、冷媒吐出管３４（冷媒管１１０）を経由して放熱器１０１内に流入する。このときの冷媒温度は約１００℃まで上昇しており、係る冷凍機油６０を含んだ高温高圧の冷媒ガスは放熱して冷却され、冷凍機油６０を含む超臨界状態となって放熱器１０１を出る。
【００２２】
そして、膨張弁１０２で減圧された後、蒸発器１０３に流入して蒸発する。この蒸発器１０３における蒸発時に冷媒が周囲から奪う気化熱により、冷凍装置２００がカークーラ用の冷凍装置であれば、車内の空気が冷却されて冷房が行われる。なお、蒸発器１０３においては、沸点の低い冷媒の二酸化炭素が選択的に蒸発し、冷媒より沸点の高い冷凍機油６０は殆ど蒸発することはない。
【００２３】
蒸発器１０３で蒸発した冷媒蒸気と冷凍機油６０は油分離器１０４に流入し、前記機構により冷凍機油６０が冷媒から分離される。油分離器１４で冷凍機油６０が分離された気体の冷媒は冷媒導入管３０（冷媒管１１０）から第１の圧縮機構部２４内に吸い込まれるサイクルを繰り返し、油分離器１４で冷媒から分離された液体の冷凍機油６０は返油管１１２から圧縮機１００に戻されるサイクルを繰り返す。
【００２４】
なお、油分離器１０４は、放熱器１０１の出口側に設置することも可能である。すなわち、放熱器１０４で放熱した冷媒の二酸化炭素は超臨界状態にあり、完全な液体とはなっていない。一方、冷凍機油６０は完全な液体となっているので、油分離器１０４を放熱器１０１の出口側に設置しても、前記機構により気体の冷媒と液体の冷凍機油６０とに分離し、分離した冷凍機油６０を圧縮機１００に戻すことができる。
【００２５】
また、圧縮機１００としては、回転式圧縮機構部２２が１シリンダータイプの圧縮機であっても良いし、圧縮機構部が圧縮した高圧の冷媒蒸気が密閉容器１２の内部に噴出し、その密閉容器１２内部に噴出された高圧冷媒を密閉容器１の上部などに設けた冷媒吐出管から機外に排出するものであっても良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、油分離器は、貯油部の上方に、油付着・分離材を備え、この油付着・分離材の上方に複数の邪魔板を備えると共に、底板に冷媒を導入する冷媒管が連結され、天板に冷媒を排出する冷媒管を連結した冷凍装置であり、
油分離器を放熱器の出口側冷媒回路または蒸発器の出口側冷媒回路に設けるようにした冷凍装置であるため、
冷凍機油を含んだ気体の冷媒が、油付着・分離材の隙間を通過する際に、気体の冷媒は天板に連結した冷媒管からそのまま排出されるが、密度の大きい冷凍機油は油付着・分離材に衝突して次第に速度を落とし、終には油付着・分離材に付着してその部分に留まる。その際、油付着・分離材の上方には邪魔板が複数枚設置されているので、油分離器の下部側に入り、上部から排出される冷媒と冷凍機油の流速を下げる効果があり、冷媒から冷凍機油を分離する油付着・分離材の分離作用効果が一層高まる。
【００２７】
圧縮機には冷凍機油を溜め置く必要がない。そのため、圧縮機構部、電動機構部を収納する密閉容器の大きさを、冷凍機油を内蔵している圧縮機のそれより小さくすることが可能であり、圧縮機の小型化が可能である。したがって、その圧縮機をカーエアコンの圧縮機とするときには、容積に限りがあるボンネット内にエンジンなどの自動車部品と共に設置するときに、設置し易い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷凍装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の冷凍装置に使用する油分離器の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の冷凍装置に使用する圧縮機の構成を示す説明図である。
【図４】従来の冷凍装置で使用していた圧縮機の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１２  密閉容器
１４  ステータ
１６  ロータ
１８  電動機構部
２０  回転軸
２２  回転式圧縮機構部
２４  第１の圧縮機構部
２６  第２の圧縮機構部
２８  中間吐出管
２９  スリーブ
３０、３２  冷媒導入管
３４  冷媒吐出管
３８、４０  ローラ
４２、４４  偏心部
４６、４８、５０、５２  給油孔
５４  電力ターミナル
６０  冷凍機油
１００、１００Ｘ  圧縮機
１０１  放熱器
１０２  膨張弁
１０３  蒸発器
１０４  油分離器
１０４Ａ  貯油部
１０４Ｂ  油付着・分離材
１０４Ｃ  邪魔板
１１０  冷媒管
１１２  返油管
２００  冷凍装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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