(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機コンプレッサのシールハウジングとこのシールハウジングに挿通された略水平な回転軸との間に装着されて前記回転軸の軸周で機内空間を密封するメカニカルシールと、このメカニカルシールの機内空間側に隣接配置されて外周が前記シールハウジング側に固定され内周が前記回転軸の外周面に摺接するリップ型シールと、を備え、
前記リップ型シールは、その外周部の円周方向一部が接線方向に切断された切欠部を有し、この切欠部が前記回転軸よりも上側となるように装着され、
前記メカニカルシールと前記リップ型シールとの間に、前記切欠部を介して前記機内空間と連通する油溜め空間が画成され、
前記冷凍機コンプレッサの駆動時には、冷媒ガスとミスト状の冷凍機油との混合気体が、前記シールハウジングに設けたフラッシング孔を介して前記油溜め空間に供給されるとともに前記リップ型シール上部の切欠部を通じて機内側へ流出し、その過程で、前記冷凍機油の一部が油溜め空間内で落下、貯留し、この貯留した冷凍機油が前記メカニカルシールの密封摺動面に液膜として介入し、
前記冷凍機コンプレッサの停止時にも、前記貯留した冷凍機油が前記メカニカルシールの密封摺動面に液膜として介入することを特徴とする冷凍機コンプレッサ用軸封装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両用エアコンディショナ（カーエアコン）等のような冷凍サイクルにおける冷凍機コンプレッサの軸封装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カーエアコンのような冷凍サイクルによる小型の空調装置には、従来、冷媒として、人間に無害で変質せず、不燃性の安全なフロンＲ12（CF２Cl２）が使用されて来た。ところが、フロンＲ12は大気中に放出されても変質せずにそのまま溜って大気の大循環により成層圏へ運ばれるため、地表付近では殆ど存在しなかった波長0.19〜0.25μｍの紫外線により分解されて塩素Clが分離し、この塩素が成層圏のオゾンO3と結合して酸化塩素ClO と酸素分子O2を作り、更にこの酸化塩素ClO が周囲の酸素原子O と反応することによって、塩素Clと酸素分子O2を作り、このような反応の繰り返しによって成層圏のオゾンO3と酸素原子O の量が加速度的に減少して行くといったオゾン層破壊が問題となった。そしてこのようなオゾン層破壊の防止対策のため、近年、冷媒ガスとして塩素を含まないフロンＲ134aに変更されたが、フロン等は、微量でも地表からの長波（赤外線）放射を吸収して地球温暖化を来す温室効果に大きく関わっていることが新たな問題となっている。したがって、フロンＲ134aに代わる冷媒の研究が行われているが、現在最も有力視されているのは二酸化炭素CO２である。なお、二酸化炭素CO２は良く知られているように顕著な温室効果ガスであるが、化石燃料等の燃焼により大気中へ新たに放出するものでなければ問題がない。
【０００３】
しかし、冷媒ガスとして二酸化炭素CO２を用いた場合、冷凍機コンプレッサに軸封装置として用いられているメカニカルシールにおいて次のような問題が発生する。すなわち、冷媒ガスとしてフロンＲ134aを用いた場合は、通常の使用条件では冷凍機コンプレッサは吸入圧力0.2MPa、吐出圧力1.5MPa、停止時圧力1.0MPa程度であったのに対し、二酸化炭素CO２からなる冷媒ガスを用いた場合は、吸入圧力3.0MPa、吐出圧力8.0MPa、停止時圧力5.0MPa程度に上昇してしまう。したがって、前記メカニカルシールには停止時も大きな冷媒圧力が作用することになり、メカニカルシールの密封摺動面からの冷媒CO２ガスの漏洩が起こる問題が指摘されている。これは、冷凍機コンプレッサの駆動時においては、冷媒ガス中にミスト状に混在する冷凍機油が、冷媒ガスの流れに伴って密封摺動面に供給されるので、この密封摺動面間には油膜が形成されて冷媒CO２ガスの通過を遮断しているが、コンプレッサ停止時は、冷凍機油はシールハウジングの下部に落下し、シールハウジング上部はガスゾーンとなるため、前記密封摺動面間の油膜切れが起こって高圧の冷媒CO２ガスが漏れてしまいやすくなるからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような事情のもとになされたもので、その主な技術的課題とするところは、冷凍機コンプレッサの停止時にこのコンプレッサの回転軸を軸封するメカニカルシールの密封摺動面が乾燥状態となることによる冷媒ガスの漏洩を有効に防止することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、本発明に係る冷凍機コンプレッサ用軸封装置は、冷凍機コンプレッサのシールハウジングとこのシールハウジングに挿通された略水平な回転軸との間に装着されて前記回転軸の軸周で機内空間を密封するメカニカルシールと、このメカニカルシールの機内空間側に隣接配置されて外周が前記シールハウジング側に固定され内周が前記回転軸の外周面に摺接するリップ型シールとを備え、前記リップ型シールは、その外周部の円周方向一部が接線方向に切断された切欠部を有し、この切欠部が前記回転軸よりも上側となるように装着され、前記メカニカルシールと前記リップ型シールとの間に、前記切欠部を介して前記機内空間と連通する油溜め空間が画成され、前記冷凍機コンプレッサの駆動時には、冷媒ガスとミスト状の冷凍機油との混合気体が、前記シールハウジングに設けたフラッシング孔を介して前記油溜め空間に供給されるとともに前記リップ型シール上部の切欠部を通じて機内側へ流出し、その過程で、前記冷凍機油の一部が油溜め空間内で落下、貯留し、この貯留した冷凍機油が前記メカニカルシールの密封摺動面に液膜として介入し、前記冷凍機コンプレッサの停止時にも、前記貯留した冷凍機油が前記メカニカルシールの密封摺動面に液膜として介入することを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、冷凍機コンプレッサの駆動時には、ミスト状の冷凍機油がメカニカルシールとリップ型シールの間の油溜め空間に入り込んで落下し、このリップ型シールとメカニカルシールの間の空間に溜る。このため、メカニカルシールの密封摺動面が、前記空間に溜った冷凍機油が液膜として介入することによって、確実に潤滑されると共に冷媒ガスの通過を遮断する。
【０００７】
次に冷凍機コンプレッサが停止すると、機内空間では冷凍機油が落下して機内空間はガスゾーンとなる。しかし、リップ型シールとメカニカルシールの間の空間では、コンプレッサの停止時においても冷凍機油が前記リップ型シールによって貯留されているので、密封摺動面に液膜が介入した状態が維持され、冷媒ガスの漏れを確実に防止する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る冷凍機コンプレッサ用軸封装置の第一の実施形態を示すもので、図中の参照符号１は冷凍機コンプレッサのシールハウジング、参照符号２はこのシールハウジング２の内周から前記コンプレッサ内部に挿通され外端のプーリ（図示省略）により回転される回転軸である。シールハウジング１と回転軸２との間にはメカニカルシール３が装着されると共に、このメカニカルシール３よりも機内側に位置して、リップ型シール４が装着されている。
【０００９】
メカニカルシール３は、シールハウジング１側に非回転状態に装着されたシールリング３１と、回転軸２側に装着されてこの回転軸２と一体的に回転されるメイティングリング３２が互いに密接され、これによって形成される密封摺動面３０において、当該冷凍機コンプレッサ内で圧縮される二酸化炭素CO２からなる冷媒ガス及び冷凍機油が機外へ漏れるのを防止するものである。このメカニカルシール３の軸方向両側の軸周空間のうち、密封摺動面３０の外周側に連なる図中左側の空間Ｓ１が密封対象の機内空間、密封摺動面３０の内周側に連なる図中右側の空間Ｓ２が大気側空間である。また、シールハウジング１には密封摺動面３０の外周空間に向けてフラッシング孔１３が開設されており、コンプレッサの駆動時には、ミスト状の冷凍機油が混在した冷媒ガスが、このフラッシング孔１３を介して前記外周空間に供給されるようになっている。
【００１０】
メカニカルシール３の構成について更に詳しく説明すると、シールリング３１は例えばカーボン摺動材からなるものであって、その外周部が、前記シールハウジング１の内周面に形成された第一の環状段差部１１に、Ｏリング３８Ａを介して固定的に嵌合保持されている。また、このシールリング３１は、メイティングリング３２との対向面に円周方向に連続した摺動突起３１ａを有する。
【００１１】
一方、メイティングリング３２は例えばシリコンカーバイドSiC からなるものであって、前記シールリング３１に対して軸方向に対向配置された鋼材製のリテーナ３３の前記シールリング３１側の端部に一体的に密嵌されている。リテーナ３３は、回転軸２の外周面にＯリング３８Ｂによりシールされた状態でセットスクリュ３４によって固定されたカラー３５の筒状部３５ａの外周に、Ｏリング３８Ｃを介して軸方向移動自在に設けられており、その背面に突設されたドライブピン３６がカラー３５の係合孔３５ｂに係合することによって回転軸２から前記カラー３５を介して回転力が伝達されると共に、前記カラー３５との間に円周方向等間隔で配置された複数のコイルスプリング３７によって軸方向に付勢されている。そしてこれによって、メイティングリング３２は回転軸２と一体的に回転しつつ静止側のシールリング３１の摺動突起３１ａの端面に適当な荷重で押し付けられ、密封摺動面３０を形成する。
【００１２】
リップ型シール４は、シールハウジング１の内周面に形成された第二の環状段差部１２に嵌着される外周基部４１と、この外周基部４１から内周側へ延びて内周端部４２ａが回転軸２の外周面に密封的に摺接するリップ部４２がエラストマで一体的に成形され、前記外周基部４１に鋼板等の金属板からなる補強環４３が埋設されたものである。また図２にも示すように、このリップ型シール４は、前記外周基部４１及びリップ部４２を含む外周部の円周方向一部が補強環４３と共に接線方向に切断された切欠部４ａを有し、この切欠部４ａがほぼ水平な回転軸２の真上に位置するように装着される。
【００１３】
上記構成によれば、メカニカルシール３とリップ型シール４との間に、上部がリップ型シール４の切欠部４ａとシールハウジング１の内周面との間の弓形の窓部Ｗを介して機内空間Ｓ１と連通した空間Ｓ１'が画成され、この空間Ｓ１'は油溜めとして機能するものである（以下、油溜め空間という）。すなわち冷凍機コンプレッサの駆動時には、冷媒ガスとミスト状の冷凍機油との混合気体が、フラッシング孔１３を介して密封摺動面３０の外周（油溜め空間Ｓ1'）に供給され、リップ型シール４の上部の窓部Ｗを通じて機内側へ流出するが、その過程で、冷凍機油の一部は油溜め空間Ｓ1'内で落下する。この油溜め空間Ｓ１'は、上部を除いてリップ型シール４によりシールされているから、落下した冷凍機油は次第に貯留されて行く。このため、メカニカルシール３の密封摺動面３０は少なくともその下部が常に前記油溜め空間Ｓ1'内に貯留された冷凍機油に浸漬された状態となり、この冷凍機油がシールリング３１とメイティングリング３２の密封摺動面３０に油膜として介入するので、密封摺動面３０が良好に潤滑されると共に機内空間Ｓ１と大気側空間Ｓ２の間に冷凍機油溜り及び油膜が介在することによって前記冷媒ガスの漏れが確実に阻止される。
【００１４】
また、冷凍機コンプレッサが停止すると、冷凍機油は機内空間Ｓ１の下部に落下するため、この機内空間Ｓ１はほぼガスゾーンとなるが、油溜め空間Ｓ１'内冷凍機油の貯留状態はコンプレッサ停止時にもリップ型シール４によって維持される。このため、先に説明したように従来のフロンＲ134aに代わる冷媒ガスとして二酸化炭素CO２を採用することによって、コンプレッサ停止時の機内空間Ｓ１の冷媒ガス圧力が5.0MPa程度の高圧状態にあっても、油溜め空間Ｓ１' 内の油溜まり及び密封摺動面３０間に介在する油膜が、この密封摺動面３０を高圧の冷媒ガスが低圧の大気側空間Ｓ２へ通過するのを確実に阻止する。
【００１５】
図３は、下記の試験条件において、冷凍機コンプレッサを停止した状態で放置した時の冷媒ガスの漏洩量の推移を、上述の実施形態で説明した方法によってメカニカルシール３の密封摺動面３０に冷凍機油を供給した場合（本発明）と、供給しない場合（従来技術）とで測定した結果を示すものである。この図から明らかなように、従来技術の場合、放置時間が50時間を超えると密封摺動面の油膜切れによる漏洩量の急激な増大が見られるのに対し、本発明においては放置時間が100時間を超えても殆ど漏洩が発生しなかった。
試験条件
密封摺動面の面圧；3kg/cm２
密封摺動面の径方向幅；2.0mm
冷凍機油；PAG(ポリアルキレングリコール)系冷凍機油
冷媒ガス；CO２
冷媒ガス圧；4Mpa
冷媒ガス温度；摂氏20度
【００１６】
なお本発明において、メカニカルシール３やリップ型シール４の細部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、種々のものが適用可能である。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る冷凍機コンプレッサ用軸封装置によると、冷凍機コンプレッサの停止時にも、メカニカルシールの密封摺動面の外周が冷凍機油溜まりに浸漬された状態に維持されるので、機内の冷媒ガスが前記密封摺動面間を通過して大気側へ漏洩するのを確実に遮断することができる。したがって、環境保全の目的で冷媒ガスを従来のフロンから二酸化炭素に変更することによって、コンプレッサ停止時の冷媒圧力が高圧になることによる冷媒ガスの漏洩にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る軸封装置の一実施形態を冷凍機コンプレッサの一部と共に軸心を通る平面で切断して示す断面図である。
【図２】図１におけるII−II  線位置で切断した断面図である。
【図３】冷凍機コンプレッサ停止時における従来の軸封装置と本発明の軸封装置の冷媒漏洩量を測定した結果を示す説明図である。
【符号の説明】
１  シールハウジング
２  回転軸
３  メカニカルシール
３０  密封摺動面
４  リップ型シール
４ａ  切欠部
Ｓ１  機内空間
Ｓ１'  油溜め空間
Ｓ２  大気側空間
【図１】
0004307590.tif 000002
【図２】
0004307590.tif 000003
【図３】
0004307590.tif 000004