專利名稱：開放型壓縮機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及開放型壓縮機，特別涉及適用于在超臨界域使用二氧化碳(CO2)等制冷劑的蒸汽壓縮制冷循環(huán)的開放型壓縮機。
近年來，從保護環(huán)境的觀點出發(fā)，在蒸汽壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)中，作為制冷劑的脫氟里昂對策之一，提出了使用二氧化碳(CO2)作為作動氣體(制冷劑氣體)的制冷循環(huán)系統(tǒng)(例如，參照特公平7-18602號公報)。該CO2循環(huán)系統(tǒng)的作動與使用氟里昂的原有的蒸汽壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)是同樣的。即如用圖6(CO2莫里爾熱力學計算圖)的A-B-C-D-A所表示的那樣，用壓縮機把氣相狀態(tài)的CO2壓縮(A-B)，用散熱器(氣體冷卻器)冷卻該高溫壓縮的氣相狀態(tài)的CO2，然后，由減壓器進行減壓(C-D)，蒸發(fā)成為氣液相狀態(tài)的CO2(D-A)，從空氣等外部流體中奪取蒸發(fā)潛熱并冷卻外部流體。
由于CO2的臨界溫度約31℃，比原來的制冷劑氟里昂的臨界點溫度低，在夏季等外部氣體溫度高的時候，散熱器側的CO2的溫度比CO2的臨界溫度還高。也就是說，在散熱器出口側CO2不凝縮(BC線不與飽和液線SL交叉)。另外，散熱器出口側(C點)的狀態(tài)由壓縮機的排出壓力和散熱器出口側的CO2溫度決定，由于散熱器出口側的CO2溫度由散熱器的散熱能力和外部氣體溫度(不可控制)決定，所以，散熱器出口側的溫度實質上是不能控制的。因而，散熱器出口側(C點)的狀態(tài)要通過控制壓縮機的排出壓力來成為可以控制。因此，在夏季等外界氣溫高時，為了確保充分的冷卻能力(熱函差)，如用E-F-G-H-E表示的那樣，有必要提高散熱器出口側壓力。為此，與原有的使用氟里昂的制冷循環(huán)系統(tǒng)相比有必要提高壓縮機的運轉壓力。
以車輛用空調裝置為例，上述壓縮機的運轉壓力，用原有的R134(氟里昂)是3kg/cm2左右用CO2則高達40kg/cm2左右，另外運轉停止壓力在用R134(氟里昂)時為15kg/cm2左右，用CO2時則高達100kg/cm2左右。因此，在CO2循環(huán)系統(tǒng)中，由于大氣壓和壓縮機內(nèi)壓的壓差大，在運轉時和在停機時，會擔心氣體從壓縮機的軸密封部泄漏。也就是說，用通常的壓縮機，在運轉時，潤滑油充分供給壓縮機，雖然該潤滑油的一部分供給軸密封部，但由于潤滑油不能維持充分高的壓力，所以，在軸密封部容易引起氣體泄漏。另外，特別在運轉停止時，由于潤滑油沒有充分地供給上述軸密封部，所以容易引起軸密封部的氣體泄漏，而在壓縮機再運轉時，上述軸密封部也可能會受損傷。由于以上的原因，CO2循環(huán)系統(tǒng)的運轉效率是談不上了，強烈希望改善該缺陷。
在特公平3-6350號公報中，闡述了一種防止泵室內(nèi)的氣體泄漏的裝置，該裝置，作為用于密封螺旋壓縮機的軸端部的軸封裝置，機械密封與作為迷宮式密封的滑動軸承分離地配置在上述軸端部上，將它們之間作為密封室，通過用比泵室內(nèi)的氣體壓力高的壓力將潤滑劑輸入到該密封室，防止泵室內(nèi)的氣體的泄漏。但是，該軸封裝置在壓縮機運轉時僅防止氣體的泄漏，對壓縮機的機械室(泵室)不進行潤滑。
鑒于上述原有技術存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種提高運轉時的潤滑性能，特別是防止停機時作動氣體泄漏，能確保制冷循環(huán)系統(tǒng)高效率健全地運轉的開放型壓縮機。
為了達到上述目的，在本發(fā)明中，開放型壓縮機通過由軸承旋轉自由地支持在曲軸箱的低壓室內(nèi)的曲柄軸進行旋轉，壓縮導入上述低壓室的作動氣體，達到規(guī)定的高壓之后排出，其特征在于，該開放型壓縮機備有設置在上述曲柄軸的上述軸承的軸向外側的軸密封、設置在上述軸承和上述軸密封之間的把設置上述軸密封的空間從上述低壓室隔離出來成為密封室的隔離機構、形成在上述曲軸箱上的與上述密封室連通的并用來向上述密封室供給潤滑劑的密封室潤滑劑供給通路。
在該開放型壓縮機中，通過運轉時的高壓潤滑劑通過密封室潤滑劑供給通路供給并充滿用隔離機構隔離出的密封室內(nèi)，由該充滿的高壓潤滑劑防止作動氣體從軸密封處泄漏。
另外，在本發(fā)明中，把上述隔離機構做成非接觸型的迷宮式密封，在壓縮機運轉時，使供給上述密封室的高壓潤滑劑從該迷宮式密封泄漏到上述低壓室。即，在本發(fā)明中，在非接觸型的密封機構的構成構件之間設置間隙，由該間隙確保所要求的泄漏功能。
另外，在本發(fā)明中，當壓縮機運轉時，由于高壓潤滑劑通過密封室潤滑劑供給通路供給密封室內(nèi)，所以，充滿密封室的潤滑劑的壓力比曲軸箱內(nèi)的低壓室(機械室)的壓力充分低，充滿密封室內(nèi)的潤滑劑的一部分從迷宮式密封泄漏到低壓室。用該泄漏的潤滑劑可以潤滑低壓室。另一方面，在壓縮機停機時，由于密封室與低壓室的壓力幾乎相等，所以充滿密封室的潤滑劑由迷宮式密封保持而不漏出。因此，由于密封室內(nèi)充滿了高壓的潤滑劑，所以，可以可靠地防止作動氣體從軸密封處泄漏。而且，也不用害怕壓縮機再運轉時上述軸密封受損傷。由于以上的原因，制冷循環(huán)系統(tǒng)能有效地進行運轉。
另外，上述隔離機構也可以是在機械密封或者軸密封等密封裝置上設置泄漏通路的接觸密封。這時，由于在以完全密封為目的的接觸密封的構成構件上設置確保所希望的泄漏的泄漏通路，所以能確保與上述的迷宮式密封相同的泄漏功能。
另外，由于在上述曲軸箱上備有連通上述低壓室的、用于向上述低壓室供給潤滑劑的低壓室潤滑劑供給通路，所以，運轉時可以通過低壓室潤滑劑供給通路直接把潤滑劑供給低壓室。
另外，也可以備有油分離器和潤滑油返回配管，上述油分離器作為向上述密封室或者向上述密封室和上述低壓室供給作為潤滑劑的潤滑油的潤滑油供給機構，設置在上述排出的高壓氣體的配管上的、用于從該作動氣體中分離潤滑油，上述潤滑油返回配管用于把用該油分離器分離的潤滑油返回到上述密封室潤滑劑供給通路或者返回到上述密封室潤滑劑供給通路和低壓室潤滑劑供給通路。
在這種情況下，由油分離器分離包含在從壓縮機的排出口出來的作動氣體中的潤滑油，把該分離出的潤滑油作為供給上述密封室或者供給上述密封室和上述低壓室的潤滑油再利用。其結果，可以降低運轉成本。
另外，本發(fā)明當使用于作為作動氣體使用二氧化碳的制冷循環(huán)系統(tǒng)的、運轉壓力高容易引起作動氣體泄漏的開放型壓縮機時，特別有效。
圖1是表示本發(fā)明的開放型壓縮機的一個實施例的縱向剖面圖。
圖2是在圖1中表示的密封室附近的放大圖。
圖3是表示密封室附近另一例的剖面圖。
圖4是表示本發(fā)明的開放型壓縮機的另一個實施例的縱向剖面圖。
圖5是表示蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的模式圖。
圖6是CO2的莫里爾線圖。
參照附圖，對本發(fā)明的開放型壓縮機的實施例進行說明。
首先，參照圖5，對備有本發(fā)明的開放型壓縮機的CO2循環(huán)系統(tǒng)進行說明。該CO2循環(huán)系統(tǒng)S例如是適用于車輛用空調裝置的系統(tǒng)。1是壓縮氣相狀態(tài)的CO2的開放型壓縮機。開放型壓縮機1從圖未示的驅動源(例如發(fā)動機等)獲得驅動力并被驅動。1a是將由開放型壓縮機1壓縮的CO2與外部氣體之間進行熱交換并進行冷卻的散熱器(氣體冷卻器)，1b是根據(jù)散熱器1a出口側的CO2溫度對散熱器1a的出口側壓力進行控制的壓力控制閥。CO2由該壓力控制閥1b和節(jié)流閥1c減壓，成為低溫低壓的氣液2相狀態(tài)的CO2。1d是屬于車室內(nèi)的空氣冷卻機構的蒸發(fā)器(吸熱器)，氣液2相狀態(tài)的CO2在蒸發(fā)器1d內(nèi)氣化(蒸發(fā))時，從車室內(nèi)空氣中奪走蒸發(fā)潛熱從而冷卻車室內(nèi)空氣。1e是臨時儲存氣相狀態(tài)的CO2的儲氣器。而且，開放型壓縮機1、散熱器1a、壓力控制閥1b、節(jié)流閥1c、蒸發(fā)器1d和儲氣器1e分別用配管1f連接，形成閉合回路。
接下來，參照圖1和圖2(圖1的密封室附近的剖面圖)，對開放型壓縮機1的一個實施例進行說明。
開放型壓縮機1的機殼1A(箱體)由杯狀的箱本體2和由螺栓3固定在其上的前箱4(曲軸箱)構成。曲柄軸5貫通前箱4，通過主軸承6和輔助軸承7旋轉自由地支承在前箱4內(nèi)。通過大家熟知的電磁離合器32，圖未示的車輛發(fā)動機的旋轉傳動到曲柄軸5上。符號32a、32b分別表示電磁離合器32的線圈和皮帶輪。
在機架1A的內(nèi)部，配置固定渦形件8和旋轉渦形件9。固定渦形件8備有端板10和立置在其內(nèi)面上的渦旋狀突起(渦板)11，在該端板10的背面上，由螺栓12可分解地固定著背壓塊13。在背壓塊13的內(nèi)周面和外周面上分別埋設O型密封圈14a、14b，這些O型密封圈14a、14b與箱本體2的內(nèi)周面緊密接觸，其結果，使箱本體2內(nèi)的低壓室15(吸入室)和后述的高壓室(排出室)16隔離。高壓室16由背壓塊13的內(nèi)空間13a和形成在固定渦形件8的端板10的背面上的凹部10a構成。
旋轉渦形件9備有端板17和立置在其內(nèi)面上的渦旋狀突起(渦板)18，該渦旋狀突起18具有與上述固定渦形件8的渦旋狀突起11實質上同樣的形狀。
在固定渦形件8和前箱4之間，配置著環(huán)狀的板彈簧20a，該板彈簧通過多個螺栓20b沿圓周方向交替地固定在固定渦形件8和前箱4上。這樣，固定渦形件8只能在其軸向上移動板彈簧20a的最大撓度(浮動構造)。由環(huán)狀的板彈簧20a和螺栓20b構成固定渦旋支承裝置20。在背壓塊13的背面突出部和機殼1A之間設置間隙C，由于該間隙C使背壓塊13與固定渦形件8一起可沿上述軸向移動。固定渦形件8和旋轉渦形件9只偏心公轉旋轉半徑、而且以只錯開180°相位的狀態(tài)如圖示那樣地嚙合著。埋設在渦旋狀突起11的前端的頂端密封(未圖示)與端板17的內(nèi)面緊密接觸，同時，埋設在渦旋狀突起18的前端的頂端密封(未圖示)與端板10的內(nèi)面緊密接觸，并且各渦旋狀突起11、18的側面互相在幾個部位緊密接觸，在各渦旋狀突起11、18上不設置頂端密封時，各渦旋狀突起11、18的前端分別與端板17、10的內(nèi)面緊密接觸。由于這樣的構成，相對渦旋狀的中心幾乎點對稱地形成幾個密閉空間21a、21b。在固定渦形件8和旋轉渦形件9之間設置阻止旋轉渦形件9自轉但允許公轉的自轉防止環(huán)27(十字頭聯(lián)軸節(jié))。
在形成于端板17的外面中央的圓筒狀的凸起部22的內(nèi)部，通過兼作徑向軸承的旋轉軸承24(傳動軸承)轉動自由地收容傳動軸襯23，在穿通設置在該傳動軸襯23的貫通孔25內(nèi)轉動自由地嵌合著突出設置在曲柄軸5的內(nèi)端的偏心軸26。另外，在端板17的外面的外周緣與前箱4之間配置著用于支承旋轉渦形件9的推力球軸承19。
在曲柄軸5的外周上配置后述的眾所周知的機械密封28(軸密封)，該機械密封28設置在主軸承6的外側。另外，在前箱4上形成密封室潤滑油供給通路29(密封室潤滑劑供給通路)，其一端與前箱4內(nèi)部的后述的密封室30(儲油室)連通。密封室30通過后述的非接觸型的迷宮式密封31(隔離機構)與低壓室15隔離。作為隔離機構，不局限于迷宮式密封31，也可以采用后述那樣的在機械密封或軸密封等密封裝置上設置泄漏通路的接觸密封。高壓潤滑油(潤滑劑)通過密封室潤滑油供給通路29供給密封室30。也就是說，在由排出口38排出的高壓作動氣體的配管1f內(nèi)設置用于從該作動氣體中分離潤滑油的油分離器42(油分離裝置)，用油分離器42收集的潤滑油通過返回配管43導入上述密封室潤滑油供給通路29。
在此，參照圖2，對上述密封室30的附近進行說明。
本實施例的機械密封28是例如滑環(huán)式軸封裝置，備有固定在前箱4上的例如合成橡膠制的座環(huán)28a(橡膠填密件)和與曲柄軸5一同旋轉的例如碳素鋼制的從動環(huán)28b(滑環(huán))。從動環(huán)28b通過賦勢構件28c壓接在座環(huán)28a上，其結果，伴隨著曲柄軸5的旋轉，相對座環(huán)28a滑動。這樣的機械密封28記載在例如本申請人申請的實公平4-33424號公報上和改訂冷凍工學(發(fā)行所株式會社コロナ社，發(fā)行日昭和50年7月20日)第141頁～148頁上。
本發(fā)明的隔離機構31(在本例中是非接觸型迷宮式密封31)由固定在前箱4側的環(huán)狀的密封本體31a(構成構件)和游嵌在該密封本體31a的內(nèi)周部的環(huán)狀的觸頭31b(構成構件)構成。該觸頭31b的外周部和密封本體31a的內(nèi)周部之間設置極微小的間隙而成為非接觸，高壓潤滑油可以通過該間隙。密封本體31a的外周部做成厚壁部40，該厚壁部40通過由主軸承6的外環(huán)6a壓接在前箱4的內(nèi)面上而固定在前箱4上。通過由曲柄軸5的凸緣部5a將主軸承6壓向圖2中的左側而固定密封本體31a。密封片31b由彈性體形成，其內(nèi)周面推壓曲柄軸5。由于這樣的構成，迷宮式密封31將密封室30和低壓室15隔離的特征在于，在壓縮機運轉時，由供給密封室30的高壓潤滑油使密封片31b進行彈性變形，該潤滑油的一部分通過上述間隙漏到低壓室15一側。
接下來，對開放型壓縮機1的作動進行說明。
當給電磁離合器的線圈通電，把車輛發(fā)動機的旋轉傳遞到曲柄軸5上時，曲柄軸5的旋轉通過由偏心軸26、貫通孔25、傳動軸襯23、旋轉軸承24、凸起部22構成的旋轉驅動機構驅動旋轉渦形件9，旋轉渦形件9由自轉防止環(huán)17阻止其自轉，同時，在以公轉旋轉半徑為半徑的圓軌道上進行公轉旋轉運動。
當旋轉渦形件9進行公轉旋轉運動時，雙方的渦旋狀突起11、18的線接觸部漸漸地向漩渦的中心方向移動，其結果，密閉空間21a、21b(壓縮室)邊減小容積邊向渦旋的中心方向移動。與此相伴，通過吸入口(未圖示)流入吸入室15的作動氣體(參照箭頭A)從雙方的渦旋狀突起11、18的外終端開口部輸入到密閉空間21a內(nèi)，邊被壓縮邊進到中心部21c，從這里通過穿通設置在固定渦形件8的端板10上的排出孔34，壓開排出閥35排出到高壓室16，再從排出口38流出。這樣，由旋轉渦形件9的旋轉，把從吸入室15導入的流體在上述密閉空間21a、21b內(nèi)進行壓縮，排出該壓縮氣體。
用油分離器42收集的潤滑油，通過返回配管43和密封室潤滑油供給通路29供給密封室30。其結果，由于充滿密封室30的潤滑油的壓力比機殼1A內(nèi)的低壓室15(機械室)的壓力充分的高，所以，迷宮式密封31的密封片31b進行彈性變形，起到將該潤滑油的一部分漏到低壓室15側的作用。因此，可以防止因密封室30充滿了高壓潤滑油而使作動氣體從軸密封28處泄漏，也可以用上述漏出的潤滑油潤滑低壓室15。
當解除向電磁離合器32的線圈32a通電并仃止旋轉力向曲柄軸5傳動時，開放型壓縮機1停止運轉，密封室30與低壓室15(機械室)的壓力幾乎相等。其結果，迷宮式密封31的密封片31b不進行彈性變形，充滿密封室30內(nèi)的潤滑油被迷宮式密封31保持，防止?jié)櫥蛷拿芊馐?0漏出。由于在密封室30充滿高壓的潤滑油，因此，可以可靠地防止作動氣體從軸密封28處泄漏。
在此，對隔離機構的另一例進行說明。
如圖3所示，作為隔離機構的迷宮式密封51由固定在前箱4側的環(huán)狀的第1密封部51a(構成構件)和固定在曲柄軸5上的環(huán)狀的第2密封部51b(構成構件)構成。第1密封部51a的外周部做成厚壁部52，該厚壁部52通過由主軸承6的外輪6a壓附在前箱4的內(nèi)面52上而固定在前箱4上。第2密封部51b的內(nèi)周部做成厚壁部53，該厚壁部53固定在曲柄軸5的大徑部5b的端面上。第1密封部51a的內(nèi)周部與第2密封部51b的外周部之間設置非常微小的間隙。其結果，第1密封部51a與第2密封部51b成為非接觸。由于這樣的構成，迷宮式密封51使儲油器30與低壓室15隔離。在壓縮機運轉時，供給密封室30的高壓潤滑油的一部分從第1密封部51a和第2密封部51b之間的間隙漏到低壓室15一側。其它的構成與圖2的相同。
在圖2和圖3所示的實施例中，作為隔離機構使用了迷宮式密封，但也不局限于它，也可以采用在機械密封或者軸密封等密封裝置上設置泄漏通路的接觸密封。也就是說，在以完全密封為目的的接觸密封的構成構件上設置確保所希望的泄漏的泄漏通路，可以確保與上述迷宮式密封同樣的泄漏功能。
接下來，對本發(fā)明的開放型壓縮機的另一實施例進行說明。
在該例中，如圖4所示，在杯狀本體2上形成與低壓室連通的潤滑油供給通路29a(低壓室潤滑劑供給通路)，在潤滑油供給通路29a上連接著返回配管43的分支管43a。運轉時，由于通過低壓室潤滑油供給通路2 9a將潤滑油可以直接供給低壓室15，所以，低壓室15的潤滑性更提高了。
在上述各實施例中，將開放型壓縮機適用于把CO2作為作動氣體的CO2循環(huán)系統(tǒng)。但也不局限于此，也適用于以通常的氟里昂等作為作動氣體的蒸汽壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)。
另外，在上述各實施例中，通過將從排出的高壓的作動氣體中分離出的潤滑油導入密封室(或者密封室和低壓室)再使用，有助于運行成本降低，但也不局限于此，也可以另外設置貯存潤滑油的油箱，由該油箱把潤滑油在高壓狀態(tài)下導入密封室(或者密封室和低壓室)。
權利要求
1.開放型壓縮機，該壓縮機通過由軸承旋轉自由地支持在曲軸箱的低壓室內(nèi)的曲柄軸進行旋轉，壓縮導入上述低壓室的作動氣體，達到規(guī)定的高壓之后進行排出，其特征在于，該開放型壓縮機備有設置在上述曲柄軸的上述軸承的軸向外側的軸密封、設置在上述軸承和上述軸密封之間的把設置上述軸密封的空間從上述低壓室隔離出來成為密封室的隔離機構以及形成在上述曲軸箱上并與上述密封室連通的用來向上述密封室供給潤滑劑的密封室潤滑劑供給通路。
2.如權利要求1所述的開放型壓縮機，其特征在于，上述隔離機構是非接觸型的迷宮式密封，該迷宮式密封在壓縮機運轉時，把供給上述密封室的高壓潤滑劑泄漏給上述低壓室。
3.如權利要求1所述的開放型壓縮機，其特征在于，上述隔離機構是在機械密封或者軸密封等密封裝置上設置泄漏通路的接觸密封。
4.如權利要求1至3中任一項所述的開放型壓縮機，其特征在于，在上述曲軸箱上備有與上述低壓室連通并用于把潤滑劑供給上述低壓室的低壓室潤滑劑供給通路。
5.如權利要求1至4中任一項所述的開放型壓縮機，其特征在于，該開放型壓縮機備有油分離器和潤滑油返回配管，上述油分離器作為向上述密封室或者向上述密封室和上述低壓室供給作為潤滑劑的潤滑油的潤滑油供給機構、設置在上述排出的高壓氣體的配管上，并用于從該作動氣體中分離潤滑油，上述潤滑油返回配管用于把用上述油分離器分離的潤滑油返回到上述密封室潤滑劑供給通路或者返回到上述密封室潤滑劑供給通路和低壓室潤滑劑供給通路。
6.如權利要求1至5中任一項所述的開放型壓縮機，其特征在于，上述作動氣體是二氧化碳。
全文摘要
開放型壓縮機,該壓縮機1借助通過主軸承6旋轉自由地支承在機殼1A的前箱4上的曲柄軸5進行旋轉,使導入的作動氣體壓縮,達到規(guī)定的高壓之后排出,該壓縮機1備有隔離機構31(例如,迷宮式密封)和密封室潤滑劑供給通路29,上述隔離機構31設置在主軸承6和軸密封28之間,該軸密封28設置在主軸承6的軸向外側,上述隔離機構把設置軸密封28的空間從機殼1A的低壓室隔離出去并形成密封室30,上述密封室潤滑劑供給通路29連通密封室30并形成在機殼1A上,用于把潤滑劑供給密封室30。隔離機構31在壓縮機運轉時,把供給密封室30的高壓潤滑劑漏到低壓室15內(nèi)。
文檔編號F04C27/00GK1276488SQ0011812
公開日2000年12月13日 申請日期2000年6月8日 優(yōu)先權日1999年6月8日
發(fā)明者伊藤隆英, 竹內(nèi)真実, 鵜飼徹三 申請人:三菱重工業(yè)株式會社