JP2005248851A

JP2005248851A - 気体圧縮機

Info

Publication number: JP2005248851A
Application number: JP2004061043A
Authority: JP
Inventors: Hidehisa Takatsu; 秀久高津
Original assignee: Calsonic Compressor Inc
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】圧縮機構の回転体の回転速度に応じて冷媒からの潤滑油の分離率を変化させることができる気体圧縮機を提供する。
【解決手段】冷媒ガスから潤滑油を分離するフィルタ部材４２を収容し、圧縮機構１４で圧縮されフィルタ部材４２の一端部４２ａに案内される冷媒ガスに渦流を生じさせるための弧状壁面４８を有する円筒状の収容部４４を、その内径がフィルタ部材４２の一端部４２ａから他端部４２ｂへ向けて先細るように形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば車両に設けられる空調装置に用いるのに好適な気体圧縮機に関する。

一般的に、例えば車両の空調装置内を循環する冷媒を圧縮するための気体圧縮機は、吸入口及び吐出口が設けられたハウジング内に収容される圧縮機構を備える。このような圧縮機構として、シリンダと、該シリンダ内に回転可能に設けられ、シリンダ内で該シリンダ内に案内された冷媒を圧縮するための圧縮室を規定する複数のベーンを備える円柱形状のロータのような回転体とを備えるものが知られている。この回転体を備える圧縮機構では、回転体の回転に伴って、圧縮室内の冷媒ガスが圧縮され、圧縮された冷媒ガスは吐出口からハウジング外へ吐出される。

また、ハウジング内には、圧縮機構で圧縮された冷媒から潤滑油を分離するための油分離機構が設けられている。油分離機構は、冷媒から潤滑油を分離する円筒状のフィルタ部材と、該フィルタ部材を保持するホルダとを備える。

フィルタ部材が円筒状をなしていることから、圧縮機構で圧縮された冷媒が油分離機構に案内された際、冷媒は回転体の回転速度の増大に拘わらず一定の経路長でフィルタ部材を通過する。この通過により、冷媒に混入した潤滑油の一部がフィルタ部材に付着し、冷媒から潤滑油の一部が回転体の回転速度に拘わらず略一定の分離率で分離される（例えば、特許文献１乃至３参照。）。

油分離機構で冷媒ガスから分離された潤滑油は、ハウジング内に設けられた油溜め内に貯留され、圧縮機構より吐出される冷媒から高圧力を受けることにより圧縮機構内に案内される。これにより、圧縮機構内の摺動部が潤滑されるため、圧縮機構の運動を円滑にすることができる。

また、潤滑油の一部を含む冷媒は、ハウジング内から吐出口を経て凝縮器に吐出され、該凝縮器で液化され、膨張弁で膨張されることにより冷却され、蒸発器で気化された後、再び気体圧縮機に吸入される。気体圧縮機に吸入された低温の冷媒に含まれる潤滑油は、回転体の回転による圧縮機構内の各摺動部での摩擦によって加熱された圧縮機構から熱を奪う。
特開２００２−２４２８３５号（第３−５頁、第１図）特開２００２−５０２１号（第３−４頁、第１図）特開２０００−２９１５５４号（第２−４頁、第１図）

ところで、回転体の高速回転時には、回転体の回転による圧縮機構内の各摺動部での摩擦の増大により圧縮機構の温度が回転体の低速回転時の温度に比べ高温になるため、圧縮機構を冷却すべく気体圧縮機に戻る低温の潤滑油の量を増やす必要がある。気体圧縮機に戻る潤滑油の量を増やすには、気体圧縮機から吐出する潤滑油の量を増やす必要がある。しかしながら、従来の油分離機構では、回転体の回転速度の増大に拘わらず冷媒からの潤滑油の分離率が回転体の回転速度に拘わらず略一定であることから、気体圧縮機から吐出される潤滑油の量も回転体の回転速度に拘わらず略一定となる。このため、回転体の高速回転時に気体圧縮機に戻る潤滑油の量を増やすことができず、回転体の高速回転時に圧縮機構を潤滑油で十分に冷却することができなくなってしまうという問題があった。

回転体の高速回転時に圧縮機構が十分に冷却されないと、圧縮機構から吐出される冷媒の温度が上昇し、気体圧縮機の圧縮効率が低下するため、空調装置の冷却効率が低下してしまう。

本発明の目的は、圧縮機構の回転体の回転速度に応じて冷媒からの潤滑油の分離率を変化させることができる気体圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、吸入口及び吐出口が設けられたハウジング内に収容され、前記吸入口を経て吸入した気体を圧縮し、圧縮した気体を前記吐出口を経て吐出する圧縮機構と、前記ハウジング内に設けられ、前記圧縮機構で圧縮された気体から潤滑油を分離するための油分離機構とを備える気体圧縮機であって、前記油分離機構は、気体から潤滑油を分離するフィルタ部材と、該フィルタ部材を保持するホルダとを備え、該ホルダには、前記圧縮機構で圧縮され前記フィルタ部材の一端に案内される気体に渦流を生じさせるための弧状壁面部が設けられており、該弧状壁面部は、前記フィルタ部材の前記一端から他端へ向けて先細ることを特徴とする。

上記の構成では、フィルタ部材の一端に案内された気体に渦流を生じさせるための弧状壁面部が、フィルタ部材の一端から他端へ向けて先細ることから、圧縮機構からフィルタ部材に案内される気体の流速に応じて、弧状壁面部で気体に生じる渦流の巻きのピッチが変化する。すなわち、フィルタ部材に案内される気体の流速が比較的速い回転体の高速回転時では、弧状壁面部で気体に生じる渦流の巻きのピッチが回転体の低速回転時に比べて長くなるため、気体がフィルタ部材を通過する経路長がロータの低速回転時に比べて短くなる。このため、回転体の高速回転時にフィルタ部材で気体から分離される潤滑油の分離率が、回転体の低速回転時での分離率に比べて低くなることから、回転体の高速回転時にハウジング内から吐出口を経て吐出される気体に含まれる潤滑油の量が回転体の低速回転時の量に比べて増える。これにより、回転体の高速回転時では気体圧縮機に戻る低温の気体に含まれる潤滑油の量が増えるため、回転体の高速回転時に高温に加熱された圧縮機構を潤滑油で十分に冷却することができる。従って、回転体の高速回転時に圧縮機構から吐出される冷媒の温度が上昇することが抑制され、気体圧縮機の圧縮効率の低下が防止されるため、空調装置の冷却効率の低下を確実に防止することができる。

また、前記弧状壁面部を、その横断面での曲率が前記フィルタ部材の前記一端から前記他端へ向けて漸増するように形成することができる。これにより、フィルタ部材の一端に案内される気体に弧状壁面部でフィルタ部材の一端から他端へ向けての渦流をより確実に生じさせることができるため、弧状壁面部で気体に生じる渦流の巻きのピッチを圧縮機構からフィルタ部材に案内される気体の流速に応じてより確実に変化させることができる。

更に、フィルタ部材に金網部材を用いることができる。

本発明によれば、フィルタ部材の一端に案内された気体に渦流を生じさせるための弧状壁面部が、フィルタ部材の一端から他端へ向けて先細ることから、圧縮機構からフィルタ部材に案内される気体の流速が比較的速い回転体の高速回転時では、弧状壁面部で気体に生じる渦流の巻きのピッチが回転体の低速回転時に比べて長くなるため、気体がフィルタ部材を通過する経路長が回転体の低速回転時に比べて短くなる。このため、回転体の高速回転時にフィルタ部材で気体から分離される潤滑油の分離率が、回転体の低速回転時での分離率に比べて低くなることから、回転体の高速回転時にハウジング内から吐出口を経て吐出される気体に含まれる潤滑油の量が増える。これにより、回転体の高速回転時では気体圧縮機に戻る潤滑油の量が増えるため、回転体の高速回転時に高温に加熱された圧縮機構を潤滑油で十分に冷却することができる。

本発明を図示の実施例に沿って説明する。

図１に示す実施例は、本発明に係る気体圧縮機を車両に設けられる空調装置に用いた例を示す。

空調装置に用いられる気体圧縮機は、従来よく知られているように、図示しない膨張弁で冷却され図示しない蒸発器で気化された低温低圧の冷媒ガスを吸入し、吸入した冷媒ガスを圧縮することにより冷媒ガスを高温高圧にし、高温高圧にした冷媒ガスを図示しない凝縮器へ吐出するように動作する。

本発明に係る気体圧縮機１０は、図１に示すように、一端開放の円筒状のハウジング本体１１と、該ハウジング本体の前記開放端を閉じるフロントハウジング１２とを備える。

フロントハウジング１２には、前記蒸発器から冷媒ガスを吸入するための吸入ポート１３が設けられている。また、フロントハウジング１２には、気体圧縮機１０の駆動源である図示しない車体に設けられたエンジンからの駆動力を後述する圧縮機構１４に断続的に伝達するための従来よく知られたクラッチ機構１５が設けられている。クラッチ機構１５については、後に詳述する。

ハウジング本体１１は、その閉鎖端を構成する端壁１６と、該端壁の周縁から立ち上がる周壁１７とを有する。ハウジング本体１１内には、吸入ポート１３を経てハウジング本体１１内に吸入された冷媒ガスを圧縮するための前記した圧縮機構１４が収容されている。ハウジング本体１１の周壁１７には、圧縮機構１４で圧縮した冷媒ガスを前記凝縮器へ吐出するための吐出ポート１８が設けられている。

冷媒ガスを圧縮するための圧縮機構１４は、両端開放のシリンダ１９と、該シリンダと協働してシリンダ室１９ｃ（図２参照。）を規定すべくハウジング本体１１の前記開放端側及びハウジング本体１１の端壁１６側におけるシリンダ１９の各端面１９ａ，１９ｂに気密的に固定された平板状のフロントサイドブロック２０及びリアサイドブロック２１とを備える。圧縮機構１４には、図示の例では、従来よく知られた同芯型のベーンロータリー式の圧縮機構が用いられている。

フロントサイドブロック２０とフロントハウジング１２との間には、吸入ポート１３に連通する吸入室３９が規定されている。フロントサイドブロック２０には、吸入ポート１３を経て吸入室３９に導入された冷媒ガスをシリンダ室１９ｃへ案内するための図示しない吸入孔が設けられている。

シリンダ１９は、図２に示すように、縦断面が楕円形をなす内周面２２を有する円筒状をなしており、その中心軸をハウジング本体１１の軸線に一致させて該ハウジング本体内に嵌合されている。シリンダ１９の外周面２３には、シリンダ室１９ｃで圧縮された冷媒を該シリンダ室からハウジング本体１１内へ吐出するための吐出孔２４ａが形成された一対の吐出チャンバ２４が設けられている。

シリンダ室１９ｃ内には、図１及び図２に示すように、ロータ２５がその軸線をシリンダ室１９ｃの中心軸に一致させて回転可能に配置されている。ロータ２５には、図１に示すように、ハウジング本体１１の軸線に沿って延びる回転軸２６がロータ２５と一体に設けられている。回転軸２６の図示しない一端は、リアサイドブロック２１に設けられた図示しない軸受部に回転可能に支持されている。回転軸２６の他端２６ａは、フロントハウジング１２に設けられた軸受部２７にフロントハウジング１２内からその外方への潤滑油の漏れを防止するためのシール機構２８を介して回転可能に支持されている。回転軸２６の回転を円滑にするために、リアサイドブロック２１の前記軸受部及びフロントハウジング１２の軸受部２７には、リアサイドブロックに形成された図示しない通路、フロントサイドブロック２０及びシリンダ１９に形成された各通路２９，３０等を経て後述する油溜め３１内の潤滑油が供給される。

回転軸２６の他端２６ａには、前記したクラッチ機構１５が接続されている。クラッチ機構１５は、フロントハウジング１２の軸受部２７に回転可能に支持され、内部に電磁石３２が設けられたプーリ３３と、該プーリと僅かな隙間をおいて回転軸２６の他端２６ａに固定されたアーマチュア３４とを備える。プーリ３３は、前記エンジンからベルトを介して回転駆動力を受けることにより回転する。電磁石３２が励磁すると、アーマチュア３４が電磁石３２に吸引されてプーリ３３と一体に回転する。これにより、アーマチュア３４の回転が回転軸２６を介してロータ２５に伝わる。

ロータ２５の外周面２５ａには、図２に示すように、該外周面からロータ２５の中心へ向けて複数のベーン溝３５が互いに所定の間隔をおいて形成されている。各ベーン溝３５内には、それぞれ板状のベーン３６が摺動可能に挿入されている。各ベーン３６は、従来よく知られているように、ロータ２５の回転時には、ロータ２５の回転による遠心力と、フロントサイドブロック２０に形成された凹部３７（図１参照。）に後述する油溜め３１より供給される潤滑油から各ベーン溝３５を介して受ける油圧とにより、シリンダ１９の内周面２２に付勢される。このため、ロータ２５の回転時には、ロータ２５の外周面２３及びシリンダ室１９ｃの内周面２２で規定されるシリンダ室１９ｃ内の空間が各ベーン３６で複数の圧縮室３８に仕切られる。ロータ２５の回転に伴って各圧縮室３８の容積が縮小していくことにより、吸入ポート１３から吸入室３９及びフロントサイドブロック２０の前記吸入孔を経て各圧縮室３８内に案内された冷媒ガスが圧縮される。圧縮された冷媒ガスは、シリンダ１９の各吐出孔２４ａから吐出される。

リアサイドブロック２１とハウジング本体１１の端壁１６との間には、吐出ポート１８に連通する吐出室４０が規定されている。吐出室４０内には、シリンダ１９の各吐出孔２４を経て吐出された冷媒ガスから該冷媒ガスに混入した潤滑油を分離するための油分離機構４１が設けられている。

油分離機構４１で冷媒ガスから分離された潤滑油は、吐出室４０の下部に規定された前記した油溜め３１に貯留される。油溜め３１に貯留された潤滑油は、従来よく知られているように、圧縮機構１４より吐出室４０に吐出された冷媒ガスから高い圧力を受けることによりフロントサイドブロック２０の凹部３７、リアサイドブロック２１の前記軸受部及びフロントハウジング１２の軸受部２７等に案内される。これにより、圧縮機構１４の運動を円滑にすることができる。また、油分離機構４１を経て吐出室４０へ導入された潤滑油の一部を含む冷媒ガスは、従来よく知られているように、吐出ポート１８を経て前記凝縮器へ吐出され、前記凝縮器で液化され、前記膨張弁で膨張されることにより冷却され、前記蒸発器で気化された後、再び気体圧縮機１０に吸入される。気体圧縮機１０に吸入された低温の冷媒ガスに含まれる潤滑油は、圧縮機構１４内の各摺動部での摩擦によって加熱された圧縮機構１４の熱を奪う役割を担っている。

本発明に係る油分離機構４１は、冷媒ガスから潤滑油を分離するためのフィルタ部材４２と、該フィルタ部材を保持する保持部材４３とを備える。保持部材４３は、図示の例では、サイクロンブロック４３である。

サイクロンブロック４３は、例えば図示しないボルトのような締結具でリアサイドブロック２１にそれと一体的に固定されている。サイクロンブロック４３は、リアサイドブロック２１に固定される面４３ａを有する平板状の固定部５０と、該固定部からハウジング本体１１の端壁１６へ向けて延びる筒状の周壁部４９とを備える。

周壁部４９の内方には、該周壁部に関連して、フィルタ部材４２を保持するための円筒状の保持部４３ｂがその軸線を周壁部４９の伸長方向に一致させて設けられている。保持部４３ｂの一端は固定部５０を貫通して開放されており、その周壁部４９の先端側に位置する他端は閉鎖されている。また、保持部４３ｂの内径は、該保持部の一端から他端へ向けて漸減している。リアサイドブロック２１のサイクロンブロック４３の固定部５０の面４３ａに対向する面２１ａには、サイクロンブロック４３の保持部４３ｂに整合する円形の開口を有する凹部２１ｂが形成されている。サイクロンブロック４３の保持部４３ｂ及びリアサイドブロック２１の凹部２１ｂは、フィルタ部材４２を収容するための全体に円筒状の収容部４４を互いに協働して規定する。収容部４４すなわちホルダの内部に収容されるフィルタ部材４２は、図示の例では、金網部材で成形されており、収容部４４内に嵌合可能な大きさを有する。

また、リアサイドブロック２１及びサイクロンブロック４３の各面２１ａ，４３ａのそれぞれには、一端がシリンダ１９の各吐出孔２４ａに開放し、他端が収容部４４に開放する一対の案内通路４５（一方のみが図示されている。）を規定する一対の溝部２１ｃ，４３ｃ（それぞれ一方のみが図示されている。）が形成されている。

リアサイドブロック２１及びサイクロンブロック４３に形成された収容部４４の下半部のリアサイドブロック２１側の一半には、各案内通路４５の各他端に開放する一対の流入口４６が形成されている（一方のみが図示されている。）。また、収容部４４の下半部のサイクロンブロック４３側の他半には、フィルタ部材４２で分離された冷媒ガス及び潤滑油を収容部４４内から吐出室４０内へ向けて流出させるための流出口４７が形成されている。従って、収容部４４の下半部は、各流入口４６で各案内通路４５に開放しており、流出口４７で吐出室４０に開放している。

収容部４４の上半部は、フィルタ部材４２に接する弧状の壁面４８を有する。この弧状壁面４８の上半部の横断面での曲率は、前記したように、サイクロンブロック４３の保持部４３ｂの内径が該保持部の一端から他端へ向けて漸減していることから、フィルタ部材４２の一端部４２ａから他端部４２ｂへ向けて漸増する。

各圧縮室３８で圧縮され、シリンダ１９の各吐出孔２４ａから吐出された冷媒ガスは、リアサイドブロック２１及びサイクロンブロック４３に形成された各案内通路４５を経て収容部４４の各流入口４６からフィルタ部材４２の一端部４２ａに収容部４４の軸線に直角な方向で案内される。フィルタ部材４２の一端部４２ａに案内された冷媒ガスは、収容部４４の弧状壁面４８の案内作用により、フィルタ部材４２をその一端部４２ａから他端部４２ｂへ向けて渦巻状に通過する。弧状壁面４８の上半部の横断面での曲率は、前記したように、フィルタ部材４２の一端部４２ａから他端部４２ｂへ向けて漸増することから、フィルタ部材４２に案内される冷媒ガスの流速が比較的速い場合には、弧状壁面４８で冷媒ガスに生じる渦巻きのピッチが長くなり、流速が比較的遅い場合には渦巻きのピッチが短くなる。冷媒ガスがフィルタ部材４２を通過する際に、冷媒ガスに混入した潤滑油の一部がフィルタ部材４２に付着することにより、冷媒ガスから潤滑油の一部が分離される。フィルタ部材４２で分離された冷媒ガス及び潤滑油は、収容部４４の流出口４７から周壁部４９の内方に流出する。周壁部４９の内方に流出した冷媒ガスは、周壁部４９の案内作用によりその渦流が持続する。これにより、渦流による遠心力で冷媒ガスからの潤滑油の分離が促進される。その後、冷媒ガスから分離された潤滑油及び潤滑油の一部を含む冷媒ガスは、吐出室４０内に導入される。

本実施例によれば、前記したように、フィルタ部材４２の一端部４２ａに案内された冷媒ガスに渦流を生じさせるための弧状壁面４８の曲率が、収容部４４の上半部の横断面でフィルタ部材４２の一端部４２ａから他端部４２ｂへ向けて漸増することから、圧縮機構１４の圧縮室３８からフィルタ部材４２に案内される冷媒ガスの流速に応じて、弧状壁面４８で冷媒ガスに生じる渦流の巻きのピッチが変化する。すなわち、フィルタ部材４２に案内される冷媒ガスの流速が比較的速いロータ２５の高速回転時では、弧状壁面４８で冷媒ガスに生じる渦流の巻きのピッチがロータ２５の低速回転時に比べて長くなるため、冷媒ガスがフィルタ部材４２を通過する経路長がロータ２５の低速回転時に比べて短くなる。このため、ロータ２５の高速回転時にフィルタ部材４２で冷媒ガスから分離される潤滑油の分離率が、ロータ２５の低速回転時での分離率に比べて低くなることから、ロータ２５の高速回転時にハウジング本体１１内から吐出ポート１８を経て吐出される冷媒ガスに含まれる潤滑油の量が増える。これにより、ロータ２５の高速回転時では、前記膨張弁で冷却された後に気体圧縮機に戻る低温の冷媒ガスに含まれる潤滑油の量が増えるため、ロータ２５の高速回転時に高温に加熱された圧縮機構１４を冷却するのに十分な量の低温の潤滑油を圧縮機構１４に確実に供給することができる。従って、ロータ２５の高速回転時に圧縮機構１４から吐出される冷媒の温度がロータ２５の低速回転時に吐出される冷媒の温度に比べて上昇することが抑制され、気体圧縮機１０の圧縮効率の低下が防止されるため、空調装置の冷却効率の低下を確実に防止することができる。

本実施例では、フィルタ部材４２を収容するための収容部４４が円筒状に形成された例を示したが、収容部４４内で冷媒ガスに渦流を生じさせるように該冷媒ガスを圧縮機構１４からフィルタ部材４２に案内させることができれば、収容部４４の形状を適宜変えることができる。

また、フィルタ部材４２が金網部材で成形された例を示したが、フィルタ部材４２を、金網以外の部材であって冷媒ガスの通過を許し且つ冷媒ガスから潤滑油を分離させるフィルタ機能を有する部材で成形することができる。

また、サイクロンブロック４３のハウジング本体１１の端壁１６に対向する面に、筒状の周壁部４９が設けられている例を示したが、この周壁部４９を不要とすることができる。

更に、冷媒ガスを圧縮するための圧縮機構１４に楕円形の内周面２２を有するシリンダ１９を備えた同芯型のベーンロータリー式の圧縮機構１４を用いた例を示したが、これに代えて、偏芯型のベーンロータリー式、またはそれ以外の圧縮機構を用いることができる。

本発明に係る気体圧縮機を概略的に示す縦断面図である。図１のI−I線に沿った縦断面図である。

符号の説明

１３吸入口（吸入ポート）
１８吐出口（吐出ポート）
１１ハウジング（ハウジング本体）
１４圧縮機構
４１油分離機構
１０気体圧縮機
４２フィルタ部材
４４ホルダ（収容部）
４２ａ一端（フィルタ部材の一端部）
４８弧状壁面部（弧状壁面）
４２ｂ他端（フィルタ部材の他端部）

Claims

吸入口及び吐出口が設けられたハウジング内に収容され、前記吸入口を経て吸入した気体を圧縮し、圧縮した気体を前記吐出口を経て吐出する圧縮機構と、前記ハウジング内に設けられ、前記圧縮機構で圧縮された気体から潤滑油を分離するための油分離機構とを備える気体圧縮機であって、前記油分離機構は、気体から潤滑油を分離するフィルタ部材と、該フィルタ部材を保持するホルダとを備え、該ホルダには、前記圧縮機構で圧縮され前記フィルタ部材の一端に案内される気体に渦流を生じさせるための弧状壁面部が設けられており、該弧状壁面部は、前記フィルタ部材の前記一端から他端へ向けて先細ることを特徴とする気体圧縮機。
前記弧状壁面部は、その横断面での曲率が前記フィルタ部材の前記一端から前記他端へ向けて漸増するように先細ることを特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。
前記フィルタ部材は、金網部材であることを特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。