JP2005307765A

JP2005307765A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2005307765A
Application number: JP2004122583A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Setoguchi; 正瀬戸口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】分離室を有する圧縮機において、圧縮機の高速運転時は吐出流量が大きくなり、旋回流が速くなって潤滑油の分離効率が高くなることによって、冷凍サイクル中のオイル循環率が過度に小さくなり、圧縮機の摺動部の潤滑性が悪くなって信頼性が低下することを防止するとともに、圧縮機の低速運転時の脈動音を抑制する。
【解決手段】吐出室内の前記導入孔入口近傍での流体の温度、又は流体の温度に該当する圧縮機の一部の温度を検知して、導入孔の断面積を変化させる機構を設けた構成とする。このような構成によって、吐出室内の導入孔入口近傍での流体の温度に対応して、吐出室から分離室へ流入する流体の流速を変えて、冷凍サイクル中のオイル循環率、及び、脈動音を改善する。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体の圧縮を行う圧縮機に関するもので、特に自動車用空調装置に供される圧縮機の油分離機構に関するものである。

このような圧縮機においては、圧縮された流体と共に圧縮機潤滑油の一部を空調装置のシステムサイクル中へ吐出してしまう。流体と共に吐出される圧縮機潤滑油の量がサイクル中に多く吐出されるほどシステム効率が低下し空調装置の性能が低下する。そこで、空調装置のシステムサイクル中への潤滑油の吐出を抑制するため、圧縮機構の吐出側に、圧縮された流体から潤滑油を遠心分離する分離室を設けている（例えば、特許文献１参照）。

これはいわゆる遠心分離式オイルセパレータであり、圧縮機構から吐出される冷媒から潤滑油を分離する分離室を圧縮機リアハウジングの後端に設け、分離室の上部に吐出孔を、分離室の側面に、高圧室から吐出冷媒を導入する導入孔を形成している。

分離室の下側（重力の向き）には分離された潤滑油を貯える貯油室が形成され、分離室で分離された潤滑油を貯油室に排出する排出孔が分離室に形成されている。そして、分離された潤滑油が排出孔より吹き出されて直接貯油室の油面に衝突しないよう、排出孔を水平方向に向けて開口し、排出孔開口部に対向して排出孔から吹き出される潤滑油が衝突する衝突壁を形成している。
特開平１１−８２３５２号公報

ところで、このような分離室を有する圧縮機においては、圧縮機が高速になり吐出流量が大きくなるほど、旋回流が速くなることによって分離室内壁面での潤滑油の分離効率が高くなる。そして、流体が吐出口から吐出する時のオイルの巻き上げ量も十分でないため、冷凍サイクル中の冷媒に含有するオイルが少なくなってオイル循環率が過度に小さくなり、圧縮機の摺動部の潤滑性が悪くなって信頼性が低下する。

また、このような圧縮機は、圧縮室で圧縮された流体が、間欠的に吐出口から吐出室へ圧送される時等に発生する吐出脈動が、エンジンまたは他の補機類との共振等によって、大きな騒音となることがある。特に、車の速度が低速又はアイドリングの時は、走行音が小さくなって静かに感じるようになるため、相対的にエンジンルーム音が目立つようになり、その中で圧縮機の吐出脈動音の影響も大きくなる。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の手段を用いる。一般的に、圧縮機の回転速度が高速になるほど、圧縮機の吐出温度は高くなる。その特性を利用して、請求項１に記載の発明による圧縮機においては、前記吐出室内の前記導入孔入口近傍での流体の温度、又は流体の温度に該当する圧縮機の一部の温度を検知して、前記導入孔の断面積を変化させる機構を設けた構成となっている。このような構成によって、吐出室内の導入孔入口近傍での流体の温度に対応して、吐出室から分離室へ流入する流体の流速を変えることにより空調装置の冷凍サイクル中の冷媒に含有するオイル量を最適にコントロールすることができ、圧縮機の摺動部の信頼性を向上させることができる。

請求項２に記載の発明による圧縮機においては、導入孔の断面積を変化させる機構を熱膨張率を利用して形状変化する部材により構成したもので、空調装置のシステム中の冷媒に含有するオイル量を、一定の温度範囲で安定的に設定できる。

請求項３に記載の発明による圧縮機においては、熱膨張率を利用して形状変化する部材をバイメタル、又は形状記憶合金として温度を検知して、導入孔の断面積を変化させる機構としたもので、より簡単な構成で任意の断面積の変化を設定することができる。

請求項４に記載の発明による圧縮機においては、導入孔の断面積は、圧縮機の回転速度が搭載される車両の車速４０ｋｍ／ｈ相当の時の冷媒循環量において潤滑油の分離効率が最大になるように設定し、この時の前記導入孔の断面積を１として、導入孔入口近傍での流体の温度が１１５℃〜１６０℃の時は、導入孔の断面積を１．５〜２に変化させる機構を設けた構成となっている。こうすることによって、導入孔入口近傍での流体の温度が１１５℃〜１６０℃の時、流体が分離室へ流入する流速が小さくなることにより、分離室内壁面での潤滑油の分離効率が低くなる。また、導入孔の断面積を旋回流最内半径が小さくなる方向に変化させることにより、潤滑油の分離効率がより一層低くなる。

その結果として、システムサイクル中に不足していた冷媒に含有する潤滑油量が大きくなり、従来に比べ圧縮機の信頼性・耐久性を向上することができる。さらに、導入孔での圧力損失の発生を抑え、圧縮機の効率の低下を防止させることができる。

請求項５に記載の発明による圧縮機においては、導入孔の断面積は、圧縮機の回転速度が搭載される車両の車速４０ｋｍ／ｈ相当の時の冷媒循環量において潤滑油の分離効率が最大になるように設定し、この時の前記導入孔の断面積を１として、導入孔入口近傍での流体の温度が７５℃以下の時は、導入孔の断面積を０．２５〜０．５に変化させる機構を設けた構成となっている。こうすることによって、導入孔入口近傍での流体の温度が７５℃以下の時に、吐出室から出る吐出量変化を、導入孔の断面積を小さくしてコントロールすることによって、吐出室の吐出脈動の周波数の位相を変え、吐出脈動音を小さくすることができる。

請求項６に記載の発明による圧縮機においては、導入孔の断面積は、圧縮機の回転速度が搭載される車両の車速４０ｋｍ／ｈ相当の時の冷媒循環量において潤滑油の分離効率が最大になるように設定し、この時の導入孔の断面積を１として、導入孔入口近傍での流体の温度が１１５℃〜１６０℃の時は、導入孔の断面積を１．５〜２に変化させる機構を設け、また７５℃以下の時は、導入孔の断面積を０．２５〜０．５に変化させる機構を設けたこと構成となっている。こうすることによって、導入孔入口近傍での流体の温度が１１５℃〜１６０℃になるような時に、圧縮機の信頼性の向上が図れ、また導入孔入口近傍での流体の温度が７５℃以下になるような時に、吐出脈動を抑制できる。

以上説明したように、本発明の圧縮機においては、導入孔の断面積を変化することができる機構とすることにより、高速運転時、冷凍サイクル中のオイル量を最適なオイル量にすることができ、圧縮機の信頼性・耐久性を向上させることができる。さらに、導入孔での圧力損失の増加を抑え、圧縮機の効率の低下を低減することができる。

また、低速運転時又はアイドリングの時、吐出室から出る吐出量変化を、導入孔の断面積を変えることによりコントロールすることによって、吐出室の吐出室の吐出脈動の周波数の位相を変え、吐出脈動音を小さくすることができる。

以下、本発明の油分離装置について、添付図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による圧縮機の横断面図、図２は図１に示す圧縮機のＡ−Ａ断面図、図３は図1に示す圧縮機の高圧ケースを作動室側から見たＢ矢視図である。

図示したように、この圧縮機においては、円筒内壁を有するシリンダ１に略円柱状のロータ２がその外周の一部がシリンダ１の内壁と微少隙間を形成するように回転自在に収容されている。ロータ２には複数のベーンスロット３が等間隔に設けられており、ベーンスロット３内には、摺動自在にベーン４がそれぞれ挿入されている。ロータ２はこれと一体的に形成された駆動軸５が回転駆動されることにより回転する。シリンダ１の両端開口部はそれぞれ前部側板６及び後部側板７により閉塞され、シリンダ１内部に作動室８が形成される。

作動室８には吸入口９及び吐出口１０が連通し、吐出口１０は高圧通路１３に接続され、吐出口１０と高圧通路１３との間には吐出弁１１が配設されている。後部側板７には高圧ケース１２が取り付けられており、高圧ケース１２内には吐出室１４、分離室５１及び貯油室５２が形成されている。吐出室１４は導入孔５３を介して分離室５１と連通している。

分離室５１は、圧縮された高圧流体にふくまれる潤滑油を分離するために設けられている。分離室５１は導油路５０を介して貯油室５２と連通している。貯油室５２に貯められた潤滑油は給油路１８を介して圧縮機構を構成するロータ２、ベーン４、シリンダ１内壁等に供給され、各部を潤滑すると共に、ベーン背圧室１７に供給され、その圧力によりベーン４をロータ２の外側へ押し出す働きをする。

潤滑油の給油は貯油室５２から圧縮機構に潤滑油を供給する給油路１８を介して行われ、給油路１８の途中には、ベーン背圧調整装置１６が設けられている。ベーン背圧調整装置１６は圧縮機構へ供給する潤滑油の給油圧力や給油量を圧縮機構周辺の流体（冷媒）圧力に応じて制御する。

エンジンなどの駆動源より動力伝達を受けて駆動軸５及びロータ２が、図２において時計方向に回転すると、これに伴い低圧流体（冷媒）が吸入口９より作動室８内に流入する。ロータ２の回転に伴い圧縮された高圧流体は吐出口１０より吐出弁１１を押し上げて高圧通路１３に吐出され、吐出室１４内に流入する。さらに、高圧流体は導入孔５３から分離室５１に流入し、分離室５１で高圧流体に含まれる潤滑油が分離される。

ところで、分離室５１は円筒状の空間が設けられており、この円筒空間に高圧流体を導く導入孔５３は、この円筒空間の接線方向に高圧流体を導くように、形成されている。高圧流体に含まれる潤滑油は円筒空間を旋回中に遠心力により、分離室５１の円筒状部の内周面４９に接触し冷媒ガスから分離される。高圧流体はガス排出口５８より圧縮機外に吐出され、分離された潤滑油は内周面４９に沿って下方に移動する。分離室５１の下端部には分離された潤滑油を貯油室５２に導く導油路５０が形成されている。

導油路５０は、図１に示したように、鉛直下方に向かって形成されており、導油路５０の貯油室側開口部５４は貯油室５２に貯まった潤滑油の油面より鉛直方向において下方の潤滑油中で開口している。そして、分離された潤滑油の自重を利用するといった技術的思想の基に、貯油室５２内上部と分離室５１との間に、これら相互間の流体移動を許容する再導入孔５７を設けることにより、貯油室５２上部に貯まった冷媒ガス等の流体を分離室５１に移動させ、分離室内の油面を、貯油室５２の油面に対して、鉛直方向に同等か、少
し下方向になるように作用させている。

図３において、導入孔５３の断面積を変化させる導入孔開閉ドア６０が、左右に移動が可能な状態で、導入孔入口の一部を覆うように高圧ケース１２の内壁面上に配設されている。そして導入孔５３の断面積の基準として、導入孔開閉ドア６０により、圧縮機が搭載される車両の車速４０ｋｍ／ｈ相当の冷媒循環量の時に、潤滑油の分離効率が最大になる様に、導入孔５３の断面積が設定されている。導入孔開閉ドアの開閉装置５９は、流体の温度を検知して変形するバイメタルにより構成されて吐出室１４内の導入孔入口近傍に設けられ、導入孔開閉ドア６０に連結している。

なお、導入孔開閉ドア６０が全開した時の導入孔入口そのものの断面積は、基準となる断面積の少なくとも２倍以上の大きさとしている。また、基準の断面積を設定する時の導入孔入口近傍での流体の温度はおおよそ８０℃〜１１０℃である。

次に、前記のように配設されている導入孔開閉ドア６０についてその作用を説明する。導入孔開閉ドア６０は、圧縮機が搭載される車両の車速４０ｋｍ／ｈ相当の冷媒循環量の時、導入孔５３の断面積を１とすると、導入孔入口近傍での流体の温度が１１５℃〜１６０℃の時、導入孔５３の断面積が１．５〜２になるように図３の左方向に移動する。こうして導入孔５３の断面積を大きくすることにより、流体が吐出室１４から分離室５１へ流入する流速が小さくなり、また旋回流最内半径が小さくなり、潤滑油の分離効率が低くなる。その結果として、冷凍サイクル中に不足気味になりつつあった冷媒に含有する潤滑油量が大きくなり、圧縮機の潤滑不足を防止できるとともに信頼性を向上することができる。また、導入孔５３での圧力損失の増加を抑制し、圧縮機の効率の低下を低減することができる。

また、導入孔開閉ドア６０は、車速４０ｋｍ／ｈ相当の冷媒循環量の時、導入孔５３の断面積を１とすると、導入孔入口近傍での流体の温度が７５℃以下の時、導入孔５３の断面積が０．２５〜０．５になるように図３の右方向に移動する。こうして導入孔５３の断面積を小さくすることにより、吐出室の吐出脈動の周波数の位相を変え、吐出脈動を抑制するとともに、吐出脈動音を小さくすることができる。

なお、上述の実施の形態１では、圧縮機として、スライディングベーン型ロータリ圧縮機構を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ローリングピストン型、スクロール型等その他の圧縮機構であってもよい。また、導入孔開閉ドアの開閉装置５９を構成するバイメタルについては、形状記憶合金のように温度に反応して任意の形状に変化する材料であればよく、特に限定するものではない。

本発明の実施の形態１による圧縮機の横断面図図１に示した圧縮機のＡ−Ａ断面図図１に示す圧縮機の高圧ケースを作動室側から見たＢ矢視図

符号の説明

８作動室
１２高圧ケース
１４吐出室
５１分離室
５２貯油室
５３導入孔
５９導入孔開閉ドアの開閉装置
６０導入孔開閉ドア

Claims

潤滑油を含む流体を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構により圧縮された前記流体が導かれる吐出室と、導入孔を介して前記吐出室と連通し、前記流体に含まれる潤滑油の少なくとも一部が分離される分離室と、前記分離室にて流体から分離された潤滑油が貯えられる貯油室とを備え、前記導入孔には、前記吐出室内の前記導入孔入口近傍での流体の温度、又は流体の温度に該当する圧縮機の一部の温度を検知して、前記導入孔の断面積を変化させる機構を設けたことを特徴とする圧縮機。
熱膨張率を利用して形状変化する部材で温度を検知して導入孔の断面積を変化させる機構を設けたことを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
熱膨張率を利用して形状変化する部材を、バイメタル又は形状記憶合金としたことを特徴とする前記請求項２記載の圧縮機。
導入孔の断面積は、圧縮機の回転速度が搭載される車両の車速４０ｋｍ／ｈ相当の時の冷媒循環量において潤滑油の分離効率が最大になるように設定し、この時の前記導入孔の断面積を１として、前記導入孔入口近傍での流体の温度が１１５℃〜１６０℃の時は、前記導入孔の断面積を１．５〜２に変化させる機構を設けたことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項記載の圧縮機。
導入孔の断面積は、圧縮機の回転速度が搭載される車両の車速４０ｋｍ／ｈ相当の時の冷媒循環量において潤滑油の分離効率が最大になるように設定し、この時の前記導入孔の断面積を１として、前記導入孔入口近傍での流体の温度が７５℃以下の時は、前記導入孔の断面積を０．２５〜０．５に変化させる機構を設けたことを特徴とする前記請求項１から３のうちいずれか一項記載の圧縮機。
導入孔の断面積は、圧縮機の回転速度が搭載される車両の車速４０ｋｍ／ｈ相当の時の冷媒循環量において潤滑油の分離効率が最大になるように設定し、この時の前記導入孔の断面積を１として、前記導入孔入口近傍での流体の温度が１１５℃〜１６０℃の時は、前記導入孔の断面積を１．５〜２に変化させる機構を設け、また７５℃以下の時は、前記導入孔の断面積を０．２５〜０．５に変化させる機構を設けたことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項記載の圧縮機。