JP2005337142A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 オイルセパレータを備えた圧縮機において、オイルセパレータの分離能力を高めることができる圧縮機を提供することにある。
【解決手段】 スクロール型の圧縮機は車両用空調システムの冷凍回路に組み込まれており、その内部に冷媒中の潤滑オイルを分離するオイルセパレータ８０を含んでいる。このセパレータ８０は吐出室５８から冷媒が導入される分離室８８を有し、この分離室８８は分離管９０を同心的に収容した囲繞部分８８ａと、この囲繞部分８８ａから分離管９０の軸線に対して逸脱方向に円弧状に延びる偏向部分８８ｂを有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は圧縮機に係わり、より詳しくは車両の空調システムの冷凍回路に組み込まれる圧縮機に関する。

この種の冷凍回路用の圧縮機はそのハウジング内に圧縮ユニットを備え、この圧縮ユニットは作動流体としての冷媒を吸入して圧縮し、この後、圧縮した冷媒をハウジング内の吐出室に吐出し、そして、吐出室内の冷媒はハウジングの吐出ポートを圧縮機から冷凍回路の凝縮器に向けて送出され、冷凍回路内を循環する。
冷凍回路内の冷媒には通常潤滑オイルが含まれており、この潤滑オイルは圧縮機内の摺動面や軸受等を潤滑し、また、圧縮機内の摺動面のシールにも役立つ。しかしながら、冷媒中の潤滑オイル量が多いと、冷凍回路の冷房能力を低下させる要因となるため、この種の圧縮機には吐出室内にオイルセパレータが組み込まれており、このオイルセパレータは吐出室内の冷媒を導いて、この冷媒から潤滑オイルの一部を分離した後、吐出ポートに向けて冷媒を導出する（特許文献１）。

より詳しくは、特許文献１のオイルセパレータは、吐出室内に区画して設けられ、その外周面に導入口を有した円筒状の分離室を備えており、この分離室内に分離管が同心的に配置されている。吐出室から分離室に導入口を通じて導入された冷媒は分離管の回りを螺旋状に旋回して流れ、この際、冷媒中の潤滑オイルの一部が遠心分離される。分離処理を受けた冷媒は分離管内を通じて吐出ポートに向かい、そして、分離された潤滑オイルは分離室から貯油室に排出され、この貯油室内に蓄えられる。

圧縮機に上述したオイルセパレータが内蔵されていれば、圧縮機は潤滑オイル量が低減した冷媒を冷凍回路内にて循環させることができ、冷凍能力の低下を回避することができる。
特開2001-295767号公報

上述の説明から既に明らかなようにオイルセパレータは、潤滑オイルの分離に遠心分離を利用しているため、潤滑オイルを効果的に分離するには分離管の周囲にて、冷媒を強力に螺旋状に旋回させる必要がある。
しかしながら、圧縮機が低回転域にあるとき、つまり、圧縮機からの冷媒の送出量が少ないときには、吐出室から分離室に導入される冷媒量、即ち、その流速も遅いため、分離管の周囲に強力な冷媒の螺旋状の旋回流を発生させることができない。

このため、上述した圧縮機の運転状況下にあっては、オイルセパレータは冷媒から潤滑オイルを良好に分離できず、冷凍回路の冷房能力を低下させてしまう。
一方、オイルセパレータにて分離された潤滑オイルは、分離室からハウジング内の貯油室に排出され、この貯油室から圧縮ユニットの冷媒の吸入側にオリフィスを通じて戻される。それ故、オイルセパレータでの潤滑オイルの分離能力が小さい圧縮機の低回転域では、貯油室内での潤滑オイル量が減少し、その液面レベルがオリフィスよりも下がってしまい、潤滑オイルによる冷媒のシールが不能になる虞がある。この場合には、吐出室内の冷媒が分離室及び貯油室を通じて圧縮ユニットの吸入側に短絡して流れ、圧縮機の圧縮効率、つまり、冷凍回路の冷房能力を著しく悪化させてしまう。

本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、圧縮機の運転状態が低回転域にあっても、作動流体からの潤滑オイルの分離を良好に行うことができる圧縮機を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は上述したタイプの圧縮機において、そのオイルセパレータが、吐出室内に区画され、吐出室内の作動流体を導入する円筒状の分離室と、分離室内に設けられ、分離室内に導入された作動流体をその外周壁に沿って螺旋状に旋回運動させた後、その内部を通じて前記吐出ポートに向けて導出させる分離管とを含んでおり、そして、分離室が、分離管を囲み、作動流体の導入口を有した囲繞部分と、この囲繞部分から吐出ポートとは反対側に分離管の軸線から逸脱方向に延び、分離した潤滑オイルの排出口を有する偏向部分とを有することに特徴付けられる（請求項１）。

具体的には、分離室は全体として上下方向に延び、偏向部分は円弧形状をなしている（請求項２）。
請求項１，２の圧縮機によれば、圧縮ユニットから吐出室に吐出された作動流体はオイルセパレータの分離室に導入口を通じて導入され、分離室の囲繞部分内にて分離管の周囲を螺旋状に旋回し、遠心分離作用による潤滑オイルの一次分離作用を受ける。

分離室の偏向部分は分離管の軸線から逸脱方向に延びているので、一次分離作用を受けた作動流体は、分離管内に直ちに導かれることはなく、その旋回運動を維持しながら偏向部分まで確実に導かれ、この偏向部分内での螺旋状の旋回運動により潤滑オイルの二次分離作用を受ける。
従って、オイルセパレータの分離室に導入された作動流体は潤滑オイルの一次及び二次分離作用を受けた後、分離管内を通じてハウジングの吐出ポートに向けて導出される。

好ましくは、分離室の偏向部分は複数の排出口を有しており（請求項３）、これら排出口は、作動流体から分離された潤滑オイルを分離室から速やかに排出する。

請求項１，２の圧縮機によれば、オイルセパレータの分離室はその偏向部分でも、作動流体からの潤滑オイルの分離作用を発揮するので、圧縮機の運転状態が低回転域にあっても、作動流体からの潤滑オイルの分離を良好に行うことができる。
それ故、本発明の圧縮機が車両用空調システムの冷凍回路に組込まれる場合、冷凍回路の冷房能力を高めることができ、また、圧縮機の低回転域にあっても、その貯油室内の潤滑オイル量を十分に確保でき、吐出室から圧縮ユニットの吸入側に作動流体が短絡して流れることもない。

請求項３の圧縮機によれば、分離した潤滑オイルを分離室から速やかに排出でき、貯油室内の潤滑オイル量をより安定して維持することができる。

図１は車両の空調システムの一部を構成する冷凍回路を示す。
冷凍回路は作動流体としての冷媒の循環経路２を有し、この循環経路２に圧縮機４、凝縮器６、レシーバ８、膨脹弁１０及び蒸発器１２が順次配置されている。圧縮機４は冷媒を圧縮して凝縮器６に向けて送出し、これにより、冷媒は循環経路２を循環する。冷媒は潤滑オイルを含み、この冷媒中の潤滑オイルは圧縮機内の軸受や種々の摺動面を潤滑するのみならず、摺動面のシールする機能をも発揮する。

図１の圧縮機４はいわゆるスクロール型圧縮機として示されている。圧縮機４のハウジング１４は駆動ケーシング１６及び圧縮ケーシング１８から形成され、これらケーシング１６，１８は複数の連結ボルト２０を介して互いにフランジ結合されている。
駆動ケーシング１６内には駆動軸２２が配置され、この駆動軸２２は圧縮ケーシング１８側に位置した大径端部２４と、駆動ケーシング１６から突出した小径軸部２６とを有する。大径端部２４はニードル軸受２８を介して駆動ケーシング１６に回転自在に支持され、小径軸部２６はボール軸受３０を介して駆動ケーシング１６に回転自在に支持されている。更に、小径軸部２６にはリップシール３２が配置されている。このリップシール３２はボール軸受３０と大径端部２４との間に位置付けられ、駆動ケーシング１６内を気密に区画する。

小径軸部２６の突出端には電磁クラッチ３４を内蔵した駆動プーリ３６が取付けられており、この駆動プーリ３６は軸受３８を介して駆動ケーシング１６に回転自在に支持されている。駆動プーリ３６には車両のエンジンの動力が駆動ベルト（図示しない）を介して伝達され、そして、駆動プーリ３６の回転は電磁クラッチ３４を介して駆動軸２２に伝達可能である。従って、エンジンの駆動中、電磁クラッチ３４がオン作動されると、駆動軸２２は駆動プーリ３６と一体的に回転する。

一方、圧縮ケーシング１８内には圧縮ユニット４０が収容されている。この圧縮ユニット４０は互いに噛み合う可動スクロール４２及び固定スクロール４４から構成されている。これらスクロール４２，４４の噛み合いはその内部に圧力室４６を形成し、この圧力室４６の容積が固定スクロール４４に対する可動スクロール４２の旋回運動に伴い増減される。

上述した可動スクロール４２に旋回運動を付与するため、可動スクロール４２と駆動軸２２の大径端部２４とは、クランクピン４８、偏心ブッシュ５０及びニードル軸受５２を介して互いに連結され、そして、可動スクロール４２の自転は可動スクロール４２と駆動ケーシング１６との間のボール型の旋回スラストベアリング５４により阻止されている。なお、図１中の参照符号５６はカウンタウエイトを示し、このカウンタウエイト５６は偏心ブッシュ５０に取付けられている。

一方、固定スクロール４４は圧縮ケーシング１８内にて複数の固定ボルト（図示しない）を介して固定され、固定スクロール４４と圧縮ケーシング１８の端壁１８ａとの間に空間が確保されている。
より詳しくは、固定スクロール４４の背面には凹所６０，６２が上下に形成され、これら凹所６０，６２は仕切壁６４により区画されている。一方、圧縮ケーシング１８の端壁１８ａからも仕切壁６６が固定スクロール４４に向けて突設され、この仕切壁６６は仕切壁６４に突き合わされ、これにより、上述の固定スクロール４４と端壁１８ａとの間の空間は凹所６０側の吐出室５８と、凹所６２側の貯油室１０２とに区画されている。

固定スクロール４４はその中央に、圧力室４６と吐出室５８を互いに連通させる吐出孔６７を有し、この吐出孔６７は固定スクロール４４の凹所６０に開口している。凹所６０には吐出孔６７を開閉する吐出弁６８が配置され、この吐出弁６８はリード弁体７０と、リード弁体７０の開度を規制するストッパプレート７２からなる。これらリード弁体７０及びストッパプレート７２は共に取付けねじ７４を介して固定スクロール４４に取付けられている。

一方、圧縮ケーシング１８の外周壁と圧縮ユニット４０との間は吸入室７６として確保され、この吸入室７６は圧縮ケーシング１８の外周面に形成した吸入ポート７７（図２参照）を通じて前述した蒸発器１２に接続されている。
また、圧縮ケーシング１８の外面、即ち、その端壁１８ａには吐出ポート７８が形成され（図２参照）、この吐出ポート７８は前述した凝縮器６に接続される一方、オイルセパレータ８０を介して吐出室５８に接続されている。

より詳しくは、オイルセパレータ８０は、図２から明らかなように圧縮ケーシング１８における端壁１８ａの内面に一体的に形成された中空の膨出部８２を有する。図２から明らかなように、膨出部８２は圧縮ケーシング１８の周壁上部から仕切壁６６を越えて貯油室１０２内まで延出し、その下端は圧縮ケーシング１８の周壁下部に達している。
図３に示されるように、膨出部８２の上端は圧縮ケーシング１８の外周壁にて開口し、この開口端はプラグ８６により閉塞されている。また、膨出部８２の上部からは前述した吐出ポート７８に向けて接続孔９６が形成され、この接続孔９６は膨出部８２と吐出ポート７８とを接続している。

膨出部８２内は接続孔９６よりも下側の部位が分離室８８として形成され、この分離室８８の上部に分離管９０が配置されている。この分離管９０は上端に大径部を有し、この大径部が分離室８８の内周壁に圧入されることで、分離室８８内にて固定されている。また、分離管９０の上端には止め輪９２が配置され、この止め輪９２は分離室８８からの分離管９０の抜けを阻止する。

分離管９０の下端部と分離室８８の内周面との間には環状空間が確保され、そして、膨出部８２には環状空間と吐出室５８とを連通させる導入口９４が上下に形成され、これら導入口９４の軸線は分離管９０の外周面に沿うべく傾斜している。即ち、分離室８８は分離管９０を同心的に囲む囲繞部分８８ａを有し、この囲繞部分８８ａにて導入口９４が開口している。

分離室８８は前記囲繞部分８８ａよりも下側の部分が偏向部分８８ｂとして形成され、この偏向部分８８ｂは図３から明らかなように、分離管９０の軸線に対して逸脱する方向に延びている。具体的には、偏向部分８８ｂは、吐出ポート７８とは逆方向に偏向する円弧形状をなしている。
更に、偏向部分８８ｂの下面、即ち、前述した貯油室１０２に露出した面には、複数個例えば３個の排出口１０４が備えられており、これら排出口１０４を通じて、分離室８８は貯油室１０２に接続されている。

更に、図１に示されているように、固定スクロール４４内には貯油室１０２の下部と前述した吸入室７６を互いに連通するオイルリターン経路としてのオリフィス経路１０６が確保されている。なお、オリフィス経路１０６はパイプ部材に形成した小径の貫通孔により形成されている。
上述した圧縮機によれば、駆動軸２２の回転に伴い、可動スクロール４２はその自転が阻止された状態で旋回運動する。このような旋回運動は、吸入室７６から圧力室４６内への冷媒の吸入工程や、吸入した冷媒の圧縮／吐出工程をもたらし、この結果、高圧の冷媒が圧力室４６から吐出弁６８を通じて吐出室５８内に吐出される。ここで、冷媒には潤滑オイルが含まれているので、冷媒中の潤滑オイルは駆動ケーシング１６内の軸受２８，５２や、圧縮ユニット４０内の摺動面等を潤滑し、また、摺動面即ち圧力室４６のシールにも役立つ。

吐出室５８内の圧縮冷媒は導入口９４を通じてオイルセパレータ８０の分離室８８、即ち、囲繞部分８８ａに流入し、この囲繞部分８８ａ内にて分離管９０の周囲を螺旋状に旋回しながら下降する。この過程にて、圧縮冷媒中の潤滑オイルの一部は遠心分離作用を受け、冷媒から一次分離される。ここで、分離された潤滑オイルは囲繞部分８８ａの内周面に付着する。

また、一次分離処理を受けた冷媒は、囲繞部分８８ａから偏向部分８８ｂにその螺旋状の旋回運動を維持しながら降下し、この偏向部分８８ｂ内でも遠心分離作用を受け、その冷媒から潤滑オイルの一部が分離される。ここで分離された潤滑オイルは偏向部分８８ｂの内周面に付着する。
この点に関して詳述すると、前述の説明から明らかなように、偏向部分８８ｂは、囲繞部分８８ａ、即ち、分離管９０の軸線と同軸的に延びておらず、その軸線から逸脱方向に延びる円弧状をなしているので、囲繞部分８８ａ内にて一次分離処理を受けた冷媒は、分離管９０内にその下端を通じて直ちに導かれることはなく、囲繞部分８８ａから偏向部分８８ｂに導かれる。従って、冷媒は偏向部分８８ｂ内にて潤滑オイルの二次分離処理を受け、この結果、冷媒中からの潤滑オイルの分離量が大幅に増加する。

この後、一次及び二次の潤滑オイルの分離処理を受けた冷媒は、分離管９０及び接続孔９６を通じて吐出ポート７８に至り、この吐出ポート７８から凝縮器６に向けて送出される。
冷媒から分離された潤滑油は分離室８８の内周面を伝って流下し、そして、排出口１０４を通じて貯油室１０２に導かれ、この貯油室１０２に一時的に蓄えられる。貯油室１０２は分離室８８内と常時連通した状態にあるので、その内圧は吸入室７６の圧力よりも十分に高い。それ故、貯油室１０２内の潤滑オイルは貯油室１０２と吸入室７６との間の圧力差に基づき、オリフィス経路１０６を通じて吸入室７６に向けて戻される。この際、潤滑オイルは霧化した状態で吸入室７６内に戻され、吸入室７６内の冷媒に良好に混入される。この結果、駆動ケーシング１６内や圧縮ユニット４０内を流れる冷媒中の潤滑油量は多く、圧縮機４内の潤滑やシールは十分に確保される。

上述したようにオイルセパレータ８０は冷媒に対して一次及び二次の潤滑オイルの分離処理を発揮するから、圧縮機の運転が低回転域にあり、オイルセパレータ８０の分離室８８に導入される冷媒の流速、即ち、分離室８８内での冷媒の旋回流速が遅くても、その冷媒中から潤滑オイルを効果的に分離することができる。この結果、圧縮機の低回転域にあっても、圧縮機４から凝縮器６側に供給される冷媒中の潤滑オイル量は少なく、冷凍回路はその冷房能力を十分に発揮することができる。

また、圧縮機の低回転域にあっても、潤滑オイルの分離量は多いので、貯油室１０２内の潤滑オイル量を十分に確保することができる。それ故、貯油室１０２内の潤滑オイルの液面レベルがオリフィス経路１０６よりも低下し、これに起因してオリフィス経路１０６の潤滑オイルによる冷媒のシールが不能になることはない。この結果、吐出室５８内の冷媒が分離室８８から貯油室１０２を経て吸入室７６に短絡して流れることもなく、圧縮機の圧縮効率が悪化することもない。

本発明は上述の一実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
一実施例の場合、分離室８８の偏向部分８８ｂは円弧形状をなしているが、偏向部分８８ｂは、分離管９０の軸線と同軸の直管形状をなしいなければ、螺旋形状やＬ字形状等の任意の形状を採用することができる。また、偏向部分８８ｂの偏向方向は吐出ポート７８側であってもよい。

更に、本発明はスクロール型圧縮機に限らず、往復ピストン型圧縮機にも同様に適用できることは言うまでもない。

一実施例のスクロール型圧縮機を示した縦断面図である。 図１の圧縮ケーシングの内部を示した斜視図である。 図１の圧縮機における圧縮ケーシング側の端面を一部破断して示した図である。

符号の説明

１８ 圧縮ケーシング（ハウジング）
５８ 吐出室
７８ 吐出ポート
８０ オイルセパレータ
８２ 膨出部
８８ 分離室
８８ａ 囲繞部分
９０ 分離管
９４ 導入口
９６ 接続孔
１０２ 貯油室
１０４ 排出口

Claims (3)

1. ハウジング内に設けられ、潤滑オイルを含んだ作動流体を吸入して圧縮し、この後、圧縮された作動流体を前記ハウジング内に形成された吐出室に吐出する圧縮ユニットと、
   前記吐出室に吐出された作動流体から前記潤滑オイルの一部を分離した後、前記作動流体を前記ハウジングの吐出ポートに向けて送出するオイルセパレータとを備え、
   前記オイルセパレータは、
   前記吐出室内に区画され、前記吐出室内の作動流体を導入する円筒状の分離室と、
   前記分離室内に設けられ、前記分離室内に導入された作動流体をその外周壁に沿って螺旋状に旋回運動させた後、その内部を通じて前記吐出ポートに向けて導出させる分離管と
   を含み、
   前記分離室は、
   前記分離管を囲み、作動流体の導入口を有した囲繞部分と、
   前記囲繞部分から前記吐出ポートとは反対側に前記分離管の軸線から逸脱方向に延び、分離した潤滑オイルの排出口を有する偏向部分と
   を有することを特徴とする圧縮機。
2. 前記分離室は全体として上下方向に延び、
   前記偏向部分は円弧形状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記排出口は複数備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮機。

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