JP2006046094A - 容量可変型気体圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 容量可変型気体圧縮機において、圧縮行程の気体の一部を選択的に流出させるに際して、その流出量を所望量に精度よく合致させる。
【解決手段】 シリンダ４０の内部（圧縮室４８（Ｃ））に対して開口したバイパス孔開口部７１から、スプール弁８０（バイパスバルブ）の凸部８１が退出することによって、体積効率を変化させるコンプレッサ１００（容量可変型気体圧縮機）において、凸部８１がバイパス孔開口部７１からバルブ収容室７２に退出したスプール弁開位置は、凸部８１の先端面８２とバルブ収容室７２の内壁面７２ａとの間の距離ｈと、凸部８１の周長との積によって算出される流路面積Ｓ２が、バイパス孔開口部７１の開口面積Ｓ１に対して２倍以上となるように設定されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、容量可変型気体圧縮機に関し、詳細には、圧縮行程の気体の一部を外部に流出させるバイパスバルブの作動の改良に関する。

従来より、空気調和システム（以下、空調システムという。）には、冷媒ガスを圧縮して、システムに冷媒ガスを循環させるための気体圧縮機が用いられている。また、この気体圧縮機には、圧縮した気体を外部に吐出するに際して、その吐出量を可変とした容量可変型のものもある。

例えば、一般的なベーンロータリ形式の圧縮機本体をハウジングの内部に備えた容量可変型のコンプレッサにおいては、圧縮機本体は、回転軸と一体的に回転するロータと、ロータの外周面の外方を取り囲む断面輪郭略楕円形状の内周面を有するシリンダと、ロータの外周面から突出して、この突出した先端がシリンダの内周面に当接する、回転軸回りに等角度間隔でロータに設けられた複数枚の板状のベーンと、ロータの両端面の側からそれぞれ、このロータおよびシリンダを挟むように配設された２つのサイドブロック（フロントサイドブロックおよびリヤサイドブロック）とを有し、回転軸の回転にしたがって、２つのサイドブロック、ロータ、シリンダ、およびロータの回転方向に相前後する２つのベーンによって区画された圧縮室の容積が増減を繰り返すことにより、圧縮室に吸入された冷媒ガスを圧縮して吐出するように構成されている。

そして、フロントサイドブロックのうち、冷媒ガスの圧縮行程に対応した圧縮室を構成する部分に、この圧縮行程に対応した圧縮室の内部の冷媒ガスを、相対的にこの圧縮室の内圧よりも低圧の空間に流出させるバイパス通路が形成されるとともに、このバイパス通路を開閉するスプール弁（バイパスバルブ）が備えられ、スプール弁を開放することによって、圧縮行程にある圧縮室から、冷媒ガスの一部を低圧空間に流出させて、圧縮室内の容量を減少させ、この結果、圧縮室から吐出される冷媒ガスの量を変化させている。

ここで、バイパス通路とスプール弁との詳細構造を、図６を参照して説明する。

まず、バイパス通路７０は、シリンダ４０で囲まれた内部に臨み、フロントサイドブロック２０の端面２８において開口したバイパス孔開口部７１と、このバイパス孔開口部７１に連なり、スプール弁８０が摺動可能に収容されたバルブ収容室７２と、バルブ収容室７２から低圧空間である吸入室１３に通じる連通部７３とからなる。

バルブ収容室７２に収容されたスプール弁８０は、バイパス孔開口部７１に突入してこのバイパス孔開口部７１の周面７１ａに摺接する外周面８３を有する凸部８１と、この凸部８１に隣接するとともに外周面８３に対して略直交し、バイパス孔開口部７１に連なったバルブ収容室７２の内壁面７２ａに突き当る着座面部８４とを有しており、バルブ収容室７２に沿って進退可能とされている。

そして、スプール弁８０に背圧が負荷して、スプール弁８０の凸部８１がバイパス孔開口部７１に突入した状態（図６（ａ））においては、背圧によって、スプール弁８０の着座面部８４が、弁座の座面としてのバルブ収容室内壁面７２ａに圧接し、バイパス通路７０は閉じられる。

したがって、圧縮行程にある圧縮室４８（以下、一般的に圧縮室を指すときは符号４８を付し、圧縮行程に対応した圧縮室を指すときは符号４８（Ｃ）を付すものとする。）から高圧の冷媒ガスＧが吸入室１３に流出することはなく、図６（ｂ）に示すように、バイパス通路７０が形成されていない場合と同様のタイミング（ベーンの回転角度位置）で圧縮行程が開始される。

なお、スプール弁８０の着座面部８４が、弁座の座面としてのバルブ収容室内壁面７２ａに圧接している状態（バイパス通路７０が閉じられている状態）においては、スプール弁８０の凸部８１の先端面８２は、フロントサイドブロック２０の端面２８と略面一となるように形成されている。

一方、スプール弁８０に背圧が負荷していない状態においては、スプール弁８０は、凸部８１の先端面８２に負荷する圧縮室４８の内圧によって、凸部８１がバイパス孔開口部７１から退出するように、バルブ収容室７２の内部で摺動する（図６（ｃ））。

このとき、スプール弁８０の着座面部８４は、弁座の座面としてのバルブ収容室内壁面７２ａから離れ、しかも、凸部８１は、その先端面８２がバルブ収容室内壁面７２ａよりも後退して、バイパス孔開口部７１から完全に退避しているため、圧縮室４８からバイパス孔開口部７１に流入した冷媒ガスＧは、スプール弁８０の先端面８２とバルブ収容室７２の内壁面７２ａとの間の隙間、すなわち、バイパス孔開口部７１から退出した凸部８１の外周面８３の軌跡のうち、バルブ収容室７２の内壁面７２ａよりもバルブ収容室７２内側の部分に対応した円柱周面状の仮想面（面積Ｓ２）を通過して、バルブ収容室７２に流入する。そして、冷媒ガスＧは、バルブ収容室７２から連通部７３を通って、吸入室１３に流出する。

この場合、図６（ｄ）に示すように、ベーン５８が、バイパス孔開口部７１を通過するまでは、例え、回転位置に基づいて形式的には圧縮行程として規定される位置にある圧縮室４８（Ｃ）であっても、その内部の冷媒ガスＧは、バイパス通路７０を通って吸入室１３に流出し続けるため、実質的には圧縮行程は開始しておらず、ベーン５８がバイパス孔開口部７１を通過した時点が実質的な圧縮行程の開始となる。

したがって、バイパス通路７０を開くことは、圧縮行程の開始時期を実質的に遅延させることとなり、圧縮開始時の圧縮室４８（Ｃ）の容量を変化させることとなる。
特願２００４−４４３９８号（未公開）

ところで、上述した容量可変型のコンプレッサ１００は、スプール弁８０を後退させてバイパス通路７０を開いたとき、バイパス孔開口部７１からバルブ収容室７２に冷媒ガスＧが流入するときに通過する流路は、図４の模式図に示すように、前述した仮想面（面積Ｓ２で表された円柱周面状の面）となるが、この仮想面の面積Ｓ２がバイパス孔開口部７１の流路面積Ｓ１と略等しくなるように、スプール弁８０の変位量（バイパス孔開口部７１から凸部８１が退出するまでの変位量と、凸部８１の先端面８２からバルブ収容室７２の内壁面７２ａまでの距離ｈとの合計）が設定されている。

これは、図４に示すように、バイパス孔開口部７１の流入端（フロントサイドブロックの端面）から流出端（スプール弁８０の先端面８２とフロントサイドブロックの端面２８との間の隙間）に亘って、冷媒ガスＧの流路面積Ｓを一定とすることにより、冷媒ガスＧを円滑に流出させることを目的としている。

しかし、バイパス孔開口部７１に流入してバイパス孔開口部７１を通った冷媒ガスＧは、バイパス孔開口部７１の延びた方向に沿ってそのまま進もうとするため、その方向に退出しているスプール弁８０の凸部８１の先端面８２に当たり、その後、この先端面８２に沿って周囲に分散する等して上述した仮想面を通過し、バルブ収容室７２に流れ込む。

このため、バイパス孔開口部７１からバルブ収容室７２への流入部分は、冷媒ガスＧに対して流通抵抗として作用し、このバイパス通路７０の流量を所望とする流量確保するのが困難であった。すなわち、圧縮機本体からの吐出冷媒ガス量（体積効率）を、所望とするように変動させることができなかった。

なお、このような問題は、上述したベーンロータリ形式の容量可変型気体圧縮機にのみ生じるものではなく、スクロール形式のものや斜板レシプロ形式のものでも同様に生じうる。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、圧縮行程の気体の一部を選択的に流出させるに際して、その流出量を所望量に精度よく合致させることができる容量可変型気体圧縮機を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係る容量可変型気体圧縮機は、吸入した気体をシリンダで囲まれた内部において圧縮し、この圧縮された気体を吐出する圧縮機本体を有し、この圧縮機本体には、圧縮行程における前記気体の一部を、低圧空間に選択的に流出させるバイパス通路が形成されるとともに、このバイパス通路を開閉するバイパスバルブが備えられ、前記バイパスバルブの開閉により、吐出気体量を可変とした容量可変型気体圧縮機において、前記バイパス通路は、前記シリンダの内部に対して開口したバイパス孔開口部と、このバイパス孔開口部に連なり、前記バイパスバルブが収容されたバルブ収容室と、前記バルブ収容室から前記低圧空間に通じる連通部とからなり、前記バルブ収容室に収容された前記バイパスバルブは、前記バイパス孔開口部に突入して該バイパス孔開口部の周面に摺接する外周面を有する凸部と、この凸部に隣接するとともに前記外周面に対して略直交し、前記バイパス孔開口部に連なった前記バルブ収容室の内壁面に突き当る着座面部とを有し、前記凸部が前記バイパス孔開口部から前記バルブ収容室に退出した前記バイパスバルブの開位置は、前記凸部の先端と前記内壁面との間の距離と、前記凸部の周長との積によって算出される流路面積が、前記シリンダの壁面上における前記バイパス孔開口部の開口面積に対して２倍以上となるように設定されていることを特徴とする。

ここで、着座面とは、弁座の座面としてのバルブ収容室の内壁面に対向し、この内壁面と当接（圧接）して気体の出入りを阻止する、バイパスバルブに形成された面である。

この容量可変型の気体圧縮機により圧縮対象とされる気体としては、例えば、フロンガスや二酸化炭素ガス等の冷媒ガスなどを適用することができるが、これら冷媒ガスに限定されるものではない。

低圧の空間としては、圧縮機本体の外部空間であってもよいし、シリンダ内の空間のうち気体の吸入行程に対応した空間（吐出行程に対応した空間よりも低圧である。）であってもよい。

圧縮機本体は、ベーンロータリ形式のものを始めとして、スクロール形式のものであってもよいし、斜板レシプロ形式のものであってもよい。

このように構成された容量可変型気体圧縮機の容量可変作用は、以下の基本的な動作によって行われる。

すなわち、バイパスバルブの凸部の外周面は、バイパス孔開口部の内周面に略対応する形状に形成されている。そして、バイパスバルブの閉位置では、凸部がバイパス孔開口部に突入して、この凸部の先端面がシリンダの内部空間に臨むとともに、凸部に隣接する着座面が、弁座の座面としてのバルブ収容室の内壁面に突き当ることによって、バイパス通路が閉鎖され、気体が、バイパス通路を通ってシリンダにより囲まれた圧縮空間から流出するのを阻止し、このとき、圧縮機本体から吐出される気体の量は最大量となる。

一方、バイパスバルブの開位置では、凸部がバイパス孔開口部からバルブ収容室に退出するとともに、バイパスバルブの着座面とバルブ収容室の内壁面（弁座面）とが離れて、シリンダの内部の圧縮気体の一部は、バイパス孔開口部、バルブ収容室および連通部を通って低圧空間に流出するため、圧縮機本体から吐出される気体の量は最大量よりも減少した量となる。したがって、バイパスバルブの開閉によって、吐出気体の量を積極的に変化させることができる。

ここで、バイパスバルブが開位置にあるとき、シリンダで囲まれた空間内の圧縮気体の一部が低圧空間に流出するときに通過するバイパス通路の流路面積は、バイパス孔開口部については、シリンダで囲まれた空間（圧縮室等）に臨む開口面積Ｓ１であり、バイパス孔開口部からバルブ収容室に流入するときの流路面積は、バイパス孔開口部から退出した凸部の周面の軌跡に対応した円柱周面状の仮想面の面積、すなわちバイパス孔開口部から退出した凸部の先端とバルブ収容室の内壁面との間の距離Ｄと、凸部の周長Ｌとの積によって算出される面積Ｓ２（＝Ｄ・Ｌ）となる。

ここで、従来の容量可変型気体圧縮機では、この仮想面の面積Ｓ２は、開口面積Ｓ１と同一に設定（Ｓ２＝Ｓ１）されており、このように、仮想面の面積Ｓ２が開口面積Ｓ１と同一であれば、バイパス孔開口部からバルブ収容室に至る気体の流路は絞られないと考えられる。

しかし、バイパス孔開口部に流入してバイパス孔開口部を通った圧縮気体は、バイパス孔開口部の延びた方向に沿って進むため、その方向に退出しているバイパスバルブの凸部の先端面に当たり、その後、この先端面に沿って周囲に分散する等して上述した仮想面を通過し、バルブ収容室に流れ込む。

このように、バイパスバルブの凸部の先端面に衝突した気体は、進行方向を変化させられるため、このバイパス孔開口部からバルブ収容室への流入部分は、気体に対して流路抵抗として作用し、このバイパス通路の流量を所望とする流量だけ確保するのが困難である。すなわち、圧縮機本体からの吐出気体量（体積効率）を、所望とするように変動させることができない。

この点、本発明に係る容量可変型気体圧縮機は、仮想面の面積Ｓ２が開口面積Ｓ１の２倍以上に設定されているため、バイパス孔開口部を通った圧縮気体が、バイパス孔開口部からバルブ収容室への流入部分において進行方向を変化させられても、この流入部分の面積、すなわち流路面積が、バイパス孔開口部の開口面積Ｓ１の２倍以上広く設定されているため、流入部分が流路抵抗となり難く、バイパス通路の流量を所望量に設定することができる。

したがって、圧縮機本体の吐出気体量（体積効率）を、所望とするように変動させることができる。

なお、開口面積Ｓ１に対する仮想面の面積Ｓ２の割合（開口率という。）は２００％（２倍）以上であればよいが、略２００％であることが好ましい。本発明者らの実験によれば、例えば体積効率の狙い値を３０％と設定した場合、開口率２００％において、体積効率を狙い値通りの３０％を実現することができる一方、開口率を２００％超としても、体積効率は３０％のままで殆ど変化は認められず、開口率を２００％超とすると、むしろバイパスバルブの移動量を不必要に大きく確保する必要が生じ、バルブ収容室の空間を拡大する必要がある。

一方、開口率を２００％とすれば、バルブ収容室の空間の拡大も最小限とすることができ、また、開口率２００％程度であれば、バルブ収容室の空間を拡大するまでもなく、バイパスバルブの移動方向についての大きさ（長さ）を短縮することによっても実現することができる。

また、本発明の請求項２に係る容量可変型気体圧縮機は、請求項１に係る容量可変型気体圧縮機において、前記圧縮機本体は、回転軸と一体的に回転するロータと、前記ロータの外周面の外方を取り囲むシリンダと、前記ロータの外周面から突出して、この突出した先端が前記シリンダの内周面に当接する、前記回転軸回りに等角度間隔で設けられた複数の板状のベーンと、前記ロータの両端面の側からそれぞれ、該ロータおよび前記シリンダを挟むように配設された２つのサイドブロックとを有し、前記回転軸の回転にしたがって、前記２つのサイドブロック、前記ロータ、前記シリンダ、および前記ロータの回転方向に相前後する２つの前記ベーンによって区画された圧縮室の容積が増減を繰り返すベーンロータリ形式の圧縮機本体であり、前記バイパス孔開口部は、前記圧縮室の容積が減少する圧縮行程に対応したサイドブロックに形成されていることを特徴とする。

このように構成された容量可変型気体圧縮機によれば、ベーンロータリ形式の容量可変型気体圧縮機において、バイパス孔開口部を、圧縮室の容積が減少する圧縮行程に対応したサイドブロックに形成した構成においては、低圧空間としての吸入室が、サイドブロックに隣接して配置されるため、バイパス通路を複雑な経路で構成することなく、短い長さで構成することができる。

本発明に係る容量可変型気体圧縮機によれば、バイパス孔開口部を通った圧縮気体が、バイパス孔開口部からバルブ収容室への流入部分において進行方向を変化させられても、この流入部分の面積すなわち気体の流路面積が、バイパス開口部の開口面積Ｓ１の２倍以上広く設定されているため、流入部分が流路抵抗となり難く、バイパス通路の流量を所望量に設定することができる。

したがって、圧縮機本体の吐出気体量（体積効率）を、所望とするように変動させることができる。

以下、本発明の容量可変型気体圧縮機に係る最良の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る容量可変型気体圧縮機の一実施形態であるベーンロータリ形式のコンプレッサ１００を示す縦断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面を示す図である。

図示のコンプレッサ１００は、ベーンロータリ形式の圧縮機本体をハウジング１０の内部に備えた容量可変型のコンプレッサ１００であり、ハウジング１０は、一方の端部側が開口したケース１１とこの一端部側開口を閉鎖するフロントヘッド１２とからなる。

ハウジング１０を構成するフロントヘッド１２には、外部から低圧の冷媒ガスＧが吸入される吸入ポート１４が形成され、ケース１１には、外部へ高圧の冷媒ガスＧを吐出する吐出ポート１６が形成されている。

ハウジング１０内に収容された圧縮機本体は、回転軸５１と一体的に回転するロータ５０と、このロータ５０の外周面の外方を取り囲む断面輪郭略楕円形状の内周面４９ａを有するシリンダ４０と、ロータ５０の外周面から突出して、この突出した先端がシリンダ４０の内周面４９ａに当接する、回転軸５１回りに等角度間隔でロータ５０に設けられた５枚の板状のベーン５８と、ロータ５０の両端面の側からそれぞれ、ロータ５０およびシリンダ４０を挟むようにシリンダ４０に固定されたフロントサイドブロック２０およびリヤサイドブロック３０とからなる。

そして、回転軸５１の回転にしたがって、２つのサイドブロック２０，３０、ロータ５０、シリンダ４０、およびロータ５０の回転方向に相前後する２つのベーン５８，５８によって区画された各圧縮室４８の容積が増減を繰り返すことにより、各圧縮室４８に吸入された冷媒ガスＧ（気体）を圧縮して吐出するように構成されている。

なお、圧縮機本体は、回転軸５１の一端側がフロントヘッド１２に軸支され、シリンダ４０の外周部がケース１１に保持されることによって、ハウジング１０内の所定位置に配置されている。

また、圧縮機本体がケース１１の内部に収容された状態で、リヤサイドブロック３０とケース１１とによって吐出室１５を形成し、一方、フロントサイドブロック２０とフロントヘッド１２とによって吸入室１３を形成し、これら吸入室１３と吐出室１５とは、Ｏリング等のシール部材によって、気密に隔絶されている。また、リヤサイドブロック３０には、後述するサイクロンブロック６０が取り付けられている。

なお、吐出室１５の下部には、このコンプレッサ１００の摺動部等を潤滑・冷却・清浄するとともに、後述するベーン５８をシリンダ４０の内周面４９ａの方向に突出させる冷凍機油Ｒ（潤滑油）が貯留されている。

一方、回転軸５１は、フロントサイドブロック２０の貫通支持孔２３を貫通して、メカニカルシール１８を介してフロントヘッド１２の外方まで延び、先端には動力供給部９０が取り付けられており、回転軸５１の他端部はリヤサイドブロック３０の貫通支持孔３２に支持されている。

ロータ５０には、スリット状のベーン溝５６が、放射状に、かつロータ５０の回転中心回りに等角度間隔で５つ形成され、これらのベーン溝５６にはそれぞれ平板状のベーン５８が挿入されている。

各ベーン５８は、ロータ５０の回転によって生じる遠心力と、ベーン溝５６とベーン５８の底面とによって画成された背圧室に加えられる冷凍機油Ｒの油圧とにより、シリンダ４０の内周面４９ａ方向へ突出し、このベーン５８の突出した先端がシリンダ４０の内周面４９ａに当接した状態に付勢される。

これにより、シリンダ４０の内側の空間は、シリンダ４０と、ロータ５０と、ベーン５８と、フロントサイドブロック２０と、リヤサイドブロック３０とにより小室に仕切られ、これら各小室は、ロータ５０の回転にしたがって容積の変化を繰り返す圧縮室４８を形成している。

また、フロントサイドブロック２０には、吸入室１３と圧縮室４８とを連通させるフロント側吸入口が開口しており、吸入室１３に流入した冷媒ガスＧは、フロント側吸入口から圧縮室４８へ吸入される。

一方、リヤサイドブロック３０にもリヤ側吸入部が形成されていてもよい。そのようなリヤ側吸入部が形成されたコンプレッサ１００においては、シリンダ４０に、このリヤ側吸入部とフロント側吸入口とを連通させる連通孔が形成される。

したがって、このリヤ側吸入部には、フロント側吸入口、シリンダ４０の連通孔を順次経た冷媒ガスＧが供給され、フロント側吸入口と同様に、冷媒ガスＧを圧縮室４８に吸入させる部分として機能する。

リヤサイドブロック３０の吐出室１５側に設けられたサイクロンブロック６０は、冷媒ガスＧに混入した冷凍機油Ｒを分離させるオイルセパレータ６２を備えている。

シリンダ４０には、吐出チャンバ４４が形成されている。また、この吐出チャンバ４４が形成されて薄肉化されたシリンダ４０の部分には、圧縮室４８と吐出チャンバ４４とを連通させる吐出口４２が開口されている。

この吐出口４２には、吐出チャンバ４４側に開放するリードバルブ４３（バルブ本体４３ａおよびバルブサポート４３ｂ）が設けられている。そして、圧縮室４８から吐出口４２、リードバルブ４３を通って吐出チャンバ４４に吐出された高圧の冷媒ガスＧは、リヤサイドブロック３０に形成された連通孔（図示せず）、サイクロンブロック６０のオイルセパレータ６２を経て、吐出室１５に吐出される。

ここで、オイルセパレータ６２によって分離された冷凍機油Ｒは、吐出室１５の底部に滴下し、この底部に貯留される。

さらに、このコンプレッサ１００は、回転軸５１と貫通支持孔３２との間の潤滑、ベーン溝５６へのベーン５８の付勢用油圧供給等のために、吐出室１５の下部に貯留した冷凍機油Ｒを各部位に導く構造を備えている。

すなわち、リヤサイドブロック３０に、貫通支持孔３２に至る油路３３が形成され、また、ロータ５０に向いたリヤサイドブロック３０の端面には、貫通支持孔３２における油路３３の開口から、貫通支持孔３２と回転軸５１との間の微小隙間を通って、ベーン溝５６に連通する凹部（サライ溝）３５が形成されている。

この凹部３５はそれぞれ、図２において仮想線（二点鎖線）で示すように、略扇形輪郭を有している。そして、この凹部３５は、回転するロータ５０のベーン溝５６の背圧室と連通する位置に形成されている。なお、凹部３５のくびれ部に、高圧の冷凍機油Ｒを導く小凹部をさらに形成して、圧縮行程の終期に対応した圧縮室４８を構成するベーン溝５６に高圧の油圧を作用させるようにしてもよい。

また、シリンダ４０の底部に、リヤサイドブロック３０の油路３３に接続する貫通孔４６が設けられ、フロントサイドブロック２０に、この貫通孔４６のフロントサイドブロック２０側の開口と貫通支持孔２３とを連通させる油路（図示せず）が形成されて、冷凍機油Ｒが、貫通支持孔２３と回転軸５１との間の微小隙間を通過し、フロントサイドブロック２０のロータ５０に対向する面に形成された凹部２５（サライ溝）等に冷凍機油Ｒが導かれている。

さらに、このコンプレッサ１００は、外部への冷媒ガスＧの吐出量を可変とする容量可変型の気体圧縮機であるため、図２に示すように、フロントサイドブロック２０のうち、冷媒ガスＧの圧縮行程に対応した圧縮室４８（以下、一般的に圧縮室を指すときは符号４８を付し、圧縮行程に対応した圧縮室を指すときは符号４８（Ｃ）を付すものとする。）を構成する部分に、この圧縮室に対応した圧縮室４８（Ｃ）の内部の冷媒ガスＧを、相対的にこの圧縮室４８（Ｃ）の内圧よりも低圧の空間である吸入室１３に流出させるバイパス通路７０が形成されるとともに、このバイパス通路７０を開閉するスプール弁８０（バイパスバルブ）が備えられ、スプール弁８０を開放することによって、圧縮室４８（Ｃ）の冷媒ガスＧの一部を吸入室１３に流出させて、圧縮室４８（Ｃ）内の容量を減少させ、この結果、圧縮室４８（Ｃ）から吐出チャンバ４４に吐出される冷媒ガスＧの量を変化させている。

ここで、バイパス通路７０とスプール弁８０との詳細構造を、図３を参照して説明する。なお、図３（ａ），（ｃ）は、図１において横方向に並んで配置された圧縮室４８（Ｃ）とフロントサイドブロック２０とを、縦方向の配列として視た図であり、（ａ）は、貫通孔４６（図１参照）から供給された高圧の冷凍機油Ｒを、スプール弁８０の背圧として掛けることによって、スプール弁８０がバイパス通路７０を閉じた状態を示し、（ｃ）は、この背圧が負荷しないように遮断することによって、バイパス通路７０を開いた状態を示している。

まず、バイパス通路７０は、シリンダ４０で囲まれた内部に臨み、フロントサイドブロック２０の端面２８において開口したバイパス孔開口部７１と、このバイパス孔開口部７１に連なり、スプール弁８０が摺動可能に収容されたバルブ収容室７２と、バルブ収容室７２から吸入室１３に通じる連通部７３とからなる。

バルブ収容室７２に収容されたスプール弁８０は、バイパス孔開口部７１に突入してこのバイパス孔開口部７１の周面７１ａに摺接する外周面８３を有する凸部８１と、この凸部８１に隣接するとともに外周面８３に対して略直交し、バイパス孔開口部７１に連なったバルブ収容室７２の内壁面７２ａに突き当る着座面部８４とを有しており、バルブ収容室７２に沿って進退可能とされている。

そして、スプール弁８０に背圧が負荷して、スプール弁８０の凸部８１がバイパス孔開口部７１に突入した状態（図３（ａ））においては、背圧によって、スプール弁８０の着座面部８４が、弁座の座面としてのバルブ収容室内壁面７２ａに圧接し、バイパス通路７０は閉じられる。

したがって、圧縮室４８（Ｃ）から高圧の冷媒ガスＧが吸入室１３に流出することはなく、図３（ｂ）に示すように、バイパス通路７０が形成されていない場合と同様のタイミングで圧縮行程が開始される。

なお、スプール弁８０の着座面部８４が、弁座の座面としてのバルブ収容室内壁面７２ａに圧接している状態（バイパス通路７０が閉じられている状態）においては、スプール弁８０の凸部８１先端面８２は、フロントサイドブロック２０の端面２８と略面一となるように形成されている。

一方、スプール弁８０に背圧が負荷していない状態においては、スプール弁８０は、凸部８１の先端面８２に負荷する圧縮室４８の内圧によって、凸部８１がバイパス孔開口部７１から退出するように、バルブ収容室７２の内部で摺動する（図３（ｃ））。

このとき、スプール弁８０の着座面部８４は、弁座の座面としてのバルブ収容室内壁面７２ａから離れ、しかも、凸部８１は、その先端面８２がバルブ収容室内壁面７２ａよりもバルブ収容室７２側に後退して、バイパス孔開口部７１から完全に離脱しているため、圧縮室４８からバイパス孔開口部７１に流入した冷媒ガスＧは、スプール弁８０の先端面８２とバルブ収容室７２の内壁面７２ａとの間の隙間、すなわち、図４の模式図に示すように、バイパス孔開口部７１から退出した凸部８１の外周面８３の軌跡のうち、バルブ収容室７２の内壁面７２ａよりもバルブ収容室７２側の部分に対応した円柱周面状の仮想面（面積Ｓ２）を通過して、バルブ収容室７２に流入する。そして、冷媒ガスＧは、バルブ収容室７２から連通部７３を通って、吸入室１３に流出する。

この場合、図３（ｄ）に示すように、ベーン５８が、バイパス孔開口部７１を通過するまでは、例え、回転位置に基づいて形式的には圧縮行程として規定される位置にある圧縮室４８（Ｃ）であっても、その内部の冷媒ガスＧは、バイパス通路７０を通って吸入室１３に流出し続けるため、実質的には圧縮行程は開始しておらず、ベーン５８がバイパス孔開口部７１を通過した時点が圧縮行程の開始となる。

したがって、バイパス通路７０を開くことは、圧縮行程の開始時期を実質的に遅延させることとなり、圧縮開始時の圧縮室４８（Ｃ）の容量を変化させることとなる。

そして、ロータ５０の回転方向に関するバイパス通路７０の設置角度位置は、圧縮行程開始時の圧縮室４８（Ｃ）の容量に基づいて、計算により予め求めることができ、吐出口４２から吐出させる冷媒ガスＧの量を設定することができる。

ところで、上述した容量可変型のコンプレッサ１００は、スプール弁８０を後退させてバイパス通路７０を開いたとき、バイパス孔開口部７１からバルブ収容室７２に冷媒ガスＧが流入するときに通過する流路は、前述した仮想面となるが、本実施形態のコンプレッサ１００においては、この仮想面の面積Ｓ２が、バイパス孔開口部７１の流路面積Ｓ１の２倍（開口面積Ｓ１に対する仮想面の面積Ｓ２の百分率（開口率）が２００％）となるように、スプール弁８０の変位量（バイパス孔開口部７１から凸部８１が退出するまでの変位量と、凸部８１の先端面８２からバルブ収容室７２の内壁面７２ａまでの距離ｈとの合計）が設定されている。

これに対して、従来のコンプレッサは、上記仮想面の面積Ｓ２が開口面積Ｓ１に等しくなるように（開口面積Ｓ１に対する仮想面の面積Ｓ２の百分率（開口率）が１００％に）、スプール弁８０の変位量が設定されている。従来のコンプレッサにおいては、バイパス孔開口部７１の流入端（フロントサイドブロック２０の端面）から流出端（スプール弁８０の先端面８２とフロントサイドブロック２０の端面２８との間の隙間）に亘って、冷媒ガスＧの流路面積Ｓを一定とすることにより、冷媒ガスＧを円滑に流出させるものと論理付けられていたためである。

しかし、実際には、バイパス孔開口部７１へ流入してバイパス孔開口部７１を通った冷媒ガスＧは、バイパス孔開口部７１の延びた方向に沿ってそのまま進もうとするため、その方向に退出しているスプール弁８０の凸部８１の先端面８２に当たり、その後、この先端面８２に沿って周囲に分散する等して上述した仮想面を通過し、バルブ収容室７２に流れ込む。

このため、バイパス孔開口部７１からバルブ収容室７２への流入部分は、冷媒ガスＧに対して流通抵抗として作用し、従来のコンプレッサでは、このバイパス通路７０の流量を所望とする流量確保するのが困難であった。すなわち、圧縮機本体からの吐出冷媒ガス量（体積効率）を、予め計算によって求めたレベルまで低減させることができなかった。

しかし、本実施形態のコンプレッサ１００では、スプール弁８０の変位によって、バイパス孔開口部７１からバルブ収容室７２への流入部分すなわち上記仮想面の面積Ｓ２が、バイパス孔開口部７１の開口面積Ｓ１の２倍となっているため、流入部分が流路抵抗となり難く、バイパス通路７０の流量を所望とする流量だけ確保することができる。すなわち、圧縮機本体からの吐出冷媒ガス量（体積効率）を、予め計算によって求めた狙い値まで低減させることができる。

ここで、本発明者らが実施した開口率と体積効率との関係の実験例を表すグラフを図５に示す。このグラフは、スプール弁８０を開いたとき計算上の体積効率が３０％となる角度位置にバイパス孔開口部７１を設け、開口率を０％から３５０％まで５０％ごとに変化させたときに得られた実際の体積効率の変化を示すものである。

この実験結果によれば、従来のコンプレッサに適用されていた開口率１００％においては、計算上の体積効率３０％に対して、実際には約４０％の体積効率しか得ることができないのに対して、本実施形態のコンプレッサ１００に適用された開口率２００％においては、計算上の狙い値通り３０％の体積効率を得ることができた。

また、この実験結果によれば、２００％を超えた開口率であっても、体積効率は３０％のままで推移することが判明した。そして、開口率を大きくするにしたがって、スプール弁８０の変位量を大きくする必要があるところ、所望とする体積効率を得る上では、２００％の開口率で必要十分であるため、本実施形態のコンプレッサ１００においては、スプール弁８０の変位量の増大を最小限に抑えつつ、所望とする体積効率を得ることができる。

このように、本実施形態に係るコンプレッサ１００によれば、スプール弁８０の開閉により、圧縮機本体の吐出気体量（体積効率）を所望とするように変動させることができる。

また、本実施形態に係るコンプレッサ１００は、圧縮機本体がベーンロータリ形式のものであり、バイパス孔開口部７１は、圧縮室４８の容積が減少する圧縮行程に対応したフロントサイドブロック２０に形成され、低圧空間としての吸入室１３が、フロントサイドブロック２０に隣接して配置されているため、バイパス通路７０を、複雑な経路で構成することなく、短い長さで構成することができる。

なお、上述した実施形態のコンプレッサ１００は、圧縮機本体がベーンロータリ形式の気体圧縮機であるが、本発明に係る容量可変型気体圧縮機は、圧縮機本体がこの形式のものに限定されるものではなく、スクロール形式の圧縮機本体や斜板レシプロ形式の圧縮機本体を有する容量可変型気体圧縮機においても、同様に適用することができる。

本発明に係る容量可変型気体圧縮機の一実施形態であるベーンロータリ形式のコンプレッサを示す断面図である。 図１に示したコンプレッサのＡ−Ａ線に沿った断面を示す断面図である。 図１に示したコンプレッサの容量可変機構を説明する図であり、（ａ），（ｂ）は最大容量状態、（ｃ），（ｄ）は容量を減少させた状態、をそれぞれ示す。 開口面積と仮想面の面積を表す模式図である。 バイパス孔開口部に流入するときの流路面積およびバルブ収容室に流入するときの流路面積、並びに開口率を説明する模式図である。 従来のコンプレッサの容量可変機構を説明する図であり、（ａ），（ｂ）は最大容量状態、（ｃ），（ｄ）は容量を減少させた状態、をそれぞれ示す。

符号の説明

１０ ハウジング
１１ ケース
１２ フロントヘッド
１３ 吸入室
１５ 吐出室
２０ フロントサイドブロック
２８ 端面
３０ リヤサイドブロック
４０ シリンダ
４８ 圧縮室
４８（Ｃ） 圧縮行程に対応した圧縮室
４９ａ 内周面
５０ ロータ
５１ 回転軸
７０ バイパス通路
７１ バイパス孔開口部
７２ バルブ収容室
７３ 連通部
８０ スプール弁（バイパスバルブ）
８１ 凸部
８２ 先端面
８３ 外周面
８４ 着座面部
１００ コンプレッサ（容量可変型気体圧縮機）
Ｇ 冷媒ガス（気体）
Ｒ 冷凍機油
Ｓ１ バイパス孔開口部の開口面積
Ｓ２ 仮想面の面積（流路面積）

Claims (2)

1. 吸入した気体をシリンダで囲まれた内部において圧縮し、この圧縮された気体を吐出する圧縮機本体を有し、この圧縮機本体には、圧縮行程における前記気体の一部を、低圧空間に選択的に流出させるバイパス通路が形成されるとともに、このバイパス通路を開閉するバイパスバルブが備えられ、前記バイパスバルブの開閉により、吐出気体量を可変とした容量可変型気体圧縮機において、
   前記バイパス通路は、前記シリンダの内部に対して開口したバイパス孔開口部と、このバイパス孔開口部に連なり、前記バイパスバルブが収容されたバルブ収容室と、前記バルブ収容室から前記低圧空間に通じる連通部とからなり、
   前記バルブ収容室に収容された前記バイパスバルブは、前記バイパス孔開口部に突入して該バイパス孔開口部の周面に摺接する外周面を有する凸部と、この凸部に隣接するとともに前記外周面に対して略直交し、前記バイパス孔開口部に連なった前記バルブ収容室の内壁面に突き当る着座面部とを有し、
   前記凸部が前記バイパス孔開口部から前記バルブ収容室に退出した前記バイパスバルブの開位置は、前記凸部の先端と前記内壁面との間の距離と、前記凸部の周長との積によって算出される流路面積が、前記シリンダの壁面上における前記バイパス孔開口部の開口面積に対して２倍以上となるように設定されていることを特徴とする容量可変型気体圧縮機。
2. 前記圧縮機本体は、回転軸と一体的に回転するロータと、前記ロータの外周面の外方を取り囲むシリンダと、前記ロータの外周面から突出して、この突出した先端が前記シリンダの内周面に当接する、前記回転軸回りに等角度間隔で設けられた複数の板状のベーンと、前記ロータの両端面の側からそれぞれ、該ロータおよび前記シリンダを挟むように配設された２つのサイドブロックとを有し、前記回転軸の回転にしたがって、前記２つのサイドブロック、前記ロータ、前記シリンダ、および前記ロータの回転方向に相前後する２つの前記ベーンによって区画された圧縮室の容積が増減を繰り返すベーンロータリ形式の圧縮機本体であり、
   前記バイパス孔開口部は、前記圧縮室の容積が減少する圧縮行程に対応したサイドブロックに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の容量可変型気体圧縮機。
   
   

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