JP2006105064A

JP2006105064A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2006105064A
Application number: JP2004295128A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Otake; 真一大武
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】圧力損失が防止され且つ良好な油分離能力を有する潤滑油分離装置を備えた圧縮機を提供する。
【解決手段】圧縮機４のオイルセパレータ８０は、吐出室５８内に区画された円筒状の分離室８８と、吐出室５８にて開口する入口端及び分離室８８にて開口する出口端を有し、吐出室５８内の作動流体を分離室８８内に導入するための導入孔９４と、分離室８８内に設けられ、分離室８８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、その内部を通じて吐出ポートに向けて導出させる分離管９０とを含む。導入孔９４は、入口端が出口端よりも大の内径を有する。
【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好適した圧縮機に関する。

この種の冷凍回路用の圧縮機は作動流体としての冷媒を圧縮し、この冷媒には通常、潤滑油が含まれている。冷媒中の潤滑油は圧縮機内の摺動面や軸受等の潤滑のみならず、摺動面のシールにも役立つが、しかしながら、冷媒中の潤滑油量が多い場合、冷凍回路の冷房能力を低下させる要因となる。
このため、この種の圧縮機には潤滑油分離装置が内蔵され、この潤滑油分離装置は圧縮機内にて圧縮された冷媒が吐出室から吐出ポートに導かれるまでの過程にて、圧縮冷媒から潤滑油を分離する。より詳しくは、潤滑油分離装置は、吐出室と吐出ポートとの間に設けられた円筒状の分離室を有し、分離室内には油分離管が同心上に配置されている。吐出室と分離室との間は導入孔を介して連通され、導入孔は小さな流路断面積を有するとともに分離室の接線方向に延びている。この導入孔を介して分離室に導入された圧縮冷媒は、分離管の外周面に沿って螺旋状に流動し、この際、遠心分離の原理に基づき圧縮冷媒から潤滑油が分離されるものと考えられる（特許文献１）。
特開2001-295767号公報

しかしながら、上述した潤滑油分離装置の導入孔は、圧縮冷媒の流動方向でみて内径が一定であることから、吐出室から導入孔への圧縮冷媒の円滑な導入が阻害され、吐出室側の入口端にて圧縮冷媒の流れに乱れが生じ易い。このため、導入孔を通じて分離室内に導入されるべき圧縮冷媒の流速が低下し、分離室内にて、油分離管の回りの螺旋状の強力な流動を圧縮冷媒に付与することができない。このような状況下では、遠心分離の原理に基づく潤滑油分離装置はその油分離能力を十分に発揮できず、潤滑油を多く含む冷媒が冷凍回路内を循環し、冷凍回路の冷房能力が低下するという問題がある。また、導入孔通過時に圧縮冷媒の流れが乱れることで圧力損失が生じ、冷凍回路における成績係数の低下を招くという問題もある。

本発明は上述の事情に基づいてなされもので、その目的とするところは、圧力損失が防止され且つ良好な油分離能力を有する潤滑油分離装置を備えた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、本発明の圧縮機は、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た円筒状の分離室と、前記吐出室にて開口する入口端及び前記分離室にて開口する出口端を有し、前記吐出室内の作動流体を前記分離室内に導入するための導入孔と、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、前記導入孔は、前記入口端が前記出口端よりも大の内径を有することを特徴とする（請求項１）。

本発明の圧縮機によれば、導入孔の入口端が出口端よりも大きな内径を有するので、圧縮冷媒は導入孔の入口端に円滑に流入し、入口端にて、その流れに殆ど乱れが生じることはない。導入孔内での圧縮冷媒の流れは出口端に向かうに連れ絞られて加速され、そして、加速された圧縮冷媒の高速且つ強い流れが導入孔の出口端から分離室の内周壁に沿って噴出される。このとき、圧縮冷媒はその流れに殆ど乱れがないことから、高い指向性を存して噴出するので、分離室内を分離管回りにきれいな螺旋状を描きながら高速で流動し、この過程において、圧縮冷媒中の潤滑油は、遠心分離の原理に基づき効率的且つ十分に分離される。また、この構成によれば、導入孔の入口端に流入するとき、その流れが殆ど乱れないので、圧縮冷媒が導入孔を通過する際に生ずる圧力損失も抑制される。

好適な態様として、前記導入孔は、前記入口端から前記出口端に亘りテーパ状をなす（請求項２）。この場合、導入孔内にて圧縮冷媒の流れがスムーズに増速される。
好適な態様として、前記入口端の近傍部がテーパ状（請求項３）若しくは喇叭の先端形状をなす（請求項４）。これらの場合、導入孔へ流入する前に圧縮冷媒の流れが整流され、乱流発生による圧力損失が防止される。

請求項１〜４の圧縮機によれば、内蔵したオイルセパレータにより圧縮冷媒中の潤滑油量が効率的且つ十分に分離されるので、潤滑油含有量の少ない圧縮冷媒を外部に供給することができる。したがって、これらの圧縮機を車両の冷凍回路に適用すれば、その冷房能力が向上し、利用者の快適性向上や低燃費も達成可能である。
また、請求項１〜４の圧縮機によれば、圧縮冷媒がオイルセパレータの導入孔を通過する際に生ずる圧力損失が抑制されるので、この圧縮機を適用した車両の冷凍回路は成績係数が向上し、この点からも低燃費を達成可能である。

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。
冷凍回路の冷媒循環経路２には圧縮機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、圧縮機４は冷媒を圧縮して凝縮器６に送出し、これにより、冷媒が冷媒循環経路２を循環する。冷媒は潤滑油を含み、この冷媒中の潤滑油は圧縮機４内の軸受や種々の摺動面を潤滑するのみならず、摺動面を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内にはスクロールユニット４０が収容されている。このスクロールユニット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の自転が可動スクロール４２と駆動ケーシング１６との間に配置された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における端壁１８ａとの間に吐出室５８が形成されている。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に突き合わされることで、凹所６０側に吐出室５８を形成している。

固定スクロール４４は圧力室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。この凹所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からなり、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の外周壁とスクロールユニット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（図示しない）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、潤滑油分離装置（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、図３に拡大して示したように、潤滑油分離装置８０は、圧縮ケーシング１８の端壁１８ａに一体に形成された膨出部８２を有する。膨出部８２は吐出室５８内に向けて突出した柱状をなし、端壁１８ａの仕切壁６６から圧縮ケーシング１８の周壁まで上方に向けて延びている。膨出部８２内には円筒状の孔８４が圧縮ケーシング１８の外周壁から仕切壁６６まで形成され、孔８４の開口端はプラグ８６により閉塞されている。

図３でみて、孔８４の下部は分離室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、この大径部が孔８４に圧入されることで、孔８４、即ち、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の下端と仕切壁６６との間には所定の間隔が確保され、そして、分離室８８の内周面と分離管９０の小径部との間に環状空間が形成されている。更に、膨出部８２には環状空間と吐出室５８とを連通させる導入孔９４が上下に隣接して形成され、上側の導入孔９４は、上下方向でみて分離管９０の小径部の上端近傍、つまり環状空間の上端近傍に位置している。導入孔９４は、吐出室５８側の開口（入口端）が分離室８８側の開口（出口端）に比べて大きな内径を有し、好適な態様として、入口端から出口端に向かうに連れ徐々に内径が小さくなるテーパ状の内周壁を有する。導入孔９４の孔軸線は、圧縮ケーシング１８の軸線方向に延びる一方、図４に示したように、環状空間の接線方向に延びている。つまり、導入孔９４の孔軸線と直交する水平方向でみて、導入孔９４の出口端は分離室８８の中央よりも側方に位置付けられ、導入孔９４の孔軸線は分離管９０と交わらない。

再び図１を参照すると、孔８４の上部からは吐出ポート７８に向けて接続孔９６が形成され、この接続孔９６及び孔８４の上部が分離管９０と吐出ポート７８とを接続する内部通路を構成する。
一方、圧縮ケーシング１８の仕切壁６６は固定スクロール４４の仕切壁６４と協働して、吐出室５８の下側に貯油室１０２を形成し、この貯油室１０２は仕切壁６６に形成した油孔１０４を通じて分離室８８に連通している。更に、図１に示されているように、固定スクロール４４には貫通孔１０５が形成され、貫通孔１０５は貯油室１０２の下部から前述した吸入室７６に亘って延びている。この貫通孔１０５内には、貯油室１０２側にフィルタを有するオリフィスパイプ１０６が配置され、オリフィスパイプ１０６を介して貯油室１０２は吸入室７６に連通している。

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が自転することなく旋回運動する。このような可動スクロール４２の旋回運動は、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、冷媒には潤滑油が含まれているので、冷媒中の潤滑油は駆動ケーシング１６内の軸受２８，５２や、スクロールユニット４０内の摺動面等を潤滑し、また、摺動面、つまり、圧力室４６のシールにも役立つ。

吐出室５８内の圧縮冷媒は、導入孔９４の入口端が出口端よりも大きな内径を有することから、導入孔９４の入口端に円滑に流入し、入口端にてその流れに殆ど乱れが生ずることはない。導入孔９４内での圧縮冷媒の流れは、テーパ状の導入孔９４内で出口端に向かうに連れ絞られてスムーズに加速され、そして、加速された圧縮冷媒の高速且つ強い流れが導入孔９４の出口端から分離室８８の環状空間の接線方向、つまり分離室８８の内周壁に沿って噴出される。このとき、圧縮冷媒は流れに乱れが殆どないので、高い指向性を保ちながら高速で噴出し、そして、分離室８８の環状空間を分離管９０の外周面に沿って旋回しながら下降する。この過程にて、圧縮冷媒中の潤滑油は遠心分離の原理に基づいて冷媒から分離されるが、この潤滑油分離装置８０では、圧縮冷媒がその指向性に基づいて分離管９０回りにきれいな螺旋を描きながら高速で流れるため、潤滑油が効率的に遠心分離される。この後、圧縮冷媒は分離管９０及び前述した内部通路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。

一方、圧縮冷媒から分離された潤滑油は、分離室８８の内周面に付着してから流下し、そして、油孔１０４を通じて貯油室１０２に導かれ、この貯油室１０２に蓄えられる。貯油室１０２は分離室８８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く、それ故、貯油室１０２内の潤滑油は貯油室１０２と吸入室７６との間の圧力差に基づき、オリフィスパイプ１０６を通じて吸入室７６に向けて戻される。潤滑油がオリフィスパイプ１０６から吸入室７６内に向けて噴出される際、潤滑油は霧化し、吸入室７６内の冷媒に混入される。

上述の説明から明らかなように、潤滑油分離装置８０の油分離能力が高いことから、圧縮機４から凝縮器６側に供給される圧縮冷媒中の潤滑油量は少ないので、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、この圧縮機４は、圧縮冷媒が潤滑油分離装置８０の導入孔９４の入口端に流入するときにその流れが殆ど乱されず、圧縮冷媒が導入孔通過する際の圧力損失が低減されるので、冷凍回路の成績係数が向上する。

一方、潤滑油分離装置８０で分離された潤滑油は圧縮機４の吸入室７６に戻されるので、駆動ケーシング１６内やスクロールユニット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。
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、導入孔９４は上下に２つ形成されているが、導入孔９４は１つ又は３つ以上であってもよく、上下に並んでいなくてもよい。

そして、一実施例の場合、導入孔９４は入口端から出口端に亘りテーパ状をなしているが、図５に示される潤滑油分離装置８０の導入孔１０８は、入口端から所定の長さに亘るテーパ部１１０を有し、このテーパ部１１０の内端から導入孔１０８の出口端までは内径が一定である。また、図６に示される潤滑油分離装置８０の導入孔１１２は、入口端近傍が喇叭の先端形状をなし、吐出室５８に向かうに連れ大きな変化率で拡径されている。これら導入孔１０８，１１２によれば、導入孔１０８，１１２内に流入する前に圧縮冷媒の流れが整流され、乱流の発生による圧力損失が防止される。

なお、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。

車両用空調システムの冷凍回路に適用された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中、II-II線に沿う横断面図である。図１の圧縮機における潤滑油分離装置近傍を拡大して示した図である。図３の潤滑油分離装置における油分離室の横断面図である。変形例の圧縮機の一部を示した図である。他の変形例の圧縮機の一部を示した図である。

符号の説明

５８吐出室
８０潤滑油分離装置（オイルセパレータ）
８８分離室
９０分離管
９４導入孔

Claims

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た円筒状の分離室と、
前記吐出室にて開口する入口端及び前記分離室にて開口する出口端を有し、前記吐出室内の作動流体を前記分離室内に導入するための導入孔と、
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、
前記導入孔は、前記入口端が前記出口端よりも大の内径を有する
ことを特徴とする圧縮機。
前記導入孔は、前記入口端から前記出口端に亘りテーパ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。
前記導入孔は、前記入口端の近傍部がテーパ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。
前記導入孔は、前記入口端の近傍部が喇叭の先端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。