JP2006291732A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の高速回転化に伴い、圧縮機の幅広い回転数において最適なＯＣＲに制御し、最適なシステム効率確保すると共に圧縮機の信頼性・耐久性を確保すること。
【解決手段】圧縮機構により圧縮された気流体を分離室へ導入する導入孔を２個以上有し、前記２個以上の導入孔のうち１個以上の導入孔が開閉可能であり、開状態の時、分離室内の旋回流れが乱される位置に開口させてある。圧縮機回転数が低速から中速の領域においては、第一導入孔以外を閉じた状態に制御し、圧縮機回転数が高速の領域においては、前記第一導入孔以外を開いた状態に制御し、意図的に分離室内の旋回流れを乱すことにより潤滑油分離効率を悪化させるようにしたものである。これによって、サイクル中の潤滑油量を制御することが出来、高効率なシステム効率と圧縮機の信頼性・耐久性を確保する最適なＯＣＲを確保することが出来る。
【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などに用いられる圧縮機に関するものである。

従来、この種の自動車空調用圧縮機は、圧縮機構摺動部を潤滑する潤滑油の一部が圧縮された気流体に混入し圧縮機から冷凍・空調サイクル中（以下サイクル中という）に吐出され、サイクル中を循環することとなり、気流体と共に吐出される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（熱効率）が低下することは従来からよく知られている。また圧縮機のクリアランスの狭い部分の潤滑は、気流体に混入した潤滑油により潤滑作用の補助がされ信頼性・耐久性を確保していることも知られている。特に圧縮機が高速回転になるほど気流体に混ざった潤滑油が必要とされ、その量が少なすぎると圧縮機の信頼性・耐久性に影響してくる。かかる事情からシステム効率の向上を図るため、圧縮機構により圧縮された気流体に混入した潤滑油の一部を分離しサイクル中に吐出するようにしている。そのような例として、圧縮機構の吐出側に、圧縮された流体から潤滑油を分離する遠心分離式の分離室を設けた圧縮機が公知となっている（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−９０２８６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、圧縮された気流体が分離室に導入され遠心力により旋回し、前記気流体に含まれる潤滑油の一部が分離され貯油室に貯えられる潤滑油の分離効率は圧縮機の回転数が高いほど高い分離効率を発揮し、サイクル中の気流体に混入する潤滑油の量は圧縮機が高速回転になるほど少なくなりシステム効率が良くなる。しかしながら圧縮機が高速回転になるほどサイクル中の潤滑油が少なくなるという課題があった。

近年の自動車空調用圧縮機は、高効率・軽量化の要求があり、大容量の圧縮機に対し排気量を小さくして小型軽量な圧縮機の回転数を上げて使用する傾向が出て来た。

従って、このような圧縮機の高速回転化に伴いサイクル中へ吐出する気流体に混入する潤滑油の量（以後ＯＣＲという）を最適な量に制御し圧縮機の信頼性・耐久性が損なわないようにする必要が出て来る。

本発明は、前記従来の課題を補うもので、高速回転化に伴う幅広い圧縮機回転数で最適な潤滑油分離効率を可能とした潤滑油分離機構を備え、最適なシステム効率、信頼性・耐久性の向上を図ることが出来る圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機は、圧縮機構により圧縮された気流体を分離室へ導入する導入孔を２個以上有し、前記２個以上の導入孔のうち１個以上の導入孔が開閉可能であり、開状態の時、分離室内の旋回流れが乱される位置に開口させてある。圧縮機回転数が低速から中速の領域においては、第一導入孔以外を閉じた状態に制御し、圧縮機回転数が高速の領域においては、前記第一導入孔以外を開いた状態に制御し、意図的に分離室内の旋回流れを乱すことにより潤滑油分離効率を悪化させるようにしたものである。

これによって、サイクル中の潤滑油量を制御することが出来、最適なシステム効率と圧縮機の信頼性・耐久性を確保する最適なＯＣＲを確保することが出来る。

請求項１に記載の発明は、圧縮機構により圧縮された気流体を分離室へ導入する導入孔を２個有し、前記２個の導入孔のうち１個の導入孔が開閉可能であり、開状態の時、分離室内の旋回流れが乱される位置に開口していることを特徴とし、圧縮機の回転数により前記第二導入孔を開閉することを可能とすることにより、中速以下の圧縮機回転数の領域では潤滑油分離効率を高めシステム効率を向上させ、またシステムの冷房能力は十分に確保されているような高速以上の圧縮機回転数の領域では潤滑油分離効率を意図的に低下させることで、圧縮機の信頼性をさらに向上させることができる。

請求項２に記載の発明は、第二導入孔を開閉制御する開閉板の作動方向が、気流体が分離室に導かれる方向に対して反力を受けにくい方向であることを特徴とすることにより、開閉板の作動は気流体の反力を受けることなくスム−スに安定して作動することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、第二導入孔が開状態の時、分離室内の旋回流れが乱される位置に開口し、導入孔の開口面積が徐変するような形状であることにより、分離室内の旋回流れを乱す気流体の流量は徐々に増加し、第二導入孔が開状態におけるＯＣＲの変化が急激なものとならず除変することによりシステムの冷房性能の急変を防ぐことができる。

請求項４に記載の発明は、導入孔が３個以上設置され、常時開状態の１個の導入孔を除いた他の導入孔が開閉可能であり、開となる条件が異なることにより開口面積が段階的に変化し、分離室内の旋回流れが乱される位置に開口していることにより請求項3と同様の効果をより確実に達成することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、導入孔を２個以上有し、前記２個以上の導入孔のうち１個以上の導入孔が開閉可能であり、開状態の時、分離室内の旋回流れが乱される位置に開口しており、開閉するために設置された開閉板が周囲の温度により開閉制御することが可能な構成となっていることにより、圧縮機の信頼性に影響のある吐出温度を直接感知し、吐出温度に応じて第一導入孔以外の導入孔が開閉制御され、ＯＣＲを制御することで吐出温度を相対的に低下させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本出願にかかる発明の一部が適用された圧縮機の縦断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図（作動室断面図）、図３は図１のＣ部Ｂ−Ｂ断面図である。

図に示した圧縮機は、いわゆるベーンロータリタイプの圧縮機であり、図示したように、円筒状の内壁を有するシリンダ１内に略円柱状のロータ２が配置されている。ロータ２は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位置に配置されている。ロータ２には複数のべ一ンスロット３が設けられ、それぞれのべ一ンスロット３内にはベーン４が摺動自在に挿入されている。ロータ２は回転自在に軸支された駆動軸５と一体的に形成されている。シリンダ１及びロータ２はロータ２の回転軸方向において前部側板６及び後部側板７の間に挟み込まれており、シリンダ１の両端はこれらにより閉塞されシリンダ内に流体圧縮のための作動室８が形成されている。

作動室８には吸入孔９及び吐出孔１０が連通し、冷媒ガス等の気流体は吸入孔９から作動室８に吸入されて圧縮された後、吐出孔１０から吐出される。吐出孔１０の出口には、例えばリード弁からなる吐出弁１１が配設されている。後部側板７の後部側には高圧ケース１２が取り付けられており、高圧ケース１２には作動室８にて圧縮された冷媒ガスに含まれるミスト状の潤滑油を分離、収集する分離室５１が設けられている。

作動室８にて圧縮され吐出孔１０から吐出された気流体はシリンダ１、後部側板７及び高圧ケース１２に連続して設けられた案内通路１３により案内され、分離室５１の側壁に形成された第一導入孔５３を介して分離室５１内に導入される。分離室５１の上部には分離室にて潤滑油が分離された冷媒ガスを排気するガス排出孔５８が開口し、分離室５１の下部には分離室にて冷媒ガスから分離、収集された潤滑油の排出される排油孔５４が開口している。分離室５１からガス排出孔５８を介して排出される冷媒ガスは冷凍・空調サイクルを循環し、やがて上述した吸入孔９に帰還し、再び圧縮されてサイクルを循環する。分離室５１下部に開口した排油孔５４は高圧ケース１２及び後部側板７の相互間に形成された貯油室５２に連通する。従って、分離室にて冷媒ガスから分離、収集された潤滑油は、排油孔５４を通じて貯油室５２に貯留される。

貯油室５２に貯留された潤滑油は、給油通路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の外側へ付勢する働きをする。

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通路１８を介して行われ、給油通路１８にはベーン背圧調整装置１６を介して貯油室に貯留されている潤滑油が供給される。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冷媒ガス圧力に応じて制御する。

ところで、分離室壁面には常に開口している前述の第一導入孔と、開閉可能であり、開状態の時、分離室内の旋回流れが乱される位置に開口している第一導入孔以外の１個以上の導入孔を備えている。

以下、上述した実施例にかかる圧縮機の動作について説明する。

車載エンジンなどの駆動源から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、これに伴い低圧の冷媒ガスが吸入孔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の冷媒ガスは吐出孔１０より吐出弁１１を押し上げて案内通路１３内に流入する。更に、高圧の冷媒ガスは導入孔５３を通り分離室５１内に導入され、分離室にて冷媒ガスに含まれる潤滑油が分離、収集される。

ところで、分離室５１はいわゆる遠心分離式のオイルセパレータであり、図１に示したように、互いに結合された円柱状空間部と逆円錐状空間部とから構成される。第一導入孔５３は分離室５１の円柱状空間部中心軸から偏心して設けられ、分離室内に導入される冷媒ガスを円柱状空間部の接線方向に導くように、すなわち、冷媒ガスを円柱状空間部の内周面４９に沿って分離室５１内に導入し得るように設けられている。したがって、分離室５１内に導入された冷媒ガスは分離室内で周方向に旋回し、旋回による遠心力の働きにより比重の大きい潤滑油が分離室内壁に接触して冷媒ガスから分離される。

分離された潤滑油は内周面４９に沿って下方に移動し、逆円錐状空間部により中央部に凝集される。

ここで、例えば第一導入孔以外の導入孔は分離室５１の円柱状空間部中心軸から偏心して設けられ、分離室内に導入される冷媒ガスを円柱状空間部の接線方向に導き、第一導入孔とは反対側の接線方向に設置され、旋回流れが乱される位置に開口しており、バイメタルなどの材料にて作成された開閉板により周囲温度が高くなると第一導入孔以外の導入孔が開くように構成されている。

圧縮機の回転数が中速以下の場合、サイクル内を循環する冷媒量は少なく、システム効率（熱交換器の効率）を高めるためにＯＣＲを低く保つ事が求められる。また、圧縮機の回転数が中速以下の場合は冷媒循環量は少なく、高圧圧力は高くなりにくいため、吐出温度も高くなることはない。よって圧縮機の信頼性の面からもＯＣＲは低くて良い領域である。この場合、高圧室１４を通過する冷媒の温度は相対的に高くなく、第一導入孔以外の導入孔を塞ぐように、分離室の壁に設置された開閉板のバイメタルの特性を設定する。この場合には、従来の遠心分離式の分離室を設けた圧縮機と同様の動作を示すこことなり、分離室５１内に導入された冷媒ガスは分離室内で周方向に旋回し、旋回による遠心力の働きにより比重の大きい潤滑油が分離室内壁に接触して冷媒ガスから分離される。その結果、高い潤滑油分離効率を発揮し、ＯＣＲを低く保つ事ができる。

圧縮機の回転数が高速の場合、サイクル内を循環する冷媒量は多く、システム効率（熱交換器の効率）をＯＣＲを低めることでさらに高める必要はない。また、圧縮機の回転数が高速の場合は冷媒循環量は多く、高圧圧力は高くなり易いため、吐出温度も高くなる。よって圧縮機の信頼性の面からもＯＣＲは高くすべき領域である。この場合、分離室に導かれる冷媒の温度は相対的に高く、ある温度以上にて開閉板が開くように、分離室側壁に設置された開閉板のバイメタルの特性を設定する。この場合には、従来の分離室の壁面に導入孔が１個設けた圧縮機とは異なる動作を示すこことなり、本実施形態では、バイメタルなどで形成された開閉板が周囲温度により変形し、第二導入孔は開状態となり、第二導入孔から導かれた冷媒ガスは、第一導入孔から導かれた冷媒ガスと分離室内で衝突し分離室の内壁に沿った旋回流れが発生しにくいため潤滑油分離効率は低下する傾向となり、結果的にＯＣＲを高くすることとなる。

よって、従来の遠心分離式潤滑油分離装置と、本発明による遠心分離式潤滑油分離装置の、圧縮機回転数とＯＣＲの関係は図７の改善Ａのようになる。

（実施の形態２）
本形態では、図４に示すように請求項１の開閉板に対して取り付け方向を９０度ずらしており、第二導入孔に導かれる高速の気流体の反力を受けることなく、スム−スに確実に開閉板を作動させることができる。

（実施の形態３）
本形態では、バイメタル等で構成された開閉板が周囲の気流体の温度により変形し、第二導入孔を開けることとなるが、第二導入孔の開口形状を図５のような略三角形状とすることで、その開口面積は徐々に増加することとなり、第二導入孔を通過する気流体の流量は徐々に増加し、第一導入孔から導かれた気流体を乱す気流体が徐々に増加することとなる。よって第二導入孔が開口する場合のＯＣＲの変化は徐々に変化し、冷房性能が急変することを防止できる。

（実施の形態４）
本形態では、バイメタル等で構成された開閉板が周囲の気流体の温度により変形し、第一導入孔以外の導入孔を開けることとなるが、第一導入孔以外の導入孔を図５のように２個以上設置し、第一導入孔以外の導入孔を開閉する開閉板のバイメタルの特性を異なるものに設定する。たとえば図６の右上の導入孔（第二導入孔という）の開閉板のバイメタル
の特性を１００℃で変形するように設定し、図６の右下の導入孔（第三導入孔という）の開閉板のバイメタルの特性を１３０℃で変形するように設定しておく。よって、第二導入孔は周囲の気流体の温度が１００℃以上になる開口し、第三導入孔は周囲の気流体の温度が１３０℃以上になると開口することとなるため、周囲の気流体の温度に応じて開口面積は増加し、第一導入孔以外の導入孔を通過する気流体の流量は徐々に増加し、第一導入孔から導かれた気流体を乱す気流体が徐々に増加することとなる。よって第二導入孔が開口する場合のＯＣＲの変化は徐々に変化し、図７の改善Ｂのような特性となり冷房性能が急変することを確実に防止できる。

なお、上述の実施例では、圧縮機としてスライディングベーン型ロータリ圧縮機を例に採り説明したが、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にも適用可能である。

以上のように本発明にかかる圧縮機では、幅広い圧縮機回転数にて高い潤滑油分離効率を発揮でき、さらに高速回転での圧縮機の信頼性を確保可能となるので、家庭用空調装置等の用途にも適用できる。

本発明の実施形態１における圧縮機の縦断面図 図１のＡ−Ａ断面図（作動室断面図） 図１のＣ部Ｂ−Ｂ断面図 本発明の実施形態２における要部断面図 本発明の実施形態３における要部断面図 本発明の実施形態４における要部断面図 従来の遠心分離式潤滑油分離装置と、本発明による遠心分離式潤滑油分離装置の、圧縮機回転数とＯＣＲの関係を表すグラフ

符号の説明

１ シリング
２ ロ一夕
３ ベーンスロット
４ ベーン
５ 駆動軸
６ 前部側板
７ 後部側板
８ 作動室
９ 吸入孔
１０ 吐出孔
１１ 吐出弁
１２ 高圧ケース
１３ 案内通路
１４ 高圧室
１６ ベーン背圧調整装置
１７ ベーン背圧室
１８ 給油通路
４９ 内周面
５１ 分離室
５２ 貯油室
５３ 導入孔
５４ 排油孔
５５ 貯油室側油面
５６ 分離室側油面
５７ 分離壁
５８ ガス排出孔
６０ 連通路開閉板
６１ ボルト
６２ シ−ル材
６３ 連通路

Claims (5)

1. 潤滑油を含む気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気流体が導入されて旋回し、この旋回による遠心力により前記気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を備えた圧縮機であって、前記分離室は導入された気流体が旋回する柱状空間部を有すると共に、前記分離室へ前記圧縮機構により圧縮された気流体を導入する導入孔を２個有し、前記２個の導入孔のうち１個の導入孔が開閉可能であり（以下常時開の導入孔を第一導入孔、開閉可能な導入孔を第二導入孔という）、第二導入孔が開状態の時に分離室内の旋回流を乱す位置に開口していることを特徴とする圧縮機。
2. 第二導入孔を開閉制御する開閉板の作動方向が、気流体が分離室に導かれる方向に対して反力を受けにくい方向であることを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
3. 第二導入孔が開状態の時、分離室内の旋回流れが乱される位置に開口し、導入孔の開口面積が徐変するような形状であることを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
4. 導入孔が３個以上設置され、常時開状態の１個の導入孔を除いた他の導入孔が開閉可能であり、開となる条件が異なることにより開口面積が段階的に変化し、分離室内の旋回流れが乱される位置に開口していることを特徴とする圧縮機。
5. 導入孔を２個以上有し、前記２個以上の導入孔のうち１個以上の導入孔が開閉可能であり、開状態の時、分離室内の旋回流れが乱される位置に開口しており、開閉するために設置された開閉板が周囲の温度により開閉制御することが可能な構成となっていることを特徴とする圧縮機。