JP2008014174A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】空調システム中の潤滑油量（ＯＣＲ）に関するもので、高速時ＯＣＲが低くなり圧縮機の信頼性・耐久性を損なうため、分離室における圧縮機の高速回転時に潤滑油分離効率が高くならないようにすること。
【解決手段】分離室５１は導入された気流体が旋回する２つの柱状空間部を有し、各々の柱状空間部には第１の導入孔５３、第２の導入孔５４があり、高圧室１４と分離室５１が連通することにより、圧縮機の高速回転時冷媒ガスの流速が速くなると、第２の導入孔より分離室５１に導かれた冷媒ガスのほとんどは、ガス排出口より空調システム中に排出されるようになるため、圧縮機の高速回転時にＯＣＲが低くなりすぎないので、圧縮機の信頼性・耐久性を向上することになる。
【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、この種の圧縮機においては、圧縮機構摺動部を潤滑する潤滑油の一部が圧縮された流体と共に圧縮機から吐出され、冷凍・空調サイクル中を循環することとなる。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、一般的に冷凍サイクル中の潤滑油循環率（以下ＯＣＲという）は、高速状態（圧縮機回転数が高い状態）においては、冷凍サイクルの能力は十分に確保されている場合が多く、圧縮機の信頼性向上を図るため、サイクル中に循環する潤滑油を増加させる（ＯＣＲを高める）ことが望まれ、また低速から中速状態においては、ＯＣＲが低くさせ冷凍サイクルの能力を向上させることが望まれる。

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流体から、そこに含まれる潤滑油を極力分離した後、該流体をシステム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及び２参照）。

かかる圧縮機では、圧縮機構により圧縮され潤滑油を含む高圧の冷媒ガスが、遠心分離式の分離室に導かれ、略円柱状の分離室内を旋回し、旋回による遠心力により冷媒ガスに含まれるミスト状の潤滑油が分離室内壁に接触することで冷媒ガスから分離されるようになっている。
特開平１１−８２３５２号公報 特開２００１−２９５７６７号公報

しかしながら、前記従来の圧縮機においては、圧縮機が高速回転になるほど、分離室内の冷媒の旋回流も速くなり、潤滑油の分離効率が向上し空調システムの冷凍サイクル中の冷媒に含まれる潤滑油量が減り空調システムの効率が向上する。しかし、空調システムの冷凍サイクル中へ吐出する潤滑油が少なくなりすぎると冷媒中に含有される潤滑油の量が少なくなり冷凍サイクル中のオイル循環率が過度に少なくなるので、圧縮機構の摺動部の潤滑性が悪くなり、延いては、圧縮機構の焼き付き等の原因になり、圧縮機の耐久性が低下するという課題を有していた。

そこで本発明は上述の従来の課題に鑑み、実使用域の中速・低速回転時には潤滑油の分離効率を高めて空調システムの効率を向上させ、圧縮機が高速回転で運転している時には冷凍サイクル中の冷媒に含有する潤滑油量が過度に少なくなることを抑制し耐久性を向上するようにした圧縮機を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の圧縮機は、分離室に気流体が旋回する少なくとも２つ以上の柱状空間部を有し、各柱状空間部には導入孔を少なくても１つ設けたものである。そして圧縮機の吐出口に近い少なくても１つの柱状空間部の導入孔から吐出される流体は、圧縮機の吐出口方向に向かい、冷媒ガス中のほとんどの潤滑油が分離されずシス
テム中に吐出するようにしたものである。すなわち、冷媒ガス中の潤滑油が分離されないようにシステム中に吐出するようにしたものである。また、そのほかの少なくても１つの導入孔から吐出される流体は、圧縮機の鉛直下部方向である吐出口と反対側に向かう旋回流になるようにし、冷媒ガスより潤滑油を分離するようにしたものである。

これによって、それぞれの導入孔の大きさ等を変え選択すれば、システム中への吐出される潤滑油量をコントロールすることが可能となる。

本発明の圧縮機は、実使用域の低回転時には潤滑油の分離効率を高めて空調システムの効率を向上させ、圧縮機が高回転で運転している時には冷凍サイクル中の冷媒に含有する潤滑油量が過度に少なくなることを抑制し耐久性・信頼性を向上することができる。

第１の発明は分離室に気流体が旋回する少なくとも２つ以上の柱状空間部を有し、各々の柱状空間部には少なくとも１つ以上の導入孔を設けることにより、柱状空間部が増え導入孔が増えることにより、分離室で分離される潤滑油量を変えられるため、システム中の潤滑油量をコントロールすることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の導入孔の開口を分離室内の旋回流と同一方向とすることにより、分離室内の流体の流れが壁面に沿うように旋回するため分離効率を向上することができる。

第３の発明は、圧縮機のガス排出口に近い少なくても１つの前記柱状空間部の導入孔から吐出される流体は、圧縮機のガス排出口方向に向かうようにすることにより、冷媒ガス中のほとんどの潤滑油が分離されずシステム中に吐出するようにしたものである。これによって、それぞれの導入孔の大きさ等を調整すれば、システム中への吐出される潤滑油量を調整する手段が安価に可能となる。

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）である。

同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。

前記シリンダ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。

前記作動室８には吸入口９及び吐出口１０が連通し、冷媒ガス等の気流体は吸入口９から作動室８に吸入されて圧縮された後、吐出口１０から吐出される。吐出口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。

前記後部側板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。

前記作動室８にて圧縮され、吐出口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の導入孔５３、第二の導入孔５４を介して高圧室１４より分離室５１内に導入される。前記分離室５１の上部には、分離室５１にて潤滑油が分離された冷媒ガスを排気するガス排出口５７が開口し、分離室５１の下部には分離室５１にて冷媒ガスから分離、収集された潤滑油が貯油室５２に排出される排油孔５５を開口している。

前記分離室５１からガス排出口５７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口９に帰還し、再び圧縮されて前述のサイクルを循環する。分離室５１下部に開口した排油孔５５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５５を通じて貯油室５２に貯留される。

前記貯油室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５２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。貯油室５２内上部に溜まったガスを再導入孔５６を介して再度分離室内に導入する。これによって、貯油室５２内の油面上昇が促進され、分離能力の向上を図ることができる。

以下、上述した実施の形態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の冷媒ガスは吐出口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、高圧の冷媒ガスは第１の導入孔５３、第２の導入孔を通り分離室５１内に導入され、分離室５１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、前記分離室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Ｘと逆円錐状空間部Ｙとから構成される。第１の導入孔５３、第２の導入孔５４は、分離室５１の円柱状空間部Ｘの中心軸から偏心して設けられ、分離室５１内に導入される冷媒ガスを円柱状空間部Ｘ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Ｘの内周面５０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。

従って、分離室５１内に導入された冷媒ガスは分離室５１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５１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Ｙにより中央部に凝集される。

ここで、一般的に冷凍サイクル中の潤滑油循環率（ＯＣＲ）は、圧縮機回転数に対して
前述したように次のような特性が望まれる。まず車両の車速が低速から中速域においては、すなわち圧縮機回転数が低速域から中速域においてはＯＣＲが低く、次に車両の車速が高速域の場合は、すなわち圧縮機回転数が高速域においてはＯＣＲが比較的高いことが望まれる。

本実施の形態では、図１に示すように柱状の分離室５１を２つにし、ガス排出口５７に近い分離室５１の柱状部を径で１ミリ程度大きくしている。また段差の位置は、図１に示す位置がいい。また、それぞれに第一の導入孔５３と第２の導入孔を１つずつ設けている。導入孔の大きさは、圧縮機圧縮機の排気量により違うが、圧縮機の排気量が８０ｃｃ程度では、第１の導入孔５３の大きさをφ６．５ぐらいにし、第２の導入孔５４をφ２ほどがいい。但し、導入孔の大きさは、空調システム、圧縮機の排気量等で最適な大きさが変わるので、たとえ排気量が同じでも空調システムにより最適な大きさが同じとは言えないので実験等で確認し設定する必要がある。

これによって、圧縮機回転数の低速・中速域場合は、圧縮室で圧縮された冷媒ガスは、案内通路１３を通って第１の導入孔５３、第２の導入孔５４より分離室５１に導かれ、そして分離室５１内において旋回による遠心力により高いオイル分離効率を発揮される。

次に高速の場合は、前述の中速以下の場合と比較して冷媒ガスの流速が速くなるため、第２の導入孔５４から分離室５１に導かれた冷媒ガスのほとんどは、ガス排出口５７からシステム中に排出される。また、第１の導入孔から分離室５１に導かれた冷媒ガスのほとんどは、遠心分離にて潤滑油が分離され貯油室５２に貯留される。従って、圧縮機回転数が低速・中速域においてはＯＣＲが低くなり、車両の車速が高速域の場合には、ＯＣＲが高くなり、冷凍サイクルの能力を向上できる。

なお、上述の実施の形態では、圧縮機としてベーン型ロータリ圧縮機を例に説明したが、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。

また、潤滑油の分離方式についても、旋回式に限らず衝突式、濾過式等他の方式であっても同様の効果が期待できる。

さらに、分離室の柱状空間部は３つでも４つでも幾つあってもよいし、各柱状空間部には導入孔が１つ以上あってもよいし、全部の柱状空間部各々に無くてもよい。導入孔の大きさも本実施の形態の大きさにしなくてもよい。

本発明の一部が適用された実施の形態を示す圧縮機の縦断面図 図１のＡ−Ａ断面図

符号の説明

１ シリンダ
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 吸入口
１０ 吐出口
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
５０ 内周面
５１ 分離室
５２ 貯油室
５３ 第１の導入孔
５４ 第２の導入孔
５５ 排油孔
５６ 再導入孔
５７ ガス排出口

Claims (3)

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前記気流体が導かれる高圧室と、前記気流体に含まれる潤滑油の少なくとも一部が旋回流により遠心分離する分離室と、前記分離室にて前記気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る圧縮機において、前記分離室は導入された気流体が旋回する少なくとも２つ以上の柱状空間部を有し、前記各々の柱状空間部には少なくとも１つ以上の導入孔があり、前記高圧室と前記分離室が連通していることを特徴とする圧縮機。
2. 前記導入孔は、分離室内の旋回流と同一方向となるように、前記分離室の円周内壁面の接線方向に向けて開口したことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 圧縮機のガス排出口に近い少なくても１つの前記柱状空間部の導入孔から吐出されるほとんどの流体は、圧縮機のガス排出口方向に向かい空調システム中へ吐出されることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機。

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