以下、本発明の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、本発明に係る気体圧縮機の一実施形態であるベーンロータリ式コンプレッサ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(ケース11を省略)を示す図である。なお、図1は、図2におけるB−B線に沿った断面図に相当する。
図示のコンプレッサ100は、例えば、冷却媒体の気化熱を利用して冷却を行なう空気調和システム(以下、単に空調システムという。)の一部として構成され、この空調システムの他の構成要素である凝縮器、膨張弁、蒸発器等(いずれも図示を省略する。)とともに、冷却媒体の循環経路上に設けられている。
そして、コンプレッサ100は、空調システムの蒸発器から取り入れた気体状の冷却媒体としての冷媒ガスGを圧縮し、この圧縮された冷媒ガスGを空調システムの凝縮器に供給する。凝縮器は、圧縮された冷媒ガスGを液化させ、高圧で液状の冷媒として膨張弁に送出する。
高圧で液状の冷媒は、膨張弁で低圧化され、蒸発器に送出される。低圧の液状冷媒は、蒸発器において周囲の空気から吸熱して気化し、この気化熱との熱交換により蒸発器周囲の空気を冷却する。
また、コンプレッサ100は、ケース11とフロントヘッド12とからなるハウジングの内部に収容された圧縮機本体と、フロントヘッド12に取り付けられ、図示しない駆動源からの駆動力を圧縮機本体に伝える伝達機構13とを備える。そして、伝達機構13は、フロントヘッド12に対して、ラジアルボールベアリング14により回転自在に支持されている。
ケース11は、一端開放の筒状体を呈し、フロントヘッド12は、このケース11の開放された部分を覆うように組み付けられている。また、フロントヘッド12には、蒸発器から低圧の冷媒ガスGが吸入される吸入ポート12aが形成され、この吸入ポート12aには、冷媒ガスGの逆流を防ぐ逆止弁12bが設けられている。一方、ケース11には、圧縮機本体で圧縮された高圧の冷媒ガスGを凝縮器に吐出する吐出ポート11aが形成されている。
ハウジング内に収容された圧縮機本体は、伝達機構13によって軸回りに回転駆動される回転軸51と、この回転軸51と一体的に回転する円柱状のロータ50と、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を有するとともに両端が開放されたシリンダ40と、ロータ50の外周に、外方に向けて突出可能に埋設され、その突出側の先端がシリンダ40の内周面49aの輪郭形状に追従するように突出量が可変とされ、回転軸51回りに等角度間隔でロータ50に埋設された5枚の板状のベーン58と、シリンダ40の両側開放端面の外側からそれぞれ開放端面を覆うように固定されたフロントサイドブロック30およびリヤサイドブロック20とからなる。
そして、2つのサイドブロック20,30、ロータ50、シリンダ40、および回転軸51の回転方向(図2において矢印で示した時計回りの方向)に相前後する2つのベーン58,58によって画成された各圧縮室48の容積が、回転軸51の回転にしたがって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を圧縮して吐出するように構成されている。
なお、ロータ50の両端面側からそれぞれ突出した回転軸51の部分のうち一方の部分は、フロントサイドブロック30の軸受部32に軸支されるとともに、フロントヘッド12を貫通して外方まで延び、この貫通部分がフロントヘッド12により軸支され、外方に延びた部分が伝達機構13に連結されている。同様に回転軸51の突出部分のうち他方の側は、リヤサイドブロック20の軸受部22により軸支されている。
そして、フロントヘッド12による回転軸51の支持と、両サイドブロック20,30の外周部がOリング等によりケース11,フロントヘッド12の内周面に保持されることとによって、圧縮機本体はハウジング内の所定位置に保持されている。
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20とケース11とにより吐出室21が形成され、一方、フロントサイドブロック30とフロントヘッド12とにより吸入室34が形成され、吐出室21は吐出ポート11aに連通し、吸入室34は吸入ポート12aに連通している。
なお、吸入室34と吐出室21とは、前述したOリング等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20には、冷凍機油Rを冷媒ガスGから分離するためのサイクロンブロック60が取り付けられており、このサイクロンブロック60は吐出室21内に配置されている。
ここで、圧縮機本体の回転軸51の部分のうち、フロントサイドブロック30の軸受部32に支持された部分よりも外側部分には、リップシール15が配置されている。このリップシール15は、回転軸51を通じてハウジングの外部に冷凍機油Rが漏れるのを阻止している。
また、吐出室21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、ベーン58をシリンダ40の内周面49aの方向に突出させて、その先端を内周面49aに当接させた状態に付勢するように、ベーン58に背圧を作用させる冷凍機油Rが溜められている。
すなわち、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、前述のベーン58が挿入され、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およびベーン58の底面によって画成された背圧室59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、回転軸51の回転に伴って、この先端は内周面49aに追従する。
これにより、シリンダ40と、ロータ50と、回転軸51の回転方向について相前後する2つのベーン58,58と、フロントサイドブロック30と、リヤサイドブロック20とにより画成された各圧縮室48は、ロータ50の回転にしたがって容積の変化を繰り返す。
また、フロントサイドブロック30には、吸入室34と圧縮室48とを連通させるフロント側吸入口31が開口しており、吸入ポート12aから吸入室34に導入された冷媒ガスGは、このフロント側吸入口31を介して圧縮室48に吸入される。
一方、シリンダ40の外周の一部には凹部が形成され、この凹部は、両サイドブロック20,30の各内側端面とケース11の内周面とによって囲まれた吐出チャンバ45を形成している。
そして、この吐出チャンバ45が形成されて薄肉化されたシリンダ40のうち、冷媒ガスGの圧縮行程に対応した圧縮室48に臨む部分に、圧縮室48内の冷媒ガスGを圧縮室48の外部、すなわち吐出チャンバ44に吐出させる第一の吐出口42aが設けられているとともに、圧縮行程中の、第一の吐出口42aの配設位置よりも当該圧縮行程の終りに近いタイミングに対応する位置に、圧縮室48内の冷媒ガスGを吐出チャンバ45に吐出させる第二の吐出口42bが設けられ、圧縮室48の内部圧力に応じて第一の吐出口42aを開閉する第一リードバルブ43a(第一の吐出弁)および第二の吐出口42bを開閉する第二リードバルブ43b(第二の吐出弁)が配設されている。
ここで、「第一の吐出口42aの配設位置よりも当該圧縮行程の終りに近いタイミングに対応する位置」とは、圧縮行程が完全に終了するときにおけるベーン58の回転角度位置(回転軸回りの角度によって特定される位置)を、圧縮行程の終りのタイミングに対応する位置(以下、圧縮行程終了位置という。)としたとき、ベーン58が第一の吐出口42aの配設位置から出発して圧縮行程終了位置に到達するまでの間の位置を意味する。
したがって、回転軸51の回転にしたがって圧縮行程を画成するベーン58は、第一の吐出口42a、第二の吐出口42b、という順序で、これら二つの吐出口42a,42bを通過する。
なお、第一の吐出口42a,42aは、従来のコンプレッサにおいて、同一の回転角度位置に既に配されていたものであり、第一リードバルブ42aも、従来のコンプレッサにおいて具備されていたものである。
また、図2においては、第一リードバルブ43aと第二リードバルブ43bとが別体であるか一体化されているかに拘わらず、両方のリードバルブ43a,43bを併せて、リードバルブ43として記載している。
リードバルブ43(リードバルブ43a,43b)は板ばね状であって、圧縮室48の冷媒ガスGから各吐出口42a,42bを通じて作用する圧力(詳細には、この圧力と吐出チャンバ44の内部の圧力(さらに、リードバルブ43を各吐出口42a,42bに付勢している場合には、その付勢力に応じた初期負荷圧力も加算した圧力)との差)に応じて吐出チャンバ45の側に撓むように弾性変形し、この弾性変形によって、閉止していた各吐出口42a,42bを開放する。
また、このリードバルブ43が、過大な撓みにより破損したり、大きな撓みの持続によって永久変形が生じるのを防止するために、リードバルブ43の変形量を規制するバルブサポート44が、リードバルブ43に重ね合わされて、シリンダ40に共締め固定されている。
そして、圧縮室48から吐出口42a,42b、リードバルブ43a,43bを通って吐出チャンバ45に吐出された高圧の冷媒ガスGは、リヤサイドブロック20に形成された連通孔21、およびリヤサイドブロック20に固定されたサイクロンブロック60のオイルセパレータ60aを経て、吐出室21に吐出される。
一方、オイルセパレータ60aによって、冷媒ガスGから分離された冷凍機油Rは、吐出室21の底部に滴下し、前述したようにこの底部に溜められる。
さらに、このコンプレッサ100には、回転軸51と軸受部22,32との間の潤滑、ロータ50の各端面と各サイドブロック20,30の内側端面との間の潤滑等する目的と、ベーン58をシリンダ40の内周面49aに付勢すべく背圧室59に油圧を供給等する目的とにより、吐出室21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20に、軸受部22に至る油路23が形成され、また、リヤサイドブロック20の内側端面には、軸受部22における油路23の開口から、軸受部22と回転軸51との間の微小隙間を通って、ロータ50の背圧室59に連通する凹部(サライ溝)25が形成されている。
また、シリンダ40の底部に、リヤサイドブロック20の油路23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30に、この貫通孔46のフロントサイドブロック30側の開口と軸受部32とを連通させる油路33が形成されて、冷凍機油Rは、軸受部32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30の内側端面に形成された凹部(サライ溝)35等に導かれる。
ここで、フロントサイドブロック30のサライ溝35も、リヤサイドブロック20のサライ溝25と同様、ロータ50の背圧室59に連通している。
吐出室21の内部圧力は、コンプレッサ100の運転中においては、圧縮室48から吐出された高圧の冷媒ガスG(この冷媒ガスGに混在して排出される冷凍機油Rを含む)によって高圧とされており、吐出室21の底部に溜まった冷凍機油Rにも高圧が作用している。
しかし、油路23を通ってサライ溝25に供給された冷凍機油Rは、軸受部22と回転軸51との間の微小隙間を通過する際の圧力損失により、吐出室21の底部に溜まっていたときの圧力(高圧Pd)よりも低い圧力(中間圧Pv)とされる。
一方、フロントサイドブロック30(リヤサイドブロック20についても同様)のサライ溝35の輪郭くびれ部外方に、油路33の高圧の冷凍機油Rを圧力損失を最小限に抑えて、高圧(Pd)のまま導く高圧孔37が形成されている。
この高圧孔37は、圧縮行程の終盤に対応した圧縮室48を構成するベーン58の背圧室59に、サライ溝35への供給圧力(Pv)よりも高圧の油圧を作用させて、ベーン58の突出力を補強するものであり、圧縮行程終盤における圧縮室48の高圧によって、ベーン58がチャタリングを発生するのを防止する。
このように背圧室59に供給された冷凍機油Rは、ベーン58とベーン溝56との間の隙間や、各サイドブロック20,30とロータ50との間の隙間等を通って圧縮室48に僅かずつ浸入して冷媒ガスGに混入し、あるいは、空調システムの循環ラインから吸入ポート12aを介して冷媒ガスGに混在した状態で直接的に圧縮室48に吸入されて、冷媒ガスGとともに圧縮室48から吐出室21に吐出される。
次に、吐出チャンバ45回りの吐出口42a,42bおよびリードバルブ43a,43bの詳細について、図3を参照して説明する。
図3(a)は図2における矢視Cによる図、(b)は(a)において第一の吐出口42aおよび第一リードバルブ43aを通り回転軸51に直交する面(D1−D1線に沿った面)による断面図、(c)は(a)において第二の吐出口42bおよび第二リードバルブ43bを通り回転軸51に直交する面(E1−E1線に沿った面)による断面図である。
図3(a)に示すように、第一の吐出口42aは、回転軸51の軸に平行な線に沿って、2つ並んで設けられている。したがって、圧縮室22内部の冷媒ガスGは、これら2つの第一の吐出口42a,42aから互いに同一のタイミングで吐出される。
一方、第二の吐出口42bは、2つの第一の吐出口42a,42aの間(回転軸51の軸方向についての間)に設けられている。さらに、第二の吐出口42bは、各第一の吐出口42aよりも開口面積が小さく形成されている。
また、前述したように、第二の吐出口42bは、回転軸51の回転方向について、第一の吐出口42aよりも位相が遅れた回転角度位置に形成されており、図3(c)において二点鎖線Pは、ベーン58が第一の吐出口42aを通過し終わったときの厚さ方向中心位置、同じく二点鎖線Qは、ベーン58が圧縮行程の終了位置(圧縮行程終了位置)を通過し終わったときの厚さ方向中心位置であり、第二の吐出口42bは、二点鎖線Pと二点鎖線Qとの間の回転角度位置に配設されている。
図3(a)において、リードバルブ43はバルブサポート44の陰に隠れているため、明示されていないが、バルブサポート44と略同一の輪郭形状を呈している。
すなわち、リードバルブ43は、バルブサポート44と同様に、互いに平行に、かつ舌片状に延びた3つの部分からなり、各部分が、自由端側がそれぞれ第一の吐出口42a,42aを開閉する2つの第一リードバルブ43a,43aと、自由端側が第二の吐出口42bを開閉する1つの第二リードバルブ43bとに、それぞれ該当する。
各リードバルブ43a,43a,43bの固定端側は一体化されており、六角穴付きボルトなどによって、バルブサポート44とともにシリンダ40に共締め固定されている。
このように構成された本実施形態に係るコンプレッサ100は、回転軸51の回転にしたがって圧縮行程を画成するベーン58が、第一の吐出口42a,42a、第二の吐出口42b、という順序で、これらの吐出口42a,42a,42bを通過するため、圧縮行程において圧縮室22内で冷媒ガスGが圧縮され、圧縮行程の終盤で、圧縮室22内における冷媒ガスGの圧力(内部圧力)が高まり、この内部圧力が所定の設定値を超えると、第一リードバルブ43a,43aが開き(第二リードバルブ43bも開いてもよい。)、圧縮室22で圧縮され高圧となった冷媒ガスGは、第一リードバルブ43a,43aが開放された第一の吐出口42a,42aを通って、圧縮室22の外部(吐出チャンバ45)に吐出される。
ここで、圧縮行程は、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置(図3(c)における二点鎖線Pの回転角度位置)を通過した後であっても、ベーン58が圧縮行程終了位置(図3(c)における二点鎖線Qの回転角度位置)に到達するまで続くが、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を通過した後から圧縮行程終了位置に到達するまでの期間は、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を既に通過しているため、圧縮室22の内部の冷媒ガスGは第一の吐出口42a,42aから吐出されることはない。
したがって、圧縮室22の内部の冷媒ガスGはさらに圧縮されることになるが、この期間中における圧縮室22内の冷媒ガスGは、第一の吐出口42a,42aの配設位置と圧縮行程終了位置との間の位置に配設された第二の吐出口42bを通じて第二リードバルブ43bを開放させるため、圧縮室22内部の冷媒ガスGこの第二の吐出口42b、第二リードバルブ43bを介して、圧縮室22の外部(吐出チャンバ45)に吐出される。
よって、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を通過した後に、圧縮室22に残る冷媒ガスGの量を十分低減することができ、体積効率を向上させることができるとともに、冷媒ガスGの過圧縮または再圧縮に伴う消費動力の増大を防止または抑制することができる。
また、圧縮行程の開始時における圧縮室22の容積とベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を通過する際における圧縮室22の容積との差は、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を通過する際における圧縮室22の容積と圧縮行程の終りの際における圧縮室22の容積との差に比べて、十分に大きいため、第二の吐出口42bの開口面積は、第一の吐出口42a,42aの開口面積よりも小さくてもよい。
すなわち、ベーン58が第一の吐出口42a,42aを通過し終わった後から第二の吐出口42bを通過し終わるまでに、第二の吐出口42bから吐出される冷媒ガスGの量は、ベーン58が第一の吐出口42a,42aを通過し終わるまでに、第一の吐出口42a,42aから吐出される冷媒ガスGの量に比べて十分小さく、第二の吐出口42bの開口面積が、第一の吐出口42a,42aの開口面積より小さいものであっても、冷媒ガスGが通過するときの抵抗等による吐出効率への悪影響は極めて小さい。
一方、圧縮室22で圧縮された冷媒ガスGの大部分は、上述したように、第一の吐出口42a,42aを通じて吐出されるため、吐出効率を向上させる観点から、第一の吐出口42a,42aの開口面積を大きく確保するのが好ましい。
したがって、第二の吐出口42bの開口面積を、第一の吐出口42a,42aの開口面積よりも小さく設定することにより、従来の気体圧縮機(コンプレッサ)よりも吐出効率を低下させることなく、冷媒ガスGの過圧縮や再圧縮を防止または抑制することができる。
また、第一の吐出口42a,42aは、圧縮室22の冷媒ガスGの大部分を吐出する開口であるため、冷媒ガスGを効率よく吐出すべく、2つ設けられているが、これら2つの第一の吐出口42a,42aから冷媒ガスGが吐出するタイミングを合致させるため、2つの第一の吐出口42a,42aは、回転軸51に平行に、すなわち回転軸51の延びる方向に沿って並んで設けられている。
そして、第二の吐出口42bが、これら2つの第一の吐出口42a,42aの間に設けられていることにより、第二の吐出口42bは、圧縮室22の、回転軸51に平行な方向に沿った長さの、略中間部に設けられ、これにより、圧縮室22に残存した冷媒ガスGを、第二の吐出口42bから効率よく吐出させることができる。
(変形例1)
次に、吐出チャンバ45回りの吐出口42a,42bおよびリードバルブ43a,43bの変形例(本発明に係る気体圧縮機の実施形態に含まれる。)について、図4を参照して説明する。
図4(a)は図2における矢視Cによる図、(b)は(a)において第一の吐出口42aおよび第一リードバルブ43aを通り回転軸51に直交する面(D2−D2線に沿った面)による断面図、(c)は(a)において第二の吐出口42bおよび第二リードバルブ43bを通り回転軸51に直交する面(E2−E2線に沿った面)による断面図である。
図4(a)に示すように、第一の吐出口42aは、回転軸51の軸に平行な線に沿って、2つ並んで設けられている。したがって、圧縮室22内部の冷媒ガスGは、これら2つの第一の吐出口42a,42aから互いに同一のタイミングで吐出される。
一方、第二の吐出口42bは、2つの第一の吐出口42a,42aの間(回転軸51の軸方向についての間)に設けられている。さらに、第二の吐出口42bは、各第一の吐出口42aよりも開口面積が小さく形成されている。
また、第二の吐出口42bは、回転軸51の回転方向について、第一の吐出口42aよりも位相が遅れた回転角度位置に形成されており、図4(c)において二点鎖線Pは、ベーン58が第一の吐出口42aを通過し終わったときの厚さ方向中心位置、同じく二点鎖線Qは、ベーン58が圧縮行程の終了位置(圧縮行程終了位置)を通過し終わったときの厚さ方向中心位置であり、第二の吐出口42bは、二点鎖線Pと二点鎖線Qとの間の回転角度位置に配設されている。
図4(a)において、リードバルブ43はバルブサポート44の陰に隠れているため、明示されていないが、バルブサポート44と略同一の輪郭形状を呈している。
すなわち、リードバルブ43は、バルブサポート44と同様に、互いに平行に、かつ舌片状に延びた、各自由端側がそれぞれ第一の吐出口42a,42aを開閉する第一リードバルブ43a,43aと、第一リードバルブ43a,43aとは別体であって、その自由端側が第二の吐出口42bを開閉する第二リードバルブ43bとからなる。
各リードバルブ43a,43aの固定端側は一体化されており、六角穴付きボルトなどによって、バルブサポート44の各対応する部分(バルブサポート44a,44a)とともにシリンダ40に共締め固定されている。リードバルブ43bの固定端も、六角穴付きボルトなどによって、バルブサポート44の対応する部分(バルブサポート44b)とともにシリンダ40に共締め固定されている。
ここで、第一リードバルブ43a,43aと、第二リードバルブ43bとは、それぞれ自由端と固定端との配置向きが一致するように配設されている。
このように構成された本実施形態に係るコンプレッサ100は、回転軸51の回転にしたがって圧縮行程を画成するベーン58が、第一の吐出口42a,42a、第二の吐出口42b、という順序で、これらの吐出口42a,42a,42bを通過するため、圧縮行程において圧縮室22内で冷媒ガスGが圧縮され、圧縮行程の終盤で、圧縮室22内における冷媒ガスGの圧力(内部圧力)が高まり、この内部圧力が所定の設定値を超えると、第一リードバルブ43a,43aが開き(第二リードバルブ43bも開いてもよい。)、圧縮室22で圧縮され高圧となった冷媒ガスGは、第一リードバルブ43a,43aが開放された第一の吐出口42a,42aを通って、圧縮室22の外部(吐出チャンバ45)に吐出される。
ここで、圧縮行程は、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置(図4(c)における二点鎖線Pの回転角度位置)を通過した後であっても、ベーン58が圧縮行程終了位置(図4(c)における二点鎖線Qの回転角度位置)に到達するまで続くが、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を通過した後から圧縮行程終了位置に到達するまでの期間は、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を既に通過しているため、圧縮室22の内部の冷媒ガスGは第一の吐出口42a,42aから吐出されることはない。
したがって、圧縮室22の内部の冷媒ガスGはさらに圧縮されることになるが、この期間中における圧縮室22内の冷媒ガスGは、第一の吐出口42a,42aの配設位置と圧縮行程終了位置との間の位置に配設された第二の吐出口42bを通じて第二リードバルブ43bを開放させるため、圧縮室22内部の冷媒ガスGこの第二の吐出口42b、第二リードバルブ43bを介して、圧縮室22の外部(吐出チャンバ45)に吐出される。
よって、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を通過した後に、圧縮室22に残る冷媒ガスGの量を十分低減することができ、体積効率を向上させることができるとともに、冷媒ガスGの過圧縮または再圧縮に伴う消費動力の増大を防止または抑制することができる。
また、圧縮行程の開始時における圧縮室22の容積とベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を通過する際における圧縮室22の容積との差は、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を通過する際における圧縮室22の容積と圧縮行程の終りの際における圧縮室22の容積との差に比べて、十分に大きいため、第二の吐出口42bの開口面積は、第一の吐出口42a,42aの開口面積よりも小さくてもよい。
すなわち、ベーン58が第一の吐出口42a,42aを通過し終わった後から第二の吐出口42bを通過し終わるまでに、第二の吐出口42bから吐出される冷媒ガスGの量は、ベーン58が第一の吐出口42a,42aを通過し終わるまでに、第一の吐出口42a,42aから吐出される冷媒ガスGの量に比べて十分小さく、第二の吐出口42bの開口面積が、第一の吐出口42a,42aの開口面積より小さいものであっても、冷媒ガスGが通過するときの抵抗等による吐出効率への悪影響は極めて小さい。
一方、圧縮室22で圧縮された冷媒ガスGの大部分は、上述したように、第一の吐出口42a,42aを通じて吐出されるため、吐出効率を向上させる観点から、第一の吐出口42a,42aの開口面積を大きく確保するのが好ましい。
したがって、第二の吐出口42bの開口面積を、第一の吐出口42a,42aの開口面積よりも小さく設定することにより、従来の気体圧縮機(コンプレッサ)よりも吐出効率を低下させることなく、冷媒ガスGの過圧縮や再圧縮を防止または抑制することができる。
また、第一の吐出口42a,42aは、圧縮室22の冷媒ガスGの大部分を吐出する開口であるため、冷媒ガスGを効率よく吐出すべく、2つ設けられているが、これら2つの第一の吐出口42a,42aから冷媒ガスGが吐出するタイミングを合致させるため、2つの第一の吐出口42a,42aは、回転軸51に平行に、すなわち回転軸51の延びる方向に沿って並んで設けられている。
そして、第二の吐出口42bが、これら2つの第一の吐出口42a,42aの間に設けられていることにより、第二の吐出口42bは、圧縮室22の、回転軸51に平行な方向に沿った長さの、略中間部に設けられ、これにより、圧縮室22に残存した冷媒ガスGを、第二の吐出口42bから効率よく吐出させることができる。
(変形例2)
次に、吐出チャンバ45回りの吐出口42a,42bおよびリードバルブ43a,43bの他の変形例(本発明に係る気体圧縮機の実施形態に含まれる。)について、図5を参照して説明する。
図5(a)は図2における矢視Cによる図、(b)は(a)において第一の吐出口42aおよび第一リードバルブ43aを通り回転軸51に直交する面(D3−D3線に沿った面)による断面図、(c)は(a)において第二の吐出口42bおよび第二リードバルブ43bを通り回転軸51に直交する面(E3−E3線に沿った面)による断面図である。
図5(a)に示すように、第一の吐出口42aは、回転軸51の軸に平行な線に沿って、2つ並んで設けられている。したがって、圧縮室22内部の冷媒ガスGは、これら2つの第一の吐出口42a,42aから互いに同一のタイミングで吐出される。
一方、第二の吐出口42bは、2つの第一の吐出口42a,42aの間(回転軸51の軸方向についての間)に設けられている。さらに、第二の吐出口42bは、各第一の吐出口42aよりも開口面積が小さく形成されている。
また、第二の吐出口42bは、回転軸51の回転方向について、第一の吐出口42aよりも位相が遅れた回転角度位置に形成されており、図5(c)において二点鎖線Pは、ベーン58が第一の吐出口42aを通過し終わったときの厚さ方向中心位置、同じく二点鎖線Qは、ベーン58が圧縮行程の終了位置(圧縮行程終了位置)を通過し終わったときの厚さ方向中心位置であり、第二の吐出口42bは、二点鎖線Pと二点鎖線Qとの間の回転角度位置に配設されている。
図5(a)において、リードバルブ43はバルブサポート44の陰に隠れているため、明示されていないが、バルブサポート44と略同一の輪郭形状を呈している。
すなわち、リードバルブ43は、バルブサポート44と同様に、互いに平行に、かつ舌片状に延びた、各自由端側がそれぞれ第一の吐出口42a,42aを開閉する第一リードバルブ43a,43aと、第一リードバルブ43a,43aとは別体であって、その自由端側が第二の吐出口42bを開閉する第二リードバルブ43bとからなる。
各リードバルブ43a,43aの固定端側は一体化されており、六角穴付きボルトなどによって、バルブサポート44の各対応する部分(バルブサポート44a,44a)とともにシリンダ40に共締め固定されている。リードバルブ43bの固定端も、六角穴付きボルトなどによって、バルブサポート44の対応する部分(バルブサポート44b)とともにシリンダ40に共締め固定されている。
ここで、第一リードバルブ43a,43aと、第二リードバルブ43aとでは、それぞれの自由端と固定端との配置向きが180度ずれた状態で配設されている。
このように構成された本実施形態に係るコンプレッサ100は、回転軸51の回転にしたがって圧縮行程を画成するベーン58が、第一の吐出口42a,42a、第二の吐出口42b、という順序で、これらの吐出口42a,42a,42bを通過するため、圧縮行程において圧縮室22内で冷媒ガスGが圧縮され、圧縮行程の終盤で、圧縮室22内における冷媒ガスGの圧力(内部圧力)が高まり、この内部圧力が所定の設定値を超えると、第一リードバルブ43a,43aが開き(第二リードバルブ43bも開いてもよい。)、圧縮室22で圧縮され高圧となった冷媒ガスGは、第一リードバルブ43a,43aが開放された第一の吐出口42a,42aを通って、圧縮室22の外部(吐出チャンバ45)に吐出される。
ここで、圧縮行程は、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置(図5(c)における二点鎖線Pの回転角度位置)を通過した後であっても、ベーン58が圧縮行程終了位置(図5(c)における二点鎖線Qの回転角度位置)に到達するまで続くが、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を通過した後から圧縮行程終了位置に到達するまでの期間は、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を既に通過しているため、圧縮室22の内部の冷媒ガスGは第一の吐出口42a,42aから吐出されることはない。
したがって、圧縮室22の内部の冷媒ガスGはさらに圧縮されることになるが、この期間中における圧縮室22内の冷媒ガスGは、第一の吐出口42a,42aの配設位置と圧縮行程終了位置との間の位置に配設された第二の吐出口42bを通じて第二リードバルブ43bを開放させるため、圧縮室22内部の冷媒ガスGこの第二の吐出口42b、第二リードバルブ43bを介して、圧縮室22の外部(吐出チャンバ45)に吐出される。
よって、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を通過した後に、圧縮室22に残る冷媒ガスGの量を十分低減することができ、体積効率を向上させることができるとともに、冷媒ガスGの過圧縮または再圧縮に伴う消費動力の増大を防止または抑制することができる。
また、圧縮行程の開始時における圧縮室22の容積とベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を通過する際における圧縮室22の容積との差は、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を通過する際における圧縮室22の容積と圧縮行程の終りの際における圧縮室22の容積との差に比べて、十分に大きいため、第二の吐出口42bの開口面積は、第一の吐出口42a,42aの開口面積よりも小さくてもよい。
すなわち、ベーン58が第一の吐出口42a,42aを通過し終わった後から第二の吐出口42bを通過し終わるまでに、第二の吐出口42bから吐出される冷媒ガスGの量は、ベーン58が第一の吐出口42a,42aを通過し終わるまでに、第一の吐出口42a,42aから吐出される冷媒ガスGの量に比べて十分小さく、第二の吐出口42bの開口面積が、第一の吐出口42a,42aの開口面積より小さいものであっても、冷媒ガスGが通過するときの抵抗等による吐出効率への悪影響は極めて小さい。
一方、圧縮室22で圧縮された冷媒ガスGの大部分は、上述したように、第一の吐出口42a,42aを通じて吐出されるため、吐出効率を向上させる観点から、第一の吐出口42a,42aの開口面積を大きく確保するのが好ましい。
したがって、第二の吐出口42bの開口面積を、第一の吐出口42a,42aの開口面積よりも小さく設定することにより、従来の気体圧縮機(コンプレッサ)よりも吐出効率を低下させることなく、冷媒ガスGの過圧縮や再圧縮を防止または抑制することができる。
また、第一の吐出口42a,42aは、圧縮室22の冷媒ガスGの大部分を吐出する開口であるため、冷媒ガスGを効率よく吐出すべく、2つ設けられているが、これら2つの第一の吐出口42a,42aから冷媒ガスGが吐出するタイミングを合致させるため、2つの第一の吐出口42a,42aは、回転軸51に平行に、すなわち回転軸51の延びる方向に沿って並んで設けられている。
そして、第二の吐出口42bが、これら2つの第一の吐出口42a,42aの間に設けられていることにより、第二の吐出口42bは、圧縮室22の、回転軸51に平行な方向に沿った長さの、略中間部に設けられ、これにより、圧縮室22に残存した冷媒ガスGを、第二の吐出口42bから効率よく吐出させることができる。
(変形例3)
次に、吐出チャンバ45回りの吐出口42a,42bおよびリードバルブ43a,43bの他の変形例(本発明に係る気体圧縮機の実施形態に含まれる。)について、図6を参照して説明する。
図6(a)は図2における矢視Cによる図、(b)は(a)において第一の吐出口42aおよび第一リードバルブ43aを通り回転軸51に直交する面(D4−D4線に沿った面)による断面図、(c)は(a)において第二の吐出口42bおよび第二リードバルブ43bを通り回転軸51に直交する面(E4−E4線に沿った面)による断面図である。
なお、この変形例におけるリードバルブ43は、図3に示したリードバルブ43と同一であり、互いに平行に、かつ舌片状に延びた3つの部分からなり、各自由端側がそれぞれ第一の吐出口42a,42aを開閉する2つの第一リードバルブ43a,43aに相当する部分と、その自由端側が第二の吐出口42bを開閉する1つの第二リードバルブ43bに相当する部分とからなる。
そして、各リードバルブ43a,43a,43bの固定端側は一体化されており、六角穴付きボルトなどによって、バルブサポート44とともにシリンダ40に共締め固定されている。
一方、バルブサポート44は、リードバルブ43a,43aをサポートする部分(バルブサポート44a,44a)に関しては、図3に示したものと同一であるが、リードバルブ43bをサポートする部分(バルブサポート44b)が、図3に示したものと異なっている。
すなわち、リードバルブ43bをサポートする部分(バルブサポート44b)は、リードバルブ43a,43aをサポートする部分(バルブサポート44a,44a)のように固定端から舌片状に延びてリードバルブ43bの全体を覆うものではなく、リードバルブ43bの自由端(第二の吐出口42bを開閉する部分)のみを覆って、この自由端の変位のみを規制するように、2つのバルブサポート44a,44aの自由端間に架け渡されている。
そして、2つのバルブサポート44a,44aの自由端とバルブサポート44bとの架け渡しの接合部分は完全に一体化されているため、バルブサポート44は全体として、図6(a)に示すように、概略四角環状の輪郭を呈している。
図6(a)に示すように、第一の吐出口42aは、回転軸51の軸に平行な線に沿って、2つ並んで設けられているため、圧縮室22内部の冷媒ガスGは、これら2つの第一の吐出口42a,42aから互いに同一のタイミングで吐出される。
一方、第二の吐出口42bは、2つの第一の吐出口42a,42aの間(回転軸51の軸方向についての間)に設けられている。さらに、第二の吐出口42bは、各第一の吐出口42aよりも開口面積が小さく形成されている。
また、第二の吐出口42bは、回転軸51の回転方向について、第一の吐出口42aよりも位相が遅れた回転角度位置に形成されており、図6(c)において二点鎖線Pは、ベーン58が第一の吐出口42aを通過し終わったときの厚さ方向中心位置、同じく二点鎖線Qは、ベーン58が圧縮行程の終了位置(圧縮行程終了位置)を通過し終わったときの厚さ方向中心位置であり、第二の吐出口42bは、二点鎖線Pと二点鎖線Qとの間の回転角度位置に配設されている。
図6(a)において、リードバルブ43はバルブサポート44の陰に隠れているため、明示されていないが、バルブサポート44と略同一の輪郭形状を呈している。
このように構成された本実施形態に係るコンプレッサ100は、回転軸51の回転にしたがって圧縮行程を画成するベーン58が、第一の吐出口42a,42a、第二の吐出口42b、という順序で、これらの吐出口42a,42a,42bを通過するため、圧縮行程において圧縮室22内で冷媒ガスGが圧縮され、圧縮行程の終盤で、圧縮室22内における冷媒ガスGの圧力(内部圧力)が高まり、この内部圧力が所定の設定値を超えると、第一リードバルブ43a,43aが開き(第二リードバルブ43bも開いてもよい。)、圧縮室22で圧縮され高圧となった冷媒ガスGは、第一リードバルブ43a,43aが開放された第一の吐出口42a,42aを通って、圧縮室22の外部(吐出チャンバ45)に吐出される。
ここで、圧縮行程は、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置(図6(c)における二点鎖線Pの回転角度位置)を通過した後であっても、ベーン58が圧縮行程終了位置(図6(c)における二点鎖線Qの回転角度位置)に到達するまで続くが、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を通過した後から圧縮行程終了位置に到達するまでの期間は、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を既に通過しているため、圧縮室22の内部の冷媒ガスGは第一の吐出口42a,42aから吐出されることはない。
したがって、圧縮室22の内部の冷媒ガスGはさらに圧縮されることになるが、この期間中における圧縮室22内の冷媒ガスGは、第一の吐出口42a,42aの配設位置と圧縮行程終了位置との間の位置に配設された第二の吐出口42bを通じて第二リードバルブ43bを開放させるため、圧縮室22内部の冷媒ガスGこの第二の吐出口42b、第二リードバルブ43bを介して、圧縮室22の外部(吐出チャンバ45)に吐出される。
よって、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を通過した後に、圧縮室22に残る冷媒ガスGの量を十分低減することができ、体積効率を向上させることができるとともに、冷媒ガスGの過圧縮または再圧縮に伴う消費動力の増大を防止または抑制することができる。
また、圧縮行程の開始時における圧縮室22の容積とベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を通過する際における圧縮室22の容積との差は、ベーン58が第一の吐出口42a,42aの配設位置を通過する際における圧縮室22の容積と圧縮行程の終りの際における圧縮室22の容積との差に比べて、十分に大きいため、第二の吐出口42bの開口面積は、第一の吐出口42a,42aの開口面積よりも小さくてもよい。
すなわち、ベーン58が第一の吐出口42a,42aを通過し終わった後から第二の吐出口42bを通過し終わるまでに、第二の吐出口42bから吐出される冷媒ガスGの量は、ベーン58が第一の吐出口42a,42aを通過し終わるまでに、第一の吐出口42a,42aから吐出される冷媒ガスGの量に比べて十分小さく、第二の吐出口42bの開口面積が、第一の吐出口42a,42aの開口面積より小さいものであっても、冷媒ガスGが通過するときの抵抗等による吐出効率への悪影響は極めて小さい。
一方、圧縮室22で圧縮された冷媒ガスGの大部分は、上述したように、第一の吐出口42a,42aを通じて吐出されるため、吐出効率を向上させる観点から、第一の吐出口42a,42aの開口面積を大きく確保するのが好ましい。
したがって、第二の吐出口42bの開口面積を、第一の吐出口42a,42aの開口面積よりも小さく設定することにより、従来の気体圧縮機(コンプレッサ)よりも吐出効率を低下させることなく、冷媒ガスGの過圧縮や再圧縮を防止または抑制することができる。
また、第一の吐出口42a,42aは、圧縮室22の冷媒ガスGの大部分を吐出する開口であるため、冷媒ガスGを効率よく吐出すべく、2つ設けられているが、これら2つの第一の吐出口42a,42aから冷媒ガスGが吐出するタイミングを合致させるため、2つの第一の吐出口42a,42aは、回転軸51に平行に、すなわち回転軸51の延びる方向に沿って並んで設けられている。
そして、第二の吐出口42bが、これら2つの第一の吐出口42a,42aの間に設けられていることにより、第二の吐出口42bは、圧縮室22の、回転軸51に平行な方向に沿った長さの、略中間部に設けられ、これにより、圧縮室22に残存した冷媒ガスGを、第二の吐出口42bから効率よく吐出させることができる。
なお、上述した実施形態(変形例を含む)は、第一の吐出口42aが2つ形成された構成であるが、本発明に係る気体圧縮機は、第一の吐出口が2つに限定されるものではなく、第一の吐出口が、回転軸の軸方向に沿って3つ以上並んで設けられた構成であってもよい。