JP2008075619A - 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速度範囲において最適な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】分離室５１へ圧縮機構により圧縮された気流体を導入する導入孔５３を有し、分離室５１にて気流体から分離された潤滑油が貯えられる貯油室５２と、貯油室５２に潤滑油を排出する排油孔５４を分離室下部に有し、前記排油孔を開閉する排油孔開閉制御装置５５を備えることにより、排油孔５４が開の場合は従来の旋回式潤滑油分離機能を発揮し、排油孔５４が閉の場合は意図的に潤滑油分離機能を低下させることでＯＣＲを上昇させ圧縮機の高速回転化及び信頼性向上することができる。
【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している。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。すなわち、冷凍・空調サイクル中の冷媒の中に含まれる潤滑油量が多いほど空調性能を低下することになる。

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、該流体を冷凍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）。図３は、特許文献１に記載された従来の圧縮機を示すものである。図３に示すように、シリンダ１０１、ロータ１０２、ベーン１０４、駆動軸１０５、前部側板１０６、後部側板１０７、高圧ケース１１２、高圧室１１４、ベーン背圧調整装置１１６、分離室１５１、貯油室１５２、導入孔１５３、排油孔１５４、ガス排出口１５５から構成されている。
特開２００３−９０２８６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、近年圧縮機の要求される軽量・小型化への対応案の１つとして、圧縮機の許容回転数UPし大能力化することにより、軽量・小型化対応を図る案があるが、圧縮機の許容回転数を上げれば上げるほど、分離室での冷媒中の混ざっている潤滑油の分離効率が上がり、冷凍サイクル中への潤滑油の吐出量が少なくなる。

しかしながら、冷凍サイクル中の冷媒ガスに混ざった潤滑油を利用してベーンやロータ等の圧縮機の摺動部を潤滑していることは、従来からよく知られていて、圧縮機の許容回転数を上げれば上げるほど、冷凍サイクル中の潤滑油量が少なくなることは、信頼性・耐久性に悪影響がでてくることになる。

一般的に理想とする潤滑油分離効率特性は、圧縮機の回転速度が中速以下においては十分な潤滑油分離効率を発揮しシステム効率を向上させることが期待される。さらに圧縮機の回転速度が高速の領域においては、潤滑油の分離効率が低くても冷媒循環量が十分であるためシステムの冷房能力としては十分であることが多く、逆に意図的に潤滑油分離効率を低めサイクル中の潤滑油の循環量を高めることで圧縮機の信頼性をさらに高めることが望まれる。

従って、従来の遠心分離式の分離室を設けた圧縮機では、幅広い圧縮機回転速度範囲にて高い潤滑油の分離効率を発揮し、圧縮機の回転速度が高速の領域においては、必要以上に潤滑油を分離してしまい、サイクル中の潤滑油循環率（以下ＯＣＲという）は、理想とするＯＣＲに対して低くなり、近年の圧縮機の高速化対応に対して課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、幅広い圧縮機回転速度範囲で理想的な潤滑油の分離効率に近づけることを可能とした分離室の排油孔の開閉を圧縮機の回転速度で制御する開閉手段を備えた圧縮機を提供することを目的としている。

前記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機は、排油孔に開閉する手段を設け、圧縮機の回転速度により排油孔の開閉を制御するようにしたものである。

これによって、圧縮機の回転速度が高回転でシステムの冷房能力としては十分である時には、排油孔を閉じて、システム効率・分離効率を下げサイクル中の潤滑油の循環量を多くし、圧縮機の信頼性を向上させることができる。また、圧縮機の回転数が低い時は、排油孔を開き、システム効率・分離効率を向上し高性能化を図ることができる。

従って、排油孔の開閉を圧縮機の回転速度により、排油孔の開閉を制御すれば、圧縮機の許容回転数をより高くしても信頼性・耐久性に悪影響を与えず、高信頼性・高耐久性な圧縮機を提供しることができる。

本発明は、近年圧縮機の要求される軽量・小型化への対応案の１つとして、圧縮機の許容回転数UPし大能力化することを可能とし、高信頼性・高耐久性で小型・軽量・高性能
な商品性の高い圧縮機を提供することができる。

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は本発明の第１の実施形態におけるベーンロータリ型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。

図１、図２において、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。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吐出するガス排出口５６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からガス排出口５６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１７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１６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１７を介して行われ、給油通路１７には、ベーン背圧調整装置１５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１５は、圧縮機構周辺の冷媒ガス圧力に応じて、圧縮機構へ供給する潤滑油の給油圧力や給油量を制御している。

ところで、分離室５１の下部は、分離室５１と貯油室５２を連通する排油孔５４があり、排油孔５４を開閉する排油孔開閉制御装置５５で構成されている。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。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５０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、排油孔開閉制御装置５５により、圧縮機の回転速度を検知し排油孔５４を開閉しサイクル内のＯＣＲを適正な値に制御する。また一般的に、圧縮機の回転速度が中速以下の場合は、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、圧縮機の回転速度が中速以上の場合には、冷房能力は十分あるので、若干ＯＣＲを高くし圧縮機の摺動部細かな隙間等の潤滑が円滑に行えるようにサイクル中の冷媒ガスに混ざる潤滑油量を多くすることが求められる。

従って、排油孔開閉制御装置５５は、中速以下（一般的には、車速度７０ｋｍ／ｈ以下）時には排油孔を開き、中速以上（車速度７０ｋｍ／ｈ以上）では排油孔を閉じる制御をしている。

ところで排油孔５４開の場合には、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。しかし、排油孔５４閉の場合には、分離室５１での潤滑油は分離されず、導入孔５３を通った冷媒ガスは、そのままガス排出口からサイクル中へ吐出される。

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。

本発明の第１の実施形態におけるベーンロータリ型圧縮機の縦断面図 図１のＡ−Ａ断面図（作動室断面図） 従来の圧縮機の縦断面図

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 吸入口
１０ 吐出口
１１ 吐出弁
１２ 高圧ケース
１３ 案内通路
１４ 高圧室
１５ ベーン背圧調整装置
１６ ベーン背圧室
１７ 給油通路
５０ 内周面
５１ 分離室
５２ 貯油室
５３ 導入孔
５４ 排油孔
５５ 排油孔開閉制御装置
５６ ガス排出口

Claims (1)

1. 潤滑油を含む気流体を圧縮する圧縮機構と、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と、前記分離室にて気流体から分離された潤滑油が貯えられる貯油室を備える圧縮機において、前記貯油室と前記分離室は排油孔により連通し、前記排油孔の開閉を圧縮機の回転速度で制御する開閉手段を備えたことを特徴とする圧縮機。

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