JP2008223526A - 気体圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】気体圧縮機において、高圧バイパス路および圧力調整弁を設けるスペースを確保しやすいものとする。
【解決手段】圧縮機本体６０とサイクロンブロック７０（油分離器）との組付けによって、圧縮機本体６０の外面とサイクロンブロック７０の外面とにより、中間圧導油路２８に連通する中間圧連通空間７９が画成され、サイクロンブロック７０に、中間圧連通空間７９と吐出室２１とを連通する高圧バイパス路７２が形成されているとともに、高圧バイパス路７２を、吐出室２１内の圧力が所定の圧力に達するまでは開き、吐出室２１内の圧力が所定の圧力に達した後は閉じる圧力調整弁７６を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は気体圧縮機に関し、詳細には、圧縮機本体のベーンの突出性能の改良に関する。

従来より、空気調和システム（以下、空調システムという。）には、冷媒ガスなどの気体を圧縮して、空調システムに気体を循環させるための気体圧縮機（コンプレッサ）が用いられている。

この気体圧縮機は、回転駆動されて気体を圧縮する圧縮機本体がハウジングの内部に収容され、圧縮機本体から高圧の気体が吐出される吐出室が画成され、この吐出室からハウジングの外部に高圧に気体を排出するものである。

ここで、圧縮機本体の外面には、圧縮機本体から吐出された高圧の気体から油分を分離する油分離器が組み付けられ、油分離器によって分離された油分は、吐出室の底部に溜められる。

そして、この吐出室底部に溜められた油分は、吐出室内の圧力（高圧気体の圧力）によって圧縮機本体内に導かれる。

圧縮機本体は、与えられた回転駆動力によって回転する回転軸と、この回転軸と一体的に回転する円柱状のロータと、ロータの外周面の外方に配置された、内周面が断面略楕円形状のシリンダと、シリンダおよびロータの両端面を覆う２つのサイドブロックと、回転軸回りの等角度間隔でロータに埋設された板状の複数のベーンとを備え、ベーンは、背圧を受けてロータの外周面から突出可能とされ、その突出側先端が、シリンダの内周面に当接しつつ、ロータの回転にしたがって突出量が変化する。

これによって、ロータ、シリンダ、両サイドブロックおよびロータの回転方向に相前後する２枚のベーンで圧縮室が画成され、各圧縮室は、ロータの回転にしたがって容積が変化することで、気体が圧縮室に吸入され、その後圧縮されて、高圧の気体となって吐出室に吐出される。

ベーンが受ける背圧は、圧縮機本体内に導かれた油分であるが、高圧のままでは突出力が強すぎて、ベーン先端とシリンダ内周面との当たりが過度に強くなるため、圧縮機本体の内部には、導入された油分の圧力を、吐出室内の圧力よりも低い中間圧に絞る絞り部が設けられ、中間圧に絞られた油分が、中間圧導油路およびベーン背圧室（ベーンに背圧を与える空間）に供給される。

なお、ベーンの突出力は、上述したベーン背圧だけでなく、ロータの回転に伴って生じる遠心力も加わったものとなっている。

ここで、気体圧縮機の通常の回転動作中は、上述した作用によって、ベーンはシリンダ内周面に追従するが、気体圧縮機の停止状態が続くと、吐出室の内圧が低下するため、ベーン背圧も低下し、いくつかのベーンは自重により、その先端がシリンダの内周面から離れて、画成されない圧縮室も生じる。

そのような状態で、気体圧縮機が次に起動したとき、ロータが回転し始めた直後は、背圧が小さいため、ベーンが瞬時には飛び出さず、定常の高圧気体を得るまでの時間が長くかかる場合がある。

また、ベーン背圧がある程度まで高められないと、シリンダの内周面に押し付けられるベーン先端に作用する圧縮室の圧力によって、ベーン先端がシリンダ内周面から離されて、チャタリングを発生することもある。

そこで、起動直後のベーンの突出性能を向上させるために、吐出室と圧縮機本体内の中間圧導油路とを連通させる高圧バイパス路を圧縮機本体に形成するとともに、高圧バイパス路に吐出室内の圧力が所定の圧力に達するまでは開き、吐出室内の圧力が所定の圧力に達した後は閉じる圧力調整弁を設けることが提案されている（特許文献１）。

このように構成された気体圧縮機では、気体圧縮機の起動直後は、圧力調整弁が高圧バイパス路を開放しているため、吐出室の内圧が絞り部を介さずに中間圧導油路に直接作用して、ベーンの背圧は絞り部を介した圧力よりも高くなり、ベーンの突出性能を向上させることができる。
実公平５−２８３９６号公報

しかし、上記提案技術によれば、圧縮機本体に高圧バイパス路および圧力調整弁を設ける必要があるが、圧縮機本体内では、これらを設けるスペースを確保するのが難しい。

しかも、高圧バイパス路は吐出室にも開口させる必要があることから、この高圧バイパス路の経路を確保するのも難しい。また、経路を確保することができても、複数回の機械加工を要する場合には、加工工数が多くなって、製造コストが高くなるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、高圧バイパス路および圧力調整弁を設けるスペースを確保しやすい構造の気体圧縮機を提供することを目的とする。

本発明に係る気体圧縮機は、圧縮機本体に後付けされる油分離器に高圧バイパス路および圧力調整弁を設けることで、高圧バイパス路および圧力調整弁を設けるスペースを確保しやすく、高圧バイパス路も容易に形成することができるようにしたものである。

すなわち、本発明に係る気体圧縮機は、ハウジングの内部に、回転駆動されて気体を圧縮する圧縮機本体が収容されるとともに、圧縮機本体から高圧の気体が吐出される吐出室が画成され、前記圧縮機本体から吐出された前記高圧の気体から油分を分離する油分離器が、前記圧縮機本体の外面に組み付けられ、前記油分離器によって分離され、前記吐出室の底部に溜められた油分を、前記圧縮機本体内に形成された絞り部で前記吐出室内の圧力よりも低い中間圧に絞った上で、圧縮機本体内で圧縮室を画成するベーンを突出させるベーン背圧室に導く中間圧導油路が形成された気体圧縮機において、前記圧縮機本体と前記油分離器との組付けによって、前記圧縮機本体の外面と前記油分離器の外面とにより、前記中間圧導油路に連通する中間圧連通空間が画成され、前記油分離器に、前記中間圧連通空間と前記吐出室とを連通する高圧バイパス路が形成されているとともに、前記高圧バイパス路を、前記吐出室内の圧力が所定の圧力に達するまでは開き、前記吐出室内の圧力が所定の圧力に達した後は閉じる圧力調整弁が設けられていることを特徴とする。

このように構成された本発明に係る気体圧縮機によれば、中間圧導油路に連通する中間圧連通空間は、圧縮機本体と油分離器との組付けによって圧縮機本体の外面と油分離器の外面とにより画成されるため、通常の組付け工程の工数が増大することはない。

また、中間圧連通空間と吐出室とを連通する高圧バイパス路は、圧縮機本体ではなく、油分離器に形成されているため、圧縮機本体に組み付ける以前の油分離器単体状態で高圧バイパス路を形成することができ、高圧バイパス路の経路を従来の気体圧縮機よりも確保しやすい。

同様に、圧力調整弁は、圧縮機本体よりも余裕スペースを多く有する油分離器に設けられているため、設計自由度が高く、製造も容易化することができる。

このように、本発明に係る気体圧縮機は、高圧バイパス路および圧力調整弁を設けるスペースを確保しやすく、高圧バイパス路も容易に形成することができる。

なお、圧縮機本体のサイドブロックに高圧バイパス路を形成した従来の気体圧縮機では、両サイドブロックの対称性が低下し、圧縮室から吐出する気体の脈動を生じる虞があるが、本発明に係る気体圧縮機では、高圧バイパス路は油分離器に形成されているため、そのような問題を生じる虞もない。

本発明に係る気体圧縮機においては、前記圧力調整弁は、バネと前記高圧バイパス路を開閉するボールとを有することが好ましい。

このように構成された気体圧縮機によれば、簡単な構造で、起動直後のベーン背圧を向上させることができる。

本発明に係る気体圧縮機によれば、高圧バイパス路および圧力調整弁を設けるスペースを確保しやすく、高圧バイパス路も容易に形成することができる。

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における矢視Ａによるサイクロンブロック７０（油分離器）を示す図である。

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１０の内部に収容された圧縮機本体６０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８０とを備える。

ここで、伝達機構８０は、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た、その外周に掛け回された循環ベルト（図示省略）の駆動によって回転するプーリ８１と、プーリ８１の回転を圧縮機本体６０に伝達するのを断接する電磁クラッチ８２と、電磁クラッチ８２への通電によりプーリ８１に吸引されて、後述する回転軸５１にプーリ８１の回転を伝達するアーマチュア８３とを備えた構成である。

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、一方、ケース１１には、圧縮機本体で圧縮された高圧Ｐｄ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６０内に収容された圧縮機本体は、伝達機構８０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アーマチュア８３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６０はハウジング１０内の所定位置に保持されている。

また、圧縮機本体６０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金網７８を備えたサイクロンブロック７０が組み付けられており、このサイクロンブロック７０は吐出室２１内に配置されている。

そして、リヤサイドブロック２０の外面とサイクロンブロック７０の外面との間には、リヤサイドブロック２０とサイクロンブロック７０との組付けによって、短円柱状の軸背圧空間７９（中間圧連通空間）が画成されている。

ここで、リヤサイドブロック２０には、後述するサライ溝２５と軸背圧空間７９とを連通する中間圧導油路２８が形成されている。

また、サイクロンブロック７０には、軸背圧空間７９と吐出室２１とを連通する高圧バイパス路７２が形成されているとともに、高圧バイパス路７２を、吐出室２１内の圧力が所定の圧力未満では開き、吐出室２１内の圧力が所定の圧力以上では閉じる圧力調整弁７６が設けられている。

圧力調整弁７６は、バネ７５と、高圧バイパス路７２を開閉するボール７３と、ボール７３をサイクロンブロック７０内に保持する、通気口を有する蓋７３とを有し、バネ７３の弾性力が、上記所定の圧力に応じて設定されている。

この所定の圧力は、コンプレッサ１００の停止状態が続いて、吐出室２１の内圧が低下し、後述するベーン背圧と略同一になった状態における圧力よりも高い圧力であって、コンプレッサ１００の回転動作が再開して、吐出室２１の内圧が定常状態の高圧Ｐｄよりも低い圧力の間で設定されている。

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に向けて突出させて、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。

ロータ５０には、前述したベーン５８を埋設するスリット状のベーン溝（図示省略）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、これらのベーン溝にベーン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、ベーン溝およびベーン５８の底面によって画成された背圧室に加えられる冷凍機油Ｒによる油圧（背圧）とにより、シリンダ４０の内周面４９ａに向けて突出し、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し、容積が大きくなる期間に、吸入室３４から冷媒ガスＧを吸入し、容積が小さくなる期間に、吸入した冷媒ガスＧを圧縮し、圧縮された高圧の冷媒ガスＧは、サイクロンブロック７０を通じて吐出室２１に吐出される。

一方、サイクロンブロック７０の周壁７１および金網７８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。

圧縮機本体６０のリヤサイドブロック２０には、吐出室２１の底部に溜められ、高圧Ｐｄの冷凍機油Ｒを軸受部２２に導く高圧導油路２３が形成され、軸受部２２と回転軸５１との間の微小隙間（絞り部）が、高圧Ｐｄの冷凍機油Ｒを、吐出室２１内の圧力よりも低い中間圧Ｐｖに絞った上で、軸背圧空間７９およびリヤサイドブロック２０のうちロータ５０の対向面に形成されたサライ溝２５に供給する。

このサライ溝２５は、ロータ５０に配設されたベーン５８の背圧室に連通し、べーン５８の背圧として、中間圧Ｐｖの冷凍機油Ｒを供給している。

一方、軸背圧空間７９に供給された中間圧Ｐｖの冷凍機油Ｒも、中間圧導油路２８を通じてサライ溝２５に導かれる。

また、シリンダ４０の底部には、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とを連通させる高圧導油路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であるサライ溝３５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に形成されたベーン５８の背圧室に連通し、軸受部３２と回転軸５１との間の微小隙間（絞り部）で中間圧Ｐｖまで絞られた冷凍機油Ｒが供給されている。

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によれば、コンプレッサ１００が停止状態において、ベーン５８の先端がシリンダ４０の内周面４９ａが離れていても、コンプレッサ１００の起動直後は、サイクロンブロック７０に設けられたバネ７５の弾性力が吐出室２１の低下した内圧に打ち勝って、ボール７３を高圧バイパス路７２の開放側に移動させているため、吐出室２１の内圧が絞られることなく高圧バイパス路７２、中間圧連通空間７９および中間圧導油路２８を介してサライ溝２５に供給される。

この結果、ベーン５８の背圧室に供給される圧力は、高圧導油路２３および絞り部で絞られた冷凍機油Ｒの圧力よりも高い圧力となり、起動直後におけるベーン５８の突出性能が向上する。

また、その後の定常運転となるまでの間に、吐出室２１の内圧は高められ、この内圧が所定の圧力に到達すると、吐出室２１の内圧がバネ７５の弾性力に打ち勝って、ボール７３を高圧バイパス路７２の閉鎖側に移動させ、ベーン５８の背圧室に供給される圧力は、リヤサイドブロック２０側については高圧導油路２３から絞り部を介してサライ溝２５に供給された中間圧Ｐｖ、フロントサイドブロック３０側については高圧導油路２３、貫通孔４６、高圧導油路３３および絞り部を介してサライ溝３５に供給された中間圧Ｐｖとなり、定常運転時に、過大なベーン突出力が作用するのを防止することができる。

しかも、中間圧導油路２８に連通する中間圧連通空間７９は、圧縮機本体６０とサイクロンブロック７０との組付けによって圧縮機本体６０の外面とサイクロンブロック７０の外面とにより画成されるため、圧縮機本体６０にサイクロンブロック７０を組み付ける通常の組付け工程の工数が増大することはない。

また、中間圧連通空間７９と吐出室２１とを連通する高圧バイパス路７２は、圧縮機本体６０ではなく、サイクロンブロック７０に形成されているため、圧縮機本体６０に組み付ける以前のサイクロンブロック７０単体状態で高圧バイパス路７２を形成することができ、高圧バイパス路７２の経路を従来の気体圧縮機よりも確保しやすい。

同様に、圧力調整弁７６は、圧縮機本体６０よりも余裕スペースを多く有するサイクロンブロック７０に設けられているため、設計自由度が高く、製造も容易化することができる。

以上のように、本実施形態に係るコンプレッサ１００は、高圧バイパス路７２および圧力調整弁７６を設けるスペースを確保しやすく、高圧バイパス路７２も容易に形成することができる。

なお、圧縮機本体６０のリヤサイドブロック２０に高圧バイパス路を形成した従来の気体圧縮機では、リヤサイドブロック２０とフロントサイドブロック３０との対称性が低下し、圧縮室４８から吐出する冷媒ガスＧの脈動を生じる虞があるが、本実施形態に係るコンプレッサ１００では、高圧バイパス路７２はサイクロンブロック７０に形成されているため、そのような問題を生じる虞もない。

さらに、本実施形態に係るコンプレッサ１００によれば、圧力調整弁７６が、バネ７５と高圧バイパス路７２を開閉するボール７３と蓋７４という簡単な構造で構成することができる。

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を示す縦断面図である。 図１における矢視Ａによるサイクロンブロックを示す図である。

符号の説明

２８ 中間圧導油路
６０ 圧縮機本体
７０ サイクロンブロック（油分離器）
７２ 高圧バイパス路
７３ ボール
７４ 蓋
７５ バネ
７６ 圧力調整弁
７９ 中間圧連通空間
１００ コンプレッサ（気体圧縮機）

Claims (2)

1. ハウジングの内部に、回転駆動されて気体を圧縮する圧縮機本体が収容されるとともに、圧縮機本体から高圧の気体が吐出される吐出室が画成され、前記圧縮機本体から吐出された前記高圧の気体から油分を分離する油分離器が、前記圧縮機本体の外面に組み付けられ、前記油分離器によって分離され、前記吐出室の底部に溜められた油分を、前記圧縮機本体内に形成された絞り部で前記吐出室内の圧力よりも低い中間圧に絞った上で、圧縮機本体内で圧縮室を画成するベーンを突出させるベーン背圧室に導く中間圧導油路が形成された気体圧縮機において、
   前記圧縮機本体と前記油分離器との組付けによって、前記圧縮機本体の外面と前記油分離器の外面とにより、前記中間圧導油路に連通する中間圧連通空間が画成され、
   前記油分離器に、前記中間圧連通空間と前記吐出室とを連通する高圧バイパス路が形成されているとともに、前記高圧バイパス路を、前記吐出室内の圧力が所定の圧力に達するまでは開き、前記吐出室内の圧力が所定の圧力に達した後は閉じる圧力調整弁が設けられていることを特徴とする気体圧縮機。
2. 前記圧力調整弁は、バネと前記高圧バイパス路を開閉するボールとを有することを特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。

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