JP2008267212A

JP2008267212A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2008267212A
Application number: JP2007109225A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Yamamoto; 信之山本; Maki Shimoyama; 真樹下山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2007-04-18
Publication date: 2008-11-06
Also published as: CN101290010A; CN101290010B

Abstract

【課題】潤滑油を分離する分離室を有する圧縮機において、高速運転時には油循環率を適度に多くして圧縮機の耐久性を高めること。
【解決手段】潤滑油を含む流体を圧縮する圧縮機構１，２，４と、この圧縮機構１，２，４により圧縮された流体が導かれ、流体に含まれる潤滑油の少なくとも一部が分離される筒状の分離室１８と、この分離室１８において流体から分離された潤滑油が貯留される貯油室１５とを備える圧縮機において、分離室１８と貯油室１５とを連通する導油路２０を設け、分離室１８と導油路２０を分離室１８の断面積より小さい断面積のオリフィス１９を介して連通するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体の圧縮を行う圧縮機に関し、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。

従来のロータリ型圧縮機においては、圧縮された気流体（以下、ガス冷媒と呼ぶ）と共に圧縮機の潤滑油の一部が空調装置の冷凍サイクル中に吐出され、ガス冷媒中に含まれた潤滑油を利用して圧縮機の摺動部を潤滑しているが、冷凍サイクル中に吐出される潤滑油の量が多くなると冷房性能が低下することがある。

そこで、図７に示されるように、ガス冷媒から潤滑油を分離する分離室１０１を圧縮機本体の鉛直方向に設け、分離室１０１の下側に分離された潤滑油を貯える貯油室を形成して、冷凍サイクル中に吐出される潤滑油を出来るだけ少なくするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３３６５８８号公報（図１、図５）

しかしながら、図７に示される従来の構成では、鉛直に配置された分離室１０１の上部のガス排出口１０２と、導油路１０３付近に溜まっている潤滑油の油面との鉛直距離Ｙが十分取ってあるため、分離室１０１内で旋回しているガス冷媒により潤滑油を巻き上げにくく、ガス冷媒と一緒にガス排出口１０２から冷凍サイクル中に吐出される潤滑油が少ない。そのため、分離効率が良く、高速運転時においても油循環率が１％以下となる（例えば、図６のＪ１参照）。

近年、カーエアコン用圧縮機の高速回転化の要求があり、この種のロータリ型圧縮機は、吸入ガス冷媒中に含まれる潤滑油を利用して圧縮機の摺動部を潤滑しているので、過酷な高速回転運転条件下では、冷凍サイクル中の油循環率が１％では潤滑油量が少なく、圧縮機の摺動部が磨耗して耐久性が低下するという課題を有していた。

なお、上述した油循環率とは、日本工業規格（JIS Ｂ８６０６）に定義されているように、冷凍サイクル内を循環する液冷媒と潤滑油の混合液質量に対する混合液中の潤滑油質量比率で表される。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、低速運転時には油循環率を少なくして冷凍サイクルの冷房性能及び効率を向上させ、高速運転時には油循環率を多くして適度な潤滑油量を圧縮機に戻すことで圧縮機の摺動部を潤滑させ、圧縮機の信頼性及び耐久性を向上して圧縮機の最高回転数をより高くすることを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、潤滑油を含む流体を圧縮する圧縮機構と、該圧縮機構により圧縮された流体が導かれ、流体に含まれる潤滑油の少なくとも一部が分離される筒状の分離室と、該分離室において流体から分離された潤滑油が貯留される貯油室とを備える圧縮機であって、前記分離室と前記貯油室とを連通する導油路を設け、前記分離室と前記導油路を前記分離室の断面積より小さい断面積のオリフィスを介して連通するようにしたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記導油路と前記貯油室を排油孔を介して連通し、該排油孔は前記貯油室に貯留された潤滑油面より下方に位置し、前記貯油室内上部と前記導油路を連通路を介して連通し、前記オリフィスの位置を前記連通路より上方に設定したことを特徴とする。

本発明によれば、分離室と貯油室を導油路で連通し、分離室と導油路の間にオリフィスを設けたので、オリフィス上部の分離室内に潤滑油が一時的に溜まるようになる。圧縮機の低速運転時には、分離室内のガス冷媒の旋回スピードが遅いので、溜まった潤滑油のほとんどは、ガス排出口から冷凍サイクル中に吐出されることなく徐々にオリフィス及び導油路を介して貯油室に貯留される。一方、圧縮機の回転数が高くなると、分離室内のガス冷媒の旋回スピードが速くなり、分離室で分離された潤滑油は、オリフィスを通り導油路に入る前に巻き上げられ、ガス排出口より冷凍サイクル中へ吐出される。

すなわち、圧縮機の低速運転時には、冷凍サイクル中の油循環率は小さくなり、性能効率が良くなるのに対し、圧縮機の高速運転時には、冷凍サイクル中の油潤滑率が大きくなるため、圧縮機の摺動部への潤滑油の供給量が多くなり、圧縮機の高速回転域での信頼性及び耐久性をより向上させることができる。従って、圧縮機の最高回転数をより高速化することができる。

また、貯油室と導油路とを連通する連通路を設け、連通路を貯油室の上方でオリフィスよりも下方に位置させたので、分離室−導油路−貯油室それぞれの間の流体の流通が良くなり、冷凍サイクルの冷房性能及び効率を向上することができ、圧縮機の高速回転時の冷凍サイクル中の油循環率をより適度な値にすることができる。

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、本発明はこの実施の形態によって限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１乃至図３は、本発明の第１の実施形態に係るロータリ型圧縮機を示しており、図１はその縦断面図である。また、図２は図１のＡ−Ａ断面図（作動室断面図）であり、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。

図１乃至図３において、円筒内壁を有するシリンダ１の内部には略円筒状のロータ２が、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ように回転自在に収容され、ロータ２に設けられた複数のベーンスロット３内には、それぞれ摺動自在にベーン４が挿入されている。ロータ２は回転自在に軸支される駆動軸５によって回転駆動される。シリンダ１の両端開口部は、それぞれ前部側板６及び後部側板７により閉塞され、シリンダ１内部に作動室８が形成される。

作動室８は吸入口９及び吐出口１０と連通し、吐出口１０は高圧通路１２に連通し、吐出口１０と高圧通路１２との間には吐出弁１１が配設されている。

後部側板７には、高圧ケース１３が取り付けられており、高圧ケース１３内上方には高圧室１４が形成される一方、高圧ケース１３内下方には貯油室１５が形成され、高圧室１４と貯油室１５は隔壁１６によって仕切られている。また、高圧室１４の側方には筒状の分離室１８が形成され、高圧室１４と分離室１８は、導入孔１７を介して連通している。

分離室１８と貯油室１５は導油路２０を介して連通しており、分離室１８と導油路２０はオリフィス１９で連通するとともに、導油路２０と貯油室１５は排油孔２１で連通している。また導油路２０の下端にはリリーフバルブ２２を設置している。

貯油室１５に貯留された潤滑油は、潤滑油内に浸漬されたノズル２４から給油路２５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２７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。

ベーン背圧室２７には、高圧室１４内に設けられたベーン背圧調整装置２６を介して貯油室１５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２６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ガス冷媒圧力に応じて制御している。

以上のように構成された圧縮機の動作と作用を以下説明する。
エンジンなどの駆動源より動力伝達を受けて、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、低圧のガス冷媒は吸入口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ガス冷媒は、吐出口１０より吐出弁１１を押し上げて高圧通路１２に吐出され、さらに高圧室１４内に流入した後、導入孔１７より分離室１８に流入する。分離室１８は、いわゆる遠心分離式オイルセパレータと称される構造で、円筒状の空間にて構成されている。また、導入孔１７は、分離室１８にてガス冷媒をより円滑に旋回させるため、円筒状空間の接線方向にガス冷媒を導くように形成している。

分離室１８に導入された高圧ガス冷媒は、ガス冷媒中に混入しているミスト状の潤滑油の一部が分離され、一部分離されなかったミスト状の潤滑油とともに空調装置の冷凍サイクル中に向けて吐出され、冷凍サイクルを循環した後、吸入口９から作動室８へ戻り、再び圧縮されて冷凍サイクル中を循環する。分離室１８で分離された潤滑油は、分離室１８の内周面に沿って下方に移動し、大半は分離室１８下部のオリフィス１９で絞られて導油路２０へ流入し、排油孔２１から貯油室１５に導入されて貯留される。

また、圧縮機の低速運転時（例えば、７００ｒｐｍ程度時）には、分離室１８で分離された潤滑油は一時オリフィス１９上部に若干溜まり、徐々にオリフィス１９を通って導油路２０を介して貯油室１５に貯留される。一方、圧縮機の高速運転時（例えば、５０００ｒｐｍ以上時）には、分離室１８のガス冷媒の旋回スピードが速くなり、オリフィス１９上部に一時的に溜まった潤滑油の大半は、オリフィス１９を通る前にガス冷媒に巻き上げられて、分離室１８上部のガス排出口２３から冷凍サイクル中に吐出されるので、冷凍サイクル中の油循環率が多くなる。

ところで、オリフィス１９の穴径などの寸法は、吐出されるガス冷媒の流量や用いられる潤滑油の粘性によって適当な大きさにすることが望ましいが、本実施の形態１では、分離室１８の内径Ｄ１をφ１５ｍｍ、オリフィス１９の穴径ｄをφ８ｍｍ、導油路２０の内径Ｄ２をφ９ｍｍとし、オリフィス１９の穴の断面積は分離室の断面積の約２８％としている。

図６は、分離室１８の内径Ｄ１をφ１５ｍｍに、導油路２０の内径Ｄ２をφ９ｍｍに設定し、オリフィス１９の穴径ｄを変えることで断面積を変えて油循環率の変化を検討したグラフである。

グラフＪ１は、上述した特許文献１の構成を採用した場合で、油循環率は低速運転時、高速運転時ともに１％以下であり、より高速化した場合は高速運転時の圧縮機の耐久性に課題が若干残った。

グラフＪ２は、オリフィス１９の穴径をφ１０ｍｍとし分離室１８との断面積比を約４４％としたもので、油循環率は低速運転時に約２％、高速運転時には約４％であり、やはりより高速化した場合には高速運転時の耐久性にやや課題が残る結果となった。

グラフＪ３は、オリフィス１９の穴径をφ８ｍｍとし分離室１８との断面積比を約２８％としたもので、油循環率は低速運転時に約３％、高速運転時には約９％であり、高速運転時の耐久性の目安である油循環率５％以上を確保できる結果となった。

以上のように、本実施の形態においては、オリフィス１９の断面積を分離室１８の断面積の２８％以下とすることにより、分離室１８で分離された潤滑油をオリフィス１９上部に一時的に溜め、圧縮機の回転数が高くなるとガス冷媒流量が増大し、分離室１８の冷媒の旋回スピードが速くなり、オリフィス１９上部に一時的に溜まった潤滑油の大半がガス冷媒に巻き上げられ、ガス排出口２３より冷凍サイクル中へ吐出されるようになる。

すなわち、圧縮機の高速運転時には冷凍サイクル中の油潤滑率が大きくなり、吸入ガス冷媒中に含まれた潤滑油が圧縮機の摺動部であるシリンダ１、ロータ２、ベーン４、前部側板６や後部側板７などの潤滑をより向上するため、圧縮機の信頼性及び耐久性を向上することができ、圧縮機の最高回転数をより高速化することができる。

油循環率が増えると圧縮機の高速回転時の冷房性能は低下することになるが、実際には高速運転時の圧縮機空調性能は十分な冷房性能を有しているので、油循環率が大きくなっても実用上問題はなく、むしろ冷房性能の低下に伴って圧縮機の所要馬力も低下するため、エンジンに対する負荷がより小さくなるという効果を奏することになる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る圧縮機の縦断面であり、図５は図４のＢ−Ｂ断面図を示すものである。なお、実施の形態１と実質的に同一の構成要素については同一参照符号を付して説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

図４及び図５において、排油孔２１は、貯油室１５に溜まっている潤滑油の油面より鉛直方向において下方に位置し、貯油室１５内上部と導油路２０との間には、これら相互間の流体移動を許容する連通路２８を設け、オリフィス１９の位置をその連通路２８より上方にした構成としている。

また、導入孔１７の中心からオリフィス１９までの距離Ｌが小さすぎると、冷媒ガスの主流がオリフィス１９上流に一旦溜まる潤滑油の油面と近くなりすぎて、潤滑油を巻き上げて冷媒ガスと一緒にガス排出口２３から吐出し易くなる。逆に、距離Ｌが大きすぎると潤滑油を巻き上げ難いので、冷媒ガスと一緒にガス排出口２３から吐出され難しくなる。

そのため、本実施の形態では、低速運転時にガス冷媒が潤滑油を巻き上げ難く、高速運転時には潤滑油を巻き上げ易いように分離室１８の内径Ｄ１をφ１５ｍｍ、オリフィス１９の穴径ｄをφ８ｍｍ、導入孔１７の中心からオリフィス１９上部までの距離Ｌを２２ｍｍとしている。

以上のように構成された圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。
貯油室１５上部のガス冷媒が連通路２８によりガス抜きされ、オリフィス１９の上部に一時的に溜まる潤滑油をスムースに導油路２０を介して貯油室１５へ流入させるようになり、導油路２０の油面がオリフィス１９下方の連通路２８付近とほぼ同じ油面高さとなる。

従って、実施形態１より、低速運転時〜高速運転時における分離効率が良くなり、冷凍サイクル中の油循環率を若干小さくすることができた。また、その油循環率の特性は、図６のグラフＪ４で示している通り、圧縮機回転数をより高速化した場合の耐久性及び信頼性の目安である５％以上を確保することができた。

以上のように、本実施の形態においては、オリフィス１９の位置を連通路２８の上方にしたことにより、冷凍サイクルの冷房性能及び効率を向上することができ、圧縮機の高速回転時の冷凍サイクル中の油循環率をより適度な値にすることができる。

なお、上述の実施の形態は、圧縮機としてロータリ型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は、低速運転時には油循環率を小さくして冷凍サイクルの冷房性能及び効率を向上することができ、高速運転時には油循環率を大きくして冷凍サイクル中に潤滑油を適度に循環させ、ベーンやロータなどの摺動部の潤滑に必要な潤滑油を供給することができるので、家庭用空調装置等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１に係る圧縮機の縦断面図図１に示す圧縮機のＡ−Ａ断面図図１に示す圧縮機のＢ−Ｂ断面図本発明の実施の形態２に係る圧縮機の縦断面図図４に示す圧縮機のＢ-Ｂ断面図本発明に係る圧縮機と従来の圧縮機における油循環率を示すグラフ従来の圧縮機の縦断面図

符号の説明

１シリンダ
２ロータ
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高圧通路
１３高圧ケース
１４高圧室
１５貯油室
１６隔壁
１７導入孔
１８分離室
１９オリフィス
２０導油路
２１排油孔
２２リリーフバルブ
２３ガス排出口
２４ノズル
２５給油路
２６ベーン背圧調整装置
２７ベーン背圧室
２８連通路

Claims

潤滑油を含む流体を圧縮する圧縮機構と、該圧縮機構により圧縮された流体が導かれ、流体に含まれる潤滑油の少なくとも一部が分離される筒状の分離室と、該分離室において流体から分離された潤滑油が貯留される貯油室とを備える圧縮機であって、
前記分離室と前記貯油室とを連通する導油路を設け、前記分離室と前記導油路を前記分離室の断面積より小さい断面積のオリフィスを介して連通するようにしたことを特徴とする圧縮機。
前記導油路と前記貯油室を排油孔を介して連通し、該排油孔は前記貯油室に貯留された潤滑油面より下方に位置し、前記貯油室内上部と前記導油路を連通路を介して連通し、前記オリフィスの位置を前記連通路より上方に設定したことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。