JP2013224626A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の回転数の変動に伴う作動流体からの油分離能力の影響の低減を図る圧縮機を提供する。
【解決手段】潤滑油を含んだ冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１００は、冷媒が吐出される吐出室１２と、冷媒に含まれる潤滑油を遠心分離する油分離室１３と、吐出室１２と油分離室１３とを連通する少なくとも２つの連通穴１１２及び１１３と、第二連通穴１１３に設けられ、冷媒の流量に基づき第二連通穴１１３を開閉する開閉弁１２０とを備える。さらに、開閉弁１２０は、第二連通穴１１３を閉鎖するとともに、冷媒の流量増加により第二連通穴１１３を開口させる。
【選択図】図２

Description

この発明は、圧縮機に係り、特に遠心分離を利用して作動流体から油を分離するオイルセパレータを備える圧縮機に関する。

圧縮機では、ガス状作動流体を圧縮するための圧縮機構の可動部位を潤滑するために、圧縮機の吸入側に潤滑油を供給する構成のものがあり、上記のような圧縮機では作動流体に潤滑油が含まれてしまう。圧縮機が冷凍回路に設けられている場合、潤滑油を含有した状態で作動流体である冷媒が圧縮機から吐出されると、冷媒と共に流出した潤滑油は、冷凍回路中の蒸発器等に付着し、冷凍回路での熱交換を妨げてしまう。このような熱交換効率の低下を防ぐために、圧縮機の吐出側で冷媒から潤滑油を分離し、圧縮機内に帰還させる。帰還した潤滑油は、圧縮機の駆動機構の摺動部、シール部（シャフトシール等）等の潤滑を行う。

例えば、特許文献１には、冷媒に含まれる潤滑油を分離するためのオイルセパレータを備えたスクロール型の圧縮機が記載されている。このオイルセパレータは、圧縮された冷媒が吐出される吐出室に隣接して設けられた円筒状の分離室と、分離室内に分離室と同心的に配置された分離パイプとを有している。分離室は、分離室と吐出室とを区画する隔壁に上下方向に並んで形成された一対の導入孔を介して、吐出室に連通する。分離パイプは、分離室内で上下方向に延びてその上端で拡径され、上端側で圧縮機の外部に連通し、拡径部下方の直管部の下端で分離室内に開口する。さらに、導入孔は、分離パイプに対向する位置に形成されている。また、分離室は、その下部で下方の貯油室に連通し、分離室の内周面は、貯油室に向けて徐々に拡径するテーパ形状を有している。

よって、吐出室から導入孔を通って分離室に吐出された冷媒は、分離パイプの周囲を旋回しつつ下方に向かって流れた後、下端の開口から流入して分離パイプ内を通過し、圧縮機の外部に吐出される。冷媒に含有する潤滑油は、分離パイプの周囲の旋回過程で遠心力によって分離されて分離室の内周面に付着し、さらに、この内周面上をつたって下降し貯油室に蓄えられる。そして、テーパ形状をした分離室の内周面と分離パイプの外周面との距離が貯油室に向かって拡大するため、分離パイプの周囲を旋回する冷媒は、下方に向かうに従い旋回速度を低下させる。これにより、圧縮機の高回転時において、直管部の下端付近における冷媒の流速の上昇を抑え、直管部に流入する冷媒が、分離室の内周面に付着している潤滑油を巻き込むことを低減している。

特開２００６−２４９９９２号公報

しかしながら、特許文献１の圧縮機のオイルセパレータでは、分離室の内周面と分離パイプの外周面との距離が貯油室に向かって拡大する構成であるため、圧縮機の低回転時に低い流速で分離室に吐出される冷媒は、分離パイプの周囲を旋回する速度を下方に向かうに従いさらに低下させ、含有する潤滑油を十分に遠心分離させることができないという問題がある。つまり、特許文献１のオイルセパレータは、圧縮機の回転数の変動にあわせて、冷媒からの潤滑油の分離能力が変動する。特に、近年、モータで駆動される電動圧縮機の需要が、ハイブリッド車や電気自動車の普及に伴い増大しているが、モータの回転に合わせて回転する電動圧縮機では、その回転数の使用領域が、従来のエンジン駆動の圧縮機よりも大幅に広く、さらに低回転寄りになっている。このような電動圧縮機において特許文献１のオイルセパレータを使用すると、冷媒からの潤滑油の分離がさらに不十分になるという問題がある。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、圧縮機の回転数の変動に伴う作動流体からの油分離能力の影響の低減を図る圧縮機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係る圧縮機は、潤滑油を含んだ作動流体を圧縮して吐出する圧縮機において、作動流体が吐出される高圧室と、作動流体に含まれる潤滑油を遠心分離する油分離室と、高圧室と油分離室とを連通する少なくとも２つの連通穴と、少なくとも２つの連通穴のうち、少なくとも１つの連通穴に設けられ、作動流体の流量に基づき上記連通穴を開閉する開閉弁とを備え、開閉弁は、連通穴を閉鎖するとともに、作動流体の流量増加により連通穴を開口させる。

少なくとも２つの連通穴は、異なる開口面積を有し、開閉弁は、少なくとも２つの連通穴のうち、開口面積が大きい連通穴に設けられてもよい。
上記圧縮機は、油分離室内に延び、作動流体を旋回させるための遠心分離管を備え、少なくとも２つの連通穴は、遠心分離管に対向する位置に配置される第一連通穴及び第二連通穴であり、第一連通穴及び第二連通穴は、遠心分離管の延びる方向に沿って、第二連通穴が第一連通穴よりも作動流体の旋回流の下流側に位置するように配置され、第一連通穴から遠心分離管までの距離が、第二連通穴から遠心分離管までの距離よりも近くてもよい。
さらに、第一連通穴は、第二連通穴よりも開口面積が小さくてもよい。
遠心分離管は、第一連通穴及び第二連通穴と対向する部位のうち、第二連通穴と対向する部位の管路断面の方が小さくてもよい。
上記圧縮機が電動圧縮機であってもよい。

この発明に係る圧縮機によれば、圧縮機の回転数の変動に伴う作動流体からの油分離能力の影響を低減することが可能になる。

この発明の実施の形態１に係る圧縮機の構成を示す模式断面側面図である。 図１の油分離室周辺を拡大した模式断面側面図であり、圧縮機の低回転時の状態を示す図である。 図１の油分離室周辺を拡大した模式断面側面図であり、圧縮機の高回転時の状態を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る圧縮機の油分離室周辺の構成を示す模式断面側面図である。

以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１に係る圧縮機１００の構成を説明する。なお、以下の実施形態において、圧縮機１００として、冷凍回路に設けられて、冷凍回路を流通する作動流体である冷媒を吸入、圧縮して吐出するスクロール型の電動圧縮機を使用した場合の例について説明する。

図１を参照すると、圧縮機１００は、固定スクロールを形成する略円筒状の第二ハウジング２０と、第二ハウジング２０の両側にボルト等で一体に連結された略円筒状の第一ハウジング１０及び第三ハウジング３０と、第三ハウジングに３０に対して第二ハウジング２０と反対側でボルト等によって一体に連結された略円筒状のモータハウジング５０とを有している。

第二ハウジング２０は、固定基板２０ａと、固定基板２０ａから第三ハウジング３０に向かう方向へ突出する固定渦巻壁２０ｂと、固定基板２０ａから第三ハウジング３０に向かう方向へ突出して固定渦巻壁２０ｂを外側から取り囲むようにして延在する外周壁２０ｃとを一体に有している。そして、固定渦巻壁２０ｂは、固定基板２０ａ上で渦巻き状に延びている。ここで、固定基板２０ａ及び固定渦巻壁２０ｂは、固定スクロールの固定基板及び固定渦巻壁を構成している。

第一ハウジング１０は、第二ハウジング２０の固定基板２０ａ側に取り付けられる。第一ハウジング１０は、固定基板２０ａと共に、吐出室１２をその内側に形成する。さらに、第一ハウジング１０は、その内部に、吐出室１２にこの側方で隣接する油分離室１３と、油分離室１３に重力方向の下方側で隣接し且つ圧縮機１００の潤滑油を貯留する貯油室１４とを有している。
吐出室１２は、冷媒が吐出される高圧室を構成している。

ここで、貯油室１４から油分離室１３に向かう方向を上方と呼び、その反対方向を下方と呼ぶ。さらに、油分離室１３から吐出室１２に向かう方向及びその反対方向、即ち上方向及び下方向に略垂直な方向を側方と呼ぶ。そして、圧縮機１００は、図１の紙面上での上方側を重力方向の上方側として設置され、つまり、貯油室１４に対して油分離室１３を重力方向の上方とするように設置されて使用される。

油分離室１３は、略一定の内径の円筒状の形状を有して上下方向に延びており、第一ハウジング１０の外周壁１０ａに形成された吐出口１６を介して、圧縮機１００の外部に連通する。油分離室１３の円筒状の内周面１３ａには、遠心分離管１１１が嵌合している。遠心分離管１１１は、吐出口１６側の大径直管部１１１ａと、貯油室１４側に位置し大径直管部１１１ａよりも径が小さい小径直管部１１１ｃと、大径直管部１１１ａを小径直管部１１１ｃに接続し且つ大径直管部１１１ａから小径直管部１１１ｃに向かうに従って径が縮小するテーパ管部１１１ｂとによって構成されている。そして、大径直管部１１１ａ、テーパ管部１１１ｂ及び小径直管部１１１ｃは、油分離室１３と中心軸を同一にして延び、大径直管部１１１ａが油分離室１３の内周面１３ａに嵌合している。よって、遠心分離管１１１は、吐出口１６から貯油室１４に向かう方向に沿って延び、管の軸方向に垂直な管路断面が減少している。

また、油分離室１３は、油分離室１３と吐出室１２とを互いの側方で区画する隔壁１０ｂに形成されて隔壁１０ｂを貫通し且つ遠心分離管１１１の延びる方向に沿って上下方向に一列に並んで配置された第一連通穴１１２及び第二連通穴１１３を通じて、吐出室１２に連通する。第一連通穴１１２は、第二連通穴１１３よりも上方且つ遠心分離管１１１のテーパ管部１１１ｂに側方で対向する位置に配置され、さらに、テーパ管部１１１ｂにおける大径直管部１１１ａ側に近い部位に対向している。第二連通穴１１３は、第一連通穴１１２よりも下方且つ遠心分離管１１１の小径直管部１１１ｃに側方で対向する位置に配置されている。このため、遠心分離管１１１において、第一連通穴１１２と対向する部位の管路断面に比べて、第二連通穴１１３と対向する部位の管路断面が小さくなっている。また、第二連通穴１１３の開口面積は、第一連通穴１１２の開口面積よりも大きくなっている。さらに、開閉弁１２０が、第二連通穴１１３を吐出室１２側から囲むようにして、吐出室１２内で隔壁１０ｂに取り付けられている。なお、開閉弁１２０の詳細な構成は、後述する。
また、油分離室１３は、油分離室１３と貯油室１４とを上下で区画する隔壁１０ｃに形成された油排出穴１４ａを介して、貯油室１４に連通する。
ここで、油分離室１３、遠心分離管１１１、第一連通穴１１２、第二連通穴１１３及び開閉弁１２０によって、オイルセパレータ１０１が構成されている。

また、圧縮機１００は、第二ハウジング２０と第三ハウジング３０との間に、可動スクロール４０を有している。可動スクロール４０は、第二ハウジング２０の固定基板２０ａに対向するように延在する基板４０ａと、基板４０ａから固定基板２０ａに向かう方向へ突出する渦巻壁４０ｂとを一体に有している。そして、渦巻壁４０ｂは、基板４０ａ上で渦巻き状に延びて、第二ハウジング２０の固定渦巻壁２０ｂの間にはまりこんでいる。これにより、可動スクロール４０の渦巻壁４０ｂは、第二ハウジング２０の固定渦巻壁２０ｂと当接することによって、閉鎖された空間である三日月状の圧縮室４１を形成することができる。

また、可動スクロール４０は、基板４０ａの下方で第三ハウジング３０との間に吸入室１１を形成している。圧縮室４１は、第二ハウジング２０の外周壁２０ｃ側で吸入室１１に連通し、第二ハウジング２０の固定基板２０ａの中心側で、固定基板２０ａの中心に形成された吐出ポート２１を介して、吐出室１２に連通する。そして、この吐出ポート２１は、固定基板２０ａの吐出室１２側に固定されたリード弁タイプの吐出弁２２によって開閉される。なお、吸入室１１は、図示しない吸入口を介して圧縮機１００の外部に連通している。
さらに、可動スクロール４０の基板４０ａには、渦巻壁４０ｂと反対側に、筒状のシャフト支持部４０ｃが一体に突出形成されている。

また、圧縮機１００は、可動スクロール４０のシャフト支持部４０ｃ側に、駆動シャフト６０を有している。駆動シャフト６０は、シャフト支持部４０ｃ内に延びる偏心シャフト部６０ｃと、偏心シャフト部６０ｃより径が大きくなった拡径部６０ｂと、拡径部６０ｂから偏心シャフト部６０ｃと反対側に延びるメインシャフト部６０ａとを一体に有している。偏心シャフト部６０ｃは、互いの中心軸を同一とするメインシャフト部６０ａ及び拡径部６０ｂに対してその中心軸を偏心させており、ブッシュ３２及びその外周の軸受３３を介してシャフト支持部４０ｃと回転自在に嵌合している。

よって、偏心シャフト部６０ｃは、メインシャフト部６０ａ及び拡径部６０ｂの回転中心軸の周りを旋回するように回転することができる。このため、可動スクロール４０は、メインシャフト部６０ａを回転させると、その回転中心軸の周りを公転運動する。そして、可動スクロール４０が公転運動することによって、吸入室１１側で形成された圧縮室４１が、固定基板２０ａの中心の吐出ポート２１に向かって移動しつつその容積を減少させ、内部に含む冷媒を圧縮する。

また、第三ハウジング３０は、シャフト支持部４０ｃ側から可動スクロール４０と駆動シャフト６０の拡径部６０ｂ及び偏心シャフト部６０ｃとを覆うようにして、第二ハウジング２０に連結されている。第三ハウジング３０は、その内側で、軸受３４を介して拡径部６０ｂを回転自在に支持し、駆動シャフト６０のメインシャフト部６０ａが第三ハウジング３０を貫通して外側に突出している。また、第三ハウジング３０は、可動スクロール４０の基板４０ａとの間に設けられたブッシュ３１を介して、可動スクロール４０を駆動シャフト６０の軸方向に支持している。

また、モータハウジング５０は、軸受５４を介して、その内部に延びる駆動シャフト６０のメインシャフト部６０ａを回転自在に支持している。また、モータハウジング５０の内部では、ロータ５１が、一体に回転するようにメインシャフト部６０ａの周りに固定されている。さらに、モータハウジング５０の内部では、ロータ５１を取り囲むようにして、コイル５３を有するステータ５２が固定配置されている。そして、コイル５３に交流電流が流されることによって、ステータ５２は、メインシャフト部６０ａと共にロータ５１を回転させる。

また、図２を参照すると、開閉弁１２０の詳細な構成が示されている。
開閉弁１２０は、中空有底筒状をした弁ハウジング１３０を有している。弁ハウジング１３０は、矩形断面をした筒状の側壁１３１と、互いに対向するように配置されて側壁１３１の両端を閉鎖する端壁１３２及び１３３とによって構成されている。側壁１３１は、４つの平坦な板状の側壁構成部を矩形状に囲むように配置して形成され、そのうちの１つの側壁構成部１３１ａには、側壁構成部１３１ａを貫通する側壁貫通穴１３１ａ１が端壁１３３に近接して形成されている。側壁貫通穴１３１ａ１は、第一ハウジング１０の隔壁１０ｂにおける第二連通穴１１３と整合する形状を有している。

弁ハウジング１３０は、側壁構成部１３１ａを当接させて隔壁１０ｂに固定される。このとき、側壁貫通穴１３１ａ１が、第二連通穴１１３と整合する。
さらに、弁ハウジング１３０において、側壁貫通穴１３１ａ１から遠い方の端壁１３２には、端壁１３２を貫通する弁孔１３２ａが形成されている。弁孔１３２ａは、側壁貫通穴１３１ａ１及び第二連通穴１１３と同一の開口面積を有している。
よって、弁ハウジング１３０は、その内部に、側壁貫通穴１３１ａ１及び弁孔１３２ａで開口する弁室１３４を形成している。

また、開閉弁１２０は、弁室１３４内に、弁体１４０及び付勢バネ１５０を有している。
弁体１４０は、円柱部１４１と、円柱部１４１から延びる円錐台状のテーパ部１４２とを一体に有している。円柱部１４１は、弁ハウジング１３０の弁孔１３２ａよりも外径が大きく、テーパ部１４２は、先端に向かって先細になっている。そして、弁体１４０は、弁室１３４内で移動することによって弁室１３４の内側から、テーパ部１４２のテーパ面を弁孔１３２ａの周縁に当接させるように構成され、当接することによって弁孔１３２ａを閉鎖することができる。

コイルバネ状の付勢バネ１５０は、一方の端部を弁体１４０の円柱部１４１に対してテーパ部１４２と反対側から当接させると共に、他方の端部を弁ハウジング１３０の端壁１３３に当接させ、弁体１４０を端壁１３２の弁孔１３２ａに向けて付勢する。よって、弁体１４０に付勢バネ１５０の付勢力以外の外力が作用しないとき、弁体１４０は、付勢バネ１５０によって端壁１３２の弁孔１３２ａ内に押し付けられて当接し、弁孔１３２ａを閉鎖する。一方、例えば、圧縮機１００の回転数が上昇するに従い、冷媒の流量が増加すると、付勢バネ１５０の付勢力に抗して弁体１４０が端壁１３３に向かって変位させられ、弁孔１３２ａが開口する。そして、冷媒の流量増加に従い、弁体１４０の変位量が増加するため、弁孔１３２ａの開度が増加する。
そして、開閉弁１２０は、弁体１４０が弁孔１３２ａを閉鎖状態から完全に開放した状態に変位することによって、第二連通穴１１３の開度を０％〜１００％の状態に絞るのと同じ作用を奏する。

次に、この発明の実施の形態１に係る圧縮機１００の動作を説明する。
図１を参照すると、圧縮機１００では、外部電源によって電圧が印加されると、コイル５３に交流電流が流れ、それによって、ロータ５１と共に駆動シャフト６０が回転する。このとき、駆動シャフト６０の偏心シャフト部６０ｃは、拡径部６０ｂ及びメインシャフト部６０ａの回転中心軸の周りを旋回運動する。そして、旋回運動する偏心シャフト部６０ｃとシャフト支持部４０ｃで嵌合する可動スクロール４０は、メインシャフト部６０ａの回転中心軸の周りを公転運動する。

これにより、可動スクロール４０の渦巻壁４０ｂと第二ハウジング（固定スクロール）２０の固定渦巻壁２０ｂとの間には、可動スクロール４０の公転に伴って移動しつつ容積を減少させる圧縮室４１が形成される。そして、圧縮室４１が形成されて容積を変える過程で、吸入室１１から圧縮室４１内に冷媒が潤滑油と共に吸入され、さらに、潤滑油を含む冷媒は、圧縮室４１内で圧縮された後、吐出ポート２１において吐出弁２２を押し上げて吐出室１２に吐出される。このとき、冷媒に含まれる潤滑油は、圧縮室４１に流入して吐出ポート２１から吐出されるまでの過程で、可動スクロール４０及び第二ハウジング（固定スクロール）２０の摺動部を潤滑する。

図２を参照すると、吐出室１２に吐出された冷媒は、開口している第一連通穴１１２を通って油分離室１３に流入する。
圧縮機１００の低回転時、吐出室１２に吐出される冷媒流量が少ないため、吐出室１２に吐出された冷媒は、第一連通穴１１２を通って油分離室１３に流入することによって、吐出室１２から十分な量が吐出される。これにより、吐出室１２内の冷媒の圧力は上昇せず、吐出室１２内と開閉弁１２０の弁室１３４内との差圧がほとんど上昇しないため、弁体１４０は、弁孔１３２ａを閉鎖した状態を維持する。

開口面積が小さい第一連通穴１１２を通って油分離室１３に流入する際、冷媒は、低流量であっても流速を上昇させる。さらに、油分離室１３内において、第一連通穴１１２が遠心分離管１１１のテーパ管部１１１ｂにおける大径直管部１１１ａ側に偏った部位に対向する位置に形成されているため、第一連通穴１１２の出口では、遠心分離管１１１と油分離室１３の内周面１３ａとの間の隙間が狭くなっている。このため、油分離室１３内の上記の狭い隙間に流入した冷媒は、さらに流速を上昇させ、テーパ管部１１１ｂの外側周囲を旋回する。さらに、上方への流通が大径直管部１１１ａによって遮られている冷媒は、テーパ管部１１１ｂから小径直管部１１１ｃに向かってこれらの外側周囲を旋回しつつ下降し、次いで、小径直管部１１１ｃの下端の下部開口部１１１ｃ１から小径直管部１１１ｃの内部に流入して上昇する。このとき、テーパ管部１１１ｂから小径直管部１１１ｃへと下降するに従い、遠心分離管１１１と油分離室１３の内周面１３ａとの間の隙間が徐々に拡大しているため、冷媒の旋回流に発生する乱流が低減される。また、小径直管部１１１ｃ内の冷媒は、遠心分離管１１１内を上昇し、吐出口１６から圧縮機１００の外部に吐出される。

よって、冷媒は、油分離室１３内への流入時及び流入直後に流速を大きく高めて旋回するため、含有する潤滑油が効率的に遠心分離される。遠心分離された潤滑油は、油分離室１３の内周面１３ａに付着して内周面１３ａ上を流下し、下部の油排出穴１４ａを通って貯油室１４に流入する。

また、圧縮機１００の回転数が上昇するに従い、第一連通穴１１２を通って油分離室１３に流出する冷媒流量に対して吐出室１２に吐出される冷媒流量が過剰になり、吐出室１２内の冷媒の圧力が上昇する。一方、油分離室１３内及び油分離室１３に連通する開閉弁１２０の弁室１３４内の冷媒の圧力は、小径の第一連通穴１１２から流入する低流量の冷媒によって形成されるため、吐出室１２内ほど上昇しない。このため、吐出室１２内と開閉弁１２０の弁室１３４内との差圧が次第に増大し、この差圧が、開閉弁１２０の弁体１４０に対しても弁室１３４の内外からの差圧として作用する。弁体１４０に作用する差圧が所定の圧力を超えると、吐出室１２内の冷媒が、付勢バネ１５０の付勢力に抗して弁体１４０を付勢バネ１５０に向かって変位させ、弁孔１３２ａが開口する。

さらに、図３に示すように、圧縮機１００の回転数の上昇に伴って、吐出室１２内と開閉弁１２０の弁室１３４内との差圧が増大すると、弁体１４０の変位量が増大し、弁孔１３２ａの開度が増大する。
弁孔１３２ａの開口時、吐出室１２内の冷媒は、一部が開口面積の小さい第一連通穴１１２を通って油分離室１３に流入し、その他の多くが開閉弁１２０の弁孔１３２ａ、弁室１３４、開口面積が大きい側壁貫通穴１３１ａ１及び第二連通穴１１３を順次通過して、油分離室１３に流入する。

油分離室１３内において、第二連通穴１１３が遠心分離管１１１の小径直管部１１１ｃに対向する位置に形成されているため、第二連通穴１１３の出口では、遠心分離管１１１と油分離室１３の内周面１３ａとの間の隙間が広くなっている。さらに、第二連通穴１１３が第一連通穴１１２と比べて大幅に大きい開口面積で形成されている。しかしながら、第二連通穴１１３を通る冷媒は、流量が多いため、油分離室１３内に流入後、高い速度で小径直管部１１１ｃの外側周囲を旋回しつつ下降する。これにより、冷媒に含有する潤滑油が効率的に遠心分離される。

また、第一連通穴１１２を通る冷媒は、油分離室１３内への流入時及び流入直後に流速を大きく高めることによって、遠心分離管１１１の外側周囲を旋回する過程で含有する潤滑油が遠心分離される。そして、第二連通穴１１３は、遠心分離管１１１の延びる方向に沿って、第一連通穴１１２よりも冷媒の旋回流の下流側に配置されている。このため、第一連通穴１１２から流入し旋回する冷媒は、遠心分離管１１１に沿って下流側に向かって下降し、第二連通穴１１３から流入した冷媒に合流して一緒に流通し潤滑油が遠心分離される。
第一連通穴１１２及び第二連通穴１１３から流入し合流した冷媒は、下部開口部１１１ｃ１から遠心分離管１１１の内部に流入して上昇し、吐出口１６から圧縮機１００の外部に吐出される。

よって、圧縮機１００では、吐出室１２を油分離室１３に連通する第一連通穴１１２及び第二連通穴１１３による開度を変化させることによって、圧縮機１００の低回転時から高回転時にわたって、冷媒に含有される潤滑が効率的に除去される。さらに、高回転時に吐出室１２から油分離室１３に吐出する冷媒流量を増大させることができるため、高回転時での吐出抵抗の増大が抑えられる、つまり吐出時の圧力損失が低減される。

このように、この発明の実施の形態１に係る圧縮機１００は、潤滑油を含んだ冷媒を圧縮して吐出する圧縮機である。圧縮機１００は、冷媒が吐出される吐出室１２と、冷媒に含まれる潤滑油を遠心分離する油分離室１３と、吐出室１２と油分離室１３とを連通する少なくとも２つの連通穴１１２及び１１３と、少なくとも２つの連通穴１１２及び１１３のうち、第二連通穴１１３に設けられ、冷媒の流量に基づき第二連通穴１１３を開閉する開閉弁１２０とを備える。さらに、開閉弁１２０は、第二連通穴１１３を閉鎖するとともに、冷媒の流量増加により第二連通穴１１３を開口させる。

これによって、圧縮機１００は、圧縮機１００の回転数に連動して変動する吐出室１２内の冷媒流量が増加すると、吐出室１２を油分離室１３に連通する連通穴１１２及び１１３からなる連通路の流路断面積を拡大する。よって、圧縮機１００は、低回転時には連通路の流路断面積を絞ることで油分離室１３に流入する冷媒の速度を上昇させて、冷媒に含まれる潤滑油の高い遠心分離能力を確保する。また、圧縮機１００は、高回転時には流路断面積を拡大することで、圧縮機１００の外部への冷媒の吐出量を増大させて圧力損失を低減しつつ、高流量の冷媒が流通することによって冷媒に含まれる潤滑油の高い遠心分離能力を確保する。よって、圧縮機１００の回転数の変動に伴う冷媒からの油分離能力の影響を低減することが可能になる。

また、圧縮機１００において、少なくとも２つの連通穴１１２及び１１３は、異なる開口面積を有し、開閉弁１２０は、少なくとも２つの連通穴１１２及び１１３のうち、開口面積が大きい第二連通穴１１３に設けられている。これによって、第一連通穴１１２及び第二連通穴１１３からなる連通路の流路断面積を、開口面積つまり流路断面が小さい第一連通穴１１２の流路断面積にまで絞ることができるため、冷媒からの油分離能力を確保できる圧縮機１００の回転域を低くすることができる。さらに、上述のような圧縮機１００は、低回転域を多用する電動圧縮機に好適に適用することができる。

また、圧縮機１００は、油分離室１３内に延び、冷媒を旋回させるための遠心分離管１１１を備えている。さらに、少なくとも２つの連通穴は、遠心分離管１１１に対向する位置に配置される第一連通穴１１２及び第二連通穴１１３である。第一連通穴１１２及び第二連通穴１１３は、遠心分離管１１１の延びる方向に沿って、第二連通穴１１３が第一連通穴１１２よりも冷媒の旋回流の下流側に位置するように配置され、第一連通穴１１２から遠心分離管１１１までの距離が、第二連通穴１１３から遠心分離管１１１までの距離よりも近くなっている。そして、圧縮機１００は、遠心分離管１１１を、第一連通穴１１２及び第二連通穴１１３と対向する部位のうち、第二連通穴１１３と対向する部位の管路断面の方が小さくなるように構成することによって、上記構成を達成している。さらに、第一連通穴１１２は、第二連通穴１１３よりも小さい。

これによって、第一連通穴１１２から油分離室１３に流入した冷媒は、油分離室１３の内周面１３ａと遠心分離管１１１との間の狭い隙間を旋回するため、流速が上昇し、油分離能力が高められる。さらに、冷媒は、小さい第一連通穴１１２を通過する際にも流速を上昇させて、油分離室１３に流入する。よって、圧縮機１００の低回転時に冷媒に第一連通穴１１２を通過させて油分離室１３に流入させることによって、冷媒に対する油分離能力を高めることができる。そして、圧縮機１００は、冷媒からの油分離能力を確保できる圧縮機１００の回転域をより低くすることができる。また、冷媒流量が小さい冷媒が、遠心分離管１１１までの距離が近く冷媒の旋回流の上流側に位置する第一連通穴１１２から油分離室１３に流入し、冷媒流量が大きい冷媒が、遠心分離管１１１までの距離が遠く冷媒の旋回流の下流側に位置する第二連通穴１１３から油分離室１３に流入する。よって、遠心分離管１１１の周囲を旋回する冷媒の旋回流に発生する乱流を低減することができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る圧縮機は、実施の形態１の圧縮機１００において遠心分離管１１１がその先端の下部開口部１１１ｃ１に向かって管路断面を減少させていたものを、略円筒状の油分離室の内周面を遠心分離管の先端に向かってその円筒軸方向に垂直な断面を増加させる構成としたものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。

図４を参照すると、この発明の実施の形態２に係る圧縮機において、略円筒状の油分離室２３は、吐出口１６から貯油室１４に向かって、段階的にその円筒軸方向に垂直な断面を増加させる構成を有している。さらに、遠心分離管２１１は、吐出口１６から貯油室１４に向かって延びる径が一定の直管によって構成されている。

油分離室２３は、第一連通穴１１２に対向する位置にある第一小径部２３ａにおいて、その円筒軸方向に垂直な断面の内径が最も小さくなっており、遠心分離管２１１との間に僅かな隙間を有している。さらに、油分離室２３は、第二連通穴１１３に対向する位置にある大径部２３ｃにおいて、内径が最大になっており、大径部２３ｃは、貯油室１４との間に介在する隔壁１０ｃまで一定の内径で延在している。また、第一小径部２３ａと大径部２３ｃとの間には、第一小径部２３ａ及び大径部２３ｃの中間の内径を有する第二小径部２３ｂが形成されている。よって、油分離室２３は、吐出口１６から貯油室１４に向かって、内径を段階的に増加させ、第一連通穴１１２と対向する部位の断面に比べて、冷媒の旋回流の下流側に位置する第二連通穴１１３と対向する部位の断面が増加している。つまり、第一連通穴１１２から遠心分離管２１１までの距離が、第二連通穴１１３から遠心分離管２１１までの距離よりも近くなっている。
また、実施の形態１と同様に、第一連通穴１１２は、第二連通穴１１３よりも大きさが小さくなっている。

圧縮機１００の低回転時、吐出室１２から油分離室２３に流入する冷媒は、開口面積が小さい第一連通穴１１２を通る際に流速を上昇させる。そして、冷媒は、油分離室２３内において、第一連通穴１１２の出口では、遠心分離管２１１と油分離室２３の第一小径部２３ａの内周面２３ａ１との間の隙間が狭くなっているため、流速をさらに上昇させて遠心分離管２１１の外側周囲を旋回しつつ、下流側に向かって下降する。なお、第一小径部２３ａの内周面２３ａ１から、第二小径部２３ｂの内周面２３ｂ１、大径部２３ｃの内周面２３ｃ１へと下降するに従い、遠心分離管２１１と油分離室２３の内周面との間の隙間が段階的に拡大するため、冷媒の旋回流に発生する乱流が低減される。
さらに、冷媒は、遠心分離管２１１の下端の下部開口部２１１ａから遠心分離管２１１の内部に流入して上昇し、吐出口１６から圧縮機１００の外部に吐出される。冷媒は、油分離室２３内への流入時及び流入直後に流速を大きく高めて旋回するため、含有する潤滑油が効率的に遠心分離される。

また、圧縮機１００の回転数が上昇するに従い、吐出室１２内と開閉弁１２０の弁室１３４内との間で弁体１４０に作用する差圧が次第に上昇し、この差圧が所定の圧力を超えると、吐出室１２内の冷媒の作用によって弁体１４０が付勢バネ１５０に向かって変位し、弁孔１３２ａが開口する。
弁孔１３２ａの開口時、吐出室１２内の冷媒は、一部が開口面積の小さい第一連通穴１１２を通って油分離室１３内の第一小径部２３ａの内周面２３ａ１と遠心分離管２１１との間の隙間に流入し、遠心分離管２１１の外側周囲を旋回しつつ、下降する。また、吐出室１２内の冷媒の多くは、開閉弁１２０の弁孔１３２ａ、弁室１３４及び第二連通穴１１３を順次通過して、油分離室１３内の大径部２３ｃの内周面２３ｃ１と遠心分離管２１１との間の隙間に流入し、遠心分離管２１１の外側周囲を旋回しつつ、下降する。

よって、第二連通穴１１３を通って流入した高流量の冷媒は、油分離室１３内に流入後、高い速度で遠心分離管２１１の外側周囲を旋回し、含有する潤滑油が効率的に遠心分離される。また、第一連通穴１１２を通って流入した冷媒は、油分離室１３内への流入時及び流入直後に流速を大きく高めて遠心分離管２１１の外側周囲を旋回することによって、含有する潤滑油が遠心分離され、さらに、下流側に下降することによって第二連通穴１１３から流入した冷媒に合流して一緒に流通し潤滑油がさらに遠心分離される。

また、この発明の実施の形態２に係る圧縮機のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
このように、実施の形態２における圧縮機によれば、上記実施の形態１の圧縮機１００と同様な効果が得られる。

また、実施の形態１及び２において、吐出室１２を油分離室１３，２３に連通する連通穴として、２つの連通穴１１２及び１１３を設けていたが、これに限定されるものでなく、３つ以上設けてもよい。さらに、連通穴の開口面積は、異なっていても同一であってもよい。

また、実施の形態１及び２において、開閉弁１２０は、吐出室１２を油分離室１３，２３に連通する２つの連通穴１１２及び１１３のうちの第二連通穴１１３のみに設けられていたが、これに限定されるものでなく、第一連通穴１１２及び第二連通穴１１３の両方に開閉弁を設けてもよい。これにより、開口面積の小さい第一連通穴１１２の開度を圧縮機１００の回転数に対応して制御して油分離室１３，２３への冷媒流入量を調節することができ、圧縮機１００がほとんど回転しない超低回転域でも冷媒からの油分離能力を確保することができる。さらに、連通穴が３つ以上形成される場合、開閉弁を連通穴の２つ以上に設けるようにしてもよい。

また、実施の形態１及び２では、油分離室１３，２３は、断面が円形であったが、これに限定されるものでなく、楕円、多角形等の断面であってもよい。さらに、実施の形態２の油分離室２３は、断面の大きさが３種類に変化していたが、これに限定されるものでなく、第一小径部２３ａ及び大径部２３ｃからなる２種類の断面を有する部分によって構成されていてもよく、４種類以上の異なる断面を有する部分によって構成されていてもよい。また、実施の形態２の油分離室２３において、第一小径部２３ａ〜大径部２３ｃにわたって断面が変化する部位を、テーパ状としてもよい。
また、実施の形態１及び２では、遠心分離管１１１，２１１は、管路断面が円形であったが、これに限定されるものでなく、楕円、多角形等の管路断面であってもよい。

また、実施の形態１及び２の開閉弁１２０において、弁体１４０は先端が円錐台状の面をした柱状体であったがこれに限定されるものでなく、球体、円錐、円錐台、又は、先端が球面若しくは円錐面状の面をした柱状体であってもよい。
また、実施の形態１及び２では、開閉弁１２０は、付勢バネ１５０を利用して動作する機械式の弁であったが、その他の構造の機械式の弁又は電磁弁であってもよい。
また、実施の形態１及び２において、圧縮機は、スクロール型であったがこれに限定されるものでなく、ベーン型等の、圧縮後の作動流体に潤滑油が含まれる圧縮機を適用することができる。また、圧縮機は、モータで駆動される電動圧縮機に限定されるものではなく、例えば、車両の走行駆動源であるエンジンによって駆動されるタイプの圧縮機であってもよい。

１２ 吐出室（高圧室）、１３，２３ 油分離室、１００ 圧縮機、１１１，２１１ 遠心分離管、１１２ 第一連通穴、１１３ 第二連通穴、１２０ 開閉弁。

Claims (6)

1. 潤滑油を含んだ作動流体を圧縮して吐出する圧縮機において、
   前記作動流体が吐出される高圧室と、
   前記作動流体に含まれる潤滑油を遠心分離する油分離室と、
   前記高圧室と前記油分離室とを連通する少なくとも２つの連通穴と、
   前記少なくとも２つの連通穴のうち、少なくとも１つの連通穴に設けられ、前記作動流体の流量に基づき前記連通穴を開閉する開閉弁と
   を備え、
   前記開閉弁は、前記連通穴を閉鎖するとともに、前記作動流体の流量増加により前記連通穴を開口させる圧縮機。
2. 前記少なくとも２つの連通穴は、異なる開口面積を有し、
   前記開閉弁は、前記少なくとも２つの連通穴のうち、開口面積が大きい前記連通穴に設けられる請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記油分離室内に延び、前記作動流体を旋回させるための遠心分離管を備え、
   前記少なくとも２つの連通穴は、前記遠心分離管に対向する位置に配置される第一連通穴及び第二連通穴であり、前記第一連通穴及び前記第二連通穴は、前記遠心分離管の延びる方向に沿って、前記第二連通穴が前記第一連通穴よりも前記作動流体の旋回流の下流側に位置するように配置され、
   前記第一連通穴から前記遠心分離管までの距離が、前記第二連通穴から前記遠心分離管までの距離よりも近い請求項１または２に記載の圧縮機。
4. 前記第一連通穴は、前記第二連通穴よりも開口面積が小さい請求項３に記載の圧縮機。
5. 前記遠心分離管は、前記第一連通穴及び前記第二連通穴と対向する部位のうち、前記第二連通穴と対向する部位の管路断面の方が小さい請求項３または４に記載の圧縮機。
6. 前記圧縮機が電動圧縮機である請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧縮機。

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