JP2015017552A

JP2015017552A - 気体圧縮機

Info

Publication number: JP2015017552A
Application number: JP2013145327A
Authority: JP
Inventors: 弘幸牧島; Hiroyuki Makishima
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2013-07-11
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2015-01-29

Abstract

【課題】気体圧縮機において、構造が簡単で、ベーンの突出性を高める。【解決手段】供給された冷媒ガスＧ（気体）を高圧に圧縮するベーンロータリ形式の圧縮機本体６０と、圧縮機本体６０を内部に収容するハウジング１０とを有し、ハウジング１０に、冷媒ガスＧが高圧配管１２０からハウジング１０の内部（吐出室１４）に逆流するのを阻止する逆止弁１５を備える。【選択図】図１

Description

本発明は気体圧縮機に関する。

従来、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高圧の圧縮気体に圧縮する圧縮室を有する気体圧縮機（コンプレッサ）が用いられている。

この気体圧縮機としては、ロータの回転方向に沿って複数枚のベーンを備えた、いわゆるベーンロータリ形式のものが知られている。
ベーンロータリ形式の気体圧縮機は、起動時のベーンの突出性を高める目的で、圧縮機本体の内部に形成された高圧油供給路に、圧力に応じて動作する弁を設置したものが提案されている（特許文献１）。

特開２００７−１００６０２号公報

上述した先行文献記載の気体圧縮機では、圧縮機本体の内部に弁やばね等の細かい部品を設置する必要があり、また、そのような細かい部品を設置するためのスペースを、圧縮機本体の内部に形成する必要があるため、構造が複雑で、組み立てに時間を要す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って、構造が簡単で、ベーンの突出性を高めることができる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、ハウジングに、逆止弁が備えられていることによって、構造が簡単で、ベーンの突出性を高めるものである。
すなわち、本発明に係る気体圧縮機は、供給された気体を高圧に圧縮するベーンロータリ形式の圧縮機本体と、前記圧縮機本体を内部に収容し、圧縮された前記気体を外部に吐出するハウジングとを有し、前記ハウジングに、前記気体が前記ハウジングの外部から内部に逆流するのを阻止する逆止弁が備えられている。

本発明に係る気体圧縮機によれば、構造が簡単で、ベーンの突出性を高めることができる。

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形式のコンプレッサを示す縦断面図である。図１に示したコンプレッサの逆止弁を示す図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は弁格納体の周壁の開口を含む鉛直面での断面を示す断面図であって逆止弁が閉じた状態、（ｃ）は弁格納体の周壁の開口を含む鉛直面での断面を示す断面図であって逆止弁が開いた状態、をそれぞれ示す。

以下、本発明の気体圧縮機に係る実施形態について、図面を参照して説明する。

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形式のコンプレッサ１００（以下、単にコンプレッサ１００という。）は、図１に示すように、供給された冷媒ガスＧ（気体）を高圧に圧縮する圧縮機本体６０をハウジング１０の内部に収容している。
このコンプレッサ１００は、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、蒸発器等とともに、冷却媒体の循環経路上に設けられている。

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を周囲の空気等との間で熱交換することにより冷媒ガスＧから放熱させて液化させ、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、この冷媒の気化に伴う熱交換により蒸発器周囲の空気を冷却する。
気化した低圧の冷媒ガスＧは、コンプレッサ１００に戻って圧縮され、以下、上記工程を繰り返す。

ハウジング１０は、一端が閉じられ他端が開放されたケース１１と、このケース１１の開放された他端を覆うフロントヘッド１２とからなり、ボルト等の締結部材によって、フロントヘッド１２がケース１１に組み付けられている。
フロントヘッド１２がケース１１に組み付けられた状態で、ハウジング１０の内部に空間が形成され、その空間に圧縮機本体６０が収容されている。
フロントヘッド１２には、蒸発器から連なる低圧配管１１０が接続されて低圧の冷媒ガスＧを内部に取り込む吸入ポート１２ａが形成されており、ケース１１には、凝縮器に連なる高圧配管１２０が接続されて、圧縮機本体６０で圧縮された高圧の冷媒ガスＧを吐出する吐出ポート１１ａ（吐出口）が形成されている。

吐出ポート１１ａには、ハウジング１０の外部である高圧配管１２０からハウジング１０の内部に冷媒ガスＧが逆流するのを阻止する逆止弁１５が配置されている。
この逆止弁１５は、ハウジング１０の内部における冷媒ガスＧの圧力が、高圧配管１２０の内部を流れる冷媒ガスＧの圧力よりも高いときに開き、ハウジング１０の内部における冷媒ガスＧの圧力が、高圧配管１２０の内部を流れる冷媒ガスＧの圧力よりも高くないとき（つまり、低いときは、または同じ圧力のとき。）に閉じるように設定されている。

逆止弁１５は、図２（ａ）に示すように、一方の端面が塞がれた有底筒状の弁格納体１６と、弁格納体１６の内部で弁格納体１６の内面と接するように図示鉛直方向に上下動可能に弁格納体１６に格納された弁１８と、弁格納体１６の塞がれた一方の端面と弁１８との間に配されて、弁１８を弁格納体１６の一方の端面から遠ざける方向に弾性力を作用させるつるまきばね１７と、弁１８が、弁格納体１６の塞がれていない側の端部の開口１６ｂから脱落するのを防止するとともに、弁１８が離れた状態のときは、この開口１６ｂから弁格納体１６の内部に冷媒ガスＧが通るのを妨げない円筒状の弁抑え１９とを備えた構成である。
弁格納体１６の周壁の一部には、内部と外部をとを通じさせる開口１６ａが形成されている。
この開口１６ａは、図２（ｃ）に示すように、弁１８に下方から作用する冷媒ガスＧの圧力が上方から作用する冷媒ガスＧの圧力を上回って、弁１８がつるまきばね１７の弾性力に抗して上方に変位した状態で、下方側の端部の開口１６ｂとの間を連通可能な長さに形成されている。

そして、弁１８が上方に変位した図２（ｂ）の状態で、弁１８は開いた状態とされる。
一方、弁１８に下方から作用する冷媒ガスＧの圧力が上方から作用する冷媒ガスＧの圧力を下回っているか、または同一の圧力のときは、図２（ｂ）に示すように、弁１８はつるまきばね１７の弾性力により、弁１８の下側端面１８ａが弁抑え１９の上端面１９ａに密着した状態となって開口１６ｂは塞がれ、開口１６ａと開口１６ｂとの連通が阻止され、弁１８は閉じた状態とされる。

圧縮機本体６０は、回転軸５１と、ロータ５０と、シリンダ４０と、ベーン５８と、フロントサイドブロック２０およびリヤサイドブロック３０とを備えている。
回転軸５１は、軸心Ｃ回りに回転駆動される。
ロータ５０は、円柱状に形成され、回転軸５１と一体的に回転する。
シリンダ４０は、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４１を有するとともに両端が開放されている。
ベーン５８は、板状に形成され、ロータ５０の外周面５２から外方に向けて突出可能にロータ５０に埋設され、その突出側の先端がシリンダ４０の内周面４１の輪郭形状に追従するように突出量が可変とされ、軸心Ｃ回りに等角度間隔でロータ５０に配置されている。
このベーン５８は、例えば５枚（５枚以外の２枚、３枚、４枚等であってもよい）設けられている。
フロントサイドブロック２０およびリヤサイドブロック３０は、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ている。
なお、リヤサイドブロック３０には、冷媒ガスＧから冷凍機油Ｒ（潤滑油）を分離する油分離器７０が取り付けられている。

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の回転方向に沿って相前後する２つのベーン５８，５８によって仕切られた空間である圧縮室４３の容積が、回転軸５１の回転にしたがってそれぞれ増減を繰り返すことにより、各圧縮室４３内への冷媒ガスＧの吸入（吸入行程）、各圧縮室４３内での冷媒ガスＧの圧縮（圧縮行程）、各圧縮室４３内からの高圧の冷媒ガスＧの吐出（吐出行程）という行程を繰り返す。
なお、このコンプレッサ１００は、回転軸５１が１回転する間に、吸入行程、圧縮行程、吐出行程という一連のサイクルを２回行うように構成されている。
したがって、２つの吸入行程、２つの圧縮行程、２つの吐出行程はそれぞれ互いに回転角度１８０［度］だけずれた範囲に設定されている。

ハウジング１０の内部には、吸入ポート１２ａを通じて供給され圧縮機本体６０の圧縮室４３に吸入される冷媒ガスＧが通る空間である吸入室１３と、圧縮機本体６０の圧縮室４３から吐出され吐出ポート１１ａを通じて吐出される冷媒ガスＧが通る空間である吐出室１４とが、ハウジング１０と圧縮機本体６０とによってそれぞれ形成されている。
吸入室１３は、フロントヘッド１２と圧縮機本体６０のフロントサイドブロック２０とによって囲まれた空間であり、一部には、フロントヘッド１２の貫通孔１２ｂと回転軸５１との隙間をシールするリップシール５３が設けられたシール室１３ａが形成されている。
一方、吐出室１４は、ケース１１と圧縮機本体６０のリヤサイドブロック３０とによって囲まれた空間である。

吐出室１４の底部には、油分離器７０によって冷媒ガスＧから分離された冷凍機油Ｒが溜められている。
この冷凍機油Ｒは、吐出室１４に吐出された冷媒ガスＧの高い圧力によって圧縮機本体６０のリヤサイドブロック３０に形成された油路３４ａ，３４ｂ、シリンダ４０に形成された油路４４およびフロントサイドブロック２０に形成された油路２４を通じて、ベーン５８を外方に突出させる背圧として供給される。

このように構成された本実施形態のコンプレッサ１００によると、低圧配管１１０を通じて吸入ポート１２ａに供給された相対的に低圧の冷媒ガスＧは、吸入室１３から圧縮機本体６０の圧縮室４３に導入され、回転軸５１の回転に伴って圧縮室４３で圧縮され、圧縮室４３内で相対的に高圧となった冷媒ガスＧは、油分離器７０で冷凍機油Ｒが分離され、逆止弁１５に到達する。
コンプレッサ１００の通常の運転動作中は、吐出室１４の内部の圧力が高圧配管１２０の内部圧力よりも圧力が高いため、逆止弁１５の弁１８は、図２（ｃ）に示すように、つるまきばね１７の弾性力に抗して上方に変位する。
これにより、弁格納体１６の開口１６ｂと開口１６ａとの間が連通し、吐出室１４の冷媒ガスＧは、この逆止弁１５を通って、吐出ポート１１ａから高圧配管１２０に流れる。

ここで、コンプレッサ１００の運転をしばらく停止していると、ハウジング１０の内部の冷媒ガスＧの圧力が徐々に低くなって、やがて吐出室１４の内部の圧力よりも高圧配管１２０の内部の圧力の方が高くなり、冷媒ガスＧが高圧配管１２０から吐出室１４に向けて流れる逆流を生じ得る状況となる。
このような状況では、吐出室１４の内部圧力が低いためにベーン５８に背圧が作用せず、しかもロータ５０が回転しないことによってベーン５８に遠心力も作用しないため、上方に突出するベーン５８は下がって圧縮室４３を仕切らない状態となる。
さらに、仮に、液化した冷媒ガスＧが高圧配管１２０から吐出室１４に逆流すると、圧縮室４３（特に、下側に位置する圧縮室４３）内に液化した冷媒ガスＧが流れ込み、次にコンプレッサ１００を運転再開した際に、圧縮室４３内で液圧縮が発生し、液圧縮による大きな騒音が発生する。

しかし、本実施形態のコンプレッサ１００は、吐出室１４の内部の圧力よりも高圧配管１２０の内部の圧力の方が高くなった場合、図２（ｂ）に示すように逆止弁１５が閉じるため、高圧配管１２０の内部から吐出室１４の内部に冷媒ガスＧが逆流するのが阻止される。
したがって、次にコンプレッサ１００を運転再開した際に、圧縮室４３内で液圧縮が発生することがなく、液圧縮による騒音が発生することもない。
また、次にコンプレッサ１００を運転再開した際に、吐出室１４の圧力が高圧配管１２０の内部の圧力を超える程度まで高くならないと逆止弁１５は開かないため、吐出室１４から高圧配管１２０への冷媒ガスＧの流出を防止することができ、吐出室１４の圧力が上昇する時間を短縮することができる。
これにより、ベーン５８の突出性能を向上させ、ベーン５８の突出性能が低い場合に生じるチャタリングを防止することができる。
本実施形態のコンプレッサ１００は、このような簡単な構造で、ベーン５８の突出性を高めることができる。

また、先行技術では、吸入ポート１２ａに設けられていた逆止弁が不要となるため、吸入ポート１２ａに逆止弁が設けられていた場合に生じていた低圧側の圧力損失を低減することができる。
コンプレッサ１００の停止直後に、高圧側であるコンプレッサ１００から低圧側である蒸発器への冷媒ガスＧの逆流も防止することができるため、逆流によって生じる蒸発器の温度上昇を防止することもできる。
さらに、コンプレッサ１００の停止直後に、高圧側である吐出室１４から低圧側である吸入室１３への冷媒ガスＧの逆流も防止することができるため、逆流によって生じるロータ５０の逆回転（運転時の通常の回転方向とは反対の方向への回転）を防止することもできる。

１０ハウジング
１１ａ吐出ポート
１４吐出室
１５逆止弁
１６弁格納体
１７つるまきばね
１８弁
５０ロータ
５１回転軸
５８ベーン
６０圧縮機本体
１００コンプレッサ（気体圧縮機）
１１０低圧配管
１２０高圧配管
Ｃ軸心
Ｇ冷媒ガス（気体）
Ｒ冷凍機油（潤滑油）

Claims

供給された気体を高圧に圧縮するベーンロータリ形式の圧縮機本体と、前記圧縮機本体を内部に収容し、圧縮された前記気体を外部に吐出するハウジングとを有し、
前記ハウジングに、前記気体が前記ハウジングの外部から内部に逆流するのを阻止する逆止弁が備えられた気体圧縮機。
前記逆止弁は、圧縮された前記気体を前記ハウジングの外部に吐出する、前記ハウジングに形成された吐出口に配置されている請求項１に記載の気体圧縮機。
前記逆止弁は、前記ハウジングの内部における前記気体の圧力が、前記吐出口に接続された、前記ハウジングの外部の凝縮器に連なる配管の内部を流れる気体の圧力よりも高いときに開き、前記ハウジングの内部における前記気体の圧力が、前記配管の内部を流れる気体の圧力よりも高くないときに閉じるように開閉が切り替えられるものである請求項２に記載の気体圧縮機。