JP2016023561A - 気体圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心分離式の油分離器の内筒部とリリーフバルブを組み付ける場合において、部品数と組み付け工程数の低減を図って、コスト削減を図ることができる気体圧縮機を提供する。【解決手段】圧縮機本体５から吐出された圧縮冷媒中から油分を遠心分離する油分離器１７と、吐出された圧縮冷媒が所定圧以上に上昇したときに、圧縮冷媒を本体ケース２の外に放出するリリーフバルブ３０とを備え、直線状に形成されたパイプ部材３２のパイプ上部３２ａ側にリリーフバルブ３０を一体的に設けるとともに、パイプ部材３２のパイプ下部３２ｂ側を油分離器１７の内筒部として形成し、パイプ部材３２は、パイプ上部３２ａ側がハウジングにネジ締結され、パイプ下部３２ｂの上部内筒部４５が油分離器本体３１の上部内周面３１ｃに圧入されている。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、車両などに搭載された空調装置に設置される気体圧縮機に関する。

例えば、自動車などの車両には、車室内の温度調整を行うための空調装置が設けられている。このような空調装置は、冷媒（冷却媒体）を循環させるようにしたループ状の冷媒サイクルを有しており、この冷媒サイクルは、蒸発器、気体圧縮機、凝縮器、膨張弁が順に設けられている。前記空調装置の気体圧縮機は、蒸発器で蒸発されたガス状の冷媒を圧縮して高圧の冷媒ガスとし、凝縮器へ送出するものである。

このような気体圧縮機として、従来より、例えば略楕円状の内周面を有するシリンダ内に、先端部がシリンダの内周面に摺接し、突出収納自在に設けた複数枚のベーンを有するロータが回転自在に軸支されたベーンロータリー型の気体圧縮機が知られている（例えば、特許文献１）。

ベーンロータリー型の気体圧縮機は、ハウジング内に収納された圧縮機本体を有し、圧縮機本体は、回転軸と一体に回転可能なロータと、ロータ外周面の外方から取り囲む輪郭形状の内周面を有するシリンダと、ロータ外周面からシリンダ内周面に向けて突出自在に設けられた複数枚のベーンと、ロータ及びシリンダの両端を塞ぐとともに、回転軸の両側を回転可能に軸支した２つのサイドブロック（フロントサイドブロック、リアサイドブロック）とを備えている。

特許文献１に記載の気体圧縮機には、圧縮機本体から吐出された高圧の冷媒ガス中から冷凍機油等の油分を分離する油分離器として、冷媒を内筒部とその外周側の油分離器本体（本体部）との間の空間に吐出させて螺旋状に旋回させることで前記油分を遠心分離させる構造の遠心分離式の油分離器が、ハウジング内の吐出室に設けられている。

遠心分離式の油分離器は、吐出室内に配置されるようにして、圧縮機本体の端面に取り付けたリアサイドブロックの端面に、前記内筒部を内部に配置した筒状の油分離器本体が取り付けられている。

また、前記ハウジングの、吐出室が内部に形成されている部分には、圧縮機本体から吐出室に吐出された高圧の冷媒ガスが設定圧力を超えて異常に高まったときに、安全のために異常に高まった高圧の冷媒を吐出室からハウジングの外へ放出するためのリリーフバルブが一般に設けられている（例えば、特許文献２）。

特開２０１０−１４４５４８号公報 特開２００４−３６０４９１号公報

ところで、ベーンロータリー型の気体圧縮機に、遠心分離式の油分離器とリリーフバルブを組み付ける場合、遠心分離式の油分離器の内筒部とリリーフバルブはそれぞれ別体であり、かつそれぞれ別々に組み付けられるため、部品数と組み付け工程数が増加することで、コストがかさむという課題があった。

そこで、本発明は、遠心分離式の油分離器の内筒部とリリーフバルブを組み付ける場合において、部品数と組み付け工程数の低減を図って、コスト削減を図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。

前記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の気体圧縮機は、ハウジングの内部に収納され、供給された冷媒を高圧の冷媒に圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体から吐出された圧縮冷媒中から混入している油分を分離する油分離器と、前記吐出された圧縮冷媒が所定圧以上に上昇したときに、前記圧縮冷媒を前記ハウジングの外に放出するリリーフバルブとを備えた気体圧縮機であって、前記油分離器は、略円筒状の内部空間を有する油分離器本体と、前記油分離器本体の内部空間内に略同軸上に配置された略円筒状の内筒部とを有し、前記圧縮冷媒を、前記油分離器本体の内周面と前記内筒部の外周面との間に形成される空間に吐出させて旋回させることで、前記圧縮冷媒中から油分を遠心分離する構造であり、前記油分離器本体の内部空間内にパイプ下部側が配置されるとともに、パイプ上部側が前記ハウジングに取り付けられた直線状のパイプ部材を有し、前記パイプ部材のパイプ下部側に前記内筒部が形成され、前記パイプ部材のパイプ上部側に前記リリーフバルブが設けられていることを特徴としている。

請求項２に係る本発明の気体圧縮機は、前記パイプ部材は前記パイプ上部側が前記ハウジングにネジ締結されて固定され、前記パイプ下部側の上部外周面が前記油分離器本体内の上部内周面に圧入されていることを特徴としている。

請求項３に係る本発明の気体圧縮機は、前記パイプ部材の、前記パイプ上部と前記パイプ下部との間のパイプ中間部に、冷媒吐出孔が形成されていることを特徴としている。

本発明の気体圧縮機によれば、直線状に形成されたパイプ部材のパイプ上部側にリリーフバルブを設けるとともに、パイプ部材のパイプ下部側を内筒部として形成し、パイプ部材は、パイプ上部側がハウジングに取り付けられ、パイプ下部側が油分離器本体の内部空間内に配置されているので、パイプ上部側にリリーフバルブを設けたパイプ部材を、ハウジングに取り付けることで、油分離器本体内の上部内周面に、油分離器の内筒部を構成するパイプ下部を配置させることができる。これにより、リリーフバルブと油分離器の内筒部を組み付けるときの部品数が削減され、かつ一工程で容易に組み付けることができるので、コスト削減を図ることができる。

本発明の実施形態に係る気体圧縮機（ベーンロータリー型の気体圧縮機）の本体ケース側を断面で示した図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 油分離器とリリーフバルブの詳細構造を示す断面図。 パイプ部材を本体ケースの取付開口部にネジ締結する前の状態を示す図。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る気体圧縮機の一例としてのベーンロータリー型の気体圧縮機（以下、「コンプレッサ」という）を示す図である。

（コンプレッサ１の全体構成）
図示のコンプレッサ１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、「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。なお、このような空調システムとしては、例えば、車両（自動車など）の車室内の温度調整を行うための空調装置が挙げられる。

コンプレッサ１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を圧縮し、この圧縮された冷媒ガス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を液化させ、高圧で液状の冷媒として膨張弁に送出する。そして、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。

コンプレッサ１は、図１に示すように、一端側（図１の左側）が開口し他端側が塞がれた略円筒状の本体ケース２と、この本体ケース２の一端側の開口を塞ぐフロントヘッド３と、本体ケース２とフロントヘッド３とで構成されたハウジング４内に収納される圧縮機本体５と、駆動源である車両（自動車）のエンジン（不図示）からの駆動力を圧縮機本体５に伝達するための電磁クラッチ６を備えている。なお、図１では、本体ケース２を断面形状で示している。

フロントヘッド３は、本体ケース２の開口端面を塞ぐ蓋状に形成されており、本体ケース２の開口端部周囲にボルト締結で固定されている。フロントヘッド３には、空調システムの蒸発器（不図示）から配管を通して低圧の冷媒ガスを吸入する吸入ポート７を有し、本体ケース２には、圧縮機本体５で圧縮された高圧の冷媒ガスを空調システムの凝縮器（不図示）に吐出する吐出ポート（不図示）を有している。

圧縮機本体５は、図２に示すように、駆動軸１０と一体的に回転する略円柱状のロータ１１と、このロータ１１をその外周面（以下、「ロータ外周面」という）１１ａの外方から取り囲む略楕円形状の内周面（以下、「シリンダ内周面」という）１２ａを有するシリンダ１２と、ロータ外周面１１ａからシリンダ内周面１２ａに向けて突出自在に設けられた複数枚（図では５枚）の板状のベーン１３と、ロータ１１及びシリンダ１２の両端面を塞ぐ２つのサイドブロック（フロントサイドブロック１４（図１参照）、リアサイドブロック１５）とを備えている。

圧縮機本体５は、フロントサイドブロック１４側がフロントヘッド３にボルト締結で固定され、リアサイドブロック１５側が本体ケース２の内周面に嵌合されるようにして保持される。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。なお、図２では、圧縮機本体５の外周面側の本体ケース２は省略している。

フロントヘッド３の内側凹部とフロントサイドブロック１４の間には吸入室（不図示）が形成され、リアサイドブロック１５側の本体ケース２内には吐出室１６が形成されている。リアサイドブロック１５の外側端面には、遠心分離方式の油分離器１７が吐出室１６内に位置するようにして設置されている。

本実施形態では、本体ケース２（ハウジング４）にリリーフバルブ３０が設けられている（詳細構造については後述する）。リリーフバルブ３０は、圧縮機本体５から油分離器１７を通して吐出室１６に吐出された高圧の冷媒が設定圧力を超えて異常に高まったときに、安全のために異常に高まった高圧の冷媒を、吐出室１６からハウジング４を構成する本体ケース２の外へ放出する機能を有している。

電磁クラッチ６は、フロントヘッド３の外面側に設置されており、車両エンジンの回転駆動力がベルト（不図示）を介してプーリ８に伝達される。そして、コンプレッサ１（圧縮機本体５）の運転時に、プーリ８の内側に設けた電磁石（不図示）の励磁によってアーマチュア９が、板バネ（不図示）の付勢力に抗してプーリ８の端面に吸着（連結）されることにより、ベルト（不図示）を介してプーリ８に伝達された車両エンジンの回転駆動力が、アーマチュア９等を介して駆動軸１０（ロータ１１）に伝達される。

（圧縮機本体５の構成、動作）
図２に示したように、シリンダ内周面１２ａとロータ外周面１１ａと両サイドブロック（フロントサイドブロック１４（図１参照）、リアサイドブロック１５）とによって形成される空間には、等間隔で設置された５つのベーン１３によって仕切られた複数の圧縮室２０が形成される。

各ベーン１３は、ロータ１１内に形成されたベーン溝２１に摺動可能に設置されていて、ベーン溝２１の底部２１ａに供給される冷凍機油による背圧により、ロータ外周面１１ａから外方向に突出する。

シリンダ１２は、ロータ外周面１１ａの外方を取り囲む断面輪郭が略楕円形状のシリンダ内周面１２ａを有している。各圧縮室２０は、ロータ１１の回転にともなう冷媒ガスの吸入工程及び圧縮工程で、それぞれ容積の増大及び減少を繰り返す。なお、本実施形態のコンプレッサ１（圧縮機本体５）は、ロータ１１が１回転する間に２回の吸入工程と圧縮工程を有している。

シリンダ１２には、各圧縮室２０へ冷媒ガスＧ１を吸入するための各吸入孔（不図示）と、各圧縮室２０で圧縮された冷媒ガスＧ２を吐出するための各吐出孔２２ａ，２２ｂが設けられている。

具体的には、圧縮室２０の容積が増加する行程において、低圧の冷媒ガスをフロントサイドブロック１４とシリンダ１２に形成された吸入孔を通して圧縮室２０内に吸入し、容積が減少する行程において、圧縮室２０内に閉じこめられた冷媒ガスを圧縮し、これによって冷媒ガスは高温、高圧となる。そして、この高温、高圧の冷媒ガスＧ２は、各吐出孔２２ａ，２２ｂを通して、シリンダ１２、ハウジング２及び両サイドブロック１４，１５で囲まれて区画された空間である吐出チャンバ２３ａ，２３ｂに吐出される。

各吐出チャンバ２３ａ，２３ｂには、冷媒ガスの圧縮室２０側への逆流を阻止する吐出弁２４と、吐出弁２４の過大な変形（反り）を阻止する弁サポート２５が設けられている。吐出孔２２ａ，２２ｂから吐出チャンバ２３ａ，２３ｂに吐出された高温、高圧の冷媒ガスＧ２は、リアサイドブロック１５に形成された吐出口２６ａ，２６ｂを通して、吐出室１６内に設けた後述する油分離器１７に導入される。

油分離器１７は、冷媒ガスと混ざった冷凍機油（ロータ１１に形成されたベーン溝２１から圧縮室２０に漏れたベーン背圧用の油など）を、遠心力を利用して冷媒ガスから分離するものである（油分離器１７の詳細構造については後述する）。

そして、図１に示したように、油分離器１７内で冷媒ガスから分離された冷凍機油Ｒは吐出室１６の底部に溜まり、冷凍機油が分離された後の高圧の冷媒ガスＧ２は、吐出室１６から吐出ポート（不図示）を通して凝縮器（不図示）に吐出される。

なお、吐出室１６の底部に溜まる冷凍機油Ｒは、吐出室１６に吐出された高圧の冷媒ガスによる高圧雰囲気により、両サイドブロック１４，１５に形成された油路、サライ溝２７（図２参照）等を通してベーン溝２１の底部２１ａに供給され、ベーン１３を外方に突出させる背圧となる。なお、図２では、リアサイドブロック１５側のサライ溝２７を示しているが、フロントサイドブロック１４側にも同様にサライ溝が形成されている。

（油分離器１７とリリーフバルブ３０の詳細構造）
図３に示すように、油分離器１７は、略筒状の内部空間を有する油分離器本体３１と、油分離器本体３１内の内部空間に下部側を挿入するようにして配置された略円筒状で直線状のパイプ部材３２とを有し、油分離器本体３１の側面側がリアサイドブロック１５の端面に取り付けられている。

油分離器本体３１は、開口した上部側の内周面に周方向に沿って突起部３１ａが形成されており、底面には遠心分離された油を外部に排出するために油排出孔３１ｂが形成されている。油分離器本体３１の内周面は、下方に向けて径が少し小径になるようにテーパが付けられている。

パイプ部材３２は、図３、図４に示すように、本体ケース２の取付開口部２ａに螺合されてリリーフバルブ３０のケーシングを構成するパイプ上部３２ａと、油分離器１７の内筒部を構成するパイプ下部３２ｂと、冷媒吐出孔３３が周方向に複数形成されたパイプ中間部３２ｃが一体に形成されている。取付開口部２ａの下方に位置するようにして油分離器本体３１が設けられている。

パイプ上部３２ａの内部には、弁体収納室３４が形成されており、弁体収納室３４の下面は、パイプ中間部３２ｃ内の上部に形成された絞り孔３５と連通している。弁体収容室３４には、該弁体収納室３４の内径よりも少し小径に形成された略円柱状の弁体３６と、弁体３６を絞り孔３５側に付勢するコイルバネ３７が配置されている。

弁体３６の絞り孔３５側の下面には、絞り孔３５の周面に接して絞り孔３５をシールするシールゴム３８が設けられている。コイルバネ３７は、一端側が弁体３６の上部小径部の周囲に保持され、他端側がパイプ上部３２ａの開口端側に設けた蓋部材３９の内側に保持されている。蓋部材３９の中央部には、放出孔４０が形成されている。このように、リリーフバルブ３０は、パイプ上部３２ａ、弁体収納室３４、弁体３６、コイルバネ３７、蓋部材３９によって構成されている。

リリーフバルブ３０は、図３に示したように、吐出室１６に吐出された冷媒ガスが所定の圧力以下の通常時には、コイルバネ３７による付勢力で弁体３６を絞り孔３５側に付勢して、絞り孔３５を塞いだ状態にある。なお、吐出室１６に吐出された冷媒ガスの圧力が異常に上昇したときには、このときの吐出圧がコイルバネ３７による付勢力よりも大きくなるように設定されている。

パイプ上部３２ａの外周面には、本体ケース２の取付開口部２ａに形成されたメネジ部４１に螺合されるオネジ部４２と、取付開口部２ａの上部周囲に設けたＯリング４３に接する外周突起部４４が一体に形成されている。

パイプ下部３２ｂは、大径の上部内筒４５と、上部内筒４５の下部から下方に延びる小径の下部内筒４６が一体に形成されている。上部内筒４５と下部内筒４６とで、油分離器１７の内筒部が構成されている。上部内筒４５はパイプ中間部３２ｃと一体に形成されている。

上部内筒４５は、油分離器本体３１内の上部内周面３１ｃに圧入可能なようにこの上部内周面３１ｃと略同径に形成されており、下部内筒４６は、油分離器本体３１内の突起部３１ａよりも下側の内周面との間に所定の隙間を有するようにして同軸線上に配置されている。

油分離器１７は、圧縮室２０から高圧の冷媒ガスＧ２が、各吐出孔２２ａ，２２ｂに吐出されて、吐出チャンバ２３ａ，２３ｂ、吐出口２６ａ，２６ｂ等を通して油分離器本体３１内に導入されると、図３に示したように、パイプ下部３２ｂ（下部内筒４６）の外周面と油分離器本体３１の内周面との間に沿って冷媒ガスが螺旋状に旋回され、冷媒ガスに混ざっている冷凍機油を遠心分離するように構成されている。遠心分離された冷凍機油Ｒは、油排出孔３１ｂから吐出室１６の底部へ排出される。一方、冷凍機油Ｒが遠心分離された高圧の冷媒ガスＧ２は、パイプ下部３２ｂ（下部内筒４６）内を通してパイプ中間部３２ｃの冷媒吐出孔３３から吐出室１６に吐出され、更に吐出室１６から吐出ポート（不図示）を通して凝縮器（不図示）に吐出される。

リリーフバルブ３０は、圧縮機本体５から油分離器１７（吐出室１６）内に吐出された高圧の冷媒が設定圧力を超えて異常に上昇したときに、このときの冷媒の吐出圧が絞り孔３５から弁体３６側に付勢されることで、弁体３６がコイルバネ３７による付勢力に抗して蓋部材３９側に移動する。よって、圧縮機本体５から油分離器１７（吐出室１６）内に吐出された高圧の冷媒が設定圧力を超えて異常に上昇したときには、冷媒はパイプ部材３２（パイプ下部３２ｂ（下部内筒４６）内、パイプ中間部３２ｃ内、絞り孔３５、弁体収納室３４）を通して蓋部材３９の放出孔４０から本体ケース２（ハウジング４）の外部に放出される。

ところで、パイプ部材３２を本体ケース２（ハウジング４）に取り付けるときは、図４に示すように、パイプ部材３２のパイプ下部３２ｂ側を、本体ケース２の取付開口部２ａを通して油分離器本体３１内に挿入する。そして、図３に示すように、パイプ上部３２ａのオネジ部４２を取付開口部２ａのメネジ部４１に螺合してネジ締結する。この際、このネジ締結でのパイプ部材３２の回転にともなってパイプ部材３２が下方側に移動することで、パイプ下部３２ｂの上部内筒４５が油分離器本体３１内の上部内周面３１ｃに圧入され、突起部３１ａ上に係止される。

このように、パイプ部材３２のパイプ下部３２ｂ側を、本体ケース２の取付開口部２ａを通して油分離器本体３１内に挿入して、パイプ上部３２ａのオネジ部４２を取付開口部２ａのメネジ部４１に螺合してネジ締結することで、パイプ上部３２ａ（リリーフバルブ３０）が本体ケース２の取付開口部２ａにネジ締結され、かつ油分離器１７の内筒部を構成する上部内筒４５が油分離器本体３１内の上部内周面３１ｃに圧入されて、下部内筒４６が油分離器本体３１内に固定される。

よって、パイプ上部３２ａにリリーフバルブ３０を一体的に設けたパイプ部材３２を、本体ケース２の取付開口部２ａにネジ締結することで、油分離器本体３１内の上部内周面３１ｃに、油分離器１７の内筒部を構成するパイプ下部３２ｂの上部内筒４５が同時に圧入される。これにより、リリーフバルブ３０と油分離器１７の内筒部を組み付けるときの部品数が削減され、かつ一工程で容易に組み付けることができるので、コスト削減を図ることができる。

また、パイプ部材３２は、パイプ上部３２ａが本体ケース２の取付開口部２ａにネジ締結され、パイプ部材３２のパイプ下部３２ｂ（上部内筒４５）が油分離器本体３１内の上部内周面３１ｃに圧入されて支持されるため、リアサイドブロック１５を介して油分離器１７が取り付けられている圧縮機本体５の本体ケース２（ハウジング４）に対する支持剛性が向上する。

このように、圧縮機本体５の本体ケース２（ハウジング４）に対する支持剛性が向上することで、運転時の圧縮機本体５の振動が低減され、かつ振動が低減されることによって振動音も低減することができる。

１ コンプレッサ（気体圧縮機）
２ 本体ケース
３ フロントヘッド
４ ハウジング
５ 圧縮機本体
６ 電磁クラッチ
１０ 回転軸
１１ ロータ
１２ シリンダ
１３ ベーン
１６ 吐出室
１７ 油分離器
３０ リリーフバルブ
３１ 油分離器本体
３２ パイプ部材
３２ａ パイプ上部
３２ｂ パイプ下部
３２ｃ パイプ中間部
３６ 弁体
４５ 上部内筒
４６ 下部内筒

Claims (3)

1. ハウジングの内部に収納され、供給された冷媒を高圧の冷媒に圧縮する圧縮機本体と、
   前記圧縮機本体から吐出された圧縮冷媒中から混入している油分を分離する油分離器と、
   前記吐出された圧縮冷媒が所定圧以上に上昇したときに、前記圧縮冷媒を前記ハウジングの外に放出するリリーフバルブとを備えた気体圧縮機であって、
   前記油分離器は、略円筒状の内部空間を有する油分離器本体と、前記油分離器本体の内部空間内に略同軸上に配置された略円筒状の内筒部とを有し、前記圧縮冷媒を、前記油分離器本体の内周面と前記内筒部の外周面との間に形成される空間に吐出させて旋回させることで、前記圧縮冷媒中から油分を遠心分離する構造であり、
   前記油分離器本体の内部空間内にパイプ下部側が配置されるとともに、パイプ上部側が前記ハウジングに取り付けられた直線状のパイプ部材を有し、
   前記パイプ部材のパイプ下部側に前記内筒部が形成され、前記パイプ部材のパイプ上部側に前記リリーフバルブが設けられていることを特徴とする気体圧縮機。
2. 前記パイプ部材は、前記パイプ上部側が前記ハウジングにネジ締結されて固定され、前記パイプ下部側の上部外周面が前記油分離器本体内の上部内周面に圧入されていることを特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。
3. 前記パイプ部材の、前記パイプ上部と前記パイプ下部との間のパイプ中間部に、冷媒吐出孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の気体圧縮機。