JP2019143525A - オイル分離構造、圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルの分離性能を向上させる。【解決手段】上下方向に延び水平方向に沿った断面が円形となる内部空間に、オイルを含んだ熱媒体が流入して内周面５５に沿って周方向に旋回するときの遠心作用によって熱媒体とオイルとを分離させる二次分離室４２と、二次分離室４２の下部に連通し、二次分離されたオイルを旋回の流れと逆らう方向に排出する連通孔４６と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、オイル分離構造、圧縮機に関するものである。

特許文献１では、遠心分離式のオイルセパレータが開示されており、冷媒から分離されたオイルが旋回の流れに沿ってオイルセパレータから滑らかに排出される構造とされている。

特開平１１−８２３５２号公報

オイルが排出されやすい構造だと、そこに冷媒も混じりやすくなるため、オイルの分離性能に改善の余地があった。
本発明の課題は、オイルの分離性能を向上させることである。

本発明の一態様に係るオイル分離構造は、
軸方向に延び軸直角方向に沿った断面が円形となる内部空間に、オイルを含んだ熱媒体が流入して内周面に沿って周方向に旋回するときの遠心作用によって熱媒体とオイルとを分離させる分離室と、
分離室の下部に連通し、分離されたオイルを旋回の流れと逆らう方向に排出するオイル排出口と、を備える。

本発明によれば、分離されたオイルは旋回の流れと逆らう方向に排出されるので、熱媒体が混じりにくくなり、オイルの分離性能が向上する。

圧縮機における前後方向及び上下方向に沿った断面図である。 固定スクロールを後側から見た図である。 二次分離室の拡大断面図である。 二次分離室を模式的に描いた図である。 比較例を示す図である。 変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

《一実施形態》
《構成》
以下の説明では、互いに直交する三方向を、便宜的に、前後方向、左右方向、上下方向とする。
図１は、圧縮機における前後方向及び上下方向に沿った断面図である。
圧縮機１１は、例えばカーエアコンの冷媒回路で用いられる電動型のスクロール圧縮機であり、冷媒（熱媒体）を吸入し、圧縮してから排出する。

圧縮機１１は、前後方向に沿って前側から順に並んだ、フロントハウジング１２と、センタハウジング１３と、リアハウジング１４と、によって気密性を保つように一体化されている。フロントハウジング１２の上部には、冷媒を吸入する吸入口（図示省略）が形成され、リアハウジング１４の上部には、圧縮された冷媒を排出する排出口１６が形成されている。
フロントハウジング１２は、吸入口（図示省略）に連通した吸入室２１を備え、この吸入室２１に電動モータ２２が収容されている。電動モータ２２の回転軸２３は、前側がフロントハウジング１２によって回転自在に支持され、後側がセンタハウジング１３によって回転自在に支持されている。

センタハウジング１３には、固定スクロール２４と、可動スクロール２５と、が収容されている。
円板状の固定スクロール２４は、センタハウジング１３の後側を閉塞するように固定され、前面に渦巻き状の固定側ラップ２６が形成されている。円板状の可動スクロール２５は、固定スクロール２４よりも前側に配置され、後面に渦巻き状の可動側ラップ２７が形成されている。固定スクロール２４の前面と可動スクロール２５の後面とが対向し、固定側ラップ２６と可動側ラップ２７とが噛み合っている。固定側ラップ２６の先端は、図示しないチップシールを介して可動スクロール２５の後面に摺動可能に接触し、可動側ラップ２７の先端は、図示しないチップシールを介して固定スクロール２４の前面に摺動可能に接触している。固定スクロール２４の前面、固定側ラップ２６、可動スクロール２５の後面、及び可動側ラップ２７で囲まれた区画によって、冷媒を圧縮するための圧力室２８が形成されている。前後方向から見ると、圧力室２８は、三日月状の密閉空間となる。

可動スクロール２５の前側には、背圧室２９が形成されている。背圧室２９には、後述する高圧のオイルが供給されることにより、可動スクロール２５を固定スクロール２４へ押し付け、圧力室２８の密閉性を高めている。
可動スクロール２５の前面には、ボス３１が形成され、回転軸２３の後端には、偏心させたクランク端部３２が形成され、クランク端部３２がボス３１に回転自在の状態で嵌め込まれている。回転軸２３の回転運動は、クランク端部３２によって旋回運動として可動スクロール２５に伝達される。可動スクロール２５は、例えばボールカップリングを介して自転が阻止され、且つ固定スクロール２４に対する公転が許容されている。

固定スクロール２４の中央には、前後方向に貫通した吐出孔３３が形成され、固定スクロール２４の後面には、吐出孔３３の後端側を開閉可能な吐出弁３４が設けられている。吐出弁３４は、弾性変形可能な板材であり、上端側がボルト３５を介して固定スクロール２４の後面に締結された状態で、下端側で吐出孔３３の後端側を塞いでいる。
固定スクロール２４に対して可動スクロール２５が公転すると、圧力室２８は、前後方向から見て、スクロール中心に向かって変位してゆき、且つ容積が縮小してゆく。圧力室２８は、スクロール外側にあるときに吸入室２１と連通して冷媒を吸入し、スクロール中心にあるときに吐出孔３３と連通して圧縮した冷媒を吐出する。吐出弁３４は、吐出圧を受けるときに、弾性変形によって下端側が後方に撓むことで冷媒を吐出させる。

次に、オイル分離構造について説明する。
固定スクロール２４の後面には、オイルを含んだ冷媒が吐出弁３４から吐出されて衝突する位置に、その衝突によって冷媒とオイルとを一次分離させるバッフル３６が形成されている。
図２は、固定スクロールを後側から見た図である。
固定スクロール２４を吐出側の正面から見ると、バッフル３６は、吐出弁３４の下端側を囲むように上側が開いたＵ字状に形成されている。点線で示す矢印は冷媒の吐出を表している。吐出弁３４の開度は下側ほど大きくなるため、主に下方に向けた吐出が支配的となる。バッフル３６の内周面には、冷媒を二方向に分けて上部へと誘導する誘導面３７Ｌ及び３７Ｒが形成されている。

図１に示すように、リアハウジング１４は、冷媒とオイルとを一次分離させる一次分離室４１と、冷媒とオイルとを二次分離させる二次分離室４２（分離室）と、一次分離したオイル、及び二次分離したオイルを貯留する貯留室４３と、を備える。
一次分離室４１は、固定スクロール２４の後面側をリアハウジング１４で覆うようにして形成されており、吐出孔３３に連通している。一次分離室４１の上部は、上下に並んだ一対の連通孔４４（導入口）を介して二次分離室４２の上部に連通している。一次分離室４１の底面は、連通孔４５を介して貯留室４３の上面に連通している。二次分離室４２の上端は、排出口１６（熱媒体排出口）に連通している。二次分離室４２の底部は、連通孔４６（オイル排出口）を介して貯留室４３の底部に連通している。

バッフル３６で一次分離された冷媒は、主に誘導面３７Ｌ及び３７Ｒを伝って上方に向かい、一対の連通孔４４を介して二次分離室４２へと流入する。
一次分離室４１には、リアハウジング１４の内周面からバッフル３６の下端に向かって突出した遮蔽部４７が形成されている。分離されたオイルは、バッフル３６における内周面の下部から、一次分離室４１の底部へと滴下する。一方、バッフル３６の内周面に衝突した冷媒は、誘導面３７Ｌ及び３７Ｒを伝って上方へ向かうことなく、そのまま後方へ飛び散るものもある。遮蔽部４７は、バッフル３６から飛び散った冷媒が一次分離室４１の底部へと向かい、オイルを巻き上げることを防いでいる。

リアハウジング１４には、貯留室４３の底面に連通するオイル戻し流路５１が形成されている。センタハウジング１３には、一方がオイル戻し流路５１に連通し、他方が背圧室２９に連通するオイル戻し流路５２が形成されている。したがって、貯留室４３に貯留されたオイルは、高圧となる一次分離室４１及び二次分離室４２からの圧力を受けて、オイル戻し流路５１、オイル戻し流路５２を順に経て背圧室２９に供給される。これにより、可動スクロール２５に背圧を与え、軸受を含む各摺動部の潤滑が行なわれる。また、回転軸２３の内方には、前後方向に沿って延び背圧室２９に連通するオイル戻し流路５３が形成されている。したがって、背圧室２９に供給されたオイルは、さらにオイル戻し流路５３を経て、回転軸２３の前端側へ供給される。これにより、軸受を含む各摺動部の潤滑が行なわれる。

図３は、二次分離室の拡大断面図である。
二次分離室４２は、上下方向（軸方向）に延び、水平方向（軸直角方向）に沿った断面が円形となる内周面５５を有する内部空間である。二次分離室４２では、筒状に形成された排出配管５６（熱媒体排出配管）の上端が排出口１６に接続され、排出配管５６の下端が二次分離室４２における上下方向の略中央まで延びている。点線で示す矢印は冷媒の流れを表し、ブロック矢印はオイルの流れを表している。オイルを含む冷媒は、連通孔４４から流入すると、内周面５５と外周面５７との間を螺旋状に下降してゆき、周方向に旋回するときの遠心作用によって冷媒とオイルとが二次分離される。二次分離された冷媒は、排出配管５６の下端から流入すると、排出配管５６内を上昇してゆき、排出口１６から外部へ排出される。二次分離されたオイルは、二次分離室４２の内周面５５を伝って下降してゆき、連通孔４６から貯留室４３へ排出される。

図４は、二次分離室を模式的に描いた図である。
図中の（ａ）は、二次分離室４２における内部空間のモデルを示している。
図中の（ｂ）は、上方から見た二次分離室４２に対する連通孔４４及び連通孔４６の配置を示している。導入側となる連通孔４４は破線で示し、排出側となる連通孔４６は実線で示している。前後方向に延び、二次分離室４２の中心Ｏを通る直線をＬｏとする。導入側の連通孔４４は、二次分離室４２に対して前後方向に連通し、直線Ｌｏよりも左側に配置されている。したがって、オイルを含んだ冷媒が導入されると、上方から見て反時計回りに旋回する。排出側の連通孔４６は、二次分離室４２に対して前後方向に連通し、直線Ｌｏよりも左側に配置されている。直線Ｌｏ、連通孔４４の導入方向、及び連通孔４６の排出方向は、全て平行である。

すなわち、排出側の連通孔４６は、分離されたオイルを旋回の流れと逆らう方向に排出する。旋回の流れに逆らう方向とは、上方から見て、オイルの旋回方向とオイルの排出方向とのなす角度が直角以下となる範囲（直角又は鋭角）である。ここでは、オイルの旋回方向をＬｃとし、オイルの導入方向をＬｉとし、オイルの排出方向をＬｄとする。また、旋回方向Ｌｃに排出方向Ｌｄが交わる又は接する点をＰとし、旋回方向Ｌｃにおける点Ｐの接線をＬｔとし、接線Ｌｔに対する排出方向Ｌｄがなす角度をαとしている。具体的には、接線Ｌｔにおける上流側の任意の点をＵとし、排出方向Ｌｄにおける下流側の任意の点をＤとし、∠ＵＰＤを角度αとし、角度αが直角以下になるように、排出方向が設定されている。これにより、二次分離されたオイルは、内周面５５に沿って周方向に旋回している状態から、９０度以上の曲がりを経て連通孔４６から排出される。

《作用》
次に、一実施形態の主要な作用効果について説明する。
二次分離室４２において、オイルが排出されやすい構造だと、そこに冷媒も混じりやすくなるため、オイルの分離性能を低下させてしまう。
図５は、比較例を示す図である。
ここでは、導入側の連通孔４４が直線Ｌｏよりも右側に配置されていることを除けば、図４の構成と同一であるため、共通した部分については説明を省略する。オイルを含んだ冷媒が導入されると、上方から見て時計回りに旋回する。排出側の連通孔４６は、二次分離室４２に対して前後方向に連通し、直線Ｌｏよりも左側に配置されている。

すなわち、排出側の連通孔４６は、二次分離されたオイルを旋回の流れに沿って排出する。旋回の流れに沿った方向とは、上方から見て、オイルの旋回方向とオイルの排出方向とのなす角度が直角より大きい範囲（鈍角又は平角）である。すなわち、∠ＵＰＤを角度αとし、角度αが直角より大きくなるように、排出方向が設定されている。これにより、二次分離されたオイルは、内周面５５に沿って周方向に旋回している状態から、ほぼ流れに沿って連通孔４６から排出される。このように、オイルが排出されやすい構造だと、そこに冷媒も混じりやすくなるため、オイルの分離性能を低下させてしまう。

そこで本実施形態では、二次分離室４２で二次分離されたオイルを旋回の流れと逆らう方向に排出する。このように、旋回の流れと逆らう方向に排出することで、熱媒体が混じりにくくなり、オイルの分離性能が向上する。
具体的には、上方から見て、オイルの旋回方向と排出側の連通孔４６の排出方向とのなす角度αが直角以下となるように、排出側の連通孔４６の配置が設定されている。すなわち、上方から見て、直線Ｌｏを境にして導入側の連通孔４４と同じ側に、排出側の連通孔４６が配置される。これにより、旋回の流れと逆らう方向に排出する配置を実現し、冷媒が混じりにくくできる。排出側の連通孔４６で冷媒の排出が少しでも滞れば、排出配管５６への冷媒の流入が促されるので、オイルの分離性能が向上する。

《変形例》
一実施形態では、上方から見て、オイルの旋回方向Ｌｃとオイルの排出方向Ｌｄとのなす角度αが鋭角となるように設定しているが、これに限定されるものではない。また、一実施形態では、排出側の連通孔４６が直線Ｌｏよりも左側に配置されているが、これに限定されるものではない。
図６は、変形例を示す図である。
図中の（ａ）は、角度α＝∠ＵＰＤを直角にしている。このように、角度αを直角にするだけでも、旋回の流れに沿わない方向にオイルを排出できるので、オイルの分離性能が向上する。
図中の（ｂ）は、中心Ｏを対称点とし、導入側の連通孔４４に対して点対称となる側に排出側の連通孔４６を配置している。このように、導入側の連通孔４４に対して点対称となる側に排出側の連通孔４６を配置することにより、オイルの旋回方向Ｌｃとオイルの排出方向Ｌｄとのなす角度αを鋭角にしてもよい。

以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。

１１…圧縮機、１２…フロントハウジング、１３…センタハウジング、１４…リアハウジング、１６…排出口、２１…吸入室、２２…電動モータ、２３…回転軸、２４…固定スクロール、２５…可動スクロール、２６…固定側ラップ、２７…可動側ラップ、２８…圧力室、２９…背圧室、３１…ボス、３２…クランク端部、３３…吐出孔、３４…吐出弁、３５…ボルト、３６…バッフル、３７Ｌ…誘導面、３７Ｒ…誘導面、４１…一次分離室、４２…二次分離室、４３…貯留室、４４…連通孔、４５…連通孔、４６…連通孔、４７…遮蔽部、５１…オイル戻し流路、５２…オイル戻し流路、５３…オイル戻し流路、５５…内周面、５６…排出配管、５７…外周面

Claims (6)

1. 軸方向に延び軸直角方向に沿った断面が円形となる内部空間に、オイルを含んだ熱媒体が流入して内周面に沿って周方向に旋回するときの遠心作用によって前記熱媒体と前記オイルとを分離させる分離室と、
   前記分離室の下部に連通し、分離された前記オイルを前記旋回の流れと逆らう方向に排出するオイル排出口と、を備えることを特徴とするオイル分離構造。
2. 前記オイル排出口は、
   前記分離室を軸方向から見て、前記オイルの旋回方向と前記オイル排出口の排出方向とのなす角度が直角以下であることを特徴とする請求項１に記載のオイル分離構造。
3. 前記分離室の上部に連通し、前記オイルを含んだ前記熱媒体を前記旋回の流れに沿って導入する導入口を備え、
   前記オイル排出口は、
   前記分離室を軸方向から見て、前記導入口の導入方向と平行で前記分離室の中心を通る直線を境にし、前記導入口と同じ側に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のオイル分離構造。
4. 前記分離室の上部に連通し、前記オイルを含んだ前記熱媒体を前記旋回の流れに沿って導入する導入口を備え、
   前記オイル排出口は、
   前記分離室を軸方向から見て、前記分離室の中心を対称点とし、前記導入口に対して点対称となる側に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のオイル分離構造。
5. 前記分離室の上端に連通し、分離された前記熱媒体を排出する熱媒体排出口と、
   筒状に形成され、前記分離室で上端が前記熱媒体排出口に接続され、下端から流入する前記熱媒体を前記熱媒体排出口から排出する熱媒体排出配管と、を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のオイル分離構造。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載のオイル分離構造を備えたことを特徴とする圧縮機。

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