JP4060084B2 - 気体圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の空調などに使用され、冷媒ガス等の気体を圧縮して吐出する気体圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の空調などに使用される車載用の気体圧縮機には、例えば図６に示すベーン式のものが使用されている。
この圧縮機を図に基づいて説明すると、気体圧縮部として、内周が筒状のシリンダ５と、該シリンダ５の軸方向両端部にあるフロントサイドブロック６およびリアサイドブロック７と、前記シリンダ５内に回転可能に配置されたロータ１１と、該ロータ１１に設けられたベーン溝に進退可能に収容されたベーン１５とを有している。上記ロータ１１とベーン１５とシリンダ５とで仕切られて圧縮室が形成されている。
上記各部材を内蔵する圧縮機のフロントハウジング１ａは冷媒の吸入口２を有し、リアハウジング１ｂは吐出口３を有している。前記フロントハウジング１ａ内には、前記吸入口２に連通する吸入室４が設けられており、該吸入室４と前記シリンダ圧縮室とが連通している。また、リアサイドブロック７とリアハウジング１ｂとで形成される空間内には前記シリンダ圧縮室に連通する吐出室８が設けられており、該吐出室８は上記吐出口３に連通している。
【０００３】
上記気体圧縮機では、ロータ１１を回転させると前記圧縮室の容積が変化し、上記吸入口２および吸入室４を通過して導入された冷媒が圧縮室内で圧縮される。圧縮された冷媒は、圧縮室から吐出室８へと吐出され、さらに吐出口３から外部に吐出される。外部に吐出された冷媒は、システムを循環して気体圧縮機の吸入口２に戻り、再度圧縮室で圧縮され、さらにシステム内に吐出される。この動作を繰り返すことにより継続して空調が行われる。
なお、上記ロータ１１はロータ軸１０で支持されており、ロータ軸１０には電磁クラッチ２０を介して内燃機関（図示しない）の動力が伝達されるように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、気体圧縮機が作動する際は、上記のように内燃機関からの動力供給が必要不可欠であり、内燃機関への大きな負荷となっている。このため、気体圧縮機の動作は、車載用では自動車の燃費を低下させる一つの原因になっている。しかし、最近では環境上の理由からも自動車における燃費向上の要請は強く、内燃機関への負荷を低減して燃費を向上させることは気体圧縮機における重要な課題の一つとなっている。
【０００５】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、気体圧縮機動作による内燃機関への負担を軽減して燃費の改善を可能にする気体圧縮機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の気体圧縮機のうち、請求項１記載の発明は、気体を外部から吸入する吸入口と、前記吸入口に連通する吸入室と、該吸入室に連通して、回転駆動により気体を圧縮する気体圧縮部と、該回転駆動力を気体圧縮部に伝達する回転軸と、前記気体圧縮部に連通する吐出室と、該吐出室に連通して、圧縮された気体を外部に吐出する吐出口と、吸入側または吐出側の気体流の圧力を受けて前記回転軸に対し回転駆動方向に回転力を付加する回転補助装置とを備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記気体圧縮部が、内周が筒状のシリンダと、該シリンダの軸方向両端部にあるサイドブロックと、前記シリンダ内に回転可能に配置されたロータと、該ロータに設けられたベーン溝に進退可能に収容されたベーンと、前記ロータを回転駆動する前記回転軸とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記回転補助装置は、前記回転軸に取り付けられ、気体流の圧力によって回転する回転翼からなることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記気体圧縮部から吐出される圧縮気体を気体と該気体に含まれる油とに分離して放出させる油分離器が設けられており、該油分離器から放出される気体を、前記回転補助装置に導くガイド部材が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
すなわち、本発明の気体圧縮機によれば、冷媒等の気体の流れによる圧力を利用して、回転軸に付随させた回転補助装置を作動させることができる。該回転補助装置は、気体圧縮部に回転駆動力を伝達する回転軸に対し、回転駆動方向に回転力を付加するので、気体を圧縮させる圧縮回転動力を低減してこの気体圧縮部に動力供給をする駆動源への負荷を軽減する。この駆動源への負荷軽減により、駆動源の燃費が向上する。
【００１１】
なお、本発明の気体圧縮機は、回転駆動力により気体を圧縮する構成からなるものであり、代表的にはロータを回転させる回転式の構造が示される。該構造の気体圧縮機としては請求項２に記載するベーン式のものが代表的であり、その他に、二葉形、ねじ形などが示される。また、本発明では、ロータの回転により気体を圧縮するものの他、回転力をクランク機構等によって往復運動に変換して該往復運動によって気体を圧縮する往復圧縮機であっても良く、要は、回転駆動により気体を圧縮できるものであればよい。
【００１２】
また、本発明の気体圧縮機は代表的には車載用として利用されるが、本発明としては、使用分野がこれに限定されるものではない。車載用以外においても駆動源に対する負荷を軽減し、さらに駆動に要する燃費を低減するという所望の効果を得ることができる。
【００１３】
なお、回転駆動力は駆動源から回転軸を通して伝達され、気体圧縮のためのエネルギ源となる。該回転軸は、気体圧縮用のロータを直接回転させるものでもよく、また、上記往復圧縮機のようにクランク機構を介して間接的に気体圧縮のための駆動力を伝達するものであってもよい。
該回転軸に取り付けられる回転補助装置は、気体流の圧力エネルギを回転軸への回転力に変換できるものであればよく、代表的には請求項３に記載するように、風圧により回転する回転翼によって構成することができる。回転翼の構造も特に限定されるものではなく、気体流を周回方向から受けて回転するものや、軸方向から受けて回転するものが挙げられる。また、回転翼は、直接回転軸に固定するものの他、回転翼の回転力を適宜の動力伝達機構を介して回転軸に伝達する構造とすることもできる。
【００１４】
上記気体圧縮機では、通常は、圧縮部より圧縮気体を排出されるための吐出通路または吐出部を有しており、該吐出通路もしくは吐出部出口付近において、動力を伝達するための軸に回転補助装置を付随させる。ただし、本発明としては、気体流の圧力を回転力に変換する機構はこれに限定されるものではなく、例えば気体の吸入側で気体流の圧力を回転補助装置で受けるように構成することもできる。回転補助装置は、圧縮気体内部の吸入室や吐出室に配置することにより、スペースの増大が殆どないか僅かなものとすることができ、装置の大型化を招くことなく所望の作用を得ることができる。
【００１５】
なお、気体圧縮機の中には、気体圧縮部と吐出室との間に、気体圧縮部から吐出される圧縮気体を気体と該気体に含まれる油とに分離して吐出する油分離器が設けられたものがあり、回転補助装置は、この油分離器から放出される気体により気体流の圧力を受けるものであってもよい。油分離器から放出される気体は、通常は吐出室に放散するように吐出されるので、請求項４に記載するように、油分離器から放出される気体を回転補助装置に導くガイド部材を設けるのが望ましい。該ガイド部材は、放出気体を効率よく案内できるものであればよく、本発明としては特定の構造に限定されない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の気体圧縮機の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。なお、従来例と同一の構造については同一の符号を付している。
図１は気体圧縮機の全体構成を表したものである。該気体圧縮機は、吸入口２を有するフロントハウジング１ａと、吐出口３を有するリアハウジング１ｂとを備えている。前記吸入口２には、外部から圧縮すべき冷媒ガスを吸引するべく吸入配管４０が接続されており、吐出口３には、圧縮された冷媒をコンデンサ等（図示しない）に供給する吐出配管４１が接続されている。
【００１７】
上記フロントハウジング１ａ内部には吸入室４が形成され、この吸入室４に前記吸入口２が連通している。また、リアハウジング１ｂ内には、軸方向と直交する縦断面において略楕円形状の内周面を有する筒状のシリンダ５が配置されており、該シリンダ５の軸方向両端面に互いに平行に固着されたフロントサイドブロック６（吸入口２側）およびリアサイドブロック７（吐出口３側）が配置されている。該フロントサイドブロック６には、前記吸入室４とシリンダ５内とを連通させるように図示しない連通路が形成されている。
【００１８】
そしてシリンダ５の内部には、図２に示すように、ロータ軸１００で支持された回転可能なロータ１１が配設されている。このロータ１１には、複数のベーン溝１２にそれぞれ摺動可能に嵌装されたベーン１５が複数枚（図は５枚）放射状に保持されている。ロータ１１が回転駆動されることで、ベーン１５がその遠心力および背圧室１３から供給される潤滑油の油圧によってベーン溝１２内を進退してシリンダ５の内周壁に密着しながら回転するように構成されている。これらシリンダ５、ロータ１１、ベーン１５を主要な構成として気体圧縮部が構成されており、シリンダ５内周面、ベーン１５、ロータ１１外周面およびフロントサイドブロック６後端面、リアサイドブロック７前端面によってシリンダ圧縮室１６が形成されている。
【００１９】
なお、上記ロータ軸１００は、気体圧縮機の前方側において、電磁クラッチ２０の一方側に接続されており、電磁クラッチ２０の他方側に、プーリ２１が接続されている。該プーリ２１には、図示しない内燃機関の駆動力が伝動ベルト２２で伝達されるように構成されている。上記電磁クラッチ２０をさらに詳細に説明すると、前記プーリ２１の先端面側にクラッチ板２３が配置され、プーリ２１の後端面側に電磁コイル２４が配設されて電磁クラッチ２０が構成されている。クラッチ板２３は弾性部材２５を介して回転軸１００に一体に連結されているとともに、この弾性部材２５の弾性力により常時はプーリ２１の先端面側から引き離されている。電磁コイル２４は励磁による吸引力でプーリ２１とクラッチ板２３とを密着させる。該密着により伝動ベルト２２を介した駆動力がプーリ２１、クラッチ板２３、弾性部材２５を介して回転軸１００に伝達される。
【００２０】
また、前記リアサイドブロック７とリアハウジング１ｂとで形成される空間内には前記シリンダ圧縮室１６に連通する吐出室８が設けられている。
なお、シリンダ圧縮室１６には、リアサイドブロック７側に吐出孔（図示しない）が形成され、該吐出孔に連通するように、リアサイドブロック７の厚さ方向に圧縮気体通路（図示しない）が形成されている。そして、リアサイドブロック７の後端側には、油分離ブロック２６が取り付けられており、リアサイドブロック７の後端面に形成した溝路と油分離ブロック２６の内面に形成した溝路（図示しない）とにより圧縮気体通路が延長し、その終端は金網からなる油分離器２７を介して側方（図２示左方）に向けて開口する放出孔９が形成されている。
なお上記吐出室８下方には、油溜まり部２８が設けられており、該油溜まり部２８の油は、気体圧縮機内部の圧力差により送り出され、圧縮機内での摩耗防止や油膜によるシールに供される。
【００２１】
さらに、油分離ブロック２６の後端面には、前記放出孔９のやや上方位置において放出孔９の放出方向に沿い、その先端側で下方に湾曲し、さらに回転軸１００側に向けたガイド部材３０が固定されている。該ガイド部材３０先端の延長方向では、回転軸１００に回転補助装置である、回転翼３１が取り付けられている。該回転翼３１は、軸方向および径方向に沿った複数の翼３１ａ（図では５枚）が等角度間隔で設けられており、該翼３１ａの軸方向前後端には、冷媒流が放散しないように円板状の囲い板３１ｂ、３１ｂが設けられている。また、該翼３１ａは、冷媒流を効率よく受けるように、冷媒流が向流してくる側に向けて外周側が内方に湾曲するように形成されている。
なお、上記翼３１ａの枚数は適宜選定することができるが、放出孔９からの気体の放出周期に従って、気体流の圧力が効果的に翼３１ａに加わって回転翼３１ａが回転するように該翼３１ａの枚数を定めるのが望ましい。
【００２２】
また回転軸１００がリアサイドブロック６を貫通する貫通孔部分では、回転軸１００とリアサイドブロック７との間に軸シール材３５が配置されており、さらに、該貫通孔に連通するリアサイドブロック６と油分離ブロックとの間にＯリング３６が配置されている。これら軸シール材３５およびＯリング３６は、図４に示すように、吐出室８側の圧力Ｐ１と、上記貫通孔の内部側の圧力Ｐ２との圧力差（Ｐ１＞Ｐ２）によるリークを防止するために配置されている。
【００２３】
次に、上記気体圧縮機の動作について説明する。
気体圧縮機の動作に際しては、電磁コイル２４が励磁されると、電磁コイル２４の吸引力によりプーリ２１側にクラッチ板２３が引き寄せられ、これにより弾性部材２５が弾性変形してプーリ２１とクラッチ板２３とが密着する。その結果、プーリ２１の回転力がクラッチ板２３および弾性部材２５を介して圧縮機の回転軸１００に伝達される。前記プーリ２１には、伝動ベルト２２を介して図示しない内燃機関から回転駆動力が伝達されており、プーリ２１と回転軸１００とが一体に回転駆動される。
【００２４】
上記のようにしてロータ軸１００を回転駆動すると、ロータ軸１００の回転に連れてロータ１１が回転する。この回転による遠心力と背圧室１３への潤滑油の供給によりベーン１５に外周側への押出力が作用する。押出力が作用したベーン１５は、外周側に移動してシリンダ５の内周壁およびフロントサイドブロック６、リアサイドブロック７の側壁に密着しながらロータ１１とともに回転する。この回転によりシリンダ５内への吸引力が発生し、前記吸入口２を通して吸入配管４０から冷媒ガスを吸引する。冷媒ガスは、吸入室４内に吸引され、さらにシリンダ５内に吸引される。シリンダ５内では、シリンダ圧縮室１６によって冷媒ガスが順次圧縮される。
【００２５】
圧縮された冷媒ガスは、シリンダ圧縮室１６からリアサイドブロック７および油分離ブロック２６、油分離器２７を通して放出孔９から放出される。放出孔９から放出される冷媒ガスは、ガイド部材３０に案内されながら移動して、ガイド部材３０の先端の延長方向に沿って回転翼３１へと噴射される。回転翼３１では、冷媒ガスの噴流が囲い板３１ｂ、３１ｂで囲まれた翼３１ａに当たり、回転翼３１に一定方向の回転力を加える。この回転力の方向は、回転軸１００の回転駆動方向と同一であり、回転翼３１を介して回転軸１００に回転力が付加される。この結果、回転軸１００を回転駆動する内燃機関への負荷が軽減され、その結果として内燃機関の燃費が向上する。
【００２６】
なお、翼３１ａに噴射される冷媒ガスは、油分離器２７を通ることにより大部分の油は分離されているが、それにも拘わらず少量の油分は分離されることなく含まれている。ただし、翼３１ａに打ち当たった冷媒ガスは、翼３１ａとの衝突により油分が効果的に分離され、冷媒ガスに含まれる油分をより少なくする作用も得られる。冷媒ガスは、翼３１ａに打ち当たった後、吐出室８に飛散し、従来の気体圧縮機と同様に吐出室８から吐出口３を経て外部の凝縮器（図示しない）へと送られる。
【００２７】
なお、上記実施形態では、回転翼の周方向から冷媒ガスを打ち当てて回転力を得るものとしたが、図５に示すように軸方向から冷媒ガスを噴射して回転力を得るものであっても良い。すなわち、図５に示す回転翼３２は、螺旋状に配した複数の翼３２ａを当角度間隔で設け、該翼３２ａの周囲に囲い筒３２ｂを配したものである。冷媒ガスは、翼３２ａに向けて軸方向に沿って噴射されると、囲い筒３２ｂ内に導入されつつ翼３２ａに打ち当たり、該翼３２ａに一定方向の回転力を発生させる。該回転力は回転軸１００に伝達され、回転軸１００を駆動する内燃機関の負荷を前記実施形態と同様に低減する。翼３２ａに打ち当たった冷媒ガスは、軸方向に移動して回転翼３２を通過し、吐出室８内に放出される。吐出室８に放出された冷媒ガスは、上記実施形態と同様に吐出口３から吐出される。また、冷媒ガスは、上記回転翼３２を通過する際に、上記実施形態と同様に油分が効果的に分離される。
【００２８】
なお、上記各実施形態では、いずれも冷媒の吐出側で回転補助装置に冷媒流を当てて回転力を得ているが、前記したように本発明では、冷媒の吸入側において冷媒流を受けて回転補助装置によって回転力を得るものであってもよい。
また、上記実施形態では、ベーン式の気体圧縮機について説明したが、本発明としては、回転軸を備え、該回転軸から伝達される回転駆動力によって気体を圧縮する気体圧縮機であれば同様に適用が可能であり、かつ上記と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の気体圧縮機によれば、気体を外部から吸入する吸入口と、前記吸入口に連通する吸入室と、該吸入室に連通して、回転駆動により気体を圧縮する気体圧縮部と、該回転駆動力を気体圧縮部に伝達する回転軸と、前記気体圧縮部と連通する吐出室と、該吐出室に連通して、圧縮された気体を外部に吐出する吐出口と、吸入側または吐出側の気体流の圧力を受けて前記回転軸に対し回転駆動方向に回転力を付加する回転補助装置とを備えるので、気体流によって回転動力を補助して気体圧縮機を動作させる動力の低減が可能になる。また、この結果、動力のもととなる駆動源の動作エネルギが低減され、燃費が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の気体圧縮機の全体を示す断面図である。
【図２】 同じくシリンダ内部を示す側面断面図である。
【図３】 同じくリアサイドブロック後方を示す側面図である。
【図４】 同じく軸シール部を示す一部拡大図である。
【図５】 本発明の他の実施形態の回転補助装置を示す斜視図である。
【図６】 従来の気体圧縮機の全体を示す断面図である。
【符号の説明】
１ａ フロントハウジング
１ｂ リアハウジング
２ 吸入口
３ 吐出口
４ 吸入室
５ シリンダ
６ フロントサイドブロック
７ リアサイドブロック
８ 吐出室
９ 放出孔
１００ 回転軸
１１ ロータ
１２ ベーン溝
１５ ベーン
１６ シリンダ圧縮室
２０ 電磁クラッチ
２１ プーリ
２２ 伝動ベルト
２３ クラッチ板
２４ 電磁コイル
２５ 弾性部材
３０ ガイド部材
３１ 回転翼
３１ａ 翼
３１ｂ 囲い板
３２ 回転翼
３２ａ 翼
３２ｂ 囲い筒

Claims (4)

1. 気体を外部から吸入する吸入口と、前記吸入口に連通する吸入室と、該吸入室に連通して、回転駆動により気体を圧縮する気体圧縮部と、該回転駆動力を気体圧縮部に伝達する回転軸と、前記気体圧縮部に連通する吐出室と、該吐出室に連通して、圧縮された気体を外部に吐出する吐出口と、吸入側または吐出側の気体流の圧力を受けて前記回転軸に対し回転駆動方向に回転力を付加する回転補助装置とを備えることを特徴とする気体圧縮機。
2. 前記気体圧縮部は、内周が筒状のシリンダと、該シリンダの軸方向両端部にあるサイドブロックと、前記シリンダ内に回転可能に配置されたロータと、該ロータに設けられたベーン溝に進退可能に収容されたベーンと、前記ロータを回転駆動する前記回転軸とを備えていることを特徴とする請求項１記載の可変容量型気体圧縮機。
3. 前記回転補助装置は、前記回転軸に取り付けられ、前記気体流の圧力によって回転する回転翼からなることを特徴とする請求項１または２に記載の気体圧縮機。
4. 前記気体圧縮部から吐出される圧縮気体を気体と該気体に含まれる油とに分離して放出させる油分離器が設けられており、該油分離器から放出される気体を、前記回転補助装置に導くガイド部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の気体圧縮機。

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