JP4852441B2

JP4852441B2 - オイルセパレータ内蔵圧縮機

Info

Publication number: JP4852441B2
Application number: JP2007027080A
Authority: JP
Inventors: 立起野村
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2027-02-06
Also published as: CN101605994A; JP2008190459A; CN101605994B; US20100307343A1; US8182565B2; WO2008096654A1

Description

本発明は、オイルセパレータ内蔵圧縮機に関し、とくに、オイルセパレータ内蔵機構の簡素化、部品点数の低減、組み立ての容易化、コストダウン等をはかったオイルセパレータ内蔵圧縮機に関する。

従来から、たとえば車両用空調装置の冷凍システムに組み込まれる圧縮機として、遠心分離方式のオイルセパレータを圧縮機に内蔵したオイルセパレータ内蔵圧縮機が知られている（たとえば、特許文献１）。従来のオイルセパレータ内蔵圧縮機においては、たとえば図１０に固定渦巻体１０１と可動渦巻体１０２からなる圧縮機構１０３を備えたスクロール型圧縮機の場合の例を示すように、圧縮機構１０３で圧縮されたガス（たとえば、冷媒ガス）が吐出孔１０４を介して導入される吐出室１０５を形成するリアケーシング１０６内に、遠心分離方式のオイルセパレータ１０７が組み込まれる。このようなオイルセパレータ１０７においては、オイル分離部として、ケーシング１０６内に筒状のシリンダー（オイル分離室１０８）を設け、その軸上に分離パイプ１０９を挿入あるいは圧入し、上端側をスナップリング１１０で固定または係止する構造を採用している。オイル分離部はケーシング１０６のみに設置され、オイル分離部は機械加工にて形成されるので、内部の圧力を保持するためにシールボルト１１１が必要となっている。また、圧縮機外部（外部配管）へと接続される吐出ポート１１２は、分離パイプ１０９の上部とシールボルト１１１の下端との間の空間に連通されている。

圧縮機構１０３で圧縮されたガスは、固定渦巻体の吐出孔１０４より吐出室１０５に吐出され、吐出室１０５内のオイルを含むガスが、連通孔１１３よりオイル分離室１０８内に導入される。導入されたガスは、分離パイプ１０９の周りを回転し、遠心力を利用して、ガスとオイルとに分離される。分離されたガスは分離パイプ１０９内を通り、吐出ポート１１２より排出され、遠心力により分離されたオイルは、下部孔１１４より下方の貯油室１１５に溜められる。貯油室１１５に溜まったオイルは、オリフィス１１６を介して吸入室１１７へと戻される。
特開平１１−９３８８０号公報

上記のような従来のオイルセパレータの構造には以下のような問題がある。
オイル分離室１０８（シリンダー部）、下部孔１１４、分離パイプ１０９の挿入または圧入部、シールボルト１１１用のネジ部等の全てを機械加工で形成する必要があり、機械加工部分が多いため、生産性が悪いとともに、コストがかかる。

また、分離パイプ１０９、シールボルト１１１等の部品が必要であり、オイル分離室１０８の全長が比較的長くなるため、この部位の加工性が悪い。また、オイル分離室１０８（シリンダー部）が円筒形状であるため、オイル分離部を設置するスペースに制約があり、かつ、ケーシング全長も長くなる。したがって、生産性が悪いとともに、レイアウトの自由度が小さい。

また、分離パイプ１０９、スナップリング１１０、シールボルト１１１等の部品が必要であり、部品点数が多いため、組み付けに要する時間が長い。また、分離パイプ１０９の圧入工程やシールボルト１１１の締付け工程では不良が発生しやすい。そのため、生産性が悪いとともに、製造、組み付けの両面でコストがかかるという問題がある。

さらに、オイル分離後の圧縮ガスはシールボルト１１１の下端と分離パイプ１０９の上端の間の空間に連通されている吐出ポート１１２から圧縮機外へ出るが、分離機構部のレイアウトに自由度がないため、吐出ポート１１２の位置にも制約が生じる。したがって、吐出ポート１１２の位置に自由度が少なく、圧縮機自体の設計や、外部との接続構造に制約が生じるという問題がある。

そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、オイル分離部の構造を簡略化することにより、生産性向上、コストダウンを可能にするとともに、吐出ポート位置の設計自由度を確保したオイルセパレータ内蔵圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るオイルセパレータ内蔵圧縮機は、吐出室に隣接させて配置され、内部全体が空間に形成され導入されてくるオイル含有ガスを遠心分離によりガスとオイルに分離し、分離されたオイルを下方に落下させ、分離されたガスを上方に抜き出す分離室と、吐出室からのオイル含有ガスを前記分離室に導入する、吐出室と分離室との連通孔とを有するオイルセパレータを内蔵した圧縮機において、前記連通孔を、前記分離室に対し、ガス抜け側とオイル落下側とにわたる方向に、複数配列したことを特徴とするものからなる。

このような構成においては、複数の連通孔のうち最ガス抜け側の連通孔は、該最ガス抜け側の連通孔から分離室内に導入されるオイル含有ガスの流れに、他の連通孔から分離室内に導入されるオイル含有ガスのガス抜け側への流れに対しエアカーテン機能を付与可能に形成されているので、他の連通孔から分離室内に導入されたオイル含有ガスはガス抜け側へ引張られることなく効率よく分離室の内壁に沿って旋回しオイルとガスに分離されながら貯油室側に流れる。したがって、図１０に示すような、分離室内に分離パイプを有する従来のオイルセパレータと同等またはそれ以上の分離能力を発揮することができる。

上記のようなオイルセパレータは、圧縮機を構成する２つの部材の合わせ構造により形成することができる。

すなわち、オイル分離機構のシリンダー部（分離室）、連通孔部、下部孔部が、圧縮機を構成する２つの部材を組み合せる合わせ構造により形成されるので、これらの部位を、機械加工を施すことなく形成することが可能になり、生産性が大幅に向上されるとともに、コストダウンが可能となる。また、従来構造における分離パイプを廃止できるとともに、その固定や係止機構、さらにはシールボルトを廃止できるため、分離機構全体の構造を簡素化できるとともに、部品点数が大幅に低減されるため、組み付け時間の短縮、組み付けの容易化、コストダウンもはかることができる。また、シールボルト等が廃止できる結果、オイル分離部の全長の短縮や小型化が可能となり、圧縮機全体の小型化が可能となる。

また、本発明においては、上記オイルセパレータの分離室と圧縮機外部へと接続される吐出ポートとの間に、分離室通過後のガスを吐出ポートに送るガス通路が設けられており、該ガス通路も２つの部材の合わせ構造により形成されている構造を採用することができる。このガス通路に吐出ポートを連通させればよく、それによってオイルと分離されたガスが吐出ポートから円滑に外部に流出される。

この本発明に係るオイルセパレータ内蔵圧縮機においては、オイルセパレータは基本的に遠心分離方式のオイルセパレータに構成されるが、部品点数が少なく機械加工部分が無いため、上記分離室の形状の自由度は極めて高く保たれる。したがって、この分離室は、従来と同様の母線部が直線状に延びる円筒形状に形成することもできるし、母線部が湾曲した円筒形状（全体としてドーナツ形状の（ドーナツ形状の一部を形成する形状の）分離室）に形成することもできる。とくに、この分離室を、曲率をもった円筒形状（ドーナツ形状）等にすることで、レイアウトの自由度が大幅に増し、圧縮機全体としてコンパクト化が可能になる。

また、上記円筒形状における横断面形状に関しては、実質的に完全な円形が好ましいが、２つの部材の合わせ構造の構成上、円筒形状の内面に多少の段差が生じたり、円筒形状の内面を形成する２つの部材の円筒形状横断面における円弧間に、曲率の差が生じてもよい。また、円筒形状の内面を形成する上で、２つの部材の間に、内面の周長差が生じてもよい。さらに、円筒形状の内面を形成する２つの部材の円筒形状横断面における円弧状の溝の深さ間に差が生じてもよい。

また、最ガス抜け側の連通孔から分離室内に導入されるオイル含有ガスの流れに、上記のようなエアカーテン機能を付与することによりオイル分離能力の低下を回避することが可能であるが、さらに分離パイプを廃止したことによる分離能力の低下を確実に回避するためには、複数の連通孔からオイル分離室に吹き出される圧縮ガスの吹き出し方向を変更することが好ましい。たとえば、他の連通孔の分離室への開口方向が、最ガス抜け側の分離室への開口方向よりも貯油室側に向けられている構造を採用することにより、分離室内に導入されるオイル含有ガスのガス抜け側への引張りを抑制しつつ、分離のための遠心力をオイルに有効に作用させることができるので、オイルを貯油室側に向けて効率よく分離することが可能になる。また、複数の連通孔毎に、分離室への開口方向が変えられている構造採用すれば、オイル分離室に吹き出されるガスの方向が連通孔毎に角度が変えられることになり、オイル分離室の形状等の則したガスの吹き出しが可能になり、効率のよい分離が可能になるとともに、効率よく分離されたオイルを貯油室に導くことが可能になる。

また、上記ガス通路内に、段部または堰部が設けられている構造を採用することもできる。このように分離室と吐出ポート間のガス通路形状を工夫することにより、吐出ポートからのオイルの流出を低減することができる。

このような本発明におけるオイルセパレータ内蔵構造は、実質的にあらゆるタイプの圧縮機に適用可能であるが、とくに、スクロール型圧縮機に好適なものである。スクロール型圧縮機の場合には、たとえば、２つの部材の一方が固定渦巻体構成部材からなり、他方が圧縮機のケーシングからなる構造とすることができる。

このように、本発明に係るオイルセパレータ内蔵圧縮機によれば、従来構造におけるシリンダー、連通孔、分離パイプ保持部、下部孔等を機械加工することなく２つの部材（たとえば、固定渦巻体構成部材とケーシング）の合わせ構造によりオイルセパレータを形成でき、かつ分離パイプを廃止する構造としても優れたオイル分離能力を発揮することができるので、次のような効果が得られる。
（１）オイル分離部の機械加工廃止による加工上の生産性向上、コストダウンをはかることができる。
（２）部品点数削減による部品単品でのコストダウン、組み付け性の向上をはかることができる。
（３）組立工程を大幅に簡略化でき、従来ネックとなっていた分離パイプ圧入やシールボルト締付工程が無くなり、これら従来の工程における不良の発生が無くなり、組立工程における不良率を大幅に低減できる。
（４）吐出ポート位置の自由度を大幅に増大でき、それによって吐出ポートのレイアウト性、ひいてはシステムに組み込まれる圧縮機全体としてのレイアウト性を大幅に向上できる。

以下に、本発明のオイルセパレータ内蔵圧縮機の望ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施態様に係るオイルセパレータ内蔵圧縮機を示している。オイルセパレータ内蔵圧縮機１は、固定渦巻体２と可動渦巻体３からなる圧縮機構４を備えたスクロール型圧縮機の場合の例を示している。

オイルセパレータ内蔵圧縮機１は、クラッチ機構５を備えており該クラッチ機構５のオン、オフにより外部駆動源（たとえば、車両用原動機としてのエンジン、モータ等）からの動力が可動渦巻体３に伝達、遮断されるようになっている。可動渦巻体３へ動力が伝達されると、該可動渦巻体３が固定渦巻体２の回りを旋回運動し、圧縮機構４で圧縮されたガス（たとえば冷媒ガス）が吐出孔６を介して吐出室７に導入される。

吐出室７の周囲の適当な位置に、オイルセパレータ８が内蔵されている。このオイルセパレータ８は、図４〜図６にも示すように、固定渦巻体構成部材９と圧縮機のケーシング１０の２つの部材の合わせ構造により形成されている。オイルセパレータ８は、遠心力によりオイルをガスから分離する、内部全体が空間に形成されたシリンダー構造の分離室１１を有している。本実施態様においては、分離室１１は、母線部が湾曲した円筒形状（ドーナツ形状の一部をなす円筒形状）に形成されている。なお、分離室１１は、図８に示すように母線部が直線状に延びる円筒形状に形成することも可能である。

分離室１１と吐出室７は隣接して配置されており、分離室１１と吐出室７との間には、吐出室７からオイルを含むガスを分離室１１内に導入する複数の連通孔１２、１３が設けられている。本実施態様では２つの連通孔１２、１３は、分離室１１の上方のガス抜け側と下方のオイル落下側とにわたる方向に配列されている。図６に示すように、分離室１１の円筒形状の中心軸から偏心した位置にて、連通孔１２、１３から分離室１１内にオイル含有ガス（矢印）が導入され、分離室１１の内面に沿った流れが形成されて、遠心力によりガス中のオイルが分離される。本実施態様においては、連通孔１２、１３の開口方向は同方向に設けられているが、図３に示すように、最ガス抜け側の連通孔１２とオイル落下側の連通孔１３との分離室１１への開口方向が異なるように設定することも可能である。図３においては、連通孔１３の方がより貯油室１４側に向くように角度が設定されている。分離されたオイルは、分離室１１の下端に設けられた下部孔１５を通して貯油室１４内に溜められる。なお、本実施態様においては、下部孔１５は、図７に示すように、分離室１１の円筒形状の中心から偏心した位置に形成されているが、これに限定されるものではなく、分離室１１の円筒形状の中心に下部孔１５の中心を一致させせるように下部孔１５を設けてもよい。貯油室１４内に溜められたオイルは、オリフィス１６を介して吸入室側に戻される。

本実施態様においては、最ガス抜け側の連通孔１２から、分離室１１内に導入されるオイル含有ガスは、分離室１１の内壁に沿って旋回し、直ちにオイル落下側（貯油室１４側）には流入しない。このため、オイル落下側の連通孔１３から分離室１１内に導入されるオイル含有ガスのガス抜け側への流れに対しエアカーテン機能を形成する。換言すれば、最ガス抜け側の連通孔１２は、該連通孔１２から分離室１１内に導入されるオイル含有ガスの流れに、連通孔１３から分離室１１内に導入されるオイル含有ガスのガス抜け側の流れに対しエアカーテン機能を付与可能な連通孔に形成されている。

分離室１１で分離されたガスは、分離室１１の上端に連通された分離室通過後のガス通路１７を通して、吐出ポート１８から、圧縮機外部に排出される。本実施態様では、ガス通路１７内に、図２に示すように、段部１９（または堰部）が設けられており、段部１９の存在により、ガス通路１７内の流れが屈曲されて、吐出ポート１８から外部にオイルが流出することが抑えられている。

上記のように構成されたスクロール型圧縮機からなるオイルセパレータ内蔵圧縮機１においては、複数の連通孔が、分離室１１に対し、ガス抜け側とオイル落下側とにわたる方向に、複数配列した連通孔１２、１３から構成されており、最ガス抜け側の連通孔１２は、該連通孔１２から分離室１１内に導入されるオイル含有ガスの流れに、連通孔１３から分離室１１内に導入されるオイル含有ガスのガス抜け側への流れに対しエアカーテン機能を付与可能に形成されている。したがって、連通孔１３から分離室１１内に導入されたオイル含有ガスはガス抜け側へ引張られることなく効率よく分離室１１の内壁に沿って旋回しオイルとガスに分離されるので、分離室１１内に分離パイプを有する従来のオイルセパレータと同等またはそれ以上の分離能力を発揮することができる。

また、上記のように構成されたオイルセパレータ内蔵圧縮機１においては、とくに分離室１１、下部孔１５、連通孔１２、１３を固定渦巻体構成部材９とケーシング１０の合わせ構造により形成することにより、単に固定渦巻体構成部材９とケーシング１０を組み付けるだけで簡単に形成できる。つまり、固定渦巻体構成部材９とケーシング１０のオイルセパレータ形成部は鋳造可能であるので、従来構造におけるシリンダー部等の機械加工が一切不要となる。また、従来構造における分離パイプやシールボルト等が不要となり、部品点数も大幅に削減される。その結果、組み付けが容易化され、組み付け時間が短縮され、組み付け不良も大幅に低減され、大幅な生産性向上、コストダウンが可能になる。

また、分離室１１の形状としては、従来と同様の母線部が直線状に延びる円筒形状、本実施態様のような曲率をもったドーナツ形の円筒形状のいずれも可能であるが、本実施態様のようにドーナツ形円筒形状とすることにより、分離室１１の配置、形状の自由度が増大し、そのレイアウトの自由度が大幅に増大されるとともに、圧縮機１全体のコンパクト化にも寄与できるようになる。円筒形状の横断面円形状については、前述の如く、必要に応じて、完全な円形でなくてもよく、さらに２つの部材側間に、横断面円形状の形成上の役割差があってもよい。

また、オイル分離室１１通過後のガス通路１７内に段部１９を設けることにより、吐出ポート１８から外部回路側に流出するオイル量を大幅に低減することが可能になる。

図９は、本発明の第２実施態様に係るオイルセパレータ内蔵圧縮機のオイルセパレータ部を示している。本実施態様においては、分離室２１と吐出室２０とを連通する連通孔は、３つの連通孔２２、２３、２４から構成されている。図９においては、連通孔２２から分離室２１内に導入されるオイル含有ガスの流れを実線矢印で、連通孔２３、２４から分離室２１内に導入されるオイル含有ガスの流れをそれぞれ一点鎖線、二点鎖線で示している。

このような構成においては、最ガス抜け側の連通孔２２から分離室２１内に導入されるオイル含有ガスの流れにより、他の連通孔２３、２４から分離室２１内に導入されるオイル含有ガスのガス抜け側への流れに対しエアカーテン機能が形成され、他の連通孔２３、２４から分離室内に導入されたオイル含有ガスはガス抜け側へ引張られることなく効率よく分離室２１の内壁に沿って旋回しオイルとガスに分離される。したがって、従来の分離パイプを有するオイルセパレータと同等あるいはそれ以上のオイル分離能力を発揮することができる。また、他の連通孔２３、２４の分離室２１への開口方向の方をより貯油室側に向けることにより、分離されたオイルを効率的に貯油室側に導入することができる。

本発明に係るオイルセパレータ内蔵圧縮機の構造は、オイルセパレータが内蔵されるあらゆるタイプの圧縮機に適用可能であり、とくに、スクロール型圧縮機に好適である。

本発明の第１実施態様に係るオイルセパレータ内蔵圧縮機の縦断面図である。図１の圧縮機の吐出室を含む部位の横断面図である。図１のオイルセパレータ部の部分拡大断面図である。図１の圧縮機のオイルセパレータを構成する固定渦巻体構成部材とケーシングとの組み合わせを示す分解正面図である。図１の圧縮機のオイルセパレータ上端の部分断面図である。図１の圧縮機のオイルセパレータの連通孔設置部の部分断面図である。図１の圧縮機のオイルセパレータ下端の下部孔部の部分断面図である。図１の圧縮機とは別の態様の圧縮機のオイルセパレータを構成する固定渦巻体構成部材とケーシングとの組み合わせを示す分解正面図である。本発明の第２実施態様に係るオイルセパレータ内蔵圧縮機のオイルセパレータ部の部分断面図である。従来のオイルセパレータ内蔵圧縮機の縦断面図である。

符号の説明

１オイルセパレータ内蔵圧縮機
２固定渦巻体
３可動渦巻体
４圧縮機構
５クラッチ機構
６吐出孔
７、２０吐出室
８オイルセパレータ
９固定渦巻体構成部材
１０ケーシング
１１、２１分離室
１２、１３、２２、２３、２４連通孔
１４貯油室
１５下部孔
１６オリフィス
１７分離室通過後のガス通路
１８吐出ポート
１９段部（または堰部）

Claims

吐出室に隣接させて配置され、内部全体が空間に形成され導入されてくるオイル含有ガスを遠心分離によりガスとオイルに分離し、分離されたオイルを下方に落下させ、分離されたガスを上方に抜き出す分離室と、吐出室からのオイル含有ガスを前記分離室に導入する、吐出室と分離室との連通孔とを有するオイルセパレータを内蔵した圧縮機において、前記連通孔を、前記分離室に対し、ガス抜け側とオイル落下側とにわたる方向に、複数配列したことを特徴とするオイルセパレータ内蔵圧縮機。
上記複数の連通孔のうち、最ガス抜け側の連通孔が、該連通孔から前記分離室内に導入されるオイル含有ガスの流れに、他の連通孔から前記分離室内に導入されるオイル含有ガスのガス抜け側への流れに対しエアカーテン機能を付与可能な連通孔に形成されている、請求項１に記載のオイルセパレータ内蔵圧縮機。
前記オイルセパレータが、圧縮機を構成する２つの部材の合わせ構造により形成されている、請求項１または２に記載のオイルセパレータ内蔵圧縮機。
前記オイルセパレータが、前記分離室と前記複数の連通孔と前記分離室の下方に位置する貯油室へ分離室で分離されたオイルを導出する下部孔とを有している、請求項１〜３のいずれかに記載のオイルセパレータ内蔵圧縮機。
前記分離室と圧縮機外部へと接続される吐出ポートとの間に、分離室通過後のガスの通路が設けられている、請求項１〜４のいずれかに記載のオイルセパレータ内蔵圧縮機。
前記分離室が、母線部が直線状に延びる円筒形状に形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のオイルセパレータ内蔵圧縮機。
前記分離室が、母線部が湾曲した円筒形状に形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のオイルセパレータ内蔵圧縮機。
前記最ガス抜け側の連通孔の分離室への開口方向が、他の連通孔の分離室への開口方向と異なる方向に設定されている、請求項２〜７のいずれかに記載のオイルセパレータ内蔵圧縮機。
前記他の連通孔の分離室への開口方向が、前記最ガス抜け側の連通孔に比べより前記貯油室側に向けられている、請求項８に記載のオイルセパレータ内蔵圧縮機。
前記分離室通過後のガス通路内に、段部または堰部が設けられている、請求項５〜１０に記載のオイルセパレータ内蔵圧縮機。
スクロール型圧縮機からなり、前記２つの部材の一方が固定渦巻体構成部材からなり、他方が圧縮機のケーシングからなる、請求項３〜１０のいずれかに記載のオイルセパレータ内蔵圧縮機。