JP5692177B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本願発明は、圧縮機に関する。

圧縮機においては、圧縮された冷媒ガスの吐出時に、吐出脈動が発生する。例えば、車両等に搭載される空調装置の場合、吐出脈動が冷媒回路の配管等を介して車室内へ伝播され、車室内の機器の振動や騒音発生の要因となる。圧縮機の吐出脈動を低減するために、従来から、冷媒ガスの吐出側に大容積のマフラーを設置する対策や、吐出された冷媒ガスの流通路に絞りを設ける対策などが施されている。

しかし、大容積のマフラーの設置は、圧縮機本体を大型化し、圧縮機の取り付けスペースの増大を招き、例えば車両等のように取り付けスペースを大きく制限される場所には不向きである。また、冷媒ガスの流通路に絞りを設けた場合、吐出脈動の低減効果を得るために流通路の断面積を小さくすると、冷媒ガスの圧力損失が増大し、空調装置の冷房能力を低下する問題がある。

例えば、特許文献１は、圧縮室から吐出される冷媒ガスの吐出室を大容積にしてマフラーを形成し、この吐出室に外部冷媒回路に接続するオイルセパレータとしてのパイプを設置している。吐出室は吐出弁及び吐出ポートを介して圧縮室と接続されている。パイプは吐出弁及び吐出ポートの位置よりも上方に離れた位置に設置されている。また、パイプには、絞り部とディフューザ部とが形成され、絞り部の下端が吐出室に開口し、ディフューザ部の上端が外部冷媒回路に接続されている。

特許文献１では、吐出室のマフラー機能により冷媒ガスの吐出脈動が低減され、吐出室からパイプに流入する時、絞り部の絞り効果により冷媒ガスの吐出脈動がさらに低減される。絞り部において圧力損失を生じた冷媒ガスは、ディフューザ部においてディフューザ効果により圧力を回復し、外部冷媒回路に流出する。

特許文献２は、密閉容器内に設けられた圧縮要素から吐出された圧縮ガスが、吐出配管により密閉容器内の空間に供給され、密閉容器内の空間には、外部に連通する吐出管が設けられている。吐出管は、密閉容器内の空間に挿入された下端部分の端面を板材により閉鎖されており、下端部分の周面に複数の小孔が設けられている。従って、密閉容器内の空間に供給された圧縮ガスは、複数の小孔を通る時に圧縮ガスに含まれていたオイルが吐出管の外壁に付着して分離される。また、圧縮ガスが小孔を通る時、脈動成分が減衰される。

特開２００５−１６４５４号公報 特開平１１−１０７９５９号公報

特許文献１は、マフラーの形成により圧縮機が大型化し、実用的でない。また、パイプの絞り部のみでは、ディフューザ部により回復できる圧力の範囲内で絞り量を設定しなければならないため、断面積を小さくすることができず、吐出脈動の十分な低減効果を得ることができない。

特許文献２は、密閉容器内の空間に供給された圧縮ガスが吐出管の小孔に直接流入する構成であるため、小孔によって圧縮ガスから分離され、小孔及び小孔周囲の壁面に付着したオイルにより圧縮ガスの小孔への流入を阻害される可能性がある。このため、小孔の絞り効果により生じた圧力損失の増大を抑制することができない恐れがある。また、小孔から流入する圧縮ガスにより一度分離されたオイルが吐出管内に巻き込まれ、オイルの分離が十分に行なわれない恐れがある。

本願発明は、冷媒ガスの圧力損失を抑制しつつ吐出脈動を低減することを目的とする。

請求項１は、ハウジング内に圧縮室と吐出室とオイル分離室とを備え、前記吐出室とオイル分離室とが流通路により接続され、前記オイル分離室が吐出ポートに連通されており、前記ハウジング内に吸入した冷媒ガスを前記圧縮室内で圧縮し、圧縮した冷媒ガスを前記吐出室に吐出し、前記オイル分離室内で吐出された冷媒ガスからオイルを分離し、分離後の冷媒ガスを前記吐出ポートから機外に排出する圧縮機において、前記オイル分離室には、オイル分離筒が設けられ、前記オイル分離筒は、一方に形成された大径部と、他方に形成された小径部と、前記大径部と前記小径部との間の前記大径筒側に漸次拡大する連結部により形成され、前記小径部の周面に前記オイル分離筒の内部空間と外部空間とを連通する複数の小孔を形成しており、前記内部空間は、前記小径部、前記小径部側から前記大径部側に向かって拡径する前記連結部及び前記大径部により形成され、前記オイル分離室に接続された前記流通路を前記オイル分離筒の周囲に指向させ、前記オイル分離筒の周囲に冷媒ガスの旋回流を生成してオイルを分離し、分離された冷媒ガスを前記小孔から前記内部空間の前記小径部に導き、前記小孔を介して前記小径部に導かれた冷媒ガスは、前記連結部及び前記大径部を通り、前記大径部より排出されることを特徴とする。

請求項１によれば、圧縮室からオイル分離室に吐出された冷媒ガスは、オイル分離筒の周囲を旋回するため、冷媒ガスに含まれるオイルが遠心力を受けて十分に分離される。オイルを分離された冷媒ガスは、旋回中に複数の小孔からオイル分離筒の内部空間に流入する。冷媒ガスは小孔の絞り機能により吐出脈動を低減されるとともに、オイル分離筒の内部空間に複数の小孔を通して流入する冷媒ガスは、十分な流量を確保され、小孔の絞り機能に伴う圧力損失の増大を抑制することができる。

請求項２は、前記複数の小孔は、断面積が前記オイル分離室と接続する位置の前記流通路の断面積よりも小さく形成されていることを特徴とする。請求項２によれば、小孔の断面積を可能な限り小さく形成することにより、冷媒ガスの吐出脈動の大きな低減効果を期待できるとともに、複数の小孔を形成することにより、大きな絞り機能に伴う冷媒ガスの圧力損失の増大を十分に抑制することができる。

請求項３は、前記オイル分離筒は前記小孔の形成領域と前記小孔の非形成領域とを有し、前記流通路は前記小孔の非形成領域の周囲に指向されていることを特徴とする。請求項３によれば、流通路からオイル分離室に吐出された冷媒ガスが直接小孔に流入しないため、冷媒ガスの旋回によるオイルの分離作用を十分に行なわせることができる。

請求項４は、前記オイル分離筒の底部は閉鎖されていることを特徴とする。請求項４によれば、冷媒ガスから分離され、オイル溜りに滴下したオイルが旋回する冷媒ガスにより巻き上げられる恐れがあるが、巻き上げられたオイルはオイル分離筒の閉鎖された端面に遮られ、オイル分離筒の内部空間への流入を防止される。

本願発明は、冷媒ガスの圧力損失を抑制しつつ吐出脈動を低減することができる。

第１の実施形態における電動圧縮機の縦断面図である。 オイル分離筒を示す断面正面図である。 図２に示すオイル分離筒の拡大平面図である。 図１に示すオイル分離室の拡大断面図である。 第２の実施形態を示すもので、（ａ）はオイル分離筒の平面図、（ｂ）は（ａ）のオイル分離筒のＡ−Ａ線断面図である。

（第１の実施形態）
図１〜図４に示す第１の実施形態は、スクロール式電動圧縮機（以下、単に電動圧縮機とする）に本願発明を実施したものである。なお、本願明細書においては、便宜上、図１の左側を前、右側を後とし、上側及び下側をそれぞれ上、下として説明する。

図１において、前側のハウジング１及び後側のハウジング２は、複数のボルト３により固定され、密閉された電動圧縮機のハウジングを構成する。ハウジング２には、吸入ポート４が形成され、ハウジング１には、吐出ポート５が形成されている。吸入ポート４及び吐出ポート５はそれぞれ図示しない外部冷媒回路と接続されている。従って、ハウジング１、２内では、吸入ポート４から吐出ポート５に向けて冷媒が流通する。

ハウジング２の内部には、スクロール式の圧縮機構６及び圧縮機構６を駆動する電動モータ７が収容されている。電動モータ７は、三相交流モータで構成され、ハウジング２に軸受を介して回転可能に保持された回転軸８と、回転軸８に固定されたロータ９と、ロータ９の外周に配置され、ハウジング２の内壁に固定されたステータ１０とを有する。ステータ１０は三相のコイル１１を備えている。また、コイル１１はクラスタブロック１２を介してインバータハウジング１３内に収容されたインバータ（図示せず）に電気的に接続されている。

圧縮機構６は、主要素として、ハウジング２の内壁に固定された固定スクロール１４と、これに対向配置された可動スクロール１５とにより構成されている。固定スクロール１４と可動スクロール１５との間には、冷媒ガスを圧縮するための容積可変の圧縮室１６が複数形成されている。可動スクロール１５は、軸受及び偏心ブッシュ１７を介して回転軸８の偏心ピン１８に連結されることにより、回転軸８の回転に従って公転し、圧縮室１６の容積を変化させるよう構成されている。

ハウジング１及びハウジング２の境界位置には、吐出室１９が形成され、ハウジング１の内部には、オイル分離室２０が形成されている。また、固定スクロール１４の中心部には圧縮室１６と吐出室１９とを連通する吐出口２１が形成されている。吐出口２１は吐出室１９内に設けられた吐出弁２２により閉鎖されており、圧縮室１６の冷媒ガスが所定圧力に圧縮されると吐出弁２２が開き、冷媒ガスを吐出室１９に吐出する。なお、２３は吐出弁２２の開き量を規制するリテーナである。

吐出室１９は、吐出弁２２及びリテーナ２３を収容できる程度の空間で形成され、吐出室１９の上部において、流通路２４によりオイル分離室２０に連通されている。

オイル分離室２０は、上下方向に長い空間で形成されており、下方の空間がオイル溜り２５として形成され、上方の空間にオイル分離筒２６が設けられている。オイル溜り２５の底部付近には、オイルを圧縮機構６側へ戻すオイル戻し通路２７が設けられている。

図２及び図３はオイル分離筒２６の詳細な構成を示している。オイル分離筒２６は円筒からなり、一方の端面側、即ち上方側に大径部２８が形成され、他方の端面側、即ち下方のオイル溜り２５側に小径部２９が形成されている。大径部２８と小径部２９との間には、大径部２８側に漸次拡大する連結部３０が形成されている。一方の端面となる大径部２８の上端は開放され、オイル溜り２５に対向する小径部２９の下端には底部３１が形成され、他方の端面を閉鎖している。大径部２８は、図１に示すように、オイル分離室２０の内壁面に固定され、開放された上端が吐出ポート５に接続されて図示しない外部冷媒回路に連通している。

オイル分離筒２６を構成する小径部２９には、下端側の周面に複数の円形の小孔３２が形成されている。小孔３２は、上下２段に亘って形成され、各段には小径部２９の周面に等間隔で８個形成され、計１６個形成されている。複数の小孔３２はオイル分離筒２６の内部空間３３とオイル分離筒２６の外側の外部空間３７との間を連通している。従って、小径部２９には、小孔３２の形成領域３４と非形成領域３５とが存在する。また、小孔３２の断面積Ｓ２は、本願発明の流通路を構成する流通路２４におけるオイル分離室２０と接続する位置の断面積Ｓ１よりも可能な限り小さく形成されている。

オイル分離筒２６は、小径部２９における小孔３２の非形成領域３５が流通路２４と対向する位置に配設されている。また、流通路２４はオイル分離筒２６の小径部２９の周囲に指向するように配置されている。具体的には、図３に示すように、流通路２４からの冷媒ガスの吐出方向で見て、流通路２４は中心軸線Ｘ１が小径部２９の外周面の接線と一致する方向に向けて配置され、小径部２９の周囲に指向させている。なお、本願発明における流通路をオイル分離筒２６の周囲に指向させるとする概念は、流通路２４の中心軸線Ｘ１が小径部２９の接線よりも小径部２９の半径方向内側又は外側の一点に交差する方向に向けて流通路２４を配置する場合を含むものである。即ち、本願発明は、流通路２４の中心軸線Ｘ１が小径部２９の中心軸線Ｘ２から偏心した位置に向くように配置した場合を全て含むものである。

従って、流通路２４からオイル分離室２０に吐出された冷媒ガスは、オイル分離筒２６の小径部２９の周囲を旋回する。冷媒ガスの旋回中に、冷媒ガスに含まれているオイルが、遠心力により冷媒ガスから分離してオイル分離室２０の内壁面に付着し、内壁面を伝わって下方のオイル溜り２５に滴下する。

図４において、第１の実施形態の動作を説明する。圧縮機構６（図１参照）の中心位置の圧縮室１６において圧縮された冷媒ガスは、吐出弁２２を開き、吐出室１９に吐出される。吐出室１９の冷媒ガスは実線の矢印で示すように、流通路２４からオイル分離筒２６の小径部２９の周囲、特に、小孔３２が形成されていない非形成領域３５に向けて吐出される。オイル分離室２０内に吐出された冷媒ガスは、小径部２９の周囲を実線の矢印で示すように、小孔３２の非形成領域３５から形成領域３４に向けて旋回流を生成する。冷媒ガスの旋回中に、冷媒ガスに含まれるオイルが遠心力により冷媒ガスから十分に分離され、オイル分離室２０の内壁面に付着する。分離されたオイルは、点線の矢印で示すように、オイル分離室２０の内壁面を伝わり、オイル溜り２５に滴下してオイルＧを貯留する。

従って、ほとんどのオイルを分離された冷媒ガスが、小孔３２の形成領域３４の周囲を旋回する。このため、冷媒ガスは複数の小孔３２からオイル分離筒２６の内部空間３３へ流入する。複数の小孔３２は断面積Ｓ２を十分に小さく形成しているため、複数の小孔３２を通過する冷媒ガスは大きな絞り効果を受け、冷媒ガスに生じている吐出脈動が低減される。冷媒ガスは複数の小孔３２を通過するため、オイル分離筒２６の内部空間３３に流入する流量が十分に確保され、各小孔３２の絞り機能に伴う冷媒ガスの圧力損失の増大を十分に抑制することができる。

オイル分離筒２６の内部空間３３に流入した冷媒ガスは、小径部２９から連結部３０を流通する際に、ディフューザ効果により圧力損失の回復が行なわれ、冷媒ガスの圧力損失の抑制がさらに高められる。連結部３０からオイル分離筒２６の大径部２８に達した冷媒ガスは、吐出ポート５を介して圧縮機の機外へ排出、即ち外部冷媒回路（図示せず）に供給される。

（第２の実施形態）
図５は第２の実施形態を示したもので、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第２の実施形態は、オイル分離筒２６の小径部２９の底部３１に３つの小孔３６を形成した構成である。小孔３６は、断面積Ｓ３が小径部２９の周面に形成した小孔３２の断面積Ｓ２（図２参照）よりもさらに小さく形成されている。オイル分離室２０に吐出された冷媒ガスは、オイル分離筒２６の小径部２９の周囲を旋回し、遠心力によりオイルが分離される。オイルを分離された冷媒ガスは、小径部２９の周囲の外部空間３７を旋回する間に、オイル分離筒２６の周面に形成された小孔３２及び底部３１に形成された小孔３６からオイル分離筒２６の内部空間３３に流入する。

小孔３６の存在は、小径部２９の周囲を旋回する冷媒ガスが、オイル分離筒２６の内部空間３３に流入する機会を増加し、内部空間３３内の冷媒ガスの流量を増加するため、冷媒ガスの圧力損失の増大を抑制する効果がより高められる。なお、底部３１には、冷媒ガスの旋回流によりオイル溜り２５のオイルが巻き上げられてくるが、小孔３６の断面積を小さく形成しているため、オイルが冷媒ガスによってオイル分離筒２６の内部空間３３に巻き込まれる恐れは極めて小さい。

本願発明は、前記した各実施形態の構成に限定されるものではなく、本願発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、次のように実施することができる。

（１）第１及び第２の実施形態では、流通路２４は小孔３２の非形成領域３５に対向させた構成としているが、非形成領域３５にも小孔３２を形成し、流通路２４を小孔３２の存在するオイル分離筒２６の周囲に指向させるように構成しても良い。この構成においても、流通路２４から吐出された冷媒ガスは、旋回流となるため、オイルを含んだ冷媒ガスが小孔３２に直接流入する機会が少なく、第１及び第２の実施形態と同等又は類似の作用効果を得ることができる。

（２）オイル分離筒２６及び小孔３２は円形の構成で示したが、楕円形あるいは角形で構成してもよく、また、円形、楕円形、角形を適宜組み合わせた構成で実施しても良い。
（３）小孔３２は全て同一径又は同一断面積の構成を示したが、異なる径又は断面積の小孔３２を種々組み合わせて構成しても良い。

（４）第１及び第２の実施形態では、スクロール式電動圧縮機の例を示したが、本願発明を実施する圧縮機は、機械的に駆動される圧縮機でも良く、また、スクロール式圧縮機に限らず、ピストン式圧縮機あるいはベーン式圧縮機でも良い。

１、２ ハウジング
４ 吸入ポート
５ 吐出ポート
６ 圧縮機構
７ 電動モータ
１４ 固定スクロール
１５ 可動スクロール
１６ 圧縮室
１９ 吐出室
２０ オイル分離室
２１ 吐出口
２２ 吐出弁
２４ 流通路
２５ オイル溜り
２６ オイル分離筒
２８ 大径部
２９ 小径部
３０ 連結部
３１ 底部
３２、３６ 小孔
３３ 内部空間
３４ 小孔の形成領域
３５ 小孔の非形成領域
３７ 外部空間
Ｇ オイル
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 断面積
Ｘ１、Ｘ２ 中心軸線

Claims (4)

1. ハウジング内に圧縮室と吐出室とオイル分離室とを備え、前記吐出室とオイル分離室とが流通路により接続され、前記オイル分離室が吐出ポートに連通されており、前記ハウジング内に吸入した冷媒ガスを前記圧縮室内で圧縮し、圧縮した冷媒ガスを前記吐出室に吐出し、前記オイル分離室内で吐出された冷媒ガスからオイルを分離し、分離後の冷媒ガスを前記吐出ポートから機外に排出する圧縮機において、
   前記オイル分離室には、オイル分離筒が設けられ、前記オイル分離筒は、一方に形成された大径部と、他方に形成された小径部と、前記大径部と前記小径部との間の前記大径筒側に漸次拡大する連結部により形成され、前記小径部の周面に前記オイル分離筒の内部空間と外部空間とを連通する複数の小孔を形成しており、前記内部空間は、前記小径部、前記小径部側から前記大径部側に向かって拡径する前記連結部及び前記大径部により形成され、前記オイル分離室に接続された前記流通路を前記オイル分離筒の周囲に指向させ、前記オイル分離筒の周囲に冷媒ガスの旋回流を生成してオイルを分離し、分離された冷媒ガスを前記小孔から前記内部空間の前記小径部に導き、前記小孔を介して前記小径部に導かれた冷媒ガスは、前記連結部及び前記大径部を通り、前記大径部より排出されることを特徴とする圧縮機。
2. 前記複数の小孔は、断面積が前記オイル分離室と接続する位置の前記流通路の断面積よりも小さく形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記オイル分離筒は前記小孔の形成領域と前記小孔の非形成領域とを有し、前記流通路は前記小孔の非形成領域の周囲に指向されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記オイル分離筒の底部は閉鎖されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の圧縮機。

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