JP7114175B2 - 気体圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、気体圧縮機に関する。

車両等に搭載されている空気調和システムに用いられている気体圧縮機には、気体圧縮機の圧縮機構部の潤滑等に用いられる油が備えられている。この油は、空気調和システムを循環する冷媒ガスが気体圧縮機で圧縮等される間に冷媒ガスに混じる。油が混じったままの冷媒ガスが気体圧縮機から吐出されて空気調和システムを循環すると、気体圧縮機の内部の油が減ってしまうとともに、油の存在によって空気調和システムの冷却効率が低下する。

このような問題を防止するために、気体圧縮機は、冷媒ガスから油を分離する油分離器を備えている。油分離器は、気体圧縮機の圧縮機構部で圧縮された冷媒ガスが通過する際に油を分離する油分離室と、油分離室で冷媒ガスから分離された油を排出する油排出口と、油分離室で油が分離された冷媒ガスを排出する気体排出口と、を備えている。

油分離器は、油排出口から排出された油を気体圧縮機の内部に留め、気体排出口から排出された気体を、吐出ポートから吐出させることで、空気調和システムに、油を流出させずに冷媒ガスだけを吐出させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０－０３１７５８号公報

ところで、空気調和システムを高負荷で運転しているとき、すなわち、気体圧縮機を高速で運転しているときは、気体圧縮機で圧縮、吐出されて、空気調和システムを循環し、気体圧縮機に戻った冷媒ガスが、比較的高い温度になる。このような温度の高い冷媒ガスを気体圧縮機で圧縮すると、さらに温度が高い状態の冷媒ガスが空気調和システムを循環することになり、結果的にエバポレータにおける熱交換によっても、車室内の温度を十分に下げることができない場合がある。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、高速運転時に吐出される気体の温度を下げ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。

本発明は、気体を圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部から吐出された前記気体に混じった油を分離する油分離器と、前記圧縮機構部及び前記油分離器を内部に収容した、吐出ポートが形成されたハウジングと、を備え、前記油分離器は、遠心分離により前記気体から前記油を分離する油分離室、分離された前記油を前記油分離室から排出する油排出口、分離された前記気体を前記油分離室から排出する気体排出口を有し、前記油排出口は前記吐出ポート側に偏った向きで、かつ前記ハウジングの内周面に向いて形成され、前記吐出ポートは、前記気体排出口の向きから前記油排出口の向きに偏った向きに形成されている気体圧縮機である。

本発明に係る気体圧縮機によれば、高速運転時に吐出される気体の温度を下げることができる。

本発明に係る気体圧縮機の一実施形態であるベーンロータリ形式のコンプレッサを示す要部断面図である。 図１におけるＡ－Ａ線に沿った面による断面図である。 油分離器の、軸Ｂを含む面による断面図である。

以下、本発明に係る気体圧縮機の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明に係る気体圧縮機の一実施形態であるベーンロータリ形式のコンプレッサ１００を示す要部断面図、図２は図１におけるＡ－Ａ線に沿った面による断面図、図３は油分離器７０の、軸Ｂを通る面による断面図である。

図示のコンプレッサ１００は、車両に搭載された空気調和システムに用いられる。空気調和システムは、コンプレッサ１００と、コンデンサ、膨張弁、エバポレータ等を備えていて、これらを循環する冷媒ガスＧにより、冷凍サイクルを構成している。

コンプレッサ１００は、蒸発器から取り入れた冷媒ガスＧを圧縮し、この圧縮された冷媒ガスＧを凝縮器に供給する。凝縮器は圧縮された冷媒ガスＧを冷やして液化させ、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。蒸発器において、低圧の液状の冷媒は周囲の空気から吸熱して気化し、気化熱を奪うことで蒸発器の周囲の空気を冷却する。気化して気体となった冷媒ガスＧはコンプレッサ１００に戻される。

コンプレッサ１００は、図１に示すように、一端が開口し他端が閉じた略円筒状の本体ケース１１と、この本体ケース１１の一端側の開口を塞ぐフロントヘッド１２とによりハウジング１０を形成している。本体ケース１１とフロントヘッド１２とは、複数本の六角ボルト等で締結されて、内部に空間を形成している。ハウジング１０の内部の空間に、圧縮機構部６０（圧縮機構部）と油分離器７０とが配置されている。フロントヘッド１２には、圧縮機構部６０の回転軸５１に結合された電磁クラッチ８０が固定されている。

フロントヘッド１２は、蒸発器から低圧の冷媒ガスＧをハウジング１０の内部に吸入する吸入ポート１２ａを有している。本体ケース１１は、ハウジング１０の内部から高温、高圧の冷媒ガスＧを凝縮器に吐出する吐出ポート１１ａを有している。フロントヘッド１２には、回転軸５１が通った円筒状のノーズ部を有し、ノーズ部に電磁クラッチ８０が取り付けられている。

ハウジング１０の内部の空間は、圧縮機構部６０によって、吸入室１３と吐出室１４とに仕切られている。吸入室１３は吸入ポート１２ａに通じ、吐出室１４は吐出ポート１１ａに通じている。

圧縮機構部６０は、吸入室１３を通じて低圧の冷媒ガスＧを吸入して、高温、高圧の冷媒ガスＧに圧縮し、油分離器７０を通じて吐出室１４に吐出する。圧縮機構部６０は、ハウジング１０の外部である大気側まで延びた回転軸５１と、ロータ５０と、シリンダ４０と、例えば５枚のベーン５８と、吸入室１３の側に配置されるフロントサイドブロック２０と、吐出室１４の側に配置されるリアサイドブロック３０と、を備えている。

回転軸５１は、フロントサイドブロック２０の軸受２７及びリアサイドブロック３０の軸受３７に支持されている。また、回転軸５１には、フロントヘッド１２に支持されたリップシールが接している。リップシールは、ハウジング１０の内部側（吸入室１３）と大気側とを仕切っている。回転軸５１は、このコンプレッサ１００が搭載される車両のエンジンから、電磁クラッチ８０を介して回転駆動力を受け、軸Ｃ回りに回転する。

ロータ５０は、回転軸５１の軸Ｃと同心の略円柱状に形成され、回転軸５１と一体的に回転する。ロータ５０には、ロータ５０の軸Ｃ回りに等角度間隔で複数のベーン５８が設けられ、背圧を受けてロータ５０の外周面の外方に突出可能とされている。

シリンダ４０は、軸Ｃ回りの筒状に形成されていて、ロータ５０の外周面を外方から囲む断面輪郭が概略楕円形状の内周面を有し、ロータ５０の外周面から突出した各ベーン５８の先端がこの内周面に接する。

フロントサイドブロック２０及びリアサイドブロック３０は、図２に示すように、それぞれ概略円板状に形成されている。フロントサイドブロック２０及びリアサイドブロック３０は、シリンダ４０及びロータ５０を各端面の側から覆って、それぞれシリンダ４０に締結されている。

シリンダ４０とフロントサイドブロック２０とリアサイドブロック３０とロータ５０とにより、断面輪郭が三日月状の２つのシリンダ室が形成され、シリンダ室はベーン５８によって複数の圧縮室に仕切られる。そして、ロータ５０の回転に伴って各圧縮室の容積が変化するが、各圧縮室は、容積が大きくなる行程で、吸入室１３の冷媒ガスＧを吸入し、容積が小さくなる行程で冷媒ガスＧを圧縮し、圧縮して得られた高温、高圧の冷媒ガスＧは、シリンダ４０に形成された吐出孔を通じて圧縮機構部６０の外部に吐出される。

油分離器７０は、吐出室１４側のリアサイドブロック３０の外面に組み付けられていて、圧縮機構部６０ら吐出された冷媒ガスＧに混じった冷凍機油Ｒを、遠心分離により冷媒ガスＧから分離する。なお、軸Ｃ方向の、油分離器７０の配置されている吐出室１４の位置におけるハウジング１０（本体ケース１１）の内周面１１ａは、ハウジング１０の中心軸（本実施形態においては、圧縮機構部６０の軸Ｃと一致）を中心として略円形状の断面輪郭形状で形成されている。

油分離器７０は、底壁７３を有する筒状の本体部７１と、本体部７１の軸Ｂと略同軸であって本体部７１の内側に設けられた筒状の内筒部７２と、を有している。油分離器７０は、本体部７１の内周面と内筒部７２の外周面との間の円筒状の空間である油分離室７４に、圧縮機構部６０から吐出された高温、高圧の冷媒ガスＧを導くことで、油分離室７４で、軸Ｂ回りに回転しながら下方に降下していく旋回流を形成する。そして、冷媒ガスＧが旋回することで、遠心分離により冷凍機油Ｒが分離される。

遠心分離した冷凍機油Ｒは、本体部７１の下部に、本体ケース１１の内周面１１ｂを向いて開口した油排出口７５を通じて油分離室７４から排出される。一方、冷凍機油Ｒが分離された冷媒ガスＧは、底壁７３に衝突して上方に進み、内筒部７２の内側を上昇して、油分離器７０の上端に、本体ケース１１の内周面１１ｂを向いて開口した気体排出口７６を通じて油分離室７４から排出される。

油分離器７０は、詳しくは、図３に示すように、円筒状の油分離室７４の軸Ｂが、圧縮機構部６０の軸Ｃと直交する配置で形成されている。そして、気体排出口７６は、油分離器７０の上端に、軸Ｂに沿って上方を向いて開口している。

一方、油排出口７５は、本体部７１の、底壁７３に近接した下部において、斜め下方に向けて開口している。より詳しくは、油排出口７５は、図３に示すように、ハウジング１０の中心軸と一致する軸Ｃから油分離器７０の軸Ｂに沿った下方にオフセットした位置から、図２に示した本体ケース１１の内周面１１ｂに向いて開口している。油排出口７５のオフセットした位置は、図３に示すように、油排出口７５の延びた方向に直交する方向に沿った長さΔＬの位置である。

そして、油排出口７５は、軸Ｂに対して交差する向きに開口している。これにより、図３に示すように、気体排出口７６の向きと油排出口７５の向きとは、１８０［度］未満の角度θで交差している。

本体ケース１１は、略円筒状の周壁を有していて、その周壁の内周面１１ｂは、軸Ｃを中心とする円形の輪郭となっている。油排出口７５は軸Ｃに対してオフセットしているため、油排出口７５の延びた方向は、内周面１１ｂに対して直交しない。すなわち、内周面１１ｂに直交する直線は軸Ｃを通る。したがって、油排出口７５の延びた方向に沿って油排出口７５から吐出室１４に吐出された冷凍機油Ｒは、本体ケース１１の内周面１１ｂに対して、９０［度］以外の角度で衝突する。

ここで、本体ケース１１の略円筒状の周壁には、吐出ポート１１ａが形成されている。吐出ポート１１ａは、吐出室１４の、主に冷媒ガスＧをコンプレッサ１００の外部に吐出する開口部分である。吐出ポート１１ａの向きは、図２に示すように、油分離器７０の軸Ｃに対して交差している。そして、吐出ポート１１ａは、気体排出口７６の向きと油排出口７５の向きとの間の角度範囲であって、１８０［度］未満の側の角度範囲に形成されている。

したがって、油排出口７５は、本体ケース１１の内周面１１ｂに向いた状態で、吐出ポート１１ａ側に偏った向きで形成されている。そして、気体排出口７６は、油排出口７５から吐出ポート１１ａまでの、圧縮機構部６０の軸Ｃ回りの角度が大きい側の角度範囲（３６０－θ［度］の角度範囲の側）に形成されている。

なお、圧縮機構部６０の軸Ｃ回りの、油排出口７５の向きと吐出ポート１１ａの向きとの間の角度は９０［度］以上に設定されている。

以上のように構成されたコンプレッサによると、圧縮機構部６０から吐出された高温、高圧の冷媒ガスＧは、油分離器７０の油分離室７４に導入される。このときの冷媒ガスＧには、圧縮機構部６０で圧縮されている際に冷凍機油Ｒが混じっている。冷凍機油Ｒの混じった冷媒ガスＧは、油分離室７４において、図１に示すように、油分離室７４を回転しながら降下していく旋回流となり、この旋回の間に作用する遠心力により、冷凍機油Ｒが分離される。

分離された冷凍機油Ｒは、旋回流の動きにしたがって本体部７１の内周面を降下し、本体部７１の下部に形成された油排出口７５から、油排出口７５の延びた方向に沿って排出される。

油排出口７５から排出された冷凍機油Ｒは、吐出室１４の底部に溜まっている冷凍機油Ｒの油面に勢いよく当たったり、油面が低い場合は、本体ケース１１の内周面１１ｂに直接当たったりする。いずれにしても、油排出口７５の延びた向きＮは、ハウジング１０の中心軸（軸Ｃ）に対して下方にオフセットしているため、油排出口７５の延びた向きＮは内周面１１ｂの接線Ｍと直交しない。

つまり、油排出口７５の延びた向きＮと内周面１１ｂの接線Ｍとのなす角度のうち、図２に示すように、吐出ポート１１ａ側の角度βは９０［度］を超える大きさであり、吐出ポート１１ａとは反対側の角度αは９０［度］未満の大きさであり、これにより、油排出口７５は吐出ポート１１ａ側に偏った向きとなっている。

この結果、油排出口７５から勢いよく排出された冷凍機油Ｒが内周面１１ｂに直接当たった場合は、その冷凍機油Ｒは、図２の矢印で示すように、吐出ポート１１ａから離れる方向よりも吐出ポート１１ａに向かう方向に反射し易くなる。

また、油排出口７５から勢いよく排出された冷凍機油Ｒが内周面１１ｂに直接当たらずに、吐出室１４の底部に溜まっている冷凍機油Ｒの油面に当たる場合であっても、排出された冷凍機油Ｒが溜まっている冷凍機油Ｒを押して、押された冷凍機油Ｒは、内周面１１ｂに当たり、やはり吐出ポート１１ａから離れる方向よりも吐出ポート１１ａに向かう方向に反射し易くなる。したがって、このコンプレッサ１００は、冷凍機油Ｒを吐出ポート１１ａに導き易くすることができる。

さらに、吐出ポート１１ａは気体排出口７６の直上ではなく、油排出口７５の側に偏って形成されているため、油排出口７５から吐出ポート１１ａまでの、内周面１１ｂに沿った距離が、吐出ポート１１ａが気体排出口７６の直上に形成されているものに比べて短い。したがって、この点からも、本実施形態のコンプレッサ１００は、冷凍機油Ｒを吐出ポート１１ａに導き易くすることができる。

一方、冷凍機油Ｒが分離された冷媒ガスＧは、本体部７１の底壁７３に衝突して上方に折り返し、内筒部７２の内側を通って、気体排出口７６から吐出室１４に排出される。ここで、吐出ポート１１ａは気体排出口７６の直上ではなく、油排出口７５の側に偏っているため、気体排出口７６から排出された冷媒ガスＧは、本体ケース１１の内周面１１ｂに衝突し、内周面１１ｂに沿う両方の矢印の回転向き（反時計回り及び時計回り）に分かれる。

そして、吐出ポート１１ａは油排出口７５と気体排出口７６との間の角度範囲に形成されているため、図示の反時計回り方向に流れた冷媒ガスＧは、吐出ポート１１ａを通ってコンプレッサ１００の外部に吐出される。この結果、冷媒ガスＧが、吐出ポート１１ａを超えて、反時計回りに流れ難くなる。

したがって、内周面１１ｂに沿って吐出ポート１１ａに向かって時計回りに流れてくる冷凍機油Ｒの流れを、気体排出口７６から排出された冷媒ガスＧが阻害し難い。この点からも、本実施形態のコンプレッサ１００は、冷凍機油Ｒを吐出ポート１１ａに導き易くすることができる。

本実施形態のコンプレッサ１００は上述したように、コンプレッサ１００の内部の冷凍機油Ｒを吐出ポート１１ａを通じて外部に流出させ易くしている。このように、コンプレッサ１００は冷凍機油Ｒを外部に流出させ易いため、コンプレッサ１００を高速に回転した場合に、油分離器７０の油排出口７５から排出される冷凍機油Ｒの勢いにより、気体排出口７６の直上に吐出ポート１１ａが形成されていた従来のコンプレッサよりも、コンプレッサの外部に流出する冷凍機油Ｒの量を増加させることができる。

そして、高速運転時において、外部に流出される冷凍機油Ｒの量が増加することにより、空気調和システムを流れる冷凍機油Ｒが多くなり、空気調和システムにおいて冷却されてコンプレッサ１００に戻る冷凍機油Ｒが多くなって、その冷凍機油Ｒによりコンプレッサ１００の温度を低下させることができる。その結果、高速運転時であっても、コンプレッサ１００から吐出される冷媒ガスＧの温度が過度に高くなるのを防止又は抑制することができる。

一方、コンプレッサ１００は、中速運転時や低速運転時は、油分離器７０の油分離室７４を流れる冷媒ガスＧの流速が、高速運転時よりも低いため、油分離器７０の油排出口７５から排出される冷凍機油Ｒの勢いは、高速運転時に油排出口７５から排出される冷凍機油Ｒの勢いよりも低い。そのため、コンプレッサ１００は、中速運転時や低速運転時において、コンプレッサ１００の外部に流出する冷凍機油Ｒの量を、気体排出口７６の直上に吐出ポート１１ａが形成されていた従来のコンプレッサと大きく変わらない。

これにより、コンプレッサ１００から吐出された冷媒ガスＧの温度が過度に高くはならない、中速運転時や低速運転時において、冷凍機油Ｒがコンプレッサ１００から流出するのを防止又は抑制して、空気調和システムによる冷房効率が低下するのを防止又は抑制することができる。

なお、コンプレッサ１００は、中速運転時や低速運転時において、冷凍機油Ｒがコンプレッサ１００から流出するのを防止又は抑制する構造として、例えば、油排出口７５の向きと吐出ポート１１ａの向きとが、圧縮機構部６０の軸Ｃ回りで角度９０［度］以上に設定されている。なお、この９０［度］以上の角度は、中速運転時や低速運転時において、冷凍機油Ｒがコンプレッサ１００から流出するのを防止又は抑制することができる範囲で、適宜設定することができる。

１０ ハウジング
１１ａ 吐出ポート
１１ｂ 内周面
６０ 圧縮機構部
７０ 油分離器
７４ 油分離室
７５ 油排出口
７６ 気体排出口
１００ コンプレッサ
Ｂ，Ｃ 軸
Ｇ 冷媒ガス
Ｒ 冷凍機油

Claims (5)

1. 気体を圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部から吐出された前記気体に混じった油を分離する油分離器と、前記圧縮機構部及び前記油分離器を内部に収容した、吐出ポートが形成されたハウジングと、を備え、
   前記油分離器は、遠心分離により前記気体から前記油を分離する油分離室、分離された前記油を前記油分離室から排出する油排出口、分離された前記気体を前記油分離室から排出する気体排出口を有し、前記油排出口は前記吐出ポート側に偏った向きで、かつ前記ハウジングの内周面に向いて形成され、
   前記吐出ポートは、前記気体排出口の向きから前記油排出口の向きに偏った向きに形成されている気体圧縮機。
2. 前記ハウジングは、略円筒状の周壁に、内部の前記気体を外部に吐出する吐出ポートを有し、
   前記油排出口は、前記ハウジングの中心軸からオフセットした状態で前記内周面に向いている請求項１に記載の気体圧縮機。
3. 前記油排出口は前記油分離室の軸心に対して交差する向きに開口している請求項１又は２に記載の気体圧縮機。
4. 前記気体排出口は、前記圧縮機構部の回転中心回りの、前記油排出口から前記吐出ポートまでの経路のうち距離が遠い側の経路上に形成されている請求項１から３のうちいずれか１項に記載の気体圧縮機。
5. 前記油排出口の向きと前記吐出ポートの向きとは、前記圧縮機構部の回転中心回りで角度９０［度］以上に設定されている請求項１から４のうちいずれか１項に記載の気体圧縮機。

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