JPWO2014024517A1 - ベーン型圧縮機 - Google Patents

Abstract

ベーン型圧縮機は、略円筒状のシリンダと、シリンダ内で回転運動する円柱形のロータ部及びロータ部に回転力を伝達する回転軸部を有するロータシャフトと、ロータ部内に設置され、ベーン先端部が外側に円弧形状に形成されるベーンを有している。このうち、シリンダには、圧縮機外部から圧縮室内に冷媒をインジェクションするためのインジェクションポートが設けられており、インジェクションポートの開口部の周方向の幅が、前記ベーンの周方向の幅以下に形成されている。

Description

この発明は、ベーン型圧縮機に関する。

圧縮機に対しては、従来から、暖房や冷房能力向上の要求が高い。このために、圧縮室にインジェクションポートを設けてインジェクションポートを介して外部から圧縮室に冷媒をインジェクションすることで、圧縮機の吐出容量を増加させて、暖房や冷房能力向上を図る方法が一般に知られている。ベーン型圧縮機においても、例えば特許文献１に示すような構造が提案されている。特許文献１には、シリンダ側面に圧縮室に開口するインジェクションポートを設け、高圧の冷媒を圧縮室内に導入することで、吐出容量を増加させることが開示されている。

一方、近年省エネ性向上の観点から、ベーン型圧縮機についても高効率化が図られてきており、例えば特許文献２では、ベーンをシリンダ内周面の中心周りに回転させ、ベーン先端とシリンダ間を非接触としてベーン先端摺動損失を低減する構造が提案されている。

以上から、省エネ性向上と暖房や冷房能力向上を同時に実現する方法としては、特許文献２に示されるような構造のベーン型圧縮機において、シリンダ側面に圧縮室に開口するインジェクションポートを設け、高圧の冷媒を圧縮室内に導入して吐出容量を増加させることが最適である。

特開昭６１―６４５２６号公報（第２２頁、第６図〜第９図） 国際公開第２０１２／０２３４２６号（第８頁、第２図、第３図および第１６頁、第９図）

しかしながら、ベーン型圧縮機において、シリンダ側面に圧縮室に開口するインジェクションポートを設けた場合、ベーンがインジェクションポートを通過する際に、高圧側の圧縮室から低圧側の圧縮室へベーン先端を跨いで冷媒が漏れてしまうことになる。その結果、漏れ損失が増大して性能が低下するという問題点がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ベーンがインジェクションポートを通過する際、高圧側の圧縮室から低圧側の圧縮室へ冷媒が漏れるのを最小限に抑えることができるベーン型圧縮機を提供するものである。

本発明に係るベーン型圧縮機は、円筒状のシリンダと、シリンダ内で回転運動する円柱形のロータ部及びロータ部に回転力を伝達する回転軸部を有するロータシャフトと、前記ロータ部内に設置され、シリンダ内周面の中心周りに回転するように保持され、先端部がシリンダ内周面と非接触に対向する板状のベーン部とを備え、シリンダは、側面に流体をインジェクションするためのインジェクションポートを有するものであり、インジェクションポートのシリンダ内周面側に形成された開口部の周方向の幅が、ベーンの周方向の幅以下に形成されていることを特徴とする。

本発明に係るベーン型圧縮機によれば、ベーンがシリンダ内周面の中心まわりに回転する構造で、ベーン先端部におけるシリンダ内周面までの距離が微小距離以下となる領域の幅以下に形成されているため、ベーンがインジェクションポートを通過する際であっても、ベーン先端部とシリンダ内周面とが微小距離だけ離れた領域が存在することになるため、高圧側の圧縮室から低圧側の圧縮室に冷媒が漏れることを最小限に抑えることができ、インジェクションポートを有しながら効率の高いベーン型圧縮機を提供することができる。

ここで、ベーン先端部がシリンダの内周面に微小距離だけ離れて対向させることが可能なのは、ベーンがシリンダ内周面の中心周りに回転する構造のため、ベーン先端部の円弧形状の半径を任意に決定でき、シリンダの内周面の半径とほぼ同等とすることが可能であるためである。

一方、特許文献１に示されるようなベーンがロータ中心周りに回転する一般的なベーン型圧縮機においては、常に安定して動作させるためにベーン先端部の円弧形状の半径はシリンダの内周面の半径よりもかなり小さく形成せざるを得ない（そうでないと、ベーン先端部の円弧部分でなく、エッジ部がシリンダと摺動することになり安定した動作が損なわれる）。そうすると、特許文献１においては、ベーン先端部におけるシリンダ内周面までの距離は、摺動箇所以外では大きくなってしまう。このため、インジェクションポートのシリンダ内周面側に形成された開口部の周方向の幅を小さくしても、高圧側の圧縮室から低圧側の圧縮室への冷媒の漏れが増大することになり、効率の高い圧縮機は実現することはできない。

本発明のベーン型圧縮機を用いた空気調和装置の好ましい実施形態１を示す冷媒回路図である。 本発明のベーン型圧縮機の実施形態１を示す縦断面図である。 図２のベーン型圧縮機の圧縮要素の分解斜視図である。 図２のベーン型圧縮機におけるＩ−Ｉ縦断断面図である。 第１のベーンおよび第２のベーンの一例を示す平面図である。 第１のベーンおよび第２のベーンの一例を示す正面図である。 図２のベーン型圧縮機におけるベーンアライナ部５ｃ，６ｃの回転動作を示す断面図である。 図２のベーン型圧縮機の圧縮動作を示す断面図である。 図４におけるベーン部の周辺部位を示す要部断面図である。 ベーン先端部がインジェクションポートの位置周辺にあるときのベーン部の周辺部位の様子を示す要部断面図である。 ベーン先端部がインジェクションポートの位置周辺にあるときのベーン部の周辺部位の様子を示す要部断面図である。 ベーン先端部がインジェクションポートの位置周辺にあるときのベーン部の周辺部位の様子を示す要部断面図である。 従来のベーン先端部がインジェクションポートの圧縮室への開口部に相対するときの様子を示す要部断面図である。 インジェクションポートの形状の一例を示す模式図である。 インジェクションポートの形状の別の一例を示す模式図である。 本発明のベーン型圧縮機の実施形態２を示す断面図である。 図１３のベーン型圧縮機におけるＩ−Ｉに沿った断面図である。 図１３のベーン型圧縮機におけるＩ−Ｉに沿った別の実施形態を示す断面図である。 本発明のベーン型圧縮機におけるベーン先端部の別の実施形態を示す模式図である。 本発明のベーン型圧縮機におけるベーン先端部の別の実施形態を示す模式図である。

実施形態１．
図１は本発明のベーン型圧縮機を用いた空気調和装置の好ましい実施形態１を示す冷媒回路図であり、図１を参照して空気調和装置５００について説明する。空気調和装置５００は、ベーン型圧縮機２００、凝縮器２０１、第１の膨張弁２０２、気液分離器２０３、インジェクション管２７、第２の膨張弁２０４、蒸発器２０５、四方弁２０６、流量調整弁２０７、逆止弁２０８から構成されている。インジェクション管２７の一端は気液分離器２０３に接続され、他端はベーン型圧縮機２００のインジェクションポート１ｅに連通している。

吸入管２６からベーン型圧縮機２００に吸入された低圧Ｐｓの冷媒は、ベーン型圧縮機２００で圧縮され、吐出管２４から高圧Ｐｄの冷媒が吐出される。その後、冷媒は四方弁２０６を通って凝縮器２０１で放熱冷却された後、第１の膨張弁２０２で減圧され、湿りガス状態になった後、気液分離器２０３に導かれる。気液分離器２０３に導かれた冷媒は、ガスと液に分離され、ガスはインジェクション管２７を通ってベーン型圧縮機２００内のインジェクションポート１ｅに導かれる。一方、気液分離器２０３で分離された冷媒液は、第２の膨張弁２０４でさらに減圧される。その後、冷媒液は蒸発器２０５に導かれてガス状態まで加熱された後、再び吸入管２６を通ってベーン型圧縮機２００内に吸入される。

ここで、気液分離器２０３とインジェクション管２７との間には流量調整弁２０７が設けられており、インジェクション量を調整できるように構成されている。そして、インジェクション運転を行わない場合には流量調整弁２０７は閉じられる。また、流量調整弁２０７とインジェクション管２７との間には逆止弁２０８が設けられている。逆止弁２０８は、ベーン型圧縮機２００における圧縮要素１０１内の圧力が冷媒回路の中間圧Ｐｍを上回った場合にガスが圧縮要素１０１からインジェクション管２７側に逆流するのを防止するものである。圧縮要素１０１内の圧力が冷媒回路の中間圧Ｐｍを上回ると、逆止弁２０８がガスの流れを遮断し、インジェクション管２７からのガスの流入が終了する。

なお、インジェクション運転を行わない場合、ベーン型圧縮機２００のインジェクションポート１ｅから逆止弁２０８までの空間は、ガスの圧縮に対して無効となる容積（死容積）となる。この死容積が大きいと、ベーン型圧縮機２００の効率は低下するため、逆止弁２０８はできるだけ、ベーン型圧縮機２００に近接した位置に設けるのが望ましい。

図２は本発明のベーン型圧縮機の実施形態１を示す縦断面図であり、図１と図２を参照してベーン型圧縮機２００について説明する。なお、図２において実線で示す矢印は流体（ガス冷媒）の流れ、破線で示す矢印は冷凍機油２５の流れを示している。図２のベーン型圧縮機２００は、密閉容器１０３と、密閉容器１０３内に収納された圧縮要素１０１と、圧縮要素１０１の上部に位置し圧縮要素１０１を駆動する電動要素１０２と、密閉容器１０３内の底部に設けられ、冷凍機油２５を貯溜する油溜め１０４で構成される。

圧縮要素１０１を駆動する電動要素１０２は、例えばブラシレスＤＣモータで構成される。電動要素１０２は、密閉容器１０３の内周に固定される固定子２１と、固定子２１の内側に配設された、永久磁石を使用する回転子２２とを備える。固定子２１には密閉容器１０３の上面に溶接により固定されたガラス端子２３から電力が供給される。密閉容器１０３の側面には吸入管２６が取り付けられており、上面には吐出管２４が取り付けられている。

図３は図１および図２のベーン型圧縮機２００における圧縮要素１０１の一例を示す分解斜視図、図４は図２のベーン型圧縮機２００におけるＩ−Ｉ縦断面図を示すものであり、図２から図４を参照して圧縮要素１０１について説明する。尚、図２から図４のベーン型圧縮機２００においてはベーンが２つ設けられた場合について例示する。
（１）シリンダ１：全体形状が円筒状で、軸方向の両端部が開口している。ここで、円筒状とは部分的にわずかな凹部があるなどの略円筒状の場合も含んでいる。シリンダ内周面１ｂの一部には軸方向に貫通しシリンダ内周面１ｂの周方向に凹んだ切欠部１ｃが設けられている。この切欠部１ｃには吸入管２６に連通した吸入ポート１ａが形成されている。図４に示すように、この切欠部１ｃは最近接点３２の近傍から第１のベーン５のベーン先端部５ｂとシリンダ内周面１ｂが相対する点Ｂの範囲まで設けられている。シリンダ１には流体（ガス）を吐出するための吐出ポート１ｄが設けられている。この吐出ポート１ｄはロータ部４ａとの最近接点３２の近傍でフレーム２に面した側であって、最近接点３２を挟んで吸入ポート１ａと反対側の位置に設けられている。さらに、シリンダ内周面１ｂには吐出ポート１ｄよりも最近接点３２から離れた位置にインジェクションポート１ｅが設けられている。インジェクションポート１ｅは径方向に貫通しており、密閉容器１０３を介してインジェクション管２７に接続されている。また、シリンダ１の外周部には軸方向に貫通した油戻し穴１ｆが設けられている。

（２）フレーム２：断面が略Ｔ字状で、シリンダ１に接する部分が略円板状であり、シリンダ１の一方の開口部（図２では上側）を閉塞する。また、フレーム２のシリンダ１に対向する対向面には円形状の凹部２ａが形成されており、凹部２ａはシリンダ内周面１ｂと略同心になるように形成されている。フレーム２には軸方向に貫通した吐出ポート２ｄが設けられており、この吐出ポート２ｄはシリンダ１の吐出ポート１ｄに連通している。吐出ポート２ｄのシリンダ１と反対側の面には、吐出弁４１および吐出弁４１の開度を規制するための吐出弁押え４２が取付けられている。また、フレーム２は中央に円筒状の主軸受部２ｃを有している。

（３）シリンダヘッド３：断面が略Ｔ字状で、シリンダ１に接する部分が略円板状であり、シリンダ１の他方の開口部（図２では下側）を閉塞する。また、シリンダヘッド３のシリンダ１に対向する対向面には円形状の凹部３ａが形成されており、凹部３ａはシリンダ内周面１ｂと略同心になるように形成されている。また、シリンダヘッド３の中央には円筒状の主軸受部３ｃが設けられている。

（４）ロータシャフト４：シリンダ１内で回転する円柱状のロータ部４ａと、ロータ部４ａに回転力を伝達する回転軸部４ｂ、４ｃとを有し、ロータ部４ａと回転軸部４ｂ、４ｃとは一体となった構造を有している。ロータ部４ａにはそれぞれ断面略円形で軸方向に貫通するブッシュ保持部４ｄ，４ｅ及びベーン逃がし部４ｆ，４ｇが形成されている。ブッシュ保持部４ｄとベーン逃がし部４ｆとは連通しており、ブッシュ保持部４ｅとベーン逃がし部４ｇとは連通している。また、ブッシュ保持部４ｄとブッシュ保持部４ｅおよびベーン逃がし部４ｆとベーン逃がし部４ｇはロータシャフト４の中心に対しほぼ対称の位置に形成されている。ベーン逃がし部４ｆおよびベーン逃がし部４ｇの軸方向の両端部は、それぞれフレーム２の凹部２ａとシリンダヘッド３の凹部３ａとに連通している。回転軸部４ｂはフレーム２の主軸受部２ｃに回転可能に支持されるものであり、回転軸部４ｃはシリンダヘッド３の主軸受部３ｃに回転可能に支持される。そして、回転軸部４ｂ、４ｃが主軸受部２ｃ、３ｃに軸受けされた状態で回転することにより、ロータ部４ａがシリンダ１内において回転運動を行う。また、図２に示すように、ロータシャフト４の下端部にはロータシャフト４の遠心力を利用した油ポンプ３１が設けられており、油ポンプ３１はロータシャフト４の軸中央部に設けられ軸方向に延在する給油路４ｈと連通している。給油路４ｈと凹部２ａとの間には給油路４ｉが設けられており、給油路４ｈと凹部３ａとの間には給油路４ｊが設けられている。また、回転軸部４ｂの主軸受部２ｃの上方の位置に排油穴４ｋ（図１に図示）が設けられている。なお、この油ポンプ３１、給油路４ｈ、４ｊの構成は例えば特開２００９−２６４１７５号公報に詳細に記載されている。

（５）第１のベーン５：ロータ部４ａに対し揺動可能に取り付けられるものであって、ベーン部５ａ、ベーンアライナ部５ｃ、５ｄから構成されている。ベーン部５ａは、略四角形の板状の部材であり、その先端部５ｂは略円弧形状に形成されている。特に、ベーン先端部５ｂは、たとえば円弧形状の半径がシリンダ内周面１ｂの半径とほぼ同一の半径で構成されている。ベーンアライナ部５ｃ、５ｄはそれぞれ円弧状に形成された部材であって、ベーンアライナ部５ｃがベーン部５ａのフレーム２側の端面に固定されており、ベーンアライナ部５ｄがベーン部５ａのシリンダヘッド３側の端面に固定される。

（６）第２のベーン６：ロータ部４ａに対し揺動可能に取り付けられるものであって、ベーン部６ａ、ベーンアライナ部６ｃ、６ｄから構成されている。ベーン部６ａは、略四角形の板状の部材であり、その先端部６ｂは略円弧形状に形成されている。特に、ベーン先端部６ｂは、たとえば円弧形状の半径がシリンダ内周面１ｂの半径とほぼ同等（もしくは同一）の半径で構成されている。ベーンアライナ部６ｃ、６ｄはそれぞれ円弧状に形成された部材であって、ベーンアライナ部６ｃがベーン部６ａのフレーム２側の端面に取り付けられており、ベーンアライナ部６ｄがベーン部６ａのシリンダヘッド３側の端面に取り付けられている。
ここで、ベーンアライナ部５ｃとベーンアライナ部６ｃとは、フレーム２の凹部２ａに収容され、凹部２ａの外周面からなるベーンアライナ軸受部２ｂに沿って揺動可能に支持される。同様に、ベーンアライナ部５ｄとベーンアライナ部６ｄとは、シリンダヘッド３の凹部３ａに収容され、凹部２ａの外周面であるベーンアライナ軸受部２ｂに沿って揺動可能に支持される。

（７）ブッシュ７，８：１対の略半円柱状の部材から構成される。１対のブッシュ７はロータ部４ａのブッシュ保持部４ｄにベーン部５ａを挟んだ状態で挿入されている。同様に、１対のブッシュ８はロータ部４ａのブッシュ保持部４ｅにベーン部６ａを挟んだ状態で挿入されている。ブッシュ７、８は、それぞれ中心７ａ、８ａを軸にしてベーン部５ａ、６ａとともに揺動するとともに、ベーン部５ａ、６ａを長手方向に移動可能に保持している。

図５Ａは第１のベーン５および第２のベーン６の一例を示す平面図、図５Ｂは第１のベーン５および第２のベーン６の一例を示す正面図であり、図２から図５Ａ、図５Ｂを参照して各ベーン５、６について説明する。ベーン部５ａとベーンアライナ部５ｃ、５ｄとは、ベーン部５ａの幅方向の中心線がベーンアライナ部５ｃ、５ｄを形成する円弧の中心を通るように取り付けられている。同様に、ベーン部６ａとベーンアライナ部６ｃ、６ｄとは、ベーン部６ａの幅方向の中心線がベーンアライナ部６ｃ、６ｄを形成する円弧の中心を通るように取り付けられている。なお、ベーンアライナ部５ｃ、５ｄ、６ｃ、６ｄの円弧はシリンダ内周面１ｂ（凹部２ａ、３ａ）と同心になるように形成されている。

第１のベーン５のベーンアライナ部５ｃ、５ｄの外周側からベーン先端部５ｂまでの距離ｒｖは、ベーンアライナ軸受部２ｂ、３ｂの半径をｒａ、シリンダ内周面１ｂの半径をｒｃ（図４参照）としたとき、下記（１）の関係を有している。なお、式（１）における微小距離δはベーン先端部５ｂとシリンダ内周面１ｂ間の隙間を示す。
［数１］
ｒｖ＝ｒｃ−ｒａ−δ ・・・（１）

各ベーン５、６に回転による遠心力が加わったとき、各ベーン５、６はロータ部４ａの外側に向かって径方向に移動し、ベーンアライナ部５ｃ、５ｄおよび６ｃ、６ｄはそれぞれベーンアライナ軸受部２ｂ、３ｂに摺動する。

このとき、式（１）の関係があるため、ベーン先端部５ｂ、６ｂとシリンダ内周面１ｂとは微小距離δだけ離れた状態で回転することになる。そして、各ベーン５、６とシリンダ内周面１ｂとがそれぞれ微小距離δを保つことにより、各ベーン５、６はシリンダ１内を仕切り３つの空間（吸入室９、中間室１０、圧縮室１１）を形成する（図４参照）。この微小距離δを極力小さくなるように（製造限界に）設定することにより、ベーン先端部５ｂからのガスの漏れを極力少なくすることができる。

図６はベーンアライナ部５ｃ，６ｃの回転動作の一例を示す断面図であり、図６を参照してベーン型圧縮機２００の動作例について説明する。なお、図６において、ロータシャフト４のロータ部４ａとシリンダ内周面１ｂとが最近接している最近接点３２に第１のベーン５が位置したときを「角度０°」と定義する。また、「角度１８０°」以降の状態を示していないのは、「角度１８０°」になると、「角度０°」において、第１のベーン５と第２のベーン６が入れ替わった状態と同じになり、以降は「角度０°」から「角度１３５°」までと同じ圧縮動作になる。

まず、図６において、ロータシャフト４の回転軸部４ｂが電動要素１０２の駆動部からの回転動力を受け、ロータ部４ａは回転軸を中心にシリンダ１内で回転する。このロータ部４ａの回転に伴い、ロータ部４ａに取り付けられた第１のベーン５および第２のベーン６が回転する。すると、ベーン５、６は、それぞれ回転による径方向の遠心力を受け、ベーンアライナ部５ｃ、６ｃおよび５ｄ、６ｄは、ベーンアライナ軸受部２ｂ、３ｂに摺動しながらベーンアライナ軸受部２ｂ、３ｂの中心に対して回転する。すると、ベーン部５ａ、６ａは回転軸とは異なるシリンダ内周面１ｂの中心を回転軸として回転する。このロータ部４ａの回転に伴い、ベーン部５ａ、６ａは長手方向がそれぞれシリンダ１の中心に向くように向きを変えながら、ブッシュ７、８の中心７ａ、８ａを軸に揺動する。つまり、ロータ部４ａがいずれの回転角度になったときでもベーン部５ａ、６ａの長手方向はシリンダ内周面１ｂの中心を向く方向に維持されることになる。これにより、ベーン５、６を常にシリンダ内周面１ｂの法線方向、またはシリンダ内周面１ｂの法線方向に対し一定の傾きを持つように保持することができ、ベーン先端部５ｂ、６ｂの円弧形状の法線と、シリンダ内周面１ｂの法線は常にほぼ一致する状態で圧縮動作を行なうことができる。

図７はベーン型圧縮機２００の圧縮動作を示す断面図であり、図７を参照してベーン型圧縮機２００の圧縮動作の一例について説明する。なお、図７に示す角度は図６に示す角度と同一のものである。まず、「角度０°」において、最近接点３２と第２のベーン６とで仕切られた右側の中間室１０は切欠部１ｃを介して吸入ポート１ａと連通した状態になり、吸入ポート１ａからガスが吸入される。一方、最近接点３２と第２のベーン６とで仕切られた左側の空間は、吐出ポート１ｄおよびインジェクションポート１ｅに連通した圧縮室１１となる。

「角度４５°」において、第１のベーン５と最近接点３２とで仕切られた空間は吸入室９となる。第１のベーン５と第２のベーン６とで仕切られた中間室１０は、「角度０°」のときと同様、切欠部１ｃを介して吸入ポート１ａと連通した状態であり、ガスの吸入を続ける。なお、中間室１０の容積は「角度０°」のときより大きくなり、第２のベーン６と最近接点３２とで仕切られた圧縮室１１の容積は「角度０°」のときより小さくなる。一方、圧縮室１１内のガスは圧縮され徐々にその圧力が高くなる。また、吸入室９は切欠部１ｃを介して吸入ポート１ａに連通した状態になる。なお、「角度４５°」は、圧縮室１１内の圧力が中間圧Ｐｍと高圧Ｐｄの間にある場合を示している。

「角度９０°」では、第１のベーン５のベーン先端部５ｂがシリンダ内周面１ｂ上の点Ｂと重なるため、中間室１０は吸入ポート１ａに連通しない状態になる。よって中間室１０でのガスの吸入は終了する。なお、この状態のときに中間室１０の容積は略最大となる。一方、吸入室９の容積は「角度４５°」のときに比べて大きくなり、吸入ポート１ａからのガスの吸入が続けられる。また、圧縮室１１の容積は「角度４５°」のときより更に小さくなるので、圧縮室１１内に圧力はさらに高くなる。ここで、圧縮室１１内の圧力が所定の圧力Ｐｄを上回ると、吐出弁４１が開き、圧縮室１１内のガスは吐出ポート１ｄ、２ｄを通って密閉容器１０３内に吐出される。密閉容器１０３内に吐出されたガスは電動要素１０２を通過して密閉容器１０３の上部に固定（溶接）された吐出管２４から外部（図１の冷媒回路の高圧Ｐｄ側）に吐出される（図２に実線で図示）。したがって、密閉容器１０３内の圧力は所定の圧力Ｐｄの吐出圧力となる。なお、「角度９０°」は、圧縮室１１内の圧力が高圧Ｐｄの場合（あるいは高圧Ｐｄを上回った場合）を示している。

「角度１３５°」では、中間室１０の容積は「角度９０°」のときより小さくなり、ガスの圧力は上昇する。また、吸入室９の容積は「角度９０°」のときより大きくなり、吸入を続ける。ここで、第２のベーン６のベーン部６ａは、インジェクションポート１ｅを通過しており、インジェクションポート１ｅは中間室１０に連通した状態になる。このため、インジェクションポート１ｅから中間室１０にガスが流入する。一方、吐出ポート１ｄは圧縮室１１に連通したままで、吐出弁４１は開いており、圧縮室１１の容積は「角度９０°」のときより更に小さくなるので、吐出ポート１ｄ、２ｄから圧縮室１１内のガスが吐出されることになる。その後、第２のベーン６が吐出ポート１ｄを通過すると、圧縮室１１に高圧Ｐｄのガスが若干残る（ロスとなる）。そして、「角度１８０°（＝０°）」で、圧縮室１１が消滅したとき、この高圧Ｐｄのガスは吸入室９にて低圧Ｐｓのガスに変化する。なお、「角度１８０°」では吸入室９が中間室１０に移行し、中間室１０が圧縮室１１に移行して、以降圧縮動作を繰り返す。

次に、上記圧縮動作中における冷凍機油２５の流れについて説明する。図８は第１のベーン５のベーン部５ａの周辺部位を示す要部断面図である。図中、実線で示す矢印は冷凍機油２５の流れを示している。なお、第１のベーン５について例示しているが、第２のベーン６についても同様である。まず、図２の破線で示すように、油ポンプ３１により油溜め１０４から冷凍機油２５が吸い上げられ、給油路４ｈに送り出される。給油路４ｈに送り出された冷凍機油２５は、それぞれ給油路４ｉおよび給油路４ｊを通ってフレーム２の凹部２ａおよびシリンダヘッド３の凹部３ａに送り出される。

凹部２ａ、３ａ（図２参照）に送り出された冷凍機油２５は、ベーンアライナ軸受部２ｂ、３ｂを潤滑するとともに、凹部２ａ、３ａと連通したベーン逃がし部４ｆ、４ｇに供給される。密閉容器１０３内の圧力は高圧Ｐｄである吐出圧力になっているため、凹部２ａ、３ａおよびベーン逃がし部４ｆ、４ｇ内の圧力も吐出圧力となる。また、凹部２ａ、３ａに送り出された冷凍機油２５の一部は、フレーム２の主軸受部２ｃおよびシリンダヘッド３の主軸受部３ｃに供給される。

ベーン逃がし部４ｆの圧力は吐出圧力であり、吸入室９および中間室１０の圧力より高い。このため、冷凍機油２５は、ベーン部５ａの側面とブッシュ７間の摺動面を潤滑しながら、圧力差および遠心力によって吸入室９および中間室１０に送り出される。また、冷凍機油２５は、ブッシュ７とロータシャフト４のブッシュ保持部４ｄ間の摺動部を潤滑しながら、圧力差および遠心力によって吸入室９および中間室１０に送り出される。中間室１０に送り出された冷凍機油２５の一部はベーン先端部５ｂとシリンダ内周面１ｂ間の隙間をシールしながら吸入室９に流入する。

なお、図８において、第１のベーン５で仕切られる空間が吸入室９と中間室１０である場合について示したが、回転が進んで、第１のベーン５で仕切られる空間が中間室１０と圧縮室１１となる場合でも同様である。すなわち、圧縮室１１内の圧力がベーン逃がし部４ｆの圧力と同じ吐出圧力に達した場合でも、遠心力によって、冷凍機油２５は圧縮室１１に向かって送り出されることになる。なお、以上の動作は第１のベーン５に対して示したが、第２のベーン６においても同様の動作を行う。

図２に示すように、主軸受部２ｃに供給された冷凍機油２５は主軸受部２ｃの隙間を通ってフレーム２の上方の空間に吐き出された後、シリンダ１の外周部に設けた油戻し穴１ｆより、油溜め１０４に戻される。また、主軸受部３ｃに供給された冷凍機油２５は主軸受部３ｃの隙間を通って油溜め１０４に戻される。また、ベーン逃がし部４ｆ、４ｇを介して吸入室９、中間室１０、圧縮室１１に送り出された冷凍機油２５も最終的にガスとともに吐出ポート１ｄ、２ｄからフレーム２の上方の空間に吐き出された後、シリンダ１の外周部に設けた油戻し穴１ｆより、油溜め１０４に戻される。また、油ポンプ３１により給油路４ｈに送り出された冷凍機油２５のうち、余剰な冷凍機油２５はロータシャフト４の上方の排油穴４ｋからフレーム２の上方の空間に吐き出された後、シリンダ１の外周部に設けた油戻し穴１ｆから油溜め１０４に戻される。

図９Ａ〜図９Ｃはベーン先端部６ｂがインジェクションポート１ｅの位置周辺にあるときのベーン部６ａの周辺部位の様子を示す要部断面図であり、図９Ａ〜図９Ｃを参照してベーン先端部６ｂとインジェクションポート１ｅとの幅の関係について説明する。なお、図９Ａ〜図９Ｃにおいて第２のベーン６を例示して説明しているが、第１のベーン５がインジェクションポート１ｅを通過する際も同様である。

インジェクションポート１ｅのシリンダ内周面１ｂ側に形成された開口部の周方向の幅Ｔｗは、ベーン先端部６ｂにおけるシリンダ内周面１ｂまでの距離が微小距離δ以下となる領域の幅Ｔｐ以下に形成されている。特に、図９Ａ〜図９Ｃにおいては、ベーン先端部６ｂは構成する円弧形状の半径はシリンダ内周面１ｂの半径とほぼ同等（もしくは同一）の曲率で構成されているとともに、インジェクションポート１ｅの開口部の幅Ｔｗはベーン先端部６ｂの対向面全体の幅Ｔｐ以下になっている。

ここで、上述の通り、ベーン先端部６ｂとシリンダ内周面１ｂとが微小距離δだけ隙間を形成した状態でベーン部６ａは回転している。そして、図９Ａ〜図９Ｃに示すように、第２のベーン６がインジェクションポート１ｅの開口部上に進入してから開口部を完全に覆った後に開口部を通過するまで、必ずベーン先端部６ｂとシリンダ内周面１ｂとが対向する領域が必ず存在する。したがって、ベーン先端部６ｂが開口部を通過する際であっても、他の領域を通過する際と同様に、微小距離δよりも大きな隙間が生じることがない。これにより、圧縮室１１から中間室１０へのベーン先端部６ｂとシリンダ内周面１ｂ間の隙間を通る漏れは極めて少なく抑えることができる。よって、各ベーン５、６がインジェクションポート１ｅを通過する際に流体の漏れが増大することがなく、損失の極めて少ないインジェクションポート１ｅを有する高効率のベーン型圧縮機２００を得ることができる。

すなわち、従来においては図１０のように、第２のベーン６のベーン先端部６ｂを構成する円弧形状の半径はシリンダ内周面１ｂの半径よりもかなり小さく形成されている。このため、インジェクションポート１ｅの開口部の幅Ｔｗは、ベーン先端部６ｂにおけるシリンダ内周面１ｂまでの距離が微小距離δ以下となる領域の幅Ｔｐよりも大きくなってしまう。さらに、ベーン先端部６ｂとシリンダ内周面１ｂとの隙間は、ベーン先端部６ｂとシリンダ内周面１ｂ間の接触位置５１（シリンダ内周面１ｂのインジェクションポート１ｅが設けられていない軸方向の箇所とベーン先端部６ｂとが接触）から離れるにしたがって大きくなる。すると、図１０に破線で示すように、インジェクションポート１ｅを介して、圧縮室１１から中間室１０への漏れ経路ができるため、ベーン先端部６ｂとシリンダ内周面１ｂ間の隙間を通る漏れが増大することになる。

一方、図９Ａ〜図９Ｃにおいては、各ベーン５、６がインジェクションポート１ｅを通過する際に流体の漏れが増大することがないので、損失の極めて少ないインジェクションポートを有する高効率のベーン型圧縮機２００を得ることができる。特に、第２のベーン６のベーン先端部６ｂを構成する円弧形状の半径はシリンダ内周面１ｂの半径とほぼ同等（もしくは同一）の半径で構成されており、ベーン先端部５ｂ、６ｂとシリンダ内周面１ｂとの間の隙間は、ベーン先端部５ｂ、６ｂの幅全体にわたって微小距離δとなっている（式（１）参照）。これは、ベーン先端部６ｂにおけるシリンダ内周面１ｂとの対向面をすべて微小距離δに設定することができることを意味する。このため、インジェクションポート１ｅの開口部の幅Ｔｗよりも大きい対向面の幅Ｔｐを有するベーン部６ａを用いて損失の極めて少ないインジェクションポート１ｅを有する高効率のベーン型圧縮機２００を得ることができる。

ここで、インジェクションポート１ｅの開口部の幅Ｔｗがベーンの幅と同等以下であればインジェクションポート１ｅの断面形状は任意の形状でよい。たとえば、インジェクションポート１ｅの開口部はインジェクション管２７の形状に合わせて円形状もしくは楕円状に形成されていてもよい。あるいは図１１に示すように、インジェクションポート１ｅの開口部が矩形状に形成されており、周方向の幅Ｔｗよりも高さ方向の幅が大きくなるような長穴状で形成されていてもよい。この場合であっても、インジェクションポート１ｅの周方向の幅Ｔｗはベーンの幅Ｔｐよりも小さいので、ベーン先端部５ｂ、６ｂからの漏れは極めて少なく抑えられる。さらに、図１１のような長穴形状にすることによりインジェクションポート１ｅの断面積を大きくすることができるため、インジェクション量の上限値を大きくすることが可能となり、吐出容量を増加させることができる。なお、インジェクションポート１ｅの断面積を大きくした分、インジェクション管２７の断面積も同等程度に大きく形成される。

さらに、図１２に示すように、インジェクションポート１ｅの開口部が、シリンダ１の高さ方向に複数個設けられていてもよい。図１２においては３個の円形状のインジェクションポート１ｅの開口部が形成されており、各開口部は３本の分岐管２８を介してインジェクション管２７に連結されている。この方法でも、インジェクションポート１ｅの総断面積を大きくでき、吐出容量を増加させることができる。なお、この場合も、インジェクションポート１ｅの円の直径（幅Ｔｗ）はベーン先端部５ｂ、６ｂの幅Ｔｐと同等以下に形成されている。また、インジェクションポート１ｅが３個の場合を図示したが、任意の個数設けてもよい。この場合であっても、インジェクションポート１ｅの周方向の最大幅がベーンの幅と同等以下であれば、断面は任意の形状であってもよい。

実施の形態２．
図１３から図１５は本発明のベーン型圧縮機の実施形態２を示す断面図であり、図１３から図１５を参照してベーン型圧縮機３００について説明する。なお、図１３から図１５のベーン型圧縮機３００において図１から図１２のベーン型圧縮機２００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１３から図１５のベーン型圧縮機３００がベーン型圧縮機２００と異なる点は、インジェクションポート１ｅに逆止弁が設けられている点である。

具体的には、図１４に示すように、円形状のインジェクションポート１ｅの外径側に逆止弁取付具６１がシリンダ１に取付けられている。逆止弁取付具６１には径方向に貫通したインジェクション流路６１ａが設けられ、インジェクション流路６１ａは逆止弁取付具６１とインジェクションポート１ｅ間に設けた空間部１ｇに開口している。また、インジェクション流路６１ａの内径側である空間部１ｇ側には、逆止弁６２および逆止弁６２の開度を規制するための逆止弁押え６３が逆止弁取付具６１に取付けられている。また、インジェクション流路６１ａの外形側端はインジェクション管２７と接続されている。なお、図１３においては、インジェクションポート１ｅとインジェクション流路６１ａは同じ大きさとしている。

そして、圧縮室１１内の圧力が冷媒回路の中間圧Ｐｍより低い場合は、圧力差によって逆止弁６２は開いた状態となり、インジェクション管２７からインジェクション流路６１ａ、空間部１ｇ、インジェクションポート１ｅを通って圧縮室１１内に冷媒が流入する。なお、圧縮室１１内の圧力が冷媒回路の中間圧Ｐｍを上回るまでは、インジェクションポート１ｅからガスが流入し続ける。一方、圧縮室１１内の圧力が冷媒回路の中間圧Ｐｍより高い場合は、圧力差によって逆止弁６２は閉じ、圧縮室１１内には冷媒は流入しない状態となる。このように、逆止弁６２が図１の冷媒回路における逆止弁２０８と同じ機能を持つため、冷媒回路における逆止弁２０８が不要となる。

本実施の形態では、実施の形態１に比べて、逆止弁６２が圧縮室１１により近い位置に設けられるため、ガスの圧縮に対して無効となる死容積が小さくてすむ。これにより、インジェクション運転を行わない場合の効率の低下が小さくなる。また、圧縮機内に逆止弁６２を設けることで、冷媒回路が簡易な構成となる。

なお、図１４において、インジェクションポート１ｅの開口部は円形形状の場合について例示しているが、図１５に示すように、矩形の長穴形状に形成されたものであってもよい。この場合も、インジェクションポート１ｅの断面積を増加させた分、インジェクション流路６１ａの直径を大きくして、インジェクション流量を増加させることができる。

また、図１３から図１５において、逆止弁６２としてリード弁と呼ばれる弁を示したが、弁の形式はこれに限定されるものでなく、圧縮室１１内の圧力が、中間圧Ｐｍより低い場合には開き、中間圧Ｐｍより高い場合には閉じるものであれば、任意の形式でよい。

本発明の実施形態は、上記各実施の形態に限定されない。たとえば、上記実施の形態１、２においては、ベーン枚数が２枚の場合について示したが、ベーン枚数が１枚または３枚以上の場合でも同様の構成であり、同様の効果が得られる。

また、図１の空気調和装置５００において、気液分離器２０３を用いて圧縮室１１に冷媒をインジェクションする冷媒回路を示したが、これに限定するものでは無く、例えば国際公開第２０１１／０１３１９９Ａ１号に記載のような内部熱交換器を用いて冷媒をインジェクションする冷媒回路であってもよい。また、上記各実施形態において、流体（冷媒）がガスである場合について例示しているが、液冷媒であっても液とガスの二相冷媒であってもよい。

さらに、実施の形態１、２においては、ロータシャフト４の遠心力を利用した油ポンプ３１について示したが、油ポンプ３１の形態はいずれでもよく、例えば特開２００９−６２８２０号公報に記載の容積形ポンプを油ポンプ３１として用いてもよい。

また、ベーン先端部５ｂ、６ｂとシリンダ内周面１ｂとが微小距離δだけ離れて回転運動を行ういわゆる非接触方式の場合について例示しているが、ベーン先端部５ｂ、６ｂとシリンダ内周面１ｂとが摺動するいわゆる接触方式であってもよい（δ＝０）。この場合であっても、インジェクションポート１ｅの周方向の幅Ｔｗがベーン先端部５ｂ、６ｂの幅Ｔｐ以下にすることにより、流体（ガス）の漏れをなくすことができる。

さらに、図９Ａ〜図９Ｃにおいて、インジェクションポート１ｅの開口部の幅Ｔｗがベーン先端部５ｂ、６ｂに形成された対向面全体の幅Ｔｐ以下である場合について例示しているが、図１６に示すように、ベーン先端部５ｂ（６ｂ）において、シリンダ内周面１ｂに対向している対向面のうち、微小距離δ以下である領域（摺動する領域）の幅Ｔｐ以下であればよい。言い換えれば、ベーン先端部５ｂが対向面の全面にわたってシリンダ内周面１ｂの半径と略同一に形成されたものであってもよいし、対向面のうち幅Ｔｐの領域がシリンダ内周面１ｂの半径と略同一に形成されており、一部に異なる曲率の曲面を有するものであってもよい。

また、図５Ａ、図５Ｂにおいて、ベーン部５ａ、６ａ長手方向と円弧状のベーンアライナ部の法線方向とが直交するベーン５、６の場合について例示しているが、図１７に示すように所定の角度だけ傾斜したものであってもよい。

１ シリンダ、１ａ 吸入ポート、１ｂ シリンダ内周面、１ｃ 切欠部、１ｄ 吐出ポート、１ｅ インジェクションポート、１ｆ 油戻し穴、１ｇ 空間部、２ フレーム、２ａ 凹部、２ｂ ベーンアライナ軸受部、２ｃ 主軸受部、２ｄ 吐出ポート、３ シリンダヘッド、３ａ 凹部、３ｂ ベーンアライナ軸受部、３ｃ 主軸受部、４ ロータシャフト、４ａ ロータ部、４ｂ 回転軸部、４ｃ 回転軸部、４ｄ ブッシュ保持部、４ｅ ブッシュ保持部、４ｆ ベーン逃がし部、４ｇ ベーン逃がし部、４ｈ 給油路、４ｉ 給油路、４ｊ 給油路、４ｋ 排油穴、５ 第１のベーン、５ａ ベーン部、５ｂ ベーン先端部、５ｃ ベーンアライナ部、５ｄ ベーンアライナ部、６ 第２のベーン、６ａ ベーン部、６ｂ ベーン先端部、６ｃ ベーンアライナ部、６ｄ ベーンアライナ部、７ ブッシュ、７ａ ブッシュ中心、８ ブッシュ、８ａ ブッシュ中心、９ 吸入室、１０ 中間室、１１ 圧縮室、２１ 固定子、２２ 回転子、２３ ガラス端子、２４ 吐出管、２５ 冷凍機油、２６ 吸入管、２７ インジェクション管、２８ 分岐管、３１ 油ポンプ、３２ 最近接点、４１ 吐出弁、４２ 吐出弁押え、５１ 接触位置、６１ 逆止弁取付具、６１ａ インジェクション流路、６２ 逆止弁、６３ 逆止弁押え、１０１ 圧縮要素、１０２ 電動要素、１０３ 密閉容器、１０４ 油溜め、２００、３００ ベーン型圧縮機、２０１ 凝縮器、２０２ 第１の膨張弁、２０３ 気液分離器、２０４ 第２の膨張弁、２０５ 蒸発器、２０６ 四方弁、２０７ 流量調整弁、２０８ 逆止弁、５００ 空気調和装置、ｒａ ベーンアライナ部の外周（凹部２ａ、３ａ）の半径、ｒｃ シリンダ内周面の半径、ｒｖ ベーンアライナ部の外周からベーン先端部までの距離、Ｔｐ ベーン先端部（ベーン先端部における対向面）の幅、Ｔｗ インジェクションポートの開口部の幅、δ 微小距離。

本発明に係るベーン型圧縮機は、円筒状のシリンダと、シリンダ内で回転運動する円柱形のロータ部及びロータ部に回転力を伝達する回転軸部を有するロータシャフトと、ロータ部内に設置され、シリンダ内周面の中心周りに回転するように保持され、先端部がシリンダ内周面と非接触に対向する板状のベーン部を備えたベーンと、を備え、ベーンは、ロータ部に対して回転可能且つ移動可能に支持されたものであって、先端部が円弧形状に形成されたものであり、シリンダは、側面に流体をインジェクションするためのインジェクションポートを有するものであり、インジェクションポートのシリンダ内周面側に形成された開口部の周方向の幅が、ベーンの周方向の幅以下に形成されたものであって、ベーンの先端部の円弧形状の半径とシリンダ内周面の半径とがほぼ同等であることを特徴とする。

Claims (7)

1. 円筒状のシリンダと、
   前記シリンダ内で回転運動する円柱形のロータ部及び前記ロータ部に回転力を伝達する回転軸部を有するロータシャフトと、前記ロータ部内に設置され、シリンダ内周面の中心周りに回転するように保持され、先端部が前記シリンダ内周面と非接触に対向する板状のベーン部を備えたベーンと、
   を備え、
   前記シリンダは、側面に流体をインジェクションするためのインジェクションポートを有するものであり、
   前記インジェクションポートの前記シリンダ内周面側に形成された開口部の周方向の幅が、前記ベーンの周方向の幅以下に形成されていることを特徴とするベーン型圧縮機。
2. 前記ベーンは、前記ロータ部に対して回転可能且つ移動可能に支持されることを特徴とする請求項１に記載のベーン型圧縮機。
3. 前記インジェクションポートの前記開口部が、前記周方向の幅よりも前記シリンダの高さ方向の長さの方が大きく形成されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載のベーン型圧縮機。
4. 前記インジェクションポートの前記開口部が、前記シリンダの高さ方向に複数個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１項に記載のベーン型圧縮機。
5. 前記インジェクションポートの前記開口部が円形状もしくは楕円形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のベーン型圧縮機。
6. 前記ベーンの先端部が円弧形状に形成されたものであって、
   前記ベーンの先端部の前記円弧形状の半径と前記シリンダ内周面の半径とがほぼ同等であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のベーン型圧縮機。
7. 前記インジェクションポート内には逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のベーン型圧縮機。

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