WO2023203947A1 - 流体圧縮機 - Google Patents

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oil separator
housing
oil
compression mechanism
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淳夫 手島
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サンデン株式会社
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/04—Measures to avoid lubricant contaminating the pumped fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/02—Lubrication; Lubricant separation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/06—Silencing

Definitions

  • the present invention relates to a fluid compressor that compresses and discharges fluid using a compression mechanism provided within a housing, and particularly to one that is equipped with a centrifugal oil separator.
  • a fluid compressor has been configured to compress a fluid such as a refrigerant using a compression mechanism provided in a housing, and discharge the compressed fluid to the outside of the housing (to a discharge pipe connected to the discharge port) from a discharge port formed in the housing. ing. Furthermore, since the fluid discharged from the compression mechanism is mixed with lubricating oil, the discharge chamber of the housing is provided with an oil separator that separates the oil from the fluid using centrifugal force (for example, see Patent Document 1). ).
  • This centrifugal oil separator has a fluid inlet formed in the circumferential direction of the oil separator body, and the fluid containing oil that flows into the oil separator forms a swirling flow, and the centrifugal force at that time causes the oil to flow. Separated. The separated oil is recovered, and fluid discharge pulsation is also reduced due to the throttling effect of the oil separator and the damping effect of the discharge chamber that functions as a muffler within the housing.
  • the present invention has been made to solve the conventional technical problems, and reduces the pressure difference and pressure pulsation in the oil separator while maintaining the oil separation function without increasing the volume of the fluid compressor.
  • the purpose is to reduce the
  • a fluid compressor of the present invention includes a compression mechanism in a housing, and the compression mechanism compresses fluid and discharges it outside the housing from a discharge port. It is characterized by comprising a centrifugal oil separator that separates oil mixed in the fluid discharged from the compression mechanism from the fluid, and an expansion-type external muffler connected to the discharge port of the housing.
  • the oil separator is provided with at least one pair of fluid inlets symmetrically with respect to the central axis, and the external muffler is on an extension of the central axis of the oil separator. It is characterized by its location.
  • the oil separator is installed in a discharge chamber configured in the housing, and between the fluid outlet of the oil separator and the inlet of the external muffler, A bypass flow path is formed that communicates the discharge chamber with the downstream side of the fluid outlet.
  • the total volume of the discharge chamber and the external muffler is greater than or equal to 8 times the displacement volume of the compression mechanism plus or minus a predetermined error ⁇ , and less than or equal to 12 times plus or minus a predetermined error ⁇ . It is characterized by being set to .
  • the fluid compressor of the invention of claim 5 is characterized in that in the invention of claim 3, the total volume of the discharge chamber and the external muffler is set to 10 times the displacement volume of the compression mechanism plus or minus a predetermined error ⁇ . shall be.
  • the fluid compressor in a fluid compressor which is provided with a compression mechanism in a housing and which compresses fluid by this compression mechanism and discharges it out of the housing from a discharge port, the fluid compressor is provided in the housing and the fluid discharged from the compression mechanism is Equipped with a centrifugal oil separator that separates mixed oil from the fluid, and an expansion-type external muffler connected to the discharge port of the housing, the oil separation function is maintained without increasing the volume of the fluid compressor. At the same time, it is possible to reduce pressure differences and pressure pulsations in the oil separator.
  • the oil separator when the oil separator is installed in the discharge chamber formed in the housing as in the invention of claim 3, there is a gap between the fluid outlet of the oil separator and the inlet of the external muffler on the downstream side of the discharge chamber and the fluid outlet.
  • the pressure at the inlet of the oil separator can be lowered.
  • the discharge pressure of the compression mechanism is reduced, so the torque is reduced and efficiency can be improved.
  • the total volume of the discharge chamber and the external muffler is set to 8 times plus or minus a predetermined error ⁇ or more and 12 times plus or minus a predetermined error ⁇ or less than the displacement volume of the compression mechanism.
  • the total volume of the discharge chamber and the external muffler is set to 10 times the displacement volume of the compression mechanism plus or minus a predetermined error ⁇ , the oil can be removed without increasing the volume of the fluid compressor. This makes it possible to effectively reduce pressure differences and pressure pulsations while maintaining the oil separation function of the separator.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a fluid compressor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan cross-sectional view of an oil separator of the fluid compressor of FIG. 1;
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a fluid compressor 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan sectional view of an oil separator 48 thereof.
  • the fluid compressor 1 of the embodiment is used, for example, in a refrigerant circuit of an air conditioner for a vehicle, and sucks in refrigerant as the working fluid (fluid) of the air conditioner, compresses it, and discharges it to a discharge pipe.
  • This is a so-called horizontal inverter-integrated scroll compressor that includes a motor 2, an inverter 3 for driving the electric motor 2, and a scroll compression mechanism 4 as a compression mechanism driven by the electric motor 2.
  • the fluid compressor 1 of the embodiment includes a stator housing 7 that houses an electric motor 2, an inverter 3, and a center casing 6 therein, a cover 8, and a rear casing 9.
  • the stator housing 7, cover 8, and rear casing 9 are all made of metal (aluminum in the embodiment), and are integrally joined to form the housing 11 of the fluid compressor 1.
  • the stator housing 7 is provided with a partition wall 7A on one end side, and the partition wall 7A partitions the inside of the stator housing 7 into a motor chamber 12 that accommodates the electric motor 2 and an inverter housing section 13 that accommodates the inverter 3. .
  • This inverter accommodating portion 13 has an open end surface, and this opening is closed by a cover 8 after the inverter 3 is accommodated.
  • the other end of the motor chamber 12 is open, and after the electric motor 2 is housed in this opening, the center casing 6 is housed therein.
  • a sub-bearing 16 for rotatably supporting one end (front side) of the drive shaft 14 of the electric motor 2 is attached to the motor chamber 12 side of the partition wall 7A.
  • the center casing 6 is open on the side opposite to the electric motor 2 (the other end side), and this opening is used to accommodate a movable scroll 22 (described later) of the scroll compression mechanism 4, which will also be described later.
  • the rear casing 9, to which the fixed scroll 21 is fixed, is fixed to the stator housing 7, thereby being closed.
  • the center casing 6 is provided with a through hole 17 through which the other end of the drive shaft 14 of the electric motor 2 is inserted.
  • a main bearing 18 that rotatably supports the other end of the drive shaft 14 is attached to the mechanism 4 side.
  • the electric motor 2 is composed of a stator 22 having a coil wound thereon and fixed to the inner side of the circumferential wall of the stator housing 7, and a rotor 23 rotating inside the stator 22.
  • a stator 22 having a coil wound thereon and fixed to the inner side of the circumferential wall of the stator housing 7, and a rotor 23 rotating inside the stator 22.
  • direct current from a vehicle battery (not shown) is converted into three-phase alternating current by an inverter 3, and power is supplied to the coil of the stator 22 of the electric motor 2, so that the rotor 23 is rotationally driven. It is configured.
  • the drive shaft 14 is fixed to this rotor 23.
  • stator housing 7 is formed with a suction port 21, and the refrigerant sucked from the suction port 21 passes through the electric motor 2 in the stator housing 7, flows into the center casing 6, and is compressed by the scroll. It is sucked into the suction part 37 outside the mechanism 4. Thereby, the electric motor 2 is cooled by the suction refrigerant. Further, the refrigerant compressed by the scroll compression mechanism 4 is discharged from a discharge port 20 formed in the rear casing 9 from a discharge chamber 27, which will be described later.
  • an expansion type external muffler 25 having a predetermined volume is attached to the discharge port 20, and a discharge pipe (not shown) is connected to this external muffler 25.
  • the refrigerant flows from the discharge port 20 into the external muffler 25 outside the housing 11, and is discharged from the external muffler 25 to the aforementioned discharge pipe.
  • the scroll compression mechanism 4 is composed of the fixed scroll 21 and the movable scroll 22 described above.
  • the fixed scroll 21 integrally includes a disk-shaped end plate 23 and a spiral wrap 24 formed of an involute shape or a curved line approximating the involute shape and set upright on the surface (one side) of the end plate 23.
  • This wrap 24 is fixed to the rear casing 9 with the surface of the end plate 23 on which it is erected facing the center casing 6 side.
  • a discharge hole 26 is formed in the center of the end plate 23 of the fixed scroll 21, and this discharge hole 26 communicates with a discharge chamber 27 in the rear casing 9.
  • 28 is a discharge valve provided at the opening of the discharge hole 26 on the back (other surface) side of the end plate 23.
  • the movable scroll 22 is a scroll that revolves around the fixed scroll 21, and includes a disk-shaped end plate 31 and an involute-shaped or similar involute structure erected on the surface (one side) of the end plate 31. It is integrally provided with a spiral wrap 32 made of a curved line and a boss 33 formed protrudingly from the center of the back surface (the other surface) of the end plate 31.
  • the movable scroll 22 is arranged so that the protruding direction of the wrap 32 is on the fixed scroll 21 side, the wrap 32 faces the wrap 24 of the fixed scroll 21, and is arranged so as to face each other and engage with each other. form.
  • the wrap 32 of the movable scroll 22 faces the wrap 24 of the fixed scroll 21, and is engaged with the wrap 32 such that the tip of the wrap 32 is in contact with the surface of the end plate 23 and the tip of the wrap 24 is in contact with the surface of the end plate 31, and is movable.
  • the boss 33 of the scroll 22 is fitted with an eccentric portion 36 provided eccentrically from the shaft center at the other end of the drive shaft 14 .
  • 38 is an annular thrust plate.
  • This thrust plate 38 is for partitioning a back pressure chamber 39 formed between the back surface of the end plate 31 of the movable scroll 22 and the center casing 6 and a suction section 37 outside the scroll compression mechanism 4. , located outside the boss 33 and interposed between the center casing 6 and the movable scroll 22.
  • 41 is a sealing material that is attached to the back surface of the end plate 31 of the movable scroll 22 and comes into contact with the thrust plate 38, and the back pressure chamber 39 and the suction section 37 are partitioned by this sealing material 41 and the thrust plate 38.
  • 48 is an oil separator installed inside the discharge chamber 27 of the rear casing 9 (housing 11).
  • the oil separator 48 separates lubricating oil mixed into the refrigerant (fluid) discharged from the scroll compression mechanism 4 into the discharge chamber 27 from the refrigerant (fluid).
  • the structure of this oil separator 48 will be described in detail later.
  • An oil storage chamber 44 is formed in the rear casing 9 below the oil separator 48 , and the oil separated from the refrigerant (fluid) by the oil separator 48 flows into this oil storage chamber 44 .
  • 43 is a back pressure passage formed from the rear casing 9 to the center casing 6.
  • This back pressure passage 43 is a passage that communicates the oil separator 48 in the discharge chamber 27 (discharge side of the scroll compression mechanism 4) in the rear casing 9 with the back pressure chamber 39, and has an orifice 50 in the embodiment. There is. Thereby, the discharge pressure adjusted to be reduced by the orifice 50 of the back pressure passage 43 is supplied to the back pressure chamber 39 together with the oil in the oil storage chamber 44 separated by the oil separator 48.
  • the pressure (back pressure) within this back pressure chamber 39 generates a back pressure load that presses the movable scroll 22 against the fixed scroll 21. Due to this back pressure load, the movable scroll 22 is pressed against the fixed scroll 21 against the compression reaction force from the pressure chamber 34 of the scroll compression mechanism 4, and the contact between the wraps 24, 32 and the end plates 31, 23 is maintained.
  • the refrigerant can be compressed in the pressure chamber 34.
  • the oil separator 48 of the embodiment includes an oil separation body 53 having a substantially cylindrical shape that is open upward and downward, and in which an oil separation space 52 is formed, and a collar 57 attached to the upper end of the oil separation body 53.
  • This centrifugal oil separator is composed of a substantially cylindrical oil separation pipe 54 that is connected to the collar 57 from above and opens upward and downward.
  • the oil separation body 53 has an oil outlet 56 formed in its lower part, which communicates with the oil storage chamber 44, and a fluid outlet 55 formed in its upper part. Furthermore, a pair of inflow ports 58, 58 are provided at the upper side of the oil separation body 53 to introduce the refrigerant (fluid) in the tangential direction of the inner wall surface of the oil separation body 53 (FIG. 2). .
  • each inlet 58, 58 is formed at a point symmetrical position with respect to the central axis of the oil separator 48. Further, each inlet 58 in the embodiment is formed from two upper and lower through holes. Note that each inlet port 58, 58 may be configured not only by two through holes but also by one elongated hole that is vertically long. Further, in the embodiment, a pair of inflow ports 58, 58 are formed, but more pairs of inflow ports may be formed.
  • a bypass passage 61 is provided in the oil separation pipe 54.
  • This bypass passage 61 is composed of a small hole, and is located between the fluid outlet 55 of the oil separator 48 and the inlet of the external muffler 25, and is located between the discharge chamber 27 and the oil separation pipe 54 (on the downstream side of the fluid outlet 55). ) are in communication.
  • the external muffler 25 is located on an extension of the central axis of the oil separator 48 (above the oil separator 48). Furthermore, the total volume of the external muffler 25 and the discharge chamber 27 is within a range of 8 times plus or minus error ⁇ (approximately 8 times) or more and 12 times plus or minus error ⁇ (approximately 12 times) or less than the displacement volume of the scroll compression mechanism 4. In this embodiment, the error is set to 10 times plus or minus error ⁇ (approximately 10 times).
  • the refrigerant (including oil) discharged from the discharge hole 26 of the fixed scroll 21 through the discharge valve 28 into the discharge chamber 27 flows from each inlet port 58, 58 to the oil separator 48 as shown by the arrow in FIG.
  • the oil flows into the oil separation space 52.
  • the white arrows in FIG. 2 indicate the flow of refrigerant, and the black arrows indicate the flow of oil.
  • the refrigerant (fluid) from which the oil has been separated flows out from the fluid outlet 55 of the oil separation body 53, flows into the oil separation pipe 54, rises as shown by the solid line arrow in FIG. leading to.
  • the refrigerant discharged from the discharge port 20 then flows into an external muffler 25 located outside the housing 11, passes through the external muffler 25, and is finally discharged to the discharge pipe of the refrigerant circuit.
  • a bypass passage 61 is formed between the fluid outlet 55 of the oil separator 48 and the inlet of the external muffler 25, which communicates the discharge chamber 27 with the downstream side of the fluid outlet 55.
  • the pressure at the inlet 58 of 48 can now be reduced. As a result, the discharge pressure of the scroll compression mechanism 4 is reduced, so the torque is reduced, and efficiency can be improved.
  • the pressure difference in the oil separator 48 can be reduced under various operating conditions such as the rotation speed and suction/discharge pressure of the fluid compressor 1 while maintaining the oil separation function without increasing the volume of the fluid compressor 1. This makes it possible to reduce the pressure pulsation and the pressure pulsation.
  • the total volume of the discharge chamber 27 and the external muffler 25 is 8 times the displacement volume of the scroll compression mechanism 4 plus or minus a predetermined error ⁇ or more, and 12 times plus or minus a predetermined error ⁇ or less, in fact 10 Since it is set to double plus or minus a predetermined error ⁇ , it is possible to reduce the pressure difference and pressure pulsation while maintaining the oil separation function in the oil separator 48 without excessively increasing the volume of the fluid compressor 1. will be able to be realized effectively.
  • the present invention has been explained using a fluid compressor that compresses refrigerant as a fluid (working fluid), but the fluid is not limited to refrigerant, and the applicable system is also limited to vehicle air conditioners. It is not something that will be done. Further, in the embodiments, the present invention has been described using a scroll compressor equipped with a scroll compression mechanism, but the present invention is effective for fluid compressors equipped with various compression mechanisms such as a rotary type, a reciprocating type, and a swash plate type.
  • the present invention has been described using a so-called inverter-integrated fluid compressor, but it goes without saying that the present invention is not limited thereto and can also be applied to a normal fluid compressor that does not have an integrated inverter.

Abstract

【課題】流体圧縮機の体積を増やすこと無く、オイル分離機能を維持しながら、オイルセパレータにおける圧力差の低減と圧力脈動の低減を図る。 【解決手段】流体圧縮機１は、ハウジング１１内にスクロール圧縮機構４を備え、このスクロール圧縮機構４により冷媒（流体）を圧縮して吐出ポート２０よりハウジング１１外に吐出する。ハウジング１１内に設けられ、スクロール圧縮機構４から吐出された冷媒に混入したオイルを分離する遠心式のオイルセパレータ４８と、ハウジング１１の吐出ポート２０に接続された膨張型の外部マフラ２５を備えた。

Description

流体圧縮機
　本発明は、ハウジング内に設けられた圧縮機構により流体を圧縮して吐出する流体圧縮機、特に遠心式のオイルセパレータを備えたものに関する。
　従来より流体圧縮機は、ハウジング内に設けられた圧縮機構により冷媒等の流体を圧縮し、ハウジングに形成された吐出ポートよりハウジング外（吐出ポートに接続される吐出配管）に吐出する構成とされている。また、圧縮機構から吐出される流体には潤滑用のオイルが混入しているため、ハウジングの吐出室には、遠心力で流体からオイルを分離するオイルセパレータが設けられる（例えば、特許文献１参照）。
　この遠心式のオイルセパレータは、オイルセパレータボディの円周方向に流体の流入口が形成されており、オイルセパレータに流入したオイルを含む流体は旋回流を形成し、そのときの遠心力でオイルが分離される。そして、分離されたオイルは回収されると共に、オイルセパレータでの絞りの効果と、ハウジング内でマフラとなる吐出室での減衰効果により、流体の吐出脈動も低減されるものであった。
特開２００７－１９２０４７号公報 特開２００９－７４４８５号公報
　ここで、係る遠心式のオイルセパレータでは、遠心力によって当該遠心力と釣り合うように半径方向に圧力差が生じ、オイルセパレータの入口圧力は、出口圧力よりも高くなる。そのため、圧縮機構内部の吐出圧力が実質的に高くなり、流体を圧縮するトルクが増加して、流体圧縮機の全断熱効率（理論圧縮動力／実際の動力）が低下する問題があった。
　このようなオイルセパレータ内部の圧力差を緩和するためには、オイルセパレータの流入口の流路面積を増やすなどしてオイルセパレータに流入する流体の流速を下げることが有効である（前記特許文献１参照）。しかしながら、流体の流速が低下すると、今度はオイルセパレータの内部で旋回流を形成し難くなり、オイル分離機能が低下してしまう。また、オイルセパレータの流入口の流路面積を増やすと、圧縮機構から流体が吐出される位置に設けられる吐出弁で発生した圧力脈動が下流まで伝搬し易くなり、流体圧縮機出口の吐出脈動が悪化する（ＮＶＨ：振動騒音の悪化）。
　この悪化した吐出脈動を改善するには、ハウジング内の吐出室の容積を増やして、マフラ機能を高めることが有効であるが、吐出室の容積を増やすことは、流体圧縮機自体の体積増につながり、設置場所の制約を満足できなくなる問題が生じる。尚、この種流体圧縮機には、ハウジングの外部にマフラを設けたものもあった（例えば、特許文献２参照）。
　本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、流体圧縮機の体積を増やすこと無く、オイル分離機能を維持しながら、オイルセパレータにおける圧力差の低減と圧力脈動の低減を図ることを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の流体圧縮機は、ハウジング内に圧縮機構を備え、この圧縮機構により流体を圧縮して吐出ポートよりハウジング外に吐出するものであって、ハウジング内に設けられ、圧縮機構から吐出された流体に混入したオイルを当該流体から分離する遠心式のオイルセパレータと、ハウジングの吐出ポートに接続された膨張型の外部マフラを備えたことを特徴とする。
　請求項２の発明の流体圧縮機は、上記発明においてオイルセパレータは、中心軸線を基準として点対称に、流体の流入口が少なくとも一対設けられ、外部マフラは、オイルセパレータの中心軸線の延長線上に位置していることを特徴とする。
　請求項３の発明の流体圧縮機は、請求項１の発明においてオイルセパレータは、ハウジングに構成された吐出室内に取り付けられており、オイルセパレータの流体出口と外部マフラの入口との間には、吐出室と流体出口の下流側とを連通するバイパス流路が形成されていることを特徴とする。
　請求項４の発明の流体圧縮機は、上記発明において吐出室と外部マフラの容積の合計が、圧縮機構の排除容積の８倍プラスマイナス所定の誤差α以上、１２倍プラスマイナス所定の誤差β以下に設定されていることを特徴とする。
　請求項５の発明の流体圧縮機は、請求項３の発明において吐出室と外部マフラの容積の合計が、圧縮機構の排除容積の１０倍プラスマイナス所定の誤差γに設定されていることを特徴とする。
　本発明によれば、ハウジング内に圧縮機構を備え、この圧縮機構により流体を圧縮して吐出ポートよりハウジング外に吐出する流体圧縮機において、ハウジング内に設けられ、圧縮機構から吐出された流体に混入したオイルを当該流体から分離する遠心式のオイルセパレータと、ハウジングの吐出ポートに接続された膨張型の外部マフラを備えているので、流体圧縮機の体積を増やすこと無く、オイル分離機能を維持しながら、オイルセパレータにおける圧力差の低減と圧力脈動の低減を図ることが可能となる。
　この場合、具体的には請求項２の発明の如くオイルセパレータの中心軸線を基準として点対称に、流体の流入口を少なくとも一対設けることで、オイルセパレータ内で流体の旋回流を支障無く形成しながら、オイルセパレータにおける圧力差を効果的に低減することができるようになる。また、外部マフラをオイルセパレータの中心軸線の延長線上に配置することで、流体の圧力脈動を効果的に低減することができるようになる。
　更に、請求項３の発明の如くオイルセパレータがハウジングに構成された吐出室内に取り付けられている場合、このオイルセパレータの流体出口と外部マフラの入口との間に、吐出室と流体出口の下流側とを連通するバイパス流路を形成すれば、オイルセパレータの入口における圧力を下げることができるようになる。これにより、圧縮機構の吐出圧力が低下するので、トルクが減少し、効率の向上を図ることができるようになる。
　また、請求項４の発明の如く吐出室と外部マフラの容積の合計を、圧縮機構の排除容積の８倍プラスマイナス所定の誤差α以上、１２倍プラスマイナス所定の誤差β以下に設定し、好ましくは請求項５の発明の如く吐出室と外部マフラの容積の合計を、圧縮機構の排除容積の１０倍プラスマイナス所定の誤差γに設定することで、流体圧縮機の体積を増やすこと無く、オイルセパレータにおけるオイル分離機能を維持しながら、圧力差の低減と、圧力脈動の低減を効果的に実現することができるようになるものである。
本発明を適用した一実施形態の流体圧縮機の概略断面図である。 図１の流体圧縮機のオイルセパレータの平断面図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明を適用した一実施形態の流体圧縮機１の概略断面図、図２はそのオイルセパレータ４８の平断面図である。
　実施例の流体圧縮機１は、例えば車両用の空調装置の冷媒回路に使用され、空調装置の作動流体（流体）としての冷媒を吸入し、圧縮して吐出配管に吐出するものであり、電動モータ２と、この電動モータ２を運転するためのインバータ３と、電動モータ２によって駆動される圧縮機構としてのスクロール圧縮機構４を備えた所謂横置き型のインバータ一体型のスクロール圧縮機である。
　実施例の流体圧縮機１は、電動モータ２やインバータ３、センターケーシング６をその内側に収容するステータハウジング７と、カバー８と、リアケーシング９を備えている。これらステータハウジング７、カバー８、リアケーシング９は何れも金属製（実施例ではアルミニウム製）であり、それらが一体的に接合されて流体圧縮機１のハウジング１１が構成されている。
　ステータハウジング７は一端側に隔壁７Ａを備えており、この隔壁７Ａは、ステータハウジング７内を、電動モータ２を収容するモータ室１２と、インバータ３を収容するインバータ収容部１３とに仕切っている。このインバータ収容部１３は一端面が開口しており、この開口はインバータ３が収容された後、カバー８によって閉塞される。モータ室１２も他端面が開口しており、この開口には電動モータ２が収容された後、センターケーシング６が収容される。また、隔壁７Ａのモータ室１２側には、電動モータ２の駆動軸１４の一端部（フロント側）を回転可能に支持するための副軸受１６が取り付けられている。
　センターケーシング６は、電動モータ２とは反対側（他端側）が開口しており、この開口はスクロール圧縮機構４の後述する可動スクロール２２が収容された後、スクロール圧縮機構４のこれも後述する固定スクロール２１が固定されたリアケーシング９がステータハウジング７に固定されることで閉塞される。
　また、センターケーシング６には電動モータ２の駆動軸１４の他端部を挿通する貫通孔１７が開設されており、この貫通孔１７のスクロール圧縮機構４側のセンターケーシング６内には、スクロール圧縮機構４側で駆動軸１４の他端部を回転可能に支持する主軸受１８が取り付けられている。
　電動モータ２は、コイルが巻装されてステータハウジング７の周壁内側に固定されたステータ２２と、その内側で回転するロータ２３から構成されている。そして、例えば車両のバッテリ（図示せず）からの直流電流がインバータ３により三相交流電流に変換され、電動モータ２のステータ２２のコイルに給電されることで、ロータ２３が回転駆動されるよう構成されている。そして、駆動軸１４はこのロータ２３に固定されている。
　また、ステータハウジング７には、吸入ポート２１が形成されており、吸入ポート２１から吸入された冷媒は、ステータハウジング７内の電動モータ２を通過した後、センターケーシング６内に流入し、スクロール圧縮機構４の外側の吸入部３７に吸入される。これにより、電動モータ２は吸入冷媒により冷却される。また、スクロール圧縮機構４にて圧縮された冷媒は、後述する吐出室２７からリアケーシング９に形成された吐出ポート２０より吐出される構成とされている。
　尚、本発明では吐出ポート２０に所定容積を有する膨張型の外部マフラ２５が取り付けられており、この外部マフラ２５に図示しない吐出配管が接続される。冷媒は吐出ポート２０からハウジング１１外の外部マフラ２５に流入し、外部マフラ２５より前述した吐出配管に吐出される。
　スクロール圧縮機構４は、前述した固定スクロール２１と可動スクロール２２から構成されている。固定スクロール２１は、円盤状の鏡板２３と、この鏡板２３の表面（一方の面）に立設されたインボリュート状、又は、これに近似した曲線から成る渦巻き状のラップ２４を一体に備えており、このラップ２４が立設された鏡板２３の表面をセンターケーシング６側としてリアケーシング９に固定されている。固定スクロール２１の鏡板２３の中央には吐出孔２６が形成されており、この吐出孔２６はリアケーシング９内の吐出室２７に連通されている。図中において２８は、吐出孔２６の鏡板２３の背面（他方の面）側の開口に設けられた吐出バルブである。
　可動スクロール２２は、固定スクロール２１に対して公転旋回運動するスクロールであり、円盤状の鏡板３１と、この鏡板３１の表面（一方の面）に立設されたインボリュート状、又は、これに近似した曲線から成る渦巻き状のラップ３２と、鏡板３１の背面（他方の面）の中央に突出形成されたボス３３を一体に備えている。この可動スクロール２２は、ラップ３２の突出方向を固定スクロール２１側としてラップ３２が固定スクロール２１のラップ２４に対向し、相互に向かい合って噛み合うように配置され、各ラップ２４、３２間に圧力室３４を形成する。
　即ち、可動スクロール２２のラップ３２は、固定スクロール２１のラップ２４と対向し、ラップ３２の先端が鏡板２３の表面に接し、ラップ２４の先端が鏡板３１の表面に接するように噛み合い、且つ、可動スクロール２２のボス３３には、駆動軸１４の他端において軸心から偏心して設けられた偏心部３６が嵌め合わされている。そして、電動モータ２のロータ２３と共に駆動軸１４が回転されると、可動スクロール２２は自転すること無く、固定スクロール２１に対して公転旋回運動するように構成されている。
　可動スクロール２２は固定スクロール２１に対して偏心して公転旋回するため、各ラップ２４、３２の偏心方向と接触位置は回転しながら移動し、外側の前述した吸入部３７から冷媒を吸入した圧力室３４は、内側に向かって移動しながら次第に縮小していく。これにより冷媒（流体）は圧縮されていき、最終的に中央の吐出孔２６から吐出バルブ２８を経て吐出室２７に吐出される。
　図１において、３８は円環状のスラストプレートである。このスラストプレート３８は、可動スクロール２２の鏡板３１の背面とセンターケーシング６との間に形成された背圧室３９と、スクロール圧縮機構４の外側の吸入部３７とを区画するためのものであり、ボス３３の外側に位置してセンターケーシング６と可動スクロール２２の間に介設されている。また、４１は可動スクロール２２の鏡板３１の背面に取り付けられてスラストプレート３８に当接するシール材であり、このシール材４１とスラストプレート３８により背圧室３９と吸入部３７とが区画される。
　また、４８はリアケーシング９（ハウジング１１）の吐出室２７内に取り付けられたオイルセパレータである。このオイルセパレータ４８はスクロール圧縮機構４から吐出室２７に吐出された冷媒（流体）に混入した潤滑用のオイルを当該冷媒（流体）から分離するものである。そして、このオイルセパレータ４８の構造については後に詳述する。
　オイルセパレータ４８の下方のリアケーシング９には貯油室４４が形成されており、オイルセパレータ４８で冷媒（流体）から分離されたオイルはこの貯油室４４に流入する。図中において４３は、リアケーシング９からセンターケーシング６に渡って形成された背圧通路である。この背圧通路４３はリアケーシング９内の吐出室２７内（スクロール圧縮機構４の吐出側）のオイルセパレータ４８と背圧室３９とを連通する経路であり、実施例ではオリフィス５０を有している。これにより、背圧室３９には背圧通路４３のオリフィス５０で減圧調整された吐出圧が、オイルセパレータ４８で分離された貯油室４４内のオイルと共に供給されるように構成されている。
　この背圧室３９内の圧力（背圧）により、可動スクロール２２を固定スクロール２１に押し付ける背圧荷重が生じる。この背圧荷重により、スクロール圧縮機構４の圧力室３４からの圧縮反力に抗して可動スクロール２２が固定スクロール２１に押し付けられ、ラップ２４、３２と鏡板３１、２３との接触が維持され、圧力室３４で冷媒を圧縮可能となる。
　次に、図２を参照しながら、上記オイルセパレータ４８の詳細構造について説明する。実施例のオイルセパレータ４８は、上下に開口した略円筒状を成し、内部にオイル分離空間５２が構成されたオイル分離ボディ５３と、このオイル分離ボディ５３の上端に取り付けられたカラー５７と、このカラー５７に上から接続されて上下に開口する略円筒状のオイル分離パイプ５４から構成された遠心式のオイルセパレータである。
　この場合、オイル分離ボディ５３には、下部にオイル出口５６が形成され、貯油室４４に連通されると共に、上部に流体出口５５が形成されている。また、オイル分離ボディ５３の側面上部には、オイル分離ボディ５３の内壁面の接線方向に冷媒（流体）を導くように形成された一対の流入口５８、５８が設けられている（図２）。
　この場合、各流入口５８、５８はオイルセパレータ４８の中心軸線を基準として点対称の位置に形成されている。また、各流入口５８は、実施例では何れも上下二つの透孔から形成されている。尚、二つの透孔に限らず、上下に長い一つの長孔で各流入口５８、５８を構成してもよい。また、実施例では一対の流入口５８、５８を形成しているが、更に多くの対の流入口を形成してもよい。
　また、実施例ではオイル分離パイプ５４にバイパス流路６１が穿設されている。このバイパス流路６１は小孔から構成されており、オイルセパレータ４８の流体出口５５と外部マフラ２５の入口の間に位置して、吐出室２７とオイル分離パイプ５４内（流体出口５５の下流側）とを連通している。
　また、外部マフラ２５はオイルセパレータ４８の中心軸線の延長線上（オイルセパレータ４８の上方）に位置している。更に、外部マフラ２５と吐出室２７の容積の合計は、スクロール圧縮機構４の排除容積の８倍プラスマイナス誤差α（略８倍）以上、１２倍プラスマイナス誤差β（略１２倍）以下の範囲に設定され、この実施例では１０倍プラスマイナス誤差γ（略１０倍）とされている。
　前述した如く固定スクロール２１の吐出孔２６から吐出バルブ２８を経て吐出室２７内に吐出された冷媒（オイルを含む）は、図２中矢印で示す如く各流入口５８、５８からオイルセパレータ４８のオイル分離空間５２内に流入する。尚、図２中の白抜き矢印は冷媒の流れを示し、黒矢印はオイルの流れを示している。
　オイルセパレータ４８のオイル分離空間５２内に流入した冷媒（流体）は、オイル分離空間５２内で周方向に旋回し（図２の矢印）、旋回による遠心力の働きによって比重の大きいオイル（黒矢印）がオイル分離ボディ５３の内壁面に接触し、冷媒（白抜き矢印）から分離される。分離されたオイルはオイル分離ボディ５３の内壁面に沿って下方に移動し、オイル出口５６から流出して貯油室４４に流入する。
　一方、オイルが分離された冷媒（流体）は、オイル分離ボディ５３の流体出口５５から流出してオイル分離パイプ５４内に流入し、図１の実線矢印で示すように上昇した後、吐出ポート２０に至る。吐出ポート２０から出た冷媒は次にハウジング１１外にある外部マフラ２５内に流入し、この外部マフラ２５を経て、最終的に冷媒回路の吐出配管に吐出されることになる。
　この場合、実施例ではオイルセパレータ４８の中心軸線を基準として点対称に、流入口５８、５８が一対設けられているので、オイルセパレータ４８のオイル分離ボディ５３内に流入したオイルを含んだ冷媒の流速が半減し、遠心力も半減する。但し、冷媒の旋回流は維持されるので、オイル分離機能を維持しながら、オイルセパレータ４８の流入口５８と流体出口５５における圧力差を低減することができるようになる。
　また、実施例ではオイルセパレータ４８の流体出口５５と外部マフラ２５の入口との間に、吐出室２７と流体出口５５の下流側とを連通するバイパス流路６１を形成しているので、オイルセパレータ４８の流入口５８における圧力を下げることができるようになる。これにより、スクロール圧縮機構４の吐出圧力が低下するので、トルクが減少し、効率の向上を図ることができるようになる。
　ここで、前述した如く可動スクロール２２は固定スクロール２１に対して偏心して公転旋回するため、吐出孔２６から吐出バルブ２８を経て吐出室２７に吐出される冷媒（流体）には脈動が生じる。一方、本発明では吐出ポート２０に膨張型の外部マフラ２５を接続しているので、この外部マフラ２５内の空間で係る脈動が吸収され、低減される。また、外部マフラ２５はオイルセパレータ４８の中心軸線の延長線上に配置されているので、冷媒の圧力脈動を効果的に低減することができる。
　これらにより、流体圧縮機１の体積を増やすこと無く、オイル分離機能を維持しながら、流体圧縮機１の回転数や吸入／吐出圧力等が異なる様々な運転条件において、オイルセパレータ４８における圧力差の低減と圧力脈動の低減を図ることが可能となる。
　特に、実施例では吐出室２７と外部マフラ２５の容積の合計を、スクロール圧縮機構４の排除容積の８倍プラスマイナス所定の誤差α以上、１２倍プラスマイナス所定の誤差β以下、実際には１０倍プラスマイナス所定の誤差γに設定しているので、流体圧縮機１の体積を過剰に増大させること無く、オイルセパレータ４８におけるオイル分離機能を維持しながら、圧力差の低減と、圧力脈動の低減を効果的に実現することができるようになる。
　尚、実施例では冷媒を流体（作動流体）として圧縮する流体圧縮機で本発明を説明したが、流体としては冷媒に限定されるものではなく、また、適用システムも車両用の空調装置に限定されるものではない。また、実施例ではスクロール圧縮機構を備えたスクロール圧縮機で本発明を説明したが、ロータリ式、レシプロ式、斜板式などの種々の圧縮機構を備えた流体圧縮機に本発明は有効である。
　更に、実施例では所謂インバータ一体型の流体圧縮機で本発明を説明したが、それに限らず、インバータを一体に備えない通常の流体圧縮機にも適用可能であることは云うまでもない。
　１　流体圧縮機
　４　スクロール圧縮機構（圧縮機構）
　６　センターケーシング
　７　ステータハウジング
　９　リアケーシング
　１１　ハウジング
　２０　吐出ポート
　２１　固定スクロール
　２２　可動スクロール
　２５　外部マフラ
　２７　吐出室
　４４　貯油室
　４８　オイルセパレータ
　５２　オイル分離空間
　５３　オイル分離ボディ
　５４　オイル分離パイプ
　５５　流体出口
　５８　流入口
　６１　バイパス流路

Claims (5)

  1. 　ハウジング内に圧縮機構を備え、該圧縮機構により流体を圧縮して吐出ポートより前記ハウジング外に吐出する流体圧縮機において、
    　前記ハウジング内に設けられ、前記圧縮機構から吐出された流体に混入したオイルを当該流体から分離する遠心式のオイルセパレータと、
    　前記ハウジングの吐出ポートに接続された膨張型の外部マフラを備えたことを特徴とする流体圧縮機。
  2. 　前記オイルセパレータは、中心軸線を基準として点対称に、前記流体の流入口が少なくとも一対設けられ、
    　前記外部マフラは、前記オイルセパレータの中心軸線の延長線上に位置していることを特徴とする請求項１に記載の流体圧縮機。
  3. 　前記オイルセパレータは、前記ハウジングに構成された吐出室内に取り付けられており、
    　前記オイルセパレータの流体出口と前記外部マフラの入口との間には、前記吐出室と前記流体出口の下流側とを連通するバイパス流路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体圧縮機。
  4. 　前記吐出室と前記外部マフラの容積の合計が、前記圧縮機構の排除容積の８倍プラスマイナス所定の誤差α以上、１２倍プラスマイナス所定の誤差β以下に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の流体機械。
  5. 　前記吐出室と前記外部マフラの容積の合計が、前記圧縮機構の排除容積の１０倍プラスマイナス所定の誤差γに設定されていることを特徴とする請求項３に記載の流体機械。
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