JP2003269336A - 圧縮機及び油分離器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 付加的な部品を追加することなく、圧縮機に
高い潤滑油分離能力を付与する。 【解決手段】 流体を吸入、圧縮する圧縮機構と、圧縮
機構から吐出された流体に混入した潤滑油を流体から分
離するための油分離室５４とを圧縮機１０のハウジング
１２に設け、圧縮機構で圧縮された流体を油分離室５４
に導入し、流体中に混入した潤滑油を油分離室５４に設
けられた内壁６０に接触させる。例えば油分離室５４の
内壁６０に複数の凹凸を設けることにより、潤滑油が接
触し得る内壁６０の表面積を増加させ、油分離室５４内
に導入された流体中に混入する潤滑油が内壁６０の表面
に捕捉される量を増加させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍装置や空気調
和装置などに使用される圧縮機に関し、より詳細には、
圧縮機で圧縮された流体に混入した潤滑油を流体から分
離するための油分離器に関する。

【０００２】

【従来の技術】往復圧縮機、回転式圧縮機、スクロール
型圧縮機などの圧縮機は、一般に、固定部と可動部とを
含んだ圧縮機構を備えており、圧縮機構では、固定部と
可動部とにより形成された圧縮空間内に冷媒ガスや空気
などの流体を導入した後、固定部に対して可動部を摺動
させることにより、圧縮空間内の流体に圧縮作用を与え
ている。このとき、固定部と可動部との間の摺動を円滑
にすると共に、固定部と可動部との間に存在する間隙を
塞ぎ、圧縮空間のシール性（密封性）を高めるために、
潤滑油が固定部と可動部との間に供給されるが、潤滑油
は圧縮空間内にも漏出するため、運転時に、圧縮空間内
に導入された流体中に混入してしまう。また、近年で
は、圧縮空間内に吸入される流体にミスト状の潤滑油を
意図的に混入させることにより、圧縮機構の潤滑及び圧
縮空間のシールを行うようにした圧縮機も多くなってい
る。

【０００３】ところが、冷凍装置や空気調和装置で上述
の圧縮機が使用される場合には、流体中に混入した潤滑
油が凝縮器に到達すると、凝縮器の伝熱面が潤滑油の油
膜で覆われ伝熱作用を阻害し、冷凍効果又は冷却効果を
低下させる問題を招くと共に、潤滑油の消費により潤滑
油を不足させ、潤滑不良事故を引き起こす恐れが生じ
る。

【０００４】そこで、一般に、冷凍装置や空気調和装置
などでは、圧縮機構の吐出側に、流体から潤滑油を分離
するための油分離室を備えた油分離器などを設け、ここ
に圧縮機構から吐出されたガスとミスト状潤滑油とを含
む混合物からなる流体を導入し、流体中に混入したミス
ト状の潤滑油を油分離室の壁面に接触させて、潤滑油を
壁面に捕捉し、流体から分離するようにしている。ま
た、分離された潤滑油はさらに収集され、再度圧縮機構
に帰還させるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】凝縮器の伝熱作用の阻
害や圧縮機における潤滑油の不足を防止するために、こ
のような油分離器は、高い潤滑油分離能力を有している
ことが要求される。この要求を満たすものとして、例え
ば、圧縮機の圧縮空間から導入された流体を油分離器の
分離室内で螺旋状に旋回させ、ガスに比べて比重の重い
ミスト状潤滑油を遠心分離作用によりガスから分離する
ようにした油分離器がある。しかしながら、このような
遠心分離作用を利用した油分離器では、低負荷時など圧
縮機が低回転数で運転されているときには、分離室内に
導入される流体は十分な旋回速度を得ることができず、
遠心分離作用が低下し、潤滑油分離能力も低下するとい
う問題を抱えている。

【０００６】また、分離室内に導入されるときの流動速
度の変動が潤滑油分離能力に影響を与えにくいものとし
ては、特開平５−１９５９７１号公報に開示されている
ように、圧縮機の圧縮空間からの吐出口と対向して、円
形屋根形状の部材を配置し、この部材に流体を衝突さ
せ、流体から潤滑油を分離させるようにした油分離器が
存在する。しかしながら、この場合には、円形屋根形状
の部材を追加する必要があると共に、潤滑油の捕捉率を
向上させるためには、大型の部材を使用する必要があ
り、油分離器を大型にさせるだけでなく、圧力損失を増
加させ、圧縮機の圧縮効率を低下させる問題を生じさせ
てしまう。

【０００７】よって、本発明の目的は、付加的な部品を
追加することなく、圧縮機に高い潤滑油分離能力を付与
することにある。また、他の目的は、圧縮機の運転状
態、すなわち回転数に関わらず、高い潤滑油分離能力を
維持させることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、圧縮機又は油分離器の油分離室に設けら
れた壁の表面形状をその表面積が平滑面と比較して増加
するように形成することを特徴としている。これによ
り、分離室内に導入された流体中に混入する潤滑油が接
触し得る壁の表面積が増加するので、流体中に混入した
潤滑油が壁の表面に物理的に接触する量が増加し、壁の
表面に捕捉される潤滑油の量が増加する。したがって、
上記特徴は、圧縮機又は油分離器の油分離室の潤滑油分
離能力を向上させる効果を奏する。

【０００９】なお、油分離室に設けられた壁の表面に複
数の凹凸を設けることにより、壁の表面積を増加させる
ことが好ましい。これにより、分離室の壁の表面の近傍
に乱流を生じさせて、流体中の潤滑油を壁の表面に接触
しやすくさせ、壁の表面に捕捉される潤滑油の量をさら
に増加させる効果を奏する。また、油分離室の壁の表面
に凹凸状に形成することは、乱流を生じさせることによ
り、油分離室の壁の表面付近の流動抵抗が低下すること
につながることから、遠心分離作用を利用して流体から
潤滑油を分離するようにした圧縮機又は油分離器などに
おいて、例えば圧縮機が低回転域で運転しており、油分
離室内に導入される流体に十分な旋回速度を付与するこ
とができない場合に、潤滑油分離能力を向上させるのに
特に有効となる。

【００１０】また、油分離室の内壁の表面形状をその表
面積が増加させるように形成してもよく、別に油分離室
内で、圧縮機構から吐出される流体が衝突する位置に設
けられた邪魔板の表面形状をその表面積が増加するよう
に形成してもよい。これにより、流体から潤滑油を分離
するために既に設置されている部品の表面を、その表面
積を平滑面と比較して増加させるような形状に加工する
だけで、潤滑油分離能力を向上させることができる一
方、新たに部品を追加することもなく付加的な費用を抑
制することが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
添付図面を参照して説明する。

【００１２】図１は本発明による分離室を備えた圧縮機
の一実施形態を示している断面図、図２は図１の線ＩＩ
−ＩＩに沿った断面図である。

【００１３】本発明は、潤滑油を用いて、圧縮空間を形
成する固定部と可動部との間の摺動を円滑にするタイプ
の任意の圧縮機、例えば、往復圧縮機、回転式圧縮機、
スクロール型圧縮機など及びこれらと共に使用される油
分離器に適用可能であるが、ここでは、車両用空調装置
において使用されるスクロール型圧縮機に本発明を適用
した実施形態を例に本発明を説明する。

【００１４】図１に示されるスクロール型圧縮機１０で
は、ハウジング１２が、フロントハウジング１４と、渦
巻状体１６を有し、フロントハウジング１４に固定され
た固定スクロール１８と、固定スクロール１８に固定さ
れたリアハウジング２０、２０ａとにより構成されてい
る。フロントハウジング１４と固定スクロール１８との
間に形成された空間には、渦巻状体２２を有し、固定ス
クロール１８に対して旋回する可動スクロール２４が配
設されている。

【００１５】固定スクロール１８及び可動スクロール２
４は、それぞれの渦巻状体１６、２２を咬合させること
により、その間に圧縮空間２６を形成しており、フロン
トハウジング１４に転がり軸受２８を介して回転可能に
支持されているシャフト３０と共に、圧縮機構を構成し
ている。また、可動スクロール２４の半径方向外側には
吸入室３２が形成されており、ここに圧縮機１０の外部
から冷媒ガスや空気などの圧縮すべき流体が供給され
る。

【００１６】シャフト３０は、その一端が、例えば、図
示されていない車両エンジン等の外部駆動源に接続され
ており、外部駆動源の出力により回転駆動される。ま
た、シャフト３０の他端（可動スクロール２４側）に
は、シャフト３０の回転軸線３４から所定量だけ偏心し
た駆動キー部３６が形成されており、駆動キー部３６の
外側にはブッシュ３８が配置されている。さらに、ブッ
シュ３８には、ニードル軸受４０を介して可動スクロー
ル２４が回転可能に接続されている。

【００１７】なお、可動スクロール２４とフロントハウ
ジング１４との間には、自転防止機構４２が設けられて
おり、シャフト３０を回転させたときに、可動スクロー
ル２４がブッシュ３８周りに自転しないようになってい
る。したがって、シャフト３０を回転させたとき、可動
スクロール２４は自転せずに公転運動のみを行う。ま
た、ブッシュ３８には、バランスウエイト４４が設けら
れており、可動スクロール２４の公転に伴う遠心力を相
殺するようになっている。

【００１８】固定スクロール１８及びリアハウジング２
０はその間に吐出室４６を形成しており、圧縮機構の圧
縮空間２６内で圧縮された流体は、固定スクロール１８
の概略中央に形成された吐出口４８を介して、吐出室４
６に吐出される。吐出口４８には、流体が吐出室４６か
ら圧縮空間２６内に逆流することを防止するために、吐
出弁５０が設けられていると共に、吐出弁５０の最大開
度を規制するために、ストッパ５２が設けられている。

【００１９】リアハウジング２０、２０ａ内には、さら
に、吐出室４６に吐出された流体に混入した潤滑油を分
離するための油分離器として機能する油分離室５４が形
成されており、上部に接続されている出口管５６を介し
て凝縮器などの外部回路と連通していると共に、下部に
接続されている帰還通路５８を介して圧縮機構とも連通
している。

【００２０】図１及び図２を参照すると、本実施形態に
おける油分離室５４は、中心軸線が図中上下方向に延び
る概略円柱形状になっており、油分離室５４の内壁６０
に形成された導入口６２を介して吐出室４６と連通して
いる。また、導入口６２は、ここから導入される流体が
油分離室５４の円筒状内壁６０の概略接線方向に向けて
流がれるように配置されている。したがって、潤滑油を
混入して圧縮空間２６から吐出室４６に吐出された流体
は、導入口６２で通過面積を絞られることにより十分な
流速を与えられて油分離室５４内に導入され、油分離室
５４の内壁６０に沿って旋回させられる。この結果、流
体中に混入していた潤滑油は、遠心分離作用により、油
分離室５４の内壁６０に接触、捕捉されて、流体から分
離されることになる。

【００２１】さらに、本発明によれば、油分離室５４の
壁（本実施形態においては内壁６０）の表面形状は、流
体から潤滑油を分離、除去する潤滑油分離能力を向上さ
せるために、表面が平滑な場合と比較して壁の表面積が
増加するように形成される。図１及び図２に示されてい
る実施形態では、ビード又は窪みを設けるなどして油分
離室５４の内壁６０の表面に複数の不規則な凹凸を形成
することによって、油分離室５４の内壁６０の表面積を
増加させている。もちろん、他の手法により油分離室５
４の内壁６０の表面に凹凸を形成してもよい。例えば、
リアハウジング２０、２０ａの油分離室５４を鋳造によ
り作成してその際の鋳造表面をそのまま活用することも
可能である。

【００２２】このようにして油分離室５４の内壁６０の
表面積を増加させることにより、流体に混入されたミス
ト状の潤滑油は、流体が油分離室５４内に導入され内壁
６０に沿って流動する際に、油分離室５４の内壁６０の
表面に物理的に接触する量が増加するので、従来のよう
な内壁６０の表面が平滑になっている油分離室５４と比
較して、より多くの量の潤滑油を内壁６０の表面に捕捉
することが可能となる。

【００２３】さらに、油分離室５４の内壁６０の表面に
複数の凹凸が形成されていることにより、流体が流動す
るときに、内壁６０の表面付近では乱流が生じる。この
結果、流体に混入しているミスト状の潤滑油が油分離室
５４の内壁６０の表面に接触又は衝突しやすくなるの
で、内壁６０の表面に捕捉される潤滑油の量を増加させ
る効果を奏する。

【００２４】また、乱流が生じることにより、内壁６０
の表面付近の流動抵抗は大きく低下し、内壁６０に沿っ
て流体が移動する際の速度減衰が小さくなる。この結
果、実施形態のように、遠心分離作用を利用して流体か
ら潤滑油を分離する場合には、導入口６２から導入され
る際に流体に付与された旋回速度が減少しにくくなるこ
とから、流体はより長い距離を移動して、ミスト状潤滑
油が内壁６０に衝突又は接触する回数が増加させること
に加え、十分な遠心分離作用も維持されて、内壁６０に
捕捉され、流体から分離される潤滑油の量は増加するこ
とになる。したがって、低負荷時など圧縮機１０が低回
転数域で運転されており、油分離室５４に導入される流
体が十分な旋回速度を有さず、十分な遠心分離作用を得
にくい場合に、本発明は特に有利となる。

【００２５】なお、本実施形態では、油分離室５４は、
流体から分離、収集された潤滑油を油分離室５４の下部
に貯留することができ、貯油室をも兼ねている。また、
本実施形態では、油分離室５４は帰還通路５８を通して
吸入室３２と連通しており、油分離室５４内で分離、収
集された潤滑油は、吸入室３２に帰還して、必要とされ
る量に応じて吸入室３２内の流体に潤滑油を混入させら
れ、これにより圧縮機構の潤滑及び圧縮空間２６のシー
ルを行っている。

【００２６】次に、本実施形態の圧縮機１０の動作を説
明する。

【００２７】車両エンジンなど外部駆動源の出力がシャ
フト３０に伝達され、シャフト３０が回転駆動される
と、シャフト３０の回転に伴って駆動キー部３６を介し
て可動スクロール２４が旋回させられる。このとき、可
動スクロール２４は、自転防止機構４２によりブッシュ
３８周りの自転は行わず、シャフト３０の回転軸線３４
周りの公転のみを行う。

【００２８】可動スクロール２４の半径方向外側に形成
された吸入室３２には圧縮機１０の外部から冷媒ガスや
空気などの流体が供給されており、帰還経路５８を通じ
て供給される潤滑油が吸入室３２で流体に混入させられ
る。潤滑油は吸入室３２に供給される前に混入させられ
ることも可能である。

【００２９】可動スクロール２４が固定スクロール１８
に対して旋回運動を行うと、潤滑油を混入された流体
は、吸入室３２から可動スクロール２４と固定スクロー
ル１８により形成された圧縮空間２６に吸入され、圧縮
空間２６内で圧縮される。圧縮空間２６は、可動スクロ
ール２４の旋回により、吸入室３２と連通した状態とな
る固定スクロール１８の外側位置から固定スクロール１
８の中央部へ向かって渦巻状に移動するに伴って、徐々
に縮小され、内部の流体を圧縮していく。そして、圧縮
空間２６が固定スクロール１８の中央部に到達すると、
高圧に圧縮された流体が固定スクロール１８の中央部に
設けられた吐出口４８から吐出室４６に吐出される。

【００３０】吐出室４６に吐出された流体は、油分離室
５４に通じる比較的小径の導入口６２により通過面積を
絞られて十分な流速を付与された後、油分離室５４の内
壁６０の接線方向に向けて導入され、油分離室５４の内
壁６０に沿って螺旋状に旋回移動する。このとき、旋回
による遠心分離作用により、流体中に混入されたミスト
状の潤滑油が流体から分離される。

【００３１】さらに、油分離室５４の内壁６０には複数
の凹凸が形成されており、内壁６０の表面近傍で乱流を
発生させる上に、流体が内壁６０と接触し得る表面積を
増加させられていることから、流体中に混入しているミ
スト状潤滑油が内壁６０に接触又は衝突しやすくなり、
平滑な表面の内壁６０と比較してより多くの量の潤滑油
が内壁６０に捕捉され、流体中から分離され得る。

【００３２】したがって、本実施形態の圧縮機１０で
は、圧縮機が低回転数域で運転されており、油分離室５
４に導入される流体に十分な流動速度を付与することが
できず、十分な遠心分離作用を望めない場合でも、十分
な潤滑油分離能力を発揮することが可能となる。

【００３３】油分離室５４において潤滑油を分離された
流体は、油分離室５４の上部に接続された出口管５６を
通じて凝縮器などの外部回路に送られる。一方、分離さ
れた潤滑油は重力の作用により油分離室５４の内壁６０
に沿って下方に流れ、油分離室５４の下部に収集され、
貯留される。そして、油分離室５４の下部に接続されて
いる帰還通路５８を通じて圧縮機構の吸入室３２に帰還
させられる。

【００３４】以上、スクロール型圧縮機１０に一体的に
形成され、遠心分離作用を利用して流体から潤滑油を分
離する油分離室５４の内壁６０の表面形状に本発明を適
用した実施形態を例として本発明の原理を説明した。し
かしながら、本発明は上記実施形態に限定されるもので
はない。

【００３５】例えば、油分離室５４は、上記実施形態の
ように圧縮空間２６の出口側に圧縮機と一体的に設けら
れだけでなく、圧縮機１０と凝縮器との間に別個の装置
（油分離器）として設けられてもよい。

【００３６】また、本発明は、特開平５−１９５９７１
号公報に記載されているように、油分離室５４に導入さ
れた流体を邪魔板６４に衝突させることにより、邪魔板
６４の表面に流体中に混入しているミスト状潤滑油を捕
捉し、流体から潤滑油を分離するようにした油分離器５
４にも適用可能である。この場合には、図３に示されて
いるように、流体を接触させて流体に混入している潤滑
油を捕捉、除去する壁として油分離室５４に設けられた
邪魔板６４の表面形状を変化させ、例えば邪魔板の表面
に複数の凹凸を形成することにより邪魔板６４の表面積
を増加させればよい。

【００３７】また、実施形態では、スクロール型圧縮機
１０を例示しているが、往復圧縮機や回転型圧縮機など
他のタイプの任意の圧縮機に適用可能であり、圧縮機が
低回転域で運転されることが多い業務用空調機器や運転
負荷の変動が激しい車両用空調機器で使用される圧縮機
に特に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による油分離室を備えた圧縮機の一実施
形態を示している断面図である。

【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。

【図３】本発明による油分離室の第２の実施形態を示し
ている断面図である。

【符号の説明】

１０…圧縮機 １２…ハウジング １４…フロントハウジング １８…固定スクロール ２０…リアハウジング ２０ａ…リアハウジング ２４…可動スクロール ２６…圧縮空間 ３０…シャフト ５４…油分離室 ５８…帰還通路 ６０…内壁 ６２…導入口 ６４…邪魔板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体を吸入、圧縮する圧縮機構と、該圧
   縮機構から吐出された流体に混入した潤滑油を該流体か
   ら分離するための油分離室とをハウジングに備え、前記
   圧縮機構で圧縮された流体を前記油分離室に導入し、流
   体中に混入した潤滑油を前記油分離室に設けられた壁に
   接触させることにより、前記壁に潤滑油を捕捉し、潤滑
   油の分離された流体を前記油分離室から排出する圧縮機
   において、 前記壁の表面形状をその表面積が増加するように形成す
   ることにより、前記油分離室内に導入された前記流体中
   に混入する潤滑油が前記壁の表面に捕捉される量を増加
   させるようにしたことを特徴とする圧縮機。
2. 【請求項２】 前記壁の表面に複数の凹凸を設けること
   により、前記壁の表面積を増加させる、請求項１に記載
   の圧縮機。
3. 【請求項３】 前記壁は、前記油分離室の内壁である、
   請求項１又は請求項２に記載の圧縮機。
4. 【請求項４】 前記壁は、前記油分離室内で、前記圧縮
   機構から吐出される流体が衝突する位置に設けられた邪
   魔板である、請求項１又は請求項２に記載の圧縮機。
5. 【請求項５】 潤滑油を混入した流体から潤滑油を分離
   するための油分離室を備え、圧縮機で圧縮された流体を
   前記油分離室に導入し、流体中に混入した潤滑油を前記
   油分離室に設けられた壁に接触させることにより、前記
   壁に潤滑油を捕捉し、前記流体から潤滑油を分離する油
   分離器において、 前記壁の表面形状をその表面積が増加するように形成す
   ることにより、前記油分離室に導入された前記流体中に
   混入する潤滑油が前記壁の表面に捕捉される量を増加さ
   せるようにしたことを特徴とする油分離器。