JP2008057389A - 気体圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】気体圧縮機において、低速時における油分離効率を高くするとともに、高速時における油分離効率を低くする。
【解決手段】内周壁面６１ａ，６５ａおよび底壁面６１ｅ，６５ｅ（底面）によって囲まれた略円柱状空間６３，６７（旋回空間）に、中空筒部６２，６６を有し、冷媒ガスＧ（気体）に含有された冷凍機油Ｒ（油分）を遠心分離するサイクロンブロック６０（油分離器）は、直列接続された２つの油分離部６４，６８を有するとともに、サイクロンブロック６０に流入する冷媒ガスＧの流速が相対的に速いときは、冷媒ガスＧが第１油分離部６４のみを通過し、冷媒ガスＧの流速が相対的に遅いときは、冷媒ガスＧが両油分離部６４，６８を順次通過するように設定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は気体圧縮機に関し、詳細には、圧縮機本体から吐出された圧縮気体から油分を遠心分離する油分離器の改良に関する。

従来より、空気調和システム（以下、空調システムという。）には、冷媒ガスなどの気体を圧縮して、空調システムに気体を循環させるための気体圧縮機（コンプレッサ）が用いられている。

ここで、一般的なコンプレッサの１つとして例えばベーンロータリ形式のコンプレッサが知られている。このベーンロータリ形式のコンプレッサは、ハウジングの内部に、圧縮機本体が収容された構成となっている。

圧縮機本体は、回転軸と一体的に回転する略円柱状のロータと、ロータの外方を取り囲むシリンダと、ロータに埋設されて、突出側の先端が、断面輪郭形状が略楕円形のシリンダの内周面に追従するように該ロータの外周面からの突出量が可変とされた板状のベーンと、ロータやベーンを、ロータの両端面側から覆う２つのサイドブロックとを備えている。

そして、ロータの回転方向について相前後する２つのベーン、シリンダの内周面、ロータの外周面および両サイドブロックの端面により、ロータの回転に伴ってその容積が変化し、吸入された気体を圧縮して吐出する複数の圧縮室が画成されている。

また、ハウジングの内面と圧縮機本体の外面とにより、圧縮機本体を挟んで一方の側に、圧縮機本体に吸入される気体が通過する低圧雰囲気の吸入室が形成されているとともに、圧縮機本体を挟んで他方の側に、圧縮機本体から吐出された気体が通過する高圧雰囲気の吐出室（油分が分離された気体の通過する空間）が形成されている。

ここで、吐出室を画成するサイドブロックには、圧縮室で圧縮された高圧の気体を、吐出室に導くための吐出路が形成されているとともに、吐出された気体に混じった冷凍機油等の油分を遠心分離するための油分離器が取り付けられている。

この油分離器は、圧縮機本体から吐出された気体を、所定の内周壁面に沿って旋回させつつ降下させることで、油分を遠心分離して底部から排油するとともに、油分が分離された後の気体を、中空筒部から上方に排気するものである（特許文献１）。
特開２００３−０９０２８６号公報

ところで、例えば、車載の空調機用気体圧縮機では、車両のエンジンを駆動力としているため、気体圧縮機の回転速度はエンジンの回転速度に依存する。

しかし、エンジンの低速回転時であっても、冷房性能はある程度維持する必要があり、このことは、気体圧縮機の低速回転時における油分離効率を高める要求が高い。

一方、冷房性能が過多となり易い高速回転時は、圧縮機本体を、空調システムを循環する油分によって冷却するのが効果的であり、そのためには、空調システムを循環する油分をある程度確保することが必要であり、したがって、気体圧縮機での油分離効率を低くすることが求められる。

これに対して、実際の遠心分離形式の油分離器は、圧縮機本体から吐出する圧縮気体の流速を利用して油分を分離しているため、油分離効率は、低速時において低く、高速時において高くなり、上述した求められる油分離特性とは反対の特性を示す。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、低速時における油分離効率を高くするとともに、高速時における油分離効率を低くす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。

本発明に係る気体圧縮機は、圧縮気体を、その高速時には単一の油分離部だけを通し、低速時には２つの油分離部を直列的に順次通すことで、高速時における油分離効率を低くするとともに、低速時における油分離性能を高めたものである。

すなわち、本発明に係る気体圧縮機は、ハウジングの内部に、気体を圧縮する圧縮機本体と、内周壁面および底面によって囲まれた旋回空間に前記内周壁面と略同軸に延びた中空筒部を有し、前記圧縮気体が前記内周壁面に沿って降下しつつ旋回することにより、該圧縮気体に含有された油分を遠心分離し、降下後の圧縮気体が前記中空筒部を通る油分離器と、を備えた気体圧縮機において、前記油分離器は、直列接続された２つの油分離部を有するとともに、該油分離器に流入する前記圧縮気体の流速が相対的に速いときは、該圧縮気体が前記２つの油分離部のうち一方の油分離部のみを通過し、該油分離器に流入する前記圧縮気体の流速が相対的に遅いときは、該圧縮気体が前記２つの油分離部を順次通過するように設定されていることを特徴とする。

このように構成された本発明に係る気体圧縮機によれば、油分離器に流入する圧縮気体の流速が相対的に速いときは、圧縮気体は２つの油分離部のうち一方の油分離部のみを通過するため、高速時の油分離効率を低くすることができ、一方、油分離器に流入する圧縮気体の流速が相対的に遅いときは、圧縮気体が２つの油分離部を順次通過するため、低速時の油分離効率を高くすることができる。

なお、本発明に係る気体圧縮機においては、２つの油分離部を互いに略同一の構成としてもよいし、互いに異なる構成としてもよい。

互いに異なる構成としては、例えば、中空筒部の長さを異なるものとしてもよい。ここで、中空筒部の長さが長い物は短いものよりも油分離効率を高くすることができる。

本発明に係る気体圧縮機によれば、高速時の油分離効率を低くするとともに、低速時の油分離効率を高くすることができる。

以下、本発明の気体圧縮機に係る最良の実施形態について、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式コンプレッサ１００（気体圧縮機）を示す縦断面図、図２は図１に示したコンプレッサ１００におけるＡ−Ａ線に沿った断面を示す図、図３は図１に示したコンプレッサ１００におけるＢ−Ｂ線に沿った断面を示す図、図４は図３に示した遠心分離方式のサイクロンブロック６０の中空筒部６２，６６を抽出した断面図である。

図示のコンプレッサ１００は、例えば、冷却媒体の気化熱を利用して冷却を行なう空気調和システム（以下、単に空調システムという。）の一部として構成され、この空調システムの他の構成要素である凝縮器、膨張弁、蒸発器等（いずれも図示を省略する。）とともに、冷却媒体の循環経路上に設けられている。

そして、コンプレッサ１００は、空調システムの蒸発器から取り入れた気体状の冷却媒体としての冷媒ガスＧを圧縮し、この圧縮された冷媒ガスＧを空調システムの凝縮器に供給する。凝縮器は、圧縮された冷媒ガスＧを液化させ、高圧で液状の冷媒として膨張弁に送出する。

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。低圧の液状冷媒は、蒸発器において周囲の空気から吸熱して気化し、この気化熱との熱交換により蒸発器周囲の空気を冷却する。

また、コンプレッサ１００は、ケース１１とフロントヘッド１２とからなるハウジングの内部に収容された圧縮機本体と、フロントヘッド１２に取り付けられ、図示しない動力源からの駆動力を圧縮機本体に伝える伝達機構１３とを備える。そして、圧縮機本体は、複数のボルトによってフロントヘッド１２に固定され、伝達機構１３は、ラジアルボールベアリング１４を介して、フロントヘッド１２に回転自在に支持されている。

ケース１１は、一端開放の筒状体を呈し、フロントヘッド１２は、このケース１１の開放された部分を覆うように組み付けられている。

フロントヘッド１２には、蒸発器から低圧の冷媒ガスＧが吸入される吸入ポート１２ａが形成され、この吸入ポート１２ａには、冷媒ガスＧの逆流を防ぐ逆止弁１２ｂが設けられている。一方、ケース１１には、圧縮機本体で圧縮された高圧の冷媒ガスＧを凝縮器に吐出する吐出ポート１１ａが形成されている。

ハウジング内に収容された圧縮機本体は、伝達機構１３を介して供給された駆動力によって軸回りに回転する回転軸５１と、この回転軸５１とともに回転する円柱状のロータ５０と、ロータ５０の外周面の外方を取り囲む断面輪郭略楕円形状の内周面４９ａを有するとともに、両端が開放されたシリンダ４０と、図２に示すように、ロータ５０の外方に向けて突出可能にロータ５０に埋設され、その突出側の先端がシリンダ４０の内周面４９ａに追従するように突出量が可変とされ、回転軸５１回りに等角度間隔で配置された５枚の板状のベーン５８と、シリンダ４０の両側開放端面の外側からそれぞれ開放端面を覆うように固定されたフロントサイドブロック３０およびリヤサイドブロック２０とからなる。

そして、２つのサイドブロック２０，３０、ロータ５０、シリンダ４０、および回転軸５１の回転方向（図２において時計回りの矢印方向）に相前後する２つのベーン５８，５８によって画成された各圧縮室４８の容積が、回転軸５１の回転にしたがって増減を繰り返すことにより、各圧縮室４８に吸入された冷媒ガスＧを圧縮して吐出するように構成されている。

なお、ロータ５０の両端面５０ａ，５０ｂからそれぞれ突出した回転軸５１の部分のうち一方の部分は、フロントサイドブロック３０の軸受部３２に軸支されるとともに、フロントヘッド１２を貫通して外方まで延び、この貫通部分がフロントヘッド１２により軸支され、外方に延びた部分が伝達機構１３に連結されている。同様に回転軸５１の突出部分のうち他方の側は、リヤサイドブロック２０の軸受部２２により軸支されており、これらによって、回転軸５１は、リヤサイドブロック２０およびフロントサイドブロック３０に対して回転自在とされている。

また、回転軸５１のうち、フロントサイドブロック３０の軸受部３２よりも外側部分であってフロントヘッド１２よりも内側の部分には、リップシール１５が配置されて、冷凍機油Ｒが、回転軸５１とフロントヘッド１２との隙間からフロントヘッド１２の外部に漏れるのを阻止している。

そして、フロントヘッド１２による回転軸５１の支持と、ボルトによるフロントヘッド１２へのフロントサイドブロック３０の固定と、両サイドブロック２０，３０の外周部がＯリングによりケース１１，フロントヘッド１２の内周面に保持されることとによって、圧縮機本体はハウジング内の所定位置に保持されている。

また、圧縮機本体がケース１１の内部に収容された状態で、リヤサイドブロック２０とケース１１とにより、圧縮機本体から高圧の冷媒ガスＧが吐出される高圧雰囲気の吐出室２１（冷凍機油Ｒが分離された冷媒ガスＧの通過する空間）が形成され、一方、フロントサイドブロック３０とフロントヘッド１２とにより、圧縮機本体に低圧の冷媒ガスＧを供給する低圧雰囲気の吸入室３４が形成され、吐出室２１は吐出ポート１１ａに連通し、吸入室３４は吸入ポート１２ａに連通している。そして、吸入室３４と吐出室２１とは、前述したＯリング等によって気密に隔絶されている。

また、リヤサイドブロック２０には、冷凍機油Ｒを冷媒ガスＧから遠心分離するサイクロンブロック６０（油分離器）が取り付けられており、このサイクロンブロック６０は吐出室２１内に、その外面が露出して配置されている。なお、リヤサイドブロック２０とサイクロンブロック６０との間には、短円柱状の軸背圧空間６８が形成されている。

吐出室２１の下部には、このコンプレッサ１００の摺動部等を潤滑、冷却、清浄するとともに、ベーン５８をシリンダ４０の内周面４９ａに向けて突出させて、その先端を内周面４９ａに当接させた状態に付勢するように、ベーン５８に背圧を作用させる冷凍機油Ｒが溜められている。

すなわち、ロータ５０には、図２に示すように、スリット状のベーン溝５６が放射状に、かつロータ５０の回転中心回りに等角度間隔で５つ形成され、これらのベーン溝５６に、前述のベーン５８が挿入され、各ベーン５８は、ロータ５０の回転によって生じる遠心力と、ベーン溝５６およびベーン５８の底面によって画成された背圧室５９（背圧空間の一部）に加えられる冷凍機油Ｒの油圧（背圧）とにより、シリンダ４０の内周面４９ａに向けて突出し、このベーン５８の突出した先端がシリンダ４０の内周面４９ａに当接した状態に付勢され、回転軸５１の回転に伴って、この先端は内周面４９ａに追従する。

これにより、シリンダ４０と、ロータ５０と、回転軸５１の回転方向について相前後する２つのベーン５８，５８と、フロントサイドブロック３０と、リヤサイドブロック２０とにより画成された各圧縮室４８は、ロータ５０の回転にしたがって容積の変化を繰り返す。

また、フロントサイドブロック３０には、吸入室３４と圧縮室４８とを連通させるフロント側吸入口３１が開口しており、吸入ポート１２ａから吸入室３４に導入された冷媒ガスＧは、このフロント側吸入口３１を介して圧縮室４８に吸入される。

一方、シリンダ４０の外周の一部には凹部が形成され、この凹部は、両サイドブロック２０，３０の各内側端面とケース１１の内周面とによって囲まれた吐出チャンバ４５を形成している。

そして、この吐出チャンバ４５が形成されて薄肉化されたシリンダ４０のうち、冷媒ガスＧの圧縮行程に対応した圧縮室４８に臨む部分に、圧縮室４８内の冷媒ガスＧを圧縮室４８の外部、すなわち吐出チャンバ４５に吐出させる吐出口４２が設けられているとともに、圧縮室４８の内部圧力に応じて吐出口４２を開閉するリードバルブ４３が配設されている。

リードバルブ４３は板ばね状であって、圧縮室４８の冷媒ガスＧから吐出口４２を通じて作用する圧力（詳細には、この圧力と吐出チャンバ４５の内部の圧力（さらに、リードバルブ４３を吐出口４２に付勢している場合には、その付勢力に応じた初期負荷圧力も加算した圧力）との差）に応じて吐出チャンバ４５の側に撓むように弾性変形し、この弾性変形によって、閉止していた吐出口４２を開放する。

また、このリードバルブ４３が、過大な撓みにより破損したり、大きな撓みの持続によって永久変形が生じるのを防止するために、リードバルブ４３の変形量を規制するバルブサポート４４が、リードバルブ４３に重ね合わされて、シリンダ４０に共締め固定されている。

そして、圧縮室４８から吐出口４２、リードバルブ４３を通って吐出チャンバ４５に吐出された高圧の冷媒ガスＧは、リヤサイドブロック２０を介して、サイクロンブロック６０の内部に導入される。

サイクロンブロック６０は、吐出チャンバ４５から吐出した高圧の冷媒ガスＧを旋回させる内周壁面６１ａおよびこの内周壁面６１ａに連続する底壁面６１ｅ（底面）で囲まれた略円柱状空間６３（旋回空間）を有し、冷媒ガスＧが内周壁面６１ａに沿って降下しつつ旋回することにより、冷媒ガスＧに含有された冷凍機油Ｒを遠心分離する遠心分離本体部６１と、略円柱状空間６３内に内周壁面６１ａと略同軸に延び、旋回した冷媒ガスＧを底壁面６１ｅとは反対側の端面（図１において上面）側から遠心分離本体部６１の外部に導く中空筒状の中空筒部６２とを備えた第１油分離部６４と、この第１油分離部６４と同様の構成の第２油分離部６８とが、図３に示すように、図１の紙面奥行き方向に直列接続されている。

すなわち、第１油分離部６４は、遠心分離本体部６１と中空筒部６２とを備え、第２油分離部６８も、冷媒ガスＧを旋回させる内周壁面６５ａおよびこの内周壁面６５ａに連続する底壁面６５ｅ（底面）で囲まれた略円柱状空間６７（旋回空間）を有し、冷媒ガスＧが内周壁面６５ａに沿って降下しつつ旋回することにより、冷媒ガスＧに含有された冷凍機油Ｒを遠心分離する遠心分離本体部６５と、略円柱状空間６７内に内周壁面６５ａと略同軸に延び、旋回した冷媒ガスＧを底壁面６５ｅとは反対側の端面（図１において上面）側から遠心分離本体部６５の外部に導く中空筒状の中空筒部６６とを備えている。

なお、本実施形態のコンプレッサ１００においては、２つの遠心分離本体部６１，６５は一体的に構成されており、２つの油分離部６４，６８は一体を為しているが、この形態に限定されるものではなく、両油分離部６４，６８は別体であってもよい。

また、各油分離部６４，６８の底壁面６１ｅ，６５ｅと同一面上において、内周壁面６１ａ，６５ａが形成された周壁には、遠心分離されて底壁面６１ｅ，６５ｅに流れ落ちた冷凍機油Ｒを、吐出室２１の底部に排出する排油孔６１ｃ，６５ｃが形成されている。

一方、冷凍機油Ｒが分離した後の圧縮冷媒ガスＧは、底壁面６１ｅ，６５ｅから、略円柱状空間６３，６７の中心部分、中空筒部６２，６６の内部６２ａ，６６ａを通って上昇し、中空筒部６２，６６の上端開口６２ｃ，６６ｃから排気され、吐出室２１、吐出ポート１１ａを通って、コンプレッサ１００の外部に供給される。

ここで、第１油分離部６４の中空筒部６２の上端開口６２ｃには、中空筒部６２の内部６２ａを通過する冷媒ガスＧの流量が多くなるにしたがって開度が大きくなる弁６９が設けられている。

この弁６９は、例えば吐出チャンバ６５に配設された吐出弁と同様の構成であり、板ばね状のリードバルブ６９ａ（板状弾性体の板ばね）と、リードバルブ６９ａの過大な弾性変形を防止するバルブサポート６９ｂとを備え、これらリードバルブ６９ａおよびバルブサポート６９ｂは、中空筒部６２とともに、ネジ６９ｃによって、遠心分離本体部６１に共締め固定されている。

なお、弁６９としては、上述した板ばね状のリードバルブ６９ａに代えて、他の形式の弾性部材等を適用することもできる。

また、本実施形態のコンプレッサ１００における弁６９は、冷媒ガスＧの流量と弁６９の開度とが連続的に変化する対応関係を有するアナログ的なものであるが、冷媒ガスＧの流量が、予め設定された所定の閾値を超えるまでは開度がゼロで（閉じている）、当該閾値を超えると開度がゼロ以外（開いている）となる離散的な対応関係を有するデジタル的なものであってもよい。

中空筒部６２の、弁６９よりも上流側の部分には、第１油分離部６４の中空筒部６２の内部６２ａと第２油分離部６８の略円柱状空間６７とを連通させている連通孔６１ｄに連なる孔６２ｂが形成されている。

これにより、リードバルブ６９ａの開度が大きいときは、第１油分離部６４に導入された冷媒ガスＧは冷凍機油Ｒの分離後、中空筒部６２から外部に排出され、第２油分離部６８に回り込みにくく、実質的には、第１油分離部６４のみで冷凍機油Ｒの分離が行われる。

一方、リードバルブ６９ａの開度がゼロであるか、または開度が小さいときは、第１油分離部６４に導入された冷媒ガスＧは冷凍機油Ｒの分離後、中空筒部６２から外部に排出されにくくなり、中空筒部６２に形成された孔６２ｂおよび連通孔６１ｄを通って、略円柱状空間６７に臨む開口６５ｂから第２油分離部６８に導入され、冷媒ガスＧは２つの油分離部６４，６８を通過し、２つの油分離部６４，６６でそれぞれ冷凍機油Ｒの分離が行われる。

なお、本実施形態に係るコンプレッサ１００には、回転軸５１と軸受部２２，３２との間の潤滑、ロータ５０の各端面５０ａ，５０ｂと各サイドブロック２０，３０の内側端面２９，３９との間を潤滑等する目的と、ベーン５８をシリンダ４０の内周面４９ａに付勢すべく背圧空間（背圧室５９、後述するサライ溝２５および軸背圧空間６８）に油圧（背圧）を供給等する目的とにより、吐出室２１の下部に貯留した冷凍機油Ｒを各部位に導く構造を備えている。

すなわち、リヤサイドブロック２０に、軸受部２２に至る油路２３が形成され、また、リヤサイドブロック２０の内側端面（ロータ５０の端面５０ａに向いた面）２９には、軸受部２２における油路２３の開口から、軸受部２２と回転軸５１との間の微小隙間（絞り）を通って、ロータ５０の背圧室５９に連通する凹部であるサライ溝２５が形成されている。

また、軸受部２２まで延びた油路２３は、軸受部２２と回転軸５１との間の微小隙間（絞り）を介して、リヤサイドブロック２０とサイクロンブロック６０との間に形成された空間である軸背圧空間６８にも連通し、この軸背圧空間６８は背圧連通路２８を介してサライ溝２５に、圧力損失なく連通している。

これにより、背圧室５９、サライ溝２５、背圧連通路２８および軸背圧空間６８は、略同一の圧力Ｐｖとなり、ベーン５８の背圧空間を構成している。

この背圧空間に作用する圧力Ｐｖは、具体的には、低圧雰囲気の吸入室３４の圧力Ｐｓよりも高い圧力であって、軸受部２２と回転軸５１の周面部分との間の微小隙間（絞り）を通過した分だけ、高圧雰囲気の吐出室２１の圧力Ｐｄよりも低い中間圧（Ｐｓ＜Ｐｖ＜Ｐｄ）となる。

サライ溝２５は、軸受部２２の中心回りの所定角度範囲に亘って、略扇形状の輪郭（図２において破線で示す）を有する凹部であり、上述した微小隙間を通過して中間圧Ｐｖまで低下した冷凍機油Ｒが供給される。

そして、ロータ５０の回転に伴って、ロータ５０の端面５０ａに露呈しているベーン溝５６の背圧室５９がリヤサイドブロック２０のサライ溝２５を通過している間だけ、ベーン溝５６の背圧空間５９とサライ溝２５とが連通して、ベーン溝５６の背圧空間５９にサライ溝２５の中間圧Ｐｖの冷凍機油Ｒが供給され、ベーン５８はこの供給された冷凍機油Ｒの中間圧Ｐｖを受けて、シリンダ４０の内周面４９ａに向かって突出する。

また、シリンダ４０の底部側には、リヤサイドブロック２０の油路２３に接続する貫通孔４６が設けられ、フロントサイドブロック３０に、この貫通孔４６のフロントサイドブロック３０側の開口と軸受部３２とを連通させる油路３３が形成され、冷凍機油Ｒは、軸受部３２と回転軸５１との間の微小隙間を通過して中間圧Ｐｖまで降圧され、フロントサイドブロック３０の内側端面（ロータ５０の端面５０ｂに向いた面）３９に形成された凹部であるサライ溝３５等に導かれる。

なお、フロントサイドブロック３０のサライ溝３５も、リヤサイドブロック２０のサライ溝２５と同様、ロータ５０の背圧室５９に連通して、ベーン溝５６の背圧空間５９にサライ溝２５の中間圧Ｐｖの冷凍機油Ｒを供給し、ベーン５８はこの供給された冷凍機油Ｒの中間圧Ｐｖを受けて、シリンダ４０の内周面４９ａに向かって突出する。

また、リヤサイドブロック２０には、圧縮行程の終期（圧縮室４８内の圧力が最も高圧の状態）において圧縮室４８内の高圧により、ベーン５８がシリンダ４０の内周面４９ａから離れるのを防止する目的で、一層高圧（≒Ｐｄ）の冷凍機油Ｒを背圧室５９に供給するため、油路２３から分岐して、絞りを通過しないまま直接リヤサイドブロック２０の内側端面２９まで延びる高圧油路２７が形成されている。フロントサイドブロック３０にも同様の高圧油路３７が形成されている。

サライ溝２５，３５に供給された冷凍機油Ｒは、ロータ５０のベーン溝５８の背圧室５９が連通したときに、この背圧室５９にベーン５８の突出力を作用させるが、背圧室５９が連通しない角度範囲も含めて、ロータ５０の端面５０ａ，５０ｂと各サイドブロック２０，３０の端面２９，３９との間などにそれぞれ浸透して、これらの端面５０ａ，２９間、端面５０ｂ，３９間や、サイドブロック２０，３０の端面２９，３９とベーン５８の側面との間、ベーン５８の先端とシリンダ４０の内周面４９ａとの間など、摺動部分における摺動摩擦力を低減させている。

そして、各摺動部分に浸透した冷凍機油Ｒは、圧縮室４８内の冷媒ガスＧに混入し、冷媒ガスＧとともに圧縮室４８から吐出され、サイクロンブロック６０を介して吐出室２１に吐出される。

このように構成された本実施形態に係るコンプレッサ１００によれば、サイクロンブロック６０の導入孔６１ａから第１油分離部６４の略円柱状空間６３に導入された、高圧の冷媒ガスＧの流量が相対的に多いとき、すなわち圧縮機本体の回転速度が速いとき（単位時間当たりの回転数が多いとき）は、リードバルブ６９ａの開度が大きいため、第１油分離部６４に導入された冷媒ガスＧは冷凍機油Ｒの分離後、中空筒部６２から外部に排出され、第２油分離部６８に回り込みにくく、実質的には、第１油分離部６４のみで冷凍機油Ｒの分離が行われる。

一方、導入孔６１ａから第１油分離部６４の略円柱状空間６３に導入された、高圧の冷媒ガスＧの流量が相対的に少ないとき、すなわち圧縮機本体の回転速度が遅いとき（単位時間当たりの回転数が少ないとき）は、リードバルブ６９ａの開度がゼロであるか、または開度が小さいため、第１油分離部６４に導入された冷媒ガスＧは冷凍機油Ｒの分離後、中空筒部６２から外部に排出されにくくなり、中空筒部６２に形成された孔６２ｂおよび連通孔６１ｄを通って、略円柱状空間６７に臨む開口６５ｂから第２油分離部６８に導入され、冷媒ガスＧは２つの油分離部６４，６８を通過し、２つの油分離部６４，６６でそれぞれ冷凍機油Ｒの分離が行われる。

そして、第１油分離部６４のみを通過して、この第１油分離部６４のみにより冷凍機油Ｒの分離を行う場合には、２つの油分離部６４，６８を順次通過して、両油分離部６４，６８により冷凍機油Ｒの分離を行う場合よりも、冷媒ガスＧからの冷凍機油Ｒの分離効率は低く、一方、２つの油分離部６４，６８を順次通過して、両油分離部６４，６８により冷凍機油Ｒの分離を行う場合は、第１油分離部６４のみを通過して、この第１油分離部６４のみにより冷凍機油Ｒの分離を行う場合よりも、冷媒ガスＧからの冷凍機油Ｒの分離効率は高い。

したがって、圧縮機本体の回転速度が低速のときは、冷媒ガスＧからの冷凍機油Ｒの分離効率を高くすることができる。この結果、特に車両のエンジンを、伝達機構１３に伝達される回転駆動力の動力源とするものでは、そのエンジンの低速回転時であっても、油分離効率が向上するため、冷房性能を従来よりも向上させることができる。

また、圧縮機本体の回転速度が高速のときは、冷媒ガスＧからの冷凍機油Ｒの分離効率を低くくすることができる。この結果、冷房性能が過多となり易い高速回転時における空調システムへの冷凍機油Ｒの過度の流出防止が緩和されて、空調システムから圧縮機本体に還流した冷凍機油Ｒによる圧縮機本体の冷却作用が促進されて、コンプレッサ１００の体積効率を向上させることができる。

なお、回転速度が高速であるか低速であるかは、例えば略４０００ｒｐｍ程度を基準として判定すればよく、略４０００ｒｐｍよりも高い回転数のときは高速、略４０００ｒｐｍよりも低い回転数のときは低速、と判定することができる。

また、本実施形態のコンプレッサ１００は、弁６９の開度が冷媒ガスＧの流量に応じて連続的に変化するものであるため、圧縮機本体の運転が低速から高速までの間の範囲のときは、冷媒ガスＧは両油分離部６４，６８を通過するが、回転速度がより高速に近付くにしたがって、弁６９の開度は大きくなり、第２油分離部６８に回り込む冷媒ガスＧの量が減少して油分離効率は低下し、一方、回転速度がより低速に近付くにしたがって、弁６９の開度は小さくなり、第２油分離部６８に回り込む冷媒ガスＧの量が増大して油分離効率は向上する。

なお、前述したように、弁６９として、その開度が冷媒ガスＧの流量に応じて離散的に変化するものを適用した気体圧縮機においては、圧縮機本体の回転速度が例えば略４０００ｒｐｍを超えたときに、弁６９の開度が１００％となり、圧縮機本体の回転速度が略４０００ｒｐｍを下回ったときに、弁６９の開度が０％となるように設定することもできる。

本実施形態のコンプレッサ１００は、第２油分離部６８の中空筒部６６（長さＬ６６）が、第１油分離部６４の中空筒部６２（長さＬ６２）よりも長く形成されている（Ｌ６６＞Ｌ６２）が、両中空筒部６２，６６の長さは同一（Ｌ６２＝Ｌ６６）であってもよいし、第１油分離部６４の中空筒部６２が、第２油分離部６８の中空筒部６６よりも長く（Ｌ６２＞Ｌ６６）形成されていてもよい。

中空筒部６２，６６の長さが長くなるにしたがって、遠心分離作用が行われる行程の物理的長さが長くなるため、中空筒部６２，６６の長さが長いほど、油分離効率を高めることができるところ、本実施形態のように、第２油分離部６８の中空筒部６６を、第１油分離部６４の中空筒部６２よりも長く形成することで、低速時における油分離効率の向上と、高速時における油分離効率の抑制という本発明の効果を、より顕著なものとすることができる。

なお、上述した実施形態のコンプレッサ１００は、ベーンロータリ形式の気体圧縮機であるが、本発明に係る気体圧縮機は、実施形態のベーンロータリ形式のものに限定されるものではなく、他の形式の気体圧縮機、例えば、斜板往復動形式やスクロール形式の気体圧縮機にも適用することができる。

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式コンプレッサを示す縦断面図である。 図１におけるＡ−Ａ線に沿った面による断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ線に沿った面による断面図である。 図３に示した遠心分離方式のサイクロンブロックの中空筒部を抽出した断面図である。

符号の説明

６０ サイクロンブロック（油分離器）
６１，６５ 遠心分離本体部
６１ａ，６５ａ 内周壁面
６１ｃ，６５ｃ 排油孔
６１ｅ，６５ｅ 底壁面（底面）
６２，６６ 中空筒部
６３，６７ 略円柱状空間（旋回空間）
６４ 第１油分離部
６８ 第２油分離部
６９ 弁
６９ａ リードバルブ
１００ コンプレッサ（気体圧縮機）
Ｇ 冷媒ガス
Ｒ 冷凍機油

Claims (6)

1. ハウジングの内部に、気体を圧縮する圧縮機本体と、内周壁面および底面によって囲まれた旋回空間に前記内周壁面と略同軸に延びた中空筒部を有し、前記圧縮気体が前記内周壁面に沿って降下しつつ旋回することにより、該圧縮気体に含有された油分を遠心分離し、降下後の圧縮気体が前記中空筒部を通る油分離器と、を備えた気体圧縮機において、
   前記油分離器は、直列接続された２つの油分離部を有するとともに、該油分離器に流入する前記圧縮気体の流速が相対的に速いときは、該圧縮気体が前記２つの油分離部のうち一方の油分離部のみを通過し、該油分離器に流入する前記圧縮気体の流速が相対的に遅いときは、該圧縮気体が前記２つの油分離部を順次通過するように設定されていることを特徴とする気体圧縮機。
2. 前記油分離部は、前記旋回空間と前記中空筒部とをそれぞれ有し、一方の油分離部の中空筒部と他方の油分離部の旋回空間とが連通しているとともに、前記一方の油分離部の中空筒部の、前記他方の旋回空間に連通する部分よりも下流側に、該中空筒部を通過する前記圧縮気体の流量が多くなるにしたがって開度が大きくなる弁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。
3. 前記他方の油分離部の前記中空筒部は、前記一方の油分離部の前記中空筒部よりも長いことを特徴とする請求項１または２に記載の気体圧縮機。
4. 前記弁は、板状弾性体の板ばねであることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の気体圧縮機。
5. 前記弁は、前記板ばねの過度の変形を阻止するバルブサポートを有することを特徴とする請求項４に記載の気体圧縮機。
6. 車載のエンジンを、前記圧縮機本体を回転駆動させる駆動力の動力源としたことを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項に記載の気体圧縮機。

Images