JP2011132907A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機構の吐出側に、圧縮された高圧ガス冷媒から潤滑油を分離する分離室を設けて、オイル循環率を低減した圧縮機において、スラスト隙間を確保することにより耐久性を向上させること。
【解決手段】後部側板７の高圧室１５と貯油室１７を仕切る高圧ケース１４の区画壁１８に相対する位置に凹部２４を設けるとともにシールすることにより、高速高負荷運転時にロータ２と前部側板６及び後部側板７とのスラスト隙間が適度に拡大するので、圧縮機の耐久性を向上することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス冷媒の圧縮を行う圧縮機に関するもので、例えば、自動車用空調装置などの圧縮機等に関するものである。

従来、この種の圧縮機においては、圧縮機構を潤滑する潤滑油が必要となる。この潤滑油は圧縮機内部で必要なものである。しかし、場合によっては圧縮された高圧ガス冷媒と共に圧縮機構を潤滑する潤滑油の一部を圧縮機から空調装置の冷凍サイクル中へ吐出してしまう。圧縮機より高圧ガス冷媒と共に吐出され循環する潤滑油の量が冷凍サイクル中に多くなればなるほど空調装置の冷房性能やシステム効率が低下する。

このため、冷凍サイクル中への潤滑油の吐出量を抑制し空調装置のシステム効率を向上させることを目的として、圧縮機構の吐出側に、圧縮された高圧ガス冷媒から潤滑油を分離する分離室を設けて、潤滑油の分離効率を向上させ冷凍サイクル中の冷媒に含まれるオイル循環率を減らす圧縮機が提供されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３０２７８号公報

前記従来の圧縮機においては、図９に示すように圧縮機構により圧縮された高圧ガス冷媒が導かれる高圧ケース１０１に区画壁１０２を設けて、高圧室１０３と、潤滑油の一部が分離される分離室１０４と、潤滑油が貯えられる貯油室１０５とを仕切って区画している。その区画壁１０２が高圧ケース１０１をほぼ２分しているので高圧ケース１０１の剛性が大きくなり、区画壁１０２で後部側板１０６を強く押し付ける構成となっている。

また、この種の圧縮機は高速高負荷運転時に圧縮機の吐出温度が上昇すると圧縮機構が膨張し、ロータ１０７と前部側板１０８及び後部側板１０６とのスラスト隙間を拡大することにより、耐久性を確保している。

しかし図９に示す圧縮機では、高圧ケース１０１の区画壁１０２が後部側板１０６を強く押し付けているので、圧縮機構の後部側板１０６の膨張が抑制されて、スラスト隙間の拡大量が小さくなり、ロータ１０７と前部側板１０８或いは後部側板１０６とが局部的に接触することが懸念される。

さらに、圧縮機の高速高負荷運転時は、圧縮機の吐出温度が上昇し潤滑油の粘度が小さくなり、ロータ１０７と前部側板１０８或いは後部側板１０６との間の潤滑油の油膜が薄くなる。このため、潤滑性が厳しい状態になるので、ロータ１０７と前部側板１０８或いは後部側板１０６とが局部的に接触して摩耗が進展し、圧縮機の耐久性が低下してしまう懸念もある。

ここで、圧縮機の耐久性低下を補うために、高速高負荷運転時に適正なスラスト隙間を確保することが考えられる。すなわち、組立時のスラスト隙間設定を若干大きくするなどの方法が考えられる。しかしながら、そうするとスラスト隙間が大きくなるので、低速運転時に圧縮機構内のガス冷媒の漏れ量が大きくなり、性能が低下してしまうという課題が
あった。

そこで本発明は上述の従来の課題に鑑み、高速高負荷運転時に温度が上昇して圧縮機構が膨張して後部側板を膨らませても高圧ケースの区画壁が突っ張らず、ロータと前部側板及び後部側板とのスラスト隙間を適度に拡大させることで耐久性を向上し、かつシステム効率の良い圧縮機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による圧縮機においては、圧縮機構により圧縮された高圧ガス冷媒が導かれる高圧室と、圧縮機構の後部側板との間に介在して高圧ガス冷媒を封止するガスケットと、高圧ガス冷媒に含まれる潤滑油の少なくとも一部が分離される分離手段と、分離手段にて高圧ガス冷媒から分離された潤滑油が貯えられる貯油室とを備え、後部側板の前記ガスケット側の面であって、高圧室と貯油室を仕切る高圧ケースの区画壁に相対する少なくとも一部に凹部を設けた構成としている。

このような構成によって、高速高負荷運転時に圧縮機の吐出温度が上昇して圧縮機構が膨張し、後部側板が高圧ケース側に膨らんでも、高圧ケースの区画壁の少なくとも一部に相対する後部側板の部分を凹めているため、区画壁が後部側板を固定する力が抑制される。これにより、ロータと前部側板及び後部側板とのスラスト隙間が確保でき、圧縮機の耐久性を確保することができる。

本発明による圧縮機においては、後部側板の高圧ケースの区画壁に対応する位置に凹部を設けたため、高速高負荷運転時に圧縮機の吐出温度が上昇して圧縮機構が膨張し、後部側板が高圧ケース側に膨らんでも、後部側板を突っ張ることがないため、ロータと前部側板及び後部側板とのスラスト隙間が適度に拡大することができる。

そのため、ロータと前部側板或いは後部側板とが局部的に接触することがなくなるのでロータ、前部側板及び後部側板の摩耗も進展することなく、圧縮機の耐久性を向上することができる。

本発明の実施形態１における圧縮機の横断面図 同実施の形態１における圧縮機のＡ−Ａ断面図 同実施の形態１における圧縮機の高圧室側から見たガスケットのＢ矢視図 同実施の形態１における圧縮機の高圧室側から見た後部側板のＢ矢視図 同実施の形態１における圧縮機の凹部の拡大断面図 （ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態２における圧縮機の凹部の拡大断面図 本発明の実施の形態３における圧縮機の高圧室側から見た後部側板のＢ矢視図 同実施の形態３における圧縮機の凹部の拡大断面図 従来例の圧縮機の横断面図

第１の発明は、圧縮機構により圧縮された高圧ガス冷媒が導かれる高圧室と、圧縮機構の後部側板との間に介在して高圧ガス冷媒を封止するガスケットと、高圧ガス冷媒に含まれる潤滑油の少なくとも一部が分離される分離手段と、分離手段にて高圧ガス冷媒から分離された潤滑油が貯えられる貯油室とを備え、後部側板の前記ガスケット側の面であって、高圧室と貯油室を仕切る高圧ケースの区画壁に相対する少なくとも一部に凹部を設けるとともに、凹部に高圧室と貯油室との連通をシールするシール部材を設けた構成としてい
る。

このような構成によって、高速高負荷運転時に圧縮機の吐出温度が上昇して圧縮機構が膨張し、後部側板が高圧ケース側に膨らんでも、高圧ケースの区画壁の少なくとも一部に相対する後部側板の部分を凹めているため、区画壁が後部側板を固定する力が抑制される。これにより、ロータと前部側板及び後部側板とのスラスト隙間が確保できるため、圧縮機の耐久性を確保することが可能となる。

さらに高圧室の吐出冷媒ガスの動圧が、貯油室に流入して、貯油室に溜まっている潤滑油を巻き上げて吐出口から冷凍サイクル中へ出難くなるので、冷凍サイクル中の冷媒に含まれるオイル循環率が減り、冷凍サイクルの性能や効率を向上することができる。

また、第２の発明は、圧縮機の圧縮機構は、シャフトに固定されたロータが回転することで圧縮室を形成してガス冷媒の圧縮を行うものであり、後部側板の凹部の幅は、高圧ケースの区画壁の厚みよりも大きく、かつ凹部の長さは、区画壁の位置におけるロータの回転軌跡の外周の幅以上としている。

このような構成によって、高速高負荷運転時に圧縮機の吐出温度が上昇して圧縮機構が膨張し、後部側板が高圧ケース側に膨らんでも、高圧ケースの区画壁の相対する殆どの後部側板の部分を凹めているため、区画壁がガスケットを押し込むだけで、後部側板を突っ張ることがない。これにより、ロータと前部側板及び後部側板とのスラスト隙間が適度に拡大されて、圧縮機の耐久性を向上することができる。

第３の発明は、シール部材を、ガスケットのビード部により構成している。このような構成によって、高圧室の吐出冷媒ガスの動圧が、貯油室に流入して、貯油室に溜まっている潤滑油が巻き上げて吐出口から冷凍サイクル中へ出難くなるので、冷凍サイクル中の冷媒に含まれるオイル循環率が減り、冷凍サイクルの性能や効率を向上することができる。また、部品点数を増加することなくシールできるとともに、加工も簡単に行うことができる
第４の発明は、後部側板の凹部と区画壁の間に合成樹脂製のシール材を挿入することで、高圧室と貯油室が連通しないように構成している。このような構成によって、高圧室と貯油室との連通を確実に防いで、冷凍サイクルの性能や効率を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の本発明の実施の形態１における圧縮機の横断面図、図２は同圧縮機のＡ−Ａ断面図、図３は同圧縮機後部（貯油室側）から見たガスケットのＢ矢視図、図４は同圧縮機後部から見た後部側板のＢ矢視図である。

図１〜４に示したように、この圧縮機においては、円筒内壁を有するシリンダ１に略円柱状のロータ２がその外周の一部がシリンダ１の内壁と微少隙間を形成するように回転自在に収容されている。ロータ２には複数のベーンスロット３が等間隔に設けられており、ベーンスロット３内には、摺動自在にベーン４がそれぞれ挿入されている。

ロータ２はこれと一体的に形成された駆動軸５が回転駆動されることにより回転する。シリンダ１の両端開口部はそれぞれ前部側板６及び後部側板７により閉塞され、シリンダ１内部に作動室８が形成される。

作動室８には吸入口９及び吐出口１０が連通している。吐出口１０は高圧通路１１に接続され、吐出口１０と高圧通路１１との間には吐出弁１２が配設されている。後部側板７にはガスケット１３を介して高圧ケース１４が取り付けられている。高圧ケース１４内には高圧室１５、分離室１６及び貯油室１７が形成されている。高圧ケース１４には後部側板７側へ延出した区画壁１８を設けて高圧室１５と貯油室１７を仕切り区画形成している。

高圧室１５は導入孔１９を介して分離手段である分離室１６と連通している。分離室１６は、圧縮された高圧ガス冷媒に含まれる潤滑油を分離するために設けられている。分離室１６は排油口２０を介して貯油室１７と連通している。

貯油室１７に貯められた潤滑油は、給油路入口２１ａから給油路２１を介して、圧縮機構を構成するロータ２、ベーン４、シリンダ１内壁等に供給される。潤滑油は、各部を潤滑すると共に、ベーン背圧室２２に供給され、その圧力によりベーン４をロータ２の外側へ押し出す働きをする。

給油路２１の途中には、ベーン背圧調整装置２３が設けられている。ベーン背圧調整装置２３は、圧縮機構へ供給する潤滑油の給油圧力や給油量を、圧縮機構周辺の冷媒圧力に応じて制御する。

さらに、図３に示すように、後部側板６には、ガスケット１３側の面であって、高圧室１５と貯油室１７を仕切る高圧ケース１４の区画壁１８の少なくとも一部に相対する位置に、凹部２４を設けた構成としている。

エンジンなどの駆動源より動力伝達を受けて、駆動軸５及びロータ２が、図２において時計方向に回転すると、これに伴いガス冷媒が吸入口９より作動室８内に流入する。ロータ２の回転に伴い圧縮された高圧ガス冷媒は吐出口１０より吐出弁１２を押し上げて高圧通路１１に吐出され、高圧室１５内に流入する。さらに、高圧ガス冷媒は導入孔１９から分離室１６に流入し、分離室１６で高圧ガス冷媒に含まれる潤滑油が分離される。

ところで、分離室１６は円筒状の空間が設けられている。この円筒空間に高圧ガス冷媒を導く導入孔１９は、この円筒空間の接線方向に高圧ガス冷媒を導くように形成される。このため、高圧ガス冷媒はこの円筒空間を旋回する。高圧ガス冷媒に含まれる潤滑油は円筒空間を旋回中に、遠心力により、分離室１６の円筒状部の内周面に接触しながら冷媒ガスから分離される。

高圧ガス冷媒はガス排出口２５より圧縮機外に吐出され、分離された潤滑油は分離室１６の内周面に沿って下方に移動する。分離室１６の下端部には、分離された潤滑油を貯油室１７に導く導油路２６が形成されている。導油路２６は鉛直下方に向かって形成されており、導油路２６の排油口２０は貯油室１７に貯まった潤滑油の油面より鉛直方向において下方の潤滑油中で開口している。

ここで、圧縮機の高速高負荷運転時は圧縮機の吐出温度が上昇するので、熱膨張により、前部側板６、後部側板７が膨らむ傾向となる。しかし、上述のような構成により、後部側板７が圧縮機の後方（貯油室側）へ膨らんだとしても、高圧ケース１４の区画壁１８が突っ張ることがない。

次に、図５を用いて凹部２４に設けたシール部材の詳細について説明する。

図５に示すように、区画壁１８に相対する後部側板７の凹部２４はガスケット１３に設
けたビード部１３−ａにてシールされ高圧室１５と貯油室１７が連通しないよう構成している。

ここで、高圧ケース１４の区画壁１８は、ガスケット１３を押えて、ガスケット１３に設けたビード１３−ａが凹部２４に密着する構成となっている。したがって、後部側板７の凹部２４とガスケット１３の隙間をビード１３−ａによってシールし、高圧室１５側から凹部２４を通って貯油室１７へ高圧ガス冷媒が侵入しないように封止されている。そのため、高圧室１５の高圧ガス冷媒が貯油室１７側へ漏れこむことがない。

このような構成によって、高圧室１５の吐出冷媒ガスの動圧が、貯油室１７に凹部２４を介して貯油室１７の油面にかかることを防止できる。このため、吐出高圧ガス冷媒が貯油室１７に直接流入して、貯油室１７に溜まっている潤滑油を巻き上げて吐出口２５から冷凍サイクル中へ排出されることがなくなる。したがって、冷凍サイクル中の冷媒に含まれるオイル循環率が減るので冷凍サイクルの熱交換が良くなり、冷凍サイクルの性能やシステム効率を向上することができる。

また、ビード形状は、図５に示すように、区画壁１８の上方に設けるとは限らず、高圧室１５と貯油室１７とがシールされる位置であれば良い。

以上のように本実施の形態における圧縮機では、高圧ケース１４の区画壁１８の少なくとも一部に相対する後部側板７を凹めているため、区画壁１８が後部側板７を固定する力が抑制される。このため、ロータ２と前部側板６及び後部側板７とのスラスト隙間が組立初期より若干拡大でき、圧縮機の耐久性を確保することができる。

また、ガスケット１３に設けたビード１３−ａによって、高圧室１５と貯油室１７とをシールすることができ、貯油室１７に動圧がかかるのを防止して冷凍サイクル中の潤滑油の量を適度に保つことができる。

なお、凹部２４は後部側板７に鋳抜き形状で形成できるので、コストアップとはならず安価に製作できる。

また、ビード１３−ａはガスケット１３を用いて構成できるので、部品点数を増加することなくシールできるとともに、加工も簡単に行うことができる。

（実施の形態２）
実施の形態２における圧縮機は、実施形態１の区画壁１８に相対する後部側板７の凹部２４は合成樹脂製のシール材２５でシールされ、高圧室１５と貯油室１７が連通しないよう構成している。ここで、合成樹脂性のシール部材としてはゴム製のものや、シリコン樹脂などが利用できる。

図６の（ａ）を用いて、詳細の構成について説明する。図６の（ａ）に示すように、高圧ケース１４の区画壁１８に相当する部分のガスケット１３に孔部を設け、後部側板７の凹部２４に合成樹脂製のシール材２５を挿入し、高圧ケース１４の区画壁１８と後部側板７の凹部２４が合成樹脂製のシール材２５を押える構成となっている。したがって、後部側板７の凹部２４と高圧ケース１４の区画壁１８のスキマを合成樹脂製のシール材２５によってシールし、高圧室１５側から凹部２４を通って貯油室１７へ高圧ガス冷媒が侵入しないように封止されている。そのため、高圧室１５の高圧ガス冷媒が貯油室１７側へ漏れこむことがない。

このような構成によって、高圧室１５の吐出冷媒ガスの動圧が、貯油室１７に凹部２４
を介して貯油室１７の油面にかかることを防止できる。このため、吐出高圧ガス冷媒が貯油室１７に直接流入して、貯油室１７に溜まっている潤滑油を巻き上げて吐出口２５から冷凍サイクル中へ排出されることがなくなる。したがって、冷凍サイクル中の冷媒に含まれるオイル循環率が減るので冷凍サイクルの熱交換が良くなり、冷凍サイクルの性能やシステム効率を向上することができる。

さらに、高速高負荷運転時に圧縮機の吐出温度が上昇して圧縮機構が膨張し、後部側板７が高圧ケース１４側に膨らんでも、合成樹脂製のシール材２５の弾性によって、高圧ケース１４の区画壁１８が突っ張ることがない。

すなわち、区画壁１８が合成樹脂製のシール材２５を変形して凹部に押し込むだけで、後部側板７を突っ張ることがない。これにより、ロータ２と前部側板６及び後部側板７とのスラスト隙間を適度に拡大することができる。このため、ロータ２と前部側板６及び後部側板７とのスラスト隙間が組立初期より若干拡大でき、圧縮機の耐久性を確保することができる。

なお、図６の（ｂ）に示すように、ガスケット１３に孔部を設けず、ガスケット１３と後部側板７の凹部２４の間に合成樹脂製のシール材２５を挿入しても良い。この場合、組立時において合成樹脂製のシール材２５をガスケット１３の面で押さえることとなるため、組み立てやすくなる。

（実施の形態３）
本実施の形態における圧縮機では、後部側板７の凹部２４の幅を高圧ケース１４の区画壁１８の厚みよりも大きくしている。さらに、凹部２４の長さは、区画壁１８の位置におけるロータの回転軌跡２ａの外周の幅以上としている。

後部側板に設けた凹部２４について、図７及び図８を用いて詳しく説明する。図７に示すように、凹部２４の長さ（図７では横の長さ）は、後部側板７の区画壁１８の位置におけるロータの回転軌跡２ａの外周の幅以上の長さの範囲に形成される。

また、図８に示すように、凹部２４の幅（図８では縦の長さ）は、高圧ケースの区画壁１８の厚みよりも大きくしている。

寸法設定としては、例えば、凹部２４については幅４ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝を、鋳抜き製法で形成し、かつ、区画壁１８の厚みは２ｍｍとして凹部２４の幅より狭くして、直接区画壁１８と後部側板７が当たらないようにしている。

このような構成によって、高速高負荷運転時に圧縮機の吐出温度が上昇して圧縮機構が膨張し、後部側板７が高圧ケース１４側に膨らんでも、高圧ケース１４の区画壁１８が突っ張ることがない。

すなわち、高圧ケース１４の区画壁１８の相対する殆どの後部側板７の部分を凹めているため、区画壁１８がガスケット１３を押し込むだけで、後部側板７を突っ張ることがない。これにより、ロータ２と前部側板６及び後部側板７とのスラスト隙間を適度に拡大することができる。したがって、ロータ２と前部側板６或いは後部側板７とが局部的に接触することがなくなるのでロータ２、前部側板６及び後部側板７の摩耗も進展することなく、圧縮機の耐久性を向上することができる。

また、後部側板７に設けた凹部２４の長さを、特に、高速負荷運転時に膨張するロータ２の外周に対応する幅以上に設定しているため、ロータ２と後部側板７との局部的な接触
を効果的に防止することが可能である。

以上のように、本実施の形態の圧縮機は、高速高負荷運転時の耐久性の低下を懸念する必要がないため、組立時のスラスト隙間設定を狭くすることができる。これにより、低速運転時のスラスト隙間が小さくなるので、圧縮機構内のガス冷媒の漏れ量が少なくなり、圧縮機の性能を向上することが可能となる。

また、実施の形態１及び２と同様に、後部側板７の凹部２４に、ガスケット１３に設けたビード１３−ａや、合成樹脂製のシール材２５といったシール部材を形成することが可能である。これによって高圧室１５と貯油室１７がシールされ、高圧室１５の吐出冷媒ガスの動圧が、貯油室１７に凹部２４を介して貯油室１７の油面にかかることを防止できる。このため、吐出高圧ガス冷媒が貯油室１７に直接流入して、貯油室１７に溜まっている潤滑油を巻き上げて吐出口２５から冷凍サイクル中へ排出されることがなくなる。したがって、冷凍サイクル中の冷媒に含まれるオイル循環率が減るので冷凍サイクルの熱交換が良くなり、冷凍サイクルの性能やシステム効率を向上することができる。

以上のように、本発明にかかる圧縮機は、後部側板の高圧ケースの区画壁に対応する位置に凹部を設けたため、高速高負荷運転時にもロータと前部側板及び後部側板とのスラスト隙間が適度に拡大することができ、ロータ等の回転部材と前部側板及び後部側板の摩耗も進展することなく、圧縮機の耐久性を向上することができるので、各種の圧縮機にも適用できる。

１ シリンダ
２ ロータ
２ａ ロータの回転軌跡
３ ベーンスロット
４ ベーン
５ 駆動軸
６ 前部側板
７ 後部側板
１３ ガスケット
１３−ａ ビード部
１４ 高圧ケース
１５ 高圧室
１６ 分離室（分離手段）
１７ 貯油室
１８ 区画壁
２４ 後部側板の凹部
２５ 合成樹脂製のシール材

Claims (4)

1. 潤滑油を含むガス冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構により圧縮された高圧ガス冷媒が導かれる高圧室と、前記圧縮機構の後部側板との間に介在して前記高圧ガス冷媒を封止するガスケットと、高圧ガス冷媒に含まれる潤滑油の少なくとも一部が分離される分離手段と、前記分離手段にて前記高圧ガス冷媒から分離された潤滑油が貯えられる貯油室とを備え、前記後部側板の前記ガスケット側の面であって、前記高圧室と前記貯油室を仕切る高圧ケースの区画壁の少なくとも一部に相対する部分に凹部を設けるとともに、前記凹部に前記高圧室と前記貯油室との連通をシールするシール部材を設けたことを特徴とする圧縮機。
2. 前記圧縮機構は、シャフトに固定されたロータが回転することで圧縮室を形成してガス冷媒の圧縮を行うものであり、前記凹部の幅は、前記区画壁の厚みよりも大きく、かつ前記凹部の長さは、前記区画壁の位置における前記ロータの回転軌跡の外周の幅以上であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記シール部材は、前記ガスケットのビードにより構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機。
4. 前記シール部材は、合成樹脂製のシール材であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機。