JP2015121127A - 気体圧縮機 - Google Patents

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隆人 藤吉
Takahito Fujiyoshi
隆人 藤吉
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Abstract

【課題】吐出される冷媒ガス中から混入している冷凍機油を分離する油分離性能をさらに向上させることができる油分離器を備えた気体圧縮機を提供する。
【解決手段】圧縮機本体4から吐出ガス連通路28a,28bを通して吐出室17に吐出される吐出媒体中から、該吐出媒体を壁面に衝突させることで混在している油分を分離する油分離器18を備え、油分離器18は、リアサイドブロック15の外側端面15aの、吐出ガス連通路28a,28bの周囲から本体ケース2の底面内壁2b側に向けて延びている吐出パイプ29a,29bと、本体ケース2内の底面内壁2bから延びている内壁突起部31a,31bの先端側に、吐出パイプ29a,29bの先端側から外周面に沿ってリアサイドブロック15の外側端面15aとの間に吐出媒体が通る通路が形成されるように、吐出パイプ29a,29bの周囲を覆った筒状部30とを有している。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えば、車両などに搭載された空調装置に設置される気体圧縮機に関する。
例えば、自動車などの車両には、車室内の温度調整を行うための空調装置が設けられている。このような空調装置は、冷媒(冷却媒体)を循環させるようにしたループ状の冷媒サイクルを有しており、この冷媒サイクルは、蒸発器、気体圧縮機、凝縮器、膨張弁が順に設けられている。前記空調装置の気体圧縮機は、蒸発器で蒸発されたガス状の冷媒を圧縮して高圧の冷媒ガスとし、凝縮器へ送出するものである。
このような気体圧縮機として、従来より、略楕円状の内周面を有するシリンダ内に、先端部がシリンダの内周面に摺接し、突出収納自在に設けた複数枚のベーンを有するロータが回転自在に軸支されたベーンロータリー型の気体圧縮機が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載のベーンロータリー型の気体圧縮機は、回転軸と一体に回転可能なロータと、ロータ外周面の外方から取り囲む輪郭形状の内周面を有するシリンダと、ロータ外周面からシリンダ内周面に向けて突出自在に設けられた複数枚のベーンと、ロータ及びシリンダの両端を塞ぐとともに回転軸の両側を回転可能に軸支した2つのサイドブロック(フロントサイドブロックとリアサイドブロック)とを有する圧縮機本体を備えている。
この圧縮機本体は、隣り合う2枚のベーンにより、ロータ外周面とシリンダ内周面との間に形成される圧縮室の容積をロータの回転にともなって減少させることで、圧縮室に導入した低圧の冷媒ガスを圧縮し、圧縮された高圧の冷媒ガスを外部に吐出するように構成されている。
ところで、シリンダ内の圧縮室で圧縮された高圧の冷媒ガス中には、圧縮室に漏れたベーン背圧用の冷凍機油が混入している。このため、前記リアサイドブロックの外面側のケース(コンプレッサケース)内に形成された吐出室内には、リアサイドブロックの外側端面から突出するようにして、パイプ状の油分離器が設けられている。
そして、圧縮機本体の圧縮室内で圧縮された高圧の冷媒ガス(冷凍機油が混入している)を、パイプ状の油分離器内を通して、油分離器の先端開口から前方のケース内壁に衝突させることで、冷凍機油中から冷媒ガスを分離するようにしている。分離された冷凍機油は、重力によってハウジングケース内に溜まる。
特開2001−329981号公報
ところで、特許文献1では、上記したように、パイプ状の油分離器の先端開口から高圧の冷媒ガス(冷凍機油が混入している)をケース(コンプレッサケース)の内壁に衝突させて、冷媒ガス中から冷凍機油を分離させている。
このように、特許文献1の冷凍機油は、高圧の冷媒ガス(冷凍機油が混入している)を内壁に衝突させる、即ち一回衝突させるだけなので、衝突による冷凍機油の分離性能は十分とはいえず、気体圧縮機から吐出される冷媒ガスによる冷却能力を高めるには、さらなる冷凍機油の分離性能向上が求められている。
そこで、本発明は、吐出される冷媒ガス中から混入している冷凍機油を分離する油分離性能をさらに向上させることができる油分離器を備えた気体圧縮機を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の気体圧縮機は、本体ケース内に配置された、供給された媒体を圧縮して、圧縮された高圧の媒体を吐出する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の両側端面をそれぞれ塞ぐように設けられた2つのサイドブロックと、前記本体ケース内の塞がった一端側端部内壁面と一方の前記サイドブロックとの間に設けた吐出室と、前記一方のサイドブロックに設けられ、圧縮機本体側と前記吐出室側とを連通して圧縮機本体で圧縮された媒体を前記吐出室に吐出させる吐出媒体連通路と、前記吐出室に設けられ、前記圧縮機本体から前記吐出媒体連通路を通して前記吐出室に吐出される吐出媒体中から、該吐出媒体を壁面に衝突させることで混在している油分を分離する油分離器とを備え、前記油分離器は、前記一方のサイドブロックの吐出室側端面の、前記吐出媒体連通路の周囲から前記一端側端部内壁面側に向けて延びている先端側が開口した吐出パイプと、前記一端側端部内壁面から前記吐出パイプ側に向けて延びている内壁突起部の先端側に一体的に形成され、前記吐出パイプの前記吐出室側端面近傍までの周囲を覆うように設けた筒状部とを有し、前記吐出パイプと前記筒状部との間に、前記吐出パイプの先端側から該吐出パイプの外周面に沿って前記一方のサイドブロックの前記吐出室側端面側に向けて吐出媒体が通る通路が形成されていることを特徴としている。
本発明に係る気体圧縮機によれば、圧縮機本体から吐出された高圧の吐出媒体を、吐出媒体連通路から吐出パイプを通して、筒状部内の内壁面に衝突させ、更に、通路を通して一方のサイドブロックの吐出室側端面に衝突させることができるので、吐出媒体を一回衝突させて油分離する場合よりも、油分離性能をさらに向上させることができる。
本発明の実施形態に係る気体圧縮機(ベーンロータリー型の気体圧縮機)の本体ケースと油分離器を断面形状として示した図。 図1のA−A線断面図。 本実施形態におけるリアサイドブロックの外側端面側を示す斜視図。 本体ケース内の吐出室側を示す概略斜視図。 本実施形態の油分離器による油分離動作を示した図。 本実施形態の油分離器の第1の通路に設けた絞り部を示した図。
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る気体圧縮機としてのベーンロータリー型の気体圧縮機(以下、「コンプレッサ」という)の本体ケースと油分離器を断面形状として示した図、図2は、図1のA−A線断面図である。
(コンプレッサ1の全体構成)
図示のコンプレッサ1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、「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。なお、このような空調システムとしては、例えば、車両(自動車など)の車室内の温度調整を行うための空調装置が挙げられる。
コンプレッサ1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を圧縮し、この圧縮された冷媒ガス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を液化させ、高圧で液状の冷媒として膨張弁に送出する。そして、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。
コンプレッサ1は、図1に示すように、一端側(図1の左側)が開口し他端側が塞がれた略円筒状の本体ケース2と、この本体ケース2の一端側の開口を塞ぐフロントヘッド3と、連結された本体ケース2とフロントヘッド3とで構成されるハウジング内に収納された圧縮機本体4と、駆動源である車両(自動車)のエンジン(不図示)からの駆動力を圧縮機本体4に伝達するための電磁クラッチ5を備えている。
フロントヘッド3は、本体ケース2の開口端面を塞ぐ蓋状に形成されており、本体ケース2の一端側の開口端部周囲に複数のボルトで締結固定されている。フロントヘッド3には、空調システムの蒸発器(不図示)から低圧の冷媒ガスG1を吸入する吸入ポート7を有し、ハウジングケース2には、圧縮機本体4で圧縮された高圧の冷媒ガスG2を空調システムの凝縮器(不図示)に吐出する吐出ポート8を有している。
圧縮機本体4は、図2に示すように、回転軸10と一体的に回転する略円柱状のロータ11と、このロータ11をその外周面11aの外方から取り囲む略楕円形状の内周面12aを有するシリンダ12と、ロータ11の外周面11aからシリンダ12の内周面12aに向けて突出自在に設けられた5枚の板状のベーン13と、ロータ11及びシリンダ12の両端面を塞ぐ2つのサイドブロック(フロントサイドブロック14、リアサイドブロック15(図1参照))とを備えている。なお、図2では、圧縮機本体4の外周面側の本体ケース2は省略している。
フロントサイドブロック14とリアサイドブロック15の外周面には、それぞれシール部材としてのOリング16が全周にわたって設置されており(フロントサイドブロック14側のOリングは不図示)、フロントサイドブロック14側のフロントヘッド3とハウジング2間に形成された吸入室(不図示)と、リアサイドブロック15側のハウジング2内に形成された吐出室17との間を気密性よく仕切っている。
リアサイドブロック15の外側端面15a側には、油分離器18が吐出室17内に位置するようにして設けられている。本発明の特徴である油分離器18の詳細については後述する。
フロントサイドブロック14は、フロントヘッド3の開口端部周囲の内周面に複数のボルトで締結固定されている。一方、リアサイドブロック15は、図1に示すように、その外周面の端部側(外周面に沿って設置したOリング16よりも外側)が、ハウジング2の内周面2aに圧入(嵌合)されている。このように、本体ケース2内に収納された圧縮機本体4は、フロントサイドブロック14側がフロントヘッド3にボルトで締結固定され、リアサイドブロック15側が本体ケース2の内周面2aに圧入(嵌合)されるようにして保持されている。
電磁クラッチ5は、フロントヘッド3の外面側に設置されており、エンジンの回転駆動力がベルト(不図示)を介してプーリ20に伝達される。回転軸10の一端側(図2の左側)は、電磁クラッチ5のアーマチュア21の中心貫通孔に嵌合されている。なお、回転軸10は、フロントサイドブロック14とリアサイドブロック15の中心貫通孔に軸支されている。
そして、コンプレッサ1(圧縮機本体4)の運転時に、プーリ20内の電磁石(不図示)の励磁によってアーマチュア21がプーリ20の側面に吸着されることにより、ベルト(不図示)を介してプーリ20に伝達されているエンジンの駆動力が、アーマチュア21を介して回転軸10(ロータ11)に伝達される。
(圧縮機本体4の構成、動作)
図2に示すように、シリンダ12の内周面12aとロータ11の外周面11aと両サイドブロック14,15(図1参照)との間の空間には、等間隔で設置された5つのベーン13によって仕切られた複数の圧縮室22a,22bが形成されている。
各ベーン13は、ロータ11内に形成されたベーン溝23に摺動可能に設置されていて、ベーン溝23の底部に供給される冷凍機油による背圧により、ロータ11の外周面11aから外方向に突出する。なお、図2では、シリンダ12の内周面12aとロータ11の外周面11aとの間の上部側の空間に形成される圧縮室を圧縮室22aとし、下部側の空間に形成される圧縮室を圧縮室22bとしている。
シリンダ12は、ロータ11の外周面11aの外方を取り囲む断面輪郭が略楕円形状の内周面12aを有している。各圧縮室22a,22bは、ロータ11の回転にともなう冷媒ガスの吸入工程及び圧縮工程で、それぞれ容積の増大及び減少を繰り返す。なお、本実施形態のコンプレッサ1(圧縮機本体4)は、ロータ11が1回転する間に2回の吸入工程と圧縮工程を有している。
シリンダ12には、各圧縮室22a,22bへ低圧の冷媒ガスG1を吸入するための各吸入孔(不図示)と、各圧縮室22a,22bで圧縮された高圧の冷媒ガスG2を吐出するための各吐出孔24a,24bが設けられている。
具体的には、圧縮室22a,22bの容積が増加する行程において、低圧の冷媒ガスをフロントサイドブロック14に形成された各吸入孔(不図示)を通して圧縮室22a,22b内に吸入し、容積が減少する行程において、圧縮室22a,22b内に閉じこめられた冷媒ガスを圧縮し、これによって冷媒ガスは高温、高圧となる。そして、この高温、高圧の冷媒ガスG2は、各吐出孔24a,24bを通して、シリンダ12、本体ケース2及び両サイドブロック14,15で囲まれて区画された空間である吐出チャンバ25a,25bに吐出される。
各吐出チャンバ25a,25bには、冷媒ガスの圧縮室22a,22b側への逆流を阻止する吐出弁26と、吐出弁26の過大な変形(反り)を阻止する弁サポート27が設けられている。吐出孔24a,24bから吐出チャンバ25a,25bに吐出された高温、高圧の冷媒ガスは、リアサイドブロック15に形成された吐出ガス連通路28a,28bを通して、本体ケース2内の吐出室17に設けた後述する油分離器18に導入される。なお、図1に示すように、各吐出孔24a,24bは、ロータ11の長手方向(回転軸10の軸方向)に沿って並設されている。
油分離器18は、冷凍機油(ロータ11に形成されたベーン溝23から圧縮室22a,22bに漏れたベーン背圧用の油など)が混じっている吐出された冷媒ガスを、後述する第1衝突面30aと第2衝突面15a’(図5参照)で2回衝突させることで、冷媒ガスに混ざっている冷凍機油を2段階で分離するように構成されている。
そして、図1のように、油分離器18で冷媒ガス中から分離された冷凍機油Rは吐出室17の底部に溜まり、冷凍機油が分離された後の高圧の冷媒ガスG2は、吐出室17から吐出ポート8を通して凝縮器(不図示)に吐出される。吐出ポート8は、本体ケース2の、リアサイドブロック15の外側端面15aから離れた側の上部に設けられている。
なお、吐出室17の底部に溜まる冷凍機油Rは、吐出室17に吐出された高圧の冷媒ガスによる高圧雰囲気により、両サイドブロック14,15に形成された油路、サライ溝(不図示)等を通してベーン溝23にベーン背圧用として供給される。
(油分離器18の構造)
次に、油分離器18の構造について説明する。
図3は、リアサイドブロック15の外側端面15a側を示す概略斜視図、図4は、本体ケース2内の吐出室17側を示す概略斜視図である。
本体ケース2内の吐出室17に設けた油分離器18は、先端が開口した吐出パイプ29a,29bと、先端側が開口した凹状の筒状部30を先端側に形成した内壁突起部31a,31bとを備えている。
吐出パイプ29a,29bは、リアサイドブロック15の外側端面15a側に開口している前記吐出ガス連通路28a,28bの周囲から、本体ケース2内の前方側(図1の右側)の底面内壁2b(図1参照)に向けて延びるように形成されている。
筒状部30は、吐出パイプ29a,29bの、リアサイドブロック15の外側端面15a近傍までの周囲を覆うようにして、内壁突起部31a,31bの先端側に形成されている。
リアサイドブロック15の外側端面15aの、各吐出パイプ29a,29bの下方側(重力方向側)の周囲には、筒状部30の外側に位置するようにして前方に突出したリブ32a,32bが形成されている。なお、リブ32a,32bは、図5に示すように、その先端側が少し斜め下方に向けて傾斜し、分離された油(冷凍機油R)が吐出室17の底部にスムーズに移動するようにしている。
図5に示すように、吐出パイプ29a(29b)の先端開口部29a’(29b’)の前方には、筒状部30内の奥側(図5の右側)に面する第1衝突面30aが設けられており、吐出パイプ29a(29b)の外周面と筒状部30の内周面との間には、第1の通路a1が設けられている。また、筒状部30の先端開口部30bとリアサイドブロック15の外側端面15aとの間には、第2の通路a2が設けられている。更に、筒状部30の下側外周面とリブ32a(32b)の内周面との間には、第3の通路a3が設けられている。
よって、吐出パイプ29a(29b)の先端開口部29a’(29b’)側は、第1の通路a1と第2の通路a2、及び第1の通路a1と第3の通路a3を通して本体ケース2内の吐出室17に連通している。なお、図5では、吐出パイプ29a側を示しているが、吐出パイプ29bにおいても同様に構成されている。
なお、筒状部30内の第1衝突面30aは平面状としたが、この第1衝突面30aの中央部側を少し凸状としてもよい。
(油分離器18による油分離動作)
次に、油分離器18による油分離動作を、図5を参照して説明する。なお、以下では、吐出パイプ29a側の油分離動作について説明するが、吐出パイプ29b側も同様の油分離動作である。
図5に示すように、圧縮室22a,22b内で圧縮されて吐出された高圧の冷媒ガスG2は、リアサイドブロック15の吐出ガス連通路28a(28b)から吐出パイプ29a(29b)を通して、筒状部30内の第1衝突面30aに衝突(第1の衝突)する。
この第1衝突で、冷媒ガス中に混ざっている冷凍機油(ロータ11に形成されたベーン溝23から圧縮室22a,22bに漏れたベーン背圧用の油など)が分離(1次分離)される。第1衝突面30aへの冷媒ガスG2の衝突によって、含有している冷凍機油の大部分が分離される。第1衝突面30aでの衝突によって分離された冷凍機油Rは、下側の第1の通路a1から第2、第3の通路a2,a3を通し、リブ32a(32b)表面に沿って移動して、吐出室17の底部(図1参照)に溜まる。
そして、第1衝突面30aに衝突した後の冷媒ガス(まだ少し冷凍機油が残留している)は、第1の通路a1を通して、第1の通路a1の前方に面する外側端面15aの第2衝突面15a’に衝突(第2の衝突)する。この第2衝突で、冷媒ガス中にまだ残留していた冷凍機油Rがさらに分離(2次分離)され、分離された冷凍機油Rは、下側の第2、第3の通路a2,a3を通し、リブ32a(32b)表面に沿って移動して、吐出室17の底部(図1参照)に溜まる。
一方、冷凍機油が殆ど分離された冷媒ガスG2は、第2の通路a2と第3の通路a3を通して吐出室17の上方側に移動し、吐出ポート8を通して凝縮器(不図示)に吐出される。この際、吐出ポート8は、リアサイドブロック15の外側端面15aから離れている。よって、外側端面15aの第2衝突面15a’での衝突で分離された冷凍機油の一部が周囲に拡散していても、吐出ポート8から外部に漏れることを低減できる。
このように、圧縮室22a,22bから吐出された高圧の冷媒ガスG2を、吐出ガス連通路28a(28b)から吐出パイプ29a(29b)を通して、筒状部30内の第1衝突面30aに衝突(第1の衝突)させ、更に、第1の通路a1を通してリアサイドブロック15の外側端面15a側の第2衝突面15a’に衝突(第2の衝突)させることで、冷媒ガスを一回衝突させて油分離する場合よりも、油分離性能をより向上させることができる。
油分離器18による油分離性能が向上すると、冷凍機油が混じっていない高圧の冷媒ガスが吐出ポート8を通して凝縮器(不図示)に吐出されるので、空調システムにおける冷却効率をより高めることができる。
また、リアサイドブロック15の外側端面15aの、各吐出パイプ29a,29b(第2の通路a2)の下方側の周囲にリブ32a,32bを設けたことにより、第2衝突面15a’で衝突後の冷媒ガスが、第2の通路a2の下側方向(吐出室17の底部)に向けて噴射するのを防止することができる。
よって、第2衝突面15a’で衝突後の冷媒ガスが、吐出室17の底部に溜まった冷凍機油の表面に噴射されて、冷凍機油を吐出室17内に舞い上げることを防止できる。吐出室17の底部に溜まった冷凍機油が吐出室17内に舞い上げられると、再び冷媒ガス中に冷凍機油が混入する不具合が生じる。
また、図6に示すように、各吐出パイプ29a,29bの外周面と筒状部30の内周面との間に、第1の通路a1の幅(径)を絞る絞り部33を配置することで、第1の通路a1を流れる冷媒ガスの流速を上げることができる。このように、絞り部33で第1の通路a1の径を絞ることで、冷媒ガスの流速を上げて第2衝突面15a’に衝突させることができるので、第2衝突面15a’での衝突による油分離性能をより高めることができる。
なお、図6では、第1の通路a1内に絞り部33を設けた構成であったが、第1の通路a1の幅全体を狭くして(例えば、図6に示した絞り部33で形成される幅程度)、絞り部としての機能を持たせるようにしてもよい。
1 コンプレッサ(気体圧縮機)
2 本体ケース
2b 底面内壁(一端側端部内壁面)
3 フロントヘッド
4 圧縮機本体
11 ロータ
12 シリンダ
13 ベーン
14 フロントサイドブロック
15 リアサイドブロック
15a 外側端面
15a’ 第2衝突面
17 吐出室
18 油分離器
28a,28b 吐出ガス連通路(吐出媒体連通路)
29a,29b 吐出パイプ
30 筒状部
30a 第1衝突面
31a,31b 内壁突起部
32a,32b リブ
33 絞り部
a1 第1の通路
a2 第2の通路
a3 第3の通路

Claims (5)

  1. 本体ケース内に配置された、供給された媒体を圧縮して、圧縮された高圧の媒体を吐出する圧縮機本体と、
    前記圧縮機本体の両側端面をそれぞれ塞ぐように設けられた2つのサイドブロックと、
    前記本体ケース内の塞がった一端側端部内壁面と一方の前記サイドブロックとの間に設けた吐出室と、
    前記一方のサイドブロックに設けられ、圧縮機本体側と前記吐出室側とを連通して圧縮機本体で圧縮された媒体を前記吐出室に吐出させる吐出媒体連通路と、
    前記吐出室に設けられ、前記圧縮機本体から前記吐出媒体連通路を通して前記吐出室に吐出される吐出媒体中から、該吐出媒体を壁面に衝突させることで混在している油分を分離する油分離器とを備え、
    前記油分離器は、前記一方のサイドブロックの吐出室側端面の、前記吐出媒体連通路の周囲から前記一端側端部内壁面側に向けて延びている先端側が開口した吐出パイプと、
    前記一端側端部内壁面から前記吐出パイプ側に向けて延びている内壁突起部の先端側に一体的に形成され、前記吐出パイプの前記吐出室側端面近傍までの周囲を覆うように設けた筒状部とを有し、
    前記吐出パイプと前記筒状部との間に、前記吐出パイプの先端側から該吐出パイプの外周面に沿って前記一方のサイドブロックの前記吐出室側端面側に向けて吐出媒体が通る通路が形成されていることを特徴とする気体圧縮機。
  2. 前記油分離器は、前記吐出媒体連通路を通して前記吐出パイプから吐出された前記吐出媒体を、前記筒状部内の前記吐出パイプの先端開口と対向する内壁面に衝突させ、更に、衝突後の吐出媒体を、前記通路を通して前記一方のサイドブロックの前記吐出室側端面に衝突させて、吐出媒体中に混在している油分を分離することを特徴とする請求項1に記載の気体圧縮機。
  3. 前記本体ケースの、前記一方のサイドブロックの前記吐出室側端面から離れた側に、前記油分離器で油分を分離した吐出媒体を外部に吐出させる吐出ポートが設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の気体圧縮機。
  4. 前記一方のサイドブロックの前記吐出室側端面の、前記筒状部の下方側に、前記吐出室側端面から前方側に延びるリブが設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の気体圧縮機。
  5. 前記通路に、該通路の幅を絞る絞り部が設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の気体圧縮機。
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