JP5826692B2

JP5826692B2 - 気体圧縮機

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Publication number: JP5826692B2
Application number: JP2012084082A
Authority: JP
Inventors: 博匡島口; 幸治廣野; 津田　昌宏; 昌宏津田; 尾崎　達也; 達也尾崎; 士津真金子
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Calsonic Kansei Corp
Priority date: 2012-04-02
Filing date: 2012-04-02
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2032-04-02
Also published as: US9528514B2; EP2851568A1; EP2851568A4; US20150064042A1; WO2013150967A1; JP2013213438A; CN104204531A; CN104204531B

Description

本発明は気体圧縮機に関し、詳細には、ベーンロータリ形式の気体圧縮機の改良に関する。

従来、空気調和システムには，冷媒ガスなどの気体を圧縮して，空気調和システムに気体を循環させるための気体圧縮機が用いられている。

この気体圧縮機は、回転駆動されて気体を圧縮する圧縮機本体がハウジングの内部に収容され，圧縮機本体から高圧の気体が吐出される吐出室が区画して形成され，この吐出室からハウジングの外部に高圧の気体を排出するものである。

このような気体圧縮機の一例として、いわゆるベーンロータリ形式のものが知られている。

このベーンロータリ形式の気体圧縮機は、ハウジングの内部に圧縮機本体が収容されていて、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、このロータを、その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、ロータの周面から外方に突出自在に設けられた複数枚の板状のベーンと、ロータの両端面から突出した回転軸を回転自在に支持する軸受がそれぞれ形成されているとともに、ロータおよびシリンダの両端面に接してこれら両端面を塞ぐサイドブロックとを備え、ロータの外周面とシリンダの内周面と両サイドブロックの各内側の面とによって、気体の吸入、圧縮、吐出が行われる空間であるシリンダ室が形成されている。

このシリンダ室は、ロータの周面から突出した各ベーンの突出側先端がシリンダの内周面に接することで、ロータの外周面とシリンダの内周面と両サイドブロックの各内側の面とロータの回転方向に沿って相前後する２つのベーンの面によって、複数の圧縮室に区画される。

シリンダの内周面の輪郭形状は、ロータの外周面とシリンダの内周面との間の間隔がロータの回転角度位置ごとに変化するように設定されている。

具体的には、ロータの回転方向の上流側では、上記間隔が小さい状態から急激に大きくなるように設定されていて、ロータの回転に伴って、圧縮室の容積が拡大して吸入部を通じて圧縮室内に気体が吸入される行程に対応している。

次いで、ロータの回転方向の下流に向かって、上記間隔が徐々に小さくなるように設定されていて、ロータの回転に伴って圧縮室の容積が減少し、圧縮室内の気体が圧縮される行程に対応している。

さらに、ロータの回転方向の下流側は、上記間隔がさらに小さくなるように設定されていて、ロータの回転に伴って圧縮室内の圧縮された気体が吐出部を通じて圧縮室の外部に吐出される行程に対応し、上記ロータの回転に伴って、吸入行程、圧縮行程、吐出行程をこの順序で繰り返すことにより、外部から吸入された低圧の気体を高圧の気体にして吐出させることができる（特許文献１）。

特開昭５４−２８００８号公報

しかし、ベーンロータリ形式の圧縮機は、気体を急激に圧縮するため、圧縮室内で過圧縮が生じ易く、その分、動力の損失が大きくなったり、隣接する圧縮室間の圧力差が大きくなって、回転方向下流側の圧縮室から回転方向上流側の圧縮室へ気体が漏れ易くなるなどの原因により、他の形式の気体圧縮機よりも効率（成績係数またはＣＯＰ（Coefficient of Performance：冷房能力／動力））が低くなる傾向にあった。

そして、このような効率の低い傾向は、気体圧縮機の高回転運転時などにおいて特に問題となる。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、圧縮室内の過圧縮を適切に防止することができる気体圧縮機を提供するものである。

本発明に係る気体圧縮機は、圧縮室が圧縮気体を圧縮室から吐出する吐出部（以下、主吐出部という。）に臨む以前の段階で過圧縮となる吐出圧力に達したとき、その圧縮室は、主吐出部よりもロータの回転方向上流側に設けられた他の吐出部（以下、副吐出部という。）に臨んでいるため、圧縮室内の吐出圧力の気体は、副吐出部を通じて圧縮室から外部に吐出され、圧縮室内の気体が過圧縮となるのを適切に防止するものである。

しかも、本発明に係る気体圧縮機は、圧縮室が主吐出部に臨む以前の段階で吐出圧力に達しているため、その圧縮室が主吐出部に到達したときから主吐出部を通り過ぎるまでの全期間に亘って、その主吐出部に臨んでいる圧縮室から主吐出部に気体が吐出され続け、主吐出部への気体の吐出が途切れることによって吐出部より下流側で生じる吐出脈動の発生を防止し、吐出脈動により生じる異音等の発生を防止する。

なお、主吐出部を圧縮室間を仕切るベーンが通過する瞬間は、主吐出部にいずれの圧縮室も臨んでいないため、その瞬間だけは主吐出部に気体が吐出しない事態も生じうる。

しかし、通常は、主吐出部の開口の、回転方向に沿った大きさ（長さ）は、圧縮室間を仕切るベーンの厚さよりも大きいため、ベーンが主吐出部を通過している期間中は、そのベーンで仕切られた回転方向の相前後する２つの圧縮室のうち少なくとも一方が必ず、主吐出部の開口の少なくとも一部に臨んだ状態となるため、ベーンの厚さと主吐出部の開口の大きさとが上述した通常のサイズに設定されている限りにおいては、主吐出部への気体の吐出が途切れることはない。

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圧縮機本体を収容した気体圧縮機において、前記圧縮機本体は、回転軸と一体的に回転する略円柱状のロータと、前記ロータを、前記ロータの外周面の外方から取り囲む輪郭形状の内周面を有し、そこに臨む圧縮室の内部の気体の圧力が吐出圧力に達したとき前記内部の気体を吐出させる吐出部が設けられたシリンダと、前記ロータの外周面から前記シリンダの内周面に向けて突出自在に設けられた複数の板状のベーンと、前記ロータおよび前記シリンダの両端を塞ぐ２つのサイドブロックとを備え、前記ベーンは、前記シリンダの内周面と前記ロータの外周面との間に形成された空間を仕切ることにより複数の圧縮室を形成するものであり、前記シリンダの内周面の輪郭形状は、各圧縮室が前記ロータの１回転の期間に気体の吸入、圧縮および前記吐出部からの吐出を１サイクルのみ行うように前記ロータの外周面と前記シリンダの内周面とが最も近接する近接部が前記ロータの外周面と前記シリンダの内周面とが最も遠い遠隔部の前記ロータの回転中心を挟んで対向する位置よりも前記回転方向の下流側に偏った非対称に設定され、かつ前記圧縮室が前記吐出部に臨む以前の段階で前記圧縮室の内部の気体の圧力が前記吐出圧力に達するように設定され、前記吐出部の、前記ロータの回転方向上流側に、前記圧縮室の内部の気体の圧力が吐出圧力に達したとき前記圧縮室の内部の気体を吐出させる副吐出部が１つ以上形成され、前記圧縮室が前記吐出部に臨んだ状態では、前記吐出部は前記圧縮室から前記気体を常に吐出していることを特徴とする。

本発明に係る気体圧縮機によれば、圧縮室内の過圧縮を適切に防止することができる。

しかも、本発明に係る気体圧縮機は、吐出部より下流側で生じる吐出脈動が発生せず、吐出脈動により生じる異音等の発生を防止することもできる。

なお、本発明に係る気体圧縮機によれば、ロータの１回転の期間に、気体の吸入、圧縮および吐出部からの吐出を１サイクルのみ行うため、気体を緩やかに圧縮することが可能となり、必要な動力を削減することができる。

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コンプレッサの横断面図である。図１に示したベーンロータリコンプレッサのコンプレッサ部のＡ−Ａ線に沿った断面図である。実施形態のコンプレッサにおける主吐出部と副吐出部とベーンとの位置関係を模式的に示した図である。

以下、本発明に係る気体圧縮機の具体的な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

本発明に係る気体圧縮機の一実施形態である電動ベーンロータリコンプレッサ１００（以下、単にコンプレッサ１００という。）は、自動車等に設置された、蒸発器、気体圧縮機、凝縮器および膨張弁を有する空気調和システムにおける気体圧縮機として用いられている。この空気調和システムの作動媒体は、冷媒ガスＧ（気体）である。

コンプレッサ１００は、図１に示すように、本体ケース１１とフロントカバー１２とから主に構成されているハウジング１０の内部に、モータ９０と圧縮機本体６０とが収容された構成である。

本体ケース１１は、略円筒形状であり、その円筒形状の一方の端部が塞がれたように形成され、他方の端部は開口して形成されている。

フロントカバー１２は、この本体ケース１１の開口側の端部に接した状態でこの開口を塞ぐように蓋状に形成されていて、この状態で締結部材により本体ケース１１に締結されて本体ケース１１と一体化され、内部に空間を有するハウジング１０を形成する。

フロントカバー１２には、ハウジング１０の内部と外部とを通じさせて、空気調和システムの蒸発器から低圧の冷媒ガスＧをハウジング１０の内部に導入する吸入ポート１２ａが形成されている。

一方、本体ケース１１には、ハウジング１０の内部と外部とを通じさせて、高圧の冷媒ガスＧをハウジング１０の内部から空気調和システムの凝縮器に吐出する吐出ポート１１ａが形成されている。

本体ケース１１の内部に設けられたモータ９０は、永久磁石のロータ９０ａと電磁石のステータ９０ｂとを備えた多相ブラシレス直流モータを構成している。

ステータ９０ｂは本体ケース１１の内周面に嵌め合わされて固定され、ロータ９０ａには回転軸５１が固定されている。

そして、モータ９０は、フロントカバー１２に取付けられた電源コネクタ９０ｃを介して供給された電力によってステータ９０ｂの電磁石を励磁することにより、ロータ９０ａおよび回転軸５１をその軸心回りに回転駆動させる。

なお、電源コネクタ９０ｃとステータ９０ｂとの間に、インバータ回路９０ｄなどを備えた構成を採用することもできる。

なお、本実施形態のコンプレッサ１００は上述したとおり電動のものであるが、本発明に係る気体圧縮機は電動のものに限定されるものではなく、機械式のものであってもよく、本実施形態のコンプレッサ１００を仮に機械式のものとした場合は、モータ９０を備える代わりに、回転軸５１をフロントカバー１２から外部へ突出させて、その突出した回転軸５１の先端部に、車両のエンジン等から動力の伝達を受けるプーリーや歯車等を備えた構成とすればよい。

モータ９０とともにハウジング１０の内部に収容された圧縮機本体６０は、回転軸５１の延びた方向に沿ってモータ９０と並んで配置されており、ボルト等の締結部材１５により、本体ケース１１に固定されている。

圧縮機本体６０は、モータ９０によって回転される回転軸５１と、回転軸５１と一体的に回転する略円柱状のロータ５０と、このロータ５０を、その外周面５２（図２参照）の外方から取り囲む輪郭形状の内周面４１を有するシリンダ４０と、ロータ５０の外周面５２からシリンダ４０の内周面４１に向けて突出自在に設けられた５枚の板状のベーン５８と、ロータ５０およびシリンダ４０の両端を塞ぐ２つのサイドブロック（フロントサイドブロック２０、リヤサイドブロック３０）とを備えている。

ここで、回転軸５１は、フロントカバー１２に形成された軸受１２ｂ、圧縮機本体６０の各サイドブロック２０，３０にそれぞれ形成された軸受２７，３７により、回転自在に支持されている。

圧縮機本体６０は、図１に示すように、ハウジング１０の内部の空間を、圧縮機本体６０を挟んだ左側の空間と右側の空間とに仕切っている。

そして、両サイドブロック２０，３０の外周面にはそれぞれＯリング等のシール部材が外周面の全周に亘って設置されていて、これらのシール部材が本体ケース１１の内周面の全周に接することで、図１の圧縮機本体６０を挟んだ左右の空間間の気密を保持している。

これらハウジング１０の内部に仕切られた２つの空間のうち圧縮機本体６０を挟んだ図１の左側の空間は、吸入ポート１２ａを通じて蒸発器から低圧の冷媒ガスＧが導入される低圧雰囲気の吸入室１３であり、圧縮機本体６０を挟んだ図１の右側の空間は、吐出ポート１１ａを通じて高圧の冷媒ガスＧが凝縮器に吐出される高圧雰囲気の吐出室１４である。

圧縮機本体６０の内部には、図２に示すように、シリンダ４０の内周面４１とロータ５０の外周面５２と両サイドブロック２０，３０とに囲まれた略Ｃ字状の単一のシリンダ室４２が形成されている。

具体的には、シリンダ４０の内周面４１とロータ５０の外周面５２とが、回転軸５１の軸回りの１周（角度３６０［度］）の範囲で１箇所だけ近接するように、シリンダ４０の内周面４１の輪郭形状が設定されていて、これにより、シリンダ室４２は単一の空間を形成している。

なお、シリンダ４０の内周面４１の輪郭形状のうちシリンダ４０の内周面４１とロータ５０の外周面５２とが最も近接した部分として形成された近接部４８は、シリンダ４０の内周面４１とロータ５０の外周面５２とが最も離れた部分として形成された遠隔部４９から、ロータ５０の回転方向Ｗ（図２において時計回り方向）に沿って下流側に角度２７０［度］以上（３６０［度］未満）離れた位置に形成されている。

シリンダ４０の内周面４１の輪郭形状は、遠隔部４９から回転方向Ｗに沿って近接部４８に至るまで、ロータ５０の外周面５２とシリンダ４０の内周面４１との間の距離が単調に減少するような形状に設定されている。

ベーン５８はロータ５０に形成されたベーン溝５９に嵌め込まれていて、ベーン溝５９に供給された冷凍機油Ｒによる背圧により、ロータ５０の外周面５２から外方に突出する。

また、ベーン５８は単一のシリンダ室４２を複数の圧縮室４３に仕切るものであり、ロータ５０の回転方向Ｗに沿って相前後する２つのベーン５８によって１つの圧縮室４３が形成される。したがって、５枚のベーン５８が回転軸５１回りに角度７２［度］の等角度間隔で設置された本実施形態においては、５つの圧縮室４３が形成される。

ただし、シリンダ室４２の上流側端部および下流側端部は、近接部４８と１枚のベーン５８とによっても圧縮室４３が仕切られるため、ロータ５０の回転中の多くの期間は６つの圧縮室４３が形成されており、ベーン５８が近接部４８を通過するときのみ、５つの圧縮室４３が形成される期間がある。

ベーン５８によりシリンダ室４２を仕切って得られた圧縮室４３の内部の容積は、回転方向Ｗに沿って圧縮室４３が遠隔部４９から近接部４８に至るまで、単調に小さくなる。

このシリンダ室４２の、ロータ５０の回転方向Ｗの上流側の部分には、フロントサイドブロック２０に形成された、吸入室１３に通じる吸入孔２３が臨んでいる。

一方、シリンダ室４２の、ロータ５０の回転方向Ｗの下流側の部分には、シリンダ４０に形成された２つの吐出部４５，４６に各別に通じた２つの吐出孔４５ｂ，４６ｂがそれぞれ臨んでいる。

各圧縮室４３は、ロータ５０の１回転の期間に、吸入孔２３を通じた冷媒ガスＧの吸入、冷媒ガスＧの圧縮および吐出部４５，４６への冷媒ガスＧの吐出を１サイクルだけ行うように、シリンダ４０の内周面４１の輪郭形状が設定されている。

ロータ５０の回転方向Ｗの上流側では、シリンダ４０の内周面４１とロータ５０の外周面５２との間隔が小さい状態から急激に大きくなるように内周面４１の輪郭形状が設定されていて、遠隔部４９を含んだ角度範囲ではロータ５０の回転方向Ｗへの回転に伴って圧縮室４３の容積が拡大して吸入孔２３を通じて圧縮室４３内に冷媒ガスＧが吸入される行程（吸入行程）となる。

次いで、ロータ５０の回転方向Ｗの下流に向かって、シリンダ４０の内周面４１とロータ５０の外周面５２との間隔が徐々に小さくなるように内周面４１の輪郭形状が設定されていて、その範囲ではロータ５０の回転に伴って圧縮室４３の容積が減少し、圧縮室４３内の冷媒ガスＧが圧縮される行程（圧縮行程）となる。

さらに、ロータ５０の回転方向Ｗの下流側は、シリンダ４０の内周面４１とロータ５０の外周面５２との間隔がさらに小さくなって冷媒ガスＧの圧縮がさらに進み、冷媒ガスＧの圧力が予め設定された吐出圧力に達すると冷媒ガスＧは後述する吐出孔４５ｂ，４６ｂを通じて吐出部４５，４６に吐出される行程（吐出行程）となる。

そして、ロータ５０の回転に伴って、各圧縮室４３が吸入行程、圧縮行程、吐出行程をこの順序で繰り返すことにより、吸入室１３から吸入された低圧の冷媒ガスＧを高圧にして圧縮機本体６０から吐出させる。

各吐出部４５，４６は、シリンダ４０と両サイドブロック２０，３０と本体ケース１１とによって囲まれた空間（以下、吐出チャンバ４５ａ，４６ａという。）と、吐出チャンバ４５ａ，４６ａと圧縮室４３とを通じさせる吐出孔４５ｂ，４６ｂと、圧縮室４３内の冷媒ガスＧの圧力が吐出チャンバ４５ａ，４６ａ内の圧力（吐出圧力）以上のとき、差圧により吐出チャンバー４５ａ，４６ａの側に反るように弾性変形して吐出孔４５ｂ，４６ｂを開き、冷媒ガスＧの圧力が吐出チャンバ４５ａ，４６ａ内の圧力（吐出圧力）未満のとき弾性力により吐出孔４５ｂ，４６ｂを閉じる吐出弁４５ｃ，４６ｃと、吐出弁４５ｃ，４６ｃが吐出チャンバー４５ａ，４６ａの側に過度に反るのを防止する弁サポート４５ｄ，４６ｄとを備えている。

なお、２つの吐出部４５，４６のうち、ロータ５０の回転方向Ｗの下流側に設けられている吐出部、すなわち近接部４８に近い側の吐出部４５の吐出チャンバ４５ａは、リヤサイドブロック３０に形成された吐出路３８を介して、リヤサイドブロック３０の外面（吐出室１４に向いた面）に取り付けられたサイクロンブロック７０に通じている。

同様に、２つの吐出部４５，４６のうち、ロータ５０の回転方向Ｗの上流側に設けられている吐出部、すなわち近接部４８から遠い側の吐出部４６の吐出チャンバ４６ａは、リヤサイドブロック３０に形成された吐出路３９を介して、サイクロンブロック７０に通じている。

サイクロンブロック７０は主に、冷媒ガスＧと混ざった冷凍機油Ｒを冷媒ガスＧから分離するものであり、各吐出チャンバ４５ａ，４６ａに吐出されて、吐出路３８，３９を通って導入された冷媒ガスＧを、螺旋状に旋回させることで冷凍機油Ｒを遠心分離する。

そして、冷媒ガスＧから分離された冷凍機油Ｒは吐出室１４の底部に溜まり、冷凍機油Ｒが分離された後の高圧の冷媒ガスＧは吐出室１４に吐出された後、吐出ポート１１ａを通って凝縮器に吐出される。

吐出室１４の底部に溜められた冷凍機油Ｒは、吐出室１４の高圧雰囲気により、リヤサイドブロック３０に形成された油路３４ａおよびリヤサイドブロック３０に形成された背圧供給用の凹部であるサライ溝３１，３２を通じて、並びに、リヤサイドブロック３０に形成された油路３４ａ，３４ｂ、シリンダ４０に形成された油路４４、フロントサイドブロック２０に形成された油路２４およびフロントサイドブロック２０に形成された背圧供給用の凹部であるサライ溝２１，２２を通じて、それぞれ、ロータ５０のベーン溝５９に供給され、ベーン５８を外方に突出させる背圧となる。

なお、冷凍機油Ｒは、ベーン５８とベーン溝５９との間の隙間や、ロータ５０とサイドブロック２０，３０との間の隙間等から滲みだして、ロータ５０と両サイドブロック２０，３０との間の接触部分や、ベーン５８とシリンダ４０や両サイドブロック２０，３０との間の接触部分などにおける潤滑や冷却の機能も発揮し、その冷凍機油Ｒの一部が、圧縮室４３内の冷媒ガスＧと混ざるため、サイクロンブロック７０により、冷凍機油Ｒの分離が行われる。

リヤサイドブロック３０に形成された２つのサライ溝３１，３２のうち、ロータ５０の回転方向Ｗの上流側の部分（吸入行程および圧縮行程に対応する部分）に形成されたサライ溝３１に供給される冷凍機油Ｒは、油路３４ａから、軸受３７と回転軸５１の外周面との間の狭い隙間を通過してサライ溝３１に供給されるため、軸受３７と回転軸５１の外周面との間の狭い隙間を通過する際の圧力損失により、吐出室１４の雰囲気である高圧（吐出圧力に近い圧力）よりも低い中圧（吸入室１３の雰囲気である吸入圧よりも高い圧力）となる。

フロントサイドブロック２０に形成された２つのサライ溝２１，２２のうち、ロータ５０の回転方向Ｗの上流側の部分に形成されたサライ溝２１に供給される冷凍機油Ｒについても、サライ溝３１に供給される冷凍機油Ｒと同様に中圧となる。

一方、２つのサライ溝３１，３２のうち、ロータ５０の回転方向Ｗの下流側の部分（主に吐出行程に対応する部分）に形成されたサライ溝３２に供給される冷凍機油Ｒは、油路３４ａから圧力損失なく供給されるため、吐出室１４の雰囲気である高圧に近い圧力（中圧よりも高い圧力）となる。

２つのサライ溝２１，２２のうち、ロータ５０の回転方向Ｗの下流側の部分に形成されたサライ溝２２に供給される冷凍機油Ｒについても、サライ溝３２に供給される冷凍機油Ｒと同様に高圧となる。

そして、ロータ５０の両端面まで貫通したベーン溝５９が、ロータ５０の回転により、各サイドブロック２０，３０のサライ溝２１，３１，２２，３２にそれぞれ通じたときに、その通じたサライ溝２１，３１，２２，３２からベーン溝５９に冷凍機油Ｒが供給されて、供給された冷凍機油Ｒの圧力がベーン５８を突出させる背圧となる。

次に、本実施形態のコンプレッサ１００における２つの吐出部４５，４６について、詳しく説明する。

まず、ロータ５０の回転方向Ｗに沿って、近接部４８の直前の上流側に形成された吐出部４５は、ロータ５０の１回転ごとに、吸入、圧縮および吐出という圧縮サイクルを１サイクルしか行わない、単一の吐出部しか備えない構成の気体圧縮機における本来の単一の吐出部に対応するものであり、主たる吐出部ということができる。

そこで、以下の説明においては、主たる吐出部４５と副次的な吐出部４６との区別を明確にするために、吐出部４５を主吐出部４５と称し、主吐出部４５に対して回転方向Ｗの上流側に形成された吐出部４６を副吐出部４６と称する場合がある。

この主吐出部４５は、前述したように吐出弁４５ｃの作用により、主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨んだ圧縮室４３（この圧縮室４３を他の圧縮室４３と区別する必要があるときは、圧縮室４３Ａという。）の内部の冷媒ガスＧの圧力が吐出チャンバ４５ａ内の圧力（吐出圧力）以上の高圧になると、その圧縮室４３内の冷媒ガスＧが吐出孔４５ｂを通って吐出チャンバ４５ａに吐出されるように構成されている。

ここで、本実施形態のコンプレッサ１００は、シリンダ４０の内周面４１の輪郭形状が、ロータ５０の回転方向Ｗへの回転により、回転方向Ｗの上流側で圧縮室４３Ａに隣接する圧縮室４３（この圧縮室４３を他の圧縮室４３と区別する必要があるときは、圧縮室４３Ｂという。）が主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨む以前の段階（主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨む角度位置よりも上流側に位置している段階）において、その圧縮室４３の内部の冷媒ガスＧの圧力が吐出圧力に達するように設定されている。

そして、本実施形態のコンプレッサ１００は、圧縮室４３Ｂの内部の冷媒ガスＧの圧力が主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨む以前の段階で吐出圧力に達したとき、その圧縮室４３Ｂの内部の冷媒ガスＧを圧縮室４３Ｂの外部に吐出させる副吐出部４６が、主吐出部４５の、ロータ５０の回転方向Ｗの上流側に設けられているため、圧縮室４３Ｂの内部の冷媒ガスＧの圧力が主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨む以前の段階で吐出圧力に達したとき、その圧縮室４３Ｂの内部の冷媒ガスＧは、副吐出部４６の吐出孔４６ｂを通じて吐出チャンバ４６ａに吐出され、圧縮室４３Ｂが主吐出部４５の吐出孔４５ｂに到達する前の段階で冷媒ガスＧが吐出圧力を超える過圧縮を適切に防止することができる。

つまり、仮に吐出部が１つ（主吐出部４５のみ）しか形成されていない気体圧縮機では、ロータ５０のさらなる回転により圧縮室４３Ｂの容積がさらに小さくなるため、圧縮室４３Ｂの内部の冷媒ガスＧの圧力が吐出圧力を超えるが、圧縮室４３Ｂが主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨む位置まで回転する以前は、吐出圧力を超えた冷媒ガスＧが吐出されないため、この圧縮室４３Ｂを仕切っている２つのベーン５８，５８のうち回転方向Ｗの上流側のベーン５８の冷凍機油Ｒによるベーン溝５９とベーン５８に作用する遠心力との合力によるシリンダ４０へのベーン５８の押付荷重よりも、圧縮室４３Ａ，４３Ｂの内部圧力による、ベーン５８を先端側のシリンダ４０から押し戻す荷重が上回ると、そのベーン５８の突出側先端部がシリンダ４０の内周面４１から瞬間的に離れるチャタリングを生じることになるが、本実施形態のコンプレッサ１００によれば、圧縮室４３Ｂを仕切っているベーン５８がチャタリングを発生することもなく、圧縮室４３Ｂの内部圧力が損失されることもない。

また、本実施形態のコンプレッサ１００は、圧縮室４３が主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨む以前の段階で、その圧縮室４３の内部の冷媒ガスＧの圧力が吐出圧力に達するため、その圧縮室４３の内部の冷媒ガスＧは副吐出部４６の吐出孔４６ｂから吐出チャンバ４６ａおよび吐出路３９を通じてサイクロンブロック７０に吐出されるが、この副吐出部４６に臨んでいる圧縮室４３が、ロータ５０の回転により下流側に進み、やがて主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨んだとき、その圧縮室４３の内部の冷媒ガスＧは、主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨んでいる全期間中に亘って、主吐出部４５の吐出孔４５ｂを通じて圧縮室４３から吐出され続ける。

すなわち、この圧縮室４３が副吐出部４６の吐出孔４６ｂに臨んでいる期間中に、その吐出孔４６ｂを通じて冷媒ガスＧが圧縮室４３から吐出されていても、ロータ５０の回転により圧縮室４３は副吐出部４６に臨んでいる状態から容積がさらに減少するため、主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨んだ段階においても、その圧縮室の内部の冷媒ガスＧは吐出圧力以上となっている。

そして、その圧縮室４３が主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨み始めた最初の段階から、圧縮室４３が主吐出部４５の吐出孔４５ｂを通過し終わる最後の段階までの全期間に亘って、圧縮室４３の容積は単調に減少するため、その全期間に亘って、圧縮室４３の内部の冷媒ガスＧは、主吐出部４５の吐出孔４５ｂを通じて圧縮室４３から吐出され続ける。

上述したように圧縮室４３は、主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨んでいる全期間に亘って吐出圧力に達しているが、このことは全ての圧縮室４３についても同様であるため、主吐出部４５の吐出孔４５ｂは常に圧縮室４３から、冷媒ガスＧを吐出していることになる。

つまり、主吐出部４５には、冷媒ガスＧが吐出する期間と吐出が停止する期間とが交互に繰り返すことがないため、主吐出部４５の下流側において、冷媒ガスＧの吐出と停止とが交互に繰り返した場合に生じる吐出脈動が、本実施形態のコンプレッサ１００では発生しない。

ここで、圧縮室４３が主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨む以前の段階で、その圧縮室４３の内部の冷媒ガスＧの圧力が吐出圧力に達する構成の具体的な一例としては、図３に示すように、副吐出部４６の吐出孔４６ｂから主吐出部４５の吐出孔４５ｂまでの、ロータ５０の回転方向Ｗに向けてシリンダ４０の内周面４１に沿った間隔をＬ１とし、回転方向Ｗの下流側のベーン５８が吐出部４５の吐出孔４５ｂと副吐出部４６の吐出孔４６ｂとの間の位置に配置されている圧縮室４３Ｂの内部の冷媒ガスＧの圧力が吐出圧力に達したときにおける当該下流側のベーン５８と副吐出部４６の吐出孔４６ｂとの間の、シリンダ４０の内周面４１に沿った間隔をＬ２としたとき、下記式（１）が成立する位置に、副吐出部４６の吐出孔４６ｂが形成されてればよい。

Ｌ２＜Ｌ１（１）

なお、圧縮室４３Ｂの内部の冷媒ガスＧの圧力が吐出圧力に達したときにおける下流側のベーン５８と副吐出部４６の吐出孔４６ｂとの間の、シリンダ４０の内周面４１に沿った間隔としては、図３に示した、ベーン５８の圧縮室４３Ｂに向いた面５８ｂ（後面５８ｂ）と吐出孔４６ｂの中心４６ｓとの間の間隔Ｌ２を適用してもよいし、ベーン５８の内周面４１に接する部分５８ｃと吐出孔４６ｂの中心４６ｓとの間の間隔Ｌ２′を適用してもよい。

また、副吐出部４６の吐出孔４６ｂから主吐出部４５の吐出孔４５ｂまでの、ロータ５０の回転方向Ｗに向けてシリンダ４０の内周面４１に沿った間隔Ｌ１は、図３においては吐出孔４６ｂの中心４６ｓと吐出孔４５ｂの中心４５ｓとの間の間隔として示したが、各吐出孔４５ｂ，４６ｂのうち回転方向Ｗの下流側の縁部同士の間隔であってもよいし、これとは反対に、各吐出孔４５ｂ，４６ｂのうち回転方向Ｗの上流側の縁部同士の間隔であってもよい。

上記式（１）が成立するように副吐出部４６の吐出孔４６ｂを形成したコンプレッサ１００によれば、回転方向Ｗの下流側のベーン５８が主吐出部４５の吐出孔４５ｂに到達する以前に、すなわち、そのベーン５８により回転方向Ｗの下流側が仕切られた圧縮室４３Ｂが主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨む以前に、確実に、圧縮室４３Ｂの内部の冷媒ガスＧの圧力を吐出圧力以上に到達させることができ、圧縮室４３Ｂが主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨む段階まで回転したとき、冷媒ガスＧを圧縮室４３Ｂから主吐出部４５の吐出チャンバ４５ａに途切れることなく吐出させることができる。

なお、図３は、シリンダ４０の内周面４１を平面状に記載し、また、各ベーン５８が内周面４１に対して、ともに直交し、互いに平行となる姿勢、位置関係に記載しているが、このような模式的な記載は、各吐出部４５，４６の吐出孔４５ｂ，４６ｂと圧縮室４３との位置関係を分かりやすく説明する便宜によるものであり、シリンダ４０の内周面４１の輪郭形状が曲線であり、各ベーン５８が内周面４１に対して角度９０［度］以外の傾斜した角度で接している実施形態についての説明が、模式的に記載した図３によって不整合等が生じるものではない。

なお、本実施形態のコンプレッサ１００によれば、ロータ５０の１回転の期間に、冷媒ガスＧの吸入、圧縮および吐出を１サイクルのみ行うため、ロータ５０の１回転の期間に、冷媒ガスＧの吸入、圧縮および吐出を２サイクル行うものに比べて、冷媒ガスＧを緩やかに圧縮することが可能となり、必要な動力を削減するとともに、回転方向に相前後して隣接する圧縮室４３，４３の間の差圧を少なくし、ベーン５８とサイクロンブロック２０，３０間の微小隙間から冷媒ガスＧが回転方向上流側に隣接した圧縮室４３に漏れて効率が低下するのを抑制することができる。

しかも、シリンダ４０の内周面４１の近接部４８は、遠隔部４９からロータ５０の回転方向Ｗに沿って下流側に角度２７０［度］以上離れた位置に形成されているため、近接部４８が遠隔部４９から角度１８０［度］程度離れた位置に形成された輪郭形状の内周面４１を有する気体圧縮機よりも一層緩やかに冷媒ガスＧを圧縮することが可能となり、効率低下の程度を一層少なくすることができる。

本実施形態のコンプレッサ１００は、主吐出部４５の吐出孔４５ｂの全体の開口面積と副吐出部４６の吐出孔４６ｂの全体の開口面積とは等しく設定されているものであるが、本発明に係る気体圧縮機は、２つの吐出部（吐出孔）の開口面積が同じであるものに限定されるものではなく、いずれか一方の吐出部（吐出孔）が他方の吐出部（吐出孔）よりも大きい開口面積で形成されているものであってもよい。

なお、副吐出部４６（吐出孔４６ｂ）のデッドボリュームに溜まった冷媒ガスＧによる、回転方向Ｗの上流側の圧縮室への影響を抑制する観点から、副吐出部４６（吐出孔４６ｂ）の開口面積を主吐出部４５（吐出孔４５ｂ）の開口面積よりも小さく設定することが好ましい。

また、上述した実施形態のコンプレッサ１００における主吐出部４５、副吐出部４６の各吐出孔４５ｂ，４６ｂは、いずれもシリンダ４０の内周面４１における開口の形状が円形や矩形を始めとして如何なる形状のものであってもよい。ただし、加工の容易性の観点からは、各吐出部４５，４６の吐出孔４５ｂ、４６ｂの形状は円形であることが好ましい。

なお、本実施形態のコンプレッサ１００は、主吐出部４５に対して、ロータ５０の回転方向Ｗの上流側に、副吐出部４６を１つだけ設けたものであるが、本発明に係る気体圧縮機はこの形態に限定されるものではなく、副吐出部４６に対して、ロータ５０の回転方向Ｗの上流側にさらに別の副吐出部を設けた構成を採用することもできる。

上述した実施形態のコンプレッサ１００においては、ベーン５８を５枚有するものとして説明したが、本発明に係る各気体圧縮機はこの形態に限定されるものではなく、ベーンの数は２枚、３枚、４枚、６枚等適宜選択可能であり、そのように選択された枚数のベーンを適用した気体圧縮機によっても、上述した実施形態とコンプレッサ１００と同様の作用・効果を得ることができる。

１０ハウジング
１１本体ケース
１２フロントカバー
３０リヤサイドブロック
４０シリンダ
４１内周面
４３，４３Ａ，４３Ｂ圧縮室
４５主吐出部（吐出部）
４５ｂ吐出孔
４６副吐出部
５０ロータ
５１回転軸
６０圧縮機本体
７０サイクロンブロック
１００電動ベーンロータリコンプレッサ（気体圧縮機）
Ｇ冷媒ガス（気体）
Ｒ冷凍機油
Ｗ回転方向

Claims

ハウジングの内部に圧縮機本体を収容した気体圧縮機において、
前記圧縮機本体は、回転軸と一体的に回転する略円柱状のロータと、前記ロータを、前記ロータの外周面の外方から取り囲む輪郭形状の内周面を有し、そこに臨む圧縮室の内部の気体の圧力が吐出圧力に達したとき前記内部の気体を吐出させる吐出部が設けられたシリンダと、前記ロータの外周面から前記シリンダの内周面に向けて突出自在に設けられた複数の板状のベーンと、前記ロータおよび前記シリンダの両端を塞ぐ２つのサイドブロックとを備え、
前記ベーンは、前記シリンダの内周面と前記ロータの外周面との間に形成された空間を仕切ることにより複数の圧縮室を形成するものであり、
前記シリンダの内周面の輪郭形状は、各圧縮室が前記ロータの１回転の期間に気体の吸入、圧縮および前記吐出部からの吐出を１サイクルのみ行うように前記ロータの外周面と前記シリンダの内周面とが最も近接する近接部が前記ロータの外周面と前記シリンダの内周面とが最も遠い遠隔部の前記ロータの回転中心を挟んで対向する位置よりも前記回転方向の下流側に偏った非対称に設定され、かつ前記圧縮室が前記吐出部に臨む以前の段階で前記圧縮室の内部の気体の圧力が前記吐出圧力に達するように設定され、
前記吐出部の、前記ロータの回転方向上流側に、前記圧縮室の内部の気体の圧力が吐出圧力に達したとき前記圧縮室の内部の気体を吐出させる副吐出部が１つ以上形成され、
前記圧縮室が前記吐出部に臨んだ状態では、前記吐出部は前記圧縮室から前記気体を常に吐出していることを特徴とする気体圧縮機。
前記吐出部は、
気体が流入する吐出空間と、前記吐出空間と前記圧縮室とを通じさせる吐出孔と、前記圧縮室の内部の気体の圧力が前記吐出圧力以上のとき前記吐出孔を開き、前記圧縮室の内部の気体の圧力が前記吐出圧力未満のとき前記吐出孔を閉じる吐出弁と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。
前記近接部が、前記遠隔部から、前記ロータの回転方向下流側に向けて角度２７０［度］以上の位置に形成されている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。