JP5826715B2 - 気体圧縮機 - Google Patents

Description

この発明は、効率を向上し得るようにした気体圧縮機に関するものである。

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（空気調和装置）が備えられている。

この空調装置は、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備えており、この冷媒サイクルには、蒸発器、気体圧縮機、凝縮器、膨張弁、が順に設けられている。

そして、上記した気体圧縮機は、蒸発器で蒸発されたガス状の冷媒（冷媒ガス）を圧縮して高温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には、ベーンロータリー型のコンプレッサ（ベーンロータリーコンプレッサ）がある（例えば、特許文献１参照）。

このベーンロータリー型のコンプレッサは、中空のシリンダ部材と、このシリンダ部材の内部に回転自在に配設されたロータと、このロータに突出収納自在に取付けられて先端がシリンダ部材の内周面に摺接することによりシリンダ部材の内部に複数の圧縮室を形成可能な複数枚のベーンとを備えている。

そして、上記したシリンダ部材とロータとの間に、上記圧縮室の容積を変化させることにより冷媒ガスの圧縮サイクルを行わせるシリンダ室が形成され、このシリンダ室の上流側に冷媒ガスを吸入可能な吸入部を設けると共に、下流側に冷媒ガスを吐出可能な吐出部を設けるようにしている。

特開昭５４−２８００８号公報

しかしながら、上記圧縮機には、以下のような問題があった。

即ち、ベーンロータリー型のコンプレッサは、他の方式の圧縮機と比べて効率（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。

これは、以下のような原因によるものと考えられる。

即ち、ベーンロータリー型のコンプレッサは、
１．冷媒ガスを急激に圧縮するため、過圧縮が生じ易く、その分、動力の損失が大きくなる、
２．冷媒ガスを急激に圧縮するため、隣接する圧縮室間の圧力差が大きくなり、圧力差によってベーンから冷媒ガスが漏れ易くなる、
というものである。

このことは、特に、高負荷運転の時などに問題となっている。なお、この問題は、上記コンプレッサにより圧縮される対象が冷媒ガスの場合にのみ起こることではなく、気体一般についても同様である。

上記課題を解決するために、本発明に係る気体圧縮機は、中空のシリンダ部材と、該シリンダ部材の内部に回転自在に配設されたロータと、該ロータに突出収納自在に取付けられて先端がシリンダ部材の内周面に摺接することにより前記シリンダ部材の内部に複数の圧縮室を形成可能な複数枚のベーンとを備え、前記シリンダ部材とロータとの間に、前記圧縮室の容積を変化させることにより冷媒ガスなどの気体の圧縮サイクルを行わせるシリンダ室を形成し、該シリンダ室の上流側に気体を吸入可能な吸入部を設けると共に、下流側に気体を吐出可能な吐出部を設けた気体圧縮機において、前記シリンダ部材とロータとの間に、両者が近接する近接部を１箇所のみ設けることによって、気体の圧縮サイクルを各圧縮室につき１周に１回のみ行う単一のシリンダ室を形成し、前記シリンダ室は、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最大間隔部が、前記近接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上流側に偏った非対称であり、前記吐出部の上流側に、圧縮室内の気体の圧力が吐出圧に達した時に、当該圧縮室の圧力を抜くことにより、前記吐出圧に保持させる副吐出部を少なくとも１個以上設け、前記副吐出部が、隣接する吐出部に対して、隣接するベーンの先端間と同じかそれよりも僅かに狭い間隔を有して、かつ前記圧縮室を形成する回転方向の下流側のベーンが前記吐出部に臨んだ状態で前記下流側のベーンよりも回転方向の上流側のベーンに近い位置に形成されていることを特徴としている。

または、本発明に係る気体圧縮機において、前記ベーンの回転方向に沿って相前後する前記吐出部と前記副吐出部との間の互いに最も近接した縁部間の、前記シリンダの内周面に沿った長さ、または前記ベーンの回転方向に沿って相前後する２つの前記副吐出部の間の互いに最も近接した縁部間の、前記シリンダの内周面に沿った長さが、前記回転方向に沿って相前後する２つのベーンの先端がそれぞれ前記シリンダの内周面に接触した接触点間の、前記シリンダの内周面に沿った長さよりも短くなるように、前記副吐出部が設置されていることが好ましい。

上述した本発明に係る気体圧縮機において、前記副吐出部と、隣接する吐出部または副吐出部とが、圧縮室内からの気体の吐出が途切れない間隔に配置されていることが好ましい。

さらにまた本発明に係る気体圧縮機において、前記シリンダ室におけるシリンダ部材とロータとの半径方向の間隔が最大となる前記最大間隔部を、前記近接部から回転方向に角度９０［度］よりも手前側の位置に設定していることが好ましい。

本発明に係る気体圧縮機によれば、上記構成によって、以下のような作用効果を得ることができる。

即ち、シリンダ室を単一化して気体の圧縮サイクルを各圧縮室につき１周に１回のみ行うようにすることにより、気体を緩やかに圧縮することが可能となる。これにより、必要な動力を削減すると共に、隣接する圧縮室の間の差圧を少なくしてベーンから気体が漏れて体積効率が低下するのを防止することができる。

また、吐出部の上流側に少なくとも１個以上の副吐出部を設けることにより、圧縮室内の気体の圧力が吐出圧に達した時に、副吐出部から当該圧縮室の圧力を抜いて吐出圧に保たせることができるようになるので、圧縮室内が過圧縮となるのを確実に防止することが可能となる。これにより、過圧縮による無駄な動力消費を抑えて効率アップを図ることができる。

本発明において、副吐出部が、隣接する吐出部または副吐出部に対して、隣接するベーンの先端間と同じかそれよりも僅かに狭い間隔を有して設置されている好ましい構成によれば、以下のような作用効果を得ることができる。

即ち、副吐出部と、隣接する吐出部または副吐出部とを、隣接するベーンの先端間と同じかそれよりも僅かに狭い間隔に配置することにより、副吐出部を、過圧縮の防止に必要な位置に効率的に配置することが可能となる。

本発明において、ベーンの回転方向に沿って相前後する吐出部と副吐出部との間の互いに最も近接した縁部間の、シリンダの内周面に沿った間隔、またはベーンの回転方向に沿って相前後する２つの副吐出部の間の互いに最も近接した縁部間の、シリンダの内周面に沿った間隔が、回転方向に沿って相前後する２つのベーンの先端がそれぞれシリンダの内周面に接触した接触点間の、シリンダの内周面に沿った間隔よりも短くなるように、副吐出部が設置されている好ましい構成によれば、以下のような作用効果を得ることができる。

即ち、回転方向に沿って相前後する２つのベーンによって区画された圧縮室は、吐出部に臨む以前の段階では副吐出部に臨み、その圧縮室の回転方向上流側（後ろ側）のベーンが副吐出部を通り過ぎる前の段階で、その圧縮室の回転方向下流側（前側）のベーンが吐出部に臨む状態となるため、副吐出部を、過圧縮の防止に必要な位置に効率的に配置することが可能となる。

本発明において、副吐出部と、隣接する吐出部または副吐出部とが、圧縮室内からの気体の吐出が途切れない間隔に配置されている好ましい構成によれば、以下のような作用効果を得ることができる。

即ち、副吐出部と、隣接する吐出部または副吐出部とを、圧縮室内からの気体の吐出が途切れない間隔に配置することにより、圧縮室内からの気体の吐出が途切れることによってその間に新たに過圧縮が生じるのを防止することができる。

本発明において、シリンダ室におけるシリンダ部材とロータとの半径方向の間隔が最大となる前記最大間隔部を、前記近接部から回転方向に角度９０［度］よりも手前側の位置に設定している好ましい構成によれば、以下のような作用効果を得ることができる。

即ち、シリンダ室におけるシリンダ部材とロータとの半径方向の間隔が最大となる最大間隔部を、近接部から回転方向に角度９０［度］よりも手前側の位置に設定したことにより、吸入行程をより早いタイミングで終了することができるようになり、これによって、圧縮行程や吐出行程を有利に行わせて、効率の向上を図ることが可能になる。

本発明の実施例にかかる気体圧縮機を側方から見た断面図である。 図１のコンプレッサ部のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 この実施例の効果を説明するための圧力と回転角度との関係を示すグラフである。 （ａ）は、吐出部の上流側に設置されている副吐出部の縁部と吐出部の縁部との間の長さとベーン間の長さとの大小関係を示す模式図であり、（ｂ）は吐出部の上流側に２つ以上の副吐出部が設けられている場合の、相前後する２つの副吐出部の縁部間の長さとベーン間の長さとの大小関係を示す模式図である。 他の実施形態を示す図４相当の図であり、（ａ）は、吐出部の上流側に設置されている副吐出部の縁部と吐出部の縁部との間の長さとベーン間の長さとの大小関係を示す模式図であり、（ｂ）は吐出部の上流側に２つ以上の副吐出部が設けられている場合の、相前後する２つの副吐出部の縁部間の長さとベーン間の長さとの大小関係を示す模式図である。

以下、本発明を具体化した実施例を、図面を用いて詳細に説明する。

図１〜図５は、この実施例およびその変形例を示すものである。

＜構成＞以下、構成について説明する。
自動車などの車両には、車室内の温度を調節するための空調装置（空気調和装置）が備えられている。

この空調装置は、冷却媒体（以下、冷媒という。）を循環させるようにしたループ状の冷媒サイクルを備えており、この冷媒サイクルには、蒸発器、気体圧縮機、凝縮器、膨張弁、が順に設けられている。

そして、上記した気体圧縮機は、蒸発器で蒸発された気体の一例としてのガス状の冷媒（以下、冷媒ガスという。）を圧縮して高温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には、各種のものが存在しており、そのうち、ベーンロータリー型のコンプレッサ（ベーンロータリーコンプレッサ）は、以下のような構造を備えている。なお、以下は、電動式のベーンロータリーコンプレッサの例である。但し、電動式に限るものではない。

図１に示すように、このコンプレッサ１の本体は、フロントカバー２と、本体ケース４とで主に構成されている。「フロントカバー２」は、蓋状のものとされ、「本体ケース４」は、一端が開口された容器状のものとされて、フロントカバー２によって本体ケース４の開口部が閉止されるようになっている。

このコンプレッサ１の内部には、軸心位置に、回転軸６が配設されている。この回転軸６は、コンプレッサ１の本体の内部に設けられた軸受部７〜９によって回転自在に支承されている。そして、回転軸６の一端側を軸支する軸受部７は、フロントカバー２に設けられている。また、回転軸６の他端側を軸支する軸受部８，９については後述する。

このコンプレッサ１の内部には、モータ部１１と、コンプレッサ部１２とが備えられている。上記した回転軸６は、モータ部１１と、コンプレッサ部１２とで共用されている。

上記した「モータ部１１」は、回転軸６の一端側外周に取付けられたロータ１１ａと、このロータ１１ａを包囲するようにフロントカバー２の一端側の内部に取付けられたステータ１１ｂとを備えている。例えば、ロータ１１ａは永久磁石とされ、ステータ１１ｂは電磁石などとされて、多相ブラシレス直流モータなどを構成している。但し、ロータ１１ａとステータ１１ｂとの構成は、これに限るものではない。そして、モータ部１１は、フロントカバー２に取付けられた電源コネクタ１１ｃから供給される電力によってステータ１１ｂの電磁石を励磁し、ロータ１１ａとステータ１１ｂとの間に回転磁界を発生させることにより、回転軸６を回転駆動させ得るものとされている。電源コネクタ１１ｃとステータ１１ｂとの間には、必要に応じてインバータ回路１１ｄなどが設けられる。

なお、機械式のコンプレッサ１の場合には、上記したモータ部１１を設ける代りに、回転軸６をフロントカバー２から外部へ突出させて、突出された回転軸６の先端部に、車両のエンジンからの動力をベルトなどの駆動力伝達手段を介して回転軸６に伝達するための駆動用ベルトプーリが取付けられる。

一方、上記した「コンプレッサ部１２」は、主に、圧縮部１５と、油分離部１６とを備えている。

このうち、上記した「圧縮部１５」は、図２に示すように、中空のシリンダ部材２１（シリンダブロック）と、このシリンダ部材２１の内部に回転自在に配設されたロータ２２と、ロータ２２に突出収納自在に取付けられて先端がシリンダ部材２１の内周面２１ａに摺接することにより、シリンダ部材２１の内部に複数の圧縮室２４を形成可能な複数枚のベーン２５とを備えている。

そして、上記したシリンダ部材２１とロータ２２との間の空間に、上記圧縮室２４の容積を変化させることにより冷媒ガス２６の圧縮サイクルを行わせるシリンダ室２７が形成される。このシリンダ室２７の（ロータ２２の回転方向の）上流側に冷媒ガス２６を吸入可能な吸入部２８を設けると共に、シリンダ室２７の下流側に冷媒ガス２６を吐出可能な吐出部２９（主吐出部）を設けるようにしている。

一方、上記した「油分離部１６」は、特に詳細には説明しないが、遠心力を利用して圧縮部１５で圧縮された冷媒ガス２６中に含まれる冷凍機油を分離させるようにしたもの（遠心分離器）である。この油分離部１６は、図１に示すように、後述するリヤサイドブロック３２の他端側に取付けられると共に、本体ケース４の内部に収容されている。油分離部１６で分離された重い冷凍機油は、本体ケース４内の底部に溜められ、また、冷凍機油が分離された軽い冷媒ガス２６は、本体ケース４内の上部空間を通って外部へ吐出される。

次に、上記した圧縮部１５の詳細について説明する。

上記した「シリンダ部材２１」は、図１に示すように、本体ケース４の他端側の内部に取付けられている。シリンダ部材２１は、本体ケース４の内径とほぼ等しい外径を有する所要厚さの円板状部材とされる。このシリンダ部材２１の中央部には、ロータ２２を収容するための中空部が軸線方向に同一形状となるように形成されている。このシリンダ部材２１の一端側および他端側は、フロントサイドブロック３１およびリヤサイドブロック３２によって挟着された状態で閉止されている。

「フロントサイドブロック３１」および「リヤサイドブロック３２」は、本体ケース４の内径とほぼ等しい外径を有する所要厚さの円板状部材とされる。フロントサイドブロック３１およびリヤサイドブロック３２は、シール部材を介して本体ケース４の内周面２１ａに気密状態で嵌合されており、上記したフロントサイドブロック３１は、本体ケース４にボルトなどの締結具３３を用いて締結固定されている。なお、本体ケース４の内部には、フロントサイドブロック３１を、回転軸６の軸線方向へ位置決めおよび係止可能な係止壁部４ａが設けられている。

そして、フロントサイドブロック３１およびリヤサイドブロック３２には、回転軸６の一端側を軸支するための上記軸受部８，９となる軸孔がそれぞれ形成されている。

また、上記した吸入部２８は、フロントサイドブロック３１に設けられ、吐出部２９はリヤサイドブロック３２に設けられる。図２に示すように、「吸入部２８」は、圧縮室２４へ冷媒ガス２６を吸入させる窓状の吸入口２８ａと、吸入口２８ａへ冷媒ガス２６を導く吸入路２８ｂとを有している。一方、「吐出部２９」は、圧縮室２４から冷媒ガス２６を吐出させる吐出穴２９ａと、吐出穴２９ａから吐出された冷媒ガス２６を収容可能な吐出室２９ｂと、吐出室２９ｂの冷媒ガス２６を外部（油分離部１６）へ導く吐出路２９ｃとを有している。吐出穴２９ａと吐出室２９ｂとの間には、吐出弁２９ｄ（逆止弁）が備えられている。

また、上記した「ロータ２２」は、上記回転軸６の他端側外周に取付けられている。この場合には、ロータ２２は、シリンダ部材２１と同一肉厚を有する真円形の円板状のものとされると共に、その中心に回転軸６が取付けられて、回転軸６と同心状に回転し得るものとされている。このロータ２２の両端面は、上記したフロントサイドブロック３１およびリヤサイドブロック３２の内側面に対して摺接される。

そして、上記した「ベーン２５」は、ロータ２２に対して、周方向に等しい間隔で設けられた複数のベーン溝３５のそれぞれに対して突出収納自在に収容配置されている。この場合、ベーン２５は、５枚とされ、ベーン溝３５は５個とされている。但し、ベーン２５の枚数やベーン溝３５の設置個数は、これに限るものではない。ベーン２５の先端は、シリンダ部材２１の内周面２１ａに倣うことができるように曲面状をしている。ベーン２５およびベーン溝３５は、ロータ２２の半径方向へ延びるものとしても良いし、ロータ２２の半径方向に対して所要角度の傾斜を有するものとしても良い。ベーン溝３５の奥部にはベーン２５を突出させるための背圧を付与可能な背圧室３６が形成されている。そして、背圧によって突出したベーン２５の先端がシリンダ部材２１の内周面２１ａに押付けられることにより、ロータ２２とシリンダ部材２１との間の空間（シリンダ室２７）に、隣接する一対のベーン２５で囲まれた上記圧縮室２４が形成されるようにしている。

次に、圧縮部１５を除いた冷媒ガス２６の経路について説明する。

図１に示すように、コンプレッサ１には、冷媒ガス２６の吸入ポート４１と、吐出ポート４２とが設けられる（正確には図示せず）。このうち、吸入ポート４１はフロントカバー２に設けられ、吐出ポート４２は本体ケース４の他端側に設けられる。吸入ポート４１には、蒸発器からの冷媒ガス２６が供給され、吐出ポート４２からは凝縮器へ向けて高温高圧の冷媒ガス２６が送出される。そして、モータ部１１が設けられた本体ケース４の一端側の内部には、吸入ポート４１と連通する低圧室４３（または吸入室）が形成され、油分離部１６が設けられた本体ケース４の他端側の内部には、吐出ポート４２と連通する高圧室４４が形成される。

更に、低圧室４３と、上記したコンプレッサ部１２における圧縮部１５の吸入部２８とが接続または連通される。一方、高圧室４４内部の油分離部１６と、上記した圧縮部１５の吐出部２９とが、直接または間接的に接続または連通される。

そして、圧縮部１５における冷凍機油の経路について説明する。

リヤサイドブロック３２には、高圧室４４の底部に溜まった高圧の冷凍機油を、軸受部９（軸孔）へ送るための導油路３２ａが、ほぼ上下方向へ向けて設けられている。また、リヤサイドブロック３２のロータ２２側の面には、軸受部９と回転軸６との間の狭い隙間を通った冷凍機油を背圧室３６へ送ることにより、各ベーン２５に背圧を供給可能なサライ溝３２ｂ（背圧供給用周溝部）が形成されている。

一方、シリンダ部材２１の下部には、リヤサイドブロック３２の導油路３２ａから分岐された冷凍機油を、フロントサイドブロック３１へ送るための図示しない導油路が、横方向へ向けて設けられている。そして、フロントサイドブロック３１には、導油路からの冷凍機油を、軸受部８（軸孔）へ送るための図示しない導油路が、ほぼ斜め上方へ向けて設けられている。また、フロントサイドブロック３１のロータ２２側の面には、軸受部８と回転軸６との間の狭い隙間を通った冷凍機油を背圧室３６へ送ることにより、各ベーン２５に背圧を供給可能なサライ溝３１ｂ（背圧供給用周溝部）が形成されている。

なお、上記した各サライ溝３２ｂおよびサライ溝３１ｂは、図２に示すように、ベーン２５を突出させるべき角度範囲に亘って、背圧室３６に連通するよう周方向に適宜延設形成される。

そして、以上のような基本的な構造に対し、この実施例では、以下のような構成を備えるようにしている。

（構成１）
図２に示すように、シリンダ部材２１とロータ２２との間に、両者が近接する近接部５１を１箇所のみ設けることによって、冷媒ガス２６の圧縮サイクルを、各圧縮室２４につき１周に１回のみ行う単一のシリンダ室２７を形成する。

そして、吐出部２９の上流側（回転方向の手前側）に、圧縮室２４内の冷媒ガス２６の圧力が吐出圧Ｐ（図３参照）に達した時に、当該圧縮室２４の圧力を抜くことにより、吐出圧Ｐに保持させる副吐出部５４を少なくとも１個以上設けるようにする。

ここで、上記した近接部５１は、シリンダ部材２１とロータ２２とが僅少なクリアランスを有して、ほぼ当接に近い状態で近接するものとされる。

上記した副吐出部５４は、１つまたは複数設けることができる。なお、副吐出部５４は、単に設けたというだけでは有効に機能せず、有効に機能させるためには、圧縮室２４内の冷媒ガス２６の圧力が吐出圧Ｐに達する位置５５に設ける必要がある。

副吐出部５４は、（主）吐出部２９と同様に、吐出圧Ｐに達した圧縮室２４から冷媒ガス２６を吐出させる吐出穴５４ａと、吐出穴５４ａから吐出された冷媒ガス２６を収容可能な吐出室５４ｂと、吐出室５４ｂの冷媒ガス２６を外部（油分離部１６）へ導く吐出路５４ｃとを有している。吐出穴５４ａと吐出室５４ｂとの間には、吐出弁または圧抜弁５４ｄ（逆止弁）が備えられている。

以下、シリンダ室２７について説明する。

まず、シリンダ室２７は、シリンダ部材２１の内周面２１ａの形状が、近接部５１または吸入部２８からほぼ最大間隔部５２へ向かって概ね容積が増加し（容積増加部）、また、ほぼ最大間隔部５２から吐出部２９または近接部５１へ向かって概ね容積が減少する（容積減少部）ように設定される。なお、圧縮室２４の容積が最大となるのは、圧縮室２４の両側のベーン２５が最大間隔部５２を挟んだある一点となるが、この位置はシリンダ室２７の形状によって異なる。

そして、冷媒ガス２６の圧縮サイクルでは、冷媒ガス２６の吸入を行う吸入行程と、冷媒ガス２６の圧縮を行う圧縮行程と、冷媒ガス２６の吐出を行う吐出行程とが、順に行われる（各圧縮室２４ごとに１周につき１回繰り返される。例えば、圧縮室２４が５つ有る場合には、１周につき合計５回繰り返される）ようになっているが、概略すると、上記した容積増加部にて吸入行程が行われ、上記した容積減少部にて圧縮行程と吐出行程とが行われることになる。

より詳細には、シリンダ室２７の回転方向の前側のベーン２５が吸入口２８ａの上流側の位置を通過してから後側のベーン２５が吸入口２８ａの下流側の位置を通過するまでの区間が吸入行程となる。また、圧縮室２４内の冷媒ガス２６の圧力が吐出圧に達して吐出弁２９ｄまたは圧抜弁５４ｄが開いてから後側のベーン２５が吐出穴２９ａを通過するまでの区間が吐出行程となる。そして、吸入行程と吐出行程との間の区間が圧縮行程となる。なお、吸入口２８ａおよび吐出穴２９ａは、上記した近接部５１から下流側および上流側へ若干ズレた位置に設けられており、吐出行程と吸入行程との間は、吐出中の高圧の冷媒ガス２６と、吸入中の低圧の冷媒ガス２６とをシールするものとされている。そのために、上記した近接部５１は、上記した高圧の冷媒ガス２６と低圧の冷媒ガス２６との間をシールし得るものとされる。そして、上記により、単一のシリンダ室２７における圧縮サイクルは、３６０［度］よりも若干小さい角度範囲の間で行われることになる。

また、上記した圧縮行程の後半部分における、圧縮室２４内の冷媒ガス２６の圧力が吐出圧Ｐに達する位置５５の周辺に、副吐出部５４を設定する。そして、吐出圧Ｐに達した時に、圧縮室２４の回転方向の前側のベーン２５が、副吐出部５４または吐出部２９を通過することにより、圧縮室２４が副吐出部５４または吐出部２９と連通されるようにする。この場合、上記吐出圧Ｐに達する位置５５は、圧縮室２４の回転方向の前側のベーン２５が、近接部５１から角度２７０［度］の位置またはそれよりももっと下流側となる位置に設定されている。なお、この位置は運転条件によって変化されるものである。但し、上記吐出圧Ｐに達する位置５５は、これに限るものではなく、シリンダ室２７の形状によって異なる。そして、上記吐出圧Ｐに達する位置５５までの間に、圧縮室２４内の冷媒ガス２６が少ない動力で緩やかに吐出圧Ｐまで圧縮されるように、シリンダ部材２１の内周面２１ａの形状を設定する。これにより、シリンダ部材２１の内周面２１ａは、図示のような非対称形状となる。但し、この圧縮は無駄に緩やかにし過ぎる必要はない。

（構成２）
上記において、副吐出部５４が、隣接する吐出部２９または副吐出部５４に対して、隣接するベーン２５の先端間と同じかそれよりも僅かに狭い間隔５６を有して設置されるようにする。

この場合には、ベーン２５を５枚有しているので、副吐出部５４と、隣接する吐出部２９または副吐出部５４との間隔（この場合には角度間隔としているが、距離であっても良い）は、１周の角度３６０［度］を５で割ったほぼ７２［度］かそれ以下に設定する。或いは、ベーン２５を４枚有する場合には、上記間隔５６は、１周の角度３６０［度］を４で割ったほぼ９０［度］かそれ以下に設定する。ベーン２５の枚数が上記以外の場合には、上記間隔５６は、上記と同様にして設定する。

そして、上記に伴い、副吐出部５４の位置および上記した吐出圧Ｐに達する位置５５が、吐出部２９から上記間隔５６の整数倍の位置かそれよりも僅かに狭くなる位置となるように設定する。なお、上記した「整数倍」には、有意な誤差が含まれることは勿論である。

なお、構成２における吐出部２９と副吐出部５４との間隔とは、吐出部２９の吐出穴２９ａの中心の位置と副吐出部５４の吐出穴５４ａの中心の位置との間の、回転軸６回りの角度またはシリンダ部材２１の内周面２１ａに沿った間隔（長さ）であり、一方、隣接するベーン２５，２５の先端間の間隔とは、１つの圧縮室２４を仕切っている２つのベーン２５，２５の中心間の、回転軸６回りの角度またはシリンダ部材２１の内周面２１ａに沿った間隔（長さ）である。

同様に、構成２における副吐出部５４とこれとは別の副吐出部５４との間隔とは、副吐出部５４の吐出穴５４ａの中心の位置と副吐出部５４の吐出穴５４ａの中心の位置との間の、回転軸６回りの角度またはシリンダ部材２１の内周面２１ａに沿った間隔（長さ）である。

（構成３）
上記において副吐出部５４は、図４（ａ）に示すように、ベーン２５の回転方向に沿って相前後する吐出部２９の吐出穴２９ａと副吐出部５４の吐出穴５４ａとの間の互いに最も近接した各縁部２９ｅ，５４ｅ間の、シリンダ部材２１の内周面２１ａに沿った間隔（長さ）Ｌ２が、回転方向に沿って相前後する２つのベーン２５，２５の先端がそれぞれシリンダ部材２１の内周面２１ａに接触した接触点２５ａ，２５ａ間の、シリンダ部材２１の内周面２１ａに沿った間隔（長さ）Ｌ１よりも短くなる（Ｌ２＜Ｌ１）ように、設置されている。

なお、図４（ａ）は、シリンダ部材２１の内周面２１ａを平面状に記載し、また、ベーン２５，２５が内周面２１ａ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、これは、構成３を模式的に説明する便宜によるものであり、正確には、図２に示したように、シリンダ部材２１の内周面２１ａは、ロータ２２の回転に伴って圧縮室２４の容積を徐々に小さくするような輪郭形状に形成されており、ベーン２５，２５も互いに角度７２［度］の傾斜角の姿勢、位置関係となっている。

また、副吐出部５４が２以上設置されているものにあってはさらに、図４（ｂ）に示すように、ベーン２５の回転方向に沿って相前後する２つの副吐出部５４，５４の吐出穴５４ａ，５４ａの最も近接した各縁部５４ｅ，５４ｅ間の、シリンダ部材２１の内周面２１ａに沿った間隔（長さ）Ｌ４が、回転方向に沿って相前後する２つのベーン２５，２５の先端がそれぞれシリンダ部材２１の内周面２１ａに接触した接触点２５ｂ，２５ｂ間の、シリンダ部材２１の内周面２１ａに沿った間隔（長さ）Ｌ３よりも短くなる（Ｌ４＜Ｌ３）ように、設置されている。

（構成４）
上記構成１〜３において、特に、副吐出部５４と、隣接する吐出部２９または副吐出部５４とが、圧縮室２４内からの冷媒ガス２６の吐出が途切れない間隔５６に設定されるようにする。特に、構成２で「僅かに狭く」としているのは、圧縮室２４内からの冷媒ガス２６の吐出が途切れないようにするための調整代を考慮したものである。

この場合には、ベーン２５の厚みが原因で吐出が途切れるのを防止するために、上記間隔５６（角度間隔など）が、隣接するベーン２５の先端間の間隔よりも、ベーン２５の厚みのほぼ半分から１枚程度分だけ狭くなるように設定している。なお、上記間隔５６は、ただ単純に狭くしたというだけでは意味がなく、機能を有効に発揮し得ないのは勿論である。

（構成５）
上記において、シリンダ室２７におけるシリンダ部材２１とロータ２２との半径方向の間隔が最大となる最大間隔部５２を、上記した近接部５１から回転方向に角度９０［度］よりも手前側の位置に設定する。

好ましくは、上記した最大間隔部５２を、吸入行程において上流側のベーン２５が通過する区間内における、必要な冷媒ガス２６の吸入量を確保できる範囲内で、可能な限り近接部５１に近い位置に設定する。

＜作用＞
以下、この実施例の作用について説明する。

先ず、冷媒ガス２６の圧縮について説明する。

蒸発器から供給されて吸入ポート４１からコンプレッサ１の内部へ取入れられた冷媒ガス２６は、低圧室４３を介して、フロントサイドブロック３１に設けられた吸入部２８から、圧縮部１５のロータ２２とシリンダ部材２１との間の空間（シリンダ室２７）へ送られ、この空間の内部で隣接するベーン２５によって囲まれた各圧縮室２４へ順に供給される。各圧縮室２４に供給された冷媒ガス２６は、ロータ２２の回転によって圧縮されつつリヤサイドブロック３２に設けられた吐出部２９へと送られ、吐出部２９から吐出されると共に、油分離部１６を介して高圧室４４へ送られ、高圧室４４から吐出ポート４２を経て外部へ取出され、下流側の凝縮器へと送出される。

この際、圧縮部１５では、ロータ２２とシリンダ部材２１との間の空間には、吸入部２８から吐出部２９までの間の部分に、各圧縮室２４につき１周で１回分の圧縮サイクルを行わせるシリンダ室２７が形成されており、この圧縮サイクルによって、圧縮室２４ごとに吸入行程、圧縮行程、吐出行程がそれぞれ順に行われ、高温高圧の冷媒ガス２６とされる。

次に、コンプレッサ部１２における冷凍機油の流れについて説明する。

油分離部１６で冷媒ガス２６から分離されて高圧室４４の底部に溜まった高圧の冷凍機油は、リヤサイドブロック３２にほぼ上下方向へ向けて設けられた導油路３２ａを介して軸受部９（軸孔）へ送られ、軸受部９と回転軸６との間の狭い隙間を通して、リヤサイドブロック３２のロータ２２側の面に設けられたサライ溝３２ｂ（背圧供給用周溝部）へ送られ、サライ溝３２ｂから背圧室３６へ供給されて、各ベーン２５に背圧を供給する。

同様に、リヤサイドブロック３２の導油路３２ａの冷凍機油は、シリンダ部材２１に横方向へ向けて設けられた導油路およびフロントサイドブロック３１に斜め上方へ向けて設けられた導油路を介して軸受部８（軸孔）へ送られ、軸受部８と回転軸６との間の狭い隙間を通して、フロントサイドブロック３１のロータ２２側の面に設けられたサライ溝３１ｂ（背圧供給用周溝部）へ送られ、サライ溝３１ｂから背圧室３６へ供給されて、各ベーン２５に背圧を供給する。

ベーン２５は、背圧室３６に供給された高圧の冷凍機油と、遠心力とにより付勢されて突出される。

そして、背圧室３６へ供給された冷凍機油は、ベーン２５とベーン溝３５との間の狭い隙間を通って、各圧縮室２４へ入り、圧縮室２４で冷媒ガス２６に同伴されて油分離部１６へ送られ、油分離部１６で冷媒ガス２６から分離され、以下、上記を繰り返す。

次に、この実施例の特徴部分の作用について説明する。

比較例１として、例えば、通常のベーンロータリー型のコンプレッサの場合、シリンダ部材２１とロータ２２との近接部５１を直径方向の２箇所の位置に設定して、近接部５１と近接部５１との間に２つのシリンダ室２７を形成し、更に、シリンダ部材２１の内周面２１ａを、近接部５１の位置を短径とし近接部５１から回転方向に角度９０［度］進んだ位置を長径とする長円形や楕円形などの対称形状として、圧縮サイクルを各圧縮室２４につき１周に２回行う（例えば、圧縮室２４が５つ有る場合には、１周につき合計１０回繰り返される）ようにしている。

このようにすると、例えば、一番目のシリンダ室２７の圧縮サイクルでは、図３に線Ａ１で示すように、冷媒ガス２６が半周の間に急激に圧縮されることになるので、大きな動力が必要になる。また、冷媒ガス２６の吐出が始まるまでの間に過圧縮Ａ２が発生するのを避けることができない。

また、比較例２として、仮に、上記ベーンロータリー型のコンプレッサを、単にシリンダ室２７を一つにして圧縮サイクルを各圧縮室２４につき１周に１回行うようにしただけだと、例えば、図３に線Ｂ１で示すように、冷媒ガス２６の圧縮のタイミングが線Ａ１と比べて半周分遅くなるだけで、冷媒ガス２６が急激に圧縮されることには変わりないので、上記と同様、大きな動力が必要になる。また、冷媒ガス２６の吐出が始まるまでの間に過圧縮Ｂ２が発生するのを避けることができない。

これに対して、この実施例にかかるベーンロータリー型のコンプレッサでは、上記したように、近接部５１を周方向に１箇所にしてシリンダ室２７を単一化すると共に、シリンダ部材２１の内周面２１ａを、１周かけて冷媒ガス２６を緩やかに圧縮することが可能な形状（非対称形状）にしている。

しかも、最大間隔部５２の位置を上記近接部５１から回転方向に角度９０［度］よりも手前側に設定することにより、冷媒ガス２６をより早く吸入して、より長く緩やかに圧縮できるようにしている（図３の線Ｃ１参照）。これにより、圧縮に必要な動力を低減することができる。

そして、周知のように、気体の圧力と体積とは反比例の関係にあるため、圧縮行程の全域に亘って圧力が比例的に増加して行くように圧縮することは、極めて困難である。

そのため、図３に線Ｃ１で示す圧縮行程の前半は、体積を大きく減少させても圧力の変化が小さくなるため、線Ａ１や線Ｂ１よりも早いタイミングで圧縮を開始すると共に、線Ａ１や線Ｂ１よりは緩やかであるが、過剰に緩やかになり過ぎない程度に大きく冷媒ガス２６を圧縮させて、動力の削減と効率的な圧縮とを両立し得るようにする。また、図３に線Ｃ２で示す圧縮行程の後半は、体積がほんの僅かに減少しただけでも圧力が大きく変化するため、シリンダ室２７の形状を調整して、線Ａ１や線Ｂ１よりも緩やかで、しかも、極力傾きが一定となるように冷媒ガス２６を圧縮し、体積が少しずつ減少されるようにする。この際、線Ｃ１と線Ｃ２との繋ぎ目がなだらかに変化されるようにする。このように、線Ｃ２の傾きを緩やかにすることにより、過圧縮Ｃ３を小さくすることができる。

また、図３に線Ｃ４で示す吐出行程は、圧縮室２４内が吐出圧Ｐに達した時に、副吐出部５４から吐出することにより、圧縮室２４内が一定の吐出圧Ｐに保持されることになる。これにより、吐出行程を早く始めると共に長くして、過圧縮（図３の線Ｃ３参照）の発生が防止できるようにする。そして、副吐出部５４からの吐出に引き続いて、吐出部２９からの吐出が行われることになる。

なお、図３は、圧縮室２４の圧力と回転角度との関係を示すグラフであり、回転角度は、圧縮室２４の前側のベーン２５の角度を基準としている。

＜効果＞
この実施例によれば、以下のような効果を得ることができる。

（効果１）
シリンダ室２７を単一化して冷媒ガス２６の圧縮サイクルを各圧縮室２４につき１周に１回のみ行うようにすることにより、冷媒ガス２６を緩やかに圧縮することが可能となる。これにより、必要な動力を削減すると共に、隣接する圧縮室２４の間の差圧を少なくして、ベーン２５から冷媒ガス２６が漏れて体積効率が低下するのを防止することができる。

また、吐出部２９の上流側（の最適位置）に少なくとも１個以上の副吐出部５４を設けることにより、圧縮室２４内の冷媒ガス２６の圧力が吐出圧Ｐに達した時に、副吐出部５４から当該圧縮室２４の圧力を抜いて吐出圧Ｐに保たせることができるようになるので、圧縮室２４内が過圧縮となるのを確実に防止することが可能となる。これにより、過圧縮による無駄な動力消費を抑えて効率アップを図ることができる。また、冷媒ガス２６の排出タイミングも早まるので、その分、排出効率の向上も図ることができる。

以上により、ベーンロータリー型のコンプレッサ全体としての効率（成績係数またはＣＯＰ（Coefficient Of Performance：冷房能力／動力））を向上することが可能となる。

（効果２）
副吐出部５４と、隣接する吐出部２９または副吐出部５４とを、隣接するベーン２５の先端間と同じかそれよりも僅かに狭い間隔５６に配置することにより、副吐出部５４を、過圧縮の防止に必要な位置に効率的に配置することが可能となる。

（効果３）
本実施形態において、副吐出部５４が、吐出部２９の吐出穴２９ａと副吐出部５４の吐出穴５４ａとの間の各縁部２９ｅ，５４ｅ間の、シリンダ部材２１の内周面２１ａに沿った間隔（長さ）Ｌ２が、２つのベーン２５，２５の、シリンダ部材２１の内周面２１ａとの接触点２５ａ，２５ａ間の、シリンダ部材２１の内周面２１ａに沿った間隔（長さ）Ｌ１よりも短くなる（Ｌ２＜Ｌ１）ように、設置されている構成３によると、回転方向に沿って相前後する２つのベーン２５，２５によって区画された圧縮室２４は、吐出部２９の吐出穴２９ａに臨む以前の段階では副吐出部５４の吐出穴５４ａに臨み、その圧縮室２４の回転方向上流側（後ろ側）のベーン２５が副吐出部５４の吐出穴５４ａを通り過ぎる前の段階で、その圧縮室２４の回転方向下流側（前側）のベーン２５が吐出部２９の吐出穴２９ａに臨む状態となるため、副吐出部５４を、過圧縮の防止に必要な位置に効率的に配置することが可能となる。

また、本実施形態において、副吐出部５４が２以上設置されているものにあって、２つの副吐出部５４，５４の吐出穴５４ａ，５４ａの各縁部５４ｅ，５４ｅ間の、シリンダ部材２１の内周面２１ａに沿った間隔（長さ）Ｌ４が、２つのベーン２５，２５の、シリンダ部材２１の内周面２１ａに接触した接触点２５ｂ，２５ｂ間の、シリンダ部材２１の内周面２１ａに沿った間隔（長さ）Ｌ３よりも短くなる（Ｌ４＜Ｌ３）ように、副吐出部５４，５４が設置されている構成３によると、回転方向に沿って相前後する２つのベーン２５，２５によって区画された圧縮室２４は、回転方向の下流側（前側）の副吐出部５４の吐出穴５４ａに臨む以前の段階では回転方向の上流側（後ろ側）の副吐出部５４の吐出穴５４ａに臨み、その圧縮室２４の回転方向上流側のベーン２５が上流側の副吐出部５４の吐出穴５４ａを通り過ぎる前の段階で、その圧縮室２４の回転方向下流側のベーン２５が下流側の副吐出部５４の吐出穴５４ａに臨む状態となるため、両副吐出部５４，５４を、過圧縮の防止に必要な位置に効率的に配置することが可能となる。

図４は、２つの吐出部の吐出孔の最も近接した各縁部間の間隔（長さ）Ｌ２が、２つのベーンの先端がそれぞれシリンダ部材の内周面に接触した接触点間の間隔（長さ）Ｌ１よりも短くなる（Ｌ２＜Ｌ１）ように、２つの吐出部が設定されているものであるが、本発明に係る気体圧縮機の実施形態としては、図５（ａ）に示すように、副吐出部５４が、ベーン２５の回転方向に沿って相前後する吐出部２９の吐出穴２９ａと副吐出部５４の吐出穴５４ａとの間の互いに最も離れた各縁部２９ｆ，５４ｆ間の、シリンダ部材２１の内周面２１ａに沿った間隔（長さ）Ｌ２′（＞Ｌ２）も、回転方向に沿って相前後する２つのベーン２５，２５の先端がそれぞれシリンダ部材２１の内周面２１ａに接触した接触点２５ａ，２５ａ間の、シリンダ部材２１の内周面２１ａに沿った間隔（長さ）Ｌ１よりも短くなる（Ｌ２′＜Ｌ１）ように設置されているものであってもよい。

このように構成されたものは、圧縮室２４に臨む吐出孔が切り替わる際、すなわちベーン２５の先端が吐出孔を通過する際に、ベーン２５の先端に図示のような傾斜が形成されていても、吐出通路となる部分の断面積が絞られることがないため、吐出動作をより円滑に継続することができる。

また、副吐出部５４が２以上設置されているものにあっても同様に、図５（ｂ）に示すように、ベーン２５の回転方向に沿って相前後する２つの副吐出部５４，５４の吐出穴５４ａ，５４ａの最も近接した各縁部５４ｆ，５４ｆ間の、シリンダ部材２１の内周面２１ａに沿った間隔（長さ）Ｌ４′（＞Ｌ４）が、回転方向に沿って相前後する２つのベーン２５，２５の先端がそれぞれシリンダ部材２１の内周面２１ａに接触した接触点２５ｂ，２５ｂ間の、シリンダ部材２１の内周面２１ａに沿った間隔（長さ）Ｌ３よりも短くなる（Ｌ４′＜Ｌ３）ように設置されているものであってもよい。

（効果４）
副吐出部５４と、隣接する吐出部２９または副吐出部５４とを、圧縮室２４内からの冷媒ガス２６の吐出が途切れない間隔５６に配置することにより、圧縮室２４内からの冷媒ガス２６の吐出が途切れることによってその間に新たに過圧縮が生じるのを防止することができる。

（効果５）
シリンダ室２７におけるシリンダ部材２１とロータ２２との半径方向の間隔が最大となる最大間隔部５２を、上記した近接部５１から回転方向に角度９０［度］よりも手前側の位置に設定することにより、吸入行程をより早いタイミングで開始することができるようになり、これによって、圧縮行程や吐出行程を有利に行わせて、効率の向上を図ることが可能になる。例えば、圧縮行程を長くしたり、緩やかにしたり、吐出行程を早く始めたり、長くしたりすることなどができるようになる。

以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、実施例はこの発明の例示にしか過ぎないものであるため、この発明は実施例の構成にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。また、例えば、各実施例に複数の構成が含まれている場合には、特に記載がなくとも、これらの構成の可能な組合せが含まれることは勿論である。また、複数の実施例や変形例が示されている場合には、特に記載がなくとも、これらに跨がった構成の組合せのうちの可能なものが含まれることは勿論である。また、図面に描かれている構成については、特に記載がなくとも、含まれることは勿論である。更に、「等」の用語がある場合には、同等のものを含むという意味で用いられている。また、「ほぼ」「約」「程度」などの用語がある場合には、常識的に認められる範囲や精度のものを含むという意味で用いられている。

１ コンプレッサ（気体圧縮機）
２１ シリンダ部材
２２ ロータ
２４ 圧縮室
２５ ベーン
２６ 冷媒ガス（気体）
２７ シリンダ室
２８ 吸入部
２９ 吐出部
５１ 近接部
５２ 最大間隔部
５６ 間隔
５４ 副吐出部
Ｐ 吐出圧

Claims (5)

1. 中空のシリンダ部材と、前記シリンダ部材の内部に回転自在に配設されたロータと、前記ロータに突出収納自在に取付けられて先端が前記シリンダ部材の内周面に摺接することにより前記シリンダ部材の内部に複数の圧縮室を形成可能な複数枚のベーンとを備え、前記シリンダ部材と前記ロータとの間に、前記圧縮室の容積を変化させることにより気体の圧縮サイクルを行わせるシリンダ室を形成し、前記シリンダ室の上流側に前記気体を吸入可能な吸入部を設けると共に、下流側に前記気体を吐出可能な吐出部を設けた気体圧縮機において、
   前記シリンダ部材と前記ロータとの間に、両者が近接する近接部を１箇所のみ設けることによって、前記気体の前記圧縮サイクルを各圧縮室につき１周に１回のみ行う単一のシリンダ室を形成し、
   前記シリンダ室は、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最大間隔部が、前記近接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上流側に偏った非対称であり、
   前記吐出部の上流側に、前記圧縮室内の前記気体の圧力が吐出圧に達した時に、前記圧縮室の圧力を抜くことにより、前記吐出圧に保持させる副吐出部を少なくとも１個以上設け、
   前記副吐出部が隣接する前記吐出部に対して、隣接する２つのベーンの先端間と同じかそれよりも僅かに狭い間隔を有して、かつ前記圧縮室を形成する回転方向の下流側のベーンが前記吐出部に臨んだ状態で前記下流側のベーンよりも回転方向の上流側のベーンに近い位置に形成されていることを特徴とする気体圧縮機。
2. 前記ベーンの回転方向に沿って相前後する前記吐出部と前記副吐出部との間の互いに最も近接した縁部間の、前記シリンダの内周面に沿った間隔が、前記回転方向に沿って相前後する２つのベーンの先端がそれぞれ前記シリンダの内周面に接触した接触点間の、前記シリンダの内周面に沿った間隔よりも短くなるように、前記副吐出部が設置さ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. 前記副吐出部に隣接する他の副吐出部が、前記副吐出部に対して、隣接する２つのベーンの先端間と同じかそれよりも僅かに狭い間隔を有して、かつ前記圧縮室を形成する回転方向の下流側のベーンが前記副吐出部に臨んだ状態で前記下流側のベーンよりも回転方向の上流側のベーンに近い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。
4. 前記ベーンの回転方向に沿って相前後する２つの前記副吐出部の間の互いに最も近接した縁部間の、前記シリンダの内周面に沿った間隔が、前記回転方向に沿って相前後する２つのベーンの先端がそれぞれ前記シリンダの内周面に接触した接触点間の、前記シリンダの内周面に沿った間隔よりも短くなるように、前記２つの副吐出部が設置されていることを特徴とする請求項３に記載の気体圧縮機。
5. 前記シリンダ室における前記シリンダ部材と前記ロータとの半径方向の間隔が最大となる最大間隔部を、前記近接部から回転方向に角度９０［度］よりも手前側の位置に設定したことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項に記載の気体圧縮機。