(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機構（３）から導入した圧縮気体（１３）に螺旋状の旋回流を発生させて前記圧縮気体（１３）内の油分（１１）を遠心分離する気体圧縮機（１）において、
前記圧縮気体（１３）の旋回流が発生する油分離室（７ｆ）と、
前記旋回流の中心軸（Ｘ）の周りに回転可能に前記油分離室（７ｆ）に収容された円筒部材（７ｋ）と、
前記油分離室（７ｆ）に露出する前記円筒部材（７ｋ）の外側と、前記油分（１１）を分離した圧縮気体（１３）が吐出される吐出室（７ａ）と連通する前記円筒部材（７ｋ）の内側とを連通する連通孔（７ｐ）と、
前記円筒部材（７ｋ）の周面（７ｎ）から前記油分離室（７ｆ）の内周壁（７ｈ）に向けて突設され、前記旋回流の経路上に延出して該旋回流から前記円筒部材（７ｋ）の回転推進力を得るフィン（７ｑ）と、
を備えることを特徴とする気体圧縮機（１）。
【請求項２】
前記円筒部材（７ｋ）は底部（７ｏ）が閉塞された有底円筒状に形成されており、前記連通孔（７ｐ）は前記周面（７ｎ）上に形成されており、前記フィン（７ｑ）は前記周面（７ｎ）の前記連通孔（７ｐ）よりも上方に配置されており、前記連通孔（７ｐ）よりも下方の前記周面（７ｎ）から前記内周壁（７ｈ）に向けて該内周壁（７ｈ）よりも一回り小さい外形の逆流防止片（７ｒ）が突設されていることを特徴とする請求項１記載の気体圧縮機（１）。
【請求項３】
前記円筒部材（７ｋ）は底部（７ｏ）が閉塞された有底円筒状に形成されており、該底部（７ｏ）が前記油分離室（７ｆ）により前記中心軸（Ｘ）の周りに回転可能に軸受されていることを特徴とする請求項１又は２記載の気体圧縮機（１）。
【請求項４】
前記連通孔（７ｐ）を複数有しており、該複数の連通孔（７ｐ）の合計流路断面積は、最大流量の前記圧縮気体（１３）が通過できるように設定されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の気体圧縮機（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機構で圧縮した気体から油分離器により油分を遠心分離する気体圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば冷凍サイクルに用いられる気体圧縮機では、吸入した冷媒を圧縮機構により圧縮して吐出室に吐出した際に、吐出室の油分離器において圧縮冷媒を螺旋状に旋回させて、遠心力により冷媒中の冷凍機油を分離している。分離した冷凍機油は、圧縮機構の回転体（例えばロータ）の回転軸受における潤滑油等として利用される（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３２３７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した遠心分離式の油分離器では、冷凍負荷が小さく圧縮冷媒の吐出量が少ない場合に、冷媒の流速が低くなることから遠心力不足により冷凍機油の分離性能が下がってしまう。これを解消するために、圧縮機構と吐出室とを接続する吐出孔を小さくすると、冷凍負荷が大きい場合に、吐出孔で生じる圧力損失が大きくなり冷媒の圧縮効率が下がってしまう。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、圧縮機構で圧縮した気体から油分離器により油分を遠心分離するのに当たり、圧縮気体の流速が低くても遠心分離式の油分離器により圧縮気体中の油分を効率よく分離することができる気体圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の気体圧縮機は、
圧縮機構から導入した圧縮気体に螺旋状の旋回流を発生させて前記圧縮気体内の油分を遠心分離する気体圧縮機において、
前記圧縮気体の旋回流が発生する油分離室と、
前記旋回流の中心軸の周りに回転可能に前記油分離室に収容された円筒部材と、
前記油分離室に露出する前記円筒部材の外側と、前記油分を分離した圧縮気体が吐出される吐出室と連通する前記円筒部材の内側とを連通する連通孔と、
前記円筒部材の周面から前記油分離室の内周壁に向けて突設され、前記旋回流の経路上に延出して該旋回流から前記円筒部材の回転推進力を得るフィンと、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、圧縮機構からの圧縮気体が油分離室に流入して螺旋状の旋回流となると、その旋回流がフィンに衝突した円筒部材が油分離室内で圧縮気体と同じ方向に回転する。そして、円筒部材の外側を螺旋状に旋回する圧縮気体から油分が遠心分離されて油分離室の内周壁に付着すると共に、油分を分離した圧縮気体が連通孔を介して円筒部材の外側から内側に流入する。
【０００８】
また、油分離室内を旋回する圧縮気体中の油分は、円筒部材の周面や連通孔の内周縁に付着し、あるいは、連通孔を通過して円筒部材の内周面に付着する。付着した油分は、フィンに衝突した圧縮気体から得た回転推進力により円筒部材が回転して生じる遠心力で、円筒部材の周面や連通孔の内周面から円筒部材の外側に飛散し、あるいは、連通孔を通過して円筒部材の外側に飛散する。飛散した油分は油分離室の内周壁に付着する。
【０００９】
このように、圧縮機構から油分離室に流入した圧縮気体が円筒部材の外側で螺旋状の旋回流となって遠心力を発生するだけでなく、円筒部材を回転させて円筒部材にも遠心力を発生させる。このため、圧縮機構から油分離室への圧縮気体の流入量が少なく、圧縮気体の流速が遅いために円筒部材の外側で発生する螺旋状の旋回流による遠心力で圧縮気体から油分を十分に分離できなくても、円筒部材に付着した潤滑油１１を円筒部材の回転による遠心力で円筒部材の外側に飛散させて、圧縮気体から油分をさらに分離させることができる。
【００１０】
よって、圧縮機構で圧縮した気体から油分離器により油分を遠心分離するのに当たり、圧縮気体の流速が低くても遠心分離式の油分離器により圧縮気体中の油分を効率よく分離することができる。
【００１１】
なお、油分離室の内周壁や円筒部材の内周面に付着した油分は、自重による落下等により液溜まり部に回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一般的な気体圧縮機を示す正断面図である。
【図２】図１の気体圧縮機で用いられる一般的な油分離器の概略構成を示す説明図である。
【図３】図１の気体圧縮機に適用される本発明の一実施形態に係る油分離器の概略構成を示す説明図である。
【図４】図１の気体圧縮機に適用される本発明の他の実施形態に係る油分離器の概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は一般的な油分離器を有する気体圧縮機を示す正断面図、図２は図１の油分離器において圧縮冷媒中の冷凍機油が遠心分離される状態を示す説明図である。図１に示す気体圧縮機１は、回転式の圧縮機構３を電動モータ５で駆動して冷媒（請求項中の気体に相当）を圧縮するものである。
【００１５】
そして、気体圧縮機１は、圧縮機構３及び電動モータ５の他、これらが収容されるハウジング７、及び、電動モータ５の駆動を制御するコントローラ１５を有している。
【００１６】
圧縮機構３は、一対のサイドブロック３ａ，３ｂと、これらによって挟持されたシリンダブロック３ｃと、シリンダブロック３ｃの内部に形成された楕円形のシリンダ室３ｄに収容した円柱状のロータ３ｅとを有している。
【００１７】
ロータ３ｅは、サイドブロック３ａ，３ｂの軸受部３ｆ，３ｇで軸受された電動モータ５の回転軸５ａに取り付けられており、ロータ３ｅの周面に開口する複数のベーン溝（図示せず）には、ロータ３ｅの周面から出没可能に不図示のベーンがそれぞれ支持されている。
【００１８】
ロータ３ｅが電動モータ５によりシリンダ室３ｄ内で回転されると、ロータ３ｅの各ベーンシリンダ室３ｄの内周面に倣ってベーン溝から出没し、ロータ３ｅと隣り合う２つのベーンとシリンダ室３ｄとで構成される空間の容積が変化する。
【００１９】
そして、空間の容積が増加する間に、サイドブロック３ａに形成した吸入口（図示せず）を通じて低圧の冷媒が吸入され、吸入された冷媒が、空間の容積の減少に伴い圧縮される。圧縮された高圧の冷媒は、シリンダブロック３ｃの不図示の吐出ポートに設けられた吐出弁を開弁させ、さらに、サイドブロック３ｂに形成した吐出口（図示せず）から吐出される。
【００２０】
図１に示すように、電動モータ５は、回転軸５ａに取り付けられたロータ５ｂと、ロータ５ｂの外側に配置されたステータ５ｃとを有している。ステータ５ｃは複数の極に対応したティース（図示せず）を有しており、各ティースにはコイル５ｄがそれぞれ巻回されている。電動モータ５は、各コイル５ｄに所定のパターンで電圧を印加することでステータ５ｃに回転磁界を発生させることで、ロータ５ｂを回転させる。
【００２１】
ハウジング７は、一端が閉塞された円筒状を呈している。このハウジング７には圧縮機構３が収容されており、収容された圧縮機構３によりハウジング７の内部は、サイドブロック３ｂが露出する閉塞側の密閉された吐出室７ａと、サイドブロック３ａが露出する開口側の吸入室７ｂとに仕切られている。吸入室７ｂには電動モータ５が収容されており、吸入室７ｂは、ハウジング７の開口７ｃに取り付けた蓋部９によって密閉されている。
【００２２】
上述した吸入室７ｂは、圧縮機構３によって圧縮する低温低圧の冷媒が、気体圧縮機１の外部（例えば、冷凍サイクルの蒸発器）から不図示の吸入ポートを介して吸入される空間である。
【００２３】
また、圧縮機構３によって吸入室７ｂと気密に仕切られた吐出室７ａは、圧縮機構３によって圧縮された高温高圧の冷媒を、不図示の吐出ポートを介して気体圧縮機１の外部（例えば、冷凍サイクルの凝縮器）に吐出する空間である。この吐出室７ａの下部には、潤滑油１１（冷凍機油とも言う。請求項中の油分に相当）が貯留される液溜まり部７ｄが形成されている。
【００２４】
液溜まり部７ｄの潤滑油１１は、吐出室７ａの冷媒の圧力によりサイドブロック３ａ，３ｂの軸受部３ｆ，３ｇに供給されて、軸受部３ｆ，３ｇが軸受する回転軸５ａの潤滑に用いられる。軸受部３ｆ，３ｇは、サイドブロック３ａ，３ｂの回転軸５ａが貫通する貫通孔の内周面に形成された環状溝からなる。
【００２５】
サイドブロック３ａの軸受部３ｆには、サイドブロック３ｂの通路３ｈと、シリンダブロック３ｃの通路３ｉと、サイドブロック３ａの通路３ｊとを介して、液溜まり部７ｄの潤滑油１１が供給される。サイドブロック３ｂの軸受部３ｇには、サイドブロック３ｂの通路３ｋを介して液溜まり部７ｄの潤滑油１１が供給される。
【００２６】
サイドブロック３ａ，３ｂの軸受部３ｆ，３ｇに供給された潤滑油１１は、不図示の通路を経て、吐出室７ａの液溜まり部７ｄに回収される。また、サイドブロック３ｂの軸受部３ｇに供給された潤滑油１１の一部は、シリンダ室３ｄ等を経て、吐出室７ａに吐出される高圧の冷媒に混入する。
【００２７】
そこで、吐出室７ａには、高圧の冷媒から潤滑油１１を分離する油分離器７ｅが設けられる。油分離器７ｅによって冷媒から分離された潤滑油１１は、吐出室７ａの下部の液溜まり部７ｄに滞留される。
【００２８】
図１に示す気体圧縮機１の一般的な油分離器７ｅは、図２に示すように、円筒形で有底の油分離室７ｆを有しており、圧縮機構３において圧縮された冷媒１３が油分離室７ｆに流入口７ｇを介して油分離室７ｆに流入する。この流入口７ｇは、油分離室７ｆの内周壁７ｈに形成されており、油分離室７ｆの中心よりもずれた方向に向けて開口している。また、油分離室７ｆの底部７ｉには連通孔７ｊが形成されている。
【００２９】
油分離室７ｆには、両端が開放された中空の円筒部材７ｋが収容されている。円筒部材７ｋは油分離室７ｆの内周壁７ｈと同心円上に配置されており、上端のフランジ部７ｌが油分離室７ｆの上部に取付固定されている。油分離器７ｅの流入口７ｇを通過して油分離室７ｆに流入した圧縮冷媒１３（請求項中の圧縮気体に相当）は、油分離室７ｆの内周壁７ｈと円筒部材７ｋとの隙間を上方から下方に向けて螺旋状に旋回する旋回流となる。
【００３０】
この旋回流により圧縮冷媒１３中の潤滑油１１の成分が油分離室７ｆ内で遠心分離されて内周壁７ｈに付着する。付着した潤滑油１１は、自重により内周壁７ｈの下端に流れ落ち、油分離室７ｆの底部７ｉに溜まって連通孔７ｊから圧縮室７ａの油溜まり部７ｄに滴下される。
【００３１】
油分離室７ｆの底部７ｉに達した圧縮冷媒１３の旋回流は、その後、筒状部材７ｋの下端の連通孔７ｍから筒状部材７ｋの内部に流入し、円筒部材７ｋの上端からハウジング７の吐出室７ａに流入する。
【００３２】
このような一般的な構成の油分離器７ｅでは、気体圧縮機１から圧縮冷媒１３が供給される冷凍サイクル（図示せず）における冷凍負荷が小さく、圧縮機構３から油分離室７ｆに圧縮冷媒１３の流量が少ないと、油分離室７ｆにおける圧縮冷媒１３の旋回流の流速が低くなり、遠心力不足により潤滑油１１の分離性能が下がってしまう。
【００３３】
そこで、本発明では、圧縮冷媒１３の低流量時における潤滑油１１の分離性能を向上させるために、油分離器７ｅの構成を一部変更した。以下、本発明の一実施形態に係る気体圧縮機における油分離器の概略構成について、図３を参照して説明する。なお、図３において図２と同一の部材、部分には、同一の引用符号を付して重複する説明を省略する。
【００３４】
そして、図３に示す本実施形態の油分離器７ｅは、円筒部材７ｋを、底部７ｏを閉塞した有底円筒状とし、その底部７ｏを、油分離室７ｆの底部７ｉにおいて、油分離室７ｆにおける圧縮冷媒１３の旋回流の回転中心軸Ｘ（請求項中の中心軸に相当）の周りに回転可能に軸受している。
【００３５】
これに伴い、円筒部材７ｋのフランジ部７ｌは、油分離室７ｆの内周壁７ｈとの間に若干の隙間を有する大きさに形成されている。また、円筒部材７ｋには、図２に示す下端の連通孔７ｍに代わる連通孔７ｐが、周面７ｎに複数形成されている。
【００３６】
さらに、円筒部材７ｋの周面７ｎの上部には、油分離室７ｆの内周壁７ｈに向けてフィン７ｑが突設されている。フィン７ｑは、円筒部材７ｋの外側を旋回する圧縮冷媒１３の旋回流の経路上に延出している。
【００３７】
なお、円筒部材７ｋの周面７ｎにおける最下方の連通孔７ｐよりも下方の箇所には、油分離室７ｆの内周壁７ｈに向けて円板状の逆流防止片７ｒが突設されている。逆流防止片７ｒの外周縁と油分離室７ｆの内周壁７ｈとの間には、油分離室７ｆ内で圧縮冷媒１３から遠心分離されて内周壁７ｈに付着した潤滑油１１が自重により油分離室７ｆの底部７ｉに流れ落ちるのを許容する隙間が設けられる。
【００３８】
このように構成された本実施形態の油分離器７ｅでは、油分離器７ｅの流入口７ｇを通過して油分離室７ｆに流入した圧縮冷媒１３が、油分離室７ｆの内周壁７ｈと円筒部材７ｋとの隙間を上方から下方に向かう螺旋状の旋回流となると、その旋回流が、旋回流の経路上に延出した円筒部材７ｋのフィン７ｑに衝突する。
【００３９】
圧縮冷媒１３の旋回流が衝突したフィン７ｑは旋回流から回転推進力を得るので、この回転推進力により円筒部材７ｋが圧縮冷媒１３と同じ方向に回転する。
【００４０】
そして、フィン７ｑに衝突した後の圧縮冷媒１３の旋回流は、油分離室７ｆの下方に向かう間に、圧縮冷媒１３内の潤滑油１１を自らの旋回により発生した遠心力により分離させ、分離された潤滑油１１を油分離室７ｆの内周壁７ｈに付着させる。
【００４１】
また、油分離室７ｆの下方に向かった圧縮冷媒１３は、逆流防止片７ｒに達すると、円筒部材７ｋの周面７ｎの連通孔７ｐを通って円筒部材７ｋの外側から内側に流入する。円筒部材７ｋの内側に流入した圧縮冷媒１３は、円筒部材７ｋの上端からハウジング７の吐出室７ａに流入する。
【００４２】
なお、圧縮冷媒１３が旋回流となって油分離室７ｆを上方から下方に流れる際に、円筒部材７ｋの周面７ｎや連通孔７ｐの内周縁には、圧縮冷媒１３中の潤滑油１１が付着する。付着した潤滑油１１は、回転する円筒部材７ｋに発生した遠心力により周面７ｎや連通孔７ｐの内周縁から円筒部材７ｋの外側に飛散する。
【００４３】
また、潤滑油１１の一部は連通孔７ｐを通過して円筒部材７ｋの内側に流入し、円筒部材７ｋの内周面に付着する。この潤滑油１１も、円筒部材７ｋの回転による遠心力で連通孔７ｐを通過し円筒部材７ｋの外側に飛散する。飛散した潤滑油１１は油分離室７ｆの内周壁７ｈに付着する。
【００４４】
ここで、円筒部材７ｋの周面７ｎに形成した複数の連通孔７ｐの合計流路断面積は、圧縮機構３から吐出室７ａに吐出される最大流量の圧縮冷媒１３が通過できるように設定されている。また、円筒部材７ｋの最も下方に形成された連通孔７ｐは、閉塞された底部７ｏの直上に配置されている。したがって、円筒部材７ｋの内側で圧縮冷媒１３から遠心分離された潤滑油１１は、円筒部材７ｋの内側に留まることなく連通孔７ｐを通って円筒部材７ｋの外側に排出される。
【００４５】
なお、運用上支障がなければ、円筒部材７ｋの最も下方に形成された連通孔７ｐを、閉塞された底部７ｏから間隔をおいた上方の箇所に配置してもよい。
【００４６】
このようにして、円筒部材７ｋの外側で圧縮冷媒１３に発生した遠心力により圧縮冷媒１３から分離された潤滑油１１や、円筒部材７ｋの周面７ｎや連通孔７ｐの内周縁、あるいは、円筒部材７ｋの内周面に付着し円筒部材７ｋの回転による遠心力で円筒部材７ｋの外側に飛散した潤滑油１１は、いずれも油分離室７ｆの内周壁７ｈに付着する。
【００４７】
内周壁７ｈに付着した潤滑油１１は、逆流防止片７ｒと内周壁７ｈとの隙間を通って自重により内周壁７ｈの下端に流れ落ち、油分離室７ｆの底部７ｉに溜まって連通孔７ｊから圧縮室７ａの油溜まり部７ｄに滴下される。
【００４８】
このとき、油分離室７ｆの底部７ｉに溜まった潤滑油１１の液面は逆流防止片７ｒによって覆われるので、円筒部材７ｋの外側で旋回流となり油分離室７ｆの底部７ｉに向かった圧縮冷媒１３により逆流防止片７ｒの上方に巻き上げられて、圧縮冷媒１３と共に連通孔７ｐを通って円筒部材７ｋの外側から内側に流入することが阻止される。
【００４９】
このように、本実施形態の気体圧縮機１の油分離器７ｅでは、圧縮機構３から油分離室７ｆに流入した圧縮冷媒１３が円筒部材７ｋの外側で螺旋状の旋回流となって遠心力を発生するだけでなく、円筒部材７ｋを回転させて円筒部材７ｋにも遠心力を発生させる。このため、圧縮機構３から油分離室７ｆへの圧縮冷媒１３の流入量が少なく、圧縮冷媒１３の流速が遅いために円筒部材７ｋの外側で発生する螺旋状の旋回流による遠心力で圧縮冷媒１３から潤滑油１１を十分に分離できなくても、円筒部材７ｋに付着した潤滑油１１を円筒部材７ｋの回転による遠心力で円筒部材７ｋの外側に飛散させて、圧縮冷媒１３から潤滑油１１をさらに分離させることができる。
【００５０】
よって、圧縮機構３で圧縮した冷媒１３から油分離器７ｅにより潤滑油１１を遠心分離するのに当たり、圧縮冷媒１３の流速が低くても遠心分離式の油分離器７ｅにより圧縮冷媒１３中の潤滑油１１を効率よく分離することができる。
【００５１】
なお、円筒部材７ｋの周面７ｎから油分離室７ｆの内周壁７ｈに向けて突設した逆流防止片７ｒは省略してもよい。また、円筒部材７ｋの周面７ｎにフィン７ｑを突設する位置は、連通孔７ｐの上方でも下方でもよく、連通孔７ｐと同じ高さの周面７ｎ位置に突設してもよい。
【００５２】
さらに、円筒部材７ｋの周面７ｎの連通孔７ｐに代えて、図４に示すように、円筒部材７ｋの底部７ｏに円筒部材７ｋの外側と内側とを連通する連通孔７ｐを複数形成してもよい。この場合は、円筒部材７ｋの底部７ｏを油分離室７ｆの底部７ｉで回転中心軸Ｘの周りに回転可能に軸受する代わりに、油分離室７ｆの上部に段差を形成して円筒部材７ｋのフランジ部７ｌを回転中心軸Ｘの周りに回転可能に軸受する構造としてもよい。
【００５３】
また、円筒部材７ｋの周面７ｎや底部７ｏに形成する連通孔７ｐの開口径を大きくして単数にしてもよいが、図３や図４に示すように、小径の連通孔７ｐを複数形成する方が、円筒部材７ｋの連通孔７ｐを形成する部分の剛性を維持しやすいので有利である。
【００５４】
さらに、以上の実施形態では、シリンダ室３ｄ内でロータ３ｅを回転させるベーンロータリー式の圧縮機構３を有する気体圧縮機１に本発明を適用した場合を例に取って説明した。しかし、本発明は、例えば、可動スクロールを固定スクロールに対して回転させて気体を圧縮するスクロール方式のコンプレッサ等、回転体を回転させることで気体を吸入して圧縮する回転式の圧縮機構を有する気体圧縮機に広く適用可能である。
【００５５】
また、以上の実施形態では、圧縮機構３を電動モータ５によって回転駆動する電動式の気体圧縮機１を例に取って説明した。しかし、本発明は、例えば、車両に搭載されてエンジンの動力により圧縮機構を回転駆動する電動式以外の気体圧縮機にも広く適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、圧縮機構で圧縮した気体から油分離器により油分を遠心分離する気体圧縮機において利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  気体圧縮機
３  圧縮機構
３ａ，３ｂ  サイドブロック
３ｃ  シリンダブロック
３ｄ  シリンダ室
３ｅ，５ｂ  ロータ
５  電動モータ
５ａ  回転軸
５ｃ  ステータ
５ｄ  コイル
７  ハウジング
７ａ  吐出室
７ｂ  吸入室
７ｃ  ハウジング開口
７ｄ  液溜まり部
７ｅ  油分離器
７ｆ  油分離室
７ｇ  流入口
７ｈ  油分離室内周壁
７ｉ  油分離室底部
７ｊ  油分離室連通孔
７ｋ  円筒部材
７ｌ  フランジ部
７ｐ  円筒部材連通孔
７ｎ  円筒部材周面
７ｏ  円筒部材底部
７ｑ  フィン
７ｒ  逆流防止片
９    蓋部
１１  潤滑油（油分）
１３  圧縮冷媒（圧縮気体）
１５  コントローラ
Ｘ  回転中心軸（中心軸）
【図１】
0006491526.tif 000002
【図２】
0006491526.tif 000003
【図３】
0006491526.tif 000004
【図４】
0006491526.tif 000005