(57)【要約】【課題】気体圧縮機において、１００％負荷の運転状態での効率だけでなく、中〜低負荷運転状態での効率をも高める。【解決手段】単一の冷凍機油貯留部３３０を共用するとともに、それぞれに独立した電磁クラッチ１１３，２１３が設けられて駆動および停止の動作を互いに独立して選択可能であり、かつ、容量が互いに異なる２つの圧縮機本体１００，２００を、単一のハウジング３１０内に備える。【選択図】図１
2008014171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油が貯留される単一の潤滑油貯留部を共用する２以上の圧縮機本体を備えた気体圧縮機において、
前記２以上の圧縮機本体のうち少なくとも２つは、駆動および停止の動作を、互いに独立して選択可能であって、かつ、容量が互いに異なることを特徴とする気体圧縮機。
【請求項２】
前記動作の選択が可能の前記少なくとも２つの圧縮機本体には、外部からの駆動動力を断接する電磁クラッチがそれぞれ設けられ、前記各電磁クラッチの断接を切り替えることにより、前記動作を選択可能としたことを特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。
【請求項３】
前記各圧縮機本体は、それぞれ各別に単体で、効率の調整が為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。
【請求項４】
内部に、前記単一の潤滑油貯留部が形成されているとともに、前記２以上の圧縮機本体を収容するハウジングを備えたことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の気体圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は気体圧縮機に関し、詳細には、内部に複数の圧縮機本体を有する所謂マルチコンプレッサの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空気調和システム（以下、空調システムという。）には、冷媒ガスなどの気体を圧縮して、空調システムに気体を循環させるための気体圧縮機（コンプレッサ）が用いられている。
【０００３】
ここで、一般的なコンプレッサは、ハウジングの内部に、圧縮機本体が収容された構成となっており、例えばベーンロータリ形式のコンプレッサにおける圧縮機本体は、回転軸と一体的に回転する略円柱状のロータと、ロータの外方を取り囲むシリンダと、ロータに埋設されて、突出側の先端が、断面輪郭形状が略楕円形のシリンダの内周面に追従するように該ロータの外周面からの突出量が可変とされた板状のベーンと、ロータやベーンを、ロータの両端面側から覆う２つのサイドブロックとを備えている。
【０００４】
そして、ロータの回転方向について相前後する２つのベーン、シリンダの内周面、ロータの外周面および両サイドブロックの端面により、ロータの回転に伴ってその容積が変化し、吸入された気体を圧縮して吐出する複数の圧縮室が画成されている。
【０００５】
また、ハウジングの内面と圧縮機本体の外面とにより、圧縮機本体を挟んで一方の側に、圧縮機本体に吸入される気体が通過する低圧雰囲気の吸入室が形成されているとともに、圧縮機本体を挟んで他方の側に、圧縮機本体から吐出された気体が通過する高圧雰囲気の吐出室（油分が分離された気体の通過する空間）が形成されている。
【０００６】
ここで、吐出室を画成するサイドブロックには、圧縮室で圧縮された高圧の気体を、吐出室に導くための吐出路が形成されているとともに、吐出された気体に混じった冷凍機油等の油分（潤滑油）を遠心分離するための油分離器が取り付けられ、この油分離器で分離された潤滑油は、吐出室の下部である潤滑油貯留部に溜められ、この溜められた潤滑油は、各摺動部等やベーン背圧室等の送られて、摺動部の潤滑やベーンの突出動作用背圧として用いられる。
【０００７】
また、ベーンロータリ形式のものに限らず、ハウジングの内部に複数の圧縮機本体を備えた、所謂マルチコンプレッサも知られている（特許文献１）。
【０００８】
このマルチコンプレッサは、負荷変動に応じて、運転する圧縮機本体の数量を変化させることで、負荷に適した運転状態を得るものであり、特許文献１に示したものを始めとして、マルチコンプレッサは、内部に備えられている複数の圧縮機本体は、容量が同一となっている。
【０００９】
そして、例えば２つの圧縮機本体を備えたマルチコンプレッサは、一方の圧縮機本体を、このコンプレッサの駆動に連動させるとともに、他方の圧縮機本体を、任意に運転・停止することで、２つの圧縮機本体を共に停止した状態（０％の負荷状態）と、一方の圧縮機本体のみを運転した状態（５０％の負荷運転状態）と、２つの圧縮機本体を共に運転した状態（１００の負荷運転状態）という、３つの出力状態を選択することができ、このうち運転状態に限ると、２段階の運転状態の切替えを行うことができる。
【特許文献１】特開２０００−２５７５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したマルチコンプレッサについては、従来、２段階の運転状態の切替えができる点に利便性が求められていたため、効率面では、１００％負荷の運転状態（全ての圧縮機本体を運転した状態）での効率を高めることにのみ注力されており、他の運転状態、すなわち、中〜低負荷運転状態（上記２つの圧縮機本体を有するものでは、５０％の負荷運転状態）での効率は、必ずしも高いものではなかった。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、１００％負荷の運転状態での効率だけでなく、中〜低負荷運転状態での効率をも高めることができる気体圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る気体圧縮機は、容量が互いに異なり、互いに独立して運転動作と停止動作とを切り替えられる２以上の圧縮機本体が、単一の潤滑油貯留部を共用することで、オイルマネジメントの困難性の問題を回避しつつ、各運転状態での効率を高めたものである。
【００１３】
すなわち、本発明に係る気体圧縮機は、潤滑油が貯留される単一の潤滑油貯留部を共用する２以上の圧縮機本体を備えた気体圧縮機において、前記２以上の圧縮機本体のうち少なくとも２つは、駆動および停止の動作を、互いに独立して選択可能であって、かつ、容量が互いに異なることを特徴とする。
【００１４】
このように構成された本発明に係る気体圧縮機によれば、２以上の圧縮機本体のうち少なくとも２つは、その駆動および停止の動作が互いに独立して選択可能であるため、一方を運転状態、他方を停止状態とする組合せの中〜低負荷運転状態と、これらの運転・停止の動作を反対にした、もう一つの中〜低負荷運転状態と、両方とも運転状態とする高負荷運転状態（１００％負荷運転状態）という、３つの出力状態を選択することができる。
【００１５】
そして、これら独立して運転・停止の動作を選択可能の２つの圧縮機本体は、その容量が互いに異なるため、これら３つの出力状態は、互いに異なる３つの容量にそれぞれ対応した３段階の負荷の運転状態（停止状態を含めると４段階）に対応したものとなる。
【００１６】
したがって、互いに容量が異なる複数の圧縮機本体のうち、運転する圧縮機本体と停止する圧縮機本体との組み合わせを任意に選択することができるため、負荷状態に応じた運転状態の自由度を高めることができる。
【００１７】
また、マルチコンプレッサとして組み合わせられる２つ以上の圧縮機本体の各容量は、選択の自由度が高いため、単体での効率のよい圧縮機本体同士を組み合わせることも可能となり、これによって、１００％負荷の運転状態での効率だけでなく、中〜低負荷運転状態での効率をも高めることができる。
【００１８】
なお、容量が互いに異なる２つのシングルコンプレッサ（ハウジング内に単一の圧縮機本体を備えた一般的なコンプレッサ）であって、それぞれのシングルコンプレッサの効率を高く調整したものを用いて、両シングルコンプレッサを共に停止した状態（０％の負荷状態）と、一方のシングルコンプレッサのみを運転した中〜低負荷運転状態と、両シングルコンプレッサを共に運転した状態（１００の負荷運転状態）という３つの出力状態を選択することができるようにすることで、１００％負荷の運転状態の効率と中〜低負荷運転状態の効率を共に高めることも考えられる。
【００１９】
しかし、容量が互いに異なるシングルコンプレッサを複数組み合わせたものでは、全てのコンプレッサのハウジング内部の潤滑油量を適正に保つように制御する（オイルマネジメント）のが難しい。
【００２０】
一方、本発明に係る気体圧縮機は、２以上の圧縮機本体が単一の潤滑油貯留部を共用する構成（マルチコンプレッサ）であるため、オイルマネジメントを容易にすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る気体圧縮機によれば、１００％負荷の運転状態での効率だけでなく、中〜低負荷運転状態での効率をも高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の気体圧縮機に係る最良の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る気体圧縮機の一実施形態であるマルチコンプレッサ３００を示す平面図である。
【００２４】
図１に示したコンプレッサ３００は、図２に示すように、単一のハウジング３１０内に、２つの圧縮機本体１００，２００を備えたマルチコンプレッサであり、これら２つの圧縮機本体１００，２００は、図２からも解されるように、いずれもベーンロータリ形式の圧縮機本体である。
【００２５】
ここで、ベーンロータリ形式の圧縮機本体１００は、図２および図３に示すように、軸回りに回転する回転軸１５１と、この回転軸１５１と一体的に回転する円柱状のロータ１５０と、ロータ１５０の外周面の外方を取り囲む断面輪郭略楕円形状の内周面１４９ａを有するとともに、両端が開放されたシリンダ１４０と、ロータ１５０の外方に向けて突出可能にロータ１５０に埋設され、その突出側の先端がシリンダ１４０の内周面１４９ａに追従するように突出量が可変とされ、回転軸１５１回りに等角度間隔で配置された５枚の板状のベーン１５８と、シリンダ１４０の両側開放端面の外側からそれぞれ開放端面を覆うように固定されたフロントサイドブロック１３０およびリヤサイドブロック１２０と、冷媒ガスＧ（気体）から冷凍機油Ｒ（潤滑油）を遠心分離させるサイクロンブロック１６０とからなる。
【００２６】
そして、２つのサイドブロック１２０，１３０、ロータ１５０、シリンダ１４０、および回転軸１５１の回転方向（図２において時計回りの矢印方向）に相前後する２つのベーン１５８，１５８によって画成された各圧縮室１４８の容積が、回転軸１５１の回転にしたがって増減を繰り返すことにより、各圧縮室１４８に吸入された冷媒ガスＧを圧縮して吐出し、サイクロンブロック１６０が、この吐出された冷媒ガスＧから冷凍機油Ｒを分離するように構成されている。
【００２７】
圧縮機本体２００も、圧縮機本体１００と同様の構成であり、回転軸２５１と、この回転軸２５１と一体的に回転する円柱状のロータ２５０と、ロータ２５０の外周面の外方を取り囲む断面輪郭略楕円形状の内周面２４９ａを有するとともに、両端が開放されたシリンダ２４０と、ロータ２５０の外方に向けて突出可能にロータ２５０に埋設され、その突出側の先端がシリンダ２４０の内周面２４９ａに追従するように突出量が可変とされ、回転軸２５１回りに等角度間隔で配置された５枚の板状のベーン２５８と、シリンダ２４０の両側開放端面の外側からそれぞれ開放端面を覆うように固定されたフロントサイドブロック（２３０）およびリヤサイドブロック２２０と、冷媒ガスＧから冷凍機油Ｒを遠心分離させるサイクロンブロック２６０とからなる。
【００２８】
ここで、圧縮機本体１００と圧縮機本体２００との差異は、回転軸１５１，２５１、ロータ１５０，２５０、シリンダ２１４０，２４０およびベーン１５８，２５８の、それぞれに回転軸１５１，２５１の軸に沿った長さである。
【００２９】
そして、圧縮機本体１００と圧縮機本体２００との上述した構成の差異は、両圧縮機本体１００，２００の吐出容量の差異として現れる。例えば、一方の圧縮機本体１００の容量が１００[ｃｃ]のとき、他方の圧縮機本体２００の容量は、１４５[ｃｃ]あるいは１７５[ｃｃ]となる。
【００３０】
もちろん、一方の圧縮機本体１００の容量を７０[ｃｃ]、他方の圧縮機本体２００の容量を１４５[ｃｃ]とするなど、如何なる組合せであってもよい。
【００３１】
これら各圧縮機本体１００，２００にはそれぞれ、外部からの駆動力を、各回転軸１５１，２５１に、選択的に断接可能の、すなわち両圧縮機本体１００，２００を互いに独立して駆動・停止動作を選択させることができる電磁クラッチ１１３，２１３が備えられている。
【００３２】
そして、これらの電磁クラッチ１１３，２１３の断接を互いに独立して切り替えることにより、各圧縮機本体１００，２００を互いに独立して駆動・停止動作を選択させることができる。
【００３３】
また、ハウジング３１０は、圧縮機本体１００，２００が嵌挿されて、これら両圧縮機本体１００，２００から吐出された冷媒ガスＧが吐出される単一の空間である吐出室３２１と、各圧縮機本体１００，２００のサイクロンブロック１６０，２６０によって冷媒ガスＧからそれぞれ分離された冷凍機油Ｒが、一括して溜められる単一の冷凍機油貯留部３３０（潤滑油貯留部）とが形成された、一端が開放されたケース３１１と、このケース３１１の開放された一端を閉鎖し、各電磁クラッチ１１３，２１３が軸支されるフロントヘッド３１２とを備えた構成である。
【００３４】
そして、フロントヘッド３１２には、各圧縮機本体１００，２００の圧縮室１４８，２４８にそれぞれ吸入される冷媒ガスＧを、ハウジング３１０の外部から導入するための２つの吸入ポート３１２ａ，３１２ｂが、各圧縮機本体１００，２００に対応して形成されている。
【００３５】
一方、ケース３１１には、両圧縮機本体１００，２００の圧縮室１４８，２４８からそれぞれ吐出された冷媒ガスＧを、一括的に、ハウジング３１０の外部に吐出させる単一の吐出ポート３１１ａが形成されている。
【００３６】
以上のように構成された本実施形態に係るマルチコンプレッサ３００によれば、単一のハウジング３１０内に収容された２つの圧縮機本体１００，２００は、電磁クラッチ１１３，２１３により、その駆動および停止の動作が互いに独立して選択可能であるため、一方の圧縮機本体１００を運転状態、他方の圧縮機本体２００を停止状態とする組合せの中〜低負荷運転状態と、これらの運転・停止の動作を反対にした、もう一つ組合せ（一方の圧縮機本体１００を停止状態、他方の圧縮機本体２００を運転状態とする組合せ）の中〜低負荷運転状態と、両方の圧縮機本体１００，２００とも運転状態とする高負荷運転状態（１００％負荷運転状態）という、３つの出力状態を選択することができる。
【００３７】
そして、これら独立して運転・停止の動作を選択可能の２つの圧縮機本体１００，２００は、その容量が互いに異なるため、これら３つの出力状態は、互いに異なる３つの容量にそれぞれ対応した３段階の負荷の運転状態（停止状態を含めると４段階）に対応したものとなる。
【００３８】
したがって、互いに容量が異なる２つの圧縮機本体１００，２００のうちから、運転する圧縮機本体と停止する圧縮機本体との組み合わせを任意に選択することができるため、負荷状態に応じた運転状態の自由度を従来よりも高めることができる。
【００３９】
また、マルチコンプレッサ３００として組み合わせられる２つの圧縮機本体１００，２００の各容量は、選択の自由度が高いため、単体での効率のよい圧縮機本体１００，２００を組み合わせることも可能となり、これによって、１００％負荷の運転状態での効率だけでなく、中〜低負荷運転状態での効率をも高めることができる。
【００４０】
ここで、総容量が共に例えば２１５[ｃｃ]である２つの圧縮機本体を備える本実施形態のマルチコンプレッサ３００と従来技術のマルチコンプレッサとの効率の差異について、以下に説明する。
【００４１】
なお、本実施形態のマルチコンプレッサ３００は、容量７０[ｃｃ]の圧縮機本体１００と容量１４５[ｃｃ]の圧縮機本体２００とを備えた構成（総容量２１５[ｃｃ]）であり、比較例としての従来技術に属するマルチコンプレッサは、容量１０７．５[ｃｃ]の圧縮機本体を２つ備えた構成（総容量２１５[ｃｃ]）とする。
【００４２】
まず、２つの圧縮機本体を運転する場合、すなわち、備えられている２つの圧縮機本体を共に運転した場合は、総容量がいずれも２１５[ｃｃ]であるため、本実施形態のコンプレッサ３００と比較例のコンプレッサとの間で効率特性に差異はなく、図４における太曲線の効率線図となる。
【００４３】
そして、この特性曲線から、最高の効率となる運転中の回転速度はＶ３であることが求められ、本実施形態のコンプレッサ３００と比較例のコンプレッサとは、いずれも回転速度Ｖ３で回転させることで、同一の最高効率を得ることができる。
【００４４】
次に、１つの圧縮機本体を運転する場合（本実施形態のコンプレッサ３００においては、容量１４５[ｃｃ]の圧縮機本体２００のみを運転する場合）は、中負荷以下での運転状態となり、図４における細曲線の効率特性となり、回転速度が低速になるにしたがって効率が高くなる、という特性を有する。
【００４５】
ここで、容量１０７．５[ｃｃ]の圧縮機本体が発揮する冷房能力と容量１４５[ｃｃ]の圧縮機本体２００が発揮する冷房能力とを同一にするためには、容量１０７．５[ｃｃ]の圧縮機本体の回転速度を、容量１４５[ｃｃ]の圧縮機本体２００の回転速度よりも高くする必要がある。
【００４６】
すなわち、特定の冷房能力を発揮させるためには、従来技術に属するコンプレッサの圧縮機本体の回転速度Ｖ２よりも、本実施形態のコンプレッサ３００の圧縮機本体２００の回転速度Ｖ１を、低く設定することができる（Ｖ１＜Ｖ２）。
【００４７】
したがって、必要とする空調能力を発揮させるために、本実施形態のコンプレッサ３００は、従来技術に属するコンプレッサよりも、高い効率で運転することができる。
【００４８】
次に、１つの圧縮機本体を運転する場合（本実施形態のコンプレッサ３００においては、容量７０[ｃｃ]の圧縮機本体１００のみを運転する場合）は、低負荷に対応した運転状態ということができ、圧縮機本体１００の可能回転数範囲が例えば１０００〜４０００[ｒｐｍ]に設定されているとき、この低負荷運転状態は、最低回転数である１０００[ｒｐｍ]付近での運転時間割合が多い状態である。
【００４９】
ここで、本実施形態のコンプレッサ３００においては、低負荷に対応して、容量７０[ｃｃ]の圧縮機本体１００のみを、最低回転数である１０００[ｒｐｍ]で運転することで対応するのに対して、従来技術に属するコンプレッサにおいても、低負荷に対応して、一方の圧縮機本体（容量１０７．５[ｃｃ]）のみを、このコンプレッサの最低回転数である１０００[ｒｐｍ]で運転することで対応したのでは、従来技術に属するコンプレッサは本実施形態のコンプレッサ３００に対して、容量比で約５４[％]（＝（１０７．５[ｃｃ]−７０[ｃｃ]）／７０[ｃｃ]）もの余剰動力を発生していることになる。
【００５０】
したがって、本実施形態のコンプレッサ３００は、従来技術に属するコンプレッサよりも、低負荷運転状態で発生する余剰動力が抑制することができ、消費エネルギの低減を図ることができる。
【００５１】
また、本実施形態のマルチコンプレッサ３００は、２つの圧縮機本体１００，２００が単一の冷凍機油貯留部３３０を共用する構成であるため、容量が違いに異なる２つのシングルコンプレッサを単に組み合わせた構成の気体圧縮機（各シングルコンプレッサごとに冷凍機油貯留部が設けられている。）よりも、冷凍機油Ｒの貯留量の管理（オイルマネジメント）を容易にすることができる。
【００５２】
なお、上述した実施形態のコンプレッサ３００は、圧縮機本体１００，３００が１つずつ、合計２つの圧縮機本体を備えた構成の形態であるが、本発明に係る気体圧縮機はこの実施形態に限定されるものではなく、単一の冷凍機油貯留部３３０を共用するとともに、駆動および停止の動作を互いに独立して選択可能であって、かつ、容量が互いに異なる圧縮機本体を２つ以上備えるものであれば、３つ備えるものであっても、４つ備えるものであっても、５つ以上備えるものであってもよい。
【００５３】
また、上述した各実施形態のコンプレッサ１００は、ベーンロータリ形式の気体圧縮機であるが、本発明に係る気体圧縮機は、実施形態のベーンロータリ形式のものに限定されるものではなく、他の形式の気体圧縮機、例えば、斜板往復動形式やスクロール形式の気体圧縮機にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】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式のマルチコンプレッサを示す平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線に沿った面による断面図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ線に沿った面による断面図であり、記載の向きを調整したものである。
【図４】コンプレッサの効率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
１００  一方の圧縮機本体
１１３  電磁クラッチ
２００  他方の圧縮機本体
２１３  電磁クラッチ
３００  マルチコンプレッサ（気体圧縮機）
３１０  ハウジング
３３０  冷凍機油貯留部
Ｇ      冷媒ガス
Ｒ      冷凍機油（潤滑油）
【図１】
2008014171.tif 000003
【図２】
2008014171.tif 000004
【図３】
2008014171.tif 000005
【図４】
2008014171.tif 000006