(57)【要約】【課題】空調ユニット用の油分離方式消音型冷媒圧縮機を提供する。【解決手段】消音型冷媒圧縮機は、互いに連通したチャンバ（3,4,6）に分割されたケーシング（１）を有し、ケーシングは油／冷媒混合物の流れ方向に見て、入口（２）付き第１チャンバ（３）、分離油の油ドレン（５）付き第２チャンバ（４）、ガス状冷媒の出口（７）付き第３チャンバ（６）及び３つのチャンバを互いに分離する流れ案内装置（９）を有する。流れ案内装置（９）は第２チャンバ（４）から始まって第１のチャンバ（３）経由で第３のチャンバ（６）まで延び、その端領域（10）は仕切り（11）として、その端領域（12）はファンネル（13）として構成される。ファンネルの縁とケーシング内壁（８）との間には、環状隙間（14）が生じている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調ユニット用の冷媒圧縮機、特に車両に用いられる油分離方式の消音型冷媒圧縮機であって、少なくとも、前記冷媒圧縮機のクランクケースに結合されたケーシング（１）を有し、前記ケーシング（１）の内部は、互いに連通した幾つかのチャンバ（３，４，６）に分割されている、冷媒圧縮機において、前記ケーシング（１）は、油／冷媒混合物の流れ方向に見て、
ａ．前記油／冷媒混合物の入口（２）を備えた第１のチャンバ（３）、
ｂ．前記第１のチャンバ（３）の次に位置していて、重力に関して最も深い箇所に配置された分離油のための油ドレン（５）を備えた第２のチャンバ（４）、
ｃ．前記第２のチャンバ（４）の次に位置していて、ガス状冷媒のための出口（７）を備えた第３のチャンバ（６）、及び
ｄ．３つの前記チャンバ（３，４，６）を互いに分離する流れ案内装置（９）を有し、前記流れ案内装置（９）は、前記第２のチャンバ（４）から始まって前記第１のチャンバ（３）をチャネル状に通って前記第３のチャンバ（６）まで延び、前記第３のチャンバ（６）に向けられた前記流れ案内装置（９）の端領域（１０）は、仕切り（１１）として構成され、前記第１のチャンバ（３）と前記第２のチャンバ（４）との間に配置された前記流れ案内装置（９）の端領域（９）は、ファンネル（１３）として構成され、前記ファンネルの縁とケーシング内壁（８）との間には、環状隙間（１４）が生じていることを特徴とする冷媒圧縮機。
【請求項２】
前記流れ案内装置（９）は、チャネル状に構成されていて、前記ケーシング（１）の長手方向軸線（１５）と同軸に配置されている請求項１記載の冷媒圧縮機。
【請求項３】
前記油／冷媒混合物のために設けられた前記第１のチャンバ（３）の前記入口（２）は、前記チャネル状流れ案内装置（９）の長手方向軸線又は前記ケーシング（１）の長手方向軸線（１５）に直角に前記ケーシング壁に形成されている請求項１又は請求項２記載の冷媒圧縮機。
【請求項４】
前記環状隙間（１４）の付近で前記第２のチャンバ（４）の前記ケーシング内壁（８）のところに配置された油フィルタ（１６）が、油ドレンチャネルに結合された状態で設けられている請求項１乃至３の何れか１項に記載の冷媒圧縮機。
【請求項５】
油滴を凝集させるのに適した繊維状材料、編組繊維から成る布又は編組フィルタ布が、前記第２のチャンバ（４）内に配置された状態で設けられている請求項１乃至４の何れか１項に記載の冷媒圧縮機。
【請求項６】
前記流れ案内装置（９）のファンネル状に構成された前記端領域（１２，１３）と前記第２のチャンバ（４）の前記ケーシング内壁（８）の両方は、前記ケーシング（１）内での前記油／冷媒混合物の流れ方向を逆にすることができるよう設けられている請求項１乃至５の何れか１項に記載の冷媒圧縮機。
【請求項７】
前記ケーシング（１）の３つの前記チャンバ（３，４，６）は各々、断面が円形であるよう構成されている請求項１乃至６の何れか１項に記載の冷媒圧縮機。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載された冷媒圧縮機内での油分離及び圧力脈動減衰を行なう方法であって、
ａ．流れ案内装置（９）を用いて互いに連通した３つのチャンバ（３，４，６）の各々の中で圧力波を反射させることにより圧力脈動の減衰を達成し、それにより、流れ断面を変更し、
ｂ．前記第２のチャンバ（４）内の入口（２）及び環状隙間（１４）のところで働く遠心力、重力及びノズル効果を利用してケーシング（１）の前記入口（２）を介する前記第１のチャンバ（３）内への前記油／冷媒混合物の接線方向注入、膨張及び冷却を行なうことにより油分離を達成することを特徴とする方法。
【請求項９】
油分離は、前記油フィルタ（１６）の通過に起因すると共に前記油フィルタ（１６）の前記繊維状材料のところでの関連の油滴拡大によって生じる請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調ユニットの冷媒圧縮機に関し、特に、請求項１の前文に記載された車両用の油分離式消音型冷媒圧縮機並びにこの冷媒圧縮機のための油分離及び圧力脈動減衰方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒圧縮機の高い信頼性及び長い寿命を達成するため、冷媒圧縮機の摩耗を減少するための潤滑用として油が用いられている。所要の潤滑に加えて、油は、特にピストンとシリンダ壁との間の密封機能を更に実行し、又、熱を運び去る。
【０００３】
これを行なうために、油は、冷媒圧縮機のフット領域、特に、クランクケース内に設置された油受内に貯蔵され、冷媒の圧縮により圧縮機ユニット内で上方に運ばれる。
【０００４】
しかしながら、冷媒圧縮機のケーシングを出る前に、冷媒／油混合物を分離し、即ち、油を例えば気体である冷媒から確実に分離し、そして油がクランクケースの油受内に流れて戻るようにすることが必要である。サイクロンセパレータ、濾過手段を備えたセパレータ及び流速を減少させる静止空間が、油分離器として知られている。
【０００５】
別の要件として、作動中冷媒圧縮機により生じ車両の乗員により知覚可能な騒音は、ほんの僅かでなければならない。作動中の騒音は、主として、圧縮と関連した圧力脈動により生じる。実際には、圧力脈動を減少させる種々の構造体、主として、圧力波が膨張により減衰されるチャンバが用いられている。
【０００６】
先行技術において、気密密閉型圧縮機用の消音器を開示している独国特許出願公開第３６４３５６７号明細書が知られている。消音器は、２つの部分、即ち、脈動を減衰させると共に冷媒ガスからの油の分離を生じさせる第１の部分及びガス脈動を抑制する第２の部分を有している。ガス脈動を抑制するために、第２の部分内には、多孔質材料が設けられ、かかる多孔質材料は、空所を形成し、第２の部分を完全に満たしている。油を消音器の第１又は第２の部分から分離するため、油を排出することができる小径の管が設けられる。
【０００７】
独国特許出願公開第１９８００５５６号明細書では、これ又油分離機能及び圧力脈動減衰機能を有する圧縮機が開示されている。これを達成するため、圧縮機の多部品クランクケース内に、冷媒ガスの吸引、圧縮及び送り出しのための作動手段並びにラビリンスの形態をした油分離手段を設けることが提案されている。油分離手段は、互いに隣接して位置すると共に油分離手段のうちの少なくとも１つの中の内部空間が別の油分離手段により閉鎖され、放出された冷媒ガスのための分離チャンバが形成されるような仕方で相互に接触したクランクケースの外側部分のところに一体的に構成されている。一体品としての油分離手段は、通路を形成する種々の要素を備え、これら要素は、分離チャンバをその入口からその出口まで部分的に分割し、放出された冷媒ガスのための蛇行状分離流路が生じる一方で、分離チャンバが油循環通路を介してクランクチャンバに連結されるようになっている。
【０００８】
さらに、欧州特許出願公開第９２６３４１号明細書から、油分離式の圧縮機が知られており、この圧縮機は、チャネル及び開口部により互いに結合された２つのチャンバを備えている。圧力脈動減衰のために圧縮機の両方のチャンバが用いられるが、油分離のためには第１の矩形のチャンバしか用いられない。
【０００９】
請求項の前文に記載された形式に関する他の解決策は、米国特許第６，５２３，４５５号明細書、米国特許出願公開第２００５／００７２３０７号明細書及び独国特許出願公開第１０１５６７８５号明細書に記載されている。
【００１０】
【特許文献１】独国特許出願公開第３６４３５６７号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１９８００５５６号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第９２６３４１号明細書
【特許文献４】米国特許第６，５２３，４５５号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００５／００７２３０７号明細書
【特許文献６】独国特許出願公開第１０１５６７８５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
先行技術で知られている解決策の本質的な欠点は、油分離装置及び消音器が取るに足りないとは言えないほどの空間上の要件を圧縮機内に課しており、それにより、一般に、製造コストが高くつくということにある。さらに、広い空間を必要とする圧縮機は、車両の狭いエンジンコンパートメント内への収納に関して或る特定の設置上の制約を受ける。
【００１２】
本発明の目的は、僅かなスペース上の要件を課すに過ぎず、他方、圧力脈動を減衰させると共に油を効率的に分離する車両の空調ユニット用の油分離式消音型冷媒圧縮機を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の技術的思想によれば、空調ユニット用の冷媒圧縮機、特に車両に用いられる油分離方式の消音型冷媒圧縮機は、少なくとも、冷媒圧縮機のクランクケースに結合されたケーシングを有し、ケーシングの内部は、互いに連通した幾つかのチャンバに分割されている。本発明によれば、ケーシングは、油／冷媒混合物の流れ方向に見て、油／冷媒混合物の入口を備えた第１のチャンバを有する。第１のチャンバの下流側には、重力に関して最も深い箇所に配置された分離油のための油ドレンを備えた第２のチャンバが設けられる。第２のチャンバの次に、ガス状冷媒のための出口を備えた第３のチャンバが設けられる。加うるに、第２のチャンバから始まって第１のチャンバをチャネル状に通って第３のチャンバまで延びる流れ案内装置が設けられる。第３のチャンバに向けられた流れ案内装置の端領域は、仕切りとして構成され、これに対して、第１のチャンバと第２のチャンバとの間に配置された流れ案内装置の端領域は、ファンネルとして構成され、ファンネルの縁とケーシング内壁との間には、環状隙間が生じている。
【００１４】
本発明の解決策は、束縛条件下において、油／冷媒混合物からの油の効率的な分離と圧縮と関連した圧力脈動の減衰の両方を可能にする特にガス状冷媒用の冷媒圧縮機を提供する。油は、遠心力とノズルの原理又はこれらそれぞれと第２のチャンバ内におけるノズル注入との合同原理を利用して分離されるが、圧力脈動の減衰は、圧力膨張により３つのチャンバの各々の中で実施される。圧力脈動の減衰は、３つのチャンバ内への油／冷媒混合物の流入の直前に絞りを利用して、油／冷媒混合物の静水圧を減少させ、流体力学的圧力を増大させることを特徴とする設計によって達成される。
【００１５】
流れ案内装置の設計、即ち断面、構造的長さ及び位置合わせは、設計上の建前としての圧縮機の許容可能な総物理的サイズに基づき且つ所望の油分離度を念頭に置いて定められる。本発明の好ましい実施形態では、クランク状に構成された流れ案内装置は、冷媒圧縮機のクランクケースに結合されたケーシングの長手方向軸線と同軸に配置され、流れ案内装置の断面は、円形の形になるように選択されている。
【００１６】
第１のチャンバ内への油／冷媒混合物の流入のために設けられた入口は、チャネル状流れ案内装置の長手方向軸線に直角にケーシング壁に配置されることが特に好ましい。好ましくは、入口は、第１のチャンバのところに接線方向に配置された１つ又は数個の穴として構成されるのが良い。かくして、遠心力を利用して、流入中の油／冷媒混合物は、第１のチャンバのケーシング内壁にくっつくことができる。第１のチャンバと第２のチャンバとの間の移行領域に生じる環状隙間内での加速及びその後の流れ方向の逆転後、油は、重力の原理に従う慣性により油／冷媒混合物から分離される。
【００１７】
本発明の特に有利な実施形態では、油流出チャネルに連結された油フィルタが、環状隙間の付近又はそのすぐ下で第２のチャンバのケーシング内壁のところに配置される。この油フィルタは、環状の形態をなしてケーシング内壁に沿ってぐるりと一回り延びても良く、或いは、部分的にしか、例えば、一定間隔でしか延びなくても良い。
【００１８】
油フィルタに加えて又はこれに代えて、第２のチャンバ内に、好ましくは、第２のチャンバの下方領域に、油滴を凝集するのに適した繊維状材料又は編組繊維による布を設けるのが良い。
【００１９】
本発明の技術的思想によれば、油／冷媒混合物は、ケーシングの第２のチャンバ内で流れ方向が逆になる。したがって、流れ案内装置のファンネル状端領域とケーシング内壁の両方が、構成され又は形成される。所要の油分離度は、工場であらかじめ規定された角度で傾斜させたファンネル側部によっても得ることができる。
【００２０】
実際には、冷媒圧縮機のクランクケースに結合されたケーシングの３つのチャンバは各々、好ましくは、円形であるよう設計され、それにより、第１のチャンバは、ケーシング内でのその位置により、即ち、第２のチャンバと第３のチャンバとの間の無軸関係により、円筒形として設計される。流体力学的理由及び圧力の強さの理由で、第２のチャンバ及び第３のチャンバの遠位端部は、好ましくは、球形キャップ又は縁が丸い円筒形として構成される。
【００２１】
本発明によれば、冷媒圧縮機内での油分離及び圧力脈動減衰方法は、流れの断面積を変化させる流れ案内装置を利用して、圧力脈動減衰が互いに連通した３つのチャンバの各々の中での圧力波の反射に起因して起こることにより実施される。チャンバ相互間の断面の特定の絞り及びその後におけるチャンバ内の断面の拡大は、冷媒圧縮機内での圧縮に付きものの圧力波を減衰させ又はそれどころか完全に無くす。
【００２２】
油分離は、他方において、ケーシングの入口のところ及び第２のチャンバ内の環状隙間のところで働く遠心力、重力及びノズル効果を利用してケーシングの入口を介して第１のチャンバ内への油／冷媒混合物の接線方向注入、その膨張及び冷却により達成される。代替的に又は追加的に、油滴は、第２のチャンバ内に配置された繊維状材料又は編組繊維による布を介して凝集され、重力及び圧力差を利用して分離される。かかる繊維状材料又は編組繊維による布は、好ましくは、編組濾過布として構成される。
【００２３】
先行技術と比較した場合の本発明の顕著な利点及び特徴は、本質的に次の通りである。
・冷媒からの油の効率的な分離が行なわれて冷媒圧縮機の良好な潤滑及びそれ故に長寿命が達成されること。
・冷媒の圧力脈動の効果的な減少の結果として車両内で知覚される作動中の騒音が減少すること。
・機能上の一体化により冷媒圧縮機のスペース上の要件が少なくなり、冷媒圧縮機を狭いエンジンコンパートメント内にも使用できるようになること。
・材料に対する要求の減少、組み込み部品が安価であること及び組み込み部品が少ないことによって製造費が安くなること。
【００２４】
本発明の目的及び利点は、当業者であれば、添付の図面に照らして例示の非限定的であり、ここでは好ましい実施形態についての以下の詳細な説明を考慮すると、容易に明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、冷媒圧縮機のクランクケースに結合されたケーシング１の略図である。本質的に円筒形に構成されたケーシング１は、油／冷媒混合物を通す第１のチャンバ３を有し、この第１のチャンバは、互いに平行に配置された２つの円筒形穴から成る接線方向入口２を有している。第１のチャンバ３は、軸方向に見て第３のチャンバ６及び第２のチャンバ４と隣接して位置し、第３のチャンバ６は、第１のチャンバ３の上に配置され、第２のチャンバ４は、第１のチャンバ３の下に配置されている。第３のチャンバ６は、油を含んでいないガス状冷媒のための出口７を有し、この出口は、図示の略図では、入口２に平行に延びている。ケーシング１の３つのチャンバ３，４，６は、これらの一部が、本発明の流れ案内装置９により互いに分離されている。流れ案内装置９は、第２のチャンバ４から始まって、第１のチャンバ３をチャネル状に通ってケーシング１の長手方向軸線１５と同軸に第３のチャンバ６まで延びている。流れ案内装置９の第１の端領域１０（これは、第３のチャンバ６の方へ向けられている）は、仕切り１１として形成され、この仕切りは、一方において、流れ案内手段９をケーシング１内に保持し、他方において、第１のチャンバ３を第３のチャンバ６から分離している。しかしながら、流れ案内装置９の第２の端領域１２（これは、第１のチャンバ３と第２のチャンバ４との間に配置されている）は、ファンネル１３として形成され、環状隙間１４が、ファンネルの縁とケーシング内壁８との間に生じている。ファンネル側面の工場であらかじめ設定された傾斜に起因して、漸変幅の環状隙間１４は、ファンネル縁とケーシング内壁８との間に生じ、この環状隙間を通って、油／冷媒混合物が、第１のチャンバ３から第２のチャンバ４内に流れる。ファンネル１３は、第１に、第１のチャンバ３から第２のチャンバ４内に流れる油／冷媒混合物を加速し、第２に、第２のチャンバ４から流れ案内手段９の中央のチャネル状に構成された部分内に流れる冷媒ガスを加速するという二重の作用効果をもたらし、それにより、静水圧が減少する。
【００２６】
以下において説明する機能は、本発明の油分離方式の消音型冷媒圧縮機の理解を容易にする。油／冷媒混合物は、高い流速で入口２を介して接線方向に第１のチャンバ３内に流入する。膨張空間として構成されている第１のチャンバ３内では、油／冷媒混合物は、冷却され、その流速が減少する。また、これにより、油／冷媒混合物の圧力の脈動が減少する。かくして、第１のチャンバ３は、膨張消音器として働く。流入中の油／冷媒混合物は、遠心力を受けて第１のチャンバ３のケーシング内壁８にくっつく。次に、重力下にある油／冷媒混合物は、流れ案内装置９のファンネル１３とケーシング内壁８との間に生じた環状隙間１４を通り、そしてここで加速され、それにより静水圧が減少する。第２の膨張空間として構成された第２のチャンバ４内においても、油／冷媒混合物は、冷却され、その流速が減少する。油／冷媒混合物の流れはケーシング内壁８及び（又は）第２のチャンバ４の遠位端部のところで鋭角をなして逆になる。それにより、油部分は、その慣性が高いので、遠心作用によりケーシング内壁８の方へ差し向けられ、油／冷媒混合物のガス状部分は、流れ案内装置９のファンネル１３上でこれに沿って流れて流れ案内装置９のチャネル状構成部分内に流入する。分離された油は、ケーシング内壁８のところで第２のチャンバ４の遠位端部の方向に油ドレン５まで流下し、この油ドレンは、図示していない油ドレンチャネルに結合されている。流れ案内装置９のチャネル状構成部分はこの場合も又、圧力脈動の減衰を生じさせる。今や、油／冷媒混合物のガス状部分は、流れ案内装置９から第３のチャンバ６内に流れ、ここで抜かれ、それにより、圧力脈動が一段と減衰される。穴として構成された出口７を介して、油を含んでいないガス状冷媒は、ケーシング１から出る。油／冷媒混合物からの油除去は、第２のチャンバ４で実施され、その間、圧力脈動減衰は、３つ全てのチャンバ３，４，６内で行なわれ、流れ案内装置９内でも行なわれる。
【００２７】
図２は、冷媒圧縮機のクランクケースに結合されたケーシング１の詳細図である。基本的に、ケーシング１の設計は、図１の設計に一致している。図１に記載したコンポーネントに加えて、図２のケーシング１では、油フィルタ１６が、第２のチャンバ４内に配置された状態で設けられている。油フィルタ１６は、図示していない油ドレンチャネルに結合されている。油フィルタ１６は、その編組繊維から成る布を用いて、油滴を拡大させ、拡大した油滴は、油／冷媒混合物の流れから分離される。図１に加えて、図２においても、油／冷媒混合物又は油を含んでいない冷媒のそれぞれの流れの道筋１７が示されている。理解されるように、第２のチャンバ４の遠位端部及び第３のチャンバ６の遠位端部は、流体力学的理由及び圧力の強さの理由で丸形の縁を備えた円筒形に構成されている。実際には、本発明の実施形態は、基本的には、３つの部分、即ち、入口２、出口７及び油ドレン５を備えたケーシング１と、ケーシング１に結合可能であり、既に第１のチャンバ３と第２のチャンバ４との間の分離機能を引き継いだインサートと、インサートのところに拘束された流れ案内装置９とで構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】冷媒圧縮機のクランクケースに結合されたケーシングの略図図である。
【図２】冷媒圧縮機のクランクケースに結合されたケーシングの詳細図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  ケーシング
２  入口
３  第１のチャンバ
４  第２のチャンバ
５  油ドレン
６  第３のチャンバ
７  出口
８  ケーシング内壁
９  流れ案内装置
１０  流れ案内装置の端領域
１１  仕切り
１２  流れ案内装置の端領域
１３  ファンネル
１４  環状隙間
１５  ケーシングの長手方向軸線
１６  油フィルタ
１７  流れの道筋
【図１】
2008045560.tif 000003
【図２】
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【外国語明細書】
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