(57)【要約】  【課題】  潤滑油を含む気流体を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構により圧縮された気流体が導入されて旋回し、この旋回による遠心力により前記気流体に含まれる潤滑油の少なくとも一部が分離される分離室を備えた圧縮機であって、遠心分離式油分離機構において、信頼性を確保したうえで、幅広い圧縮機回転数にて高い潤滑油分離効率を達成する圧縮機を提供する。  【解決手段】  油分離室の側壁に構成される導入孔の開口面積を、圧縮機の回転数に応じて可変するようにした。【選択図】  図１
2005054713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油を含む気流体を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構により圧縮された気流体が導入されて旋回し、この旋回による遠心力により前記気流体に含まれる潤滑油の少なくとも一部が分離される分離室を備えた圧縮機であって、前記分離室へ導入する気流体の流速を調整可能としたことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記分離室は、前記圧縮機構により圧縮された気流体を導入する導入孔を有し、内部に前記導入された気流体が旋回する柱状空間部が形成され、さらに前記気流体の通路部に、前記導入孔を通過する気流体の流速を調整する調整手段を設けた請求項１記載の圧縮機。
【請求項３】
前記導入孔の開口部面積が可変であることを特徴とする請求項２記載の圧縮機。
【請求項４】
前記導入孔に、前記導入孔の開口面積を調整する流速調整部を設けた請求項２または３記載の圧縮機。
【請求項５】
前記流速調整部は、圧縮流体の圧力によって前記導入孔の開口面積を調整するように作動する請求項２乃至４記載の圧縮機。
【請求項６】
前記圧縮機構を、回転式圧縮機構とし、前記流速調整部は、前記圧縮機構の回転数によって前記導入孔の開口面積を調整するように作動する請求項２乃至４記載の圧縮機。
【請求項７】
潤滑油を含む気流体を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構により圧縮された気流体を導入し、その気流体の流れ方向を障壁などによって変更させることにより前記気流体に含まれる潤滑油の少なくとも一部が分離される分離室を備えた圧縮機であって、前記分離室へ導入する気流体の流速を調整可能としたことを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の圧縮を行う圧縮機に関するもので、特に自動車用空調装置などに用いられる圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような圧縮機においては、圧縮機構の作動に伴い、圧縮機構の摺動部を潤滑する潤滑油の一部が圧縮された流体と共に圧縮機から吐出され、冷凍・空調サイクル中を循環することとなる。そして、この場合、流体と共に吐出される潤滑油の量がサイクル中に多く吐出されるほどシステム効率（熱効率）が低下することは従来からよく知られている。
【０００３】
かかる事情から、システム効率の向上を図るために、圧縮機構により圧縮された流体から、その流体に含まれる潤滑油を極力分離した後、該流体をシステムサイクル中に吐出するようにしている。
【０００４】
そのような例として、圧縮機構の吐出側に、圧縮された流体から潤滑油を分離する遠心分離式の分離室を設けた圧縮機が公知となっている（特許文献１及び２参照）。
【０００５】
かかる圧縮機では、圧縮機構により圧縮され潤滑油を含む高圧の冷媒ガスが遠心分離式の分離室に導かれ、略円柱状の分離室内を旋回し、旋回による遠心力により冷媒ガスに含まれるミスト状の潤滑油が分離室内壁に接触することで冷媒ガスから分離されるようになっている。
【特許文献１】特開平１１−８２３５２号公報
【特許文献２】特開２００１−２９５７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、遠心分離式の分離室を備えた公知の圧縮機においては、上述の特許文献に開示されているものに限られず、圧縮機構から吐出される流体を前記分離室内に導く導入孔は一定の面積に設定されている。
【０００７】
発明者等は上記特許に記載されるような一定の面積で開口する導入孔の圧縮機にて、潤滑油の分離効率について試験検討したところ、図６の破線で示す特性曲線から明らかなように、十分な分離効率が得られるのは、限られた圧縮機回転数の範囲内であって、その範囲外においては期待する十分な潤滑油の分離効率を得ることはできなかった。また、低回転数域においても分離状態は不安定でのる。
【０００８】
そこで、発明者等は幅広い圧縮機回転数で十分な潤滑油の分離効率を得ることができなかった原因を調査研究したところ、以下の点が明らかになった。
【０００９】
すなわち、上記特許文献１、２に記載されるような導入孔面積が一定の潤滑油分離機構は、圧縮機構により圧縮され、潤滑油を含む高圧の冷媒ガスが遠心分離式の分離室に導かれ、略円柱状の分離室内を旋回し、旋回による遠心力により冷媒ガスに含まれるミスト状の潤滑油が分離室内壁に接触することで冷媒ガスから分離されるようになっている。
【００１０】
しかし、かかる構成は、圧縮機の回転数が変化することにより、圧縮機から吐出され導入孔を通過して分離室に導かれる冷媒ガスの容積（質量）が変化する。そのため、導入孔の開口面積が一定であると、導入孔を通過する冷媒ガスの流速は必然的に変化することとなる。
【００１１】
さらに、圧縮機の回転数が低く、導入孔を通過する冷媒ガスの流速が小さい場合は、分離室での旋回による十分な遠心力が得られず、潤滑油の分離効率が低下してしまう。また、圧縮機の回転数が高く、導入孔を通過する冷媒ガスの流速が大きい場合は、分離室での旋回による遠心力は十分得られるものの、分離室の下方に溜まっている潤滑油が、高速で旋回する冷媒ガスの動圧で吐出配管側に持ち出され、結果として潤滑油の分離効率が低下する。
【００１２】
つまり一定の開口面積の導入孔で構成される潤滑油分離機構では、その導入孔開口面積に最適な冷媒ガスの流速が存在し、そのため潤滑油の分離効率が高く期待できる圧縮機回転数は限られてしまう。
【００１３】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、幅広い圧縮機回転数にて潤滑油の分離効率が高く、しかも圧縮機の信頼性も確保することを可能とした潤滑油分離機構を備えた圧縮機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の目的を達成するため、本発明による圧縮機は、分離室に導く冷媒ガスの流速を調整するようにしたものである。
【００１５】
その調整の一例として導入孔の開口部面積を可変とすることにより、分離室の側壁に形成された導入孔の開口面積が、例えば圧縮機の回転数に応じて変化し、その結果、導入孔を通過して導かれる冷媒ガスの流速は、潤滑油分離効率の最適値に近づくよう制御される。
【００１６】
これにより、この発明による圧縮機においては、幅広い圧縮機回転数において高い潤滑油分離効率が期待できる。
【００１７】
また、本発明による圧縮機においては、極めて高い圧縮機回転数の領域では、導入孔の開口面積はその制御範囲の最大値となり、それ以上に開口面積が広がることはなく、潤滑油分離能力は低下することを特徴としている。
【００１８】
つまり、極めて高い圧縮機回転数ではシステムの冷房能力は十分に確保されている場合が多く、このような場合にはシステム効率を向上させることよりも、意図的に潤滑油分離効率を低下させることにより、システム中を循環する潤滑油を増加させ、圧縮機の信頼性確保を図ることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明の圧縮機では、幅広い圧縮機回転数にて高い潤滑油分離効率を発揮でき、さらに高速回転での圧縮機の信頼性が確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は本発明の一部が適用された圧縮機の縦断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図（作動室断面図）、図３は図１のＤ部詳細を示すＣ−Ｃ断面図（高圧ケースを作動室側から見た図）である。
【００２２】
図に示した圧縮機は、いわゆるベーンロータリタイプの圧縮機であり、図示したように、円筒状の内壁を有するシリンダ１内に略円柱状のロータ２が配置されている。ロータ２はその外周の一部がシリンダ１の内壁と微少隙間を形成する位置に配置されている。ロータ２には複数のべ一ンスロット３が設けられ、それぞれのべ一ンスロット３内にはベーン４が摺動自在に挿入されている。ロータ２は回転自在に軸支された駆動軸５と一体的に形成されている。前記シリンダ１及びロータ２は、ロータ２の回転軸方向において前部側板６及び後部側板７の間に挟み込まれており、シリンダ１の両端はこれらにより閉塞され、シリンダ内に流体の吸入、圧縮、吐出のための作動室８が形成されている。
【００２３】
前記作動室８には吸入孔９及び吐出孔１０が連通し、冷媒ガス等の気流体は吸入孔９から作動室８に吸入されて圧縮された後、吐出孔１０から吐出される。吐出孔１０の出口には、例えばリード弁からなる吐出弁１１が配設されている。
【００２４】
前記後部側板７の後部側には高圧ケース１２が取り付けられており、高圧ケース１２には作動室８にて圧縮、吐出された冷媒ガスが流入し、この冷媒ガスに含まれるミスト状の潤滑油を分離、収集する分離室５１が設けられている。
【００２５】
前記作動室８にて圧縮され、吐出孔１０から吐出された気流体はシリンダ１、後部側板７及び高圧ケース１２に連続して設けられた案内通路１３により案内され、分離室５１の側壁に形成された導入孔５３を介して分離室５１内に導入される。
【００２６】
前記分離室５１の上部には分離室にて潤滑油が分離された冷媒ガスを排気するガス排出孔５８が開口し、分離室５１の下部には分離室にて冷媒ガスから分離、収集された潤滑油が排出される排油孔５４が開口している。
【００２７】
前記分離室５１からガス排出孔５８を介して排出される冷媒ガスは、冷凍・空調サイクルを循環し、やがて上述した吸入孔９に帰還し、再び圧縮されてサイクルを循環する。
【００２８】
前記分離室５１の下部に開口した排油孔５４は高圧ケース１２及び後部側板７の相互間に形成された貯油室５２に連通する。従って、分離室５１にて冷媒ガスから分離、収集された潤滑油は、排油孔５４を通じて貯油室５２に貯留される。
【００２９】
前記貯油室５２に貯留された潤滑油は、給油通路１８を介して圧縮機構を構成するロータ２、ベーン４、シリンダ１内壁等に供給され、各部を潤滑する一方で、ベーン背圧室１７にも供給され、その圧力によりベーン４をロータ２の外側へ付勢する働きをする。
【００３０】
前記潤滑油の給油は、前記貯油室５２から圧縮機構に潤滑油を供給する給油通路１８を介して行われ、給油通路１８にはベーン背圧調整装置１６を介して貯油室５２に貯留されている潤滑油が供給される。ベーン背圧調整装置１６は圧縮機構へ供給する潤滑油の給油圧力や給油量を圧縮機構周辺の冷媒ガス圧力に応じて制御する。
【００３１】
ところで、分離室５１の側壁に構成された導入孔５３の開口面積は、図４に示すように溝部５５内を摺動可能なように挿入された流速調整部５６により、開口面積が制御される。図５は図４のＨ部拡大図である。図５に示すように流速調整部５６は、スプリング５７等により分離室５１の壁面に保持されるとともに、溝部５５内を摺動自在に挿入されている。そして、前記流速調整部５６は、通常前記導入孔５３が所定面積開口しているように保たれている。
【００３２】
以下、上述した実施例にかかる圧縮機の動作について説明する。
【００３３】
車載エンジンなどの駆動源から動力伝達を受けて駆動軸５及びロータ２が、図２において時計方向に回転すると、これに伴い低圧の冷媒ガスが吸入口９より作動室８内に流入する。ロータ２の回転に伴い圧縮された高圧の冷媒ガスは、吐出孔１０より吐出弁１１を押し上げて案内通路１３内に流入する。更に、高圧の冷媒ガスは、導入孔５３を通り分離室５１内に導入され、分離室にて冷媒ガスに含まれる潤滑油が分離、収集される。
【００３４】
ところで、分離室５１はいわゆる遠心分離式のオイルセパレータであり、図１に示したように、互いに結合された円柱状空間部ｘと逆円錐状空間部ｙとから構成される。導入孔５３は分離室５１の円柱状空間部ｘの中心軸から偏心して設けられ、分離室内に導入される冷媒ガスを円柱状空間部ｘの接線方向に導くように、すなわち、冷媒ガスを円柱状空間部ｘの内周面４９に沿って分離室５１内に導入し得るように設けられている。したがって、分離室５１内に導入された冷媒ガスは分離室内で周方向に旋回し、旋回による遠心力の働きにより比重の大きい潤滑油が分離室内壁に接触して冷媒ガスから分離される。
【００３５】
分離された潤滑油は内周面４９に沿って下方に移動し、逆円錐状空間部ｙにより中央部に凝集される。
【００３６】
ここで、圧縮機の回転数が低い場合を考えると、まず圧縮室で圧縮された冷媒ガスは案内通路１３を通って、導入孔５３により分離室５１に導かれるが、冷媒ガスの体積（質量）は相対的に小さく流速も小さい。したがって、分離室５１内での旋回の速度は小さく遠心力による潤滑油分離効率は低下する。
【００３７】
しかしながら、本発明のようにスプリング５７等で締結された流速調整部５６を有する場合は、図５に示すように流速調整部５６の先端を冷媒ガスの流れに対して傾きを構成しておけば、冷媒ガスの動圧による力が流速調整部５６の先端に作用し、スプリング５７等の力Ｆと冷媒ガスの動圧による力の分力Ｇによる力が釣り合ったところで、前記流速調整部５６は安定する。この場合、導入孔５３の開口面積を最適値に近い値となるようスプリング５７等の仕様を設定しておく。
【００３８】
よって、圧縮機の回転数が低い場合は流速調整部５６が相対的に導入孔５３の開口面積を小さくする方向にて安定するため、適正な流速となり十分な潤滑油分離効率を発揮する。
【００３９】
また、圧縮機の回転数が高い場合は、導入孔５３を通過する冷媒ガスの体積（質量）は相対的に増加し、冷媒ガスの動圧による力の分力Ｇが増加し、導入孔５３の開口面積を大きくする方向に前記流速調整部５６が溝部５５内を摺動し、冷媒ガスの動圧による力の分力Ｇととスプリング５７等による力Ｆが釣り合ったところで、流速調整部５６は安定する。
【００４０】
つまり圧縮機の回転数が高い場合は、圧縮機の回転数が低い場合に適正な位置に制御された流速調整部５６の位置より導入孔５３の開口面積が広くなる位置にて、流速調整部５６は安定することとなり、導入孔５３を通過する冷媒ガスの体積（質量）が増加しても、分離室５１を旋回する流速は必要以上に増加せず、結果的に幅広い圧縮機回転数の範囲にて、高い潤滑油分離効率となる。
【００４１】
また、前述よりさらに圧縮機回転数が高い場合は、冷媒ガスの動圧による力の分力Ｇはさらに増加する。しかし、流速調整部５６はスプリング５７等で分離室５１の側壁に固定されているため、流速調整部５６の摺動可能な最大値にて固定される。よって、導入孔５３を通過する冷媒ガスの流速は適正以上に増加し、分離室５１の下方に存在するすでに分離された潤滑油を、高速な冷媒ガスがその動圧によって掻き上げ、ガス排出孔５８へと持ち出すこととなる。
【００４２】
そのため、極めて高い圧縮機回転数の場合は、潤滑油分離効率は低下し、サイクル中に潤滑油が循環するため、潤滑油を多く含んだ冷媒を圧縮機は吸入し、圧縮機の信頼性確保に貢献する。
【００４３】
この圧縮機の回転数とサイクル中の潤滑油循環率（以下ＯＣＲという）について少し詳細に説明する。
【００４４】
従来の導入孔の開口面積が一定である場合は、導入孔５３を通過する冷媒ガスの流速は、圧縮機回転数に応じて変化するため、流速が低すぎる場合は分離室５１において十分な旋回速度を得られず、遠心力が小さいため、潤滑油の分離効率が低い（ＯＣＲが高い）。
【００４５】
前述の場合より圧縮機回転数が増加すると、導入孔５３を通過する冷媒ガスの体積（質量）は増加し、導入孔５３の開口面積が一定であれば、冷媒ガスの流速も必然的に増加する。よって、分離室５１における旋回速度は増加し、十分な遠心力を得て、高い潤滑油分離効率を発揮する（ＯＣＲが低い）。
【００４６】
さらに圧縮機回転数が増加すると、導入孔５３を通過する冷媒ガスの流速はさらに増加し、遠心力は十分得られるが、分離室５３の下方に存在するすでに分離された潤滑油が、高速の冷媒ガスの動圧の影響等によりガス排出孔へと掻き出される。そのため潤滑油分離効率は低下する（ＯＣＲが高い）。
【００４７】
一方、本発明による導入孔５３の開口面積が可変である潤滑油分離機構においては、導入孔５３を通過する冷媒ガスの流速を、圧縮機回転数に応じて、流速調整部５６の可動範囲において制御する。つまり、圧縮機回転数が低く、導入孔５３を通過する冷媒ガスの流速が低すぎる場合は、冷媒ガスにより流量調整部５６を図５において押し上げる方向の分力が小さく、相対的に導入孔５３の開口面積を小さくするため、分離室５１において適度な旋回速度を得て、潤滑油の分離効率を高く保てる（ＯＣＲが低い）。
【００４８】
前述の場合より圧縮機回転数が増加すると、導入孔５３を通過する冷媒ガスの体積（質量）は増加し、導入孔５３を通過する冷媒ガスの流速も増加するため、冷媒ガスにより流量調整部５６を押し上げる方向の分力が大きく、相対的に導入孔５３の開口面積を大きくするため、冷媒ガスの流速は、前述の圧縮機回転数が低い場合と同じような状態に近づき、分離室５１における適度な旋回速度を得て、高い潤滑油分離効率を発揮する（ＯＣＲが低い）。
【００４９】
さらに圧縮機回転数が増加すると、導入孔５３を通過する冷媒ガスの流速はさらに増加し、冷媒ガスにより流量調整部５６を押し上げる方向の分力がさらに大きくなると、流量調整部５６の可動範囲最大値にて固定される。そのため適度な流速以上の速度で分離室５１に導かれた冷媒ガスは、分離室５１において遠心力は十分得られるが、分離室５１の下方に存在するすでに分離された潤滑油が、高速の冷媒ガスの動圧の影響等によりガス排出孔５８へと掻き出される。そのため潤滑油分離効率は低下する（ＯＣＲが高い）。
【００５０】
よって、一定の開口面積である導入孔の場合と、本発明による導入孔の開口面積が可変な場合の、圧縮機回転数とＯＣＲの関係は図６のようになる。
【００５１】
なお、上述の実施例では、冷媒ガスの流量調整部５６としてスプリング等を利用した場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、導入孔５３を境に前後の差圧を検出して流量調整部５６を摺動させる構成、その他の形式でも可能である。
【００５２】
また、上述の実施例では、冷媒ガスの流速（流量）を制御する流速（流量）調整部の可動方向を、分離室軸方向の場合を例に採り説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、周方向やその他の方向でも可能である。
【００５３】
なお、上述の実施例では、圧縮機としてスライディングベーン型ロータリ圧縮機を例に採り説明したが、本発明はこれに限定されるものではなくローリングピストン型、スクロール型等その他の圧縮機にも適用可能である。
【００５４】
また、潤滑油の分離原理も、旋回式に限るものでなく、衝突式等であってもよい。
【００５５】
さらに、流速（流量）調整部は、圧縮機構の回転数に関係して作動する構成としたが、吐出圧力に関係して作動させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態が適用された圧縮機の縦断面図
【図２】図１に示したＡ−Ａ線による同圧縮機の作動室からの断面図
【図３】図１に示したＣ−Ｃ線による同圧縮機のＤ部詳細断面図
【図４】図３のＥ−Ｅ線による要部断面図
【図５】図４に示したＨ部の拡大図
【図６】導入孔開口面積が一定の場合と可変の場合の圧縮機回転数と冷凍サイクル中の潤滑油循環率の関係を表すグラフ
【符号の説明】
【００５７】
１  シリング
２  ロ一夕
３  ベーンスロット
４  ベーン
５  駆動軸
６  前部側板
７  後部側板
８  作動室
９  吸入口
１０  吐出孔
１１  吐出弁
１２  高圧ケース
１３  案内通路
１４  高圧室
１６  ベーン背圧調整装置
１７  ベーン背圧室
１８  給油通路
２１  細長通路部
４９  内周面
５１  分離室
５２  貯油室
５３  導入孔
５４  排油孔
５５  溝部
５６  流速調整部
５７  スプリング
５８  ガス排出孔
【図１】
2005054713.tif 000003
【図２】
2005054713.tif 000004
【図３】
2005054713.tif 000005
【図４】
2005054713.tif 000006
【図５】
2005054713.tif 000007
【図６】
2005054713.tif 000008