(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された気体を高圧の圧縮気体に圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体から吐出された圧縮気体から油分を分離する単一の油分離器と、前記圧縮気体が前記圧縮機本体から前記油分離器まで通過する圧縮気体通路とを備え、
前記油分離器は、一端が閉じられた略円柱状の空間を形成した本体部と、この略円柱状の空間の軸方向に沿って設けられた略円筒状の内筒部とを有し、前記本体部の内面と前記内筒部の外面とによって画成された略円筒状空間を、前記圧縮気体が導入されて前記油分を分離する油分離空間として有し、
前記圧縮気体通路から、前記油分離空間の内圧よりも相対的に圧力が低い空間に連通する圧力バイパス通路が、前記本体部に形成され、
前記圧力バイパス通路には、前記圧力バイパス通路が形成された前記圧縮気体通路の内圧に応じて、前記圧力バイパス通路を開閉する圧力弁が設けられていることを特徴とする気体圧縮機。
【請求項２】
前記圧力弁は、前記内圧が予め設定された所定の圧力以上のときは、前記圧力バイパス通路を開き、前記内圧が予め設定された所定の圧力未満のときは、前記圧力バイパス通路を閉じるように設定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。
【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、圧縮機本体から吐出された圧縮気体から油分を遠心分離する油分離器の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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、気体を圧縮して吐出する圧縮機本体と、この圧縮機本体から吐出された圧縮冷媒ガスから冷凍機油等の油分を分離する油分離器とを備えた構成となっている。
【０００４】
油分離器としては、例えば、排油路が形成された端壁で下端面が閉じられた略円柱状の空間を有する本体部材と、本体部材の略円柱状の空間と略同軸であって本体部材の内側に配設された略円筒状の内筒部材とを有して、本体部材の内周面と内筒部材の外周面とによって画成された略円筒状の空間(油分離空間）を、圧縮冷媒ガスを旋回させながら通過させることにより、冷凍機油を遠心分離させるものが知られている（特許文献１）。
【０００５】
ここで、内筒部材と本体部材とは別体部品であり、内筒部材は本体部材に圧入や加締めによって本体部材に固定され、油分離器全体として一体的に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３２７３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、圧縮機本体は、空調システムの所望出力に応じて、その回転数が変化するが、高速回転時には、油分離器の油分離空間での流速が非常に速くなり、遠心分離による油分離性能は通常の運転時よりも向上する。
【０００８】
一方、油分離性能が向上することによって、冷媒ガスとともに、気体圧縮機から空調システムに吐き出される冷凍機油の量は減ること（ＯＣＲ（Oil Content Rate；オイル循環率）の低下）になるが、空調システム（凝縮器）への冷凍機油の流出量が減ると、空調システム（蒸発器）から冷媒ガスとともに気体圧縮機に戻される冷凍機油も減ることになる。すると、圧縮室に吸入される冷媒ガスに混在している冷凍機油の量が減ることとなり、冷媒ガスとともに圧縮室内に導入される冷凍機油が減少し、冷却媒体として作用する冷凍機油の減少によって、圧縮室から吐出された冷媒ガスの温度が高くなり、結果的に体積効率の低下を招く。
【０００９】
そこで、高速回転時には、ＯＣＲの過度の低下を防ぐことが求められている。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、高速回転時にオイル循環率の過度の低下を防ぐ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】
【００１１】
本発明に係る気体圧縮機は、圧縮機本体から油分離器に圧縮気体を通過させる圧縮気体通路に、圧力弁を設けて、気体圧縮機の高速回転によって、これら圧縮気体通路または油分離空間の内圧が高くなったときは圧力弁を開いて、油分離が十分なされていない圧縮気体を、圧力バイパス通路を介して気体圧縮機からシステムに吐出して、オイル循環率（ＯＣＲ）の過度の低下を防ぐものである。
【００１２】
すなわち、本発明に係る気体圧縮機は、供給された気体を高圧の圧縮気体に圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体から吐出された圧縮気体から油分を分離する単一の油分離器と、前記圧縮気体が前記圧縮機本体から前記油分離器まで通過する圧縮気体通路とを備え、前記油分離器は、一端が閉じられた略円柱状の空間を形成した本体部と、この略円柱状の空間の軸方向に沿って設けられた略円筒状の内筒部とを有し、前記本体部の内面と前記内筒部の外面とによって画成された略円筒状空間を、前記圧縮気体が導入されて前記油分を分離する油分離空間として有し、前記圧縮気体通路から、前記油分離空間の内圧よりも相対的に圧力が低い空間に連通する圧力バイパス通路が、前記本体部に形成され、前記圧力バイパス通路には、前記圧力バイパス通路が形成された前記圧縮気体通路の内圧に応じて、前記圧力バイパス通路を開閉する圧力弁が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
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、圧縮機本体の高速回転によって、圧縮機本体から油分離器に吐出される圧縮気体の圧力が高められると、圧縮気体が通過する、圧縮機本体から油分離器までの圧縮気体通路の内圧が高くなる。
【００１４】
そして、圧縮気体通路の内圧が高くなると、圧縮気体通路の内圧に応じて開閉する圧力弁が、圧縮気体通路とこれらの空間よりも相対的に圧力の低い空間とを連通させる圧力バイパス通路を開き、この結果、圧縮気体通路は、油分離空間を通らずに相対的に圧力の低い空間に連通し、圧縮気体通路の圧縮気体は、油分離空間内で油分の分離が行われずに、圧力バイパス通路を通って相対的に圧力の低い空間に逃げる。
【００１５】
したがって、その相対的に圧力の低い空間に逃げた圧縮気体は、油分離空間で油分離が十分になされた後の本来の圧縮気体よりも油分を多く含むこととなり、従来よりも油分を多く含んだ圧縮気体が、相対的に圧力の低い空間から気体圧縮室の外部（空調システム）に吐出されることで、ＯＣＲが増大し、高速運転時におけるＯＣＲの過度の低下を防ぐことができる。
【００１６】
なお、前記相対的に圧力が低い空間は、油分離空間で冷凍機油が遠心分離された後の圧縮冷媒ガスが吐出される空間（吐出室）であり、この吐出室に通じる油分離空間からの通路よりも広い空間であるため、圧縮気体が油分離器の内部（油分離空間内）から油分離器の外部（吐出室）に吐出された際の圧力差が非常に大きくなる。したがって、圧力弁を開閉させる圧力の閾値を設定し易い。
【００１７】
圧力弁が圧力バイパス通路を開いて油分離空間の圧力が下げられることにより、油分離空間を画成する部材の必要強度を従来よりも低く設定することもできる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る気体圧縮機によれば、高速回転時にオイル循環率の過度の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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コンプレッサを示す縦断面図である。
【図２】（ａ）は図１におけるサイクロンブロックの詳細を示す拡大図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面図であり圧力バイパス通路が閉じた状態を示す図、（ｃ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面図であり圧力バイパス通路が開いた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の気体圧縮機に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、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コンプレッサ１００を示す縦断面図、図２は図１におけるサイクロンブロック７０の詳細を示す拡大図および断面図である。
【００２２】
図示のコンプレッサ１００は、例えば、冷却媒体の気化熱を利用して冷却を行なう空気調和システム（以下、単に空調システムという。）の一部として構成され、この空調システムの他の構成要素である凝縮器、膨張弁、蒸発器等（いずれも図示を省略する。）とともに、冷却媒体の循環経路上に設けられている。
【００２３】
そして、コンプレッサ１００は、空調システムの蒸発器から取り入れた気体状の冷却媒体としての冷媒ガスＧ（気体、圧縮気体）を圧縮し、この圧縮された冷媒ガスＧを空調システムの凝縮器に供給する。凝縮器は、圧縮された冷媒ガスＧを周囲の空気等との間で熱交換することにより冷媒ガスＧから放熱させて液化させ、高圧で液状の冷媒として膨張弁に送出する。
【００２４】
高圧で液状の冷媒は、膨張弁で低圧化され、蒸発器に送出される。低圧の液状冷媒は、蒸発器において周囲の空気から吸熱して気化し、この気化熱との熱交換により蒸発器周囲の空気を冷却する。
【００２５】
気化した低圧の冷媒ガスＧは、コンプレッサ１００に戻って圧縮され、以下、上記工程を繰り返す。
【００２６】
コンプレッサ１００は、圧縮機本体６０と遠心分離式の油分離器である単一のサイクロンブロック７０とをハウジング１０の内部に収容している。
【００２７】
ハウジング１０は、一端が閉じられ、他端が開放された筒状対を呈したケース１１と、このケース１１の開放された他端を覆うフロントヘッド１２とからなり、フロントヘッド１２がケース１１に組み付けられた状態で、ハウジング１０の内部に、圧縮機本体６０およびサイクロンブロック７０（油分離器）を収容する空間が画成される。
【００２８】
フロントヘッド１２には、蒸発器から供給された低圧の冷媒ガスＧを内部に取り込む吸入ポート１２ａが形成されており、ケース１１には、圧縮機本体６０で圧縮された高圧の冷媒ガスＧを凝縮器に吐出する吐出ポート１１ａが形成されている。
【００２９】
圧縮機本体６０は、軸回りに回転駆動される回転軸５１と、この回転軸５１と一体的に回転する円柱状のロータ５０と、ロータ５０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４９を有するとともに両端が開放されたシリンダ４０と、ロータ５０の外周に、外方に向けて突出可能に埋設され、その突出側の先端がシリンダ４０の内周面４９の輪郭形状に追従するように突出量が可変とされ、回転軸５１回りに等角度間隔でロータ５０に埋設された５枚の板状のベーン５８と、シリンダ４０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３０およびリヤサイドブロック２０とからなる。
【００３０】
そして、２つのサイドブロック２０，３０、ロータ５０、シリンダ４０、および回転軸５１の回転方向に相前後する２つのベーン５８，５８によって画成された各圧縮室４８の容積が、回転軸５１の回転にしたがって増減を繰り返すことにより、フロントサイドブロック３０を介して各圧縮室４８に吸入された冷媒ガスＧを圧縮して、リヤサイドブロック２０を介して吐出するように構成されている。
【００３１】
なお、ロータ５０の両端面側からそれぞれ突出した回転軸５１の部分のうち一方の部分は、フロントサイドブロック３０の軸受部３２に軸支されるとともに、フロントヘッド１２を貫通して外方まで延び、図示しない外部の動力が伝達される駆動力伝達部８０に連結されている。
【００３２】
回転軸５１の突出部分のうち他方の側は、リヤサイドブロック２０の軸受部２２により軸支されている。
【００３３】
ケース１１と圧縮機本体６０およびサイクロンブロック７０とによって画成された吐出室２１は、圧縮機本体６０からサイクロンブロック７０を介して冷媒ガスＧが吐出される空間であり、前述の吐出ポート１１ａは、この吐出室２１に連通している。
【００３４】
吐出室２１の底部には、サイクロンブロック７０によって冷媒ガスＧから分離された冷凍機油Ｒが溜められていて、この冷凍機油Ｒは、ベーン５８を突出させるための背圧や圧縮室４８の潤滑油等として、リヤサイドブロック２０等に形成された導油路を通って圧縮機本体６０の内部に供給されている。
【００３５】
サイクロンブロック７０は、圧縮機本体６０のリヤサイドブロック２０に組み付けられていて、圧縮室４８からリヤサイドブロック２０を介して吐出された高圧の冷媒ガスＧから冷凍機油Ｒ（油分）を分離するものであり、図２に詳細を示すように、下端が閉じられた略円柱状の空間７１ｄを形成した本体部材７１（本体部）と、この本体部材７１の略円柱状の空間７１ｄよりも小径の略円筒状の内筒部７２ａを有する内筒部材７２（内筒部）とを備え、本体部材７１の略円柱状の空間７１ｄの軸方向に沿って、略円柱状の空間７１ｄの内部に内筒部材７２の内筒部７２ａを配設した状態で、本体部材７１の内面と内筒部材７２の内筒部７２ａの外面とによって、冷媒ガスＧから冷凍機油Ｒを分離する油分離空間としての略円筒状空間７５が画成されている。
【００３６】
ここで、本体部材７１の下端には、このサイクロンブロック７０によって、冷媒ガスＧから分離された冷凍機油Ｒを吐出室２１の底部に排出する排出孔７１ｃが形成されている。
【００３７】
圧縮室４８から吐出された高圧の冷媒ガスＧは、図２に示すように、リヤサイドブロック２０に形成された第１通路２５、並びにサイクロンブロック７０に形成された第２通路７１ａおよび第３通路７１ｂからなる圧縮ガス通路（圧縮気体通路）を通過して、サイクロンブロック７０の本体部材７１の内面と内筒部材７２の内筒部７２ａの外面とによって画成された略円筒状空間７５に吐出される。
【００３８】
そして、この略円筒状空間７５に吐出された高圧の冷媒ガスＧは、吐出された際の気流によって略円筒状空間７５を螺旋状に旋回しながら降下し、旋回している間に作用する遠心力によって、この高圧の冷媒ガスＧに混在していた冷凍機油Ｒを分離し、分離された冷凍機油Ｒは、本体部材７１の略円柱状の空間７１ｄの底部へ流れ落ちて排出孔７１ｃから吐出室２１に滴下する。
【００３９】
一方、冷凍機油Ｒが分離された後の冷媒ガスＧは、本体部材７１の略円柱状の空間７１ｄの底部で跳ね返って上昇し、内筒部材７２の内筒部７２ａの内側空間７２ｃを通過し、上端の開口から吐出室２１に吐出される。
【００４０】
このように、本体部材７１の内面と内筒部材７２の内筒部７２ａの外面とによって画成された略円筒状空間７５は、冷媒ガスＧから冷凍機油Ｒを分離する空間（油分離空間）となっている。
【００４１】
本体部材７１には、図２に示すように、本体部材７１の第２通路７１ａと略円筒状の空間７５の内圧よりも相対的に圧力が低い空間である吐出室２１とを連通する圧力バイパス通路７７が形成されているとともに、この本体部材７１には、締結部材７８で固定された、圧縮ガス通路の内圧に応じて圧力バイパス通路７７を開閉する板バネ弁７９（圧力弁）が設けられている。
【００４２】
この板バネ弁７９は、圧縮ガス通路の内圧が所定の圧力よりも低い状態のときは、図２（ｂ）に示すように変形することがないため圧力バイパス通路７７を閉鎖した状態を維持し、圧縮室４８から吐出した冷媒ガスＧをサイクロンブロック７０内の略円筒状空間７５に導く。
【００４３】
一方、圧縮ガス通路の内圧が所定の圧力より高い状態のときは、図４（ｃ）に示すように、板バネ弁７９が圧力バイパス通路７７の圧力を受けて吐出室２１側に弾性変形し、これにより圧力バイパス通路７７が開放されて、圧縮室４８から吐出した冷媒ガスＧを、サイクロンブロック７０内の略円筒状空間７５を通過することなく、圧力バイパス通路７７を介して吐出室２１に直接吐出させる。
【００４４】
このとき、吐出室２１に吐出された高圧の冷媒ガスＧは、略円筒状の空間７５内で螺旋状に旋回しながら降下していないため、冷凍機油Ｒの遠心分離が十分になされておらず、通常の運転状態（高速運転以外の運転状態）における冷媒ガスＧよりも多くの冷凍機油Ｒが混在している。
【００４５】
したがって、吐出ポート１１ａを介してコンプレッサ１００外部の空調システム（凝縮器）に持ち出される冷凍機油Ｒの量は、通常の運転状態よりも多くなり、高速運転時の低ＯＣＲ（オイル循環率）を回避することができる。
【００４６】
すなわち、コンプレッサは一般的に、高速回転時にはサイクロンブロックの略円筒状空間での冷媒ガス流速が通常運転時よりも速くなり、略円筒状空間での遠心分離による油分離性能は通常運転時よりも向上する。
【００４７】
一方、油分離性能が向上することによって、冷媒ガスとともに、コンプレッサから空調システム（凝縮器）に吐き出される冷凍機油の量は減る（低ＯＣＲ）ことになるが、空調システム（凝縮器）への冷凍機油の流出量が減ると、空調システム（蒸発器）から冷媒ガスとともにコンプレッサに戻される冷凍機油の量も減ることになる。
【００４８】
すると、圧縮室に吸入される冷媒ガスに混在している冷凍機油の量が減ることとなり、冷媒ガスとともに圧縮室内に導入される冷凍機油が減り、冷却媒体としての冷凍機油の減少によって、圧縮室から吐出された冷媒ガスの温度が高くなって、結果的に体積効率の低下を招く。
【００４９】
しかし、本実施形態のコンプレッサ１００は、高速回転時に高速運転によって高められた略円筒状空間７５の内圧に基づいて、板バネ弁７９が圧力バイパス通路７７を開くため、第１通路２５および第２通路７１ａは圧力バイパス通路７７を介して、相対的に圧力の低い吐出室２１に連通し、第１通路２５および第２通路７１ａを通った高圧の冷媒ガスＧは略円筒状空間７５通らずに圧力バイパス通路７７を通って吐出室２１に逃げる。
【００５０】
したがって、圧力バイパス通路７７を介して吐出室２１に逃げた冷媒ガスＧは、略円筒状空間７５で冷凍機油Ｒの分離が十分になされた後の本来の圧縮冷媒ガスＧよりも冷凍機油Ｒを多く含むこととなり、従来よりも冷凍機油Ｒを多く含んだ圧縮冷媒ガスＧが、吐出室２１を通ってコンプレッサ１００の外部（空調システム）に吐出されることで、ＯＣＲが増大し、高速運転時におけるＯＣＲの過度の低下を防ぐことができる。
【００５１】
また、本実施形態に係るコンプレッサ１００のサイクロンブロック７０は、圧縮室４８で液圧縮が生じた場合であっても、略円筒状空間７５の内圧は想定外の異常な高圧となる以前に、すなわち異常な高圧よりも低い所定の圧力となった時点で、圧力バイパス通路７７が開かれ、略円筒状空間７５の内圧が所定の圧力を超えた状態が長期間に亘って継続するのを回避することができ、サイクロンブロック７０が予期しない破損に至るのを防止することができる。
【００５２】
よって、サイクロンブロック７０の略円筒状空間７５を画成する部材（本体部材７１および内筒部材７２）の必要強度を従来よりも低く設定することも可能である。
【００５３】
なお、高速運転から中・低速運転に移行し、あるいは液圧縮状態が解消すると、略円筒状空間７５の内圧が予め設定された所定の圧力未満まで低下し、これにより、変形していた板バネ弁７９が復元力（弾性力）によって本体部材７１の外面に当接し、圧力バイパス通路７７が閉じる。
【００５４】
この結果、サイクロンブロック７０は、図２（ｂ）に示した元の状態（通常の運転時や停止時における状態）に復帰し、第１通路２５および第２通路７１ａを通った冷媒ガスＧは略円筒状空間７５に導かれ、略円筒状空間７５内を螺旋状に旋回して降下し、遠心分離により冷凍機油Ｒが分離され、冷凍機油Ｒは排出孔７１ｃから吐出室２１に滴下し、冷媒ガスＧは内筒部７２の内側空間７２ｃを通って吐出室２１に吐出される。
【００５５】
また、本体部材７１と内筒部材７２との両者が同時に圧力弁の構成要素とならない本実施形態の油分離器（本体部材７１のみが圧力弁の構成要素となる油分離器；上記実施形態におけるサイクロンブロック７０に相当）にあっては、上述した実施形態のコンプレッサ１００のように、本体部材７１と内筒部材７２とが別体の構成である必要はない。
【００５６】
すなわち、油分離器は、一端が閉じられた略円柱状の空間を形成した本体部（図示した実施形態における本体部材７１に相当する部分）と、この略円柱状の空間の軸方向に沿って設けられた略円筒状の内筒部（図示した実施形態における内筒部材７２の内筒部７２ａに相当する部分）とを有し、これらは一体的に構成されており、本体部の内面と内筒部の外面とによって画成された略円筒状空間が、油分離空間（図示した実施形態における略円筒状空間７５に相当する部分）であればよく、本体部乃至内筒部に、吐出室に連通する圧力バイパス通路を形成し、さらにこの圧力バイパス通路を開閉する圧力弁を、この圧力バイパス通路が形成された本体部乃至内筒部に設ければよい。
【符号の説明】
【００５７】
２０    リヤサイドブロック（圧縮機本体の一部）
６０    圧縮機本体
７０    サイクロンブロック（油分離器）
７１    本体部材
７２    内筒部材
７５    略円筒状空間（油分離空間）
７７    圧力バイパス通路
７９    板バネ弁（圧力弁）
１００  コンプレッサ（気体圧縮機）
Ｇ      冷媒ガス（気体、圧縮気体）
Ｒ      冷凍機油（油分）
【図１】
0005222420.tif 000002
【図２】
0005222420.tif 000003