(57)【要約】【課題】液相成分を十分に分離した冷媒を圧縮機構で圧縮させる。【解決手段】吸入ポート１３ｎから吸入された冷媒を気液分離器１３ｏに導き、遠心分離により冷媒から液相成分（液相の冷媒とミスト状の冷凍機油Ｏ）を分離させる構成とした。また、気液分離器１３ｏで分離した液相成分（液相の冷媒とミスト状の冷凍機油Ｏ）を、気液分離器１３ｏの下方に配置したアキュームレータ１５の液溜まり部１５ａに溜め、液溜まり部１５ａに接する仕切壁１２ｄの面１２ｉの裏側に位置する面１２ｅ当接部１２ｈに当接させたインバータ回路９の電力用スイッチング素子９ｂを、液溜まり部１５ａの液相成分（液相の冷媒とミスト状の冷凍機油Ｏ）で冷却する構成とした。【選択図】図１
2017008908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機構（３）と、
前記圧縮機構（３）が収容されたハウジング（７）と、
前記ハウジング（７）に設けられ、該ハウジング（７）の外部から内部に吸入される冷媒に旋回流を発生させて該冷媒から液相成分を分離する遠心分離式の気液分離器（１３ｏ）とを備え、
前記圧縮機構（３）は、前記気液分離器（１３ｏ）により液相成分が分離された冷媒を圧縮する、
気体圧縮機（１）。
【請求項２】
前記気液分離器（１３ｏ）は、前記ハウジング（７）の前記圧縮機構（３）の収容空間との間に介設された壁部（１３ｃ）により該収容空間と仕切られて前記ハウジング（７）に設けられており、前記壁部（１３ｃ）の貫通孔（１３ｉ）と連通する筒部（１３ｐ）と、前記本体ハウジング（７）の外部から内部に吸入される冷媒を前記筒部（１３ｐ）の外周に導入し該筒部（１３ｐ）の外周に冷媒の旋回流を形成する吸入ポート（１３ｎ）とを有している請求項１記載の気体圧縮機（１）。
【請求項３】
前記圧縮機構（３）を駆動する電動モータ（５）の駆動回路（９）が収容され、仕切壁（１２ｄ）によって前記ハウジング（７）と仕切られた回路収容部（１２ａ）と、
前記ハウジング（７）に露出する前記仕切壁（１２ｄ）の一方の面（１２ｉ）側に設けられ、前記気液分離器（１３ｏ）により冷媒から分離された液相成分が貯留される液溜まり部（１５ａ）と、
前記回路収容部（１２ａ）に露出する前記仕切壁（１２ｄ）の他方の面（１２ｅ）のうち、前記液溜まり部（１５ａ）に対向する当接箇所（１２ｈ）に当接された、前記駆動回路（９）の発熱部品（９ｂ）と、
をさらに備える請求項１又は２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、冷媒を圧縮する冷凍サイクル用の気体圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクルに用いる気体圧縮機は、低温低圧の冷媒を吸入し、圧縮により高温高圧とした冷媒を吐出する（例えば、特許文献１）。気体圧縮機に吸入される冷媒には、ミスト状となった冷凍機油や液相の冷媒が含まれている。これらを多く含んだ冷媒が圧縮機構に供給されると、圧縮機構で液圧縮状態が発生し、圧縮機構の動作負荷が大きくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１０９２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そのため、気体圧縮機が吸入冷媒を圧縮する際には、冷媒から液相成分が十分に分離されていることが好ましいが、冷凍サイクルの蒸発器と気体圧縮機との間に設けられる気液分離器が要求される気液分離性能を満たすために大型化するのは、冷凍システムの構成上望ましくない。
【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、液相成分を十分に分離した冷媒を圧縮機構で圧縮させ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、本発明の気体圧縮機は、
冷媒を圧縮する圧縮機構と、
前記圧縮機構が収容されたハウジングと、
前記ハウジングに設けられ、該ハウジングの外部から内部に吸入される冷媒に旋回流を発生させて該冷媒から液相成分を分離する遠心分離式の気液分離器とを備え、
前記圧縮機構は、前記気液分離器により液相成分が分離された冷媒を圧縮する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、液相成分を十分に分離した冷媒を圧縮機構で圧縮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動コンプレッサの概略構成を示す正断面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
図１は本発明の一実施形態に係る電動コンプレッサの概略構成を示す正断面図、図２は図１のＩ−Ｉ線断面図である。図１に示す実施形態の電動コンプレッサ１（請求項中の気体圧縮機に相当）は、圧縮機構３を電動モータ５で駆動して冷媒を圧縮するものである。
【００１１】
そして、図１に示すように、本実施形態の電動コンプレッサ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と、電動モータ５の駆動回路であるインバータ回路９（請求項中の駆動回路に相当）が収容されるインバータケース１１と、インバータケース１１に収容されるアキュームレータ１５とを有している。
【００１２】
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。
【００１３】
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。ロータ３ｅは電動モータ５の回転軸５ａと一体に形成されており、ロータ３ｅの周面には、複数のベーン（図示せず）が出没可能に支持されている。
【００１４】
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の各ベーンがシリンダ室３ｄの内周面に倣って出没し、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。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、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。
【００１５】
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に取り付けたインバータケース１１によって密閉されている。
【００１６】
圧縮機構３が吐出する圧縮冷媒は、ミスト状の冷凍機油Ｏを含んでいる。この冷凍機油Ｏは、吐出室７ａの油分離器７ｄにおいて圧縮冷媒から分離され、吐出室７ａの底部の油溜まり部７ｅに溜まる。油溜まり部７ｅの冷凍機油Ｏは、吐出室７ａ内の冷媒の圧力を利用して、圧縮機構３のサイドブロック３ａ，３ｂに設けられた回転軸５ａの軸受部（図示せず）に、潤滑油として供給される。
【００１７】
インバータケース１１は、第１ケース１２と第２ケース１３の２つのケース１２，１３をつなげて構成されている。
【００１８】
インバータケース１１の第１ケース１２は、インバータ回路９が収容される回路収容部１２ａと、電動コンプレッサ１の外部から吸入室７ｂに、圧縮機構３によって圧縮する低温低圧の冷媒を吸入する吸入ポート１２ｂが設けられたフロントアキュームレータ部１２ｃとを、仕切壁１２ｄによって仕切って構成されている。
【００１９】
回路収容部１２ａは、仕切壁１２ｄを底部とする有底の筒状を呈している。回路収容部１２ａに露出する仕切壁１２ｄの面１２ｅ（請求項中の他方の面に相当）には、インバータ回路９の回路基板９ａが固定される。回路収容部１２ａは、その開口１２ｆに取り付けたキャップ１２ｇによって密閉される。
【００２０】
回路基板９ａには、インバータ回路９を構成するＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等の電力用スイッチング素子９ｂ（請求項中の発熱部品に相当）が実装されており、その筐体は、仕切壁１２ｄの面１２ｅの下部に位置する当接部１２ｈ（請求項中の当接箇所に相当）に面接触されている。
【００２１】
インバータケース１１の第２ケース１３は、ハウジング７の開口７ｃを塞いで吸入室７ｂを密閉する蓋部１３ａと、フロントアキュームレータ部１２ｃの開口１２ｌを塞ぎフロントアキュームレータ部１２ｃと協働してアキュームレータ１５を構成するリアアキュームレータ部１３ｂとを、断熱壁１３ｃによって仕切って構成されている。断熱壁１３ｃの内部には断熱空間１３ｄが設けられており、断熱空間１３ｄには空気や断熱材等の断熱効果を有する流体（図示せず）が充填されている。
【００２２】
第２ケース１３のリアアキュームレータ部１３ｂには、吸入ポート１３ｎが一体に形成されており、また、吸入ポート１３ｎを構成要素とする気液分離器１３ｏが、リアアキュームレータ部１３ｂに一体に形成されている。
【００２３】
気液分離器１３ｏは、上述した吸入ポート１３ｎの他、断熱壁１３ｄから仕切壁１２ｄに向けて水平に突設した中空の円筒部材１３ｐ（請求項中の筒部に相当）及びその外側の円筒状の外周壁１３ｑを有している。
【００２４】
円筒部材１３ｐの先端（図１中の左端）は、第１ケース１２の仕切壁１２ｄの当接部１２ｈを設けた面１２ｅとは反対側の、仕切壁１２ｄのフロントアキュームレータ部１２ｃに露出する面１２ｉ（請求項中の一方の面に相当）に、間隔をおいて対向している。また、円筒部材１３ｐの基端（図１中の右端）は、第２ケース１３の断熱壁１３ｃの上部に形成した開口部１３ｉ（請求項中の貫通孔に相当）に接続され、吸入室７ｂと連通している。
【００２５】
図１のＩ−Ｉ線断面図である図２に示すように、吸入ポート１３ｎは気液分離器１３ｏの円筒部材１３ｐと外周壁１３ｑとの間に形成される円筒状の分離室に接線方向から接続されている。そして、吸入ポート１３ｎから分離室内に吸入された冷媒は、図１に示すように、円筒部材１３ｐの基端側から先端側に向けて分離室内を螺旋状に旋回する旋回流となる。このとき、吸入ポート１３ｎから分離室内への吸入冷媒の流入方向は、円筒部材１３ｐの上方からでもよく、図２に示すように水平方向からでもよい。
【００２６】
なお、図１においては、吸入ポート１３ｎと気液分離器１３ｏとの連通構造をわかりやすくするために、第２ケース１３の上半部のみ、リアアキュームレータ部１３ｂの中心と吸入ポート１３ｎとを結ぶ切断面における断面を示している。
【００２７】
吸入ポート１３ｎから吸入された冷媒には、気相の冷媒と液相の冷媒とが混じっており、さらに、圧縮機構３のサイドブロック３ａ，３ｂに設けられた回転軸５ａの軸受部（図示せず）に供給されたミスト状の冷凍機油Ｏが混じっている。
【００２８】
このため、吸入ポート１３ｎから吸入された冷媒の旋回流が円筒部材１３ｐの先端側に到達するまでの間、吸入冷媒中の液相の冷媒や冷凍機油Ｏの液相成分が遠心分離されて、円筒部材１３ｐの外周に配置された外周壁１３ｑに付着する。付着した液相成分は、仕切壁１２ｃの面１２ｉと外周壁１３ｑの先端との隙間を通過し、自重により落下する。
【００２９】
フロントアキュームレータ部１２ｃの開口１２ｌをリアアキュームレータ部１３ｂにより塞いで構成されるアキュームレータ１５は、液溜まり部１５ａを有している。液溜まり部１５ａは、フロントアキュームレータ部１２ｃとリアアキュームレータ部１３ｂとに跨がってインバータケース１１の底部側に設けられ、気液分離器１３ｏの外周壁１３ｑの下方に配置されている。
【００３０】
液溜まり部１５ａには、気液分離器１３ｏで分離された液相成分（液相の冷媒とミスト状の冷凍機油Ｏ）が、仕切壁１２ｄの面１２ｉと外周壁１３ｑの先端との隙間を通って落下し溜まる。このため、吸入ポート１３ｎから分離室内への吸入冷媒の流入経路は、アキュームレータ１５の液溜まり部１５ａに溜まった液相成分（液相の冷媒や冷凍機油Ｏ）の液面よりも上に配置する必要がある。
【００３１】
なお、吸入冷媒の旋回流が分離室内において円筒部材１３ｐや外周壁１３ｑの先端に達した後、液相成分が分離された残りの気相の冷媒は、図２に示す円筒部材１３ｐの先端から内部に流入し、円筒部材１３ｐの基端から第２ケース１３の断熱壁１３ｃの開口部１３ｉを経てハウジング７の吸入室７ｂの上部に流入する。
【００３２】
また、第２ケース１３の断熱壁１３ｃの下部には、液溜まり部１５ａに溜まった冷凍機油Ｏを吸入室７ｂ内との圧力差によりミスト状に吸い込むために、小径の戻し孔１３ｋが形成されている。この戻し孔１３ｋを通過しミスト状となって吸入室７ｂに流入した冷凍機油Ｏは、気相の冷媒と共に圧縮機構３で圧縮されて吐出室７ａに吐出される。そして、油分離器７ｄにおいて圧縮冷媒から分離され、吐出室７ａの底部の油溜まり部７ｅに溜まる。
【００３３】
このように構成された本実施形態の電動コンプレッサ１によれば、吸入ポート１３ｎから吸入された冷媒を気液分離器１３ｏに導き、遠心分離により冷媒から液相成分（液相の冷媒とミスト状の冷凍機油Ｏ）を分離させる構成とした。このため、遠心分離によりコンパクトな構成で効率よく冷媒中の液相成分を分離することができ、また、圧縮機構３において液圧縮状態が発生するのを防ぐことができる。
【００３４】
さらに、気液分離器１３ｏで分離した液相成分（液相の冷媒とミスト状の冷凍機油Ｏ）を、気液分離器１３ｏの下方に配置したアキュームレータ１５の液溜まり部１５ａに溜め、液溜まり部１５ａに接する仕切壁１２ｄの面１２ｉの裏側に位置する面１２ｅの当接部１２ｈに当接させたインバータ回路９の電力用スイッチング素子９ｂを、液溜まり部１５ａの液相成分（液相の冷媒とミスト状の冷凍機油Ｏ）で冷却する構成とした。
【００３５】
このため、アキュームレータ１５の液溜まり部１５ａに溜まった液相成分（液相の冷媒とミスト状の冷凍機油Ｏ）を用いて、高熱を発する電力用スイッチング素子９ｂを効率よく冷却し、インバータ回路９の故障を防ぐことができる。また、アキュームレータ１５の液溜まり部１５ａには、気液分離器１３ｏで分離した液相成分（液相の冷媒とミスト状の冷凍機油Ｏ）が随時補充され、電力用スイッチング素子９ｂにより液溜まり部１５ａの液相成分（液相の冷媒とミスト状の冷凍機油Ｏ）が枯渇することがないので、電力用スイッチング素子９ｂの冷却を連続的に安定して行うことができる。
【００３６】
また、電動コンプレッサ１にアキュームレータ１５を内蔵することになるので、電動コンプレッサ１の外部にアキュームレータを設ける場合に比べて、冷凍サイクル側の構成を簡略化することができ、また、電動コンプレッサとアキュームレータとの間で支持構造を設ける必要もなくすことができる。
【００３７】
しかも、本実施形態の電動コンプレッサ１では、電動モータ５が収容されるハウジング７の吸入室７ｂとアキュームレータ１５の液溜まり部１５ａとの間に、インバータケース１１の第２ケース１３の断熱壁１３ｃが配置される。このため、電動モータ５で発生した熱が断熱壁１３ｃで遮断されて液溜まり部１５ａに伝わりにくいようにし、液溜まり部１５ａに溜まった液相成分（液相の冷媒や冷凍機油Ｏ）の気化による減少で電力用スイッチング素子９ｂの冷却効率が下がるのを防止することができる。
【００３８】
なお、電力用スイッチング素子９ｂの冷却を行う構成を省略できる場合は、本発明は、電動モータにより圧縮機構を駆動する電動コンプレッサに限らず、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】
【００３９】
本発明は、冷媒を圧縮する冷凍サイクル用の気体圧縮機において利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  電動コンプレッサ
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  ロータ
５  電動モータ
５ａ  回転軸
５ｂ  ロータ
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  油分離器
７ｅ  油溜まり部
９  インバータ回路（駆動回路）
９ａ  回路基板
９ｂ  電力用スイッチング素子（発熱部品）
１１  インバータケース
１２  第１ケース
１２ａ  回路収容部（回路ハウジング）
１２ｃ  フロントアキュームレータ部
１２ｄ  仕切壁
１２ｅ  仕切壁面（他方の面）
１２ｆ  回路収容部開口
１２ｇ  キャップ
１２ｈ  当接部（当接箇所）
１２ｉ  仕切壁面（一方の面）
１２ｌ  フロントアキュームレータ部開口
１３  第２ケース
１３ａ  蓋部
１３ｂ  リアアキュームレータ部
１３ｃ  断熱壁（壁部）
１３ｄ  断熱空間（断熱部）
１３ｉ  断熱壁開口部（貫通孔）
１３ｋ  戻し孔
１３ｎ  吸入ポート
１３ｏ  気液分離器
１３ｐ  円筒部材（筒部）
１３ｑ  外周壁
１５  アキュームレータ
１５ａ  液溜まり部
Ｏ  冷凍機油
【図１】
2017008908.tif 000003
【図２】
2017008908.tif 000004