(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒ガスを吸入し潤滑用オイルとともに圧縮して、この圧縮された冷媒ガスとオイルとを吐出する圧縮機本体と、
上記圧縮機本体内に嵌合されたロータ軸と、
上記圧縮機本体に取り付けられるとともに、上記圧縮機本体より吐出された高圧の冷媒ガスをガス成分とオイル成分とに分離する油分離器と、
上記圧縮機本体と上記油分離器とを収納するケーシングとを備えた気体圧縮機であって、
上記ケーシングは、
一端を開口端とし、かつこの開口端に対向する他端を閉口端とするとともに、上記開口端側には胴体腹部を備え、他方上記閉口端側にはこの胴体腹部の外周拡大方向に段差を介して延設された吐出室形成部を備えており、
上記胴体腹部の内側には、上記圧縮機本体が配置されており、
上記吐出室形成部には、
その内側に吐出室が形成されており、かつ上記油分離器により分離された上記ガス成分をエアコンシステムへ吐出させるための吐出口が形成されているとともに、この吐出口に対向する吐出室の底部に上記油分離器により分離されたオイル成分を貯留する油溜りを備えており、
上記吐出室形成部の上記油溜り側及び上記吐出口側が、上記胴体腹部よりも上記ロータ軸と直角な方向に拡大されている
ことを特徴とする気体圧縮機。
【請求項２】
上記吐出室の空間容積が、気体圧縮機１回転当たりの吸込ガス排除容積の２倍以上、１０倍以下である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】
オイルと冷媒ガスの組合せが、ＰＡＧ系オイルとＲ２２冷媒、ＰＡＧ系オイルとＲ４０７Ｃ冷媒、エーテル系オイルとＲ４０７Ｃ冷媒、カーボネート系オイルとＲ４０７Ｃ冷媒、カーボネート系オイルとＲ４１０ａ冷媒、エステル系オイルとＲ４１０ａ冷媒、ＰＡＧ系オイルとＲ１３４ａ冷媒であ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】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明はエアコンシステムに用いられる気体圧縮機に関し、特に、エアコンシステムにおける冷却効率の向上と、オイル不足による潤滑不良の防止を図れるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の気体圧縮機は、図８に示すように一端開口型のケース１とこの開口端に取り付けられたフロントヘッド２とからなるケーシング３内に、圧縮機本体４、油分離器５等を収納して備えており、ケーシング３内側と圧縮機本体４の前部との間に形成される空間は吸入室６として、また、ケーシング３内側と圧縮機本体４の後部との間に形成される空間は吐出室７として形成されている。
【０００３】
圧縮機本体４は、ロータ軸４ａと一体にロータ４ｂが回転すると、吸入室６からフロントサイドブロック４ｃを介してシリンダ４ｄ内に低圧の冷媒ガスを吸入し、この低圧冷媒ガスを潤滑用のオイルとともに圧縮し、これをリアサイドブロック４ｅより吐出室７側に吐出する。また、油分離器５は圧縮機本体のリアサイドブロック４ｅに取り付けられ、圧縮機本体４より吐出室７側に吐出した高圧の冷媒ガスをガス成分とオイル成分に分離する。このように分離されたガス成分は、吐出室７からケース１の吐出口７ａ、図９に示すエアコンシステム８のコンデンサ９、エキスパンションバルブ１０、エバポレータ１１等を通過した後、吸入口６ａより吸入室６に戻り、かつ再び冷媒ガスとしてオイルとともに圧縮され、一方、オイル成分は、吐出室７底部の油溜り７ｂに一時貯溜され、かつ再び冷媒ガスとともに圧縮される。
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の気体圧縮機にあっては、圧縮機本体４から吐出した高圧の冷媒ガスは油分離器５に供給されるが、油分離器５では当該高圧冷媒ガスをガス成分とオイル成分に完全分離することが困難である。このため、分離しきれなかったオイル成分（以下、「未分離油分」ともいう。）がミストオイルとしてエアコンシステム８のコンデンサ９、エバポレータ１１等に流入し、エアコンシステム８のオイル循環率（ＯＣＲ）が高くなり、本来冷却とは直接関係のないオイルがエアコンシステム８内を多く循環してしまい、冷却効率が悪くなる。また、エアコンシステム８のコンデンサ９側へオイル成分が流出すると、気体圧縮機内のオイルが減り、オイル不足による気体圧縮機の潤滑不良が生じ得る等の問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、エアコンシステムにおける冷却効率の向上と、オイル不足による潤滑不良の防止を図るのに好適な気体圧縮機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、冷媒ガスを吸入し潤滑用オイルとともに圧縮して、この圧縮された冷媒ガスとオイルとを吐出する圧縮機本体と、上記圧縮機本体内に嵌合されたロータ軸と、上記圧縮機本体に取り付けられるとともに、上記圧縮機本体より吐出された高圧の冷媒ガスをガス成分とオイル成分とに分離する油分離器と、上記圧縮機本体と上記油分離器とを収納するケーシングとを備えた気体圧縮機であって、上記ケーシングは、一端を開口端とし、かつこの開口端に対向する他端を閉口端とするとともに、上記開口端側には胴体腹部を備え、他方上記閉口端側にはこの胴体腹部の外周拡大方向に段差を介して延設された吐出室形成部を備えており、上記胴体腹部の内側には、上記圧縮機本体が配置されており、上記吐出室形成部には、その内側に吐出室が形成されており、かつ上記油分離器により分離された上記ガス成分をエアコンシステムへ吐出させるための吐出口が形成されているとともに、この吐出口に対向する吐出室の底部に上記油分離器により分離されたオイル成分を貯留する油溜りを備えており、上記吐出室形成部の上記油溜り側及び上記吐出口側が、上記胴体腹部よりも上記ロータ軸と直角な方向に拡大されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明は、上記吐出室の空間容積が、気体圧縮機１回転当たりの吸込ガス排除容積の２倍以上、１０倍以下であることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明は、オイルと冷媒ガスの組合せが、ＰＡＧ系オイルとＲ２２冷媒、ＰＡＧ系オイルとＲ４０７Ｃ冷媒、エーテル系オイルとＲ４０７Ｃ冷媒、カーボネート系オイルとＲ４０７Ｃ冷媒、カーボネート系オイルとＲ４１０ａ冷媒、エステル系オイルとＲ４１０ａ冷媒、ＰＡＧ系オイルとＲ１３４ａ冷媒であることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明では、吐出室が上記のように大容積であるため、油分離器で分離しきれなかったオイル成分（未分離油分）を含む高圧冷媒ガスが吐出室に長く停留することになるから、当該未分離油分が吐出室底部の油溜りに自重で落下する割合が増え、エアコンシステムのコンデンサ、エバポレータ等への未分離油分の流入量が大幅に減少する。
【００１３】
なお、本発明において、オイル循環率とはＯＣＲのことをいい、ＯＣＲとは、圧縮機内に充填されたオイルがエアコンシステム中に移行する割合である。また、圧縮機１回転あたりの吸込ガス排除容積とは、圧縮機本体がロータの回転により冷媒ガスを圧縮する構造の場合、該ロータが１回転したときに圧縮機が排除する吸入ガス容積をいう。ＰＡＧとはポリアルキレングリコールである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る気体圧縮機の実施形態について図１および図７を基に詳細に説明する。
【００１５】
なお、気体圧縮機の基本的な構成、例えば、気体圧縮機が圧縮機本体４と油分離器５等を有し、圧縮機本体４は吸入室６の冷媒ガスを潤滑用のオイルとともに圧縮し、これを吐出室７側に吐出するように、また、油分離器５は圧縮機本体４より吐出した高圧の冷媒ガスをガス成分とオイル成分に分離するように構成されていること等は従来と同様なため、それと同一部材には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００１６】
図１に示す気体圧縮機は、吐出室の空間容積が従来の気体圧縮機（図８参照）に比し拡大され、大容積の吐出室７を備えるものとして構成されている。
【００１７】
すなわち、同図に示す気体圧縮機は、圧縮機本体４および油分離器５を収納するケーシング３を有し、このケーシング３内側と圧縮機本体４の前部との間に形成される空間を吸入室６とし、また、当該ケーシング３内側と圧縮機本体４の後部との間に形成される空間を吐出室７として備える点は従来と同様であるが、同図に示す気体圧縮機においては、吐出室７の空間容積を従来より拡大するために、その拡大の一手段として、吐出室７の内壁を構成するケーシング３の内側（ケース本体１の後部側内壁面）が外側に突出している点で、従来と相違する。つまり、図１に示す気体圧縮機では、ケーシング３の後部側はケーシング３の胴体腹部１ａより大きく膨らんだ外観形状を呈するが、この膨らんで見える部分の内側が大容積の吐出室７である。ケーシング３は、一端を開口端とし、かつこの開口端に対向する他端を閉口端とするとともに、上記開口端側には胴体腹部１ａを備え、他方上記閉口端側にはこの胴体腹部１ａの外周拡大方向に段差を介して延設された吐出室形成部１ｂを備えており、胴体腹部１ａの内側には、圧縮機本体４が配置されている。吐出室形成部１ｂには、その内側に吐出室６が形成されており、かつ油分離器５により分離されたガス成分をエアコンシステムへ吐出させるための吐出口７ａが形成されているとともに、この吐出口７ａに対向する吐出室７の底部に油分離器５により分離されたオイル成分を貯留する油溜り７ｂを備えている。吐出室形成部１ｂの油溜り７ｂ側及び吐出口７ａ側が、胴体腹部１ａよりもロータ軸４ａと直角な方向に拡大されている。吐出室７の空間容積は、エアコンシステムのオイル循環率を小さくしかつ気体圧縮機内に十分なオイル量を確保するのに必要な容積とする。
【００１８】
吐出室７の空間容積を拡大すると、未分離油分（油分離器５で分離しきれなかった油成分）を含む高圧冷媒ガスは十分時間をかけて吐出室７を通過し吐出口７ａ側に至る。このように高圧冷媒ガスの吐出室７通過時間が長くなると、高圧冷媒ガス中の未分離油分が吐出室７底部の油溜り７ｂに自重で落下する量が従来に比し増え、エアコンシステム８のコンデンサ９側（図９参照）への未分離油分の流入量を大幅に減少させること、および気体圧縮機内にオイルを十分に貯溜しておくことが可能である。したがって、吐出室７は従来に比し大容積とされているが、その容積は上記のようにエアコンシステム８のオイル循環率を小さくしかつ十分なオイル量を確保するのに必要な大容積まで拡大している。
【００１９】
次に、上記の如く構成された気体圧縮機の作用について図１を基に説明する。なお、気体圧縮機の運転を開始すると、吸入室６の冷媒ガスが圧縮機本体４内に吸い込まれ、この吸い込まれた冷媒ガスは圧縮機本体４内でオイルとともに圧縮された後、高圧の冷媒ガスとして吐出室７側に吐出されること、および圧縮機本体４より吐出した高圧の冷媒ガスは油分離器５によりガス成分とオイル成分に分離され、ガス成分は、吐出室７からケース１の吐出口７ａ、エアコンシステムのコンデンサ等を通過して吸入口６ａより吸入室６に戻り、かつ再び冷媒ガスとしてオイルとともに圧縮される一方、オイル成分は、吐出室７底部の油溜り７ｂに一時貯溜され、かつ再びオイルとして冷媒ガスとともに圧縮されることは従来と同様である。
【００２０】
この気体圧縮機においても、圧縮機本体４から吐出された高圧の冷媒ガスを油分離器５によりガス成分とオイル成分に完全分離することは困難であり、吐出室７の高圧冷媒ガス中には分離しきれなかったオイル成分（未分離油分）がミストオイル状態で含まれているが、このような未分離油分のうちエアコンシステム８のコンデンサ９側（図９参照）へ流入する量は極一部であり、大部分の未分離油分は吐出室７底部の油溜り７ｂに落下する。
【００２１】
つまり、図１に示す気体圧縮機にあっては、従来に比し吐出室７の空間容積を拡大したものであるため、未分離油分を含む高圧冷媒ガスの吐出室停留時間が従来より長くなるから、高圧冷媒ガス中の未分離油分はその大部分が吐出室７底部の油溜り７ｂに自重で落下する。このため、エアコンシステム８のコンデンサ９側への未分離油分の流入量が大幅に減少し、当該エアコンシステム８中のオイル循環率が低くなる。よって、本来冷却とは直接関係のないオイルがエアコンシステム８内を多量に循環することがなくなり、エアコンシステム８中のオイル循環率を低く抑えることができ、冷却効率の向上を図れる。また、気体圧縮機内にオイルを十分に貯溜しておくことができ、オイル不足による気体圧縮機の潤滑不良も防止できる。
【００２２】
なお、上記実施形態では、ケーシング３の内側を外側に突出させることにより、吐出室７の空間容積を拡大したが、吐出室７の容積拡大はそれ以外の方法、例えばケーシング３内部の圧縮機本体４などを小型化することで吐出室７の空間容積の拡大を図ることも可能である。
【００２３】
図３は本発明に係る気体圧縮機の他の実施形態を示したものである。同図の気体圧縮機はマルチコンプレッサと称するもので、ケース本体１内に２台の圧縮機本体４、４と一の吐出室７を有している。各圧縮機本体４、４の基本的な構成は、図８に示した気体圧縮機（以下「シングルコンプレッサ」という。）における圧縮機本体４（図１参照）と同様なため、それと同一部材には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。なお、この図３のマルチコンプレッサにおける吐出室７の空間容積は、１台のシングルコンプレッサの吐出室７の２つ分に相当するものである。
【００２４】
図３のマルチコンプレッサにおいては、各圧縮機本体４、４ごとに、それぞれ吸入室の冷媒ガスをオイルとともに圧縮する。そして、この圧縮された高圧の冷媒ガスは、油分離器５、５でガス成分とオイル成分に分離された後、一の吐出室７側に吐出される。
【００２５】
つまり、図３のマルチコンプレッサでは、２台の圧縮機本体４、４が高圧冷媒ガスの吐出先として一つの吐出室７を共同で使用しているが、本実施形態は、このような吐出室７（以下「共有吐出室」ともいう）の空間容積を、エアコンシステムのオイル循環率を小さくしかつ気体圧縮機内に十分なオイル量を確保するのに必要な大容積とするものである。
【００２６】
なお、共有吐出室７へ吐出した冷媒ガス中のガス成分については、共有吐出室７に連通しているケース１の吐出口７ａとエアコンシステムのコンデンサ等を通過して吸入口６ａより吸入室６に戻り、かつ再び冷媒ガスとしてオイルとともに圧縮される。また、共有吐出室７に吐出した冷媒ガス中のオイル成分については、共有吐出室７底部の油溜り７ｂに一時貯溜され、かつ再び冷媒ガスとともに圧縮される。
【００２７】
ところで、図８に示したシングルコンプレッサを２台並列に設置した構造のものと、図３に示した１台のマルチコンプレッサとを比較すると、図２と図３から明らかなように、図３のマルチコンプレッサの方が、ケース１の吐出口７ａを油分離器５より比較的遠くに配置できるので、ケース１内に高圧冷媒ガスの停留する時間を長くとることが可能であり、高圧冷媒ガス中の未分離油分の自重落下量が多くなることから、油の分離性能が高い。
【００２８】
また、図３に示した１台のマルチコンプレッサにおいて、２つの圧縮機本体４、４のうちいずれか１つだけを運転した場合（片側運転）と、図８に示したシングルコンプレッサを２台並列に設置した構造において、その１台のみを運転した場合とを比較すると、前者の方が油の分離性能がよい。これは、マルチコンプレッサの方がケース本体１内の空間容積が大きい、つまり、マルチコンプレッサの共有吐出室７はシングルコンプレッサの吐出室７の２つ分に相当することから、マルチコンプレッサではシングルコンプレッサに比しケース本体１内に高圧冷媒ガスの停留する時間が長くなるためである。
【００２９】
さらに、本実施形態のようにマルチコンプレッサの共有吐出室７の空間容積を拡大した場合は、未分離油分を含む高圧冷媒ガスの共有吐出室７停留時間がより一層長くなるから、高圧冷媒ガス中の未分離油分が共有吐出室７底部の油溜り７ｂに自重で落下する量がさらに増え、その結果、エアコンシステムのコンデンサ側への未分離油分の流入量が大幅に減少し、本来冷却とは直接関係のないオイルがエアコンシステム内を多く循環することがなく、エアコンシステムのオイル循環率を低く抑えることができ、冷却効率の向上を図れる。また、気体圧縮機内にオイルを十分に貯溜しておくことができ、オイル不足による気体圧縮機の潤滑不良も防止できる。
【００３０】
図５は、シングルコンプレッサの場合について、圧縮機１回転あたりの吸入ガス排除容積に対する吐出室空間容積の比（吐出室空間容積／圧縮機１回転あたりの吸入ガス排除容積）とＯＣＲ（オイル循環率）との関係を示したものである。図６は、マルチコンプレッサの場合について、圧縮機１回転あたりの吸入ガス排除容積に対する吐出室空間容積の比とＯＣＲとの関係を示したものである。
【００３１】
ここで、圧縮機１回転あたりの吸入ガス排除容積とは、図１を用いて説明すると、ロータ４ｂが１回転したときに吸入室６から圧縮機本体４に吸入される低圧冷媒ガスの吸入ガス容積をいう。また、ＯＣＲとは前述の通り、圧縮機内に充填されたオイルがエアコンシステム中に移行する割合である。
【００３２】
ところで、ＯＣＲはある値以下であることが望まれる。すなわち、例えばエアコンシステムのエバポレータでは、気体圧縮機側からコンデンサで凝縮され、膨張弁で減圧された液冷媒を管路内に通して熱交換を行うが、ＯＣＲが大きすぎる場合、オイルが過多に混入することによるエバポレータ管路内壁に発生する厚いオイル膜により、液冷媒と管壁との熱伝達が阻害され、熱交換効率は低下すると考えられる。
【００３３】
以上のようなＯＣＲの大小とエアコンシステムの熱交換効率との関係からすると、ＯＣＲは、実験上４％以下が最適値、すなわちエアコンシステムの熱交換効率を最も高くすることのできる値であることが判明した。加えてマルチコンプレッサはシングルコンプレッサの数倍から数十倍の冷媒量を封入したエアコンシステムで使用されるため、構造的にエアコンシステムに封入可能なオイル量及び封入したオイルにかかるコストを考慮にいれ、ＯＣＲは１％以下が最適値であることが判明した。また、ＯＣＲは気体圧縮機の回転数により変化するが、気体圧縮機の常用回転数は３０００ｒｐｍ付近であるため、この回転数付近においてＯＣＲが最適値となることが重要である。
【００３４】
そうしてみると、図５から明らかなように、シングルコンプレッサでは、その回転数が３０００ｒｐｍである場合において、ＯＣＲが４％付近の最適値となるのは、吐出室７の空間容積が圧縮機１回転あたりの吸入ガス排除容積の２倍以上、１０倍以下となる範囲内である。また、図６から明らかなように、マルチコンプレッサでは、その回転数が３０００ｒｐｍである場合において、ＯＣＲが１％付近の最適値となるのは、吐出室７の空間容積が圧縮機１回転あたりの吸入ガス排除容積の１０倍以上、３０倍以下となる範囲内である。
【００３５】
また、ＯＣＲはオイルと冷媒ガスの溶けやすさによっても変わる。すなわち、冷媒ガスがオイル中に溶けやすい場合は、エアコンシステム内を流れる冷媒ガスがエアコンシステム側に移行したオイルに多く溶け込むから、オイル粘度が充分に下がり、気体圧縮機側へのオイル戻り量が多くなるのに対し、冷媒ガスがオイル中に溶け難いときは、エアコンシステム内を流れる冷媒ガスがエアコンシステム側に移行したオイルに溶け込む量が減り、オイル粘度が充分に下がらず、気体圧縮機側へのオイル戻り量が少なくなるためである。
【００３６】
したがって、上記のように最適なＯＣＲを得るには、冷媒ガスとオイルが溶け易い関係にあることが重要である。ここで、図７はオイル中への冷媒ガスの溶解度を示したものであり、この図は基準値Ｇ０を越える範囲では冷媒ガスがオイル中に溶け難くなることを示し、基準値Ｇ０以下の範囲では冷媒ガスが溶け易いことを示している。
【００３７】
オイルと冷媒ガスの組み合わせとしては各種考えられるが、図７の基準値Ｇ０以下となる組み合わせは、例えば同図に示すように、（１）ＰＡＧ系オイルであるＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）１オイルとＲ２２冷媒、（２）ＰＡＧ系オイルであるＰＡＧ２オイルとＲ４０７Ｃ冷媒、（３）エーテル系オイルであるエーテルオイル１とＲ４０７Ｃ冷媒、（４）カーボネート系オイルであるカーボネート１オイルとＲ４０７Ｃ冷媒、（５）カーボネート系オイルであるカーボネート２オイルとＲ４１０ａ冷媒、（６）エステル系オイルであるエステルオイル１とＲ４０７Ｃ、（７）エステル系オイルであるエステル２オイルとＲ４１０ａ冷媒、（８）ＰＡＧ系オイルであるＰＡＧ２オイルとＲ１３４ａ、（９）ＰＡＧ系オイルであるＰＡＧ３オイルとＲ１３４ａ冷媒、（１０）ＰＡＧ系オイルであるＰＡＧ４オイルとＲ１３４ａ冷媒である。図７から明らかなように、これらのオイルと冷媒の組み合わせのうち、特に（１）と（８）の組合せが最も溶け易いことが分かる。
【００３８】
なお、上記実施形態では、圧縮機本体を２台備えるマルチコンプレッサについて説明したが、本発明は２台以上の圧縮機本体を有するマルチコンプレッサにも適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
この発明に係る気体圧縮機にあっては、上記の如く、吐出室の空間容積を、エアコンシステムのオイル循環率を小さくしかつ気体圧縮機内に十分なオイル量を確保するのに必要な大容積に拡大したものである。このため、油分離器で分離しきれなかったオイル成分（未分離油分）を含む高圧冷媒ガスの吐出室停留時間が長くなることから、当該未分離油分が吐出室底部の油溜りに自重で落下する割合が増え、エアコンシステムのコンデンサ側への未分離油分の流入量が大幅に減少し、本来冷却とは直接関係のないオイルがエアコンシステム内を多く循環することがなくなり、冷却効率の向上を図れる。また、気体圧縮機内にオイルを十分に貯溜しておくことができ、オイル不足による気体圧縮機の潤滑不良も防止できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る気体圧縮機の一実施形態（シングルコンプレッサ）の縦断面図。
【図２】図１のＡ矢視図。
【図３】本発明に係る気体圧縮機の他の実施形態（マルチコンプレッサ）を平面から見た一部破断図。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図。
【図５】図１に示したシングルコンプレッサの場合における、圧縮機１回転あたりの吸入ガス排除容積に対する吐出室空間容積の比とＯＣＲとの関係の説明図。
【図６】図３に示したマルチコンプレッサの場合における、圧縮機１回転あたりの吸入ガス排除容積に対する吐出室空間容積の比とＯＣＲとの関係の説明図。
【図７】オイル中への冷媒ガスの溶解度の説明図。
【図８】従来の気体圧縮機を示す断面図。
【図９】エアコンシステムの説明図。
【符号の説明】
１  ケース
１ａ  胴体腹部
１ｂ  吐出室形成部
２  フロントヘッド
３  ケーシング
４  圧縮機本体
４ａ  ロータ軸
４ｂ  ロータ
４ｃ  フロントサイドブロック
４ｄ  シリンダ
４ｅ  リアサイドブロック
５  油分離器
６  吸入室
６ａ  吸入口
７  吐出室
７ａ  吐出口
７ｂ  油溜り
８  エアコンシステム
９  コンデンサ
１０  エキスパンションバルブ
７００  共有吐出室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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