(57)【要約】  回転機構が、ハウジング１１と、回転部材１１０と、排出部材１３０とを有する。オイルと気体の混合物がハウジング１１内に収容される。回転部材１１０は、ハウジング１１内に設けられ、またオイルと気体の混合物を駆動してサイクロン流を形成するように回転軸の周りを回転可能であり、それにより、遠心力の下、オイルと気体の混合物におけるオイル含有率が回転部材１１０に近づくにつれてより小さくなる。排出部材１３０は、ハウジング１１に設けられ、ハウジング１１から、オイル含有率が事前設定された量以下である位置まで、径方向内側に向かって延びている。
2020531728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オイル−気体混合物を内部に収容するケーシングと、
前記ケーシング内に配置され、前記オイル−気体混合物を駆動してサイクロン流を形成するように回転軸の周りを回転可能である回転部材（１１０）であって、それにより、遠心力の下、前記オイル−気体混合物のオイル含有率が、前記回転部材に近づくにつれて減少している、回転部材（１１０）と、
前記ケーシングに配置された排出部材（１３０）であって、前記ケーシングから、前記オイル含有率が所定含有率以下である位置まで、径方向内側に向かって延びる排出部材（１３０）と
を有する回転機械装置。
【請求項２】
前記ケーシング内部に位置する前記排出部材の端部部分と前記回転部材の外周面との間に所定距離（Ｌ）が存在し、前記排出部材（１３０）の円形排出通路（１３３）の直径（Ｄ）に対する前記所定距離（Ｌ）の比率が、１．５未満である、請求項１に記載の回転機械装置。
【請求項３】
前記排出部材（１３０）の前記円形排出通路（１３３）の前記直径（Ｄ）に対する前記所定距離（Ｌ）の前記比率が０．２５よりも大きい、請求項２に記載の回転機械装置。
【請求項４】
前記円形排出通路の前記直径（Ｄ）に対する前記所定距離（Ｌ）の前記比率が０．４から０．５の間である、請求項３に記載の回転機械装置。
【請求項５】
前記回転部材は、前記回転軸の方向に第１の軸方向端面（１１５）と第２の軸方向端面（１１７）とを有し、前記排出部材は、第１の軸方向位置（Ｐ１）と第２の軸方向位置（Ｐ２）との間に位置付けられ、前記排出部材が前記第１の軸方向位置（Ｐ１）にある場合、前記排出部材の前記排出通路の一方の径方向側部が、前記第１の軸方向端面の軸方向外側に位置し、且つ前記排出通路の前記一方の径方向側部の反対側の他方の径方向側部が、前記第１の軸方向端面と整列し、また、前記排出部材が前記第２の軸方向位置（Ｐ２）にある場合、前記排出通路の前記他方の径方向側部が、前記第２の軸方向端面の軸方向外側に位置し、前記排出通路の前記一方の径方向側部が、前記第２の軸方向端面と整列する、請求項１に記載の回転機械装置。
【請求項６】
前記排出部材は、前記回転部材の軸方向中央部分と実質的に整列するように位置付けられる、請求項５に記載の回転機械装置。
【請求項７】
前記回転部材に隣接する前記排出部材の端部部分が、前記回転軸に垂直な水平方向に直線的に延び、また前記端部部分の端面が、前記回転部材の外周面に対して斜めに方向付けられている、請求項１に記載の回転機械装置。
【請求項８】
前記回転部材に隣接する前記排出部材の端部部分が、前記回転部材の周方向に、及び／又は前記回転軸に平行な垂直方向に屈曲されている、請求項１に記載の回転機械装置。
【請求項９】
前記排出部材の排出開口が、前記回転部材の回転方向の下流側を向くように方向付けられ、前記ケーシング内の前記オイル−気体混合物は、前記排出開口を介して前記排出部材に進入する、請求項１に記載の回転機械装置。
【請求項１０】
前記回転部材は、軸方向に第１の軸方向端面（１１５）と第２の軸方向端面（１１７）とを有し、前記排出部材は、前記第１の軸方向端面（１１５）又は前記第２の軸方向端面（１１７）の軸方向外側に位置付けられ、前記ケーシング内に位置する前記排出部材の端部部分が、前記回転部材の外周面と面一になるように、又は前記回転部材の前記外周面の径方向内部にあるように、内側に向かって延びている、請求項１に記載の回転機械装置。
【請求項１１】
前記回転部材は、カム、偏心部、又は釣り合い重りの形態であり、前記排出部材は、排出パイプ又は排出通路の形態である、請求項１に記載の回転機械装置。
【請求項１２】
前記ケーシング内に位置し、作動流体を圧縮するように構成された圧縮機構（１２）と、
前記圧縮機構を駆動するように適合された駆動シャフト（１４）と、
ステータ、及び前記ステータに対して回転可能なロータを有するモータ（１３）であって、前記駆動シャフトを駆動して回転させるように構成されたモータ（１３）と
を更に有し、
前記回転部材は、前記駆動シャフト上に配置され、又は前記ロータ上に配置される、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の回転機械装置。
【請求項１３】
前記回転部材は、前記圧縮機構と前記モータとの間、又は前記モータとオイルサンプとの間に位置する、請求項１２に記載の回転機械装置。
【請求項１４】
前記回転機械装置は、ハイサイド・スクロール・コンプレッサである、請求項１２に記載の回転機械装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、参照によってその開示が本明細書に組み込まれる、中国国家知識産権局に２０１７年８月１６日に出願された「ＲＯＴＡＲＹ  ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ」と題された中国特許出願第２０１７１０７０１３０１．０号及び第２０１７２１０２５１７０．０号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本開示は回転機械装置（ｒｏｔａｒｙ  ｍａｃｈｉｎｅｒｙ）に関する。
【背景技術】
【０００３】
このセクションの内容は、単に本開示に関連する背景情報を提供するものであり、これは必ずしも従来技術を構成するものではないことがある。
【０００４】
コンプレッサ（例えば、スクロール・コンプレッサ、ロータ・コンプレッサなど）は、典型的には、圧縮機構と、駆動シャフトと、モータとを含む。駆動シャフトは、軸受けハウジングにおける軸受けによって支持され、モータによって駆動されて回転する。駆動シャフトの回転は更に、圧縮機構の可動コンポーネント（例えば、スクロール・コンプレッサの軌道旋回スクロール、ロータ・コンプレッサのロータなど）を駆動して移動させ、作動流体（例えば、冷媒）を圧縮する。コンプレッサの各可動コンポーネント（例えば、スクロール・コンプレッサの軌道旋回スクロール、ロータ・コンプレッサのロータ、軸受けなど）は、可動コンポーネント及び全体的なコンプレッサの動作の安定性及び信頼性を維持するために、潤滑オイルによって潤滑されることが必要である。したがって、コンプレッサのための潤滑オイル循環システムは、コンプレッサの重要な部分である。
【０００５】
コンプレッサが動作するとき、潤滑オイルは、例えば、各可動コンポーネントの通常動作を維持するために各コンポーネントを潤滑するために、オイル・プールからコンプレッサの各可動コンポーネントへと、差圧の下で又はオイル圧送機構によって運ばれ、最終的にオイル・プールへと戻る。加えて、潤滑オイルの循環中に、摩耗を減少させるためにコンポーネントの接触面の間の不純物も取り除き得、並びに摩擦及び電流に起因して各コンポーネントによって生成される熱も取り除き得る。
【０００６】
潤滑オイルの循環中に、潤滑オイルのうちのいくらかは、作動流体とともにコンプレッサから外に出る。コンプレッサから外に出る潤滑オイルの量が大きすぎる場合、コンプレッサが一定期間動作した後に、オイル・プールにおける潤滑オイルの量が徐々に減少し、すなわち、オイル・レベルが低下し、可動コンポーネントの通常動作を維持するためのコンプレッサにおける潤滑オイルが不十分になり、故に、コンプレッサの異常動作をもたらす。したがって、コンプレッサにおけるオイル・プールのレベルを維持することは非常に重要である。しかも、その一方で、作動流体とともにコンプレッサから排出される潤滑オイルは、例えば凝縮器及び蒸発器のコイルに付着し、それによって、環境空気との作動流体の熱交換効率に影響を与える。したがって、コンプレッサが潤滑オイル循環率（オイル循環率とも呼ばれる）を適正に制御することが必要である。ここで、オイル循環率とは、コンプレッサから排出される単位作動流体に含まれる潤滑オイルの（質量）比として理解され得る。
【０００７】
オイル循環率を制御するために、コンプレッサにオイル−気体分離デバイスが配置され得る。しかしながら、コンプレッサ・ケーシングの内部空間は限られているので、単純な構造を有し、占有する空間が小さく、オイル循環率を効率的に制御可能なコンプレッサを提供することが望まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本開示の目的は、単純な構造を有し、占有する空間が小さく、オイル循環率を効率的に制御可能な回転機械装置を提供することである。
【０００９】
本開示の別の目的は、コンプレッサであって、製造及び組み立てが単純化され、低コストで、コンプレッサのオイル循環率を合理的に制御可能なコンプレッサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一態様によると、ケーシングと、回転部材と、排出部材とを含む回転機械装置が提供される。ケーシングはオイル−気体混合物を内部に収容する。回転部材は、ケーシング内に配置され、オイル−気体混合物を駆動してサイクロン流を形成するように回転軸の周りを回転可能であり、それによって、遠心力の下で、オイル−気体混合物におけるオイル含有率が回転部材に近づくにつれて減少する。排出部材は、ケーシングに配置され、ケーシングからオイル含有率が所定含有率以下である位置へと径方向内側に向かって延在する。本開示による回転機械装置は、潤滑オイル循環率を良好に制御し得る。
【００１１】
いくつかの実施例において、ケーシング内部に配置された排出部材の端部部分と回転部材の外周面との間に所定距離が存在し、排出部材の円形排出通路の直径に対する所定距離の比率は、１．５未満である。
【００１２】
いくつかの実施例において、排出部材の円形排出通路の直径に対する所定距離の比率は、０．２５よりも大きい。
【００１３】
いくつかの実施例において、円形排出通路の直径に対する所定距離の比率は、０．４から０．５の間である。
【００１４】
いくつかの実施例において、回転部材は、軸方向において第１の軸方向端面と第２の軸方向端面とを有し、排出部材は、第１の軸方向位置と第２の軸方向位置との間に位置付けられる。排出部材が第１の軸方向位置にある場合、排出部材の排出通路の一方の径方向側部は、第１の軸方向端面の軸方向外側に位置し、排出通路の一方の径方向側部の反対側の他方の径方向側部は、第１の軸方向端面と整列する。排出部材が第２の軸方向位置にある場合、排出通路の他方の径方向側部は、第２の軸方向端面の軸方向外側に位置し、排出通路の一方の径方向側部は、第２の軸方向端面と整列する。
【００１５】
いくつかの実施例において、排出部材は、回転部材の軸方向中央部分と実質的に整列するように位置付けられる。
【００１６】
いくつかの実施例において、回転部材に隣接する排出部材の端部部分は、回転軸に垂直な水平方向に直線的に延在し、端部部分の端面は、回転部材の外周面に対して斜め向きに方向付けられる。
【００１７】
いくつかの実施例において、回転部材に隣接する排出部材の端部部分は、回転部材の周方向に、及び／又は、回転軸に平行な垂直方向に屈曲される。
【００１８】
いくつかの実施例において、排出部材の排出開口は、回転部材の回転方向の下流側に面するように方向付けられ、ケーシング内のオイル−気体混合物は、排出開口を介して排出部材に進入する。
【００１９】
いくつかの実施例において、回転部材は、軸方向において第１の軸方向端面と第２の軸方向端面とを有し、排出部材は、第１の軸方向端面又は第２の軸方向端面の軸方向外側に位置付けられ、ケーシング内に位置する排出部材の端部部分は、回転部材の外周面と面一になるように、又は回転部材の外周面の径方向内部にあるように、内側に向かって延在する。
【００２０】
いくつかの実施例において、回転部材は、カム、偏心部、又は釣り合い重りの形態であり、排出部材は、排出パイプ又は排出通路の形態である。
【００２１】
いくつかの実施例において、回転性機械装置は、圧縮機構と、駆動シャフトと、モータとを更に含む。圧縮機構は、ケーシング内に位置し、作動流体を圧縮するように構成される。駆動シャフトは、圧縮機構を駆動するように適合される。モータは、ステータとステータに対して回転可能なロータとを含み、駆動シャフトを駆動して回転させるように構成される。回転部材は、駆動シャフトに配置され、又はロータに配置される。
【００２２】
いくつかの実施例において、回転部材は、圧縮機構とモータとの間、又はモータとオイルサンプとの間に位置する。
【００２３】
いくつかの実施例において、回転機械装置は、ハイサイド・スクロール・コンプレッサである。
【００２４】
上記の構造において、回転性機械装置における回転部材は、回転部材が回転するときに、その周囲のオイル−気体混合物を駆動してサイクロン流を形成し得るので、潤滑オイルは、潤滑オイル循環率を良好に制御するように、オイル−気体混合物がコンプレッサから出る前に、遠心力の下で、オイル−気体混合物から分離され得る。一方において、コンプレッサにおけるオイル・プールのオイル・レベルは、所望のレベルに維持され得る。他方において、コンプレッサから出てコンプレッサ・システムに進入する潤滑オイルの量は減少され得、例えば、熱交換器に進入する潤滑オイルの量が減少され得、それによって、コンプレッサ・システムの全体的な作動効率を向上させる。
【００２５】
本開示の１つ又は複数の実施例の特徴及び利点は、添付の図面を参照した以下の説明から、より容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本開示の実施例によるオイル−気体分離デバイスを含むコンプレッサの長手方向断面図である。
【図２】図１のコンプレッサのオイル−気体分離デバイスの概略的な断面図である。
【図３】釣り合い重りに対する排出パイプの異なる径方向位置を示す、図１のオイル−気体分離デバイスの概略図である。
【図４】釣り合い重りに対する排出パイプの異なる軸方向位置を示す、図１のオイル−気体分離デバイスの概略図である。
【図５】異なる位置に位置するオイル−気体分離デバイスを有するコンプレッサの概略図である。
【図６】異なる位置に位置するオイル−気体分離デバイスを有するコンプレッサの概略図である。
【図７】排出パイプと釣り合い重りとの間の距離と、循環率とを示すグラフである。
【図８ａ】本開示によるオイル−気体分離デバイスのオイル−気体分布を示す断面図である。
【図８ｂ】比較例におけるオイル−気体分離デバイスのオイル−気体分布を示す断面図である。
【図９】排出パイプの１つの修正例を示す、図２に類似の概略図である。
【図１０】排出パイプの別の修正例を示す、コンプレッサのオイル−気体分離デバイスの概略的な長手方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
好ましい実施例の以下の説明は、単なる例示であり、決して本開示及びその適用又は使用を限定することを意図するものではない。複数の図面を通じて、類似のコンポーネントを指すために類似の参照番号が使用され、類似のコンポーネントの構造の説明は、繰り返し説明されることはない。
【００２８】
説明を容易にするために、特定のコンポーネントが回転軸の周りを回転し得る場合に、本明細書においてコンポーネントについて言及される「長手方向」又は「軸方向」とは、回転軸に平行な方向を指し、本明細書においてコンポーネントについて言及される「径方向」とは、回転軸に垂直な方向を指す。本明細書において言及される「第１の」、「第２の」及び他の語は、単に異なるコンポーネントを区別するために使用され、順番又は他の意味を示すために使用されるものではない。
【００２９】
以下において、本開示によるオイル−気体分離デバイス及びこのオイル−気体分離デバイスを含むコンプレッサが、添付の図面を参照して説明される。図面においては、ハイサイド垂直スクロール・コンプレッサが示される。しかしながら、本開示は、水平スクロール・コンプレッサ、ロータ・コンプレッサ、及びピストン・コンプレッサなどの他のタイプのコンプレッサにも適用可能であることが理解されるべきである。
【００３０】
図１を参照すると、コンプレッサ１０は、ケーシング１１を含み、及びケーシング１１内に配置される圧縮機構１２と、モータ１３と、駆動シャフト（回転シャフト又はクランクシャフトとも称される）１４とを含む。
【００３１】
モータ１３は、ケーシング１１に固定されたステータ１３ｂと、ステータ１３ｂの内側に位置し、駆動シャフト１４に固定されたロータ１３ａとを含む。モータ１３が始動されたとき、ロータ１３ａは回転し、駆動シャフト１４を駆動してそれとともに回転させる。
【００３２】
駆動シャフト１４は、駆動シャフト１４が回転するときに、圧縮機構１２を駆動して作動流体（通常は、気体）を圧縮するように、圧縮機構１２に取り付けられる。図面において図示されるスクロール・コンプレッサ１０において、駆動シャフト１４の偏心クランク・ピン１４ｂは、軌道旋回スクロール１２ｂを駆動して回転させるように、圧縮機構１２の軌道旋回スクロール１２ｂに嵌入される。
【００３３】
コンプレッサ１０は、ケーシング１１に固定された主軸受けハウジング１５を更に含む。主軸受けハウジング１５は、主軸受け１５ａを介して駆動シャフト１４を回転可能に支持するとともに、圧縮機構１２、特には軌道旋回スクロール・コンポーネント１２ｂを支持する。
【００３４】
圧縮機構１２は、ケーシング１１又は主軸受けハウジング１５に固定された非−軌道旋回スクロール・コンポーネント１２ａと、非−軌道旋回スクロール・コンポーネント１２ａに対して移動可能な軌道旋回スクロール・コンポーネント１２ｂとを含む。駆動シャフト１４によって駆動されて、軌道旋回スクロール・コンポーネント１２ｂは、非−軌道旋回スクロール・コンポーネント１２ａに対して軌道旋回する（すなわち、軌道旋回スクロール・コンポーネントの中央軸が非−軌道旋回スクロール・コンポーネントの中央軸の周りで運動するが、軌道旋回スクロール・コンポーネント自体は、それ自体の中央軸の周りで回転しない）。径方向外側から径方向内側に向かうにつれてその体積が徐々に減少する一連の圧縮チャンバが、非−軌道旋回スクロール・コンポーネント１２ａの螺旋ベーンと、軌道旋回スクロール・コンポーネント１２ｂの螺旋ベーンとの間に形成される。作動流体は、これらの圧縮チャンバにおいて圧縮され、次いで、圧縮機構１２の排出穴１７を通って排出される。圧縮機構１２の排出穴１７は、概して、非−軌道旋回スクロール・コンポーネント１２ａの端部プレートの略中央に配置される。
【００３５】
スクロール・コンプレッサの動作中に、偏心コンポーネントの回転によって生成される遠心力又は遠心トルクがコンプレッサを振動させる。概して、偏心コンポーネントによって生成される不均衡を相殺するための逆方向の遠心力又は遠心トルクを提供するために、釣り合い重りが回転コンポーネントに配置される。図１に図示されるコンプレッサ１０において、釣り合い重り１１０は、駆動シャフト１４の外周面に固定され、主軸受けハウジング１５に隣接し、釣り合い重り２１０は、圧縮機構１２に面するモータ１３のロータ１３ａの端面に配置され、釣り合い重り３１０は、圧縮機構１２から離れる側に面するモータ１３のロータ１３ａの端面に配置される。図面におけるコンプレッサは３つの釣り合い重りを含むが、釣り合い重りの数は、特定の用途の要件に応じて様々であり得ることが理解されるべきである。
【００３６】
図１に図示されるコンプレッサの実例において、潤滑オイルを貯蔵するためのオイルサンプ２０が、コンプレッサ・ケーシング１１の底部に配置されている。駆動シャフト１４には、駆動シャフト１４の軸方向に実質的に沿って延在する通路１４ａが内部に形成され得る。オイルサンプ２０内の潤滑オイルは、コンプレッサの各軸受け、主軸受けハウジング１５及び軌道旋回スクロール・コンポーネント１２ｂの軸受け面、圧縮機構などに、この通路１４ａを通って供給される。コンプレッサの様々なコンポーネントが潤滑された後、潤滑オイルはオイルサンプ２０に戻る。
【００３７】
図１に図示されるように、コンプレッサ１０はハイサイド・スクロール・コンプレッサである。排出パイプ（排出部材）１３０は、ケーシング１１に配置される。低圧作動流体は、圧縮機構１２の吸引チャンバ又は低圧チャンバ内に圧縮機構の流入パイプ（不図示）及び吸引穴（不図示）を通って直接的に供給され、次いで、圧縮され、圧縮機構１２の排出穴１７からコンプレッサのケーシング１１によって包囲された空間内へと排出される。示された実例において、排出パイプ１３０は、圧縮された気体をコンプレッサ１０の外に排出するために、ケーシング１１内に密閉して設置される。コンプレッサの動作中に、排出穴１７から排出された作動流体は潤滑オイルと混合され、駆動シャフト１４の通路１４ａから供給された潤滑オイルは、軌道旋回スクロール・コンポーネント１２ｂ、モータ１３のロータ１３ａなどの運動によって、コンプレッサ・ケーシング１１内の空間にオイル・ミストの形態で分配される。したがって、排出パイプ１３０を通ってコンプレッサの外に排出されるべき高圧作動流体は、しばしば潤滑オイルを含み、それ故、排出パイプ１３０を介してコンプレッサの外に排出される作動流体における潤滑オイルの量を制御し、それによって全体的なコンプレッサのオイル循環率（ＯＣＲ：ｏｉｌ  ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  ｒａｔｅ）を制御することが必要である。
【００３８】
コンプレッサのオイル循環率（ＯＣＲ）を良好に制御するために、コンプレッサ１０にオイル−気体分離デバイスが配置され得る。しかしながら、追加的なオイル−気体分離デバイスは、特定の空間を必要とし、製造及び組み立てプロセスを複雑化する。特に、コンプレッサの内部空間が限られているときには、オイル−気体分離デバイスを追加的に設置することは適切ではない。
【００３９】
上記の問題を克服するために、本開示の発明者は、コンプレッサに既に存在する部材を使用し、部材間の相対位置関係を合理的に構成することのみによって、高圧作動流体から潤滑オイルが遠心力によって分離され得、含有率が減少された潤滑オイルを含む作動流体又は更には潤滑オイルを含まない作動流体が排出され、それによって、コンプレッサのオイル循環率（ＯＣＲ）を合理的に制御する解決策を考案した。このような解決策は、部品の数を著しく減少させ得、設置空間を節約し得、組み立てプロセスを単純化し得、それによって大きくコストを減少させ得る。
【００４０】
以下において、本開示の実施例によるオイル−気体分離デバイスが、図１及び図２を参照して説明される。図面において図示されるように、オイル−気体分離デバイスは、釣り合い重り１１０と、排出パイプ１３０とを含む。釣り合い重り１１０は、駆動シャフト１４の外周面に固定され、駆動シャフト１４とともに回転され得る。この実例において、釣り合い重り１１０の回転軸は、駆動シャフト１４の回転軸、すなわち、駆動シャフト１４の長手方向中央軸でもある。排出パイプ１３０は、径方向において釣り合い重り１１０の外側に位置し、ケーシング１１に密閉して固定される。
【００４１】
釣り合い重り１１０は、排出パイプ１３０に隣接し、これに面する外周面１１１と、互いに反対方向にある第１の軸方向端面１１５及び第２の軸方向端面１１７とを有する。図１、図２及び図３を参照すると、釣り合い重りは、径方向外側に突出する径方向突出部１１２と、第２の軸方向端面１１７から軸方向に延在する軸方向突出部１１４とを有し得る。釣り合い重りの構造（特には、位置、大きさ、突出部の数）は、特定の用途に応じて様々であり得ることが理解されるべきである。例えば、釣り合い重りは、径方向突出部及び軸方向突出部のうちの一方のみを有してよい。追加的に又は代替的に、釣り合い重りは、第１の軸方向端面から軸方向に延在する軸方向突出部を有してよい。
【００４２】
釣り合い重り１１０が駆動シャフト１４とともに回転するとき、釣り合い重り１１０の径方向突出部１１２及び軸方向突出部１１４は、それらの周囲の、排出穴１７から排出されるオイル−気体混合物を撹拌し得、それらの周囲のオイル−気体混合物にサイクロン流を形成させ得る。遠心力の下で、オイル−気体混合物における潤滑オイルは、径方向外側に向かってケーシング１１へと放出され、ケーシング１１に沿って流れ落ち、重力によってオイルサンプ２０内へと戻る。このようにして、釣り合い重り１１０の近くのオイル−気体混合物における潤滑オイルの含有率は低くなり、ケーシング１１の近くのオイル−気体混合物における潤滑オイルの含有率は高くなる。オイル−気体混合物における潤滑オイルの含有率は、釣り合い重り１１０からケーシング１１へと向かう方向において増加する。サイクロン流の径方向内側におけるオイル−気体混合物における潤滑オイルの含有率は、サイクロン流の径方向外側におけるオイル−気体混合物における潤滑オイルの含有率よりも小さい。したがって、発明者は、ケーシング内部に設けられる排出パイプの端部部分を、釣り合い重りの回転によって生成されるサイクロン流のエリア内に位置付けること、特には、サイクロン流の径方向内側内に位置付けることを提案する。排出されるべきオイル−気体混合物における潤滑オイルの所望の含有率は、所望のオイル循環率に応じて予め定められ得る。そのため、排出パイプの位置は、予め定められた所望の含有率（「所定含有率」とも称される）に従って決定され得る。すなわち、排出パイプは、ケーシングからオイル−気体混合物における潤滑オイルの含有率が所定含有率以下である位置へと径方向内側に向かって延在され得る。
【００４３】
本開示の発明的概念は、釣り合い重り１１０の回転によって生成されるサイクロン流が、釣り合い重り１１０とケーシング１１との間で潤滑オイルの含有率に傾斜的な変化をもたらし、排出パイプ１３０と釣り合い重り１１０との間の相対位置関係は、所望の減少されたオイル循環率を得るように決定されるという原理に基づくことが理解されるべきである。従来のコンプレッサのいくつかにおいては、設置要件のせいで、排出パイプの長さはコンプレッサ・ケーシング内へと延在し得る。この場合、排出パイプの延長部の長さは、設置要件に合うことのみを必要とし、故に、排出パイプの延長部の端部は、コンプレッサ・ケーシングにより近くなる傾向がある。加えて、従来のコンプレッサのいくつかにおいては、潤滑オイルがコンプレッサ・ケーシングの内側面に沿って流れるので、潤滑オイルが排出パイプ内へと流入することを防止するために、排出パイプの長さもコンプレッサ・ケーシング内へと延長され得る。しかしながら、従来のコンプレッサにおける排出パイプの延長部の長さの設定は、釣り合い重りの回転、釣り合い重りの回転によって生成されるサイクロン流などとは何の関係も有さない。
【００４４】
本開示の発明的概念によると、１つの実施例において、ケーシング１１と釣り合い重り１１０との間で、排出パイプ１３０は釣り合い重り１１０のより近くに位置付けられ得る。好ましくは、必要に応じて、含有率が減少された潤滑オイルを含む作動流体、又は更には潤滑オイルを含まない作動流体を排出するために、排出パイプ１３０は釣り合い重り１１０に隣接して配置され、すなわち、釣り合い重り１１０の外周面から所定距離に位置付けられる。
【００４５】
図２及び図３を参照すると、排出パイプ１３０は、円形の筒状部材であり、円形排出通路１３３を有する。排出パイプ１３０は、釣り合い重り１１０に隣接する端面１３１も有する。換言すれば、ケーシング内部に位置する排出パイプ１３０の端面１３１は、ケーシングの壁部から釣り合い重り１１０の近傍へと内側に向かって延在する。排出パイプ１３０の端面１３１と釣り合い重り１１０の外周面１１１との間には距離Ｌが存在する。距離Ｌは、排出パイプ１３０を介した作動流体の排出を促進すること、及び、排出される作動流体に、より低い含有率の潤滑オイルが含まれること保証することの両方を可能とし得ることが望ましい。距離Ｌは、作動条件、例えば、釣り合い重り１１０の回転速度、周囲圧力、釣り合い重り１１０からケーシング１１までの距離、排出穴１７を介して排出される作動流体における潤滑オイルの含有率、及び排出パイプ１３０を介して排出されるべき作動流体における潤滑オイルの所望の含有率などに従って決定され得る。距離Ｌは、予め定められ得、又は、コンプレッサの動作条件に応じて様々であり得る。好ましくは、より良好なオイル−気体分離効果を提供するために、排出パイプ１３０の端面１３１が、釣り合い重り１１０の外周面１１１にできる限り近いことが望ましく、排出パイプ１３０の端面１３１と釣り合い重り１１０の外周面１１１との間の距離が、排出パイプ１３０の流動エリアを不都合なまでに減少させるほど小さすぎるべきでないことも望ましい。
【００４６】
本明細書において言及される「より低い含有率の潤滑オイル」又は「含有率が減少された潤滑オイル」などは、排出パイプ１３０を介して排出される作動流体における潤滑オイルの含有率が、コンプレッサ・ケーシング１１内の作動流体における潤滑オイルの含有率未満であり、潤滑オイル循環率（ＯＣＲ）の適切な範囲内にあることを指す。説明の便宜のために、本明細書においては、「コンプレッサ・ケーシング内の作動流体」は、「分離前の作動流体」又は「オイル−気体混合物」と称され、「排出パイプ１３０を介して排出される作動流体」は、「分離された作動流体」と称される。
【００４７】
図３の実例において、円形排出通路１３３の直径がＤであると仮定すると、直径Ｄに対する距離Ｌの比率Ｌ／Ｄは約１．５未満であり得る。いくつかの実例において、直径Ｄに対する距離Ｌの比率Ｌ／Ｄは約０．２５よりも大きくなり得る。いくつかの実例において、直径Ｄに対する距離Ｌの比率Ｌ／Ｄは約０．２５から１．２５の間、約０．４から１の間、約０．４から０．７５の間、好ましくは、約０．４から０．５の間であり得る。より好ましくは、直径Ｄに対する距離Ｌの比率は、約０．５であり得る。図７を参照すると、排出パイプと釣り合い重りとの間の距離対コンプレッサが５４００ＲＰＭ（毎分回転数）で動作したときの循環率を示すグラフが示されている。図７において、横軸は、排出パイプの端面と釣り合い重りの最も外側の外周面との間の径方向距離Ｌを表し、Ｄは、排出パイプの内径を表す。縦軸は、コンプレッサのオイル循環率ＯＣＲを表す。図７に示されるように、Ｌが約１／２Ｄであるとき、コンプレッサのオイル循環率は最も低くなり、約１．０８％である。従来技術のコンプレッサでは、コンプレッサが５４００ＲＰＭで動作するとき、そのオイル循環率は５％を超える。対照的に、本開示においては、排出パイプを釣り合い重りに接近して設けることによって、すなわち、排出パイプと釣り合い重りとの間の距離を特定の範囲内に設定することによって、コンプレッサのオイル循環率は著しく減少され得、このことは、著しく予期されなかった技術的効果を達成する。
【００４８】
従来のコンプレッサ及び本開示によるコンプレッサは、発明者によってテストされ、テスト結果が以下の表に記載されている。テストは、一組の従来のコンプレッサ（Ｃ１）及び３組の本開示のコンプレッサ（Ｔ１、Ｔ２及びＴ３）に対して、異なる作動条件（釣り合い重りの異なる回転速度）の下で実施され、このテストにおいて、本開示のコンプレッサにおける直径Ｄに対する距離Ｌの比率は０．４である。表におけるテスト結果は、分離された作動流体における潤滑オイルの含有率である。従来のコンプレッサＣ１において、排出パイプは、コンプレッサ・ケーシング内に、単に組み立ての利便性のために延在するが、釣り合い重りからは遠く離れており、すなわち、排出パイプと釣り合い重りとの間の距離は、排出パイプの内径よりもはるかに大きい。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
上記のテスト及び表におけるテスト結果から、本開示によるコンプレッサから排出される作動流体における潤滑オイルの含有率は、従来のコンプレッサから排出される作動流体における潤滑オイルの含有率よりも著しく低いことが分かる。テスト結果は、本開示の液体−気体分離デバイスは、オイル−気体混合物から潤滑オイルを効率的に分離させ得ることを示している。したがって、本開示のコンプレッサは、潤滑オイル循環率（ＯＣＲ）を著しく減少させる。このような結果は、本発明がなされる前の、当技術分野の従来のコンプレッサからは期待され得なかった。
【００５１】
図８ａ及び図８ｂも参照され得る。図８ａは、本開示によるオイル−気体分離デバイスのオイル−気体分布を示す断面図であり、図８ｂは、比較例におけるオイル−気体分離デバイスのオイル−気体分布を示す断面図である。図８ｂから分かるように、釣り合い重りの外周面の近傍に、より高い潤滑オイル含有率を有する領域があるとともに、コンプレッサ・ケーシングの近傍にも、より高い潤滑オイル含有率を有する領域があり、排出パイプから排出される作動流体に含まれる潤滑オイルの含有率は、より高い。対称的に、図８ａにおいて、より高い潤滑オイル含有率を有する領域は、ケーシングの近傍に集中している。したがって、釣り合い重りに隣接する排出パイプから排出される作動流体に含まれる潤滑オイルの含有率はより小さく、それによって、コンプレッサのオイル循環率を減少させる。
【００５２】
本開示のコンプレッサにおいて、釣り合い重りは、アクティブな回転部材として使用され、回転するときに、その周囲のオイル−気体混合物はサイクロン流を形成させられ、それによって、遠心力の作用の下でより大きな比重によって潤滑オイルを径方向外側に向かって放出する。したがって、釣り合い重りの近くの作動流体は、その内部に含む潤滑オイルがより少なく、釣り合い重りの近くに配置された排出パイプから容易に排出される。
【００５３】
別の実施例において、排出パイプ１３０の端面１３１は、釣り合い重り１１０の回転軸の方向において、釣り合い重り１１０の外周面１１１に平行でなく、釣り合い重り１１０に面し得、釣り合い重り１１０の外周面１１１に対して斜め向きである。代替的な実施例において、排出パイプ１３０の排出開口は、釣り合い重りの回転方向における下流側に面するように方向付けられ得、コンプレッサ・ケーシング内部のオイル−気体混合物は、排出開口を介して排出パイプに進入し、排出パイプを介してコンプレッサから排出される。このようにすることで、排出パイプ１３０に進入する潤滑オイルの量は減少され得、より良好なオイル−気体分離効果が実現され得る。
【００５４】
いくつかの実例において、排出パイプ１３０は、コンプレッサ・ケーシングから、釣り合い重り１１０の回転軸の方向に垂直な水平方向に直線的に延在し得る。排出パイプ１３０の端面１３１は、釣り合い重り１１０の外周面１１１に向かって方向付けられ、釣り合い重り１１０の外周面１１１に対して斜め向きである。この場合、排出パイプ１３０の端面１３１と排出パイプ１３０の中央長手方向軸との間の角度は、０度よりも大きいが、９０度よりも小さい。
【００５５】
他の実例において、釣り合い重り１１０に隣接する排出パイプ１３０の端部部分は、釣り合い重り１１０の周方向に、及び／又は、釣り合い重り１１０の回転軸に平行な垂直方向に屈曲され得る。すなわち、排出パイプ１３０はケーシング内に位置する屈曲された端部部分を含み得る。屈曲された端部部分は、湾曲した円弧状であってよく、又は、一定の角度で屈曲されてよい。
【００５６】
図９に図示されるように、排出パイプ１３０の屈曲された端部部分２３０は、釣り合い重り１１０の周方向に屈曲される。１つの実例において、屈曲された端部部分２３０の端面２３１における排出開口は、釣り合い重り１１０の回転方向における下流に面し得る。したがって、より良好なオイル−気体分離効果が達成され得る。
【００５７】
図１０に図示されるように、排出パイプ１３０の屈曲された端部部分３３０は、釣り合い重り１１０の回転軸に平行な垂直方向に屈曲される。示された実例において、屈曲された端部部分３３０の端面３３１は下方に向かって方向付けられ得る。代替的な実例において、屈曲された端部部分３３０の端面３３１は，下方に向かって方向付けられてよく、又は、排出パイプに進入する潤滑オイルの量を減少させることが可能な任意の他の適切な方向に方向付けられてよい。
【００５８】
示されたコンプレッサの軸方向において、排出パイプ１３０は、釣り合い重り１１０の回転によってもたらされたサイクロン流の範囲内に位置付けられ得る。図４に示される実例において、排出パイプ１３０は、第１の軸方向位置Ｐ１と第２の軸方向位置Ｐ２との間に位置付けられ得る。第１の軸方向位置Ｐ１において、排出パイプ１３０は、釣り合い重り１１０の第１の軸方向端面１１５の軸方向外側に位置し、第１の軸方向端面１１５と実質的に整列する。換言すれば、第１の軸方向位置Ｐ１において、排出パイプ１３０の排出通路１３３の一方の径方向側部は、第１の軸方向端面１１５の軸方向外側に位置し、排出通路１３３の一方の径方向側部の反対側の他方の径方向側部は、第１の軸方向端面１１５と実質的に整列する。図４における向きによると、第１の軸方向位置Ｐ１において、排出パイプ１３０は、軸方向において釣り合い重り１１０の第１の軸方向端面１１５の下方に位置し、排出パイプ１３０の排出通路の軸方向の最も上の部分は第１の軸方向端面１１５と実質的に整列する。第２の軸方向位置Ｐ２において、排出パイプ１３０は、釣り合い重り１１０の第２の軸方向端面１１７の軸方向外側に位置し、第２の軸方向端面１１７と実質的に整列する。換言すれば、第２の軸方向位置Ｐ２において、排出パイプ１３０の排出通路の前記他方の径方向側部は、第２の軸方向端面１１７の軸方向外側に位置し、排出通路の前記一方の径方向側部は、第２の軸方向端面１１７と実質的に整列する。図４における向きによると、第２の軸方向位置Ｐ２において、排出パイプ１３０は、軸方向において釣り合い重り１１０の第２の軸方向端面１１７の上方に位置し、排出パイプ１３０の排出通路の軸方向の最も下の部分は第２の軸方向端面１１７と実質的に整列する。
【００５９】
本開示の理念によると、排出パイプ１３０は、第１の軸方向位置Ｐ１の軸方向外側に、又は第２の軸方向位置Ｐ２の軸方向外側に（すなわち、第１の軸方向位置Ｐ１よりも下に、又は第２の軸方向位置Ｐ２よりも上に）位置付けられてもよく、径方向内側に向かって、例えば、釣り合い重り１１０の外周面１１１と面一になるように、又は、釣り合い重り１１０の外周面１１１の径方向内側にまでも、更に延在してもよい。釣り合い重り１１０の回転によってもたらされるサイクロン流によって、排出パイプ１３０から排出される作動流体は、より低いオイル循環率（ＯＣＲ）をなおも維持し得る。
【００６０】
図１から図４に示される実施例において、釣り合い重り１１０は、駆動シャフト１４の外周面に配置される。しかしながら、オイル−気体分離デバイスは、任意の他の適切な回転部材に配置された釣り合い重りと排出パイプとを含み得ることが理解されるべきである。例えば、図５に示されるように、オイル−気体分離デバイスは、圧縮機構に面するモータ１３のロータ１３ａの端面１３０１に配置された釣り合い重り２１０を含み得る。図６を参照すると、オイル−気体分離デバイスは、圧縮機構から離れる側に面するモータ１３のロータ１３ａの端面１３０２に配置された釣り合い重り３１０を含み得る。排出パイプ１３０と釣り合い重りとの間の相互位置関係及び寸法関係は、上記の説明を参照して適切に設定され得る。
【００６１】
図１から図４に示される実施例において、オイル−気体分離デバイスは、主軸受けハウジング１５とモータ１３との間に配置される。しかしながら、オイル−気体分離デバイスは、コンプレッサ・ケーシング１１によって画定される内部空間の任意の適切な位置に配置され得ることが理解されるべきである。例えば、図６に示されるように、オイル−気体分離デバイスは、モータ１３とオイルサンプ２０との間に位置し得る。
【００６２】
釣り合い重りは、釣り合い重りが回転し得、その周囲のオイル−気体混合物にサイクロン流を形成させ得る限りにおいて、任意の適切な構造を有し得ることが理解され得る。例えば、釣り合い重りは、一定の径方向寸法又は可変的な径方向寸法を有し得、及び／又は一定の軸方向寸法又は可変的な軸方向寸法を有し得る。釣り合い重りは、筒状の外周面、先細状の外周面、又は上記の効果を実現可能な適切な形状を有する任意の他の外周面を有し得る。特定の用途に応じて、図面において示される釣り合い重りは、カム、偏心部、又は上記の効果を実現可能な任意の他の適切な部材によって置き換えられ得る。
【００６３】
同様に、排出パイプは、作動流体の排出を促進し得る限りにおいて、任意の適切な構造を有し得、及び／又は任意の適切な数だけ設けられ得る。例えば、排出パイプは、開かれた端部部分を含み得る。排出パイプは、釣り合い重りの外周面に対して斜め向きに配置された端部部分を含み得る。例えば、釣り合い重りに隣接する排出パイプの端部部分は、斜め下に向かっており、このことは、排出パイプの内壁部における潤滑オイルの流出を促進し得る。図面におけるコンプレッサは、１つの排出パイプを含んでいるが、排出パイプの数は複数でもよい。特定の用途に応じて、図面において示される排出パイプも、固定的構造に配置された排出通路によって置き換えられ得る。
【００６４】
本開示のいくつかの実施例及び変形例が詳細に説明されたが、本開示は、上述され、図面に示された実施例及び変形例に限定されるものではなく、他の様々な可能な変形例及び組み合わせを含み得ることが、当業者によって理解されるべきである。例えば、オイル−気体分離デバイスは底部分を有さなくてよく、故に、潤滑オイルは壁部に沿ってオイルサンプ内に直接的に落下され得る。他の変形例及び修正例は、本開示の本質及び範囲から逸脱することなく、当業者によって実現され得る。全ての変形例及び修正例は本開示の範囲内にある。更には、本明細書において説明された全ての部材は、他の技術的に等価な部材によって置き換えられ得る。
【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８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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