JP2012145121A - 回転式圧縮機における冷媒ガスの吸入量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転式圧縮機の圧縮室に吸入される冷媒ガスの流量を低速回転領域と高速回転領域とで適切に制御できるようにする。
【解決手段】低速回転領域では、リード弁５５は弾性力により平面状態を維持し、弁座５４から離間する。冷媒ガスはリード弁５５の貫通孔５８及び弁座５４の貫通孔５８の開口面積全域を通って流れ、吸入室１６に吸入される。従って、冷媒ガスの必要な流量を十分確保することができる。高速回転領域では、リード弁５５は冷媒ガスの圧力によって弁座５４に当接する。弁座５４の貫通孔５８及びリード弁５５の貫通孔５８は開口面積が絞られた状態で吸入ポート１７に連通する。従って、高流量の冷媒ガスは絞り弁５０によって予め設定された低流量に調整されて吸入室１６に吸入され、過剰な冷房能力の発生が防止される。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、回転式圧縮機の低速回転領域及び高速回転領域における冷媒ガスの吸入量を調整可能とした吸入量制御装置に関するものである。

特許文献１は、ベーン式圧縮機の高速回転時の冷房能力過剰を抑制するために考案されたもので、次のような構成が開示されている。ベーン式圧縮機において、圧縮室の吸入ポート又は吸入ポートに連通する流通路の流入口に、吸入ポート又は流入口の開口面積よりも狭い面積の弁部を有するリード弁が配設される。

リード弁は圧縮室へ吸入されるガス量が少ない低速回転時には吸入通路の開度が大きい状態に保持されて冷房能力を充分に発揮する。一方、回転が上昇した時、リード弁は吸入ガス量の増大によって吸入通路の開度を連続的に絞る方向に回動され、圧縮室内に吸入されるガス量を抑制するように作用する。従って、特許文献１に開示された技術は高速回転時における冷房能力の過剰を防止することができる。

特許文献２は、油量調整弁としてスプール式絞り弁の構成を開示している。即ち、弁本体の圧油通路の途中に圧油通路よりも大径、かつ圧油通路と同軸の弁体室が形成される。弁体室には、圧油通路よりも大径の有底筒状の弁体が圧油の流れに押されて所定距離だけ摺動可能に内装されている。弁体の底壁には、圧油通路の軸線に対して偏心した貫通孔が設けられている。

圧油が圧油通路内を弁体の底壁側から開口側へ流れると、弁体は圧油によって移動され、弁体の底壁が弁体室の壁面から離れる。このため、圧油は弁体の貫通孔の開口面積分だけ流れることができる。一方、圧油が圧油通路内を弁体の開口側から底壁側へ、即ち前記と反対方向へ流れると、弁体が前記と反対側へ移動し、弁体の底壁が弁体室の壁面に当接する。貫通孔は圧油通路に対して偏心しているため、貫通孔の一部が閉鎖され、貫通孔の開口面積が絞られて圧油の流れの流量を減少する。従って、特許文献２に開示された技術は正逆方向に流れる圧油の流量を１つの油量調整弁によって異なる流量に調整することができる。

実開平２−１３７５８８号公報 実開昭５７−４８３６７号公報

特許文献１に開示された技術は、高速回転時に流量が増大した吸入ガスの圧力によってリード弁が回動し、弁部が吸入ポート又は流入口の一部を閉鎖して吸入ガスの通路を絞る構成である。また、低速回転時にはリード弁が開いて吸入ガスの通過流量を増加するように作用する。しかし、リード弁が開いた時、吸入ガスは弁部の周囲を回り込んで吸入ポート又は流入口を通過しなければならないため、弁部が抵抗となり充分な流量を確保することができないという問題がある。

また、前記した理由から、高速回転時に吸入ガスの流量を充分に絞ろうとすれば、低速回転時における吸入ガスの通路が狭まり、逆に低速回転時における吸入ガスの通路を広げようとすれば、高速回転時における吸入ガスの通路を充分に絞れないと言う矛盾した現象が生じやすく、吸入ガスの流量調整が難しい。従って、特許文献１に開示された技術では、低速回転時から高速回転時の全ての領域における適切な吸入ガス量の確保が困難である。

特許文献２に開示された技術は、圧油通路に対し偏心させた貫通孔を備える筒状の弁体により圧油の流れを絞る構成である。しかし、弁体による絞り効果は圧油通路を正逆方向に流れる圧油の内、一方の流れの場合にのみ生じ、しかも一方の流れに対しては常に同一の絞り効果を生じさせる構成である。また、絞り効果を解消するためには圧油の流れを反転させて他方向に変更しなければならない。従って、特許文献２に開示された技術では、低速回転領域から高速回転領域に亘って一方向に流れる冷媒ガスの流量調整を必要とする回転式圧縮機に適用することは困難である。

本願発明は、回転式圧縮機の圧縮室に吸入される冷媒ガスの流量を低速回転領域と高速回転領域とで適切に制御できるようにすることを目的とする。

請求項１に記載の本願発明は、吸入ポートと吸入通路と吸入室を含む冷媒ガスの吸入部、前記冷媒ガスの圧縮機構を含む圧縮部及び吐出ポートと吐出通路と吐出室を含む冷媒ガスの吐出部を備えた回転式圧縮機において、前記吸入部に弁座及び前記弁座に対して接近及び離間可能な弁体からなる絞り弁を配設し、前記弁座及び弁体にそれぞれ前記冷媒ガスの流通方向に貫通する貫通孔を形成し、少なくとも前記弁座及び弁体のいずれか一方の貫通孔の中心軸線を前記吸入部の中心軸線から偏心して配設し、前記弁体を弾性体からなるリード弁によって構成し、前記弁座を前記リード弁が当接する剛体の弁座によって形成し、前記弁体を前記弁座から離間する方向に付勢するとともに前記冷媒ガスの流量増加により前記弁座に接近させたことを特徴とする。

請求項１記載の本願発明によれば、低速回転領域では弁体が弁座から離間するとともに弁体の貫通孔の存在により冷媒ガスの流動抵抗が少なく、冷媒ガスが充分な吸入量となるように調整される。一方、高速回転領域では弁体が弁座に当接することにより貫通孔の開口面積が絞られ、冷媒ガスが適切な吸入量に調節される。この結果、低速回転領域から高速回転領域に至る全回転領域において最適な冷房能力を得ることができる。
また、前記弁体を弾性体からなるリード弁によって構成し、前記弁座を前記リード弁が当接する剛体の弁座によって形成したことを特徴とするため、既知のリード弁に貫通孔を形成すれば足りるため、絞り弁を容易に得ることができる。

請求項２に記載の本願発明は、前記弁座及び弁体を備えた絞り弁をユニット化したことを特徴とするため、回転式圧縮機へ絞り弁を取り付ける作業が容易となる。また、既存の圧縮機へも容易に装着することができる。

請求項３に記載の本願発明は、前記弁座は前記吸入部と別体で形成され、前記吸入部に装着されることを特徴とするため、弁座及び弁体の貫通孔の形成位置が自由となり、貫通孔の絞り量の設定が容易となる。

請求項４に記載の本願発明は、前記弁座及び弁体の通孔を真円によって形成したことを特徴とするため、弁体の貫通孔の絞り量を最も大きくすることができる。

請求項５に記載の本願発明は、前記弁座及び弁体の通孔を楕円によって形成したことを特徴とするため、低速回転領域において冷媒ガスが通過する貫通孔の開口面積を大きく取ることができる。

本願発明は、回転式圧縮機において、低速回転領域では冷媒ガスの充分な吸入量を確保して適切な冷房能力を発揮し、高速回転領域では冷媒ガスの吸入量を減少して過剰な冷房能力の発生を防止することができる。

本発明の実施形態を示すベーン式圧縮機の縦断面図である。 図１の絞り弁を拡大表示したもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。

図１および図２に示した本実施形態は以下のように構成される。図１に示すように、ベーン式圧縮機のハウジング１は図の左方に位置するフロントハウジング２に図の右方に位置する有底筒状のリヤハウジング３が接合された状態で一体に形成されている。リヤハウジング３のフロント側内部には楕円筒状の内周面４を有するシリンダブロック５が収容され、その前後両端面にはフロントサイドプレート６及びリヤサイドプレート７が嵌合し、固定されている。フロントサイドプレート６及びリヤサイドプレート７には回転軸８がラジアルベアリング９を介して支持されている。

回転軸８にはシリンダブロック５内に位置するようにロータ１０が嵌合し、固定されている。このロータ１０には複数箇所に放射状にベーン溝１１が形成され、各ベーン溝１１にはベーン１２が出没可能に収容されている。シリンダブロック５の内周面４とロータ１０の外周面との間に形成された三日月状の空間は、前記ベーン１２により複数の作動室１３に区画形成されている。なお、図示されていないが、作動室１３を形成する三日月状の空間は回転軸８に対して対象となる位置に２箇所形成されている。ロータ１０、ベーン溝１１及びベーン１２は本願発明における冷媒ガスの圧縮機構を構成する。また、前記圧縮機構に作動室１３を含めて本願発明の圧縮部を構成する。

ロータ１０が回転すると、ベーン１２の先端面が遠心力によりシリンダブロック５の内周面４に接触する。ロータ１０の回転方向に関して作動室１３が容積を拡大する行程が吸入行程となり、減少する行程が圧縮行程となる。前記吸入行程中の作動室１３はシリンダブロック５に設けた吸入通路１４及び吸入通路１４に連通するフロントサイドプレート６に設けた吸入通路１５を通してフロントハウジング２内の吸入室１６と連通されている。吸入室１６は図示しない外部冷媒回路に接続する吸入ポート１７と連通し、冷媒ガスを吸入する。

シリンダブロック５の外周部にはリヤハウジング３及び両サイドプレート６、７とともに吐出室１８が区画形成されている。シリンダブロック５には圧縮行程中の作動室１３と吐出室１８とを連通する複数の吐出口１９が形成されている。これらの吐出口１９は吐出弁２０により開閉可能となっている。なお、吐出弁２０はリテーナ２１により開放位置が規制される。

リヤサイドプレート７には回転軸８の方向に貫通した小径の絞り通路２２が形成され、吐出室１８に連通している。また、リヤサイドプレート７のリヤ側の側面には、溝加工された吐出通路２３が形成されている。吐出通路２３は一端が絞り通路２２に連通するとともに他端がリヤサイドプレート７とリヤハウジング３との間に形成された貯油室２４に連通している。貯油室２４はリヤハウジング３に形成した吐出ポート２５により外部冷媒開路（図示せず）と連通している。

貯油室２４内の上部には、吐出通路２３から供給される冷媒ガス中のミスト状の潤滑油を分離するために油分離器２６が設けられている。油分離器２６を構成するケース２７はリヤサイドプレート７に対し回転軸８のリヤ側端部及び吐出通路２３を覆うように固定されている。ケース２７は有底円筒状の油分離室２８とその上部に嵌合固定された円筒状の油分離筒２９とを備え、油分離室２８の底面に貯油室２４と連通する油通路３０を有する。また、ケース２７には回転軸８の方向に貫通する通路３１が形成されている。通路３１は、一端が吐出通路２３の下方側出口３２に連通し、他端が油分離筒２９の外周面に指向されている。吐出室１８、吐出口１９、絞り通路２２、吐出通路２３、吐出ポート２５及び通路３１は本願発明の吐出部を構成する。

なお、ケース２７の油通路３０の下方部分には、リヤ側から見て屋根型（図示せず）に形成された油の案内板３３が軸方向に突出して設けられている。案内板３３は油分離室２８の油通路３０から滴下する油を下方へ案内するとともに貯油室２４に貯留された油面を安定化する機能を有する。また、リヤサイドプレート７には油供給通路３４が形成され、貯油室２４に貯留された油をラジアルベアリング９及びベーン溝１１等に導入して潤滑を行う。

絞り弁５０はベーン式圧縮機の吸入ポート１７に設けられている。吸入ポート１７は上流の入口側が吸入ポート１７の中心軸線Ｘ３と同一の中心軸線を有する大径の吸入通路５１に形成されている。吸入通路５１は吸入ポート１７との接続部を段差状に形成され、図の右側部分（図１、図２（ａ）参照）が高台座部５２に形成され、左側部分が低台座部５３に形成されている。

高台座部５２には、板状の弁座５４及び本願発明の弁体に相当するリード弁５５の基端側がボルト５６によって固定されている。弁座５４及びリード弁５５は略長方形状（図２（ａ）参照）に形成され、吸入ポート１７を完全に覆うことができる寸法を有している。弁座５４は剛体からなり、湾曲状に塑性変形されて先端側が低台座部５３上に当接されている。また、弁座５４には貫通孔５７が形成され、貫通孔５７は吸入ポート１７及び吸入通路５１の中心軸線Ｘ３に対して偏心した中心軸線Ｘ１を有する。リード弁５５は弾性体からなり、図１の実線にて示されるように、変形しなければほぼ平面状態に維持される。従って、リード弁５５は通常の状態で弁座５４から一定距離だけ離間している。リード弁５５には貫通孔５８が形成され、貫通孔５８は中心軸線Ｘ１と異なる位置となるように中心軸線Ｘ３から偏心された中心軸線Ｘ２を有する。

この場合の一定の距離とは、弁座５４及びリード弁５５による絞り作用が生じない距離である。なお、吸入通路５１の中心軸線Ｘ３に対する貫通孔５７の中心軸線Ｘ１及び貫通孔５８の中心軸線Ｘ２の偏心距離はベーン式圧縮機の運転時に必要な絞り量に応じて種々設定することができる。また、貫通孔５７、５８の開口面積は同一に設定してあるが、必要に応じて異なる面積となるように設定してもよい。異なる開口面積の採用は絞り量を設定するための自由度を高めることができる。

以上のように構成された本実施形態は以下のように作用する。
ベーン式圧縮機の一般的な動作を説明すると、回転軸８がエンジンの動力により回転されるため、ロータ１０及びベーン１２が回転され、吸入ポート１７から吸入室１６に流入した冷媒ガスは吸入通路１５及び１４を介して吸入行程中の作動室１３に吸入される。作動室１３内の冷媒ガスは、圧縮行程に入った作動室１３の容積減少により圧縮される。圧縮された冷媒ガスは吐出口１９及び吐出弁２０を介して吐出室１８に吐出される。

冷媒ガスが吐出室１８へ間欠的に吐出されることにより発生する吐出脈動は、吐出された冷媒ガスが絞り通路２２を介して吐出通路２３に流入することにより抑制される。吐出通路２３を流れる冷媒ガスは油分離器２６の通路３１から油分離筒２９の外周面に吹き付けられ、油分離筒２９の外周を旋回しながら油分離室２８へ導かれる。このため、冷媒ガスから油が分離され、分離された油は油通路３０から貯油室２４内へ滴下される。油を分離された冷媒ガスは油分離筒２９の内部を通して上方へ流れ、貯油室２４の上部空間から吐出ポート２５に導入される。

ベーン式圧縮機はエンジンの回転数に比例して低速回転領域から高速回転領域の間を変動している。リード弁５５はベーン式圧縮機の低回転領域において、自身の弾性力により平面状態を維持し、弁座５４から離間している。従って、冷媒ガスは貫通孔５８及び５９の開口面積全域を流通することができるので、充分な流量を吸入室１６へ吸入することができる。このため、ベーン式圧縮機は低速回転領域における冷媒ガスの必要な流量を十分確保することができる。

一方、ベーン式圧縮機が高速回転領域で運転される場合、流量が増加した冷媒ガスの圧力により、リード弁５５は図２（ａ）の実線にて示すように、自身の弾性力に抗して吸入通路５１の下流側に撓み、弁座５４に近接する。偏心した貫通孔５８は偏心した貫通孔５７に重なるため、冷媒ガスの通過可能な開口面積Ｓ３（図２（ｂ）参照）が大きく絞られ、冷媒ガスの通過流量が抑制される。従って、絞り弁５０の入口に流入する高流量の冷媒ガスは絞り弁５０によって予め設定された低流量に調整されて吸入室１６に吸入され、過剰な冷房能力の発生が防止される。このように、本実施形態は貫通孔５８を有するリード弁を用いて絞り弁を構成することによって、簡単な構成によりベーン式圧縮機の全回転領域において適切な冷房能力を得ることができる。また、冷媒ガスは貫通孔５７及び５８を流通するため、流動抵抗が減少される。

このように、本実施形態におけるベーン式圧縮機は低速回転領域から高速回転領域に至る全領域において冷媒ガスの適切な吸入量を確保し、最適な冷房能力を得ることができる。

前記した本実施形態は以下の作用効果を有する。
（１）低速回転領域及び高速回転領域における冷媒ガスの吸入量を適切に制御することができるので、全回転領域において最適な冷房能力が得られる。
（２）絞り弁５０の弁座５４及びリード弁５５は、吸入通路５１の中心軸線Ｘ３に対して偏心させた中心軸線を有する貫通孔５７、５８を備えているため、冷媒ガスの流動抵抗が少なく、効率の良い絞り機能が得られる。
（３）弁座５４及びリード弁５５の貫通孔５７、５８は吸入通路５１に対して共に偏心させた構成であるため、絞り量の設定における自由度を高めることができる。
（４）弁座５４及びリード弁５５の貫通孔５７、５８を真円に形成するため、絞り弁５０の構成が簡素化され、かつ小型化され、ベーン式圧縮機への搭載性を向上させることができる。

本願発明は、前記した実施形態の構成に限定されるものではなく本願発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、次のように実施することができる。

（１）本実施形態では、弁座５４及びリード弁５５の各貫通孔５７、５８の中心軸線Ｘ１、Ｘ２を共に吸入ポート１７の中心軸線Ｘ３から偏心させた構成として説明したが、本願発明は弁座又は弁体のいずれか一方の貫通孔の中心軸線のみを偏心させた構成としても本願発明の作用効果を得ることができる。
（２）本実施形態では、吸入部を構成する吸入ポート１７から独立した別体構成の弁座５４が吸入ポート１７に装着される構成であるが、吸入ポート１７の内壁の一部を加工して弁座を構成することが可能である。この場合、弁座に形成される貫通孔は吸入ポート１７を兼用することになるため、弁座の貫通孔の中心軸線は吸入ポート１７の中心軸線と一致し、弁体の貫通孔の中心軸線のみが偏心する。
（３）弁座５４及びリード弁５５を備えた絞り弁５０をユニット化しても良く、これによりベーン式圧縮機へ絞り弁５０を取り付ける作業が容易となる。また、既存の圧縮機へも容易に装着することができる。

（４）本実施形態あるいは変更例によって説明した絞り弁５０は、本願発明の吸入部に該当する例えば図１に示した吸入通路１４及び１５あるいは吸入室１６に配設することが可能である。
（５）弁座５４及びリード弁５５の各貫通孔５７、５８あるいは吸入ポート１７及び吸入通路１４、１５、５１は真円に限らず楕円あるいは角孔に形成することが可能である。貫通孔５７及び５８が楕円形状に形成されている場合、冷媒ガスの通路となる貫通孔５７の開口面積（貫通孔５８も同様）を真円の場合に比して大きくすることができ、小型化された絞り弁においても冷媒ガスの流量確保が容易になる。
（６）本願発明は、ベーン式圧縮機に限らず、スクロール式圧縮機、スクリュー式圧縮機あるいはルーツ式圧縮機等の回転式圧縮機において実施することができる。

１ ハウジング
２ フロントハウジング
３ リヤハウジング
８ 回転軸
１０ ロータ
１１ ベーン溝
１２ ベーン
１３ 作動室
１４、１５、５１ 吸入通路
１６ 吸入室
１７ 吸入ポート
１８ 吐出室
２５ 吐出ポート
５０ 絞り弁
５４ 弁座
５７、５８ 貫通孔
５５ リード弁
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 開口面積
Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３ 中心軸線

Claims (5)

1. 吸入ポートと吸入通路と吸入室を含む冷媒ガスの吸入部、前記冷媒ガスの圧縮機構を含む圧縮部及び吐出ポートと吐出通路と吐出室を含む冷媒ガスの吐出部を備えた回転式圧縮機において、
   前記吸入部に弁座及び前記弁座に対して接近及び離間可能な弁体からなる絞り弁を配設し、前記弁座及び弁体にそれぞれ前記冷媒ガスの流通方向に貫通する貫通孔を形成し、少なくとも前記弁座及び弁体のいずれか一方の貫通孔の中心軸線を前記吸入部の中心軸線から偏心して配設し、前記弁体を弾性体からなるリード弁によって構成し、前記弁座を前記リード弁が当接する剛体の弁座によって形成し、前記弁体を前記弁座から離間する方向に付勢するとともに前記冷媒ガスの流量増加により前記弁座に接近させたことを特徴とする回転式圧縮機における冷媒ガスの吸入量制御装置。
2. 前記弁座及び弁体を備えた絞り弁をユニット化したことを特徴とする請求項１に記載の回転式圧縮機における冷媒ガスの吸入量制御装置。
3. 前記弁座は前記吸入部と別体に形成され、前記吸入部に装着されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転式圧縮機における冷媒ガスの吸入量制御装置。
4. 前記弁座及び前記弁体の通孔を真円によって形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の回転式圧縮機における冷媒ガスの吸入量制御装置。
5. 前記弁座及び前記弁体の通孔を楕円によって形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の回転式圧縮機における冷媒ガスの吸入量制御装置。

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