(57)【要約】  摺動部の潤滑およびシール性能を確保し、高圧側貯油量を低減した自然冷媒低圧シェル型ロータリ圧縮機を得るために、ロータリ圧縮機は、低圧密閉容器内に設けられ、ベーンを有するロータリ型の冷媒圧縮機構と、冷媒から潤滑油を分離する油分離要素と、分離された潤滑油を、圧縮機構のベーン背圧室ならびにクランク軸、軸受、シリンダ、ピストンおよびベーン間の給油隙間に供給する給油経路とを備えている。ベーン飛びを抑え、摺動部の潤滑確保、摺動部のシール性能確保および高圧側に貯蔵する油量の低減を同時に満たし、高信頼性、低コスト、高性能、少冷媒量となる。
2009028261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部冷媒回路に吸入管および吐出管で接続され、低圧の冷媒を封入する密閉容器と、上記密閉容器内に設けられた電動機と、上記密閉容器内に設けられ、低圧の冷媒を吸入し圧縮する圧縮機構とを備え、
上記圧縮機構は、上記電動機に連結されて軸受で支持されたクランク軸、上記クランク軸によって駆動され、シリンダ内を偏心回転する回転ピストン、シリンダ内に吸入室および圧縮室を形成し、背後にベーン背圧室を形成するベーンを有し、上記圧縮室から吐出する圧力を調整する吐出弁と高圧吐出マフラ、上記圧縮室から高圧の冷媒が外部冷媒回路へ導く前に経由する油分離要素を１個以上備え、そのうち、少なくとも１個の油分離要素は前記高圧吐出マフラの機能を兼ねる、さらに、少なくとも１個の油分離要素から分離した潤滑油を上記ベーン背圧室に供給する給油手段と給油経路を備えたことを特徴とするロータリ圧縮機。
【請求項２】
外部冷媒回路に吸入管および吐出管で接続され、低圧の冷媒を封入する密閉容器と、上記密閉容器内に設けられた電動機と、上記密閉容器内に設けられ、低圧の冷媒を吸入し圧縮する第１圧縮機構、第１圧縮機構で昇圧した中間圧の冷媒を吸入し圧縮する第２の圧縮機構とを備え、
上記第１及び第２の圧縮機構は、上記電動機に連結されて軸受で支持されたクランク軸、上記クランク軸によって駆動され、シリンダ内を偏心回転する回転ピストン、シリンダ内に吸入室および圧縮室を形成し、背後にベーン背圧室を形成するベーンを有し、上記圧縮室から吐出する圧力を調整する吐出弁を備え、上記第２の圧縮機構により圧縮した高圧の冷媒が外部冷媒回路へ吐出される前に経由する油分離要素を１個以上備え、そのうち、少なくとも１個の油分離要素は上記油分離要素で分離した潤滑油を上記ベーン背圧室への給油経路および上記軸受隙間と上記給油隙間との少なくともいずれか一方に供給する給油経路が、上記中間プレート内に形成されていることを特徴とするロータリ圧縮機。
。
【請求項３】
上記圧縮機構が中間プレートで仕切られた第１および第２の圧縮機構を備えた二段式圧縮機構であり、
上記第１の圧縮機構の吐出弁および圧縮した冷媒を吐出する空間が、上記中間プレート内に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のロータリ圧縮機
【請求項４】
上記油分離要素は、前記密閉容器と圧力的に区画された同一空間内に、上記吐出弁、油分離機能、及び、油貯蔵部を備えて、高圧吐出マフラの機能を兼ねることを特徴とする請求項１または２に記載のロータリ圧縮機。
【請求項５】
上記圧縮室から高圧の冷媒を外部冷媒回路へ導く前に経由する上記油分離要素の少なくとも１個からは分離した潤滑油を上記ベーン背圧室に供給する給油手段と給油経路、さらに、上記給油経路以外で上記圧縮機構の給油隙間に供給する給油経路とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のロータリ圧縮機。
【請求項６】
上記密閉容器側に低圧の潤滑油、及び、上記油分離要素側と高圧の潤滑油をそれぞれ油貯蔵部を有し、上記油分離要素側の油貯蔵部の油貯蔵量が所定値以上になったときに、冷媒を上記密閉容器側の油貯蔵部に戻す油戻し経路を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のロータリ圧縮機。
【請求項７】
上記密閉容器側に潤滑油を貯蔵する油貯蔵部を備え、上記油貯蔵部の油貯蔵量が所定値以上になったときに、冷媒を、上記密閉容器内を経由して、上記圧縮機構の上記シリンダ内に低圧の冷媒を吸入する経路に、混入させる手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のロータリ圧縮機。
【請求項８】
上記油分離要素が、上記圧縮機構の上記クランク軸の軸端に設けられ、上記油分離要素内で回転して、上記油分離要素内に旋回流れを発生させる回転体を備えて遠心分離機能を促進することを特徴とする請求項１または２に記載のロータリ圧縮機。
【請求項９】
上記圧縮機構により圧縮した高圧の冷媒が外部冷媒回路へ吐出される前に経由する油分離要素を複数個有し、そのうち２個以上の油分離要素を直列に配管接続したことを特徴とする請求項１または２に記載のロータリ圧縮機。
【請求項１０】
上記２個の油分離要素が直列に配管接続され、前段油分離要素の油貯蔵部の側面には、所定の高さに前記配管に繋がる吐出口が設けられ、前記の油貯蔵部の油面高さが所定以上のとき前記配管から冷媒といっしょに後段油分離要素に吐出される油面高さ調整機能を有することを特徴とする請求項９に記載のロータリ圧縮機。
【請求項１１】
上記冷媒の主成分は炭酸ガスまたは炭化水素ガスであり、かつ、上記潤滑油の主成分はポリアルキルグリコールであることを特徴とする請求項１または２に記載のロータリ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロータリ圧縮機に関し、特に自然冷媒低圧シェル型のロータリ圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロータリ圧縮機は、小型化が可能なこと、また、構造が簡単であることから、冷凍冷蔵庫、空調機、ヒートポンプ式給湯機等に広く用いられている（非特許文献１参照）。近年、地球温暖化防止を図る観点から、フロンに代わる新たな冷媒として、オゾン層破壊係数がゼロで地球温暖化係数の小さな自然冷媒が注目されており、特に、毒性がなくて不燃性の二酸化炭素（ＣＯ2）冷媒と、可燃性であるが冷媒特性に優れた炭化水素（ＨＣ）冷媒が期待されている。表１には、フロン冷媒（Ｒ２２、Ｒ４１０Ａ）とＨＣ冷媒（イソブタン、プロパン）、ＣＯ2冷媒を用いたロータリ圧縮機の運転条件を比較表として示し、Ａｓｈｒａｅ−Ｔ条件基準（凝縮温度（ＣＴ）／蒸発温度（ＥＴ）＝５４．４／７．２［℃］℃］、サブクール／スーパ−ヒート＝８．３／２７．８［Ｋ］）から圧縮機吸入温度（Ｔｓ）＝３５℃、膨張弁前温度（Ｔｅｘｐ）＝４６．１℃の条件での圧縮機の運転条件を示す。【０００３】
図１の表１のようにフロン冷媒を用いた圧縮機に比べて、ＣＯ2冷媒を用いた圧縮機は動作圧力が高い。例えば、ヒートポンプ式給湯機の吸入圧力（Ｐｓ）は４ＭＰａ、吐出圧力（Ｐｄ）は１０ＭＰａ程度である。そのため、従来のロータリ圧縮機ではシリンダ内で偏心回転する回転ピストンに圧接してシリンダ内を吸入室（低圧）と圧縮室（低圧から高圧）に仕切っているベーンに大きな押しつけ荷重がかかる問題があった。また、高圧シェル型圧縮機の密閉容器は吐出圧力（Ｐｓ）に耐えうる強度が必要なため、肉厚が増して重量とコストが上昇する問題があった。その解決策として、低圧シェル型二段ロータリ圧縮機で、高圧冷媒を油分離器で分離した油をベーン背圧室に導入する発明が提案されている（例えば特許文献１参照）。【０００４】
ロータリ圧縮機を低圧シェル化するためには大きな課題が３つあり、（１）ベーン飛びを抑えること、（２）摺動部の潤滑性能の確保、（３）漏れシール性能の確保が必要である。【０００５】
特許文献１記載の発明により課題（１）は解決したが、低圧の密閉容器内の潤滑油を圧縮機構部に給油する構造のため課題（２）と（３）は未解決であった。【０００６】
一方、炭化水素は摺動部潤滑性能、漏れシール性能、理論冷凍サイクルＣＯＰの観点からフロン冷媒と同等の冷媒特性を備えており、しかも従来のフロン冷媒と同等圧力で動作可能である。既にイソブタンを用いた冷凍冷蔵庫が量産されているが、可燃性冷媒の危険性から、国際規格で冷媒許容充填量が制限されている（非特許文献２参照）。例えば、ＩＥＣ規格によると、家庭用エアコンに充填できる炭化水素冷媒量は約１５０ｋｇ以内となる。【０００７】
この解決手段としても密閉容器の低圧シェル化は有効であり、密閉容器内の冷媒と貯蔵した潤滑油の運転時の圧力を低く抑えて、潤滑油に溶け込んだ冷媒量と溶け込まない冷媒量をともに低減することができる。【０００８】
特許文献２には、密閉容器内に圧縮機構部を備え、該圧縮機構部にて圧縮された冷媒を冷媒吐出管により密閉容器外に吐出するロータリ圧縮機において、冷媒吐出管に接続された油分離器、油分離器の油戻し管を密閉容器内に連通させる構造が開示されている。この提案においては、高圧の油分離器側に貯まる油量を調整する手段を備えていないため、高圧側油量が増加しすぎると潤滑油に溶解する冷媒量が増えるので、冷媒を所定より多めに充填しなければならないので冷媒封入量を低減する効果が得られない可能性がある。一方、高圧側油量が減少しすぎると、高圧の冷媒を低圧側に戻すことになり、性能が急激に低下することが危惧される。以上より低圧シェル型圧縮機においてＨＣ冷媒充填量を低減するためには課題として、（４）高圧側に貯蔵する油量を適量に調整する手段が必要である。【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２００５０４号公報
【特許文献２】特開２００４−２３９２０４号公報
【非特許文献１】財団法人日本冷凍空調学会編、上級標準テキスト冷凍空調技術：冷凍編（平成１２年）第１００頁
【非特許文献２】財団法人ヒートポンプ・蓄熱センター編、ノンフロン技術：自然冷媒の新潮流（平成１６年）第１７２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従ってこの発明の目的は、（２）摺動部（軸受、ベーン）の潤滑性能確保、（３）回転ピストン及びベーンのシール性能確保、（４）高圧側に貯蔵する油量低減の３つの課題を解決し、ＣＯ2冷媒あるいはＨＣ冷媒を用いた低圧シェル型ロータリ圧縮機を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するため、本発明のロータリ圧縮機は、外部冷媒回路に吸入管および吐出管で接続され、低圧の冷媒を封入する密閉容器と、上記密閉容器内に設けられた電動機と、上記密閉容器内に設けられ、低圧の冷媒を吸入し圧縮する圧縮機構とを備え、上記圧縮機構は、上記電動機に連結されて軸受で支持されたクランク軸、上記クランク軸によって駆動され、シリンダ内を偏心回転する回転ピストン、シリンダ内に吸入室および圧縮室を形成し、背後にベーン背圧室を形成するベーンを有し、上記圧縮室から吐出する圧力を調整する吐出弁と高圧吐出マフラ、上記圧縮室から高圧の冷媒が外部冷媒回路へ導く前に経由する油分離要素を１個以上備え、そのうち、少なくとも１個の油分離要素は前記高圧吐出マフラの機能を兼ねる、さらに、少なくとも１個の油分離要素から分離した潤滑油を上記ベーン背圧室に供給する給油手段と給油経路を備えたことを特徴とするロータリ圧縮機である。
【発明の効果】
【００１２】
このような構成を備えた自然冷媒（ＣＯ2冷媒及びＨＣ冷媒）低圧シェル型ロータリ圧縮機は、（１）ベーン飛びを抑えること、（２）摺動部の潤滑性能確保、（３）摺動部のシール性能確保、（４）高圧側に貯蔵する油量の低減の要求を同時に満たし、高信頼性化、低コスト化、高性能化、及び冷媒量の低減が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】フロン冷媒、ＨＣ冷媒、ＣＯ2冷媒を用いたロータリ圧縮機の運転条件を比較して示す表である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るロータリ圧縮機の全体構成を示す組立て図である。（実施の形態１）
【図３】図１のロータリ圧縮機の第１の圧縮機構の構成を示す概略横断面図である。（実施の形態１）
【図４】図２に示す高段側の圧縮機構における給油隙間を誇張して示す横断面図である。（実施の形態１）
【図５】図２に示す高段側の圧縮機構における給油隙間を誇張して示す縦断面図である。（実施の形態１）
【図６】プロパン冷媒を用いた場合の本発明のロータリ圧縮機の効果を従来技術と比較して示す表である。（実施の形態１）
【図７】ＣＯ2冷媒を用いた場合の本発明のロータリ圧縮機の効果を従来技術と比較して示す表である。（実施の形態１）
【図８】この発明の実施の形態２に係るロータリ圧縮機の全体構成を示す組立て図である。（実施の形態２）
【図９】この発明の実施の形態３に係るロータリ圧縮機の全体構成を示す組立て図である。（実施の形態３）
【図１０】この発明の実施の形態４に係るロータリ圧縮機の全体構成を示す組立て図である。（実施の形態４）
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明をベーン式ロータリ圧縮機に適用した例として複数の実施の形態を説明する。なお、以下の説明では、「低圧」、「中間圧」および「高圧」の用語を用いるが、これらは冷媒圧力について、相対的な大きさの程度を表したものであって、絶対的な値を示すものではない。「低圧」、「中間圧」および「高圧」は、それぞれ第１段圧縮前の圧力、第１段圧縮後で第２段圧縮前の圧力および第２段圧縮後の圧力を表すものである。また、二段圧縮機は、密閉容器内の圧力レベルによって大きく三種類に分類される。密閉容器内圧力（但し、ここでは密閉容器の主要部分の圧力を指す。部分的に圧力が異なる場合もある。）が蒸発器圧力、または、第１の圧縮機構の吸入圧力に等しい場合は「低圧シェル型」、第１の圧縮機構の吐出圧力、または、第２の圧縮機構の吸入圧力に等しい場合は「中間圧シェル型」、ガスクーラ（超臨界以下で用いる場合はフロン冷媒と同様の凝縮器）圧力、または、第２の圧縮機構の吐出圧力に等しい場合は「高圧シェル型」である。
また、二段圧縮機で第１の圧縮機構とは低段側圧縮機構、第２の圧縮機構とは高段側圧縮機構を意味する。
【実施の形態１】
【００１５】
図２は本発明の実施の形態１による低圧シェル型二段ロータリ圧縮機の全体構成を示す組立て図である。本発明のロータリ圧縮機は、密閉容器８と、密閉容器８内に設けられた電動機９と、電動機９によって駆動されるクランク軸６と、クランク軸６の両端を支持する長軸側軸受７ａと短軸側軸受７ｂと、第１及び第２の圧縮機構１０、２０を備え、密閉容器８外に油分離要素４０を備えている。
【００１６】
図３は図２に示す低段側圧縮機構（第１の圧縮機構）の構成を示す横断面図である。高段側圧縮機構（第２の圧縮機構）の構成も低段側と同様であり、括弧内の参照符号で示す。クランク軸６が軸心６ｄまわりに回転するに伴い、クランク軸偏心部６ａと低段側回転ピストン１２は低段側シリンダ１１内で偏心方向に接するように偏心しながら矢印で示す方向に回転する。ベーン位置を基点に圧縮方向に回転して、偏心方向の角度がシリンダ吸入口１５ａのときに圧縮を開始し、吐出圧力に達すると吐出弁１７が開いて冷媒ガスの吐出を開始する。なお、図３の横断面図に示す給油経路用穴５１ａと５１ｂの穴は実施の形態４で用いるものであり、本実施の形態１では不要である。
【００１７】
図４および図５は、図２に示す本発明の回転ピストン型二段ロータリ圧縮機の冷媒圧縮機の高段側の圧縮機構２０において給油される隙間を誇張して示す断面図である。給油される隙間の第１は、短軸側軸受７ｂとクランク軸６との間の軸受隙間７０ｂであり、クランク軸６の短軸部の表面は縦油溝５６ｃがある部分とない部分がある。縦油溝５６ｃのない軸受先端部分は、隙間シール部７３ａの機能を兼ねる。第２は圧縮機構２０の給油を受けるべき隙間である給油隙間である。給油隙間は、図示の例では、回転ピストン２２の上下端面が中間プレート５及び下側支持部材８２との間にそれぞれ形成するシール隙間７２ａ、７２ｂ、回転ピストン２２の偏心方向の周面とシリンダ２１の内周面との間のシール隙間７２ｃと、ベーン２４の側面とベーン２４を案内するシリンダ２１のベーン溝との間の摺動隙間２４ｃとを含むものである。図４および図５では、高段側の圧縮機構２０について説明した。低段側の圧縮機構１０も同様の構成であり説明を省略する。
【００１８】
図２において、低圧の冷媒は圧縮機吸入管１から一旦、密閉容器８内を経由したのちに、低段側吸入管１５ｂ（本実施の形態では、密閉容器８内に設置した電動機９の隙間を通る経路である密閉容器内の配管１５ｂ１と通らない密閉容器外の配管１５ｂ２を用いた）から第１の圧縮機構１０のシリンダ１１内の吸入室１５に吸入される。第１の圧縮機構１０により低圧から中間圧に圧縮された冷媒は、吐出弁１７から吐出マフラ１８ａに吐出される。中間圧の冷媒は、中間連結部４を経て第２の圧縮機構２０のシリンダ２１内の吸入室２５に吸入され、圧縮された後、高圧の冷媒として吐出弁２７から吐出マフラ２８ａに吐出される。高圧の冷媒は、高段側吐出管２６ｂから密閉容器８の外部にある油分離器４０の高圧容器４１内に入って潤滑油が分離され、油分離後の高圧冷媒は圧縮機吐出管２から図示してない冷媒回路高圧熱交換器（凝縮器）側に送られる。図示の例では、旋回流入による遠心分離とデミスタ４７を組み合わせた油分離方式が用いられている。
【００１９】
油分離後の高圧の潤滑油は一旦高圧容器４１内の油貯蔵部４２に貯蔵された後、給油調整穴４３から給油経路４４を通って低段側ベーン背圧室１４ａと高段側ベーン背圧室２４ａに送られる。給油経路４４に接続されたキャピラリ管４４ａには流量調整効果があり、逆止弁４４ｂは停止時にシリンダ内に潤滑油が溜まることを防ぐ。
【００２０】
低段側ベーン背圧室１４ａと高段側ベーン背圧室２４ａに送られた潤滑油は、中間プレート５に形成された給油経路５３内で絞り５２により減圧調整されてから、一旦、クランク軸６と中間プレート５内側で形成する空間５４に送られ、そこから、回転ピストン１２、２２それぞれのシリンダ内シール隙間７１、７２に給油される。シリンダ内シール隙間７１、７２は、高段側圧縮機構２０の回転ピストン２２については、図４および５に示されるように、回転ピストン端面と中間プレート６とのシール隙間７２ａ、回転ピストン端面と短軸側軸受７ｂとのシール隙間７２ｂ、回転ピストン偏心方向のシール隙間７２ｃに分類される。図２において、空間５４に供給された油は、高段側回転ピストンの端面と中間プレートとのシール隙間７０ａに給油される経路と、クランク軸偏心部６ａ、６ｂの表面に形成された縦油溝５６ｂ、軸受柔構造用溝５７に潤滑油が送られる。従って、回転ピストン１２、２２のシリンダ内シール隙間７０、７１には充分な量の油が潤沢に供給され、高いシール性能が確保できる。潤滑油はさらに、クランク軸６と長軸側軸受７ａおよび短軸側軸受７ｂとの間の軸受隙間７０ａおよび軸受隙間７０ｂを通って、低圧シェル型の密閉容器８内に流出し、油貯蔵部５８に潤滑油が貯蔵される。
【００２１】
このように、潤滑油の貯蔵部は、低圧シェルである密閉容器８側の油貯蔵部５８と、高圧の油分離器４０側の油貯蔵部４２とに分かれている。本発明ではＨＣ冷媒貯蔵量を低減するため、定常運転時に低圧シェル側の油貯蔵部５８に所定量（例えば２／３）の潤滑油が貯蔵され、高圧の油分離器側の油貯蔵部４２に所定量（例えば１／３）以下の潤滑油が貯蔵されるように給油経路の隙間や絞りを設計されている。これを実現するためには、以下の機能が必要である。
【００２２】
（１）高圧側潤滑油の漏れ低減
油分離器４０を含む給油経路内を循環する高圧側油がこの循環経路から流出する経路は、圧縮機吐出管２から外部回路に流出するか、クランク軸６と軸受７ａ、７ｂの軸受隙間７０ａ、７０ｂから密閉容器８内に流出するかのいずれかである。高圧側油量が安定するためには、油分離器４０の油分離効率が高いことと、軸受隙間７０ａ、７０ｂからの漏れが少ないことが必要である。軸受隙間７０ａ、７０ｂからの漏れを少なくするため、クランク軸６と軸受７ａ、７ｂの間に軸受シール部７３ａ、７３ｂを設ける。本実施の形態では軸受隙間７０ａ、７０ｂが軸受シール部７３ａ、７３ｂを兼ねる場合で示したが、独立して設けることもできる。軸受シール部７３は、隙間シール、ラビリンスシール、市販の回転運動用オイルシール（ＪＩＳ、Ｂ２４０２）やキャップシール（例えば、三菱電線製）がある。
【００２３】
（２）油面調整機能
油貯蔵のバランスが崩れる場合がありうるので、以下のような油面調整機能を設ける。
（例１）油分離器油貯蔵部４２の油面が許容値以上に上昇した場合
油面調整器４５が動作して潤滑油を油戻し回路４８を通って密閉容器８側へ戻す。図示の例では、油面調整器４５は、潤滑油中で浮力を有する浮き４５ａを備えていて、定常運転時には浮き５ａが差圧で下側に押し付けられていて油戻し回路４６に通ずる小穴４５ｂは塞がれているが、許容油面を超えると浮力が差圧に勝って浮き４５ａが浮き上がり、小穴４５ｂが開いて潤滑油が油戻し回路４８を通って密閉容器８側へ戻される。
【００２４】
あるいは、以下のような油面調整機能（例１’）を用いる。圧縮機吐出管２に開けた小穴に接続した細官３７が、油分離器油貯蔵部４２の油面が許容値以上に上昇した場合に、潤滑油を吸い上げて、冷媒といっしょに圧縮外の回路へ吐出することによって、油面高さを調整し油分離器油貯蔵量を所定量以下に保つ。
【００２５】
（例２）密閉容器８側の油面が許容値以上になる（油分離器４０側の潤滑油の枯渇が危惧される）場合
低段側吸入管１５ｂのうち密閉容器８内を通る配管１５ｂ１には油吸入用調整穴５９があけてあり、ここから潤滑油をインジェクション吸入して冷媒混合状態で圧縮機シリンダ内に供給し、潤滑性能とシール性能を維持する。また、低段側から吸入する潤滑油量が増加すると、いずれ油分離器４０内に溜まる潤滑油量が回復する。
【００２６】
（例３）密閉容器８側の油面が許容値以下になる（冷媒回路で滞留が危惧される）場合
クランク軸６の中空部６０の下端に油ポンプ用回転体６１が付けられており、密閉容器８側の油貯蔵部５８の底にある潤滑油を汲み上げ、中空部６０の上端の貫通穴６２から電動機下側に潤滑油を拡散させ、低段吐出マフラ１８のフタ１８ｂの上面に形成した油だまり６３の潤滑油を低段吸入管である配管１５ｂ１の油面調整用きり穴５９から吸入して冷媒と混合した状態で圧縮機シリンダ内に供給し、潤滑性能とシール性能とを保持する。
【００２７】
（例４）さらに、低段側吸入管１５ｂ２に開けた小穴に接続した細管３９が、密閉容器内油貯蔵部５８の底まで導かれており、密閉容器８側の油面が許容値以下になる（冷媒回路で滞留が危惧される）場合においても、吸入管１５ｂ２の油面調整用穴５９から一定量の潤滑油を吸入して冷媒といっしょに圧縮機シリンダ内に供給し、潤滑性能とシール性能とを保持する。
【００２８】
この実施の形態１では、冷媒が密閉容器８内を経由して低段側シリンダ内に吸入される経路として、密閉容器内に設置した電動機の隙間を通る経路である配管１５ｂ１と、一旦、密閉容器から外部に出て電動機の隙間を通らない経路１５ｂ２の二つの経路を設けた。後者の経路には開度を調整するバルブ３２が付いており、二つの経路を通る流量の割合を調整して、低段側に吸入される冷媒の温度を調整する。
【００２９】
図６の表２はプロパン冷媒を用いた場合の本発明の効果を示す。Ａｓｈｒａｅ−Ｔ条件基準で１ｋｗ入力相当で空調用圧縮機を設計する。潤滑油はパラフィン系鉱油を用いて、密閉容器（低圧側）油貯蔵部の圧力は０．５９ＭＰａ、油温は５０℃、冷媒溶解度１５ｗｔ％、密閉容器（高圧側）油貯蔵部の圧力は１．８８ＭＰａ、温度は８０℃、冷媒溶解度３３ｗｔ％、である。従来一般の（例えば特開２００６−２００５０４の方法の比較例１に示すような）高圧シェル型二段ロータリ圧縮機である。従来の発明１とは特開２００６−２００５０４の方法に従って設計した低圧シェル型二段ロータリ圧縮機である。実施の形態１で設計した場合は、圧縮機効率７５％、体積効率９０％、圧縮機内冷媒量７２ｇと予測される。従来一般例の高圧シェル型ロータリ圧縮機に比べると、圧縮機効率と体積効率は同等を維持しながら、圧縮機内冷媒封入量を約１／２に低減し、密閉容器肉厚を約１／２に低減できる。また、従来の発明１の低圧シェル型ロータリ圧縮機に比べると、圧縮機効率と体積効率を約１０％改善でき、圧縮機内冷媒封入量を一定に保つことができる。
【００３０】
図７の表３はＣＯ2冷媒を用いた場合の本発明の効果を示す。ＣＯ2冷媒の場合もプロパン冷媒の場合と同様の効果が得られる。特に、高圧で動作するＣＯ2冷媒の場合、密閉容器（シェル外径１２０ｍｍ、鋳鉄）の肉厚が加工費と材料費に占める割合が高い。約１／２に薄肉化できるので大幅なコスト低減が可能である。
【００３１】
以上のように構成を備えた自然冷媒（ＣＯ2冷媒及びＨＣ冷媒）低圧シェル型ロータリ圧縮機は、（１）ベーン飛び防止、（２）摺動部（軸受、ベーン）の潤滑性能確保、（３）回転ピストン及びベーンのシール性能確保、（４）高圧側の油貯蔵量の低減、以上を同時に満足し、信頼性化、低コスト化、高性能化、及び冷媒量の低減を可能にする。
【００３２】
本実施の形態では、プロパン冷媒とパラフィン系鉱油を用いて比較したが、ＨＣ冷媒やＣＯ２冷媒に対して潤滑性良好な弱相溶性の冷凍機油として、ＰＡＧ改油（ＰＡＧ（ポリアリキルグリコール）にＥＯ（エチレンオキサイド）成分を調合したもので、例えば、松村石油株式会社のバーレルフリーズ(R)ＰＡＧシリーズなど）が実用化されており、これを用いれば、油中溶解冷媒量をパラフィン系鉱油に比べて半減でき、圧縮機内冷媒封入量を大幅に低減することができる。
【００３３】
この実施の形態１においては、潤滑油を圧縮機構に供給する給油手段は、潤滑油を、油貯蔵部４２から給油調製穴４３、給油経路４４を通って低段側ベーン背圧室１４ａおよび高段側ベーン背圧室２４ａに供給する第１の給油経路（ベーン背圧室に供給する給油経路）を備えている。また、低段側および高段側ベーン背圧室１４ａおよび２４ａから更に、給油経路５３を通ってクランク軸６と中間プレート５との間の空間５４に供給され、この空間５４から圧縮機構１０、２０の軸受隙間およびシール隙間を含む様々な給油隙間に供給する第２の給油経路（圧縮機構の給油隙間に供給する給油経路）を備えている。第２の給油経路は、（１）空間５４から低段側回転ピストンと中間プレートとの間のシール隙間７０ａ、７０ｂ、シリンダ１１、２１との間のシール隙間７０ｃに給油する経路と、（２）空間５４からクランク軸偏心部６ａ、６ｂと回転ピストン１２、２２との間のすきま流、クランクシャフト油溝５６ｂおよび軸受柔構造用溝５７を通りシリンダ内シール隙間７０ｃに給油する経路と、（３）空間５４から回転ピストンのシリンダとの間のシール隙間７１を通ってクランク軸６と短軸側軸受７ｂおよび長軸側軸受７ａとの間の軸受隙間７０ａ、７０ｂに給油する経路とを備えている。
【実施の形態２】
【００３４】
図８は実施の形態２に係る低圧シェル型二段ロータリ圧縮機の全体構成を示す組立て図である。このロータリ圧縮機が図１〜図７に示されている実施の形態１のロータリ圧縮機に対して構成上で相違している点は、低段吐出マフラ１８、低段吐出弁１７および中間連結部を中間プレート５内に構成したことと、油分離器９０を密閉容器８内の高段吐出マフラ容器２８の内部空間２８ｂに設けて、高段吐出マフラを兼ねた構造であり、従って油分離器９０によって分離された高圧の潤滑油の給油経路が異なっていることである。これ以外の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３５】
すなわち、中間プレート５は上下２枚の合わせ板すなわち第１中間プレート５ａおよび第２中間プレート５ｂで構成されており、低段側の第１の圧縮機構１０のシリンダ１１内で低圧の冷媒を圧縮して中間圧にされた冷媒は、第１中間プレート５ａに取り付けた低段吐出弁１７から、第１および第２中間プレート５ａと５ｂの間に形成された低段吐出マフラ空間１８ａ内に吐出される。ここで中間インジェクション配管３１から注入される冷媒と合流し、シリンダ吸入口１５ａから高段側の第２の圧縮機構２０のシリンダ内に流入する。
【００３６】
この実施の形態では、冷媒は高段側の第２の圧縮機構２０のシリンダ２１内で高圧まで圧縮された後、吐出弁２７から油分離器９０の機能を兼ねる高段吐出マフラ空間２８ａに吐出される。冷媒がデミスタ９７を通過するときに潤滑油が吸着されて、吸着された潤滑油は重力で高圧容器の下方の油貯蔵部９２に集められる。
【００３７】
油貯蔵部９２の潤滑油は、油用消波板９２ａで囲われており、給油細管９４ｃから差圧で、クランクシャフト中空部６０内を通ってクランク軸中空部貫通穴６２から軸受７ａ、７ｂとクランク軸６との間の軸受隙間７０ａ、７０ｂ、軸受シール部７３ａ、７３ｂ、及び、回転ピストン１２、２２を上下面で挟む軸受７ｂ、中間プレート５、軸受７ａとのシール隙間７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂに給油され、さらに、シリンダ１１、２１内の回転ピストン偏心方向シール隙間７１ｃ、７２ｃに給油され、これら可動部の潤滑とシールに寄与する。また、これらの軸受隙間７０ａ、７０ｂ、軸受シール部７３ａ、７３ｂ、及び、ピストンシール隙間７１、７２から溢れて、中間プレート５の内側空間に供給された油は、中間プレート内の給油経路５３を通ってベーン背圧室１４ａと２４ｂに供給される。ベーン背圧は高段側を高圧、低段側を中間圧にするのが適正であり、絞り流路５２を使って低段側ベーン背圧を高圧から減圧してある。また、軸受７ａ、７ｂに供給された潤滑油は長軸側軸受７ａとクランク軸６との隙間７０ａの上端から低圧シェル容器である密閉容器８内に噴出する。これ以外の各摺動部（回転ピストン、ベーン）に供給された潤滑油は、シリンダ内に入り冷媒と混合されて、高段側吐出部２６から油分離器９０に吐出され、分離された油は圧縮機内を、分離されない油は冷凍サイクル回路内をそれぞれ循環する。
【００３８】
この実施の形態においては、定常運転時に低圧シェル側油貯蔵部５８に２／３の油が貯蔵されるように給油経路の隙間や絞り流路を設計するが、過渡的に油貯蔵バランスが崩れる場合がありうるので、以下のように、実施の形態１の（例４）と同様な記載密閉容器側油面調整機能を設ける。低段側吸入管１５ｂ１の小穴に接続した細官３９が、密閉容器内油貯蔵部５８の底まで導かれており、密閉容器８側の油面が許容値以下になる場合においても、配管１５ｂ１の油面調整用きり穴５９から一定量の潤滑油を吸入して冷媒といっしょに圧縮機シリンダ内に供給し、潤滑性能とシール性能を保持する。
【００３９】
また、以下のような油面調整機能を用いる。高圧側吐出管２６ｂに開けた小穴に接続した細官３７が、油分離器油貯蔵部９２の油面が許容値以上に上昇した場合に、潤滑油を吸い上げて、冷媒といっしょに圧縮外の回路へ吐出することによって、油面高さを調整し油分離器油貯蔵量を所定量以下に保つ。
【００４０】
図６の表２はプロパン冷媒を用いた場合の本発明の効果を示す。Ａｓｈｒａｅ−Ｔ条件基準で１ｋｗ入力相当で空調用圧縮機を設計する。潤滑油はパラフィン系鉱油を用いて、密閉容器（低圧側）油貯蔵部の圧力は０．５９ＭＰａ、油温は５０℃、冷媒溶解度１０ｗｔ％、密閉容器（高圧側）油貯蔵部の圧力は１．８８
ＭＰａ、温度は８０℃、冷媒溶解度３３ｗｔ％、である。従来一般例とは例えば特開２００６−２００５０４の方法の比較例１に示すような高圧シェル型二段ロータリ圧縮機に吸入マフラを低段側圧縮機構に吸入前にマフラを備えたものである。従来の発明１とは特開２００６−２００５０４の方法に従って設計した低圧シェル型二段ロータリ圧縮機である。実施の形態２で設計した場合は、圧縮機効率７５％、体積効率９０％、圧縮機内冷媒量９０ｇと予測される。従来一般例の高圧シェル型ロータリ圧縮機に比べると、圧縮機効率と体積効率は同等を維持しながら、冷媒封入量を約２／３に低減し、密閉容器肉厚を約１／２に低減できる。また、従来の発明１の低圧シェル型ロータリ圧縮機に比べると、圧縮機効率と体積効率を約１０％改善し、圧縮機内冷媒封入量を一定に保つことができる。
【００４１】
この実施の形態２においては、潤滑油を圧縮機構に供給する給油手段は、潤滑油を、ベーン背圧室１４ａ、２４ａに供給する第１の給油経路と、圧縮機構の給油隙間に供給する第２の給油経路とを備えている。第２の給油経路は、（１）油貯蔵部９２から給油細管９４ｃ、クランクシャフト中空部６０およびクランク軸中空部貫通穴６２を通して軸受７ａ、７ｂとクランク軸６との間の軸受隙間７０ａ、７０ｂに供給する経路と、（２）クランク軸中空部貫通穴６２から、回転ピストン１２の上下端面が上側支持部材８１及び中間プレート５との間にそれぞれ形成するシール隙間７１ａ、７１ｂに供給する経路、または、回転ピストン２２の上下端面が中間プレート５及び下側支持部材８２との間にそれぞれ形成するシール隙間７２ａ、７２ｂに供給する経路と、（３）クランク軸中空部貫通穴６２からシリンダ１１、２１との間のシール隙間７０、７１を通して（即ち回転ピストン１２、２２を上下面で挟む軸受７ｂ、中間プレート５、軸受７ａを通して）シリンダ１１、２１内の回転ピストン偏心方向シール隙間１３、２３に供給する経路とを備えている。第１の給油経路は、潤滑油を、軸受隙間７０ａ、７０ｂ及びシール隙間７１、７２から更に、中間プレート内の給油経路５３を通してベーン背圧室１４ａおよび２４ａに供給する給油経路である。
【００４２】
以上のような構成を備えた自然冷媒（ＣＯ2冷媒及びＨＣ冷媒）低圧シェル型二段ロータリ圧縮機は、実施の形態１と同様な効果が得られ、（１）ベーン飛び防止、（２）摺動部（軸受、ベーン）の潤滑性能確保、（３）回転ピストン及びベーンのシール性能確保、および（４）高圧側の油貯蔵量の低減の課題を同時に満足し、信頼性化、低コスト化、高性能化、及び冷媒量の低減を可能にする。
【実施の形態３】
【００４３】
図９は実施の形態２に係る低圧シェル型単段ロータリ圧縮機の全体構成を示す組立て図である。実施の形態２のロータリ圧縮機との構成上の相違点は、１つの圧縮機構からなる単段ロータリ圧縮機であること、さらに、密閉容器８の底部シェル構造が油分離器用高圧容器４１と吐出マフラ１８を兼ねる構造にし、この容器４１内にクランク軸６の下端に油分離手段として作用する旋回流発生用回転体６４を設け、給油手段として油ポンプ用回転体６１を取り付けたことである。これ以外の点は実施の形態２と同様であり説明を省略する。ただし、単段の圧縮機構自体は図３〜５に示す実施の形態１の圧縮機構と同様であり、単段の圧縮機構の図符号は、実施の形態２の第１の（低段側）圧縮機構の参照符号を用いて表わす。
【００４４】
このロータリ圧縮機は、密閉容器８内に、電動機９と、電動機９によって駆動されるクランク軸６と、クランク軸６の両端を支持する短軸側軸受７ａおよび長軸側軸受７ｂと、圧縮機構１０とを備えている。低圧の冷媒は、密閉容器８内を経由して吸入管１５ｂ１から圧縮機構１０のシリンダ１１内に吸入され、圧縮機構１０で高圧にまで圧縮され、吐出弁１７から油分離器９０を備えた吐出マフラ空間１８ａ内に吐出される。
【００４５】
クランク軸６の下端には、そこに取り付けた旋回流発生用回転体６４により冷媒の旋回流が発生し、油分離器用高圧容器９１内でサイクロン方式の油分離が行われる。遠心力で外周に飛ばされた潤滑油は壁面を伝って、重力で高圧容器の下方の油貯蔵部９２に集められる。油貯蔵部９２内の油は油用消波板９２ａで囲われており、クランク軸６の下端に取り付けられて共に回転する油ポンプの揚力と差圧で、油ポンプ用回転体６１からクランク軸中空部６０内を通り、クランク軸中空部貫通穴６２から軸受７ａ、７ｂとクランク軸６の軸受隙間７２、７３、及び回転ピストン１２のシリンダとのシール隙間７０に給油され、各摺動部の潤滑とシールに寄与する。また、短軸側軸受７ｂを兼ねる下部支持部材８２に形成した給油経路８５を通ってベーン背圧室１４ａにも給油される。
【００４６】
長軸側軸受７ａ側に供給された潤滑油はクランク軸６との軸受隙間７０ａの上端から低圧シェル容器である密閉容器８内に噴出する。また、短軸受７ｂの内側には螺旋溝５５ｂがきってあり、クランク軸６が回転すると油が上から下へ巻き下げられる構造であり、短軸側軸受７ｂ側に供給された潤滑油は、クランク軸６との軸受隙間７０ｂの下端から油分離器用高圧容器９１内に戻る。これ以外の各摺動部（回転ピストン、ベーン）に給油された潤滑油は、シリンダ内に入り冷媒と混合されて、高段側吐出部２６から油分離器９０へ吐出され、分離された潤滑油は油貯蔵部９２にもどるが、分離されない潤滑油は冷凍サイクル回路内をそれぞれ循環する。
【００４７】
この実施の形態３においても、定常運転時に低圧シェル側油貯蔵部５８に１／３の油が貯蔵されるように給油経路の隙間や絞り流路を設計するが、油貯蔵のバランスが崩れる場合がありうるので、実施の形態２と同様な油面調整機能（例１’）および（例３’）を設ける。
【００４８】
この実施の形態３においては、潤滑油を圧縮機構に供給する給油手段は、潤滑油を、短軸側軸受７ｂを兼ねる下部支持部材８２に形成した給油経路８５を通してベーン背圧室１４ａに供給する第１の給油経路と、油貯蔵部４２内の潤滑油を油ポンプ用回転体６１からクランク軸中空部６０、クランク軸中空部貫通穴６２を通して（１）軸受７ａ、７ｂに供給する経路、（２）クランク軸６の隙間、および（３）回転ピストン１２のシリンダの隙間に供給する経路を有する第２の給油経路とを備えている。
【００４９】
以上のように構成を備えた自然冷媒（ＣＯ2冷媒及びＨＣ冷媒）低圧シェル型単段ロータリ圧縮機は、実施の形態２と同様な効果が得られるので、（１）ベーン飛び防止、（２）摺動部（軸受、ベーン）の潤滑性能確保、（３）回転ピストン及びベーンのシール性能確保、（４）高圧側の油貯蔵量の低減、以上の課題を同時に満足し、信頼性化、低コスト化、高性能化、及び冷媒量の低減を可能にする。
【実施の形態４】
【００５０】
図１０は実施の形態４に係る低圧シェル型二段ロータリ圧縮機の全体構成を示す組立て図である。このロータリ圧縮機は、油分離要素９０を密閉容器８内の高段吐出マフラ２８を兼ねる点で、実施の形態２のロータリ圧縮機と同様であるが、これに加えて、密閉容器外にも油分離要素４０も設けた点が異なる。
【００５１】
第２の圧縮機構のシリンダ２１内の吸入室２５に吸入され、圧縮された後、高圧の冷媒として吐出弁２７から吐出マフラ２８の内部空間２８ａに吐出され、ここで、旋回流入による遠心分離とデミスタ１０１を組み合わせた油分離方式で分離された油は、パンチメタル１０２を伝って、一旦、９２に貯蔵され、油分離器容器９１と下側支持部材８２に開けられた給油経路８６を通って高段ベーン背圧室２４ａに供給され、さらに、下側支持部材８２に開けられた給油経路８５を通って、高段側回転ピストン２２の上下端面シール隙間７２ａと７２ｂに給油される。２２の上下端面には給油溝２２ａ、２２ｂがリング状に切ってあり、ここに給油する。９２に貯蔵された油量が基準値を超えると、高段側吐出配管２６ｂに繋がる細管３８を通って２６ｂ内を流れる冷媒に油が吸入され、２６ｂから密閉容器外の油分離器４０に供給される。４０で分離された油は給油経路４４から低段ベーン背圧室１４ａに供給される。油分離要素４０の油量を少ない状態で安定に保つため、油量が少なくなると戻り量を抑制する手段が用いられ、例えば、給油経路にはキャピラリー細管を用いてガス混じり状態で流動抵抗を大きくしたり、あるいは、油貯蔵部４２に浮き４５ａを浮かべて、油面が下がると給油経路口の流動抵抗を大きくしたりする手段を用いる。また、軸受７ａ、７ｂの隙間シール７３ａと７３ｂは、軸受隙間７０ａ、７０ｂとは区別できるように配置した。この隙間シール７３ａと７３ｂは回転ピストン上下端面の隙間から軸受隙間に油が漏れにくくする効果がある。
【００５２】
また、クランク軸６の中空部６０の下端に油ポンプ用回転体６１が付けられており、密閉容器８側の油貯蔵部５８の底にある低圧状態の潤滑油を汲み上げ、中空部貫通穴６２ａ、６０ｂからクランク軸６と主軸受７ａ、７ｂとの隙間７０ａ、７０ｂに給油する。軸受７ａの内周側には螺旋溝５５ａがきってあり、クランク軸６が回転すると油を下から上方に巻き上げることができるので、軸受隙間７ａの上端まで給油可能である。
【００５３】
また、６２ｂから軸受隙間７０ｂに給油し、軸受７ｂの内周側に設けた流路５５ｄを通って、軸受隙間７ｂ全体に給油可能である。本実施の形態４のような軸受給油方法を用いれば、過渡的に密閉容器内の低圧側油量が極端に低下しても、主軸受け７ａ、７ｂへの給油が可能であるので、信頼性をできる。
【００５４】
以上の実施の形態４で設計した場合は、圧縮機効率７０％、体積効率８５％となり、圧縮機内冷媒量７２ｇと予測される。従来一般例の高圧シェル型ロータリ圧縮機に比べると、圧縮機効率と体積効率は少し低下するものの、冷媒封入量を約１／２に低減し、密閉容器肉厚を約１／２に低減できる。また、従来の発明１の低圧シェル型ロータリ圧縮機に比べると、圧縮機効率と体積効率を約５％改善し、圧縮機内冷媒封入量を一定に保つことができる。
【００５５】
以上のような構成を備えた自然冷媒（ＣＯ2冷媒及びＨＣ冷媒）低圧シェル型単段ロータリ圧縮機は、実施の形態１と同様な効果が得られるので、（１）ベーン飛び防止、（２）摺動部（軸受、ベーン）の潤滑性能確保、（３）回転ピストン及びベーンのシール性能確保、（４）高圧側の油貯蔵量の低減、以上の課題を同時に満足し、信頼性化、低コスト化、高性能化、及び冷媒量の低減を可能にする。
【００５６】
以上の実施の形態では、本発明の低圧シェル型ロータリ圧縮機にＨＣ冷媒を用いた場合の効果を示したが、ＨＣ冷媒以外のＣＯ2冷媒、フロン冷媒などの種々の冷媒を用いることができ、それぞれ、（１）ベーン飛びを防止、（２）摺動部（軸受、ベーン）の潤滑性能確保、（３）回転ピストン及びベーンのシール性能確保、（４）高圧側の油貯蔵量の低減、以上を同時に満足し、信頼性化、低コスト化、高性能化、及び冷媒量の低減が可能である。フロン冷媒使用量を低減することは地球温暖化対策に有効であり、また、可燃性や毒性がある場合には安全性の観点から有効である。
【００５７】
以上の実施の形態１、２、３に示したように、低圧シェル型二段ロータリ圧縮機において、高圧側潤滑油を摺動部（軸受、ベーン）やシール部に供給する経路を中間プレート内に設けることにより、コンパクトな構成を低コストで実現することが可能になった。
【００５８】
以上の実施の形態では、低圧シェル型ロータリ圧縮機として、回転ピストン式の場合について説明したが、本発明は、スライディングベーン式やスイング式などの様々なロータリ圧縮機に適用できるものである。スライディングベーン式の場合は回転ピストン式と同様の効果が得られ、スイング式の場合は（１）ベーン飛びの防止以外の同様の効果が得られる。
【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８】
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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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