(57)【要約】【課題】より高圧の圧縮が可能であり、しかもで、構造が簡単で、耐久性にすぐれ、信頼性の高い半密閉コンプレッサを実現する。【解決手段】低段側シリンダ５で圧縮した気体を、配管４０を通して高段側シリンダ６に送り、さらに圧縮してより高圧にする多段圧縮可能な半密閉コンプレッサ１において、高段側シリンダ６の直径を低高段側シリンダ５の直径より小さく形成し軸負荷を軽減し、低段側シリンダ５で圧縮された気体が配管４０を通る際に冷却することで容積効率を向上させる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低段側シリンダと高段側シリンダと、該二つのシリンダ上に設けられ、該二つのシリンダの夫々に対応する吸入室と吐出室を画成するシリンダヘッドと、上記低段側シリンダ内を往復動する低段側ピストンと、上記高段側シリンダ内を往復動する高段側ピストンとを備え、上記低段側シリンダで圧縮した気体を上記高段側シリンダでさらに圧縮してより高圧にする多段圧縮可能な半密閉コンプレッサであって、
上記低段側シリンダの直径は上記高段側シリンダの直径より大きく形成されていることを特徴とする多段圧縮可能な半密閉コンプレッサ。
【請求項２】
低段側シリンダと高段側シリンダと、該二つのシリンダ上に設けられ、該二つのシリンダの夫々に対応する吸入室と吐出室を画成するシリンダヘッドと、上記低段側シリンダ内を往復動する低段側ピストンと、上記高段側シリンダ内を往復動する高段側ピストンとを備え、上記低段側シリンダで圧縮した気体を上記高段側シリンダでさらに圧縮してより高圧にする多段圧縮可能な半密閉コンプレッサであって、
上記低段側シリンダで圧縮された気体を上記高段側シリンダに配管を通して送給し、該配管は、上記圧縮された気体を冷却する構成であることを特徴とする多段圧縮可能な半密閉コンプレッサ。
【請求項３】
複数のシリンダと、該複数のシリンダ上に設けられ、該複数のシリンダの夫々に対応して吸入室と吐出室を画成するシリンダヘッドと、上記複数のシリンダの夫々を往復動する複数のピストンとを備え、上記複数のシリンダ及びピストンにより、吸入した気体を段階的に高圧に圧縮する多段圧縮可能な半密閉コンプレッサであって、
上記複数のシリンダの夫々の直径は、上記吸入した気体をより高圧に圧縮するシリンダに対応してより小さく形成されており、
上記複数のシリンダは、夫々がより高圧に圧縮するための別のシリンダに配管を通して送給し、該配管は、上記圧縮された気体を冷却する構成であることを特徴とする多段圧縮可能な半密閉コンプレッサ。
【請求項４】
上記気体はＣＯ２冷媒であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の多段圧縮可能な半密閉コンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍機、暖冷房機器、半導体製造装置、塗装機等、各種の産業分野で利用される、半密閉コンプレッサに関し、特にＣＯ２冷媒の圧縮に適した多段圧縮可能な半密閉コンプレッサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の半密閉コンプレッサを説明する図であり、図４（ａ）はその概略を示す図であり、図４（ｂ）はその細部を説明する図である。この半密閉コンプレッサ４４は、半密閉のハウジング４９内に、２つのシリンダ４５を有する２気筒型であり、その上部に、２つのシリンダ４５に共通の吸入室４７及び吐出室４８を形成するシリンダヘッド４６が設けられている。
【０００３】
この半密閉コンプレッサ４４は、ハウジング４９内に、モータ５０で駆動されるクランク部５１を具備し、このクランク部５１の回転により、２つのシリンダ４５に対応するコンロッド５２及びピストン５３から成る２組の往復機構が、互いに１８０度の位相差をもって往復動作を行う。これにより、２つのシリンダ４５は、吸入室４７及び吐出室４８は共通であるが、夫々が独立して気体の圧縮動作を行う。
【０００４】
具体的には、半密閉コンプレッサ４４に吸入された気体は、吸入室４７内に流入し、吸入口５８から吸入バルブ５９を開いてシリンダ４５内に吸入される。そして、シリンダ４５内でピストン５３で圧縮された気体は、吐出口５４から吐出バルブ５５を開いて吐出室４８内に流入し、吐出通路５６を経て半密閉コンプレッサ４４の吐出部５７に送られ、そこから圧縮された気体（冷媒）を必要とする所要の装置に送られる。
【０００５】
この従来例と同じタイプの複数の気筒を有するレシプロ形圧縮機は公知である（例えば、特許文献１参照。）。又、ロータリタイプの圧縮機で二段圧縮する構成は公知である（特許文献２参照。）
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２１５０７３号公報（図１）
【特許文献２】
特開平５−２５６２８５号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来例の半密閉コンプレッサ４４では、２つのシリンダ４５に対応する２組のコンロッド５２及びピストン５３が、互いに１８０度の位相差をもって往復動作を行い、吸入室４７及び吐出室４８は共通であるが、夫々が独立して気体の圧縮を行うものであるから、次のような問題がある。
【０００８】
即ち、複数のシリンダが、夫々ピストンシールやコネクティングロッド等について同等の装備を有する場合、１つのシリンダでは、気体を一挙に所定の高圧に圧縮するには限度がある。例えば、一挙に所定の高圧にすると、ピストンシールでピストンを封止していても、冷媒がクランク室側にもれやすくなりリーク量が増えるおそれがある。又、コネクティングロッド等機械部品に対する負荷（軸負荷）が大きくなる。
【０００９】
ところで、近年、大容積且つ高圧の圧縮機の要請があるが、上述のように複数の気筒を有するコンプレッサ（多気筒型圧縮機）では、シリンダが夫々独立して圧縮動作をするので、大容積の圧縮気体を送り出すことはしやすいが、一つの駆動機構に対して複数のシリンダを設けるので、駆動能力に限界があり、シリンダー等の機構や配置が複雑となるという点でもやはり限界がある。
【００１０】
特に、冷媒を比較的高圧状態に圧縮するような場合、例えばＣＯ２冷媒を超臨界領域で使用するために高圧（例えば、３１Ｍｐａ）に圧縮するような場合、には適切ではない。
【００１１】
特許文献２に示すロータリタイプの圧縮機は、レシプロ形圧縮機に比較すると、より大容量の冷媒を取り扱うには適していない。
【００１２】
本発明は、上記のような従来の圧縮機の諸問題を解決することを目的とするものであり、より高圧の圧縮が可能であり、しかも構造が簡単で、耐久性にすぐれ、信頼性の高い多段圧縮可能な半密閉コンプレッサを実現するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、低段側シリンダと高段側シリンダと、該二つのシリンダ上に設けられ、該二つのシリンダの夫々に対応する吸入室と吐出室を画成するシリンダヘッドと、上記低段側シリンダ内を往復動する低段側ピストンと、上記高段側シリンダ内を往復動する高段側ピストンとを備え、上記低段側シリンダで圧縮した気体を上記高段側シリンダでさらに圧縮してより高圧にする多段圧縮可能な半密閉コンプレッサであって、上記低段側シリンダの直径は上記高段側シリンダの直径より大きく形成されていることを特徴とする多段圧縮可能な半密閉コンプレッサを提供する。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するために、低段側シリンダと高段側シリンダと、該二つのシリンダ上に設けられ、該二つのシリンダの夫々に対応する吸入室と吐出室を画成するシリンダヘッドと、上記低段側シリンダ内を往復動する低段側ピストンと、上記高段側シリンダ内を往復動する高段側ピストンとを備え、上記低段側シリンダで圧縮した気体を上記高段側シリンダでさらに圧縮してより高圧にする多段圧縮可能な半密閉コンプレッサであって、上記低段側シリンダで圧縮された気体を上記高段側シリンダに配管を通して送給し、該配管は、上記圧縮された気体を冷却する構成であることを特徴とする多段圧縮可能な半密閉コンプレッサを提供する。
【００１５】
さらに、本発明は上記課題を解決するために、複数のシリンダと、該複数のシリンダ上に設けられ、該複数のシリンダの夫々に対応して吸入室と吐出室を画成するシリンダヘッドと、上記複数のシリンダの夫々を往復動する複数のピストンとを備え、上記複数のシリンダ及びピストンにより、吸入した気体を段階的に高圧に圧縮する多段圧縮可能な半密閉コンプレッサであって、上記複数のシリンダの夫々の直径は、上記吸入した気体をより高圧に圧縮するシリンダに対応してより小さく形成されており、上記複数のシリンダは、夫々がより高圧に圧縮するための別のシリンダに配管を通して送給し、該配管は、上記圧縮された気体を冷却する構成であることを特徴とする多段圧縮可能な半密閉コンプレッサを提供する。
【００１６】
上記気体はＣＯ２冷媒であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る多段圧縮可能な半密閉コンプレッサの実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して以下説明する。図１は半密閉コンプレッサの実施例の全体図（正面断面図）であり、図２は半密閉コンプレッサの実施例の側方からみた一部断面図であり、図３は半密閉コンプレッサの実施例のヘッドシリンダ部の気体の流れを説明するための平面説明図である。なお、以下の実施例では圧縮する気体は冷凍機、空調設備等で利用される冷媒として説明する。
【００１８】
この半密閉コンプレッサ１は、低段側シリンダ５及び高段側シリンダ６を有する２気筒型のコンプレッサであり、鋳物でできたハウジング２を有する。このハウジング２内に、モータ室３、クランク室４、低段側シリンダ５及び高段側シリンダ６が画成されている。
【００１９】
モータ室３及びクランク室４には、部品装入及びメインテナンス等に必要な開口が形成されており、これらの開口は、夫々蓋７、８で閉止されている。モータ室３にはモータ（三相誘導モータ等）９が配設されている。モータ９の出力軸には、クランクシャフト１０が固定されている。
【００２０】
クランクシャフト１０が軸受１１、１２で支持されて回転可能に配置されている。クランクシャフト１０には、モータ９の回転動作を往復動に変換する低段側クランク部１３及び高段側クランク部１４が形成されている。低段側クランク部１３及び高段側クランク部１４には、低段側コンロッド１５及び高段側コンロッド１６を介して低段側ピストン１７及び高段側のピストン１８が連動するように取り付けられている。
【００２１】
この低段側ピストン１７及び高段側のピストン１８は、低段側シリンダ５及び高段側シリンダ６内を往復動可能なように配設されている。低段側シリンダ５及び高段側シリンダ６を構成するハウジング２の上部１９の頂面には、バルブプレート２０を介して、シリンダヘッド２１がボルト２２で固定されている。
【００２２】
ところで、内部低圧の場合高段側シリンダ６では低段側シリンダ５に較べてクランク室との圧力差が高くなるので、低段側シリンダ５と高段側シリンダ６を同じシリンダ径とすると、高段側シリンダ６での軸負荷（ピストン及びコンロッドにかかる負荷）が低段側より大きくなってしまう。この問題を解決するために、この発明では、高段側シリンダ６の直径を低段側シリンダ５の直径より小さくする。これにより、高段側のピストン１８及びコンロッド１６にかかる負荷は小さくすることができる。内部中圧方式の場合、高段側の圧縮工程での負荷（トルク）以外に低段側の吐出圧力とクランク室内の圧力がほぼ同じことから、低段の吸入工程においても大きな負荷（トルク）がかかってきてしまう。逆に低段側の圧縮工程、高段側の吸入工程での負荷（トルク）は小さくなり、トルク変動が大きくなってしまう。高段側のボアを小さくすることにより高段側の圧縮工程での負荷を低減でき、トルク変動を小さくすることができる。
【００２３】
シリンダヘッド２１により形成される空間は、平面ほぼ十字状の隔壁２５により仕切られて、低段側吸入室２３、低段側吐出室２４、高段側吸入室２６及び高段側吐出室２７が画成されている。低段側吐出室２４の出口２８と高段側吸入室２６の入口２９とは配管４０で互いに連通するように接続されている。
【００２４】
低段側シリンダ５で圧縮されてある程度の圧力（以下、便宜上「中圧」という。）まで上昇された冷媒は、高段側シリンダ６でさらに圧縮されて所定の高圧となる。
【００２５】
バルブプレート２０には、低段側吸入室２３と低段側シリンダ５とを互いに連通させる低段側吸入ポート３０が形成されているとともに、低段側吐出室２４と低段側シリンダ５とを互いに連通させる低段側吐出ポート３１が形成されている。
【００２６】
さらに、バルブプレート２０には、高段側吸入室２６と高段側シリンダ６とを互いに連通させる高段側吸入ポート３２が形成されているとともに、高段側吐出室２７と高段側シリンダ６とを互いに連通させる高段側吐出ポート３３が形成されている。
【００２７】
低段側吸入ポート３０及び高段側吸入ポート３２に対して、バルブプレート２０の下面に低段側吸入弁及び高段側吸入弁（図示省略。）が設けられている。低段側吐出ポート３１及び高段側吐出ポート３３に対して、バルブプレート２０の上面に低段側吐出弁３１’及び高段側吐出弁３３’が夫々設けられている。これらの弁は、常時は閉じるようにばねで付勢された常閉弁であるが、低段側吐出弁３１’は上述の中間圧で、又高段側吐出弁３３’は所定の高圧で、夫々開く常閉弁である。
【００２８】
バルブプレート２０には、図示しない圧縮冷媒利用装置から冷媒を低段側吸入室２３に吸入するための吸入口４１が設けられている。さらに、バルブプレート２１には、圧縮冷媒利用装置に向けて冷媒を吐出するための吐出口４２が設けられている。
【００２９】
図２において、ハウジング２の後部（図２中左側の部分）３４に、圧縮冷媒利用装置に接続管（図示省略）を介して接続され冷媒を吸入するための吸入部３５が形成されており、この吸入部３５は、ハウジング２に形成された吸入通路３６を通して吸入口４１に連通するように構成されている。吸入部３５には、吸入通路３６内に装入されるようにメッシュを有するフィルター３７が設けられている。
【００３０】
又、ハウジング２の前部（図２中右側の部分）３８に、高段側シリンダ６で圧縮された冷媒を密閉コンプレッサ１の機外に吐出する吐出部３９が形成されており、この吐出部３９は、ハウジング２に形成された吐出通路（図示省略）を通して吐出口４２に連通するように構成されている。
【００３１】
この発明に係る多段圧縮可能な半密閉コンプレッサ１では、低段側吐出室２４の出口２８と高段側吸入室２６の入口２９とを配管４０で接続している。この配管４０は、低段側シリンダ５で圧縮され低段側吐出室２４の出口２８から吐出された冷媒を、高段側吸入室２６の入口２９に送給するとともに、冷媒を冷却して冷媒濃度を上げ、体積効率を向上することができる。
【００３２】
このような冷媒の冷却のためには、配管４０に特に造作をすることなく、冷媒が配管４０を通過する間に空冷で自然に冷やされるような構成としてもよいし、配管４０の外面に冷却用のフィン等を取り付けてもよい。さらに、配管４０を例えば循環する冷却水内を通すという水冷構造として、積極的に配管４０内を通過する冷媒を冷却する構成としてもよい。
【００３３】
（作用）
以上のような構成から成る本発明に係る多段圧縮可能な半密閉コンプレッサ１の上記実施例の作用を説明する。以下、圧縮すべき気体として、ＣＯ２冷媒等の冷媒で作用の説明する。実際には、吸入部３５から流入する冷媒は、気液混合状態で、しかもオイルを若干含んだ冷媒が流入するものである。
【００３４】
モータ９によってクランクシャフト１０が正方向に回転し、クランク室４内の低段側クランク部１３及び高段側クランク部１４が互いに約１８０°位相がずれて回転する。この結果、低段側ピストン１７及び高段側のピストン１８は互いに約１８０°位相差をもって往復動する。
【００３５】
低段側ピストン１７が約１８０度先行し低段側シリンダ５内を上死点に向けて移動し、冷媒を低段側シリンダ５の上部空間内で圧縮していく。そして、圧縮された冷媒が予め設定された圧力（中圧）となると、低段側シリンダ５の低段側吐出弁３１’が開き、低段側吐出室２４乃至その出口２８から配管４０内に吐出する。
【００３６】
冷媒は配管４０を通過し、入口２９から高段側吸入室２６内に入り、さらに吸入ポート３２から高段側シリンダ６内に流入する。そして、冷媒は、低段側ピストン１７より１８０°位相差で遅れて移動する高段側ピストン１８により高段側シリンダ６内で圧縮され、さらに高圧になる。このようにして高段側シリンダ６内で圧縮されて所定の高圧となると、高段側吐出弁３３’が押し開かれ、高段側吐出ポート３３から、高段側吐出室２７、吐出口４２を通り吐出部３９から圧縮冷媒利用装置に送られる。
【００３７】
本発明では、このように、冷媒は低段側で中圧に圧縮され、高段側でさらに高圧に圧縮され、二段階で徐々に所定の高圧に圧縮される。従って、低段側では中圧まで圧縮すればよいので、圧縮低段側ピストン１７及びそのクランクシャフト１５にかかる軸負荷が軽減される。一方、高段側シリンダ６についてはシリンダ径を低段側シリンダ５より小さくしたので、高段側ピストン１８及びクランクシャフト１６にかかる軸負荷が軽減される。
【００３８】
冷媒が一挙に高圧に圧縮するような従来の構成であると、冷媒がシリンダとピストンシールの間からクランク室４側に漏れ出るという問題が生じるが、本発明では、冷媒を二段階で徐々に圧縮して所定の高圧にするので、このような問題は解決することができる。
【００３９】
冷媒が配管４０を通過する際に、空冷（又は水冷）により冷却されるから、体積が小さくなり、濃度が上がり、これにより体積効率が上昇する。
【００４０】
なお上記実施例では、二つのシリンダを設けた２気筒型の半密閉コンプレッサを説明したが、本発明は、３以上の多気筒型（多段型）でも半密閉コンプレッサにも適用できる。３以上の多気筒型（多段型）においても、冷媒をより高圧に圧縮するシリンダは、よりその直径を小さくすれば、その軸負荷が軽減される。
【００４１】
以上本発明に係る多段圧縮可能な半密閉コンプレッサの実施の形態を実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は特許請求の範囲に記載されている範囲内でその技術思想を具現化するために、上記実施例に限られることなく、いろいろな実施の態様があることはい言うまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
以上の構成の本発明の半密閉コンプレッサによると、次のような効果が生じる。
（１）構造が簡単な圧縮機で、より高圧の圧縮が可能であり、しかもで、耐久性にすぐれ、信頼性の高い半密閉コンプレッサを実現することができる。
（２）冷媒を一挙に高圧に圧縮すると生じやすい冷媒がシリンダとピストンシールの間からクランク室側に漏れ出るいう問題を解決することができる。
（３）冷媒が配管を通過する際に、冷却（空冷又は水冷）されるから、体積が小さくなり、濃度が上がり、これにより体積効率が上昇する。
（４）、複数のシリンダにより徐々に高圧とすることにより、コネクティングロッド等機械部品に対する負荷（軸負荷）を軽減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半密閉コンプレッサの実施例を示す全体図である。
【図２】本発明に係る半密閉コンプレッサの実施例の側方からみた一部断面図である。
【図３】本発明に係る半密閉コンプレッサの特徴的構成を説明する図である。
【図４】従来例を説明する図である。
【符号の説明】
１    半密閉コンプレッサ
２、４９    ハウジング
３    モータ室
４    クランク室
５    低段側シリンダ
６    高段側シリンダ
７、８    蓋
９、５０    モータ
１０    クランクシャフト
１１、１２    軸受
１３    低段側のクランク部
１４    高段側のクランク部
１５    低段側のコンロッド
１６    高段側のコンロッド
１７    低段側ピストン
１８    高段側ピストン
１９    ハウジングの上部
２０    バルブプレート
２１、４６    シリンダヘッド
２２    ボルト
２３    低段側吸入室
２４    低段側吐出室
２５    隔壁
２６    高段側吸入室
２７    高段側吐出室
２８    低段側吐出室の出口
２９    高段側吸入室の入口
３０    低段側吸入ポート
３１    低段側吐出ポート
３１’    低段側吐出弁
３２    高段側吸入ポート
３３    高段側吐出ポート
３３’    高段側吐出弁
３４    ハウジングの後部
３５    吸入部
３６    吸入通路
３７    フィルター
３８    ハウジングの前部
３９    吐出部
４０    配管
４１、５８    吸入口
４２、５４    吐出口
４４    従来例の半密閉コンプレッサ
４５    シリンダ
４７    吸入室
４８    吐出室
５１    クランク部
５２    コンロッド
５３    ピストン
５５    吐出バルブ
５６    吐出通路
５７    吐出部
【図１】
2004293480.tif 000003
【図２】
2004293480.tif 000004
【図３】
2004293480.tif 000005
【図４】
2004293480.tif 000006