(57)【要約】【課題】作動流体を吸入路に戻すことなく吸入容積を変更することができるロータリ圧縮機を提供する。【解決手段】ロータリ圧縮機１００は、第１圧縮機構３Ａ、第２圧縮機構３Ｂ、シャフト４、モータ２及び連通路８０を備えている。第１圧縮機構３Ａでは第１作動室２５が第１ベーン９によって第１吸入室と第１圧縮−吐出室に仕切られ、第２圧縮機構３Ｂでは第２作動室７５が第２ベーン５９によって第２吸入室と第２圧縮−吐出室に仕切られている。連通路８０は、第１吸入室から切り替わった直後の第１圧縮−吐出室を第２吸入室に連通させ、かつ、第２吸入室から切り替わった直後の第２圧縮−吐出室を第１吸入室に連通させることを可能にする。連通路８０は、開閉手段８５により開閉される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１シリンダ、自身の外周面と前記第１シリンダの内周面との間に第１作動室が形成されるように前記第１シリンダの内部に配置された第１ピストン、及び前記第１作動室を第１吸入ポートが開口する第１吸入室と第１吐出ポートが開口する第１圧縮−吐出室とに仕切る第１ベーン、を含む第１圧縮機構と、
第２シリンダ、自身の外周面と前記第２シリンダの内周面との間に第２作動室が形成されるように前記第２シリンダの内部に配置された第２ピストン、及び前記第２作動室を第２吸入ポートが開口する第２吸入室と第２吐出ポートが開口する第２圧縮−吐出室とに仕切る第２ベーン、を含む第２圧縮機構と、
前記第１ピストンに嵌合する第１偏心部及び前記第２ピストンに嵌合する第２偏心部を有するシャフトと、
前記シャフトを回転させるモータと、
前記第１吸入室から切り替わった直後の前記第１圧縮−吐出室を前記第２吸入室に連通させ、かつ、前記第２吸入室から切り替わった直後の前記第２圧縮−吐出室を前記第１吸入室に連通させ得る連通路と、
前記連通路を開閉する開閉手段と、
を備えた、ロータリ圧縮機。
【請求項２】
前記モータの回転数が相対的に小さな第１設定値以下になったときに前記開閉手段を開き、前記モータの回転数が相対的に大きくな第２設定値以上になったときに前記開閉手段を閉じる制御部、をさらに備える、ロータリ圧縮機。
【請求項３】
前記モータを駆動するインバータをさらに備え、
前記制御部は、前記開閉手段を開いたときに前記モータの回転数を１．５〜２．５倍に増やし、前記開閉手段を閉じたときに前記モータの回転数を１／４〜３／４に減らすように、前記インバータを制御する、請求項２に記載のロータリ圧縮機。
【請求項４】
前記シャフトの回転方向において、前記第１ベーンの中心から前記連通路の前記第１圧縮機構側の開口の中心までの角度は９０度以上であり、前記第２ベーンの中心から前記連通路の前記第２圧縮機構側の開口の中心までの角度は９０度以上である、請求項１〜３の何れか一項に記載のロータリ圧縮機。
【請求項５】
前記第１圧縮機機構と前記第２圧縮機機構との間に前記第１作動室及び前記第２作動室に面するように配置された中板をさらに備え、
前記連通路は、前記中板に設けられている、請求項１〜４の何れか一項に記載のロータリ圧縮機。
【請求項６】
前記連通路は、前記シャフトの軸方向と平行な貫通穴である、請求項５に記載のロータリ圧縮機。
【請求項７】
前記開閉手段は、前記連通路と交差するように延びる支持穴と、前記支持穴内にスライド可能に挿入されたシャトルと、前記シャトルを前記連通路を遮断する遮断位置と前記連通路を開放する開放位置との間で移動させる駆動部と、を含むスライド弁である、請求項１〜６の何れか一項に記載のロータリ圧縮機。
【請求項８】
前記連通路の前記第１圧縮機構側の開口は当該開口を前記第１作動室に沿って拡張するように構成された第１ザグリの底に開口しており、前記連通路の前記第２圧縮機構側の開口は当該開口を前記第２作動室に沿って拡張するように構成された第２ザグリの底に開口しており、
前記第１ザグリは、前記第１ピストンが当該第１ザグリを覆うときに前記第１ピストンの輪郭と合致する縁を有し、前記第２ザグリは、前記第２ピストンが当該第２ザグリを覆うときに前記第２ピストンの輪郭と合致する縁を有する、請求項１〜７の何れか一項に記載のロータリ圧縮機。
【請求項９】
前記第１偏心部の偏心方向と前記第２偏心部の偏心方向は１８０度ずれている、請求項１〜８のいずれか一項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する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機のモータは、通常、インバータとマイクロコンピュータとで制御されている。モータの回転数を下げれば、圧縮機が用いられた冷凍サイクル装置を定格よりも十分に低い能力で運転できる。特許文献１は、さらに、インバータ制御で実現できないような低い能力で冷凍サイクル装置を運転するための一つの技術を提供する。
【０００３】
図１２は、特許文献１に記載された空気調和装置の構成図である。圧縮機７１５、四方弁７１７、室内側熱交換器７１８、減圧装置７１９及び室外側熱交換器７２０並びにこれらを接続する配管によって冷媒回路が構成されている。圧縮機７１５のシリンダには、圧縮行程の開始から途中まで開口する中間吐出口が設けられている。中間吐出口は、バイパス路７２３によって、圧縮機７１５の吸入路に接続されている。バイパス路７２３には、流量制御装置７２１及び電磁開閉弁７２２が設けられている。低い設定周波数の運転時にのみ、電磁開閉弁７２２を開く。これにより、より低い能力での運転が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１８４３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１２に示す空気調和装置では、電磁開閉弁７２２を開いたときに、いったん圧縮機７１５に吸入された冷媒がバイパス路７２３を通じて再び吸入路に戻される。しかしながら、そのような冷媒の戻りは、冷凍サイクルに寄与しない無駄な動作である。また、冷媒がバイパス路７２３及び二度目の吸入路を流れる分だけ圧力損失が大きくなる。
【０００６】
こうした事情に鑑み、本発明は、作動流体を吸入路に戻すことなく吸入容積を変更することができるロータリ圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の発明者らは、鋭意研究の結果、上死点のタイミングが互いに異なる一対の圧縮機構を有する二段のロータリ圧縮機を用いれば、作動流体を吸入路に戻すことなく吸入容積を変更できることを見出した。本発明は、このような観点からなされたものである。
【０００８】
すなわち、本発明のロータリ圧縮機は、第１シリンダ、自身の外周面と前記第１シリンダの内周面との間に第１作動室が形成されるように前記第１シリンダの内部に配置された第１ピストン、及び前記第１作動室を第１吸入ポートが開口する第１吸入室と第１吐出ポートが開口する第１圧縮−吐出室とに仕切る第１ベーン、を含む第１圧縮機構と、第２シリンダ、自身の外周面と前記第２シリンダの内周面との間に第２作動室が形成されるように前記第２シリンダの内部に配置された第２ピストン、及び前記第２作動室を第２吸入ポートが開口する第２吸入室と第２吐出ポートが開口する第２圧縮−吐出室とに仕切る第２ベーン、を含む第２圧縮機構と、前記第１ピストンに嵌合する第１偏心部及び前記第２ピストンに嵌合する第２偏心部を有するシャフトと、前記シャフトを回転させるモータと、前記第１吸入室から切り替わった直後の前記第１圧縮−吐出室を前記第２吸入室に連通させ、かつ、前記第２吸入室から切り替わった直後の前記第２圧縮−吐出室を前記第１吸入室に連通させ得る連通路と、前記連通路を開閉する開閉手段と、を備えた、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のロータリ圧縮機によれば、開閉手段で連通路を閉じれば、通常の吸入容積でロータリ圧縮機を運転できる。一方、開閉手段で連通路を開けば、連通路を通じて一方の圧縮機構の圧縮−吐出室から他方の圧縮機構の吸入室に作動流体が所定量だけ押し出されるため、通常の吸入容積よりも小さな吸入容積でロータリ圧縮機を運転できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロータリ圧縮機の縦断面図
【図２】（ａ）は図１のIIＡ−IIＡ線に沿った横断面図、（ｂ）は図１のIIＢ−IIＢ線に沿った横断面図
【図３】図１に示すロータリ圧縮機の動作原理図
【図４】シャフトの回転角度と圧縮−吐出室の容積との関係を示すグラフ
【図５】シャフトの回転角度と作動流体の圧縮比との関係を示すグラフ
【図６】（ａ）は図１に示すロータリ圧縮機（θＶ＝１８０°）におけるシャフトの回転角度と負荷トルクとの関係を示すグラフ、（ｂ）は変形例のロータリ圧縮機（θＶ＝１５°）におけるシャフトの回転角度と負荷トルクとの関係を示すグラフ
【図７】スライド弁及びインバータの制御フローチャート
【図８】別の変形例のロータリ圧縮機の横断面図
【図９】（ａ）は本発明の第２実施形態に係るロータリ圧縮機における第１圧縮機構を示す横断面図、（ｂ）は同ロータリ圧縮機における第２圧縮機構を示す横断面図
【図１０】図９（ａ）及び（ｂ）に示すロータリ圧縮機の動作原理図
【図１１】第１実施形態又は第２実施形態のロータリ圧縮機を用いた冷凍サイクル装置の構成図
【図１２】従来の空気調和装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態によって限定されるものではない。
【００１２】
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態のロータリ圧縮機１００は、圧縮機本体４０、アキュームレータ１２、吐出管１１、第１吸入管１４、第２吸入管１５、インバータ４２及び制御部４４を備えている。
【００１３】
圧縮機本体４０は、密閉容器１、モータ２、シャフト４、上軸受部材６、第１圧縮機構３Ａ、中板５０、第２圧縮機構３Ｂ及び下軸受部材７を備えている。第１圧縮機構３Ａ及び第２圧縮機構３Ｂは、密閉容器１内の下部に配置されている。中板５０は第１圧縮機構３Ａと第２圧縮機構３Ｂの間に配置されており、上軸受部材６及び下軸受部材７は第１圧縮機構３Ａと第２圧縮機構３Ｂの両側でシャフト４を回転可能に支持している。モータ２は、密閉容器１内において、上軸受部材６の上方に配置されている。シャフト４は、第１圧縮機構３Ａ及び第２圧縮機構３Ｂとモータ２を連結している。密閉容器１の上部には、モータ２に電力を供給するための端子２１が設けられている。密閉容器１の底部には、潤滑油を保持するためのオイル溜り２２が形成されている。圧縮機本体４０は、いわゆる密閉型圧縮機の構造を有する。
【００１４】
吐出管１１は、密閉容器１の上部を貫通しているとともに、密閉容器１の内部で開口している。吐出管１１は、圧縮された作動流体（典型的には冷媒）を圧縮機本体４０の外部に導く役割を担う。第１吸入管１４は、第１圧縮機構３Ａに接続された一端と、アキュームレータ１２に接続された他端とを有し、密閉容器１の胴部を貫通している。第２吸入管１５は、第２圧縮機構３Ｂに接続された一端と、アキュームレータ１２に接続された他端とを有し、密閉容器１の胴部を貫通している。第１吸入管１４及び第２吸入管１５は、それぞれ、圧縮するべき作動流体をアキュームレータ１２から後述する第１圧縮機構３Ａ用の第１吸入ポート２７及び第２圧縮機構３Ｂ用の第２吸入ポート７７に導く役割を担う。
【００１５】
第１圧縮機構３Ａ及び第２圧縮機構３Ｂは、容積式の流体機構であり、作動流体を圧縮するようにモータ２によって動かされる。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１圧縮機構３Ａは第１吸入ポート２７から第１作動室２５に流入した作動流体を第１吐出ポート２９から流出させ、第２圧縮機構３Ｂは第２吸入ポート７７から第２作動室７５に流入した作動流体を第２吐出ポート７９から流出させる。第１吐出ポート２９及び第２吐出ポート７９は、密閉容器１の内部空間を介して吐出管１１と連通している。
【００１６】
第１圧縮機構３Ａは、図１及び図２（ａ）に示すように、第１シリンダ５、第１ピストン８、第１ベーン９及びバネ１０で構成されている。第１シリンダ５の内部には、自身の外周面と第１シリンダ５の内周面との間に第１作動室２５が形成されるように、シャフト４の第１偏心部４ａに嵌め合わされた第１ピストン８が配置されている。第１シリンダ５には、第１ベーン溝２４が形成されている。第１ベーン溝２４には、第１ピストン８の外周面に接する先端を有する第１ベーン９が収納されている。バネ１０は、第１ベーン９を第１ピストン８に向かって押すようにベーン溝２４に配置されている。第１シリンダ５と第１ピストン８との間の第１作動室２５は第１ベーン９によって仕切られ、これにより、第１吸入室２５ａ及び第１圧縮−吐出室２５ｂが形成されている。なお、第１ベーン９は、第１ピストン８に一体化されていてもよい。すなわち、第１ピストン８及び第１ベーン９がいわゆるスイングピストンで構成されていてもよい。
【００１７】
第１作動室２５は、上軸受部材６及び中板５０によってシャフト４の軸方向の両側から閉塞されている。本実施形態では、第１吸入ポート２７が第１吸入室２５ａに横向きに開口するように第１シリンダ５に設けられ、第１吐出ポート２９が上軸受部材６に当該上軸受部材６を貫通して第１圧縮−吐出室２５ｂに開口するように設けられている。ただし、第１吸入ポート２７及び第１吐出ポート２９をどの部材にどのように設けるかは適宜選定可能である。第１吐出ポート２９には、図示しない吐出弁が設けられている。
【００１８】
第２圧縮機構３Ｂは、図１及び図２（ｂ）に示すように、第２シリンダ５５、第２ピストン５８、第２ベーン５９及びバネ６０で構成されている。第２シリンダ５５の内部には、自身の外周面と第２シリンダ５５の内週面との間に第２作動室７５が形成されるように、シャフト４の第２偏心部４ｂに嵌め合わされた第２ピストン５８が配置されている。第２シリンダ５５には、第２ベーン溝７４が形成されている。第２ベーン溝７４には、第２ピストン５８の外周面に接する先端を有する第２ベーン５９が収納されている。バネ６０は、第２ベーン５９を第２ピストン５８に向かって押すように第２ベーン溝７４に配置されている。第２シリンダ５５と第２ピストン５８との間の第２作動室７５は第２ベーン５９によって仕切られ、これにより、第２吸入室７５ａ及び第２圧縮−吐出室７５ｂが形成されている（図３参照）。なお、第２ベーン５９は、第２ピストン５８に一体化されていてもよい。すなわち、第２ピストン５８及び第２ベーン５９がいわゆるスイングピストンで構成されていてもよい。
【００１９】
第２作動室７５は、下軸受部材７及び中板５０によってシャフト４の軸方向の両側から閉塞されている。本実施形態では、第２吸入ポート７７が第２吸入室７５ａに横向きに開口するように第２シリンダ５５に設けられ、第２吐出ポート７９が下軸受部材７に当該上軸受部材７を貫通して第２圧縮−吐出室７５ｂに開口するように設けられている。ただし、第２吸入ポート７７及び第２吐出ポート７９をどの部材にどのように設けるかは適宜選定可能である。第２吐出ポート７９には、図示しない吐出弁が設けられている。下軸受部材７の下方には当該下軸受部材７に面する空間を覆うカバー２３が配設されており、カバー２３で覆われた空間は、下軸受部材７、第２シリンダ５５、中板５０、第１シリンダ５及び上軸受部材６を貫通する吐出路２６を経由して上軸受部材６の上方空間と連通している。
【００２０】
モータ２は、ステータ１７及びロータ１８で構成されている。ステータ１７は、密閉容器１の内周面に固定されている。ロータ１８は、シャフト４に固定されており、かつシャフト４と共に回転する。モータ２により、第１シリンダ５及び第２シリンダ５５の内部で第１ピストン８及び第２ピストン５８が動かされる。モータ２として、ＩＰＭＳＭ（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）及びＳＰＭＳＭ（Surface Permanent Magnet Synchronous Motor）等の回転数を変更可能なモータを使用できる。
【００２１】
制御部４４は、インバータ４２を制御してモータ２の回転数、すなわち、ロータリ圧縮機１００の回転数を調節する。制御部４４として、Ａ／Ｄ変換回路、入出力回路、演算回路、記憶装置等を含むＤＳＰ（Digital Signal Processor）を使用できる。
【００２２】
アキュームレータ１２は、蓄積容器１２ａ及び導入管１２ｂで構成されている。蓄積容器１２ａは、液相の作動流体及び気相の作動流体を保持できる内部空間を有する。導入管１２ｂは、蓄積容器１２ａの上部を貫通しており、かつ蓄積容器１２ａの内部空間に向かって開口している。蓄積容器１２ａの底部を貫通する形で、第１吸入管１４及び第２吸入管１５がアキュームレータ１２にそれぞれ接続されている。吸入管１４,１５は、蓄積容器１２ａの底部から上方に延びており、一定の高さで蓄積容器１２ａの内部空間に向かって開口している。
【００２３】
第１圧縮機構３Ａの第１作動室２５及び第２圧縮機構３Ｂの第２作動室７５に面する中板５０には連通路８０が設けられている。さらに、圧縮機本体４０は、連通路８０を開閉する開閉手段としてスライド弁８５を備えている。
【００２４】
連通路８０は、第１吸入室２５ａから切り替わった直後の第１圧縮−吐出室２５ｂを第２吸入室７５ａに連通させ、かつ、第２吸入室７５ａから切り替わった直後の第２圧縮−吐出室７５ｂを第１吸入室２５ａに連通させることができるように設けられている。これを実現するには、シャフト４の回転方向において、第１ベーン９の中心位置を０°と定義するとともに、第１ベーン９の中心から連通路８０の第１圧縮機構３Ａ側の第１開口８０ａの中心までの角度をθ１、第１ベーン９の中心から連通路８０の第２圧縮機構３Ｂ側の第２開口８０ｂの中心までの角度をθ２としたときに、以下の式１及び式２を満たせばよい。
０°＜θ１≦θｃ＋θＶ  ・・・（式１）
θＶ＜θ２≦３６０°−θｃ  ・・・（式２）
θｃ：第１偏心部４ａの偏心方向と第２偏心部４ｂの偏心方向のずれ角度
（０度以上で小さい方）
θＶ：第１ベーン９の中心と第２ベーン５９の中心のずれ角度
（０度以上で小さい方）
【００２５】
本実施形態では、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１ベーン９と第２ベーン５９とがシャフト４の軸方向において一致した位置に配置されている。従って、θＶ＝０°である。また、第１偏心部４ａの偏心方向と第２偏心部４ｂの偏心方向は１８０度ずれているため、θｃ＝１８０°である。従って、上記式１及び式２より、θ１及びθ２は共に０度より大きく１８０度以下であればよい。本実施形態では、連通路８０がシャフト４の軸方向と平行に中板５０を貫通する貫通穴であり、θ１＝θ２＝９０°である。
【００２６】
中板５０には、連通路８０と交差するように支持穴８１が設けられている。支持穴８１は、シャフト４の軸心を中心とする径方向に沿って真っ直ぐに延びている。中板５０は密閉容器１の内周面に固定されており、支持穴８１の外側の端部からは、中板５０の端面及び密閉容器１を貫通して筒状体８４が延びている。
【００２７】
スライド弁８５は、連通路８０を通じた作動流体の流通を許可または禁止するものである。本実施形態では、スライド弁８５は、支持穴８１と、筒状体８４と、筒状体８４及び支持穴８１内にスライド可能に挿入されたシャトル８２と、シャトル８２を連通路８０を遮断する遮断位置と連通路８０を開放する開放位置との間で移動させる駆動部８３とで構成されている。シャトル８２は磁石であり、駆動部８３はコイルである。
【００２８】
連通路８０を中板５０に設けることで、連通路を構成するための新たな部材を設けることもなく、低コストな構成を実現することができる。また、連通路８０はシャフト４と平行に形成されているため、第１作動室２５と第２作動室７５を最短でつなぐことができ、それらの作動室の間で流体が移動する場合にも、大きな圧力損失が発生することもなく、また、流体の共鳴振動も起こりにくい。よって、高性能かつ信頼性の高い可変容積機構を実現することができる。
【００２９】
スライド弁８５は支持穴８１内のシャトル８２を移動させるだけで連通路８０を開閉することができ、駆動部も少なく構成部品も少ないので、低コストかつ高い信頼性を実現することができる。さらに、シャトル８２の移動による開閉であるため、連通路８０を完全に開として流路を遮るものをなくすことができ、圧力損失を最低限に抑えて高効率な運転を行うことができる。また、駆動部８３を密閉容器１の外部に設けることができるため、駆動部８３の耐圧設計等が容易となり、コストを低減することができる。
【００３０】
スライド弁８５は、ロータリ圧縮機１００の吸入容積（閉じ込め容積）を変更する役割を担う。ロータリ圧縮機１００の吸入容積を相対的に小さくすべきときには連通路８０を通じて第１作動室２５（詳細には第１圧縮−吐出室２５ｂ）から第２作動室７５（詳細には第２吸入室７５ａ）へ、または第２作動室７５（詳細には第２圧縮−吐出室７５ｂ）から第１作動室２５（詳細には第１圧縮−吐出室２５ａ）へと圧縮前の作動流体が移動することを許容する。具体的には、スライド弁８５を開く。他方、吸入容積を相対的に大きくすべきときには連通路８０を通じて第１作動室２５と第２作動室７５の間で作動流体が移動することを禁止する。具体的には、スライド弁８５を閉じる。スライド弁８５が開いているとき、ロータリ圧縮機１００は低容積モードで運転される。スライド弁８５が閉じているとき、ロータリ圧縮機１００は高容積モードで運転される。
【００３１】
スライド弁８５を制御してロータリ圧縮機１００の運転モードが高容積モードから低容積モードへと切り替わったとき、吸入容積の減少をモータ２の回転数の増加で補償するようにインバータ４２が制御される。これにより、低い能力が必要なとき（負荷が小さいとき）にもモータ２の回転数を極端に下げずに済む。すなわち、低い能力が必要なときにも高い効率を発揮し得る回転数でモータ２を駆動できる。従って、ロータリ圧縮機１００の効率も向上する。
【００３２】
具体的に、制御部４４は、モータ２の回転数が相対的に小さな第１設定値以下になったときにスライド弁８５を開き、モータ２の回転数が相対的に大きくな第２設定値以上になったときにスライド弁８５を閉じる。また、制御部４４は、スライド弁８５を開いたときにモータ２の回転数を１．５〜２．５倍に増やし、スライド弁８５を閉じたときにモータ２の回転数を１／４〜３／４に減らすように、インバータ４２を制御する。
【００３３】
なお、以下では、第１ベーン９が第１ピストン８によって第１ベーン溝２４に最大限押し込まれた瞬間（すなわち、第１ピストン８が上死点に位置する瞬間）におけるシャフト４の回転角度を「０度」と定義する。上述したように、連通路８０の第１開口８０ａ及び第２開口８０ｂは、シャフト４の回転角度で９０度の位置に形成されており、シャフト４の軸方向と平行な直線上に位置している。
【００３４】
高容積モードでは、第１圧縮機構３Ａにおいては第１圧縮−吐出室２５ｂに閉じ込められた作動流体を圧縮する行程（圧縮行程）が０度の回転角度から始まる。他方、低容積モードでは、第１圧縮−吐出室２５ｂに閉じ込めた作動流体を連通路８０を経由して第２吸入室７５ａに押し出す行程が０〜９０度の期間において行われ、圧縮行程が９０度の回転角度から始まる。第２圧縮機構３Ｂでも同様に、高容積モードでは第２圧縮−吐出室７５ｂに閉じ込められた作動流体を圧縮する行程（圧縮行程）が１８０度の回転角度から始まる。他方、低容積モードでは、第２圧縮−吐出室７５ｂに閉じ込めた作動流体を連通路８０を経由して第１吸入室２５ａに押し出す行程が１８０〜２７０度の期間において行われ、圧縮行程が２７０度の回転角度から始まる。高容積モードでの吸入容積をＶとすると、本実施形態における低容積モードでの吸入容積は０．８５Ｖとなる。
【００３５】
次に、図３を参照して第１圧縮機構３Ａ及び第２圧縮機構３Ｂの動きについて説明する。図３は、シャフト４及びピストン８，５８が反時計回りに回転する様子を表している。まず第１圧縮機構３Ａの動きを中心に説明する。
【００３６】
シャフト４の回転に伴って第１吸入室２５ａの容積は増加し作動流体を吸入する。図３の左上図に示すように、シャフト４が一回転すると第１吸入室２５ａの容積は最大となり、吸入工程を終了する。その後、第１吸入室２５ａは第１圧縮−吐出室２５ｂへと切り替わる。シャフト４の回転に伴って第１圧縮−吐出室２５ｂの容積は減少する。このとき、スライド弁８５が閉じていると、第１圧縮機構３Ａは高容積モードでの運転となり、作動流体は第１圧縮−吐出室２５ｂの容積減少に伴って圧縮され、昇圧されていく。これに対しスライド弁８５が開いていると、第１圧縮機構３Ａは低容積モードでの運転となり、回転角度０度から第１ピストン８が開口８０ａを通過するまでの間、作動流体は圧縮されることなく連通路８０を通って第２吸入室７５ａへと押し出される。回転角度が０〜９０度の期間では、第２吸入室７５ａの容積は第１圧縮−吐出室２５ｂの容積よりも大きな変化率で上昇するため、作動流体は連通路８０を通じてスムーズに第２吸入室７５ａに流れ込む。第１ピストン８が第１開口８０ａを通過すると第１圧縮−吐出室２５ｂは第１開口８０ａと隔離されるので、第１圧縮−吐出室２５ｂ内の作動流体は容積減少とともに圧縮され、昇圧される。高容積モード、低容積モードどちらの場合であっても、作動流体はその運転状態における圧縮比に達するまで昇圧され、その後第１圧縮−吐出室２５ｂの容積減少に伴って第１吐出ポート２９から密閉容器１内へと吐出される。シャフト４の回転角度が３６０度（０度）に達するまで、吐出行程が行われる。図３の左下図及び左上図に示すように、シャフト４が１回転すると第１圧縮−吐出室２５ｂの容積はゼロになる。
【００３７】
次に、第２圧縮機構３Ｂの動きを中心に説明する。第２圧縮機構３Ｂも第１圧縮機構３Ａと同様の行程を行うが、第２偏心部４ｂの偏心方向が第１偏心部４ａに対して１８０度ずれているため、各行程の行われる期間が１８０度ずれている。具体的に説明を加える。
【００３８】
シャフト４の回転に伴って第２吸入室７５ａの容積は増加し作動流体を吸入する。図３の右下図に示すように、シャフト４が１８０度から５４０度まで一回転すると第２吸入室７５ａの容積は最大となり、吸入工程を終了する。その後、第２吸入室７５ａは第２圧縮−吐出室７５ｂへと切り替わる。シャフト４の回転に伴って第２圧縮−吐出室７５ｂの容積は減少する。このとき、スライド弁８５が閉じていると、第２圧縮機構３Ｂは高容積モードでの運転となり、作動流体は第２圧縮−吐出室７５ｂの容積減少に伴って圧縮され、昇圧されていく。これに対しスライド弁８５が開いていると、第２圧縮機構３Ｂは低容積モードでの運転となり、回転角度５４０度から第２ピストン５８が第２開口８０ｂを通過するまでの間、作動流体は圧縮されることなく連通路８０を通って第１吸入室２５aへ押し出される。回転角度が０〜９０度の期間では、第１吸入室２５ａの容積は第２圧縮−吐出室７５ｂの容積よりも大きな変化率で上昇するため、作動流体は連通路８０を通じてスムーズに第１吸入室２５ａに流れ込む。第２ピストン５８が第２開口８０ｂを通過すると第２圧縮−吐出室７５ｂは第２開口８０ｂと隔離されるので、第２圧縮−吐出室７５ｂ内の作動流体は容積減少とともに圧縮され、昇圧される。高容積モード、低容積モードどちらの場合であっても、作動流体はその運転状態における圧縮比に達するまで昇圧され、その後第２圧縮−吐出室７５ｂの容積減少に伴って第２吐出ポート７９からカバー２３で覆われる空間、吐出路２６を経由して密閉容器１内へと吐出される。シャフト４の回転角度が９００度に達するまで、吐出行程が行われる。図３の右上図及び右下図に示すように、シャフト４が１回転すると第２圧縮−吐出室７５ｂの容積はゼロになる。
【００３９】
図３において、低容積モードでの運転の場合には、シャフト４の回転角０〜９０度の間は第１圧縮機構３Ａは連通路８０を経由して第１圧縮−吐出室２５ｂから第２吸入室７５ａへと作動流体を送り出す行程を行っている。言い換えれば、第１ピストン８が上死点に位置してから第１開口８０ａを閉じるまでの間、第２開口８０ｂは第２吸入室７５ａに面している。第２開口８０ｂがこのような条件を満たすためには、第１吸入室２５ａが第１圧縮−吐出室２５ｂへと切り替わる、第１ピストン８が上死点に位置した時点から、第１開口８０ａを閉じる時点まで、第２開口８０ｂの面している空間が第２圧縮−吐出室７５ｂにならなければよい。第１偏心部４ａと第２偏心部４ｂの偏心方向が１８０度ずれている本実施形態においては、第１偏心部４ａが上死点方向に位置するとき、第２偏心部４ｂが１８０度先に進んでいるので、第２開口８０ｂの配置θ２が、０°＜θ２≦１８０°の範囲にあればよい。第２開口８０ｂをこのような配置とすることで、第１作動室２５ｂから作動流体が送り出されている間、第２開口８０ｂの位置する空間は第２吸入管１５を介して冷凍サイクル構成流路とつながっており、十分に大きな空間となっている。よって作動流体が送り出されても圧縮されることなく圧力が上昇しないので、無駄な圧縮損失が発生せず、高効率な運転を行うことができる。また、確実に容積を減少させた運転を行うことができる。
【００４０】
第２圧縮機構３Ｂについても同様に、シャフト４の回転角が１８０〜２７０度の間は連通路８０を経由して第２圧縮−吐出室７５ｂから第１吸入室２５ａへと作動流体を送り出す行程を行っている。よって、この間第１開口８０ａが第１吸入室２５ａに面しているためには、第２吸入室７５ａが第２圧縮−吐出室７５ｂに切り替わる時点、つまり、第２ピストン５８が上死点に位置する時点（＝シャフト４の回転角度１８０度）で、１８０度遅れている第１偏心部４ａと嵌合する第１ピストン８と第１ベーン９の間に形成される第１吸入室２５ａに第１開口８０ａが面していればよいので、第１開口８０ａの配置角度θ１は、０°＜θ１＜≦１８０°の範囲にあればよい。
【００４１】
続いて、本実施形態における高容積モードと低容積モードが、実際の運転において作動室２５，７５及びベーン９，５９の摺動状態に与える影響を説明する。図４（ａ）及び（ｂ）は、シャフト４の回転角度に対する第１圧縮−吐出室２５ｂ及び第２圧縮−吐出室７５ｂの容積変化を示しており、図５は高容積モード及び低容積モードそれぞれについての、圧縮−吐出室２５ｂ，７５ｂ内の作動流体の圧縮比変化を示している。以下、第２圧縮−吐出室７５ｂについては、第１圧縮−吐出室２５ｂの場合のシャフト４の回転角と１８０度位相がずれていることのみが異なっており、その他の値については等しいため説明を省略する。
【００４２】
第１圧縮−吐出室２５ｂの容積はシャフト４の回転角度が０度から大きくなるにつれて減少する。容積の変化速度はロータリ機構の設計パラメータにより若干異なるが、概ねサインカーブに似た曲線を描きながら減少していく。シャフト４の回転角度０度のときが最大容積であり、その時点での容積をＶとすると、回転角度が９０度、１８０度、２７０度、３６０度と変化していくにつれて、容積は、０．８５Ｖ、０．５Ｖ、０．１５Ｖ、０と変化していく。
【００４３】
図５からわかるように、高容積モードでの運転時、第１圧縮−吐出室２５ｂ内の作動流体は、シャフト４の回転角度が０度の時点から圧縮され始め、１８０度になったときには圧縮比はＶ÷０．５Ｖ＝２に達している。これに対し、低容積モードでの運転時は、圧縮−吐出室２５ｂ内の作動流体は、シャフト４の回転角度が９０度に達するまでは圧縮されず第２吸入室７５ａへと押し出され、９０度の時点から圧縮が始まる。９０度のときの容積は０．８５Ｖなので、１８０度になったときの圧縮比は０．８５Ｖ÷０．５Ｖ＝１．７となる。
【００４４】
冷媒（作動流体）としてＲ４１０Ａを用いたルームエアコンでは、暖房能力をほとんど必要としない中間期に、最小暖房能力条件と呼ばれる圧縮比が小さくかつ低速で圧縮機が運転する条件が出現する。この最小暖房能力条件の圧縮比は１．７５であり、上記高容積モードで運転した場合のシャフト４の回転角度１８０度の時点での圧縮比２よりも小さい。言い換えると、圧縮比が小さいために、第１ベーン９の最大突出位置となる下死点で第１圧縮−吐出室２５ｂ内の圧力が吐出圧に到達している。このとき、第１圧縮−吐出室２５ｂ内の吐出圧（高圧）と第１吸入室２５ａ内の吸入圧（低圧）がそれぞれ第１ベーン９の両側面に作用し、第１ベーン９はその圧力差によって第１ベーン溝２４の第１吸入室２５ａ側の壁面に押し付けられ、強く摺動することになる。
【００４５】
しかし、上記低容積モードで運転を行った場合には、シャフト４の回転角度が１８０度のときの圧縮比は１．７となり、最小暖房能力条件の圧縮比１．７５よりも小さくなる。つまり、第１ベーン９の最も突出する状態においても第１圧縮−吐出室２５ｂ内の作動流体の圧力は吐出圧力には到達しない。よって、第１ベーン９の側面に作用する圧力の差が小さくなるので、第１ベーン９が第１ベーン溝２４に押し付けられる力が低減され、第１ベーン９の摺動損失及び摩耗を低減してロータリ圧縮機１００の信頼性を向上させることができる。第２ベーン５９についても同様のことが言える。
【００４６】
上記効果が得られるθ１、θ２の範囲は、シャフト４の回転角が１８０度（下死点）のときに圧縮比が１．７以下となる範囲なので、必ずしもθ１＝９０°、θ２＝９０°である必要はない。θ１、θ２の値は、
９０°≦θ１≦１８０°
９０°≦θ２≦１８０°
の範囲で自由に設定することができる。すなわち、シャフト４の回転方向において、第１ベーン９の中心から第１開口８０ａの中心までの角度（θ１）が９０度以上であり、第２ベーン５９の中心から第２開口８０ｂの中心までの角度（θ２−θＶ）が９０度以上であれば、上記の効果を得ることができる。
【００４７】
なお、上記では冷媒としてＲ４１０Ａを用いたルームエアコンを例に説明したが、本実施形態の構成は、他の冷媒及び冷凍サイクル装置においても幅広い運転範囲でロータリ圧縮機の信頼性を向上させる効果を発揮する。
【００４８】
図６（ａ）は本実施形態における第１圧縮機構３Ａ及び第２圧縮機構３Ｂが作動流体の圧縮を行っている場合のシャフト４に作用する回転トルクの変動の様子を示している。破線が第１圧縮機構３Ａの運転により発生する回転トルク、一点鎖線が第２圧縮機構３Ｂの運転により発生する回転トルク、実線がそれらを足し合わせた、実際にシャフト４に作用する合成トルクを示している。第１偏心部４Ａと第２偏心部４Ｂが１８０度反対を向いていることにより、それぞれの一回転あたりのトルクの最大値が１８０度ごとに現れる。よって相互の最大値が重なり合うことなく、一方の最大値が現れる時点では他方の最小値が現れているため、合成トルクは変動幅が小さくなり、モータによる駆動制御のロスも小さくなって高効率な運転が可能となる。このような観点から、第１偏心部４ａの偏心方向と第２偏心部４ｂの偏心方向は１８０度ずれていることが好ましい。図６（ｂ）に第１偏心部４Ａの偏心方向と第２偏心部４ｂの偏心方向が１５度ずれている場合のトルク変動の様子を示す。この場合には一方の偏心部に作用するトルクが低下する前に他方の偏心部に作用するトルクが最大値に達するため、その合成トルクの変動はより大きなものとなってモータ駆動制御のロスも大きくなる。
【００４９】
次に、図７を参照して、制御部４４によるスライド弁８５及びインバータ４２の制御手順の一例を説明する。
【００５０】
ステップＳ１において、要求された能力に応じてモータ２の回転数を調節する。具体的には、必要な作動流体流量が得られるようにモータ２の回転数を調節する。次に、ステップＳ２及びステップＳ６において、モータ２の回転数を下げたのか又は上げたのかを判断する。ステップＳ１で回転数を下げた処理を行っている場合には、ステップＳ３に進み、現在の回転数が３０Ｈｚ以下かどうかを判断する。現在の回転数が３０Ｈｚ以下であれば、ステップＳ４において、スライド弁８５が閉じているかどうかを判断する。スライド弁８５が閉じている場合、ステップＳ５において、スライド弁８５を開く処理と、モータ２の回転数を現在の回転数の２倍の回転数に上げる処理とを実行する。ステップＳ５における各処理の順序は特に限定されないが、スライド弁８５を開くのと概ね同時にモータ２の回転数を上げることができる。
【００５１】
他方、ステップＳ１で回転数を上げる処理を行っている場合には、ステップＳ７に進み、現在の回転数が７０Ｈｚ以上かどうかを判断する。現在の回転数が７０Ｈｚ以上であれば、ステップＳ８において、スライド弁８５が開いているかどうかを判断する。スライド弁８５が開いている場合、ステップＳ９において、スライド弁８５を閉じる処理と、モータ２の回転数を現在の回転数の１／２倍の回転数まで下げる処理とを実行する。ステップＳ９における各処理の順序は特に限定されないが、スライド弁８５を閉じるのと概ね同時にモータ２の回転数を下げることができる。
【００５２】
本実施形態のベーン９、５９には、ベーン溝２４、７４と摺動する面に、潤滑性を向上したり摩擦力を低減したりするコーティングや表面処理がなされているとなお良い。例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）や窒化クロム（ＣｒＮ）などのコーティングや、ディンプル加工、窒化などの処理が好適である。
【００５３】
＜変形例＞
図８に示すように、中板５０の上面には、連通路８０の第１開口８０ａを第１作動室２５に沿って拡張するように第１ザグリ２０４が設けられており、中板５０の下面には、連通路８０の第２開口８０ｂを第２作動室７５に沿って拡張するように第２ザグリが設けられていてもよい（図８では、第１開口８０ａ側のみを図示）。すなわち、第１開口８０ａは第１ザグリ２０４の底に開口し、第２開口８０ｂは第２ザグリの底に開口する。第１ザグリ２０４は、第１開口８０ａからシャフト４の回転方向に延びている。また、第１ザグリ２０４の縁の一部２０４ａは、第１ピストン８の外径と略等しい円弧に成形されていて、第１ピストン８が第１ザグリ２０４を覆うときに第１ピストン８の輪郭と合致する。図略の第２ザグリは、第２開口８０ｂからシャフト４の回転方向に延びている。また、第２ザグリの縁の一部は、第２ピストン５８の外径と略等しい円弧に成形されていて、第２ピストン５８が第２ザグリを覆うときに第２ピストン５８の輪郭と合致する。
【００５４】
開口（８０ａまたは８０ｂ）はピストン（８または５８）によって開閉されるが、開口の孔形状とピストンの形状が異なるため、開口が閉塞される直前には、その孔が徐々に閉じられていくことになる。そのため、低容積モードでの運転の際には、開口が中途半端に閉じられた状態で作動流体が連通路８０へと流出する状態が続くため、作動流体の流れが悪くなり、設計上期待されるタイミングよりも早く閉じこんだ状態となる。そのため、作動流体の圧縮行程が始まるタイミングも早まってしまうので、圧縮比の上昇も早まりかねない。第１ザグリ２０４の縁の一部２０４ａが第１ピストン８の外径と略等しい円弧に形成され、第２ザグリの縁の一部が第２ピストン５８の外径と略等しい円弧に形成されていれば、閉じこむ直前までは作動流体の流路を大きくとり、閉じこむ瞬間には急激に流路を閉じることができる。よって圧縮比上昇のタイミングが早まることもなく本構成の目的を達成することができる。なお、第１ザグリ２０４及び第２ザグリの一方のみを設けることも可能である。
【００５５】
また、連通路８０を開閉する開閉手段としては、スライド弁８５以外にも、例えば電動式のボールバルブなどを用いることも可能である。
【００５６】
さらには、前記実施形態では、連通路８０が中板５０に設けられた貫通穴であったが、連通路８０は必ずしも中板５０に設けられた貫通穴である必要はない。例えば、第１開口８０ａ及び第２開口８０ｂを上軸受部材６及び下軸受部材７に設け、連通路８０を、第１シリンダ５、中板５０及び第２シリンダ５５に跨ってそれらをつなぐコ字状の流路で構成することもできる。このような構成とすることで、中板５０に連通路８０を設けた場合に比べ、中板５０の厚さによる連通路８０の配置の制限がなくなり、θ１及びθ２の配置範囲を大きくすることができ、設計の自由度を広げることが可能となる。なお、この場合には、スライド弁８５を構成する支持穴８１の位置は特に問わない。また、第１開口８０ａ及び第２開口８０ｂを上軸受部材６及び下軸受部材７に設ける構成においても、図８を参照して説明した第１ザグリ２０４及び第２ザグリを採用可能であることは言うまでもない。
【００５７】
（第２実施形態）
図９（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２実施形態に係るロータリ圧縮機の横断面図であり、図１０は同ロータリ圧縮機の動作を示す。
【００５８】
本実施形態では、第２ベーン５９が第１ベーン９に対して反時計回り（シャフト４の回転方向）にθＶだけずれた位置に配置されている。また、第２偏心部４ｂの偏心方向は、第１偏心部４ａの偏心方向に対して時計回りにθｃだけ遅れた方向を向いている。中板５０を貫通して第１作動室２５と第２作動室７５を連通する連通路１８０は、第１実施形態の連通路８０とは異なりシャフト４と平行にはなっておらず、斜めに延びている。すなわち、連通路１８０の第１圧縮機構３Ａ側の第１開口１８０ａと第２圧縮機構３Ｂ側の第２開口１８０ｂは、それぞれ配置角度θ１及びθ２(≠θ１)の位置に設けられている。
【００５９】
第１実施形態で説明したように、連通路１８０の第１開口１８０ａ及び第２開口１８０ｂの配置角度θ１及びθ２は、
０°＜θ１≦θｃ＋θＶ
θＶ＜θ２≦３６０°−θｃ
の範囲に収まるよう設けられている。θ１及びθ２をこのような範囲に設定することで、低容積モード中に２つの作動室のうち一方から他方に連通路１８０を通じて作動流体が押し出される際にも、その押し出される先の空間が冷凍サイクル構成流路と連通した吸入室となって十分に広い空間となっているので、作動流体の圧力が上がることなく、無駄な圧縮エネルギーのロスが発生しない。その原理を詳細に説明する。
【００６０】
図９（ａ）及び（ｂ）は、シャフト４の回転角がθｃ＋θＶとなった時点での、第１圧縮機構３Ａと第２圧縮機構３Ｂの状態を表している。シャフト４の回転角がθｃ＋θＶとなっているとき、第２圧縮機構３Ｂ側の第２偏心部４ｂは第２ピストン５８の上死点方向に位置する。つまり、この瞬間から第２作動室７５は第２圧縮−吐出室７５ｂとして動作する。低容積モードでは、第２圧縮−吐出室７５ｂから作動流体が連通路１８０を通じて送り出され、第１開口１８０ａを経由して第１作動室２５へ押し出される。よって、第１開口１８０ａが配置されている第１作動室２５内の空間が第１吸入室２５ａとなっていればよいので、第１開口１８０ａの配置角度θ１は０°＜θ１≦θｃ＋θＶの範囲となっていればよい。
【００６１】
また、θ２の配置角度についても同様に、第１ピストン８が上死点となるシャフト４の回転角度が０度のとき、作動室２５が第１圧縮−吐出室２５ｂとなるので、その時点で第２開口１８０ｂが第２吸入室７５ａに露出するようにθＶ＜θ２≦３６０°−θｃの範囲に設けられていればよい。
【００６２】
なお、本実施形態のようなθｃ及びθＶの角度範囲においても、第１実施形態で説明した好ましい構成は同時に実施することができる。すなわち、下死点位置におけるベーン側面の摺動状態悪化を防止するため、下死点位置で圧縮比１．７以下となるように、θ１及びθ２の範囲を
９０°≦θ１≦θｃ＋θＶ
９０°＋θＶ≦θ２≦３６０°−θｃ
と設定すればよい。これにより、第１実施形態で説明したのと同様の効果を得ることができる。
【００６３】
（応用実施形態）
図１１に示すように、ロータリ圧縮機１００を使用して冷凍サイクル装置６００を構築できる。冷凍サイクル装置６００は、ロータリ圧縮機１００、放熱器６０２、膨張機構６０４及び蒸発器６０６を備えている。これらの機器は、冷媒回路を形成するように冷媒管によって上記の順番で接続されている。放熱器６０２は、例えば空気−冷媒熱交換器で構成されており、ロータリ圧縮機１００で圧縮された冷媒を冷却する。膨張機構６０４は、例えば膨張弁で構成されており、放熱器６０２で冷却された冷媒を膨張させる。蒸発器６０６は、例えば空気−冷媒熱交換器で構成されており、膨張機構６０４で膨張した冷媒を加熱する。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、給湯機、温水暖房装置及び空気調和装置等に利用できる冷凍サイクル装置の圧縮機に有用である。本発明は、特に、幅広い能力が要求される空気調和装置の圧縮機に有用である。
【符号の説明】
【００６５】
１  密閉容器
２  モータ
３Ａ  第１圧縮機構
３Ｂ  第２圧縮機構
４  シャフト
４ａ  第１偏心部
４ｂ  第２偏心部
５，５５  シリンダ
８,５８  ピストン
９,５９  ベーン
１２  アキュームレータ
１４,１５  吸入管
２５,７５  作動室
２５ａ,７５ａ  吸入室
２５ｂ,７５ｂ  圧縮−吐出室
２７，７７  吸入ポート
２９，７９  吐出ポート
８０，１８０  連通路
８０ａ，８０ｂ  開口
８１  支持穴
８２  シャトル
８３  駆動部
８５  スライド弁（開閉手段）
【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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【図１１】
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【図１２】
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