(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に電動要素と、該電動要素にて駆動される第１及び第２の回転圧縮要素を備え、前記第１の回転圧縮要素で圧縮され、吐出されたＣＯ2冷媒ガスを前記第２の回転圧縮要素に吸引し、圧縮して吐出する多段圧縮式ロータリコンプレッサにおいて、
前記第１の回転圧縮要素の吐出ポート面積Ｓ１と前記第２の回転圧縮要素の吐出ポート面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１を、前記第１の回転圧縮要素の排除容積Ｖ１と前記第２の回転圧縮要素の排除容積Ｖ２の比Ｖ２／Ｖ１より小さく設定したことを特徴とする多段圧縮式ロータリコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１の回転圧縮要素で圧縮されて吐出された冷媒ガスを第２の回転圧縮要素に吸引し、圧縮して吐出する多段圧縮式ロータリコンプレッサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の多段圧縮式ロータリコンプレッサでは、例えば特開平２−２９４５８６号公報に示されるように、第１の回転圧縮要素の吸入ポートから冷媒ガスがシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮されて中間圧となり、シリンダの高圧室側の吐出ポートより吐出される。そして、中間圧となった冷媒ガスは第２の回転圧縮要素の吸入ポートからシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により２段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側の吐出ポートより吐出される。そして、このコンプレッサから吐出された冷媒は、放熱器に流入し、放熱した後、膨張弁で絞られて蒸発器で吸熱し、第１の回転圧縮要素に吸入するサイクルを繰り返すものであった。
【０００３】
係る多段圧縮式ロータリコンプレッサにおいて、第１及び第２の回転圧縮要素のシリンダと吐出消音室とは吐出ポートにて連通されている。この吐出消音室内には吐出ポートを開閉自在に閉塞する吐出弁が設けられている。この吐出弁は縦長略矩形状の金属板からなる弾性部材にて構成されており、吐出弁の一側が吐出ポートに当接して密閉すると共に、他側は吐出ポートと所定の間隔を存して設けられた取付孔にカシメピンにより固着されている。
【０００４】
そして、シリンダで圧縮され、所定の圧力に達した冷媒ガスが、吐出ポートを閉じている吐出弁を押して吐出ポートを開き、吐出消音室へ吐出させる。そして、冷媒ガスの吐出が終了する時期になると、吐出弁が吐出ポートを閉塞する構成とされている。このとき、吐出ポート内には冷媒ガスが残留し、この残留した冷媒ガスはシリンダ内に戻り再膨張することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
係る吐出ポートの残留冷媒の再膨張は圧縮効率の低下を招くが、この種多段圧縮式ロータリコンプレッサにおいては、従来より第１の回転圧縮要素の吐出ポートの面積Ｓ１と第２の回転圧縮要素の吐出ポートＳ２の面積の比Ｓ２／Ｓ１は、第１の回転圧縮要素の排除容積Ｖ１と第２の回転圧縮要素の排除容積Ｖ２の比Ｖ２／Ｖ１と一致するように第１の回転圧縮要素の吐出ポートの面積Ｓ１及び第２の回転圧縮要素の吐出ポートの面積Ｓ２を設定していた。
【０００６】
一方、ＣＯ2を冷媒として使用する冷房、暖房、給湯機などの冷媒回路では、通常第２の回転圧縮要素の吐出圧力（２段目）は１０ＭＰａ〜１３ＭＰａなどの極めて高い圧力に制御され、第２の回転圧縮要素の吐出ポートの体積流量は非常に少ない。そのため、第２の回転圧縮要素の吐出ポート面積を小さくしても、通路抵抗の影響は受け難い。
【０００７】
本発明は、係る従来の状況を踏まえ、吐出圧力が高圧となるＣＯ2冷媒を用いた多段圧縮式ロータリコンプレッサにおいて、各回転圧縮要素の排除容積比と吐出ポートの面積の比を適切とすることで、運転効率の改善を図ることを目的とする。
【０００８】
【発明を解決するための手段】
即ち、本発明では密閉容器内に電動要素と、この電動要素にて駆動される第１及び第２の回転圧縮要素を備え、第１の回転圧縮要素で圧縮され、吐出されたＣＯ2冷媒ガスを第２の回転圧縮要素に吸引し、圧縮して吐出する多段圧縮式ロータリコンプレッサにおいて、第１の回転圧縮要素の吐出ポート面積Ｓ１と第２の回転圧縮要素の吐出ポート面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１を、第１の回転圧縮要素の排除容積Ｖ１と第２の回転圧縮要素の排除容積Ｖ２の比Ｖ２／Ｖ１より小さく設定しているので、第２の回転圧縮要素の吐出ポートの面積Ｓ２をより小さくして、第２の回転圧縮要素の吐出ポート内に残留する高圧ガスの量を減らすことができるようになる。これにより、ロータリコンプレッサの運転効率の改善を促進できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施の形態を詳述する。図１は本発明の多段圧縮式ロータリコンプレッサの実施例として、第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４を備えた内部中間圧型多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサの縦断面図である。
【００１０】
図１において、１０はＣＯ2（二酸化炭素）を冷媒とする内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサで、この多段圧縮式ロータリコンプレッサ１０は、鋼板からなる円筒状の密閉容器１２Ａ、及びこの密閉容器１２Ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで形成されるケースとしての密閉容器１２と、この密閉容器１２の容器本体１２Ａの内部空間の上側に配置収納された電動要素１４と、この電動要素１４の下側に配置され、電動要素１４の回転軸１６により駆動される第１の回転圧縮要素３２及び第２の回転圧縮要素３４からなる回転圧縮機構部１８とにより構成されている。
【００１１】
尚、密閉容器１２は底部をオイル溜めとする。また、前記エンドキャップ１２Ｂの上面中心には円形状の取付孔１２Ｄが形成され、この取付孔１２Ｄには電動要素１４に電力を供給するためのターミナル（配線を省略）２０が取り付けられている。
【００１２】
電動要素１４は、密閉容器１２の上部空間の内面に沿って環状に取り付けられたステータ２２と、このステータ２２の内側に若干の隙間を設けて挿入設置されたロータ２４とからなる。そして、このロータ２４には鉛直方向に延びる回転軸１６が固定されている。
【００１３】
ステータ２２は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体２６と、この積層体２６の歯部に直巻き（集中巻き）方式によって巻装されたステータコイル２８を有している。また、ロータ２４もステータ２２と同様に電磁鋼板の積層体３０で形成され、この積層体３０内に永久磁石ＭＧを挿入して形成されている。
【００１４】
前記第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４との間には中間仕切板３６が狭持されている。即ち、第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素は、中間仕切板３６と、この中間仕切板３６の上下に配置されたシリンダ３８、４０内を１８０度の異相差を有して回転軸１６に設けられた上下偏心部４２、４４に嵌合されて偏心回転する上下ローラ４６、４８と、この上下ローラ４６、４８に当接して上下シリンダ３８、４０内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画するベーン５０、５２と、上シリンダ３８の上側の開口面及び下シリンダ４０の開口面を閉塞して回転軸１６の軸受けを兼用する支持部材としての上部支持部材５４及び下部支持部材５６にて構成される。
【００１５】
また、上部支持部材５４及び下部支持部材５６には、図示しない吸込ポートにて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路６０（上側の吸込通路図示せず）と、上部支持部材５４及び下部支持部材５６の凹陥部を壁としてのカバーによって閉塞することにより形成された吐出消音室６２、６４とが設けられている。即ち、吐出消音室６２は当該吐出消音室６２を画成する壁としての上部カバー６６にて閉塞され、吐出消音室６４は下部カバー６８にて閉塞される。
【００１６】
この場合、上部支持部材５４の中央には軸受け５４Ａ起立形成されている。又、下部支持部材５６の中央には軸受け５６Ａが貫通形成されており、回転軸１６は上部支持部材５４の軸受け５４Ａと下部支持部材５６の軸受け５６Ａにて保持されいる。
【００１７】
この場合、下部カバー６８はドーナッツ状の円形鋼板から構成されており、周辺部の４カ所を主ボルト１２９・・・によって下から下部支持部材５６に固定され、吐出ポート４１にて第１の回転圧縮要素３２の下シリンダ４０内部と連通する吐出消音室６４を画成する。この主ボルト１２９・・・の先端は上部支持部材５４に螺合する。
【００１８】
吐出消音室６４の上面には、吐出ポート４１を開閉可能に閉塞する吐出弁１２８が設けられている。この吐出弁１２８は縦長略矩形状の金属板からなる弾性部材にて構成されており、この吐出弁１２８の下側には吐出弁抑え板としての図示しないバッカーバルブが配置され、下部支持部材５６に取り付けられており、吐出弁１２８の一側が吐出ポート４１に当接して密閉すると共に、他側は吐出ポート４１と所定の間隔を存して設けられた下部支持部材５６の図示しない取付孔にカシメピンにより固着されている。
【００１９】
そして、下シリンダ４０内で圧縮され、所定の圧力に達した冷媒ガスが、図の上方から吐出ポート４１を閉じている吐出弁１２８を押し下げて吐出ポート４１を開き、吐出消音室６４へ吐出させる。このとき、吐出弁１２８は他側を下部支持部材５６に固着されているので吐出ポート４１に当接している一側が反り上がり、吐出弁１２８の開き量を規制している図示しないバッカーバルブに当接する。冷媒ガスの吐出が終了する時期になると、吐出弁１２８がバッカーバルブから離れ、吐出ポート４１を閉塞する。
【００２０】
第１の回転圧縮要素３２の吐出消音室６４と密閉容器１２内とは連通路にて連通されており、この連通路は上部カバー６６、上下シリンダ３８、４０、中間仕切板３６を貫通する図示しない孔である。この場合、連通路の上端には中間吐出管１２１が立設されており、この中間吐出管１２１から密閉容器１２内に中間圧の冷媒が吐出される。
【００２１】
また、上部カバー６６は第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８内部と吐出ポート３９にて連通する吐出消音室６２を画成し、この上部カバー６６の上側には、上部カバー６６と所定間隔を存して、電動要素１４が設けられている。この上部カバー６６は前記上部支持部材５４の軸受け５４Ａが貫通する孔が形成された略ドーナッツ状の円形鋼板から構成されており、周辺部が４本の主ボルト７８・・・により、上から上部支持部材５４に固定されている。この主ボルト７８・・・の先端は下部支持部材５６に螺合する。
【００２２】
尚、吐出消音室６２の下面には、吐出ポート３９を開閉可能に閉塞する吐出弁１２７が設けられている。この吐出弁１２７は縦長略矩形状の金属板からなる弾性部材にて構成されており、この吐出弁１２７の上側には前述する吐出弁１２８と同様に吐出弁抑え板としての図示しないバッカーバルブが配置され、上部支持部材５４に取り付けられている。そして、吐出弁１２７の一側が吐出ポート３９に当接して密閉すると共に、他側は吐出ポート３９と所定の間隔を存して設けられた上部支持部材５４の図示しない取付孔にカシメピンにより固着されている。
【００２３】
そして、上シリンダ３８内で圧縮され、所定の圧力に達した冷媒ガスが、図の下方から吐出ポート３９を閉じている吐出弁１２７を押し上げて吐出ポート３９を開き、吐出消音室６２へ吐出させる。このとき、吐出弁１２７は他側を上部支持部材５４に固着されているので吐出ポート３９に当接している一側が反り上がり、吐出弁１２７の開き量を規制している図示しないバッカーバルブに当接する。冷媒ガスの吐出が終了する時期になると、吐出弁１２７がバッカーバルブから離れ、吐出ポート３９を閉塞する。
【００２４】
ここで本発明では、第２の回転圧縮要素３４の吐出ポート３９の面積Ｓ２及び第１の回転圧縮要素３２の吐出ポート４１の面積Ｓ１の比Ｓ２／Ｓ１は、前記第１の回転圧縮要素３２の排除容積Ｖ１と第２の回転圧縮要素３４の排除容積Ｖ２の比Ｖ２／Ｖ１より小さく、例えば比Ｓ２／Ｓ１を、比Ｖ２／Ｖ１の０．５５倍以上０．８５倍以下に設定している。
【００２５】
従って、第２の回転圧縮要素３４の吐出ポート３９の面積が小さくなるので、吐出ポート３９内に残留する高圧の冷媒ガスの量を減らすことができるようになる。
【００２６】
即ち、吐出ポート３９内に残留する高圧の冷媒ガスの量が少なくできることにより、吐出ポート３９からシリンダ３８内に戻り、再膨張する冷媒ガスの量を減らすことができるようになるので、第２の回転圧縮要素３４における圧縮効率を改善し、ロータリコンプレッサの性能を大幅に向上させることができるようになる。
【００２７】
尚、第２の回転圧縮要素３４の吐出ポート３９における体積流量は非常に少ないが、吐出ポート３９の通路抵抗を極力抑えて、冷媒の流通が著しく阻害されないように、第１の回転圧縮要素３２の吐出ポート４１の面積Ｓ１と第２の回転圧縮要素３４の吐出ポート３９の面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１を、第１の回転圧縮要素３２の排除容積Ｖ１と第２の回転圧縮要素３４の排除容積Ｖ２の比Ｖ２／Ｖ１の０．５５倍以上０．８５倍以下に設定している。これにより、通路抵抗の増大による冷媒流通の悪化よりも吐出ポート３９内に残留して再膨張することによる冷媒ガスの圧力損失の低減による効果の方が勝るようになるので、コンプレッサの性能の向上を図ることができるようになる。
【００２８】
一方、上下シリンダ３８、４０内にはベーン５０、５２を収納する図示しない案内溝と、この案内溝の外側に位置してバネ部材としてのスプリング７６、７８を収納する収納部７０、７２が形成されている。この収納部７０、７２は案内溝側と密閉容器１２（容器本体１２Ａ）側に開口している。前記スプリング７６、７８はベーン５０、５２の外側端部に当接し、常時ベーン５０、５２をローラ４６、４８側に付勢する。そして、このスプリング７６、７８の密閉容器１２側の収納部７０、７２内には金属製のプラグ１３７、１４０が設けられ、スプリング７６、７８の抜け止めの役目を果たす。
【００２９】
尚、前述の如く冷媒としては地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である前記ＣＯ2（二酸化炭素）使用し、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油等既存のオイルが使用される。
【００３０】
以上の構成で次に動作を説明する。ターミナル２０及び図示されない配線を介して電動要素１４のステータコイル２８に通電されると、電動要素１４が起動してロータ２４が回転する。この回転により回転軸１６と一体に設けられた上下偏心部４２、４４に嵌合されて上下ローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。
【００３１】
これにより、下部支持部材５６に形成された吸込通路６０を経由して図示しない吸込ポートから下シリンダ４０の低圧室側に吸入された低圧の冷媒は、下ローラ４８と下ベーン５２の動作により圧縮されて中間圧となる。これにより吐出消音室６４内に設けられた吐出弁１２８が開放され、吐出消音室６４と吐出ポート４１とが連通するため、下シリンダ４０の高圧室側から吐出ポート４１内を通り下部支持部材５６に形成された吐出消音室６４に吐出される。吐出消音室６４内に吐出された冷媒ガスは図示しない連通孔を経て中間吐出管１２１から密閉容器１２内に吐出される。
【００３２】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは、図示しない冷媒通路を通って、上部支持部材５４に形成された図示しない吸込通路を経由して図示しない吸込ポートから上シリンダ３８の低圧室側に吸入される。吸入された中間圧の冷媒ガスは、上ローラ４６と上べーン５０の動作により２段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなる。これにより吐出消音室６２内に設けられた吐出弁１２７が開放され、吐出消音室６２と吐出ポート３９とが連通するため、上シリンダ３８の高圧室側から吐出ポート３９内を通り上部支持部材５４に形成された吐出消音室６２に吐出される。
【００３３】
そして、吐出消音室６２に吐出された高圧の冷媒ガスは図示しない冷媒通路を通って多段圧縮式ロータリコンプレッサ１０の外部に設けられた冷媒回路の図示しない放熱器に流入する。
【００３４】
放熱器に流入した冷媒はここで放熱して加熱作用を発揮する。放熱器を出た冷媒は冷媒回路の図示しない減圧装置（膨張弁など）で減圧された後、これも図示しない蒸発器に入り、そこで蒸発する。そして、最終的には第１の回転圧縮要素３２の吸込通路６０に吸い込まれる循環を繰り返す。
【００３５】
このように、第１の回転圧縮要素３２の吐出ポート４１の面積Ｓ１と第２の回転圧縮要素３４の吐出ポート３９の面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１を、第１の回転圧縮要素３２の排除容積Ｖ１と第２の回転圧縮要素３４の排除容積Ｖ２の比Ｖ２／Ｖ１より小さく設定するものとしたので、第２の回転圧縮要素３４の吐出ポート３９の面積Ｓ２を更に小さくして、吐出ポート３９内に残留する冷媒ガスの量を減らすことができるようになる。
【００３６】
これにより、第２の回転圧縮要素３４の吐出ポート３９内の冷媒ガスの再膨張量を少なくすることが可能となり、高圧ガスの再膨張による圧力損失を低減することができるようになるため、多段圧縮式ロータリコンプレッサの性能を大幅に向上させることができるようになる。
【００３７】
尚、実施例では第１の回転圧縮要素３２の吐出ポート４１の面積Ｓ１と第２の回転圧縮要素３４の吐出ポート４１の面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１を、第１の回転圧縮要素３２の排除容積Ｖ１と第２の回転圧縮要素３４の排除容積Ｖ２の比Ｖ２／Ｖ１の０．５５倍以上０．８５倍以下としたが、これに限らず、第１の回転圧縮要素３２の吐出ポート４１の面積Ｓ１と第２の回転圧縮要素３４の吐出ポート４１の面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１を、第１の回転圧縮要素３２の排除容積Ｖ１と第２の回転圧縮要素３４の排除容積Ｖ２の比Ｖ２／Ｖ１より小さくすれば上述のような効果が期待できる。
【００３８】
また、冷媒流量が少ない状況下、例えば寒冷地でロータリコンプレッサ１０が用いられる場合においては、第１の回転圧縮要素３２の吐出ポート４１の面積Ｓ１と第２の回転圧縮要素３４の吐出ポート４１の面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１を、第１の回転圧縮要素３２の排除容積Ｖ１と第２の回転圧縮要素３４の排除容積Ｖ２の比Ｖ２／Ｖ１の０．５５倍以上０６７倍以下に設定して、第２の回転圧縮要素３４の吐出ポート３９内に残留する冷媒ガス量を更に少なくすることで一層の効果が得られる。
【００３９】
一方、冷媒流量が多い状況下、例えば温暖な地域でコンプレッサが用いられる場合には、第１の回転圧縮要素３２の吐出ポート４１の面積Ｓ１と第２の回転圧縮要素３４の吐出ポート４１の面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１を、第１の回転圧縮要素３２の排除容積Ｖ１と第２の回転圧縮要素３４の排除容積Ｖ２の比Ｖ２／Ｖ１の０．６９以上０．８５以下に設定して、第２の回転圧縮要素の通路抵抗の増大を極力抑えて、コンプレッサの性能の向上を図ることがきるようになる。
【００４０】
尚、実施例では回転軸１６を縦置型とした多段圧縮式ロータリコンプレッサ１０について説明したが、この発明は回転軸を横置型とした多段圧縮式ロータリコンプレッサにも適応できることは言うまでもない。
【００４１】
更に、多段圧縮式ロータリコンプレッサを第１及び第２の回転圧縮要素を備えた２段圧縮式ロータリコンプレッサで説明したが、これに限らず回転圧縮要素を３段、４段或いはそれ以上の回転圧縮要素を備えた多段圧縮式ロータリコンプレッサに適応しても差し支えない。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、第２の回転圧縮要素の吐出ポートの面積Ｓ２をより小さくして、第２の回転圧縮要素の吐出ポート内に残留する高圧ガスの量を減らすことができるようになる。
【００４３】
これにより、第２の回転圧縮要素の吐出ポート内の冷媒ガスの再膨張量を少なくすることが可能となり、高圧ガスの再膨張による圧縮効率の低下を抑制できる。一方、第２の回転圧縮要素の吐出ポートにおける冷媒ガスの体積流量は非常に少ないので、吐出ポートにおける通路抵抗の増大による損失よりも残留ガスの再膨張の削減による効率向上が上回るため、総じてロータリコンプレッサの運転効率の改善が達成されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例の多段圧縮式ロータリコンプレッサの縦断面図である。
【符号の説明】
１０  多段圧縮式ロータリコンプレッサ
１２  密閉容器
１４  電動要素
１６  回転軸
１８  回転圧縮機構部
２０  ターミナル
２２  ステータ
２４  ロータ
２６  積層体
２８  ステータコイル
３０  積層体
３２  第１の回転圧縮要素
３４  第２の回転圧縮要素
３８、４０  シリンダ
３９、４１  吐出ポート
５４  上部支持部材
５６  下部支持部材
６２、６４  吐出消音室
６６  上部カバー
６８  下部カバー
１２７、１２８  吐出弁
【図１】
0003863799.tif 000002