(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、密閉容器内に吐出された冷媒ガスを前記第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の回転圧縮要素の冷媒吸入側と冷媒吐出側とを連通する連通路と、該連通路を開閉する弁装置とを備え、
該弁装置は、前記第１の回転圧縮要素の冷媒吸込側と冷媒吐出側の圧力差が所定の上限値以上となった場合、前記連通路を開放することを特徴とする多段圧縮式ロータリコンプレッサ。
【請求項２】
前記第１の回転圧縮要素を構成するシリンダと、
該シリンダの開口面を閉塞すると共に、前記電動要素の回転軸の軸受けを有する支持部材と、
該支持部材内に構成された吸込通路及び吐出消音室とを備え、
前記連通路は前記支持部材内に形成され、前記吸込通路と吐出消音室とを連通すると共に、前記弁装置は前記支持部材内に設けられることを特徴とする請求項１の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】
従来この種の多段圧縮式ロータリコンプレッサ、特に、内部中間圧多段圧縮式のロータリコンプレッサでは、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より吐出ポート、吐出消音室を経て密閉容器内に吐出される。そして、この密閉容器内の中間圧の冷媒は第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、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て吐出される構成とされている。
【０００３】
また、第１及び第２の回転圧縮要素の吐出消音室には、シリンダ内で圧縮されて、吐出消音室に吐出された冷媒の逆流を防ぐために吐出弁が設けられており、この吐出弁により吐出ポートが開閉自在に閉塞される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、高低圧差の大きい冷媒、例えば二酸化炭素（ＣＯ2）を冷媒として用いた場合、吐出冷媒圧力は図７で示すように高圧ＨＰとなる第２の回転圧縮要素で１２ＭＰａＧ以上に達し、一方、低段側となる第１の回転圧縮要素では外気温１５℃で８ＭＰａＧ（中間圧ＭＰ）となる（第１の回転圧縮要素の吸入圧力ＬＰは４ＭＰａＧ）。その結果、１段目の段差圧（第１の回転圧縮要素の吸入圧力ＬＰと第１の回転圧縮要素の吐出圧力ＭＰの差）は４ＭＰａＧと大きくなる。そして、外気温が高くなる程、第１の回転圧縮要素の吐出圧力ＭＰは急激に高くなるため、１段目の段差圧（第１の回転圧縮要素の吸入圧力ＬＰと第１の回転圧縮要素の吐出圧力ＭＰの差）が更に大きくなる。
【０００５】
このように１段目の段差圧が大きくなってしまうと、第１の回転圧縮要素の吐出ポートを開閉する吐出弁の内外における圧力差が過大となり、吐出弁が破損してしまうなど、耐久性及び信頼性が低下してしまう問題があった。
【０００６】
本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、１段目の段差圧が過大となることによる耐久性、信頼性の低下を未然に回避できる多段圧縮式ロータリコンプレッサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、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、密閉容器内に吐出された冷媒ガスを前記第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、第１の回転圧縮要素の冷媒吸入側と冷媒吐出側とを連通する連通路と、この連通路を開閉する弁装置とを設け、この弁装置は、第１の回転圧縮要素の冷媒吸込側と冷媒吐出側の圧力差が所定の上限値以上となった場合、連通路を開放するようにしたので、１段目の段差圧である第１の回転圧縮要素の冷媒吸込側と冷媒吐出側との圧力差を所定の上限値以下に抑えることができるようになる。これにより、１段目の段差圧が過大となって第１の回転圧縮要素に設けられる吐出弁が破損してしまうなどの不都合を未然に回避し、ロータリコンプレッサの耐久性と信頼性を向上させることができるようになるものである。
【０００８】
請求項２の発明によれば、第１の回転圧縮要素を構成するシリンダと、このシリンダの開口面を閉塞すると共に、電動要素の回転軸の軸受けを有する支持部材と、この支持部材内に構成された吸込通路及び吐出消音室とを備え、連通路を支持部材内に形成して吸込通路と吐出消音室とを連通すると共に、弁装置は支持部材内に設けたので、連通路と弁装置を第１の回転圧縮要素のシリンダ内に集約して小型化を実現することができるようになると共に、予めシリンダ内に弁装置を組み付けておけるので、組立作業性も改善されるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。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１０の縦断面図を示している。
【００１０】
図１において、１０は二酸化炭素を冷媒とする内部中間圧型の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１２と、この密閉容器１２の内部空間の上側に配置収納された電動要素１４及びこの電動要素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（１段目）及び第２の回転圧縮要素３４（２段目）からなる回転圧縮機構部１８にて構成されている。
【００１１】
密閉容器１２は底部をオイル溜めとし、電動要素１４の回転圧縮機構部１８を収納する容器本体１２Ａと、この容器本体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とで構成され、且つ、このエンドキャップ１２Ｂの上面中心には円形の取付孔１２Ｄが形成されており、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の上部空間の内周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の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ２４とからなる。このロータ２４は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸１６に固定されている。
【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）方式により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を挿入して構成されている。
【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が挟持されている。即ち、第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４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、シリンダ４０と、この上下シリンダ３８、４０内を１８０度の位相差を有して回転軸１６に設けた上下偏心部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上下ベーン５０、５２と、上シリンダ３８の上側の開口面及び下シリンダ４０の下側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】
上部支持部材５４及び下部支持部材５６には、吸込ポート１６１、１６２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５８、６０と、凹陥した吐出消音室６２、６４が形成されると共に、これら両吐出消音室６２、６４の開口部はそれぞれカバーにより閉塞される。即ち、吐出消音室６２はカバーとしての上部カバー６６、吐出消音室６４はカバーとしての下部カバー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が起立形成されている。また、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に保持されている。
【００１７】
ここで、前記第１の回転圧縮要素３２の吸込通路６０と吐出消音室６４の間の下部支持部材５６内には、連通路１００が形成されている。この連通路１００は、第１の回転圧縮要素３２の冷媒吸入側である吸込通路６０と第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒が吐出される冷媒吐出側である吐出消音室６４とを連通する通路であり、詳細は図２に示す。即ち、吐出消音室６４には第１の通路１０１の一端が開口し、この第１の通路１０１の他端は弁装置収納室１０２に開口して、吐出消音室６４と弁装置収納室１０２とを連通している。
【００１８】
この弁装置収納室１０２は垂直方向に形成されており、吸込通路６０側の上部開口及び下部カバー６８側の下部開口はそれぞれ封止材１０４、１０５により塞がれている。
【００１９】
そして、弁装置収納室１０２の第１の通路１０１が開口する位置より上方には第２の通路１０３の一端が開口しており、この第２の通路１０３の他端は吸込通路６０に開口し、弁装置収納室１０２と吸込通路６０とを連通している。これらの第１及び第２の通路１０１、１０３と弁装置収納室１０２は下部支持部材５６内に形成され、これらが上記連通路１００を構成する。そして、弁装置収納室１０２内にはリリース弁として機能する弁装置１０６が上下移動自在に収納されている。この弁装置１０６の上面には伸縮自在なスプリング１０７の一端が当接して設けられており、このスプリング１０７の他端は封止材１０４に固定され、これにより弁装置１０６はスプリング１０７にて常時下方に付勢される。
【００２０】
また、弁装置１０６が図２の如く第１の通路１０１の開口位置と第２の通路１０３の開口位置との間に位置しているときには、吸込通路６０内の圧力（低圧ＬＰ）とスプリング１０７とで弁装置１０６を下方に押し下げる方向に付勢し、第１の通路１０１からは中間圧が弁装置１０６を押し上げる方向に付勢することになる。即ち、スプリング１０７の付勢力を合わせた冷媒吸入側の低圧の冷媒ガスと冷媒吐出側の中間圧の冷媒ガスとの圧力差によって弁装置収納室１０２内を弁装置１０６が上下移動する。
【００２１】
また、本実施例では、低圧の冷媒ガスと中間圧の冷媒ガスの圧力差が５ＭＰａＧ未満のとき、弁装置収納室１０２内に収納された弁装置１０６は図２の状態となり、弁装置収納室１０２内の第１の通路１０１の他端と第２の通路１０３の間に位置しているため、弁装置１０６により冷媒吸入側と冷媒吐出側は連通されずに閉塞されている。
【００２２】
そして、中間圧が上昇し、低圧の冷媒ガスと中間圧の冷媒ガスの圧力差が拡大して５ＭＰａＧ（上限値）に達した時、弁装置１０６は第１の通路１０１から流入する中間圧の冷媒ガスにより第２の通路１０３の上方まで押し上げられ、第１の通路１０１と第２の通路１０３とを連通（連通路１００を連通）させて冷媒吐出側の中間圧の冷媒ガスが冷媒吸入側の吸込通路６０に流れ込むようにスプリング１０７の付勢力を設定している。そして、両者の圧力差が５ＭＰａＧより小さくなると、弁装置１０６は第２の通路１０３の下方の第１の通路１０１の連通位置と第２の通路１０３の連通位置の間に降下し、第１の通路１０１と第２の通路１０３を塞いて連通路１００を閉塞する。これにより、第１の回転圧縮要素３２の冷媒吐出側と冷媒吸込側の圧力差である１段目の段差圧が上限値より低くなるようにしている。
【００２３】
次に、前記下部カバー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の下部開口部を閉塞する。この主ボルト１２９・・・の先端は上部支持部材５４に螺合する。図３は下部支持部材５６の下面を示しており、１２８は吐出消音室６４内において吐出ポート４１を開閉する第１の回転圧縮要素３２の吐出弁である。
【００２４】
そして、吐出消音室６４と密閉容器１２内における上部カバー６６の電動要素１４側は、上下シリンダ３８、４０や中間仕切板３６を貫通する孔である図示しない連通路にて連通されている。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。
【００２５】
また、上部カバー６６は吐出ポート３９にて第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８内部と連通する吐出消音室６２の上面開口部を閉塞し、密閉容器１２内を吐出消音室６２と電動要素１４側とに仕切る。この上部カバー６６は図４に示す如く前記上部支持部材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。尚、図４において１２７は吐出消音室６２内において吐出ポート３９を開閉する第２の回転圧縮要素３４の吐出弁である。
【００２６】
ここで、吐出弁１２７、１２８は縦長金属板などの弾性部材にて構成されており、吐出弁１２７、１２８の一側は吐出ポート３９、４１に当接して密着すると共に、他側は吐出ポート３９、４１と所定の間隔を存して設けられた図示しないネジ穴に図示しないネジで固定される。吐出弁１２７、１２８は、吐出ポート３９、４１に一定の付勢力で当接して弾性力で吐出ポート３９、４１を開閉自在に閉塞する。
【００２７】
図１において９６は第１の回転圧縮要素３２の吸込配管であり、下部支持部材５６の吸込通路６０に連通して取り付けられている。また、９７及び９８は第２の回転圧縮要素３４の吸込配管及び吐出配管であり、吸込配管９７の一端は上カバー６６上側にて密閉容器１２内に連通し、他端は第２の回転圧縮要素３４の吸込通路５８に連通している。吐出配管９８は第２の回転圧縮要素３４の吐出消音室６２に連通して取り付けられている。
【００２８】
そして、この場合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二酸化炭素（ＣＯ2）を使用し、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。
【００２９】
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。
【００３０】
これにより、吸込配管９６、下部支持部材５６に形成された吸込通路６０を経由して図５の下シリンダ４０の下面図に示す吸込ポート１６２から下シリンダ４０の低圧室側に吸入された低圧（ＬＰ）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（ＭＰ）となり下シリンダ４０の高圧室側より吐出ポート４１、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。
【００３１】
この時、冷媒吸入側の吸込通路６０内の冷媒ガスと冷媒吐出側の吐出消音室６４内の冷媒ガスの圧力差が５ＭＰａＧ未満であれば、弁装置１０６は弁装置収納室１０２内の第１の通路１０１と第２の通路１０３の連通位置の間に位置するため、連通路１００は閉塞されている。そして、吐出消音室６４に吐出された中間圧の冷媒ガスは図示しない連通路を経て中間吐出管１２１から密閉容器１２内に吐出される。これにより密閉容器１２内は中間圧となる。
【００３２】
ここで、例えば外気温が上昇して後述する蒸発器の蒸発温度が高くなり、それによって中間圧が高くなり、低圧側の吸込通路６０内の冷媒ガスと中間圧側の吐出消音室６４内の冷媒ガスの圧力差が前述した上限値である５ＭＰａＧに達した場合、この高い中間圧により弁装置１０６は弁装置収納室１０２内の第２の通路１０３の連通位置より上方に押し上げられるため、第１の通路１０１と第２の通路１０３が連通し、中間圧の冷媒ガスが低圧側の吸込通路６０に流れ込む。係る中間圧冷媒の吸込側への流出（リリース）によって両者の圧力差が５ＭＰａＧ未満になると、弁装置１０６は第２の通路１０３の連通位置より下方に戻り、これにより連通路１００（第１の通路１０１、弁装置収納室１０２及び第２の通路１０３）は弁装置１０６により塞がれる。
【００３３】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは、吸込配管９７を通って密閉容器１２内から上部支持部材５４に形成された吸込通路５８に入り、そこを経由して図６の上シリンダ３８の上面図に示す吸込ポート１６１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と上ベーン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（ＨＰ）となり、高圧室側から吐出ポート３９を通り、上部支持部材５４に形成された吐出消音室６２から吐出配管９８を介し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図示しない放熱器に流入する。以後、放熱器から図示しない膨張弁、蒸発器へと順次流入することになる。
【００３４】
このように、密閉容器１２内に電動要素１４と、電動要素１４にて駆動される第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４を備え、第１の回転圧縮要素３２で圧縮され、吐出された冷媒ガスを第２の回転圧縮要素３４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１０において、第１の回転圧縮要素３２の冷媒吸入側と冷媒吐出側とを連通する連通路１００と、連通路１００を開閉する弁装置１０６とを設け、弁装置１０６は、第１の回転圧縮要素３２の冷媒吸込側と冷媒吐出側の圧力差が所定の上限値（５ＭＰａＧ）以上となった場合、連通路１００を開放するようにしているので、１段目の段差圧を上限値以下に抑えることができるようになる。これにより、第１の回転圧縮要素３２の吐出弁１２７内外の圧力差を上限値以下に抑制し、吐出弁１２７が圧力差によって破損してしまう不都合を回避することができるようになる。
【００３５】
また、実施例では第１の回転圧縮要素３２を構成する下シリンダ４０の開口面を閉塞すると共に、電動要素１４の回転軸１６の軸受けを有する下部支持部材５６内に構成された吸込通路６０及び吐出消音室６４を下部支持部材５６内に形成した連通路１００により連通すると共に、弁装置１０６も下部支持部材５６内に設けているので、連通路１００と弁装置１０６を下部支持部材５６内に集約して小型化できる。また、予め下部支持部材５６内に連通路１００を形成し、そこに弁装置１０６を取り付けておいて組み付けることが可能となるので、多段圧縮式ロータリコンプレッサ１０の組立作業性を改善することができるようになる。
【００３６】
尚、実施例はいずれも回転軸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横型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云うまでもない。また、実施例で示した１段目の段差圧の上限値もこれに限らず、ロータリコンプレッサの容量、使用圧力などに応じて適宜設定するものとする。
【００３７】
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。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、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、第１の回転圧縮要素の冷媒吸入側と冷媒吐出側とを連通する連通路と、この連通路を開閉する弁装置とを設け、この弁装置は、第１の回転圧縮要素の冷媒吸込側と冷媒吐出側の圧力差が所定の上限値以上となった場合、連通路を開放するようにしたので、１段目の段差圧である第１の回転圧縮要素の冷媒吸込側と冷媒吐出側との圧力差を所定の上限値以下に抑えることができるようになる。これにより、１段目の段差圧が過大となって第１の回転圧縮要素に設けられる吐出弁が破損してしまうなどの不都合を未然に回避し、ロータリコンプレッサの耐久性と信頼性を向上させることができるようになるものである。
【００３９】
請求項２の発明によれば、第１の回転圧縮要素を構成するシリンダと、このシリンダの開口面を閉塞すると共に、電動要素の回転軸の軸受けを有する支持部材と、この支持部材内に構成された吸込通路及び吐出消音室とを備え、連通路を支持部材内に形成して吸込通路と吐出消音室とを連通すると共に、弁装置は支持部材内に設けたので、連通路と弁装置を第１の回転圧縮要素のシリンダ内に集約して小型化を実現することができるようになると共に、予めシリンダ内に弁装置を組み付けておけるので、組立作業性も改善されるものである。
【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。
【図２】図１の多段圧縮式ロータリコンプレッサの第１の回転圧縮要素の連通路部分の拡大断面図である。
【図３】図１の多段圧縮式ロータリコンプレッサの下部支持部材の下面図である。
【図４】図１の多段圧縮式ロータリコンプレッサの上部支持部材及び上部カバーの上面図である。
【図５】図１の多段圧縮式ロータリコンプレッサの下シリンダの下面図である。
【図６】図１の多段圧縮式ロータリコンプレッサの上シリンダの上面図である。
【図７】２段圧縮式ロータリコンプレッサにおける外気温度と各部の圧力の関係を示す図である。
【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
２０  ターミナル
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
５６  下部支持部材
６０  吸込通路
６４  吐出消音室
６８  下部カバー
１００  連通路
１０１  第１の通路
１０２  弁装置収納室
１０３  第２の通路
１０４、１０５  封止材
１０６  弁装置
１０７  スプリング
【図１】
0003762693.tif 000002
【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】
0003762693.tif 000007
【図７】
0003762693.tif 000008