CN103429902B - 旋转式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明的旋转式压缩机（100）包括压缩机构（3）、电机（2）、吸入路径（14）、背压室（18）、返回路径（16）、逆变器（42）和控制部（44）。在背压室（18）内，配置有开闭压缩机构（3）的返回口（3c）的簧片阀型的单向阀（73）。返回路径（16）具有使工作流体从背压室（18）向吸入路径（14）返回的功能。在返回路径（16）设置有容积变更阀（17），该容积变更阀（17）在要使压缩机构（3）的吸入容积相对变小时允许通过返回路径（16）的工作流体的流通，在要使吸入容积相对变大时禁止通过返回路径（16）的工作流体的流通，使背压室（18）内的压力增加。

Description

旋转式压缩机

技术领域

本发明涉及旋转式压缩机。

背景技术

压缩机的电机通常由逆变器和微型计算机控制。如果使电机的转速下降，则能够使在压缩机中使用的制冷循环装置以与额定功率相比足够低的能力运转。在专利文献1中，提供进一步为了以逆变控制中不能够实现的低能力使制冷循环装置运转的一个技术。

图16是专利文献1记载的空气调节装置的结构图。由压缩机715、四通阀717、室内侧热交换器718、减压装置719和室外侧热交换器720构成制冷循环。在压缩机715的气缸设置有从压缩行程开始起到中途为开口的中间排出口。中间排出口利用旁通路723与压缩机715的吸入通路连接。在旁通路723设置有流量控制装置721和电磁开闭阀722。仅在低设定频率运转时，打开电磁开闭阀722。由此能够以更低的能力运转。

先行技术文献 

专利文献

专利文献1：日本特开昭61-184365号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，提高制冷循环装置的效率的捷径是提高压缩机的效率。压缩机的效率非常依赖于使用的电机的效率。很多电机设计为在额定转速（例如60Hz）附近的转速下发挥最高效率。因此，在以极低的转速驱动电机时，不能够期待压缩机效率的提高。此外，在设置旁通路这样的能力可变机构的情况下，机构可动时当然压缩机效率下降，在机构停止时压缩机效率下降也成为很大的问题。

鉴于这样的问题，本发明的目的在于提供在需要低能力时（负载小时）也能够发挥高效率的旋转式压缩机，而且在通常运转时（负载大时）也能够发挥高效率的旋转式压缩机。

用于解决课题的方法

即，本发明提供一种旋转式压缩机，其包括：压缩机构，其包括：气缸；以在自身的外周面与上述气缸的内周面之间形成工作室的方式配置于上述气缸的内部的活塞（piston）；将上述工作室分割为吸入室和压缩-排出室的隔离片（vane）；使要进行压缩的工作流体流入到上述吸入室的吸入口；使压缩后的工作流体从上述压缩-排出室流出的排出口；和使工作流体从上述压缩-排出室逸出的返回口；具有与上述活塞嵌合的偏心部的轴；使上述轴旋转的电机；将工作流体导入上述吸入口的吸入路径；与上述返回口连通的背压室；配置在上述背压室内，利用弹性变形开闭上述返回口的簧片阀型的单向阀；使工作流体从上述背压室向上述吸入路径返回的返回路径；容积变更阀，其设置于上述返回路径，在要使上述压缩机构的吸入容积相对变小时，允许通过上述返回路径的工作流体的流通，在要使上述吸入容积相对变大时，禁止通过上述返回路径的工作流体的流通，使上述背压室内的压力增加；驱动上述电机的逆变器；和控制部，其控制上述容积变更阀和上述逆变器，使得以上述电机的转速的增加补偿上述吸入容积的减少。

发明效果

根据上述结构，如果利用容积变更阀允许通过返回路径的工作流体的流通，则工作流体从压缩-排出室通过返回口、背压室和返回路径向吸入路径返回，所以能够以相对较小的吸入容积使旋转式压缩机运转。另一方面，如果利用容积变更阀禁止通过返回路径的工作流体的流通，则能够以相对较大的吸入容积即通常的吸入容积使旋转式压缩机运转。进一步，根据本发明，能够控制容积变更阀和逆变器，使得以电机的转速的增加补偿吸入容积的减少。即，代替以低转速驱动电机，减少吸入容积。由此，能够提供在负载小时也能够发挥高效率的旋转式压缩机。此外，通过使用簧片阀型的单向阀，能够以简单的结构开闭返回口。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的旋转式压缩机的纵截面图。

图2A是图1的沿IIA-IIA线的横截面图，图2B是图1的沿IIB-IIB线的横截面图。

图3是图1所示的旋转式压缩机的动作原理图。

图4A是表示轴的旋转角度与吸入室的容积的关系的曲线表，图4B是表示轴的旋转角度与压缩-排出室的容积的关系的曲线表。

图5是可变容积机构（开闭阀）和逆变器的控制流程图。

图6是表示旋转式压缩机的能力、压缩机构的吸入容积、开闭阀的状态和电机的转速的关系的曲线图。

图7是可变容积机构（开闭阀）和逆变器的另一控制流程图。

图8是表示旋转式压缩机的能力与旋转式压缩机的效率的关系的曲线表。

图9A是表示轴的旋转角度与吸入路径中的制冷剂的流速的关系的曲线表，图9B是表示轴的旋转角度与返回路径中的制冷剂的流速的关系的曲线图，图9C是表示轴的旋转角度与蓄存器（accumulator）的导入管中的制冷剂的流速的关系的曲线图。

图10是本发明的第二实施方式的旋转式压缩机的纵截面图。

图11是图10的沿XI-XI线的横截面图。

图12是表示返回口的位置的变形例的横截面图。

图13是本发明的第三实施方式的旋转式压缩机的纵截面图。

图14是本发明的第四实施方式的旋转式压缩机的纵截面图。

图15是使有本实施方式的旋转式压缩机的制冷循环装置的结构图。

图16是现有的空气调节装置的结构图。

具体实施方式

（第一实施方式）

如图1所示，本实施方式的旋转式压缩机100包括压缩机主体40、蓄存器12、吸入路径14、排出路径11、返回路径16、逆变器42和控制部44。

压缩机主体40具有密闭容器1、电机2、压缩机构3和轴4。压缩机构3配置在密闭容器1内的下方。电机2在密闭容器1内配置在压缩机构3的上方。轴4沿铅垂方向延伸，连结压缩机构3和电机2。在密闭容器1的上部，设置有用于向电机2供给电力的端子21。在密闭容器1的底部，形成有用于保持润滑油的积油部22。压缩机主体40具有所谓的密闭型压缩机的结构。

电机2包括定子2a和转子2b。定子2a固定于密闭容器1的内周面。转子2b固定于轴4，与轴4一同旋转。作为电机2能够使用IPMSM（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor：内置式永磁同步电机）和SPMSM（Surface Permanent Magnet Synchronous Motor：表面式永磁同步电机）等转速能够变更的电机。电机2由逆变器42驱动。

控制部44控制逆变器42，调节电机2的转速即旋转式压缩机100的转速。作为控制部44，能够使用包括A/D转换电路、输入输出电路、运算电路、存储装置等的DSP（Digital Signal Processor：数字信号处理器）。

排出路径11、吸入路径14和返回路径16分别由配管构成。排出路径11贯通密闭容器1的上部，在密闭容器1的内部空间28开口。排出路径11具有将压缩后的工作流体（典型的是制冷剂）向压缩机主体40的外部引导的功能。吸入路径14从蓄存器12延伸至压缩机构3，贯通密闭容器1的主干部。吸入路径14具有使要进行压缩的制冷剂从蓄存器12向压缩机构3的吸入口3a引导的功能。返回路径16从压缩机构3延伸至蓄存器12，贯通密闭容器1的主干部。返回路径16具有使从压缩机构3的工作室53没有被压缩而排出的制冷剂从后述的背压室18返回吸入路径14的功能。

蓄存器12包括蓄积容器12a和导入管12b。蓄积容器12a具有能够保持液体制冷剂和气体制冷剂的内部空间。导入管12b贯通蓄积容器12a的上部，在蓄积容器12a的内部空间开口。以贯通蓄积容器12a的底部的方式，吸入路径14和返回路径16与蓄存器12分别连接。吸入路径14和返回路径16从蓄积容器12a的底部向上方延伸，吸入路径14的上游端和返回路径16的下游端在一定的高度位置在蓄积容器12a的内部空间开口。即，经由蓄存器12的内部空间，返回路径16与吸入路径14连通。另外，为了可靠地防止液体制冷剂从导入管12b直接进入吸入路径14，也可以在蓄积容器12a的内部设置有折流板（Baffle）等其它部件。此外，返回路径16的下游端也可以与导入管12b连接。

压缩机构3是容积式的流体机构，通过由电机2驱动，从吸入口3a吸入制冷剂，对该制冷剂进行压缩，从排出口3b排出。如图1和图2A所示，压缩机构3包括气缸51、活塞52、隔离片54、弹簧55、上侧封闭部件61和下侧封闭部件62。气缸51固定于密闭容器1的内周面。在气缸51的内部配置有与轴4的偏心部4a嵌合的活塞52，使得在自身的外周面与气缸51的内周面之间形成工作室53。在气缸51形成有隔离片槽56。在隔离片槽56收纳有具有与活塞52的外周面接触的前端的隔离片54。弹簧55以将隔离片54向活塞52按压的方式配置于隔离片槽56。气缸51与活塞52之间的工作室53由隔离片54分割，由此形成吸入室53a和压缩-排出室53b。另外，隔离片54也可以与活塞52一体化。即，活塞52和隔离片54也可以由所谓的摆动活塞（Swing piston）构成。上侧封闭部件61和下侧封闭部件62从轴4的轴方向的两侧封闭工作室53。此外，上侧封闭部件61和下侧封闭部件62也作为以轴4旋转自如的方式支承轴4的轴承起作用。

在本实施方式中，使要进行压缩的制冷剂流入到吸入室53a的吸入口3a设置于气缸51，使压缩后的制冷剂从压缩-排出室53b流出的排出口3b设置于上侧封闭部件61。吸入路径14的下游端与吸入口3a连接。如图2B所示，在上侧封闭部件61，从该上侧封闭部件61的上表面凹陷的凹部61a形成在隔离片54的附近，排出口3b从上侧封闭部件61的下表面延伸至凹部61a的底面。即，排出口3b在密闭容器1的内部空间28开口。此外，在凹部61a内，配置有通过弹性变形开闭排出口3b的排出阀71和限制排出阀71的变形量的限制件（stopper）72。

进而，在上侧封闭部件61设置有用于使制冷剂从压缩-排出室53b逸出的返回口3c，和与返回口3c连通的背压室18。如图2A和图2B所示，返回口3c形成在从轴4的轴心观察时与隔离片54成180度的位置。背压室18具有在上侧封闭部件61的上表面形成的凹陷和覆盖该凹陷的盖（cap）63，从密闭容器1的内部空间28被划分开。进一步，在本实施方式中，在气缸51设置有被上侧封闭部件61和下侧封闭部件62封闭的中继室57，返回路径16的上游端在该中继室57开口。而且，在上侧封闭部件61设置有连通背压室18和中继室57的连通路60。换言之，返回路径16的上游端经由中继室57和连通路60与背压室18连接。但是，中继室57和连通路60并非必须设置，也可以是返回路径16的上游端直接与背压室18连接。

如图1所示，在背压室18内配置有利用弹性变形开闭返回口3c的单向阀73和限制单向阀73的变形量的限制件74。即，单向阀73是由薄金属板形成的长细形状的簧片阀。单向阀73阻止从背压室18向工作室53的制冷剂的流动。利用单向阀73，能够不依赖于电控制地以比较简单的结构阻止从背压室18向工作室53的制冷剂的流动。

在返回路径16以位于压缩机主体40的外部的方式设置有容积变更阀17。该容积变更阀17与单向阀73一同构成可变容积机构。在本实施方式中，作为容积变更阀17使用开闭阀。即，在本实施方式中，可变容积机构不具有对制冷剂进行减压的能力。此外，被吸入到吸入室53a的制冷剂在压缩-排出室53b实质上不被压缩，通过背压室18和返回路径16回到吸入路径14。由此，压力损失引起的效率下降极小。但是，只要是在不大幅影响旋转式压缩机100的效率的范围内，可变容积机构也可以具有对制冷剂进行减压的能力。根据同样的理由，也可以使在压缩-排出室53b中一定程度被压缩的制冷剂通过背压室18和返回路径16回到吸入路径14。

容积变更阀17具有变更旋转式压缩机100的吸入容积（封闭容积）的功能。在要使旋转式压缩机100的吸入容积相对较小时，打开容积变更阀17，由此容积变更阀17允许通过返回路径16的制冷剂的流通。另一方面，在要使吸入容积相对较大时，关闭容积变更阀17，由此容积变更阀17禁止通过返回路径16的制冷剂的流通，使背压室18内的压力增加。在打开容积变更阀17时，旋转式压缩机100以低容积模式运转。在关闭容积变更阀17时，旋转式压缩机100以高容积模式运转。

控制部44控制容积变更阀17将旋转式压缩机100的运转模式从高容积模式向低容积模式切换时，以用电机2的转速的增加来补偿吸入容积的减少的方式控制逆变器42。由此，在需要低能力时（负载小时）可以不使电机2的转速极度下降。即，在需要低能力时也能够以发挥高效率的转速驱动电机2。由此，旋转式压缩机100的效率也提高。

以下，在本说明书中，将隔离片54和隔离片槽56的位置定义为沿着轴4的旋转方向的“0度”的基准位置。换言之，在隔离片54被活塞52最大限度压入隔离片槽56的瞬间的轴4的旋转角度定义为“0度”。

在高容积模式中，使对封闭在压缩-排出室53b的制冷剂进行压缩的行程（压缩行程）从0度的旋转角度开始。另一方面，在低容积模式中，使封闭在压缩-排出室53b的制冷剂从返回口3c逸出的行程在0～180度的期间进行，压缩行程从180度的旋转角度开始。由此，当使高容积模式下的吸入容积为V时，低容积模式下的吸入容积为约V/2。当然能够根据要变化的吸入容积的比率适当变更返回口3c等的位置。例如，在返回口3c形成于90度的位置的情况下，低容积模式下的吸入容积为｛1＋（1/2）^1/2｝V/2。

接着，参照图3说明压缩机构3的动作。

图3表示轴4和活塞52逆时针旋转的状态。随着轴4的旋转，吸入室53a的容积增加。如图3的左上图所示，当轴4旋转一周时，吸入室53a的容积最大。之后，吸入室53a向压缩-排出室53b变化。随着轴4的旋转，压缩-排出室53b的容积减少。如图4A和图4B所示，吸入室53a的容积沿着点A、点B和点C增加时，压缩-排出室53b的容积沿着点D、点E和点F减少。

在打开容积变更阀17时，如图3的右上图所示，随着压缩-排出室53b的容积的减少，单向阀73变形，制冷剂通过返回口3c向压缩-排出室53b之外排出。排出的制冷剂通过背压室18和返回路径16向吸入路径14返回。因此，压缩-排出室53b的压力不上升。如图3的右下图所示，当轴4的旋转角度达到180度时，压缩-排出室53b与返回口3c隔离，在压缩-排出室53b开始压缩制冷剂。即，压缩机构3的吸入容积为“V/2”。压缩行程持续进行直至压缩-排出室53b的压力达到密闭容器1的内部空间28的压力。压缩-排出室53b的压力达到内部空间28的压力后，进行排出行程，直至轴4的旋转角度达到360度（0度）。 如图3的左下图和左上图所示，轴4旋转一周时，压缩-排出室53b的容积为0。

在关闭容积变更阀17时，返回口3c被单向阀73关闭，所以压缩机构3的吸入容积为“V”，在吸入行程结束后立即开始压缩行程。此时，背压室18和返回路径16中比容积变更阀17更靠上游侧的部分（以下将其称为“背压空间”）具有比较高的压力。这是因为，当关闭容积变更阀17时，被压缩至中间压的制冷剂逐渐蓄积于背压空间。压缩-排出室53b的压力比背压空间的压力低时，利用单向阀73防止从背压室18向工作室53的制冷剂的逆流。即，从容积变更阀17观察，在工作室53侧设置有单向阀73，所以能够避免背压空间整体成为死体积（dead volumn）。

于是，关闭容积变更阀17时，返回口3c成为死体积Vd。该死体积Vd是容积变更阀17关闭时使压缩机效率下降的主要原因。即，存在于返回口3c内的制冷剂随着压缩机构3的压缩过程的进行，压力上升，但是因活塞52而不会向工作室53的外部排出，在再次进入吸入过程时通过减压消耗剩余的压缩动力。考虑关闭容积变更阀17时的压缩机效率时，希望该死体积Vd尽可能地小。

在本实施方式中，通过在与活塞52的端面接触的上侧封闭部件61设置单向阀73，能够使返回口3c的长度Lv最短，由此能够使死体积Vd极小。但是，在打开容积变更阀17时，返回口3c构成制冷剂流路，所以为了减少流路阻力希望采用尽可能大的流路截面。

一般来说，吸入口3a的直径Ds和排出口3b的直径Dd的大小关系与额定条件（设计设备时的代表条件）中的吸入制冷剂密度和排出制冷剂密度相关。额定条件中的排出制冷剂对吸入制冷剂的密度比，例如在空调器中，虽然受到设备性能的影响，但大约为53左右。因此，吸入口3a的直径Ds和排出口3b的直径Dd以大约Ds=（53）0.5×Dd的关系成立的方式进行设计。

在制冷剂通过返回口3c时，制冷剂大致不被压缩地通过，所以通过的制冷剂的密度与吸入制冷剂大致相等。因此，从流路阻力的方面考虑，优选返回口3c的直径Db与吸入口3a的直径Ds大致同等地进行设计。但是，本发明的发明者对死体积Vd对压缩机性能造成的影响、返回口3c的直径Db的流路阻力对压缩机性能造成的影响进行分析性、实验性的研究，结果发现，通过使返回口3c的直径Db与排出口3b的直径Dd相同或者为其以下（Db≤Dd），能够将压缩机的性能保持为最高效率。

此外，通过使返回口3c的直径Db与排出口3b的直径Dd相同或者为其以下，能够使对于返回口3c的单向阀73和对于排出口3b的排出阀71为相同结构，所以能够达到压缩机的低成本化。

此外，返回口3c的直径Db相对于活塞52的外半径Rp1和内半径Rp2，可以设计为Db＜Rp1-Rp2的关系。通过这样构成，能够用活塞52的端面密封部完全密封返回口3c，所以在高容积模式下，能够防止压缩过程中工作流体通过返回口3c向下游泄漏等泄漏路径的增加。

此外，返回口3c的中心与气缸51的内径中心的距离Lb，与气缸51的内半径Rc可以为Rc-Db/2＜Lb＜Rc的关系。通过这样构成，能够使存在于活塞52的内周部的高温高压的润滑油与返回口3c之间的密封长度变长，所以能够抑制高温高压的润滑油经由活塞52的端面渗出至返回口3c，能够防止对于吸入工作流体的过度受热。此外，返回口3c的面积的一半以上面向气缸51的工作室53，所以能够不损害工作流体的流动地抑制流路阻力。

接着，参照图5说明控制部44的容积变更阀17和逆变器42的控制顺序。

在步骤S1中，根据被要求的能力调节电机2的转速。具体地说，调节电机2的转速，以得到需要的制冷剂流量。接着，在步骤S2和步骤S6中，判断电机2的转速是下降还是上升。在步骤S1中进行使转速下降的处理时，进入步骤S3，判断当前的转速是否为30Hz以下。如果当前的转速为30Hz以下，则在步骤S4中判断容积变更阀17是否关闭。在容积变更阀17关闭时，在步骤S5中，执行打开容积变更阀17的处理，和使电机2的转速上升至当前的转速的2倍的转速的处理。步骤S5中的各处理的顺序没有特别限定，能够与打开容积变更阀17大致同时地提升电机2的转速。

另一方面，在步骤S1中进行使转速上升的处理时，进入步骤S7，判断当前的转速是否为70Hz以上。如果当前的转速为70Hz以上，则在步骤S8中，判断容积变更阀17是否打开。在容积变更阀17打开的情况下，在步骤S9中，执行关闭容积变更阀17的处理，和使电机2的转速下降为当前的转速的1/2倍的转速的处理。步骤S9中的各处理的顺序没有特别限定，能够与关闭容积变更阀17大致同时地使电机2的转速下降。

通过进行依据图5的流程图的控制，容积变更阀17的状态和电机2的转速的关系，如图6所示，具有滞后作用（Hysteresis）。根据这样的控制，能够防止压缩机构3的振荡。

在关闭容积变更阀17的状态，即通过返回路径16的制冷剂的流通被禁止的高容积模式下的压缩机构3的吸入容积为“V”。在高容积模式下，运转中电机2的转速从高旋转侧下降至第一转速（例如30Hz）以下时，控制部44执行用于减少吸入容积的关于容积变更阀17的处理和用于提高电机2的转速的关于逆变器42的处理。用于减少吸入容积的关于容积变更阀17的处理是指打开容积变更阀17的处理。用于提高电机2的转速的关于逆变器42的处理，是指将电机2的目标转速设定为最近的转速的两倍的处理。

此外，控制部44以利用电机2的转速的减少补偿吸入容积的增加的方式控制容积变更阀17和逆变器42。在打开容积变更阀17的状态，即通过返回路径16的制冷剂的流通被允许的低容积模式下的压缩机构3的吸入容积为“V/2”。在低容积模式下，运转中电机2的转速上升至第二转速（例如70Hz）以上时，控制部44执行用于增加吸入容积的关于容积变更阀17的处理和用于降低电机2的转速的关于逆变器42的处理。用于增加吸入容积的关于容积变更阀17的处理，是指关闭容积变更阀17的处理。用于降低电机2的转速的关于逆变器42的处理，是指将电机2的目标转速设定为最近的转速的1/2倍的处理。

如图6所示，当在关闭容积变更阀17的状态下电机2的转速下降至30Hz时，打开容积变更阀17，使电机2的转速上升至60Hz。在打开容积变更阀17的状态下电机2的转速上升至70Hz时，关闭容积变更阀17，使电机2的转速下降至35Hz。将打开容积变更阀17使电机2的转速上升时的该转速为第三转速，使关闭容积变更阀17使电机2的转速下降时的该转速为第四转速时，（第一转速）＜（第四转速）、（第 三转速）＜（第二转速）的关系成立。例如，通过将第一转速设定为30Hz以下的转速，能够使旋转式压缩机100以更宽范围的能力进行运转。第一转速的下限没有特别限定，例如为20Hz。

在进行运转模式的切换时，电机2的转速根据低容积模式下的吸入容积VL对高容积模式下的吸入容积VH的比率（VL/VH）进行调节。在从高容积模式切换为低容积模式时，电机2的转速（目标转速）设定为即将进行模式切换前的电机2的转速除以比率（VL/VH）而得的转速。同样地，从低容积模式切换为高容积模式时，电机2的转速设定为即将进行模式切换前的电机2的转速乘以比率（VL/VH）而得的转速。这样，能够顺畅地进行高容积模式与低容积模式之间的运转模式的切换。

另外，并非必须以电机2的转速增加带来的旋转式压缩机100的能力的增加100%补偿吸入容积减少带来的旋转式压缩机100的能力的减少。在图6所示的例子中，在打开容积变更阀17使吸入容积减少至1/2时，将电机2的转速增加至2倍，所以旋转式压缩机100的能力不会由于模式切换而变化。但是，即使由于模式切换导致旋转式压缩机100的能力有所增减也不是很大的问题。

接着说明容积变更阀17和逆变器42的另一控制顺序。

在高容积模式下即使将电机2的转速下降至第一转速（例如30Hz），制冷剂的流量也过剩的情况下，也可以以执行用于减少吸入容积的关于容积变更阀17的处理和用于提高电机2的转速的关于逆变器42的处理的方式构成控制部44。即，也可以以在使电机2的转速实际上下降至第一转速之前判断是否需要进行模式切换的方式构成控制部44。同样地，在低容积模式下即使将电机2的转速提高至第二转速（例如70Hz），制冷剂的流量也不足的情况下，也可以以执行用于增加吸入容积的关于容积变更阀17的处理和用于降低电机2的转速的关于逆变器42的处理的方式构成控制部44。即，也可以以在使电机2的转速实际上上升至第二转速之前判断是否需要进行模式切换的方式构成控制部44。参照图7说明这样的控制的例子。

如图7所示，首先，在步骤S11中计算电机2需要的转速。“需要的转速”例如是指为了得到需要的制冷剂流量的转速。接着，在步骤 S12中，判断需要的转速是否为第一转速（例如30Hz）以下。在需要的转速为第一转速以下时，在步骤S13中，判断是否关闭容积变更阀17。在关闭容积变更阀17的情况下，在步骤S15中，打开容积变更阀17并且将电机2的转速调节为能够得到需要的制冷剂流量的转速。在打开容积变更阀17的情况下，在步骤S14中仅调节电机2的转速。

另一方面，在需要的转速大于第一转速时，在步骤S16中，判断需要的转速是否为第二转速（例如70Hz）以上。在需要的转速为第二转速以上的情况下，在步骤S17中，判断是否打开容积变更阀17。在打开容积变更阀17的情况下，在步骤S18中，关闭容积变更阀17并且将电机2的转速调节为能够得到需要的制冷剂流量的转速。在关闭容积变更阀17的情况下，在步骤S19中仅调节电机2的转速。

通过进行参照图5或图7说明的控制，旋转式压缩机100如图8中实线所示，在需要低能力时（负载小时）也能够发挥高效率。在图8中，使旋转式压缩机100的额定能力为“100%”。旋转式压缩机100的效率，以额定能力为基准，随着将要发挥的能力的减少即电机2的转速的下降而降低。如虚线所示，在将电机2以额定转速的50%的转速驱动时，效率的下降显著。在本实施方式中，在需要相对较低的能力时以吸入容积V/2的低容积模式进行运转。由此，能够将电机2以尽可能接近额定转速的转速驱动。由此，在需要的能力为额定能力的50%以下的区域中，旋转式压缩机100也能够发挥优异的效率。

接着，基于返回路径16经由蓄存器12的内部空间与吸入路径14连通的情况说明效果。

存在于吸入路径14的制冷剂基本上全部被吸入到吸入室53a。因此，如图9A所示，吸入路径14中的制冷剂的流速与吸入室53a的容积（参照图4A）的变化率成比例变化。具体地说，吸入路径14中的制冷剂的流速理论上相对于轴4的旋转角度显示出正弦波的波形。

在打开容积变更阀17时，轴4的旋转角度处于0～180度的期间，压缩-排出室53b的制冷剂通过返回口3c向背压室18排出。从压缩-排出室53b排出至背压室18的制冷剂的量与0～180度的期间中压缩-排出室53b的容积的减少量相等。如图9B所示，返回路径16中的制冷剂的流速仅限于轴4的旋转角度为0～180度的期间，与压缩-排出室 53b的容积（参照图4B）的变化率成比例变化。具体地说，返回路径16中的制冷剂的流速理论上在0～180度的期间显示正弦波的波形，在180～360度的期间为0。

制冷剂从导入管12b和返回路径16这两方流入到蓄存器12。流入到蓄存器12的制冷剂仅能够进入吸入路径14。由此，蓄存器12的导入管12b中的制冷剂的流速跟吸入路径14中的制冷剂的流速与返回路径16中的制冷剂的流速的差大致一致。具体来说，如图9C所示，导入管12b中的制冷剂的流速理论上在180～360度的期间显示正弦波的波形，在0～180度的期间为0。

轴4的旋转角度为180度时，返回路径16的制冷剂的流速从最大流速v迅速减少至0。此外，轴4的旋转角度为180度时，导入管12b的制冷剂的流速从0迅速增大至最大流速v。这样的急剧的流速变化可能助长水击的发生，引起由构成吸入路径14和返回路径16的配管的振动导致的可靠性下降、产生噪音等的问题。进一步，在吸入路径14中传递的压力波使吸入室53a的体积效率下降，由此也存在旋转式压缩机100的效率下降的可能性。但是，在本实施方式中，返回路径16经由蓄存器12的内部空间与吸入路径14连通。根据该结构，能够防止水击的发生，所以能够有效地抑制振动、噪音和效率下降。

另外，在本实施方式中，返回口3c和背压室18设置于上侧封闭部件61，但返回口3c和背压室18优选设置于下侧封闭部件62（作为参考，参照图10）。如果采用该结构，在高容积模式中返回口3c关闭的期间润滑油积蓄于返回口3c，所以能够抑制死体积。

（第二实施方式）

如图10所示，本实施方式的旋转式压缩机200除了第一实施方式中说明的压缩机构3之外，还具有配置在压缩机构3的上方的第二压缩机构30。以下将在第一实施方式中说明的压缩机构3和与此相关联的部件标记“第一”。例如，将气缸51标记为第一气缸51，将活塞52标记为第一活塞52，将隔离片54标记为第一隔离片54，将工作室53标记为第一工作室53，将压缩机构3标记为第一压缩机构3，将吸入路径14标记为第一吸入路径14。

在轴4除了第一偏心部4a之外还设置有第二偏心部4b。第一偏心部4a的偏心方向与第二偏心部4b的偏心方向错开180度。即，第一活塞52的相位与后述的第二活塞82的相位在轴4的旋转角度上错开180度。

第二压缩机构30是容积式的流体机构，由电机2驱动，由此从第第二吸入口30a吸入制冷剂，对该制冷剂进行压缩，从第二排出口30b排出。制冷剂由第二吸入路径15从蓄存器12的内部空间引导至第二吸入口30a。在本实施方式中，在第二压缩机构30没有设置返回口，所以第二压缩机构30的吸入容积总是一定。另外，在蓄存器12的内部或外部，第一吸入路径14和第二吸入路径15中的一方可以从另一方分支。

如图10和图11所示，第二压缩机构30具有第二气缸81、第二活塞82、第二隔离片84、第二弹簧85、中间板65和第二封闭部件66。另一方面，第一压缩机构3代替在第一实施方式中说明的上侧封闭部件61和下侧封闭部件62，具有中间板65和第一封闭部件64。即，中间板65由第一压缩机构3和第二压缩机构30共有。中间板65被第一气缸51和第二气缸81夹持，从上侧封闭第一工作室53，从下侧封闭后述的第二工作室83。此外，第一封闭部件64从下侧封闭第一工作室53，第二封闭部件66从上侧封闭第二工作室83。此外，第一封闭部件64和第二封闭部件66也作为以轴4旋转自如的方式支承轴4的轴承起作用。

第二气缸81相对于第一气缸51配置为同心状。在第二气缸81的内部，配置有与轴4的第二偏心部4b嵌合的第二活塞82，使得在自身的外周面与第二气缸81的内周面之间形成第二工作室83。在第二气缸81形成有第二隔离片槽86。在第二隔离片槽86收纳有具有与第二活塞82的外周面接触的前端的第二隔离片84。第二弹簧85以将第二隔离片84向第二活塞82按压的方式配置在第二隔离片槽86。第二气缸81与第二活塞82之间的第二工作室83被第二隔离片84分割，由此形成第二吸入室83a和第二压缩-排出室83b。第二隔离片84配置在轴4的轴方向上与第一隔离片54一致的位置。因此，第二活塞82位于上止点（使第二隔离片84最为后退的位置）的时刻，与第一活塞52位于上止点（使第一隔离片54最为后退的位置）的时刻错开180度。

在本实施方式中，使要进行压缩的制冷剂流入到第二吸入室83a的第二吸入口30a设置于第二气缸81，使压缩后的制冷剂从第二压缩-排出室83b流出的第二排出口30b设置于第二封闭部件66。第二吸入路径15的下游端与第二吸入口30a连接。在第二封闭部件66，从该第二封闭部件66的上表面凹陷的凹部形成在第二隔离片84的附近，排出口30b从第二封闭部件66的下表面延伸至该凹部的底面。即，第二排出口30b在密闭容器1的内部空间28开口。此外，在凹部内配置有利用弹性变形开闭排出口30b的第二排出阀75和限制第二排出阀75的变形量的限制件76。

另一方面，关于第一压缩机构3，第一排出口3a、返回口3c、背压室18和连通路60设置于第一封闭部件64。第一封闭部件64被具有能够接受从排出口3b排出的制冷剂的内部空间的消音器23覆盖。此外，在第一封闭部件64、第一气缸51、中间板65、第二气缸81和第二封闭部件66设置有贯通它们的流路35，通过该流路35由第一压缩机构3压缩后的制冷剂从消音器23的内部空间向密闭容器1的内部空间28移动。背压室18被盖63从消音器23的内部空间以及密闭容器1的内部空间28划分开。

在本实施方式中，在第二压缩机构30没有设置返回口，所以仅第一压缩机构3的吸入容积能够变更。通过像这样能够仅变更第一压缩机构3的吸入容积，能够抑制旋转式压缩机200的生产成本。

此外，在本实施方式中，第一压缩机构3配置在远离电机2侧，第二压缩机构30配置在接近电机2侧。即，沿着轴4的轴方向，电机2、第二压缩机构30和第一压缩机构3按照该顺序排列。第二压缩机构30具有一定的吸入容积，所以在低容积模式中也需要有大的负载转矩。由此，当将第二压缩机构30配置在接近电机2侧时，在低容积模式中施加于轴4的负载减少，由此能够减少作为轴承起作用的第一封闭部件64和第二封闭部件66中的摩擦损失。此外，在低容积模式中具有小吸入容积的第一压缩机构3配置在下侧时，能够减少由于被压缩的制冷剂通过消音器23的内部空间和流路35向密闭容器1的内部空间28流动而产生的压力损失。但是，第一压缩机构3和第二压缩机构30的位置关系并不限于上述关系，也可以相反。

如在第一实施方式中说明的那样，在将返回口3c形成在180度的位置的情况下，作为第一压缩机构3的吸入容积，能够选择“V”或“V/2”。进而，第二压缩机构30的吸入容积为“V”时，作为第一压缩机构3和第二压缩机构30的吸入容积，能够选择“2V”或“1.5V”。

另一方面，在允许通过返回路径16的制冷剂的流通的低容积模式中，能够使第一压缩机构3的吸入容积实质上为0。具体地说，如图12所示，返回口3c可以形成在接近第一排出口3b的位置。根据该结构，在低容积模式中，吸入到第一吸入室53a的制冷剂的大致全部不被压缩而通过背压室18和返回路径16返回蓄存器12。即，能够去除第一压缩机构3的功能。低容积模式中的第一压缩机构3和第二压缩机构30的吸入容积的合计与第二压缩机构30的吸入容积V相等。

另外，“使第一压缩机构3的吸入容积实质上为0”并非意味着第一压缩机构3的吸入容积完全为0。例如，在高容积模式的吸入容积为V时，能够以低容积模式的吸入容积低于｛1-（1/2）^1/2｝V/2，优选低于V/10的方式决定返回口3c的位置。根据该结构，在低容积模式中第一压缩机构3不对制冷剂进行压缩处理，可以说其功能消失。

进一步，在使低容积模式中的第一压缩机构3的吸入容积实质上为0时，从轴承的可靠性的观点出发，优选将第一压缩机构3配置在第二压缩机构30的下方。如本实施方式这样具有两个压缩机构的结构中，从活塞对轴的组装方便性的角度出发，一般处于轴的末端的偏心部的下侧部分比偏心部的上侧部分细。即，如果将第一压缩机构3配置在第二压缩机构30的下方，则轴4中被第一封闭部件64支承的部分的直径比轴4中被第二封闭部件66支承的部分的直径小。因此，能够使第一封闭部件64的轴承容量比第二封闭部件66的轴承容量小，能够与将第一压缩机构3配置在第二压缩机构30的上方时相比，减少低容积模式中施加于轴4的负载。

（第三实施方式）

如图13所示，本实施方式的旋转式压缩机300具有使第二实施方式的旋转式压缩机200中第一压缩机构3和第二压缩机构30的位置相反的结构。进一步，在本实施方式中，在第二压缩机构30的第二封闭部件66设置有用于使制冷剂从第二压缩-排出室83b逸出的第二返回口 30c，和与第二返回口30c连通的第二背压室19。而且，返回路径16的上游端不仅与第一背压室18连接，也与第二背压室19连接。

在轴4的旋转方向，从第二隔离片84到第二返回口30c的角度优选与从第一隔离片54到第一返回口3c的角度大致相同。此处，“大致相同”是指它们的差为10度以内。例如，第二返回口30c与第一返回口3c同样，可以形成在从轴4的轴心看时与第二隔离片84成180度的位置。

另外，对于第二返回口30c来说，与第二排出口30b和第二活塞82的关系也优选满足在第一实施方式中作为优选结构说明的条件（Db≤Dd，Db＜Rp1-Rp2，Lb＜Rc）。

第二背压室19包括在第二封闭部件66的下表面形成的凹陷和覆盖该凹陷的盖67，从消音器23的内部空间以及密闭容器1的内部空间28被划分开。此外，在第二封闭部件66、第二气缸81和中间板65设置有贯通它们将第二背压室19和中继室57连通的流路9。换言之，返回路径16的上游端经由中继室57和流路9与第二背压室19连接。

在第二背压室19内配置有利用弹性变形开闭第二返回口30c的第二单向阀77和限制第二单向阀77的变形量的限制件78。即，第二单向阀77是由薄金属板形成的长细形状的簧片阀。

本实施方式的结构中，能够在第一压缩机构3和第二压缩机构30中使吸入容积的变化量大致相同，使第一压缩机构3和第二压缩机构30中产生的一个旋转的旋转转矩相等。此外，如第二实施方式所说明的那样，第一压缩机构3和第二压缩机构30的上止点时刻错开180°，所以能够抵消在轴4产生的旋转转矩变动。结果，电机2的转速控制变得容易，电机效率提高。进一步，由于能够抑制旋转速度变动，所以能够提高设备的可靠性并且减少噪音。

另外，也可以扩大流路9中与第二气缸81对应的部分，以返回路径16的上游端在该扩大后的部分开口的方式将返回路径16与第二气缸81接合。

（第四实施方式）

如图14所示，本实施方式的旋转式压缩机400具有第三实施方式的旋转式压缩机300中代替中间板65、配置有相互重合的第一中间板 68和第二中间板69的结构。即，第一压缩机构3和第二压缩机构分别具有第一中间板68和第二中间板69。

第一中间板68从下方封闭第一工作室53，第二中间板69从上方封闭第二工作室。在本实施方式中，在第一中间板68设置有第一返回口3c和第一背压室18，在第二中间板69设置有第二返回口30c和第二背压室19。

在本实施方式的结构中，利用第二中间板69将第一背压室18从密闭容器1的内部空间划分开，并且利用第一中间板68将第二背压室19从密闭容器1的内部空间划分开，所以图13所示的盖63、67不再需要，能够削减部件个数。此外，如果将第一背压室18和第二背压室19设置在构成它们所连接的空间的位置，则图13所示的连通路9不再需要，能够进一步使结构简化。

（应用实施方式）

如图15所示，能够使用第一实施方式的旋转式压缩机100构建制冷循环装置600。制冷循环装置600具有旋转式压缩机100、散热器602、膨胀机构604和蒸发器606。这些设备利用制冷剂管按照上述顺序连接，以形成制冷剂回路。散热器602例如由空气-制冷剂热交换器构成，对在旋转式压缩机100中被压缩的制冷剂进行冷却。膨胀机构604例如由膨胀阀构成，使在散热器602中冷却的制冷剂膨胀。蒸发器606例如由空气-制冷剂热交换器构成，对由膨胀机构604膨胀后的制冷剂进行加热。代替第一实施方式的旋转式压缩机100，也可以使用第二～第四实施方式的旋转式压缩机200～400。

（其它）

本说明书中说明的几个实施方式在不脱离发明主旨的范围内能够变更。例如，容积变更阀17并非必须为开闭阀，作为容积变更阀17，也能够使用设置于返回路径16的三通阀，使得在禁止通过返回路径16的工作流体的流通时将制冷剂回路中的高压制冷剂向背压室18引导。

此外，在旋转式压缩机100的启动时，能够控制容积变更阀17，使得允许制冷剂通过背压室18和返回路径16从压缩-排出室53b向吸入路径14返回。即，在启动时暂时以低容积模式运转旋转式压缩机100。

产业上的利用可能性

本发明在供热水器、热水供暖装置和空气调节装置等中能够利用的制冷循环装置的压缩机中是有用的。本发明特别对于要求广范围中的能力的空气调节装置的压缩机是有用的。

Claims (14)

1.一种旋转式压缩机，其特征在于，包括：

压缩机构，其包括：气缸；以在自身的外周面与所述气缸的内周面之间形成工作室的方式配置于所述气缸的内部的活塞；将所述工作室分割为吸入室和压缩-排出室的隔离片；使要进行压缩的工作流体流入到所述吸入室的吸入口；使压缩后的工作流体从所述压缩-排出室流出的排出口；和使工作流体从所述压缩-排出室逸出的返回口；

具有与所述活塞嵌合的偏心部的轴；

使所述轴旋转的电机；

将工作流体导入所述吸入口的吸入路径；

与所述返回口连通的背压室；

配置在所述背压室内，利用弹性变形开闭所述返回口的簧片阀型的单向阀；

使工作流体从所述背压室向所述吸入路径返回的返回路径；

容积变更阀，其设置于所述返回路径，在要使所述压缩机构的吸入容积相对变小时，允许通过所述返回路径的工作流体的流通，在要使所述吸入容积相对变大时，禁止通过所述返回路径的工作流体的流通，使所述背压室内的压力增加；

驱动所述电机的逆变器；和

控制部，其控制所述容积变更阀和所述逆变器，使得以所述电机的转速的增加补偿所述吸入容积的减少，

所述返回口的直径Db与所述排出口的直径Dd为Db≤Dd的关系。

2.如权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于：

所述压缩机构还包括从所述轴的轴方向两侧封闭所述工作室的一对封闭部件，

在所述一对封闭部件的一者设置所述返回口和所述背压室。

3.如权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于：

还具有收纳所述压缩机构和所述电机的密闭容器，

所述排出口在所述密闭容器的内部空间开口，

所述背压室从所述密闭容器的内部空间被划分开。

4.如权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于：

还具有蓄存器，该蓄存器具有能够保持工作流体的内部空间，与所述吸入路径和所述返回路径连接，

所述返回路径经由所述蓄存器的所述内部空间与所述吸入路径连通。

5.如权利要求4所述的旋转式压缩机，其特征在于：

将所述气缸定义为第一气缸，将所述活塞定义为第一活塞，将所述隔离片定义为第一隔离片，将所述工作室定义为第一工作室，将所述吸入室定义为第一吸入室，将所述压缩-排出室定义为第一压缩-排出室，将所述吸入口定义为第一吸入口，将所述排出口定义为第一排出口，将所述压缩机构定义为第一压缩机构，将所述偏心部定义为第一偏心部，将所述吸入路径定义为第一吸入路径时，

该旋转式压缩机还包括：第二压缩机构，其包括：第二气缸；以在自身的外周面与所述第二气缸的内周面之间形成第二工作室的方式配置于所述第二气缸的内部的第二活塞；将所述第二工作室分割为第二吸入室和第二压缩-排出室的第二隔离片；使要进行压缩的工作流体流入到所述第二吸入室的第二吸入口；和使压缩后的工作流体从所述第二压缩-排出室流出的第二排出口；和将工作流体从所述蓄存器的内部空间向所述第二吸入口引导的第二吸入路径，

所述轴还具有与所述第二活塞嵌合的第二偏心部。

6.如权利要求5所述的旋转式压缩机，其特征在于：

所述第二压缩机构的吸入容积总是一定。

7.如权利要求6所述的旋转式压缩机，其特征在于：

在允许通过所述返回路径的工作流体的流通的低容积模式中，所述第一压缩机构的所述吸入容积实质上为0。

8.如权利要求7所述的旋转式压缩机，其特征在于：

所述第一压缩机构和所述第二压缩机构共有中间板，该中间板被所述第一气缸和所述第二气缸夹持，从所述轴的轴方向的一方封闭所述第一工作室和所述第二工作室，

所述第一压缩机构包括从所述中间板的相反侧封闭所述第一工作室的第一封闭部件，

所述第二压缩机构包括从所述中间板的相反侧封闭所述第二工作室的第二封闭部件，

所述第一封闭部件和所述第二封闭部件也作为以所述轴旋转自如的方式支承所述轴的轴承起作用，

所述轴的被所述第一封闭部件支承的部分的直径，小于所述轴的被所述第二封闭部件支承的部分的直径。

9.如权利要求5所述的旋转式压缩机，其特征在于：

将所述返回口定义为第一返回口，将所述背压室定义为第一背压室，将所述单向阀定义为第一单向阀时，

所述第二压缩机构还具有用于使工作流体从所述第二压缩-排出室逸出的第二返回口，

该旋转式压缩机还具有：与所述第二返回口连通的第二背压室；和配置在所述第二背压室内，利用弹性变形开闭所述第二返回口的簧片阀型的第二单向阀，

所述返回路径的上游端不仅与所述第一背压室连接，也与所述第二背压室连接。

10.如权利要求9所述的旋转式压缩机，其特征在于：

在所述轴的旋转方向，从所述第一隔离片到所述第一返回口的角度与从所述第二隔离片到所述第二返回口的角度大致相同。

11.如权利要求9所述的旋转式压缩机，其特征在于：

所述第一压缩机构和所述第二压缩机构共有中间板，该中间板被所述第一气缸和所述第二气缸夹持，从所述轴的轴方向的一方封闭所述第一工作室和所述第二工作室，

所述第一压缩机构包括从所述中间板的相反侧封闭所述第一工作室的第一封闭部件，

所述第二压缩机构包括从所述中间板的相反侧封闭所述第二工作室的第二封闭部件，

所述第一返回口和所述第一背压室设置于所述第一封闭部件，所述第二返回口和所述第二背压室设置于所述第二封闭部件。

12.如权利要求9所述的旋转式压缩机，其特征在于：

所述第一压缩机构包括：从第二压缩机构侧封闭所述第一工作室的第一中间板；和从所述第一中间板的相反侧封闭所述第一工作室的第一封闭部件，

所述第二压缩机构包括：从所述第一压缩机构侧封闭所述第二工作室的第二中间板；和从所述第二中间板的相反侧封闭所述第二工作室的第二封闭部件，

所述第一中间板和所述第二中间板相互重合，

所述第一返回口和所述第一背压室设置于所述第一中间板，所述第二返回口和所述第二背压室设置于所述第二中间板。

13.如权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于：

所述返回口的直径Db与所述活塞的外半径Rp1和内半径Rp2为Db＜Rp1-Rp2的关系。

14.如权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于：

所述返回口的中心与所述气缸的内径中心的距离Lb，与所述气缸的内半径Rc为Lb＜Rc的关系。