JP2001289189A

JP2001289189A - ２段圧縮可能な冷媒圧縮機

Info

Publication number: JP2001289189A
Application number: JP2000106027A
Authority: JP
Inventors: Katsuharu Fujio; 勝晴藤尾; Sadao Kawahara; 定夫河原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2001-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】２段圧縮可能な冷媒圧縮機の始動性改善を図
るものである。【解決手段】密閉容器３内に可変速運転される電動機
５とそれに連結する２段圧縮機構４を配置した構成にお
いて、電動機５が設定回転速度以上の時のみに２段圧縮
冷凍サイクルにおける膨張装置１５ｂの下流側と２段圧
縮機構４の高段圧縮要素の吸入側とを開閉弁が開通させ
るものである。したがって、圧縮途中の冷媒ガスが膨張
装置１５ｂの下流側への逆流を図ると共に、また、電動
機所要トルクが確保でき、急激な圧縮変動による圧縮機
停止を回避できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は２段圧縮が可能な冷
媒圧縮機の起動手段に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、冷凍機器分野において、低温熱源
および高温熱源確保の一環として、高圧縮比運転に適し
た冷媒圧縮機の実用化研究が盛んである。

【０００３】とりわけ、圧縮室と吸入室との間の圧力差
を小さくして圧縮途中漏洩ガス量を低減して圧縮効率を
向上させるために、例えば、次のようなロータリ式２段
圧縮機と冷凍サイクルが提案されている。

【０００４】図１２において、１１０１はロータリ式２
段圧縮機である。密閉容器１１０２内に電動機１１０３
と低段圧縮要素（第1の圧縮要素）１１０４と高段圧縮
要素（第２の圧縮要素）１１０５とが配置されている。

【０００５】低段圧縮要素（第1の圧縮要素）１１０４
と高段圧縮要素（第２の圧縮要素）１１０５がマフラ１
１２２を介して直列接続されている。

【０００６】このようなロータリ式２段圧縮機１１０１
のアキュームレータ１１１４と電動機１１０３を収納す
る吐出空間との間に、凝縮器１１２４，第１減圧装置１
１２５，気液分離器１１２６，第２減圧装置１１２７，
蒸発器１１２８が順次接続されている。この順次接続に
よって基本的な冷凍サイクルが構成されている。

【０００７】ロータリ式２段圧縮機１１０１の高段圧縮
要素（第２の圧縮要素）１１０５と電動機１１０３を冷
却するためのインジェクション通路１１３０は、凝縮器
１１２４と蒸発器１１２８の間に配置された気液分離器
１１２６のガス出口部１１２６ａとマフラ１１２２と
を、第１電磁二方弁１１３１を介した第１バイパス通路
１１３２で接続されている。

【０００８】そして、アキュムレータ1１１４から吸入
して低段圧縮要素(第1の圧縮要素)1１０４で圧縮・吐出
された冷媒ガスがマフラ１１２２に送出され、マフラ１
１２２内で気液分離器１１２６から流入した気液混合冷
媒と合流の後、高段圧縮要素（第２の圧縮要素）１１０
５に送られ、圧縮・吐出の後、電動機１１０３を冷却
し、凝縮器１１２４へ排出する。

【０００９】なお、１１３３は、第２二方弁１１３４を
開通する一方、第１二方弁１１３１を閉塞してマフラ１
１２２と蒸発器１１２８の下流側とを連通させることに
よって、低段圧縮要素（第1の圧縮要素）１１０４の吐
出側とアキュウムレータ１１１４とを短絡させて冷凍サ
イクルの冷媒循環量を抑制するために準備されたレリー
ス通路である（特開平２−１１８８６号公報）。

【００１０】

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、以下に述べる２つの課題があつた。すな
わち、第1の課題は、ロータリ式２段圧縮機１１０１
の起動時は、可変速運転される電動機１１０３によって
低速始動されるものの、電動機１１０３の低速運転時ト
ルクが小さい一方、２段圧縮機１１０１が２段階の圧縮
作用と吐出弁を経由するので、起動初期からの圧縮負荷
が大きく、電動機１１０３の始動不良が生じるというも
のである。発明者が特開平５−１３３３６６号公報でも
記載している如く、特に、２段圧縮機１１０１は、低段
圧縮要素（第1の圧縮要素）１１０４からの圧縮冷媒排
出量と高段圧縮要素（第２の圧縮要素）１１０５の冷媒
吸入量とが圧縮・吸入行程の進行と共に変化する関係か
ら、低段圧縮要素（第1の圧縮要素）１１０４の吐出側
で激しい圧力脈動が生じるので、圧縮機起動初期の瞬時
負荷も大きく、電動機１１０３への負担が過大となる。
更に、気液分離器１１２６からの冷媒吸い込みを許容す
る２段圧縮冷凍サイクルが機能する場合には、圧縮負荷
が一層大きくなって電動機１１０３の始動不良を誘発す
る。

【００１１】また、第２の課題は、ロータリ式２段圧縮
機１１０１の起動直後は、冷凍サイクルの高圧側の圧力
上昇が低いので、低段圧縮要素（第1の圧縮要素）１１
０４で圧縮された激しい圧力脈動を伴う冷媒ガスがマフ
ラ１１２２を介して気液分離器１１２６の側に逆流す
る。その結果、冷凍サイクルを構成する冷媒流量制御機
器の破損や冷凍サイクル中の油逆流現象による種々の不
具合を招くというものである。このように、２段圧縮機
は起動初期に種々の課題を有しており、円滑な起動の改
善策の実現が要求されていた。

【００１２】なお、上記第２の課題を改善するための方
策として、特開平２−３７２５９号公報に記載されてい
る如く、電動機始動後一定時間経過後に気液分離器と低
段圧縮要素（第1の圧縮要素）の吐出側との間を開通さ
せることが提案されている。しかしながら、この方法は
圧縮機始動後の運転条件により必ずしも上記課題を改善
できるものではなかった。

【００１３】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、２段圧縮機の円滑な起動と冷媒の冷凍サイ
クル逆流を防止することを主目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本第1の発明は、電動機を所要のトルクまで上昇させ
るまで高段圧縮要素（第２の圧縮要素）の吸入側と冷凍
サイクルの凝縮器の下流減圧側液との間を連通させない
ものである。上記冷凍サイクルの制御と電動機の所要回
転慣性モーメントによって、電動機が２段圧縮負荷変動
に対して起動不良を生じることなく、円滑な圧縮作用を
継続することができる。また本第２の発明は、電動機の
回転周波数変換効率が高いブラシレス型の直流電動機を
使用して２段圧縮機を起動する際に、直流電動機が強制
駆動による他励運転モードの不安定なトルク発生状態で
は高段圧縮要素（第２の圧縮要素）の吸入側と冷凍サイ
クルの凝縮器の下流減圧側との間を連通させないもので
ある。

【００１５】上記直流電動機の運転モード制御と冷凍サ
イクル制御によって、直流電動機が他励運転モードから
同期位相駆動の自励運転モードに切り替わり安定したト
ルク発生状態で冷凍サイクルからの途中冷媒吸い込みを
伴う２段圧縮負荷変動に対して、円滑な圧縮作用を継続
することができる。

【００１６】また本第3の発明は、２段圧縮機の起動初
期に、低段圧縮要素（第1の圧縮要素）からの吐出冷媒
ガスを高段圧縮要素（第２の圧縮要素）に送り込まず
に、最終段圧縮ガスの吐出側にバイパス吐出させるもの
である。上記冷媒ガス通路の制御によって、２段圧縮機
の起動初期は圧縮負荷が小さい1段圧縮運転できるの
で、円滑な始動ができる。また本第4の発明は、２段圧
縮機の始動時はいずれか一方の圧縮要素の吸入通路を遮
断して他方の圧縮要素を1段圧縮運転させるものであ
る。

【００１７】上記冷媒ガス通路の制御によって、２段圧
縮機の起動初期は圧縮負荷が最も小さい容量の1段圧縮
運転できるので、円滑な始動ができる。また本第5の発
明は、吸入通路が遮断される側の圧縮要素の圧縮室に油
溜の潤滑油を供給するものである。上記給油通路の構成
によって、潤滑油を含む冷媒ガスが圧縮室に流入しなく
とも、油溜から差圧供給される潤滑油が圧縮室内の各摺
動部を潤滑するので、圧縮要素の休止運転を継続でき
る。また本第６の発明は、圧縮行程の途中からのみ潤滑
油を圧縮室に供給するものである。上記給油量の制限に
よって圧縮室への過剰な給油が回避できる。また本第７
の発明は、休止運転する側の圧縮要素の圧縮室への給油
通路途中に、油溜から圧縮室へのみの流体流入を許容す
る逆止弁を設けたものである。上記逆止弁の設置によっ
て、通常の２段圧縮運転時や運転休止しない1段圧縮運
転時において、圧縮室から油溜への冷媒ガス流出を回避
できる。また本第８の発明は、休止運転する側の圧縮要
素の圧縮室と油溜との差圧が大きい時のみ給油される手
段を設けたものである。上記差圧給油通路の構成によっ
て、通常の２段圧縮運転や1段圧縮運転状態では不要な
給油を停止して油圧縮を回避することができる。また本
第９の発明は、圧縮要素をローリングピストン型ロータ
リ圧縮機構とし、駆動軸のクランク部に外装するピスト
ンと接触して圧縮室を圧縮側と吸入側とに仕切るベーン
を、ピストンから離反させて圧縮作用を休止させる圧縮
作用解除手段を設けたものである。上記圧縮作用解除手
段によって、２段圧縮機構を圧縮負荷や圧縮冷媒ガス容
量に応じて1段圧縮機構に切り替えることができる。ま
た本第１０の発明は、圧縮作用解除手段を設けたローリ
ングピストン型ロータリ圧縮機構の２段圧縮機を起動す
る際に、いずれか一方の圧縮要素を休止運転作用させた
状態で1段圧縮運転させるものである。上記圧縮作用解
除状態での1段圧縮起動によって、圧縮負荷を軽減し円
滑な圧縮機起動ができる。また本第１１の発明は、圧縮
運転モードを切り替える際に電動機を一時的に減速させ
るものである。上記電動機の制御によって、急激な圧縮
負荷変動をなくし、不慮の圧縮機停止を回避させるもの
である。また本第１２の発明は、第１の圧縮要素の第1
吐出室と第２の圧縮要素の吸入側とを連通する連通路を
開閉する開閉弁装置に、通路閉塞時に自力密封押圧手段
を設けたものである。上記開閉弁装置の自力密封押圧手
段によって、連通路閉塞時の第１の圧縮要素の第1吐出
室から第２の圧縮要素の吸入側への冷媒漏洩を低減させ
るものである。また本第１３の発明は、連通路を開閉す
る開閉弁装置のプランジャーの閉塞機能を高めるべく配
置したものである。

【００１８】上記プランジャー配置によって、1段圧縮
時の圧縮機効率を向上させるものである。また本第１４
の発明は、圧縮機異常過熱時に、連通路を閉塞して２段
圧縮運転から1段圧縮運転できる自動切り替え手段を備
えたものである。上記連通路の自動切り替え手段によっ
て、圧縮機の過熱・過圧縮を防ぐものである。また本第
１５の発明は、第１の圧縮要素と第２の圧縮要素との間
の連通路の短縮化と密封性確保のための連通管を配設し
たものである。

【００１９】上記連通管の配設によって、第１の圧縮要
素から排出された吐出冷媒ガスが再び第１の圧縮要素の
圧縮室に漏洩するのを防ぐものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、第1の
圧縮要素の吐出側と第２の圧縮要素の吸入側とを連通路
を介して直列接続した２段圧縮機構を有する２段冷媒圧
縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発器を順次接続した冷凍サ
イクルを形成し、第２の圧縮要素の吸入側に凝縮器の下
流側で減圧された中間圧力冷媒を通路制御弁を介して導
入すると共に、２段冷媒圧縮機は密閉容器の内部に制御
装置によって可変速運転される電動機と電動機に連結す
る２段圧縮機構を配置した構成において、電動機が設定
回転速度以上の時のみに通路制御弁を開通させるもので
ある。そしてこの構成によれば、電動機のトルクと回転
慣性モーメントが大きいので、圧力脈動と圧縮途中にお
ける比重が大きい冷媒流入を伴う２段圧縮負荷変動に対
して電動機の回転速度変動が少なく、円滑な圧縮作用を
継続することができる。特に、２段圧縮機の低速起動初
期は、電動機のトルクと回転慣性モーメントが小さいに
も関わらず、２段圧縮負荷が小さいので起動不良を生じ
ることなく円滑に低速起動ができる。請求項２に記載の
発明は、第1の圧縮要素の吐出側と第２の圧縮要素の吸
入側とを連通路を介して直列接続した２段圧縮機構を有
する２段冷媒圧縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発器を順次
接続した冷凍サイクルを形成し、第２の圧縮要素の吸入
側に凝縮器の下流側で減圧された中間圧力冷媒を通路制
御弁を介して導入すると共に、２段冷媒圧縮機は密閉容
器の内部に制御装置によって可変速運転制御されるブラ
シレス型の直流電動機と直流電動機に連結する２段圧縮
機構を配置した構成において、２段冷媒圧縮機の始動の
際は、直流電動機が制御装置による同期位相検知期間中
の大電流強制運転の他励運転モードから同期位相小電流
運転の自励運転モードに切り替わった後に通路制御弁が
開通されるものである。そしてこの構成によれば、直流
電動機が他励運転モードから自励運転モードに切り替わ
り、直流電動機が安定したトルク発生状態となる一方、
起動後の時間経過に基づく冷凍サイクルの安定した差圧
状態で、冷凍サイクルからの中間圧力冷媒が第２の圧縮
要素に吸い込まれ、圧力脈動を伴う２段圧縮負荷変動に
対しても、直流電動機の安定した回転と円滑な圧縮作用
を継続することができる。

【００２１】請求項３に記載の発明は、密閉容器内に、
第1の圧縮要素の吐出側と第２の圧縮要素の吸入側との
間を通路制御弁によって開閉される連通路を介して直列
接続した２段圧縮機構と、その２段圧縮機構を駆動する
電動機とを配置した構成において、電動機を収納する電
動機室と第1の圧縮要素の吐出側との間に、第1の圧縮要
素の吐出側から電動機室へのみの気体流出を許容する逆
止弁手段を備えた排出通路を設けると共に、第1の圧縮
要素と第２の圧縮要素との間の連通路を通路制御弁によ
って遮断した状態で電動機を始動させるものである。そ
してこの構成によれば、２段圧縮機の起動初期に、第1
の圧縮要素からの吐出冷媒ガスが第２の圧縮要素に送り
込まずに、電動機室にバイパス吐出して圧縮負荷が小さ
い1段圧縮運転状態となり、２段圧縮機の円滑な始動が
容易にできる。

【００２２】請求項４に記載の発明は、密閉容器の内部
に電動機と電動機に連結する駆動軸の駆動により気体を
圧縮する第１の圧縮要素と第２の圧縮要素とを配置し、
第１の圧縮要素の吐出側と第２の圧縮要素の吸入側とを
連通して２段圧縮する２段圧縮運転手段と、第１の圧縮
要素および前記第２の圧縮要素がそれぞれ独立して圧縮
する１段圧縮運転手段とに切り替え運転できる１・２段
圧縮制御手段を設けた構成において、電動機の始動時は
第1の圧縮要素および第２の圧縮要素を1段圧縮運転状態
とし、且つ、第1の圧縮要素と第２の圧縮要素の内のい
ずれか一方の圧縮要素の吸入側通路を一時遮断させ、設
定時間経過後に吸入側通路を開通させる手段を備えた１
段圧縮運転と２段圧縮運転とに切り替え可能にしたもの
である。そしてこの構成によれば、２段圧縮機の始動時
は一方の圧縮要素が冷媒を吸い込まない圧縮休止状態で
他方の圧縮要素が1段圧縮運転状態となり、圧縮容量と
圧縮負荷が最も小さい状態で円滑な始動ができる。

【００２３】請求項５に記載の発明は、吸入側通路が一
時遮断される側の圧縮要素の圧縮室と、電動機室の底部
に配置した油溜との間を連通する注油通路を設けたもの
である。そしてこの構成によれば、吸入側通路が一時遮
断される側の圧縮要素の圧縮室が真空に近い状態となる
が、油溜との間の差圧によって油溜から圧縮室に潤滑油
が流入して圧縮室の摺動面潤滑に提供されるので、潤滑
油を含む冷媒ガスが圧縮室を通過しない状態でも圧縮要
素の休止運転を継続できる。

【００２４】請求項６に記載の発明は、油溜から圧縮休
止状態の圧縮室への注油通路が圧縮行程における約半分
の容積行程を通過した状態でのみ圧縮室に開口する位置
に配置されたものである。そしてこの構成によれば、油
溜の潤滑油が圧縮行程の約半分しか圧縮室に流入せず、
圧縮室への給油量制限によって過剰な油圧縮を回避でき
る。

【００２５】請求項７に記載の発明は、注油通路の途中
に、油溜から圧縮室へのみの流体流入を許容する逆止弁
装置を配置したものである。逆止弁装置は、通常の２段
圧縮運転時や運転休止しない1段圧縮運転時において、
圧縮室から油溜への冷媒ガスの逆流を防止できる。請求
項８に記載の発明は、圧縮室と油溜との差圧が設定値以
上の時のみ逆止弁装置が給油通路を開通させるものであ
る。そしてこの構成によれば、休止運転する側の圧縮要
素の圧縮室と油溜との差圧が大きい時のみ油溜から圧縮
室に給油され、冷媒ガスが圧縮室を通過する通常の２段
圧縮運転や1段圧縮運転状態での不要な給油を停止して
油圧縮を回避することができる。請求項９に記載の発明
は、密閉容器の内部に電動機と電動機に連結する駆動軸
の駆動により冷媒を圧縮する第１の圧縮要素と第２の圧
縮要素とを配置し、第１の圧縮要素の吐出側と第２の圧
縮要素の吸入側とを連通して２段圧縮する２段圧縮運転
手段と、第１の圧縮要素および第２の圧縮要素がそれぞ
れ独立して圧縮する１段圧縮運転手段とに切り替え運転
できる１・２段圧縮制御手段を設けた構成において、第
１の圧縮要素と第２の圧縮要素の内のいずれか一方をロ
ーリングピストン型ロータリ式の圧縮機構とし、その圧
縮機構には圧縮室を形成するピストン外周面に対して圧
縮室を圧縮側と吸入側とに仕切るベーンを単独に後退維
持させることにより、ベーンをピストン外周面から離反
させて圧縮作用を解除させる解除機能を備え、１段圧縮
運転時には、解除機能を作用させるものである。そして
この構成によれば、ローリングピストン型ロータリ式の
圧縮機構は圧縮作用が休止し、他方の圧縮機構のみが1
段圧縮運転となる。そして、冷媒吐出量の小容量化と圧
縮負荷の低下を同時に実行できる。請求項１０に記載の
発明は、一方の圧縮要素に上記の圧縮作用解除機能を備
えた圧縮機を起動させる際に、圧縮作用解除機能を作動
させたものである。そしてこの構成によれば、他方の圧
縮要素のみが1段圧縮し、圧縮負荷を軽減した円滑な圧
縮機起動ができる。請求項１１に記載の発明は、1段圧
縮と２段圧縮の内のいずれかの圧縮運転モードから他の
圧縮運転モードへの切り替えの際に、電動機の回転速度
を一時的に減速した後、圧縮運転モードをの他の圧縮運
転モードに切り替え、その後再び電動機の回転速度を増
速させる手段を備えたものである。そしてこの構成によ
れば、圧縮運転モードを切り替える際の急激な圧縮負荷
変動が回避できる。

【００２６】請求項１２に記載の発明は、第１の圧縮要
素の吐出側と第２の圧縮要素の吸入側とを連通して２段
圧縮する２段圧縮運転手段と、第１の圧縮要素および第
２の圧縮要素がそれぞれ独立して圧縮する１段圧縮運転
手段とに切り替え運転できる１・２段圧縮制御手段を設
けた構成において、第１の圧縮要素の第1吐出室と第２
の圧縮要素の吸入側とを連通する連通路を圧縮機の内部
に設け、連通路の第1吐出室側開口端を開閉するプラン
ジャーを備えた開閉弁装置を第1吐出室側に配置し、そ
のプランジャーが連通路の第1吐出室側開口端を開閉し
た時、第1吐出室と第２の圧縮要素の吸入側との差圧に
よって、プランジャーが連通路の閉塞端を更に押圧すべ
く構成する開閉弁装置を備えたもので、この構成によれ
ば、連通路閉塞時に自力密封押圧機能が作用して、第１
の圧縮要素の第1吐出室から第２の圧縮要素の吸入側へ
の冷媒漏洩を少なくできる。

【００２７】請求項１３に記載の発明は、連通路を開閉
する開閉弁装置のプランジャーが冷媒の流れ方向に可動
すべく、第1吐出室を形成する吐出カバーに配置された
もので、この構成によれば、プランジャーの開閉動作が
円滑に成り、プランジャーの閉塞機能を高めることがで
きる。

【００２８】請求項１４に記載の発明は、それ自身の温
度が設定温度以上の時、プランジャーによる連通路の閉
塞端を開口すべく、プランジャーに付勢力を作用させる
形状記憶バネ特性を備えたバネ装置を連通路とプランジ
ャーとの間に配置したもので、この構成によれば、圧縮
機異常過熱時に、プランジャーを連通路の開口端部側に
移動させ、連通路を閉塞して２段圧縮運転から1段圧縮
運転に冷媒通路を自動切り替えできる。

【００２９】請求項１５に記載の発明は、第１の圧縮要
素の吐出側と第２の圧縮要素の吸入側とを連通して２段
圧縮する２段圧縮機構を設けた構成において、第1の圧
縮要素の吐出室と第２の圧縮要素のシリンダブロックと
の間を、その両端部が密封接続され且つ第1の圧縮要素
および第２の圧縮要素の各圧縮室の近傍を通る連通管に
より連通されたもので、この構成によれば、第１の圧縮
要素と第２の圧縮要素との間の連通路の短縮化と密封性
を確保でき、第１の圧縮要素から排出された吐出冷媒ガ
スが再び第１の圧縮要素の圧縮室に短絡漏洩するのを防
ぐことができる。

【００３０】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。（実施例１）図１は、ローリングピストン形ロータリ式
の２段圧縮機１，凝縮器１３，第１膨張装置１５ａ，第
1蒸発器２１ａを順次接続して２段圧縮機１の低段圧縮
要素（第1の圧縮要素）７の吸入側に最終接続された第1
冷凍サイクル９７ａと、凝縮器１３の下流側から分岐し
て第２膨張装置１５ｂ，第２蒸発器２１ｂを順次接続し
て２段圧縮機１の高段圧縮要素（第２の圧縮要素）９の
吸入側に最終接続される一方、第２蒸発器２１ｂの下流
側が通路制御弁９８を介して低段圧縮要素（第1の圧縮
要素）７の吐出側にも接続された第２冷凍サイクル９７
ｂとから成る２段圧縮冷凍サイクルの配管系統図を示
す。

【００３１】２段圧縮機１は、密閉容器３の内部に制御
装置９９によって回転速度が可変されるブラシレス型の
直流電動機５と、その下部に直流電動機５に連結して低
段圧縮要素（第1の圧縮要素）７および高段圧縮要素
（第２の圧縮要素）９から成る２段圧縮機構とを備えて
いる。なお、第1冷凍サイクル９７ａと第２冷凍サイク
ル９７ｂとから成る２段圧縮冷凍サイクルは、低段圧縮
要素（第1の圧縮要素）７および高段圧縮要素（第２の
圧縮要素）９がそれぞれ独立した１段圧縮要素と成る冷
凍サイクルを形成することができる。すなわち、第２冷
凍サイクル９７ｂに配置された通路制御弁９８の通路切
り替えによって、第２蒸発器２１ｂの下流側と低段圧縮
要素（第1の圧縮要素）７の吐出室４５との間が遮断さ
れると共に、第２蒸発器２１ｂが高段圧縮要素（第２の
圧縮要素）９の吸入側に通じた状態では、高段圧縮要素
（第２の圧縮要素）９で1段圧縮された冷媒ガスは高段
圧縮要素（第２の圧縮要素）９の第１吐出室５１から直
流電動機５を収納する電動機室８に排出される。一方、
第１冷凍サイクル９７ａの低段圧縮要素（第1の圧縮要
素）に吸入・圧縮された冷媒ガスは、第１吐出室４５か
ら高段圧縮要素（第２の圧縮要素）９の第２吐出室５１
へのみに通じる逆止弁装置９５を備えたバイパス通路９
６を介して電動機室８に排出される1段圧縮の冷媒ガス
通路を流れる。このように、冷媒ガスの通路切り替えに
よって1段圧縮運転と、２段圧縮運転に切り替えできる
２段圧縮機１は、冷凍冷蔵庫などの冷凍サイクルに接続
された場合に一層の有効性を発揮する。すなわち、第1
冷凍サイクルは冷凍室を通過する冷媒ガス経路であり、
第２冷凍サイクルは冷蔵室を通過する冷媒ガス経路であ
る。

【００３２】以下、２段圧縮機１の詳細な構成につい
て、図１以降の図面を参照しながら説明する。

【００３３】図１および図２に示すように、密閉容器３
内の上部空間の電動機室８には固定子５ａと回転子５ｂ
から成る直流電動機５、その下部には回転子５ｂに連結
した駆動軸６を有する２段圧縮機構４を配置し、その外
周部および底部が吐出圧力の作用する油溜３５として構
成されている。２段圧縮機構４は、上部の高段圧縮要素
（第２の圧縮要素）９と下部の低段圧縮要素（第1の圧
縮要素）７と両圧縮要素（７，９）の間に配置された平
板形状の中板３６および両圧縮要素（７，９）を作動さ
せる駆動軸６とから成る。両圧縮要素（７，９）は、高
段圧縮要素（第２の圧縮要素）９の第２シリンダブロッ
ク９ａに固定された上軸受１１の外周部が密閉容器３に
溶接固定された構成で密閉容器３に支持されている。高
段圧縮要素（第２の圧縮要素）９のシリンダ容積は、低
段圧縮要素（第1の圧縮要素）７のシリンダ容積の約４
５〜６５％に設定されている。

【００３４】駆動軸６は低段圧縮要素（第1の圧縮要
素）７の第1シリンダブロック７ａに固定された下軸受
１２と、上述の上軸受１１とに支持されている。駆動軸
６の第1のクランク部６ａには第1のピストン７ｂが装嵌
され、第２のクランク部６ｂには第２のピストン９ｂが
装嵌されている。

【００３５】下軸受１２には第1の吐出カバーが取り付
けられて第1吐出室４５が形成される一方、上軸受１１
には第２吐出カバー５０が取り付けられて電動機室８に
通じる第２吐出室５１を形成している。第1吐出室４５
は、下軸受１２に設けられた第1連通穴５５ａと、第1シ
リンダブロック７ａに設けられた第２連通穴５５ｂおよ
び、密閉容器３を貫通して第２連通穴５５ｂに接続され
た連通管５５ｃとから成る連通路５５を介して、第２冷
凍サイクル９７ｂの途中に配置された通路制御弁９８に
接続されている。また第1吐出室４５は、下軸受１２，
第1シリンダブロック７ａ，中板３６，第２シリンダブ
ロック９ａ，上軸受１１を順次貫通して配置されたバイ
パス管９６ａとその先端に配置された逆止弁装置５８と
から成るバイパス通路９６を介して第２吐出室５１にも
通じ得る構成である。

【００３６】図３と図４に示すように、バイパス管９６
ａは、その両端部分が上軸受１１と下軸受１２に固定さ
れて、その固定部がＯ―リング９６ｂでシールされてい
る。逆止弁装置５８に当接する側のバイパス管９６ａの
端部内側はＲ形状に成形されて、冷媒ガスの流出抵抗減
少と逆止弁装置５８の密封性向上に寄与している。

【００３７】逆止弁装置５８は、その外周に切り欠き部
５８ｃを有する薄板形状の弁体５８ａと、その弁体５８
ａをバイパス管９６ａの端面に押圧するコイルバネ５８
ｂとから成る。

【００３８】中板３６には低段圧縮要素（第1の圧縮要
素）７の圧縮室７ｃおよび高段圧縮要素（第２の圧縮要
素）９の圧縮室９ｃと油溜３５との間を連通する注油通
路６１が設けられている。注油通路６１の終端の注油穴
６１ａは、圧縮室（７ｃ，９ｃ）の容積が全圧縮行程の
過半行程を通過している状態でのみ圧縮室（７ｃ，９
ｃ）に開口する位置に設けられている。そして、注油通
路６１の上流側には、油溜３５から圧縮室（７ｃ，９
ｃ）へのみの流体流入を許容する逆止弁装置９５が装着
されている。

【００３９】図６に示すように、逆止弁装置９５は、ケ
ース９５ａと弁体９５ｂとコイルバネ９５ｃとから成
る。コイルバネ９５ｃは逆止弁装置９５の上流側と下流
側との間の差圧が設定値以上の時のみ開弁するバネ特性
を備えている。またコイルバネ９５ｃは、それ自身の温
度が設定温度を超えた状態ではバネ定数を弱めて開弁す
る形状記憶特性も備えている。図５に示すように、圧縮
室（７ｃ，９ｃ）を吸入側と圧縮側とに仕切るベーン３
９は、その背面側が油溜３５の潤滑油圧力とコイルバネ
４０とに付勢されて他端がピストン（７ｂ，９ｂ）の外
周に押圧されていると共に、後述する圧縮作用休止装置
４６によって往復運動が制御される。

【００４０】すなわち、コイルバネ４０は、切り替え弁
４１を介して導入された油溜３５の潤滑油圧力とコイル
バネ４２によって付勢されたプランジャー４３によりベ
ーン３９の側に押し付けられている。

【００４１】その外周にピストンリングを備えたプラン
ジャー４３の背面室４４は、密閉容器３の一部を突出さ
せて設けられている。切り替え弁４１による通路切り替
えによって背面室４４が吸入圧力側に通じた時、プラン
ジャー４３のコイルバネ４０側の圧力と背面室４４との
間の差圧によってプランジャー４３がコイルバネ４０へ
の付勢を解除すべくコイルバネ４２のバネ定数が設定さ
れている。

【００４２】ベーン３９は、コイルバネ４０への付勢が
解除された時、ピストン７ｂ，９ｂの旋回運動によって
プランジャー４３の側に後退し、その状態が保持される
ような微小隙間でシリンダブロック７ａ，９ａに配置さ
れている。そして、ベーン３９がピストン７ｂ，９ｂか
ら離れた状態では圧縮作用の休止が継続できる構成にな
っている。

【００４３】以上のように構成されたローリングピスト
ン型ロータリ式の２段圧縮機１とその冷凍サイクルにつ
いて、その動作を説明する。２段圧縮機１が起動する前
の冷凍冷蔵庫に適用された冷凍サイクル配管系統を図７
に示す。すなわち、第２開閉弁１９ｂが開路状態である
一方、第1開閉弁１９ａが閉路されており、冷凍室側の
第1冷凍サイクル９７ａが休止状態で冷蔵室側の第２冷
凍サイクル９７ｂのみが冷媒循環経路を成す状態に設定
されている。そして、低段圧縮要素（第1の圧縮室）７
の第1吐出室４５が通路制御弁９８によって、第２冷凍
サイクル９７ｂの第２蒸発器２１ｂの下流側と遮断され
ている。低段圧縮要素（第1の圧縮要素）７および高段
圧縮要素（第２の圧縮要素）９の圧縮作用解除装置４６
における切り替え弁４１が第２冷凍サイクル９７ｂの吸
入側の圧力を背面室４４に導いており、ベーン３９の圧
縮室側先端はコイルバネ４２の付勢力のみで第1ピスト
ン７ｂおよび第２ピストン９ｂに接触している。このよ
うな冷凍サイクル配管系の状態で、２段圧縮機１の直流
電動機５が制御装置９９による他励運転モード（同期運
転のための位相検知時期における大電流よる強制駆動）
で極低速回転始動し、低段圧縮要素（第1の圧縮要素）
７および高段圧縮要素（第２の圧縮要素）９で吸入・圧
縮が開始する。しかしながら、第1冷凍サイクル９７ａ
が閉路状態であるので、低段圧縮要素（第1の圧縮要
素）７の圧縮負荷は始動後直ぐに無負荷状態になる。一
方、第２冷凍サイクル９７ｂは開路状態であるので、高
段圧縮要素（第２の圧縮要素）９は吸入・圧縮作用を開
始し、圧縮された冷媒ガスは第２吐出室５１を経て電動
機室８に排出される。第２吐出室５１の吐出冷媒ガス
は、逆止弁装置５８の逆止作用によって第1吐出室４５
に逆流することがない。

【００４４】高段圧縮要素（第２の圧縮要素）９の圧縮
作用解除装置４６の背面室４４の圧力が吸入圧力の低下
に追従して次第に低下し、密閉容器３内の圧力上昇と共
にプランジャー４３が密閉容器３の外側に向かって後退
する。その結果、プランジャー４３とコイルバネ４０と
が離反する。

【００４５】２段圧縮機１の冷時始動初期における圧縮
室９ｃの最高圧力は電動機室８の圧力よりも高いので、
ベーン３９は第２ピストン９ｂの旋回運動によってプラ
ンジャー４３の側に後退したままの状態で第２シリンダ
ブロック９ａに保持される。この結果、高段圧縮要素
（第２の圧縮要素）９の圧縮作用が実質的に休止運転状
態となり、２段圧縮機１は無負荷に近い状態になる。

【００４６】その後、直流電動機５は他励運転モードを
経過して極低速回転の自励運転（適量電流による同期運
転）モードに切り替わり、回転速度が所要回転域まで増
速され、駆動トルクが所要の大きさに到達する。

【００４７】高段圧縮要素（第1の圧縮要素）９の圧縮
作用解除装置４６における切り替え弁４１の通路切り替
えによって、油溜３５の潤滑油が背圧室４４に導入され
る。その結果、コイルバネ４２の付勢力によってプラン
ジャー４３がベーン３９の側に前進し、ベーン３９が第
２ピストン９ｂの外周面に押圧され、高段圧縮要素（第
1の圧縮要素）９の実質的な圧縮作用が開始する。密閉
容器３内の吐出冷媒ガス圧力の上昇に伴って高段圧縮要
素（第1の圧縮要素）９のベーン３９は、油溜３５の潤
滑油圧力により第２ピストン９ｂとの接触を強め、圧縮
室９ｃにおける仕切り密封作用を強める。圧縮負荷は、
切り替え弁４１による通路切り替え後、時間経過と共に
次第に増加する。

【００４８】一方、２段圧縮機１の始動後、低段圧縮要
素（第1の圧縮要素）７における圧縮作用解除装置４６
の背面室４４の圧力が吸入圧力に低下し、プランジャー
４３が油溜３５の潤滑油圧力によって密閉容器３の外側
に向かって後退する。その結果、ベーン３９が第1ピス
トン７ｂの旋回運動によってプランジャー４３の側に後
退し、その状態で第1シリンダブロック７ａに保持さ
れ、圧縮作用が休止する。

【００４９】なお、２段圧縮機１の始動後しばらくの間
は、油溜３５の潤滑油圧力が高くならないので、中板３
６に設けられた絞り通路部を有する注油通路６１を介し
て油溜３５の潤滑油が圧縮室７ｃ，９ｃに供給されるこ
とはない。

【００５０】密閉容器３内の吐出冷媒ガス圧力が所要圧
力に達した時、圧縮作用が休止運転状態の低段圧縮要素
（第1の圧縮要素）７の真空圧力に近い状態の圧縮室７
ｃに注油通路６１内の逆止弁装置９５を介して、油溜３
５の潤滑油が供給される。この潤滑油は、第1ピストン
７ｂと中板３６および下軸受１２との摺接面を潤滑し、
低段圧縮要素（第1の圧縮要素）７の圧縮作用休止運転
継続が可能になる。高段圧縮要素（第２の圧縮要素）９
のシリンダ容積が、低段圧縮要素（第1の圧縮要素）７
のシリンダ容積の約４５〜６５％に設定されているの
で、高段圧縮要素（第２の圧縮要素）９のみの圧縮作用
は、２段圧縮機１の小容量運転を可能にしている。

【００５１】次に、高段圧縮要素（第２の圧縮要素）９
のみによる２段圧縮機１の小容量運転から、低段圧縮要
素（第1の圧縮要素）７にも1段圧縮運転させる手段につ
いて説明する。図７における状態から第1開閉弁１９ａ
が開通されて、図８に示す如く、第２冷凍サイクル９７
ｂと共に第1冷凍サイクル９７ａも冷媒循環経路を構成
する状態と成る。

【００５２】また同時に、以下に述べる低段圧縮要素
（第1の圧縮要素）７の圧縮作用開始に伴うベーン３９
などの破損防止のために、直流電動機５の回転速度が一
時的に減速される。

【００５３】その一方、図５における低段圧縮要素
（第1の圧縮要素）７の圧縮作用解除装置４６の切り替
え弁４１の通路切り替えによって、背面室４４には吸入
側圧力に変わって油溜３５の潤滑油が徐々に導入され、
コイルバネ４２の付勢力でプランジャー４３がベーン３
９の側に前進する。その結果、ベーン３９の先端が徐々
に前進し第1ピストン７ｂの外周面に接触し、圧縮作用
が徐々に開始し直流電動機５の回転速度も徐々に増速さ
れて圧縮負荷が漸次増加する。第２冷凍サイクル９７ｂ
の通路制御弁９８によって第1吐出室４５と第２蒸発器
２１ｂとの間が遮断されているので、低段圧縮要素（第
1の圧縮要素）７の圧縮室７ｃから第1吐出室４５に排出
された吐出冷媒ガスは、バイパス通路９６，逆止弁装置
５８，第２吐出室５１を順次経由して電動機室８に排出
される。

【００５４】なお、バイパス通路９６および逆止弁装置
５８の通路は低段圧縮要素（第1の圧縮要素）７の圧縮
室７ｃに開口する吐出口９３（図２参照）より大きく、
逆止弁装置５８の弁体５８ａを付勢するためのコイルバ
ネ５８ｂのバネ定数が吐出口９３を開閉する吐出弁装置
９４（図２参照）の弁体のバネ特性より大幅に小さいの
で、第1吐出室４５から電動機室８までの吐出冷媒ガス
通路抵抗はほとんど無視できる程度である。

【００５５】第２冷凍サイクル９７ｂの冷媒流れは図７
における説明と同様なので説明を省略する。上記の説明
の如く２段圧縮機１は、第1冷凍サイクル９７ａおよび
第２冷凍サイクル９７ｂの冷媒流れと、低段圧縮要素
（第1の圧縮要素）７および高段圧縮要素（第２の圧縮
要素）９の同時1段作用によって、冷凍冷蔵庫の冷凍室
および冷蔵室を急速冷却するための大容量圧縮機として
機能することができる。

【００５６】次に、1段圧縮から２段圧縮への運転切り
替えについて説明する。直流電動機５の回転速度が一時
的に減速された後、図８における第１冷凍サイクル９７
ａの第１開閉弁１９を瞬時的に閉路させ再び開路させる
と共に、第２冷凍サイクル９７ｂの通路制御弁９８によ
って第２蒸発器２１ｂと第1吐出室４５との間および高
段圧縮要素（第２の圧縮要素）９の吸入側とが連通され
る（図９参照）。この冷媒通路操作によって、吸入冷媒
ガスを一時的に吸入しない低段圧縮要素（第1の圧縮要
素）７の第1吐出室４５の圧力が一時的に低下し、バイ
パス通路９６が逆止弁装置９５によって閉塞される。そ
の後、直流電動機５が再び元の回転速度に増速復帰され
る。

【００５７】第1吐出室４５の吐出冷媒ガスは、第２蒸
発器２１ｂと通過した冷媒ガスガスと合流して高段圧縮
要素（第２の圧縮要素）９の吸入側に流入する。高段圧
縮要素（第２の圧縮要素）９で圧縮された吐出冷媒ガス
は、直流電動機８を冷却後、２段圧縮機１の外部に送出
される。このような冷媒蒸発圧力が異なる第1冷凍サイ
クル９７ａと第２冷凍サイクル９７ｂを同時に形成する
ことによって、冷凍冷蔵庫の冷凍室と冷蔵室を個別に冷
却することができる。

【００５８】なお上記実施例では、第２冷凍サイクル９
７ｂに設けた通路制御弁９８を２段圧縮機１の外部に配
置したが、その機能の一部を圧縮機内部に設けることも
できる。（実施例２）すなわち、図１０は低段圧縮要素（第１の
圧縮要素）の第１吐出室４５ａと高段圧縮要素（第２圧
縮要素）の吸入側との間の連通路９３を開閉する開閉弁
装置８９を第１吐出室４５ａ内に設置した２段圧縮機１
ａの縦断面図である。図１１は連通路９３の周辺の部分
拡大図である。

【００５９】図１１において、低段圧縮要素（第１の圧
縮要素）の第１吐出室４５ａと高段圧縮要素（第２圧縮
要素）の吸入側との間の連通路９３は、下軸受１２ａ，
第１シリンダブロック７ａ₁，中板３６ａ，を貫通する
連通管９２が嵌め込まれて形成されている。連通路９３
は、連通管５５ｃ₁を介して、第２冷凍サイクルの第２
蒸発器２１ｂの下流側に接続されている。

【００６０】連通管９２の上流側端部に対向した位置に
連通路９３を開閉する開閉弁装置８９が配置されてい
る。開閉弁装置８９は、第1吐出カバー３７ａに装着さ
れたピストンリングを備えたプランジャー９１と、プラ
ンジャー９１を連通管９２から離すためのコイルバネ形
状のバネ装置９０と、プランジャー９１の内側に配置さ
れてプランジャー９１を連通管９２の側に付勢するコイ
ルバネ９０ａと、コイルバネ９０ａを装着した開口空間
８８に吸入側圧力もしくは吐出側圧力を導入するための
密閉容器３ａを貫通する圧力導入管８７と、圧力導入管
８７に接続する切り替え弁９１とから成る。

【００６１】コイルバネ９０ａは、それ自身の温度が設
定温度以上の状態で伸長してバネ定数が大きく成る形状
記憶特性を備えている。

【００６２】開口空間８８に吸入側圧力が導入された状
態では、プランジャー９１は第1吐出室４５ａの圧力と
コイルバネ９０ａの付勢力により後退し、連通管９２の
開口端を開放している。万一、２段圧縮機１ａが過負荷
などで異常過熱してコイルバネ９０ａが設定温度を超え
た場合には、プランジャー９１が前進して連通管９２の
端部を閉塞し、２段圧縮機１ａは1段圧縮運転に切り替
わる。開口空間８８に吐出側圧力が導入された状態で
は、プランジャー９１は第1吐出室４５ａの圧力とバネ
装置９０の付勢力に抗して前進し、連通管９２の端部を
閉塞する。そして、２段圧縮機１ａは1段圧縮運転に切
り替わる。

【００６３】なお、プランジャー９１が連通管９２の端
部を閉塞した状態では、高段圧縮要素（第２の圧縮要
素）の吸入圧力と第1吐出室４５ａとの間の圧力差によ
って、プランジャー９１が連通管９２の端部に強く押し
付けられ、連通路９３の密封性が高まる。

【００６４】なお、上記実施例では、第1冷凍サイクル
９７ａと第２冷凍サイクル９７ｂの用途を冷凍冷蔵庫を
事例としたが、上記冷凍サイクルを冷房・除湿運転がで
きる空気調和機に使用することもできる。また上記実施
例では、２段圧縮機１を第1冷凍サイクル９７ａと第２
冷凍サイクル９７ｂの２系統の冷凍サイクルに接続した
が、第10図で示した単一の蒸発器１１２４を備えた１系
統の冷凍サイクルに２段圧縮機１を接続した場合でも、
上述と同様な１．２段圧縮切り替え運転ができ、類似の
作用・効果が期待できる。また同様に、発明者が提案し
た特開平５−１３３３６８号公報で説明している２段圧
縮冷凍サイクルにも適用できる。また上記実施例では可
変速運転できる電動機の制御方法について説明したが、
可変速運転できない電動機の場合には、減速制御に変え
て一旦停止させれば、上述と同様の冷凍サイクル制御が
できる。

【００６５】また、上記実施例では高段圧縮要素（第２
の圧縮要素）９のシリンダ容積を低段圧縮要素（第１の
圧縮要素）７のシリンダ容積の４５〜６５％に設定した
が、第１冷凍サイクル９７ａおよび第２冷凍サイクル９
７ｂに要求される冷媒循環量比率によって、上記のシリ
ンダ容積比を１００％まで変えることができる。

【００６６】

【発明の効果】上記実施例から明かなように、請求項１
に記載の発明は、第1の圧縮要素の吐出側と第２の圧縮
要素の吸入側とを連通路を介して直列接続した２段圧縮
機構を有する２段冷媒圧縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発
器を順次接続した冷凍サイクルを形成し、第２の圧縮要
素の吸入側に凝縮器の下流側で減圧された中間圧力冷媒
を通路制御弁を介して導入すると共に、２段冷媒圧縮機
は密閉容器の内部に制御装置によって可変速運転される
電動機と電動機に連結する２段圧縮機構を配置した構成
において、電動機が設定回転速度以上の時のみに通路制
御弁が開通されるもので、この構成によれば、圧力脈動
と圧縮途中における比重が大きい冷媒流入を伴う２段圧
縮負荷変動に対して、設定速度以上で稼働中の電動機は
トルクと電動機の回転子による回転慣性モーメントも大
きいので、電動機の回転速度変動が少なく、円滑な圧縮
作用を継続させることができる。特に、２段圧縮機の低
速起動初期は、電動機のトルクと回転慣性モーメントが
小さいにも関わらず、吸入冷媒ガスを遮断することによ
り２段圧縮負荷を小さくできるので、電動機起動不良を
生じることない円滑な２段圧縮機起動を実現できる。請
求項２に記載の発明は、第1の圧縮要素の吐出側と第２
の圧縮要素の吸入側とを連通路を介して直列接続した２
段圧縮機構を有する２段冷媒圧縮機、凝縮器、膨張装
置、蒸発器を順次接続した冷凍サイクルを形成し、第２
の圧縮要素の吸入側に凝縮器の下流側で減圧された中間
圧力部を通路制御弁を介して連通すると共に、２段冷媒
圧縮機は密閉容器の内部に制御装置によって可変速運転
制御されるブラシレス型の直流電動機とその直流電動機
に連結する２段圧縮機構を配置した構成において、２段
冷媒圧縮機の始動の際は、直流電動機が制御装置による
同期位相検知期間中の強制駆動される他励運転モードか
ら同期位相駆動の自励運転モードに切り替わった後に通
路制御弁が開通されるもので、この構成によれば、直流
電動機が他励運転モードから自励運転モードに切り替わ
り、直流電動機が安定したトルク発生状態となる一方、
起動後の時間経過に基づく冷凍サイクルの安定した差圧
状態で、冷凍サイクルからの中間圧力冷媒を第２の圧縮
要素が吸入するので、第1の圧縮要素からの冷媒ガス排
出タイミングと第２の圧縮要素の吸い込みタイミングが
相違することに基づき生じる圧力脈動を伴う２段圧縮負
荷変動に対しても、直流電動機の安定した回転によって
電動機効率を向上させることができる。また、円滑な圧
縮作用の継続によって圧縮機振動を低減させることがで
きる。

【００６７】請求項３に記載の発明は、密閉容器内に、
第1の圧縮要素の吐出側と第２の圧縮要素の吸入側との
間を通路制御弁によって開閉される連通路を介して直列
接続した２段圧縮機構と、その２段圧縮機構を駆動する
電動機とを配置した構成において、電動機を収納する電
動機室と第1の圧縮要素の吐出側との間に、吐出側から
電動機室へのみの気体流出を許容する逆止弁手段を備え
たバイパス通路を設けると共に、連通路を通路制御弁に
よって遮断した後に電動機を始動させるもので、この構
成によれば、２段圧縮機の起動初期に、第1の圧縮要素
からの吐出冷媒ガスが電動機室にバイパス吐出する一
方、第２の圧縮要素に吸入されないので、圧縮負荷の小
さい1段圧縮運転条件を確保できるので、２段圧縮機の
円滑な始動性を向上できる。請求項４に記載の発明は、
密閉容器の内部に電動機と前記電動機に連結する駆動軸
の駆動により気体を圧縮する第１の圧縮要素と第２の圧
縮要素とを配置し、第１の圧縮要素の吐出側と第２の圧
縮要素の吸入側とを連通して２段圧縮する２段圧縮運転
手段と、第１の圧縮要素および第２の圧縮要素がそれぞ
れ独立して圧縮する１段圧縮運転手段とに切り替え運転
できる１・２段圧縮制御手段を設けた構成において、電
動機の始動時は第1の圧縮要素および第２の圧縮要素を1
段圧縮運転状態とし、且つ、第1の圧縮要素と第２の圧
縮要素の内のいずれか一方の圧縮要素の吸入側通路を一
時遮断させ、設定時間経過後に吸入側通路を開通させる
手段を備えたもので、この構成によれば、２段圧縮機の
始動時は一方の圧縮要素を冷媒を吸入させない圧縮休止
状態で、他方の圧縮要素を1段圧縮運転状態にするの
で、圧縮容量と圧縮負荷が最も小さい状態での円滑で確
実な圧縮機起動を実現できる。請求項５に記載の発明
は、吸入側通路が一時遮断される側の圧縮要素の圧縮室
と、電動機室の底部に配置した油溜との間を連通する注
油通路を設けたもので、この構成によれば、吸入側通路
が一時遮断される側の圧縮要素の圧縮室が真空に近い状
態となるものの、油溜との間の差圧によって油溜から圧
縮室に潤滑油を流入させて圧縮室の摺動面を潤滑させる
ので、潤滑油を含む冷媒ガスが圧縮室を通過しない状態
でも一方の圧縮要素を休止運転させて圧縮機入力を低減
できる。請求項６に記載の発明は、注油通路は圧縮室の
容積が圧縮行程における約半分となる行程を通過した状
態でのみ圧縮室に開口する位置に配置されたもので、こ
の構成によれば、油溜から圧縮室への潤滑油注入を半減
できるので、過剰な油圧縮を回避して圧縮入力の低減と
圧縮機損傷防止を図ることができる。請求項７に記載の
発明は、注油通路の途中に、油溜から圧縮室へのみの流
体流入を許容する逆止弁装置を配置したもので、この構
成によれば、通常の２段圧縮運転時や運転休止しない1
段圧縮運転時において、圧縮室から油溜への冷媒ガスの
逆流を阻止し、油溜の潤滑油が吐出冷媒ガスに混入して
圧縮機外部に流出するのを阻止し、油溜の潤滑油不足に
起因する圧縮機耐久性低下を防止することができる。

【００６８】請求項８に記載の発明は、逆止弁装置が、
圧縮室と油溜との差圧が設定値以上の時のみ開通するも
ので、この構成によれば、休止運転する側の圧縮要素の
圧縮室と油溜との差圧が大きい時のみ油溜から圧縮室に
給油され、冷媒ガスが圧縮室を通過する通常の２段圧縮
運転や1段圧縮運転状態での不要な給油を停止させて油
圧縮を回避し、圧縮機入力増加と耐久性低下を防ぐこと
ができる。請求項９に記載の発明は、密閉容器の内部に
電動機と前記電動機に連結する駆動軸の駆動により冷媒
を圧縮する第１の圧縮要素と第２の圧縮要素とを配置
し、第１の圧縮要素の吐出側と第２の圧縮要素の吸入側
とを連通して２段圧縮する２段圧縮運転手段と、第１の
圧縮要素および第２の圧縮要素がそれぞれ独立して圧縮
する１段圧縮運転手段とに切り替え運転できる１・２段
圧縮制御手段を設けた構成において、第１の圧縮要素と
第２の圧縮要素の内のいずれか一方をローリングピスト
ン型ロータリ式の圧縮機構とし、圧縮機構には圧縮室を
形成するピストン外周面に対して圧縮室を圧縮側と吸入
側とに仕切るベーンを単独に後退維持させることによ
り、ベーンをピストン外周面から離反させて圧縮作用を
解除させる解除機能を備え、１段圧縮運転時には、その
解除機能を作用させるもので、この構成によれば、ロー
リングピストン型ロータリ式の圧縮機構を圧縮作用休止
にし、他方の圧縮機構のみを1段圧縮運転にするので、
冷媒吐出量の小容量化と圧縮負荷の低下を同時実行でき
る圧縮機を実現することができる。請求項１０に記載の
発明は、圧縮機起動の際に、圧縮作用解除機能を作動さ
せたもので、この構成によれば、他方の圧縮要素のみを
1段圧縮させることによって、圧縮負荷を軽減させるの
で、圧縮機の円滑起動の信頼性を高めることができる。
請求項１１に記載の発明は、密閉容器の内部に電動機と
電動機に連結する駆動軸の駆動により気体を圧縮する第
１の圧縮要素と第２の圧縮要素とを配置し、第１の圧縮
要素の吐出側と第２の圧縮要素の吸入側とを連通して２
段圧縮する２段圧縮運転手段と、第１の圧縮要素および
第２の圧縮要素がそれぞれ独立して圧縮する１段圧縮運
転手段とに切り替え運転できる１・２段圧縮制御手段を
設けた構成において、1段圧縮と２段圧縮の内のいずれ
かの圧縮運転モードから他の圧縮運転モードへの切り替
えの際に、電動機の回転速度を一時的に減速した後、圧
縮運転モードを他の圧縮運転モードに切り替え、その後
再び電動機の回転速度を増速させる手段を備えたもの
で、この構成によれば、圧縮運転モードを切り替える際
の急激な圧縮負荷変動を回避して、圧縮運転モード切り
替え時の圧縮機停止および圧縮機破損防止を図ることが
できる。

【００６９】請求項１２に記載の発明は、第１の圧縮要
素の吐出側と第２の圧縮要素の吸入側とを連通して２段
圧縮する２段圧縮運転手段と、第１の圧縮要素および第
２の圧縮要素がそれぞれ独立して圧縮する１段圧縮運転
手段とに切り替え運転できる１・２段圧縮制御手段を設
けた構成において、第１の圧縮要素の第1吐出室と第２
の圧縮要素の吸入側とを連通する連通路を圧縮機の内部
に設け、連通路の第1吐出室側開口端を開閉するプラン
ジャーを備えた開閉弁装置を第1吐出室側に配置し、そ
のプランジャーが連通路の第1吐出室側開口端を開閉し
た時、第1吐出室と第２の圧縮要素の吸入側との差圧に
よって、プランジャーが連通路の閉塞端を更に押圧すべ
く構成する開閉弁装置を備えたもので、この構成によれ
ば、プランジャーが連通路を閉塞時にプランジャーに第
1吐出室の吐出冷媒圧力が作用してプランジャー自身に
よる連通路端部への自力密封押圧機能が作動するので、
第１の圧縮要素の第1吐出室から第２の圧縮要素の吸入
側への冷媒漏洩を防ぐことができ、２段圧縮から1段圧
縮への完全な切り替えによって、圧縮入力の低減を図る
ことができる。

【００７０】請求項１３に記載の発明は、連通路を開閉
する開閉弁装置のプランジャーが冷媒の流れ方向に可動
すべく、第1吐出室を形成する吐出カバーに配置された
もので、この構成によれば、プランジャーの開閉動作を
円滑にすることができ、連通路を開閉するプランジャー
の閉塞機能を簡易な構成で高めることができる。

【００７１】請求項１４に記載の発明は、それ自身の温
度が設定温度以上の時、プランジャーによる連通路の閉
塞端を開口すべく、プランジャーに付勢力を作用させる
形状記憶バネ特性を備えたバネ装置を連通路とプランジ
ャーとの間に配置したもので、この構成によれば、圧縮
機異常過熱時に、プランジャーを連通路の開口端部側に
移動させ、連通路を閉塞して２段圧縮運転から1段圧縮
運転に冷媒通路を自動切り替えできるので、1段圧縮運
転への自動切り替えによって、圧縮過負荷運転と過熱を
防止し、圧縮機耐久性向上を図ることができる。

【００７２】請求項１５に記載の発明は、第１の圧縮要
素の吐出側と第２の圧縮要素の吸入側とを連通して２段
圧縮する２段圧縮機構を設けた構成において、第1の圧
縮要素の吐出室と第２の圧縮要素のシリンダブロックと
の間を、その両端部が密封接続され且つ第1の圧縮要素
および第２の圧縮要素の各圧縮室の近傍を通る連通管に
より連通されたもので、この構成によれば、第１の圧縮
要素と第２の圧縮要素との間の連通路の短縮化と密封性
を確保できる。その結果、第１の圧縮要素から排出され
た吐出冷媒ガスが再び第１の圧縮要素の圧縮室に短絡漏
洩するのを防ぐことができるので、圧縮効率の低下を防
ぐことができる。また、連通路の短縮化によって、第1
の圧縮要素の吐出側から第２の圧縮要素に冷媒ガスを取
り込む際の冷媒ガスの追従性が改善されるので、第２の
圧縮要素における圧縮効率を向上することができるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すローリングピストン型
ロータリ式２段圧縮機を使用した２段圧縮冷凍サイクル
の配管系統図

【図２】図１における２段圧縮機の縦断面図

【図３】同圧縮機におけるバイパス通路９６の拡大図

【図４】同圧縮機におけるバイパス通路９６に配置した
逆止弁装置５８の弁体の外観図

【図５】同圧縮機における第1の圧縮要素７および第２
の圧縮要素９に設けた圧縮作用解除装置４６の構造図

【図６】同圧縮機における注油通路に配置した逆止弁装
置９５の縦断面図

【図７】図１における第２の圧縮要素９のみを圧縮させ
る場合の冷媒流れ示す系統図

【図８】同圧縮機の両圧縮要素を1段圧縮させる場合の
冷媒流れ示す系統図

【図９】同圧縮機を２段圧縮運転させる場合の冷媒流れ
示す系統図

【図１０】本発明の別の実施例を示すローリングピスト
ン型ロータリ式２段圧縮機の縦断面図

【図１１】同圧縮機の連通路を開閉する開閉弁装置およ
び連通路の周辺の部分断面図

【図１２】従来例を示す２段圧縮機を使用した用いた２
段圧縮冷凍サイクルの配管系統図

【符号の説明】

１２段圧縮機３密閉容器４２段圧縮機構５直流電動機６駆動軸７第1の圧縮要素７ｃ圧縮室７ｂ第1ピストン８電動機室９第２の圧縮要素９ｂ第２ピストン９ｃ圧縮室１３凝縮器１５ａ第１膨張装置１５ｂ第２膨張装置２１ａ第1蒸発器２１ｂ第２蒸発器３５油溜３７ａ吐出カバー３９ベーン４５ａ第1吐出室４６圧縮作用解除装置５５連通路５８逆止弁装置６１注油通路８９開閉弁装置９０バネ装置９１プランジャー９２連通管９３連通路９５逆止弁装置９６バイパス通路９７ａ第1冷凍サイクル９７ｂ第２冷凍サイクル９８通路制御弁９９制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3H029 AA04 AA09 AA13 AA21 AB03 BB55 CC13 CC24 CC25 3H045 AA05 AA13 AA27 BA04 CA09 DA19 DA32 EA17 EA44 3H076 AA16 AA38 BB36 CC44 CC92 CC93

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第1の圧縮要素の吐出側と第２の圧縮要素
の吸入側とを連通路を介して直列接続した２段圧縮機構
を有する２段冷媒圧縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発器を
順次接続した冷凍サイクルを形成し、前記第２の圧縮要
素の吸入側に前記凝縮器の下流側で減圧された中間圧力
冷媒を通路制御弁を介して導入すると共に、前記２段冷
媒圧縮機は密閉容器の内部に制御装置によって可変速運
転される電動機と前記電動機に連結する前記２段圧縮機
構を配置した構成において、前記電動機が設定回転速度
以上の時のみに前記通路制御弁が開通される２段圧縮可
能な冷媒圧縮機。
【請求項２】第1の圧縮要素の吐出側と第２の圧縮要素
の吸入側とを連通路を介して直列接続した２段圧縮機構
を有する２段冷媒圧縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発器を
順次接続した冷凍サイクルを形成し、前記第２の圧縮要
素の吸入側に前記凝縮器の下流側で減圧された中間圧力
部を通路制御弁を介して連通すると共に、前記２段冷媒
圧縮機は密閉容器の内部に制御装置によって可変速運転
制御されるブラシレス型の直流電動機と前記直流電動機
に連結する前記２段圧縮機構を配置した構成において、
前記２段冷媒圧縮機の始動の際は、前記直流電動機が前
記制御装置による同期位相検知期間中の強制駆動を行う
他励運転モードから同期位相駆動を行う自励運転モード
に切り替わった後に前記通路制御弁が開通されることを
特徴とする２段圧縮可能な冷媒圧縮機。
【請求項３】密閉容器内に、第1の圧縮要素の吐出側と
第２の圧縮要素の吸入側との間を通路制御弁によって開
閉される連通路を介して直列接続した２段圧縮機構と、
前記２段圧縮機構を駆動する電動機とを配置した構成に
おいて、前記電動機を収納する電動機室と前記第1の圧
縮要素の吐出側との間に、前記吐出側から前記電動機室
へのみの気体流出を許容する逆止弁手段を備えたバイパ
ス通路を設けると共に、前記連通路を前記通路制御弁に
よって遮断した後に前記電動機を始動させる２段圧縮可
能な冷媒圧縮機。
【請求項４】密閉容器の内部に電動機と前記電動機に
連結する駆動軸の駆動により気体を圧縮する第１の圧縮
要素と第２の圧縮要素とを配置し、前記第１の圧縮要素
の吐出側と前記第２の圧縮要素の吸入側とを連通して２
段圧縮する２段圧縮運転手段と、前記第１の圧縮要素お
よび前記第２の圧縮要素がそれぞれ独立して圧縮する１
段圧縮運転手段とに切り替え運転できる１・２段圧縮制
御手段を設けた構成において、前記電動機の始動時は前
記第1の圧縮要素および前記第２の圧縮要素を1段圧縮運
転状態とし、且つ、前記第1の圧縮要素と前記第２の圧
縮要素の内のいずれか一方の圧縮要素の吸入側通路を一
時遮断させ、設定時間経過後に前記吸入側通路を開通さ
せる手段を備えた１段圧縮および２段圧縮可能な冷媒圧
縮機。
【請求項５】吸入側通路が一時遮断される側の圧縮要素
の圧縮室と、電動機室の底部に配置した油溜との間を連
通する注油通路を設けた請求項３と請求項４に記載の２
段圧縮可能な冷媒圧縮機。
【請求項６】注油通路は圧縮室の容積が圧縮行程におけ
る約半分の行程を通過した状態でのみ前記圧縮室に開口
する位置に配置された請求項５記載の２段圧縮可能な冷
媒圧縮機。
【請求項７】注油通路の途中に、油溜から圧縮室へのみ
の流体流入を許容する逆止弁装置を配置した請求項５記
載の２段圧縮可能な冷媒圧縮機。
【請求項８】逆止弁装置は、圧縮室と油溜との差圧が設
定値以上の時のみ開通する請求項５記載の２段圧縮可能
な冷媒圧縮機。
【請求項９】密閉容器の内部に電動機と前記電動機に連
結する駆動軸の駆動により冷媒を圧縮する第１の圧縮要
素と第２の圧縮要素とを配置し、前記第１の圧縮要素の
吐出側と前記第２の圧縮要素の吸入側とを連通して２段
圧縮する２段圧縮運転手段と、前記第１の圧縮要素およ
び前記第２の圧縮要素がそれぞれ独立して圧縮する１段
圧縮運転手段とに切り替え運転できる１・２段圧縮制御
手段を設けた構成において、前記第１の圧縮要素と前記
第２の圧縮要素の内のいずれか一方をローリングピスト
ン型ロータリ式の圧縮機構とし、前記圧縮機構には圧縮
室を形成するピストン外周面に対して前記圧縮室を圧縮
側と吸入側とに仕切るベーンを単独に後退維持させるこ
とにより、前記ベーンを前記ピストン外周面から離反さ
せて圧縮作用を解除させる解除機能を備え、前記１段圧
縮運転時には、前記解除機能を作用させる２段圧縮可能
な冷媒圧縮機。
【請求項１０】圧縮機起動の際に、圧縮作用解除機能を
作動させた請求項９記載の２段圧縮可能な冷媒圧縮機。
【請求項１１】密閉容器の内部に電動機と前記電動機
に連結する駆動軸の駆動により気体を圧縮する第１の圧
縮要素と第２の圧縮要素とを配置し、前記第１の圧縮要
素の吐出側と前記第２の圧縮要素の吸入側とを連通して
２段圧縮する２段圧縮運転手段と、前記第１の圧縮要素
および前記第２の圧縮要素がそれぞれ独立して圧縮する
１段圧縮運転手段とに切り替え運転できる１・２段圧縮
制御手段を設けた構成において、前記1段圧縮と前記２
段圧縮の内のいずれかの圧縮運転モードから他の圧縮運
転モードへの切り替えの際に、前記電動機の回転速度を
一時的に減速した後、前記圧縮運転モードを前記の他の
圧縮運転モードに切り替え、その後再び前記電動機の回
転速度を増速させる手段を備えた１段圧縮および２段圧
縮可能な冷媒圧縮機。
【請求項１２】密閉容器の内部に電動機と前記電動機
に連結する駆動軸の駆動により気体を圧縮する第１の圧
縮要素と第２の圧縮要素とを配置し、前記第１の圧縮要
素の吐出側と前記第２の圧縮要素の吸入側とを連通して
２段圧縮する２段圧縮運転手段と、前記第１の圧縮要素
および前記第２の圧縮要素がそれぞれ独立して圧縮する
１段圧縮運転手段とに切り替え運転できる１・２段圧縮
制御手段を設けた構成において、前記第１の圧縮要素の
第1吐出室と前記第２の圧縮要素の吸入側とを連通する
連通路を圧縮機の内部に設け、前記連通路の第1吐出室
側開口端を開閉するプランジャーを備えた開閉弁装置を
前記第1吐出室側に配置し、前記プランジャーが前記連
通路の前記第1吐出室側開口端を開閉した時、前記第1吐
出室と前記第２の圧縮要素の吸入側との差圧によって、
前記プランジャーが前記連通路の閉塞端を更に押圧すべ
く構成する前記開閉弁装置を備えた２段圧縮可能な冷媒
圧縮機。
【請求項１３】プランジャーが冷媒の流れ方向に可動
すべく、第1吐出室を形成する吐出カバーに配置された
請求項１２記載の２段圧縮可能な冷媒圧縮機。
【請求項１４】それ自身の温度が設定温度以上の時、
プランジャーによる連通路の閉塞端を開口すべく、前記
プランジャーに付勢力を作用させる形状記憶バネ特性を
備えたバネ装置を前記連通路と前記プランジャーとの間
に配置した請求項１３に記載の２段圧縮可能な冷媒圧縮
機。
【請求項１５】密閉容器の内部に電動機と前記電動機に
連結する駆動軸の駆動により気体を圧縮する第１の圧縮
要素と第２の圧縮要素とを配置し、前記第１の圧縮要素
の吐出側と前記第２の圧縮要素の吸入側とを連通して２
段圧縮する２段圧縮機構を設けた構成において、前記第
1の圧縮要素の吐出室と前記第２の圧縮要素のシリンダ
ブロックとの間を、その両端部が密封接続され且つ前記
第1の圧縮要素および前記第２の圧縮要素の各圧縮室の
近傍を通る連通管により連通された２段圧縮可能な冷媒
圧縮機。