JP2002106989A - 二段圧縮機、冷凍サイクル装置、冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低振動・低騒音で信頼性の高い異蒸発温度の
二段の冷凍サイクル用の二段圧縮機を提供する。 【解決手段】 低圧圧力の冷媒を外部より吸入する低圧
吸入部および中間圧力の冷媒を外部より吸入する中間圧
力吸入部を有する密閉容器と、密閉容器内に収納され、
低圧吸入部から吸入された密閉容器外の低圧圧力の冷媒
を圧縮して中間圧力まで昇圧する低段側圧縮機構部と、
密閉容器内に収納され、低段側圧縮機構部より密閉容器
内に吐出された中間圧力の冷媒および中間圧力吸入部か
ら吸入された密閉容器外の中間圧力の冷媒を混合した後
の冷媒を圧縮して高圧圧力まで昇圧する高段側圧縮機構
部と、を備え、密閉容器内を低圧圧力雰囲気とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高圧／中間圧／低
圧の３圧力レベルで使用する二段圧縮機に関するもので
ある。また、この二段圧縮機を使用して冷凍サイクルを
構成する冷凍サイクル装置および冷蔵庫に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図８は、例えば特開平１１−２２３３９
７号公報に示された従来の冷凍冷蔵庫用の二段の高圧シ
ェルタイプ（密閉容器内が高圧圧力雰囲気）のロータリ
ー圧縮機の縦断面図である。図において、密閉容器１内
にモータ部２と圧縮機構部３が収納されており、モータ
部２は密閉容器１の内面に固定された固定子４とこの固
定子４の内側で駆動軸６を介して軸受け部１７、１８に
より回転自在に支持された回転子５とから成っている。
圧縮機構部３は第１シリンダ９と第２シリンダ１０が
中間仕切板８で仕切られて、各々の上面と下面をフレー
ム１５とシリンダヘッド１６が閉塞して圧縮空間を形成
している。 圧縮空間内は各々ベーンにより圧縮室と吸
入室に区画され、フレーム１５とシリンダヘッド１６中
央の軸受部１７、１８に軸支された駆動軸６の偏心部１
１、１２の回転により第１ピストン１３と第２ピストン
１４が回転することによりガスを圧縮するローリング・
ピストン式の高段側圧縮機構部５１と低段側圧縮機構部
５２を構成している。

【０００３】低圧吸入管２４から第２シリンダ１０内に
吸入された低圧のガスは、低段側圧縮機構部５２で中間
圧まで圧縮されシリンダヘッド１６に設けられた吐出ポ
ート２９から中間圧マフラー２８内に吐出され、配管３
１を経て合流器３２に至る。合流器３２内で配管４４の
回路側からのガスと混合した中間圧のガスは中間圧吸入
管２３から第１シリンダ９内に吸入され高段側圧縮機構
部５１で高圧まで圧縮される。 圧縮された高圧のガス
は吐出マフラー１９を経て密閉容器１内に吐出された
後、吐出パイプ２２にて冷媒回路に吐出される。

【０００４】また、図９は特開２０００−７３９７４号
公報に示された従来の二段圧縮機の縦断面図を示してい
る。 図において、密閉容器１に固定された固定子４と
その内側に空隙を介して配置された回転子５が駆動軸６
を回転させ、低圧吸入管２４から冷媒ガスを吸入する。
低圧吸入管２４から吸入された冷媒ガスは低段側圧縮機
構部５２の圧縮室で中間圧まで圧縮され吐出孔２９から
中間通路３１に吐出される。 中間通路３１で中間圧吸
入管２３からのガスを併せた中間圧のガスが、高段側圧
縮機構部５１の圧縮室に吸入され高圧まで圧縮された
後、吐出マフラー１９内を経て密閉容器１内に吐出され
てから吐出パイプ２２にて冷媒回路に吐出される。

【０００５】図９は、高段側、低段側の圧縮機構部５
１、５２は各々ブレード（図示せず）が一体となったピ
ストン１３、１４がシリンダ９、１０内を揺動運動する
ことにより冷媒ガスを圧縮するスイング式の圧縮機構部
を有し、密閉容器１内が高圧圧力雰囲気のロータリ圧縮
機を表している。

【０００６】さらに図１０は特開平７−２７４３３号公
報に示された従来の別の圧縮機の断面図であり、高圧圧
力雰囲気下の密閉容器１内に固定された固定子４を有す
るモータ部２により駆動される圧縮機構部３がヘリカル
式の２シリンダ型である。図において、片方のシリンダ
で低圧吸入管２４より吸入された低圧圧力の冷媒ガスを
低圧圧力から高圧圧力まで圧縮して密閉容器１内に吐出
し、もう一方のシリンダで中間圧吸入管２３より吸入さ
れた中間圧力の冷媒ガスを中間圧力から高圧圧力まで圧
縮して密閉容器１内に吐出して、密閉容器１内から吐出
パイプ２２を介して冷媒回路に吐出されるようになって
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図８、図９、図１０に
示す従来の二段圧縮機は、いずれも密閉容器内１が高圧
圧力雰囲気であり、高圧圧力にさらされている部分が多
く、低圧圧力にさらされている部分に冷媒が漏れやすく
効率低下を招いていた。特に高段側圧縮機構部を構成し
ている部品の接触面間（シリンダとシリンダヘッド間、
フレームとシリンダ間、シリンダと中間圧仕切板間な
ど）から冷媒が中間圧空間や低圧圧力空間へ漏れて体積
効率が低下し、圧縮機としての効率が低下するという問
題点があった。また、極圧効果の無いＨＦＣ系冷媒を使
用した場合、密閉容器１内が高圧圧力雰囲気であるた
め、高圧圧力にさらされる部分が多く、高圧圧力部と低
圧圧力部との差圧により摺動する部分の摩耗、スラッジ
の発生、堆積などが発生していた。また、モータ部また
は圧縮機構部が密閉容器内に直接固定されているため、
モータ部または圧縮機構部で発生した騒音・振動が密閉
容器を介して外部に伝達され問題となっていた。

【０００８】また、密閉容器内が高圧圧力雰囲気である
ため、炭化水素系冷媒（ＨＣ冷媒）のような可燃性冷媒
を使用した場合、密閉容器１内の空間の大部分が高圧圧
力になるため、運転中の冷媒回路中の高圧圧力部分の容
積が増大し、密閉容器１内の潤滑油が高圧圧力にさらさ
れ、潤滑油に溶解する冷媒の量が増化し、冷媒回路に封
入する必要冷媒量が増大するので、引火の危険性が大き
くなり引火が圧縮機故障の原因になっていた。また、引
火が原因で圧縮機が故障した場合は、冷媒回路を含めユ
ニット全体が使用不可になり、交換するのに多大のコス
トと労力が必要であった。

【０００９】そこで、密閉容器１内を高圧圧力以外の圧
力にしている二段圧縮機があり、たとえば図１１に示す
特開２０００−５４９７５号公報に示された二段のロー
タリータイプの圧縮機がある。図においては、密閉容器
１内の空間を仕切部材３Ｍで２分割し、モータ部２を収
納する空間を低圧圧力空間、圧縮機構部３を収納する空
間を中間圧力空間とすることにより、内部漏れを圧縮機
構部３周りの中間圧力空間から低段側圧縮機構部品の接
触面間を経由して低圧空間への漏れのみ、すなわち中間
圧力から低圧圧力のみの漏れ経路としており、潤滑油が
さらされるのは中間圧力となっている。

【００１０】このような構成の場合は、仕切部材３Ｍに
はモータ部２の空間と圧縮機構部３の空間を連通させる
吸入管１５０が必要であり、また、仕切部材３Ｍは密閉
容器１内の空間を低圧圧力と中間圧力に２分割するとい
うその機能からして密閉容器１内壁に固定される必要が
あり、圧縮機構部３とモータ部２は直接または仕切部材
３Ｍを介して密閉容器１内壁に固定されることになり、
圧縮機構部やモータ部で発生した騒音・振動が直接密閉
容器１に伝達され、外部にも伝達されていた。

【００１１】モータ部２、圧縮機構部３が密閉容器１内
壁に直接固定されていると、圧縮機内部の振動・騒音が
密閉容器１を介して密閉容器１の外部に伝わるので、室
内で使用されるため静粛性を求められる例えば冷蔵庫用
などとしては低振動・低騒音の観点から問題となってい
た。 また、従来は冷凍サイクルを構成する冷媒回路の
配管系に伝わる圧縮機の振動を減らし、また圧縮機など
の振動による変形や振動の繰り返しによって配管が破損
するのを防ぐために、圧縮機周りの配管に対しては直径
を細くし、可動部分（接続固定部分以外の配管）の配管
長さはできるだけ長くして低剛性にする必要があった。
配管の直径を小さく長さを長くすればするほど圧損が増
加し、圧損による効率低下を招いていた。また、配管形
状が長くなり、また複雑化するので、コストアップ、及
び配管設計の煩雑さを招いていた。

【００１２】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、圧縮機内部での冷媒ガスの内部
漏れを低減して、高効率な二段圧縮機を得ることを目的
とする。また、オゾン層を破壊しないＨＦＣ系冷媒を使
用した場合でも、摺動部などの信頼性の高い二段圧縮機
や冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。また、地
球環境に悪影響を与えないが可燃性である炭化水素系の
冷媒を用いた場合でも、引火が原因による故障を抑制で
きる信頼性の高い二段圧縮機や冷凍サイクル装置を得る
ことを目的とする。また、低振動・低騒音の二段圧縮機
や冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。また、圧
縮機周りの配管形状が簡略化できる低コストで信頼性の
高い二段圧縮機や冷凍サイクル装置を得ることを目的と
する。また、２つの温度帯での冷却が可能な信頼性の高
い二段圧縮機や冷凍サイクル装置を得ることを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明に係
わる二段圧縮機は、低圧圧力の冷媒を外部より吸入する
低圧吸入部および中間圧力の冷媒を外部より吸入する中
間圧力吸入部を有する密閉容器と、密閉容器内に収納さ
れ、低圧吸入部から吸入された密閉容器外の低圧圧力の
冷媒を圧縮して中間圧力まで昇圧する低段側圧縮機構部
と、密閉容器内に収納され、低段側圧縮機構部より密閉
容器内に吐出された中間圧力の冷媒および中間圧力吸入
部から吸入された密閉容器外の中間圧力の冷媒を混合し
た後の冷媒を圧縮して高圧圧力まで昇圧する高段側圧縮
機構部と、を備え、密閉容器内を低圧圧力雰囲気とした
ものである。

【００１４】また、この発明の第２の発明に係る二段圧
縮機は、圧縮機構部を駆動するモータと、モータおよび
圧縮機構部を密閉容器内に弾性支持する弾性支持部材
と、を備え、モータあるいは圧縮機構部が密閉容器の内
壁面に接触しないように間隙を設けたものである。

【００１５】また、この発明の第３の発明に係る二段圧
縮機は、冷媒としてＨＦＣ系冷媒を使用するようにした
ものである。

【００１６】また、この発明の第４の発明に係る二段圧
縮機は、冷媒として炭化水素系冷媒を使用するようにし
たものである。

【００１７】また、この発明の第５の発明に係る二段圧
縮機は、冷媒と相溶性を有する潤滑油を密閉容器内に封
入するようにしたものである。

【００１８】また、この発明の第６の発明に係る冷凍サ
イクル装置は、低圧圧力の冷媒を密閉容器外から吸入す
る低圧圧力吸入部および中間圧力の冷媒を密閉容器外か
ら吸入する中間圧力吸入部および高圧圧力の冷媒を密閉
容器外に吐出する高圧圧力吐出部を有し、密閉容器内に
２つの圧縮機構部を備え密閉容器内が低圧圧力雰囲気で
ある二段圧縮機と、高圧圧力吐出部から吐出された高圧
圧力の冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮器により凝縮され
た高圧圧力の冷媒を中間圧力へ減圧する第一減圧手段
と、第一減圧手段により中間圧力に減圧された冷媒を第
一温度帯で蒸発させて中間圧力吸入部に送出する第一蒸
発器と、第一減圧手段により中間圧力に減圧された冷媒
を低圧圧力に減圧する第二減圧手段と、第二減圧手段に
より低圧圧力に減圧された冷媒を第一温度帯よりも低温
の第二温度帯で蒸発させて低圧圧力吸入部に送出する第
二蒸発器と、によって構成される冷凍サイクルを備えた
ものである。

【００１９】また、この発明の第７の発明に係る冷蔵庫
は、冷却温度帯を少なくとも２つ以上有する冷蔵庫にお
いて、請求項６に記載の冷凍サイクルを備え、第一蒸発
器を第一の冷却温度帯の冷却用に、第二蒸発器を第一の
冷却温度帯よりも低温の第二の冷却温度帯の冷却用に適
用したものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下この発明の実
施の形態１について図を参照しながら説明する。 図１
は本発明の実施の形態１に係る二段圧縮機の縦断面とこ
の二段圧縮機を含む冷凍サイクルを模式的に表した図で
ある。 図において、１００は二段圧縮機であり、１は
密閉容器、２は固定子４および回転子５からなるモータ
部、３はモータ部２により駆動される圧縮機構部であ
る。圧縮機構部３は第１シリンダ９と第２シリンダ１０
が中間仕切板８で仕切られて、各々の上面と下面をフレ
ーム１５とシリンダヘッド１６が閉塞して高段側圧縮機
構部５１と低段側圧縮機構部５２の圧縮空間を形成する
ように構成されている。

【００２１】また、圧縮機構部３は、フレーム１５とシ
リンダヘッド１６の略中央部にそれぞれ設けられた軸受
部１７、１８に回転自在に軸支された駆動軸６の偏心部
１１、１２の回転により第１ピストン１３と第２ピスト
ン１４が駆動されることによりガスを圧縮する高段側圧
縮機構部５１と低段側圧縮機構部５２により構成されて
いる。 モータ部２は固定子４の外周が、密閉容器１の
内壁に焼きばめや圧入などにより固定（図示せず）され
ており、圧縮機構部３はフレーム１５、第１シリンダ
９、中間仕切板８の少なくともいずれかの外壁の一部
が、密閉容器１の内壁に焼きばめや圧入などにより固定
（図示せず）されている。密閉容器１の下部には各摺動
部（たとえば軸受部）を潤滑するための潤滑油３０が貯
溜されている。

【００２２】２４は低圧吸入管（低圧吸入部）であり、
冷凍サイクルを構成する冷媒回路内の密閉容器１外の冷
媒を密閉容器１内に吸入する。低圧吸入管２４より密閉
容器１内に吸入され、さらに第２シリンダ１０内の圧縮
室に吸入された低圧の冷媒ガスは、第２シリンダ１０に
より構成される低段側圧縮機構部５２により中間圧力ま
で圧縮されシリンダヘッド１６に設けられた吐出ポート
２９から中間圧マフラー２８内に吐出され、シリンダヘ
ッド１６、第２シリンダ１０、中間仕切板８に形成され
た流路３１を経て第１シリンダ９の吸入ポート３２に至
る。 吸入ポート３２内では中間圧吸入管（中間圧力吸
入部）２３により密閉容器１の外部の冷媒回路側から吸
入した中間圧力の冷媒ガスと混合され、第１シリンダ９
内に吸入され第１シリンダ９により構成される高段側圧
縮機構部５１で高圧圧力まで圧縮された後、フレーム１
５に設けられた吐出ポート３３から吐出マフラー１９を
経て吐出パイプ（高圧圧力吐出部）２２にて密閉容器１
外の冷媒回路に吐出される。

【００２３】圧縮機構部が、ベーンをピストン外径に押
しつけてシリンダ内空間を区画し、ピストンのシリンダ
内壁に沿った公転運動とベーンの進退運動により圧縮動
作を行なう所謂ローリング・ピストン式の場合、ベーン
先端とピストン外周面を常に適度な力により接触させる
必要があり、密閉容器内が高圧雰囲気の場合は、シリン
ダ内の圧縮空間と密閉容器内の差圧による力がベーンを
ピストンに押し付ける方向に働くので、スプリングなど
によるベーンのピストンへの押し付け力を差圧による力
の分だけ小さく設定するようにして対応している。

【００２４】これに対して密閉容器１内が低圧雰囲気の
場合は、シリンダ内の圧縮空間と密閉容器内の差圧によ
り発生する力がベーンをピストンから引き離す方向に働
くので、スプリングなどによるベーンのピストンへの押
し付け力は、想定される圧力条件で最大の差圧力分だけ
大きく設定しなければならない。 起動直前の圧力バラ
ンス状態ではスプリングの押し付け力が差圧力に相殺さ
れることなくそのまま作用するので、ベーンは定常運転
中に必要な押し付け力よりも大きな力でピストンに押し
付けられており、起動トルクの大きなモータが必要にな
る。

【００２５】さらに、ピストン内周の軸受部には充分給
油される以前からスプリングの押し付け力による過大な
負荷が作用しているため、流体潤滑されず過渡的に厳し
い摺動を強いられることになる。 また、定常運転中も
スプリングの押し付け力は、想定される運転範囲全域で
差圧力を上回ってベーンを押し付けられるように設定さ
れているので、その時の圧力条件に応じた適正な値では
なく、常に押し付け過剰気味となっている。 このため
ベーン先端部とピストン外周面とは必要以上に過酷な摺
動状況となっている。

【００２６】このように過酷な摺動箇所では摩耗ととも
にスラッジの発生を招き、発生したスラッジが回路中で
堆積して毛細管を閉塞するなどの不具合につながる。
すなはち、従来は低圧圧力雰囲気下でローリング・ピス
トン式の圧縮機構を用いることはできないので、ロータ
リ圧縮機の密閉容器１内は、低圧圧力では使用されてい
ない。

【００２７】しかしながら、本発明では、ベーンの機能
を有する部材であるブレードがピストンと一体に形成さ
れ、ブレードの両側面を挟持・案内するガイド部材の回
転中心を支点にピストンが揺動しながらシリンダ内壁に
沿って公転することにより圧縮動作を行なう所謂スイン
グ式の圧縮機構を用いている。 このスイング式を採用
したことにより、密閉容器１内を低圧圧力雰囲気にして
も、ベーンとピストンが一体に構成されているため、ベ
ーンの押し付けに伴なう上述のような問題点は発生しな
いため、密閉容器１内を低圧圧力雰囲気とすることが可
能となった。

【００２８】以上のように本実施の形態では、ベーンと
ピストンが一体に構成されたスイング式のロータリタイ
プの二段圧縮機を採用して、密閉容器１内を低圧圧力雰
囲気にしている。したがって、ベーンの押し付けに伴な
う上述のような異常摩耗やスラッジ発生による問題は発
生しない。また、密閉容器１内を低圧圧力雰囲気にして
いるので、潤滑油３０に溶解する冷媒が少なく、封入冷
媒量を少なく抑えることができるため、可燃性冷媒であ
る炭化水素系冷媒を使用した場合でも、冷媒量が少ない
分だけ引火が原因による圧縮機故障が抑制され安全性が
向上する。また、引火が原因で圧縮機が故障した場合に
比べて、冷媒回路を含めユニット全体が使用不可になる
ことがなくなり、交換するための多大のコストと労力が
不用になる。また、密閉容器1内を低圧圧力にしたの
で、従来は漏れ経路となっていた高圧圧力側からの低圧
圧力及び中間圧力側への冷媒漏れがなくなり、性能が向
上する。

【００２９】６０は凝縮器、６１は高圧圧力の冷媒を中
間圧力に減圧する第一減圧手段、６２は中間圧力の冷媒
を低圧圧力に減圧する第二減圧手段、６３は中間圧力の
冷媒を蒸発させる第一蒸発器、６４は低圧圧力の冷媒を
蒸発させる第二蒸発器であり、おのおのが以下に示すよ
うに冷媒配管によって接続されることによって冷凍サイ
クルを構成している。吐出パイプ（高圧圧力吐出部）２
２から冷凍サイクルを構成する冷媒回路中に吐出された
高圧圧力の冷媒は、凝縮器６０により液化され第一減圧
手段６１を介して中間圧力に減圧される。そして、第一
蒸発器６３により中間圧力の状態で中間圧吸入管（中間
圧力吸入部）２３を介して二段圧縮機１００の密閉容器
１内に吸入される。

【００３０】また、第一減圧手段６１により中間圧力に
減圧された冷媒は、さらに第二減圧手段６２により低圧
圧力に減圧され第二蒸発器６４により蒸発した後低圧吸
入管（低圧吸入部）２４を介して密閉容器１内に吸入さ
れる。したがって、本実施の形態では、蒸発温度帯の異
なる２つの蒸発器６３、６４を有しているので、２レベ
ルの温度での冷却が必要な装置（たとえば冷凍・空調装
置、冷蔵庫など）に適用することによって、独立した２
つ部屋を独立した２つの温度で冷却できる。したがっ
て、個別に冷凍サイクルを構成するよりも、圧縮機や凝
縮器が１つで良くなるので、低コスト化が図れる。

【００３１】実施の形態２．図２は本発明の実施の形態
２に係る二段圧縮機の縦断面と冷凍サイクルを模式的に
表した図である。図３は本発明の実施の形態２を表す二
段圧縮機の断面図である。図４は本発明の実施の形態２
を表す二段圧縮機の横断面図である。以下、実施の形態
１と同等部分については同じ符号を付して説明を省略す
る。１５はフレームであり、脚部５５を有しており、こ
の脚部５５にモータ部２の固定子４をボルトなどによっ
て固定している。したがって、モータ部２は圧縮機構部
３とフレーム１５により一体的に構成され、コイルバネ
などの弾性支持部材５６により密閉容器１内に固定支持
されており、実施の形態１で説明した二段圧縮機のよう
にモータ部２および圧縮機構部３が密閉容器１内壁に直
接固定されていない。

【００３２】２５はガラス端子であり密閉容器１内部で
固定子４のリード線と接続されており、密閉容器１の外
部で電力を供給する電力線と接続されている。また、密
閉容器１内壁とモータ部２との間あるいは密閉容器１内
壁と圧縮機構部３との間には間隙が保たれるように設定
されており、モータ部２あるいは圧縮機構部３で生じる
運転中の振動・騒音が密閉容器１に直接伝達されないの
で、密閉容器１内壁とモータ部２、密閉容器１内壁と圧
縮機構部３とが直接接触している場合よりも、振動・騒
音が密閉容器１の外部に伝わりにくくなり、圧縮機のよ
り一層の低振動・低騒音化が図れる。

【００３３】上記弾性支持部材５６はコイルばねの場合
について説明しているが、コイルばね以外の板ばね、ゴ
ムなどの弾性部材であっても良く、モータ部２及び圧縮
機構部３の振動・騒音の外部への伝達を抑制する効果が
あり、モータ部２および圧縮機構部３を支持できれば良
い。

【００３４】また、モータ部２及び圧縮機構部３が密閉
容器１内に弾性支持部材５６により支持されているた
め、吐出パイプ（高圧圧力吐出部）２２は図２のように
直管を使用して接続すると、モータ部２及び圧縮機構部
３の振動により吐出パイプ（高圧圧力吐出部）２２の固
定部の応力が大きくなり破損する場合が考えられる。こ
のような場合は、図３、図４に示したようにして対応す
れば良い。図３、図４に示すように吐出マフラー１９と
の接続部から密閉容器１との固定部までの間の吐出パイ
プ２２を密閉容器１内で密閉容器１の内壁に接触しない
ように引き回すことにより、吐出パイプ２２の剛性を小
さくして弾性変形しやすくすることによって、密閉容器
１内の圧縮機構部３及びモータ部２の振動を吸収し、固
定部の応力を緩和するとともに外部に伝わりにくくすれ
ばよい。

【００３５】さらに、中間圧吸入管（中間圧力吸入部）
２３も吐出パイプ（高圧圧力吐出部）２２と同様に、密
閉容器１内で密閉容器１の内壁に接触しないように引き
回せば同様の効果が得られる。すなわち、密閉容器１と
の固定部から高段側圧縮機構部５１の第１シリンダ９に
設けられた吸入ポート部（図示せず（図１の吸入ポート
３２に相当））への接続部まで、配管を密閉容器1の内
壁に接触しないように引き回し、全体として剛性の低い
弾性変形しやすい形状にして、圧縮機構部３及びモータ
部２の振動を吸収し、応力を緩和するとともに振動を密
閉容器１の外部に伝わりにくくすればよい。また、吐出
パイプ２２や中間圧吸入管２３においては、モータ部２
あるいは圧縮機構部３に接触させないように密閉容器１
の内部で引き回すようにするのが望ましい。

【００３６】図３では、密閉容器１内を低圧圧力雰囲気
にしているので、低圧吸入管（低圧圧力吸入部）２４は
密閉容器１内に開放しており、第２シリンダ１０に設け
られた吸入マフラー５７の吸込み口より、低圧圧力の冷
媒は第２シリンダ１０の圧縮空間に導かれるようにして
いる。また、 吐出パイプ２２や中間圧吸入管２３の密
閉容器１内での配管は、圧縮機構部３及びモータ部２に
接触しないように引き回されており、配管剛性を小さく
して圧縮機構部３及びモータ部２の振動を吸収するよう
にしている。

【００３７】密閉容器１内を引き回して構成される配管
は、できるだけ直径が小さいものを選び、配管自体の剛
性も小さくするのが望ましい。 例えば、Ｒ６００ａ
（イソブタン）冷媒を使用し、凝縮温度ＣＴ＝３５℃、
中間圧蒸発温度ＥＴｒ＝−１０℃、低圧蒸発温度ＥＴｆ
＝−２９℃で低圧蒸発器（第二蒸発器６４）流量：中間
圧蒸発器（第一蒸発器６３）流量＝１：１の二段冷凍サ
イクルに用いたとすると、圧力条件としては高圧圧力Ｐ
ｈ＝４６４（ｋＰａ）、中間圧力Ｐｍ=１０８（ｋＰ
ａ）、低圧圧力Ｐｌ=４８（ｋＰａ）のときで、高段側
／低段側の最適ストローク・ボリューム比＝０．９２と
なる。

【００３８】このとき各配管内の流速が等しくなるよう
に管内径を定めると、低圧吸入管がφ４．３の場合、中
間圧吸入管はφ２．９、吐出パイプはφ２．１となる。
密閉容器１内が低圧雰囲気の場合、密閉容器１内で引
き回すのは中間圧吸入管２３と吐出パイプ２２となり、
吐出パイプ２２は小径で良く、中間圧吸入管２３は吐出
パイプ２２より内径は大きくなるが配管の内外の差圧が
小さいので配管の肉厚を減らすことが可能であり、配管
の剛性を小さくすることができる。したがって配管を密
閉容器１内で引き回して低剛性化するにあたり、配管自
体の剛性を小さくできるので、配管の長さのみで低剛性
化を行わずに済み、配管の長さの冗長化を避けることが
できる。

【００３９】一般に２シリンダの圧縮機は、位相の異な
る（多くの場合１８０度ずれた）圧縮行程が同時に行な
われることにより、圧縮仕事による負荷トルクの変動が
平滑化され、１シリンダのものに較べると低振動である
といわれているが、これは２つのシリンダで行なわれる
仕事が同等の場合である。 二段圧縮機の場合、低段側
と高段側の圧縮負荷が同等となることはほとんど無い。

【００４０】例えば、高段側／低段側のストローク・ボ
リューム比ζ＝１の圧縮機をＲ６００ａ（イソブタン）
冷媒を使用して凝縮温度ＣＴ＝３５℃の二段冷凍サイク
ルに用いたときの蒸発温度の変化に対する圧縮負荷比お
よび流量比の関係を図５、図６に示す。図５は低圧蒸発
温度ＥＴｆを変化させた場合の中間圧蒸発温度と圧縮負
荷比および流量比の関係を表した図であり、図６は中間
圧蒸発温度ＥＴｒを変化させた場合の低圧蒸発温度と圧
縮負荷比および流量比の関係を表した図である。

【００４１】図５において、横軸は中間圧蒸発温度ＥＴ
ｒであり、縦軸は低圧蒸発温度ＥＴｆが−２３℃、−２
６℃、−２９℃の場合の流量比Ｘと圧縮負荷比の関係を
表している。また、図６においては、横軸は低圧圧蒸発
温度ＥＴｆであり、縦軸は中間圧蒸発温度ＥＴｒが０
℃、−５℃、−１０℃の場合の流量比Ｘと圧縮負荷比の
関係を表している。

【００４２】標準的な運転条件である中間圧蒸発温度Ｅ
Ｔｒ＝−１０℃、低圧蒸発温度ＥＴｆ＝−２９℃のと
き、高段側／低段側の圧縮負荷の比は９．０１、中間
圧：低圧の蒸発器流量比は０．５４：０．４６である。
ここで中間圧蒸発温度ＥＴｒが０℃まで上昇すると圧
縮負荷比は９．４７に、流量比は０．６９：０．３１と
なり（図５）、逆に低圧蒸発温度ＥＴｆが−２３℃まで
上昇しても圧縮負荷比は７．９５、流量比は０．４０：
０．６０までしか下がらない（図６）。したがって、ス
トローク・ボリューム比１で冷凍・冷蔵庫の標準的な運転
条件で使用する限り、２つのシリンダの負荷バランスが
良く低振動が得られる圧縮負荷比が１前後となることは
ほとんど無い。

【００４３】したがって、圧縮負荷比を１に近づけるに
は、２つのシリンダのストローク・ボリューム比を調整
する方法がある。ストローク・ボリューム比を調整して
圧縮負荷比を１に近づけるにはユニットとしては冷蔵室
に較べて冷凍室の熱負荷が極端に大きいような設計とし
なければならず、冷蔵庫の構成を考えると現実的ではな
い。また、高段側と低段側で圧縮機構部の部品を共通化
するためにもストローク・ボリューム比は１に設定した
ほうが良い。すなはち異蒸発温度の二段冷凍サイクルに
用いる圧縮機では高段側の圧縮負荷が低段側に較べて著
しく大きいので、２シリンダによる負荷トルク変動の平
滑化による低振動を期待することはできない。したがっ
て、低振動化を達成するためにはストローク・ボリュー
ム比での調整では困難なため、圧縮機構部３及びモータ
部２を密閉容器１内で弾性支持する所謂中吊り化仕様に
して圧縮機構部３及びモータ部２で発生した騒音・振動
を直接密閉容器１に伝えないようにすれば良い。

【００４４】さらに、ストローク・ボリューム比一定
（ここでは１）の圧縮機に対しては、中間圧／低圧の蒸
発器温度と冷媒流量を常に適正に保って運転することは
困難なので、中間圧蒸発器６３または低圧蒸発器６４の
一方のみの冷凍サイクル運転を適宜行なう必要が生じ、
この場合は高段側圧縮機構部５１あるいは低段側圧縮機
構部５２のうちどちらか一方を無負荷（バイパスさせ
る）としもう一方の圧縮機構部のみで圧縮動作を行なう
ようにして対応するため、圧縮機構部の圧縮負荷のアン
バランスが発生し振動が大きくなる。したがって低振動
化を達成するためには中吊り化（弾性支持）構造にする
必要がある。

【００４５】また、図７は本発明の実施の形態２の別の
実施例を表す図であり、圧縮機構部３よりもモータ部２
の方が下方にあり、駆動軸６をモータ部２の上方側でモ
ータ部２の片側のみの片持ちで支持している場合を表し
ている。図において、図１〜図４と同等部分は同じ符号
を付して説明は省略する。

【００４６】また、実施の形態１あるいは実施の形態２
では、すべてロータリ型の圧縮機で圧縮機構部としてス
イング式を用いた場合について述べたが、図７に示すよ
うにレシプロ式で高段側、低段側二つの圧縮機構部を構
成しても良い。また、レシプロ式に限定されるものでも
なく、密閉容器内が低圧圧力雰囲気下となる方式の圧縮
機構部を有していれば同様の効果が得られる。

【００４７】図７において、圧縮機構部３とモータ部２
はボルトなどにより一体に構成されて、弾性支持部材５
６により低圧雰囲気の密閉容器１内に支持されている。
低圧吸入管２４から密閉容器１内の空間を経てシリンダ
１０、ピストン１４等からなる低段側圧縮機構部５２に
吸込まれた冷媒は中間圧まで圧縮されてから、シリンダ
９、ピストン１３等からなる高段側圧縮機構部５１へ送
られる途中、中間圧吸入管２３で冷媒回路からの中間圧
のガスと合流する。高段側圧縮機構部５１で中間圧から
高圧まで圧縮されたガスは吐出パイプ２２を通って冷媒
回路へと吐き出される。中間圧吸入管２３と吐出パイプ
２２は密閉容器１内を引き回して(図示せず)剛性を下げ
ることにより、弾性支持されたモータ部２及び圧縮機構
部３の振動・騒音が配管より密閉容器１および密閉容器
１外に伝わらないようにもしている。

【００４８】図１〜４に示す本発明の実施の形態はすべ
てモータ部２及び主軸受（第一軸受け１７）に近い方に
高段側圧縮機構部を配置し、主軸受（第一軸受け１７）
に遠い方に低段側圧縮機構部を配置している。前述のよ
うに通常でも高段側圧縮機構部の圧縮負荷が低段側圧縮
機構部の圧縮負荷に較べて著しく大きいこと、および片
側冷凍サイクル運転時には高段側圧縮機構部のみの圧縮
負荷運転となることを考えると、図１〜４で説明したモ
ータ部２を両持ちで支持している軸受の場合は副軸受
（第二軸受け１８）の信頼性が向上する。また、図７の
ようにモータ部２の片側でのみモータ部２を支持する片
持ち支持の軸受けの場合は主軸受（第一軸受け１７）の
信頼性が向上する。

【００４９】実施の形態１または実施の形態２で説明し
たように構成された二段圧縮機においては、冷媒として
塩素を含まず極圧効果のないＲ１３４ａ等のＨＦＣ系冷
媒を使用しても摺動部やベーンなどの異常摩耗などによ
る信頼性は低下しない。密閉容器１内を低圧圧力雰囲気
にしたことにより、高圧圧力にさらされる部分が少なく
なるため、高圧圧力部と低圧圧力部との差圧により摺動
する部分の摩耗、スラッジの発生、堆積などが抑制でき
る。特に、ロータリ圧縮機にベーンがピストンへの押付
けを行なわないスイング式の機構を圧縮機構部３に採用
すれば、塩素を含まず極圧効果のないＲ１３４ａ等のＨ
ＦＣ系冷媒を使用しても、上述したようなベーンの過酷
な摺動による摩耗、スラッジの発生、堆積が起らず、圧
縮機及び冷凍サイクルの信頼性の向上が図れ、長寿命な
圧縮機及び冷凍サイクル装置が得られる。また、密閉容
器１内を低圧圧力雰囲気としたことにより、高圧側から
の冷媒の逆流漏れによる効率低下が回避でき、また、モ
ータ部２及び圧縮機構部３を密閉容器１内で弾性支持部
材５６により弾性支持するようにしたことにより低振動
・低騒音で高効率な二段圧縮機や冷凍サイクル装置が得
られる。

【００５０】また、密閉容器１内に封入する潤滑油をＨ
ＦＣ系冷媒と相溶性を有するエステル油等にすれば、密
閉容器１内を低圧圧力雰囲気にしていることにより、た
とえ相溶性の潤滑油であっても高圧圧力雰囲気の場合に
比べて潤滑油に溶解する冷媒量が少ないので、粘度低下
が小さく、また粘度の変動が少ないため摺動部の異常摩
耗や焼付き等が抑制できる信頼性の高い二段圧縮機や冷
凍サイクル装置が得られる。。

【００５１】また、冷媒としてプロパン、イソブタン等
の炭化水素（ＨＣ）系冷媒を使用した場合は、密閉容器
１内を低圧圧力雰囲気としていることにより密閉容器１
内を高圧圧力雰囲気にした場合に比べて高圧側からの逆
流漏れによる性能低下が大幅に低減でき、高効率な二段
圧縮機を得ることができる。また、モータ部２及び圧縮
機構部３を密閉容器１内で弾性支持部材５６で弾性支持
することにより低振動・低騒音化も達成することができ
る。

【００５２】また、密閉容器１内を低圧圧力雰囲気とし
ているため冷媒の封入量を少なく抑えることができるの
で、引火が原因による圧縮機故障を抑制できる。また、
封入冷媒量が少なくて済むので、封入冷媒が室内などに
漏洩した場合の引火による圧縮機の故障なども抑制でき
る。また、引火が原因で圧縮機が故障した場合に比べ
て、冷媒回路を含めユニット全体が使用不可になること
がなくなり、交換するための多大のコストと労力が不用
になる。

【００５３】また、冷媒として地球環境に悪影響の無い
炭化水素系冷媒を使用するようにすれば、オゾン層破壊
物質である塩素を含むＣＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒や
塩素を含まないが地球温暖化係数の高いＨＦＣ系冷媒を
使った場合に比べて、信頼性が高く、高効率で地球温暖
化が抑制できる安全な二段圧縮機や冷凍サイクル装置を
得ることができる。また、冷媒としてＣＯ２（二酸化炭
素）を使用しても良い。

【００５４】また、密閉容器１内に封入する潤滑油をパ
ラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油といった炭化水素系冷
媒と相溶性を有する冷凍機油を使用しても、密閉容器１
内を低圧圧力雰囲気としているため相溶性の良い潤滑油
（冷凍機油）でも冷媒の溶解量が少なくできるので、粘
度低下が小さく、また潤滑油粘度の変動を少なくするこ
とができ、摺動部の異常摩耗、焼付き等が起こりにくい
信頼性の高い二段圧縮機や冷凍サイクル装置を得ること
ができる。

【００５５】また、実施の形態１あるいは実施の形態２
で説明したように、本発明の二段圧縮機を凝縮器６０、
２つの減圧装置６１、６２、２つの蒸発器６３、６４を
配管などにより接続し、異蒸発温度の二段の冷凍サイク
ルを構成することにより、圧縮機の特性を生かした冷却
温度２レベルの冷凍装置或いは空調装置などの冷凍サイ
クル装置が得られる。 特に冷凍冷蔵庫に適用した場合
は、モータ部２、圧縮機構部３を密閉容器１内で弾性支
持することにより低振動・低騒音でかつ高効率なＷ冷却
（２つの冷却温度帯による２つの部屋の個別冷却）運転
のできる冷凍冷蔵庫が得られ、また、炭化水素系冷媒を
使用しても引火が原因による圧縮機故障が抑制できる安
全で地球環境に悪影響を与えない二段圧縮機や冷凍サイ
クル装置が得られる。また、ＣＯ２冷媒を使用すれば、
引火が原因での圧縮機故障などが抑制できる。

【００５６】

【発明の効果】本発明の第１の発明に係わる二段圧縮機
は、低圧圧力の冷媒を外部より吸入する低圧吸入部およ
び中間圧力の冷媒を外部より吸入する中間圧力吸入部を
有する密閉容器と、密閉容器内に収納され、低圧吸入部
から吸入された密閉容器外の低圧圧力の冷媒を圧縮して
中間圧力まで昇圧する低段側圧縮機構部と、密閉容器内
に収納され、低段側圧縮機構部より密閉容器内に吐出さ
れた中間圧力の冷媒および中間圧力吸入部から吸入され
た密閉容器外の中間圧力の冷媒を混合した後の冷媒を圧
縮して高圧圧力まで昇圧する高段側圧縮機構部と、を備
え、密閉容器内を低圧圧力雰囲気としたので、高圧圧力
側からの冷媒の逆流漏れを生じない高効率で信頼性の高
い二段圧縮機を得ることができる。

【００５７】また、この発明の第２の発明に係る二段圧
縮機は、圧縮機構部を駆動するモータと、モータおよび
圧縮機構部を密閉容器内に弾性支持する弾性支持部材
と、を備え、モータあるいは圧縮機構部が密閉容器の内
壁面に接触しないように間隙を設けたので、圧縮機構部
及びモータ部の振動・騒音が密閉容器外に直接伝達する
のを防止でき低振動で低騒音な二段圧縮機を得ることが
できる。

【００５８】また、この発明の第３の発明に係る二段圧
縮機は、冷媒としてＨＦＣ系冷媒を使用するようにした
ので、塩素を含まず極圧効果のないＨＦＣ系冷媒雰囲気
下でも密閉容器内を低圧圧力雰囲気としたため高圧圧力
にさらされる部分が少なくなり、高圧圧力部と低圧圧力
部との差圧により摺動する部分の摩耗、スラッジの発生
や堆積が抑制できる信頼性が高く長寿命の二段圧縮機を
得ることができる。

【００５９】また、この発明の第４の発明に係る二段圧
縮機は、冷媒として炭化水素系冷媒を使用するようにし
たので、密閉容器内が低圧圧力雰囲気のため潤滑油に溶
解する冷媒が少なく、封入する冷媒量を少なく抑えるこ
とができ、引火が原因による圧縮機故障を抑制できる信
頼性の高い二段圧縮機を得ることができる。

【００６０】また、この発明の第５の発明に係る二段圧
縮機は、冷媒と相溶性を有する潤滑油を密閉容器内に封
入するようにしたので、密閉容器内が低圧圧力雰囲気下
であり、相溶性の潤滑油への冷媒溶解による粘度の低下
と粘度の変動が小さくてすみ、摺動部の異常摩耗、焼付
き等が起こりにくい高信頼性・長寿命の二段圧縮機を得
ることができる。

【００６１】また、この発明の第６の発明に係る冷凍サ
イクル装置は、低圧圧力の冷媒を密閉容器外から吸入す
る低圧圧力吸入部および中間圧力の冷媒を密閉容器外か
ら吸入する中間圧力吸入部および高圧圧力の冷媒を密閉
容器外に吐出する高圧圧力吐出部を有し、密閉容器内に
２つの圧縮機構部を備え密閉容器内が低圧圧力雰囲気で
ある二段圧縮機と、高圧圧力吐出部から吐出された高圧
圧力の冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮器により凝縮され
た高圧圧力の冷媒を中間圧力へ減圧する第一減圧手段
と、第一減圧手段により中間圧力に減圧された冷媒を第
一温度帯で蒸発させて中間圧力吸入部に送出する第一蒸
発器と、第一減圧手段により中間圧力に減圧された冷媒
を低圧圧力に減圧する第二減圧手段と、第二減圧手段に
より低圧圧力に減圧された冷媒を第一温度帯よりも低温
の第二温度帯で蒸発させて低圧圧力吸入部に送出する第
二蒸発器と、によって構成される冷凍サイクルを備えた
ので、２つの温度帯の部屋を別個の温度で冷却可能な冷
凍サイクル装置を得ることができる。

【００６２】また、この発明の第７の発明に係る冷蔵庫
は、冷却温度帯を少なくとも２つ以上有する冷蔵庫にお
いて、請求項６に記載の冷凍サイクルを備え、第一蒸発
器を第一の冷却温度帯の冷却用に、第二蒸発器を第一の
冷却温度帯よりも低温の第二の冷却温度帯の冷却用に適
用したので、高効率で２つの異なる温度帯の貯蔵室を冷
却可能な信頼性の高い冷蔵庫を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係る二段圧縮機の縦
断面と冷凍サイクルを模式的に表した図である。

【図２】 本発明の実施の形態２に係る二段圧縮機の縦
断面と冷凍サイクルを模式的に表した図である。

【図３】 本発明の実施の形態２を表す二段圧縮機の断
面図である。

【図４】 本発明の実施の形態２を表す二段圧縮機の横
断面図である。

【図５】 低圧蒸発温度ＥＴｆを変化させた場合の中間
圧蒸発温度と圧縮負荷比および流量比の関係を表した図
である。

【図６】 中間圧蒸発温度ＥＴｒを変化させた場合の低
圧蒸発温度と圧縮負荷比および流量比の関係を表した図
である。

【図７】 本発明の実施の形態２の別の実施例を表す図
である。

【図８】 従来の冷凍冷蔵庫用二段圧縮機の縦断面図で
ある。

【図９】 従来の二段圧縮機の縦断面図である。

【図１０】 従来の別の圧縮機の断面図でる。

【図１１】 従来の二段圧縮機の断面図である。

【符号の説明】

１ 密閉容器、２ モータ部、３ 圧縮機構部、４ 固
定子、５ 回転子、６駆動軸、７ コイルエンド、８
中間仕切板、９ 第１シリンダ、１０ 第２シリンダ、
１１ 第１偏心部、１２ 第２偏心部、１３ 第１ピス
トン、１４第２ピストン、１５ フレーム、１６ シリ
ンダヘッド、１７ 第１軸受部、１８ 第２軸受部、１
９ 吐出マフラー、２２ 高圧吐出パイプ、２３ 中間
圧吸入管、２４ 低圧吸入管、２５ ガラス端子、２６
低段側吐出弁、２８ 中間圧マフラー、２９ 低段側吐
出ポート、３０ 潤滑油、３１ 流路・配管、３２高段
側吸入ポート、３３ 高段側吐出ポート、５１ 高段側
圧縮機構部、５２低段側圧縮機構部、５５ 脚部、５６
弾性支持部材、５７ 吸入マフラー、６０ 凝縮器、
６１ 第１減圧手段、６２ 第２減圧手段、６３ 中間
圧蒸発器、６４ 低圧蒸発器、１００ 二段圧縮機、１
５０ 吸入管。

フロントページの続き (72)発明者 山本 隆史 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 平國 悟 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低圧圧力の冷媒を外部より吸入する低圧
   吸入部および中間圧力の冷媒を外部より吸入する中間圧
   力吸入部を有する密閉容器と、前記密閉容器内に収納さ
   れ、前記低圧吸入部から吸入された前記密閉容器外の低
   圧圧力の冷媒を圧縮して中間圧力まで昇圧する低段側圧
   縮機構部と、前記密閉容器内に収納され、前記低段側圧
   縮機構部より前記密閉容器内に吐出された中間圧力の冷
   媒および前記中間圧力吸入部から吸入された前記密閉容
   器外の中間圧力の冷媒を混合した後の冷媒を圧縮して高
   圧圧力まで昇圧する高段側圧縮機構部と、を備え、前記
   密閉容器内を低圧圧力雰囲気としたことを特徴とする二
   段圧縮機。
2. 【請求項２】 圧縮機構部を駆動するモータと、前記モ
   ータおよび前記圧縮機構部を密閉容器内に弾性支持する
   弾性支持部材と、を備え、前記モータあるいは前記圧縮
   機構部が前記密閉容器の内壁面に接触しないように間隙
   を設けたことを特徴とする請求項１に記載の二段圧縮
   機。
3. 【請求項３】 冷媒としてＨＦＣ系冷媒を使用するよう
   にしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   の二段圧縮機。
4. 【請求項４】 冷媒として炭化水素系冷媒を使用するよ
   うにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載の二段圧縮機。
5. 【請求項５】 冷媒と相溶性を有する潤滑油を密閉容器
   内に封入するようにしたことを特徴とする請求項３また
   は請求項４に記載の二段圧縮機。
6. 【請求項６】 低圧圧力の冷媒を密閉容器外から吸入す
   る低圧圧力吸入部および中間圧力の冷媒を前記密閉容器
   外から吸入する中間圧力吸入部および高圧圧力の冷媒を
   前記密閉容器外に吐出する高圧圧力吐出部を有し、前記
   密閉容器内に２つの圧縮機構部を備え前記密閉容器内が
   低圧圧力雰囲気である二段圧縮機と、前記高圧圧力吐出
   部から吐出された高圧圧力の冷媒を凝縮する凝縮器と、
   前記凝縮器により凝縮された高圧圧力の冷媒を中間圧力
   へ減圧する第一減圧手段と、前記第一減圧手段により中
   間圧力に減圧された冷媒を第一温度帯で蒸発させて前記
   中間圧力吸入部に送出する第一蒸発器と、前記第一減圧
   手段により中間圧力に減圧された冷媒を低圧圧力に減圧
   する第二減圧手段と、前記第二減圧手段により低圧圧力
   に減圧された冷媒を前記第一温度帯よりも低温の第二温
   度帯で蒸発させて前記低圧圧力吸入部に送出する第二蒸
   発器と、によって構成される冷凍サイクルを備えたこと
   を特徴とする冷凍サイクル装置。
7. 【請求項７】 冷却温度帯を少なくとも２つ以上有する
   冷蔵庫において、請求項６に記載の冷凍サイクルを備
   え、第一蒸発器を第一の冷却温度帯の冷却用に、第二蒸
   発器を前記第一の冷却温度帯よりも低温の第二の冷却温
   度帯の冷却用に適用したことを特徴とする冷蔵庫。