JP2004301076A - 半密閉型多段圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】二酸化炭素を圧縮する際に、モータ２の負荷軽減を図ると共に、コネクティングロッド２６等に大きな荷重が加わらないようにする。
【解決手段】圧縮手段４を前段圧縮部１１ａと後段圧縮部１１ｂとで形成し二酸化炭素を圧縮する。そして、前段圧縮部１１ａで圧縮された冷媒が吐出される前段吐出室５２と、クランク２５が収納されるクランク室１９とを連通する連通部７３を設ける。これにより、クランク室１９の圧力を前段吐出室５２の圧力とほぼ同じ圧力にしてモータ２の負荷を軽減すると共にコネクティングロッド２６等に大きな荷重が加わらないようにする。
【選択図】 図１２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のケーシング部材を密閉状態に組立て、その中にモータ、動力変換手段及び圧縮手段を収納して、二酸化炭素を冷媒として多段圧縮する半密閉型多段圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍回路では、冷媒を圧縮する圧縮機が用いられ、当該圧縮機としてロータリ式圧縮機、スクロール式圧縮機、レシプロ式圧縮機等の種々の構成が提案されている。
【０００３】
各圧縮機は、回転動力を発生するモータ等のモータ、回転動力を偏心回転動力や往復動力に変換する動力変換手段、該動力変換手段からの動力により運動して冷媒を圧縮する圧縮手段、これらモータ、動力変換手段及び圧縮手段を収納するケーシングとを備えている。
【０００４】
主に、ロータリ式圧縮機、スクロール式圧縮機、レシプロ式圧縮機におけるケーシングは、複数のケーシング部材から構成されて、この中にモータ、動力変換手段及び圧縮手段が収納されて溶接等により密閉状態となっている。
【０００５】
そして、レシプロ式圧縮機の中には、複数のケーシング部材をボルト締めして組立てられて、この中にモータ、動力変換手段及び圧縮手段等が収納されているものがある。
【０００６】
本発明では、このように複数のケーシング部材をボルト締めして組立てられたケーシングを有する圧縮機を半密閉型圧縮機と記載する。
【０００７】
このように半密閉型圧縮機では、ケーシングに溶接等の手段が不要になるためコストダウンが図れる利点がある共に、レシプロ式圧縮機はロータリ式圧縮機やスクロール式圧縮機に比べ圧縮能力の大きいものが比較的容易に製造できる利点がある。
【０００８】
ところで、冷媒を圧縮すると当該冷媒は高温高圧になり、その熱によりモータの絶縁特性が劣化したりモータ負荷が増大したりすると共に、圧縮効率が低下する問題がある。
【０００９】
このような観点から、圧縮効率を向上させるために圧縮手段を複数の圧縮部により構成し、各圧縮部で冷媒を順次圧縮する多段圧縮方式が採用されている（特許文献１〜３参照）。
【００１０】
図２２はこのような半密閉型多段圧縮機の概略構成を示す図で、当該半密閉型多段圧縮機１００は、回転動力を発生するモータ１０１、モータ軸１０２に設けられて当該モータ軸１０２に対して偏心回転するクランク１０３（１０３ａ，１０３ｂ）及び該クランク１０３と連結されたコネクティングロッド１０４（１０４ａ，１０４ｂ）等を備えて回転動力を往復動力に変換する動力変換手段１０５、コネクティングロッド１０４に連結されたピストン１０６（１０６ａ，１０６ｂ）、該ピストン１０６が往復運動するシリンダ１０７（１０７ａ，１０７ｂ）、該シリンダ１０７とピストン１０６とで囲まれる空間（圧縮室）１０８（１０８ａ，１０８ｂ）等を備えて冷媒を圧縮する圧縮部１１１（１１１ａ，１１１ｂ）を複数具備した圧縮手段１０９とを有して、これらがケーシング１１０内に収納されている。
【００１１】
なお、クランク１０３が配設されているケーシング１１０内の部屋をクランク室１１５という。
【００１２】
また、図２２では２つの圧縮部１１１ａ，１１１ｂが設けられている場合を図示しており、一方の圧縮部１１１ａが先に冷媒を圧縮し、この圧縮された冷媒を他方の圧縮部１１ｂがさらに圧縮する構成となっている。
【００１３】
以下、最初に冷媒を圧縮する圧縮部１１１ａを前段圧縮部、該前段圧縮部１１１ａで圧縮された冷媒を圧縮する圧縮部１１１ｂを後段圧縮部と記載すると共に、この各圧縮部１１１を構成するピストン１０６や圧縮室１０８等も、前段ピストン１０６ａ、後段ピストン１０６ｂ、前段圧縮室１０８ａ、後段圧縮室１０８ｂ等と記載し、これら前段圧縮部１１１ａと後段圧縮部１１１ｂを識別する必要がない場合には単に圧縮部、ピストン１０６、圧縮室１０８等のように記載する。
【００１４】
そして、モータ１０１が回転すると、クランク１０３がモータ軸１０２に対して偏心回転し、これによりコネクティングロッド１０４が往復運動して、当該コネクティングロッド１０４に接続されているピストン１０６が往復運動する。
【００１５】
ピストン１０６が下降すると圧縮室１０８の空間容積が拡張して、冷媒が当該圧縮室１０８に吸入され、ピストン１０６が上昇すると当該圧縮室１０８の空間容積が縮小して冷媒が圧縮される。
【００１６】
このようにして機外からの冷媒は前段圧縮部１１１ａで圧縮されて後段圧縮部１１１ｂに送られ、当該後段圧縮部１１１ｂでさらに圧縮されて機外に吐出される。なお、図２２における前段圧縮部１１１ａに向う矢印は機外から吸入される冷媒を示し、後段圧縮部１１１ｂからの矢印は機外に吐出される冷媒を示している。
【００１７】
【特許文献１】
特開平７−１６７０５７号公報
【特許文献２】
特開平７−１２７５７３号公報
【特許文献３】
特開平７−３３２７７３号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の環境問題等の観点から冷媒として二酸化炭素を用いる圧縮機が研究開発され、この場合二酸化炭素が従来用いられていたＨＦＣ冷媒やＨＣＦＣ冷媒に比べ冷媒圧や冷媒温度が著しく高くなるため、以下のような問題があった。
【００１９】
即ち、二酸化炭素の冷媒を多段圧縮する際には、クランク室１１５と後段圧縮室１０８ｂとの差圧が、当該クランク室１１５と前段圧縮室１０８ａとの差圧より大きくなるため、後段ピストン１０６ｂを駆動する際のトルクが前段ピストン１０６ａを駆動する際のトルクより大きくなり、大きなトルク変動に耐えうる大型のモータ１０１が要求されるようになる問題がある。
【００２０】
また、冷媒が二酸化炭素の場合、後段圧縮部１１１ｂから吐出される冷媒の吐出圧が約１２ＭＰａにも達し、かかる圧力によりコネクティングロッド１０４とクランク１０３やピストン１０６との連結部に大きな荷重が加わり、当該連結部の摩耗等が激しくなってしまう問題がある。
【００２１】
さらに、圧縮室１０８の冷媒の一部がピストン１０６とシリンダ１０７との隙間を介してクランク室１１５に漏れ出ることがあり、この漏れた冷媒が大気中に放出されないように当該クランク室１１５は密閉空間となっているが、クランク室１１５の雰囲気はピストン１０６の往復運動を阻止するように圧力変動し、この圧力変動がモータ１０１の負荷増大となって現れる問題があり、また圧縮室１０８の冷媒の一部がクランク室１１５に漏れ出ると、圧縮能力を低下させる問題もある。
【００２２】
そこで、本発明は、大型のモータを用いることなく、かつ、コネクティングロッド等に大きな荷重が加わることなく二酸化炭素を圧縮することができる半密閉型多段圧縮機を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、回転動力を発生するモータと、回転動力を往復動力に変換する動力変換手段と、該動力変換手段からの往復動力により往復運動して冷媒を圧縮する圧縮部を複数具備する圧縮手段と、複数のケーシング部材が密閉状態に組立てられて、モータ、動力変換手段及び圧縮手段を収納するケーシングとを備えて、前段側の圧縮部で圧縮された冷媒を後段側の圧縮部でさらに圧縮して吐出する半密閉型多段圧縮機において、冷媒が二酸化炭素であって、かつ、前段側の圧縮部で圧縮された冷媒が吐出される部屋と、動力変換手段が密閉状態で配設されているケーシング内の部屋とを連通する連通部を設けて、大型のモータを用いることなく、かつ、コネクティングロッド等に大きな荷重が加わることなく二酸化炭素を圧縮することができるようにしたことを特徴とする。
【００２４】
請求項２にかかる発明は、連通部が、ケーシングに穿孔して形成された管であることを特徴とする。
【００２５】
請求項３にかかる発明は、連通部が、途中で直径が小さくなっていることを特徴とする。
【００２６】
請求項４にかかる発明は、連通部が、前段側の圧縮部における圧縮された冷媒が吐出される部屋と、動力変換手段の配設されている部屋とを連通させる配管であることを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本実施の形態に係る半密閉型多段圧縮機１の断面図であり、図２は図１の矢視ＡＡ断面図である。以下、半密閉型多段圧縮機１を適宜圧縮機１と略記する。
【００２８】
当該圧縮機１は、回転動力を発生するモータ２、該モータ２で発生した回転動力を往復動力に変換する動力変換手段３、該動力変換手段３により変換された往復動力により駆動されて冷媒を圧縮する圧縮手段４、これらを収納するケーシング５等を主要構成として、二酸化炭素の冷媒を圧縮する。
【００２９】
なお、本実施の形態では、多段圧縮機１として圧縮手段４が前段圧縮部１１ａと後段圧縮部１１ｂからなる２段圧縮機を例に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、２以上の圧縮部で二酸化炭素の冷媒を圧縮する圧縮機１に適用することができることを予め付言する。
【００３０】
ケーシング５は、球状黒鉛鋳鉄等を材料としてなるケーシング本体５ａ、モータ側蓋５ｂ、区画板５ｃ、底蓋５ｄ、クランク側蓋５ｅ、軸蓋５ｆ、ヘッドプレート５ｇ、シリンダヘッド５ｈ等を有して、これらモータ側蓋５ｂ等がシール材１３を介してケーシング本体５ａに複数のボルト１４によりボルト締めされて密閉状態に組立てられている。
【００３１】
そして、ケーシング本体５ａの底部には、当該圧縮機１における各摺動部を潤滑するための潤滑油１５が貯留されて、サイトガラス（透視窓）１６により油量が確認できるようになっている。
【００３２】
区画板５ｃには複数の貫通孔１７（１７ａ，１７ｂ）が設けられて、当該区画板５ｃによりケーシング本体５ａの内部空間がモータ室１８とクランク室１９とに区画され、貫通孔１７を介してモータ室１８とクランク室１９との雰囲気が行き来できるようになっていると共に、潤滑油１５が行き来できるようになっている。
【００３３】
また、ケーシング本体５ａの外側面（特に、モータ室１８に対応する外側面）には、多数のケーシングフィン２０が形成されて、ケーシング５の熱を効率的に放熱できるようになっている。
【００３４】
モータ側蓋５ｂには潤滑油ポケット２１が、区画板５ｃには主ジャーナル２２が、クランク側蓋５ｅには副ジャーナル２３が形成されている。
【００３５】
動力変換手段３は、該モータ２のモータ軸２４と一体に設けられて、当該モータ軸２４の軸心に対して偏心回転することにより回転動力を往復動力に変換するクランク２５（２５ａ，２５ｂ）、このクランク２５に連結されたコネクティングロッド２６（２６ａ，２６ｂ）等を備えている。
【００３６】
なお、クランク２５及びコネクティングロッド２６は、前段圧縮部１１ａ及び後段圧縮部１１ｂに対応して前段クランク２５ａ，後段クランク２５ｂ及び前段コネクティングロッド２６ａ，後段コネクティングロッド２６ｂがある。
【００３７】
モータ２は、モータ室１８に嵌合して装着されたキャンドモータで、そのモータ軸２４の軸心には所定径の孔が穿孔して形成され主潤滑油路２８をなし、またコネクティングロッド２６の大端部や小端部への潤滑油１５の潤滑路をなすと共に、主ジャーナル２２や副ジャーナル２３への潤滑油１５の潤滑路をなす副潤滑油路２９が形成されている。
【００３８】
そして、このモータ軸２４の一端は、潤滑油ポケット２１の側面から当該潤滑油ポケット２１内に挿通され、他端は主ジャーナル２２を挿通してクランク側蓋５ｅに設けられた副ジャーナル２３に係合して、主ジャーナル２２と副ジャーナル２３とで回動自在に支持されている。
【００３９】
さらに、モータ２の回転子には、潤滑油掻上翼３０が取付けられて、当該モータ軸２４と共に回転するようになっている。
【００４０】
これにより、モータ２の回転に伴い潤滑油掻上翼３０が回転すると、ケーシング５の底部に貯留されている潤滑油１５が潤滑油掻上翼３０に付着して掻上げられ、そのとき滴下した潤滑油１５は潤滑油ポケット２１に溜るようになる。
【００４１】
この潤滑油ポケット２１にはモータ軸２４が挿通し、かつ、このモータ軸２４には主潤滑油路２８が形成されているので、潤滑油ポケット２１に溜った潤滑油１５は当該主潤滑油路２８に流入し、クランク側蓋５ｅに向って流動する。
【００４２】
主潤滑油路２８に流入した潤滑油１５は、モータ軸２４の回転により遠心力を受けて副潤滑油路２９に分流し、主ジャーナル２２、副ジャーナル２３、コネクティングロッド２６の大端部や小端部等の摺動面に供給される。
【００４３】
なお、後述するように圧縮手段４におけるピストンとシリンダとの間にも、この潤滑油１５が供給されて、圧縮室の機密性を高めている。
【００４４】
各摺動部の潤滑に利用されなかった潤滑油１５は（余った潤滑油）、クランク側蓋５ｅに形成された潤滑油戻路３１から吐出されて、ケーシング５の底部に戻るようになる。
【００４５】
モータ２の上方位置におけるケーシング本体５ａには、当該モータ２に電力供給するための接続端子３２が収納された接続端子箱３３が設けられている。
【００４６】
図３は、シール材１３として、ヘッドプレート５ｇとシリンダヘッド５ｈとの間に装着されるシール材１３を例示した図である。なお、図３は当該シール材１３の上面図、図４は図３に示すＢＢ矢視断面図、図５は図３に示すＣＣ矢視断面図である。
【００４７】
このシール材１３は、メタルガスケット３５と弾性シートガスケット３６とから構成されて、メタルガスケット３５は、ステンレス鋼板（好ましくはＳＵＳ３１６）等の引張り強度が高い材料により形成され、シール面に対応した部分にはビード３７（３７ａ，３７ｂ）が形成されている。
【００４８】
ビード３７は、図４に示すようなフルビード３７ａを原則とするが、ボルト孔２７が存在するためフルビード３７ａをたてるスペースが確保しにくい場所では図５に示すようにハーフビード３７ｂがたてられている。図３における点線は、ビード３７の山又は谷の部分を示している。
【００４９】
本発明にかかる圧縮機１では、冷媒として二酸化炭素を用いるが、このとき後段圧縮部１１ｂの吐出圧は約１２ＭＰａと非常に高圧になり、例えば従来用いられてきた冷間圧延鋼を材料とするメタルガスケット３５では、この圧力により押広げられて延びたりして、ケーシング５内を長期間気密状態に保つことが困難になる。
【００５０】
そこで、引張り強度の高いステンレス鋼等を材料にして形成されたメタルガスケット３５を用いて、かかる冷媒の圧力によりメタルガスケット３５が延びたりしないようにしている。
【００５１】
なお、このようなシール材１３は、モータ側蓋５ｂ、クランク側蓋５ｅ、底蓋５ｄ等をケーシング本体５ａに取付ける際に用いられるが、モータ室１８やクランク室１９の空間圧力が後段圧縮部１１ｂの吐出圧より低い場合には（例えば、大気圧や前段圧縮部１１ａの吐出圧等）、メタルガスケット３５の材料として冷間圧延鋼を用いてもよい。
【００５２】
即ち、シリンダヘッド５ｈ等の高圧になる部分のシールにはステンレス鋼を材料とするメタルガスケット３５を用い、それより低い圧力の部分では冷間圧延鋼を材料とするメタルガスケット３５を用いてもよい。
【００５３】
弾性シートガスケット３６は、ニトリルゴム等のように高温高圧に耐性を持つと共に耐油性を持つ弾性部材を材料として形成されて、メタルガスケット３５を挟むように上下に配設されている。
【００５４】
なお、メタルガスケット３５にビード３７が形成されていない場合は、メタルガスケット３５の面圧が低くなってしまい気密性を保持することが困難となる。
【００５５】
しかし、ビード３７が形成されていると、このビード３７の山谷の部分が起点となり弾力性を持つことにより面圧が大きくなって気密性を高め、かつ、維持することが可能になる。
【００５６】
圧縮手段４は、上述したように前段圧縮部１１ａと後段圧縮部１１ｂとを有し、各圧縮部１１はケーシング本体５ａを兼ねるシリンダ４０（４０ａ，４０ｂ）、該シリンダ４０内を往復運動するピストン４１（４１ａ，４１ｂ）、シリンダ４０とピストン４１とで形成される空間（圧縮室）４２（４２ａ，４２ｂ）等により構成されている。
【００５７】
なお、前段ピストン４１ａと後段ピストン４１ｂとは、往復運動の位相が１８０度ずれて、前段ピストン４１ａが下降した際（冷媒の吸入）には、後段ピストン４１ｂが上昇して冷媒を圧縮するように設定されて、モータ２に加わる負荷の一様化が図られている。
【００５８】
また、前段ピストン４１ａと後段ピストン４１ｂとの直径は、前段ピストン４１ａの方が大きな寸法に設定されると共に、これら前段ピストン４１ａと後段ピストン４１ｂとが往復運動する際の距離（ピストン４１のストローク）は同じ長さに設定されている。
【００５９】
これにより、前段圧縮部１１ａにおける排除容積は、後段圧縮部１１ｂにおける排除容積より大きくなって多段圧縮が可能になっている。
【００６０】
無論、多段圧縮を行う際に必要な要件は、前段圧縮部１１ａの排除容積が後段圧縮部１１ｂの排除容積より大きいことであるので、例えば前段ピストン４１ａと後段ピストン４１ｂとの直径を同じ寸法にして、前段圧縮部１１ａの往復運動距離を後段圧縮部１１ｂの往復運動距離より長くすることで要件を満たすようにしてもよい。
【００６１】
ピストン４１は、コネクティングロッド２６の小端部とピン４５によりピン結合されて揺動自在に動くようになっており、その表面側にはリング溝が形成されて、このリング溝４８にピストンリング４６が挿嵌されるようになっている。
【００６２】
そして、圧縮室４２のクランク室１９に対するシールは、ピストンリング４６がシリンダ４０に当接して摺動することにより確保されるが、ピストン４１の往復運動に対する摺動抵抗を増大させることなくシール特性を高めるため、ピストン４１の表面とシリンダ４０の表面との距離は非常に小さい寸法（クリアランス）に設定されて、ピストンリング４６とピストン４１の表面とがラビリンスシール的作用をなすようにしている。
【００６３】
また、先に述べたように、コネクティングロッド２６の副潤滑油路２９を介して、当該コネクティングロッド２６とピストン４１との連結部に供給された潤滑油１５は、ピン４５を伝ってピストンリング４６を潤滑して、ピストン４１とシリンダ４０との気密性を高めている。
【００６４】
ところで、後段圧縮部１１ｂでは前段圧縮部１１ａで圧縮された冷媒を圧縮するため、後段圧縮室４２とクランク室１９との差圧が、前段圧縮室４２ａとクランク室１９との差圧より大きくなり、前段圧縮室４２ａからクランク室１９に漏れる冷媒量に対して後段圧縮室４２ｂからクランク室１９に冷媒が漏れる冷媒量が多くなってしまう。
【００６５】
このような場合、後段ピストン４１ｂに装着されているピストンリング４６が後段シリンダ４０ｂに当接する当接力を大きくして漏れ量を抑制することも可能であるが、かかる構成の場合には後段ピストン４１ｂを駆動するために大きなトルクが必要になってしまう問題がある。さらに、大きな当接力により摩耗量が増大してしまう問題がある。
【００６６】
そこで、本発明では、図６に示すように、差圧が大きい後段ピストン４１ｂに装着されるピストンリング４６の数を、前段ピストン４１ａに装着されるピストンリング４６の数より多くするようにして、モータ２の負荷増大を抑制しながら圧縮室４２からクランク室１９に漏れる冷媒量の低減を図っている。
【００６７】
またピストン４１は、コネクティングロッド２６の小端部でピン４５により揺動自在に連結され、当該コネクティングロッド２６からの往復動力により往復運動する。
【００６８】
このとき往復動力の作用線は、図７に示すように、コネクティングロッド２６の小端部における中心位置ｐ１と大端部の中心位置ｐ２とを結ぶ線上にあり、当該線分はシリンダ４０の面に対して完全に並行ではない（図７では、このずれ量をθで示している）。
【００６９】
なお、図７（ａ）は、コネクティングロッド２６がシリンダ４０の面に対して右側に偏った場合を示し、図７（ｂ）は、コネクティングロッド２６がシリンダ４０の面に対して左側に偏った場合を示している。また、図７（ｃ）は、コネクティングロッド２６がシリンダ４０の面に対して右側に偏った場合のピストン４１の傾きを示し（点線）、左側に偏った場合のピストン４１の傾きを示し（実線）を示している。
【００７０】
このようにピストン４１は、往路復路で最大２θの傾を持って往復運動するようになり、ピストン４１がシリンダ４０と直接接触する場合が発生して（図７（ｃ）において丸印の領域）、当該ピストン４１に傷が付いたり摩耗したりする場合があり、シリンダ４０に摩耗分が付着したりすることがある。
【００７１】
特に、従来、ピストン４１は軽量化を目的としてアルミニュームを材料に形成されており、アルミニュームは柔らかく粘性のある金属であるため、かかるピストン４１の傷や摩耗、またシリンダ４０への摩耗分の付着が容易に発生する問題がある。
【００７２】
このようにピストン４１やシリンダ４０が傷付、摩耗すると、圧縮室４２からクランク室１９への冷媒漏れが大きくなったり、ピストン４１を往復運動させるために大きなトルク（モータ負荷の増大）が必要になったりする。
【００７３】
そこで、本発明では、図８に示すように、ピストン４１をアルミニュームを母材として形成することにより軽量化を図りながら、かつ、その表面に表面硬化部４７を設けて、シール特性の劣化やモータ負荷の増大を抑制するようにしている。
【００７４】
このような表面硬化部４７は、アルミニュームからなるピストン４１の表面を陽極酸化（例えば、アルマイト処理、二次電解によるモリブデン処理）して形成されたアルミナの酸化皮膜である。
【００７５】
なお、アルマイト処理や二次電解によるモリブデン処理は、アルミニウム素地上に多孔質で透明の酸化皮膜（アルミナ被膜）を電解法によって生成させる表面処理方法で、硬質アルマイト処理は通常の陽極酸化より高い電流を流して表面処理する方法であり、アルミニウムの皮膜硬度を高めるとともに耐食性、耐摩耗性が高められる特徴を持っている。
【００７６】
無論、ピストン４１の表面硬度を高める方法として、例えばピストン４１をアルミニュームと珪素との合金で形成する方法も可能である。このアルミニュームと珪素との合金はアルミニューム単体に比べ硬度が高いので、ピストン４１の強度が増大されながら表面硬化部４７も同時に形成できる利点がある。
【００７７】
二酸化炭素を圧縮すると高圧になると共に高温になることは先にも述べたが、かかる圧力によりピストン４１には大きな荷重が加わり、当該荷重はコネクティングロッド２６を介してクランク２５に伝達される。
【００７８】
ところが、従来、このコネクティングロッド２６をアルミニュームにより形成し、その連結部には軸受が用いられていたため、コストアップの要因になると共に軸受の重量が加わり装置が重くなる問題がある。
【００７９】
加えて、この軸受が大きな荷重により摩耗すると冷媒により温度上昇したピストン４１の熱がコネクティングロッド２６やクランク２５に熱伝達し難くなり（ピストン４１の熱はけが悪くなる）、圧縮室４２に吸入された冷媒がこのピストン４１の熱により加熱されてしまって、冷媒の吸入量の減少に伴う圧縮効率の低下が起る。
【００８０】
そこで、本発明では、連結部に軸受を設けずに、図９に示すように、当該連結部の耐摩耗性を高める耐摩耗部４９を設けている。
【００８１】
耐摩耗部４９としては、コネクティングロッド２６を珪素含有量の多いアルミニューム合金とすることにより、コネクティングロッド２６の軽量化を図りながら強度や硬度を高め、かつ、耐摩耗部４９も同時に形成できる利点がある。
【００８２】
このときのコネクティングロッド２６の組成比としては、アルミニューム合金と珪素との組成比を１０ｗｔ％〜１２ｗｔ％とすることが好ましい。
【００８３】
無論、コネクティングロッド２６における連結部での摩耗が問題であるので、例えば当該コネクティングロッド２６をアルミニュームで形成し、その連結部に対してアルマイト処理等の表面処理を施す方法や、当該連結部にシリコン膜を成膜して熱処理を施すことにより表面層のみをアルミニューム−珪素合金とする方法も可能である。
【００８４】
シリンダヘッド５ｈは皿状の部材で、図２に示すように、その内部空間が仕切板５０により仕切られて前段吸入室５１、前段吐出室５２、後段吸入室５３、後段吐出室５４が形成されている。
【００８５】
前段吸入室５１は、機外からの冷媒が供給される部屋で、当該部屋の冷媒が前段圧縮室４２ａに供給される。前段吐出室５２は、前段圧縮部１１ａで圧縮された冷媒が吐出される部屋である。後段吸入室５３は、前段吐出室５２からの冷媒が供給されて、当該冷媒を後段圧縮部１１ｂに供給する部屋である。後段吐出室５４は、後段圧縮部１１ｂで圧縮された冷媒が吐出される部屋で、当該冷媒が機外に供給される。
【００８６】
このとき、前段吸入室５１、前段吐出室５２、後段吸入室５３、後段吐出室５４に対応するヘッドプレート５ｇには、それぞれ前段吸入孔５５、前段吐出孔５６、後段吸入孔５７、後段吐出孔５８が設けられ、さらに前段吸入室５１には前段吸入口５９、前段吐出室５２には前段吐出口６０、後段吸入室５３には後段吸入口６１、後段吐出室５４には後段吐出口６２が形成されている。
【００８７】
また、前段吸入孔５５には前段吸入弁６３が、前段吐出孔５６には前段吐出弁６４が、後段吸入孔５７には後段吸入弁６５が、後段吐出孔５８には後段吐出弁６６がそれぞれの孔を塞ぐように設けられている。
【００８８】
これら各弁は、板バネ状の弁で、前段吸入弁６３及び後段吸入弁６５は圧縮室４２側のヘッドプレート５ｇ面に取付けられ、前段吐出弁６４及び後段吐出弁６６は前段吐出室５２及び後段吐出室５４側のヘッドプレート５ｇ面に取付けられて、冷媒の流れが１方向になるように逆止弁の作用をなしている。
【００８９】
前段吐出室５２と後段吸入室５３とは、図２に示すように、インタークーラ７０により接続されて、前段吐出室５２から後段吸入室５３に供給される冷媒が当該インタークーラ７０で放熱するようになっている。
【００９０】
このインタークーラ７０は、図１０に示すように、管７１に多数のフィン７２が所定間隔で圧入嵌合されて形成された管で、管内を流動する冷媒が大気と熱交換して放熱できるようになっている。
【００９１】
二酸化炭素の冷媒は、前段圧縮部１１ａから吐出された段階でも高温になるため、そのまま後段圧縮部１１ｂに供給すると、当該後段圧縮部１１ｂに吸入される冷媒量が少なくなり、圧縮効率を向上させることができない。
【００９２】
このため前段圧縮部１１ａからの冷媒をインタークーラ７０を介して後段圧縮部１１ｂに供給させるようにして、当該インタークーラ７０で放熱させることにより冷媒の温度を下げて圧縮効率の向上を図っている。
【００９３】
このような構成で、モータ２が回転することによりモータ軸２４に対してクランク２５が偏心回転運動して、該クランク２５に連結されたコネクティングロッド２６が往復運動する。
【００９４】
コネクティングロッド２６にはピストン４１が連結されており、前段ピストン４１ａと後段ピストン４１ｂとは位相があり往復運動するようになる。
【００９５】
そして、前段ピストン４１ａが下降すると前段圧縮室４２ａの空間容積が拡張して吸入圧が発生し、この吸入圧により前段吸入弁６３が開き機外の冷媒が吸入口から前段吸入室５１に入り、そこから前段吸入孔５５を介して前段室に流入する。
【００９６】
次に、前段ピストン４１ａが上昇すると、前段室の空間容積が縮小して当該前段室内の冷媒が圧縮される。冷媒の圧力が所定圧に達すると、前段吐出弁６４が開いて、前段室の冷媒は前段吐出室５２に吐出される。
【００９７】
同様に、後段ピストン４１ｂが下降すると後段圧縮室４２ｂの空間容積が拡張し吸入圧が発生して、当該吸入圧により後段吸入弁６５が開き前段吐出室５２の冷媒が後段吸入室５３に入り、そこから後段吸入孔５７を介して後段圧縮室４２ｂに流入する。
【００９８】
次に、後段ピストン４１ｂが上昇すると、後段圧縮室４２ｂの空間容積が縮小して当該後段圧縮室４２ｂ内の冷媒が圧縮される。冷媒の圧力が所定圧に達すると、後段吐出弁６６が開いて、後段圧縮室４２ｂの冷媒は後段吐出室５４に吐出され、その冷媒が吐出口から機外に吐出される。
【００９９】
以上説明したように、コネクティングロッド２６に耐摩耗部を設けたので、二酸化炭素を圧縮しても当該コネクティングロッド２６の連結部等における摩耗が抑制できるようになり、寿命が延びて信頼性が向上する。
【０１００】
また、シール材１３におけるメタルガスケット３５を引張り強度の高い材料で形成等したので、シール性が向上し信頼性が向上する。
【０１０１】
また、ピストン４１に表面硬化部４７を設けたので、圧縮機１の軽量化を図りながら当該ピストン４１に傷が付いたりシリンダ４０に摩耗分が付着したりする不都合が抑制でき、信頼性が向上する。
【０１０２】
さらに、後段ピストン４１ｂに装着したピストンリング４６の数を前段ピストン４１ａに装着するピストンリング４６の数より多くする等により、後段圧縮室４２ｂからのクランク室１９等に漏れる冷媒量が抑制でき圧縮効率が向上する。
【０１０３】
ところで、このような圧縮機１は冷凍回路において用いられるが、当該冷凍回路では温熱を利用する場合や冷熱を利用する場合があり、特に高温の温熱が大量に要求されるような場合には、インタークーラ７０による放熱を行わない方が要求熱量を容易に満せる利点がある。
【０１０４】
このことを図１１に示す冷凍回路を用いて説明する。当該冷凍回路は、本発明にかかる圧縮機１、第１熱交換器８０、減圧装置８１、第２熱交換器８２を主要構成として、温熱を利用する場合と冷熱を利用する場合とで冷媒の循環方向を切換える４方弁８３を備えている。以下の説明では、第１熱交換器８０から温熱又は冷熱が提供されるものとする。
【０１０５】
なお、図１１は、図１に示す圧縮機１を冷凍回路に用いた際の当該圧縮機１の構成を概略的に示した図で、図１１中における実線矢印は第１熱交換器８０で冷熱を提供される場合、点線矢印は第１熱交換器８０で温熱を提供される場合の冷媒の循環方向を示している。
【０１０６】
温熱を利用するものとしては暖房機や給湯器が例示でき、冷熱を利用するものとしては冷房機やショーケース等が例示できる。
【０１０７】
温熱利用の場合は、圧縮されて高温になった冷媒の熱を利用するものであり、空気調和による暖房の場合には３０〜４０℃、床暖房機器による暖房の場合には２０〜３５℃、給湯器の場合には５０〜９０℃の温度が要求され、また冷熱利用の場合は、冷媒の蒸発潜熱を利用するものであり、圧縮機１から吐出される冷媒の温度は低い方が好ましい。
【０１０８】
このように、暖房機等の熱利用機器の種類により圧縮機１から吐出される冷媒の温度が高い方が好ましい場合と低い方が好ましい場合とがある。
【０１０９】
特に、連続して多量のお湯が利用されるような給湯器（例えば、レストラン等の大規模厨房で利用される給湯器や風呂のお湯張りに利用される給湯器等）では、冷媒温度が可能な限り高いことが望まれる。
【０１１０】
そこで、インタークーラ７０と並列にバイパス管７７が設けられると共に、電磁弁等の冷媒供給路切換器７８が設けられて、前段圧縮部１１ａから後段圧縮部１１ｂに冷媒を供給する際に、インタークーラ７０を介して供給するか、バイパス管７７を介して供給するかを冷媒供給路切換器７８により制御するようになっている。
【０１１１】
これにより高温の冷媒が必要な場合には、前段圧縮部１１ａからの冷媒をバイパス管７７を介して後段圧縮部１１ｂに供給し、高温の冷媒が必要でない場合には、前段圧縮部１１ａからの冷媒をインタークーラ７０を介して後段圧縮部１１ｂに供給する。
【０１１２】
冷媒をバイパス管７７を介して後段圧縮部１１ｂに供給する場合は、インタークーラ７０を介して後段圧縮部１１ｂに供給する場合に比べ、例えば、２０℃の温度上昇が見込まれる。
【０１１３】
そして、冷熱を利用する場合には、前段圧縮部１１ａで圧縮された冷媒はインタークーラ７０で放熱して後段圧縮部１１ｂの供給されて圧縮される。
【０１１４】
後段圧縮部１１ｂで圧縮された冷媒は、４方弁８３を介して第２熱交換器８２に供給され、この第２熱交換器８２で外気等と熱交換して減圧装置８１で減圧され、第１熱交換器８０で蒸発した後、４方弁８３を介して圧縮機１に戻る。
【０１１５】
冷媒が第１熱交換器８０で熱交換する相手は、冷熱利用機器が空気調和機の場合には室内空気であり、ショーケースのような場合には庫内空気であり、その際の蒸発潜熱はこれら室内空気等が与え、これにより室内空気等の温度が下がり冷房等が行われる。
【０１１６】
一方、空気調和機による暖房、床暖房機器による暖房、短時間だけ使用され、また少量だけ使用される給湯器の場合には、前段圧縮部１１ａで圧縮された冷媒は、インタークーラ７０を介して後段圧縮部１１ｂに供給され、当該後段圧縮部１１ｂで圧縮された冷媒が、４方弁８３を介して第１熱交換器８０に供給される。
【０１１７】
冷媒は、第１熱交換器８０で室内空気等と熱交換して、この室内空気等を加熱し、減圧装置８１に供給されて減圧される。その後、冷媒は第２熱交換器８２で外気と熱交換して蒸発し、４方弁８３を介して圧縮機１に戻る。
【０１１８】
また、大量にお湯が使われるような場合には、前段圧縮部１１ａで圧縮された冷媒は、直接後段圧縮部１１ｂに供給され、当該後段圧縮部１１ｂで圧縮された冷媒が、４方弁８３を介して第１熱交換器８０に供給される。
【０１１９】
冷媒は、第１熱交換器８０で市水等と熱交換して、この市水等を加熱し、減圧装置８１に供給されて減圧される。その後、冷媒は第２熱交換器８２で外気と熱交換して蒸発し、４方弁８３を介して圧縮機１に戻る。
【０１２０】
以上説明したように、熱利用機器の種類等に応じて圧縮機１からの冷媒の温度を調整できるようになるため、温熱や冷熱を効率的に供給できるようになる。
【０１２１】
次に、本発明の第２の実施の形態を図を参照して説明する。なお、第１の実施の形態と同一構成に関しては同一符号を用い説明を適宜省略する。
【０１２２】
先に述べたように、二酸化炭素を圧縮すると高温高圧になるため、主ジャーナル２２、副ジャーナル２３、コネクティングロッド２６には大きな荷重が加わり、これらの摺動部の摩耗が激しくなる。
【０１２３】
また、モータ２はこのような大きな荷重に打勝ちピストン４１を駆動するため発熱量が大きくなるとともに、当該モータ２が配設されているクランク室１９やモータ室１８は密閉空間なので、効率的な冷却ができない。
【０１２４】
また、前段圧縮部１１ａと後段圧縮部とでは圧力が異なるため、これらを駆動する際の駆動トルクも異なり、大きなトルクアンバランスが生じる。このため、かかる大きなトルクアンバランスに耐えるモータ２が要求されたり、後段圧縮部を駆動するコネクティングロッド２６等の連結部が前段圧縮部１１ａを駆動するコネクティングロッド２６等の連結部より摩耗が激しくなり、前段圧縮部１１ａと後段圧縮部とで寿命のアンバランスが発生してしまう。
【０１２５】
さらに、冷媒を圧縮した際に発生する熱は、ピストン４１やシリンダ４０の温度上昇を招き、シリンダ４０の熱は直接ケーシング５を介して外気に放熱にされるが、ピストン４１の熱はコネクティングロッド２６、クランク２５、モータ軸２４、主ジャーナル２２、副ジャーナル２３等を介してケーシング５に熱伝導して、当該ケーシング５から外気に放熱される。従って、コネクティングロッド２６とピストン４１との連結部等の摩耗が進むと、ピストン４１の熱はスムースにケーシング５に熱伝達しなくなってしまう。
【０１２６】
このような問題に対応すべく、第１の実施の形態では、コネクティングロッド２６の連結部等に耐摩耗部４９を設けた。
【０１２７】
しかし、この耐摩耗部４９はコネクティングロッド２６に加わる荷重を軽減するものでないので、トルクアンバランス等に対応することができない。
【０１２８】
そこで、本実施の形態では、クランク室１９やモータ室１８の圧力を前段吐出圧と略同じ圧力にすることで、圧縮室４２の圧力とクランク室１９やモータ室１８の圧力との差圧を軽減するようにしたものである。
【０１２９】
このため、図１２に示すように前段吐出室５２とクランク室１９等とを連通するように微少径（例えば、約０．５ｍｍの直径）の連通部７３をケーシング本体５ａに穿孔等して形成している。
【０１３０】
なお、図１２は、連通部７３の構成を説明するために、図１に示す圧縮機１の詳細構成を簡略化した図である。
【０１３１】
この連通部７３により、クランク室１９等の圧力は前段吐出室５２の圧力に近い圧力になり、当該クランク室１９等の圧力と圧縮室４２の圧力との差圧が小さくなって、種々の上述した不都合が防止できるようになる。
【０１３２】
なお、この連通部７３を微少径としたのは、前段吐出室５２とクランク室１９等との間を冷媒が容易に行き来できる径の大きさにすると、前段圧縮部１１ａで圧縮した冷媒が後段圧縮部１１ｂに供給され難くなって圧縮効率が低下するのを防止するためである。
【０１３３】
即ち、前段圧縮部１１ａの排除容積は、後段圧縮部１１ｂの排除容積より大きくなっているため、クランク室１９等の圧力変動は、前段ピストン４１ａの動きが支配して、当該前段ピストン４１ａが上昇するとクランク室１９等の圧力が下がり、前段ピストン４１ａが下降するとクランク室１９等の圧力が上がるようになる。
【０１３４】
従って、冷媒が前段吐出室５２とクランク室１９等との間を容易に行き来できると、前段ピストン４１ａの動きに応じて、冷媒は前段吐出室とクランク室１９等とを行き来するようになり、後段圧縮部に供給され難くなってしまう。
【０１３５】
加えて、クランク室１９等の空間容積は、圧縮室４２の空間容積より十分大きいため、前段圧縮部１１ａで圧縮された冷媒がクランク室１９等に流入すると、ここで膨張してしまい圧縮効率が低下する。
【０１３６】
このような理由から、本発明では連通部７３を微少な径にしている。この微少な径の定義としては、上述した説明から明らかであるが、表現を変えると以下の容易に述べることができる。
【０１３７】
即ち、圧縮機１が運転停止しているときにクランク室１９等の圧力が前段吐出室５２と同圧になるように、冷媒が流動できる径で、かつ、運転中は前段吐出室５２の圧力変動に対してクランク室１９等の圧力が非常に遅く応答するような径である。
【０１３８】
なお、このような微少径の連通部７３をケーシング５に形成するためには、少なくとも、ピストン４１の長さ以上の距離を穿孔する必要があり、このような微少径の孔を長距離にわたり形成する作業は非常に困難であり専用工具が必要になったり、高度な技術が必要になったりしてコストアップの要因となる。
【０１３９】
このような場合は、例えば図１３に示すように、連通部７３の径を途中まで大きくし、その先を微少径にすることで、微少径部分の距離が短くなり上述したコストアップ等の問題に対応することが可能になる。
【０１４０】
さらに、連通部７３はケーシング５に穿孔して形成するばかりでなく、図１４に示すように、前段吐出室５２とクランク室１９等とを微少径の細管で接続して構成しても良い。
【０１４１】
なお、上記説明では、クランク室１９等と前段吐出室５２とを連通部７３で接続する場合について説明したが、前段吐出室と後段吸入室とは、圧力変動の位相が略１８０度違うだけで、圧力的には略同じと考えることができるので、図１５に示すように、クランク室１９等と後段吸入室５３とを連通部７３で接続しても、同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
【０１４２】
次に、本発明の第３の実施の形態を図を参照して説明する。なお、これまで説明した実施の形態と同一構成に関しては同一符号を用い説明を適宜省略する。
【０１４３】
第２の実施の形態では、圧縮室４２の圧力とクランク室１９やモータ室１８の圧力との差圧を軽減して、コネクティングロッド２６に加わる荷重等の低減を図るべく、前段吐出室５２とクランク室１９等とを連通するように微少径の連通部７３により連通した。
【０１４４】
これに対し、本実施の形態は、前段吐出室５２からの冷媒をモータ室１８に導き、モータ室１８からクランク室１９を介して流動させることにより、当該クランク室１９の圧力を高めて、その後冷媒を後段吸入室に供給するようにしたものである。
【０１４５】
このような構成にすることにより、第２の実施の形態に述べた効果に加え、モータ２の冷却が行えるという新たな効果が教授できるようになる。
【０１４６】
このため、本実施の形態では、図１６に示すように、前段吐出室５２とモータ室１８とを冷媒導入管７４で連結すると共に、クランク室１９と後段吸入室５３とを冷媒戻管７５（管でなく通路でもよい）連結し、冷媒導入管７４にインタークーラ７０が接続されている。
【０１４７】
なお、図１６は、冷媒導入管７４及び冷媒戻管７５の構成を説明するために、図１に示す圧縮機１の詳細構成を簡略化した図である。
【０１４８】
モータ室１８側の冷媒導入管７４端部は、モータ２のコイルエンド（固定子や回転子の端部）の近傍に設けられて、前段吐出室５２からの冷媒が当該コイルエンドに吹当るようになっている。
【０１４９】
また、クランク室１９側の冷媒戻管７５端部は、潤滑油戻路３１から吐出された潤滑油１５が付着し難い位置で、かつ、ピストン４１に近い位置に設けられている。
【０１５０】
これにより、冷媒はモータ室１８やクランク室１９で図１６に示す点線矢印のように流動する。即ち、前段吐出室５２からの冷媒はモータ２のコイルエンドに吹き当り、当該コイルエンドを冷却しながらモータ２を冷却してクランク室１９に流入する。
【０１５１】
モータ２の固定子は、ケーシング本体５ａに圧入されているため、冷媒は主に当該固定子と回転子との間の隙間を流動する。このため、モータ２の冷却が効率的に行える。
【０１５２】
また、モータ室１８とクランク室１９とは、区画板５ｃにより区画されており、この区画板５ｃに複数の貫通孔１７（１７ａ，１７ｂ）が形成されているので、この貫通孔１７を介してモータ室１８へと流入する。
【０１５３】
ところが、複数の貫通孔１７のうち、底部側の貫通孔１７ｂの大部分は潤滑油１５により塞がれているので、冷媒は主にピストン４１側の貫通孔１７ａを介してクランク室１９に流入する。
【０１５４】
従って、冷媒は、クランク室１９において底部側より温度が高いピストン４１側に沿って流動し、かつ、前段圧縮部１１ａより温度の高い後段圧縮部１１ｂ側を最初に冷却しながら流動する。
【０１５５】
これにより、モータ２の冷却が効率的に行えて絶縁特性劣化が効果的に抑制できるようになると共に、前段ピストン４１ａ側より温度の高い後段ピストン４１ｂ側が最初に冷却されるため、温度による圧縮効率の低下が大きい後段圧縮部１１ｂでの圧縮効率が向上する。
【０１５６】
また、クランク室１９等の圧力は前段吐出室５２の圧力に近い圧力になるので、当該クランク室１９等の圧力と圧縮室４２の圧力との差圧が小さくなって、モータ負荷の軽減、駆動トルクのアンバランス抑制が可能になる。
【０１５７】
なお、図１６においては、インタークーラ７０を冷媒導入管７４に設けていた。これは前段吐出室５２からの冷媒の温度が高いと、モータ２等の冷却が効率的に行えない場合が生じることを勘案して設けたものであり、当該インタークーラ７０を設けなくてもモータ２の冷却が十分に行えるような場合には、図１７に示すように、このインタークーラ７０を設けない構成にしても良いことは明らかである。
【０１５８】
また、モータ２等を冷却した冷媒の温度が高いと、後段圧縮部１１ｂでの圧縮効率が低下する恐れがあるので、このような場合には、図１８や図１９に示すように、冷媒戻管７５に第２のインタークーラ７６を設けても良い。
【０１５９】
なお、図１８は冷媒導入管７４に第１のインタークーラ７０を設け、冷媒戻管７５に第２のインター倉を設けた場合を示している。また、図１９は、冷媒戻管７５にのみ第２のインタークーラ７６を設けた場合を示している。
【０１６０】
以上の構成により、コネクティングロッド２６の負荷軽減を図りながら、モータ２冷却の冷却が同時に行え、コネクティングロッド２６等の寿命向上と共に、モータ２の特性劣化等が改善できて信頼性が向上する。
【０１６１】
次に、本発明の第４の実施の形態を図を参照して説明する。なお、これまで説明した実施の形態と同一構成に関しては同一符号を用い説明を適宜省略する。
【０１６２】
先の実施の形態においては、前段吐出室５２の冷媒をモータ室１８に導き、当該冷媒でモータ２を冷却するようにした。
【０１６３】
しかし、本発明は、このような構成に限定されるものではなく、例えば図１１に示すような冷凍回路中で液化又は液状化した冷媒を当該モータ室１８に導いて冷却するようにしてもよい。
【０１６４】
図２０は、かかる構成を示した図である。なお、図２０においては、図１１に示したバイパス管７７や冷媒供給路切換器７８は設けられていないが、本発明においてもこのような構成としても良いことを予め付言する。
【０１６５】
図２０において、第１熱交換器８０と減圧装置８１との間の冷媒配管と、モータ室１８とを連通させる液冷媒導入管８５、液冷媒導入管８５端部に接続されて冷媒を噴霧するノズル８６、クランク室１９と接続されて当該クランク室１９の冷媒を前段吸入室５１に戻す冷媒戻管７５とが設けられている。
【０１６６】
なお、図２０においては、第１熱交換器８０から温熱を取出して利用することにより、該第１熱交換器８０で液状化した冷媒を抽出して圧縮機１に注入する構成を示しているが、当該第１熱交換器８０で冷熱を利用する場合もあり、かかる場合には冷媒は第２熱交換器８２で放熱して液状化する。
【０１６７】
従って、第１熱交換器８０で冷熱を利用する場合には、第２熱交換機８２と減圧装置８１との間だの冷媒配管から冷媒を抽出して圧縮機１に注入するようにする。
【０１６８】
また、ノズル８６は、モータ２のコイルエンド（固定子や回転子の端部）の近傍に設けられて冷媒が当該コイルエンドに吹当るようになっている。
【０１６９】
さらに、クランク室１９側における冷媒戻管７５の端部は、潤滑油戻路３１から吐出された潤滑油１５が付着しにくい位置で、かつ、ピストン４１に近い位置に設けられている。
【０１７０】
図２０では、冷媒戻管７５はクランク室１９の冷媒を前段吸入室５１に戻す用に設けられているが、モータ２等を冷却して温度の高くなった冷媒が前段吸入室５１に供給されると、当該前段吸入室５１の冷媒温度が上昇して膨張し、前段圧縮部１１ａで圧縮される冷媒量が少なくなるため、圧縮効率が低下することが危惧される。
【０１７１】
このような場合には、モータ２等を冷却した冷媒を、後段吸入室５３に戻すようにする方法が可能である。例えば、冷媒戻管７５を設けずに、連通部７３が前段吐出室５２、後段吸入室５３及びクランク室を連通するようにする構成が考えられる。
【０１７２】
そして、冷凍回路で温熱を利用する場合（熱利用機器が暖房機や給湯器のような場合）には、圧縮機１からの冷媒は、４方弁８３を介して第１熱交換器８０で当該熱利用機器側と熱交換する。
【０１７３】
この熱交換で冷媒は放熱して液化又は液状化し、その後減圧装置８１に供給されて減圧され、第２熱交換器８２で外気等と熱交換して蒸発する。そして、４方弁８３を介して圧縮機１に戻る。
【０１７４】
なお、冷媒として二酸化炭素を用いているので、第１熱交換器８０で熱交換した際の冷媒は、従来のＨＦＣ冷媒等のように凝縮した状態ではなく、液体、気体の区別が付かない超臨界状態にある。しかし、第１熱交換器８０で熱交換した際の冷媒は、気体に比べ液体に近い状態、又はその一部が凝縮した状態であるため、本明細書では液状化した冷媒と記載する。
【０１７５】
一方、冷凍回路で冷熱を利用する場合（熱利用機器が冷房機やショーケースのような場合）には、圧縮機１からの冷媒は、４方弁８３を介して第１熱交換器８０で外気等と熱交換する。
【０１７６】
この熱交換で冷媒は放熱して液化又は液状化し、その後減圧装置８１に供給されて減圧され、第１熱交換器８０で当該熱利用機器側と熱交換して蒸発する。そして、４方弁８３を介して圧縮機１に戻る。
【０１７７】
以上の構成により、クランク室１９等の圧力は連通部７３により前段吐出室５２の圧力に近い圧力になり、当該クランク室１９等の圧力と圧縮室４２の圧力との差圧が小さくなって、主ジャーナル２２、副ジャーナル２３、コネクティングロッド２６の摺動部に大きな荷重が加わる不都合が防止できると共に、モータ負荷の増大や駆動トルクのアンバランスが抑制できるようになる。
【０１７８】
また、液冷媒導入管８５により冷凍回路から抽出された冷媒は、ノズル８６によりコイルエンドに向けて噴霧されて、当該コイルエンドを冷却し、その後固定子と回転子との間の隙間を流動してこれら固定子及び回転子を冷却する。
【０１７９】
なお、冷凍回路から抽出された冷媒がノズル８６から噴霧されることにより、当該冷媒は略完全に凝縮することが好ましいが、当該ノズル８６に供給される冷媒の温度が高いときには、ノズル８６から噴霧されても完全に凝縮しないことが想定される。
【０１８０】
このような場合には、図２１に示すように、液冷媒導入管８５にキャピラリーチューブ８７を設けて放熱・減圧してノズル８６から噴霧した際に略完全に凝縮するようにしても良い。
【０１８１】
以上により、これまで各実施の形態において説明した効果に加え、モータ２やピストン４１等の冷却がより効率的に行えるようなって信頼性が向上する。
【０１８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、冷媒が二酸化炭素であって、かつ、前段側の圧縮部で圧縮された冷媒が吐出される部屋と、動力変換手段が密閉状態で配設されているケーシング内の部屋とを連通する連通部を設けたので、大型のモータを用いることなく、かつ、コネクティングロッド等に大きな荷重が加わることなく二酸化炭素を圧縮することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施の形態の説明に適用される半密閉型多段圧縮機の詳細断面図である。
【図２】図１におけるＡＡ矢視断面図である。
【図３】シール材の上面図である。
【図４】フルビードが形成されたシール材の部分断面図である。
【図５】ハーフビードが形成されたシール材の部分断面図である。
【図６】前段圧縮部と後段圧縮部とでのピストンリングの装着数の相違を説明する図である。
【図７】ピストンの揺動を説明する図である。
【図８】表面硬化部を設けたピストンの模式断面図である。
【図９】耐摩耗部をコネクティングロッドに設けた際の模式断面図である。
【図１０】インタークーラの構成を示す図である。
【図１１】熱利用機器側の種類に応じて前段圧縮部から後段圧縮部に供給する冷媒の供給路を変える場合の冷凍回路図である。
【図１２】ケーシングに連通部を形成してクランク室等と前段吐出室とを連通した場合の圧縮機の概略構成図である。
【図１３】連結部の径を途中で変えた場合の図１２に代る図である。
【図１４】クランク室等と前段吐出室とを管接続して連通部を構成した場合の連通した場合の図１２に代る図である。
【図１５】ケーシングに連通部を形成してクランク室等と後段吸入室とを連通した場合の図１２に代る図である。
【図１６】前段圧縮部からの冷媒をインタークーラを介してモータ室に導いた場合の圧縮機の概略構成図である。
【図１７】前段圧縮部からの冷媒を直接モータ室に導いた場合の図１６に代る圧縮機の概略構成図である。
【図１８】前段圧縮部からの冷媒を第１のインタークーラを介してモータ室に導き、クランク室の冷媒を第２のインタークーラを介して後段圧縮部に戻す場合の圧縮機の概略構成図である。
【図１９】前段圧縮部からの冷媒を直接モータ室に導き、クランク室の冷媒を第２のインタークーラを介して後段圧縮部に戻す場合の圧縮機の概略構成図である。
【図２０】冷凍回路から抽出した液冷媒又は液状冷媒をモータ室に導く場合の圧縮機の概略構成図である。
【図２１】冷凍回路から抽出した液冷媒又は液状冷媒をキャピラリーチューブを介してモータ室に導く場合の圧縮機の概略構成図である。
【図２２】従来の技術の説明に適用される半密閉型多段圧縮機の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 半密閉型多段圧縮機
２ モータ
３ 動力変換手段
４ 圧縮手段
５ ケーシング
５ｈ シリンダヘッド
１１（１１ａ，１１ｂ） 圧縮部
１３ シール材
１８ モータ室
１９ クランク室
２５（２５ａ，２５ｂ） クランク
２６（２６ａ，２６ｂ） コネクティングロッド
３５ メタルガスケット
３６ 弾性シートガスケット
３７（３７ａ，３７ｂ） ビード
４０（４０ａ，４０ｂ） シリンダ
４１（４１ａ，４１ｂ） ピストン
４２（４２ａ，４２ｂ） 圧縮室
４６ ピストンリング
４７ 表面硬化部
４９ 耐摩耗部
５１ 前段吸入室
５２ 前段吐出室
５３ 後段吸入室
５４ 後段吐出室
７０ インタークーラ
７３ 連通部
７４ 冷媒導入管
７５ 冷媒戻管
７６ 第２のインタークーラ
７７ バイパス管
７８ 冷媒供給路切換器
８０ 第１熱交換器
８１ 減圧装置
８２ 第２熱交換器
８３ ４方弁
８５ 液冷媒導入管
８６ ノズル
８７ キャピラリーチューブ

Claims (4)

1. 回転動力を発生するモータと、前記回転動力を往復動力に変換する動力変換手段と、該動力変換手段からの往復動力により往復運動して冷媒を圧縮する圧縮部を複数具備する圧縮手段と、複数のケーシング部材が密閉状態に組立てられて、前記モータ、動力変換手段及び圧縮手段を収納するケーシングとを備えて、前段側の前記圧縮部で圧縮された冷媒を後段側の前記圧縮部でさらに圧縮して吐出する半密閉型多段圧縮機において、
   前記冷媒が二酸化炭素であって、かつ、
   前段側の前記圧縮部で圧縮された冷媒が吐出される部屋と、前記動力変換手段が密閉状態で配設されている前記ケーシング内の部屋とを連通する連通部を設けたことを特徴とする半密閉型多段圧縮機。
2. 前記連通部が、前記ケーシングに穿孔して形成された管であることを特徴とする請求項１記載の半密閉型多段圧縮機。
3. 前記連通部が、途中で直径が小さくなっていることを特徴とする請求項１記載の半密閉型多段圧縮機。
4. 前記連通部が、前段側の前記圧縮部における圧縮された冷媒が吐出される部屋と、前記動力変換手段の配設されている部屋とを連通させる配管であることを特徴とする半密閉型多段圧縮機。

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