JP2006183673A - ロータリコンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】
所謂内部中間圧型多段圧縮式のロータリコンプレッサにおいて、背圧室からシリンダ内へのガスの逆流を阻止し、第２の回転圧縮要素における圧縮効率の低下を防止し、且つ、下部支持部材の加工を低減する。
【解決手段】
第２の回転圧縮要素を構成するための上シリンダ３８及び電動要素の回転軸に形成された偏心部に嵌合されて上シリンダ３８内で偏心回転するローラ４６を設け、該ローラ４６に当接して上シリンダ３８内を低圧室側と高圧室側に区画するベーン５０を設け、該ベーン５０に背圧を加えるための背圧室７４を設ける。上シリンダ３８内の高圧室側と背圧室７４とを連通する背圧通路７２を設ける。背圧通路７２に設けられ、上シリンダ３８内の高圧室側から背圧室７４へのガスの流通を許容し、背圧室７４から上シリンダ３８内の高圧室側へのガスの流通を阻止する逆止弁８８を設ける。また、下部支持部材に焼結材を用い、加工部分を削減する。
【選択図】 図１９

Description

本発明は、密閉容器内に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中間圧のガスを第２の回転圧縮要素で圧縮するロータリコンプレッサに関するものである。

従来よりこの種ロータリコンプレッサは、密閉容器の下部に第１及び第２の回転圧縮要素、上部に電動要素が設けられ、シリンダとこのシリンダの下の開口面を閉塞する支持部材と電動要素の回転軸に一体形成された偏心部によりシリンダの内壁に沿って回転するローラと、このローラに先端部が当接してシリンダに設けられた溝内を往復摺動するベーンとから構成される第１の回転圧縮要素と、シリンダとこのシリンダの上の開口面を閉塞する支持部材と電動要素の回転軸に一体形成され前記第１の回転圧縮要素に設けた偏心部と１８０度対向して設けられた偏心部によりシリンダの内壁に沿って回転するローラと、このローラに先端部が当接してシリンダに設けられた溝内を往復摺動するベーンとで構成される第２の回転圧縮要素にて構成されている。（例えば、特許文献１参照）
特開平２−２９４５８７号公報

そして、第１の回転圧縮要素の吸込ポートからガス（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。密閉容器内に吐出された中間圧のガスは第２の回転圧縮要素の吸込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段目の圧縮が行なわれて高温高圧のガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て吐出される。

ロータリコンプレッサから吐出されたガスは冷媒回路の放熱器に流入し、放熱した後、膨張弁で絞られて蒸発器で吸熱し、ロータリコンプレッサの第１の回転圧縮要素に吸入されるサイクルを繰り返す。

また、係るロータリコンプレッサに、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、吐出冷媒圧力は高圧となる第２の回転圧縮要素で１２ＭＰａＧに達し、一方、低段側となる第１の回転圧縮要素で８ＭＰａＧ（中間圧）となる（第１の回転圧縮要素の吸込圧力は４ＭＰａ）。

このようなロータリコンプレッサに取り付けられたベーンは、シリンダの半径方向に設けられた案内溝に移動自在に挿入されている。そして、このベーンをローラ側に押し付けるため、従来よりスプリングによる付勢力と背圧室からの背圧によってベーンをローラに押し付ける構造が取られているが、内部中間圧のロータリコンプレッサの第２の回転圧縮要素では、密閉容器内の中間圧よりもシリンダ内の圧力が高くなるため、密閉容器内の圧力をベーンの背圧とすることはできない。また、第２の回転圧縮要素の吐出消音室より、ベーン背圧を導く案もあるが、除霜時のバイパス運転時には、第２の回転圧縮要素の吐出圧が低下し、ベーンをローラに押し付けることができない。

そこで、第２の回転圧縮要素においてはシリンダの高圧室側と背圧室とを連通させ、図１６にも示すようにオーバーシュート圧Ｐ０はＰｄ（第２の回転圧縮要素の吐出圧）以上となり、全ての条件でベーンをローラに押し付けることが可能となる。しかしながら、第２の回転圧縮要素の吐出圧でベーンをローラに押しつけると、ベーンとローラの接触圧が異常に高くなって回転ロスが発生し、入力ロスが増大してしまうと共に、接触圧が高いとベーンとローラの摩耗が早まり当該ベーンとローラの耐久性を損ねてしまう問題があった。

また、シリンダ内にガスを吸い込んだ圧縮初期の段階ではシリンダ内の高圧室側の圧力も中間圧まで低下するため、背圧室に流入したガスがシリンダ内に逆流してしまう。そのため、第２の回転圧縮要素ではガスを圧縮する容積が背圧室の容積分拡大されて圧縮効率が低下してしまう問題があった。また、ベーンはバネ部材でも押しているので、背圧室の圧力変動がバネ部材の耐久性に悪影響を及ぼす問題もあった。

また、下部支持部材には、吐出消音室及び、密閉容器内部との連通路等の加工が必要となり、コストを押し上げる要因となっていた。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、所謂内部中間圧型多段圧縮式のロータリコンプレッサにおいて、背圧室からシリンダ内へのガスの逆流を阻止し、第２の回転圧縮要素における圧縮効率の低下を防止すること及び加工工数を削減することを目的とする。

即ち、本発明のロータリコンプレッサでは、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、第１の回転圧縮要素で圧縮されたガスを密閉容器内に吐出し、更にこの吐出された中間圧のガスを第２の回転圧縮要素で圧縮するものにおいて、第２の回転圧縮要素を構成するためのシリンダ及び電動要素の回転軸に形成された偏心部に嵌合されてシリンダ内で偏心回転するローラと、該ローラに当接してシリンダ内を低圧室側と高圧室側に区画するベーンと、ベーンに背圧を加えるための背圧室と、シリンダ内の高圧室側と背圧室とを連通する背圧通路と、該背圧通路に設けられ、シリンダ内の高圧室側から背圧室へのガスの流通を許容し、該背圧室からシリンダ内の高圧室側へのガスの流通を阻止する逆止弁とを備えており、例えば冷媒として二酸化炭素を用い、且つ、超臨界で運転される冷媒回路に用いられるので、背圧室に高圧を加えて第２の回転圧縮要素のベーンに背圧を加えながら、当該背圧室からシリンダ内にガスが逆流する不都合を解消することができるようになる。

これにより、ロータリコンプレッサの第２の回転圧縮要素における圧縮効率の低下を防止することができるようになる。また、ベーンを押すためにバネ部材が設けられる場合には、当該バネ部材の信頼性も確保することができるようになるものである。

特に、密閉容器内の中間圧の冷媒ガスをベーンの背圧に使用しているので、ベーンとローラの接触圧を低減することができて、回転ロスを少なくすることが可能となる。これにより、入力ロスの増大を抑えられるので、ベーンとローラの摩耗を減少させられてベーンとローラの耐久性を大幅に延長させることができるようになるものである。

また、下部支持部材を焼結材で形成することにより、複雑な吐出消音室の形状や連通路などを、最小限の加工で形成することが可能となる。

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、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、第１の回転圧縮要素で圧縮されたガスを密閉容器内に吐出し、更にこの吐出された中間圧のガスを第２の回転圧縮要素で圧縮するロータリコンプレッサにおいて、第２の回転圧縮要素を構成するためのシリンダ及び電動要素の回転軸に形成された偏心部に嵌合されてシリンダ内で偏心回転するローラと、該ローラに当接してシリンダ内を低圧室側と高圧室側に区画するベーンと、ベーンに背圧を加えるための背圧室と、シリンダ内の高圧室側と背圧室とを連通する背圧通路と、該背圧通路に設けられ、シリンダ内の高圧室側から背圧室へのガスの流通を許容し、該背圧室からシリンダ内の高圧室側へのガスの流通を阻止する逆止弁とを備えており、例えば冷媒に二酸化炭素を用い、且つ、超臨界で運転される冷媒回路に用いられるので、背圧室に高圧を加えて第２の回転圧縮要素のベーンに背圧を加えながら、当該背圧室からシリンダ内にガスが逆流する不都合を解消することができるようになる。

これにより、ロータリコンプレッサの第２の回転圧縮要素における圧縮効率の低下を防止することができるようになる。また、ベーンを押すためにバネ部材が設けられる場合には、当該バネ部材の信頼性も確保することができるようになるものである。

特に、密閉容器内の中間圧の冷媒ガスをベーンの背圧に使用しているので、ベーンとローラの接触圧を低減することができて、回転ロスを少なくすることが可能となる。これにより、入力ロスの増大を抑えられるので、ベーンとローラの摩耗を減少させられてベーンとローラの耐久性を大幅に延長させることができるようになるものである。

また、下部支持部材を焼結材で形成することにより、複雑な吐出消音室の形状や連通路などを、最小限の加工で形成することが可能となり、コストダウンができるようになるものである。

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）圧縮式のロータリコンプレッサ１０の縦断面図、図２はロータリコンプレッサ１０の正面図、図３ロータリコンプレッサ１０の側面図、図４はロータリコンプレッサ１０のもう一つの縦断面図、図５はロータリコンプレッサ１０の更にもう一つの縦断面図、図６はロータリコンプレッサ１０の電動要素１４部分の平断面図、図７はロータリコンプレッサ１０の回転圧縮機構部１８の拡大断面図をそれぞれ示している。

各図において、１０は二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として使用する内部中間圧型多段圧縮式のロータリコンプレッサで、この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。

尚、実施例のロータリコンプレッサ１０の高さ寸法は２２０ｍｍ（外径１２０ｍｍ）、電動要素１４の高さ寸法は約８０ｍｍ（外径１１０ｍｍ）、回転圧縮機構部１８の高さ寸法は約７０ｍｍ（外径１１０ｍｍ）で、電動要素１４と回転圧縮機構部１８との間隔は約５ｍｍとなっている。また、第２の回転圧縮要素３４の排除容積は第１の回転圧縮要素３２の排除容積よりも小さく設定されている。

密閉容器１２は実施例では厚さ４．５ｍｍの鋼板より構成され、底部をオイル溜とし、電動要素１４と回転圧縮機構部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。

この場合、ターミナル２０周囲のエンドキャップ１２Ｂには、座押成形によって所定曲率の段差部１２Ｃが環状に形成されている。また、ターミナル２０は電気的端子１３９が貫通して取り付けられた円形のガラス部２０Ａと、このガラス部２０Ａの周囲に形成され、斜め外下方に鍔状に張り出した金属製の取付部２０Ｂとから構成されている。取付部２０Ｂの厚さ寸法は２．４±０．５ｍｍとされている。そして、ターミナル２０は、そのガラス部２０Ａを下側から取付孔１２Ｄに挿入して上側に臨ませ、取付部２０Ｂを取付孔１２Ｄの周縁に当接させた状
態でエンドキャップ１２Ｂの取付孔１２Ｄ周縁に取付部２０Ｂを溶接することで、エンドキャップ１２Ｂに固定されている。

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の内側に若干の間隙を設けて挿入配置されたロータ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。

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（図６）。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。

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後述する上下ベーン５０（下側のベーンは図示せず）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。

上部支持部材５４および下部支持部材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。

この場合、上部支持部材５４の中央には軸受け５４Ａが起立形成されており、この軸受け５４Ａ内面には筒状のブッシュ１２２が装着されている。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、この軸受け５６Ａ内面にも筒状のブッシュ１２３が装着されている。これらブッシュ１２２、１２３は後述する如き摺動性の良い材料にて構成されており、回転軸１６はこれらブッシュ１２２、１２３を介して上部支持部材５４の軸受け５４Ａと下部支持部材５６の軸受け５６Ａに保持される。

この場合、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４箇所を主ボルト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の下面開口部を閉塞する。この主ボルト１２９・・・の先端は上部支持部材５４に螺合する。下部カバー６８の内周縁は下部支持部材５６の軸受け５６Ａ内面より内方に突出しており、これによって、ブッシュ１２３の下端面は下部カバー６８によって保持され、脱落が防止されている（図９）。図１０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。

ここで、下部支持部材５６は鉄系の焼結材料（若しくは鋳物でも可）により構成されており、下部カバー６８を取り付ける側の面（下面）は、平面度０．１ｍｍ以下に加工された後、スチーム処理が加えられている。このスチーム処理によって下部カバー６８を取り付ける側の面は酸化鉄となるため、焼結材料内部の孔が塞がれてシール性が向上する。これにより、下部カバー６８と下部支持部材５６間にガスケットを介設する必要が無くなる。

尚、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連通路６３にて連通されている（図４）。この場合、連通路６３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は上方の電動要素１４のステータ２２に巻装された相隣接するステータコイル２８、２８間の隙間に指向している（図６）。

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１１に示す如く厚さ２ｍｍ以上１０ｍｍ以下（実施例では最も望ましい６ｍｍとされている）であって、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、上部支持部材５４との間にビード付きのガスケット１２４（図１２）を挟み込んだ状態で、当該ガスケット１２４を介して周辺部が４本の主ボルト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。

上部カバー６６を係る厚さ寸法とすることで、密閉容器１２内よりも高圧となる吐出消音室６２の圧力に十分に耐えながら、小型化を達成し、電動要素１４との絶縁距離を確保することもできるようになる。更に、この上部カバー６６の内周縁と軸受け５４Ａの外面間にはＯリング１２６が設けられている（図１２）。係るＯリング１２６により軸受け５４Ａ側のシールを行なうことで、上部カバー６６の内周縁で十分にシールを行ない、ガスリークを防ぐことができるようになり、吐出消音室６２の容積拡大が図れると共に、Ｃリングにより上部カバー６６の内周縁側を軸受け５４Ａに固定する必要も無くなる。ここで、図１１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。

次に、上シリンダ３８の下側の開口面及び下シリンダ４０の上側の開口面を閉塞する中間仕切板３６内には、上シリンダ３８内の吸込側に対応する位置に、図１３、図１４に示す如く外周面から内周面に至り、外周面と内周面とを連通して給油路を構成する貫通孔１３１が穿設されており、この貫通孔１３１の外周面側の封止材１３２を圧入して外周面側の開口を封止している。また、この貫通孔１３１の中途部には上側に延在する連通孔１３３が穿設されている。

一方、上シリンダ３８の吸込ポート１６１（吸込側）には中間仕切板３６の連通孔１３３に連通する連通孔１３４が穿設されている（図１５）。また、回転軸１６内には図７に示す如く軸中心に鉛直方向のオイル孔８０と、このオイル孔８０に連通する横方向の給油孔８２、８４（回転軸１６の上下偏心部４２、４４にも形成されている）が形成されており、中間仕切板３６の貫通孔１３１の内周面側の開口は、これらの給油孔８２、８４を介してオイル孔８０に連通している。

後述する如く密閉容器１２内は中間圧となるため、２段目で高圧となる上シリンダ３８内にはオイルの供給が困難となるが、中間仕切板３６を係る構成としたことにより、密閉容器１２内の底部のオイル溜めから汲み上げられてオイル孔８０を上昇し、給油孔８２、８４から出たオイルは、中間仕切板３６の貫通孔１３１に入り、連通孔１３３、１３４から上シリンダ３８の吸込側（吸込ポート１６１）に供給されるようになる。

図１６中Ｌは上シリンダ３８の吸入側の圧力変動及び、吐出圧変動を示し、図中Ｐ１は中間仕切板３６の内周面の圧力を示す。この図にＬ１で示す如く上シリンダ３８の吸込側の圧力（吸入圧力）は、吸入過程においては吸入圧損により中間仕切板３６の内周面側の圧力よりも低下する。この期間に中間仕切板３６の貫通孔１３１、連通孔１３３から上シリンダ３８の連通孔１３４を介して上シリンダ３８内に給油が成されることになる。また、Ｐ０は、圧縮最高圧で吐出圧Ｐｄ以上の圧力となる。

上述の如く上下シリンダ３８、４０、中間仕切板３６、上下支持部材５４、５６及び上下カバー６６、６８はそれぞれ４本の主ボルト７８・・・と主ボルト１２９・・・にて上下から締結されるが、更に、上下シリンダ３８、４０、中間仕切板３６、上下支持部材５４、５６は、これら主ボルト７８、１２９の外側に位置する補助ボルト１３６、１３６により締結される（図４）。この補助ボルト１３６は上部支持部材５４側から挿入され、先端は下支持部材５６に螺合している。

また、この補助ボルト１３６は前述したベーン５０の後述する案内溝７０の近傍に位置している。このように補助ボルト１３６、１３６を追加して回転圧縮機構部１８を一体化することで、内部が極めて高圧となることに対するシール性の確保が成されると共に、ベーン５０の案内溝７０の近傍を締め付けるので、後述する背圧室７４からベーン５０に加える高圧の背圧がリークする不都合も防止できるようになる。

また、上シリンダ３８内には前述したベーン５０を収納する案内溝７０と、この案内溝７０の外側に位置してバネ部材としてのスプリング７６を収納する収納部７０Ａが形成されており、この収納部７０Ａは案内溝７０側と密閉容器１２（容器本体１２Ａ）側に開口している（図８）。前記スプリング７６はベーン５０の外側端部に当接し、常時ベーン５０をローラ４６側に付勢する。そして、このスプリング７６の密閉容器１２側の収納部７０Ａ内には金属製のプラグ１３７が設けられ、スプリング７６の抜け止めの役目を果たす。

この場合、プラグ１３７の外寸は収納部７０Ａの内寸よりも小さく設定され、プラグ１３７は収納部７０Ａ内に隙間嵌めにより挿入される。また、プラグ１３７の周面には当該プラグ１３７と収納部７０Ａの内面間をシールするためのＯリング１３８が取り付けられている。そして、上シリンダ３８の外端、即ち、収納部７０Ａの外端と密閉容器１２の容器本体１２Ａ間の間隔は、Ｏリング１３８からプラグ１３７の密閉容器１２側の端部までの距離よりも小さく設定されている。係る寸法関係としたことにより、プラグ１３７を収納部７０Ａ内に圧入固定する場合の如く、上シリンダ３８が変形して上部支持部材５４との間のシール性が低下し、性能悪化を来す不都合を未然に回避することができるようになる。

尚、プラグ１３７の外寸を収納部７０Ａの内寸よりも小さく設定して、プラグ１３７を収納部７０Ａ内に隙間嵌めした場合でも、上シリンダ３８と密閉容器１２間の間隔をＯリング１３８からプラグ１３７の密閉容器１２側の端部までの距離よりも小さく設定しているので、スプリング７６側の高圧（ベーン５０の背圧）によってプラグ１３７が収納部７０Ａから押し出される方向に移動しても、密閉容器１２に当接して移動が阻止された時点で依然Ｏリング１３８は収納部７０Ａ内に位置してシールするので、プラグ１３７の機能には何ら問題は生じない。

一方、第２の回転圧縮要素３４のベーン５０をローラ４６に付勢する背圧を当該ベーン５０に印加するための前述した背圧室７４は、上シリンダ３８内の案内溝７０のローラ４６と反対側に形成されている。この背圧室７４は中間仕切板３６と上部支持部材５４間に渡って略円筒形状を呈して上シリンダ３８内に貫通されている（図１９）。この背圧室７４はローラ４６側の案内溝７０とその反対側の収納部７０Ａ内に連通しており、後述する背圧通路７２から上シリンダ３８内の高圧室側の冷媒ガスを背圧室７４に流入させて、案内溝７０内のベーン５０に背後から圧力（背圧）を加え、ベーン５０をローラ４６側に付勢する。

前記背圧通路７２は上シリンダ３８に設けられている。この背圧通路７２は内端が上シリンダ３８内の高圧室側に開口すると共に、外端が背圧室７４に開口し、上シリンダ３８内の高圧室側と背圧室７４とを連通している。この背圧通路７２の途中には逆止弁８８が設けられており、この逆止弁８８は上シリンダ３８内の高圧室側から背圧室７４へのガスの流通のみを許容し、背圧室７４から高圧室側への流通は阻止する（図１９矢印）。

ところで、逆止弁８８を背圧通路７２内に設けない場合、ローラ４６が図１９に破線で示す如き回転位置まで回転し、冷媒ガスを吸い込んだ段階の圧縮初期において、上シリンダ３８内の高圧室側の圧力が略中間圧まで低くなると、背圧室７４の圧力の方が高くなってしまうため、前回の圧縮時に背圧室７４に流入した高圧の冷媒ガスは上シリンダ３８内の高圧室側に逆流するようになる（図２０矢印で示す）。背圧室７４に流入した冷媒ガスが上シリンダ３８内の高圧室側に逆流すると、その分ガスを圧縮する容積が拡大されるかたちとなるため、第２の回転圧縮要素３４における圧縮効率が低下するが、本発明では係る逆流を阻止するので、圧縮効率の低下は防止される。

また、図２０の構造では背圧室７４にガスが出入りする関係上、背圧室７４は収納部７０Ａの圧力も大きく変動することになる。この圧力変動によりスプリング７６も耐久性が低下するが、本発明では係る不都合も解消される。

ところで、回転軸１６と一体に１８０度の位相差を持って形成される上下偏心部４２、４４の相互間を連結する連結部９０は、その断面形状を回転軸１６の円形断面より断面積を大きくして剛性を持たせるために非円形状の例えばラグビーボール状とされている（図１７）。即ち、回転軸１６に設けた上下偏心部４２、４４を連結する連結部９０の断面形状は上下偏心部４２、４４の偏心方向に直交する方向でその肉厚を大きくしている（図中ハッチングの部分）。

これにより、回転軸１６に一体に設けられた上下偏心部４２、４４を連結する連結部９０の断面積が大きくし、断面２次モーメントを増加させて強度（剛性）を増し、耐久性と信頼性を向上させている。特に使用圧力の高い冷媒を２段圧縮する場合、高低圧の圧力差が大きいために回転軸１６にかかる荷重も大きくなるが、連結部９０の断面積を大きくしてその強度（剛性）を増し、回転軸１６が弾性変形してしまうのを防止している。

この場合、上側の偏心部４２の中心をＯ１とし、下側の偏心部４４の中心をＯ２とすると、偏心部４２の偏心方向側の連結部９０の面の円弧の中心はＯ１、偏心部４４の偏心方向側の連結部９０の面の円弧の中心はＯ２としている。これにより、回転軸１６を切削加工機にチャックして上下偏心部４２、４４と連結部９０を切削加工する際、偏心部４２を加工した後、半径のみを変更して連結部９０の一面を加工し、チャック位置を変更して連結部９０の他面を加工し、半径のみを変更して偏心部４４を加工すると云う作業が可能となる。これにより、回転軸１６をチャックし直す回数が減少して生産性が著しく改善されるようになる。

そして、この場合冷媒としては地球環境にやさしく、可燃性および毒性等を考慮して自然冷媒である炭酸ガスの一例としての前記二酸化炭素（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。

密閉容器１２の容器本体１２Ａの側面には、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路５８、６０、吐出消音室６２及び上部カバー６６の上側（電動要素１４の下端に略対応する位置）に対応する位置に、スリーブ１４１、１４２、１４３及び１４４がそれぞれ溶接固定されている。スリーブ１４１と１４２は上下に隣接すると共に、スリーブ１４３はスリーブ１４１の略対角線上にある。また、スリーブ１４４はスリーブ１４１と略９０度ずれた位置にある。

そして、スリーブ１４１内には上シリンダ３８に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９２の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９２の一端は上シリンダ３８の吸込通路５８に連通される。この冷媒導入管９２は密閉容器１２の上側を通過してスリーブ１４４に至り、他端はスリーブ１４４内に挿入接続されて密閉容器１２内に連通する。

また、スリーブ１４２内には下シリンダ４０に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９４の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９４の一端は下シリンダ４０の吸込通路６０に連通される。この冷媒導入管９４の他端はアキュムレータ１４６の下端に接続されている。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒吐出管９６の一端は吐出消音室６２に連通される。

上記アキュムレータ１４６は吸込冷媒の気液分離を行なうタンクであり、密閉容器１２の容器本体１２Ａの上部側面に溶接固定された密閉容器側のブラケット１４７にアキュムレータ側のブラケット１４８を介して取り付けられている。このブラケット１４８はブラケット１４７から上方に延在し、アキュムレータ１４６の上下方向の略中央部を保持しており、その状態でアキュムレータ１４６は密閉容器１２の側方に沿うかたちで配置される。冷媒導入管９２はスリーブ１４１から出た後、実施例では右方に屈曲した後、上昇しており、アキュムレータ１４６の下端はこの冷媒導入管９２に近接するかたちとなる。そこで、アキュムレータ１４６の下端から降下する冷媒導入管９４は、スリーブ１４１から見て冷媒導入管９２の屈曲方向とは反対の左側を迂回してスリーブ１４２に至るように引き回されている（図３）。

即ち、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路５８、６０にそれぞれ連通する冷媒導入管９２、９４は密閉容器１２から見て水平方向で反対の方向に屈曲されたかたちとされており、これにより、アキュムレータ１４６の上下寸法を拡大して容積を増やしても、各冷媒導入管９２、９４が相互に干渉しないように配慮されている。

また、スリーブ１４１、１４３、１４４の外面周囲には配管接続用のカプラが係合可能な鍔部１５１が形成されており、スリーブ１４２の内面には配管接続用のネジ溝１５２が形成されている。これにより、スリーブ１４１、１４３、１４４にはロータリコンプレッサ１０の製造工程における完成検査で気密試験を行なう場合に試験用配管のカプラを鍔部１５１に容易に接続できるようになると共に、スリーブ１４２にはネジ溝１５２を使用して試験用配管を容易にネジ止めできるようになる。特に、上下で隣接するスリーブ１４１と１４２は、一方のスリー
ブ１４１に鍔部１５１が、他方のスリーブ１４２にネジ溝１５２が形成されていることで、狭い空間で試験用配管を各スリーブ１４１、１４２に接続可能となる。

そして、実施例のロータリコンプレッサ１０は図１８に示すような給湯装置１５３の冷媒回路に使用される。即ち、ロータリコンプレッサ１０の冷媒吐出管９６は水加熱用のガスクーラ１５４の入口に接続される。このガスクーラ１５４が給湯装置１５３の図示しない貯湯タンクに設けられる。ガスクーラ１５４を出た配管は減圧装置としての膨張弁１５６を経て蒸発器１５７の入口に至り、蒸発器１５７の出口は冷媒導入管９４に接続される。また、冷媒導入管９２の中途部からは図２、図３では図示していないが除霜回路を構成するデフロスト管１５８が
分岐し、流路制御装置としての電磁弁１５９を介してガスクーラ１５４の入口に至る冷媒吐出管９６に接続されている。尚、図１８ではアキュムレータ１４６は省略されている。

以上の構成で次に動作を説明する。尚、加熱運転では電磁弁１５９は閉じているものとする。ターミナル２０およ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と一体に設けた上下偏心部４２、４４に嵌合された上下ローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。

これにより、冷媒導入管９４および下部支持部材５６に形成された吸込通路６０を経由して、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（一段目吸入圧ＬＰ：４ＭＰａＧ）の冷媒ガスは、ローラ４８とベーンの動作により圧縮されて中間圧（ＭＰ１：８ＭＰａＧ）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から連通路６３を経て中間吐出管１２１から密閉容器１２内に吐出される。

このとき、中間吐出管１２１は上方の電動要素１４のステータ２２に巻装された相隣接するステータコイル２８、２８間の隙間に指向しているので、未だ比較的温度の低い冷媒ガスを電動要素１４方向に積極的に供給できるようになり、電動要素１４の温度上昇が抑制されるようになる。また、これによって、密閉容器１２内は中間圧（ＭＰ１）となる。

そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは、スリーブ１４４から出て（中間吐出圧は前記ＭＰ１）冷媒導入管９２及び上部支持部材５４に形成された吸込通路５８を経由して吸込ポート１６１から上シリンダ３８の低圧室側に吸入される（２段目吸入圧ＭＰ２）。この場合、冷媒ガスが吸込ポート１６１から上シリンダ３８の低圧室側に吸入される段階では、背圧室７４よりシリンダ３８内の高圧室側の方が圧力が低くなるが、背圧通路７２には逆止弁８８を設けているので、背圧室７４からシリンダ３８内にガスが逆流しないので、背圧室７４の背圧は低下せずベーン５０に好適な背圧を加えることができる。

また、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスをベーン５０の背圧に使用しているので、ベーン５０とローラ４６の接触圧を低減させることができ、回転ロスを少なくすることが可能となる。これにより、入力ロスの増大を抑えられるので、ベーン５０とローラ４６の摩耗を減少させられてベーン５０とローラ４６の耐久性を大幅に延長させることができるようになる。

シリンダ３８内に吸入された中間圧の冷媒ガスは、ローラ４６とベーン５０の動作により２段目の圧縮が行なわれて高温高圧の冷媒ガスとなり（２段目吐出圧ＨＰ：１２ＭＰａＧ）、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、冷媒吐出管９６を経由してガスクーラ１５４内に流入する。このときの冷媒温度は略＋１００℃まで上昇しており、係る高温高圧の冷媒ガスは放熱して、貯湯タンク内の水を加熱し、約＋９０℃の温水を生成する。

一方、ガスクーラ１５４において冷媒自体は冷却され、ガスクーラ１５４を出る。そして、膨張弁１５６で減圧された後、蒸発器１５７に流入して蒸発し、アキュムレータ１４６（図１８では示していない）を経て冷媒導入管９４から第１の回転圧縮要素３２内に吸い込まれるサイクルを繰り返す。

特に、低外気温の環境ではこのような加熱運転で蒸発器１５７には着霜が成長する。その場合には電磁弁１５９を開放し、膨張弁１５６は全開状態として蒸発器１５７の除霜運転を実行する。これにより、密閉容器１２内の中間圧の冷媒（第２の回転圧縮要素３４から吐出された少量の高圧冷媒を含む）は、デフロスト管１５８を通ってガスクーラ１５４に至る。この冷媒の温度は＋５０〜＋６０℃程であり、ガスクーラ１５４では放熱せず、当初は逆に冷媒が熱を吸収するかたちとなる。そして、ガスクーラ１５４から出た冷媒は膨張弁１５６を通過し、蒸発器１５７に至るようになる。即ち、蒸発器１５７には略中間圧の比較的温度の高い冷媒が減圧されずに実質的に直接供給されるかたちとなり、これによって、蒸発器１５７は加熱され、除霜されることになる。

ここで、第２の回転圧縮要素３４から吐出された高圧冷媒を減圧せずに蒸発器１５７に供給して除霜した場合には、膨張弁１５６が全開のために第１の回転圧縮要素３２の吸込圧力が上昇し、これにより、第１の回転圧縮要素３２の吐出圧力（中間圧）が高くなる。この冷媒は第２の回転圧縮要素３４を通って吐出されるが、膨張弁１５６が全開のために第２の回転圧縮要素３４の吐出圧力が第１の回転圧縮要素３２の吸込圧力と同様となってしまうために第２の回転圧縮要素３４の吐出（高圧）と吸込（中間圧）で圧力の逆転現象が発生してしまう。しかしながら、上述の如く第１の回転圧縮要素３２から吐出された中間圧の冷媒ガスを密閉容器１２から取り出して蒸発器１５７の除霜を行なうようにしているので、係る高圧と中間圧の逆転現象を防止することができるようになる。

このように、上シリンダ３８に背圧通路７２を設け、この背圧通路７２を上シリンダ３８内の高圧室側に開口すると共に背圧室７４側に開口し、上シリンダ３８内の高圧室側と背圧室７４とを連通している。そして、背圧通路７２の途中に逆止弁８８を設けている。これによって、シリンダ３８内にガスを吸い込んだ段階で背圧室７４よりシリンダ３８内の高圧室側の方が圧力が低くなった場合でも、背圧室７４からシリンダ３８内にガスが逆流してしまうのを防止することができるようになり、ロータリコンプレッサ１０の圧縮効率の低下を防止することが可能となる。また、背圧室７４の圧力変動によってベーン５０を押すためのスプリング７６の信頼性が低下することも防止できる。

尚、実施例では背圧通路７２を上シリンダ３８内に形成したが、それに限らず、上支持部材５４に形成して吐出消音室６２と背圧室７４とを連通し、上シリンダ３８内の高圧室側の冷媒ガスを、吐出消音室６２を介して背圧室７４に導入するようにしてもよい。その場合にも逆止弁８８を設け、吐出消音室６２から背圧室７４への冷媒ガスの流通のみを許容するようにする。係る構成によれば、上シリンダ３８の構造を簡素化することができるようになる。

尚、ロータリコンプレッサ１０に冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いたが、この冷媒に限らず、他の自然冷媒として炭化水素（ＨＣ）、アンモニア（ＮＨ３）などを用いても本発明は有効である。

本発明の実施例のロータリコンプレッサの縦断面図である。 図１のロータリコンプレッサの正面図である。 図１のロータリコンプレッサの側面図である。 図１のロータリコンプレッサのもう一つの縦断面図である。 図１のロータリコンプレッサの更にもう一つの縦断面図である。 図１のロータリコンプレッサの電動要素部分の平断面図である。 図１のロータリコンプレッサの回転圧縮機構部の拡大断面図である。 図１のロータリコンプレッサの第２の回転圧縮要素のベーン部分の拡大断面図である。 図１のロータリコンプレッサの下部支持部材及び下部カバーの断面図である。 図１の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１の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１のロータリコンプレッサの上部支持部材及び上カバーの断面図である。 図１のロータリコンプレッサの中間仕切板の上面図である。 図１３Ａ−Ａ線断面図である。 図１のロータリコンプレッサの上シリンダの上面図である。 図１のロータリコンプレッサの上シリンダの吸入側の圧力変動とオーバーシュート（吐出圧変動）を示す図である。 図１のロータリコンプレッサの回転軸の連結部の形状を説明するための断面図である。 図１のロータリコンプレッサを適用した給湯装置の冷媒回路図である。 図１のロータリコンプレッサの上シリンダの背圧通路を示す図である。 背圧通路に逆止弁を設けない場合の図１９に相当する図である。

符号の説明

１０ ロータリコンプレッサ
１２ 密閉容器
１４ 電動要素
１６ 回転軸
１８ 回転圧縮機構部
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
３６ 中間仕切板
３８、４０ シリンダ
３９、４１ 吐出ポート
４２ 偏心部
４４ 偏心部
４６ ローラ
４８ ローラ
５０ ベーン
５４ 上部支持部材
５６ 下部支持部材
６２ 吐出消音室
６４ 吐出消音室
６６ 上部カバー
６８ 下部カバー
７０ 案内溝
７０Ａ 収納部
７２ 背圧通路
７４ 背圧室
７６ スプリング
７８、１２９ 主ボルト
８８ 逆止弁
９０ 連結部
１３２ 封止材
１３７ プラグ
１３８ Ｏリング

Claims (2)

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たガスを前記密閉容器内に吐出し、更にこの吐出された中間圧のガスを前記第２の回転圧縮要素で圧縮するロータリコンプレッサにおいて、前記第２の回転圧縮要素を構成するためのシリンダ及び前記電動要素の回転軸に形成された偏心部に嵌合されて前記シリンダ内で偏心回転するローラと、該ローラに当接して前記シリンダ内を低圧室側と高圧室側に区画するベーンと、前記ベーンに背圧を加えるための背圧室と、前記シリンダ内の高圧室側と前記背圧室とを連通する背圧通路と、該背圧通路に設けられ、前記シリンダ内の高圧室側から前記背圧室へのガスの流通を許容し、該背圧室から前記シリンダ内の高圧室側へのガスの流通を阻止する逆止弁とを備え、且つ、下部支持部材には鉄系の焼結材を用いたことを特徴とするロータリコンプレッサ。
2. 冷媒として二酸化炭素を用い、且つ、冷媒は超臨界で運転される冷媒回路に用いられることを特徴とする請求項１のロータリコンプレッサ。