JP2006207559A - 冷凍サイクル装置およびロータリ式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、複数の圧縮機構部を直列に連通して多段圧縮運転と、少なくとも１つの圧縮機構部を非圧縮運転させ残りの圧縮機構部による一段圧縮運転とを切換え可能とするロータリ式圧縮機と、冷凍効率の増大化および信頼性の向上を得られる冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】ロータリ式圧縮機Ａと、凝縮器Ｂと、膨張装置Ｃと、蒸発器Ｄとを冷媒管Ｐを介して連通して冷凍サイクルを構成し、ロータリ式圧縮機は、密閉ケース１と、電動機部３および電動機部と回転軸４を介して連結される第１、第２の圧縮機構部２Ａ，２Ｂと、これら圧縮機構部を直列に連通して多段圧縮運転をなし、少なくとも１つの圧縮機構部を非圧縮運転させ残りの圧縮機構部による一段圧縮運転とに切換える圧力切換え機構Ｋを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、条件に応じて、複数の圧縮機構部の全てを運転し、もしくは少なくとも１つの圧縮機構部を非圧縮運転して残りの圧縮機構部の運転とを切換え可能としたロータリ式圧縮機を備えて冷凍サイクルを構成する冷凍サイクル装置およびロータリ式圧縮機に関する。

一般的なロータリ式圧縮機の構成は、密閉ケース内に電動機部およびこの電動機部と連結される圧縮機構部を収容しており、圧縮機構部で圧縮したガスを一旦密閉ケース内に吐出する、ケース内高圧形となっている。
上記圧縮機構部は、シリンダに設けられるシリンダ室に偏心ローラが収容される。また、シリンダにはブレード室が設けられていて、ここにブレードが摺動自在に収納される。上記ブレードの先端縁は、常にシリンダ室側へ突出して偏心ローラの周面に弾性的に当接するよう圧縮ばねによって押圧付勢される。したがって、シリンダ室はブレードによって偏心ローラの回転方向に沿い、吸込み室と圧縮室に区画される。

ところで、近年、上記圧縮機構部を上下に２セット備えた、２シリンダタイプのロータリ式圧縮機が標準化されつつある。そして、このような圧縮機において、複数の圧縮機構部を直列に連通して多段圧縮運転ができるようにしたものが、たとえば、［特許文献１］等で知られている。
特開２００４−２５１１５０号公報

ところで、冷凍サイクル装置においては、圧縮機が多段圧縮運転をなすことにより、各圧縮機構部の圧縮比を小さくすることができ、特に、高圧縮比運転条件となる場合には、効率の向上化を得られる。
しかしながら、低圧縮比運転条件においては、冷媒が複数の圧縮機構部を通ることから、通路抵抗が大きくなり、かえって効率が低下する不具合があった。

本発明は上記事情にもとづきなされたものであり、その目的とするところは、複数の圧縮機構部を直列に連通させて多段圧縮運転をなす全能力運転と、少なくとも１つの圧縮機構部を非圧縮運転させ残りの圧縮機構部による圧縮運転をなす能力減少運転とに切換え可能とし、圧縮比の大小にかかわらず効率の向上を得られるロータリ式圧縮機を備えた冷凍サイクル装置およびロータリ式圧縮機を提供しようとするものである。

上記目的を達成するため本発明は、ロータリ式圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを冷媒管を介して連通してなり、冷凍サイクルを構成する冷凍サイクル装置において、上記ロータリ式圧縮機は、密閉ケースと、この密閉ケース内に収容される電動機部および電動機部と回転軸を介して連結される複数の圧縮機構部と、複数の圧縮機構部を直列に連通して多段圧縮運転をなす多段圧縮運転と、少なくとも１つの圧縮機構部を非圧縮運転させ残りの圧縮機構部による圧縮運転をなす一段圧縮運転とに切換える圧力切換え手段とを具備する。

本発明によれば、ロータリ式圧縮機に複数の圧縮機構部を備えるとともに、多段圧縮運転と一段圧縮運転との切換えを可能とし、圧縮比の大小にかかわらず効率向上を得られる等の効果を奏する。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、ロータリ式圧縮機Ａの断面構造と、このロータリ式圧縮機Ａを備えた冷凍装置の冷凍サイクル構成図である。
はじめに、冷凍サイクル構成から説明すると、ロータリ式圧縮機Ａと、凝縮器Ｂと、膨張装置Ｃと、蒸発器Ｄおよび気液分離器Ｅが、順次、冷媒管Ｐを介して連通されてなる。

上記ロータリ式圧縮機Ａにおいて、１は密閉ケースである。この密閉ケース１内の下部には、後述する第１の圧縮機構部２Ａと第２の圧縮機構部２Ｂが設けられ、上部には電動機部３が設けられる。これら電動機部３と第１、第２の圧縮機構部２Ａ，２Ｂは、回転軸４を介して連結される。
上記電動機部３は、たとえばブラシレスＤＣ同期モータ（ＡＣモータもしくは商用モータでもよい）が用いられていて、密閉ケース１の内面に固定されるステータ５と、このステータ５の内側に所定の間隙を存して配置され、上記回転軸４に嵌着されるロータ６とから構成される。そして電動機部３は、運転周波数を可変するインバータを介してインバータ制御する制御部（いずれも図示しない）に電気的に接続される。

上記第１の圧縮機構部２Ａは最下部に形成され、第１のシリンダ８Ａを備えている。第２の圧縮機構部２Ｂは第１のシリンダ８Ａとは中間仕切り板７を介した上部に形成され、第２のシリンダ８Ｂを備えている。
これら第１、第２のシリンダ８Ａ，８Ｂは、互いに外形形状寸法と内径寸法が同一であるが、厚さ寸法は相違するよう設定されている。第１、第２のシリンダ８Ａ，８Ｂの外径寸法は密閉ケース１の内径寸法よりも僅かに大に形成され、密閉ケース１内周面に圧入されたうえに、密閉ケース１外部からの溶接加工によって位置決め固定される。また、第１のシリンダ８Ａは第２のシリンダ８Ｂよりも板厚（軸方向寸法）が大に形成される。

第１のシリンダ８Ａの下面部に第１の軸受９が重ね合わされ、バルブカバーａとともに取付けボルト１０を介してシリンダ８Ａに取付け固定される。第２のシリンダ８Ｂの上面部には第２の軸受１１が重ね合わされ、バルブカバーｂとともに取付けボルト１２を介して第２のシリンダ８Ｂに取付け固定される。
上記回転軸４は、下端部が第１の軸受９に回転自在に枢支され、その上部が第２の軸受１１に回転自在に枢支される。さらに、回転軸４は各シリンダ８Ａ，８Ｂ内部を貫通するとともに、略１８０°の位相差をもって形成される２つの偏心部４ａ，４ｂを一体に備えている。各偏心部４ａ，４ｂは互いに同一直径をなし、各シリンダ８Ａ，８Ｂ内径部に位置するよう組立てられる。ただし、偏心部４ａの軸方向長さは偏心部４ｂの軸方向長さと比較して長く形成されていて、これは第１のシリンダ８Ａと第２のシリンダ８Ｂとの軸方向長さの相違に比例する。

各偏心部４ａ，４ｂの周面には、互いに同一直径をなす偏心ローラ１３ａ，１３ｂが嵌合される。これら偏心ローラ１３ａ，１３ｂの軸方向長さは、上記第１のシリンダ８Ａと第２のシリンダ８Ｂの板厚（軸方向長さ）と同一に揃えられる。
上記第１のシリンダ８Ａと第２のシリンダ８Ｂは、上記中間仕切り板７と第１の軸受９および第２の軸受１１で上下面が区画され、それぞれの内部に上記偏心ローラ１３ａ，１３ｂが偏心回転自在に収容される第１のシリンダ室１４ａと第２のシリンダ室１４ｂが形成される。

第１、第２のシリンダ室１４ａ，１４ｂは互いに同一直径ではあるが、第１のシリンダ８Ａの板厚が第２のシリンダ８Ｂの板厚よりも大であるところから、第１のシリンダ室１４ａの排除容積は第２のシリンダ室１４ｂの排除容積よりも大である。偏心ローラ１３ａ，１３ｂは互いに１８０°の位相差があるが、第１、第２のシリンダ室１４ａ，１４ｂで偏心回転できる。
図２は、ロータリ式圧縮機Ａの内部構成を模式的に示すとともに、後述する圧力切換え機構Ｋの構成と作用を説明する図である。第１のシリンダ８Ａおよび第２のシリンダ８Ｂは横断面とし、偏心ローラ１３ａ，１３ｂは互いに同位相で示している。

第１、第２のシリンダ８Ａ，８Ｂには、シリンダ室１４ａ，１４ｂと溝部ｃを介して連通する、後述するブレード室１６ａ，１６ｂが設けられている。各ブレード室１６ａ，１６ｂは密封構造となっていて、各ブレード室１６ａ，１６ｂと各シリンダ室１４ａ，１４ｂとを連通する溝部ｃには、ブレード１５ａ，１５ｂが摺動自在に嵌め込まれている。

各ブレード１５ａ，１５ｂは、シリンダ室１４ａ，１４ｂ側である先端部ｄが平面視で略半円状に形成され、後述する手段により背圧を受けて偏心ローラ１３ａ，１３ｂ周壁に接触するようになっている。
この状態で、上記偏心ローラ１３ａ，１３ｂがシリンダ室１４ａ，１４ｂの内周壁に沿って偏心回転したとき、ブレード１５ａ，１５ｂは溝部ｃに沿って往復運動し、偏心ローラ１３ａ，１３ｂの回転角度にかかわらず線接触してシリンダ室１４ａ，１４ｂを吸込み室と圧縮室に仕切ることとなる。

偏心ローラ１３ａ，１３ｂがブレード１５ａ，１５ｂとは最も離間する部位にあるとき、ブレード１５ａ，１５ｂの後端部ｅが各ブレード室１６ａ，１６ｂ内に突出する長さ寸法に形成される。逆に、偏心ローラ１３ａ，１３ｂ周壁がシリンダ室１４ａ，１４ｂ周壁と同一位置にあり、ブレード１５ａ，１５ｂの先端部ｄが最も後退した状態で、ブレード１５ａ，１５ｂの後端部ｅはブレード室１６ａ，１６ｂの突出側内壁とはある程度の間隙を存している。

第２のシリンダ８Ｂに設けられるブレード室１６ｂのみ、ばね部材１７が収容されている。上記ばね部材１７は圧縮ばねであって、ブレード１５ｂの後端部ｅとブレード室１６ｂ内壁との間に介在され、ブレード１５ｂに弾性力（背圧）を付与して先端部ｄをシリンダ室１４ｂへ突出させ、偏心ローラ１３ｂに弾性的に接触させる。
これに対して、上記第１のシリンダ８Ａのブレード室１６ａには、後述する保持機構である、たとえば永久磁石１８が取付けられている。そして、ブレード室１６ａの設定環境と、後述する圧力切換え機構（圧力切換え手段）Ｋの作用に応じて、ブレード１５ａの先端部ｄを上記偏心ローラ１３ａに接触もしくは離間させるようになっている。

ブレード室１６ａのみ側面部に高圧導入孔１９が貫通して設けられ、この高圧導入孔１９を介して密閉ケース１内部とブレード室１６ａとが連通される。したがって、ブレード室１６ａは密閉ケース１内と同一の圧力環境となる。特に、第１のシリンダ８Ａおよびブレード室１６ａは構造物であるから、これらがケース内圧力を受けても何らの影響もないが、ブレード１５ａの後端部ｅはブレード室１６ａに位置し、ブレード室１６ａは高圧導入孔１９を介して密閉ケース１内と連通するので、ケース内圧力を直接的に受ける。

第１のシリンダ８Ａに設けられるブレード室１６ａに高圧導入孔１９を介して密閉ケース１内の圧力（後述するように高圧）が導かれると、ブレード１５ａは後端部ｅに高圧の背圧を受ける。その一方で、ブレード１５ａの先端部ｄは第１のシリンダ室１４ａに突出（もしくは内周面と同一位置）しているので、ブレード１５ａの先端部ｄはシリンダ室１４ａ内の圧力を受ける。結局、ブレード１５ａは先端部ｄと後端部ｅが受ける互いの圧力の差圧に応じて、圧力の大きい方から圧力の小さい方向へ移動するよう構成される。

また、第２のシリンダ８Ｂに設けられるブレード室１６ｂには、ブレード後端部ｅとブレード室１６ｂ内壁との間にはばね部材１７が介設されていて、ブレード１５ｂの後端部には常にばね部材１７の弾性力がかかる。第２のシリンダ室１４ｂ内が高圧化しても、この圧力に打ち勝って常にブレード１５ｂの先端部ｄが偏心ローラ１３ｂの周壁に接触するよう構成される。

上記保持機構１８を構成する永久磁石は、常に所定の力でブレード１５ａを磁気吸引する。具体的には、通常運転時に第１のシリンダ室１４ａに導かれる吸込み圧力と、ブレード室１６ａに導かれる密閉ケース１内圧力との差圧よりも小さい力で、ブレード１５ａを偏心ローラ１３ａから引き離す方向に磁気力を付勢する。
保持機構１８として、永久磁石に代って電磁石を備え、必要に応じて磁気吸引するようにしてもよい。あるいは、弾性体である引張りばねとする。この引張りばねの一端部をブレード１５ａの背面端部に掛止して、常に所定の弾性力で引張り付勢するようにしてもよい。

上記第１のシリンダ８Ａと第２のシリンダ８Ｂには、上記ブレード１５ａ，１５ｂで仕切られるシリンダ室１４ａ，１４ｂの一方側に吸込み管Ｐａ，Ｐｂが接続される。各吸込み管Ｐａ，Ｐｂの接続部からブレード１５ａ，１５ｂを介してシリンダ室１４ａ，１４ｂの他方側には吐出弁機構２０ａ，２０ｂが設けられていて、圧縮された冷媒ガスが所定圧に上昇した状態でシリンダ室１４ａ，１４ｂから吐出するようになっている。それぞれの吐出弁機構２０ａ，２０ｂには吐出管Ｐｃ，Ｐｄが連通するよう第１、第２のシリンダ８Ａ，８Ｂに接続される。

上記第１のシリンダ８Ａに接続される吸込み管Ｐａは、密閉ケース１を貫通して、密閉ケース１外部へ延出される。この吸込み管Ｐａは密閉ケース１外部において上記気液分離器Ｅに連通され、中途部に第１の三方切換え弁２１における両側のポートが接続される。上記第１の三方切換え弁２１における残りのポートには、上記密閉ケース１の側部に一端が開口する分岐管Ｐｅが接続される。

また、吸込み管Ｐａにおける第１の三方切換え弁２１と気液分離器Ｅ接続部との間には、上記第２のシリンダ８Ｂに接続される吸込み管Ｐｂが分岐している。この吸込み管Ｐｂの中途部に、第２の三方切換え弁２２における両側のポートが接続される。
第１のシリンダ８Ａに接続される上記吐出管Ｐｃは、密閉ケース１を貫通して外部に突出し、さらにケース外部を回って第２の三方切換え弁２２における残りのポートに接続される。なお、第２のシリンダ８Ｂに接続される吐出管Ｐｄは、短尺状であり密閉ケース１内部に開口端が位置する。

再び図１に示すように、気液分離器Ｅと第１のシリンダ８Ａとを連通する冷媒管Ｐａが上記吸込み管Ｐａと同一のものであり、同図では第１の三方切換え弁２１と第２のシリンダ８Ａに接続される吸込み管Ｐｂの分岐部を省略している。また、図１では第１のシリンダ８Ａに接続される吐出管Ｐｃが密閉ケース１を貫通して外部に延出され、さらに密閉ケース１を貫通して第２のシリンダ８Ｂに接続される構成を示しているが、同図では第２の三方切換え弁２２を省略している。

このような第１のシリンダ８Ａと第２のシリンダ８Ｂに対する回路構成と、この回路に第１、第２の三方切換え弁２１，２２を備えたことで、第１の実施の形態における上記圧力切換え機構（圧力切換え手段）Ｋが構成される。
そして、圧力切換え機構Ｋを構成する第１の三方切換え弁２１と第２の三方切換え弁２２の切換え操作に応じて、後述するように第１のシリンダ室１４ａと第２のシリンダ室１４ｂに気液分離器Ｅで気液分離された低圧の冷媒ガスが導かれ、もしくは密閉ケース１内に吐出される高圧ガスが導かれ、もしくは中間圧の冷媒ガスが導かれる。

つぎに、上述のロータリ式圧縮機Ａを備えテ冷凍サイクルを構成する冷凍サイクル装置の作用について説明する。
（１） 通常運転（多段圧縮運転）を選択した場合：
通常運転（多段圧縮運転）を選択すると、上記制御部は圧力切換え機構Ｋを構成する第１の三方切換え弁２１と第２の三方切換え弁２２を以下のように切換える。すなわち、第１の三方切換え弁２１は、吸込み管Ｐａに接続される気液分離器Ｅと第１のシリンダ室１４ａとを連通し、これらと分岐管Ｐｅを介して接続される密閉ケース１内部との間を遮断する。第２の三方切換え弁２２は、吐出管Ｐｃ吸込み管Ｐｂを介して第１のシリンダ室１４ａと第２のシリンダ室１４ｂとを連通し、これらと吸込み管Ｐａを介して接続される気液分離器Ｅとの間を遮断する。

そして、制御部はインバータを介して電動機部３のインバータ回路に運転信号を送る。回転軸４が回転駆動され、第１の圧縮機構部２Ａと第２の圧縮機構部２Ｂが同時に作用する。
図２に実線矢印で示すように、気液分離器Ｅで気液分離された低圧の冷媒ガスが、吸込み管Ｐａに沿って導かれ、第１の三方切換え弁２１を介して第１のシリンダ８Ａに構成される第１のシリンダ室１４ａに吸込まれる。

各シリンダ室１４ａ，１４ｂ内では偏心ローラ１３ａ，１３ｂが偏心回転していて、特に第２のシリンダ室１４ｂでは後述するように冷媒ガスを圧縮して吐出管Ｐｄから密閉ケース１内に吐出している。そのため、密閉ケース１内には第２のシリンダ室１４ｂで圧縮された高圧ガスが充満しており、密閉ケース１内は高圧雰囲気となっている。
第１のシリンダ８Ａにおいては、第１のシリンダ室１４ａに吸込み管Ｐａから低圧の冷媒ガスが吸込まれる一方で、ブレード室１６ａには高圧導入孔１９を介して密閉ケース１内の高圧ガスが導入され、高圧雰囲気下にある。すなわち、ブレード１５ａの先端部ｄは第１のシリンダ室１４ａにあるので低圧条件となり、後端部ｅはブレード室１６ａにあるので高圧条件となって、先後端部ｄ，ｅで差圧が存在する。

この差圧の影響で、ブレード１５ａの先端部ｄが偏心ローラ１３ａに摺接するように押圧付勢される。したがって、通常のロータリ式圧縮機における圧縮機構部での圧縮作用と全く同様の圧縮作用が、第１のシリンダ室１４ａにおいて行われる。
第１のシリンダ室１４ａ内で偏心ローラ１３ａが偏心回転を行い、ブレード１５ａの先端部ｄが差圧条件によって偏心ローラ１３ａ周壁に摺接し、第１のシリンダ室１４ａ内を吸込み室と圧縮室に二分する。偏心ローラ１３ａのシリンダ室１４ａ内周面転接位置と溝部ｃが一致し、ブレード１５ａが最も後退した状態で、第１のシリンダ室１４ａの空間容量が最大となる。

第１のシリンダ室１４ａに気液分離器１７から第１の吸込み管Ｐａを介して導かれた低圧の冷媒ガスが充満する。偏心ローラ１３ａの偏心回転にともなって、偏心ローラ１３ａの第１のシリンダ室１４ａ内周面に対する転接位置が移動し、ブレード１５ａが第１のシリンダ室１４ａを圧縮室と吸込み室に二分する。
偏心ローラ１３ａの偏心回転にともなって、シリンダ室１４ａの区画された圧縮室の容積が減少し、充満していた冷媒ガスが徐々に圧縮される。そして、圧縮室の容量がさらに減少して圧縮されたガスが所定圧まで上昇したところで吐出弁機構２０ａが開放し、吐出管Ｐｃへ吐出される。

このようにして、第１のシリンダ室１４ａで１段目の圧縮作用が行われて中間圧に上昇した冷媒ガスは、吐出管Ｐｃに案内され第２の三方切換え弁２２を介して吸込み管Ｐｂに導かれ、第２のシリンダ室１４ｂに吸込まれる。このシリンダ室１４ｂのブレード１５ｂは、常にばね部材１７によって偏心ローラ１３ｂ周壁に当接するよう押圧付勢されているので、偏心ローラ１３ｂの偏心回転に追従してシリンダ室１４ｂ内へ進退移動する。

第２のシリンダ室１４ｂにおいて、第１のシリンダ室１４ａと同様、通常の冷媒ガス圧縮作用が行われ、吐出弁機構２０ｂを介して密閉ケース１内へ高圧ガスが吐出される。実質的に、第１のシリンダ室１４ａで１段面の圧縮作用が行われ、そのまま第２のシリンダ室１４ｂに導かれて２段目の圧縮作用が行われる。

ロータリ式圧縮機Ａにおいて２段（多段）圧縮された高圧ガスが凝縮器Ｂに導かれて凝縮液化し、膨張装置Ｃで断熱膨張し、蒸発器Ｄで熱交換空気から蒸発潜熱を奪って冷凍作用をなす。そして、蒸発したあとの冷媒は気液分離器Ｅに導かれて気液分離され、再びロータリ式圧縮機Ａの吸込み管Ｐａから吸込まれて多段圧縮され上述の経路を循環する。
このようにして、ロータリ式圧縮機Ａで冷媒ガスを多段圧縮することにより、高圧縮比運転条件における効率の向上化を得られる。

（２） 特別運転（一段圧縮運転）を選択した場合：
特別運転（一段圧縮運転）を選択すると、制御部は第１の三方切換え弁２１を分岐管Ｐｅと吸込み管Ｐａとが連通するよう切換えて、密閉ケース１内と第１のシリンダ室１４ａとを連通させる。そのため、気液分離器Ｅと第１のシリンダ室１４ａとの間は遮断される。さらに、第２の三方切換え弁２２を吸込み管Ｐａと吸込み管Ｐｂとが連通するよう切換えて、気液分離器Ｅと第２のシリンダ室１４ｂとを連通させる。そのため、第１のシリンダ室１４ａと第２のシリンダ室１４ｂとの間は遮断される。

そして、制御部はインバータを介して電動機部３のインバータ回路に運転信号を送る。回転軸４が回転駆動され、第１の圧縮機構部２Ａと第２の圧縮機構部２Ｂが同時に作用する。
図２に破線矢印に示すように、気液分離器Ｅで気液分離された低圧の冷媒ガスが、吸込み管Ｐａから第２の三方切換え弁２２と吸込み管Ｐｂを介して第２のシリンダ室１４ｂに吸込まれる。第２のシリンダ室１４ｂでは偏心ローラ１３ｂが偏心回転をなし、上述したように通常の圧縮作用がなされて、高圧化した冷媒ガスが吐出弁機構２０ｂと吐出管Ｐｄを介して密閉ケース１内に吐出される。

密閉ケース１内に高圧ガスが充満していて、一部の高圧ガスは第１のシリンダ８Ａに設けられたブレード室１６ａに高圧導入孔１９を介して侵入し、ブレード室１６ａが高圧雰囲気となってブレード１５ａの後端部ｅに高圧を付与する。
さらに、密閉ケース１内に充満する高圧ガスの一部は第１の三方切換え弁２１の切換え方向に沿って、分岐管Ｐｅと第１のシリンダ８Ａに接続される吸込み管Ｐａから第１のシリンダ室１４ａに導かれる。ブレード１５ａは、先端部ｄが第１のシリンダ室１４ａにあって高圧を受け、前後端部ｄ，ｅにおいて差圧が存在しない。

そのため、ブレード１５ａは偏心ローラ１３ａの外周面から離間した位置で移動することなく停止状態を保持する。第１のシリンダ室１４ａでの圧縮作用は行われず、第１の圧縮機構部２Ａは停止状態にある非圧縮運転（休筒運転とも呼ばれる）となる。結局、第２の圧縮機構部２Ｂでの圧縮作用のみが有効であり、能力を減少した一段圧縮運転がなされ、低圧縮比運転条件における効率の向上化を得られる。

このようにして、常時圧縮作用をなす第２の圧縮機構部２Ｂと、圧縮−停止の切換えを可能とした第１の圧縮機構部２Ａを備えることにより、圧縮比、流量などの運転条件の変化に応じて、多段圧縮と一段圧縮の選択ができて、効率の向上を得られ、最適化を図ることができる。

そして、第１の圧縮機構部２Ａのみ非圧縮運転への切換えを可能とし、この圧縮機構部２Ａを最も低段側で、かつシリンダ室１４ａの排除容積を最も大としたから、非圧縮運転をなすことで電動機部３の回転数を大きく低減することなく流量の低減が可能となり、低流量域での効率向上が得られる。
非圧縮運転に切換え可能な第１の圧縮機構部２Ａは、偏心ローラ１３ａを収容するシリンダ室１４ａを備えたシリンダ８Ａと、先端部ｄが偏心ローラと当接した状態でシリンダ室１４ａ内を二分するブレード１５ａと、ブレード１５ａの後端部ｅを収容するブレード室１６ａとを具備する。

ブレード室１６ａには、常時圧縮運転をなす第２の圧縮機構部２Ｂから吐出される冷媒ガスが導かれ、シリンダ室１４ａには圧力切換え機構Ｋの作用により吸込み圧の冷媒ガスもしくは第２の圧縮機構部８Ｂから吐出される冷媒ガスが導かれ、ブレード１５ａはブレード室１６ａとシリンダ室１４ａにおける差圧の程度に応じて押圧付勢される。
したがって、第１の圧縮機構部２Ａにおいて、圧縮運転時はブレード１５ａにかかる差圧により偏心ローラ１３ａとブレード１５ａとの間のシールを確実にする。シリンダ室１４ａにブレード室１６ａと同等の圧力を導くことにより、容易に非圧縮運転に移行することができて、信頼性の向上を得られる。

第１の圧縮機構部２Ａにおける非圧縮運転時は、第１のシリンダ室１４ａに高段側である第２の圧縮機構部２Ｂの吐出圧を導くようにしたので、差圧によってブレード１５ａに働く偏心ローラ１３ａへの押し付け力を確実に無くして、円滑に非圧縮運転へ移行できる。
第２の圧縮機構部２Ａにおけるブレード１５ａは、ブレード室１６ａに導かれる第１の圧縮機構部２Ａの吐出圧力と、シリンダ室１４ａに導かれる吸込み圧力もしくは吐出圧力との差圧に応じて押圧付勢するようにしたから、ブレード１５ａと偏心ローラ１３ａとの摺動部の信頼性を向上し、ブレード室１６ａからシリンダ室１４ａ吸込み側へのリークも低減でき、性能・信頼性の向上が図れる。

図３は、第２の実施の形態における圧力切換え機構Ｋａを説明する図である。上述の実施の形態と同一の構成部品については同番号を付して新たな説明は省略する。
気液分離器Ｅから延出される吸込み管Ｐａは、密閉ケース１を貫通して第１のシリンダ８Ａに接続され第１のシリンダ室１４ａに連通することは、第１の実施の形態と同様であるが、この吸込み管Ｐａの中途部からは上記第２のシリンダ８Ｂに接続され第２のシリンダ室１４ｂに連通する吸込み管Ｐｂが分岐するのみである。

吸込み管Ｐｂの中途部には第１の開閉弁２５が設けられる。上記第１の開閉弁２５は、単なる二方弁であって制御部からの制御信号に応じて開閉制御される。さらに吸込み管Ｐｂにおける第１の開閉弁２５と密閉ケース１貫通部との間には、第１のシリンダ８Ａに設けられる吐出弁機構２０ａに連通する吐出管Ｐｃの端部が接続される。上記密閉ケース１の側部と上記吐出管Ｐｃの中途部との間に分岐管Ｐｅが接続されている。この分岐管Ｐｅの中途部には第２の開閉弁２６が設けられている。第２の開閉弁２６は単なる二方弁であって、制御部からの制御信号に応じて開閉制御される。

上記吐出管Ｐｃの中途部と、第１のシリンダ８Ａに設けられるブレード室１６ａとは、中間圧分岐管Ｐｆによって連通される。第１の実施の形態では上記ブレード室１６ａに高圧導入孔１９を設けたが、この実施の形態では設けられておらず、代って中間圧分岐管Ｐｆが接続される。
このようにして構成される圧力切換え機構Ｋａを備えて通常運転（多段圧縮運転）を選択すると、第１の開閉弁２５は閉成され、第２の開閉弁２６も閉成されたうえに、ロータリ式圧縮機Ａが駆動を開始する。

気液分離器Ｅで蒸発した低圧の冷媒ガスは図に実線矢印に示すように、吸込み管Ｐａを介して第１のシリンダ室１４ａに導かれる。第１の開閉弁２５が閉成されており、ブレード室１６ａは中間圧分岐管Ｐｆを介して吐出管Ｐｃと連通しているので、吐出管Ｐｃ内の圧力同じ中間圧力雰囲気となる。
したがって、ブレード１５ａの先端部ｄと後端部ｅとで差圧が生じ、ブレード先端部ｄが常に偏心ローラ１３ａに摺接するように押圧付勢される。第１のシリンダ室１４ａにおいては通常の圧縮運転が行われ、第１段圧縮された中間圧の冷媒ガスが吸込み管Ｐｂを介して第２のシリンダ室１４ｂに導かれる。第２のシリンダ室１４ｂでは通常の圧縮作用がなされ、吐出管Ｐｄから圧縮された高圧ガスが密閉ケース１内に吐出される。

この実施の形態でも、第１のシリンダ室１４ａで１段面の圧縮作用が行われ、そのまま第２のシリンダ室１４ｂに導かれて２段目の圧縮作用が行われる。２段（多段）圧縮された高圧ガスが凝縮器Ｂ、膨張装置Ｃ、蒸発器Ｄの順に導かれて冷凍作用をなす。したがって、同様の効果を得られる。
特別運転（一段圧縮運転）を選択すると、第１の開閉弁２５は開放され、第２の開閉弁２６は閉成を保持する。気液分離器Ｅから低圧の冷媒ガスが第１のシリンダ室１４ａと、第１の開閉弁２５を介して吸込み管Ｐｂから第２のシリンダ室１４ｂに導かれる。さらに、吸込み管Ｐｂの中途部から吐出管Ｐｃを逆流し、中間圧分岐管Ｐｆからブレード室１６ｂに充満する。

第１のシリンダ８Ａにおける第１のシリンダ室１４ａとブレード室１６ａとは低圧の冷媒ガスで満たされ、ブレード１５ａの先端部ｄと後端部ｅとの間で差圧が生じない。そのため、第１のシリンダ室１４ａでは圧縮作用が行われない。
一方、吸込み管Ｐｂから第２のシリンダ室１４ｂにおいては、ブレード１５ｂがばね部材１７によって押圧付勢され偏心ローラ１３ｂの偏心回転にともなってシリンダ室１４ｂを二分する。したがって、吸込み管Ｐｂから第２のシリンダ室１４ｂに導かれた低圧の冷媒ガスは圧縮される。結局、第２の圧縮機構部２Ｂにおいてのみ圧縮作用が行われ、第１の圧縮機構部２Ａでは非圧縮運転となる。

このような多段圧縮運転と一段圧縮運転の効果は、先に第１の実施の形態で説明したものと全く同様であり、ここでは新たな説明を省略する。
なお、第２の実施の形態において、圧力切換え機構Ｋａを一段圧縮運転に設定して継続し、運転状況の変化により多段圧縮運転に切換える場合がある。このとき制御部は、以下に述べるようにして制御を行う。
一段圧縮運転時に制御部は第１の開閉弁２５を開放し、第２の開閉弁２６を閉成するよう設定したが、多段圧縮運転への切換えを行う前段階として、第１の開閉弁２５を閉成し、第２の開閉弁２６を開放するよう制御する。

したがって、図に一点鎖線矢印に示すように、密閉ケース１内に吐出され充満する高圧ガスの一部が分岐管Ｐｅから第２の開閉弁２６を介して吐出管Ｐｃを逆流し、第１のシリンダ８Ａに設けられるブレード室１６ａに導かれる。その一方で第１のシリンダ室１４ａには気液分離器Ｅで蒸発した低圧の冷媒ガスが吸込み管Ｐａを介して導かれるので、ブレード１５ａの第１のシリンダ室１４ａ側である先端部ｄと、ブレード室１６ａ側である後端部ｅとに差圧が生じる。

ブレード１５ａは直ちに移動して、先端部ｄが偏心ローラ１３ａの周壁に当接し、かつローラ１３ａの偏心回転に追従して往復動する。この状態にしてから、先に説明したように第２の開閉弁２６を閉成するよう切換え、第１の開閉弁２５は閉成を保持するので、先に説明した多段圧縮運転が行われる。
結局、一段圧縮運転から多段圧縮運転への切換えが極めて円滑に行われることとなり、信頼性のより向上化が得られる。しかも、第２の実施の形態では廉価な開閉弁を用意すればよいから、コストへの悪影響を抑制できる。

なお、上記実施の形態においては、圧縮運転と非圧縮運転の切換え可能な圧縮機構部を最も低段側の圧縮機構部としたが、本発明はこれに限らず、高段側の圧縮機構部を圧縮運転と非圧縮運転に切換えるようにしても良い。この場合、多段圧縮運転と一段圧縮運転時の冷凍能力は略同一となる。
また、本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。そして、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。

本発明の実施の形態に係る、冷凍サイクル構成図とロータリ式圧縮機の概略断面図。 第１の実施の形態に係る、圧力切換え機構を備えたロータリ式圧縮機の作用説明図。 第２の実施の形態に係る、圧力切換え機構を備えたロータリ式圧縮機の作用説明図。

符号の説明

Ａ…ロータリ式圧縮機、Ｂ…凝縮器、Ｃ…膨張装置、Ｅ…蒸発器、Ｐ…冷媒管、１…密閉ケース、３…電動機部、４…回転軸を、２Ａ…第１の圧縮機構部、２Ｂ…第２の圧縮機構部、Ｋ…圧力切換え機構（圧力切換え手段）、１３ａ…偏心ローラ、１４ａ…第１のシリンダ室、８Ａ…第１のシリンダ、１５ａ…ブレード、１６ａ…ブレード室。

Claims (4)

1. ロータリ式圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを冷媒管を介して連通してなり、冷凍サイクルを構成する冷凍サイクル装置において、
   上記ロータリ式圧縮機は、
   密閉ケースと、
   この密閉ケース内に収容される電動機部および、この電動機部と回転軸を介して連結される複数の圧縮機構部と、
   上記複数の圧縮機構部を直列に連通して多段圧縮運転をなす多段圧縮運転と、少なくとも１つの圧縮機構部を非圧縮運転させ残りの圧縮機構部による圧縮運転をなす一段圧縮運転とに切換える圧力切換え手段と
   を具備することを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 上記ロータリ式圧縮機における複数の圧縮機構部のうち、上記圧力切換え手段により非圧縮運転に切換えられる圧縮機構部は、
   最も低段側にあるとともに、最も排除容積が大であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
3. 上記ロータリ圧縮機における複数の圧縮機構部のうち、上記圧力切換え手段により非圧縮運転に切換えられる圧縮機構部は、
   偏心回転自在なローラを収容するシリンダ室を備えたシリンダと、先端部が上記ローラの周面に対向され、ローラと当接した状態でローラの回転方向に沿ってシリンダ室内を二分するブレードと、上記シリンダに一体に設けられ上記ブレードの後端部を収容するブレード室とを具備し、
   上記ブレード室には、常時圧縮運転をなす圧縮機構部から吐出される吐出圧の冷媒ガスが導かれ、上記シリンダ室には上記圧力切換え手段の作用により上記蒸発器で蒸発した吸込み圧の冷媒ガスもしくは常時圧縮運転をなす圧縮機構部から吐出される吐出圧の冷媒ガスが導かれ、上記ブレードはブレード室とシリンダ室における差圧の程度に応じて圧縮運転と非圧縮運転との切換えがなされることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
4. 密閉ケースと、
   この密閉ケース内に収容される電動機部および、この電動機部と回転軸を介して連結される複数の圧縮機構部と、
   上記複数の圧縮機構部を直列に連通して多段圧縮運転をなす多段圧縮運転と、少なくとも１つの圧縮機構部を非圧縮運転させ残りの圧縮機構部による圧縮運転をなす一段圧縮運転とに切換える圧力切換え手段と
   を具備することを特徴とするロータリ式圧縮機。

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