JP3389539B2 - 内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサ - Google Patents

内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサ

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は内部中間圧型２段圧縮
式ロータリコンプレッサに関し、特にたとえば起動時の
圧力変動を小さくすると共に、耐圧容器の軽量化を可能
とする内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサに
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、密閉容器内に電動要素と、この電
動要素により駆動される２個の回転圧縮要素を配置収納
した２シリンダ形２段圧縮式ロータリコンプレッサにお
いて、密閉容器を内部低圧型、あるいは内部中間圧型と
して使用している。
【０００３】内部低圧型の場合、冷凍サイクルを構成す
る外部冷媒回路よりアキュムレータを経由して密閉容器
内に戻る低温低圧の冷媒ガスを、吸込通路より吸入して
第１の回転圧縮要素で１段目の圧縮をした後、外部に位
置する中間冷却器に送出し、その後冷媒配管によりこの
中間圧の冷媒ガスを直接第２の回転圧縮要素に吸入し、
ここで更に２段目の圧縮を行い、高温高圧の冷媒ガスを
冷媒配管により上述の外部冷媒回路に送出している。
【０００４】これに対して、内部中間圧型の場合、冷凍
サイクルを構成する外部冷媒回路よりアキュムレータを
経由して戻る低温低圧の冷媒ガスは冷媒配管により直接
第１の回転圧縮要素に吸入され、ここで圧縮されて密閉
容器内へ吐出される。つぎに、この吐出された中間圧の
冷媒ガスは第２の回転圧縮要素で圧縮されて、高温高圧
の冷媒ガスとして冷媒配管より外部冷媒回路に送出して
いる。すなわち、密閉容器内へ吐出される冷媒ガスの圧
力は第１段吸込圧と第２段吐出圧の中間圧となる。そし
てこの中間圧は軸受け負荷や各段の仕事量などにより決
められていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この中
間圧が、コンプレッサが停止している時で高低圧差がな
くなりコンプレッサ内部の圧力が平衡状態になった時の
圧力（平衡圧）よりも低い場合、コンプレッサの起動時
には密閉容器内の圧力が急激に低下し、それに伴いオイ
ルに寝込んでいた冷媒が気泡となりオイルフォーミング
が発生する。また、中間圧が平衡圧よりも高い場合、コ
ンプレッサの停止時に起動後オイル中に溶け込んだ冷媒
ガスが密閉容器の温度上昇により気泡となり、オイルフ
ォーミングが発生する。さらに、ＣＯ２冷媒を使用した
場合、冷媒圧力は高圧側で約１００ｋｇ／ｃｍ2Ｇ、低
圧側では約３０ｋｇ／ｃｍ2Ｇにも達し、その圧力差に
より低圧側に流出するオイル量が増加する。また、密閉
容器には中間圧、平衡圧のいずれかの高い方の耐圧設計
が必要となる。
【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、起
動時等における圧力変動が小さく、しかも密閉容器の耐
圧設計が容易で軽量化ができる内部中間圧型２段圧縮式
ロータリコンプレッサを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、密閉容器内に
電動要素と、前記電動要素により駆動される第１および
第２の回転圧縮要素を備え、前記第１の回転圧縮要素で
１段目圧縮されたＣＯ２冷媒ガスを前記密閉容器内に放
出し、さらにこの放出された中間圧の冷媒ガスを前記第
２の回転圧縮要素で２段目圧縮すると共に、前記ＣＯ２
冷媒ガスの少なくとも一部が潤滑油に溶け込んだ状態で
動作する内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサ
において、平衡圧と中間圧が同じになるように１段目の
回転圧縮要素と２段目の回転圧縮要素の容積比を設定す
ることを特徴とする内部中間圧型２段圧縮式ロータリコ
ンプレッサである。
【０００８】
【作用】１段目と２段目の圧縮を行う回転圧縮要素の容
積比を１対０．５６〜０．８の範囲に設定することによ
り、起動時の圧力変動が小さくなり、それに伴いオイル
フォーミングの発生が抑制できる。また、密閉容器の耐
圧設計基準が平衡圧と略同等の７０００ｋＰａとなり、
内部低圧型と同等の値となる。
【０００９】
【発明の効果】この発明によれば、起動時にオイルフォ
ーミングの発生が抑制されるので、密閉容器内の泡状に
なったオイルが冷媒ガスと共にシリンダ内に流れ込み、
その後、コンプレッサ外へ吐出され、密閉容器内がオイ
ル不足となることを防止できる。また、密閉容器の耐圧
設計も容易となり軽量化も可能となる。その結果、コン
プレッサの性能が向上すると共に、コストも低減でき
る。
【００１０】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明により一層明らかとなろう。
【００１１】
【実施例】図１に示すこの発明の一実施例である内部中
間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサ１０は、鋼板か
らなる円筒状密閉容器１２、この密閉容器１２内の上部
空間に配置された電動要素１４、および電動要素の下部
に位置し且つこの電動要素１４に連結されたクランク軸
１６により駆動される回転圧縮機構１８を含む。
【００１２】また、密閉容器１２は底部を潤滑油のオイ
ル溜とし、電動要素１４と回転圧縮機構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
塞する蓋体１２Ｂとの２部材で構成され、蓋体１２Ｂに
は電動要素１４に外部電力を供給するターミナル端子２
０（配線は省略）を取り付けている。なお、このターミ
ナル端子２０は、図示のように本体部２０Ａを平面形状
としているが、密閉容器１２が内部中間圧若しくは内部
高圧の場合、図２に示すようにこの本体部２０Ａの形状
を上方へ曲面状に突出させると本体部２０Ａの変形が起
こりにくくなり、ターミナル端子２０の強度が向上す
る。
【００１３】電動要素１４は、密閉容器１２の上部内周
面に沿って環状に取り付けられたステ−タ２２と、この
ステ−タ２２の内側に若干の間隙を設けて配置されたロ
ータ２４とからなる。このロータ２４にはその中心を通
り鉛直方向に延びるクランク軸１６が固定されている。
ステ−タ２２は、リング状の電磁鋼板を積層した積層体
２６と、この積層体２６に巻装された複数のコイル２８
を有している。また、ロータ２４もステ−タ２２と同じ
ように電磁鋼板の積層体３０で構成された交流モータで
ある。また、永久磁石を埋装したＤＣモータとすること
も可能である。
【００１４】回転圧縮機構１８は、１段目（低段側）の
圧縮を行う第１の回転圧縮要素３２と２段目（高段側）
の圧縮を行う第２の回転圧縮要素３４を含む。すなわ
ち、中間仕切板３６と、この中間仕切板３６の上側と下
側に夫々配置された上下シリンダ３８，４０と、この上
下シリンダ３８、４０内をクランク軸１６の上下偏心部
４２、４４に連結されて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内を夫々低圧室３８ａ、４０ａと高圧室３８
ｂ、４０ｂに区画する上下ベーン５０，５２と、上下シ
リンダ３８、４０の上下開口を閉塞するクランク軸１６
の軸受けを兼用する上部支持部材５４および下部支持部
材５６とで構成される。（図３参照）上部支持部材５４
および下部支持部材５６には上下シリンダ３８、４０の
各高圧室側と適宜連通する吐出消音室５８、６０が形成
されると共に、これらの各消音室の開口面は上部プレー
ト６２と下部プレート６４で閉塞されている。
【００１５】また、図３に示すように上下ベーン５０、
５２は上下シリンダ３８、４０のシリンダ壁に形成され
た径方向の案内溝６６、６８に往復摺動可能に配置さ
れ、且つスプリング７０、７２により上下ローラ４６、
４８に常時当接するように付勢されている。そして、上
シリンダ３８では１段目の圧縮作用が行われ、下シリン
ダ４０では上シリンダ３８で圧縮された冷媒ガスを吸込
んで２段目の圧縮作用が行われる。
【００１６】ところで、密閉容器１２内を平衡圧、すな
わちコンプレッサが停止しているときで、高低圧差がな
くなりコンプレッサ内部の圧力が平衡状態になったとき
の圧力と同じ中間圧に保持するために、１段目の回転圧
縮要素３２と２段目の回転圧縮要素３４の容積比を１対
０．５６〜０．８の範囲に設定する。この実施例では、
その容積比を１対０．６５としている。
【００１７】例えば、上下シリンダ３８、４０の内径が
同じである場合は、その高さ（厚み）を変えることで対
応できる。すなわち、２段目の下シリンダ４０のローラ
４８の高さを１段目の上シリンダ３８とローラ４６のそ
れより小さくする。または、上下シリンダ３８、４０の
高さが同じ場合は、上下ローラ４６、４８の外径を変え
て、下ローラ４８の外径を上ローラ４６の外径より大き
くする。その具体的な方法としては、ローラの外径と偏
心部の偏心量の変更により容易に対応できる。
【００１８】ここで、容積比の数値について説明する
と、容積比１対０．５５で実験した結果、中間圧が８０
ｋｇｆ／ｃｍ２、平衡圧が６０ｋｇｆ／ｃｍ２となり、
中間圧＞平衡圧であった。したがって、２段目の容積比
率を大きくすれば、中間圧は下がるはずで、０．８とい
う数値は、２段圧縮機として機能することができる上限
値である。
【００１９】また、１段目の回転圧縮要素３２を構成す
る上ローラ４６と上ベーン５０の材質を２段目の回転圧
縮要素３４を構成する下ローラ４８と下ベーン５２の材
質とは別材質としている。すなわち、圧縮負荷の小さい
１段目の上シリンダ３８には、柔らかいが安価な素材の
ローラ（モニクロ：Ｎｉ，Ｃｒ、Ｍｏ合金添加耐磨耗性
鋳鉄）とベーン（ＳＫＨ：高速度工具鋼）を使い、圧縮
負荷の大きい２段目の下シリンダ４０には、高価である
けれども硬い素材のローラ（合金ターカロイ：Ｎｉ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ、Ｂｏ合金添加耐磨耗性鋳鉄）とベーン（ＰＶ
Ｄ処理：ＳＨＫ基材の表面に窒化クロムＣｒＮを蒸着）
を使うことにより、高い耐久性とコスト低減が可能であ
る。上述の組合わせ事例を示すと以下のようになる。
【００２０】 ローラ材 ベーン材 １段目 モニクロ ＳＨＫ ２段目 ターカロイ ＰＶＤ処理 そして、上述の回転圧縮機構１８を構成する上部支持部
材５４、上シリンダ３８、中間仕切板３６、下シリンダ
４０および下部支持部材５６を、この順に配置して上部
プレート６２および下部プレート６４と共に複数本の取
付ボルト７４を用いて連結固定される。
【００２１】また、クランク軸１６の下部には軸中心に
ストレートのオイル穴７６とこのオイル穴７６に横方向
の給油孔７８、８０を介して連なる螺旋状給油溝８２、
８４を外周面に形成し、上部支持部材５４と下部支持部
材５６の軸受けおよび各摺動部にオイルを供給するよう
にしている。
【００２２】この実施例において、使用される冷媒とし
ては、地球環境、可燃性および毒性等を考慮して自然冷
媒である二酸化炭素（ＣＯ２）を用い、また、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、エステル油等の既存オイルを使用す
る。
【００２３】また、上下シリンダ３８、４０には冷媒を
導入する冷媒吸込通路（図示せず）と圧縮された冷媒を
吐出するための冷媒吐出通路８６、８８を設けている。
そして、これらの各冷媒吸込通路と冷媒吐出通路８６、
８８には密閉容器１２に固定される接続管９０，９２，
９４、９６を介して冷媒配管９８，１００，１０２、１
０４が接続される。また、冷媒配管１００および１０２
の間にはアキュムレータ１０６が接続されている。さら
に、上部プレート６２には上部支持部材５４の吐出消音
室５８と連通する吐出管１０８が接続されて、１段目で
圧縮された冷媒ガスの一部を密閉容器１２内に直接吐出
し、その後冷媒配管１００に接続された分岐管１１０で
冷媒吐出通路８６から吐出される残りの冷媒ガスと合流
する構成となっている。
【００２４】次に、上述の実施例の動作概要について説
明する。
【００２５】まず、ターミナル端子２０および配線（図
示せず）を介して電動要素１４のコイル２８に通電する
と、ロータ２４が回転しそれに固定されたクランク軸１
６が回転する。この回転によりクランク軸１６と一体に
設けられた上下偏心部４２、４４に連結された上下ロー
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、冷媒配管９８、冷媒吸込通路（図示せ
ず）を経由して、図３に示すように吸込ポート１１２か
ら上シリンダ３８の低圧室３８ａに吸入された冷媒ガス
は、上ローラ４６と上ベーン５０の動作により１段目の
圧縮が行われる。そして、高圧室３８ｂより吐出ポート
１１４を経由して上部支持部材５４の吐出消音室５８に
吐出された中間圧の冷媒ガスは、その一部が吐出管１０
８から密閉容器１２内に放出され、残りは上シリンダ３
８の冷媒吐出通路８６を通り冷媒配管１００に送出され
て途中の分岐管１１０より流入する密閉容器１２内に放
出された冷媒ガスと合流する。
【００２６】つぎに、合流後の冷媒ガスはアキュムレー
タ１０６を経由して冷媒配管１０２、および図示されな
い冷媒吸込通路を経由して図３に示す吸込ポート１１６
から下シリンダ４０の低圧室４０ａに吸入された中間圧
の冷媒ガスは、下ローラ４８と下ベーン５２の動作によ
り２段目の圧縮が行われる。そして、下シリンダ４０の
高圧室４０ｂより吐出ポート１１８を経由して下部支持
部材５６の吐出消音室６０に吐出された高圧冷媒ガス
は、冷媒吐出通路８８から冷媒配管１０４を通り冷凍サ
イクルを構成する外部冷媒回路に送出される。以後同様
の経路で冷媒ガスの吸入―圧縮―吐出が行われる。
【００２７】また、クランク軸１６の回転により、密閉
容器１２の底部に貯溜されている潤滑オイル（図示せ
ず）はクランク軸１６の軸中心に形成された鉛直方向の
オイル穴７６を上昇し、その途中に設けた横方向の給油
孔７８、８０より外周面に形成した螺旋状給油溝８２、
８４に流出する。これにより、クランク軸１６の軸受け
および上下ローラ４６、４８と上下偏心部４２、４４の
各摺動部に対する給油が良好に行われ、その結果、クラ
ンク軸１６および上下偏心部４２、４４は円滑な回転を
行うことができる。
【００２８】なお、上下シリンダ３８、４０の各冷媒吸
込通路に接続される冷媒配管９０、９４を二重管方式あ
るいは冷媒配管の内壁に断熱剤を塗布することにより、
吸込冷媒ガスの温度上昇を低減することができ、吸込効
率が向上する。また、冷媒吸込通路自身を二重管方式あ
るいは通路管の内壁に断熱剤を塗布しても同様の効果を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例である内部中間圧型２段圧
縮式ロータリコンプレッサの要部縦断図である。
【図２】図１におけるターミナル端子部の他の実施例を
示す図解図である。
【図３】図１における各圧縮部の要部断面せる図解図で
ある。
【符号の説明】
１０ …２段圧縮式ロータリコンプレッサ １２ …円筒状密閉容器 １４ …電動要素 １６ …クランク軸 １８ …回転圧縮機構 ３２、３４ …第１および第２の回転圧縮要素 ３６ …中間仕切板 ３８、４０ …上下シリンダ ４２、４４ …上下偏心部 ４６、４８ …上下ローラ ５０、５２ …上下ベーン ５４、５６ …上部および下部支持部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０４Ｃ 29/10 ３２１ Ｆ０４Ｂ 49/02 ３３１Ｚ (72)発明者 小田 淳志 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−256285（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−151847（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−128990（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−141270（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−231365（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−179191（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−46886（ＪＰ，Ｕ) 特許2812022（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F04C 23/00 - 29/10 F04B 39/00 - 39/16 F04B 49/00 - 51/00 F25B 1/00 - 1/10

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 密閉容器内に電動要素と、前記電動要素
    により駆動される第１および第２の回転圧縮要素を備
    え、前記第１の回転圧縮要素で１段目圧縮されたＣＯ２
    冷媒ガスを前記密閉容器内に放出し、さらにこの放出さ
    れた中間圧の冷媒ガスを前記第２の回転圧縮要素で２段
    目圧縮すると共に、前記ＣＯ２冷媒ガスの少なくとも一
    部が潤滑油に溶け込んだ状態で動作する内部中間圧型２
    段圧縮式ロータリコンプレッサにおいて、 平衡圧と中間圧が同じになるように１段目の回転圧縮要
    素と２段目の回転圧縮要素の容積比を設定することを特
    徴とする内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッ
    サ。
  2. 【請求項２】 前記容積比を１対０．５６〜０．８の範
    囲に設定する、請求項１記載の内部中間圧型２段圧縮式
    ロータリコンプレッサ。
  3. 【請求項３】 前記容積比を０．６５に設定する請求項
    ２記載の内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッ
    サ。
  4. 【請求項４】 前記各回転圧縮要素は、シリンダと、前
    記シリンダ内を偏心回転するローラおよび前記ローラに
    当接して前記シリンダを高圧室と低圧室に区画するベー
    ンとを含み、前記シリンダの高さを変えることにより１
    段目と２段目の容積比を所定範囲に設定する、請求項２
    記載の内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサ。
  5. 【請求項５】 前記各回転圧縮要素は、シリンダと、前
    記シリンダ内を偏心回転するローラおよび前記ローラに
    当接して前記シリンダを高圧室と低圧室に区画するベー
    ンとを含み、前記ローラの径とクランク軸の偏心部の偏
    心量を変えることにより１段目と２段目の前記容積比を
    所定範囲に設定する、請求項２記載の内部中間圧型２段
    圧縮式ロータリコンプレッサ。
  6. 【請求項６】 前記１段目の回転圧縮要素であるローラ
    とベーンの材質を前記２段目の回転圧縮要素であるロー
    ラとベーンの材質とは別材質とする請求項４または５記
    載の内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサ。
  7. 【請求項７】 前記１段目のローラとベーンの材質より
    も前記２段目のローラとベーンの材質の方を硬い素材で
    構成する、請求項６記載の内部中間圧型２段圧縮式ロー
    タリコンプレッサ。
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