JP3857967B2 - 多段圧縮式ロータリコンプレッサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉容器内に電動要素と、この電動要素の回転軸にて駆動される第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冷媒を第２の回転圧縮要素で圧縮する多段圧縮式ロータリコンプレッサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種ロータリコンプレッサは、回転圧縮要素の吸入ポートから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シリンダの高圧室側の吐出ポートより一旦密閉容器内に吐出され、この密閉容器から外部に吐出される構成とされている。また、前記ベーンはシリンダの半径方向に設けられた溝内に移動自在に取り付けられている。係るベーンはローラに押し付けられてシリンダ内を低圧室側と高圧室側に区画するものである。ベーンの後側には当該ベーンをローラ側に付勢するスプリングが設けられると共に、溝にはベーンをローラ側に付勢するための密閉容器内と連通する背圧室が設けられている。そして、背圧室には密閉容器内の高圧が加えられて、ベーンをローラ側に付勢している。
【０００３】
一方、近年ではフロン冷媒によるオゾン層破壊の問題から、この種ロータリコンプレッサにおいてもフロン以外のＨＣ冷媒、例えばプロパン（Ｒ２９０）などの可燃性の冷媒の使用が検討されている。
【０００４】
ところで、プロパンなどの可燃性冷媒は、安全性等の問題から封入量を極力少なくする必要がある。通常プロパンを冷媒として使用する場合の安全上の限界量は１５０ｇ程であり、実際には余裕を見て１００ｇ（冷蔵庫用では５０ｇ）程に抑える必要がある。
【０００５】
一方、ロータリコンプレッサでは密閉容器内に圧縮後の冷媒が吐出されるため、同容量のレシプロタイプのコンプレッサに比較して、封入しなければならない冷媒量は３０ｇ〜５０ｇ程増加してしまう。そのため、可燃性冷媒を用いたロータリコンプレッサの実用化は非常に厳しいものとなっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、密閉容器内が中間圧となる多段圧縮式ロータリコンプレッサに可燃性冷媒を用いることが検討されている。この場合、密閉容器に高圧の冷媒を吐出する場合と比べて、密閉容器内の圧力が低くなる。即ち、圧力が低いほど冷媒の密度が低くなるため、密閉容器内に存在する冷媒量が少なくなり、密閉容器内に封入する冷媒量を減らすことができる。特に、第１の回転圧縮要素の排除容積に対して第２の回転圧縮要素の排除容積の比を大きくした場合には中間圧が上がりにくくなるので、密閉容器内に封入する冷媒量をより一層減らすことができるようになる。
【０００７】
しかしながら、ロータリコンプレッサの密閉容器内を中間圧として、上述する如く中間圧を低く抑えた場合には、コンプレッサ始動時に第１の回転圧縮要素のベーンに背圧として加わる密閉容器内の圧力が上がりにくいため、ベーン飛びが生じる恐れがあった。
【０００８】
また、内部中間圧型の場合、ロータリコンプレッサ停止後にコンプレッサ内が平衡圧に達するのに時間がかかるため、再起動時に始動性が悪化してしまうという問題も生じていた。
【０００９】
本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサに可燃性冷媒を用いた場合における、ベーン飛び等の不安定な運転挙動を回避し、又、コンプレッサの始動性を改善することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の多段圧縮式ロータリコンプレッサでは、第１及び第２の回転圧縮要素を構成する第１及び第２のシリンダと、電動要素の回転軸に形成された偏心部により各シリンダ内でそれぞれ偏心回転する第１及び第２のローラと、各ローラに当接して各シリンダ内を低圧室側と高圧室側にそれぞれ区画する第１及び第２のベーンと、各ベーンを常時各ローラ側に付勢するための第１及び第２の背圧室とを備え、冷媒として可燃性冷媒を用い、第１の回転圧縮要素で圧縮された冷媒を密閉容器内に吐出し、この吐出された中間圧の冷媒を第２の回転圧縮要素で圧縮すると共に、第２の回転圧縮要素の冷媒吐出側と第１及び第２の背圧室とを連通させたので、第１及び第２の背圧室に第２の回転圧縮要素で圧縮された高圧の冷媒が加えられる。
【００１１】
請求項２の発明では上記発明に加えて、第２のシリンダの開口面を閉塞する支持部材と、この支持部材内に構成され、第２のシリンダ内で圧縮された冷媒が吐出される吐出消音室と、支持部材内に形成され、吐出消音室と第２の背圧室とを連通する連通路と、第１及び第２のシリンダ間に挟持された中間仕切板と、この中間仕切板内に形成され、第２の背圧室と第１の背圧室とを連通する連通孔とを備えたので、比較的簡単な構造で第２の回転圧縮要素の冷媒吐出側の高圧を第１及び第２の背圧室に加えられるようになる。
【００１２】
請求項３の発明では請求項２の発明に加えて、吐出消音室と密閉容器内とを連通する均圧用通路と、この均圧用通路を開閉する均圧弁とを備え、この均圧弁は、吐出消音室内の圧力が密閉容器内の圧力より低くなった場合に均圧用通路を開放するので、第１の回転圧縮要素と第２の回転圧縮要素及び密閉容器内の均圧を早めることができるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施の形態を詳述する。図１は本発明の多段圧縮式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）圧縮式ロータリコンプレッサ１０の縦断面図を示している。
【００１４】
図１において、実施例のロータリコンプレッサ１０はプロパン（Ｒ２９０）を冷媒として使用する内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサで、この多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の密閉容器１２Ａ、及びこの密閉容器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とで形成されるケースとしての密閉容器１２と、この密閉容器１２の容器本体１２Ａの内部空間の上側に配置収納された電動要素１４と、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及び第２の回転圧縮要素３４からなる回転圧縮機構部１８とにより構成されている。
【００１５】
尚、密閉容器１２は底部をオイル溜めとする。また、前記容器本体１２Ａの側面には電動要素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。
【００１６】
電動要素１４は、密閉容器１２の上部空間の内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の内側に若干の隙間を設けて挿入設置されたロータ２４とからなる。そして、このロータ２４には鉛直方向に延びる回転軸１６が固定されている。
【００１７】
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、分布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。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で形成されている。
【００１８】
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上シリンダ（第２のシリンダ）３８、下シリンダ（第１のシリンダ）４０と、上下シリンダ３８、４０内を１８０度の位相差を有して回転するように回転軸１６に設けられた偏心部４２、４４に嵌合されて偏心回転する上ローラ（第２のローラ）４６、下ローラ（第１のローラ）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ベーン（第２のベーン）５０、ベーン（第１のべーン）５２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。
【００１９】
上記第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４を構成する上下シリンダ３８、４０内には、図２で示すようにベーン５０、５２を収納する案内溝７０、７２が形成されており、この案内溝７０、７２の外側、即ち、ベーン５０、５２の背面側には、バネ部材としてのスプリング７４、７６を収納する収納部７０Ａ、７２Ａが形成されている。このスプリング７４、７６はベーン５０、５２の背面側端部に当接し、常時ベーン５０、５２をローラ４６、４８側に付勢する。そして、この収納部７０Ａ、７２Ａは案内溝７０、７２側と密閉容器１２（容器本体１２Ａ）側に開口しており、収納部７０Ａ、７２Ａに収納されたスプリング７４、７６の密閉容器１２側には図示しないプラグが設けられ、スプリング７４、７６の抜け止めの役目を果たす。また、プラグの周面には各プラグと収納部７０Ａ、７２Ａの内面間をシールするために図示しないＯリングが取り付けられている。
【００２０】
また、案内溝７０と収納部７０Ａの間には、スプリング７４と共にベーン５０を常時ローラ４６側に付勢するため、第２の回転圧縮要素３４の冷媒吐出圧をベーン５０に加える第２の背圧室８０が設けられている。この第２の背圧室８０の上面は後述する連通路９０に連通する。また、第２の背圧室８０の下面は中間仕切板３６に形成された連通孔１１０にて後述する第１の背圧室８２と連通している。
【００２１】
このように、吐出消音室６２と第２の背圧室８０とを連通路９０にて連通させることにより、第２の回転圧縮要素３４で圧縮され、吐出消音室６２内に吐出された高圧の冷媒が連通路９０から第２の背圧室８０に加えられる。これにより、ベーン５０がローラ４６側に充分に付勢されるので、ベーン飛び等の第２の回転圧縮要素３４の不安定な運転挙動を回避することができるようになる。
【００２２】
前記下シリンダ４０のベーン５２を収納する案内溝７２と収納部７２Ａの間には、スプリング７６と共にベーン５２を常時ローラ４８側に付勢するための前述する第１の背圧室８２が設けられている。この第１の背圧室８２の上面は前述する連通孔１１０にて前記第２の背圧室８０と連通している。
【００２３】
このように、第２の背圧室８０と第１の背圧室８２とを連通孔１１０にて連通させることにより、前記連通路９０を経て第２の背圧室８０に加えられる吐出消音室６２内の高圧を第１の背圧室８２内に導入することができるようになる。これにより、ベーン５２がローラ４８側に充分に付勢されるようになるので、始動時に第１の背圧室８２内の圧力上昇が迅速となり、ベーン飛びなどの第１の回転圧縮要素３２の不安定な運転挙動を回避することができるようになる。
【００２４】
特に、本発明では密閉容器１２内を中間圧とすると共に、後述する如く密閉容器１２内の中間圧が低くなるように第１の回転圧縮要素３２の排除容積に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積の比を大きく設定しているので、ロータリコンプレッサ１０の起動時に、密閉容器１２内の圧力が上がりにくいために、ベーン５２に充分な背圧がかからなくなるという不都合を回避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１０の信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００２５】
また、上部支持部材５４に連通路９０を形成して、中間仕切板３６に連通孔１１０を形成するだけで、特別な機構を用いずに各ベーン５０、５２に充分な背圧をかけることができるようになるので、加工コストを低減しながら信頼性の高いロータリコンプレッサ１０を生産できるようになる。
【００２６】
そして、上下シリンダ３８、４０には、図示しない吸込ポートにて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路５８、６０が設けられている。また、上部支持部材５４には、上シリンダ３８内で圧縮された冷媒を吐出ポート３９から上部支持部材５４の凹陥部を壁としてのカバーによって閉塞することにより形成された吐出消音室６２が設けられている。即ち、吐出消音室６２は当該吐出消音室６２を画成する壁としての上部カバー６６にて閉塞される。
【００２７】
上部支持部材５４内には前述する連通路９０が形成されている。この連通路９０は、第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８の吐出ポート３９に連通する吐出消音室６２と前記第２の背圧室８０とを連通する通路である。
【００２８】
また、前記上部カバー６６には、図３に示すように密閉容器１２内と吐出消音室６２内とを連通する均圧用通路１００が形成されている。この均圧用通路１００は上部カバー６６を上下に貫通する孔であり、均圧用通路１００の下面は吐出消音室６２内に取り付けられた均圧弁１０１にて開閉可能に閉塞されている。
【００２９】
この均圧弁１０１は縦長略矩形状の金属板からなる弾性部材にて構成されており、この均圧弁１０１の下側には均圧弁抑え板としてのバッカーバルブ１０２が配置され、上部カバー６６の下面に取り付けられている。そして、均圧弁１０１の一側が均圧用通路１００に当接して密閉すると共に、他側は均圧用通路１００と所定の間隔を存して設けられた上部カバー６６の取付孔１０３にカシメピン１０４により固着されている。
【００３０】
そして、ロータリコンプレッサ１０停止後に、吐出消音室６２の圧力が密閉容器１２内の圧力より低くなると、密閉容器１２内の圧力が図３の上方から均圧用通路１００を閉じている均圧弁１０１を押して均圧用通路１００を開き、吐出消音室６２へ吐出させる。このとき、均圧弁１０１は他側を上部カバー６６に固着されているので均圧用通路１００に当接している一側が反り下がり、均圧弁の開き量を規制しているバッカーバルブ１０２に当接する。そして、吐出消音室６２内の圧力が密閉容器１２内の圧力と同じ圧力、若しくは、それより高くなると、均圧弁１０１がバッカーバルブ１０２から離れ、均圧用通路１００を閉塞する。
【００３１】
このように、吐出消音室６２の圧力が密閉容器１２内の圧力より低くなると、均圧用通路１００を開き、吐出消音室６２へ吐出させるようにしたので、ロータリコンプレッサ１０停止後に密閉容器１２内の中間圧が下がりにくいという不都合を回避することができるようになる。これにより、吐出消音室６２内と密閉容器１２内の均圧を早めることができるようになる。
【００３２】
更に、均圧弁１０１を吐出消音室６２内に設けたので、上方の電動要素１４を上部カバー６６に接近させても干渉しなくなる。従って、スペース効率が向上し、ロータリコンプレッサ１０の小型化を図ることができるようになる。また、均圧弁１０１を上部カバー６６下面に取り付けているので、取付作業も容易に行うことができる。
【００３３】
また、吐出消音室６２の下面には、吐出ポート３９を開閉可能に閉塞する吐出弁１２７が設けられている（図１、図２では図示せず）。この吐出弁１２７は縦長略矩形状の金属板からなる弾性部材にて構成されており、この吐出弁１２７の上側には吐出弁抑え板としてのバッカーバルブ１２８が配置され、上部支持部材５４に取り付けられている。そして、吐出弁１２７の一側が吐出ポート３９に当接して密閉すると共に、他側は吐出ポート３９と所定の間隔を存して設けられた上部支持部材５４の取付孔１２９にカシメピン１３０により固着されている。
【００３４】
そして、上シリンダ３８内で圧縮され、所定の圧力に達した冷媒ガスが、図の下方から吐出ポート３９を閉じている吐出弁１２７を押し上げて吐出ポート３９を開き、吐出消音室６２へ吐出させる。このとき、吐出弁１２７は他側を上部支持部材５４に固着されているので吐出ポート３９に当接している一側が反り上がり、吐出弁１２７の開き量を規制している図示しないバッカーバルブに当接する。冷媒ガスの吐出が終了する時期になると、吐出弁１２７がバッカーバルブから離れ、吐出ポート３９を閉塞する。
【００３５】
一方、下シリンダ４０内で圧縮された冷媒ガスは図示しない吐出ポートから下部支持部材５６の電動要素１４とは反対側（密閉容器１２の底部側）に形成された吐出消音室６４に吐出される。この吐出消音室６４は、中心に回転軸１６及び前述した回転軸１６の軸受けを兼用する下部支持部材５６が貫通するための孔を有すると共に、下部支持部材５６の電動要素１４とは反対側を覆うカップ６５にて構成されている。
【００３６】
この場合、上部支持部材５４の中央には軸受け５４Ａが起立形成されている。又、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、回転軸１６は上部支持部材５４の軸受け５４Ａと下部支持部材５６の軸受け５６Ａにて保持されいる。
【００３７】
そして、第１の回転圧縮要素３２の吐出消音室６４と密閉容器１２内とは連通路にて連通されており、この連通路は下部支持部材５６、上部支持部材５４、上部カバー６６、上下シリンダ３８、４０、中間仕切板３６を貫通する図示しない孔である。この場合、連通路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から密閉容器１２内に中間圧の冷媒が吐出される。
【００３８】
このように、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスを密閉容器１２内に吐出するので、密閉容器１２に高圧の冷媒を吐出する場合と比べて、密閉容器１２内に吐出される冷媒量が少なくなる。即ち、圧力が低いほど冷媒の密度が低くなるため、中間圧の冷媒を密閉容器１２内に吐出した方が、高圧の冷媒を密閉容器１２内に吐出するより、冷媒のガス密度が低くなり、密閉容器１２内に存在する冷媒量が少なくなる。
【００３９】
この様子を図４及び図５を参照して説明する。図４は冷媒の蒸発温度に対する本発明の内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２の吸入圧（低圧）と、密閉容器１２内の中間圧（ケース内圧）と、第２の回転圧縮要素３４が吐出する高圧（吐出圧）を示し、図５は単気筒のロータリコンプレッサの場合に同様の高圧を密閉容器内に吐出した場合の蒸発温度に対する吸入圧と高圧（ケース内圧）を示している。両図からも明らかな如く、本発明の内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサ１０では、密閉容器内の圧力は単気筒のロータリコンプレッサの場合に比較して著しく低くなる。このため、密閉容器１２内に封入する冷媒量を減らすことができるようになるものである。
【００４０】
更に、実施例では、第１の回転圧縮要素３２の排除容積に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積の比を大きく、例えば、第１の回転圧縮要素３２の排除容積に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積の比を６０％以上９０％以下に設定している。図５のＢは６０％の場合の中間圧と、Ａは９０％の場合の中間圧を示している。
【００４１】
従来多段圧縮式ロータリコンプレッサにおいて、第１の回転圧縮要素３２の排除容積に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積の比は５７％程度であったが、このような値とした場合、中間圧が高くなり、これによって密閉容器１２内に吐出される冷媒のガス密度も高くなるため、ロータリコンプレッサ１０に封入する冷媒量も多くしなければならないが、実施例のように第１の回転圧縮要素３２の排除容積に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積の比を６０％以上とすれば、密閉容器１２内の冷媒量が少なくなる。
【００４２】
また、第１の回転圧縮要素３２に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積の比を９０％より大きくした場合には、図５からも明らかな如く第１の回転圧縮要素に吸入される冷媒の圧力（吸入圧）と密閉容器１２内の中間圧が殆ど同じ圧力になるため、第１の回転圧縮要素３２で充分に圧縮されなくなり、または、第１の回転圧縮要素３２のベーンの付勢力が不足してベーン飛びが生じる。また、密閉容器１２内底部に設けられたオイル溜めからのオイルの差圧給油が充分に行えなくなるなど、ロータリコンプレッサ１０の挙動が不安定になるという問題が生じる。
【００４３】
従って、第１の回転圧縮要素３２に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積の比を実施例の如く６０％以上９０％以下とすることで、第２の回転圧縮要素３４のベーン飛び等の不安定な運転挙動を回避しながら、１段目の差圧（第１の回転圧縮要素３２の吸込圧力（吸入圧）と第１の回転圧縮要素３２の吐出圧力（中間圧））を小さくして、密閉容器１２内に吐出される冷媒ガスの密度を低くすることができるようになる。
【００４４】
即ち、密閉容器１２内に吐出されるガス密度が低くなることにより、密閉容器１２内にある冷媒ガスの量をより一層減らすことができるようになるので、密閉容器１２内に封入する冷媒ガスの量を削減することができるようになる。
【００４５】
また、上部カバー６６は第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８内部と吐出ポート３９にて連通する吐出消音室６２を画成し、この上部カバー６６の上側には、上部カバー６６と所定間隔を存して、電動要素１４が設けられている。この上部カバー６６は前記上部支持部材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いる。
【００４６】
そして、この場合冷媒として、本実施例では可燃性冷媒であるプロパン（Ｒ２９０）を使用している。尚、本発明に適応可能な他の可燃性冷媒としてはイソブタン（Ｒ６００ａ）やＡＳＨＲＡＥ Ｓｔｄ ３４ Ｓａｆｅｔｙ ｇｒｏｕｐに基づき、高燃焼性（Ｌｅｖｅｌ３）と区分されている冷媒であるメタン（Ｒ５０）、エタン（Ｒ１７０）、プロパン（Ｒ２９０）、ブタン（Ｒ６００）、プロピレン（Ｒ１２７０）等があげられる。
【００４７】
また、密閉容器１２の容器本体１２Ａの側面には、シリンダ３８、４０の吸込通路５８、６０、シリンダ３８の吸込通路５８とは反対側、ロータ２４の下側（電動要素１４の直下）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の上方に位置する。
【００４８】
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と連通する。この冷媒導入管９２は密閉容器１２の外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。
【００４９】
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と連通する。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒導入管９６の一端は吐出消音室６２と連通する。
【００５０】
以上の構成で次に動作を説明する。ターミナル２０及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に商用電源が通電されると、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と一体に設けられた上下偏心部４２、４４に嵌合されて上下ローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。
【００５１】
これにより、冷媒導入管９４及びシリンダ４０に形成された吸込通路６０を経由して図示しない吸込ポートから下シリンダ４０の低圧室側に吸入された低圧（第１の回転回転圧縮要素３２の吸入圧：３８０ＫＰａ）の冷媒は、ローラ４８とベーン５２の動作により圧縮されて中間圧となり下シリンダ４０の高圧室側より図示しない吐出ポート、下部支持部材５６に形成された吐出消音室６４から図示しない連通路を経て中間吐出管１２１から密閉容器１２内に吐出される。これによって、密閉容器１２内は中間圧（第１の回転圧縮要素３２の吐出圧力：第１の回転圧縮要素３２の排除容積に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積比を６０％とした場合は７１０ＫＰａ、第１の回転圧縮要素３２の排除容積に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積比を９０％とした場合は４５０ＫＰａ）となる。
【００５２】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは、スリーブ１４４から出て冷媒導入管９２及びシリンダ３８に形成された吸込通路５８を経由して図示しない吸込ポートから上シリンダ３８の低圧室側に吸入される。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段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなる（第２の回転圧縮要素３４の吐出圧力（高圧）：１８９０ＫＰａ）。これにより、吐出消音室６２内に設けられた吐出弁１２７が開放され、吐出消音室６２と吐出ポート３９とが連通するため、上シリンダ３８の高圧室側から吐出ポート３９内を通り上部支持部材５４に形成された吐出消音室６２に吐出される。
【００５３】
そして、吐出消音室６２に吐出された高圧の冷媒ガスの一部は、前述する連通路９０から第２の背圧室８０内に流入して、ベーン５０をローラ４６側に付勢する。更に、中間仕切板３６に形成された連通孔１１０を経て第１の背圧室８２内に流入して、ベーン５２をローラ４８側に付勢する。他方、吐出消音室６２内に吐出された他の冷媒ガスは冷媒吐出管９６を経て外部に吐出される。
【００５４】
ここで、ロータリコンプレッサ１０の運転が停止すると、吐出消音室６２と第２の回転圧縮要素３４の第２の背圧室８０とが連通路９０にて連通され、第１の回転圧縮要素３２の第１の背圧室８２と第２の回転圧縮要素３４の第２の背圧室８０とが連通孔１１０にて連通されているため、これら背圧室８０、８２からベーン５０、５２と案内溝７０、７２及びスプリング７４、７６と収納部７０Ａ、７２Ａの隙間を通ってシリンダ３８内の高圧の冷媒ガスがシリンダ４０にバイパスされる。これにより、シリンダ３８内の高圧の冷媒ガスは短時間で平衡圧に達する。
【００５５】
また、ロータリコンプレッサ１０の停止後、吐出消音室６２の圧力が低下して密閉容器１２内の圧力より低くなると、前述する如く均圧弁１０１が密閉容器１２内の圧力により下方に押されて均圧用通路１００を開放する。これにより、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスが吐出消音室６２内に流入する。
【００５６】
係る圧力導入によって吐出消音室６２内の圧力が上昇し、吐出消音室６２内の圧力が密閉容器１２内の圧力と同じ圧力となると、前述の如く均圧弁１０１が均圧用通路１００を閉じる。一方、吐出消音室６２と各背圧室８０、８２内は連通路９０及び連通孔１１０にて連通しているので、これらにより、密閉容器１２内、吐出消音室６２、背圧室８０、８２、各シリンダ４０、３８内の圧力は迅速に平衡することになる。従って、次回の再起動時における始動性が改善される。
【００５７】
このように、冷媒として可燃性冷媒を用い、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒を密閉容器１２内に吐出し、この吐出された中間圧の冷媒を第２の回転圧縮要素３４で圧縮すると共に、第２の回転圧縮要素３４の吐出消音室６２と第２の背圧室８０とを連通路９０で連通し、更に、第２の背圧室８０と第１の背圧室８２とを中間仕切板３６に形成した連通孔１１０にて連通させたので、第１及び第２の背圧室８０、８２に吐出消音室６２の高圧の冷媒ガスが加えられる。
【００５８】
これにより、係る内部中間圧型のロータリコンプレッサ１０を使用した場合にも、ベーン５０、５２がローラ４６、４８側に充分に付勢されるので、ベーン飛び等の第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４の不安定な運転挙動を回避することができるようになる。
【００５９】
特に、本発明では密閉容器１２内を中間圧とすると共に、後述する如く密閉容器１２内の中間圧が低くなるように第１の回転圧縮要素３２の排除容積に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積の比を大きく設定しているので、ロータリコンプレッサ１０の起動時に、密閉容器１２内の圧力が上がりにくなるが、背圧室８０、８２には第２の回転圧縮要素３４から吐出される高圧が加えられるので、始動時からベーン５２に充分な背圧がかかるようになり、ロータリコンプレッサ１０の信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００６０】
また、ロータリコンプレッサ１０の運転を停止後には、前述する如く吐出消音室６２内と第２の背圧室８０とが連通路９０にて連通されており、第２の背圧室８０と第１の背圧室８２とが連通孔１１０にて連通されていると共に、密閉容器１２内と吐出消音室６２内とが均圧用通路１００にて連通されるので、ロータリコンプレッサ１０内が平衡圧に達するのを早めることができる。
【００６１】
これにより、ロータリコンプレッサ１０内の差圧を短時間でなくすことができるようになり、ロータリコンプレッサ１０の始動性を著しく高めることができるようになる。
【００６２】
尚、実施例では回転軸１６を縦置型とした多段圧縮式ロータリコンプレッサ１０について説明したが、この発明は回転軸を横置型とした多段圧縮式ロータリコンプレッサにも適応できることは云うまでもない。
【００６３】
更に、多段圧縮式ロータリコンプレッサを第１及び第２の回転圧縮要素を備えた２段圧縮式ロータリコンプレッサで説明したが、これに限らず回転圧縮要素を３段、４段或いはそれ以上の回転圧縮要素を備えた多段圧縮式ロータリコンプレッサに適応しても差し支えない。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述した如く請求項１の発明によれば、第１及び第２の回転圧縮要素を構成する第１及び第２のシリンダと、電動要素の回転軸に形成された偏心部により各シリンダ内でそれぞれ偏心回転する第１及び第２のローラと、各ローラに当接して各シリンダ内を低圧室側と高圧室側にそれぞれ区画する第１及び第２のベーンと、各ベーンを常時各ローラ側に付勢するための第１及び第２の背圧室とを備え、冷媒として可燃性冷媒を用い、第１の回転圧縮要素で圧縮された冷媒を密閉容器内に吐出し、この吐出された中間圧の冷媒を第２の回転圧縮要素で圧縮すると共に、第２の回転圧縮要素の冷媒吐出側と第１及び第２の背圧室とを連通させたので、第１及び第２の背圧室に第２の回転圧縮要素で圧縮された高圧の冷媒が加えられる。
【００６５】
これにより、第１及び第２の背圧室に第２の回転圧縮要素で圧縮された高圧の冷媒ガスが加えられるので、ロータリコンプレッサの始動時から迅速に背圧が上昇するようになり、ベーン飛び等の不安定な運転挙動を回避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信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００６６】
請求項２の発明では上記発明に加えて、第２のシリンダの開口面を閉塞する支持部材と、この支持部材内に構成され、第２のシリンダ内で圧縮された冷媒が吐出される吐出消音室と、支持部材内に形成され、吐出消音室と第２の背圧室とを連通する連通路と、第１及び第２のシリンダ間に挟持された中間仕切板と、この中間仕切板内に形成され、第２の背圧室と第１の背圧室とを連通する連通孔とを備えたので、簡単な構造で第２の回転圧縮要素の冷媒吐出側の高圧が第１及び第２の背圧室に加えられるようになる。これにより、加工性が向上し、生産コストの低減を図ることができるようになる。
【００６７】
そして、請求項３の発明では請求項２の発明に加えて、吐出消音室と密閉容器内とを連通する均圧用通路と、この均圧用通路を開閉する均圧弁とを備え、この均圧弁は、吐出消音室内の圧力が密閉容器内の圧力より低くなった場合に均圧用通路を開放するので、ロータリコンプレッサ停止後の第１の回転圧縮要素と第２の回転圧縮要素及び密閉容器内の圧力の平衡を早めることができるようになる。
【００６８】
これにより、ロータリコンプレッサ内の高低圧差を短時間で解消することができるようになり、ロータリコンプレッサの始動性を著しく高めることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例の内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサの縦断面図である。
【図２】 本発明の内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサの第１及び第２の回転圧縮機構部の拡大縦断面図である。
【図３】 本発明の第２の回転圧縮要素の吐出消音室の拡大縦断面図である。
【図４】 本発明の内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサにおける蒸発温度に対する吸入圧と中間圧と高圧の関係を示す図である。
【図５】 単気筒のロータリコンプレッサにおける蒸発温度に対する吸入圧と高圧の関係を示す図である。
【符号の説明】
１０ 多段圧縮式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
２２ ステータ
２４ ロータ
２６ 積層体
２８ ステータコイル
３０ 積層体
３２ 第１の回転圧縮要素
３４ 第２の回転圧縮要素
３８、４０ シリンダ
５４ 上部支持部材
５６ 下部支持部材
６２、６４ 吐出消音室
６５ カップ
６６ 上部カバー
８０ 第２の背圧室
８２ 第１の背圧室
９０ 連通路
１００ 均圧用通路
１０１ 均圧弁
１１０ 連通孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉容器内に電動要素と、この電動要素の回転軸にて駆動される第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冷媒を第２の回転圧縮要素で圧縮する多段圧縮式ロータリコンプレッサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種ロータリコンプレッサは、回転圧縮要素の吸入ポートから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シリンダの高圧室側の吐出ポートより一旦密閉容器内に吐出され、この密閉容器から外部に吐出される構成とされている。また、前記ベーンはシリンダの半径方向に設けられた溝内に移動自在に取り付けられている。係るベーンはローラに押し付けられてシリンダ内を低圧室側と高圧室側に区画するものである。ベーンの後側には当該ベーンをローラ側に付勢するスプリングが設けられると共に、溝にはベーンをローラ側に付勢するための密閉容器内と連通する背圧室が設けられている。そして、背圧室には密閉容器内の高圧が加えられて、ベーンをローラ側に付勢している。
【０００３】
一方、近年ではフロン冷媒によるオゾン層破壊の問題から、この種ロータリコンプレッサにおいてもフロン以外のＨＣ冷媒、例えばプロパン（Ｒ２９０）などの可燃性の冷媒の使用が検討されている。
【０００４】
ところで、プロパンなどの可燃性冷媒は、安全性等の問題から封入量を極力少なくする必要がある。通常プロパンを冷媒として使用する場合の安全上の限界量は１５０ｇ程であり、実際には余裕を見て１００ｇ（冷蔵庫用では５０ｇ）程に抑える必要がある。
【０００５】
一方、ロータリコンプレッサでは密閉容器内に圧縮後の冷媒が吐出されるため、同容量のレシプロタイプのコンプレッサに比較して、封入しなければならない冷媒量は３０ｇ〜５０ｇ程増加してしまう。そのため、可燃性冷媒を用いたロータリコンプレッサの実用化は非常に厳しいものとなっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、密閉容器内が中間圧となる多段圧縮式ロータリコンプレッサに可燃性冷媒を用いることが検討されている。この場合、密閉容器に高圧の冷媒を吐出する場合と比べて、密閉容器内の圧力が低くなる。即ち、圧力が低いほど冷媒の密度が低くなるため、密閉容器内に存在する冷媒量が少なくなり、密閉容器内に封入する冷媒量を減らすことができる。特に、第１の回転圧縮要素の排除容積に対して第２の回転圧縮要素の排除容積の比を大きくした場合には中間圧が上がりにくくなるので、密閉容器内に封入する冷媒量をより一層減らすことができるようになる。
【０００７】
しかしながら、ロータリコンプレッサの密閉容器内を中間圧として、上述する如く中間圧を低く抑えた場合には、コンプレッサ始動時に第１の回転圧縮要素のベーンに背圧として加わる密閉容器内の圧力が上がりにくいため、ベーン飛びが生じる恐れがあった。
【０００８】
また、内部中間圧型の場合、ロータリコンプレッサ停止後にコンプレッサ内が平衡圧に達するのに時間がかかるため、再起動時に始動性が悪化してしまうという問題も生じていた。
【０００９】
本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサに可燃性冷媒を用いた場合における、ベーン飛び等の不安定な運転挙動を回避し、又、コンプレッサの始動性を改善することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の多段圧縮式ロータリコンプレッサでは、第１及び第２の回転圧縮要素を構成する第１及び第２のシリンダと、電動要素の回転軸に形成された偏心部により各シリンダ内でそれぞれ偏心回転する第１及び第２のローラと、各ローラに当接して各シリンダ内を低圧室側と高圧室側にそれぞれ区画する第１及び第２のベーンと、各ベーンを常時各ローラ側に付勢するための第１及び第２の背圧室とを備え、冷媒として可燃性冷媒を用い、第１の回転圧縮要素で圧縮された冷媒を密閉容器内に吐出し、この吐出された中間圧の冷媒を第２の回転圧縮要素で圧縮すると共に、第２の回転圧縮要素の冷媒吐出側と第１及び第２の背圧室とを連通させたので、第１及び第２の背圧室に第２の回転圧縮要素で圧縮された高圧の冷媒が加えられる。
【００１１】
請求項２の発明では上記発明に加えて、第２のシリンダの開口面を閉塞する支持部材と、この支持部材内に構成され、第２のシリンダ内で圧縮された冷媒が吐出される吐出消音室と、支持部材内に形成され、吐出消音室と第２の背圧室とを連通する連通路と、第１及び第２のシリンダ間に挟持された中間仕切板と、この中間仕切板内に形成され、第２の背圧室と第１の背圧室とを連通する連通孔とを備えたので、比較的簡単な構造で第２の回転圧縮要素の冷媒吐出側の高圧を第１及び第２の背圧室に加えられるようになる。
【００１２】
請求項３の発明では請求項２の発明に加えて、吐出消音室と密閉容器内とを連通する均圧用通路と、この均圧用通路を開閉する均圧弁とを備え、この均圧弁は、吐出消音室内の圧力が密閉容器内の圧力より低くなった場合に均圧用通路を開放するので、第１の回転圧縮要素と第２の回転圧縮要素及び密閉容器内の均圧を早めることができるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施の形態を詳述する。図１は本発明の多段圧縮式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）圧縮式ロータリコンプレッサ１０の縦断面図を示している。
【００１４】
図１において、実施例のロータリコンプレッサ１０はプロパン（Ｒ２９０）を冷媒として使用する内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサで、この多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の密閉容器１２Ａ、及びこの密閉容器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とで形成されるケースとしての密閉容器１２と、この密閉容器１２の容器本体１２Ａの内部空間の上側に配置収納された電動要素１４と、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及び第２の回転圧縮要素３４からなる回転圧縮機構部１８とにより構成されている。
【００１５】
尚、密閉容器１２は底部をオイル溜めとする。また、前記容器本体１２Ａの側面には電動要素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。
【００１６】
電動要素１４は、密閉容器１２の上部空間の内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の内側に若干の隙間を設けて挿入設置されたロータ２４とからなる。そして、このロータ２４には鉛直方向に延びる回転軸１６が固定されている。
【００１７】
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、分布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。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で形成されている。
【００１８】
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上シリンダ（第２のシリンダ）３８、下シリンダ（第１のシリンダ）４０と、上下シリンダ３８、４０内を１８０度の位相差を有して回転するように回転軸１６に設けられた偏心部４２、４４に嵌合されて偏心回転する上ローラ（第２のローラ）４６、下ローラ（第１のローラ）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ベーン（第２のベーン）５０、ベーン（第１のべーン）５２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。
【００１９】
上記第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４を構成する上下シリンダ３８、４０内には、図２で示すようにベーン５０、５２を収納する案内溝７０、７２が形成されており、この案内溝７０、７２の外側、即ち、ベーン５０、５２の背面側には、バネ部材としてのスプリング７４、７６を収納する収納部７０Ａ、７２Ａが形成されている。このスプリング７４、７６はベーン５０、５２の背面側端部に当接し、常時ベーン５０、５２をローラ４６、４８側に付勢する。そして、この収納部７０Ａ、７２Ａは案内溝７０、７２側と密閉容器１２（容器本体１２Ａ）側に開口しており、収納部７０Ａ、７２Ａに収納されたスプリング７４、７６の密閉容器１２側には図示しないプラグが設けられ、スプリング７４、７６の抜け止めの役目を果たす。また、プラグの周面には各プラグと収納部７０Ａ、７２Ａの内面間をシールするために図示しないＯリングが取り付けられている。
【００２０】
また、案内溝７０と収納部７０Ａの間には、スプリング７４と共にベーン５０を常時ローラ４６側に付勢するため、第２の回転圧縮要素３４の冷媒吐出圧をベーン５０に加える第２の背圧室８０が設けられている。この第２の背圧室８０の上面は後述する連通路９０に連通する。また、第２の背圧室８０の下面は中間仕切板３６に形成された連通孔１１０にて後述する第１の背圧室８２と連通している。
【００２１】
このように、吐出消音室６２と第２の背圧室８０とを連通路９０にて連通させることにより、第２の回転圧縮要素３４で圧縮され、吐出消音室６２内に吐出された高圧の冷媒が連通路９０から第２の背圧室８０に加えられる。これにより、ベーン５０がローラ４６側に充分に付勢されるので、ベーン飛び等の第２の回転圧縮要素３４の不安定な運転挙動を回避することができるようになる。
【００２２】
前記下シリンダ４０のベーン５２を収納する案内溝７２と収納部７２Ａの間には、スプリング７６と共にベーン５２を常時ローラ４８側に付勢するための前述する第１の背圧室８２が設けられている。この第１の背圧室８２の上面は前述する連通孔１１０にて前記第２の背圧室８０と連通している。
【００２３】
このように、第２の背圧室８０と第１の背圧室８２とを連通孔１１０にて連通させることにより、前記連通路９０を経て第２の背圧室８０に加えられる吐出消音室６２内の高圧を第１の背圧室８２内に導入することができるようになる。これにより、ベーン５２がローラ４８側に充分に付勢されるようになるので、始動時に第１の背圧室８２内の圧力上昇が迅速となり、ベーン飛びなどの第１の回転圧縮要素３２の不安定な運転挙動を回避することができるようになる。
【００２４】
特に、本発明では密閉容器１２内を中間圧とすると共に、後述する如く密閉容器１２内の中間圧が低くなるように第１の回転圧縮要素３２の排除容積に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積の比を大きく設定しているので、ロータリコンプレッサ１０の起動時に、密閉容器１２内の圧力が上がりにくいために、ベーン５２に充分な背圧がかからなくなるという不都合を回避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１０の信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００２５】
また、上部支持部材５４に連通路９０を形成して、中間仕切板３６に連通孔１１０を形成するだけで、特別な機構を用いずに各ベーン５０、５２に充分な背圧をかけることができるようになるので、加工コストを低減しながら信頼性の高いロータリコンプレッサ１０を生産できるようになる。
【００２６】
そして、上下シリンダ３８、４０には、図示しない吸込ポートにて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路５８、６０が設けられている。また、上部支持部材５４には、上シリンダ３８内で圧縮された冷媒を吐出ポート３９から上部支持部材５４の凹陥部を壁としてのカバーによって閉塞することにより形成された吐出消音室６２が設けられている。即ち、吐出消音室６２は当該吐出消音室６２を画成する壁としての上部カバー６６にて閉塞される。
【００２７】
上部支持部材５４内には前述する連通路９０が形成されている。この連通路９０は、第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８の吐出ポート３９に連通する吐出消音室６２と前記第２の背圧室８０とを連通する通路である。
【００２８】
また、前記上部カバー６６には、図３に示すように密閉容器１２内と吐出消音室６２内とを連通する均圧用通路１００が形成されている。この均圧用通路１００は上部カバー６６を上下に貫通する孔であり、均圧用通路１００の下面は吐出消音室６２内に取り付けられた均圧弁１０１にて開閉可能に閉塞されている。
【００２９】
この均圧弁１０１は縦長略矩形状の金属板からなる弾性部材にて構成されており、この均圧弁１０１の下側には均圧弁抑え板としてのバッカーバルブ１０２が配置され、上部カバー６６の下面に取り付けられている。そして、均圧弁１０１の一側が均圧用通路１００に当接して密閉すると共に、他側は均圧用通路１００と所定の間隔を存して設けられた上部カバー６６の取付孔１０３にカシメピン１０４により固着されている。
【００３０】
そして、ロータリコンプレッサ１０停止後に、吐出消音室６２の圧力が密閉容器１２内の圧力より低くなると、密閉容器１２内の圧力が図３の上方から均圧用通路１００を閉じている均圧弁１０１を押して均圧用通路１００を開き、吐出消音室６２へ吐出させる。このとき、均圧弁１０１は他側を上部カバー６６に固着されているので均圧用通路１００に当接している一側が反り下がり、均圧弁の開き量を規制しているバッカーバルブ１０２に当接する。そして、吐出消音室６２内の圧力が密閉容器１２内の圧力と同じ圧力、若しくは、それより高くなると、均圧弁１０１がバッカーバルブ１０２から離れ、均圧用通路１００を閉塞する。
【００３１】
このように、吐出消音室６２の圧力が密閉容器１２内の圧力より低くなると、均圧用通路１００を開き、吐出消音室６２へ吐出させるようにしたので、ロータリコンプレッサ１０停止後に密閉容器１２内の中間圧が下がりにくいという不都合を回避することができるようになる。これにより、吐出消音室６２内と密閉容器１２内の均圧を早めることができるようになる。
【００３２】
更に、均圧弁１０１を吐出消音室６２内に設けたので、上方の電動要素１４を上部カバー６６に接近させても干渉しなくなる。従って、スペース効率が向上し、ロータリコンプレッサ１０の小型化を図ることができるようになる。また、均圧弁１０１を上部カバー６６下面に取り付けているので、取付作業も容易に行うことができる。
【００３３】
また、吐出消音室６２の下面には、吐出ポート３９を開閉可能に閉塞する吐出弁１２７が設けられている（図１、図２では図示せず）。この吐出弁１２７は縦長略矩形状の金属板からなる弾性部材にて構成されており、この吐出弁１２７の上側には吐出弁抑え板としてのバッカーバルブ１２８が配置され、上部支持部材５４に取り付けられている。そして、吐出弁１２７の一側が吐出ポート３９に当接して密閉すると共に、他側は吐出ポート３９と所定の間隔を存して設けられた上部支持部材５４の取付孔１２９にカシメピン１３０により固着されている。
【００３４】
そして、上シリンダ３８内で圧縮され、所定の圧力に達した冷媒ガスが、図の下方から吐出ポート３９を閉じている吐出弁１２７を押し上げて吐出ポート３９を開き、吐出消音室６２へ吐出させる。このとき、吐出弁１２７は他側を上部支持部材５４に固着されているので吐出ポート３９に当接している一側が反り上がり、吐出弁１２７の開き量を規制している図示しないバッカーバルブに当接する。冷媒ガスの吐出が終了する時期になると、吐出弁１２７がバッカーバルブから離れ、吐出ポート３９を閉塞する。
【００３５】
一方、下シリンダ４０内で圧縮された冷媒ガスは図示しない吐出ポートから下部支持部材５６の電動要素１４とは反対側（密閉容器１２の底部側）に形成された吐出消音室６４に吐出される。この吐出消音室６４は、中心に回転軸１６及び前述した回転軸１６の軸受けを兼用する下部支持部材５６が貫通するための孔を有すると共に、下部支持部材５６の電動要素１４とは反対側を覆うカップ６５にて構成されている。
【００３６】
この場合、上部支持部材５４の中央には軸受け５４Ａが起立形成されている。又、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、回転軸１６は上部支持部材５４の軸受け５４Ａと下部支持部材５６の軸受け５６Ａにて保持されいる。
【００３７】
そして、第１の回転圧縮要素３２の吐出消音室６４と密閉容器１２内とは連通路にて連通されており、この連通路は下部支持部材５６、上部支持部材５４、上部カバー６６、上下シリンダ３８、４０、中間仕切板３６を貫通する図示しない孔である。この場合、連通路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から密閉容器１２内に中間圧の冷媒が吐出される。
【００３８】
このように、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスを密閉容器１２内に吐出するので、密閉容器１２に高圧の冷媒を吐出する場合と比べて、密閉容器１２内に吐出される冷媒量が少なくなる。即ち、圧力が低いほど冷媒の密度が低くなるため、中間圧の冷媒を密閉容器１２内に吐出した方が、高圧の冷媒を密閉容器１２内に吐出するより、冷媒のガス密度が低くなり、密閉容器１２内に存在する冷媒量が少なくなる。
【００３９】
この様子を図４及び図５を参照して説明する。図４は冷媒の蒸発温度に対する本発明の内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２の吸入圧（低圧）と、密閉容器１２内の中間圧（ケース内圧）と、第２の回転圧縮要素３４が吐出する高圧（吐出圧）を示し、図５は単気筒のロータリコンプレッサの場合に同様の高圧を密閉容器内に吐出した場合の蒸発温度に対する吸入圧と高圧（ケース内圧）を示している。両図からも明らかな如く、本発明の内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサ１０では、密閉容器内の圧力は単気筒のロータリコンプレッサの場合に比較して著しく低くなる。このため、密閉容器１２内に封入する冷媒量を減らすことができるようになるものである。
【００４０】
更に、実施例では、第１の回転圧縮要素３２の排除容積に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積の比を大きく、例えば、第１の回転圧縮要素３２の排除容積に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積の比を６０％以上９０％以下に設定している。図５のＢは６０％の場合の中間圧と、Ａは９０％の場合の中間圧を示している。
【００４１】
従来多段圧縮式ロータリコンプレッサにおいて、第１の回転圧縮要素３２の排除容積に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積の比は５７％程度であったが、このような値とした場合、中間圧が高くなり、これによって密閉容器１２内に吐出される冷媒のガス密度も高くなるため、ロータリコンプレッサ１０に封入する冷媒量も多くしなければならないが、実施例のように第１の回転圧縮要素３２の排除容積に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積の比を６０％以上とすれば、密閉容器１２内の冷媒量が少なくなる。
【００４２】
また、第１の回転圧縮要素３２に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積の比を９０％より大きくした場合には、図５からも明らかな如く第１の回転圧縮要素に吸入される冷媒の圧力（吸入圧）と密閉容器１２内の中間圧が殆ど同じ圧力になるため、第１の回転圧縮要素３２で充分に圧縮されなくなり、または、第１の回転圧縮要素３２のベーンの付勢力が不足してベーン飛びが生じる。また、密閉容器１２内底部に設けられたオイル溜めからのオイルの差圧給油が充分に行えなくなるなど、ロータリコンプレッサ１０の挙動が不安定になるという問題が生じる。
【００４３】
従って、第１の回転圧縮要素３２に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積の比を実施例の如く６０％以上９０％以下とすることで、第２の回転圧縮要素３４のベーン飛び等の不安定な運転挙動を回避しながら、１段目の差圧（第１の回転圧縮要素３２の吸込圧力（吸入圧）と第１の回転圧縮要素３２の吐出圧力（中間圧））を小さくして、密閉容器１２内に吐出される冷媒ガスの密度を低くすることができるようになる。
【００４４】
即ち、密閉容器１２内に吐出されるガス密度が低くなることにより、密閉容器１２内にある冷媒ガスの量をより一層減らすことができるようになるので、密閉容器１２内に封入する冷媒ガスの量を削減することができるようになる。
【００４５】
また、上部カバー６６は第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８内部と吐出ポート３９にて連通する吐出消音室６２を画成し、この上部カバー６６の上側には、上部カバー６６と所定間隔を存して、電動要素１４が設けられている。この上部カバー６６は前記上部支持部材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いる。
【００４６】
そして、この場合冷媒として、本実施例では可燃性冷媒であるプロパン（Ｒ２９０）を使用している。尚、本発明に適応可能な他の可燃性冷媒としてはイソブタン（Ｒ６００ａ）やＡＳＨＲＡＥ Ｓｔｄ ３４ Ｓａｆｅｔｙ ｇｒｏｕｐに基づき、高燃焼性（Ｌｅｖｅｌ３）と区分されている冷媒であるメタン（Ｒ５０）、エタン（Ｒ１７０）、プロパン（Ｒ２９０）、ブタン（Ｒ６００）、プロピレン（Ｒ１２７０）等があげられる。
【００４７】
また、密閉容器１２の容器本体１２Ａの側面には、シリンダ３８、４０の吸込通路５８、６０、シリンダ３８の吸込通路５８とは反対側、ロータ２４の下側（電動要素１４の直下）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の上方に位置する。
【００４８】
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と連通する。この冷媒導入管９２は密閉容器１２の外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。
【００４９】
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と連通する。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒導入管９６の一端は吐出消音室６２と連通する。
【００５０】
以上の構成で次に動作を説明する。ターミナル２０及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に商用電源が通電されると、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と一体に設けられた上下偏心部４２、４４に嵌合されて上下ローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。
【００５１】
これにより、冷媒導入管９４及びシリンダ４０に形成された吸込通路６０を経由して図示しない吸込ポートから下シリンダ４０の低圧室側に吸入された低圧（第１の回転回転圧縮要素３２の吸入圧：３８０ＫＰａ）の冷媒は、ローラ４８とベーン５２の動作により圧縮されて中間圧となり下シリンダ４０の高圧室側より図示しない吐出ポート、下部支持部材５６に形成された吐出消音室６４から図示しない連通路を経て中間吐出管１２１から密閉容器１２内に吐出される。これによって、密閉容器１２内は中間圧（第１の回転圧縮要素３２の吐出圧力：第１の回転圧縮要素３２の排除容積に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積比を６０％とした場合は７１０ＫＰａ、第１の回転圧縮要素３２の排除容積に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積比を９０％とした場合は４５０ＫＰａ）となる。
【００５２】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは、スリーブ１４４から出て冷媒導入管９２及びシリンダ３８に形成された吸込通路５８を経由して図示しない吸込ポートから上シリンダ３８の低圧室側に吸入される。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段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなる（第２の回転圧縮要素３４の吐出圧力（高圧）：１８９０ＫＰａ）。これにより、吐出消音室６２内に設けられた吐出弁１２７が開放され、吐出消音室６２と吐出ポート３９とが連通するため、上シリンダ３８の高圧室側から吐出ポート３９内を通り上部支持部材５４に形成された吐出消音室６２に吐出される。
【００５３】
そして、吐出消音室６２に吐出された高圧の冷媒ガスの一部は、前述する連通路９０から第２の背圧室８０内に流入して、ベーン５０をローラ４６側に付勢する。更に、中間仕切板３６に形成された連通孔１１０を経て第１の背圧室８２内に流入して、ベーン５２をローラ４８側に付勢する。他方、吐出消音室６２内に吐出された他の冷媒ガスは冷媒吐出管９６を経て外部に吐出される。
【００５４】
ここで、ロータリコンプレッサ１０の運転が停止すると、吐出消音室６２と第２の回転圧縮要素３４の第２の背圧室８０とが連通路９０にて連通され、第１の回転圧縮要素３２の第１の背圧室８２と第２の回転圧縮要素３４の第２の背圧室８０とが連通孔１１０にて連通されているため、これら背圧室８０、８２からベーン５０、５２と案内溝７０、７２及びスプリング７４、７６と収納部７０Ａ、７２Ａの隙間を通ってシリンダ３８内の高圧の冷媒ガスがシリンダ４０にバイパスされる。これにより、シリンダ３８内の高圧の冷媒ガスは短時間で平衡圧に達する。
【００５５】
また、ロータリコンプレッサ１０の停止後、吐出消音室６２の圧力が低下して密閉容器１２内の圧力より低くなると、前述する如く均圧弁１０１が密閉容器１２内の圧力により下方に押されて均圧用通路１００を開放する。これにより、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスが吐出消音室６２内に流入する。
【００５６】
係る圧力導入によって吐出消音室６２内の圧力が上昇し、吐出消音室６２内の圧力が密閉容器１２内の圧力と同じ圧力となると、前述の如く均圧弁１０１が均圧用通路１００を閉じる。一方、吐出消音室６２と各背圧室８０、８２内は連通路９０及び連通孔１１０にて連通しているので、これらにより、密閉容器１２内、吐出消音室６２、背圧室８０、８２、各シリンダ４０、３８内の圧力は迅速に平衡することになる。従って、次回の再起動時における始動性が改善される。
【００５７】
このように、冷媒として可燃性冷媒を用い、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒を密閉容器１２内に吐出し、この吐出された中間圧の冷媒を第２の回転圧縮要素３４で圧縮すると共に、第２の回転圧縮要素３４の吐出消音室６２と第２の背圧室８０とを連通路９０で連通し、更に、第２の背圧室８０と第１の背圧室８２とを中間仕切板３６に形成した連通孔１１０にて連通させたので、第１及び第２の背圧室８０、８２に吐出消音室６２の高圧の冷媒ガスが加えられる。
【００５８】
これにより、係る内部中間圧型のロータリコンプレッサ１０を使用した場合にも、ベーン５０、５２がローラ４６、４８側に充分に付勢されるので、ベーン飛び等の第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４の不安定な運転挙動を回避することができるようになる。
【００５９】
特に、本発明では密閉容器１２内を中間圧とすると共に、後述する如く密閉容器１２内の中間圧が低くなるように第１の回転圧縮要素３２の排除容積に対する第２の回転圧縮要素３４の排除容積の比を大きく設定しているので、ロータリコンプレッサ１０の起動時に、密閉容器１２内の圧力が上がりにくなるが、背圧室８０、８２には第２の回転圧縮要素３４から吐出される高圧が加えられるので、始動時からベーン５２に充分な背圧がかかるようになり、ロータリコンプレッサ１０の信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００６０】
また、ロータリコンプレッサ１０の運転を停止後には、前述する如く吐出消音室６２内と第２の背圧室８０とが連通路９０にて連通されており、第２の背圧室８０と第１の背圧室８２とが連通孔１１０にて連通されていると共に、密閉容器１２内と吐出消音室６２内とが均圧用通路１００にて連通されるので、ロータリコンプレッサ１０内が平衡圧に達するのを早めることができる。
【００６１】
これにより、ロータリコンプレッサ１０内の差圧を短時間でなくすことができるようになり、ロータリコンプレッサ１０の始動性を著しく高めることができるようになる。
【００６２】
尚、実施例では回転軸１６を縦置型とした多段圧縮式ロータリコンプレッサ１０について説明したが、この発明は回転軸を横置型とした多段圧縮式ロータリコンプレッサにも適応できることは云うまでもない。
【００６３】
更に、多段圧縮式ロータリコンプレッサを第１及び第２の回転圧縮要素を備えた２段圧縮式ロータリコンプレッサで説明したが、これに限らず回転圧縮要素を３段、４段或いはそれ以上の回転圧縮要素を備えた多段圧縮式ロータリコンプレッサに適応しても差し支えない。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述した如く請求項１の発明によれば、第１及び第２の回転圧縮要素を構成する第１及び第２のシリンダと、電動要素の回転軸に形成された偏心部により各シリンダ内でそれぞれ偏心回転する第１及び第２のローラと、各ローラに当接して各シリンダ内を低圧室側と高圧室側にそれぞれ区画する第１及び第２のベーンと、各ベーンを常時各ローラ側に付勢するための第１及び第２の背圧室とを備え、冷媒として可燃性冷媒を用い、第１の回転圧縮要素で圧縮された冷媒を密閉容器内に吐出し、この吐出された中間圧の冷媒を第２の回転圧縮要素で圧縮すると共に、第２の回転圧縮要素の冷媒吐出側と第１及び第２の背圧室とを連通させたので、第１及び第２の背圧室に第２の回転圧縮要素で圧縮された高圧の冷媒が加えられる。
【００６５】
これにより、第１及び第２の背圧室に第２の回転圧縮要素で圧縮された高圧の冷媒ガスが加えられるので、ロータリコンプレッサの始動時から迅速に背圧が上昇するようになり、ベーン飛び等の不安定な運転挙動を回避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信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００６６】
請求項２の発明では上記発明に加えて、第２のシリンダの開口面を閉塞する支持部材と、この支持部材内に構成され、第２のシリンダ内で圧縮された冷媒が吐出される吐出消音室と、支持部材内に形成され、吐出消音室と第２の背圧室とを連通する連通路と、第１及び第２のシリンダ間に挟持された中間仕切板と、この中間仕切板内に形成され、第２の背圧室と第１の背圧室とを連通する連通孔とを備えたので、簡単な構造で第２の回転圧縮要素の冷媒吐出側の高圧が第１及び第２の背圧室に加えられるようになる。これにより、加工性が向上し、生産コストの低減を図ることができるようになる。
【００６７】
そして、請求項３の発明では請求項２の発明に加えて、吐出消音室と密閉容器内とを連通する均圧用通路と、この均圧用通路を開閉する均圧弁とを備え、この均圧弁は、吐出消音室内の圧力が密閉容器内の圧力より低くなった場合に均圧用通路を開放するので、ロータリコンプレッサ停止後の第１の回転圧縮要素と第２の回転圧縮要素及び密閉容器内の圧力の平衡を早めることができるようになる。
【００６８】
これにより、ロータリコンプレッサ内の高低圧差を短時間で解消することができるようになり、ロータリコンプレッサの始動性を著しく高めることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例の内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサの縦断面図である。
【図２】 本発明の内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサの第１及び第２の回転圧縮機構部の拡大縦断面図である。
【図３】 本発明の第２の回転圧縮要素の吐出消音室の拡大縦断面図である。
【図４】 本発明の内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサにおける蒸発温度に対する吸入圧と中間圧と高圧の関係を示す図である。
【図５】 単気筒のロータリコンプレッサにおける蒸発温度に対する吸入圧と高圧の関係を示す図である。
【符号の説明】
１０ 多段圧縮式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
２２ ステータ
２４ ロータ
２６ 積層体
２８ ステータコイル
３０ 積層体
３２ 第１の回転圧縮要素
３４ 第２の回転圧縮要素
３８、４０ シリンダ
５４ 上部支持部材
５６ 下部支持部材
６２、６４ 吐出消音室
６５ カップ
６６ 上部カバー
８０ 第２の背圧室
８２ 第１の背圧室
９０ 連通路
１００ 均圧用通路
１０１ 均圧弁
１１０ 連通孔
Claims (3)
- 密閉容器内に電動要素と、該電動要素の回転軸にて駆動される第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冷媒を前記第２の回転圧縮要素で圧縮する多段圧縮式ロータリコンプレッサにおいて、
前記第１及び第２の回転圧縮要素を構成する第１及び第２のシリンダと、前記電動要素の回転軸に形成された偏心部により前記各シリンダ内でそれぞれ偏心回転する第１及び第２のローラと、各ローラに当接して前記各シリンダ内を低圧室側と高圧室側にそれぞれ区画する第１及び第２のベーンと、各ベーンを常時前記各ローラ側に付勢するための第１及び第２の背圧室とを備え、
前記冷媒として可燃性冷媒を用い、前記第１の回転圧縮要素で圧縮された冷媒を前記密閉容器内に吐出し、この吐出された中間圧の冷媒を前記第２の回転圧縮要素で圧縮すると共に、前記第２の回転圧縮要素の冷媒吐出側と前記第１及び第２の背圧室とを連通させたことを特徴とする多段圧縮式ロータリコンプレッサ。 - 前記第２のシリンダの開口面を閉塞する支持部材と、
該支持部材内に構成され、前記第２のシリンダ内で圧縮された冷媒が吐出される吐出消音室と、
前記支持部材内に形成され、前記吐出消音室と前記第２の背圧室とを連通する連通路と、
前記第１及び第２のシリンダ間に挟持された中間仕切板と、
該中間仕切板内に形成され、前記第２の背圧室と前記第１の背圧室とを連通する連通孔とを備えることを特徴とする請求項１の多段圧縮式ロータリコンプレッサ。 - 前記吐出消音室と前記密閉容器内とを連通する均圧用通路と、該均圧用通路を開閉する均圧弁とを備え、
該均圧弁は、前記吐出消音室内の圧力が前記密閉容器内の圧力より低くなった場合に前記均圧用通路を開放することを特徴とする請求項２の多段圧縮式ロータリコンプレッサ。
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