JP4343627B2 - ロータリ式密閉形圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば空気調和機の冷凍サイクルを構成するロータリ式密閉形圧縮機と、このロータリ式密閉形圧縮機を用いて冷凍サイクルを構成する冷凍サイクル装置に関する。

一般的なロータリ式密閉形圧縮機の構成は、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、シリンダにはベーン室が設けられていて、ここにベーンが摺動自在に収納される。上記ベーンの先端縁は、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、シリンダ室はベーンによって偏心ローラの回転方向に沿い二室に区分される。一室側に吸込み部が連通され、他室側に吐出部が連通される。吸込み部には吸込み管が接続され、吐出部は密閉ケース内に開口される。

ところで、近年、上記シリンダを上下に２セット備えた、２シリンダタイプのロータリ式密閉形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、常時圧縮作用をなすシリンダと、必要に応じて圧縮−停止の切換えを可能としたシリンダを備えることができれば、仕様が拡大されて有利となる。
たとえば、［特許文献１］には、シリンダ室を２室備え、必要に応じていずれか一方のシリンダ室のベーンをローラから強制的に離間保持するとともに、そのシリンダ室を高圧化して圧縮作用を中断させる高圧導入手段を備えたことを特徴とする技術が開示されている。
特開平１−２４７７８６号公報

この種の圧縮機は機能的に極めて優れるが、高圧導入手段を構成するために、一方のシリンダ室と密閉ケース内とを連通する高圧導入孔を設け、冷凍サイクルに二段絞り機構を設け、この絞り機構の中間部から分岐して一方側のベーン室に連通し、中途部に電磁開閉弁を備えたバイパス冷媒管を設けてなる。
すなわち、圧縮機に対して高圧導入手段をなすための孔明け加工が必要であるとともに、冷凍サイクル上の絞り装置を二段絞り機構としなければならず、さらにこの二段絞り機構とシリンダ室との間にバイパス冷媒管を接続するなど、構成が複雑化してコストに悪影響がある。

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、第１のシリンダと第２のシリンダを備えることを前提として、一方のシリンダのベーンに対する押圧付勢構造を省略化し、部品数と加工手間の軽減を図り、信頼性の向上を図れるロータリ式密閉形圧縮機および、このロータリ式密閉形圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を提供しようとするものである。

上記目的を満足するため、本発明のロータリ式密閉形圧縮機は、密閉ケース内に電動機部およびロータリ式圧縮機構部を収容し、圧縮機構部で圧縮したガスを一旦密閉ケース内に吐出してケース内高圧とし、上記圧縮機構部は、それぞれ偏心ローラが偏心回転自在に収容されるシリンダ室を備えた第１のシリンダおよび第２のシリンダと、これら第１のシリンダと第２のシリンダに設けられ先端縁が偏心ローラの周面に当接するよう押圧付勢され偏心ローラの回転方向に沿ってシリンダ室を二分するベーンと、ベーンの背面側端部を収容するベーン室と、第２のシリンダのシリンダ室に吸込み圧もしくは吐出圧を導く圧力切換え機構とを具備し、第１のシリンダに設けられるベーンはベーン室に配備されるばね部材によって押圧付勢され、第２のシリンダに設けられるベーンは、圧力切換え機構により第２のシリンダのシリンダ室に吸込み圧が導かれたときベーン室に導かれるケース内圧力とシリンダ室に導かれた吸込み圧との差圧によってベーンの先端縁が偏心ローラの周面に当接するよう押圧付勢され、圧力切換え機構により第２のシリンダのシリンダ室に吐出圧が導かれたときベーン室に導かれるケース内圧力とシリンダ室に導かれた吐出圧とが均衡してベーンの前後端部で押圧が均衡しベーンの先端縁が偏心ローラの周面から離間する。

上記目的を満足するため、本発明の冷凍サイクル装置は、上述のロータリ式密閉形圧縮機と、凝縮器、膨張機構および蒸発器で冷凍サイクルを構成する。

上記目的を満足するため、本発明の冷凍サイクル装置は、上述のロータリ式密閉形圧縮機と、冷暖房切換え用の四方切換え弁、室内熱交換器、膨張機構および室外熱交換器でヒートポンプ式の冷凍サイクルを構成し、上記第１のシリンダにおけるシリンダ室は上記四方切換え弁の切換え動作に係らず常時吸込み圧が導かれ、上記第２のシリンダにおけるシリンダ室は上記四方切換え弁の切換え動作に応じて吸込み圧もしくは吐出圧が導かれるよう配管される。

本発明によれば、第１のシリンダと第２のシリンダを備えることを前提として、一方のシリンダのベーンに対する押圧付勢構造を省略化し、部品数と加工手間の軽減を図り、信頼性の向上を図れるロータリ式密閉形圧縮機と、このロータリ式密閉形圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を提供できる。

[実施例１]

以下、本発明の実施例１の形態を、図面にもとづいて説明する。
図１は、ロータリ式密閉形圧縮機Ｒの断面構造と、このロータリ式密閉形圧縮機Ｒを備えた冷凍サイクルの構成を示す図である。
はじめにロータリ式密閉形圧縮機Ｒから説明すると、１は密閉ケースであって、この密閉ケース１内の下部には後述する圧縮機構部２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と圧縮機構部２とは回転軸４を介して連結される。

上記電動機部３は、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、かつ上記回転軸４が介挿されるロータ６とから構成される。上記電動機部３は、運転周波数を可変するインバータ３０に接続されるとともに、インバータ３０を介して、このインバータ３０を制御する制御部４０に電気的に接続される。

上記圧縮機構部２は、回転軸４の下部に、中間仕切り板７を介して上下に配設される第１のシリンダ８Ａと、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が相違し、かつ内径寸法が同一となるよう設定されている。第１のシリンダ８Ａ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。

第１のシリンダ８Ａの上面部には主軸受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に取付固定される。第２のシリンダ８Ｂの下面部には副軸受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１のシリンダ８Ａに取付固定される。上記中間仕切板７および副軸受け１１の外径寸法は第２のシリンダ８Ｂの内径寸法よりもある程度大であり、しかもこのシリンダ８Ｂの内径位置がシリンダ中心からずれている。そのため、第２のシリンダ８Ｂの外周一部は中間仕切板７および副軸受け１１の外径よりも径方向に突出している。

一方、上記回転軸４は、中途部と下端部が上記主軸受９と上記副軸受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み立てられる。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。

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と主軸受９および副軸受１１で上下面が区画され、それぞれの内部にシリンダ室１４ａ，１４ｂが形成される。各シリンダ室１４ａ，１４ｂは互いに同一直径および高さ寸法に形成され、各シリンダ室１４ａ，１４ｂに上記偏心ローラ１３ａ，１３ｂがそれぞれ偏心回転自在に収容される。

各偏心ローラ１３ａ，１３ｂの高さ寸法は、各シリンダ室１４ａ，１４ｂの高さ寸法と同一に形成される。したがって、偏心ローラ１３ａ，１３ｂは互いに１８０°の位相差があるが、シリンダ室１４ａ，１４ｂで偏心回転することにより、シリンダ室において同一の排除容積に設定される。各シリンダ８Ａ，８Ｂには、シリンダ室１４ａ，１４ｂと連通するベーン室２２ａ，２２ｂが設けられている。各ベーン室２２ａ，２２ｂには、ベーン１５ａ，１５ｂがシリンダ室１４ａ，１４ｂに対して突没自在に収容される。

図２は、第１のシリンダ８Ａと第２のシリンダ８Ｂを分解して示す斜視図である。
上記ベーン室２２ａ，２２ｂは、ベーン１５ａ，１５ｂの両側面が摺動自在に移動できるベーン収納溝２３ａ，２３ｂと、各ベーン収納溝２３ａ，２３ｂ端部に一体に連設されベーン１５ａ，１５ｂの後端部が収容される縦孔部２４ａ，２４ｂとからなる。上記第１のシリンダ８Ａには、外周面とベーン室２２ａとを連通する横孔２５が設けられ、ばね部材２６が収容される。ばね部材２６は、ベーン１５ａの背面側端面と密閉ケース１内周面との間に介在され、ベーン１５ａに弾性力（背圧）を付与して、この先端縁を偏心ローラ１３ａに接触させる圧縮ばねである。

上記第２のシリンダ８Ｂ側のベーン室２２ｂにはベーン１５ｂ以外に何らの部材も収容されていないが、後述するようにベーン室２２ｂの設定環境と、後述する圧力切換え機構（手段）Ｋの作用に応じて、ベーン１５ｂの先端縁を上記偏心ローラ１３ｂに接触させるようになっている。各ベーン１５ａ，１５ｂの先端縁は平面視で半円状に形成されており、平面視で円形状の偏心ローラ１３ａ，１３ｂ周壁に偏心ローラ１３ａの回転角度にかかわらず線接触できる。

そして、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、ベーン１５ａ，１５ｂはベーン収納溝２３ａ，２３ｂに沿って往復運動し、かつベーン後端部が縦孔部２４ａ，２４ｂから進退自在となる作用ができる。上述したように、上記第２のシリンダ８Ｂの外形寸法形状と、上記中間仕切板７および副軸受け１１の外径寸法との関係から、第２のシリンダ８Ｂの外形一部は密閉ケース１内に露出する。

この密閉ケース１への露出部分が上記ベーン室２２ｂに相当するように設計されており、したがってベーン室２２ｂおよびベーン１５ｂ後端部はケース内圧力を直接的に受けることになる。特に、第２のシリンダ８Ｂおよびベーン室２２ｂは構造物であるからケース内圧力を受けても何らの影響もないが、ベーン１５ｂはベーン室２２ｂに摺動自在に収容され、かつ後端部がベーン室２２ｂの縦孔部２４ｂに位置するので、ケース内圧力を直接的に受ける。

そしてさらに、上記ベーン１５ｂの先端部が第２のシリンダ室１４ｂに対向しており、ベーン先端部はシリンダ室１４ｂ内の圧力を受ける。結局、上記ベーン１５ｂは先端部と後端部が受ける互いの圧力の大小に応じて、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ている。各シリンダ８Ａ，８Ｂには上記取付けボルト１０，１２が挿通するもしくは螺挿される取付け用孔もしくはねじ孔が設けられ、第１のシリンダ８Ａのみ円弧状のガス通し用孔部２７が設けられている。

再び図１に示すように、密閉ケース１の上端部には、吐出管１８が接続される。この吐出管１８は、凝縮器１９と、膨張機構２０および蒸発器２１を介してアキュームレータ１７に接続される。このアキュームレータ１７底部には、圧縮機Ｒに対する吸込み管１６ａ，１６ｂが接続される。一方の吸込み管１６ａは密閉ケース１と第１のシリンダ８Ａ側部を貫通し、第１のシリンダ室１４ａ内に直接連通する。他方の吸込み管１６ｂは密閉ケース１を介して第２のシリンダ８Ｂ側部を貫通し、第２のシリンダ室１４ｂ内に直接連通する。

また、圧縮機Ｒと凝縮器１９とを連通する上記吐出管１８の中途部から分岐して、上記第２のシリンダ室１４ｂに接続される吸込み管１６ｂの中途部に合流する分岐管Ｐが設けられる。この分岐管Ｐの中途部には、第１の開閉弁２８が設けられる。上記吸込み管１６ｂで、分岐管Ｐの分岐部よりも上流側には第２の開閉弁２９が設けられる。上記第１の開閉弁２８と第２の開閉弁２９は、それぞれ電磁弁であって、上記制御部４０からの電気信号に応じて開閉制御されるようになっている。

このようにして、第２のシリンダ室１４ｂに接続される吸込み管１６ｂ、分岐管Ｐ、第１の開閉弁２８および第２の開閉弁２９とで圧力切換え機構Ｋが構成される。そして、圧力切換え機構Ｋの切換え作動に応じて、第２のシリンダ８Ｂのシリンダ室１４ｂに吸込み圧もしくは吐出圧が導かれるようになっている。

つぎに、上述のロータリ式密閉形圧縮機Ｒを備えた冷凍サイクル装置の作用について説明する。

（１） 通常運転（全能力運転）を選択した場合：
制御部４０は、圧力切換え機構Ｋの第１の開閉弁２８を閉成し、第２の開閉弁２９を開放するよう制御する。そして、制御部４０はインバータ３０を介して電動機部３に運転信号を送る。回転軸４が回転駆動され、偏心ローラ１３ａ，１３ｂは各シリンダ室１４ａ，１４ｂ内で偏心回転を行う。

第１のシリンダ８Ａにおいては、ベーン１５ａがばね部材２６によって常に弾性的に押圧付勢されるところから、ベーン１５ａの先端縁が偏心ローラ１３ａ周壁に摺接して第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内周面転接位置とベーン収納溝２３ａが一致し、ベーン１５ａが最も後退した状態で、このシリンダ室１４ａの空間容量が最大となる。冷媒ガスはアキュームレータ１７から吸込管１６ａを介して第１のシリンダ室１４ａに吸込まれ充満する。

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、シリンダ室１４ａの区画された圧縮室の容積が減少する。すなわち、先にシリンダ室１４ａに導かれたガスが徐々に圧縮される。回転軸４が継続して回転され、第１のシリンダ室１４ａの圧縮室の容量がさらに減少してガスが圧縮され、所定圧まで上昇したところで図示しない吐出弁が開放する。高圧ガスはバルブカバーａを介して密閉ケース１内に吐出され充満する。そして、密閉ケース上部の吐出管１８から吐出される。

一方、圧力切換え機構Ｋを構成する第１の開閉弁２８が閉成されているので、第２のシリンダ室１４ｂに吐出圧（高圧）が導かれることはない。第２の開閉弁２９が開放されているので、上記蒸発器２１で蒸発しアキュームレータ１７で気液分離された低圧の蒸発冷媒が第２のシリンダ室１４ｂに導かれる。第２のシリンダ室１４ｂは吸込み圧（低圧）雰囲気となる一方で、ベーン室２２ｂが密閉ケース１内に露出して吐出圧（高圧）下にある。上記ベーン１５ｂにおいては、その先端部が低圧条件となり、かつ後端部が高圧条件となって、前後端部で差圧が存在する。

この差圧の影響で、ベーン１５ｂの先端部が偏心ローラ１３ｂに摺接するように押圧付勢される。すなわち、第１のシリンダ室１４ａ側のベーン１５ａがばね部材２６により押圧付勢され圧縮作用が行われるのと全く同様の圧縮作用が、第２のシリンダ室１４ｂにおいても行われる。結局、ロータリ式密閉形圧縮機Ｒにおいては、第１のシリンダ室１４ａと、第２のシリンダ室１４ｂとの両方で圧縮作用がなされる、全能力運転が行われることになる。

密閉ケース１から吐出管１８を介して吐出される高圧ガスは、凝縮器１９に導かれて凝縮液化し、膨張機構２０で断熱膨張し、蒸発器２１で熱交換空気から蒸発潜熱を奪って冷房作用をなす。そして、蒸発したあとの冷媒はアキュームレータ１７に導かれて気液分離され、再び各吸込み管１６ａ，１６ｂから圧縮機Ｒの圧縮機構部２に吸込まれて上述の経路を循環する。

（２） 特別運転（能力半減運転）を選択した場合：
特別運転（圧縮能力を半減する運転）を選択すると、制御部４０は圧力切換え機構Ｋの第１の開閉弁２８を開放し、第２の開閉弁２９を閉成するように切換え設定する。第１のシリンダ室１４ａにおいては上述したように通常の圧縮作用がなされ、密閉ケース１内に吐出された高圧ガスが充満してケース内高圧となる。吐出管１８から吐出される高圧ガスの一部が分岐管Ｐに分流され、開放する第１の開閉弁２８と吸込み管１６ｂを介して第２のシリンダ室１４ｂ内に導入される。

上記第２のシリンダ室１４ｂが吐出圧（高圧）雰囲気にある一方で、ベーン室２２ｂはケース内高圧と同一の状況下にあることには変りがない。そのため、ベーン１５ｂは前後端部とも高圧の影響を受けていて、前後端部において差圧が存在しない。ベーン１５ｂはローラ１３ｂ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し、第２のシリンダ室１４ｂでの圧縮作用は行われない。結局、第１のシリンダ室１４ａでの圧縮作用のみが有効であり、能力を半減した運転がなされることになる。

第２のシリンダ室１４ｂの内部は高圧となっているので、密閉ケース１内から第２のシリンダ室１４ｂ内への圧縮ガスの漏れは発生せず、それによる損失も発生しない。したがって、圧縮効率の低下なしに能力を半分にした運転が可能となる。従来のように、圧縮機内にベーンを上死点で固定するような複雑な機構も不要であり、圧縮機内ではベーンを付勢するばね部材を省略するだけの単純な構造で容量可変が可能となり、コスト的に有利であり、製造性に優れ、かつ高効率の容量可変型２シリンダロータリ式密閉形圧縮機を提供できる。

なお、上記第２のシリンダ室１４ｂに対し吸込み圧と吐出圧とを切換える圧力切換え機構Ｋの構成は先に説明したものに限定されるものではなく、以下に述べるような変形の実施例が考えられる。
[実施例２]

図３は、実施例２の圧力切換え機構Ｋａの構成を説明する図である。ロータリ式密閉形圧縮機Ｒおよび冷凍サイクルの構成は先に説明したものと全く同一であり、同番号を付して新たな説明を省略する。上記圧力切換え機構Ｋａは、第１の開閉弁２８を設けた分岐管Ｐが所定部位に接続されることは変りがない。上記第２の開閉弁に代って逆止弁２９Ａを備えたことを特徴とする。上記逆止弁２９Ａは、アキュームレータ１７側から第２のシリンダ室１４ｂ側への冷媒の流通を許容し、逆方向の流れを阻止する。

全能力運転を選択すると、第１の開閉弁２８が閉成される。吸込み管１６ｂに導かれる低圧ガスが逆止弁２９Ａを介して第２のシリンダ室１４ｂに導入される。第２のシリンダ室１４ｂが吸込み圧（低圧）となり、ベーン室２２ｂがケース内高圧となって、ベーン１５ｂの前後端部において差圧が生じる。上記ベーン１５ｂは常に第２のシリンダ室１４ｂに突出するよう背圧を掛けられ、偏心ローラ１３ｂに接触して圧縮作用が行われる。当然、第１のシリンダ室１４ａでも圧縮作用が行われているので、全能力運転をなす。

能力半減運転を選択すると、第１の開閉弁２８が開放される。吐出管１８から分岐管Ｐに導かれる高圧ガスの一部が第１の開閉弁２８を介して第２のシリンダ室１４ｂに導入される。第２のシリンダ室１４ｂが高圧となる一方で、ベーン室２２ｂが高圧であるので、ベーン１５ｂの前後端部において差圧が存在しない。ベーン１５ｂ位置が変らず、したがって第２のシリンダ室１４ｂでは圧縮作用が行われない。結局、第１のシリンダ室１４ａのみの能力半減運転をなす。

図４は、実施例３の圧力切換え機構Ｋｂの構成を説明する図である。ロータリ式密閉形圧縮機Ｒおよび冷凍サイクルの構成は先に説明したものと全く同一であり、同番号を付して新たな説明を省略する。上記圧力切換え機構Ｋｂは、吐出管１８から分岐する分岐管Ｐと、アキュームレータ１７から蒸発した低圧ガスを導出案内する案内管１６と、第２のシリンダ室１４ｂの吸込み部に連通する吸込み管１６ｂのそれぞれ端部が接続されるポートを備えた三方切換え弁３５からなる。

全能力運転を選択すると、三方切換え弁３５は案内管１６と第２のシリンダ室１４ｂとを連通する。したがって、第２のシリンダ室１４ｂが低圧となり、高圧のベーン室２２ｂとの間で差圧が生じる。ベーン１５ｂは背圧を受けて偏心ローラ１３ｂに接触し、往復動して圧縮作用が行われる。

能力半減運転を選択すると、三方切換え弁３５は分岐管Ｐと第２のシリンダ室１４ｂとを連通する。第２のシリンダ室１４ｂが高圧となり、高圧のベーン室２２ｂと同一となって、ベーン１５ｂはその位置を移動しない。第１のシリンダ室１４ａのみの能力半減運転が行われることになる。
[実施例４]

図５は、実施例４の圧力切換え機構Ｋｂ１の構成を説明する図である。ロータリ式密閉形圧縮機Ｒおよび冷凍サイクルの構成は先に説明したものと全く同一であり、同番号を付して新たな説明を省略する。上記圧力切換え機構Ｋｂ１は、圧力切換え機構Ｋｂを構成する三方切換え弁３５に代えた四方切換え弁６０を備えている。この四方切換え弁６０は、たとえばヒートポンプ式冷凍サイクル装置に冷房運転と暖房運転との切換えに用いられる四方切換え弁をそのまま採用することができる。

上記四方切換え弁６０には、冷凍サイクルの高圧側から分岐される分岐管Ｐに接続される高圧管Ｄと、アキュームレータ１７を介して蒸発した低圧ガスを導出する案内管１６に接続される低圧管Ｓと、上記第２のシリンダ室１４ｂと連通する吸込み管１６ｂに接続される第１の導管Ｓおよび、先端開口部に栓体Ｚが嵌め込まれて完全閉塞される第２の導管Ｅが接続される。

さらに、上記四方切換え弁６０の具体的な構成について詳述する。図６および図７は四方切換え弁６０の構成と、互いに異なる作用状態を説明する図であって、冷凍サイクル自体の構成は先に説明したもの（図１〜図３）とは表示の仕方が異なるが、内容的には全く同一である。

上記四方切換え弁６０は、主弁６１と副弁（パイロット弁とも呼ばれる）６２とから構成される。先に説明した図５においては、四方切換え弁６０のうちの主弁６１のみを図示している。上記主弁６１は、両端が閉塞される筒状の弁箱６３を有し、この弁箱６３の中間部に上記高圧管Ｄが接続され、高圧管Ｄとは略対向する部位に低圧管Ｓが接続される。低圧管Ｓの両側には同一の所定間隔を存して上記一対の導管Ｃ，Ｅが接続される。ここでは、左側の導管を第１の導管Ｃと呼び、右側の導管を第２の導管Ｄと呼ぶ。

上記弁箱６３内には、弁体６４が弁箱６３の軸方向に沿って移動自在に収容されていて、この弁体６４の両側部には連結棒６５を介してピストン６６ａ，６６ｂが接続される。それぞれのピストン６６ａ，６６ｂは弁箱６３内壁に摺接可能に収容され、弁箱６３の軸方向に沿って摺動自在である。各ピストン６６ａ，６６ｂには図示しない細孔が設けられていて、ピストンの両側部において気体の流通が可能である。

上記弁体６４は、弁箱６３に設けられる弁座６７に沿って移動でき、かつ弁座６７には上記第１の導管Ｃと、低圧管Ｓおよび第２の導管Ｅの開口端が嵌め込まれている。弁体６４は、その位置に応じて第１の導管Ｃと低圧管Ｓ相互を連通とし、あるいは低圧管Ｓと第２の導管Ｅとを連通できるようになっている。

上記副弁６２は、円筒状の副弁本体６８を備えていて、上記低圧管Ｓの中途部に連通される低圧細管６９が接続され、この低圧細管６９を中心にして副弁本体６８の軸方向の両側には一対の副弁細管７０，７１が接続される。それぞれの細管７０，７１は、上記主弁６１の両端に設けられる主弁細管７２，７３にそれぞれ接続される。

上記副弁本体６８内には、低圧細管６９および左右の副弁細管７０，７１を連通する弁座７５，７６が形成されている。副弁本体６８の一端には弁座７５，７６を開閉するニードル弁７７が軸方向に沿って移動可能に配設されているとともに、ニードル弁７７を弁座７５，７６に向けて付勢するスプリング７８が配設されている。そして、副弁本体６８の他端には固定鉄心８０と可動鉄心８１とスプリング８２および電磁コイル８３などからなるソレノイド８４が設けられている。

図６は上記ソレノイド８４に対する非通電状態を示していて、スプリング８２の付勢力に押されて可動鉄心８１およびニードル弁７７が左方向に移動し、一方（左側）の弁座７５が開くとともに他方（右側）の弁座７６が閉じ、左側の副弁細管７０と低圧細管６９とが連通される。このとき、主弁６１においては、高圧管Ｄから主弁弁箱６３内に高圧ガスが導入され、弁箱６３内に高圧ガスが充満する。

高圧ガスは、左右一対のピストン６６ａ，６６ｂに設けられる細孔を介してピストン６６ａ，６６ｂと弁箱６３端面との間に形成される空間室Ｒａ，Ｒｂ内に導入される。副弁６２では一方（右側）の弁座７６がニードル弁７７よって閉成されているので、主弁６１の一方（右側）の空間室Ｒｂに充満する高圧ガスが行き場がなく、この空間室Ｒｂが高圧雰囲気となる。

一方、副弁６２ではニードル弁７７によって開放される弁座７５側は低圧細管６９と副弁細管７０が連通することで、この副弁細管７０に接続される主弁細管７２と主弁６１内の他方（左側）の空間室Ｒａが連通され、低圧雰囲気となる。主弁６１における両側の空間室Ｒａ，Ｒｂにおいて圧力差が生じ、ピストン６６ａ，６６ｂとともに弁体６４が左方向に移動する。弁体６４を介して低圧管Ｓと第１の導管Ｃが連通状態となり、弁箱６３を介して高圧管Ｄと第２の導管Ｅとが連通するようになっている。

図６の状態から、副弁６２のソレノイド８４に通電すると、図７に示す状態に変る。ソレノイド８４を構成する可動鉄心８１が固定鉄心８０に吸引されて右方向に移動し、一方の弁座７５が閉じて他方の弁座７６が開き、低圧細管６９と細管７１とが連通される。これにより、主弁６１においては一方（右側）の空間室Ｒｂが低圧雰囲気となり、ニードル弁７７によって閉塞された副弁細管７０と連通する主弁６１内の他方（左側）の空間室Ｒａが高圧雰囲気となる。主弁６１における両側の空間室Ｒａ，Ｒｂに圧力差が生じ、ピストン６６ａ，６６ｂとともに弁体６４が右方向に移動する。したがって、弁体６４を介して低圧管Ｓと第２の導管Ｅが連通状態となり、弁箱６３を介して高圧管Ｄと第１の導管Ｃとが連通するようになっている。

このような圧力切換え機構Ｋｂ１を構成する四方切換え弁６０を備えた冷凍サイクル装置において、全能力運転を選択すると、副弁６２のソレノイド８４が非通電状態になる。図６に示すように、副弁６２は低圧管Ｓと第１の導管Ｃとが連通するように主弁６１における弁体６４を制御する。したがって、低圧管Ｓは吸込み管１６を介してアキュームレータ１７と連通し、第１の導管Ｃは吸込み管１６ｂを介して第２のシリンダ室１４ｂと連通する。

第２のシリンダ室１４ｂに低圧ガスが導かれ、高圧のベーン室２２ｂとの間で差圧が生じる。ベーン１５ｂは背圧を受けて偏心ローラ１３ｂに接触し、往復動して圧縮作用が行われる。当然、第１のシリンダ室１４ａでも圧縮運転が行われているので、２シリンダによる全能力運転をなす。

なお、このとき四方切換え弁６０を構成する主弁６１では、弁箱６３を介して冷凍サイクルの高圧側から分岐する分岐管Ｐと、弁箱６３に接続される第２の導管Ｅとが連通状態にあり、弁箱６３に充満する高圧ガスが第２の導管Ｅに導かれる。しかしながら、第２の導管Ｅには栓体Ｚが嵌め込まれ閉塞されているので、高圧ガスは導管Ｅから先へは導かれない。

能力半減運転を選択すると、副弁６２のソレノイド８４が通電状態になる。すなわち、図７に示すように副弁６２は主弁６１における弁体６４を低圧管Ｓと第２の導管Ｅとが連通するよう制御する。低圧管Ｓは吸込み管１６を介してアキュームレータ１７に連通するが、第２の導管Ｅは常に閉塞されているので、低圧ガスが四方切換え弁６０から先に導かれることはない。

その一方で、弁体６４の移動により弁箱６３を介して高圧管Ｄと第１の導管Ｃとが連通状態となる。第１の導管Ｃから吸込み管１６ｂに高圧ガスが導かれて、第２のシリンダ室１４ｂが高圧となる。ベーン室２２ｂも高圧条件下にあるので、ベーン１５ｂはその位置を移動せず、第１のシリンダ室１４ａのみの能力半減運転が行われる。

このように、たとえばヒートポンプ式冷凍サイクル装置において、冷房運転と暖房運転の切換えに用いられる四方切換え弁をそのまま圧力切換え機構Ｋｂ１の構成部品として採用でき、コストへの影響を抑制して、信頼性の確保を図れる。また、四方切換え弁６０における導管Ｅは閉塞管として先端開口に栓体Ｚを嵌め込んで閉塞するようにしたが、これに限定されるものではなく、単に先端開口を圧潰加工して閉塞してもよく、あるいは他の適宜な手段によって閉塞することもできる。

図８は、実施例５における圧力切換え機構Ｋｂ２の構成を説明する図である。ロータリ式密閉形圧縮機Ｒおよび冷凍サイクルの構成は先に説明したものと全く同一であり、同番号を付して新たな説明を省略する。上記圧力切換え機構Ｋｂ２は、基本的に実施例４で説明したものと後述する部位を除いて全く同一の四方切換え弁であり、同一構成部品には同番号を付して新たな説明を省略する。

ここでは、四方切換え弁６０Ａを構成する副弁６２に永久磁石８５を取付けたことを特徴としている。上記永久磁石８５の位置は、副弁本体６８とソレノイド８４を構成する電磁コイル８３との間であり、所定の磁気吸引力を備えて可動鉄心８１に対して影響を及ぼしている。具体的に、可動鉄心８１に対する永久磁石８５の磁気吸引力は、ソレノイド８４の可動鉄心８１に対する電磁吸着力には劣るが、スプリング８２の可動鉄心８１に対する弾性力よりは勝るように設定されている。

同図は、全能力運転が選択された状態を示していて、副弁６２におけるソレノイド８４に一旦通電して、＋（プラス）の極性、もしくは−（マイナス）の極性を付与し、可動鉄心８１およびニードル弁７７を左方向に移動させたあと、ソレノイド８４を断電する。この状態で、永久磁石８５の磁気吸引力が可動鉄心８１に作用して、可動鉄心８１およびニードル弁７７の位置を保持する。開放された弁座７５に流通する低圧ガスに圧力変動があっても、永久磁石８５が可動鉄心８１およびニードル弁７７の位置を保持し、ニードル弁７７の位置変動を阻止する。

図示していないが、能力半減運転が選択された場合は、一旦、ソレノイド８４に通電して図６とは逆極性を付与する。ソレノイド８４の作用によってスプリング８２の弾性力および永久磁石８５の磁気吸引力に抗して可動鉄心８１を移動させる。先に図７で説明したように、ニードル弁７７は一方の弁座７６を開き、他方の弁座７５を閉じる。ニードル弁７７の位置が定まったら、ソレノイド８４を非通電状態に変える。再びスプリング８２の弾性力が可動鉄心８１に作用するが、永久磁石８５の磁気吸引力が勝って可動鉄心８１はその位置を保持する。したがって、能力半減運転は支障なく行われる。

このようにして、副弁６２の所定部位に永久磁石８５を備え、全能力運転もしくは能力半減運転が選択される度にソレノイド８４を一時的に通電状態とするが、そのあとで再び非通電状態に変えて永久磁石８５の磁気吸引力を影響させるので、ランニングコストに与える影響を最小限に抑制できる。
[実施例６]

図９は、実施例６の圧力切換え機構Ｋｂ３の構成を説明する図である。ロータリ式密閉形圧縮機Ｒおよび冷凍サイクルの構成は先に説明したものと全く同一であり、同番号を付して新たな説明を省略する。上記圧力切換え機構Ｋｂ３は、基本的に実施例５で説明した四方切換え弁６０Ａと後述する部位を除いて同一構成の三方切換え弁６０Ｂを備えていて、同一構成部品には同番号を付して新たな説明を省略する。なお、実施例４で説明した四方切換え弁６０の構成を充当することも可能である。

ここで、三方切換え弁６０Ｂは、四方切換え弁６０を構成する主弁６１から第２の導管Ｅを除去したことを特徴としている。先に説明した第２の導管Ｅは、その一端が弁座６７に接続されてはいるが、他端の開口端に栓体Ｚを嵌め込んで閉塞していて、流路構成としては全く不要のものである。通常用いられる市販の四方切換え弁をそのまま流用するところから、やむを得ぬ処置になる。そこで、上記四方切換え弁６０Ａを構成する弁箱６３の製造時において、第２の導管Ｅとの接続に必要な孔部の加工を省略して構成したものである。
[実施例７]

上述した何れの圧力切換え機構Ｋ，Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｂ１，Ｋｂ２，Ｋｂ３を備えたロータリ式密閉形圧縮機Ｒにおいても、能力半減運転の際に第２のシリンダ８Ｂ側のベーン１５ｂの位置を保持するとよい。

図１０（Ａ）および（Ｂ）は、実施例７における互いに異なる保持機構４５、４６を備えた第２のシリンダ８Ｂの横断平面図である。すなわち、各保持機構４５，４６は、上記第２のシリンダ８Ｂ側のシリンダ室１４ｂにかかる圧力とベーン室２２ｂにかかる圧力との差圧よりも小さい力で、上記ベーン１５ｂを偏心ローラ１３ｂから引き離す方向に付勢保持する。

図１０（Ａ）に示す保持機構４５は、ベーン１５ｂの背面側端面に設けられる永久磁石である。この永久磁石４５を備えることにより、常に所定の力でベーン１５ｂを磁気吸引する。あるいは、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。

図１０（Ｂ）に示す保持機構４６は、弾性体である引張りばねとする。この引張りばね４６の一端部をベーン１５ｂ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。上記保持機構４５，４６は、設定された磁気吸引力あるいは引張り弾性力でベーン１５ｂに対して偏心ローラ１３ｂから引き離す方向に付勢する。そのため、全能力運転時に保持機構４５，４６がベーン１５ｂの往復動に対して悪影響を与えることがない。

能力半減運転時において、上記保持機構４５，４６はベーン１５ｂの先端部がシリンダ室１４ｂ周壁から没入する上死点付近位置に保持するよう付勢する。すなわち、上記ベーン１５ｂは偏心ローラ１３ｂから引き離す方向に保持されることになる。この能力半減運転時においても第２のシリンダ室１４ｂで偏心ローラ１３ｂが偏心回転することには変りがなく、カラ運転が行われる。偏心ローラ１３ｂの周壁がベーン１５ｂ先端部と対向するベーン１５ｂの上死点位置に至っても、ベーン１５ｂは保持機構４５，４６に保持されているので、この先端部は偏心ローラ１３ｂと接触しない。

たとえば、上記保持機構４５，４６を備えておらず、ベーン１５ｂを全くの自由状態とすると、能力半減運転時においてベーン１５ｂ先端部が偏心ローラ１３ｂに接触を繰り返してベーン室２２ｂで踊る。したがって、保持機構４５，４６を備えていないと、ベーン１５ｂの偏心ローラ１３ｂ接触による異常音の発生や、ベーン１５ｂの破損に至る虞れがあるが、上記保持機構４５，４６を備えたことで、上述の不具合を除去できる。

また、上記第１のシリンダ室１４ａと第２のシリンダ室１４ｂは、互いに同一の直径寸法で同一の排除容積としたが、これに限定されるものではなく、互いに排除容積を異ならせるようにしてもよい。この場合、第１のシリンダ室１４ａの排除容積を第２のシリンダ室１４ｂの排除容積よりも大としたり、逆に、第２のシリンダ室１４ｂの排除容積を第１のシリンダ室１４ａの排除容積よりも大としてもよい。そして、各種の寸法設定をなすことにより、必ずしも上述したような全能力運転と能力半減運転との切換えばかりでなく、任意の能力での切換え運転が可能となる。

なお、以上説明した分岐管Ｐは、密閉ケース１に接続される吐出管１８の中途部から分岐していると説明したが、これに限定されるものではなく、たとえば図１にのみ二点鎖線で示すように、密閉ケース１に接続される分岐管Ｐであってもよい。さらに、分岐管Ｐは冷凍サイクルの高圧側と接続すればよく、実際には、密閉ケース１と膨張機構２０とを連通する吐出管１８の中途部から分岐するようにしてもよい。
[実施例８]

以上説明したロータリ式密閉形圧縮機を、図１に示す冷凍サイクルを構成するよう用いられることは当然であるが、後述するようにヒートポンプ式の冷凍サイクルを構成する空気調和機に用いることもできる。

図１１は、実施例８として、ロータリ式密閉形圧縮機Ｒを備えたヒートポンプ式冷凍サイクルの構成図である。ロータリ式密閉形圧縮機Ｒは先に説明したものの全てを用いることができる。この圧縮機Ｒに接続される吐出管１８には冷暖房切換え用の四方切換え弁５０、室内熱交換器５１、膨張機構５２および室外熱交換器５３が順次設けられ、ヒートポンプ式の冷凍サイクルが構成される。

そして、四方切換え弁５０を介して圧縮機Ｒにおける第１のシリンダ８Ａのシリンダ室１４ａに直接接続される回路Ｐａが設けられる。また、室外熱交換器５３と四方切換え弁５０とを連通する冷媒管の中途部から分岐され、第２のシリンダ８Ｂのシリンダ室１４ｂに直接接続される回路Ｐｂを備えている。

一般的に、暖房運転時の方が冷房運転時と比較して大きな能力を必要とする。そこで、暖房運転時は図中実線矢印に示す方向に冷媒を導き、冷房運転時は図中破線矢印に示す方向に冷媒を導くよう四方切換え弁５０を切換え操作する。暖房運転時と冷房運転時のいずれにおいても、すなわち四方切換え弁５０の切換え方向に係らず、上記第１のシリンダ８Ａにおけるシリンダ室１４ａには常時吸込み圧が導かれ、先に説明したばね部材２６の弾性力によって圧縮作用が継続される。

暖房運転時に、第２のシリンダ８Ｂにおけるシリンダ室１４ｂには四方切換え弁５０の切換え動作によって室外熱交換器５３から導出される低圧の蒸発冷媒が導かれ、高圧の上記ベーン室２２ｂとで差圧が生じる。したがって、第２のシリンダ８Ｂ側のベーン１５ｂが往復動して圧縮作用が行われる。当然、第１のシリンダ室１４ａにおいても圧縮作用が行われているので、全能力運転がなされることになる。

冷房運転時は、四方切換え弁５０の切換え動作にともなって吐出管１８から導かれる高圧ガスが室外熱交換器５３とともに第２のシリンダ室１４ｂに分流案内される。したがって、第２のシリンダ室１４ｂが高圧となり、このベーン室２２ｂが高圧であるので、ベーン１５ｂの前後端部において差圧が生じることがなく、圧縮作用が行われない。結局、第１のシリンダ室１４ａのみで圧縮作用が行われ、能力半減運転となる。

なお、ロータリ式密閉形圧縮機と、この圧縮機を備えた冷凍サイクル装置は以上説明した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を越えない範囲内で種々変形実施可能であることは勿論である。

本発明の実施例１に係る、ロータリ式密閉形圧縮機の縦断面図と、冷凍サイクル構成図。 同実施例１に係る、第１のシリンダと第２のシリンダを分解した斜視図。 本発明の実施例２に係る、ロータリ式密閉形圧縮機の縦断面図と、冷凍サイクル構成図。 本発明の実施例３に係る、ロータリ式密閉形圧縮機の縦断面図と、冷凍サイクル構成図。 本発明の実施例４に係る、ロータリ式密閉形圧縮機の縦断面図と、冷凍サイクル構成図。 同実施例に係る、四方切換え弁の構成と、冷凍サイクル構成図。 同実施例に係る、図６とは異なる状態の四方切換え弁の構成と、冷凍サイクル構成図。 本発明の実施例５に係る、四方切換え弁の構成と、冷凍サイクル構成図。 本発明の実施例６に係る、四方切換え弁の構成と、冷凍サイクル構成図。 本発明の実施例７に係る、互いに異なる保持機構を説明する第２のシリンダの横断平面図。 本発明の実施例８に係る、ヒートポンプ式冷凍サイクル構成図。

符号の説明

１…密閉ケース、３…電動機部、２…圧縮機構部、１３ａ，１３ｂ…偏心ローラ、８Ａ…第１のシリンダ、１４ａ…第１のシリンダ室、８Ｂ…第２のシリンダ、１４ｂ…第２のシリンダ室、１５ａ，１５ｂ…ベーン、２２ａ，２２ｂ…ベーン室、２６…ばね部材、Ｋ…圧力切換え機構、１８…吐出管、１６ａ，１６ｂ…吸込み管、２８…第１の開閉弁、Ｐ…分岐管、２９…第２の開閉弁、２９Ａ…逆止弁、３５…三方切換え弁、６０，６０Ａ，６０Ｂ…四方切換え弁、６３…弁箱、Ｄ…高圧管、Ｓ…低圧管、Ｃ…第１の導管、Ｅ…第２の導管、６６ａ，６６ｂ…ピストン、６４…弁体、６１…主弁、６２…副弁、４５，４６…保持機構、５０…四方切換え弁。

Claims (11)

1. 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ロータリ式の圧縮機構部を収容し、上記圧縮機構部で圧縮したガスを一旦密閉ケース内に吐出してケース内高圧とするロータリ式密閉形圧縮機において、
   上記圧縮機構部は、
   それぞれ偏心ローラが偏心回転自在に収容されるシリンダ室を備えた第１のシリンダおよび第２のシリンダと、
   これら第１のシリンダと第２のシリンダに設けられ、その先端縁が上記偏心ローラの周面に当接するよう押圧付勢され、偏心ローラの回転方向に沿ってシリンダ室を二分するベーンおよびそれぞれの上記ベーンの背面側端部を収容するベーン室と、
   上記第２のシリンダのシリンダ室に、吸込み圧もしくは吐出圧を導く圧力切換え機構とを具備し、
   上記第１のシリンダに設けられるベーンは、上記ベーン室に配備されるばね部材によって押圧付勢され、
   上記第２のシリンダに設けられるベーンは、
   上記圧力切換え機構により第２のシリンダのシリンダ室に吸込み圧が導かれたとき、上記ベーン室に導かれるケース内圧力と上記シリンダ室に導かれた吸込み圧との差圧によって、上記ベーンの先端縁が上記偏心ローラの周面に当接するよう押圧付勢され、
   上記圧力切換え機構により第２のシリンダのシリンダ室に吐出圧が導かれたとき、上記ベーン室に導かれるケース内圧力と上記シリンダ室に導かれた吐出圧とが均衡して上記ベーンの前後端部で押圧が均衡し、上記ベーンの先端縁が上記偏心ローラの周面から離間する
   ことを特徴とするロータリ式密閉形圧縮機。
2. 上記第２のシリンダのシリンダ室に吸込み圧もしくは吐出圧を導く圧力切換え機構として、
   冷凍サイクルの高圧側と第２のシリンダ室に連通する吸込み管に接続され、その中途部に第１の開閉弁を有する分岐管と、
   上記吸込み管において、上記分岐管の接続部よりも上流側に設けられる第２の開閉弁もしくは逆止弁からなる
   ことを特徴とする請求項１記載のロータリ式密閉形圧縮機。
3. 上記第２のシリンダのシリンダ室に吸込み圧もしくは吐出圧を導く圧力切換え機構として、
   冷凍サイクルの高圧側に接続される分岐管と、蒸発した低圧ガスを導出案内する案内管と、第２のシリンダ室と連通する吸込み管がそれぞれ接続されるポートを備えた三方切換え弁からなる
   ことを特徴とする請求項１記載のロータリ式密閉形圧縮機。
4. 上記三方切換え弁は、四方切換え弁の一つの通路を閉塞したものであることを特徴とする請求項３記載のロータリ式密閉形圧縮機。
5. 上記四方切換え弁は、筒状の弁箱と、この弁箱の中間部に接続される高圧管と低圧管および一対の導管と、弁箱内に弁箱の軸方向に沿って摺動可能に収容される一対のピストンと、このピストンの移動に対応して上記高圧管を一対の導管のうちの一方の導管または他方の導管に連通させ、かつ上記低圧管を一対の導管のうちの他方の導管または一方の導管に連通させる弁体を収容する主弁および、この主弁に収容される上記一対のピストンの摺動を制御する副弁とを具備し、
   上記高圧管は上記分岐管に接続され、上記低圧管は上記案内管に接続され、上記一対の導管のうちの一方の導管は上記吸込み管に接続され、上記一対の導管のうちの他方の導管は閉塞されることを特徴とする請求項４記載のロータリ式密閉形圧縮機。
6. 上記三方切換え弁は、
   筒状の弁箱と、この弁箱の中間部に接続される高圧管と低圧管および導管と、弁箱内に弁箱の軸方向に沿って摺動可能に収容される一対のピストンと、このピストンの移動に対応して上記高圧管または上記低圧管を上記導管に連通させる弁体を収容する主弁と、この主弁に収容される上記一対のピストンの摺動を制御する副弁とを具備し、
   上記高圧管は上記分岐管に接続され、上記低圧管は上記案内管に接続され、上記導管は上記吸込み管に接続されることを特徴とする請求項３記載のロータリ式密閉形圧縮機。
7. 上記第２のシリンダ側のベーン室に、第２のシリンダのシリンダ室に吸込み圧が導かれたときのシリンダ室圧力とベーン室圧力との差圧よりも小さい力でベーンを偏心ローラから引き離す方向に付勢する保持機構を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか記載のロータリ式密閉形圧縮機。
8. 上記保持機構は、永久磁石、電磁石もしくは弾性体のいずれかであることを特徴とする請求項７記載のロータリ式密閉形圧縮機。
9. 上記第１のシリンダ室と第２のシリンダ室は、互いに排除容積を異ならせたことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のロータリ式密閉形圧縮機。
10. 上記請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のロータリ式密閉形圧縮機と、凝縮器、膨張機構および蒸発器で冷凍サイクルを構成することを特徴とする冷凍サイクル装置。
11. 上記請求項１に記載のロータリ式密閉形圧縮機と、冷暖房切換え用の四方切換え弁、室内熱交換器、膨張機構および室外熱交換器でヒートポンプ式の冷凍サイクルを構成し、
    上記第１のシリンダにおけるシリンダ室は、上記冷暖房切換え用の四方切換え弁の切換え動作に係らず常時吸込み圧が導かれ、
    上記第２のシリンダにおけるシリンダ室は、上記冷暖房切換え用の四方切換え弁の切換え動作に応じて吸込み圧もしくは吐出圧が導かれるように配管されることを特徴とする冷凍サイクル装置。

Images