JP5269192B2 - 二段圧縮機及び冷凍空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、密閉容器内に圧縮部を備えた二段圧縮機、及び二段圧縮機を備えた冷凍空調装置に関する。

蒸気圧縮式冷凍サイクルやヒートポンプサイクルに用いられる冷媒圧縮機の１つにロータリ圧縮機がある。ロータリ圧縮機は、小型化が可能なこと、また、構造が簡単なことから、冷凍冷蔵庫、空調機、ヒートポンプ式給湯機等に広く用いられる。
また、圧縮機内に２つの圧縮部（低段圧縮部と高段圧縮部）を備えた二段ロータリ圧縮機は、一段あたりの差圧が小さく漏れ損失が小さいというメリットがある。また、二段ロータリ圧縮機は、低段圧縮部と高段圧縮部とを繋ぐ中間流路に冷媒をインジェクションすることで性能向上を図れるというメリットもある。

近年、地球温暖化防止を図る観点から、フロンに代わる新たな冷媒として、オゾン層破壊係数がゼロで地球温暖化係数の小さい自然冷媒が注目されている。自然冷媒の１つとして、冷媒特性に優れた炭化水素（ＨＣ）冷媒がある。
炭化水素は、摺動部潤滑性能、漏れシール性能、理論冷凍サイクルＣＯＰの観点からフロン冷媒と同等の冷媒特性を備えている。さらに、炭化水素を用いた場合、従来のフロン冷媒と同等の圧力で運転が可能である。しかし、炭化水素は、可燃性であるという課題がある。
既にイソブタンを用いた冷凍冷蔵庫が量産されている。しかし、可燃性冷媒の危険性から、国際規格で冷媒許容充填量が制限されている（非特許文献１参照）。例えば、ＩＥＣ規格によると、家庭用エアコンに充填できる炭化水素冷媒量は約１５０ｇ以内となる。このため、充填する冷媒量を低減する必要がある。冷媒量を低減する方法の１つとしては、密閉容器を低圧シェルにすることが有効である。密閉容器内の冷媒と貯蔵した潤滑油との運転時における圧力を低く抑えることで、潤滑油に溶け込んだ冷媒量と溶け込まない冷媒量とをともに低減することができる。

二段ロータリ圧縮機は、起動時や運転条件を変更する時、低圧縮比で運転する時等に、中間流路内の圧力（中間圧）が吐出圧力（高圧）よりも高くなるという圧力の逆転現象が起こることがある。特に密閉容器内を低圧シェルにした場合、高段圧縮部の圧力と密閉容器内の圧力との差が大きくなる。そのため、高段圧縮部内から潤滑油が漏れやすくなり、圧力の逆転現象が発生する確率が高くなる。
圧力の逆転現象が起こった場合、高段圧縮部内の圧力がベーン背圧室に給油している圧力よりも高くなってしまう。そのため、高段圧縮部への差圧による給油ができなくなってしまう。
また、圧力の逆転現象が起こった場合、高段圧縮部のベーンをローリングピストンに押し付けるベーン背圧室内の圧力よりも、高段圧縮部内の圧力の方が高くなる。さらに、高段圧縮部内の圧力が、ベーン背圧室に設けられたバネによりベーンをローリングピストンへ押し付ける荷重と、ベーン背圧室内の圧力とを加えた力をも超えてしまうことがある。すると、ベーンがローリングピストンから離れてしまうベーン飛びが発生し、高段圧縮部での圧縮ができなくなる。このため、性能が低下するとともに、ローリングピストンの偏芯回転により摺れる部分の焼きつき等が発生して信頼性が低下してしまう。
なお、ここでは、ローリングピストン型の圧縮機を一例として説明したが、このベーン飛びは、スライディングベーン型の圧縮機等でも起こる。

圧力の逆転現象が起こった場合の対策としては、中間流路と高圧部とをバイパスさせる方法がある。
特許文献１には、中間流路と高圧部とをつなぐバイパス流路についての記載がある。特許文献１では、圧力の逆転現象が起こった場合にバイパス流路に設けられたバイパス弁を開け、バイパス流路を開通する。しかし、特許文献１では、密閉容器を含む大きな容積に中間流路の圧力を逃がすため、差圧給油が可能な状態に復帰するまでのレスポンスは遅い。
特許文献２には、中間流路と高圧部とをつなぐバイパス流路についての記載がある。しかし、特許文献２では、高圧部から中間流路へ圧力を逃がすために、バイパス流路に減圧手段を用いている。そのため、特許文献２では、圧力の逆転現象が起こった場合、差圧給油を復帰することを減圧手段が妨げてしまう。

特開平５−１３３３６７号公報 特開２００４−２５１４９２号公報

財団法人ヒートポンプ・蓄熱センター編，ノンフロン技術：自然冷媒の新潮流，平成１６年，第１７２頁

上述したように、二段圧縮機において、中間流路内の圧力（中間圧）が吐出圧力（高圧）よりも高くなるという圧力の逆転現象が起こることがある。この場合、高段圧縮部への差圧給油ができなくなるとともに、ベーン飛びが発生する虞がある。そのため、高段圧縮部での圧縮ができなくなり、圧縮機の性能が低下するとともに、圧縮機の信頼性が低下するという課題がある。
この発明は、圧力の逆転現象が起こった場合に、速やかに圧力の逆転現象を解消し、正常状態に戻すことを目的とする。

この発明に係る二段圧縮機は、例えば、
冷媒を圧縮する低段圧縮部と、
背圧室から出たベーンにより形成された圧縮室を用いて、前記低段圧縮部が圧縮した冷媒をさらに圧縮する高段圧縮部と、
前記低段圧縮部と前記高段圧縮部とを繋ぎ、前記低段圧縮部から吐出された冷媒を前記高段圧縮部へ流入させる中間流路と、
油を前記背圧室へ供給して、前記ベーンに加圧する給油部と、
前記中間流路と前記給油部とを繋ぐバイパス回路と、
前記低段圧縮部が圧縮した冷媒の圧力が前記高段圧縮部が圧縮した冷媒の圧力よりも高い場合に、前記バイパス回路を介して前記給油部へ前記中間流路を流れる冷媒を流入させる給油促進部と
を備えることを特徴とする。

この発明に係る冷凍空調装置は、
前記二段圧縮機を備えることを特徴とする。

この発明に係る二段圧縮機は、圧力の逆転現象が起こった場合に、速やかに圧力の逆転現象を解消し、正常状態へ復帰することができる。また、この発明に係る冷凍空調装置は、性能がよく、信頼性が高い。

実施の形態１に係る二段ロータリ圧縮機の縦断面図。 実施の形態１に係るローリングピストン型のロータリ圧縮機の圧縮部の横断面図。 実施の形態１に係る二段ロータリ圧縮機の正常運転時における動作を示す図。 実施の形態１に係るローリングピストン型ロータリ圧縮機の圧縮部における冷媒の漏れ経路を示す横断面図。 実施の形態１に係る二段ロータリ圧縮機において圧力の逆転現象が起こった場合における動作を示す図。 実施の形態２に係るスライディングベーン型のロータリ圧縮機の圧縮部の横断面図。 実施の形態３に係る二段ロータリ圧縮機の縦断面図。 実施の形態３に係る図７の油分離機構９の縦断面図を示す図。 実施の形態４に係る逆止め機構１１の一例を示す構成図。 実施の形態４に係る逆止め機構１１の一例を示す構成図。 実施の形態５に係る密閉容器２１内が中間圧である二段ロータリ圧縮機の動作を示す図。 実施の形態５に係る密閉容器２１内が高圧である二段ロータリ圧縮機の動作を示す図。 実施の形態１から５で説明した二段ロータリ圧縮機を備える冷凍空調装置９５の冷媒回路の一例を示す図。

以下、図に基づき、この発明の実施の形態を説明する。
なお、以下の実施の形態において、縦方向とは、後述する駆動軸４１の軸方向であり、横方向とは、駆動軸４１の軸方向の垂直方向である。したがって、縦断面図とは、駆動軸４１の軸方向の断面図であり、横断面図とは、駆動軸４１の軸方向の垂直方向の断面図である。
また、図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは、明細書の全文において共通することである。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る二段ロータリ圧縮機の縦断面図である。
二段ロータリ圧縮機は、密閉容器２１内に、中間プレート４８を挟んで低段圧縮部１と高段圧縮部２とが収納される。密閉容器２１内の低段圧縮部１と高段圧縮部２との上側に電動機２２が配置される。電動機２２は、低段圧縮部１および高段圧縮部２と駆動軸４１で連結されている。電動機２２が駆動することにより、低段圧縮部１と高段圧縮部２とが駆動され、低段圧縮部１と高段圧縮部２とで冷媒を順次圧縮する。

冷媒と潤滑油との流れについて説明する。
外部回路と接続された吸入配管５を経由して（図１の（１））、低圧の冷媒が密閉容器２１内へ吸入される（図１の（２））。密閉容器２１内に吸入された冷媒は、密閉容器２１と低段圧縮部１とを接続する低段吸入配管６を経由して（図１の（３））、低段圧縮部１へ流入する（図１の（４））。
低段圧縮部１は、低圧の冷媒を中間圧まで圧縮する。中間圧まで圧縮された冷媒は、低段吐出マフラ３へ吐出される（図１の（５））。低段吐出マフラ３へ吐出された冷媒は、中間連結部７を経由して（図１の（６））、高段圧縮部２へ流入する（図１の（７））。ここで、低段圧縮部１と高段圧縮部２とをつなぐ、低段吐出マフラ３と中間連結部７等を中間流路と呼ぶ。
高段圧縮部２では、中間圧の冷媒を高圧まで圧縮する。高圧まで圧縮された冷媒は、高段吐出マフラ４へ吐出される（図１の（８））。高段吐出マフラ４へ吐出された冷媒は、高段吐出配管８を経由して（図１の（９））、油分離機構９へ流入する（図１の（１０））。油分離機構９へ流入した冷媒は、油分離機構９で潤滑油が分離されて外部回路へ吐出される（図１の（１１））。

油分離機構９で分離された潤滑油は、油分離機構９下部の高圧油貯蔵部５１に貯えられる（図１の（１２））。高圧油貯蔵部５１に貯えられた潤滑油は、給油回路１３を通って（図１の（１３））、低段給油配管１４、高段給油配管１５から（図１の（１４））、低段圧縮部１、高段圧縮部２のベーン背圧室５０へ給油される（図１の（１５），（１６））。さらに、高段ローリングピストン給油配管２０により、高段側のローリングピストン４２の上下端面へも給油される（図１の（１７））。
また、高圧油貯蔵部５１に貯えられた潤滑油の一部は、給油回路１３を通って（図１の（１３））、バッファ部１２（給油部）に貯えられる（図１の（１８））。

また、中間連結部７から分岐してバッファ部１２へ繋がるバイパス回路１０から、低段吐出マフラ３へ吐出された冷媒がバッファ部１２内へ流入する（図１の（１９））。バイパス回路１０には、逆止め機構１１が設けられている。逆止め機構１１は、中間流路内の圧力（中間圧）が高段圧縮部２の吐出圧力（高圧）よりも高くなるという圧力の逆転現象が起こった場合に、中間連結部７からバッファ部１２へ冷媒を流入させる。なお、逆止め機構１１は、中間連結部７からバッファ部１２へ向かう流れのみ許容する。
また、バイパス回路１０の逆止め機構１１とバッファ部１２との間から分岐して、油分離機構９へ繋がる均圧回路１６が設けられる。均圧回路１６には、均圧部１７が設けられる。油分離機構９内の圧力とバッファ部１２内の圧力とは、均圧部１７を介して均一の圧力となる。特に、均圧部１７は、後述するように、油分離機構９内の圧力とバッファ部１２内の圧力と均一の圧力とする速さ（均一の圧力になるまでにかかる時間）を調整する。

図２は、ローリングピストン型のロータリ圧縮機の圧縮部の横断面図である。なお、基本的な構成は低段圧縮部１、高段圧縮部２ともに同一である。
ローリングピストン型のロータリ圧縮機の圧縮部は、図２に示すように、シリンダ４５、ローリングピストン４２、ベーン４３を備える。
シリンダ４５は、一方が軸受けにより閉塞され、他方が中間プレート４８により閉塞され圧縮空間を形成する。ローリングピストン４２は、シリンダ４５内に駆動軸４１の偏芯軸部分に嵌合される。ベーン４３は、ローリングピストン４２に当接して、シリンダ４５、軸受け、中間プレート４８により形成された圧縮空間に、吸入室７０と圧縮室７１とを形成する。特に、ベーン４３は、バネ４４のバネ力と、ベーン背圧室５０に給油された潤滑油の圧力とにより、ベーン背圧室５０側からローリングピストン４２側へ向けて荷重をかけられる。この荷重により、ベーン４３は、常にローリングピストン４２に押し付けられている。
電動機２２が駆動して、電動機２２に連結された駆動軸４１が回転することにより、駆動軸４１に嵌合されたローリングピストン４２が偏芯回転する。ローリングピストン４２が偏芯回転することにより、吸入室７０と圧縮室７１との容積が変化する。この容積の変化により、冷媒が吸入口４６から吸入され、圧縮されて吐出口４７から吐出される。

図３は、実施の形態１に係る二段ロータリ圧縮機の正常運転時における動作を示す図である。なお、図３において、太線は冷媒回路を示し、点線は給油回路を示す。また、実線矢印は、冷媒の流れを示し、点線矢印は潤滑油の流れを示す。
正常運転時は、逆止め機構１１によりバイパス回路１０の高圧側（バッファ部１２側）と中間圧側（中間連結部７側）は遮断されている。したがって、バイパス回路１０を経由して、中間連結部７からバッファ部１２へ冷媒は流入しない。そのため、油分離機構９と繋がるバッファ部１２は、油分離機構９と均一の圧力であるため、高圧である。また、油分離機構９から潤滑油が給油されるベーン背圧室５０の圧力も高圧である。
高段圧縮部２のシリンダ４５内の圧力は、中間圧から高圧の間で変化しており、平均を取れば中間圧と高圧との間の圧力となる。つまり、正常運転時は、ベーン背圧室５０内の圧力は、高段圧縮部２のシリンダ４５内の圧力よりも高い。そのため、正常運転時には、ベーン背圧室５０内の圧力により、ベーン４３は、ベーン背圧室５０側からローリングピストン４２側へ押圧され、ローリングピストン４２に押し付けられる。

図４は、実施の形態１に係るローリングピストン型ロータリ圧縮機の圧縮部における冷媒の漏れ経路を示す横断面図である。
圧縮機の起動時や運転条件の変更時において、圧縮室７１側から吸入室７０側へ冷媒の漏れが発生する場合がある。これは、例えば、一時的に給油が安定しない場合や、潤滑油中の冷媒が潤滑油と分離して発泡した場合等に発生する。特に、潤滑油によりシールされている箇所から冷媒の漏れが発生する。
つまり、図４に点線矢印で示すように、ローリングピストン４２とシリンダ４５の隙間（図４のａ）、ローリングピストン４２上下端面の隙間（図４のｂ）、ベーン４３の上下側端面隙間（図４のｃ）等から、圧縮室７１側から吸入室７０側へ冷媒の漏れが発生する。なお、圧縮室７１からローリングピストン４２の駆動軸４１側へも冷媒の漏れが発生する（図４のｄ）。
高段圧縮部２において圧縮室７１側から吸入室７０側に冷媒が漏れることで、中間圧が上昇する。そして、高圧よりも中間圧の方が高くなる圧力の逆転現象が発生する。

圧力の逆転現象が発生した場合、高段圧縮部２のベーン背圧室５０にかかっている圧力（高圧）よりも、高段圧縮部２内の圧力（中間圧）の方が高くなってしまう。そして、ベーン４３をローリングピストン４２側からベーン背圧室５０側へ押す荷重（高段圧縮部２内の圧力）が、ベーン４３をベーン背圧室５０側からローリングピストン４２側へ押す荷重（ベーン背圧室５０内の圧力と、バネ４４のバネ力との合計）を超えると、ベーン４３がローリングピストン４２から離脱するベーン飛びという現象が発生する。ベーン飛びが発生すると、吸入室７０と圧縮室７１とが完全に連通する。そのため、高段圧縮部２では冷媒が圧縮されなくなる。
また、この場合、ベーン４３が、ローリングピストン４２と離脱して、ローリングピストン４２へ衝突することを繰り返すチャタリング現象が発生することもある。そのため、ベーン４３やローリングピストン４２が破損することや、圧縮機の振動、騒音に繋がることもある。
さらに、高段圧縮部２で冷媒が圧縮されないため、低段圧縮部１のみで冷媒を圧縮することになってしまう。そのため、圧縮機の性能が低下するとともに、低段圧縮部１に負荷がかかることによる信頼性の低下にも繋がる。

図５は、実施の形態１に係る二段ロータリ圧縮機において圧力の逆転現象が起こった場合における動作を示す図である。なお、図５において、太線は冷媒回路を示し、点線は給油回路を示す。また、実線矢印は、冷媒の流れを示し、点線矢印は潤滑油の流れを示す。
圧力の逆転現象が発生した場合、逆止め機構１１（給油促進部）が作動する。そして、バイパス回路１０を経由して、中間連結部７からバッファ部１２へ高圧の冷媒よりも圧力の高くなった中間圧の冷媒を流入させる。高圧の冷媒よりも圧力の高くなった中間圧の冷媒をバッファ部１２へ流入させることにより、バッファ部１２に貯えられた潤滑油に加圧する。これにより、高段圧縮部２のベーン背圧室５０へ差圧により給油される。つまり、バイパス回路１０を経由して中間連結部７からバッファ部１２へ冷媒が流入することにより、高段圧縮部２のベーン背圧室５０への給油が促進される。
その結果、ベーン背圧室５０の圧力と高段圧縮部２内の圧力とが均一の圧力になる。
つまり、高段圧縮部２のシリンダ４５内の圧力は、圧力の逆転現象により高圧である。一方、バッファ部１２へ高圧の冷媒を流入させてベーン背圧室５０へ差圧給油したため、ベーン背圧室５０内の圧力も高圧である。したがって、ベーン背圧室５０内の圧力と、高段圧縮部２のシリンダ４５内の圧力とは、均一である。そのため、バネ４４のバネ力により、ベーン４３は、ベーン背圧室５０側からローリングピストン４２側へ押圧され、ローリングピストン４２に押し付けられる。
ベーン４３がローリングピストン４２に押し付けられることにより、吸入室７０と圧縮室７１とが形成され、高段圧縮部２で冷媒が圧縮されるようになる。高段圧縮部２で冷媒が圧縮されると中間圧が下がっていき、正常な運転状態に復帰する。

逆止め機構１１が作動した場合、バッファ部１２内の油面高さが、油分離機構９内の油面高さよりも下がった状態になる。これは、バッファ部１２内の圧力が油分離機構９内の圧力よりも高くなったためである。この状態では、正常な運転状態に復帰した後も、バッファ部１２内の高い圧力により、高段圧縮部２のベーン背圧室５０等へ差圧給油される。また、バッファ部１２内の油面高さが下がったままの上体で再度逆止め機構１１が作動した場合、バッファ部１２内の油がなくなってしまう虞がある。
そこで、油分離機構９とバッファ部１２とを繋ぐ均圧回路１６に設けられた均圧部１７により、油分離機構９内とバッファ部１２内の冷媒ガス空間を均一の圧力にする。

均圧部１７は、例えば、逆止め機構１１の作動時に影響が少ない微小な隙間、もしくは微小な孔等である。
逆止め機構１１の作動時に影響が少ないとは、逆止め機構１１が作動した場合に、ベーン背圧室５０の圧力と高段圧縮部２内の圧力とを均一の圧力にすることを妨げないということである。
上述したように、逆止め機構１１が作動して、中間連結部７からバッファ部１２へ冷媒を流入させ、バッファ部１２内の圧力を高くすることで、ベーン背圧室５０の圧力と高段圧縮部２内の圧力とを均一の圧力にする。ここで、油分離機構９とバッファ部１２とが太い冷媒管で繋がっていた場合、中間連結部７からバッファ部１２へ流入する冷媒は油分離機構９側へ流れるため、バッファ部１２内の圧力は高くならない。
そこで、均圧部１７は、微小な隙間、もしくは微小な孔等として、中間連結部７からバッファ部１２へ冷媒が流入した場合に、バッファ部１２内の圧力が高くなるようにする。

この微小な隙間や微小な孔等により、逆止め機構１１の作動が停止した後、所定の時間をかけて、バッファ部１２内の圧力が下がり、油面高さが元に戻る。
つまり、逆止め機構１１が作動して、バイパス回路１０を経由して中間連結部７からバッファ部１２へ冷媒が流入した場合に、一時的にバッファ部１２内の圧力が油分離機構９内の圧力よりも高くなる。そして、逆止め機構１１の作動が停止してしばらく経つと、バッファ部１２内の圧力と油分離機構９内の圧力とが均一の圧力となる。その結果、所定の時間をかけて、バッファ部１２内の油面高さが元に戻る。

また、均圧部１７を設けることにより、油分離機構９内の圧力が変動した場合にも、バッファ部１２内の圧力が油分離機構９内の圧力に追従する。

なお、均圧部１７は、微小な隙間や微小な孔等に限らず、バルブ等で構成してもよい。
均圧部１７をバルブで構成した場合、バルブを常に微小に開けておく。あるいは、通常時にはバルブを閉じておき、逆止め機構１１の作動後、又は油分離機構９内の圧力変動時に一時的にバルブを微小に開いてもよい。

以上のように、実施の形態１に係る二段ロータリ圧縮機では、圧力の逆転現象が起きた場合に、バイパス回路１０を経由して中間連結部７からバッファ部１２へ冷媒を流入させる。これにより、高段圧縮部２のベーン背圧室５０等への給油を促進して、高段圧縮部２のベーン背圧室５０内の圧力と高段圧縮部２内の圧力とを均一の圧力にすることができる。その結果、ベーン飛び等の現象が解消して、高段圧縮部２でも冷媒が圧縮されるようになり、正常状態へ復帰することができる。したがって、実施の形態１に係る二段ロータリ圧縮機は、性能がよく、信頼性が高い。

なお、上記説明では、冷媒の漏れが発生した場合に、圧力の逆転現象が起こると説明した。しかし、冷媒の漏れが発生した場合だけでなく、低圧縮比で運転する場合に低段圧縮部１だけで吐出圧力に達してしまうような条件においても、圧力の逆転現象が起こる場合がある。
この場合においても、実施の形態１に係る二段ロータリ圧縮機では、冷媒の漏れが発生した場合と同様に、正常状態に復帰することが可能である。

実施の形態２．
実施の形態１では、ローリングピストン型の二段ロータリ圧縮機について説明した。実施の形態２では、スライディングベーン型の二段ロータリ圧縮機について説明する。

図６は、実施の形態２に係るスライディングベーン型のロータリ圧縮機の圧縮部の横断面図である。なお、基本的な構成は低段圧縮部１、高段圧縮部２ともに同一である。
スライディングベーン型のロータリ圧縮機の圧縮部は、図６に示すように、シリンダ８５、ロータ６０を備える。
シリンダ８５は、両端面が側板により閉塞される。ロータ６０は、シリンダ８５の内壁との間に微小隙間を形成して偏芯配置される。ロータ６０には、複数のベーン８３が挿入される。各ベーン８３は、ロータ６０から突き出て、シリンダ８５の内壁に当接して、シリンダ８５と側板とにより形成された空間に、作動室７３（圧縮室）を形成する。
電動機が駆動して、電動機に連結された駆動軸８１が回転することにより、駆動軸８１と一体に形成されたロータ６０が回転する。ロータ６０が回転することにより、ロータ６０に挿入されたベーン８３に遠心力を与える。
ベーン８３は、ロータ６０が回転することによる遠心力と、ベーン背圧室９０に給油された潤滑油の圧力とにより、ベーン背圧室９０側からシリンダ８５の内壁側へ向けて荷重をかけられる。この荷重により、ベーン８３は、常にシリンダ８５の内壁に押し付けられ、シリンダ８５の内壁と摺動する。
ベーン８３がシリンダ８５の内壁と摺動しながらロータ６０が回転することにより、作動室７３の容積が変化する。この容積の変化により、冷媒が吸入口８６から吸入され、圧縮されて吐出口８７から吐出される。

図２に示すベーン背圧室５０へ油分離機構９から差圧給油されたのと同様に、ベーン背圧室９０へ高圧側に配置された油貯蔵部から潤滑油が差圧給油される。
圧力の逆転現象が起こった場合、ローリングピストン型の二段ロータリ圧縮機の場合と同様に、ベーン背圧室９０にかかる圧力（高圧）よりも作動室７３の圧力（中間圧）が高くなる。そして、ベーン８３をシリンダ８５の側壁側からベーン背圧室５０側へ押す荷重（作動室７３の圧力）が、ベーン８３をシリンダ８５の内壁に押し付けている荷重（ベーン背圧室９０内の圧力と、ロータ６０により与えられた遠心力との合計）を超えると、ベーン８３がシリンダ８５の内壁から離脱するベーン飛びという現象が発生する。

この場合にも、実施の形態１で説明したローリングピストン型の二段ロータリ圧縮機と同様の回路構成により、ベーン飛びを解消し、正常な運転状態に復帰することが可能である。
つまり、圧力の逆転現象が起きた場合に、バイパス回路１０を経由して中間連結部７からバッファ部１２へ冷媒を流入させる。これにより、高段圧縮部２のベーン背圧室９０等への給油を促進して、高段圧縮部２のベーン背圧室９０内の圧力と高段圧縮部２の作動室７３の圧力とを均一の圧力にすることができる。その結果、ベーン飛び等の現象が解消して、高段圧縮部２でも冷媒が圧縮されるようになり、正常状態へ復帰することができる。

実施の形態３．
実施の形態１では、逆止め機構１１やバッファ部１２が、密閉容器２１や油分離機構９の外部に設けられる例を説明した。実施の形態３では、逆止め機構１１やバッファ部１２が、密閉容器２１や油分離機構９の内部に設けられる例を説明する。

図７は、実施の形態３に係る二段ロータリ圧縮機の縦断面図である。
図７に示すように、実施の形態３に係る二段ロータリ圧縮機では、バッファ部１２が油分離機構９に内蔵される。つまり、油分離機構９内の一部の領域にバッファ部１２が設けられる。
また、図７に示すように、実施の形態３に係る二段ロータリ圧縮機では、逆止め機構１１が密閉容器２１に内蔵される。ここでは、密閉容器２１内の低段吐出マフラ３に逆止め機構１１を設けた。
そして、低段吐出マフラ３に設けられた逆止め機構１１と、油分離機構９内に形成されたバッファ部１２とをバイパス回路１０が繋ぐ。

なお、圧力の逆転現象が起きた場合の動作は、実施の形態１と同様である。つまり、圧力の逆転現象が起きた場合に、バイパス回路１０を経由して中間流路からバッファ部１２へ冷媒を流入させる。これにより、高段圧縮部２のベーン背圧室５０等への給油を促進して、高段圧縮部２のベーン背圧室５０内の圧力と高段圧縮部２内の圧力とを均一の圧力にすることができる。その結果、ベーン飛び等の現象が解消して、高段圧縮部２でも冷媒が圧縮されるようになり、正常状態へ復帰することができる。

図８は、実施の形態３に係る図７の油分離機構９の縦断面図を示す図である。なお、図８では、破線部分についての拡大図を併せて示す。
図８に示すように、バイパス回路１０とバッファ部１２との間には、バイパス回路１０の外径φＢの配管とバッファ部１２に形成された径φＡの孔との隙間「（φＡ−φＢ）／２」がある。
この隙間「（φＡ−φＢ）／２」が、バッファ部１２内と油分離機構９内を連通する均圧部１７となる。つまり、この隙間「（φＡ−φＢ）／２」により、逆止め機構１１の作動後にバッファ部１２内の油面の高さを油分離機構９内の油面高さと同じ高さに戻す。

また、図８に示すように、バッファ部１２の下部の潤滑油が貯えられる部分には、油分離機構９との間に隙間「Ｃ」がある。
この隙間「Ｃ」は、バッファ空間給油部１８である。油分離機構９内で分離された潤滑油（図８の（１））は、バッファ空間給油部１８からバッファ部１２へ流入する（図８の（２））。そして、バッファ部１２に貯えられた潤滑油は、給油回路１３により各圧縮部に給油される（図８の（３））。

図８に示す均圧部１７の開口面積とバッファ空間給油部１８の開口面積とは、空調能力に応じて決定される。空調能力が高いほど均圧部１７とバッファ空間給油部１８との開口面積を広くする必要があり、空調能力が低いほど均圧部１７とバッファ空間給油部１８との開口面積を狭くする必要がある。
例えば、空調能力２．８ｋＷ相当の空気調和機に使用する圧縮機においては、均圧部１７の開口面積が０．１〜０．５ｍｍ^２程度であり、バッファ空間給油部１８の開口面積が１０〜５０ｍｍ^２程度である。

なお、均圧部１７とバッファ空間給油部１８とは上述した構成に限らず、例えば、孔状に形成されてもよいし、平面と平面とで形成される隙間であってもよい。

また、ここでは、バッファ部１２が油分離機構９に内蔵され、逆止め機構１１が密閉容器２１に内蔵される例を示した。しかし、これに限らず、バッファ部１２が密閉容器２１に内蔵されてもよいし、逆止め機構１１は油分離機構９に内蔵されてもよい。
また、図７，８に示すバッファ部１２の構成は一例であり、機能さえ満たしていれば、他の構成であってもよい。

実施の形態３に係る二段ロータリ圧縮機では、バッファ部１２と逆止め機構１１とをそれぞれ油分離機構９と密閉容器２１とに内蔵した。これにより、圧縮機を小型化することができる。

実施の形態４．
実施の形態４では、逆止め機構１１の構成について説明する。

図９は、実施の形態４に係る逆止め機構１１の一例を示す構成図である。
図９は、例えば、逆止め機構１１を密閉容器２１や油分離機構９に内蔵する場合に用いられる逆止め機構１１の例である。図９に示す逆止め機構１１は、バネによって弁体９１を弁座９２に押し付ける構造である。
図９（ａ）は、弁体９１が弁座９２に押し付けられ、弁が閉じた状態を示す。図９（ｂ）は、弁体９１が弁座９２から離れ、弁が開いた状態を示す。弁が離れている状態とは、逆止め機構１１が作動した状態である。
つまり、正常運転時は、高圧が中間圧よりも高いため、高圧側から中間圧側へ弁体９１が押され、弁体９１が弁座９２に押し付けられる。したがって、弁が閉じた状態になる。一方、中間圧が高圧よりも高くなった場合（圧力の逆転現象が起きた場合）、中間圧側から高圧側へ弁体９１が押され、弁体９１が弁座９２から離れる。したがって、弁が開いた状態になる。

図１０は、実施の形態４に係る逆止め機構１１の一例を示す構成図である。
図１０は、例えば、逆止め機構１１を密閉容器２１や油分離機構９の外部に設ける場合に用いられる逆止め機構１１の例である。図１０に示す逆止め機構１１は、板バネ９３が開閉する構造である。
図１０（ａ）は、板バネ９３が弁座９４に押し付けられ、弁が閉じた状態を示す。図１０（ｂ）は、板バネ９３が弁座９４から離れ、弁が開いた状態を示す。弁が離れている状態とは、逆止め機構１１が作動した状態である。
つまり、正常運転時は、高圧が中間圧よりも高いため、高圧側から中間圧側へ板バネ９３が押され、板バネ９３が弁座９４に押し付けられる。したがって、弁が閉じた状態になる。一方、中間圧が高圧よりも高くなった場合（圧力の逆転現象が起きた場合）、中間圧側から高圧側へ板バネ９３が押され、板バネ９３が弁座９４から離れる。したがって、弁が開いた状態になる。

なお、図９，１０に示す逆止め機構１１の構成は一例であり、機能さえ満たしていれば、他の構成であってもよい。

実施の形態５．
実施の形態１では、密閉容器２１内の圧力が低段圧縮部１が冷媒を圧縮する前の圧力（低圧）である場合（低圧シェル型の圧縮機）について説明した。実施の形態５では、密閉容器２１内が中間圧（低段圧縮部１の吐出圧）である場合（中間圧シェル型の圧縮機）と、密閉容器２１内が高圧（高段圧縮部２の吐出圧）である場合（高圧シェル型の圧縮機）とについて説明する。

図１１は、実施の形態５に係る密閉容器２１内が中間圧である二段ロータリ圧縮機の動作を示す図である。なお、図１１において、太線は冷媒回路を示し、点線は給油回路を示す。また、実線矢印は、冷媒の流れを示し、点線矢印は潤滑油の流れを示す。
低段吸入配管６を経由して（図１１の（１））、低段圧縮部１へ冷媒が吸入される（図１１の（２））。
低段圧縮部１では、低圧の冷媒を中間圧まで圧縮する。中間圧まで圧縮された冷媒は、低段吐出マフラ３へ吐出される（図１１の（３））。低段吐出マフラ３へ吐出された冷媒は、密閉容器２１内に吐出される（図１１の（４））。つまり、密閉容器２１内は、中間圧となる。密閉容器２１内に吐出された中間圧の冷媒は、密閉容器２１内に接続された中間連結部７を経由して（図１１の（５））、高段圧縮部２に吸入される（図１１の（６））。
高段圧縮部２では、中間圧の冷媒を高圧まで圧縮する。高圧まで圧縮された冷媒は、高段吐出マフラ４へ吐出される（図１１の（７））。高段吐出マフラ４へ吐出された冷媒は、高段吐出配管８を経由して（図１１の（８））、油分離機構９へ流入する（図１１の（９））。油分離機構９へ流入した冷媒は、油分離機構９で潤滑油を分離されて外部回路に吐出される（図１１の（１０））。

油分離機構９で分離された潤滑油は、油分離機構９下部の高圧油貯蔵部５１に貯えられる（図１１の（１１））。高圧油貯蔵部５１に貯えられた潤滑油は、給油回路１３を経由して（図１１の（１２））、高段給油配管１５から高段圧縮部２のベーン背圧室５０等へ給油される（図１１の（１３））。
また、高圧油貯蔵部５１に貯えられた潤滑油の一部は、給油回路１３を通って（図１の（１２））、バッファ部１２に貯えられる（図１１の（１４））。

中間圧が高圧よりも高くなる圧力の逆転現象が起きた場合には、逆止め機構１１が作動する。そして、中間連結部７から分岐してバッファ部１２へ繋がるバイパス回路１０から、中間連結部７を流れる冷媒がバッファ部１２内へ流入する（図１１の（１５））。
これにより、実施の形態１の低圧シェル型の圧縮機の場合と同様に、中間圧シェル型の圧縮機においても、高段圧縮部２のベーン背圧室５０等への給油を促進して、高段圧縮部２のベーン背圧室５０内の圧力と高段圧縮部２のシリンダ４５内の圧力とを均一の圧力にすることができる。その結果、ベーン飛び等の現象が解消して、高段圧縮部２でも冷媒が圧縮されるようになり、正常状態へ復帰することができる。
また、実施の形態１の低圧シェル型の圧縮機の場合と同様に、中間圧シェル型の圧縮機においても、逆止め機構１１が作動した後、均圧部１７によりバッファ部１２内の圧力と油分離機構９内の圧力とを均一の圧力にする。

なお、図１１では、逆止め機構１１、バッファ部１２は外部に設けている。しかし、実施の形態３で説明したように、逆止め機構１１、バッファ部１２を密閉容器２１や油分離機構９に内蔵してもよい。

図１２は、実施の形態５に係る密閉容器２１内が高圧である二段ロータリ圧縮機の動作を示す図である。なお、図１２において、太線は冷媒回路を示し、点線は給油回路を示す。また、実線矢印は、冷媒の流れを示し、点線矢印は潤滑油の流れを示す。
低段吸入配管６を経由して（図１２の（１））、低段圧縮部１へ冷媒が吸入される（図１２の（２））。
低段圧縮部１では、低圧の冷媒を中間圧まで圧縮する。中間圧まで圧縮された冷媒は、低段吐出マフラ３へ吐出される（図１２の（３））。低段吐出マフラ３へ吐出された冷媒は、中間連結部７を経由して（図１２の（４））、高段圧縮部２に吸入される（図１２の（５））。
高段圧縮部２では、中間圧の冷媒を高圧まで圧縮する。高圧まで圧縮された冷媒は、高段吐出マフラ４へ吐出される（図１２の（６））。高段吐出マフラ４へ吐出された冷媒は、密閉容器２１内へ吐出される（図１２の（７））。つまり、密閉容器２１内は、高圧となる。密閉容器２１内へ吐出された冷媒は、密閉容器２１の上部から外部回路に吐出される（図１２の（８））。

なお、密閉容器２１内が高圧である場合は、高段吐出マフラ４から吐出された冷媒が密閉容器２１上部から外部回路に吐出されるまでにある程度潤滑油が分離される。そのため、一般的に油分離機構９を別途備えないことが多い。つまり、密閉容器２１が油分離機構９の役割を果たす。密閉容器２１内が高圧であるため、冷媒から分離された潤滑油は、密閉容器２１下部に貯えられる（図１２の（９））。つまり、密閉容器２１の下部が高圧油貯蔵部５１となる。
高圧油貯蔵部５１に貯えられた潤滑油は、密閉容器２１の内部に設けられたバッファ部１２へバッファ空間給油部１８から流入する（図１２の（１０））。バッファ部１２へ流入した潤滑油は、高段給油配管１５から高段圧縮部２のベーン背圧室５０等へ給油される（図１２の（１１））。

中間圧が高圧よりも高くなる圧力の逆転現象が起きた場合には、逆止め機構１１が作動する。そして、中間連結部７から分岐してバッファ部１２へ繋がるバイパス回路１０から、中間連結部７を流れる冷媒がバッファ部１２内へ流入する（図１２の（１１））。
これにより、実施の形態１の低圧シェル型の圧縮機の場合と同様に、高圧シェル型の圧縮機においても、高段圧縮部２のベーン背圧室５０等への給油を促進して、高段圧縮部２のベーン背圧室５０内の圧力と高段圧縮部２のシリンダ４５内の圧力とを均一の圧力にすることができる。その結果、ベーン飛び等の現象が解消して、高段圧縮部２でも冷媒が圧縮されるようになり、正常状態へ復帰することができる。

なお、密閉容器２１内の冷媒ガス空間とバッファ部１２とは均圧部１７により均一の圧力となる。
また、高段給油配管１５は必ずしも必要ではなく、バッファ部１２に高段圧縮部２のベーン背圧室５０を含ませ、一体に形成してもよい。
また、ここでは、バッファ部１２を密閉容器２１に内蔵し、逆止め機構１１を密閉容器２１の外部に設けている。しかし、バッファ部１２を外部に設けてもよく、逆止め機構１１を密閉容器２１に内蔵してもよい。

実施の形態６．
実施の形態６では、以上の実施の形態で説明した二段ロータリ圧縮機を備える冷凍空調装置について説明する。

図１３は、実施の形態１から５で説明した二段ロータリ圧縮機を備える冷凍空調装置９５の冷媒回路の一例を示す図である。
冷凍空調装置９５では、二段ロータリ圧縮機の油分離機構９に凝縮器３１が接続される。そして、凝縮器３１から内部熱交換器３６、膨張弁３２、蒸発器３３が順次接続されて、密閉容器２１の吸入配管５へと繋がる。
また、内部熱交換器３６と膨張弁３２の間から分岐するインジェクション回路３４が、インジェクション膨張弁３５を介して内部熱交換器３６から中間連結部７へと繋がる。

実施の形態１から５に係る二段ロータリ圧縮機は、圧力の逆転現象が起こった場合であっても、正常状態へ復帰することができる。そのため、実施の形態１から５に係る二段ロータリ圧縮機は、性能がよく、信頼性が高い。したがって、実施の形態１から５に係る二段ロータリ圧縮機を備える冷凍空調装置９５も同様に、性能がよく、信頼性が高い。

つまり、以上をまとめると次のようになる。
密閉容器内に、低段圧縮部と、高段圧縮部と、前記低段圧縮部及び前記高段圧縮部を駆動する電動機とが収納され、低圧の冷媒が前記低段圧縮部に吸入され、中間圧まで圧縮された後、中間連結部を経由して、前記高段圧縮部に吸入され、高圧まで圧縮された後、油分離機構によって冷媒中の潤滑油を分離し、分離された潤滑油は、高圧油貯蔵部に貯えられた後、給油回路により前記密閉容器内の、前記低段圧縮部及び前記高段圧縮部に給油され、潤滑油分離後の冷媒は外部冷媒回路に供給される二段ロータリ圧縮機において、
前記中間連結部より分岐して、前記給油回路に接続されるバイパス回路に、前記中間連結部からの流れのみを許容する逆止め機構と、前記高圧油貯蔵部の一部の潤滑油を貯えるバッファ空間とを備え、前記逆止め機構より下流側で前記油分離機構に繋がる均圧部を備えたことを特徴とする。

１ 低段圧縮部、２ 高段圧縮部、３ 低段吐出マフラ、４ 高段吐出マフラ、５ 吸入配管、６ 低段吸入配管、７ 中間連結部、８ 高段吐出配管、９ 油分離機構、１０ バイパス回路、１１ 逆止め機構、１２ バッファ部、１３ 給油回路、１４ 低段給油配管、１５ 高段給油配管、１６ 均圧回路、１７ 均圧部、１８ バッファ空間給油部、２０ 高段ローリングピストン給油配管、２１ 密閉容器、２２ 電動機、３１ 凝縮器、３２ 膨張弁、３３ 蒸発器、３４ インジェクション回路、３５ インジェクション膨張弁、３６ 内部熱交換器、４１，８１ 駆動軸、４２ ローリングピストン、４３，８３ ベーン、４４ バネ、４５，８５ シリンダ、４６，８６ 吸入口、４７，８７ 吐出口、４８ 中間プレート、４９，８９ 吐出弁、５０，９０ ベーン背圧室、５１ 高圧油貯蔵部、６０ ロータ、７０ 吸入室、７１ 圧縮室、７３ 作動室、９１ 弁体、９２，９４ 弁座、９３ 板バネ。

Claims (7)

1. 低段側のシリンダ内に形成された圧縮空間であって、低段側の背圧室から出た低段側のベーンにより吸入室と圧縮室とが仕切られた圧縮空間を用いて、冷媒を圧縮する低段圧縮部と、
   高段側のシリンダ内に形成された圧縮空間であって、高段側の背圧室から出た高段側のベーンにより吸入室と圧縮室とが仕切られた圧縮空間を用いて、前記低段圧縮部が圧縮した冷媒をさらに圧縮する高段圧縮部と、
   前記低段圧縮部と前記高段圧縮部とを内部に収納する密閉容器と、
   前記低段圧縮部と前記高段圧縮部とを繋ぎ、前記低段圧縮部から吐出された冷媒を前記高段圧縮部へ流入させる中間流路と、
   油を前記高段側の背圧室へ供給して、前記高段側のベーンに加圧する給油部と、
   前記中間流路と前記給油部とを繋ぐバイパス回路と、
   前記低段圧縮部から吐出された冷媒の圧力が前記高段圧縮部から吐出された冷媒の圧力よりも高い場合に、前記バイパス回路を介して前記給油部へ前記中間流路を流れる冷媒を流入させる給油促進部と
   を備えることを特徴とする二段圧縮機。
2. 前記二段圧縮機は、さらに、
   前記高段圧縮部が圧縮した冷媒が吐出され、吐出された冷媒から油を分離して、分離した油を前記高段側の背圧室へ供給する油分離部を備え、
   前記給油部と前記油分離部との間には、前記給油部の圧力と前記油分離部の圧力とを均一にする均圧部が設けられた
   ことを特徴とする請求項１に記載の二段圧縮機。
3. 前記給油部は、前記油分離部の内部に設けられた
   ことを特徴とする請求項２に記載の二段圧縮機。
4. 前記給油促進部は、前記油分離部の内部に設けられた
   ことを特徴とする請求項２に記載の二段圧縮機。
5. 前記給油部は、前記密閉容器の内部に設けられた
   ことを特徴とする請求項１に記載の二段圧縮機。
6. 前記給油促進部は、前記密閉容器の内部に設けられた
   ことを特徴とする請求項１に記載の二段圧縮機。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載の二段圧縮機
   を備えることを特徴とする冷凍空調装置。

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