JP6689414B2 - 多段スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、主に冷凍機、空気調和機、給湯機に搭載される多段スクロール圧縮機に関する。

従来から、二酸化炭素を冷媒とし、密閉ハウジング内の一方の端にローリングピストン型圧縮機構が配設され、他方の端にスクロール型圧縮機構が配設され、その間に２つの圧縮機構を駆動するモータ（電動機）が設けられた多段圧縮機構を有する多段圧縮機が知られている。

特許文献１に開示されているところによれば、多段圧縮機は、低圧側の圧縮機構がローリングピストン型圧縮機構で構成され、高圧側の圧縮機はスクロール型圧縮機構で構成されている。高圧側の圧縮機構であるスクロール型圧縮機構は、固定スクロールと旋回スクロールを組み合わせて圧縮室を形成するものであって、旋回スクロールの端板の厚さをＷｏｒｂ、旋回スクロールのラップ高さをＬとしたとき、Ｌ≧Ｗｏｒｂを満足するように構成されている。これにより、固定スクロール及び旋回スクロールの各端板の変形を抑制し圧縮機の大容量化を可能としている。

特開２００８−２３２０４１号公報（第８頁、第１図）

しかし、特許文献１に開示されている、多段圧縮機においては、密閉ハウジング内の一方の端にロ−リングピストン型圧縮機構が配設されており、冷媒回路からの液戻りによる低段側ローリングピストンの損傷を防止するため吸入マフラを設ける必要がある。吸入マフラを圧縮機の側面に取り付けると、圧縮機のバランスが悪くなり、振動や騒音が増加する。特に、冷媒が二酸化炭素など高圧で動作する場合は、吸入マフラの肉厚が増加し重量が増えるため、より振動や騒音が増加するという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、密閉ハウジング内に２つ以上のスクロール型圧縮機構を有し、振動及び騒音の増加を抑制し、かつ性能を維持した多段スクロール圧縮機を得るものである。

本発明に係る多段スクロール圧縮機は、密閉容器と、該密閉容器内に配置され、冷媒を圧縮する複数の圧縮機構部と、前記複数の圧縮機構部を駆動する駆動機構部と、を備え、前記駆動機構部は、前記複数の圧縮機構部のうち２つの間に配置され、前記密閉容器は、前記複数の圧縮機構部のうちの１つが前記冷媒を吸入する低圧空間と、前記低圧空間から吸入した前記冷媒が前記複数の圧縮機構部のうちの１つで圧縮され吐出される中間圧空間と、前記中間圧空間から吸入した前記冷媒が前記複数の圧縮機構部のうちの異なる１つで圧縮されて吐出される高圧空間と、の３つの内部空間を有し、前記複数の圧縮機構部のそれぞれは、渦巻体を台板から突出させた固定スクロール及び揺動スクロールを組み合わせて形成された圧縮室と、前記渦巻体の中央部に位置し、前記圧縮室と前記内部空間と連通する吐出ポートと、を有し、前記複数の圧縮機構部のうち少なくとも１つは、前記圧縮室と前記内部空間とを連通させるサブポートと、を有し、前記サブポートは、前記冷媒の圧縮過程において前記圧縮室が前記吐出ポートと連通する前に前記圧縮室と前記内部空間とを連通させる。

本発明に係る多段スクロール圧縮機は、上記のように構成されているため、冷媒回路からの液戻り時に圧縮機構部が液冷媒を圧縮した場合でもサブポートから冷媒が抜けるため過大な昇圧を防止することができる。これにより、吸入マフラ無しでも信頼性を確保でき、多段スクロール圧縮機に生じる振動及び騒音の増加を抑制しつつ、２つ圧縮機構部ともに冷媒を過剰に圧縮することがなく効率的に運転でき、多段スクロール圧縮機の性能の低下を抑制できる。

本発明の実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機の断面を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機を適用した気液分離器付き冷媒回路である。 本発明の実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機を適用した気液分離器付き冷凍サイクルにおけるＣＯＰ計算結果である。 本発明の実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機を適用した気液分離器付き冷凍サイクルにおけるモリエル線図である。 本発明の実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機の第１圧縮室の圧縮過程を説明する図である。 第１圧縮機構部にサブポートが設置されている場合と設置されていない場合の第１圧縮室内の昇圧カーブ計算結果である。 本発明の実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機の低段側組込体積比ρ１と高段押しのけ量と低段押しのけ量の関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る密閉型２段スクロール圧縮機の断面図である。 図８のクランクシャフトの上端部に設けられている第２偏心部の水平方向断面を示す説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。各図において、同一の符号を付した機器等については、同一の又はこれに相当する機器を表すものであって、これは明細書の全文において共通している。また、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であって、本発明は明細書内の記載のみに限定されるものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。さらに、添字で区別等している複数の同種の機器等について、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字を省略して記載する場合がある。また、図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００の断面を示す説明図である。密閉型２段スクロール圧縮機１００は、冷媒等の流体を吸入し、圧縮して高温高圧の状態として吐出させる。密閉型２段スクロール圧縮機１００は、外郭を構成する密閉容器である密閉容器１１を有する。密閉容器１１の内部は、第１圧縮機構部３５、第２圧縮機構部３６、駆動機構部３７、及びその他の構成部品が収納されている。図１に示されるように、密閉容器１１内において、駆動機構部３７の下側に第１圧縮機構部３５、上側に第２圧縮機構部３６がそれぞれ配置されている。密閉容器１１の下部は油溜り２１となっている。

第１圧縮機構部３５は、密閉容器１１の外部の配管と連通している吸入管８から吸入した冷媒を圧縮して密閉容器１１内の中間圧空間２３に排出する。また、第２圧縮機構部３６は、中間圧空間２３から吸入した流体を圧縮して密閉容器１１内の上方に形成されている高圧空間２４に排出する。高圧空間２４に排出された高温高圧の冷媒は、吐出管９から第１圧縮機構部３５の外部の配管に吐出されるようになっている。駆動機構部３７は、流体を圧縮するために、それぞれ第１圧縮機構部３５を構成している第１揺動スクロール２と、第２圧縮機構部３６を構成している第２揺動スクロール５とを駆動する。つまり、駆動機構部３７がクランクシャフト７を介して第１揺動スクロール２と第２揺動スクロール５とを駆動することによって、第１圧縮機構部３５と第２圧縮機構部３６とで冷媒を圧縮するようになっている。

第１圧縮機構部３５は、第１固定スクロール１と、第１揺動スクロール２とを備える。図１に示されるように、第１揺動スクロール２は上側に、第１固定スクロール１は下側に配置されている。なお、第１揺動スクロール２を下側に、第１固定スクロール１を上側に配置する方法も可能ではあるが、密閉容器１１内に固定された第１フレーム３に第１固定スクロールを固定した後、第１揺動スクロール２を第１固定スクロールに組合せ、さらに第１揺動スクロール２を下側から保持するハウジングを追加する必要がある。そのため、実施の形態１の密閉型２段スクロール圧縮機１００のほうが、部品点数少なく、コストを抑制できるという利点がある。

第１固定スクロール１は、第１固定台板１ｃと、第１固定台板１ｃの一方の面に立設された渦巻状突起である第１固定渦巻体１ｂと、を有する。第１揺動スクロール２は、第１揺動台板２ｃと、第１揺動台板２ｃの一方の面に立設された渦巻状突起である第１揺動渦巻体２ｂと、を有する。第１固定スクロール１及び第１揺動スクロール２は、第１固定渦巻体１ｂと第１揺動渦巻体２ｂとを互いに噛み合わせ、密閉容器１１内に設けられている。そして、第１固定渦巻体１ｂと第１揺動渦巻体２ｂとの間には、容積が半径方向内側へ向かうに従って縮小する第１圧縮室１２が形成されている。換言すると、第１固定渦巻体１ｂ及び第１揺動渦巻体２ｂの渦巻状突起の間は、冷媒を圧縮する際の冷媒流路になっている。第１固定渦巻体１ｂと第１揺動渦巻体２ｂとを互いに噛み合わせることにより、冷媒流路が第１固定渦巻体１ｂと第１揺動渦巻体２ｂとにより所定の容積で区切られ、第１圧縮室１２を形成する。第１揺動スクロール２が回転すると、第１圧縮室１２は、第１固定スクロール１及び第１揺動スクロール２の外周から中央に向かって容積を減じながら移動し、第１圧縮室１２内の冷媒を圧縮する。

第１固定スクロール１は、第１フレーム３に固定されている。第１フレーム３は、密閉容器１１に固定されている。第１固定スクロール１の中央部には、圧縮され中間圧となった流体を吐出する第１吐出ポート１ａが形成されている。第１吐出ポート１ａの出口開口部には、この出口開口部を覆い、流体の逆流を防ぐ板バネ製の第１弁１５が配設されている。第１圧縮室１２内の中央部で中間圧力まで圧縮されると、第１弁１５がその弾性力に逆らって、持ち上げられ、圧縮された冷媒が第１吐出ポート１ａから中間圧空間２３内に吐出される。また、第１弁１５には、第１弁１５のリフト量を制限する第１弁押え１４が設けられている。第１弁押え１４は、出口開口部を覆う第１弁１５を下側から覆っており、冷媒が第１吐出ポートから吐出されて持ち上げられた第１弁１５の動きを所定の量に制限している。

第１固定スクロール１には、第１吐出ポート１ａの他に中間圧空間２３と連通するサブポート１ｄが形成されている。サブポート１ｄは、第１固定スクロール１の第１固定渦巻体１ｂにより形成された冷媒流路の外周から中央部に至る途中に設置されている。また、サブポート１ｄは、冷媒流路を区切って形成される第１圧縮室１２と中間圧空間２３とを連通させる穴である。いる。サブポート１ｄの出口開口部には、この出口開口部を覆い、冷媒の逆流を防ぐ板バネ製のサブポート弁２９が配設されている。サブポート弁２９の一端には、サブポート弁２９のリフト量を制限するサブポート弁押え２８が設けられている。つまり、第１圧縮室１２の圧縮途中の冷媒が中間圧力以上まで圧縮されると、サブポート弁２９がその弾性力に逆らって、持ち上げられ、圧縮された冷媒がサブポート１ｄから中間圧空間２３内に吐出される。

第１揺動スクロール２は、第１オルダムリング２５によって第１固定スクロール１に対して自転することなく偏心旋回運動を行なうようになっている。また、第１揺動スクロール２の中心部には、駆動力を受ける第１揺動軸受部２ｄが形成されている。後述するクランクシャフト７の第１偏心部７ａは、僅かな隙間を持って第１揺動スクロール２の第１揺動軸受部２ｄに嵌合されている。

第２圧縮機構部３６は、第２固定スクロール４と、第２揺動スクロール５とを有する。図１に示されるように、第２揺動スクロール５は下側に、第２固定スクロール４は上側に配置されるようになっている。第２固定スクロール４は、第２固定台板４ｃと、第２固定台板４ｃの一方の面に立設された渦巻状突起である第２固定渦巻体４ｂと、を備える。第２揺動スクロール５は、第２揺動台板５ｃと、第２揺動台板５ｃの一方の面に立設された渦巻状突起である第２揺動渦巻体５ｂと、を備える。第２固定スクロール４及び第２揺動スクロール５は、第２固定渦巻体４ｂと第２揺動渦巻体５ｂとを互いに噛み合わせ、密閉容器１１内に配置されている。そして、第２固定渦巻体４ｂと第２揺動渦巻体５ｂとの間には、容積が半径方向内側へ向かうに従って縮小する第２圧縮室１３が形成されている。換言すると、第２固定渦巻体４ｂ及び第２揺動渦巻体５ｂの渦巻状突起の間は、冷媒を圧縮する際の冷媒流路になっている。第２固定渦巻体４ｂと第２揺動渦巻体５ｂとを互いに噛み合わせることにより、冷媒流路が第２固定渦巻体４ｂと第２揺動渦巻体５ｂとにより所定の容積で区切られ、第２圧縮室１３を形成する。第２揺動スクロール５が回転すると、第２圧縮室１３は、第２固定スクロール４及び第２揺動スクロール５の外周から中央に向かって容積を減じながら移動し、第２圧縮室１３内の冷媒を圧縮する。

第２固定スクロール４は、第２フレーム６に固定されている。第２フレーム６は、密閉容器１１に固定されている。第２固定スクロール４の中央部には、圧縮され高圧となった冷媒を吐出する第２吐出ポート４ａが形成されている。第２吐出ポート４ａの出口開口部には、この出口開口部を覆い、冷媒の逆流を防ぐ板バネ製の第２弁１７が配設されている。第２弁１７の一端には、第２弁１７のリフト量を制限する第２弁押え１６が設けられている。第２圧縮室１３内で流体が所定圧力まで圧縮されると、第２弁１７がその弾性力に逆らって、持ち上げられ、圧縮された冷媒が第２吐出ポート４ａから高圧空間２４内に吐出され、吐出管９を通って密閉型２段スクロール圧縮機１００の外部に吐出される。

第２揺動スクロール５は、第２オルダムリング２６によって第２固定スクロール４に対して自転することなく偏心旋回運動を行なうようになっている。また、第２揺動スクロール５の中心部には、駆動力を受ける第２揺動軸受部５ｄが形成されている。後述するクランクシャフト７の第２偏心部７ｂは、僅かな隙間を持って第２揺動スクロール５の第２揺動軸受部５ｄに嵌合されている。第２揺動スクロール５の第２揺動渦巻体５ｂが形成されている面と反対側の面は、第２フレーム６に設けられたスラスト軸受部６ｂによって軸方向に支持される。

駆動機構部３７は、密閉容器１１内部に固着保持されたステータ２０と、ステータ２０の内周面側に回転可能に配設され、クランクシャフト７に固定されたロータ１９と、密閉容器１１内に長手方向を垂直にして収容され、ロータ１９と一体になって回転する回転軸であるクランクシャフト７と、を備える。ステータ２０は、通電されることによってロータ１９を回転駆動させる機能を有している。また、ステータ２０は、外周面が焼き嵌め等により密閉容器１１に固定支持されている。ロータ１９は、ステータ２０に通電がされることにより回転駆動し、クランクシャフト７を回転させる。このロータ１９は、内部に永久磁石を有し、クランクシャフト７の外周に固定され、ステータ２０と僅かな隙間を隔てて保持されている。

クランクシャフト７は、ロータ１９の回転に伴って回転し、第１揺動スクロール２と第２揺動スクロール５を回転駆動させるようになっている。クランクシャフト７は、密閉容器１１内の上部において第２フレーム６の中心部に形成されている軸受部６ａにより回転可能に支持されている。また、クランクシャフト７は、密閉容器１１内の下部において、密閉容器１１に固定配置された第１フレーム３の中心部に形成された軸受部３ａで回転可能に支持されている。クランクシャフト７の下端部には、第１揺動スクロール２を偏心しつつ回転できるように第１揺動軸受部２ｄと嵌合する第１偏心部７ａが設けられ、クランクシャフト７の上端部には、第２揺動スクロール５を偏心しつつ回転できるように第２揺動軸受部５ｄと嵌合する第２偏心部７ｂが設けられている。なお、第２フレーム６は、その外周面を焼き嵌めや溶接等によって密閉容器１１の内周面に固定するとよい。

密閉容器１１には、冷媒を密閉容器１１内に吸入するための吸入管８、冷媒を密閉容器１１外に吐出するための吐出管９、中間圧空間２３を冷却する冷媒を導くインジェクション管１０が連接されている。

密閉容器１１の内部には、駆動機構部３７の下方に第１フレーム３、駆動機構部３７の上方に第２フレーム６が固定されている。第１フレーム３は、密閉容器１１の内周面に固定され、中心部にクランクシャフト７を軸支するため貫通孔が形成されている。この第１フレーム３は、クランクシャフト７を軸受部３ａで回転自在に支持している。軸受部３ａは、例えば転がり軸受によって構成される。また第２フレーム６は、密閉容器１１の内周面に固着され、中心部にクランクシャフト７を軸支するため貫通孔が形成されている。この第２フレーム６は、第２揺動スクロール５を支持するとともに、クランクシャフト７を軸受部６ａで回転自在に支持している。

クランクシャフト７下側にはオイルポンプ４０が配置されている。クランクシャフト７の回転力をオイルポンプ４０に伝達できるよう、第１固定スクロール１には貫通孔が設けられている。オイルポンプ４０は容積型ポンプでありクランクシャフト７の回転に従い、油溜り２１に保有している冷凍機油をクランクシャフト７内部に設けられた油回路２７を通して第１揺動軸受部２ｄ、軸受部３ａ、第２揺動軸受部５ｄ、軸受部６ａ、スラスト軸受部６ｂに供給する。

なお、密閉容器１１内には、第１揺動スクロール２の偏心旋回運動中における自転運動を阻止するための第１オルダムリング２５及び第２揺動スクロール５の偏心旋回運動中における自転運動を阻止するための第２オルダムリング２６がそれぞれ配設されている。第１オルダムリング２５は、第１揺動スクロール２と第１フレーム３との間に配設され、第１揺動スクロール２の自転運動を阻止するとともに、公転運動を可能とする機能を果たすようになっている。また第２オルダムリング２６は、第２揺動スクロール５と第２フレーム６との間に配設され、第２揺動スクロール５の自転運動を阻止するとともに、公転運動を可能とする機能を果たすようになっている。

ここで、密閉型２段スクロール圧縮機１００の動作について説明する。密閉容器１１に設けられた図示されていない電源端子に通電されると、ステータ２０とロータ１９とにトルクが発生し、クランクシャフト７が回転する。クランクシャフト７の第１偏心部７ａには回転自在に第１揺動スクロール２が、クランクシャフト７の第２偏心部７ｂには回転自在に第２揺動スクロール５がそれぞれ嵌合されている。インボリュート曲線にならって創設された渦巻体（第１固定渦巻体１ｂ、第１揺動渦巻体２ｂ、第２固定渦巻体４ｂ、第２揺動渦巻体５ｂ）を有する第１揺動スクロール２と第１固定スクロール１とがかみ合い複数の第１圧縮室１２が、第２揺動スクロール５と第２固定スクロール４とがかみ合い複数の第２圧縮室１３がそれぞれ形成される。

そして、吸入管８からガスを取り込んだ第１圧縮室１２は、第１揺動スクロール２の偏心旋回運動に伴い、外周部から中心方向に移動しながら容積を減じ、冷媒を圧縮する。第１圧縮室１２で圧縮された冷媒ガスは、第１固定スクロール１に設けた第１吐出ポート１ａから第１弁１５に逆らって中間圧空間２３に吐出される。第１圧縮室１２で圧縮された冷媒は、中間圧空間２３と密閉容器１１の外部の配管とを連通するインジェクション管１０から流入した冷媒と混合する。

そして、中間圧空間２３から冷媒を取り込んだ第２圧縮室１３は、第２揺動スクロール５の偏心旋回運動に伴い、外周部から中心方向に移動しながら容積を減じ、冷媒を圧縮する。第２圧縮室１３で圧縮された冷媒ガスは、第２固定スクロール４に設けた第２吐出ポート４ａから第２弁１７に逆らって吐出され吐出管９から密閉容器１１外に排出される。第１弁１５及び第２弁１７の変形はそれぞれ、第１弁押え１４及び第２弁押え１６によって必要以上に変形しないよう規制されており、第１弁１５と第２弁１７の破損を防止している。

図２は、本発明の実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００を適用した気液分離器付き冷媒回路である。圧縮機１００から吐き出された高温・高圧の冷媒は、ガスクーラ５１で冷却される。ガスクーラ５１で冷却された冷媒は、第１膨張弁５２で中間圧まで膨張させられる。その後、冷媒は、気液分離器５４に入る。気液分離器５４の底部に溜まった液冷媒は、第２膨張弁５３で低圧まで膨張させられた後、蒸発器５５でガス冷媒となり密閉型２段スクロール圧縮機１００の吸入管８から吸い込まれる。このように冷媒回路は、膨張弁を２つ設け、二段膨張で構成することにより、一段膨張よりも冷凍能力を向上させることができる。一方、気液分離器５４にて分離されて気液分離器５４の上部にあるガス冷媒は、密閉型２段スクロール圧縮機１００のインジェクション管１０から中間圧空間２３に流入し、第２圧縮室１３に吸い込まれ圧縮される。

図３は、本発明の実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００を適用した気液分離器付き冷凍サイクルにおけるＣＯＰ計算結果である。図３においては、冷媒を二酸化炭素（Ｒ７４４）とし、高圧を１０ＭＰａ、低圧を１ＭＰａとしたときのＣＯＰ計算結果を、中間圧を横軸のパラメータにして示している。計算結果によれば、中間圧が低く設定された方がＣＯＰが良い結果となっている。

図４は、本発明の実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００を適用した気液分離器付き冷凍サイクルにおけるモリエル線図である。図４は、冷媒を二酸化炭素（Ｒ７４４）とし高圧を１０ＭＰａ、低圧を１ＭＰａとした場合のモリエル線図であり、図４（ａ）は中間圧２ＭＰａの場合、図４（ｂ）は中間圧３ＭＰａの場合の冷凍サイクルを示している。図４（ａ）に示されているように、中間圧が低い方がエンタルピ差は大きくなり、冷凍能力が高くなりＣＯＰが良くなる。つまり、低段側である第１圧縮室１２の圧縮比は、高段側である第２圧縮室１３の圧縮比より小さくする方が望ましい。なお、二酸化炭素で冷凍サイクルを構成する場合、冷媒特性上、高圧が超臨界となるため冷凍能力がＲ４１０ＡなどのＨＦＣ冷媒に比べて小さくなり、ＣＯＰも低下する。よって、気液分離器付き二段膨張サイクルを構成して冷凍能力を向上できることのメリットは大きくなる。

低段側である第１圧縮室１２の圧縮比が小さい方がＣＯＰは良くなるが、スクロール型圧縮機構の場合、取り込んだ冷媒は、圧縮機構の組込体積比に従って圧縮室内で吐出側圧力を超えて昇圧してしまう場合（過圧縮）がある。吐出側圧力を超えて昇圧した分は、余分な仕事となり密閉型２段スクロール圧縮機１００の性能が低下につながる。そのため、実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００においては、低段側の第１圧縮室１２の組込体積比ρ１より高段側の第２圧縮室１３の組込体積比ρ２を大きくすることで、低段側の圧縮機構での余分な仕事を減らし性能を向上させることができる。

ここで、例えば第１圧縮室の組込体積比ρ１は、後述する図５中の閉じ込み完了直後の圧縮室体積Ｖ_ｓ１（押しのけ量＝２×Ｖ_ｓ１）と、第１圧縮室の最内室と連通する直前の圧縮室体積Ｖ_ｅ１との比であり、ρ１＝Ｖ_ｓ１／Ｖ_ｅ１で表される。また、第２圧縮室の組込体積比ρ２も、同様に、閉じ込み完了直後の圧縮室体積をＶ_ｓ２、第２圧縮室の最内室と連通する直前の圧縮室体積Ｖ_ｅ２とすると、ρ２＝Ｖ_ｓ２／Ｖ_ｅ２で表される。なお、組込体積比が１以下では冷媒を圧縮できないため、１＜ρ１＜ρ２となる。

図５は、本発明の実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機の第１圧縮室１２の圧縮過程を説明する図である。図５の（ａ）〜（ｆ）は第１圧縮室１２の圧縮過程を６０°毎に示している。第１圧縮室１２は、第１揺動スクロール２の旋回運動とともに中心に向かってそれぞれ容積を減少させながら移動し冷媒を圧縮する。サブポート１ｄは、第１固定スクロール１の中心について対称な位置にある第１圧縮室１２にそれぞれ１個ずつ設けており、対称な位置にある第１圧縮室１２の圧力が等しくなるように構成されている。

図５（ａ）は、第１固定スクロール１と第１揺動スクロール２によって形成される第１圧縮室１２の冷媒吸入が完了したところを示している（閉じ込み完了角度０°）。サブポート１ｄは、低圧空間２２と連通しない位置に形成されている。
図５（ｂ）及び（ｃ）は、図５（ａ）の状態から第１揺動スクロール２が回転した状態を示している。第１圧縮室１２は、第１揺動スクロールの回転により、徐々に渦巻体の内側に移動し、徐々に容積が小さくなっている。
図５（ｄ）では第１揺動スクロール２の旋回運動が進み、第１固定渦巻体１ｂと、第１揺動渦巻体２ｂがサブポート１ｄ上に移動している。
図５（ｅ）では第１揺動スクロール２の旋回運動がさらに進み、上記（ａ）において冷媒を取り込んだ第１圧縮室１２が中央部へ向かって移動し、サブポート１ｄは第１圧縮室１２と連通している。もし、第１圧縮室１２の圧力が中間圧空間２３の圧力を超えた場合はサブポート１ｄから冷媒が吐き出され始める。
図５（ｆ）は、第１揺動スクロール２の旋回運動がさらに進み、引き続き第１圧縮室１２とサブポート１ｄが連通している。よって、第１圧縮室１２の圧力が中間圧空間２３の圧力を超えている場合はサブポート１ｄから冷媒が吐き出され続ける。第１圧縮室１２の圧力が中間圧空間２３の圧力と同じになった場合はサブポート弁２９が閉じ、吐き出しが終了する。
再び図５（ａ）の状態に戻ると、第１揺動スクロール２の旋回運動がさらに進んでおり、サブポート１ｄは第１揺動スクロールによって塞がれた状態となる。
また、図５（ｂ）では、第１揺動スクロール２の旋回運動がさらに進み、第１吐出ポート１ａのある最内室とその手前の第１圧縮室１２とが連通直前の状態となっている。ここから第１揺動スクロール２の旋回運動がさらに進むと、最内室とその手前の第１圧縮室１２が連通し、中間圧空間２３の圧力を超えている場合は第１吐出ポート１ａから冷媒が吐出される。

図６は、第１圧縮機構部３５にサブポート１ｄが設置されている場合と設置されていない場合の第１圧縮室１２内の昇圧カーブ計算結果である。サブポート１ｄ有りはサブポート１ｄ無しと比較して、昇圧カーブのオーバーシュートが小さくなり損失が小さくなっていることから、第１圧縮機構部３５は、サブポート１ｄを設置したほうが２段スクロール圧縮機１００の性能低下を抑制できる。

吸入管８からの冷媒が液体の状態で戻ってきた場合に第１圧縮室１２は液体を圧縮してしまい、圧力が異常に上昇するが、サブポート１ｄを備えていることで液冷媒が抜けるため異常昇圧を抑制して第１圧縮室１２の損傷を防止できる。これにより、吸入管８の上流側に吸入マフラを設けなくても密閉型２段スクロール圧縮機１００は信頼性を確保できる。吸入マフラを設置する必要がないため、実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００は、コストを下げることが可能になる。また、吸入マフラを圧縮機の側面に取り付けると圧縮機のバランスが悪くなり振動や騒音の増加が発生するが、実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００においては振動及び騒音も抑制できる。

なお、実施の形態１においては、第１圧縮機構部の第１固定スクロール１にサブポート１ｄを設け、第１圧縮室１２と中間圧空間２３とをサブポート１ｄにより連通させる構成で説明したが、第２圧縮機構部３６の第２固定スクロール４にサブポートを設けても良い。この場合サブポートは、第２圧縮室１３と高圧空間２４とを連通させる構成になる。

図７は、本発明の実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００の低段側組込体積比ρ１と高段押しのけ量と低段押しのけ量の関係を示す図である。図７中のグラフに示されている点は低段側の第１圧縮室１２が過圧縮とならない下限であり、点をつないだ曲線より上であれば２段スクロール圧縮機１００の性能低下が抑えられることを示している。なお、第１圧縮機構の押しのけ量（低段押しのけ量）Ｖ１と第２圧縮機構の押しのけ量（高段押しのけ量）Ｖ２との関係は、吸入管８から取り込む冷媒以上に第２圧縮室１３が冷媒を吸い込まないように、Ｖ２／Ｖ１≦１に設定されている。第１圧縮室１２が過圧縮とならない条件は、図７中の斜線部で示される領域であり、低段側の組込体積比ρ１が増加するごとにＶ２／Ｖ１が取れる値は広がっている。第１圧縮室１２が過圧縮とならないρ１とＶ２／Ｖ１との条件は、Ｖ２／Ｖ１≧１／ρ１となっている。また、組込体積比ρ１の上限は、密閉容器１１に収納できる第１固定スクロール１や第１揺動スクロール２の形状で決まる。図７においては、組込体積比ρ１は、４．０を上限としているが、これに限定されるものではない。

また、実施の形態１においては、第１圧縮機構部３５と第２圧縮機構部３６とを有する密閉型２段スクロール圧縮機１００を例として説明したが、更に多段の圧縮機構部を備える圧縮機であっても良い。なお、密閉型２段スクロール圧縮機１００は、本発明の多段スクロール圧縮機に相当するものである。

（実施の形態１の効果）
（１）実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００は、密閉容器１１と、密閉容器１１内に配置され、冷媒を圧縮する少なくとも２つの第１圧縮機構部３５、第２圧縮機構部３６と、第１圧縮機構部３５、第２圧縮機構部３６を駆動する駆動機構部３７と、を備える。密閉容器１１は、一方の第１圧縮機構部３５が冷媒を吸入する低圧空間２２と、低圧空間２２から吸入した冷媒が一方の第１圧縮機構部３５で圧縮され吐出される中間圧空間２３と、中間圧空間２３から吸入した冷媒が他方の第２圧縮機構部３６で圧縮されて吐出される高圧空間２４と、の３つの内部空間を有する。第１圧縮機構部３５、第２圧縮機構部３６は、第１固定渦巻体１ｂ、第１揺動渦巻体２ｂ、第２固定渦巻体４ｂ、第２揺動渦巻体５ｂを第１固定台板１ｃ、第１揺動台板２ｃ、第２固定台板４ｃ、第２揺動台板５ｃから突出させた、第１固定スクロール１、第２固定スクロール４及び第１揺動スクロール２、第２揺動スクロール５を組み合わせて形成された第１圧縮室１２、第２圧縮室１３と、第１固定渦巻体１ｂ、第１揺動渦巻体２ｂ、第２固定渦巻体４ｂ、第２揺動渦巻体５ｂの中央部に位置し、第１圧縮室１２、第２圧縮室１３と内部空間と連通する第１吐出ポート１ａ、第２吐出ポート４ａと、を有する。少なくとも１つの第１圧縮機構部３５は、第１圧縮室１２と内部空間とを連通させるサブポート１ｄと、を有する。サブポート１ｄは、冷媒の圧縮過程において、第１圧縮室１２が第１吐出ポート１ａと連通する前に第１圧縮室１２と内部空間とを連通させる。なお、第１圧縮機構部３５は、本発明の一方の圧縮機構部に相当し、第２圧縮機構部３６は、本発明の他方の圧縮機構部に相当する。また、第１固定渦巻体１ｂ、第１揺動渦巻体２ｂ、第２固定渦巻体４ｂ、及び第２揺動渦巻体５ｂは、本発明の渦巻体に相当し、第１固定台板１ｃ、第１揺動台板２ｃ、第２固定台板４ｃ、及び第２揺動台板５ｃは、本発明の台板に相当する。さらに、第１圧縮室１２、第２圧縮室１３は、本発明の圧縮室に相当するものである。
（２）実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００によれば、サブポートは、第１固定スクロール１の第１固定渦巻体１ｂの外周から第１吐出ポート１ａに至る冷媒流路の途中に設けられている。
このように構成されることにより、実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００は、例えば、液冷媒が吸入管８から吸入された場合に第１圧縮室１２の圧力が高くなってもサブポート１ｄから冷媒が抜けるため、信頼性が高まる。また、第１圧縮機構部３５に冷媒が吸入される前にマフラを備える必要がないため、密閉型２段スクロール圧縮機１００に発生する振動及び騒音を防止することができ、コストも抑制することができる。また、第２圧縮機構部３６においてもサブポートを設けることにより第２圧縮室１３の圧力が吐出側圧力を超えて昇圧することがなくなり、密閉型２段スクロール圧縮機１００は余分な仕事をすることがなく、効率が上がる。

（３）実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００によれば、サブポート１ｄの出口開口部は、内部空間から圧縮室に冷媒が逆流するのを防止するサブポート弁２９を備える。
このように構成されることにより、例えば、第１圧縮室１２から中間圧空間２３に吐出された冷媒が第１圧縮室１２に逆流することがないため、密閉型２段スクロール圧縮機１００の信頼性が高まる。

（４）実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００によれば、２つの圧縮機構部は、低圧空間２２から吸入した冷媒を圧縮し、中間圧空間２３に吐出する第１圧縮機構部３５と、中間圧空間２３から吸入した冷媒を圧縮し、高圧空間２４に吐出する第２圧縮機構部３６と、の少なくとも２つから構成される。第１圧縮機構部３５の組込体積比ρ１は、第２圧縮機構部３６の組込体積比ρ２よりも小さい。
このように構成されることにより、実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００においては、低段側の第１圧縮室１２の組込体積比ρ１より高段側の第２圧縮室１３の組込体積比ρ２を大きくすることで、低段側の第１圧縮機構部３５での余分な仕事を減らし性能を向上させることができる。

（５）実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００によれば、第１圧縮機構部３５に設けられたサブポート１ｄは、第１圧縮機構部３５に設けられた第１圧縮室１２と中間圧空間２３とを連通する。
（６）また、実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００によれば、第２圧縮機構部３６に設けられたサブポートは、第２圧縮機構部３６に設けられた第２圧縮室１３と高圧空間２４とを連通する。
このように構成されることにより、実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００は、上記（１）及び（２）に記載した効果が得られる。

（７）実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００によれば、第１圧縮機構部３５は、駆動機構部３７の下方に配置され、第２圧縮機構部３６は、駆動機構部３７の上方に配置されている。
このように構成されることにより、密閉型２段スクロール圧縮機１００は、低段側である第１圧縮機構部３５及び高段側である第２圧縮機構部３６を効率良く駆動させることができる。

（８）実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００によれば、第１圧縮機構部３５に設けられた第１揺動スクロール２は、第１圧縮機構部３５に設けられた第１固定スクロール１の上方に配置され、第１固定スクロール１は、密閉容器の内部に固定されている。
このように構成されることにより、密閉型２段スクロール圧縮機１００は、部品点数をおさえることができ、コストを抑制させることができる。

（９）実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００によれば、第１圧縮機構部３５の押しのけ量をＶ１とし、第２圧縮機構部３６の押しのけ量をＶ２としたときに、 Ｖ２／Ｖ１≦１／ρ１の関係を満たすように設定されることを特徴とする。
このように構成されることにより、密閉型２段スクロール圧縮機１００は、吸入管８から取り込む冷媒以上に第２圧縮室１３が中間圧空間２３から冷媒を吸い込まないようになり、低段側の第１圧縮室１２が過圧縮とならない。

実施の形態２．
実施の形態１に係る密閉型２段スクロール圧縮機１００においては、クランクシャフト７に直接第２揺動スクロール５が回転自在に取り付けられている固定クランク機構を例に説明した。実施の形態２係る密閉型２段スクロール圧縮機２００においては、第２揺動スクロール５を遠心力で第２固定スクロール４に押し付ける従動クランク機構と、第１揺動スクロール２の背面に背圧をかける構造とを採用し、第１圧縮機構部３５及び第２圧縮機構部３６の気密性を向上させた構成について説明する。

図８は、本発明の実施の形態２に係る密閉型２段スクロール圧縮機２００の断面図である。図９は、図８のクランクシャフト７の上端部に設けられている第２偏心部７ｂの水平方向断面を示す説明図である。図９（ａ）は、圧縮機停止時の状態を示しており、クランクシャフト７は回転していないため、ブッシュ１８は、第２偏心部７ｂと中心があっている。図９（ｂ）は、圧縮機運転時の状態を示しており、クランクシャフト７が回転することにより、ブッシュ１８の中心は、第２偏心部７ｂの中心からずれている。クランクシャフト７の上側端部に設けられているブッシュ１８の内周面には、第２偏心部７ｂの外周面と接する平面部７ｂａが設けられている。クランクシャフト７が回転するとブッシュ１８が平面部に沿って径方向に移動し、第２揺動スクロール５の第２揺動渦巻体５ｂの側面が第２固定スクロール４の第２固定渦巻体４ｂの側面に押し付けられる。この構成により、第２圧縮機構部３６は、第２圧縮室１３の気密性を向上させる従動クランク機構となっている。第２固定スクロール４と第２揺動スクロール５との軸方向の隙間は、例えば樹脂製のチップシールを第２揺動渦巻体５ｂの先端、第２固定渦巻体４ｂの先端に取り付けられており、気密性を向上させる。このように気密性が向上することにより、冷媒ガスの効率のよい圧縮が行われ密閉型２段スクロール圧縮機２００の性能が向上する。

さらに、第１揺動スクロール２の第１揺動渦巻体２ｂの背面側に背圧室３０を設けることにより、運転中に第１揺動スクロール２を第１固定スクロール１に押し付け気密性を向上させることができる。背圧室３０は、例えば、中間圧空間２３と連通し、第１揺動スクロール２を第１固定スクロール１側に押し付ける力を発生させる。

なお、実施の形態２に係る密閉型２段スクロール圧縮機２００については、第１圧縮機構部３５に第１揺動スクロール２を軸方向に押し付ける構成を採用し、第２圧縮機構部３６の第２揺動スクロール５に従動クランク機構を採用した構成で説明したが、どちらか一方の構成のみを採用してもよい。

（実施の形態２の効果）
（１０）実施の形態２に係る密閉型２段スクロール圧縮機２００によれば、運転中において、第１圧縮機構部３５に設けられた第１揺動スクロール２は、中間圧空間２３の冷媒の圧力により第１固定スクロール１に押し付けられる。
このように構成されることにより、密閉型２段スクロール圧縮機２００は、低段側の第１圧縮機構部３５において、中間圧空間２３の圧力により第１揺動スクロール２を第１固定スクロール１に押し付けることができ、第１圧縮室１２の気密性が向上するため、圧縮機としての効率が向上する。

（１１）実施の形態２に係る密閉型２段スクロール圧縮機２００によれば、駆動機構部３７の回転を第１圧縮機構部３５及び第２圧縮機構部３６に伝達するクランクシャフト７と、を備える。第２圧縮機構部３６に設けられた第２揺動スクロール５は、クランクシャフト７と第２圧縮機構部３６との間に設けられた従動クランク機構により駆動される。
このように構成されることにより、密閉型２段スクロール圧縮機２００は、高段側の第２圧縮機構部３６において、第２揺動渦巻体５ｂの側面を第２固定渦巻体４ｂの側面に押し付けることができるため、第２圧縮室１３の気密性が向上するため、圧縮機としての効率が向上する。

（１２）また、実施の形態２に係る密閉型２段スクロール圧縮機２００によれば、運転中において、第１揺動スクロール２の第１揺動渦巻体２ｂの先端と第１固定スクロール１の第１固定台板１ｃとが接触する。第１固定スクロール１の第１固定渦巻体１ｂの先端と第１揺動スクロール２の第１揺動台板２ｃとが接触する。第２圧縮機構部３６に設けられた第２揺動スクロール５の第２揺動渦巻体５ｂと第２圧縮機構部３６に設けられた第２固定スクロール４の第２固定渦巻体４ｂとは、側面同士が接触する。
このように構成されることにより、密閉型２段スクロール圧縮機２００は、第１圧縮機構部３５及び第２圧縮機構部３６の気密性が向上し、圧縮機としての効率を向上させることができる。

１ 第１固定スクロール、１ａ 第１吐出ポート、１ｂ 第１固定渦巻体、１ｃ 第１固定台板、１ｄ サブポート、２ 第１揺動スクロール、２ｂ 第１揺動渦巻体、２ｃ 第１揺動台板、２ｄ 第１揺動軸受部、３ 第１フレーム、３ａ 軸受部、４ 第２固定スクロール、４ａ 第２吐出ポート、４ｂ 第２固定渦巻体、４ｃ 第２固定台板、５ 第２揺動スクロール、５ｂ 第２揺動渦巻体、５ｃ 第２揺動台板、５ｄ 第２揺動軸受部、６ 第２フレーム、６ａ 軸受部、６ｂ スラスト軸受部、７ クランクシャフト、７ａ 第１偏心部、７ｂ 第２偏心部、８ 吸入管、９ 吐出管、１０ インジェクション管、１１ 密閉容器、１２ 第１圧縮室、１３ 第２圧縮室、１４ 第１弁押え、１５ 第１弁、１６ 第２弁押え、１７ 第２弁、１８ ブッシュ、１９ ロータ、２０ ステータ、２１ 油溜り、２２ 低圧空間、２３ 中間圧空間、２４ 高圧空間、２５ 第１オルダムリング、２６ 第２オルダムリング、２７ 油回路、２８ サブポート弁押え、２９ サブポート弁、３０ 背圧室、３５ 第１圧縮機構部、３６ 第２圧縮機構部、３７ 駆動機構部、４０ オイルポンプ、５１ ガスクーラ、５２ 第１膨張弁、５３ 第２膨張弁、５４ 気液分離器、５５ 蒸発器、１００ 密閉型２段スクロール圧縮機、２００ 密閉型２段スクロール圧縮機、Ｖ_ｅ１ 圧縮室体積、Ｖ_ｅ２ 圧縮室体積、Ｖ_ｓ１ 圧縮室体積、Ｖ_ｓ２ 圧縮室体積、ρ１ 組込体積比、ρ２ 組込体積比。

Claims (12)

1. 密閉容器と、
   該密閉容器内に配置され、冷媒を圧縮する複数の圧縮機構部と、
   前記複数の圧縮機構部を駆動する駆動機構部と、を備え、
   前記駆動機構部は、
   前記複数の圧縮機構部のうち２つの間に配置され、
   前記密閉容器は、
   前記複数の圧縮機構部のうちの１つが前記冷媒を吸入する低圧空間と、
   前記低圧空間から吸入した前記冷媒が前記複数の圧縮機構部のうちの１つで圧縮され吐出される中間圧空間と、
   前記中間圧空間から吸入した前記冷媒が前記複数の圧縮機構部のうちの異なる１つで圧縮されて吐出される高圧空間と、の３つの内部空間を有し、
   前記複数の圧縮機構部のそれぞれは、
   渦巻体を台板から突出させた固定スクロール及び揺動スクロールを組み合わせて形成された圧縮室と、
   前記渦巻体の中央部に位置し、前記圧縮室と前記内部空間と連通する吐出ポートと、を有し、
   前記複数の圧縮機構部のうち少なくとも１つは、
   前記圧縮室と前記内部空間とを連通させるサブポートと、を有し、
   前記サブポートは、
   前記冷媒の圧縮過程において前記圧縮室が前記吐出ポートと連通する前に前記圧縮室と前記内部空間とを連通させる、多段スクロール圧縮機。
2. 前記サブポートは、
   前記固定スクロールの前記渦巻体の外周側から前記吐出ポートに至る冷媒流路の途中に設けられている、請求項１に記載の多段スクロール圧縮機。
3. 前記サブポートの出口開口部は、
   前記内部空間から前記圧縮室に前記冷媒が逆流するのを防止するサブポート弁を備える、請求項１又は２に記載の多段スクロール圧縮機。
4. 前記複数の圧縮機構部は、
   前記低圧空間から吸入した前記冷媒を圧縮し、前記中間圧空間に吐出する第１圧縮機構部と、
   前記中間圧空間から吸入した前記冷媒を圧縮し、前記高圧空間に吐出する第２圧縮機構部と、の少なくとも２つから構成され、
   前記第１圧縮機構部の組込体積比ρ１は、
   前記第２圧縮機構部の組込体積比ρ２よりも小さい、請求項１〜３の何れか１項に記載の多段スクロール圧縮機。
5. 前記第１圧縮機構部に設けられた前記サブポートは、
   前記第１圧縮機構部に設けられた第１圧縮室と前記中間圧空間とを連通する、請求項４に記載の多段スクロール圧縮機。
6. 前記第２圧縮機構部に設けられた前記サブポートは、
   前記第２圧縮機構部に設けられた第２圧縮室と前記高圧空間とを連通する、
   請求項４又は５に記載の多段スクロール圧縮機。
7. 前記第１圧縮機構部は、
   前記駆動機構部の下方に配置され、
   前記第２圧縮機構部は、
   前記駆動機構部の上方に配置されている、請求項４〜６の何れか１項に記載の多段スクロール圧縮機。
8. 前記第１圧縮機構部に設けられた第１揺動スクロールは、
   前記第１圧縮機構部に設けられた第１固定スクロールの上方に配置され、
   前記第１固定スクロールは、
   前記密閉容器の内部に固定されている、請求項４〜７の何れか１項に記載の多段スクロール圧縮機。
9. 運転中において、
   前記第１圧縮機構部に設けられた第１揺動スクロールは、
   前記中間圧空間の前記冷媒の圧力により前記第１固定スクロールに押し付けられる、請求項８に記載の多段スクロール圧縮機。
10. 前記駆動機構部の回転を前記第１圧縮機構部及び前記第２圧縮機構部に伝達するクランクシャフトと、を備え、
    前記第２圧縮機構部に設けられた第２揺動スクロールは、
    前記クランクシャフトと前記第２圧縮機構部との間に設けられた従動クランク機構により駆動される、請求項８又は９に記載の多段スクロール圧縮機。
11. 運転中において、
    前記第１揺動スクロールの前記渦巻体の先端と前記第１固定スクロールの台板とが接触し、
    前記第１固定スクロールの前記渦巻体の先端と前記第１揺動スクロールの台板とが接触し、
    前記第２圧縮機構部に設けられた第２揺動スクロールの前記渦巻体と前記第２圧縮機構部に設けられた第２固定スクロールの前記渦巻体とは、側面同士が接触する、請求項８〜１０の何れか１項に記載の多段スクロール圧縮機。
12. 前記第１圧縮機構部の押しのけ量をＶ１とし、前記第２圧縮機構部の押しのけ量をＶ２としたときに、
    Ｖ２／Ｖ１≦１／ρ１の関係を満たすように設定される、請求項４〜１１の何れか１項に記載の多段スクロール圧縮機。

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