WO2011148453A1 - 二段回転式圧縮機及びヒートポンプ装置 - Google Patents

二段回転式圧縮機及びヒートポンプ装置 Download PDF

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WO2011148453A1
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stage
low
refrigerant
cylinder
stage compression
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PCT/JP2010/058740
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English (en)
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圭 佐々木
慎 関屋
哲英 横山
太郎 加藤
真男 谷
篤義 深谷
英明 前山
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三菱電機株式会社
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    • F04C23/008—Hermetic pumps

Definitions

  • the present invention relates to a two-stage rotary compressor provided with a compression mechanism in an airtight container, and a heat pump device provided with the two-stage rotary compressor.
  • a rotary compressor is one of refrigerant compressors used in heat pump devices such as a vapor compression refrigeration cycle and a heat pump cycle.
  • Rotary compressors are widely used in refrigerators, air conditioners, heat pump water heaters and the like because they can be miniaturized and have a simple structure.
  • the rotary compressor includes a two-stage rotary compressor in which two compressors, a low-stage compressor and a high-stage compressor, are connected in series in the compressor.
  • the two-stage rotary compressor has the advantage that the differential pressure per single stage is small and the leakage loss of the refrigerant is small, and the refrigerant is injected into the intermediate connection channel that connects the low-stage compression section and the high-stage compression section. There is an advantage that performance can be improved.
  • hydrocarbon (HC) refrigerants having excellent refrigerant characteristics are attracting attention.
  • Hydrocarbons have refrigerant characteristics equivalent to those of chlorofluorocarbon refrigerants from the viewpoint of sliding portion lubrication performance, leakage seal performance, and theoretical refrigeration cycle COP.
  • the hydrocarbon can be operated at a pressure equivalent to that of a conventional chlorofluorocarbon refrigerant.
  • hydrocarbons have a lower suction density and an increased volume due to the physical properties of the refrigerant.
  • the cylinder is provided with a storage portion (vane chamber) in which a spring that presses a vane partitioning the cylinder into a high pressure chamber and a low pressure chamber against the rolling piston is stored.
  • the size required by the vane chamber is a limitation on expanding the cylinder inner diameter without increasing the outer diameter of the cylinder.
  • the two-stage rotary compressor has a larger displacement volume in the low-stage compression section than in the high-stage compression section because of the excluded volume ratio. Therefore, when the cylinder heights of the low-stage compression section and the high-stage compression section are the same, how to increase the excluded volume of the low-stage compression section becomes a problem.
  • Patent Document 1 describes that in a two-cylinder compressor in which two compression units are connected in parallel, the spring of one compression mechanism is eliminated to reduce the number of parts and the labor of processing. Further, Patent Document 2 describes that a spring is not provided in a vane chamber of one compression mechanism, and a low-pressure refrigerant gas or a high-pressure refrigerant gas compressed by the other compression unit is supplied to the vane chamber. . Thereby, the 1-cylinder operation and the 2-cylinder operation are switched.
  • the compressors described in Patent Documents 1 and 2 are not two-stage rotary compressors but two-cylinder compressors.
  • the high-pressure refrigerant compressed by the other compression part is supplied to the vane chamber, so that the vane of the other compression part is supplied to the rolling piston. It can be pressed and the compressor can simply be started.
  • the low-stage compression section and the high-stage compression section are connected in series by an intermediate connection flow path, so that the refrigerant is not compressed in the low-stage compression section, so that The refrigerant is not supplied, and the refrigerant is not compressed even in the high stage compression section.
  • An object of the present invention is to increase the excluded volume of the compressor while suppressing the enlargement of the compressor by increasing the cylinder inner diameter without increasing the outer diameter of the cylinder as it is or as much as possible.
  • the two-stage rotary compressor according to this invention is A two-stage rotary compressor in which a low-stage compression section and a high-stage compression section are housed in a sealed container,
  • Each of the low-stage compression unit and the high-stage compression unit is A cylinder, A rolling piston that rotates eccentrically in the cylinder; A vane that is pressed against the rolling piston and divides a space formed between the cylinder and the rolling piston into two spaces;
  • the low-stage compression unit sucks and compresses refrigerant from the outside of the sealed container into the low-stage cylinder,
  • the high-stage compression section sucks the refrigerant compressed by the low-stage compression section into the high-stage side cylinder via the intermediate connection flow path, further compresses it, and discharges it into the sealed container.
  • the high-stage vane of the high-stage compression unit is provided with an elastic body on the back surface, and is pressed toward the high-stage side rolling piston by the elastic force of the elastic body,
  • the low-stage vane of the low-stage compression section is pressed to the low-stage side rolling piston side by the pressure of the refrigerant discharged from the high-stage compression section into the sealed container without being caused by an elastic force.
  • no elastic body such as a spring is provided on the back surface of the vane of the low-stage compression section. Therefore, it is not necessary to provide a space for storing an elastic body such as a spring in the low stage vane chamber. Therefore, it is possible to suppress the enlargement of the compressor as a whole by suppressing the expansion of the outer diameter of the cylinder while increasing the excluded volume by increasing the inner diameter of the cylinder in the low-stage compression section.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a two-stage rotary compressor 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view along B-B ′ in FIG. 1.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a heat pump device including a two-stage rotary compressor 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 The figure which shows an example of the heat pump apparatus provided with the two-stage rotary compressor 100 which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a heat pump device including a two-stage rotary compressor 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 The figure which shows an example of the heat pump apparatus provided with the two-stage rotary compressor 100 which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a heat pump device including a two-stage rotary compressor 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. The figure which shows an example of the heat pump apparatus provided with the two-stage rotary compressor 100 which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a heat pump device including a two-stage rotary compressor 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. The figure which shows an example of the heat pump apparatus
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a two-stage rotary compressor 100 according to the first embodiment.
  • the control unit 31 is shown together with a longitudinal sectional view of the two-stage rotary compressor 100.
  • the control unit 31 is, for example, a microcomputer.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the compression mechanism unit 3 and the periphery of the compression mechanism unit 3 in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.
  • the two-stage rotary compressor 100 includes a compression mechanism section 3 that includes an electric motor 2, and two compression sections, a low-stage compression section 10 and a high-stage compression section 20, inside the hermetic container 1. And a drive shaft 4.
  • a discharge pipe 5 connected to an external refrigerant circuit is fitted into the upper part of the sealed container 1.
  • the two-stage rotary compressor 100 includes a suction muffler 7 outside the sealed container 1.
  • the suction muffler 7 is connected to the low-stage compression unit 10 in the sealed container 1 by the connection pipe 6 and is connected to an external refrigerant circuit by the suction pipe 8.
  • the low-stage compression unit 10 of the compression mechanism unit 3 has a low-stage cylinder chamber 11 a formed therein and a low-stage vane chamber 17 communicating with the low-stage cylinder chamber 11 a.
  • a low-stage cylinder 11 is provided.
  • the lower side of the low stage cylinder 11 is closed by the low stage frame 14, and the upper side of the low stage cylinder 11 is closed by the intermediate plate 30.
  • the low-stage compression unit 10 includes a low-stage rolling piston 12 that is fitted to the eccentric portion of the drive shaft 4 and rotates eccentrically along the wall surface in the low-stage cylinder chamber 11a.
  • the low-stage compression unit 10 is pushed from the low-stage vane chamber 17 to the low-stage cylinder chamber 11a side, and the other end is pressed against the low-stage rolling piston 12 while being stored in the low-stage vane chamber 17 at one end side.
  • a corrugated vane 13 is provided.
  • the low-stage vane 13 divides the low-stage cylinder chamber 11a into two spaces, a suction chamber 60 on the low-stage suction port 18 side and a compression chamber 61 on the low-stage discharge port 19 side.
  • the high-stage compression section 20 of the compression mechanism section 3 has a high-stage cylinder chamber 21a formed therein and a high-stage vane chamber 27 communicating with the high-stage cylinder chamber 21a.
  • a high-stage cylinder 21 is provided.
  • the upper side of the high stage cylinder 21 is closed by the high stage frame 24, and the lower side of the high stage cylinder 21 is closed by the intermediate plate 30.
  • the high-stage compression unit 20 includes a high-stage rolling piston 22 that is fitted to the eccentric portion of the drive shaft 4 and rotates eccentrically along the wall surface in the high-stage cylinder chamber 21a.
  • the high-stage compression unit 20 is pushed from the high-stage vane chamber 27 toward the high-stage cylinder chamber 21 a, so that one end side is housed in the high-stage vane chamber 27 and the other end is pressed against the high-stage rolling piston 22.
  • a corrugated vane 23 is provided.
  • the high stage vane 23 partitions the high stage cylinder chamber 21a into two spaces, a suction chamber 62 on the high stage suction port 28 side and a compression chamber 63 on the high stage discharge port 29 side.
  • the compression mechanism unit 3 forms a high-stage discharge space between the low-stage cover 15 that forms a low-stage discharge space between the low-stage frame 14 and the high-stage frame 24.
  • the high stage cover 25 is provided.
  • an intermediate connecting pipe 9 (see FIG. 1) for connecting the low stage cover 15 and the high stage suction port 28 of the high stage cylinder 21 is provided, and the low stage discharge space and the high stage cylinder chamber 21a communicate with each other.
  • the flow path (space) connecting the low-stage cylinder chamber 11a and the high-stage cylinder chamber 21a that is, the low-stage discharge space formed by the low-stage cover 15 and the flow path formed by the intermediate connecting pipe 9 are intermediate. This is called a connection channel.
  • the intermediate connecting pipe 9 is connected to an injection pipe 42 provided with a valve 41 on the way.
  • An injection circuit 57 described later is connected to the injection pipe 42.
  • the injection pipe 42 should just be connected to the intermediate
  • the inner diameter ⁇ A of the low-stage cylinder 11 is larger than the inner diameter ⁇ B of the high-stage cylinder 21. Therefore, even if the heights of the low stage cylinder 11 and the high stage cylinder 21 are the same, the volume of the low stage cylinder chamber 11a is larger than the volume of the high stage cylinder chamber 21a.
  • the outer diameter ⁇ C of the low stage cylinder 11 is the same as the outer diameter ⁇ D of the high stage cylinder 21.
  • the corrugated vane chamber 17 is not provided with a spring that is normally provided. Therefore, as will be described later, the low stage vane 13 is pushed from the low stage vane chamber 17 toward the low stage cylinder chamber 11 a only by the pressure of the high-pressure refrigerant supplied to the low stage vane chamber 17.
  • the low-stage vane 13 is configured such that the pressure of the refrigerant supplied to the low-stage vane chamber 17 when the pressure of the refrigerant supplied to the low-stage vane chamber 17 is larger than the pressure of the refrigerant in the low-stage cylinder chamber 11a. And the pressure of the refrigerant in the low-stage cylinder chamber 11a is pressed against the low-stage rolling piston 12.
  • a spring 26 is provided in the high stage vane chamber 27 of the high stage compression unit 20. Therefore, the high stage vane 23 is pushed from the high stage vane chamber 27 toward the high stage cylinder chamber 21a by the force of the spring 26 and the pressure of the high-pressure refrigerant supplied to the high stage vane chamber 27.
  • the high-stage vane 23 is a high-stage rolling piston 22 by the pressure difference between the pressure of the refrigerant supplied to the high-stage vane chamber 27, the pressure of the refrigerant in the high-stage cylinder chamber 21a, and the force of the spring 26. Pressed against. Therefore, the high-stage vane 23 is configured so that the high-stage rolling piston is driven by the force of the spring 26 if the pressure of the refrigerant supplied to the high-stage vane chamber 27 and the pressure of the refrigerant in the high-stage cylinder chamber 21a are approximately equal. 22 is pressed.
  • the electric motor 2 When electric power is supplied, the electric motor 2 operates.
  • the electric motor 2 and the compression mechanism unit 3 are connected by a drive shaft 4, and power generated by the electric motor 2 is transmitted to the compression mechanism unit 3 through the drive shaft 4.
  • the drive shaft 4 causes the low-stage rolling piston 12 and the high-stage rolling piston 22 to rotate eccentrically inside the low-stage cylinder chamber 11a and the high-stage cylinder chamber 21a, respectively.
  • the low-stage rolling piston 12 rotates eccentrically, the volumes of the suction chamber 60 and the compression chamber 61 in the low-stage cylinder chamber 11a change, and the refrigerant is sucked from the low-stage intake port 18 and compressed to be low-stage. It is discharged from the discharge port 19.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the flow of the refrigerant during steady operation.
  • Low-pressure refrigerant flows from the external refrigerant circuit into the suction muffler 7 through the suction pipe 8.
  • the low-pressure refrigerant that has flowed into the suction muffler 7 is sucked into the low-stage cylinder chamber 11 a of the low-stage compression unit 10 through the connection pipe 6.
  • the low-pressure refrigerant sucked into the low-stage cylinder chamber 11a is compressed to an intermediate pressure in the low-stage cylinder chamber 11a.
  • a valve provided at the low-stage discharge port 19 opens, and the refrigerant in the low-stage cylinder chamber 11a is formed by the low-stage discharge space formed by the low-stage cover 15 from the low-stage discharge port 19.
  • the intermediate-pressure refrigerant discharged into the low-stage discharge space is sucked into the high-stage cylinder chamber 21 a of the high-stage compression unit 20 through the intermediate connecting pipe 9.
  • the intermediate pressure refrigerant sucked into the high stage cylinder chamber 21a is compressed to a high pressure in the high stage cylinder chamber 21a.
  • the refrigerant in the high stage cylinder chamber 21a passes from the high stage discharge port 29 to the high stage discharge space formed by the high stage cover 25. Discharge.
  • the high-pressure refrigerant discharged into the high-stage discharge space flows into the internal space of the sealed container 1.
  • the high-pressure refrigerant that has flowed into the internal space is discharged from the discharge pipe 5 to the outside.
  • the refrigerant that has flowed into the internal space of the sealed container 1 is also supplied to the low-stage vane chamber 17 and the high-stage vane chamber 27 through the gap between the sealed container 1 and the compression mechanism unit 3.
  • the valve 41 is opened and the injection refrigerant is injected into the intermediate connecting pipe 9 through the injection pipe.
  • the injection refrigerant is mixed with the intermediate pressure refrigerant discharged from the low-stage cylinder chamber 11 a and compressed by the high-stage compression unit 20.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a refrigerant flow when the two-stage rotary compressor 100 is started.
  • the pressure of the refrigerant in the internal space of the sealed container 1 is low and is equal to the pressure of the refrigerant sucked into the low-stage cylinder chamber 11a. Therefore, when the drive shaft 4 rotates, the low-stage vane 13 is It leaves
  • the valve provided at the low stage discharge port 19 is not opened, and the refrigerant is not discharged from the low stage cylinder chamber 11a. Therefore, the refrigerant is not supplied to the high stage compression unit 20, and the refrigerant is not compressed even in the high stage compression unit 20. Therefore, the high-pressure refrigerant does not flow into the internal space of the sealed container 1, and the high-pressure refrigerant is not supplied to the low stage vane chamber 17.
  • the control unit 31 opens the valve 41 provided in the injection pipe 42 and supplies the refrigerant to the intermediate connecting pipe 9 from an external injection circuit.
  • the high stage compression unit 20 sucks and compresses the refrigerant supplied from the injection pipe 42 to the intermediate connecting pipe 9 into the high stage cylinder chamber 21a.
  • the refrigerant compressed by the high stage compression unit 20 flows into the internal space of the sealed container 1, and the refrigerant compressed by the high stage compression unit 20 is also supplied to the low stage vane chamber 17 and the high stage vane chamber 27.
  • the pressure of the refrigerant in the low stage vane chamber 17 becomes higher than the pressure of the refrigerant in the low stage cylinder chamber 11a
  • the low stage vane 13 comes into contact with the low stage rolling piston 12, and the low stage cylinder chamber 11a becomes the suction chamber. 60 and a compression chamber 61.
  • the refrigerant is also compressed in the low-stage compression unit 10.
  • the time of starting points out the state until the low stage compression part 10 starts compression, and after the low stage compression part 10 starts compression, it is a steady operation state. That is, when the refrigerant is compressed even in the low stage compression unit 10, the control unit 31 closes the valve 41 provided in the injection pipe 42 if the injection operation is not performed. Even when the refrigerant is compressed in the low-stage compression unit 10, if the injection operation is performed, the control unit 31 keeps the valve 41 provided in the injection pipe 42 open. .
  • FIG. 7 is a flowchart showing the flow of processing from the start of the two-stage rotary compressor 100 to the transition to steady operation.
  • a start-up operation is performed.
  • the control part 31 opens the valve 41 provided in the injection pipe 42, when a compressor starts.
  • the refrigerant is supplied to the intermediate connecting pipe 9 from the external injection circuit.
  • the control unit 31 determines whether or not the low stage vane 13 is in contact with the low stage rolling piston 12 and the low stage compression unit 10 is in a state where the refrigerant is compressed.
  • the control unit 31 measures the pressure of the refrigerant in the suction muffler 7 and the pressure of the refrigerant in the sealed container 1 with a pressure sensor, and the pressure of the refrigerant in the sealed container 1 is determined by the pressure of the refrigerant in the suction muffler 7.
  • the pressure is higher than the pressure by a predetermined value or more, it may be determined that the low stage vane 13 is in contact with the low stage rolling piston 12 and the refrigerant is compressed in the low stage compression unit 10.
  • the control unit 31 advances the process to (S3) and executes a transition operation from the startup operation to the steady operation.
  • the control unit 31 performs the process of (S2) again after a predetermined time.
  • the control unit 31 determines whether or not to perform the injection operation. For example, in the heating operation, the control unit 31 performs the injection operation when the outside air temperature is a predetermined temperature (for example, 2 ° C.) or less, or when the rotation speed of the compressor is a predetermined frequency (for example, 60 Hz) or more. Then, it is determined, and in other cases, it is determined that the injection operation is not performed. When it determines with it being an injection driving
  • a predetermined temperature for example, 2 ° C.
  • operation it is YES at S3
  • the control part 31 advances a process to (S4).
  • the control part 31 advances a process to (S5).
  • the control unit 31 keeps the valve 41 provided in the injection pipe 42 open.
  • the control unit 31 closes the valve 41 provided in the injection pipe.
  • FIG. 8 is a diagram comparing the case where the spring 16 is provided in the low stage vane chamber 17 with the case where it is not provided in the low stage compression unit 10.
  • FIG. 8A shows a case where the spring 16 is provided
  • FIG. 8B shows a case where the spring 16 is not provided.
  • the stroke of the vane 13 becomes long.
  • the amount of protrusion of the low stage vane 13 to the low stage cylinder chamber 11a is about 1 ⁇ 2 of the total length of the low stage vane 13 from the viewpoint of reliability. Therefore, when the stroke is lengthened, it is necessary to lengthen the overall length of the low stage vane 13.
  • FIG. 8 (a) when the spring 16 is provided, the operating range of the spring 16 is widened as the stroke of the low stage vane 13 becomes longer. Therefore, it is necessary to make the entire length of the spring 16 longer, and the space for housing the spring 16 must be widened. Therefore, when the inner diameter of the low-stage cylinder 11 is increased with the spring 16 provided, the outer diameter of the low-stage cylinder 11 must be increased.
  • the low-stage vane 13 when the spring 16 is not provided, the low-stage vane 13 can be retracted to the place where the spring 16 was originally stored. That is, as shown in FIG. 8, when the spring 16 is not provided, the low stage vane 13 can be retracted to a position deeper by the distance d than when the spring 16 is provided.
  • the thickness of the low-stage cylinder 11 can be reduced by the difference of the distance d, and the low-stage vane 13 can be lengthened. Therefore, the outer dimension ⁇ C of the low-stage cylinder 11 can be made equal to the outer dimension ⁇ C ′, and the inner diameter dimension ⁇ A can be made larger than ⁇ A ′.
  • the eccentric portion of the drive shaft 4 is also increased, and the outer diameter dimension of the low stage rolling piston 12 is also increased.
  • the volume of the space between the low-stage cylinder 11 and the low-stage rolling piston 12 increases. Therefore, it is possible to increase the excluded volume while keeping the outer diameter and height of the low-stage cylinder 11 equal. Further, when further increasing the excluded volume, even if the outer diameter dimension is increased, it is possible to suppress the expansion of the outer diameter dimension as much as possible.
  • FIGS. 9 and 10 are diagrams illustrating an example of the vane back pressure introducing portion 43 for transmitting the pressure of the refrigerant in the hermetic container 1 to the back side of the low stage vane 13.
  • the vane back pressure introducing portion 43 is a communication flow path between the space on the back side of the low stage vane 13 and the internal space of the sealed container 1.
  • a semicircular cutout is formed as a vane back pressure introduction portion 43 on the back side of the vane.
  • a notch provided as if a part of the outer circumference of the compression mechanism portion 3 is linearly cut is formed as the vane back pressure introduction portion 43.
  • the vane back pressure introduction part 43 needs to be connected to a wide space formed at the upper part or the lower part of the compression mechanism part 3. Therefore, the same processing is required for all the components of the compression mechanism unit 3 located at the upper part or the lower part of the low-stage cylinder 11. For example, if the vane back pressure introduction part 43 is connected to a wide space formed in the upper part of the compression mechanism part 3, not only the low stage cylinder 11 but also the intermediate plate 30, the high stage cylinder 21, the high stage frame 24, It is necessary to form a similar notch in the step cover 25 (see FIG. 2).
  • the vane back pressure introduction part 43 is connected to a wide space formed in the lower part of the compression mechanism part 3, not only the low stage cylinder 11 but also the low stage frame 14 and the low stage cover 15 are notched similarly. Must be formed (see FIG. 2). Further, the shape of the vane back pressure introducing portion 43 may be other than the above.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a heat pump device including the two-stage rotary compressor 100 according to the first embodiment.
  • a radiator 51 is connected to the discharge pipe 5 of the two-stage rotary compressor 100 by piping, an internal heat exchanger 55, an expansion valve 52, and an evaporator 53 are sequentially connected by piping, and the evaporator 53 is sucked.
  • a main refrigerant circuit 56 connected to the suction pipe 8 of the muffler 7 by a pipe is provided.
  • the heat pump device branches from between the internal heat exchanger 55 and the expansion valve 52, the injection expansion valve 54 and the internal heat exchanger 55 are sequentially connected by piping, and an injection circuit 57 connected to the injection pipe 42. Is provided.
  • the injection circuit 57 is connected to the intermediate connecting pipe 9 via the injection pipe 42.
  • the opening degree of the injection expansion valve 54 is adjusted by the control unit 31, and it is controlled whether or not to perform the injection operation of injecting the refrigerant from the injection circuit 57 to the injection pipe 42.
  • the heat pump device including the injection circuit 57 has been described as an example of the heat pump device including the two-stage rotary compressor 100.
  • the two-stage rotary compressor 100 needs to supply the refrigerant to the intermediate connection channel at the time of startup.
  • the refrigerant can be supplied to the intermediate connection channel at the time of activation by connecting the injection circuit 57 to the intermediate connection channel.
  • the heat pump device does not include the injection circuit 57 is also conceivable.
  • a heat pump device that does not include the injection circuit 57 will be described.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a heat pump device including the two-stage rotary compressor 100 according to the second embodiment.
  • a branch pipe 44 branched from the middle of the connection pipe 6 that connects the suction muffler 7 and the low-stage compressor 10 is connected to the intermediate connecting pipe 9.
  • the controller 31 opens the valve 41 provided in the middle of the branch pipe 44 when the two-stage rotary compressor 100 is started, and a part of the refrigerant flowing from the suction muffler 7 to the low stage compressor 10 is branched into the pipe. It is supplied to the intermediate connecting pipe 9 through 44.
  • the branch pipe 44 may be branched from the middle of the main refrigerant circuit 56 instead of being branched from the middle of the connection pipe 6.

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Abstract

　二段回転式圧縮機において、シリンダの外径を大きくすることなく、あるいは極力大きくせず、シリンダ内径を拡大することで、圧縮機の大型化を抑えつつ、圧縮機の排除容積を大きくすることを目的とする。高段圧縮部２０の高段ベーン室２７にはスプリング２６を設け、スプリング２６の力により高段ベーン２３を高段ローリングピストン２２へ押圧する。一方、低段圧縮部１０の低段ベーン室１７にスプリングを設けず、低段ベーン１３を密閉容器１内の冷媒の圧力によって、低段ローリングピストン１２側へ押圧する。低段ベーン室１７にスプリングを設けない分、低段シリンダ１１の外径を大きくすることなく、あるいは極力大きくせず、低段シリンダ１１の内径を拡大できる。

Description

二段回転式圧縮機及びヒートポンプ装置
　この発明は、密閉容器内に圧縮機構を備えた二段回転式圧縮機及び、二段回転式圧縮機を備えるヒートポンプ装置に関する。
　従来、蒸気圧縮式冷凍サイクルやヒートポンプサイクル等のヒートポンプ装置において用いられる冷媒圧縮機の１つに回転式圧縮機（ロータリ式圧縮機）がある。回転式圧縮機は、小型化が可能なこと、また、構造が簡単であることから、冷凍冷蔵庫、空気調和機、ヒートポンプ式給湯機等に広く用いられている。
　また、回転式圧縮機には、圧縮機内に低段圧縮部と高段圧縮部との二つの圧縮部が直列に接続された二段回転式圧縮機がある。二段回転式圧縮機は、単段あたりの差圧が小さく、冷媒の漏れ損失が小さいというメリットや、低段圧縮部と高段圧縮部とを繋ぐ中間連結流路へ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がある。
　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な自然冷媒が注目されている。また、自然冷媒の１つとして、冷媒特性に優れた炭化水素（ＨＣ）冷媒が注目されている。
　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、炭化水素は、従来のフロン冷媒と同等圧力で運転が可能である。しかし、炭化水素は、冷媒物性の点から吸入密度が低くなり、体積が増加する。そのため、圧縮機の排除容積を増加する必要がある。
　圧縮機の排除容積を増加するためにはシリンダの内径を拡大することや、シリンダの高さを高くすることが必要になる。しかし、シリンダの内径を拡大したり、シリンダの高さを高くすると、圧縮機が大型化してしまう。圧縮機が大型化することは、コスト面等から望ましくない。
　圧縮機の大型化を抑えつつ、圧縮機の排除容積を大きくするための１つの対策としては、シリンダの外径はそのまま、あるいは極力拡大せず、シリンダ内径を拡大することが考えられる。
　ここで、シリンダには、シリンダ内を高圧室と低圧室とに仕切っているベーンをローリングピストンへ押し付けているスプリングが収納された収納部（ベーン室）が設けられている。このベーン室が必要とする大きさが、シリンダの外径を拡大せず、シリンダ内径を拡大することに対する制約となる。
　特に、二段回転式圧縮機は、排除容積比の関係で低段圧縮部の方が高段圧縮部よりも排除容積が大きい。そのため、低段圧縮部と高段圧縮部とのシリンダの高さを同一とした場合、低段圧縮部の方の排除容積をどのように大きくするかが課題になる。
　特許文献１には、２つの圧縮部が並列に接続された２シリンダ型圧縮機において、一方の圧縮機構のスプリングをなくして部品点数と加工の手間を軽減することについての記載がある。
　また、特許文献２には、一方の圧縮機構のベーン室にスプリングを設けず、ベーン室に低圧の冷媒ガス、あるいは他方の圧縮部で圧縮した高圧の冷媒ガスを供給することについての記載がある。これにより、１シリンダ運転と２シリンダ運転とを切り替えている。
特開２００４－３０１１１４号公報 特開２００５－２５６８１５号公報
　特許文献１，２に記載された圧縮機は、いずれも二段回転式圧縮機ではなく、２シリンダ型圧縮機である。２シリンダ型圧縮機であれば、一方の圧縮部のスプリングを排除しても、他方の圧縮部で圧縮した高圧の冷媒をベーン室へ供給することで、他方の圧縮部のベーンをローリングピストンへ押し付けることが可能で有り、単純に圧縮機を起動することができる。
　しかし、二段回転式圧縮機では、低段圧縮部と高段圧縮部とは中間連結流路により直列に接続されているため、低段圧縮部で冷媒が圧縮されない限り、高段圧縮部へ冷媒が供給されず、高段圧縮部でも冷媒が圧縮されない。したがって、低段圧縮部におけるスプリングをなくした場合、起動時に運転が成り立たなくなってしまう。そのため、二段回転式圧縮機において、低段圧縮部におけるスプリングをなくすことはできなかった。
　この発明は、シリンダの外径はそのまま、あるいは極力大きくせず、シリンダ内径を拡大することで、圧縮機の大型化を抑えつつ、圧縮機の排除容積を大きくすることを目的とする。
　この発明に係る二段回転式圧縮機は、
　低段圧縮部と高段圧縮部とが密閉容器内に収納された二段回転式圧縮機であり、
　前記低段圧縮部と前記高段圧縮部とはそれぞれ、
　シリンダと、
　前記シリンダ内を偏芯回転するローリングピストンと、
　前記ローリングピストンに押し当てられ、前記シリンダと前記ローリングピストンとの間に形成された空間を２つの空間に仕切るベーンとを備え、
　前記低段圧縮部は、前記密閉容器の外部から冷媒を低段側シリンダ内へ吸入して圧縮し、
　前記高段圧縮部は、前記低段圧縮部が圧縮した冷媒を中間連結流路を介して高段側シリンダ内へ吸入してさらに圧縮して、前記密閉容器内へ吐出し、
　前記高段圧縮部の高段側ベーンは、背面に弾性体が設けられており、前記弾性体の弾性力によって前記高段側ローリングピストン側へ押圧され、
　前記低段圧縮部の低段側ベーンは、弾性力によることなく、前記高段圧縮部が前記密閉容器内へ吐出した冷媒の圧力によって前記低段側ローリングピストン側へ押圧される
ことを特徴とする。
　この発明に係る二段回転式圧縮機は、低段圧縮部のベーン背面にスプリング等の弾性体を設けていない。したがって、低段ベーン室にスプリング等の弾性体を収納する空間を設ける必要がない。そのため、低段圧縮部におけるシリンダの内径を拡大して排除容積を拡大しつつ、シリンダの外径の拡大を抑えて圧縮機全体としての大型化を抑えることができる。
実施の形態１に係る二段回転式圧縮機１００の縦断面図。 図１における圧縮機構部３及び圧縮機構部３の周囲の拡大図。 図１のＡ－Ａ’断面図。 図１のＢ－Ｂ’断面図。 定常運転時の冷媒の流れを示す図。 二段回転式圧縮機１００の起動時の冷媒の流れを示す図。 二段回転式圧縮機１００の起動時から定常運転へ移行するまでの処理の流れを示すフローチャート。 低段圧縮部１０において、低段ベーン室１７にスプリング１６を設けた場合と設けなかった場合とを比較する図。 低段ベーン１３の背面側に密閉容器１内の冷媒の圧力を伝えるためのベーン背圧導入部４３の一例を示す図。 低段ベーン１３の背面側に密閉容器１内の冷媒の圧力を伝えるためのベーン背圧導入部４３の一例を示す図。 実施の形態１に係る二段回転式圧縮機１００を備えるヒートポンプ装置の一例を示す図。 実施の形態２に係る二段回転式圧縮機１００を備えるヒートポンプ装置の一例を示す図。
　実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る二段回転式圧縮機１００の縦断面図である。なお、図１では、二段回転式圧縮機１００の縦断面図とともに、制御部３１を示している。制御部３１は、例えば、マイクロコンピュータ等である。
　図２は、図１における圧縮機構部３及び圧縮機構部３の周囲の拡大図である。
　図３は、図１のＡ－Ａ’断面図である。
　図４は、図１のＢ－Ｂ’断面図である。
　まず、二段回転式圧縮機１００の構成について説明する。
　図１に示すように、二段回転式圧縮機１００は、密閉容器１の内部に、電動機２と、低段圧縮部１０と高段圧縮部２０との２つの圧縮部を備える圧縮機構部３と、駆動軸４とを備える。また、密閉容器１の上部には、外部の冷媒回路に接続される吐出管５が嵌入される。
　また、二段回転式圧縮機１００は、密閉容器１の外部に、吸入マフラ７を備える。吸入マフラ７は、接続配管６により密閉容器１内の低段圧縮部１０と接続されるとともに、吸入管８により外部の冷媒回路に接続される。
　図２，３に示すように、圧縮機構部３の低段圧縮部１０は、内部に低段シリンダ室１１ａが形成されるとともに、低段シリンダ室１１ａと連通した低段ベーン室１７が形成された低段シリンダ１１を備える。低段シリンダ１１の下側は低段フレーム１４により閉塞され、低段シリンダ１１の上側は中間プレート３０により閉塞される。
　また、低段圧縮部１０は、駆動軸４の偏芯部分に嵌合され、低段シリンダ室１１ａ内を壁面にそって偏芯回転する低段ローリングピストン１２を備える。さらに、低段圧縮部１０は、低段ベーン室１７から低段シリンダ室１１ａ側へ押されて、低段ベーン室１７に一端側が収納されながら他端が低段ローリングピストン１２に押し当てられる低段ベーン１３を備える。低段ベーン１３により、低段シリンダ室１１ａが、低段吸入口１８側の吸入室６０と、低段吐出口１９側の圧縮室６１との２つの空間に仕切られる。
　図２，４に示すように、圧縮機構部３の高段圧縮部２０は、内部に高段シリンダ室２１ａが形成されるとともに、高段シリンダ室２１ａと連通した高段ベーン室２７が形成された高段シリンダ２１を備える。高段シリンダ２１の上側は高段フレーム２４により閉塞され、高段シリンダ２１の下側は中間プレート３０より閉塞される。
　また、高段圧縮部２０は、駆動軸４の偏芯部分に嵌合され、高段シリンダ室２１ａ内を壁面にそって偏芯回転する高段ローリングピストン２２を備える。さらに、高段圧縮部２０は、高段ベーン室２７から高段シリンダ室２１ａ側へ押されて、高段ベーン室２７に一端側が収納されながら他端が高段ローリングピストン２２に押し当てられる高段ベーン２３を備える。高段ベーン２３により、高段シリンダ室２１ａが、高段吸入口２８側の吸入室６２と、高段吐出口２９側の圧縮室６３との２つの空間に仕切られる。
　また、図２に示すように、圧縮機構部３は、低段フレーム１４との間に低段吐出空間を形成する低段カバー１５と、高段フレーム２４との間に高段吐出空間を形成する高段カバー２５とを備える。また、低段カバー１５と高段シリンダ２１の高段吸入口２８とを接続する中間連結管９（図１参照）が設けられ、低段吐出空間と高段シリンダ室２１ａとが連通している。
　ここで、低段シリンダ室１１ａと高段シリンダ室２１ａとを結ぶ流路（空間）、つまり低段カバー１５によって形成される低段吐出空間と中間連結管９により形成される流路とを中間連結流路と呼ぶ。
　また、図１に示すように、中間連結管９には、途中にバルブ４１が設けられたインジェクションパイプ４２が接続される。インジェクションパイプ４２には、後述するインジェクション回路５７が接続される。
　なお、インジェクションパイプ４２は、中間連結流路に接続されていればよい。したがって、インジェクションパイプ４２は、中間連結管９ではなく、低段カバー１５に接続されていてもよい。
　ここで、図２から図４に示すように、低段シリンダ１１の内径φＡは、高段シリンダ２１の内径φＢよりも大きい。そのため、低段シリンダ１１と高段シリンダ２１との高さが同一であったとしても、低段シリンダ室１１ａの容積は、高段シリンダ室２１ａの容積よりも大きい。なお、低段シリンダ１１の外径φＣは、高段シリンダ２１の外径φＤと同一である。
　低段シリンダ１１の外径φＣを高段シリンダ２１の外径φＤと同一としつつ、低段シリンダ１１の内径φＡを高段シリンダ２１の内径φＢよりも大きくするため、低段圧縮部１０の低段ベーン室１７には、通常設けられるスプリングが設けられていない。そのため、後述するように低段ベーン室１７に供給される高圧の冷媒の圧力のみにより、低段ベーン１３は低段ベーン室１７から低段シリンダ室１１ａ側へ押される。なお、低段ベーン１３は、低段ベーン室１７に供給される冷媒の圧力が、低段シリンダ室１１ａ内の冷媒の圧力よりも大きい場合に、低段ベーン室１７に供給される冷媒の圧力と、低段シリンダ室１１ａ内の冷媒の圧力との圧力差によって、低段ローリングピストン１２に押し付けられる。
　一方、高段圧縮部２０の高段ベーン室２７にはスプリング２６が設けられている。そのため、高段ベーン２３は、スプリング２６の力と、高段ベーン室２７に供給される高圧の冷媒の圧力とにより、高段ベーン室２７から高段シリンダ室２１ａ側へ押される。なお、高段ベーン２３は、高段ベーン室２７に供給される冷媒の圧力と、高段シリンダ室２１ａ内の冷媒の圧力との圧力差と、スプリング２６の力とによって、高段ローリングピストン２２に押し付けられる。そのため、高段ベーン２３は、高段ベーン室２７に供給される冷媒の圧力と、高段シリンダ室２１ａ内の冷媒の圧力とが同等程度であれば、スプリング２６の力によって、高段ローリングピストン２２に押し付けられる。
　次に、二段回転式圧縮機１００の動作について説明する。
　電力が供給されると、電動機２が動作する。電動機２と圧縮機構部３とは、駆動軸４により接続されており、電動機２で発生した動力が駆動軸４を介して圧縮機構部３へ伝達される。そして、駆動軸４により、低段ローリングピストン１２と高段ローリングピストン２２とがそれぞれ低段シリンダ室１１ａと高段シリンダ室２１ａとの内部で偏芯回転する。低段ローリングピストン１２が偏芯回転することにより、低段シリンダ室１１ａにおける吸入室６０と圧縮室６１との容積が変化して、冷媒が低段吸入口１８から吸入され、圧縮されて低段吐出口１９から吐出される。同様に、高段ローリングピストン２２が偏芯回転することにより、高段シリンダ室２１ａにおける吸入室６２と圧縮室６３との容積が変化して、冷媒が高段吸入口２８から吸入され、圧縮されて高段吐出口２９から吐出される。
　まず、定常運転時における冷媒の流れを説明する。
　図５は、定常運転時の冷媒の流れを示す図である。
　外部の冷媒回路から低圧の冷媒が吸入管８を介して吸入マフラ７へ流入する。吸入マフラ７へ流入した低圧の冷媒は、接続配管６を介して低段圧縮部１０の低段シリンダ室１１ａへ吸入される。低段シリンダ室１１ａへ吸入された低圧の冷媒は、低段シリンダ室１１ａ内で中間圧まで圧縮される。冷媒が中間圧まで圧縮されると、低段吐出口１９に設けられた弁が開き、低段シリンダ室１１ａ内の冷媒が低段吐出口１９から低段カバー１５によって形成された低段吐出空間へ吐出する。
　低段吐出空間へ吐出した中間圧の冷媒は、中間連結管９を介して高段圧縮部２０の高段シリンダ室２１ａへ吸入される。高段シリンダ室２１ａへ吸入された中間圧の冷媒は、高段シリンダ室２１ａ内で高圧まで圧縮される。冷媒が高圧まで圧縮されると、高段吐出口２９に設けられた弁が開き、高段シリンダ室２１ａ内の冷媒が高段吐出口２９から高段カバー２５によって形成された高段吐出空間へ吐出する。
　高段吐出空間へ吐出した高圧の冷媒は、密閉容器１の内部空間へ流れる。そして、内部空間へ流れた高圧の冷媒は、吐出管５から外部へ吐出される。また、密閉容器１の内部空間へ流れた冷媒は、密閉容器１と圧縮機構部３との隙間を通って、低段ベーン室１７と高段ベーン室２７とへも供給される。
　なお、二段回転式圧縮機１００を備えるヒートポンプ装置においてインジェクション運転がされている場合には、バルブ４１が開かれインジェクションパイプ４２を介して、インジェクション冷媒が中間連結管９へ注入される。インジェクション冷媒は、低段シリンダ室１１ａから吐出された中間圧の冷媒と混合され、高段圧縮部２０で圧縮される。
　次に、二段回転式圧縮機１００の起動時における冷媒の流れを説明する。
　図６は、二段回転式圧縮機１００の起動時の冷媒の流れを示す図である。
　起動時には、密閉容器１の内部空間における冷媒の圧力は低圧であり、低段シリンダ室１１ａに吸入される冷媒の圧力と同等であるため、駆動軸４が回転することにより、低段ベーン１３が低段ローリングピストン１２から離れてしまう。そのため、低段シリンダ室１１ａにおいて、吸入室６０と圧縮室６１とが連通してしまい、低段圧縮部１０で冷媒を圧縮できない。低段圧縮部１０で冷媒を圧縮できなければ、低段吐出口１９に設けられた弁が開かず、低段シリンダ室１１ａから冷媒が吐出されない。したがって、高段圧縮部２０へ冷媒が供給されず、高段圧縮部２０でも冷媒が圧縮されない。よって、密閉容器１の内部空間へ高圧の冷媒が流入せず、低段ベーン室１７へ高圧の冷媒が供給されない。このような運転をすると、起動不良や圧縮機構部３の損傷を引き起こす虞がある。
　そこで、起動時には、インジェクションパイプ４２に設けられたバルブ４１を制御部３１が開け、外部のインジェクョン回路から冷媒を中間連結管９へ供給する。高段圧縮部２０は、インジェクションパイプ４２から中間連結管９へ供給された冷媒を高段シリンダ室２１ａへ吸入して圧縮する。その結果、密閉容器１の内部空間へ高段圧縮部２０で圧縮した冷媒が流入し、低段ベーン室１７や高段ベーン室２７へも高段圧縮部２０で圧縮した冷媒が供給される。これにより、低段ベーン室１７の冷媒の圧力が、低段シリンダ室１１ａの冷媒の圧力よりも高くなり、低段ベーン１３が低段ローリングピストン１２へ接して、低段シリンダ室１１ａが吸入室６０と圧縮室６１とに仕切られる。そして、低段圧縮部１０でも冷媒が圧縮されるようになる。
　このように、低段ベーン１３が低段ローリングピストン１２へ接し、低段圧縮部１０でも冷媒が圧縮されるようになった場合、上述した定常運転に移行することができる。なお、起動時とは、低段圧縮部１０が圧縮を開始するまでの状態を指しており、低段圧縮部１０が圧縮を開始した後は定常運転状態である。つまり、低段圧縮部１０でも冷媒が圧縮されるようになった場合、インジェクション運転をしないのであれば、制御部３１はインジェクションパイプ４２に設けられたバルブ４１を閉める。なお、低段圧縮部１０でも冷媒が圧縮されるようになった場合であっても、インジェクション運転をするのであれば、制御部３１はインジェクションパイプ４２に設けられたバルブ４１を開けたままにする。
　図７は、二段回転式圧縮機１００の起動時から定常運転へ移行するまでの処理の流れを示すフローチャートである。
　二段回転式圧縮機１００が起動すると起動時運転が実行される。
　（Ｓ１）では、制御部３１は、圧縮機が起動すると、インジェクションパイプ４２に設けられたバルブ４１を開ける。これにより、外部のインジェクョン回路から冷媒が中間連結管９へ供給される。
　（Ｓ２）では、制御部３１は、低段ベーン１３が低段ローリングピストン１２へ接し、低段圧縮部１０でも冷媒が圧縮される状態になったか否かを判定する。例えば、制御部３１は、吸入マフラ７内の冷媒の圧力と、密閉容器１内の冷媒の圧力とを圧力センサにより計測して、密閉容器１内の冷媒の圧力が吸入マフラ７内の冷媒の圧力よりも所定の値以上高い場合には、低段ベーン１３が低段ローリングピストン１２へ接し、低段圧縮部１０でも冷媒が圧縮される状態になったと判定してもよい。
　低段圧縮部１０でも冷媒が圧縮される状態になったと判定した場合（Ｓ２でＹＥＳ）、制御部３１は処理を（Ｓ３）へ進め、起動時運転から定常運転への移行運転を実行する。一方、低段圧縮部１０でも冷媒が圧縮される状態になっていないと判定した場合（Ｓ２でＮＯ）、制御部３１は所定時間後に（Ｓ２）の処理を再び実行する。
　続いて、定常運転への移行運転が実行される。
　（Ｓ３）では、制御部３１は、インジェクション運転をするか否かを判定する。例えば、制御部３１は、暖房運転時において、外気温が所定の温度（例えば、２℃）以下の場合や、圧縮機の回転数が所定の周波数（例えば、６０Ｈｚ）以上の場合、インジェクション運転をすると判定し、その他の場合、インジェクション運転をしないと判定する。
　インジェクション運転すると判定した場合（Ｓ３でＹＥＳ）、制御部３１は処理を（Ｓ４）へ進める。一方、インジェクション運転しないと判定した場合（Ｓ３でＮＯ）、制御部３１は処理を（Ｓ５）へ進める。
　（Ｓ４）では、制御部３１は、インジェクションパイプ４２に設けられたバルブ４１を開けたままとする。
　（Ｓ５）では、制御部３１は、インジェクションパイプ４２に設けられたバルブ４１を閉める。
　（Ｓ４）又は（Ｓ５）の処理が終了すると、定常運転が実行される。
　図８は、低段圧縮部１０において、低段ベーン室１７にスプリング１６を設けた場合と設けなかった場合とを比較する図である。図８の（ａ）は、スプリング１６を設けた場合を示し、図８の（ｂ）は、スプリング１６を設けなかった場合を示す。
　低段シリンダ１１の外径を拡大せず、内径を拡大する場合、低段シリンダ１１の厚み（図８の（ａ）におけるｔ）が薄くなる。そのため、低段ベーン室１７の奥行きを浅くしなければならない。
　また、低段シリンダ１１の内径を拡大する場合、低段ローリングピストン１２の外径も拡大されるため、駆動軸４の偏芯部の外径も拡大し、偏芯量も大きくなり、低段ベーン１３のストロークが長くなる。低段ベーン１３の低段シリンダ室１１ａへの飛び出し量は、信頼性の点から低段ベーン１３の全長の１／２程度である。したがって、ストロークを長くした場合、低段ベーン１３の全長も長くする必要がある。
　図８の（ａ）に示すように、スプリング１６を設けた場合に、低段ベーン１３のストロークが長くなるとスプリング１６の作動範囲も広がる。そのため、さらに、スプリング１６の全長も長くとる必要があり、スプリング１６を収納する空間を広くしなければならない。
　したがって、スプリング１６を設けた状態で、低段シリンダ１１の内径を拡大する場合、低段シリンダ１１の外径も拡大せざるを得ない。
　一方、図８の（ｂ）に示すように、スプリング１６を設けなかった場合、元々スプリング１６が収納されていた箇所にまで低段ベーン１３を後退させることが可能となる。つまり、図８に示すように、スプリング１６を設けなかった場合、スプリング１６を設けた場合に比べ、距離ｄだけ深い位置まで低段ベーン１３を後退させることができる。この距離ｄの差の分だけ、低段シリンダ１１の厚さを減らすとともに、低段ベーン１３を長くすることができる。したがって、低段シリンダ１１の外形寸法φＣを外形寸法φＣ’と同等の寸法として、内径寸法φＡをφＡ’よりも大きくすることができる。
　なお、低段シリンダ１１の内径寸法φＡを大きくすると、駆動軸４の偏芯部分も大きくなり、低段ローリングピストン１２の外径寸法も大きくなる。しかし、低段シリンダ１１と低段ローリングピストン１２に挟まれた空間の容積は拡大する。したがって、低段シリンダ１１の外径寸法や高さ寸法は同等としたまま、排除容積を増加させることが可能となる。また、さらに排除容積を拡大しようとした場合において、外径寸法を拡大させたとしても、外径寸法の拡大を極力抑えることが可能である。
　単純に低段シリンダ１１の内径寸法と低段ベーン１３との長さとの関係のみを考えた場合、スプリング１６を設けないことで、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約２倍程度にまで排除容積を増加させることも可能となる。しかし、圧縮機構部３を締結しているボルトの配置や信頼性等を考慮して、排除容積の増加を１．５倍程度までに制限してもよい。
　図９と図１０とは、低段ベーン１３の背面側に密閉容器１内の冷媒の圧力を伝えるためのベーン背圧導入部４３の一例を示す図である。ベーン背圧導入部４３とは、低段ベーン１３の背面側の空間と密閉容器１の内部空間との連通流路である。図９では、ベーン背面側に半円状の切り欠きをベーン背圧導入部４３として形成している。図１０では、圧縮機構部３の外周円に対して一部を直線的に削り取ったように設けられた切り欠きをベーン背圧導入部４３として形成している。
　低段圧縮部１０の低段シリンダ１１の外径（外壁）と密閉容器１の内径（内壁）との間に隙間が十分にある場合はこのような加工は必要ない。しかし、この隙間が狭いと低段ベーン１３の背面部分にかかる圧力のレスポンスが悪くなる虞がある。そこで、この隙間が狭い場合、図９や図１０に示すようなベーン背圧導入部４３を設け、密閉容器１内の圧力がレスポンスよく低段ベーン１３の背面部分にかかるようにする。
　なお、図９と図１０とでは、低段圧縮部１０の低段シリンダ１１を例に、ベーン背圧導入部４３の形状を示している。しかし、ベーン背圧導入部４３は圧縮機構部３の上部または下部に形成された広い空間に繋がっている必要がある。したがって、低段シリンダ１１の上部または下部に位置する圧縮機構部３の構成部品すべてに同様の加工が必要である。例えば、ベーン背圧導入部４３を圧縮機構部３の上部に形成された広い空間に繋げるのであれば、低段シリンダ１１だけでなく、中間プレート３０、高段シリンダ２１、高段フレーム２４、高段カバー２５にも同様の切り欠きを形成する必要がある（図２参照）。また、ベーン背圧導入部４３を圧縮機構部３の下部に形成された広い空間に繋げるのであれば、低段シリンダ１１だけでなく、低段フレーム１４、低段カバー１５にも同様の切り欠きを形成する必要がある（図２参照）。
　また、ベーン背圧導入部４３の形状は上記以外の形状であっても構わない。
　図１１は、実施の形態１に係る二段回転式圧縮機１００を備えるヒートポンプ装置の一例を示す図である。
　ヒートポンプ装置は、二段回転式圧縮機１００の吐出管５に放熱器５１が配管により接続され、内部熱交換器５５、膨張弁５２、蒸発器５３が配管により順次接続され、蒸発器５３が吸入マフラ７の吸入管８に配管により接続された主冷媒回路５６を備える。また、ヒートポンプ装置は、内部熱交換器５５と膨張弁５２との間から分岐して、インジェクション膨張弁５４、内部熱交換器５５が配管により順次接続され、インジェクションパイプ４２に接続されたインジェクション回路５７を備える。インジェクション回路５７は、インジェクションパイプ４２を介して、中間連結管９に接続されている。
　なお、ヒートポンプ装置は、制御部３１により例えばインジェクション膨張弁５４の開度を調整され、インジェクション回路５７からインジェクションパイプ４２へ冷媒を注入するインジェクション運転をするか否かが制御される。
　実施の形態２．
　実施の形態１では、二段回転式圧縮機１００を備えるヒートポンプ装置の一例として、インジェクション回路５７を備えるヒートポンプ装置を説明した。
　実施の形態１で説明したように、二段回転式圧縮機１００は起動時に中間連結流路へ冷媒を供給する必要がある。実施の形態１で説明したように、インジェクション回路５７を備える場合には、インジェクション回路５７を中間連結流路に接続することで、起動時に中間連結流路へ冷媒を供給することが可能になる。しかし、ヒートポンプ装置がインジェクション回路５７を備えていない場合も考えられる。
　実施の形態２では、インジェクション回路５７を備えないヒートポンプ装置について説明する。
　図１２は、実施の形態２に係る二段回転式圧縮機１００を備えるヒートポンプ装置の一例を示す図である。
　二段回転式圧縮機１００は、吸入マフラ７と低段圧縮部１０とを接続する接続配管６の途中から分岐した分岐配管４４が中間連結管９に接続されている。この場合、制御部３１は、二段回転式圧縮機１００の起動時に分岐配管４４の途中に設けられたバルブ４１を開き、吸入マフラ７から低段圧縮部１０へ流れる冷媒の一部を分岐配管４４を介して、中間連結管９へ供給する。これにより、実施の形態１でインジェクションパイプ４２から中間連結管９へ冷媒を供給したのと、同一の効果を得ることができる。
　したがって、図１２に示すように、ヒートポンプ装置がインジェクション回路５７を備えていない場合であっても、二段回転式圧縮機１００を正常に起動させることができる。
　なお、分岐配管４４は、接続配管６の途中から分岐させるのではなく、主冷媒回路５６の途中から分岐させてもよい。
　１　密閉容器、２　電動機、３　圧縮機構部、４　駆動軸、５　吐出管、６　接続配管、７　吸入マフラ、８　吸入管、９　中間連結管、１０　低段圧縮部、１１　低段シリンダ、１１ａ　低段シリンダ室、１２　低段ローリングピストン、１３　低段ベーン、１４　低段フレーム、１５　低段カバー、１６　スプリング、１７　低段ベーン室、１８　低段吸入口、１９　低段吐出口、２０　高段圧縮部、２１　高段シリンダ、２１ａ　高段シリンダ室、２２　高段ローリングピストン、２３　高段ベーン、２４　高段フレーム、２５　高段カバー、２６　スプリング、２７　高段ベーン室、２８　高段吸入口、２９　高段吐出口、３０　中間プレート、３１　制御部、４１　バルブ、４２　インジェクションパイプ、４３　ベーン背圧導入部、４４　分岐配管、５１　放熱器、５２　膨張弁、５３　蒸発器、５４　インジェクション膨張弁、５５　内部熱交換器、５６　主冷媒回路、５７　インジェクション回路、６０，６２　吸入室、６１，６３　圧縮室、１００　二段回転式圧縮機。

Claims (6)

  1. 　低段圧縮部と高段圧縮部とが密閉容器内に収納された二段回転式圧縮機であり、
    　前記低段圧縮部と前記高段圧縮部とはそれぞれ、
    　シリンダと、
    　前記シリンダ内を偏芯回転するローリングピストンと、
    　前記ローリングピストンに押し当てられ、前記シリンダと前記ローリングピストンとの間に形成された空間を２つの空間に仕切るベーンとを備え、
    　前記低段圧縮部は、前記密閉容器の外部から冷媒を低段側シリンダ内へ吸入して圧縮し、
    　前記高段圧縮部は、前記低段圧縮部が圧縮した冷媒を中間連結流路を介して高段側シリンダ内へ吸入してさらに圧縮して、前記密閉容器内へ吐出し、
    　前記高段圧縮部の高段側ベーンは、背面に弾性体が設けられており、前記弾性体の弾性力によって前記高段側ローリングピストン側へ押圧され、
    　前記低段圧縮部の低段側ベーンは、弾性力によることなく、前記高段圧縮部が前記密閉容器内へ吐出した冷媒の圧力によって前記低段側ローリングピストン側へ押圧される
    ことを特徴とする二段回転式圧縮機。
  2. 　前記二段回転式圧縮機は、さらに、
    　前記中間連結流路に接続され、前記中間連結流路へ冷媒を供給する冷媒供給部と、
    　圧縮機起動時に、前記冷媒供給部から前記中間連結流路へ冷媒が供給されるように制御して、前記高段圧縮部に前記冷媒供給部から供給された冷媒を高段側シリンダ内へ吸入させる制御部と
    を備えることを特徴とする請求項１に記載の二段回転式圧縮機。
  3. 　前記冷媒供給部は、冷媒を注入するインジェクション回路に接続されたインジェクションパイプである
    ことを特徴とする請求項２に記載の二段回転式圧縮機。
  4. 　前記二段回転式圧縮機は、さらに、
    　外部から冷媒が流入する吸入マフラを備え、
    　前記低段圧縮部は、前記吸入マフラへ流入した冷媒を前記低段側シリンダ内へ吸入し、
    　前記冷媒供給部は、前記吸入マフラと前記低段圧縮部とを繋ぐ配管から分岐した分岐配管である
    ことを特徴とする請求項２に記載の二段回転式圧縮機。
  5. 　前記低段圧縮部の前記低段側シリンダの内径は、前記高段圧縮部の前記高段側シリンダの内径よりも大きい
    ことを特徴とする請求項１に記載の二段回転式圧縮機。
  6. 　圧縮機と、放熱器と、減圧機構と、蒸発器とが配管により順次接続された冷媒回路を備えるヒートポンプ装置であり、
    　前記圧縮機は、
    　低段圧縮部と高段圧縮部とが密閉容器内に収納された二段回転式圧縮機であり、
    　前記低段圧縮部と前記高段圧縮部とはそれぞれ、
    　シリンダと、
    　前記シリンダ内を偏芯回転するローリングピストンと、
    　前記ローリングピストンに押し当てられ、前記シリンダと前記ローリングピストンとの間に形成された空間を２つの空間に仕切るベーンとを備え、
    　前記低段圧縮部は、前記密閉容器の外部から冷媒を低段側シリンダ内へ吸入して圧縮し、
    　前記高段圧縮部は、前記低段圧縮部が圧縮した冷媒を中間連結流路を介して高段側シリンダ内へ吸入してさらに圧縮して、前記密閉容器内へ吐出し、
    　前記高段圧縮部の高段側ベーンは、背面に弾性体が設けられており、前記弾性体の弾性力によって前記高段側ローリングピストン側へ押圧され、
    　前記低段圧縮部の低段側ベーンは、弾性力によることなく、前記高段圧縮部が前記密閉容器内へ吐出した冷媒の圧力によって前記低段側ローリングピストン側へ押圧されことを特徴とするヒートポンプ装置。
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