| 【発明の名称】 |
内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサ |
| 【発明者】 |
【氏名】江原 俊行
【氏名】只野 昌也
【氏名】山川 貴志
【氏名】小田 淳志
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】密閉容器内に電動要素と、前記電動要素により駆動される第１および第２の回転圧縮要素を備え、前記第１の回転圧縮要素で１段目圧縮されたＣＯ２冷媒ガスを前記密閉容器内に放出し、さらにこの放出された中間圧の冷媒ガスを前記第２の回転圧縮要素で２段目圧縮する内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサにおいて、平衡圧と中間圧が同じになるように１段目の回転圧縮要素と２段目の回転圧縮要素の容積比を設定することを特徴とする、内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサ。
【請求項２】前記容積比を１対０．５６〜０．８の範囲に設定する、請求項１記載の内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサ。
【請求項３】前記容積比を０．６５に設定する、請求項２記載の内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサ。
【請求項４】前記各回転圧縮要素は、シリンダと、前記シリンダ内を偏心回転するローラおよび前記ローラに当接して前記シリンダを高圧室と低圧室に区画するベーンとを含み、前記シリンダの高さを変えることにより１段目と２段目の前記容積比を所定範囲に設定する、請求項２記載の内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサ。
【請求項５】前記各回転圧縮要素は、シリンダと、前記シリンダ内を偏心回転するローラおよび前記ローラに当接して前記シリンダを高圧室と低圧室に区画するベーンとを含み、前記ローラの径とクランク軸の偏心部の偏心量を変えることにより１段目と２段目の前記容積比を所定範囲に設定する、請求項２記載の内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサ。
【請求項６】前記１段目の回転圧縮要素であるローラとベーンの材質を前記２段目の回転圧縮要素であるローラとベーンの材質とは別材質とする、請求項４または５記載の内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサ。
【請求項７】前記１段目のローラとベーンの材質よりも前記２段目のローラとベーンの材質の方を硬い素材で構成する、請求項６記載の内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサに関し、特にたとえば起動時の圧力変動を小さくすると共に、耐圧容器の軽量化を可能とする内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、密閉容器内に電動要素と、この電動要素により駆動される２個の回転圧縮要素を配置収納した２シリンダ形２段圧縮式ロータリコンプレッサにおいて、密閉容器を内部低圧型、あるいは内部中間圧型として使用している。
【０００３】内部低圧型の場合、冷凍サイクルを構成する外部冷媒回路よりアキュムレータを経由して密閉容器内に戻る低温低圧の冷媒ガスを、吸込通路より吸入して第１の回転圧縮要素で１段目の圧縮をした後、外部に位置する中間冷却器に送出し、その後冷媒配管によりこの中間圧の冷媒ガスを直接第２の回転圧縮要素に吸入し、ここで更に２段目の圧縮を行い、高温高圧の冷媒ガスを冷媒配管により上述の外部冷媒回路に送出している。
【０００４】これに対して、内部中間圧型の場合、冷凍サイクルを構成する外部冷媒回路よりアキュムレータを経由して戻る低温低圧の冷媒ガスは冷媒配管により直接第１の回転圧縮要素に吸入され、ここで圧縮されて密閉容器内へ吐出される。つぎに、この吐出された中間圧の冷媒ガスは第２の回転圧縮要素で圧縮されて、高温高圧の冷媒ガスとして冷媒配管より外部冷媒回路に送出している。すなわち、密閉容器内へ吐出される冷媒ガスの圧力は第１段吸込圧と第２段吐出圧の中間圧となる。そしてこの中間圧は軸受け負荷や各段の仕事量などにより決められていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この中間圧が、コンプレッサが停止している時で高低圧差がなくなりコンプレッサ内部の圧力が平衡状態になった時の圧力（平衡圧）よりも低い場合、コンプレッサの起動時には密閉容器内の圧力が急激に低下し、それに伴いオイルに寝込んでいた冷媒が気泡となりオイルフォーミングが発生する。また、中間圧が平衡圧よりも高い場合、コンプレッサの停止時に起動後オイル中に溶け込んだ冷媒ガスが密閉容器の温度上昇により気泡となり、オイルフォーミングが発生する。さらに、ＣＯ２冷媒を使用した場合、冷媒圧力は高圧側で約１００ｋｇ／ｃｍ2Ｇ、低圧側では約３０ｋｇ／ｃｍ2Ｇにも達し、その圧力差により低圧側に流出するオイル量が増加する。また、密閉容器には中間圧、平衡圧のいずれかの高い方の耐圧設計が必要となる。
【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、起動時等における圧力変動が小さく、しかも密閉容器の耐圧設計が容易で軽量化ができる内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、密閉容器内に電動要素と、この電動要素により駆動される第１および第２の回転圧縮要素を備え、第１の回転圧縮要素で１段目圧縮されたＣＯ２冷媒ガスを密閉容器内へ放出し、さらにこの放出された中間圧の冷媒ガスを第２の回転圧縮要素で２段目圧縮する内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサにおいて、平衡圧と中間圧が同じになるように１段目の回転圧縮要素と２段目の回転圧縮要素の容積比を設定することを特徴とする、内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサである。
【０００８】
【作用】１段目と２段目の圧縮を行う回転圧縮要素の容積比を１対０．５６〜０．８の範囲に設定することにより、起動時の圧力変動が小さくなり、それに伴いオイルフォーミングの発生が抑制できる。また、密閉容器の耐圧設計基準が平衡圧と略同等の７０００ｋＰａとなり、内部低圧型と同等の値となる。
【０００９】
【発明の効果】この発明によれば、起動時にオイルフォーミングの発生が抑制されるので、密閉容器内の泡状になったオイルが冷媒ガスと共にシリンダ内に流れ込み、その後、コンプレッサ外へ吐出され、密閉容器内がオイル不足となることを防止できる。また、密閉容器の耐圧設計も容易となり軽量化も可能となる。その結果、コンプレッサの性能が向上すると共に、コストも低減できる。
【００１０】この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明により一層明らかとなろう。
【００１１】
【実施例】図１に示すこの発明の一実施例である内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサ１０は、鋼板からなる円筒状密閉容器１２、この密閉容器１２内の上部空間に配置された電動要素１４、および電動要素の下部に位置し且つこの電動要素１４に連結されたクランク軸１６により駆動される回転圧縮機構１８を含む。
【００１２】また、密閉容器１２は底部を潤滑油のオイル溜とし、電動要素１４と回転圧縮機構１８を収納する容器本体１２Ａと、この容器本体１２Ａの上部開口を閉塞する蓋体１２Ｂとの２部材で構成され、蓋体１２Ｂには電動要素１４に外部電力を供給するターミナル端子２０（配線は省略）を取り付けている。なお、このターミナル端子２０は、図示のように本体部２０Ａを平面形状としているが、密閉容器１２が内部中間圧若しくは内部高圧の場合、図２に示すようにこの本体部２０Ａの形状を上方へ曲面状に突出させると本体部２０Ａの変形が起こりにくくなり、ターミナル端子２０の強度が向上する。
【００１３】電動要素１４は、密閉容器１２の上部内周面に沿って環状に取り付けられたステ−タ２２と、このステ−タ２２の内側に若干の間隙を設けて配置されたロータ２４とからなる。このロータ２４にはその中心を通り鉛直方向に延びるクランク軸１６が固定されている。ステ−タ２２は、リング状の電磁鋼板を積層した積層体２６と、この積層体２６に巻装された複数のコイル２８を有している。また、ロータ２４もステ−タ２２と同じように電磁鋼板の積層体３０で構成された交流モータである。また、永久磁石を埋装したＤＣモータとすることも可能である。
【００１４】回転圧縮機構１８は、１段目（低段側）の圧縮を行う第１の回転圧縮要素３２と２段目（高段側）の圧縮を行う第２の回転圧縮要素３４を含む。すなわち、中間仕切板３６と、この中間仕切板３６の上側と下側に夫々配置された上下シリンダ３８，４０と、この上下シリンダ３８、４０内をクランク軸１６の上下偏心部４２、４４に連結されて回転する上下ローラ４６，４８と、この上下ローラ４６、４８に当接して上下シリンダ３８、４０内を夫々低圧室３８ａ、４０ａと高圧室３８ｂ、４０ｂに区画する上下ベーン５０，５２と、上下シリンダ３８、４０の上下開口を閉塞するクランク軸１６の軸受けを兼用する上部支持部材５４および下部支持部材５６とで構成される。（図３参照）上部支持部材５４および下部支持部材５６には上下シリンダ３８、４０の各高圧室側と適宜連通する吐出消音室５８、６０が形成されると共に、これらの各消音室の開口面は上部プレート６２と下部プレート６４で閉塞されている。
【００１５】また、図３に示すように上下ベーン５０、５２は上下シリンダ３８、４０のシリンダ壁に形成された径方向の案内溝６６、６８に往復摺動可能に配置され、且つスプリング７０、７２により上下ローラ４６、４８に常時当接するように付勢されている。そして、上シリンダ３８では１段目の圧縮作用が行われ、下シリンダ４０では上シリンダ３８で圧縮された冷媒ガスを吸込んで２段目の圧縮作用が行われる。
【００１６】ところで、密閉容器１２内を平衡圧、すなわちコンプレッサが停止しているときで、高低圧差がなくなりコンプレッサ内部の圧力が平衡状態になったときの圧力と同じ中間圧に保持するために、１段目の回転圧縮要素３２と２段目の回転圧縮要素３４の容積比を１対０．５６〜０．８の範囲に設定する。この実施例では、その容積比を１対０．６５としている。
【００１７】例えば、上下シリンダ３８、４０の内径が同じである場合は、その高さ（厚み）を変えることで対応できる。すなわち、２段目の下シリンダ４０のローラ４８の高さを１段目の上シリンダ３８とローラ４６のそれより小さくする。または、上下シリンダ３８、４０の高さが同じ場合は、上下ローラ４６、４８の外径を変えて、下ローラ４８の外径を上ローラ４６の外径より大きくする。その具体的な方法としては、ローラの外径と偏心部の偏心量の変更により容易に対応できる。
【００１８】ここで、容積比の数値について説明すると、容積比１対０．５５で実験した結果、中間圧が８０ｋｇｆ／ｃｍ２、平衡圧が６０ｋｇｆ／ｃｍ２となり、中間圧＞平衡圧であった。したがって、２段目の容積比率を大きくすれば、中間圧は下がるはずで、０．８という数値は、２段圧縮機として機能することができる上限値である。
【００１９】また、１段目の回転圧縮要素３２を構成する上ローラ４６と上ベーン５０の材質を２段目の回転圧縮要素３４を構成する下ローラ４８と下ベーン５２の材質とは別材質としている。すなわち、圧縮負荷の小さい１段目の上シリンダ３８には、柔らかいが安価な素材のローラ（モニクロ：Ｎｉ，Ｃｒ、Ｍｏ合金添加耐磨耗性鋳鉄）とベーン（ＳＫＨ：高速度工具鋼）を使い、圧縮負荷の大きい２段目の下シリンダ４０には、高価であるけれども硬い素材のローラ（合金ターカロイ：Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ、Ｂｏ合金添加耐磨耗性鋳鉄）とベーン（ＰＶＤ処理：ＳＨＫ基材の表面に窒化クロムＣｒＮを蒸着）を使うことにより、高い耐久性とコスト低減が可能である。上述の組合わせ事例を示すと以下のようになる。
【００２０】
ローラ材 ベーン材 １段目 モニクロ ＳＨＫ ２段目 ターカロイ ＰＶＤ処理そして、上述の回転圧縮機構１８を構成する上部支持部材５４、上シリンダ３８、中間仕切板３６、下シリンダ４０および下部支持部材５６を、この順に配置して上部プレート６２および下部プレート６４と共に複数本の取付ボルト７４を用いて連結固定される。
【００２１】また、クランク軸１６の下部には軸中心にストレートのオイル穴７６とこのオイル穴７６に横方向の給油孔７８、８０を介して連なる螺旋状給油溝８２、８４を外周面に形成し、上部支持部材５４と下部支持部材５６の軸受けおよび各摺動部にオイルを供給するようにしている。
【００２２】この実施例において、使用される冷媒としては、地球環境、可燃性および毒性等を考慮して自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）を用い、また、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エステル油等の既存オイルを使用する。
【００２３】また、上下シリンダ３８、４０には冷媒を導入する冷媒吸込通路（図示せず）と圧縮された冷媒を吐出するための冷媒吐出通路８６、８８を設けている。そして、これらの各冷媒吸込通路と冷媒吐出通路８６、８８には密閉容器１２に固定される接続管９０，９２，９４、９６を介して冷媒配管９８，１００，１０２、１０４が接続される。また、冷媒配管１００および１０２の間にはアキュムレータ１０６が接続されている。さらに、上部プレート６２には上部支持部材５４の吐出消音室５８と連通する吐出管１０８が接続されて、１段目で圧縮された冷媒ガスの一部を密閉容器１２内に直接吐出し、その後冷媒配管１００に接続された分岐管１１０で冷媒吐出通路８６から吐出される残りの冷媒ガスと合流する構成となっている。
【００２４】次に、上述の実施例の動作概要について説明する。
【００２５】まず、ターミナル端子２０および配線（図示せず）を介して電動要素１４のコイル２８に通電すると、ロータ２４が回転しそれに固定されたクランク軸１６が回転する。この回転によりクランク軸１６と一体に設けられた上下偏心部４２、４４に連結された上下ローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。これにより、冷媒配管９８、冷媒吸込通路（図示せず）を経由して、図３に示すように吸込ポート１１２から上シリンダ３８の低圧室３８ａに吸入された冷媒ガスは、上ローラ４６と上ベーン５０の動作により１段目の圧縮が行われる。そして、高圧室３８ｂより吐出ポート１１４を経由して上部支持部材５４の吐出消音室５８に吐出された中間圧の冷媒ガスは、その一部が吐出管１０８から密閉容器１２内に放出され、残りは上シリンダ３８の冷媒吐出通路８６を通り冷媒配管１００に送出されて途中の分岐管１１０より流入する密閉容器１２内に放出された冷媒ガスと合流する。
【００２６】つぎに、合流後の冷媒ガスはアキュムレータ１０６を経由して冷媒配管１０２、および図示されない冷媒吸込通路を経由して図３に示す吸込ポート１１６から下シリンダ４０の低圧室４０ａに吸入された中間圧の冷媒ガスは、下ローラ４８と下ベーン５２の動作により２段目の圧縮が行われる。そして、下シリンダ４０の高圧室４０ｂより吐出ポート１１８を経由して下部支持部材５６の吐出消音室６０に吐出された高圧冷媒ガスは、冷媒吐出通路８８から冷媒配管１０４を通り冷凍サイクルを構成する外部冷媒回路に送出される。以後同様の経路で冷媒ガスの吸入―圧縮―吐出が行われる。
【００２７】また、クランク軸１６の回転により、密閉容器１２の底部に貯溜されている潤滑オイル（図示せず）はクランク軸１６の軸中心に形成された鉛直方向のオイル穴７６を上昇し、その途中に設けた横方向の給油孔７８、８０より外周面に形成した螺旋状給油溝８２、８４に流出する。これにより、クランク軸１６の軸受けおよび上下ローラ４６、４８と上下偏心部４２、４４の各摺動部に対する給油が良好に行われ、その結果、クランク軸１６および上下偏心部４２、４４は円滑な回転を行うことができる。
【００２８】なお、上下シリンダ３８、４０の各冷媒吸込通路に接続される冷媒配管９０、９４を二重管方式あるいは冷媒配管の内壁に断熱剤を塗布することにより、吸込冷媒ガスの温度上昇を低減することができ、吸込効率が向上する。また、冷媒吸込通路自身を二重管方式あるいは通路管の内壁に断熱剤を塗布しても同様の効果を得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年８月３１日（１９９９．８．３１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９０１８１
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 義人
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| 【公開番号】 |
特開２００１−７３９７６（Ｐ２００１−７３９７６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月２１日（２００１．３．２１） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２４５００５ |
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