JP2013053579A - ロータリ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮比の小さな運転状態でベーン最大突出時にベーン両側に大きな圧力差が生じ摺動損失が大きくなることによる信頼性の低下を防止する。
【解決手段】ロータリ圧縮機１００は、圧縮機構３、モータ２、吸入経路１４、帰還経路１６、シャフト４、ピストン８、ベーン９、インバータ４２及び制御部４４を備えている。帰還経路１６は、作動室２５から吸入経路１４へと作動流体を戻す役割を担う。帰還経路１６に設けられた可変容積機構３０により、圧縮機構３の吸入容積が相対的に小さくされたり相対的に大きくされたりする。吸入容積の減少をモータ２の回転数の増加で補償するように可変容積機構３０及びインバータ４２が制御される。帰還経路１６の作動室２５への開口は、シャフト４の回転方向においてベーン９に対して９０度〜３６０度の角度範囲内に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータリ圧縮機に関する。

圧縮機のモータは、通常、インバータとマイクロコンピュータとで制御されている。モータの回転数を下げれば、圧縮機が用いられた冷凍サイクル装置を定格よりも十分に低い能力で運転できる。特許文献１は、さらに、インバータ制御で実現できないような低い能力で冷凍サイクル装置を運転するための一つの技術を提供する。

図１０は、特許文献１に記載された空気調和装置の構成図である。圧縮機７１５、四方弁７１７、室内側熱交換器７１８、減圧装置７１９及び室外側熱交換器７２０によって冷凍サイクルが構成されている。圧縮機７１５のシリンダには、圧縮行程の開始から途中まで開口する中間吐出口が設けられている。中間吐出口は、バイパス路７２３によって、圧縮機７１５の吸入路に接続されている。バイパス路７２３には、流量制御装置７２１及び電磁開閉弁７２２が設けられている。低い設定周波数の運転時にのみ、電磁開閉弁７２２を開く。これにより、より低い能力での運転が可能となる。

特開昭６１−１８４３６５号公報

ところで、冷凍サイクル装置の効率を上げるための近道は、圧縮機の効率を上げることである。圧縮機の効率は、使用されたモータの効率に大きく依存する。多くのモータは、定格回転数（例えば６０Ｈｚ）の近傍の回転数で最も高い効率を発揮するように設計されている。そのため、極端に低い回転数でモータを駆動したのでは、圧縮機の効率の向上は期待できない。

こうした事情に鑑み、本発明は、低い能力が必要なとき（負荷が小さいとき）にも高い効率を発揮しうるロータリ圧縮機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本出願に先行する特願２０１０−２２２９３５（出願日平成２２年９月３０日）において、
シリンダと、自身の外周面と前記シリンダの内周面との間に作動室が形成されるように前記シリンダの内部に配置されたピストンと、前記作動室を吸入室と圧縮−吐出室とに仕切るベーンとを有する圧縮機構と、
前記ピストンに嵌合する偏心部を有するシャフトと、
前記シャフトを回転させるモータと、
圧縮するべき作動流体を前記吸入室に導く吸入経路と、
前記作動室から前記吸入経路へと作動流体を戻す帰還経路と、
前記帰還経路に設けられ、前記圧縮機構の吸入容積を相対的に小さくすべきときには前記帰還経路を通じて前記作動室から前記吸入経路へと作動流体が戻ることを許容し、前記吸入容積を相対的に大きくすべきときには前記帰還経路を通じて前記作動室から前記吸入経路へと作動流体が戻ることを禁止する可変容積機構と、
前記モータを駆動するインバータと、
前記吸入容積の減少を前記モータの回転数の増加で補償するように前記可変容積機構及び前記インバータを制御する制御部と、
を備えた、ロータリ圧縮機が開示された。

上記構成によれば、帰還経路を使用して作動室から吸入経路へと作動流体を戻すことにより、相対的に小さい吸入容積でロータリ圧縮機を運転できる。ただし、作動室に対する帰還経路の開口位置によっては、次のような現象が生じる。

上記構成のロータリ圧縮機は、可変容積機構により作動流体が吸入経路へと戻される場合には、ピストンが帰還経路の開口を通過した時点から圧縮工程を開始する。そのため、帰還経路の開口位置が吸入経路の開口に近い場合、圧縮工程の開始が早期に始まり、ピストンが下死点（ベーンの最大突出位置）に到達する前に圧縮室内は吐出圧力に達することになる。その後、ピストンが下死点に到達したときには、ベーンはピストンの公転運動１周期のうち最も作動室側へ突き出た状態となり、シリンダに設けられたベーン溝に保持された長さも小さいため、ベーンがベーン溝との隙間の範囲で傾き、引っかかりやすい状態となる。また、ベーンが作動室に露出している面積も最も大きくなるため、ベーンの両側面に作用する圧力差によってベーンがシリンダに強く押し付けられる。さらにベーンの移動速度すなわちピストンの公転速度が小さい場合にはベーン側面の油膜が切れやすくなることも加わり、結果としてベーン側面が摺動する際の抵抗が強くなり、摩擦損失の増大やベーンの突出遅れによる異音が発生する。そこで、本発明者らは、ベーン最大突出時の圧力差によるベーン摺動抵抗を低減するための構成を提案する。

すなわち、本発明は、上記基本構成を備え、前記帰還経路の前記作動室への開口である帰還ポートは、前記シャフトの回転方向において前記ベーンに対して９０度〜３６０度の角度範囲内に配置されていることを特徴とする、ロータリ圧縮機を提供する。

本発明のロータリ圧縮機によれば、通常の吸入容積でロータリ圧縮機を運転したりそれよりも小さな吸入容積でロータリ圧縮機を運転したりすることができる。また、小さな吸入容積で運転する場合、吸入容積の減少をモータの回転数の増加で補償するように可変容積機構及びインバータが制御される。このため、負荷が小さいときにも高い効率を発揮することができる。

さらに、作動流体が帰還経路を経由して吸入経路に戻される場合、圧縮工程の開始を公転運動するピストンが作動室内における吸入経路の開口を通過してから帰還経路の開口を通過するまで、つまり９０度以上遅らせることができる。すなわち、ピストンの公転運動に対して作動室内の圧力上昇が始まるタイミングを遅らせることが可能となり、それに伴って作動流体の圧力が吐出圧力に達するタイミングも遅れることになる。これにより、ベーンが最大突出状態となるピストン下死点位置（１８０度）においても、作動室内は吐出圧力とはならない。よって、ベーン両側面に作用する作動流体の圧力差を緩和し、ベーンとシリンダの摺動抵抗を低減することができるので、ロータリ圧縮機の信頼性が向上する。

本発明の第１実施形態に係るロータリ圧縮機の縦断面図 図１に示すロータリ圧縮機のI−I線に沿った横断面図 図１に示すロータリ圧縮機の動作原理図 シャフトの回転角度に対する圧縮−吐出室の容積の関係を示すグラフ シャフトの回転角度に対する作動流体の圧縮比の関係を示すグラフ 可変容積機構（開閉弁）及びインバータの制御フローチャート 本発明の第２実施形態に係るロータリ圧縮機の縦断面図 図７に示すロータリ圧縮機のII−II線に沿った横断面図 本実施形態のロータリ圧縮機を用いた冷凍サイクル装置の構成図 従来の空気調和装置の構成図

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態のロータリ圧縮機１００は、圧縮機本体４０、アキュームレータ１２、吐出経路１１、吸入経路１４、帰還経路１６、可変容積機構３０、インバータ４２及び制御部４４を備えている。

圧縮機本体４０は、密閉容器１、モータ２、圧縮機構３及びシャフト４を備えている。圧縮機構３は、密閉容器１内の下方に配置されている。モータ２は、密閉容器１内において、圧縮機構３の上方に配置されている。シャフト４によって、圧縮機構３とモータ２とが連結されている。密閉容器１の上部には、モータ２に電力を供給するための端子２１が設けられている。密閉容器１の底部には、潤滑油を保持するためのオイル溜り２２が形成されている。圧縮機本体４０は、いわゆる密閉型圧縮機の構造を有する。

吐出経路１１及び吸入経路１４は、それぞれ、冷媒管で構成されている。吐出経路１１は、密閉容器１の上部を貫通しているとともに、密閉容器１の内部で開口している。吐出経路１１は、圧縮された作動流体（典型的には冷媒）を圧縮機本体４０の外部に導く役割を担う。吸入経路１４は、圧縮機構３に接続された一端と、アキュームレータ１２に接続された他端とを有し、密閉容器１の胴部を貫通している。吸入経路１４は、圧縮するべき冷媒をアキュームレータ１２から圧縮機構３の作動室２５に導く役割を担う。帰還経路１６は、主として冷媒管で構成されている。帰還経路１６を構成する冷媒管は、吸入経路１４とは異なる位置で圧縮機構３に接続された一端と、アキュームレータ１２に接続された他端とを有し、密閉容器１の胴部を貫通している。帰還経路１６は、圧縮機構３の作動室２５に一旦吸入された冷媒を圧縮前に吸入経路１４へと戻す役割を担う。

圧縮機構３は、容積式の流体機構であり、冷媒を圧縮するようにモータ２によって動かされる。図１及び図２に示すように、圧縮機構３は、シリンダ５、ピストン８、ベーン９、バネ１０、第１閉塞部材６及び第１閉塞部材７で構成されている。シリンダ５の内部には、自身の外周面とシリンダ５の内周面との間に作動室２５が形成されるように、シャフト４の偏心部４ａに嵌合されたピストン８が配置されている。シリンダ５には、ベーン溝２４が形成されている。ベーン溝２４には、ピストン８の外周面に接する先端を有するベーン９が収納されている。バネ１０は、ベーン９をピストン８に向かって押すようにベーン溝２４に配置されている。第１閉塞部材６及び第２閉塞部材７は、シリンダ５の両側から作動室２５を閉塞するようにシリンダ５の上側及び下側にそれぞれ配置されている。また、第１閉塞部材６及び第２閉塞部材７は、シャフト４を回転可能に支持する軸受の役割を果たす。シリンダ５とピストン８との間の作動室２５はベーン９によって仕切られ、これにより、吸入室２５ａ及び圧縮−吐出室２５ｂが形成されている。圧縮するべき冷媒は、吸入経路１４及びシリンダ５に設けられた吸入ポート２７を通じて作動室２５（吸入室２５ａ）に導かれる。圧縮された冷媒が作動室２５（圧縮−吐出室２５ｂ）から密閉容器１の内部空間２８に導かれるように、第１閉塞部材６に吐出ポート２９が形成されている。吐出ポート２９には、図示しない吐出弁が設けられている。なお、ベーン９は、ピストン８に一体化されていてもよい。すなわち、ピストン８及びベーン９がいわゆるスイングピストンで構成されていてもよい。

モータ２は、ステータ１７及びロータ１８で構成されている。ステータ１７は、密閉容器１の内周面に固定されている。ロータ１８は、シャフト４に固定されており、かつシャフト４とともに回転する。モータ２により、シャフト４が回転させられて、シリンダ５の内部でピストン８が動かされる。モータ２として、ＩＰＭＳＭ（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）及びＳＰＭＳＭ（Surface Permanent Magnet Synchronous Motor）等の回転数を変更可能なモータを使用できる。

制御部４４は、インバータ４２を制御してモータ２の回転数、すなわち、ロータリ圧縮機１００の回転数を調節する。制御部４４として、Ａ／Ｄ変換回路、入出力回路、演算回路、記憶装置等を含むＤＳＰ（Digital Signal Processor）を使用できる。

アキュームレータ１２は、蓄積容器１２ａ及び導入管１２ｂで構成されている。蓄積容器１２ａは、液冷媒及びガス冷媒を保持できる内部空間を有する。導入管１２ｂは、蓄積容器１２ａの上部を貫通しており、かつ蓄積容器１２ａの内部空間に向かって開口している。蓄積容器１２ａの底部を貫通する形で、吸入経路１４及び帰還経路１６がアキュームレータ１２にそれぞれ接続されている。吸入経路１４及び帰還経路１６は、蓄積容器１２ａの底部から上方に延びており、一定の高さで蓄積容器１２ａの内部空間に向かって開口している。すなわち、アキュームレータ１２の内部空間を介して、帰還経路１６が吸入経路１４に接続されている。なお、導入管１２ｂから吸入経路１４に液冷媒が直接進むことを確実に防ぐために、バッフル等の他の部材が蓄積容器１２ａの内部に設けられていてもよい。

可変容積機構３０は帰還経路１６に設けられている。本実施形態では、可変容積機構３０が開閉弁３２及び逆止弁３５で構成されている。すなわち、本実施形態では、可変容積機構３０が冷媒を減圧する能力を有していない。また、吸入室２５ａに吸入された冷媒が圧縮−吐出室２５ｂで実質的に圧縮されることなく、帰還経路１６を通じて吸入経路１４へと戻される。従って、圧力損失による効率の低下が極めて小さい。ただし、ロータリ圧縮機１００の効率に大きな影響を及ぼさない範囲であれば、可変容積機構３０が冷媒を減圧する能力を有していてもよい。

開閉弁３２は、圧縮機本体４０の外部において、帰還経路１６に設けられている。他方、逆止弁３５は、圧縮機本体４０の内部に設けられている。図１及び図２に示すように、帰還経路１６は、作動室２５への開口である帰還ポート１６ｐと、帰還ポート１６ｐを通じて作動室２５と連通する中継室１６ｈとを含む。中継室１６ｈは、シリンダ５の内部に形成されており、逆止弁３５は、中継室１６ｈに配置されている。逆止弁３５は、中継室１６ｈから作動室２５への冷媒の逆流が阻止されるように帰還ポート１６ｐを開閉する。逆止弁３５によれば、電気的な制御に頼ることなく、比較的簡素な構造で帰還経路１６から作動室２５への冷媒の流れを阻止できる。

図２に示すように、逆止弁３５は、弁体３６、ガイド３７及びバネ３８で構成されている。弁体３６は、２つの面を有する薄い金属板でできており、帰還ポート１６ｐに接する第１位置と、帰還ポート１６ｐから離間する第２位置との間を往復できるように、ガイド３７の内側に配置されている。弁体３６の一方の面は帰還ポート１６ｐに向かい合っており、他方の面はバネ３８に向かい合っている。バネ３８は、弁体３６を第１位置に維持するように帰還ポート１６ｐに向けて付勢している。弁体３６とガイド３７との間には適切な広さの隙間が形成されている。ガイド３７は、第２位置に移動した弁体３６を支える。弁体３６が帰還ポート１６ｐを開いたとき、言い換えれば、弁体３６が第２位置を占有したとき、作動室２５が帰還経路１６の中継室１６ｈに連通する。弁体３６が帰還ポート１６ｐを閉じたとき、言い換えれば、弁体３６が第１位置を占有したとき、作動室２５は帰還経路１６の中継室１６ｈから隔離される。

逆止弁３５をこのような簡素な構成とすることで、コストを低減することが可能になる。また、帰還経路１６へ流出する作動流体への圧力損失を抑えることができるため、膨張・再圧縮によるエネルギーロスを抑えることができる。

可変容積機構３０は、ロータリ圧縮機１００の吸入容積（閉じ込め容積）を変更する役割を担う。ロータリ圧縮機１００の吸入容積を相対的に小さくすべきときには帰還経路１６を通じて作動室２５（詳細には圧縮−吐出室２５ｂ）から吸入経路１４へと圧縮前の冷媒が戻ることを許容する。具体的には、開閉弁３２を開く。他方、吸入容積を相対的に大きくすべきときには帰還経路１６を通じて作動室２５から吸入経路１４へと圧縮前の冷媒が戻ることを禁止する。具体的には、開閉弁３２を閉じる。開閉弁３２が開いているとき、ロータリ圧縮機１００は低容積モードで運転される。開閉弁３２が閉じているとき、ロータリ圧縮機１００は高容積モードで運転される。

可変容積機構３０を制御してロータリ圧縮機１００の運転モードが高容積モードから低容積モードへと切り替わったとき、吸入容積の減少をモータ２の回転数の増加で補償するようにインバータ４２が制御される。これにより、低い能力が必要なとき（負荷が小さいとき）にもモータ２の回転数を極端に下げずに済む。すなわち、低い能力が必要なときにも高い効率を発揮しうる回転数でモータ２を駆動できる。従って、ロータリ圧縮機１００の効率も向上する。

図２に示すように、帰還経路１６の中継室１６ｈ及び帰還ポート１６ｐは、シャフト４の回転方向においてベーン９に対して９０度の位置に形成されている。本実施形態では、帰還ポート１６ｐがシリンダ５に設けられていて、作動室２５に対し水平方向に開口している。なお、本明細書では、ベーン９及びベーン溝２４の位置をシャフト４の回転方向に沿った「０度」の基準位置と定義する。言い換えれば、ベーン９がピストン８によってベーン溝２４に最大限押し込まれた瞬間におけるシャフト４の回転角度を「０度」と定義する。

高容積モードでは、圧縮−吐出室２５ｂに閉じ込められた冷媒を圧縮する行程（圧縮行程）が０度の回転角度から始まる。他方、低容積モードでは、圧縮−吐出室２５ｂに閉じ込めた冷媒を帰還ポート１６ｐから吐出する行程が０〜９０度の期間において行われ、圧縮行程が９０度の回転角度から始まる。高容積モードでの吸入容積をＶとすると、本実施形態における低容積モードでの吸入容積は０．８５Ｖとなる。なお、変化させるべき吸入容積の比率に応じて、帰還ポート１６ｐの位置はベーン９に対して９０度〜３６０度の角度範囲内で変更が可能である。

次に、図３を参照して圧縮機構３の動きについて説明する。

図３は、シャフト４及びピストン８が反時計回りに回転する様子を表している。シャフト４の回転に伴って吸入室２５ａの容積は増加し作動流体を吸入する。図３の左上図に示すように、シャフト４が一回転すると吸入室２５ａの容積は最大となり、吸入工程を終了する。その後、吸入室２５ａは圧縮−吐出室２５ｂへと変化する。シャフト４の回転に伴って圧縮−吐出室２５ｂの容積は減少する。このとき、開閉弁３２が閉じていると、圧縮機構３は高容積モードでの運転となり、作動流体は圧縮−吐出室２５ｂの容積減少に伴って圧縮され、昇圧されていく。これに対し開閉弁３２が開いていると、圧縮機構３は低容積モードでの運転となり、ピストン８が帰還ポート１６ｐを通過するまでの間、作動流体は圧縮されることなく帰還経路１６を通って吸入経路１４へと戻る。ピストン８が帰還ポート１６ｐを通過すると圧縮−吐出室２５ｂは帰還ポート１６ｐと隔離されるので、圧縮−吐出室２５ｂ内の作動冷媒は容積減少とともに圧縮され、昇圧される。高容積モード、低容積モードどちらの場合であっても、冷媒はその運転状態における圧縮比に達するまで昇圧され、その後圧縮−吐出室２５ｂの容積減少に伴って吐出ポート２９から密閉容器１内へと吐出される。シャフト４の回転角度が３６０度（０度）に達するまで、吐出行程が行われる。図３の左下図及び左上図に示すように、シャフト４が１回転すると圧縮−吐出室２５ｂの容積はゼロになる。

続いて、本実施形態における高容積モードと低容積モードが、実際の運転において作動室２５及びベーン９の摺動状態に与える影響を説明する。図４は、シャフト４の回転角度に対する圧縮−吐出室２５ｂの容積変化を示しており、図５は高容積モード及び低容積モードそれぞれについての、圧縮−吐出室２５ｂ内の冷媒の圧縮比変化を示している。

圧縮−吐出室２５ｂの容積はシャフト４の回転角度が０度から大きくなるにつれて減少する。容積の変化速度はロータリ機構の設計パラメータにより若干異なるが、概ねサインカーブに似た曲線を描きながら減少していく。シャフト４の回転角度＝０度のときが最大容積であり、その時点での容積をＶとすると、回転角度が９０度、１８０度、２７０度、３６０度と変化していくにつれて、容積は、０．８５Ｖ、０．５Ｖ、０．１５Ｖ、０と変化していく。

図５からわかるように、高容積モードでの運転時、圧縮−吐出室２５ｂ内の冷媒は、シャフト４の回転角度が０度の時点から圧縮され始め、１８０度になったときには圧縮比はＶ÷０．５Ｖ＝２に達している。これに対し、低容積モードでの運転時は、圧縮−吐出室２５ｂ内の冷媒は、シャフト４の回転角度が９０度に達するまでは圧縮されず吸入経路へと戻され、９０度の時点から圧縮が始まる。９０度のときの容積は０．８５Ｖなので、１８０度になったときの圧縮比は０．８５Ｖ÷０．５Ｖ＝１．７となる。

冷媒としてＲ４１０Ａを用いたルームエアコンでは、暖房能力をほとんど必要としない中間期に、最小暖房能力条件と呼ばれる圧縮比が小さくかつ低速で圧縮機が運転する条件が出現する。この最小暖房能力条件の圧縮比は１．７５であり、上記高容積モードで運転した場合のシャフト４の回転角度１８０度の時点での圧縮比２よりも小さい。言い換えると、圧縮比が小さいために、ベーン９の最大突出位置となる下死点で圧縮−吐出室２５ｂ内の圧力が吐出圧に到達している。このとき、圧縮−吐出室２５ｂ内の吐出圧（高圧）と吸入室２５a内の吸入圧（低圧）がそれぞれベーン９の両側面に作用し、ベーン９はその圧力差によってベーン溝２４の吸入室２５a側の壁面に押し付けられ、摺動抵抗が強くなる。

しかし、上記低容積モードで運転を行った場合には、シャフト４の回転角度が１８０度のときの圧縮比は１．７となり、最小暖房能力条件の圧縮比１．７５よりも小さくなる。つまり、ベーン９の最も突出する状態においても圧縮−吐出室２５ｂ内の冷媒圧力は吐出圧力には到達しない。よって、ベーン側面に作用する圧力の差が小さくなるので、ベーン９がベーン溝２４に押し付けられる力が低減され、ベーン９の摺動損失及び摩耗を低減してロータリ圧縮機１００の信頼性を向上させることができる。

なお、上記ではＲ４１０Ａのルームエアコンを例に説明したが、本実施形態の構成は、他の冷媒及び冷凍サイクル装置においても幅広い運転範囲でロータリ圧縮機の信頼性を向上させる効果を発揮する。

次に、図６を参照して、制御部４４による可変容積機構３０（開閉弁３２）及びインバータ４２の制御手順を説明する。

ステップＳ１において、要求された能力に応じてモータ２の回転数を調節する。具体的には、必要な冷媒流量が得られるようにモータ２の回転数を調節する。次に、ステップＳ２及びステップＳ６において、モータ２の回転数を下げたのか又は上げたのかを判断する。ステップＳ１で回転数を下げた処理を行っている場合には、ステップＳ３に進み、現在の回転数が３０Ｈｚ以下かどうかを判断する。現在の回転数が３０Ｈｚ以下であれば、ステップＳ４において、開閉弁３２が閉じているかどうかを判断する。開閉弁３２が閉じている場合、ステップＳ５において、開閉弁３２を開く処理と、モータ２の回転数を現在の回転数の２倍の回転数に上げる処理とを実行する。ステップＳ５における各処理の順序は特に限定されないが、開閉弁３２を開くのと概ね同時にモータ２の回転数を上げることができる。

他方、ステップＳ１で回転数を上げる処理を行っている場合には、ステップＳ７に進み、現在の回転数が７０Ｈｚ以上かどうかを判断する。現在の回転数が７０Ｈｚ以上であれば、ステップＳ８において、開閉弁３２が開いているかどうかを判断する。開閉弁３２が開いている場合、ステップＳ９において、開閉弁３２を閉じる処理と、モータ２の回転数を現在の回転数の１／２倍の回転数まで下げる処理とを実行する。ステップＳ９における各処理の順序は特に限定されないが、開閉弁３２を閉じるのと概ね同時にモータ２の回転数を下げることができる。

本実施形態のベーン９には、ベーン溝２４と摺動する面に、潤滑性を向上したり摩擦力を低減したりするコーティングや表面処理がなされているとなお良い。例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）や窒化クロム（ＣｒＮ）などのコーティングや、ディンプル加工、窒化などの処理が好適である。

（第２実施形態）
図７は第２実施形態のロータリ圧縮機２００の縦断面図、図８はその横断面図である。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様の部品には同じ符号を付す。

本実施形態では、中継室１６ｈ及び帰還ポート１６ｐがシリンダ５の下方に位置する第２閉塞部材７に設けられており、第２閉塞部材７とシリンダ５に跨って、中継室１６ｈと帰還経路１６を構成する冷媒管とを連通する連絡路１６ｃが設けられている。また、第２閉塞部材７のピストン８と接する上端面には、帰還ポート１６ｐを作動室２５に沿って拡張するようにザグリ７１が設けられている。ザグリ７１は、帰還ポート１６ｐからシャフト４の回転方向に延びている、また、ザグリ７１の縁の一部７１ａは、ピストン８の外径と略等しい円弧に成形されていて、ピストン８がザグリ７１を覆うときにピストン８の輪郭と合致する。

また、本実施形態では、中継室１６ｈに、リード弁５１及び弁ストップ５２で構成された逆止弁５０が配置されている。逆止弁５０は、開閉弁３２と共に可変容積機構３０を構成しており、作動室２５から帰還ポート１６ｐを経由して帰還経路１６へと流出する流れを許容し、帰還経路１６から作動室２５へと流入する流れを阻止する。リード弁５１は、弾性変形可能であり、帰還ポート１６ｐを開閉する。弁ストップ５２は、リード弁５１の変形を規制する。

帰還ポート１６ｐを第２閉塞部材７の端面に設けることにより、軸方向への削り加工で帰還ポート１６ｐを成形することができるため、加工精度の向上と低コスト化を図ることができる。

帰還ポート１６ｐはピストン８によって開閉されるが、帰還ポート１６ｐの形状とピストン８の形状が異なるため、帰還ポート１６ｐが閉塞される直前には、帰還ポート１６ｐが徐々に閉じられていくことになる。そのため、低容積モードでの運転の際には、帰還ポート１６ｐが中途半端に閉じられた状態で作動流体が帰還経路１６へと流出する状態が続くため、作動流体の流れが悪くなり、設計上期待されるタイミングよりも早く閉じこんだ状態となる。そのため、作動流体の圧縮行程が始まるタイミングも早まってしまうので、圧縮比の上昇も早まりかねない。これに対し、本実施形態では、ザグリ７１の縁７１ａはピストン８の外径と略等しい円弧に形成されているため、閉じこむ直前までは作動流体の流路を大きくとり、閉じこむ瞬間には急激に流路を閉じることができる。よって圧縮比上昇のタイミングが早まることもなく本構成の目的を達成することができる。

また、帰還ポート１６ｐは、中継室１６ｈから作動室２５に向かって鉛直方向上向きに開口するよう配置されている。こうすることによって、高容積モードでの運転中、帰還ポート１６ｐとリード弁５１とによって形成される空間に潤滑油が溜まり、死容積を減少させることができる。よって死容積による体積効率の低下や圧縮損失を低減することができるので、ロータリ圧縮機の高効率化が可能となる。なお、リード弁５１は、高容積モード運転中、作動室２５内が吐出圧に達する瞬間、圧力オーバーシュートによってわずかに開くことがあるが、本構成のロータリ圧縮機によれば、作動室内２５が吐出圧に達する前に帰還ポート１６ｐが圧縮−吐出室２５ｂから隔離されるので、リード弁５１が開くことなく潤滑油を保持することができる。

さらに、帰還ポート１６ｐは、当該帰還ポート１６ｐをシリンダ５の内周面が横切るように配置されている。このようにすることでシリンダ５と帰還ポート１６ｐとリード弁５１とで横向きの空間が形成され、この空間に潤滑油が保持されることによって死容積を減少させることができる。よってロータリ圧縮機の高容積モードでの性能が向上する。

また、帰還経路１６に設けられる逆止弁５０をリード弁５１と弁ストップ５２で構成することにより、比較的簡素な構成で可変容積機構３０を実現することができる。さらに、リード弁と弁ストップによる逆止弁の構成は、一般的なロータリ圧縮機の吐出機構にも採用されているため、既存部品の流用が可能となり、コストの低減となる。信頼性の確立されている部品を用いることで、ロータリ圧縮機２００の高信頼化にもつながる。

なお、中継室１６ｈ、帰還ポート１６ｐ及びザグリ７１は、シリンダ５の上方に位置する第１閉塞部材６に設けられていてもよい。

（応用実施形態）
図９に示すように、ロータリ圧縮機１００を使用して冷凍サイクル装置６００を構築できる。冷凍サイクル装置６００は、ロータリ圧縮機１００、放熱器６０２、膨張機構６０４及び蒸発器６０６を備えている。これらの機器は、冷媒回路を形成するように冷媒管によって上記の順番で接続されている。放熱器６０２は、例えば空気−冷媒熱交換器で構成されており、ロータリ圧縮機１００で圧縮された冷媒を冷却する。膨張機構６０４は、例えば膨張弁で構成されており、放熱器６０２で冷却された冷媒を膨張させる。蒸発器６０６は、例えば空気−冷媒熱交換器で構成されており、膨張機構６０４で膨張した冷媒を加熱する。第１実施形態のロータリ圧縮機１００に代えて、第２実施形態のロータリ圧縮機２００を使用してもよい。

なお、前記第１および第２実施形態では、シャフト４が鉛直方向に延びる縦型のロータリ圧縮機１００，２００を説明したが、本発明のロータリ圧縮機はシャフト４が水平方向に延びる横型のものであってもよい。

また、本発明のロータリ圧縮機は、帰還経路１６の一端が接続された圧縮機構３に、吸入容積が一定の圧縮機構が組み合わされた２段型のものであってもよい。

さらに、可変容積機構３０は、必ずしも逆止弁を含む必要はなく、開閉弁３２のみで構成されていてもよい。

本発明は、給湯機、温水暖房装置及び空気調和装置等に利用できる冷凍サイクル装置の圧縮機に有用である。本発明は、特に、幅広い能力が要求される空気調和装置の圧縮機に有用である。

１ 密閉容器
２ モータ
３ 圧縮機構
４ シャフト
５ シリンダ
６ 第１閉塞部材
７ 第２閉塞部材
８ ピストン
９ ベーン
１２ アキュームレータ
１４ 吸入経路
１６ 帰還経路
１６ｐ 帰還ポート
１６ｈ 中継室
２５ 作動室
２５ａ 吸入室
２５ｂ 圧縮−吐出室
３０ 可変容積機構
３２ 開閉弁
３５，５０ 逆止弁
４０ 圧縮機本体
４２ インバータ
４４ 制御部
７１ ザグリ
１００，２００ ロータリ圧縮機

Claims (8)

1. シリンダと、自身の外周面と前記シリンダの内周面との間に作動室が形成されるように前記シリンダの内部に配置されたピストンと、前記作動室を吸入室と圧縮−吐出室とに仕切るベーンとを有する圧縮機構と、
   前記ピストンに嵌合する偏心部を有するシャフトと、
   前記シャフトを回転させるモータと、
   圧縮するべき作動流体を前記吸入室に導く吸入経路と、
   前記作動室から前記吸入経路へと作動流体を戻す帰還経路と、
   前記帰還経路に設けられ、前記圧縮機構の吸入容積を相対的に小さくすべきときには前記帰還経路を通じて前記作動室から前記吸入経路へと作動流体が戻ることを許容し、前記吸入容積を相対的に大きくすべきときには前記帰還経路を通じて前記作動室から前記吸入経路へと作動流体が戻ることを禁止する可変容積機構と、
   前記モータを駆動するインバータと、
   前記吸入容積の減少を前記モータの回転数の増加で補償するように前記可変容積機構及び前記インバータを制御する制御部と、を備え、
   前記帰還経路の前記作動室への開口である帰還ポートは、前記シャフトの回転方向において前記ベーンに対して９０度〜３６０度の角度範囲内に配置されている、ロータリ圧縮機。
2. 前記シリンダの両側から前記作動室を閉塞する第１閉塞部材及び第２閉塞部材をさらに備え、
   前記帰還ポートは、前記第１閉塞部材または前記第２閉塞部材に設けられている、請求項１に記載のロータリ圧縮機。
3. 前記第１閉塞部材または前記第２閉塞部材には、前記帰還ポートを前記作動室に沿って拡張するようにザグリが設けられており、このザグリは、前記ピストンが当該ザグリを覆うときに前記ピストンの輪郭と合致する縁を有する、請求項２に記載のロータリ圧縮機。
4. 前記帰還ポートは、当該帰還ポートを前記シリンダの内周面が横切るように配置されている、請求項２または３に記載のロータリ圧縮機。
5. 前記帰還ポートは、前記作動室に対して鉛直方向上向きに開口している、請求項１〜４のいずれかに記載のロータリ圧縮機。
6. 前記帰還経路は、前記帰還ポートを通じて前記作動室と連通する中継室を含み、
   前記可変容積機構は、前記中継室に配置された、前記帰還ポートを開閉する逆止弁を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のロータリ圧縮機。
7. 前記逆止弁は、前記帰還ポートに接する第１位置と前記帰還ポートから離間する第２位置との間で移動する弁体と、前記弁体を前記第１位置に維持するように付勢するバネと、前記第２位置に移動した前記弁体を支えるガイドと、で構成されている、請求項６に記載のロータリ圧縮機。
8. 前記逆止弁は、弾性変形可能なリード弁と、前記リード弁の変形を規制する弁ストップと、で構成されている、請求項６に記載のロータリ圧縮機。

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