JP3762708B2 - 多段圧縮式ロータリーコンプレッサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、第1の回転圧縮要素で圧縮されて吐出された冷媒ガスを第2の回転圧縮要素に吸引し、圧縮して吐出する多段圧縮式ロータリコンプレッサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来この種の多段圧縮式ロータリコンプレッサ、特に内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサでは、第1の回転圧縮要素の吸込ポートから冷媒ガスがシリンダ内の低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮されて中間圧となりシリンダの高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て密閉容器内に吐出される。そして、この密閉容器内の中間圧の冷媒ガスは第2の回転圧縮要素の吸込ポートからシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの回転により2段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て外部の放熱器に流入する構成とされている。
【0003】
係る多段圧縮式ロータリコンプレッサにおいて、第1及び第2の回転圧縮要素の吐出消音室には、シリンダ内で圧縮されて吐出消音室に吐出された冷媒の逆流を防ぐために吐出弁が設けられており、この吐出弁により吐出ポートが開閉される。
【0004】
ここで、高低圧差の大きい冷媒、例えば二酸化炭素を冷媒として用いた場合、吐出冷媒圧力は図8に示すように高圧HPとなる第2の回転圧縮要素で12MPaGに達し、一方、低段側となる第1の回転圧縮要素で8MPaG(中間圧MP)となる(第1の回転圧縮要素の吸入圧力LPは4MPaG)。その結果、2段目の段差圧(第2の回転圧縮要素の吸入圧力MPと第2の回転圧縮要素の吐出圧力HPの差)は4MPaGと大きくなる。また、外気温が低く冷媒の蒸発温度が低くなると第1の回転圧縮要素の回転圧縮要素の吐出圧力MPが低くなってしまうため、2段目の段差圧(第2の回転圧縮要素の吸入圧力MPと第2の回転圧縮要素の吐出圧力HP)がさらに大きくなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように2段目の段差圧が大きくなると、第2の回転圧縮要素の吐出弁内外の圧力差が過大となり、この圧力差によって第2の回転圧縮要素の吐出弁等が破損してしまう問題があった。
【0006】
本発明は、係る技術的課題を解決するために成されたものであり、2段目の段差圧によって生じる第2の回転圧縮要素の吐出弁等の破損故障を未然に回避することができる多段圧縮式ロータリコンプレッサを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明では密閉容器内に電動要素と、この電動要素にて駆動される第1及び第2の回転圧縮要素を備え、第1の回転圧縮要素で圧縮され、密閉容器内に吐出された中間圧の冷媒ガスを第2の回転圧縮要素に吸引し、圧縮して吐出するものであって、第1の回転圧縮要素で圧縮された中間圧の冷媒ガスの通過経路と第2の回転圧縮要素の冷媒吐出側とを連通する連通路と、この連通路を開閉する弁装置とを備え、当該弁装置は、中間圧の冷媒ガスと第2の回転圧縮要素の冷媒吐出側の冷媒ガスとの圧力差が所定の上限値以上になった場合、連通路を開放するようにしたので、第2の回転圧縮要素の吐出圧力と吸込圧力との圧力差、即ち、2段目の段差圧を所定の上限値より低く抑えることができるようになる。
【0008】
これにより、第2の回転圧縮要素の吐出弁の破損等の故障発生を未然に回避することができるようになるものである。
【0009】
請求項2の発明では上記に加えて、第2の回転圧縮要素を構成するシリンダと、このシリンダ内で圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出消音室とを備え、連通路は吐出消音室を画成する壁内に形成して密閉容器内と吐出消音室とを連通し、弁装置は前記壁内に設けているので、第1の回転圧縮要素で圧縮された中間圧の冷媒ガスの通過経路と第2の回転圧縮要素の冷媒吐出側とを連通する連通路、及び、連通路を開閉する弁装置を第2の回転圧縮要素の壁内に集約することができるようになる。
【0010】
これにより、構造の簡素化と全体寸法の小型化を実現することができるようになるものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
次に図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図1は本発明の多段圧縮式ロータリコンプレッサの実施例として、第1及び第2の回転圧縮要素32、34を備えた内部中間圧型多段(2段)圧縮式ロータリコンプレッサの縦断面図である。
【0012】
図1において、10は二酸化炭素を冷媒とする内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサで、この多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の容器本体12A、及びこの容器本体12Aの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ(蓋体)12Bとで形成される密閉容器12と、この密閉容器12の容器本体12Aの内部空間の上側に配置収納された電動要素14と、この電動要素14の下側に配置され、電動要素14の回転軸16により駆動される第1の回転圧縮要素32(1段目)及び第2の回転圧縮要素34(2段目)からなる回転圧縮機構部18とにより構成されている。尚、密閉容器12は底部をオイル溜めとする。また、前記エンドキャップ12Bの上面中心には円形の取付孔12Dが形成され、この取付孔12Dには電動要素14に電力を供給するためのターミナル(配線を省略)20が取り付けられている。
【0013】
電動要素14は、密閉容器12の上部空間の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ22と、このステータ22の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ24とからなる。そして、このロータ24には鉛直方向に延びる回転軸16が固定されている。
【0014】
ステータ22は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体26と、この積層体26の歯部に直巻き(集中巻き)方式によって巻装されたステータコイル28を有している。また、ロータ24もステータ22と同様に電磁鋼板の積層体30で形成され、この積層体30内に永久磁石MGを挿入して形成されている。
【0015】
前記第1の回転圧縮要素32と第2の回転圧縮要素34との間には中間仕切板36が挟持されている。即ち、第1の回転圧縮要素32と第2の回転圧縮要素34は、中間仕切板36と、この中間仕切板36の上下に配置されたシリンダ38、シリンダ40と、この上下シリンダ38、40内を180度の位相差を有して回転軸16に設けた上下偏心部42、44に嵌合されて偏心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内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画する上下ベーン50、52と、上シリンダ38の上側の開口面及び下シリンダ40の下側の開口面を閉塞して回転軸16の軸受けを兼用する支持部材としての上部支持部材54及び下部支持部材56にて構成される。
【0016】
また、図4乃至図7に示す如く、上部支持部材54及び下部支持部材56には、吸込ポート161、162にて上下シリンダ38、40の内部とそれぞれ連通する吸込通路58、60と、上部支持部材54及び下部支持部材56の凹陥部を壁としてのカバーによって閉塞することにより形成された吐出消音室62、64とが設けられている。即ち、吐出消音室62は吐出消音室62を画成する壁としての上部カバー66、吐出消音室64は吐出消音室64を画成する壁としての下部カバー68にて閉塞される。
【0017】
この場合、上部支持部材54の中央には軸受け54Aが起立形成されている。また、下部支持部材56の中央には軸受け56Aが貫通形成されており、回転軸16は上部支持部材54の軸受け54Aと下部支持部材56の軸受け56Aに保持されている。
【0018】
また、下部カバー68はドーナッツ状の円形鋼板から構成されており、第1の回転圧縮要素32の下シリンダ40内部と連通する吐出消音室64を画成するもので、これは周辺部の主ボルト129・・・によって下から下部支持部材56に固定され、この主ボルト129・・・の先端は上部支持部材54に螺合する。図4は下部支持部材56の下面を示しており、128は吐出消音室64内において吐出ポート41を開閉する第1の回転圧縮要素32の吐出弁である。
【0019】
そして、第1の回転圧縮要素32の吐出消音室64と密閉容器12内とは連通路にて連通しており、この連通路は上部カバー66、上下シリンダ38、40、中間仕切板36を貫通する図示しない孔である。この場合、連通路の上端には中間吐出管121が立設されており、この中間吐出管121から密閉容器12内に中間圧の冷媒が吐出される。
【0020】
また、上部カバー66は第2の回転圧縮要素34の上シリンダ38内部と吐出ポート39にて連通する吐出消音室62を画成し、この上部カバー66の上側には、上部カバー66と所定間隔を存して、電動要素14が設けられている。当該上部カバー66は、図5に示す如く前記上部支持部材54の軸受け54Aが貫通する孔が形成された略ドーナッツ状の円形鋼板から構成されており、周辺部が主ボルト78・・・により固定されている。このため、この主ボルト78・・・の先端は下部支持部材56に螺合するものである。尚、図5において127は吐出消音室62内において吐出ポート39を開閉する第2の回転圧縮要素34の吐出弁である。
【0021】
ここで、吐出弁127、128は縦長略矩形状の金属板からなる弾性部材にて構成されており、吐出弁127、128の一側は吐出ポート39、41に当接して密閉すると共に、他側は吐出ポート39、41と所定の間隔を存して設けられた図示しないネジで固定されている。吐出弁127、128は、吐出ポート39、41に一定の付勢力で当接し、弾性力で吐出ポート39、41を開閉可能に閉塞する。
【0022】
また、第2の回転圧縮要素34の上部カバー66内には、本発明の連通路200が設けられている。当該連通路200は、第1の回転圧縮要素32で圧縮された中間圧の冷媒ガスの通過経路である密閉容器12内と第2の回転圧縮要素の冷媒吐出側の吐出消音室62とを連通する通路であり、図2に示すように水平に延在する第1の通路201の一端が密閉容器12内に連通しており、第1の通路201の他端は弁装置収納室202に連通している。この弁装置収納室202は、上部カバー66を鉛直方向に貫通する孔であり、弁装置収納室202の上面は密閉容器12に開口すると共に、下面は吐出消音室62に開口している。また、この弁装置収納室202の上下開口はそれぞれ封止材203、204により塞がれている。
【0023】
そして、弁装置収納室202の下部に設けられた封止材204には、弁装置収納室202と吐出消音室62とを連通する第2の通路205が設けられている。これら第1の通路201、弁装置収納室202及び第2の通路205によって連通路200が構成される。更に、この連通路200の弁装置収納室202内には球状の弁装置207が収納されており、この弁装置207の上面には伸縮自在なスプリング206(付勢部材)の一端が当接して設けられている。このスプリング206の他端は、上側の封止材203に固定され、弁装置207は係るスプリング206により常時下側に向けて付勢され、常には第2の通路205を閉塞している。
【0024】
更に、密閉容器12内の中間圧の冷媒が第1の通路201から弁装置収納室202内に流入し、弁装置207を下側に向けて付勢すると共に、吐出消音室62内の高圧の冷媒が下側の封止材204に設けられた第2の通路205から弁装置収納室202内に流入して弁装置207の下面から弁装置207を上側に向けて付勢する構造とされている。
【0025】
このように弁装置207は、スプリング206が当接する側、即ち上側から中間圧の冷媒ガスとスプリング206により下側に向けて付勢され、反対側からは高圧の冷媒ガスにより上側に向けて付勢される。そして、常には弁装置207の下面は第2の通路205に当接して密閉しており、これによって連通路200は弁装置207により閉塞されている。
【0026】
尚、スプリング206の付勢力は、密閉容器12内の中間圧の冷媒ガスと吐出消音室62内の高圧の冷媒ガスの圧力差が上限値である例えば8MPaGに達した場合に、第1の通路205に当接して密閉していた弁装置207が第2の通路205から流入する高圧の冷媒ガスにより上方に押し上げられるように設定されているものとする。従って、上記圧力差が8MPaG(上限値)以上に開いた場合、弁装置収納室202を介して第1の通路201と第2の通路205が連通し、吐出消音室62内の高圧の冷媒ガスが密閉容器12内に流出する。そして、上記圧力差が8MPaG未満まで縮まると、スプリング206は弁装置207を第2の通路205に当接させて密閉し、第1の通路201と第2の通路205は弁装置207によって塞がれることとなる。これにより、2段目の段差圧が過大となることを未然に回避する。
【0027】
前述の如く冷媒としては地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である前記二酸化炭素(CO2)を使用し、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、エーテル油、エステル油等既存のオイルが使用される。
【0028】
以上の構成で次に動作を説明する。ターミナル20及び図示されない配線を介して電動要素14のステータコイル28に通電されると、電動要素14が起動してロータ24が回転する。この回転により回転軸16と一体に設けられた上下偏心部42、44に嵌合されて上下ローラ46、48が上下シリンダ38、40内を偏心回転する。
【0029】
これにより、下部支持部材56に形成された吸込通路60を経由して図5に示すように吸込ポート162から下シリンダ40の低圧室側に吸入された低圧の冷媒は、下ローラ48と下ベーン52の動作により圧縮されて中間圧となり下シリンダ40の高圧室側より吐出ポート41、下部支持部材56に形成された吐出消音室64から図示しない連通路を経て中間吐出管121から密閉容器12内に吐出される。
【0030】
そして、密閉容器12内の中間圧の冷媒ガスは、図示しない冷媒通路を通って、上部支持部材54に形成された吸込通路58を経由して図7に示すように吸込ポート161から上シリンダ38の低圧室側に吸入される。吸入された中間圧の冷媒ガスは、上ローラ46と上べーン52の動作により2段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側から吐出ポート39を通り上部支持部材54に形成された吐出消音室62に吐出される。
【0031】
このとき、密閉容器12内の中間圧の冷媒ガスと吐出消音室62内の高圧の冷媒ガスの圧力差が8MPaG未満であれば、前述の如く弁装置207は弁装置収納室202内の第2の通路205に当接して密閉するため、連通路200は開放されることなく、吐出消音室62に吐出された高圧の冷媒ガスは図示しない冷媒通路を通って全て多段圧縮式ロータリコンプレッサ10の外部に設けられた図示しない放熱器に流入する。
【0032】
放熱器に流入した冷媒はここで放熱して加熱作用を発揮する。放熱器を出た冷媒は図示しない減圧装置で減圧された後、これも図示しない蒸発器に入り、そこで蒸発する。そして、最終的には第1の回転圧縮要素32の吸込通路60に吸い込まれる循環を繰り返す。
【0033】
ここで、外気温が低下して前記蒸発器における冷媒の蒸発温度が低くなると、前述の如く第1の回転圧縮要素32から密閉容器12内に吐出される冷媒の圧力(中間圧)も上がり難くなる。このようにして密閉容器12内の中間圧の冷媒ガスと吐出消音室62内の高圧の冷媒ガスの圧力差が8MPaGに達した場合、吐出消音室62内の圧力により第2の通路205に当接している弁装置207はスプリング206に抗して押し上げられ、第2の通路205から離れるため、第1の通路201と第2の通路205が連通し、高圧の冷媒ガスが中間圧側の密閉容器12内に流れ込む。そして、両者の圧力差が8MPaG未満まで低下すると、弁装置207は第2の通路205に当接して密閉し、これにより第2の通路205は弁装置207により塞がれる。
【0034】
このように、密閉容器12内に電動要素14と、この電動要素14にて駆動される第1及び第2の回転圧縮要素32、34を備え、第1の回転圧縮要素32で圧縮された中間圧の冷媒ガスを第2の回転圧縮要素34に吸引し、圧縮して吐出するものであって、第1の回転圧縮要素32で圧縮された中間圧の冷媒ガスの通過経路と第2の回転圧縮要素34の冷媒吐出側とを連通する連通路200と、この連通路200を開閉する弁装置207とを備え、当該弁装置207は、中間圧の冷媒ガスと第2の回転圧縮要素34の冷媒吐出側の冷媒ガスとの圧力差が所定の上限値である8MPaG以上になった場合、連通路200を開放するものとしているので、2段目の段差圧を上限値より低く抑え、第2の回転圧縮要素34の吐出弁128の破損を未然に回避することができるようになる。
【0035】
また、第2の回転圧縮要素34を構成する上シリンダ38と、この上シリンダ38内で圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出消音室62と、この吐出消音室62を画成する壁としての上部カバー66とを備え、連通路200は上部カバー66内に形成され、密閉容器12内と吐出消音室62とを連通すると共に、弁装置207は上部カバー66内に設けているので、連通路200を複雑な構造とすることなく、2段目の段差圧を抑えることができるようになる。
【0036】
実施例はいずれも回転軸16を縦置型とした多段圧縮式ロータリコンプレッサ10について説明したが、この発明は回転軸を横置型とした多段圧縮式ロータリコンプレッサにも適応できることは言うまでもない。
【0037】
また、多段圧縮式ロータリコンプレッサを第1及び第2の回転圧縮要素を備えた2段圧縮式ロータリコンプレッサで説明したが、これに限らず回転圧縮要素を3段、4段或いはそれ以上の回転圧縮要素を備えた多段圧縮式ロータリコンプレッサに適応しても差し支えない。
【0038】
尚、実施例では弁装置207を球状の弁装置としたが、これに限らず、図3に示すような円筒状の弁装置217としても差し支えない。この場合、弁装置217は弁装置収納室202の壁面に当接し密閉するように設けられており、通常、第1の通路201と第2の通路205の間の弁装置収納室202内に位置して、連通路200を閉塞している。そして、圧力差が8MPaGを越えた場合、弁装置217が第1の通路201の上方に押し上げられることにより第1の通路201と第2の通路205が連通し、高圧の冷媒ガスが中間圧の密閉容器12内に流れ込む。そして、両者の圧力差が8MPaG未満になると弁装置217は第1の通路201の下方に戻り、第1の通路201と第2の通路205は弁装置217により塞がれる。
【0039】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、密閉容器内に電動要素と、この電動要素にて駆動される第1及び第2の回転圧縮要素を備え、第1の回転圧縮要素で圧縮された中間圧の冷媒ガスを第2の回転圧縮要素に吸引し、圧縮して吐出するものであって、第1の回転圧縮要素で圧縮された中間圧の冷媒ガスの通過経路と第2の回転圧縮要素の冷媒吐出側とを連通する連通路と、この連通路を開閉する弁装置とを備え、当該弁装置は、中間圧の冷媒ガスと第2の回転圧縮要素の冷媒吐出側の冷媒ガスとの圧力差が所定の上限値以上になった場合、連通路を開放するようにしたので、第2の回転圧縮要素の吐出圧力と吸込圧力との圧力差、即ち、2段目の段差圧を所定の上限値より低く抑えることができるようになる。
【0040】
これにより、第2の回転圧縮要素の吐出弁の破損等の故障発生を未然に回避することができるようになるものである。
【0041】
請求項2の発明によれば、上記に加えて第2の回転圧縮要素を構成するシリンダと、このシリンダ内で圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出消音室とを備え、第1の回転圧縮要素で圧縮された中間圧の冷媒ガスを密閉容器内に吐出し、第2の回転圧縮要素はこの密閉容器内の中間圧の冷媒ガスを吸引すると共に、連通路は吐出消音室を画成する壁内に形成して密閉容器内と吐出消音室とを連通し、弁装置は前記壁内に設けているので、第1の回転圧縮要素で圧縮された中間圧の冷媒ガスの通過経路と第2の回転圧縮要素の冷媒吐出側とを連通する連通路、及び、連通路を開閉する弁装置を第2の回転圧縮要素のカバー内に集約することができるようになる。
【0042】
これにより、構造の簡素化と全体寸法の小型化を実現することができるようになるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の多段圧縮式ロータリコンプレッサの縦断面図である。
【図2】図1の多段圧縮式ロータリコンプレッサの第2の回転圧縮要素の連通路部分の拡大断面図である。
【図3】他の実施例の多段圧縮式ロータリコンプレッサの第2の回転圧縮要素の連通路部分の拡大断面図である。
【図4】図1の多段圧縮式ロータリコンプレッサの下部支持部材支持部材の下面図である。
【図5】図1の多段圧縮式ロータリコンプレッサの上部支持部材及び上部カバーの上面図である。
【図6】図1の多段圧縮式ロータリコンプレッサの下シリンダの下面図である。
【図7】図1の多段圧縮式ロータリコンプレッサの下シリンダの下面図である。
【図8】外気温度と各圧力の関係を示す図である。
【符号の説明】
10 多段圧縮式ロータリコンプレッサ
12 密閉容器
14 電動要素
16 回転軸
18 回転圧縮機構部
20 ターミナル
22 ステータ
24 ロータ
26 積層体
28 ステータコイル
30 積層体
32 第1の回転圧縮要素
34 第2の回転圧縮要素
36 中間仕切板
38、40 シリンダ
54 上部支持部材
62、64 吐出消音室
66 上部カバー
127、128 吐出弁
200 連通路
201 第1の通路
202 弁装置収納室
203、204 封止材
205 第2の通路
206 スプリング
207 弁装置
Claims (2)
- 密閉容器内に電動要素と、該電動要素にて駆動される第1及び第2の回転圧縮要素を備え、前記第1の回転圧縮要素で圧縮され、密閉容器内に吐出された中間圧の冷媒ガスを前記第2の回転圧縮要素に吸引し、圧縮して吐出する多段圧縮式ロータリコンプレッサにおいて、
前記第1の回転圧縮要素で圧縮された中間圧の冷媒ガスの通過経路と前記第2の回転圧縮要素の冷媒吐出側とを連通する連通路と、該連通路を開閉する弁装置とを備え、
該弁装置は、前記中間圧の冷媒ガスと前記第2の回転圧縮要素の冷媒吐出側の冷媒ガスとの圧力差が所定の上限値以上になった場合、前記連通路を開放することを特徴とする多段圧縮式ロータリコンプレッサ。 - 前記第2の回転圧縮要素を構成するシリンダと、
該シリンダ内で圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出消音室とを備え、
前記連通路は前記吐出消音室を画成する壁内に形成され、前記密閉容器内と吐出消音室とを連通し、前記弁装置は前記壁内に設けられることを特徴とする請求項1の多段圧縮式ロータリコンプレッサ。
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