JP4864589B2 - 多段回転式圧縮機 - Google Patents

Description

この発明は、例えば冷凍冷蔵庫、空調機、ヒートポンプ給湯機等に用いられる多段回転式圧縮機に関するものである。

回転式圧縮機は、そのコンパクト性や構造が簡単なことから、冷凍冷蔵庫や空調機などに用いられ、最近ではヒートポンプ給湯機などに用いられている。また、二段圧縮冷凍サイクルが冷房成績係数（ＣＯＰ＝冷房能力／圧縮機入力）と圧縮機の信頼性向上の観点から優れていることが紹介されており、さらに、１台の二気筒圧縮機圧縮機構を高段側と低段側に分けて使えば、二段圧縮を１台で行う二段圧縮機（コンパウンド圧縮機）が可能であり、小型化、低コスト化できる（例えば、非特許文献１参照）。

従来の多段回転式圧縮機では、高段側と低段側の圧縮工程を行う回転角度範囲は、シリンダ内に配置できる範囲でほぼ同程度である。低段側の圧縮機構によって圧縮された冷媒を高段側の圧縮機構に導いて、更に、圧縮する多段回転式圧縮機において、高段側の圧縮機構が圧縮工程を行う回転角度範囲を低段側の圧縮機構のその回転角度範囲より小さくことが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、この多段回転式圧縮機では、ローラ等の部品を低段側と高段側で共有化できる利点は得られるものの、高段側の圧縮機構が吸入しない回転角度範囲が、従来の多段回転式圧縮機以上に大きくなるため、低段側の圧縮機構から高段側の圧縮機構への中間連結部に圧力脈動が発生して、これに起因する損失と騒音によって圧縮機性能（圧縮機効率、静音性、信頼性）が低下するという問題がある。

また、従来一般例の二段回転式圧縮機では、低段側と高段側の２つシリンダを平面的に同位相で配置し、クランク軸偏心部の位相を１８０度（以下の説明では角度を度と表現し、ｄｅｇｒｅｅと同様である）ずらせることにより、高段側の圧縮タイミングを低段側より１８０度遅らせるように設定されており、通常、低段側は１８０度以下で中間圧力に到達して吐出バルブを開いて吐出を開始するが、このとき、高段側は吸入開始角度に達していない。このように低段側の圧縮機構の吐出タイミングが高段側の圧縮機構の吸入タイミングとずれると、中間連結部に圧力脈動が発生する。

また、二段回転式圧縮機の低段側吐出圧力（中間圧力）は、単段圧縮機の吐出圧力に比べる小さいので、低段側の吐出タイミングが早い。特に、近年開発された炭酸ガス冷媒を用いたヒートポンプ式給湯機用二段回転式圧縮機の場合、炭酸ガス冷媒の等エントロピ指数がフロン冷媒のそれに比べて大きくて、低段側の吐出タイミングが一層早いので、中間連結部の圧力脈動の影響が大きくなる。

そこで、この中間連結部に発生する圧力脈動を取り除く方法として、高段側の圧縮機構の圧縮タイミングを低段側の圧縮機構のそれより２７０度程度進めて設定する手段が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
また、低段側の圧縮機構と高段側の圧縮機構との間の連通路の通路長さを短縮すべく、低段側の圧縮機構と高段側の圧縮機構との平面配置角度をずらせて配置する手段によって、低段側の圧縮機構から排出された気体が高段側の圧縮機構に吸入される気体の追従性を良くし、連通路で発生する圧力脈動を低減し、圧縮効率の向上および騒音・振動を低減できることが開示されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平３−１８２６９３号公報 特開平１−２４７７８５号公報 特開２００３−１４８３６６号公報 （社）日本冷凍空調学会編、「上級標準テキスト 冷凍空調技術 冷凍編」、（社）日本冷凍空調学会、２０００年７月３１日、ｐ．５０−５５、ｐ．９８−１０１

ところが、低段側の圧縮機構と高段側の圧縮機構にはそれぞれ、ベーンとベーン収納室、吸入通路、吐出通路、さらに中間インジェクション通路が備えらており、従来発明例のようにベーンと吸入口、吐出口の位置関係がほぼ同じシリンダ２枚のうちで高段側シリンダを低段側に対して反圧縮方向に回転移動させ、低段側圧縮機構と高段側圧縮機構との間の連通路の通路長さを短縮すべく配置すると、低段側シリンダと高段側シリンダを貫通して上下方向から締結する数本（通常４本以上必要）のボルトを均等に配置できない問題が生じる。

シリンダ内部で運動するロータやベーンの高さ方向の隙間は数μオーダで均一に保たており、かつ、シリンダ高さ面はシリンダ内の圧縮室から冷媒が外部に漏れないようにシールをする働きもあって、中間脈動を低減するために上述のような手段をそのまま実施すると、シリンダ上下面の圧力分布と隙間が不均一になり圧縮室からの冷媒の漏れが増加し圧縮機効率を低下する致命的な問題がある。

また、二酸化炭素冷媒を用いた場合、高圧側が１０ＭＰａ程度で動作し、シリンダ内の圧力変動、シリンダ内と密閉容器内の差圧が、フロン冷媒（Ｒ４１０Ａ、Ｒ２２など）の３倍以上に大きくなるので漏れやすいという問題がある。
また、低段側シリンダと高段側シリンダを締結するボルトにかかる変動荷重も大きくなり緩みやすいので、締結ボルトの本数はフロン冷媒より多く、あるいはボルト径は大きく、ボルト締結位置はシリンダ内径により近く配置することが必要になるという問題がある。

この発明の目的は、低段側シリンダ吐出口から高段側シリンダ吸入口に連結する中間連結部に発生する圧力脈動を低減し、且つ、低段側シリンダと高段側シリンダを上下方向に貫通して締結するボルトを均等に配置する多段回転式圧縮機を提供することである。また、低段側のシリンダと高段側のシリンダとの高さ方向の積層隙間が均一に保つように締結し得る多段回転式圧縮機を提供することである。

この発明に係わる多段回転式圧縮機は、電動機により回転されるクランク軸を中心とする円環状のシリンダ、上記クランク軸に偏心して設けられる複数のクランク軸偏心部により上記シリンダ内を偏心回転するローラおよび上記ローラの外側面に当接して上記シリンダの内径面と上記ローラの外側面とにより囲まれる空間を２つに仕切るベーンを具備するとともに直列に接続された２個の圧縮機構を備え、到達する冷媒の圧力が低い低段側の上記圧縮機構と到達する冷媒の圧力が高い高段側の上記圧縮機構とが直列に接続されたことによって順次冷媒の圧力を増加する多段回転式圧縮機において、上記２つの圧縮機構のシリンダを上記クランク軸の軸方向に締結する複数のボルトを備え、上記低段側圧縮機構では、上記シリンダの外径面から上記シリンダ吸入口まで冷媒を導くシリンダ吸入経路と、上記シリンダのベーン収納室との間に、上記ボルトを１本以上配置して、上記複数のボルトを均等に配置した。また、上記低段側圧縮機構では、上記シリンダの外径面から上記シリンダ吸入口まで冷媒を導くシリンダ吸入経路と、上記シリンダのベーン収納室との間に、上記ボルトを１本以上配置して、低段側のシリンダと高段側のシリンダとの高さ方向の積層隙間が均一に保つように上記複数のボルトを締結した。また、上記クランク軸の軸中心まわりに対して、上記クランク軸偏心部は低段側と高段側とで逆位相に配置され、上記ベーンは低段側と高段側とで同一位相に配置され、上記クランク軸の軸中心から上記クランク軸偏心部の偏心中心を通る線の延長線上の上記ローラの外側面が上記ベーンに当接してから冷媒の圧縮が開始するシリンダ吸入口までに上記クランク軸が回転する角度は、上記低段側圧縮機構の方が上記高段側圧縮機構より大きい。

この発明に係わる多段回転式圧縮機では、低段側で低段側吐出弁が開放されて冷媒の吐出が開始される回転角度が、高段側で吸入が開始される回転角度にほぼ一致するので、中間連結部に生じる圧力脈動が減少するとともに、低段側シリンダと高段側シリンダとを均等に配置されたボルトにより締結するので、冷媒の漏れを少なくすることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる二段回転式圧縮機を上方から見た平面図である。図２は、この発明の実施の形態１に係わる二段回転式圧縮機の側面図である。図３は、この発明の実施の形態１に係わる二段回転式圧縮機の縦断面図である。図４は、この発明の実施の形態１に係わる二段回転式圧縮機の別の断面線での縦断面図である。図５は、図３のＡ−Ａ断面線から下方を見た断面図である。図６は、図３のＢ−Ｂ断面線から下方を見た断面図である。なお、図３は図５のＣ−Ｃ断面線での断面図であり、図４は図５のＤ−Ｄ断面線での断面図である。

この発明の実施の形態１に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機は、密閉容器８内に収納された低段側圧縮機構１０、高段側圧縮機構３０、電動機９を備える。そして、低段側圧縮機構１０は、低段側吐出マフラ１８と中間プレート５、高段側圧縮機構３０は、中間プレート５と高段側吐出マフラ３８により挟持されている。
また、ＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機では、密閉容器８の外部の図示しない冷媒回路からシェル吸入管１を経由して吸入マフラ３に導かれた冷媒が低段側吸入管１５から低段側圧縮機構１０内に吸入される。

また、ＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機では、低段側圧縮機構１０で中間圧まで圧縮された冷媒を吐出する低段側吐出管１６、その冷媒を高段側圧縮機構３０に導入する高段側吸入管３５、低段側吐出管１６と高段側吸入管３５を連通する中間連結管４８を備える。
また、ＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機では、高段側圧縮機構３０で高圧に圧縮された冷媒がシェル吐出管２から密閉容器８の外部の冷媒回路に吐出される。
なお、中間連結管４８の途中に中間インジェクションのための中間インジェクション配管４９が接続され、中間インジェクション配管４９は開閉バルブ５０により開閉される。

電動機９は、密閉容器８内に固定されたステータ９ａおよび回転軸を設けられた回転するロータ９ｂを備える。そして、電動機９の回転軸には、クランク軸６が連結されている。
クランク軸６の両端は、短軸側軸受７ａおよび長軸側軸受７ｂにより回転自在に軸支されている。
クランク軸６の短軸側軸受７ａと長軸側軸受７ｂとの間に、所定の距離だけ離間した低段側クランク軸偏心部６ａと高段側クランク軸偏心部６ｂが設けられている。そして、低段側クランク軸偏心部６ａの偏心量は、高段側クランク軸偏心部６ｂの偏心量より大きい。

低段側圧縮機構１０および高段側圧縮機構３０はともにローリングピストン式圧縮機構である。
低段側圧縮機構１０は、図５に示すように、低段側クランク軸偏心部６ａに内側面で嵌合する低段側ローラ１２、クランク軸６の軸中心を中心とする円環状の低段側シリンダ１１、低段側ローラ１２の外側面に当接する低段側ベーン１４、低段側ベーン１４を低段側ローラ１２の外側面に押し付ける支持バネ２１、低段側ベーン１４と支持バネ２１を収納する低段側シリンダ１１に設けられたベーン収納室２２を備える。
低段側シリンダ１１の内径面には冷媒を低段側吸入室１３ａに導くために低段側シリンダ吸入口２３が設けれ、また、冷媒を密閉容器８に接続した低段側吸入管１５から低段側シリンダ吸入口２３に導くために低段側吸入接続流路２４が設けられている。
また、短軸側軸受け７ａの低段側吐出弁スペース５４に取り付けてある低段側吐出弁１７は、低段側圧縮室１３ｂの冷媒が所定の圧力に達したときに開いて、低段側シリンダ吐出口２６から冷媒を低段側吐出接続流路２５を経て低段側吐出マフラ１８に吐出され、さらに、低段側吐出接続流路２５を経て、密閉容器８に接続した低段側吐出管１５に吐出される。続いて高段側吸入管３５から高段側圧縮機構３０に接続される。

そして、低段側ベーン１４は、低段側ローラ１２の外側面と低段側シリンダ１１の内径面との間に形成される低段側シリンダ内空間１３を２つに分割し、低段側シリンダ吸入口２３が連なる分割された一方の低段側シリンダ内空間１３を低段側吸入室１３ａと称し、分割された他方の低段側シリンダ内空間１３を低段側圧縮室１３ｂと称す。

低段側圧縮機構１０の低段側シリンダ１１の内径面には、ベーン収納室２２の近傍から低段側シリンダ吸入口２３まで連なる流路２７が設けられている。
図７は、この発明の実施の形態１における低段側シリンダ１１の内径面にベーン収納室２２の近傍から低段側シリンダ吸入口２３まで設けた流路２７を示す。
図７（ａ）では低段側シリンダ１１の内径面の高さ方向の端部にベーン収納室２２の近傍から低段側シリンダ吸入口２３まで面取り加工をして流路２７を設けた。
なお、図７（ｂ）のように、低段側シリンダ１１の内径面の高さ方向中央付近にエンドミルで溝加工（例えば、溝深さ０．２ｍｍ、溝幅１ｍｍ）をして流路２７を設けてもよい。
また、溝幅を低段側シリンダ１１の内径面全体にとって、溝深さを小さく（例えば、０．１ｍｍ）とって流路２７を確保してもよい。

高段側圧縮機構３０は、図６に示すように、高段側クランク軸偏心部６ｂと内側面で嵌合する高段側ローラ３２、クランク軸６の軸中心を中心とする円環状の高段側シリンダ３１、高段側ローラ３２の外側面に当接する高段側ベーン３４、高段側ベーン３４を高段側ローラ３２の外側面に押し付ける支持バネ４１、高段側ベーン３４と支持バネ４１を収納する高段側シリンダ３１に設けられたベーン収納室４２を備える。
高段側シリンダ３１の内径面には冷媒を高段側吸入室３３ａに導くための高段側シリンダ吸入口４３が設けれ、また、低段側圧縮機構１０から冷媒を高段側シリンダ吸入口２３に導くために密閉容器８に接続した高段側吸入管３５と、高段側シリンダ３１に形成した高段側吸入接続流路４４が設けられている。
また、長軸側軸受け７ｂの高段側吐出弁スペース５５に取り付けてある高段側吐出弁３７は、高段側圧縮室３３ｂの冷媒が所定の圧力に達したときに開いて、高段側シリンダ吐出口４６から冷媒を高段側吐出接続流路４５を経て高段側吐出マフラ３８内に吐出する。されに密閉容器８内を通してシェル吐出２から密閉容器８外の回路へ導かれる。

そして、高段側ベーン３４は、高段側ローラ３２の外側面と高段側シリンダ３１の内径面との間の高段側シリンダ内空間３３を２つに分割し、高段側シリンダ吸入口４３が連なる分割された一方の高段側シリンダ内空間３３を高段側吸入室３３ａと称し、分割された他方の高段側シリンダ内空間３３を高段側圧縮室３３ｂと称す。
低段側ローラ１２の外径を高段側ローラ３２の外径より小さく設定している。このようにすることにより、低段側シリンダ内空間１３の容積を増やしている。

また、図５に示すように、低段側シリンダ１１と高段側シリンダ３１を上下方向に締結する４本のボルト５１のうち、１本を低段側のベーン収納室２２と低段側シリンダ吸入口２３の間に配置したので、４本の締結ボルト５１を均等に配置することが可能になり、シリンダ高さ隙間を数μｍレベルで均一に保持できる。

次に、この発明の説明において使用する角度について説明する。１つはシリンダ等固定した部材の位置を示すのに用いる位置角度である。他の１つはクランク軸６など回転する部材の位置を示すのに用いる回転角度である。
最初に、位置角度について説明する。
低段側圧縮機構１０および高段側圧縮機構３０をクランク軸６の軸中心に垂直な平面上に投影し、その投影像に関してクランク軸６の軸中心を原点とし、クランク軸６の軸中心から低段側ベーン１４を通る線を基準線とし、基準線とクランク軸６の軸中心から延びる線との仰角を位置角度とする。このとき、吸入された冷媒を圧縮する方向にクランク軸６が回転する方向、すなわち、図５、図６における反時計方向を正方向とする。

一般には、高段側圧縮機構３０の高段側ベーン３４の位置は、位置角度βだけクランク軸６の軸中心を中心に回転した位置であるが、この実施の形態１に係わる高段側圧縮機構３０の高段側ベーン３４は、位置角度β＝０度になるように設定し、低段側ベーン１４と高段側ベーン３４とをクランク軸６の軸中心に垂直な平面上に投影するとき重なるように配置されている。

位置角度θ_ｃｂ１は、低段側シリンダ吸入口２３の終端の角度であり、低段側で圧縮が開始される角度であり、位置角度θ_Ｓ１とほぼ等しい。位置角度θ_ｃｏ１は、低段側で吐出が開始される角度であり、低段側圧縮室１３ｂの圧力が中間圧に達するときの角度である。位置角度θ_ｃｅ１は、低段側シリンダ吐出口２６の始端の角度であり、低段側で圧縮が終了する角度であり、位置角度θ_ｄ１とほぼ等しい。
実施の形態１に係わる低段側圧縮機構１０では、位置角度θ_ｃｂ１は１４０度、位置角度θ_ｃｏ１は１８８度、位置角度θ_ｃｅ１は３４０度である。

位置角度θ_ｃｂ２は、高段側シリンダ吸入口４３の終端の角度であり、高段側で圧縮が開始される角度であり、位置角度θ_Ｓ２とほぼ等しい。位置角度θ_ｃｏ２は、高段側で吐出が開始される角度であり、高段側圧縮室３３ｂの圧力が高圧に達する角度である。位置角度θ_ｃｅ２は、高段側シリンダ吐出口４６の始端の角度であり、高段側で圧縮が終了する角度であり、位置角度θ_ｄ２とほぼ等しい。
実施の形態１に係わる高段側圧縮機構３０では、位置角度θ_ｃｂ２は２０度、位置角度θ_ｃｏ２は１４０度、位置角度θ_ｃｅ２は３４０度である。

位置角度θ_Ｓ１は、低段側シリンダ吸入口２３の中央が配置されている角度であり、角度ξ_Ｓ１に等しい。位置角度θ_ｄ１は、低段側シリンダ吐出口２６の中央が配置されている角度であり、３６０度から角度ξ_ｄ１を減算した値に等しい。
位置角度θ_Ｓ２は、高段側シリンダ吸入口４３の中央が配置されている角度であり、角度ξ_Ｓ２に等しい。位置角度θ_ｄ２は、高段側シリンダ吐出口４６の中央が配置されている角度であり、３６０から角度ξ_ｄ２を減算した値に等しい。

角度ξ_Ｓ１は、低段側ベーン１４と低段側吸入管１５の中央との仰角である。角度ξ_ｄ１は、低段側ベーン１４と低段側吐出管１６の中央との仰角である。
角度ξ_Ｓ２は、高段側ベーン３４と高段側吸入管３５の中央との仰角である。角度ξ_ｄ２は、高段側ベーン３４と高段側吐出接続流路４５の中央との仰角である。なお、実施の形態１においては、角度ξ_Ｓ１＝１３０度、ξ_ｄ１＝１５度、ξ_Ｓ２＝１５度、ξ_ｄ２＝１５度である。

なお、角度ξ_Ｓ２の範囲では高段側ローラ３２による膨脹仕事による損失が発生するので、高段側のベーン収納室４２、高段側シリンダ吸入口４３および高段側吸入管３５が干渉しない範囲で、小さない方が好ましい。一般的には１０度〜３０度で設計される。
また、角度ξ_ｄ１と角度ξ_ｄ２が大きくなると圧縮後吐出されない容積が大きくなり、再圧縮損失によって圧縮機効率が低下する。そこで、角度ξ_ｄ１と角度ξ_ｄ２は極力小さいほうが好ましい。

次に、回転角度について説明する。
クランク軸６の軸中心を原点とし、クランク軸６の軸中心から低段側クランク軸偏心部６ａの偏心中心を通る線が低段側ベーン１４上にあるとき、クランク軸６の回転角度φを０度とし、吸入された冷媒を圧縮する方向にクランク軸６が回転する方向を正方向とする。
一方、高段側クランク軸偏心部６ｂは、クランク軸６の軸中心から高段側クランク軸偏心部６ｂの偏心中心を結ぶ線がクランク軸６の軸中心を中心にしてクランク軸６の軸中心から低段側クランク軸偏心部６ａの偏心中心を通る線から位相αだけ負方向に回転している。しかし、この実施の形態１においては、位相α＝１８０度に設定されており、クランク軸６の回転角度φが、１８０度のときクランク軸６の軸中心から高段側クランク軸偏心部６ｂの偏心中心に延ばした延長線上に高段側ベーン３４が位置する。

クランク軸６の回転角度がφ_ｃｂ１になったとき、低段側で圧縮が開始され、φ_ｃｂ１は位置角度θ_ｃｂ１と等しい。クランク軸６の回転角度がφ_ｃｏ１になったとき、低段側で吐出が開始され、φ_ｃｏ１は位置角度θ_ｃｏ１と等しい。クランク軸６の回転角度がφ_ｃｅ１となったとき、低段側で圧縮が終了し、φ_ｃｅ１は位置角度θ_ｃｅ１と等しい。
このように低段側圧縮機構１０での圧縮行程の回転角度範囲は、（φ_ｃｅ１−φ_ｃｂ１）であり、実施の形態１においては、２００度（３４０度−１４０度）である。

クランク軸６の回転角度がφ_ｃｂ２になったとき、高段側で圧縮が開始され、φ_ｃｂ２は位置角度θ_ｃｂ２にα＝１８０度を加算した値に等しい。クランク軸６の回転角度がφ_ｃｏ２になったとき、高段側で吐出が開始され、φ_ｃｏ２は位置角度θ_ｃｏ２に１８０度を加算した値に等しい。クランク軸６の回転角度がφ_ｃｅ２になったとき、高段側で圧縮が終了し、φ_ｃｅ２は位置角度θ_ｃｅ２に１８０度を加算した値に等しい。
このように高段側圧縮機構３０での圧縮行程の回転角度範囲は、（φ_ｃｅ２−φ_ｃｂ２）であり、（φ_ｃｅ２−φ_ｃｂ２）＝（θ_ｃｅ２−θ_ｃｂ２）であるので、３２０度（３４０度−２０度）である。
このように実施の形態１においては、高段側圧縮機構３０での圧縮行程の回転角度範囲が低段側圧縮機構１０での圧縮行程での回転角度範囲より広くなっている。

次に、低段側圧縮機構１０の動作について説明する。
クランク軸６が正方向に１回転すると、回転角度φが０度から３６０度まで変化する。クランク軸６の回転角度φが０度のとき、クランク軸６の軸中心から低段側クランク軸偏心部６ａの偏心中心を通る線の延長線上の低段側ローラ１２の外側面（以下、低段側分割線と称す）は、低段側ベーン１４に接している。一方、クランク軸６の軸中心から高段側クランク軸偏心部６ｂの偏心中心を通る線の延長線上の高段側ローラ３２の外側面（以下、高段側分割線と称す）は、高段側シリンダ３１の位置角度θ＝１８０度の内径面に接している。
クランク軸６が回転して回転角度φがφ_ｃｂ１＝１４０度に達すると、低段側分割線と低段側ベーン１４とによって区切られ、低段側シリンダ吸入口２３から隔離された低段側シリンダ内空間１３が低段側圧縮室１３ｂになる。クランク軸６がさらに回転すると低段側圧縮室１３ｂの冷媒が圧縮される。そして、クランク軸６が回転して回転角度φがφ_ｃｏ１＝１８８度に達すると、低段側吐出弁１７が開放されて高段側に冷媒が送られる。
そして、クランク軸６がさらに回転して回転角度φがφ_ｃｅ１＝３４０度に達すると、後続の低段側吸入室１３ａが低段側シリンダ吐出口２６に連なり、冷媒圧力が低下して低段側吐出弁１７が閉鎖される。

一方、クランク軸６が回転して回転角度φがφ_ｃｂ１＝１４０度に達するとき、低段側分割線と低段側ベーン１４とに因って区切られ、低段側シリンダ吸入口２３につながる低段側シリンダ内空間１３が後続の低段側吸入室１３ａとなり、クランク軸６がさらに回転すると後続の低段側吸入室１３ａが冷媒を低段側吸入管１５から吸入する。これを繰り返すことにより、冷媒の圧力を低圧から中間圧まで増加することができる。

次に、高段側圧縮機構３０の動作について説明する。
クランク軸６の回転角度φが０度のとき、高段側分割線は、高段側シリンダ３１の位置角度θ＝１８０度の内径面に接している。このとき、高段側分割線と高段側ベーン３４とによって区切られ、高段側シリンダ吸入口４３につながらない高段側圧縮室３３ｂの冷媒の圧力が高圧に達して高段側吐出弁３７が開放され密閉容器８内に冷媒を吐出している。
クランク軸６の回転角度φが１６０度に達すると、後続の高段側吸入室３３ａが高段側シリンダ吐出口４６に連なり、冷媒圧力が低下して高段側吐出弁３７が閉鎖される。
クランク軸６の回転角度φが２００度に達すると、高段側分割線と高段側ベーン３４とに因って区切られ、高段側シリンダ吸入口４３につながる高段側シリンダ内空間３３が高段側吸入室３３ａとなる。クランク軸６がさらに回転すると高段側吸入室３３ａが冷媒を高段側吸入管３５から吸入する。

一方、クランク軸６が回転して回転角度φが２００度に達すると、高段側分割線と高段側ベーン３４とに因って区切られ、高段側シリンダ吸入口４３から分離された高段側シリンダ内空間３３が高段側圧縮室３３ｂになる。クランク軸６がさらに回転すると高段側圧縮室３３ｂの冷媒が圧縮される。そして、クランク軸６が回転して回転角度φが３２０度に達すると、高段側吐出弁３７が開放されて密閉容器８内に冷媒が吐出される。これを繰り返すことにより、冷媒の圧力を中間圧から高圧まで増加することができる。

この発明の実施の形態１においては、低段側ベーン１４と高段側ベーン３４とが位置角度θ＝０度で重なるように配置され、且つ、低段側ベーン１４と低段側吸入管１５とのなす角度ξ_Ｓ１を１３０度、高段側ベーン３４と高段側吸入管３５とのなす角度ξ_Ｓ２を１５度にすることによって、低段側で吐出を開始する回転角度φ_ｃｏ１からクランク軸６がわずかに回転するだけで高段側が吸入を開始する回転角度φ_ｃｂ２に達するので、中間連結部の脈動原因である、低段側での吐出開始のタイミングと高段側での吸入開始のタイミングのずれを小さくすることができる。

また、低段側吸入管１５と高段側吸入管３５は、従来のようにクランク軸６の軸中心に垂直な平面上に投影したとき重なる位置に配置されていると、密閉容器８への取り付け位置が近くて取り回しが難しかったが、実施の形態１のように高段側吸入管３５が位置角度１５度に取り付けられ、一方、低段側吸入管１５が位置角度１３０度に取り付けされているので、密閉容器８の外周面で周方向に取り付け位置が大きくずれているので取り回しが簡単になる。

また、低段側吐出管１６は位置角度３４５度に取り付けられ、高段側吸入管３５は位置角度１５度に取り付けられているので、なす角度が３０度離れているので、この２本の配管を密閉容器８の外部から半径方向に打ち込むとき、クランク軸６の軸中心が密閉容器８の軸心に揃えることが容易である。

次に、実施の形態１に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機のサイクル変動の説明に先立って従来のＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機のサイクル変動を説明する。
図８は、従来のＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を（条件：６０Ｈｚ、１０．１ＭＰａ／４ＭＰａ、３．５ｃｃ／５ｃｃ）で運転した場合の回転角度と内圧変動の関係を示すグラフである。図９は、従来のＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合の回転角度と中間容積の関係を示すグラフである。図１０は、従来のＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合のｐ−Ｖ線図である。図１１は、従来のＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合の回転角度と体積流量の関係を示すグラフである。

従来のＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機では、低段側で圧縮が開始される回転角度φ_ｃｂ１が２０度、冷媒の吐出が開始される回転角度φ_ｃｏ１が１４０度、冷媒の圧縮が終了する回転角度φ_ｃｅ１が３４０度であり、高段側は実施の形態１と同様である。
低段側では回転角度φ_ｃｂ１のとき、吸入圧力Ｐ_Ｓ、吸入体積Ｖ_Ｓから圧縮を開始し、回転角度φ_ｃｏ１のとき、中間体積Ｖ_ｍ、６．８ＭＰａの中間圧力Ｐ_ｍで低段側吐出弁１７が開かれ冷媒の吐出を開始する。吐出開始時の中間体積Ｖ_ｍは、式（１）から求め、回転角度φ_ｃｏ１は式（２）から求めた。ｆ（Ｖ_ｍ）は中間体積Ｖ_ｍの関数である。

Ｖ_ｍ＝Ｖ_Ｓ×（Ｐ_ｍ／Ｐ_Ｓ）^−１／ｎ ・・・（１）
φ_ｃｏ１＝ｆ（Ｖ_ｍ） ・・・（２）

ここで、回転式圧縮機の回転角度φと圧縮室容積Ｖ_ｃとの関係（式（２）に相当）は、例えば、柳沢正著、「ローリングピストン形回転圧縮機の基礎的な運動特性に関する研究」、博士学位論文、静岡大学、１９８３年、ｐ．４〜５に示されている。これから、ＡＳＨＲＡＥ基準に相当する圧縮機運転条件における吐出開始角度を計算した。表１に単段回転式圧縮機の冷媒種による吐出開始の回転角度を示す。表２に二段圧縮機低段側の冷媒種による吐出開始の回転角度を示す。

二酸化炭素冷媒はフロンガス冷媒（Ｒ２２、Ｒ４０１Ａ）と比較して、等エンタルピ指数が大きく、吐出圧力に到達するのが早いことがわかる。さらに、二段回転式圧縮機の低段側の場合は、一層早く到達することがわかる。

図９と図１１より、高段側では回転角度φ_ｃｂ２＝２００度で吸入を開始するが、低段側で吐出が開始される回転角度φ_ｃｏ１＝１４０度より６０度遅れている。また、１サイクルでの中間容積は低段側圧縮室容積＋高段側吸入室容積＋低段側吐出マフラ容積＋中間連結部容積から求められ、中間容積の変化は±９．７％程度生じることがわかる。その結果、中間連結部に絶対圧の約１０％の圧力脈動を生じる。
図１０より、中間連結部の圧力脈動による損失をＰ−Ｖ線図の斜線部分で示すと、圧縮機入力の約４．９％を占め、大きな割合となる。

次に、この発明の実施の形態１に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機のサイクル変動を説明する。図１２は、この発明の実施の形態１に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合の回転角度と内圧変動の関係を示すグラフである。図１３は、この発明の実施の形態１に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合の回転角度と中間容積の関係を示すグラフである。図１４は、この発明の実施の形態１に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合のｐ−Ｖ線図である。図１５は、この発明の実施の形態１に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合の回転角度と体積流量の関係を示すグラフである。

この実施の形態１では、低段側の角度ξ_Ｓ１を１３０度に設定するので、低段側で圧縮が開始される回転角度φ_ｃｂ１が１４０度になり、低段側吐出弁１７が開放される回転角度φ_ｃｏ１が１８８度になる。そして、高段側で吸入が開始される回転角度φ_ｃｂ２が低段側で吐出が開始される回転角度φ_ｃｏ１に近くなるので、中間連結部に生じる圧力脈動幅は絶対圧の±約２．３％と小さく、中間連結部の圧力脈動による損失は、圧縮機入力の約１．９％に低減した。また、図１４のｐ−Ｖ線から、圧力脈動による損失部分は斜線で示すように、非常小さくなったことがわかる。

また、低段側クランク軸偏心部６ａの偏心量を高段側クランク軸偏心部６ｂの偏心量より大きくし、且つ、低段側ローラ１２の外径を高段側ローラ３２の外径より小さくすることにより、低段側シリンダ内空間１３の容積を大きくしたので、低段側で圧縮が開始される回転角度φ_ｃｂ１を１４０度と大きくすることにより減少する低段側圧縮室１３ｂの容積を大きく保つことができる。

また、角度ξ_Ｓ１を１３０度にしているが、低段側ベーン１４の近傍から低段側シリンダ吸入口２３に亘る流路２７を設けられているので、低段側ベーン１４と低段側分割線とで囲まれた低段側シリンダ内空間１３に流路２７を通って冷媒が吸入され、低段側ローラ１２が膨脹仕事を行うことを防ぐことができる。

なお、回転角度φ_ｃｅ２から回転角度φ_ｃｂ２の範囲にあるときは、高段側が吸入できないので、高段側のベーン収納室４２が配置できる範囲でできるだけ小さいほうがよい。この実施の形態１では、４０度としてある。

また、この実施の形態１において、二段回転式圧縮機について説明したが、３段以上の多段回転式圧縮機の場合も同様である。そして、３つ以上の圧縮機構を用いて低圧から高圧に順次冷媒の圧力を増加する多段回転式圧縮機において、高圧側の圧縮機構で圧縮工程を行う回転角度範囲を、低圧側の圧縮機構で圧縮工程を行う回転角度範囲より大きくすることによって、低圧側で吐出開始するタイミングと高圧側で吸入開始するタイミングとのずれを小さくでき、中間連結部の圧力脈動を低減する効果が得られる。

また、この実施の形態１において、ローリングピストン型回転式圧縮機の場合について説明したが、ローリングピストン型以外にスイング型の場合も同様に有効である。

実施の形態２．
実施の形態１では、回転角度φ_ｃｂ１＝１４０度として説明したが、回転角度φ_ｃｂ１を１４０度に限る必要がないので、この実施の形態２では、回転角度φ_ｃｂ１を４５、６０、９０度とし、低段側シリンダ内空間１３の容積の減少が少ないので流路２７を省いている。そして、これ以外は実施の形態１と同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
しかし、実際には、低段側シリンダ吸入口２３を配置できる場所は設計上制限される場合があるので、回転角度φとして、従来用いられている２０度を超え、実施の形態１で示した１４０度以下の範囲になるように設計する方法が考えられる。
また、回転式圧縮機の各段（低段と高段それぞれの）理論排除容積（理論押しのけ量）Ｖ_Ｓｔｔｈとして、式（３）から求める。但し、Ｒはシリンダ半径、ｒはローラ半径、Ｌはシリンダ長さである。

Ｖ_Ｓｔｔｈ＝π（Ｒ^２−ｒ^２）Ｌ ・・・（３）

ところが、低段側で圧縮の開始する回転角度φ_ｃｂ１を０度より大きくしていくと、実質低段側排除容積が理論排除容積より小さくなる。低段側で圧縮の開始する回転角度φ_ｃｂ１を７０度以上の場合は、実質低段側排除容積が５％以上小さくなりその影響は無視できない。例えば、低段側で圧縮の開始する回転角度を１４０度にすると、理論排除容積の約６７％となる。そのような場合には、シリンダ半径Ｒを大きくしたり、ローラ半径ｒを小さくしたり、シリンダ長さＬを大きくしたりすることで実質排除容積を確保できるように設計することが必要である。

表３には、回転角度φ_ｃｂ１を変えたときの、低段側吐出開始回転角度、中間圧脈動幅の割合（中間圧力の絶対値を１とする）、中間脈動による損失の割合（全入力を１とする）が示されている。
このように回転角度φ_ｃｂ１を、例えば４５度にすることにより、中間圧脈動幅が２．２％改善され、それに伴って損失が０．９％改善される。さらに、回転角度φ_ｃｂ１を６０度、９０度にすることにより、中間脈動による損失が改善される。

従来、この分野では圧縮機の効率が良くなるとして、クランク軸の軸中心を中心とするシリンダ吸入口とベーンとの仰角をできるだけ小さくしているが、中間連結部の圧力脈動を低減しようとして、低段側で吐出を開始するタイミングを高段側で吸入を開始するタイミングに近づけることを試みた結果、逆に低段側シリンダ吸入口と低段側ベーンとの仰角を大きくする方が全体としてみれば効率が改善できることが分かった。すなわち、従来の考え方とは反対に考えることにより、上述のように顕著な効果が得られた。

特に、等エントロピ指数の大きな二酸化炭素を冷媒として用いた場合、低段側でクランク軸の回転角度が小さい時点で中間圧に達するので、この発明による効果はさらに顕著になる。
また、低段側で吐出を開始するタイミングを高段側で吸入を開始するタイミングに一致させるために、低段側シリンダ吸入口と低段側ベーンとの仰角を大きくするとき、ローラが膨張作業を行わないですむようにベーンと低段側シリンダ吸入口に亘る低段側シリンダの内径面に流路を設けることにより、全体としてみれば効率が改善できることが分かった。

実施の形態３．
図１６は、この発明の実施の形態３に係わる二段回転式圧縮機を上方から見た平面図である。図１７は、この発明の実施の形態３に係わる二段回転式圧縮機の側面図である。図１８は、図３のＡ−Ａ断面線と同様な断面線からこの発明の実施の形態３に係わる二段回転式圧縮機を下方に見た断面図である。図１９は、図３のＢ−Ｂ断面線と同様な断面線からこの発明の実施の形態３に係わる二段回転式圧縮機を下方に見た断面図である。

この発明の実施の形態３に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機は、実施の形態１に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機と低段側圧縮機構１０Ｂと高段側圧縮機構３０Ｂとが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態３に係わる低段側圧縮機構１０Ｂは、図１８に示すように、実施の形態１に係わる低段側圧縮機構１０と低段側シリンダ吸入口２３、低段側吸入接続流路２４および低段側吸入管１５の配置された位置角度が異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
また、実施の形態３に係わる高段側圧縮機構３０Ｂは、図１９に示すように、実施の形態１に係わる高段側圧縮機構３０と高段側シリンダ３１Ｂの位置角度が異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。

実施の形態３に係わる低段側シリンダ吸入口２３は、低段側シリンダ１１の角度ξ_Ｓ１＝５５度に設けられているので、低段側シリンダ吸入口２３の終端は、位置角度θ_ｃｂ１＝６０度となり、低段側で圧縮が開始される回転角度φ_ｃｂ１は６０度となる。また、低段側吸入接続流路２４は、密閉容器８の位置角度θ_Ｓ１＝５５度に設けられている。また、低段側吸入管１５は、位置角度θ_Ｓ１＝５５度の低段側吸入接続流路２４に取り付けられている。
そして、低段側で冷媒の吐出が開始される回転角度φ_ｃｏ１は、１４７度となる。

実施の形態３に係わる高段側圧縮機構３０Ｂにおいては、高段側ベーン３４が位置角度β＝−６０度に設けられている。また、高段側シリンダ吸入口４３は、位置角度θ_Ｓ２＝３６０＋β＋ξ_Ｓ２の高段側シリンダ３１に設けられている。また、高段側吸入口４４は、密閉容器８の位置角度θ_Ｓ２に設けられている。また、高段側吸入管３５は、位置角度θ_Ｓ２の高段側吸入口４４に取り付けられている。
この実施の形態３では、β＝−６０度で、角度ξ_Ｓ２＝１５度であるので、位置角度θ_Ｓ２＝３１５度となり、高段側シリンダ吸入口４３の終端の位置角度θ_ｃｂ２は、３２０度となる。
そして、クランク軸６の回転に伴って高段側分割線が低段側分割線に対して１８０度遅れるので、冷媒の吸入が開始される回転角度φ_ｃｂ２は、１４０度となる。

また、高段側シリンダ吐出口４６は、位置角度θ_ｄ２＝３６０＋β−ξ_ｄ２の高段側シリンダ３１に設けられており、位置角度β＝−６０度、角度ξ_ｄ２＝１５度であるので、位置角度θ_ｄ２は、２８５度となり、高段側シリンダ吐出口４６の始端の位置角度θ_ｃｅ２は、２８０度となる。そして、高段側で冷媒の吐出が終了する回転角度φ_ｃｅ２は、１００度となる。

また、低段側シリンダ１１と高段側シリンダ３１を上下方向から締結するボルト５１を低段側ベーン１４と低段側シリンダ吸入口２３の間の低段側シリンダ１１を貫通し、４本のボルト５１を均等配置することができるので、シリンダ面圧と高さ隙間を均一に保持することができる。

図２０は、この発明の実施の形態３に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合の回転角度と内圧変動の関係を示すグラフである。図２１は、この発明の実施の形態３に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合の回転角度と中間容積の関係を示すグラフである。図２２は、この発明の実施の形態３に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合のｐ−Ｖ線図である。図２３は、この発明の実施の形態３に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合の回転角度と体積流量の関係を示すグラフである。

低段側では回転角度φ_ｃｂ１＝６０度で冷媒の圧縮を開始し、回転角度φ_ｃｏ１＝１４７度で低段側吐出弁１７が開放されて、高段側に冷媒を吐出する。一方、高段側では回転角度φ_ｃｂ２＝１４０度で冷媒の吸入を開始する。
このように中間連結部に生じる圧力脈動は絶対圧の約２％と小さくすることができた。そして、圧力脈動による損失が小さくなり、圧縮機入力に占める割合が約１％に低減した。

このように高段側分割線が低段側分割線より１８０度遅れるように高段側クランク軸偏心部６ｂと低段側クランク軸偏心部６ａとを配置し、且つ、高段側ベーン３４を低段側ベーン１４から位置角度−３０度回転した位置に配置することにより、低段側で冷媒の吐出を開始する回転角度が高段側で冷媒の吸入を開始する回転角度とが一致するので、中間連結部に発生する圧力脈動を抑制することができる。
なお、位置角度βは、−６０度に限るものではなく、０度未満で−１８０度を超える範囲であれば、実施の形態３と同様な効果が得られる。

実施の形態４．
図２４は、この発明の実施の形態４に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機の縦断面図である。図２５は、図２４のＥ−Ｅ断面線から下方を見た断面図である。図２６は、図２４のＦ−Ｆ断面線から下方を見た断面図である。図２７は、図２４のＧ−Ｇ断面線から下方を見た断面図である。なお、図２４は、図２４のＨ−Ｈ断面線での断面図である。

この発明の実施の形態４に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機は、実施の形態３に係わるＣＯ２二段回転式圧縮機に低段側圧縮機構１０Ｄと高段側圧縮機構３０Ｄとを接続する中間連通部を密閉容器８内に追加し、中間インジェクション配管４９を高段側シリンダ吸入口４３に接続したことが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。なお、低段側吐出管１６および高段側吸入管３５が省かれる。

この実施の形態４に係わる低段側圧縮機構１０Ｄは、実施の形態３に係わる低段側圧縮機構１０Ｂの高段側圧縮機構３０Ｂに対向する面で低段側シリンダ吐出口２６が開口し、低段側吐出マフラ１８に対向する面では閉じ、密閉容器８の低段側吐出接続流路２５が省かれており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
この実施の形態４に係わる高段側圧縮機構３０Ｄは、実施の形態３に係わる高段側圧縮機構３０Ｂの低段側圧縮機構１０Ｂに対向する面で高段側シリンダ吸入口４３が開口しており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。

この実施の形態４に係わる中間連通部は、低段側シリンダ吐出口２６に連なる低段側吐出弁１７Ｄが取り付けてある第１中間プレート５ａと、低段側吐出弁スペース５４を形成して高段側吸入接続流路口４４に連なる第２中間プレート５ｂと備える。
また、実施の形態３に係わる高段側吸入管３５の代わりに、その角度位置に中間インジェクション配管４９が、高段側吸入接続流路４４に接続される。低段側吐出冷媒とインジェクション冷媒はここで合流されてから高段側シリンダ吸入口を経て高段側吸入室３３ａに導かれる。

低段側シリンダ吐出口２６の位置角度θ_ｄ１は、３４５度であり、高段側シリンダ吸入口４３の位置角度θ_Ｓ２は、３２０度であり、第１中間プレート５ａと第２中間プレート５ｂとを重ねると低段側吐出弁スペース５４と高段側吐出弁スペース５５とが重なる。

このように高段側分割線が低段側分割線より１８０度遅れるように高段側クランク軸偏心部６ｂと低段側クランク軸偏心部６ａとを配置し、且つ、高段側ベーン３４を低段側ベーン１４から位置角度−３０度回転して配置し、低段側圧縮機構１０Ｂと高段側圧縮機構３０Ｂとの間に中間連通部を設けることにより、密閉容器８外に配管することなく低段側圧縮機構１０Ｄと高段側圧縮機構３０Ｄとを直列に接続することができる。
また、高段側分割線が低段側分割線より１８０度遅れるように高段側クランク軸偏心部６ｂと低段側クランク軸偏心部６ａとを配置し、且つ、高段側ベーン３４を低段側ベーン１４から位置角度−３０度回転して配置することにより、低段側シリンダ吐出口２６と高段側シリンダ吸入口４３が近接するので、中間連結部の損失を少なくすることができる。

実施の形態５．
図２８は、この発明の実施の形態５に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機の縦断面図である。図２９は、図２８のＪ−Ｊ断面線から下方を見た断面図である。図３０は、図２８のＫ−Ｋ断面線から下方を見た断面図である。なお、図２８は、図３０のＬ−Ｌ断面線での断面図である。

この発明の実施の形態５に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機は、実施の形態４に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機と中間インジェクション配管４９を第２中間プレート５Ｅｂに接続したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
この実施の形態５に係わる第２中間プレート５Ｅｂでは、インジェクション冷媒混合室５８と低段側吐出弁スペース５４が隣接して形成されている。また、中間インジェクション配管４９はがインジェクション中間インジェクション接続流路５６を経てインジェクション冷媒混合室５８に接続されている。

低段側圧縮機構１０Ｄで中間圧まで昇圧後、第１中間プレート５ａに取り付けてある低段側吐出弁１７Ｄが開いて低段側圧縮室から吐出された冷媒は、第２中間プレート５Ｅｂのインジェクション冷媒混合室５８で中間インジェクション配管４９と合流混合後、高段側吸入室３３ａに吸入される。

また、特願２００５−０１５４９１に示した発明のように、低段側ベーン収納室２２に低温の中間圧冷媒を導入するため、高段側吐出弁スペース５５と低段側ベーン収納室２２を平面的な位置関係が重なるように配置して、中間圧連通路５７で接続した。

上述の実施の形態１乃至５では、二酸化炭素を冷媒に用いた場合について説明したが、フロン冷媒や炭化水素冷媒などのその他蒸気圧縮式サイクル用冷媒を用いた場合でも、同様の方法で、低段側吐出タイミングと高段側吸入タイミングのずれを小さくすることによって、それなりの性能改善効果がえられる。
また、低段側分割線と高段側分割線の位相差を１８０度として、低段側で吐出が開始するタイミングと高段側で吸入が開始するタイミングのずれを小さくする手段について説明したが、高段側分割線の低段側分割線に対する位相遅れを１８０度未満としても上述の実施の形態１乃至５と同様の効果がえられる。

また、中間圧脈動幅を減らす手段としては、中間連結部の容積を大きくする方法があるが、必ずしも中間脈動による損失を低減し、圧縮機効率を改善する効果があるとは限らないことがわかった。例えば、低段側吐出バルブから吐出直後の空間である低段側吐出マフラの容積を大きくすると、中間圧脈動幅とこれによる損失が低減し、圧縮機効率が改善する。低段側吐出マフラ容積を低段側排除容積の１０倍程度の大きさにすれば、中間脈動による損失は無視できるレベルに低減できるので、実施の形態１乃至５と同様の効果が得られる。ところが、中間連結部の容積を大きくすると却って損失が増加する場合がある。例えば、図２の密閉容器８の外部に設けた中間連結管４８にバッファタンクを接続すると中間圧脈動による損失が増加し、圧縮機効率が低下する場合がある。また、バッファタンクと接続するバルブの開度を熱音響理論に基づいて適切調節すれば圧縮機効率を改善する。

また、上述の実施の形態１乃至５では、低段側シリンダ吐出口２６から高段側シリンダ吸入口４３に連結する中間連結部を形成するために、低段側シリンダ１１と中間プレート５の間、低段側吐出マフラの短軸受け面と下フタ面、高段側シリンダ３１と中間プレート５の間をシールする手段として、Ｏリングゴム（材質がフッ素ゴム、ニトリルゴムなどから作製）では、超臨界ＣＯ２冷媒に対して耐久性がなく、１００時間以上の運転に耐えられないことが判明した。そこで、金属ガスケット、金属Ｏリング、金属シールリングなど用いた。

これらの金属シールは弾性母材と表面被覆材料を組み合わせたものであり、弾性母材としては、ステンレスやピアノ線に比べて、インコネルが最も復元力に優れていた。
また、表面被覆材料としては、アルミニウム、銀、金、銅、ニッケル、ステンレス、インコネル、インジウムなどの焼きなまし金属材料、または、ＰＴＦＡ、ＰＦＡなどの四フッ化エチレン樹脂材料を用いた。
また、中心層のゴム材料と表面層の四フッ化エチレン樹脂材料を組み合わせたＯリングも有効であった。

この発明の実施の形態１に係わる二段回転式圧縮機を上方から見た平面図である。 この発明の実施の形態１に係わる二段回転式圧縮機の側面図である。 この発明の実施の形態１に係わる二段回転式圧縮機の縦断面図である。 この発明の実施の形態１に係わる二段回転式圧縮機の別の断面線での縦断面図である。 図３のＡ−Ａ断面線から下方を見た断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面線から下方を見た断面図である。 この発明の実施の形態１における低段側シリンダの内径面にベーン収納室の近傍から低段側シリンダ吸入口まで設けた流路を示す。 従来のＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合の回転角度と内圧変動の関係を示すグラフである。 従来のＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合の回転角度と中間容積の関係を示すグラフである。 従来のＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合のｐ−Ｖ線図である。 従来のＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合の回転角度と体積流量の関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態１に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合の回転角度と内圧変動の関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態１に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合の回転角度と中間容積の関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態１に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合のｐ−Ｖ線図である。 この発明の実施の形態１に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合の回転角度と体積流量の関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態３に係わる二段回転式圧縮機を上方から見た平面図である。 この発明の実施の形態３に係わる二段回転式圧縮機の側面図である。 図３のＡ−Ａ断面線と同様な断面線からこの発明の実施の形態３に係わる二段回転式圧縮機を下方に見た断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面線と同様な断面線からこの発明の実施の形態３に係わる二段回転式圧縮機を下方に見た断面図である。 この発明の実施の形態３に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合の回転角度と内圧変動の関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態３に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合の回転角度と中間容積の関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態３に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合のｐ−Ｖ線図である。 この発明の実施の形態３に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機を運転した場合の回転角度と体積流量の関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態４に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機の縦断面図である。 図２４のＥ−Ｅ断面線から下方を見た断面図である。 図２４のＦ−Ｆ断面線から下方を見た断面図である。 図２４のＧ−Ｇ断面線から下方を見た断面図である。 この発明の実施の形態５に係わるＣＯ２冷媒二段回転式圧縮機の縦断面図である。 図２８のＪ−Ｊ断面線から下方を見た断面図である。 図２８のＫ−Ｋ断面線から下方を見た断面図である。

符号の説明

１ シェル吸入管、２ シェル吐出管、３ 吸入マフラ、５ 中間プレート、６ クランク軸、６ａ 低段側クランク軸偏心部、６ｂ 高段側クランク軸偏心部、７ａ 短軸側軸受、７ｂ 長軸側軸受、８ 密閉容器、９ 電動機、９ａ ステータ、９ｂ ロータ、１０ 低段側圧縮機構、１１ 低段側シリンダ、１２ 低段側ローラ、１３ 低段側シリンダ内空間、１３ａ 低段側吸入室、１３ｂ 低段側圧縮室、１４ 低段側ベーン、１５ 低段側吸入管、１６ 低段側吐出管、１７ 低段側吐出弁、１８ 低段側吐出マフラ、２１、４１ 支持バネ、２２、４２ ベーン収納室、２３ 低段側シリンダ吸入口、２４ 低段側吸入接続流路、２５ 低段側吐出接続流路、２６ 低段側シリンダ吐出口、２７ 流路、３０ 高段側圧縮機構、３１ 高段側シリンダ、３２ 高段側ローラ、３３高段側シリンダ内空間、３３ａ 高段側吸入室、３３ｂ 高段側圧縮室、３４ 高段側ベーン、３５ 高段側吸入管、３７ 高段側吐出弁、３８ 高段側吐出マフラ、４３ 高段側シリンダ吸入口、４４ 高段側吸入接続流路、４５ 高段側吐出接続流路、４６ 高段側シリンダ吐出口、４８ 中間連結管、４９ 中間インジェクション配管、５０ 開閉バルブ、５１ ボルト、５４ 低段側吐出弁スペース、５５ 高段側吐出弁スペース、５６ 配管接続流路、５７ 中間圧連通路、５８ インジェクション冷媒混合室。

Claims (7)

1. 電動機により回転されるクランク軸を中心とする円環状のシリンダ、上記クランク軸に偏心して設けられる複数のクランク軸偏心部により上記シリンダ内を偏心回転するローラおよび上記ローラの外側面に当接して上記シリンダの内径面と上記ローラの外側面とにより囲まれる空間を２つに仕切るベーンを具備するとともに直列に接続された２個の圧縮機構を備え、到達する冷媒の圧力が低い低段側の上記圧縮機構と到達する冷媒の圧力が高い高段側の上記圧縮機構とが直列に接続されたことによって順次冷媒の圧力を増加する多段回転式圧縮機において、
   上記２つの圧縮機構のシリンダを上記クランク軸の軸方向に締結する複数のボルトを備え、
   上記低段側圧縮機構では、上記シリンダの外径面から上記シリンダ吸入口まで冷媒を導くシリンダ吸入経路と、上記シリンダのベーン収納室との間に、上記ボルトを１本以上配置して、上記複数のボルトを均等に配置し、
   上記クランク軸の軸中心まわりに対して、
   上記クランク軸偏心部は低段側と高段側とで逆位相に配置され、上記ベーンは低段側と高段側とで同一位相に配置され、
   上記クランク軸の軸中心から上記クランク軸偏心部の偏心中心を通る線の延長線上の上記ローラの外側面が上記ベーンに当接してから冷媒の圧縮が開始するシリンダ吸入口までに上記クランク軸が回転する角度は、上記低段側圧縮機構の方が上記高段側圧縮機構より大きいことを特徴とする多段回転式圧縮機。
2. 電動機により回転されるクランク軸を中心とする円環状のシリンダ、上記クランク軸に偏心して設けられる複数のクランク軸偏心部により上記シリンダ内を偏心回転するローラおよび上記ローラの外側面に当接して上記シリンダの内径面と上記ローラの外側面とにより囲まれる空間を２つに仕切るベーンを具備するとともに直列に接続された２個の圧縮機構を備え、到達する冷媒の圧力が低い低段側の上記圧縮機構と到達する冷媒の圧力が高い高段側の上記圧縮機構とが直列に接続されたことによって順次冷媒の圧力を増加する多段回転式圧縮機において、
   上記２つの圧縮機構のシリンダを上記クランク軸の軸方向に締結する複数のボルトを備え、
   上記低段側圧縮機構では、上記シリンダの外径面から上記シリンダ吸入口まで冷媒を導くシリンダ吸入経路と、上記シリンダのベーン収納室との間に、上記ボルトを１本以上配置して、低段側のシリンダと高段側のシリンダとの高さ方向の積層隙間が均一に保つように上記複数のボルトを締結し、
   上記クランク軸の軸中心まわりに対して、
   上記クランク軸偏心部は低段側と高段側とで逆位相に配置され、上記ベーンは低段側と高段側とで同一位相に配置され、
   上記クランク軸の軸中心から上記クランク軸偏心部の偏心中心を通る線の延長線上の上記ローラの外側面が上記ベーンに当接してから冷媒の圧縮が開始するシリンダ吸入口までに上記クランク軸が回転する角度は、上記低段側圧縮機構の方が上記高段側圧縮機構より大きいことを特徴とする多段回転式圧縮機。
3. 上記低段側圧縮機構は、上記シリンダの内径面に上記ベーン近傍から上記シリンダ吸入口に連なる流路を設けることを特徴とする請求項１又は２に記載する多段回転式圧縮機。
4. 上記２つの圧縮機構を収納する密閉容器内に上記低段側圧縮機構と上記高段側圧縮機構とを直列に接続する中間連通部を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載する多段回転式圧縮機。
5. 上記高段側圧縮機構のシリンダに上記中間連通部と冷媒を注入する中間インジェクション配管とを接続する冷媒混合室を設けたことを特徴とする請求項４に記載する多段回転式圧縮機。
6. 上記低段側圧縮機構と上記高段側圧縮機構とを仕切る中間プレートに上記中間連通部と冷媒を注入する中間インジェクション配管とを接続する冷媒混合室を設けたことを特徴とする請求項４に記載する多段回転式圧縮機。
7. 上記冷媒が二酸化炭素冷媒であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載する多段回転式圧縮機。

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