JPH10141270A - ２段気体圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮比変動２段圧縮機の低段吐出圧力（中間
圧力）を制御し、圧縮効率と耐久性向上および振動低減
を図るものである。 【解決手段】 低圧縮比運転時に、低段圧縮要素７の実
質的な吸入気体容積が減少するように圧縮室の実効容積
を制御するための吸入バイパス通路９４とそれを開閉す
る吸入バイパス弁開閉装置９０からなる制御手段を備え
たものである。したがって、低段吐出圧力（中間圧力）
が吐出圧力に接近することを防止される。そして、低段
圧縮要素と高段圧縮要素における圧縮負荷が接近し、両
圧縮要素における圧縮入力が相殺されることによって圧
縮入力の低減が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は２段気体圧縮機にお
ける低段圧縮要素の吐出圧力制御に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、冷凍機器分野において、低温熱源
および高温熱源確保の一環として、高圧縮比運転に適し
た冷媒圧縮機の実用化研究が盛んである。

【０００３】とりわけ、圧縮室と吸入室との間の圧力差
を小さくして圧縮途中漏洩ガス量を低減して圧縮効率を
向上させた空調機用ロータリ式２段冷媒圧縮機の構成が
種々提案されている。

【０００４】ロータリ式２段圧縮機においては、高段圧
縮要素の幾何学的押し退け量を低段圧縮機構のそれより
も小さくする必要がある。

【０００５】その方策として、特開昭６０−１２８９９
０号公報に示されているように、ロータリ式の高段圧縮
要素のシリンダ高さを低段圧縮要素のそれよりも小さく
する方法がある。

【０００６】また、実開昭５８−４６８８６号公報に示
されているように、高段ロータリ式の高段圧縮要素のロ
ーリングピストンの回転偏心量を低段圧縮要素のそれよ
りも小さくする方法もある。

【０００７】さらに、特開平３−１８２６９３号公報に
示されているように、ロータリ式の高段圧縮要素の圧縮
行程を行う回転角度範囲を小さくして、低段圧縮要素よ
りも幾何学的押し退け量を小さくする方法も提案されて
いる。

【０００８】すなわち、図８，図８におけるＩＩ−ＩＩ
線に沿った低段圧縮要素の横断面を示す図９，図８にお
けるＩＶ−ＩＶ線に沿った高段圧縮要素の横断面を示す
図１０に示すように、密閉容器１０１内に電動機１０２
と低段圧縮要素１０３と高段圧縮要素１０４が収納され
ている。

【０００９】図１０に示すように、高段圧縮要素１０４
は高段圧縮室１２２に切欠溝１３０を設けて圧縮行程を
行う回転角度範囲が小さく設定されている。

【００１０】切欠溝１３０は、ガス通路１３１を介して
低段圧縮要素１０３の低段吐出室１２７に通じている。

【００１１】この構成で、吸入管１３２を通じて低段圧
縮室１１５に流入した冷媒ガスは、圧縮の後、吐出ポー
ト１３３の出口側を塞ぐ吐出弁（図示なし）に抗して低
段吐出室１２７に排出され、ガス通路１３１を経由して
高段圧縮要素の高段圧縮室１２２に流入する。切欠溝１
３０の終端部がベーン１２０から１８０度進角した位置
まで延びているので、高段圧縮室１２２の冷媒ガスは駆
動軸１０６のクランク角範囲１８０度で圧縮開始〜圧縮
完了され、吐出ポート１３４から電動機１０２を収納す
る電動機室１３５に排出する。

【００１２】なお、低段圧縮要素１０３と高段圧縮要素
１０４における冷媒ガス圧力は図１１に示すように変化
する。

【００１３】すなわち、低段圧縮要素１０３に吸入され
た冷媒ガス圧力ＰＬは、実線で示すＰＣＬに沿って変化
し、圧縮完了後、低段吐出室１２７にＰＭの中間圧力で
吐出される。

【００１４】中間圧力ＰＭで高段圧縮要素１０４に流入
した冷媒ガスは、実線ＰＣＨに沿って変化し、ＰＨの吐
出圧力で電動機室１３５に排出する。

【００１５】なお、高段圧縮室１２２の冷媒ガスは、ロ
ータリ式２段冷媒圧縮機に接続する冷凍サイクルの凝縮
器の出口側で減圧された気液混合冷媒が液インジェクシ
ョン管１４１を介して導入されることによって、冷却さ
れる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、以下に述べる重要な課題があった。

【００１７】すなわち、一般の空調機用冷媒圧縮機の吸
入圧力ＰＬと吐出圧力ＰＨは、空調機の熱負荷や電動機
１０２の回転速度変化によって図１２で示す吸入圧力Ｐ
ＬＵと吐出圧力ＰＨＵのごとく、圧力変化する。

【００１８】すなわち、圧縮機運転速度の増加に伴い吸
入圧力ＰＬＵが低くなる一方、吐出圧力ＰＨＵが上昇す
る。また反面、圧縮機運転速度の減少に伴い吸入圧力Ｐ
ＬＵが高くなる一方、吐出圧力ＰＨＵが下降するので、
吸入圧力ＰＬＵに対する吐出圧力ＰＨＵの割合（圧縮
比）が小さくなるように変化する。

【００１９】なお、空調機の熱負荷や電動機１０２の回
転速度が一定（圧縮機運転速度を２点鎖線で示す）とな
る特殊な場合は、実線で示すごとく、吸入圧力ＰＬと吐
出圧力ＰＨは一定状態を示す。

【００２０】このように、ロータリ式２段冷媒圧縮機の
圧縮比が変動する場合は、図１１の実線で示す様な圧力
変化をしない。

【００２１】すなわち、図１１における圧縮機運転速度
が２点鎖線で示す点から減速された場合には、破線で示
すごとく吸入圧力ＰＬＵはＰＬよりも高くなる一方、吐
出圧力ＰＨＵがＰＨより低くなる。

【００２２】この時の冷媒ガスの圧縮室圧力は、図１１
における破線のごとく変化する。低段ロータリ式圧縮機
構１０３の吸入圧力ＰＬＵが上昇しているので、吐出弁
（図示なし）が圧縮開始から早期に開き、その結果、低
段吐出圧力（中間圧力）ＰＭＵが吐出圧力ＰＨＵに近い
状態にまで上昇する。

【００２３】すなわち、低段圧縮要素１０３の吐出弁
（図示なし）が早期に開くので、低段圧縮室１１５から
排出される冷媒ガス量が多くなる一方、高段圧縮室１２
２のシリンダ容積が不変であることから、低段吐出圧力
（中間圧力）ＰＭＵが吐出圧力ＰＨＵに接近する。特別
な圧縮比運転時は、低段吐出圧力（中間圧力）ＰＭＵが
瞬時的に吐出圧力ＰＨＵよりも高くなって、過圧縮状態
も生じる。

【００２４】この結果、高段圧縮要素１０４の圧縮負荷
が軽減する一方、低段圧縮要素１０３の圧縮負荷が増加
する形態で、両圧縮機構の圧縮トルクに大きな差が生じ
る。この結果、ロータリ式２段冷媒圧縮機の振動増加を
招くという第１の課題が生じる。

【００２５】第２の課題は、高段圧縮要素１０４の圧縮
室圧力と吐出圧力との差圧が小さいので、電動機室１３
５の潤滑油がベーン１２０を収納するベーン溝とベーン
１２０との間の摺動隙間や高段圧縮室１２２に差圧供給
されなくなる。この結果、ベーン１２０のベーン溝との
摺動耐久性やローリングピストン１１９との摺動耐久性
が低下する。

【００２６】第３の課題は、ベーン１２０とローリング
ピストン１１９の摺動耐久性低下に伴い、圧縮室隙間の
拡大および圧縮室隙間を油膜密封するための潤滑油供給
量が不足する。その結果、圧縮途中冷媒ガス洩れが増加
し、著しい圧縮効率低下を招くという多くの課題があっ
た。

【００２７】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、２段圧縮運転時の低段吐出圧力（中間圧
力）を吸入圧力と吐出圧力に応じた圧力に設定し、圧縮
比変動運転時の圧縮効率と耐久性向上および振動低減を
図ることを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、圧縮比変動運転状態に応じて、低段圧縮機
構の実質的な圧縮室容積を制御するものである。

【００２９】上記低段圧縮室容積の制御によって、低段
吐出圧力（中間圧力）が吐出圧力に接近することを防止
される。そして、低段圧縮機構と高段圧縮機構における
圧縮負荷が接近し、圧縮トルク変動の低減が得られる。

【００３０】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、電動機
に連結する二つの圧縮要素の内の吐出弁を有する低段圧
縮要素の吐出側と高段圧縮要素の吸入側とを連通路を介
して直列接続した２段気体圧縮機において、低段圧縮要
素の吸入圧力と高段圧縮要素の吐出圧力とで定まる圧縮
比と電動機の回転速度の少なくとも一方が設定値以下の
場合に、低段圧縮要素の吸入気体容積が減少するように
圧縮室の実効容積を制御する容量制御手段を備えたもの
である。そしてこの構成によれば、低段圧縮要素から排
出される気体量が高段圧縮要素の圧縮室容積に対して著
しい過不足が生じない状態を維持される。そして、低段
圧縮要素から排出される気体圧力（中間圧力）は、高段
圧縮要素の吐出圧力と適度な圧力差を有して、低段圧縮
要素と高段圧縮要素の圧縮負荷が均衡し、相互の圧縮ト
ルクの相殺作用によって圧縮機の全体負荷を低減する。

【００３１】請求項２に記載の発明は、容量制御手段
は、低段圧縮要素の圧縮室と吸入側とを連通する吸入バ
イパス通路と吸入バイパス通路を制御回路によって開閉
する吸入バイパス開閉弁装置を設け、高段圧縮要素の吐
出圧力と低段圧縮要素の吸入圧力とで定まる圧縮比と電
動機の回転速度の少なくとも一方が設定値以下の時、吸
入バイパス通路を開通せしめ、それ以外の時にバイパス
通路を遮断するように、吸入バイパス開閉弁装置を開閉
する手段を備えたものである。そしてこの構成によれ
ば、低段圧縮要素の実質的な圧縮室容積を２段階変化さ
せ、２段階の圧縮比運転モードで吸入気体容積を制御す
ることによって不要な圧縮入力を省き、圧縮機効率を向
上する。

【００３２】請求項３に記載の発明は、吸入バイパス開
閉弁装置は、低段圧縮要素の圧縮室に開口するバイパス
穴と、圧縮室の側に前進した時にバイパス穴を閉塞し後
退した時にバイパス穴を開口する吸入バイパス弁と、吸
入バイパス弁の反圧縮室側の背圧付勢と解除とをすべく
吸入側流体と吐出側流体のいずれか一方の流体に切り替
えて導入するための切り替え弁と、吸入バイパス弁と切
り替え弁との間を連通する通路とで構成されたものであ
る。そしてこの構成によれば、バイパス穴が吸入バイパ
ス弁によって閉塞される時、吸入バイパス弁の反圧縮室
側背面と圧縮室との間に常時差圧が存在し、吸入バイパ
ス弁がバイパス穴を安定して閉塞するので、吸入バイパ
ス開閉弁装置の遮断性能が向上し、圧縮室への不要な気
体漏洩が阻止されて圧縮効率の低下を防ぐ。

【００３３】請求項４に記載の発明は、バイパス穴を閉
塞すべく吸入バイパス弁の反圧縮室側を背圧付勢する吐
出側流体を吐出圧力が作用する潤滑油としたものであ
る。そしてこの構成によれば、バイパス穴と吸入バイパ
ス弁との間のシール部が潤滑油膜によるシール作用によ
って密封する。

【００３４】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

【００３５】図１において、アキュームレータ２を備え
た空調用のローリングピストン形ロータリ式２段圧縮機
１は、凝縮器１３，第１膨張弁１５，気液分離器１７，
第２膨張弁１９，蒸発器２１を順次接続して２段圧縮２
段膨張冷凍サイクルを構成している。

【００３６】ローリングピストン形ロータリ式２段圧縮
機１は、密閉容器３内の上部空間の電動機室８には電動
機５、その下部には２段圧縮機構４を配置し、その外周
部および底部が油溜３５として構成されている。

【００３７】２段圧縮機構４は、上部の高段圧縮要素９
と下部の低段圧縮要素７と両圧縮要素（７，９）の間に
配置された平板形状の中板３６とから成る。

【００３８】低段圧縮要素７の低段吐出室４５と高段圧
縮要素９との間は、低段圧縮要素７と中板３６とに設け
られた連通路５５を介して連通している。

【００３９】低段圧縮要素７の圧縮室は、制御回路９９
ａによって通路変更する切り替え弁９８ａを介してアキ
ュームレータ２の上流側と凝縮器１３の上流側とに切り
替え連通可能に配管接続（破線で示す）されている。

【００４０】高段圧縮要素９の圧縮室は、吐出弁（図示
なし）と高段吐出室５１を介して電動機室８に通じてい
る。

【００４１】連通路５５は、冷媒インジェクション通路
７２を介して気液分離器１７の下流側に通じている。

【００４２】ローリングピストン形ロータリ式２段圧縮
機１が詳描された図２と図３において、電動機５の固定
子５ａは密閉容器３の内壁に焼きばめ固定されている。

【００４３】低段圧縮要素７の吐出カバーＡ３７と中板
３６の外周部の数カ所（図示なし）で密閉容器３の内壁
に溶接固定されている。

【００４４】高段圧縮要素９のシリンダ容積は、低段圧
縮要素７のシリンダ容積の約５０％に設定されている。

【００４５】高段圧縮要素９の第２のシリンダブロック
９ａの上側面に取り付けられた上部軸受部材１１と低段
圧縮要素７の第１のシリンダブロック７ａの下側面に取
り付けられた下部軸受部材１２とに支持された駆動軸６
は電動機５の回転子５ｂに連結固定されている。

【００４６】駆動軸６の第１クランク軸６ａと第２クラ
ンク軸６ｂは、その偏心方向が互いに１８０度ずらして
配置されている。

【００４７】７ｂ，９ｂは駆動軸６の第１クランク軸６
ａ，第２クランク軸６ｂに装着された第１ピストンおよ
び第２ピストン、３９は第２ピストン９ｂの外周面に当
接して高段圧縮要素９のシリンダ内を吸入室と圧縮室と
に区画するベーン、４１はベーン３９の背面を付勢する
コイルバネである。

【００４８】低段圧縮要素７にも上記と同様のベーンと
コイルバネが配置されている（図示なし）。

【００４９】高段圧縮要素９のコイルバネ４１の後端部
は密閉容器３の内壁に支持されている（低段圧縮要素７
も同様）。

【００５０】高段圧縮要素９のベーン３９の背面室Ｂ４
３は油溜３５に開通している（低段圧縮要素７も同
様）。

【００５１】低段圧縮要素７の吐出カバーＡ３７は下部
軸受部材１２と共に第１のシリンダブロック７ａに取り
付けられて低段吐出室４５を形成し、その底部は吐出室
油溜４６である。

【００５２】吐出室油溜４６は吐出カバーＡ３７に固定
され且つ複数の***４７を有する仕切り板４８によって
低段吐出室４５の上部空間と区画されている。

【００５３】制振鋼板を成形した吐出カバーＢ５０は、
上部軸受部材１１の外周を囲むように配置されて高段吐
出室５１を形成している。

【００５４】電動機５の回転子５ｂの端部に凹設された
消音室５２は、上部軸受部材１１の突出部１１ａの外周
を囲む吐出カバーＢ５０の突出部５０ａとの間の環状通
路５３を介して高段吐出室５１と連通すると共に、回転
子５ｂのエンドリング５ｃの内側面と吐出カバーＢ５０
の突出部５０ａとの間の環状通路５４を介して密閉容器
３の内部空間に通じている。

【００５５】低段吐出室４５と高段圧縮要素９の吸入室
５６とは、下部軸受部材１２に設けられたガス通路Ａ５
５ａ，第１のシリンダブロック７ａに設けられたガス通
路Ｂ５５ｂ，中板３６に設けられたガス通路Ｃ５５ｃか
らなる連通路５５を介して通じている。

【００５６】連通路５５の終端部から分岐した吐出バイ
パス通路５７は高段圧縮要素９の第２のシリンダブロッ
ク９ａと上部軸受部材１１とに設けられた吐出バイパス
通路Ａ５７ａ，吐出バイパス通路Ｂ５７ｂとで形成さ
れ、その下流側が高段吐出室５１に開通している。

【００５７】吐出バイパス通路Ａ５７ａには、その外周
部に切り欠き部を有する薄鋼板製の弁体５８ａ（図４に
その外観形状を示す）とコイルバネ５８ｂとから成る吐
出バイパス弁装置５８が装着され、吐出バイパス弁装置
５８は連通路５５から高段吐出室５１へのみの流体流れ
を許容する。

【００５８】コイルバネ５８ｂは、それ自身が温度上昇
するとそのバネ定数が増加する形状記憶合金特性を備
え、弁体５８ａへの付勢力が大きくなる。

【００５９】連通路５５の一部を構成するガス通路Ｂ５
５ｂは連通管５９を介して気液分離器１７の下流側に通
じており、冷媒インジェクション通路７２を形成してい
る。

【００６０】連通管５９は第１のシリンダブロック７ａ
に挿入され、その接続部の外周は０リング６６でシール
され、その端部とガス通路Ｂ５５ｂとの間に図４と類似
形状の弁体６０が配置されて逆止弁装置７１を構成して
いる。

【００６１】逆止弁装置７１は、気液分離器１７からガ
ス通路Ｂ５５ｂへのみの流体流入を許容すべく構成され
ている。

【００６２】低段圧縮要素７の第１のシリンダブロック
７ａには、密閉容器３の壁面を貫通して一端が切り替え
弁９８ａに、他端が低段圧縮要素７のシリンダ内に通じ
る連通管９７が挿入され、第１のシリンダブロック７ａ
との接続部の外周は０リング９６でシールされている。

【００６３】連通管９７とシリンダ内との間には図４と
同様の吸入バイパス弁９５が配置されており、弁体９５
がシリンダ側に移動した時に連通管９７とシリンダ内と
の間が遮断され、弁体９５が連通管９７の端部側に移動
した時に連通管９７とシリンダ内との間が開通する吸入
バイパス通路９４が形成されている。

【００６４】切り替え弁９８ａと吸入バイパス弁９５と
両部品を接続する連通管９７とが吸入バイパス開閉弁装
置９０を構成している。

【００６５】吸入バイパス通路９４がシリンダ内に開口
するバイパス穴９３は、ベーンに対して圧縮進行方向に
１５０度進角した位置に配置されている。

【００６６】図５は、吸入バイパス弁９５がバイパス穴
９３を塞いで、低段圧縮要素７が定格全負荷運転する時
の圧縮室モデル断面を表している。駆動軸６のクランク
角度θ１＝１８０〜１９０度の時に吐出弁９２が開き始
め、シリンダ容積Ｖ１の冷媒ガスが吐出され、高段圧縮
要素９のシリンダ（シリンダ容積Ｖ４）に収容される状
態を示す。上述のように、Ｖ４＝Ｖ１になる。

【００６７】図６は、吸入バイパス弁９５がバイパス穴
９３を開いて、低段圧縮要素７が軽減負荷運転する時の
圧縮室モデル断面を表している。斜線で示すシリンダ容
積Ｖ３の冷媒ガスが取り込まれ、駆動軸６のクランク角
度θ２の時に吐出弁９２が開き始め、シリンダ容積Ｖ２
の冷媒ガスが吐出され、高段圧縮要素９のシリンダに収
容される状態を示す。

【００６８】当然のことながら、Ｖ４＞Ｖ２になるの
で、実運転時は高段圧縮要素９の負荷条件によってＶ２
とＶ３が変化する。

【００６９】図７は、低段圧縮要素７と高段圧縮要素９
の各圧縮室の圧力変化を示す特性図である。

【００７０】実線９１ａと９１ｂは、図５における圧縮
モデル時の低段圧縮要素７と高段圧縮要素９の各圧縮室
圧力を示す。

【００７１】吸入圧力ＰＬの冷媒ガスが低段圧縮要素７
で圧縮され、中間圧力ＰＭで排出され、高段圧縮要素９
を経由して吐出圧力ＰＨで排出される。

【００７２】破線９１ｃと９１ｄは、図６における圧縮
モデル時の低段圧縮要素７と高段圧縮要素９の各圧縮室
圧力を示す。

【００７３】吸入圧力ＰＬ１の冷媒ガスが低段圧縮要素
７で圧縮され、中間圧力ＰＭ１で排出され、高段圧縮要
素９を経由して吐出圧力ＰＨ１で排出される。

【００７４】駆動軸６の軸芯部には、貫通した軸穴６２
が設けられ、その下部にポンプ装置６３が装着されてい
る。

【００７５】上部軸受部材１１と下部軸受部材１２とに
支持された駆動軸５の外周面に螺旋状の油溝６４，６４
ａが設けられ、螺旋状の油溝６４の上流側は軸穴６２か
ら分岐した半径方向油孔を介してポンプ装置６３の下流
側に通じ、螺旋状の油溝６４の下流側は消音室５２に開
通していない。

【００７６】アキュームレータ２の下流側は低段圧縮要
素７の吸入室（図示なし）に連通し、密閉容器３の上部
に吐出管７ｅが設けられている。

【００７７】気液分離器１７の底部には第２膨張弁１９
に通じる液管６５が接続され、気液分離器１７の胴体外
表面にはポリエチレン膜をコーテイングした後、加熱
し、５ｍｍ程度まで発泡させたポリエチレン発泡材６７
で保温処理が施されている。

【００７８】以上のように構成させたローリングピスト
ン形ロータリ式２段圧縮機１とその冷凍サイクルについ
て、その動作を説明する。

【００７９】圧縮機起動前の切り替え弁９８ａは、制御
回路９９ａによって低段圧縮要素７のシリンダ内とアキ
ュームレータ２の上流側との間を連通状態にされてい
る。

【００８０】そして、可変速制御される電動機５によっ
て駆動軸６が低速回転駆動から開始して徐々に増速回転
駆動に移行するに伴い、先ず、低段圧縮要素７が吸入を
開始してアキュームレータ２から冷媒ガスが低段圧縮要
素７の吸入室に流入する。

【００８１】駆動軸６のクランク角度の進行に伴って低
段圧縮要素７の吸入室容積が増加して行く一方、圧縮室
での圧縮作用も同時に進行する。

【００８２】しかしながら、吸入バイパス通路９４が開
かれているので、図６に示すバイパス穴９３の開設角度
までは実質的な圧縮作用が進行せず、冷媒ガスがアキュ
ームレータ２に還流する。

【００８３】万一、圧縮機起動初期に液冷媒や潤滑油が
低段圧縮要素７の吸入室に流入する場合でも、液冷媒が
アキュームレータ２の側に還流するので、液圧縮が回避
され、低段圧縮要素７の破損防止や耐久性を向上するこ
とができる。

【００８４】また液圧縮が回避されることによって、２
段圧縮機特有の現象である低段圧縮要素７から高段圧縮
要素９へ過剰に冷媒送出された場合に生じる連通路５５
内での異常な圧力上昇と、著しい脈動発生、およびそれ
に伴い生じる圧縮機の振動と騒音を防ぐことが重要とな
る。

【００８５】第１ピストン７ｂがバイパス穴９３を通過
後に実質的な圧縮作用が開始する。Ｖ２＋Ｖ３の体積の
冷媒ガスしか圧縮されないので、低段圧縮要素７の圧縮
入力が軽減され、円滑な圧縮機起動が可能になる。これ
により、電動機５の起動トルクを小さくできるので、電
動機５の小型化ができる。

【００８６】圧縮冷媒ガスは、下部軸受部材１２に設け
られた吐出ポート（図示なし）から低段吐出室４５に吐
出される。

【００８７】低段吐出室４５に吐出された冷媒ガスは、
ガス通路Ａ５５ａ，ガス通路Ｂ５５ｂ，ガス通路Ｃ５５
ｃからなる連通路５５を経由して高段圧縮要素９の吸入
室５６に送出される。

【００８８】起動直後の低段吐出室４５および連通路５
５の冷媒ガスは、密閉容器３の内部空間やローリングピ
ストン形ロータリ式２段圧縮機１に配管接続する凝縮器
１３，気液分離器１７よりも高い。

【００８９】したがって、連通路５５を通過する吐出冷
媒ガスと気液分離器１７との間の圧力差によって弁体６
０が移動して気液分離器１７の接続管５９の端部を塞
ぎ、冷媒インジェクション通路７２が閉路して連通路５
５の冷媒ガスが気液分離器１７に逆流することが阻止さ
れる。

【００９０】また連通路５５の冷媒ガス圧力は密閉容器
３の内部空間に通じる高段吐出室５１の圧力よりも高
く、吐出バイパス弁装置５８の弁体５８ａがコイルバネ
５８ｂの付勢力に抗してコイルバネ５８ｂの方に移動し
て吐出バイパス通路５７を開通し、連通路５５を通過す
る冷媒ガスの一部が高段吐出室５１に直接流出して吸入
室５６の冷媒ガス圧力が降下する。その結果、コイルバ
ネ４１のみの付勢力に依存する高段圧縮要素９のベーン
３９は、圧力上昇した冷媒ガスが急激に吸入室５６に流
入することによる急激な後退の際に生じるジャンピング
現象を起こすことなく、第２ピストン９ｂの外周面の運
動に追従して後退し、ベーン３９と第２ピストン９ｂと
の衝突音や圧縮ガス漏れを生ぜずに円滑な軽負荷圧縮作
用を開始する。

【００９１】高段吐出室５１に排出された吐出冷媒ガス
は、環状通路５３を経て消音室５２に流入し、その後、
環状通路５４を介して密閉容器３の内部空間に送出され
る。

【００９２】圧縮機起動後の時間経過と共に、冷凍サイ
クルの吐出圧力は上昇する一方、吸入圧力は次第に低下
する。

【００９３】電動機５の回転速度が設定値を超える状態
で圧縮機運転される時、または、冷凍サイクルの吸入圧
力と吐出圧力との割合（圧縮比）が設定値を超える状態
で圧縮機運転される時、制御回路９９ａによって、圧縮
機起動から遅延して切り替え弁９８ａはアキュームレー
タ２の上流側と低段圧縮要素７のシリンダ内（圧縮室）
との連通を遮断する一方、凝縮器１３の上流側の吐出冷
媒ガスを連通管９７に導くように通路切り替え制御され
る。

【００９４】これにより、吸入バイパス弁９５が吐出冷
媒ガスによる背圧を受けてシリンダ（圧縮室）側に移動
し、バイパス穴９３を塞ぎ、吸入バイパス通路９４が遮
断される。

【００９５】この結果、低段圧縮要素７は全負荷運転の
状態になる。なお、吸入バイパス弁９５が吐出冷媒ガス
圧力と圧縮室圧力（最大が吸入圧力と吐出圧力との中間
圧力）との間の常時差圧によって、バイパス穴９３を安
定して閉塞し続けるので、吸入バイパス通路９４の遮断
性が向上する。

【００９６】圧縮機冷時始動後の時間経過と共に電動機
室８およびこれに通じる凝縮器１３と気液分離器１７の
圧力が上昇し、吸出バイパス通路５７内の吐出バイパス
弁装置５８の弁体５８ａが高段吐出室５１のガス圧と温
度上昇によりそのバネ定数を増したコイルバネ５８ｂに
より付勢されて吐出バイパス通路５７を閉じると共に、
連通管５９の端部を閉塞していた弁体６０が連通路５５
の方に移動して気液分離器１７と連通路５５との間の冷
媒インジェクション通路７２が開通する。

【００９７】また、吐出圧力が作用する油溜３５の潤滑
油は、高段圧縮要素９のコイルバネ４１と共にベーン３
９の背面を背圧付勢すると共にベーン３９の摺動面を潤
滑しながら摺動面隙間を介して吸入室５６と圧縮室とに
微少量流入し、圧縮室微小隙間を油膜密封する。

【００９８】低段圧縮要素７についても上記と同様であ
る。また、ポンプ装置６３によって第１クランク軸に給
油された潤滑油の一部が第１ピストン７ｂの内側から低
段圧縮要素７のシリンダ内に供給される。この潤滑油供
給は、第１ピストン７ｂの内側（吐出冷媒ガス圧力相
当）とシリンダ内との間の常時差圧によって連続的に行
われる。

【００９９】この潤滑油は、低段圧縮要素から排出され
た中間圧力ＰＭの冷媒ガスと共に高段圧縮要素９に供給
される。

【０１００】また油溜３５の潤滑油は、駆動軸６の表面
に設けられた螺旋状の油溝６４による粘性ポンプ作用と
駆動軸６の下端に設けられたポンプ装置６２とによっ
て、軸穴６２や半径方向孔６９を介して駆動軸６を支持
する下部軸受部材１２，上部軸受部材１１の軸受面と第
１のピストン７ｂ，第２のピストン９ｂの内側面に給油
される。螺旋状の油溝６４ａに供給された潤滑油は、粘
性ポンプ作用によって上部軸受部材１１の軸受上端から
消音室５２に排出され、高段吐出室５１から排出された
２段圧縮の高圧吐出ガスと混合の後、環状通路５４を経
て電動機室８に排出される。

【０１０１】電動機室８で潤滑油を分離した吐出冷媒ガ
スは、吐出管７ｅを経て圧縮機外部の冷凍サイクルに送
出される。

【０１０２】凝縮器１３，第１膨張弁１５を経由して減
圧の後、低段圧縮要素７の吐出圧力相当にまで膨張した
気液混合冷媒は、気液分離器１７に流入の後、気体と液
体とに分離し、液化冷媒が気液分離器１７の底部に収集
する。

【０１０３】気液分離器１７内上部空間の冷媒ガスは、
気液分離器１７内の上部空間に開口する連通管５９を介
してローリングピストン形ロータリ式２段圧縮機１内の
連通路５５に流入し、低段圧縮要素７の吐出冷媒ガスと
合流して低段吐出冷媒ガス温度を低下させた後、高段圧
縮要素９の吸入室５６に流入する。

【０１０４】高段圧縮要素９の２段圧縮吐出冷媒ガス
は、気液分離器１７の気液混合冷媒を吸入することによ
って異常温度上昇を抑制される。その結果、摺動部隙間
の縮小が少なくなると共に、電動機５の異常温度上昇が
抑制されて圧縮機入力が低減する。

【０１０５】一方、気液分離器１７の底部に収集した液
化冷媒は、液管６５を介して第２膨張弁１９，蒸発器２
１を順次経由して第２回目の膨張と吸熱の後、再びアキ
ュームレータ２に帰還する。

【０１０６】なお、気液分離器１７内の冷媒は、気液分
離器１７の胴体外周部を囲むポリエチレン発泡部材によ
って断熱と防音がなされているので、気液分離器１７に
冷媒が流入する際の冷媒と気液分離器内壁との衝突音が
外部に伝播するのを防ぐと共に、冷媒が吸熱することも
少ない。

【０１０７】次に、冷凍サイクルを循環する冷媒量が少
ない状態で圧縮機運転する場合について説明する。

【０１０８】この圧縮機運転状態では、電動機５の回転
速度が設定値以下に下がり、図７で示すように、冷凍サ
イクルにおける吸入冷媒圧力ＰＬ１が定格負荷運転時の
吸入冷媒圧力ＰＬよりも上昇し、吐出冷媒圧力ＰＨ１が
定格運転時の吐出冷媒圧力ＰＨよりも下降して、圧縮比
が設定値以下の状態である。

【０１０９】切り替え弁９８ａは、制御回路９９ａによ
って圧縮機起動直前の状態に復帰している。

【０１１０】すなわち、低段圧縮要素７のシリンダ内と
アキュームレータ２の上流側との間が連通状態にある。

【０１１１】この状態における冷媒ガスの圧縮作用と行
程は、上述と同様である。特に説明を加えるならば、図
７で示すように、低段圧縮要素７から排出される冷媒ガ
ス圧力（中間圧力）ＰＭ１は定格負荷運転時の冷媒ガス
圧力（中間圧力）ＰＭよりも低下し、吐出圧力ＰＨ１と
連通路５５の圧力（中間圧力）ＰＭ１とは、常に適当な
差圧が存在し、圧縮負荷が低段圧縮要素７に偏重するこ
とがない。

【０１１２】この結果、圧縮比が小さい運転状態（低速
度運転状態）における圧縮負荷変動が小さくなるので、
電動機５の著しい効率低下を防ぐことができる。

【０１１３】また、低段圧縮要素７の吸入バイパス作用
によって、第１ピストン７ｂの１回転当り実質吸入体積
が減少するので、電動機５の回転速度が増速運転され低
段圧縮要素７の単位時間当り所要冷媒吸入量が確保され
ている。

【０１１４】この結果、電動機５の効率は低圧縮比運転
時の吸入バイパス作用が無い場合の電動機効率よりも向
上する。

【０１１５】また、第１ピストン７ｂと第２ピストン９
ｂとが増速回転することによって、低段圧縮要素７およ
び高段圧縮要素９における圧縮途中冷媒ガス洩れの割合
が少なくなるので、圧縮効率を向上することができる。

【０１１６】更に、吐出圧力ＰＨ１が作用する油溜３５
と低段圧縮要素７の圧縮室との間に、常に差圧（最小差
圧がＰＨ１−ＰＭ１）が存在する。これによって、第１
ピストン７ｂの内側から第１ピストン７ｂの側面隙間を
経由して低段圧縮要素７の圧縮室に差圧給油できるの
で、潤滑油膜による圧縮室隙間の密封効果によって圧縮
機低速運転時の低段圧縮要素７と高段圧縮要素９の圧縮
効率を向上することもできる。

【０１１７】（実施例２）なお、上記実施例では吸入バ
イパス弁９５の反圧縮室側の背面に吐出冷媒ガスを導入
したが、油溜３５の潤滑油を導入しても良い。

【０１１８】そして、この実施例によれば、潤滑油膜に
よるシール作用によって吸入バイパス弁９５とバイパス
穴９３との間の遮断性能を更に向上することができる。

【０１１９】また、上記実施例では２段気体圧縮機をロ
ーリングピストン式としたが、他の形式の圧縮機（例え
ば、スライドベーン回転式圧縮機，往復動式圧縮機，ス
クロール式圧縮機，スクリュウ式圧縮機など）について
も同様の作用と効果を期待できる。

【０１２０】また、上記実施例では冷媒圧縮機について
説明したが、例えば、酸素，窒素，ヘリュウムなどの他
の気体圧縮機についても上記同様に応用できる。

【０１２１】

【発明の効果】上記実施例から明かなように、請求項１
に記載の発明は、電動機に連結する二つの圧縮要素の内
の少なくとも吐出弁を有する低段圧縮要素の吐出側と高
段圧縮要素の吸入側とを連通路を介して直列接続した２
段気体圧縮機において、低段圧縮要素の吸入圧力と高段
圧縮要素の吐出圧力とで定まる圧縮比と電動機の回転速
度の少なくとも一方が設定値以下の場合に、低段圧縮要
素の吸入気体容積が減少するように圧縮室の実効容積を
制御する容量制御手段を備えたもので、この構成によれ
ば、低段圧縮要素の圧縮室内気体圧力上昇に対して、吐
出弁が早期に開口する低圧縮比運転時に低段圧縮要素か
ら排出される気体量を高段圧縮要素の圧縮室容積に対し
て著しい過不足が生じない状態に維持することができ
る。この結果、低段圧縮要素から排出される気体圧力
（中間圧力）に高段圧縮要素の吐出圧力と適度な圧力差
を維持させ、それによって、低段圧縮要素と高段圧縮要
素の圧縮負荷を均衡させ、相互の圧縮トルクの相殺作用
によって圧縮機の全体負荷を低減させることができると
いう効果を奏する。

【０１２２】請求項２に記載の発明は、容量制御手段
が、低段圧縮要素の圧縮室と吸入側とを連通する吸入バ
イパス通路と吸入バイパス通路を制御回路によって開閉
する吸入バイパス開閉弁装置を設け、高段圧縮要素の吐
出圧力と低段圧縮要素の吸入圧力とで定まる圧縮比と電
動機の回転速度の少なくとも一方が設定値以下の時、吸
入バイパス通路を開通せしめ、それ以外の時にバイパス
通路を遮断するように、吸入バイパス開閉弁装置を開閉
する手段を備えたもので、この構成によれば、低段圧縮
要素の実質的な圧縮室容積を２段階変化させ、２段階の
圧縮比運転モードで吸入気体容積を制御することによっ
て不要な圧縮入力を省き、圧縮機効率を向上することが
できる。

【０１２３】特に、低段圧縮要素に流入する液流体を吸
入側にバイパスさせて液圧縮を回避することによって、
低段圧縮要素から排出する気体容積と高段圧縮要素の圧
縮室容積との釣合を保持して連通路内で生じる著しい脈
動を抑制させ、異常振動と騒音の発生を防ぐことができ
る。

【０１２４】また、電動機の起動トルクを低減して小型
化とコスト低減もできる。更に、圧縮機吐出気体量を少
なくする運転時には、単位時間当り所要吐出気体量を保
持するために、吸入バイパス通路を開通させながら電動
機を増速運転できるので、低段圧縮要素と高段圧縮要素
における単位時間当り圧縮途中気体洩れ量を少なくして
圧縮効率を向上すると共に、電動機の効率も向上するこ
とができるという効果を奏する。

【０１２５】請求項３に記載の発明は、吸入バイパス開
閉弁装置が、低段圧縮要素の圧縮室に開口するバイパス
穴と、圧縮室の側に前進した時にバイパス穴を閉塞し後
退した時にバイパス穴を開口する吸入バイパス弁と、吸
入バイパス弁の反圧縮室側の背圧付勢と解除とをすべく
吸入側流体と吐出側流体のいずれか一方の流体に切り替
えて導入するための切り替え弁と、吸入バイパス弁と切
り替え弁との間を連通する通路とで構成されたもので、
この構成によれば、バイパス穴を吸入バイパス弁によっ
て閉塞させる時、吸入バイパス弁の反圧縮室側背面と圧
縮室との間に常時差圧が存在し、吸入バイパス弁がバイ
パス穴を安定閉塞するので、吸入バイパス開閉弁装置の
遮断性能を向上させ、圧縮室への不要な気体漏洩を阻止
して圧縮効率低下を防ぐことができるという効果を奏す
る。

【０１２６】請求項４に記載の発明は、バイパス穴を閉
塞すべく吸入バイパス弁の反圧縮室側を背圧付勢する吐
出側流体を吐出圧力が作用する潤滑油としたもので、こ
の構成によれば、潤滑油膜によるシール作用によってバ
イパス穴と吸入バイパス弁との間の密封効果をより一層
高めることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すローリングピストン形
ロータリ式２段気体圧縮機を接続した２段圧縮２段膨張
冷凍サイクルの配管接続図

【図２】同一実施例のローリングピストン形ロータリ式
２段圧縮機の縦断面図

【図３】同圧縮機の要部詳細図

【図４】同圧縮機に使用する吐出バイパス弁の外観図

【図５】同圧縮機の吸入バイパス通路が閉塞時の低段圧
縮要素の圧縮室モデル図

【図６】同圧縮機の吸入バイパス通路が開通時の低段圧
縮要素の圧縮室モデル図

【図７】同圧縮機の圧縮室圧力変化を示す特性図

【図８】従来例を示すローリングピストン形ロータリ式
２段気体圧縮機の縦断面図

【図９】図８におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った低段圧縮要
素の横断面図

【図１０】図８におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った高段
圧縮要素の横断面図

【図１１】従来の圧縮機の圧縮室圧力変化を示す特性図

【図１２】従来の一般空調用圧縮機運転時の吸入冷媒圧
力と吐出冷媒圧力の変化を示す特性図

【符号の説明】

１ ローリングピストン形ロータリ式２段気体圧縮機 ５ 電動機 ７ 低段圧縮要素 ９ 高段圧縮要素 ５５ 連通路 ９０ 吸入バイパス弁開閉装置 ９２ 吐出弁 ９３ バイパス穴 ９４ 吸入バイパス通路 ９５ 吸入バイパス弁 ９８ａ 切り替え弁 ９９ａ 制御回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動機に連結する二つの圧縮要素の内の吐
   出弁を有する低段圧縮要素の吐出側と高段圧縮要素の吸
   入側とを連通路を介して直列接続した２段気体圧縮機に
   おいて、前記低段圧縮要素の吸入圧力と前記高段圧縮要
   素の吐出圧力とで定まる圧縮比と前記電動機の回転速度
   の少なくとも一方が設定値以下の場合に、前記低段圧縮
   要素の吸入気体容積が減少するように圧縮室の実効容積
   を制御する容量制御手段を備えた２段気体圧縮機。
2. 【請求項２】容量制御手段は、前記低段圧縮要素の圧縮
   室と吸入側とを連通する吸入バイパス通路と前記吸入バ
   イパス通路を制御回路によって開閉する吸入バイパス開
   閉弁装置を設け、前記高段圧縮要素の吐出圧力と前記低
   段圧縮要素の吸入圧力とで定まる圧縮比と前記電動機の
   回転速度の少なくとも一方が設定値以下の時、前記吸入
   バイパス通路を開通せしめ、それ以外の時に前記バイパ
   ス通路を遮断するように、前記吸入バイパス開閉弁装置
   を開閉する手段を備えた請求項１記載の２段気体圧縮
   機。
3. 【請求項３】吸入バイパス開閉弁装置は、低段圧縮要素
   の圧縮室に開口するバイパス穴と、前記圧縮室の側に前
   進した時に前記バイパス穴を閉塞し後退した時に前記バ
   イパス穴を開口する吸入バイパス弁と、前記吸入バイパ
   ス弁の反圧縮室側の背圧付勢と解除とをすべく吸入側流
   体と吐出側流体のいずれか一方の流体に切り替えて導入
   するための切り替え弁と、前記吸入バイパス弁と前記切
   り替え弁との間を連通する通路とで構成された請求項２
   記載の２段気体圧縮機。
4. 【請求項４】バイパス穴を閉塞すべく吸入バイパス弁の
   反圧縮室側を背圧付勢する吐出側流体を吐出圧力が作用
   する潤滑油とした請求項３記載の２段気体圧縮機。