JP5586537B2 - ロータリ二段圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、２つの圧縮部を有するロータリ二段圧縮機に関するものである。

圧縮機構部に２つの圧縮部（低段圧縮部及び高段圧縮部）を設け、これら低段圧縮部及び高段圧縮部を直列に接続したロータリ二段圧縮機が従来より存在する。このようなロータリ二段圧縮機では、低段圧縮部は、所定の圧力（到達圧力）まで、ヒートポンプサイクルから吸入した冷媒を圧縮する。この到達圧力は、低段圧縮部の圧縮室容積と高段圧縮部の圧縮室容積との設定により決定される。高段圧縮部は、低段圧縮部で圧縮された冷媒を、さらに圧縮する。そして、内部高圧型のロータリ二段圧縮機の場合、高段圧縮部で圧縮された冷媒は、高段圧縮部から密閉容器の内部空間へ吐出され、密閉容器の内部空間からヒートポンプサイクルへ吐出される。

従来、内部高圧型のロータリ二段圧縮機では、低段圧縮部で圧縮された中間圧の冷媒を高段圧縮部に導入するための中間流路が密閉容器の外部を通過するように形成されていた。

しかしながら、密閉容器の外部を通過するように中間流路が形成された従来のロータリ二段圧縮機は、中間連流路が極めて長くなる。その結果、中間流路内の冷媒が高段圧縮部に導入される際の追従性が悪くなり、中間流路内の圧力脈動を招き、十分な圧力脈動を抑制する効果が得られないという課題があった。

そこで、従来の内部高圧型のロータリ二段圧縮機には、中間流路を密閉容器の内部に形成したものが提案されている。
このような従来のロータリ二段圧縮機としては、低段圧縮部と高段圧縮部とを仕切る中間仕切板に中間流路を構成する吐出空間を形成し、当該吐出空間内に中間圧冷媒（低段圧縮部から吐出された冷媒）を吐出し、中間圧冷媒が高段圧縮部へ過剰流出することを防止したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、このような従来のロータリ二段圧縮機としては、高段圧縮部の吸入口の位相を低段圧縮部の吸入口の位相とずらすことで、中間流路を圧縮機構部内に設けたものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、このような従来のロータリ二段圧縮機としては、ベーン溝と低段、高段の吸入流路間に中間流路を配置し、圧縮機構部内を貫通させて中間流路を設けたものも提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０００−８７８９２号公報 特開２００７−１１３５４２号公報 特開２０１０−１５６２２６号公報

圧縮機を用いたヒートポンプ装置（ヒートポンプサイクル）においては、負荷が小さい場合等、圧縮機が吐出する冷媒の圧力（換言すると、凝縮器に流入する冷媒の圧力）が低くてもよい場合がある。しかしながら、中間流路を圧縮機構部内に形成した従来のロータリ二段圧縮機（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）は、このような低負荷運転時を考慮していないため、ロータリ二段圧縮機から吐出される冷媒の圧力が所望の圧力よりも高くなってしまい、過圧縮状態になってしまうことがあった。このため、中間流路を圧縮機構部内に形成した従来のロータリ二段圧縮機は、低負荷運転時の運転効率が低下してしまうという問題点があった。

また、特許文献１に記載のロータリ二段圧縮機は、中間仕切板に中間圧冷媒が吐出される吐出空間を形成しているので、圧縮機構の軸受間距離（圧縮機構の上下端に設けられ、駆動軸を回転自在に支持する軸受同士の距離）が大きくなってしまう。このため、特許文献１に記載のロータリ二段圧縮機は、圧縮室内に冷媒の負荷が作用した際の駆動軸の撓みが増加し、軸受の信頼性を低下させるという問題点もあった。

また、特許文献２に記載のロータリ二段圧縮機においては、高段圧縮部の吸入口の位相を低段圧縮部の吸入口の位相とずらしているので、高段圧縮部の圧縮室内に死容積が増大し、圧縮効率の低下を招いてしまうという問題点もあった。

また、特許文献３に記載のロータリ二段圧縮機においては、中間流路の設置領域が狭いため、中間流路の流路面積に制約が生じ、圧損による効率の低下を招いてしまうという問題点もあった。

本発明は、上述のような課題の少なくとも１つを解決するためになされたものであり、高段圧縮部に導入される冷媒の追従性を向上させて中間流路での圧力脈動を抑制でき、低負荷運転時の運転効率の低下を防止することができるロータリ二段圧縮機を得ることを目的とする。

本発明に係るロータリ二段圧縮機は、密閉容器と、該密閉容器の内部に配置され、低段圧縮部及び高段圧縮部が形成された圧縮機構部と、前記低段圧縮部上に配置され、内部に前記低段圧縮部から冷媒が吐出される低段吐出空間を形成する低段カバーと、前記密閉容器の内部に配置され、前記圧縮機構部の駆動源となる電動機と、該電動機の駆動力を前記圧縮機構部に伝達する駆動軸と、を備え、前記圧縮機構部には、前記低段圧縮部で圧縮された冷媒を前記低段吐出空間へ吐出する低段吐出口と、前記低段吐出空間の冷媒を前記高段圧縮部に導入するための中間流路と、前記中間流路から導入され前記高段圧縮部で圧縮された冷媒が吐出される前記密閉容器の内部空間である吐出圧空間とが形成されており、
前記低段カバーには、負荷が所定の負荷よりも小さいときに開口し、前記低段吐出空間と前記吐出圧空間とを連通するバイパス機構が設けられ、前記駆動軸の中心軸を基準とし、前記低段吐出口から前記バイパス機構までの距離が近い側の回転方向を正方向とした場合、前記中間流路の前記低段吐出空間への開口部は、前記正方向において、前記バイパス機構よりも下流側に形成されているものである。

本発明に係るロータリ二段圧縮機においては、中間流路を密閉容器外に延出して形成すること無く圧縮機構部内に形成しているので、中間流路を短く形成できる。このため、高段圧縮部に導入される冷媒の追従性を向上させ、中間流路での圧力脈動を抑制できる。

また、本発明に係るロータリ二段圧縮機は、負荷が所定の負荷よりも小さいときに開口し、前記低段吐出空間と前記吐出圧空間とを連通するバイパス機構を備えている。このため、低負荷運転時には、低段圧縮部が圧縮した冷媒を高段圧縮部に圧縮させることなくバイパスしてヒートポンプサイクルへ吐出することができる。したがって、本発明に係るロータリ二段圧縮機は、低負荷運転時に発生する過圧縮損失を低減することができ、低負荷運転時の運転効率の低下を防止することができる。

本発明の実施の形態に係る二段圧縮機を示す縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 図１のＣ−Ｃ断面図である。 図１のＤ−Ｄ断面図である。 図１のＥ−Ｅ断面図である。 本実施の形態に係る二段圧縮機と従来のロータリ二段圧縮機との運転効率を比較した図である。

実施の形態．
以下、本発明に係るロータリ二段圧縮機の一例（二段圧縮機１００）の構成について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る二段圧縮機を示す縦断面図である。また、図２は図１のＡ−Ａ断面図を示し、図３は図１のＢ−Ｂ断面図を示し、図４は図１のＣ−Ｃ断面図を示し、図５は図１のＤ−Ｄ断面図を示し、図６は図１のＥ−Ｅ断面図を示す。なお、図１は、二段圧縮機１００の構成の理解を容易にするために、複数の切断位置で切断された縦断面を組み合わせた図となっている。そのため、平面視又は底面視における各構成の正確な位置は、図２〜図６に示す位置となる。

本実施の形態に係る二段圧縮機１００は、圧縮機構部３に２つの圧縮部（低段圧縮部１０と高段圧縮部３０）を備えるものである。この二段圧縮機１００は、電動機２（モータ部）、低段圧縮部１０、高段圧縮部３０、低段カバー１９、高段カバー３９、低段フレーム１４、高段フレーム３４、中間仕切板５０、及び、駆動軸４等を備えている。より詳しくは、密閉容器１の内部には、下部から上部にかけて、高段カバー３９、高段フレーム３４、高段圧縮部３０、中間仕切板５０、低段圧縮部１０、低段フレーム１４、低段カバー１９、及び電動機２の順で配置されている。また、駆動軸４は、密閉容器１の上下方向に沿って設けられており、密閉容器１の下部（つまり、駆動軸４の下端部）には、潤滑油６ａを貯留する潤滑油貯蔵部６が形成されている。この潤滑油６ａは、圧縮機構部３や軸受け部等を潤滑するものである。

圧縮機構部３の低段圧縮部１０は、低段シリンダ１１、低段ローリングピストン１２及び低段ベーン２６（図４参照）等で構成されている。低段シリンダ１１は、略平板形状をしており、略中心部には低段圧縮室１５となる略円筒形状の貫通孔が形成されている。この貫通孔は、上部開口が低段フレーム１４によって閉塞され、下部開口が中間仕切板５０によって閉塞され、低段圧縮室１５が形成されている。また、低段圧縮室１５には、低段吸入口２１と、低段フレーム１４に形成された低段吐出口１６が連通している。低段吸入口２１は、密閉容器１の外部に設けられた連結管９及び吸入マフラ７を介して、吸入管８と接続されている。つまり、低段吸入口２１は、ヒートポンプサイクルの低圧側と接続されることとなる。また、低段吐出口１６には、板状の低段吐出弁１７と低段弁押え１８とがリベット１８ａにより取り付けられたリード弁が設けられている（図３参照）。このリード弁の低段吐出弁１７を押し上げて低段吐出口１６を開くことにより、低段圧縮室１５が後述する低段吐出空間２０に連通することとなる。

低段圧縮室１５には、低段ローリングピストン１２と低段ベーン２６が設けられている。低段ローリングピストン１２は、略円筒形状をしており、駆動軸４の偏心部に設けられている。低段ベーン２６は、低段シリンダ１１に形成された低段ベーン溝２７に摺動自在に設けられている。また、低段ベーン２６は、バネ等の付勢部材によって駆動軸４方向に付勢されており、その先端部が低段ローリングピストン１２の外周部に追従自在となっている。これにより、低段圧縮室１５は、低段吸入口２１が連通する吸入空間と、低段吐出口１６が連通する圧縮空間とに区画される。図３及び図４からわかるように、低段圧縮室１５の低段吸入口２１は、平面視において、低段ベーン２６の左側近傍で低段圧縮室１５と連通している。また、低段吐出口１６は、平面視において、低段ベーン２６の右側近傍で低段圧縮室１５と連通している。

高段圧縮部３０は、高段シリンダ３１、高段ローリングピストン３２及び高段ベーン４２（図５参照）等で構成されている。高段シリンダ３１は、略平板形状をしており、略中心部には高段圧縮室３５となる略円筒形状の貫通孔が形成されている。この貫通孔は、上部開口が中間仕切板５０によって閉塞され、下部開口が高段フレーム３４によって閉塞され、高段圧縮室３５が形成されている。高段圧縮室３５は、低段圧縮室１５よりも容積が小さくなるように形成されている。また、高段圧縮室３５には、高段シリンダ３１に形成された高段吸入口４１と、高段フレーム３４に形成された高段吐出口３６が連通している。高段圧縮部３０の高段吸入口４１は、後述する低段吐出空間２０及び中間流路５１を介して、低段圧縮部１０の低段吐出口１６と連通可能となっている。また、高段吐出口３６には、板状の高段吐出弁３７と高段弁押え３８とがリベット３８ａにより取り付けられたリード弁が設けられている（図６参照）。このリード弁の高段吐出弁３７を押し上げて高段吐出口３６を開くことにより、高段圧縮室３５が後述する高段吐出空間４０に連通することとなる。

高段圧縮室３５には、高段ローリングピストン３２と高段ベーン４２が設けられている。高段ローリングピストン３２は、略円筒形状をしており、駆動軸４の偏心部に設けられている。本実施の形態では、高段ローリングピストン３２は、平面視において、低段ローリングピストン１２と略逆位相（駆動軸４の回転軸を中心として略１８０°回転した位置）となっている。高段ベーン４２は、高段シリンダ３１に形成された高段ベーン溝４３に摺動自在に設けられている。また、高段ベーン４２は、バネ等の付勢部材によって駆動軸４方向に付勢されており、その先端部が高段ローリングピストン３２の外周部に追従自在となっている。これにより、高段圧縮室３５は、高段吸入口４１が連通する吸入空間と、高段吐出口３６が連通する圧縮空間とに区画される。図５及び図６からわかるように、高段吸入口４１は、平面視において、高段ベーン４２の左側近傍で高段圧縮室３５と連通している。なお、高段吐出口３６は、平面視において、高段ベーン４２の右側近傍で高段圧縮室３５と連通している。

また、図３〜図６からわかるように、低段圧縮室１５の低段吸入口２１と高段圧縮室３５の高段吸入口４１は、平面視において、略同位相となっている。低段吐出口１６と高段吐出口３６は、平面視において、略同位相となっている。このため、本実施の形態に係る二段圧縮機１００は、特許文献２に示したロータリ二段圧縮機と異なり、高段圧縮室３５の死容積が増大せず、圧縮効率が低下することがない。

低段フレーム１４は、上部軸受け部を備え、駆動軸４の略中間部を回転自在に支持する。低段フレーム１４には、上述のように低段圧縮部１０の低段吐出口１６が形成されている。低段カバー１９は、下部が開口したカップ形状の容器となっている。この低段カバー１９は、低段吐出口１６を上方から覆うように設けられ、内部に、低段吐出空間２０を形成している。

また、低段吐出空間２０には、中間流路５１も連通している。この中間流路５１は、低段フレーム１４、低段シリンダ１１及び中間仕切板５０を上下方向に貫通し、低段吐出空間２０と高段吸入口４１とを連通している。つまり、低段吐出空間２０に流入した冷媒は、中間仕切板５０を介して高段圧縮部３０に吸入されることとなる。

なお、平面視において、この中間流路５１は、低段シリンダ１１を貫通する際、低段ベーン２６の左側であって、低段吸入口２１よりも低段ベーン２６（つまり、低段ベーン溝２７）から離れた位置を貫通している。換言すると、駆動軸４の中心軸を基準とし、低段ベーン２６から低段吸入口２１までの距離が近い側の回転方向を正方向とした場合（図４に示す矢印方向）、中間流路５１は、正方向において、低段吸入口２１よりも下流側に形成されている。

高段フレーム３４は、下部軸受け部を備え、駆動軸４の下端部を回転自在に支持する。高段フレーム３４には、上述のように高段圧縮部３０の高段吐出口３６が形成されている。高段カバー３９は、上部が開口したカップ形状の容器となっている。この高段カバー３９は、高段吐出口３６を下方から覆うように設けられ、内部に、高段吐出空間４０を形成している。

また、高段吐出空間４０には、密閉容器１の内部空間と連通する吐出流路５２が形成されている。この吐出流路５２は、高段フレーム３４、高段シリンダ３１、中間仕切板５０、低段シリンダ１１及び低段フレーム１４を上下方向に貫通し、高段吐出空間４０と密閉容器１の内部空間とを連通している。つまり、本実施の形態に係る二段圧縮機１００は、密閉容器１内が吐出圧空間５３（定常運転時、高段圧縮部３０から吐出された高圧冷媒の圧力となる空間）となる内部高圧型の圧縮機である。密閉容器１の例えば上部には吐出管５が設けられており、密閉容器１に吐出された高圧冷媒は、この吐出管５から外部へ吐出されることとなる。なお、平面視において、この吐出流路５２は、中間流路５１に対して、駆動軸４の中心軸を基準とした点対称な位置で貫通している。

電動機２は低段圧縮部１０及び高段圧縮部３０の駆動源となるものである。この電動機２は、固定子２ａ及び回転子２ｂを備えている。固定子２ａは、略円筒形状をしており、密閉容器１の内周部に固定されている。回転子２ｂは、略円筒形状をしており、所定の間隙を介して固定子２ａの内周部に配置されている。また、回転子２ｂの内周部には、駆動軸４の上端部が嵌挿されている。

さらに、本実施の形態に係る二段圧縮機１００は、低段カバー１９にインジェクタ６０が設けられている。このインジェクタ６０は、一方の端部が低段吐出空間２０に開口しており、他方の端部にはインジェクションパイプ６１が接続されている。なお、インジェクタ６０は、低段圧縮部１０から吐出された冷媒に、二段圧縮機１００以外となるヒートポンプサイクル内の冷媒をインジェクションするためのものである。このため、インジェクタ６０の接続位置は、低段カバー１９に限定されるものでなく、低段圧縮部１０から吐出された冷媒が高段圧縮部３０へ吸入されるまでの流路（低段吐出空間）であれば、任意の位置に接続することが可能である。

さらに、本実施の形態に係る二段圧縮機１００は、低段カバー１９に、低段吐出空間２０と密閉容器１の内部空間である吐出圧空間５３とを連通するバイパス口２３が形成されている。バイパス口２３には、板状のバイパス弁２４とバイパス弁押え２５とがリベット２９により取り付けられたリード弁が設けられている（図２参照）。これらをバイパス機構と呼ぶ。
なお、本実施の形態では、バイパス口２３と中間流路５１の位置関係が図２に示すようになっている。つまり、駆動軸４の中心軸を基準とし、低段吐出口１６からバイパス口２３までの距離が近い側の回転方向を正方向とした場合（図２に示す矢印方向）、中間流路５１は、正方向において、バイパス口２３よりも下流側に形成されている。

次に、二段圧縮機１００の動作について説明する。
電力が供給されると、電動機２が動作する。電動機２と圧縮機構部３とは、駆動軸４により接続されており、電動機２で発生した動力が駆動軸４を介して圧縮機構部３へ伝達される。具体的には、電力の供給を受けると、電動機２の回転子２ｂが回転する。回転子２ｂが回転すると、回転子２ｂに嵌挿された駆動軸４も回転する。そして、駆動軸４が回転すると、駆動軸４が嵌挿された低段ローリングピストン１２及び高段ローリングピストン３２が、それぞれ低段圧縮室１５及び高段圧縮室３５と内部で偏心回転する。低段ローリングピストン１２と高段ローリングピストン３２とが偏心回転することにより、低段圧縮部１０と高段圧縮部３０とで冷媒が圧縮される。

このように動作する二段圧縮機１００内には、次のように冷媒が流れる。
まず、外部から吸入管８を介して、低圧の冷媒が吸入マフラ７へ流入する。吸入マフラ７へ流入した低圧の冷媒は、連結管９を介して低段圧縮室１５へ吸入される。低段圧縮室１５へ吸入された低圧の冷媒は、低段圧縮室１５内で中間圧まで圧縮される。冷媒が中間圧まで圧縮されると、低段圧縮室１５内の冷媒と低段吐出空間２０内の冷媒との圧力差により低段吐出弁１７が開き、低段圧縮室１５内の冷媒が低段吐出口１６から低段吐出空間２０へ吐出される。ここで、中間圧は、低段圧縮室１５の吸入室の容積と高段圧縮室３５の吸入室の容積との比から決定される圧力である。

低段吐出空間２０へ吐出した中間圧の冷媒は、中間流路５１を介して高段圧縮室３５へ吸入される。高段圧縮室３５へ吸入された中間圧の冷媒は、高段圧縮室３５内で吐出圧まで圧縮される。冷媒が吐出圧まで圧縮されると、高段圧縮室３５内の冷媒と高段吐出空間４０内の冷媒との圧力差により高段吐出弁３７が開き、高段圧縮室３５内の冷媒が高段吐出口３６から高段吐出空間４０へ吐出される。高段吐出空間４０へ吐出した吐出圧の冷媒は、吐出流路５２を介して低段圧縮部１０の上方の吐出圧空間５３へ吐出される。そして、吐出圧空間５３へ吐出された吐出圧の冷媒は、吐出管５から外部へ吐出される。

なお、二段圧縮機１００を備えるヒートポンプ装置（二段圧縮機１００を用いたヒートポンプサイクル）においてインジェクション運転がされている場合には、図１に示すインジェクションパイプ６１からインジェクタ６０を介して、インジェクション冷媒が低段吐出空間２０へ注入される。インジェクション冷媒は、低段圧縮室１５から吐出された中間圧の冷媒と低段吐出空間２０で混合され、高段圧縮部３０で圧縮される。

ヒートポンプ装置の負荷が小さい場合（以下、低負荷運転時ともいう）等、低段圧縮部１０による圧縮だけで、吐出圧（換言すると、凝縮器に流入する冷媒の圧力）となってしまう過圧縮状態となる場合がある。つまり、上述した冷媒の中間圧が、必要な吐出圧より高い圧力となってしまう場合がある。このような場合、本実施の形態に係る二段圧縮機１００では、低段吐出空間２０の冷媒と吐出圧空間５３の冷媒との圧力差によってバイパス弁２４が開き、低段吐出空間２０の冷媒がバイパス口２３から吐出圧空間５３へ吐出される構成にしている。換言すると、本実施の形態に係る二段圧縮機１００は、低段吐出空間２０内の圧力が吐出圧空間５３の圧力よりも所定値以上大きくなった場合、バイパス弁２４が変形してバイパス口２３を開く構成となっている。つまり、低段圧縮部１０から低段吐出空間２０へ吐出された冷媒は、高段圧縮部３０で圧縮されることなく、バイパスして吐出圧空間５３へ吐出される。

過圧縮状態では、低段圧縮部１０による圧縮だけで吐出圧となっているため、高段圧縮部３０による圧縮は無駄であり、高段圧縮部３０で圧縮を行うと効率が悪化する。しかし、二段圧縮機１００では、過圧縮状態になった場合に、低段圧縮部１０で圧縮した冷媒を高段圧縮部３０をバイパスして吐出させる。そのため、過圧縮状態が発生した場合における損失（過圧縮損失）を抑制でき、低負荷運転時における運転効率を向上させることができる。

特に、本実施の形態に係る二段圧縮機１００は、低段カバー１９にバイパス口２３が形成されている。このため、バイパス口２３から吐出圧空間５３へ吐出される冷媒は、中間流路５１を通ることなく、密閉容器１内の吐出圧空間５３へ吐出される。つまり、バイパス口２３から吐出圧空間５３へ吐出される冷媒は、中間流路５１を通ることによる圧縮損失が生じることなく、バイパス口２３から吐出圧空間５３へ吐出される。したがって、低負荷運転時において、効果的に過圧縮損失を抑制できる。

なお、上述したように、密閉容器１の下側は、潤滑油貯蔵部６を形成しており、潤滑油６ａが封入されている。潤滑油６ａは、圧縮機構部３の機械部分へ供給されるため、少なくとも上側に配置された圧縮部（図１では低段圧縮部１０）まで浸る量が封入されている。一般的なロータリ二段圧縮機（特許文献１〜特許文献３参照）では、ロータリ二段圧縮機を縦置きする場合、低段圧縮部が高段圧縮部の下側に設けられる。このため、特許文献２及び特許文献３に記載されたロータリ二段圧縮機のように、低段圧縮部で圧縮した冷媒を低段カバー内（低段吐出空間）に吐出するロータリ二段圧縮機においては、低段吐出空間が低段圧縮部の下側に設けられることとなる。つまり、低段カバーは、低段圧縮部の下側に設けられることとなる。したがって、低段カバーは、潤滑油に浸った状態になる。この場合、低段カバーに本実施の形態に係るバイパス口２３を形成しようとすると、潤滑油がバイパス口２３から低段吐出空間へ侵入してしまう。また、バイパス口２３から冷媒を吐出する際に潤滑油を巻き上げてしまい、ロータリ二段圧縮機からの潤滑油の流出を増加させてしまう。このため、一般的なロータリ二段圧縮機では、低段カバーに本実施の形態に係るバイパス口２３を形成することができない。したがって、特許文献２及び特許文献３に記載されたロータリ二段圧縮機では、ロータリ二段圧縮機を縦置きする場合、低段吐出空間と高段圧縮部とを繋ぐ狭く細い流路にバイパス口２３を設けるしかない。

しかしながら、本実施の形態に係る二段圧縮機１００は、縦置きする場合、通常とは逆に、低段圧縮部１０を高段圧縮部３０の上側に設けている。このため、低段吐出空間２０は低段圧縮部１０の上側に設けられ、低段カバー１９は潤滑油６ａに浸ることのない高さとすることができる。その結果、低段カバー１９にバイパス口２３を設けることができる。

また、本実施の形態に係る二段圧縮機１００は、中間流路５１ではなく、低段カバー１９にバイパス口２３を設けたため、バイパス弁２４を簡単な構造のリード弁とすることができる。このため、バイパス弁２４及びバイパス弁押え２５を、低段吐出弁１７及び低段弁押え１８や高段吐出弁３７及び高段弁押え３８と同一の部品とすることが可能となる。部品を共通化することにより、コストを低く抑えることができる。また、バイパス弁２４の構造が簡単となるため、組み立てにかかるコストを低く抑えることもできる。

次に、本実施の形態に係る二段圧縮機１００の中間流路５１の特徴について説明する。

上述のように、中間流路５１は、低段フレーム１４、低段シリンダ１１及び中間仕切板５０を上下方向に貫通し、低段吐出空間２０と高段吸入口４１とを連通している。つまり、低段圧縮部１０で圧縮された冷媒は、低段吐出空間２０に吐出された後に中間流路５１へ流入する。このため、特許文献１に記載のロータリ二段圧縮機と異なり、中間仕切板５０に低段圧縮部１０の吐出空間を形成する必要がない。このため、本実施の形態に係る二段圧縮機１００は、特許文献１に記載のロータリ二段圧縮機と異なり、駆動軸４の軸受部としても機能する低段フレーム１４と高段フレーム３４の距離を小さくすることができ、二段圧縮機１００（より詳しくは、駆動軸４の軸受部としても機能する低段フレーム１４と高段フレーム３４）の信頼性を向上させることができる。

また、中間流路５１は、低段吸入口２１よりも低段ベーン２６（換言すると、低段ベーン溝２７）から離れた位置、つまり、低段吸入口２１と低段ベーン２６（換言すると、低段ベーン溝２７）との間ではない位置に形成されている。このため、本実施の形態に係る中間流路５１は、特許文献３に記載の中間流路と異なり、流路面積を大きく確保することができ、圧力損失による効率低下の要因を排除できる。また、低段吸入口２１と低段ベーン２６（換言すると、低段ベーン溝２７）に中間流路５１が干渉しないため、流路の設置自由度が増す。なお、図４等では、開口部が略円形状をした中間流路５１が示されているが、開口部が低段吐出口１６の面積より大きく形成されていればどのような形状でもよい。

中間流路内は流入する冷媒量や密度の粗密によって、圧力脈動が発生している。特にインバーター制御のロータリ二段圧縮機では、回転数が増減するため圧力脈動が発生しやすい。中間流路が密閉容器の外部に配置された従来のロータリ二段圧縮機においては、高段圧縮部に導入される冷媒の追従性が悪いので、この中間流路内の圧力脈動を共鳴によって消散させるには、何種類もの流路管長の中間流路を設定しなければならない。しかしながら、本実施の形態に係る二段圧縮機１００は、中間流路５１を圧縮機構部３内に設けることにより流路長を短縮しているので、低段圧縮部１０から高段圧縮部３０へ導入される冷媒の追従性が改善し、圧力脈動を抑制できるので、運転効率を向上させることができる。

上述のように、駆動軸４の中心軸を基準とし、低段吐出口１６からバイパス口２３までの距離が近い側の回転方向を正方向とした場合（図２に示す矢印方向）、中間流路５１は、正方向において、バイパス口２３よりも下流側に形成されている。この正方向は、低段吐出口１６からバイパス口２３へ流れる冷媒の主流方向である。バイパス口２３及び中間流路５１をこのような位置関係で配置することにより、低段圧縮部１０から吐出された過圧縮状態の冷媒は、バイパス機構（バイパス口２３、バイパス弁２４及びバイパス弁押え２５）によって、中間流路５１へ到達する前にバイパス口２３から密閉容器１内へ吐出されることとなる。このため、吐出圧空間５３へ吐出された冷媒は、より確実に中間流路５１を通ることなく吐出圧空間５３へ吐出されることとなり、前記バイパス機構の効果が大きくなる。一方、中間流路を密閉容器１の外部に配置した従来のロータリ二段圧縮機に本発明に係るバイパス機構（低圧カバーに設けられるバイパス機構）を設けても、中間流路の流路長が長くなるので、バイパス口２３から過圧縮状態の冷媒を吐出しきれず、過圧縮状態の冷媒の一部が高段圧縮部へ流入して無駄な圧縮が発生するため、効率が悪化する。

最後に、本実施の形態に係る二段圧縮機１００の運転効率の改善効果について述べる。

図７は、本実施の形態に係る二段圧縮機と従来のロータリ二段圧縮機との運転効率を比較した図である。なお、図７に示す従来のロータリ二段圧縮機は、中間流路が密閉容器の外部に配置された内部高圧型のロータリ二段圧縮機であり、本実施の形態のようなバイパス機構を備えていないものとなっている。また、図７は、従来のロータリ二段圧縮機の運転効率を基準（１００％）として、本実施の形態に係る二段圧縮機１００の運転効率を示している。

定常運転時（図７に示す定格条件）の運転効率を比較すると、本実施の形態に係る二段圧縮機１００の運転効率は、約１０２％となり、従来のロータリ二段圧縮機よりも約２％運転効率が向上している。この結果から、中間流路５１を圧縮機構部３内に形成することにより、高段圧縮部３０に導入される冷媒の追従性を向上させて中間流路での圧力脈動を抑制でき、運転効率を向上させられることがわかる。

低負荷運転時（図７に示す低負荷条件）の運転効率を比較すると、本実施の形態に係る二段圧縮機１００の運転効率は、約１０１．５％となり、従来のロータリ二段圧縮機よりも約１／５％運転効率が向上している。この結果から、本実施の形態に係る二段圧縮機１００は、低段カバー１９にバイパス機構（バイパス口２３、バイパス弁２４及びバイパス弁押え２５）を設けることにより、過圧縮状態になった場合に低段圧縮部１０で圧縮した冷媒を高段圧縮部３０をバイパスして吐出させることができ、運転効率を向上させられることがわかる。

なお、中間流路５１を圧縮機構部３内に形成した二段圧縮機１００は、中間流路となる部材が密閉容器１から突出していないので、小型化、包装及び運搬の容易性、分解の容易性等の効果を得ることもできる。

１ 密閉容器、２ 電動機、２ａ 固定子、２ｂ 回転子、３ 圧縮機構部、４ 駆動軸、５ 吐出管、６ 潤滑油貯蔵部、６ａ 潤滑油、７ 吸入マフラ、８ 吸入管、９ 連結管、１０ 低段圧縮部、１１ 低段シリンダ、１２ 低段ローリングピストン、１４ 低段フレーム、１５ 低段圧縮室、１６ 低段吐出口、１７ 低段吐出弁、１８ 低段弁押え、１８ａ リベット、１９ 低段カバー、２０ 低段吐出空間、２１ 低段吸入口、２３ バイパス口、２４ バイパス弁、２５ バイパス弁押え、２６ 低段ベーン、２７ 低段ベーン溝、２９ リベット、３０ 高段圧縮部、３１ 高段シリンダ、３２ 高段ローリングピストン、３４ 高段フレーム、３５ 高段圧縮室、３６ 高段吐出口、３７ 高段吐出弁、３８ 高段弁押え、３８ａ リベット、３９ 高段カバー、４０ 高段吐出空間、４１ 高段吸入口、４２ 高段ベーン、４３ 高段ベーン溝、５０ 中間仕切板、５１ 中間流路、５２ 吐出流路、５３ 吐出圧空間、６０ インジェクタ、６１ インジェクションパイプ、１００ 二段圧縮機。

Claims (7)

1. 密閉容器と、
   該密閉容器の内部に配置され、低段圧縮部及び高段圧縮部が形成された圧縮機構部と、
   前記低段圧縮部上に配置され、内部に前記低段圧縮部から冷媒が吐出される低段吐出空間を形成する低段カバーと、
   前記密閉容器の内部に配置され、前記圧縮機構部の駆動源となる電動機と、
   該電動機の駆動力を前記圧縮機構部に伝達する駆動軸と、
   を備え、
   前記圧縮機構部には、
   前記低段圧縮部で圧縮された冷媒を前記低段吐出空間へ吐出する低段吐出口と、前記低段吐出空間の冷媒を前記高段圧縮部に導入するための中間流路と、前記中間流路から導入され前記高段圧縮部で圧縮された冷媒が吐出される前記密閉容器の内部空間である吐出圧空間とが形成されており、
   前記低段カバーには、負荷が所定の負荷よりも小さいときに開口し、前記低段吐出空間と前記吐出圧空間とを連通するバイパス機構が設けられ、
   前記駆動軸の中心軸を基準とし、前記低段吐出口から前記バイパス機構までの距離が近い側の回転方向を正方向とした場合、
   前記中間流路の前記低段吐出空間への開口部は、前記正方向において、前記バイパス機構よりも下流側に形成されていることを特徴とするロータリ二段圧縮機。
2. 前記圧縮機構部は、
   低段フレームと、
   低段圧縮室となる第１貫通孔が形成され、前記低段フレームによって前記第１貫通孔の一方の開口部が閉塞された低段シリンダと、
   前記第１貫通孔の他方の開口部を閉塞する中間仕切板と、
   高段圧縮室となる第２貫通孔が形成され、前記中間仕切板によって前記第２貫通孔の一方の開口部が閉塞された高段シリンダと、
   前記第２貫通孔の他方の開口部を閉塞する高段フレームと、
   前記駆動軸の偏心部に設けられ、前記低段圧縮室の内部を偏心回転運動する低段ローリングピストンと、
   前記駆動軸の偏心部に設けられ、前記高段圧縮室の内部を偏心回転運動する高段ローリングピストンと、
   前記低段圧縮室の内部を吸入空間と圧縮空間とに区画する低段ベーンと、
   前記高段圧縮室の内部を吸入空間と圧縮空間とに区画する高段ベーンと、
   を有し、
   前記低段フレーム、前記低段シリンダ、前記中間仕切板、前記高段シリンダ及び前記高段フレームが順次積層されて、前記低段圧縮部及び前記高段圧縮部が形成されたものである
   ことを特徴とする請求項１に記載のロータリ二段圧縮機。
3. 前記バイパス機構は、前記低段吐出空間の圧力が前記吐出圧空間の圧力よりも所定値以上高くなったときに開口することを特徴とする請求項１または２に記載のロータリ二段圧縮機。
4. 前記圧縮機構部は、前記低段圧縮部が前記高段圧縮部の上方に配置され、
   前記バイパス機構は、
   前記低段カバーに形成されたバイパス口と、
   前記バイパス口を閉塞するように設けられ、所定値以上の圧力がかかると変形し、該バイパス口を開く弁と、
   を備えたことを特徴とする請求項３に記載のロータリ二段圧縮機。
5. 当該低段吐出空間に冷媒をインジェクションする配管が接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のロータリ二段圧縮機。
6. 前記低段圧縮室への冷媒の吸入位置は、前記高段圧縮室への冷媒の吸入位置と略同位相となっていることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか一項に記載のロータリ二段圧縮機。
7. 前記駆動軸の中心軸を基準とし、前記低段ベーンから前記低段圧縮部における冷媒の吸入口である低段吸入口までの距離が近い側の回転方向を正方向とした場合、
   前記中間流路は、前記正方向において、前記低段吸入口よりも下流側に形成されていることを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれか一項に記載のロータリ二段圧縮機。

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