JP2018127903A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機にインジェクションされる冷媒流量を確保してＣＯＰを向上する。【解決手段】圧縮機１は、固定スクロールと可動スクロールとの間に圧縮室を形成する低段側圧縮機１５２Ａと、圧縮室を形成する高段側圧縮機１５１Ａを備える。圧縮機１は、低段側圧縮機１５２Ａから吐出される冷媒を高段側圧縮機１５１Ａの冷媒吸入口に導く中間圧流路１４２と、第１膨張弁３から流れる中間圧力冷媒を中間圧流路１４２内にインジェクションするとともに、中間圧力冷媒を低段側圧縮機１５２Ａの圧縮室内にインジェクションするインジェクション流路１４１とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮機に関するものである。

従来、多段圧縮サイクルにおいて、高段側圧縮機と低段側圧縮機とをケース内に収納する圧縮機を備え、高段側圧縮機の冷媒吐出口と低段側圧縮機の冷媒吸入口との間に、放熱器、第１減圧弁、第２減圧弁、第３減圧弁、および蒸発器とを直列に接続したものがある（例えば、特許文献１参照）。

このものにおいて、第１減圧弁の冷媒出口と第２減圧弁の冷媒入口との間に流れる中間段の冷媒を、高段側圧縮機の作動室にインジェクションする第１冷媒経路と、第２減圧弁の冷媒出口と第３減圧弁の冷媒入口との間に流れる中間段の冷媒を、ケース内にインジェクションする第２冷媒経路とを備える。

低段側圧縮機は、蒸発器から低圧冷媒を吸入してこの吸入した低圧冷媒を圧縮してケース内に吐出する。高段側圧縮機は、ケースから吸入した冷媒と第１冷媒経路から吸入した冷媒とを圧縮して放熱器に吐出する。

特開２００８−１４４６４３号公報

上記多段圧縮サイクルでは、圧縮機が低圧縮比で運転したとき、第１減圧弁の冷媒出口と第２減圧弁の冷媒入口との間を流れる冷媒圧力と、高段側圧縮機の作動室内の冷媒圧力との差圧が小さくなる。このため、第１冷媒経路を通して高段側圧縮機の作動室内にインジェクションされる冷媒流量は少なく、ＣＯＰ（Coefficient Of Performance：成績係数）が低くなる。

本発明は上記点に鑑みて、圧縮機にインジェクションされる冷媒流量を確保してＣＯＰを向上することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷媒を循環させる冷凍サイクル（１００）に適用される圧縮機であって、固定部（１２）と、この固定部との間に第１圧縮室（１５２）を形成する第１可動部（１１１、１１２ｂ）とを備え、可動部の変位によって第１圧縮室内に低圧冷媒を吸入して第１圧縮室内で低圧冷媒を圧縮して圧縮冷媒として吐出させる低段側圧縮機（１５２Ａ）と、
固定部（１２）と、この固定部との間に第２圧縮室（１５１）を形成する第２可動部（１１１、１１２ａ）とを備え、第２可動部の変位によって第２圧縮室内に冷媒吸入口（１２７）を通して圧縮冷媒を吸入して第２圧縮室内で圧縮冷媒を圧縮して高圧冷媒として吐出する高段側圧縮機（１５１Ａ）と、
低段側圧縮機から吐出される圧縮冷媒を高段側圧縮機の冷媒吸入口に導く中間圧流路（１４２）と、
冷凍サイクルを構成して高圧冷媒と低圧冷媒との間の中間圧力を有する中間圧力冷媒を発生させる中間圧力生成部（３、５）から発生される中間圧力冷媒を中間圧流路にインジェクションするとともに、中間圧力冷媒を第１圧縮室内にインジェクションするインジェクション流路（１４１）と、を備える。

以上により、中間圧力生成部からの中間圧力冷媒の冷媒圧力は、第１圧縮室内の冷媒圧力よりも高くなる。そして、中間圧力生成部からの中間圧力冷媒を中間圧流路と第１圧縮室とにインジェクションするため、圧縮機にインジェクションされる中間圧力冷媒の冷媒量を確保することができる。したがって、冷凍サイクルのＣＯＰを向上することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態におけるヒートポンプサイクルの全体構成を示す図である。 図１の圧縮機の概略構成を示す模式図である。 図１の圧縮機の内部構成を示す断面図である。 図３において可動スクロールの歯部と固定スクロールの歯部とを駆動軸の回転中心線に直交する方向で切断した断面図である。 図３において圧縮機から下蓋部材および吐出プレートを取り除いた状態で、基板部を下方から見た底面図である。 図３における逆止弁６０の内部構造を示す断面図である。 図３における逆止弁５１の内部構造を示す断面図である。 本発明の第２実施形態における圧力調整弁の内部構造を示す断面図である。 本発明の第３実施形態における圧縮機の内部構成を示す断面図である。 本発明の第４実施形態における圧縮機の内部構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について説明する。図１に示すヒートポンプサイクル１００は、ヒートポンプ式給湯機の一部として用いられて、給湯水を加熱する。ヒートポンプサイクル１００は、圧縮機１の圧縮室にて昇圧過程の冷媒にサイクルの中間圧気相冷媒を合流させるガスインジェクションサイクルすなわちエコノマイザ式冷凍サイクルとして構成されている。

このヒートポンプサイクル１００は、図１に示すように、圧縮機１、水−冷媒熱交換器２、第１膨張弁３、気液分離器４、第２膨張弁５、蒸発器６、および油分離器７を有している。

圧縮機１は、吸入ポート３０ａから冷媒を吸入して圧縮し、圧縮した冷媒を吐出ポート４０ａに吐出するスクロール型コンプレッサである。圧縮機１が圧縮する流体、すなわちヒートポンプサイクル１００で循環する冷媒は、具体的には二酸化炭素（すなわちＣＯ２）である。より具体的には、この冷媒は、二酸化炭素を主として含む。なお、冷媒には、圧縮機１内部の各摺動部位を潤滑するオイルが混入されており、このオイルの一部は冷媒とともにサイクルを循環している。

水−冷媒熱交換器２は、給湯用の給湯水と圧縮機１から吐出された高圧の冷媒との熱交換を行うことでその給湯水を加熱する熱交換器である。第１膨張弁３は、水−冷媒熱交換器２から流出した冷媒を減圧する。

気液分離器４は、第１膨張弁３の冷媒流れ下流側且つ第２膨張弁５の上流側に配設される。気液分離器４には、第１膨張弁３によって減圧された中間圧の冷媒が流入する。気液分離器４は、その流入した中間圧の冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する。そして、気液分離器４は、一部の気相冷媒を、中間圧冷媒配管ＩＮＪを通じて圧縮機１の中間圧流入ポート３０ｂへ流す。その一方で気液分離器４は、残余の気液二相冷媒または残余の気相冷媒を第２膨張弁５へ流す。

第２膨張弁５は、気液分離器４によって分離された液層冷媒を減圧させる。蒸発器６は、外気と第２膨張弁５によって減圧された冷媒とを熱交換することで、冷媒を蒸発させる熱交換器である。

油分離器７は、圧縮機１から吐出された高圧の冷媒から潤滑油を分離し、分離された潤滑油を、オイル戻しポート４１ａから圧縮機１内の各部に戻す。

第１膨張弁３および第２膨張弁５は、それぞれの弁開度を調節する電動モータを有する電動の膨張弁である。第１膨張弁３の弁開度および第２膨張弁５の弁開度は、それぞれ、電動モータが制御装置から制御信号に応じて制御されることにより調節される。

図２は、圧縮機１の内部構成を模式的に示す図である。図３は、圧縮機１の構成を表す模式的な断面図である。図３は、圧縮機１の特定の面を切った断面というわけではなく、圧縮機１の複数の異なる断面を寄せ集めて構成したものである。図３の矢印ＤＲ１は、圧縮機１をヒートポンプ式給湯機に搭載した状態における上下方向を示している。すなわち、図３の両端矢印ＤＲ１は上下方向ＤＲ１を示している。

図３に示す圧縮機１は、スクロール式の電動圧縮機であり、冷媒を圧縮する圧縮機構部１０と、圧縮機構部１０を駆動する電動機部２０とを上下方向（すなわち縦方向）に配置した縦置きタイプになっている。圧縮機１は、圧縮機構部１０、電動機部２０、ハウジング３０等を備えている。

ヒートポンプサイクル１００は、圧縮機１の吐出ポート４０ａから第１膨張弁３入口側へ至るサイクルの高圧側冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成している。

ヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプサイクル１００の他に、図示しない貯湯タンク、給湯水循環回路、水ポンプ等を有している。貯湯タンクは、水−冷媒熱交換器２にて加熱された給湯水を貯める。給湯水循環回路は、貯湯タンクと水−冷媒熱交換器２との間で給湯水を循環させる。水ポンプは、給湯水循環回路に配置されて給湯水を圧送する。

圧縮機構部１０は、圧縮対象流体である冷媒を吸入し、圧縮して吐出する。より具体的には、圧縮機構部１０は、後述する圧縮室を形成し、吸入ポート３０ａから圧縮室内に低圧冷媒を吸入して圧縮する。また圧縮機構部１０は、中間圧流入ポート３０ｂから圧縮室内に低圧の冷媒よりも圧力の高い中間圧の冷媒を吸入して圧縮する。また圧縮機構部１０は、圧縮室において低圧の冷媒および中間圧の冷媒が圧縮された結果得られた高圧の冷媒を吐出ポート４０ａに吐出する。電動機部２０は、圧縮機構部１０を駆動する。ハウジング３０は、圧縮機構部１０および電動機部２０を収容する。

圧縮機１は、電動機部２０から圧縮機構部１０へ回転駆動力を伝達する駆動軸２５が上下方向ＤＲ１に延びて、圧縮機構部１０と電動機部２０が鉛直方向に配置された、いわゆる縦置きタイプに構成されている。より具体的には、本実施形態では、圧縮機構部１０が電動機部２０の下方側に配置されている。

ハウジング３０は、中心軸が鉛直方向に延びる筒状部材３１、筒状部材３１の上端部を塞ぐ椀状の上蓋部材３２および筒状部材３１の下端部を塞ぐ椀状の下蓋部材３３を有する。これら筒状部材３１、上蓋部材３２および下蓋部材３３が一体に接合されることで、ハウジング３０は、密閉容器構造となっている。筒状部材３１、上蓋部材３２および下蓋部材３３は、いずれも鉄系金属で形成されており、互いに溶接にて接合されている。

ハウジング３０は、そのハウジング３０内に、圧縮機構部１０および電動機部２０を収容している。

電動機部２０は、固定子をなすステータ２１と、回転子をなすロータ２２とを有している。ステータ２１は、ステータコアとそのステータコアに巻き付けられたステータコイルとを有する電動モータである。

ステータ２１のステータコイルに対する電力の供給は給電端子２３を介して行われる。給電端子２３は、ハウジング３０の上蓋部材３２すなわちハウジング３０の上端部に配置されている。ステータコイルに電力が供給されるとロータ２２に回転磁界が与えられてロータ２２に回転力が発生し、駆動軸２５がロータ２２と一体に回転する。

本実施形態のハウジング３０のうち電動機部２０の周囲は、ミドルハウジング２９の貫通孔２９ａを介して吸入ポート３０ａに連通している。このため、ハウジング３０のうち電動機部２０の周囲は、吸入ポート３０ａを通して供給される低圧冷媒によって満たされた状態で、密閉されている。

駆動軸２５は円筒状に形成されており、その内部空間は、駆動軸２５の摺動部（すなわち潤滑対象部位）に潤滑油を供給する給油通路２５１である。給油通路２５１は、駆動軸２５の下端面にて開口しており、駆動軸２５の上端面においては閉塞部材２６で閉塞されている。

駆動軸２５のうちロータ２２よりも下方側に突出している部位には、上下方向ＤＲ１と平行な軸方向と直交する方向である水平方向へ突出する鍔部２５２が設けられ、その鍔部２５２にはバランスウェイト２５４が設けられている。ロータ２２の上下方向両側にもバランスウェイト２２１、２２２が設けられている。駆動軸２５は、軸受部材２７とミドルハウジング２９の軸受部２９１とにより支承されている。

ミドルハウジング２９は、上方側から下方側に向かって階段状に外径および内径が拡大する円筒形状を有しており、その最外周面がハウジング３０の筒状部材３１に固定されている。ミドルハウジング２９のうち上方側部位が軸受部２９１を構成している。

ミドルハウジング２９のうち下方側部位には、圧縮機構部１０の可動スクロール１１が収容されている。可動スクロール１１の下方側には、圧縮機構部１０の固定スクロール１２が配置されている。固定スクロール１２は、ハウジング３０に対して固定されて回転しない固定側部材である。可動スクロール１１は、固定スクロール１２に対して旋回する旋回側部材である。

可動スクロール１１は円板状の基板部１１１を有し、固定スクロール１２は基板部１２１を有している。基板部１１１、１２１は互いに上下方向ＤＲ１に対向するように配置されている。

可動スクロール１１の基板部１１１の上面側の中心部には、駆動軸２５の下端部が挿入される円筒状のボス部１１３が形成されている。駆動軸２５の下端部は、駆動軸２５の回転中心に対して偏心した偏心部２５３である。

可動スクロール１１およびミドルハウジング２９には、可動スクロール１１が偏心部２５３周りに自転することを防止する自転防止機構１１ａ、２９ａが設けられている。このため、駆動軸２５が回転すると、可動スクロール１１は偏心部２５３周りに自転することなく、駆動軸２５の回転中心を公転中心として公転運動（すなわち、旋回）する。

可動スクロール１１は、基板部１１１から固定スクロール１２側に向かって突出する歯部１１２ａ、１１２ｂを有している。その歯部１１２ａ、１１２ｂは、それぞれ、渦巻き状に形成されている。歯部１１２ａは、歯部１１２ｂに対して公転中心側に配置されている。

一方、固定スクロール１２は、基板部１２１から可動スクロール１１側に向かって突出する歯部１２２を有する。歯部１２２は、渦巻き状に形成されると共に可動スクロール１１の歯部１１２に噛み合う。

そして、可動スクロール１１の歯部１１２ａ、１１２ｂと固定スクロール１２の歯部１２２とが噛み合って複数箇所で接触することによって、回転軸方向から見たときに三日月形状に形成される圧縮室１５１、１５２が形成される。これら圧縮室１５１、１５２は、可動スクロール１１の旋回と共に旋回しながら外周から公転中心に向かって移動する。そして、これら圧縮室１５１、１５２が移動すると共に、これら圧縮室１５１、１５２の容積が減少する。この体積減少により、これら圧縮室１５１、１５２内の冷媒が圧縮される。

図４に示す時点において、圧縮室１５１は、冷媒の圧力が最も高くなる位置にある。また、圧縮室１５２は、冷媒の圧力が圧縮室１５１よりも低い中間圧となる位置にある。

圧縮室１５２は、低段側圧縮機１５２Ａを構成する。圧縮室１５２は、高側圧縮機１５２Ａを構成する。

なお、固定スクロール１２は、特許請求の範囲における、「第１圧縮室を形成する固定部」と「第２圧縮室を形成する固定部」とに相当する。可動スクロール１１の基板部１１１と歯部１１２ａとは、特許請求の範囲における「第１可動部」とに相当する。可動スクロール１１の基板部１１１と歯部１１２ｂとは、特許請求の範囲における「第２可動部」とに相当する。

図３、図５に示すように、吸入ポート３０ａ、吐出ポート４０ａ、中間圧流入ポート３０ｂ、オイル戻しポート４１ａは、筒状部材３１に固定される。そして、吸入ポート３０ａは、冷媒流路１２８を介して、圧縮室１５２に連通している。

中間圧流入ポート３０ｂは、基板部１２１内に形成されたインジェクション流路１４１（図５参照）を通して中間圧流路１４２と圧縮室１５２（すなわち、低段側圧縮機１５２Ａ）とに連通している。

中間圧流路１４２は、吐出孔１２６、１２７を介して圧縮室１５２、１５１の間を連通する。すなわち、中間圧流路１４２は、吐出孔１２６、１２７を介して低段側圧縮機１５２Ａと高側圧縮機１５２Ａとの間を連通することになる。

中間圧流入ポート３０ｂと圧縮室１５２との間には、逆止弁５１が配置されている。逆止弁５１は、圧縮室１５２から中間圧流入ポート３０ｂ側に冷媒が逆流することを止める弁である。

インジェクション流路１４１と中間圧流路１４２との間には、逆止弁６０が配置されている。逆止弁６０は、中間圧流路１４２からインジェクション流路１４１に冷媒が逆流することを抑制する弁である。

本実施形態のインジェクション流路１４１、中間圧流路１４２は、それぞれ、吐出プレート１４の上面にて上側に開口する凹部を上側から固定スクロール１２の基板部１２１が塞ぐことによって構成されている。吐出プレート１４は、基板部１２１の底面に固定されている。

なお、図５は、圧縮機１から下蓋部材３３および吐出プレート１４を取り除いた状態で、基板部１２１を下方から見た底面図である。図５中に記載された小さい円形１４３、１４４は、ボルト穴、圧縮機１の組み付け時位置決め用の穴、潤滑油の吸い上げ穴等である。

図５に示すように、固定スクロール１２の基板部１２１の中心部には、圧縮室１５１で圧縮された冷媒が吐出される吐出孔１２３が形成されている。吐出孔１２３の下方側には、吐出孔１２３と連通する吐出室１２４が形成されている。図５に示すように、基板部１２１には、吐出室１２４から吐出ポート４０ａへ冷媒を導く開口１２４ａが形成されている。

この吐出室１２４には、吐出弁１７と、吐出弁１７の最大開度を規制するストッパ１６とが、配置されている。吐出弁１７は、リードバルブである。吐出弁１７は、吐出ポート４０ａと圧縮室１５１とを繋ぐ通路を開閉する。これにより吐出弁１７は、当該通路において圧縮室１５１から吐出ポート４０ａへ冷媒が流れることを許容し、当該通路において吐出ポート４０ａから圧縮室１５１へ冷媒が逆流することを抑制する。吐出ポート４０ａと圧縮室１５１とを繋ぐ通路は、吐出室１２４、および、後述する吐出孔１２３、を含む。ストッパ１６の一端および吐出弁１７の一端は、ボルトによって基板部１２１に固定されている。

油分離器７にて分離されたオイルは、一部が油分離器７の内部に蓄えられると共に、他の一部がオイル戻しポート４１ａ、連通孔１２９、駆動軸２５の給油通路２５１を介してハウジング３０内の、圧縮機構部１０、駆動軸２５と軸受部材２７の間の摺動部、駆動軸２５軸受部２９１の間の摺動部等へ供給される。ハウジング３０の底部には、潤滑油が溜まる貯油室３５が形成されている。

次に、本実施形態の逆止弁６０およびその周辺の詳細構造について図６を参照して説明する。

図６に示すように、固定スクロール１２の基板部１２１には、中間圧流入ポート３０ｂからの冷媒を中間圧流路１４２に導く導入流路３０Ｂが設けられている。導入流路３０Ｂには、逆止弁６０が配置されている。逆止弁６０は、フリーバルブ６１、弁座６２、およびストッパ６３を備える。

弁座６２には、中間圧流入ポート３０ｂからの冷媒を中間圧流路１４２に導く連通孔６２ａが形成されている。ストッパ６３には、弁座６２の連通孔６２ａからの冷媒を中間圧流路１４２に導く連通孔６３ａが設けられている。フリーバルブ６１は、弁座６２およびストッパ６３の間に配置されている。

ここで、フリーバルブ６１は、中間圧流入ポート３０ｂからの冷媒圧力と中間圧流路１４２内の冷媒圧力との差圧によって変位する。

中間圧流路１４２内の冷媒圧力の方がインジェクション流路１４１内の冷媒圧力よりも大きいとき、フリーバルブ６１が弁座６２の連通孔６２ａを閉じる。このため、逆止弁６０を閉じることができる。このことにより、中間圧流路１４２からの冷媒が中間圧流入ポート３０ｂ側に流れることを止めることになる。

インジェクション流路１４１内の冷媒圧力の方が中間圧流路１４２内の冷媒圧力よりも大きく、フリーバルブ６１が弁座６２およびストッパ６３の間の中間部位に位置する場合にには、弁座６２の連通孔６２ａとストッパ６３の連通孔６３ａとがそれぞれ開口された状態になる。

このため、逆止弁６０を開けることができる。このことにより、中間圧流入ポート３０ｂからの冷媒を連通孔６２ａ、６３ａを通して中間圧流路１４２に流すことになる。

以上により、インジェクション流路１４１内の冷媒圧力と中間圧流路１４２内の冷媒圧力との大小関係により、逆止弁６０を開閉することができる。

次に、本実施形態の逆止弁５１およびその周辺の詳細構造について図７を参照して説明する。

逆止弁５１は、インジェクション流路１４１内に配置されている。逆止弁５１は、基板部１２１に支持されている固定部材５１ａを備える。

インジェクション流路１４１のうち固定部材５１ａに対して冷媒流れ下流側（すなわち、圧縮室１５２側）には、吐出室５１ｄが形成されている。吐出室５１ｄは、基板部１２１に形成されている吐出孔１２５を通して圧縮室１５２に連通している。

固定部材５１ａには、中間圧流入ポート３０ｂから流れる冷媒を吐出室５１ｄを通して吐出孔１２５側に導入する吐出孔５１ｃが形成されている。

吐出弁５１ｄは、帯鋼片からなるもので、吐出室５１ｄ内に配置されている。吐出弁５１ｄは、吐出室５１ｄ内の冷媒圧力と吐出孔１２５内の冷媒圧力との差圧によって弾性変形して、吐出孔５１ｃを開閉するリードバルブである。これにより、吐出弁５１ｄは、吐出孔５１ｃから吐出室５１ｄへ冷媒が流れることを許容し、吐出室５１ｄから吐出孔５１ｃへ冷媒が逆流することを抑制する。

次に、本実施形態の圧縮機１の作動を説明する。まず、圧縮機１の電動機部２０に電力が供給されてロータ２２および駆動軸２５が回転すると、可動スクロール１１が駆動軸２５に対して公転運動（すなわち旋回運動）する。これにより、可動スクロール１１の歯部１１２ａ、１１２ｂと固定スクロール１２の歯部１２２との間に形成された三日月状の圧縮室１５１、１５２が外周側から中心側へ旋回しながら移動していく。

まず、圧縮室１５２には、蒸発器６から流出した低圧冷媒が冷媒流路１２８を介して吸入ポート３０ａから流入する。低圧冷媒が流入した圧縮室１５２は、駆動軸２５の回転に伴って、その容積を縮小させながら、吐出孔１２６に連通する位置へ移動する。

この際、中間圧流入ポート３０ｂ側の中間圧気相冷媒の圧力Ｐ１が圧縮室１５２側の冷媒圧力Ｐ２よりも高くなっている状態では、吐出弁５１ｄが固定部材５１ａの吐出孔５１ｃを開口する。

これにより、中間圧流入ポート３０ｂからの中間圧気相冷媒がインジェクション流路１４１、吐出孔５１ｃ、吐出室５１ｄ、吐出孔１２５を通して圧縮室１５２へインジェクションされる。

さらに、駆動軸２５が回転して圧縮室１５２の容積を縮小させながら吐出孔１２６の位置に到達する。すると、圧縮室１５２によって圧縮された中間圧気相冷媒は、吐出孔１２６を通して中間圧流路１４２に流れる。

この際に、中間圧流入ポート３０ｂ側の中間圧冷媒の圧力Ｐ１が中間圧流路１４２側の冷媒の冷媒圧力Ｐ３を上回り、中間圧流入ポート３０ｂ側の中間圧気相冷媒の圧力Ｐ１と中間圧流路１４２側の冷媒の冷媒圧力Ｐ３との圧力差によって、フリーバルブ６１が弁座６２およびストッパ６３の間の中間位置に位置する。

すると、弁座６２の連通孔６２ａとストッパ６３の連通孔６３ａとがそれぞれ開口される。このため、中間圧流入ポート３０ｂからの中間圧気相冷媒がインジェクション流路１４１、弁座６２の連通孔６２ａ、およびストッパ６３の連通孔６３ａを通して中間圧流路１４２にインジェクションされる。

このように中間圧流路１４２にインジェクションされる中間圧気相冷媒は、中間圧流路１４２から吐出孔１２７を介して圧縮室１５１に流れる。

さらに、駆動軸２５が回転して圧縮室１５１の容積を縮小させながら吐出孔１２３の位置に到達する。すると、圧縮室１５１によって圧縮された高圧冷媒の冷媒圧力が吐出室１２４内の冷媒圧力よりも大きくなると、吐出弁１７が吐出孔１２３を開ける。このため、圧縮室１５１から高圧冷媒が吐出孔１２３、吐出室１２４、吐出ポート４０ａおよび油分離器７を介して水−冷媒熱交換器２側へ流出する。

また、ハウジング３０のうち電動機部２０の周囲は、吸入ポート３０ａからミドルハウジング２９の貫通孔を介して供給される低圧冷媒によって満たされた状態になっている。

以上説明した本実施形態によれば、冷媒を循環させるヒートポンプサイクル１０に適用される圧縮機１は、固定スクロール１２と、この固定スクロール１２との間に圧縮室１５２を形成する歯部１１２ｂとを備え、歯部１１２ｂの変位によって圧縮室１５２内に低圧冷媒を吸入して圧縮室１５２内で低圧冷媒を圧縮して吐出させる低段側圧縮機１５２Ａを備える。

圧縮機１は、固定スクロール１２との間に圧縮室１５１を形成する歯部１１２ａとを備え、歯部１１２ａの変位によって圧縮室１５１内に吐出孔（冷媒吸入口）１２７を通して中間圧冷媒を吸入して圧縮室１５１内で中間圧冷媒を圧縮して高圧冷媒として吐出する高段側圧縮機１５１Ａを備える。圧縮機１は、低段側圧縮機１５２Ａから吐出される冷媒を高段側圧縮機１５１Ａの冷媒吸入口に導く中間圧流路１４２と、ヒートポンプサイクル１０を構成して、高圧冷媒と低圧冷媒との間の中間圧力を有する中間圧力冷媒を発生させる第１膨張弁３から発生される中間圧力冷媒を中間圧流路１４２内にインジェクションするとともに、中間圧力冷媒を圧縮室１５２Ａ内にインジェクションするインジェクション流路１４１とを備える。

以上により、高段側圧縮機１５１Ａの圧縮室１５１Ａではなく、低段側圧縮機１５２Ａの圧縮室１５２Ａ内にインジェクションする。

ここで、気液分離器４内の気相冷媒の冷媒圧力は、低段側圧縮機１５２Ａの圧縮室１５２Ａ内の冷媒圧力よりも高くなる。そして、気液分離器４から中間圧力冷媒を中間圧流路１４２と圧縮室１５２とにインジェクションするため、圧縮機にインジェクションされる中間圧力冷媒の冷媒量を確保することができる。したがって、ヒートポンプサイクル１００のＣＯＰ（Coefficient Of Performance：成績係数）を向上することができる。

上記特許文献１の高段側圧縮機、低段側圧縮機、および電動機部を収納する密閉ケースには、中間圧冷媒が満たされている。このため、電動機部の周囲は高温度の冷媒が満たされることになる。

これに対して、本実施形態の電動機部２０を収納するハウジング３０内には、低圧冷媒が満たされている。このため、電動機部２０の周囲は低温度の冷媒が満たされることになる。よって、電動機部２０を冷却することができるので、電動機部２０のモータ効率を向上させることができ、ヒートポンプサイクル１００のＣＯＰをより一層向上することができる。

本実施形態のハウジング３０内には、低圧冷媒が満たされている。このため、ハウジング３０内に中間圧冷媒が満たされている場合に比べてハウジング３０の肉厚を薄くすることができるので、軽量化やコストダウンが可能になる。

上記特許文献１の圧縮機では、電動機部の軸方向両側に圧縮機構を構成しているため、圧縮機の組付けが複雑となり、コスト面で不利となる。

これに対して、本実施形態の圧縮機１は、電動機部２０の軸方向一方側に圧縮機構部１０が構成されている。圧縮機１の組付けが簡素化となり、コスト面で有利となる。

上記特許文献１の圧縮機では、第１減圧弁の冷媒出口と第２減圧弁の冷媒入口との間に流れる中間段の冷媒を高段側圧縮機の作動室にインジェクションする第１冷媒経路と、第２減圧弁の冷媒出口と第３減圧弁の冷媒入口との間に流れる中間段の冷媒をケース内にインジェクションする第２冷媒経路とを備える。このため、圧縮機内に中間段の冷媒を供給するために２本の冷媒配管をケースに組み付けることが必要になる。

これに対して、本実施形態の圧縮機１のハウジング３０内において、中間圧流入ポート３０ｂと中間圧流路１４２との間に逆止弁６０が配置されている。このため、インジェクション流路１４１から分流されて中間圧流路１４２に中間圧冷媒を流す冷媒流路がハウジング３０内に配置されていることになる。よって、中間圧冷媒を圧縮機１の圧縮室１５２Ａと中間圧流路１４２とに供給するために、１本の中間圧冷媒配管ＩＮＪを用いている。したがって、本実施形態の圧縮機１は、ハウジング３０に組み付ける中間圧冷媒配管の本数を減らすことができる。よって、組付けが簡素化となり、コスト面で有利となる。

本実施形態では、電子制御装置（図示省略）が第１膨張弁３および第２膨張弁５を制御することにより、気液分離器４からインジェクション流路１４１に流れる中間圧冷媒圧力の大きさを設定することができる。このため、インジェクション流路１４１内の冷媒圧力と中間圧流路１４２内の冷媒圧力との大小関係を設定することができる。すなわち、第１、第２膨張弁３、５を制御することにより、中間圧流路１４２内の冷媒圧力をインジェクション流路１４１内の冷媒圧力よりも大きくすることができる。

これにより、インジェクション流路１４１内の冷媒圧力と中間圧流路１４２内の冷媒圧力との大小関係を設定することができ、逆止弁６０を開閉することができる。したがって、第１、第２膨張弁３、５を制御することにより、インジェクション流路１４１からの中間圧力冷媒を中間圧流路１４２と圧縮室１５２とに対して選択的にインジェクションするができる。

つまり、中間圧力冷媒を中間圧流路１４２と圧縮室１５２とにインジェクションする第１状態と中間圧力冷媒を圧縮室１５２にインジェクションする第２状態とを切り替えることができる。これにより、圧縮機１における低圧縮比から高圧縮比まで幅広い運転状態で性能を向上することができる。

本実施形態の圧縮機１の中間圧流入ポート３０ｂと中間圧流路１４２との間には、逆止弁６０が配置されている。このため、中間圧流路１４２から中間圧流入ポート３０ｂ側に冷媒が逆流することを抑制することができる。よって、ヒートポンプサイクル１００のＣＯＰをより向上することができる。

本実施形態の圧縮機１の中間圧流入ポート３０ｂと圧縮室１５２との間には、逆止弁５１が配置されている。このため、圧縮室１５２から中間圧流入ポート３０ｂ側に冷媒が逆流することを止めることができる。よって、ヒートポンプサイクル１００のＣＯＰをより一層向上することができる。

（第２実施形態）
本第２実施形態では、上記第１実施形態の圧縮機１において、中間圧流入ポート３０ｂの冷媒出口と逆止弁５１の冷媒入口との間に圧力調整弁７０を設ける例について説明する。

図８に本実施形態の圧力調整弁７０およびその周辺の断面構造を示す。

圧力調整弁７０は、吐出プレート１４のうち上側に開口する凹部１４ａ内に配置されている。圧力調整弁７０は、弁体７１、弁ハウジング７２、およびバネ７３を備える機械式の圧力調整弁である。

弁ハウジング７２は、弁体７１を収納する。弁ハウジング７２のうち側面には、弁ハウジング７２の内側とインジェクション流路１４１との間を連通する吸入孔７５が設けられている。

弁ハウジング７２のうち上側には、弁ハウジング７２の内側と逆止弁５１側との間を連通する吐出孔７６が設けられている。吐出孔７６は、弁ハウジング７２の内側から逆止弁５１側に流れる中間圧冷媒を減圧する。弁体７１は、その上側が円錐状に形成されている円錐部７１ａが設けられている。

円錐部７１ａは、その上下方向の変位によって、吐出孔７６の開口面積を調節する。具体的には、円錐部７１ａが上側に変位することによって、吐出孔７６の開口面積を縮小する。一方、円錐部７１ａが下側に変位することによって、吐出孔７６の開口面積を拡大する。

バネ７３は、弁体７１と吐出プレート１４の凹部１４ａの底部との間に配置されている。弁体７１には、バネ７３の弾性力が加わる。凹部１４ａには、連通孔７４が連通している。

連通孔７４は、吸入ポート３０ａに連通している。このため、弁体７１の底部には、吸入ポート３０ａから連通孔７４を通して流れ込む低圧冷媒の圧力とバネ７３の弾性力とが加わる。

一方、弁ハウジング７２の天井面と弁体７１との間には、吸入孔７５を通して流れ込む中間圧冷媒が流れ込む。このため、低圧冷媒の圧力およびバネ７３の弾性力と中間圧冷媒の圧力との差圧によって弁体７１が上下方向に変位する。これに伴い、円錐部７１ａは、その上下方向の変位によって、吐出孔７６の開口面積を調節する。このため、弁体７１が弁ハウジング７２の内側から逆止弁５１側に流れる中間圧冷媒の圧力を調整することになる。

以上により、弁体７１と吐出孔７６とによって絞られる冷媒の絞り量を調整することができる。

なお、本実施形態において、バネ７３の弾性力や弁体７１の底部に加わる冷媒圧力を調整することにより、弁体７１と吐出孔７６とによって絞られる冷媒の絞り量を任意の値に設定することができる。

（第３実施形態）
上記第１、２実施形態では、気液分離器４と圧縮機１の中間圧流入ポート３０ｂとの間を中間圧冷媒配管ＩＮＪで接続した例について説明したが、これに代えて、図９のように、水−冷媒熱交換器２の冷媒出口と第２膨張弁５の冷媒入口とを冷媒配管で接続し、かつ水−冷媒熱交換器２の冷媒出口と中間圧流入ポート３０ｂとの間に第１膨張弁３Ａを接続してもよい。

（第４実施形態）
本第４実施形態では、上記第３実施形態の圧縮室１内において、図１０に示すように、中間圧流入ポート３０ｂの冷媒出口と逆止弁５１の冷媒入口との間に圧力調整弁７０Ａを配置してもよい。

圧力調整弁７０Ａは、中間圧流入ポート３０ｂから逆止弁５１を通して圧縮室１５２に流れる中間圧冷媒の冷媒圧力が蒸発器６から圧縮室１５２に流れる低圧冷媒の冷媒圧力に対して一定圧力だけ高い圧力になるように、中間圧流入ポート３０ｂから逆止弁５１を通して圧縮室１５２に流れる中間圧冷媒の冷媒圧力を調整する。

このことにより、気液分離器４から中間圧力冷媒を中間圧流路１４２と圧縮室１５２とにバランス良くインジェクションすることができるため、種々の圧力条件に対応してインジェクションされる冷媒流量を増大することができ、ＣＯＰを向上することができる。

（他の実施形態）
（１）上記第１〜４実施形態では、駆動軸２５の軸線方向を上下方向ＤＲ１に延びるように圧縮機１を配置した例について説明したが、これに限らず、駆動軸２５の軸線方向を上下方向ＤＲ１に交差するように圧縮機１を配置してもよい。

（２）上記第１〜４実施形態では、圧縮機構部１０の可動スクロール１１において、基板部１１１の一面（図３中下面）から下側に突出する歯部１１２ａ、１１２ｂを設けた例について説明したが、これに代えて、次のようにしてもよい。

すなわち、可動スクロール１１において、基板部１１１の下面から下側に突出する歯部１１２ａと、基板部１１１の上面から上側に吐出する歯部１１２ｂとを構成する。この場合、基板部１１１の歯部１１２ａとの間に圧縮室１５１を形成する上側固定スクロールと、
基板部１１１の歯部１１２ｂとの間に圧縮室１５２を形成する下側固定スクロールとを設ける必要がある。

勿論、基板部１１１の上面から上側に突出する歯部１１２ｂと、基板部１１１の下面から下側に吐出する歯部１１２ａとを構成してもよい。

（３）上記第１〜４実施形態では、インジェクション流路１４１から分岐されて中間圧流路１４２に中間圧冷媒を流す分岐冷媒流路をハウジング３０内に配置した例について説明したが、これに代えて、分岐冷媒流路をハウジング３０の外側に配置してもよい。

（４）上記第１〜４実施形態では、１対の可動スクロール１１と固定スクロール１２とによって２つの圧縮室１５１、１５２を構成した例について説明したが、これに代えて、２対の可動スクロールと固定スクロールとによって２つの圧縮室１５１、１５２を構成してもよい。

換言すれば、上記第１〜４実施形態では、圧縮室１５１、１５２を形成する共通の固定部として、固定スクロール１２を採用した例について説明したが、これに代えて、互いに独立した第１可動スクロールと第２可動スクロールとを採用し、かつ互いに独立した第１固定スクロールと第２固定スクロールとを採用してもよい。

この場合、第１可動スクロールと第１固定スクロールとによって圧縮室１５１を構成し、第２可動スクロールと第２固定スクロールとによって圧縮室１５２を構成してもよい。

（５）上記第１〜４実施形態では、本発明の圧縮機としてスクロール型の圧縮機を用いた例について説明したが、これに代えて、スクロール型の圧縮機以外の、ロータリ型圧縮機、ベーン型圧縮機など各種の圧縮機を本発明の圧縮機としてもよい。

この場合、互いに独立した第１圧縮機および第２圧縮機を採用し、第１圧縮機によって圧縮室１５１を構成し、第２圧縮機によって圧縮室１５２を構成してもよい。また、スクロール型の圧縮機以外の圧縮機の場合において、１つの圧縮機において圧縮室１５１、１５２を構成してもよい。

（６）上記第１〜４実施形態では、逆止弁６０としてフリーバルブ６１を有する逆止弁を用いた例について説明したが、これに代えて、逆止弁６０として、リード弁タイプの逆止弁等の各種の逆止弁を用いてもよい。

（７）上記第１〜４実施形態では、逆止弁５１としてリード弁タイプの逆止弁を用いた例について説明したが、これに代えて、逆止弁６０として、フリーバルブ６１を有する逆止弁等の各種の逆止弁を用いてもよい。

（８）上記第１〜４実施形態では、圧力調整弁７０として機械式の圧力調整弁を用いた例について説明したが、これに代えて、電磁弁、電動弁等を圧力調整弁７０として用いてもよい。

（９）なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

（まとめ）
上記第１、第２、第３、第４実施形態、および他の実施形態の一部または全部に記載された第１の観点によれば、冷媒を循環させる冷凍サイクルに適用される圧縮機であって、固定部と、この固定部との間に第１圧縮室を形成する第１可動部とを備え、第１可動部の変位によって第１圧縮室内に低圧冷媒を吸入して第１圧縮室内で低圧冷媒を圧縮して圧縮冷媒として吐出させる低段側圧縮機と、第２固定部材と、この第２固定部材との間に第２圧縮室を形成する第２可動部とを備え、第２可動部の変位によって第２圧縮室内に冷媒吸入口を通して圧縮冷媒を吸入して第２圧縮室内で圧縮冷媒を圧縮して高圧冷媒として吐出する高段側圧縮機と、低段側圧縮機から吐出される圧縮冷媒を高段側圧縮機の冷媒吸入口に導く中間圧流路と、冷凍サイクルを構成して高圧冷媒と低圧冷媒との間の中間圧力を有する中間圧力冷媒を発生させる減圧部から発生される中間圧力冷媒を中間圧流路にインジェクションするとともに、中間圧力冷媒を第１圧縮室内にインジェクションするインジェクション流路と、を備える。

第２の観点によれば、第１圧縮室内からインジェクション流路を通して減圧部側に冷媒が逆流することを抑制する第１逆止弁を備える。

これにより、冷凍サイクルにおけるＣＯＰを向上することができる。

第３の観点によれば、中間圧流路からインジェクション流路を通して減圧部側に冷媒が逆流することを抑制する第２逆止弁を備える。

これにより、冷凍サイクルにおけるＣＯＰを向上することができる。

第４の観点によれば、減圧部からインジェクション流路を通して第１圧縮室内に流れる冷媒の圧力を調整する圧力調整弁を備える。

第５の観点によれば、低段側圧縮機、高段側圧縮機、および中間圧流路を収納して密閉されているケースと、減圧部からの中間圧力冷媒をケースまで導く中間圧冷媒配管と、を備え、インジェクション流路は、密閉ケース内に配置されて、中間圧冷媒配管を通過した中間圧力冷媒を中間圧流路と第１圧縮室とに分流する。

これにより、中間圧力冷媒をケース内に導くために、一本の中間圧冷媒配管を用いることになる。このため、中間圧力冷媒をケース内に導くため構成を簡素化することができる。

第６の観点によれば、出力軸を有して、出力軸に回転力を出力する電動モータを備え、低段側圧縮機および高段側圧縮機は、出力軸のうち軸線方向一方側に配置されており、低段側圧縮機の第１可動部と高段側圧縮機の第２可動部とは、出力軸の回転力によって駆動されて変位する。

これにより、低段側圧縮機を出力軸のうち軸線方向一方側に配置し、かつ高段側圧縮機を出力軸のうち軸線方向他方側に配置する場合に比べて、構成を簡素にすることができる。

第７の観点によれば、第１可動部と第２可動部とは、中心線を中心として旋回運動が可能に構成されて中心線に交差する方向に広がる基板と、基板の一面から突出して渦巻き状に形成されている歯部を備えるスクロール型の圧縮機構を構成し、基板、および歯部が旋回運動することにより、第１可動部と第２可動部とが変位する。

第８の観点によれば、第１可動部と第２可動部とは、基板の一面から突出する歯部としての第１歯部と第２歯部とを備える。

これにより、第１可動部と第２可動部とを共通の基板を用いて構成することができるので、第１可動部と第２可動部とを小型化することができる。

第９の観点によれば、第１可動部と第２可動部とは、基板の一面から突出する歯部としての第１歯部と、基板のうち一面に対して反対側の面から突出して渦巻き状に形成されている第２歯部とを備える。

これにより、第１可動部と第２可動部とを共通の基板を用いて構成することができるので、第１可動部と第２可動部とを小型化することができる。

第１０の観点によれば、ケース内には低圧冷媒が満たされている。

これにより、電動モータの周囲を低圧冷媒で満たすことができるので、電動モータを冷却することができる。

第１１の観点によれば、冷媒は、二酸化炭素を含んだものである。

１ 圧縮機
３ 第１膨張弁
５ 第２膨張弁
１０ 圧縮機構部
２０ 電動機部
３０ ハウジング
１００ ヒートポンプサイクル
１１２ａ、１１２ｂ 歯部
１４１ インジェクション流路
１４２ 中間圧流路
１５２、１５１ 圧縮室
１５１Ａ 高段側圧縮機
１５２Ａ 低段側圧縮機

Claims (11)

1. 冷媒を循環させる冷凍サイクル（１００）に適用される圧縮機であって、
   固定部（１２）と、この固定部との間に第１圧縮室（１５２）を形成する第１可動部（１１１、１１２ｂ）とを備え、前記第１可動部の変位によって前記第１圧縮室内に低圧冷媒を吸入して前記第１圧縮室内で前記低圧冷媒を圧縮して圧縮冷媒として吐出させる低段側圧縮機（１５２Ａ）と、
   固定部（１２）と、この固定部との間に第２圧縮室（１５１）を形成する第２可動部（１１１、１１２ａ）とを備え、前記第２可動部の変位によって前記第２圧縮室内に冷媒吸入口（１２７）を通して前記圧縮冷媒を吸入して前記第２圧縮室内で前記圧縮冷媒を圧縮して高圧冷媒として吐出する高段側圧縮機（１５１Ａ）と、
   前記低段側圧縮機から吐出される前記圧縮冷媒を前記高段側圧縮機の前記冷媒吸入口に導く中間圧流路（１４２）と、
   前記冷凍サイクルを構成して前記高圧冷媒と前記低圧冷媒との間の中間圧力を有する中間圧力冷媒を発生させる減圧部（３、３Ａ）から発生される前記中間圧力冷媒を前記中間圧流路にインジェクションするとともに、前記中間圧力冷媒を前記第１圧縮室内にインジェクションするインジェクション流路（１４１）と、を備える圧縮機。
2. 前記第１圧縮室内から前記インジェクション流路を通して前記減圧部側に冷媒が逆流することを抑制する第１逆止弁（５１）を備える請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記中間圧流路から前記インジェクション流路を通して前記減圧部側に冷媒が逆流することを抑制する第２逆止弁（６０）を備える請求項１または２に記載の圧縮機。
4. 前記減圧部から前記インジェクション流路を通して前記第１圧縮室内に流れる冷媒の圧力を調整する圧力調整弁（７０、７０Ａ）を備える請求項１ないし３のいずれか１つに記載の圧縮機。
5. 前記低段側圧縮機、前記高段側圧縮機、および前記中間圧流路を収納して密閉されているケース（３０）と、
   前記減圧部からの中間圧力冷媒を前記ケースまで導く中間圧冷媒配管（ＩＮＪ）と、を備え、
   前記インジェクション流路は、前記密閉ケース内に配置されて、前記中間圧冷媒配管を通過した中間圧力冷媒を前記中間圧流路と前記第１圧縮室とに分流する請求項１ないし４のいずれか１つに記載の圧縮機。
6. 出力軸（２５）を有して、前記出力軸に回転力を出力する電動モータ（２０）を備え、
   前記低段側圧縮機および前記高段側圧縮機は、前記出力軸のうち軸線方向一方側に配置されており、
   前記低段側圧縮機の前記第１可動部と前記高段側圧縮機の前記第２可動部とは、前記出力軸の回転力によって駆動されて変位する請求項１ないし５のいずれか１つに記載の圧縮機。
7. 前記第１可動部と前記第２可動部とは、中心線を中心として旋回運動が可能に構成されて前記中心線に交差する方向に広がる基板（１１１）と、前記基板の一面から突出して渦巻き状に形成されている歯部（１１２ａ、１１２ｂ）を備えるスクロール型の圧縮機構を構成し、
   前記基板、および前記歯部が旋回運動することにより、前記第１可動部と前記第２可動部とが変位する請求項１ないし６のいずれか１つに記載の圧縮機。
8. 前記第１可動部と前記第２可動部とは、前記基板の一面から突出する前記歯部としての第１歯部（１１２ａ）と第２歯部（１１２ｂ）とを備える請求項７に記載の圧縮機。
9. 前記第１可動部と前記第２可動部とは、前記基板の一面から突出する前記歯部としての第１歯部と、前記基板のうち前記一面に対して反対側の面から突出して渦巻き状に形成されている第２歯部とを備える請求項７に記載の圧縮機。
10. 前記ケース内には前記低圧冷媒が満たされている請求項６ないし８のいずれか１つに記載の圧縮機。
11. 前記冷媒は、二酸化炭素を含んだものである請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の圧縮機。

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