JP2009185681A - Compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、油インジェクション機構を備えた圧縮機に関するものである。 The present invention relates to a compressor provided with an oil injection mechanism.
従来より、圧縮機から吐出された冷媒に含まれる冷凍機油を冷媒から分離して冷却した後に圧縮機構へインジェクションして、冷媒ガスを冷却して圧縮するようにしたものがある（例えば、特許文献１，２参照）。このタイプの圧縮機では、冷媒の圧縮行程を等温変化に近い状態で行えるので、ＣＯＰ（成績係数）を高めることが可能であると考えられる。 Conventionally, there is one in which refrigeration oil contained in refrigerant discharged from a compressor is separated from the refrigerant and cooled, and then injected into a compression mechanism to cool and compress refrigerant gas (for example, Patent Documents). 1 and 2). In this type of compressor, the refrigerant compression process can be performed in a state close to an isothermal change, so it is considered possible to increase the COP (coefficient of performance).
しかし、このタイプの圧縮機では、冷媒ガスから大量の熱量を奪うために大量の油をインジェクションする必要がある。そして、少しでも多くの油をインジェクションするためには、常に開口させた油インジェクションポートから連続的に油をインジェクションしなければならない。ここで、図１３に示すように、ロータリー系の圧縮機（ローリングピストン型や揺動ピストン型の圧縮機）のように吸入行程で油インジェクションポート（24）と冷媒の吸入ポート（76）が連通してしまうものでは、高圧の冷凍機油が吸入ポート（76）に逆流して、圧縮室（70）への冷媒ガスの吸入が阻害されることになり、その結果、吸入損失が増加してしまうおそれがあった。 However, in this type of compressor, it is necessary to inject a large amount of oil in order to take a large amount of heat from the refrigerant gas. In order to inject as much oil as possible, the oil must be continuously injected from the oil injection port that is always open. Here, as shown in FIG. 13, the oil injection port (24) and the refrigerant suction port (76) communicate with each other in the suction stroke as in a rotary type compressor (rolling piston type or oscillating piston type compressor). In such a case, the high-pressure refrigeration oil flows back to the suction port (76) and the suction of the refrigerant gas into the compression chamber (70) is hindered, resulting in an increase in suction loss. There was a fear.
一方、特許文献３には、図１６に示すように、液冷媒を霧状にして圧縮室に噴射する液冷媒噴射装置（100）を備えた圧縮機が開示されている。この圧縮機では、必要なインジェクション量の冷媒を圧縮室（70）へ噴霧するために、液冷媒噴射装置（100）の噴射タイミングを制御してインジェクションを行うようにしている。この圧縮機構は、ピストン（73）とブレード（74）が別体になったローリングピストン型の圧縮機構である。
On the other hand, as shown in FIG. 16,
特許文献３の圧縮機では、圧縮機回転速度、吸入圧力、吐出圧力、エンタルピ、冷媒循環量などの多くの値から必要な冷却量を計算して液冷媒噴射装置の開口時間やインジェクション量を算出したり、圧縮機入力を測定してそれが最小値になるようにするための計算ロジックをコントローラに実装する必要があった。
In the compressor of
油インジェクションを行う圧縮機の場合は、できるだけ多くの冷凍機油をインジェクションすることが要求されるため、その量を算出してインジェクションのタイミングを制御する必要があり、特許文献３の圧縮機と同様に制御が複雑になるおそれがあった。そのうえ、油インジェクションを行う圧縮機では、インジェクションされた油の昇圧に要した分だけ動力が増加するため、圧縮機への入力の最小値を推定してインジェクションのタイミングを制御することは困難であった。
In the case of a compressor that performs oil injection, since it is required to inject as much refrigeration oil as possible, it is necessary to calculate the amount and control the timing of injection, as in the compressor of
そこで、吸入行程が終了する位置をインジェクション開始点とし、吐出行程が終了する前の位置をインジェクション終了点として、インジェクション開始点からインジェクション終了点の範囲内で油インジェクション動作を行うように上記インジェクション機構を制御すると、油の逆流を抑えることができ、しかも複雑な制御をしなくても等温圧縮の効果が得られると考えられる。
しかし、このようにしても、インジェクションする油の温度が圧縮室内の冷媒温度よりも高い領域では冷媒が過熱されてしまい、過熱圧縮によって余分な仕事量が発生する。そのため、等温圧縮による動力削減とその仕事量とが相殺し合い、油インジェクションの効果が弱まるか、逆に動力が増加してしまうおそれがある。また、吐出行程のようにインジェクションをする油の圧力がシリンダ内圧力と等しいかそれ以上の領域では、冷媒が圧縮されないため温度上昇がなくて油インジェクションによる冷媒冷却の必要がないにもかかわらず、インジェクションが行われてしまうため、余分な動力増加を招いてしまうおそれがある。 However, even in this case, in the region where the temperature of the oil to be injected is higher than the refrigerant temperature in the compression chamber, the refrigerant is overheated, and excessive work is generated due to overheat compression. Therefore, the power reduction by isothermal compression and the work amount cancel each other, and the effect of oil injection may be weakened or the power may be increased. Also, in the region where the pressure of the oil to be injected is equal to or higher than the pressure in the cylinder as in the discharge stroke, the refrigerant is not compressed, so there is no temperature rise and there is no need for cooling of the refrigerant by oil injection. Since the injection is performed, there is a possibility of causing an extra power increase.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、油インジェクションを行う圧縮機において、余分な動力増加を防止するとともに、複雑な制御を行わなくても等温圧縮による効率のよい運転を行えるようにすることである。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to prevent an excessive increase in power in a compressor that performs oil injection, and to improve efficiency by isothermal compression without performing complicated control. It is to be able to drive.
第１の発明は、圧縮室（70）へ作動流体を吸入して圧縮する圧縮機構（20）と、該圧縮室（70）に冷凍機油を供給する油インジェクション機構（80）とを備えた圧縮機を前提としている。 A first invention includes a compression mechanism (20) that sucks and compresses a working fluid into a compression chamber (70), and an oil injection mechanism (80) that supplies refrigeration oil to the compression chamber (70). Machine is assumed.
そして、この圧縮機は、上記油インジェクション機構（80）が開閉制御可能に構成され、吸入行程と圧縮行程と吐出行程とを１サイクルとする動作中に、上記圧縮室（70）内の作動流体の温度がインジェクションされる油の温度になる位置をインジェクション開始点とし、圧縮室（70）内の作動流体の圧力が吐出圧力に達する位置をインジェクション終了点として、インジェクション開始点からインジェクション終了点の範囲の少なくとも一部で油インジェクション動作を行うように上記油インジェクション機構（80）を制御する制御手段（95）を備えていることを特徴としている。 The compressor is configured so that the oil injection mechanism (80) can be controlled to open and close, and the working fluid in the compression chamber (70) is operated during an operation in which the suction stroke, the compression stroke, and the discharge stroke are performed as one cycle. The range from the injection start point to the injection end point is the position where the temperature of the oil reaches the temperature of the oil to be injected, and the position where the pressure of the working fluid in the compression chamber (70) reaches the discharge pressure. It is characterized by comprising a control means (95) for controlling the oil injection mechanism (80) so that at least a part of the oil injection operation is performed.
吸入行程が終了する位置をインジェクション開始点とし、吐出行程が終了する前の位置をインジェクション終了点として、インジェクション開始点からインジェクション終了点の範囲内で油インジェクション動作を行うように上記インジェクション機構を制御すると、油の逆流を抑えることができ、しかも複雑な制御をしなくても等温圧縮の効果が得られるものの、図１４に示すように、等温圧縮の効果が薄れてしまう。これに対して、上記第１の発明では、圧縮室（70）内の作動流体の温度がインジェクションされる油の温度になる位置をインジェクション開始点とし、圧縮室（70）内の作動流体の圧力が吐出圧力に達する位置をインジェクション終了点として、インジェクション開始点からインジェクション終了点の範囲の少なくとも一部で油インジェクション動作を行うようにしているので、図１５に示すように無駄な動力消費がなく、等温圧縮により削減される仕事量が多くなる。 When the injection mechanism is controlled to perform the oil injection operation within the range from the injection start point to the injection end point, with the position at which the intake stroke ends as the injection start point and the position before the discharge stroke ends as the injection end point. In addition, the backflow of oil can be suppressed, and the effect of isothermal compression can be obtained without complicated control, but the effect of isothermal compression is reduced as shown in FIG. In contrast, in the first aspect of the invention, the pressure of the working fluid in the compression chamber (70) is set at the position where the temperature of the working fluid in the compression chamber (70) becomes the temperature of the oil to be injected. Since the oil injection operation is performed in at least a part of the range from the injection start point to the injection end point with the position where the pressure reaches the discharge pressure as the injection end point, there is no wasteful power consumption as shown in FIG. The amount of work reduced by isothermal compression increases.
第２の発明は、第１の発明において、上記制御手段（95）が、上記インジェクション開始点からインジェクション終了点の範囲の全体で油インジェクション動作を行うように構成されていることを特徴としている。 The second invention is characterized in that, in the first invention, the control means (95) is configured to perform an oil injection operation in the entire range from the injection start point to the injection end point.
この第２の発明では、第１の発明に対して、より広範囲で油インジェクション動作を行うことが可能となる。 In the second invention, it is possible to perform the oil injection operation in a wider range than the first invention.
第３の発明は、第１または第２の発明において、上記圧縮機構（20）が、圧縮室（70）を有するシリンダ（71）内でのピストン（72）の動作により作動流体を吸入して圧縮するように構成され、かつ、圧縮室（70）が断面円形に形成されるとともに、ピストン（72）が該圧縮室（70）内で偏心回転運動をするように構成されていることを特徴としている。 According to a third invention, in the first or second invention, the compression mechanism (20) sucks the working fluid by the operation of the piston (72) in the cylinder (71) having the compression chamber (70). The compression chamber (70) is formed in a circular shape in cross section, and the piston (72) is configured to perform eccentric rotational movement in the compression chamber (70). It is said.
この第３の発明では、ローリングピストン型または揺動ピストン型の圧縮機において、吸入行程中に吸入ポートと油インジェクションポートが連通するときには無駄な油インジェクションを防止でき、圧縮行程中には油インジェクション動作を行うことにより等温圧縮が可能になるのでＣＯＰを高められる。 According to the third aspect of the invention, in the rolling piston type or swing piston type compressor, it is possible to prevent wasteful oil injection when the suction port and the oil injection port communicate with each other during the suction stroke, and the oil injection operation during the compression stroke. By performing the isothermal compression, the COP can be increased.
第４の発明は、第１から第３の発明の何れか１つにおいて、作動流体が二酸化炭素であることを特徴としている。 According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the working fluid is carbon dioxide.
この第４の発明では、二酸化炭素を作動流体として用いており、二酸化炭素は高圧圧力が超臨界圧となる冷凍サイクルで使用され、凝縮領域を持たないため、等温圧縮による動力削減効果を特に大きくすることができる。 In the fourth aspect of the invention, carbon dioxide is used as a working fluid, and carbon dioxide is used in a refrigeration cycle in which a high pressure becomes a supercritical pressure and has no condensation region. can do.
本発明によれば、吸入行程と圧縮行程と吐出行程とを１サイクルとする動作中に、上記圧縮室（70）内の作動流体の温度がインジェクションされる油の温度になる位置をインジェクション開始点とし、圧縮室（70）内の作動流体の圧力が吐出圧力に達する位置をインジェクション終了点として、インジェクション開始点からインジェクション終了点の範囲の少なくとも一部で油インジェクション動作を行うようにしているので、図１５に示すように無駄な仕事が発生しないから等温圧縮により削減される仕事量が多くなり、より効率のよい運転を行うことが可能となる。 According to the present invention, during the operation in which the suction stroke, the compression stroke, and the discharge stroke are performed as one cycle, the position at which the temperature of the working fluid in the compression chamber (70) becomes the temperature of the injected oil is determined as the injection start point. Since the injection end point is the position where the pressure of the working fluid in the compression chamber (70) reaches the discharge pressure, the oil injection operation is performed in at least a part of the range from the injection start point to the injection end point. As shown in FIG. 15, useless work does not occur, so the amount of work reduced by isothermal compression increases, and more efficient operation can be performed.
上記第２の発明によれば、より広範囲で油インジェクション動作を行うことが可能となるので、等温圧縮の効果をさらに高めることができる。 According to the second aspect, the oil injection operation can be performed in a wider range, so that the effect of isothermal compression can be further enhanced.
上記第３の発明によれば、ローリングピストン型または揺動ピストン型の圧縮機において、複雑な制御を行わなくても、吸入行程中に吸入ポートと油インジェクションポートが連通するときには無駄な油インジェクションを防止でき、圧縮行程中には油インジェクション動作を行うことにより等温圧縮が可能になるのでＣＯＰを高められる。 According to the third aspect of the present invention, in the rolling piston type or swing piston type compressor, wasteful oil injection is performed when the suction port and the oil injection port communicate with each other during the suction stroke without performing complicated control. In the compression stroke, the oil injection operation is performed, so that the isothermal compression becomes possible, so that the COP can be increased.
上記第４の発明によれば、二酸化炭素を作動流体として用いており、二酸化炭素は高圧圧力が超臨界圧となる冷凍サイクルで使用され、凝縮領域を持たないため、等温圧縮による動力削減効果を特に大きくすることができる。 According to the fourth aspect of the invention, carbon dioxide is used as a working fluid, and carbon dioxide is used in a refrigeration cycle in which a high pressure becomes a supercritical pressure and does not have a condensation region. It can be particularly large.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の実施形態に係る冷凍装置は、室内の空調を行う空気調和装置（10）を構成している。空気調和装置（10）は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行うように構成されている。 The refrigeration apparatus according to the embodiment of the present invention constitutes an air conditioner (10) that performs indoor air conditioning. The air conditioner (10) is configured to switch between a cooling operation and a heating operation.
〈空気調和装置の全体構成〉
図１に示すように、空気調和装置（10）は、冷媒回路（11）を備えている。冷媒回路（11）では、冷媒が循環することで冷凍サイクルが行われる。冷媒回路（11）には、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）が充填されている。そして、冷媒回路（11）では、冷媒が臨界圧力以上まで圧縮される冷凍サイクル（いわゆる超臨界サイクル）が行われる。更に、冷媒回路（11）には、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）から成る油（冷凍機油）が混在している。
<Overall configuration of air conditioner>
As shown in FIG. 1, the air conditioner (10) includes a refrigerant circuit (11). In the refrigerant circuit (11), a refrigeration cycle is performed by circulating the refrigerant. The refrigerant circuit (11) is filled with carbon dioxide (CO 2 ) as a refrigerant. In the refrigerant circuit (11), a refrigeration cycle (so-called supercritical cycle) in which the refrigerant is compressed to a critical pressure or higher is performed. Furthermore, the refrigerant circuit (11) contains oil (refrigerating machine oil) made of polyalkylene glycol (PAG).
冷媒回路（11）には、本発明の圧縮機を構成する油動力回収型圧縮ユニット（C/O）と、膨張ユニット（E）と、室外熱交換器（12）と、室内熱交換器（13）と、第１四方切換弁（14）と、第２四方切換弁（15）とが設けられている。また、冷媒回路（11）には、油分離器（60）と油導入路（64）と油クーラ（67）とが設けられている。 The refrigerant circuit (11) includes an oil power recovery type compression unit (C / O), an expansion unit (E), an outdoor heat exchanger (12), an indoor heat exchanger ( 13), a first four-way switching valve (14), and a second four-way switching valve (15). The refrigerant circuit (11) is provided with an oil separator (60), an oil introduction path (64), and an oil cooler (67).
油動力回収型圧縮ユニット（C/O）は、圧縮機構（20）と油動力回収機構（40）と電動機（25）とがケーシング（図示省略）の内部に収容されて構成されている。圧縮機構（20）は、ロータリ式の容積型圧縮機を構成している。圧縮機構（20）では、その圧縮室において冷媒が臨界圧力以上まで圧縮される。油動力回収機構（40）は、本体部（41）と出力軸（42）とを有している。油動力回収機構（40）の本体部（41）は、ロータリ式の容積型の流体機械を構成している。出力軸（42）は、圧縮機構（20）と上記本体部（41）とを連結している。電動機（25）は、出力軸（42）を回転駆動させるモータを構成し、出力周波数（即ち、出力軸の回転速度）を可変とするインバータ式に構成されている。 The oil power recovery type compression unit (C / O) includes a compression mechanism (20), an oil power recovery mechanism (40), and an electric motor (25) housed in a casing (not shown). The compression mechanism (20) constitutes a rotary positive displacement compressor. In the compression mechanism (20), the refrigerant is compressed to a critical pressure or higher in the compression chamber. The oil power recovery mechanism (40) has a main body (41) and an output shaft (42). The main body (41) of the oil power recovery mechanism (40) constitutes a rotary positive displacement fluid machine. The output shaft (42) connects the compression mechanism (20) and the main body (41). The electric motor (25) constitutes a motor that rotationally drives the output shaft (42), and is configured as an inverter type in which the output frequency (that is, the rotational speed of the output shaft) is variable.
油動力回収型圧縮ユニット（C/O）には、圧縮機構（20）へ冷媒を吸入させるための吸入管（22）と、圧縮機構（20）で圧縮された冷媒を吐出させるための吐出管（23）とが設けられている。また、油動力回収型圧縮ユニット（C/O）には、油動力回収機構（40）の本体部（41）へ油（冷凍機油）を流入させるための油流入管（43）と、この本体部（41）の油を流出させるための油流出管（44）とが設けられている。 The oil power recovery type compression unit (C / O) has a suction pipe (22) for sucking refrigerant into the compression mechanism (20) and a discharge pipe for discharging refrigerant compressed by the compression mechanism (20). (23) is provided. The oil power recovery type compression unit (C / O) has an oil inflow pipe (43) through which oil (refrigerating machine oil) flows into the main body (41) of the oil power recovery mechanism (40), and the main body. An oil outflow pipe (44) for allowing the oil in the section (41) to flow out is provided.
膨張ユニット（E）は、膨張機構（30）と膨張側出力軸（31）と膨張側発電機（35）とがケーシング（図示省略）の内部に収容されて構成されている。膨張機構（30）は、ロータリ式の容積型膨張機構を構成している。膨張機構（30）では、その膨張室において冷媒が膨張して減圧される。膨張機構（30）では、膨張室で膨張した冷媒の動力によって可動部としてのピストン（図示省略）が回転駆動され、ピストンと連結する膨張側出力軸（31）が更に回転駆動される。これにより、膨張側発電機（35）が駆動されて発電が行われる。つまり、膨張側発電機（35）は、膨張機構（30）の膨張側出力軸（31）と連結して駆動される駆動対象を構成している。膨張ユニット（E）で発電された電力は、油動力回収型圧縮ユニット（C/O）や他の要素機械の動力として利用される。また、膨張ユニット（E）には、膨張機構（30）へ冷媒を流入させるための流入管（33）と、膨張機構（30）から冷媒を流出させるための流出管（34）とが設けられている。 The expansion unit (E) includes an expansion mechanism (30), an expansion side output shaft (31), and an expansion side generator (35) housed in a casing (not shown). The expansion mechanism (30) constitutes a rotary positive displacement expansion mechanism. In the expansion mechanism (30), the refrigerant expands and decompresses in the expansion chamber. In the expansion mechanism (30), a piston (not shown) as a movable portion is rotationally driven by the power of the refrigerant expanded in the expansion chamber, and the expansion-side output shaft (31) connected to the piston is further rotationally driven. Thereby, an expansion side generator (35) is driven and electric power generation is performed. That is, the expansion-side generator (35) constitutes a drive target that is driven by being connected to the expansion-side output shaft (31) of the expansion mechanism (30). The electric power generated by the expansion unit (E) is used as power for the oil power recovery type compression unit (C / O) and other element machines. The expansion unit (E) is provided with an inflow pipe (33) for allowing the refrigerant to flow into the expansion mechanism (30) and an outflow pipe (34) for allowing the refrigerant to flow out from the expansion mechanism (30). ing.
室外熱交換器（12）は、冷媒を室外空気と熱交換させるための空気熱交換器である。また、室内熱交換器（13）は、冷媒を室内空気と熱交換させるための空気熱交換器である。 The outdoor heat exchanger (12) is an air heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant and outdoor air. The indoor heat exchanger (13) is an air heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant and room air.
第１四方切換弁（14）及び第２四方切換弁（15）は、それぞれ第１から第４までのポートを有している。第１四方切換弁（14）では、第１のポートが吐出ライン（18）を介して上記吐出管（23）と接続し、第２のポートが吸入ライン（17）を介して上記吸入管（22）と接続している。また、第１四方切換弁（14）では、第３のポートが室外熱交換器（12）の一端と接続し、第４のポートが室内熱交換器（13）の一端と接続している。 The first four-way switching valve (14) and the second four-way switching valve (15) have first to fourth ports, respectively. In the first four-way switching valve (14), a first port is connected to the discharge pipe (23) via a discharge line (18), and a second port is connected to the suction pipe (17) via a suction line (17). 22) is connected. In the first four-way switching valve (14), the third port is connected to one end of the outdoor heat exchanger (12), and the fourth port is connected to one end of the indoor heat exchanger (13).
第２四方切換弁（15）では、第１のポートが上記流入管（33）と接続し、第２のポートが上記流出管（34）と接続している。また、第２四方切換弁（15）では、第３のポートが室外熱交換器（12）の他端と接続し、第４のポートが室内熱交換器（13）の他端と接続している。 In the second four-way switching valve (15), the first port is connected to the inflow pipe (33), and the second port is connected to the outflow pipe (34). In the second four-way switching valve (15), the third port is connected to the other end of the outdoor heat exchanger (12), and the fourth port is connected to the other end of the indoor heat exchanger (13). Yes.
第１四方切換弁（14）と第２四方切換弁（15）とは、それぞれ、第１のポートと第３のポートとが連通し且つ第２のポートと第４のポートとが連通する第１状態（図１の実線で示す状態）と、第１のポートと第４のポートが連通し且つ第２のポートと第３のポートが連通する第２状態（図１の破線で示す状態）とに切り換わるように構成されている。 The first four-way switching valve (14) and the second four-way switching valve (15) are respectively a first port and a third port that communicate with each other and a second port and a fourth port that communicate with each other. 1 state (state indicated by a solid line in FIG. 1), and 2nd state (state indicated by a broken line in FIG. 1) in which the first port and the fourth port communicate with each other and the second port and the third port communicate with each other. It is comprised so that it may switch to.
油分離器（60）は、上記吐出ライン（18）の途中に設けられている。油分離器（60）は、縦長の略円筒形状の密閉容器から成り、高圧冷媒中から油を分離する油分離手段を構成している。油分離器（60）には、その胴部に冷媒／油流入管（61）が接続され、その頂部に冷媒排出管（62）が接続され、その底部に油排出管（63）が接続されている。油分離器（60）では、冷媒／油流入管（61）から流入した冷媒中から油が分離される。なお、油分離器（60）での油の分離方法としては、旋回流を利用して油を遠心分離する方法や、冷媒である二酸化炭素と油であるＰＡＧとの比重差を利用して油を沈降分離する方法等が挙げられる。そして、油分離器（60）では、油が分離された後の冷媒が冷媒排出管（62）を流出し、分離後の油が油排出管（63）を流出する。 The oil separator (60) is provided in the middle of the discharge line (18). The oil separator (60) is composed of a vertically long, substantially cylindrical sealed container, and constitutes an oil separating means for separating oil from the high-pressure refrigerant. The oil separator (60) is connected with a refrigerant / oil inflow pipe (61) at its body, with a refrigerant discharge pipe (62) at its top and with an oil discharge pipe (63) at its bottom. ing. In the oil separator (60), oil is separated from the refrigerant flowing in from the refrigerant / oil inflow pipe (61). In addition, as an oil separation method in the oil separator (60), a method of centrifuging oil using a swirl flow or a difference in specific gravity between carbon dioxide as a refrigerant and PAG as an oil is used. And the like. In the oil separator (60), the refrigerant after the oil is separated flows out of the refrigerant discharge pipe (62), and the oil after the separation flows out of the oil discharge pipe (63).
油導入路（64）は、油分離器（60）で分離した油を圧縮機構（20）へ供給する流路を構成している。油導入路（64）は、第１導油管（65）と第２導油管（66）とを含んで構成されている。 The oil introduction path (64) constitutes a flow path for supplying the oil separated by the oil separator (60) to the compression mechanism (20). The oil introduction path (64) includes a first oil guide pipe (65) and a second oil guide pipe (66).
第１導油管（65）は、その始端が油分離器（60）の油排出管（63）と接続し、その終端が油流入管（43）と接続している。第１導油管（65）には、上記油クーラ（67）が設けられている。油クーラ（67）は、油分離器（60）で分離した油を冷却する冷却手段であり、例えば空冷式の熱交換器で構成されている。 The first oil guide pipe (65) has a start end connected to the oil discharge pipe (63) of the oil separator (60) and a terminal end connected to the oil inflow pipe (43). The first oil guide pipe (65) is provided with the oil cooler (67). The oil cooler (67) is a cooling means for cooling the oil separated by the oil separator (60), and is constituted by, for example, an air-cooled heat exchanger.
第２導油管（66）は、その始端が油流出管（44）と接続し、その終端が圧縮機構（20）の中間ポート（油インジェクションポート）（24）と接続している。圧縮機構（20）の中間ポート（24）は、その圧縮室での圧縮行程の途中箇所に開口している。つまり、本実施形態の油導入路（64）は、油分離器（60）で分離した油を圧縮機構（20）の圧縮行程の途中へ供給するように、圧縮機構（20）に接続されている。 The second oil guide pipe (66) has a start end connected to the oil outflow pipe (44) and a terminal end connected to the intermediate port (oil injection port) (24) of the compression mechanism (20). The intermediate port (24) of the compression mechanism (20) is opened in the middle of the compression stroke in the compression chamber. That is, the oil introduction path (64) of the present embodiment is connected to the compression mechanism (20) so as to supply the oil separated by the oil separator (60) in the middle of the compression stroke of the compression mechanism (20). Yes.
〈油動力回収機構の構成〉
上記油動力回収機構（40）の構成について図２及び図３を参照しながら更に説明する。
<Configuration of oil power recovery mechanism>
The configuration of the oil power recovery mechanism (40) will be further described with reference to FIGS.
油動力回収機構（40）は、油の動力（運動エネルギー）を回収するものである。油動力回収機構（40）の本体部（41）は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ式流体機械で構成されている。また、出力軸（42）は、その一端が本体部（41）と連結し、その他端部が圧縮機構（20）の可動部（ピストン）と連結している。つまり、圧縮機構（20）は、油動力回収機構（40）の出力軸（42）と連結して駆動される駆動対象を構成している。また、出力軸（42）には、主軸部（42a）と偏心部（42b）とが形成されている。偏心部（42b）は、主軸部（42a）から偏心し、且つ主軸部（42a）よりも大径に構成されている。 The oil power recovery mechanism (40) recovers oil power (kinetic energy). The main body (41) of the oil power recovery mechanism (40) is constituted by a so-called oscillating piston type rotary fluid machine. The output shaft (42) has one end connected to the main body (41) and the other end connected to the movable part (piston) of the compression mechanism (20). That is, the compression mechanism (20) constitutes a drive target that is driven by being connected to the output shaft (42) of the oil power recovery mechanism (40). The output shaft (42) is formed with a main shaft portion (42a) and an eccentric portion (42b). The eccentric part (42b) is eccentric from the main shaft part (42a) and has a larger diameter than the main shaft part (42a).
油動力回収機構の本体部（41）には、その下部から上部（電動機（25）に近い方から遠い方）へ向かって順に、フロントヘッド（46）、シリンダ（47）、及びリアヘッド（48）が設けられている。シリンダ（47）は、上下に出力軸（42）が貫通する筒状に形成されている。シリンダ（47）は、その下端がフロントヘッド（46）に閉塞され、その上端がリアヘッド（48）に閉塞されている。 The main body (41) of the oil power recovery mechanism has a front head (46), a cylinder (47), and a rear head (48) in order from the lower part to the upper part (from the side closer to the electric motor (25)). Is provided. The cylinder (47) is formed in a cylindrical shape through which the output shaft (42) passes vertically. The cylinder (47) has a lower end closed by the front head (46) and an upper end closed by the rear head (48).
図３にも示すように、シリンダ（47）の内部（シリンダ室）には、可動部としてのピストン（50）が収容されている。ピストン（50）は、円環状あるいは円筒状に形成されている。ピストン（50）の内部には、出力軸（42）の偏心部（42b）が係合して連結している。ピストン（50）は、その外周面がシリンダ（47）の内周面に、一方の端面がフロントヘッド（46）に、他方の端面がリアヘッド（48）にそれぞれ摺接している。シリンダ（47）内には、その内周面とピストン（50）の外周面との間に油室（49）が形成される。油室（49）は、上記油流入管（43）及び油流出管（44）が連通している。 As shown also in FIG. 3, the piston (50) as a movable part is accommodated in the inside (cylinder chamber) of the cylinder (47). The piston (50) is formed in an annular shape or a cylindrical shape. The eccentric portion (42b) of the output shaft (42) is engaged and connected to the inside of the piston (50). The piston (50) has its outer peripheral surface in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder (47), one end surface in sliding contact with the front head (46), and the other end surface in contact with the rear head (48). An oil chamber (49) is formed in the cylinder (47) between its inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the piston (50). The oil chamber (49) communicates with the oil inflow pipe (43) and the oil outflow pipe (44).
ピストン（50）には、ブレード（51）が一体に設けられている。ブレード（51）は、ピストン（50）の半径方向へ延びる板状に形成されており、ピストン（50）の外周面から外側へ突出している。このブレード（51）はシリンダ（47）のブレード溝（52）に挿入されている。シリンダ（47）のブレード溝（52）は、シリンダ（47）を厚み方向へ貫通すると共に、シリンダ（47）の内周面に開口している。 The piston (50) is integrally provided with a blade (51). The blade (51) is formed in a plate shape extending in the radial direction of the piston (50), and projects outward from the outer peripheral surface of the piston (50). The blade (51) is inserted into the blade groove (52) of the cylinder (47). The blade groove (52) of the cylinder (47) penetrates the cylinder (47) in the thickness direction, and opens to the inner peripheral surface of the cylinder (47).
シリンダ（47）には、一対のブッシュ（53）が設けられている。各ブッシュ（53）は、内側面が平面となって外側面が円弧面となるように形成された小片である。シリンダ（47）において、一対のブッシュ（53）は、ブッシュ孔（54）に挿入されてブレード（51）を挟み込んだ状態となる。ブッシュ（53）は、その内側面がブレード（51）と摺接し、その外側面がシリンダ（47）と摺動する。そして、ピストン（50）と一体のブレード（51）は、ブッシュ（53）を介してシリンダ（47）に支持され、シリンダ（47）に対して回動自在で且つ進退自在となっている。 The cylinder (47) is provided with a pair of bushes (53). Each bush (53) is a small piece formed such that the inner surface is a flat surface and the outer surface is a circular arc surface. In the cylinder (47), the pair of bushes (53) are inserted into the bush holes (54) and sandwich the blade (51). The inner surface of the bush (53) is in sliding contact with the blade (51), and the outer surface of the bush (53) is slid with the cylinder (47). The blade (51) integrated with the piston (50) is supported by the cylinder (47) via the bush (53), and can rotate and advance and retract with respect to the cylinder (47).
シリンダ（47）内の油室（49）は、ピストン（50）及びブレード（51）によって仕切られている。そして、図３におけるブレード（51）の左側の部屋が油流入管（43）と連通し、右側の部屋が油流出管（44）と連通している。 The oil chamber (49) in the cylinder (47) is partitioned by the piston (50) and the blade (51). The left chamber of the blade (51) in FIG. 3 communicates with the oil inflow pipe (43), and the right chamber communicates with the oil outflow pipe (44).
以上、油動力回収機構（40）と油分離器（60）と油導入路（64）と油クーラ（67）により、油インジェクション機構（80）が形成されている。 As described above, the oil power recovery mechanism (40), the oil separator (60), the oil introduction path (64), and the oil cooler (67) form the oil injection mechanism (80).
〈圧縮機と油インジェクション機構の構成〉
次に、圧縮機構（20）の概略構成と油インジェクション機構（80）の概要について説明する。
<Configuration of compressor and oil injection mechanism>
Next, a schematic configuration of the compression mechanism (20) and an outline of the oil injection mechanism (80) will be described.
図４及び図５に示すように、この圧縮機構（20）は、油動力回収機構（40）と同様に、揺動ピストン型のロータリ式流体機械で構成されている。圧縮機構（20）は、圧縮室（70）を有し、この圧縮室（70）へ作動流体である冷媒として二酸化炭素を吸入して、圧縮するように構成されている。また、油インジェクション機構（80）は、油インジェクションポート（24）を開閉可能に構成され、所定のタイミングで上記圧縮室（70）へ冷凍機油を供給するように構成されている。この圧縮機構（20）は、上述したように油動力回収型圧縮ユニット（C/O）のケーシング内に収納されている。 As shown in FIGS. 4 and 5, the compression mechanism (20) is formed of a swinging piston type rotary fluid machine, like the oil power recovery mechanism (40). The compression mechanism (20) has a compression chamber (70), and is configured to suck carbon dioxide as a working fluid into the compression chamber (70) and compress it. The oil injection mechanism (80) is configured to open and close the oil injection port (24), and is configured to supply refrigeration oil to the compression chamber (70) at a predetermined timing. This compression mechanism (20) is housed in the casing of the oil power recovery type compression unit (C / O) as described above.
この圧縮機構（20）は、圧縮室（70）を有するシリンダ（71）内でのピストン（72）の動作により冷媒を吸入して圧縮するように構成されている。また、この圧縮機構（20）は、圧縮室（70）が断面円形に形成されるとともに、ピストン（72）が該圧縮室（70）内で偏心回転運動をするように構成されている。 The compression mechanism (20) is configured to suck and compress the refrigerant by the operation of the piston (72) in the cylinder (71) having the compression chamber (70). The compression mechanism (20) is configured such that the compression chamber (70) has a circular cross section and the piston (72) rotates eccentrically in the compression chamber (70).
上記ピストン（72）は、出力軸であるクランク軸（42）のクランクピン（42c）に嵌合して偏心回転運動をする環状部（73）と、この環状部（73）と一体に形成されたブレード（74）とを有している。ブレード（74）は、プレート状であって、環状部（73）の径方向外側へ延在している。シリンダ（71）は、ブレード（74）を摺動可能に保持する揺動ブッシュ（75）を有している。揺動ブッシュ（75）は、それぞれほぼ半円形の吸入側ブッシュ（75a）と吐出側ブッシュ（75b）とから構成されている。吸入側ブッシュ（75a）と吐出側ブッシュ（75b）は、一部で連結して一体にしてもよい。 The piston (72) is formed integrally with an annular portion (73) that engages with a crankpin (42c) of a crankshaft (42) that is an output shaft and performs eccentric rotational motion, and the annular portion (73). Blade (74). The blade (74) is plate-shaped and extends outward in the radial direction of the annular portion (73). The cylinder (71) has a swing bush (75) that slidably holds the blade (74). The swing bush (75) is composed of a substantially semicircular suction side bush (75a) and a discharge side bush (75b). The suction side bush (75a) and the discharge side bush (75b) may be partly connected and integrated.
シリンダ（71）には、圧縮室（70）へ冷媒を吸入するように一端が圧縮室（70）に開口した吸入ポート（76）が形成されている。この吸入ポート（76）の他端は、上記吸入ライン（17）の配管が接続される吸入管（図示せず）と連通している。また、シリンダ（71）は、油動力回収機構（40）と同様に、軸方向の両端面を塞ぐ２枚の端板（77）（電動機側の端板（77）をフロントヘッド（77a）といい、電動機と反対側の端板（77）をリヤヘッド（77b）という）を有している。フロントヘッド（77a）とリヤヘッド（77b）の一方には、圧縮室（70）で圧縮された冷媒を油動力回収型圧縮ユニット（C/O）のケーシング内の空間へ吐出するための吐出ポート（78）が形成されている。この吐出ポート（78）には吐出弁としてリード弁（図示せず）が設けられていて、圧縮室（70）内の圧力と上記油動力回収型圧縮ユニット（C/O）のケーシング内の圧力との圧力差が所定値に達すると吐出ポート（78）が開くようになっている。この油動力回収型圧縮ユニット（C/O）のケーシングには吐出管（図示せず）が設けられており、冷媒がこの吐出管を経て冷媒回路（11）の吐出ライン（18）へ吐出される。 The cylinder (71) is formed with a suction port (76) having one end opened to the compression chamber (70) so as to suck the refrigerant into the compression chamber (70). The other end of the suction port (76) communicates with a suction pipe (not shown) to which the pipe of the suction line (17) is connected. Similarly to the oil power recovery mechanism (40), the cylinder (71) has two end plates (77) that close both end surfaces in the axial direction (the end plate (77) on the motor side is connected to the front head (77a). The end plate (77) on the opposite side of the electric motor has a rear head (77b). One of the front head (77a) and rear head (77b) has a discharge port (for discharging the refrigerant compressed in the compression chamber (70) into the space in the casing of the oil power recovery type compression unit (C / O)). 78) is formed. This discharge port (78) is provided with a reed valve (not shown) as a discharge valve, and the pressure in the compression chamber (70) and the pressure in the casing of the oil power recovery type compression unit (C / O). When the pressure difference between and reaches a predetermined value, the discharge port (78) opens. The casing of this oil power recovery type compression unit (C / O) is provided with a discharge pipe (not shown), and the refrigerant is discharged to the discharge line (18) of the refrigerant circuit (11) through this discharge pipe. The
上記吸入ポート（76）は、図４において縦軸の上方向を０°の位置とすると、そこから横軸の右方向へθｓだけ角度をとった位置に設けられている。また、上記油インジェクション機構（80）は、シリンダ（71）に設けられた噴射ノズル部（81）を有し、この噴射ノズル部（81）は角度がθｉの位置に設けられていて、油インジェクションポート（24）を介して圧縮室（70）に連通している。なお、以上の構成により、上記吸入ポート（76）と油インジェクションポート（24）は、図６に示す吸入行程中には圧縮室（70）を介して互いに連通する位置に配置されていることになる。 The suction port (76) is provided at a position that is angled by θs from the vertical direction of the vertical axis to the right direction of the horizontal axis when the upward direction of the vertical axis in FIG. The oil injection mechanism (80) has an injection nozzle part (81) provided in the cylinder (71), and the injection nozzle part (81) is provided at a position of an angle θi. It communicates with the compression chamber (70) through the port (24). With the above-described configuration, the suction port (76) and the oil injection port (24) are arranged at positions that communicate with each other via the compression chamber (70) during the suction stroke shown in FIG. Become.
上記油インジェクション機構（80）の噴射ノズル部（81）は、円筒状のインジェクションケース（82）と、このインジェクションケース（82）の軸方向へスライド可能なスプール（83）と、このスプール（83）を駆動する駆動機構（84）とを有している。インジェクションケース（82）の一端には、上記油インジェクションポート（24）と連通する油噴射口（85）が形成されている。また、インジェクションケース（82）の他端には、油導入路64）の第２導油部（66）とつながった油供給管（86）が接続されている。 The injection nozzle part (81) of the oil injection mechanism (80) includes a cylindrical injection case (82), a spool (83) that can slide in the axial direction of the injection case (82), and the spool (83). And a drive mechanism (84) for driving the motor. An oil injection port (85) communicating with the oil injection port (24) is formed at one end of the injection case (82). The other end of the injection case (82) is connected to an oil supply pipe (86) connected to the second oil guiding section (66) of the oil introduction path 64).
上記スプール（83）は、油噴射口（85）側の端部がテーパ状の弁部（87）として形成されている。油噴射口（85）は、インジェクションケース（82）の内面側が、スプール（83）の弁部（87）と同じ角度のテーパ面により形成された弁座（88）になっている。この構成において、スプール（83）が後退して弁部（87）の外周面がインジェクションケース（82）の弁座（88）の内周面から離れると（図４の状態）、油供給管（86）から供給されてきた冷凍機油が弁部（87）と弁座（88）の間の隙間を通って油インジェクションポート（24）から圧縮室（70）内へ噴射される。一方、スプール（83）が前進して弁部（87）の外周面がインジェクションケース（82）の弁座（88）の内周面に圧接すると（図５，６の状態）、油供給管（86）から供給されてきた冷凍機油は、インジェクションケース（82）内が密閉空間になるために、圧縮室（70）へは噴射されなくなる。 The spool (83) is formed as a tapered valve part (87) at the end on the oil injection port (85) side. In the oil injection port (85), the inner surface side of the injection case (82) is a valve seat (88) formed by a tapered surface having the same angle as the valve portion (87) of the spool (83). In this configuration, when the spool (83) is retracted and the outer peripheral surface of the valve portion (87) is separated from the inner peripheral surface of the valve seat (88) of the injection case (82) (state of FIG. 4), the oil supply pipe ( 86) The refrigeration oil supplied from the oil injection port (24) is injected into the compression chamber (70) through the gap between the valve part (87) and the valve seat (88). On the other hand, when the spool (83) moves forward and the outer peripheral surface of the valve portion (87) presses against the inner peripheral surface of the valve seat (88) of the injection case (82) (state of FIGS. 5 and 6), the oil supply pipe ( The refrigerating machine oil supplied from 86) is not injected into the compression chamber (70) because the inside of the injection case (82) becomes a sealed space.
スプール（83）を軸方向へ進退させる駆動機構（84）としては、ソレノイド機構（89）が用いられている。ソレノイド機構（89）は、スプール（83）に固定された鉄心（90）と、インジェクションケース（82）に固定されたコイル（91）とを有している。インジェクションケース（82）内には、スプール（83）を後退させる方向へバネ力を加えるコイルバネ（92）が設けられ、スプール（83）には、コイルバネ（92）の一端を受けるバネ受け（93）が固定されている。コイルバネ（92）の他端は、インジェクションケース（82）の油噴射口（85）側の端面に接している。 A solenoid mechanism (89) is used as the drive mechanism (84) for moving the spool (83) back and forth in the axial direction. The solenoid mechanism (89) includes an iron core (90) fixed to the spool (83) and a coil (91) fixed to the injection case (82). In the injection case (82), there is provided a coil spring (92) that applies a spring force in a direction to retract the spool (83). The spool (83) receives a spring receiver (93) that receives one end of the coil spring (92). Is fixed. The other end of the coil spring (92) is in contact with the end face on the oil injection port (85) side of the injection case (82).
上記ソレノイド機構（89）のコイル（91）に電流を流さない状態では、スプール（83）が可動範囲の後端まで後退する。このとき、鉄心（90）はコイル（91）の中心から外れており、スプール（83）の弁部（87）と油噴射口（85）の弁座（88）との間には隙間が形成されている（図４）。一方、ソレノイド機構（89）のコイル（91）に電流を流した状態では、コイルバネ（92）のバネ力に抗して鉄心（90）がスプール（83）の前方へに引っ張られ、スプール（83）の弁部（87）と油噴射口（85）の弁座（88）とが圧接する（図５，６）。このとき、上記の隙間がなくなり、インジェクションケース（82）の内部が密閉空間となる。 In a state where no current is supplied to the coil (91) of the solenoid mechanism (89), the spool (83) moves backward to the rear end of the movable range. At this time, the iron core (90) is off the center of the coil (91), and a gap is formed between the valve portion (87) of the spool (83) and the valve seat (88) of the oil injection port (85). (FIG. 4). On the other hand, in the state where current is passed through the coil (91) of the solenoid mechanism (89), the iron core (90) is pulled forward of the spool (83) against the spring force of the coil spring (92), and the spool (83 ) And the valve seat (88) of the oil injection port (85) are in pressure contact (FIGS. 5 and 6). At this time, the gap is eliminated and the inside of the injection case (82) becomes a sealed space.
〈コントローラの構成〉
上記圧縮機構（20）を制御するコントローラ（制御手段）（95）は、図７のブロック図に示すように構成されている。コントローラ（95）は、入力値（諸元）読込部（96）と、測定値（または設定値）読込部（97）と、計算値決定部（98）とを有している。入力値読込部（96）と測定値読込部（97）は、計算値決定部（98）へ信号を送るため、この計算値決定部（98）と接続されている。計算値決定部（98）では、シリンダ容積Ｖｃと、吸入ポート位置θｓと、油インジェクション位置θｉ（以上、入力値読込部（96）のデータ）と、クランク軸（42）の回転速度ωと、クランク軸（42）の回転角度の現在値θｃと、吸入ガス温度Ｔｓと、冷媒回路の低圧圧力Ｌｐと、冷媒回路の高圧圧力Ｈｐと、インジェクション油温度Ｔｏと、インジェクション油圧力Ｐｏ（以上、測定値読込部（97）のデータ）とに基づいて、油インジェクション動作のタイミングが求められる。つまり、圧縮途中の冷媒ガス温度をＴｒとしたときに、Ｔｒ＝Ｔｏとなるインジェクション開始位置θ１と、圧縮途中の冷媒ガス圧力をＰｒとしたときにＰｒ＝Ｐｏとなるインジェクション終了位置θ２と、θ１からθ２に達するまでのインジェクション時間Δｔとが求められて、これらの値を表す制御信号がコントローラ（95）から油インジェクション機構（80）へ送られる。そして、この制御信号に基づいてソレノイド機構（89）のオンとオフが制御され、油の
噴射タイミングがコントロールされる。なお，圧縮途中の冷媒ガス温度Ｔｒと圧縮途中の冷媒ガス圧力Ｐｒは，シリンダ容積Ｖｃや吸入ポート位置θｓなどの圧縮機諸元と、吸入ガス温度Ｔｓや冷媒回路の低圧圧力Ｌｐ、冷媒回路の高圧圧力Ｈｐなどの測定値と、予めコントローラに記録された冷媒物性データとから算出する。図７中のインジェクション開始位置θ１とインジェクション終了点θ２の計算には、圧縮途中の冷媒ガス温度Ｔｒと圧縮途中の冷媒ガス圧力Ｐｒの算出過程（冷媒温度検出手段と冷媒圧力検出手段）も含まれている。
<Configuration of controller>
The controller (control means) (95) for controlling the compression mechanism (20) is configured as shown in the block diagram of FIG. The controller (95) includes an input value (specification) reading unit (96), a measurement value (or set value) reading unit (97), and a calculated value determination unit (98). The input value reading unit (96) and the measured value reading unit (97) are connected to the calculated value determining unit (98) in order to send a signal to the calculated value determining unit (98). In the calculated value determining unit (98), the cylinder volume Vc, the suction port position θs, the oil injection position θi (hereinafter, the data of the input value reading unit (96)), the rotational speed ω of the crankshaft (42), The current value θc of the rotation angle of the crankshaft (42), the suction gas temperature Ts, the low pressure Lp of the refrigerant circuit, the high pressure Hp of the refrigerant circuit, the injection oil temperature To, and the injection oil pressure Po (measured above) The timing of the oil injection operation is determined based on the data of the value reading unit (97). That is, when the refrigerant gas temperature in the middle of compression is Tr, the injection start position θ1 where Tr = To, the injection end position θ2 where Pr = Po when the refrigerant gas pressure during compression is Pr, and θ1 And the injection time Δt until reaching θ2 is obtained, and a control signal representing these values is sent from the controller (95) to the oil injection mechanism (80). Based on this control signal, the solenoid mechanism (89) is turned on and off to control the oil injection timing. The refrigerant gas temperature Tr during compression and the refrigerant gas pressure Pr during compression are determined by the compressor specifications such as the cylinder volume Vc and the suction port position θs, the suction gas temperature Ts, the low pressure Lp of the refrigerant circuit, and the refrigerant circuit pressure. It is calculated from measured values such as high pressure Hp and refrigerant physical property data recorded in advance in the controller. The calculation of the injection start position θ1 and the injection end point θ2 in FIG. 7 includes a calculation process of the refrigerant gas temperature Tr during compression and the refrigerant gas pressure Pr during compression (refrigerant temperature detection means and refrigerant pressure detection means). ing.
具体的には、吸入行程と圧縮行程と吐出行程とを１サイクルとする動作中に、上記圧縮室（70）内の冷媒の温度Ｔｒがインジェクションされる油の温度Ｔｏになる位置をインジェクション開始点θ１とし、圧縮室（70）内の冷媒の圧力Ｔｒが吐出圧力Ｈｐに達する位置をインジェクション終了点θ２として、コントローラ（95）が、インジェクション開始点θ１からインジェクション終了点θ２の範囲の少なくとも一部で油インジェクション動作を行うように上記油インジェクション機構（80）を制御する。特に、コントローラ（95）を、インジェクション開始点θ１からインジェクション終了点θ２の範囲の全体で油インジェクション動作を行うように構成することが、その範囲の全域にわたって等温圧縮を行えるようにするために好ましい。 Specifically, during the operation in which the suction stroke, the compression stroke, and the discharge stroke are performed as one cycle, the position at which the temperature Tr of the refrigerant in the compression chamber (70) becomes the temperature of the injected oil To is the injection start point. The position at which the refrigerant pressure Tr in the compression chamber (70) reaches the discharge pressure Hp is defined as θ1 and the controller (95) is at least partly within the range from the injection start point θ1 to the injection end point θ2. The oil injection mechanism (80) is controlled so as to perform the oil injection operation. In particular, it is preferable to configure the controller (95) so that the oil injection operation is performed in the entire range from the injection start point θ1 to the injection end point θ2, in order to perform isothermal compression over the entire range.
−運転動作−
実施形態に係る空気調和装置（10）の運転動作について説明する。空気調和装置（10）は、第１四方切換弁（14）及び第２四方切換弁（15）の設定に応じて、冷房運転と暖房運転とが可能となっている。まず、空気調和装置（10）の冷房運転時の基本的な動作について説明する。
-Driving action-
The operation of the air conditioner (10) according to the embodiment will be described. The air conditioner (10) can perform a cooling operation and a heating operation according to the settings of the first four-way switching valve (14) and the second four-way switching valve (15). First, the basic operation during the cooling operation of the air conditioner (10) will be described.
冷房運転時には、第１四方切換弁（14）及び第２四方切換弁（15）が第１状態（図１に実線で示す状態）に設定され、冷媒回路（11）で冷媒が循環して蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。その結果、冷房運転時には、室外熱交換器（12）が放熱器（凝縮器）となり、室内熱交換器（13）が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。また、冷媒回路（11）では、その高圧圧力が、冷媒である二酸化炭素の臨界圧力よりも高い値に設定され、いわゆる超臨界サイクルが行われる。 During the cooling operation, the first four-way switching valve (14) and the second four-way switching valve (15) are set to the first state (the state indicated by the solid line in FIG. 1), and the refrigerant circulates in the refrigerant circuit (11). A compression refrigeration cycle is performed. As a result, during the cooling operation, a refrigeration cycle in which the outdoor heat exchanger (12) serves as a radiator (condenser) and the indoor heat exchanger (13) serves as an evaporator is performed. In the refrigerant circuit (11), the high pressure is set to a value higher than the critical pressure of carbon dioxide, which is a refrigerant, and a so-called supercritical cycle is performed.
油動力回収型圧縮ユニット（C/O）では、電動機（25）によって圧縮機構（20）が回転駆動される。圧縮機構（20）では、吸入管（22）から圧縮室へ吸入された冷媒が圧縮され、圧縮された冷媒が吐出管（23）より吐出される。圧縮機構（20）から吐出された冷媒は、吐出ライン（18）を流れ、冷媒／油流入管（61）を通じて油分離器（60）内へ流入する。 In the oil power recovery type compression unit (C / O), the compression mechanism (20) is rotationally driven by the electric motor (25). In the compression mechanism (20), the refrigerant sucked into the compression chamber from the suction pipe (22) is compressed, and the compressed refrigerant is discharged from the discharge pipe (23). The refrigerant discharged from the compression mechanism (20) flows through the discharge line (18) and flows into the oil separator (60) through the refrigerant / oil inflow pipe (61).
油分離器（60）の内部では、冷媒中から油が分離され、油と冷媒の比重差により、油が分離された後の冷媒が上部に溜まり、分離後の油が底部に溜まり込む。分離後の冷媒は、冷媒排出管（62）を流出し、室外熱交換器（12）を流れる。室外熱交換器（12）では、高圧冷媒が室外空気へ放熱する。室外熱交換器（12）を流出した冷媒は、流入管（33）を通じて膨張ユニット（E）の膨張機構（30）へ流入する。 Inside the oil separator (60), the oil is separated from the refrigerant, and due to the specific gravity difference between the oil and the refrigerant, the refrigerant after the oil is separated accumulates at the top, and the separated oil accumulates at the bottom. The separated refrigerant flows out of the refrigerant discharge pipe (62) and flows through the outdoor heat exchanger (12). In the outdoor heat exchanger (12), the high-pressure refrigerant radiates heat to the outdoor air. The refrigerant that has flowed out of the outdoor heat exchanger (12) flows into the expansion mechanism (30) of the expansion unit (E) through the inflow pipe (33).
膨張機構（30）では、膨張室で高圧冷媒が膨張し、これによって膨張側出力軸（31）が回転駆動される。その結果、膨張側発電機（35）が駆動されて、膨張側発電機（35）から電力が発生する。この電力は、圧縮機構（20）や他の要素機械へ供給される。膨張機構（30）で膨張した冷媒は、流出管（34）を通じて膨張ユニット（E）から送り出される。 In the expansion mechanism (30), the high-pressure refrigerant expands in the expansion chamber, whereby the expansion-side output shaft (31) is rotationally driven. As a result, the expansion-side generator (35) is driven and electric power is generated from the expansion-side generator (35). This electric power is supplied to the compression mechanism (20) and other element machines. The refrigerant expanded by the expansion mechanism (30) is sent out from the expansion unit (E) through the outflow pipe (34).
膨張ユニット（E）を流出した冷媒は、室内熱交換器（13）を流れる。室内熱交換器（13）では、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。その結果、室内空気が冷やされて冷房が行われる。室内熱交換器（13）を流出した冷媒は、吸入管（22）を通じて圧縮機構（20）へ吸入されて再び圧縮される。 The refrigerant that has flowed out of the expansion unit (E) flows through the indoor heat exchanger (13). In the indoor heat exchanger (13), the refrigerant absorbs heat from the indoor air and evaporates. As a result, the room air is cooled and cooling is performed. The refrigerant flowing out of the indoor heat exchanger (13) is sucked into the compression mechanism (20) through the suction pipe (22) and compressed again.
このような冷房運転時には、空気調和装置（10）の成績係数（ＣＯＰ）を改善するために、油インジェクション動作が行われる。油インジェクション機構（80）の噴射ノズル部（81）の開閉動作のタイミングについては後述する。この油インジェクション動作の際、油分離器（60）で分離した油は、油排出管（63）を通じて第１導油管（65）を流れる。この冷媒は、油クーラ（67）で所定温度まで冷却される。冷却後の冷媒は、油流入管（43）を通じて油動力回収型圧縮ユニット（C/O）の油動力回収機構（40）の本体部（41）へ流入する。 During such cooling operation, an oil injection operation is performed in order to improve the coefficient of performance (COP) of the air conditioner (10). The timing of the opening / closing operation of the injection nozzle part (81) of the oil injection mechanism (80) will be described later. During the oil injection operation, the oil separated by the oil separator (60) flows through the first oil guide pipe (65) through the oil discharge pipe (63). This refrigerant is cooled to a predetermined temperature by an oil cooler (67). The cooled refrigerant flows into the main body (41) of the oil power recovery mechanism (40) of the oil power recovery type compression unit (C / O) through the oil inflow pipe (43).
油動力回収機構（40）の本体部（41）では、油室（49）を流れる油の動力（運動エネルギー）によってピストン（50）が回転駆動され、ピストン（50）がシリンダ（47）内を、図３の(Ａ)→(Ｂ)→(Ｃ)→(Ｄ)→(Ａ)→…という順に偏心回転する。このピストン（50）の偏心回転に伴い、偏心部（42b）、更には主軸部（42a）が回転駆動される。その結果、この回転動力は、圧縮機構（20）を駆動するための駆動動力として利用される。以上のように、油動力回収型圧縮ユニット（C/O）では、油動力回収機構（40）によって回収された油の動力が、圧縮機構（20）の駆動動力として回収され、圧縮機構（20）の動力が軽減される。 In the main body (41) of the oil power recovery mechanism (40), the piston (50) is rotationally driven by the power (kinetic energy) of the oil flowing through the oil chamber (49), and the piston (50) moves inside the cylinder (47). 3, the shaft rotates eccentrically in the order of (A) → (B) → (C) → (D) → (A) →. With the eccentric rotation of the piston (50), the eccentric portion (42b) and further the main shaft portion (42a) are rotationally driven. As a result, this rotational power is used as driving power for driving the compression mechanism (20). As described above, in the oil power recovery type compression unit (C / O), the oil power recovered by the oil power recovery mechanism (40) is recovered as the driving power of the compression mechanism (20), and the compression mechanism (20 ) Power is reduced.
油室（49）で動力が回収された油は、所定圧力まで減圧された後、油流出管（44）を通じて油動力回収機構（40）の本体部（41）から流出する。流出後の油は、第２導油管（66）を介して圧縮機構（20）の中間ポート（24）へ流入する。その結果、圧縮機構（20）では、圧縮室での圧縮行程の途中へ低温の油が供給され、上記油インジェクション動作が行われる。 The oil whose power is recovered in the oil chamber (49) is depressurized to a predetermined pressure, and then flows out from the main body (41) of the oil power recovery mechanism (40) through the oil outflow pipe (44). The oil after flowing out flows into the intermediate port (24) of the compression mechanism (20) through the second oil guide pipe (66). As a result, in the compression mechanism (20), low-temperature oil is supplied during the compression stroke in the compression chamber, and the oil injection operation is performed.
この油インジェクション動作により、冷房運転時の圧縮機構（20）では、冷媒がＰ−ｈ線図上の等温線に近づくように圧縮され、いわゆる等温圧縮が行われる。この点について、図８(Ａ)及び(Ｂ)を参照しながら説明する。ここで、図８(Ａ)は、理想的な等温圧縮での冷凍サイクルを示すＰ−ｈ線図であり、図８(Ｂ)は、図８(Ａ)の冷凍サイクルに対応するＰ−Ｖ線図である。 By this oil injection operation, in the compression mechanism (20) during the cooling operation, the refrigerant is compressed so as to approach the isotherm on the Ph diagram, and so-called isothermal compression is performed. This point will be described with reference to FIGS. 8A and 8B. Here, FIG. 8 (A) is a Ph diagram showing a refrigeration cycle in ideal isothermal compression, and FIG. 8 (B) is a graph corresponding to the refrigeration cycle in FIG. 8 (A). FIG.
冷房運転時の冷媒回路（11）では、圧縮機構（20）の吸入側の冷媒が所定温度だけ過熱されるようなスーパーヒート制御が行われる。この吸入冷媒は、図８のＡ点より圧縮機構（20）で圧縮され、所定量だけ昇圧／昇温されてからＢ点で油と混合する。圧縮機構（20）で冷媒と油とが混合されると、上記油クーラ（67）で冷却されて低温となった油により、冷媒が冷却される。つまり、圧縮行程では、Ｂ点以降において冷媒が油によって冷やされながら、更に圧縮される。その結果、冷媒は、図８(Ａ)に示す等温線（例えば約４０℃）に沿うように圧縮されて、目標の高圧圧力（Ｃ点）に至る。このように、Ａ点→Ｂ点→Ｃ点のような挙動で冷媒を圧縮させることで、圧縮機構（20）で冷媒を圧縮するのに要する動力が効果的に低減される。 In the refrigerant circuit (11) during the cooling operation, superheat control is performed such that the refrigerant on the suction side of the compression mechanism (20) is heated by a predetermined temperature. The suction refrigerant is compressed by the compression mechanism (20) from the point A in FIG. 8, and after being pressurized / heated up by a predetermined amount, it is mixed with oil at the point B. When the refrigerant and oil are mixed by the compression mechanism (20), the refrigerant is cooled by the oil cooled to the low temperature by the oil cooler (67). That is, in the compression stroke, the refrigerant is further compressed while being cooled by oil after point B. As a result, the refrigerant is compressed along an isotherm (for example, about 40 ° C.) shown in FIG. 8A, and reaches a target high pressure (point C). In this way, by compressing the refrigerant in the behavior of point A → point B → point C, the power required to compress the refrigerant by the compression mechanism (20) is effectively reduced.
即ち、例えば圧縮行程で一般的な断熱圧縮が行われると、冷媒は図８に示すＡ→Ｂ→Ｃ’のような挙動で圧縮される。その結果、この冷凍サイクルでは、冷媒の圧縮動力が大きくなってしまう。これに対し、本実施形態のように、油インジェクション動作により圧縮行程中に冷媒を冷却すると、一般的な断熱圧縮と比して、図８(Ｂ)のＢ−Ｃ−Ｃ’で囲まれる面積ΔＳ分だけ圧縮機構（20）の動力を削減できる。 That is, for example, when a general adiabatic compression is performed in the compression stroke, the refrigerant is compressed in a manner of A → B → C ′ shown in FIG. As a result, in this refrigeration cycle, the compression power of the refrigerant increases. On the other hand, when the refrigerant is cooled during the compression stroke by the oil injection operation as in this embodiment, the area surrounded by B-C-C 'in FIG. 8B as compared with general adiabatic compression. The power of the compression mechanism (20) can be reduced by ΔS.
また、本実施形態のように、冷媒として二酸化炭素を用いて超臨界サイクルを行うもので、上記の油インジェクション動作を行うと、圧縮機構（20）での冷媒の圧縮動力の削減効果が向上する。この点について以下に説明する。 Further, as in the present embodiment, a supercritical cycle is performed using carbon dioxide as a refrigerant. When the above oil injection operation is performed, the effect of reducing the compression power of the refrigerant in the compression mechanism (20) is improved. . This will be described below.
まず、本実施形態の冷媒回路（11）では、上述のように、二酸化炭素を臨界圧力（図８(Ａ）のｃＰ点に示す圧力）を越える圧力となるように、圧縮行程で冷媒を圧縮している。このため、圧縮行程ではＢ点→Ｃ点で冷媒を冷却しながら圧縮する際、冷媒が気液二相領域（凝縮領域）に至ることを回避できる。つまり、超臨界サイクルでは、油の冷熱が冷媒の凝縮に利用されることを回避できるので、冷媒を効果的に低温化することができ、冷媒の挙動を等温線に近づけることができる。 First, in the refrigerant circuit (11) of the present embodiment, as described above, the refrigerant is compressed in the compression stroke so that the pressure of carbon dioxide exceeds the critical pressure (the pressure indicated by the point cP in FIG. 8A). is doing. For this reason, it is possible to avoid the refrigerant reaching the gas-liquid two-phase region (condensation region) when the refrigerant is compressed while being cooled from the point B to the point C in the compression stroke. That is, in the supercritical cycle, it is possible to avoid the cold oil from being used for the condensation of the refrigerant, so that the refrigerant can be effectively lowered in temperature and the behavior of the refrigerant can be brought close to an isotherm.
これに対し、例えば図９に示す、通常の蒸気圧縮式冷凍サイクル（ここでは、冷媒をＲ４１０Ａとした場合）の圧縮行程では、冷媒が臨界圧力よりも小さい範囲で圧縮される。このため、この冷凍サイクルに上記油インジェクション動作を適用した場合、Ａ１点で冷媒が圧縮されてＢ１点から冷媒が油で冷却される際に、冷媒が気液二相領域（凝縮領域）に至ってしまう。その結果、この冷凍サイクルでは、Ｂ１点→Ｃ１点の範囲でしか等温圧縮を行うことができない。 In contrast, in the compression stroke of a normal vapor compression refrigeration cycle (here, the refrigerant is R410A) shown in FIG. 9, for example, the refrigerant is compressed in a range smaller than the critical pressure. Therefore, when the oil injection operation is applied to this refrigeration cycle, the refrigerant reaches the gas-liquid two-phase region (condensation region) when the refrigerant is compressed at point A1 and the refrigerant is cooled by oil from point B1. End up. As a result, in this refrigeration cycle, isothermal compression can be performed only in the range of point B1 to point C1.
以上のような理由により、図９の冷凍サイクルに油インジェクション動作を適用した場合には、圧縮機構の圧縮動力の削減量が図９(Ｂ)のＢ１−Ｃ１−Ｃ１’で囲まれるΔＳ’となってしまう。これに対し、本実施形態の超臨界サイクルに油インジェクション動作を適用した場合には、圧縮機構（20）の圧縮動力の削減量がΔＳとなり、圧縮動力の削減効果が高いものとなる。 For the above reasons, when the oil injection operation is applied to the refrigeration cycle of FIG. 9, the reduction amount of the compression power of the compression mechanism is ΔS ′ surrounded by B1-C1-C1 ′ of FIG. turn into. On the other hand, when the oil injection operation is applied to the supercritical cycle of the present embodiment, the reduction amount of the compression power of the compression mechanism (20) becomes ΔS, and the reduction effect of the compression power becomes high.
更に、本実施形態では、上述のように、油動力回収機構（40）によって油の動力を回収している。これにより、油インジェクション動作による冷媒の圧縮動力の低減効果を図りつつ、更に油の昇圧に必要な圧縮動力も低減される。この点について図１０を参照しながら説明する。 Furthermore, in the present embodiment, as described above, the oil power is recovered by the oil power recovery mechanism (40). Thereby, while the effect of reducing the compression power of the refrigerant by the oil injection operation is achieved, the compression power required for boosting the oil is also reduced. This point will be described with reference to FIG.
上記油インジェクション動作を行うと、圧縮機構（20）では、冷媒の圧縮動力（図１０のＷｒ）に加えて、油の昇圧に要する動力（図１０のＷｏ）を費やすことになる。ここで、冷媒の圧縮動力Ｗｒは、上述のように、油インジェクション動作による等温圧縮の効果により小さくなる。従って、冷媒の圧縮動力Ｗｒは、圧縮機構（20）へ供給される低温の油の量（油インジェクション量Ｇoil）が多ければ多いほど、小さくなっていく。一方、このように油インジェクション量Ｇoilが多くなると、圧縮機構（20）では、油の昇圧に要する圧縮動力Ｗｏが増大していく。従って、圧縮機構（20）では、その全体としての動力Ｗｔ（即ち、Ｗｒ＋Ｗｏ）と、油インジェクション量Ｇoilとの関係が、図１０で示すような関係となり、油インジェクション量Ｇoilが所定値（Ｇｂ）よりも大きくなると、かえって圧縮機構（20）の全体の動力Ｗｔが増大してしまう虞がある。 When the oil injection operation is performed, in the compression mechanism (20), in addition to the compression power of the refrigerant (Wr in FIG. 10), the power required to pressurize the oil (Wo in FIG. 10) is consumed. Here, as described above, the compression power Wr of the refrigerant is reduced by the effect of isothermal compression by the oil injection operation. Accordingly, the compression power Wr of the refrigerant decreases as the amount of low-temperature oil (oil injection amount Goil) supplied to the compression mechanism (20) increases. On the other hand, when the oil injection amount Goil increases as described above, the compression power Wo required for pressurizing the oil increases in the compression mechanism (20). Therefore, in the compression mechanism (20), the relationship between the overall power Wt (that is, Wr + Wo) and the oil injection amount Goil is as shown in FIG. 10, and the oil injection amount Goil is a predetermined value (Gb). If it is larger than the range, the overall power Wt of the compression mechanism (20) may increase.
そこで、本実施形態では、油の昇圧に要する圧縮動力Ｗｏを回収するべく、油動力回収機構（40）を用いるようにしている。具体的に、例えば油インジェクション量Ｇoilを所定値より大きいＧｂとして油インジェクション動作を行った場合、油の昇圧に要する圧縮動力Ｗｏも増大するが、油動力回収型圧縮ユニット（C/O）では、昇圧後の油の動力（運動エネルギー）が、圧縮機構（20）の駆動動力として回収される。その結果、本実施形態では、油インジェクション量Ｇoilを多量としても、この空気調和装置（10）で比較的高いＣＯＰの改善率（等温圧縮による効果）を得ることができる。 Therefore, in this embodiment, the oil power recovery mechanism (40) is used to recover the compression power Wo required for boosting the oil. Specifically, for example, when the oil injection operation is performed by setting the oil injection amount Goil to Gb larger than a predetermined value, the compression power Wo required for boosting the oil also increases, but in the oil power recovery type compression unit (C / O), The power (kinetic energy) of the oil after the pressure increase is recovered as the driving power of the compression mechanism (20). As a result, in this embodiment, even if the oil injection amount Goil is increased, a relatively high COP improvement rate (effect by isothermal compression) can be obtained with this air conditioner (10).
即ち、例えば図１１に示すように、油動力回収機構（40）で油の動力を回収しないもの（図１１の破線Ｌ-0）では、油インジェクション量が所定値Ｇｂよりも多くなると、等温圧縮の効果に起因する冷媒の圧縮動力Ｗｒの削減量よりも油の昇圧に要する動力Ｗｏの方が大きくなってしまい、ＣＯＰ改善率がかえって低くなってしまう。しかしながら、油動力回収機構（40）で油の動力を回収するようにすると、油の昇圧に要する動力Ｗｏの増大に伴い、圧縮機構（20）へ回収される油の動力が大きくなる。その結果、例えば油動力回収機構（40）の動力回収率が５０％のもの（図１１の実線Ｌ-50）では、油インジェクション量を多くしても、高いＣＯＰ改善率を得ることができる。そして、このＣＯＰ改善率は、油動力回収機構（40）の動力回収率が高ければ高いほど（例えば図１１の実線L-80（油動力回収率80％）や実線L-100（油動力回収率100%）を参照）、特に油インジェクション量Ｇoilが多い条件下で増大することになる。
That is, for example, as shown in FIG. 11, when the oil power recovery mechanism (40) does not recover the oil power (broken line L-0 in FIG. 11), the isothermal compression is performed when the oil injection amount exceeds the predetermined value Gb. As a result, the power Wo required for boosting the oil becomes larger than the reduction amount of the compression power Wr of the refrigerant due to the effect, and the COP improvement rate is rather lowered. However, when the oil power is recovered by the oil power recovery mechanism (40), the power of the oil recovered to the compression mechanism (20) increases as the power Wo required for boosting the oil increases. As a result, for example, when the power recovery rate of the oil power recovery mechanism (40) is 50% (solid line L-50 in FIG. 11), a high COP improvement rate can be obtained even if the amount of oil injection is increased. The COP improvement rate increases as the power recovery rate of the oil power recovery mechanism (40) increases (for example, the solid line L-80 (oil
〈油インジェクション動作中の噴射ノズル部（81）の開閉タイミング〉
次に、油インジェクション動作中の噴射ノズル部（81）の開閉タイミングについて説明する。
<Opening / closing timing of the injection nozzle (81) during oil injection>
Next, the opening / closing timing of the injection nozzle part (81) during the oil injection operation will be described.
まず、コントローラ（95）には、入力値読込部（96）に、シリンダ容積Ｖｃと、吸入ポート位置θｓと、油インジェクション位置θｉとが、予め設定された位置として入力されている。このコントローラ（95）では、クランク軸（42）の回転速度ωと、クランク軸（42）の回転角度の現在値θｃと、吸入ガス温度Ｔｓと、冷媒回路の低圧圧力Ｌｐと、冷媒回路の高圧圧力Ｈｐと、インジェクション油温度Ｔｏと、インジェクション油圧力Ｐｏとが、測定値読込部（97）で測定される。そして、計算値決定部（98）において、これらの値に基づいて、インジェクションタイミングが求められる。具体的には、圧縮途中の冷媒ガス温度をＴｒとしたときにＴｒ＝Ｔｏとなるインジェクション開始位置θ１と、圧縮途中の冷媒ガス圧力をＰｒとしたときにＰｒ＝Ｈｐとなるインジェクション終了位置θ２と、θ１からθ２に達するまでのインジェクション時間Δｔとが求められて、これらの値を表す制御信号がコントローラ（95）から油インジェクション機構（80）へ送られる。そして、この制御信号に基づいてソレノイド機構（89）のオンとオフが制御され、油の噴射タイミングがコントロールされる。 First, the cylinder volume Vc, the suction port position θs, and the oil injection position θi are input to the controller (95) as preset positions in the input value reading unit (96). In this controller (95), the rotational speed ω of the crankshaft (42), the current value θc of the rotational angle of the crankshaft (42), the intake gas temperature Ts, the low pressure Lp of the refrigerant circuit, and the high pressure of the refrigerant circuit. The pressure Hp, the injection oil temperature To, and the injection oil pressure Po are measured by the measured value reading unit (97). Then, in the calculated value determining unit (98), the injection timing is obtained based on these values. Specifically, an injection start position θ1 where Tr = To when the refrigerant gas temperature during compression is Tr, and an injection end position θ2 where Pr = Hp when the refrigerant gas pressure during compression is Pr The injection time Δt from θ1 to θ2 is determined, and a control signal representing these values is sent from the controller (95) to the oil injection mechanism (80). Based on this control signal, the solenoid mechanism (89) is turned on and off to control the oil injection timing.
このインジェクションタイミングは、吸入行程と圧縮行程と吐出行程とを１サイクルとする動作中に、上記圧縮室（70）内の冷媒の温度Ｔｒがインジェクションされる油の温度Ｔｏになる位置をインジェクション開始点θ１とし、圧縮室（70）内の冷媒の圧力Ｐｒが吐出圧力Ｈｐに達する位置をインジェクション終了点θ２として、コントローラ（95）が、インジェクション開始点θ１からインジェクション終了点θ２の範囲の少なくとも一部か、またはその範囲の全部で油インジェクション動作を行うように定められる。この範囲の全部で油インジェクション動作を行う場合は、図４においてθ１のポイントからθ２のポイントまでの範囲の全体で行われ、そのときに油インジェクション機構（80）のスプール（83）を後退させて油噴射口（85）を開口させる。また、図５に示すようにピストン（72）がθ２からθ１の範囲に位置しているときには、油インジェクション機構（80）のスプール（83）を前進させて油噴射口（85）を閉塞することになる。 In this injection timing, the position at which the refrigerant temperature Tr in the compression chamber (70) becomes the temperature of the injected oil To during the operation in which the suction stroke, the compression stroke, and the discharge stroke are one cycle is the injection start point. The position at which the refrigerant pressure Pr in the compression chamber (70) reaches the discharge pressure Hp is defined as θ1 and the controller (95) is at least part of the range from the injection start point θ1 to the injection end point θ2. Or the entire range of the oil injection operation. When the oil injection operation is performed in the entire range, the entire range from the point θ1 to the point θ2 in FIG. 4 is performed. At that time, the spool (83) of the oil injection mechanism (80) is moved backward. Open the oil injection port (85). Further, as shown in FIG. 5, when the piston (72) is located in the range of θ2 to θ1, the spool (83) of the oil injection mechanism (80) is advanced to close the oil injection port (85). become.
そして、コントローラ（95）は、計算値決定部（98）で求めたインジェクションタイミングに基づいて油インジェクション機構（80）の油噴射口（85）を開閉し、圧縮機構（20）への油インジェクション動作を制御する。 Then, the controller (95) opens and closes the oil injection port (85) of the oil injection mechanism (80) based on the injection timing obtained by the calculated value determination unit (98), and the oil injection operation to the compression mechanism (20) To control.
ここで、従来の油インジェクション機構（80）では、油噴射口（85）が常に開口していたので、図１２に示すようにピストン（72）がθｓからθｉの範囲に位置するときは、吸入ポート（76）と油インジェクションポート（24）が連通せずに油インジェクション動作が行われていたのに対して、図１３に示すようにピストン（72）がθｉからθｓの範囲に位置するときは、吸入ポート（76）と油インジェクションポート（24）が圧縮室（70）を介して連通してしまい、油インジェクションポート（24）から圧縮室（70）に入った油が吸入ポート（76）へ逆流してしまうことがあった。また、図１２においてθｓからθｉの範囲内でのみ油インジェクションを行うようにした場合でも、冷凍機油の温度Ｔｏが冷媒の温度Ｔｒよりも高いときは冷媒が過熱されてしまい、過熱圧縮による動力損失が生じてしまうことになる。 Here, in the conventional oil injection mechanism (80), since the oil injection port (85) is always open, when the piston (72) is located in the range of θs to θi as shown in FIG. When the port (76) and the oil injection port (24) do not communicate with each other and the oil injection operation is performed, as shown in FIG. 13, when the piston (72) is located in the range of θi to θs The suction port (76) and the oil injection port (24) communicate with each other via the compression chamber (70), and the oil that has entered the compression chamber (70) from the oil injection port (24) enters the suction port (76). There was a case of backflow. In addition, even when the oil injection is performed only within the range of θs to θi in FIG. 12, the refrigerant is overheated when the temperature To of the refrigerating machine oil is higher than the temperature Tr of the refrigerant, and power loss due to overheat compression Will occur.
これに対して、本実施形態では、図４に示すように、ピストン（72）がθ１からθ２の範囲に位置しているときは油インジェクション機構（80）のスプール（83）を後退させて油噴射口（85）を開口させるようにしているので、その範囲では冷媒の温度Ｔｒが冷凍機油の温度Ｔｏよりも高い領域がなく、等温圧縮により仕事量を十分に削減できる。また、図５に示すように、ピストン（72）がθ２を過ぎてθ１に至るまでの範囲では、油インジェクション機構（80）のスプール（83）を前進させて油噴射口（85）を閉塞するようにしているので、その範囲では、無駄な油インジェクション動作が行われず、過熱圧縮による動力損失は生じない。 On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, when the piston (72) is located in the range of θ1 to θ2, the spool (83) of the oil injection mechanism (80) is moved backward to make the oil Since the injection port (85) is opened, there is no region where the temperature Tr of the refrigerant is higher than the temperature To of the refrigerating machine oil in that range, and the work can be sufficiently reduced by isothermal compression. Further, as shown in FIG. 5, in the range from the piston (72) past θ2 to θ1, the spool (83) of the oil injection mechanism (80) is advanced to close the oil injection port (85). Therefore, in that range, useless oil injection operation is not performed, and power loss due to overheat compression does not occur.
−実施形態１の効果−
本実施形態によれば、吸入行程と圧縮行程と吐出行程とを１サイクルとするピストン（72）の動作中に、上記圧縮室（70）内の冷媒の温度Ｔｒがインジェクションされる油の温度Ｔｏになる位置をインジェクション開始点θ１とし、圧縮室（70）内の冷媒の圧力が吐出圧力に達する位置をインジェクション終了点θ２として、インジェクション開始点θ１からインジェクション終了点θ２の範囲の少なくとも一部か、またはその範囲の全部で油インジェクション動作を行うようにしている。θｓからθｉの範囲の全体でインジェクションを行う場合は、図１４に示すように等温圧縮により削減される仕事量を相殺するように作用する仕事量が過熱圧縮により発生していたのに対して、本実施形態によれば、θ１からθ２の範囲内でだけ油インジェクション動作を行うようにしたことにより、図１５に示すように過熱圧縮による仕事量が発生しないようにしているので、等温圧縮による効果を高めることが可能となる。
-Effect of Embodiment 1-
According to this embodiment, during the operation of the piston (72) in which the suction stroke, the compression stroke, and the discharge stroke are one cycle, the refrigerant temperature Tr in the compression chamber (70) is injected. The position where the pressure reaches the injection start point θ1 and the position where the refrigerant pressure in the compression chamber (70) reaches the discharge pressure is the injection end point θ2, or at least part of the range from the injection start point θ1 to the injection end point θ2. Alternatively, the oil injection operation is performed over the entire range. When injection is performed in the entire range of θs to θi, the work amount acting to cancel the work amount reduced by the isothermal compression is generated by the overheat compression as shown in FIG. According to the present embodiment, since the oil injection operation is performed only within the range of θ1 to θ2, the work due to overheat compression is prevented from occurring as shown in FIG. Can be increased.
また、油インジェクションポート（24）は、ピストン（72）の動作中に吸入ポート（76）と油インジェクションポート（24）が連通する間は閉じられるようになっているので、その間は油が圧縮室（70）に流入するのを防止できる。ピストン（72）の動作中に吸入ポート（76）と油インジェクションポート（24）が連通する間に油インジェクションポート（24）が開いていると、油インジェクションポート（24）から圧縮室（70）に流入した冷凍機油が吸入ポート（76）へ逆流して冷媒の吸入が妨げられるおそれがあるが、本実施形態では冷凍機油が吸入ポート（76）へ逆流することはない。したがって、吸入損失が発生してしまうのも防止できる。 The oil injection port (24) is closed while the suction port (76) and the oil injection port (24) communicate with each other during the operation of the piston (72). (70) can be prevented from flowing into. If the oil injection port (24) is open while the suction port (76) and the oil injection port (24) are in communication during the operation of the piston (72), the oil injection port (24) will enter the compression chamber (70). There is a possibility that the refrigerating machine oil that has flowed back flows into the suction port (76) and prevents the refrigerant from being sucked in, but in this embodiment, the refrigerating machine oil does not flow back to the suction port (76). Therefore, it is possible to prevent the occurrence of suction loss.
以上のことから、本実施形態によれば、油インジェクションによる等温圧縮において、吸入損失を増加させることなく、冷却に必要な大量の油をインジェクションすることができるし、過熱圧縮による動力損失も生じないので、効果的な等温圧縮の実現が可能となり、大幅なシステム性能の向上が可能となる。 From the above, according to this embodiment, in isothermal compression by oil injection, a large amount of oil necessary for cooling can be injected without increasing suction loss, and power loss due to overheat compression does not occur. Therefore, effective isothermal compression can be realized, and the system performance can be greatly improved.
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
<< Other Embodiments >>
About the said embodiment, it is good also as following structures.
上記実施形態では、圧縮機構（20）として揺動ピストン型の圧縮機構（20）を説明したが、圧縮機構（20）は図１６に示すようなローリングピストン型の圧縮機構（20）であってもよい。本発明は、吸入行程中に吸入ポート（76）と油インジェクションポート（24）が圧縮室（70）を介して連通するタイプの圧縮機であれば適用可能であり、等温圧縮を効果的に実現することができる。また、上記実施形態では油インジェクションポート（24）を１箇所にのみ設けているが、場合によっては複数箇所に設けてもよい。 In the above embodiment, the oscillating piston type compression mechanism (20) has been described as the compression mechanism (20). However, the compression mechanism (20) is a rolling piston type compression mechanism (20) as shown in FIG. Also good. The present invention is applicable to any type of compressor in which the suction port (76) and the oil injection port (24) communicate with each other through the compression chamber (70) during the suction stroke, and effectively achieves isothermal compression. can do. Moreover, in the said embodiment, although the oil injection port (24) is provided only in one place, you may provide in multiple places depending on the case.
また、上述した各実施形態において、冷媒回路（11）に充填される冷媒として、他の冷媒を用いるようにしても良い。また、冷媒回路（11）の冷媒中に混在する油（冷凍機油）として他の油を用いるようにしても良い。 Moreover, in each embodiment mentioned above, you may make it use another refrigerant | coolant as a refrigerant | coolant with which a refrigerant circuit (11) is filled. Moreover, you may make it use other oil as oil (refrigeration machine oil) mixed in the refrigerant | coolant of a refrigerant circuit (11).
また、上述した各実施形態では、室内の空調を行う空気調和装置（10）について本発明を適用しているが、例えば冷蔵庫や冷凍庫内を冷却する冷凍装置や、他の冷凍装置に本発明を適用しても良い。 Moreover, in each embodiment mentioned above, although this invention is applied about the air conditioning apparatus (10) which air-conditions a room | chamber interior, this invention is applied to the freezing apparatus which cools the inside of a refrigerator or a freezer, for example, and another freezing apparatus. It may be applied.
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 In addition, the above embodiment is an essentially preferable illustration, Comprising: It does not intend restrict | limiting the range of this invention, its application thing, or its use.
以上説明したように、本発明は、油インジェクション機構（80）を備えた圧縮機について有用である。 As described above, the present invention is useful for the compressor provided with the oil injection mechanism (80).
20 圧縮機構
70 圧縮室
71 シリンダ
72 ピストン
80 油インジェクション機構
95 制御手段
20 Compression mechanism
70 Compression chamber
71 cylinders
72 pistons
80 Oil injection mechanism
95 Control means
Claims (4)
上記油インジェクション機構（80）が開閉制御可能に構成され、
吸入行程と圧縮行程と吐出行程とを１サイクルとする動作中に、上記圧縮室（70）内の作動流体の温度がインジェクションされる油の温度になる位置をインジェクション開始点とし、圧縮室（70）内の作動流体の圧力が吐出圧力に達する位置をインジェクション終了点として、インジェクション開始点からインジェクション終了点の範囲の少なくとも一部で油インジェクション動作を行うように上記油インジェクション機構（80）を制御する制御手段（95）を備えていることを特徴とする圧縮機。 A compressor comprising a compression mechanism (20) that sucks and compresses a working fluid into a compression chamber (70), and an oil injection mechanism (80) that supplies refrigeration oil to the compression chamber (70),
The oil injection mechanism (80) is configured to be openable and closable,
During the operation in which the suction stroke, the compression stroke, and the discharge stroke are performed as one cycle, the position where the temperature of the working fluid in the compression chamber (70) becomes the temperature of the injected oil is set as the injection start point, and the compression chamber (70 The oil injection mechanism (80) is controlled so that the oil injection operation is performed in at least a part of the range from the injection start point to the injection end point, with the position at which the pressure of the working fluid in FIG. A compressor comprising control means (95).
上記制御手段（95）は、上記インジェクション開始点からインジェクション終了点の範囲の全体で油インジェクション動作を行うように構成されていることを特徴とする圧縮機。 In claim 1,
The compressor characterized in that the control means (95) is configured to perform an oil injection operation over the entire range from the injection start point to the injection end point.
上記圧縮機構（20）は、圧縮室（70）を有するシリンダ（71）内でのピストン（72）の動作により作動流体を吸入して圧縮するように構成され、かつ、圧縮室（70）が断面円形に形成されるとともに、ピストン（72）が該圧縮室（70）内で偏心回転運動をするように構成されていることを特徴とする圧縮機。 In claim 1 or 2,
The compression mechanism (20) is configured to suck and compress the working fluid by the operation of the piston (72) in the cylinder (71) having the compression chamber (70), and the compression chamber (70) A compressor characterized in that it is formed in a circular cross section, and the piston (72) is configured to perform eccentric rotational movement in the compression chamber (70).
作動流体が二酸化炭素であることを特徴とする圧縮機。 In any one of Claims 1-3,
A compressor characterized in that the working fluid is carbon dioxide.
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Cited By (2)
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