JP2010156245A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容積型の流体機械により構成された第１圧縮機構及び第２圧縮機構を有する圧縮機が設けられた冷凍装置において、固有圧縮比型の流体機械により構成された第１圧縮機構における過圧縮損失や逆流損失を抑制する。
【解決手段】冷媒回路（11）では、固有圧縮比型の第１圧縮機構（41）を低段側圧縮機構として用いる。冷媒回路（11）には、第１圧縮機構（41）と第２圧縮機構（42）の間に冷媒を注入するためのインジェクション通路（26）が設けられている。そして、第１圧縮機構（41）の吐出容積と第２圧縮機構（42）の吸入容積とは、駆動軸（50）の１回転中に第１圧縮機構（41）から吐出される冷媒の体積が、駆動軸（50）の１回転中に第２圧縮機構（42）に吸入される冷媒の体積よりも小さくなるように、設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、容積型の流体機械により構成された第１圧縮機構及び第２圧縮機構を有する圧縮機が設けられた冷凍装置に関するものである。

従来より、容積型の流体機械により構成された第１圧縮機構及び第２圧縮機構を有する圧縮機が設けられた冷凍装置が知られている。この種の冷凍装置の一例が、例えば特許文献１に開示されている。

具体的に、特許文献１の冷凍装置では、ロータリ式の流体機械により構成された圧縮機構とスクロール式の流体機械により構成された圧縮機構とを備えた圧縮機が、冷媒回路に設けられている。この冷凍装置では、ロータリ式の圧縮機構が低段側圧縮機構となって、スクロール式の圧縮機構が低段側圧縮機構で圧縮された冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機構となる冷凍サイクルが行われる。

ところで、容積型の流体機械には、スクロール式の流体機械のような固有圧縮比型の流体機械と、ロータリ式の流体機械のような可変圧縮比型の流体機械とがある。

固有圧縮比型の流体機械とは、吸入ポートから遮断された時点の圧縮室の容積である吸入容積と、吐出ポートが連通した時点の圧縮室の容積である吐出容積との比率が幾何学的に定まり、その比率が１以下の一定値となる流体機械である。固有圧縮比型の流体機械では、吸入ポートを通じて冷媒を圧縮室に吸入する吸入行程中に、吸入ポートと吐出ポートのうち吸入ポートだけが圧縮室に連通する。そして、圧縮室が吸入ポートから遮断された時点から、圧縮室が吐出ポートに連通する時点までは、少なくとも圧縮室で冷媒が圧縮される。固有圧縮比型の流体機械は、例えばスクロール式の流体機械の場合は、圧縮室の内圧に応じて吐出ポートを開閉する吐出弁が設けられていなければ、吸入行程の終了時点の圧縮室の容積に対する、圧縮室の冷媒を吐出ポートを通じて吐出する吐出行程の開始時点の圧縮室の容積の比率が一定となる。

一方、可変圧縮比型の流体機械とは、吸入行程中の圧縮室に吐出ポートが連通可能な流体機械である。可変圧縮比型の流体機械では、吐出ポートに吐出弁が必ず必要となる。可変圧縮比型の流体機械では、吐出弁が閉状態から開状態に変わると、吐出行程が開始される。可変圧縮比型の流体機械では、流体機械の吐出側の圧力（吐出ポートの外側の圧力）に応じて、吐出行程の開始時点の圧縮室の容積が変化する。

なお、吐出容積は、上述したように、吐出ポートが連通した時点の圧縮室の容積である。吐出ポートが圧縮室に連通した時点とは、吐出ポートの入口が圧縮室に繋がった時点であって、吐出弁が設けられている場合であれば、吐出弁が開状態に変化した時点を意味しているのではない。
特開２００８−１４４６４３号公報

ところで、固有圧縮比型の流体機械は、その流体機械の吐出側の圧力が低くなる運転条件では、吐出ポートが連通する直前の圧縮室の内圧が流体機械の吐出側の圧力よりも高くなる過圧縮が生じる。過圧縮が生じると、吐出ポートが圧縮室に連通した後に、圧縮室の内圧が急激に低下する。また、固有圧縮比型の流体機械は、その流体機械の吐出側の圧力が高くなる運転条件では、吐出ポートが連通する直前の圧縮室の内圧が流体機械の吐出側の圧力よりも低くなる圧縮不足が生じる。圧縮不足が生じると、吐出弁がない限りは、吐出ポートが連通した後に、吐出ポートの外側から圧縮室へ冷媒が逆流し、圧縮室の内圧が急激に上昇する。

このため、固有圧縮比型の流体機械を高段側圧縮機構に用いると、その固有圧縮比型の流体機械の吐出側が冷媒回路の高圧側に繋がるので、冷凍サイクルの高圧圧力の変動に伴って、固有圧縮比型の流体機械で生じる過圧縮損失や逆流損失が大きくなる。従って、固有圧縮比型の流体機械は、低段側圧縮機構に用いるのが望ましい。

しかし、固有圧縮比型の流体機械をただ単に低段側圧縮機構に用いるだけでは、低段側圧縮機構の吐出容積と高段側圧縮機構の吸入容積との関係で、過圧縮損失や逆流損失が大きくなるおそれがある。

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、容積型の流体機械により構成された第１圧縮機構及び第２圧縮機構を有する圧縮機が設けられた冷凍装置において、固有圧縮比型の流体機械により構成された第１圧縮機構における過圧縮損失や逆流損失を抑制することにある。

第１の発明は、第１圧縮機構（41）と該第１圧縮機構（41）が圧縮した冷媒を吸入して圧縮する第２圧縮機構（42）とを有する圧縮機（30）と、上記第１圧縮機構（41）から上記第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が流れる中間通路（93）に冷媒を注入するためのインジェクション通路（26）とが設けられた冷媒回路（11）を備え、上記圧縮機（30）では、上記第１圧縮機構（41）と上記第２圧縮機構（42）が共に容積型の流体機械により構成されて、該第１圧縮機構（41）と該第２圧縮機構（42）とが１本の駆動軸（50）によって機械的に連結されている冷凍装置（10）を対象とする。そして、この冷凍装置（10）は、上記第１圧縮機構（41）は、容積型の流体機械の中でも固有圧縮比型の流体機械により構成され、上記駆動軸（50）の１回転中に上記第１圧縮機構（41）から吐出される冷媒の体積が、該駆動軸（50）の１回転中に上記第２圧縮機構（42）に吸入される冷媒の体積よりも小さくなるように、該第１圧縮機構（41）の吐出容積と該第２圧縮機構（42）の吸入容積とが設定されている。

第１の発明では、冷媒回路（11）に、第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が流れる中間通路（93）に冷媒を注入するためのインジェクション通路（26）が設けられている。つまり、第２圧縮機構（42）は、第１圧縮機構（41）から吐出された冷媒だけでなく、インジェクション通路（26）から供給された冷媒も吸入する。そして、この第１の発明では、駆動軸（50）の１回転中に第１圧縮機構（41）から吐出される冷媒の体積が、駆動軸（50）の１回転中に第２圧縮機構（42）に吸入される冷媒の体積よりも小さくなるように、第１圧縮機構（41）の吐出容積と第２圧縮機構（42）の吸入容積とが設定されている。つまり、第２圧縮機構（42）が第１圧縮機構（41）の吐出冷媒だけでなくインジェクション通路（26）からの供給冷媒も吸入することを考慮して、駆動軸（50）の１回転中に第１圧縮機構（41）から吐出される冷媒の体積が、駆動軸（50）の１回転中に第２圧縮機構（42）に吸入される冷媒の体積よりも小さくなるようにしている。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記第１圧縮機構（41）の吐出容積が、上記第２圧縮機構（42）の吸入容積以下になっている。

第２の発明では、第１圧縮機構（41）の吐出容積が、第２圧縮機構（42）の吸入容積以下になっている。なお、１回の吐出行程で第１圧縮機構（41）から吐出される冷媒の体積は、吐出行程中に冷媒の体積が小さくなるので、第１圧縮機構（41）の吐出容積よりも小さくなる。

第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、上記第１圧縮機構（41）には、圧縮過程の冷媒を圧縮室（53）から逃がすためのリリーフ機構（58,59）が設けられている。

第３の発明では、第１圧縮機構（41）に、圧縮過程の冷媒を圧縮室（53）から逃がすためのリリーフ機構（58,59）が設けられている。このため、吐出ポート（57）が連通する直前の圧縮室（53）の内圧が中間圧よりも高くなる過圧縮が生じる場合に、吐出ポート（57）が圧縮室（53）に連通する前に、圧縮過程の冷媒が圧縮室（53）から吐出される。

第４の発明は、上記第１乃至第３の何れか１つの発明において、上記第２圧縮機構（42）の吸入容積が、第１の容積値と、該第１の容積値よりも大きい第２の容積値とに切り換え可能になっており、上記第１圧縮機構（41）の吐出容積は、上記第１の容積値以下になっている。

第４の発明では、第２圧縮機構（42）の吸入容積が、第１の容積値と第２の容積値との間で切り換えられる。そして、第１圧縮機構（41）の吐出容積は、第１の容積値と第２の容積値のうち小さい方の第１の容積値以下になっている。

第５の発明は、上記第４の発明において、上記冷媒回路（11）では、上記インジェクション通路（26）の冷媒を上記中間通路（93）に注入する注入動作が行われる注入状態と、該注入動作が停止される非注入状態とが切り換えられ、上記第２圧縮機構（42）の吸入容積は、上記非注入状態では上記第１の容積値に設定され、上記注入状態では上記第２の容積値に設定される。

第５の発明では、注入動作が停止される非注入状態では、第２圧縮機構（42）の吸入容積が、第１の容積値と第２の容積値のうち小さい方の第１の容積値に設定される。一方、注入動作が実行される注入状態では、第２圧縮機構（42）の吸入容積が、第１の容積値と第２の容積値のうち大きい方の第２の容積値に設定される。

第６の発明は、上記第１又は第２の発明において、上記冷媒回路（11）は、上記インジェクション通路（26）の冷媒を上記中間通路（93）に注入する注入動作が行われる注入状態と、該注入動作が停止される非注入状態とが切り換え可能になっており、上記第１圧縮機構（41）には、圧縮室（53）の内圧に応じて吐出ポート（57）を開閉する吐出弁（39）が設けられ、上記第１圧縮機構（41）の吐出容積は、上記第２圧縮機構（42）の吸入容積に等しくなっている。

第６の発明では、冷媒回路（11）において、注入動作が行われる注入状態と、注入動作が停止される非注入状態とが切り換えられる。そして、第１圧縮機構（41）の吐出容積は、非注入状態を考慮して、第２圧縮機構（42）の吸入容積に等しくなっている。また、第１圧縮機構（41）には、注入状態を考慮して、圧縮室（53）の内圧に応じて吐出ポート（57）を開閉する吐出弁（39）が設けられている。注入状態では、圧縮室（53）の内圧が吐出ポート（57）の外側よりも低くなる場合には、吐出弁（39）が閉鎖されるので、圧縮室（53）への冷媒の逆流が阻止される。

第７の発明は、上記第３の発明において、上記冷媒回路（11）は、上記インジェクション通路（26）の冷媒を上記中間通路（93）に注入する注入動作が行われる注入状態と、該注入動作が停止される非注入状態とが切り換え可能になっており、上記第１圧縮機構（41）の吐出容積は、上記第２圧縮機構（42）の吸入容積よりも小さくなっている。

第７の発明では、冷媒回路（11）において、注入動作が行われる注入状態と、注入動作が停止される非注入状態とが切り換えられる。そして、第１圧縮機構（41）の吐出容積は、注入状態を考慮して、第２圧縮機構（42）の吸入容積よりも小さくなっている。また、第１圧縮機構（41）には、非注入状態を考慮して、リリーフ機構（58,59）が設けられている。

第８の発明は、第１圧縮機構（41）と該第１圧縮機構（41）が圧縮した冷媒のみを吸入して圧縮する第２圧縮機構（42）とを有する圧縮機（30）と、上記第１圧縮機構（41）から上記第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒を冷却する中間冷却器（19）とが設けられた冷媒回路（11）を備え、上記圧縮機（30）では、上記第１圧縮機構（41）と上記第２圧縮機構（42）が共に容積型の流体機械により構成されて、該第１圧縮機構（41）と該第２圧縮機構（42）とが１本の駆動軸（50）によって機械的に連結されている冷凍装置（10）を対象とする。そして、この冷凍装置（10）は、上記第１圧縮機構（41）は、容積型の流体機械の中でも固有圧縮比型の流体機械により構成され、上記第１圧縮機構（41）の吐出容積は、上記第２圧縮機構（42）の吸入容積以上になっている。

第８の発明では、冷媒回路（11）に、第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒を冷却する中間冷却器（19）が設けられている。第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒の体積は、中間冷却器（19）による冷却によって小さくなる。そして、この第１の発明では、中間冷却器（19）による冷却によって冷媒の体積が小さくなることを考慮して、第１圧縮機構（41）の吐出容積が、第２圧縮機構（42）の吸入容積以上になるようにしている。

第９の発明は、上記第８の発明において、上記第１圧縮機構（41）には、圧縮室（53）の内圧に応じて吐出ポート（57）を開閉する吐出弁（39）が設けられている。

第９の発明では、第１圧縮機構（41）に、圧縮室（53）の内圧に応じて吐出ポート（57）を開閉する吐出弁（39）が設けられている。このため、吐出ポート（57）が連通する直前の圧縮室（53）の内圧が中間圧よりも低くなる圧縮不足が生じる場合に、吐出ポート（57）の外側から圧縮室（53）への冷媒の逆流が、吐出弁（39）によって阻止される。

第１０の発明は、上記第８又は第９の発明において、上記第２圧縮機構（42）の吸入容積が、第１の容積値と、該第１の容積値よりも大きい第２の容積値とに切り換え可能になっており、上記第１圧縮機構（41）の吐出容積は、上記第２の容積値以上になっている。

第１０の発明では、第２圧縮機構（42）の吸入容積が、第１の容積値と第２の容積値との間で切り換えられる。そして、第１圧縮機構（41）の吐出容積は、第１の容積値と第２の容積値のうち大きい方の第２の容積値以上になっている。

第１１の発明は、上記第１０の発明において、上記冷媒回路（11）が、上記第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が上記中間冷却器（19）を通過する冷却状態と、上記第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が上記中間冷却器（19）を通過しない非冷却状態とが切り換え可能になっており、上記第２圧縮機構（42）の吸入容積は、上記非冷却状態に設定されている場合には上記第２の容積値に設定され、上記冷却状態に設定される場合には上記第１の容積値に設定される。

第１１の発明では、非冷却状態では、第２圧縮機構（42）の吸入容積が、第１の容積値と第２の容積値のうち大きい方の第２の容積値に設定される。一方、冷却状態では、第２圧縮機構（42）の吸入容積が、第１の容積値と第２の容積値のうち小さい方の第１の容積値に設定される。

第１２の発明は、上記第８の発明において、上記冷媒回路（11）が、上記第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が上記中間冷却器（19）を通過する冷却状態と、上記第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が上記中間冷却器（19）を通過しない非冷却状態とが切り換え可能になっており、上記第１圧縮機構（41）には、圧縮過程の冷媒を圧縮室（53）から逃がすためのリリーフ機構（58,59）が設けられ、上記第１圧縮機構（41）の吐出容積は、上記第２圧縮機構（42）の吸入容積に等しくなっている。

第１２の発明では、冷媒回路（11）において、冷却状態と非冷却状態とが切り換えられる。そして、第１圧縮機構（41）の吐出容積は、非冷却状態を考慮して、第２圧縮機構（42）の吸入容積に等しくなっている。また、第１圧縮機構（41）には、冷却状態を考慮して、過圧縮を抑制するリリーフ機構（58,59）が設けられている。

第１３の発明は、上記第９の発明において、上記冷媒回路（11）が、上記第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が上記中間冷却器（19）を通過する冷却状態と、上記第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が上記中間冷却器（19）を通過しない非冷却状態とが切り換え可能になっており、上記第１圧縮機構（41）の吐出容積は、上記第２圧縮機構（42）の吸入容積よりも大きくなっている。

第１３の発明では、冷媒回路（11）において、冷却状態と非冷却状態とが切り換えられる。そして、第１圧縮機構（41）の吐出容積は、冷却状態を考慮して、第２圧縮機構（42）の吸入容積よりも大きくなっている。また、第１圧縮機構（41）には、非冷却状態を考慮して、吐出弁（39）が設けられている。

第１４の発明は、第１圧縮機構（41）と該第１圧縮機構（41）が圧縮した冷媒を吸入して圧縮する第２圧縮機構（42）とを有する圧縮機（30）と、上記第１圧縮機構（41）から上記第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が流れる中間通路（93）に冷媒を注入するためのインジェクション通路（26）と、上記中間通路（93）に配置された中間冷却器（19）とが設けられた冷媒回路（11）を備え、上記圧縮機（30）では、上記第１圧縮機構（41）と上記第２圧縮機構（42）が共に容積型の流体機械により構成されて、該第１圧縮機構（41）と該第２圧縮機構（42）とが１本の駆動軸（50）によって機械的に連結されている冷凍装置（10）を対象とする。そして、この冷凍装置（10）では、上記第１圧縮機構（41）が、容積型の流体機械の中でも固有圧縮比型の流体機械により構成され、上記冷媒回路（11）は、上記インジェクション通路（26）の冷媒を上記中間通路（93）に注入する注入動作が行われる注入状態と、該注入動作が停止される非注入状態とが切り換え可能になっており、上記第２圧縮機構（42）の吸入容積は、上記非注入状態では第１の容積値に設定され、上記注入状態では上記第１の容積値よりも大きい第２の容積値に設定され、上記第１圧縮機構（41）の吐出容積は、上記第１の容積値よりも大きく上記第２の容積値よりも小さい値になっている。

第１４の発明では、冷媒回路（11）において、注入動作が行われる注入状態と、注入動作が停止される非注入状態とが切り換えられる。そして、非注入状態では、中間冷却器（19）による冷媒の体積の縮小だけを考慮して、第２圧縮機構（42）の吸入容積が第１圧縮機構（41）の吐出容積よりも小さい第１の容積値に設定される。注入状態では、中間冷却器（19）による冷媒の体積の減少量よりもインジェクション管による冷媒の体積の増加量の方が大きくなるものと想定して、第１圧縮機構（41）の吐出容積よりも大きい第２の容積値に設定される。

第１５の発明は、上記第１乃至第１４の何れか１つの発明において、上記第２圧縮機構（42）が、容積型の流体機械の中でも可変圧縮比型の流体機械により構成されている。

第１５の発明では、冷媒回路（11）の高圧側に繋がる第２圧縮機構（42）が、可変圧縮比型の流体機械により構成されている。従って、冷凍サイクルの高圧圧力が変動しても、第２圧縮機構（42）の吐出容積が変動する。

第１乃至第７の各発明では、第１圧縮機構（41）の吐出冷媒だけでなくインジェクション通路（26）からの供給冷媒も、第２圧縮機構（42）が吸入することを考慮して、駆動軸（50）の１回転中に第１圧縮機構（41）から吐出される冷媒の体積が、駆動軸（50）の１回転中に第２圧縮機構（42）に吸入される冷媒の体積よりも小さくなるようにしている。従って、第１圧縮機構（41）の吐出冷媒の多くが逆流することなく、第２圧縮機構（42）に吸入されるので、第１圧縮機構（41）における逆流損失を抑制することができる。

また、上記第３の発明では、第１圧縮機構（41）にリリーフ機構（58,59）が設けられているので、過圧縮が生じる場合に、吐出ポート（57）が圧縮室（53）に連通する前に、圧縮過程の冷媒が圧縮室（53）から吐出される。従って、第１圧縮機構（41）における過圧縮損失を抑制することができる。

また、上記第４の発明では、第１圧縮機構（41）の吐出容積が、第１の容積値と第２の容積値のうち小さい方の第１の容積値以下になっている。従って、第２圧縮機構（42）の吸入容積が第１の容積値と第２の容積値の何れに設定されている場合であっても、第１圧縮機構（41）における逆流損失を抑制することができる。

また、上記第５の発明では、第２圧縮機構（42）の吸入容積が、非注入状態では第１の容積値と第２の容積値のうち小さい方の第１の容積値に設定され、注入状態では第１の容積値と第２の容積値のうち大きい方の第２の容積値に設定される。従って、非注入状態では、第２圧縮機構（42）の吸入容積が大きすぎることが原因で生じる第１圧縮機構（41）における過圧縮損失を抑制することができ、注入状態では、第２圧縮機構（42）の吸入容積が小さすぎることが原因で生じる第１圧縮機構（41）における逆流損失を抑制することができる。

また、上記第６の発明では、非注入状態を考慮して、第１圧縮機構（41）の吐出容積が第２圧縮機構（42）の吸入容積に等しくなるようにして、注入状態を考慮して、圧縮室（53）への冷媒の逆流を阻止する吐出弁（39）が設けられている。従って、非注入状態では、第１圧縮機構（41）の吐出容積と第２圧縮機構（42）の吸入容積との容積関係によって過圧縮損失及び逆流損失の両方を抑制することができ、注入状態では、吐出弁（39）によって逆流損失を抑制することができる。

また、上記第７の発明では、非注入状態を考慮して、第１圧縮機構（41）にリリーフ機構（58,59）が設けられ、注入状態を考慮して、第１圧縮機構（41）の吐出容積が第２圧縮機構（42）の吸入容積よりも小さくなっている。従って、非注入状態では、リリーフ機構（58,59）によって過圧縮損失を抑制することができ、注入状態では、第１圧縮機構（41）の吐出容積と第２圧縮機構（42）の吸入容積との容積関係によって逆流損失を抑制することができる。

また、第８乃至第１３の各発明では、第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒の体積が中間冷却器（19）による冷却によって小さくなることを考慮して、第１圧縮機構（41）の吐出容積が第２圧縮機構（42）の吸入容積以上になるようにしている。このため、駆動軸（50）の１回転中に第１圧縮機構（41）から吐出される冷媒の体積は、駆動軸（50）の１回転中に第２圧縮機構（42）に吸入される冷媒の体積よりも、同等又は大きくなる。従って、第１圧縮機構（41）にとって、第１圧縮機構（41）と第２圧縮機構（42）との間の中間圧が低くなりすぎることを抑制することができ、第１圧縮機構（41）で生じる過圧縮損失を抑制することができる。

また、上記第９の発明では、第１圧縮機構（41）に吐出弁（39）が設けられているので、圧縮不足が生じる場合に、吐出ポート（57）の外側から圧縮室（53）への冷媒の逆流が、吐出弁（39）によって阻止される。従って、第１圧縮機構（41）で逆流損失が生じることを阻止することができる。

また、上記第１０の発明では、第１圧縮機構（41）の吐出容積が、第１の容積値と第２の容積値のうち大きい方の第２の容積値以上になっている。従って、第２圧縮機構（42）の吸入容積が第１の容積値と第２の容積値の何れに設定されている場合であっても、第１圧縮機構（41）における過圧縮損失を抑制することができる。

また、上記第１１の発明では、第２圧縮機構（42）の吸入容積が、非冷却状態では第１の容積値と第２の容積値のうち大きい方の第２の容積値に設定され、冷却状態では第１の容積値と第２の容積値のうち小さい方の第１の容積値に設定される。従って、非冷却状態では、第２圧縮機構（42）の吸入容積が小さすぎることが原因で生じる第１圧縮機構（41）における逆流損失を抑制することができ、冷却状態では、第２圧縮機構（42）の吸入容積が大きすぎることが原因で生じる第１圧縮機構（41）における過圧縮損失を抑制することができる。

また、上記第１２の発明では、非冷却状態を考慮して、第１圧縮機構（41）の吐出容積が第２圧縮機構（42）の吸入容積に等しくなるようにして、冷却状態を考慮して、第１圧縮機構（41）にはリリーフ機構（58,59）が設けられている。従って、非冷却状態では、第１圧縮機構（41）の吐出容積と第２圧縮機構（42）の吸入容積との容積関係によって過圧縮損失及び逆流損失の両方を抑制することができ、冷却状態では、リリーフ機構（58,59）によって過圧縮損失を抑制することができる。

また、上記第１３の発明では、冷却状態を考慮して、第１圧縮機構（41）の吐出容積が第２圧縮機構（42）の吸入容積よりも大きくなっており、非冷却状態を考慮して、第１圧縮機構（41）に吐出弁（39）が設けられている。従って、非冷却状態では、吐出弁（39）によって逆流損失が生じることを阻止することができ、冷却状態では、第１圧縮機構（41）の吐出容積と第２圧縮機構（42）の吸入容積との容積関係によって過圧縮損失を抑制することができる。

また、上記第１４の発明では、第２圧縮機構（42）の吸入容積が、非注入状態では、中間冷却器（19）による冷媒の体積の縮小だけを考慮して、第１圧縮機構（41）の吐出容積よりも小さい第１の容積値に設定され、注入状態では、中間冷却器（19）による冷媒の体積の減少量よりもインジェクション管による冷媒の体積の増加量の方が大きくなるものと想定して、第１圧縮機構（41）の吐出容積よりも大きい第２の容積値に設定される。従って、非注入状態では、第１圧縮機構（41）の吐出容積と第２圧縮機構（42）の吸入容積との容積関係によって過圧縮損失を抑制することができ、注入状態では、第１圧縮機構（41）の吐出容積と第２圧縮機構（42）の吸入容積との容積関係によって逆流損失を抑制することができる。

また、上記第１５の発明では、高段側圧縮機構となる第２圧縮機構（42）に、冷凍サイクルの高圧圧力が変動しても吐出容積が変動する可変圧縮比型の流体機械が用いられている。従って、第２圧縮機構（42）では、吐出弁（39）による過圧縮損失が生じるだけであるため、過圧縮損失が小さく、さらに逆流損失は生じない。つまり、この第１５の発明によれば、第２圧縮機構（42）における過圧縮損失を小さくすることができると共に、第２圧縮機構（42）において逆流損失が生じることを阻止することができる。

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。

《発明の実施形態１》
本発明の実施形態１について説明する。実施形態１は、本発明に係る冷凍装置（10）である。

〈空気調和装置の全体構成〉
図１に示すように、本実施形態１の冷凍装置（10）は、冷房運転と暖房運転を行う空気調和装置により構成されている。冷凍装置（10）は、冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）を備えている。冷媒回路（11）には、冷媒として二酸化炭素が充填されている。また、冷媒回路（11）には、圧縮機（30）、四路切換弁（12）、室外熱交換器（14）、室内熱交換器（15）、第１膨張弁（16）、第２膨張弁（17）及び気液分離器（18）が接続されている。

圧縮機（30）は、密閉容器状のケーシング（40）を備えている。ケーシング（40）内には、第１圧縮機構（41）と第２圧縮機構（42）と電動機（47）とが収容されている。冷媒回路（11）では、第１圧縮機構（41）が低段側圧縮機構となって第２圧縮機構（42）が高段側圧縮機構になる二段圧縮冷凍サイクルが行われる。

また、ケーシング（40）には、低段吸入管（31）、低段吐出管（32）、第１高段吸入管（33）、第２高段吸入管（34）、連絡吐出管（35）、連絡吸入管（36）、及び高段吐出管（37）が接続されている。本実施形態では、低段吐出管（32）の入口から第１高段吸入管（33）の出口及び第２高段吸入管（34）の出口に至るまでの通路が、第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が流れる中間通路（93）を構成している。

低段吸入管（31）は、一端が四路切換弁（12）の第３ポート（P3）に接続され、他端が第１圧縮機構（41）の吸入側に接続されている。低段吐出管（32）は、一端が第１圧縮機構（41）の吐出側に接続され、他端が第１高段吸入管（33）と第２高段吸入管（34）に分岐している。低段吐出管（32）には、密閉容器状のマフラー（28）が設けられている。また、第１高段吸入管（33）は、第２圧縮機構（42）の第１圧縮部（43）の吸入側に接続され、第２高段吸入管（34）は、第２圧縮機構（42）の第２圧縮部（44）の吸入側に接続されている。また、連絡吐出管（35）は、一端が第１圧縮部（43）の吐出側に接続され、他端が連絡吸入管（36）に接続されている。また、連絡吸入管（36）は、ケーシング（40）内における第２圧縮機構（42）と電動機（47）との間の第１空間（45）に開口している。高段吐出管（37）は、一端がケーシング（40）内における第１圧縮機構（41）と電動機（47）との間の第２空間（46）に開口し、他端が四路切換弁（12）の第１ポート（P1）に接続されている。なお、圧縮機（30）におけるケーシング（40）の内部の詳細については後述する。

室外熱交換器（14）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成されている。室外熱交換器（14）の近傍には、室外ファン（24）が配置されている。室外熱交換器（14）では、室外ファン（24）によって送られる室外空気と冷媒との間で熱交換が行われる。室外熱交換器（14）の一端から延びる冷媒配管は、四路切換弁（12）の第２ポート（P2）に接続されている。室外熱交換器（14）の他端から延びる冷媒配管は、気液分離器（18）内の底部に開口している。この冷媒配管には、開度可変の電子膨張弁により構成された第１膨張弁（16）が設けられている。

室内熱交換器（15）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成されている。室内熱交換器（15）の近傍には、室内ファン（25）が配置されている。室内熱交換器（15）では、室内ファン（25）によって送られる室内空気と冷媒との間で熱交換が行われる。室内熱交換器（15）の一端から延びる冷媒配管は、四路切換弁（12）の第４ポート（P4）に接続されている。室内熱交換器（15）の他端から延びる冷媒配管は、気液分離器（18）内の底部に開口している。この冷媒配管には、開度可変の電子膨張弁により構成された第２膨張弁（17）が設けられている。

気液分離器（18）には、インジェクション通路（26）を構成するインジェクション管（26）の一端が接続されている。インジェクション管（26）は、気液分離器（18）内の上部に開口している。インジェクション管（26）の他端は低段吐出管（32）の第１マフラー（28）に接続されている。つまり、インジェクション管（26）は、第１圧縮機構（41）と第２圧縮機構（42）との間の中間通路（93）に接続されている。インジェクション管（26）には、開閉自在の第４電磁弁（27）が設けられている。

四路切換弁（12）は、第１ポート（P1）と第２ポート（P2）とが連通し且つ第３ポート（P3）と第４ポート（P4）とが連通する第１連通状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポート（P1）と第４ポート（P4）とが連通し且つ第２ポート（P2）と第３ポート（P3）とが連通する第２連通状態（図１に破線で示す状態）とが切換自在に構成されている。

〈圧縮機の構成〉
図２に示すように、圧縮機（30）は、縦長で密閉容器状のケーシング（40）を備えている。ケーシング（40）内には、上述したように、第１圧縮機構（41）と、第２圧縮機構（42）と、第１圧縮機構（41）及び第２圧縮機構（42）を駆動する電動機（47）とが収容されている。第１圧縮機構（41）及び第２圧縮機構（42）は、１本の駆動軸（50）で機械的に連結されている。

第１圧縮機構（41）は、図２における電動機（47）の上側に配置されている。第２圧縮機構（42）は、電動機（47）の下側に配置されている。第２圧縮機構（42）は、第１圧縮部（43）及び第２圧縮部（44）を備えている。第１圧縮部（43）及び第２圧縮部（44）は、第１圧縮部（43）が下側に位置するように、上下二段に重ねられている。

ケーシング（40）の頂部には、低段吸入管（31）及び低段吐出管（32）が貫通している。上述したように、低段吸入管（31）は第１圧縮機構（41）の吸入側に接続され、低段吐出管（32）は第１圧縮機構（41）の吐出側に接続されている。また、ケーシング（40）の胴部には、第１高段吸入管（33）、第２高段吸入管（34）、連絡吐出管（35）、連絡吸入管（36）、及び高段吐出管（37）が貫通している。上述したように、第１高段吸入管（33）は第１圧縮部（43）の吸入側に接続され、第２高段吸入管（34）は第２圧縮部（44）の吸入側に接続されている。また、連絡吐出管（35）は第１圧縮部（43）の吐出側に接続され、連絡吸入管（36）は第２圧縮機構（42）と電動機（47）との間の第１空間（45）に開口している。また、高段吐出管（37）は第１圧縮機構（41）と電動機（47）との間の第２空間（46）に開口している。

電動機（47）は、ブラシレスＤＣモータにより構成されている。電動機（47）は、ステータ（48）とロータ（49）とを備えている。ステータ（48）は、ケーシング（40）の胴部に固定されている。一方、ロータ（49）は、ステータ（48）の内側に配置され、駆動軸（50）の主軸部（50a）に連結されている。なお、電動機（47）の回転速度は、インバータ制御によって調節可能となっている。

駆動軸（50）は、上述の主軸部（50a）と、第１偏心部（50b）と、第２偏心部（50c）と、第３偏心部（50d）とを備えている。第１偏心部（50b）は、主軸部（50a）よりも小径の円柱状に形成され、主軸部（50a）の上端面に立設されている。第１偏心部（50b）の軸心は、主軸部（50a）の軸心に対して偏心している。また、第２偏心部（50c）と第３偏心部（50d）は、駆動軸（50）の下部寄りの位置にそれぞれ設けられている。第２偏心部（50c）と第３偏心部（50d）は、共に主軸部（50a）よりも大径に形成されている。第２偏心部（50c）の軸心と第３偏心部（50d）の軸心は、それぞれ主軸部（50a）の軸心に対して偏心している。第２偏心部（50c）と第３偏心部（50d）とは、駆動軸（50）の軸心を中心として互いに１８０°位相がずれている。

駆動軸（50）の下端部には、油溜まりに浸漬する給油ポンプ（66）が設けられている。また、駆動軸（50）には、給油ポンプ（66）が吸い上げた冷凍機油が流通する給油通路（64）が形成されている。給油通路（64）は、駆動軸（50）の内部を軸方向に沿って延びている。この圧縮機（30）では、駆動軸（50）の回転に伴って、給油ポンプ（66）が吸い上げた冷凍機油が給油通路（64）を通じて各圧縮機構（41,42）の摺動部及び駆動軸（50）の軸受部に供給される。

第１圧縮機構（41）は、容積型の流体機械により構成されている。第１圧縮機構（41）は、容積型の流体機械の中でも固有圧縮比型の流体機械により構成されている。具体的に、第１圧縮機構（41）は、スクロール式の流体機械により構成されている。第１圧縮機構（41）は、図２及び図３に示すように、固定スクロール（51）と可動スクロール（52）とを備えている。

固定スクロール（51）は、渦巻き状の固定側ラップ（51a）と、略円板状の固定側鏡板部（51b）とを備えている。固定側ラップ（51a）は、固定側鏡板部（51b）の前面（図２における下面）に立設されている。

可動スクロール（52）は、渦巻き状の可動側ラップ（52a）と、略円板状の可動側鏡板部（52b）と、筒状の突出部（52c）とを備えている。可動スクロール（52）は、オルダムリング（54）を介して、駆動軸（50）の軸受部が形成されたハウジング部材（38）の上面に載置されている。なお、オルダムリング（54）は、偏心回転運動中の可動スクロール（52）が自転することを阻止する。

可動側ラップ（52a）は、可動側鏡板部（52b）の前面（図２における上面）に立設されている。可動側ラップ（52a）は、固定側ラップ（51a）に噛み合わされている。

本実施形態１の第１圧縮機構（41）は、可動側ラップ（52a）と固定側ラップ（51a）とが非対称に形成された非対称渦巻き構造になっている。固定側ラップ（51a）の巻き数（渦巻きの長さ）は、可動側ラップ（52a）の巻き数（渦巻きの長さ）よりも多くなっている。なお、固定側ラップ（51a）の巻数は、固定側ラップ（51a）の渦巻きが後述する吸入ポート（55）の外側の位置まで延びているものとして数えている。

また、突出部（52c）は、可動側鏡板部（52b）の背面（図２における下面）に立設されている。突出部（52c）には、駆動軸（50）の第１偏心部（50b）が挿入されている。

第１圧縮機構（41）では、図３に示すように、固定側ラップ（51a）と可動側ラップ（52a）との間に、低段側圧縮室（53）を構成する複数の圧縮室（53）が形成されている。複数の圧縮室（53）は、固定側ラップ（51a）の内側面と可動側ラップ（52a）の外側面との間の可動外側室（53a）と、固定側ラップ（51a）の外側面と可動側ラップ（52a）の内側面との間の可動内側室（53b）とから構成されている。

また、第１圧縮機構（41）では、固定スクロール（51）に吸入ポート（55）が形成されている。吸入ポート（55）は、固定側鏡板部（51b）の前面から突出する外縁部（51c）に形成されている。吸入ポート（55）には低段吸入管（31）が接続されている。吸入ポート（55）には、圧縮室（53）から低段吸入管（31）へ戻る冷媒の流れを禁止する吸入逆止弁が設けられている（図示省略）。

吸入ポート（55）は、可動スクロール（52）の偏心回転運動に伴って、可動外側室（53a）と可動内側室（53b）のそれぞれに間欠的に連通する。第１圧縮機構（41）では、可動外側室（53a）に可動側ラップ（52a）の外周側端部の外側から冷媒が流入し、可動内側室（53b）に可動側ラップ（52a）の外周側端部の内側から冷媒が流入する。

また、固定スクロール（51）の固定側鏡板部（51b）には吐出ポート（57）が形成されている。吐出ポート（57）は、固定側鏡板部（51b）の中央部に形成された貫通孔により構成されている。吐出ポート（57）の出口は、固定スクロール（51）の上側の吐出室（56）に開口している。吐出ポート（57）は、可動スクロール（52）の偏心回転運動に伴って、可動外側室（53a）と可動内側室（53b）のそれぞれに間欠的に連通する。

また、固定側鏡板部（51b）には、リリーフポート（58）も形成されている。リリーフポート（58）は、一端が圧縮途中の圧縮室（53）に開口し、他端が吐出室（56）に開口している。固定側鏡板部（51b）には、リリーフポート（58）を開閉するリリーフバルブ（59）が設けられている。リリーフバルブ（59）は、リード弁により構成されている。リリーフポート（58）及びリリーフバルブ（59）は、圧縮過程の冷媒を圧縮室から逃がすためのリリーフ機構（58,59）を構成している。リリーフ機構（58,59）によれば、圧縮機（30）の始動時や、インジェクション管（26）から導入されるガス冷媒の流量が少なくなった時の過圧縮損失が緩和される。

なお、ケーシング（40）内における第１圧縮機構（41）の上側の空間（65）は、吸入ポート（55）に連通している。なお、この空間（65）が、吐出ポート（57）に連通するようにしてもよい。

以上の構成により、第１圧縮機構（41）では、駆動軸（50）が回転すると、可動スクロール（52）が、図４の(Ａ)から(Ｄ）の順に偏心回転する。そして、その偏心回転に伴って、可動外側室（53a）及び可動内側室（53b）では、低段吸入管（31）を通じて導入された冷媒が圧縮される。可動外側室（53a）及び可動内側室（53b）で圧縮された冷媒は、吐出ポート（57）を通じて吐出室（56）に吐出されて、低段吐出管（32）に流入する。

続いて、第２圧縮機構（42）について説明する。第２圧縮機構（42）は、上述したように、第１圧縮部（43）及び第２圧縮部（44）を備えている。第１圧縮部（43）及び第２圧縮部（44）は、共に容積型の流体機械により構成されている。第１圧縮部（43）及び第２圧縮部（44）は、容積型の流体機械の中でも可変圧縮比型の流体機械により構成されている。具体的に、第１圧縮部（43）及び第２圧縮部（44）は、共にロータリ式の流体機械により構成されている。

第１圧縮部（43）は、図２及び図５に示すように、共に円環状に形成された第１シリンダ（71）及び第１ロータリピストン（72）を備えている。なお、図５において括弧付きの符号が併記されている部材は、括弧の前に記載されている符号が第１圧縮部（43）の符号を表し、括弧内の符号が第２圧縮部（44）の符号を表している。この点は、図６についても同様である。

第１シリンダ（71）は、下側のリヤヘッド（68）と上側のミドルプレート（69）とによって挟み込まれている。第１シリンダ（71）の両端は、リヤヘッド（68）とミドルプレート（69）とによって閉塞されている。また、第１ロータリピストン（72）は、第１シリンダ（71）内に配置されている。第１ロータリピストン（72）の外径は、第１シリンダ（71）の内径よりも小さくなっている。第１シリンダ（71）の内周面と第１ロータリピストン（72）の外周面との間には、第１高段側圧縮室（73）が形成されている。第１ロータリピストン（72）の内側には、駆動軸（50）の第２偏心部（50c）が回転自在に嵌め込まれている。なお、リヤヘッド（68）には、駆動軸（50）を支持する第１軸受部（68a）が形成されている。

図５に示すように、第１ロータリピストン（72）の外周面には、平板状の第１ブレード（74）が突設されている。第１ブレード（74）は、区画部材（74）を構成し、第１吸入ポート（76）が開口する低圧側の第１室（73a）と、第１吐出ポート（77）が開口する高圧側の第２室（73b）とに、第１高段側圧縮室（73）を区画している。

第１ブレード（74）は、第１シリンダ（71）に対して揺動可能に設けられた一対の第１揺動ブッシュ（75）に対して、摺動自在に挟み込まれている。第１ロータリピストン（72）は、第１ブレード（74）と共に、第１シリンダ（71）に対して揺動可能になっている。

第１吸入ポート（76）は、第１シリンダ（71）に形成されている。第１吸入ポート（76）の入口側には、第１高段吸入管（33）が接続されている。第１吸入ポート（76）の出口は、一対の第１揺動ブッシュ（75）の一方の揺動ブッシュ（図５における右側の揺動ブッシュ）の近傍に開口している。

一方、第１吐出ポート（77）は、リヤヘッド（68）に形成されている。第１吐出ポート（77）の入口は、一対の第１揺動ブッシュ（75）の他方の揺動ブッシュ（図５における左側の揺動ブッシュ）の近傍に開口している。第１吐出ポート（77）の出口は、リヤヘッド（68）に形成された第１吐出室（78）に開口している。第１吐出室（78）には、連絡吐出管（35）が開口している。また、第１吐出室（78）には、第１高段側圧縮室（73）の内圧に応じて第１吐出ポート（77）を開閉する第１吐出弁（79）が設けられている。第１吐出弁（79）はリード弁により構成されている。第１吐出室（78）には、第１吐出弁（79）のリフト量を制限する第１弁押さえが設けられている（図示省略）。

第２圧縮部（44）は、第１圧縮部（43）と同じ機械要素により構成されている。第２圧縮部（44）は、共に円環状に形成された第２シリンダ（81）及び第２ロータリピストン（82）を備えている。

第２シリンダ（81）は、上側のフロントヘッド（67）と下側のミドルプレート（69）とによって挟み込まれている。第２シリンダ（81）の両端は、フロントヘッド（67）とミドルプレート（69）とによって閉塞されている。また、第２ロータリピストン（82）は、第２シリンダ（81）内に配置されている。第２ロータリピストン（82）の外径は、第２シリンダ（81）の内径よりも小さくなっている。第２シリンダ（81）の内周面と第２ロータリピストン（82）の外周面との間には、第２高段側圧縮室（83）が形成されている。第２ロータリピストン（82）の内側には、駆動軸（50）の第３偏心部（50d）が回転自在に嵌め込まれている。なお、フロントヘッド（67）には、駆動軸（50）を支持する第２軸受部（67a）が形成されている。

図５に示すように、第２ロータリピストン（82）の外周面には、平板状の第２ブレード（84）が突設されている。第２ブレード（84）は、区画部材（84）を構成し、第２吸入ポート（86）が開口する低圧側の第１室（83a）と、第２吐出ポート（87）が開口する高圧側の第２室（83b）とに、第２高段側圧縮室（83）を区画している。

第２ブレード（84）は、第２シリンダ（81）に対して揺動可能に設けられた一対の第２揺動ブッシュ（85）に対して、摺動自在に挟み込まれている。第２ロータリピストン（82）は、第２ブレード（84）と共に、第２シリンダ（81）に対して揺動可能になっている。

第２吸入ポート（86）は、第２シリンダ（81）に形成されている。第２吸入ポート（86）の入口側には、第２高段吸入管（34）が接続されている。第２吸入ポート（86）の出口は、一対の第２揺動ブッシュ（85）の一方の揺動ブッシュ（図５における右側の揺動ブッシュ）の近傍に開口している。

一方、第２吐出ポート（87）は、フロントヘッド（67）に形成されている。第２吐出ポート（87）の入口は、一対の第２揺動ブッシュ（85）の他方の揺動ブッシュ（図５における左側の揺動ブッシュ）の近傍に開口している。第２吐出ポート（87）の出口は、フロントヘッド（67）に形成された第２吐出室（88）に開口している。第２吐出室（88）は、第１空間（45）及び第２空間（46）を介して、高段吐出管（37）に連通している。また、第２吐出室（88）には、第２高段側圧縮室（83）の内圧に応じて第２吐出ポート（87）を開閉する第２吐出弁（89）が設けられている。第２吐出弁（89）はリード弁により構成されている。第２吐出室（88）には、第２吐出弁（89）のリフト量を制限する第２弁押さえが設けられている（図示省略）。

以上の構成により、各圧縮部（43,44）では、駆動軸（50）が回転すると、ロータリピストン（72,82）が、図６の(Ａ)から(Ｈ）の順に偏心回転する。ロータリピストン（72,82）は、その内周面が偏心部（50c,50d）の外周面と油膜を介して摺接し、その外周面がシリンダ（71,81）の内周面と油膜を介して摺接しながら、偏心回転する。

第１圧縮部（43）では、駆動軸（50）の回転角が０°の状態から僅かに回転して、第１ロータリピストン（72）と第１シリンダ（71）の接触位置が第１吸入ポート（76）の出口を通過すると、第１吸入ポート（76）から第１高段側圧縮室（73）へ冷媒が流入し始める。そして、第１高段側圧縮室（73）へは、駆動軸（50）の回転角が３６０°になるまで冷媒が流入し続ける。そして、この状態から駆動軸（50）がさらに回転すると、冷媒の圧縮が開始される。第１高段側圧縮室（73）の冷媒は、第１高段側圧縮室（73）の内力が第１吐出室（78）の内圧を上回って、第１吐出弁（79）が開状態になると、第１吐出ポート（77）を通って、第１吐出室（78）へ吐出される。冷媒の吐出は、駆動軸（50）の回転角が３６０°になるまで続く。

一方、第２圧縮部（44）では、駆動軸（50）の回転角が０°の状態から僅かに回転して、第２ロータリピストン（82）と第２シリンダ（81）の接触位置が第２吸入ポート（86）の出口を通過すると、第２吸入ポート（86）から第２高段側圧縮室（83）へ冷媒が流入し始める。そして、第２高段側圧縮室（83）へは、駆動軸（50）の回転角が３６０°になるまで冷媒が流入し続ける。そして、この状態から駆動軸（50）がさらに回転すると、冷媒の圧縮が開始される。第２高段側圧縮室（83）の冷媒は、第２高段側圧縮室（83）の内力が第２吐出室（88）の内圧を上回って、第２吐出弁（89）が開状態になると、第２吐出ポート（87）を通って、第２吐出室（88）へ吐出される。冷媒の吐出は、駆動軸（50）の回転角が３６０°になるまで続く。なお、第２偏心部（50c）と第３偏心部（50d）とは、駆動軸（50）の軸心を中心として互いに１８０°位相がずれているので、第１圧縮部（43）の動作状態が図６（Ａ）のとき、第２圧縮部（44）の動作状態は図６（Ｅ）となる。

また、本実施形態１では、第１圧縮機構（41）の圧縮室（53）の吸入容積Ｖ１（可動スクロール（52）の押しのけ容積）と、第１圧縮部（43）の第１高段側圧縮室（73）の吸入容積Ｖ２（第１ロータリピストン（72）の押しのけ容積）と、第２圧縮部（44）の第２高段側圧縮室（83）の吸入容積Ｖ３（第２ロータリピストン（82）の押しのけ容積）との比率が、下記の式１の値に設定されている。

Ｖ１：Ｖ２：Ｖ３＝１．０：０．３５：０．３５ （式１）
なお、本実施形態１では、可動外側室（53a）の吸入容積と可動内側室（53b）の吸入容積とが等しくなっているが、可動外側室（53a）の吸入容積と可動内側室（53b）の吸入容積とが互いに相違する場合には、可動外側室（53a）の吸入容積と可動内側室（53b）の吸入容積の平均値が圧縮室（53）の吸入容積となる。

また、本実施形態１では、第１圧縮機構（41）の圧縮室（53）の吐出容積Ｖ４（吐出ポート（57）が連通した時点の圧縮室（53）の容積）と、第１高段側圧縮室（73）の吸入容積Ｖ２と第２高段側圧縮室（83）の吸入容積Ｖ３の合計値（Ｖ２＋Ｖ３）との間に、下記の式２に示す関係が成立している。つまり、第１圧縮機構（41）の吐出容積は、第２圧縮機構（42）の吸入容積よりも小さくなっている。従って、駆動軸（50）の１回転中に第１圧縮機構（41）から吐出される冷媒の体積は、駆動軸（50）の１回転中に第２圧縮機構（42）に吸入される冷媒の体積よりも小さくなる。

Ｖ４：Ｖ２＋Ｖ３＝０．５：０．７ （式２）
−運転動作−
次に、冷凍装置（10）の運転動作について説明する。この冷凍装置（10）は、冷房運転等と暖房運転とに切り換え可能となっている。

〈冷房運転〉
冷房運転では、四路切換弁（12）が第１連通状態に設定された状態で、圧縮機（30）の運転が行われる。冷媒回路（11）では、室内熱交換器（15）が蒸発器となって室外熱交換器（14）が放熱器となる冷凍サイクルが行われる。この冷凍サイクルでは、冷凍サイクルの高圧圧力が二酸化炭素の臨界圧力よりも高くなる。この点は、後述する暖房運転でも同じである。

具体的に、圧縮機（30）の高段吐出管（37）から吐出された高圧冷媒は、四路切換弁（12）を経由して室外熱交換器（14）へ流入する。室外熱交換器（14）では、室外ファン（24）によって送られる室外空気へ冷媒が放熱する。室外熱交換器（14）で冷却された冷媒は、第１膨張弁（16）で中間圧力に減圧された後に、気液分離器（18）で液冷媒とガス冷媒とに分離される。このうち、ガス冷媒は、インジェクション管（26）を通じて第２圧縮機構（42）へ送られる。一方、液冷媒は、第２膨張弁（17）で低圧圧力まで減圧された後に、室内熱交換器（15）に流入する。

室内熱交換器（15）では、室内ファン（25）によって送られる室内空気から冷媒が吸熱して蒸発する。その結果、室内空気は冷却されて室内へ供給される。室内熱交換器（15）で蒸発した冷媒は、低段吸入管（31）を通って圧縮機（30）に吸入される。

圧縮機（30）では、低段吸入管（31）を流通した冷媒が第１圧縮機構（41）で圧縮される。第１圧縮機構（41）で圧縮された冷媒は、マフラー（28）に流入し、そこでインジェクション管（26）から供給される冷媒と合流する。そして、マフラー（28）から流出した冷媒は、第１圧縮部（43）と第２圧縮部（44）に分配される。

第１圧縮部（43）に分配された冷媒は、第１高段側圧縮室（73）で圧縮された後に、連絡吐出管（35）及び連絡吸入管（36）を通じて、第１空間（45）に流入する。一方、第２圧縮部（44）に分配された冷媒は、第２高段側圧縮室（83）で圧縮された後に、第１空間（45）に流入して、そこで第１圧縮部（43）で圧縮された冷媒と合流する。そして、第１空間（45）で合流した冷媒は、電動機（47）のコアカットやエアギャップを通って、第２空間（46）に流入して、高段吐出管（37）から吐出される。なお、低段吸入管（31）から圧縮機（30）に吸入された冷媒が高段吐出管（37）から吐出されるまでの過程は、後述する暖房運転でも同じである。

〈暖房運転〉
暖房運転では、四路切換弁（12）が第２連通状態に設定された状態で、圧縮機（30）の運転が行われる。冷媒回路（11）では室内熱交換器（15）が放熱器となって室外熱交換器（14）が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。

具体的に、圧縮機（30）の高段吐出管（37）から吐出された高圧冷媒は、四路切換弁（12）を経由して室内熱交換器（15）に供給される。室内熱交換器（15）では、室内ファン（25）によって送られる室内空気へ冷媒が放熱する。その結果、室内空気は加熱されて室内へ供給される。

室内熱交換器（15）で冷却された冷媒は、第２膨張弁（17）で中間圧力に減圧された後に、気液分離器（18）で液冷媒とガス冷媒とに分離される。このうち、ガス冷媒は、インジェクション管（26）を通じて第２圧縮機構（42）へ送られる。一方、液冷媒は、第１膨張弁（16）で低圧圧力まで減圧された後に、室外熱交換器（14）へ流入する。室外熱交換器（14）では、室外ファン（24）によって送られる室外空気から冷媒が吸熱して蒸発する。室外熱交換器（14）で蒸発した冷媒は、低段吸入管（31）を通って圧縮機（30）に吸入される。そして、圧縮機（30）では、第１圧縮機構（41）、第２圧縮機構（42）の順番で冷媒が圧縮されて、再び高段吐出管（37）から吐出される。

−実施形態１の効果−
本実施形態１では、第１圧縮機構（41）の吐出冷媒だけでなくインジェクション通路（26）からの供給冷媒も、第２圧縮機構（42）が吸入することを考慮して、駆動軸（50）の１回転中に第１圧縮機構（41）から吐出される冷媒の体積が、駆動軸（50）の１回転中に第２圧縮機構（42）に吸入される冷媒の体積よりも小さくなるようにしている。従って、第１圧縮機構（41）の吐出冷媒の多くが逆流することなく、第２圧縮機構（42）に吸入されるので、第１圧縮機構（41）における逆流損失を抑制することができる。

また、本実施形態１では、インジェクション通路（26）からの供給冷媒によって中間圧が高くなりすぎることが抑制される。従って、中間圧が目標とする値よりも高くなって最適中間圧から離れることが抑制される。また、中間圧が高くなることが原因で、インジェクション通路（26）から供給される冷媒流量が減少して圧縮機（30）の入力が増大することが抑制される。

また、本実施形態１では、第１圧縮機構（41）にリリーフ機構（58,59）が設けられているので、過圧縮が生じる場合に、吐出ポート（57）が圧縮室（53）に連通する前に、圧縮過程の冷媒が圧縮室（53）から吐出される。従って、第１圧縮機構（41）における過圧縮損失を抑制することができる。

また、本実施形態１では、高段側圧縮機構となる第２圧縮機構（42）に、冷凍サイクルの高圧圧力が変動しても吐出容積が変動する可変圧縮比型の流体機械が用いられている。従って、第２圧縮機構（42）では、吐出弁（39）による過圧縮損失が生じるだけであるため、過圧縮損失が小さく、さらに逆流損失は生じない。つまり、本実施形態１によれば、第２圧縮機構（42）における過圧縮損失を小さくすることができると共に、第２圧縮機構（42）において逆流損失が生じることを阻止することができる。

また、スクロール式の圧縮機構は、一般的に隙間が多く、冷媒の漏れ量が多くなりやすい。このため、押し退け容積の小さい高段側にスクロール式の第１圧縮機構（41）を適用すると、冷媒の漏れの影響が大きく、運転効率が大きく低下してしまう。これに対して、本実施形態１では、第１圧縮機構（41）が低段側に用いられている。このため、第１圧縮機構（41）における冷媒の漏れの影響が比較的小さく、冷媒漏れによる運転効率の低下を抑制することができる。

また、第２圧縮機構（42）は、各圧縮室（73,83）の吐出ポート（77,87）に対して吐出弁（79,89）が設けられており、第１圧縮機構（41）に比べて吐出時間が短くなる。このため、押し退け容積の大きい低段側に第２圧縮機構（42）を適用すると、吐出抵抗が大きくなってしまう。これに対して、本実施形態１では、第２圧縮機構（42）が高段側に用いられている。このため、吐出ポート（77,87）から吐出される冷媒流量が、低段側に用いられる場合に比べて少なくなるので、吐出弁（79,89）による吐出抵抗を抑制することができる。

−実施形態１の変形例１−
この変形例１では、第２圧縮機構（42）の吸入容積が第１の容積値になる低容積状態と、第２圧縮機構（42）の吸入容積が上記第１の容積値よりも大きい第２の容積値になる高容積状態との間の切り換えを行う吸入容積切換手段（60）が設けられている。

具体的に、この変形例１では、図７に示すように、第２高段吸入管（34）に開閉自在の第１電磁弁（21）が設けられている。また、連絡吐出管（35）から延びる冷媒配管は、第２高段吸入管（34）における第１電磁弁（21）と第２圧縮部（44）との間に接続する第１分岐配管（91）と、連絡吸入管（36）に接続する第２分岐配管（92）とに分岐している。第１分岐配管（91）には、開閉自在の第２電磁弁（22）と、密閉容器状のマフラー（29）とが設けられている。第２分岐配管（92）には、開閉自在の第３電磁弁（23）が設けられている。上述の吸入容積切換手段（60）は、これらの第１電磁弁（21）、第２電磁弁（22）及び第３電磁弁（23）により構成されている。

この変形例１では、図７に示すように、第１電磁弁（21）が開状態に、第２電磁弁（22）が閉状態に、第３電磁弁（23）が開状態に設定されると、高容積状態になる。高容積状態では、第１高段側圧縮室（73）と第２高段側圧縮室（83）が互いに並列になっており、第１高段側圧縮室（73）の吸入容積Ｖ２と第２高段側圧縮室（83）の吸入容積Ｖ３の合計値が、第２の容積値に相当して、第２圧縮機構（42）の吸入容積となる。冷房運転時に高容積状態に設定される。

一方、図８に示すように、第１電磁弁（21）が閉状態に、第２電磁弁（22）が開状態に、第３電磁弁（23）が閉状態に設定されると、低容積状態になる。低容積状態では、第１高段側圧縮室（73）と第２高段側圧縮室（83）が互いに直列になっており、第１高段側圧縮室（73）の吸入容積Ｖ２が、第１の容積値に相当して、第２圧縮機構（42）の吸入容積となる。暖房運転時に低容積状態に設定される。

また、この変形例１では、第１圧縮機構（41）の圧縮室（53）の吐出容積Ｖ４が、第１高段側圧縮室（73）の吸入容積Ｖ２以下になっている。つまり、第１圧縮機構（41）の吐出容積は、第１の容積値と第２の容積値のうち小さい方の第１の容積値以下になっている。従って、第２圧縮機構（42）の吸入容積が第１の容積値と第２の容積値の何れに設定されている場合であっても、第１圧縮機構（41）における逆流損失を抑制することができる。

なお、吸入容積切換手段（60）が、インジェクション管（26）からの冷媒を第１圧縮機構（41）と第２圧縮機構（42）の間に注入する注入動作が停止される非注入状態では、上記低容積状態に設定し、その注入動作が実行される注入状態では、上記高容積状態に設定するように構成されていてもよい。なお、冷媒回路（11）は、第４電磁弁（27）が閉状態になると非注入状態に設定され、第４電磁弁（27）が開状態になると注入状態に設定される。第４電磁弁（27）は注入切換手段（61）を構成している。

この場合、第２圧縮機構（42）の吸入容積が、非注入状態では第１の容積値と第２の容積値のうち小さい方の第１の容積値に設定され、注入状態では第１の容積値と第２の容積値のうち大きい方の第２の容積値に設定されることになる。従って、非注入状態では、第２圧縮機構（42）の吸入容積が大きすぎることが原因で生じる第１圧縮機構（41）における過圧縮損失を抑制することができ、注入状態では、第２圧縮機構（42）の吸入容積が小さすぎることが原因で生じる第１圧縮機構（41）における逆流損失を抑制することができる。なお、第１圧縮機構（41）の圧縮室（53）の吐出容積Ｖ４を、第１の容積値に等しくしてもよい。そのようにすれば、非注入状態では、第１圧縮機構（41）における過圧縮損失及び逆流損失の両方を抑制することができる。

また、吸入容積切換手段（60）は、後述する実施形態３のように、第１高段側圧縮室（73）と第２高段側圧縮室（83）の両方で冷媒の圧縮行程を行う場合が高容積状態になって、第１高段側圧縮室（73）と第２高段側圧縮室（83）のうち片方だけで冷媒の圧縮行程を行う場合が低容積状態になるように構成されていてもよい。

この変形例１では、第１圧縮機構（41）及び第２圧縮機構（42）が１本の駆動軸（50）で機械的に連結されているが、吸入容積切換手段（60）によって、中間圧を変化させることが可能である。具体的に、高段側となる第２圧縮機構（42）の２つの圧縮室（73,83）に対して、並列状態と直列状態との間の切り換えを行うことによって、中間圧を変化させることが可能である。従って、運転条件等によって中間圧の値が最適な値に近づくように、中間圧を調節することが可能になるので、ＣＯＰの向上を図ることができる。

また、変形例１では、アンロードで吸入容積比を変更するような損失が生じることがないので、効率的にで吸入容積比を変更することができる。

また、変形例１では、中間圧の調節に伴って、各圧縮機構（41,42）のトルクが均一化されるので、振動を抑制することもできる。また、第２圧縮機構（42）が圧縮タイミングの異なる２つの圧縮部（43,44）により構成されているので、第２圧縮機構（42）の振動が比較的小さくなる。

−実施形態１の変形例２−
この変形例２では、図９に示すように、冷媒回路（11）において、上流側から第１高段側圧縮室（73）、第２高段側圧縮室（83）の順番で第１高段側圧縮室（73）と第２高段側圧縮室（83）とが互いに直列に接続されている。そして、インジェクション管（26）の冷媒を第１圧縮機構（41）と第１高段側圧縮室（73）との間に注入する第１状態（注入状態）と、インジェクション管（26）の冷媒を第１高段側圧縮室（73）と第２高段側圧縮室（83）との間に注入する第２状態（非注入状態）との間の切り換えを行う三路切換弁（61）が設けられている。三路切換弁（61）は、注入切換手段（61）を構成している。

三路切換弁（61）は、第１ポート（P1）にインジェクション管（26）が接続され、第２ポート（P2）に第１マフラー（28）から延びる冷媒配管が接続され、第３ポート（P3）に第２マフラー（29）から延びる冷媒配管が接続されている。三路切換弁（61）は、第１ポート（P1）と第２ポート（P2）とが連通する第１連通状態と、第１ポート（P1）と第３ポート（P3）とが連通する第２連通状態とが切換自在に構成されている。

三路切換弁（61）が第１連通状態に設定されると、第１状態になり、図９の実線の矢印の向きに冷媒が流通する。一方、三路切換弁（61）が第２連通状態に設定されると、第２状態になり、図９の破線の矢印の向きに冷媒が流通する。

また、第１圧縮機構（41）には、圧縮室（53）の内圧に応じて吐出ポート（57）を開閉する吐出弁（39）が設けられている。吐出弁（39）は、リード弁により構成されている。吐出弁（39）は、圧縮室（53）の内圧に応じて吐出ポート（57）を開閉する。吐出弁（39）に対しては、そのリフト量を制限する弁押さえが設けられている（図示省略）。なお、リリーフ機構（58,59）は設けられていない。

また、第１圧縮機構（41）の圧縮室（53）の吐出容積Ｖ４は、第１高段側圧縮室（73）の吸入容積Ｖ２に等しくなっている。この変形例２では、非注入状態を考慮して、第１圧縮機構（41）の吐出容積が第２圧縮機構（42）の吸入容積に等しくなるようにして、注入状態を考慮して、第１圧縮機構（41）に吐出弁（39）が設けられている。従って、非注入状態では、第１圧縮機構（41）の吐出容積と第２圧縮機構（42）の吸入容積との容積関係によって過圧縮損失及び逆流損失の両方を抑制することができ、注入状態では、吐出弁（39）によって逆流損失を抑制することができる。

なお、吐出弁（39）を設けずにリリーフ機構（58,59）を設ける場合には、第１圧縮機構（41）の圧縮室（53）の吐出容積Ｖ４が、第１高段側圧縮室（73）の吸入容積Ｖ２よりも小さくなるようにする。この場合は、非注入状態を考慮して、第１圧縮機構（41）にリリーフ機構（58,59）が設けられ、注入状態を考慮して、第１圧縮機構（41）の吐出容積が第２圧縮機構（42）の吸入容積よりも小さくなるようにしていることになる。従って、非注入状態では、リリーフ機構（58,59）によって過圧縮損失を抑制することができ、注入状態では、第１圧縮機構（41）の吐出容積と第２圧縮機構（42）の吸入容積との容積関係によって逆流損失を抑制することができる。

《発明の実施形態２》
本発明の実施形態２について説明する。以下では、実施形態１と異なる点について説明する。

実施形態２では、図１０に示すように、第１圧縮機構（41）と第２圧縮機構（42）との間に、中間冷却器（19）が設けられている。中間冷却器（19）の近傍には、冷却用ファン（20）が設置されている。中間冷却器（19）では、冷却用ファン（20）によって送られる室外空気と冷媒との間で熱交換が行われる。実施形態２では、第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が、中間冷却器（19）によって冷却される。

なお、第１圧縮機構（41）と第２圧縮機構（42）との間には、インジェクション管（26）は接続されていない。従って、第２圧縮機構（42）は、第１圧縮機構（41）で圧縮された冷媒のみを吸入して圧縮する。

また、第１圧縮機構（41）には、吐出ポート（57）を開閉する吐出弁（39）が設けられている。吐出弁（39）は、リード弁により構成されている。吐出弁（39）に対しては、そのリフト量を制限する弁押さえが設けられている（図示省略）。なお、吐出弁（39）を省略することも可能である。また、リリーフ機構（58,59）は設けられていない。

また、実施形態２では、第１圧縮機構（41）の圧縮室（53）の吐出容積Ｖ４と、第１高段側圧縮室（73）の吸入容積Ｖ２と第２高段側圧縮室（83）の吸入容積Ｖ３の合計値（Ｖ２＋Ｖ３）との間に、下記の式３に示す関係が成立している。つまり、第１圧縮機構（41）の吐出容積は、第２圧縮機構（42）の吸入容積よりも大きくなっている。

Ｖ４＞Ｖ２＋Ｖ３ （式３）
−実施形態２の効果−
本実施形態２では、第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒の体積が中間冷却器（19）による冷却によって小さくなることを考慮して、第１圧縮機構（41）の吐出容積が第２圧縮機構（42）の吸入容積以上になるようにしている。このため、駆動軸（50）の１回転中に第１圧縮機構（41）から吐出される冷媒の体積は、駆動軸（50）の１回転中に第２圧縮機構（42）に吸入される冷媒の体積よりも、同等又は大きくなる。従って、第１圧縮機構（41）にとって、第１圧縮機構（41）と第２圧縮機構（42）との間の中間圧が低くなりすぎることを抑制することができ、第１圧縮機構（41）で生じる過圧縮損失を抑制することができる。

また、本実施形態２では、中間冷却器（19）によって中間圧が必要以上に低くなりすぎることが抑制される。従って、中間圧が目標とする値よりも低くなって最適中間圧から離れることが抑制される。また、中間圧が低くなることが原因で、中間冷却器（19）による熱交換量が低下して圧縮機（30）の入力が増大することが抑制される。

また、本実施形態２では、第１圧縮機構（41）に吐出弁（39）が設けられているので、圧縮不足が生じる場合に、吐出ポート（57）の外側から圧縮室（53）への冷媒の逆流が、吐出弁（39）によって阻止される。従って、第１圧縮機構（41）で逆流損失が生じることを阻止することができる。

−実施形態２の変形例１−
この変形例１では、図１１に示すように、上記実施形態１の変形例１と同様に、第１電磁弁（21）、第２電磁弁（22）及び第３電磁弁（23）により構成された吸入容積切換手段（60）が設けられている。吸入容積切換手段（60）の制御は、上記実施形態１の変形例１と同じである。

また、この変形例１では、第１圧縮機構（41）の圧縮室（53）の吐出容積Ｖ４が、第１高段側圧縮室（73）の吸入容積Ｖ２と第２高段側圧縮室（83）の吸入容積Ｖ３の合計値（Ｖ２＋Ｖ３）以上になっている。つまり、第１圧縮機構（41）の吐出容積は、第１の容積値と第２の容積値のうち大きい方の第２の容積値以上になっている。従って、第２圧縮機構（42）の吸入容積が第１の容積値と第２の容積値の何れに設定されている場合であっても、第１圧縮機構（41）における過圧縮損失を抑制することができる。

なお、第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が中間冷却器（19）で冷却される冷却状態と、第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が中間冷却器（19）で冷却されない非冷却状態との間の切り換えを行う冷却切換手段（62）を設けてもよい。冷却切換手段（62）は、後述する実施形態２の変形例２の第２四路切換弁（111）及び第３四路切換弁（112）により構成することができる。

この場合、吸入容積切換手段（60）は、非冷却状態では高容積状態に設定し、冷却状態では低容積状態に設定するように構成する。従って、非冷却状態では、第２圧縮機構（42）の吸入容積が小さすぎることが原因で生じる第１圧縮機構（41）における逆流損失を抑制することができ、冷却状態では、第２圧縮機構（42）の吸入容積が大きすぎることが原因で生じる第１圧縮機構（41）における過圧縮損失を抑制することができる。なお、第１圧縮機構（41）の圧縮室（53）の吐出容積Ｖ４を、第２の容積値に等しくしてもよい。そのようにすれば、非冷却状態では、第１圧縮機構（41）における過圧縮損失及び逆流損失の両方を抑制することができる。

−実施形態２の変形例２−
この変形例２では、冷媒回路（11）において、上流側から第１高段側圧縮室（73）、第２高段側圧縮室（83）の順番で第１高段側圧縮室（73）と第２高段側圧縮室（83）とが互いに直列に接続されている。そして、冷媒回路（11）には、第１圧縮機構（41）から第１高段側圧縮室（73）へ向かう冷媒が中間冷却器（19）で冷却される第１状態（冷却状態）と、第１高段側圧縮室（73）から第２高段側圧縮室（83）へ向かう冷媒が中間冷却器（19）で冷却される第２状態（非冷却状態）とを切り換える冷却切換手段（62）が設けられている。冷却切換手段（62）は、図１２に示すように、第２四路切換弁（111）と第３四路切換弁（112）により構成されている。

各四路切換弁（111,112）は、第１ポート（P1）と第２ポート（P2）とが連通し且つ第３ポート（P3）と第４ポート（P4）とが連通する第１連通状態と、第１ポート（P1）と第４ポート（P4）とが連通し且つ第２ポート（P2）と第３ポート（P3）とが連通する第２連通状態とが切換自在に構成されている。なお、各四路切換弁（111,112）は複数の電磁弁を代用することができる。

この変形例２では、第２四路切換弁（111）と第３四路切換弁（112）が共に第１連通状態に設定されると第１状態になり、第２四路切換弁（111）と第３四路切換弁（112）が共に第２連通状態に設定されると第２状態になる。

また、この変形例２では、第１圧縮機構（41）にリリーフ機構（58,59）が設けられている。第１圧縮機構（41）には、吐出弁（39）は設けられていない。また、第１圧縮機構（41）の圧縮室（53）の吐出容積Ｖ４は、第１高段側圧縮室（73）の吸入容積Ｖ２に等しくなっている。この変形例２では、非冷却状態を考慮して、第１圧縮機構（41）の吐出容積が第２圧縮機構（42）の吸入容積に等しくなるようにして、冷却状態を考慮して、第１圧縮機構（41）にはリリーフ機構（58,59）が設けられている。従って、非冷却状態では、第１圧縮機構（41）の吐出容積と第２圧縮機構（42）の吸入容積との容積関係によって過圧縮損失及び逆流損失の両方を抑制することができ、冷却状態では、リリーフ機構（58,59）によって過圧縮損失を抑制することができる。

なお、リリーフ機構（58,59）を設けずに吐出弁（39）を設ける場合には、第１圧縮機構（41）の圧縮室（53）の吐出容積Ｖ４が、第１高段側圧縮室（73）の吸入容積Ｖ２よりも大きくなるようにする。この場合は、冷却状態を考慮して、第１圧縮機構（41）の吐出容積を第２圧縮機構（42）の吸入容積よりも大きくして、非冷却状態を考慮して、第１圧縮機構（41）に吐出弁（39）を設けていることになる。従って、非冷却状態では、吐出弁（39）によって逆流損失が生じることを阻止することができ、冷却状態では、第１圧縮機構（41）の吐出容積と第２圧縮機構（42）の吸入容積との容積関係によって過圧縮損失を抑制することができる。

《発明の実施形態３》
本発明の実施形態３について説明する。以下では、実施形態１と異なる点について説明する。

この実施形態３では、図１３に示すように、第１圧縮機構（41）と第２圧縮機構（42）との間に、中間冷却器（19）が設けられている。中間冷却器（19）は、インジェクション管（26）の接続箇所の上流に配置されている。中間冷却器（19）の近傍には、冷却用ファン（20）が設置されている。中間冷却器（19）では、冷却用ファン（20）によって送られる室外空気と冷媒との間で熱交換が行われる。実施形態３では、第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が、中間冷却器（19）によって冷却される。そして、中間冷却器（19）によって冷却された冷媒が、第２圧縮機構（42）で圧縮される。

また、この実施形態３では、第１圧縮機構（41）の圧縮室（53）の吐出容積Ｖ４が、第１の容積値よりも大きく第２の容積値よりも小さい値になっている。

また、この実施形態３では、第２圧縮機構（42）の吸入容積を切り換える吸入容積切換手段（60）として、三路切換弁（60）が設けられている。三路切換弁（60）は、第１ポート（P1）と第２ポート（P2）とが連通する第１連通状態と、第１ポート（P1）と第３ポート（P3）とが連通する第２連通状態とが切換自在に構成されている。

三路切換弁（61）が第１連通状態に設定されると、高容積状態になり、図１３に示すように冷媒が流通する。高容積状態では、第１高段側圧縮室（73）の吸入容積Ｖ２と第２高段側圧縮室（83）の吸入容積Ｖ３の合計値が、第２の容積値に相当して、第２圧縮機構（42）の吸入容積になる。一方、三路切換弁（61）が第２連通状態に設定されると、低容積状態になり、図１４に示すように冷媒が流通する。低容積状態では、第１高段側圧縮室（73）の吐出側がその吸入側と連通するので、第１高段側圧縮室（73）では冷媒が圧縮されない。第２高段側圧縮室（83）の吸入容積Ｖ３が、第１の容積値に相当して、第２圧縮機構（42）の吸入容積になる。

三路切換弁（61）は、注入切換手段（61）を構成する第４電磁弁（27）が閉状態に設定される非注入状態では、第２圧縮機構（42）の吸入容積を第１の容積値に設定し、第４電磁弁（27）が開状態に設定される注入状態では、第２圧縮機構（42）の吸入容積を第２の容積値に設定するように、制御される。

−実施形態３の効果−
本実施形態３では、第２圧縮機構（42）の吸入容積が、非注入状態では、中間冷却器（19）による冷媒の体積の縮小だけを考慮して、第１圧縮機構（41）の吐出容積よりも小さい第１の容積値に設定され、注入状態では、中間冷却器（19）による冷媒の体積の減少量よりもインジェクション管による冷媒の体積の増加量の方が大きくなるものと想定して、第１圧縮機構（41）の吐出容積よりも大きい第２の容積値に設定される。従って、非注入状態では、第１圧縮機構（41）の吐出容積と第２圧縮機構（42）の吸入容積との容積関係によって過圧縮損失を抑制することができ、注入状態では、第１圧縮機構（41）の吐出容積と第２圧縮機構（42）の吸入容積との容積関係によって逆流損失を抑制することができる。

《その他の実施形態》
上述した各実施形態については、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態について、冷媒回路（11）に充填される冷媒が二酸化炭素以外の冷媒（例えばフロン冷媒）であってもよい。

また、上記実施形態について、第１圧縮機構（41）が、固定側ラップ（51a）の巻き数と可動側ラップ（52a）の巻き数とが等しい対称渦巻き構造のスクロール式の流体機械であってもよい。

また、上記実施形態について、第１圧縮機構（41）が、スクリュー式の流体機械などの他の固有圧縮比型の流体機械により構成されていてもよい。

また、上記実施形態について、第２圧縮機構（42）が、図１５及び図１６に示す各圧縮部（43,44）のような他の可変圧縮比型の流体機械により構成されていてもよい。第２圧縮機構（42）の各圧縮部（43,44）は、環状のシリンダ室（104）を有するシリンダ（101）と、該シリンダ（101）に対して偏心して該シリンダ室（104）に収納されてシリンダ室（104）を外側圧縮室（105）と内側圧縮室（106）とに区画する環状のピストン（102）と、該シリンダ室（104）に配置されて各圧縮室（105,106）を低圧側と高圧側とに区画するブレード（100）とを備えて、ピストン（102）が偏心回転運動することによって各圧縮室（105,106）で冷媒を圧縮するように構成されている。各圧縮部（43,44）には、外側圧縮室（105）から冷媒を吐出させる外側吐出ポート（109）と、内側圧縮室（106）から冷媒を吐出させる内側吐出ポート（110）とが形成されている。各吐出ポート（109,110）には、リード弁により構成された吐出弁（115）が設けられている。

シリンダ（101）は、内側シリンダ部（101b）と外側シリンダ部（101c）とを備えている。シリンダ（101）では、内側シリンダ部（101b）の外周面と外側シリンダ部（101c）の内周面との間に、環状のシリンダ室（104）が形成されている。また、ピストン（102）は、駆動軸（50）によって駆動される可動部材（103）の一部となっている。ピストン（102）は、環状の一部が分断されたＣ型形状をしている。また、ピストン（102）の分断箇所には、ブレード（100）を挟むように、一対のブッシュ（107a,107b）が嵌合している。ピストン（102）は、ブレード（100）の延伸方向に進退可能であり、さらに一対の揺動ブッシュ（107a,107b）の中心点を揺動中心として揺動ブッシュ（107a,107b）と共に揺動可能になっている。

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。

以上説明したように、本発明は、容積型の流体機械により構成された第１圧縮機構及び第２圧縮機構を有する圧縮機が設けられた冷凍装置について有用である。

実施形態１に係る冷凍装置の冷媒回路の配管系統図である。 実施形態１に係る圧縮機の縦断面図である。 実施形態１に係る第１圧縮機構の横断面図である。 実施形態１に係る第１圧縮機構の動作を表す横断面図である。 実施形態１に係る第２圧縮機構の横断面図である。 実施形態１に係る第２圧縮機構の動作を表す横断面図である。 実施形態１の変形例１に係る冷凍装置の冷房運転時の冷媒の流れを表す配管系統図である。 実施形態１の変形例１に係る冷凍装置の暖房運転時の冷媒の流れを表す配管系統図である。 実施形態１の変形例２に係る冷凍装置の冷媒回路の配管系統図である。 実施形態２に係る冷凍装置の冷媒回路の配管系統図である。 実施形態２の変形例１に係る冷凍装置の冷媒回路の配管系統図である。 実施形態２の変形例２に係る冷凍装置の冷媒回路の配管系統図である。 実施形態３に係る冷凍装置の冷房運転時の冷媒の流れを表す配管系統図である。 実施形態３に係る冷凍装置の暖房運転時の冷媒の流れを表す配管系統図である。 その他の実施形態に係る圧縮機の縦断面図である。 その他の実施形態に係る第２圧縮機構の各圧縮部の動作を表す横断面図である。

符号の説明

１０ 冷凍装置
１１ 冷媒回路
２６ インジェクション管（インジェクション通路）
３０ 圧縮機
４１ 第１圧縮機構
４２ 第２圧縮機構
４３ 第１圧縮部
４４ 第２圧縮部
９３ 中間通路

Claims (15)

1. 第１圧縮機構（41）と該第１圧縮機構（41）が圧縮した冷媒を吸入して圧縮する第２圧縮機構（42）とを有する圧縮機（30）と、上記第１圧縮機構（41）から上記第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が流れる中間通路（93）に冷媒を注入するためのインジェクション通路（26）とが設けられた冷媒回路（11）を備え、
   上記圧縮機（30）では、上記第１圧縮機構（41）と上記第２圧縮機構（42）が共に容積型の流体機械により構成されて、該第１圧縮機構（41）と該第２圧縮機構（42）とが１本の駆動軸（50）によって機械的に連結されている冷凍装置であって、
   上記第１圧縮機構（41）は、容積型の流体機械の中でも固有圧縮比型の流体機械により構成され、
   上記駆動軸（50）の１回転中に上記第１圧縮機構（41）から吐出される冷媒の体積が、該駆動軸（50）の１回転中に上記第２圧縮機構（42）に吸入される冷媒の体積よりも小さくなるように、該第１圧縮機構（41）の吐出容積と該第２圧縮機構（42）の吸入容積とが設定されていることを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１において、
   上記第１圧縮機構（41）の吐出容積は、上記第２圧縮機構（42）の吸入容積以下になっていることを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項１又は２において、
   上記第１圧縮機構（41）には、圧縮過程の冷媒を圧縮室（53）から逃がすためのリリーフ機構（58,59）が設けられていることを特徴とする冷凍装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１つにおいて、
   上記第２圧縮機構（42）の吸入容積は、第１の容積値と、該第１の容積値よりも大きい第２の容積値とに切り換え可能になっており、
   上記第１圧縮機構（41）の吐出容積は、上記第１の容積値以下になっていることを特徴とする冷凍装置。
5. 請求項４において、
   上記冷媒回路（11）では、上記インジェクション通路（26）の冷媒を上記中間通路（93）に注入する注入動作が行われる注入状態と、該注入動作が停止される非注入状態とが切り換えられ、
   上記第２圧縮機構（42）の吸入容積は、上記非注入状態では上記第１の容積値に設定され、上記注入状態では上記第２の容積値に設定されることを特徴とする冷凍装置。
6. 請求項１又は２において、
   上記冷媒回路（11）は、上記インジェクション通路（26）の冷媒を上記中間通路（93）に注入する注入動作が行われる注入状態と、該注入動作が停止される非注入状態とが切り換え可能になっており、
   上記第１圧縮機構（41）には、圧縮室（53）の内圧に応じて吐出ポート（57）を開閉する吐出弁（39）が設けられ、
   上記第１圧縮機構（41）の吐出容積は、上記第２圧縮機構（42）の吸入容積に等しくなっていることを特徴とする冷凍装置。
7. 請求項３において、
   上記冷媒回路（11）は、上記インジェクション通路（26）の冷媒を上記中間通路（93）に注入する注入動作が行われる注入状態と、該注入動作が停止される非注入状態とが切り換え可能になっており、
   上記第１圧縮機構（41）の吐出容積は、上記第２圧縮機構（42）の吸入容積よりも小さくなっていることを特徴とする冷凍装置。
8. 第１圧縮機構（41）と該第１圧縮機構（41）が圧縮した冷媒のみを吸入して圧縮する第２圧縮機構（42）とを有する圧縮機（30）と、上記第１圧縮機構（41）から上記第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒を冷却する中間冷却器（19）とが設けられた冷媒回路（11）を備え、
   上記圧縮機（30）では、上記第１圧縮機構（41）と上記第２圧縮機構（42）が共に容積型の流体機械により構成されて、該第１圧縮機構（41）と該第２圧縮機構（42）とが１本の駆動軸（50）によって機械的に連結されている冷凍装置であって、
   上記第１圧縮機構（41）は、容積型の流体機械の中でも固有圧縮比型の流体機械により構成され、
   上記第１圧縮機構（41）の吐出容積は、上記第２圧縮機構（42）の吸入容積以上になっていることを特徴とする冷凍装置。
9. 請求項８において、
   上記第１圧縮機構（41）には、圧縮室（53）の内圧に応じて吐出ポート（57）を開閉する吐出弁（39）が設けられていることを特徴とする冷凍装置。
10. 請求項８又は９において、
    上記第２圧縮機構（42）の吸入容積は、第１の容積値と、該第１の容積値よりも大きい第２の容積値とに切り換え可能になっており、
    上記第１圧縮機構（41）の吐出容積は、上記第２の容積値以上になっていることを特徴とする冷凍装置。
11. 請求項１０において、
    上記冷媒回路（11）は、上記第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が上記中間冷却器（19）を通過する冷却状態と、上記第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が上記中間冷却器（19）を通過しない非冷却状態とが切り換え可能になっており、
    上記第２圧縮機構（42）の吸入容積は、上記非冷却状態に設定されている場合には上記第２の容積値に設定され、上記冷却状態に設定される場合には上記第１の容積値に設定されることを特徴とする冷凍装置。
12. 請求項８において、
    上記冷媒回路（11）は、上記第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が上記中間冷却器（19）を通過する冷却状態と、上記第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が上記中間冷却器（19）を通過しない非冷却状態とが切り換え可能になっており、
    上記第１圧縮機構（41）には、圧縮過程の冷媒を圧縮室（53）から逃がすためのリリーフ機構（58,59）が設けられ、
    上記第１圧縮機構（41）の吐出容積は、上記第２圧縮機構（42）の吸入容積に等しくなっていることを特徴とする冷凍装置。
13. 請求項９において、
    上記冷媒回路（11）は、上記第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が上記中間冷却器（19）を通過する冷却状態と、上記第１圧縮機構（41）から第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が上記中間冷却器（19）を通過しない非冷却状態とが切り換え可能になっており、
    上記第１圧縮機構（41）の吐出容積は、上記第２圧縮機構（42）の吸入容積よりも大きくなっていることを特徴とする冷凍装置。
14. 第１圧縮機構（41）と該第１圧縮機構（41）が圧縮した冷媒を吸入して圧縮する第２圧縮機構（42）とを有する圧縮機（30）と、上記第１圧縮機構（41）から上記第２圧縮機構（42）へ向かう冷媒が流れる中間通路（93）に冷媒を注入するためのインジェクション通路（26）と、上記中間通路（93）に配置された中間冷却器（19）とが設けられた冷媒回路（11）を備え、
    上記圧縮機（30）では、上記第１圧縮機構（41）と上記第２圧縮機構（42）が共に容積型の流体機械により構成されて、該第１圧縮機構（41）と該第２圧縮機構（42）とが１本の駆動軸（50）によって機械的に連結されている冷凍装置であって、
    上記第１圧縮機構（41）は、容積型の流体機械の中でも固有圧縮比型の流体機械により構成され、
    上記冷媒回路（11）は、上記インジェクション通路（26）の冷媒を上記中間通路（93）に注入する注入動作が行われる注入状態と、該注入動作が停止される非注入状態とが切り換え可能になっており、
    上記第２圧縮機構（42）の吸入容積は、上記非注入状態では第１の容積値に設定され、上記注入状態では上記第１の容積値よりも大きい第２の容積値に設定され、
    上記第１圧縮機構（41）の吐出容積は、上記第１の容積値よりも大きく上記第２の容積値よりも小さい値になっていることを特徴とする冷凍装置。
15. 請求項１乃至１４の何れか１つにおいて、
    上記第２圧縮機構（42）は、容積型の流体機械の中でも可変圧縮比型の流体機械により構成されていることを特徴とする冷凍装置。

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