JP2012002473A - 流体圧縮装置およびこれを用いたヒートポンプサイクル - Google Patents

Abstract

【課題】気液分離器内の液相冷媒を圧縮機の吸入側へと適切に流入させる。
【解決手段】気液分離器１５および圧縮機１１０が互いに隣接して配置され、気液分離器１５で分離された液相冷媒を圧縮機１１０の冷媒吸入側へ流出させる液相冷媒通路１７が、気液分離器１５と圧縮機１１０とが当接する部位に形成されている。この液相冷媒通路１７には、その通路を開閉する通路開閉弁１８が設けられ、通路開閉弁１８にて液相冷媒通路１７が開放されたときに、気液分離器１５内の液相冷媒が自重によって圧縮機１１０の冷媒吸入側に流入するように、液相冷媒通路１７における気液分離器１５側の通路１５４が、圧縮機１１０側の通路１１１ｂよりも上方側に位置している。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体圧縮装置およびこれを用いたヒートポンプサイクルに関する。

従来、ヒートポンプサイクルを用いた暖房装置（空調装置）では、例えば、室外に室外熱交換器として蒸発器を配置し、室内に利用側熱交換器として凝縮器を配置する構成とするものがある。この場合、蒸発器にて外気から吸熱して蒸発した冷媒を圧縮機の圧縮室にて圧縮して高温高圧冷媒とし、高温高圧冷媒の熱を凝縮器にて放熱することで暖房を行っている。

ここで、冬季等のように外気温度が低い場合には、蒸発器での冷媒の蒸発を促進させるべく、蒸発器内の冷媒の圧力を低下させる必要がある。一方で、蒸発器内の冷媒の圧力が低下すると、圧縮機に吸入される冷媒の密度が小さくなり、ヒートポンプサイクル内の冷媒の流量が低下するので、凝縮器での暖房能力（放熱量）が低下してしまう。

このため、凝縮器から流出した高圧冷媒を二段階で減圧し、一段階目で中間圧まで減圧された冷媒を気液分離器にて気相冷媒および液相冷媒に分離して、分離した気相冷媒を圧縮機の吸入側へと流入させることで、ヒートポンプサイクル内の冷媒の流量を増大させ、凝縮器における暖房能力を向上させる構成（ガスインジェクション回路）を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１では、圧縮機の吸入側に気液分離器にて分離した気相冷媒に加えて、気相冷媒よりも冷媒の密度が高い液相冷媒の一部を流入させる構成（液インジェクション回路）についても記載されている。

特開２００３−２６９８０８号公報

ところで、特許文献１では、圧縮機の吸入側の圧力と、気液分離器の圧力との圧力差によって、気液分離器内の冷媒を圧縮機の吸入側に流入させる構成としている。このため、圧縮機の吸入側の圧力と気液分離器の圧力との圧力差が小さい場合には、気液分離器内からの圧縮機の吸入側へと適切な量の液相冷媒を流入させることができなくなるといった問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、気液分離器内の液相冷媒を圧縮機の吸入側へと適切に流入させることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、低圧流体を吸入し、圧縮して高圧流体を吐出する圧縮機構（１２１）がハウジング（１１１）内に収容された圧縮機（１１０）と、ハウジング（１１１）に隣接して設けられ、高圧流体と低圧流体の中間圧となる中間圧流体を気相流体と液相流体とに分離する気液分離器（１５）と、を備え、ハウジング（１１１）と気液分離器（１５）とが当接する部位には、気液分離器（１５）で気液分離された気相流体を圧縮機（１１０）の流体吸入側に導く気相流体通路（１６）、および気液分離器（１５）で気液分離された液相流体を圧縮機（１１０）の流体吸入側に導く液相流体通路（１７）が形成されており、液相流体通路（１７）には、その通路を開閉する通路開閉手段（１８）が設けられ、通路開閉手段（１８）にて液相流体通路（１７）が開放されたときに、気液分離器（１５）内の液相流体が自重によって圧縮機（１１０）の流体吸入側に流入するように、液相流体通路（１７）における気液分離器（１５）側の通路（１５４）が、圧縮機（１１０）側の通路（１１１ｂ）よりも上方側に位置していることを特徴とする。

これによると、通路開閉手段（１８）にて液相流体通路（１７）が開放されると、気液分離器（１５）で分離された液相流体が自重によって圧縮機（１１０）の流体吸入側に導かれるので、気液分離器（１５）内の圧力と圧縮機（１１０）の流体吸入側の圧力との圧力差が小さい場合であっても、気液分離器（１５）で分離された液相流体を圧縮機（１１０）の冷媒吸入側へと適切に流入させることができる。

また、請求項２に記載の発明では、冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮機構（１２１）がハウジング（１１１）内に収容された圧縮機（１１０）と、圧縮機（１１０）から吐出された冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させて、熱交換対象流体を加熱する加熱用熱交換器（１２）と、加熱用熱交換器（１２）から流出した冷媒を減圧する第１減圧手段（１３）と、第１減圧手段（１３）にて減圧された気液二相状態の冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器（１５）と、気液分離器（１５）で気液分離された気相冷媒、および気液分離器（１５）で気液分離された液相冷媒の一部を圧縮機構（１１０）の冷媒吸入側へと流出させる冷媒流出手段（１６〜１８）と、気液分離器（１５）にて分離した液相冷媒を減圧する第２減圧手段（１９）と、減圧手段（１９）にて減圧された冷媒を蒸発させて熱を吸熱する蒸発器（２０）と、を備え、気液分離器（１５）および圧縮機（１１０）は、互いに隣接して配置されており、冷媒流出手段（１６〜１８）は、気液分離器（１５）と圧縮機（１１０）とが当接する部位に形成され、気液分離器（１５）にて分離された気相冷媒を圧縮機（１１０）の冷媒吸入側に導く気相冷媒通路（１６）、および気液分離器（１５）にて分離された液相冷媒を圧縮機（１１０）の冷媒吸入側に導く液相冷媒通路（１７）を有し、液相冷媒通路（１７）には、その通路を開閉する通路開閉手段（１８）が設けられ、通路開閉手段（１８）にて液相冷媒通路（１７）が開放されたときに、気液分離器（１５）内の液相冷媒が自重によって圧縮機（１１０）の冷媒吸入側に流入するように、液相冷媒通路（１７）における気液分離器（１５）側の通路（１５４）が、圧縮機（１１０）側の通路（１１１ｂ）よりも上方側に位置していることを特徴とする。

これによると、液相冷媒通路（１７）が開放されることで、気液分離器（１５）で分離された液相冷媒が自重によって圧縮機（１１０）の冷媒吸入側へと導かれるので、気液分離器（１５）内の圧力と）内の圧力と圧縮機（１１０）の流体吸入側の圧力との圧力差が小さい場合であっても、気液分離器（１５）で分離された液相冷媒を圧縮機（１１０）の冷媒吸入側へと適切に流入させることができる。

ここで、圧縮機（１１０）の冷媒吸入側へ流入させる液相冷媒の量を増加させると、圧縮機（１１０）から吐出される冷媒の流量が増加して、加熱用熱交換器（１２）における熱交換対象流体を加熱するか熱量が増大する。

一方で、圧縮機（１１０）の冷媒吸入側へ流入させる液相冷媒の量が過剰となると、圧縮機（１１０）から吐出される冷媒の温度の低下を招くことがある。圧縮機（１１０）から吐出される冷媒の温度が低い場合には、加熱用熱交換器（１２）にて熱交換対象流体を充分に加熱することができない虞がある。

そこで、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載のヒートポンプサイクルにおいて、通路開閉手段（１８）は、前記圧縮機（１１０）から吐出された冷媒の温度が所定温度以下となった際に前記液相冷媒通路（１７）を閉鎖するように構成されていることを特徴とする。

これによると、圧縮機（１１０）から吐出された冷媒の温度が低い場合には、液相冷媒通路（１７）が閉鎖されるので、加熱用熱交換器（１２）にて熱交換対象流体を充分に加熱することが可能となる。

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

実施形態に係る車両用暖房装置の概略構成図である。 実施形態に係る流体圧縮装置の模式的な軸方向断面図である。 流体圧縮装置内部における冷媒の流れを説明する説明図である。

以下、本発明の一実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態では、本発明の流体圧縮装置１１およびヒートポンプサイクル１０を、内燃機関であるエンジンＥＧおよび走行用電動モータ（図示略）から車両走行用の駆動力を得る、いわゆるハイブリッド車両の車両用暖房装置１に適用している。このヒートポンプサイクル１０は、車両用暖房装置１において、暖房対象空間である車室内へ送風される送風空気を加熱する機能を果たす。なお、本実施形態の熱交換対象流体は、送風空気である。

また、ヒートポンプサイクル１０では、冷媒（流体）として通常のフロン系冷媒を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。さらに、この冷媒には、圧縮機１１０を潤滑するための冷凍機油が混入されており、この冷凍機油は冷媒とともにサイクルを循環している。

まず、圧縮機１１０は、エンジンルーム内に配置されて、ヒートポンプサイクル１０において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものである。本実施形態の圧縮機１１０は後述する気液分離器１５と一体化されて流体圧縮装置１１を構成するものである。

圧縮機１１０は、固定容量型の圧縮機構１２１を電動機１３１にて駆動する電動圧縮機を採用している。本実施形態の圧縮機構１２１は、低段側圧縮機構部１２２で圧縮した冷媒を、さらに高段側圧縮機構部１２３にて圧縮する二段昇圧式の圧縮機構を採用している。なお、圧縮機１１０を含む流体圧縮装置１１の具体的な構成については後述する。

圧縮機１１０の冷媒吐出側には、利用側熱交換器としての室内凝縮器１２の冷媒入口側が接続されている。室内凝縮器１２は、後述する車両用暖房装置１の室内暖房ユニット３０のケーシング３１内に配置されて、その内部を流通する冷媒とケーシング３１内を流れる送風空気と熱交換させることで、送風空気を加熱する加熱用熱交換器である。

室内凝縮器１２の冷媒出口側には、室内凝縮器１２から流出した高圧冷媒（高圧流体）を中間圧冷媒（中間圧流体）となるまで減圧膨張させる第１減圧手段としての第１電気式膨張弁１３が配置されている。具体的には、第１電気式膨張弁１３は、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータからなる電動アクチュエータとを有して構成されている。なお、第１電気式膨張弁１３は、図示しない制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

第１電気式膨張弁１３の冷媒出口側には、水―冷媒熱交換器１４の冷媒側流路１４ａの入口側に接続されている。水−冷媒熱交換器１４は、冷媒側流路１４ａを流れる中間圧冷媒と冷却水側流路１４ｂを流れるエンジンＥＧの冷却水とを熱交換させて、冷却水の有する熱量によって冷媒側流路１４ａを流れる中間圧冷媒を加熱する加熱手段である。従って、本実施形態の加熱手段の外部熱源は、エンジンＥＧの冷却水である。

水−冷媒熱交換器１４の具体的構成としては、冷却水側流路１４ｂを形成する外側管の内側に冷媒側流路１４ａを形成する内側管を配置する二重管方式の熱交換器を採用することができる。なお、本実施形態の水−冷媒熱交換器１４の冷媒側流路１４ａにおける冷媒の流れ方向および冷却水側流路１４ｂにおける冷却水の流れ方向は、互いに対向する方向としている。このため、冷媒側流路１４ａを流通する冷媒と冷却水側流路１４ｂを流通する冷却水との温度差を確保して熱交換効率を向上させることができる。

なお、エンジンＥＧの冷却水が流れる冷却水回路４０には、エンジンＥＧを冷却する冷却水（例えば、エチレングリコール水溶液）を循環させる回路であって、冷却水をＥＧ内に圧送する電動式の冷却水ポンプ４１等が配置されている。

水−冷媒熱交換器１４の冷媒出口側には、気液分離器１５の入口側が接続されている。この気液分離器１５は、水−冷媒熱交換器１４にて加熱された気液二相状態の冷媒に含まれる気相冷媒（気相流体）と液相冷媒（液相流体）とを分離するものである。本実施形態の気液分離器１５は、圧縮機１１０に隣接して配置され、圧縮機１１０と一体化されて流体圧縮装置１１の一部を構成する。

本実施形態の気液分離器１５は、分離した気相冷媒を、気相冷媒通路（気相流体通路）１６を介して後述する圧縮機１１０の中間圧室１１３ａに導くように構成されている。なお、気液分離器１５内の圧力と圧縮機１１０の冷媒吸入側（流体吸入側）の圧力との圧力差を利用して、気液分離器１５内の気相冷媒を中間圧室１１３ａに導いている。

また、気液分離器１５は、分離した液相冷媒の一部を、液相冷媒通路（液相流体通路）１７を介して、後述する圧縮機１１０の冷媒吸入側に導くと共に、圧縮機１１０の冷媒吸入側に流出しない残りの液相冷媒を第２電気式膨張弁１９の冷媒入口側に導くように構成されている。

液相冷媒通路１７には、その通路を開閉する通路開閉手段として通路開閉弁１８が設けられている。通路開閉弁１８は、圧縮機１１０の吐出側の冷媒温度に応じて開閉するように構成されている。なお、通路開閉弁１８は、気液分離器１５で気液分離された液相冷媒を圧縮機１１０の冷媒吸入側に供給する液インジェクション手段を構成している。

本実施形態の通路開閉弁１８は、圧縮機１１０の吐出側の冷媒温度を感知する感温部材１８ａ、感温部材１８ａにて感知された圧縮機１１０の吐出側の冷媒温度に応じて液相冷媒通路１７を開閉する弁体部１８ｂを有して構成される機械式の開閉弁である。本実施形態の気相冷媒通路１６、液相冷媒通路１７、および通路開閉弁１８は、気液分離器１５にて分離された気相冷媒および液相冷媒を圧縮機１１０の冷媒吸入側へと流出させる冷媒流出手段を構成している。なお、気液分離器１５を含む流体圧縮装置１１の具体的な構成については後述する。

第２電気式膨張弁１９は、気液分離器１５にて分離された液相冷媒を減圧させる第２減圧手段を構成するもので、その基本構成は第１電気式膨張弁１３と同様である。

第２電気式膨張弁１９の冷媒出口側には、冷媒と送風ファン２１によって送風される外気とを熱交換させる室外熱交換器２０が接続されている。この室外熱交換器２０は、エンジンルーム内に配置されて、第２電気式膨張弁１９にて減圧された低圧冷媒（低圧流体）を蒸発させて吸熱作用を発揮させる蒸発器として機能する。室外熱交換器２０の冷媒出口側は、圧縮機１１０の冷媒吸入側に接続されている。

次に室内暖房ユニット３０について説明する。室内暖房ユニット３０は、車室内最前部の計器盤（インストルメントパネル）の内側に配置されて、その外殻を形成するケーシング３１内に送風機３２、前述の室内凝縮器１２等を収容したものである。

ケーシング３１内の送風空気流れ最上流側には、車室内空気（内気）と外気とを切替導入するための図示しない内外気切替装置が配置されている。内外気切替装置の空気流れ下流側には、内外気切替装置を介して吸入した空気を車室内へ向けて送風する送風機３２が配置されている。この送風機３２は、遠心式多翼ファン（シロッコファン）を電動モータにて駆動する電動送風機であって、制御装置から出力される制御電圧によって回転数（送風量）が制御される。

送風機３２の空気流れ下流側には、室内凝縮器１２が配置されている。この室内凝縮器１２の空気流れ上流側および下流側には、送風機３２から送風された空気のうち、室内凝縮器１２にて加熱する風量の割合を調整するエアミックスドア３３が配置されている。また、室内凝縮器１２の空気流れ下流側には、室内凝縮器１２を通過して加熱された空気と室内凝縮器１２を迂回して加熱されていない空気とを混合させる混合空間３４が形成されている。

また、ケーシング３１の空気流れ最下流側には、混合空間３４にて混合された空調風を、暖房対象空間である車室内へ吹き出す図示しない吹出口が配置されている。具体的には、この吹出口としては、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス吹出口、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット吹出口、および車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ吹出口が設けられている。

従って、エアミックスドア３３が室内凝縮器１２を通過させる風量の割合を調整することによって、混合空間３４にて混合された空調風の温度が調整され、各吹出口から吹き出される空調風の温度が調整される。つまり、エアミックスドア３３は、車室内へ送風される空調風の温度を調整する温度調整手段を構成している。なお、エアミックスドア３３は、制御装置から出力される制御信号によって作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。

また、フェイス吹出口、フット吹出口、およびデフロスタ吹出口の空気流れ上流側には、フェイス吹出口の開口面積を調整するフェイスドア、フット吹出口の開口面積を調整するフットドア、デフロスタ吹出口の開口面積を調整するデフロスタドアが配置されている。

これらの各ドアは、吹出モードを切替える吹出モード切替手段を構成するもので、図示しないリンク機構を介して、制御装置から出力される制御信号によって作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。

次に、本実施形態の電気制御部について説明する。図示しない制御装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのＲＯＭ等に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種制御機器（例えば、圧縮機１１０、送風機３２等）の作動を制御する。

次に、本実施形態の圧縮機１１０および気液分離器１５を一体化した流体圧縮装置１１の具体的な構成を図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態に係る流体圧縮装置１１の模式的な軸方向断面図である。なお、図２中の上下の各矢印は流体圧縮装置１１を車両用暖房装置１に搭載した状態における上下の各方向を示している。なお、説明の都合上、図２における紙面左側を左方向とし、図２における紙面右側を右方向として各部材について説明する。

本実施形態の流体圧縮装置１１は、図２に示すように、圧縮機１１０のハウジング１１１の上方面に気液分離器１５が一体的に固定されている。すなわち、上下方向における下方側に圧縮機１１０、上方側に気液分離器１５が位置するように構成されている。

まず、圧縮機１１０について説明すると、圧縮機１１０は、圧縮機構１２１、圧縮機構１２１を駆動する電動機（電動モータ）１３１、電動機１３１から圧縮機構１２１へ回転駆動力を伝達するシャフト（駆動軸）１４１がハウジング１１１に収容されている。なお、ハウジング１１１の内部では、シャフト１４１の回転軸が水平方向（図２における紙面左右方向）に延びており、圧縮機構１２１と電動機１３１とを水平方向に配置されている。

ハウジング１１１は、水平方向に延びる筒状部材１１２、筒状部材１１２の一端側を塞ぐ有底筒状の第１蓋部材１１３、筒状部材１１２の他端部を塞ぐ第２蓋部材１１４を有し、これらを一体に接合して密閉容器構造としたものである。筒状部材１１２、第１蓋部材１１３、および第２蓋部材１１４は、いずれも鉄で形成されており、これらは溶接にて接合されている。

筒状部材１１２の内部には、電動機１３１が配置されている。電動機１３１は、固定子をなすステータ１３２、回転子をなすロータ１３３を有して構成されている。

ステータ１３２は、磁性材からなる円環状のステータコアおよびステータコアに巻き付けられたステータコイルによって構成されている。このステータ１３２は、筒状部材１１２の内周に圧入により固定されている。

一方、ロータ１３３は、ステータ１３２におけるステータコアの内周側に配置されている。このロータ１３３は、回転軸方向に延びる円筒状に形成され、ロータ１３３の軸中心穴には、回転軸方向に延びる略円筒状のシャフト１４１が圧入により固定されている。

電動機１３１は、ステータ１３２のステータコイルに図示しない給電端子を介して電力が供給されて回転磁界が発生すると、ロータ１３３およびシャフト１４１が一体的に回転するように構成されている。

シャフト１４１は、ロータ１３３よりも軸方向長さが長く形成されており、軸方向一端側である左端側（圧縮機構１２１側）は、ロータ１３３よりも左方側に延び、軸方向他端側である右端側（圧縮機構１２１の反対側）は、ロータ１３３よりも右方側に延びている。

筒状部材１１２における左端側（圧縮機構１２１側）には、筒状部材１１２の内部空間と第１蓋部材１１３の内部空間とを仕切る仕切部材１１２ａが形成されている。この仕切部材１１２ａは、中央部にシャフト１４１が貫通する貫通穴１１２ｂが形成されている。

この貫通穴１１２ｂは、右方側（圧縮機構１２１の反対側）から左方側（圧縮機構１２１側）へと階段状に内径が小さくなる形状とされ、内径が大きい部位に、シャフト１４１の中央部を回転可能に支持する第１軸受部１４２が配置されている。

また、シャフト１４１におけるロータ１３３よりも右方側の端部は、第２蓋部材１１４の内側中央部に形成されたボス部１１４ａに配置された第２軸受部１４３によって回転可能に支持されている。

次に、圧縮機構１２１は、ハウジング１１１における第１蓋部材１１３の内部に収容されており、低段側圧縮機構部１２２、高段側圧縮機構部１２３、低段側圧縮機構部１２２と高段側圧縮機構部１２３との間に配置される中間プレート１２４、および高段側圧縮機構部１２３の左側端部に配置される端部プレート１２５を有して構成されている。なお、第１蓋部材１１３の内周と圧縮機構１２１の外周との間には、低段側圧縮機構部１２２にて圧縮された冷媒が吐出される中間圧室１１３ａが形成されている。

低段側圧縮機構部１２２および高段側圧縮機構部１２３は、いずれもロータリ圧縮機構によって構成されており、中間プレート１２４を介してシャフト１４１の回転軸方向に直列に配置されている。

低段側圧縮機構部１２２は、シャフト１４１と同心のシリンダボアが形成された筒状の低段側シリンダ１２２ａ、およびシリンダボア内に収容されてボア径よりも小さい外径の円筒状の低段側ピストン１２２ｂを有して構成されている。なお、低段側シリンダ１２２ａは、筒状部材１１２の仕切部材１１２ａに締結手段（図示略）にて固定されている。

低段側ピストン１２２ｂは、シャフト１４１における回転中心に対して偏心した偏心部１４１ａに連結されており、シャフト１４１の回転によって、低段側シリンダ１２２ａが、シリンダボアの内周面を転動しながら旋回運動するように構成されている。そして、低段側シリンダ１２２ａのシリンダボアと低段側ピストン１２２ｂとの間には、冷媒を圧縮する圧縮空間が形成される。なお、低段側シリンダ１２２ａにおける左方側には、中間プレート１２４が配置されており、中間プレート１２４によって、低段側シリンダ１２２ａのシリンダボアが閉塞される。

低段側シリンダ１２２ａには、シリンダボアから径方向に延びる溝（図示略）が形成され、当該溝内にベーン（図示略）が嵌合されている。このベーンの先端は、溝内の設けられたスプリングの反発力によって、低段側ピストン１２２ｂの外周面に押し付けられ、シリンダボア内の圧縮空間が冷媒の吸入室と圧縮室とに区画される。

そして、シャフト１４１が回転すると、低段側ピストン１２２ｂが、シリンダボアの内周面を転動しながら旋回運動し、これに伴ってベーンが往復運動する。このような低段側ピストン１２２ｂおよびベーンの運動により、吸入室および圧縮室の容積が連続的に変化して、吸入室に吸入された冷媒が圧縮室にて圧縮された後に吐出される。

ここで、低段側シリンダ１２２ａには、冷媒を吸入室内に吸入するための冷媒吸入通路１２２ｃが形成されており、当該冷媒吸入通路１２２ｃは、室外熱交換器２０から流出した冷媒を吸入するための冷媒吸入配管２１が接続されている。また、中間プレート１２４には、低段側シリンダ１２２ａのシリンダボア内の圧縮室と中間圧室１１３ａとを連通する冷媒吐出通路１２４ａが形成されている。

高段側圧縮機構部１２３は、低段側圧縮機構部１２２と同様に、シャフト１４１と同心のシリンダボアが形成された筒状の高段側シリンダ１２３ａ、およびシリンダボア内に収容されてボア径よりも小さい外径の円筒状の高段側ピストン１２３ｂを有して構成されている。なお、高段側シリンダ１２３ａは、中間プレート１２４に締結手段（図示略）にて固定されている。

高段側ピストン１２３ｂは、シャフト１４１における回転中心に対して偏心した偏心部１４１ｂに連結されており、シャフト１４１の回転によって、高段側シリンダ１２３ａが、シリンダボアの内周面を転動しながら旋回運動するように構成されている。そして、高段側シリンダ１２３ａのシリンダボアと高段側ピストン１２３ｂとの間には、冷媒を圧縮する圧縮空間が形成される。

なお、高段側シリンダ１２３ａにおける左方側には、端部プレート１２５が配置されており、端部プレート１２５によって、高段側シリンダ１２３ａのシリンダボアが閉塞される。この端部プレート１２５には、シャフト１４１の圧縮機構１２１側の端部を回転可能に支持する第３軸受部１４４が設けられている。

高段側シリンダ１２３ａには、シリンダボアに形成された溝内にベーンが嵌合され、このベーンの先端が、溝内の設けられたスプリングの反発力によって、低段側ピストンの外周面に押し付けられ、圧縮空間が冷媒の吸入室と圧縮室とに区画される。

そして、シャフト１４１が回転すると、高段側ピストン１２３ｂが、シリンダボアの内周面を転動しながら旋回運動し、これに伴ってベーンが往復運動する。このような高段側ピストン１２３ｂおよびベーンの運動により、吸入室および圧縮室の容積が連続的に変化して、吸入室に吸入された冷媒が圧縮室にて圧縮された後に吐出される。

中間プレート１２４には、高段側シリンダ１２３ａのシリンダボア内の吸入室と中間圧室１１３ａとを連通する冷媒吸入通路１２４ｂが形成されている。また、高段側シリンダ１２３ａには、高段側シリンダ１２３ａのシリンダボア内の圧縮室内と連通する冷媒吐出通路１２３ｃが形成されており、当該冷媒吐出通路１２３ｃには、圧縮機外部に冷媒を吐出するための冷媒吐出配管２２が接続されている。なお、冷媒吐出配管２２は、ハウジング１１１および気液分離器１５のタンク本体１５１を貫通するように設けられている。

次に、気液分離器１５は、ハウジング１１１の上面に固定されたタンク本体１５１を有している。このタンク本体１５１には、タンク上面に形成された冷媒入口部１５２を介して水−冷媒熱交換機から流出した気液二相状態の冷媒がタンク本体１５１内部に流入する。

タンク本体１５１には、内部の気相冷媒を流出させる気相冷媒出口通路１５３、タンク本体１５１内部の下方側に溜まる液相冷媒を流出させる第１液相冷媒出口通路１５４、および第２液相冷媒出口通路１５５が形成されている。

気相冷媒出口通路１５３は、タンク本体１５１の下面側に開口する通路であって、ハウジング１１１における気相冷媒出口通路１５３に対応する部位（筒状部材１１２の上面部）に形成された気相冷媒入口通路１１１ａに連通している。なお、気相冷媒出口通路１５３および気相冷媒入口通路１１１ａは、気液分離器１５および圧縮機１１０が当接する部位に形成されている。

そして、筒状部材１１２における仕切部材１１２ａには、気相冷媒出口通路１５３および気相冷媒入口通路１１１ａを介して筒状部材１１２の内部に流入した気相冷媒を中間圧室１１３ａ（第１蓋部材１１３の内部空間）に導く気相冷媒導入通路１１２ｃが形成されている。

ここで、気相冷媒出口通路１５３には、気相冷媒出口通路１５３から気相冷媒入口通路１１１ａへの気相冷媒が流れを許容し、その逆の流れを規制する逆止弁（図示略）が配置されている。なお、気相冷媒出口通路１５３、気相冷媒入口通路１１１ａ、および気相冷媒導入通路１１２ｃが、気液分離器１５にて分離された液相冷媒を高段側圧縮機構部１２３の冷媒吸入側である中間圧室１１３ａに導くための気相冷媒通路１６を構成している。

第１液相冷媒出口通路１５４は、タンク本体１５１の下面側に開口する通路であって、ハウジング１１１における第１液相冷媒出口通路１５４に対応する部位（第１蓋部材１１３の上面部）に形成され、中間圧室１１３ａに液相冷媒を流入させる液相冷媒入口通路１１１ｂに連通している。なお、第１液相冷媒出口通路１５４および液相冷媒入口通路１１１ｂは、気液分離器１５および圧縮機１１０が当接する部位に形成されている。

第１液相冷媒出口通路１５４は、液相冷媒入口通路１１１ｂよりも上方側に位置するように形成されており、気液分離器内の液相冷媒が、その自重によって、第１液相冷媒出口通路１５４から液相冷媒入口通路１１１ｂへと流れ、ハウジング内に流入するように構成されている。換言すれば、液相冷媒通路１７は、液相冷媒通路１７における気液分離器側の通路（第１液相冷媒出口通路１５４）が、圧縮機側の通路（液相冷媒入口通路１１１ｂ）よりも上方側に位置するように形成されている。

なお、第１液相冷媒出口通路１５４および液相冷媒入口通路１１１ｂが、気液分離器１５にて分離された液相冷媒を高段側圧縮機構部１２３の冷媒吸入側である中間圧室１１３ａに導くための液相冷媒通路１７を構成している。

第２液相冷媒出口通路１５５は、タンク本体１５１における左右方向の左側の下方部に開口する通路である。この第２液相冷媒出口通路１５５には、気液分離器１５と第２電気式膨張弁とを接続する配管（図示略）が接続されている。

ここで、液相冷媒通路１７を構成する第１液相冷媒出口通路１５４には、前述した通路開閉弁１８が設けられている。この通路開閉弁１８は、第１液相冷媒出口通路１５４におけるタンク本体１５１の内部の開口を弁体部１８ｂにて開閉するように構成されている。

感温部材１８ａは、タンク本体１５１内において、タンク本体１５１を貫通する冷媒吐出配管２２の外表面に隣接して配置されており、冷媒吐出配管２２の外表面から間接的に圧縮機１１０の吐出側の冷媒温度を感知するように構成されている。

具体的には、通路開閉弁１８は、感温部材１８ａにて感知する圧縮機１１０の吐出側の冷媒温度が予め設定された基準温度以下（所定温度以下）となった際に、弁体部１８ｂが液相冷媒通路１７の通路を閉鎖位置へと変位するように構成されている。一方、通路開閉弁１８は、感温部材１８ａにて感知する圧縮機１１０の吐出側の冷媒温度が基準温度より大きくなった際に、弁体部１８ｂが液相冷媒通路１７の通路を開放位置へと変位するように構成されている。

次に、上記構成における車両用暖房装置１の作動を説明する。まず、車両用暖房装置１の作動スイッチが投入（オン）されると、制御装置がヒートポンプサイクル１０の圧縮機１１０や室内暖房ユニット３０の送風機３２等に制御信号を出力して、各種制御機器を作動させる。

ヒートポンプサイクル１０では、圧縮機１１０から吐出された冷媒が、室内凝縮器１２へ流入して放熱する。これにより、送風機３２から送風された送風空気が加熱される。室内凝縮器１２から流出した冷媒は、第１電気式膨張弁１３にて中間圧冷媒となるまで減圧膨張される。

第１電気式膨張弁１３にて減圧膨張された中間圧冷媒は、水−冷媒熱交換器１４の冷媒側流路１４ａへ流入して冷却水側流路１４ｂを流れる冷却水と熱交換して加熱される。そして、水−冷媒熱交換器１４から流出した冷媒は、流体圧縮装置１１の気液分離器１５にて気液分離される。

ここで、図３に示すように、気液分離器１５で気液分離された気相冷媒は、気相冷媒出口通路１５３→気相冷媒入口通路１１１ａ→筒状部材１１２の内部空間→気相冷媒導入通路１１２ｃの順に流れて、高段側圧縮機構部１２３の冷媒吸入側である中間圧室１１３ａに流入する。

一方、気液分離器１５にて気液分離された液相冷媒は、圧縮機１１０の吐出側の冷媒温度が基準温度より大きい場合に第１液相冷媒出口通路１５４が開放された場合、その一部が第１液相冷媒出口通路１５４→液相冷媒入口通路１１１ｂの順に流れて、高段側圧縮機構部１２３の冷媒吸入側である中間圧室１１３ａに流入する（図中、液相冷媒通路１７内の点線矢印参照）。

この際、第１液相冷媒出口通路１５４は、中間圧室１１３ａに近い液相冷媒入口通路１１１ｂよりも上方側に位置しているので、気液分離器１５内の液相冷媒が、その自重によって中間圧室１１３ａに流入する。

そして、中間圧室１１３ａに流入した気相冷媒および液相冷媒は、低段側圧縮機構部１２２から吐出された冷媒と合流して、高段側圧縮機構部１２３の冷媒吸入通路１２４ｂへと吸入される。そして、高段側圧縮機構部１２３にて圧縮された後、冷媒吐出配管２２を介して吐出される。

なお、圧縮機１１０の吐出側の冷媒温度が基準温度以下の場合には、通路開閉弁１８の弁体部１８ｂにて第１液相冷媒出口通路１５４が閉鎖されるので、液相冷媒は、第１液相冷媒出口通路１５４から液相冷媒入口通路１１１ｂおよび中間圧室１１３ａに流入しない。

また、気液分離器１５で気液分離された液相冷媒のうち圧縮機１１０の内部に流入しない液相冷媒は、第２電気式膨張弁１９へと流入して、低圧冷媒となるまで減圧膨張される。そして、第２電気式膨張弁１９にて減圧膨張された低圧冷媒は、室外熱交換器２０へ流入する。室外熱交換器２０へ流入した低圧冷媒は、外気から吸熱して蒸発して、冷媒吸入配管２１を介して、圧縮機１１０の低段側圧縮機構部１２２の冷媒吸入通路１２２ｃへと吸入されて、再び圧縮される。

以上説明した本実施形態の構成では、気液分離器１５内の液相冷媒を圧縮機１１０内の中間圧室１１３ａへと導く液相冷媒通路１７のうち、気液分離器１５側の第１液相冷媒出口通路１５４が、圧縮機１１０側の液相冷媒入口通路１１１ｂよりも上方側に位置する構成としている。

このため、通路開閉弁１８にて液相冷媒通路１７が開放されると、気液分離器１５で分離された液相冷媒が自重によって、圧縮機１１０の高段側圧縮機構部１２３の冷媒吸入側（中間圧室１１３ａ）に導かれるので、気液分離器１５内の圧力と圧縮機１１０の中間圧室１１３ａ内の圧力との圧力差が小さい場合であっても、気液分離器１５で分離された液相冷媒を中間圧室１１３ａへと適切に流入させることができる。

この結果、圧縮機１１０の冷媒吸入側へ流入させる液相冷媒の量を増加させることができ、圧縮機１１０から吐出される冷媒の流量を増加させて、室内凝縮器１２での暖房能力の向上を図ることができる。

ここで、圧縮機１１０の冷媒吸入側へ流入させる液相冷媒の量が過剰となると、圧縮機１１０から吐出される冷媒の温度が低下してしまい、室内凝縮器１２にて送風空気を充分に加熱することができなくなる虞がある。

これに対して、本実施形態では、通路開閉弁１８によって、圧縮機１１０の吐出側の冷媒温度に応じて、液相冷媒通路１７を開閉する構成としている。具体的には、圧縮機１１０の吐出側の冷媒温度が所定の基準温度以下である場合には、通路開閉弁１８によって液相冷媒通路１７を閉鎖する構成としている。

このため、本実施形態では、圧縮機１１０の冷媒吸入側へ気液分離器１５にて分離した液相冷媒を流入させることに伴う、圧縮機１１０から吐出される冷媒の温度の低下を効果的に抑制することができる。

さらに、本実施形態の流体圧縮装置１１は、気液分離器１５および圧縮機１１０を隣接配置して一体化すると共に、気液分離器１５の液相冷媒出口通路１５４に液インジェクション手段である通路開閉弁１８を設ける構成としている。

これによると、気液分離器１５と圧縮機１１０との間の配管等を省略することができるので、ヒートポンプサイクル１０の構成を簡素化することができる。さらに、ヒートポンプサイクル１０の体格を小型にして車両搭載性を向上させることが可能となる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の実施形態では、流体圧縮装置１１における圧縮機１１０の圧縮機構１２１をロータリ式の圧縮機構を採用した例を説明したが、圧縮機構はロータリ式に限定されない。例えば、スクロール式の圧縮機構等を採用することができる。

（２）上述の実施形態では、圧縮機１１０として、低段側圧縮機構部１２２および高段側圧縮機構部１２３を有する二段圧縮式の圧縮機を採用した例を説明したが、これに限定されず、例えば、一段圧縮式の圧縮機や三段以上の多段圧縮式の圧縮機に適用してもよい。

（３）上述の実施形態では、圧縮機１１０として、電動圧縮機を採用した例を説明したが、これに限定されず、例えば、エンジンＥＧの駆動力を利用して作動する圧縮機に適用してもよい。

（４）上述の実施形態では、圧縮機１１０内のシャフト１４１の軸方向を水平方向とし、圧縮機構１２１および電動機１３１を水平方向に直列に接続する構成（横置き型）を採用する例を説明したが、圧縮機１１０としてはこれに限らず、圧縮機１１０内のシャフト１４１の軸方向を上下方向とし、圧縮機構１２１および電動機１３１を上下方向に直列に接続する構成（縦置き型）を採用してもよい。

（５）上述の実施形態では、液相冷媒通路１７を開閉する通路開閉弁１８として、感温部材１８ａおよび弁体部１８ｂを備える構成を採用する例を説明したが、これに限定されない。通路開閉弁１８としては、例えば、圧縮機１１０の吐出側の冷媒温度に応じて液相冷媒通路１７を開閉する電磁弁を採用してもよい。

（６）上述の実施形態では、水−冷媒熱交換器１４として二重管方式の熱交換器構成を採用した例を説明したが、水−冷媒熱交換器１４はこれに限定されない。例えば、水−冷媒熱交換器１４としては、冷媒側流路１４ａとして冷媒を流通させる蛇行状のチューブあるいは複数本のチューブを採用し、隣り合うチューブ間に冷却水側流路１４ｂを形成し、さらに、冷媒と冷却水との熱交換を促進する波状のコルゲートフィンあるいは板状のプレートフィンを設ける熱交換器構成を採用してもよい。

（７）上述の実施形態では、外部熱源としてエンジンＥＧの冷却水を採用した例を説明したが、外部熱源はこれに限定されない。例えば、ヒートポンプサイクル１０を車両用暖房装置１に適用する場合には、外部熱源としてエンジンＥＧから排出される排ガスを採用してもよいし、車両に搭載された発熱体（例えば、インバータ、電動モータ）を冷却する冷却水を採用してもよい。

（８）上述の実施形態では、冷媒として通常のフロン系冷媒を採用した例を説明したが、冷媒の種類はこれに限定されない。二酸化炭素等の自然冷媒や炭化水素系冷媒等を採用してもよい。さらに、ヒートポンプサイクル１０が圧縮機１１０から吐出される冷媒が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成していてもよい。

（９）上述の実施形態では、流体圧縮装置１１およびヒートポンプサイクル１０を車両用暖房装置１に適用した例を説明したが、車室内を冷房および暖房可能な車両用空調装置に適用してもよい。また、ヒートポンプサイクル１０は、車両用に限らず、例えば、据置型空調装置、冷凍保存庫、自動販売機用冷却加熱装置、給湯装置に適用してもよい。

１１ 流体圧縮装置
１１０ 圧縮機
１１１ ハウジング
１１１ｂ 液相冷媒入口通路（液相冷媒通路における圧縮機側の通路）
１２１ 圧縮機構
１２ 室内凝縮器（加熱用熱交換器）
１３ 第１電気式膨張弁（第１減圧手段）
１５ 気液分離器
１５４ 液相冷媒出口通路（液相冷媒通路における気液分離器側の通路）
１６ 液相冷媒通路（冷媒流出手段）
１７ 液相冷媒通路（冷媒流出手段）
１８ 通路開閉弁（通路開閉手段、冷媒流出手段）
１９ 第２電気式膨張弁（第２減圧手段）
２０ 室外熱交換器（蒸発器）

Claims (3)

1. 低圧流体を吸入し、圧縮して高圧流体を吐出する圧縮機構（１２１）がハウジング（１１１）内に収容された圧縮機（１１０）と、
   前記ハウジング（１１１）に隣接して設けられ、前記高圧流体と前記低圧流体の中間圧となる中間圧流体を気相流体と液相流体とに分離する気液分離器（１５）と、を備え、
   前記ハウジング（１１１）と前記気液分離器（１５）とが当接する部位には、前記気液分離器（１５）で気液分離された前記気相流体を前記圧縮機（１１０）の流体吸入側に導く気相流体通路（１６）、および前記気液分離器（１５）で気液分離された前記液相流体を前記圧縮機（１１０）の流体吸入側に導く液相流体通路（１７）が形成されており、
   前記液相流体通路（１７）には、その通路を開閉する通路開閉手段（１８）が設けられ、
   前記通路開閉手段（１８）にて前記液相流体通路（１７）が開放されたときに、前記気液分離器（１５）内の前記液相流体が自重によって前記圧縮機（１１０）の流体吸入側に流入するように、前記液相流体通路（１７）における前記気液分離器（１５）側の通路（１５４）が、前記圧縮機（１１０）側の通路（１１１ｂ）よりも上方側に位置していることを特徴とする流体圧縮装置。
2. 冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮機構（１２１）がハウジング（１１１）内に収容された圧縮機（１１０）と、
   前記圧縮機（１１０）から吐出された冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させて、前記熱交換対象流体を加熱する加熱用熱交換器（１２）と、
   前記加熱用熱交換器（１２）から流出した冷媒を減圧する第１減圧手段（１３）と、
   前記第１減圧手段（１３）にて減圧された気液二相状態の冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器（１５）と、
   前記気液分離器（１５）で気液分離された前記気相冷媒、および前記気液分離器（１５）で気液分離された前記液相冷媒の一部を前記圧縮機構（１１０）の冷媒吸入側へと流出させる冷媒流出手段（１６〜１８）と、
   前記気液分離器（１５）にて分離した前記液相冷媒を減圧する第２減圧手段（１９）と、
   前記減圧手段（１９）にて減圧された冷媒を蒸発させて熱を吸熱する蒸発器（２０）と、を備え、
   前記気液分離器（１５）および前記圧縮機（１１０）は、互いに隣接して配置されており、
   前記冷媒流出手段（１６〜１８）は、前記気液分離器（１５）と前記圧縮機（１１０）とが当接する部位に形成され、前記気液分離器（１５）にて分離された前記気相冷媒を前記圧縮機（１１０）の冷媒吸入側に導く気相冷媒通路（１６）、および前記気液分離器（１５）にて分離された前記液相冷媒を前記圧縮機（１１０）の冷媒吸入側に導く液相冷媒通路（１７）を有し、
   前記液相冷媒通路（１７）には、その通路を開閉する通路開閉手段（１８）が設けられ、
   前記通路開閉手段（１８）にて前記液相冷媒通路（１７）が開放されたときに、前記気液分離器（１５）内の液相冷媒が自重によって前記圧縮機（１１０）の冷媒吸入側に流入するように、前記液相冷媒通路（１７）における前記気液分離器（１５）側の通路（１５４）が、前記圧縮機（１１０）側の通路（１１１ｂ）よりも上方側に位置していることを特徴とするヒートポンプサイクル。
3. 前記通路開閉手段（１８）は、前記圧縮機（１１０）から吐出された冷媒の温度が所定温度以下となった際に前記液相冷媒通路（１７）を閉鎖するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプサイクル。

Images