JP2019167893A - 圧縮機及びヒートポンプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で運転条件に応じたインジェクション状態の切り替えが可能な圧縮機及びヒートポンプシステムを提供する。【解決手段】圧縮機は、少なくとも吸入部、圧縮部、及び、吐出部を備えると共に、インジェクションポート(10i)及びインジェクション切替機構部(70)を備え、インジェクション切替機構部は、インジェクションポートを経て導入される液相の冷媒を圧縮機の中間圧力部に導く経路と、流入した液相の冷媒を加熱するように構成された加熱室(70h)と、冷媒経路切替機構(76,76S)と、を備え、冷媒経路切替機構が第１位置にあるとき、液相の冷媒は加熱室を経ることなく圧縮機の中間圧力部に導かれ、冷媒経路切替機構が第２位置にあるとき、液相の冷媒は加熱室を経て気化され、気相の冷媒として圧縮機の中間圧力部に導かれる。【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮機及びヒートポンプシステム、特に、運転条件に応じたインジェクション状態（インジェクションなし／液インジェクションあり／ガスインジェクションあり）の切り替えが可能な圧縮機及びヒートポンプシステムに関する。

ヒートポンプシステムとして、当該システムの構成要素である圧縮機の中間圧力部に冷媒を導入（インジェクション）することができるように構成されたものが知られている。

このようなヒートポンプシステム、例えば暖房運転及び冷房運転が可能な空調システムにおいては、以下のようにインジェクションが行われる。

すなわち、冷房運転時には、特に圧縮機が高圧力比で運転される状況において、凝縮器を流出した冷媒のうち液相の冷媒が、圧縮機の中間圧力部に導入される（液インジェクション）。これにより、圧縮機の中間圧力部から吐出部にかけて圧縮される冷媒が、導入された液相の冷媒の蒸発熱によって冷却されるため、圧縮機から吐出される冷媒の過度な温度上昇を防止することができる。

また、暖房運転時には、凝縮器を流出した冷媒のうち気相の冷媒が、圧縮機の中間圧力部に導入される（ガスインジェクション）。これにより、凝縮器として作用している室内側熱交換器を通過する冷媒の流量が増大し、暖房能力を高めることができる。

このように、運転条件に応じてインジェクション状態（液インジェクション／ガスインジェクションあり）の切り替えを行えるように構成されたヒートポンプシステムが、特許文献１及び特許文献２に開示されている。

特開平５−３０２７６０号公報 特開２０１７−２６２３８号公報

特許文献１が開示するヒートポンプシステムは、凝縮器を流出した冷媒を気液分離器によって気相と液相に分離し、気相の冷媒、液相の冷媒をそれぞれ別個の経路を通じて圧縮機の中間圧力部に導入するように構成されている。

また、特許文献２が開示するヒートポンプシステムは、凝縮器を流出した冷媒を圧縮機の中間圧力部へ導く経路上に、過冷却熱交換器及びそのバイパス経路が設けられている。液インジェクションを行う場合、凝縮器を流出した冷媒は過冷却熱交換器をバイパスし、液相のまま圧縮機の中間圧力部に導入される。ガスインジェクションを行う場合、凝縮器を流出した冷媒は過冷却熱交換器を通過し、凝縮器を流出して蒸発器へ向かう冷媒との熱交換によって気化した後に、圧縮機の中間圧力部に導入される。

しかしながら、上述したいずれのヒートポンプシステムにおいても、運転条件に応じてインジェクション状態を切り替えるために、気液分離器または過冷却熱交換器、並びに、気相及び液相の冷媒を導く別個の経路を必要としており、システムが複雑化するという問題点があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で運転条件に応じたインジェクション状態（インジェクションなし／液インジェクションあり／ガスインジェクションあり）の切り替えが可能な圧縮機及びヒートポンプシステムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の圧縮機は、少なくとも吸入部、圧縮部、及び、吐出部を備え、前記圧縮機は、インジェクションポート及びインジェクション切替機構部を備え、前記インジェクション切替機構部は、前記インジェクションポートを経て導入される冷媒を前記圧縮機の中間圧力部に導く経路と、流入した前記インジェクションポートを経て導入される冷媒を加熱するように構成された加熱室と、冷媒経路切替機構と、を備えたことを特徴とする。

好ましくは、前記冷媒経路切替機構が第１位置にあるとき、前記インジェクションポートを経て導入される冷媒は前記加熱室を経ることなく前記圧縮機の中間圧力部に導かれ、前記冷媒経路切替機構が第２位置にあるとき、前記インジェクションポートを経て導入される冷媒は前記加熱室を経て加熱され、前記圧縮機の中間圧力部に導かれる。

好ましくは、前記冷媒経路切替機構が第３位置にあるとき、前記インジェクションポートを経て導入される冷媒は前記圧縮機の中間圧力部に導かれない。

好ましくは、前記冷媒経路切替機構は、前記インジェクション切替機構部に形成された弁室内に収容された弁体を備え、前記弁体が前記弁室内において並進運動または回転運動することにより、前記冷媒経路切替機構の位置が変更される。

好ましくは、前記圧縮機は、前記弁体を前記弁室内において並進運動または回転運動させるための冷媒を導入するための制御流体ポートをさらに備え、前記冷媒経路切替機構の位置は、前記制御流体ポートを経て導入される冷媒の圧力に依存する。

また、上記課題を解決するために、本発明のヒートポンプシステムは、冷媒が循環する主配管上に、少なくとも圧縮機、室内側熱交換器、減圧器、及び、室外側熱交換器を備え、前記圧縮機は、インジェクション切替機構部を備え、前記主配管と前記インジェクション切替機構部に設けられたインジェクションポートは、インジェクション配管によって接続されており、前記インジェクション切替機構部は、前記主配管から前記インジェクション配管及び前記インジェクションポートを経て導入される冷媒を前記圧縮機の中間圧力部に導く経路と、前記インジェクションポートを経て導入される冷媒を加熱するように構成された加熱室と、冷媒経路切替機構と、を備えたことを特徴とする。

好ましくは、前記冷媒経路切替機構が第１位置にあるとき、前記インジェクションポートを経て導入される冷媒は前記加熱室を経ることなく前記圧縮機の中間圧力部に導かれ、前記冷媒経路切替機構が第２位置にあるとき、前記インジェクションポートを経て導入される冷媒は前記加熱室を経て加熱され、前記圧縮機の中間圧力部に導かれる。

好ましくは、前記冷媒経路切替機構が第３位置にあるとき、前記インジェクションポートを経て導入される冷媒は前記圧縮機の中間圧力部に導かれない。

好ましくは、前記冷媒経路切替機構は、前記インジェクション切替機構部に形成された弁室内に収容された弁体を備え、前記弁体が前記弁室内において並進運動または回転運動することにより、前記冷媒経路切替機構の位置が変更される。

好ましくは、前記ヒートポンプシステムは、前記主配管から前記インジェクション切替機構部へ冷媒を導く制御流体配管をさらに備え、前記制御流体配管上には、圧力調整弁が配置されており、前記冷媒経路切替機構の位置は、前記圧力調整弁を経て導入される前記冷媒の圧力に依存する。

本発明の圧縮機及びヒートポンプシステムによれば、インジェクション状態（インジェクションなし／液インジェクションあり／ガスインジェクションあり）の切り替えを、圧縮機の内部（スクロール圧縮機構部に付設されたインジェクション切替機構部）において行うことができるので、システムの複雑化を回避することができる。また、ガスインジェクションのための気相冷媒を、圧縮機の冷媒吐出部からの放熱を利用して得ているので、液インジェクションとガスインジェクションの切り替えを、付加的にエネルギーを消費することなく行うことができる。

本発明の第１実施形態の圧縮機が構成要素として含まれるヒートポンプシステムの全体構成を示す概略説明図である。 本発明の第１実施形態の圧縮機の要部を示す概略説明図であり、（Ａ）は液インジェクションが行われる状態を、（Ｂ）はガスインジェクションが行われる状態を、それぞれ示している。 本発明の第２実施形態の圧縮機が構成要素として含まれるヒートポンプシステムの全体構成を示す概略説明図である。 本発明の第２実施形態の圧縮機の要部を示す概略説明図であり、（Ａ）は液インジェクションが行われる状態を、（Ｂ）はガスインジェクションが行われる状態を、（Ｃ）はインジェクションが行われない状態を、それぞれ示している。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、ここでは、本発明の各実施形態の圧縮機が構成要素として含まれるヒートポンプシステムを、暖房運転及び冷房運転が可能な空調システムとして説明する。

図１は、本発明の第１実施形態の圧縮機が構成要素として含まれるヒートポンプシステムの全体構成を示す概略説明図である。

図１に示すように、ヒートポンプシステム１は、圧縮機１０、室内側熱交換器２０、冷房用膨張器３０Ｃ、暖房用膨張器３０Ｈ、室外側熱交換器４０、及び、四方弁５０を、主配管Ｐｍに沿って順次配置することにより構成されている。

冷房用膨張器３０Ｃ及び暖房用膨張器３０Ｈ（膨張器）は、例えば電子膨張弁等の開度調整が可能な絞り機構として構成されており、暖房運転時には冷房用膨張器３０Ｃが、冷房運転時には暖房用膨張器３０Ｈが、それぞれ、絞り作用を生じさせないよう最大開度に調整される。

ヒートポンプシステム１は、四方弁５０を図１において実線で示した状態と破線で示した状態との間で切り替えることにより、暖房運転及び冷房運転をすることができる。なお、図１においては、暖房運転時、冷房運転時における主配管Ｐｍ内の冷媒の流れ方向を、それぞれ実線矢印、破線矢印で示している。

四方弁５０が図１において実線で示した状態にある場合、圧縮機１０の吐出ポート１０ｄから吐出された高温高圧の気相冷媒は、四方弁５０を通過した後、凝縮器として作用する室内側熱交換器２０に流入して室内ファン２０Ｆにより導入される室内の空気へ放熱し、定圧の下で凝縮（液化）する。このとき、室内の空気は冷媒の凝縮熱により加熱されるので、暖房作用が得られる。室内側熱交換器２０を流出した高圧の液相冷媒は、最大開度に調整された冷房用膨張器３０Ｃを通過した後、暖房用膨張器３０Ｈにおいて等エンタルピ的に膨張し、低温低圧の液相冷媒となって室外側熱交換器４０に流入する。低温低圧の液相冷媒は、蒸発器として作用する室外側熱交換器４０において、室外ファン４０Ｆにより導入される室外の空気から吸熱して定圧の下で蒸発（気化）し、低圧の気相冷媒として四方弁５０及び吸入ポート１０ｓを経て圧縮機１０に還流する。

四方弁５０が図１において破線で示した状態にある場合、圧縮機１０の吐出ポート１０ｄから吐出された高温高圧の気相冷媒は、四方弁５０を通過した後、凝縮器として作用する室外側熱交換器４０に流入して室外ファン４０Ｆにより導入される室外の空気へ放熱し、定圧の下で凝縮（液化）する。室外側熱交換器４０を流出した高圧の液相冷媒は、最大開度に調整された暖房用膨張器３０Ｈを通過した後、冷房用膨張器３０Ｃにおいて等エンタルピ的に膨張し、低温低圧の液相冷媒となって室内側熱交換器２０に流入する。低温低圧の液相冷媒は、蒸発器として作用する室内側熱交換器２０において、室内ファン２０Ｆにより導入される室内の空気から吸熱して定圧の下で蒸発（気化）する。このとき、室内の空気は冷媒の蒸発熱により冷却されるので、冷房作用が得られる。室内側熱交換器２０を流出した低圧の気相冷媒は、四方弁５０及び吸入ポート１０ｓを経て圧縮機１０に還流する。

さらに、ヒートポンプシステム１は、冷媒インジェクションを行うために、主配管Ｐｍのうち冷房用膨張器３０Ｃと暖房用膨張器３０Ｈの間の部分から分岐するインジェクション配管Ｐｉ及び制御流体配管Ｐｃを備えている。

主配管Ｐｍとインジェクション配管Ｐｉとの分岐部は、冷媒の流れ方向において、暖房運転時（実線矢印参照）には絞り作用を生じる暖房用膨張器３０Ｈの上流側、冷房運転時（破線矢印参照）には絞り作用を生じる冷房用膨張器３０Ｃの上流側にそれぞれ位置するので、いずれの運転時においても、高圧の液相冷媒が流れる部位である。したがって、ヒートポンプシステム１において冷媒インジェクションが行われる場合、主配管Ｐｍからインジェクション配管Ｐｉへ導入される冷媒は、いずれの場合にも液相である。

インジェクション配管Ｐｉは、その下流端が圧縮機１０のインジェクション切替機構部７０（後述）に設けられたインジェクションポート１０ｉに接続され、途中には開閉弁Ｖｉが配置されている。また、制御流体配管Ｐｃは、その下流端がインジェクション切替機構部７０に設けられた制御流体ポート１０ｃに接続され、途中には圧力調整弁Ｖｃが配置されている。

インジェクション配管Ｐｉ上の開閉弁Ｖｉ及び制御流体配管Ｐｃ上の圧力調整弁Ｖｃの動作は、これらと電気的に接続されたコントローラＣによって制御される。コントローラＣは、圧縮機１０の吐出ポート１０ｄの直下流の主配管Ｐｍ上に配置された温度センサＴとも電気的に接続されており、圧縮機１０から吐出される冷媒の温度が入力される。

そして、ヒートポンプシステム１は、インジェクション配管Ｐｉを経て導入される冷媒のインジェクション状態（液インジェクション／ガスインジェクション）の切り替えが、圧縮機１０の内部において行われることを特徴としている。この点について、以下で詳述する。

図２は、圧縮機１０の要部を示す概略説明図であり、（Ａ）は液インジェクションが行われる状態を、（Ｂ）はガスインジェクションが行われる状態を、それぞれ示している。なお、両図において、後述するスクロール圧縮機構部６０の構成は同一であるので、（Ｂ）においては、その図示を省略している。

圧縮機１０はスクロール型の圧縮機であり、スクロール圧縮機構部６０と、インジェクション切替機構部７０とを備えている。

スクロール圧縮機構部６０は、シャフト６２を介してモータ６４によって駆動される揺動スクロール６６と固定スクロール６８とを備えている。なお、スクロール圧縮機構部６０の詳細な構成は、当該技術分野において周知のものであるので、その説明は省略する。

インジェクション切替機構部７０は、スクロール圧縮機構部６０の固定スクロール６８側（図２において右側）に隣接して配置されている。

インジェクション切替機構部７０の中央部には、固定スクロール６８の底板６８Ｂを貫通する吐出孔（図示省略）から吐出される冷媒を吐出ポート１０ｄへと導く吐出路７０ｄが形成されている。

また、インジェクション切替機構部７０は、第１壁部７２及び第２壁部７４を備えている。第１壁部７２は、スクロール圧縮機構部６０の固定スクロール６８側に隣接して配置されている。また、第１壁部７２と第２壁部７４の間には、空洞すなわち弁室７０ｖが配置されている。さらに、第２壁部７４の弁室７０ｖとは反対側にも、空洞すなわち加熱室７０ｈが形成されている。

第１壁部７２の内部には、空洞、すなわち冷媒導入路７２ｉ及び冷媒排出路７２ｅが形成されている。

冷媒導入路７２ｉは、インジェクション配管Ｐｉを経て供給される冷媒をインジェクション切替機構部７０へ導入する経路を構成しており、その一端はインジェクションポート１０ｉに、他端は弁室７０ｖの側面に、それぞれ開口している。

冷媒排出路７２ｅは、第１壁部７２をスクロール圧縮機構部６０のシャフト６２の長手方向（以下においては、単に長手方向と表記する。）に貫通する孔として形成されており、その一端は弁室７０ｖの側面に、他端は固定スクロール６８の底板６８Ｂを貫通するインジェクション孔（図示省略）と位置合わせされている。インジェクション孔は、冷媒排出路７２ｅを経て供給される冷媒を、揺動スクロール６６と固定スクロール６８の間に形成された圧縮室のうち中間圧力部（以下においては、単にスクロール圧縮機構部６０の中間圧力部などと表記することがある。）に排出する経路を構成している。

第２壁部７４には、これを長手方向に貫通する２つの孔、すなわち加熱室流入路７４ｉ及び加熱室流出路７４ｅが形成されている。加熱室流入路７４ｉ及び加熱室流出路７４ｅは、いずれも、一端が弁室７０ｖの側面に、他端が加熱室７０ｈの側面に、それぞれ開口している。なお、７０ｈｆは、加熱室７０ｈ内における冷媒と固体壁との間の熱伝達を促進するために設けられたフィンである。

弁室７０ｖは、一端が制御流体ポート１０ｃに開口し他端が閉じた有底孔として形成されており、その内部には、弁体７６が収容されている。弁体７６は、弁室７０ｖ内において、長手方向に垂直な方向（図２において上下方向）に並進運動する部材である。

弁体７６は、制御流体ポート１０ｃに近い側において制御流体室７０ｖｃに面しており、その反対側においてスプリング室７０ｖｓに面している。制御流体室７０ｖｃは、制御流体配管Ｐｃを経て供給される冷媒が制御流体ポート１０ｃを経て導入される空間である。スプリング室７０ｖｓには圧縮コイルばね等のスプリング７６Ｓが収容されており、その両端は、それぞれ弁室７０ｖの底部及び弁体７６の端面に固定されている。

以上のように構成されていることにより、制御流体室７０ｖｃに導入される冷媒の圧力が高い場合には、スプリング７６Ｓの反力に抗して弁体７６が図２において下方へ変位する。逆に、制御流体室７０ｖｃに導入される冷媒の圧力が低い場合には、スプリング７６Ｓの反力によって弁体７６が図２において上方へ変位する。

弁体７６には、これを長手方向に貫通する２つの孔、すなわち第１連通孔７６ａ１及び第２連通孔７６ａ２が形成されている。

以上のように構成されていることにより、弁室７０ｖの内部に収容された弁体７６及びスプリング７６Ｓは、後述するように、インジェクション配管Ｐｉを経て供給される冷媒が、スクロール圧縮機構部６０の中間圧力部に至るまでの経路を切り替える冷媒経路切替機構として機能する。

以上のように構成された第１実施形態のヒートポンプシステム１におけるインジェクション状態（インジェクションなし／液インジェクションあり／ガスインジェクションあり）の切り替えの態様について、以下で説明する。

インジェクションの要否は、温度センサＴから入力される圧縮機１０の吐出冷媒温度及びヒートポンプシステム１の運転状態に基づいて、コントローラＣが判断する。

コントローラＣが、インジェクションを行う必要がないと判断した場合は、インジェクション配管Ｐｉの途中に配置された開閉弁Ｖｉが閉じられ、インジェクションを行う必要があると判断した場合は、開閉弁Ｖｉが開かれる。

また、コントローラＣは、温度センサＴから入力される圧縮機１０の吐出冷媒温度に基づいて液インジェクション及びガスインジェクションのうち何れを行うべきかを判断し、その結果に応じて圧力調整弁Ｖｃの開度を調整する。

具体的には、温度センサＴから入力される圧縮機１０の吐出冷媒温度Ｔｄが所定の上限温度Ｔｈ以下である場合はガスインジェクションを行い、吐出冷媒温度Ｔｄが上限温度Ｔｈを超えている場合は液インジェクションを行うものとして、圧力調整弁Ｖｃの開度を調整する。

液インジェクションを行う場合は、圧力調整弁Ｖｃの開度が大きめの第１開度に設定される。これにより、制御流体配管Ｐｃを経て供給される冷媒は、圧力調整弁Ｖｃを通過する際に圧力が大きく降下することなく、高圧（第１圧力）の冷媒として制御流体ポート１０ｃを経て弁室７０ｖのうち制御流体室７０ｖｃに導入される。このとき、弁体７６は、図２（Ａ）に示された位置（第１位置）において静止し、第１壁部７２内の冷媒導入路７２ｉと、弁体７６の第１連通孔７６ａ１と、第１壁部７２内の冷媒排出路７２ｅとが連通する。その結果、インジェクション配管Ｐｉを経て供給される液相冷媒は、図中の矢印で示すように、上述した冷媒導入路７２ｉ、第１連通孔７６ａ１及び冷媒排出路７２ｅ、並びに、固定スクロール６８の底板６８Ｂを貫通するインジェクション孔を経て、スクロール圧縮機構部６０の中間圧力部に導入される。すなわち、この場合には、第１壁部７２内の冷媒導入路７２ｉ及び冷媒排出路７２ｅのいずれも、弁体７６の連通孔を介して加熱室流入路７４ｉまたは加熱室流出路７４ｅと連通することがない。したがって、インジェクション配管Ｐｉを経て供給される液相冷媒は、加熱室７０ｈを通過せず、気化することなく液相のままスクロール圧縮機構部６０の中間圧力部に導入される。このようにして、液インジェクションが行われる。

ガスインジェクションを行う場合は、圧力調整弁Ｖｃの開度が第１開度より小さい第２開度に設定される。これにより、制御流体配管Ｐｃを経て供給される冷媒は、圧力調整弁Ｖｃを通過する際に圧力が大きく降下し、低圧（第１圧力より低い第２圧力）の冷媒として制御流体ポート１０ｃを経て弁室７０ｖのうち制御流体室７０ｖｃに導入される。このとき、弁体７６は、図２（Ｂ）に示された位置（第２位置）において静止し、第１壁部７２内の冷媒導入路７２ｉと、弁体７６の第１連通孔７６ａ１と、第２壁部７４内の加熱室流入路７４ｉとが連通し、同時に、第２壁部７４内の加熱室流出路７４ｅと、弁体７６の第２連通孔７６ａ２と、第１壁部７２内の冷媒排出路７２ｅとが連通する。その結果、インジェクション配管Ｐｉを経て供給される液相冷媒は、図中の矢印で示すように、上述した冷媒導入路７２ｉ、第１連通孔７６ａ１及び加熱室流入路７４ｉを経て加熱室７０ｈ内に流入する。加熱室７０ｈを包囲する固体壁は、圧縮機１０から吐出された高温高圧の気相冷媒が吐出路７０ｄ内を流れているため、当該吐出路７０ｄからの放熱により高温となっている。そのため、加熱室７０ｈ内に流入した液相冷媒は、そこで気化し、気相冷媒となる。このようにして生成された気相冷媒は、上述した加熱室流出路７４ｅ、第２連通孔７６ａ２及び冷媒排出路７２ｅ、並びに、固定スクロール６８の底板６８Ｂを貫通するインジェクション孔を経て、スクロール圧縮機構部６０の中間圧力部に導入される。このようにして、ガスインジェクションが行われる。

以上のように、第１実施形態のヒートポンプシステム１においては、インジェクション配管Ｐｉ上の開閉弁Ｖｉの開閉状態及び制御流体配管Ｐｃ上の圧力調整弁Ｖｃの開度をコントローラＣによって制御することにより、３つのインジェクション状態（インジェクションなし／液インジェクションあり／ガスインジェクションあり）の切り替えを行うことができる。

特に、液インジェクションとガスインジェクションの切り替えは、圧縮機１０に付設されたインジェクション切替機構部７０において行われ、かつ、ガスインジェクションを行う際に液相冷媒を気化させるための熱源としては、圧縮機１０の冷媒吐出路からの放熱が利用される。そのため、液インジェクションとガスインジェクションの切り替えを、簡易な構成で、かつ、付加的にエネルギーを消費することなく行うことができる。なお、上述した熱源としては、圧縮機１０の駆動源であるモータやインバータの排熱を用いてもよい。

図３は、本発明の第２実施形態の圧縮機が構成要素として含まれるヒートポンプシステムの全体構成を、図４は、当該ヒートポンプシステムの構成要素である圧縮機の要部を、それぞれ示す概略説明図である。

第２実施形態のヒートポンプシステム１’と第１実施形態のヒートポンプシステム１との相違点は、インジェクション配管Ｐｉ’の途中に開閉弁が設けられていない点（図３参照）、及び、圧縮機１１０のインジェクション切替機構部１７０の詳細構成が異なる点（図４参照）のみである。

すなわち、第２実施形態のヒートポンプシステム１’は、圧縮機１１０のインジェクション切替機構部１７０の詳細構成を変更することにより、インジェクション配管Ｐｉ’の途中に開閉弁を設けることなく、インジェクションを行わない場合を含む３つのインジェクション状態（インジェクションなし／液インジェクションあり／ガスインジェクションあり）の切り替えを可能としたものである。

以下では、圧縮機１１０のインジェクション切替機構部１７０の詳細構成についてのみ詳述する。

図４は、圧縮機１１０のインジェクション切替機構部１７０を示す概略説明図であり、（Ａ）は液インジェクションが行われる状態を、（Ｂ）はガスインジェクションが行われる状態を、（Ｃ）はインジェクションが行われない状態を、それぞれ示している。

本実施形態においても、コントローラＣ’が、温度センサＴ’から入力される圧縮機１１０の吐出冷媒温度及びヒートポンプシステム１’の運転状態に基づいて、インジェクションの要否、及び、液インジェクション及びガスインジェクションのうち何れを行うべきかを判断する。そして、コントローラＣ’は、その結果に応じて圧力調整弁Ｖｃ’の開度を調整する。

具体的には、コントローラＣ’が、インジェクションを行う必要があると判断したとき、温度センサＴ’から入力される圧縮機１１０の吐出冷媒温度Ｔｄが所定の上限温度Ｔｈ以下である場合はガスインジェクションを行い、吐出冷媒温度Ｔｄが上限温度Ｔｈを超えている場合は液インジェクションを行うものとして、圧力調整弁Ｖｃ’の開度を調整する。

液インジェクションを行う場合は、圧力調整弁Ｖｃ’の開度が大きめの第１開度に設定される。これにより、制御流体配管Ｐｃ’を経て供給される冷媒は、圧力調整弁Ｖｃ’を通過する際に圧力が大きく降下することなく、高圧（第１圧力）の冷媒として制御流体ポート１１０ｃを経て弁室１７０ｖのうち制御流体室１７０ｖｃに導入される。このとき、弁体１７６は、図４（Ａ）に示された位置（第１位置）において静止し、第１壁部１７２内の冷媒導入路１７２ｉと、弁体１７６の第１連通孔１７６ａ１と、第１壁部１７２内の冷媒排出路１７２ｅとが連通する。その結果、インジェクションポート１１０ｉを経て供給される液相冷媒は、図中の矢印で示すように、上述した冷媒導入路１７２ｉ、第１連通孔１７６ａ１及び冷媒排出路１７２ｅ、並びに、固定スクロールの底板を貫通するインジェクション孔（図示省略）を経て、スクロール圧縮機構部の中間圧力部に導入される。すなわち、この場合には、第１壁部１７２内の冷媒導入路１７２ｉ及び冷媒排出路１７２ｅのいずれも、弁体１７６の連通孔を介して加熱室流入路１７４ｉまたは加熱室流出路１７４ｅと連通することがない。したがって、インジェクション配管Ｐｉ’を経て供給される液相冷媒は、加熱室１７０ｈを通過せず、気化することなく液相のままスクロール圧縮機構部の中間圧力部に導入される。このようにして、液インジェクションが行われる。

ガスインジェクションを行う場合は、圧力調整弁Ｖｃ’の開度が第１開度より小さい第２開度に設定される。これにより、制御流体配管Ｐｃ’を経て供給される冷媒は、圧力調整弁Ｖｃ’を通過する際に圧力が中程度に降下し、中圧（第１圧力より低い第２圧力）の冷媒として制御流体ポート１１０ｃを経て弁室１７０ｖのうち制御流体室１７０ｖｃに導入される。このとき、弁体１７６は、図４（Ｂ）に示された位置（第２位置）において静止し、第１壁部１７２内の冷媒導入路１７２ｉと、弁体１７６の第１連通孔１７６ａ１と、第２壁部１７４内の加熱室流入路１７４ｉとが連通し、同時に、第２壁部１７４内の加熱室流出路１７４ｅと、弁体１７６の第２連通孔１７６ａ２と、第１壁部１７２内の冷媒排出路１７２ｅとが連通する。その結果、インジェクションポート１１０ｉを経て供給される液相冷媒は、図中の矢印で示すように、上述した冷媒導入路１７２ｉ、第１連通孔１７６ａ１及び加熱室流入路１７４ｉを経て加熱室１７０ｈ内に流入する。加熱室１７０ｈを包囲する固体壁は、圧縮機１１０から吐出された高温高圧の気相冷媒が吐出路１７０ｄ内を流れているため、当該吐出路１７０ｄからの放熱により高温となっている。そのため、加熱室１７０ｈ内に流入した液相冷媒は、そこで気化し、気相冷媒となる。このようにして生成された気相冷媒は、上述した加熱室流出路１７４ｅ、第２連通孔１７６ａ２及び冷媒排出路１７２ｅ、並びに、固定スクロールの底板を貫通するインジェクション孔（図示省略）を経て、スクロール圧縮機構部の中間圧力部に導入される。このようにして、ガスインジェクションが行われる。

インジェクションを行わない場合は、圧力調整弁Ｖｃ’の開度が第２開度より小さい第３開度に設定される。これにより、制御流体配管Ｐｃ’を経て供給される冷媒は、圧力調整弁Ｖｃ’を通過する際に圧力が大きく降下し、低圧（第２圧力より低い第３圧力）の冷媒として制御流体ポート１１０ｃを経て弁室１７０ｖのうち制御流体室１７０ｖｃに導入される。このとき、弁体１７６は、図４（Ｃ）に示された位置（第３位置）において静止するが、この状態では、第１壁部１７２内の冷媒導入路１７２ｉと冷媒排出路１７２ｅが互いに連通することはない。したがって、インジェクションポート１１０ｉを経て供給される冷媒が、スクロール圧縮機構部の中間圧力部に導入されることはない。

以上のように、第２実施形態のヒートポンプシステム１’においては、制御流体配管Ｐｃ’上の圧力調整弁Ｖｃ’の開度のみをコントローラＣ’によって制御することにより、３つのインジェクション状態（インジェクションなし／液インジェクションあり／ガスインジェクションあり）の切り替えを行うことができる。

特に、３つのインジェクション状態の切り替えは、圧縮機１１０に付設されたインジェクション切替機構部１７０において行われ、かつ、ガスインジェクションを行う際に液相冷媒を気化させるための熱源としては、圧縮機１１０の冷媒吐出路からの放熱が利用される。そのため、液インジェクションとガスインジェクションの切り替えを、簡易な構成で、かつ、付加的にエネルギーを消費することなく行うことができる。なお、上述した熱源としては、圧縮機１１０の駆動源であるモータやインバータの排熱を用いてもよい。

なお、図２に示したインジェクション切替機構部７０において、第１壁部７２の内部に形成された冷媒導入路７２ｉ及び冷媒排出路７２ｅ、弁体７６に形成された第１連通孔７６ａ１及び第２連通孔７６ａ２、並びに、第２壁部７４に形成された加熱室流入路７４ｉ及び加熱室流出路７４ｅの形状・寸法及び配置を適宜に変更することにより、制御流体室７０ｖｃに導入される冷媒の圧力が高圧（第１圧力）である場合にガスインジェクションが行われ、低圧（第２圧力）である場合に液インジェクションが行われるようにしてもよい。

同様に、図４に示したインジェクション切替機構部１７０において、第１壁部１７２の内部に形成された冷媒導入路１７２ｉ及び冷媒排出路１７２ｅ、弁体１７６に形成された第１連通孔１７６ａ１及び第２連通孔１７６ａ２、並びに、第２壁部１７４に形成された加熱室流入路１７４ｉ及び加熱室流出路１７４ｅの形状・寸法及び配置を適宜に変更することにより、制御流体室１７０ｖｃに導入される冷媒の圧力（高圧（第１圧力）、中圧（第２圧力）または低圧（第３圧力））に何れのインジェクション状態（インジェクションなし／液インジェクションあり／ガスインジェクションあり）を対応させるかを変更することができる。

また、図２に示したインジェクション切替機構部７０、図４に示したインジェクション切替機構部１７０においては、冷媒経路切替機構を、それぞれ弁体７６、１７６及びスプリング７６Ｓ、１７６Ｓによって構成しているが、これに限定されるものではない。上述の実施例においてスプリング７６Ｓ、１７６Ｓが収容されるスプリング室に、これらのスプリングに代えて所定の圧力のガスを封入し、これをガススプリングとして作用させることにより、上述した実施形態における冷媒経路切替機構と同様の機能を持たせることができる。
また、弁体７６、１７６を、それぞれ弁室７０ｖ、１７０ｖ内において回転運動する部材として構成してもよい。
さらに、弁体７６、１７６を並進運動または回転運動させる動力源として、上述の実施例における冷媒（制御流体）の圧力に代えて、ソレノイド、ステッピングモータ等の電気的アクチュエータを採用してもよい。

１、１’ ヒートポンプシステム
１０、１１０ 圧縮機
１０ｉ、１１０ｉ インジェクションポート
２０ 室内側熱交換器
３０Ｈ 暖房用膨張器（膨張器）
３０Ｃ 冷房用膨張器（膨張器）
４０ 室外側熱交換器
７０、１７０ インジェクション切替機構部
７０ｈ、１７０ｈ 加熱室
７０ｖ、１７０ｖ 弁室
７６、１７６ 弁体（冷媒経路切替機構）
Ｐｃ、Ｐｃ’ 制御流体配管
Ｐｉ、Ｐｉ’ インジェクション配管
Ｐｍ 主配管
Ｖｃ、Ｖｃ’ 圧力調整弁
Ｖｉ、Ｖｉ’ 開閉弁

Claims (10)

1. 少なくとも吸入部、圧縮部、及び、吐出部を備えた圧縮機であって、
   前記圧縮機は、インジェクションポート及びインジェクション切替機構部を備え、
   前記インジェクション切替機構部は、前記インジェクションポートを経て導入される冷媒を前記圧縮機の中間圧力部に導く経路と、流入した前記インジェクションポートを経て導入される冷媒を加熱するように構成された加熱室と、冷媒経路切替機構と、を備えたことを特徴とする圧縮機。
2. 前記冷媒経路切替機構が第１位置にあるとき、前記インジェクションポートを経て導入される冷媒は前記加熱室を経ることなく前記圧縮機の中間圧力部に導かれ、
   前記冷媒経路切替機構が第２位置にあるとき、前記インジェクションポートを経て導入される冷媒は前記加熱室を経て加熱され、前記圧縮機の中間圧力部に導かれる
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記冷媒経路切替機構が第３位置にあるとき、前記インジェクションポートを経て導入される冷媒は前記圧縮機の中間圧力部に導かれないことを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記冷媒経路切替機構は、前記インジェクション切替機構部に形成された弁室内に収容された弁体を備え、
   前記弁体が前記弁室内において並進運動または回転運動することにより、前記冷媒経路切替機構の位置が変更される
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の圧縮機。
5. 前記圧縮機は、前記弁体を前記弁室内において並進運動または回転運動させるための冷媒を導入するための制御流体ポートをさらに備え、
   前記冷媒経路切替機構の位置は、前記制御流体ポートを経て導入される冷媒の圧力に依存する
   ことを特徴とする請求項４に記載の圧縮機。
6. 冷媒が循環する主配管上に、少なくとも圧縮機、室内側熱交換器、減圧器、及び、室外側熱交換器が配置されたヒートポンプシステムであって、
   前記圧縮機は、インジェクション切替機構部を備え、
   前記主配管と前記インジェクション切替機構部に設けられたインジェクションポートは、インジェクション配管によって接続されており、
   前記インジェクション切替機構部は、前記主配管から前記インジェクション配管及び前記インジェクションポートを経て導入される冷媒を前記圧縮機の中間圧力部に導く経路と、前記インジェクションポートを経て導入される冷媒を加熱するように構成された加熱室と、冷媒経路切替機構と、を備えたことを特徴とするヒートポンプシステム。
7. 前記冷媒経路切替機構が第１位置にあるとき、前記インジェクションポートを経て導入される冷媒は前記加熱室を経ることなく前記圧縮機の中間圧力部に導かれ、
   前記冷媒経路切替機構が第２位置にあるとき、前記インジェクションポートを経て導入される冷媒は前記加熱室を経て加熱され、前記圧縮機の中間圧力部に導かれる
   ことを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプシステム。
8. 前記冷媒経路切替機構が第３位置にあるとき、前記インジェクションポートを経て導入される冷媒は前記圧縮機の中間圧力部に導かれないことを特徴とする請求項７に記載のヒートポンプシステム。
9. 前記冷媒経路切替機構は、前記インジェクション切替機構部に形成された弁室内に収容された弁体を備え、
   前記弁体が前記弁室内において並進運動または回転運動することにより、前記冷媒経路切替機構の位置が変更される
   ことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム。
10. 前記主配管から前記インジェクション切替機構部へ冷媒を導く制御流体配管をさらに備え、
    前記制御流体配管上には、圧力調整弁が配置されており、
    前記冷媒経路切替機構の位置は、前記圧力調整弁を経て導入される前記冷媒の圧力に依存する
    ことを特徴とする請求項９に記載のヒートポンプシステム。