JP2024066202A - 圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工が容易で流路断面積を確保しやすく製造性の高いインジェクション流路を備え、インジェクション効率を高めることが可能な圧縮機を提供する。【解決手段】圧縮機は、密閉容器と、シリンダと、回転軸と、ロータと、複数のベーンと、一対の端板と、インジェクション流路とを備える。複数のベーンの各々は、ロータに設けられ、シリンダの内壁面に向けてロータの径方向に進退する。シリンダ室には、シリンダの内壁面、一対の端板、ロータの外周面、およびベーンにより、圧縮室が区画される。インジェクション流路は、シリンダを軸方向に閉塞する端板に設けられてロータの軸方向の端面に向けて開口する第１の流路と、ロータの端面に設けられて第１の流路と圧縮室とを間欠的に連通させる第２の流路とを含む。【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、圧縮機、および該圧縮機を備えた冷凍サイクル装置に関する。

空気調和機に用いられる回転式圧縮機（ロータリコンプレッサ）は、密閉容器の内部で作動流体としての冷媒を圧縮するシリンダを有する圧縮機構部を備えている。シリンダは、内部空間であるシリンダ室を冷媒の吸込室と圧縮室とに区画するベーン、圧縮した冷媒を吐出する吐出ポートなどを有している。ベーンには、シリンダ本体側に設けられてシリンダ室に進退する形態と、シリンダ室内で回転軸と同心回転する回転体（ロータ）に設けられてシリンダ室に進退する形態がある。

かかる圧縮機は、圧縮室で圧縮されて吐出される冷媒の吐出温度の上昇を抑制するためにインジェクション機構を備える場合がある。インジェクション機構は、例えば冷媒の循環路において凝縮器の下流側等で冷媒を分流させる流路（インジェクション流路）を有する。インジェクション流路は、循環路からの分岐管、圧縮機への接続管、圧縮機構部に形成された通路などを含み、圧縮室に至る。循環路から分流された中間圧の冷媒（インジェクション冷媒）は、インジェクション流路で導かれて圧縮室に注入される。

特開昭６２－７８４９８号公報

例えば、シリンダの端板に設けられた流路と、ベーンに設けられた流路を連通させてインジェクションを行う場合、ベーンの流路を複雑な形状に加工する必要があり、インジェクション機構の製造性を悪化させやすい。また、ベーンの流路の流路断面積を十分に確保できなければ、インジェクション流量も制限されてしまう。さらに、シリンダ室へのベーンの進退によりインジェクションのタイミングが規制されるため、設計自由度が低く、インジェクション効果を十分に得られないおそれもある。

本発明の目的は、加工が容易で流路断面積を確保しやすく製造性の高いインジェクション流路を備え、インジェクション効率を高めることが可能な圧縮機を提供することにある。

実施形態によれば、圧縮機は、密閉容器と、シリンダと、回転軸と、ロータと、複数のベーンと、一対の端板と、インジェクション流路とを備える。前記シリンダは、作動流体を吸い込み、吸い込んだ前記作動流体を圧縮する環状のシリンダ室を有する。前記回転軸は、前記シリンダ室内に配置される。前記ロータは、前記シリンダ室で前記回転軸と同心回転する。複数の前記ベーンの各々は、前記ロータに設けられ、前記シリンダの内壁面に向けて前記ロータの径方向に進退する。一対の前記端板は、前記回転軸の軸方向において前記シリンダの両端部に配置されて前記シリンダを前記軸方向に閉塞する。前記インジェクション流路は、前記作動流体が循環する循環回路から分岐し、前記循環回路を循環する前記冷媒の一部を前記シリンダ室に導く。前記シリンダ室には、前記シリンダの内壁面、一対の前記端板、前記ロータの外周面、および前記ベーンにより、前記作動流体を圧縮する圧縮室が区画される。前記インジェクション流路は、前記端板に設けられて前記ロータの前記軸方向の端面に向けて開口する第１の流路と、前記ロータの前記端面に設けられて前記第１の流路と前記圧縮室とを間欠的に連通させる第２の流路とを含む。

図１は、実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成を概略的に示す回路図である。 図２は、実施形態に係る圧縮機を概略的に示す縦断面図である。 図３は、図２に示す矢印Ｂ２で示す箇所におけるシリンダを矢印方向から概略的に示す軸方向の横断面図である。 図４は、インジェクション流路の接続管を含む圧縮機を概略的に示す軸方向の縦断面図である。 図５は、図４に示す矢印Ｂ４で示す箇所における圧縮機を矢印方向から概略的に示す軸方向の横断面図である。 図６Ａは、圧縮室が形成され、冷媒の圧縮が開始される状態を概略的に示す図である。 図６Ｂは、インジェクションポートとインジェクション連通路が連通し、圧縮室にインジェクション冷媒が注入される状態（インジェクション開始状態）を概略的に示す図である。 図６Ｃは、圧縮室にインジェクション冷媒が注入されながら冷媒の圧縮が進行する状態を概略的に示す図である。 図６Ｄは、インジェクションポートとインジェクション連通路が連通しなくなり、インジェクション冷媒の注入が終了する状態を概略的に示す図である。 図６Ｅは、インジェクション連通路がシリンダ室の最小間隙部を通過する状態を概略的に示す図である。 図６Ｆは、圧縮室の冷媒圧力が吐出圧力以上になり、吐出弁が開いて吐出ポートから冷媒が吐出される状態を概略的に示す図である。 図７Ａは、圧縮室における冷媒の圧縮工程で相対的に圧縮が進んでいない状態の一例を示す図である。 図７Ｂは、圧縮室における冷媒の圧縮工程で相対的に圧縮が進んだ状態の一例を示す図である。

図１は、実施形態に係る空気調和機１の冷凍サイクル回路図である。空気調和機１は、かかる冷凍サイクルにより空気調和を行う装置であり、冷凍サイクル装置の一例である。空気調和機１は、主たる要素として、圧縮機２、四方弁３、室外熱交換器４、室外送風機４００、膨張装置５、室内熱交換器６、および室内送風機６００を備えている。

図１に示すように、圧縮機２の吐出側は、四方弁３の第１ポート３ａに接続されている。四方弁３の第２ポート３ｂは、室外熱交換器４に接続されている。室外熱交換器４は、膨張装置５を介して室内熱交換器６に接続されている。室内熱交換器６は、四方弁３の第３ポート３ｃに接続されている。四方弁３の第４ポート３ｄは、アキュムレータ８を介して圧縮機２の吸入側に接続されている。

冷媒は、圧縮機２の吐出側から室外熱交換器４、膨張装置５、室内熱交換器６、およびアキュムレータ８を経由し、吸込側に至る循環回路７を循環する。
例えば、空気調和機１が冷房モードで運転を行う場合、四方弁３は、第１ポート３ａが第２ポート３ｂに連通し、第３ポート３ｃが第４ポート３ｄに連通するように切り替わる。冷房モードで空気調和機１の運転が開始されると、圧縮機２で圧縮された高温・高圧の気相冷媒が循環回路７に吐出される。吐出された気相冷媒は、四方弁３を経由して凝縮器（放熱器）として機能する室外熱交換器４に導かれる。

室外熱交換器４に導かれた気相冷媒は、室外送風機４００で吸い込まれた空気（外気）との熱交換により凝縮し、高圧の液相冷媒に変化する。高圧の液相冷媒は、膨張装置５を通過する過程で減圧されて低圧の気液二相冷媒に変化する。気液二相冷媒は、蒸発器（吸熱器）として機能する室内熱交換器６に導かれるとともに、室内送風機６００で吸い込まれた空気（内気）と室内熱交換器６を通過する過程で熱交換する。

この結果、気液二相冷媒は、空気から熱を奪って蒸発し、低温・低圧の気相冷媒に変化する。室内熱交換器６を通過する空気は、液相冷媒の蒸発潜熱により冷やされ、室内送風機６００によって空調（冷房）すべき場所に冷風として送られる。

室内熱交換器６を通過した低温・低圧の気相冷媒は、四方弁３を経由してアキュムレータ８に導かれる。冷媒中に蒸発し切れなかった液相冷媒が混入している場合は、ここで液相冷媒と気相冷媒とに分離される。液相冷媒から分離された低温・低圧の気相冷媒は、アキュムレータ８から圧縮機２に吸い込まれるとともに、圧縮機２で再び高温・高圧の気相冷媒に圧縮されて循環回路７に吐出される。

一方、空気調和機１が暖房モードで運転を行う場合、四方弁３は、第１ポート３ａが第３ポート３ｃに連通し、第２ポート３ｂが第４ポート３ｄに連通するように切り替わる。暖房モードで空気調和機１の運転が開始されると、圧縮機２から吐出された高温・高圧の気相冷媒は、四方弁３を経由して室内熱交換器６に導かれ、室内熱交換器６を通過する空気と熱交換される。この場合、室内熱交換器６は凝縮器として機能する。

この結果、室内熱交換器６を通過する気相冷媒は、室内送風機６００で吸い込まれた空気（内気）と熱交換することにより凝縮し、高圧の液相冷媒に変化する。室内熱交換器６を通過する空気は、気相冷媒との熱交換により加熱され、室内送風機６００によって空調（暖房）すべき場所に温風として送られる。

室内熱交換器６を通過した高温の液相冷媒は、膨張装置５に導かれるとともに、膨張装置５を通過する過程で減圧されて低圧の気液二相冷媒に変化する。気液二相冷媒は、蒸発器として機能する室外熱交換器４に導かれるとともに、室外送風機４００で吸い込まれた空気（外気）と熱交換することにより蒸発し、低温・低圧の気相冷媒に変化する。室外熱交換器４を通過した低温・低圧の気相冷媒は、四方弁３およびアキュムレータ８を経由して圧縮機２に吸い込まれるとともに、圧縮機２で再び高温・高圧の気相冷媒に圧縮されて循環回路７に吐出される。

なお、本実施形態では、空気調和機１を冷房モードおよび暖房モードのいずれでも運転可能としているが、空気調和機１は、例えば冷房モードもしくは暖房モードのいずれかのみで運転可能な冷房専用機もしくは暖房専用機であってもよい。

また、本実施形態において、循環回路７は、凝縮器の下流側で冷媒を分岐させる流路（以下、インジェクション流路という）７ａを備えている。インジェクション流路７ａは、凝縮器から蒸発器へ流れる冷媒の一部（以下、インジェクション冷媒という）を、凝縮器の下流かつ蒸発器の上流で分岐させて圧縮機２（具体的には後述する圧縮室３４）に導くバイパス路（インジェクション経路）である。インジェクション冷媒は、中間圧の冷媒（例えば液相冷媒あるいは気液二相冷媒）である。図１に示す例では、インジェクション流路７ａは、室外熱交換器４と膨張装置５との間で分岐され、接続管７ｂ（図４参照）を介して圧縮機２に接続している。インジェクション流路７ａは、例えば電磁弁、膨張弁、逆止弁など（いずれも図示省略）をその経路上に有していてもよい。このようなインジェクション流路７ａを備えることで、インジェクション冷媒が後述する圧縮機２のシリンダ室３１、より具体的には圧縮室３４に注入され、注入されたインジェクション冷媒によって圧縮室３４が冷却される。これにより、圧縮機２の過熱防止が図られている。

次に、空気調和機１に用いられる圧縮機２の具体的な構成について、図２を参照して説明する。図２は、圧縮機２を概略的に示す縦断面図である。図２に示すように、圧縮機２は、いわゆる縦型の回転式圧縮機（ロータリーコンプレッサ）であって、主たる要素として、密閉容器１０、駆動機構部１１、および圧縮機構部１２を備えている。なお、以下の説明においては、密閉容器１０の中心軸線Ｏ１に沿って並んだ駆動機構部１１と圧縮機構部１２の相対的な位置関係を基準として、駆動機構部１１が位置する側を上、圧縮機構部１２が位置する側を下とする。

密閉容器１０は、円筒状の周壁１０ａを有するとともに、設置面に対して垂直に起立している。設置面は、例えば室外機の底板などである。密閉容器１０の上端には、吐出管１０ｂが設けられている。吐出管１０ｂは、循環回路７を介して四方弁３の第１ポート３ａに接続されている。密閉容器１０の下部には、潤滑油を蓄える油溜まり部１０ｃが設けられている。

駆動機構部１１は、圧縮機構部１２を駆動する、端的には後述する回転軸１３を回転させる駆動源であり、圧縮機構部１２と吐出管１０ｂとの間に位置するように密閉容器１０の中心軸線Ｏ１に沿った中間部に収容されている。図２に示す例において、駆動機構部１１は、いわゆるインナーロータ型として構成されており、回転軸１３に固定された回転子１１ａと、密閉容器１０の周壁１０ａの内周面に固定された固定子１１ｂを備えている。

回転子１１ａは、例えば回転軸１３に同心状に固定された円柱形状の回転子鉄心、回転子鉄心に配置された複数の永久磁石などを備えて構成されている。回転子１１ａは、固定子１１ｂの内側に該固定子１１ｂの内周との間に僅かな空隙（エアギャップ）をあけて、固定子１１ｂと同心状に配置されている。

固定子１１ｂは、例えば円筒状の固定子鉄心と、固定子鉄心に巻き付けられた巻線（コイル）とを備え、回転子１１ａを取り囲むように配置されている。コイルを通電させることで、回転子１１ａが固定子１１ｂに対して中心軸線Ｏ１を中心に回転し、回転軸１３が回転子１１ａとともに回転する。

圧縮機構部１２は、冷媒を圧縮する機構部であり、潤滑油に浸かるように密閉容器１０の下部に収容されている。図２に示す例において、圧縮機構部１２は、回転軸１３、第１の軸受１４、第２の軸受１５、シリンダ１６を主たる要素として備えている。

回転軸１３は、密閉容器１０内に配置され、軸心が密閉容器１０の中心軸線Ｏ１と同心状となるように起立し、駆動機構部１１からの動力を受けて中心軸線Ｏ１を中心として回転する。回転軸１３は、偏心部を有しない直状をなし、第１の軸受１４および第２の軸受１５で回転自在に支持されている。回転軸１３の上部は、駆動機構部１１の回転子１１ａに連結されている。

図２に示す例において、第１の軸受１４は、回転軸１３の軸方向（回転軸１３が延びる方向）においてシリンダ１６の下側に配置されている。第１の軸受１４は、回転軸１３の下端部を回転自在に支持する筒状の軸受本体１４ａと、軸受本体１４ａの一端から回転軸１３の径方向に広がるフランジ状の端板１４ｂとを有している。端板１４ｂは、シリンダ１６の内径部を下方から覆うようにシリンダ１６の下面に接触している。本実施形態において、端板１４ｂは、シリンダ１６を軸方向の下側で閉塞する端板に相当する。

図２に示す例において、第２の軸受１５は、軸方向においてシリンダ１６の上側に配置されている。第２の軸受１５は、回転軸１３の中間部を回転自在に支持する筒状の軸受本体１５ａと、軸受本体１５ａの一端から回転軸１３の径方向に広がるフランジ状の端板１５ｂとを有している。端板１５ｂは、シリンダ１６の内径部を上方から覆うようにシリンダ１６の上面に接触している。本実施形態において、端板１５ｂは、シリンダ１６を軸方向の上側で閉塞する端板に相当する。すなわち、端板１４ｂ，１５ｂは、一対をなしてシリンダ１６を軸方向に閉塞する。

第２の軸受１５には、マフラカバー１８が付設されている。マフラカバー１８および第２の軸受１５は、互いに協働してマフラ室１９を規定している。マフラ室１９は、マフラカバー１８が有する複数の排気孔（図示省略）を通じて密閉容器１０の内部に開口している。

図３は、図２に示す矢印Ｂ２で示す箇所におけるシリンダ１６を矢印方向から概略的に示す軸方向の横断面図である。

図２および図３に示すように、シリンダ１６は、作動流体、ここでは冷媒を吸い込み、吸い込んだ冷媒を圧縮する環状のシリンダ室３１を有する。シリンダ室３１は、シリンダ１６の内径部、第１の軸受１４、第２の軸受１５で囲まれた空間として規定される。第１の軸受１４はシリンダ室３１の下面、第２の軸受１５はシリンダ室３１の上面をそれぞれ規定する閉鎖部材に相当する。シリンダ１６は、シリンダ室３１の吸込室３５に開口する冷媒の吸込通路３２を有している。吸込通路３２には、接続管３３が接続されている。接続管３３は、密閉容器１０の周壁１０ａを貫通して密閉容器１０の外に突出し、吸込管１０ｄと接続されている。また、シリンダ１６は、吸込通路３２から吸い込まれた冷媒を後述する最小間隙部３６まで導く吸込圧力部３７を有している。吸込圧力部３７は、例えばシリンダ１６の周方向に連続する内壁面１６ａの少なくとも最小間隙部３６から吸込通路３２を含む区間に設けられる溝または凹部として形成される。

シリンダ室３１には、ロータ２３が収容されている。ロータ２３は、軸方向の横断面（直交断面）の形状が環状の部材であり、回転軸１３の外周面に嵌合されてシリンダ室３１で回転軸１３と同心回転する。本実施形態では一例として、ロータ２３は、図３に矢印Ａｒで示す方向に回転する。ロータ２３は、該ロータ２３の外周面２３ａとシリンダ１６の内壁面１６ａとの間にシリンダ室３１を形成する。換言すれば、シリンダ室３１は、シリンダ１６の内壁面１６ａとロータ２３の外周面２３ａとの間隙として規定される。シリンダ室３１の軸方向の上下は、一対をなす第２の軸受１５の端板１５ｂと第１の軸受１４の端板１４ｂで閉塞されている。端板１５ｂはロータ２３の軸方向の上端面２３ｂと接触し、端板１４ｂはロータ２３の軸方向の下端面２３ｃと接触する。

ロータ２３には、複数のベーンスロット２４が形成されている。本実施形態では一例として、図３に示すように二つのベーンスロット２４が周方向に等間隔で配置されている。ただし、ベーンスロット２４の数はこれに限定されず、三つ以上であってもよい。各々のベーンスロット２４にはベーン２５が一つずつ収容されている。これら二つのベーン２５は、各々がシリンダ１６の内壁面１６ａに向けてシリンダ室３１をロータ２３の径方向に進退し、冷媒を圧縮する圧縮室３４および冷媒を吸い込む吸込室３５にシリンダ室３１を区画する。換言すれば、シリンダ室３１には、シリンダ１６の内壁面１６ａ、第１および第２の軸受１４，１５の一対の端板１４ｂ，１５ｂ、ロータ２３の外周面２３ａ、ベーン２５によって、圧縮室３４および吸込室３５が区画される。

ベーン２５の先端部２６は、例えばばね機構（図示省略）のばね弾性力やロータ２３の回転に伴って発生する遠心力などによりシリンダ１６の内壁面１６ａに押し付けられている。回転軸１３とともにロータ２３が回転することで、ベーン２５の先端部２６がシリンダ１６の内壁面１６ａに対して摺動する。すなわち、ベーン２５は、先端部２６をシリンダ１６の内壁面１６ａに摺動させながら、シリンダ室３１に向けて進退する。これに対し、ロータ２３の外周面２３ａは、シリンダ１６の内壁面１６ａとは接触しない。シリンダ室３１は、これら内壁面１６ａと外周面２３ａとの間隙が最小となる最小間隙部３６を有している。すなわち、シリンダ１６とロータ２３は、最小間隙部３６で最も接近するように互いに配置されている。

回転軸１３とともにロータ２３が回転することにより、吸込管１０ｄから接続管３３、吸込通路３２を経由して冷媒が吸込室３５に吸い込まれる。吸込室３５には、アキュムレータ８で液相冷媒から分離された低温・低圧の気相冷媒が吸い込まれる。さらにロータ２３が回転してベーン２５により吸込通路３２との連通が遮断されると、吸込室３５は圧縮室３４になり、ベーン２５が進退することで圧縮室３４の容積が変化し、冷媒が圧縮される。

圧縮室３４で圧縮された高温・高圧の気相冷媒は、吐出圧力に達すると吐出弁機構２８の吐出ポート２８ａを介して密閉容器１０の内部に吐出される。吐出された気相冷媒は、密閉容器１０の内部を上昇する。さらに、圧縮機構部１２の動作中は、密閉容器１０の油溜まり部１０ｃに貯溜された潤滑油（冷凍機油）が攪拌されてミスト状となるとともに、気相冷媒の流れに乗じて密閉容器１０の内部を吐出管１０ｂに向けて上昇する。吐出弁機構２８は、圧縮室３４で圧縮された高温・高圧の気相冷媒を吐出するための弁機構であり、シリンダ１６に設けられている。吐出弁機構２８は、吐出ポート２８ａを吐出弁２８ｂで開閉させ、圧縮室３４とマフラ室１９とを連通可能とする。吐出ポート２８ａは、シリンダ１６の内壁面１６ａの所定位置に圧縮室３４を向いて開口している。

本実施形態において、インジェクション流路７ａは、圧縮機２にそれぞれ形成されて間欠的に連通する第１の流路および第２の流路を含む。これらの流路は、圧縮機２においてインジェクション流路７ａの一部を構成し、循環回路７から分流させた中間圧の冷媒を圧縮室３４に導く。以下、第１の流路および第２の流路について説明する。図４は、インジェクション流路７ａの接続管７ｂを含む圧縮機２を概略的に示す軸方向の縦断面図である。図５は、図４に示す矢印Ｂ４で示す箇所における圧縮機を矢印方向から概略的に示す軸方向の横断面図である。

図４および図５に示すように、第１の流路４０は、第２の軸受１５の端板１５ｂに設けられ、端板１５ｂの外周面１５ｃから下端面１５ｄまで連続している。下端面１５ｄは、ロータ２３の上端面２３ｂに接触する面である。第１の流路４０は、外周面１５ｃに開口して該開口で接続管７ｂと接続されるとともに、ロータ２３の上端面２３ｂに向けて下端面１５ｄに開口する。本実施形態において、第１の流路４０は、端板１５ｂの外周面１５ｃから径方向へ直線状に連続する孔部（以下、連通孔という）４１と、連通孔４１との連続部位からロータ２３の外周面２３ａに沿って周方向へ円弧状に連続する下端面１５ｄに開口する溝部（以下、インジェクションポートという）４２からなる。

第２の流路（以下、インジェクション連通路という）５０は、ロータ２３の上端面２３ｂに設けられ、ロータ２３の上端面２３ｂから外周面２３ａまで連続している。換言すれば、インジェクション連通路５０は、ロータ２３の上端面２３ｂおよび外周面２３ａの双方を窪ませた凹部である。インジェクション連通路５０は、上端面２３ｂに開口して該開口で第１の流路４０と連通可能とされ、シリンダ室３１の圧縮室３４に向けて外周面２３ａに開口する。第２の流路５０は、ロータ２３に設けられるベーン２５の数に対応して、これと同数設けられる。本実施形態においては、図４および図５に示すように、ロータ２３には二つのベーン２５が設けられているため、これに対応して二つの第２の流路５０が設けられている。これら二つの第２の流路５０は、ロータ２３の周方向に等間隔で配置されている。

回転軸１３とともにロータ２３が回転することにより、第１の流路４０のインジェクションポート４２と第２の流路（インジェクション連通路）５０は間欠的に連通する。インジェクションポート４２とインジェクション連通路５０とが間欠的に連通することで、第１の流路４０と圧縮室３４とがインジェクション連通路５０を介して間欠的に連通される。インジェクションポート４２とインジェクション連通路５０とが連通した状態においては、圧縮室３４に中間圧の冷媒であるインジェクション冷媒が注入され、インジェクションポート４２とインジェクション連通路５０とが連通しない状態においては、圧縮室３４へのインジェクション冷媒の注入が遮断される。

図６Ａから図６Ｆは、圧縮室３４における圧縮工程における第１の流路４０および第２の流路５０の状態遷移を概略的に示す図である。各図に示す状態は次のとおりである。図６Ａに示す状態においては、圧縮室３４が形成され、冷媒の圧縮が開始される。図６Ｂに示す状態においては、インジェクションポート４２とインジェクション連通路５０が連通し、圧縮室３４にインジェクション冷媒が注入される。すなわち、インジェクションが開始される。図６Ｃに示す状態においては、圧縮室３４にインジェクション冷媒が注入されながら冷媒の圧縮が進行する。図６Ｄに示す状態においては、インジェクションポート４２とインジェクション連通路５０とが連通しなくなり、圧縮室３４にインジェクション冷媒が注入されなくなる。すなわち、インジェクションが終了する。図６Ｅに示す状態においては、インジェクション連通路５０がシリンダ室３１の最小間隙部３６を通過する。図６Ｆに示す状態においては、圧縮室３４の冷媒圧力が吐出圧力以上になり、吐出弁２８ｂが開いて吐出ポート２８ａから冷媒が吐出される。以降、図６Ａから図６Ｆまでの状態遷移が繰り返され、冷媒の圧縮が継続して行われる。

このように本実施形態によれば、インジェクション流路７ａは、圧縮機２にそれぞれ形成されて間欠的に連通する第１の流路４０および第２の流路５０を含む。第１の流路４０は、第２の軸受１５の端板１５ｂに設けられてロータ２３の上端面２３ｂに向けて開口する。第２の流路５０は、ロータ２３の上端面２３ｂに設けられて第１の流路４０と圧縮室３４とを間欠的に連通させる。したがって、インジェクション流路７ａの流路をベーン２５に設けずに済み、第１の流路４０および第２の流路５０を複雑な形状に加工する必要がない。このため、第１の流路４０および第２の流路５０の流路断面積を確保しやすくなるため、インジェクション効率を高めることができる。また、シリンダ室３１へのベーン２５の進退によりインジェクションのタイミングが規制されることがないため、インジェクション流路７ａの設計自由度を高めることができる。これにより、インジェクション流路７ａにおける第１の流路４０および第２の流路５０の製造性を高めることができる。

加えて、本実施形態において、インジェクション流路７ａを構成する第１の流路４０および第２の流路５０は、次のような特徴を有する。
インジェクションポート４２は、インジェクション連通路５０を通じて吸込圧力部３７と連通しない位置に配置されている。これにより、インジェクション冷媒がインジェクション連通路５０を通じて吸込圧力部３７に逆流することを容易な加工で確実に防止できる。例えば、インジェクションポート４２が吸込通路３２と連通してしまうと、インジェクションポート４２側から吸込通路３２側へインジェクション冷媒が流入してしまう。本実施形態では、図６Ｆから図６Ａに状態遷移する段階で吸込室３５が吸込通路３２と繋がっており、図６Ａでベーン２５が吸込通路３２を通過すると、圧縮室３４が形成され、該圧縮室３４は吸込通路３２と繋がらなくなる。その後、図６Ｂの状態に遷移すると、圧縮室３４が小さくなって冷媒の圧縮が進行する。その時にインジェクションポート４２とインジェクション連通路５０が連通し、圧縮室３４に対してインジェクション冷媒が注入される。このため、インジェクション冷媒がインジェクション連通路５０を通じて吸込圧力部３７に逆流することを抑制できる。

また、インジェクションポート４２の周縁部は、インジェクションポート４２がインジェクション連通路５０と連通した状態以外、ロータ２３の上端面２３ｂにおける前記周縁部との摺動部によって、もしくは上端面２３ｂおよびベーン２５の軸方向の上端面２５ａにおける前記周縁部との摺動部によってシールされている。例えば図６Ｄ、図６Ｅ、および図６Ｆに示す状態では、ロータ２３の上端面２３ｂにおけるインジェクションポート４２の周縁部との摺動部によって該周縁部がシールされている。これに対し、例えば図６Ａに示す状態では、ロータ２３の上端面２３ｂおよびベーン２５の軸方向の上端面２５ａにおけるインジェクションポート４２の周縁部との摺動部によって該周縁部がシールされている。したがって、インジェクションポート４２がインジェクション連通路５０と連通した状態、例えば図６Ｂおよび図６Ｃに示す状態では、インジェクションポート４２の周縁部はかかる摺動部によってシールされない。これにより、インジェクションポート４２がインジェクション連通路５０と連通した状態以外において、インジェクション冷媒が圧縮室３４やその他の部位と連通することを確実に防止できる。このため、インジェクション冷媒の再膨張や高圧冷媒のインジェクション流路７ａへのリークなどを極力低減させることができる。

図５に示すシリンダ１６の軸方向の横断面において、インジェクションポート４２は、シール幅がインジェクションポート４２の溝幅よりも小さくなるように、ロータ２３の外周面２３ａに沿って円弧状に形成されている。インジェクションポート４２のシール幅は、インジェクションポート４２におけるロータ２３の外周面２３ａに沿った円弧状の縁部と、ロータ２３の外周面２３ａの縁部との間隔（図５にＣ１で示す距離、以下、シール幅Ｃ１という）である。インジェクションポート４２の溝幅は、インジェクションポート４２におけるロータ２３の外周面２３ａに沿った円弧状の一対の縁部同士の間隔（図５にＣ２で示す距離、以下、溝幅Ｃ２という）である（Ｃ１＜Ｃ２）。

これにより、インジェクション連通路５０の軸方向深さを大きくすることなく、インジェクションポート４２とインジェクション連通路５０との連通断面積を容易に確保することができる。軸方向深さは、インジェクション連通路５０の底部とロータ２３の上端面２３ｂとの間の距離（図４にＴで示す距離、以下、軸方向深さＴという）である。インジェクション連通路５０の底部は、ロータ２３の上端面２３ｂよりも凹み、インジェクション連通路５０におけるロータ２３の周方向対向する一対の壁部の一端同士を繋いでいる。連通断面積は、シリンダ１６の軸方向の横断面において、インジェクションポート４２とインジェクション連通路５０とが重なる範囲、例えば図５に示す横断面ではＳで示す領域の面積である。連通断面積が確保できることで、インジェクション冷媒の流量を低下させることなく、インジェクション連通路５０の容積を小さくできる。したがって、インジェクション連通路５０の残存冷媒が吸込圧力部３７に再膨張する量を抑制できる。

図５に示すシリンダ１６の軸方向の横断面において、インジェクションポート４２とインジェクション連通路５０との連通断面積は、圧縮室３４において冷媒の圧縮が進むほど小さくなる。
図７Ａおよび図７Ｂは、圧縮室３４における冷媒の圧縮工程での相対的な状態の一例をそれぞれ示す図である。図示例では、図７Ａに示す状態よりも図７Ｂに示す状態の方が冷媒の圧縮が進んだ状態となっている。すなわち、図７Ａに示す状態よりも相対的に圧縮が進んだ状態である図７ＢにＳｂで示す連通断面積は、図７ＡにＳａで示す連通断面積よりも小さい（Ｓｂ＜Ｓａ）。

これらに図示するように、圧縮室３４の圧力と中間圧の冷媒（インジェクション冷媒）との差圧が大きい圧縮工程の初期では、インジェクションポート４２とインジェクション連通路５０との連通断面積が大きくなる。したがって、圧縮工程の初期において、インジェクション冷媒をより小さな通路抵抗でより多く注入することができる。その一方で、圧縮工程の終期では、インジェクションポート４２とインジェクション連通路５０との連通断面積が小さくなる。このため、例えば圧縮室３４の圧力がインジェクション冷媒よりも高くなるような状況が生じた場合であっても、圧縮室３４からインジェクションポート４２や接続管７ｂに逆流する冷媒量を抑制できる。

インジェクション連通路５０の周方向幅は、軸方向深さＴよりも小さい。周方向幅は、インジェクション連通路５０においてロータ２３の周方向に対向する一対の壁部同士の間隔（図５にＨで示す距離、以下、周方向幅Ｈという）である（Ｈ＜Ｔ）。一対の壁部の一端同士は、インジェクション連通路５０の底部で繋がっている。

これにより、インジェクション連通路５０が圧縮室３４と吸込圧力部３７とをシールするシリンダ室３１の最小間隙部３６を通過する際、インジェクション連通路５０を通じて圧縮室３４から吸込圧力部３７への冷媒のリークを抑制できる。

インジェクション連通路５０は、圧縮室３４で圧縮された冷媒の圧力が吐出圧力に達する前にシリンダ室３１の最小間隙部３６を通過するように、ロータ２３に配置されている。換言すれば、インジェクション連通路５０は、シリンダ室３１の最小間隙部３６を通過する位置では圧縮室３４で圧縮された冷媒の圧力が吐出圧力に達しないように配置されている。したがって、圧縮室３４で圧縮された冷媒は、インジェクション連通路５０がシリンダ室３１の最小間隙部３６を通過する時点においては吐出圧力には達せず、圧縮室３４から吐出されない。吐出圧力は、圧縮室３４で圧縮された冷媒が吐出弁機構２８の吐出ポート２８ａを介して密閉容器１０の内部に吐出される圧力である。

これにより、インジェクション連通路５０の残存冷媒が吐出圧力に達する前に吸込圧力部３７に再膨張するため、再膨張する冷媒量を抑制できる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…空気調和機、２…圧縮機、３…四方弁、４…室外熱交換器、５…膨張装置、６…室内熱交換器、７…循環回路、７ａ…インジェクション流路、７ｂ…インジェクション流路の接続管、８…アキュムレータ、１０…密閉容器、１１…駆動機構部、１２…圧縮機構部、１３…回転軸、１４…第１の軸受、１４ａ…軸受本体、１４ｂ…端板、１５…第２の軸受、１５ａ…軸受本体、１５ｂ…端板、１６…シリンダ、１６ａ…シリンダの内壁面、１７ａ…第１の円弧部、１７ｂ…第２の円弧部、１７ｃ…接続部、１７１ｃ…第１の接続部、１７２ｃ…第２の接続部、２３…ロータ、２３ａ…ロータの外周面、２４…ベーンスロット、２５…ベーン、２５ａ…ベーンの上端面、２６…ベーンの先端部、２８…吐出弁機構、２８ａ…吐出ポート、３１…シリンダ室、３２…吸込通路、３３…接続管、３４…圧縮室、３５…吸込室、３６…最小間隙部、３７…吸込圧力部、４０…第１の流路、４１…連通孔、４２…インジェクションポート、５０…第２の流路（インジェクション連通路）、Ｃ１…インジェクションポートのシール幅、Ｃ２…インジェクションポートの溝幅、Ｈ…第２の通路（インジェクション連通路）の周方向幅、Ｏ１…中心軸線、Ｓ，Ｓａ，Ｓｂ…インジェクションポートとインジェクション連通路が重なる範囲（連通断面積）、Ｔ…第２の通路（インジェクション連通路）の軸方向深さ。

Claims (8)

1. 密閉容器と、
   作動流体を吸い込み、吸い込んだ前記作動流体を圧縮する環状のシリンダ室を有するシリンダと、
   前記密閉容器内に配置される回転軸と、
   前記シリンダ室で前記回転軸と同心回転するロータと、
   前記ロータに設けられ、前記シリンダの内壁面に向けて前記ロータの径方向に進退する複数のベーンと、
   前記回転軸の軸方向において前記シリンダの両端部に配置されて前記シリンダを前記軸方向に閉塞する一対の端板と、
   前記作動流体が循環する循環回路から分岐し、前記循環回路を循環する前記作動流体の一部を前記シリンダ室に導くインジェクション流路と、を備え、
   前記シリンダ室には、前記シリンダの内壁面、一対の前記端板、前記ロータの外周面、および前記ベーンにより、前記作動流体を圧縮する圧縮室が区画され、
   前記インジェクション流路は、前記端板に設けられて前記ロータの前記軸方向の端面に向けて開口する第１の流路と、前記ロータの前記端面に設けられて前記第１の流路と前記圧縮室とを間欠的に連通させる第２の流路とを含む
   圧縮機。
2. 前記シリンダは、前記シリンダ室に吸い込まれた前記作動流体を、前記シリンダの内壁面と前記ロータの外周面との間隙が最小となる最小間隙部まで導く吸込圧力部を有し、
   前記ロータの前記端面に向いた前記第１の流路の開口は、前記第２の流路を通じて前記吸込圧力部と連通しない位置に配置される
   請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記第１の流路の前記開口の周縁部は、前記第１の流路が前記第２の流路と連通した状態以外では、前記ロータの前記端面における前記開口の前記周縁部との摺動部によって、もしくは前記ロータの前記端面および前記ベーンの前記軸方向の端面における前記開口の前記周縁部との摺動部によってシールされる
   請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記シリンダの前記軸方向の横断面において、前記第１の流路の前記開口における前記ロータの外周面に沿った円弧状の縁部と前記ロータの外周面の縁部との間隔は、前記開口における前記ロータの外周面に沿った円弧状の一対の縁部同士の間隔よりも小さい
   請求項２に記載の圧縮機。
5. 前記シリンダの前記軸方向の横断面において、前記第１の流路の前記開口と前記第２の流路とが連通して重なる範囲の面積は、前記圧縮室で前記作動流体の圧縮が進むほど小さくなる
   請求項２に記載の圧縮機。
6. 前記第２の流路は、前記ロータの周方向に対向する一対の壁部と、前記ロータの前記端面よりも凹んで一対の前記壁部の一端同士を繋ぐ底部とを有し、
   一対の前記壁部の間隔は、前記底部と前記ロータの前記端面との間の間隔よりも小さい
   請求項２に記載の圧縮機。
7. 前記第２の流路は、前記圧縮室で圧縮された冷媒の圧力が前記圧縮室から吐出される吐出圧力に達する前に前記シリンダ室の前記最小間隙部を通過するように配置される
   請求項２から６のいずれか一項に記載の圧縮機。
8. 請求項７に記載された圧縮機と、
   前記圧縮機に接続された凝縮器と、
   前記凝縮器に接続された膨張装置と、
   前記膨張装置に接続された蒸発器と、を備える
   冷凍サイクル装置。

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