JP6061044B2 - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール型圧縮機に関する。

従来から、固定スクロール及び可動スクロール等の圧縮室形成部材により圧縮室を形成するスクロール型圧縮機が知られている。例えば、スクロール型圧縮機として、冷凍サイクルの中間圧の冷媒ガスを圧縮室にインジェクションすることで、空調機の運転効率を向上させるものがある（例えば、特許文献１（特開平１１−１０９５０号公報））。また、スクロール型圧縮機として、可動スクロールの背面側に背圧室を設け、圧縮室のスラスト方向のガス荷重と反対方向に押し付け力を作用させて、可動スクロールの転覆を抑制するものがある（例えば、特許文献２（特開２０１２−１１７５１９号公報））。

スクロール型圧縮機において、圧縮室内に冷媒をインジェクションした場合、インジェクションによる圧縮室内の圧力上昇に起因して、可動スクロールが転覆する（チッピングともいう）ことがある。

可動スクロールが転覆すると、固定スクロールと可動スクロールとの間のスラスト面の隙間が拡大する。こうなると、特許文献２に記載のように、圧縮室の流体を背圧室に供給したとしても、この背圧室の冷媒が上記の隙間を通じて圧縮機構の吸入側（低圧側）へ漏れ込んでしまう。このため、背圧室の圧力がなかなか上昇せず、可動スクロールの転覆の解消が困難になる。

また、可動スクロールが転覆すると、両スクロールの各ラップ端面と、これらのラップに対向する各鏡板との間に隙間が生じる。このため、圧縮室内では、吐出ポート寄りの比較的高圧の冷媒が、この隙間を通じて吸入ポート寄りに漏れてしまうことがある。そうすると、圧縮室では、比較的高圧の冷媒が過剰に圧縮されてしまい、通常運転時よりも圧縮室の内圧が高くなる。このため、固定スクロールに対する可動スクロールの離反力が大きくなり、可動スクロールの転覆の解消が困難となる。

本発明の課題は、圧縮室形成部材の転覆を抑制し得るスクロール型圧縮機を提供することにある。

本発明の第１観点に係るスクロール型圧縮機は、固定スクロールと、可動スクロールと、ハウジングと、インジェクション通路部と、逃し機構とを備える。可動スクロールは、固定スクロールに組み合わされて圧縮室を形成する。ハウジングは、可動スクロールに対して背圧を付加する冷媒が貯留される背圧室を形成する。インジェクション通路部は、固定スクロールに設けられ、外部のインジェクション配管と圧縮室との間を連通する。逃し機構は、固定スクロールに設けられ、インジェクション通路部から圧縮室に流れる冷媒の圧力であるインジェクション圧力が背圧室の圧力より高いときに、圧縮室と背圧室とを連通する。

このスクロール型圧縮機では、圧縮室内に冷媒をインジェクションした場合でも、インジェクション圧力が背圧室の圧力より高いときには、逃し機構が圧縮室と背圧室とを連通するので、背圧室の圧力を速やかに上昇させることができる。これにより、可動スクロールの転覆を抑制することができる。

本発明の第２観点に係るスクロール型圧縮機は、圧縮室形成部材と、ハウジングと、インジェクション通路部と、逃し機構とを備える。圧縮室形成部材は、圧縮室を形成する。ハウジングは、圧縮室形成部材に対して背圧を付加する冷媒が貯留される背圧室を形成する。インジェクション通路部は、圧縮室形成部材及び／又はその周囲に配される別部材に形成され、圧縮室に繋がるものである。逃し機構は、圧縮室形成部材に設けられ、インジェクション通路部から圧縮室に流れる冷媒の圧力であるインジェクション圧力が背圧室の圧力より高いときに、圧縮室と背圧室とを連通する。

このスクロール型圧縮機では、圧縮室内に冷媒をインジェクションした場合でも、インジェクション圧力が背圧室の圧力より高いときには、逃し機構が圧縮室と背圧室とを連通するので、背圧室の圧力を速やかに上昇させることができる。これにより、可動スクロール等の圧縮室形成部材の転覆を抑制することができる。

本発明の第３観点に係るスクロール型圧縮機は、第１の観点または第２観点に係るスクロール型圧縮機において、圧縮室形成部材が可動スクロール及び固定スクロールを有する。また、逃し機構が逃し通路部と逆止弁とを備える。逃し通路部は、固定スクロールに設けられ、圧縮室と背圧室との間を連通する。逆止弁は逃し通路に対するものである。

このスクロール型圧縮機では、インジェクション圧力が背圧室の圧力より低いときには、逆止弁が圧縮室と背圧室との連通を阻止するので、背圧室の圧力の低下を防ぐことができる。

本発明の第４観点に係るスクロール型圧縮機は、第３の観点に係るスクロール型圧縮機において、固定スクロールが固定側鏡板部と固定側外縁部とを備える。インジェクション通路部は少なくとも固定側鏡板部に設けられる。逃し通路部は固定側外縁部に設けられる。

このスクロール型圧縮機では、上記構成を具備するので可動スクロールの旋回運動に応じて冷媒ガスを圧縮室に導入できる。

本発明の第５観点に係るスクロール型圧縮機は、第１観点から第４観点のいずれかのスクロール型圧縮機において、圧縮室の圧力が背圧室の圧力より高いときに、圧縮室の冷媒を背圧室に第１期間に亘って導入する導入機構を備える。逃し機構は、第１期間より早いタイミングを含む第２期間に亘って圧縮室の冷媒を背圧室に導入する。

このスクロール型圧縮機では、第１期間より早いタイミングで第２期間に亘って冷媒を背圧室に導入するので、逃し機構を介して背圧室の圧力を速やかに高めることができる。

本発明の第６観点に係るスクロール型圧縮機は、第５観点のスクロール型圧縮機において、第２期間の一部が第１期間の一部と重なるように構成されている。

このスクロール型圧縮機では、比較的高圧の流体を長い間、背圧室へ供給できる。この結果、可動スクロールの転覆を一層抑制できる。

本発明の第７観点に係るスクロール型圧縮機は、第５観点または第６観点のスクロール型圧縮機において、インジェクション通路部から圧縮室に第３期間に亘って冷媒を導入するインジェクション機構をさらに備える。第３期間が第１期間とは重複しないように構成されている。

このスクロール型圧縮機では、インジェクション通路部から圧縮室に冷媒を導入する第３期間が第１期間と重複していないので、背圧室内を所望の圧力に安定できる。

本発明の第８観点に係るスクロール型圧縮機は、第７観点のスクロール型圧縮機において、第３期間は第２期間に含まれるように構成されている。

このスクロール型圧縮機では、上記構成を具備するので、転覆のおそれがあるときでも、インジェクション通路部から圧縮室に冷媒が導入された時点から、背圧室の圧力を速やかに高めることができる。

本発明の第９観点に係るスクロール型圧縮機は、第５観点から第８観点のいずれかのスクロール型圧縮機において、圧縮室形成部材は、可動スクロール及び固定スクロールを有する。また、導入機構が固定側通路部と可動側通路部とを備える。固定側通路部は、固定スクロールに形成され、圧縮室から開口端に連通する。可動側通路部は、可動スクロールに形成され、可動スクロールの旋回運動に応じて、固定側通路部に接続して圧縮室と背圧室とを連通する。

このスクロール型圧縮機では、可動スクロールの旋回運動に応じて、固定側通路部に接続して圧縮室と背圧室とを連通させることができるので、容易に背圧室に冷媒を導入することができる。

本発明の第１０観点に係るスクロール型圧縮機は、第９観点のスクロール型圧縮機において、導入機構が、固定側通路部と可動側通路部との接続面積が最大となる時点よりも前に第２期間が終了するように構成されている。

このスクロール型圧縮機では、逃し機構による背圧室への冷媒の導入が導入機構による背圧室への冷媒の導入より早く終了するので、背圧室内を所望の圧力に安定できる。

本発明の第１１観点に係るスクロール型圧縮機は、第５観点から第１０観点のいずれかのスクロール型圧縮機において、逃し機構が、導入機構より圧縮室の低圧側に設けられている。

このスクロール型圧縮機では、圧縮機の通常運転において、背圧室内を所望の圧力に安定できる。

本発明に係るスクロール型圧縮機では、圧縮室内に冷媒をインジェクションした場合、インジェクション圧力が背圧室の圧力より高いときには、逃し機構が圧縮室と背圧室とを連通するので、背圧室の圧力を速やかに上昇させることができる。これにより、可動スクロール等の圧縮室形成部材の転覆を抑制することができる。

空気調和装置１の構成を示す模式図。 スクロール型圧縮機１０の縦断面の構成を示す模式図。 スクロール型圧縮機１０の横断面の構成を示す模式図。 スクロール型圧縮機１０の縦断面の一部を示す模式図。 スクロール型圧縮機１０の縦断面の一部を示す模式図。 固定スクロール４０を下側から見た横断面を示す図（回転角度θ２）。 固定スクロール４０を下側から見た横断面を示す図（回転角度θ４）。 固定スクロール４０を下側から見た横断面を示す図（回転角度θ５）。 圧縮機構３０の圧縮室３１の内圧変化を示す図。 スクロール型圧縮機１０の概略ブロック図。 スクロール型圧縮機１０の概略ブロック図。

（１）全体構成
本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機１０を、図面を参照しながら説明する。なお、下記の実施形態に係るスクロール型圧縮機１０は、本発明の圧縮機の一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

図１はスクロール型圧縮機１０が用いられる空気調和装置１の構成を示す模式図である。本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機１０は、各種の冷凍装置に使用される圧縮機である。ここでは、スクロール型圧縮機１０は空気調和装置１に用いられるものとする。

空気調和装置１は、冷房運転専用の空気調和装置である。ただし、これに限定されるものではなく、スクロール型圧縮機１０が採用される空気調和装置は、暖房運転専用の空気調和装置であってもよく、冷房運転および暖房運転の両方を実施可能な空気調和装置であってもよい。空気調和装置１は、主として、スクロール型圧縮機１０を有する室外ユニット２と、室内ユニット３と、室外ユニット２と室内ユニット３とを接続する液冷媒連絡配管４およびガス冷媒連絡配管５とを有する。なお、空気調和装置１は、図１のようにペア式であり、空気調和装置１は、室外ユニット２と室内ユニット３とを各々１つ有する。ただし、これに限定されるものではなく、空気調和装置１は、室内ユニット３を複数の有するマルチ式であってもよい。空気調和装置１では、スクロール型圧縮機１０や、室内熱交換器３ａ、室外熱交換器７、膨張弁８等の構成機器が配管により接続されることで、冷媒回路１００が構成されている（図１参照）。

室内ユニット３は、図１に示すように、主に室内熱交換器３ａを有する。室内熱交換器３ａは、例えば、伝熱管と多数の伝熱フィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。室内熱交換器３ａは、液側が液冷媒連絡配管４に接続され、ガス側がガス冷媒連絡配管５に接続される。室内熱交換器３ａは、冷媒の蒸発器として機能する。換言すれば、室内熱交換器３ａは、室外ユニット２から、液冷媒連絡配管４を介して低温の液冷媒の供給を受け、室内空気を冷却する。室内熱交換器３ａを通過した冷媒は、ガス冷媒連絡配管５を経て室外ユニット２に戻る。

室外ユニット２は、図１に示すように、アキュムレータ６、スクロール型圧縮機１０、室外熱交換器７、膨張弁８、エコノマイザ熱交換器９、およびインジェクション弁６１を主に有する。これらの機器は、冷媒配管により図１のように接続される。

アキュムレータ６は、ガス冷媒連絡配管５とスクロール型圧縮機１０の吸入管１８とを接続する配管に設けられる。アキュムレータ６は、スクロール型圧縮機１０に液冷媒が供給されることを防止するため、室内熱交換器３ａからガス冷媒連絡配管５を経て吸入管１８に流入した冷媒を、気相と液相とに分離する。スクロール型圧縮機１０には、アキュムレータ６の上部空間に集まる気相の冷媒が供給される。

スクロール型圧縮機１０は、吸入管１８を介して吸入した冷媒を圧縮室３１で圧縮し、圧縮後の冷媒を吐出管１９から吐出する。スクロール型圧縮機１０では、室外熱交換器７から膨張弁８に向かって流れる冷媒の一部を圧縮途中の圧縮室３１に供給する、いわゆる「中間インジェクション」が行われる。スクロール型圧縮機１０については後述する。

室外熱交換器７は、例えば、伝熱管と多数の伝熱フィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。室外熱交換器７は、その一方がスクロール型圧縮機１０から吐出された冷媒が流れる吐出管１９側に接続され、他方が液冷媒連絡配管４側に接続されている。室外熱交換器７は、スクロール型圧縮機１０から吐出管１９を介して供給されるガス冷媒の凝縮器として機能する。

膨張弁８は、室外熱交換器７と液冷媒連絡配管４とを接続する配管に設けられている。膨張弁８は、配管を流れる冷媒の圧力や流量の調節を行うための開度調整可能な電動弁である。

エコノマイザ熱交換器９は、図１のように、室外熱交換器７と膨張弁８との間に配置される。エコノマイザ熱交換器９は、室外熱交換器７から膨張弁８に向かって流れる冷媒と、インジェクション冷媒供給管６０を流れる、インジェクション弁６１により減圧された冷媒との熱交換を行う熱交換器である。

インジェクション弁６１は、スクロール型圧縮機１０にインジェクションされる冷媒の圧力や流量の調節を行うための、開度調整可能な電動弁である。インジェクション弁６１は、室外熱交換器７と膨張弁８とを接続する配管から枝分かれするインジェクション冷媒供給管６０に設けられる。インジェクション冷媒供給管６０は、スクロール型圧縮機１０のインジェクション配管６２に冷媒を供給する配管である。

（２）スクロール型圧縮機の詳細説明
図２，３はスクロール型圧縮機１０の構成を示す模式図である。図２はスクロール型圧縮機１０の補助導入機構８０が設けられた位置における縦断面の構成を模式的に示している。図３はスクロール型圧縮機１０の圧縮機構３０が設けられた位置における横断面の構成を模式的に示している。

スクロール型圧縮機１０は、ケーシング１１、ケーシング１１に収容されるハウジング５０、電動機２０、及び圧縮機構３０を備えている。

（２−１）ケーシング
（２−１−１）ケーシングの主な構成
ケーシング１１は、縦長の円筒状の密閉容器で構成される。ケーシング１１は、軸方向の両端が開口する円筒状の胴部１２と、胴部１２の上端部を閉塞する上部鏡板１３と、胴部１２の下端部を閉塞する下部鏡板１４とを備えている。ケーシング１１の内部空間は、ハウジング５０によって上下に区画されている。ケーシング１１の内部では、ハウジング５０よりも上側の空間が上部空間１５を構成し、ハウジング５０よりも下側の空間が下部空間１６を構成する。また、下部空間１６では、ケーシング１１の底部に油溜部１７が形成される。油溜部１７には、圧縮機構３０や軸受けの各摺動部を潤滑するための潤滑油が貯留される。

ケーシング１１には、吸入管１８、吐出管１９、及びインジェクション配管６２が取り付けられている。吸入管１８は、上部鏡板１３の上部を貫通している。吸入管１８の流出端部は、圧縮機構３０の吸入管継手６５に接続される。吐出管１９は、胴部１２を貫通している。吐出管１９の流入端部は、下部空間１６に開口している。インジェクション配管６２は、上部鏡板１３を貫通している。

（２−１−２）インジェクション配管
インジェクション配管６２は、ケーシング１１の上部鏡板１３を貫通して設けられる。インジェクション配管６２のケーシング１１外の端部は、インジェクション冷媒供給管６０と接続される。インジェクション配管６２のケーシング１１内の端部は、逆止弁６２ａが設けられている。インジェクション配管６２は、固定スクロール４０に形成されたインジェクション通路４４に冷媒を供給する。インジェクション通路４４は、圧縮機構３０の圧縮室３１と連通しており、インジェクション配管６２から供給された冷媒は、インジェクション通路４４を経て圧縮室３１に供給される。インジェクション配管６２からインジェクション通路４４には、冷凍サイクルにおける低圧と高圧との中間の圧力（中間圧）の冷媒が供給される。

（２−２）ハウジング
（２−２−１）ハウジングの主な構成
ハウジング５０は、ケーシング１１の胴部１２の上端部に固定される。ハウジング５０は、略円筒状に形成され、内部を主軸部２４が貫通している。ハウジング５０は、上部軸受部５３の周囲に形成される小径部５１と、偏心部２５の周囲に形成される大径部５２とを有している。大径部５２の外周面は、ケーシング１１に固定される。大径部５２の内部には、略円筒状の高圧側背圧室５４が形成される。この高圧側背圧室５４には、給油通路２７から流出した高圧の潤滑油が供給される。高圧側背圧室５４は、圧縮機構３０の吐出冷媒と同じ圧力雰囲気となっている。また、ハウジング５０の大径部５２の内周縁部の上端には、環状のシールリング５５が設けられる。シールリング５５により、高圧側背圧室５４と中圧側背圧室５６とが密に仕切られている。高圧側背圧室５４は、シールリング５５の内周側に区画され、中圧側背圧室５６は、シールリング５５の外周側に区画される。

（２−２−２）中圧側背圧室
ハウジング５０の大径部５２の上端面には、略環状の凹部が形成され、この凹部内に中圧側背圧室５６が形成される。この中圧側背圧室５６には、圧縮室３１の中間圧の冷媒が供給される。また、中圧側背圧室５６は、連通路（図示省略）を通じて上部空間１５と連通している。つまり、中圧側背圧室５６と上部空間１５とは、実質的に同じ圧力の雰囲気となっている。要するに、中圧側背圧室５６は、可動スクロール３５に対して、固定スクロール４０とは反対側から圧力を加える冷媒が貯留するものとなっている。

（２−３）電動機２０
電動機２０は、下部空間１６に収容されている。電動機２０は、ステータ２１とロータ２２とを有している。ステータ２１は、円筒状に形成され、外周面がケーシング１１の胴部１２に固定される。ロータ２２は、円筒状に形成され、ステータ２１の内部に挿通される。ロータ２２の内部には、このロータ２２を貫通する駆動軸２３が固定される。駆動軸２３は、電動機２０と圧縮機構３０とを連結している。駆動軸２３は、主軸部２４と、主軸部２４の上側に一体に形成される偏心部２５とを有している。偏心部２５は、主軸部２４よりも小径で且つ主軸部２４の軸心に対して所定量だけ偏心している。主軸部２４は、下部軸受部２８及び上部軸受部５３に回転自在に支持されている。駆動軸２３の下端部には、給油ポンプ２６が設けられている。給油ポンプ２６の吸込口は、油溜部１７に開口している。給油ポンプ２６に汲み上げられた潤滑油は、駆動軸２３の内部の給油通路２７を経由して、圧縮機構３０や各軸受部２８，５３の摺動部へ供給される。

（２−４）圧縮機構
圧縮機構３０は、ハウジング５０の上側に配置される。圧縮機構３０は、固定スクロール４０及び可動スクロール３５等の圧縮室形成部材を有するスクロール型の回転式圧縮機構である。圧縮機構３０では、圧縮室形成部材により、圧縮室３１が形成される。具体的には、固定スクロール４０と可動スクロール３５との間に圧縮室３１が形成される。固定スクロール４０は、ハウジング５０にボルトで締結されている。可動スクロール３５は、固定スクロール４０とハウジング５０の間に旋回自在に収容されている。また、圧縮機構３０には、圧縮室３１の冷媒を、後述する中圧側背圧室５６へ供給するための導入機構７０及び補助導入機構８０が設けられている。

（２−４−１）固定スクロール
固定スクロール４０は、略円板状の固定側鏡板部４１と、固定側鏡板部４１の下面に支持される固定側ラップ４２と、固定側ラップ４２の径方向外側に形成される外縁部４３とを有している。

固定側鏡板部４１の中心部には、吐出ポート３２が形成される。吐出ポート３２は、固定側鏡板部４１を上下方向に貫通している。吐出ポート３２の上側には、吐出室４６が区画されている。吐出室４６は、図示しない吐出流路を介して下部空間１６と連通している。つまり、下部空間１６は、圧縮機構３０の吐出冷媒の圧力と同等の圧力雰囲気となっている。固定側ラップ４２は、吐出ポート３２から外縁部４３に亘って渦巻き状に延びて形成される（図３を参照）。また、固定側鏡板部４１には、外部のインジェクション配管６２と圧縮室３１との間を連通するインジェクション通路４４が形成されている。

インジェクション通路４４は、図４に縦断面の構成が模式的に示されているように、固定側鏡板部４１を軸方向に貫通する貫通孔によって構成される。可動スクロール３５が旋回運動を行うと、インジェクション通路４４の圧縮室３１への流出口であるインジェクションポート４５が開閉される。これにより、圧縮室３１へ冷媒の中間インジェクションが行なわれる。ここでは、インジェクション通路４４を介して、インジェクション配管６２から圧縮室３１に「第３期間」に亘って冷媒が導入される。なお、インジェクション通路４４には逆止弁６２ａが設けられており、圧縮室３１内の圧力がインジェクション配管６２の圧力より高い場合には、圧縮室３１からインジェクション配管６２に冷媒が逆流するのが阻止される。

固定スクロール４０の外縁部４３には、吸入ポート３４が形成される。吸入ポート３４は、吸入管１８の流出部と接続している。

なお、インジェクション通路４４は固定スクロール４０の構成部材に形成されてもよいし、さらに別部材を用いて形成されてもよい。具体的には、固定側鏡板部４１に、インジェクション配管６２の一端が接続される構成でもよいし、固定側鏡板部４１にヘッド部材９０が固定され、このヘッド部材９０にインジェクション配管６２の一端が接続される構成を採用してもよい（図１０参照）。この場合、インジェクション配管６２から流入する中間圧の冷媒が、ヘッド部材９０及び固定スクロール４０の内部に形成された通路を通過して圧縮室３１にインジェクションされる。さらに、別の形態として、ハウジング５０にインジェクション配管６２の一端が接続される構成も採用可能である（図１１参照）。この場合は、インジェクション配管６２から流入する中間圧の冷媒が、ハウジング５０及び固定スクロールの内部に形成された通路を通過して圧縮室３１にインジェクションされる。

（２−４−２）可動スクロール
可動スクロール３５は、略円板状の可動側鏡板部３６と、可動側鏡板部３６の上面に支持される可動側ラップ３７と、可動側鏡板部３６の下面に支持されるボス部３８とを有している。

可動側鏡板部３６は、オルダム継手５８を介してハウジング５０に支持される。可動側ラップ３７は、可動側鏡板部３６の中心付近から固定スクロール４０の外縁部４３に亘って渦巻き状に延びて形成される。ボス部３８は、下側が開放された円筒状に形成され、その内部に偏心部２５が挿通される。

（２−４−３）導入機構
導入機構７０は、図５に縦断面の構成が模式的に示されるように、可動側縦孔７１と固定側連通溝７２とを有している。

可動側縦孔７１（可動側通路部）は、可動スクロール３５の可動側鏡板部３６を軸方向に貫通する貫通孔によって構成される。可動側縦孔７１は、細長い円柱状に形成される。可動スクロール３５が旋回運動を行うと、これに伴い可動側縦孔７１も同様の旋回半径で変位する。この可動側縦孔７１の旋回軌跡は、中圧側背圧室５６と軸方向に重なっている。可動側縦孔７１は、何れの旋回位置であっても常に中圧側背圧室５６と連通している。

固定側連通溝７２（固定側通路部）は、固定スクロール４０の外縁部４３の下面（即ち、スラスト面）に形成されている。固定側連通溝７２の流入端は、外縁部４３の内周面に開口し、固定側連通溝７２の流出端は、可動側縦孔７１と断続する位置に形成される。より詳細には、固定側連通溝７２は、流入溝部７２ａと中間溝部７２ｂと流出溝部７２ｃとが連続して一体に形成される。流入溝部７２ａは、外縁部４３の内周面から径方向外方に延びている。中間溝部７２ｂは、流入溝部７２ａの径方向外方の端部から屈曲して周方向に延びている。流出溝部７２ｃは、中間溝部７２ｂの流出側から径方向内方に屈曲しており、その流出端部が可動側縦孔７１の旋回軌跡と重なっている。

導入機構７０では、可動スクロール３５の旋回運動に伴い固定側連通溝７２と可動側縦孔７１とが間欠的に連通する。導入機構７０では、固定側連通溝７２と可動側縦孔７１とが連通することで、最外周側の圧縮室３１と中圧側背圧室５６とを連通させる導入路が構成される。導入機構７０は、圧縮室３１の圧縮途中の中間圧の冷媒を導入路７１，７２を通じて、「第１期間」に亘って中圧側背圧室５６へ供給する。

（２−４−４）補助導入機構
補助導入機構８０は、補助導入路である固定側連通孔８１と、固定側連通孔８１を開閉する逆止弁８２とを有している（図２を参照）。

固定側連通孔８１は、固定スクロール４０の外縁部４３のうち固定側鏡板部４１の近傍に形成される周壁部４３ａに形成される（図５を参照）。固定側連通孔８１は、周壁部４３ａを径方向に貫通しており、最外周側の圧縮室３１と上部空間１５とを連通させている。

固定スクロール４０の外縁部４３の内壁面では、固定側連通孔８１の流入端が固定側連通溝７２の流入端よりも吸入ポート３４寄りに位置している。つまり、固定側連通孔８１は、固定側連通溝７２と比較すると低圧側（吸入側）に導入路を構成している。

逆止弁８２は、固定側連通孔８１の流出部に設けられている。逆止弁８２は、圧縮室３１から上部空間１５への冷媒の流れを許容する一方、上部空間１５から圧縮室３１への冷媒の流れを禁止する。また、逆止弁８２は、圧縮室３１と上部空間１５との差圧に応じて開放されるリード弁で構成される。

補助導入機構８０では、中圧側背圧室５６、ひいては上部空間１５の圧力が低下し、圧縮室３１と上部空間１５の差圧が所定の圧力を超えると、逆止弁８２が開放される。この結果、圧縮室３１の冷媒が固定側連通孔８１、上部空間１５を通じて中圧側背圧室５６へ導入される。補助導入機構８０は、導入機構７０が冷媒を中圧側背圧室５６へ供給する期間（第１期間）よりも早いタイミングを含む「第２期間」に亘って、圧縮室３１の冷媒を中圧側背圧室５６へ供給するように構成される。

（３）スクロール型圧縮機の動作
（３−１）通常運転時の動作
圧縮機１０が通常運転している状態では、中圧側背圧室５６が好ましい背圧に維持されている。この場合、圧縮機１０は以下の動作を行なう。

まず、圧縮機１０の電動機２０への通電により、可動スクロール３５が、駆動軸２３の軸心を中心として偏心回転している。これにより、圧縮室３１の容積は周期的に変化する。続いて、可動スクロール３５の旋回に伴い、この流体室が閉じきられて圧縮室３１が区画される（図３を参照）。圧縮室３１が区画される前に、最外周側の流体室には、吸入ポート３４を介して冷媒が吸入される。また、圧縮室３１が区画された後、インジェクションポート４５から冷媒が導入される。

そして、可動スクロール３５の旋回に伴い、図６に示すように、可動側縦孔７１と固定側連通溝７２とが連通する。これにより、圧縮室３１の圧縮途中の冷媒が固定側連通溝７２及び可動側縦孔７１を順に通過し、中圧側背圧室５６へ導入される。

この状態から可動スクロール３５が更に旋回すると、導入機構７０では、固定側連通溝７２に対する可動側縦孔７１の開口面積が最大となる（図７を参照）。この結果、中圧側背圧室５６が狙いの圧力（「目標背圧」ともいう）に維持される。中圧側背圧室５６の背圧が目標背圧のときには、可動スクロール３５の可動側鏡板部３６に押し付け力が作用する。これにより、可動スクロール３５が固定スクロール４０側に押し付けられ、可動スクロール３５の転覆が抑制される。

そして、図７の状態から可動スクロール３５が更に旋回すると、固定側連通溝７２と可動側縦孔７１とが互いに遮断される（図８を参照）。この結果、導入機構７０による中圧側背圧室５６への冷媒の導入動作が終了する。

この状態から可動スクロール３５が更に旋回すると、中心寄りの圧縮室３１が吐出ポート３２と連通する。この結果、圧縮室３１で圧縮された冷媒が、吐出ポート３２より吐出室４６へ吐出される。この冷媒は、ケーシング１１の下部空間１６を介して吐出管１９に流出する。そして、流出した冷媒は冷凍サイクルに用いられる。

なお、図３，６において補助導入機構８０が作動するように示されているが、圧縮機１０の通常運転時においては、補助導入機構８０が作動することはない。上述のように中圧側背圧室５６が目標圧力に維持されている場合、固定側連通孔８１の逆止弁８２は閉鎖状態になるからである。すなわち、このような通常運転時においては、圧縮室３１の冷媒が、補助導入路（固定側連通孔８１））を通じて上部空間１５へ供給されることはない。

（３−２）中圧側背圧室の圧力が好ましい背圧でないときの動作
（３−２−１）
中圧側背圧室５６が好ましい背圧でない場合とは、例えば、圧縮機１０の起動時や過渡的な運転時、中間インジェクションの実行時の状態である。圧縮機１０に中間インジェクションを行なう場合、インジェクションによる圧縮室３１の圧力上昇に起因して、可動スクロール３５が転覆することがある。そして、可動スクロール３５が一度転覆してしまうと、従来のものでは可動スクロール３５の転覆を速やかに解消することができないという問題がある。

具体的には、例えば可動スクロール３５が転覆してしまうと、可動スクロール３５の可動側鏡板部３６と固定スクロール４０の外縁部４３との間のスラスト面に比較的広い隙間が形成されてしまうことがある。そうすると、中圧側背圧室５６の中間圧の冷媒が、この隙間を介して圧縮室３１の吸入側（低圧側）にまで漏れ込んでしまうことがある。この結果、図９に示すように、中圧側背圧室５６の圧力Ｐｕが当初の目標圧力Ｐｏを大きく下回ってしまい、可動スクロール３５に所望の押し付け力を付与できなくなる。

また、可動スクロール３５が転覆してしまうと、固定側ラップ４２の先端と可動側鏡板部３６との間や、可動側ラップ３７の先端と固定側鏡板部４１との間に比較的広い隙間が形成されてしまうことがある。これにより、吐出ポート３２寄りの比較的高圧の冷媒が、このような隙間を通じて吸入ポート寄りの圧縮室３１へ漏れ込んでしまい、この冷媒が再び圧縮されて過剰な圧力となってしまうことがある。この結果、図９の破線で示すように、圧縮室の内圧が通常運転と比較して全体的に高くなり、ガス荷重に起因する可動スクロール３５の離反力が大きくなる。

そして、可動スクロール３５の押し付け力が不足したり、可動スクロール３５の離反力が過剰になったりすると、転覆した状態の可動スクロール３５を元の状態に復帰できなくなる。この結果、圧縮機１０の信頼性を損なうことになる。そこで、本実施形態では、中間インジェクションを行なう場合であっても、補助導入機構８０を動作させて可動スクロール３５の転覆を抑制できるようにしている。

本実施形態に係る固定側連通孔８１は、図９に示す「第２期間」に亘って最外周の流体室に開口可能な位置に形成される。つまり、固定側連通孔８１の流入口は、可動スクロール３５の回転角度θ１〜θ３の範囲に亘って圧縮機構３０の内部の流体室に臨むように配置されている。ここで、回転角度θ１は、最外周側の圧縮室３１の圧縮行程の開始のタイミングに対応する回転角度よりもやや早い回転角度である。また、回転角度θ３は、上述した導入機構７０によって圧縮室３１と中圧側背圧室５６との連通が開始するタイミング（図６で示す回転角度θ２）よりも遅い回転角度である。また、回転角度θ３は、固定側連通溝７２に対する可動側縦孔７１の開口面積が最大となるタイミング（図７で示す回転角度θ４）よりもやや早い回転角度である。

また、本実施形態に係るインジェクションポート４５は、図９に示す「第３期間」に亘って、最外周の流体室に開口可能な位置に形成される。つまり、インジェクション通路４４の流出口であるインジェクションポート４５は、可動スクロール３５の回転角度θ１〜θ６の範囲に亘って圧縮機構３０の内部の流体室に臨むように配置されている。ここで、回転角度θ６は、上述した回転角度θ２よりも早い回転角度である。すなわち、第３期間が第２期間に含まれるようにインジェクションポート４５が形成される。また、第３期間が第１期間とは重複しないようにインジェクションポートが形成される。

（３−２−２）
このようなスクロール型圧縮機１０に中間インジェクションを行なうと、可動スクロール３５の回転角度θ１〜θ６に対応する第３期間に亘ってインジェクションポート４５が開口され、中間圧の冷媒が圧縮室３１に流入する。中間インジェクションの実行時の状態では、圧縮室３１の圧力が目標背圧より高くなる場合がある。そして、このような状態の場合、逆止弁８２が開放され、第２期間に亘って、圧縮室３１の圧縮途中の冷媒が、固定側連通孔８１、上部空間１５を経由して、中圧側背圧室５６へ供給される（図３を参照）。この結果、中圧側背圧室５６の圧力が速やかに上昇する。

その後、可動スクロール３５が回転角度θ２に至ると、導入機構７０により、圧縮室３１の圧縮途中の冷媒が中圧側背圧室５６へ供給される。このように、本実施形態では、中間インジェクションの実行時において、第２期間及び第１期間に亘って、圧縮室３１の冷媒が中圧側背圧室５６へ供給される。このため、中圧側背圧室５６の圧力を速やかに上昇できる。

しかも、本実施形態では、図６に示すように、第２期間の一部が第１期間の一部に重なっており、第２期間の終了のタイミングが回転角度θ４のほぼ直前となっている。このため、補助導入路８１から中圧側背圧室５６に向かって比較的高圧の冷媒を長期に亘って導入することができる。この結果、中圧側背圧室５６の圧力を一層速やかに上昇できる。

（４）特徴
（４−１）
本実施形態に係るスクロール型圧縮機１０は、固定スクロール４０と、可動スクロール３５と、ハウジング５０と、インジェクション通路４４と、補助導入機構（逃し機構）８０とを備える。可動スクロール３５は、固定スクロール４０に組み合わされて圧縮室３１を形成する。ハウジング５０は、可動スクロール３５に対して背圧を付加する冷媒が貯留される中圧側背圧室５６を形成する。インジェクション通路４４は、固定スクロール４０に設けられ、外部のインジェクション配管６２と圧縮室３１との間を連通する。補助導入機構８０は、固定スクロール４０に設けられ、インジェクション通路４４から圧縮室３１に流れる冷媒の圧力であるインジェクション圧力が背圧室の圧力より高いときに、圧縮室３１と中圧側背圧室５６とを連通する。

スクロール型圧縮機１０は、上記構成を具備するので、圧縮室３１内に冷媒をインジェクションした場合でも、インジェクション圧力が背圧室の圧力より高いときには、補助導入機構８０が圧縮室３１と中圧側背圧室５６とを連通する。これにより、中圧側背圧室５６の圧力を速やかに上昇させることができ、可動スクロール３５の転覆を抑制することができる。

また、スクロール型圧縮機１０では、仮に可動スクロールに転覆が生じた場合でも、補助導入機構８０が圧縮室３１と中圧側背圧室５６とを連通し、中圧側背圧室５６の圧力を速やかに上昇させることができる。したがって、圧縮室３１内に冷媒をインジェクションするか否かに関わらず、可動スクロール３５の転覆を速やかに解消することができる。

さらに、スクロール型圧縮機１０では、インジェクション圧力が背圧室の圧力より高くないときには、補助導入機構８０が圧縮室３１と中圧側背圧室５６との連通を阻止するので、圧縮性能の低下を抑えることができる。

（４−２）
スクロール型圧縮機１０は、補助導入機構８０が固定側連通孔（逃し通路部）８１と逆止弁８２とを備える。固定側連通孔８１は、固定スクロール４０に設けられ、圧縮室３１と中圧側背圧室５６との間を連通する。逆止弁８２は固定側連通孔８１の流体に対するものである。

スクロール型圧縮機１０は、上記構成を具備するので、インジェクション圧力が背圧室の圧力より低いときには、逆止弁８２が圧縮室３１と中圧側背圧室５６との連通を阻止する。これにより、中圧側背圧室５６の圧力の低下を防ぐことができる。

（４−３）
スクロール型圧縮機１０は、固定スクロール４０が固定側鏡板部４１と固定側外縁部４３とを備える。インジェクション通路４４は固定側鏡板部４１に設けられる。固定側連通孔８１は固定側外縁部４３に設けられる。このような構成により、可動スクロール３５の旋回運動に応じて冷媒ガスを中圧側圧縮室３１に導入できる。

（４−４）
スクロール型圧縮機１０は、圧縮室の圧力が背圧室の圧力より高いときに、圧縮室３１の冷媒を中圧側背圧室５６に第１期間に亘って導入する導入機構７０を備える。補助導入機構８０は、第１期間より早いタイミングを含む第２期間に亘って圧縮室３１の冷媒を中圧側背圧室５６に導入する。

スクロール型圧縮機１０が、第１期間より早いタイミングで第２期間に亘って冷媒を中圧側背圧室５６に導入するので、補助導入機構８０を介して中圧側背圧室５６の圧力を速やかに高めることができる。

（４−５）
さらに、スクロール型圧縮機１０は、第２期間の一部が第１期間の一部と重なるように構成されている。これにより、スクロール型圧縮機１０は、比較的高圧の流体を長い間、背圧室へ供給できる。この結果、可動スクロールの転覆を一層抑制できる。

（４−６）
スクロール型圧縮機１０は、インジェクション通路４４から圧縮室３１に第３期間に亘って冷媒を導入するインジェクション機構をさらに備える。第３期間が第１期間とは重複しないように構成されている。インジェクション通路４４から圧縮室３１に冷媒を導入する第３期間が第１期間と重複していないので、中圧側背圧室５６内を所望の圧力に安定できる。

（４−７）
スクロール型圧縮機１０は、第３期間が第２期間に含まれるように構成されている。これにより、スクロール型圧縮機１０では、転覆のおそれがあるときでも、インジェクション通路４４から圧縮室３１に冷媒が導入された時点から、中圧側背圧室５６の圧力を速やかに高めることができる
（４−８）
スクロール型圧縮機１０は、導入機構７０が固定側連通溝（固定側通路部）７２と可動側縦孔（可動側通路部）７１とを備える。固定側連通溝７２は、固定スクロール４０に形成され、圧縮室３１から流出端（開口端）に連通する。可動側縦孔７１は、可動スクロール３５に形成され、可動スクロール３５の旋回運動に応じて、固定側連通溝７２に接続して圧縮室３１と中圧側背圧室５６とを連通する。スクロール型圧縮機１０は、上記構成を具備するので、容易に中圧側背圧室５６に冷媒を導入することができる。

（４−９）
スクロール型圧縮機１０は、導入機構７０が、固定側連通溝７２と可動側縦孔７１との接続面積が最大となる時点よりも前に第２期間が終了するように構成されている。

したがって、スクロール型圧縮機１０では、補助導入機構８０による中圧側背圧室５６への冷媒の導入が導入機構７０による中圧側背圧室５６への冷媒の導入より早く終了するので、中圧側背圧室５６内を所望の圧力に安定できる。

（４−１０）
また、スクロール型圧縮機１０は、補助導入機構８０が、導入機構７０より圧縮室３１の低圧側に設けられている。スクロール型圧縮機１０は、上記構成を具備しているので、圧縮機の通常運転において、中圧側背圧室５６の圧力を所望の圧力することができる。

（５）変形例
以下に上記実施形態の変形例を示す。変形例は、互いに矛盾のない範囲で複数組み合わされてもよい。

（５−１）
上記実施形態では、補助導入機構８０により冷媒を中圧側背圧室５６へ供給する期間（第２期間）の一部が、導入機構７０により冷媒を中圧側背圧室５６へ供給する期間（第１期間）の一部と重なっている。しかしながら、両者の期間は必ずしも重ならなくてもよく、第２期間の終了後に第１期間が設定されていてもよい。

また、上記実施形態の補助導入機構８０では、固定スクロール４０の外縁部４３の周壁部４３ａに補助導入路８１を形成している。しかしながら、固定スクロール４０の固定側鏡板部４１に貫通孔を形成し、補助導入路８１を形成するようにしてもよい。この場合には、固定側鏡板部４１の上側に逆止弁８２を取り付け、補助導入路８１の上端部を開閉するようにする。

（５−２）
上記実施形態において、インジェクション通路４４の長さを、７０Ｈｚ〜１４００Ｈｚの脈動を減衰させる長さに設定してもよい。これによって、冷媒の脈動減衰の効果を高めることができる。

（５−３）
上記実施形態において、インジェクション通路を図１０，１１に示すような経路にしてもよい。図１０，１１は、図２のスクロール型圧縮機１０の概略ブロック図である。図１０，１１において、２点鎖線で示された経路は、図２のインジェクション配管６２及びインジェクション通路４４を一つのインジェクション経路として描いたものである。

詳しくは、インジェクション経路は、図１０に示すように、固定スクロール４０及びヘッド部材９０に設けてもよい。また、インジェクション経路は、図１１に示すように、ハウジング５０及び固定スクロール４０に設けてもよい。要するに、インジェクション経路は、使用態様に応じて適宜設定できるものである。

本発明は、スクロール型圧縮機に関し、特に圧縮室形成部材の転覆の対策について有用である。

１０ スクロール型圧縮機
３１ 圧縮室
３５ 可動スクロール（圧縮室形成部材）
４０ 固定スクロール（圧縮室形成部材）
４１ 固定側鏡板部
４３ 外縁部（固定側外縁部）
４４ インジェクション通路
４５ インジェクションポート
５０ ハウジング
５６ 中圧側背圧室（背圧室）
６２ インジェクション配管
７０ 導入機構
７１ 可動側縦孔（可動側通路部）
７２ 固定側連通溝（固定側通路部）
８０ 補助導入機構（逃し機構）
８１ 固定側連通孔（逃し通路部）
８２ 逆止弁
９０ ヘッド部材

特開平１１−１０９５０号公報 特開２０１２−１１７５１９号公報

Claims (11)

1. 固定スクロール（４０）と、
   前記固定スクロールに組み合わされて圧縮室（３１）を形成する可動スクロール（３５）と、
   前記可動スクロールに対して背圧を付加する冷媒が貯留される背圧室（５６）を形成するハウジング（５０）と、
   前記固定スクロールに設けられ、外部のインジェクション配管（６２）と前記圧縮室との間を連通するインジェクション通路部（４４）と、
   前記固定スクロールに設けられ、前記インジェクション通路部から前記圧縮室に流れる前記冷媒の圧力であるインジェクション圧力が前記背圧室の圧力より高いときに、前記圧縮室と前記背圧室とを連通する逃し機構（８０）と、
   を備える、スクロール型圧縮機。
2. 可動スクロール（４０）及び固定スクロール（３５）を有し、圧縮室（３１）を形成する圧縮室形成部材（３５，４０）と、
   前記圧縮室形成部材に対して背圧を付加する冷媒が貯留される背圧室（５６）を形成するハウジング（５０）と、
   前記圧縮室形成部材（３５，４０）及び／又はその周囲に配される別部材（５０，９０）に形成され、前記圧縮室（３１）に繋がるインジェクション通路部（４４）と、
   前記圧縮室形成部材に設けられ、前記インジェクション通路部から前記圧縮室に流れる前記冷媒の圧力であるインジェクション圧力が前記背圧室の圧力より高いときに、前記圧縮室と前記背圧室とを連通する逃し機構（８０）と、
   を備える、スクロール型圧縮機。
3. 前記逃し機構は、
   前記固定スクロールに設けられ、前記圧縮室と前記背圧室との間を連通する逃し通路部（８１）と、
   前記逃し通路に対する逆止弁（８２）と、
   を備える、請求項１または２に記載のスクロール型圧縮機。
4. 前記固定スクロールは、固定側鏡板部（４１）と固定側外縁部（４３）とを備え、
   前記インジェクション通路部は、少なくとも前記固定側鏡板部に設けられ、
   前記逃し通路部は、前記固定側外縁部に設けられる、
   請求項３に記載のスクロール型圧縮機。
5. 前記圧縮室の冷媒を前記背圧室に第１期間に亘って導入する導入機構（７０）を備え、
   前記逃し機構は、前記圧縮室の圧力が前記背圧室の圧力より高いときに、前記第１期間より早いタイミングを含む第２期間に亘って前記圧縮室の冷媒を前記背圧室に導入する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のスクロール型圧縮機
6. 前記第２期間の一部が前記第１期間の一部と重なるように構成されている、
   請求項５に記載のスクロール型圧縮機。
7. 前記インジェクション通路部から前記圧縮室に第３期間に亘って前記冷媒を導入するインジェクション機構をさらに備え、
   前記第３期間が前記第１期間とは重複しないように構成されている、
   請求項５または６に記載のスクロール型圧縮機。
8. 前記３期間は前記第２期間に含まれるように構成されている、
   請求項７に記載のスクロール型圧縮機。
9. 前記導入機構は、
   前記固定スクロールに形成され、前記圧縮室から開口端に連通する固定側通路部（７２）と、
   前記可動スクロールに形成され、前記可動スクロールの旋回運動に応じて、前記固定側通路部に接続して前記圧縮室と前記背圧室とを連通する可動側通路部（７１）と、
   を備える、請求項５から８のいずれか１項に記載のスクロール型圧縮機。
10. 前記導入機構は、前記固定側通路部と前記可動側通路部との接続面積が最大となる時点よりも前に前記第２期間が終了するように構成されている、
    請求項９に記載のスクロール型圧縮機。
11. 前記逃し機構は、前記導入機構より前記圧縮室の低圧側に設けられている、
    請求項５から１０のいずれか１項に記載のスクロール型圧縮機。

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