JP6399637B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸回りに変位しながら容積を縮小させる圧縮室にて流体を圧縮する圧縮機に関する。

従来、回転軸回りに変位しながら容積を縮小させる圧縮室にて流体を圧縮する圧縮機（以下、回転型の容積圧縮機という。）が知られている。例えば、この種の回転型の容積圧縮機の一例として、それぞれ渦巻き状の歯部が形成された固定スクロールおよび可動スクロールを備えるスクロール型圧縮機がある。

より具体的には、スクロール型圧縮機では、可動スクロールおよび固定スクロールに形成された渦巻き状の歯部同士を噛み合わせた状態で、可動スクロールを固定スクロールに対して旋回（公転運動）させることによって、それぞれの歯部の間に形成される圧縮室を回転軸周りに変位させながら、圧縮室の容積を縮小させる。

また、特許文献１には、いわゆるガスインジェクションサイクル（エコノマイザ式冷凍サイクル）に適用された圧縮機であって、外部から吸入された中間圧流体を圧縮室にて圧縮過程の流体へ合流させる中間圧吸入ポートが設けられたスクロール型圧縮機が開示されている。このような中間圧吸入ポートが設けられた圧縮機では、圧縮室内へ比較的温度の低い中間圧流体を合流させることで、圧縮機の圧縮効率を向上させることができる。

なお、圧縮機の圧縮効率とは、圧縮機を駆動するために必要な仕事量に対する圧縮機が出力した仕事量の比で定義される値である。

特開２０１３−２０９９５４号公報

ところで、一般的な回転型の容積圧縮機では、圧縮室を区画形成する圧縮室形成部材を備えている。そして、圧縮室形成部材の一部を回転軸の回転とともに回転変位させて、圧縮室形成部材のうち実際に圧縮室を区画形成する部位（壁面）を回転軸回りに連続的に変化させることによって、圧縮室を回転軸回りに変位させている。

つまり、回転型の容積圧縮機では、低圧流体を吸入する吸入ポート側に連通する吸入側の圧縮室も、高圧流体を吐出する吐出ポート側に連通する吐出側の圧縮室も、同一の圧縮室形成部材によって区画形成されている。

このことを、スクロール型圧縮機を例に説明すると、スクロール型圧縮機では、圧縮室形成部材として、固定スクロールおよび可動スクロールを備えている。そして、可動スクロールを固定スクロールに対して旋回（公転運動）させ、可動スクロールの可動側歯部と固定スクロールの固定側歯部が接触する位置を回転軸回りに徐々に変更することによって、圧縮室を形成する壁面を連続的に変化させて圧縮室を回転軸回りに変位させている。

従って、外周側に形成される吸入側の圧縮室も、中心側に形成される吐出側の圧縮室も、同一の固定スクロールおよび可動スクロールによって区画形成されている。

さらに、圧縮室内の流体は圧縮されるに伴って温度上昇するので、吐出側の圧縮室内の流体温度は、吸入側の圧縮室へ吸入される流体温度よりも高くなる。このため、回転型の容積圧縮機のように、吐出側の圧縮室および吸入側の圧縮室が同一の圧縮室形成部材によって区画形成される構成では、吐出側の圧縮室内の高圧流体の有する熱が、圧縮室形成部材を介して吸入側の圧縮室へ流入する流体へ伝熱されてしまいやすい。

そして、吐出側の圧縮室内の高圧流体の有する熱が吸入側の圧縮室へ流入する流体へ伝達されてしまうと、吸入側の圧縮室へ流入する流体の密度が低下して、圧縮機の体積効率が悪化してしまう。

なお、圧縮機の体積効率とは、理論的に圧縮室が縮小する容積に対する実際に圧縮室に吸入された流体の量の比で定義される値である。従って、体積効率を向上させることで、同一回転数における圧縮機の吐出流量を向上させることができる。

これにより、例えば、冷凍サイクルに適用される圧縮機においては、体積効率を向上させることで、同一の冷却能力あるいは加熱能力を発揮させるために必要な回転数を低下させることができる。その結果、圧縮機の信頼性を向上させることができるとともに、冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。

本発明は、上記点に鑑み、回転軸回りに変位しながら容積を縮小させる圧縮室にて流体を圧縮する圧縮機の体積効率の悪化を抑制することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために案出されたもので、請求項１に記載の発明では、回転軸（２５）回りに変位しながら容積を縮小させる圧縮室（Ｖｃ）を形成する圧縮室形成部材（１１、１２）を備えるとともに、外部から吸入された中間圧流体を圧縮室（Ｖｃ）にて圧縮過程の流体へ合流させる中間圧吸入ポート（３０ｂ）が設けられた圧縮機であって、
圧縮室（Ｖｃ）側から中間圧吸入ポート（３０ｂ）側へ流体が逆流することを防止する逆流防止手段（５０）を備え、
圧縮室形成部材は、回転軸（２５）から伝達される回転駆動力によって公転運動するとともに渦巻き状の可動側歯部（１１２）を有する可動スクロール（１１）、および可動側歯部（１１２）と噛み合う渦巻き状の固定側歯部（１２２）を有する固定スクロール（１２）を含み、可動側歯部（１１２）と固定側歯部（１２２）との間に、回転軸（２５）の径方向に並んだ複数個の圧縮室（Ｖｃ）を形成することが可能に構成されており、
逆流防止手段（５０）から圧縮室（Ｖｃ）へ至る下流側流体通路（５１）は、回転軸（２５）の中心軸の軸方向から見たときに、下流側冷媒通路（５１）の入口部から回転軸（２５）の中心軸へ至る線分を線分Ｌ１とし、下流側冷媒通路（５１）の入口部から出口部へ至る線分を線分Ｌ２とし、回転軸（２５）および可動スクロール（１１）の回転方向に線分Ｌ１から線分Ｌ２へ至る角度をαとしたときに、
０°＜α＜１８０°
となるように形成されており、
さらに、線分Ｌ２を含み、かつ、回転軸（２５）の軸方向に平行な断面において、回転軸（２５）の軸方向に延びる線分を線分Ｌ３とし、線分Ｌ３と線分Ｌ２との間に形成される角度のうち、小さい方の角度をβとしたときに、
０°＜β＜９０°
となるように形成されていること特徴とする。

これによれば、下流側流体通路（５１）が、回転軸（２５）の回転方向と逆方向に延びる方向成分を有するように形成することができるので、下流側流体通路（５１）を流通する中間圧流体によって、圧縮室形成部材（１１、１２）のうち、流体圧力が比較的低圧となっている低圧側の圧縮室（Ｖｃ）を形成する壁面を冷却することができる。

従って、高圧流体を吐出する吐出ポートに連通する吐出側の圧縮室（Ｖｃ）内の高圧流体の有する熱が、圧縮室形成部材（１１、１２）を介して、低圧流体を吸入する吸入ポートに連通する吸入側の圧縮室（Ｖｃ）へ流入する流体へ伝熱されてしまうことを抑制して、圧縮機の体積効率の悪化を抑制することができる。

また、請求項４に記載の発明では、回転軸（２５）回りに変位しながら容積を縮小させる圧縮室（Ｖｃ）を形成する圧縮室形成部材（１１、１２）を備えるとともに、外部から吸入された中間圧流体を圧縮室（Ｖｃ）にて圧縮過程の流体へ合流させる中間圧吸入ポート（３０ｂ）が設けられた圧縮機であって、
圧縮室（Ｖｃ）側から中間圧吸入ポート（３０ｂ）側へ流体が逆流することを防止する逆流防止手段（５０）を備え、
圧縮室形成部材は、回転軸（２５）から伝達される回転駆動力によって公転運動するとともに渦巻き状の可動側歯部（１１２）を有する可動スクロール（１１）、および可動側歯部（１１２）と噛み合う渦巻き状の固定側歯部（１２２）を有する固定スクロール（１２）を含んで構成されており、圧縮室（Ｖｃ）は、可動側歯部（１１２）と固定側歯部（１２２）との間に形成されており、
逆流防止手段（５０）から圧縮室（Ｖｃ）へ至る下流側流体通路（５１）が、少なくとも回転軸（２５）の回転方向と逆方向に延びる方向成分を有して形成されており、下流側流体通路（５１）は、前記固定側歯部（１２２）の内部に形成されていることを特徴とする。
これによれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を得ることができる。

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

第１実施形態のヒートポンプサイクルの全体構成図である。 第１実施形態の圧縮機の軸方向断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ断面を拡大した拡大断面図であって、第１実施形態の下流側冷媒通路の形状を説明するための断面図である。 第２実施形態の下流側冷媒通路の形状を説明するための断面図である。 第３実施形態の下流側冷媒通路の形状を説明するための断面図である。

（第１実施形態）
図１〜図４により、本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態では、本発明に係る圧縮機１を、ヒートポンプ式給湯機にて給湯水を加熱するヒートポンプサイクル（蒸気圧縮式の冷凍サイクル）１００に適用している。従って、本実施形態の圧縮機１にて圧縮される流体は、冷媒である。

このヒートポンプサイクル１００は、圧縮機１の圧縮室Ｖｃにて昇圧過程の冷媒にサイクルの中間圧気相冷媒を合流させるガスインジェクションサイクルとして構成されている。より具体的には、本実施形態のヒートポンプサイクル１００は、図１に示すように、圧縮機１、水−冷媒熱交換器２、第１膨張弁３、気液分離器４、第２膨張弁５、室外熱交換器６等を有している。

水−冷媒熱交換器２は、圧縮機１の吐出ポート４０ａから吐出された冷媒と給湯水とを熱交換させて給湯水を加熱する加熱用熱交換器である。第１膨張弁３は、水−冷媒熱交換器２から流出した高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させる高段側減圧手段であって、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電気式膨張弁である。

気液分離器４は、第１膨張弁３にて減圧された中間圧冷媒の気液を分離する気液分離手段である。第２膨張弁５は、気液分離器４の液相冷媒流出口から流出した中間圧液相冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる低段側減圧手段であって、その基本的構成は第１膨張弁３と同様である。室外熱交換器６は、第２膨張弁５にて減圧された低圧冷媒を外気と熱交換させて蒸発させる吸熱用熱交換器である。

室外熱交換器６の冷媒出口側には、圧縮機１の吸入ポート３０ａが接続され、気液分離器４の気相冷媒流出口には、圧縮機１の中間圧吸入ポート３０ｂが接続されている。従って、本実施形態では、気液分離器４にて分離された中間圧気相冷媒が圧縮機１の圧縮室Ｖｃにて昇圧過程の冷媒にインジェクション（注入）される。

また、本実施形態のヒートポンプサイクル１００では、冷媒として二酸化炭素を採用しており、圧縮機１の吐出ポートから第１膨張弁３入口側へ至るサイクルの高圧側冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成している。さらに、冷媒には、圧縮機１内部の各摺動部位を潤滑するオイル（冷凍機油）が混入されており、このオイルの一部は冷媒とともにサイクルを循環している。

なお、ヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプサイクル１００の他に、水−冷媒熱交換器２にて加熱された給湯水を貯湯する貯湯タンク、貯湯タンクと水−冷媒熱交換器２との間で給湯水を循環させる給湯水循環回路、および給湯水循環回路に配置されて給湯水を圧送する水ポンプ（いずれも図示せず）等を有している。

次に、図２〜図４を用いて、圧縮機１の詳細構成を説明する。なお、図２における上下の各矢印は、圧縮機１をヒートポンプ式給湯機に搭載した状態における上下の各方向を示している。圧縮機１は、圧縮機構部１０、電動機部（電動モータ部）２０、ハウジング３０、および油分離器４０等を有して構成されている。

圧縮機構部１０は、圧縮対象流体である冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものである。電動機部２０は、圧縮機構部１０を駆動する回転駆動力を出力するものである。ハウジング３０は、圧縮機１の外殻を形成するとともに、その内部に圧縮機構部１０および電動機部２０を収容するものである。油分離器４０は、ハウジング３０の外部に配置されて圧縮機構部１０にて圧縮された高圧冷媒からオイルを分離するものである。

また、本実施形態の圧縮機１は、図２に示すように、電動機部２０から圧縮機構部１０へ回転駆動力を伝達するシャフト（回転軸）２５が鉛直方向（上下方向）に延びて、圧縮機構部１０と電動機部２０が鉛直方向に配置された、いわゆる縦置きタイプに構成されている。より具体的には、本実施形態の圧縮機１では、圧縮機構部１０が電動機部２０の下方側に配置されている。

ハウジング３０は、中心軸が鉛直方向に延びる筒状部材３１、筒状部材３１の上端部を塞ぐ椀状の上蓋部材３２および筒状部材３１の下端部を塞ぐ椀状の下蓋部材３３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３１、上蓋部材３２および下蓋部材３３は、いずれも鉄あるいは鉄系金属で形成されており、これらは溶接にて接合されている。

また、ハウジング３０には、吸入ポート３０ａ、中間圧吸入ポート３０ｂ（図２には図示せず）、高圧冷媒流出口（図２には図示せず）が形成されている。

吸入ポート３０ａは、室外熱交換器６から流出した低圧冷媒を圧縮機構部１０へ吸入させる冷媒吸入口である。中間圧吸入ポート３０ｂは、気液分離器４の気相冷媒流出口から流出した中間圧気相冷媒を圧縮機構部１０の圧縮室Ｖｃにて圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧冷媒吸入口である。高圧冷媒流出口は、圧縮機構部１０から吐出された高圧冷媒をハウジング３０の外部に配置された油分離器４０側へ流出させる冷媒流出口である。

電動機部２０は、固定子をなすコイルステータ２１と回転子をなすロータ２２とを有して構成されている。このロータ２２の軸中心穴にはシャフト２５が圧入により固定されている。従って、制御装置からコイルステータ２１のコイルへ電力が供給されて回転磁界が発生すると、ロータ２２およびシャフト２５が一体となって回転する。

シャフト２５は、略円筒状に形成されており、その両端部は、それぞれすべり軸受けにて構成された第１軸受部２６、第２軸受部２７に回転可能に支持されている。また、シャフト２５の内部には、シャフト２５の外表面と第１、第２軸受部２６、２７との摺動部位にオイルを供給するための油供給通路２５ａが形成されている。

第１軸受部２６は、ハウジング３０内の空間を電動機部２０が配置される空間と圧縮機構部１０が配置される空間とに仕切るミドルハウジング２８に形成されており、シャフト２５の下端側（圧縮機構部１０側）を支持している。第２軸受部２７は、介在部材を介してハウジング３０の筒状部材３１に固定されており、シャフト２５の上端側（圧縮機構部１０の反対側）を支持している。

圧縮機構部１０は、それぞれ渦巻き状の歯部が形成された可動スクロール１１および固定スクロール１２を有するスクロール型の圧縮機構部として構成されている。可動スクロール１１は、前述のミドルハウジング２８の下方側に配置され、固定スクロール１２は、可動スクロール１１の下方側に配置されている。

より詳細には、可動スクロール１１は、円板状の可動側基板部１１１、および可動側基板部１１１から固定スクロール１２側へ向かって突出する渦巻き状の可動側歯部１１２を有している。固定スクロール１２は、円板状の固定側基板部１２１および固定側基板部１２１から可動スクロール１１側へ向かって突出する渦巻き状の固定側歯部１２２を有している。

さらに、固定スクロール１２は、固定側基板部１２１の外周側面がハウジング３０の筒状部材３１の内周側面に圧入されていることによって、ハウジング３０に固定されている。可動スクロール１１は、ミドルハウジング２８と固定スクロール１２との間に形成される空間に配置されている。

可動スクロール１１および固定スクロール１２は、それぞれの基板部１１１、１２１の板面が対向するように配置されているとともに、それぞれの歯部１１２、１２２同士が噛み合わされて、一方のスクロールの歯部の先端部が他方のスクロールの基板部に当接するように配置されている。

それぞれのスクロールの歯部の先端部には、作動室Ｖの気密性を向上させるためのチップシールが配置されている。より具体的には、それぞれのスクロールの歯部の先端部には、先端部の形状に沿った渦巻き状の溝部が形成されており、チップシールはこの溝部に嵌め込まれることによって渦巻き状に配置されている。このようなチップシールとしては、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂で形成されたものを採用することができる。

これにより、それぞれの歯部１１２、１２２同士が複数箇所で接触し、それぞれの歯部１１２、１２２同士の間には、シャフト２５の中心軸の軸方向から見たときに三日月形状に形成される圧縮室Ｖｃが複数個形成される。なお、図２、図３では、図示の明確化のため、複数個の圧縮室Ｖｃのうち一部の圧縮室Ｖｃのみに符号を付しており、他の圧縮室については符号を省略している。

また、可動スクロール１１の可動側基板部１１１の上面側の中心部には、シャフト２５の下端部（圧縮機構部１０側の端部）が挿入される円筒状のボス部１１３が形成されている。一方、シャフト２５の下端部は、シャフト２５の回転中心に対して偏心した偏心部２５ｂになっている。従って、可動スクロール１１の可動側基板部１１１のボス部１１３には、シャフト２５の偏心部２５ｂが挿入される。

さらに、可動スクロール１１およびミドルハウジング２８の間には、可動スクロール１１が偏心部２５ｂ周りに自転することを防止する図示しない自転防止機構が設けられている。このため、シャフト２５が回転すると、可動スクロール１１は偏心部２５ｂ周りに自転することなく、シャフト２５の回転中心を公転中心として旋回（公転運動）する。

そして、この公転運動により、前述した圧縮室Ｖｃが容積を減少させながら、シャフト２５回りに、外周側から中心側へ容積を縮小させながら変位する。従って、本実施形態の圧縮機１は、回転型の容積圧縮機として構成されており、可動スクロール１１および固定スクロール１２は、特許請求の範囲に記載された圧縮室形成部材を構成している。

また、ハウジング３０に形成された吸入ポート３０ａは、圧縮室Ｖｃのうち最外周側に位置付けられて容積が最も大きくなる吸入側の圧縮室Ｖｃに連通している。中間圧吸入ポート３０ｂは、圧縮室Ｖｃのうち最外周側から中心側へ変位する過程の中間位置に位置付けられる中間位置の圧縮室Ｖｃに連通している。

さらに、吸入ポート３０ａから吸入側の圧縮室Ｖｃへ至る吸入用の冷媒通路の少なくとも一部、および中間圧吸入ポート３０ｂから中間位置の圧縮室Ｖｃへ至るインジェクション用の冷媒通路の少なくとも一部は、固定スクロール１２の固定側基板部１２１の内部に形成されている。

また、中間圧吸入ポート３０ｂから中間位置の圧縮室Ｖｃへ至るインジェクション用の冷媒通路には、逆流防止弁５０が配置されている。逆流防止弁５０は、圧縮室Ｖｃ側から中間圧吸入ポート３０ｂ側へ冷媒が逆流することを防止するための逆流防止手段である。

より具体的には、本実施形態の逆流防止弁５０は、板状部材で形成されたリード弁５０ａ、およびリード弁５０ａが開閉する通路が形成されたシート部材５０ｂによって構成されている。このようなリード弁方式の逆流防止弁５０は、比較的小さな収容空間内に収容することができるので、インジェクション用の冷媒通路のうち逆流防止弁５０から下流側の冷媒通路の内容積（デッドボリューム）を不必要に拡大させない点で有効である。

また、本実施形態のスクロール型の圧縮機構部１０では、図３の断面図に示すように、シャフト２５の中心軸に対して対称となる位置に、独立した２つの圧縮室Ｖｃが形成されている。従って、逆流防止弁５０についても、それぞれ独立して形成された圧縮室Ｖｃからの逆流を防止できるように、独立して形成された圧縮室Ｖｃと同数（本実施形態では２つ）設けられている。

さらに、本実施形態では、インジェクション用の冷媒通路のうち逆流防止弁５０の下流側の冷媒通路、すなわち、逆流防止弁５０から中間位置の圧縮室Ｖｃへ至る下流側冷媒通路（下流側流体通路）５１の延びる方向が、図３、図４に示すように、シャフト２５の中心軸方向に対して傾斜している。

より具体的には、図３に示すように、シャフト２５の中心軸の軸方向から見たとき、下流側冷媒通路５１の入口部からシャフト２５の中心軸へ至る線分をＬ１とし、下流側冷媒通路５１の入口部から出口部へ至る線分をＬ２とし、シャフト２５および可動スクロール１１の回転方向にＬ１からＬ２へ至る角度をαとしたときに、以下数式Ｆ１を満たすように角度αを設定している。
０°＜α＜１８０°…（Ｆ１）
これにより、下流側冷媒通路５１は、圧縮室Ｖｃを形成する壁面に向かう方向成分を有して形成されることになる。

また、図４に示すように、下流側冷媒通路５１の入口部から出口部へ至る線分Ｌ２を含み、かつ、シャフト２５の軸方向に平行な断面において、シャフト２５の軸方向に延びる線分をＬ３とし、Ｌ３とＬ２との間に形成される角度のうち、小さい方の角度をβとしたときに、以下数式Ｆ２を満たすように角度βを設定している。
０°＜β＜９０°…（Ｆ２）
これにより、下流側冷媒通路５１は、シャフト２５の軸方向に平行な方向成分を有して形成されることになる。

そして、上記数式Ｆ１およびＦ２を満たすことによって、下流側冷媒通路５１は、シャフト２５および可動スクロール１１の回転方向と逆方向に延びる方向成分を有して形成されることになる。さらに、本実施形態では、下流側冷媒通路５１が、固定スクロール１２のうち吸入側の圧縮室Ｖｃを形成する壁面に向かう方向成分を有して形成されている。

なお、本実施形態における下流側冷媒通路５１とは、逆流防止弁５０の下流側の冷媒通路である。従って、逆流防止弁５０の一部として設けられたリード弁５０ａを変位させるための収容空間は、下流側冷媒通路５１に含まれない。

また、固定スクロール１２側の固定側基板部１２１の中心部には、圧縮室Ｖｃで圧縮された冷媒が吐出される吐出孔１２３が形成されている。さらに、吐出孔１２３の下方側には、吐出孔１２３と連通する吐出室１２４が形成されている。吐出室１２４には、吐出室１２４側から圧縮室Ｖｃ側への冷媒の逆流を防止する逆止弁をなす吐出弁（リード弁）と、吐出弁の最大開度を規制するストッパ１６が配置されている。

ハウジング３０の内部には、吐出室１２４からハウジング３０に形成された冷媒流出口へ導く図示しない冷媒通路が形成されている。さらに、この冷媒流出口には油分離器４０の冷媒流入口４０ｂが接続されている。油分離器４０は、鉛直方向に延びる筒状部材４１を有し、その内部に形成された空間で圧縮機構部１０にて昇圧された冷媒を旋回させ、遠心力の作用によって気相冷媒とオイルとを分離するものである。

油分離器４０にて分離された高圧気相冷媒は、油分離器４０の上方側に形成された吐出ポート４０ａから水−冷媒熱交換器２側へ吐出される。一方、油分離器４０にて分離されたオイルは、油分離器４０の下方側の部位に蓄えられ、図示しない油通路を介してハウジング３０内の圧縮機構部１０やシャフト２５と第１、第２軸受部２６、２７との摺動部等へ供給される。

次に、上記構成における本実施形態の圧縮機１の作動について説明する。圧縮機１の電動機部２０に電力が供給されてロータ２２およびシャフト２５が回転すると、可動スクロール１１がシャフト２５に対して旋回（公転運動）する。これにより、可動スクロール１１の可動側歯部１１２と固定スクロール１２の固定側歯部１２２との間に形成された三日月状の圧縮室Ｖｃが外周側から中心側へシャフト２５回りに旋回しながら移動していく。

この際、最外周側に位置付けられて吸入ポート３０ａに連通する吸入側の圧縮室Ｖｃには、吸入ポート３０ａを介して室外熱交換器６から流出した低圧冷媒が吸入される。低圧冷媒が流入した圧縮室Ｖｃは、シャフト２５の回転に伴って、その容積を縮小させながら下流側冷媒通路５１に連通する中間位置へ移動する。

圧縮室Ｖｃが中間位置へ移動し、圧縮室Ｖｃ側の冷媒圧力Ｐ１よりも中間圧吸入ポート３０ｂ側の中間圧気相冷媒の圧力Ｐ２が高くなっている状態では、圧縮室Ｖｃ側の冷媒圧力Ｐ１と中間圧吸入ポート３０ｂ側の冷媒圧力Ｐ２との圧力差によって、逆流防止弁５０が開く。これにより、気液分離器４にて分離されて中間圧吸入ポート３０ｂから吸入された中間圧気相冷媒が、圧縮室Ｖｃへインジェクション（注入）される。

さらに、シャフト２５の回転に伴って圧縮室Ｖｃの容積が縮小し、圧縮室Ｖｃ側の冷媒圧力Ｐ１が中間圧吸入ポート３０ｂ側の中間圧気相冷媒の圧力Ｐ２を上回ると、圧縮室Ｖｃ側の冷媒圧力Ｐ１と中間圧吸入ポート３０ｂ側の冷媒圧力Ｐ２との圧力差によって、逆流防止弁５０が閉じる。これにより、圧縮室Ｖｃ側から中間圧吸入ポート３０ｂ側へ冷媒が逆流してしまうことが防止される。

さらに、シャフト２５の回転に伴って圧縮室Ｖｃが中心側の固定スクロール１２の吐出孔１２３へ連通する位置に移動し、作動室Ｖｃ内の高圧冷媒の圧力が吐出弁の開弁圧を超えると吐出弁が開く。これにより、高圧冷媒が吐出室１２４へ吐出される。吐出室１２４へ吐出された高圧冷媒は、油分離器４０にてオイルが分離されて吐出ポート４０ａから水−冷媒熱交換器２側へ吐出される。

以上の如く、本実施形態の圧縮機１は、ヒートポンプサイクル１００において、冷媒を吸入し、圧縮して吐出することができる。

ここで、本実施形態の圧縮機１（スクロール型圧縮機）では、圧縮室Ｖｃを区画形成する圧縮室形成部材（具体的には、可動スクロール１１および固定スクロール１２）の一部（具体的には、可動スクロール１１）を回転変位させて、圧縮室形成部材のうち実際に圧縮室Ｖｃを区画形成する部位（壁面）を連続的に変化させることによって、圧縮室Ｖｃをシャフト２５回りに変位させている。

つまり、本実施形態の圧縮機１では、吸入ポート３０ａに連通する吸入側の圧縮室Ｖｃも、吐出ポート４０ａ側に連通する吐出側の圧縮室Ｖｃも、同一の圧縮室形成部材によって区画形成されている。

さらに、圧縮室Ｖｃ内の冷媒は圧縮されるに伴って温度上昇するため、吐出側の圧縮室Ｖｃ内の高圧冷媒の温度は、吸入側の圧縮室Ｖｃへ吸入される低圧冷媒の温度よりも高くなる。このため、スクロール型圧縮機に代表される回転型の容積圧縮機では、吐出側の圧縮室Ｖｃ内の高圧冷媒の有する熱が、圧縮室形成部材を介して吸入側の圧縮室Ｖｃへ流入する低圧冷媒へ伝熱されてしまいやすい。

そして、吐出側の圧縮室Ｖｃ内の高圧冷媒の有する熱が吸入側の圧縮室Ｖｃへ流入する低圧冷媒へ伝達されてしまうと、吸入側の圧縮室Ｖｃへ流入する流体の密度が低下して、圧縮機の体積効率が悪化してしまう。

これに対して、本実施形態の圧縮機１では、下流側冷媒通路５１が、シャフト２５の回転方向と逆方向に延びる方向成分を有して形成されている。従って、下流側冷媒通路５１を流通する中間圧冷媒によって、固定スクロール１２のうち、吸入側の圧縮室Ｖｃを形成する部位を冷却することができる。

これにより、吐出側の圧縮室Ｖｃ内の高圧冷媒の有する熱が、固定スクロール１２を介して、吸入側の圧縮室Ｖｃへ流入する冷媒へ伝熱されてしまうことを抑制して、圧縮機１の体積効率の悪化を抑制することができる。これにより、同一回転数における圧縮機１の吐出流量を向上させることができる。

その結果、水−冷媒熱交換器２にて同一の給湯水の加熱能力を発揮させるために必要な回転数を低下させることができるので、圧縮機１の信頼性を向上させることができるとともに、ヒートポンプサイクル１００の成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。

また、本実施形態の圧縮機１では、下流側冷媒通路５１を、図３に示す角度αが上記数式Ｆ１を満たし、かつ、図４に示す角度βが上記数式Ｆ２を満たすように、シャフト２５の中心軸に対して傾斜させることによって形成している。従って、下流側冷媒通路５１の通路構成を複雑化させてしまうことなく、極めて容易にシャフト２５の回転方向と逆方向に延びる方向成分を有する形状とすることができる。

さらに、下流側冷媒通路５１が、固定スクロール１２の内部に形成されているとともに、固定スクロール１２のうち吸入側の圧縮室Ｖｃを形成する壁面に向かう方向成分を有して形成されている。従って、吸入側の圧縮室Ｖｃを形成する壁面の温度上昇を抑制して、吐出側の圧縮室Ｖｃ内の高圧冷媒の有する熱によって、吸入側の圧縮室Ｖｃへ流入する冷媒が加熱されてしまうことを効果的に抑制することができる。

さらに、下流側冷媒通路５１が、軸方向に平行な方向成分を有して形成されているので、下流側冷媒通路５１を流通する中間圧冷媒によって、固定スクロール１２のうち圧縮室Ｖｃを形成する壁面の広い範囲を冷却することができる。従って、吐出側の圧縮室Ｖｃ内の高圧冷媒の有する熱によって、吸入側の圧縮室Ｖｃへ流入する冷媒が加熱されてしまうことを効果的に抑制することができる。

また、本実施形態のヒートポンプサイクル１００では、冷媒として二酸化炭素を採用し、高圧側冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成している。このような超臨界冷凍サイクルでは、圧縮機１から吐出される吐出冷媒の温度が比較的高温（例えば、９０℃以上）となりやすく、吐出側の圧縮室Ｖｃ内の高圧冷媒の有する熱によって、吸入側の圧縮室Ｖｃへ流入する冷媒が加熱されてしまいやすい。従って、本実施形態の圧縮機１による体積効率の悪化抑制効果は、極めて有効である。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、図５に示すように、下流側冷媒通路５１の形状を変更した例を説明する。なお、図５は、第１実施形態の図４に対応する図面であって、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面でも同様である。

具体的には、本実施形態の下流側冷媒通路５１は、固定スクロール１２の固定側歯部１２２の内部に形成されている。さらに、下流側冷媒通路５１の出口部が固定側歯部１２２の側面に開口している。その他の構成および作動は第１実施形態と同様である。

従って、本実施形態の圧縮機１においても、第１実施形態と同様に、体積効率の悪化抑制効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、下流側冷媒通路５１が、固定スクロール１２の固定側歯部１２２の内部に形成されているので、下流側冷媒通路５１を吸入側の圧縮室Ｖｃに近づけて、固定スクロール１２のうち吸入側の圧縮室Ｖｃを形成する部位を効果的に冷却することができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、図６に示すように、下流側冷媒通路５１の形状を変更した例を説明する。なお、図６は、第１実施形態の図４に対応する図面である。具体的には、本実施形態の下流側冷媒通路５１は、その通路断面積が中間圧冷媒の流れ方向に向かって徐々に拡大しているその他の構成および作動は第１実施形態と同様である。

従って、本実施形態の圧縮機１においても、第１実施形態と同様に、体積効率の悪化抑制効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、下流側冷媒通路５１の通路断面積が中間圧冷媒の流れ方向に向かって徐々に拡大しているので、中間圧流体を中間位置の圧縮室Ｖｃ内の広範囲に噴出させることができる。

従って、中間位置の圧縮室Ｖｃ内に噴射される中間圧冷媒によって、圧縮室Ｖｃの広範囲を効率的に冷却して、吐出側の圧縮室Ｖｃ内の高圧冷媒の有する熱によって、吸入側の圧縮室Ｖｃへ流入する冷媒が加熱されてしまうことを抑制することができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、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、本発明に係る圧縮機１をヒートポンプ式給湯機のヒートポンプサイクル１００に適用した例を説明したが、本発明に係る圧縮機１の適用はこれに限定されない。つまり、本発明に係る圧縮機１は、種々の流体を圧縮する圧縮機として幅広い用途に適用可能である。

さらに、本発明に係る圧縮機１を、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、圧縮機から吐出された高圧冷媒と加熱対象流体（あるいは外気）とを熱交換させる放熱器と、放熱器から流出した高圧冷媒の流れを分岐する分岐部と、分岐部にて分岐された一方の高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させる高段側膨張弁と、分岐部にて分岐された他方の高圧冷媒と高段側膨張弁にて減圧された中間圧冷媒とを熱交換させる内部熱交換器と、内部熱交換器から流出した高圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる低段側膨張弁と、低段側膨張弁から流出した低圧冷媒と外気（あるいは冷却対象流体）とを熱交換させて低圧冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、
内部熱交換器から流出した中間圧冷媒を圧縮機１の中間圧吸入ポート３０ｂへ吸入させ、蒸発器から流出した低圧冷媒を圧縮機１の吸入ポート３０ａへ吸入させることによって構成されるガスインジェクションサイクルに適用してもよい。

（２）上述の実施形態では、スクロール型圧縮機として構成された圧縮機１について説明したが、本発明の圧縮機の形式はこれに限定されない。つまり、本発明の圧縮機には、回転軸回りに変位しながら容積を縮小させる圧縮室にて流体を圧縮する形式のものが広く含まれる。

例えば、圧縮室形成部材が、円柱状空間を形成するシリンダ、円柱状空間の中心軸に対して偏心して配置される円柱状のロータ、およびシリンダの内周面側からロータの外周面に当接するように突出するベーンを含んで構成されており、圧縮室が、シリンダの内周面、ロータの外周面およびベーンによって仕切られた空間によって形成される、いわゆるローリングピストン型圧縮機として構成されていてもよい。

また、圧縮室形成部材が、断面楕円形状の柱状空間を形成するシリンダ、柱状空間の内部に配置される円柱状のロータ、およびロータの外周面側からシリンダの内周面に当接するように突出するベーンを含んで構成されており、圧縮室が、シリンダの内周面、ロータの外周面およびベーンによって仕切られた空間によって形成される、いわゆるベーン型圧縮機として構成されていてもよい。

（３）上述の実施形態では、縦置きタイプの圧縮機１について説明したが、もちろん、シャフト（回転軸）２５が水平方向に延びて、圧縮機構部１０と電動機部２０が水平方向（横方向）に配置された横置きタイプの圧縮機として構成されていてもよい。

（４）上述の実施形態では、逆流防止手段として、リード弁５０ａを有して構成された逆流防止弁５０を作用した例を説明したが、逆流防止手段はこれに限定されない。例えば、圧縮室Ｖｃ側の冷媒圧力Ｐ１と中間圧吸入ポート３０ｂ側の冷媒圧力Ｐ２との差圧に応じて変位するフリーバルブ（スプール弁）を有して構成された逆流防止手段を採用してもよい。

１ 圧縮機
３０ａ 吸入ポート
３０ｂ 中間圧吸入ポート
２５ シャフト
１１ 可動スクロール（圧縮室形成部材）
１２ 固定スクロール（圧縮室形成部材）
５０ 逆流防止弁
５１ 下流側冷媒通路
Ｖｃ 圧縮室

Claims (8)

1. 回転軸（２５）回りに変位しながら容積を縮小させる圧縮室（Ｖｃ）を形成する圧縮室形成部材（１１、１２）を備えるとともに、外部から吸入された中間圧流体を前記圧縮室（Ｖｃ）にて圧縮過程の流体へ合流させる中間圧吸入ポート（３０ｂ）が設けられた圧縮機であって、
   前記圧縮室（Ｖｃ）側から中間圧吸入ポート（３０ｂ）側へ前記流体が逆流することを防止する逆流防止手段（５０）を備え、
   前記圧縮室形成部材は、前記回転軸（２５）から伝達される回転駆動力によって公転運動するとともに渦巻き状の可動側歯部（１１２）を有する可動スクロール（１１）、および前記可動側歯部（１１２）と噛み合う渦巻き状の固定側歯部（１２２）を有する固定スクロール（１２）を含み、前記可動側歯部（１１２）と前記固定側歯部（１２２）との間に、前記回転軸（２５）の径方向に並んだ複数個の前記圧縮室（Ｖｃ）を形成することが可能に構成されており、
   前記逆流防止手段（５０）から前記圧縮室（Ｖｃ）へ至る下流側流体通路（５１）は、前記回転軸（２５）の中心軸の軸方向から見たときに、前記下流側冷媒通路（５１）の入口部から前記回転軸（２５）の中心軸へ至る線分を線分Ｌ１とし、前記下流側冷媒通路（５１）の入口部から出口部へ至る線分を線分Ｌ２とし、前記回転軸（２５）および前記可動スクロール（１１）の回転方向に線分Ｌ１から線分Ｌ２へ至る角度をαとしたときに、
   ０°＜α＜１８０°
   となるように形成されており、
   さらに、前記線分Ｌ２を含み、かつ、前記回転軸（２５）の軸方向に平行な断面において、前記回転軸（２５）の軸方向に延びる線分を線分Ｌ３とし、前記線分Ｌ３と前記線分Ｌ２との間に形成される角度のうち、小さい方の角度をβとしたときに、
   ０°＜β＜９０°
   となるように形成されていることを特徴とする圧縮機。
2. 前記下流側流体通路（５１）は、前記圧縮室形成部材（１２）に形成されており、さらに、前記圧縮室形成部材（１２）の壁面であって、低圧流体を吸入する吸入ポート（３０ａ）側に連通して容積が最も大きくなる吸入側の前記圧縮室（Ｖｃ）を形成する壁面に向かう方向成分を有して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記下流側流体通路（５１）は、前記固定側歯部（１２２）の内部に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機。
4. 回転軸（２５）回りに変位しながら容積を縮小させる圧縮室（Ｖｃ）を形成する圧縮室形成部材（１１、１２）を備えるとともに、外部から吸入された中間圧流体を前記圧縮室（Ｖｃ）にて圧縮過程の流体へ合流させる中間圧吸入ポート（３０ｂ）が設けられた圧縮機であって、
   前記圧縮室（Ｖｃ）側から中間圧吸入ポート（３０ｂ）側へ前記流体が逆流することを防止する逆流防止手段（５０）を備え、
   前記圧縮室形成部材は、前記回転軸（２５）から伝達される回転駆動力によって公転運動するとともに渦巻き状の可動側歯部（１１２）を有する可動スクロール（１１）、および前記可動側歯部（１１２）と噛み合う渦巻き状の固定側歯部（１２２）を有する固定スクロール（１２）を含んで構成されており、
   前記圧縮室（Ｖｃ）は、前記可動側歯部（１１２）と前記固定側歯部（１２２）との間に形成されており、
   前記逆流防止手段（５０）から前記圧縮室（Ｖｃ）へ至る下流側流体通路（５１）が、少なくとも前記回転軸（２５）の回転方向と逆方向に延びる方向成分を有して形成されており、
   前記下流側流体通路（５１）は、前記固定側歯部（１２２）の内部に形成されていることを特徴とする圧縮機。
5. 前記下流側流体通路（５１）は、前記圧縮室形成部材（１２）に形成されているとともに、前記圧縮室形成部材（１２）のうち低圧流体を吸入する吸入ポート（３０ａ）側に連通する吸入側の前記圧縮室（Ｖｃ）を形成する壁面に向かう方向成分を有して形成されて
   いることを特徴とする請求項４に記載の圧縮機。
6. 前記下流側流体通路（５１）は、前記回転軸（２５）の軸方向に平行な方向成分を有して形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の圧縮機。
7. 前記下流側流体通路（５１）の通路断面積が、前記中間圧流体の流れ方向に向かって徐々に拡大していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の圧縮機。
8. 前記流体は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の圧縮機。

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