JP6704526B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール圧縮機を備えた冷凍サイクル装置に関する。

冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機は、固定スクロールと揺動スクロールとを組み合わせて形成した圧縮室にて冷媒を圧縮する圧縮機構と、電動機構と、電動機構の回転力を圧縮機構に伝達する回転軸とを容器内に備えている。このようなスクロール圧縮機では、回転軸の軸受等の摺動部を潤滑したり、圧縮機構の適宜箇所をシールしたりするために冷媒に油が混入されており、油が混入された冷媒が冷凍サイクル装置の配管内を循環している。

そして、スクロール圧縮機の運転中、油は冷媒と一緒にスクロール圧縮機の外部へ流出する。このため、冷凍サイクル装置においてスクロール圧縮機の下流には油分離器が設けられ、油分離器で分離された油を、返油回路を介してスクロール圧縮機の容器の底部の油溜めに返油するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

また、寒冷地域等の高い圧縮比が要求される運転条件では、スクロール圧縮機から吐出した冷媒の吐出温度が上昇し易い。このため、特許文献１では、スクロール圧縮機の容器外からインジェクション配管を接続し、インジェクション配管を介して圧縮機構内に液冷媒をインジェクションし、吐出温度の低減を図っている。

このようなインジェクションが行われるスクロール圧縮機では、圧縮機構内に液冷媒をインジェクションすることで、圧縮機構内の油が液冷媒で希釈され、圧縮機構のシール性が悪化することがある。これに対し、特許文献１では、油分離器で分離した油をスクロール圧縮機へ戻す返油回路を２分岐し、一方は上述したように油溜めに返油し、他方はインジェクション配管に供給し、インジェクション配管の液冷媒に混合して圧縮機構に供給するようにしている。このように、圧縮機構に油を供給することで、圧縮機構のシール性を改善している。

特開平６−２２９６３４号公報

特許文献１では、上述したように、油分離器で分離した油を、油溜めと圧縮機構とに分けて戻すようにしているが、圧縮機構に戻された油は、圧縮機構で圧縮された冷媒と共にスクロール圧縮機の外部に再流出しやすい。このため、特に高速運転時に圧縮機構から流出する油量が増大し、油溜めの油が枯渇することで、軸受等の摺動部における給油不足が生じ、スクロール圧縮機の信頼性が低下する課題がある。

本発明はこのような点を鑑みなされたもので、高速運転時における圧縮機外部への油流出を抑制することが可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、スクロール圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器とを備え、油を含む冷媒が循環する主回路と、凝縮器と減圧装置との間から分岐してスクロール圧縮機に接続されるインジェクション回路と、主回路に設けられ、スクロール圧縮機から吐出された冷媒から油を分離する油分離器と、油分離器で分離した油をスクロール圧縮機へ返油する返油回路とを備え、スクロール圧縮機は、底部が油溜めとなる容器と、容器内に収容された電動機構と、容器内に収容され、揺動スクロール及び固定スクロールを組み合わせて形成した圧縮室にて冷媒を圧縮する圧縮機構と、電動機構と圧縮機構とを連結し、電動機構の回転力を圧縮機構に伝達する回転軸と、油溜めの油を、回転軸に形成された軸内流路を介して回転軸の摺動部に供給する容積型ポンプとを備え、返油回路は、下流側が２分岐されて一方の第１返油回路の出口が容積型ポンプに連通し、他方の第２返油回路の出口がインジェクション回路に連通しているものである。

本発明によれば、油分離器で分離した油をスクロール圧縮機へ返油する返油回路の下流側を２分岐し、一方の第１返油回路の出口を容積型ポンプに連通し、他方の第２返油回路の出口をインジェクション回路に連通する構成とした。このように、油分離器で分離した油を、油溜めではなく、容積型ポンプに直接、戻す第１返油回路を構成したことで、高速運転時に、油分離器から第１返油回路を介して回転軸の軸内流路への返油される油量を、低速運転時よりも相対的に増加することができる。その結果、高速運転時における圧縮機外部への油流出を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の全体構成の概略縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の全体構成の概略縦断面図である。 図３の圧縮機構の水平概略断面図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の全体構成の概略縦断面図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の抵抗要素の一例としてのストレーナの概略図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の抵抗要素の一例としてのオリフィス孔の概略図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の変形例の全体構成の概略縦断面図である。 本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の全体構成の概略縦断面図である。 本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の全体構成の概略縦断面図である。 本発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の全体構成の概略縦断面図である。 本発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の変形例の全体構成の概略縦断面図である。 本発明の実施の形態７に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の全体構成の概略縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置について図面を参照しながら説明する。ここで、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。また、圧力及び圧縮比の高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、システム及び装置等における状態及び動作等において相対的に定まるものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の全体構成の概略縦断面図である。図１において矢印は冷媒及び油の流れを示している。後述の図においても同様である。
スクロール圧縮機１００は、圧縮機構３と、電動機構１１０と、その他の構成部品とを有している。スクロール圧縮機１００はこれらの構成部品が、外郭を構成する容器１００ａの内部に収容された構成を有している。圧縮機構３と電動機構１１０とは回転軸６を介して連結されており、電動機構１１０の発生する回転力が回転軸６を介して圧縮機構３に伝達され、その回転力によって圧縮機構３で冷媒が圧縮されるようになっている。

容器１００ａには、冷媒を吸入するための吸入管１０１と、冷媒を吐出するための吐出管１０２と、後述のインジェクション冷媒を圧縮機構３内に吸入するためのインジェクション配管１０３とが設けられている。インジェクション配管１０３は吸入管１０１とは別に、容器１００ａ内の圧縮機構３に冷媒を導入するためのものである。インジェクション配管１０３は、後述のフレーム７に形成されたインジェクションポート７ａに接続されている。

容器１００ａの内部には、圧縮機構３を容器１００ａに固定するフレーム７とサブフレーム９とが配置されている。フレーム７は、電動機構１１０の上側であって圧縮機構３の下側に配置され、焼嵌め又は溶接等によって容器１００ａの内周面に固着されている。フレーム７には、吸入管１０１から流入した冷媒を圧縮機構３内に導く連通流路７ｃが形成されている。

サブフレーム９は、電動機構１１０の下側に配置され、サブフレームプレート９ａを介して焼嵌め又は溶接等によって容器１００ａの内周面に固着されている。そして、サブフレーム９の下方には、上端面で回転軸６を軸方向に支承するようにして容積型ポンプ１１１が取り付けられている。

回転軸６には軸内流路６ｄが設けられている。軸内流路６ｄは回転軸６の中心部を軸方向に延びる油穴６ｄａと、油穴６ｄａに連通して半径方向に延びる複数の給油穴６ｄｂとを有する。給油穴６ｄｂは、揺動軸受２ｃ、主軸受７ｂ及び副軸受１０のそれぞれと対向する位置に形成されており、回転軸６の摺動部である、これらの各軸受に容積型ポンプ１１１から供給された油を供給するようになっている。揺動軸受２ｃ等に供給された油は、後述の軸受動作空間７３から返油パイプ１１３を通って油溜め１００ｂに戻される。

容積型ポンプ１１１には吸入パイプ１１１ａの一端が接続され、吸入パイプ１１１ａの他端は油溜め１００ｂ内に浸漬しており、油溜め１００ｂ内の油を吸い上げて回転軸６の軸内流路６ｄに供給する。

圧縮機構３は、固定スクロール１と揺動スクロール２とを有している。固定スクロール１は、フレーム７に対して固定配置されている。揺動スクロール２は、固定スクロール１の下側に配置されて回転軸６の後述の偏心軸部６ａに揺動自在に支持されている。

固定スクロール１は、固定台板１ａと、固定台板１ａの一方の面に立てて設けられた固定渦巻体１ｂと、を有している。揺動スクロール２は、揺動台板２ａと、揺動台板２ａの一方の面に立てて設けられた揺動渦巻体２ｂと、を有している。固定スクロール１及び揺動スクロール２は、固定渦巻体１ｂと揺動渦巻体２ｂとを回転軸６の回転中心に対して逆位相で噛み合わせた対称渦巻形状の状態で容器１００ａ内に配置されている。そして、固定渦巻体１ｂと揺動渦巻体２ｂとの間には、回転軸６の回転に伴い、半径方向外側から内側へ向かうに従って容積が縮小する圧縮室８が形成されている。以下、揺動スクロール２と固定スクロール１とで構成された圧縮機構３のうち、特に揺動渦巻体２ｂと固定渦巻体１ｂとを組み合わせた対称渦巻形状の構造体部分を、渦巻部３ａという。

また、固定スクロール１の固定台板１ａには圧縮室８に連通する吐出ポート１ｃが貫通形成されており、その吐出ポート１ｃには吐出バルブ１１が設けられている。そして、この吐出ポート１ｃを覆うように吐出マフラ１２が取り付けられている。

揺動スクロール２の揺動台板２ａにおいて揺動渦巻体２ｂ形成面とは反対側の面（以下、背面という）の略中心部には、円筒形状のボス部２ｄが形成されている。ボス部２ｄの内側には、揺動軸受２ｃが配置され、揺動軸受２ｃの内側に、回転軸６の上端部に形成された偏心軸部６ａが嵌合されている。

回転軸６は、回転軸６の上部の偏心軸部６ａと、主軸部６ｂと、回転軸６の下部の副軸部６ｃと、で構成されている。偏心軸部６ａは、揺動軸受２ｃを介して揺動スクロール２のボス部２ｄに回転自在に嵌め合わされ、油による油膜を介して揺動軸受２ｃと摺動する。揺動軸受２ｃは、滑り軸受に使用される銅鉛合金等の軸受材料を圧入するなどしてボス部２ｄ内に固定されている。そして、回転軸６の回転により揺動スクロール２が揺動運動するようになっている。主軸部６ｂは、フレーム７に設けられた主軸受７ｂに回転自在に嵌め合わされ、油による油膜を介して主軸受７ｂと摺動する。主軸受７ｂは、滑り軸受に使用される銅鉛合金等の軸受材料を圧入するなどしてフレーム７に固定されている。

サブフレーム９の中央部は、玉軸受からなる副軸受１０を備え、電動機構１１０の下方で回転軸６を半径方向に軸支する。なお、副軸受１０は、玉軸受以外の別の軸受構成としてもよい。回転軸６の副軸部６ｃは、副軸受１０と嵌め合わされ、副軸受１０と摺動する。主軸部６ｂ及び副軸部６ｃの軸心は、回転軸６の軸心と一致している。

ここで、容器１００ａ内の空間を以下のように定義する。容器１００ａの内部空間のうち、フレーム７の上面に形成された凹部の内壁と、圧縮機構３の揺動渦巻体２ｂと固定渦巻体１ｂとを噛み合わせた構造体部分の最外周面とで形成される空間を渦巻設置空間７０という。また、容器１００ａの内部空間のうち、フレーム７よりも下側の空間をシェル吸入空間７１という。シェル吸入空間７１は吸入管１０１から流入された吸入冷媒で満たされた低圧空間となっている。また、容器１００ａの内部空間のうち、圧縮機構３の固定台板１ａより吐出管１０２側の空間をシェル吐出空間７２という。また、容器１００ａの内部空間のうち、揺動軸受２ｃを収容し、揺動軸受２ｃが回転動作するためにフレーム７内に形成されている空間を軸受動作空間７３という。また、回転軸６の上端と揺動スクロール２の揺動台板２ａとの間であってボス部２ｄの内側空間をボス部内部空間７４という。

電動機構１１０は、電動機固定子１１０ａと電動機回転子１１０ｂとを有している。電動機固定子１１０ａは、外部から電力を得るために、フレーム７と電動機固定子１１０ａとの間に存在する図示しないガラス端子に図示しないリード線で接続されている。また、電動機回転子１１０ｂは、回転軸６に焼嵌め等によって固定されている。また、スクロール圧縮機１００の回転系全体のバランシングを行うため、回転軸６には、第１バランスウェイト６０が固定されていると共に、電動機回転子１１０ｂには、第２バランスウェイト６１が固定されている。

以上のように構成されたスクロール圧縮機１００内には、吸入管１０１から冷媒と共に油が流入する。油は、摺動部の潤滑性向上と、圧縮室８の隙間漏れを抑制するためのシール機能とを目的として用いられている。そして、スクロール圧縮機１００の下流には、スクロール圧縮機１００から吐出された冷媒から油を分離する油分離器２０２が配置されている。以下、スクロール圧縮機１００と油分離器２０２とを備えた冷凍サイクル装置３００について説明する。

図２は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
冷凍サイクル装置３００は、スクロール圧縮機１００と、油分離器２０２と、凝縮器３０１と、膨張弁又はキャピラリーチューブ等で構成された減圧装置３０２と、蒸発器３０３とを順に冷媒配管で接続され、冷媒が循環する主回路３００ａを備えている。

冷凍サイクル装置３００は更に、凝縮器３０１と減圧装置３０２との間から分離してスクロール圧縮機１００のインジェクション配管１０３に接続されるインジェクション回路３０５を備えている。インジェクション回路３０５には、流量調整弁としての膨張弁３０４が設けられており、インジェクションする流量を調整可能となっている。油分離器２０２は、スクロール圧縮機１００の吐出管１０２と回路２０１で接続されている。減圧装置３０２の開度、膨張弁３０４の開度及びスクロール圧縮機１００の回転数は、図示しない制御装置によって制御される。

なお、冷凍サイクル装置３００に更に図示しない四方弁を設け、冷媒の流れ方向を逆に切り替えるようにしてもよい。この場合、スクロール圧縮機１００の下流側に設置した凝縮器３０１を室内機側、蒸発器３０３を室外機側とすれば暖房運転となり、凝縮器３０１を室外機側、蒸発器３０３を室内機側とすれば冷房運転となる。

そして、本実施の形態１の特徴として、油分離器２０２内の油を、スクロール圧縮機１００に戻す返油回路２０６の下流を２分岐し、一方の返油回路２０４の出口を、容器１００ａの底部の油溜め１００ｂではなく、容積型ポンプ１１１に直接連通した構成としたことにある。そして、他方の返油回路２０５の出口は、インジェクション回路３０５に連通した構成としている。なお、返油回路２０４から戻る油は、主に軸受を潤滑するものであり、返油回路２０５から戻る油は、圧縮機構３のシール性を向上するものである。ここで、返油回路２０４が本発明の第１返油回路に相当し、返油回路２０５が本発明の第２返油回路に相当する。

容積型ポンプ１１１は、回転軸６の回転数が高くなると、返油回路２０４からポンプ内に吸入されて軸内流路６ｄに吐出される油量が増加する。また、吸入パイプ１１１ａからポンプ内に吸入される油量も増加する。よって、高速運転時では、油分離器２０２から返油回路２０４を介して軸内流路６ｄへの返油される油量を、低速運転時よりも相対的に増加することができる。このため、高速運転時には、軸内流路６ｄに積極的に返油され、インジェクション回路３０５から圧縮機構３へ供給される返油量が抑制されることになる。その結果、圧縮機構３から圧縮機外部への油流出を抑制することができる。

また、低速運転時は、油分離器２０２からインジェクション回路３０５へ積極的に油を供給することで、圧縮機構３のシール性を向上することができる。

ここで、返油回路２０６の具体的な構成としては、返油回路２０４を構成する配管が返油回路２０５との分岐点よりも上流に延長されて油分離器２０２の底部に接続されている。また、返油回路２０４を構成する配管の下流端を容器１００ａを貫通して容積型ポンプ１１１の吸入口に接続した構成としている。返油回路２０５の具体的な構成としては、返油回路２０５を構成する配管の上流端を返油回路２０４の配管に接続し、下流端をインジェクション回路３０５の配管に接続した構成としている。

また、容積型ポンプ１１１において、吸入パイプ１１１ａと返油回路２０４とのように導入圧力の異なる複数の供給源から油を容積型ポンプ１１１内に導入するためには、以下の構成とされていればよい。すなわち、例えば、容積型ポンプ１１１内のポンプ室（図示せず）は、まず低圧の吸入パイプ１１１ａにつながり、回転するにつれて容積が拡大して吸入パイプ１１１ａから油を吸入し、その後、吸入パイプ１１１ａとのつながりを閉じる。次いで、ポンプ室（図示せず）は、高圧の返油回路２０４の配管につながり、更に容積が拡大して返油回路２０４の油を吸入し、その後、返油回路２０４の配管とのつながりを閉じる。その後、ポンプ室（図示せず）は軸内流路６ｄにつながり、容積が減少して吸入した油を軸内流路６ｄに吐出し、軸内流路６ｄとのつながりを閉じて最初に戻る。容積型ポンプ１１１には、このように動作する構成の容積型ポンプを使用できる。

次に冷媒の流れについて説明する。

主回路３００ａにおいて、スクロール圧縮機１００から吐出された冷媒は、油分離器２０２に流入する。油分離器２０２では、冷媒と冷媒に混ざっている油とが分離され、分離された冷媒は、凝縮器３０１で冷却される。凝縮器３０１で冷却された冷媒は、減圧装置３０２で減圧された後、蒸発器３０３で加熱され、冷媒ガスとなる。蒸発器３０３から流出した冷媒ガスはスクロール圧縮機１００に戻る。スクロール圧縮機１００に戻る冷媒は、吸入管１０１から容器１００ａ内に流入する。

吸入管１０１から容器１００ａ内のシェル吸入空間７１に流入した低圧冷媒は、フレーム７に形成された連通流路７ｃを通過して渦巻設置空間７０に流入する。渦巻設置空間７０に流入した冷媒は、インジェクション配管１０３からインジェクションポート７ａを介して流入した冷媒と混合する。そして、混合した冷媒は、固定スクロール１の固定渦巻体１ｂと揺動スクロール２の揺動渦巻体２ｂとの相対的な揺動動作に伴って圧縮室８へと吸い込まれる。吸い込まれた冷媒は、揺動スクロール２の動作に伴う圧縮室８の幾何学的な容積変化によって低圧から高圧へと昇圧される。

そして、圧縮室８の冷媒の圧力がシェル吐出空間７２の圧力よりも大きくなると、吐出バルブ１１が開口し、固定スクロール１に設置された吐出ポート１ｃより冷媒がシェル吐出空間７２へと吐出される。その後、吐出された冷媒は、シェル吐出空間７２を経由して吐出管１０２から高圧冷媒として圧縮機外部の回路２０１へと吐出される。スクロール圧縮機から吐出された回路２０１の冷媒は、油分離器２０２に流入し、冷媒中に含まれる油を分離したのち、凝縮器３０１へ向かう回路２０３へと流出する。

また、凝縮器３０１で冷却された冷媒の一部は、インジェクション回路３０５に流入し、膨張弁３０４を経てスクロール圧縮機１００のインジェクション配管１０３に流入する。インジェクション配管１０３に流入した液又は二相のインジェクション冷媒は、渦巻設置空間７０を通り、圧縮機構３内の吸入室に流入する。

次に、油の流れについて説明する。

スクロール圧縮機１００から流出した油は、油分離器２０２で分離され、返油回路２０６を通り、スクロール圧縮機１００へ供給される。返油回路２０６において、返油回路２０４は容積型ポンプ１１１の吸入口に接続されている。このため、油分離器２０２内に溜められた油は、容積型ポンプ１１１の吸入口から回転軸６の軸内流路６ｄへ供給される。そして、軸内流路６ｄに供給された油は、揺動軸受２ｃ、主軸受７ｂ及び副軸受１０等の摺動部に供給される。

摺動部に供給された油の一部は、揺動軸受２ｃ及び主軸受７ｂの下流側に設置された軸受動作空間７３に供給される。その後、軸受動作空間７３に供給された油は、返油パイプ１１３を通って容器１００ａの油溜め１００ｂに貯蔵される。油溜め１００ｂに貯蔵された油の一部は、回転軸６の回転により容積型ポンプ１１１が動作することで、吸入パイプ１１１ａから吸い上げられ、再び摺動部に供給される。また、油溜め１００ｂに貯蔵された油の一部は、吸入管１０１から流入した冷媒の流れによって巻き上げられ、連通流路７ｃを通って圧縮機構３に流入した後、スクロール圧縮機１００の外部へと流出する。

また、返油回路２０５は、下流側がインジェクション回路３０５に接続されている。このため、油分離器２０２内に溜められた油は、返油回路２０５からインジェクション回路３０５のインジェクション冷媒に供給され、インジェクション冷媒と共に、圧縮機構３の渦巻設置空間７０に流入する。渦巻設置空間７０に流入した油は、圧縮室８に流入し、スクロール圧縮機１００の外部へと流出する。

このように、本実施の形態１では、油分離器２０２からの返油回路２０６を２分岐し、一方の返油回路２０４が、油溜め１００ｂではなく容積型ポンプで構成された容積型ポンプ１１１に連通し、他方の返油回路２０５がインジェクション回路３０５に連通する構成とした。容積型ポンプは、回転数が高くなるにつれて油の吐出量も多くなるため、高速運転時に、油分離器２０２から返油回路２０４を介して軸内流路６ｄへ戻される返油量を、低速運転時よりも相対的に増加することができる。このため、スクロール圧縮機１００外への油流出量が増大し易い高速運転時に、軸内流路６ｄに対して積極的に返油され、インジェクション回路３０５から圧縮機構３へ供給される返油量が抑制されることになる。その結果、圧縮機構３から圧縮機外部への油流出を抑制することができる。

また、漏れ損失の寄与度が大きい低速運転時は、油分離器２０２からインジェクション回路３０５へ積極的に返油することで、圧縮機構３のシール性を向上することができる。

以上より、高速運転時の圧縮機外部への油流出を抑制しながら、低速運転時の圧縮機構３のシール性を確保することができ、性能と信頼性に優れたスクロール圧縮機を提供することができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、図１に示した実施の形態１においてインジェクション配管１０３の接続位置を変更した構成に関する。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。

図３は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の全体構成の概略縦断面図である。図４は、図３の圧縮機構の水平概略断面図である。なお、図４中に記載している、０ｄｅｇ、９０ｄｅｇ、１８０ｄｅｇ及び２７０ｄｅｇの各位相は、圧縮機構の回転位相を示している。
実施の形態２では、インジェクション配管１０３が、容器１００ａを外部から貫通して内部に挿入され、固定台板１ａに形成されたインジェクションポート２０７に接続されている。そして、インジェクション配管１０３の流出口１０３ａを圧縮機構３の内部と連通し、圧縮過程途中の圧縮室８、言い換えれば内部が中間圧となっている中間圧空間７５にインジェクション冷媒を流入する構成とした。ここで、中間圧とは吸入圧と吐出圧との間の圧力を言う。

このようにインジェクション配管１０３が中間圧空間７５と連通している構成では、上記実施の形態１に比べて、油分離器２０２からインジェクション配管１０３へ流れる油量を抑制することができる。これは以下の理由による。すなわち、インジェクション配管１０３が中間圧空間７５と連通している構成では、上記実施の形態１のようにインジェクション配管１０３を低圧空間と連通している場合に比べて、油分離器２０２とインジェクション配管１０３の流出口１０３ａとの圧力差が小さくなる。よって、インジェクション冷媒流量が同等であっても、油分離器２０２からインジェクション配管１０３へ流れる油量を抑制することができる。

このため、実施の形態２は、実施の形態１に比べて、高低圧差が大きい運転条件においても、インジェクション配管１０３から圧縮機構３への過剰給油を抑制し、油流出量を低減することが可能となる。よって、広い運転範囲において高い性能と信頼性を有するスクロール圧縮機を提供することができる。

なお、図４では、インジェクションポート２０７が１箇所である例を示したが、複数箇所設け、インジェクション配管１０３と圧縮機構３の内部とが複数箇所で連通する構成としてもよい。この場合でも、同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態３は、図１に示した実施の形態１の構成に更に抵抗要素を設けた構成としたものである。以下、実施の形態３が実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。

図５は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の全体構成の概略縦断面図である。
実施の形態３では、インジェクション回路３０５において返油回路２０５との接続部２０５ａの下流に、抵抗要素として毛細管２１０を設置した構成を有する。毛細管２１０は、インジェクション回路３０５から圧縮機構３内に流入するインジェクション冷媒の流量を低減するものである。

実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、インジェクション回路３０５において返油回路２０５との接続部２０５ａの下流に毛細管２１０を設置したことで以下の効果が得られる。すなわち、毛細管２１０の設置前に比べて、設置後は、スクロール圧縮機１００に流入するインジェクション冷媒の流量を低減することができる。このため、実施の形態２の場合と同様にして、圧縮機構３への過剰給油を抑制することが可能となる。

また、抵抗要素を毛細管２１０で構成した場合、毛細管２１０部分で流速が増加するため、インジェクション回路３０５を通過する冷媒と、返油回路２０５からインジェクション回路３０５に流入した油とを対流撹拌することができる。よって、冷媒と油とをより均一な混合状態で混合してから、圧縮機構３の渦巻部３ａに供給することができる。その結果、実施の形態３は、実施の形態１及び実施の形態２の場合に比べて更に圧縮機構３のシール性を向上することができる。このため、実施の形態３は、実施の形態１及び実施の形態２の場合よりも更に高い性能を有するスクロール圧縮機１００を提供することができる。

なお、抵抗要素として、ここでは毛細管２１０を例に挙げて説明したが、他に例えば図６に示すようなストレーナ２１７又は図７に示すようなオリフィス孔２１８のような固定抵抗を用いても良い。また、次の図８に示すように、流量調整弁のような可変抵抗を用いても良い。

図８は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の変形例の全体構成の概略縦断面図である。
図８では、抵抗要素として、例えば開度調整可能な膨張弁等で構成された流量調整弁２１１を用いている。流量調整弁２１１を用いることで、例えばスクロール圧縮機１００を運転する圧力条件が同じ場合でも、回転速度条件毎にインジェクション冷媒の流量を可変とすることが可能である。

具体的には例えば、高速運転時の場合は流量調整弁２１１の開度を絞ることで、油分離器２０２から返油回路２０４を介して容積型ポンプ１１１側に流入する油の量を、返油回路２０５側よりも相対的に増やすことが可能である。また、低速運転時には、流量調整弁２１１の開度を大きくすることで、インジェクション回路３０５から圧縮機構３に流入する油量を増やして、圧縮機構３のシール性を向上することが可能となる。

このように、インジェクション冷媒の流量を可変とすることで、実施の形態２の場合よりも更に広い運転範囲において高い性能と信頼性を有するスクロール圧縮機を提供することができる。

実施の形態４．
実施の形態４は、図１に示した実施の形態１の返油回路２０４に更に抵抗要素を設置した構成を有する。以下、実施の形態４について、実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。

図９は、本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の全体構成の概略縦断面図である。
実施の形態４では、返油回路２０４に、抵抗要素として毛細管２１２を設置している。毛細管２１２は、油分離器２０２からインジェクション回路３０５に流入する油を減圧するものである。

実施の形態４によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、返油回路２０４に毛細管２１２を設置したことで以下の作用効果が得られる。すなわち、返油回路２０４に毛細管２１２を設置したことで、油分離器２０２から供給される高圧の油を、毛細管２１２によって十分に減圧した状態で容積型ポンプ１１１に供給することができる。このため、吸入パイプ１１１ａから容積型ポンプ１１１に供給される低圧の油と、返油回路２０４から容積型ポンプ１１１に供給される高圧の油との圧力差を小さくすることができる。

ここで、吸入パイプ１１１ａから容積型ポンプ１１１に供給される低圧の油と、返油回路２０４から容積型ポンプ１１１に供給される油との圧力差が仮に大きいと、以下の不都合が生じる。すなわち、返油回路２０４から容積型ポンプ１１１に供給された油が、圧力差によって吸入パイプ１１１ａを通って容器１００ａの油溜め１００ｂに逆流する。つまり、返油回路２０４から容積型ポンプ１１１に供給された油が、軸内流路６ｄに流れず、油溜め１００ｂに流れてしまう。この場合、軸受等の摺動部に供給される油量が低下してしまう。

しかし、ここでは、返油回路２０４に毛細管２１２を設置したことで、上述したように、吸入パイプ１１１ａから容積型ポンプ１１１に供給される低圧の油と、返油回路２０４から容積型ポンプ１１１に供給される油との圧力差を小さくできる。その結果、返油回路２０４から容積型ポンプ１１１に供給された油が油溜め１００ｂに流れることを抑制して、軸受等の摺動部に供給される油量が低下するのを抑制することができる。これにより、実施の形態４は、実施の形態１の場合よりも更に高い信頼性を有するスクロール圧縮機を提供することができる。

また、ここでは、抵抗要素として毛細管２１２を用いた場合を例に挙げて説明したが、毛細管に限られない。実施の形態３の場合と同様に、抵抗要素として、例えばストレーナ又はオリフィス孔のような固定抵抗を用いても良いし、流量調整弁のような可変抵抗を用いてもよい。これらの抵抗を用いた場合でも、同様の効果を得ることができる。

実施の形態５．
実施の形態５は、図１に示した実施の形態１の返油回路２０５に更に抵抗要素を設置した構成を有する。以下、実施の形態５について、実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。

図１０は、本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の全体構成の概略縦断面図である。
実施の形態５では、返油回路２０５に抵抗要素として毛細管２１３を設置している。毛細管２１３は、インジェクション回路３０５に流入する油量を低減するものである。ここで、図５に示した実施の形態３と比較すると、実施の形態３では、インジェクション回路３０５に毛細管２１０を設置している。このため、実施の形態３では、油だけでなく冷媒の流量も低減する構成であった。これに対し、実施の形態５では、返油回路２０５に毛細管２１３を設けているため、インジェクション配管１０３に供給される油自体の量を低減できる。

このように、実施の形態５によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、返油回路２０５に毛細管２１３を設置したことで、以下の効果が得られる。すなわち、インジェクション配管１０３から供給される冷媒流量を確保しながら、返油回路２０５から圧縮機構３への過剰給油を抑制できる。その結果、圧縮機構３における圧縮過程の冷媒ガスをインジェクション冷媒によって効率よく冷却しながら、過剰給油による圧縮機構３からの油流出の増大を抑制することができる。よって、実施の形態１の場合よりも更に高い信頼性を有するスクロール圧縮機を提供することができる。

また、ここでは、抵抗要素として毛細管２１３を用いた場合を例に挙げて説明したが、毛細管に限られない。実施の形態３の場合と同様に、抵抗要素として、例えばストレーナ又はオリフィス孔のような固定抵抗を用いても良いし、流量調整弁のような可変抵抗を用いてもよい。これらの抵抗を用いた場合でも、同様の効果を得ることができる。

実施の形態６．
実施の形態６は、図１に示した実施の形態１に更に気液分離器を設置した構成を有する。以下、実施の形態６について、実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。

図１１は、本発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の全体構成の概略縦断面図である。
実施の形態６では返油回路２０４と返油回路２０５との分岐箇所に、気液分離器２１４を設置している。気液分離器２１４は、ここでは、分離容器２１４ａと、分離容器２１４ａに接続された入口配管２１４ｂと、分離容器２１４ａの底面に接続された出口配管２１４ｃと、分離容器２１４ａの側面に接続された出口配管２１４ｄとを有する。なお、出口配管２１４ｃが本発明の第１出口配管に相当し、出口配管２１４ｄが本発明の第２出口配管に相当する。

出口配管２１４ｃは返油回路２０４に接続され、出口配管２１４ｄは返油回路２０５に接続される。気液分離器２１４の上流にある油分離器２０２では、上述したように冷媒と油とが分離され、分離された油が気液分離器２１４に流入する。しかし、油分離器２０２に流入する冷媒流量が少ない場合、油分離器２０２から油単体ではなく、油を含む冷媒が流出することがある。

これを踏まえ、返油回路２０５よりも返油回路２０４に優先的に油が供給されるように、返油回路２０４と返油回路２０５の分岐箇所に気液分離器２１４を備えている。気液分離器２１４では、入口配管２１４ｂから流入した冷媒から油が分離され、分離された油が分離容器２１４ａの底部に溜まる。分離容器２１４ａの底部に溜まった油は、分離容器２１４ａの側面に接続された出口配管２１４ｄに比べて、分離容器２１４ａの底面に接続された出口配管２１４ｃから優先して流出する。

実施の形態６によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、返油回路２０４と返油回路２０５の分岐箇所に気液分離器２１４を備えたことで、返油回路２０５に比べて返油回路２０４に優先的に油が供給される。このため、容積型ポンプ１１１への返油量を確保することができる。これにより、給油不足による摺動部の損傷を抑制することができ、実施の形態１の場合よりも更に高い信頼性を有するスクロール圧縮機を提供することができる。

なお、気液分離器として、ここでは、分離容器２１４ａに複数の配管が接続された気液分離器２１４を例に挙げて説明したが、次の図１２に示すように、Ｔ字管を用いても良い。

図１２は、本発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の変形例の全体構成の概略縦断面図である。
この変形例では、気液分離器としてＴ字管２１５を備えている。Ｔ字管２１５は、上下方向に延びて上端開口が流入口２１５ａａ、下端開口が流出口２１５ａｂとなる垂直管２１５ａと、垂直管２１５ａに直交して接続され、開放端が流出口２１５ｂａとなる水平管２１５ｂとを備えている。そして、流入口２１５ａａが油分離器２０２の底面に連通し、流出口２１５ａｂが返油回路２０４に連通し、流出口２１５ｂａが返油回路２０５に連通している。なお、流出口２１５ａｂが本発明の第１流出口、流出口２１５ｂａが本発明の第２流出口に相当する。

このようなＴ字管２１５を返油回路２０４と返油配管２０との分岐箇所に備えた構成とした場合も、流入口２１５ａａからＴ字管２１５に流入した油は、重力分離によって流出口２１５ｂａに比べて流出口２１５ａｂから優先的に流出する。このため、図１１に示した気液分離器２１４と同様の効果を得ることができる。

実施の形態７．
実施の形態７は、軸受の潤滑向上を図るようにしたものである。以下、実施の形態７について、実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。

図１３は、本発明の実施の形態７に係る冷凍サイクル装置を構成するスクロール圧縮機の全体構成の概略縦断面図である。
実施の形態７は、図１に示した実施の形態１のボス部２ｄに、ボス部内部空間７４と軸受動作空間７３とを連通する貫通穴２１６を設けた構成を有する。

実施の形態７によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、ボス部２ｄに貫通穴２１６を設けたことにより、以下の作用効果を得ることができる。返油回路２０４内は高圧であるのに対し、容積型ポンプ１１１の設置空間は低圧である。このため、返油回路２０４内の高圧の油が、低圧の容積型ポンプ１１１に供給された際、急激な圧力の低下が生じ、油に溶解した冷媒ガスが発泡することがある。このように発泡した冷媒ガスは、回転軸６の油穴６ｄａを上昇し、油穴６ｄａの上端からボス部内部空間７４に流出する。

このように発泡した冷媒が油穴６ｄａに流入すると、揺動軸受２ｃ及び主軸受７ｂといった軸受へ油が供給され難くなり、油による潤滑が不充分となって軸受が損傷する可能性がある。よって、図１３に示したように、ボス部２ｄに貫通穴２１６を設けてボス部内部空間７４と軸受動作空間７３とを連通させることで、発泡した冷媒ガスを、ボス部内部空間７４から軸受動作空間７３に逃すことができる。これにより、軸受の損傷を抑制することができる。このため、実施の形態７は、実施の形態１の場合よりも更に高い信頼性を有するスクロール圧縮機を提供することができる。

なお、上記では、各実施の形態１〜７においてそれぞれ別の実施の形態として説明したが、各実施の形態の特徴的な構成を適宜組み合わせて冷凍サイクル装置を構成してもよい。たとえば、実施の形態２と実施の形態７とを組み合わせ、図３のスクロール圧縮機１００のボス部２ｄに貫通穴２１６を設けた構成としてもよい。

１ 固定スクロール、１ａ 固定台板、１ｂ 固定渦巻体、１ｃ 吐出ポート、２ 揺動スクロール、２ａ 揺動台板、２ｂ 揺動渦巻体、２ｃ 揺動軸受、２ｄ ボス部、３ 圧縮機構、３ａ 渦巻部、６ 回転軸、６ａ 偏心軸部、６ｂ 主軸部、６ｃ 副軸部、６ｄ 軸内流路、６ｄａ 油穴、６ｄｂ 給油穴、７ フレーム、７ａ インジェクションポート、７ｂ 主軸受、７ｃ 連通流路、８ 圧縮室、９ サブフレーム、９ａ サブフレームプレート、１０ 副軸受、１１ 吐出バルブ、１２ 吐出マフラ、２０ 返油配管、６０ 第１バランスウェイト、６１ 第２バランスウェイト、７０ 渦巻設置空間、７１ シェル吸入空間、７２ シェル吐出空間、７３ 軸受動作空間、７４ ボス部内部空間、７５ 中間圧空間、１００ スクロール圧縮機、１００ａ 容器、１００ｂ 油溜め、１０１ 吸入管、１０２ 吐出管、１０３ インジェクション配管、１０３ａ 流出口、１１０ 電動機構、１１０ａ 電動機固定子、１１０ｂ 電動機回転子、１１１ ポンプ要素、１１１ａ 吸入パイプ、１１３ 返油パイプ、２０１ 回路、２０２ 油分離器、２０３ 回路、２０４ 返油回路、２０５ 返油回路、２０５ａ 接続部、２０６ 返油回路、２０７ インジェクションポート、２１０ 毛細管、２１１ 流量調整弁、２１２ 毛細管、２１３ 毛細管、２１４ 気液分離器、２１４ａ 分離容器、２１４ｂ 入口配管、２１４ｃ 出口配管、２１４ｄ 出口配管、２１５ Ｔ字管、２１５ａ 垂直管、２１５ａａ 流入口、２１５ａｂ 流出口、２１５ｂ 水平管、２１５ｂａ 流出口、２１６ 貫通穴、２１７ ストレーナ、２１８ オリフィス孔、３００ 冷凍サイクル装置、３００ａ 主回路、３０１ 凝縮器、３０２ 減圧装置、３０３ 蒸発器、３０４ 膨張弁、３０５ インジェクション回路。

Claims (13)

1. スクロール圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器とを備え、油を含む冷媒が循環する主回路と、
   前記凝縮器と前記減圧装置との間から分岐して前記スクロール圧縮機に接続されるインジェクション回路と、
   前記主回路に設けられ、前記スクロール圧縮機から吐出された前記冷媒から油を分離する油分離器と、
   前記油分離器で分離した油を前記スクロール圧縮機へ返油する返油回路とを備え、
   前記スクロール圧縮機は、
   底部が油溜めとなる容器と、
   前記容器内に収容された電動機構と、
   前記容器内に収容され、揺動スクロール及び固定スクロールを組み合わせて形成した圧縮室にて前記冷媒を圧縮する圧縮機構と、
   前記電動機構と前記圧縮機構とを連結し、前記電動機構の回転力を前記圧縮機構に伝達する回転軸と、
   前記油溜めの油を、前記回転軸に形成された軸内流路を介して前記回転軸の摺動部に供給する容積型ポンプとを備え、
   前記返油回路は、下流側が２分岐されて一方の第１返油回路の出口が前記容積型ポンプに連通し、他方の第２返油回路の出口が前記インジェクション回路に連通している冷凍サイクル装置。
2. 前記スクロール圧縮機は、前記容器を外部から貫通して前記容器の内部に接続され、前記インジェクション回路の前記冷媒を前記容器内にインジェクションするインジェクション配管を備え、
   前記インジェクション配管の流出口が、圧縮過程途中の前記圧縮室に連通している請求項１記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記インジェクション回路において前記第２返油回路との接続部の下流に、前記インジェクション回路から前記スクロール圧縮機内に流入する前記冷媒の流量を低減する抵抗要素を備えた請求項１又は請求項２記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記第１返油回路に、前記容積型ポンプに流入する油の流量を低減する抵抗要素を備えた請求項１又は請求項２記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記第２返油回路に、前記インジェクション回路に流入する油の流量を低減する抵抗要素を備えた請求項１又は請求項２記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記抵抗要素は毛細管である請求項３〜請求項５の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記抵抗要素は開度調整可能な流量調整弁である請求項３〜請求項５の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記抵抗要素はストレーナである請求項３〜請求項５の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記抵抗要素は、前記スクロール圧縮機の内部に設置したオリフィス孔である請求項３〜請求項５の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記返油回路の、前記第１返油回路と前記第２返油回路との分岐箇所に、気液分離器を備えた請求項１〜請求項９の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記気液分離器は、
    分離容器と、
    前記油分離器の底面に一端が接続され、他端が前記分離容器に接続される入口配管と、
    前記分離容器の底面に一端が接続され、他端が前記第１返油回路に接続される第１出口配管と、
    前記分離容器の側面に一端が接続され、他端が前記第２返油回路に接続される第２出口配管とを備えた請求項１０記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記気液分離器は、上下方向に延びて上端開口が流入口、下端開口が第１流出口となる垂直管と、前記垂直管に直交して接続され、開放端が第２流出口となる水平管とからなるＴ字管であり、
    前記流入口が前記油分離器の底面に連通し、
    前記第１流出口が前記第１返油回路に連通し、
    前記第２流出口が前記第２返油回路に連通している請求項１０記載の冷凍サイクル装置。
13. 前記揺動スクロールの前記圧縮室と反対側の背面に形成され、前記回転軸の偏心軸部が揺動軸受を介して挿入される円筒形状のボス部と、
    前記揺動スクロールの前記背面で前記揺動スクロールを支持し、前記揺動軸受を前記ボス部と共に収容する軸受動作空間を形成するフレームとを備え、
    前記回転軸の前記軸内流路は、前記回転軸の中心部を軸方向に延びる油穴を有し、前記油穴の下流端が、前記ボス部の内側のボス部内部空間に連通しており、前記ボス部内部空間と前記軸受動作空間とを連通する貫通穴が前記ボス部に形成されている請求項１〜請求項１２の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。

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