JP6727420B2

JP6727420B2 - 空気調和装置

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Publication number: JP6727420B2
Application number: JP2019514895A
Authority: JP
Inventors: 淳西尾; 直史竹中; 宗史池田; 雷人河村; 英人中尾; 亮宗石村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2017-04-24
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2037-04-24
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Description

本発明は、冷媒回路を循環する冷媒の一部を圧縮機にインジェクションする空気調和装置に関するものである。

従来の空気調和装置では、圧縮機の吐出温度を低減させるために、圧縮機の圧縮室または圧縮機の吸入部分のいずれかに液冷媒をインジェクションしている。（例えば、特許文献１）

特開平９−３０３８８７号公報

このような空気調和装置にあっては、インジェクションされた液冷媒が圧縮室へ到達すると冷凍機油が希釈される。冷凍機油は、圧縮室の微小な隙間を塞ぐことで圧縮室の冷媒が高圧側の圧縮室から低圧側の圧縮室に漏れることを防止している。このため、冷凍機油の希釈を原因とする粘度低下が冷媒漏れを引き起こし、圧縮機の効率が低下するという課題があった。また、圧縮機の吸入部分にインジェクションされた液冷媒が圧縮機の底部の油溜めに流入することにより、冷凍機油の粘度が低下するという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、冷媒のインジェクション時の圧縮機の効率と冷凍機油の粘度の低下を抑制する空気調和装置を得ることを目的としている。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、第１膨張弁、第２膨張弁、室内熱交換器を冷媒配管で接続して構成される冷媒回路と、インジェクション回路とを備えた空気調和装置であって、前記圧縮機は、固定スクロールおよび当該固定スクロールとで冷媒を圧縮する旋回スクロールを有するスクロール機構部と、前記旋回スクロールに公転運動を与える電動部と、前記スクロール機構部と前記電動部との間に設けられた第１空間部と、前記スクロール機構部の径方向の外周に設けられた環状の第２空間部と、前記第１空間部に接続され、冷媒を前記圧縮機内に吸入させる吸入管と、前記第１空間部と前記第２空間部の間に設けられ、前記吸入管から前記第１空間部に吸入された冷媒を前記第２空間部へ案内する連通路と、前記第２空間部から前記スクロール機構部へ流入し、圧縮された冷媒を前記圧縮機外に吐出させる吐出管と、前記四方弁と前記圧縮機との間の冷媒配管に設けられたアキュムレータと、を有し、前記インジェクション回路は、前記四方弁と前記アキュムレータとの間の冷媒配管に接続され、前記第１膨張弁と前記第２膨張弁との間の冷媒の一部を前記圧縮機の第１空間部に流入させる第１インジェクション配管と、前記第１膨張弁と前記第２膨張弁との間の冷媒の一部を前記圧縮機の第２空間部に直接流入させる第２インジェクション配管と、を備え、前記第１インジェクション配管には第２絞り手段が設けられ、前記第２インジェクション配管には第３絞り手段が設けられ、前記第１インジェクション配管と前記第２インジェクション配管の流量を独立に調整され、前記第１インジェクション配管と前記第２インジェクション配管から同時に冷媒をインジェクションする。

本発明によれば、第１膨張弁と第２膨張弁との間の冷媒配管に流れる低温の冷媒の一部を、第１インジェクション配管と第２インジェクション配管とで分流する。そして、分流された一方の冷媒を第１インジェクション配管から圧縮機の第１空間部にインジェクションして電動部の発熱で蒸発させ、四方弁から第１空間部に流入する冷媒を冷却する。これにより、第１インジェクション配管からの冷媒がガスとなり、圧縮機内の冷凍機油の希釈が少なくなり、その結果、冷凍機油の粘度の低下を抑えることができる。
また、分流された第２インジェクション配管からの冷媒を第１空間部から第２空間部に流入する冷媒にインジェクションして合流させ、スクロール機構部に取り込まれるようにしている。この構成により、冷凍機油の粘度低下を原因とするスクロール機構部内での冷媒の漏れを少なくすることができ、圧縮機の効率低下を抑制できる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。図１の圧縮機を拡大して示す縦断面図である。図２のＡ−Ａ横断面図である。図１の空気調和装置の冷房運転モード時における冷媒の流れを示す図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の暖房運転モード時冷媒の流れを模式的に記載した図である。本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。図７の圧縮機を拡大して示す縦断面図である。本発明の実施の形態４に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。本発明の実施の形態５に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。本発明の実施の形態６に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。図１１の空気調和装置の変形例を模式的に示す図である。本発明の実施の形態７に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。図６の空気調和装置の変形例１を模式的に示す図である。図６の空気調和装置の変形例２を模式的に示す図である。

実施の形態１．
（空気調和装置の構成）
図１は本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。
本実施の形態１の空気調和装置２００は、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、第１膨張弁４、第２膨張弁５、室内熱交換器６を順に冷媒配管３１で接続して構成される冷媒回路３０と、インジェクション回路２０（破線で囲んで示す部分）とを備えている。

圧縮機１は、密閉容器１００と、密閉容器１００内に収容されたスクロール機構部１０１およびスクロール機構部１０１を駆動する電動部１０２とを備えている。なお、圧縮機１の詳細な構成については、図２および図３を用いて説明する。

四方弁２は、冷媒の流れ方向を切り替える切替弁である。この四方弁２は、冷房運転モード時には、圧縮機１から吐出された冷媒が室外熱交換器３へ流れるように流路を切り替えると共に、室内熱交換器６からの冷媒が圧縮機１に流入するように流路を切り替える。また、四方弁２は、暖房運転モード時には、圧縮機１から吐出された冷媒が室内熱交換器６へ流れるように流路を切り替えると共に、室外熱交換器３からの冷媒が圧縮機１に流入するように流路を切り替える。このように流路を切り替える切替弁であれば、二路切替弁、三路切替弁などを複数組み合わせて構成してもよい。

室外熱交換器３は、冷房運転モード時には凝縮器として機能し、暖房運転モード時には蒸発器として機能し、冷媒を室外の空気と熱交換する。室内熱交換器６は、冷房運転モード時には蒸発器として機能し、暖房運転モード時には凝縮器として機能し、冷媒を室内の空気と熱交換する。なお、図１では室内熱交換器６を１つとしているが、室内熱交換器６を２つ以上並列に接続してもよい。

第２膨張弁５は、冷房運転モード時には冷媒を高圧から低圧へ減圧し、暖房運転モード時には冷媒を高圧からインジェクション圧へ減圧する例えば開度が調整自在な電子膨張弁で構成されている。なお、高圧とは圧縮機１の吐出圧程度の圧力のことであり、低圧とは圧縮機１の吸入圧程度の圧力のことであり、インジェクション圧とはインジェクションを行うために必要な圧力のことである。第１膨張弁４は、冷房運転モード時には開度が全開となって冷媒の減圧を行わず、暖房運転モード時には冷媒をインジェクション圧から低圧へ減圧する例えば開度が調整自在な電子膨張弁で構成されている。

インジェクション回路２０は、一端が第１膨張弁４と第２膨張弁５との間の冷媒配管３１に接続され、他端が四方弁２と圧縮機１の吸入管１０５との間の冷媒配管３１に接続された第１インジェクション配管７と、この第１インジェクション配管７に設けられたインジェクション弁８および絞り手段９と、一端が第１インジェクション配管７のうち絞り手段９の冷媒流出側の位置に接続され、他端が圧縮機１の上部を貫通して第２空間部１０８と連通するインジェクション管１１３と連結された第２インジェクション配管１０とから構成されている。なお、第１インジェクション配管７の他端が、圧縮機１の第１空間部１０７に直接接続されるように、圧縮機１に連結されてもよい。

室外熱交換器３又は室内熱交換器６が凝縮器として機能しているときに、インジェクション弁８が開くと、室外熱交換器３又は室内熱交換器６で凝縮された低温の冷媒（液冷媒）が第１インジェクション配管７に流入する。第１インジェクション配管７に流入した冷媒は、絞り手段９によって流量が調整される。絞り手段９を通過した一部の冷媒は第１インジェクション配管７を介して圧縮機１の第１空間部１０７に流入する。一方、残りの冷媒は、第２インジェクション配管１０に流入し、圧縮機１の第２空間部１０８に流れ込む。つまり、第１膨張弁４と第２膨張弁５との間の冷媒配管３１に流れる冷媒の一部を、第１インジェクション配管７と第２インジェクション配管１０とで並列に取り込んで、圧縮機１の第１空間部１０７と第２空間部１０８とに同時にインジェクションする。なお、絞り手段９は、例えば開度が調整自在な電子膨張弁で構成されている。

図２は図１の圧縮機を拡大して示す縦断面図、図３は図２のＡ−Ａ横断面図である。
圧縮機１は、低温低圧の冷媒を吸入管１０５から吸入し、高温高圧の冷媒に圧縮する例えば低圧シェル型のスクロール圧縮機である。また、この圧縮機１には、インバータによって容量が制御自在な電動部１０２が用いられている。なお、低圧シェル型とは、密閉容器１００内に圧縮室１０８ａを有し、密閉容器１００内が低圧の冷媒雰囲気となり、密閉容器１００内に低温低圧の冷媒を吸入して圧縮室１０８ａで圧縮する構造の圧縮機を指す。

圧縮機１は、図２に示すように、密閉容器１００内の上部側に配置されたスクロール機構部１０１、密閉容器１００内の下部側に配置された電動部１０２およびスクロール機構部１０１を下方から支持するフレーム１０３を主要部品として備えている。密閉容器１００の底部には、油溜め部１０４が設けられている。この油溜め部１０４には、スクロール機構部１０１、軸受部等の摺動部位を潤滑する冷凍機油が貯留されている。

また、密閉容器１００内には、第１空間部１０７、第２空間部１０８および第３空間部１０９が設けられている。第１空間部１０７は、スクロール機構部１０１を支持するフレーム１０３と電動部１０２との間に設けられ、密閉容器１００に連接された吸入管１０５と連通している。第２空間部１０８は、スクロール機構部１０１の径方向の外周にフレーム１０３とで環状に形成され、後述する固定スクロール１１０に設けられた冷媒流入穴１１３ａを介してインジェクション管１１３と連通している。

また、第２空間部１０８は、フレーム１０３に設けられた連通路１０６を通して第１空間部１０７と連通している。冷媒流入穴１１３ａと連通路１０６は、スクロール機構部１０１の径方向に互いにずれている。この位置関係によって、冷媒流入穴１１３ａを通った冷媒が連通路１０６を通って第１空間部１０７へ逆流することはない。したがって、第２インジェクション配管１０を通る冷媒は、電動部１０２からの熱を受けるようなことがなく、また、油溜め部１０４の冷凍機油を希釈するようなこともない。第３空間部１０９は、スクロール機構部１０１の上方に設けられ、密閉容器１００の上部に連接された吐出管１１４と連通している。

スクロール機構部１０１は、固定スクロール１１０と、固定スクロール１１０の下方に配置された旋回スクロール１１１とを備えている。固定スクロール１１０は、フレーム１０３の上部開口を塞ぐようにフレーム１０３の上端部に固定されている。固定スクロール１１０の上端部の中央には、圧縮室１０８ａで圧縮された冷媒を上方へ導く冷媒流出穴１１２ａが設けられている。この冷媒流出穴１１２ａの上方には、圧縮室１０８ａで圧縮された冷媒を第３空間部１０９へ吐出する吐出弁１１２が開閉自在に設けられている。旋回スクロール１１１は、フレーム１０３の中央の内側に設けられた偏心軸部１１７ｂと連結されている。

電動部１０２は、環状の固定子１１５と、固定子１１５内に回転自在に挿入された回転子１１６と、回転軸１１７とで構成されている。回転軸１１７は、回転子１１６が焼嵌または圧入された主軸部１１７ａと、旋回スクロール１１１に嵌め込まれた偏心軸部１１７ｂとで構成されている。この電動部１０２は、主軸部１１７ａの回転に対し偏心軸部１１７ｂを偏心させながら公転運動を与える。旋回スクロール１１１は、偏心軸部１１７ｂの公転運動に連動して公転し、固定スクロール１１０とで第２空間部１０８内の冷媒を圧縮室１０８ａ内に取り込んで圧縮する。固定スクロール１１０と旋回スクロール１１１とで圧縮された高温高圧の冷媒は、冷媒流出穴１１２ａを通って、吐出弁１１２から第３空間部１０９へ吐出される。第３空間部１０９へ吐出された高温高圧の冷媒は、吐出管１１４から冷媒配管３１に流入する。

次に、前記のように構成された空気調和装置２００の冷房運転モード時および暖房運転モード時の動作について説明する。
[冷房運転モード]
図４は図１の空気調和装置の冷房運転モード時における冷媒の流れを示す図である。なお、図中の矢印は冷媒の流れ方向を示している。
先ず、冷媒回路３０における冷媒の流れについて説明する。
圧縮機１は、低温低圧の冷媒を吸入して圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁２を介して室外熱交換器３に流入する。室外熱交換器３に流入した冷媒は、室外空気に放熱して凝縮する。室外熱交換器３で凝縮された冷媒（液冷媒）は、第１膨張弁４では減圧されずに第２膨張弁５に流入し、高圧から低圧へ減圧される。第２膨張弁５で低圧に減圧された冷媒は、室内熱交換器６に流入し、室内空気から吸熱して蒸発する。室内熱交換器６で蒸発された冷媒（ガス冷媒）は、低温低圧となって四方弁２を介して圧縮機１に再び吸入される。

次に、インジェクション回路２０における冷媒の流れについて説明する。
インジェクション弁８および絞り手段９が開いているときには、室外熱交換器３で凝縮された低温の冷媒の一部は、第１インジェクション配管７に流入し、インジェクション弁８および絞り手段９を介して第１インジェクション配管７に流れる。第１インジェクション配管７に流れた冷媒の一部は、四方弁２からの低温低圧の冷媒と共に、圧縮機１の第１空間部１０７に流入し、残りの冷媒は、第２インジェクション配管１０およびインジェクション管１１３を介して圧縮機１の第２空間部１０８に流入する。

第１インジェクション配管７から第１空間部１０７に流入した低温の冷媒は、電動部１０２からの発熱により蒸発して、四方弁２からの冷媒を冷却する。冷却された冷媒は、連通路１０６を通って第２空間部１０８に流入し、インジェクション管１１３を通って第２空間部１０８に流入する低温の冷媒と合流する。合流した冷媒は、固定スクロール１１０と旋回スクロール１１１とで圧縮されて高温高圧の冷媒となる。高温高圧の冷媒は、冷媒流出穴１１２ａを通って、吐出弁１１２から第３空間部１０９へ吐出され、吐出管１１４から冷媒配管３１に流入する。

次に、インジェクション回路２０のインジェクション弁８と絞り手段９の動作について説明する。
空気調和装置２００を起動した際には、インジェクション弁８は閉じている。これは、冷媒回路３０に流れる冷媒の流れを妨げないようにしている。空気調和装置２００の起動後は、インジェクション弁８を開き、絞り手段９の開度を調整してインジェクション回路２０に流れる冷媒の流量を決める。絞り手段９の開度は、例えば、圧縮機１の回転数と室内温度と室外温度とインジェクション回路２０での圧力損失とに応じて定められている。

[冷房運転モード時の効果]
以上のように、冷房運転モード時におけるインジェクション回路２０においては、室外熱交換器３で凝縮された低温の冷媒の一部が、圧縮機１の第１空間部１０７と第２空間部１０８とにそれぞれ流入するようにしている。そして、第１空間部１０７にインジェクションした冷媒を電動部１０２からの発熱により蒸発させて四方弁２からの冷媒を冷却し、冷却された冷媒を連通路１０６から第２空間部１０８に流入させ、第２空間部１０８に流入する冷媒と合流させてスクロール機構部１０１に取り込まれるようにしている。この構成により、以下に示す効果が得られている。

（１）室外熱交換器３で凝縮された低温の冷媒の一部を、圧縮機１の第１空間部１０７に流入する四方弁２からの冷媒にインジェクションして、第１空間部１０７に流入する冷媒を冷却するようにしている。これにより、圧縮機１の吐出管１１４から吐出される冷媒の温度を低下させることができる。
（２）圧縮機１の第２空間部１０８に流入した低温の冷媒を、第１空間部１０７から第２空間部１０８に流入する冷媒にインジェクションして合流させスクロール機構部１０１に取り込まれるようにしている。これにより、圧縮機１内の冷凍機油が希釈され難くなり、そのため、冷凍機油の粘度の低下を抑えることができ、圧縮機１の信頼性を確保することができる。

（３）前述したように、第１空間部１０７にインジェクションした冷媒を電動部１０２からの発熱により蒸発させるようにしているので、冷凍機油の希釈を抑えることができる。その結果、スクロール機構部１０１における高圧側の圧縮室から低圧側の圧縮室への冷媒の漏れが少なくなり、圧縮機１の効率の低下を抑えることができる。

（４）冷凍機油の粘度の低下と圧縮機１の効率の低下を抑制しているため、圧縮機１の第１空間部１０７と第２空間部１０８とにインジェクションする冷媒の量を増加させて、さらに吐出温度を低下させることができる。特に、空気調和装置２００に適用される冷媒が、例えばＲ３２冷媒のようにＲ４１０Ａ冷媒よりも圧縮機１の吐出温度が高温になる冷媒である場合に、インジェクションする冷媒の量を増加させて、吐出温度を低下させることは効果的である。
（５）四方弁２から圧縮機１の第１空間部１０７に流入する冷媒を冷却することにより、圧縮機１の入力を減少させることができ、ＣＯＰ（coefficient of performance、冷暖房能力/圧縮機入力）を向上させることができる。

（６）インジェクション回路２０を備えていない冷媒回路３０と比べ冷媒量が増加するが、圧縮機１に吸入される冷媒の密度が増加し、このため、圧縮機１の回転数を増加させる必要はない。

[暖房運転モード]
図５は図１の空気調和装置の暖房運転モード時における冷媒の流れを示す図である。なお、図中の矢印は冷媒の流れ方向を示している。
先ず、冷媒回路３０における冷媒の流れについて説明する。
圧縮機１は低温低圧の冷媒を吸入して圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁２を介して室内熱交換器６に流入する。室内熱交換器６に流入した冷媒は、室内空気に放熱して凝縮する。室内熱交換器６で凝縮された冷（液冷媒）は、第２膨張弁５で高圧からインジェクション圧へ減圧され、更に第１膨張弁４でインジェクション圧から低圧へ減圧される。第１膨張弁４で減圧された冷媒は、室外熱交換器３に流入し、室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器３で蒸発された冷媒（ガス冷媒）は、低温低圧となって四方弁２を介して圧縮機１に再び吸入される。

次に、インジェクション回路２０における冷媒の流れについて説明する。
冷媒の流れは冷房運転モード時と同じだが、インジェクション回路２０に流入する冷媒の圧力が冷房運転モード時よりも低いため、絞り手段９の開度が冷房運転モード時よりも大きくなる。
インジェクション弁８および絞り手段９が開いているときには、室内熱交換器６で凝縮された低温の冷媒の一部は、第１インジェクション配管７に流入し、インジェクション弁８および絞り手段９を介して第１インジェクション配管７に流れる。第１インジェクション配管７に流れた冷媒の一部は、四方弁２からの低温低圧の冷媒と共に、圧縮機１の第１空間部１０７に流入し、残りの冷媒は、第２インジェクション配管１０およびインジェクション管１１３を介して圧縮機１の第２空間部１０８に流入する。

第１インジェクション配管７から第１空間部１０７に流入した冷媒は、電動部１０２からの発熱により蒸発して、四方弁２からの冷媒を冷却する。冷却された冷媒は、連通路１０６を通って第２空間部１０８に流入し、インジェクション管１１３を通って第２空間部１０８に流入する冷媒と合流する。合流した冷媒は、固定スクロール１１０と旋回スクロール１１１とで圧縮されて高温高圧の冷媒となる。高温高圧の冷媒は、冷媒流出穴１１２ａを通って、吐出弁１１２から第３空間部１０９へ吐出され、吐出管１１４から冷媒配管３１に流入する。
なお、インジェクション回路２０のインジェクション弁８と絞り手段９の動作については、冷房運転モード時と同じである。

[暖房運転モード時の効果]
以上のように、冷房運転モード時におけるインジェクション回路２０においては、室内熱交換器６で凝縮された低温の冷媒の一部が、圧縮機１の第１空間部１０７と第２空間部１０８とにそれぞれ流入するようにしている。そして、第１空間部１０７にインジェクションした冷媒を電動部１０２からの発熱により蒸発させて四方弁２からの冷媒を冷却し、冷却された冷媒を連通路１０６から第２空間部１０８に流入させ、第２空間部１０８に流入する冷媒と合流させてスクロール機構部１０１に取り込まれるようにしている。この構成により、以下に示す効果が得られている。

（１）室内熱交換器６で凝縮された低温の冷媒の一部を、四方弁２から圧縮機１の第１空間部１０７に流入する冷媒にインジェクションして、第１空間部１０７に流入する冷媒を冷却するようにしている。これにより、圧縮機１の吐出管１１４から吐出される冷媒の温度を低下させることができる。
（２）圧縮機１の第２空間部１０８に流入した低温の冷媒を、第１空間部１０７から第２空間部１０８に流入する冷媒と合流させてスクロール機構部１０１に取り込まれるようにしている。これにより、圧縮機１内の冷凍機油が希釈され難くなり、そのため、冷凍機油の粘度の低下を抑えることができ、圧縮機１の信頼性を確保することができる。

（４）冷凍機油の粘度の低下と圧縮機１の効率の低下を抑制しているため、圧縮機１の第１空間部１０７と第２空間部１０８とにインジェクションする冷媒の量を増加させて、さらに吐出温度を低下させることができる。特に、空気調和装置２００に適用される冷媒が、例えばＲ３２冷媒のようにＲ４１０Ａ冷媒よりも圧縮機１の吐出温度が高温になる冷媒である場合に、インジェクションする冷媒の量を増加させて、吐出温度を低下させることは効果的である。

（５）圧縮機１の第１空間部１０７に流入する四方弁２からの冷媒を冷却することにより圧縮機１の入力を減少させることができ、ＣＯＰを向上させることができる。

（７）圧縮機１の吐出温度を低下させることにより圧縮機１と室内熱交換器６の間の冷媒から空気への放熱量を減少させることができる。定常状態では冷媒が冷媒回路３０内を一巡する間の放熱量と吸熱量は等しいため、前述の放熱量の減少により室外熱交換器３での吸熱量が減少し、室外熱交換器３の負荷を下げることができる。その結果、室外熱交換器３の蒸発温度が上昇し、ＣＯＰを向上させることができる。

なお、冷房運転モード時には、このＣＯＰの向上効果は得られない。なぜなら、空気調和装置２００の冷房能力を一定に保つためには、室内熱交換器６の吸熱量を一定にする必要があり、その結果、圧縮機１と室外熱交換器３の間の冷媒から空気への放熱量が減少すると、室外熱交換器３の放熱量は増加するからである。

（８）インジェクション冷媒は２本の経路に分岐し、インジェクション配管が１本の場合と比べて圧力損失が小さいため、インジェクション圧を小さくすることができる。その結果、第２膨張弁５と第１膨張弁４との間の冷媒配管３１内の冷媒密度が小さくなり、空気調和装置２００内の冷媒量を減少させることができる。特に、例えば、ビル用マルチエアコン等のような室外熱交換器と室内熱交換器との間の冷媒配管が長い空気調和装置では、この冷媒量を減少させる効果が顕著である。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。なお、本実施の形態２においては、図１の空気調和装置２００と同一の構成を有する部品には同じ符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態２に係る空気調和装置２０１においては、図１の空気調和装置２００と比較して、第１インジェクション配管７のうち第１絞り手段９の冷媒流出側の位置に第２絞り手段である例えば第１キャピラリチューブ１１を設け、第２インジェクション配管１０に第３絞り手段である例えば第２キャピラリチューブ１２を設けたものである。

本実施の形態２におけるインジェクション回路２０においては、第１インジェクション配管７と第２インジェクション配管１０の流量比が偏らないように設定されている。例えば、第２インジェクション配管１０が、第１インジェクション配管７と比べて高低差が大きく、配管が長いなどの理由で流量比が偏っている場合、第２インジェクション配管１０側の第２キャピラリチューブ１２の長さを第１キャピラリチューブ１１よりも短く調整される。
以上のように、第１インジェクション配管７と第２インジェクション配管１０の流量比が偏らないに、第１キャピラリチューブ１１と第２キャピラリチューブ１２の何れかの長さを調整しているので、冷凍機油の粘度低下、冷凍機油の粘度低下を原因とする冷媒漏れを抑えることができ、このため、圧縮機１の効率低下をより確実に防ぐことができる。

なお、本実施の形態２では、第１インジェクション配管７に第１キャピラリチューブ１１を設け、第２インジェクション配管１０に第２キャピラリチューブ１２を設けたことを述べたが、第１キャピラリチューブ１１と第２キャピラリチューブ１２とに代えて、第１インジェクション配管７と第２インジェクション配管１０とにそれぞれ絞り手段を設けてもよい。つまり、２つの絞り手段の開度を調整することで、第１空間部１０７と第２空間部１０８にインジェクションされる冷媒の流量の偏りを容易に調整することができる。
また、本実施の形態２では、第１インジェクション配管７に絞り手段９と第１キャピラリチューブ１１を設け、その間から第２インジェクション配管１０が分岐することを述べたが、例えば図１４に示すようにしてもよい。図１４は図６の空気調和装置の変形例１を模式的に示す図である。この変形例１においては、第２インジェクション配管１０を第１膨張弁４と第２膨張弁５との間の冷媒配管３１から直接分岐して、第１インジェクション配管７とは並列になるようにしている。そして、第１インジェクション配管７に設けられた絞り手段９を第１絞り手段９として設け、第２インジェクション配管１０に第２絞り手段１１ａを設けている。この場合も、第１及び第２絞り手段９、１１ａの開度を調整することで、第１空間部１０７と第２空間部１０８にインジェクションされる冷媒の流量の偏りを容易に調整することができる。
また、例えば図１５に示すようにしてもよい。図１５は図６の空気調和装置の変形例２を模式的に示す図である。この変形例２においては、第１インジェクション配管７に絞り手段９のみを設け、その冷媒流入側から第２インジェクション配管１０を分岐させるようにしてもよい。この場合は、絞り手段９の開度を調整することで、第１空間部１０７と第２空間部１０８にインジェクションされる冷媒の流量の偏りを容易に調整することができる。

実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図、図８は図７の圧縮機を拡大して示す縦断面図である。なお、本実施の形態３においては、図１の空気調和装置２００と同一の構成を有する部品には同じ符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態３に係る空気調和装置２０２においては、図１の空気調和装置２００と比較して、インジェクション回路２０ａの形態が異なっている。このインジェクション回路２０ａは、例えば、一端が第１膨張弁４と第２膨張弁５との間の冷媒配管３１に接続され、他端が第２空間部１０８と連通するように圧縮機１のインジェクション管１１３と連結されたインジェクション配管１０ａと、インジェクション配管１０ａに設けられたインジェクション弁８および絞り手段９とを備えている。また、インジェクション回路２０ａは、図８に示すように、インジェクション管１１３と第２空間部１０８とを連通する第４空間部１１８と、第４空間部１１８と第１空間部１０７とを連通する案内路１２０とを備えている。なお、フレーム１０３の上端部に設けられた冷媒流入穴１１３ａは、第４空間部１１８を介してインジェクション管１１３と連通している。

本実施の形態３に係る空気調和装置２０２では、インジェクション配管１０ａからの低温の冷媒は、第４空間部１１８内において、第１空間部１０７と第２空間部１０８とに分流される。一方の冷媒は、冷媒流入穴１１３ａを介して第２空間部１０８に流入し、もう一方の冷媒は、案内路１２０を介して第１空間部１０７に流入する。インジェクション回路において第４空間部１１８は第１空間部１０７と第２空間部１０８との上流側にあり、第４空間部１１８の方が第１空間部１０７と第２空間部１０８よりも高圧であるため、冷媒が逆流することがない。

このように、本実施の形態３は、前述した実施の形態１、２と同様に第１膨張弁４と第２膨張弁５との間の冷媒の一部を第１空間部１０７と第２空間部１０８とに同時にインジェクションすることができる。本実施の形態３の空気調和装置２０２においては、図１の空気調和装置２００と比較して、絞り手段９と吸入管１０５との間の第１インジェクション配管７が不要となるため、低コストとなり、省スペース化を図ることができる。

なお、本実施の形態３においては、冷媒流入穴１１３ａと案内路１２０の内径を調整することにより、第１空間部１０７と第２空間部１０８に流れる冷媒の流量比を調整することができる。

実施の形態４．
図９は本発明の実施の形態４に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。なお、本実施の形態４においては、図１の空気調和装置２００と同一の構成を有する部品には同じの符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態４に係る空気調和装置２０３においては、図１の空気調和装置２００と比較して、インジェクション回路２０に第２インジェクション弁１３が追加されている。即ち、圧縮機１の第２空間部１０８に冷媒をインジェクションする第２インジェクション配管１０に第２インジェクション弁１３が設けられている。この第２インジェクション弁１３を閉じることで、第２インジェクション配管１０に流れる冷媒のみを遮断することができる。

このように、本実施の形態４によれば、インジェクションを行わない場合に、四方弁２から圧縮機１の第１空間部１０７へ流入した冷媒の一部が、インジェクション管１１３を介して第２インジェクション配管１０に流入し第１インジェクション配管７に流れるということがなくなる。このため、インジェクション回路２０を流れることによる室外空気からの吸熱ロスを確実に防止することができる。

実施の形態５．
図１０は本発明の実施の形態５に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。なお、本実施の形態５においては、図６の空気調和装置２０１と同一の構成を有する部品には同じの符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態５に係る空気調和装置２０４においては、図６の空気調和装置２０１と比較して、冷媒熱交換器５０が追加されている。この冷媒熱交換器５０は、第１インジェクション配管７のうち絞り手段９の冷媒流出側の位置に設けられ、第１膨張弁４と第２膨張弁５との間の冷媒配管３１に流れる冷媒と絞り手段９から流出される冷媒とを熱交換する。この空気調和装置２０４では、高圧側の冷媒配管３１を流れる冷媒の一部は、第１インジェクション配管７にバイパスし、絞り手段９で減圧されて冷媒配管３１を流れる冷媒を冷却する。このとき、第１インジェクション配管７に流れる冷媒は加熱される。

このように、本実施の形態５によれば、高圧側の冷媒配管３１を流れる冷媒の流量が減少するため、冷房運転モード時には、高圧側の冷媒配管３１から第１膨張弁４、室外熱交換器３、四方弁２を介して圧縮機１に至るまでの圧力損失を低減できる。また、暖房運転モード時には、第２膨張弁５、室内熱交換器６、四方弁２を介して圧縮機１に至るまでの圧力損失を低減できる。

更に、本実施の形態５においては、絞り手段９の開度を調整することにより、第１インジェクション配管７に流入する冷媒を冷媒熱交換器５０で蒸発させ、低温の冷媒ガスとして圧縮機１の第１空間部１０７と第２空間部１０８とにインジェクションすることができる。その結果、冷凍機油の粘度低下を抑えることができ、冷凍機油の粘度低下を原因とする冷媒漏れを抑えることができ、このため、圧縮機１の効率低下を防止できる。

なお、図１０では、インジェクション回路２０の分岐部の構造は記載していないが、例えば、Ｔ字分岐の水平方向から冷媒を流入させ、鉛直上方からガス冷媒を、鉛直下方から液冷媒を流出させる構造にしてもよい。この場合、Ｔ字分岐の鉛直下方の出口を第２インジェクション配管１０に接続することで、液冷媒を圧縮機１の第２空間部１０８に導くことができる。これにより、例えば、第２インジェクション配管１０が接続される圧縮機１の穴径を小さく、ガス冷媒では圧力損失が大きい場合に、液冷媒を導いてインジェクション冷媒の流量を確保することができる。

実施の形態６．
図１１は本発明の実施の形態６に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。なお、本実施の形態６においては、図６の空気調和装置２０１と同一の構成を有する部品には同じの符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態６に係る空気調和装置２０５においては、図６の空気調和装置２０１と比較して、アキュムレータ４０が追加されている。このアキュムレータ４０は、四方弁２と圧縮機１との間の冷媒配管に設けられている。この場合、第１インジェクション配管７の他端は、アキュムレータ４０と圧縮機１との間の冷媒配管３１に接続されている。

アキュムレータ４０は、冷媒回路３０内の冷媒の一部を貯留するものである。図６の空気調和装置２０１では、暖房運転モード時に第２膨張弁５の開度を小さくすると、第２膨張弁５と第１膨張弁４との間の冷媒量が減少し、空気調和装置２０１内の冷媒総量は一定であるため室外熱交換器３と室内熱交換器６内の冷媒量が増加する。その結果、室外熱交換器３内の冷媒量の増加に伴い、室外熱交換器３の出口の過冷却度が増加し、熱交換効率が低下する。
本実施の形態６の空気調和装置２０５では、暖房運転モード時に第２膨張弁５の開度を小さくすると、第２膨張弁５と第１膨張弁４との間の冷媒量が減少するが、アキュムレータ４０内の冷媒量が増加する。その結果、室外熱交換器３の冷媒量は変化しない。

このように、本実施の形態６によれば、暖房運転モード時に第２膨張弁５の開度を変化させても室外熱交換器３の冷媒量を一定に保つことができる。その結果、室外熱交換器３の熱交換効率を一定に保ちつつ、第１膨張弁４と第２膨張弁５との間の圧力を上昇させることができ、このため、インジェクション回路２０に流入する冷媒量を増加させることができる。

本実施の形態６では、第１インジェクション配管７の他端を、アキュムレータ４０と圧縮機１との間の冷媒配管３１に接続したが、例えば図１２に示すようにしてもよい。図１２は図１１の空気調和装置の変形例を模式的に示す図である。つまり、図１２の空気調和装置２０６においては、インジェクション回路２０の第１インジェクション配管７の他端を、四方弁２とアキュムレータ４０との間の冷媒配管３１に接続されている。

実施の形態７．
図１３は本発明の実施の形態７に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。なお、本実施の形態７においては、図６の空気調和装置２０１と同一の構成を有する部品には同じの符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態７に係る空気調和装置２０７においては、図６の空気調和装置２０１と比較して、第１キャピラリチューブ１１に代えて第２絞り手段１１ａが設けられ、第２キャピラリチューブ１２に代えて第３絞り手段１２ａが設けられている。また、図１３の空気調和装置２０７には、第１温度検出手段６０、第２温度検出手段６１、圧力検出手段６２および制御部６３が追加されている。なお、第１インジェクション配管７において、インジェクション弁８に直列に配置された絞り手段９を第１絞り手段９としている。

第２絞り手段１１ａは、第１インジェクション配管７のうち絞り手段９の冷媒流出側の部分に設けられ、第３絞り手段１２ａは、第２インジェクション配管１０に設けられている。第１温度検出手段６０は、圧縮機１の吐出管１１４に設けられ、吐出管１１４を通る冷媒の吐出温度を検出する。第２温度検出手段６１は、圧縮機１の第２空間部１０８内の冷媒の温度を検出する。圧力検出手段６２は、圧縮機１の吸入管１０５に設けられ、吸入管１０５に流れる冷媒の圧力を検出する。第２絞り手段１１ａと第３絞り手段１２ａは、開度が調整自在な電子膨張弁が用いられている。

制御部６３は、例えば、圧縮機１の電動部１０２の回転数、第１および第２膨張弁４、５の開度、インジェクション弁８の開閉、第１絞り手段９、第２絞り手段１１ａおよび第３絞り手段１２ａの開度、四方弁２の流路切替などの制御を行う制御基板（図示せず）に設けられている。制御部６３は、第２温度検出手段６１により検出された第２空間部１０８内の冷媒の温度と圧力検出手段６２により検出された冷媒の圧力とから第２空間部１０８内の冷媒の乾き度を算出する。そして、制御部６３は、算出した乾き度が設定値よりも高いときに、第１温度検出手段６０により検出された冷媒の温度が下がるように第２絞り手段１１ａの開度を調整する。

また、制御部６３は、算出した乾き度が設定値よりも低くなったときには、第１インジェクション配管から７の冷媒量が変化しないように第２絞り手段１１ａの開度を調整すると共に、第３絞り手段１２ａの開度を現在の開度よりも大きくする。この制御部６３は、暖房運転モード時に、第３絞り手段１２ａの開度を冷房運転モード時よりも大きくなるように制御する。

前述したように、制御部６３は、第２空間部１０８内の冷媒の乾き度が設定値よりも高いときに、第１温度検出手段６０により検出された冷媒の温度が下がるように第２絞り手段１１ａの開度を調整する。この場合、第１インジェクション配管７を通る冷媒は、第１空間部１０７内おいて電動部１０２からの吸熱により蒸発して、スクロール機構部１０１の第２空間部１０８に液冷媒が到達しない。このため、冷凍機油の粘度低下を原因とする冷媒漏れを抑えることができ、このため、冷媒漏れによる圧縮機１の効率低下を抑えることができる。しかし、第１インジェクション配管７を通る冷媒量が増加すると、圧縮機１の底部の冷凍機油の粘度の低下による潤滑不足が生じる危険性がある。

そこで、第１インジェクション配管７からのインジェクションにより第２空間部１０８内の乾き度が設定値より低くなった場合には、第１インジェクション配管７からのインジェクション冷媒の流量が変化しないように第２絞り手段１１ａの開度を調整しつつ、第３絞り手段１２ａを開いて第２インジェクション配管１０から冷媒をインジェクションする。第２インジェクション配管１０を通る冷媒は、圧縮機１の底部の油溜め部１０４を経由しないため、冷凍機油の粘度低下を抑えることができる。

このように、本実施の形態７によれば、第１インジェクション配管７と第２インジェクション配管１０の冷媒の流量比を変化させることができる。その結果、流量比が一方のインジェクション配管に偏ることがなくなり、また、冷凍機油の粘度低下、冷凍機油の粘度低下を原因とする冷媒漏れを抑えることができ、このため、冷媒漏れによる圧縮機１の効率低下を確実に防ぐことができる。

また、本実施の形態７においては、冷房運転モード時と暖房運転モード時で第２絞り手段１１ａの開度と第３絞り手段１２ａの開度を変化させるようにしている。実施の形態１において説明したように、インジェクション回路２０では、圧縮機１の吐出温度を低下させることにより、圧縮機１と室内熱交換器６との間の冷媒から空気への放熱量を減少させることができる。定常状態では冷媒が冷媒回路３０内を一巡する間の放熱量と吸熱量は等しいため、前述の放熱量の減少により室外熱交換器３での吸熱量が減少し、室外熱交換器３の負荷を下げることができる。その結果、室外熱交換器３の蒸発温度が上昇し、ＣＯＰを向上させることができる。

しかし、冷房運転モード時には、ＣＯＰは低下する。なぜなら、空気調和装置２０７の冷房能力を一定に保つためには、室内熱交換器６の吸熱量を一定にする必要があり、その結果、圧縮機１と室外熱交換器３との間の冷媒から空気への放熱量が減少すると、室外熱交換器３の放熱量は増加するからである。したがって、暖房運転モード時には、冷房運転モード時に比べて第３絞り手段１２ａの開度を大きくすることで、全体のインジェクション冷媒の流量を増やし、ＣＯＰの向上を図ることができる。

このように、冷房運転モード時と暖房運転モード時で第３絞り手段１２ａの開度を変化させることで、冷房運転モード時のＣＯＰ低下を抑制しつつ、暖房運転モード時にＣＯＰの向上を図ることができる。

１圧縮機、２四方弁（切替弁）、３室外熱交換器、４第１膨張弁、５第２膨張弁、６室内熱交換器、７第１インジェクション配管、８インジェクション弁、９
絞り手段（第１絞り手段）、１０第２インジェクション配管、１０ａインジェクション配管、１１第１キャピラリチューブ、１１ａ第２絞り手段、１２第２キャピラリチューブ、１２ａ第３絞り手段、１３第２インジェクション弁、２０インジェクション回路、３０冷媒回路、３１冷媒配管、４０アキュムレータ、５０冷媒熱交換器、６０第１温度検出手段、６１第２温度検出手段、６２圧力検出手段、６３制御部、１００密閉容器、１０１スクロール機構部、１０２電動部、１０３フレーム、１０４油溜め部、１０５吸入管、１０６連通路、１０７第１空間部、１０８第２空間部、１０８ａ圧縮室、１０９第３空間部、１１０旋回スクロール、１１１固定スクロール、１１２吐出弁、１１２ａ冷媒流出穴、１１３インジェクション管、１１３ａ冷媒流入穴、１１４吐出管、１１５固定子、１１６回転子、１１７回転軸、１１７ａ主軸部、１１７ｂ偏心軸部、１１８第４空間部、１２０案内路、２００空気調和装置、２０１空気調和装置、２０２空気調和装置、２０３
空気調和装置、２０４空気調和装置、２０５空気調和装置、２０６空気調和装置、２０７空気調和装置。

Claims

圧縮機、四方弁、室外熱交換器、第１膨張弁、第２膨張弁、室内熱交換器を冷媒配管で接続して構成される冷媒回路と、インジェクション回路とを備えた空気調和装置であって、
前記圧縮機は、
固定スクロールおよび当該固定スクロールとで冷媒を圧縮する旋回スクロールを有するスクロール機構部と、
前記旋回スクロールに公転運動を与える電動部と、
前記スクロール機構部と前記電動部との間に設けられた第１空間部と、
前記スクロール機構部の径方向の外周に設けられた環状の第２空間部と、
前記第１空間部に接続され、冷媒を前記圧縮機内に吸入させる吸入管と、
前記第１空間部と前記第２空間部の間に設けられ、前記吸入管から前記第１空間部に吸入された冷媒を前記第２空間部へ案内する連通路と、
前記第２空間部から前記スクロール機構部へ流入し、圧縮された冷媒を前記圧縮機外に吐出させる吐出管と、
前記四方弁と前記圧縮機との間の冷媒配管に設けられたアキュムレータと、
を有し、
前記インジェクション回路は、
前記四方弁と前記アキュムレータとの間の冷媒配管に接続され、前記第１膨張弁と前記第２膨張弁との間の冷媒の一部を前記圧縮機の第１空間部に流入させる第１インジェクション配管と、
前記第１膨張弁と前記第２膨張弁との間の冷媒の一部を前記圧縮機の第２空間部に直接流入させる第２インジェクション配管と、
を備え、
前記第１インジェクション配管には第２絞り手段が設けられ、前記第２インジェクション配管には第３絞り手段が設けられ、前記第１インジェクション配管と前記第２インジェクション配管の流量を独立に調整され、
前記第１インジェクション配管と前記第２インジェクション配管から同時に冷媒をインジェクションする空気調和装置。
前記第１膨張弁と前記第２膨張弁との間の冷媒の一部を流入させ、前記第１インジェクション配管と前記第２インジェクション配管に流入する合計流量を調整する第１絞り手段を有し、前記第１絞り手段の冷媒流出側で前記第１インジェクション配管と前記第２インジェクション配管に分流させる請求項１記載の空気調和装置。
前記第１インジェクション配管には、第１インジェクション弁が設けられ、
前記第２インジェクション配管には、第２インジェクション弁が設けられている請求項１記載の空気調和装置。
前記第１インジェクション配管のうち前記第１絞り手段の冷媒流出側の位置に設けられ、前記第１膨張弁と前記第２膨張弁との間の冷媒配管に流れる冷媒と前記第１絞り手段から流出される冷媒とを熱交換する冷媒熱交換器を備えた請求項２記載の空気調和装置。
前記圧縮機の吐出管に設けられ、当該吐出管を通る冷媒の吐出温度を検出する第１温度検出手段と、
前記第２空間部内の冷媒の温度を検出する第２温度検出手段と、
前記圧縮機の吸入管に設けられ、当該吸入管に流れる冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記第２温度検出手段により検出された冷媒の温度と前記圧力検出手段により検出された冷媒の圧力とから前記第２空間部内の冷媒の乾き度を算出し、算出した乾き度が設定値よりも高いときに、前記第１温度検出手段により検出された冷媒の吐出温度が下がるように前記第２絞り手段の開度を調整する制御部と
を備えた請求項１記載の空気調和装置。
前記制御部は、算出した乾き度が設定値よりも低くなったときには、前記第１インジェクション配管からの冷媒量が変化しないように前記第２絞り手段の開度を調整すると共に、前記第３絞り手段の開度を現在の開度よりも大きくする請求項５記載の空気調和装置。
前記第２絞り手段と前記第３絞り手段の開度を制御する制御部を備え、
暖房運転モード時に、前記第３絞り手段の開度を冷房運転モード時よりも大きくする請求項１記載の空気調和装置。
圧縮機、四方弁、室外熱交換器、第１膨張弁、第２膨張弁、室内熱交換器を冷媒配管で接続して構成される冷媒回路と、インジェクション回路とを備えた空気調和装置であって、
前記圧縮機は、
固定スクロールおよび当該固定スクロールとで冷媒を圧縮する旋回スクロールを有するスクロール機構部と、
前記旋回スクロールに公転運動を与える電動部と、
前記スクロール機構部と前記電動部との間に設けられた第１空間部と、
前記スクロール機構部の径方向の外周に設けられた環状の第２空間部と、
前記第１空間部に接続され、冷媒を前記圧縮機内に吸入させる吸入管と、
前記第１空間部と前記第２空間部の間に設けられ、前記吸入管から前記第１空間部に吸入された冷媒を前記第２空間部へ案内する連通路と、
前記第２空間部から前記スクロール機構部へ流入し、圧縮された冷媒を前記圧縮機外に吐出させる吐出管と、
を有し、
前記インジェクション回路は、
一端が前記第１膨張弁と前記第２膨張弁との間の冷媒配管に接続され、他端が前記第２空間部と連通するように前記圧縮機に接続されたインジェクション配管を備え、
前記圧縮機の内部には、少なくとも前記インジェクション配管からの冷媒を前記第１空間部に案内する案内路が設けられており、
前記インジェクション回路により、前記第１膨張弁と前記第２膨張弁との間の冷媒の一部を前記第１空間部と前記第２空間部とに同時にインジェクションする空気調和装置。