JP7008874B2 - ロータリ圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

この発明は、インジェクション機構を有するロータリ圧縮機および冷凍サイクル装置に関する。

従来のロータリ圧縮機は、密閉容器内に、電動機部と、電動機部により駆動される圧縮機構部とを備えている。圧縮機構部は、円筒状のシリンダと、電動機部のクランクシャフトにおける偏心部に装着されてシリンダ内で偏心運動を行う回転ピストンと、シリンダ内の空間を吸入室と圧縮室とに仕切るベーンとを備えている。シリンダには、吸入口と吐出口とが形成されており、ロータリ圧縮機は、容器の外部から吸入管および吸入口を介して吸入室に吸入した冷媒を回転ピストンの偏心運動に伴って圧縮し、圧縮した冷媒を圧縮室から吐出口を介して圧縮機構部外に吐出する構成となっている。

このようなロータリ圧縮機において、圧縮機構部の圧縮室に、中間圧の冷媒をインジェクションするインジェクション機構を備えた構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のインジェクション機構は、圧縮室に連通してシリンダ内に形成されたインジェクション流路に、インジェクション流路を開閉するインジェクション弁を備えた構成を有する。インジェクション弁は、インジェクション流路に交差する方向に延びる弁室を、弁体が移動することでインジェクション流路を開閉する。

特開２０１２－０５７５６８号公報

特許文献１のロータリ圧縮機のインジェクション機構は、インジェクション弁を閉じた状態でもインジェクション流路の一部、具体的には圧縮室から弁室に至る部分が圧縮室に常に連通する構成である。このため、圧縮室から弁室に至る部分の空間が死容積となり、再膨張損失による性能の低下が生じるという問題があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためのもので、インジェクション機構における死容積の縮小を図ることが可能なロータリ圧縮機および冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係るロータリ圧縮機は、圧縮室が形成されたシリンダと、シリンダの内周面に沿って回転する回転ピストンとを備え、回転ピストンがシリンダ内を偏心回転して圧縮室で冷媒を圧縮するロータリ圧縮機であって、シリンダには、インジェクション配管が接続される接続口から圧縮室に至るガイド孔が形成され、ガイド孔にインジェクション機構が配置されており、インジェクション機構は、インジェクション配管から供給されるインジェクション冷媒を圧縮室に導くインジェクション流路が形成されたインジェクションピストンと、インジェクションピストンをガイド孔内に収納する方向に付勢してインジェクションピストンをガイド孔内に収納させるスプリングとを備え、インジェクションピストンは、ガイド孔に摺動自在に配置されており、インジェクション配管から供給されるインジェクション冷媒による圧力に基づいてスプリングの付勢力に抗して圧縮室側に移動した状態ではインジェクション流路を圧縮室に連通させる一方、圧縮室とは反対側に移動してガイド孔内に収納された状態ではインジェクション流路を圧縮室に非連通とするものである。

この発明によれば、インジェクション機構は、インジェクション流路が形成されたインジェクションピストンを、シリンダに形成されたガイド孔内に摺動自在に配置した構成を有し、インジェクションを行わない時にはインジェクションピストンをガイド孔内に収納してインジェクション流路を圧縮室に非連通とする。これにより、インジェクション機構における死容積の縮小を図ることができる。

実施の形態１に係るロータリ圧縮機の概略縦断面図である。 実施の形態１に係る密閉型圧縮機の圧縮機構部の模式的な平面図である。 実施の形態１に係るロータリ圧縮機のインジェクション機構を含む要部平面図である。 実施の形態１に係るロータリ圧縮機のインジェクション機構を含む要部の分解平面図である。 実施の形態１に係るロータリ圧縮機のインジェクション機構のインジェクションピストンを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。 実施の形態１に係るロータリ圧縮機の回転ピストンが１回転する間のインジェクションポートの開閉を示す図である。 実施の形態１に係るロータリ圧縮機において、インジェクションピストンを別の位相角に設置した場合のインジェクションピストンの動作説明図（その１）である。 実施の形態１に係るロータリ圧縮機において、インジェクションピストンを別の位相角に設置した場合のインジェクションピストンの動作説明図（その２）である。 実施の形態１に係るロータリ圧縮機において、インジェクションピストンを別の位相角に設置した場合のインジェクションピストンの動作説明図（その３）である。 実施の形態１に係るロータリ圧縮機において、インジェクションピストンを別の位相角に設置した場合のインジェクションピストンの動作説明図（その４）である。 実施の形態１に係るロータリ圧縮機において、インジェクションピストンを別の位相角に設置した場合のインジェクションピストンの動作説明図（その５）である。 図７～図１１に示された回転ピストンが１回転する間のインジェクションポートの開閉を示す図である。 実施の形態１に係るロータリ圧縮機におけるインジェクションポート開口区間の説明図である。 実施の形態１に係るロータリ圧縮機の変形例１を示す図である。 実施の形態１に係るロータリ圧縮機の変形例２を示す図である。 実施の形態１に係るロータリ圧縮機の変形例３のシリンダを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 実施の形態１に係るロータリ圧縮機の変形例３のインジェクションピストンを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。 実施の形態１に係るロータリ圧縮機の変形例３のキャップを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 実施の形態１に係るロータリ圧縮機の変形例４のシリンダを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 実施の形態１に係るロータリ圧縮機の変形例４のインジェクションピストンを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。 実施の形態１に係るロータリ圧縮機の変形例４のキャップ４３を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の一例を示す図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るロータリ圧縮機の概略縦断面図である。
ロータリ圧縮機１は、電動機部２と、電動機部２にクランクシャフト４を介して連結され、クランクシャフト４の回転によって冷媒を圧縮する圧縮機構部３とを備え、これらが密閉容器５の内部に配置された構成を有する。この実施の形態１におけるロータリ圧縮機１は、圧縮機構部３が２つのシリンダを有するツインロータリー形の回転圧縮機を例に説明するが、これに限るものではなく、シリンダが１つまたは３つ以上のものでもよい。

密閉容器５の側面には、冷媒ガスを吸入するための吸入管６の一端が接続されている。吸入管６の他端は吸入マフラ７に接続され、吸入マフラ７を通して吸入管６から冷媒ガスが密閉容器５の内部に吸入される。また、密閉容器５の上面には、圧縮した冷媒ガスを吐出するための吐出管８が設けられている。

密閉容器５の底部には、油溜め部５ａが形成されている。油溜め部５ａには、圧縮機構部３等の摺動部を潤滑する冷凍機油が溜まっている。油溜め部５ａ内の冷凍機油は、クランクシャフト４の回転を利用した遠心ポンプの要領で吸い上げられ、クランクシャフト４に設けられた給油穴（図示せず）を通って各摺動部に供給される。給油穴には、クランクシャフト４の軸方向に延びる縦穴と、径方向に延びる横穴とが含まれる。このように給油穴を通って冷凍機油が各摺動部に供給されることで、機械部分の隙間をシールして冷媒の漏れを防止するとともに、摺動部品同士が直接接触することによる損傷を防止する。

クランクシャフト４の上部には、冷媒と冷凍機油とを分離する油分離器９が嵌められている。油分離器９は円板状に構成され、圧縮機構部３から吐出管８へ向かって流れる冷媒と冷凍機油との混合流体が衝突する位置に設置されている。混合流体が油分離器９に衝突することで、冷媒と冷凍機油とに分離される。油分離器９によって冷媒と冷凍機油とを分離することで、圧縮機構部３から吐出された冷媒と一緒に冷凍機油が吐出管８から圧縮機外に吐出されるのを防ぎ、密閉容器５内の油が枯渇することによる摺動部の焼き付きを防止する。

電動機部２は、クランクシャフト４に取り付けられた回転子２ａと、回転子２ａを回転駆動する固定子２ｂとを備えている。固定子２ｂへの通電が開始されることにより回転子２ａが回転し、クランクシャフト４を介して圧縮機構部３に回転動力が伝達される。

圧縮機構部３は、第１圧縮機構部３０Ａと、第２圧縮機構部３０Ｂと、上軸受１１と、下軸受１２とを備えている。第１圧縮機構部３０Ａと第２圧縮機構部３０Ｂとの間には中間板１０が配置されている。第１圧縮機構部３０Ａおよび第２圧縮機構部３０Ｂのそれぞれには、密閉容器５を外部から貫通したインジェクション配管１５の端部が接続されている。

上軸受１１および下軸受１２のそれぞれには、吐出ポート（図示せず）が形成されている。その吐出ポートを覆うように、上吐出マフラ１３および下吐出マフラ１４が上軸受１１および下軸受１２にそれぞれ取り付けられている。上吐出マフラ１３および下吐出マフラ１４は、密閉容器５内の空間の共振によって増幅される騒音を低減させるものである。

図２は、実施の形態１に係る密閉型圧縮機の圧縮機構部の模式的な平面図である。以下、圧縮機構部３の第１圧縮機構部３０Ａと第２圧縮機構部３０Ｂとの構成について説明する。第１圧縮機構部３０Ａおよび第２圧縮機構部３０Ｂは基本的に同様の構成であるため、以下、第１圧縮機構部３０Ａを代表して説明する。

第１圧縮機構部３０Ａは、円筒状のシリンダ３１と、クランクシャフト４の偏心軸部４ａに回転可能に嵌合する回転ピストン３２と、シリンダ３１に設けられたベーン溝３３に摺動自在に配置されたベーン３４と、インジェクション機構４０とを備えている。シリンダ３１は平板で構成され、その略中心には、略円筒状の貫通孔が上下方向に貫通形成されている。この貫通孔が上軸受１１と中間板１０とによって閉塞されることで、シリンダ３１内に圧縮室３５が形成されている。

ベーン溝３３は、圧縮室３５に連通してシリンダ３１の径方向に延びており、ベーン溝３３内に進退自在に設けられたベーン３４の先端部が回転ピストン３２の外周面と摺接することによって圧縮室３５内を低圧空間３５ａと高圧空間３５ｂとに仕切っている。シリンダ３１には、低圧空間３５ａに開口する冷媒の吸入路としての吸入口３６と、高圧空間３５ｂに開口する冷媒の吐出路としての吐出口３７とが形成されている。吸入口３６は、シリンダ３１の外周面３１ａから内周面３１ｂに向けて貫通して形成されており、吸入口３６の外周面３１ａ側の端部には吸入管６が接続される。吐出口３７は、シリンダ３１の内周面３１ｂが切り欠かれて形成されており、上軸受１１に形成された吐出ポートに連通している。

また、シリンダ３１には、吸入口３６とは別に、外周面３１ａから内周面３１ｂに向けて貫通するガイド孔３８が形成されている。ガイド孔３８の外周面３１ａ側の開口はインジェクション配管１５（図１参照）が接続される接続口３８ａとなる。そして、ガイド孔３８の内部に、中間圧の冷媒を圧縮室３５に導入するインジェクション機構４０が配置されている。インジェクション機構４０は、インジェクションピストン４１と、スプリング４２と、キャップ４３とを備えている。以下、インジェクション機構４０について説明する。

（インジェクション機構の構成）
図３は、実施の形態１に係るロータリ圧縮機のインジェクション機構を含む要部平面図である。図４は、実施の形態１に係るロータリ圧縮機のインジェクション機構を含む要部の分解平面図である。図５は、実施の形態１に係るロータリ圧縮機のインジェクション機構のインジェクションピストンを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。

インジェクション機構４０において、インジェクションピストン４１は、ガイド孔３８内に摺動自在に配置されている。インジェクション機構４０は、インジェクションピストン４１をガイド孔３８に沿って移動させることで、インジェクションピストン４１に形成された後述のインジェクション流路４１ｃを圧縮室３５に連通または非連通に切り替える機構である。

インジェクションピストン４１は、上述したようにガイド孔３８内に摺動自在に配置されており、図３には、インジェクションピストン４１の先端部が圧縮室３５の内部に突出して回転ピストン３２の外周面に接触した状態を示している。また、図２には、インジェクションピストン４１がガイド孔３８内に収納された状態を示している。インジェクションピストン４１は、ガイド孔３８内に収納された状態において、圧縮室３５側の端面がシリンダ３１の内周面３１ｂと面一になるように構成されている。

ガイド孔３８のインジェクション配管側の端部はキャップ４３で閉塞されており、インジェクションピストン４１のインジェクション配管側の移動位置はキャップ４３で規制される。キャップ４３は筒状に形成されており、中心の開口部分はインジェクション配管１５から供給された中間圧のガス、液または気液二相の冷媒（以下、インジェクション冷媒という）をガイド孔３８内に導く内部流路となる。

インジェクションピストン４１は、図５に示すように頭部４１ａと、頭部４１ａよりも小径で棒状の軸部４１ｂとを有する。軸部４１ｂは、頭部４１ａから圧縮室３５側に延びている。インジェクションピストン４１には、ガイド孔３８の接続口３８ａに接続されたインジェクション配管１５から供給されるインジェクション冷媒を圧縮室３５に導くインジェクション流路４１ｃが形成されている。インジェクション流路４１ｃは、インジェクションピストン４１の内部を頭部４１ａから軸部４１ｂにかけて貫通する孔で形成されている。インジェクション流路４１ｃの一端は頭部４１ａの外面に開口している。インジェクション流路４１ｃの他端は軸部４１ｂの外面、具体的には軸部４１ｂの先端部の側面に開口してインジェクションポート４１ｄとなっている。

インジェクションピストン４１がガイド孔３８内に収納された状態にあるとき、インジェクションポート４１ｄはガイド孔３８の内周面によって塞がれて閉となり、インジェクション流路４１ｃが圧縮室３５に非連通となる。一方、インジェクションピストン４１が圧縮室３５側に移動した状態にあるとき、インジェクションポート４１ｄは圧縮室３５内に突出して開となり、インジェクション流路４１ｃが圧縮室３５に連通する。

スプリング４２は、インジェクションピストン４１をガイド孔３８内に収納する方向に付勢している。スプリング４２は、運転停止時およびインジェクション配管１５からのインジェクション冷媒の導入が停止されている時に、インジェクションピストン４１をガイド孔３８内に収納させるために設けられている。なお、スプリング４２は、運転停止時およびインジェクション停止時のインジェクションピストン４１の位置をガイド孔３８内に限定しない場合は省略可能である。

（圧縮機構部の動作）
以上のように構成された第１圧縮機構部３０Ａでは、電動機部２に電力供給すると、電動機部２によってクランクシャフト４が回転する。クランクシャフト４が回転することにより、圧縮室３５内で偏心軸部４ａが偏心回転運動する。

偏心軸部４ａの偏心回転運動に伴い、回転ピストン３２がシリンダ３１内を反時計回りに内周面３１ｂに沿って偏心回転運動する。回転ピストン３２の回転に伴い、吸入口３６を介して低圧のガス冷媒が吸入された低圧空間３５ａが高圧空間３５ｂに転じ、高圧空間３５ｂの容積が徐々に縮小されることで冷媒が圧縮される。圧縮されたガス冷媒は、所定の圧力になると、シリンダ３１の吐出口３７を介して吐出ポートに導かれ、吐出ポートから密閉容器５の内部空間に吐出される。

第１圧縮機構部３０Ａおよび第２圧縮機構部３０Ｂでは、クランクシャフト４が回転することで、冷媒ガスの吸入および圧縮が繰り返される。そして、第１圧縮機構部３０Ａおよび第２圧縮機構部３０Ｂのそれぞれで圧縮されて密閉容器５の内部空間に吐出された冷媒ガスは、吐出管８より密閉容器５外へと吐出される。

（インジェクション機構の動作）
ロータリ圧縮機１の運転中、圧縮室３５の内圧が、インジェクション配管１５から供給されるインジェクション冷媒の圧力（以下、インジェクション圧力という）以下の場合、インジェクションピストン４１は図３に示すように圧縮室３５側に移動し、インジェクションポート４１ｄが開となる。これにより、インジェクション流路４１ｃが圧縮室３５に連通し、インジェクション配管１５からのインジェクション冷媒が、キャップ４３の内部通路、ガイド孔３８およびインジェクション流路４１ｃを介してインジェクションポート４１ｄから圧縮室３５に導入される。なお、スプリング４２のばね圧はインジェクション圧力および圧縮室３５の内圧に比べて十分に小さいため、ここでは無視するものとする。なお、インジェクション圧力は、回転ピストン３２の回転位置によらず、一定である。

インジェクションポート４１ｄは、インジェクションピストン４１の軸部４１ｂの側面であって、シリンダ周方向の吸入口３６側ではなく吐出口３７側に向けて開口している。このため、吸入口３６から圧縮室３５へ吸入される冷媒の吸入を阻害することなく、インジェクションポート４１ｄから圧縮室３５にインジェクション冷媒を導入できる。

そして、ロータリ圧縮機１の運転中、回転ピストン３２が回転してインジェクションピストン４１の位置に到達した場合、インジェクションピストン４１が回転ピストン３２によって押圧されてガイド孔３８内に収納される。このように、回転ピストン３２がインジェクションピストン４１の位置に到達した場合には、圧縮室３５の内圧がインジェクション圧力以下でも、回転ピストン３２によって強制的にインジェクションピストン４１がガイド孔３８内に収納される。インジェクションピストン４１がガイド孔３８内に収納されることでインジェクションポート４１ｄがガイド孔３８の内周面によって塞がれて閉となる。これにより、インジェクション流路４１ｃが圧縮室３５に非連通となり、インジェクション冷媒の圧縮室３５への導入が停止される。

図６は、実施の形態１に係るロータリ圧縮機の回転ピストンが１回転する間のインジェクションポートの開閉を示す図である。なお、ここでは回転ピストン３２が回転中、常時、インジェクション配管１５からインジェクション冷媒が供給され、インジェクションピストン４１の設置位置での圧縮室３５の内圧よりも高いインジェクション圧力がインジェクションピストン４１に作用しているものとする。ここで、ベーン３４が回転ピストン３２によってベーン溝３３に最大限押し込まれた瞬間における位相角を０°とする。また、図６は、以下の構成の場合に対応している。すなわち、図３等に示すようにインジェクションピストン４１が位相角１８０°の位置に設置されている。

位相角が０°のとき（図３の状態）、インジェクションピストン４１は圧縮室３５側に移動してインジェクションポート４１ｄは開いている。そして、回転ピストン３２の回転が進んで位相角が７０°のとき、インジェクションピストン４１は、回転ピストン３２によって押圧されてガイド孔３８内に収納され、インジェクションポート４１ｄは閉となる。そして、回転ピストン３２の回転が更に進んで位相角が２９０°に至ると、回転ピストン３２の移動に連動してインジェクションピストン４１が圧縮室３５側に移動し、インジェクションポート４１ｄが開となる。

なお、図６に示した位相角で特定されるインジェクションタイミングは一例であって、実使用条件等に応じて適宜設定すればよい。インジェクションタイミングは、インジェクションピストン４１を設ける位相角およびインジェクションポート４１ｄの位置に応じて変更できる。以下、この点について説明する。

（インジェクションタイミング）
インジェクションピストン４１を設ける位相角を変更することで、インジェクションポート４１ｄが圧縮室３５に開口する開口開始タイミングを変更できる。具体的には、インジェクションピストン４１を設ける位相角を大きくするに連れ、開口開始タイミングが遅くなる。

また、インジェクションポート４１ｄの軸部４１ｂの軸方向の開口位置、言い換えればインジェクションピストン移動方向の開口位置に応じて、インジェクションポート４１ｄが圧縮室３５に開口する位相範囲の長短を変更できる。具体的には、インジェクションポート４１ｄの開口位置を、軸部４１ｂの基部側に移動させるに連れ、インジェクションポート４１ｄがガイド孔３８の内周面によって塞がれている期間が長くなるため、逆に開口位相範囲は短くなる。

このように、インジェクションピストン４１を設ける位相角とインジェクションポート４１ｄの開口位置とを調整することで、インジェクションタイミングを調整できる。これにより、機種に応じた最適なタイミングにインジェクションタイミングを調整できる。

（インジェクション圧力と圧縮室の内圧との圧力差に応じたインジェクション機構の動作）
上記では、回転ピストン３２によってインジェクションピストン４１が押圧されてインジェクションポート４１ｄが閉じられる動作について説明したが、圧縮室３５の内圧がインジェクション圧力よりも高い場合も、インジェクションピストン４１がガイド孔３８内に収納されてインジェクションポート４１ｄが閉となる。具体的には、後述の図２２に示すようにインジェクション回路１０５の流量調整弁１０６が閉じられてインジェクション冷媒の導入が停止され、吸入圧力がインジェクション圧力より高くなる場合が該当する。また、圧縮室３５の内圧がインジェクション圧力より高くなる場合も、インジェクションピストン４１がガイド孔３８内に収納されてインジェクションポート４１ｄが閉となる。これにより、圧縮室３５からインジェクション流路への冷媒の逆流を防止できる。

ここで、インジェクションピストン４１を設ける位相角を、図２等に示した位相角とは別の位相角とした場合のインジェクションポート４１ｄの開閉について説明する。

図７～図１１は、実施の形態１に係るロータリ圧縮機において、インジェクションピストンを別の位相角に設置した場合のインジェクションピストンの動作説明図である。図７は、回転ピストン３２が位相角９０°の位置にある状態を示している。図８は、回転ピストン３２が位相角１８０°の位置にある状態を示している。図９は、回転ピストン３２が位相角１６０°の位置にある状態を示している。図１０は、回転ピストン３２が位相角１６０°が至る直前の位置にある状態を示している。図１１は、回転ピストン３２が位相角２７０°の位置にある状態を示している。図１２は、図７～図１１に示された回転ピストンが１回転する間のインジェクションポートの開閉を示す図である。図１２は、以下の構成の場合に対応している。すなわち、インジェクションピストン４１が位相角２７０°の位置に設置されている。

位相角が０°のとき、回転ピストン３２によって、インジェクションピストン４１は押圧されてガイド孔３８内に収納され、インジェクションポート４１ｄが閉となっている。そして、回転ピストン３２の回転が進んで位相角が２０°のとき、かつ圧縮室３５の内圧がインジェクション圧力以下の場合は、インジェクションピストン４１が圧縮室３５側に移動してインジェクションポート４１ｄが開となる。回転ピストン３２の回転が進んで位相角が９０°のときも、図７に示すように引き続きインジェクションポート４１ｄが開となっている。

そして、回転ピストン３２の回転が更に進んで位相角が１６０°に至ると、図８に示すように回転ピストン３２によって、インジェクションピストン４１は押圧されてガイド孔３８内に収納され、インジェクションポート４１ｄが閉となる。ここで、図９に示すように回転ピストン３２の位相角が１６０°に至る以前に、圧縮室３５の内圧がインジェクション圧力よりも高くなった場合、圧力差によりインジェクションピストン４１がガイド孔３８内に収納され、インジェクションポート４１ｄが閉となる。回転ピストン３２の回転が更に進んで位相角が１８０°のときおよび位相角が２７０°のときも、図１０および図１１に示すように引き続きインジェクションポートが閉となっている。そして、回転ピストン３２の回転が更に進んで、位相角が３６０°を超えて更に２０°進むと、再びインジェクションポート４１ｄが開となる。

このように、インジェクションピストン４１の設置位置を、図２等に示した位相角１８０°の位置から図７～図１１に示した位相角２７０°の位置に変更した場合、開口開始タイミングが遅くなっている。この点について次の図１３を用いて説明する。

図１３は、実施の形態１に係るロータリ圧縮機におけるインジェクションポート開口区間の説明図である。図１３の横軸は回転ピストン位相［°］である。図１３の縦軸は圧縮室の内圧である。
図１３において、回転ピストン３２のｎ回転目は、吸入区間と圧縮区間とを有する。Ａは、インジェクションピストン４１の設置位置が位相角１８０°の位置のときの、回転ピストン３２のｎ回転目におけるインジェクションポート４１ｄの開口区間を示しており、－７０°～７０°である。なお、回転ピストン３２が位相角２９０°に到達したとき、インジェクションポート４１ｄは再び開くが、圧縮中の圧縮室３５とは連通しない。

また、Ｂは、インジェクションピストン４１の設置位置が位相角２７０°の位置のときの、回転ピストン３２のｎ回転目におけるインジェクションポート４１ｄの開口区間を示しており、２０°～１６０°である。

このように、インジェクションピストン４１の設置位置が位相角２７０°の位置のときの開口区間Ｂは、設置位置が位相角１８０°の位置のときの開口区間Ａよりも、開口開始タイミングが遅くなっている。

（冷媒吸入の阻害防止）
吸入口３６から圧縮室３５に冷媒を吸入している最中にインジェクションポート４１ｄからインジェクション冷媒を圧縮室３５に導入すると、吸入口３６からの冷媒の吸入を阻害してしまい、圧縮室３５へ流入する冷媒の全体流量が低下する。このため、インジェクションピストン４１は、吸入口３６から圧縮室３５への冷媒の吸入が行われている最中に、回転ピストン３２によって押圧されてガイド孔３８内に収納されるように、シリンダ３１に設けられる位相角を設定するとよい。具体的には例えば、図７～図１１に示したようにインジェクションピストン４１を設ける位相角を２７０°とした場合が該当する。図１１は、吸入口３６から圧縮室３５への冷媒の吸入が行われている最中に、インジェクションピストン４１が回転ピストン３２によって押圧されてガイド孔３８内に収納された状態を示している。これにより、冷媒の吸入中は、インジェクション流路４１ｃが圧縮室３５に対して非連通となり、インジェクション冷媒の圧縮室３５への導入が停止されて冷媒吸入の阻害を抑制できる。

以上説明したように、実施の形態１によれば、シリンダ３１に、インジェクション配管１５が接続される接続口３８ａから圧縮室３５に至るガイド孔３８が形成されている。ガイド孔３８には、インジェクション配管１５から供給されたインジェクション冷媒を圧縮室３５に導くインジェクション流路４１ｃが形成されたインジェクションピストン４１が摺動自在に配置されている。インジェクションピストン４１は、圧縮室３５側に移動した状態ではインジェクション流路４１ｃを圧縮室３５に連通する一方、圧縮室３５とは反対側に移動したてガイド孔３８内に収納された状態ではインジェクション流路４１ｃを圧縮室３５に非連通とする。このように、実施の形態１は、シリンダ３１に形成されたガイド孔３８内に、インジェクション流路４１ｃが形成されたインジェクションピストン４１を摺動自在に配置した構成である。このため、インジェクション流路４１ｃをガイド孔３８とは別にシリンダ３１に形成する構成に相当する従来技術に比べて死容積を低減でき、再膨張損失による性能低下を抑制できる。

実施の形態１では、インジェクション流路４１ｃの圧縮室３５側の開口であるインジェクションポート４１ｄがインジェクションピストン４１の外面に開口している。インジェクションピストン４１がガイド孔３８内に収納された状態でインジェクションポート４１ｄがガイド孔３８の内周面によって塞がれることで、インジェクション流路４１ｃが圧縮室３５に非連通となる。このように、インジェクション流路４１ｃを圧縮室３５に連通または非連通に切り替える構成がインジェクションピストン４１だけであるので、構成が単純であり、コスト低減が可能である。

実施の形態１では、インジェクションピストン４１が設置される位相角と、インジェクションポート４１ｄのインジェクションピストン移動方向の開口位置とを調整することで、インジェクションの開口開始タイミングと開口位相範囲とを調整できる。これにより、シリンダ３１に対してインジェクション機構４０を設ける位置が他の構成部品との関係で制限される中でも、所望のインジェクションタイミングに調整することが可能である。つまり、実施の形態１の構成は、インジェクションタイミングの設定の自由度が高いため、実使用条件に応じて最適な位置にインジェクションタイミングを設定できる。また、ロータリ圧縮機１を有するユニットの設置箇所への据え付け時に、ユニット内の部品配置の面で最適な位置にインジェクション配管１５を配置できる。

実施の形態１では、吸入口３６から冷媒を吸入している最中にインジェクション流路４１ｃが圧縮室３５に対して非連通となるように、インジェクションピストン４１を設ける位相角とインジェクションポート４１ｄのインジェクションピストン移動方向の開口位置とを設定する。これにより、吸入口３６からの冷媒の吸入を阻害することがないため、全体流量の低下を防ぐことができる。

また、実施の形態１は、インジェクションピストン４１がガイド孔３８に収納された状態にあるとき、インジェクションピストン４１の圧縮室３５側の端面がシリンダ３１の内周面３１ｂに面一になるように形成されている。仮に、インジェクションピストン４１の圧縮室３５側の端面がガイド孔３８内の奥側に引っ込んだ位置にあると、ガイド孔３８内においてインジェクションピストン４１の圧縮室３５側の端面よりも圧縮室３５側の空間が死容積となりうる。しかし、インジェクションピストン４１の圧縮室３５側の端面がシリンダ３１の内周面３１ｂに沿うことで、死容積を最小限に抑えることができる。

なお、ロータリ圧縮機は、上記各図に示した構成に更に、以下のような変形を加えても良い。この場合も同様の作用効果を得ることができる。

図１４は、実施の形態１に係るロータリ圧縮機の変形例１を示す図である。
上記図２ではインジェクションポート４１ｄが、インジェクションピストン４１の軸部４１ｂの側面であって、軸受もしくは中間板側に開口していた。これに対し、変形例１では、インジェクションポート４１ｄが、インジェクションピストン４１の軸部４１ｂの側面であって、シリンダ周方向の吐出口３７側に開口している。このように、インジェクションポート４１ｄは、インジェクションピストン４１がガイド孔３８内に収納された状態でガイド孔３８の内周面によって塞がれる位置に形成されていればよい。

図１５は、実施の形態１に係るロータリ圧縮機の変形例２を示す図である。
変形例２では、ガイド孔３８に２つのスプリング４２およびスプリング４４が収納されている。具体的には、インジェクションピストン４１の頭部４１ａの圧縮室３５側にスプリング４２が配置され、頭部４１ａのインジェクション配管１５側にスプリング４４が配置されている。このように２つのスプリングを用いて運転停止時にインジェクションピストン４１がガイド孔３８内に収納される構成としてもよい。

図１６～図１８は、実施の形態１に係るロータリ圧縮機の変形例３を示す図である。図１６は、実施の形態１に係るロータリ圧縮機の変形例３のシリンダを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図１７は、実施の形態１に係るロータリ圧縮機の変形例３のインジェクションピストンを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。図１８は、実施の形態１に係るロータリ圧縮機の変形例３のキャップを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図１９～図２１は、実施の形態１に係るロータリ圧縮機の変形例４を示す図である。図１９は、実施の形態１に係るロータリ圧縮機の変形例４のシリンダを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図２０は、実施の形態１に係るロータリ圧縮機の変形例４のインジェクションピストンを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。図２１は、実施の形態１に係るロータリ圧縮機の変形例４のキャップ４３を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。

インジェクション機構４０を構成するインジェクションピストン４１の頭部４１ａおよび軸部４１ｂと、キャップ４３の形状は、円柱状に限らず、図１６～図１８と、図１９～図２１とに示すように四角形としてもよいし、楕円形状などの丸形以外の形状としてもよい。ガイド孔３８は、インジェクションピストン４１およびキャップ４３の形状に沿った形状とされる。インジェクションピストン４１およびキャップ４３を、四角形または楕円形状などの、軸部４１ｂの軸方向に回転しない形状とすることで、インジェクションポート４１ｄの向きを任意に決めた方向に固定することができる。

また、図１６～図１８と図１９～図２１とに示したインジェクション機構では、スプリング４２を備えていない。このように、この発明はスプリングを備えない構成を含む。

実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１に係るロータリ圧縮機１を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。

図２２は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の一例を示す図である。
冷凍サイクル装置１００は、実施の形態１のロータリ圧縮機１と、凝縮器１０１と、膨張弁などで構成された減圧装置１０２と、蒸発器１０３とを備える。これらロータリ圧縮機１、凝縮器１０１、減圧装置１０２および蒸発器１０３が冷媒配管１０４で接続されて、冷媒が循環する主回路を形成している。また、冷凍サイクル装置１００は、凝縮器１０１と減圧装置１０２との間から分岐し、ロータリ圧縮機１に接続されるインジェクション回路１０５を備えている。インジェクション回路１０５には、膨張弁等で構成され、インジェクション回路１０５の流量を調整する流量調整弁１０６が設けられている。

冷凍サイクル装置１００において、冷媒は、吸入マフラ７を介してロータリ圧縮機１に吸入され、内部で圧縮されることで高温高圧となる。高温高圧となった冷媒は、凝縮器１０１において凝縮されて液体になる。液体となった冷媒は、減圧装置１０２で減圧膨張されて低温低圧のガス、液または気液二相となり、蒸発器１０３に流入する。蒸発器１０３に流入した冷媒は、蒸発器１０３において蒸発してガス冷媒となり、再びロータリ圧縮機１に吸入される。

ロータリ圧縮機１から吐出されて凝縮器１０１を通過した冷媒の一部は、インジェクション回路１０５を介してロータリ圧縮機１のインジェクション配管１５に流入する。インジェクション配管１５に流入したインジェクション冷媒は、上述したようにインジェクションピストン４１のインジェクション流路４１ｃを通ってインジェクションポート４１ｄから圧縮室３５に導入される。

以上、このように構成された冷凍サイクル装置１００においては、実施の形態１に係るロータリ圧縮機１を搭載しているので、再膨張損失による性能の低下を防止でき、性能向上を図ることができる。

なお、ここで説明した冷凍サイクル装置１００はあくまでも参考であり、例えば四方弁、過冷却器またはバルブなどを追加するといった変更についても、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。また、この冷凍サイクル装置１００に使用される冷媒および冷凍機油について、その種類による限定はしないものとする。

１ ロータリ圧縮機、２ 電動機部、２ａ 回転子、２ｂ 固定子、３ 圧縮機構部、４ クランクシャフト、４ａ 偏心軸部、５ 密閉容器、５ａ 油溜め部、６ 吸入管、７ 吸入マフラ、８ 吐出管、９ 油分離器、１０ 中間板、１１ 上軸受、１２ 下軸受、１３ 上吐出マフラ、１４ 下吐出マフラ、１５ インジェクション配管、２３ 回転ピストン、３０Ａ 第１圧縮機構部、３０Ｂ 第２圧縮機構部、３１ シリンダ、３１ａ 外周面、３１ｂ 内周面、３２ 回転ピストン、３３ ベーン溝、３４ ベーン、３５ 圧縮室、３５ａ 低圧空間、３５ｂ 高圧空間、３６ 吸入口、３７ 吐出口、３８ ガイド孔、３８ａ 接続口、４０ インジェクション機構、４１ インジェクションピストン、４１ａ 頭部、４１ｂ 軸部、４１ｃ インジェクション流路、４１ｄ インジェクションポート、４２ スプリング、４３ キャップ、４４ スプリング、１００ 冷凍サイクル装置、１０１ 凝縮器、１０２ 減圧装置、１０３ 蒸発器、１０４ 冷媒配管、１０５ インジェクション回路、１０６ 流量調整弁。

Claims (6)

1. 圧縮室が形成されたシリンダと、前記シリンダの内周面に沿って回転する回転ピストンとを備え、前記回転ピストンが前記シリンダ内を偏心回転して前記圧縮室で冷媒を圧縮するロータリ圧縮機であって、
   前記シリンダには、インジェクション配管が接続される接続口から前記圧縮室に至るガイド孔が形成され、
   前記ガイド孔にインジェクション機構が配置されており、
   前記インジェクション機構は、
   前記インジェクション配管から供給されるインジェクション冷媒を前記圧縮室に導くインジェクション流路が形成されたインジェクションピストンと、
   前記インジェクションピストンを前記ガイド孔内に収納する方向に付勢して前記インジェクションピストンを前記ガイド孔内に収納させるスプリングとを備え、
   前記インジェクションピストンは、前記ガイド孔に摺動自在に配置されており、前記インジェクション配管から供給されるインジェクション冷媒による圧力に基づいて前記スプリングの付勢力に抗して前記圧縮室側に移動した状態では前記インジェクション流路を前記圧縮室に連通させる一方、前記圧縮室とは反対側に移動して前記ガイド孔内に収納された状態では前記インジェクション流路を前記圧縮室に非連通とするロータリ圧縮機。
2. 前記インジェクション流路の前記圧縮室側の開口であるインジェクションポートが前記インジェクションピストンの外面に開口しており、
   前記インジェクションピストンが前記ガイド孔内に収納された状態で前記インジェクションポートが前記ガイド孔の内周面によって塞がれることで、前記インジェクション流路が前記圧縮室に非連通となる請求項１記載のロータリ圧縮機。
3. 前記インジェクションピストンが設置される位相角と、前記インジェクションポートのインジェクションピストン移動方向の開口位置とにより、前記インジェクションポートが前記圧縮室に開口する開口開始タイミングと開口位相範囲とが調整されている請求項２記載のロータリ圧縮機。
4. 前記インジェクションピストンは、前記シリンダに形成された吸入口から前記圧縮室への冷媒の吸入が行われている最中に、前記回転ピストンによって押圧されて前記インジェクション流路が前記圧縮室に対して非連通となる位相角に形成されている請求項３記載のロータリ圧縮機。
5. 前記インジェクションピストンは、前記ガイド孔内に収納されて前記インジェクション流路が前記圧縮室に対して非連通となる状態にあるときに、前記インジェクションピストンの前記圧縮室側の端面が前記シリンダの内周面に面一になるように形成されている請求項１～請求項４のいずれか一項に記載のロータリ圧縮機。
6. 請求項１～請求項５のいずれか一項に記載のロータリ圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器とを有し、冷媒が循環するように構成された主回路と、
   前記凝縮器と前記減圧装置との間から分岐し、前記ロータリ圧縮機に接続されるインジェクション回路と、
   前記インジェクション回路の流量を調整する流量調整弁と備えた冷凍サイクル装置。

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