JP7042929B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、低負荷状態での運転時に圧縮機の停止及び起動の繰り返しの抑制を図った冷凍サイクル装置に関する。

冷凍サイクル装置は、該冷凍サイクル装置が処理する熱負荷に応じて圧縮機の回転数を変更することにより、能力を調節する。このため、処理する熱負荷が小さいほど、圧縮機の回転数を低下させていくこととなる。ここで、圧縮機の摺動部には、圧縮機の駆動軸の回転を利用して冷凍機油が供給される。このため、圧縮機の回転数を低下させすぎると、摺動部に冷凍機油を十分に供給できなくなり、圧縮機の信頼性が低下する。したがって、圧縮機には、信頼性を担保するため、下限回転数が規定されている。

冷凍サイクル装置の処理する熱負荷が小さい場合、圧縮機を下限回転数で駆動させていても、冷凍サイクル装置の能力が熱負荷に対して大きくなる場合がある。このような場合、圧縮機の停止及び起動を繰り返す断続運転により、冷凍サイクル装置の能力を処理する熱負荷に対応させることとなる。ここで、冷凍サイクル装置が断続運転を行う場合、冷凍サイクル装置を構成する機器の耐久面等から、高圧冷媒と低圧冷媒を一旦均圧する必要があり、冷媒間での熱移動が発生する。それゆえ、冷凍サイクル装置が断続運転を行う場合、運転効率が低下する。

特に、近年、冷凍サイクル装置の一例である空気調和装置では、圧縮機の停止及び起動が頻繁に繰り返されることがある。詳しくは、近年、建物の断熱性能が向上し、建物の熱負荷は減少する傾向にある。なお、空気調和装置の場合、熱負荷とは暖房負荷又は冷房負荷となる。一方、空気調和装置の暖房能力は冬のピーク時に合わせて設定されており、空気調和装置の冷房能力は夏のピーク時に合わせて設定されている。このため、低負荷状態において圧縮機を通常起動させると、運転開始時の能力が大きいため、圧縮機の停止及び起動が頻繁に繰り返されることとなり、空気調和装置の運転効率も大きく低下してしまう。

そこで、従来の空気調和装置には、圧縮機の停止及び起動の繰り返しの抑制を図ったものが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の空気調和装置は、熱負荷が小さい場合、低負荷起動制御を行う。低負荷起動制御では、通常制御時に圧縮機を起動させる際の回転数よりも低い回転数で、圧縮機を起動させる。特許文献１は、このように圧縮機を起動させる際の回転数を制御し、圧縮機の停止及び起動の繰り返しの抑制を図っている。

特開２０１６－１１７６８号公報

特許文献１に記載の空気調和装置は、同一の回転数で圧縮機が駆動している場合、低負荷起動制御時と通常制御時とにおいて、能力が同じとなる。このため、特許文献１に記載の空気調和装置は、圧縮機を下限回転数で駆動させていても能力が熱負荷に対して大きい場合、結局は圧縮機の停止及び起動を繰り返してしまい、圧縮機の停止及び起動の繰り返しを十分に抑制できないという課題があった。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、圧縮機の停止及び起動の繰り返しを従来よりも抑制できる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、圧縮機、凝縮器、第１膨張弁及び蒸発器が冷媒配管で接続された冷凍サイクル回路と、冷媒流入側端部が前記凝縮器と前記第１膨張弁との間に接続され、冷媒流出側端部が前記圧縮機の吸入側に接続されたインジェクション配管と、前記インジェクション配管に設けられた第２膨張弁と、前記圧縮機の回転数及び前記第２膨張弁の開度を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記圧縮機の回転数が規定回転数となっている状態において前記蒸発器の熱交換能力を下げる際、前記インジェクション配管に冷媒を流す低負荷運転を行う構成となっている。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、低負荷運転時、インジェクション配管に冷媒を流すことにより、蒸発器を流れる冷媒の流量を低減させ、蒸発器の熱交換能力を低下させる。このため、本発明に係る冷凍サイクル装置は、低負荷運転時、圧縮機の回転数を変更しなくとも、該冷凍サイクル装置の能力を低下させることができる。したがって、本発明に係る冷凍サイクル装置においては、圧縮機を下限回転数で駆動させていても能力が熱負荷に対して大きい場合、インジェクション配管に冷媒を流すことによって、能力を低下させることができる。このため、本発明に係る冷凍サイクル装置は、低負荷時、圧縮機の停止及び起動の繰り返しを従来よりも抑制できる。

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１に係る冷凍サイクル装置の圧縮機を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の圧縮機の別の一例を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の圧縮機のさらに別の一例を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の圧縮機の固定スクロールを示す下面図である。 本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の圧縮機の固定スクロールを示す平面図である。 本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の圧縮機の固定スクロールを示す側面図である。

以下の各実施の形態で、本発明に係る冷凍サイクル装置の一例について、図面等を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態で記載されている各構成の形態は、あくまでも例示である。本発明に係る冷凍サイクル装置は、以下の各実施の形態で記載されている構成に限定されるものではない。また、以下の各図面では、各構成部材の大きさの関係が本発明を実施した実物とは異なる場合がある。また、以下では、本発明に係る冷凍サイクル装置を空気調和装置として用いた例について説明する。

実施の形態１．
［冷凍サイクル装置２００の構成］
図１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２００は、圧縮機１００、凝縮器１０１、第１膨張弁１０２及び蒸発器１０３が冷媒配管で接続された冷凍サイクル回路２０１を備えている。

圧縮機１００は、低圧のガス状冷媒を吸入し、高温高圧のガス状冷媒に圧縮して吐出するものである。凝縮器１０１は、冷媒の流入部が圧縮機１００の吐出部と冷媒配管で接続され、冷媒の流出部が第１膨張弁１０２の冷媒の流入部と冷媒配管で接続されている。凝縮器１０１は、圧縮機１００から吐出された高温高圧のガス状冷媒を凝縮させ、高圧の液状冷媒にするものである。凝縮器１０１は、凝縮した液状冷媒が効率良く該凝縮器１０１を通過できるように、冷媒の流出部が冷媒の流入部の下方に配置されている。凝縮器１０１は、例えば、冷媒が流れる複数の伝熱管と、複数の伝熱管が挿通されたフィンとを備えたフィンチューブ式の熱交換器である。なお、凝縮器１０１の構成は、フィンチューブ式の熱交換器に限定されない。凝縮器１０１は、例えば、冷媒が流れる複数の伝熱管と、複数の伝熱管同士を接合するコルゲートフィンとを備えたコルゲートフィン熱交換器であってもよい。

第１膨張弁１０２は、冷媒の流入部が凝縮器１０１の冷媒の流出部と冷媒配管で接続され、冷媒の流出部が蒸発器１０３の冷媒の流入部と冷媒配管で接続されている。第１膨張弁１０２は、凝縮器１０１から流出した高圧の液状冷媒を膨張させ、低温低圧の気液二相冷媒にするものである。第１膨張弁１０２は、例えば、開度を調整できる電子膨張弁である。なお、第１膨張弁１０２の構成は、電子膨張弁に限定されない。第１膨張弁１０２は、例えば、開度を調整できる温度式膨張弁、又は開度を調整できない毛細管等であってもよい。蒸発器１０３は、冷媒の流入部が第１膨張弁１０２の冷媒の流出部と冷媒配管で接続され、冷媒の流出部が圧縮機１００の吸入部と冷媒配管で接続されている。蒸発器１０３は、第１膨張弁１０２から流出した低温低圧の気液二相冷媒を蒸発させ、低圧のガス状冷媒にするものである。蒸発器１０３の構成は、凝縮器１０１と同様に、特に限定はされない。なお、本実施の形態１では、蒸発器１０３は、フィンチューブ式の熱交換器となっている。

また、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００は、インジェクション配管２３０と、該インジェクション配管２３０に設けられた第２膨張弁２３３とを備えている。インジェクション配管２３０の冷媒流入側端部２３１は、凝縮器１０１と第１膨張弁１０２との間に接続されている。インジェクション配管２３０の冷媒流出側端部２３２は、圧縮機１００の吸入側に接続されている。なお、圧縮機１００の吸入側とは、蒸発器１０３の冷媒の流出部と、圧縮機１００の後述する圧縮機構部の冷媒の吸入口と、の間である。第２膨張弁２３３は、インジェクション配管２３０を流れる冷媒を膨張させるものである。なお、第２膨張弁２３３の構成は、第１膨張弁１０２と同様に、特に限定はされない。すなわち、第２膨張弁２３３が開いている状態においては、凝縮器１０１から流出した高圧の液状冷媒の一部がインジェクション配管２３０に流入し、該冷媒が第２膨張弁２３３において膨張する。そして、この膨張した冷媒は、インジェクション配管２３０から圧縮機１００の吸入側へ流入することとなる。

また、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００は、油分離器１０５と、油戻し配管２１０とを備えている。油分離器１０５は、圧縮機１００と凝縮器１０１との間に設けられている。後述のように、圧縮機１００には、該圧縮機１００の摺動部を潤滑する冷凍機油が貯留されている。この冷凍機油の一部は、冷媒と共に圧縮機１００から吐出される。油分離器１０５は、圧縮機１００から吐出された冷媒から冷凍機油を分離させるものである。油戻し配管２１０は、一端が油分離器１０５に接続され、他端が圧縮機１００の吸入側に接続されている。すなわち、油戻し配管２１０は、油分離器１０５で分離した油を圧縮機１００の吸入側に戻すものである。

また、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００は、各種センサーと、該センサーの検出値等に基づいて冷凍サイクル装置２００を構成する機器の制御を行う制御装置３００と、を備えている。例えば、冷凍サイクル装置２００は、圧縮機１００と凝縮器１０１とを接続する冷媒配管に設けられ、該冷媒配管の温度を検出する温度センサー３１０を備えている。

制御装置３００は、専用のハードウェア、又はメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）で構成されている。なお、ＣＰＵは、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はプロセッサともいう。

制御装置３００が専用のハードウェアである場合、制御装置３００は、例えば、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置３００が実現する各機能部のそれぞれを、個別のハードウェアで実現してもよいし、各機能部を一つのハードウェアで実現してもよい。

制御装置３００がＣＰＵの場合、制御装置３００が実行する各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。ＣＰＵは、メモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置３００の各機能を実現する。ここで、メモリは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、又はＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリである。

制御装置３００の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。

本実施の形態１に係る制御装置３００は、機能部として、受信部３０１、熱負荷取得部３０２、制御部３０３、及び記憶部３０４を備えている。受信部３０１は、冷凍サイクル装置２００が備えている各種センサーの検出値を受信する機能部である。受信部３０１は、例えば、温度センサー３１０の検出温度を受信する。熱負荷取得部３０２は、冷凍サイクル装置２００が備えている各種センサーの検出値等に基づいて、例えば演算等によって熱負荷を求める機能部である。本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００は、上述のように、空気調和装置として用いられている。このため、冷凍サイクル装置２００が冷房運転を行う空気調和装置の場合、熱負荷取得部３０２は、冷房負荷を取得する。また、冷凍サイクル装置２００が暖房運転を行う空気調和装置の場合、熱負荷取得部３０２は、暖房負荷を取得する。なお、熱負荷取得部３０２の熱負荷の求め方は、特に限定されない。従来より、種々の方法での熱負荷の求め方が公知となっている。熱負荷取得部３０２は、このような公知の熱負荷の求め方を用いて、熱負荷を取得すればよい。

制御部３０３は、冷凍サイクル装置２００が備えている各種センサーの検出値、及び熱負荷取得部３０２の取得した熱負荷等に基づいて、圧縮機１００の回転数、第１膨張弁１０２の開度、及び第２膨張弁２３３の開度等、冷凍サイクル装置２００を構成する機器を制御する機能部である。記憶部３０４は、熱負荷取得部３０２が熱負荷を取得する際に必要な情報、制御部３０３が冷凍サイクル装置２００を構成する機器を制御する際に必要な情報等を記憶している機能部である。

［圧縮機１００の構成］
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圧縮機を示す縦断面図である。圧縮機１００として種々の圧縮機構を採用した圧縮機を用いることができるが、本実施の形態１では、圧縮機１００としてスクロール式の圧縮機を用いている。以下、本実施の形態１で用いている圧縮機１００の構成について説明する。

圧縮機１００は、揺動スクロール１及び固定スクロール２を有する圧縮機構部８と、電動機２０と、電動機２０の駆動力を圧縮機構部８に伝達する駆動軸６と、を備えている。また、圧縮機１００は、圧縮機構部８、電動機２０及び駆動軸６を収納し、該圧縮機１００の外郭を構成する密閉容器３０を備えている。なお、本実施の形態１では、密閉容器３０は、筒状部材３１、上蓋部材３２及び下蓋部材３３で構成されている。筒状部材３１は、上部及び下部が開口した筒状の部材である。上蓋部材３２は、筒状部材３１の上部の開口部を塞ぐ部材である。下蓋部材３３は、筒状部材３１の下部の開口部を塞ぐ部材である。また、密閉容器３０の底部には、油溜まり３４が形成されている。油溜まり３４には、圧縮機構部８等の摺動部に供給する冷凍機油が貯留されている。なお、油溜まり３４に貯留された冷凍機油は、駆動軸６の下端部に設けられた図示せぬポンプによってくみ上げられ、圧縮機構部８等の摺動部に供給される。

密閉容器３０の内部には、さらに、駆動軸６の軸方向に電動機２０を挟んで対向するように、圧縮機構部８を保持するフレーム７とサブフレーム９とが収納されている。フレーム７は、電動機２０の上側に配置されて、電動機２０と圧縮機構部８との間に位置している。サブフレーム９は、電動機２０の下側に位置している。フレーム７及びサブフレーム９は、密閉容器３０の筒状部材３１の内周面に、焼嵌め等によって固定されている。

駆動軸６は、密閉容器３０の内部にて、電動機２０の駆動力を揺動スクロール１に伝達する。揺動スクロール１は、駆動軸６に偏心して連結され、オルダムリング４を介してフレーム７と組み合わされる。すなわち、オルダムリング４は、揺動スクロール１とフレーム７との間に配置されている。詳しくは、オルダムリング４は、揺動スクロール１の後述する台板部１ａとフレーム７との間に配置されている。オルダムリング４は、リング部と、複数のキーとを備える。一方、揺動スクロール１の台板部１ａには、複数のキー溝が形成されている。そして、オルダムリング４の複数のキーのうちの一部は、揺動スクロール１の台板部１ａに形成されたキー溝に、摺動自在に挿入されている。また、オルダムリング４複数のキーのうちの残りの一部は、フレーム７のキー溝に、摺動自在に挿入されている。電動機２０の駆動力によって揺動スクロール１が回転しようとした際、オルダムリング４によって揺動スクロール１の自転が規制される。このため、電動機２０の駆動力によって揺動スクロール１が回転しようとした際、揺動スクロール１は、自転することなく公転運動する。すなわち、揺動スクロール１は、揺動運動する。

密閉容器３０には、低圧のガス状冷媒を吸入するための吸入管４１と、高温高圧のガス状冷媒を吐出するための吐出管４２とが設けられている。すなわち、吸入管４１は、圧縮機１００の吸入部となるものであり、蒸発器１０３冷媒の流出部と冷媒配管で接続される。吸入管４１は、密閉容器３０の筒状部材３１に固定されている。吐出管４２は、圧縮機１００の吐出部となるものであり、凝縮器１０１の冷媒の流入部と冷媒配管で接続される。吐出管４２は、密閉容器３０の上蓋部材３２に固定されている。また、吸入管４１には、インジェクション管４１ａも接続されている。インジェクション管４１ａは、インジェクション配管２３０の冷媒流出側端部２３２と接続される。

圧縮機構部８は、吸入管４１及びインジェクション管４１ａから密閉容器３０内へ流入した冷媒を高温高圧のガス状冷媒に圧縮し、高温高圧のガス状冷媒を密閉容器３０内の上方に形成されている高圧部に排出する機能を有している。この圧縮機構部８は、揺動スクロール１及び固定スクロール２を備えている。

固定スクロール２は、台板部２ａと、第１渦巻歯２ｂとを備えている。第１渦巻歯２ｂは、台板部２ａの下面に設けられている。固定スクロール２は、図示せぬボルト等によってフレーム７に固定されている。

揺動スクロール１は、台板部１ａと、第２渦巻歯１ｂとを備えている。台板部１ａは、上面が固定スクロール２と対向している。第２渦巻歯１ｂは、台板部１ａの上面に設けられている。また、揺動スクロール１は、台板部１ａの下面にボス部１ｄが設けられている。ボス部１ｄは、駆動軸６の後述する偏心軸部６ａを回転自在に支持する揺動軸受１ｃが設けられている。

揺動スクロール１及び固定スクロール２は、第２渦巻歯１ｂと第１渦巻歯２ｂとを組み合わせた状態で密閉容器３０内に配置されている。このように、固定スクロール２の第１渦巻歯２ｂと揺動スクロール１の第２渦巻歯１ｂとが組み合わされることにより、第１渦巻歯２ｂと第２渦巻歯１ｂとの間に、冷媒を圧縮する圧縮室３が形成される。換言すると、第２渦巻歯１ｂは、第１渦巻歯２ｂと組み合わされて、該第１渦巻歯２ｂと共に圧縮室３を形成する。

固定スクロール２の台板部２ａの略中央位置には、圧縮室３で圧縮された冷媒を吐出する吐出口２ｃが形成されている。その吐出口２ｃには、該吐出口２ｃを覆い、冷媒の逆流を防止する吐出弁２ｄが設けられている。また、吐出弁２ｄの上部には、吐出弁２ｄが曲がりすぎることを防止する弁押え２ｅが設けられている。

フレーム７は、揺動スクロール１を下方から支持するものであり、揺動スクロール１の台板部１ａの下面と対向して設けられている。フレーム７は、揺動スクロール１の台板部１ａの下面と対向するスラスト面７ｄを備えている。スラスト面７ｄは、揺動スクロール１を揺動自在に支持する面であり、冷媒の圧縮過程で揺動スクロール１に作用する荷重を支持する面である。また、フレーム７には、吸入管４１及びインジェクション管４１ａから吸入された冷媒を圧縮機構部８内に導く貫通孔７ｂが形成されている。詳しくは、固定スクロール２の第１渦巻歯２ｂ及び揺動スクロール１の第２渦巻歯１ｂの外周側には、吸入室７ｃが形成されている。そして、圧縮機構部８は、該圧縮機構部８の冷媒の吸入口から、吸入室７ｃの冷媒を吸入する。このため、貫通孔７ｂは、吸入管４１及びインジェクション管４１ａから吸入された冷媒を吸入室７ｃに導く。なお、圧縮機構部８の冷媒の吸入口とは、揺動スクロール１の第２渦巻歯１ｂの外周端と固定スクロール２の第１渦巻歯２ｂとの間の空間である。また、圧縮機構部８の冷媒の吸入口とは、揺動スクロール１の第２渦巻歯１ｂと固定スクロール２の第１渦巻歯２ｂの外周端との間の空間である。

なお、図２に示す吸入室７ｃの構成は、あくまでも一例である。詳しくは、図２に示すフレーム７は、揺動スクロール１の台板部１ａの外周側となる位置に、揺動スクロール１の外周側を覆うように上方へ突出する周壁を備えている。すなわち、フレーム７の周壁は、揺動スクロール１と密閉容器３０の筒状部材３１との間に配置されている。また、フレーム７のこの周壁に、固定スクロール２の台板部１ａが、図示せぬボルト等によって固定されている。すなわち、吸入室７ｃの外周側の壁面は、フレーム７のこの周壁で構成されている。しかしながら、吸入室７ｃは、固定スクロール２の第１渦巻歯２ｂ及び揺動スクロール１の第２渦巻歯１ｂの外周側に形成されていれば、図２に示す構成に限定されない。

例えば、吸入室７ｃは、後で示す図５のように構成されていてもよい。詳しくは、図５に示すフレーム７は、図２に示すフレーム７が有する周壁を備えていない。すなわち、揺動スクロール１と密閉容器３０の筒状部材３１との間に、周壁が配置されていない。このような構成のフレーム７においては、吸入室７ｃの外周側の壁面は、密閉容器３０の筒状部材３１で構成される。また、フレーム７が周壁を備えていない場合、固定スクロール２は、例えば、密閉容器３０の筒状部材３１に固定される。フレーム７が周壁を備えていない場合、フレーム７が周壁を備えている場合と比べ、固定スクロール２の第１渦巻歯２ｂ及び揺動スクロール１の第２渦巻歯１ｂを外側まで設けることができ、圧縮機構部８を大型化することができる。すなわち、フレーム７が周壁を備えていない場合、フレーム７が周壁を備えている場合と比べ、圧縮機１００の性能を向上させることができる。

駆動軸６に駆動力を供給する電動機２０は、固定子２１と回転子２２とを有している。固定子２１には、図示せぬインバータから電力が供給される。回転子２２は、固定子２１の内周側に配置され、駆動軸６の後述する主軸部６ｂに焼嵌め等によって接続されている。また、圧縮機１００の回転系全体のバランシングを行うため、回転子２２にはバランスウェイト２２ｂが固定されている。なお、図示はしていないが、圧縮機１００の回転系全体のバランシングを行うため、駆動軸６にもバランスウェイトが固定されている。

駆動軸６は、駆動軸６の上部の偏心軸部６ａと、主軸部６ｂと、駆動軸６の下部の副軸部６ｃとを備えている。
主軸部６ｂは、フレーム７に設けられた主軸受７ａに、回転自在に支持されている。なお、本実施の形態１では、主軸部６ｂの外周側にスリーブ１３が取り付けられている。そして、スリーブ１３が主軸受７ａに、回転自在に支持されている。スリーブ１３は、主軸部６ｂと主軸受７ａとの間の傾斜を吸収するものである。

サブフレーム９には、副軸受１０が設けられている。副軸受１０は、電動機２０の下方で、副軸部６ｃを半径方向に回転自在に支持する。

偏心軸部６ａの軸心は、主軸部６ｂの軸心に対して偏心している。この偏心軸部６ａは、揺動スクロール１のボス部１ｄに回転自在に支持されている。なお、本実施の形態１では、偏心軸部６ａの外周側に、スライダー５が偏心軸部６ａに対して摺動自在に設けられている。また、本実施の形態１では、ボス部１ｄの内周部に、揺動軸受１ｃが設けられている。そして、揺動軸受１ｃの内周側にスライダー５が回転自在に挿入されている。すなわち、本実施の形態１では、偏心軸部６ａは、スライダー５及び揺動軸受１ｃを介して、ボス部１ｄに回転自在に支持されている。

主軸部６ｂが回転すると、主軸部６ｂに対して偏心している偏心軸部６ａは、主軸部６ｂに対して、主軸部６ｂの軸心と偏心軸部６ａの軸心との間の距離となる半径で回転する。これにより、スライダー５及び揺動軸受１ｃを介して偏心軸部６ａと連結されている揺動スクロール１は、主軸部６ｂに対して上述の揺動半径で回転しようとする。換言すると、揺動スクロール１は、固定されている固定スクロール２に対して、上述の揺動半径で回転しようとする。この際、上述のように、揺動スクロール１は、オルダムリング４によって自転が規制されている。このため、揺動スクロール１は、固定スクロール２に対して、上述の揺動半径で揺動する。

上述のように、駆動軸６の下端部には、図示せぬポンプが設けられている。このポンプは、駆動軸６の回転に伴って、油溜まり３４に貯留された冷凍機油をくみ上げる。駆動軸６には、軸心方向に貫通する給油流路が形成されている。ポンプにくみ上げられた冷凍機油は、この給油流路を通り、軸受部分等の摺動部に供給される。揺動軸受１ｃを潤滑した後の油は、フレーム７の内部空間に蓄えられた後、スラスト面７ｄ及びオルダムリング４を潤滑する。スラスト面７ｄ及びオルダムリング４を潤滑した冷凍機油は、フレーム７の上部の空間とフレーム７の下部の空間とを連通する図示せぬパイプを通って、フレーム７とサブフレーム９との間の空間に流入する。この冷凍機油は、サブフレーム９を通過して、油溜まり３４に戻る。

［冷凍サイクル装置２００の動作説明］
続いて、上述のように構成された冷凍サイクル装置２００の動作について説明する。なお、以下では、圧縮機１００の動作をまず説明し、その後に冷凍サイクル装置２００全体の動作について説明する。また、以下では、冷凍サイクル装置２００が冷房運転を行う空気調和装置として用いられている場合を例に、冷凍サイクル装置２００の動作を説明する。

電動機２０の固定子２１に図示せぬインバータから電力が供給されると、固定子２１に発生する磁界が回転子２２に作用し、回転子２２に回転トルクが発生する。これにより、回転子２２が回転する。また、回転子２２と共に駆動軸６が回転し、駆動軸６の回転によって揺動スクロール１が揺動運動を行う。これにより、吸入室７ｃに存在する冷媒が圧縮機構部８の圧縮室３に吸入される。なお、回転子２２は、インバータから固定子２１に入力される駆動電流の周波数に応じた回転数で回転する。すなわち、制御装置３００は、インバータから固定子２１に入力される駆動電流の周波数を制御することにより、圧縮機１００の回転数を制御している。

吸入室７ｃに存在する冷媒が圧縮機構部８の圧縮室３に吸入されることにより、貫通孔７ｂを介して吸入室７ｃと連通するフレーム７の下部空間の圧力が低下する。このため、フレーム７の下部空間に、該下部空間と連通している吸入管４１から低圧のガス状冷媒が流入する。また、インジェクション配管２３０の第２膨張弁２３３が開いているときには、インジェクション管４１ａからも、冷媒が流入する。フレーム７の下部空間に流入した冷媒は、貫通孔７ｂを通って吸入室７ｃに流れ込み、圧縮機構部８の圧縮室３に吸入される。

圧縮室３へと吸い込まれた冷媒は、揺動スクロール１の揺動運動に伴う圧縮室３の幾何学的な容積変化によって、圧縮機構部８の中心部に向かいながら、低圧から高圧へと昇圧される。そして、高圧となったガス状冷媒は、吐出弁２ｄを押し開けて、圧縮機構部８の外部へ吐出され、吐出管４２から圧縮機１００の外部へ排出される。

圧縮機１００から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、凝縮器１０１において室外空気に冷却されて凝縮し、高圧の液状冷媒となる。凝縮器１０１から流出した高圧の液状冷媒は、第１膨張弁１０２で膨張し、低温低圧の気液二相冷媒となる。第１膨張弁１０２から流出した低温低圧の気液二相冷媒は、蒸発器１０３で空調対象空間の空気を冷却する。この際、低温低圧の気液二相冷媒は、空調対象空間の空気から熱を吸収することによって蒸発し、低圧のガス状冷媒となる。蒸発器１０３から流出した低圧のガス状冷媒は、圧縮機１００に吸入されて、高温高圧のガス状冷媒に再び圧縮される。

上述の冷凍サイクル装置２００の運転中、制御装置３００の制御部３０３は、冷房負荷に応じて、圧縮機１００の回転数を制御し、蒸発器１０３を流れる冷媒の流量を調整することにより、冷凍サイクル装置２００の能力を調整する。具体的は、冷房負荷が大きいほど、制御装置３００の制御部３０３は、圧縮機１００の回転数を高くして、蒸発器１０３を流れる冷媒の流量を増大させ、冷凍サイクル装置２００の能力を上げる。また、冷房負荷が小さいほど、制御装置３００の制御部３０３は、圧縮機１００の回転数を低くして、蒸発器１０３を流れる冷媒の流量を減少させ、冷凍サイクル装置２００の能力を下げる。

ここで、圧縮機は、回転数が低すぎると、摺動部に冷凍機油を十分に供給できなくなり、圧縮機の信頼性が低下する。このため、回転数を変更できる圧縮機には、信頼性を担保するため、下限回転数が規定されている。したがって、従来の空気調和装置は、下限回転数で圧縮機を駆動させても、冷房負荷に比べて能力が高い場合、圧縮機の停止及び起動を繰り返す断続運転により、能力を下げる。この断続運転では、空気調和装置を構成する機器の耐久面等から、高圧冷媒と低圧冷媒を一旦均圧する必要があり、冷媒間での熱移動が発生する。それゆえ、断続運転を行う場合、空気調和装置の運転効率が低下する。

そこで、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００は、次のように運転を行い、低負荷時、圧縮機１００の停止及び起動の繰り返しを従来よりも抑制している。

図３は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の動作を示すフローチャートである。
冷凍サイクル装置２００の運転開始条件が成立すると、ステップＳ１において制御装置３００は、冷凍サイクル装置２００の運転を開始する。冷凍サイクル装置２００の運転開始条件が成立する場合とは、例えば、図示せぬリモートコントローラー等から制御装置３００へ運転開始の指令が入力された場合等である。

ステップＳ１の後、ステップＳ２において制御装置３００の熱負荷取得部３０２は、熱負荷を取得する。上述のように、冷凍サイクル装置２００は、冷房運転を行う空気調和装置として用いられている。このため、熱負荷取得部３０２は、冷房負荷を取得する。

ステップＳ２の後、制御装置３００の制御部３０３は、熱負荷取得部３０２の取得した冷房負荷に応じて、ステップＳ４の通常運転又はステップＳ６の低負荷運転を行う。具体的には、熱負荷取得部３０２の取得した冷房負荷に応じて圧縮機１００の回転数を決定した際に、圧縮機１００の回転数が規定回転数よりも大きくなる場合、制御部３０３は、ステップＳ４の通常運転を行う。すなわち、ステップＳ３がＹｅｓの場合、制御部３０３は、ステップＳ４の通常運転を行う。また、冷房負荷が小さく、熱負荷取得部３０２の取得した冷房負荷に応じて圧縮機１００の回転数を決定した際に、圧縮機１００の回転数が規定回転数以下となる場合、制御部３０３は、ステップＳ６の低負荷運転を行う。すなわち、ステップＳ３がＮｏの場合、制御部３０３は、ステップＳ６の低負荷運転を行う。なお、本実施の形態１では、規定回転数は、圧縮機１００の下限回転数となっている。圧縮機１００の下限回転数は、例えば、１５ｒｐｓである。

ステップＳ４の通常運転では、制御部３０３は、熱負荷取得部３０２の取得した冷房負荷に応じた回転数で、圧縮機１００を駆動する。ここで、冷房負荷が大きいほど圧縮機１００の回転数が高くなる。また、圧縮機１００の回転数が高くなると、圧縮機１００から吐出される冷媒の温度も高くなる。そして、圧縮機１００から吐出される冷媒の温度が過度に上昇すると、圧縮機１００の信頼性の低下等が発生する。このため、圧縮機１００には、上限回転数も決められている。したがって、ステップＳ４の通常運転では、制御部３０３は、下限回転数よりも大きくて上限回転数以下となる回転数で、圧縮機１００の回転数を制御している。

また、インジェクション配管２３０を備えた本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００においては、制御部３０３は、次のような制御を実行し、圧縮機１００から吐出される冷媒の温度が過度に上昇することを抑制している。具体的には、制御部３０３は、圧縮機１００と凝縮器１０１とを接続する冷媒配管に設けられた温度センサー３１０の検出温度が予め規定された上限温度よりも低い状態においては、インジェクション配管２３０の第２膨張弁２３３を閉じている。また、制御部３０３は、温度センサー３１０の検出温度が上限温度以上となった場合、インジェクション配管２３０の第２膨張弁２３３を開く。これにより、圧縮機１００へは、蒸発器１０３から流出したガス状冷媒に加え、インジェクション配管２３０を通って第２膨張弁２３３で膨張した冷媒も流入する。インジェクション配管２３０を通って第２膨張弁２３３で膨張した冷媒は、蒸発器１０３から流出したガス状冷媒よりも低温となっている。このため、インジェクション配管２３０の第２膨張弁２３３を開くことにより、圧縮機構部８が吸入する冷媒の温度が低下し、圧縮機１００から吐出される冷媒の温度も低下する。すなわち、圧縮機１００から吐出される冷媒の温度が過度に上昇することを抑制できる。

ステップＳ４の後、運転停止条件が成立する場合、すなわちステップＳ５がＹｅｓの場合、制御装置３００は、ステップＳ８において冷凍サイクル装置２００の運転を停止する。運転停止条件が成立する場合とは、例えば、図示せぬリモートコントローラー等から制御装置３００へ運転停止の指令が入力された場合等である。一方、ステップＳ４の後、運転停止条件が成立していない場合、すなわちステップＳ５がＮｏの場合、制御装置３００はステップＳ２に戻る。

ステップＳ６の低負荷運転では、制御部３０３は、規定回転数で、圧縮機１００を駆動する。すなわち、本実施の形態１では、制御部３０３は、下限回転数で、圧縮機１００を駆動する。そして、制御部３０３は、インジェクション配管２３０の第２膨張弁２３３を開く。ここで、ステップＳ６の低負荷運転では、圧縮機１００の回転数が低くなっている。このため、温度センサー３１０の検出温度は、上限温度よりも低い状態となっている。すなわち、ステップＳ６の低負荷運転では、制御部３０３は、ステップＳ４の通常運転では第２膨張弁２３３を閉じている条件において、第２膨張弁２３３を開く。換言すると、ステップＳ６の低負荷運転では、制御部３０３は、インジェクション配管を備えた従来の空気調和装置がインジェクション配管に設けられた膨張弁を開かない条件において、第２膨張弁２３３を開く。

第２膨張弁２３３を開くことにより、凝縮器１０１から流出した冷媒の一部は、蒸発器１０３を通過することなく、インジェクション配管２３０を通って圧縮機１００に戻ることとなる。このため、第２膨張弁２３３を開くことにより、蒸発器１０３を流れる冷媒の流量を低減でき、圧縮機１００の回転数を下げずに、蒸発器１０３の熱交換能力を低下させることができる。したがって、圧縮機１００の回転数を下げずに、冷凍サイクル装置２００の能力を低下させることができる。このため、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００は、低負荷時に上述のような低負荷運転を行うことにより、圧縮機１００の停止及び起動の繰り返しを従来よりも抑制することができる。なお、制御部３０３は、低負荷運転時に第２膨張弁２３３の開度を制御する際、開閉のみを制御してもよいし、開時における開度の大きさを制御してもよい。すなわち、制御部３０３は、第２膨張弁２３３の開時、第２膨張弁をどの程度開けるかを制御してもよい。例えば、制御部３０３は、低負荷運転時、冷房負荷が小さいほど、第２膨張弁２３３の開度を大きくしてもよい。

なお、本実施の形態１では、圧縮機１００の液圧縮を抑制するため、制御部３０３は、次のような制御を行っている。具体的には、圧縮機１００から吐出される冷媒の温度が低下するほど、圧縮機１００で液圧縮する可能性が高くなる。このため、制御部３０３は、圧縮機１００と凝縮器１０１とを接続する冷媒配管に設けられた温度センサー３１０の検出温度が予め規定された下限温度まで低下すると、圧縮機１００を停止させ、圧縮機１００の液圧縮を抑制する。

ステップＳ６の後、運転停止条件が成立する場合、すなわちステップＳ７がＹｅｓの場合、制御装置３００は、ステップＳ８において冷凍サイクル装置２００の運転を停止する。一方、ステップＳ６の後、運転停止条件が成立していない場合、すなわちステップＳ７がＮｏの場合、制御装置３００はステップＳ２に戻る。

以上、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００は、圧縮機１００、凝縮器１０１、第１膨張弁１０２及び蒸発器１０３が冷媒配管で接続された冷凍サイクル回路２０１を備えている。また、冷凍サイクル装置２００は、インジェクション配管２３０と、インジェクション配管２３０に設けられた第２膨張弁２３３と、圧縮機１００の回転数及び第２膨張弁２３３の開度を制御する制御装置３００と、を備えている。インジェクション配管２３０は、冷媒流入側端部２３１が凝縮器１０１と第１膨張弁１０２との間に接続され、冷媒流出側端部２３２が圧縮機１００の吸入側に接続されている。そして、制御装置３００は、圧縮機１００の回転数が規定回転数となっている状態において蒸発器１０３の熱交換能力を下げる際、インジェクション配管２３０に冷媒を流す低負荷運転を行う構成となっている。

本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００は、低負荷運転時、インジェクション配管２３０に冷媒を流すことにより、蒸発器１０３を流れる冷媒の流量を低減させ、蒸発器１０３の熱交換能力を低下させる。このため、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００は、低負荷運転時、圧縮機１００の回転数を変更しなくとも、該冷凍サイクル装置２００の能力を低下させることができる。したがって、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００においては、圧縮機１００を下限回転数で駆動させていても能力が熱負荷に対して大きい場合、インジェクション配管２３０に冷媒を流すことによって、能力を低下させることができる。このため、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００は、低負荷時、圧縮機１００の停止及び起動の繰り返しを従来よりも抑制できる。

なお、図２で示した圧縮機１００は、本実施の形態１に係る圧縮機１００の一例である。圧縮機１００を、例えば以下のように構成してもよい。

［圧縮機１００の変形例１］
図４は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の圧縮機の別の一例を示す縦断面図である。
図２で示した圧縮機１００では、インジェクション配管２３０に接続されるインジェクション管４１ａは、吸入管４１に接続されていた。このため、図２で示した圧縮機１００では、インジェクション配管２３０を流れる冷媒は、密閉容器３０内におけるフレーム７の下部空間に流入した後、フレーム７に形成された貫通孔７ｂを通って吸入室７ｃに流入する構成となっていた。一方、図４に示す圧縮機１００においては、インジェクション配管２３０から密閉容器３０の内部に冷媒が流入する際、インジェクション配管２３０を流れる冷媒は、吸入室７ｃに流入する構成となっている。

詳しくは、図４に示す圧縮機１００は、密閉容器３０の筒状部材３１に、貫通孔３１ａが形成されている。そして、インジェクション管４１ａは、貫通孔３１ａに挿入されて筒状部材３１に固定され、吸入室７ｃに連通している。なお、図４に示す圧縮機１００のフレーム７は、揺動スクロール１の外周側を覆うように上方へ突出する周壁を備えている。すなわち、揺動スクロール１と密閉容器３０の筒状部材３１との間に、フレーム７の周壁が配置されている。このため、図４に示す圧縮機１００のフレーム７には、吸入室７ｃとインジェクション管４１ａとを連通させる貫通孔７ｅが形成されている。フレーム７が周壁を備えていない場合には、フレーム７に貫通孔７ｅが形成されていなくてもよい。

インジェクション配管２３０から密閉容器３０の内部に流入する冷媒は、液状冷媒の場合がある。また、インジェクション配管２３０から密閉容器３０の内部に流入する冷媒は、液状冷媒を含んでいる場合がある。図１に示した圧縮機１００の密閉容器３０に液状冷媒が流入した場合、該液状冷媒はフレーム７の下部空間に流入するので、液状冷媒が油溜まり３４に流入し、液状冷媒によって油溜まり３４に貯留されている冷凍機油が薄まる場合がある。そして、油溜まり３４に貯留されている冷凍機油が液状冷媒によって薄まりすぎると、圧縮機１００の摺動部が潤滑不良となり、圧縮機１００の信頼性が低下してしまう場合がある。

一方、図４に示す圧縮機１００においては、インジェクション配管２３０から密閉容器３０の内部に冷媒が流入する際、インジェクション配管２３０を流れる冷媒は、フレーム７の下部空間を通らずに、吸入室７ｃに流入する。このため、図４に示す圧縮機１００は、図１に示した圧縮機１００と比べ、油溜まり３４に貯留されている冷凍機油が液状冷媒によって薄まることを抑制できるので、圧縮機１００の信頼性が向上する。

［圧縮機１００の変形例２］
図５は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の圧縮機のさらに別の一例を示す縦断面図である。
図５に示す圧縮機１００は、密閉容器３０の上蓋部材３２に貫通孔３２ａが形成されている。インジェクション配管２３０に接続されるインジェクション管４１ａは、該貫通孔３２ａに挿入されて、上蓋部材３２に例えばろう付けにより固定されている。また、固定スクロール２の例えば台板部２ａには、吸入室７ｃに連通する連通流路２ｆが形成されている。本実施の形態１では、横孔２ｇ及び縦孔２ｈとで連通流路２ｆが構成されている。横孔２ｇは、台板部２ａの外周面から横方向に延びる孔である。縦孔２ｈは、横孔２ｇと吸入室７ｃとを連通させる孔である。そして、インジェクション管４１ａは、連通流路２ｆに連通している。すなわち、インジェクション管４１ａは、連通流路２ｆを介して、吸入室７ｃに連通している。なお、本実施の形態１では、インジェクション管４１ａは、アタッチメント４１ｂを介して、連通流路２ｆと連通している。これに限らず、インジェクション管４１ａの先端部を連通流路２ｆに挿入する等により、インジェクション管４１ａを連通流路２ｆに直接接続してもよい。

図５に示す圧縮機１００においては、図４で示した圧縮機１００と同様に、インジェクション配管２３０から密閉容器３０の内部に冷媒が流入する際、インジェクション配管２３０を流れる冷媒は、フレーム７の下部空間を通らずに、吸入室７ｃに流入する。このため、図５に示す圧縮機１００は、図４で示した圧縮機１００と同様の効果を得ることができる。

また、図５に示す圧縮機１００は、図４で示した圧縮機１００と比べ、次のような効果を得ることもできる。詳しくは、図４で示した圧縮機１００を製造する場合、まず、密閉容器３０の筒状部材３１にフレーム７を焼き嵌めで固定する。その後、インジェクション管４１ａを筒状部材３１の貫通孔３１ａに挿入する。そして、インジェクション管４１ａを密閉容器３０の筒状部材３１にろう付け等で固定する。このため、図４で示した圧縮機１００は、インジェクション管４１ａを密閉容器３０の筒状部材３１にろう付け等で固定する際、熱によって、フレーム７及び筒状部材３１がひずむ場合があった。

一方、図５で示す圧縮機１００を製造する場合、まず、密閉容器３０の上蓋部材３２の貫通孔３２ａにインジェクション管４１ａを挿入し、インジェクション管４１ａと上蓋部材３２とをろう付け等で固定する。その後、上蓋部材３２を筒状部材３１に組み付ける過程で、固定スクロール２の連通流路２ｆに、インジェクション管４１ａの先端部に取り付けられたアタッチメント４１ｂを挿入する。そして、筒状部材３１と上蓋部材３２とをろう付け等で固定する。図５で示す圧縮機１００は、このような構成で製造できるため、図４で示した圧縮機１００と比べ、インジェクション管４１ａを固定する際の熱によってフレーム７が変形することを抑制できる。したがって、図５に示す圧縮機１００は、図４で示した圧縮機１００と比べ、精度良く圧縮機１００を製造することができる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、実施の形態１と同様の機能及び構成については同一の符号を用いて述べることとする。

本実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００は、実施の形態１で示した冷凍サイクル装置２００の構成に加え、油分岐配管２１１を備えている。油分岐配管２１１の一端は、油戻し配管２１０に接続されている。油分岐配管２１１の他端は、インジェクション配管２３０における第２膨張弁２３３よりも下流側部分に接続されている。そして、本実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００は、低負荷運転時、油戻し配管２１０及び油分岐配管２１１を通って、油分離器１０５で分離された冷凍機油がインジェクション配管２３０に流入する構成である。

なお、本実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００は、油分配装置２１２を備えており、通常運転時、油分離器１０５で分離された冷凍機油がインジェクション配管２３０に流入することを規制している。具体的には、油分配装置２１２は、開閉弁２１３及び開閉弁２１４を備えている。開閉弁２１３は、油戻し配管２１０における油分岐配管２１１との接続部よりも下流側部分に設けられている。開閉弁２１４は、インジェクション配管２３０における油分岐配管２１１との接続部よりも下流側部分に設けられている。開閉弁２１３及び開閉弁２１４は、単に開閉のみが可能な開閉弁であってもよいし、開度を調整できる開閉弁であってもよい。

開閉弁２１３及び開閉弁２１４は、制御装置３００の制御部３０３によって制御される。具体的には、通常運転時、制御部３０３は、開閉弁２１３を開き、開閉弁２１４を閉じる。この状態では、油分離器１０５で分離された冷凍機油の全てが、インジェクション配管２３０に流入することなく、圧縮機１００に戻る。一方、低負荷運転時、制御部３０３は、開閉弁２１４を開く。これにより、油分離器１０５で分離された冷凍機油の少なくとも一部は、油戻し配管２１０及び油分岐配管２１１を通って、インジェクション配管２３０に流入する。なお、低負荷運転時、制御部３０３は、開閉弁２１３の開閉時間及び開閉弁２１４の開閉時間を調整し、インジェクション配管２３０に流入する冷凍機油と、インジェクション配管２３０に流入しない冷凍機油との割合を調整してもよい。例えば、熱負荷が小さい状態ほど、インジェクション配管２３０に流入する冷凍機油の割合を多くしてもよい。

上述のように、低負荷運転時には、通常運転時と比べ、インジェクション配管２３０から圧縮機１００内へ、液状冷媒が流入しやすい。このため、図２のように圧縮機１００を構成していた場合、上述のように、液状冷媒によって油溜まり３４に貯留されている冷凍機油が薄まる場合がある。そして、油溜まり３４に貯留されている冷凍機油が液状冷媒によって薄まりすぎると、圧縮機１００の摺動部が潤滑不良となり、圧縮機１００の信頼性が低下してしまう場合がある。しかしながら、本実施の形態２のように冷凍サイクル装置２００を構成することにより、インジェクション配管２３０を流れる液状冷媒の少なくとも一部は、該冷媒よりも高温の冷凍機油とインジェクション配管２３０内で合流し、蒸発する。このため、低負荷運転時、インジェクション配管２３０から圧縮機１００内へ液状冷媒が流入することを抑制できる。このため、本実施の形態２のように冷凍サイクル装置２００を構成することにより、圧縮機１００の信頼性を向上させることができる。

また、低負荷運転時には、通常運転時と比べ、圧縮機１００の摺動部へ冷凍機油が供給されづらくなり、摺動部が潤滑不良となりやすい。しかしながら、本実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００において、図４又は図５で示した圧縮機１００を用いることにより、冷凍機油を直接、吸入室７ｃに供給することができる。このため、本実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００において、図４又は図５で示した圧縮機１００を用いることにより、圧縮機構部８の摺動部に冷凍機油を供給しやすくなり、固定スクロール２の第１渦巻歯２ｂと揺動スクロール１の第２渦巻歯１ｂとの間からの冷媒漏れを抑制することもできる。したがって、本実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００において、図４又は図５で示した圧縮機１００を用いることにより、圧縮機１００の信頼性がより向上し、圧縮機１００の効率も向上する。

実施の形態３．
実施の形態１又は実施の形態２で示した冷凍サイクル装置２００に対して、以下のように、バイパス配管２４０、第３膨張弁２４１、及び熱交換器２４２を追加してもよい。上述のように、通常運転時においても、インジェクション配管２３０から圧縮機１００に冷媒を供給する場合がある。バイパス配管２４０、第３膨張弁２４１、及び熱交換器２４２を追加することにより、通常運転時にインジェクション配管２３０から圧縮機１００に冷媒を供給する際、冷凍サイクル装置２００の能力の低下を抑制することができる。なお、本実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態１又は実施の形態２と同様とし、実施の形態１又は実施の形態２と同様の機能及び構成については同一の符号を用いて述べることとする。また、以下では、実施の形態２で示した冷凍サイクル装置２００にバイパス配管２４０、第３膨張弁２４１、及び熱交換器２４２を追加した例を説明する。

図７は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
本実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００は、実施の形態２で示した冷凍サイクル装置２００の構成に加え、バイパス配管２４０、第３膨張弁２４１、及び熱交換器２４２を備えている。バイパス配管２４０の一端は、インジェクション配管２３０における第２膨張弁２３３よりも上流側部分に接続されている。バイパス配管２４０の他端は、インジェクション配管２３０における第２膨張弁２３３よりも下流側部分に接続されている。第３膨張弁２４１は、バイパス配管２４０に設けられている。第３膨張弁２４１の開度は、制御装置３００の制御部３０３によって制御される。熱交換器２４２は、凝縮器１０１と第１膨張弁１０２との間を流れる冷媒と、バイパス配管２４０における第３膨張弁２４１よりも下流側部分を流れる冷媒とを熱交換させる。すなわち、第３膨張弁２４１は、凝縮器１０１から流出した冷媒を、凝縮器１０１から流出して第３膨張弁２４１で膨張した冷媒で冷却する熱交換器である。

本実施の形態３においては、制御装置３００の制御部３０３は、低負荷運転でない状態においてインジェクション配管２３０から圧縮機１００の吸入側に冷媒を供給する場合、第２膨張弁２３３を閉じて、第３膨張弁２４１を開く。換言すると、制御部３０３は、通常運転時にインジェクション配管２３０から圧縮機１００の吸入側に冷媒を供給する場合、第２膨張弁２３３を閉じて、第３膨張弁２４１を開く。これにより、凝縮器１０１から流出した高圧の液状冷媒の一部は、インジェクション配管２３０に流入し、バイパス配管２４０に流れ込む。そして、バイパス配管２４０に流れ込んだ高圧の液状冷媒は、第３膨張弁２４１で膨張して、温度が低下する。この温度が低下した冷媒は、熱交換器２４２に流入して、凝縮器１０１から流出した高圧の液状冷媒を冷却する。

インジェクション配管２３０から圧縮機１００の吸入側に冷媒を供給すると、蒸発器１０３を流れる冷媒の流量が減少する。しかしながら、通常運転時、凝縮器１０１から流出した高圧の液状冷媒を熱交換器２４２でこのように冷却することにより、凝縮器１０１から流出した高圧の液状冷媒の過冷却度が大きくなるため、蒸発器１０３での熱吸収量を増大できる。したがって、通常運転時、凝縮器１０１から流出した高圧の液状冷媒を熱交換器２４２でこのように冷却することにより、インジェクション配管２３０から圧縮機１００の吸入側に冷媒を供給する際の冷凍サイクル装置２００の能力の低下を抑制できる。

一方、制御部３０３は、低負荷運転時には、第２膨張弁２３３を開いて第３膨張弁２４１を閉じ、インジェクション配管２３０から圧縮機１００の吸入側に冷媒を供給する。このため、低負荷運転時にインジェクション配管２３０から圧縮機１００の吸入側に冷媒を供給する際、熱交換器２４２には、第３膨張弁２４１で膨張して温度が低下した冷媒が流れない。すなわち、低負荷運転時、実施の形態２と同様に、インジェクション配管２３０から圧縮機１００の吸入側に冷媒を供給することとなる。したがって、凝縮器１０１から流出した高圧の液状冷媒の過冷却度は増加せず、低負荷運転時にインジェクション配管２３０から圧縮機１００の吸入側に冷媒を供給する際、冷凍サイクル装置２００の能力は増大しない。

以上のように、本実施の形態３のように冷凍サイクル装置２００を構成することにより、低負荷運転時、実施の形態１及び実施の形態２と同様に、インジェクション配管２３０から圧縮機１００の吸入側に冷媒を供給することができる。このため、本実施の形態３のように冷凍サイクル装置２００を構成することにより、実施の形態１及び実施の形態２と同様に、低負荷時、圧縮機１００の停止及び起動の繰り返しを従来よりも抑制できる。また、本実施の形態３のように冷凍サイクル装置２００を構成することにより、実施の形態１及び実施の形態２と比べ、通常運転時にインジェクション配管２３０から圧縮機１００の吸入側に冷媒を供給する際、冷凍サイクル装置２００の能力の低下を抑制できる。

実施の形態４．
インジェクション配管２３０から吸入室７ｃに直接冷媒を流入させる構成の圧縮機１００を冷凍サイクル装置２００に用いる場合、本実施の形態４のようにインジェクション配管２３０から吸入室７ｃに直接冷媒を流入させることにより、冷凍サイクル装置２００の連続運転時間を延ばすことが可能となる。なお、本実施の形態４において、特に記述しない項目については実施の形態１～実施の形態３のいずれかと同様とし、実施の形態１～実施の形態３のいずれかと同様の機能及び構成については同一の符号を用いて述べることとする。また、以下では、実施の形態３で示した冷凍サイクル装置２００を変更した例について説明する。

図８は、本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
本実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００においては、インジェクション配管２３０は、冷媒流出側端部２３２を構成する第１流出配管２３４及び第２流出配管２３５を備えている。換言すると、インジェクション配管２３０の冷媒流出側端部２３２は、第１流出配管２３４と第２流出配管２３５とに分岐している。また、インジェクション配管２３０は、第１開閉弁２３６及び第２開閉弁２３７を備えている。第１開閉弁２３６は、第１流出配管２３４に設けられ、第１流出配管２３４の流路を開閉する。第２開閉弁２３７は、第２流出配管２３５に設けられ、第２流出配管２３５の流路を開閉する。なお、第１開閉弁２３６及び第２開閉弁２３７は、単に開閉のみが可能な開閉弁であってもよいし、開度を調整できる開閉弁であってもよい。

第１流出配管２３４及び第２流出配管２３５から密閉容器３０の内部に冷媒が流入する際、第１流出配管２３４及び第２流出配管２３５を流れる冷媒は、フレーム７の下部空間を通らずに、吸入室７ｃに流入する。この際、第２流出配管２３５を流れた冷媒が吸入室７ｃに流入する際の冷媒の流入口と圧縮機構部８の冷媒の吸入口との距離は、第１流出配管２３４を流れた冷媒が吸入室７ｃに流入する際の冷媒の流入口と圧縮機構部８の冷媒の吸入口との距離よりも遠くなっている。このような構成は、例えば図９～図１１のように圧縮機１００を構成することにより、実現できる。なお、圧縮機構部８の冷媒の吸入口とは、揺動スクロール１の第２渦巻歯１ｂの外周端と固定スクロール２の第１渦巻歯２ｂとの間の空間である。また、圧縮機構部８の冷媒の吸入口とは、揺動スクロール１の第２渦巻歯１ｂと固定スクロール２の第１渦巻歯２ｂの外周端との間の空間である。圧縮機構部８の冷媒の吸入口は、吸入口８ａとして図９に図示されている。

図９は、本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の圧縮機の固定スクロールを示す下面図である。図１０は、本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の圧縮機の固定スクロールを示す平面図である。また、図１１は、本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の圧縮機の固定スクロールを示す側面図である。なお、図９には、揺動スクロール１の第２渦巻歯１ｂも図示されている。

本実施の形態４に係る圧縮機１００の固定スクロール２は、台板部２ａに、連通流路５０及び連通流路６０が形成されている。連通流路５０は、孔５１、第１流入口５２、第１流入口５３、連通孔５４、連通孔５５で構成されている。孔５１は、上方に開口する孔であり、第１流出配管２３４が接続される。第１流入口５２は、吸入室７ｃに開口する孔であり、連通孔５４によって孔５１と連通している。第１流入口５３は、吸入室７ｃに開口する孔であり、連通孔５５によって孔５１と連通している。連通流路６０は、孔６１、第２流入口６２、第２流入口６３、連通孔６４、連通孔６５で構成されている。孔６１は、上方に開口する孔であり、第２流出配管２３５が接続される。第２流入口６２は、吸入室７ｃに開口する孔であり、連通孔６４によって孔６１と連通している。第２流入口６３は、吸入室７ｃに開口する孔であり、連通孔６５によって孔６１と連通している。

連通流路５０と連通流路６０とは、連通していない。具体的には、図１０に示すように、平面視では、連通流路５０の連通孔５５と連通流路６０の連通孔６４とが重なりあっている。しかしながら、図１１に示すように、連通流路５０の連通孔５５と連通流路６０の連通孔６４との高さを異ならせ、連通流路５０と連通流路６０とが連通しないようにしている。このため、第１流出配管２３４から連通流路５０へ流れ込んだ冷媒は、第１流入口５２及び第１流入口５３のみから吸入室７ｃに流入する。また、第２流出配管２３５から連通流路６０へ流れ込んだ冷媒は、第２流入口６２及び第２流入口６３のみから吸入室７ｃに流入する。

すなわち、第１流入口５２及び第１流入口５３が、第１流出配管２３４を流れた冷媒が吸入室７ｃに流入する際の冷媒の流入口となる。また、第２流入口６２及び第２流入口６３が、第２流出配管２３５を流れた冷媒が吸入室７ｃに流入する際の冷媒の流入口となる。図９に示すように、第２流入口６２及び第２流入口６３と圧縮機構部８の冷媒の吸入口８ａとの距離は、第１流入口５２及び第１流入口５３と圧縮機構部８の冷媒の吸入口８ａとの距離よりも遠くなっている。

制御装置３００の制御部３０３は、低負荷運転時、第１開閉弁２３６及び第２開閉弁２３７を次のように制御する。圧縮機１００と凝縮器１０１とを接続する冷媒配管に設けられた温度センサー３１０の検出温度が規定温度よりも高い状態においては、制御部３０３は、第２開閉弁２３７を閉じて、第１開閉弁２３６を開く。これにより、インジェクション配管２３０を通って第２膨張弁２３３で膨張した冷媒は、第１流出配管２３４及び連通流路５０を通って、第１流入口５２及び第１流入口５３から吸入室７ｃに流入する。一方、温度センサー３１０の検出温度が規定温度まで低下した際、制御部３０３は、第１開閉弁２３６を閉じて、第２開閉弁２３７を開く。これにより、インジェクション配管２３０を通って第２膨張弁２３３で膨張した冷媒は、第２流出配管２３５及び連通流路６０を通って、第２流入口６２及び第２流入口６３から吸入室７ｃに流入する。なお、規定温度は、上述の上限温度よりも低く、上述の下限温度よりも高い温度である。

吸入室７ｃへは、蒸発器１０３から流出したガス状冷媒も流入する。そして、蒸発器１０３から流出したガス状冷媒は、インジェクション配管２３０を通って第２膨張弁２３３で膨張した冷媒よりも高温となっている。このため、インジェクション配管２３０から吸入室７ｃに流入した冷媒は、蒸発器１０３から流出したガス状冷媒に加熱された後、圧縮機構部８に吸入される。

上述のように、圧縮機１００の液圧縮を抑制するため、制御部３０３は、温度センサー３１０の検出温度が下限温度まで低下すると、圧縮機１００を停止させる。ここで、本実施の形態４では、温度センサー３１０の検出温度が規定温度まで低下した際、インジェクション配管２３０を流れる冷媒は、第２流入口６２及び第２流入口６３から吸入室７ｃに流入する。また、第２流入口６２及び第２流入口６３と圧縮機構部８の冷媒の吸入口８ａとの距離は、第１流入口５２及び第１流入口５３と圧縮機構部８の冷媒の吸入口８ａとの距離よりも遠くなっている。このため、第２流入口６２及び第２流入口６３から吸入室７ｃに流入した冷媒は、第１流入口５２及び第１流入口５３から吸入室７ｃに流入した冷媒と比べ、蒸発器１０３から流出したガス状冷媒によってより長時間加熱された後、圧縮機構部８に吸入されることとなる。したがって、圧縮機１００から吐出された冷媒の温度が下限温度まで下がりにくくなる。このため、本実施の形態４のように冷凍サイクル装置２００を構成することにより、圧縮機１００の停止をより抑制でき、冷凍サイクル装置２００の連続運転時間を延ばすことが可能となる。

以上、実施の形態１～実施の形態４では本発明に係る冷凍サイクル装置を空気調和装置として用いたが、本発明に係る冷凍サイクル装置は空気調和装置に限定されるものではない。本発明に係る冷凍サイクル装置は、例えば、冷蔵庫、冷凍庫内を冷却する冷却装置、及び水を加熱する給湯装置等、冷凍サイクル回路を備えた種々の装置として用いることができる。

１ 揺動スクロール、１ａ 台板部、１ｂ 第２渦巻歯、１ｃ 揺動軸受、１ｄ ボス部、２ 固定スクロール、２ａ 台板部、２ｂ 第１渦巻歯、２ｃ 吐出口、２ｄ 吐出弁、２ｅ 弁押え、２ｆ 連通流路、２ｇ 横孔、２ｈ 縦孔、３ 圧縮室、４ オルダムリング、５ スライダー、６ 駆動軸、６ａ 偏心軸部、６ｂ 主軸部、６ｃ 副軸部、７ フレーム、７ａ 主軸受、７ｂ 貫通孔、７ｃ 吸入室、７ｄ スラスト面、７ｅ 貫通孔、８ 圧縮機構部、８ａ 吸入口、９ サブフレーム、１０ 副軸受、１３ スリーブ、２０ 電動機、２１ 固定子、２２ 回転子、２２ｂ バランスウェイト、３０ 密閉容器、３１ 筒状部材、３１ａ 貫通孔、３２ 上蓋部材、３２ａ 貫通孔、３３ 下蓋部材、３４ 油溜まり、４１ 吸入管、４１ａ インジェクション管、４１ｂ アタッチメント、４２ 吐出管、５０ 連通流路、５１ 孔、５２ 第１流入口、５３ 第１流入口、５４ 連通孔、５５ 連通孔、６０ 連通流路、６１ 孔、６２ 第２流入口、６３ 第２流入口、６４ 連通孔、６５ 連通孔、１００ 圧縮機、１０１ 凝縮器、１０２ 第１膨張弁、１０３ 蒸発器、１０５ 油分離器、２００ 冷凍サイクル装置、２０１ 冷凍サイクル回路、２１０ 油戻し配管、２１１ 油分岐配管、２１２ 油分配装置、２１３ 開閉弁、２１４ 開閉弁、２３０ インジェクション配管、２３１ 冷媒流入側端部、２３２ 冷媒流出側端部、２３３ 第２膨張弁、２３４ 第１流出配管、２３５ 第２流出配管、２３６ 第１開閉弁、２３７ 第２開閉弁、２４０ バイパス配管、２４１ 第３膨張弁、２４２ 熱交換器、３００ 制御装置、３０１ 受信部、３０２ 熱負荷取得部、３０３ 制御部、３０４ 記憶部、３１０ 温度センサー。

Claims (8)

1. 圧縮機、凝縮器、第１膨張弁及び蒸発器が冷媒配管で接続された冷凍サイクル回路と、
   冷媒流入側端部が前記凝縮器と前記第１膨張弁との間に接続され、冷媒流出側端部が前記圧縮機の吸入側に接続されたインジェクション配管と、
   前記インジェクション配管に設けられた第２膨張弁と、
   前記圧縮機の回転数及び前記第２膨張弁の開度を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記圧縮機の回転数が規定回転数となっている状態において前記蒸発器の熱交換能力を下げる際、前記インジェクション配管に冷媒を流す低負荷運転を行う構成である冷凍サイクル装置。
2. 前記圧縮機は、
   揺動スクロール及び固定スクロールを有する圧縮機構部と、
   前記揺動スクロールを下方から支持するフレームと、
   前記圧縮機構部及び前記フレームを収納し、底部に冷凍機油が貯留される密閉容器と、
   を備え、
   前記固定スクロールは、第１渦巻歯を有し、
   前記揺動スクロールは、前記第１渦巻歯と組み合わされて該第１渦巻歯と共に圧縮室を形成する第２渦巻歯を有し、
   前記圧縮機構部は、前記第１渦巻歯及び前記第２渦巻歯の外周側に形成された吸入室の冷媒を前記圧縮室に吸入する構成であり、
   前記インジェクション配管から前記密閉容器の内部に冷媒が流入する際、前記インジェクション配管を流れる冷媒は、前記吸入室に流入する構成である請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記圧縮機は、前記インジェクション配管と接続されるインジェクション管を備え、
   前記密閉容器は、前記フレームが固定された筒状部材を備え、
   前記インジェクション管は、前記筒状部材に固定され、前記吸入室に連通している請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記圧縮機は、前記インジェクション配管と接続されるインジェクション管を備え、
   前記密閉容器は、前記フレームが固定された筒状部材と、前記筒状部材の上部の開口部を覆う上蓋部材とを備え、
   前記固定スクロールには、前記吸入室に連通する連通流路が形成されており、
   前記インジェクション管は、前記上蓋部材に固定され、前記連通流路に連通している請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記圧縮機と前記凝縮器とを接続する冷媒配管の温度を検出する温度センサーを備え、
   前記インジェクション配管は、
   前記冷媒流出側端部を構成する第１流出配管及び第２流出配管と、
   前記第１流出配管の流路を開閉する第１開閉弁と、
   前記第２流出配管の流路を開閉する第２開閉弁と、
   を備え、
   前記第１流出配管を流れた冷媒が前記吸入室に流入する際の流入口を第１流入口とし、前記第２流出配管を流れた冷媒が前記吸入室に流入する際の流入口を第２流入口とした場合、前記第２流入口と前記圧縮機構部の冷媒の吸入口との距離は、前記第１流入口と前記圧縮機構部の前記吸入口との距離よりも遠く、
   前記制御装置は、
   低負荷運転時、前記温度センサーの検出温度が規定温度よりも高い状態においては前記第２開閉弁を閉じて前記第１開閉弁を開き、
   前記温度センサーの検出温度が前記規定温度まで低下した際、前記第１開閉弁を閉じて前記第２開閉弁を開く構成である請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記圧縮機と前記凝縮器との間に設けられ、前記圧縮機から吐出された冷媒から冷凍機油を分離させる油分離器と、
   一端が前記油分離器に接続され、他端が前記圧縮機の吸入側に接続され、前記油分離器で分離した油を前記圧縮機の吸入側に戻す油戻し配管と、
   一端が前記油戻し配管に接続され、他端が前記インジェクション配管における前記第２膨張弁よりも下流側部分に接続された油分岐配管と、
   を備え、
   前記低負荷運転時、前記油戻し配管及び前記油分岐配管を通って冷凍機油が前記インジェクション配管に流入する構成である請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 一端が前記インジェクション配管における前記第２膨張弁よりも上流側部分に接続され、他端が前記インジェクション配管における前記第２膨張弁よりも下流側部分に接続されたバイパス配管と、
   前記バイパス配管に設けられた第３膨張弁と、
   前記凝縮器と前記第１膨張弁との間を流れる冷媒と、前記バイパス配管における前記第３膨張弁よりも下流側部分を流れる冷媒とを熱交換させる熱交換器と、
   を備えている請求項１～請求項６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記制御装置は、
   前記低負荷運転でない状態において前記インジェクション配管から前記圧縮機の吸入側に冷媒を供給する場合、前記第２膨張弁を閉じて前記第３膨張弁を開き、前記バイパス配管及び前記熱交換器に冷媒を流し、
   前記低負荷運転時には、前記第２膨張弁を開いて前記第３膨張弁を閉じ、前記インジェクション配管から前記圧縮機の吸入側に冷媒を供給する構成である請求項７に記載の冷凍サイクル装置。

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