WO2009098862A1

WO2009098862A1 - 冷凍装置

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Publication number: WO2009098862A1
Application number: PCT/JP2009/000405
Authority: WO
Inventors: Tetsuya Okamoto; Kazuhiro Furusho; Takayuki Kawano; Shinichi Kasahara; Masakazu Okamoto; Takahiro Yamaguchi; Michio Moriwaki; Syuuji Furui; Atsushi Yoshimi; Shuuji Fujimoto
Original assignee: Daikin Industries, Ltd.
Priority date: 2008-02-06
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2009-08-13
Also published as: AU2009210984A1; EP2251621A1; EP2251621A4; CN101939599A; US20100275634A1; JP5380987B2; JP2010032195A; AU2009210984B2; KR20100114122A; KR101185307B1

Abstract

　冷媒回路（11）には、高圧冷媒中から油を分離する油分離器（60）と、圧縮機構（20）の圧縮行程中の油を冷却するように油分離器（60）で分離した油を圧縮機構（20）へ供給する油供給回路（70）が設けられる。油供給回路（70）には、油分離器（60）で分離された油のエネルギーを回収する回収機構（40）が設けられる。圧縮機構（20）では、油によって冷媒が冷却されて圧縮機構（20）の動力が低減される。同時に、回収機構（40）では、圧縮機構（20）で油の昇圧に要した動力が回収される。

Description

冷凍装置

　本発明は、冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置に関し、特に冷凍装置の省エネ対策に係るものである。

　従来より、冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置は、室内の空調を行う空気調和装置等に広く適用されている。

　特許文献１には、この種の冷凍装置が開示されている。この冷凍装置の冷媒回路には、圧縮機、サイクロン（油分離器）、放熱器、利用側熱交換器等が接続されて冷媒回路が構成されている。圧縮機で圧縮された高圧冷媒は、油分離器へ流入する。油分離器では、高圧冷媒中から油が分離される。分離後の油は、放熱器を通じて冷却された後、圧縮機の吸入側へ供給される。これにより、圧縮機の圧縮行程では、冷媒が油によって冷却される。このため、圧縮機の圧縮行程中には、冷媒の温度がほとんど上昇せず、等温圧縮に近い状態で冷媒が圧縮される。従って、この圧縮機の圧縮行程では、一般的な圧縮機の圧縮行程（断熱変化に近い状態での圧縮行程）と比較して圧縮機の動力が小さくなる。その結果、この冷凍装置では、圧縮機の動力の削減に伴いＣＯＰ（成績係数）の向上が図られている。
特開平４－１１６３４８号公報

　ところで、特許文献１に開示の冷凍装置のようにして、圧縮機の圧縮行程中の冷媒を冷却するためには、油分離器で分離した油を多量に圧縮機へ供給する必要がある。つまり、圧縮機へ供給する油の量が多ければ多いほど、油による冷媒の冷却効果が大きくなるので、これに伴って冷媒の圧縮に要する動力も小さくなる。しかしながら、このようにして圧縮機構へ供給される油の量が多くなると、圧縮機では、供給された油の昇圧に要する動力も増大してしまう。その結果、圧縮機では、油の昇圧に要した動力（エネルギー）を無駄に消費してしまうという問題が生ずる。

　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧縮機構の動力を効果的に削減できる冷凍装置を提供することである。

　第１の発明は、圧縮機構（20）が接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）を備えた冷凍装置を対象とし、上記冷媒回路（11）には、上記圧縮機構（20）で圧縮した高圧冷媒中から油を分離する油分離手段（60）と、上記圧縮機構（20）の圧縮行程中の冷媒を冷却するように上記油分離手段（60）で分離した油を圧縮機構（20）へ供給する油供給回路（70）とが設けられ、上記油供給回路（70）には、油供給回路（70）を流れる油のエネルギーを回収する回収機構（40）が設けられていることを特徴とするものである。

　第１の発明の冷媒回路（11）では、圧縮機構（20）で圧縮された高圧冷媒中から、油分離手段（60）によって高圧の油が分離される。分離後の油は、圧縮機構（20）の圧縮行程中の冷媒を冷却するように油供給回路（70）を通じて圧縮機構（20）へ供給される。その結果、圧縮機構（20）の圧縮行程では、冷媒の温度上昇が抑制され、これにより、圧縮機構（20）での冷媒の圧縮に要する動力が低減される。

　一方、上述のように、圧縮機構（20）の圧縮行程中の冷媒を油によって冷却しようとするためには、油供給回路（70）から圧縮機構（20）へ多量の油を供給する必要がある。このため、従来の圧縮機構では、油の昇圧に要する動力が増大してしまうという問題が生じていた。

　そこで、本発明の油供給回路（70）には、油のエネルギーを回収する回収機構（40）が設けられている。具体的には、油分離手段（60）によって高圧冷媒中から分離された油は、圧縮機構（20）において油を昇圧させるために使われた動力を、運動エネルギー、位置エネルギー、圧力エネルギー等のエネルギーとして保有している。回収機構（40）は、分離後の油の動力（即ち、油の持つエネルギー）を回収する。このため、油供給回路（70）を介して圧縮機構（20）へ多量の油が供給されて油の昇圧に要する動力が増大しても、この油の昇圧に要した動力を回収機構（40）で回収することができる。従って、本発明では、圧縮機構（20）へ多量の油を供給することで冷媒の圧縮に要する動力を低減でき、且つ多量の油の昇圧に要する動力が無駄となってしまうこともない。

　第２の発明は、第１の発明の冷凍装置において、上記油供給回路（70）は、上記圧縮機構（20）の圧縮行程の少なくとも一部の期間で冷媒が等温圧縮されるように圧縮機構（20）へ油を供給することを特徴とするものである。

　第２の発明の油供給回路（70）は、圧縮機構（20）の圧縮行程の少なくとも一部の期間で冷媒が等温圧縮されるように圧縮機構（20）へ油を供給する。その結果、圧縮機構（20）の圧縮行程では、冷媒の温度がほとんど上昇せず、これにより圧縮機構（20）での冷媒の圧縮に要する動力が低減される。一方、このように圧縮機構（20）の圧縮行程の少なくとも一部の期間で冷媒を等温圧縮させるためには、油供給回路（70）から圧縮機構（20）へ多量の油を供給する必要があり、これに伴い圧縮機構（20）での油の昇圧に要する動力が増大してしまう。しかしながら、本発明では、回収機構（40）が油供給回路（70）の油のエネルギーを回収するので、圧縮機構（20）で油の昇圧に要した動力が無駄となってしまうことはない。

　第３の発明は、第３の発明の冷凍装置において、上記冷媒回路（11）は、上記圧縮機構（20）によって冷媒を臨界圧力以上まで圧縮する冷凍サイクルを行うように構成されていることを特徴とするものである。

　第３の発明の冷媒回路（11）では、高圧冷媒が臨界圧力以上となる冷凍サイクルが行われる。このような冷凍サイクル（以下、超臨界サイクルという）では、上述の圧縮機構（20）への低温油の導入による冷媒の圧縮動力の低減効果が大きくなる。

　具体的には、上記超臨界サイクルでは、圧縮機構（20）の圧縮行程で冷媒を冷却しても、この冷媒が過熱蒸気のまま昇圧されて凝縮することがない。つまり、超臨界サイクルの圧縮行程では、冷媒を冷却しても、この冷媒が気液二相領域（凝縮領域）に至ることがない。従って、本発明では、一般的な冷凍サイクル（冷媒を臨界圧力よりも小さい範囲で圧縮する冷凍サイクル）と比較して、いわゆる等温圧縮による冷媒の圧縮動力の低減効果を向上できる。

　第４の発明は、第１乃至第３のいずれか１つの発明の冷凍装置において、上記油供給回路（70）は、上記圧縮機構（20）の圧縮行程の途中に油を供給するように構成されていることを特徴とするものである。

　第４の発明では、冷却手段（80）で冷却されて比較的低温となった油が、圧縮機構（20）の圧縮行程の途中（即ち、冷媒が吸入圧力と吐出圧力との間の中間圧力となる箇所）へ供給される。ここで、圧縮機構（20）の圧縮行程の途中では、既に冷媒が圧縮（断熱圧縮）されて昇温されている。従って、この箇所に低温の油を導入することで、冷媒が油よりも低温になることを回避できる。これにより、その後の圧縮行程では、冷媒が油によって加熱されて過熱圧縮されることを回避できる。従って、このような過熱圧縮に起因して、冷媒の圧縮動力の低減効果が損なわれるのを回避できる。

　第５の発明は、第１乃至３のいずれか１つ発明の冷凍装置において、上記油供給回路（70）は、上記圧縮機構（20）の吸入側に油を供給するように構成されていることを特徴とする冷凍装置。

　第５の発明では、冷却手段（80）で冷却されて比較的低温となった油が、圧縮機構（20）の吸入側へ供給される。これにより、圧縮機構（20）では、圧縮行程の開始時から冷媒が油によって冷却されるので、冷媒の圧縮動力の低減効果を向上できる。

　第６の発明は、第１乃至第５のいずれか１つの発明の冷凍装置において、上記回収機構（40）は、油によって回転駆動される可動部（50）と、該可動部（50）に連結する出力軸（42）とを有することを特徴とするものである。

　第６の発明では、回収機構（40）に可動部（50）と出力軸（42）とが設けられる。回収機構（40）では、高圧冷媒中から分離された油によって可動部（50）が回転駆動される。その結果、可動部（50）と連結する出力軸（42）も回転する。このような出力軸（42）の回転動力は、例えば発電機や他の機器の駆動動力として利用される。

　第７の発明は、第６の発明の冷凍装置において、上記圧縮機構（20）は、上記回収機構（40）の出力軸（42）と連結して駆動されるように構成されていることを特徴とするものである。

　第７の発明では、回収機構（40）で回収された油の動力（即ち、油のエネルギー）が、出力軸（42）を介して圧縮機構（20）の動力源として利用される。ここで、上述のように、圧縮機構（20）へ供給する油の導入量が多くなると、上記の等温圧縮による冷媒の圧縮動力が低減されるが、この際には、圧縮機構（20）での油の昇圧に要する動力も大きくなる。しかしながら、本発明では、このように油の導入量を多くすることで、回収機構（40）で回収される動力が大きくなり、この動力の増大分だけ圧縮機構（20）の動力が低減される。即ち、本発明では、圧縮機構（20）へ低温油を積極的に導入することで、冷媒の圧縮動力を効果的に低減でき、且つ回収機構（40）で回収できる動力を増大できる。その結果、本発明では、圧縮機構（20）の全体として動力が効果的に削減され、圧縮機構（20）の効率が効果的に向上する。

　第８の発明では、第６又は第７の発明の冷凍装置において、上記冷媒回路（11）には、冷媒によって回転駆動されると共に上記回収機構（40）の出力軸（42）と連結する可動部を有する膨張機構（30）が設けられていることを特徴とするものである。

　第８の発明の冷媒回路（11）には、冷媒によって回転駆動される膨張機構（30）が設けられる。そして、回収機構（40）の出力軸（42）には、膨張機構（30）の可動部も連結される。つまり、出力軸（42）は、回収機構（40）で回収された動力と、膨張機構（30）で冷媒の膨張により得られた動力（即ち、膨張動力）との双方によって、回転駆動される。このような出力軸（42）の回転動力は、第７の発明の圧縮機構（20）の駆動動力等に利用される。

　第９の発明は、第６乃至第８のいずれか１つの発明の冷凍装置において、上記回収機構（40）の出力軸（42）と連結して駆動される発電機（45）を備えていることを特徴とするものである。

　第９の発明では、回収機構（40）で回収された油のエネルギーが、出力軸（42）を介して発電機（45）の駆動動力として利用される。その結果、本発明では、発電機（45）で電力を発生することができ、この電力を他の要素機械等の動力源として利用できる。

　第１０の発明は、第１乃至第９のいずれか１つの発明の冷凍装置において、上記油供給回路（70）には、油分離手段（60）で分離した油を冷却するための油冷却熱交換器（80）が接続されていることを特徴とする。

　第１０の発明では、油供給回路（70）に油冷却熱交換器（80）が設けられる。つまり、油分離手段（60）で分離した油は、油冷却熱交換器（80）で所定の流体と熱交換して冷却される。冷却後の油は、圧縮機構（20）の圧縮行程中の冷媒を冷却するために、該圧縮機構（20）へ供給される。

　第１１の発明は、第１０の発明の冷凍装置において、上記冷媒回路（11）は、室内に設置される室内熱交換器（13）を有して該室内熱交換器（13）を流れる冷媒で室内空気を加熱する暖房動作を行うように構成され、上記油冷却熱交換器（80）は、室内に設置されて上記暖房動作中に油の熱を室内空気へ放出するように構成されていることを特徴とする。

　第１１の発明の冷媒回路（11）は、室内空気を加熱する暖房動作を行うように構成されている。つまり、圧縮機構（20）で圧縮された冷媒を室内熱交換器（13）へ送り、冷媒の熱を室内空気へ放出させることで、室内の暖房が行われる。

　本発明の油冷却熱交換器（80）は、室内に設置されることで室内の補助暖房器として機能する。即ち、暖房動作中において、油分離手段（60）で分離した油が油冷却熱交換器（80）を流れると、油冷却熱交換器（80）内の油と室内空気とが熱交換し、油の熱が室内空気へ放出される。これにより、室内空気が加熱されるので、室内の暖房能力が向上する。同時に、油冷却熱交換器（80）では、油が室内空気によって冷却される。冷却後の油は、圧縮機構（20）の圧縮行程中の冷媒を冷却するために、該圧縮機構（20）へ供給される。

　第１２の発明は、第１０の発明の冷凍装置において、上記冷媒回路（11）は、室内に設置される室内熱交換器（13）を有して該室内熱交換器（13）を流れる冷媒で室内空気を加熱する暖房動作と、該室内熱交換器（13）を流れる冷媒で室内空気を冷却する冷房動作とを切り換えて行うように構成され、上記油供給回路（70）には、室内に設置されて上記暖房動作中に油の熱を室内空気へ放出する第１の油冷却熱交換器（80a）と、室外に設置されて上記冷房動作中に油の熱を室内空気へ放出する第２の油冷却熱交換器（80b）とが接続されていることを特徴とする。

　第１２の発明の冷媒回路（11）は、室内空気を加熱する暖房動作と、室内空気を冷却する冷房動作とが切り換えて行われるように構成されている。つまり、圧縮機構（20）で圧縮された冷媒を室内熱交換器（13）へ送り、冷媒の熱を室内空気へ放出させることで、室内の暖房が行われる。また、低圧のガス冷媒を室内熱交換器（13）へ送り、室内空気から冷媒へ吸熱させることで、室内の冷房が行われる。

　本発明の油供給回路（70）には、室内に設置される第１の油冷却熱交換器（80a）と、室外に設置される第２の油冷却熱交換器（80b）とが設けられる。暖房動作中において、油分離手段（60）で分離した油が第１の油冷却熱交換器（80a）を流れ、第１の油冷却熱交換器（80a）内の油の熱が室内空気へ放出される。これにより、室内の暖房能力が向上する。冷房動作中には、油分離手段（60）で分離した油が第２の油冷却熱交換器（80b）を流れ、第２の油冷却熱交換器（80b）内の油の熱が室外空気へ放出される。これにより、油の熱が室内へ放出されることがないので、室内の冷房能力が低下してしまうこともない。

　本発明によれば、油供給回路（70）によって圧縮機構（20）へ油を供給して圧縮行程中の油を冷却することで、圧縮機構（20）での冷媒の圧縮に要する動力を低減すると共に、油供給回路（70）を流れる油のエネルギーを回収機構（40）によって回収している。これにより、本発明によれば、圧縮行程中の冷媒を油によって確実に冷却して冷媒の圧縮動力を低減でき、且つ油の昇圧に要する圧縮機構（20）の動力を回収することができる。つまり、圧縮機構（20）の冷媒を冷却するために油を積極的に圧縮機構（20）へ供給すると、圧縮機構（20）では、油の昇圧に要する動力も増大してしまうが、本発明では、このように昇圧された油のエネルギーを動力として回収しているので、冷凍装置全体としての動力を大幅に低減することが可能となる。

　また、このように多量の油を圧縮機構（20）へ導入すると、圧縮機構（20）から吐出される冷媒の温度を低く抑えることができる。その結果、吐出冷媒の温度上昇に起因する冷凍装置のシステム異常や、圧縮機構（20）の損傷を未然に回避できる。また、圧縮機構（20）の各摺動部の温度上昇も抑えることができ、各摺動部の焼き付きを確実に防止できると共に油（冷凍機油）の劣化も防止できる。その結果、冷凍装置の信頼性を更に向上できる。

　加えて、圧縮機構（20）へ油を多量に導入することで、圧縮機構（20）のモータの周囲の温度も低く抑えることができる。その結果、モータの効率を向上させて、圧縮機構（20）の入力を更に削減することができる。

　特に、第２の発明では、圧縮機構（20）の圧縮行程の少なくとも一部の期間で冷媒が等温圧縮されるように油を供給しているので、比較的多量の油を圧縮機構（20）へ供給する必要がある。しかしながら、本発明によれば、回収機構（40）が、このような多量の油からエネルギーを動力として回収しているので、等温圧縮によって冷媒の圧縮動力を効果的に低減でき、且つ回収機構（40）によって回収される動力（即ち、エネルギー）を増大させることができる。

　第３の発明では、高圧冷媒を臨界圧力以上まで圧縮する、超臨界サイクルを行いながら、低温油を圧縮機構（20）へ導入するようにしている。これにより、圧縮機構（20）の圧縮行程では、冷媒を凝縮させることなく、等温変化に近い状態で圧縮でき、冷媒の圧縮動力を効果的に削減できる。

　更に、第４の発明では、低温油を圧縮機構（20）の圧縮途中へ供給するようにしている。これにより、本発明では、圧縮機構（20）で冷媒を有る程度昇温させてから、昇温後の冷媒を油で冷却することができる。その結果、低温油によって冷媒を確実に冷却することができ、等温圧縮による圧縮動力の低減効果を更に向上させることができる。

　また、第５の発明では、低温油を圧縮機構（20）の吸入側へ供給するようにしている。これにより、本発明では、圧縮機構（20）の圧縮行程の開始時から冷媒を低温油によって冷却することができ、等温圧縮による圧縮動力の低減効果を更に向上させることができる。

　第６の発明では、回収機構（40）で回収した油のエネルギーによって出力軸（42）を回転させることができ、この回転動力を所定の動力源として利用できる。そして、第７の発明によれば、出力軸（42）の回転動力を圧縮機構（20）の駆動動力として利用できる。また、第８の発明によれば、膨張機構（30）で回収した冷媒のエネルギーと、回収機構（40）で回収した油のエネルギーとの双方で出力軸（42）を回転させることができ、出力軸（42）で発生する回転動力を増大させることができる。更に、第９の発明によれば、出力軸（42）の回転動力を利用して、発電機（45）で電力を発生させることができ、この電力を冷凍装置の各要素機械の動力源として適宜利用できる。

　第１０の発明では、油分離手段（60）で分離した油を油冷却熱交換器（80）で冷却し、冷却後の油を圧縮機構（20）へ供給するので、圧縮機構（20）の圧縮行程中の冷媒を効果的に冷却することができる。

　特に第１１の発明では、室内の暖房動作中において、油冷却熱交換器（80）内の油の熱を室内へ放出させて該油を冷却するようにしている。これにより、本発明によれば、室内空気を冷媒と油との双方で加熱することができる。その結果、室内の暖房能力を充分に得ることができる。

　更に第１２の発明では、室内の暖房動作中において、第１の油冷却熱交換器（80a）内の油の熱を室内へ放出させて該油を冷却するようにし、室内の冷房動作中において、第２の油冷却熱交換器（80b）内の油の熱を室外へ放出させて該油を冷却するようにしている。これにより、本発明によれば、暖房運転中には、室内空気を冷媒と油との双方で加熱することができ、室内の暖房能力を充分に得ることができる。また、冷房運転中には、油の熱が室内空気へ伝わることを回避できるので、室内の冷房能力も充分に得ることができる。

図１は、実施形態１に係る空気調和装置の概略構成を示す配管系統図である。図２は、回収機構を拡大した縦断面図である。図３は、回収機構の内部を表した横断面図であり、ピストンの動作を示すものである。図４は、本実施形態の理想的な冷凍サイクルを示すものであり、図４(Ａ)はＰ－ｈ線図を、図４(Ｂ)は、Ｐ－Ｖ線図を表したものである。図５は、一般的な冷凍サイクルを示すものであり、図５(Ａ)はＰ－ｈ線図を、図５(Ｂ)は、Ｐ－Ｖ線図を表したものである。図６は、油インジェクション量と、圧縮機構の動力との関係を示すグラフである。図７は、油インジェクション量と、ＣＯＰの改善率との関係を示すグラフである。図８は、実施形態１の変形例に係る空気調和装置の概略構成を示す配管系統図である。図９は、実施形態２に係る空気調和装置の概略構成を示す配管系統図である。図１０は、実施形態３に係る空気調和装置の概略構成を示す配管系統図である。図１１は、実施形態４に係る空気調和装置の概略構成を示す配管系統図である。図１２は、実施形態５に係る空気調和装置における圧縮機構の動作中の第１の状態を示す横断面図である。図１３は、実施形態５に係る空気調和装置における圧縮機構の動作中の第２の状態を示す横断面図である。図１４は、コントローラの構成を示すブロック図である。図１５は、実施形態６に係る空気調和装置のコントローラの構成を示すブロック図である。図１６は、圧縮機構の第１の状態を示す横断面図である。図１７は、圧縮機構の第２の状態を示す横断面図である。図１８は、比較例の圧縮機での等温圧縮による動力削減効果を示すグラフである。図１９は、実施形態６の圧縮機構での等温圧縮による動力削減効果を示すグラフである。図２０は、実施形態７に係る空気調和装置の概略構成を示す配管系統図である。図２１は、実施形態８に係る空気調和装置（暖房運転中）の概略構成を示す配管系統図である。図２２は、実施形態８に係る空気調和装置（冷房運転中）の概略構成を示す配管系統図である。図２３は、その他の実施形態の変形例１に係る空気調和装置の概略構成を示す配管系統図である。図２４は、その他の実施形態の変形例２に係る空気調和装置の概略構成を示す配管系統図である。図２５は、その他の実施形態の変形例３に係る空気調和装置の概略構成を示す配管系統図である。図２６は、その他の実施形態の変形例４に係る空気調和装置の概略構成を示す配管系統図である。図２７は、その他の等温圧縮が行われる冷凍サイクルの一例を示すＰ－ｈ線図である。図２８は、比較例に係る圧縮機構の横断面図である。

符号の説明

10　　空気調和装置（冷凍装置）
11　　冷媒回路
12　　室内熱交換器
13　　室内熱交換器
20　　圧縮機構
30　　膨張機構
40　　回収機構
42　　出力軸
45　　発電機
50　　ピストン（可動部）
60　　油分離器（油分離手段）
70　　油導入管（油供給回路）
80　　油クーラ（油冷却熱交換器）
80a　室内側油クーラ（第１の油冷却熱交換器）
80b　室外側油クーラ（第２の油冷却熱交換器）

　　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

　　《発明の実施形態１》
　本発明の実施形態１ついて説明する。本発明に係る冷凍装置は、室内の空調を行う空気調和装置（10）を構成している。空気調和装置（10）は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行うように構成されている。

　　〈空気調和装置の全体構成〉
　図１に示すように、空気調和装置（10）は、冷媒回路（11）を備えている。冷媒回路（11）では、冷媒が循環することで冷凍サイクルが行われる。冷媒回路（11）には、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ_２）が充填されている。そして、冷媒回路（11）では、冷媒が臨界圧力以上まで圧縮される冷凍サイクル（いわゆる超臨界サイクル）が行われる。更に、冷媒回路（11）には、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）から成る油（冷凍機油）が混在している。

　冷媒回路（11）には、油動力回収型圧縮ユニット（C/O）と、膨張ユニット（E）と、室外熱交換器（12）と、室内熱交換器（13）と、第１四方切換弁（14）と、第２四方切換弁（15）とが設けられている。また、冷媒回路（11）には、油分離器（60）と油導入路（70）と油クーラ（80）とが設けられている。

　油動力回収型圧縮ユニット（C/O）は、圧縮機構（20）と回収機構（40）と電動機（25）とがケーシング（図示省略）の内部に収容されて構成されている。圧縮機構（20）は、ロータリ式の容積型圧縮機を構成している。圧縮機構（20）では、その圧縮室において冷媒が臨界圧力以上まで圧縮される。回収機構（40）は、本体部（41）と出力軸（42）とを有している。回収機構（40）の本体部（41）は、ロータリ式の容積型の流体機械を構成している。出力軸（42）は、圧縮機構（20）と上記本体部（41）とを連結している。電動機（25）は、出力軸（42）を回転駆動させるモータを構成し、出力周波数（即ち、出力軸の回転速度）を可変とするインバータ式に構成されている。

　油動力回収型圧縮ユニット（C/O）には、圧縮機構（20）へ冷媒を吸入させるための吸入管（22）と、圧縮機構（20）で圧縮された冷媒を吐出させるための吐出管（23）とが設けられている。また、油動力回収型圧縮ユニット（C/O）には、回収機構（40）の本体部（41）へ油（冷凍機油）を流入させるための油流入管（43）と、この本体部（41）の油を流出させるための油流出管（44）とが設けられている。

　膨張ユニット（E）は、膨張機構（30）と膨張側出力軸（31）と膨張側発電機（35）とがケーシング（図示省略）の内部に収容されて構成されている。膨張機構（30）は、ロータリ式の容積型膨張機構を構成している。膨張機構（30）では、その膨張室において冷媒が膨張して減圧される。膨張機構（30）では、膨張室で膨張する冷媒によって可動部としてのピストン（図示省略）が回転駆動され、ピストンと連結する膨張側出力軸（31）が更に回転駆動される。これにより、膨張側発電機（35）が駆動されて発電が行われる。つまり、膨張側発電機（35）は、膨張機構（30）の膨張側出力軸（31）と連結して駆動される駆動対象を構成している。膨張ユニット（E）で発電された電力は、油動力回収型圧縮ユニット（C/O）や他の要素機械の動力として利用される。また、膨張ユニット（E）には、膨張機構（30）へ冷媒を流入させるための流入管（33）と、膨張機構（30）から冷媒を流出させるための流出管（34）とが設けられている。

　室外熱交換器（12）は、冷媒を室外空気と熱交換させるための空気熱交換器である。また、室内熱交換器（13）は、冷媒を室内空気と熱交換させるための空気熱交換器である。

　第１四方切換弁（14）及び第２四方切換弁（15）は、それぞれ第１から第４までのポートを有している。第１四方切換弁（14）では、第１のポートが吐出ライン（18）を介して上記吐出管（23）と接続し、第２のポートが吸入ライン（17）を介して上記吸入管（22）と接続している。また、第１四方切換弁（14）では、第３のポートが室外熱交換器（12）の一端と接続し、第４のポートが室内熱交換器（13）の一端と接続している。第２四方切換弁（15）では、第１のポートが上記流入管（33）と接続し、第２のポートが上記流出管（34）と接続している。また、第２四方切換弁（15）では、第３のポートが室外熱交換器（12）の他端と接続し、第４のポートが室内熱交換器（13）の他端と接続している。

　第１四方切換弁（14）と第２四方切換弁（15）とは、それぞれ、第１のポートと第３のポートとが連通し且つ第２のポートと第４のポートとが連通する第１状態（図１の実線で示す状態）と、第１のポートと第４のポートが連通し且つ第２のポートと第３のポートが連通する第２状態（図１の破線で示す状態）とに切り換わるように構成されている。

　油分離器（60）は、上記吐出ライン（18）の途中に設けられている。油分離器（60）は、縦長の略円筒形状の密閉容器から成り、高圧冷媒中から油を分離する油分離手段を構成している。油分離器（60）には、その胴部に冷媒／油流入管（61）が接続され、その頂部に冷媒排出管（62）が接続され、その底部に油排出管（63）が接続されている。油分離器（60）では、冷媒／油流入管（61）から流入した冷媒中から油が分離される。なお、油分離器（60）での油の分離方法としては、旋回流を利用して油を遠心分離する方法や、冷媒と油との比重差を利用して油を沈降分離する方法等が挙げられる。そして、油分離器（60）内では、油が分離された後の冷媒が冷媒排出管（62）を流出し、分離後の油が油排出管（63）を流出する。

　油導入路（70）は、油分離器（60）で分離した油を圧縮機構（20）へ供給する油供給回路を構成している。油導入路（70）は、第１導油管（71）と第２導油管（72）とを含んで構成されている。

　第１導油管（71）は、その始端が油分離器（60）の油排出管（63）と接続し、その終端が油流入管（43）と接続している。第１導油管（71）には、上記油クーラ（80）が設けられている。油クーラ（80）は、油分離器（60）で分離した油を冷却する冷却手段であり、油冷却熱交換器を構成している。本実施形態の油クーラ（80）は、空冷式の熱交換器で構成されている。

　第２導油管（72）は、その始端が油流出管（44）と接続し、その終端が圧縮機構（20）の油インジェクションポート（24）と接続している。圧縮機構（20）の油インジェクションポート（24）は、その圧縮室での圧縮行程の途中箇所に開口している。つまり、本実施形態の油導入路（70）は、油分離器（60）で分離した油を圧縮機構（20）の圧縮行程の途中へ供給するように、圧縮機構（20）に接続されている。

　以上のような構成の油導入路（70）は、圧縮機構（20）の圧縮行程中の冷媒を冷却するように油分離手段（60）で分離した油を圧縮機構（20）へ供給する油供給回路を構成している。また、油導入路（70）は、圧縮機構（20）の圧縮行程の少なくとも一部の期間で冷媒が等温圧縮されるように圧縮機構（20）へ油を供給するように構成されている。

　　〈回収機構の構成〉
　上記回収機構（40）の構成について図２及び図３を参照しながら更に説明する。
回収機構（40）は、油の動力（即ち、油の持つエネルギー）を回収するものである。つまり、高圧冷媒と分離された油は、圧縮機構（20）において油を昇圧させるために使われた動力を、運動エネルギー、位置エネルギー、圧力エネルギー等のエネルギーとして保有している。そこで、回収機構（40）は、このような油のエネルギーを動力として回収する。回収機構（40）の本体部（41）は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ式流体機械で構成されている。また、出力軸（42）は、その一端が本体部（41）と連結し、その他端部が圧縮機構（20）の可動部（ピストン）と連結している。つまり、圧縮機構（20）は、回収機構（40）の出力軸（42）と連結して駆動される駆動対象を構成している。また、出力軸（42）には、主軸部（42a）と偏心部（42b）とが形成されている。偏心部（42b）は、主軸部（42a）に対して所定量だけ偏心し、且つ主軸部（42a）よりも大径に構成されている。

　回収機構の本体部（41）には、その下部から上部へ向かって順に、フロントヘッド（46）、シリンダ（47）、及びリアヘッド（48）が設けられている。シリンダ（47）は、上下に出力軸（42）が貫通する筒状に形成されている。シリンダ（47）は、その下端がフロントヘッド（46）に閉塞され、その上端がリアヘッド（48）に閉塞されている。

　図３にも示すように、シリンダ（47）の内部（シリンダ室）には、可動部としてのピストン（50）が収容されている。ピストン（50）は、円環状あるいは円筒状に形成されている。ピストン（50）の内部には、出力軸（42）の偏心部（42b）が係合して連結している。ピストン（50）は、その外周面がシリンダ（47）の内周面に、一方の端面がフロントヘッド（46）に、他方の端面がリアヘッド（48）にそれぞれ摺接している。シリンダ（47）内には、その内周面とピストン（50）の外周面との間に油室（49）が形成される。油室（49）は、上記油流入管（43）及び油流出管（44）が連通している。

　ピストン（50）には、ブレード（51）が一体に設けられている。ブレード（51）は、ピストン（50）の半径方向へ延びる板状に形成されており、ピストン（50）の外周面から外側へ突出している。このブレード（51）はシリンダ（47）のブレード溝（52）に挿入されている。シリンダ（47）のブレード溝（52）は、シリンダ（47）を厚み方向へ貫通すると共に、シリンダ（47）の内周面に開口している。

　シリンダ（47）には、一対のブッシュ（53）が設けられている。各ブッシュ（53）は、内側面が平面となって外側面が円弧面となるように形成された小片である。シリンダ（47）において、一対のブッシュ（53）は、ブッシュ孔（54）に挿入されてブレード（51）を挟み込んだ状態となる。ブッシュ（53）は、その内側面がブレード（51）と摺接し、その外側面がシリンダ（47）と摺動する。そして、ピストン（50）と一体のブレード（51）は、ブッシュ（53）を介してシリンダ（47）に支持され、シリンダ（47）に対して回動自在で且つ進退自在となっている。

　シリンダ（47）内の油室（49）は、ピストン（50）及びブレード（51）によって仕切られている。そして、図３におけるブレード（51）の左側の部屋が油流入管（43）と連通し、右側の部屋が油流出管（44）と連通している。

　　－運転動作－
　実施形態１に係る空気調和装置（10）の運転動作について説明する。空気調和装置（10）は、第１四方切換弁（14）及び第２四方切換弁（15）の設定に応じて、冷房運転と暖房運転とが可能となっている。まず、空気調和装置（10）の冷房運転時の基本的な動作について説明する。

　冷房運転時には、第１四方切換弁（14）及び第２四方切換弁（15）が第１状態（図１に実線で示す状態）に設定され、冷媒回路（11）で冷媒が循環して蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。その結果、冷房運転時には、室外熱交換器（12）が放熱器（凝縮器）となり、室内熱交換器（13）が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。また、冷媒回路（11）では、その高圧が冷媒である二酸化炭素の臨界圧力よりも高い値に設定され、いわゆる超臨界サイクルが行われる。

　油動力回収型圧縮ユニット（C/O）では、電動機（25）によって圧縮機構（20）が回転駆動される。圧縮機構（20）では、吸入管（22）から圧縮室へ吸入された冷媒が圧縮され、圧縮された冷媒が吐出管（23）より吐出される。圧縮機構（20）から吐出された冷媒は、吐出ライン（18）を流れ、冷媒／油流入管（61）を通じて油分離器（60）内へ流入する。

　油分離器（60）の内部では、冷媒中から油が分離され、油が分離された後の冷媒が上部に溜まり、分離後の油が底部に溜まり込む。分離後の冷媒は、冷媒排出管（62）を流出し、室外熱交換器（12）を流れる。室外熱交換器（12）では、高圧冷媒が室外空気へ放熱する。室外熱交換器（12）を流出した冷媒は、流入管（33）を通じて膨張ユニット（E）の膨張機構（30）へ流入する。

　膨張機構（30）では、膨張室で高圧冷媒が膨張し、これによって膨張側出力軸（31）が回転駆動される。その結果、膨張側発電機（35）が駆動されて、膨張側発電機（35）から電力が発生する。この電力は、圧縮機構（20）や他の要素機械へ供給される。膨張機構（30）で膨張した冷媒は、流出管（34）を通じて膨張ユニット（E）から送り出される。

　膨張ユニット（E）を流出した冷媒は、室内熱交換器（13）を流れる。室内熱交換器（13）では、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。その結果、室内空気が冷やされて冷房が行われる。室内熱交換器（13）を流出した冷媒は、吸入管（22）を通じて圧縮機構（20）へ吸入されて再び圧縮される。

　このような冷房運転時には、空気調和装置（10）の成績係数（ＣＯＰ）を改善するために、油インジェクション動作が行われる。具体的には、油分離器（60）で分離した油は、油排出管（63）を通じて第１導油管（71）を流れる。この冷媒は、油クーラ（80）で所定温度まで冷却される。冷却された油は、油流入管（43）を通じて油動力回収型圧縮ユニット（C/O）の回収機構（40）の本体部（41）へ流入する。

　回収機構（40）の本体部（41）では、油室（49）を流れる油によってピストン（50）が回転駆動され、ピストン（50）がシリンダ（47）内を、図３の(Ａ)→(Ｂ)→(Ｃ)→(Ｄ)→(Ａ)→…という順に偏心回転する。このピストン（50）の偏心回転に伴い、偏心部（42b）、更には主軸部（42a）が回転駆動される。その結果、この回転動力は、圧縮機構（20）を駆動するための駆動動力として利用される。以上のように、油動力回収型圧縮ユニット（C/O）では、回収機構（40）によって回収された油のエネルギーが、圧縮機構（20）の駆動動力として回収され、圧縮機構（20）の動力が軽減される。

　油室（49）でエネルギーが回収された油は、所定圧力まで減圧された後、油流出管（44）を通じて回収機構（40）の本体部（41）から流出する。流出後の油は、第２導油管（72）を介して圧縮機構（20）の油インジェクションポート（24）へ流入する。その結果、圧縮機構（20）では、圧縮室での圧縮行程の途中へ低温の油が供給され、油インジェクション動作が行われる。

　この油インジェクション動作により、冷房運転時の圧縮機構（20）では、冷媒がＰ－ｈ線図上の等温線に近づくように圧縮され、いわゆる等温圧縮が行われる。この点について、図４(Ａ)及び(Ｂ)を参照しながら説明する。ここで、図４(Ａ)は、理想的な等温圧縮での冷凍サイクルを示すＰ－ｈ線図であり、図４(Ｂ)は、図４(Ａ)の冷凍サイクルに対応するＰ－Ｖ線図である。

　冷房運転時の冷媒回路（11）では、圧縮機構（20）の吸入側の冷媒が所定温度だけ過熱されるようなスーパーヒート制御が行われる。この吸入冷媒は、図４のＡ点より圧縮機構（20）で圧縮され、所定量だけ昇圧／昇温されてからＢ点で油と混合する。圧縮機構（20）で冷媒と油とが混合されると、上記油クーラ（80）で冷却されて低温となった油により、冷媒が冷却される。つまり、圧縮行程では、Ｂ点以降において冷媒が油によって冷やされながら、更に圧縮される。その結果、冷媒は、図４(Ａ)に示す等温線（例えば約４０℃）に沿うように圧縮されて、目標の高圧圧力（Ｃ点）に至る。このように、Ａ点→Ｂ点→Ｃ点のような挙動で冷媒を圧縮させることで、圧縮機構（20）で冷媒を圧縮するのに要する動力が効果的に低減される。以上のように、本実施形態の圧縮機構（20）では、低圧冷媒が圧縮されてから高圧冷媒に至るまでの圧縮行程（即ち、Ａ点からＣ点に至るまでの行程）において、その一部のＢ点からＣ点の期間で冷媒が等温圧縮される。

　ところで、例えば圧縮行程で一般的な断熱圧縮が行われると、冷媒は図４に示すＡ→Ｂ→Ｃ’のような挙動で圧縮される。その結果、この冷凍サイクルでは、冷媒の圧縮動力が大きくなってしまう。これに対し、本実施形態のように、油インジェクション動作により圧縮行程中に冷媒を冷却すると、一般的な断熱圧縮と比して、図４(Ｂ)のＢ点－Ｃ点－Ｃ’点で囲まれる面積ΔＳ分だけ圧縮機構（20）での冷媒の圧縮動力を削減できる。

　また、本実施形態のように、冷媒として二酸化炭素を用いて超臨界サイクルを行うもので、上記の油インジェクション動作を行うと、圧縮機構（20）の圧縮動力の削減効果が向上する。この点について以下に説明する。

　まず、本実施形態の冷媒回路（11）では、上述のように、二酸化炭素を臨界圧力（図４(Ａ）のｃＰ点に示す圧力）以上となるように、圧縮行程で冷媒を圧縮している。このため、圧縮行程ではＢ点→Ｃ点で冷媒を冷却しながら圧縮する際、冷媒が気液二相領域（凝縮領域）に至ることを回避できる。つまり、超臨界サイクルでは、油の冷熱が冷媒の凝縮に利用されることを回避できるので、冷媒を効果的に低温化することができ、冷媒の挙動を等温線に近づけることができる。

　これに対し、例えば図５に示す、通常の蒸気圧縮式冷凍サイクル（ここでは、冷媒をＲ４１０Ａとした場合）の圧縮行程では、冷媒が臨界圧力よりも小さい範囲で圧縮される。このため、この冷凍サイクルに上記油インジェクション動作を適用した場合、Ａ１点で冷媒が圧縮されてＢ１点から冷媒が油で冷却される際に、冷媒が気液二相領域（凝縮領域）に至ってしまう。その結果、この冷凍サイクルでは、Ｂ１点→Ｃ１点の範囲でしか等温圧縮を行うことができない。

　以上のような理由により、図５の冷凍サイクルに油インジェクション動作を適用した場合には、圧縮機構の圧縮動力の削減量が図５(Ｂ)のＢ１点－Ｃ１点－Ｃ１’点で囲まれるΔＳ’となってしまう。これに対し、本実施形態の超臨界サイクルに油インジェクション動作を適用した場合には、圧縮機構（20）の圧縮動力の削減量がΔＳとなり、圧縮動力の削減効果が高いものとなる。

　更に、本実施形態では、上述のように、回収機構（40）によって油の動力を回収している。これにより、油インジェクション動作による冷媒の圧縮動力の低減効果を図りつつ、更に油の昇圧に必要な圧縮動力も低減される。この点について図６を参照しながら説明する。

　上記油インジェクション動作を行うと、圧縮機構（20）では、冷媒の圧縮動力（図６のＷｒ）に加えて、油の昇圧に要する動力（図６のＷｏ）を費やすことになる。ここで、冷媒の圧縮動力Ｗｒは、上述のように、油インジェクション動作による等温圧縮の効果により小さくなる。従って、冷媒の圧縮動力Ｗｒは、圧縮機構（20）へ供給される低温の油の量（油インジェクション量Ｇoil）が多ければ多いほど、小さくなっていく。一方、このように油インジェクション量Ｇoilが多くなると、圧縮機構（20）では、油の昇圧に要する圧縮動力Ｗｏが増大していく。従って、圧縮機構（20）では、その全体としての動力Ｗｔ（即ち、Ｗｒ＋Ｗｏ）と、油インジェクション量Ｇoilとの関係が、図６で示すような関係となり、油インジェクション量Ｇoilが所定値（Ｇｂ）よりも大きくなると、かえって圧縮機構（20）の全体の動力Ｗｔが増大してしまう虞がある。

　そこで、本実施形態では、油の昇圧に要する圧縮動力Ｗｏを回収するべく、回収機構（40）を用いるようにしている。具体的に、例えば油インジェクション量Ｇoilを所定値より大きいＧｂとして油インジェクション動作を行った場合、油の昇圧に要する圧縮動力Ｗｏも増大するが、油動力回収型圧縮ユニット（C/O）では、昇圧後の油の動力（エネルギー）が、圧縮機構（20）の駆動動力として回収される。その結果、本実施形態では、油インジェクション量Ｇoilを多量としても、この空気調和装置（10）で比較的高いＣＯＰの改善率（等温圧縮による効果）を得ることができる。

　即ち、例えば図７に示すように、回収機構（40）で油の動力を回収しないもの（図７の破線Ｌ-0）では、油インジェクション量が所定値Ｇｂよりも多くなると、等温圧縮の効果に起因する冷媒の圧縮動力Ｗｒの削減量よりも油の昇圧に要する動力Ｗｏの方が大きくなってしまい、ＣＯＰ改善率がかえって低くなってしまう。しかしながら、回収機構（40）で油の動力を回収するようにすると、油の昇圧に要する動力Ｗｏの増大に伴い、圧縮機構（20）へ回収される油の動力が大きくなる。その結果、例えば回収機構（40）の動力回収率が５０％のもの（図７の実線Ｌ-50）では、油インジェクション量を多くしても、高いＣＯＰ改善率を得ることができる。そして、このＣＯＰ改善率は、回収機構（40）の動力回収率が高ければ高いほど（例えば図７の実線L-80（油動力回収率80％）や実線L-100（油動力回収率100%）を参照）、特に油インジェクション量Ｇoilが多い条件下で増大することになる。

　　－実施形態１の効果－
　上記実施形態１では、油分離器（60）で高圧冷媒中から油を分離し、この油のエネルギーを回収機構（40）で回収して圧縮機構（20）の駆動動力として利用するようにしている。このため、圧縮機構（20）で油の昇圧に要した動力を回収機構（40）で回収でき、空気調和装置（10）の省エネルギーを向上できる。

　また、上記実施形態１では、油分離器（60）で分離した油を油クーラ（80）で冷却し、低温とした油を圧縮機構（20）へ供給している。このため、圧縮機構（20）では、図４に示すような等温圧縮の挙動（即ち、Ａ点→Ｂ点→Ｃ点）に近づくように、冷媒を圧縮することができ、冷媒の圧縮動力を大幅に削減することができる。しかも、油インジェクション量Ｇoilを多くすることで、冷媒の冷却効果が向上して冷媒の圧縮動力が更に低減される一方、回収機構（40）で回収される油のエネルギーも増大する。その結果、空気調和装置（10）のＣＯＰ改善率を大幅に向上でき、省エネ性を更に向上できる。なお、ここで、空気調和装置（10）のＣＯＰ改善率を効果的に向上させるための、油インジェクション量（質量流量）は、圧縮機構（20）への吸入冷媒の量（質量流量）の約０．５倍以上約６．０倍以下の範囲であることが好ましい。

　加えて、このように油インジェクション量を多くして、圧縮機構（20）へ低温の油を積極的に導入することで以下のような副次的な効果も得られる。具体的には、まず、圧縮機構（20）の吐出冷媒の昇温を防止でき、空気調和装置（10）のシステム異常や、圧縮機構（20）の機械的な損傷を回避できる。また、圧縮機構（20）では、ピストンや軸受け等の摺動部の潤滑が充分図られ、且つ摺動部の放熱効果も向上する。その結果、これらの摺動部での機械損失の増大や焼き付きを防止できる。更に、圧縮機構（20）では、油も比較的低い温度に抑えられるために、油の温度が過剰となって劣化することも回避できる。加えて、圧縮機構（20）では、その周囲温度も比較的低温に抑えられる。その結果、油動力回収型圧縮ユニット（C/O）では、そのケーシング内の温度も比較的低くなる。これにより、電動機（25）の周囲温度も低くなることから、電動機（25）のモータ効率が向上し、圧縮機構（20）の入力が更に低減されることになる。

　また、上記実施形態１では、高圧冷媒を臨界圧力以上まで圧縮する、超臨界サイクルを行いながら、低温油を圧縮機構（20）へ導入するようにしている。これにより、圧縮機構（20）の圧縮行程では、冷媒を凝縮させることなく等温線に近づくように圧縮でき（例えば図４参照）、通常の冷凍サイクル（例えば図５参照）と比較して、冷媒の圧縮動力を効果的に削減できる。

　更に、上記実施形態１では、低温とした油を圧縮機構（20）の圧縮途中へ供給するようにしている。これにより、圧縮機構（20）で冷媒を有る程度昇温させてから、昇温後の冷媒を油で冷却することができる。このため、油と混合する冷媒が、油よりも低い温度になるのを回避でき、冷媒が油によって加熱されてしまうのを防止できる。その結果、低温油によって冷媒を確実に冷却することができ、等温圧縮による圧縮動力の低減効果を更に向上させることができる。

　　〈実施形態１の変形例１〉
　上記実施形態１では、冷媒を膨張する膨張機構として、容積型流体機械から成る膨張機構（30）を用いるようにしている。しかしながら、図８に示すように、膨張機構として開度が調節自在な電子式の膨張弁（38）を用いて冷媒を減圧するようにしても良い。

　　《発明の実施形態２》
　本発明の実施形態２について説明する。実施形態２では、冷媒回路（11）の構成が上記実施形態１と異なっている。図９に示すように、実施形態２の冷媒回路（11）では、圧縮機構（20）と膨張機構（30）とが一体となって膨張圧縮ユニット（C/E）に組み込まれ、回収機構（40）が油動力回収ユニット（O）に組み込まれている。

　具体的に、膨張圧縮ユニット（C/E）は、圧縮機構（20）と膨張機構（30）と膨張側出力軸（31）と電動機（25）とがケーシング（図示省略）内に収容されて構成されている。圧縮機構（20）と膨張機構（30）とは、膨張側出力軸（31）を介して互いに連結している。つまり、膨張圧縮ユニット（C/E）では、膨張機構（30）で回収された冷媒のエネルギーが、圧縮機構（20）の駆動動力として利用される。換言すると、圧縮機構（20）は、膨張機構（30）の膨張側出力軸（31）と連結して駆動される駆動対象を構成している。

　また、油動力回収ユニット（O）は、回収機構（40）と発電機（45）とがケーシング（図示省略）に収容されて構成されている。回収機構（40）の出力軸（42）は、発電機（45）と連結されている。つまり、油動力回収ユニット（O）では、回収機構（40）で回収された油の動力（即ち、油のエネルギー）によって発電機（45）が駆動され、この発電機（45）で電力が発生する。発電機（45）で発生した電力は、圧縮機構（20）や他の要素機械の駆動動力として利用される。

　実施形態２の空気調和装置（10）の冷房運転時には、圧縮膨張ユニット（C/E）の圧縮機構（20）で圧縮された冷媒が、油分離器（60）に流入する。油分離器（60）で油が分離された冷媒は、室外熱交換器（12）で放熱した後、圧縮膨張ユニット（C/E）の膨張機構（30）で膨張する。その結果、膨張機構（30）で膨張する冷媒により得られた動力（即ち、膨張動力）が、圧縮機構（20）の駆動動力として利用される。膨張機構（30）で膨張した冷媒は、室内熱交換器（13）で蒸発して室内の冷房に利用された後、圧縮膨張ユニット（C/E）の圧縮機構（20）に吸入される。

　一方、油分離器（60）で分離された油は、油クーラ（80）で冷却された後、油動力回収ユニット（O）の回収機構（40）へ流入する。回収機構（40）では、油室（49）の油によって出力軸（42）が回転駆動され、発電機（45）が駆動される。その結果、発電機（45）で電力が発生する。

　回収機構（40）で動力が回収されて減圧した油は、圧縮膨張ユニット（C/E）の圧縮機構（20）の油インジェクションポート（24）へ流入する。圧縮機構（20）では、圧縮途中の冷媒が油によって冷却されることで、冷媒が等温線に近づくように圧縮される。その結果、冷媒の圧縮に要する動力が軽減される。

　以上のように、本実施形態においても、油インジェクション量を比較的多めに設定することで、等温圧縮効果により、冷媒の圧縮動力が低減され、且つ昇圧後の油から回収される油の動力（即ち、油のエネルギー）も多くなる。その結果、実施形態２においても、空気調和装置（10）のＣＯＰが効果的に向上する。

　　《発明の実施形態３》
　本発明の実施形態３について説明する。実施形態３では、冷媒回路（11）の構成が上記各実施形態と異なっている。図１０に示すように、実施形態３の冷媒回路（11）では、圧縮機構（20）が圧縮ユニット（C）に組み込まれ、膨張機構（30）と回収機構（40）とが一体的に油動力回収型膨張ユニット（E/O）に組み込まれている。

　具体的に、圧縮ユニット（C）は、圧縮機構（20）と駆動軸（21）と電動機（25）とがケーシング（図示省略）に収容されて構成されている。圧縮機構（20）と電動機（25）とは、駆動軸（21）を介して互いに連結している。つまり、圧縮ユニット（C）では、電動機（25）によって圧縮機構（20）が駆動される。

　また、油動力回収型膨張ユニット（E/O）は、膨張機構（30）と回収機構（40）と発電機（45）とがケーシング（図示省略）に収容されて構成されている。回収機構（40）の出力軸（42）には、その端部に上記膨張機構（30）が連結し、その中間部に発電機（45）が連結している。つまり、油動力回収型膨張ユニット（E/O）では、膨張機構（30）で冷媒のエネルギーが回収され、且つ回収機構（40）で油のエネルギーが回収される。これらのエネルギーは、出力軸（42）を介して発電機（45）の駆動動力として利用される。換言すると、発電機（45）は、回収機構（40）及び膨張機構（30）と出力軸（42）を介して連結して駆動される駆動対象を構成している。その結果、発電機（45）では、上記実施形態１の膨張ユニット（E）よりも多量の電力が発生する。発電機（45）で発生した電力は、圧縮機構（20）や他の要素機械の駆動動力として利用される。

　実施形態３の空気調和装置（10）の冷房運転時には、圧縮ユニット（C）の圧縮機構（20）で圧縮された冷媒が、油分離器（60）に流入する。油分離器（60）で油が分離された冷媒は、室外熱交換器（12）で放熱した後、油動力回収型膨張ユニット（E/O）の膨張機構（30）で膨張する。その結果、膨張機構（30）で膨張する冷媒により得られた動力は、発電機（45）の発電に利用される。膨張機構（30）で膨張した冷媒は、室内熱交換器（13）で蒸発して室内の冷房に利用された後、圧縮ユニット（C）の圧縮機構（20）に吸入される。

　一方、油分離器（60）で分離された油は、油クーラ（80）で冷却された後、油動力回収型膨張ユニット（E/O）の回収機構（40）へ流入する。回収機構（40）では、油室（49）の油の動力によって出力軸（42）が回転駆動され、発電機（45）が駆動される。その結果、発電機（45）で電力が発生する。

　回収機構（40）で動力が回収されて減圧した油は、油動力回収型膨張ユニット（E/O）を流出し、圧縮ユニット（C）の圧縮機構（20）の油インジェクションポート（24）へ流入する。圧縮機構（20）では、圧縮途中の冷媒が油によって冷却されることで、冷媒が等温線に近づくように圧縮される。その結果、冷媒の圧縮に要する動力が軽減される。以上のように、本実施形態においても、油インジェクション量を比較的多めに設定することで、等温圧縮効果により、冷媒の圧縮動力が低減され、且つ昇圧後の油から回収される油のエネルギーも多くなる。その結果、実施形態３においても、空気調和装置（10）のＣＯＰが効果的に向上する。

　　《発明の実施形態４》
　本発明の実施形態４について説明する。実施形態４では、冷媒回路（11）の構成が上記各実施形態と異なっている。図１１に示すように、実施形態４の冷媒回路（11）では、圧縮機構（20）と膨張機構（30）と回収機構（40）とが一体的に油動力回収型膨張圧縮ユニット（C/E/O）に組み込まれている。

　具体的に、油動力回収型膨張圧縮ユニット（C/E/O）は、圧縮機構（20）と膨張機構（30）と回収機構（40）と電動機（25）とがケーシング（図示省略）に収容されて構成されている。回収機構（40）の出力軸（42）には、その端部に膨張機構（30）が連結し、その中間部に圧縮機構（20）が連結している。また、出力軸（42）には、膨張機構（30）と圧縮機構（20）との間に電動機（25）が連結している。以上のように、油動力回収型膨張圧縮ユニット（C/E/O）では、膨張機構（30）で冷媒のエネルギーが回収され、且つ回収機構（40）で油のエネルギーが回収される。これらの双方のエネルギーは、出力軸（42）を介して圧縮機構（20）を回転駆動する動力として利用される。換言すると、圧縮機構（20）は、回収機構（40）及び膨張機構（30）と出力軸（42）を介して連結して駆動される駆動対象を構成している。その結果、油動力回収型膨張圧縮ユニット（C/E/O）では、上記実施形態１の油動力回収型圧縮ユニット（C/O）と比較して、電動機（25）による圧縮機構（20）の駆動電力が軽減される。

　実施形態４の空気調和装置（10）の冷房運転時には、油動力回収型膨張圧縮ユニット（C/E/O）の圧縮機構（20）で圧縮された冷媒が、油分離器（60）に流入する。油分離器（60）で油が分離された冷媒は、室外熱交換器（12）で放熱した後、膨張機構（30）で膨張する。その結果、膨張機構（30）で膨張した冷媒のエネルギーは、出力軸（42）を介して圧縮機構（20）の駆動動力として利用される。膨張機構（30）で膨張した冷媒は、室内熱交換器（13）で蒸発して室内の冷房に利用された後、圧縮ユニット（C）の圧縮機構（20）に吸入される。

　一方、油分離器（60）で分離された油は、油クーラ（80）で冷却された後、回収機構（40）へ流入する。回収機構（40）では、油室（49）の油によって出力軸（42）が回転駆動され、この出力軸（42）の回転動力が圧縮機構（20）の駆動動力として利用される。

　回収機構（40）でエネルギーが回収されて減圧した油は、圧縮機構（20）の油インジェクションポート（24）へ流入する。圧縮機構（20）では、圧縮途中の冷媒が油によって冷却されることで、冷媒が等温線に近づくように圧縮される。その結果、冷媒の圧縮に要する動力が軽減される。以上のように、本実施形態においても、油インジェクション量を比較的多めに設定することで、等温圧縮効果により、冷媒の圧縮動力が低減され、且つ昇圧後の油から回収される油のエネルギーも多くなる。その結果、実施形態４においても、空気調和装置（10）のＣＯＰが効果的に向上する。

　　《発明の実施形態５》
　本発明の実施形態５について説明する。実施形態５の空気調和装置（10）は、上述した各実施形態について、油インジェクション機構（100）とコントローラ（95）とを付与したものである。

　　〈圧縮機構及び油インジェクション機構の構成〉
　まず、実施形態５における圧縮機構（20）の概略構成と油インジェクション機構（100）の概要について説明する。なお、この例では、上述の実施形態１の空気調和装置（10）において、圧縮機構（20）に油インジェクション機構（100）を設けている。

　図１２に示すように、この圧縮機構（20）は、上記回収機構（40）と同様に、揺動ピストン型のロータリ式流体機械で構成されている。圧縮機構（20）は、圧縮室（26）を有し、この圧縮室（26）へ作動流体である冷媒として二酸化炭素を吸入して、圧縮するように構成されている。また、油インジェクション機構（100）は、油インジェクションポート（24）を開閉可能に構成され、所定のタイミングで上記圧縮室（26）へ冷凍機油を供給するように構成されている。この圧縮機構（20）は、上述したように油動力回収型圧縮ユニット（C/O）のケーシング内に収納されている。

　この圧縮機構（20）は、圧縮室（26）を有するシリンダ（27）内でのピストン（28）の動作により冷媒を吸入して圧縮するように構成されている。また、この圧縮機構（20）は、圧縮室（26）が断面円形に形成されるとともに、ピストン（28）が該圧縮室（26）内で偏心回転運動をするように構成されている。

　上記ピストン（28）は、出力軸であるクランク軸（42）のクランクピン（42c）に嵌合して偏心回転運動をする環状部（28a）と、この環状部（28a）と一体に形成されたブレード（28b）とを有している。ブレード（28b）は、プレート状であって、環状部（28a）の径方向外側へ延在している。シリンダ（27）は、ブレード（28b）を摺動可能に保持する揺動ブッシュ（29）を有している。揺動ブッシュ（29）は、それぞれほぼ半円形の吸入側ブッシュ（29a）と吐出側ブッシュ（29b）とから構成されている。吸入側ブッシュ（29a）と吐出側ブッシュ（29b）は、一部で連結して一体にしてもよい。

　シリンダ（27）には、圧縮室（26）へ冷媒を吸入するように一端が圧縮室（26）に開口した吸入ポート（22a）が形成されている。この吸入ポート（22a）の他端は、上記吸入ライン（17）の吸入管（22）と連通している。また、シリンダ（27）は、上記回収機構（40）と同様に、軸方向の両端面を塞ぐ２枚の端板（27a,27b）（電動機側の端板（27a）をフロントヘッドといい、電動機と反対側の端板（27b）をリヤヘッドという）を有している。フロントヘッド（27a）とリヤヘッド（27b）の一方には、圧縮室（26）で圧縮された冷媒を油動力回収型圧縮ユニット（C/O）のケーシング内の空間へ吐出するための吐出ポート（23a）が形成されている。この吐出ポート（23a）には吐出弁としてリード弁（図示せず）が設けられていて、圧縮室（26）内の圧力と上記油動力回収型圧縮ユニット（C/O）のケーシング内の圧力との圧力差が所定値に達すると吐出ポート（23a）が開くようになっている。この油動力回収型圧縮ユニット（C/O）のケーシングには上記吐出管（23）が直に接続されており、吐出ポート（23a）を流出した冷媒は、吐出管（23）を経て冷媒回路（11）の吐出ライン（18）へ吐出される。

　上記吸入ポート（22a）は、図１２において縦軸の上方向を０°の位置とすると、そこから横軸の右方向へθｓだけ角度をとった位置に設けられている。また、上記油インジェクション機構（100）は、シリンダ（27）に設けられた噴射ノズル部（101）を有し、この噴射ノズル部（101）は角度がθｉの位置に設けられていて、油インジェクションポート（24）を介して圧縮室（26）に連通している。以上の構成により、上記吸入ポート（22a）と油インジェクションポート（24）は、図１３に示す吸入行程中には圧縮室（26）を介して互いに連通する位置に配置されていることになる。

　上記油インジェクション機構（100）の噴射ノズル部（101）は、円筒状のインジェクションケース（102）と、このインジェクションケース（102）の軸方向へスライド可能なスプール（103）と、このスプール（103）を駆動する駆動機構（104）とを有している。インジェクションケース（102）の一端には、上記油インジェクションポート（24）と連通する油噴射口（105）が形成されている。また、インジェクションケース（102）の他端には、上述の油導入路（70）の第２導油管（72）と繋がる油供給管（106）が接続されている。

　上記スプール（103）は、油噴射口（105）側の端部がテーパ状の弁部（107）として形成されている。油噴射口（105）は、インジェクションケース（102）の内面側が、スプール（103）の弁部（107）と同じ角度のテーパ面により形成された弁座（108）になっている。この構成において、スプール（103）が後退して弁部（107）の外周面がインジェクションケース（102）の弁座（108）の内周面から離れると（図１２の状態）、油供給管（106）から供給されてきた冷凍機油が弁部（107）と弁座（108）の間の隙間を通って油インジェクションポート（24）から圧縮室（26）内へ噴射される。一方、スプール（103）が前進して弁部（107）の外周面がインジェクションケース（102）の弁座（108）の内周面に圧接すると（図１３の状態）、油供給管（106）から供給されてきた冷凍機油は、インジェクションケース（102）内が密閉空間になるために、圧縮室（26）へは噴射されなくなる。

　スプール（103）を軸方向へ進退させる駆動機構（104）としては、ソレノイド機構（109）が用いられている。ソレノイド機構（109）は、スプール（103）に固定された鉄心（110）と、インジェクションケース（102）に固定されたコイル（111）とを有している。インジェクションケース（102）内には、スプール（103）を後退させる方向へバネ力を加えるコイルバネ（112）が設けられ、スプール（103）には、コイルバネ（112）の一端を受けるバネ受け（113）が固定されている。コイルバネ（112）の他端は、インジェクションケース（102）の油噴射口（105）側の端面に接している。

　上記ソレノイド機構（109）のコイル（111）に電流を流さない状態では、スプール（103）が可動範囲の後端まで後退する。このとき、鉄心（110）はコイル（111）の中心から外れており、スプール（103）の弁部（107）と油噴射口（105）の弁座（108）との間には隙間が形成されている（図１２）。一方、ソレノイド機構（109）のコイル（111）に電流を流した状態では、コイルバネ（112）のバネ力に抗して鉄心（110）がスプール（103）の前方へに引っ張られ、スプール（103）の弁部（107）と油噴射口（105）の弁座（108）とが圧接する（図１３）。このとき、上記の隙間がなくなり、インジェクションケース（102）の内部が密閉空間となる。

　　〈コントローラの構成〉
　実施形態５の空気調和装置（10）は、上記油インジェクション機構（100）を制御する制御手段として、コントローラ（95）を有している。

　上記圧縮機構（20）を制御するコントローラ（制御手段）（95）は、図１４のブロック図に示すように構成されている。コントローラ（95）は、入力値（諸元）読込部（96）と、測定値（または設定値）読込部（97）と、計算値決定部（98）とを有している。入力値読込部（96）と測定値読込部（97）は、計算値決定部（98）へ信号を送るように、この計算値決定部（98）と接続されている。計算値決定部（98）では、吸入ポート（22a）の位置θｓと、油インジェクションポート（24）の位置θｉと、クランク軸（42）の回転速度ωと、クランク軸（42）の回転角度の現在値θｃとに基づいて、インジェクションタイミングが求められ、コントローラ（95）から油インジェクション機構（100）へ制御信号が送られる。そして、この制御信号に基づいてソレノイド機構（109）のオンとオフが制御され、油の噴射タイミングがコントロールされる。

　具体的には、圧縮機構（20）において吸入行程と圧縮行程と吐出行程とを１サイクルとする動作中に、吸入行程が終了する位置をインジェクション開始点とし、吐出行程が終了する前の位置（この実施形態ではピストン（28）が油インジェクションポート（24）を通過する位置に達した点）をインジェクション終了点として、コントローラ（95）が、インジェクション開始点からインジェクション終了点の範囲の少なくとも一部で油インジェクション動作を行うように上記油インジェクション機構（100）を制御する。特に、コントローラ（95）を、インジェクション開始点からインジェクション終了点の範囲の全体で油インジェクション動作を行うように構成することが、その範囲の全域にわたって等温圧縮を行えるようにするために好ましい。

　　〈油インジェクション動作中の噴射ノズル部の開閉タイミング〉
　次に、油インジェクション動作中の噴射ノズル部（101）の開閉タイミングについて説明する。

　まず、コントローラ（95）には、入力値読込部（96）に、吸入ポート（22a）の位置θｓと油インジェクション機構（100）の位置θｉとが、予め設定された位置として入力されている。このコントローラ（95）では、運転中のクランク軸（42）の回転速度ωと、クランク軸（42）の回転角度の現在値θｃとが、測定値読込部（97）で測定される。そして、計算値決定部（98）において、これらの値に基づいてインジェクションタイミングが求められる。

　このインジェクションタイミングは、吸入行程と圧縮行程と吐出行程とを１サイクルとする動作中に、吸入行程が終了する位置をインジェクション開始点θｓとし、吐出行程が終了する前の位置（具体的にはピストン（28）が油インジェクションポート（24）を通過する位置に達した点）をインジェクション終了点θｉとして、インジェクション開始点θｓからインジェクション終了点θいの範囲の少なくとも一部か、またはその範囲の全部で油インジェクション動作を行うように定められる。この範囲の全部で油インジェクション動作を行う場合は、図１２に示すようにピストン（28）がθｓからθｉの範囲に位置しているときに油インジェクション機構（100）の噴射ノズル部（101）のスプール（103）を後退させて油噴射口（105）を開口させ、図１３に示すようにピストン（28）がθｉからθｓの範囲に位置しているときに油インジェクション機構（100）の噴射ノズル部（101）のスプール（103）を前進させて油噴射口（105）を閉塞することになる。

　そして、コントローラ（95）は、図１４の計算値決定部（98）で求めたインジェクション時間Δｔの間だけ油噴射口（105）が開口されるようにインジェクションタイミングを決定して、油インジェクション機構（100）の油噴射口（105）を開閉し、圧縮機構（20）への油インジェクション動作を制御する。

　ここで、従来の油インジェクション機構（100）では、油噴射口（105）が常に開口していたので、図２８に示すようにピストン（28）がθｉからθｓの範囲に位置するときは、吸入ポート（22a）と油インジェクションポート（24）が圧縮室（26）を介して連通してしまい、油インジェクションポート（24）から圧縮室（26）に入った油が吸入ポート（22a）へ逆流してしまうことがあった。

　これに対して、本実施形態では、図１２に示すように、ピストン（28）がθｓからθｉの範囲に位置しているときは油インジェクション機構（100）のスプール（103）を後退させて油噴射口（105）を開口させるようにしているので、その範囲では正常なインジェクション動作を行うことができるし、図１３に示すようにピストン（28）がθｉからθｓの範囲に位置しているときは油インジェクション機構（100）のスプール（103）を前進させて油噴射口（105）を閉塞するようにしているので、その範囲では無駄な油インジェクション動作が行われない。

　以上のように、実施形態５では、吸入行程と圧縮行程と吐出行程とを１サイクルとするピストン（28）の動作中に、吸入ポート（22a）と油インジェクションポート（24）が連しない間は油インジェクションポート（24）を開くようにしているので、その間は油インジェクション動作をすることによって上述した等温圧縮の効果を充分に得ることができる。また、ピストン（28）の動作中に吸入ポート（22a）と油インジェクションポート（24）が連通する間は油インジェクションポート（24）を閉じるようにしているので、その間は油が圧縮室（26）に流入するのを防止できる。ピストン（28）の動作中に吸入ポート（22a）と油インジェクションポート（24）が連通する間に油インジェクションポート（24）が開いていると、油インジェクションポート（24）から圧縮室（26）に流入した冷凍機油が吸入ポート（22a）へ逆流して冷媒の吸入が妨げられるおそれがあるが、本実施形態では冷凍機油が吸入ポート（22a）へ逆流することはない。したがって、吸入損失が発生してしまうのを防止できる。

　また、この実施形態では、圧縮機回転速度、吸入圧力、吐出圧力、エンタルピ、冷媒循環量などの多くの値から必要な冷却量を計算して液冷媒噴射装置の開口時間やインジェクション量を算出したり、圧縮機入力を測定してそれが最小値になるようにするための計算ロジックをコントローラ（95）に実装したりする必要はなく、単純に吸入ポート（22a）位置をインジェクション開始点θｓとし、油インジェクションポート（24）の位置をインジェクション終了点θｉとして、その範囲内でタイミングをとって油インジェクション動作を行うようにしているため、油インジェクション機構（100）におけるインジェクションタイミングの算出が非常に容易になり、単純な計算ロジックを実装するだけで効果的な油インジェクションが可能となる。

　以上のことから、本実施形態によれば、油インジェクションによる等温圧縮を行う圧縮機において、吸入損失を増加させることなく冷却に必要な大量の油をインジェクションすることができるとともに、複雑な制御をしなくても効果的な等温圧縮の実現が可能となり、大幅なシステム性能の向上が可能となる。

　　《発明の実施形態６》
　本発明の実施形態６について説明する。実施形態６の空気調和装置（10）は、上記実施形態５と同様の油インジェクション機構（100）を有する一方、実施形態５とコントローラ（95）の構成が異なるものである。

　　〈コントローラの構成〉
　実施形態６のコントローラ（95）は、図１５のブロック図に示すように構成されている。コントローラ（95）は、入力値（諸元）読込部（96）と、測定値（または設定値）読込部（97）と、計算値決定部（98）とを有している。入力値読込部（96）と測定値読込部（97）は、計算値決定部（98）へ信号を送るため、この計算値決定部（98）と接続されている。計算値決定部（98）では、シリンダ容積Ｖｃと、吸入ポート位置θｓと、油インジェクション位置θｉ（以上、入力値読込部（96）のデータ）と、クランク軸（42）の回転速度ωと、クランク軸（42）の回転角度の現在値θｃと、吸入ガス温度Ｔｓと、冷媒回路（11）の低圧圧力Ｌｐと、冷媒回路（11）の高圧圧力Ｈｐと、インジェクション油温度Ｔｏと、インジェクション油圧力Ｐｏ（以上、測定値読込部（97）のデータ）とに基づいて、油インジェクション動作のタイミングが求められる。つまり、圧縮途中の冷媒ガス温度をＴｒとしたときに、Ｔｒ＝Ｔｏとなるインジェクション開始位置θ１と、圧縮途中の冷媒ガス圧力をＰｒとしたときにＰｒ＝Ｐｏとなるインジェクション終了位置θ２と、θ１からθ２に達するまでのインジェクション時間Δｔとが求められて、これらの値を表す制御信号がコントローラ（95）から油インジェクション機構（100）へ送られる。そして、この制御信号に基づいてソレノイド機構（109）のオンとオフが制御され、油の噴射タイミングがコントロールされる。なお，圧縮途中の冷媒ガス温度Ｔｒと圧縮途中の冷媒ガス圧力Ｐｒは，シリンダ容積Ｖｃや吸入ポート位置θｓなどの圧縮機諸元と、吸入ガス温度Ｔｓや冷媒回路（11）の低圧圧力Ｌｐ、冷媒回路（11）の高圧圧力Ｈｐなどの測定値と、予めコントローラに記録された冷媒物性データとから算出する。図１５中のインジェクション開始位置θ１とインジェクション終了点θ２の計算には、圧縮途中の冷媒ガス温度Ｔｒと圧縮途中の冷媒ガス圧力Ｐｒの算出過程（冷媒温度検出手段と冷媒圧力検出手段）も含まれている。

　具体的には、吸入行程と圧縮行程と吐出行程とを１サイクルとする動作中に、上記圧縮室（26）内の冷媒の温度Ｔｒがインジェクションされる油の温度Ｔｏになる位置をインジェクション開始点θ１とし、圧縮室（26）内の冷媒の圧力Ｔｒが吐出圧力Ｈｐに達する位置をインジェクション終了点θ２として、コントローラ（95）が、インジェクション開始点θ１からインジェクション終了点θ２の範囲の少なくとも一部で油インジェクション動作を行うように上記油インジェクション機構（100）を制御する。特に、コントローラ（95）を、インジェクション開始点θ１からインジェクション終了点θ２の範囲の全体で油インジェクション動作を行うように構成することが、その範囲の全域にわたって等温圧縮を行えるようにするために好ましい。

　まず、コントローラ（95）には、入力値読込部（96）に、シリンダ容積Ｖｃと、吸入ポート位置θｓと、油インジェクション位置θｉとが、予め設定された位置として入力されている。このコントローラ（95）では、クランク軸（42）の回転速度ωと、クランク軸（42）の回転角度の現在値θｃと、吸入ガス温度Ｔｓと、冷媒回路（11）の低圧圧力Ｌｐと、冷媒回路（11）の高圧圧力Ｈｐと、インジェクション油温度Ｔｏと、インジェクション油圧力Ｐｏとが、測定値読込部（97）で測定される。そして、計算値決定部（98）において、これらの値に基づいて、インジェクションタイミングが求められる。具体的には、圧縮途中の冷媒ガス温度をＴｒとしたときにＴｒ＝Ｔｏとなるインジェクション開始位置θ１と、圧縮途中の冷媒ガス圧力をＰｒとしたときにＰｒ＝Ｈｐとなるインジェクション終了位置θ２と、θ１からθ２に達するまでのインジェクション時間Δｔとが求められて、これらの値を表す制御信号がコントローラ（95）から油インジェクション機構（100）へ送られる。そして、この制御信号に基づいてソレノイド機構（109）のオンとオフが制御され、油の噴射タイミングがコントロールされる。

　このインジェクションタイミングは、吸入行程と圧縮行程と吐出行程とを１サイクルとする動作中に、上記圧縮室（26）内の冷媒の温度Ｔｒがインジェクションされる油の温度Ｔｏになる位置をインジェクション開始点θ１とし、圧縮室（26）内の冷媒の圧力Ｐｒが吐出圧力Ｈｐに達する位置をインジェクション終了点θ２として、コントローラ（95）が、インジェクション開始点θ１からインジェクション終了点θ２の範囲の少なくとも一部か、またはその範囲の全部で油インジェクション動作を行うように定められる。この範囲の全部で油インジェクション動作を行う場合は、図１６においてθ１のポイントからθ２のポイントまでの範囲の全体で行われ、そのときに油インジェクション機構（100）のスプール（103）を後退させて油噴射口（105）を開口させる。また、図１７に示すようにピストン（28）がθ２からθ１の範囲に位置しているときには、油インジェクション機構（100）のスプール（103）を前進させて油噴射口（105）を閉塞することになる。

　そして、コントローラ（95）は、計算値決定部（98）で求めたインジェクションタイミングに基づいて油インジェクション機構（100）の油噴射口（105）を開閉し、圧縮機構（20）への油インジェクション動作を制御する。

　ここで、従来の油インジェクション機構（100）では、油インジェクション動作時において、冷凍機油の温度Ｔｏが冷媒の温度Ｔｒよりも高いときは冷媒が過熱されてしまい、過熱圧縮による動力損失が生じてしまうことになる。

　これに対して、本実施形態では、図１６に示すように、ピストン（28）がθ１からθ２の範囲に位置しているときは油インジェクション機構（100）のスプール（103）を後退させて油噴射口（105）を開口させるようにしているので、その範囲では冷媒の温度Ｔｒが冷凍機油の温度Ｔｏよりも高い領域がなく、等温圧縮により仕事量を十分に削減できる。また、図１７に示すように、ピストン（28）がθ２を過ぎてθ１に至るまでの範囲では、油インジェクション機構（100）のスプール（103）を前進させて油噴射口（105）を閉塞するようにしているので、その範囲では、無駄な油インジェクション動作が行われず、過熱圧縮による動力損失は生じない。

　以上のように、実施形態６では、吸入行程と圧縮行程と吐出行程とを１サイクルとするピストン（28）の動作中に、上記圧縮室（26）内の冷媒の温度Ｔｒがインジェクションされる油の温度Ｔｏになる位置をインジェクション開始点θ１とし、圧縮室（26）内の冷媒の圧力が吐出圧力に達する位置をインジェクション終了点θ２として、インジェクション開始点θ１からインジェクション終了点θ２の範囲の少なくとも一部か、またはその範囲の全部で油インジェクション動作を行うようにしている。θｓからθｉの範囲の全体でインジェクションを行う場合は、図１８に示すように等温圧縮により削減される仕事量を相殺するように作用する仕事量が過熱圧縮により発生していたのに対して、本実施形態によれば、θ１からθ２の範囲内でだけ油インジェクション動作を行うようにしたことにより、図１９に示すように過熱圧縮による仕事量が発生しないようにしているので、等温圧縮による効果を高めることが可能となる。以上のことから、本実施形態によれば、冷却に必要な大量の油をインジェクションすることができるし、過熱圧縮による動力損失も生じないので、効果的な等温圧縮の実現が可能となり、大幅なシステム性能の向上が可能となる。

　　《発明の実施形態７》
　実施形態７の係る空気調和装置（10）は、室内を暖房のみを行う、暖房専用型の空気調和装置である。図２０に示すように、空気調和装置（10）の冷媒回路（11）には、上記実施形態１と同様にして、油動力回収型圧縮ユニット（C/O）、膨張ユニット（E）、室外熱交換器（12）、室内熱交換器（13）、油分離器（60）等が設けられている。

　実施形態７の冷媒回路（11）は、例えば実施形態１のような２つの四方切換弁（14,15）が省略された構成となっている。つまり、冷媒回路（11）では、油分離器（60）の冷媒排出管（62）が室内熱交換器（13）の流入端と接続し、室内熱交換器（13）の流出端が、膨張ユニット（E）の流入管（33）と接続している。また、膨張ユニット（E）の流出管（34）が室外熱交換器（12）の流入端と接続し、室外熱交換器（12）の流出端が吸入ライン（17）を介して圧縮機構（20）の吸入管（22）と接続している。そして、本実施形態の冷媒回路（11）は、室内熱交換器（13）の冷媒で室内空気を加熱する暖房動作を行うように構成されている。

　実施形態７の油クーラ（80）は、油分離器（60）で分離した油を冷却するための油冷却熱交換器を構成しており、且つ暖房運転時に油の熱を室内へ放出する補助暖房器を兼ねている。具体的には、油クーラ（80）は、室内熱交換器（13）が設置される室内と同一の室内に設置されている。

　実施形態７の空気調和装置（10）の暖房運転時には、圧縮機構（20）で圧縮された冷媒が油分離器（60）内に流入し、油分離器（60）で冷媒中から油が分離される。分離後の冷媒は、室内熱交換器（13）を流れる。室内熱交換器（13）では、高圧冷媒が室内空気へ放熱することで室内空気が加熱され、これにより室内の暖房が行われる。室内熱交換器（13）を流出した冷媒は、膨張ユニット（E）で減圧して室外熱交換器（12）で蒸発した後、圧縮機構（20）へ吸入される。

　実施形態７の暖房運転時にも、上記各実施形態と同様にして、油インジェクション動作が行われる。即ち、油分離器（60）で分離された油は、油クーラ（80）で冷却された後、回収機構（40）へ流入する。回収機構（40）では、油室（49）の油によって出力軸（42）が回転駆動され、この出力軸（42）の回転動力が圧縮機構（20）の駆動動力として利用される。

　回収機構（40）でエネルギーが回収されて減圧した油は、圧縮機構（20）の油インジェクションポート（24）へ流入する。圧縮機構（20）では、圧縮途中の冷媒が油によって冷却されることで、冷媒が等温線に近づくように圧縮される。その結果、冷媒の圧縮に要する動力が軽減される。以上のように、本実施形態においても、油インジェクション量を比較的多めに設定することで、等温圧縮効果により、冷媒の圧縮動力が低減され、且つ昇圧後の油から回収される油のエネルギーも多くなる。

　更に、実施形態７では、油インジェクション動作に伴う暖房能力の低下を補うために、油クーラ（80）を補助暖房器として利用している。この点について詳細に説明する。

　上述の如く、暖房運転時の圧縮機構（20）においても、冷媒が等温線に近づくように圧縮されるため、冷媒の圧縮動力が低減される。一方、このようにして冷媒が等温線に近づくように圧縮されると、圧縮後の冷媒のエンタルピは、いわゆる油インジェクション動作を行わない通常の冷凍サイクルと比較して、小さいものとなる。このため、暖房動作中の冷媒回路（11）の室内熱交換器（13）では、冷媒の放熱量が小さくなり、暖房能力が低下してしまう。

　そこで、本実施形態では、油クーラ（80）を室内に設置し、油クーラ（80）を流れる油の熱を室内空気へ放出するようにしている。即ち、暖房運転中の油インジェクション動作において、油分離器（60）で分離された油が油クーラ（80）を流れると、油クーラ（80）では、油と室内空気とが熱交換する。その結果、比較的高温となった油の熱が室内空気へ付与され、室内の暖房が促進される。一方、油クーラ（80）を流れる油は、室内空気によって冷却される。以上のように、暖房運転時には、油クーラ（80）の油が冷却されると同時に、室内空気が油によって加熱されるため、暖房能力の低下を防止しながら油インジェクション動作を行うことができる。

　　《発明の実施形態８》
　実施形態８に係る空気調和装置（10）は、冷房と暖房とを切り換えて行うヒートポンプ式の空気調和装置である。図２１及び図２２に示すように、空気調和装置（10）の冷媒回路（11）には、例えば上記実施形態１と同様、油動力回収型圧縮ユニット（C/O）、第１四方切換弁（14）、室外熱交換器（12）、室内熱交換器（13）、油分離器（60）等が設けられている。また、冷媒回路（11）では、実施形態１の膨張ユニット（E）に代わって減圧機構としての膨張弁（38）が用いられている。

　実施形態８の油供給回路（70）は、上述した各実施形態と異なり、冷房運転と暖房運転とで油の流路が切り換わるように構成されている。具体的には、実施形態８の油供給回路（70）には、２つの油クーラ（80,80）と油流路切換機構（81）とが設けられている。

　油流路切換機構（81）は、４つのポートを有する四方切換弁で構成されている。油流路切換機構（81）は、第１ポートと第４ポートとが連通して第２ポートと第３ポートとが連通する状態（図２１に示す状態）と、第１ポートと第３ポートとが連通して第２ポートと第４ポートとが連通する状態（図２２に示す状態）とに切り換え可能に構成されている。

　油流路切換機構（81）の第１ポートは、第１導油管（71）を介して油排出管（63）と接続している。油流路切換機構（81）の第２ポートは、低圧連通管（75）を介して吸入ライン（17）と接続している。油流路切換機構（81）の第３ポートは、室外側油流路（74）を介して油流入管（43）と接続している。油流路切換機構（81）の第４ポートは、室内側油流路（73）を介して油流入管（43）と接続している。

　室内側油流路（73）には、室内熱交換器（13）と同一の室内に設置される室内側油クーラ（80a）が接続されている。室内側油クーラ（80a）は、暖房動作中に油の熱を室内空気へ放出する第１の油冷却熱交換器を構成している。室外側油流路（74）には、室外に設置される室外側油クーラ（80b）が接続されている。室外側油クーラ（80b）は、冷房動作中に油の熱を室外空気へ放出する第２の油冷却熱交換器を構成している。以上のよう構成の油供給回路（70）では、油分離器（60）で分離された油が、室内側油クーラ（80a）と室外側油クーラ（80b）とのいずれか一方に選択的に供給される。

　実施形態８の空気調和装置（10）の暖房運転時には、第１四方切換弁（14）及び油流路切換機構（81）が図２１に示す状態に設定される。圧縮機構（20）で圧縮された冷媒は、油分離器（60）内に流入し、油分離器（60）で油が分離される。分離後の冷媒は、室内熱交換器（13）を流れる。室内熱交換器（13）では、高圧冷媒が室内空気へ放熱することで室内空気が加熱され、これにより室内の暖房が行われる。室内熱交換器（13）で凝縮した冷媒は、膨張弁（38）で減圧されてから室外熱交換器（12）で蒸発した後、圧縮機構（20）へ吸入される。

　暖房運転時において、油分離器（60）で分離した油は、室内側油流路（73）を通じて室内側油クーラ（80a）を流れる。室内側油クーラ（80a）では、油の熱が室内空気へ放出される。これにより、上記実施形態７と同様、室内側油クーラ（80a）が補助暖房器として機能し、暖房能力の低下が防止される。以上のようにして室内側油クーラ（80a）で冷却された油は、回収機構（40）へ流入する。回収機構（40）では、油室（49）の油によって出力軸（42）が回転駆動され、この出力軸（42）の回転動力が圧縮機構（20）の駆動動力として利用される。

　回収機構（40）でエネルギーが回収されて減圧した油は、圧縮機構（20）の油インジェクションポート（24）へ流入する。圧縮機構（20）では、圧縮途中の冷媒が油によって冷却されることで、冷媒が等温線に近づくように圧縮される。その結果、冷媒の圧縮に要する動力が軽減される。以上のように、本実施形態においても、油インジェクション量を比較的多めに設定することで、等温圧縮効果により、冷媒の圧縮動力が低減され、且つ昇圧後の油から回収される油のエネルギーも多くなる。しかも、室内側油クーラ（80a）を流れる油の熱が暖房に利用される。その結果、実施形態８においても、空気調和装置（10）のＣＯＰが効果的に向上する。

　実施形態８の空気調和装置（10）の冷房運転時には、第１四方切換弁（14）及び油流路切換機構（81）が図２２に示す状態に設定される。圧縮機構（20）で圧縮された冷媒は、油分離器（60）内に流入し、油分離器（60）で油が分離される。分離後の冷媒は、室外熱交換器（12）で凝縮し、膨張弁（38）で減圧されてから室内熱交換器（13）を流れる。室内熱交換器（13）では、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。これにより、室内空気が冷却されて冷房が行われる。室内熱交換器（13）で蒸発した冷媒は、圧縮機構（20）へ吸入される。

　冷房運転時において、油分離器（60）で分離した油は、室外側油流路（74）を通じて室外側油クーラ（80b）を流れる。室外側油クーラ（80b）では、油の熱が室外空気へ放出される。これにより、室外側油クーラ（80b）を流れる油が室外空気によって冷却される。以上のように、冷房運転では、油分離器（60）で分離した油が室内側油クーラ（80a）を流れない。従って、室内側油クーラ（80a）から油の熱が室内へ放出されることがないので、室内の冷房負荷が増大してしまうことが防止される。

　以上のようにして、室外側油クーラ（80b）で冷却された油は、回収機構（40）へ流入する。回収機構（40）では、油室（49）の油によって出力軸（42）が回転駆動され、この出力軸（42）の回転動力が圧縮機構（20）の駆動動力として利用される。

　回収機構（40）でエネルギーが回収されて減圧した油は、圧縮機構（20）の油インジェクションポート（24）へ流入する。圧縮機構（20）では、圧縮途中の冷媒が油によって冷却されることで、冷媒が等温線に近づくように圧縮される。その結果、冷媒の圧縮に要する動力が軽減される。

　なお、上記実施形態７や実施形態８の空気調和装置（10）において、上述した油動力回収ユニット（O）や油動力回収型膨張圧縮ユニット（C/E/O）を用いる構成を採用しても良いのは勿論のことである。

　　《その他の実施形態》
　上記の各実施形態については、上述した各構成以外にも以下のような変形例の構成とすることができる。

　　〈変形例１〉
　上述した各実施形態において、油分離器（60）で冷媒中から分離した油を圧縮機構（20）の圧縮途中ではなく、圧縮機構（20）の吸入側（低圧側）へ供給するようにしても良い。即ち、例えば図２３に示すように、上記各実施形態の油導入路（70）は、分離後の油を圧縮機構（20）の吸入側へ供給するように構成しても良い。なお、図２３の例では、上述の実施形態１について、油導入路（70）の第２導油管（72）の終端を吸入ライン（17）に接続したものである。この変形例においても、油クーラ（80）で冷却した油により、圧縮機構（20）で圧縮される冷媒を同時に冷却することができ、上述のような等温圧縮の効果を得ることができる。

　　〈変形例２〉
　上述した各実施形態において、油クーラ（80）で冷却した油を回収機構（40）へ供給するのではなく、回収機構（40）でエネルギーを回収した油を油クーラ（80）で冷却しても良い。即ち、例えば図２４に示すように、上記各実施形態について、油導入路（70）において油クーラ（80）を回収機構（40）の下流側に配置しても良い。なお、図２４の例では、上述の実施形態１について、回収機構（40）の下流側に油クーラ（80）を配置している。この変形例においても、回収機構（40）で油のエネルギーを回収でき、且つ油クーラ（80）で冷却した油を圧縮機構（20）へ供給することで、上述のような等温圧縮の効果を得ることができる。また、図２４の変形例のようにすると、圧縮機構（20）へ供給される直前の油を油クーラ（80）で冷却することができるので、圧縮機構（20）へ安定して低温の油を供給できる。その結果、上記の等温圧縮の効果を更に向上させることができる。

　　〈変形例３〉
　上述した各実施形態において、例えば図２５に示すように、冷媒回路（11）に内部熱交換器（90）を付与するようにしても良い。なお、図２５の例では、上述の変形例２（図２４の例）について、冷媒回路（11）に内部熱交換器（90）を接続している。

　具体的に、内部熱交換器（90）は、第１流路（91）と第２流路（92）とを有し、両者の流路（91,92）を流れる冷媒同士を熱交換させるものである。第１流路（91）は、冷媒回路（11）で放熱器（例えば冷房運転時の室外熱交換器（12））で放熱した後、膨張機構（30）へ流入する前の冷媒が流れる高圧ライン（19）に接続されている。また、第２流路（92）は、吸入ライン（17）に接続されている。従って、内部熱交換器（90）では、第１流路（91）を高圧冷媒が、第２流路（92）を流れる低圧冷媒によって冷却される。その結果、この変形例の冷房運転時には、高圧側の冷媒の過冷却度が大きくなり、室内熱交換器（13）での冷房能力が向上する。また、第２流路（92）を流れる低圧冷媒は、第１流路（91）を流れる高圧冷媒によって過熱されるので、吸入過熱度が大きくなる。その結果、図２５に示すように、低温の油を圧縮機構（20）の吸入側へ供給した場合にも、吸入冷媒を油よりも高温とすることができ、油による冷媒の冷却効果を充分に得ることができる。

　　〈変形例４〉
　上述した各実施形態において、例えば図２６に示すように、油分離器（60）を他の箇所に設けるようにしても良い。なお、図２６の例は、上述の実施形態１について、変形例３で述べた高圧ライン（19）に油分離器（60）を配置している。この変形例においても、油分離器（60）には、圧縮機構（20）で昇圧された油が溜まり込むので、この油を回収機構（40）へ送ることで、この油のエネルギーを回収することができる。また、この変形例では、冷房運転時の油分離器（60）に溜まる油は、室外熱交換器（12）で放熱後の油となる。つまり、この変形例の油分離器（60）には、上記の各実施形態と比較して低温の油が溜まり込む。従って、この変形例の油インジェクション動作では、一層低温とした油を圧縮機構（20）へ供給でき、上述の等温圧縮の効果を更に向上させることができる。

　　〈その他の変形例〉
　上述した各実施形態では、油分離器（60）で分離した油を圧縮機構（20）へ供給することで、圧縮機構（20）の圧縮行程で冷媒を等温圧縮させるようにしている（図４を参照）。ここで、図４に示す例では、圧縮行程の一部の期間（即ち、Ｂ点からＣ点に至るまでの間）において、冷媒を等温圧縮させているが、圧縮行程の全期間において、冷媒を等温圧縮させても良い。また、圧縮行程の一部の期間は、図４の例に限られるものではなく、異なるタイミングであっても良い。

　また、図４に示す等温圧縮は、圧縮行程中に冷媒がほぼ等温線に沿うように圧縮されている。しかしながら、図４は、上述のように理想的な等温圧縮を例示したものに過ぎず、本発明の等温圧縮は、必ずしも図４に示すような挙動でなくても良い。具体的には、例えば図２７に示すように、本発明の等温圧縮は、油によって冷却される冷媒が等温線に対して少しずつ離れてしまうような挙動で圧縮されるものであっても良い。つまり、本発明の「等温圧縮」とは、圧縮行程中の冷媒が油によって冷却されることで、圧縮行程において、一般的な断熱圧縮と比較して冷媒が等温線に近づくように圧縮されること（つまり、いわゆる擬似的な等温圧縮）を含むものである。

　上述した各実施形態では、油分離器（60）で分離した油を積極的に圧縮機構（20）へ供給し、いわゆる等温圧縮を行うものについて、本発明の回収機構（40）を適用するようにしている。しかしながら、例えば圧縮機構（20）から流出した油を、油戻し管を介して圧縮機構（20）の吸入側へ返送し、圧縮機構（20）の潤滑不良を防止するような冷媒回路について、この油戻し管に本発明の回収機構（40）を適用しても良い。このようにしても、高圧の油のエネルギーを回収機構（40）によって回収することができ、冷凍装置のＣＯＰを改善することができる。

　また、上述した各実施形態の回収機構（40）の本体部（41）は、ロータリ式の容積型流体機械で構成されている。しかしながら、上記本体部（41）を例えばスクロール式の容積型流体機械で構成しても良いし、例えば非容積型の流体機械（例えばタービン式の非容積型の流体機械）で構成するようにしても良い。また、上述の圧縮機構（20）や膨張機構（30）を他の形式の流体機械で構成しても良いのは勿論のことである。

　また、上述した各実施形態において、冷媒回路（11）に充填される冷媒として、他の冷媒を用いるようにしても良い。また、冷媒回路（11）の冷媒中に混在する油（冷凍機油）として他の油を用いるようにしても良い。

　また、上述した各実施形態では、室内の空調を行う空気調和装置（10）について本発明を適用しているが、例えば冷蔵庫や冷凍庫内を冷却する冷凍装置や、他の冷凍装置に本発明を適用しても良い。

　なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

　以上説明したように、本発明は、冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置について有用である。

Claims

　圧縮機構が接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置であって、
　上記冷媒回路には、上記圧縮機構で圧縮した高圧冷媒中から油を分離する油分離手段と、上記圧縮機構の圧縮行程中の冷媒を冷却するように上記油分離手段で分離した油を圧縮機構へ供給する油供給回路とが設けられ、
　上記油供給回路には、該油供給回路を流れる油のエネルギーを回収する回収機構が設けられていることを特徴とする冷凍装置。
　請求項１において、
　上記油供給回路は、上記圧縮機構の圧縮行程の少なくとも一部の期間で冷媒が等温圧縮されるように圧縮機構へ油を供給することを特徴とする冷凍装置。
　請求項１又は２において、
　上記冷媒回路は、上記圧縮機構によって冷媒を臨界圧力まで圧縮する冷凍サイクルを行うように構成されていることを特徴とする冷凍装置。
　請求項１又は２において、
　上記油供給回路は、上記圧縮機構の圧縮行程の途中に油を供給するように構成されていることを特徴とする冷凍装置。
　請求項１又は２において、
　上記油供給回路は、上記圧縮機構の吸入側に油を供給するように構成されていることを特徴とする冷凍装置。
　請求項１又は２において、
　上記回収機構は、油によって回転駆動される可動部と、該可動部に連結する出力軸とを有することを特徴とする冷凍装置。
　請求項６において、
　上記圧縮機構は、上記回収機構の出力軸と連結して駆動されるように構成されていることを特徴とする冷凍装置。
　請求項６において、
　上記冷媒回路には、冷媒によって回転駆動されると共に上記回収機構の出力軸と連結する可動部を有する膨張機構が設けられていることを特徴とする冷凍装置。
　請求項６において、
　上記回収機構の出力軸と連結して駆動される発電機を備えていることを特徴とする冷凍装置。
　請求項１又は２において、
　上記油供給回路には、油分離手段で分離した油を冷却するための油冷却熱交換器が接続されていることを特徴とする冷凍装置。
　請求項１０において、
　上記冷媒回路は、室内に設置される室内熱交換器を有して該室内熱交換器を流れる冷媒で室内空気を加熱する暖房動作を行うように構成され、
　上記油冷却熱交換器は、室内に設置されて上記暖房動作中に油の熱を室内空気へ放出するように構成されていることを特徴とする冷凍装置。
　請求項１０において、
　上記冷媒回路は、室内に設置される室内熱交換器を有して該室内熱交換器を流れる冷媒で室内空気を加熱する暖房動作と、該室内熱交換器を流れる冷媒で室内空気を冷却する冷房動作とを切り換えて行うように構成され、
　上記油供給回路には、室内に設置されて上記暖房動作中に油の熱を室内空気へ放出する第１の油冷却熱交換器と、室外に設置されて上記冷房動作中に油の熱を室内空気へ放出する第２の油冷却熱交換器とが接続されていることを特徴とする冷凍装置。