WO2013160953A1 - 圧縮機構一体形膨張機 - Google Patents

Abstract

　揺動スクロールの台板には、膨張機構の冷媒を、第２揺動渦巻体と第２固定渦巻体とにより形成される圧縮室にインジェクションするインジェクション通路が形成されているものである。

Description

圧縮機構一体形膨張機

　本発明は、圧縮機構一体形膨張機に関するものである。

　従来より、冷凍機の冷凍サイクルの効率を向上させるため、膨張機に供給された冷媒が膨張する仕事を、圧縮機の旋回スクロールの動力用のエネルギーとして回収する冷凍機が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
　特許文献１に記載の技術は、圧縮機の吐出側に、順次、放熱器と膨張機構と蒸発器とを接続して冷媒循環回路を形成している。そして、この冷媒循環回路には、膨張機と圧縮機とを接続するバイパス配管が設けられており、膨張機で中間圧力程度まで減圧された冷媒をバイパス配管を介して圧縮機にインジェクションし、圧縮機の吐出冷媒温度の低下を図っている。

特開２００３－６５６１５号公報（たとえば、段落［００３５］、［００３６］及び図１参照）

　特許文献１に記載の技術では、バイパス配管が、バイパス配管の設置される場所（外界）から熱を受け取って加熱される場合があるため、膨張機からバイパス配管を介して圧縮機に供給される冷媒が、加熱されることがある。すなわち、特許文献１に記載の技術では、バイパス配管を流れる際に、冷媒の比エンタルピーが増加してしまい、圧縮機の吐出温度が十分に低下しない可能性があるという課題があった。

　本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、圧縮機構から吐出される冷媒の温度を確実に低下させることを可能とする圧縮機構一体形膨張機を提供することを目的としている。

　本発明に係る圧縮機構一体形膨張機は、第１揺動渦巻体及び第２揺動渦巻体が対向する面のそれぞれに形成された台板を有する揺動スクロールと、揺動スクロールの第１揺動渦巻体側に対向するように設けられる第１固定渦巻体が形成された膨張機構固定スクロールと、揺動スクロールの第２揺動渦巻体側に対向するように設けられる第２固定渦巻体が形成された圧縮機構固定スクロールとを有し、揺動スクロールの第１揺動渦巻体側及び膨張機構固定スクロールにより、冷媒を膨張させることで動力を回収するスクロール形の膨張機構を構成し、揺動スクロールの第２揺動渦巻体側及び圧縮機構固定スクロールにより、膨張機構で回収した動力で冷媒を昇圧するスクロール形の圧縮機構を構成する圧縮機構一体形膨張機において、揺動スクロールの台板には、膨張機構の冷媒を、第２揺動渦巻体と第２固定渦巻体とにより形成される圧縮室にインジェクションするインジェクション通路が形成されているものである。

　本発明に係る圧縮機構一体形膨張機によれば、揺動スクロールの台板にインジェクション通路が形成されているため、圧縮機構に供給される（インジェクションされる）冷媒の温度の上昇が抑制される分、圧縮機構から吐出される冷媒の温度を確実に低下させることができる。

本発明の実施の形態１に係る圧縮機構一体形膨張機の縦断面における模式図である。 図１に示す圧縮機構一体形膨張機を備えた冷凍空調装置の冷媒回路構成例である。 図１に示す圧縮機構一体形膨張機の逆止弁の動作説明図である。 図２に示す冷凍空調装置のｐｈ線図である。 図１に示す圧縮機構一体形膨張機の変形例１である。 図１に示す圧縮機構一体形膨張機の変形例２である。 図２に示す圧縮機構一体形膨張機を備えた冷凍空調装置の変形例である。 本発明の実施の形態２に係る圧縮機構一体形膨張機の縦断面における模式図である。 本発明の実施の形態３に係る圧縮機構一体形膨張機の縦断面における模式図である。 図９に示す圧縮機構一体形膨張機の変形例３である。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．　
　図１は、実施の形態１に係る圧縮機構一体形膨張機１の縦断面における模式図である。図１に基づいて、冷凍空調装置１００の構成などについて説明する。
　本実施の形態１に係る圧縮機構一体形膨張機１は、圧縮機構一体形膨張機１の揺動スクロール２１に改良が加えられたものである。

［構成説明］
　冷凍空調装置１００は、図１に示すように、冷媒を圧縮するメイン圧縮機４と、冷媒の圧縮を行う圧縮機構３及び冷媒を膨張させる膨張機構２を有する圧縮機構一体形膨張機１と、冷媒を凝縮させる放熱器７と、冷媒を蒸発させる蒸発器８と、メイン圧縮機４の回転数などを制御する制御器６０とを有している。

　メイン圧縮機４は、蒸発器８で蒸発した冷媒を吸入し、高温・高圧の状態にして吐出するものである。メイン圧縮機４は、冷媒吐出側が放熱器７に接続され、冷媒吸入側が蒸発器８に接続され、放熱器７及び蒸発器８に対して圧縮機構一体形膨張機１と並列に接続されている。メイン圧縮機４は、冷媒を圧縮するためのモーター６、及びこのモーター６によって駆動される圧縮機構５を有している。なお、モーター６は制御器６０に接続され、回転数が制御される。

　圧縮機構一体形膨張機１は、圧縮機構３と、膨張機構２と、圧縮機構３と膨張機構２とを駆動する軸２０とを有している。そして、圧縮機構一体形膨張機１は、軸２０が回転することで圧縮機構３における冷媒の圧縮及び膨張機構２における冷媒の膨張とを行うことができるものである。
　なお、圧縮機構３は、冷媒吐出側が放熱器７に接続され、冷媒吸入側が蒸発器８に接続されている。また、膨張機構２は、一方が放熱器７に接続され、他方が蒸発器８に接続されている。さらに、軸２０は、一方が圧縮機構３側に接続され、他方が膨張機構２側に接続されている。このため、膨張機構２側に冷媒が供給されることによって後述の揺動スクロール２１及び軸２０が回転し、圧縮機構３側に供給される冷媒を圧縮することができるようになっている。圧縮機構一体形膨張機１の構成については、後述の図２で説明する。

　放熱器７は、図示省略の送風機から供給される空気と、放熱器７に供給される冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を凝縮液化させるものである。放熱器７は、一方がメイン圧縮機４の冷媒吐出側及び圧縮機構一体形膨張機１の圧縮機構３の冷媒吐出側に接続され、他方が圧縮機構一体形膨張機１の膨張機構２に接続されている。
　蒸発器８は、図示省略の送風機から供給される空気と、蒸発器８に供給される冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を蒸発させるものである。蒸発器８は、一方が圧縮機構一体形膨張機１の膨張機構２に接続され、他方がメイン圧縮機４の冷媒吸入側及び圧縮機構一体形膨張機１の圧縮機構３の冷媒吸入側に接続されている。
　なお、放熱器７及び蒸発器８は、たとえば、フィンを通過する空気と、冷媒との間で熱交換ができるようなプレートフィンチューブ熱交換器などで構成するとよい。

　図２は、図１に示す圧縮機構一体形膨張機１を備えた冷凍空調装置１００の冷媒回路構成例である。図２を参照して圧縮機構一体形膨張機１の構成について説明する。
　圧縮機構一体形膨張機１は、両面スクロール型であり、膨張機構２と圧縮機構３とが背面合わせとなって一体的に構成されている。すなわち、圧縮機構一体形膨張機１は、揺動スクロール２１の台板２１Ａが、膨張機構２と圧縮機構３とで共有されているものである。なお、圧縮機構一体形膨張機１の圧縮機構３は、膨張機構２で得た動力で駆動するようになっている。

　圧縮機構一体形膨張機１は、外郭を構成する密閉容器３５と、軸２０と、軸２０に接続されて公転運動をする揺動スクロール２１と、揺動スクロール２１の自転運動を防止するオルダムリング２８と、揺動スクロール２１の上側に設けられる圧縮機構固定スクロール２２と、揺動スクロール２１の下側に設けられる膨張機構固定スクロール２３と、冷媒漏れを抑制するチップシール２７などのシール部材とを有している。

（密閉容器３５）
　密閉容器３５は、圧縮機構一体形膨張機１の外郭を構成するものである。密閉容器３５内には、軸２０、揺動スクロール２１、オルダムリング２８、圧縮機構固定スクロール２２及び膨張機構固定スクロール２３などが少なくとも設けられている。
　密閉容器３５には、密閉容器３５の内周面と、圧縮機構固定スクロール２２の外周面及び膨張機構固定スクロール２３の内周面とが接触するようにして、圧縮機構固定スクロール２２及び膨張機構固定スクロール２３が固定されている。
　密閉容器３５の底部には、揺動スクロール２１と、軸２０と後述の上軸受３１、下軸受３２との摩擦、及び軸２０と後述の揺動軸受３３との摩擦などを低減する潤滑油が貯留されている。
　なお、密閉容器３５内の圧力は、圧縮機構３から吐出される冷媒の圧力となっている。

　密閉容器３５の側面には、密閉容器３５内外とを連通するように接続される膨張機構入口管３６、膨張機構出口管３７、圧縮機構吸入管３８及び圧縮機構吐出管３９が設けられている。
　膨張機構入口管３６は、放熱器７から流出した冷媒を膨張機構２に流入させる配管である。膨張機構入口管３６は、一端側が膨張機構固定スクロール２３に接続され、他端側が放熱器７の冷媒流出側に接続される。
　膨張機構出口管３７は、膨張機構２で膨張させられた冷媒を密閉容器３５から流出させる配管である。膨張機構出口管３７は、一端側が圧縮機構固定スクロール２２に接続され、他端側が蒸発器８の冷媒流入側に接続される。

　圧縮機構吸入管３８は、蒸発器８から流出した冷媒を圧縮機構３に流入させる配管である。圧縮機構吸入管３８は、一端側が圧縮機構固定スクロール２２に接続され、他端側が蒸発器８の冷媒流出側に接続される。
　圧縮機構吐出管３９は、圧縮機構３で圧縮された冷媒を密閉容器３５から流出させる配管である。圧縮機構吐出管３９は、一端側が圧縮機構固定スクロール２２に接続され、他端側が放熱器７の冷媒流入側に接続される。

（軸２０）
　軸２０は、揺動スクロール２１、圧縮機構固定スクロール２２及び膨張機構固定スクロール２３を貫通して設けられている。
　そして、軸２０は、上端側が圧縮機構固定スクロール２２の上軸受３１に回転自在に接続され、下端側が膨張機構固定スクロール２３の下軸受３２に回転自在に接続され、上端側と下端側との間に揺動スクロール２１の揺動軸受３３に回転自在に接続されている。なお、上軸受３１、下軸受３２及び揺動軸受３３については後述する。

　また、軸２０は、揺動スクロール２１の揺動半径が大きくなる方向に移動するスライダー３４を介して、揺動スクロール２１の揺動軸受３３に回転自在に設けられている。スライダー３４は、その外形中心と軸２０の軸心との距離が変動可能となっており、揺動スクロール２１に作用する冷媒圧力による力で揺動半径が大きくなる方向に移動する可変クランク機構を構成している。

　また、軸２０は、上軸受３１よりも上端側にバランスウェイト２４ａが設けられ、下軸受３２よりも下端側にバランスウェイト２４ｂが設けられ、揺動スクロール２１の遠心力によるアンバランスを相殺している。
　さらに、軸２０は、バランスウェイト２４ｂの設けられる位置よりも下端側に油ポンプ２６が設けられている。油ポンプ２６は、軸２０の回転により生じる遠心力を利用して、密閉容器３５の底部に貯留された潤滑油を、軸２０に形成された給油孔（図示省略）に引き上げることができるようになっている。そして、軸２０の給油孔に吸入された潤滑油は、上軸受３１、下軸受３２、揺動軸受３３などに供給されるようになっている。

（揺動スクロール２１）
　揺動スクロール２１は、圧縮機構固定スクロール２２とともに冷媒を圧縮し、膨張機構固定スクロール２３とともに冷媒を膨張させるものである。揺動スクロール２１は、軸２０が接続される揺動軸受３３と、下面側に第１揺動渦巻歯２１Ｃが形成され、上面側に第２揺動渦巻歯２１Ｂが形成された台板２１Ａとを有している。なお、揺動スクロール２１には、圧縮機構固定スクロール２２との間に、揺動スクロール２１の自転を防止するオルダムリング２８が設けられている。

　揺動軸受３３は、台板２１Ａの中央部に形成される開口部分の内周面と、軸２０との間に設けられる軸受である。第１揺動渦巻歯２１Ｃ及び第２揺動渦巻歯２１Ｂは、水平断面形状が、たとえば渦巻き状となるように形成されている。

　台板２１Ａは、その上側に圧縮機構固定スクロール２２が設けられ、第２揺動渦巻歯２１Ｂが圧縮機構固定スクロール２２に形成された後述の第２固定渦巻歯２２Ａと組み合わせられて設けられている。
　また、台板２１Ａは、その下側に膨張機構固定スクロール２３が設けられ、第１揺動渦巻歯２１Ｃが膨張機構固定スクロール２３に形成された後述の第１固定渦巻歯２３Ａと組み合わせられて設けられている。
　なお、第２揺動渦巻歯２１Ｂ、台板２１Ａの上面、第２固定渦巻歯２２Ａ及び圧縮機構固定スクロール２２の下面によって、冷媒を圧縮するための空間である圧縮室が形成される。また、第１揺動渦巻歯２１Ｃ、台板２１Ａの下面、第１固定渦巻歯２３Ａ及び膨張機構固定スクロール２３の上面によって、冷媒を減圧させるための空間である膨張室が形成される。
　このように、圧縮機構一体形膨張機１は、揺動スクロール２１の上面側の部材と圧縮機構固定スクロール２２とによって圧縮室を有する圧縮機構３が構成され、揺動スクロール２１の下面側の部材と膨張機構固定スクロール２３とによって膨張室を有する膨張機構２が構成されている。

　台板２１Ａには、「圧縮機構３の中間部」と「膨張機構２の中間部」とを接続するインジェクション通路５０及び接続通路５１が形成されている。「圧縮機構３の中間部」とは、たとえば、圧縮室のうち、一番外側の第２揺動渦巻歯２１Ｂと、一番内側の第２揺動渦巻歯２１Ｂとの間の第２揺動渦巻歯２１Ｂの形成位置に対応する圧縮室を指す。また、「膨張機構２の中間部」とは、たとえば、膨張室のうち、一番外側の第１揺動渦巻歯２１Ｃと、一番内側の第１揺動渦巻歯２１Ｃとの間の第１揺動渦巻歯２１Ｃの形成位置に対応する膨張室を指す。

　接続通路５１は、略水平方向に延出するように形成されている。接続通路５１の内部には、バネ５５と、このバネ５５の一方側に接触して接続通路５１の内側面に押さえ付けられるボール５４とを有する逆止弁５３が設けられている。また、接続通路５１は、接続通路５１側の空間と、膨張機構２の出口側の空間とを隔てるためのプラグ５２とを有している。バネ５５の他方側は、このプラグ５２により支えられている。
　接続通路５１は、膨張室側の方が圧縮室側よりも流路径が小さくなっている。すなわち、接続通路５１は、接続通路５１にボール５４が押し付けられて流路が閉塞されるように、膨張室側の方の流路径が、ボール５４よりも小さくなっている。

　インジェクション通路５０は、略垂直方向に延出するように形成されている。インジェクション通路５０は、膨張機構２側と接続通路５１の他方側とに接続される第１インジェクション通路５０Ｂと、圧縮機構３側と接続通路５１の一方側とに接続される第２インジェクション通路５０Ａとから構成されている。
　このように、圧縮室と膨張室とは、第１インジェクション通路５０Ｂ、接続通路５１及び第２インジェクション通路５０Ａによって接続され、ボール５４の位置に応じて圧縮室と膨張室との連通状態が切り替えられるようになっている。

（オルダムリング２８）
　オルダムリング２８は、揺動スクロール２１と圧縮機構固定スクロール２２との間に配設され、揺動スクロール２１の揺動運動中における自転運動を阻止する機能を有するものである。すなわち、オルダムリング２８は、揺動スクロール２１の自転運動を阻止するとともに、揺動運動を可能とする機能を果たすものである。

（圧縮機構固定スクロール２２）
　圧縮機構固定スクロール２２は、揺動スクロール２１とともに冷媒を圧縮するものである。圧縮機構固定スクロール２２は、軸２０の上端側が接続される上軸受３１が設けられ、圧縮機構固定スクロール２２の下面に第２固定渦巻歯２２Ａが形成されている。圧縮機構固定スクロール２２は、揺動スクロール２１の上側に設けられ、揺動スクロール２１の上面に対して対向配置されている。

　上軸受３１は、圧縮機構固定スクロール２２の中央部に形成される開口部分の内周面と、軸２０との間に設けられる軸受である。
　第２固定渦巻歯２２Ａは、第２揺動渦巻歯２１Ｂと対応するように、水平断面形状が渦巻き状に形成されている。そして、第２固定渦巻歯２２Ａ及び第２揺動渦巻歯２１Ｂの外側から内側に冷媒が移動するにしたがって冷媒を徐々に圧縮することができるようになっている。

　圧縮機構固定スクロール２２には、「圧縮機構３の上流部」と圧縮機構吸入管３８とを連通する吸入通路２２Ｂが形成されるとともに、「圧縮機構３の下流部」と圧縮機構吐出管３９とを連通する吐出通路２２Ｃが形成されている。また、圧縮機構固定スクロール２２には、「膨張機構２の下流部」と膨張機構出口管３７とを連通する流出通路２２Ｄが形成されている。

　なお、「圧縮機構３の上流部」とは、圧縮室のうち、一番外側の第２固定渦巻歯２２Ａの形成位置に対応する圧縮室を指す。すなわち、「圧縮機構３の上流部」とは、第１揺動渦巻歯２１Ｂと第２固定渦巻歯２２Ａとの間の圧縮室よりも上流側の圧縮室を指す。
　また、「圧縮機構３の下流部」とは、圧縮室のうち、一番内側の第２固定渦巻歯２２Ａの形成位置に対応する圧縮室を指す。すなわち、「圧縮機構３の下流部」とは、第１揺動渦巻歯２１Ｂと第２固定渦巻歯２２Ａとの間の圧縮室のうち最下流の圧縮室を指す。
　さらに、「膨張機構２の下流部」とは、膨張室のうち、揺動スクロール２１の台板２１Ａの外周側と、圧縮機構固定スクロール２２の内周面及び膨張機構固定スクロール２３の内周面とに形成された空間を指す。すなわち、「膨張機構２の下流部」とは、第１揺動渦巻歯２１Ｃと第１固定渦巻歯２３Ａとの間の膨張室より下流側の膨張室を指す。

　吸入通路２２Ｂは、圧縮機構吸入管３８から略鉛直下方向に延出して「圧縮機構３の上流部」に接続されている。
　吐出通路２２Ｃは、「圧縮機構３の下流部」側から略鉛直上方向に延出した後に、略水平方向に延出して圧縮機構吐出管３９に接続されている。なお、吐出通路２２Ｃは、略鉛直方向に延出している部分と、略水平方向に延出している部分との接続位置に、圧縮効率を向上させる吐出弁２５が設けられている。
　流出通路２２Ｄは、「膨張機構２の下流部」側から略鉛直上方向に延出した後に、略水平方向に延出して膨張機構出口管３７に接続されている。

（膨張機構固定スクロール２３）
　膨張機構固定スクロール２３は、揺動スクロール２１とともに冷媒を膨張させるものである。膨張機構固定スクロール２３は、軸２０の下端側が接続される下軸受３２が設けられ、膨張機構固定スクロール２３の上面に第１固定渦巻歯２３Ａが形成されている。膨張機構固定スクロール２３は、揺動スクロール２１の上側に設けられ、揺動スクロール２１の下面に対して対向配置されている。

　下軸受３２は、膨張機構固定スクロール２３の中央部に形成される開口部分の内周面と、軸２０との間に設けられる軸受である。
　第１固定渦巻歯２３Ａは、第１揺動渦巻歯２１Ｃと対応するように、水平断面形状が渦巻き状に形成されている。そして、第１固定渦巻歯２３Ａ及び第１揺動渦巻歯２１Ｃの外側から内側に冷媒が移動するにしたがって冷媒を徐々に膨張させることができるようになっている。

　膨張機構固定スクロール２３には、「膨張機構２の上流部」と膨張機構入口管３６とを連通する流入通路２３Ｂが形成されている。
　「膨張機構２の上流部」とは、膨張室のうち、一番内側の第１固定渦巻歯２３Ａよりも外側の第１固定渦巻歯２３Ａの形成位置に対応する膨張室を指す。すなわち、「膨張機構２の上流部」とは、第１揺動渦巻歯２１Ｃと第１固定渦巻歯２３Ａとの間の膨張室のうち上流側の膨張室を指す。

　流入通路２３Ｂは、膨張機構入口管３６から略水平方向に延出した後に、略鉛直上方向に延出して「膨張機構２の上流部」に接続されている。

（シール部材）
　圧縮機構一体形膨張機１には、部材間に隙間が形成されることを抑制するチップシール２７、外周シール２９及び内周シール３０が設けられている。
　チップシール２７は、揺動スクロール２１の第２揺動渦巻歯２１Ｂ及び第１揺動渦巻歯２１Ｃ、圧縮機構固定スクロール２２の第２固定渦巻歯２２Ａ、及び膨張機構固定スクロール２３の第１固定渦巻歯２３Ａの先端部に設けられている。これにより、揺動スクロール２１と圧縮機構固定スクロール２２との間の軸方向隙間及び揺動スクロール２１と膨張機構固定スクロール２３との間の軸方向隙間の低減を図り、スクロール歯先端部からの冷媒漏れを抑制している。
　外周シール２９は、揺動スクロール２１の外周側に設けられ、圧縮室の吸入側と膨張室の出口側とをシールするものである。
　内周シール３０は、揺動スクロール２１の内周側に設けられ、膨張室の入口側と密閉容器３５内の空間とをシールするものである。

［動作説明］
　次に、冷凍空調装置１００の圧縮機構一体形膨張機１に供給される冷媒の流れについて説明する。
　膨張機構２において、放熱器７から流出した高圧の冷媒が、膨張機構入口管３６を介して膨張機構２に流入する。そして、膨張機構２に流入した冷媒は、揺動スクロール２１と膨張機構固定スクロール２３とで形成される膨張室で膨張させられる。その後、膨張した冷媒は、膨張機構出口管３７を介して圧縮機構一体形膨張機１外へ流出する。このとき、冷媒を膨張する過程において、圧縮機構３で必要な圧縮動力が膨張動力として回収される。
　一方、圧縮機構３において、蒸発器８から流出した低圧の冷媒が、圧縮機構吸入管３８を介して圧縮機構３に流入する。そして、圧縮機構３に流入した冷媒は、回収された膨張動力により、揺動スクロール２１と圧縮機構固定スクロール２２とで形成される圧縮室で圧縮される。その後、吐出弁２５を押し開けた圧縮冷媒を、圧縮機構吐出管３９を介して圧縮機構一体形膨張機１外へ流出する。

　図３は、図１に示す圧縮機構一体形膨張機１の逆止弁５３の動作説明図である。図３を参照して膨張機構２から圧縮機構３へのインジェクションの方法について説明する。なお、図３（ａ）が膨張機構２側の圧力よりも圧縮機構３側の圧力の方が大きいときの逆止弁５３の状態であり、図３（ｂ）が膨張機構２側の圧力よりも圧縮機構３側の圧力以下のときの逆止弁５３の状態である。
　運転時において、膨張機構２側のインジェクション通路５０の開口部の圧力が圧縮機構３側のインジェクション通路５０の開口部の圧力よりも低い、もしくは同じ場合、膨張機構２側から圧縮機構３側に冷媒が流れない、つまり冷媒がインジェクションされない。
　より詳しくは、「第１インジェクション通路５０Ｂ側の圧力によりボール５４を押す力」が、「第２インジェクション通路５０Ａ側の圧力によりボール５４を押す力」及び「バネ５５がボール５４を押す力」の合計がよりも低い、もしくは同じ場合、バネ５５によってバネ５５側とは反対側にボール５４が押さえつけられる。すなわち、膨張機構２側と圧縮機構３側との間に所定の圧力差が生じないと、逆止弁５３のボール５４によって接続通路５１が閉塞され、接続通路５１を冷媒が通過しないように冷媒の流れが規制される。

　一方、膨張機構側のインジェクション通路５０の開口部の圧力が圧縮機構側のインジェクション通路５０の開口部の圧力よりも高い場合、膨張機構２側から圧縮機構３側に冷媒が流れる、つまり冷媒がインジェクションされる。
　より詳しくは、「第１インジェクション通路５０Ｂ側の圧力によりボール５４を押す力」が、「第２インジェクション通路５０Ａ側の圧力によりボール５４を押す力」及び「バネ５５がボール５４を押す力」の合計よりも大きい場合、バネ５５側にボール５４が押されて接続通路５１が開放される。すなわち、膨張機構２側と圧縮機構３側との間に所定の圧力差が生じると、膨張機構２側から圧縮機構３側へ冷媒がインジェクションされる。

　図４は、図２に示す冷凍空調装置１００のｐｈ線図である。図４を参照してインジェクションが行われる場合及びインジェクションが行われない場合の冷凍サイクル効率について説明する。
　インジェクションが行われない場合には、圧縮機構３は、メイン圧縮機４と同様の圧縮過程となり、圧縮機構３の吐出温度は高くなる。そして、圧縮機構３の吐出温度が高くなると、その分、圧縮機構３と膨張機構２との温度差が大きくなる。これにより、揺動スクロール２１の台板２１Ａを介して、膨張機構２側から圧縮機構３側へ移動する熱が大きくなり、冷房能力が移動した熱量分小さくなる。このようにして、インジェクションが行われない場合には、吐出温度が高くなることにより、冷凍サイクル効率が低下する。

　一方、インジェクションが行われる場合には、圧縮機構３の圧縮過程の途中で膨張機構２から膨張途中の液もしくは液とガスの二相状態の冷媒がインジェクションされる。圧縮機構３は、インジェクションによって温度が下がった冷媒を吐出圧力まで昇圧してから吐出する。すなわち、インジェクションが行われる場合には、吐出される冷媒の温度が低下する分、圧縮機構３と膨張機構２との温度差が小さくなる。
　このように、インジェクションが行われると、揺動スクロール２１の台板２１Ａを介して、膨張機構２側から圧縮機構３側へ移動する熱が小さくなり、冷房能力の低減が抑制される。このようにして、インジェクションが行われる場合には、冷凍サイクル効率の低下が抑制される。

　このように、圧縮機構一体形膨張機１は、膨張機構２の膨張室の膨張過程の冷媒を、揺動スクロール２１の台板２１Ａを介して、直接圧縮機構３の圧縮室にインジェクションする。このため、インジェクションされる冷媒が外気などで加熱されることがない分、少量の冷媒で圧縮機構３の温度を低減させることができる。また、圧縮機構一体形膨張機１は、インジェクションするためのバイパス配管などを別途設ける必要が無く、簡素な構成でインジェクションが可能となっている。

　また、圧縮機構一体形膨張機１は、膨張過程途中の冷媒を圧縮機構３へインジェクションするため、インジェクションされる冷媒からも、膨張機構２によって動力が回収されるため、動力回収効果を高めることができる。

　図５は、図１に示す圧縮機構一体形膨張機１の変形例１である。
　変形例１では、上述した逆止弁５３を接続通路５１に設けていない。これにより、圧縮機構一体形膨張機１を簡素に構成することができ、圧縮機構一体形膨張機１のコストアップを抑制することができるようになっている。また、逆止弁５３を設けない分、揺動スクロール２１の台板２１Ａの厚み（高さ）を薄くすることができる。
　このため、台板２１Ａの重量が低下する分、台板２１Ａで発生する遠心力が低下し、バランスウェイト２４ａ及びバランスウェイト２４ｂを小型化することができるとともに、上軸受３１、下軸受３２及び揺動軸受３３に作用する荷重を低減でき、上軸受３１、下軸受３２及び揺動軸受３３で生じる摺動損失を低減することができる。

　この変形例１を採用する場合には、膨張機構２側のインジェクション通路５０の開口部の圧力が、圧縮機構３側のインジェクション通路５０の開口部の圧力よりも、すべての運転範囲において高くなるようにインジェクション通路５０の形成位置を設定するとよい。
　すなわち、第２インジェクション通路５０Ａ側の圧力よりも、第１インジェクション通路５０Ｂ側の圧力の方が、すべての運転範囲において高くなるように、第２インジェクション通路５０Ａの圧縮室との接続位置及び第１インジェクション通路５０Ｂの膨張室との接続位置とを設定するとよい。

　図６は、図１に示す圧縮機構一体形膨張機の変形例２である。圧縮機構一体形膨張機１は、図６に示すように、接続通路５１に逆止弁５３を設ける代わりに、第２インジェクション通路５０Ａに逆止弁５３を設けてもよい。
　なお、この変形例２の場合には、第１インジェクション通路５０のうち、接続通路５１に接続されている側の流路径をボール５４の直径よりも小さくし、ボール５４がバネ５５によって押さえつけられるようにする。
　また、変形例２の場合には、第１インジェクション通路５０のうち、圧縮室に接続されている側にプラグ５２Ａを設ける。そして、このプラグ５２Ａには、冷媒が流れるように中央部に貫通穴を形成している。これにより、接続通路５１から第２インジェクション通路５０Ａに流入した冷媒は、プラグ５２Ａの貫通穴を通過して圧縮室に流入可能となる。

　変形例２では、揺動スクロール２１の半径方向に作用する遠心力の方向とは直交するように形成されている第２インジェクション通路５０Ａに逆止弁５３を設けることで、揺動スクロール２１の半径方向に作用する遠心力によって、ボール５４がバネ５５を押してしまうことを抑制することができる。これにより、所定の圧力差が生じていないのに、インジェクションがされてしまうことを抑制することができる。

　図７は、図２に示す圧縮機構一体形膨張機１を備えた冷凍空調装置１００の変形例である。図７に示すように、メイン圧縮機４を設けず、圧縮機構一体形膨張機１にモーターを設けて構成しても良い。このように構成した冷凍空調装置１０１の場合には、メイン圧縮機４を別途設ける必要がない分、少ない要素で冷凍空調装置を構成することができる。

［実施の形態１に係る圧縮機構一体形膨張機１の有する効果］
　本実施の形態１に係る圧縮機構一体形膨張機１は、揺動スクロール２１の台板２１Ａに、インジェクション通路５０及び接続通路５１が設けられている。すなわち、本実施の形態１に係る圧縮機構一体形膨張機１は、別途バイパス配管などで、膨張機構２側と圧縮機構３側とを接続するものではなく、バイパス配管が設置される外界から熱を受けてしまうことが抑制される。これにより、圧縮機構２に供給される（インジェクションされる）冷媒の温度の上昇が抑制される分、圧縮機構２から吐出される冷媒の温度を確実に低下させることができる。

　実施の形態２．
　図８は、実施の形態２に係る圧縮機構一体形膨張機１の縦断面における模式図である。なお、本実施の形態２では、実施の形態１と同一部分には同一符号とし、実施の形態１との相違点を中心に説明するものとする。

　本実施の形態２では、膨張機構２側のインジェクション通路５０が膨張機構２の膨張室の最内室と連通するように接続されている。すなわち、実施の形態２では、第１揺動渦巻歯２１Ｃと第１固定渦巻歯２３Ａとの間の膨張室のうち最上流側の膨張室に接続されている。

　これにより、膨張機構２側のインジェクション通路５０の開口部の圧力が常に膨張機構２の入口圧力となり、膨張機構２の内部圧力変動の影響を受けにくくなる。すなわち、第１インジェクション通路５０Ｂ側の圧力が、常に膨張機構２の膨張室の入口圧力（ある一定の圧力）となる分、膨張機構２の内部圧力変動の影響を受けにくくなり、運転状態によらず安定した量の冷媒をインジェクションする事ができるようになる。

　また、実施の形態２においても、実施の形態１の圧縮機構一体形膨張機１の変形例１、２及び冷凍空調装置１００の変形例を採用してもよいことは言うまでもない。

［実施の形態２に係る圧縮機構一体形膨張機の有する効果］
　本実施の形態２に係る圧縮機構一体形膨張機１は、実施の形態１に係る圧縮機構一体形膨張機と同様の効果を奏することに加えて、膨張機構２の内部圧力変動の影響を受けにくくなり、運転状態によらず安定した量の冷媒をインジェクションする事ができるようになる。

実施の形態３．
　図９は、実施の形態３に係る圧縮機構一体形膨張機１の縦断面における模式図である。
なお、本実施の形態３では、実施の形態１、２と同一部分には同一符号とし、実施の形態１、２との相違点を中心に説明するものとする。

　本実施の形態３では、接続通路５１を設けずに、略鉛直方向に延出するインジェクション通路５０Ｃのみでインジェクション用の冷媒通路を形成している。このように、インジェクション通路５０Ｃのみを揺動スクロール２１の台板２１Ａに形成するため、より簡素な構造で構成することができる。
　なお、本実施の形態３のインジェクション通路５０Ｃは、インジェクション通路５０Ｃのうち、膨張室に接続されている側の流路径をボール５４の直径よりも小さくし、ボール５４がバネ５５によって押さえつけられるようにする。
　また、インジェクション通路５０Ｃのうち、圧縮室に接続されている側に実施の形態１の変形例２で説明したプラグ５２Ａを設ける。これにより、膨張室の冷媒がインジェクション通路５０Ａに流入した冷媒は、プラグ５２Ａの貫通穴を通過して圧縮室に流入可能となる。

　また、実施の形態３においても、実施の形態２のように、インジェクション通路５０Ｃのうち膨張機構２側が、膨張機構２の膨張室の最内室と連通するように、インジェクション通路５０Ｃの形成位置を決定してもよい。

　図１０は、図９に示す圧縮機構一体形膨張機１の変形例３である。実施の形態１、２と同様に、図１０のように接続通路内に逆止弁５３を設けずに構成してもよい。この変形例３を採用する場合には、実施の形態１の変形例１で説明したように、圧縮室側の圧力よりも、膨張室側の圧力の方が、すべての運転範囲において高くなるように、インジェクション通路５０Ｃと圧縮室との接続位置及びインジェクション通路５０Ｃと膨張室との接続位置を決定するとよい。

［実施の形態３に係る圧縮機構一体形膨張機の有する効果］
　本実施の形態３に係る圧縮機構一体形膨張機１は、実施の形態１、２に係る圧縮機構一体形膨張機１と同様の効果を奏するものであり、より簡素な構造で圧縮機構一体形膨張機１を構成することができる。

　１　圧縮機構一体形膨張機、２　膨張機構、３　圧縮機構、４　メイン圧縮機、５　圧縮機構、６　モーター、７　放熱器、８　蒸発器、２０　軸、２１　揺動スクロール、２１Ａ　台板、２１Ｂ　第２揺動渦巻歯、２１Ｃ　第１揺動渦巻歯、２２　圧縮機構固定スクロール、２２Ａ　第２固定渦巻歯、２２Ｂ　吸入通路、２２Ｃ　吐出通路、２２Ｄ　流出通路、２３　膨張機構固定スクロール、２３Ａ　第１固定渦巻歯、２３Ｂ　流入通路、２４ａ　バランスウェイト、２４ｂ　バランスウェイト、２５　吐出弁、２６　油ポンプ、２７　チップシール、２８　オルダムリング、２９　外周シール、３０　内周シール、３１　上軸受、３２　下軸受、３３　揺動軸受、３４　スライダー、３５　密閉容器、３６　膨張機構入口管、３７　膨張機構出口管、３８　圧縮機構吸入管、３９　圧縮機構吐出管、５０　インジェクション通路、５０Ａ　第２インジェクション通路、５０Ｂ　第１インジェクション通路、５０Ｃ　インジェクション通路、５１　接続通路、５２　プラグ、５２Ａ　プラグ、５３　逆止弁、５４　ボール（弁体）、５５　バネ（弾性手段）、６０　制御器、１００、１０１　冷凍空調装置。

Claims (10)

1. 　第１揺動渦巻体及び第２揺動渦巻体が対向する面のそれぞれに形成された台板を有する揺動スクロールと、
   　前記揺動スクロールの前記第１揺動渦巻体側に対向するように設けられる第１固定渦巻体が形成された膨張機構固定スクロールと、
   　前記揺動スクロールの前記第２揺動渦巻体側に対向するように設けられる第２固定渦巻体が形成された圧縮機構固定スクロールとを有し、
   　前記揺動スクロールの前記第１揺動渦巻体側及び前記膨張機構固定スクロールにより、冷媒を膨張させることで動力を回収するスクロール形の膨張機構を構成し、
   　前記揺動スクロールの前記第２揺動渦巻体側及び前記圧縮機構固定スクロールにより、前記膨張機構で回収した動力で冷媒を昇圧するスクロール形の圧縮機構を構成する圧縮機構一体形膨張機において、
   　前記揺動スクロールの前記台板には、
   　前記膨張機構の冷媒を、前記第２揺動渦巻体と前記第２固定渦巻体とにより形成される圧縮室にインジェクションするインジェクション通路が形成されている
   　ことを特徴とする圧縮機構一体形膨張機。
2. 　前記インジェクション通路は、
   　前記膨張機構固定スクロール側から前記圧縮機構固定スクロール側に向かう方向に形成されている
   　ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機構一体形膨張機。
3. 　前記インジェクション通路は、
   　前記圧縮機構固定スクロール側から前記膨張機構固定スクロール側に向かう方向に形成され、一方が前記膨張室に連通する第１インジェクション通路と、
   　前記台板の半径方向に形成され、一方が前記第１インジェクション通路に連通する接続通路と、
   　前記圧縮機構固定スクロール側から前記膨張機構固定スクロール側に向かう方向に形成され、一方が前記接続通路に連通し、他方が前記圧縮室に連通する第２インジェクション通路とで構成されている
   　ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機構一体形膨張機。
4. 　前記インジェクション通路に逆止弁を設け、
   　前記逆止弁は、
   　前記膨張機構側の圧力が、前記圧縮機構側の圧力よりも所定値以上大きくなると、前記膨張機構側から前記圧縮機構側に冷媒が流れるように前記インジェクション通路を開放し、
   　前記膨張機構側の圧力が、前記圧縮機構側の圧力よりも前記所定値より小さいと、前記膨張機構側から前記圧縮機構側及び前記圧縮機構側から前記膨張機構側に冷媒が流れないように前記インジェクション通路を閉塞する
   　ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の圧縮機構一体形膨張機。
5. 　前記インジェクション通路の前記圧縮機構側の端部側に設けられ、冷媒が通過するように貫通穴が形成されているプラグを有し、
   　前記逆止弁は、
   　前記インジェクション通路に移動自在に設けられる弁体と、
   　一方が前記プラグと接触して押し付け合い、他方が前記弁体と接触して押しつけ合うように、前記インジェクション通路に設けられた弾性手段と、
   　を有し、
   　前記インジェクション通路は、
   　前記弁体が前記弾性手段に押しつけられて前記インジェクション通路が閉塞されるように、少なくとも一部の流路径が前記弁体よりも小さくなるように形成された
   　ことを特徴とする請求項２に従属する請求項４に記載の圧縮機構一体形膨張機。
6. 　前記接続通路の前記第２インジェクション通路が形成されている側の端部側に設けられたプラグを有し、
   　前記逆止弁は、
   　前記接続通路に移動自在に設けられる弁体と、
   　一方が前記プラグと接触して押し付け合い、他方が前記弁体と接触して押しつけ合うように、前記インジェクション通路に設けられた弾性手段と、
   　を有し、
   　前記接続通路は、
   　前記弁体が前記弾性手段に押しつけられて前記接続通路が閉塞されるように、少なくとも一部の流路径が前記弁体よりも小さくなるように形成された
   　ことを特徴とする請求項３に従属する請求項４に記載の圧縮機構一体形膨張機。
7. 　前記第２インジェクション通路の前記圧縮機構側の端部側に設けられ、冷媒が通過するように貫通穴が形成されているプラグを有し、
   　前記逆止弁は、
   　前記第２インジェクション通路に移動自在に設けられる弁体と、
   　一方が前記プラグと接触して押し付け合い、他方が前記弁体と接触して押しつけ合うように、前記第２インジェクション通路に設けられた弾性手段と、
   　を有し、
   　前記第２インジェクション通路は、
   　前記弁体が前記弾性手段に押しつけられて前記第２インジェクション通路が閉塞されるように、少なくとも一部の流路径が前記弁体よりも小さくなるように形成された
   　ことを特徴とする請求項３に従属する請求項４に記載の圧縮機構一体形膨張機。
8. 　前記インジェクション通路の前記膨張機構側の入口が、前記第１揺動渦巻体と前記第１固定渦巻体とにより形成される膨張室に形成されている
   　ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の圧縮機構一体形膨張機。
9. 　前記インジェクション通路の前記膨張機構側の入口が、前記膨張室のうちの上流側に形成されている
   　ことを特徴とする請求項８に記載の圧縮機構一体形膨張機。
10. 　前記インジェクション通路は、
    　前記膨張室側の入口の形成位置及び前記圧縮室側の出口の形成位置とを、前記膨張室側よりも前記圧縮室側の方が圧力が高くなるようにしている
    　ことを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載の圧縮機構一体形膨張機。

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