WO2013175708A1 - 圧縮機の逆流防止構造 - Google Patents

Abstract

　逆流防止構造は、圧縮対象流体を圧縮室（１５）内へ流入させる流入ポート（３０ｂ）が設けられた圧縮機（１）に適用されて、圧縮室（１５）側から流入ポート（３０ｂ）側へ流体が逆流することを防止する。逆流防止構造は、流入ポート（３０ｂ）から圧縮室（１５）へ至る流体通路に形成された逆止弁室（３０１）と、逆止弁室（３０１）内で変位して、前記流体通路を開閉するフリーバルブ（３０２）とを備える。フリーバルブ（３０２）は、圧縮室（１５）側の流体圧力（Ｐ１）と流入ポート（３０ｂ）側の流体圧力（Ｐ２）との差圧によって変位し、フリーバルブ（３０２）には、フリーバルブ（３０２）が前記流体通路を開いた際に流体を流通させるバルブ側通路（３０２ｄ）が形成されており、バルブ側通路（３０２ｄ）の通路断面積（Ｓ１）は、逆止弁室（３０１）と圧縮室（１５）とを接続する圧縮室側通路（４００）の通路断面積（Ｓ２）よりも小さくなっている。

Description

圧縮機の逆流防止構造 関連出願の相互参照

　本開示は、２０１２年５月２４日に出願された日本出願番号２０１２－１１８５４５号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、圧縮機の逆流防止構造に関するもので、ガスインジェクションサイクルを構成する冷凍サイクルの圧縮機に適用して有効である。

　従来、蒸気圧縮式の冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させるためのサイクル構成として、いわゆるガスインジェクションサイクル（エコノマイザ式冷凍サイクル）が知られている。この種のガスインジェクションサイクルでは、圧縮機の圧縮室にて昇圧過程の冷媒にサイクルの中間圧気相冷媒をインジェクションして合流させて圧縮機の機械効率を向上させることによって、ＣＯＰを向上させている。

　さらに、ガスインジェクションサイクルに用いられる圧縮機としては、中間圧気相冷媒を圧縮室へ吸入させるための中間圧流入ポート、および圧縮室側から中間圧流入ポート側へ冷媒が逆流してしまうことを防止するための逆流防止構造を有するものが知られている。例えば、特許文献１には、フリーバルブ（スプール弁）を用いて構成された逆流防止構造を備える圧縮機が開示されている。

　より詳細には、この特許文献１の逆流防止構造では、圧縮室側の冷媒圧力が中間圧流入ポート側の冷媒圧力よりも高くなった際に、中間圧流入ポートから圧縮室へ至るインジェクション用の冷媒通路に形成された逆止弁室内でフリーバルブを変位させてインジェクション用の冷媒通路を閉塞させている。これにより、圧縮室側から中間圧流入ポート側へ冷媒が逆流してしまうことを防止している。

特開平１１－１０７９５０号公報　ところで、特許文献１では、小型で簡素な構成の逆流防止構造を実現することを目的として、フリーバルブを用いて逆流防止構造を構成している。しかしながら、このような逆流防止構造を採用する場合、圧縮室側の冷媒圧力が中間圧ポート側の冷媒圧力よりも高くなった際に速やかにフリーバルブを変位させなければ、冷媒が圧縮室から中間圧ポート側へ逆流してしまい、ＣＯＰ向上効果を充分に得られなくなってしまう。

　その一方で、フリーバルブの応答性を向上させると、フリーバルブが変位して逆止弁室内の内壁に衝突する際の衝撃音が大きくなってしまい、逆流防止構造の作動音が増加してしまう。その結果、圧縮機全体としての騒音を増加させてしまう点で問題となる。

　上記点に鑑み、本開示は、フリーバルブを用いて構成された逆流防止構造の応答性の向上を目的とする。

　また、本開示は、フリーバルブを用いて構成された逆流防止構造の作動音低減を別の目的とする。

　本開示は、上記目的を達成するために案出されたもので、本開示の１つの態様の圧縮機の逆流防止構造では、圧縮対象流体を圧縮室内へ流入させる流入ポートが設けられた圧縮機に適用されて、圧縮室側から流入ポート側へ圧縮対象流体が逆流することを防止する逆流防止構造であって、流入ポートから圧縮室へ至る流体通路に形成された逆止弁室と、逆止弁室内で変位して、流入ポートから圧縮室へ至る流体通路を開閉するフリーバルブとを備え、フリーバルブは、圧縮室側の流体圧力と流入ポート側の流体圧力との差圧によって変位し、フリーバルブには、フリーバルブが流入ポートから圧縮室へ至る流体通路を開いた際に圧縮対象流体を流通させるバルブ側通路が形成されており、さらに、バルブ側通路の通路断面積は、逆止弁室と圧縮室とを接続する圧縮室側通路の通路断面積よりも小さくなっている。

　これによれば、バルブ側通路の通路断面積が圧縮室側通路の通路断面積よりも小さくなっているので、バルブ側通路の通路断面積が圧縮室側通路の通路断面積と同等以上に形成されている場合に対して、圧縮室側の流体がバルブ側通路を介して流入ポート側へ流れる際の通路抵抗を大きくすることができる。

　従って、圧縮室側の流体圧力が流入ポート側の流体圧力より上回った際に、圧縮室側の流体圧力と流入ポート側の流体圧力との差圧が縮小しにくくなり、差圧によって変位するフリーバルブの応答性を向上させることができる。その結果、差圧によって変位するフリーバルブを用いて構成された逆流防止構造の応答性の向上を図ることができる。なお、本請求項に記載された流体通路の通路断面積としては、それぞれの流体通路における最小通路断面積等を採用することができる。

　また、本開示のもう１つの態様の圧縮機の逆流防止構造では、さらに、逆止弁室内に配置されて、フリーバルブを収容するケースを備え、フリーバルブは、圧縮室側の流体圧力と流入ポート側の流体圧力との差圧によって変位し、逆止弁室およびフリーバルブは、それぞれ円柱状に形成され、ケースは、円筒状に形成され、逆止弁室、フリーバルブおよびケースは、互いの中心軸が一致する様に配置されており、ケースは制振鋼板にて形成されている。

　ここで、フリーバルブが変位する際の応答性が向上すると、フリーバルブが逆止弁室内の内壁に衝突する際の衝撃音が大きくなってしまうことが懸念される。これに対して、本開示のもう１つの態様によれば、フリーバルブを収容するケースが制振鋼板にて形成されているので、衝撃音を抑制して逆流防止構造の作動音を低減させることができる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
第１実施形態の圧縮機の模式的な断面図である。 第１実施形態の逆流防止構造の拡大断面図である。 第１実施形態の逆流防止構造の応答性向上効果を説明するための説明図である。 第２実施形態の逆流防止構造の騒音低減効果を説明するための説明図である。

（第１実施形態）
　図１～３により、本開示の第１実施形態を説明する。本実施形態では、本開示の逆流防止構造３００を有する圧縮機１を、ヒートポンプ式給湯機にて給湯水を加熱するヒートポンプサイクル１００に適用している。なお、図１における上下の各矢印は、圧縮機１をヒートポンプ式給湯機に搭載した状態における上下の各方向を示している。

　このヒートポンプサイクル１００は、圧縮機１の圧縮室１５にて昇圧過程の冷媒にサイクルの中間圧気相冷媒を合流させるガスインジェクションサイクル（エコノマイザ式冷凍サイクル）として構成されている。より具体的には、ヒートポンプサイクル１００は、図１に示すように、圧縮機１、水－冷媒熱交換器２、第１膨張弁３、気液分離器４、第２膨張弁５、室外熱交換器６等を有して構成されている。

　水－冷媒熱交換器２は、圧縮機１の吐出ポート４０ａから吐出された冷媒と給湯水とを熱交換させて給湯水を加熱する加熱用熱交換器である。第１膨張弁３は、水－冷媒熱交換器２から流出した高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させる高段側減圧手段であって、図示しない制御装置から出力される制御信号によってその作動が制御される電気式膨張弁である。

　気液分離器４は、第１膨張弁３にて減圧された中間圧冷媒の気液を分離する気液分離手段である。第２膨張弁５は、気液分離器４の液相冷媒流出口から流出した中間圧液相冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる低段側減圧手段であって、その基本的構成は第１膨張弁３と同様である。室外熱交換器６は、第２膨張弁５にて減圧された低圧冷媒を外気と熱交換させて蒸発させる吸熱用熱交換器である。

　室外熱交換器６の冷媒出口側には、圧縮機１の吸入ポート３０ａが接続され、気液分離器４の気相冷媒流出口には、圧縮機１の中間圧流入ポート（流入ポート）３０ｂが接続されている。従って、本実施形態では、気液分離器４にて分離された中間圧気相冷媒が圧縮機１の圧縮室１５にて昇圧過程の冷媒にインジェクションされる。

　また、本実施形態のヒートポンプサイクル１００では、冷媒として二酸化炭素を採用しており、圧縮機１の吐出ポートから第１膨張弁３入口側へ至るサイクルの高圧側冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成している。さらに、冷媒には、圧縮機１内部の各摺動部位を潤滑するオイル（冷凍機油）が混入されており、このオイルの一部は冷媒とともにサイクルを循環している。

　なお、ヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプサイクル１００の他に、水－冷媒熱交換器２にて加熱された給湯水を貯湯する貯湯タンク、貯湯タンクと水－冷媒熱交換器２との間で給湯水を循環させる給湯水循環回路、および給湯水循環回路に配置されて給湯水を圧送する水ポンプ（いずれも図示せず）等を有している。

　次に、圧縮機１の詳細構成を説明する。圧縮機１は、圧縮対象流体である冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮機構部１０、この圧縮機構部１０を駆動する電動機部（電動モータ部）２０、圧縮機構部１０および電動機部２０を収容するハウジング３０、並びに、ハウジング３０の外部に配置されて圧縮機構部１０にて圧縮された高圧冷媒からオイルを分離する油分離器４０等を有して構成されている。

　さらに、この圧縮機１は、図１に示すように、電動機部２０から圧縮機構部１０へ回転駆動力を伝達する駆動軸（シャフト）２５が鉛直方向（上下方向）に延びて、圧縮機構部１０と電動機部２０が鉛直方向に配置された、いわゆる縦置きタイプに構成されている。より具体的には、本実施形態では、圧縮機構部１０が電動機部２０の下方側に配置されている。

　まず、ハウジング３０は、中心軸が鉛直方向に延びる筒状部材３１、筒状部材３１の上端部を塞ぐ椀状の上蓋部材３２および筒状部材３１の下端部を塞ぐ椀状の下蓋部材３３を有し、これらを一体に接合して密閉容器構造としたものである。筒状部材３１、上蓋部材３２および下蓋部材３３は、いずれも鉄で形成されており、これらは溶接にて接合されている。

　また、ハウジング３０には、室外熱交換器６から流出した低圧冷媒を圧縮機構部１０へ吸入させる吸入ポート３０ａ、気液分離器４の気相冷媒流出口から流出した中間圧気相冷媒を流入させて、圧縮機構部１０の圧縮室１５にて圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧流入ポート（流入ポート）３０ｂ、さらに、圧縮機構部１０から吐出された高圧冷媒をハウジング３０の外部に配置された油分離器４０側へ流出させる図示しない冷媒流出口等が形成されている。

　次に、電動機部２０は、固定子をなすコイルステータ２１と回転子をなすロータ２２とを有して構成されている。このロータ２２の軸中心穴にはシャフト２５が圧入により固定されている。従って、制御装置からコイルステータ２１のコイルへ電力が供給されて回転磁界が発生すると、ロータ２２およびシャフト２５が一体となって回転する。

　シャフト２５は略円筒状に形成されており、その両端部は、それぞれすべり軸受けにて構成された第１軸受部２６、第２軸受部２７に回転可能に支持されている。また、シャフト２５の内部には、シャフト２５の外表面と第１、第２軸受部２６、２７との摺動部位にオイルを供給するための油供給通路２５ａが形成されている。

　なお、第１軸受部２６は、ハウジング３０内の空間を電動機部２０の配置空間と圧縮機構部１０の配置空間とに仕切るミドルハウジング２８に形成されて、シャフト２５の下端側（圧縮機構部１０側）を支持している。また、第２軸受部２７は、介在部材を介してハウジング３０の筒状部材３１に固定されて、シャフト２５の上端側（圧縮機構部１０の反対側）を支持している。

　次に、圧縮機構部１０は、それぞれ渦巻き状に形成された歯部を有する可動スクロール１１および固定スクロール１２からなるスクロール型の圧縮機構で構成されている。可動スクロール１１は、前述のミドルハウジング２８の下方側に配置され、さらに、固定スクロール１２は、可動スクロール１１の下方側に配置されている。

　可動スクロール１１および固定スクロール１２は、それぞれ円板状の基板部１１１、１２１を有しており、双方の基板部１１１、１２１は、互いに鉛直方向に対向するように配置されている。さらに、固定スクロール１２の基板部１２１の外周側は、ハウジング３０の筒状部材３１に固定されている。

　可動スクロール１１の基板部１１１の上面側の中心部には、シャフト２５の下端部が挿入される円筒状のボス部１１３が形成されている。シャフト２５の下端部は、シャフト２５の回転中心に対して偏心した偏心部２５ｂになっている。従って、可動スクロール１１の基板部１１１の上面側には、シャフト２５の偏心部２５ｂが挿入されている。

　さらに、可動スクロール１１およびミドルハウジング２８の間には、可動スクロール１１が偏心部２５ｂ周りに自転することを防止する図示しない自転防止機構が設けられている。このため、シャフト２５が回転すると、可動スクロール１１は偏心部２５ｂ周りに自転することなく、シャフト２５の回転中心を公転中心として公転運動（旋回）する。

　また、可動スクロール１１には、基板部１１１から固定スクロール１２側に向かって突出する渦巻き状の歯部１１２が形成されている。一方、固定スクロール１２には、基板部１２１から可動スクロール１１側に向かって突出するとともに、可動スクロール１１の歯部１１２に噛み合う渦巻き状の歯部１２２が形成されている。

　そして、両スクロール１１、１２の歯部１１２、１２２同士が噛み合って複数箇所で接触することによって、回転軸方向から見たときに三日月形状に形成される圧縮室１５が複数個形成される。なお、図１では図示の明確化のため、複数個の圧縮室１５のうち１つの圧縮室のみに符号を付しており、他の圧縮室については符号を省略している。

　これらの圧縮室１５は、可動スクロール１１が公転運動することによって外周側から中心側へ容積を減少させながら移動する。従って、吸入ポート３０ａは、最外周側に位置付けられる圧縮室１５に連通している。さらに、中間圧流入ポート３０ｂは、最外周側から中心側へ移動する過程の中間位置に位置付けられる圧縮室１５に連通している。

　なお、図１から明らかなように、吸入ポート３０ａから最外周側に位置づけられる圧縮室１５へ至る吸入用の冷媒通路、および中間圧流入ポート３０ｂから中間位置に位置づけられる圧縮室１５へ至るインジェクション用の冷媒通路は、いずれも固定スクロール１２の基板部１２１の内部に形成されている。

　さらに、中間圧流入ポート３０ｂから中間位置の圧縮室１５へ至る冷媒通路には、圧縮室１５側から中間圧流入ポート３０ｂ側へ冷媒が逆流することを防止するための逆流防止構造３００が設けられている。この逆流防止構造３００の詳細構成については後述する。

　固定スクロール１２側の基板部１２１の中心部には、圧縮室１５で圧縮された冷媒が吐出される吐出孔１２３が形成されている。さらに、吐出孔１２３の下方側には、吐出孔１２３と連通する吐出室１２４が形成されている。この吐出室１２４には、吐出室１２４側から圧縮室１５側への冷媒の逆流を防止する逆止弁をなすリード弁と、リード弁の最大開度を規制するストッパ１６が配置されている。

　また、ハウジング３０の内部には、吐出室１２４からハウジング３０に形成された冷媒流出口へ導く図示しない冷媒通路が形成されている。さらに、この冷媒流出口には油分離器４０の冷媒流入口４０ｂが接続されている。油分離器４０は、鉛直方向に延びる筒状部材４１を有し、その内部に形成された空間で圧縮機構部１０にて昇圧された冷媒を旋回させ、遠心力の作用によって気相冷媒とオイルとを分離する。

　油分離器４０にて分離された高圧気相冷媒は、油分離器４０の上方側に形成された吐出ポート４０ａから水－冷媒熱交換器２側へ流出する。一方、油分離器４０にて分離されたオイルは、油分離器４０の下方側の部位に蓄えられ、さらに、図示しない油通路を介してハウジング３０内の圧縮機構部１０やシャフト２５と第１、第２軸受部２６、２７との摺動部等へ供給される。

　次に、図２を用いて本実施形態の逆流防止構造３００の詳細構成を説明する。前述の如く、中間圧流入ポート３０ｂは、最外周側から中心側へ移動する過程の中間位置に位置付けられる圧縮室１５に連通している。

　このため、中間圧流入ポート３０ｂ側の中間圧気相冷媒の圧力Ｐ２が、圧縮室１５側の冷媒圧力Ｐ１よりも高い時には、中間圧気相冷媒を圧縮室１５内へインジェクションすることができる。ところが、圧縮室１５側の冷媒圧力Ｐ１が中間圧流入ポート３０ｂ側の中間圧気相冷媒の圧力Ｐ２よりも高くなってしまうと圧縮室１５側から中間圧流入ポート３０ｂ側へ冷媒が逆流してしまう。

　このような逆流は、ヒートポンプサイクル１００の成績係数（ＣＯＰ）を悪化させてしまう原因となる。そこで、本実施形態では、中間圧流入ポート３０ｂから圧縮室１５へ至るインジェクション用の冷媒通路に逆流防止構造３００を設けることによって、圧縮室１５側から中間圧流入ポート３０ｂ側へ冷媒が逆流してしまうことを防止している。

　具体的には、逆流防止構造３００は、インジェクション用の冷媒通路内に形成された逆止弁室３０１、逆止弁室３０１内で変位してインジェクション用の冷媒通路を開閉するフリーバルブ３０２、逆止弁室３０１内に配置されてフリーバルブ３０２を収容するケース３０３等によって構成されている。

　逆止弁室３０１は、略円柱状の空間として形成され、その中心軸が水平方向に延びるように配置されている。さらに、逆止弁室３０１を形成する円柱状空間の軸方向一端側（圧縮機１の中心軸側）の底面には、逆止弁室３０１と圧縮室１５とを連通させる圧縮室側通路４００が接続されている。

　ケース３０３は、鉄（具体的には、Ｓ４５Ｃ）にて略円筒状に形成されたケーシング部３０３ａおよびストッパ部３０３ｂによって構成されている。ケーシング部３０３ａは、その中心軸が逆止弁室３０１と同軸上に配置された状態で、逆止弁室３０１内に圧入固定されている。さらに、ストッパ部３０３ｂは、その中心軸がケーシング部３０３ａと同軸上に配置された状態で、ケーシング部３０３ａ内に圧入固定されている。

　ケーシング部３０３ａの軸方向一端側には、フリーバルブ３０２がインジェクション用の冷媒通路を開く側に変位した際に当接する底面３０３ｃが設けられている。この底面３０３ｃにはケース３０３の内部空間と圧縮室側通路４００とを連通させる連通穴３０３ｄが形成されている。

　一方、ストッパ部３０３ｂの軸方向一端側には、フリーバルブ３０２がインジェクション用の冷媒通路を閉じる側に変位した際に当接する当接部３０３ｅが設けられている。なお、図２では、フリーバルブ３０２が当接部３０３ｅに当接し、インジェクション用の冷媒通路を閉じた状態を図示している。さらに、ストッパ部３０３ｂの内部空間は、逆止弁室３０１と中間圧流入ポート３０ｂとを連通させる流入ポート側通路４０１の一部を形成している。

　フリーバルブ３０２は、銅（具体的には、Ｃ３６０４ＢＤ）にて略円柱状に形成され、その中心軸がケース３０３と同軸上に配置された状態で、ケース３０３内を中心軸方向に摺動可能に配置されている。換言すると、フリーバルブ３０２の外径寸法とケース３０３のケーシング部３０３ａの内径寸法は隙間バメの寸法関係になっている。

　さらに、フリーバルブ３０２には、軸方向に延びる軸方向穴３０２ａ、径方向に延びる径方向穴３０２ｂ、および円柱状の周側面に形成された溝３０２ｃによって、フリーバルブ３０２がインジェクション用の冷媒通路を開いた際に冷媒を流通させるバルブ側通路３０２ｄが形成されている。

　また、本実施形態では、フリーバルブ３０２に形成されたバルブ側通路３０２ｄの通路断面積をＳ１とし、圧縮室側通路４００の通路断面積をＳ２としたときに、Ｓ１がＳ２よりも小さくなるように形成している。より詳細には、以下数式Ｆ１を満足するように形成している。

　０．１≦Ｓ１／Ｓ２≦０．９…（Ｆ１）
　なお、上記のＳ１、Ｓ２としては、それぞれの冷媒通路における最小通路断面積を採用すればよい。また、ケース３０３のケーシング部３０３ａの底面３０３ｃに設けられた連通穴３０３ｄの通路断面積は圧縮室側通路４００の通路断面積Ｓ２よりも大きく形成されている。また、上記数式Ｆ１の下限値（０．１）は、以下の理由で決定されている。

　つまり、バルブ側通路３０２ｄの通路断面積Ｓ１がインジェクション用の冷媒通路のうち最小通路面積になっており、圧縮室側通路４００の通路断面積Ｓ２がインジェクション用の冷媒通路のうち最大通路面積になっているとしたときに、インジェクション用の冷媒通路を流れる冷媒の流量は、最小通路面積であるバルブ側通路３０２ｄの通路断面積Ｓ１によって決定される。

　従って、Ｓ１は、以下数式Ｆ２に示すように、インジェクションに必要な流量の冷媒を流すことができる通路断面積以上にしておく必要がある。

　（必要流量を確保できる通路断面積）≦Ｓ１＜Ｓ２…（Ｆ２）
　また、圧縮室側通路４００は、可動スクロール１１の歯部１１２によって開閉されるため、Ｓ２の通路径は、以下数式Ｆ３に示すように、可動スクロール１１の歯部１１２の径方向の厚み（歯厚）寸法よりも小さくしておく必要がある。

　Ｓ１＜Ｓ２≦（歯部１１２の歯厚を直径とする円の面積）…（Ｆ３）
　すると、上記数式Ｆ１のＳ１／Ｓ２の下限値は、（必要流量を確保できる通路断面積／歯部１１２の歯厚を直径とする円の面積）で決定され、本発明者らの検討によれば、具体的に０．１となる。

　次に、上記構成における本実施形態の圧縮機１の作動を説明する。圧縮機１の電動機部２０に電力が供給されてロータ２２およびシャフト２５が回転すると、可動スクロール１１がシャフト２５に対して公転運動（旋回運動）する。これにより、可動スクロール１１側の歯部１１２と固定スクロール１２側の歯部１２２との間に形成された三日月状の圧縮室１５が外周側から中心側へ旋回しながら移動していく。

　最外周側に位置付けられて吸入ポート３０ａに連通する圧縮室１５には、吸入ポート３０ａを介して室外熱交換器６から流出した低圧冷媒が流入する。低圧冷媒が流入した圧縮室１５は、シャフト２５の回転に伴って、その容積を縮小させながら中間圧流入ポート３０ｂに連通する位置へ移動する。

　この際、圧縮室１５側の冷媒圧力Ｐ１よりも中間圧流入ポート３０ｂ側の中間圧気相冷媒の圧力Ｐ２が高くなっている状態では、圧縮室１５側の冷媒圧力Ｐ１と中間圧流入ポート３０ｂ側の冷媒圧力Ｐ２との圧力差によって、逆流防止構造３００のフリーバルブ３０２が逆止弁室３０１の一端側（ケーシング部３０３ａの底面３０３ｃ側）へ変位する。

　これにより、インジェクション用の冷媒通路が開き、中間圧流入ポート３０ｂから流入ポート側通路４０１を介して逆止弁室３０１へ流入した中間圧気相冷媒が、ストッパ３０３ｂの内部空間→フリーバルブ３０２に形成されたバルブ側通路３０２ｄ→ケーシング部３０３ａの連通穴３０３ｄ→圧縮室側通路４００の順に流れて、圧縮室１５へインジェクションされる。

　さらに、シャフト２５が回転して圧縮室１５の容積が縮小し、圧縮室１５側の冷媒圧力Ｐ１が中間圧流入ポート３０ｂ側の中間圧気相冷媒の圧力Ｐ２を上回ると、圧縮室１５側の冷媒圧力Ｐ１と中間圧流入ポート３０ｂ側の冷媒圧力Ｐ２との圧力差によって、逆流防止構造３００のフリーバルブ３０２が逆止弁室３０１の他端側（ストッパ部３０３ｂの当接部３０３ｅ側）へ変位する。

　これにより、インジェクション用の冷媒通路が閉じられ、圧縮室１５側から中間圧流入ポート３０ｂ側へ冷媒が逆流してしまうことが防止される。さらに、シャフト２５が回転して圧縮室１５が中心側へ移動して固定スクロール１２の吐出孔１２３へ連通すると、圧縮室１５にて圧縮された高圧冷媒が油分離器４０を介して吐出ポート４０ａから水－冷媒熱交換器２側へ流出する。

　本実施形態の圧縮機１は、上記の如く作動して、ヒートポンプサイクル１００において、冷媒を吸入し、圧縮して吐出する機能を発揮する。また、本実施形態の圧縮機１の逆流防止構造３００では、圧縮室１５側の冷媒圧力Ｐ１と中間圧流入ポート３０ｂ側の冷媒圧力Ｐ２との差圧によってフリーバルブ３０２を変位させて、冷媒が圧縮室１５側から中間圧流入ポート３０ｂ側へ逆流してしまうこと防止できる。

　さらに、本実施形態の逆流防止構造３００によれば、バルブ側通路３０２ｄの通路断面積Ｓ１が圧縮室側通路４００の通路断面積Ｓ２よりも小さくなっているので、バルブ側通路３０２ｄの通路断面積Ｓ１が圧縮室側通路４００の通路断面積Ｓ２と同等以上に形成されている場合に対して、圧縮室１５側の流体がバルブ側通路３０２ｄを介して中間圧流入ポート３０ｂ側へ流れる際の通路抵抗を大きくすることができる。

　従って、圧縮室１５側の冷媒圧力Ｐ１が中間圧流入ポート３０ｂ側の冷媒圧力Ｐ２より上回った際に、圧縮室１５側の冷媒圧力Ｐ１と中間圧流入ポート３０ｂ側の冷媒圧力Ｐ２との差圧が縮小しにくくなり、差圧によって変位するフリーバルブ３０２の応答性を向上させることができる。

　このことを図３を用いて説明すると、バルブ側通路３０２ｄの通路断面積Ｓ１が圧縮室側通路４００の通路断面積Ｓ２と同等以上に形成されている場合は、図３の太破線に示すように、中間圧流入ポート３０ｂ側の冷媒圧力Ｐ２（具体的には、図２の圧力測定点における圧力）が上昇して、圧縮室１５側の冷媒圧力Ｐ１と中間圧流入ポート３０ｂ側の冷媒圧力Ｐ２との差圧が縮小してしまう。

　一方、本実施形態では、図３の太実線に示すように、中間圧流入ポート３０ｂ側の冷媒圧力の上昇が抑制されるので、圧縮室１５側の冷媒圧力Ｐ１と中間圧流入ポート３０ｂ側の冷媒圧力Ｐ２との差圧が縮小しにくくなる。

　その結果、フリーバルブ３０２が、ケーシング部３０３ａの底面３０３ｃに当接した位置からストッパ部３０３ｂの当接部３０３ｅに当接する位置へ変位する際の応答性を向上させることができる。また、差圧によりフリーバルブ３０２がストッパ部３０３ｂの当接部３０３ｅへ押しつけられる力が大きくなることから、フリーバルブ３０２がインジェクション用の冷媒通路を閉じた際のシール性を向上させることもできる。

　さらに、本実施形態では、逆止弁室３０１およびフリーバルブ３０２を、それぞれ円柱状に形成し、中心軸を互いに同軸上に配置する構成を採用しているので、応答性を向上させた逆流防止構造を極めて容易に形成することができる。

　さらに、本実施形態では、フリーバルブ３０２をケーシング部３０３ａへ嵌挿した状態で、ストッパ部３０３ｂを圧入固定することによって、フリーバルブ３０２とケース３０３を一体化（モジュール化）することができる。従って、逆流防止構造３００を圧縮機１（より具体的には、固定スクロール１２の基板部１２１）へ容易に組み付けることができる。
（第２実施形態）
　上述の実施形態では、ケース３０３を鉄（具体的には、Ｓ４５Ｃ）で形成し、フリーバルブ３０２を銅（具体的には、Ｃ３６０４ＢＤ）で形成した例を説明したが、本実施形態では、ケース３０３の材質として制振鋼板を採用している。その他の構成および作動は第１実施形態と同様である。

　ここで、第１実施形態の如く、フリーバルブ３０２の応答性を向上させると、フリーバルブ３０２が変位してケーシング部３０３ａの底面３０３ｃあるいはストッパ部３０３ｂの当接部３０３ｅに衝突する際の衝撃音が大きくなってしまい、逆流防止構造の作動音が増加してしまう。

　これに対して、フリーバルブ３０２をテフロン（登録商標）等の樹脂で形成して作動音を低減させる手段が考えられるものの、樹脂製のフリーバルブ３０２では摺動による摩耗が懸念される。そこで本実施形態では、ケース３０３を制振鋼板で形成することによって、図４に示すように、樹脂製のフリーバルブを採用した場合と同等の騒音低減効果を得ている。

　本発明者らの検討によれば、具体的に、フリーバルブ３０２を樹脂にて形成し、ケース３０３を鉄にて形成すると第１実施形態に対して１６％の騒音低減効果があり、フリーバルブを銅にて形成し、ケース３０３を制振鋼板にて形成すると第１実施形態に対して１４％の騒音低減効果がある。

　さらに、圧縮機構を構成する固定スクロール１２は比較的強度や耐摩耗性の高い材料（例えば、炭素鋼）で形成する必要があるので、制振鋼板で形成することは好ましくない。従って、本実施形態のように逆流防止構造３００をモジュール化しておくことは、制振鋼板を用いた逆流防止構造３００を圧縮機１に適用しやすいという点でも有効である。

　上述の実施形態の変形例について述べる。本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。

　（１）上述の実施形態の圧縮機１では、圧縮機構部１０をスクロール型の圧縮機構にて構成した例を説明したが、圧縮機構部１０はこれに限定されない。例えば、可動部材の変位によって圧縮対象流体を圧縮する圧縮室の容積を縮小させる、レシプロ型の圧縮機構やロータリ型の圧縮機構で構成されていてもよい。

　（２）上述の実施形態では、フリーバルブ３０２を略円柱状の部材にて形成したが、フリーバルブ３０２の形状はこれに限定されない。例えば円錐台形状、球形状等に形成されていてもよい。また、フリーバルブ３０２は、圧縮室１５側の冷媒圧力Ｐ１と中間圧流入ポート３０ｂ側の冷媒圧力Ｐ２との差圧によって作動するものであれば、位置決め用のスプリング等から荷重を受けるものであってもよい。

　（３）上述の実施形態では、フリーバルブ３０２に形成されるバルブ側通路３０２ｄをフリーバルブ３０２の軸方向あるいは径方向に延びる穴等を用いて形成した例を説明したが、バルブ側通路３０２ｄはこれに限定されない。例えば、フリーバルブ３０２の円柱状の周側面に形成された溝３０２ｃに代えて、円柱状の周側面の一部を削り落とすことによって形成される切り欠き面にてバルブ側通路３０２ｄを形成してもよい。

　（４）上述の実施形態では、フリーバルブ３０２とケース３０３を一体化（モジュール化）して逆流防止構造３００を構成する例を説明したが、逆流防止構造３００の構成はこれに限定されない。つまり、ケーシング部３０３ａを廃止して、固定スクロール１２に形成された逆止弁室３０１内に直接フリーバルブ３０２を嵌挿した状態で、ストッパ部３０３ｂを逆止弁室３０１に圧入固定する構成としてもよい。

　（５）上述の実施形態では、逆流防止構造３００を圧縮室１５から中間圧流入ポート３０ｂ側への冷媒の逆流を防止するために適用しているが、もちろん、逆流防止構造３００は、圧縮室１５から吸入ポート３０ａ側への冷媒の逆流を防止するために適用してもよい。

　（６）上述の実施形態では、逆流防止構造３００を縦置きタイプの圧縮機に適用した例を説明したが、もちろん、圧縮機構部１０と電動機部２０とを水平方向（横方向）に配置した横置きタイプの圧縮機に適用してもよい。また、本開示の逆流防止構造３００を備える圧縮機の適用はヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）に限定されない。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (5)

1. 　圧縮対象流体を圧縮室（１５）内へ流入させる流入ポート（３０ｂ）が設けられた圧縮機（１）に適用されて、前記圧縮室（１５）側から前記流入ポート（３０ｂ）側へ前記圧縮対象流体が逆流することを防止する逆流防止構造であって、
   　前記流入ポート（３０ｂ）から前記圧縮室（１５）へ至る流体通路に形成された逆止弁室（３０１）と、
   　前記逆止弁室（３０１）内で変位して、前記流入ポート（３０ｂ）から前記圧縮室（１５）へ至る流体通路を開閉するフリーバルブ（３０２）とを備え、
   　前記フリーバルブ（３０２）は、前記圧縮室（１５）側の流体圧力（Ｐ１）と前記流入ポート（３０ｂ）側の流体圧力（Ｐ２）との差圧によって変位し、
   　前記フリーバルブ（３０２）には、前記フリーバルブ（３０２）が前記流入ポート（３０ｂ）から前記圧縮室（１５）へ至る流体通路を開いた際に前記圧縮対象流体を流通させるバルブ側通路（３０２ｄ）が形成されており、
   　さらに、前記バルブ側通路（３０２ｄ）の通路断面積（Ｓ１）は、前記逆止弁室（３０１）と前記圧縮室（１５）とを接続する圧縮室側通路（４００）の通路断面積（Ｓ２）よりも小さくなっていることを特徴とする圧縮機（１）の逆流防止構造。
2. 　前記バルブ側通路（３０２ｄ）の通路断面積をＳ１とし、前記圧縮室側通路（４００）の通路断面積をＳ２としたときに、
   　Ｓ１／Ｓ２≦０．９
   　となっていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機（１）の逆流防止構造。
3. 　前記逆止弁室（３０１）および前記フリーバルブ（３０２）は、それぞれ円柱状に形成され、
   　前記逆止弁室（３０１）および前記フリーバルブ（３０２）は、互いの中心軸が一致する様に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機（１）の逆流防止構造。
4. 　さらに、前記逆止弁室（３０１）内に配置されて、前記フリーバルブ（３０２）を収容するケース（３０３）を備え、
   　前記ケース（３０３）は、円筒状に形成され、
   　前記逆止弁室（３０１）、前記フリーバルブ（３０２）および前記ケース（３０３）は、互いの中心軸が一致する様に配置されており、
   　前記ケース（３０３）は制振鋼板にて形成されていることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機（１）の逆流防止構造。
5. 　圧縮対象流体を圧縮室（１５）内へ流入させる流入ポート（３０ｂ）が設けられた圧縮機（１）に適用されて、前記圧縮室（１５）側から前記流入ポート（３０ｂ）側へ前記圧縮対象流体が逆流することを防止する逆流防止構造であって、
   　前記流入ポート（３０ｂ）から前記圧縮室（１５）へ至る流体通路に形成された逆止弁室（３０１）と、
   　前記逆止弁室（３０１）内で変位して、前記流入ポート（３０ｂ）から前記圧縮室（１５）へ至る流体通路を開閉するフリーバルブ（３０２）と、
   　前記逆止弁室（３０１）内に配置されて、前記フリーバルブ（３０２）を収容するケース（３０３）とを備え、
   　前記フリーバルブ（３０２）は、前記圧縮室（１５）側の流体圧力（Ｐ１）と前記流入ポート（３０ｂ）側の流体圧力（Ｐ２）との差圧によって変位し、
   　前記逆止弁室（３０１）および前記フリーバルブ（３０２）は、それぞれ円柱状に形成され、
   　前記ケース（３０３）は、円筒状に形成され、
   　前記逆止弁室（３０１）、前記フリーバルブ（３０２）および前記ケース（３０３）は、互いの中心軸が一致する様に配置されており、
   　さらに、前記ケース（３０３）は制振鋼板にて形成されている圧縮機（１）の逆流防止構造。

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