WO2016199281A1

WO2016199281A1 - スクロール圧縮機及び冷凍サイクル装置

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Publication number: WO2016199281A1
Application number: PCT/JP2015/066929
Authority: WO
Inventors: 修平小山; 匡宏中谷
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2016-12-15
Also published as: EP3309399A1; US20180128270A1; CN107614878B; EP3309399B1; CN107614878A; JPWO2016199281A1; EP3309399A4; JP6366834B2; US10578103B2

Abstract

シェル（８）と、シェル（８）内に配置された固定スクロール（１）及び揺動スクロール（２）と、固定スクロール（１）及び揺動スクロール（２）のそれぞれに設けられ、相互に噛み合わされて複数の圧縮室（９）を形成する第１渦巻体（１ｂ）及び第２渦巻体（２ｂ）と、揺動スクロール（２）の第２渦巻体（２ｂ）の先端部に渦巻方向に沿って挿入され、固定スクロール（１）の第１台板（１ｃ）と摺接するチップシール部材（１７ｂ）と、固定スクロール（１）の第１台板（１ｃ）に貫通して設けられ、シェル（８）の外部から圧縮室（９）内に吸入圧と吐出圧との間の中間圧の冷媒を導入するインジェクションポート（１６）とを備え、冷媒は二酸化炭素単体又は二酸化炭素を含む混合冷媒であり、インジェクションポート（１６）の径φｉｎｊと渦巻方向に対して直交する方向のチップシール部材（１７ｂ）の幅ＴＩＰとが、φｉｎｊ≦０．９５×ＴＩＰの関係を有する。

Description

スクロール圧縮機及び冷凍サイクル装置

　本発明は、主に冷凍機、空気調和機、給湯機に搭載されるスクロール圧縮機及び冷凍サイクル装置に関するものである。

　従来、それぞれ渦巻体を有する固定スクロール及び揺動スクロールが協働して圧縮室を形成するように組み合わされたスクロール圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。このスクロール圧縮機は、固定スクロールの台板にインジェクションポートが形成され、インジェクションポートから中間圧の圧縮室内に液冷媒を流入させることで、圧縮室内のガス温度を下げ、圧縮室から吐出される冷媒の温度（以下、吐出温度という）を低減して効率を上げるようにしている。

特開２０１２－１２７２２２号公報

　近年、地球温暖化防止の観点から、従来のＨＦＣ冷媒から低ＧＷＰである冷媒への移行が進んでいる。ＨＦＣ冷媒より低ＧＷＰである候補冷媒として二酸化炭素等がある。二酸化炭素は、その物性上、動作圧力が高く、また吐出温度が高くなりやすい冷媒である。

　ところで、スクロール圧縮機では、隣接する圧縮室間の軸方向隙間をシールするシール部として、固定スクロール及び揺動スクロールのそれぞれの渦巻体の先端面にチップシール部材を配置している。このように渦巻体の先端面にチップシール部材を配置したスクロール圧縮機において、冷媒として二酸化炭素を用いた場合、以下の問題が生じる。すなわち、二酸化炭素を用いると上述したように圧縮室内の圧力が高くなることから、インジェクション停止中のインジェクションポートの内部の圧力と圧縮室内の圧力との圧力差が大きくなる。そして、揺動スクロールの偏心旋回運動時に揺動スクロール側のチップシール部材がインジェクションポート上を通過した際、この圧力差によりチップシール部材がインジェクションポートに入り込んでチップシール部材が破損するという問題があった。

　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、チップシール部材の破損を防止して信頼性を向上することが可能なスクロール圧縮機及び冷凍サイクル装置を提供するものである。

　本発明に係るスクロール圧縮機は、シェルと、シェル内に配置された固定スクロール及び揺動スクロールと、固定スクロール及び揺動スクロールのそれぞれに設けられ、相互に噛み合わされて複数の圧縮室を形成する渦巻体と、揺動スクロールを偏心旋回運動させるクランクシャフトと、揺動スクロールの渦巻体の先端部に渦巻方向に沿って挿入され、固定スクロールの台板と摺接するチップシール部材と、固定スクロールの台板に貫通して設けられ、外部から圧縮室内に吸入圧と吐出圧との間の中間圧の冷媒を導入するインジェクションポートとを備え、冷媒は二酸化炭素単体又は二酸化炭素を含む混合冷媒であり、インジェクションポートの径φｉｎｊと渦巻方向に対して直交する方向のチップシール部材の幅ＴＩＰとが、φｉｎｊ≦０．９５×ＴＩＰの関係を有するものである。

　本発明に係る冷凍サイクル装置は、スクロール圧縮機と、放熱器と、減圧装置と、蒸発器とを備え、これらが順次接続されて冷媒が循環するように構成された主回路と、放熱器と減圧装置との間から分岐し、スクロール圧縮機のインジェクションポートに接続される中間インジェクション回路と、中間インジェクション回路の流量を調整する流量調整弁とを備え、液状態の冷媒を中間インジェクション回路からインジェクションポートに導くものである。

　本発明によれば、インジェクションポートの径φｉｎｊとチップシール部材の幅ＴＩＰとが、φｉｎｊ≦０．９５×ＴＩＰの関係を有するため、チップシール部材の破損を防止して信頼性を向上することが可能なスクロール圧縮機及び冷凍サイクル装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の概略断面図である。本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の固定スクロールと揺動スクロールの組み合わせ構造を揺動スクロール側から軸方向に見た平面図である。本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機を備えた冷凍サイクル装置の冷媒回路を示す回路構成図である。図１のスクロール圧縮機の圧縮工程図である。本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機において、中間インジェクションを行わないときの圧縮室断面図である。本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機において、インジェクションポート径φｉｎｊとチップシール幅ＴＩＰとの比と、揺動スクロール２側のチップシール部材１７ｂの差圧によるたわみ量δ［ｍｍ］との関係を求めた実機試験結果を示すグラフである。本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機を備えた冷凍サイクル装置において冷媒として二酸化炭素を用いた場合のＰ－ｈ線図（冷媒の圧力［Ｍｐａ］とエンタルピー［ｋＪ／ｋｇ］との関係を示す線図）である。本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機を備えた冷凍サイクル装置において放熱器の出口温度をパラメータとして圧縮機入力を測定した結果を示す図である。本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の圧縮室内の昇圧曲線を示す図である。本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の概略断面図である。

実施の形態１．
　本実施の形態１を以下、図面を用いて説明する。ここで、以下の各図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。また、温度、圧力等の高低については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、システム、装置等における状態、動作等において相対的に定まるものとする。

　図１は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の概略断面図である。図１には、いわゆる高圧シェル型の密閉型スクロール圧縮機である場合を例に示している。図２は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の固定スクロールと揺動スクロールの組み合わせ構造を揺動スクロール側から軸方向に見た平面図である。図２において固定スクロール１を実線で示し、揺動スクロール２を点線で示している。

　このスクロール圧縮機１００は、冷媒を吸入し、圧縮して高温且つ高圧の状態として吐出させる機能を有している。スクロール圧縮機１００は、外郭を構成する密閉容器であるシェル８の内部に、圧縮機構部３５、駆動機構部３６及びその他の構成部品が収納され、構成されている。図１に示すように、シェル８内において、圧縮機構部３５が上側に、駆動機構部３６が下側に、それぞれ配置されている。シェル８下方は油溜り１２となっている。

　シェル８の内部には、駆動機構部３６を挟んで対向するようにフレーム３とサブフレーム１９とが配置されている。フレーム３は、駆動機構部３６の上側に配置されて駆動機構部３６と圧縮機構部３５との間に位置しており、サブフレーム１９は、駆動機構部３６の下側に位置している。フレーム３及びサブフレーム１９は、焼き嵌め、溶接等によってシェル８の内周面に固着されている。フレーム３の中央部には軸受部３ｂが設けられており、サブフレーム１９の中央部には副軸受１９ａが設けられている。そして、この軸受部３ｂ及び副軸受１９ａにクランクシャフト４が回転自在に支持されている。

　シェル８には、冷媒を吸入するための吸入管５、冷媒を吐出するための吐出管１３、及び圧縮室９へ冷媒をインジェクションするためのインジェクション配管１５が連接されている。

　圧縮機構部３５は、吸入管５から吸入した冷媒を圧縮し、シェル８内の上方に形成されている高圧空間１４に排出する機能を有している。この高圧冷媒は、吐出管１３からスクロール圧縮機１００の外部に吐出されるようになっている。駆動機構部３６は、圧縮機構部３５で冷媒を圧縮するために、圧縮機構部３５を構成している揺動スクロール２を駆動する機能を果たすようになっている。つまり、駆動機構部３６がクランクシャフト４を介して揺動スクロール２を駆動することによって、圧縮機構部３５で冷媒を圧縮するようになっている。

　圧縮機構部３５は、固定スクロール１と揺動スクロール２とを備えている。図１に示すように、揺動スクロール２は下側に、固定スクロール１は上側に配置されるようになっている。固定スクロール１は、第１台板１ｃと、第１台板１ｃの一方の面に立設された渦巻状突起である第１渦巻体１ｂと、で構成されている。揺動スクロール２は、第２台板２ｃと、第２台板２ｃの一方の面に立設された渦巻状突起である第２渦巻体２ｂと、で構成されている。固定スクロール１及び揺動スクロール２は、第１渦巻体１ｂと第２渦巻体２ｂとを互いに噛み合わせた状態で、シェル８内に装着されている。第１渦巻体１ｂ及び第２渦巻体２ｂは、インボリュート曲線にならって形成されており、第１渦巻体１ｂ及び第２渦巻体２ｂが噛み合って組み合わされることで、第１渦巻体１ｂと第２渦巻体２ｂとの間に、複数の圧縮室９が形成される。

　固定スクロール１は、フレーム３を介してシェル８内に固定されている。固定スクロール１の中央部には、圧縮されて高圧となった冷媒を吐出する吐出ポート１ａが形成されている。吐出ポート１ａの出口開口部には、この出口開口部を覆い、冷媒の逆流を防ぐ板バネ製の弁１１が配設されている。弁１１の一端側には、弁１１のリフト量を制限する弁押さえ１０が設けられている。つまり、圧縮室９内で冷媒が所定圧力まで圧縮されると、弁１１がその弾性力に逆らって持ち上げられ、圧縮された冷媒が吐出ポート１ａから高圧空間１４内に吐出され、吐出管１３を通ってスクロール圧縮機１００の外部に吐出されるようになっている。

　また、固定スクロール１の第１台板１ｃには、低圧空間（吸入圧空間）とは連通しない位置にインジェクションポート１６が形成されている。インジェクションポート１６は、圧縮途中過程の冷媒が存在する圧縮室９に、シェル８の外部から中間圧（吸入圧力と吐出圧力との間の圧力）の液冷媒を圧縮室９内にインジェクションするためのポートである。インジェクションポート１６は、第１渦巻体１ｂ及び第２渦巻体２ｂの中心を挟んで対称となる一対の圧縮室９にそれぞれ１個ずつ設けており、対称な一対の圧縮室９の圧力が互いに等しくなるように構成している。

　また、固定スクロール１には、インジェクション配管１５から供給されるインジェクション冷媒を２つに分岐し、２箇所のインジェクションポート１６に流入させるインジェクション分配流路１５ａが形成されている。なお、図１には、インジェクション分配流路１５ａが固定スクロール１内に形成された穴で構成された例を示しているが、固定スクロール１から独立した配管で形成してもよい。要するに、シェル８の外部からシェル８内に位置するインジェクションポート１６にインジェクション冷媒を導く配管を有し、その配管の流出側が２方向に分岐し、各インジェクションポート１６とそれぞれ連通する構成であればよい。

　揺動スクロール２は、固定スクロール１に対して自転することなく偏心旋回運動を行うようになっている。また、揺動スクロール２の第２渦巻体２ｂの形成面とは反対側の面（以下、スラスト面と称する）の略中心部には、駆動力を受ける中空円筒形状の凹状軸受２ｄが形成されている。この凹状軸受２ｄには、クランクシャフト４の上端に設けられた後述の偏心ピン部４ａが嵌入（係合）されている。

　また、固定スクロール１及び揺動スクロール２の第１渦巻体１ｂ及び第２渦巻体２ｂのそれぞれの先端部には、図２の黒塗り部分で示すように渦巻方向に沿ってチップシール部材１７ａ及びチップシール部材１７ｂが挿入されている。チップシール部材１７ａ及びチップシール部材１７ｂは、これらを収納する溝部１８ａ（後述の図５参照）及び溝部１８ｂ内で軸方向（図１及び図５の上下方向に）に進退可能である。そして、揺動スクロール２が固定スクロール１に対して偏心旋回運動を行うことにより、チップシール部材１７ａは、揺動スクロール２の第２台板２ｃ表面（歯底面）と摺接し、チップシール部材１７ｂは、固定スクロール１の第１台板１ｃ表面（歯底面）と摺接することにより、隣接する圧縮室９間の軸方向隙間をシールする。

　駆動機構部３６は、ステータ７と、ステータ７の内周面側に回転可能に配設され、クランクシャフト４に固定されたロータ６と、シェル８内に垂直方向に収容され、回転軸であるクランクシャフト４と、で少なくとも構成されている。ステータ７は、通電されることによってロータ６を回転駆動させる機能を有している。また、ステータ７は、外周面が焼き嵌め等によりシェル８に固着支持されている。ロータ６は、ステータ７に通電がされることにより回転駆動し、クランクシャフト４を回転させる機能を有している。ロータ６は、クランクシャフト４の外周に固定されており、内部に永久磁石を有し、ステータ７と僅かな隙間を隔てて保持されている。

　クランクシャフト４は、上端部に偏心ピン部４ａが形成されており、偏心ピン部４ａが揺動スクロール２の凹状軸受２ｄに嵌合され、クランクシャフト４の回転により揺動スクロール２を偏心旋回運動させるようになっている。

　クランクシャフト４の下側には、オイルポンプ２１が固着されている。オイルポンプ２１は容積型ポンプでありクランクシャフト４の回転に従い、油溜り１２に保有している冷凍機油をクランクシャフト４内部に設けられた油回路２２を通して凹状軸受２ｄ、軸受部３ｂに供給する機能を果たすようになっている。

　また、シェル８内には、揺動スクロール２の偏心旋回運動中における自転運動を阻止するためのオルダムリング２０が配設されている。このオルダムリング２０は、固定スクロール１と揺動スクロール２との間に配設され、揺動スクロール２の自転運動を阻止するとともに、公転運動を可能とする機能を果たすようになっている。

　ここで、圧縮機１００の動作について簡単に説明する。
　シェル８に設けられた図示省略の電源端子に通電されると、ステータ７とロータ６とにトルクが発生し、クランクシャフト４が回転する。クランクシャフト４の回転により、揺動スクロール２がオルダムリング２０により自転を規制されて偏心旋回運動する。吸入管５からシェル８内に吸入された冷媒は、固定スクロール１の第１渦巻体１ｂと揺動スクロール２の第２渦巻体２ｂ間に形成された複数の圧縮室９のうち外周部の圧縮室９に取り込まれる。

　そして、ガスを取り込んだ圧縮室９は、揺動スクロール２の偏心旋回運動に伴い、外周部から中心方向に移動しながら容積を減じ、冷媒を圧縮する。そして、圧縮された冷媒ガスは、固定スクロール１に設けた吐出ポート１ａから弁押さえ１０に逆らって吐出され、吐出管１３からシェル８外に排出される。

　図３は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機を備えた冷凍サイクル装置の冷媒回路を示す回路構成図である。
　図３の冷凍サイクル装置は、スクロール圧縮機１００と、放熱器５１と、減圧装置としての膨張弁５２と、蒸発器５３とを備え、これらが順次配管で接続されて冷媒が循環するように構成された主回路を備えている。また、放熱器５１と膨張弁５２との間から分岐し、スクロール圧縮機１００のインジェクション配管１５に接続される中間インジェクション回路５４を備えている。中間インジェクション回路５４には流量調整弁としての膨張弁５５と中間インジェクション回路５４を開閉する開閉弁としての電磁弁５６とが設けられている。膨張弁５５及び電磁弁５６は図示しない制御装置によって制御され、膨張弁５５の制御により、圧縮室９にインジェクションする流量を調整可能となっている。冷凍サイクル装置には、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ_２）が充填されている。なお、冷媒としては、二酸化炭素を含む混合冷媒を用いても良い。

　次に、冷凍サイクル装置の動作について説明する。
　スクロール圧縮機１００から吐出された冷媒は放熱器５１に流入し、放熱器５１を通過する空気と熱交換して放熱し、放熱器５１から流出する。放熱器５１を流出した冷媒は、膨張弁５２で絞り膨張率と流量を制御された後、蒸発器５３に流入する。蒸発器５３に流入した低圧二相冷媒は、蒸発器５３を通過する空気と熱交換した後、吸入管５からスクロール圧縮機１００の内部へと戻り、再び圧縮室９に吸い込まれる。

　ここで、例えばスクロール圧縮機１００に吸入される冷媒の温度（以下、吸入温度という）と吐出温度との差が大きいすなわち高圧低圧の差圧が大きい運転（以下、高圧縮比運転という）では、吐出管１３から排出される冷媒は高温となる。そこで放熱器５１の出口から取り出した液冷媒を圧縮室９へインジェクションすることにより、吐出温度を下げることが行われる。具体的には、高圧の液冷媒が、放熱器５１から取り出された後、膨張弁５２及び電磁弁５６で絞り膨張率及び流量を制御されて中間圧に減圧される。そして、中間圧の液冷媒がインジェクション配管１５からスクロール圧縮機１００内部に入る。スクロール圧縮機１００内部に入った液冷媒は、固定スクロール１に形成されたインジェクション分配流路１５ａを介してインジェクションポート１６を通り、圧縮室９へインジェクションされ、圧縮室９内において圧縮途中にあるガス冷媒を冷却する。以下、中間圧の液冷媒をインジェクションすることを中間インジェクションということがある。

　図４は、図１のスクロール圧縮機の圧縮工程図であり、圧縮室の圧縮過程を６０°毎に示した図である。図４及び図１を参照してスクロール圧縮機１００の圧縮機構部３５の動作について簡単に説明する。
　図４（ａ）は、固定スクロール１と揺動スクロール２によって形成される圧縮室９の吸入が完了し、一対の最外室（図４においてドットで示した部分）が形成されたところを示している（閉じ込み完了角度０°）。ここでは、図４（ａ）において最外室となっている圧縮室９ａに着目して圧縮機構部３５の動作を説明する。

　図４（ｂ）では揺動スクロール２の旋回運動が進み、第１渦巻体１ｂと第２渦巻体２ｂとがインジェクションポート１６上を移動している。

　図４（ｃ）では揺動スクロール２の旋回運動がさらに進み、インジェクションポート１６が圧縮室９ａに連通している。これにより、インジェクションポート１６から圧縮室９ａに中間インジェクションが行われ、圧縮室９ａ内の冷却が行われている。

　図４（ｄ）は、揺動スクロール２の旋回運動がさらに進み、引き続き圧縮室９ａとインジェクションポート１６とが連通し、中間インジェクションによる圧縮室９ａ内の冷却が行われている。

　図４（ｅ）では、揺動スクロール２の旋回運動がさらに進み、引き続き圧縮室９ａとインジェクションポート１６とが連通し、中間インジェクションによる圧縮室９ａ内の冷却が行われている。

　図４（ｆ）では、揺動スクロール２の旋回運動がさらに進み、引き続き圧縮室９ａとインジェクションポート１６とが連通し、中間インジェクションによる圧縮室９ａ内の冷却が行われている。また、図４（ｆ）では、圧縮室９ａとその内側の吐出ポート１ａに連通した最内室９ｂとが連通している。このため、圧縮室９ａに開口したインジェクションポート１６は吐出ポート１ａと連通することとなる。よって、図４（ｆ）では、インジェクションポート１６が吐出ポート１ａと連通しつつ、中間インジェクションが引き続き行われることになる。

　そして、揺動スクロール２の旋回運動がさらに進むと、再び図４（ａ）の状態に戻る。このとき、最外室よりも内側の圧縮室９ｃにおいて中間インジェクションが引き続き行われる。

　ここで、高圧縮比運転ではインジェクションが行われるためインジェクションポート１６には液冷媒が通過するが、高圧縮比運転以外ではインジェクションは停止されるため、インジェクションポート１６には液冷媒が通過せず、空間となっている。そして、本発明では冷媒として二酸化炭素を用いており、ＨＦＣ冷媒に比べて動作圧力が３～４倍と高いことから、インジェクションポート１６内の圧力と圧縮室９内の圧力との圧力差が大きくなる。このような差圧に起因したチップシール部材１７ｂの変形によるチップシール部材１７ｂの破損を防止するため、以下の対策を施している。

　図５は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機において、中間インジェクションを行わないときの圧縮室断面図である。図６は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機において、インジェクションポート径φｉｎｊとチップシール幅ＴＩＰとの比と、揺動スクロール２側のチップシール部材１７ｂの差圧によるたわみ量δ［ｍｍ］との関係を求めた実機試験結果を示すグラフである。
　図５には、揺動スクロール２側のチップシール部材１７ｂが、差圧によって浮上して固定スクロール１側に押し付けられた状態を示している。そして、図５の右側の拡大図に示すように、揺動スクロール２側のチップシール部材１７ｂがインジェクションポート１６上を通過する際、その差圧によりチップシール部材１７ｂがインジェクションポート１６内に撓むように変形する。

　そして、図６のグラフから、インジェクションポート径φｉｎｊが大きい、又はチップシール幅（渦巻方向に対して直交する方向のチップシール部材の幅）ＴＩＰが小さくなるほどたわみ量δは大きくなることがわかる。また、実機試験結果から、チップシール部材１７ｂが破損せず信頼性を確保できる、φｉｎｊ／ＴＩＰの上限が（φｉｎｊ／ＴＩＰ）≦０．９５であることを確認した。よって、インジェクションポート径φｉｎｊとチップシール幅ＴＩＰとの関係が、φｉｎｊ ≦（０．９５×ＴＩＰ）を満たすように設計することで、チップシール部材１７ｂの破損を防止することができる。

　図７は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機を備えた冷凍サイクル装置において冷媒として二酸化炭素を用いた場合のＰ－ｈ線図（冷媒の圧力［Ｍｐａ］とエンタルピー［ｋＪ／ｋｇ］との関係を示す線図）である。二酸化炭素は、臨界点が３１℃、臨界圧力が約７．５ＭＰａと高いため、圧力が非常に高く高圧側が超臨界冷媒となる凝縮現象のない遷臨界サイクルとなる。

　図８は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機を備えた冷凍サイクル装置において放熱器出口の冷媒温度をパラメータとして圧縮機入力を測定した結果を示す図である。図８において横軸は放熱器出口の冷媒温度（放熱器出口温度）［℃］、縦軸は圧縮機入力［Ｗ］である。
　図８より、放熱器出口温度が３０℃を超えたあたりから、圧縮機入力が増加していることがわかる。この理由について、冷媒として従来のＨＦＣ冷媒を用いた場合と比較して説明する。

　従来のＨＦＣ冷媒を用いたスクロール圧縮機では、中間インジェクション機構を用いて液冷媒をインジェクションし、その液冷媒が液相状態から気相状態に相転移する際の潜熱を利用して圧縮室９内のガス冷媒を冷却していた。このように従来は潜熱を利用するため、ガス冷媒の効率的な冷却が可能であった。

　しかし、二酸化炭素等の超臨界冷媒は相転移を行わないため、融解熱及び潜熱は存在しない。また、図８に示すように放熱器５１において二酸化炭素は臨界圧力を超えており、すなわち放熱器出口温度が３０℃を超えており、二酸化炭素は超臨界状態となっている。このため、３０℃を超えた二酸化炭素をそのままスクロール圧縮機１００にインジェクションした場合、圧縮室９内では温度差の異なる超臨界状態の冷媒同士の熱交換となり、熱交換効率が低い。よって、圧縮機から吐出される吐出ガスの温度を目的の吐出温度まで下げるために、中間インジェクション流量を増加させる必要が生じる。この結果、圧縮機入力が増加したと考えられる。

　従って、二酸化炭素を用いて中間インジェクションを行う冷凍サイクル装置では、膨張弁５２の開度制御等を行って放熱器出口温度を３０℃以下に制御することが望ましい。放熱器５１の出口温度を３０℃以下に制御することで、放熱器５１の出口冷媒、すなわちインジェクションに用いる冷媒を液冷媒にすることができ、圧縮室９内のガス冷媒を効率良く冷却することが可能となる。なお、放熱器出口温度の下限値は、放熱器５１で冷媒を冷却する熱媒体に応じて変わり、熱媒体が空気の場合、外気（周囲）温度となる。また、熱媒体が水の場合は０℃超となる。

　図９は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の圧縮室内の昇圧曲線を示す図である。横軸は圧縮室容積、縦軸は圧力を示している。図９には、中間インジェクションを行わない場合の昇圧曲線と、中間インジェクションを行った場合の昇圧曲線とを示している。
　吐出温度が高い場合、中間インジェクションを行って吐出温度を下げることは上述の通りである。そして、中間インジェクションでは中間圧冷媒を圧縮室９に流入させるため、中間インジェクション有りの昇圧曲線は、中間インジェクション無しの昇圧曲線と比較して図右上に膨れる。インジェクション冷媒の圧力（中間圧）が必要以上に高い場合、圧縮室９内の圧力が、目標の吐出圧力よりも高くなる過圧縮部が生じて損失となる。この損失が生じると圧縮機の入力が高くなり、ＣＯＰが低下する。このため、過圧縮を防止することが望まれ、本実施の形態１では図４（ｆ）で説明したように、インジェクションポート１６と吐出ポート１ａとが連通する構成としたことで、過圧縮の防止を可能としている。

　すなわち、インジェクションポート１６と吐出ポート１ａとが連通する構成であるため、インジェクションポート１６から流入した中間圧冷媒の冷媒量が過大で、圧縮室９内の圧力が吐出圧力以上になると、圧縮室９内の冷媒が吐出ポート１ａから冷媒回路に吐出される。このため、中間インジェクションを行うに際して過圧縮部の発生を無くし、圧縮機の入力増加を防止することができる。

　以上説明したように本実施の形態１によれば、インジェクションポート径φｉｎｊとチップシール幅ＴＩＰとが、φｉｎｊ≦（０.９５×ＴＩＰ）の関係を有するようにしたので、チップシール部材１７ｂの破損を防止でき、スクロール圧縮機１００の信頼性を確保することができる。

　また、インジェクションポート１６が固定スクロール１の中央部に設けられた吐出ポート１ａに圧縮過程で連通する構成としたので、過圧縮を防止することができる。

　また、インジェクションポート１６は、吐出ポート１ａを挟んで対称な圧縮室９のそれぞれに１個以上且つ同数設けられているので、各圧縮室９同士の圧力は同等となるため、揺動スクロール２に作用する自転モーメントは最小となり、自転を防止するオルダムリングの信頼性向上という効果が得られる。

実施の形態２．
　上記実施の形態１のスクロール圧縮機１００は、シェル８の内部空間の圧力が高圧である、いわゆる高圧シェル型のスクロール圧縮機であった。これに対し、本実施の形態２では、シェル８の内部空間の圧力が低圧である、いわゆる低圧シェル型のスクロール圧縮機としたものである。このように低圧シェル型のスクロール圧縮機としても、得られる効果は高圧シェル型のスクロール圧縮機と同様である。以下、低圧シェル型とした場合の特有の構成について説明する。

　図１０は、本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の概略断面図である。以下、本実施の形態２が実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
　本実施の形態２のスクロール圧縮機１００では吐出ポート１ａから吐出された冷媒ガスが、シェル８の内部空間に供給されることなく、直接吐出管１３に導かれるようになっている。よって、シェル８の内部空間は吸入管５から流入した吸入圧冷媒によって低圧になっている。

　このようにシェル８に吸入圧冷媒のみが作用する場合、シェル８が外気（冬場）又は吸入圧冷媒（夏場）により冷却されて熱収縮する。一方で、圧縮機運転中に、圧縮室９内圧力がインジェクション配管１５内圧力より高くなったとき、圧縮室９からインジェクション配管１５に高圧冷媒が逆流するため、この逆流した高圧冷媒によりインジェクション配管１５が加熱されて熱膨張する。この場合、シェル８内でインジェクション配管１５が突っ張り、破損してしまう危険性がある。そこで、図１０では、インジェクション配管１５においてシェル８の内部に位置する部分を、インジェクション配管１５の軸方向とそれに垂直な方向とに２回、曲げた構造としている。このように、インジェクション配管１５を、熱膨張による伸びを抑える柔構造とすることで、インジェクション配管１５の破損を防止することができる。なお、インジェクション配管１５の曲げ回数は２回に限られたものではなく、１回以上曲げられていれば、同様の効果が得られる。インジェクション配管１５を１回曲げた場合の具体的な構造としては、例えば、インジェクション配管１５をＬ字構造とし、固定スクロール１の背面（図１０において固定スクロール１の上面）に凸部を設けてそこにインジェクション配管１５のシェル８内部側の端部を差し込む構造とすればよい。

　１　固定スクロール、１ａ　吐出ポート、１ｂ　第１渦巻体、１ｃ　第１台板、２　揺動スクロール、２ｂ　第２渦巻体、２ｃ　第２台板、２ｄ　凹状軸受、３　フレーム、３ｂ　軸受部、４　クランクシャフト、４ａ　偏心ピン部、５　吸入管、６　ロータ、７　ステータ、８　シェル、９　圧縮室、９ａ　圧縮室、９ｂ　最内室、９ｃ　圧縮室、１０　弁押さえ、１１　弁、１２　油溜り、１３　吐出管、１４　高圧空間、１５　インジェクション配管、１５ａ　インジェクション分配流路、１６　インジェクションポート、１７ａ　チップシール部材、１７ｂ　チップシール部材、１８ａ　溝部、１８ｂ　溝部、１９　サブフレーム、１９ａ　副軸受、２０　オルダムリング、２１　オイルポンプ、２２　油回路、３５　圧縮機構部、３６　駆動機構部、５１　放熱器、５２　膨張弁、５３　蒸発器、５４　中間インジェクション回路、５５　膨張弁、５６　電磁弁、１００　スクロール圧縮機。

Claims

　シェルと、
　前記シェル内に配置された固定スクロール及び揺動スクロールと、
　前記固定スクロール及び前記揺動スクロールのそれぞれに設けられ、相互に噛み合わされて複数の圧縮室を形成する渦巻体と、
　前記揺動スクロールを偏心旋回運動させるクランクシャフトと、
　前記揺動スクロールの前記渦巻体の先端部に渦巻方向に沿って挿入され、前記固定スクロールの台板と摺接するチップシール部材と、
　前記固定スクロールの前記台板に貫通して設けられ、前記シェルの外部から前記圧縮室内に吸入圧と吐出圧との間の中間圧の冷媒を導入するインジェクションポートとを備え、
　前記冷媒は二酸化炭素単体又は二酸化炭素を含む混合冷媒であり、
　前記インジェクションポートの径φｉｎｊと前記渦巻方向に対して直交する方向の前記チップシール部材の幅ＴＩＰとが、φｉｎｊ≦０．９５×ＴＩＰの関係を有するスクロール圧縮機。
　前記インジェクションポートは、前記固定スクロールの中央部に設けられた吐出ポートに圧縮過程で連通する請求項１記載のスクロール圧縮機。
　前記スクロール圧縮機は低圧シェル型である請求項１又は請求項２記載のスクロール圧縮機。
　前記インジェクションポートに接続され、外部から前記冷媒を前記インジェクションポートに導くインジェクション配管を備え、前記インジェクション配管において前記シェル内に位置する部分は、前記クランクシャフトの軸方向と前記軸方向に対して垂直な方向とに１回以上、曲げられている請求項３記載のスクロール圧縮機。
　前記複数の圧縮室は、前記渦巻体の中心に対して対称な一対の圧縮室を有しており、前記インジェクションポートは、前記一対の圧縮室のそれぞれに１個以上且つ同数であることを特徴とする請求項１～請求項４の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
　前記インジェクションポートに接続され、前記シェルの外部から前記冷媒を前記インジェクションポートに導くインジェクション配管の流出側が２方向に分岐し、前記インジェクションポートにそれぞれ連通する請求項５記載のスクロール圧縮機。
　請求項１～請求項６の何れか一項に記載のスクロール圧縮機と、放熱器と、減圧装置と、蒸発器とを備え、これらが順次接続されて冷媒が循環するように構成された主回路と、
　前記放熱器と前記減圧装置との間から分岐し、前記インジェクションポートに接続される中間インジェクション回路と、
　前記中間インジェクション回路の流量を調整する流量調整弁とを備え、
　液状態の前記冷媒を前記中間インジェクション回路から前記インジェクションポートに導く冷凍サイクル装置。
　前記放熱器の出口の冷媒温度が３０℃以下、０℃超に制御される請求項７記載の冷凍サイクル装置。