WO2021140566A1

WO2021140566A1 - 冷凍サイクル装置

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Publication number: WO2021140566A1
Application number: PCT/JP2020/000169
Authority: WO
Inventors: 卓美森下; 隼平溝畑
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2021-07-15
Also published as: CN114846283A; JP7292428B2; JPWO2021140566A1; CN114846283B

Abstract

本開示は、圧縮室にインジェクションされる油の量を制御できる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。　冷凍サイクル装置は、スクロール圧縮機と、油分離器と、第１熱交換器と、減圧装置と、第２熱交換器と、が順に配管で接続され、冷媒が循環する主回路と、油分離器から分岐してスクロール圧縮機のインジェクション配管に接続された油インジェクション回路と、冷凍サイクル装置を運転制御する制御装置と、を備えている。油インジェクション回路には、制御装置によって制御され、油インジェクション回路を流れる油の流量を調整する第１制御弁が設けられている。

Description

冷凍サイクル装置

　本開示は、油インジェクション回路を有する冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。

　従来、冷凍サイクル装置は、圧縮途中過程の圧縮室に油を供給するためのインジェクション流路を有するスクロール圧縮機を備えた構成が知られている。例えば、特許文献１に開示された注油式密閉型スクロール圧縮機では、スクロール圧縮機の吐出側に設けられた油分離器で分離した油の一部を、油給送管とインジェクション管を介してインジェクション口から圧縮室に供給する構成である。なお、圧縮室は、固定スクロールの固定渦巻歯と、揺動スクロールの揺動渦巻歯とが噛み合うように組み合わせることで形成される。

特開平５－５４８６号公報

　しかしながら、特許文献１に開示された注油式密閉型スクロール圧縮機は、圧縮室にインジェクションされる油の量を制御できる構成ではないため、常に圧縮室に油がインジェクションされることになる。そのため、インバータ制御によって運転されるスクロール圧縮機では、運転周波数が高速域になるほど、圧縮室に取込まれる油の量が増加し、油圧縮による渦巻歯の損傷の懸念と、吐出油の循環量が増大することによる性能低下の懸念がある。

　本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、圧縮室にインジェクションされる油の量を制御できる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

　本開示に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮室及び前記圧縮室に接続されるインジェクション配管を有するスクロール圧縮機と、油分離器と、第１熱交換器と、減圧装置と、第２熱交換器と、が順に配管で接続され、冷媒が循環する主回路と、前記油分離器から分岐して前記スクロール圧縮機の前記インジェクション配管に接続された油インジェクション回路と、冷凍サイクル装置を運転制御する制御装置と、を備え、前記油インジェクション回路には、前記制御装置によって制御され、前記油インジェクション回路を流れる油の流量を調整する第１制御弁が設けられているものである。

　本開示の冷凍サイクル装置によれば、油インジェクション回路に油の流量を調整する第１制御弁が設けられているので、圧縮室にインジェクションする油の流量とタイミングを制御できる。よって、スクロール圧縮機の運転周波数が高速域である状態において、圧縮室に供給される油の量を調整することができるので、油圧縮による渦巻歯の損傷を抑制でき、吐出油の循環量が増大することによる性能低下を抑制できる。

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。実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成要素であるスクロール圧縮機を示した概略縦断面図である。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。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。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。実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。

　以下、図面を参照して、本開示の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略又は簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさ、及び配置等は、適宜変更することができる。

　実施の形態１．
　図１は、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。図２は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成要素であるスクロール圧縮機を示した概略縦断面図である。本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置は、例えば、空気調和装置、冷凍装置、冷蔵庫、冷凍庫、自動販売機、または給湯装置等の用途に用いられる。冷凍サイクル装置は、図１に示すように、主回路Ａと、冷媒インジェクション回路Ｂと、油インジェクション回路Ｃと、を有する冷媒回路１００を備えている。

　主回路Ａは、図１及び図２に示すように、冷媒を圧縮する圧縮室３０及び圧縮室３０に接続されるインジェクション配管１２を有するスクロール圧縮機２００と、油分離器２０１と、第１熱交換器２０２と、減圧装置２０３と、第２熱交換器２０４と、が順に配管で接続されて冷媒が循環する構成である。

　冷媒インジェクション回路Ｂは、図１及び図２に示すように、第１熱交換器２０２と減圧装置２０３との間の配管から分岐してスクロール圧縮機２００のインジェクション配管１２に接続された構成である。冷媒インジェクション回路Ｂには、冷媒インジェクション回路Ｂを流れる冷媒の流量を調整する第２制御弁２０７と、冷媒インジェクション回路Ｂを開閉する第２電磁弁２０８とが設けられている。第２制御弁２０７は、例えば電子膨張弁等で構成されている。なお、冷媒回路１００は、第２制御弁２０７が０％～１００％の開度調整が可能な構成であれば、第２電磁弁２０８を省略してもよい。

　油インジェクション回路Ｃは、図１及び図２に示すように、油分離器２０１から分岐し、第２熱交換器２０４に接続されたのち、冷媒インジェクション回路Ｂに接続され、該冷媒インジェクション回路Ｂを介してスクロール圧縮機２００のインジェクション配管１２に接続された構成である。油インジェクション回路Ｃには、第２熱交換器２０４と冷媒インジェクション回路Ｂの接続点との間において、油インジェクション回路Ｃを流れる油の流量を調整する第１制御弁２０５と、油インジェクション回路Ｃを開閉する第１電磁弁２０６とが設けられている。第１制御弁２０５は、例えば電子膨張弁等で構成されている。なお、冷媒回路１００は、第１制御弁２０５が０％～１００％の開度調整が可能な構成であれば、第１電磁弁２０６を省略してもよい。

　次に、冷媒回路１００を構成する各構成要素について説明する。先ず、図２に基づいて、スクロール圧縮機２００の構成について説明する。

　スクロール圧縮機２００は、冷媒回路１００を循環する冷媒を吸入して圧縮し、高温高圧の状態として吐出させるものである。スクロール圧縮機２００は、図２に示すように、外郭を形成するシェル１と、シェル１の内壁面に固着されたメインフレーム２と、冷媒を圧縮する圧縮室３０を有する圧縮機構部３と、圧縮機構部３を駆動させる駆動機構部６と、圧縮機構部３と駆動機構部６を連結する主軸７と、を備えている。

　シェル１は、圧力容器で構成されている。シェル１には、外部からシェル１の内部に冷媒を取り込むための吸入管１０と、圧縮した冷媒をシェル１から外部に吐き出す吐出管１１と、が接続されている。吸入管１０から吸入される冷媒の圧力は、低圧Ｐｓである。吐出管１１から吐出される冷媒の圧力は、高圧Ｐｄである。また、シェル１の内底部には、冷凍機油を貯留する油溜め１４が設けられている。冷凍機油は、主軸７に形成された給油流路７０を通って、圧縮機構部３及び各軸受等に供給される。

　圧縮機構部３は、固定スクロール４と揺動スクロール５とを備えている。固定スクロール４は、シェル１の内壁面に固着されているメインフレーム２にボルト等によって固定されている。固定スクロール４は、固定台板４０と、固定台板４０の下面に設けられたインボリュート曲線形状の突起である固定渦巻歯４１と、を有している。揺動スクロール５は、揺動台板５０と、揺動台板５０の上面に設けられたインボリュート曲線形状の突起である揺動渦巻歯５１と、を有している。

　固定スクロール４及び揺動スクロール５は、固定渦巻歯４１と揺動渦巻歯５１とを主軸７の回転中心に対して逆位相で噛み合わせた対称渦巻形状の状態でシェル１内に配置されている。圧縮機構部３には、固定スクロール４と揺動スクロール５とを固定渦巻歯４１と揺動渦巻歯５１とが噛み合うように組み合わせることで、固定渦巻歯４１と揺動渦巻歯５１との間に圧縮室３０が形成されている。圧縮室３０は、主軸７の回転に伴い、半径方向外側から内側へ向かうに従って容積が縮小するようになっている。

　また、固定台板４０の中央部には、圧縮室３０で圧縮されて高温かつ高圧となった冷媒を吐出する吐出ポート４２が形成されている。固定スクロール４の上面には、吐出ポート４２に連通する吐出流路１５ａが形成されたバックプレート１５がボルト接合等で固定されて設けられている。バックプレート１５には、冷媒の圧力に応じて吐出流路１５ａを開閉する吐出弁１６がネジ止めして設けられている。吐出弁１６は、吐出ポート４２に連通する圧縮室３０の冷媒が所定の圧力に達したときに、吐出流路１５ａを開状態にする。圧縮された高温かつ高圧冷媒は、吐出ポート４２から固定スクロール４の上部の吐出空間１３に排出され、吐出管１１を通り、シェル１の外部へ吐出される。

　また、固定台板４０には、圧縮室３０に連通するインジェクション流路４３が形成されている。インジェクション流路４３は、主軸７の一回転中における圧縮行程の初期又は中間期において圧縮室３０に連通する位置に形成されている。このときの圧縮室３０の圧力は、低圧Ｐｓと高圧Ｐｄとの間の中間圧となっている。また、バックプレート１５には、インジェクション流路４３に連通する連通流路１５ｂが形成されている。バックプレート１５には、シェル１の外部から連通流路１５ｂに連通するインジェクション配管１２が接続部材１２ａによって固定されている。つまり、インジェクション流路４３は、連通流路１５ｂを介してインジェクション配管１２に接続されている。圧縮室３０には、インジェクション配管１２から連通流路１５ｂ及びインジェクション流路４３を通って冷媒及び油が供給される。

　揺動スクロール５は、自転運動を阻止するためのオルダム継手８により、固定スクロール４に対して自転運動することなく公転運動を行う。なお、揺動台板５０の揺動渦巻歯５１が形成されていない側の面は、揺動スクロールスラスト軸受面として作用する。また、揺動スクロールスラスト軸受面の中心部には、中空円筒形状のボス部５２が設けられている。ボス部５２には、主軸７の一端に設けられた偏心軸部７１が回転自在に連結されている。揺動スクロール５は、ボス部５２に挿入された主軸７の偏心軸部７１が回転することで、メインフレーム２のスラスト摺動面上で公転運動する。

　駆動機構部６は、メインフレーム２の下方に設けられ、主軸７を介して連結された揺動スクロール５を固定スクロール４に対して回転駆動させるものである。駆動機構部６は、シェル１の内壁面に焼き嵌め等により固定された円環状の固定子６０と、固定子６０の内側面に対向して回転自在に設けられた回転子６１とで構成されている。固定子６０は、例えば電磁鋼板を複数枚積層してなる鉄心に、絶縁層を介して巻線が巻回された構成である。回転子６１は、電磁鋼板を複数枚積層してなる鉄心の内部に永久磁石が内蔵された構成であり、中央に上下方向に貫通する貫通孔を有している。回転子６１の貫通孔には、主軸７が固定されている。駆動機構部６は、固定子６０が通電されることで回転子６１が回転し、該回転子６１の回転に伴って主軸７が回転し、主軸７を介して連結された圧縮機構部３に駆動力が伝わる構成である。

　次に、スクロール圧縮機２００以外の冷媒回路１００の各構成要素について説明する。油分離器２０１は、スクロール圧縮機２００の吐出側に接続されており、スクロール圧縮機２００から吐出された冷媒ガスに含まれる油を分離するものである。油分離器２０１で冷媒ガスから分離された油は、油インジェクション回路Ｃを介してスクロール圧縮機２００の吸入側に戻される。油分離器２０１で分離されなかった油は、第１熱交換器２０２、減圧装置２０３、第２熱交換器２０４を順に流れ、スクロール圧縮機２００の吸入側に戻される。

　本実施の形態１における第１熱交換器２０２は、凝縮器として機能する。第１熱交換器２０２は、スクロール圧縮機２００からの吐出冷媒と空気又は水等の熱媒体との間で熱交換を行なって冷媒を凝縮液化するものである。第１熱交換器２０２は、流入側が油分離器２０１に接続され、流出側が減圧装置２０３に接続されている。

　減圧装置２０３は、供給された冷媒を減圧して膨張させるものである。減圧装置２０３は、例えば膨張弁又はキャピラリーチューブ等で構成されている。

　本実施の形態１における第２熱交換器２０４は、蒸発器として機能する。第２熱交換器２０４は、吸気口から吸引された空気と冷媒との間で熱交換を行うものであり、低圧の冷媒液（または気液二相冷媒）が流入し、空気と熱交換して冷媒を蒸発させるものである。第２熱交換器２０４は、流入側が減圧装置２０３に接続され、流出側がスクロール圧縮機２００に接続されている。

　制御装置３００は、冷凍サイクル装置の全体を制御するものである。制御装置３００は、例えばスクロール圧縮機２００の回転数制御、減圧装置２０３を構成する膨張弁の開度制御、第１制御弁２０５及び第２制御弁２０７の制御、第１電磁弁２０６及び第２電磁弁２０８の開閉動作等を行う。制御装置３００は、マイクロコンピュータ等で構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えている。

　次に、本実施の形態１における冷媒回路１００の冷媒の流れ及びインジェクション動作について説明する。主回路Ａにおいて、スクロール圧縮機２００から吐出された冷媒は、油分離器２０１で冷媒と油に分離されたのち、第１熱交換器２０２で冷却される。第１熱交換器２０２で冷却された冷媒は、減圧装置２０３で減圧された後、第２熱交換器２０４で加熱され、冷媒ガスとなる。第２熱交換器２０４から流出した冷媒ガスは、スクロール圧縮機２００に戻る。

　ここで、制御装置３００は、冷媒インジェクショ動作時に、第１制御弁２０５及び第１電磁弁２０６を閉とし、第２制御弁２０７及び第２電磁弁２０８を開とする。これにより、第１熱交換器２０２で冷却された高圧の液冷媒の一部であるインジェクション冷媒は、冷媒インジェクション回路Ｂに流入し、第２制御弁２０７で減圧されて液状体又は二相状態となり、第２電磁弁２０８を介してスクロール圧縮機２００のインジェクション配管１２に流入する。インジェクション配管１２に流入したインジェクション冷媒は、連通流路１５ｂ及びインジェクション流路４３を通って圧縮途中過程の圧縮室３０に流入する。このとき、油インジェクション回路Ｃの第１制御弁２０５及び第１電磁弁２０６は閉じているので、インジェクション配管１２に油は流れない。

　また、制御装置３００は、油インジェクション動作時に、第１制御弁２０５及び第１電磁弁２０６を開とし、第２制御弁２０７及び第２電磁弁２０８を閉とする。これにより、スクロール圧縮機２００から吐出され、油分離器２０１にて冷媒と油に分離された油の一部は、油インジェクション回路Ｃに流入し、第２熱交換器２０４によって冷却された高圧の油となったのち、第２制御弁２０７で減圧及び流量調整され、冷媒インジェクション回路Ｂの配管と接続されてスクロール圧縮機２００のインジェクション配管１２に流入する。インジェクション配管１２に流入したインジェクション油は、連通流路１５ｂ及びインジェクション流路４３を通って圧縮途中過程の圧縮室３０に流入する。このとき、冷媒インジェクション回路Ｂの第２制御弁２０７及び第２電磁弁２０８は閉じられているので、インジェクション配管１２に冷媒は流れない。

　そして、インジェクション流路４３が圧縮途中過程の圧縮室３０に連通したときの圧縮室３０の内圧Ｐは、冷媒インジェクション回路Ｂ及び油インジェクション回路Ｃ中の内圧Ｐｍよりも低い。これは、上述したように、インジェクション流路４３が、主軸７の一回転中における圧縮行程の初期又は中間期において圧縮室３０に連通する位置に形成されているためである。そして、圧縮室３０の内圧Ｐと、冷媒インジェクション回路Ｂ及び油インジェクション回路Ｃ中の内圧Ｐｍと、の差圧により、インジェクション配管１２から連通流路１５ｂ及びインジェクション流路４３にインジェクション冷媒又はインジェクション油が流入し、圧縮室３０に供給される。これにより、圧縮途中過程のガス冷媒が冷却される。また、圧縮室３０内に油が供給され、固定渦巻歯４１と揺動渦巻歯５１と間で油シールが行われる。

　以上のように、本実施の形態１の冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮室３０及び圧縮室３０に接続されるインジェクション配管１２を有するスクロール圧縮機２００と、油分離器２０１と、第１熱交換器２０２と、減圧装置２０３と、第２熱交換器２０４と、が順に配管で接続され、冷媒が循環する主回路Ａと、油分離器２０１から分岐してスクロール圧縮機２００のインジェクション配管１２に接続された油インジェクション回路Ｃと、冷凍サイクル装置を運転制御する制御装置３００と、を備えている。油インジェクション回路Ｃには、制御装置３００によって制御され、油インジェクション回路Ｃを流れる油の流量を調整する第１制御弁２０５が設けられている。

　よって、本実施の形態１の冷凍サイクル装置は、油インジェクション回路Ｃに油の流量を調整する第１制御弁２０５が設けられているので、圧縮室３０にインジェクションする油の流量とタイミングを制御できる。よって、スクロール圧縮機２００の運転周波数が高速域である状態において、圧縮室３０に供給される油の量を調整することができるので、油圧縮による固定渦巻歯４１及び揺動渦巻歯５１の損傷を抑制でき、吐出油の循環量が増大することによる性能低下を抑制できる。

　油インジェクション回路Ｃは、油分離器２０１から分岐して第２熱交換器２０４を介してスクロール圧縮機２００のインジェクション配管１２に接続されている。よって、本実施の形態１の冷凍サイクル装置では、油分離器２０１で分離された油を第２熱交換器２０４で冷却してから圧縮室３０にインジェクションすることができるので、圧縮室３０内の冷媒ガスを冷却させることができ、吐出温度を抑制することができる。また、油を冷却させることで、粘度の高い油を圧縮室３０にインジェクションすることができるので、固定渦巻歯４１と揺動渦巻歯５１の歯先同士のシール性が高くなり、冷媒の漏れ損失を減少させることができ、性能向上を図ることができる。

　本実施の形態１の冷凍サイクル装置は、第１熱交換器２０２と減圧装置２０３との間の配管から分岐して、スクロール圧縮機２００のインジェクション配管１２に接続された冷媒インジェクション回路Ｂを更に備えている。冷媒インジェクション回路Ｂには、制御装置３００によって制御され、冷媒インジェクション回路Ｂを流れる冷媒の流量を制御する第２制御弁２０７が設けられている。よって、本実施の形態１の冷凍サイクル装置は、圧縮室３０にインジェクションする冷媒の流量とタイミングを調整できるので、適量な冷媒を圧縮室３０にインジェクションすることができ、スクロール圧縮機２００の運転範囲の拡大及び使用する周波数範囲の拡大を図ることができる。

　また、制御装置３００は、冷媒インジェクション動作時に、第１制御弁２０５を閉とし、第２制御弁２０７を開とする制御を行い、油インジェクション動作時に、第１制御弁２０５を開とし、第２制御弁２０７を閉とする制御を行う。よって、本実施の形態１の冷凍サイクル装置は、圧縮機の高速運転時に、油インジェクション回路Ｃは閉とすることで、吐出油の循環量を抑制して性能向上を図ることができ、低速運転時に油インジェクションを行うことで、固定渦巻歯４１及び揺動渦巻歯５１間への油供給が可能となり、該固定渦巻歯４１及び揺動渦巻歯５１の摩耗を防止して信頼性の向上を図ることができる。

　実施の形態２．
　次に、図３に基づいて本実施の形態２に係る冷凍サイクル装置を説明する。図３は、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、実施の形態１で説明した冷凍サイクル装置と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明を適宜省略する。

　本実施の形態２に係る冷凍サイクル装置は、図３に示すように、主回路Ａと、冷媒インジェクション回路Ｂと、油インジェクション回路Ｃと、を有する冷媒回路１０１を備えている。

　主回路Ａは、スクロール圧縮機２００と、油分離器２０１と、第１熱交換器２０２と、減圧装置２０３と、第２熱交換器２０４と、が順に配管で接続され、冷媒が循環する構成である。本実施の形態２における第１熱交換器２０２は、凝縮器として機能する。また、本実施の形態２における第２熱交換器２０４は、蒸発器として機能する。

　冷媒インジェクション回路Ｂは、第１熱交換器２０２と減圧装置２０３との間の配管から分岐してスクロール圧縮機２００のインジェクション配管１２に接続された構成である。冷媒インジェクション回路Ｂには、油インジェクション回路Ｃを流れる油の流量を調整する第２制御弁２０７が設けられている。第２制御弁２０７は、０％～１００％の開度調整が可能な構成とされている。なお、実施の形態１に示すように、冷媒インジェクション回路Ｂに、該冷媒インジェクション回路Ｂを開閉させる第２電磁弁２０８を設けてもよい。

　油インジェクション回路Ｃは、油分離器２０１から分岐し、冷媒インジェクション回路Ｂにおける第２制御弁２０７とスクロール圧縮機２００との間に接続され、該冷媒インジェクション回路Ｂを介してスクロール圧縮機２００のインジェクション配管１２に接続された構成である。油インジェクション回路Ｃには、油インジェクション回路Ｃを流れる油の流量を調整する第１制御弁２０５が設けられている。第１制御弁２０５は、０％～１００％の開度調整が可能な構成とされている。なお、実施の形態１に示すように、油インジェクション回路Ｃに、該油インジェクション回路Ｃを開閉させる第１電磁弁２０６を設けてもよい。

　以上のように、本実施の形態２の冷凍サイクル装置は、油インジェクション回路Ｃに油の流量を調整する第１制御弁２０５が設けられているので、圧縮室３０にインジェクションする油の流量とタイミングを制御できる。よって、スクロール圧縮機２００の運転周波数が高速域である状態において、圧縮室３０に供給される油の量を調整することができるので、油圧縮による固定渦巻歯４１及び揺動渦巻歯５１の損傷を抑制でき、吐出油の循環量が増大することによる性能低下を抑制できる。

　また、本実施の形態２の冷凍サイクル装置は、圧縮室３０にインジェクションする冷媒の流量とタイミングを調整できるので、適量な冷媒を圧縮室３０にインジェクションすることができ、スクロール圧縮機２００の運転範囲の拡大及び使用する周波数範囲の拡大を図ることができる。

　また、本実施の形態２の冷凍サイクル装置は、圧縮機の高速運転時に、油インジェクション回路Ｃは閉とすることで、吐出油の循環量を抑制して性能向上を図ることができ、低速運転時に油インジェクションを行うことで、固定渦巻歯４１及び揺動渦巻歯５１間への油供給が可能となり、該固定渦巻歯４１及び揺動渦巻歯５１の摩耗を防止して信頼性の向上を図ることができる。

　実施の形態３．
　次に、図４に基づいて本実施の形態３に係る冷凍サイクル装置を説明する。図４は、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。なお、実施の形態１及び２で説明した冷凍サイクル装置と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明を適宜省略する。

　本実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路１０２は、実施の形態２の構成に加えて、油分離器２０１とスクロール圧縮機２００の吸入側とをバイパスする返油管２０９を設けた構成を特徴としている。返油管２０９には、制御装置３００によって制御され、返油管２０９を流れる油の流量を調整する第３制御弁２１０が設けられている。第３制御弁２１０は、０％～１００％の開度調整が可能な電子膨張弁等で構成されている。なお、返油管２０９に、該返油管２０９を開閉させる電磁弁を設けてもよい。

　スクロール圧縮機２００は、高速運転時において圧縮機構部３に供給される油の量は十分にある。そのため、インジェクション流路４３に供給される油の量をゼロか、極端に少なくする。ただし、スクロール圧縮機２００の高速運転時が続くと、油分離器２０１の内部に油が溜まる一方で、スクロール圧縮機２００の油が枯渇するおそれがある。そのため、本実施の形態３の冷凍サイクル装置のように、油分離器２０１とスクロール圧縮機２００の吸入側をバイパスする返油管２０９を設けると良い。さらに、返油管２０９に第３制御弁２１０を設けて、油分離器２０１の油の量に応じてスクロール圧縮機２００の吸入側に返油してもよい。油分離器２０１内の油量は、油量計による油量の実測値から求める。なお、油分離器２０１内の油量は、スクロール圧縮機２００の運転周波数とその運転時間から求めてもよい。また、油分離器２０１内の油量は、返油管２０９によりスクロール圧縮機２００に戻された油の量から計算した推定値により求めてもよい。

　実施の形態４．
　次に、図５に基づいて本実施の形態４に係る冷凍サイクル装置を説明する。図５は、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。なお、実施の形態１～３で説明した冷凍サイクル装置と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明を適宜省略する。

　本実施の形態４に係る冷凍サイクル装置は、例えば冷暖房が可能な空気調和装置である。この冷凍サイクル装置は、図５に示すように、主回路Ａと、冷媒インジェクション回路Ｂと、油インジェクション回路Ｃと、を有する冷媒回路１０３を備えている。

　主回路Ａは、スクロール圧縮機２００と、油分離器２０１と、流路切換手段２１１と、第１熱交換器２０２と、第１減圧装置２１２と、第２減圧装置２１３、第２熱交換器２０４と、が順に配管で接続され、冷媒が循環する構成である。

　流路切換手段２１１は、例えば四方弁であり、制御装置３００によって制御されて冷媒の流路を切り換える機能を有するものである。流路切換手段２１１は、冷房運転時において、図５の実線で示すように、スクロール圧縮機２００の吐出側と第１熱交換器２０２とを接続するとともに、スクロール圧縮機２００の吸入側と第２熱交換器２０４とを接続するように冷媒流路を切り換える。流路切換手段２１１は、暖房運転時において、図５の破線で示すように、スクロール圧縮機２００の吐出側と第２熱交換器２０４とを接続するとともに、スクロール圧縮機２００の吸入側と第１熱交換器２０２とを接続するように冷媒流路を切り換える。なお、流路切換手段２１１は、二方弁又は三方弁を組み合わせて構成してもよい。

　第１熱交換器２０２は、冷房運転時に凝縮器として機能して冷媒を液化し、暖房運転時に蒸発器として機能して冷媒を気化させる構成である。第２熱交換器２０４は、冷房運転時に蒸発器として機能し、暖房運転時に凝縮器として機能する。

　第１減圧装置２１２及び第２減圧装置２１３は、制御装置３００によって制御され、供給された冷媒を減圧して膨張させるものである。第１減圧装置２１２及び第２減圧装置２１３は、例えば膨張弁又はキャピラリーチューブ等で構成されている。

　冷媒インジェクション回路Ｂは、第１減圧装置２１２と第２減圧装置２１３との間の配管から分岐してスクロール圧縮機２００のインジェクション配管１２に接続された構成である。冷媒インジェクション回路Ｂには、冷媒インジェクション回路Ｂを流れる冷媒の流量を調整する第２制御弁２０７が設けられている。第２制御弁２０７は、０％～１００％の開度調整が可能な構成とされている。なお、実施の形態１に示すように、冷媒インジェクション回路Ｂに、該冷媒インジェクション回路Ｂを開閉させる第２電磁弁２０８を設けてもよい。

　油インジェクション回路Ｃは、油分離器２０１から分岐し、冷媒インジェクション回路Ｂにおける第２制御弁２０７とスクロール圧縮機２００との間に接続され、該冷媒インジェクション回路Ｂを介してスクロール圧縮機２００のインジェクション配管１２に接続された構成である。油インジェクション回路Ｃには、油インジェクション回路Ｃを流れる油の流量を調整する第１制御弁２０５が設けられている。第１制御弁２０５は、０％～１００％の開度調整が可能な構成とされている。なお、実施の形態１に示すように、油インジェクション回路Ｃ、該油インジェクション回路Ｃを開閉させる第１電磁弁２０６を設けてもよい。

　また、本実施の形態４における冷媒回路１０３には、油分離器２０１とスクロール圧縮機２００の吸入側とをバイパスする返油管２０９が設けられている。返油管２０９には、制御装置３００によって制御され、返油管２０９を流れる油の流量を調整する第３制御弁２１０が設けられている。第３制御弁２１０は、０％～１００％の開度調整が可能な電子膨張弁等で構成されている。なお、図示することは省略したが、返油管２０９に、該返油管２０９を開閉させる電磁弁を設けてもよい。

　以上のように、本実施の形態４に係る冷凍サイクル装置においても、上記実施の形態２及び３に記載した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。

　実施の形態５．
　次に、図６に基づいて本実施の形態５に係る冷凍サイクル装置を説明する。図６は、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。なお、実施の形態１～４で説明した冷凍サイクル装置と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明を適宜省略する。

　本実施の形態５に係る冷凍サイクル装置は、図６に示すように、上述した実施の形態４の冷凍サイクル装置と比して、油インジェクション回路Ｃの構成が異なる。そのため、本実施の形態５では、油インジェクション回路Ｃの構成のみを説明し、その他の構成については実施の形態４の構成を援用する。

　本実施の形態５における油インジェクション回路Ｃは、第１油インジェクション回路Ｃ１と、第２油インジェクション回路Ｃ２と、を有している。

　第１油インジェクション回路Ｃ１は、図６に示すように、油分離器２０１から分岐し、第１熱交換器２０２に接続されたのち、冷媒インジェクション回路Ｂに接続され、該冷媒インジェクション回路Ｂを介して、図２に示すスクロール圧縮機２００のインジェクション配管１２に接続された構成である。第１油インジェクション回路Ｃ１における油分離器２０１と第１熱交換器２０２との間には、制御装置３００によって制御され、第１油インジェクション回路Ｃ１を流れる油の流量を調整する第１制御弁２０５が設けられている。第１制御弁２０５は、０％～１００％の開度調整が可能な電子膨張弁等で構成されている。なお、第１油インジェクション回路Ｃ１に、該第１油インジェクション回路Ｃ１を開閉させる電磁弁を設けてもよい。

　第２油インジェクション回路Ｃ２は、図６に示すように、油分離器２０１から分岐し、第２熱交換器２０４に接続されたのち、冷媒インジェクション回路Ｂに接続され、該冷媒インジェクション回路Ｂを介して、図２に示すスクロール圧縮機２００のインジェクション配管１２に接続された構成である。第２油インジェクション回路Ｃ２における油分離器２０１と第２熱交換器２０４との間には、制御装置３００によって制御され、第２油インジェクション回路Ｃ２を流れる油の流量を調整する第１制御弁２０５が設けられている。第１制御弁２０５は、０％～１００％の開度調整が可能な電子膨張弁等で構成されている。なお、第２油インジェクション回路Ｃ２に、該第２油インジェクション回路Ｃ２を開閉させる電磁弁を設けてもよい。

　本実施の形態５の冷媒回路１０４では、第１熱交換器２０２が蒸発器として機能する場合、第１油インジェクション回路Ｃ１を通じてインジェクション配管１２から圧縮室３０に油が供給され、第２熱交換器２０４が蒸発器として機能する場合、第２油インジェクション回路Ｃ２と通じてインジェクション配管１２から圧縮室３０に油が供給される。

　以上のように、本実施の形態５に係る冷凍サイクル装置においても、上記実施の形態１で説明した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。

　以上に、冷凍サイクル装置を実施の形態に基づいて説明したが、冷凍サイクル装置は上述した実施の形態の構成に限定されるものではない。冷凍サイクル装置は、上述した構成要素に限定されるものではなく、他の構成要素を含んでもよいし、一部構成要素を省略してもよい。例えば、冷媒インジェクション回路Ｂは必ずしも設ける必要はなく、省略してもよい。また、油分離器２０１は、凝縮器と減圧装置との間、又は減圧装置と冷媒インジェクション回路Ｂの分岐点との間に設けてもよい。この場合、冷凍サイクルによる冷媒の温度が低下することに伴い、油の温度も低下させることができる。また、上記圧力の高低については、特に絶対的な値との関係で定まっているものではなく、システム及び装置等における状態及び動作等において相対的に定まるものである。要するに、冷凍サイクル装置は、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更及び応用のバリエーションの範囲を含むものである。

　１　シェル、２　メインフレーム、３　圧縮機構部、４　固定スクロール、５　揺動スクロール、６　駆動機構部、７　主軸、８　オルダム継手、１０　吸入管、１１　吐出管、１２　インジェクション配管、１２ａ　接続部材、１３　吐出空間、１４　油溜め、１５　バックプレート、１５ａ　吐出流路、１５ｂ　連通流路、１６　吐出弁、３０　圧縮室、４０　固定台板、４１　固定渦巻歯、４２　吐出ポート、４３　インジェクション流路、５０　揺動台板、５１　揺動渦巻歯、５２　ボス部、６０　固定子、６１　回転子、７０　給油流路、７１　偏心軸部、１００、１０１、１０２、１０３　冷媒回路、２００　スクロール圧縮機、２０１　油分離器、２０２　第１熱交換器、２０３　減圧装置、２０４　第２熱交換器、２０５　第１制御弁、２０６　第１電磁弁、２０７　第２制御弁、２０８　第２電磁弁、２０９　返油管、２１０　第３制御弁、２１１　流路切換手段、２１２　第１減圧装置、２１３　第２減圧装置、３００　制御装置、Ａ　主回路、Ｂ　冷媒インジェクション回路、Ｃ　油インジェクション回路、Ｃ１　第１油インジェクション回路、第２油インジェクション回路。

Claims

　冷媒を圧縮する圧縮室及び前記圧縮室に接続されるインジェクション配管を有するスクロール圧縮機と、油分離器と、第１熱交換器と、減圧装置と、第２熱交換器と、が順に配管で接続され、冷媒が循環する主回路と、
　前記油分離器から分岐して前記スクロール圧縮機の前記インジェクション配管に接続された油インジェクション回路と、
　冷凍サイクル装置を運転制御する制御装置と、を備え、
　前記油インジェクション回路には、前記制御装置によって制御され、前記油インジェクション回路を流れる油の流量を調整する第１制御弁が設けられている、冷凍サイクル装置。
　前記油インジェクション回路は、前記油分離器から分岐して前記第２熱交換器を介して前記スクロール圧縮機の前記インジェクション配管に接続されている、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
　前記第１熱交換器と前記減圧装置との間の配管から分岐して、前記スクロール圧縮機の前記インジェクション配管に接続された冷媒インジェクション回路を更に備え、
　前記冷媒インジェクション回路には、前記制御装置によって制御され、前記冷媒インジェクション回路を流れる冷媒の流量を調整する第２制御弁が設けられている、請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
　前記制御装置は、
　冷媒インジェクション動作時に、前記第１制御弁を閉とし、前記第２制御弁を開とする制御を行い、
　油インジェクション動作時に、前記第１制御弁を開とし、前記第２制御弁を閉とする制御を行う、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
　前記油分離器と前記スクロール圧縮機の吐出側とを接続する返油管を更に備え、
　前記返油管には、前記制御装置によって制御され、前記返油管を流れる油の流量を調整する第３制御弁が設けられている、請求項１～４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。