JP5777571B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍・空調機に用いられるスクロール圧縮機に関するものである。

スクロール圧縮機では、運転中に過度の液冷媒が吸入された場合、また圧縮室内に過度の液冷媒が滞留している状態から起動する場合、圧縮室内が過圧縮状態となり、過度の圧縮負荷が軸受にかかることで圧縮機故障の原因になることがある。

これを防ぐためリリーフ弁を設け、圧縮室内で過度に昇圧された冷媒をリリーフ弁から圧縮室外へ排出するようにしたスクロール圧縮機がある(例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１のスクロール圧縮機は、圧縮途中の圧縮室に冷媒を供給するためのインジェクションポートを備えており、そのインジェクションポートにつながるインジェクション流路の途中にリリーフ流路を設けている。そして、過圧縮状態となった圧縮室内の冷媒をインジェクション流路へ導き、そこからリリーフ流路及びリリーフ弁を介して圧縮室外へ排出する形態を採用している。

特開２００１−２７１８８号公報（要約、第１図）

通常、インジェクションポートは、冷媒の吸込み完了直後から吐出の瞬間までの一サイクルの全過程において圧縮室に連通しているわけでなく、一部の過程において連通している。このため、特許文献１のスクロール圧縮機のようにリリーフ流路をインジェクション流路内に設けた構造の場合、インジェクション流路が圧縮室に連通していない間は、リリーフ流路は機能しないことになる。

よって、インジェクション流路が圧縮室に連通していない間の運転中に過度の液冷媒が吸入されると、リリーフが行えず、圧縮室がインジェクション流路に連通してリリーフ流路が機能するまで圧縮されることとなり、信頼性を損なう可能性があると懸念される。また、スクロール最外周部の圧縮室は通常、インジェクション流路に連通していないことから、圧縮室内に過度の液冷媒が滞留している状態から起動された場合、同様にインジェクション流路を介したリリーフ流路からのリリーフが行えないことになり、信頼性を損なう課題がある。

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、圧縮途中の圧縮室に冷媒を供給するためのインジェクション流路を備えたスクロール圧縮機において、冷媒の吸込み完了から吐出の全過程の間、過圧縮された冷媒を瞬時にリリーフ可能とし、過圧縮による信頼性低下を防ぐことが可能なスクロール圧縮機を得ることを目的とする。

本発明に係るスクロール圧縮機は、密閉容器と、密閉容器内に設けられ、それぞれの台板上に設けられた渦巻歯が相互間に圧縮室を形成するように噛み合わされた固定スクロール及び揺動スクロールを有する圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動機と、圧縮途中の圧縮室にインジェクションポートを介して冷媒を供給するためのインジェクション流路と、固定スクロールに設けられ、圧縮室内において過圧縮となった冷媒を圧縮室外にリリーフするための第１リリーフポートとを備え、圧縮室における吸込み完了から吐出に至る全過程の間、インジェクションポート及び第１リリーフポートの少なくともどちらか一方が圧縮室に連通するように、インジェクションポート及び第１リリーフポートを設けると共に、インジェクション流路に、圧縮室内において過圧縮となった冷媒を圧縮室外へリリーフするための第２リリーフポートを設けたものである。

本発明によれば、冷媒の吸込み完了から吐出の全過程の間、過圧縮された冷媒を瞬時にリリーフ可能で、過圧縮による信頼性低下を防ぐことができる。

本発明の一実施の形態に係るスクロール圧縮機の断面図である。 図１の固定スクロール台板１ａを含む周囲構造を示す図である。 図１の中間圧調整弁とコンプライアントフレーム周辺の構成を示す拡大断面図である。 インジェクション回路を有する冷凍サイクルを示す図である。 図４の冷凍サイクルにおける冷媒の状態について、横軸を比エンタルピ、縦軸を冷媒の圧力で示したモリエル線図である。 固定スクロール１に対する揺動スクロール２の相対位置を、吸込み完了状態を０°として９０°毎に示した図である。 一つの圧縮室の吸込み完了から吐出完了までの各ポートの圧縮室への連通率の変化を回転角に対して表したグラフを示す図である。

以下、本発明に係るスクロール圧縮機１００の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施の形態では縦型のスクロール圧縮機について説明するが、本発明はこれに限らず横型のスクロール圧縮機にも適用できるものである。

図１は、本発明の一実施の形態に係るスクロール圧縮機１００の断面図である。
この実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００は、吸入管４２を通じて吸入された冷媒を圧縮して吐出管４３から外部に吐出する機能を有するものであり、高圧容器である密閉容器１０と、この密閉容器１０内に設置された、圧縮機構部の固定スクロール１及び揺動スクロール２と、揺動スクロール２を駆動する電動機８とを備えている。

固定スクロール１は、外周部をガイドフレーム１５にボルト（図示せず）によって締結されており、ガイドフレーム１５は、密閉容器１０に固定されている。固定スクロール１の側面には、冷媒ガスの吸入管４２が密閉容器１０を貫通して圧入されている。固定スクロール１の台板（以下、固定スクロール台板という）１ａの一方の面（図１において下側）には固定スクロール渦巻歯１ｂが形成されていると共に、外周部には２個一対のオルダム案内溝１ｃがほぼ一直線上に形成されている。このオルダム案内溝１ｃにはオルダム機構９の２個一対の固定側キー９ｃが往復摺動自在に係合されている。

揺動スクロール２は、固定スクロール１の下側に配設されており、台板（以下、揺動スクロール台板という）２ａの一方の面（図１において上側）には固定スクロール１の固定スクロール渦巻歯１ｂと実質的に同一形状の渦巻歯２ｂが形成されている。固定スクロール渦巻歯１ｂと揺動スクロール渦巻歯２ｂとを互いに噛み合わせることにより後述の図６に示すように２つの圧縮室２０が形成されている。そして、固定スクロール渦巻歯１ｂと揺動スクロール渦巻歯２ｂの外側の台板外周部空間（以下、吸入空間ともいう）２ｉは吸入ガス雰囲気（吸入圧）の低圧空間となっている。

また、揺動スクロール台板２ａにおいて揺動スクロール渦巻歯２ｂと反対側の面（図において下側）の中心部には中空円筒状のボス部２ｆが形成されており、そのボス部２ｆの内側面には揺動軸受２ｃが形成されている。揺動スクロール台板２ａにおいてボス部２ｆと同じ側の面の外周部には、コンプライアントフレーム３のスラスト軸受３ａと圧接摺動可能なスラスト面２ｄが形成されている。コンプライアントフレーム３は、揺動スクロール２の固定スクロール１と反対側に設けられ、揺動スクロール２を軸方向に支持し、揺動スクロール２を駆動する主軸４を軸受を介して半径方向に支持するものである。

また、揺動スクロール台板２ａの外周部には、固定スクロール１のオルダム案内溝１ｃとほぼ９０゜の位相差を持つ２個一対のオルダム案内溝２ｅがほぼ一直線上に形成されている。そして、このオルダム案内溝２ｅにはオルダム機構９の２個一対の揺動側キー９ａが往復摺動自在に係合されている。上記のように構成されたオルダム機構９によって、揺動スクロール２は自転することなく揺動運動（旋回運動）を行うことができる。

また、揺動スクロール台板２ａには、固定スクロール１側の面（図１において上側の面）と、コンプライアントフレーム３側の面（図１において下側の面）とを連通する細い穴である抽気孔２ｊが形成されている。そして、この抽気孔２ｊの、コンプライアントフレーム３側の開口部、すなわち下開口部２ｋは、通常運転時には自身の描く円軌跡がコンプライアントフレーム３のスラスト軸受３ａの軸受け面部内に設けた開口部３ｆの内部に常時収まるように配置されている。

図２は、図１の固定スクロール台板１ａを含む周囲構造を示す図で、図２（ａ）は分解斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）を組み立てた状態の斜視図である。
固定スクロール台板１ａのほぼ中心部には吐出ポート１ｄが貫通して設けてあり、吐出ポート１ｄの外側には、２つの圧縮室２０に対応してリリーフポート１ｅが固定スクロール台板１ａを軸方向に貫通して設けてある。

また、２つのリリーフポート１ｅの更に外側には、２つの圧縮室２０にインジェクションする２つのインジェクションポート１ｆが固定スクロール台板１ａを軸方向に貫通して設けてある。また、冷媒回路から流入してくるインジェクション冷媒をインジェクション流路３１ａに導くインジェクション流入穴１ｇが、固定スクロール台板１ａの側面を通じて固定スクロール台板１ａの上面に開口するように形成されている。

固定スクロール台板１ａの揺動スクロール２と反対側の面（図２の上面）にはバックプレート３１がボルト３２ａによって固定される。バックプレート３１は、固定スクロール台板１ａとの接触面側に、インジェクション流路３１ａとなる溝を有している。

インジェクション流路３１ａは、固定スクロール台板１ａに設けられた２つのインジェクションポート１ｆとインジェクション流入穴１ｇとに連通するように設計されており、２つの圧縮室２０に共通に設けられている。以上の構成により、インジェクション時にはインジェクション流入穴１ｇから流入した冷媒が、インジェクション流路３１ａ及び２つのインジェクションポート１ｆを介して２つの圧縮室２０に供給されることになる。

また、バックプレート３１には、固定スクロール台板１ａに設けられた吐出ポート１ｄと対向する位置に吐出ポート３１ｄが貫通して設けられている。また、バックプレート３１には、固定スクロール台板１ａに設けられた２つのリリーフポート１ｅのそれぞれと対向する位置に、２つのリリーフポート３１ｅが貫通して設けられている。このリリーフポート１ｅとリリーフポート３１ｅとにより第１リリーフポートとしての過圧縮防止リリーフポート１ｈ（図２（ｂ）参照）が構成され、この過圧縮防止リリーフポート１ｈから圧縮室２０内で過圧縮となった冷媒が圧縮室２０外に逃がされることになる。過圧縮防止リリーフポート１ｈは、少なくとも圧縮途中から吐出開始までの間、圧縮室２０に連通する位置に設けられている。

バックプレート３１には更に、２つの圧縮室２０に対応して２つの第２リリーフポートとしての異常昇圧防止リリーフポート３１ｆが設けられている。異常昇圧防止リリーフポート３１ｆは、固定スクロール１と反対側の面（図２において上面）からバックプレート３１を軸方向に貫通してインジェクション流路３１ａに連通するように構成されている。

ここで、インジェクションポート１ｆは、少なくとも圧縮室２０における吸込み完了直後から過圧縮防止リリーフポート１ｈが圧縮室２０に連通し始めるまでの間、圧縮室２０に連通する位置に設けられている。よって、インジェクションポート１ｆにインジェクション流路３１ａを介して連通する異常昇圧防止リリーフポート３１ｆも同一期間の間、圧縮室２０に連通し、その間において圧縮室２０内で異常昇圧となった冷媒が異常昇圧防止リリーフポート３１ｆから圧縮室２０外にリリーフされることになる。

以上の構成により、吸込み完了直後から吐出完了までの全過程において異常昇圧防止リリーフポート３１ｆ又は過圧縮防止リリーフポート１ｈの少なくともどちらかが圧縮室２０に連通する構成となる。この構成により、吸込み完了直後から吐出完了までの全過程において、過圧縮（異常昇圧も含む）された冷媒を瞬時にリリーフすることが可能となる。

なお、異常昇圧防止リリーフポート３１ｆは、圧縮室２０内の異常昇圧状態を速やかに解消する観点から、インジェクションポート１ｆと同軸上に連通するように構成することが好ましい。そして、バックプレート３１の固定スクロール１と反対側の面（図２の上面）には、１つの異常昇圧防止リリーフポート３１ｆと１つの過圧縮防止リリーフポート１ｈとをそれぞれ独立して開閉可能なリリーフ弁３３が２つ載せられており、ボルト３２ａでバックプレート３１及び固定スクロール台板１ａに固定されている。

リリーフ弁３３は、バックプレート３１に当接する板状の弁体３３ａと、弁体３３ａの変形量を制限する弁押さえ３３ｂとを備えたリード弁で構成されており、弁体３３ａが弾性変形することにより異常昇圧防止リリーフポート３１ｆ及び過圧縮防止リリーフポート１ｈを開閉する。このリリーフ弁３３は、圧縮室２０内の冷媒圧力が所定値になると開動作を行うように構成されている。

なお、本実施の形態では、ここではバックプレート３１側に溝を設けてインジェクション流路３１ａを構成したが、固定スクロール台板１ａとバックプレート３１との互いの接触面の少なくとも一方に溝を設けてインジェクション流路３１ａを構成するようにしてもよい。また、インジェクション流路３１ａを構成するための加工を簡略化する観点から、固定スクロール１にバックプレート３１を別途設けてインジェクション流路３１ａを構成しているが、これに限らず、固定スクロール１にインジェクション流路３１ａとなる孔を穿孔して構成してもよい。

ここで、図１の説明に戻る。
コンプライアントフレーム３のスラスト軸受３ａの外側には、オルダム機構環状部９ｂが往復摺動運動する面３ｘが形成されている。コンプライアントフレーム３の中心部には、電動機８によって回転駆動される主軸４を半径方向に支持する主軸受３ｃ及び補助主軸受３ｈが形成されている。またコンプライアントフレーム３には、下開口部２ｋと対向する位置から軸方向に貫通してスラスト軸受３ａと後述のフレーム空間１５ｆとを連通する連通穴３ｓが形成されている。

また、コンプライアントフレーム３においてオルダム機構環状部９ｂが往復摺動運動する面３ｘには、吸入空間（台板外周部空間）２ｉとボス部外部空間２ｈとを連通するための連通穴で構成された中間圧調整弁後流路３ｎが軸方向に形成されている。また、コンプライアントフレーム３には、ボス部外部空間２ｈから径方向に延びる中間圧調整弁前流路３ｊと中間圧調整弁空間３ｐとが設けられている。中間圧調整弁空間３ｐには、ボス部外部空間２ｈの圧力を調整して結果的にフレーム空間１５ｆの中間圧力を制御する中間圧力調整弁３ｔと、弁押さえ３ｙと、中間圧調整バネ３ｍとが収納されている。中間圧調整バネ３ｍは自然長より縮められて中間圧調整弁空間３ｐ内に収納されている。

ガイドフレーム１５の内側面とコンプライアントフレーム３の外側面とによって形成されるフレーム空間１５ｆは、その上下をリング状の上シール材１６ａ及び下シール材１６ｂで仕切られている。ここでは、ガイドフレーム１５の内周面にシール材を収納するリング状のシール溝が２ヶ所に形成されているが、このシール溝はコンプライアントフレーム３の外周面に形成されていてもよい。フレーム空間１５ｆは、コンプライアントフレーム３の連通穴３ｓとのみ連通しており、揺動スクロール台板２ａに設けた抽気孔２ｊより供給される圧縮途中の冷媒ガスを封入する構造となっている。

揺動スクロール２は、電動機８によって駆動される。この電動機８は、主軸４が取り付けられた電動機回転子８ａと、電動機回転子８ａを回転駆動するステータ８ｂとを有する。ステータ８ｂは密閉容器１０に固定されている。

主軸４の揺動スクロール側（図１において上側）の端部には、揺動スクロール２の揺動軸受２ｃと回転自在に係合する揺動軸部４ｂが形成されており、その下側にはコンプライアントフレーム３の主軸受３ｃ及び補助主軸受３ｈと回転自在に係合する主軸部４ｃが形成されている。また、主軸４の他端部には、サブフレーム６の副軸受６ａと回転自在に係合する副軸部４ｄが形成されており、この副軸部４ｄと前述した主軸部４ｃとの間に電動機回転子８ａが焼嵌られている。

また、主軸４の下端面にはオイルパイプ４ｆが圧入されており、密閉容器１０の底部に溜まった冷凍機油１０ｅを吸い上げる構造となっている。主軸４には、軸方向に貫通して高圧油給油穴４ｇが設けられており、オイルパイプ４ｆを介して吸い上げた冷凍機油１０ｅが主軸４の上部に導かれ各摺動部に供給されるようになっている。

図１に示すようにガイドフレーム１５の内側面の固定スクロール側（図１において上側）には、上嵌合円筒面１５ａが形成されており、コンプライアントフレーム３の外周面に形成された上嵌合円筒面３ｄと係合されている。他方、ガイドフレーム１５の内側面の電動機８側（図１において下側）には、下嵌合円筒面１５ｂが形成されており、コンプライアントフレーム３の外周面に形成された下嵌合円筒面３ｅと係合されている。

なお、本実施の形態では、コンプライアントフレーム３とガイドフレーム１５とが別体で構成されているが、これに限らず、両フレームを一体の一つのフレームで構成してもよい。

次に、このスクロール圧縮機１００の動作について説明する。
低圧の吸入冷媒は吸入管４２から固定スクロール１及び揺動スクロール２で形成される圧縮室２０に入る。電動機８により駆動される揺動スクロール２は偏芯旋回運動と共に圧縮室２０の容積を減少させる。この圧縮行程により吸入冷媒は高圧となり、固定スクロール１の吐出ポート１ｄより密閉容器１０内に吐出される。なお、上記圧縮行程において圧縮途中の中間圧力の冷媒ガスは、揺動スクロール２の抽気孔２ｊよりコンプライアントフレーム３の連通穴３ｓを経て、フレーム空間１５ｆに導かれ、このフレーム空間１５ｆの中間圧力雰囲気を維持する。高圧となった吐出ガスは、密閉容器１０内を高圧雰囲気で満たし、やがて吐出管４３から圧縮機外に放出される。

定常運転時には密閉容器空間１０ｄが吐出ガス雰囲気の高圧となるので、密閉容器１０底部の冷凍機油１０ｅは、差圧によりオイルパイプ４ｆ及び高圧油給油穴４ｇを図１において上方向に向かって流れる。そして、主軸４の上端からボス部空間２ｇに導かれた高圧の冷凍機油１０ｅは、揺動軸受２ｃで減圧され、吸入圧より高く吐出圧以下の中間圧となり、ボス部外部空間２ｈに流れる。他方、高圧油給油穴４ｇの高圧油のもう一つの径路として、主軸４に設けられた横穴から主軸受３ｃの高圧側端面に導かれ、この主軸受３ｃで減圧されて中間圧となり、同じくボス部外部空間２ｈに流れる。

ボス部外部空間２ｈに流れた中間圧の冷凍機油（冷凍機油に溶解していた冷媒の発砲で、一般にはガス冷媒と冷凍機油の二相流になっている）１０ｅは、ボス部外部空間２ｈと吸入空間（台板外周部空間）２ｉとを連通する中間圧調整弁３ｌを経由して吸入空間２ｉに導かれ、低圧の冷媒ガスと共に圧縮室２０に吸入される。圧縮行程により冷凍機油１０ｅは高圧の冷媒ガスと共に吐出ポート１ｄから密閉容器１０内に開放され、ここで冷媒ガスと分離されて、再び密閉容器１０底部に戻る。

中間圧調整バネ３ｍのバネ定数で決まるバネ力よりも、ボス部外部空間２ｈの圧力Ｐｍ１と吸入空間（台板外周部空間）２ｉの圧力Ｐｓとの差圧と、中間圧調整弁前流路３ｊの断面積との積で決まる力が小さい場合は、図３（ａ）に示す通り中間圧調整弁３ｌは閉じている。

また、中間圧調整バネ３ｍのバネ定数で決まるバネ力よりも、ボス部外部空間２ｈの圧力Ｐｍ１と吸入空間（台板外周部空間）２ｉの圧力Ｐｓとの差圧と、中間圧調整弁前流路３ｊの断面積との積で決まる力が大きい場合は、図３（ｂ）に示す通り中間圧調整弁３ｌが開き、ボス部外部空間２ｈが中間圧調整弁前流路３ｊ及び中間圧調整弁後流路３ｎを介して吸入空間（台板外周部空間）２ｉに連通する。

上記のように、ボス部外部空間２ｈは、中間圧調整バネ３ｍのバネ定数で決まるバネ力以下のボス部外部空間２ｈの圧力と吸入空間（台板外周部空間）２ｉの圧力との差圧を維持し、吸入空間２ｉより、この差圧分だけ高い中間圧に設定される。

言い換えれば、ボス部外部空間２ｈの中間圧Ｐｍ１は、中間圧調整バネ３ｍのバネ力と中間圧調整弁前流路３ｊの断面積とによってほぼ決定される所定の圧力αによって、
Ｐｍ１＝Ｐｓ＋α（Ｐｓは吸入雰囲気圧力すなわち低圧）
で制御されている。

このように、ボス部外部空間２ｈは中間圧Ｐｍ１で制御されるため、揺動スクロール２に働く下向きの力は、この中間圧により一部キャンセルされ、スラスト力の軽減を図ることが可能となる。

コンプライアントフレーム３には、圧縮作用により固定スクロール１と揺動スクロール２が軸方向に離れようとするスラストガス力と、ボス部外部空間２ｈの中間圧Ｐｍ１によりコンプライアントフレーム３と揺動スクロール２とが離れようとする力の合計が、図１の下向きの力として作用する。

一方、図１の上向きに作用する力として、圧縮途中の冷媒ガスを導いて中間圧力雰囲気となったフレーム空間１５ｆの中間圧Ｐｍ２に起因する力がある。以下、フレーム空間１５ｆの中間圧Ｐｍ２について説明する。

揺動スクロール台板２ａに設けられた抽気孔２ｊの下開口部２ｋは、コンプライアントフレーム３に設けられた連通穴３ｓのスラスト軸受３ａ側の開口部すなわち上開口部３ｕ（図１において上側の開口部）と、常時又は間欠的に連通する。このため、固定スクロール１と揺動スクロール２とで形成される圧縮室２０からの圧縮途中の中間圧（吸入圧より高く、吐出圧力以下）の冷媒ガスが、揺動スクロール２の抽気孔２ｊ及びコンプライアントフレーム３の連通穴３ｓを介してフレーム空間１５ｆに導かれる。

但し導かれるといっても、フレーム空間１５ｆは上シール材１６ａと下シール材１６ｂとで密閉された閉空間であるため、冷媒ガスは、定常運転時には圧縮室２０の圧力変動に呼応して圧縮室２０とフレーム空間１５ｆとの間で双方向に微少な流れを有する、いわば呼吸している状態となる。

フレーム空間１５ｆの中間圧Ｐｍ２は、連通する圧縮室２０の位置でほぼ決定される所定の倍率βによって、
Ｐｍ２＝Ｐｓ×β
但し、Ｐｓは吸入雰囲気圧力すなわち低圧
で制御される。

図１の上向きに作用する力は、このフレーム空間１５ｆの中間圧Ｐｍ２に起因する力の他、ガイドフレーム１５において下端面の高圧雰囲気に露出している部分に作用する高圧に起因する力があり、これらの合計が、コンプライアントフレーム３に上向きの力として作用する。

定常運転時においては、前述した上向きの力が下向きの力を上回るように設定されている。このためコンプライアントフレーム３は、上嵌合円筒面３ｄがガイドフレーム１５の上嵌合円筒面１５ａに案内され、また、下嵌合円筒面３ｅがガイドフレーム１５の下嵌合円筒面１５ｂに案内されて上方に浮上する。揺動スクロール２はコンプライアントフレーム３と密着摺動して同様に浮上し、その結果、揺動スクロール２の揺動スクロール渦巻歯２ｂの歯先と歯底が、固定スクロール１の固定スクロール渦巻歯１ｂのそれぞれ歯底と歯先に接触して摺動する。

次に本実施の形態の動作について述べる。

図４は、インジェクション回路１０６を有する冷凍サイクルを示す図である。図５は、図４の冷凍サイクルにおける冷媒の状態について、横軸を比エンタルピｈ、縦軸を冷媒の圧力ｐで示したモリエル線図である。図５において実線はインジェクション運転時のモリエル線図、点線は通常運転時のモリエル線図を示している。また、図５における［１］〜［８］が示す各冷媒状態は、図４に示される冷凍サイクルにおけるインジェクション運転時の［１］〜［８］における冷媒の各状態に対応している。

（インジェクション運転時）
スクロール圧縮機１００から吐出された高温高圧の気相冷媒（状態［１］）は、凝縮器１０１にて熱交換されて液化し、高圧液冷媒（状態［２］）となる。その後、高圧液冷媒は二手に分岐され、一方は、そのまま内部熱交換器１０３に流入し、他方は、インジェクション回路１０６に流入して第１膨張弁１０２で減圧された後（状態［３］）、内部熱交換器１０３に流入する。

凝縮器１０１を流出してそのまま内部熱交換器１０３に流入した一方側の高圧液冷媒は、インジェクション回路１０６に流入した他方側の冷媒と熱交換して冷却され、状態［４］の冷媒となる。状態［４］の冷媒は、第２膨張弁１０４で減圧され、低圧二相冷媒（状態［５］）］となって蒸発器１０５に流入する。蒸発器１０５に流入した低圧二相冷媒は、蒸発器１０５を通過する空気と熱交換して低圧ガス冷媒（状態［６］）となり、再びスクロール圧縮機１００に吸入される。

一方、インジェクション回路１０６に流入した他方側の冷媒は、第１膨張弁１０２で減圧されて中間圧冷媒（状態［３］）となる。そして、中間圧冷媒（状態［３］）は、内部熱交換器１０３で一方側の冷媒と熱交換して吸熱し、更に高い乾き度の気液二相状態又は過熱蒸気まで加熱された状態（状態［７］）となる（図５は、中間圧冷媒が過熱上記まで加熱された場合を示す。）。そして、加熱されたインジェクション回路１０６の中間圧冷媒（状態［７］）は、スクロール圧縮機１００のインジェクションパイプ４１からインジェクション流路３１ａを通り、インジェクションポート１ｆより圧縮室２０内へ注入される。

圧縮室２０の内部では、中間圧まで圧縮された冷媒と、インジェクションポート１ｆより注入された冷媒とが合流して中間圧冷媒（状態［８］）となり、更に高圧まで圧縮されて再びスクロール圧縮機１００から吐出される。

（通常運転時）
インジェクション運転を行わない通常運転時は、第１膨張弁１０２の開度を全閉にする。これにより、スクロール圧縮機１００のインジェクション流路３１ａへ流入する支流のインジェクション回路１０６を遮断し、凝縮器１０１、内部熱交換器１０３、第２膨張弁１０４、蒸発器１０５を通過した冷媒の全てをスクロール圧縮機１００に吸入させる。

次にスクロール圧縮機１００の圧縮過程について説明する。
図６は、固定スクロール１に対する揺動スクロール２の相対位置を、吸込み完了状態を０°として９０°毎に示した図である。図６においてグレーで示した部分は、固定スクロール渦巻歯１ｂと揺動スクロール渦巻歯２ｂとを噛み合わせることにより形成された２つの圧縮室２０を示している。また、図６には（ａ）〜（ｇ）のそれぞれの回転角における、インジェクションポート１ｆ、過圧縮防止リリーフポート１ｈ及び吐出ポート１ｄの圧縮室２０との連通状態も併せて示している。また、図７は、一つの圧縮室２０の吸込み完了から吐出完了までの各ポートの圧縮室２０への連通率の変化を回転角に対して表したグラフを示す図である。

圧縮室２０は、揺動スクロール２の揺動運動に伴い、回転角が０゜から大きくなるにつれて容積を減じながら外周部から中心方向に移動する動作を行う。

図６（ａ）は、圧縮室２０を形成して冷媒の吸込みが完了した状態を示しており、圧縮室２０は吸込み完了直後にインジェクションポート１ｆと連通開始する。このとき、過圧縮防止リリーフポート１ｈ及び吐出ポート１ｄは圧縮室２０と未連通である。

圧縮室２０がインジェクションポート１ｆと連通することにより、インジェクション回路１０６からスクロール圧縮機１００のインジェクションパイプ４１、インジェクション流入穴１ｇ及びインジェクション流路３１ａを通り、インジェクションポート１ｆより圧縮室２０内に冷媒が注入される。

その後、圧縮室２０は、インジェクションポート１ｆから冷媒が注入されつつ、内部の冷媒を圧縮しながら中心方向に移動していく（図６（ｂ）→図６（ｃ）→図６（ｄ）→図６（ｅ））。そして、圧縮室２０が吸込み完了状態から３６０°経過した頃に、インジェクションポート１ｆは圧縮室２０との連通を終了し、それ以降の圧縮室２０内の冷媒は吐出ポート１ｄと連通するまで、外部からの冷媒の流入が無いまま圧縮を続ける（図６（ｆ）→図６（ｇ））。

そして、吸込み完了状態から５４０°経過した頃に圧縮室２０が吐出ポート１ｄと連通し、内部の圧縮された冷媒が密閉容器１０内に吐出される。またそのとき、最外周部の圧縮室２０とインジェクションポート１ｆは再度連通を開始しており、インジェクションポート１ｆより圧縮室２０に冷媒が流入する。これら動作を繰り返すことによりインジェクション運転が行われる。

一方、過圧縮防止リリーフポート１ｈは、図７に示すように、インジェクションポート１ｆの圧縮室２０との連通率が１００％を経た後、下がり始めて０％になる前に連通し始め、回転角３６０゜を経過した頃に連通率が１００％となる。そして、回転角５４０°を経過して吐出ポート１ｄが連通開始して以降も、過圧縮防止リリーフポート１ｈは圧縮室２０と連通している状態にあり、回転角６００゜付近で連通率が０％となる。

さて、起動時等の過度期や液冷媒の圧縮等により圧縮室２０の内圧が異常に上昇した際には、コンプライアントフレーム３はガイドフレーム１５側へ鉛直方向へ押し付けられることにより、揺動スクロール２と固定スクロール１との歯底と歯先が離間し、中央の圧縮室２０から最外周部の圧縮室２０へ冷媒がリリーフされる。しかし、歯底と歯先間の隙間は非常に小さいため、ここからのリリーフだけでは完全にはリリーフできず、軸受部の損傷など信頼性を損なう可能性がある。

しかし、本実施の形態では、吸込み完了直後からインジェクションポート１ｆを介してインジェクション流路３１ａが圧縮室２０に連通し、そのインジェクション流路３１ａに、外部と連通する異常昇圧防止リリーフポート３１ｆを設けている。つまり、図６（ａ）に示した最外周部の圧縮室２０は、吸込み完了直後にインジェクションポート１ｆと連通するため、最外周部の圧縮室２０内で異常な圧力上昇が発生した場合、圧縮室２０内の冷媒は、インジェクションポート１ｆ及びインジェクション流路３１ａを介して異常昇圧防止リリーフポート３１ｆからリリーフ弁３３を押上げて圧縮室２０外へリリーフされる。

また、インジェクションポート１ｆとの連通を終了した、図６（ｅ）に示す中央部の圧縮室２０内にて液冷媒等の異常昇圧が発生した場合は、圧縮室２０内の冷媒は、過圧縮防止リリーフポート１ｈからリリーフ弁３３を押上げて圧縮室２０外へリリーフされる。

また、フレーム空間１５ｆは、この例では図７の抽気孔２ｊの連通率特性から明かなように、回転角１８０゜付近から３３０゜付近の間、抽気孔２ｊを介して圧縮室２０に連通する。よって、この連通期間においてフレーム空間１５ｆ内において異常昇圧が発生した場合には、フレーム空間１５ｆ内の冷媒は、コンプライアントフレーム３に設けられた連通穴３ｓ及び揺動スクロール台板２ａに設けられた抽気孔２ｊを通じて圧縮室２０内に達する。そして、圧縮室２０内に達した冷媒は、インジェクションポート１ｆ又は過圧縮防止リリーフポート１ｈを通じて圧縮室２０外にリリーフされる。よって、コンプライアントフレーム３のスラスト軸受３ａに過大な力が作用することを防止できる。

以上説明したように、本実施の形態では、吸込み完了直後から吐出の瞬間までの全過程において、圧縮室２０が異常昇圧防止リリーフポート３１ｆ又は過圧縮防止リリーフポート１ｈと連通する構成とした。このため、圧縮過程での過圧縮の際に加え、圧縮機の起動時等の過度期や液冷媒の圧縮等により圧縮室２０内の圧力が異常に上昇した際においても、圧縮室２０内の冷媒を瞬時に圧縮室２０外にリリーフすることができる。すなわち、圧縮室２０が、スクロール最外周部から中心方向に移動する過程でのどの位置にあるかに関わらず、過圧縮（異常圧縮を含む）された冷媒を瞬時にリリーフすることができる。その結果、過圧縮による信頼性低下を防ぐことが可能なスクロール圧縮機を得ることができる。

また、インジェクション流路３１ａを、固定スクロール台板１ａとバックプレート３１との互いの接触面の少なくとも一方に設けられた溝で構成したので、固定スクロール台板１ａ内に穿孔して設ける構成に比べて容易に製造できる。

また、異常昇圧防止リリーフポート３１ｆとインジェクションポート１ｆとが、同軸上に連通するように構成したので、圧縮室２０内において異常昇圧した冷媒を速やかに圧縮室２０外にリリーフすることができる。

また、２つの異常昇圧防止リリーフポート３１ｆと２つの過圧縮防止リリーフポート１ｈとの計４つのリリーフポートを開閉するにあたり、一つの異常昇圧防止リリーフポート３１ｆと一つ過圧縮防止リリーフポート１ｈとを個別に開閉可能な、略同一形状の２つのリリーフ弁３３で開閉する構成とした。このように、各リリーフ弁３３の構成を同じとすることで、部品の共通化を図ることができ、コスト低減に寄与できる。

また、フレーム空間１５ｆにおいて異常昇圧が発生した場合も同様に、圧縮室２０の位置に関わらず過圧縮された冷媒を瞬時にリリーフすることができる。

なお、本実施の形態では、中間圧調整バネ３ｍを用いてフレーム空間１５ｆの中間圧力を制御する構成としたが、中間圧調整バネ３ｍは必ずしも必須の構成ではなく省略可能である。しかし、スラスト力の軽減の観点から中間圧調整バネ３ｍを設けることが好ましい。

１ 固定スクロール、１ａ 固定スクロール台板、１ｂ 固定スクロール渦巻歯、１ｃ オルダム案内溝、１ｄ 吐出ポート、１ｅ リリーフポート、１ｆ インジェクションポート、１ｇ インジェクション流入穴、１ｈ 過圧縮防止リリーフポート、２ 揺動スクロール、２ａ 揺動スクロール台板、２ｂ 揺動スクロール渦巻歯、２ｃ 揺動軸受、２ｄ スラスト面、２ｅ オルダム案内溝、２ｆ ボス部、２ｇ ボス部空間、２ｈ ボス部外部空間、２ｉ 吸入空間、２ｊ 抽気孔、２ｋ 下開口部、３ コンプライアントフレーム、３ａ スラスト軸受、３ｃ 主軸受、３ｄ 上嵌合円筒面、３ｅ 下嵌合円筒面、３ｆ 開口部、３ｈ 補助主軸受、３ｊ 中間圧調整弁前流路、３ｌ 中間圧調整弁、３ｍ 中間圧調整バネ、３ｎ 中間圧調整弁後流路、３ｐ 中間圧調整弁空間、３ｓ 連通穴、３ｔ 中間圧力調整弁、３ｕ 上開口部、３ｘ 面、３ｙ 弁押さえ、４ 主軸、４ｂ 揺動軸部、４ｃ 主軸部、４ｄ 副軸部、４ｆ オイルパイプ、４ｇ 高圧油給油穴、６ サブフレーム、６ａ 副軸受、８ 電動機、８ａ 電動機回転子、８ｂ ステータ、９ オルダム機構、９ａ 揺動側キー、９ｂ オルダム機構環状部、９ｃ 固定側キー、１０ 密閉容器、１０ｄ 密閉容器空間、１０ｅ 冷凍機油、１５ ガイドフレーム、１５ａ 上嵌合円筒面、１５ｂ 下嵌合円筒面、１５ｆ フレーム空間、１６ａ 上シール材、１６ｂ 下シール材、２０ 圧縮室、３１ バックプレート、３１ａ インジェクション流路、３１ｄ 吐出ポート、３１ｅ リリーフポート、３１ｆ 異常昇圧防止リリーフポート、３２ａ ボルト、３３ リリーフ弁、３３ａ 弁体、３３ｂ 弁押さえ、４１ インジェクションパイプ、４２ 吸入管、４３ 吐出管、１００ スクロール圧縮機、１０１ 凝縮器、１０２ 第１膨張弁、１０３ 内部熱交換器、１０４ 第２膨張弁、１０５ 蒸発器、１０６ インジェクション回路。

Claims (7)

1. 密閉容器と、
   前記密閉容器内に設けられ、それぞれの台板上に設けられた渦巻歯が相互間に圧縮室を形成するように噛み合わされた固定スクロール及び揺動スクロールを有する圧縮機構部と、
   前記圧縮機構部を駆動する電動機と、
   圧縮途中の前記圧縮室にインジェクションポートを介して冷媒を供給するためのインジェクション流路と、
   前記固定スクロールに設けられ、前記圧縮室内において過圧縮となった冷媒を前記圧縮室外にリリーフするための第１リリーフポートとを備え、
   前記圧縮室における吸込み完了から吐出に至る全過程の間、前記インジェクションポート及び前記第１リリーフポートの少なくともどちらか一方が前記圧縮室に連通するように、前記インジェクションポート及び前記第１リリーフポートを設けると共に、前記インジェクション流路に、前記圧縮室内において過圧縮となった冷媒を前記圧縮室外へリリーフするための第２リリーフポートを設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記インジェクション流路は、前記固定スクロールの前記台板と、この台板の前記渦巻歯と反対側に取り付けられるバックプレートとの互いの接触面の少なくとも一方に設けられた溝で構成されていることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 前記圧縮室は２つの圧縮室で構成され、前記第１リリーフポート、前記第２リリーフポート及び前記インジェクションポートは、前記２つの圧縮室のそれぞれに対応して設けられ、また、前記インジェクション流路は前記２つの圧縮室に共通して設けられており、２つの前記第２リリーフポート及び２つの前記インジェクションポートに連通していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスクロール圧縮機。
4. １つの前記第１リリーフポートと１つの前記第２リリーフポートとを個別に開閉可能なリリーフ弁を、前記２つの圧縮室に対応して２つ設け、前記２つのリリーフ弁を略同一形状としたことを特徴とする請求項３記載のスクロール圧縮機。
5. 前記リリーフ弁は、板状の弁体と、弁体の変形量を制限する弁押さえとを備えたリード弁で構成されていることを特徴とする請求項４記載のスクロール圧縮機。
6. 前記第２リリーフポートと前記インジェクションポートとが、同軸上に連通するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
7. 前記揺動スクロールを軸方向に支持するコンプライアントフレームと、
   前記コンプライアントフレームを半径方向に支持するガイドフレームと、
   前記コンプライアントフレームと前記ガイドフレームとの間に形成され、吐出圧力から減圧された中間圧力となるフレーム空間と、
   前記揺動スクロールの前記台板において、前記フレーム空間を前記圧縮室と常時又は間欠的に連通させる位置に設けられた抽気孔と、
   前記コンプライアントフレームに設けられ、前記フレーム空間の中間圧力を制御する中間圧調整弁と
   を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。