以下、本発明の実施形態を図面に基づい� ��詳細に説明する。

  《発明の実施形態1》
 本発明の実施形態1ついて説明する。本発明 に係る冷凍装置は、室内の空調を行う空気調 和装置(10)を構成している。空気調和装置(10)� ��、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行う� ��うに構成されている。

  〈空気調和装置の全体構成〉
 図1に示すように、空気調和装置(10)は、冷� �回路(11)を備えている。冷媒回路(11)では、冷 媒が循環することで冷凍サイクルが行われる 。冷媒回路(11)には、冷媒として二酸化炭素(C O ₂ )が充填されている。そして、冷媒回路(11)で� ��、冷媒が臨界圧力以上まで圧縮される冷凍� ��イクル(いわゆる超臨界サイクル)が行われ� �。更に、冷媒回路(11)には、ポリアルキレン� ��リコール(PAG)から成る油(冷凍機油)が混在し ている。

 冷媒回路(11)には、油動力回収型圧縮ユニ ット(C/O)と、膨張ユニット(E)と、室外熱交換� ��(12)と、室内熱交換器(13)と、第1四方切換弁( 14)と、第2四方切換弁(15)とが設けられている� ��また、冷媒回路(11)には、油分離器(60)と油� �入路(70)と油クーラ(80)とが設けられている。

 油動力回収型圧縮ユニット(C/O)は、圧縮� �構(20)と回収機構(40)と電動機(25)とがケーシ� �グ(図示省略)の内部に収容されて構成されて いる。圧縮機構(20)は、ロータリ式の容積型� �縮機を構成している。圧縮機構(20)では、そ� ��圧縮室において冷媒が臨界圧力以上まで圧� ��される。回収機構(40)は、本体部(41)と出力� �(42)とを有している。回収機構(40)の本体部(41 )は、ロータリ式の容積型の流体機械を構成� �ている。出力軸(42)は、圧縮機構(20)と上記本 体部(41)とを連結している。電動機(25)は、出� ��軸(42)を回転駆動させるモータを構成し、出 力周波数(即ち、出力軸の回転速度)を可変と� ��るインバータ式に構成されている。

 油動力回収型圧縮ユニット(C/O)には、圧� �機構(20)へ冷媒を吸入させるための吸入管(22) と、圧縮機構(20)で圧縮された冷媒を吐出さ� �るための吐出管(23)とが設けられている。ま� ��、油動力回収型圧縮ユニット(C/O)には、回� �機構(40)の本体部(41)へ油(冷凍機油)を流入さ� ��るための油流入管(43)と、この本体部(41)の� �を流出させるための油流出管(44)とが設けら� ��ている。

 膨張ユニット(E)は、膨張機構(30)と膨張側 出力軸(31)と膨張側発電機(35)とがケーシング( 図示省略)の内部に収容されて構成されてい� �。膨張機構(30)は、ロータリ式の容積型膨張� ��構を構成している。膨張機構(30)では、その 膨張室において冷媒が膨張して減圧される。 膨張機構(30)では、膨張室で膨張する冷媒に� �って可動部としてのピストン(図示省略)が回 転駆動され、ピストンと連結する膨張側出力 軸(31)が更に回転駆動される。これにより、� �張側発電機(35)が駆動されて発電が行われる� ��つまり、膨張側発電機(35)は、膨張機構(30)� �膨張側出力軸(31)と連結して駆動される駆動� ��象を構成している。膨張ユニット(E)で発電� ��れた電力は、油動力回収型圧縮ユニット(C/O )や他の要素機械の動力として利用される。� �た、膨張ユニット(E)には、膨張機構(30)へ冷� ��を流入させるための流入管(33)と、膨張機構 (30)から冷媒を流出させるための流出管(34)と� ��設けられている。

 室外熱交換器(12)は、冷媒を室外空気と熱 交換させるための空気熱交換器である。また 、室内熱交換器(13)は、冷媒を室内空気と熱� �換させるための空気熱交換器である。

 第1四方切換弁(14)及び第2四方切換弁(15)は 、それぞれ第1から第4までのポートを有して� ��る。第1四方切換弁(14)では、第1のポートが� ��出ライン(18)を介して上記吐出管(23)と接続� �、第2のポートが吸入ライン(17)を介して上記 吸入管(22)と接続している。また、第1四方切� ��弁(14)では、第3のポートが室外熱交換器(12)� ��一端と接続し、第4のポートが室内熱交換器 (13)の一端と接続している。第2四方切換弁(15) では、第1のポートが上記流入管(33)と接続し� ��第2のポートが上記流出管(34)と接続してい� �。また、第2四方切換弁(15)では、第3のポー� �が室外熱交換器(12)の他端と接続し、第4のポ ートが室内熱交換器(13)の他端と接続してい� �。

 第1四方切換弁(14)と第2四方切換弁(15)とは 、それぞれ、第1のポートと第3のポートとが� ��通し且つ第2のポートと第4のポートとが連� �する第1状態(図1の実線で示す状態)と、第1の ポートと第4のポートが連通し且つ第2のポー� ��と第3のポートが連通する第2状態(図1の破線 で示す状態)とに切り換わるように構成され� �いる。

 油分離器(60)は、上記吐出ライン(18)の途� �に設けられている。油分離器(60)は、縦長の� ��円筒形状の密閉容器から成り、高圧冷媒中� ��ら油を分離する油分離手段を構成している� ��油分離器(60)には、その胴部に冷媒/油流入� �(61)が接続され、その頂部に冷媒排出管(62)が 接続され、その底部に油排出管(63)が接続さ� �ている。油分離器(60)では、冷媒/油流入管(61 )から流入した冷媒中から油が分離される。� �お、油分離器(60)での油の分離方法としては� ��旋回流を利用して油を遠心分離する方法や� ��冷媒と油との比重差を利用して油を沈降分� ��する方法等が挙げられる。そして、油分離� ��(60)内では、油が分離された後の冷媒が冷媒 排出管(62)を流出し、分離後の油が油排出管(6 3)を流出する。

 油導入路(70)は、油分離器(60)で分離した� �を圧縮機構(20)へ供給する流路を構成してい� ��。油導入路(70)は、第1導油管(71)と第2導油管 (72)とを含んで構成されている。

 第1導油管(71)は、その始端が油分離器(60)� ��油排出管(63)と接続し、その終端が油流入管 (43)と接続している。第1導油管(71)には、上記 油クーラ(80)が設けられている。油クーラ(80)� ��、油分離器(60)で分離した油を冷却する冷却 手段であり、例えば空冷式の熱交換器で構成 されている。

 第2導油管(72)は、その始端が油流出管(44)� ��接続し、その終端が圧縮機構(20)の油インジ ェクションポート(24)と接続している。圧縮� �構(20)の油インジェクションポート(24)は、そ の圧縮室での圧縮行程の途中箇所に開口して いる。つまり、本実施形態の油導入路(70)は� �油分離器(60)で分離した油を圧縮機構(20)の圧 縮行程の途中へ供給するように、圧縮機構(20 )に接続されている。

  〈回収機構の構成〉
 上記回収機構(40)の構成について図2及び図3� ��参照しながら更に説明する。
回収機構(40)は、油の動力(即ち、油の持つエ� ��ルギー)を回収するものである。つまり、高 圧冷媒と分離された油は、圧縮機構(20)にお� �て油を昇圧させるために使われた動力を、� �動エネルギー、位置エネルギー、圧力エネ� �ギー等のエネルギーとして保有している。� �こで、回収機構(40)は、このような油のエネ� ��ギーを動力として回収する。回収機構(40)の 本体部(41)は、いわゆる揺動ピストン型のロ� �タリ式流体機械で構成されている。また、� �力軸(42)は、その一端が本体部(41)と連結し、 その他端部が圧縮機構(20)の可動部(ピストン) と連結している。つまり、圧縮機構(20)は、� �収機構(40)の出力軸(42)と連結して駆動される 駆動対象を構成している。また、出力軸(42)� �は、主軸部(42a)と偏心部(42b)とが形成されて� ��る。偏心部(42b)は、主軸部(42a)に対して所定 量だけ偏心し、且つ主軸部(42a)よりも大径に� ��成されている。

 回収機構の本体部(41)には、その下部から 上部へ向かって順に、フロントヘッド(46)、� �リンダ(47)、及びリアヘッド(48)が設けられて いる。シリンダ(47)は、上下に出力軸(42)が貫� ��する筒状に形成されている。シリンダ(47)は 、その下端がフロントヘッド(46)に閉塞され� �その上端がリアヘッド(48)に閉塞されている� ��

 図3にも示すように、シリンダ(47)の内部(� ��リンダ室)には、可動部としてのピストン(50 )が収容されている。ピストン(50)は、円環状� ��るいは円筒状に形成されている。ピストン( 50)の内部には、出力軸(42)の偏心部(42b)が係合 して連結している。ピストン(50)は、その外� �面がシリンダ(47)の内周面に、一方の端面が� ��ロントヘッド(46)に、他方の端面がリアヘッ ド(48)にそれぞれ摺接している。シリンダ(47)� ��には、その内周面とピストン(50)の外周面と の間に油室(49)が形成される。油室(49)は、上� ��油流入管(43)及び油流出管(44)が連通してい� �。

 ピストン(50)には、ブレード(51)が一体に� �けられている。ブレード(51)は、ピストン(50) の半径方向へ延びる板状に形成されており、 ピストン(50)の外周面から外側へ突出してい� �。このブレード(51)はシリンダ(47)のブレード 溝(52)に挿入されている。シリンダ(47)のブレ� ��ド溝(52)は、シリンダ(47)を厚み方向へ貫通� �ると共に、シリンダ(47)の内周面に開口して� ��る。

 シリンダ(47)には、一対のブッシュ(53)が� �けられている。各ブッシュ(53)は、内側面が� ��面となって外側面が円弧面となるように形� ��された小片である。シリンダ(47)において、 一対のブッシュ(53)は、ブッシュ孔(54)に挿入� ��れてブレード(51)を挟み込んだ状態となる。 ブッシュ(53)は、その内側面がブレード(51)と� ��接し、その外側面がシリンダ(47)と摺動する 。そして、ピストン(50)と一体のブレード(51)� ��、ブッシュ(53)を介してシリンダ(47)に支持� �れ、シリンダ(47)に対して回動自在で且つ進� ��自在となっている。

 シリンダ(47)内の油室(49)は、ピストン(50)� ��びブレード(51)によって仕切られている。そ して、図3におけるブレード(51)の左側の部屋� ��油流入管(43)と連通し、右側の部屋が油流出 管(44)と連通している。

  -運転動作-
 実施形態1に係る空気調和装置(10)の運転動� �について説明する。空気調和装置(10)は、第1 四方切換弁(14)及び第2四方切換弁(15)の設定に 応じて、冷房運転と暖房運転とが可能となっ ている。まず、空気調和装置(10)の冷房運転� �の基本的な動作について説明する。

 冷房運転時には、第1四方切換弁(14)及び� �2四方切換弁(15)が第1状態(図1に実線で示す状 態)に設定され、冷媒回路(11)で冷媒が循環し� ��蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。その結� ��、冷房運転時には、室外熱交換器(12)が放熱 器(凝縮器)となり、室内熱交換器(13)が蒸発器 となる冷凍サイクルが行われる。また、冷媒 回路(11)では、その高圧が冷媒である二酸化� �素の臨界圧力よりも高い値に設定され、い� �ゆる超臨界サイクルが行われる。

 油動力回収型圧縮ユニット(C/O)では、電� �機(25)によって圧縮機構(20)が回転駆動される 。圧縮機構(20)では、吸入管(22)から圧縮室へ� ��入された冷媒が圧縮され、圧縮された冷媒� ��吐出管(23)より吐出される。圧縮機構(20)か� �吐出された冷媒は、吐出ライン(18)を流れ、� ��媒/油流入管(61)を通じて油分離器(60)内へ流� ��する。

 油分離器(60)の内部では、冷媒中から油が 分離され、油が分離された後の冷媒が上部に 溜まり、分離後の油が底部に溜まり込む。分 離後の冷媒は、冷媒排出管(62)を流出し、室� �熱交換器(12)を流れる。室外熱交換器(12)では 、高圧冷媒が室外空気へ放熱する。室外熱交 換器(12)を流出した冷媒は、流入管(33)を通じ� ��膨張ユニット(E)の膨張機構(30)へ流入する。

 膨張機構(30)では、膨張室で高圧冷媒が膨 張し、これによって膨張側出力軸(31)が回転� �動される。その結果、膨張側発電機(35)が駆� ��されて、膨張側発電機(35)から電力が発生す る。この電力は、圧縮機構(20)や他の要素機� �へ供給される。膨張機構(30)で膨張した冷媒� ��、流出管(34)を通じて膨張ユニット(E)から送 り出される。

 膨張ユニット(E)を流出した冷媒は、室内� ��交換器(13)を流れる。室内熱交換器(13)では� �冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。そ� �結果、室内空気が冷やされて冷房が行われ� �。室内熱交換器(13)を流出した冷媒は、吸入� ��(22)を通じて圧縮機構(20)へ吸入されて再び� �縮される。

 このような冷房運転時には、空気調和装� ��(10)の成績係数(COP)を改善するために、油イ� ��ジェクション動作が行われる。具体的には� ��油分離器(60)で分離した油は、油排出管(63)� �通じて第1導油管(71)を流れる。この冷媒は、 油クーラ(80)で所定温度まで冷却される。冷� �後の冷媒は、油流入管(43)を通じて油動力回� ��型圧縮ユニット(C/O)の回収機構(40)の本体部( 41)へ流入する。

 回収機構(40)の本体部(41)では、油室(49)を� ��れる油によってピストン(50)が回転駆動され 、ピストン(50)がシリンダ(47)内を、図3の(A)→ (B)→(C)→(D)→(A)→…という順に偏心回転する 。このピストン(50)の偏心回転に伴い、偏心� �(42b)、更には主軸部(42a)が回転駆動される。� ��の結果、この回転動力は、圧縮機構(20)を駆 動するための駆動動力として利用される。以 上のように、油動力回収型圧縮ユニット(C/O)� ��は、回収機構(40)によって回収された油のエ ネルギーが、圧縮機構(20)の駆動動力として� �収され、圧縮機構(20)の動力が軽減される。

 油室(49)でエネルギーが回収された油は、 所定圧力まで減圧された後、油流出管(44)を� �じて回収機構(40)の本体部(41)から流出する。 流出後の油は、第2導油管(72)を介して圧縮機� ��(20)の油インジェクションポート(24)へ流入� �る。その結果、圧縮機構(20)では、圧縮室で� ��圧縮行程の途中へ低温の油が供給され、油� ��ンジェクション動作が行われる。

 この油インジェクション動作により、冷� ��運転時の圧縮機構(20)では、冷媒がP-h線図上 の等温線に近づくように圧縮され、いわゆる 等温圧縮が行われる。この点について、図4(A )及び(B)を参照しながら説明する。ここで、� �4(A)は、理想的な等温圧縮での冷凍サイクル� ��示すP-h線図であり、図4(B)は、図4(A)の冷凍� �イクルに対応するP-V線図である。

 冷房運転時の冷媒回路(11)では、圧縮機構 (20)の吸入側の冷媒が所定温度だけ過熱され� �ようなスーパーヒート制御が行われる。こ� �吸入冷媒は、図4のA点より圧縮機構(20)で圧� �され、所定量だけ昇圧/昇温されてからB点で 油と混合する。圧縮機構(20)で冷媒と油とが� �合されると、上記油クーラ(80)で冷却されて� ��温となった油により、冷媒が冷却される。� ��まり、圧縮行程では、B点以降において冷媒 が油によって冷やされながら、更に圧縮され る。その結果、冷媒は、図4(A)に示す等温線(� ��えば約40℃)に沿うように圧縮されて、目標� ��高圧圧力(C点)に至る。このように、A点→B� �→C点のような挙動で冷媒を圧縮させること� ��、圧縮機構(20)で冷媒を圧縮するのに要する 動力が効果的に低減される。

 即ち、例えば圧縮行程で一般的な断熱圧� ��が行われると、冷媒は図4に示すA→B→C’の ような挙動で圧縮される。その結果、この冷 凍サイクルでは、冷媒の圧縮動力が大きくな ってしまう。これに対し、本実施形態のよう に、油インジェクション動作により圧縮行程 中に冷媒を冷却すると、一般的な断熱圧縮と 比して、図4(B)のB点-C点-C’点で囲まれる面積 δS分だけ圧縮機構(20)での冷媒の圧縮動力を� �減できる。

 また、本実施形態のように、冷媒として� ��酸化炭素を用いて超臨界サイクルを行うも� ��で、上記の油インジェクション動作を行う� ��、圧縮機構(20)の圧縮動力の削減効果が向上 する。この点について以下に説明する。

 まず、本実施形態の冷媒回路(11)では、上 述のように、二酸化炭素を臨界圧力(図4(A)のc P点に示す圧力)以上となるように、圧縮行程� ��冷媒を圧縮している。このため、圧縮行程� ��はB点→C点で冷媒を冷却しながら圧縮する� �、冷媒が気液二相領域(凝縮領域)に至ること を回避できる。つまり、超臨界サイクルでは 、油の冷熱が冷媒の凝縮に利用されることを 回避できるので、冷媒を効果的に低温化する ことができ、冷媒の挙動を等温線に近づける ことができる。

 これに対し、例えば図5に示す、通常の蒸 気圧縮式冷凍サイクル(ここでは、冷媒をR410A とした場合)の圧縮行程では、冷媒が臨界圧� �よりも小さい範囲で圧縮される。このため� �この冷凍サイクルに上記油インジェクショ� �動作を適用した場合、A1点で冷媒が圧縮され てB1点から冷媒が油で冷却される際に、冷媒� ��気液二相領域(凝縮領域)に至ってしまう。� �の結果、この冷凍サイクルでは、B1点→C1点� ��範囲でしか等温圧縮を行うことができない� ��

 以上のような理由により、図5の冷凍サイ クルに油インジェクション動作を適用した場 合には、圧縮機構の圧縮動力の削減量が図5(B )のB1点-C1点-C1’点で囲まれるδS’となってし まう。これに対し、本実施形態の超臨界サイ クルに油インジェクション動作を適用した場 合には、圧縮機構(20)の圧縮動力の削減量がδ Sとなり、圧縮動力の削減効果が高いものと� �る。

 更に、本実施形態では、上述のように、� ��収機構(40)によって油の動力を回収している 。これにより、油インジェクション動作によ る冷媒の圧縮動力の低減効果を図りつつ、更 に油の昇圧に必要な圧縮動力も低減される。 この点について図6を参照しながら説明する� �

 上記油インジェクション動作を行うと、� ��縮機構(20)では、冷媒の圧縮動力(図6のWr)に� ��えて、油の昇圧に要する動力(図6のWo)を費� �すことになる。ここで、冷媒の圧縮動力Wrは 、上述のように、油インジェクション動作に よる等温圧縮の効果により小さくなる。従っ て、冷媒の圧縮動力Wrは、圧縮機構(20)へ供給 される低温の油の量(油インジェクション量Go il)が多ければ多いほど、小さくなっていく。 一方、このように油インジェクション量Goil� �多くなると、圧縮機構(20)では、油の昇圧に� ��する圧縮動力Woが増大していく。従って、� �縮機構(20)では、その全体としての動力Wt(即� ��、Wr+Wo)と、油インジェクション量Goilとの関 係が、図6で示すような関係となり、油イン� �ェクション量Goilが所定値(Gb)よりも大きくな ると、かえって圧縮機構(20)の全体の動力Wtが 増大してしまう虞がある。

 そこで、本実施形態では、油の昇圧に要� ��る圧縮動力Woを回収するべく、回収機構(40)� ��用いるようにしている。具体的に、例えば� ��インジェクション量Goilを所定値より大きい Gbとして油インジェクション動作を行った場� ��、油の昇圧に要する圧縮動力Woも増大する� �、油動力回収型圧縮ユニット(C/O)では、昇圧 後の油の動力(運動エネルギー)が、圧縮機構( 20)の駆動動力として回収される。その結果、 本実施形態では、油インジェクション量Goil� �多量としても、この空気調和装置(10)で比較� ��高いCOPの改善率(等温圧縮による効果)を得� �ことができる。

 即ち、例えば図7に示すように、回収機構 (40)で油の動力を回収しないもの(図7の破線L-0 )では、油インジェクション量が所定値Gbより も多くなると、等温圧縮の効果に起因する冷 媒の圧縮動力Wrの削減量よりも油の昇圧に要� ��る動力Woの方が大きくなってしまい、COP改� �率がかえって低くなってしまう。しかしな� �ら、回収機構(40)で油の動力を回収するよう� ��すると、油の昇圧に要する動力Woの増大に� �い、圧縮機構(20)へ回収される油の動力が大� ��くなる。その結果、例えば回収機構(40)の動 力回収率が50%のもの(図7の実線L-50)では、油� �ンジェクション量を多くしても、高いCOP改� �率を得ることができる。そして、このCOP改� �率は、回収機構(40)の動力回収率が高ければ� ��いほど(例えば図7の実線L-80(油動力回収率80% )や実線L-100(油動力回収率100%)を参照)、特に� �インジェクション量Goilが多い条件下で増大� ��ることになる。

  -実施形態1の効果-
 上記実施形態1では、油分離器(60)で高圧冷� �中から油を分離し、この油のエネルギーを� �収機構(40)で回収して圧縮機構(20)の駆動動力 として利用するようにしている。このため、 圧縮機構(20)で油の昇圧に要した動力を回収� �構(40)で回収でき、空気調和装置(10)の省エネ ルギーを向上できる。

 また、上記実施形態1では、油分離器(60)� �分離した油を油クーラ(80)で冷却し、低温と� ��た油を圧縮機構(20)へ供給している。このた め、圧縮機構(20)では、図4に示すような等温� ��縮の挙動(即ち、A点→B点→C点)に近づくよ� �に、冷媒を圧縮することができ、冷媒の圧� �動力を大幅に削減することができる。しか� �、油インジェクション量Goilを多くすること� ��、冷媒の冷却効果が向上して冷媒の圧縮動� ��が更に低減される一方、回収機構(40)で回収 される油のエネルギーも増大する。その結果 、空気調和装置(10)のCOP改善率を大幅に向上� �き、省エネ性を更に向上できる。なお、こ� �で、空気調和装置(10)のCOP改善率を効果的に� ��上させるための、油インジェクション量(質 量流量)は、圧縮機構(20)への吸入冷媒の量(質 量流量)の約0.5倍以上約6.0倍以下の範囲であ� �ことが好ましい。

 加えて、このように油インジェクション� ��を多くして、圧縮機構(20)へ低温の油を積極 的に導入することで以下のような副次的な効 果も得られる。具体的には、まず、圧縮機構 (20)の吐出冷媒の昇温を防止でき、空気調和� �置(10)のシステム異常や、圧縮機構(20)の機械 的な損傷を回避できる。また、圧縮機構(20)� �は、ピストンや軸受け等の摺動部の潤滑が� �分図られ、且つ摺動部の放熱効果も向上す� �。その結果、これらの摺動部での機械損失� �増大や焼き付きを防止できる。更に、圧縮� �構(20)では、油も比較的低い温度に抑えられ� ��ために、油の温度が過剰となって劣化する� ��とも回避できる。加えて、圧縮機構(20)では 、その周囲温度も比較的低温に抑えられる。 その結果、油動力回収型圧縮ユニット(C/O)で� ��、そのケーシング内の温度も比較的低くな� ��。これにより、電動機(25)の周囲温度も低く なることから、電動機(25)のモータ効率が向� �し、圧縮機構(20)の入力が更に低減されるこ� ��になる。

 また、上記実施形態1では、高圧冷媒を臨 界圧力以上まで圧縮する、超臨界サイクルを 行いながら、低温油を圧縮機構(20)へ導入す� �ようにしている。これにより、圧縮機構(20)� ��圧縮行程では、冷媒を凝縮させることなく� ��温線に近づくように圧縮でき(例えば図4参� �)、通常の冷凍サイクル(例えば図5参照)と比� ��して、冷媒の圧縮動力を効果的に削減でき� ��。

 更に、上記実施形態1では、低温とした油 を圧縮機構(20)の圧縮途中へ供給するように� �ている。これにより、圧縮機構(20)で冷媒を� ��る程度昇温させてから、昇温後の冷媒を油� ��冷却することができる。このため、油と混� ��する冷媒が、油よりも低い温度になるのを� ��避でき、冷媒が油によって加熱されてしま� ��のを防止できる。その結果、低温油によっ� ��冷媒を確実に冷却することができ、等温圧� ��による圧縮動力の低減効果を更に向上させ� ��ことができる。

  〈実施形態1の変形例1〉
 上記実施形態1では、冷媒を膨張する膨張機 構として、容積型流体機械から成る膨張機構 (30)を用いるようにしている。しかしながら� �図8に示すように、膨張機構として開度が調� ��自在な電子式の膨張弁(38)を用いて冷媒を減 圧するようにしても良い。

  《発明の実施形態2》
 本発明の実施形態2について説明する。実施 形態2では、冷媒回路(11)の構成が上記実施形� ��1と異なっている。図9に示すように、実施� �態2の冷媒回路(11)では、圧縮機構(20)と膨張� �構(30)とが一体となって膨張圧縮ユニット(C/E )に組み込まれ、回収機構(40)が油動力回収ユ� ��ット(O)に組み込まれている。

 具体的に、膨張圧縮ユニット(C/E)は、圧� �機構(20)と膨張機構(30)と膨張側出力軸(31)と� �動機(25)とがケーシング(図示省略)内に収容� �れて構成されている。圧縮機構(20)と膨張機� ��(30)とは、膨張側出力軸(31)を介して互いに� �結している。つまり、膨張圧縮ユニット(C/E) では、膨張機構(30)で回収された冷媒のエネ� �ギーが、圧縮機構(20)の駆動動力として利用� ��れる。換言すると、圧縮機構(20)は、膨張機 構(30)の膨張側出力軸(31)と連結して駆動され� ��駆動対象を構成している。

 また、油動力回収ユニット(O)は、回収機� ��(40)と発電機(45)とがケーシング(図示省略)に 収容されて構成されている。回収機構(40)の� �力軸(42)は、発電機(45)と連結されている。つ まり、油動力回収ユニット(O)では、回収機構 (40)で回収された油の動力(即ち、油のエネル� ��ー)によって発電機(45)が駆動され、この発� �機(45)で電力が発生する。発電機(45)で発生し た電力は、圧縮機構(20)や他の要素機械の駆� �動力として利用される。

 実施形態2の空気調和装置(10)の冷房運転� �には、圧縮膨張ユニット(C/E)の圧縮機構(20)� �圧縮された冷媒が、油分離器(60)に流入する� ��油分離器(60)で油が分離された冷媒は、室外 熱交換器(12)で放熱した後、圧縮膨張ユニッ� �(C/E)の膨張機構(30)で膨張する。その結果、� �張機構(30)で膨張する冷媒により得られた動� ��(即ち、膨張動力)が、圧縮機構(20)の駆動動� ��として利用される。膨張機構(30)で膨張した 冷媒は、室内熱交換器(13)で蒸発して室内の� �房に利用された後、圧縮膨張ユニット(C/E)の 圧縮機構(20)に吸入される。

 一方、油分離器(60)で分離された油は、油 クーラ(80)で冷却された後、油動力回収ユニ� �ト(O)の回収機構(40)へ流入する。回収機構(40) では、油室(49)の油によって出力軸(42)が回転� ��動され、発電機(45)が駆動される。その結果 、発電機(45)で電力が発生する。

 回収機構(40)で動力が回収されて減圧した 油は、圧縮膨張ユニット(C/E)の圧縮機構(20)の 油インジェクションポート(24)へ流入する。� �縮機構(20)では、圧縮途中の冷媒が油によっ� ��冷却されることで、冷媒が等温線に近づく� ��うに圧縮される。その結果、冷媒の圧縮に� ��する動力が軽減される。

 以上のように、本実施形態においても、� ��インジェクション量を比較的多めに設定す� ��ことで、等温圧縮効果により、冷媒の圧縮� ��力が低減され、且つ昇圧後の油から回収さ� ��る油の動力(即ち、油のエネルギー)も多く� �る。その結果、実施形態2においても、空気� ��和装置(10)のCOPが効果的に向上する。

  《発明の実施形態3》
 本発明の実施形態3について説明する。実施 形態3では、冷媒回路(11)の構成が上記各実施� ��態と異なっている。図10に示すように、実� �形態3の冷媒回路(11)では、圧縮機構(20)が圧� �ユニット(C)に組み込まれ、膨張機構(30)と回� ��機構(40)とが一体的に油動力回収型膨張ユニ ット(E/O)に組み込まれている。

 具体的に、圧縮ユニット(C)は、圧縮機構( 20)と駆動軸(21)と電動機(25)とがケーシング(図 示省略)に収容されて構成されている。圧縮� �構(20)と電動機(25)とは、駆動軸(21)を介して� �いに連結している。つまり、圧縮ユニット(C )では、電動機(25)によって圧縮機構(20)が駆動 される。

 また、油動力回収型膨張ユニット(E/O)は� �膨張機構(30)と回収機構(40)と発電機(45)とが� �ーシング(図示省略)に収容されて構成されて いる。回収機構(40)の出力軸(42)には、その端� ��に上記膨張機構(30)が連結し、その中間部に 発電機(45)が連結している。つまり、油動力� �収型膨張ユニット(E/O)では、膨張機構(30)で� �媒のエネルギーが回収され、且つ回収機構(4 0)で油のエネルギーが回収される。これらの� ��ネルギーは、出力軸(42)を介して発電機(45)� �駆動動力として利用される。換言すると、� �電機(45)は、回収機構(40)及び膨張機構(30)と� �力軸(42)を介して連結して駆動される駆動対� ��を構成している。その結果、発電機(45)では 、上記実施形態1の膨張ユニット(E)よりも多� �の電力が発生する。発電機(45)で発生した電� ��は、圧縮機構(20)や他の要素機械の駆動動力 として利用される。

 実施形態3の空気調和装置(10)の冷房運転� �には、圧縮ユニット(C)の圧縮機構(20)で圧縮� ��れた冷媒が、油分離器(60)に流入する。油分 離器(60)で油が分離された冷媒は、室外熱交� �器(12)で放熱した後、油動力回収型膨張ユニ� ��ト(E/O)の膨張機構(30)で膨張する。その結果� ��膨張機構(30)で膨張する冷媒により得られた 動力は、発電機(45)の発電に利用される。膨� �機構(30)で膨張した冷媒は、室内熱交換器(13) で蒸発して室内の冷房に利用された後、圧縮 ユニット(C)の圧縮機構(20)に吸入される。

 一方、油分離器(60)で分離された油は、油 クーラ(80)で冷却された後、油動力回収型膨� �ユニット(E/O)の回収機構(40)へ流入する。回� �機構(40)では、油室(49)の油の動力によって出 力軸(42)が回転駆動され、発電機(45)が駆動さ� ��る。その結果、発電機(45)で電力が発生する 。

 回収機構(40)で動力が回収されて減圧した 油は、油動力回収型膨張ユニット(E/O)を流出� ��、圧縮ユニット(C)の圧縮機構(20)の油インジ ェクションポート(24)へ流入する。圧縮機構(2 0)では、圧縮途中の冷媒が油によって冷却さ� ��ることで、冷媒が等温線に近づくように圧� ��される。その結果、冷媒の圧縮に要する動� ��が軽減される。以上のように、本実施形態� ��おいても、油インジェクション量を比較的� ��めに設定することで、等温圧縮効果により� ��冷媒の圧縮動力が低減され、且つ昇圧後の� ��から回収される油のエネルギーも多くなる� ��その結果、実施形態3においても、空気調和 装置(10)のCOPが効果的に向上する。

  《発明の実施形態4》
 本発明の実施形態4について説明する。実施 形態4では、冷媒回路(11)の構成が上記各実施� ��態と異なっている。図11に示すように、実� �形態4の冷媒回路(11)では、圧縮機構(20)と膨� �機構(30)と回収機構(40)とが一体的に油動力回 収型膨張圧縮ユニット(C/E/O)に組み込まれて� �る。

 具体的に、油動力回収型膨張圧縮ユニッ� ��(C/E/O)は、圧縮機構(20)と膨張機構(30)と回収� ��構(40)と電動機(25)とがケーシング(図示省略) に収容されて構成されている。回収機構(40)� �出力軸(42)には、その端部に膨張機構(30)が連 結し、その中間部に圧縮機構(20)が連結して� �る。また、出力軸(42)には、膨張機構(30)と圧 縮機構(20)との間に電動機(25)が連結している� ��以上のように、油動力回収型膨張圧縮ユニ� ��ト(C/E/O)では、膨張機構(30)で冷媒のエネル� �ーが回収され、且つ回収機構(40)で油のエネ� ��ギーが回収される。これらの双方のエネル� ��ーは、出力軸(42)を介して圧縮機構(20)を回� �駆動する動力として利用される。換言する� �、圧縮機構(20)は、回収機構(40)及び膨張機構 (30)と出力軸(42)を介して連結して駆動される� ��動対象を構成している。その結果、油動力� ��収型膨張圧縮ユニット(C/E/O)では、上記実施 形態1の油動力回収型圧縮ユニット(C/O)と比較 して、電動機(25)による圧縮機構(20)の駆動電� ��が軽減される。

 実施形態4の空気調和装置(10)の冷房運転� �には、油動力回収型膨張圧縮ユニット(C/E/O)� ��圧縮機構(20)で圧縮された冷媒が、油分離器 (60)に流入する。油分離器(60)で油が分離され� ��冷媒は、室外熱交換器(12)で放熱した後、膨 張機構(30)で膨張する。その結果、膨張機構(3 0)で膨張した冷媒のエネルギーは、出力軸(42) を介して圧縮機構(20)の駆動動力として利用� �れる。膨張機構(30)で膨張した冷媒は、室内� ��交換器(13)で蒸発して室内の冷房に利用され た後、圧縮ユニット(C)の圧縮機構(20)に吸入� �れる。

 一方、油分離器(60)で分離された油は、油 クーラ(80)で冷却された後、回収機構(40)へ流� ��する。回収機構(40)では、油室(49)の油によ� �て出力軸(42)が回転駆動され、この出力軸(42) の回転動力が圧縮機構(20)の駆動動力として� �用される。

 回収機構(40)でエネルギーが回収されて減 圧した油は、圧縮機構(20)の油インジェクシ� �ンポート(24)へ流入する。圧縮機構(20)では、 圧縮途中の冷媒が油によって冷却されること で、冷媒が等温線に近づくように圧縮される 。その結果、冷媒の圧縮に要する動力が軽減 される。以上のように、本実施形態において も、油インジェクション量を比較的多めに設 定することで、等温圧縮効果により、冷媒の 圧縮動力が低減され、且つ昇圧後の油から回 収される油のエネルギーも多くなる。その結 果、実施形態4においても、空気調和装置(10)� ��COPが効果的に向上する。

  《発明の実施形態5》
 本発明の実施形態5について説明する。実施 形態5の空気調和装置(10)は、上述した各実施� ��態について、油インジェクション機構(100)� �コントローラ(95)とを付与したものである。

  〈圧縮機構及び油インジェクション機構� �構成〉
 まず、実施形態5における圧縮機構(20)の概� �構成と油インジェクション機構(100)の概要に ついて説明する。なお、この例では、上述の 実施形態1の空気調和装置(10)において、圧縮� ��構(20)に油インジェクション機構(100)を設け� ��いる。

 図12に示すように、この圧縮機構(20)は、� ��記回収機構(40)と同様に、揺動ピストン型の ロータリ式流体機械で構成されている。圧縮 機構(20)は、圧縮室(26)を有し、この圧縮室(26) へ作動流体である冷媒として二酸化炭素を吸 入して、圧縮するように構成されている。ま た、油インジェクション機構(100)は、油イン� ��ェクションポート(24)を開閉可能に構成され 、所定のタイミングで上記圧縮室(26)へ冷凍� �油を供給するように構成されている。この� �縮機構(20)は、上述したように油動力回収型� ��縮ユニット(C/O)のケーシング内に収納され� �いる。

 この圧縮機構(20)は、圧縮室(26)を有する� �リンダ(27)内でのピストン(28)の動作により冷 媒を吸入して圧縮するように構成されている 。また、この圧縮機構(20)は、圧縮室(26)が断� ��円形に形成されるとともに、ピストン(28)が 該圧縮室(26)内で偏心回転運動をするように� �成されている。

 上記ピストン(28)は、出力軸であるクラン ク軸(42)のクランクピン(42c)に嵌合して偏心回 転運動をする環状部(28a)と、この環状部(28a)� �一体に形成されたブレード(28b)とを有してい る。ブレード(28b)は、プレート状であって、� ��状部(28a)の径方向外側へ延在している。シ� �ンダ(27)は、ブレード(28b)を摺動可能に保持� �る揺動ブッシュ(29)を有している。揺動ブッ� ��ュ(29)は、それぞれほぼ半円形の吸入側ブッ シュ(29a)と吐出側ブッシュ(29b)とから構成さ� �ている。吸入側ブッシュ(29a)と吐出側ブッシ ュ(29b)は、一部で連結して一体にしてもよい� ��

 シリンダ(27)には、圧縮室(26)へ冷媒を吸� �するように一端が圧縮室(26)に開口した吸入� ��ート(22a)が形成されている。この吸入ポー� �(22a)の他端は、上記吸入ライン(17)の吸入管(2 2)と連通している。また、シリンダ(27)は、上 記回収機構(40)と同様に、軸方向の両端面を� �ぐ2枚の端板(27a,27b)(電動機側の端板(27a)をフ� ��ントヘッドといい、電動機と反対側の端板( 27b)をリヤヘッドという)を有している。フロ� ��トヘッド(27a)とリヤヘッド(27b)の一方には、 圧縮室(26)で圧縮された冷媒を油動力回収型� �縮ユニット(C/O)のケーシング内の空間へ吐出 するための吐出ポート(23a)が形成されている� ��この吐出ポート(23a)には吐出弁としてリー� �弁(図示せず)が設けられていて、圧縮室(26)� �の圧力と上記油動力回収型圧縮ユニット(C/O) のケーシング内の圧力との圧力差が所定値に 達すると吐出ポート(23a)が開くようになって� ��る。この油動力回収型圧縮ユニット(C/O)の� �ーシングには上記吐出管(23)が直に接続され� ��おり、吐出ポート(23a)を流出した冷媒は、� �出管(23)を経て冷媒回路(11)の吐出ライン(18)� �吐出される。

 上記吸入ポート(22a)は、図12において縦軸 の上方向を0°の位置とすると、そこから横軸 の右方向へθsだけ角度をとった位置に設けら れている。また、上記油インジェクション機 構(100)は、シリンダ(27)に設けられた噴射ノズ ル部(101)を有し、この噴射ノズル部(101)は角� �がθiの位置に設けられていて、油インジェ� �ションポート(24)を介して圧縮室(26)に連通し ている。以上の構成により、上記吸入ポート (22a)と油インジェクションポート(24)は、図13� ��示す吸入行程中には圧縮室(26)を介して互い に連通する位置に配置されていることになる 。

 上記油インジェクション機構(100)の噴射� �ズル部(101)は、円筒状のインジェクションケ ース(102)と、このインジェクションケース(102 )の軸方向へスライド可能なスプール(103)と、 このスプール(103)を駆動する駆動機構(104)と� �有している。インジェクションケース(102)の 一端には、上記油インジェクションポート(24 )と連通する油噴射口(105)が形成されている。 また、インジェクションケース(102)の他端に� ��、上述の油導入路(70)の第2導油管(72)と繋が� ��油供給管(106)が接続されている。

 上記スプール(103)は、油噴射口(105)側の端 部がテーパ状の弁部(107)として形成されてい� ��。油噴射口(105)は、インジェクションケー� �(102)の内面側が、スプール(103)の弁部(107)と� �じ角度のテーパ面により形成された弁座(108) になっている。この構成において、スプール (103)が後退して弁部(107)の外周面がインジェ� �ションケース(102)の弁座(108)の内周面から離� ��ると(図12の状態)、油供給管(106)から供給さ� ��てきた冷凍機油が弁部(107)と弁座(108)の間の 隙間を通って油インジェクションポート(24)� �ら圧縮室(26)内へ噴射される。一方、スプー� ��(103)が前進して弁部(107)の外周面がインジェ クションケース(102)の弁座(108)の内周面に圧� �すると(図13の状態)、油供給管(106)から供給� �れてきた冷凍機油は、インジェクションケ� �ス(102)内が密閉空間になるために、圧縮室(26 )へは噴射されなくなる。

 スプール(103)を軸方向へ進退させる駆動� �構(104)としては、ソレノイド機構(109)が用い� ��れている。ソレノイド機構(109)は、スプー� �(103)に固定された鉄心(110)と、インジェクシ� ��ンケース(102)に固定されたコイル(111)とを有 している。インジェクションケース(102)内に� ��、スプール(103)を後退させる方向へバネ力� �加えるコイルバネ(112)が設けられ、スプール (103)には、コイルバネ(112)の一端を受けるバ� �受け(113)が固定されている。コイルバネ(112)� ��他端は、インジェクションケース(102)の油� �射口(105)側の端面に接している。

 上記ソレノイド機構(109)のコイル(111)に電 流を流さない状態では、スプール(103)が可動� ��囲の後端まで後退する。このとき、鉄心(110 )はコイル(111)の中心から外れており、スプー ル(103)の弁部(107)と油噴射口(105)の弁座(108)と� ��間には隙間が形成されている(図12)。一方、 ソレノイド機構(109)のコイル(111)に電流を流� �た状態では、コイルバネ(112)のバネ力に抗し て鉄心(110)がスプール(103)の前方へに引っ張� �れ、スプール(103)の弁部(107)と油噴射口(105)� �弁座(108)とが圧接する(図13)。このとき、上� �の隙間がなくなり、インジェクションケー� �(102)の内部が密閉空間となる。

  〈コントローラの構成〉
 実施形態5の空気調和装置(10)は、上記油イ� �ジェクション機構(100)を制御する制御手段と して、コントローラ(95)を有している。

 上記圧縮機構(20)を制御するコントローラ (制御手段)(95)は、図14のブロック図に示すよ� ��に構成されている。コントローラ(95)は、入 力値(諸元)読込部(96)と、測定値(または設定� �)読込部(97)と、計算値決定部(98)とを有して� �る。入力値読込部(96)と測定値読込部(97)は、 計算値決定部(98)へ信号を送るように、この� �算値決定部(98)と接続されている。計算値決� ��部(98)では、吸入ポート(22a)の位置θsと、油� ��ンジェクションポート(24)の位置θiと、クラ ンク軸(42)の回転速度ωと、クランク軸(42)の� �転角度の現在値θcとに基づいて、インジェ� �ションタイミングが求められ、コントロー� �(95)から油インジェクション機構(100)へ制御� �号が送られる。そして、この制御信号に基� �いてソレノイド機構(109)のオンとオフが制御 され、油の噴射タイミングがコントロールさ れる。

 具体的には、圧縮機構(20)において吸入行 程と圧縮行程と吐出行程とを1サイクルとす� �動作中に、吸入行程が終了する位置をイン� �ェクション開始点とし、吐出行程が終了す� �前の位置(この実施形態ではピストン(28)が油 インジェクションポート(24)を通過する位置� �達した点)をインジェクション終了点として� ��コントローラ(95)が、インジェクション開始 点からインジェクション終了点の範囲の少な くとも一部で油インジェクション動作を行う ように上記油インジェクション機構(100)を制� ��する。特に、コントローラ(95)を、インジェ クション開始点からインジェクション終了点 の範囲の全体で油インジェクション動作を行 うように構成することが、その範囲の全域に わたって等温圧縮を行えるようにするために 好ましい。

  〈油インジェクション動作中の噴射ノズ� �部の開閉タイミング〉
 次に、油インジェクション動作中の噴射ノ� ��ル部(101)の開閉タイミングについて説明す� �。

 まず、コントローラ(95)には、入力値読込 部(96)に、吸入ポート(22a)の位置θsと油インジ ェクション機構(100)の位置θiとが、予め設定� ��れた位置として入力されている。このコン� ��ローラ(95)では、運転中のクランク軸(42)の� �転速度ωと、クランク軸(42)の回転角度の現� �値θcとが、測定値読込部(97)で測定される。� ��して、計算値決定部(98)において、これらの 値に基づいてインジェクションタイミングが 求められる。

 このインジェクションタイミングは、吸� ��行程と圧縮行程と吐出行程とを1サイクルと する動作中に、吸入行程が終了する位置をイ ンジェクション開始点θsとし、吐出行程が終 了する前の位置(具体的にはピストン(28)が油� ��ンジェクションポート(24)を通過する位置に 達した点)をインジェクション終了点θiとし� �、インジェクション開始点θsからインジェ� �ション終了点θいの範囲の少なくとも一部か 、またはその範囲の全部で油インジェクショ ン動作を行うように定められる。この範囲の 全部で油インジェクション動作を行う場合は 、図12に示すようにピストン(28)がθsからθiの 範囲に位置しているときに油インジェクショ ン機構(100)の噴射ノズル部(101)のスプール(103) を後退させて油噴射口(105)を開口させ、図13� �示すようにピストン(28)がθiからθsの範囲に� ��置しているときに油インジェクション機構( 100)の噴射ノズル部(101)のスプール(103)を前進� ��せて油噴射口(105)を閉塞することになる。

 そして、コントローラ(95)は、図14の計算� ��決定部(98)で求めたインジェクション時間δt の間だけ油噴射口(105)が開口されるようにイ� ��ジェクションタイミングを決定して、油イ� ��ジェクション機構(100)の油噴射口(105)を開閉 し、圧縮機構(20)への油インジェクション動� �を制御する。

 ここで、従来の油インジェクション機構( 100)では、油噴射口(105)が常に開口していたの で、図25に示すようにピストン(28)がθiからθs の範囲に位置するときは、吸入ポート(22a)と� ��インジェクションポート(24)が圧縮室(26)を� �して連通してしまい、油インジェクション� �ート(24)から圧縮室(26)に入った油が吸入ポー ト(22a)へ逆流してしまうことがあった。

 これに対して、本実施形態では、図12に� �すように、ピストン(28)がθsからθiの範囲に� ��置しているときは油インジェクション機構( 100)のスプール(103)を後退させて油噴射口(105)� ��開口させるようにしているので、その範囲� ��は正常なインジェクション動作を行うこと� ��できるし、図13に示すようにピストン(28)が� �iからθsの範囲に位置しているときは油イン� ��ェクション機構(100)のスプール(103)を前進さ せて油噴射口(105)を閉塞するようにしている� ��で、その範囲では無駄な油インジェクショ� ��動作が行われない。

 以上のように、実施形態5では、吸入行程 と圧縮行程と吐出行程とを1サイクルとする� �ストン(28)の動作中に、吸入ポート(22a)と油� �ンジェクションポート(24)が連しない間は油� ��ンジェクションポート(24)を開くようにして いるので、その間は油インジェクション動作 をすることによって上述した等温圧縮の効果 を充分に得ることができる。また、ピストン (28)の動作中に吸入ポート(22a)と油インジェク ションポート(24)が連通する間は油インジェ� �ションポート(24)を閉じるようにしているの� ��、その間は油が圧縮室(26)に流入するのを防 止できる。ピストン(28)の動作中に吸入ポー� �(22a)と油インジェクションポート(24)が連通� �る間に油インジェクションポート(24)が開い� ��いると、油インジェクションポート(24)から 圧縮室(26)に流入した冷凍機油が吸入ポート(2 2a)へ逆流して冷媒の吸入が妨げられるおそれ があるが、本実施形態では冷凍機油が吸入ポ ート(22a)へ逆流することはない。したがって� ��吸入損失が発生してしまうのを防止できる� ��

 また、この実施形態では、圧縮機回転速� ��、吸入圧力、吐出圧力、エンタルピ、冷媒� ��環量などの多くの値から必要な冷却量を計� ��して液冷媒噴射装置の開口時間やインジェ� ��ション量を算出したり、圧縮機入力を測定� ��てそれが最小値になるようにするための計� ��ロジックをコントローラ(95)に実装したりす る必要はなく、単純に吸入ポート(22a)位置を� ��ンジェクション開始点θsとし、油インジェ� ��ションポート(24)の位置をインジェクション 終了点θiとして、その範囲内でタイミングを とって油インジェクション動作を行うように しているため、油インジェクション機構(100)� ��おけるインジェクションタイミングの算出� ��非常に容易になり、単純な計算ロジックを� ��装するだけで効果的な油インジェクション� ��可能となる。

 以上のことから、本実施形態によれば、� ��インジェクションによる等温圧縮を行う圧� ��機において、吸入損失を増加させることな� ��冷却に必要な大量の油をインジェクション� ��ることができるとともに、複雑な制御をし� ��くても効果的な等温圧縮の実現が可能とな� ��、大幅なシステム性能の向上が可能となる� ��

  《発明の実施形態6》
 本発明の実施形態6について説明する。実施 形態6の空気調和装置(10)は、上記実施形態5と 同様の油インジェクション機構(100)を有する� ��方、実施形態5とコントローラ(95)の構成が� �なるものである。

  〈コントローラの構成〉
 実施形態6のコントローラ(95)は、図15のブロ ック図に示すように構成されている。コント ローラ(95)は、入力値(諸元)読込部(96)と、測� �値(または設定値)読込部(97)と、計算値決定� �(98)とを有している。入力値読込部(96)と測定 値読込部(97)は、計算値決定部(98)へ信号を送� ��ため、この計算値決定部(98)と接続されてい る。計算値決定部(98)では、シリンダ容積Vcと 、吸入ポート位置θsと、油インジェクション 位置θi(以上、入力値読込部(96)のデータ)と、 クランク軸(42)の回転速度ωと、クランク軸(42 )の回転角度の現在値θcと、吸入ガス温度Tsと 、冷媒回路(11)の低圧圧力Lpと、冷媒回路(11)� �高圧圧力Hpと、インジェクション油温度Toと� ��インジェクション油圧力Po(以上、測定値読� ��部(97)のデータ)とに基づいて、油インジェ� �ション動作のタイミングが求められる。つ� �り、圧縮途中の冷媒ガス温度をTrとしたとき に、Tr=Toとなるインジェクション開始位置θ1� ��、圧縮途中の冷媒ガス圧力をPrとしたとき� �Pr=Poとなるインジェクション終了位置θ2と、 θ1からθ2に達するまでのインジェクション時 間δtとが求められて、これらの値を表す制御 信号がコントローラ(95)から油インジェクシ� �ン機構(100)へ送られる。そして、この制御信 号に基づいてソレノイド機構(109)のオンとオ� ��が制御され、油の噴射タイミングがコント� ��ールされる。なお,圧縮途中の冷媒ガス温度 Trと圧縮途中の冷媒ガス圧力Prは,シリンダ容� ��Vcや吸入ポート位置θsなどの圧縮機諸元と� �吸入ガス温度Tsや冷媒回路(11)の低圧圧力Lp、 冷媒回路(11)の高圧圧力Hpなどの測定値と、予 めコントローラに記録された冷媒物性データ とから算出する。図15中のインジェクション� ��始位置θ1とインジェクション終了点θ2の計� ��には、圧縮途中の冷媒ガス温度Trと圧縮途� �の冷媒ガス圧力Prの算出過程(冷媒温度検出� �段と冷媒圧力検出手段)も含まれている。

 具体的には、吸入行程と圧縮行程と吐出� ��程とを1サイクルとする動作中に、上記圧縮 室(26)内の冷媒の温度Trがインジェクションさ れる油の温度Toになる位置をインジェクショ� ��開始点θ1とし、圧縮室(26)内の冷媒の圧力Tr� ��吐出圧力Hpに達する位置をインジェクショ� �終了点θ2として、コントローラ(95)が、イン� ��ェクション開始点θ1からインジェクション� ��了点θ2の範囲の少なくとも一部で油インジ� ��クション動作を行うように上記油インジェ� ��ション機構(100)を制御する。特に、コント� �ーラ(95)を、インジェクション開始点θ1から� ��ンジェクション終了点θ2の範囲の全体で油� ��ンジェクション動作を行うように構成する� ��とが、その範囲の全域にわたって等温圧縮� ��行えるようにするために好ましい。

  〈油インジェクション動作中の噴射ノズ� �部の開閉タイミング〉
 次に、油インジェクション動作中の噴射ノ� ��ル部(101)の開閉タイミングについて説明す� �。

 まず、コントローラ(95)には、入力値読込 部(96)に、シリンダ容積Vcと、吸入ポート位置 θsと、油インジェクション位置θiとが、予め 設定された位置として入力されている。この コントローラ(95)では、クランク軸(42)の回転� ��度ωと、クランク軸(42)の回転角度の現在値� �cと、吸入ガス温度Tsと、冷媒回路(11)の低圧� ��力Lpと、冷媒回路(11)の高圧圧力Hpと、イン� �ェクション油温度Toと、インジェクション油 圧力Poとが、測定値読込部(97)で測定される。 そして、計算値決定部(98)において、これら� �値に基づいて、インジェクションタイミン� �が求められる。具体的には、圧縮途中の冷� �ガス温度をTrとしたときにTr=Toとなるインジ� ��クション開始位置θ1と、圧縮途中の冷媒ガ� ��圧力をPrとしたときにPr=Hpとなるインジェク ション終了位置θ2と、θ1からθ2に達するまで のインジェクション時間δtとが求められて、 これらの値を表す制御信号がコントローラ(95 )から油インジェクション機構(100)へ送られる 。そして、この制御信号に基づいてソレノイ ド機構(109)のオンとオフが制御され、油の噴� ��タイミングがコントロールされる。

 このインジェクションタイミングは、吸� ��行程と圧縮行程と吐出行程とを1サイクルと する動作中に、上記圧縮室(26)内の冷媒の温� �Trがインジェクションされる油の温度Toにな� ��位置をインジェクション開始点θ1とし、圧� ��室(26)内の冷媒の圧力Prが吐出圧力Hpに達す� �位置をインジェクション終了点θ2として、� �ントローラ(95)が、インジェクション開始点� �1からインジェクション終了点θ2の範囲の少� ��くとも一部か、またはその範囲の全部で油� ��ンジェクション動作を行うように定められ� ��。この範囲の全部で油インジェクション動� ��を行う場合は、図16においてθ1のポイント� �らθ2のポイントまでの範囲の全体で行われ� �そのときに油インジェクション機構(100)のス プール(103)を後退させて油噴射口(105)を開口� �せる。また、図17に示すようにピストン(28)� �θ2からθ1の範囲に位置しているときには、� �インジェクション機構(100)のスプール(103)を� ��進させて油噴射口(105)を閉塞することにな� �。

 そして、コントローラ(95)は、計算値決定 部(98)で求めたインジェクションタイミング� �基づいて油インジェクション機構(100)の油噴 射口(105)を開閉し、圧縮機構(20)への油インジ ェクション動作を制御する。

 ここで、従来の油インジェクション機構( 100)では、油インジェクション動作時におい� �、冷凍機油の温度Toが冷媒の温度Trよりも高� ��ときは冷媒が過熱されてしまい、過熱圧縮� ��よる動力損失が生じてしまうことになる。

 これに対して、本実施形態では、図16に� �すように、ピストン(28)がθ1からθ2の範囲に� ��置しているときは油インジェクション機構( 100)のスプール(103)を後退させて油噴射口(105)� ��開口させるようにしているので、その範囲� ��は冷媒の温度Trが冷凍機油の温度Toよりも高 い領域がなく、等温圧縮により仕事量を十分 に削減できる。また、図17に示すように、ピ� ��トン(28)がθ2を過ぎてθ1に至るまでの範囲で は、油インジェクション機構(100)のスプール( 103)を前進させて油噴射口(105)を閉塞するよう にしているので、その範囲では、無駄な油イ ンジェクション動作が行われず、過熱圧縮に よる動力損失は生じない。

 以上のように、実施形態6では、吸入行程と 圧縮行程と吐出行程とを1サイクルとするピ� �トン(28)の動作中に、上記圧縮室(26)内の冷媒 の温度Trがインジェクションされる油の温度T oになる位置をインジェクション開始点θ1と� �、圧縮室(26)内の冷媒の圧力が吐出圧力に達� ��る位置をインジェクション終了点θ2として� ��インジェクション開始点θ1からインジェク� ��ョン終了点θ2の範囲の少なくとも一部か、� ��たはその範囲の全部で油インジェクション� ��作を行うようにしている。θsからθiの範囲� ��全体でインジェクションを行う場合は、図1 8に示すように等温圧縮により削減される仕� �量を相殺するように作用する仕事量が過熱� �縮により発生していたのに対して、本実施� �態によれば、θ1からθ2の範囲内でだけ油イ� �ジェクション動作を行うようにしたことに� �り、図19に示すように過熱圧縮による仕事量 が発生しないようにしているので、等温圧縮 による効果を高めることが可能となる。以上 のことから、本実施形態によれば、冷却に必 要な大量の油をインジェクションすることが できるし、過熱圧縮による動力損失も生じな いので、効果的な等温圧縮の実現が可能とな り、大幅なシステム性能の向上が可能とな
  《その他の実施形態》
 上記の各実施形態については、上述した各� ��成以外にも以下のような変形例の構成とす� ��ことができる。

  〈変形例1〉
 上述した各実施形態において、油分離器(60) で冷媒中から分離した油を圧縮機構(20)の圧� �途中ではなく、圧縮機構(20)の吸入側(低圧側 )へ供給するようにしても良い。即ち、例え� �図20に示すように、上記各実施形態の油導入 路(70)は、分離後の油を圧縮機構(20)の吸入側� ��供給するように構成しても良い。なお、図2 0の例では、上述の実施形態1について、油導� ��路(70)の第2導油管(72)の終端を吸入ライン(17) に接続したものである。この変形例において も、油クーラ(80)で冷却した油により、圧縮� �構(20)で圧縮される冷媒を同時に冷却するこ� ��ができ、上述のような等温圧縮の効果を得� ��ことができる。

  〈変形例2〉
 上述した各実施形態において、油クーラ(80) で冷却した油を回収機構(40)へ供給するので� �なく、回収機構(40)でエネルギーを回収した� ��を油クーラ(80)で冷却しても良い。即ち、例 えば図21に示すように、上記各実施形態につ� ��て、油導入路(70)において油クーラ(80)を回� �機構(40)の下流側に配置しても良い。なお、� ��21の例では、上述の実施形態1について、回� ��機構(40)の下流側に油クーラ(80)を配置して� �る。この変形例においても、回収機構(40)で� ��のエネルギーを回収でき、且つ油クーラ(80) で冷却した油を圧縮機構(20)へ供給すること� �、上述のような等温圧縮の効果を得ること� �できる。また、図21の変形例のようにすると 、圧縮機構(20)へ供給される直前の油を油ク� �ラ(80)で冷却することができるので、圧縮機� ��(20)へ安定して低温の油を供給できる。その 結果、上記の等温圧縮の効果を更に向上させ ることができる。

  〈変形例3〉
 上述した各実施形態において、例えば図22� �示すように、冷媒回路(11)に内部熱交換器(90) を付与するようにしても良い。なお、図22の� ��では、上述の変形例2(図21の例)について、� �媒回路(11)に内部熱交換器(90)を接続している 。

 具体的に、内部熱交換器(90)は、第1流路(9 1)と第2流路(92)とを有し、両者の流路(91,92)を� ��れる冷媒同士を熱交換させるものである。� ��1流路(91)は、冷媒回路(11)で放熱器(例えば冷 房運転時の室外熱交換器(12))で放熱した後、� ��張機構(30)へ流入する前の冷媒が流れる高圧 ライン(19)に接続されている。また、第2流路( 92)は、吸入ライン(17)に接続されている。従� �て、内部熱交換器(90)では、第1流路(91)を高� �冷媒が、第2流路(92)を流れる低圧冷媒によっ て冷却される。その結果、この変形例の冷房 運転時には、高圧側の冷媒の過冷却度が大き くなり、室内熱交換器(13)での冷房能力が向� �する。また、第2流路(92)を流れる低圧冷媒は 、第1流路(91)を流れる高圧冷媒によって過熱� ��れるので、吸入過熱度が大きくなる。その� ��果、図22に示すように、低温の油を圧縮機� �(20)の吸入側へ供給した場合にも、吸入冷媒� ��油よりも高温とすることができ、油による� ��媒の冷却効果を充分に得ることができる。

  〈変形例4〉
 上述した各実施形態において、例えば図23� �示すように、油分離器(60)を他の箇所に設け� ��ようにしても良い。なお、図23の例は、上� �の実施形態1について、変形例3で述べた高圧 ライン(19)に油分離器(60)を配置している。こ� ��変形例においても、油分離器(60)には、圧縮 機構(20)で昇圧された油が溜まり込むので、� �の油を回収機構(40)へ送ることで、この油の� ��ネルギーを回収することができる。また、� ��の変形例では、冷房運転時の油分離器(60)に 溜まる油は、室外熱交換器(12)で放熱後の油� �なる。つまり、この変形例の油分離器(60)に� ��、上記の各実施形態と比較して低温の油が� ��まり込む。従って、この変形例の油インジ� ��クション動作では、一層低温とした油を圧� ��機構(20)へ供給でき、上述の等温圧縮の効果 を更に向上させることができる。

  〈その他の変形例〉
 上述した各実施形態では、油分離器(60)で分 離した油を圧縮機構(20)へ供給することで、� �縮機構(20)の圧縮行程で冷媒を等温圧縮させ� ��ようにしている(図4を参照)。ここで、図4に 示す例では、圧縮行程の一部の期間(即ち、B� ��からC点に至るまでの間)において、冷媒を� �温圧縮させているが、圧縮行程の全期間に� �いて、冷媒を等温圧縮させても良い。また� �圧縮行程の一部の期間は、図4の例に限られ� ��ものではなく、異なるタイミングであって� ��良い。

 また、図4に示す等温圧縮は、圧縮行程中 に冷媒がほぼ等温線に沿うように圧縮されて いる。しかしながら、図4は、上述のように� �想的な等温圧縮を例示したものに過ぎず、� �発明の等温圧縮は、必ずしも図4に示すよう� ��挙動でなくても良い。具体的には、例えば� ��24に示すように、本発明の等温圧縮は、油� �よって冷却される冷媒が等温線に対して少� �ずつ離れてしまうような挙動で圧縮される� �のであっても良い。つまり、本発明の「等� �圧縮」とは、圧縮行程中の冷媒が油によっ� �冷却されることで、圧縮行程において、一� �的な断熱圧縮と比較して冷媒が等温線に近� �くように圧縮されること(つまり、いわゆる� ��似的な等温圧縮)を含むものである。

 上述した各実施形態では、油分離器(60)で 分離した油を積極的に圧縮機構(20)へ供給し� �いわゆる等温圧縮を行うものについて、本� �明の回収機構(40)を適用するようにしている� ��しかしながら、例えば圧縮機構(20)から流出 した油を、油戻し管を介して圧縮機構(20)の� �入側へ返送し、圧縮機構(20)の潤滑不良を防� ��するような冷媒回路について、この油戻し� ��に本発明の回収機構(40)を適用しても良い。 このようにしても、高圧の油の運動エネルギ ーを回収機構(40)によって回収することがで� �、冷凍装置のCOPを改善することができる。

 また、上述した各実施形態の回収機構(40) の本体部(41)は、ロータリ式の容積型流体機� �で構成されている。しかしながら、上記本� �部(41)を例えばスクロール式の容積型流体機� ��で構成しても良いし、例えば非容積型の流� ��機械(例えばタービン式の非容積型の流体機 械)で構成するようにしても良い。また、上� �の圧縮機構(20)や膨張機構(30)を他の形式の流 体機械で構成しても良いのは勿論のことであ る。

 また、上述した各実施形態において、冷� ��回路(11)に充填される冷媒として、他の冷媒 を用いるようにしても良い。また、冷媒回路 (11)の冷媒中に混在する油(冷凍機油)として他 の油を用いるようにしても良い。

 また、上述した各実施形態では、室内の� ��調を行う空気調和装置(10)について本発明を 適用しているが、例えば冷蔵庫や冷凍庫内を 冷却する冷凍装置や、他の冷凍装置に本発明 を適用しても良い。

 なお、以上の実施形態は、本質的に好ま� ��い例示であって、本発明、その適用物、あ� ��いはその用途の範囲を制限することを意図� ��るものではない。