CN101688537A - 流体机械 - Google Patents

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尾形雄司
和田贤宣
盐谷优
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Abstract

本发明提供一种流体机械，在压缩机(22)和动力回收机(24)之间设置副压缩机(23)，使在副压缩机(23)中预先压缩后的制冷剂流入压缩机(22)。由于副压缩机(23)与动力回收机(24)形成大致相同温度，因此在副压缩机(23)与动力回收机(24)之间大致不产生热移动。另外，虽然在高温的压缩机(22)和低温的副压缩机(23)之间产生热移动，但是即使来自压缩机(22)的热量对副压缩机(23)的制冷剂进行加热，由于从副压缩机(23)喷出的制冷剂向压缩机(22)输送，因此大致不产生副压缩机(23)的温度上升。

Description

流体机械
技术领域
本发明涉及一种将用于动力回收型制冷循环装置的压缩机和动力回收机一体化而得到的流体机械。
背景技术
以往，公知有通过膨胀机将制冷剂膨胀时产生的压力能作为动能回收，并作为驱动压缩机的能量的一部分使用的所谓的动力回收型制冷循环装置(例如，参照专利文献1)。
图10是将压缩机和膨胀机一体构成的现有的流体机械10的纵向剖视图。如图10所示，通过在密闭容器8的内部从上方依次配置压缩机1、旋转电动机7、膨胀机3并利用共有的轴6进行连结而构成现有的流体机械10。
图11是使用现有的流体机械10的动力回收型制冷循环装置300的结构图。如图11所示，现有的动力回收型制冷循环装置300包括：流体机械10、第一热交换器2、第二热交换器4及依次连接压缩机1、第一热交换器2、膨胀机3和第二热交换器4的制冷剂管5。
在现有的动力回收型制冷循环装置300中，制冷剂在压缩机1被压缩从低压变成高温高压，并在第一热交换器2被冷却而放热。在第一热交换器2中变成中温高压的制冷剂在膨胀机3膨胀而从高压变成低温低压，在第二热交换器4被加热而蒸发。在第二热交换器4中变成中温低压的制冷剂再次返回压缩机1，重复进行上述循环。膨胀机3将制冷剂膨胀时产生的压力能转换成与旋转电动机7一同经由轴6驱动压缩机1的能量。
专利文献1：国际公开第2007/000854号小册子。
发明内容
但是，在上述现有的流体机械10中，由于在密闭容器8的内部将压缩机1和膨胀机3接近配置，因此，从高温的压缩机1向低温的膨胀机3产生热移动。其结果是，产生第一热交换器2和第二热交换器4的热交换量减少、动力回收型制冷循环装置300的COP(制冷系数(Coefficient ofPerformance))降低这样的问题。
本发明使鉴于这一点而提出的，其目的在于能够使从压缩机向动力回收机的热量移动大幅度减少，以防止动力回收型制冷循环装置的COP的降低。
为了解决上述课题，本发明的流体机械具备：密闭容器；旋转电动机，其配置于所述密闭容器内，由定子和转子构成；压缩机，其配置于所述密闭容器内，对制冷剂进行压缩并向所述密闭容器内喷出；动力回收机，其配置于所述密闭容器内，通过吸入制冷剂并将其喷出而从制冷剂回收动力；轴，其被所述旋转电动机、所述压缩机和所述动力回收机共有，且沿铅垂方向延伸；副压缩机，其配置于所述压缩机和所述动力回收机之间，通过所述轴的旋转将制冷剂升压并向所述压缩机输送。
发明效果
根据本发明的流体机械，通过在压缩机和动力回收机之间设置副压缩机，温度略为上升的副压缩机和低温的动力回收机形成大致相同的温度，由此副压缩机与动力回收机之间几乎不产生热移动。另外，虽然在高温的压缩机和低温的副压缩机之间产生热移动，但是即使来自压缩机的热量对在副压缩机中压缩的制冷剂进行加热，也由于从副压缩机喷出的制冷剂向压缩机输送，而几乎不产生副压缩机的温度上升。并且，由于从压缩机向副压缩机传递的热量通过制冷剂再次向压缩机返回，因此在压缩行程内仅进行热循环。
因此，当使用本发明的流体机械构成动力回收型制冷循环装置时，能够大幅度地降低从高温的压缩机向低温的动力回收机的热移动，能够使动力回收型制冷循环装置的COP提高。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的流体机械的纵向剖视图。
图2A是图1的II A-II A线的副压缩机的横向剖视图，图2B是图1的II B-II B线的膨胀机的横向剖视图，图2C是图1的II C-II C线的膨胀机的横向剖视图。
图3是使用图1所示的流体机械的动力回收型制冷循环装置的结构图。
图4是图3所示的制冷循环装置的莫里尔图。
图5是本发明的实施方式2的流体机械的纵向剖视图。
图6是图5的VI-VI线的液压马达的横向剖视图。
图7是本发明的实施方式1的膨胀机及本发明的实施方式2的液压马达的PV线图。
图8是变形例1的流体机械的纵向剖视图。
图9A是变形例2的流体机械的概念图，图9B是变形例3的流体机械的概念图。
图10是现有的流体机械的纵向剖视图。
图11是使用图10所示的流体机械的动力回收型制冷循环装置的结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细地说明。此外，在本发明的实施方式中，对将本发明适用于使用二氧化碳作为制冷剂的热泵的例子进行说明。另外，对与现有例相同的结构要素使用相同符号，并省略说明。
(实施方式1)
<流体机械21的结构>
图1是本发明的实施方式1的流体机械21的纵向剖视图。图2A是图1的II A-II A线的副压缩机23的横向剖视图，图2B是图1的II B-II B线的作为动力回收机的膨胀机24的横向剖视图，图2C是图1的II C-II C线的膨胀机24的横向剖视图。
如图1所示，本实施方式1的流体机械21具备纵长圆筒状的密闭容器8。在密闭容器8的内部从上方依次配置有：涡旋式压缩机22、由定子7a和转子7b构成的旋转电动机7、回旋式副压缩机23、二级回旋式膨胀机24。通过沿铅垂方向延伸的轴6将压缩机22、旋转电动机7、副压缩机23及膨胀机24连结在一个轴上。换言之，压缩机22、旋转电动机7、副压缩机23及膨胀机24共有轴6。
在密闭容器8的底部形成有油积存部34。此外，本实施方式1的油积存部34的油面34a位于后述的油泵35的上方且旋转电动机7的下方，副压缩机23及膨胀机24浸在油积存部34中。在密闭容器8的上部设置有用于将从压缩机22向密闭容器8内喷出的制冷剂向密闭容器8外排出的喷出管47。在密闭容器8的侧部贯通密闭容器8而分别配设有压缩机22用的吸入管46、副压缩机23用的喷出管59和吸入管63及膨胀机24用的吸入管81和喷出管83。通过制冷剂管29连接压缩机22用的吸入管46和副压缩机23用的喷出管59。
轴6是通过接头33将主轴31和副轴32连接而一体化的构件。主轴31由上轴承构件44及下轴承构件36轴支承，且在其上端部具备偏心部31b。在主轴31的内部形成有供油路31a，该供油路31a与设置在副压缩机23的上侧的油泵35连通。副轴32由上轴承构件54及下轴承构件78轴支承，且在中间部具备偏心部32a、32b、32c。在副轴32的内部形成有在副轴32的下端面向油积存部34开口的供油路32d。
涡旋式压缩机22包括：与旋转电动机7共有的主轴31、固定涡盘41、回旋涡盘42、十字滑环(Oldham ring)43及消音器45。
固定涡盘41固定在密闭容器8的内周面，在固定涡盘41的上表面设置有消音器45。上轴承构件44隔着回旋涡盘42固定在固定涡盘41的下表面。在固定涡盘41的下表面形成有涡旋状的涡卷41a、在其中央部形成有喷出孔41c。在回旋涡盘42的上表面也同样形成有涡旋状的涡卷42a。以涡卷42a与固定涡盘41的涡卷41a啮合的方式将回旋涡盘42与固定涡盘41对置配置。由此，在涡卷41a和涡卷42a之间形成月牙形状的工作室48。另外，回旋涡盘42的下表面与主轴31的偏心部31b嵌合，在回旋涡盘42的周缘部与上轴承构件44之间配置有用于限制回旋涡盘42的自转运动的十字滑环43。
当回旋涡盘42随着主轴31的旋转而进行回旋运动时，月牙形状的工作室48从外侧向内侧移动的同时缩小容积。由此，将从吸入管46吸入的制冷剂压缩。使压缩后的制冷剂从固定涡盘41的喷出孔41c，通过贯通消音器45的内部空间、固定涡盘41及上轴承构件44的在这些的周缘部设置的流路49向密闭容器8的内部空间喷出。
向上述内部空间喷出的制冷剂在保持混入有润滑用油的状态下向旋转电动机7的下侧下降。并且，由于重力和离心力等制冷剂与油分离，之后制冷剂在密闭容器8的内部空间上升，并从喷出管47向外部喷出。
在本实施方式中，使用次摆线泵作为油泵35。将油积存部34的油利用油泵35通过主轴31的供油路31a向压缩机22供给，从而进行压缩机22的滑动部的润滑和间隙的密封。之后，从压缩机22排出的油向上述内部空间落下，与制冷剂一同向旋转电动机7的下侧下降。并且，由于重力和离心力等油与制冷剂分离后，油返回油积存部34。
在油泵35的上侧，在密闭容器8的内周面固定有大致圆盘状的下轴承构件36，其中所述下轴承构件36具有与密闭容器8的内径相同的直径。并且，在下轴承构件36的下表面固定有油泵35。此外，在下轴承构件36上，在适当部位设置有用于使油流通的贯通孔36a。
在接头33的下侧，在密闭容器8的内周面固定有大致圆盘状的上轴承构件54，其中所述上轴承构件54具有与密闭容器8的内径相同的直径。在上轴承构件54的周缘部设置有贯通上轴承构件54的连接通路54a。通过该连接通路54a容许隔着上轴承构件54的油积存部34的上侧部分与下侧部分之间的油的往来，能够自动进行上述部件间的油量调节。在上轴承构件54的下表面隔着副压缩机23及膨胀机24固定有下轴承构件78。
如图2A所示，回旋式副压缩机23包括：副轴32、工作缸51、活塞52、叶片53、弹簧62及喷出阀61(参照图1)。在此，喷出阀61不是必须的结构要素。如本实施方式所示，在具有喷出阀61的情况下，如后所述，在副压缩机23的内部压缩制冷剂，在没有喷出阀61的情况下，通过副压缩机23强制地喷出制冷剂，在副压缩机23的外部压缩制冷剂。如此，任一种情况都通过副压缩机23将制冷剂升压。
在工作缸51的内侧配置有活塞52。活塞52与副轴32的偏心部32a嵌合，并随着副轴32的旋转而偏心旋转。在工作缸51及活塞52的上方以与工作缸51及活塞52的上端面接触的方式设置有上轴承构件54，在工作缸51及活塞52的下方以与工作缸51及活塞52的下端面接触的方式设置有第一中板55。由此，在副压缩机23的内部形成月牙状的空间57。
另外，在工作缸51中设置有叶片槽51a，在其内部插入有叶片53。在叶片53的背面设置有弹簧62，叶片53的前端与活塞52的外周面接触。由此，上述月牙状的空间57被划分为吸入侧工作室57a和喷出侧工作室57b。
在本实施方式1中，在上轴承构件54的上侧设置有圆盘状的喷出罩56，其中所述喷出罩56具有比上轴承构件54稍小的直径。由此，在副压缩机23与油泵35之间形成覆盖副压缩机23的上侧的喷出空间56a。具体地说，在上轴承构件54的上表面设置有绕副轴32一周的环状的凹部，该凹部被喷出罩56闭塞，由此形成喷出空间56a。喷出空间56a由从副压缩机23喷出之后的制冷剂充满。另外，喷出空间56a与喷出管59连通，暂时向喷出空间56a喷出的制冷剂通过喷出管59向外部排出。此外，理由后续叙述，但是优选喷出空间56a在密闭容器8的径向截面积上占有尽可能大的面积。
在工作缸51及上轴承构件54上形成有从吸入管63至吸入侧工作室57a的吸入孔58，通过吸入孔58，从与工作缸51连接的吸入管63向吸入侧工作室57a吸入制冷剂。另外，在上轴承构件54上形成有贯通上轴承构件54的喷出孔60，通过喷出孔60，从喷出侧工作室57b向喷出空间56a喷出制冷剂。在喷出孔60的上部设置有压力设定用的喷出阀61，通过该喷出阀61控制制冷剂的流动。
当活塞52随着副轴32的旋转而进行偏心旋转运动时，通过吸入孔58与吸入侧工作室57a连通从吸入管63吸入制冷剂，并且吸入侧工作室57a的容积扩大。当副轴32旋转一周时，吸入侧工作室57a向喷出侧工作室57b移行，与喷出孔60连通。进一步随着副轴32的旋转，喷出侧工作室57b的容积减少，由此制冷剂被压缩。当压缩后的制冷剂的压力达到规定的压力时，通过喷出阀61的变形，喷出孔60打开，制冷剂向喷出空间56a流入。由此，将充满喷出空间56a的制冷剂向喷出管59压出。
喷出空间56a起着为了通过制冷剂积极地回收从压缩机22侧向膨胀机24侧移动的热量而使制冷剂与位于上述装置之间的传热构件(在本实施方式中为喷出罩56及上轴承构件54)大面积接触的作用。如此，通过使制冷剂与传热构件的接触面积变大，利用通过喷出空间56a的制冷剂能够有效地回收从压缩机22侧向膨胀机24侧移动的热。另外，通过设置这样的喷出空间56a，在压缩机22和副压缩机23之间能够得到良好的隔热效果。
此外，从提高热传递效率的观点出发，优选在喷出空间56a内遍及整个区域形成向喷出管56的制冷剂的流动。从这样的观点出发，优选喷出管59的位置与喷出孔60的位置尽可能分离。为了实现该目的，优选隔着副轴32使喷出管59与喷出孔60位于相反的位置。
但是，压缩机22及旋转电动机7的定子7a与密闭容器8接触。因此，以密闭容器8作为传热路径向在膨胀机24用的吸入管81及喷出管83中流通的制冷剂传递热量，或向膨胀机24的周围的油传递热量。为了抑制该情况，可以由比密闭容器8热传导率大的材料构成与密闭容器8接触的上轴承构件54及与其接触的喷出罩56，将在密闭容器8中传递的热量向喷出空间56a积极地引导。通常由碳素钢或铸铁那样的铁系材料构成密闭容器8。在该情况下，可以使用例如黄铜那样的铜系材料或硬铝那样的铝系材料作为构成上轴承构件54及喷出罩56的材料。由此，能够进一步提高基于喷出空间56a中的制冷剂的热回收效果。
如图2B及图2C所示，二级回旋式膨胀机24包括：与副压缩机23共有的副轴32、第一工作缸71、第二工作缸72、第一活塞73、第二活塞74、第一叶片75、第二叶片76、第二中板77、第一弹簧85及第二弹簧86。
在第一工作缸71及第二工作缸72的内侧分别配置有第一活塞73及第二活塞74。第一活塞73及第二活塞74分别与副轴32的偏心部32b和32c嵌合，并随着副轴32的旋转而偏心旋转。在第一工作缸71及第一活塞73的上方以与第一工作缸71及第一活塞73的上端面接触的方式设置有第一中板55，在第二工作缸72及第二活塞74的下方以与第二工作缸72及第二活塞74的下端面接触的方式设置有下轴承构件78。在第一工作缸71及第一活塞73、和第二工作缸72及第二活塞74之间以与第一工作缸71及第一活塞73的下端面、及第二工作缸72和第二活塞74的上端面接触的方式设置有第二中板77。由此，在膨胀机24的内部隔着第二中板77形成月牙状的第一空间79及第二空间80。
另外，在第一工作缸71及第二工作缸72上分别设置有第一叶片槽71a及第二叶片槽72a，在其内部插入有第一叶片75及第二叶片76。在第一叶片75及第二叶片76的背面分别设置有第一弹簧85及第二弹簧86，第一叶片75及第二叶片76的前端构成为与第一活塞73及第二活塞74的外周面接触。由此，上述月牙状的第一空间79及第二空间80被划分为第一吸入侧工作室79a和第一喷出侧工作室79b及第二吸入侧工作室80a和第二喷出侧工作室80b。此外，在本实施方式1中，第二空间80的容积即第二吸入侧工作室80a和第二喷出侧工作室80b的合计的容积形成为比第一空间79的容积即第一吸入侧工作室79a和第一喷出侧工作室79b的合计的容积大，上述的容积的比与基于膨胀的制冷剂的比容的增加量相当。
在第一中板55及第一工作缸71上形成有从吸入管81至吸入侧工作室79a的吸入孔82，从与第一中板55连接的吸入管81向第一吸入侧工作室79a吸入制冷剂。在第二工作缸72及下轴承构件78上形成有从第二喷出侧工作室80b至喷出管83的喷出孔84，从第二喷出侧工作室80b向与下轴承构件78连接的喷出管83喷出制冷剂。在第二中板77上形成有连通第一喷出侧工作室79b和第二吸入侧工作室80a的连通孔77a，由此构成一个膨胀室。
当第一活塞73随着副轴32的旋转而进行偏心旋转运动时，通过吸入孔82与第一吸入侧工作室79a连通，从吸入管81吸入制冷剂，并且第一吸入侧工作室79a的容积扩大。当副轴32旋转一周时，第一吸入侧工作室79a向第一喷出侧工作室79b移行，并通过连通孔77a与第二吸入侧工作室80a连通。随着副轴32的进一步旋转，第一喷出侧工作室79b的容积减少，并且由连通孔77a连通的第二吸入侧工作室80a的容积增加，由此制冷剂膨胀。并且，当副轴32再旋转一周时，第一喷出侧工作室79b消失，并且连通孔77a闭锁，第二吸入侧工作室80a向第二喷出侧工作室80b移行。随着副轴32的进一步旋转，第二喷出侧工作室80b的容积减少，并且通过喷出孔84将制冷剂从喷出管83向外部喷出。
<动力回收型制冷循环装置100的简要结构>
图3是使用了本发明的实施方式1的流体机械21的动力回收型制冷循环装置100的结构图。如图3所示，本实施方式1的动力回收型制冷循环装置100包括：流体机械21、第一热交换器2、第二热交换器4及制冷剂管29。制冷剂管29以压缩机22、第一热交换器2、膨胀机24、第二热交换器4及副压缩机23的顺序连接各结构要素。
在本实施方式1中，对于在制冷剂管29中，在高压侧(从压缩机22经过第一热交换器2至膨胀机24的部分)填充有成为超临界状态的制冷剂(具体地说，二氧化碳)的例子进行了说明。此外，在本发明中，没有限定制冷剂在高压侧形成超临界状态，在高压侧也可以是未形成超临界状态的制冷剂(例如、弗利昂系制冷剂等)。
制冷剂在压缩机22中，从中温低压被压缩成高温高压后，在第一热交换器2中，通过与外部的热交换被冷却而形成中温高压。并且，在膨胀机24中，从中温高压向低温低压膨胀后，在第二热交换器4中，通过与外部的热交换被加热而形成中温低压。之后，在副压缩机23中，从中温低压被压缩到中间压，之后制冷剂再次返回压缩机22。在膨胀机24中，将制冷剂膨胀时产生的膨胀压力能转换成与旋转电动机7一同经由轴6驱动压缩机22和副压缩机23的能量。
<流体机械21的温度分布>
图4是本发明的实施方式1的动力回收型制冷循环装置100的莫里尔图。图4中的点A-点B表示基于副压缩机23的压缩过程，点B-点C表示基于主压缩机22的压缩过程，点C-点D表示基于第一热交换器2的放热过程，点D-点E表示基于膨胀机24的膨胀过程，点E-点A表示基于第二热交换器4的蒸发过程。各过程的作功量、热交换量、动力回收量可以根据各点的焓的差求出。
在图4中，hA表示副压缩机23的入口的焓，hB表示副压缩机23的出口的焓，hC表示压缩机22的出口的焓，hD表示膨胀剂24的入口的焓及hE表示膨胀剂24的出口的焓。
另外，图4中的虚线TD是表示膨胀机24的吸入侧的状态的点D的温度，虚线TE是表示膨胀机24的喷出侧的状态的点E的温度，虚线TC是表示压缩机22的喷出侧的状态的点C的温度，是表示各个温度的等温线。
如图4可知，虚线TD与虚线TE是比较接近的温度，与虚线TC相比为低温度。作为具体的例子，在使用于供热水机等的热泵的情况下，虚线TC约100℃，虚线TD约为25℃，虚线TE约为5℃。副压缩机23的入口侧的温度即点A的温度仅比虚线TE高少许，在本实施方式1的制冷循环装置100中将该温度差定义为“过热度”。依据制冷循环装置的运转条件通常的过热度约为5℃，从减少压缩机的压缩功的观点出发，通常过热度越小越优选。
另外，可知副压缩机23的出口侧的温度即点B的温度与虚线TD比较接近。尤其副压缩机23的压缩比、即副压缩机23的吸入容积相对于压缩机22的吸入容积的比率为1.2时，能够将从点A到点B的温度上升抑制为约20℃，其与虚线TD与虚线TE的温度差大致相同。另外，当考虑点A的温度与虚线TE大致相同时，副压缩机23的压缩比为1.2以下成为使副压缩机23和压缩机24的温度差丧失的一个指标。
此外，使用副压缩机23的吸入容积V’、压缩机22的吸入容积V、制冷剂的隔热指数κ，并通过以下所示的公式(数1)能够计算副压缩机23的压缩比r。由于实际制冷剂的隔热指数κ为1.1～1.2左右，因此即使近似为κ≈1也不会有显著的差别，压缩比r与副压缩机23的吸入容积V’和压缩机22的吸入容积V的比率大致相当。
(数1)r＝(V’/V)κ
<流体机械21内部的热量的流动>
如前所述，由于从压缩机22喷出的制冷剂暂时向密闭容器8的内部空间喷出，因此比密闭容器8内的油积存部34的油面34a靠上方的制冷剂温度变成点C所示的高温度(约100℃)。由此，油积存部34的油面34a附近由于与在密闭容器8的内部空间滞留的高温的制冷剂接触、以及被在润滑高温的压缩机22后与制冷剂分离并落下的高温的油覆盖而温度高。
另一方面，在油积存部34内配置的副压缩机23的温度为点A-点B的温度，并且在其下方配置的膨胀剂24的温度为点D-点E的温度。当副压缩机23的压缩比为1.2以下时，如前所述，点D、点E、点A、点B的温度在约5℃～25℃的范围内比较接近，与点C的温度相比大幅降低。由此，油积存部34的副压缩机23附近受副压缩机23的内部温度的影响，而温度降低。尤其在本实施方式1中，由于设置覆盖副压缩机23的上侧的喷出空间56a，因此油积存部34的与喷出罩56接触的油被进一步冷却到与喷出空间56a内的制冷剂温度相当的点B的温度附近。另外，由于副压缩机23与膨胀机24的温度比较接近，因此油积存部34的比副压缩机23靠下方滞留的油成为与副压缩机23附近大致相同的温度。
如此，在油积存部34中，在从油面34a到副压缩机23上的喷出罩56之间形成有从点C的温度到点B的温度的温差层，在压缩机23与膨胀机24之间形成不产生热移动，大致一定温度的温度层。
经由上述温差层，在压缩机22与副压缩机23之间产生热移动。即，从压缩机22向密闭容器8内喷出的高温的制冷剂由于在油积存部34放热而温度降低。温度降低后的制冷剂在密闭容器8内上升，并从喷出管47向第一热交换器2喷出。之后，通过膨胀机24、第二热交换器4的制冷剂被吸入副压缩机23。在副压缩机23中，制冷剂由于被压缩及从油积存部34吸热而温度上升。温度上升后的制冷剂从喷出管56向制冷剂管29喷出，并直接被从吸入管46吸入压缩机22。在压缩机22中，由于制冷剂带有从油积存部34吸收的热量而被吸入压缩机，因此压缩后的制冷剂的温度与未带有从油积存部34吸收的热量的情况相比，温度上升。在压缩机22中的温度上升量被经由温差层的制冷剂引起的从压缩机22向副压缩机23的热移动抵消。
如此，在压缩机22和副压缩机23之间，通过油积存部34的温差层和从副压缩机23向压缩机22的制冷剂的直接流动产生热循环。因此，尽管在压缩机22和副压缩机23之间存在大的温度差，也能够实现无实质性热移动的状态。
<流体机械21的结构带来的效果>
如上所述，在本实施方式1的流体机械21中，通过在压缩机23和膨胀剂24之间配置副压缩机23，从压缩机22向副压缩机23的热移动由于热循环而不实质性地产生，另外，同时，从副压缩机23向膨胀机24的热移动也由于温度大致相同而不产生。因此，能够抑制从压缩机22向膨胀机24的热移动。尤其在密闭容器8的内部沿铅垂方向排列并配置压缩机22、副压缩机23和膨胀机24时，通过油泵35从底部的油积存部34向最上部的压缩机22供给油，因此通过铅垂方向的油的循环，在上述各结构要素间的热移动变得更加显著。即使在这样的情况下，由于也能够得到基于膨胀机24的动力回收的效果并确保第一热交换器2及第二热交换器4中的热交换量，因此能够实现效率良好的热泵。
另外，将压缩机22配置在膨胀机24的上方，在压缩机22和膨胀机24之间配置副压缩机23，由此在密闭容器8的内部，上方形成高温，下方形成低温，能够防止自然对流引起的热移动。因此，能够使使用副压缩机23的热移动抑制的效果变得更加显著。
另外，通过在密闭容器8底部的油积存部34内配置副压缩机23，副压缩机23能够通过比制冷剂热传递率高的油有效地吸收来自压缩机22的热量。因此，能够使使用副压缩机23的热移动抑制的效果变得更加显著。
另外，通过使压缩机22位于旋转电动机7的上方，能够更大地取得压缩机22与副压缩机23的距离，由此能够使使用副压缩机23的热移动抑制的效果变得更加显著。
另外，通过在副压缩机23的上方配置向压缩机22供给润滑用油的油泵35，能够使润滑压缩机22的高温的油在副压缩机23的上方循环。因此，通过强制对流能够防止压缩机22的热量向膨胀机24传递热量，能够使使用副压缩机23的热移动抑制的效果变得更加显著。
另外，通过压缩机22采用涡旋式，即使在旋转电动机7的上侧配置压缩机22也能够容易进行油的润滑，由此能够使热移动抑制的效果和压缩机22的可靠性并存。
另外，在副压缩机23上设置覆盖副压缩机23的上侧的喷出空间56a，在密闭容器8的径向截面上，喷出空间56a覆盖的比例变大，并且喷出空间56a被副压缩机23喷出的制冷剂充满，由此通过喷出空间56a能够有效地吸收从上侧的压缩机22向下侧流动的热量。因此，与在副压缩机23上没有喷出空间56a的情况比较，能够使热移动抑制的效果变得更加显著。
此外，当喷出空间56a至少覆盖副压缩机23的上侧的一部分时发挥效果的情况，及代替喷出空间56a设置由吸入副压缩机23之前的制冷剂充满的吸入空间，当然都能够得到同样的效果。在副压缩机23及油泵35之间设置吸入空间，可以将吸入管63连接到上轴承构件56上，并且将喷出管59连接到工作缸51上。
另外，通过将副压缩机23采用一级回旋式，以及将膨胀机24采用二回旋式的方式而全部采用回旋式，从而能够将副压缩机23和膨胀剂24的工作缸恰好采用三级回旋式而简单地构成。因此，能够防止设置副压缩机23引起的大型化、成本增加。另外，能够容易形成将副压缩机23浸于油积存部34的结构。
另外，通过使用二氧化碳作为制冷剂，与弗利昂相比，能够使基于膨胀机24的动力回收效果变大。另外，即使从压缩机22喷出的制冷剂的温度高，从压缩机22向膨胀机24的热移动量变多，也能够通过副压缩机23使热移动的抑制效果变得更加显著。
另外，通过使副压缩机23的压缩比、即副压缩机23的吸入容积相对于压缩机22的吸入容积的比率为1.2以下，能够使副压缩机23的温度和膨胀机24的温度进一步接近而大致消除温度差，由此能够使基于副压缩机23的热移动量抑制的效果变得更加显著。
此外，即使副压缩机23的压缩比超过1.2，也并非没有基于副压缩机23的热移动量抑制的效果，无论什么样的压缩比，由于与压缩机22相比，副压缩机23这一方的温度低，因此当然也能够得到热移动抑制的效果。
(实施方式2)
<流体机械121的结构>
图5是本发明的实施方式2的流体机械121的纵向剖视图。图6是图5的VI-VI线的液压马达124的横向剖视图。在本发明的实施方式2的流体机械121中除了代替膨胀机24，使用回旋式的液压马达124作为通过将制冷剂吸入并喷出来从制冷剂回收动力的动力回收机以外，与实施方式1结构相同。另外，本发明的实施方式2的动力回收型制冷循环装置200也与实施方式1结构相同。因此，对与实施方式1同样的结构使用相同的符号，并省略说明。
如图5及图6所示，在本实施方式2的流体机械121中，在密闭容器8的内部从上方依次配置有涡旋式压缩机22、由定子7a和转子7b构成的旋转电动机7、回旋式副压缩机23、回旋式液压马达124，并且通过轴6将上述部件连结在一个轴上。
在密闭容器8的底部形成有油积存部34。此外，本实施方式2的油积存部34的油面34a与实施方式1同样，位于油泵35的上方，副压缩机23及液压马达124浸于油积存部34中。在密闭容器8的上部设置有用于将从压缩机22向密闭容器8内喷出的制冷剂向密闭容器8外排出的喷出管47。在密闭容器8的侧部贯通密闭容器8而分别配设有压缩机22用的吸入管46、副压缩机23用的喷出管59和吸入管63及液压马达124用的吸入管(未图示)和喷出管183。通过制冷剂管29连接压缩机22用的吸入管46和副压缩机23用的喷出管59。
轴6是通过接头33将主轴131和副轴132连接而一体化的构件。主轴31由上轴承构件44及下轴承构件36轴支承，且在其上端部具备偏心部31b。在主轴31的内部形成有供油路31a，该供油路31a与设置在主轴31的下部的油泵35连通。副轴132由上轴承构件54及下轴承构件178轴支承，且在中间具备偏心部132a、132b。在副轴132的内部形成有在副轴32的下端面向油积存部34开口的供油路132d。
回旋式液压马达124包括：与副压缩机23共有的副轴132、工作缸171、活塞173、叶片175及弹簧162。
在工作缸171的内侧配置有活塞173。活塞173与副轴132的偏心部132b嵌合，并随着副轴132的旋转而偏心旋转。在工作缸171及活塞173的上方以与工作缸171及活塞173的上端面接触的方式设置有第一中板55，在工作缸171及活塞173的下方以与工作缸171及活塞173的下端面接触的方式设置有下轴承构件178。由此，在液压马达124的内部形成月牙状的空间179。
另外，在工作缸171中设置有叶片槽171a，在叶片槽171a的内部插入有叶片175。在叶片175的背面设置有弹簧162，叶片175的前端构成为与活塞173的外周面接触。由此，上述月牙状的空间179被划分为吸入侧工作室179a和喷出侧工作室179b。
本实施方式2的液压马达124的基本的回旋式机构的结构与副压缩机23相同，但是吸入孔182及喷出孔184的形状不同。以下，对吸入孔182及喷出孔184进行详细说明。
吸入孔182及喷出孔184仅形成在下轴承构件178上。吸入孔182及喷出孔184的形状形成为在活塞173位于上止点时，吸入孔182及喷出孔184的轮廓的一部分与活塞173的外周面的轮廓大致重叠。由此，吸入孔182及喷出孔184在活塞173位于上止点的瞬间或其前后极短的区间内由活塞173完全封闭，除此以外至少吸入孔182及喷出孔184的一部分形成开口的状态。因此，除了活塞173位于上止点的瞬间，吸入侧工作室179a与吸入孔182始终连通，喷出侧工作室179b与喷出孔184始终连通，并且，通过叶片175直接防止制冷剂从吸入孔182向喷出孔184穿过。并且，通过高压的吸入侧工作室179a和低压的喷出侧工作室179b的压力差对副轴132施加旋转力，由此回收动力。此外，制冷剂在吸入侧工作室179a向喷出侧工作室179b移行且喷出侧工作室179b与喷出孔184连通时减压膨胀。
<流体机械121的作用·效果>
图7是本实施方式2的液压马达124及实施方式1的膨胀机24的PV线图。
如图7所示，由点D-点S-点E表示膨胀机24的膨胀过程，其回收动力与面积GDSEIH相当。若制冷循环的压力比与膨胀机24的膨胀比不适合时，产生与面积EJK相当的过膨胀损失。与此相对，液压马达124不存在膨胀过程，其动力回收与面积GDIH相当，比膨胀机24动力回收少。但是，当使用二氧化碳作为制冷剂时，与在膨胀机24中的回收动力整体相比，与面积DSEI相当的基于制冷剂膨胀的在膨胀机24中的回收动力非常少。另外，在膨胀机24中产生过膨胀损失时，过膨胀损失与回收动力相抵或超过基于膨胀的回收动力。
因此，当考虑制冷循环的各种运转条件时，即使使用液压马达124也能够得到与膨胀机24同等的动力回收效果，并且，与膨胀机24相比，液压马达124的结构非常简单。另外，由于液压马达124与副压缩机23恰好能够由二级回旋式压缩机那样的简单的结构一体形成，因此能够进行使用副压缩机23的热移动抑制，并且能够进一步达到低成本化及紧凑化。
《变形例》
在上述实施方式中，对使用涡旋式压缩机22的例子进行了说明，但是没有限定为上述结构。例如，如图8所示，作为流体机械221也可以在密闭容器8的内部，在旋转电动机7的下侧从上方依次配置回旋式压缩机222、回旋式副压缩机223、回旋式膨胀机224，并使其一体化。
另外，在上述实施方式中，在密闭容器8的内部从上侧依次配置有压缩机22、旋转电动机7、副压缩机23、膨胀机24(或液压马达124)，但是没有限定为上述结构。例如，如图9A所示，可以从上侧依次排列膨胀机24(或液压马达124)、旋转电动机7、副压缩机23、压缩机22。或者如图9B所示，也可以从上侧依次排列膨胀机24(或液压马达124)、副压缩机23、旋转电动机7、压缩机22。
工业实用性
本发明的流体机械对动力回收型制冷循环装置有用。

Claims (11)

1、一种流体机械，其中，具备：
密闭容器；
旋转电动机，其配置于所述密闭容器内，由定子和转子构成；
压缩机，其配置于所述密闭容器内，对制冷剂进行压缩并向所述密闭容器内喷出；
动力回收机，其配置于所述密闭容器内，通过吸入制冷剂并将其喷出而从制冷剂回收动力；
轴，其被所述旋转电动机、所述压缩机和所述动力回收机共有，且沿铅垂方向延伸；
副压缩机，其配置于所述压缩机和所述动力回收机之间，通过所述轴的旋转将制冷剂升压并向所述压缩机输送。
2、根据权利要求1所述的流体机械，其中，
所述压缩机位于所述动力回收机的上方。
3、根据权利要求2所述的流体机械，其中，
在所述密闭容器的底部形成有油积存部，所述副压缩机和所述动力回收机配置于所述油积存部内，所述压缩机与所述油积存部相比位于上方。
4、根据权利要求3所述的流体机械，其中，
所述旋转电动机配置在所述压缩机和所述油积存部之间。
5、根据权利要求3或4所述的流体机械，其中，
还具备向所述压缩机供给所述油积存部的油的油泵，所述油泵与所述副压缩机相比位于上方。
6、根据权利要求5所述的流体机械，其中，
在所述副压缩机和所述油泵之间设置有充满被吸入所述副压缩机之前的制冷剂或从所述副压缩机喷出之后的制冷剂中的任一种的空间。
7、根据权利要求1～6中任一项所述的流体机械，其中，
所述压缩机为涡旋式。
8、根据权利要求1～7中任一项所述的流体机械，其中，
所述副压缩机及所述动力回收机均为回旋式。
9、根据权利要求8所述的流体机械，其中，
所述动力回收机为液压马达。
10、根据权利要求1～9中任一项所述的流体机械，其中，
所述制冷剂为二氧化碳。
11、根据权利要求1～10中任一项所述的流体机械，其中，
所述副压缩机的吸入容积与所述压缩机的吸入容积的比率为1.2以下。
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