JP2005106046A - ロータリ式膨張機及び流体機械 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ロータリ式膨張機(60)には、押しのけ容積が互いに相違する2つのロータリ機構部(70,80)を設ける。押しのけ容積の小さい第1ロータリ機構部(70)の流出側は、押しのけ容積の大きい第2ロータリ機構部(80)の流入側に接続される。また、第1ロータリ機構部(70)における第1低圧室(74)の容積減少過程は、第2ロータリ機構部(80)における第2高圧室(83)の容積増大過程と同期している。高圧冷媒は、先ず第1ロータリ機構部(70)の第1高圧室(73)へ導入され、その後、連通路(64)を通って第1低圧室(74)から第2高圧室(83)へ膨張しながら流入する。膨張後の冷媒は、第2ロータリ機構部(80)の第2低圧室(84)から流出ポート(35)へ流出する。
【選択図】 図4
Description
上記の各発明では、押しのけ容積が互いに相違する複数のロータリ機構部(70,80)がロータリ式膨張機(60)に設けられる。これら複数のロータリ機構部(70,80)は、押しのけ容積の小さいものから大きいものへ順に直列接続される。つまり、押しのけ容積の小さい前段側のロータリ機構部(70)の流出側は、押しのけ容積の大きい後段側のロータリ機構部(80)の流入側に接続される。
先ず、参考技術について説明する。この参考技術の空調機(10)は、ロータリ式膨張機を備えている。
図1に示すように、上記空調機(10)は、いわゆるセパレート型のものであって、室外機(11)と室内機(13)とを備えている。室外機(11)には、室外ファン(12)、室外熱交換器(23)、第1四路切換弁(21)、第2四路切換弁(22)、及び圧縮・膨張ユニット(30)が収納されている。室内機(13)には、室内ファン(14)及び室内熱交換器(24)が収納されている。室外機(11)は屋外に設置され、室内機(13)は屋内に設置されている。また、室外機(11)と室内機(13)とは、一対の連絡配管(15,16)で接続されている。尚、圧縮・膨張ユニット(30)の詳細は後述する。
図2に示すように、圧縮・膨張ユニット(30)は、横長で円筒形の密閉容器であるケーシング(31)を備えている。このケーシング(31)の内部には、図2における左から右に向かって順に、圧縮機構部(50)と、電動機(45)と、膨張機構部(60)とが配置されている。尚、以下の説明で用いる「右」「左」は、何れも参照する図面におけるものを意味する。
上記空調機(10)の動作について説明する。ここでは、空調機(10)の冷房運転時及び暖房運転時の動作について説明し、続いて膨張機構部(60)の動作について説明する。
冷房運転時には、第1四路切換弁(21)及び第2四路切換弁(22)が図1に破線で示す状態に切り換えられる。この状態で圧縮・膨張ユニット(30)の電動機(45)に通電すると、冷媒回路(20)で冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。
暖房運転時には、第1四路切換弁(21)及び第2四路切換弁(22)が図1に実線で示す状態に切り換えられる。この状態で圧縮・膨張ユニット(30)の電動機(45)に通電すると、冷媒回路(20)で冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。
膨張機構部(60)の動作について説明する。
ここで、従来のロータリ式膨張機では、1つのシリンダ内で流体室の容積が増大する過程の途中まで高圧冷媒を流入させ、高圧冷媒の流れを遮断した後に流体室内で冷媒を膨張させていた。これに伴い、高圧室へ流入する高圧冷媒の流速は、図6(B)に示すように、シャフトが回転するにつれて次第に増大してゆくが、シャフトの回転角が所定の値になった時点で急激にゼロまで低下していた。このため、ロータリ式膨張機の流入側で急峻な圧力変動が生じ、それに起因して生じる騒音や振動が過大となっていた。なお、同図は2つのシリンダが設けられる場合を示しており、実線で示した第1のシリンダへの冷媒導入と、破線で示した第2のシリンダへの冷媒導入とが交互に行われる。
本発明の実施形態1は、上記の参考技術において、膨張機構部(60)を次のように構成したものである。
本発明の実施形態2は、上記の参考技術において、膨張機構部(60)を次のように構成したものである。
本発明の実施形態3について説明する。本実施形態は、上記参考技術において膨張機構部(60)の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の膨張機構部(60)について、上記参考技術と異なる点を説明する。
本発明の実施形態4について説明する。ここでは、本実施形態の圧縮・膨張ユニット(30)について、上記実施形態3と異なる点を説明する。
本実施形態の圧縮・膨張ユニット(30)において、圧縮機構部(50)で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、ケーシング(31)の内部空間を通って吐出管(36)へ流れ込む。このため、膨張機構部(60)を通過する冷媒は、圧縮機構部(50)から吐出された冷媒によってある程度加熱されてしまう。膨張機構部(60)を通過する冷媒が加熱されると、膨張機構部(60)から送出される低圧冷媒のエンタルピが増大し、その分だけ低圧冷媒の吸熱量が減少する。また、圧縮機構部(50)で圧縮された冷媒から熱が奪われると、吐出管(36)から送出される高圧冷媒のエンタルピが低下し、その分だけ高圧冷媒の放熱量が減少する。そして、本実施形態の空調機(10)では、低圧冷媒の吸熱量が減少することによる冷房能力の低下や、高圧冷媒の放熱量が減少することによる暖房能力の低下を招くことになる。
図12に示すように、本実施形態の圧縮・膨張ユニット(30)では、膨張機構部(60)に断熱部材(100)を設けてもよい。この断熱部材(100)は、概ね円板状に形成されており、膨張機構部(60)におけるフロントヘッド(61)の下面と接するように設けられている。また、断熱部材(100)は、FRP等の比較的熱伝導率の低い材料で構成されている。断熱部材(100)を設けることにより、圧縮機構部(50)の吐出冷媒から膨張機構部(60)の冷媒への入熱量を一層削減することができる。
上記の各実施形態では、膨張機構部(60)を次のように構成してもよい。
(31) ケーシング
(40) シャフト(回転軸)
(41) 第1大径偏心部(偏心部)
(42) 第2大径偏心部(偏心部)
(50) 圧縮機構部(圧縮機)
(63) 中間プレート
(64) 連通路
(65) 中間室
(66) 膨張室
(70) 第1ロータリ機構部
(71) 第1シリンダ
(72) 第1流体室
(73) 第1高圧室
(74) 第1低圧室
(75) 第1ピストン
(76) 第1ブレード
(80) 第2ロータリ機構部
(81) 第2シリンダ
(82) 第2流体室
(83) 第2高圧室
(84) 第2低圧室
(85) 第2ピストン
(86) 第2ブレード
(100) 断熱部材
Claims (13)
- 両端が閉塞されたシリンダ(71,81)、上記各シリンダ(71,81)内に流体室(72,82)を形成するためのピストン(75,85)、及び上記流体室(72,82)を高圧側の高圧室(73,83)と低圧側の低圧室(74,84)に仕切るためのブレード(76,86)がそれぞれに設けられた複数のロータリ機構部(70,80)と、
上記ピストン(75,85)に係合する偏心部(41,42)が上記ロータリ機構部(70,80)と同数形成された1本の回転軸(40)と
を備えるロータリ式膨張機であって、
上記複数のロータリ機構部(70,80)は、それぞれの押しのけ容積が互いに相違していて押しのけ容積の小さいものから順に直列接続され、
上記複数のロータリ機構部(70,80)のうち互いに接続された2つでは、前段側のロータリ機構部(70)の低圧室(74)から後段側のロータリ機構部(80)の高圧室(83)へ流体が流入するロータリ式膨張機。 - 両端が閉塞されたシリンダ(71,81)、上記各シリンダ(71,81)内に流体室(72,82)を形成するためのピストン(75,85)、及び上記流体室(72,82)を高圧側の高圧室(73,83)と低圧側の低圧室(74,84)に仕切るためのブレード(76,86)がそれぞれに設けられた複数のロータリ機構部(70,80)と、
上記ピストン(75,85)に係合する偏心部(41,42)が上記ロータリ機構部(70,80)と同数形成された1本の回転軸(40)と
を備えるロータリ式膨張機であって、
上記複数のロータリ機構部(70,80)は、それぞれの押しのけ容積が互いに相違していて押しのけ容積の小さいものから順に直列接続され、
上記複数のロータリ機構部(70,80)のうち互いに接続された2つでは、前段側のロータリ機構部(70)の低圧室(74)と後段側のロータリ機構部(80)の高圧室(83)とが互いに連通して1つの膨張室(66)を形成しているロータリ式膨張機。 - 請求項1又は2に記載のロータリ式膨張機において、
複数のロータリ機構部(70,80)は、それぞれのブレード(76,86)がシリンダ(71,81)の外周側へ最も退いた状態となる時期が互いに同期しているロータリ式膨張機。 - 請求項1,2又は3に記載のロータリ式膨張機において、
回転軸(40)の各偏心部(41,42)は、それぞれの偏心方向が互いに相違するように形成されているロータリ式膨張機。 - 請求項1,2又は3に記載のロータリ式膨張機において、
回転軸(40)の各偏心部(41,42)は、それぞれの偏心方向が互いに等角度間隔となるように形成されているロータリ式膨張機。 - 請求項1又は2に記載のロータリ式膨張機において、
各ロータリ機構部(70,80)のシリンダ(71,81)は、それぞれの間に中間プレート(63)が挟まれた状態で積層され、
上記各中間プレート(63)には、隣り合った2つのロータリ機構部(70,80)のうち前段側のロータリ機構部(70)の低圧室(74)と後段側のロータリ機構部(80)の高圧室(83)とを連通させるための連通路(64)が該中間プレート(63)を厚み方向へ貫通するように形成される一方、
上記各シリンダ(71,81)は、上記連通路(64)の長さが最短となる姿勢で配置されているロータリ式膨張機。 - 請求項3に記載のロータリ式膨張機において、
各ロータリ機構部(70,80)のシリンダ(71,81)は、それぞれの間に中間プレート(63)が挟まれた状態で積層され、
上記各中間プレート(63)には、隣り合った2つのロータリ機構部(70,80)のうち前段側のロータリ機構部(70)の低圧室(74)と後段側のロータリ機構部(80)の高圧室(83)とを連通させるための連通路(64)が該中間プレート(63)を厚み方向へ貫通するように形成される一方、
上記連通路(64)の長さが最短となるように、回転軸(40)における各偏心部(41,42)の偏心方向が互いに所定角度だけ相違しているロータリ式膨張機。 - 請求項1,2又は3に記載のロータリ式膨張機において、
上記複数のロータリ機構部(70,80)のうち互いに接続された2つでは、前段側のロータリ機構部(70)の低圧室(74)と後段側のロータリ機構部(80)の高圧室(83)とが連通路(64)を介して接続され、
上記連通路(64)の途中には、該連通路(64)での圧力変動を緩和するための所定容積の中間室(65)が設けられているロータリ式膨張機。 - 請求項1乃至8の何れか1つに記載のロータリ式膨張機において、
ブレード(76,86)は、ピストン(75,85)と別体に形成されると共に、その先端が該ピストン(75,85)に押圧された状態でシリンダ(71,81)に進退自在に支持されているロータリ式膨張機。 - 請求項1乃至8の何れか1つに記載のロータリ式膨張機において、
ブレード(76,86)は、ピストン(75,85)の側面から突出するように該ピストン(75,85)と一体に形成されると共に、シリンダ(71,81)に進退自在で且つ回動自在に支持されているロータリ式膨張機。 - 請求項1乃至10の何れか1つに記載のロータリ式膨張機において、
押しのけ容積が最小のロータリ機構部(70)の高圧室(73)へ導入される流体は、臨界圧力以上の二酸化炭素であるロータリ式膨張機。 - 請求項1,2又は3に記載のロータリ式膨張機(60)と、該ロータリ式膨張機(60)の回転軸(40)に係合された圧縮機(50)と、上記ロータリ式膨張機(60)及び圧縮機(50)が収納されるケーシング(31)とを備え、
上記圧縮機(50)で圧縮された流体が上記ケーシング(31)内に吐出される流体機械であって、
上記ロータリ式膨張機(60)が備える複数のロータリ機構部(70,80)は、押しのけ容積が大きいものほど上記圧縮機(50)から離れた位置に配置されている流体機械。 - 請求項12に記載の流体機械において、
ロータリ式膨張機(60)には、ケーシング(31)内の流体から該ロータリ式膨張機(60)を通過する流体への伝熱を阻害する断熱部材(100)が設けられている流体機械。
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