JP2005240724A - Refrigerant conveying pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷媒を超臨界領域まで加圧して二次側サイクル内に封入し、この冷媒を循環させることにより空調動作を行わせる空気調和機に用いられて好適な冷媒搬送ポンプに関するものである。 The present invention relates to a refrigerant transfer pump suitable for use in an air conditioner that pressurizes a refrigerant to a supercritical region and encloses the refrigerant in a secondary cycle and circulates the refrigerant to perform an air conditioning operation. .
冷媒を超臨界領域に加圧して二次側サイクル(「室内側サイクル」あるいは「利用側サイクル」ともいう)内に封入し、冷媒を二次側サイクル内で循環させることにより空調動作を行わせる空気調和機としては、たとえば、特許文献1に示すものがある。
The refrigerant is pressurized to the supercritical region and sealed in the secondary cycle (also referred to as “indoor cycle” or “use cycle”), and the refrigerant is circulated in the secondary cycle to perform the air conditioning operation. As an air conditioner, there exists a thing shown in
ところで、特許文献1には、二次側サイクルで用いられる冷媒搬送ポンプについて、具体的な構造は何ら記載されておらず、超臨界領域に加圧された冷媒を圧送するための冷媒搬送ポンプとして望ましい構造については知られていなかった。
By the way,
本発明は、上記事情に鑑み、暖房時には超臨界状態の顕熱として熱搬送され、冷房時には相変化時の潜熱として熱搬送される二次側サイクルに用いられて好適な冷媒搬送ポンプを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention provides a refrigerant transfer pump suitable for use in a secondary cycle in which heat is transferred as sensible heat in a supercritical state during heating and is transferred as latent heat during phase change during cooling. For the purpose.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる冷媒搬送ポンプは、暖房時には、超臨界状態の顕熱として熱搬送され、冷房時には、相変化時の潜熱として熱搬送される二次側サイクルに用いられる冷媒搬送ポンプにおいて、両端部にそれぞれピストンを有し、ピストン接続軸線方向に往復動可能に設けられたシャフトと、前記各ピストンを外側から摺動可能に支持するシリンダ部と、前記ピストンと前記シリンダ部との間に形成されるとともに、吸入部および吐出部に連通される圧縮室と、前記シャフトを軸線方向に往復駆動する駆動手段と、が設けられていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
That is, the refrigerant transfer pump according to the present invention is a refrigerant transfer pump used for a secondary cycle that is heat-transferred as sensible heat in a supercritical state during heating, and heat-transferred as latent heat at the time of phase change during cooling. Each end has a piston, a shaft provided so as to be able to reciprocate in the direction of the piston connection axis, a cylinder portion that supports each piston so as to be slidable from the outside, and between the piston and the cylinder portion A compression chamber that is formed and communicated with the suction portion and the discharge portion, and a drive unit that reciprocally drives the shaft in the axial direction are provided.
このような冷媒搬送ポンプによれば、駆動手段により、シャフトが一方側に駆動されると、一方側の圧縮室から吐出部を経由して冷媒が吐出され、同時に他方側の圧縮室に冷媒が吸入される。そして、駆動手段によりシャフトが反対方向に駆動されると、前述とは逆に、冷媒は他方側の圧縮室から吐出され、同時に一方の圧縮室に吸入される。これを繰り返すことにより、冷媒は冷媒搬送ポンプに連続的に吸入され、かつ連続的に吐出されることになる。
このように、冷媒の吸入と吐出とが連続的に行われると、常時吐出時の大きな荷重と吸入時の小さな荷重とがかかることになるので、駆動力の変動を低減できる。また、冷媒は常時所要量が連続的に、すなわち供給量の多い部分と少ない部分との差が少ない(脈動が少ない)状態で二次側サイクル内に供給されるので、二次側サイクルでの熱交換を安定して行うことができる。
また、例えば、ピストンの面積とストロークとが同じであれば、圧縮室が1個の場合に比べて2倍の吸入容積となる。そして、冷媒の吸入量が同じであれば、冷媒の吸入速度すなわち単位時間当たりの吸入量は、圧縮室が1個の場合の半分となる。このように、冷媒の吸入速度が低減されると、冷媒が吸入される際に摩擦や流路抵抗等の要因で生じる圧力ロスを低減できる。したがって、冷媒が吸入される際の圧力ロスを低減できるので、例えば相変化時の潜熱として熱搬送される冷房運転時に、圧縮室での圧力が低下し、液体と気体との二層に分離して圧縮できなくなるという事態を防止することができる。
According to such a refrigerant transport pump, when the shaft is driven to one side by the driving means, the refrigerant is discharged from the compression chamber on one side via the discharge unit, and at the same time, the refrigerant is discharged to the compression chamber on the other side. Inhaled. When the shaft is driven in the opposite direction by the driving means, contrary to the above, the refrigerant is discharged from the compression chamber on the other side and simultaneously sucked into one compression chamber. By repeating this, the refrigerant is continuously sucked into the refrigerant transfer pump and continuously discharged.
As described above, when the suction and discharge of the refrigerant are continuously performed, a large load at the time of constant discharge and a small load at the time of suction are applied, so that fluctuations in driving force can be reduced. In addition, since the refrigerant is always supplied in the secondary cycle in a state where the required amount is continuously, that is, the difference between the portion with a large supply amount and the portion with a small supply amount (small pulsation), Heat exchange can be performed stably.
For example, if the area of the piston and the stroke are the same, the suction volume is twice that in the case of a single compression chamber. If the refrigerant suction amount is the same, the refrigerant suction speed, that is, the suction amount per unit time, is half that of a single compression chamber. Thus, when the suction speed of the refrigerant is reduced, pressure loss caused by factors such as friction and flow path resistance when the refrigerant is sucked can be reduced. Therefore, since the pressure loss when the refrigerant is sucked can be reduced, for example, in the cooling operation in which heat is transferred as latent heat at the time of phase change, the pressure in the compression chamber decreases and the liquid and gas are separated into two layers. It is possible to prevent a situation in which compression is not possible.
また、本発明にかかる冷媒搬送ポンプは、前記シャフトを覆うように前記各シリンダ部間に管状部材を取り付け、前記駆動手段としてリニアモータを採用し、前記管状部材の外側に前記リニアモータの駆動部を設けたことを特徴とする。 Moreover, the refrigerant | coolant conveyance pump concerning this invention attaches a tubular member between each said cylinder parts so that the said shaft may be covered, employ | adopts a linear motor as the said drive means, and the drive part of the said linear motor outside the said tubular member Is provided.
このように、駆動手段としてリニアモータを採用し、管状部材の外側にリニアモータの駆動部を設けているので、シリンダ部と管状部材とで形成される空間内には回転部分を無くすことができる。このため、冷媒搬送ポンプでは十分な潤滑が必要とされないので、暖房運転時に超臨界状態で搬送される冷媒のように密度差のため潤滑油を搬送できない状態があっても冷媒搬送ポンプの機能に影響しない。したがって、冷媒搬送ポンプは、長期間に亘り安定した稼動を行うことができる。
また、シャフトを覆うようにシリンダ部に管状部材を取り付けているので、シリンダ部と管状部材とで密閉した空間が形成される。このため、シリンダ部とピストンとの間のシールから漏れた冷媒が管状部材により外部に漏れるのを阻止されるので、冷媒を補給することなく長期間稼動できるし、周囲の環境へ悪影響を及ぼすことを防止できる。
さらに、シリンダ部と管状部材とで形成される空間内には回転部分がないので、管状部材の断面形状は、円形、多角形および直線と曲線とで構成された閉じた形等の任意の形状とすることができる。
As described above, the linear motor is employed as the driving means, and the linear motor driving portion is provided outside the tubular member. Therefore, the rotating portion can be eliminated in the space formed by the cylinder portion and the tubular member. . For this reason, the refrigerant transfer pump does not require sufficient lubrication, so even if there is a state in which the lubricating oil cannot be transferred due to the density difference like the refrigerant transferred in the supercritical state during heating operation, the refrigerant transfer pump functions. It does not affect. Therefore, the refrigerant conveyance pump can perform stable operation over a long period of time.
Further, since the tubular member is attached to the cylinder portion so as to cover the shaft, a sealed space is formed by the cylinder portion and the tubular member. For this reason, since the refrigerant leaking from the seal between the cylinder part and the piston is prevented from leaking outside by the tubular member, it can be operated for a long time without replenishing the refrigerant and adversely affect the surrounding environment. Can be prevented.
Furthermore, since there is no rotating part in the space formed by the cylinder part and the tubular member, the sectional shape of the tubular member can be any shape such as a circle, a polygon, and a closed shape composed of straight lines and curves. It can be.
さらに、本発明にかかる冷媒搬送ポンプでは、前記管状部材は、非磁性体材料で構成されたことを特徴とする。
このように、管状部材は非磁性体材料で構成されているので、リニアモータ等が発生する磁場に影響を及ぼさない。したがって、リニアモータの駆動効率を向上できる。
Furthermore, in the refrigerant transport pump according to the present invention, the tubular member is made of a non-magnetic material.
Thus, since the tubular member is made of a non-magnetic material, it does not affect the magnetic field generated by the linear motor or the like. Therefore, the driving efficiency of the linear motor can be improved.
また、本発明にかかる冷媒搬送ポンプでは、前記シャフトは、それぞれ両端部の前記ピストン間を連結する複数の棒状部材で構成され、前記管状部材は、前記各棒状部材を覆うように設けられたことを特徴とする。 Further, in the refrigerant transport pump according to the present invention, the shaft is configured by a plurality of rod-shaped members that connect the pistons at both ends, and the tubular member is provided so as to cover the rod-shaped members. It is characterized by.
このように、シャフトは、それぞれ両端部の前記ピストン間を連結する複数の棒状部材で構成されているので、各棒状部材の断面積は小さくなる。棒状部材の断面積が小さくなると、棒状部材を覆う管状部材の断面積を小さくできるので、管状部材の耐圧強度が向上し、管状部材を薄くできる。したがって、管状部材の外側に設けられたリニアモータの駆動部を棒状部材に接近して配置することができるので、リニアモータの駆動力を増加することができる。
また、総合的な磁気回路の最適配置を行うことが可能となり、駆動効率を向上することが可能となる。
なお、棒状部材は、その軸線が同じ円周上に等間隔あけて配置されるのが駆動バランスから見て望ましい。また、本数は3本以上が望ましく、例えば、4本のように点対称の位置関係になるものがより望ましい。
Thus, since the shaft is composed of a plurality of rod-shaped members that connect the pistons at both ends, the cross-sectional area of each rod-shaped member is reduced. When the cross-sectional area of the rod-like member is reduced, the cross-sectional area of the tubular member covering the rod-like member can be reduced, so that the pressure resistance of the tubular member is improved and the tubular member can be thinned. Therefore, since the drive part of the linear motor provided in the outer side of the tubular member can be disposed close to the rod-like member, the drive force of the linear motor can be increased.
In addition, it is possible to optimally arrange a comprehensive magnetic circuit, and to improve driving efficiency.
In addition, it is desirable from the viewpoint of driving balance that the rod-like members are arranged at equal intervals on the same circumference. Further, the number is preferably 3 or more, and more preferably a point-symmetrical positional relationship such as four.
また、本発明にかかる冷媒搬送ポンプは、前記管状部材を外側から覆うように、前記シリンダ部にスリーブを取り付け、該スリーブに、その厚さ方向に貫通して形成された穴部を設け、該穴部に、前記リニアモータの駆動部を構成する作用部を配置したことを特徴とする。 In the refrigerant transport pump according to the present invention, a sleeve is attached to the cylinder portion so as to cover the tubular member from the outside, and a hole formed through the sleeve in the thickness direction is provided in the sleeve. The operation part which comprises the drive part of the said linear motor is arrange | positioned in the hole part, It is characterized by the above-mentioned.
このように、管状部材を外側から覆うように、シリンダ部にスリーブを取り付けているので、スリーブが管状部材の強度を補強する。このため、管状部材は超臨界圧という高圧を受けるにも拘わらず高い強度を必要しないので、厚さを薄くできる。
したがって、スリーブに設けられた穴部に配置されたリニアモータの駆動部を構成する作用部と、シャフトに取り付けられたリニアモータの被駆動部との間隔が短縮されるので、作用部が被駆動部に与える磁力が強くなる。このため、リニアモータの駆動力を増強することができ、小型化できる。
なお、管状部材とスリーブとは同一素材の場合は加工組み立ての容易さから、組み立て時には管状部材とスリーブの間には数ミクロンから数十ミクロンの隙間をもつことが望ましい。また異種材料の場合は、前述の隙間に組み立て温度と使用温度の差による熱変形を加味した隙間とすることが望ましい。
Thus, since the sleeve is attached to the cylinder portion so as to cover the tubular member from the outside, the sleeve reinforces the strength of the tubular member. For this reason, since a tubular member does not require high intensity | strength in spite of receiving high pressure called a supercritical pressure, thickness can be made thin.
Accordingly, since the distance between the action part constituting the drive part of the linear motor arranged in the hole provided in the sleeve and the driven part of the linear motor attached to the shaft is shortened, the action part is driven. The magnetic force given to the part becomes stronger. For this reason, the driving force of the linear motor can be increased and the size can be reduced.
In the case where the tubular member and the sleeve are made of the same material, it is desirable that a gap of several microns to several tens of microns be provided between the tubular member and the sleeve at the time of assembly because of easy processing and assembly. In the case of dissimilar materials, it is desirable that the gap is a gap that takes into account the thermal deformation due to the difference between the assembly temperature and the use temperature.
また、本発明にかかる冷媒搬送ポンプでは、前記スリーブは、非磁性体材料で構成されたことを特徴とする。
このように、スリーブは非磁性体材料で構成されているので、リニアモータ等が発生する磁場に影響を及ぼさない。したがって、リニアモータの駆動効率を向上できる。
In the refrigerant transport pump according to the present invention, the sleeve is made of a nonmagnetic material.
Thus, since the sleeve is made of a non-magnetic material, it does not affect the magnetic field generated by the linear motor or the like. Therefore, the driving efficiency of the linear motor can be improved.
また、本発明にかかる冷媒搬送ポンプは、前記リニアモータの駆動部は、汎用モータと、該汎用モータの回転軸に連結され、回転軸の回転を往復運動に変換するクランクと、該クランクの先端に取り付けられた永久磁石と、を設けていることを特徴とする。 Further, in the refrigerant transport pump according to the present invention, the drive unit of the linear motor is connected to a general-purpose motor, a crank that is connected to a rotary shaft of the general-purpose motor, and converts the rotation of the rotary shaft into a reciprocating motion, and a tip of the crank And a permanent magnet attached to the head.
このように、リニアモータの駆動部は、汎用モータと、回転を往復運動に変換するクランクと、永久磁石とで主として構成されているので、各構成要素が安価で、全体として安価に製造できるし、メンテナンスも容易に行うことができる。
また、作用部として永久磁石を採用しているので、磁界変動に伴う、うず電流の発生が少なくなる。このため、周辺の部材について使用材料の制限が緩和され、設計の自由度を増加できる。
Thus, since the drive part of a linear motor is mainly comprised by the general purpose motor, the crank which converts rotation into reciprocating motion, and a permanent magnet, each component is cheap and can be manufactured cheaply as a whole. Maintenance can also be easily performed.
In addition, since a permanent magnet is employed as the action part, the generation of eddy current due to the magnetic field fluctuation is reduced. For this reason, restrictions on the materials used for the peripheral members are relaxed, and the degree of freedom in design can be increased.
さらに、本発明にかかる冷媒搬送ポンプは、前記ピストンの側面における摺動方向中間位置に、前記シリンダ部との隙間が、摺動方向両端位置よりも狭くなるように突起部を設けたことを特徴とする。 Furthermore, the refrigerant transfer pump according to the present invention is characterized in that a protrusion is provided at a middle position in the sliding direction on the side surface of the piston so that a gap with the cylinder portion is narrower than both ends in the sliding direction. And
このように、ピストンの側面における摺動方向中間位置に、シリンダ部との隙間が、摺動方向両端位置に比べて狭い突起部を設けたので、ピストンがシリンダ部に対して摺動すると、ピストンの端部とシリンダ部との隙間に入った冷媒の動圧は、隙間の狭い突起部のところで増加することになる。このため、ピストンをシリンダ部に対して遠ざけようとする力が増加するので、ピストンがシリンダ部に接触するのを防止できる。 In this way, since the protrusion with a narrow gap between the cylinder part and the cylinder part is provided at the intermediate position in the sliding direction on the side surface of the piston, the piston slides relative to the cylinder part. The dynamic pressure of the refrigerant that has entered the gap between the end of the cylinder and the cylinder portion increases at the projection where the gap is narrow. For this reason, since the force which tries to keep a piston away from a cylinder part increases, it can prevent that a piston contacts a cylinder part.
請求項1に記載の発明によれば、往復駆動されるシャフトの両端部にピストンを有しているので、冷媒は冷媒搬送ポンプに連続的に吸入され、かつ連続的に吐出されることになる。このため、二次側サイクルでの熱交換を安定して行うことができる。
また、吸入容積が大きくなり、冷媒が吸入される際の圧力ロスを低減できるので、例えば相変化時の潜熱として熱搬送される冷房運転時に、圧縮室での圧力が低下し、液体と気体との二層に分離して圧縮できなくなるという事態を防止することができる。
According to the first aspect of the present invention, since the pistons are provided at both ends of the reciprocating shaft, the refrigerant is continuously sucked into the refrigerant transfer pump and continuously discharged. . For this reason, the heat exchange in a secondary side cycle can be performed stably.
In addition, since the suction volume is increased and the pressure loss when the refrigerant is sucked can be reduced, for example, in the cooling operation in which heat is transferred as latent heat at the time of phase change, the pressure in the compression chamber decreases, and the liquid and gas It is possible to prevent a situation in which the two layers cannot be compressed after being separated.
請求項2に記載の発明によれば、駆動手段としてリニアモータを採用し、管状部材の外側にリニアモータの駆動部を設けているので、冷媒搬送ポンプは、長期間に亘り安定した稼動を行うことができる。
また、シャフトを覆うようにシリンダ部に管状部材を取り付けているので、冷媒を補給することなく長期間稼動できるし、周囲の環境へ悪影響を及ぼすことを防止できる。
According to the second aspect of the present invention, since the linear motor is employed as the driving means and the linear motor driving portion is provided outside the tubular member, the refrigerant transport pump performs stable operation over a long period of time. be able to.
Further, since the tubular member is attached to the cylinder portion so as to cover the shaft, it can be operated for a long time without replenishing the refrigerant, and adverse effects on the surrounding environment can be prevented.
請求項3に記載の発明によれば、管状部材は非磁性体材料で構成されているので、リニアモータの駆動効率を向上できる。
According to the invention described in
請求項4に記載の発明によれば、シャフトは、それぞれ両端部の前記ピストン間を連結する複数の棒状部材で構成されているので、棒状部材を覆う管状部材を薄くできる。したがって、リニアモータの駆動力を増加することができる。 According to invention of Claim 4, since the shaft is comprised by the several rod-shaped member which connects between the said pistons of both ends, respectively, the tubular member which covers a rod-shaped member can be made thin. Therefore, the driving force of the linear motor can be increased.
請求項5に記載の発明によれば、管状部材を外側から覆うように、シリンダ部にスリーブを取り付けられているので、管状部材は厚さを薄くできる。
したがって、リニアモータの駆動部を構成する作用部と、シャフトに取り付けられたリニアモータの被駆動部との間隔が短縮されるので、リニアモータの駆動力を増強することができ、小型化できる。
According to the fifth aspect of the present invention, since the sleeve is attached to the cylinder portion so as to cover the tubular member from the outside, the thickness of the tubular member can be reduced.
Accordingly, the distance between the action part constituting the driving part of the linear motor and the driven part of the linear motor attached to the shaft is shortened, so that the driving force of the linear motor can be increased and the size can be reduced.
請求項6に記載の発明によれば、スリーブは非磁性体材料で構成されているので、リニアモータの駆動効率を向上できる。 According to the sixth aspect of the invention, since the sleeve is made of a nonmagnetic material, the drive efficiency of the linear motor can be improved.
請求項7に記載の発明によれば、リニアモータの駆動部は、汎用モータと、回転を往復運動に変換するクランクと、永久磁石とで主として構成されているので、各構成要素が安価で、全体として安価に製造できるし、メンテナンスも容易に行うことができる。
According to the invention described in
請求項8に記載の発明によれば、ピストンの側面における摺動方向中間位置に、シリンダ部との隙間が、摺動方向両端位置よりも狭くなるように突起部を設けたので、ピストンがシリンダ部に接触するのを防止できる。 According to the eighth aspect of the present invention, since the protrusion is provided at the intermediate position in the sliding direction on the side surface of the piston so that the gap with the cylinder is narrower than the both ends in the sliding direction. It is possible to prevent contact with the part.
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
[第一実施形態]
以下、本発明の第一実施形態について、図1〜図3を用いて説明する。
図1は、本実施形態にかかる冷媒搬送ポンプ1を用いた空気調和機3を示す概略構成図である。
空気調和機3は、一次側サイクル5と二次側サイクル7とから構成されている。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an
The
一次側サイクル5には、圧縮機9と、四方弁11と、室外熱交換器13と、膨張弁15と、冷媒間熱交換器17と、吸入ガス加熱器19と、および一次側配管21とが備えられている。
圧縮機9は、低温・低圧のガス状冷媒(冷媒としては、たとえば、プロパン、ブタン、イソブタンなどの炭化水素冷媒(炭素(C)および水素(H)が含まれる冷媒)を吸引して圧縮し、高温・高圧のガス状冷媒とするものである。
The
The
四方弁11は、圧縮機9の下流側に設けられるとともに、圧縮機9から吐出された冷媒の流路を冷房運転時と暖房運転時とで切り替えるものである。四方弁11は、暖房運転時(図1において実線矢印で示す方向に冷媒を循環させる時)には、圧縮機9から冷媒間熱交換器17に向かう流路を形成し、一方、冷房運転時(図1において破線矢印で示す方向に冷媒を循環させる時)には、圧縮機9から室外熱交換器13に向かう流路を形成するように構成されている。
The four-
室外熱交換器13は、冷房運転時に高温高圧のガス状冷媒を凝縮液化させて外気に放熱するコンデンサとして機能し、逆に暖房運転時には低温低圧の液状冷媒を蒸発気化させて外気から熱を奪うエバポレータとして機能するものである。
膨張弁15は、内部を通過する冷媒を等エンタルピー的に減圧・膨張させて低温・低圧の冷媒にするものである。
The
The
冷媒間熱交換器17は、一次側サイクル5を循環する冷媒と二次側サイクル7を循環する冷媒との間で熱の授受を行わせるものである。冷媒間熱交換器17は、暖房運転時には一次側サイクル5を循環する冷媒により、二次側サイクル7を循環する冷媒を加熱し、冷房運転時には一次側サイクル5を循環する冷媒により、二次側サイクル7を循環する冷媒を冷却するようになっている。
The
また、この冷媒間熱交換器17の一次側サイクル5の入口近傍に位置する配管21には温度センサTが設けられており、この温度センサTにより検出された配管21内の冷媒温度データが制御器25に出力されるようになっている。
吸入ガス加熱器19は、圧縮機9の上流側(すなわち、圧縮機9と四方弁11との間)に設けられた熱交換器であり、暖房運転時、冷媒間熱交換器17を出た温かい冷媒により、圧縮機9に吸引される前の冷媒を温めて、圧縮機9に吸引される前の冷媒の温度を高めるためのものである。
In addition, a temperature sensor T is provided in the
The
一次側配管21は、これら圧縮機9、四方弁11、室外熱交換器13、膨張弁15、冷媒間熱交換器17、および吸入ガス加熱器19を接続するとともに、これら構成要素間を冷媒が循環できるようにするものである。
また、一次側配管21にはバイパス管23が接続されており、暖房運転時、冷媒間熱交換器17を出た冷媒が吸入ガス加熱器19を通らずに、吸入ガス加熱器19の下流側に位置する膨張弁15の上流側に直接導かれるようになっている。
The
Further, the
バイパス管23の入口よりも下流側でかつ吸入ガス加熱器19よりも上流側の一次側配管21、およびバイパス管23にはそれぞれ流量制御弁27,29が設けられている。これら流量調整弁27,29はそれぞれ、制御器25からの信号により弁開度の調整が行われるように構成されており、冷媒間熱交換器17から吸入ガス加熱器19に流れ込む冷媒量、および冷媒間熱交換器17から膨張弁15に流れ込む冷媒量がそれぞれ調整されるようになっている。冷媒間熱交換器17から吸入ガス加熱器19に流れ込む冷媒量、および冷媒間熱交換器17から膨張弁15に流れ込む冷媒量がそれぞれ調整されるようになっている。
Flow
二次側サイクル7には、前記冷媒間熱交換器17と、冷媒搬送ポンプ1と、室内熱交換器31と、二次側配管33と、流量調整弁35とが備えられている。
冷媒搬送ポンプ1については、後で詳述する。冷媒搬送ポンプ1は、超臨界領域に加圧された(熱伝導率が極大とされた)冷媒(例えば、二酸化炭素など)を、二次側サイクル7の中で循環させるものである。
The
The
室内熱交換器31は、内部を通過する冷媒と、室内へ送風される空気との熱交換を行うものであり、冷房運転時にはいわゆるエバポレータとして、また暖房運転時にはいわゆるコンデンサとして機能するものである。
二次側配管33は、冷媒間熱交換器17、室内熱交換器31、および冷媒搬送ポンプ1を接続するとともに、これら構成要素間を冷媒が循環できるようにするものである。
流量調整弁35は、各室内熱交換器31の上流側に位置する二次側配管33に設けられており、冷媒間熱交換器17から室内熱交換器31に流れ込む冷媒量がそれぞれ調整されるようになっている。
The
The
The flow rate adjusting valve 35 is provided in the
図2により、本発明の実施形態にかかる冷媒搬送ポンプ1について説明する。
冷媒搬送ポンプ1には、ピストン部材41と、シリンダ43と、ピストン部材41を駆動する駆動手段45と、が設けられている。
ピストン部材41には、シャフト47と、シャフト47の一端部46に固定された第一ピストン49と、シャフト47の他端部48に固定された第二ピストン50とが備えられている。
シャフト47は、細長い円筒状の棒であり、長手方向の中央付近に傾斜して全周に亘り連続する溝53が形成されている。
The
The
The
The
第一ピストン49は、シャフト47と同軸心を有する中空の略円筒形状をしている。第一ピストン49の底面部51はシャフト47の一端部46に固定されており、シャフト47と同軸心の円上に間隔をあけて多数の貫通孔55が設けられている。第一ピストン49の外方部57には、中心部に貫通孔59が設けられている。外方部57の外方には、貫通孔59を覆う第一吸入弁61が設けられている。
The
第二ピストン50は、第一ピストン49と同様な構造をしている。シャフト47の他端部48に固定された底面部52には、シャフト47と同軸心の円上に間隔をあけて多数の貫通孔56が設けられている。第二ピストン50の外方部58には、中心部に貫通孔60が設けられている。外方部58の外方には、貫通孔60を覆う第二吸入弁62が設けられている。
The
シリンダ43には、第一シリンダ部(シリンダ部)63と、第二シリンダ部(シリンダ部)64と、キャン(管状部材)65と、が備えられている。
第一シリンダ部63の第一シリンダ本体65は、両端に外側フランジ67と内方フランジ69を有し、シャフト47と同軸心の略円筒形状をしている。第一シリンダ本体65の内面83は、第一ピストン49の側面85と嵌合して、第一ピストン49を摺動可能に支持している。
The
The
第一ピストンの側面85は、図3に示すように、一端側端部105および他端側端部107から摺動方向中間位置に向けて径が順次拡大されるように突起部103を設けている。
このようにすると、例えば、第一ピストン49が一端部側へ摺動する場合、冷媒が一端側端部105とシリンダ65の内周面83の間に入って突起部103の方向へ移動する間に間隔が狭くなるために動圧が増加する。突起部103のところで最大となる。第一ピストン49は、この動圧により支持されるので、シリンダ65の内周面83に接触することがない。また、この動圧により、シールする効果も発生する。
一端側端部105および他端側端部107の半径と突起部103の半径との差Cは、突起部103と第一シリンダ本体65の内面65との間隔がδとしたとき、δの1〜5倍が好適である。
As shown in FIG. 3, the
In this case, for example, when the
The difference C between the radius of the one
第一シリンダ本体65の外側フランジ67には、第一蓋部材71が固定されている。第一蓋部材71の中心部には、第一弁部材73が取り付けられており、この第一蓋部材71と第一弁部材71とにより、第一シリンダ本体65の開口を封止しており、第一シリンダ本体65の内面83と第一ピストン49の外方部57とで包囲される第一圧縮室81を形成している。
第一弁部材71には、第一圧縮室81に面した開口部89を有するドーナツ状の吐出空間87と、吐出空間87と二次側配管33とを連通するドーナツ状をした第一吐出孔75と、吐出空間87の内側に配置され開口部89を覆う中空円板形状の第一吐出弁77とが設けられている。
A
The
第二シリンダ部64は、第一シリンダ部63と略同一の構造をしている。第二シリンダ本体66は、両端に外側フランジ68と内方フランジ70を有し、シャフト47と同軸心の略円筒形状をしている。第二シリンダ本体66の内面84は、第二ピストン50の側面86と嵌合して、第二ピストン50を摺動可能に支持している。
なお、第二ピストン50の側面86には、上述の第一ピストン49の側面85と同様に突起部103が設けられている。
The
In addition, the
第二シリンダ本体66の外側フランジ68には、第二蓋部材72が固定されている。第二蓋部材72の中心部には、第二弁部材74が取り付けられており、この第二蓋部材72と第二弁部材72とにより、第二シリンダ本体66の開口を封止しており、第二シリンダ本体66の内面84と第二ピストン50の外方部58とで包囲される第二圧縮室82を形成している。
第二弁部材72には、第二圧縮室82に面した開口部90を有するドーナツ状の吐出空間88と、吐出空間88と外部とを連通するドーナツ状をした第二吐出孔76と、吐出空か88の内側に配置され開口部90を覆う中空円板形状の第二吐出弁78とが設けられている。
A
The
キャン92は、薄肉の円筒状をし、シャフト47を、それと間隔を置いて覆うように配置されている。キャン92は、例えばステンレス、インバー等の非磁性体材料で構成されている。
キャン92の両端部は、支持部材79と支持部材80とに取り付けられている。支持部材79は、第一シリンダ本体65の内方フランジ69に固定され、支持部材80は、第二シリンダ本体66の内方フランジ70に固定されているので、キャン92は第一シリンダ部63と第二シリンダ部64とに支持されていることになり、これら第一シリンダ部63と第二シリンダ部64とキャン92とで、密閉空間を形成することになる。
第一シリンダ本体65の内方側には、第一ピストン49と第二ピストン50とで画成される吸入空間91と、二次側配管33と、を連通する吸入孔93が設けられている。
The
Both ends of the
A
駆動手段45には、固定子鉄心95と、固定子巻線97と、ロータ99とが設けられている。
固定子鉄心95と固定子巻線97とは、キャン92の外側に固定的に配置されている。固定子鉄心95は、キャン92が吸入空間91の高圧により変形や破壊されるのを防止する機能も果たしている。
ロータ99は、キャン92とシャフト47との間に配置され、第一シリンダ本体65と第二シリンダ本体66により回動可能に支持されている。ロータ99のシャフト47側には、シャフト47に設けられた溝53と係合する突起101が設けられている。
ロータ99の回転により、突起101が溝53に沿って移動するが、突起101のシャフト47の軸方向位置は一定なので、溝53が軸方向に移動するすなわちシャフト47が軸方向に移動することになる。溝53は傾斜して全周に亘り連続しているので、ロータ99が一周するとシャフト47が一往復することになる。すなわち、溝53と突起101とは、円筒カムとして機能するものである。
The driving means 45 is provided with a
The
The
The
以上説明した本実施形態にかかる冷媒搬送ポンプ1の動作について説明する。
この冷媒搬送ポンプ1は、暖房時には、超臨界状態の顕熱として熱搬送され、冷房時には、相変化時の潜熱として熱搬送される冷媒を扱うものである。この冷媒として二酸化炭素を使う場合、例えば暖房時で10MPa、冷房時で4MPa程度の圧力をもって搬送されている。冷媒搬送ポンプ1は、このような圧力を持って二次側サイクル7の二次側配管33内を搬送される冷媒を吸入して0.3〜0.5MPa程度昇圧して吐出するものである。
Operation | movement of the refrigerant |
The
固定子巻線97に通電すると回転磁場が発生してロータ99が回転する。ロータ99の回転により溝53が突起101に引っ張られて、シャフト47を軸方向に往復動する。
図2は、第一ピストン49が一端側(図2において左側)へ移動して、第一ピストン49により第一圧縮室81に吸入された冷媒が第一吐出孔75を通って、二次側サイクル7の二次側配管33に吐出された状態を示している。
When the stator winding 97 is energized, a rotating magnetic field is generated and the
In FIG. 2, the
図2の状態からさらにロータ99が回転すると、シャフト47が他端側(図2において右側)へ移動し始める。第二ピストン50の貫通孔60を覆う第二吸入弁62が閉じ、第一ピストン49の貫通孔59を覆う第一吸入弁61が開く。
第一吸入弁61が開いた状態で第一ピストン49が他側に移動することにより、吸入空間91に吸入されている冷媒が、貫通孔55、第一ピストン49の中空部および貫通孔51を通って第一圧縮室81に吸入される。第一圧縮室81に吸入されることにより、二次側配管33内の冷媒が、吸入孔93を通って吸入空間91に吸入される。
When the
When the
一方、同時に第二吸入弁62が閉じた状態で第二ピストン50が他側に移動しているので、第二圧縮室82に吸入された冷媒は、第二ピストン50により押圧されて、開口部90から第二吐出弁78を押上げて吐出空間88に導入され、第二吐出孔76から二次側サイクル7の二次側配管33に連続的に吐出される。
このように、第二吸入弁62が閉じた状態、すなわち第二圧縮室82の第二ピストン50側が閉鎖された状態で、第二圧縮室82内の冷媒が押圧されるので、冷媒の慣性抵抗の影響がほとんど無くなり、冷媒の吐出がスムーズに行える。
On the other hand, since the
Thus, since the refrigerant in the
そして、第二ピストン50が他端側に到るタイミングで、ロータ99はシャフト47を一端側へ移動させ始める。そうすると上述と逆の動作が行われる。
すなわち、第一ピストン49の貫通孔59を覆う第一吸入弁61が閉じ、第二ピストン50の貫通孔60を覆う第二吸入弁62が開かれる。
第二吸入弁62が開いた状態で第二ピストン50が他側に移動することにより、吸入空間91に吸入されている冷媒が、貫通孔56、第二ピストン50の中空部および貫通孔52を通って第二圧縮室82に吸入される。第二圧縮室82に吸入されることにより、二次側配管33内の冷媒が、吸入孔93を通って吸入空間91に吸入される。
Then, at the timing when the
That is, the
When the
一方、同時に第一吸入弁61が閉じた状態で第一ピストン49が他側に移動しているので、第一圧縮室82に吸入された冷媒は、第一ピストン49により押圧されて、開口部89から第一吐出弁77を押上げて吐出空間87に導入され、第一吐出孔75から二次側サイクル7の二次側配管33に連続的に吐出される。
On the other hand, since the
ロータ99の回転により、上述の動作が繰り返され、冷媒は第一吐出孔75と第二吐出孔76とから交互にではあるが、常時連続的に二次側サイクル7の二次側配管33に吐出される。したがって、二次側配管33への吐出量は常時略一定になるので、二次側配管33を搬送される冷媒が周期的に増減を繰り返すことがない。これにより、室内熱交換器31を流れる冷媒は、脈動しないので、熱交換が安定して行える。
By the rotation of the
また、シャフト47が一端側へ移動する場合および他端側へ移動する場合に、どちらの場合にも、シャフト47へ吐出時の荷重と吸入時の荷重との両方がかかっているので、駆動力の変動が少なく、バランスのよい運転ができる。
Further, in both cases, when the
さらに、冷房運転時には、液体状態で搬送された冷媒が気体に相変化するときの蒸発熱で室内側の空気を冷却するものでは、相変化し易い条件の冷媒を搬送している。そのため、冷媒搬送ポンプ1での吸入時の圧力ロスが大きい場合には、吸入時に液体と気体との二層に分離して圧縮できなくなることがある。
本実施形態では、第一圧縮室81と第二圧縮室82とのいずれか一方が常時吸入しているので、吸入が断続的なものに比べて、同じ吸入量を維持する場合には、冷媒の吸入速度が低下することになる。冷媒の吸入速度が低下すると、冷媒が吸入される時に、摩擦や流路抵抗等により生じる圧力ロスが低減できるので、上述のように、液体と気体との二層に分離して圧縮できないという事態を防止することができる。
Further, in the cooling operation, in the case of cooling the indoor air with the heat of evaporation when the refrigerant conveyed in the liquid state changes into a gas, the refrigerant under the condition that the phase easily changes is conveyed. For this reason, if the pressure loss at the time of suction by the
In the present embodiment, since either one of the
なお、本実施形態の第一ピストン49の側面85および第二ピストン50の側面86には、図3に示すような中央位置に向けて漸増するような形状をした突起部103が設けられているが、突起部103の形状はこれに限定されるものではない。
例えば、図4に示すように、径が階段状に変化する形状でもよい。図4の場合、1段としているが、複数段に変化させてもよい。
この場合でも、一端側端部105および他端側端部107の半径と突起部103の半径との差Cは、突起部103と第一シリンダ本体65の内面65との間隔がδとしたとき、δの1〜5倍が好適である。
Note that the
For example, as shown in FIG. 4, the diameter may be a step shape. In the case of FIG. 4, the number of stages is one, but it may be changed to a plurality of stages.
Even in this case, the difference C between the radius of the one end
また、シール効果を向上させる場合、図5に示すように、圧送方向(吐出する方向)に向かって径を減少させる構造を採用してもよい。
さらに、図6に示すように、第一ピストン49の側面85および第二ピストン50の側面86に、第一ピストン49および第二ピストン50の進行方向に直行する方向に微細な溝を多数設けると、ラビリンスシール効果で冷媒の漏れが減少してポンプ効率が向上する。
Moreover, when improving a sealing effect, as shown in FIG. 5, you may employ | adopt the structure which reduces a diameter toward a pumping direction (discharge direction).
Furthermore, as shown in FIG. 6, when a large number of fine grooves are provided on the
以下、本実施形態の作用・効果を説明する。
本実施形態にかかる冷媒搬送ポンプ1によれば、駆動手段45により、シャフト47が一方側に駆動されると、一方側の第一圧縮室81から吐出孔75を経由して冷媒が吐出され、同時に他方側の第二圧縮室82に冷媒が吸入される。そして、駆動手段45によりシャフト47が反対方向に駆動されると、前述とは逆に、冷媒は他方側の第二圧縮室82から吐出され、同時に一方の第一圧縮室81に吸入される。これを繰り返すことにより、冷媒は冷媒搬送ポンプ1に連続的に吸入され、かつ連続的に吐出されることになる。
このように、冷媒の吸入と吐出とが連続的に行われると、常時吐出時の大きな荷重と吸入時の小さな荷重とがかかることになるので、駆動力の変動を低減できる。また、冷媒は常時所要量が連続的に、すなわち供給量の多い部分と少ない部分との差が少ない(脈動が少ない)状態で二次側サイクル7の二次側配管33に供給されるので、二次側サイクル7での熱交換を安定して行うことができる。
また、例えば、ピストンの面積とストロークとが同じであれば、圧縮室が1個のポンプに比べて2倍の吸入容積となる。そして、冷媒の吸入量が同じであれば、冷媒の吸入速度すなわち単位時間当たりの吸入量は、圧縮室が1個のポンプの半分となる。このように、冷媒の吸入速度が低減されると、冷媒が吸入される際に摩擦や流路抵抗等の要因で生じる圧力ロスを低減できる。したがって、冷媒が吸入される際の圧力ロスを低減できるので、例えば相変化時の潜熱として熱搬送される冷房運転時に、圧縮室での圧力が低下し、液体と気体との二層に分離して圧縮できなくなるという事態を防止することができる。
Hereinafter, the operation and effect of this embodiment will be described.
According to the
As described above, when the suction and discharge of the refrigerant are continuously performed, a large load at the time of constant discharge and a small load at the time of suction are applied, so that fluctuations in driving force can be reduced. In addition, the refrigerant is always supplied to the
Further, for example, if the area of the piston and the stroke are the same, the suction volume of the compression chamber is twice that of a single pump. If the suction amount of the refrigerant is the same, the suction speed of the refrigerant, that is, the suction amount per unit time is half that of a pump with one compression chamber. Thus, when the suction speed of the refrigerant is reduced, pressure loss caused by factors such as friction and flow path resistance when the refrigerant is sucked can be reduced. Therefore, since the pressure loss when the refrigerant is sucked can be reduced, for example, in the cooling operation in which heat is transferred as latent heat at the time of phase change, the pressure in the compression chamber decreases and the liquid and gas are separated into two layers. It is possible to prevent a situation in which compression is not possible.
また、第一ピストン49の側面85と第二ピストン50の側面86とにおける摺動方向中間位置に、第一シリンダ本体65の内面83と第二シリンダ本体66の内面84との隙間が、一端側端部105および他端側端部107よりも狭くなるように突起部103を設けたので、第一ピストン49および第二ピストン50が第一シリンダ本体65の内面83および第二シリンダ本体66の内面84に接触するのを防止できる。
In addition, a gap between the
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態について、図7を用いて説明する。
本実施形態にかかる冷媒搬送ポンプ1を用いた空気調和機3は、第一実施形態で説明したものと同じであるので、その説明は省略する。
冷媒搬送ポンプ1には、ピストン部材103と、シリンダ105と、ピストン部材103を駆動する駆動手段107と、が設けられている。
ピストン部材103には、シャフト109と、シャフト109の一端部111に固定された第一ピストン113と、シャフト109の他端部112に固定された第二ピストン114とが備えられている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Since the
The
The
シャフト109は、中央部に大径部115を有する二重円筒形状をしている。
第一ピストン113は、シャフト109と同軸心を有する先端に縮径部117を設けた略円筒形状をしている。第一ピストン113の底面部119はシャフト109の一端部111に固定されている。
第二ピストン114は、シャフト109と同軸心を有する先端に縮径部118を設けた略円筒形状をしている。第二ピストン114の底面部120はシャフト109の他端部112に固定されている。
The
The
The
シリンダ105には、第一シリンダ部(シリンダ部)121と、第二シリンダ部(シリンダ部)122と、キャン(管状部材)123と、が備えられている。
第一シリンダ部121の第一シリンダ本体125は、内側端部に内側フランジ133を有し、シャフト109と同軸心の略円筒形状をしている。第一シリンダ本体125の内面127は、第一ピストン113の側面129と嵌合して、第一ピストン113を摺動可能に支持している。第一ピストン113の側面129にはシール部材131,131が設けられている。
The
The
第一シリンダ本体125の外側には、第一蓋部材135が固定されている。第一蓋部材135の内面には、第一吸入空間141と第一吐出空間145とが形成されている。第一吸入空間141は第一吸入孔143を介して二次側サイクル7の二次側配管33と連通している。第一吐出空間145は第一吐出孔147を介して二次側サイクル7の二次側配管33と連通している。
第一シリンダ本体125と第一蓋部材との間には、第一弁部材137が取り付けられており、この第一蓋部材135と第一弁部材137とにより、第一シリンダ本体125の外側開口が封止されている。第一蓋部材135、第一弁部材137、第一シリンダ本体125の内面127および第一ピストン113の縮径部117とで包囲される第一圧縮室139が形成されている。
第一弁部材137には、第一圧縮室139と第一吐出空間145とを連通する吐出孔149と、第一圧縮室139と第一吸入空間141とを連通する吸入孔151とが設けられている。吐出孔149の吐出空間145側は、弁153で覆われている。吸入孔151の第一圧縮室139側は、弁155により覆われている。
A
A
The
第二シリンダ部122の第二シリンダ本体126は、内側端部に内側フランジ134を有し、シャフト109と同軸心の略円筒形状をしている。第二シリンダ本体126の内面128は、第二ピストン114の側面130と嵌合して、第二ピストン114を摺動可能に支持している。第二ピストン114の側面130にはシール部材132,132が設けられている。
The
第二シリンダ本体126の外側には、第二蓋部材136が固定されている。第二蓋部材136の内面には、第二吸入空間142と第二吐出空間146とが形成されている。第二吸入空間142は第二吸入孔144を介して二次側サイクル7の二次側配管33と連通している。第二吐出空間146は第二吐出孔148を介して二次側サイクル7の二次側配管33と連通している。
第二シリンダ本体126と第二蓋部材との間には、第二弁部材138が取り付けられており、この第二蓋部材136と第二弁部材138とにより、第二シリンダ本体126の外側開口が封止されている。第二蓋部材136、第二弁部材138、第二シリンダ本体126の内面128および第二ピストン114の縮径部118とで包囲される第二圧縮室140が形成されている。
第二弁部材138には、第二圧縮室140と第二吐出空間146とを連通する吐出孔150と、第二圧縮室140と第二吸入空間142とを連通する吸入孔152とが設けられている。吐出孔150の吐出空間146側は、弁154で覆われている。吸入孔152の第二圧縮室140側は、弁156により覆われている。
A
A
The
キャン(管状部材)157は、円筒状をし、シャフト109を、それと間隔を置いて覆うように配置されている。キャン157は、例えばステンレス、インバー等の非磁性体材料で構成されている。
キャン157の両端部は、第一支持部材159と第二支持部材160とに取り付けられている。支持部材159は、第一シリンダ本体125の内方フランジ133に固定され、支持部材160は、第二シリンダ本体126の内方フランジ134に固定されているので、キャン157は第一シリンダ部121と第二シリンダ部122とに支持されていることになる。これら第一シリンダ部121と第二シリンダ部122とキャン157とで、密閉空間を形成することになる。
The can (tubular member) 157 has a cylindrical shape and is disposed so as to cover the
Both ends of the
駆動手段107には、リニアモータ161を採用している。シャフト109の大径部115の一端側(第一ピストン113側)に第一永久磁石163が、他端側(第二ピストン114側)に第二永久磁石165が取り付けられている。これら第一永久磁石163と第二永久磁石165とでリニアモータ161の被駆動部が構成されている。
第一永久磁石163と第二永久磁石165とは、それぞれ希土類で形成されており、外径がキャン157の内径と略等しいドーナツ形をしている。
第一永久磁石163と第二永久磁石165とは、シャフト109への取り付け状態で、対向する第一永久磁石163の他端側面163aと第二永久磁石165の一端側面165aとが同じ極性(例えば、図7に示すようにS極)を有するように取り付けられている。
A
The first
The first
リニアモータ161の駆動部167には、それぞれキャン157の外側に等間隔あけて、一端側から見て第一コイル169と、第二コイル171と、第三コイル173とが設けられている。
第一コイル169と、第二コイル171と、第三コイル173とは、相互に対向する面が同じ極性を有するように巻線されるか、または制御されている。例えば、図7に示すように、第一コイル169の他端側面169bと第二コイル171の一端側面171aとがN極に、第二コイル171の他端側面171bと第三コイル173の一端側面173aとがS極になるように構成されている。そして、例えば巻線への電流の流れを逆にすると、第一コイル169の他端側面169bと第二コイル171の一端側面171aとがS極に、第二コイル171の他端側面171bと第三コイル173の一端側面173aとがN極になる。
The
The
以上説明した本実施形態にかかる冷媒搬送ポンプ1の動作について説明する。
この冷媒搬送ポンプ1は、例えば暖房時で10MPa、冷房時で4MPa程度の圧力をもって、二次側サイクル7の二次側配管33内を搬送される例えば二酸化炭素からなる冷媒を吸入して0.3〜0.5MPa程度昇圧して吐出するものである。
Operation | movement of the refrigerant |
The
図7は、第二ピストン114が他端側(図7において右側)へ移動して、第二ピストン114により第二圧縮室140に吸入された冷媒が第二吐出孔148を通って、二次側サイクル7の二次側配管33に吐出された状態を示している。
図7の状態からリニアモータ161の駆動部167の電流が切り替わると、第一コイル169の他端側面169bと第二コイル171の一端側面171aとがS極に、第二コイル171の他端側面171bと第三コイル173の一端側面173aとがN極になる。こうなると、第一コイル169の他端側面169bのS極が、第一永久磁石163の一端側面163aのN極を引きつけ、第二コイル171の一端側面171aのS極が第一永久磁石163の他端側面163bのS極と反発して、シャフト109を一端側へ移動させようとする力が作用する。これは、第二永久磁石165においても同様にシャフト109を一端側へ移動させようとする力が作用する。このような力により、シャフト109は一端側へ移動し始める。
In FIG. 7, the
When the current of the
シャフト109と共に第二ピストン114が一端側へ動き始めると、第二弁部材138の弁154が閉じ、第二圧縮室140と第二吐出空間146との連通が断たれる。同時に、第二弁部材138の弁156が開いて、第二圧縮室140と第二吸入空間142とを連通させるので、第二圧縮室140に、吸入孔144、第二吸入空間142および第二吸入孔152を経由して、二次側配管33から冷媒が吸入される。
When the
一方、同時に第一ピストン113が一端側へ移動しているので、第一弁部材137の弁155が閉じ、第一圧縮室139と第一吸入空間141との連通が断たれる。同時に、第一弁部材137の弁153が開いて、第一圧縮室139と第一吐出空間145とを連通させる。これにより、冷媒は、第一圧縮室139から、吐出孔149、第一吐出空間145および第一吐出孔147を経由して二次側サイクル7の二次側配管33に連続的に吐出される。
On the other hand, since the
そして、第一永久磁石163の一端側面163aが、第一コイル169の他端側面169bに到るタイミングで、リニアモータ161の駆動部167の例えば電流の流れる方向を切り替えると、図7に示すような極性関係となる。こうすると、駆動部167と被駆動部との極性の関係で、シャフト109は、他端側へ移動し始め、上述と逆の動作が行われる。
すなわち、第一弁部材137の弁153が閉じ、第一圧縮室139と第一吐出空間145との連通が断たれる。同時に、第一弁部材137の弁155が開いて、第一圧縮室139と第一吸入空間141とを連通させるので、第一圧縮室139に、吸入孔143、第一吸入空間141および第一吸入孔151を経由して、二次側配管33から冷媒が吸入される。
Then, when, for example, the current flowing direction of the
That is, the
一方、同時に第二ピストン114が他端側へ移動しているので、第二弁部材138の弁156が閉じ、第二圧縮室140と第二吸入空間142との連通が断たれる。同時に、第二弁部材138の弁154が開いて、第二圧縮室140と第二吐出空間146とを連通させる。これにより、冷媒は、第二圧縮室140から、吐出孔150、第二吐出空間146および第二吐出孔148を経由して二次側サイクル7の二次側配管33に連続的に吐出される。
On the other hand, since the
このように、第一ピストン113が冷媒を第一圧縮室139から二次側配管33に吐出する場合、第二圧縮室140に二次側配管33から吸入される冷媒が第一ピストン113に対する背圧を構成し、第二ピストン114が冷媒を第一圧縮室140から二次側配管33に吐出する場合、第一圧縮室139に二次側配管33から吸入される冷媒が第二ピストン114に対する背圧を構成する。このようにピストン部材103の両端にかかる荷重は略バランスするので、暖房時のような超臨界状態にある高圧の冷媒を扱う場合でも、差圧分の駆動力でピストン部材103をバランスよく滑らかに移動させることができ、かつ、駆動力の変動がなく、バランスのよい運転ができる。
As described above, when the
また、第一圧縮室139と第二圧縮室140とのいずれか一方が常時冷媒を吸入しているので、冷媒の吸入が断続的なものに比べて、同じ吸入量を維持する場合には、冷媒の吸入速度が低下することになる。このように、冷媒の吸入速度が低下すると、冷媒が吸入される時に、摩擦や流路抵抗等により生じる圧力ロスが低減できるので、冷房運転時のように、相変化し易い冷媒を搬送する場合でも、液体と気体との二層に分離して圧縮できないという事態を防止することができる。
In addition, since either one of the
さらに、リニアモータ161の駆動部167を構成する第一コイル169、第二コイル171、および第三コイル173の極性を変化させることにより、上述の動作が繰り返され、冷媒は第一吐出孔153と第二吐出孔154とから交互にではあるが、常時連続的に二次側サイクル7の二次側配管33に吐出される。
したがって、二次側配管33への吐出量は常時略一定になるので、二次側配管33を搬送される冷媒が周期的に増減を繰り返すことがない。これにより、室内熱交換器31を流れる冷媒は、脈動しないので、室内側における熱交換が安定して行える。
Further, by changing the polarities of the
Therefore, since the discharge amount to the
さらに、暖房運転時に超臨界状態で搬送される冷媒は、潤滑油に比べて密度が小さいため潤滑油を搬送できないが、駆動手段としてリニアモータ161を採用し、第一シリンダ部121と、第二シリンダ部122と、キャン157とにより形成される冷媒の密閉空間内には、回転部分が存在しないので、十分な潤滑ができなくても長期間に亘り安定した稼動が行える。
Furthermore, the refrigerant conveyed in the supercritical state during the heating operation cannot convey the lubricating oil because the density is smaller than that of the lubricating oil. However, the
第一シリンダ部121と、第二シリンダ部122と、キャン157とで密閉空間を形成しているので、例えば暖房時の高圧な冷媒が、第一シリンダ本体125と第一ピストン113との間および第二シリンダ本体126と第二ピストン114との間のシールから漏れても、冷媒はキャン157により外部に漏れることがない。したがって、冷媒を補給することなく長期間稼動できるし、周囲の環境へ悪影響を及ぼすことを防止できる。
Since the
なお、第一ピストン121の側面129と第二ピストン122の側面130とに、図3および図4に示す突起部103を設けて、それぞれ第一シリンダ本体125の内面127あるいは第二シリンダ本体126の内面128との隙間に入る冷媒の動圧を増加させて、相互の接触を防止するようにしてもよい。
また、図11に示すように、シャフト109の一端側をリニアガイド211で、他端側をリニアガイド212で支持するようにしてもよい。このようにすると、シャフト109がリニアガイド211,212で支持されるので、半径方向にずれることがなくなるので、第一ピストン121と第一シリンダ本体125との接触および第二ピストン122と第二シリンダ本体126との接触を防止できる。
3 and FIG. 4 are provided on the
Further, as shown in FIG. 11, one end side of the
また、第一ピストン121の側面129と第二ピストン122の側面130とを図5および図6に示す構造として、シール効果を増強してもよい。
Moreover, the
以下、本実施形態にかかる冷媒搬送ポンプの作用・効果について説明する。
本実施形態にかかる冷媒搬送ポンプ1によれば、駆動手段107により、シャフト109が一方側に駆動されると、一方側の第一圧縮室139から第一吐出孔147を経由して冷媒が吐出され、同時に他方側の第二圧縮室140に冷媒が吸入される。そして、駆動手段107によりシャフト109が反対方向に駆動されると、前述とは逆に、冷媒は他方側の第二圧縮室140から吐出され、同時に一方の第一圧縮室139に吸入される。これを繰り返すことにより、冷媒は冷媒搬送ポンプ1に連続的に吸入され、かつ連続的に吐出されることになる。
このように、冷媒の吸入と吐出とが連続的に行われると、常時吐出時の大きな荷重と吸入時の小さな荷重とがかかることになるので、駆動力の変動を低減できる。また、冷媒は常時所要量が連続的に、すなわち供給量の多い部分と少ない部分との差が少ない(脈動が少ない)状態で二次側サイクル7の二次側配管33に供給されるので、二次側サイクル7での熱交換を安定して行うことができる。
また、例えば、ピストンの面積とストロークとが同じであれば、圧縮室が1個のポンプに比べて2倍の吸入容積となる。そして、冷媒の吸入量が同じであれば、冷媒の吸入速度すなわち単位時間当たりの吸入量は、圧縮室が1個のポンプの半分となる。このように、冷媒の吸入速度が低減されると、冷媒が吸入される際に摩擦や流路抵抗等の要因で生じる圧力ロスを低減できる。したがって、冷媒が吸入される際の圧力ロスを低減できるので、例えば相変化時の潜熱として熱搬送される冷房運転時に、圧縮室での圧力が低下し、液体と気体との二層に分離して圧縮できなくなるという事態を防止することができる。
Hereinafter, the operation and effect of the refrigerant transfer pump according to the present embodiment will be described.
According to the
As described above, when the suction and discharge of the refrigerant are continuously performed, a large load at the time of constant discharge and a small load at the time of suction are applied, so that fluctuations in driving force can be reduced. In addition, the refrigerant is always supplied to the
Further, for example, if the area of the piston and the stroke are the same, the suction volume of the compression chamber is twice that of a single pump. If the suction amount of the refrigerant is the same, the suction speed of the refrigerant, that is, the suction amount per unit time is half that of a pump with one compression chamber. Thus, when the suction speed of the refrigerant is reduced, pressure loss caused by factors such as friction and flow path resistance when the refrigerant is sucked can be reduced. Therefore, since the pressure loss when the refrigerant is sucked can be reduced, for example, in the cooling operation in which heat is transferred as latent heat at the time of phase change, the pressure in the compression chamber decreases and the liquid and gas are separated into two layers. It is possible to prevent a situation in which compression is not possible.
また、本実施形態の冷媒搬送ポンプ1によれば、駆動手段としてリニアモータ161を採用し、キャン157の外側にリニアモータ161の駆動部167を設けているので、第一シリンダ部121、第二シリンダ部122およびキャン157で形成される空間内には回転部分を無くすことができる。このため、冷媒搬送ポンプ1では十分な潤滑が必要とされないので、暖房運転時に超臨界状態で搬送される冷媒のように密度差のため潤滑油を搬送できない状態があっても冷媒搬送ポンプ1の機能に影響しない。したがって、冷媒搬送ポンプは、長期間に亘り安定した稼動を行うことができる。
また、シャフト109を覆うように第一シリンダ部121と第二シリンダ部122とにキャン157を取り付けているので、第一シリンダ部121と、第二シリンダ部122と、キャン157とで密閉空間が形成される。このため、第一シリンダ部121と第一ピストン113との間および第二シリンダ部122と第二ピストン114との間のシールから漏れた冷媒がキャン157により外部に漏れるのを阻止されるので、冷媒を補給することなく長期間稼動できるし、周囲の環境へ悪影響を及ぼすことを防止できる。
Further, according to the
In addition, since the
[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態にかかる冷媒搬送ポンプ1について、図8〜図10を用いて説明する。
本実施形態にかかる冷媒搬送ポンプ1を用いた空気調和機3は、第一実施形態で説明したものと同じであるので、その説明は省略する。
また、本実施形態における冷媒搬送ポンプ1は、駆動手段107の構成およびキャン157に補強部材としてスリーブを設けた点が、前述の第2実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第二実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第2実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
[Third embodiment]
Next, the
Since the
Further, the
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member same as 2nd Embodiment mentioned above.
駆動手段107には、リニアモータ181を採用している。リニアモータ181には、駆動部183と被駆動部185とが設けられている。
被駆動部185には、シャフト109の大径部115の一端側(第一ピストン113側)に取り付けられた第一内永久磁石群187と、他端側(第二ピストン114側)に取り付けられた第二内永久磁石群188と、が設けられている。
第二内永久磁石群188は、図9に示すように大径部115の周囲に等間隔あけて取り付けられた4個の永久磁石190で構成されている。1個の永久磁石190は、半径方向で極性が異なる(一端がN極なら他端がS極)ように、また、隣接する永久磁石190の外側端の極性は相互に異なる(ある1個の外端部がN極なら隣接する2個の外端部はS極)ように取り付けられている。
A linear motor 181 is adopted as the driving means 107. The linear motor 181 is provided with a drive unit 183 and a driven unit 185.
The driven portion 185 is attached to the first inner permanent magnet group 187 attached to one end side (
As shown in FIG. 9, the second inner
第一内永久磁石群187も、第二内永久磁石群188と同様に配置された4個の永久磁石189で構成されている。第一内永久磁石群187の永久磁石189と第二内永久磁石群188の永久磁石190とは、周方向の位相が同じ、すなわち軸方向で重なる位置に取り付けられている。そして、軸方向で重なる位置にある第一内永久磁石群187の永久磁石189と第二内永久磁石群188の永久磁石190とは、外端部の極性が相互に異なるように構成されている。
The first inner permanent magnet group 187 is also composed of four permanent magnets 189 arranged in the same manner as the second inner
リニアモータ181の駆動部183には、駆動源となる汎用モータ191と、汎用モータ191の回転軸192に取り付けられ回転運動を往復運動に変換するクランク193と、クランク193に取り付けられた作用部195とが設けられている。
作用部195には、シャフト109と同一軸心の円筒形状をしたアウターカップリング196と、アウターカップリング196の一端側(第一ピストン113側)に取り付けられた第一外永久磁石群197と、アウターカップリング196の他端側(第二ピストン114側)に取り付けられた第二外永久磁石群198と、が設けられている。
The drive unit 183 of the linear motor 181 includes a general-purpose motor 191 that serves as a drive source, a crank 193 that is attached to the rotary shaft 192 of the general-purpose motor 191 and converts the rotary motion into a reciprocating motion, and an
The
第二外永久磁石群198は、図9に示すようにアウターカップリング196の内周側に等間隔あけて取り付けられた4個の永久磁石200で構成されている。1個の永久磁石200は、半径方向で極性が異なる(一端がN極なら他端がS極)ように、また、隣接する永久磁石200の内側端の極性は相互に異なる(ある1個の内側端がN極なら隣接する2個の外端部はS極)ように取り付けられている。
As shown in FIG. 9, the second outer
第一外永久磁石群197も、第二外永久磁石群198と同様に配置された4個の永久磁石199で構成されている。第一外永久磁石群197の永久磁石199と第二外永久磁石群198の永久磁石200とは、周方向の位相が同じ、すなわち軸方向で重なる位置に取り付けられている。そして、軸方向で重なる位置にある第一外永久磁石群197の永久磁石189と第二外永久磁石群198の永久磁石200とは、内側端の極性が相互に異なるように構成されている。
The first outer permanent magnet group 197 is also composed of four permanent magnets 199 arranged in the same manner as the second outer
アウターカップリング196は、第二内永久磁石群188の各永久磁石190と第一外永久磁石群198の各永久磁石200とが、キャン157を挟んで対向ように配置されている。また、永久磁石190と永久磁石200との対向する端部は、異なる極性(一方がN極なら他方はS極)とされ、お互いに引きつけあっている。このような関係にある永久磁石190と永久磁石200との組をマグネットカップリングと称される。
第一内永久磁石群187の各永久磁石189と第一外永久磁石群197の各永久磁石199とは、同様にキャン157を挟んで異なる極性同士が対向して配置され、お互いに引きつけあっている。
The
Similarly, the permanent magnets 189 of the first inner permanent magnet group 187 and the permanent magnets 199 of the first outer permanent magnet group 197 are arranged so that different polarities face each other across the
このように、シャフト109は、周方向で等間隔に配置された4箇所で、アウターカップリング196により半径方向へ引っ張られているので、相互の引っ張り力が打ち消されて、中心位置を維持できることになる。
本実施例では、磁力の流れ205のバランスをも考慮して4箇所としているが、3箇所以上であれば、シャフト109を中心位置に維持する機能は奏することになる。
As described above, the
In this embodiment, the number of the four positions is set in consideration of the balance of the
キャン157の外周側に、厚肉の円筒形状をしたスリーブ201が設けられている。スリーブ201は、その内周がキャン157に接するように第一フランジ159と第二フランジ160とに取り付けられている。
スリーブ201は、キャン157の強度を補強する機能を有している。このため、キャン157は超臨界状態という高圧を受けるにも拘わらず高い強度を必要としないので、厚さを薄くしている。
スリーブの周面には、周方向に等間隔あけて4箇所に、軸方向に延在する穴部203が打抜かれている。この穴部203に、アウターカップリング196に取り付けられた第一外永久磁石群197と第二外永久磁石群198とが、挿入され、キャン157に近接して配置されている。穴部203の軸方向長さは、アウターカップリング196が軸方向に移動する距離より大きくされている。
A thick
The
On the circumferential surface of the sleeve, holes 203 extending in the axial direction are punched at four locations at equal intervals in the circumferential direction. The first outer permanent magnet group 197 and the second outer
クランク193は、汎用モータ191の回転軸192と、アウターカップリング196とを連結して、回転軸192の回転を変換して、アウターカップリング196を軸方向に往復動させる機能を果たすものである。
The crank 193 performs a function of connecting the rotating shaft 192 of the general-purpose motor 191 and the
以上説明した本実施形態にかかる冷媒搬送ポンプ1の動作について説明する。
この冷媒搬送ポンプ1は、例えば暖房時で10MPa、冷房時で4MPa程度の圧力をもって、二次側サイクル7の二次側配管33内を搬送される例えば二酸化炭素からなる冷媒を吸入して0.3〜0.5MPa程度昇圧して吐出するものである。
Operation | movement of the refrigerant |
The
アウターカップリング196に取り付けられた第一外永久磁石群197と第二外永久磁石群198とは、それぞれ第一内永久磁石群187と第二内永久磁石群188とマグネットカップリングを形成してので、磁力により恰も一体物として機能する。
したがって、アウターカップリング196の軸方向移動に伴って、第一内永久磁石群187と第二内永久磁石群188とが固定されたシャフト109が一体的に移動することになる。
しかも、キャン157の厚さが薄くされているので、第一外永久磁石群197と第二外永久磁石群198とは、それぞれ第一内永久磁石群187と第二内永久磁石群188とにより近接して配置されることになって、両者を引き付ける磁力は増加されている。このため、一体物としての機能を増強でき、あるいは、同じ能力であれば装置を小型化できる。
The first outer permanent magnet group 197 and the second outer
Therefore, as the
Moreover, since the thickness of the
図8は、第二ピストン114が他端側(図8において右側)へ移動して、第二ピストン114により第二圧縮室140に吸入された冷媒が第二吐出孔148を通って、二次側サイクル7の二次側配管33に吐出された状態を示している。
この状態から、冷媒搬送ポンプ1の動作を説明する。汎用モータ191が起動して、回転軸192が回転する。これに伴いクランク193が、回転軸192の回転運動を直線運動に変換してアウターカップリング196を一端側へ移動させる。
In FIG. 8, the
From this state, the operation of the
アウターカップリング196に取り付けられた第一外永久磁石群197と第二外永久磁石群198とは、それぞれ第一内永久磁石群187と第二内永久磁石群188とは、前述のように磁力により一体とされているので、アウターカップリング196の一端側への移動に伴い第一内永久磁石群187と第二内永久磁石群188が固定されたシャフト109が一端側へ移動する。シャフト109が移動すると、シャフト109に固定された第二ピストン114が移動する。
The first outer permanent magnet group 197 and the second outer
第二ピストン114が一端側へ動き始めると、第二弁部材138の弁154が閉じ、第二圧縮室140と第二吐出空間146との連通が断たれる。同時に、第二弁部材138の弁156が開いて、第二圧縮室140と第二吸入空間142とを連通させるので、第二圧縮室140に、吸入孔144、第二吸入空間142および第二吸入孔152を経由して、二次側配管33から冷媒が吸入される。
When the
)
一方、同時に第一ピストン113が一端側へ移動しているので、第一弁部材137の弁155が閉じ、第一圧縮室139と第一吸入空間141との連通が断たれる。同時に、第一弁部材137の弁153が開いて、第一圧縮室139と第一吐出空間145とを連通させる。これにより、冷媒は、第一圧縮室139から、吐出孔149、第一吐出空間145および第一吐出孔147を経由して二次側サイクル7の二次側配管33に連続的に吐出される。
)
On the other hand, since the
回転軸192が半回転すると、アウターカップリング196が最も一端側に近づき、回転軸192がさらに回転すると、アウターカップリング196は、一端側から他端側へ移動し始める。これに伴いシャフト109は、他端側へ移動し始める。
When the rotation shaft 192 rotates halfway, the
シャフト109が他端側へ移動すると、第一弁部材137の弁153が閉じ、第一圧縮室139と第一吐出空間145との連通が断たれる。同時に、第一弁部材137の弁155が開いて、第一圧縮室139と第一吸入空間141とを連通させるので、第一圧縮室139に、吸入孔143、第一吸入空間141および第一吸入孔151を経由して、二次側配管33から冷媒が吸入される。
When the
一方、同時に第二ピストン114が他端側へ移動しているので、第二弁部材138の弁156が閉じ、第二圧縮室140と第二吸入空間142との連通が断たれる。同時に、第二弁部材138の弁154が開いて、第二圧縮室140と第二吐出空間146とを連通させる。これにより、冷媒は、第二圧縮室140から、吐出孔150、第二吐出空間146および第二吐出孔148を経由して二次側サイクル7の二次側配管33に連続的に吐出される。
On the other hand, since the
このように、第一ピストン113が冷媒を第一圧縮室139から二次側配管33に吐出する場合、第二圧縮室140に二次側配管33から吸入される冷媒が第一ピストン113に対する背圧を構成し、第二ピストン114が冷媒を第一圧縮室140から二次側配管33に吐出する場合、第一圧縮室139に二次側配管33から吸入される冷媒が第二ピストン114に対する背圧を構成する。このようにピストン部材103の両端にかかる荷重は略バランスするので、暖房時のような超臨界状態にある高圧の冷媒を扱う場合でも、差圧分の駆動力でピストン部材103をバランスよく滑らかに移動させることができ、かつ、駆動力の変動がなく、バランスのよい運転ができる。
As described above, when the
また、第一圧縮室139と第二圧縮室140とのいずれか一方が常時冷媒を吸入しているので、冷媒の吸入が断続的なものに比べて、同じ吸入量を維持する場合には、冷媒の吸入速度が低下することになる。このように、冷媒の吸入速度が低下すると、冷媒が吸入される時に、摩擦や流路抵抗等により生じる圧力ロスが低減できるので、冷房運転時のように、相変化し易い冷媒を搬送する場合でも、液体と気体との二層に分離して圧縮できないという事態を防止することができる。
In addition, since either one of the
さらに、汎用モータ191により回転軸192を回転させることにより、上述の動作が繰り返され、冷媒は第一吐出孔153と第二吐出孔154とから交互にではあるが、常時連続的に二次側サイクル7の二次側配管33に吐出される。
したがって、二次側配管33への吐出量は常時略一定になるので、二次側配管33を搬送される冷媒が周期的に増減を繰り返すことがない。これにより、室内熱交換器31を流れる冷媒は、脈動しないので、室内側における熱交換が安定して行える。
Further, by rotating the rotating shaft 192 by the general-purpose motor 191, the above-described operation is repeated, and the refrigerant is alternately continuously from the
Therefore, since the discharge amount to the
また、リニアモータ181の駆動部183を構成する部材が、汎用モータ191、クランク193および永久磁石189,190,199,200と汎用部材で安価なものであるので、装置全体としても安価に製造できる。さらに、外部の接近しやすいところにあるので、メンテナンスが容易にできる。また、さらに、永久磁石189,190,199,200を利用しているため、うず電流の発生が少なくなるので、リニアモータ181の周辺の部材について、使用材料の制限を緩和できる。
Further, since the members constituting the driving unit 183 of the linear motor 181 are general-purpose members such as the general-purpose motor 191, the crank 193, and the
さらに、暖房運転時に超臨界状態で搬送される冷媒は、潤滑油に比べて密度が小さいため潤滑油を搬送できないが、駆動手段としてリニアモータ181を採用し、第一シリンダ部121と、第二シリンダ部122と、キャン157とにより形成される冷媒の密閉空間内には、回転部分が存在しないので、十分な潤滑ができなくても長期間に亘り安定した稼動が行える。
Furthermore, the refrigerant conveyed in the supercritical state during the heating operation cannot convey the lubricating oil because the density is smaller than that of the lubricating oil. However, the linear motor 181 is employed as the driving means, and the
第一シリンダ部121と、第二シリンダ部122と、キャン157とで密閉空間を形成しているので、例えば暖房時の高圧な冷媒が、第一シリンダ本体125と第一ピストン113との間および第二シリンダ本体126と第二ピストン114との間のシールから漏れても、冷媒はキャン157により外部に漏れることがない。したがって、冷媒を補給することなく長期間稼動できるし、周囲の環境へ悪影響を及ぼすことがことを防止できる。
Since the
なお、第一ピストン121の側面129と第二ピストン122の側面130とに、図3および図4に示す突起部103を設けて、それぞれ第一シリンダ本体125の内面127あるいは第二シリンダ本体126の内面128との隙間に入る冷媒の動圧を増加させて、相互の接触を防止するようにしてもよい。
また、第一ピストン121の側面129と第二ピストン122の側面130とを図5および図6に示す構造として、シール効果を増強してもよい。
3 and FIG. 4 are provided on the
Moreover, the
以下、本実施形態にかかる冷媒搬送ポンプの作用・効果について説明する。
上述した第二実施形態で得ることのできる作用・効果の他に、以下のような作用・効果を得ることができる。
すなわち、キャン157を外側から覆うように、第一シリンダ部121と第二シリンダ部122とにスリーブ201を取り付けているので、スリーブ201がキャン157の強度を補強する。このため、キャン157は超臨界圧という高圧を受けるにも拘わらず高い強度を必要しないので、厚さを薄くできる。
したがって、スリーブ201に設けられた穴部203に配置されたリニアモータ181の駆動部183を構成する作用部196と、シャフト109に取り付けられたリニアモータ181の被駆動部185との間隔が短縮されるので、作用部196が被駆動部185に与える磁力が強くなる。このため、リニアモータ181の駆動力を増強することができ、小型化できる。
Hereinafter, the operation and effect of the refrigerant transfer pump according to the present embodiment will be described.
In addition to the functions and effects that can be obtained in the second embodiment described above, the following functions and effects can be obtained.
That is, since the
Therefore, the distance between the
また、リニアモータ181の駆動部183は、汎用モータ191と、回転を往復運動に変換するクランク193と、永久磁石189,190,199,200とで主として構成されているので、各構成要素が安価で、全体として安価に製造できるし、メンテナンスも容易に行うことができる。
また、作用部196として永久磁石189,190,199,200を採用しているので、磁界変動に伴う、うず電流の発生が少なくなる。このため、周辺の部材について使用材料の制限が緩和され、設計の自由度を増加できる。
Further, the drive unit 183 of the linear motor 181 is mainly composed of a general-purpose motor 191, a crank 193 that converts rotation into reciprocating motion, and
In addition, since
[第四実施形態]
次に、本発明の第四実施形態について、図12を用いて説明する。
本実施形態にかかる冷媒搬送ポンプ1を用いた空気調和機3は、第一実施形態で説明したものと同じであるので、その説明は省略する。
また、本実施形態における冷媒搬送ポンプ1は、ピストン部材103のシャフト109の構造および駆動手段107の構成が、前述の第2実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第二実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第2実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Since the
Further, the
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member same as 2nd Embodiment mentioned above.
ピストン部材103には、シャフト109と、シャフト109の一端部111に固定された第一ピストン113と、シャフト109の他端部112に固定された第二ピストン114とが備えられている。
シャフト109は、4本の棒状部材221で構成されている。4本の棒状部材221は、第一ピストン113の軸心と同じ軸心を有する円周上に等間隔に配置されている。
棒状部材221は、両端部がそれぞれ第一ピストン113と第二ピストン114とに固定されており、長手方向中央部に大径部223が設けられている。
The
The
Both ends of the rod-shaped
キャン(管状部材)225は、円筒状をし、各棒状部材221を、それと間隔を置いて覆うように配置されている。キャン225は、例えばステンレス、インバー等の非磁性体材料で構成されている。
第一支持部材159にはキャン225取付け用の穴部227が設けられている。第二支持部材160にも、穴部227と対向する位置に穴部228が設けられている。キャン225の両端部は、第一支持部材159の穴部227と第二支持部材160の穴部228とに取り付けられている。支持部材159は、第一シリンダ本体125の内方フランジ133に固定され、支持部材160は、第二シリンダ本体126の内方フランジ134に固定されているので、キャン157は第一シリンダ部121と第二シリンダ部122とに支持されていることになる。これら第一シリンダ部121と第二シリンダ部122とキャン157とで、密閉空間を形成することになる。
The can (tubular member) 225 has a cylindrical shape and is disposed so as to cover each bar-shaped
The
駆動手段107には、リニアモータ231を採用している。各棒状部材221の大径部223の一端側(第一ピストン113側)に第一永久磁石233が、他端側(第二ピストン114側)に第二永久磁石235が取り付けられている。これら第一永久磁石233と第二永久磁石235との組が4組でリニアモータ231の被駆動部が構成されている。
第一永久磁石233と第二永久磁石235とは、それぞれ希土類で形成されており、外径がキャン225の内径と略等しいドーナツ形をしている。
第一永久磁石163と第二永久磁石165とは、棒状部材221への取り付け状態で、対向する第一永久磁石233の他端側面233aと第二永久磁石235の一端側面235aとが同じ極性(例えば、図12に示すようにS極)を有するように構成されている。
A
The first
The first
リニアモータ231の駆動部237には、それぞれ各キャン225の外側に等間隔あけて、一端側から見て第一コイル239と、第二コイル241と、第三コイル243とが設けられている。
第一コイル239と、第二コイル241と、第三コイル243とは、相互に対向する面が同じ極性を有するように巻線されるか、または制御されている。例えば、図12に示すように、第一コイル239の他端側面239bと第二コイル241の一端側面241aとがN極に、第二コイル241の他端側面241bと第三コイル243の一端側面243aとがS極になるように構成されている。そして、例えば巻線への電流の流れを逆にすると、第一コイル239の他端側面239bと第二コイル241の一端側面241aとがS極に、第二コイル241の他端側面241bと第三コイル243の一端側面243aとがN極になる。
The drive unit 237 of the
The
以上説明した本実施形態にかかる冷媒搬送ポンプ1の動作について説明する。
この冷媒搬送ポンプ1は、例えば暖房時で10MPa、冷房時で4MPa程度の圧力をもって、二次側サイクル7の二次側配管33内を搬送される例えば二酸化炭素からなる冷媒を吸入して0.3〜0.5MPa程度昇圧して吐出するものである。
Operation | movement of the refrigerant |
The
図12は、第二ピストン114が他端側(図12において右側)へ移動して、第二ピストン114により第二圧縮室140に吸入された冷媒が第二吐出孔148を通って、二次側サイクル7の二次側配管33に吐出された状態を示している。
図12の状態からリニアモータ231の駆動部237の電流が切り替わると、各第一コイル239の他端側面239bと各第二コイル241の一端側面241aとがS極に、各第二コイル241の他端側面241bと各第三コイル243の一端側面243aとがN極になる。こうなると、各第一コイル239の他端側面239bのS極が、各第一永久磁石233の一端側面233aのN極を引きつけ、各第二コイル241の一端側面241aのS極が各第一永久磁石233の他端側面233bのS極と反発して、それぞれ各棒状部材221を一端側へ移動させようとする力が作用する。これは、各第二永久磁石235においても同様に各棒状部材221を一端側へ移動させようとする力が作用する。このような力により、棒状部材221で構成されたシャフト109は一端側へ移動し始める。
In FIG. 12, the
When the current of the drive unit 237 of the
シャフト109と共に第二ピストン114が一端側へ動き始めると、第二弁部材138の弁154が閉じ、第二圧縮室140と第二吐出空間146との連通が断たれる。同時に、第二弁部材138の弁156が開いて、第二圧縮室140と第二吸入空間142とを連通させるので、第二圧縮室140に、吸入孔144、第二吸入空間142および第二吸入孔152を経由して、二次側配管33から冷媒が吸入される。
When the
)
一方、同時に第一ピストン113が一端側へ移動しているので、第一弁部材137の弁155が閉じ、第一圧縮室139と第一吸入空間141との連通が断たれる。同時に、第一弁部材137の弁153が開いて、第一圧縮室139と第一吐出空間145とを連通させる。これにより、冷媒は、第一圧縮室139から、吐出孔149、第一吐出空間145および第一吐出孔147を経由して二次側サイクル7の二次側配管33に連続的に吐出される。
)
On the other hand, since the
そして、各第一永久磁石233の一端側面233aが、各第一コイル239の他端側面239bに到るタイミングで、リニアモータ231の駆動部237の例えば電流の流れる方向を切り替えると、図12に示すような極性関係となる。こうすると、駆動部237と被駆動部との極性の関係で、シャフト109は、他端側へ移動し始め、上述と逆の動作が行われる。
すなわち、第一弁部材137の弁153が閉じ、第一圧縮室139と第一吐出空間145との連通が断たれる。同時に、第一弁部材137の弁155が開いて、第一圧縮室139と第一吸入空間141とを連通させるので、第一圧縮室139に、吸入孔143、第一吸入空間141および第一吸入孔151を経由して、二次側配管33から冷媒が吸入される。
Then, when, for example, the current flowing direction of the drive unit 237 of the
That is, the
一方、同時に第二ピストン114が他端側へ移動しているので、第二弁部材138の弁156が閉じ、第二圧縮室140と第二吸入空間142との連通が断たれる。同時に、第二弁部材138の弁154が開いて、第二圧縮室140と第二吐出空間146とを連通させる。これにより、冷媒は、第二圧縮室140から、吐出孔150、第二吐出空間146および第二吐出孔148を経由して二次側サイクル7の二次側配管33に連続的に吐出される。
On the other hand, since the
このように、第一ピストン113が冷媒を第一圧縮室139から二次側配管33に吐出する場合、第二圧縮室140に二次側配管33から吸入される冷媒が第一ピストン113に対する背圧を構成し、第二ピストン114が冷媒を第一圧縮室140から二次側配管33に吐出する場合、第一圧縮室139に二次側配管33から吸入される冷媒が第二ピストン114に対する背圧を構成する。このようにピストン部材103の両端にかかる荷重は略バランスするので、暖房時のような超臨界状態にある高圧の冷媒を扱う場合でも、差圧分の駆動力でピストン部材103をバランスよく滑らかに移動させることができ、かつ、駆動力の変動がなく、バランスのよい運転ができる。
As described above, when the
また、第一圧縮室139と第二圧縮室140とのいずれか一方が常時冷媒を吸入しているので、冷媒の吸入が断続的なものに比べて、同じ吸入量を維持する場合には、冷媒の吸入速度が低下することになる。このように、冷媒の吸入速度が低下すると、冷媒が吸入される時に、摩擦や流路抵抗等により生じる圧力ロスが低減できるので、冷房運転時のように、相変化し易い冷媒を搬送する場合でも、液体と気体との二層に分離して圧縮できないという事態を防止することができる。
In addition, since either one of the
さらに、リニアモータ231の駆動部237を構成する各第一コイル239、各第二コイル241、および各第三コイル243の極性を変化させることにより、上述の動作が繰り返され、冷媒は第一吐出孔153と第二吐出孔154とから交互にではあるが、常時連続的に二次側サイクル7の二次側配管33に吐出される。
したがって、二次側配管33への吐出量は常時略一定になるので、二次側配管33を搬送される冷媒が周期的に増減を繰り返すことがない。これにより、室内熱交換器31を流れる冷媒は、脈動しないので、室内側における熱交換が安定して行える。
Further, by changing the polarities of the
Therefore, since the discharge amount to the
さらに、暖房運転時に超臨界状態で搬送される冷媒は、潤滑油に比べて密度が小さいため潤滑油を搬送できないが、駆動手段としてリニアモータ231を採用し、第一シリンダ部121と、第二シリンダ部122と、各キャン225とにより形成される冷媒の密閉空間内には、回転部分が存在しないので、十分な潤滑ができなくても長期間に亘り安定した稼動が行える。
Further, the refrigerant conveyed in the supercritical state during the heating operation cannot convey the lubricating oil because the density is smaller than that of the lubricating oil. However, the
また、シャフトは、4本の棒状部材221で構成されているので、各棒状部材221の断面積は、ピストン部材103の径が同じであれば、小さくなる。棒状部材221の断面積が小さくなると、それを覆うキャン225の径を小さくできるので、キャン225の耐圧強度が向上する。同じ圧力を受けるとすると、シャフト109が一本構造のものと比べてキャン225の厚さを薄くできる。したがって、キャン225の外側に設けられたリニアモータ221の駆動部237をキャン225に接近して配置することができるので、リニアモータ221の駆動力を増加することができる。
Further, since the shaft is composed of four rod-shaped
さらに、棒状部材221は、その軸線が同じ円周上に等間隔あけて4本配置されているので、各棒状部材221は点対称の位置関係になる。したがって、駆動力のバランスがよい。
Furthermore, since four rod-shaped
第一シリンダ部121と、第二シリンダ部122と、キャン225とで密閉空間を形成しているので、例えば暖房時の高圧な冷媒が、第一シリンダ本体125と第一ピストン113との間および第二シリンダ本体126と第二ピストン114との間のシールから漏れても、冷媒はキャン157により外部に漏れることがない。したがって、冷媒を補給することなく長期間稼動できるし、周囲の環境へ悪影響を及ぼすことを防止できる。
Since the
なお、第一ピストン121の側面129と第二ピストン122の側面130とに、図3および図4に示す突起部103を設けて、それぞれ第一シリンダ本体125の内面127あるいは第二シリンダ本体126の内面128との隙間に入る冷媒の動圧を増加させて、相互の接触を防止するようにしてもよい。
3 and FIG. 4 are provided on the
また、第一ピストン121の側面129と第二ピストン122の側面130とを図5および図6に示す構造として、シール効果を増強してもよい。
Moreover, the
以下、本実施形態にかかる冷媒搬送ポンプの作用・効果について説明する。
本実施形態にかかる冷媒搬送ポンプ1は、前述の第二実施形態で説明したものに加えて、シャフト109は、それぞれ第一ピストン113と第二ピストン114との間を連結する4本の棒状部材221で構成されているので、各棒状部材221の断面積は小さくなる。棒状部材221の断面積が小さくなると、棒状部材221を覆うキャン225の断面積を小さくできるので、キャン225の耐圧強度が向上し、キャン225を薄く構成できる。したがって、キャン225の外側に設けられたリニアモータ231の駆動部237をキャン225の内部に設けられた非駆動部に接近して配置することができるので、リニアモータ231の駆動力を増加することができる。
また、総合的な磁気回路の最適配置を行うことが可能となり、駆動効率を向上することが可能となる。
Hereinafter, the operation and effect of the refrigerant transfer pump according to the present embodiment will be described.
In addition to the
In addition, it is possible to optimally arrange a comprehensive magnetic circuit, and to improve driving efficiency.
なお、本実施形態では、棒状部材221は、4本で構成したが、これに限定されるものではなく、複数であればよい。なお、駆動バランスから見て3本以上が望ましく、例えば、4本のように点対称の位置関係になるものがよりのぞましい。
In addition, in this embodiment, although the rod-shaped
1 冷媒搬送ポンプ
45 駆動手段
47 シャフト
49 第一ピストン
50 第二ピストン
63 第一シリンダ部
64 第二シリンダ部
75 第一吐出孔
76 第二吐出孔
81 第一圧縮室
82 第二圧縮室
85 側面
86 側面
92 キャン
93 吸入孔
103 突起部
107 駆動手段
109 シャフト
113 第一ピストン
114 第二ピストン
121 第一シリンダ部
122 第二シリンダ部
139 第一圧縮室
140 第二圧縮室
143 第一吸入孔
144 第二吸入孔
147 第一吐出孔
148 第二吐出孔
157 キャン
161 リニアモータ
167 駆動部
181 リニアモータ
183 駆動部
191 汎用モータ
193 クランク
196 作用部
201 スリーブ
203 穴部
225 キャン
231 リニアモータ
237 駆動部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
両端部にそれぞれピストンを有し、ピストン接続軸線方向に往復動可能に設けられたシャフトと、
前記各ピストンを外側から摺動可能に支持するシリンダ部と、
前記ピストンと前記シリンダ部との間に形成されるとともに、吸入部および吐出部に連通される圧縮室と、
前記シャフトを軸線方向に往復駆動する駆動手段と、が設けられていることを特徴とする冷媒搬送ポンプ。 In the refrigerant transport pump used in the secondary cycle, which is transported as sensible heat in a supercritical state during heating, and is transported as latent heat during phase change during cooling,
A shaft that has pistons at both ends and is provided so as to be able to reciprocate in the direction of the piston connection axis,
A cylinder portion that slidably supports each piston from the outside;
A compression chamber formed between the piston and the cylinder portion and communicated with the suction portion and the discharge portion;
And a drive means for reciprocally driving the shaft in the axial direction.
前記駆動手段としてリニアモータを採用し、
前記管状部材の外側に前記リニアモータの駆動部を設けたことを特徴とする請求項1に記載された冷媒搬送ポンプ。 A tubular member is attached to the cylinder so as to cover the shaft,
Adopting a linear motor as the driving means,
The refrigerant conveyance pump according to claim 1, wherein a drive unit for the linear motor is provided outside the tubular member.
前記管状部材は、前記各棒状部材を覆うように設けられたことを特徴とする請求項2または請求項3に記載された冷媒搬送ポンプ。 The shaft is composed of a plurality of rod-shaped members that connect the pistons at both ends,
The refrigerant transport pump according to claim 2 or 3, wherein the tubular member is provided so as to cover the rod-shaped members.
該スリーブに、その厚さ方向に貫通して形成された穴部を設け、
該穴部に、前記リニアモータの駆動部を構成する作用部を配置したことを特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれかに記載された冷媒搬送ポンプ。 A sleeve is attached to the cylinder part so as to cover the tubular member from the outside,
The sleeve is provided with a hole formed so as to penetrate in the thickness direction,
The refrigerant conveying pump according to any one of claims 2 to 4, wherein an action portion constituting a driving portion of the linear motor is disposed in the hole portion.
汎用モータと、
該汎用モータの回転軸に連結され、回転軸の回転を往復運動に変換するクランクと、
該クランクの先端に取り付けられた永久磁石と、を設けていることを特徴とする請求項2ないし請求項6のいずれかに記載された冷媒搬送ポンプ。 The drive unit of the linear motor is
A general-purpose motor;
A crank connected to the rotary shaft of the general-purpose motor and converting the rotation of the rotary shaft into a reciprocating motion;
A refrigerant transfer pump according to any one of claims 2 to 6, further comprising a permanent magnet attached to a tip of the crank.
8. The projection according to claim 1, wherein a protrusion is provided at an intermediate position in a sliding direction on a side surface of the piston so that a gap with the cylinder portion is narrower than positions at both ends in the sliding direction. The refrigerant transport pump described in the above.
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-
2004
- 2004-02-27 JP JP2004053532A patent/JP2005240724A/en not_active Withdrawn
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