JP2006046223A - Scroll type expander - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、作動流体の膨張により動力を発生させるスクロール型膨張機に関するものである。 The present invention relates to a scroll type expander that generates power by expanding a working fluid.
従来より、特許文献１に開示されているように、スクロール型膨張機が知られている。このスクロール型膨張機において、固定スクロールと可動スクロールにより形成された流体室へ作動流体を導入すると、その作動流体の膨張によって動力が発生する。 Conventionally, as disclosed in Patent Document 1, a scroll type expander is known. In this scroll expander, when a working fluid is introduced into a fluid chamber formed by a fixed scroll and a movable scroll, power is generated by the expansion of the working fluid.
ここで、スクロール型膨張機は、容積型の流体機械であって、その膨張比は固定スクロールや可動スクロールの幾何学形状によって決まっている。このため、スクロール型膨張機の運転条件によっては、膨張後における作動流体の圧力がスクロール型膨張機の流出側圧力よりも低くなる状態（いわゆる過膨張の状態）に陥る場合がある。過膨張の状態に陥ると、作動流体を膨張させるために動力が消費されるため、最終的にスクロール型膨張機から出力される動力が大幅に減少してしまう。 Here, the scroll expander is a positive displacement fluid machine, and its expansion ratio is determined by the geometric shape of the fixed scroll or the movable scroll. For this reason, depending on the operating conditions of the scroll type expander, the pressure of the working fluid after expansion may fall into a state (so-called overexpanded state) in which the pressure is lower than the outflow side pressure of the scroll type expander. When the state of overexpansion is reached, power is consumed to expand the working fluid, so that the power finally output from the scroll type expander is greatly reduced.
そこで、上記公報のスクロール型膨張機には、バイパスポートとバルブ機構とが設けられている。バルブ機構は、高圧作動流体の圧力が所定値以下になると開くように構成されている。このバルブ機構が開くと、バイパスポートを通じて圧作動流体が膨張過程の流体室へ導入される。高圧作動流体の圧力が所定値以下となると、それに伴ってスクロール型膨張機の流出側の圧力も低下し、過膨張の状態に陥るおそれがある。そこで、このスクロール型膨張機では、高圧作動流体の圧力が所定値以下になるとバイパスポートから膨張過程の流体室へ作動流体を導入し、それによって過膨張の状態に陥るのを回避している。
上述したスクロール型膨張機のように、膨張過程の流体室へ作動流体を導入すれば、過膨張に起因する動力ロスは低減される。ところが、膨張過程か終了するまで流体室へ作動流体を導入し続けると、膨張過程の終盤では流体室の内圧が低くなってしまっており、その時点で流体室へ導入された作動流体から回収できる動力が少なくなってしまう。従って、膨張過程か終了するまで流体室へ作動流体を導入し続けると、スクロール型膨張機における作動流体からの動力回収が不充分となるおそれがある。 If the working fluid is introduced into the fluid chamber in the expansion process as in the scroll expander described above, power loss due to overexpansion is reduced. However, if the working fluid is continuously introduced into the fluid chamber until the end of the expansion process, the internal pressure of the fluid chamber becomes low at the end of the expansion process, and can be recovered from the working fluid introduced into the fluid chamber at that time. Power will be reduced. Therefore, if the working fluid is continuously introduced into the fluid chamber until the expansion process is completed, there is a possibility that power recovery from the working fluid in the scroll expander becomes insufficient.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、膨張過程の流体室へ作動流体を導入可能に構成されたスクロール型膨張機において、作動流体から回収できる動力を増大させることにある。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide power that can be recovered from the working fluid in a scroll type expander configured to be able to introduce the working fluid into the fluid chamber in the expansion process. It is to increase.
第１の発明は、固定スクロール（60）の固定側ラップ（62）と可動スクロール（65）の可動側ラップ（67）とが互いに噛み合って流体室（37）を形成する膨張機構（35）を備え、膨張機構（35）へ供給された作動流体が流体室（37）内で膨張するスクロール型膨張機を対象としている。そして、上記膨張機構（35）には、膨張過程の流体室（37）へ作動流体を導入するためのインジェクションポート（71,…,76,…）とが設けられており、上記インジェクションポート（71,…,76,…）の位置は、該インジェクションポート（71,…,76,…）から流体室（37）への作動流体の導入が膨張過程の終了前に停止するように設定されるものである。 The first invention includes an expansion mechanism (35) in which a fixed side wrap (62) of a fixed scroll (60) and a movable side wrap (67) of a movable scroll (65) mesh with each other to form a fluid chamber (37). And a scroll type expander in which the working fluid supplied to the expansion mechanism (35) expands in the fluid chamber (37). The expansion mechanism (35) is provided with injection ports (71,..., 76,...) For introducing the working fluid into the fluid chamber (37) in the expansion process, and the injection ports (71 , ..., 76, ...) is set so that the introduction of the working fluid from the injection port (71, ..., 76, ...) to the fluid chamber (37) stops before the end of the expansion process It is.
第２の発明は、上記第１の発明において、膨張過程の開始時点における流体室（37）の容積をＶ1とし、インジェクションポート（71,…,76,…）からの作動流体の導入終了時点における流体室（37）の容積をＶ2とし、単位時間当たりに流入過程の流体室（37）へ流入する作動流体の質量をＡとし、単位時間当たりにインジェクションポート（71,…,76,…）を通って膨張過程の流体室（37）へ流入する作動流体の質量をＢとした場合に、Ｖ2のＶ1に対する比Ｖ2／Ｖ1が、Ａ＋ＢのＡに対する比(Ａ＋Ｂ)／Ａの最大値に対応して設定されるものである。 In a second aspect based on the first invention, the fluid chamber at the beginning of the expansion process the volume (37) and V 1, the injection port (71, ..., 76, ...) introduced end of the working fluid from the the fluid chamber (37) of the volume and V 2, the mass of the working fluid entering the fluid chamber of the inlet process per unit time to the (37) is a, the injection port (71 per unit time in, ..., 76, ... ) the mass of the working fluid entering the case of the B into the fluid chamber of the expansion process through (37), the ratio V 2 / V 1 with respect to V 1 of the V 2 is the ratio of a to a + B (a + B) / a Is set corresponding to the maximum value of.
第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、膨張機構（35）には、固定側ラップ（62）の内側面に沿って形成された第１の流体室（70）だけに開口する第１のインジェクションポート（71）と、固定側ラップ（62）の外側面に沿って形成された第２の流体室（75）だけに開口する第２のインジェクションポート（76）とが１つずつ設けられるものである。 According to a third invention, in the first or second invention described above, the expansion mechanism (35) is opened only in the first fluid chamber (70) formed along the inner surface of the stationary wrap (62). And a second injection port (76) that opens only to the second fluid chamber (75) formed along the outer surface of the stationary wrap (62). It is provided one by one.
第４の発明は、上記第１又は第２の発明において、膨張機構（35）には、固定側ラップ（62）の内側面に沿って形成された第１の流体室（70）だけに開口する第１のインジェクションポート（72,73）と、固定側ラップ（62）の外側面に沿って形成された第２の流体室（75）だけに開口する第２のインジェクションポート（77,78）とが複数ずつ設けられるものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the expansion mechanism (35) has an opening only in the first fluid chamber (70) formed along the inner surface of the fixed side wrap (62). The first injection port (72, 73) that opens and the second injection port (77, 78) that opens only to the second fluid chamber (75) formed along the outer surface of the stationary wrap (62) Are provided in plural.
第５の発明は、上記第４の発明において、１つの第１の流体室（70）に対して複数の第１のインジェクションポート（72,73）が開口可能となっており、１つの第２の流体室（75）に対して複数の第２のインジェクションポート（77,78）が開口可能となっているものである。 According to a fifth aspect, in the fourth aspect, a plurality of first injection ports (72, 73) can be opened with respect to one first fluid chamber (70), and one second A plurality of second injection ports (77, 78) can be opened to the fluid chamber (75).
第６の発明は、上記第４の発明において、複数の第１のインジェクションポート（72,73）は、それぞれが常に別々の第１の流体室（70）に開口しており、複数の第２のインジェクションポート（77,78）は、それぞれが常に別々の第２の流体室（75）に開口しているものである。 In a sixth aspect based on the fourth aspect, each of the plurality of first injection ports (72, 73) always opens into a separate first fluid chamber (70), and the plurality of second injection ports (72, 73). Each of the injection ports (77, 78) always opens into a separate second fluid chamber (75).
第７の発明は、上記第１〜第６の何れか１つの発明において、インジェクションポート（71,…,76,…）が固定スクロール（60）に形成されるものである。 In a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the injection port (71, ..., 76, ...) is formed on the fixed scroll (60).
第８の発明は、上記第１〜第７の何れか１つの発明において、膨張機構（35）へ供給される作動流体が臨界圧力以上の二酸化炭素であるものである。 According to an eighth invention, in any one of the first to seventh inventions, the working fluid supplied to the expansion mechanism (35) is carbon dioxide having a critical pressure or higher.
−作用−
上記第１の発明では、膨張機構（35）に固定スクロール（60）と可動スクロール（65）とが設けられ、固定側ラップ（62）と可動側ラップ（67）が噛み合って流体室（37）が形成される。膨張機構（35）では、流入過程の流体室（37）へ作動流体が流入し、その作動流体が膨張過程の流体室（37）内で膨張する。また、膨張機構（35）では、インジェクションポート（71,…,76,…）を通じて膨張過程の流体室（37）へ作動流体を導入することが可能となっている。膨張過程の流体室（37）に対するインジェクションポート（71,…,76,…）からの作動流体の導入は、膨張過程の終了前に停止される。インジェクションポート（71,…,76,…）から流体室（37）へ流入した作動流体は、流入過程の流体室（37）へ流入した作動流体と共に膨張する。
-Action-
In the first aspect of the invention, the expansion mechanism (35) is provided with the fixed scroll (60) and the movable scroll (65), and the fixed side wrap (62) and the movable side wrap (67) are engaged with each other to form the fluid chamber (37). Is formed. In the expansion mechanism (35), the working fluid flows into the fluid chamber (37) in the inflow process, and the working fluid expands in the fluid chamber (37) in the expansion process. In the expansion mechanism (35), the working fluid can be introduced into the fluid chamber (37) in the expansion process through the injection ports (71,..., 76,...). The introduction of the working fluid from the injection ports (71, ..., 76, ...) to the fluid chamber (37) in the expansion process is stopped before the end of the expansion process. The working fluid flowing into the fluid chamber (37) from the injection ports (71,..., 76,...) Expands together with the working fluid flowing into the fluid chamber (37) in the inflow process.
上記第２の発明では、インジェクションポート（71,…,76,…）が所定の位置に配置され、流体室（37）の容積が膨張過程の開始時点における流体室（37）の容積Ｖ1にＶ2／Ｖ1を乗じて得られる値Ｖ2に達した時点で、インジェクションポート（71,…,76,…）から流体室（37）への作動流体の導入が停止される。流入過程の流体室（37）へ流入可能な作動流体の質量流量Ａに対する膨張機を通過すべき作動流体の質量流量Ａ＋Ｂの比(Ａ＋Ｂ)／Ａは、スクロール型膨張機（30）の運転条件によって変動する。この発明の膨張機構（35）において、Ｖ2／Ｖ1の値は、スクロール型膨張機（30）の運転条件に基づいて想定される比(Ａ＋Ｂ)／Ａの値のうち最大のものに対応して設定される。つまり、この発明では、Ｖ2／Ｖ1の値が(Ａ＋Ｂ)／Ａの最大値に対応するように、インジェクションポート（71,…,76,…）の位置が設定されている。 In the second invention, the injection ports (71,..., 76,...) Are arranged at predetermined positions, and the volume of the fluid chamber (37) is equal to the volume V 1 of the fluid chamber (37) at the start of the expansion process. upon reaching a value V 2 which is obtained by multiplying the V 2 / V 1, the injection port (71, ..., 76, ...) the introduction of the working fluid in the fluid chamber (37) is stopped from. The ratio (A + B) / A of the mass flow rate A + B of the working fluid that should pass through the expander to the mass flow rate A of the working fluid that can flow into the fluid chamber (37) in the inflow process is the operating condition of the scroll type expander (30) Fluctuates depending on. In the expansion mechanism (35) of the present invention, the value of V 2 / V 1 corresponds to the maximum value of the ratio (A + B) / A assumed based on the operating conditions of the scroll expander (30). Is set. That is, in the present invention, the positions of the injection ports (71,..., 76,...) Are set so that the value of V 2 / V 1 corresponds to the maximum value of (A + B) / A.
上記第３の発明では、膨張機構（35）に第１のインジェクションポート（71）と第２のインジェクションポート（76）とが１つずつ設けられる。膨張過程の流体室（37）のうち、固定側ラップ（62）の内側面に沿った第１の流体室（70）へは第１のインジェクションポート（71）から、固定側ラップ（62）の外側面に沿った第２の流体室（75）へは第２のインジェクションポート（76）から、それぞれ作動流体を導入可能となっている。 In the third aspect, the expansion mechanism (35) is provided with one first injection port (71) and one second injection port (76). Of the fluid chamber (37) in the expansion process, the first fluid chamber (70) along the inner surface of the stationary wrap (62) is connected to the stationary wrap (62) from the first injection port (71). The working fluid can be introduced into the second fluid chamber (75) along the outer surface from the second injection port (76).
上記第４〜第６の各発明では、膨張機構（35）に第１のインジェクションポート（72,73）と第２のインジェクションポート（77,78）とが複数ずつ設けられる。膨張過程の流体室（37）のうち、固定側ラップ（62）の内側面に沿った第１の流体室（70）へは第１のインジェクションポート（72,73）から、固定側ラップ（62）の外側面に沿った第２の流体室（75）へは第２のインジェクションポート（77,78）から、それぞれ作動流体を導入可能となっている。 In each of the fourth to sixth inventions, the expansion mechanism (35) is provided with a plurality of first injection ports (72, 73) and a plurality of second injection ports (77, 78). Of the fluid chamber (37) in the expansion process, the first fluid chamber (70) along the inner surface of the stationary wrap (62) is connected from the first injection port (72, 73) to the stationary wrap (62). The working fluid can be introduced from the second injection port (77, 78) into the second fluid chamber (75) along the outer side surface of ().
上記第５の発明において、膨張機構（35）では、１つの第１の流体室（70）に対して複数の第１のインジェクションポート（72,73）が開口可能となっている。また、膨張機構（35）では、１つの第２の流体室（75）に対して複数の第２のインジェクションポート（77,78）が開口可能となっている。そして、１つの流体室（70,75）に対して開口可能な複数のインジェクションポート（72,73,77,78）のうちの１つでもその流体室（70,75）に開口している間は、その膨張過程の流体室（70,75）へ作動流体が流入し続ける。 In the fifth aspect of the invention, the expansion mechanism (35) can open a plurality of first injection ports (72, 73) to one first fluid chamber (70). In the expansion mechanism (35), a plurality of second injection ports (77, 78) can be opened with respect to one second fluid chamber (75). While one of the plurality of injection ports (72, 73, 77, 78) that can be opened to one fluid chamber (70, 75) is open to the fluid chamber (70, 75). The working fluid continues to flow into the fluid chamber (70, 75) in the expansion process.
上記第６の発明では、膨張機構（35）では、１つの第１の流体室（70）に対して何れか１つの第１のインジェクションポート（72,73）だけが開口可能となっている。つまり、１つの第１の流体室（70）に対して、複数の第１のインジェクションポート（72,73）が同時に連通することはない。また、膨張機構（35）では、１つの第２の流体室（75）に対して何れか１つの第２のインジェクションポート（77,78）だけが開口可能となっている。つまり、１つの第２の流体室（75）に対して、複数の第２のインジェクションポート（77,78）が同時に連通することはない。 In the sixth invention, only one of the first injection ports (72, 73) can be opened with respect to one first fluid chamber (70) in the expansion mechanism (35). That is, the plurality of first injection ports (72, 73) do not communicate with one first fluid chamber (70) at the same time. Further, in the expansion mechanism (35), only one second injection port (77, 78) can be opened with respect to one second fluid chamber (75). That is, the plurality of second injection ports (77, 78) do not communicate with one second fluid chamber (75) at the same time.
上記第７の発明では、膨張機構（35）に設けられた固定スクロール（60）にインジェクションポート（71,…,76,…）が形成される。 In the seventh aspect of the invention, the injection ports (71,..., 76,...) Are formed in the fixed scroll (60) provided in the expansion mechanism (35).
上記第８の発明では、スクロール型膨張機（30）に対し、臨界圧力以上の二酸化炭素が作動流体として供給される。 In the eighth aspect of the invention, carbon dioxide having a critical pressure or higher is supplied as a working fluid to the scroll expander (30).
本発明では、スクロール型膨張機（30）において、インジェクションポート（71,…,76,…）を通じて膨張過程の流体室（37）へ作動流体を導入することが可能となっている。このスクロール型膨張機（30）では、インジェクションポート（71,…,76,…）からの流体室（37）に対する作動流体の導入が、膨張過程の終了前に停止される。ここで、膨張過程の終盤で流体室（37）へ流入した作動流体からに比べると、膨張過程の初期で流体室（37）へ流入した作動流体からの方が多くの動力を回収できる。このため、本発明によれば、膨張過程の終了時までインジェクションポート（71,…,76,…）から流体室（37）へ作動流体を流入させ続ける場合に比べ、スクロール型膨張機（30）で作動流体から回収される動力を増大させることができる。 In the present invention, in the scroll type expander (30), it is possible to introduce the working fluid into the fluid chamber (37) in the expansion process through the injection ports (71, ..., 76, ...). In the scroll expander (30), the introduction of the working fluid from the injection port (71, ..., 76, ...) to the fluid chamber (37) is stopped before the end of the expansion process. Here, compared with the working fluid which flowed into the fluid chamber (37) at the end of the expansion process, more power can be recovered from the working fluid which flowed into the fluid chamber (37) at the initial stage of the expansion process. For this reason, according to the present invention, the scroll type expander (30) is compared with the case where the working fluid is kept flowing from the injection port (71, ..., 76, ...) to the fluid chamber (37) until the end of the expansion process. The power recovered from the working fluid can be increased.
特に、上記第２の発明では、Ｖ2／Ｖ1の値が(Ａ＋Ｂ)／Ａの最大値に対応するようにインジェクションポート（71,…,76,…）が設定されている。このため、インジェクションポート（71,…,76,…）から流体室（37）へ導入すべき作動流体の量を確保した上で、流体室（37）に対するインジェクションポート（71,…,76,…）からの作動流体の導入を出来るだけ早く終了させることが可能となり、スクロール型膨張機（30）で得られる動力の更なる増大を図ることができる。 In particular, in the second invention, the injection ports (71,..., 76,...) Are set so that the value of V 2 / V 1 corresponds to the maximum value of (A + B) / A. Therefore, after securing the amount of working fluid to be introduced from the injection port (71, ..., 76, ...) to the fluid chamber (37), the injection port (71, ..., 76, ...) to the fluid chamber (37) ) Can be terminated as soon as possible, and the power obtained by the scroll expander (30) can be further increased.
上記第４の発明では、膨張機構（35）に第１のインジェクションポート（72,73）と第２のインジェクションポート（77,78）とを複数ずつ設けている。このため、インジェクションポート（72,73,77,78）を通って流体室（37）へ至るまでの作動流体の圧力損失を低減でき、インジェクションを通じて流体室（37）へ導入される作動流体の量を充分に確保できる。 In the fourth aspect of the invention, the expansion mechanism (35) is provided with a plurality of first injection ports (72, 73) and a plurality of second injection ports (77, 78). For this reason, the pressure loss of the working fluid from the injection port (72, 73, 77, 78) to the fluid chamber (37) can be reduced, and the amount of the working fluid introduced into the fluid chamber (37) through the injection Can be secured sufficiently.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
《発明の実施形態１》
本発明の実施形態１について説明する。本実施形態は、冷媒回路（50）を備えて冷凍サイクルを行う空調機である。
Embodiment 1 of the Invention
A first embodiment of the present invention will be described. The present embodiment is an air conditioner that includes a refrigerant circuit (50) and performs a refrigeration cycle.
〈冷媒回路〉
図１に示すように、冷媒回路（50）には、圧縮・膨張ユニット（40）と、放熱器（51）と、蒸発器（52）と、インジェクション回路（53）とが設けられている。圧縮・膨張ユニット（40）には、圧縮機部（20）と電動機（10）と膨張機部（30）とが設けられている。膨張機部（30）は、本発明に係るスクロール型膨張機により構成されている。圧縮・膨張ユニット（40）の詳細については後述する。
<Refrigerant circuit>
As shown in FIG. 1, the refrigerant circuit (50) is provided with a compression / expansion unit (40), a radiator (51), an evaporator (52), and an injection circuit (53). The compression / expansion unit (40) includes a compressor section (20), an electric motor (10), and an expander section (30). The expander section (30) is configured by a scroll expander according to the present invention. Details of the compression / expansion unit (40) will be described later.
上記冷媒回路（50）では、圧縮機部（20）の吐出側が放熱器（51）の一端に、放熱器（51）の他端が膨張機部（30）の流入側に、膨張機部（30）の流出側が蒸発器（52）の一端に、蒸発器（52）の他端が圧縮機部（20）の吸入側にそれぞれ接続されている。また、冷媒回路（50）には、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ2）が充填されている。この冷媒回路（50）では、冷凍サイクルの高圧を二酸化炭素の臨界圧力よりも高く設定した超臨界サイクルが行われる。 In the refrigerant circuit (50), the discharge side of the compressor part (20) is at one end of the radiator (51), the other end of the radiator (51) is at the inflow side of the expander part (30), and the expander part ( 30) is connected to one end of the evaporator (52), and the other end of the evaporator (52) is connected to the suction side of the compressor section (20). The refrigerant circuit (50) is filled with carbon dioxide (CO 2 ) as a refrigerant. In this refrigerant circuit (50), a supercritical cycle is performed in which the high pressure of the refrigeration cycle is set higher than the critical pressure of carbon dioxide.
上記インジェクション回路（53）の始端は、放熱器（51）と膨張機部（30）の間に接続されている。また、インジェクション回路（53）の終端は、後述する膨張機部（30）のインジェクションポート（71,76）に接続されている。このインジェクション回路（53）には、開度可変の流量調節弁（54）が設けられている。この流量調節弁（54）は、パルスモータによって弁体を駆動する電動弁によって構成されている。 The starting end of the injection circuit (53) is connected between the radiator (51) and the expander section (30). Further, the end of the injection circuit (53) is connected to an injection port (71, 76) of the expander section (30) described later. The injection circuit (53) is provided with a variable flow rate control valve (54). This flow control valve (54) is constituted by an electric valve that drives a valve element by a pulse motor.
〈圧縮・膨張ユニット〉
図２に示すように、上記圧縮・膨張ユニット（40）では、縦長で円筒形の密閉容器であるケーシング（41）を備えている。電動機（10）と圧縮機部（20）と膨張機部（30）とは、このケーシング（41）の内部に収納されている。圧縮・膨張ユニット（40）では、電動機（10）がケーシング（41）の中央部に配置され、電動機（10）の下方に圧縮機部（20）が、電動機（10）の上方に膨張機部（30）が配置されている。
<Compression / expansion unit>
As shown in FIG. 2, the compression / expansion unit (40) includes a casing (41) which is a vertically long and cylindrical sealed container. The electric motor (10), the compressor part (20), and the expander part (30) are accommodated in the casing (41). In the compression / expansion unit (40), the electric motor (10) is arranged at the center of the casing (41), the compressor part (20) is located below the electric motor (10), and the expander part is located above the electric motor (10). (30) is arranged.
電動機（10）は、ケーシング（41）に固定されたステータ（11）と、該ステータ（11）に対して回転可能なロータ（12）とから構成され、ロータ（12）にシャフト（15）が連結されている。そして、シャフト（15）の下端部が圧縮機部（20）に連結され、シャフト（15）の上端部が膨張機部（30）に連結されている。 The electric motor (10) includes a stator (11) fixed to a casing (41) and a rotor (12) rotatable with respect to the stator (11), and a shaft (15) is provided on the rotor (12). It is connected. And the lower end part of the shaft (15) is connected with the compressor part (20), and the upper end part of the shaft (15) is connected with the expander part (30).
圧縮機部（20）は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ式流体機械によって構成されている。この圧縮機部（20）は、第１圧縮機構（20A）及び第２圧縮機構（20B）から構成されている。圧縮機部（20）では、第１圧縮機構（20A）と第２圧縮機構（20B）とが上下２段に配置されている。圧縮機部（20）は、フロントヘッドを構成する下部フレーム（21）、第１シリンダ（22）、中間プレート（23）、第２シリンダ（24）、リアヘッド（25）が上方から下方へ順に積層され、下部フレーム（21）がケーシング（41）に固定されている。 The compressor section (20) is constituted by a so-called oscillating piston type rotary fluid machine. This compressor part (20) is comprised from the 1st compression mechanism (20A) and the 2nd compression mechanism (20B). In the compressor section (20), the first compression mechanism (20A) and the second compression mechanism (20B) are arranged in two upper and lower stages. The compressor section (20) has a lower frame (21), a first cylinder (22), an intermediate plate (23), a second cylinder (24), and a rear head (25) constituting the front head stacked in order from the top to the bottom. The lower frame (21) is fixed to the casing (41).
シャフト（15）は下部フレーム（21）とリアヘッド（25）に回転自在に保持されている。また、シャフト（15）には、第１シリンダ（22）に対応する位置に第１大径偏心部（16）が形成され、第２シリンダ（24）に対応する位置に第２大径偏心部（17）が形成されている。第１大径偏心部（16）と第２大径偏心部（17）は、偏心方向が互いに１８０°の位相差となるように形成されていて、シャフト（15）の回転時のバランスがとられるようになっている。 The shaft (15) is rotatably held by the lower frame (21) and the rear head (25). The shaft (15) has a first large-diameter eccentric portion (16) formed at a position corresponding to the first cylinder (22), and a second large-diameter eccentric portion at a position corresponding to the second cylinder (24). (17) is formed. The first large-diameter eccentric portion (16) and the second large-diameter eccentric portion (17) are formed so that the eccentric directions have a phase difference of 180 °, and the balance when the shaft (15) rotates is balanced. It is supposed to be.
第１大径偏心部（16）には第１ピストン（26）が、第２大径偏心部（17）には第２ピストン（27）がそれぞれ装着されている。これらピストン（26,27）は、それぞれ円筒状に形成されている。また、図示しないが、ピストン（26,27）の外周面には、その半径方向へ延びる平板状のブレードが突設されている。各ピストン（26,27）のブレードは、対応するシリンダ（22,24）に揺動ブッシュを介して進退自在かつ回動自在に支持されている。 A first piston (26) is mounted on the first large-diameter eccentric portion (16), and a second piston (27) is mounted on the second large-diameter eccentric portion (17). These pistons (26, 27) are each formed in a cylindrical shape. Although not shown, a flat blade extending in the radial direction projects from the outer peripheral surface of the piston (26, 27). The blades of the pistons (26, 27) are supported on the corresponding cylinders (22, 24) via swinging bushes so as to be able to advance and retract.
第１ピストン（26）は、その外周面が第１シリンダ（22）の内周面に実質的に摺接する。第１圧縮機構（20A）では、第１シリンダ（22）の内周面と第１ピストン（26）の外周面の間に圧縮室（28A）が形成される。一方、第２ピストン（27）は、その外周面が第２シリンダ（24）の内周面に実質的に摺接する。第２圧縮機構（20B）では、第２シリンダ（24）の内周面と第２ピストン（27）の外周面の間に圧縮室（28B）が形成される。 An outer peripheral surface of the first piston (26) substantially comes into sliding contact with an inner peripheral surface of the first cylinder (22). In the first compression mechanism (20A), a compression chamber (28A) is formed between the inner peripheral surface of the first cylinder (22) and the outer peripheral surface of the first piston (26). On the other hand, the outer peripheral surface of the second piston (27) substantially comes into sliding contact with the inner peripheral surface of the second cylinder (24). In the second compression mechanism (20B), a compression chamber (28B) is formed between the inner peripheral surface of the second cylinder (24) and the outer peripheral surface of the second piston (27).
第１シリンダ（22）及び第２シリンダ（24）にはそれぞれ吸入ポート（44A,44B）が形成されている。各吸入ポート（44A,44B）は、それぞれ対応する圧縮室（28A,28B）の吸入側に連通している。また、各吸入ポート（44A,44B）は、何れも蒸発器（52）に配管接続されている（図１参照）。 Suction ports (44A, 44B) are formed in the first cylinder (22) and the second cylinder (24), respectively. Each suction port (44A, 44B) communicates with the suction side of the corresponding compression chamber (28A, 28B). Each of the suction ports (44A, 44B) is connected to the evaporator (52) by piping (see FIG. 1).
第１シリンダ（22）及び第２シリンダ（24）には、図示しないが、吐出口が形成されている。各シリンダ（22,24）において、吐出口は、圧縮室（28A,28B）に連通している。また、吐出口には、リード弁等が吐出弁として設けられている。一方、ケーシング（41）における電動機（10）の上方位置には、吐出管（45）が固定されている。この吐出管（45）は、放熱器（51）に配管接続されている（図１参照）。第１，第２圧縮機構（20A,20B）からケーシング（41）内へ吐出された高圧冷媒は、吐出管（45）を通ってケーシング（41）内から送出される。 Although not shown, discharge ports are formed in the first cylinder (22) and the second cylinder (24). In each cylinder (22, 24), the discharge port communicates with the compression chamber (28A, 28B). The discharge port is provided with a reed valve or the like as a discharge valve. On the other hand, a discharge pipe (45) is fixed at a position above the electric motor (10) in the casing (41). The discharge pipe (45) is connected to the radiator (51) by piping (see FIG. 1). The high-pressure refrigerant discharged from the first and second compression mechanisms (20A, 20B) into the casing (41) is sent out from the casing (41) through the discharge pipe (45).
上述したように、膨張機部（30）は、スクロール型膨張機により構成されている。図３にも示すように、膨張機部（30）は、ケーシング（41）に固定された上部フレーム（31）と、上部フレーム（31）に固定された固定スクロール（60）と、上部フレーム（31）にオルダムリング（33）を介して保持された可動スクロール（65）とを備えている。このうち、固定スクロール（60）と可動スクロール（65）とは、膨張機構（35）を構成している。 As described above, the expander unit (30) is configured by a scroll expander. As shown in FIG. 3, the expander unit (30) includes an upper frame (31) fixed to the casing (41), a fixed scroll (60) fixed to the upper frame (31), and an upper frame ( 31) and a movable scroll (65) held via an Oldham ring (33). Among these, the fixed scroll (60) and the movable scroll (65) constitute an expansion mechanism (35).
固定スクロール（60）は、平板状の固定側鏡板部（61）と、該固定側鏡板部（61）の前面（同図における下面）に立設された渦巻壁状の固定側ラップ（62）とを備えている。一方、可動スクロール（65）は、平板状の可動側鏡板部（66）と、該可動側鏡板部（66）の前面（同図における上面）に立設された渦巻壁状の可動側ラップ（67）とを備えている。膨張機部（30）では、固定スクロール（60）の固定側ラップ（62）と可動スクロール（65）の可動側ラップ（67）が互いに噛み合うことで複数の流体室（37）が形成されている。 The fixed scroll (60) includes a flat fixed side end plate portion (61) and a spiral wall-like fixed side wrap (62) erected on the front surface (the lower surface in the figure) of the fixed side end plate portion (61). And. On the other hand, the movable scroll (65) includes a flat movable side end plate portion (66) and a spiral side wall-like movable side wrap (upper surface in the figure) (upper surface in the figure). 67). In the expander section (30), the fixed side wrap (62) of the fixed scroll (60) and the movable side wrap (67) of the movable scroll (65) mesh with each other to form a plurality of fluid chambers (37). .
シャフト（15）では、その上端にスクロール連結部（18）が形成されている。このスクロール連結部（18）には、シャフト（15）の回転中心から偏心した位置に連結孔（19）が形成されている。可動スクロール（65）では、可動側鏡板部（66）の背面（図３における下面）に連結軸（68）が突設されている。この連結軸（68）は、スクロール連結部（18）の連結孔（19）に回転自在に支持されている。また、シャフト（15）のスクロール連結部（18）は、上部フレーム（31）に回転自在に支持されている。 The shaft (15) has a scroll connecting portion (18) formed at the upper end thereof. The scroll connecting portion (18) is formed with a connecting hole (19) at a position eccentric from the rotation center of the shaft (15). In the movable scroll (65), a connecting shaft (68) projects from the back surface (lower surface in FIG. 3) of the movable side end plate portion (66). The connecting shaft (68) is rotatably supported in the connecting hole (19) of the scroll connecting portion (18). The scroll connecting portion (18) of the shaft (15) is rotatably supported by the upper frame (31).
図４にも示すように、固定スクロール（60）には、流入ポート（46）と流出ポート（47）が１つずつ形成され、インジェクションポート（71,76）が２つ形成されている。流入ポート（46）は、固定側鏡板部（61）を厚さ方向へ貫通しており、その下端が固定側ラップ（62）の巻き始め側端部の内側面の近傍に開口している。この流入ポート（46）は、放熱器（51）と配管接続されている（図１を参照）。流出ポート（47）は、固定側鏡板部（61）を厚さ方向へ貫通しており、その下端が固定側ラップ（62）の巻き終わり側端部の近傍に開口している。この流出ポート（47）は、蒸発器（52）と配管接続されている（図１を参照）。インジェクションポート（71,76）については後述する。 As shown in FIG. 4, the fixed scroll (60) has one inflow port (46) and one outflow port (47), and two injection ports (71, 76). The inflow port (46) penetrates the fixed-side end plate portion (61) in the thickness direction, and the lower end thereof opens in the vicinity of the inner surface of the winding-side end portion of the fixed-side wrap (62). The inflow port (46) is connected to the radiator (51) by piping (see FIG. 1). The outflow port (47) penetrates the fixed-side end plate portion (61) in the thickness direction, and the lower end thereof opens in the vicinity of the winding end side end portion of the fixed-side wrap (62). The outflow port (47) is connected to the evaporator (52) by piping (see FIG. 1). The injection ports (71, 76) will be described later.
上述のように、膨張機部（30）では、固定側ラップ（62）と可動側ラップ（67）が互いに噛み合って複数の流体室（37）を形成している。具体的には、固定側ラップ（62）の内側面と可動側ラップ（67）の外側面とに挟まれた空間が、第１の流体室としてのＡ室（70）を構成している。また、固定側ラップ（62）の外側面と可動側ラップ（67）の内側面とに挟まれた空間が、第２の流体室としてのＢ室（75）を構成している。 As described above, in the expander section (30), the fixed side wrap (62) and the movable side wrap (67) mesh with each other to form a plurality of fluid chambers (37). Specifically, the space sandwiched between the inner side surface of the fixed side wrap (62) and the outer side surface of the movable side wrap (67) constitutes the A chamber (70) as the first fluid chamber. Further, the space sandwiched between the outer side surface of the fixed side wrap (62) and the inner side surface of the movable side wrap (67) constitutes a B chamber (75) as a second fluid chamber.
上述のように、固定スクロール（60）には、２つのインジェクションポート（71,76）が形成されている。各インジェクションポート（71,76）は、固定側鏡板部（61）を厚さ方向へ貫通しており、その下端が固定側鏡板部（61）の前面（図３における下面）に開口している。２つのインジェクションポート（71,76）は、その一方がＡ室用インジェクションポート（71）を構成し、他方がＢ室用インジェクションポート（76）を構成している。固定側鏡板部（61）の前面では、固定側ラップ（62）に沿ってその巻き始め端から約３６０°進んだ位置の外側面の近傍にＢ室用インジェクションポート（76）が、そこから固定側ラップ（62）に沿って更に約１８０°進んだ位置の内側面の近傍にＡ室用インジェクションポート（71）がそれぞれ開口している。 As described above, the fixed scroll (60) is formed with two injection ports (71, 76). Each injection port (71, 76) penetrates the fixed-side end plate portion (61) in the thickness direction, and its lower end opens to the front surface (lower surface in FIG. 3) of the fixed-side end plate portion (61). . One of the two injection ports (71, 76) constitutes the A room injection port (71), and the other constitutes the B room injection port (76). On the front surface of the fixed side end plate part (61), the room B injection port (76) is fixed in the vicinity of the outer surface at a position advanced about 360 ° from the winding start end along the fixed side wrap (62). A chamber A injection port (71) is opened in the vicinity of the inner surface at a position further advanced by about 180 ° along the side wrap (62).
Ａ室用インジェクションポート（71）とＢ室用インジェクションポート（76）は、その両方にインジェクション回路（53）の終端が接続されている。つまり、インジェクション回路（53）は、流量調節弁（54）の下流に位置する終端部が２つに分岐されており、その一方がＡ室用インジェクションポート（71）に、他方がＢ室用インジェクションポート（76）にそれぞれ接続されている。 The terminal of the injection circuit (53) is connected to both of the A room injection port (71) and the B room injection port (76). That is, in the injection circuit (53), the terminal portion located downstream of the flow rate control valve (54) is branched into two, one of which is the A chamber injection port (71) and the other is the B chamber injection. Each is connected to port (76).
−運転動作−
先ず、上記空調機の動作について説明する。ここでは、空調機が冷房運転を行う場合の動作について説明する。
-Driving action-
First, the operation of the air conditioner will be described. Here, the operation when the air conditioner performs the cooling operation will be described.
圧縮・膨張ユニット（40）の電動機（10）に通電すると、冷媒回路（50）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。冷房運転時には、放熱器（51）で冷媒が室外空気と熱交換し、蒸発器（52）で冷媒が室内空気と熱交換する。 When the electric motor (10) of the compression / expansion unit (40) is energized, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit (50) to perform a vapor compression refrigeration cycle. During the cooling operation, the refrigerant exchanges heat with the outdoor air in the radiator (51), and the refrigerant exchanges heat with the indoor air in the evaporator (52).
圧縮機部（20）で圧縮された冷媒は、吐出管（45）を通って圧縮・膨張ユニット（40）から吐出される。この状態で、冷媒の圧力は、その臨界圧力よりも高くなっている。この吐出冷媒は、放熱器（51）へ送られて室外空気へ放熱する。放熱器（51）で放熱した冷媒は、流入ポート（46）を通って圧縮・膨張ユニット（40）の膨張機部（30）へ流入する。膨張機部（30）では、高圧冷媒が膨張し、その内部エネルギがシャフト（15）の回転動力に変換される。 The refrigerant compressed in the compressor section (20) is discharged from the compression / expansion unit (40) through the discharge pipe (45). In this state, the refrigerant pressure is higher than the critical pressure. This discharged refrigerant is sent to the radiator (51) to radiate heat to the outdoor air. The refrigerant radiated by the radiator (51) flows into the expander part (30) of the compression / expansion unit (40) through the inflow port (46). In the expander section (30), the high-pressure refrigerant expands, and the internal energy is converted into the rotational power of the shaft (15).
膨張後の低圧冷媒は、流出ポート（47）を通って圧縮・膨張ユニット（40）から流出し、蒸発器（52）へ送られる。蒸発器（52）では、流入した冷媒が室内空気から吸熱して蒸発し、室内空気が冷却される。蒸発器（52）から出た低圧ガス冷媒は、吸入ポート（44A,44B）を通って圧縮・膨張ユニット（40）の圧縮機部（20）へ吸入される。圧縮機部（20）は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。 The low-pressure refrigerant after expansion flows out from the compression / expansion unit (40) through the outflow port (47) and is sent to the evaporator (52). In the evaporator (52), the flowing refrigerant absorbs heat from the room air and evaporates, and the room air is cooled. The low-pressure gas refrigerant discharged from the evaporator (52) is sucked into the compressor section (20) of the compression / expansion unit (40) through the suction ports (44A, 44B). The compressor unit (20) compresses and discharges the sucked refrigerant.
次に、膨張機部（30）の動作について、図３及び図５を参照しながら説明する。 Next, operation | movement of an expander part (30) is demonstrated, referring FIG.3 and FIG.5.
図５では、固定側ラップ（62）の巻き始め側端部が可動側ラップ（67）の内側面に接すると同時に可動側ラップ（67）の巻き始め側端部が固定側ラップ（62）の内側面に接する状態を基準の０°としている。 In FIG. 5, the winding start side end of the fixed side wrap (62) is in contact with the inner surface of the movable side wrap (67) and at the same time the winding start side end of the movable side wrap (67) is the fixed side wrap (62). The state in contact with the inner surface is set to 0 ° as a reference.
流入ポート（46）へ導入された高圧冷媒は、固定側ラップ（62）の巻き始め近傍と可動側ラップ（67）の巻き始め近傍に挟まれた１つの流体室（37）へ流入してゆく。つまり、高圧冷媒は、流入ポート（46）から流入過程の流体室（37）へ導入される。膨張機部（30）では、それに伴って可動スクロール（65）が公転する。可動スクロール（65）の公転角度が３６０°になると、Ａ室（70）とＢ室（75）とが流入ポート（46）から遮断された閉空間となり、Ａ室（70）及びＢ室（75）への高圧冷媒の流入が終了する。つまり、可動スクロール（65）の公転角度が３６０°に達した時点で流入過程が終了する。 The high-pressure refrigerant introduced into the inflow port (46) flows into one fluid chamber (37) sandwiched between the vicinity of the winding start of the fixed side wrap (62) and the vicinity of the winding start of the movable side wrap (67). . That is, the high-pressure refrigerant is introduced from the inflow port (46) into the fluid chamber (37) in the inflow process. In the expander section (30), the movable scroll (65) revolves accordingly. When the revolution angle of the movable scroll (65) reaches 360 °, the A chamber (70) and the B chamber (75) are closed from the inflow port (46), and the A chamber (70) and the B chamber (75 The inflow of the high-pressure refrigerant to) ends. That is, the inflow process ends when the revolution angle of the movable scroll (65) reaches 360 °.
その後、膨張過程のＡ室（70）及びＢ室（75）において冷媒が膨張してゆき、それに伴って可動スクロール（65）が公転する。Ａ室（70）及びＢ室（75）の容積は、可動スクロール（65）が移動するにつれて大きくなってゆく。そして、Ｂ室（75）は、可動スクロール（65）の公転角度が８４０°から９００°へ至る途中で流出ポート（47）に連通し、その後はＢ室（75）内の冷媒が流出ポート（47）へ送出されてゆく。つまり、Ｂ室（75）は、可動スクロール（65）の公転角度が８４０°から９００°へ至る途中でその膨張過程が終了すると同時にその流出過程が開始される。一方、Ａ室（70）は、可動スクロール（65）の公転角度が１０２０°から１０８０°へ至る途中で流出ポート（47）に連通し、その後はＡ室（70）内の冷媒が流出ポート（47）へ送出されてゆく。つまり、Ａ室（70）は、可動スクロール（65）の公転角度が１０２０°から１０８０°へ至る途中でその膨張過程が終了すると同時にその流出過程が開始される。 Thereafter, the refrigerant expands in the A chamber (70) and the B chamber (75) in the expansion process, and the movable scroll (65) revolves accordingly. The volumes of the A chamber (70) and the B chamber (75) increase as the movable scroll (65) moves. The B chamber (75) communicates with the outflow port (47) in the middle of the revolution angle of the movable scroll (65) from 840 ° to 900 °. Thereafter, the refrigerant in the B chamber (75) is discharged to the outflow port ( 47). That is, the outflow process of the B chamber (75) is started at the same time as the expansion process is completed in the middle of the revolution angle of the movable scroll (65) from 840 ° to 900 °. On the other hand, the A chamber (70) communicates with the outflow port (47) in the middle of the revolution angle of the movable scroll (65) from 1020 ° to 1080 °, and thereafter, the refrigerant in the A chamber (70) flows into the outflow port ( 47). That is, the outflow process of the A chamber (70) is started at the same time as the expansion process is completed in the middle of the revolution angle of the movable scroll (65) from 1020 ° to 1080 °.
空調機の運転条件によっては、インジェクション回路（53）からも膨張機部（30）に対して高圧冷媒が導入される。その際、インジェクション回路（53）を通じて膨張機部（30）へ導入される冷媒の流量は、流量調節弁（54）の開度を調節することによって制御される。 Depending on the operating conditions of the air conditioner, high-pressure refrigerant is also introduced from the injection circuit (53) into the expander section (30). At that time, the flow rate of the refrigerant introduced into the expander unit (30) through the injection circuit (53) is controlled by adjusting the opening of the flow rate control valve (54).
可動スクロール（65）の公転角度が３６０°から４２０°へ至る途中において、Ａ室（70）はＡ室用インジェクションポート（71）に、Ｂ室（75）はＢ室用インジェクションポート（76）にそれぞれ連通する。そして、Ａ室（70）へはＡ室用インジェクションポート（71）から高圧冷媒が導入され始め、Ｂ室（75）へはＢ室用インジェクションポート（76）から高圧冷媒が導入され始める。その後、Ａ室（70）及びＢ室（75）に対するインジェクションポート（71,76）からの高圧冷媒の導入は、可動スクロール（65）が３６０°だけ公転する間に亘って継続され、可動スクロール（65）の公転角度が７２０°から７８０°へ至る途中で終了する。 In the middle of the revolution angle of the movable scroll (65) from 360 ° to 420 °, the A room (70) becomes the A room injection port (71), and the B room (75) becomes the B room injection port (76). Each communicates. The high pressure refrigerant starts to be introduced into the A chamber (70) from the A chamber injection port (71), and the high pressure refrigerant starts to be introduced into the B chamber (75) from the B chamber injection port (76). Thereafter, the introduction of the high-pressure refrigerant from the injection ports (71, 76) into the A chamber (70) and the B chamber (75) is continued while the movable scroll (65) revolves by 360 °, and the movable scroll ( 65) The revolution angle ends on the way from 720 ° to 780 °.
−インジェクションポートの位置−
上記空調機の運転状態は、室外空気の温度や室内の設定温度等に応じて変動し、それに伴って圧縮機部（20）へ吸入される冷媒の密度や膨張機部（30）へ流入する冷媒の密度も変化する。一方、冷媒回路（50）は閉回路であるため、圧縮機部（20）と膨張機部（30）とでそれぞれを通過する冷媒の質量流量が一致しなければならない。そこで、圧縮機部（20）と膨張機部（30）と通過する冷媒量をバランスさせるため、運転状態によっては放熱器（51）から流出した冷媒の一部をインジェクション回路（53）から膨張機部（30）へ導入する必要が生じる。
−Position of injection port−
The operating state of the air conditioner fluctuates according to the temperature of the outdoor air, the indoor set temperature, etc., and accordingly flows into the density of refrigerant sucked into the compressor section (20) and the expander section (30). The density of the refrigerant also changes. On the other hand, since the refrigerant circuit (50) is a closed circuit, the mass flow rates of the refrigerant passing through the compressor part (20) and the expander part (30) must be the same. Therefore, in order to balance the amount of refrigerant passing between the compressor unit (20) and the expander unit (30), a part of the refrigerant flowing out from the radiator (51) is expanded from the injection circuit (53) depending on the operation state. Need to be introduced into the part (30).
先ず、膨張機部（30）において、単位時間当たりに流入過程の流体室（37）へ流入する高圧冷媒の質量をＡとし、単位時間当たりにインジェクションポート（71,76）を通って膨張過程のＡ室（70）及びＢ室（75）へ流入する高圧冷媒の質量をＢとする。この場合、単位時間当たりに放熱器（51）から流出する高圧冷媒の質量がＡ＋Ｂであり、膨張機部（30）から蒸発器（52）へ向けて送出される冷媒の質量流量もＡ＋Ｂである。 First, in the expander section (30), the mass of the high-pressure refrigerant flowing into the fluid chamber (37) in the inflow process per unit time is A, and the expansion process is performed through the injection ports (71, 76) per unit time. Let B be the mass of the high-pressure refrigerant flowing into the A chamber (70) and the B chamber (75). In this case, the mass of the high-pressure refrigerant flowing out of the radiator (51) per unit time is A + B, and the mass flow rate of the refrigerant sent from the expander unit (30) toward the evaporator (52) is also A + B. .
次に、膨張機部（30）で膨張過程が始まる直前（即ち流入過程が終了した直後）における流体室（37）の容積、即ちその時点におけるＡ室（70）の容積とＢ室（75）の容積との和をＶ1とする。また、インジェクションポート（71,76）からＡ室（70）及びＢ室（75）への高圧冷媒の導入が終了した時点における流体室（37）の容積、即ちその時点におけるＡ室（70）の容積とＢ室（75）の容積との和をＶ2とする。 Next, the volume of the fluid chamber (37) immediately before the expansion process starts in the expander section (30) (that is, immediately after the inflow process is completed), that is, the volume of the A chamber (70) and the B chamber (75) at that time. Let V 1 be the sum of the volume and volume. Further, the volume of the fluid chamber (37) at the time when introduction of the high-pressure refrigerant from the injection port (71, 76) into the A chamber (70) and the B chamber (75) is completed, that is, the A chamber (70) at that time. The sum of the volume and the volume of the chamber B (75) is V 2 .
単位時間当たりに放熱器（51）から流出する高圧冷媒の質量Ａ＋Ｂの流入過程の流体室（37）へ流入する高圧冷媒の質量Ａに対する比(Ａ＋Ｂ)／Ａは、空調機の運転状態が変動するのに伴って変化する。一方、膨張機部（30）を設計する際には、その際に想定した様々な運転状態において比(Ａ＋Ｂ)／Ａが最大でどの程度の値になるかを推定できる。 The ratio (A + B) / A of the mass A + B of the high pressure refrigerant flowing out of the radiator (51) per unit time to the mass A of the high pressure refrigerant flowing into the fluid chamber (37) in the inflow process varies depending on the operating state of the air conditioner. Change as you do. On the other hand, when designing the expander section (30), it is possible to estimate the maximum value of the ratio (A + B) / A in various operating states assumed at that time.
そこで、本実施形態の膨張機部（30）では、容積Ｖ2の容積Ｖ1に対する比Ｖ2／Ｖ1が比(Ａ＋Ｂ)／Ａの最大値と略一致するように、インジェクションポート（71,76）の位置が設定されている。そして、比(Ａ＋Ｂ)／Ａがその最大値となる運転状態では、流量調節弁（54）の全開状態に設定される。一方、比(Ａ＋Ｂ)／Ａがその最大値を下回る運転状態では、流量調節弁（54）の開度が全開状態よりも絞られ、インジェクション回路（53）から膨張機部（30）へ導入される高圧冷媒の量が適切に調節される。 Therefore, in the expander section (30) of the present embodiment, the injection port (71, 71) is set so that the ratio V 2 / V 1 of the volume V 2 to the volume V 1 substantially matches the maximum value of the ratio (A + B) / A. 76) is set. In the operation state where the ratio (A + B) / A is the maximum value, the flow rate control valve (54) is set to a fully open state. On the other hand, in the operation state where the ratio (A + B) / A is less than the maximum value, the opening degree of the flow rate control valve (54) is narrower than that in the fully open state, and is introduced from the injection circuit (53) to the expander section (30). The amount of high-pressure refrigerant to be adjusted is adjusted appropriately.
−実施形態１の効果−
本実施形態の膨張機部（30）では、インジェクションポート（71,76）を通じて膨張過程のＡ室（70）及びＢ室（75）へ高圧冷媒を導入することが可能となっている。この膨張機部（30）では、インジェクションポート（71,76）からのＡ室（70）及びＢ室（75）に対する高圧冷媒の導入が、膨張過程が終了するよりも前に停止される。
-Effect of Embodiment 1-
In the expander section (30) of this embodiment, high-pressure refrigerant can be introduced into the A chamber (70) and the B chamber (75) in the expansion process through the injection ports (71, 76). In the expander section (30), the introduction of the high-pressure refrigerant from the injection ports (71, 76) into the A chamber (70) and the B chamber (75) is stopped before the expansion process is completed.
ここで、膨張過程の終盤では、膨張過程の初期に比べて流体室（37）の内圧が大幅に低くなっている。そして、膨張過程の終盤にインジェクションポート（71,76）から流体室（37）へ冷媒を導入する場合、インジェクション回路（53）を流れる高圧冷媒は流量調節弁（54）である程度減圧されてから流体室（37）へ流入することとなり、流量調節弁（54）で減圧された分だけ膨張機部（30）で回収される動力が減少してしまう。つまり、膨張過程の終盤にインジェクションポート（71,76）から流体室（37）へ導入された冷媒からは、殆ど動力を回収できなくなってしまう。 Here, at the end of the expansion process, the internal pressure of the fluid chamber (37) is significantly lower than in the initial stage of the expansion process. When the refrigerant is introduced into the fluid chamber (37) from the injection port (71, 76) at the end of the expansion process, the high-pressure refrigerant flowing through the injection circuit (53) is decompressed to some extent by the flow control valve (54) before the fluid It will flow into a chamber (37), and the motive power collect | recovered by an expander part (30) will decrease by the part decompressed by the flow control valve (54). That is, almost no power can be recovered from the refrigerant introduced into the fluid chamber (37) from the injection port (71, 76) at the end of the expansion process.
これに対し、本実施形態の膨張機部（30）では、インジェクションポート（71,76）からのＡ室（70）及びＢ室（75）に対する高圧冷媒の導入が、膨張過程が終了するよりも前に停止される。従って、本実施形態によれば、膨張過程の終了時までインジェクションポート（71,76）から流体室（37）へ作動流体を流入させ続ける場合に比べ、インジェクション回路（53）の流量調節弁（54）を通過する際に冷媒が減圧される度合いを小さくすることができ、膨張機部（30）で冷媒から回収される動力を増大させることが可能となる。 On the other hand, in the expander section (30) of the present embodiment, the introduction of the high-pressure refrigerant from the injection ports (71, 76) into the A chamber (70) and the B chamber (75) is more than the end of the expansion process. Stopped before. Therefore, according to the present embodiment, the flow rate control valve (54 of the injection circuit (53) is compared with the case where the working fluid is kept flowing from the injection port (71, 76) to the fluid chamber (37) until the end of the expansion process. ), The degree of decompression of the refrigerant can be reduced, and the power recovered from the refrigerant in the expander section (30) can be increased.
また、本実施形態の膨張機部（30）では、上述したＶ2／Ｖ1の値が(Ａ＋Ｂ)／Ａの最大値に対応するようにインジェクションポート（71,76）が設定されている。このため、インジェクションポート（71,76）から流体室（37）へ導入すべき冷媒量を確保した上で、流体室（37）に対するインジェクションポート（71,76）からの冷媒の導入を出来るだけ早期に終了させることが可能となり、膨張機部（30）で得られる動力の更なる増大を図ることができる。 In the expander section (30) of the present embodiment, the injection ports (71, 76) are set so that the value of V 2 / V 1 described above corresponds to the maximum value of (A + B) / A. For this reason, the amount of refrigerant to be introduced from the injection port (71, 76) to the fluid chamber (37) is secured, and the introduction of the refrigerant from the injection port (71, 76) to the fluid chamber (37) is as early as possible. Thus, the power obtained by the expander section (30) can be further increased.
−実施形態１の変形例１−
本実施形態の膨張機部（30）では、流入過程が終了してから膨張過程の流体室（37）に対するインジェクションポート（71,76）からの冷媒冷媒導入を開始するのではなく、流体室（37）が流入過程にある時点からインジェクションポート（71,76）を通じた冷媒導入を開始してもよい。
-Modification 1 of Embodiment 1-
In the expander section (30) of the present embodiment, after the inflow process is finished, the refrigerant chamber (37,) is not started to introduce refrigerant refrigerant from the injection ports (71, 76) into the expansion chamber (37). The introduction of the refrigerant through the injection ports (71, 76) may be started from the time point 37) is in the inflow process.
図６に示すように、本変形例の膨張機部（30）において、固定側鏡板部（61）の前面では、固定側ラップ（62）に沿ってその巻き始め端から約１３０°進んだ位置の外側面の近傍にＢ室用インジェクションポート（76）が、そこから固定側ラップ（62）に沿って更に約１８０°進んだ位置の内側面の近傍にＡ室用インジェクションポート（71）がそれぞれ開口している。 As shown in FIG. 6, in the expander section (30) of this modification, the front surface of the fixed side end plate section (61) is advanced by about 130 ° from the winding start end along the fixed side wrap (62). An injection port (76) for the B room is located in the vicinity of the outer surface of the A chamber, and an injection port (71) for the A room is located in the vicinity of the inner surface at a position further advanced by about 180 ° along the fixed side wrap (62). It is open.
本変形例の膨張機部（30）において、Ａ室用インジェクションポート（71）とＢ室用インジェクションポート（76）とは、可動スクロール（65）の公転角度が１８０°に達する直前頃から流体室（37）と連通し始める。つまり、Ａ室用インジェクションポート（71）とＢ室用インジェクションポート（76）とは、流入過程の流体室（37）にも連通可能となっている。流量調節弁（54）を開いた状態において、流入過程の流体室（37）へは、流入ポート（46）からだけでなく、Ａ室用インジェクションポート（71）及びＢ室用インジェクションポート（76）からも高圧冷媒が導入される。 In the expander section (30) of the present modification, the A chamber injection port (71) and the B chamber injection port (76) are fluid chambers immediately before the revolution angle of the movable scroll (65) reaches 180 °. Start communicating with (37). That is, the A chamber injection port (71) and the B chamber injection port (76) can communicate with the fluid chamber (37) in the inflow process. With the flow rate control valve (54) opened, not only the inflow port (46) but also the A chamber injection port (71) and the B chamber injection port (76) enter the fluid chamber (37) in the inflow process. Also introduces high-pressure refrigerant.
可動スクロール（65）の公転角度が３６０°に達すると、Ａ室（70）及びＢ室（75）が流入ポート（46）から遮断されて閉じ込み状態となり、流入過程が終了する。その後、Ａ室（70）に対しては、可動スクロール（65）の公転角度が５４０°に達する直前頃まで、Ａ室用インジェクションポート（71）からの冷媒導入が継続される。また、Ｂ室（75）に対しては、可動スクロール（65）の公転角度が５４０°に達する直前頃まで、Ｂ室用インジェクションポート（76）からの冷媒導入が継続される。 When the revolution angle of the movable scroll (65) reaches 360 °, the A chamber (70) and the B chamber (75) are shut off from the inflow port (46), and the inflow process ends. Thereafter, the refrigerant introduction from the A chamber injection port (71) is continued until just before the revolution angle of the movable scroll (65) reaches 540 ° to the A chamber (70). Further, the refrigerant introduction from the B chamber injection port (76) is continued until just before the revolution angle of the movable scroll (65) reaches 540 ° with respect to the B chamber (75).
−実施形態１の変形例２−
図７に示すように、本実施形態のインジェクション回路（53）では、流量調節弁（54）に代えて電磁弁（55）を設けるようにしてもよい。この変形例において、電磁弁（55）を開くとインジェクションポート（71,76）から流体室（37）へ冷媒が導入され、電磁弁（55）を閉じるとインジェクションポート（71,76）から流体室（37）への冷媒の導入が遮断される。また、電磁弁（55）を比較的短時間のうちに頻繁に開閉することとし、この電磁弁（55）の開閉間隔を調節すれば、インジェクションポート（71,76）から流体室（37）へ導入される冷媒の量を調節することもできる。
-Modification 2 of Embodiment 1
As shown in FIG. 7, in the injection circuit (53) of the present embodiment, an electromagnetic valve (55) may be provided instead of the flow rate adjustment valve (54). In this modification, when the solenoid valve (55) is opened, the refrigerant is introduced from the injection port (71, 76) into the fluid chamber (37), and when the solenoid valve (55) is closed, the fluid chamber is introduced from the injection port (71, 76). The introduction of the refrigerant to (37) is blocked. Moreover, if the solenoid valve (55) is frequently opened and closed within a relatively short time and the opening and closing interval of the solenoid valve (55) is adjusted, the injection port (71, 76) to the fluid chamber (37). The amount of refrigerant introduced can also be adjusted.
−実施形態１の変形例３−
図８に示すように、本実施形態のインジェクション回路（53）では、流量調節弁（54）に代えて差圧弁（80）を設けるようにしてもよい。
-Modification 3 of Embodiment 1-
As shown in FIG. 8, in the injection circuit (53) of the present embodiment, a differential pressure valve (80) may be provided instead of the flow rate adjustment valve (54).
図９に示すように、上記差圧弁（80）は、インジェクション回路（53）に接続された弁ケース（81）と、弁ケース（81）内に可動に設けられた弁体（83）と、弁体（83）を一方向に付勢するコイルバネ（85）とで構成されている。上記弁体（83）は、上記インジェクション回路（53）を閉鎖する閉鎖位置と、該インジェクション回路（53）を開放する開放位置とに変位可能であり、上記コイルバネ（85）によって図９における下向きに付勢されている。 As shown in FIG. 9, the differential pressure valve (80) includes a valve case (81) connected to an injection circuit (53), a valve body (83) movably provided in the valve case (81), It comprises a coil spring (85) that urges the valve body (83) in one direction. The valve body (83) is displaceable between a closed position for closing the injection circuit (53) and an open position for opening the injection circuit (53). The coil spring (85) faces downward in FIG. It is energized.
上記インジェクション回路（53）は、上記弁ケース（81）における弁体（83）の移動方向と交差する向きで上記弁ケース（81）に接続されている。弁体（83）は、弁ケース（81）の収納凹部（82）に嵌合し、弁ケース（81）内でスライドして上記閉鎖位置と開放位置の間を移動する。また、弁体（83）には、インジェクション回路（53）を開放位置で開口させて閉鎖位置で閉鎖する連通孔（84）が形成されている。 The injection circuit (53) is connected to the valve case (81) in a direction crossing the moving direction of the valve body (83) in the valve case (81). The valve body (83) is fitted in the storage recess (82) of the valve case (81), and slides within the valve case (81) to move between the closed position and the open position. The valve body (83) is formed with a communication hole (84) that opens the injection circuit (53) in the open position and closes it in the closed position.
上記弁ケース（81）には、膨張過程の流体室（37）に連通する第１連通管（86）と、流出ポート（47）に連通する第２連通管（87）とが接続されている。第１連通管（86）は、コイルバネ（85）側の端部、つまり弁体（83）の開放位置側の端部で上記弁ケース（81）に接続され、流体室（37）内の冷媒圧力Ｐ１を弁ケース（81）内に導入する。この冷媒圧力Ｐ１は、図９における弁体（83）の上端面に作用する。一方、第２連通管（87）は、コイルバネ（85）と反対側の端部、つまり弁体（83）の閉鎖位置側の端部で上記弁ケース（81）に接続され、流出ポート（47）の冷媒圧力Ｐ２を弁ケース（81）内に導入する。この冷媒圧力Ｐ２は、図９における弁体（83）の下端面に作用する。 Connected to the valve case (81) are a first communication pipe (86) communicating with the fluid chamber (37) in the expansion process and a second communication pipe (87) communicating with the outflow port (47). . The first communication pipe (86) is connected to the valve case (81) at the end on the coil spring (85) side, that is, the end on the open position side of the valve body (83), and the refrigerant in the fluid chamber (37) Pressure P1 is introduced into the valve case (81). This refrigerant pressure P1 acts on the upper end surface of the valve body (83) in FIG. On the other hand, the second communication pipe (87) is connected to the valve case (81) at the end opposite to the coil spring (85), that is, the end on the closed position side of the valve body (83), and the outflow port (47 ) Refrigerant pressure P2 is introduced into the valve case (81). This refrigerant pressure P2 acts on the lower end surface of the valve body (83) in FIG.
上記差圧弁（80）において、弁体（83）には、冷媒圧力Ｐ１による押圧力とコイルバネ（85）の付勢力の合力と、冷媒圧力Ｐ２による押圧力とが作用する。そして、冷媒圧力Ｐ１による押圧力とコイルバネ（85）の付勢力の合力が冷媒圧力Ｐ２による押圧力よりも大きい状態では、弁体（83）が閉鎖位置へ向かって移動してゆく。逆に、冷媒圧力Ｐ１による押圧力とコイルバネ（85）の付勢力の合力が冷媒圧力Ｐ２による押圧力よりも小さい状態では、弁体（83）が開放位置へ向かって移動してゆく。 In the differential pressure valve (80), the resultant pressure of the refrigerant pressure P1 and the urging force of the coil spring (85) and the pressing force of the refrigerant pressure P2 act on the valve body (83). Then, in a state where the resultant force of the pressing force by the refrigerant pressure P1 and the urging force of the coil spring (85) is larger than the pressing force by the refrigerant pressure P2, the valve body (83) moves toward the closed position. Conversely, in a state where the resultant force of the pressing force by the refrigerant pressure P1 and the urging force of the coil spring (85) is smaller than the pressing force by the refrigerant pressure P2, the valve body (83) moves toward the open position.
上記コイルバネ（85）の付勢力は、インジェクションポート（71,76）から流体室（37）へ冷媒を導入する必要がない運転条件において、流体室（37）の冷媒圧力Ｐ１による押圧力とコイルバネ（85）の付勢力の合力が流出ポート（47）の冷媒圧力Ｐ２による押圧力よりも大きくなるような値に設定されている。従って、インジェクションポート（71,76）から流体室（37）へ冷媒を導入する必要がない運転条件では、差圧弁（80）の弁体が閉鎖位置となり、インジェクション回路（53）から流体室（37）へ高圧冷媒の導入は導入されない状態となる。 The biasing force of the coil spring (85) is determined by the pressing force generated by the refrigerant pressure P1 in the fluid chamber (37) and the coil spring (under the operating condition in which the refrigerant does not need to be introduced from the injection port (71, 76) into the fluid chamber (37). The resultant force of the urging force of 85) is set to a value that is larger than the pressing force by the refrigerant pressure P2 of the outflow port (47). Therefore, under the operating conditions in which it is not necessary to introduce the refrigerant from the injection port (71, 76) to the fluid chamber (37), the valve body of the differential pressure valve (80) is in the closed position, and the fluid circuit (37 The introduction of the high-pressure refrigerant into () is not introduced.
一方、流体室（37）内で過膨張が発生する状態では、流出ポート（47）の冷媒圧力Ｐ２による押圧力が流体室（37）の冷媒圧力Ｐ１による押圧力とコイルバネ（85）の付勢力の合力よりも大きくなり、差圧弁（80）の弁体が開放位置へ向かって移動する。そして、差圧弁（80）が開状態となってインジェクションポート（71,76）から膨張過程の流体室（37）へ冷媒が導入され、流体室（37）内の圧力が上昇して過膨張の発生が回避される。 On the other hand, in a state where overexpansion occurs in the fluid chamber (37), the pressing force due to the refrigerant pressure P2 in the outflow port (47) is the pressing force due to the refrigerant pressure P1 in the fluid chamber (37) and the biasing force of the coil spring (85). And the valve body of the differential pressure valve (80) moves toward the open position. Then, the differential pressure valve (80) is opened and refrigerant is introduced from the injection ports (71, 76) into the fluid chamber (37) in the expansion process, and the pressure in the fluid chamber (37) rises and overexpands. Occurrence is avoided.
《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。本実施形態は、上記実施形態１において、膨張機部（30）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部（30）について、上記実施形態１のものと異なる点について説明する。
<< Embodiment 2 of the Invention >>
A second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is obtained by changing the configuration of the expander unit (30) in the first embodiment. Here, about the expander part (30) of this embodiment, a different point from the thing of the said Embodiment 1 is demonstrated.
図１０に示すように、本実施形態の膨張機部（30）には、Ａ室用インジェクションポート（72,73）とＢ室用インジェクションポート（77,78）とが２つずつ設けられている。これら合計４つのインジェクションポート（72,73,77,78）は、その何れにもインジェクション回路（53）の終端が接続されている。 As shown in FIG. 10, the expansion unit (30) of this embodiment is provided with two injection ports (72, 73) for the A room and two injection ports (77, 78) for the B room. . The terminal of the injection circuit (53) is connected to any of these four injection ports (72, 73, 77, 78).
膨張機部（30）における固定側鏡板部（61）の前面では、固定側ラップ（62）に沿ってその巻き始め端から約３２０°進んだ位置の外側面の近傍に第１Ｂ室用インジェクションポート（77）が、そこから固定側ラップ（62）に沿って更に約１８０°進んだ位置の内側面の近傍に第１Ａ室用インジェクションポート（72）がそれぞれ開口している。また、この固定側鏡板部（61）の前面では、固定側ラップ（62）に沿ってその巻き始め端から約４１０°進んだ位置の外側面の近傍に第２Ｂ室用インジェクションポート（78）が、そこから固定側ラップ（62）に沿って更に約１８０°進んだ位置の内側面の近傍に第２Ａ室用インジェクションポート（73）がそれぞれ開口している。 On the front surface of the fixed-side end plate portion (61) in the expander portion (30), the injection port for the first B chamber is located near the outer surface at a position advanced about 320 ° from the winding start end along the fixed-side wrap (62). (77), the first A chamber injection port (72) is opened in the vicinity of the inner surface at a position further advanced by about 180 ° along the fixed side wrap (62). Further, on the front surface of the fixed-side end plate portion (61), there is an injection port (78) for the second B chamber in the vicinity of the outer surface at a position advanced about 410 ° from the winding start end along the fixed-side wrap (62). The second A chamber injection port (73) is opened in the vicinity of the inner surface at a position further advanced by about 180 ° along the fixed side wrap (62).
−運転動作−
本実施形態における膨張機部（30）の動作について、図１０を参照しながら説明する。尚、図１０における基準の０°は、図５の場合と同様の状態を示している。
-Driving action-
The operation of the expander unit (30) in the present embodiment will be described with reference to FIG. The reference 0 ° in FIG. 10 indicates the same state as in FIG.
流入ポート（46）へ導入された高圧冷媒は、この流入ポート（46）に連通する１つの流体室（37）へ流入してゆく。そして、可動スクロール（65）の公転角度が３６０°になると、Ａ室（70）及びＢ室（75）への高圧冷媒の流入が終了する。この動作は、上記実施形態１の場合と同様である。 The high-pressure refrigerant introduced into the inflow port (46) flows into one fluid chamber (37) communicating with the inflow port (46). Then, when the revolution angle of the movable scroll (65) reaches 360 °, the flow of the high-pressure refrigerant into the A chamber (70) and the B chamber (75) ends. This operation is the same as that in the first embodiment.
その後、膨張過程のＡ室（70）及びＢ室（75）において冷媒が膨張してゆき、それに伴って可動スクロール（65）が公転する。そして、Ｂ室（75）は、可動スクロール（65）の公転角度が８４０°から９００°へ至る途中で流出ポート（47）に連通し、その後はＢ室（75）内の冷媒が流出ポート（47）へ送出されてゆく。一方、Ａ室（70）は、可動スクロール（65）の公転角度が１０２０°から１０８０°へ至る途中で流出ポート（47）に連通し、その後はＡ室（70）内の冷媒が流出ポート（47）へ送出されてゆく。この動作も、上記実施形態１の場合と同様である。 Thereafter, the refrigerant expands in the A chamber (70) and the B chamber (75) in the expansion process, and the movable scroll (65) revolves accordingly. The B chamber (75) communicates with the outflow port (47) in the middle of the revolution angle of the movable scroll (65) from 840 ° to 900 °. Thereafter, the refrigerant in the B chamber (75) is discharged to the outflow port ( 47). On the other hand, the A chamber (70) communicates with the outflow port (47) in the middle of the revolution angle of the movable scroll (65) from 1020 ° to 1080 °, and thereafter, the refrigerant in the A chamber (70) flows into the outflow port ( 47). This operation is also the same as that in the first embodiment.
空調機の運転条件によっては、インジェクション回路（53）からも膨張機部（30）に対して高圧冷媒が導入される。その際、インジェクション回路（53）を通じて膨張機部（30）へ導入される冷媒の流量は、流量調節弁（54）の開度を調節することによって制御される。 Depending on the operating conditions of the air conditioner, high-pressure refrigerant is also introduced from the injection circuit (53) into the expander section (30). At that time, the flow rate of the refrigerant introduced into the expander unit (30) through the injection circuit (53) is controlled by adjusting the opening of the flow rate control valve (54).
可動スクロール（65）の公転角度が３６０°から４２０°へ至る途中において、Ａ室（70）は第１Ａ室用インジェクションポート（72）に、Ｂ室（75）は第１Ｂ室用インジェクションポート（77）にそれぞれ連通し始める。そして、Ａ室（70）へは第１Ａ室用インジェクションポート（72）から冷媒が導入され始め、Ｂ室（75）へは第１Ｂ室用インジェクションポート（77）から冷媒が導入され始める。 In the middle of the revolution angle of the movable scroll (65) from 360 ° to 420 °, the A chamber (70) is connected to the first A chamber injection port (72), and the B chamber (75) is connected to the first B chamber injection port (77). ) Start communicating with each other. The refrigerant begins to be introduced into the A chamber (70) from the first A chamber injection port (72), and the refrigerant begins to be introduced into the B chamber (75) from the first B chamber injection port (77).
続いて、可動スクロール（65）の公転角度が４２０°から４８０°へ至る途中において、Ａ室（70）は第２Ａ室用インジェクションポート（73）に、Ｂ室（75）は第２Ｂ室用インジェクションポート（78）にそれぞれ連通し始める。そして、Ａ室（70）へは第１Ａ室用インジェクションポート（72）からに加えて第２Ａ室用インジェクションポート（73）からも冷媒が導入され始め、Ｂ室（75）へは第１Ｂ室用インジェクションポート（77）からに加えて第２Ｂ室用インジェクションポート（78）からも冷媒が導入され始める。 Subsequently, in the middle of the revolution angle of the movable scroll (65) from 420 ° to 480 °, the A chamber (70) is injected into the second A chamber injection port (73), and the B chamber (75) is injected into the second B chamber. Start communicating with each port (78). The refrigerant begins to be introduced into the A chamber (70) from the injection port (73) for the second A chamber in addition to the injection port (72) for the first A chamber, and the B chamber (75) is used for the first B chamber. In addition to the injection port (77), the refrigerant starts to be introduced from the second B chamber injection port (78).
その後、暫くの間は、Ａ室（70）へは第１Ａ室用インジェクションポート（72）と第２Ａ室用インジェクションポート（73）の両方から冷媒が導入され続け、Ｂ室（75）へは第１Ｂ室用インジェクションポート（77）と第２Ｂ室用インジェクションポート（78）の両方から冷媒が導入され続ける。 After that, for a while, the refrigerant continues to be introduced into both the first chamber A injection port (72) and the second chamber A injection port (73) into the chamber A (70) and into the chamber B (75). The refrigerant continues to be introduced from both the 1B room injection port (77) and the 2B room injection port (78).
そして、可動スクロール（65）の公転角度が７２０°から７８０°へ至る途中において、Ａ室（70）に対する第１Ａ室用インジェクションポート（72）からの冷媒導入が停止し、Ｂ室（75）に対する第１Ｂ室用インジェクションポート（77）からの冷媒導入が停止する。また、可動スクロール（65）の公転角度が７８０°から８４０°へ至る途中において、Ａ室（70）に対する第２Ａ室用インジェクションポート（73）からの冷媒導入が停止し、Ｂ室（75）に対する第２Ｂ室用インジェクションポート（78）からの冷媒導入が停止する。つまり、この時点において、膨張過程のＡ室（70）及びＢ室（75）に対する冷媒の導入が完全に停止する。 Then, in the middle of the revolution angle of the movable scroll (65) from 720 ° to 780 °, the refrigerant introduction from the first A chamber injection port (72) to the A chamber (70) is stopped, and the revolving angle to the B chamber (75) is stopped. The refrigerant introduction from the first B chamber injection port (77) stops. Further, in the middle of the revolution angle of the movable scroll (65) from 780 ° to 840 °, the introduction of the refrigerant from the second A chamber injection port (73) to the A chamber (70) is stopped, and the revolving angle to the B chamber (75) is stopped. The refrigerant introduction from the second B chamber injection port (78) stops. That is, at this time, the introduction of the refrigerant to the A chamber (70) and the B chamber (75) in the expansion process is completely stopped.
このように、本実施形態の膨張機部（30）では、膨張過程のＡ室（70）及びＢ室（75）に対して冷媒を導入し始めてから導入し終わるまでの可動スクロール（65）の公転角度が、３６０°よりも大きくなっている。 As described above, in the expander section (30) of the present embodiment, the movable scroll (65) from the start of introduction of the refrigerant to the A chamber (70) and the B chamber (75) in the expansion process until the introduction is completed. The revolution angle is larger than 360 °.
−実施形態２の変形例１−
本実施形態の膨張機部（30）は、Ａ室（70）に対して第１Ａ室用インジェクションポート（72）が連通する時期と第２Ａ室用インジェクションポート（73）が連通する時期とをオーバーラップさせず、更にはＢ室（75）に対して第１Ｂ室用インジェクションポート（77）が連通する時期と第２Ｂ室用インジェクションポート（78）が連通する時期とをオーバーラップさせない構成であってもよい。
-Modification 1 of Embodiment 2
The expander part (30) of the present embodiment exceeds the timing when the first A chamber injection port (72) communicates with the chamber A (70) and the timing when the second A chamber injection port (73) communicates. In addition, the time when the first B room injection port (77) communicates with the B room (75) and the time when the second B room injection port (78) communicates with each other are not overlapped. Also good.
図１１に示すように、本変形例の膨張機部（30）において、固定側鏡板部（61）の前面では、固定側ラップ（62）に沿ってその巻き始め端から約１３０°進んだ位置の外側面の近傍に第１Ｂ室用インジェクションポート（77）が、そこから固定側ラップ（62）に沿って更に約１８０°進んだ位置の内側面の近傍に第１Ａ室用インジェクションポート（72）がそれぞれ開口している。また、この固定側鏡板部（61）の前面では、固定側ラップ（62）に沿ってその巻き始め端から約４９０°進んだ位置の外側面の近傍に第２Ｂ室用インジェクションポート（78）が、そこから固定側ラップ（62）に沿って更に約１８０°進んだ位置の内側面の近傍に第２Ａ室用インジェクションポート（73）がそれぞれ開口している。 As shown in FIG. 11, in the expander section (30) of the present modification, on the front surface of the fixed side end plate section (61), a position advanced about 130 ° from the winding start end along the fixed side wrap (62). The first B chamber injection port (77) is located in the vicinity of the outer surface of the first B chamber, and the first A chamber injection port (72) is located in the vicinity of the inner surface at a position further advanced by 180 ° along the fixed side wrap (62). Are open. In addition, on the front surface of the fixed side end plate portion (61), there is an injection port (78) for the second room B in the vicinity of the outer surface at a position advanced about 490 ° from the winding start end along the fixed side wrap (62). The second A chamber injection port (73) is opened in the vicinity of the inner surface at a position further advanced by about 180 ° along the fixed side wrap (62).
本変形例の膨張機部（30）において、第１Ａ室用インジェクションポート（72）と第１Ｂ室用インジェクションポート（77）とは、可動スクロール（65）の公転角度が１８０°に達する直前頃から流体室（37）と連通し始める。つまり、第１Ａ室用インジェクションポート（72）と第１Ｂ室用インジェクションポート（77）とは、流入過程の流体室（37）にも連通可能となっている。流量調節弁（54）を開いた状態において、流入過程の流体室（37）へは、流入ポート（46）からだけでなく、第１Ａ室用インジェクションポート（72）及び第１Ｂ室用インジェクションポート（77）からも高圧冷媒が導入される。 In the expander section (30) of the present modification, the first A chamber injection port (72) and the first B chamber injection port (77) are formed immediately before the revolution angle of the movable scroll (65) reaches 180 °. Begin communicating with fluid chamber (37). That is, the first A chamber injection port (72) and the first B chamber injection port (77) can communicate with the fluid chamber (37) in the inflow process. In the state in which the flow rate control valve (54) is opened, not only the inflow port (46) but also the first A chamber injection port (72) and the 1B chamber injection port (37) can enter the fluid chamber (37) in the inflow process. 77) High-pressure refrigerant is also introduced.
その後、Ａ室（70）は、可動スクロール（65）の公転角度が５４０°に達する直前頃に第１Ａ室用インジェクションポート（72）から遮断される。続いて、Ａ室（70）は、第２Ａ室用インジェクションポート（73）と連通し始め、可動スクロール（65）の公転角度が８４０°から９００°に至る途中で第２Ａ室用インジェクションポート（73）から遮断される。一方、Ｂ室（75）は、可動スクロール（65）の公転角度が５４０°に達する直前頃に第１Ｂ室用インジェクションポート（77）から遮断される。続いて、Ｂ室（75）は、第２Ｂ室用インジェクションポート（78）と連通し始め、可動スクロール（65）の公転角度が８４０°から９００°に至る途中で第２Ｂ室用インジェクションポート（78）から遮断される。 Thereafter, the A chamber (70) is shut off from the first A chamber injection port (72) immediately before the revolution angle of the movable scroll (65) reaches 540 °. Subsequently, the A chamber (70) starts to communicate with the second A chamber injection port (73), and the second A chamber injection port (73) is in the middle of the revolution angle of the movable scroll (65) from 840 ° to 900 °. ). On the other hand, the B chamber (75) is blocked from the first B chamber injection port (77) immediately before the revolution angle of the movable scroll (65) reaches 540 °. Subsequently, the B room (75) starts to communicate with the second B room injection port (78), and the second B room injection port (78) in the middle of the revolution angle of the movable scroll (65) from 840 ° to 900 °. ).
−実施形態２の変形例２−
本実施形態の膨張機部（30）では、膨張過程のＡ室（70）及びＢ室（75）へ冷媒を導入するインジェクションポート（72,73,77,78）の数を変更可能としてもよい。つまり、この膨張機部（30）では、膨張過程のＡ室（70）及びＢ室（75）へ冷媒を導入する際において、第１Ａ室用インジェクションポート（72）と第１Ｂ室用インジェクションポート（77）だけを用いる状態と、第２Ａ室用インジェクションポート（73）と第２Ｂ室用インジェクションポート（78）だけを用いる状態と、全てのインジェクションポート（72,73,77,78）を用いる状態とが相互に切換可能となっていてもよい。
-Modification 2 of Embodiment 2
In the expander section (30) of the present embodiment, the number of injection ports (72, 73, 77, 78) for introducing the refrigerant into the A chamber (70) and the B chamber (75) in the expansion process may be changeable. . That is, in the expander section (30), when introducing the refrigerant into the A chamber (70) and the B chamber (75) in the expansion process, the first A chamber injection port (72) and the first B chamber injection port ( 77) only, 2A room injection port (73) and 2B room injection port (78) only, and all injection ports (72, 73, 77, 78) used May be mutually switchable.
《その他の実施形態》
上記の各実施形態では、膨張機構（35）の固定スクロール（60）にインジェクションポート（71,…,76,…）を形成しているが、これに代えて、可動スクロール（65）にインジェクションポート（71,…,76,…）を形成してもよい。
<< Other Embodiments >>
In each of the above embodiments, the injection port (71,..., 76,...) Is formed in the fixed scroll (60) of the expansion mechanism (35). Instead, the injection port is provided in the movable scroll (65). (71, ..., 76, ...) may be formed.
また、上記の各実施形態では、膨張機部（30）を備えた圧縮・膨張ユニット（40）を空調機の冷媒回路（50）に接続しているが、この圧縮・膨張ユニット（40）は、他の用途に用いられる機器、例えば給湯機の冷媒回路に接続することも可能である。尚、給湯機の冷媒回路では、放熱器（51）において冷媒が加熱対象の給湯用水と熱交換し、蒸発器（52）において冷媒が熱源としての室外空気と熱交換することになる。 In each of the above embodiments, the compression / expansion unit (40) including the expander unit (30) is connected to the refrigerant circuit (50) of the air conditioner. The compression / expansion unit (40) It is also possible to connect to a device used for other purposes, for example, a refrigerant circuit of a water heater. In the refrigerant circuit of the water heater, the refrigerant exchanges heat with the hot water to be heated in the radiator (51), and the refrigerant exchanges heat with outdoor air as a heat source in the evaporator (52).
以上説明したように、本発明は、作動流体の膨張により動力を発生させるスクロール型膨張機について有用である。 As described above, the present invention is useful for a scroll expander that generates power by expanding a working fluid.
（30） 膨張機部（スクロール型膨張機）
（35） 膨張機構
（37） 流体室
（60） 固定スクロール
（62） 固定側ラップ
（65） 可動スクロール
（67） 可動側ラップ
（70） Ａ室（第１の流体室）
（71） Ａ室用インジェクションポート（第１のインジェクションポート）
（72） 第１Ａ室用インジェクションポート（第１のインジェクションポート）
（73） 第２Ａ室用インジェクションポート（第１のインジェクションポート）
（75） Ｂ室（第２の流体室）
（76） Ｂ室用インジェクションポート（第２のインジェクションポート）
（77） 第１Ｂ室用インジェクションポート（第２のインジェクションポート）
（78） 第２Ｂ室用インジェクションポート（第２のインジェクションポート）
(30) Expander (scroll type expander)
(35) Expansion mechanism (37) Fluid chamber (60) Fixed scroll (62) Fixed side wrap (65) Movable scroll (67) Movable side wrap (70) Chamber A (first fluid chamber)
(71) Room A injection port (first injection port)
(72) Room 1A injection port (first injection port)
(73) Room 2A injection port (first injection port)
(75) Room B (second fluid chamber)
(76) Room B injection port (second injection port)
(77) Room 1B injection port (second injection port)
(78) Room 2B injection port (second injection port)
Claims (8)
上記膨張機構（35）には、膨張過程の流体室（37）へ作動流体を導入するためのインジェクションポート（71,…,76,…）とが設けられており、
上記インジェクションポート（71,…,76,…）の位置は、該インジェクションポート（71,…,76,…）から流体室（37）への作動流体の導入が膨張過程の終了前に停止するように設定されているスクロール型膨張機。 The expansion mechanism (35) includes an expansion mechanism (35) in which the fixed side wrap (62) of the fixed scroll (60) and the movable side wrap (67) of the movable scroll (65) mesh with each other to form a fluid chamber (37). ) Is a scroll type expander in which the working fluid supplied to the fluid chamber (37) expands,
The expansion mechanism (35) is provided with injection ports (71, ..., 76, ...) for introducing the working fluid into the fluid chamber (37) in the expansion process,
The position of the injection port (71, ..., 76, ...) is such that the introduction of the working fluid from the injection port (71, ..., 76, ...) to the fluid chamber (37) stops before the end of the expansion process. Scroll type expander set to.
膨張過程の開始時点における流体室（37）の容積をＶ1とし、
インジェクションポート（71,…,76,…）からの作動流体の導入終了時点における流体室（37）の容積をＶ2とし、
単位時間当たりに流入過程の流体室（37）へ流入する作動流体の質量をＡとし、
単位時間当たりにインジェクションポート（71,…,76,…）を通って膨張過程の流体室（37）へ流入する作動流体の質量をＢとした場合に、
Ｖ2のＶ1に対する比Ｖ2／Ｖ1が、Ａ＋ＢのＡに対する比(Ａ＋Ｂ)／Ａの最大値に対応して設定されているスクロール型膨張機。 In the scroll type expander according to claim 1,
Let V 1 be the volume of the fluid chamber (37) at the start of the expansion process,
The volume of the fluid chamber (37) at the end of introduction of the working fluid from the injection port (71, ..., 76, ...) is V 2 ,
The mass of the working fluid flowing into the fluid chamber (37) in the inflow process per unit time is A,
When the mass of the working fluid flowing into the fluid chamber (37) in the expansion process through the injection port (71, ..., 76, ...) per unit time is B,
The ratio V 2 / V 1 with respect to V 1 of the V 2 is the ratio of A to A + B (A + B) / A scroll type expander to a maximum value which is set corresponding to.
膨張機構（35）には、固定側ラップ（62）の内側面に沿って形成された第１の流体室（70）だけに開口する第１のインジェクションポート（71）と、固定側ラップ（62）の外側面に沿って形成された第２の流体室（75）だけに開口する第２のインジェクションポート（76）とが１つずつ設けられているスクロール型膨張機。 In the scroll type expander according to claim 1 or 2,
The expansion mechanism (35) includes a first injection port (71) that opens only to the first fluid chamber (70) formed along the inner surface of the fixed side wrap (62), and the fixed side wrap (62). ) Is provided with one second injection port (76) that opens only to the second fluid chamber (75) formed along the outer surface of the scroll-type expander.
膨張機構（35）には、固定側ラップ（62）の内側面に沿って形成された第１の流体室（70）だけに開口する第１のインジェクションポート（72,73）と、固定側ラップ（62）の外側面に沿って形成された第２の流体室（75）だけに開口する第２のインジェクションポート（77,78）とが複数ずつ設けられているスクロール型膨張機。 In the scroll type expander according to claim 1 or 2,
The expansion mechanism (35) includes a first injection port (72, 73) that opens only to the first fluid chamber (70) formed along the inner surface of the fixed side wrap (62), and the fixed side wrap. (62) A scroll type expander provided with a plurality of second injection ports (77, 78) that are open only to the second fluid chamber (75) formed along the outer surface of (62).
１つの第１の流体室（70）に対して複数の第１のインジェクションポート（72,73）が開口可能となっており、
１つの第２の流体室（75）に対して複数の第２のインジェクションポート（77,78）が開口可能となっているスクロール型膨張機。 In the scroll type expander according to claim 4,
A plurality of first injection ports (72, 73) can be opened with respect to one first fluid chamber (70),
A scroll type expander in which a plurality of second injection ports (77, 78) can be opened with respect to one second fluid chamber (75).
複数の第１のインジェクションポート（72,73）は、それぞれが常に別々の第１の流体室（70）に開口しており、
複数の第２のインジェクションポート（77,78）は、それぞれが常に別々の第２の流体室（75）に開口しているスクロール型膨張機。 In the scroll type expander according to claim 4,
The plurality of first injection ports (72, 73) each open to a separate first fluid chamber (70), and
The plurality of second injection ports (77, 78) are scroll-type expanders, each of which is always open to a separate second fluid chamber (75).
インジェクションポート（71,…,76,…）が固定スクロール（60）に形成されているスクロール型膨張機。 The scroll type expander according to any one of claims 1 to 6,
A scroll type expander in which injection ports (71, ..., 76, ...) are formed on a fixed scroll (60).
膨張機構（35）へ供給される作動流体が臨界圧力以上の二酸化炭素であるスクロール型膨張機。
In the scroll type expander according to any one of claims 1 to 7,
A scroll type expander in which the working fluid supplied to the expansion mechanism (35) is carbon dioxide having a critical pressure or higher.
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