JP2006105564A - Fluid machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、膨張機構と圧縮機構とが密閉されたケーシング内に収納されるとともに、蒸気圧縮式の冷凍サイクルの膨張行程と圧縮行程とを行う流体機械に関するものである。 The present invention relates to a fluid machine in which an expansion mechanism and a compression mechanism are housed in a sealed casing and perform an expansion stroke and a compression stroke of a vapor compression refrigeration cycle.
従来より、圧縮機構と膨張機構とが機械的に連結される流体機械が知られている。この流体機械は、例えば空調機などの冷媒回路で行われる蒸気圧縮式の冷凍サイクルの膨張行程及び圧縮行程に利用されている。 Conventionally, a fluid machine in which a compression mechanism and an expansion mechanism are mechanically connected is known. This fluid machine is used for an expansion stroke and a compression stroke of a vapor compression refrigeration cycle performed in a refrigerant circuit such as an air conditioner.
例えば、特許文献1に開示されている空調機は、流体機械の圧縮機構、放熱器、該流体機械の膨張機構、及び蒸発器が閉回路に順に接続されて冷媒回路が構成されている。そして、冷媒回路では、冷媒としての二酸化炭素が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。 For example, in an air conditioner disclosed in Patent Document 1, a refrigerant circuit is configured by sequentially connecting a compression mechanism of a fluid machine, a radiator, an expansion mechanism of the fluid machine, and an evaporator in a closed circuit. In the refrigerant circuit, carbon dioxide as a refrigerant is circulated to perform a vapor compression refrigeration cycle.
ここで、この空調機の例えば暖房時には、冷媒が上記圧縮機構で圧縮され、臨界圧力よりも高い高温高圧となって放熱器を流通する。放熱器では、冷媒が室内空気に放熱して冷却される一方、室内空気が加熱されて暖房が行われる。放熱器で放熱した冷媒は、上記膨張機構で膨張されて低圧の冷媒となり蒸発器を流通する。蒸発器では、冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。このように、この流体機械は、膨張機構による冷媒の膨張、すなわち冷凍サイクルの膨張行程と、圧縮機構による冷媒の圧縮、すなわち冷凍サイクルの圧縮行程とを同時に行うようにしている。そして、この流体機械は、膨張機構で膨張した冷媒の膨張動力、すなわち膨張される冷媒の内部エネルギを回収して、圧縮機構の駆動源として利用するようにしている。
ところで、特許文献1に開示されている流体機械には、冷媒を膨張する膨張機構と、冷媒を圧縮する圧縮機構とが密閉された1つのケーシング内に収納されている。また、この流体機械は、圧縮機構で圧縮された高温高圧の冷媒がケーシング内に一旦吐出されてからケーシング外部に排出される、いわゆる高圧ドーム型の流体機械である。このため、膨張機構の周囲は、圧縮機構の吐出冷媒雰囲気となっている。したがって、圧縮機構の吐出冷媒によって膨張機構に膨張される冷媒(以後、膨張冷媒と称す)が加熱されてしまうと同時に、この膨張機構の膨張冷媒によって圧縮機構の吐出冷媒が冷却されてしまうことがあった。ここで、圧縮機構の吐出冷媒が冷却されてしまうと、例えば上述のような空調機の暖房時において、放熱器の加熱能力が低下してしまう。一方、膨張機構の膨張冷媒が加熱されてしまうと、例えば空調機の冷房時において、蒸発器の冷却能力が低下してしまう。すなわち、この流体機械では、圧縮機構の吐出冷媒と膨張機構の膨張冷媒とがケーシング内で熱交換してしまうことにより、蒸気圧縮式冷凍サイクルによって得られる冷却能力や加熱能力が低下してしまうという問題があった。 By the way, in the fluid machine disclosed in Patent Document 1, an expansion mechanism that expands the refrigerant and a compression mechanism that compresses the refrigerant are housed in one sealed casing. The fluid machine is a so-called high-pressure dome type fluid machine in which a high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by a compression mechanism is once discharged into the casing and then discharged to the outside of the casing. For this reason, the periphery of the expansion mechanism is a discharge refrigerant atmosphere of the compression mechanism. Therefore, the refrigerant expanded to the expansion mechanism by the discharge refrigerant of the compression mechanism (hereinafter referred to as expansion refrigerant) is heated, and at the same time, the discharge refrigerant of the compression mechanism is cooled by the expansion refrigerant of the expansion mechanism. there were. Here, when the refrigerant discharged from the compression mechanism is cooled, for example, when the air conditioner is heated as described above, the heating capability of the radiator is reduced. On the other hand, when the expansion refrigerant of the expansion mechanism is heated, for example, when the air conditioner is cooled, the cooling capacity of the evaporator is reduced. That is, in this fluid machine, the cooling capacity and the heating capacity obtained by the vapor compression refrigeration cycle are reduced due to heat exchange between the discharge refrigerant of the compression mechanism and the expansion refrigerant of the expansion mechanism in the casing. There was a problem.
本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、圧縮機構の吐出冷媒と膨張機構の膨張冷媒との間で生じる熱ロスを削減し、この流体機械が利用される蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷却能力や加熱能力の向上を図ることである。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to reduce the heat loss that occurs between the refrigerant discharged from the compression mechanism and the expansion refrigerant of the expansion mechanism. It is intended to improve the cooling capacity and heating capacity of the vapor compression refrigeration cycle.
本発明は、密閉されたケーシングの内部空間を低圧空間と高圧空間とに区画し、該低圧空間に膨張機構を配置する一方、上記高圧空間に圧縮機構を配置するようにしたものである。 In the present invention, the internal space of the sealed casing is divided into a low pressure space and a high pressure space, and an expansion mechanism is disposed in the low pressure space, while a compression mechanism is disposed in the high pressure space.
より具体的に、第1の発明は、密閉型のケーシング(31)内に、冷媒を膨張する膨張機構(70)と冷媒を圧縮する圧縮機構(50)とが連結されて収納され、蒸気圧縮式の冷凍サイクルの膨張行程と圧縮行程とを行う流体機械を前提としている。そして、この流体機械は、上記ケーシング(31)の内部を、膨張機構(70)が配置される第1空間(101)と、圧縮機構(50)が配置される第2空間(102)とに区画する仕切部(90)を備え、上記第1空間(101)は、圧縮機構(50)の吸入側と導入管(35)を介して連通して低圧空間を構成する一方、上記第2空間(102)が、圧縮機構(50)の吐出側と連通して高圧空間を構成しているものである。 More specifically, in the first invention, the expansion mechanism (70) for expanding the refrigerant and the compression mechanism (50) for compressing the refrigerant are connected and stored in the sealed casing (31), and vapor compression is performed. It is premised on a fluid machine that performs an expansion stroke and a compression stroke of a refrigeration cycle. In this fluid machine, the inside of the casing (31) is divided into a first space (101) in which the expansion mechanism (70) is arranged and a second space (102) in which the compression mechanism (50) is arranged. The first space (101) includes a partition part (90) for partitioning, and the first space (101) communicates with the suction side of the compression mechanism (50) via the introduction pipe (35) to form a low-pressure space, while the second space (102) communicates with the discharge side of the compression mechanism (50) to form a high-pressure space.
上記第1の発明では、圧縮機構(50)が蒸気圧縮式冷凍サイクルの圧縮行程を行う一方、膨張機構(70)は蒸気圧縮式冷凍サイクルの膨張行程を行う。ここで、例えば蒸発器で蒸発した冷媒は、所定配管より第1空間(101)に流入し、導入管(35)を流通した後、圧縮機構(50)に吸入されて圧縮される。すなわち、膨張機構(70)が配置される第1空間(101)は、圧縮機構(50)の吸入冷媒で満たされる。一方、圧縮機構(50)で圧縮された冷媒は、第2空間(102)に排出される。すなわち、圧縮機構(50)が配置される第2空間(102)は、圧縮機構(50)の吐出冷媒で満たされる。したがって、従来の流体機械のように、圧縮機構の吐出冷媒で膨張機構が加熱され、圧縮機構の吐出冷媒と膨張機構の膨張冷媒との間で熱ロスが生じてしまうことを回避できる。 In the first invention, the compression mechanism (50) performs the compression stroke of the vapor compression refrigeration cycle, while the expansion mechanism (70) performs the expansion stroke of the vapor compression refrigeration cycle. Here, for example, the refrigerant evaporated in the evaporator flows into the first space (101) from the predetermined pipe, flows through the introduction pipe (35), and then is sucked into the compression mechanism (50) and compressed. That is, the first space (101) in which the expansion mechanism (70) is disposed is filled with the refrigerant sucked by the compression mechanism (50). On the other hand, the refrigerant compressed by the compression mechanism (50) is discharged into the second space (102). That is, the second space (102) in which the compression mechanism (50) is disposed is filled with the refrigerant discharged from the compression mechanism (50). Therefore, unlike the conventional fluid machine, it can be avoided that the expansion mechanism is heated by the refrigerant discharged from the compression mechanism and heat loss occurs between the refrigerant discharged from the compression mechanism and the expansion refrigerant of the expansion mechanism.
また、一般的な蒸気圧縮式の冷凍サイクルにおいて、圧縮機構(50)の吸入冷媒は、膨張機構(70)の吸入及び膨張冷媒よりも低温となる。したがって、膨張機構(70)の吸入及び膨張冷媒は、第1空間(101)内の圧縮機構(50)の吸入冷媒と熱交換し、この吸入及び膨張冷媒が冷却されると同時に、圧縮機構(50)の吸入冷媒が加熱される。このため、膨張機構(70)による膨張行程の後、例えば室内の冷房を行う蒸発器に供給される冷媒の温度を低くでき、この蒸発器の冷却能力を向上できる。また、圧縮機構(50)におる圧縮行程の後、例えば室内の暖房を行う放熱器に供給される冷媒の温度を高くでき、この放熱器の加熱能力を向上できる。 In a general vapor compression refrigeration cycle, the refrigerant sucked by the compression mechanism (50) is cooler than the refrigerant sucked by the expansion mechanism (70) and the expansion refrigerant. Therefore, the suction and expansion refrigerant in the expansion mechanism (70) exchanges heat with the suction refrigerant in the compression mechanism (50) in the first space (101), and at the same time the suction and expansion refrigerant is cooled, the compression mechanism ( 50) The suction refrigerant is heated. For this reason, after the expansion stroke by the expansion mechanism (70), for example, the temperature of the refrigerant supplied to the evaporator that cools the room can be lowered, and the cooling capacity of the evaporator can be improved. Moreover, after the compression process in the compression mechanism (50), for example, the temperature of the refrigerant supplied to the radiator that heats the room can be increased, and the heating capacity of the radiator can be improved.
第2の発明は、第1の発明の流体機械において、ケーシング(31)内に貯まった冷媒中の油が流入して圧縮機構(50)及び膨張機構(70)に供給される油供給通路(49)を備え、上記油供給通路(49)の油流入部(91)が高圧空間に配置されているものである。 According to a second aspect of the present invention, in the fluid machine according to the first aspect, the oil in the refrigerant stored in the casing (31) flows in and is supplied to the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (70). 49), and the oil inflow portion (91) of the oil supply passage (49) is disposed in the high-pressure space.
上記第2の発明では、冷媒中に含まれる油(冷凍機油)がケーシング(31)内に貯まった際、この油が油流入部(91)より油供給通路(49)に吸入される。そして、この油が所定の供給通路(49)を流通した後、圧縮機構(50)及び膨張機構(70)に供給されることで、圧縮機構(50)及び膨張機構(70)が潤滑される。 In the second aspect of the invention, when oil (refrigeration oil) contained in the refrigerant is stored in the casing (31), the oil is sucked into the oil supply passage (49) from the oil inflow portion (91). And after this oil distribute | circulates the predetermined supply channel | path (49), a compression mechanism (50) and an expansion mechanism (70) are lubricated by being supplied to a compression mechanism (50) and an expansion mechanism (70). .
ここで、本発明では、上記油流入部(91)を高圧空間となる第2空間(102)に配置している。このため、高圧冷媒の圧力を利用して、ケーシング(31)内に貯まった油を効率的に油流入部(91)に圧送することができる。 Here, in this invention, the said oil inflow part (91) is arrange | positioned in the 2nd space (102) used as a high voltage | pressure space. For this reason, the oil stored in the casing (31) can be efficiently pumped to the oil inflow portion (91) using the pressure of the high-pressure refrigerant.
また、例えば仮に低圧空間に油流入部を配置し、低圧空間に貯まった油を上記油流入部より吸入する場合、低圧空間内に貯まった冷媒は蒸発しやすいため、この冷媒の蒸発に伴い油中に気泡が生じる、いわゆるホーミングが起こり得る。その結果、油流入部による油の吸入を好適に行えなくなる可能性がある。 Further, for example, if an oil inflow portion is disposed in the low pressure space and the oil stored in the low pressure space is sucked from the oil inflow portion, the refrigerant stored in the low pressure space is likely to evaporate. So-called homing, in which bubbles are generated, can occur. As a result, there is a possibility that the oil can not be properly sucked by the oil inflow portion.
一方、本発明では、油流入部(91)を高圧空間(102)に配置しているため、上述のホーミングが起こりにくく、油流入部(91)による油の吸入を好適に行うことができる。 On the other hand, in the present invention, since the oil inflow portion (91) is disposed in the high-pressure space (102), the above-described homing hardly occurs, and the oil inflow by the oil inflow portion (91) can be suitably performed.
第3の発明は、第1又は第2の発明の流体機械において、低圧空間(101)が、圧縮機構(50)の吸入冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する気液分離部を兼ねており、導入管(35)の冷媒吸入口(35a)は、上記低圧空間(101)で分離されたガス冷媒に臨むように開口しているものである。 According to a third invention, in the fluid machine of the first or second invention, the low-pressure space (101) also serves as a gas-liquid separator that separates the refrigerant sucked into the compression mechanism (50) into liquid refrigerant and gas refrigerant. The refrigerant suction port (35a) of the introduction pipe (35) is opened to face the gas refrigerant separated in the low-pressure space (101).
上記第3の発明では、低圧空間となる第1空間(101)に満たされる圧縮機構(50)の吸入冷媒が、液冷媒とガス冷媒とに分離される。すなわち、この低圧空間(101)は、気液2相状態の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する気液分離部として用いられる。 In the said 3rd invention, the suction | inhalation refrigerant | coolant of the compression mechanism (50) with which the 1st space (101) used as low pressure space is satisfy | filled is isolate | separated into a liquid refrigerant and a gas refrigerant. That is, the low-pressure space (101) is used as a gas-liquid separator that separates the gas-liquid two-phase refrigerant into liquid refrigerant and gas refrigerant.
この低圧空間(101)で分離されたガス冷媒は、導入管(35)の冷媒吸入口(35a)より積極的に吸入され、導入管(35)を通過した後、圧縮機構(50)で圧縮される。一方、低圧空間(101)で分離された液冷媒は、低圧空間(101)に貯まるとともに、ガス冷媒との気液平衡関係を保ちながら次第に蒸発し、導入管(35)に吸入される。 The gas refrigerant separated in the low pressure space (101) is actively sucked from the refrigerant suction port (35a) of the introduction pipe (35), passes through the introduction pipe (35), and is then compressed by the compression mechanism (50). Is done. On the other hand, the liquid refrigerant separated in the low pressure space (101) is stored in the low pressure space (101), gradually evaporates while maintaining a gas-liquid equilibrium relationship with the gas refrigerant, and is sucked into the introduction pipe (35).
第4の発明は、第3の発明の流体機械において、導入管(35)には、低圧空間(101)の底部に貯まった油をガス冷媒とともに圧縮機構(50)の吸入側に送る油戻し通路(35b)が設けられているものである。 In a fluid machine according to a fourth aspect, in the fluid machine according to the third aspect, in the introduction pipe (35), the oil return that sends the oil stored at the bottom of the low pressure space (101) together with the gas refrigerant to the suction side of the compression mechanism (50) A passage (35b) is provided.
上記第4の発明では、低圧空間(101)に貯まった油が、油戻し通路(35b)より導入管(35)に吸入される。そして、導入管(35)に吸入された油は、低圧空間(101)で分離されたガス冷媒とともに圧縮機構(50)の吸入側に送られる。 In the fourth aspect of the invention, the oil stored in the low pressure space (101) is sucked into the introduction pipe (35) from the oil return passage (35b). The oil sucked into the introduction pipe (35) is sent to the suction side of the compression mechanism (50) together with the gas refrigerant separated in the low pressure space (101).
第5の発明は、第1から第4のいずれか1の発明の流体機械において、仕切部(90)には、膨張機構(70)を構成する材料よりも熱伝導率の小さい断熱材(93)が設けられているものである。 According to a fifth invention, in the fluid machine according to any one of the first to fourth inventions, a heat insulating material (93) having a thermal conductivity smaller than that of a material constituting the expansion mechanism (70) is provided in the partition (90). ) Is provided.
上記第5の発明では、ケーシング(31)の内部空間を低圧空間(101)と高圧空間(102)とに区画する仕切部(90)に断熱材(93)が設けられる。このため、吐出冷媒で満たされた高圧空間(102)の熱が仕切部(90)を伝って膨張機構(70)側へ移動してしまうことを抑制できる。 In the said 5th invention, a heat insulating material (93) is provided in the partition part (90) which divides the internal space of a casing (31) into the low voltage | pressure space (101) and the high voltage | pressure space (102). For this reason, it can suppress that the heat | fever of the high pressure space (102) filled with the discharge refrigerant | coolant is transferred to the expansion mechanism (70) side along a partition part (90).
第6の発明は、膨張機構(70)の外表面に、フィン(95)が設けられているものである。 In the sixth invention, fins (95) are provided on the outer surface of the expansion mechanism (70).
上記第6の発明では、膨張機構(70)の周囲の低圧冷媒と、膨張機構(70)の膨張冷媒との熱交換がフィン(95)により促進される。このため、圧縮機構(50)の吸入冷媒で膨張機構(70)の膨張冷媒を一層低い温度に冷却することができ、言い換えると、圧縮機構(50)の吸入冷媒を膨張機構(70)の吸入冷媒で一層高い温度に加熱することができる。 In the sixth invention, heat exchange between the low-pressure refrigerant around the expansion mechanism (70) and the expansion refrigerant in the expansion mechanism (70) is promoted by the fins (95). For this reason, the expansion refrigerant of the expansion mechanism (70) can be cooled to a lower temperature by the intake refrigerant of the compression mechanism (50). In other words, the intake refrigerant of the compression mechanism (50) is sucked into the expansion mechanism (70). The refrigerant can be heated to a higher temperature.
第7の発明は、第2から第6のいずれか1の発明の流体機構において、ケーシング(31)内には、その底部に近い順に、油流入部(91)、圧縮機構(50)、及び膨張機構(70)が配置されているものである。 According to a seventh invention, in the fluid mechanism according to any one of the second to sixth inventions, in the casing (31), the oil inflow portion (91), the compression mechanism (50), and An expansion mechanism (70) is arranged.
上記第7の発明では、ケーシング(31)の底部寄りに高圧空間(102)が形成され、その上部寄りに低圧空間(101)が形成される。具体的に、高圧空間(102)の底部寄りに油流入部(91)が設けられ、該油流入部(91)の上方に圧縮機構(50)が設けられる。さらに、圧縮機構(50)の上部には、仕切部(90)を挟んで低圧空間(101)が形成され、この低圧空間(101)に膨張機構(70)が設けられる。 In the seventh aspect, the high pressure space (102) is formed near the bottom of the casing (31), and the low pressure space (101) is formed near the top. Specifically, an oil inflow portion (91) is provided near the bottom of the high pressure space (102), and a compression mechanism (50) is provided above the oil inflow portion (91). Furthermore, a low-pressure space (101) is formed above the compression mechanism (50) with the partition (90) interposed therebetween, and an expansion mechanism (70) is provided in the low-pressure space (101).
第8の発明は、第2から第6のいずれか1の発明の流体機械において、ケーシング(31)内には、その底部に近い順に、膨張機構(70)、油流入部(91)、及び圧縮機構(50)が配置されているものである。 The eighth invention is the fluid machine according to any one of the second to sixth inventions, wherein in the casing (31), the expansion mechanism (70), the oil inflow portion (91), and A compression mechanism (50) is arranged.
上記第8の発明では、第7の発明と逆に、ケーシング(31)の底部寄りに低圧空間(101)が形成され、その上部寄りに高圧空間(102)が形成される。具体的に、低圧空間(101)の底部寄りに膨張機構(70)が設けられ、該膨張機構(70)の上部には、仕切部(90)を挟んで高圧空間(102)が形成される。この高圧空間(101)の底部寄りに油流入部(91)が設けられ、該油流入部(91)の上方に圧縮機構(50)が設けられる。 In the eighth invention, contrary to the seventh invention, the low pressure space (101) is formed near the bottom of the casing (31), and the high pressure space (102) is formed near the top. Specifically, an expansion mechanism (70) is provided near the bottom of the low-pressure space (101), and a high-pressure space (102) is formed above the expansion mechanism (70) with the partition (90) interposed therebetween. . An oil inflow portion (91) is provided near the bottom of the high pressure space (101), and a compression mechanism (50) is provided above the oil inflow portion (91).
第9の発明は、第1から第8のいずれか1の流体機械において、高圧空間(102)には、圧縮機構(50)を駆動する電動機(40)が配置されているものである。 According to a ninth aspect of the present invention, in any one of the first to eighth fluid machines, an electric motor (40) that drives the compression mechanism (50) is disposed in the high-pressure space (102).
上記第9の発明では、圧縮機構(50)の駆動源となる電動機(40)が高圧空間(102)に配置される。このため、電動機(40)と膨張機構(70)とは仕切部(90)で仕切られることになる。したがって、電動機(40)の起動時における熱が膨張機構(70)に移動してしまうことを抑制できる。 In the ninth aspect of the invention, the electric motor (40) serving as the drive source for the compression mechanism (50) is disposed in the high-pressure space (102). For this reason, the electric motor (40) and the expansion mechanism (70) are partitioned by the partition portion (90). Therefore, it can suppress that the heat at the time of starting of an electric motor (40) moves to an expansion mechanism (70).
第10の発明は、第1から第9のいずれか1の発明の流体機械において、二酸化炭素を冷媒として蒸気圧縮式の冷凍サイクルの膨張行程と圧縮行程を行うものである。 A tenth aspect of the invention is the fluid machine according to any one of the first to ninth aspects of the invention, which performs an expansion stroke and a compression stroke of a vapor compression refrigeration cycle using carbon dioxide as a refrigerant.
上記第10の発明では、第1から第9の発明の流体機械が、二酸化炭素を冷媒とした、いわゆる超臨界サイクルを行う膨張行程及び圧縮行程に利用される。ここで、一般的に超臨界サイクルでは圧縮機構(50)の吐出冷媒温度が比較的高温となるため、従来の流体機械では、圧縮機構の吐出冷媒と膨張機構の膨張冷媒との間の熱ロスが増大しやすくなる。一方、本発明では、膨張機構(70)の周囲を吸入冷媒雰囲気としているため、このような熱ロスを効果的に解消することができる。 In the tenth aspect of the invention, the fluid machine of the first to ninth aspects of the invention is used for an expansion stroke and a compression stroke that perform a so-called supercritical cycle using carbon dioxide as a refrigerant. Here, generally, in the supercritical cycle, the discharge refrigerant temperature of the compression mechanism (50) is relatively high, so in a conventional fluid machine, the heat loss between the discharge refrigerant of the compression mechanism and the expansion refrigerant of the expansion mechanism Tends to increase. On the other hand, in the present invention, since the atmosphere around the expansion mechanism (70) is an intake refrigerant atmosphere, such heat loss can be effectively eliminated.
上記第1の発明によれば、圧縮機構(50)の吐出冷媒で満たされた高圧空間となる第2空間(102)に圧縮機構(50)を配置する一方、圧縮機構(50)の吸入冷媒で満たされた低圧空間となる第1空間(101)に膨張機構(70)を配置している。このため、圧縮機構(50)の吐出冷媒と膨張機構(70)の膨張冷媒との間で熱ロスが生じ、その結果、この流体機械が利用される蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷却能力や加熱能力が低下してしまうことを回避できる。 According to the first aspect of the invention, the compression mechanism (50) is disposed in the second space (102) that is a high-pressure space filled with the refrigerant discharged from the compression mechanism (50), while the suction refrigerant of the compression mechanism (50) The expansion mechanism (70) is disposed in the first space (101), which is a low-pressure space filled with. For this reason, heat loss occurs between the refrigerant discharged from the compression mechanism (50) and the refrigerant expanded from the expansion mechanism (70). As a result, the cooling capacity and heating capacity of the vapor compression refrigeration cycle in which this fluid machine is used Can be avoided.
また、本発明によれば、膨張機構(70)の膨張冷媒を、周囲の吸入冷媒で冷却できる一方、圧縮機構(50)の吸入冷媒を加熱できるようにしている。このため、膨張機構(70)で膨張した後、例えば蒸発器となる室内熱交換器を流通する冷媒温度を低くでき、この蒸発器の冷却能力の向上を図ることができる。また、圧縮機構(50)で圧縮された後、例えば放熱器となる室内熱交換器を流通する冷媒温度を高くでき、この放熱器の加熱能力の向上を図ることができる。 Further, according to the present invention, the expansion refrigerant of the expansion mechanism (70) can be cooled by the surrounding intake refrigerant, while the intake refrigerant of the compression mechanism (50) can be heated. For this reason, after expanding by the expansion mechanism (70), for example, the temperature of the refrigerant flowing through the indoor heat exchanger serving as an evaporator can be lowered, and the cooling capacity of the evaporator can be improved. In addition, after being compressed by the compression mechanism (50), for example, the temperature of the refrigerant flowing through the indoor heat exchanger serving as a radiator can be increased, and the heating capacity of the radiator can be improved.
上記第2の発明によれば、冷媒中の油を圧縮機構(50)や膨張機構(70)に供給するための油供給通路(49)において、その油流入部(91)を高圧空間(102)に配置している。このため、高圧冷媒の圧力を利用して、ケーシング(31)内に貯まった油を油流入部(91)へ効率的に吸入させることができる。また、高圧空間(102)では、上述したホーミングなどが起こりにくいため、油流入部(91)による油の吸入を好適に行うことができる。したがって、圧縮機構(50)や膨張機構(70)における油潤滑を好適に行うことができる。 According to the second aspect of the invention, in the oil supply passage (49) for supplying the oil in the refrigerant to the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (70), the oil inflow portion (91) is placed in the high-pressure space (102 ). For this reason, the oil stored in the casing (31) can be efficiently sucked into the oil inflow portion (91) using the pressure of the high-pressure refrigerant. Further, in the high-pressure space (102), the above-described homing is unlikely to occur, and therefore the oil can be preferably sucked by the oil inflow portion (91). Therefore, oil lubrication in the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (70) can be suitably performed.
上記第3の発明によれば、低圧空間となる第1空間(101)において、圧縮機構(50)に吸入される前の冷媒を気液分離できるようにしている。そして、圧縮機構(50)へは、第1空間(101)で分離されたガス冷媒を積極的に送るようにしている。このため、この流体機械とは別にアキュムレータなどの気液分離器を設けることなく、圧縮機構(50)における液圧縮を回避できる。 According to the third aspect of the present invention, the refrigerant before being sucked into the compression mechanism (50) can be gas-liquid separated in the first space (101) which is a low pressure space. The gas refrigerant separated in the first space (101) is actively sent to the compression mechanism (50). For this reason, liquid compression in the compression mechanism (50) can be avoided without providing a gas-liquid separator such as an accumulator separately from the fluid machine.
上記第4の発明によれば、第1空間(101)に貯まった油を油戻し通路(35b)を介して導入管(35)に吸入させ、この油を圧縮機構(50)に戻すことができる。したがって、第1空間(101)の底部に油が過剰に貯まってしまう一方、圧縮機構(50)や膨張機構(70)の潤滑油が不足してしまうことを容易に解消することができる。 According to the fourth aspect of the invention, the oil stored in the first space (101) is sucked into the introduction pipe (35) through the oil return passage (35b), and the oil is returned to the compression mechanism (50). it can. Therefore, it is possible to easily solve the problem that the lubricating oil in the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (70) becomes insufficient while the oil is excessively stored in the bottom portion of the first space (101).
上記第5の発明によれば、仕切部(90)に断熱材(93)を設けることで、低圧空間(101)と高圧空間(102)との間の熱移動を極力防止できるようにしている。このため、例えば高圧空間(102)の吐出冷媒の熱が低圧空間(101)に伝達してしまい、その結果、膨張機構(70)が加熱されてしまうことを効果的に抑制できる。すなわち、圧縮機構(50)の吐出冷媒と膨張機構(70)の吸入及び膨張冷媒との間の熱ロスを一層効果的に解消することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the heat transfer between the low pressure space (101) and the high pressure space (102) can be prevented as much as possible by providing the partition member (90) with the heat insulating material (93). . For this reason, for example, the heat of the refrigerant discharged from the high-pressure space (102) is transmitted to the low-pressure space (101), and as a result, the expansion mechanism (70) can be effectively prevented from being heated. That is, the heat loss between the refrigerant discharged from the compression mechanism (50) and the suction and expansion refrigerant of the expansion mechanism (70) can be more effectively eliminated.
上記第6の発明によれば、膨張機構(70)にフィン(95)を設けることで、膨張機構(70)と、この膨張機構(70)の周囲の吸入冷媒との熱交換効率を向上させることができる。このため、膨張機構(70)の膨張冷媒を効果的に冷却でき、同時に、圧縮機構(50)の吸入冷媒を効果的に加熱できる。したがって、この流体機械が利用される蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷却能力や加熱能力の向上を一層図ることができる。 According to the sixth aspect of the invention, by providing the expansion mechanism (70) with the fin (95), the efficiency of heat exchange between the expansion mechanism (70) and the suction refrigerant around the expansion mechanism (70) is improved. be able to. For this reason, the expansion refrigerant | coolant of an expansion mechanism (70) can be cooled effectively, and the suction | inhalation refrigerant | coolant of a compression mechanism (50) can be heated effectively simultaneously. Therefore, the cooling capacity and heating capacity of the vapor compression refrigeration cycle in which this fluid machine is used can be further improved.
上記第7の発明によれば、ケーシング(31)の内部空間において、最も底部寄りに油流入部(91)を配置し、その上部に圧縮機構(50)及び膨張機構(70)を配置している。このため、ケーシング(31)の底部に貯まった油を油流入部(91)より吸入し、この油を上部へ送ることで、圧縮機構(50)及び膨張機構(70)への油供給を容易に行うことができる。 According to the seventh aspect, in the internal space of the casing (31), the oil inflow portion (91) is disposed closest to the bottom portion, and the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (70) are disposed on the upper portion thereof. Yes. For this reason, the oil stored in the bottom of the casing (31) is sucked from the oil inflow part (91), and this oil is sent to the upper part to facilitate oil supply to the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (70). Can be done.
上記第8の発明によれば、ケーシング(31)の内部空間において、底部寄りに低圧空間となる第1空間(101)を形成し、上部寄りに高圧空間となる第2空間(102)を形成している。このようにすると、第2空間(102)内の高温の吐出冷媒の熱が、その下側に位置する第1空間(101)に伝達しにくくなる。このため、第1空間(101)における膨張機構(70)及び膨張冷媒の冷却効果を高め、この流体機械が利用される蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷却能力や加熱能力の向上を一層図ることができる。 According to the eighth aspect of the invention, in the internal space of the casing (31), the first space (101) serving as the low pressure space is formed near the bottom, and the second space (102) serving as the high pressure space is formed near the top. is doing. If it does in this way, it will become difficult to transmit the heat | fever of the hot discharge refrigerant | coolant in 2nd space (102) to the 1st space (101) located in the lower side. For this reason, the cooling effect of the expansion mechanism (70) and the expanded refrigerant in the first space (101) can be enhanced, and the cooling capacity and heating capacity of the vapor compression refrigeration cycle in which this fluid machine is used can be further improved. .
上記第9の発明によれば、圧縮機構(50)の駆動源となる電動機(40)を高圧空間となる第2空間(102)に配置することで、電動機(40)の起動時に生じる熱が膨張機構(70)に伝わってしまうことを極力抑えるようにしている。このため、第1空間(101)における膨張機構(70)及び膨張冷媒の冷却効果を高め、この流体機械が利用される蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷却能力や加熱能力の向上を一層図ることができる。 According to the ninth aspect of the present invention, the electric motor (40) serving as the drive source of the compression mechanism (50) is disposed in the second space (102) serving as the high-pressure space, so that the heat generated when the electric motor (40) is started up. The transmission to the expansion mechanism (70) is suppressed as much as possible. For this reason, the cooling effect of the expansion mechanism (70) and the expanded refrigerant in the first space (101) can be enhanced, and the cooling capacity and heating capacity of the vapor compression refrigeration cycle in which this fluid machine is used can be further improved. .
上記第10の発明によれば、冷媒として二酸化炭素を用いる超臨界サイクルにおける膨張行程及び圧縮行程に、この流体機械を利用できるようにしている。ここで、冷媒を二酸化炭素として超臨界サイクルを行うと、特に暖房などに用いられる放熱器の加熱能力を向上させることができる。また、この流体機械による膨張動力を圧縮機構(50)の駆動源として回収する場合には、膨張動力が増大するため、この流体機械で得られる回収動力も増大させることができる。 According to the tenth aspect of the invention, this fluid machine can be used for the expansion stroke and the compression stroke in the supercritical cycle using carbon dioxide as the refrigerant. Here, when the supercritical cycle is performed using carbon dioxide as a refrigerant, it is possible to improve the heating ability of a radiator used particularly for heating. Further, when the expansion power by the fluid machine is recovered as a drive source of the compression mechanism (50), the expansion power increases, so that the recovery power obtained by the fluid machine can also be increased.
一方、冷媒を二酸化炭素とすると、圧縮機構(50)の吐出冷媒と膨張機構(70)の膨張冷媒との間で熱ロスが生じ易くなる傾向にあるが、本発明では、この熱ロスを効果的に解消できるため、二酸化炭素を用いた冷凍サイクルにおける冷却能力や加熱能力の向上を図ることができる。 On the other hand, if the refrigerant is carbon dioxide, heat loss tends to occur between the discharge refrigerant of the compression mechanism (50) and the expansion refrigerant of the expansion mechanism (70). In the present invention, this heat loss is effective. Therefore, the cooling capacity and heating capacity in the refrigeration cycle using carbon dioxide can be improved.
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》
まず、本発明の実施形態1に係る流体機械について説明する。この流体機械は、空調機(10)の冷媒回路(20)に接続されて、この冷媒回路(20)における蒸気圧縮式冷凍サイクルの膨張行程と圧縮行程とを行うものである。
Embodiment 1 of the Invention
First, the fluid machine according to Embodiment 1 of the present invention will be described. This fluid machine is connected to a refrigerant circuit (20) of an air conditioner (10), and performs an expansion stroke and a compression stroke of a vapor compression refrigeration cycle in the refrigerant circuit (20).
<空調機の全体構成>
図1に示すように、空調機(10)は、屋外に配置される室外機(11)と屋内に配置される室内機(13)とが個別に設けられる、いわゆるセパレート型の空調機である。室外機(11)には、室外ファン(12)、室外熱交換器(23)、第1四路切換弁(21)、第2四路切換弁(22)、及び圧縮膨張ユニット(流体機械)(30)が収納されている。一方、室内機(13)には、室内ファン(14)及び室内熱交換器(24)が収納されている。これら室外機(11)と室内機(13)とは、一対の連絡配管(15,16)によって互いに接続されている。
<Overall configuration of air conditioner>
As shown in FIG. 1, the air conditioner (10) is a so-called separate type air conditioner in which an outdoor unit (11) arranged outdoors and an indoor unit (13) arranged indoors are individually provided. . The outdoor unit (11) includes an outdoor fan (12), an outdoor heat exchanger (23), a first four-way switching valve (21), a second four-way switching valve (22), and a compression / expansion unit (fluid machine). (30) is stored. On the other hand, the indoor unit (13) houses an indoor fan (14) and an indoor heat exchanger (24). The outdoor unit (11) and the indoor unit (13) are connected to each other by a pair of connecting pipes (15, 16).
冷媒回路(20)は、上述した圧縮膨張ユニット(30)、第1,第2四路切換弁(21,22)、室内熱交換器(24)、及び室外熱交換器(23)とが配管で接続されて閉回路を構成している。この冷媒回路(20)には、二酸化炭素が充填されている。そして、冷媒回路(20)では、冷媒である二酸化炭素が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。 The refrigerant circuit (20) includes the above-described compression / expansion unit (30), the first and second four-way switching valves (21, 22), the indoor heat exchanger (24), and the outdoor heat exchanger (23). Are connected to form a closed circuit. The refrigerant circuit (20) is filled with carbon dioxide. In the refrigerant circuit (20), carbon dioxide as a refrigerant circulates to perform a vapor compression refrigeration cycle.
上記室外熱交換器(23)と上記室内熱交換器(24)とは、何れもクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器で構成されている。上記室外熱交換器(23)では、冷媒回路(20)を循環する冷媒が室外ファン(12)によって取り込まれた室外空気と熱交換する。上記室内熱交換器(24)では、冷媒回路(20)を循環する冷媒が室内ファン(14)によって取り込まれた空気と熱交換する。 Both the outdoor heat exchanger (23) and the indoor heat exchanger (24) are constituted by cross fin type fin-and-tube heat exchangers. In the outdoor heat exchanger (23), the refrigerant circulating in the refrigerant circuit (20) exchanges heat with the outdoor air taken in by the outdoor fan (12). In the indoor heat exchanger (24), the refrigerant circulating in the refrigerant circuit (20) exchanges heat with the air taken in by the indoor fan (14).
上記第1四路切換弁(21)は、4つのポートを備えている。この第1四路切換弁(21)は、第1ポートが圧縮膨張ユニット(30)の吐出ポート(37)に、第2ポートが連絡配管(15)を介して室内熱交換器(24)の一端に、第3ポートが室外熱交換器(23)の一端に、第4ポートが圧縮膨張ユニット(30)の吸入ポート(36)にそれぞれ接続されている。そして、上記第1四路切換弁(21)は、第1ポートと第2ポートとが連通し且つ第3ポートと第4ポートとが連通する状態(図1に実線で示す状態)と、第1ポートと第3ポートとが連通し且つ第2ポートと第4ポートとが連通する状態(図1に破線で示す状態)とに切り換わる。 The first four-way selector valve (21) has four ports. The first four-way selector valve (21) has a first port connected to the discharge port (37) of the compression / expansion unit (30) and a second port connected to the indoor heat exchanger (24) via the connecting pipe (15). The third port is connected to one end of the outdoor heat exchanger (23), and the fourth port is connected to the suction port (36) of the compression / expansion unit (30). The first four-way selector valve (21) has a state in which the first port and the second port communicate with each other and a state in which the third port and the fourth port communicate with each other (state indicated by a solid line in FIG. 1), The state is switched to a state in which the first port communicates with the third port and the second port communicates with the fourth port (a state indicated by a broken line in FIG. 1).
上記第2四路切換弁(22)は、4つのポートを備えている。この第2四路切換弁(22)は、第1ポートが圧縮膨張ユニット(30)の流出ポート(39)に、第2ポートが室外熱交換器(23)の他端に、第3ポートが連絡配管(16)を介して室内熱交換器(24)の他端に、第4ポートが圧縮膨張ユニット(30)の流入ポート(38)にそれぞれ接続されている。そして、上記第2四路切換弁(22)は、第1ポートと第2ポートとが連通し且つ第3ポートと第4ポートとが連通する状態(図1に実線で示す状態)と、第1ポートと第3ポートとが連通し且つ第2ポートと第4ポートとが連通する状態(図1に破線で示す状態)とに切り換わる。 The second four-way selector valve (22) has four ports. The second four-way switching valve (22) has a first port at the outflow port (39) of the compression / expansion unit (30), a second port at the other end of the outdoor heat exchanger (23), and a third port. The fourth port is connected to the inflow port (38) of the compression / expansion unit (30) on the other end of the indoor heat exchanger (24) via the communication pipe (16). The second four-way selector valve (22) includes a state in which the first port and the second port communicate with each other and a state in which the third port and the fourth port communicate with each other (state indicated by a solid line in FIG. 1), The state is switched to a state in which the first port communicates with the third port and the second port communicates with the fourth port (a state indicated by a broken line in FIG. 1).
〈圧縮膨張ユニットの構成〉
図2に示すように、圧縮膨張ユニット(30)は、縦長で円筒形の密閉容器であるケーシング(31)を備えている。このケーシング(31)の内部には、下から上に向かって順に、圧縮機構(50)、電動機(40)、及び膨張機構(70)が配置されている。
<Configuration of compression / expansion unit>
As shown in FIG. 2, the compression / expansion unit (30) includes a casing (31) which is a vertically long and cylindrical sealed container. Inside the casing (31), a compression mechanism (50), an electric motor (40), and an expansion mechanism (70) are arranged in order from the bottom to the top.
上記電動機(40)は、ケーシング(31)の上下方向における中間位置に配置されている。電動機(40)は、ステータ(41)とロータ(42)とにより構成されている。上記ステータ(41)は、ケーシング(31)の内周壁に固定されている。上記ロータ(42)は、ステータ(42)の内部に配置され、同軸にシャフト(45)の主軸部(48)が貫通している。このシャフト(45)は、圧縮機構(50)及び膨張機構(70)を連結しながら回転する回転軸を構成している。また、シャフト(45)の上端部には、2つの膨張側偏心部(43,44)が形成され、その下端部には、2つの圧縮側偏心部(46,47)が形成されている。 The electric motor (40) is disposed at an intermediate position in the vertical direction of the casing (31). The electric motor (40) includes a stator (41) and a rotor (42). The stator (41) is fixed to the inner peripheral wall of the casing (31). The rotor (42) is disposed inside the stator (42), and the main shaft portion (48) of the shaft (45) penetrates coaxially. The shaft (45) constitutes a rotating shaft that rotates while connecting the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (70). Moreover, two expansion side eccentric parts (43, 44) are formed in the upper end part of a shaft (45), and two compression side eccentric parts (46, 47) are formed in the lower end part.
上記膨張側偏心部(43,44)は、上側に位置する第1膨張側偏心部(43)と下側に位置する第2膨張側偏心部(44)とで構成されている。各膨張側偏心部(43,44)は、それぞれシャフト(45)の軸心よりも径方向外側に所定量偏心している。上記圧縮側偏心部(46,47)は、上側に位置する第1圧縮側偏心部(46)と下側に位置する第2圧縮側偏心部(47)とで構成されている。各圧縮側偏心部(46,47)は、それぞれシャフト(45)の軸心よりも径方向外側に所定量偏心している。なお、第1,第2圧縮側偏心部(46,47)は、シャフト(45)の軸心に対して互いに180°位相が異なる状態で、シャフト(45)に固定されている。 The expansion side eccentric part (43, 44) is composed of a first expansion side eccentric part (43) located on the upper side and a second expansion side eccentric part (44) located on the lower side. Each expansion-side eccentric part (43, 44) is eccentric by a predetermined amount radially outward from the axis of the shaft (45). The compression side eccentric part (46, 47) is composed of a first compression side eccentric part (46) located on the upper side and a second compression side eccentric part (47) located on the lower side. Each of the compression side eccentric portions (46, 47) is eccentric by a predetermined amount radially outward from the axis of the shaft (45). The first and second compression side eccentric parts (46, 47) are fixed to the shaft (45) in a state where the phases are different from each other by 180 ° with respect to the axis of the shaft (45).
膨張機構(70)は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ式膨張機を構成している。また、膨張機構(70)は、2組の流体室(72,82)と、各流体室(72,82)に対応する2組のピストン(73,83)とを有する2段型の膨張機である。この膨張機構(70)は、上から下へ向かって順に、リアヘッド(76)、第1シリンダ(71)、中間プレート(77)、第2シリンダ(81)、フロントヘッド(78)が積層されている。 The expansion mechanism (70) constitutes a so-called oscillating piston type rotary expander. The expansion mechanism (70) is a two-stage expander having two sets of fluid chambers (72, 82) and two sets of pistons (73, 83) corresponding to the respective fluid chambers (72, 82). It is. The expansion mechanism (70) includes a rear head (76), a first cylinder (71), an intermediate plate (77), a second cylinder (81), and a front head (78) stacked in order from top to bottom. Yes.
上記第1,第2シリンダ(71,81)は、それぞれ環状に形成されている。そして、第1シリンダ(71)の内部の空間が、リアヘッド(76)と中間プレート(77)とで閉塞されて第1流体室(72)を構成している。また、第2シリンダ(81)の内部の空間が、中間プレート(77)とフロントヘッド(78)とで閉塞されて第2流体室(82)を構成している。 The first and second cylinders (71, 81) are each formed in an annular shape. The space inside the first cylinder (71) is closed by the rear head (76) and the intermediate plate (77) to constitute the first fluid chamber (72). Further, the space inside the second cylinder (81) is closed by the intermediate plate (77) and the front head (78) to constitute the second fluid chamber (82).
図3に示すように、各膨張室(72,82)には、それぞれ環状のピストン(73,83)が配置されている。各ピストン(73,83)には、板状のブレード(74,84)がそれぞれ突設されている。各ブレード(74,84)は、各シリンダ(71,72)のブレード溝に、それぞれ一対の揺動ブッシュ(75,85)を介して保持されている。 As shown in FIG. 3, annular pistons (73, 83) are arranged in the respective expansion chambers (72, 82). Each piston (73, 83) is provided with a plate-like blade (74, 84). Each blade (74, 84) is held in a blade groove of each cylinder (71, 72) via a pair of swing bushes (75, 85).
第1流体室(72)に配置された第1ピストン(73)は、上記シャフト(45)の第1膨張側偏心部(43)と係合している。第2流体室(82)に配置された第2ピストン(83)は、上記シャフト(45)の第2膨張側偏心部(44)と係合している。各ピストン(73,83)は、内周面が各膨張側偏心部(43,44)の外周面と摺接し、外周面がシリンダ(71,81)の内周面と摺接する。そして、各ピストン(73,83)は、シャフト(45)が回転することにより、膨張側偏心部(43,44)に沿って自転しながら、各シリンダ(71,81)の内周面に沿って公転する。 The first piston (73) disposed in the first fluid chamber (72) is engaged with the first expansion side eccentric portion (43) of the shaft (45). The second piston (83) disposed in the second fluid chamber (82) is engaged with the second expansion side eccentric portion (44) of the shaft (45). Each piston (73, 83) has an inner peripheral surface in sliding contact with an outer peripheral surface of each expansion side eccentric portion (43, 44), and an outer peripheral surface in sliding contact with an inner peripheral surface of the cylinder (71, 81). Each piston (73,83) rotates along the expansion side eccentric portion (43,44) and rotates along the inner peripheral surface of each cylinder (71,81) as the shaft (45) rotates. Revolve.
また、図2に示すように、膨張機構(70)には、上記流入ポート(38)及び流出ポート(39)が設けられている。流入ポート(38)は、フロントヘッド(78)に形成され、流出端が第2流体室(82)の上面に開口している。また、流入ポート(38)は、ケーシング(31)を貫通しており、その流入端がケーシング(31)の外部の配管と接続されている。流出ポート(39)は、第1シリンダ(71)に形成され、流入端が第1シリンダ(71)の内周面に開口している。また、流出ポート(39)は、ケーシング(31)を貫通しており、その流出端がケーシング(31)の外部の配管と接続されている。 As shown in FIG. 2, the expansion mechanism (70) is provided with the inflow port (38) and the outflow port (39). The inflow port (38) is formed in the front head (78), and the outflow end opens on the upper surface of the second fluid chamber (82). The inflow port (38) passes through the casing (31), and the inflow end thereof is connected to piping outside the casing (31). The outflow port (39) is formed in the first cylinder (71), and the inflow end opens on the inner peripheral surface of the first cylinder (71). The outflow port (39) passes through the casing (31), and the outflow end thereof is connected to piping outside the casing (31).
また、膨張機構(70)には、図3に示す連通路(80)が設けられている。この連通路(80)は、中間プレート(77)を貫通して形成されており、第2流体室(82)に吸入された冷媒を第1流体室(72)に導く導入通路を構成している。 The expansion mechanism (70) is provided with a communication path (80) shown in FIG. The communication passage (80) is formed through the intermediate plate (77), and constitutes an introduction passage for guiding the refrigerant sucked into the second fluid chamber (82) to the first fluid chamber (72). Yes.
以上のような膨張機構(70)は、各ピストン(73,83)の公転運動に伴う各流体室(72,82)の拡縮に伴って冷媒を膨張させる。具体的に、第2ピストン(83)の公転に伴って流入ポート(38)と第2流体室(82)とが連通すると、冷媒は流入ポート(38)より第2流体室(82)へ吸入される。その後、第2ピストン(83)が更に公転すると、この冷媒で満たされた第2流体室(82)と連通路(80)の流入端とが連通する。その結果、この冷媒は、連通路(80)を流通して第1流体室(72)へ導入される。第1ピストン(73)の公転に伴ってこの冷媒で満たされた第1流体室(72)の容積が拡大されると、この冷媒が膨張される。その後、第1ピストン(73)が更に公転すると、この冷媒で満たされた第1流体室(72)と流出ポート(39)とが連通する。その結果、膨張されて低圧となった冷媒は、流出ポート(39)を流通して膨張機構(70)の外部へ排出される。 The expansion mechanism (70) as described above expands the refrigerant as the fluid chambers (72, 82) expand and contract with the revolution movement of the pistons (73, 83). Specifically, when the inflow port (38) and the second fluid chamber (82) communicate with the revolution of the second piston (83), the refrigerant is sucked into the second fluid chamber (82) from the inflow port (38). Is done. Thereafter, when the second piston (83) revolves further, the second fluid chamber (82) filled with the refrigerant communicates with the inflow end of the communication passage (80). As a result, the refrigerant flows through the communication path (80) and is introduced into the first fluid chamber (72). When the volume of the first fluid chamber (72) filled with the refrigerant is increased with the revolution of the first piston (73), the refrigerant is expanded. Thereafter, when the first piston (73) revolves further, the first fluid chamber (72) filled with the refrigerant communicates with the outflow port (39). As a result, the refrigerant that has been expanded to a low pressure flows through the outflow port (39) and is discharged to the outside of the expansion mechanism (70).
図2に示すように、圧縮機構(50)は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ式圧縮機で構成されいている。また、圧縮機構(50)は、2組の圧縮室(52,62)と、各圧縮室(52,62)に対応する2組のピストン(53,63)とを有する2段型の圧縮機である。この圧縮機構(50)は、上から下へ向かって順に、リアヘッド(56)、第1シリンダ(51)、中間プレート(57)、第2シリンダ(61)、フロントヘッド(58)が積層されている。 As shown in FIG. 2, the compression mechanism (50) is a so-called oscillating piston type rotary compressor. The compression mechanism (50) is a two-stage compressor having two sets of compression chambers (52, 62) and two sets of pistons (53, 63) corresponding to the compression chambers (52, 62). It is. In this compression mechanism (50), a rear head (56), a first cylinder (51), an intermediate plate (57), a second cylinder (61), and a front head (58) are laminated in order from top to bottom. Yes.
上記第1,第2シリンダ(51,61)は、それぞれ環状に形成されている。そして、第1シリンダ(51)の内部の空間が、リアヘッド(56)と中間プレート(57)とで閉塞されて第1圧縮室(52)を構成している。また、第2シリンダ(61)の内部の空間が、中間プレート(57)とフロントヘッド(58)とで閉塞されて第2圧縮室(62)を構成している。 The first and second cylinders (51, 61) are each formed in an annular shape. The space inside the first cylinder (51) is closed by the rear head (56) and the intermediate plate (57) to form the first compression chamber (52). Further, the space inside the second cylinder (61) is closed by the intermediate plate (57) and the front head (58) to constitute the second compression chamber (62).
各圧縮室(52,62)には、それぞれ環状のピストン(53,63)が配置されている。各ピストン(53,63)には、図示しない板状のブレードがそれぞれ突設されている。各ブレードは、各シリンダ(51,61)のブレード溝に、それぞれ一対の揺動ブッシュを介して保持されている。そして、上記ピストン(53,63)及び各ブレードによって、第1,第2圧縮室(52,62)は、それぞれ低圧側の空間と高圧側の空間とに仕切られる。 In each compression chamber (52, 62), an annular piston (53, 63) is arranged. Each piston (53, 63) is provided with a not-shown plate-like blade. Each blade is held in a blade groove of each cylinder (51, 61) via a pair of swing bushes. The first and second compression chambers (52, 62) are partitioned into a low pressure side space and a high pressure side space by the piston (53, 63) and each blade.
第1シリンダ(51)に配置された第1ピストン(53)は、上記シャフト(45)の第1圧縮側偏心部(46)と係合している。第2シリンダ(61)に配置された第2ピストン(63)は、上記シャフト(45)の第2圧縮側偏心部(47)と係合している。各ピストン(53,63)は、内周面が各膨張側偏心部(46,47)の外周面と摺接し、外周面がシリンダ(51,61)の内周面と摺接する。そして、各ピストン(53,63)は、シャフト(45)が回転することにより、圧縮側偏心部(46,47)に沿って自転しながら、各シリンダ(51,61)の内周面に沿って公転する。このピストン(53,63)の公転によって各圧縮室(52,62)の低圧側と高圧側との容積が拡縮されることで、圧縮機構(50)による冷媒の圧縮が行われる。 The first piston (53) disposed in the first cylinder (51) is engaged with the first compression side eccentric portion (46) of the shaft (45). The second piston (63) disposed in the second cylinder (61) is engaged with the second compression side eccentric portion (47) of the shaft (45). As for each piston (53,63), an inner peripheral surface is slidably contacted with the outer peripheral surface of each expansion side eccentric part (46,47), and an outer peripheral surface is slidably contacted with the inner peripheral surface of a cylinder (51,61). Each piston (53, 63) rotates along the compression side eccentric portion (46, 47) and rotates along the inner peripheral surface of each cylinder (51, 61) as the shaft (45) rotates. Revolve. The compression of the refrigerant by the compression mechanism (50) is performed by expanding and contracting the volume of the low pressure side and the high pressure side of each compression chamber (52, 62) by the revolution of the piston (53, 63).
圧縮機構(50)には、それぞれの圧縮室(52,62)に対応する吸入口(54,64)が設けられている。これらの吸入口(54,64)は、第1シリンダ(51)に形成された第1吸入口(54)と、第2シリンダ(61)に形成された第2吸入口(64)とで構成されている。第1吸入口(54)は、第1圧縮室(52)の低圧側と連通している。第2吸入口(64)は、第2圧縮室(62)の低圧側と連通している。つまり、第1,第2吸入口(54,64)は、低圧の冷媒を各圧縮室(52,62)に吸入する導入口を構成している。 The compression mechanism (50) is provided with suction ports (54, 64) corresponding to the respective compression chambers (52, 62). These suction ports (54, 64) are composed of a first suction port (54) formed in the first cylinder (51) and a second suction port (64) formed in the second cylinder (61). Has been. The first suction port (54) communicates with the low pressure side of the first compression chamber (52). The second suction port (64) communicates with the low pressure side of the second compression chamber (62). That is, the first and second suction ports (54, 64) constitute introduction ports for sucking low-pressure refrigerant into the compression chambers (52, 62).
また、圧縮機構(50)には、それぞれの圧縮室(52,62)に対応する吐出口(55,65)が形成されている。これらの吐出口(55,65)は、リヤヘッド(56)の上端部に形成された第1吐出口(55)と、フロントヘッド(58)の下端部に形成された第2吐出口(65)とで構成されている。第1吐出口(55)は、図示しない通路を介して第1圧縮室(52)の高圧側と連通している。第2吐出口(65)は、図示しない通路を介して第2圧縮室(62)のk高圧側と連通している。つまり、各吐出口(55,65)は、各圧縮室(52,62)で圧縮された冷媒を圧縮機構(50)の外部へ排出する排出口を構成している。これらの排出口(55,65)には、図示しない吐出弁がそれぞれ設けられている。また、リヤヘッド(56)には、第2吐出口(65)より排出された吐出冷媒をリヤヘッド(56)の上部へ送るための貫通口(59)が形成されている。 Further, the compression mechanism (50) is formed with discharge ports (55, 65) corresponding to the respective compression chambers (52, 62). These discharge ports (55, 65) include a first discharge port (55) formed at the upper end of the rear head (56) and a second discharge port (65) formed at the lower end of the front head (58). It consists of and. The first discharge port (55) communicates with the high pressure side of the first compression chamber (52) via a passage (not shown). The second discharge port (65) communicates with the k high pressure side of the second compression chamber (62) via a passage (not shown). That is, each discharge port (55, 65) constitutes a discharge port for discharging the refrigerant compressed in each compression chamber (52, 62) to the outside of the compression mechanism (50). These discharge ports (55, 65) are each provided with a discharge valve (not shown). The rear head (56) is formed with a through hole (59) for sending the discharged refrigerant discharged from the second discharge port (65) to the upper part of the rear head (56).
本発明の特徴として、圧縮膨張ユニット(30)は、ケーシング(31)の内部の空間を2つの空間に仕切る仕切部(90)を備えている。この仕切部(90)は、上述した膨張機構(70)のフロントヘッド(78)が兼ねている。つまり、フロントヘッド(78)の外周面とケーシング(31)の内周面とがほぼ当接することで、ケーシング(31)の内部の空間は、上部寄りに形成される第1空間(101)と、中間部から下部に亘って形成される第2空間(102)とに区画されている。 As a feature of the present invention, the compression / expansion unit (30) includes a partition (90) that partitions the space inside the casing (31) into two spaces. The partition portion (90) also serves as the front head (78) of the expansion mechanism (70) described above. In other words, the outer peripheral surface of the front head (78) and the inner peripheral surface of the casing (31) are almost in contact with each other, so that the space inside the casing (31) is the first space (101) formed closer to the upper part. And a second space (102) formed from the middle part to the lower part.
上記第1空間(101)には、導入管(35)の一端が接続されている。この導入管(35)は、一部がケーシング(31)の外側に沿って上下方向に延在しており、その上下端部がそれぞれケーシング(31)の内部に挿入されて保持されている。そして、第1空間(101)に位置する導入管(35)は、膨張機構(70)の外周に沿うようにして屈曲しており、その開口端が上方を向いて冷媒吸入口(35a)を構成している。この冷媒吸入口(35a)は、膨張機構(70)のリヤヘッド(76)の上端面とほぼ同じ高さに位置している。一方、導入管(35)の他端は、2つに分岐されて圧縮機構(50)の各吸入口(54,64)と接続されている。このようにして、第1空間(101)は、圧縮機構(50)の吸入側(低圧側)と上記導入管(35)を介して連通しており、低圧空間を構成している。 One end of an introduction pipe (35) is connected to the first space (101). A part of the introduction pipe (35) extends in the vertical direction along the outside of the casing (31), and the upper and lower ends thereof are inserted and held in the casing (31), respectively. The introduction pipe (35) located in the first space (101) is bent along the outer periphery of the expansion mechanism (70), and its opening end faces upward so that the refrigerant suction port (35a) is opened. It is composed. The refrigerant suction port (35a) is located at substantially the same height as the upper end surface of the rear head (76) of the expansion mechanism (70). On the other hand, the other end of the introduction pipe (35) is branched into two and connected to the suction ports (54, 64) of the compression mechanism (50). In this way, the first space (101) communicates with the suction side (low pressure side) of the compression mechanism (50) via the introduction pipe (35), and constitutes a low pressure space.
また、第1空間(101)には、上述した吸入ポート(36)が接続されている。この吸入ポート(36)は、ケーシング(31)の上端頂部を貫通して第1空間(101)まで挿入されており、その開口部がシャフト(45)の上側延長線上に位置している。 The suction port (36) described above is connected to the first space (101). The suction port (36) passes through the top end of the casing (31) and is inserted into the first space (101), and the opening is located on the upper extension of the shaft (45).
以上のようにして、第1空間(101)は、圧縮機構(50)の吸入冷媒となる低圧冷媒で満たされている。したがって、第1空間(101)では、膨張機構(70)の吸入及び膨張冷媒と圧縮機構(50)の吸入冷媒とが熱交換することにより、該膨張機構(70)の吸入及び膨張冷媒が冷却される。 As described above, the first space (101) is filled with the low-pressure refrigerant serving as the suction refrigerant of the compression mechanism (50). Therefore, in the first space (101), the suction and expansion refrigerant of the expansion mechanism (70) cools by the heat exchange between the suction and expansion refrigerant of the expansion mechanism (70) and the suction refrigerant of the compression mechanism (50). Is done.
また、第1空間(101)は、吸入ポート(36)から導入された冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する気液分離部を兼ねている。つまり、吸入ポート(36)より第1空間(101)に流入した気液2相状態の冷媒のうち、液冷媒は、第1空間(101)の底部であるフロントヘッド(78)の上面側に貯まり、ガス冷媒は、第1空間(101)における膨張機構(70)の上方に貯まることになる。そして、導入管(35)は、第1空間(101)の上部に貯まったガス冷媒を冷媒吸入口(35a)より積極的に取り込んで、圧縮機構(50)の吸入側に導く。 The first space (101) also serves as a gas-liquid separator that separates the refrigerant introduced from the suction port (36) into liquid refrigerant and gas refrigerant. That is, of the gas-liquid two-phase refrigerant flowing into the first space (101) from the suction port (36), the liquid refrigerant is placed on the upper surface side of the front head (78), which is the bottom of the first space (101). The gas refrigerant is stored above the expansion mechanism (70) in the first space (101). The introduction pipe (35) actively takes in the gas refrigerant stored in the upper portion of the first space (101) from the refrigerant suction port (35a) and guides it to the suction side of the compression mechanism (50).
さらに、導入管(35)には、第1空間(101)の底部に貯まった液冷媒中に含まれる油(冷凍機油)を圧縮機構(50)の吸入側に送る油戻し開口(油戻し通路)(35b)が形成されている。この油戻し開口(35b)は、仕切部(90)に比較的近い位置における導入管(35)の屈曲部近傍に形成されている。そして、冷凍機油は、この油戻し開口(35b)を通じて導入管(35)に流入し、冷媒吸入口(35a)より流入したガス冷媒とともに圧縮機構(50)の吸入側に送られる。 Further, the introduction pipe (35) has an oil return opening (oil return passage) through which oil (refrigeration oil) contained in the liquid refrigerant stored at the bottom of the first space (101) is sent to the suction side of the compression mechanism (50). ) (35b) is formed. The oil return opening (35b) is formed in the vicinity of the bent portion of the introduction pipe (35) at a position relatively close to the partition portion (90). The refrigerating machine oil flows into the introduction pipe (35) through the oil return opening (35b) and is sent to the suction side of the compression mechanism (50) together with the gas refrigerant flowing in from the refrigerant suction port (35a).
上記第2空間(102)は、上述した第1,第2吐出口(55,56)を介して圧縮機構(50)の吐出側(高圧側)と連通しており、高圧空間を構成している。また、第2空間(102)には、上述した吐出ポート(37)が接続されている。この吐出ポート(37)は、ケーシング(31)の胴部において、仕切部(90)の下側近傍の高さ位置に挿入されている。 The second space (102) communicates with the discharge side (high pressure side) of the compression mechanism (50) via the first and second discharge ports (55, 56) described above, and constitutes a high pressure space. Yes. The discharge port (37) described above is connected to the second space (102). The discharge port (37) is inserted at a height position near the lower side of the partition portion (90) in the body portion of the casing (31).
また、第2空間(102)には、該第2空間(102)の底部に貯まった冷媒中の冷凍機油を油供給通路(49)を介して圧縮機構(50)及び膨張機構(70)に供給するための油流入部である油ポンプ(91)が設けられている。 In the second space (102), the refrigerating machine oil in the refrigerant stored at the bottom of the second space (102) is transferred to the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (70) via the oil supply passage (49). An oil pump (91) which is an oil inflow portion for supplying is provided.
油ポンプ(91)は、シャフト(45)の下端部に接続されており、このシャフト(45)の回転により生じる遠心力を利用して油を吸引する、いわゆる遠心型ポンプで構成されている。油供給通路(49)は、図2の点線で示すように、シャフト(45)の下端から上端までに亘って、その内部を上下方向に延在して形成されている。そして、この油供給通路(49)は、図示しない複数の油分岐通路を介して、圧縮機構(50)の各圧縮室(52,62)及び膨張機構(70)の各流体室(72,82)と接続されている。 The oil pump (91) is connected to the lower end portion of the shaft (45), and is constituted by a so-called centrifugal pump that sucks oil using a centrifugal force generated by the rotation of the shaft (45). The oil supply passage (49) extends in the vertical direction from the lower end to the upper end of the shaft (45) as shown by the dotted line in FIG. The oil supply passage (49) is connected to the compression chambers (52, 62) of the compression mechanism (50) and the fluid chambers (72, 82) of the expansion mechanism (70) via a plurality of oil branch passages (not shown). ).
さらに、上述した仕切部(90)であるフロントヘッド(78)の下側には、断熱材(93)及び支持部材(94)が設けられている。断熱材(93)は、シャフト(45)が貫通する環状の部材であり、その外周面における上側半分が突出する凸状に形成されている。この断熱材(93)は、例えばFRP(繊維強化プラスチック)などの樹脂材料など、膨張機構(70)を構成する材料よりも熱伝導率の小さい材料で構成されている。そして、断熱材(93)は、低圧空間(101)と高圧空間(102)との間での熱移動を抑制している。 Furthermore, a heat insulating material (93) and a support member (94) are provided below the front head (78), which is the partition portion (90) described above. The heat insulating material (93) is an annular member through which the shaft (45) passes, and is formed in a convex shape in which the upper half of the outer peripheral surface protrudes. The heat insulating material (93) is made of a material having a lower thermal conductivity than the material constituting the expansion mechanism (70), such as a resin material such as FRP (fiber reinforced plastic). The heat insulating material (93) suppresses heat transfer between the low pressure space (101) and the high pressure space (102).
上記支持部材(94)は、断熱材(93)の外周と嵌合するように形成された凹状かつ環状の部材である。この支持部材(94)は、その外周面がケーシング(31)の内周面と固定されている。そして、支持部材(94)は、断熱材(93)及び膨張機構(70)をケーシング(31)の内部で保持している。また、支持部材(94)は、フロントヘッド(78)とケーシング(31)との隙間を埋めることにより、低圧空間(101)と高圧空間(102)との間での流体の漏れを抑制するシール機構の役割も兼ねている。 The support member (94) is a concave and annular member formed so as to be fitted to the outer periphery of the heat insulating material (93). The outer peripheral surface of the support member (94) is fixed to the inner peripheral surface of the casing (31). The support member (94) holds the heat insulating material (93) and the expansion mechanism (70) inside the casing (31). The support member (94) is a seal that suppresses fluid leakage between the low pressure space (101) and the high pressure space (102) by filling a gap between the front head (78) and the casing (31). It also serves as a mechanism.
−動作−
次に、上記空調機(10)の運転動作について説明する。ここでは、空調機(10)の冷房運転時及び暖房運転時の動作について図1及び図4を参照しながら説明する。なお、図4は、圧縮膨張ユニット(30)における冷媒の流れを示す概略構成図である。
-Operation-
Next, the operation of the air conditioner (10) will be described. Here, the operation during the cooling operation and the heating operation of the air conditioner (10) will be described with reference to FIG. 1 and FIG. FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a refrigerant flow in the compression / expansion unit (30).
<冷房運転>
冷房運転時には、第1四路切換弁(21)および第2四路切換弁(22)が図1に破線で示す状態に切り換えられる。この状態で、圧縮膨張ユニット(30)の電動機(40)に通電すると、冷媒回路(20)で冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。そして、冷房運転時には、室外熱交換器(23)が放熱器となる一方、室内熱交換器(24)が蒸発器となる。
<Cooling operation>
During the cooling operation, the first four-way switching valve (21) and the second four-way switching valve (22) are switched to a state indicated by a broken line in FIG. In this state, when the electric motor (40) of the compression / expansion unit (30) is energized, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit (20) to perform a vapor compression refrigeration cycle. During the cooling operation, the outdoor heat exchanger (23) serves as a radiator, while the indoor heat exchanger (24) serves as an evaporator.
上記圧縮膨張ユニット(30)の圧縮機構(50)で圧縮された高温高圧の冷媒は、図4の第1,第2吐出口(55,65)を通過して第2空間(102)に吐出される。その後、第2空間(102)内の高温高圧の冷媒は、吐出ポート(37)を通って圧縮膨張ユニット(30)から排出される。 The high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the compression mechanism (50) of the compression / expansion unit (30) passes through the first and second discharge ports (55, 65) of FIG. 4 and is discharged into the second space (102). Is done. Thereafter, the high-temperature and high-pressure refrigerant in the second space (102) is discharged from the compression / expansion unit (30) through the discharge port (37).
圧縮膨張ユニット(30)から吐出された吐出冷媒は、図1に示す第1四路切換弁(21)を通って室外熱交換器(23)へ送られる。この室外熱交換器(23)では、流入した冷媒が室外空気へ放熱して冷却される。 The refrigerant discharged from the compression / expansion unit (30) is sent to the outdoor heat exchanger (23) through the first four-way switching valve (21) shown in FIG. In the outdoor heat exchanger (23), the refrigerant flowing in is radiated to the outdoor air and cooled.
上記室外熱交換器(23)で冷却された高圧冷媒は、第2四路切換弁(22)を通り、流入ポート(38)から圧縮膨張ユニット(30)の膨張機構(70)へ流入する。この膨張機構(70)では、高圧冷媒が膨張し、その内部エネルギがシャフト(45)の回転動力に変換されて圧縮機構(50)に伝達される。これにより、電動機(40)の動力負荷が低減される。そして、膨張後の冷媒は、流出ポート(39)を通って圧縮膨張ユニット(30)から流出し、第2四路切換弁(22)を通って室内熱交換器(24)へ送られる。 The high-pressure refrigerant cooled in the outdoor heat exchanger (23) passes through the second four-way switching valve (22) and flows into the expansion mechanism (70) of the compression / expansion unit (30) from the inflow port (38). In this expansion mechanism (70), the high-pressure refrigerant expands, and its internal energy is converted into rotational power of the shaft (45) and transmitted to the compression mechanism (50). Thereby, the power load of an electric motor (40) is reduced. The expanded refrigerant flows out from the compression / expansion unit (30) through the outflow port (39), and is sent to the indoor heat exchanger (24) through the second four-way switching valve (22).
上記室内熱交換器(24)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。上記室内熱交換器(24)で蒸発した冷媒は、第1四路切換弁(21)を通り、図4に示す吸入ポート(36)から圧縮膨張ユニット(30)の第1空間(101)に吸入される。 In the indoor heat exchanger (24), the refrigerant that has flowed in absorbs heat from the room air and evaporates, thereby cooling the room air. The refrigerant evaporated in the indoor heat exchanger (24) passes through the first four-way switching valve (21) and passes from the suction port (36) shown in FIG. 4 to the first space (101) of the compression / expansion unit (30). Inhaled.
第1空間(101)では、吸入された低温低圧の冷媒が膨張機構(70)の周囲を流通することで、膨張機構(70)が冷却される。このため、膨張機構(70)より上記室内熱交換器(24)に供給される吸入及び膨張冷媒も冷却されることになる。 In the first space (101), the low-temperature and low-pressure refrigerant sucked flows around the expansion mechanism (70), thereby cooling the expansion mechanism (70). Therefore, the suction and expansion refrigerant supplied from the expansion mechanism (70) to the indoor heat exchanger (24) is also cooled.
また、第1空間(101)では、気液2相状態の冷媒がガス冷媒と液冷媒とに分離される。そして、導入管(35)には、第1空間(101)の上部に貯まるガス冷媒が冷媒吸引口(35a)より積極的に吸引される。同時に、第1空間(101)の底部に貯まった冷凍機油は、導入管(35)の油戻し開口(35b)より吸引され、ガス冷媒とともに導入管(35)を流通する。導入管(35)を流れるガス冷媒は、分岐した後、圧縮機構(50)の各圧縮室(52,62)に吸引され、各圧縮室(52,56)で再び圧縮される。 In the first space (101), the gas-liquid two-phase refrigerant is separated into a gas refrigerant and a liquid refrigerant. Then, the gas refrigerant stored in the upper portion of the first space (101) is actively sucked into the introduction pipe (35) from the refrigerant suction port (35a). At the same time, the refrigeration oil stored in the bottom of the first space (101) is sucked from the oil return opening (35b) of the introduction pipe (35) and flows through the introduction pipe (35) together with the gas refrigerant. The gas refrigerant flowing through the introduction pipe (35) is branched, then sucked into the compression chambers (52, 62) of the compression mechanism (50), and compressed again in the compression chambers (52, 56).
<暖房運転>
暖房運転時には、第1四路切換弁(21)および第2四路切換弁(22)が図1に実線で示す状態に切り換えられる。この状態で圧縮膨張ユニット(30)の電動機(40)に通電すると、冷媒回路(20)で冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。そして、暖房運転時には、室内熱交換器(24)が蒸発器となる一方、室内熱交換器(23)が放熱器となる。
<Heating operation>
During the heating operation, the first four-way switching valve (21) and the second four-way switching valve (22) are switched to the state shown by the solid line in FIG. When the electric motor (40) of the compression / expansion unit (30) is energized in this state, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit (20), and a vapor compression refrigeration cycle is performed. During the heating operation, the indoor heat exchanger (24) serves as an evaporator, while the indoor heat exchanger (23) serves as a radiator.
上記圧縮膨張ユニット(30)の圧縮機構(50)で圧縮された高温高圧の冷媒は、図4の第1,第2吐出口(55,65)を通過して第2空間(102)に吐出される。その後、第2空間(102)内の高温高圧の冷媒は、吐出ポート(37)を通って圧縮膨張ユニット(30)から排出される。 The high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the compression mechanism (50) of the compression / expansion unit (30) passes through the first and second discharge ports (55, 65) of FIG. 4 and is discharged into the second space (102). Is done. Thereafter, the high-temperature and high-pressure refrigerant in the second space (102) is discharged from the compression / expansion unit (30) through the discharge port (37).
圧縮膨張ユニット(30)から吐出された吐出冷媒は、図1に示す第1四路切換弁(21)を通って室内熱交換器(24)へ送られる。この室内熱交換器(24)では、流入した冷媒が室内空気へ放熱して冷却され、室内空気が加熱される。 The refrigerant discharged from the compression / expansion unit (30) is sent to the indoor heat exchanger (24) through the first four-way switching valve (21) shown in FIG. In the indoor heat exchanger (24), the refrigerant that has flowed in dissipates heat to the indoor air and is cooled, thereby heating the indoor air.
上記室内熱交換器(24)で冷却された高圧冷媒は、第2四路切換弁(22)を通り、流入ポート(38)から圧縮膨張ユニット(30)の膨張機構(70)へ流入する。この膨張機構(70)では、高圧冷媒が膨張し、その内部エネルギがシャフト(45)の回転動力に変換されて圧縮機構(50)に伝達される。これにより、電動機(40)の動力負荷が低減される。そして、膨張後の低温低圧の冷媒は、流出ポート(39)を通って圧縮膨張ユニット(30)から流出し、第2四路切換弁(22)を通って室外熱交換器(23)へ送られる。 The high-pressure refrigerant cooled by the indoor heat exchanger (24) passes through the second four-way switching valve (22) and flows into the expansion mechanism (70) of the compression / expansion unit (30) from the inflow port (38). In this expansion mechanism (70), the high-pressure refrigerant expands, and its internal energy is converted into rotational power of the shaft (45) and transmitted to the compression mechanism (50). Thereby, the power load of an electric motor (40) is reduced. Then, the low-temperature and low-pressure refrigerant after expansion flows out of the compression / expansion unit (30) through the outflow port (39), and is sent to the outdoor heat exchanger (23) through the second four-way switching valve (22). It is done.
上記室外熱交換器(23)では、流入した冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。上記室外熱交換器(23)で蒸発した冷媒は、第1四路切換弁(21)を通り、図4に示す吸入ポート(36)から圧縮膨張ユニット(30)の第1空間(101)に吸入される。 In the outdoor heat exchanger (23), the refrigerant that has flowed in absorbs heat from the outdoor air and evaporates. The refrigerant evaporated in the outdoor heat exchanger (23) passes through the first four-way switching valve (21) and enters the first space (101) of the compression / expansion unit (30) from the suction port (36) shown in FIG. Inhaled.
第1空間(101)では、吸入された冷媒が膨張機構(70)の周囲を流通することで、膨張機構(70)の熱が低温低圧の冷媒に付与される。このため、圧縮機構(50)で圧縮され、その後、室内熱交換器(24)に供給される冷媒が事前に加熱されることになる。 In the first space (101), the sucked refrigerant flows around the expansion mechanism (70), so that the heat of the expansion mechanism (70) is given to the low-temperature and low-pressure refrigerant. For this reason, the refrigerant compressed by the compression mechanism (50) and then supplied to the indoor heat exchanger (24) is heated in advance.
また、第1空間(101)では、気液2相状態の冷媒がガス冷媒と液冷媒とに分離される。そして、導入管(35)には、第1空間(101)の上部に貯まるガス冷媒が冷媒吸入口(35a)より積極的に吸引される。同時に、第1空間(101)の底部に貯まった冷凍機油は、導入管(35)の油戻し開口(35b)より吸引され、ガス冷媒とともに導入管(35)を流通する。 In the first space (101), the gas-liquid two-phase refrigerant is separated into a gas refrigerant and a liquid refrigerant. Then, the gas refrigerant stored in the upper portion of the first space (101) is actively sucked into the introduction pipe (35) from the refrigerant suction port (35a). At the same time, the refrigeration oil stored in the bottom of the first space (101) is sucked from the oil return opening (35b) of the introduction pipe (35) and flows through the introduction pipe (35) together with the gas refrigerant.
導入管(35)を流れるガス冷媒は、分岐した後、圧縮機構(50)の各圧縮室(52,62)に吸引され、各圧縮室(52,56)で再び圧縮される。 The gas refrigerant flowing through the introduction pipe (35) is branched, then sucked into the compression chambers (52, 62) of the compression mechanism (50), and compressed again in the compression chambers (52, 56).
−実施形態1の効果−
上記実施形態1によれば、以下の効果が発揮される。
-Effect of Embodiment 1-
According to the first embodiment, the following effects are exhibited.
上記実施形態によれば、ケーシング(31)の内部を仕切部(90)で区画して、低圧空間となる第1空間(101)に膨張機構(70)を配置する一方、高圧空間となる第2空間(102)に圧縮機構(50)を配置するようにしている。そして、膨張機構(70)の吸入及び膨張冷媒を圧縮機構(50)の吸入冷媒で冷却すると同時に、この吸入冷媒を加熱するようにしている。このため、空調機(10)の冷房運転時においては、室内熱交換器(24)を流通する冷媒温度を低くでき、室内熱交換器(24)における冷房能力の向上を図ることができる。また、空調機(10)の暖房運転時においては、室内熱交換器(24)を流通する冷媒温度を高くでき、室内熱交換器(24)における暖房能力の向上を図ることができる。 According to the embodiment, the interior of the casing (31) is partitioned by the partition (90), and the expansion mechanism (70) is disposed in the first space (101) that is the low pressure space, while the first pressure that is the high pressure space. The compression mechanism (50) is arranged in the two spaces (102). The intake refrigerant of the expansion mechanism (70) and the expansion refrigerant are cooled by the intake refrigerant of the compression mechanism (50), and at the same time, the intake refrigerant is heated. For this reason, during the cooling operation of the air conditioner (10), the temperature of the refrigerant flowing through the indoor heat exchanger (24) can be lowered, and the cooling capacity of the indoor heat exchanger (24) can be improved. In addition, during the heating operation of the air conditioner (10), the temperature of the refrigerant flowing through the indoor heat exchanger (24) can be increased, and the heating capacity of the indoor heat exchanger (24) can be improved.
ここで、図2に示すように、圧縮機構(50)を駆動する電動機(40)を高圧空間となる第2空間(102)に配置しているため、電動機(40)の起動時に生じる熱が第1空間(101)に伝達してしまうことを抑制でき、膨張機構(70)の吸入及び膨張冷媒の冷却効果が損なわれてしまうことも防止できる。 Here, as shown in FIG. 2, since the electric motor (40) that drives the compression mechanism (50) is arranged in the second space (102), which is a high-pressure space, heat generated when the electric motor (40) is started up is generated. Transmission to the first space (101) can be suppressed, and the suction of the expansion mechanism (70) and the cooling effect of the expanded refrigerant can be prevented from being impaired.
さらに、仕切部(90)には断熱材(93)が設けられているため、低圧空間(101)と高圧空間(102)との間の熱移動を極力抑えることができ、膨張機構(70)の吸入及び膨張冷媒の冷却効果が損なわれてしまうことを一層効果的に防止できる。 Furthermore, since the heat insulating material (93) is provided in the partition part (90), heat transfer between the low pressure space (101) and the high pressure space (102) can be suppressed as much as possible, and the expansion mechanism (70) It is possible to more effectively prevent the suction effect and the cooling effect of the expanded refrigerant from being impaired.
また、上記実施形態によれば、油供給通路(49)の油流入部である油ポンプ(91)を高圧空間(102)に配置している。このため、高圧冷媒の圧力を利用して、ケーシング(31)の底部に貯まった油を油ポンプ(91)より効率的に吸入することができる。このため、この油を圧縮機構(50)及び膨張機構(70)へ効率的に供給し、これら圧縮機構(50)及び膨張機構(70)を効果的に潤滑させることができる。 Moreover, according to the said embodiment, the oil pump (91) which is an oil inflow part of an oil supply channel | path (49) is arrange | positioned in the high voltage | pressure space (102). For this reason, the oil stored at the bottom of the casing (31) can be efficiently sucked from the oil pump (91) using the pressure of the high-pressure refrigerant. For this reason, this oil can be efficiently supplied to the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (70), and the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (70) can be effectively lubricated.
さらに、上記実施形態によれば、低圧空間となる第1空間(101)において、圧縮機構(50)に吸入される前の冷媒を気液分離できるようにしている。そして、圧縮機構(50)へは、第1空間(101)で分離されたガス冷媒を積極的に送るようにしている。このため、この圧縮膨張ユニット(30)とは別にアキュムレータなどの気液分離器を設けることなく、圧縮機構(50)における液圧縮を回避できる。 Furthermore, according to the embodiment, in the first space (101), which is a low pressure space, the refrigerant before being sucked into the compression mechanism (50) can be separated into gas and liquid. The gas refrigerant separated in the first space (101) is actively sent to the compression mechanism (50). For this reason, liquid compression in the compression mechanism (50) can be avoided without providing a gas-liquid separator such as an accumulator separately from the compression / expansion unit (30).
<実施形態1の変形例>
次に、実施形態1の変形例について説明する。図5に示すように、この変形例は、膨張機構(70)の構成が実施形態1と異なるものである。
<Modification of Embodiment 1>
Next, a modification of the first embodiment will be described. As shown in FIG. 5, this modification is different from the first embodiment in the configuration of the expansion mechanism (70).
具体的に、膨張機構(70)の表面には、リヤヘッド(76)、第1シリンダ(71)、中間プレート(77)、第2シリンダ(81)、及びフロントヘッド(78)の外縁に跨るようにして、複数のフィン(95)が設けられている。このフィン(95)は、例えばプレート形状に形成されている。 Specifically, the surface of the expansion mechanism (70) extends over the outer edges of the rear head (76), the first cylinder (71), the intermediate plate (77), the second cylinder (81), and the front head (78). Thus, a plurality of fins (95) are provided. The fin (95) is formed in a plate shape, for example.
この変形例では、第1空間(101)における圧縮機構(50)の吸入冷媒と、膨張機構(70)との熱交換率を向上させることができる。このため、膨張機構(70)の吸入及び膨張冷媒を効果的に冷却でき、同時に、圧縮機構(50)の吸入冷媒を効果的に加熱できる。したがって、上記実施形態1と比較して、冷房運転時における冷房能力、あるいは暖房運転時における暖房能力の一層の向上を図ることができる。 In this modification, the heat exchange rate between the suction refrigerant of the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (70) in the first space (101) can be improved. For this reason, the suction and expansion refrigerant of the expansion mechanism (70) can be effectively cooled, and at the same time, the suction refrigerant of the compression mechanism (50) can be effectively heated. Therefore, compared with the said Embodiment 1, the further improvement of the cooling capability at the time of cooling operation or the heating capability at the time of heating operation can be aimed at.
《発明の実施形態2》
次に実施形態2に係る圧縮膨張ユニット(30)の構成について、図6及び図7を参照しながら説明する。実施形態2の圧縮膨張ユニット(30)は、上記実施形態1とケーシング(31)内における圧縮機構(50)、膨張機構(70)、電動機(40)の配置が異なるものである。以下に、実施形態1と異なる点について説明する。
<< Embodiment 2 of the Invention >>
Next, the configuration of the compression / expansion unit (30) according to Embodiment 2 will be described with reference to FIGS. The compression / expansion unit (30) of the second embodiment is different from the first embodiment in the arrangement of the compression mechanism (50), the expansion mechanism (70), and the electric motor (40) in the casing (31). Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.
図6に示すように、ケーシング(31)の内部には、下から上に向かって順に、膨張機構(70)、圧縮機構(50)、及び電動機(40)が配置されている。また、ケーシング(31)の内部空間は、膨張機構(70)のリヤヘッド(76)が兼用する仕切部(90)によって、その下部寄りに形成される第1空間(101)と、中間部から上部に跨って形成される第2空間(102)とに区画されている。また、仕切部(90)の上部には、支持部材(94)及び断熱材(93)が実施形態1とは上下逆の状態で設けられている。 As shown in FIG. 6, an expansion mechanism (70), a compression mechanism (50), and an electric motor (40) are arranged in the casing (31) in order from the bottom to the top. Further, the internal space of the casing (31) is divided into a first space (101) formed near the lower portion by a partition portion (90) shared by the rear head (76) of the expansion mechanism (70), and an upper portion from the middle portion. And is partitioned into a second space (102) formed across. In addition, a support member (94) and a heat insulating material (93) are provided on the upper portion of the partition portion (90) in an upside-down state with respect to the first embodiment.
第1空間(101)には、吸入ポート(36)が接続されており、圧縮機構(50)の吸入冷媒となる低圧冷媒が満たされている。すなわち、第1空間(101)は低圧空間を構成している。したがって、第1空間(101)では、膨張機構(70)の吸入及び膨張冷媒と圧縮機構(50)の吸入冷媒とが熱交換することにより、該膨張機構(70)の吸入及び膨張冷媒が冷却される。また、第1空間(101)は、実施形態1と同様、吸入ポート(36)から導入された冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する気液分離部を兼ねている。つまり、吸入ポート(36)より第1空間(101)に流入した気液2相状態の冷媒のうち、液冷媒は第1空間(101)の底部に貯まり、ガス冷媒は第1空間(101)の上部であって、膨張機構(70)の周囲近傍に貯まることになる。 A suction port (36) is connected to the first space (101) and is filled with a low-pressure refrigerant that serves as a suction refrigerant of the compression mechanism (50). That is, the first space (101) constitutes a low pressure space. Therefore, in the first space (101), the suction and expansion refrigerant of the expansion mechanism (70) cools by the heat exchange between the suction and expansion refrigerant of the expansion mechanism (70) and the suction refrigerant of the compression mechanism (50). Is done. The first space (101) also serves as a gas-liquid separator that separates the refrigerant introduced from the suction port (36) into liquid refrigerant and gas refrigerant, as in the first embodiment. That is, among the gas-liquid two-phase refrigerant flowing into the first space (101) from the suction port (36), the liquid refrigerant is stored at the bottom of the first space (101), and the gas refrigerant is stored in the first space (101). In the vicinity of the periphery of the expansion mechanism (70).
また、第1空間(101)には、導入管(35)の一端が接続されている。この導入管(35)は、リヤヘッド(76)、支持部材(94)、及び断熱材(93)を貫通するようにしてケーシング(31)の内部に設けられている。そして、導入管(35)の一端は、第1空間(101)の底部に臨んでいる一方、他端は、2つに分岐して圧縮機構(50)の第1、第2吸入口(54,64)にそれぞれ接続されている。また、導入管(35)における仕切部(90)の下側近傍には、円形の冷媒吸入口(35a)が形成されている。したがって、第1空間(101)の上部に貯まったガス冷媒は、この冷媒吸入口(35a)より導入管(35)に吸引され、圧縮機構(50)の吸入側に導かれる。一方、導入管(35)の下端に位置する開口端は、油戻し開口(35b)を構成している。このため、第1空間(101)の底部に貯まった液冷媒中に含まれる冷凍機油は、油戻し開口(35b)より導入管(35)に吸入され、上記冷媒吸入口(35a)より吸入されたガス冷媒とともに圧縮機構(50)に送られる。なお、導入管(35)において、油戻し開口(35b)の上側近傍には、該油戻し開口(35b)より吸入される流体の流れに対して所定の抵抗を付与するオリフィス(97)が設けられている。このようにオリフィス(97)を設けることで、第1空間(101)に貯まった液冷媒が油戻し開口(35b)より吸入されてしまうことを防止する一方、第1空間(101)に貯まった油のみを油戻し開口(35b)より導入管(35)に積極的に取り込むことができる。 One end of the introduction pipe (35) is connected to the first space (101). The introduction pipe (35) is provided inside the casing (31) so as to penetrate the rear head (76), the support member (94), and the heat insulating material (93). One end of the introduction pipe (35) faces the bottom of the first space (101), while the other end branches into two and the first and second suction ports (54) of the compression mechanism (50). , 64). A circular refrigerant inlet (35a) is formed in the vicinity of the lower side of the partition (90) in the introduction pipe (35). Therefore, the gas refrigerant stored in the upper part of the first space (101) is sucked into the introduction pipe (35) from the refrigerant suction port (35a) and guided to the suction side of the compression mechanism (50). On the other hand, the opening end located at the lower end of the introduction pipe (35) constitutes an oil return opening (35b). For this reason, the refrigeration oil contained in the liquid refrigerant stored at the bottom of the first space (101) is sucked into the introduction pipe (35) from the oil return opening (35b) and sucked from the refrigerant suction port (35a). The gas refrigerant is sent to the compression mechanism (50). In the introduction pipe (35), an orifice (97) for providing a predetermined resistance to the flow of fluid sucked from the oil return opening (35b) is provided near the upper side of the oil return opening (35b). It has been. By providing the orifice (97) in this way, the liquid refrigerant stored in the first space (101) is prevented from being sucked from the oil return opening (35b), while stored in the first space (101). Only oil can be actively taken into the introduction pipe (35) through the oil return opening (35b).
第2空間(102)は、上記実施形態1と同様、圧縮機構(50)の第1,第2吐出口(55,56)と連通しており、圧縮機構(50)の吐出冷媒となる高圧冷媒で満たされている。すなわち、第2空間(102)は高圧空間を構成している。また、第2空間(102)に接続される吐出ポート(37)は、ケーシング(31)の上端頂部を貫通して第2空間(102)まで挿入されている。 The second space (102) communicates with the first and second discharge ports (55, 56) of the compression mechanism (50) as in the first embodiment, and serves as a high-pressure refrigerant that is discharged from the compression mechanism (50). Filled with refrigerant. That is, the second space (102) constitutes a high-pressure space. The discharge port (37) connected to the second space (102) is inserted through the top end of the casing (31) to the second space (102).
また、実施形態2では、シャフト(45)が2本の分割シャフト(45a,45b)で構成されている。この分割シャフト(45a,45b)は、電動機(40)及び圧縮機構(50)を貫通する第1分割シャフト(45a)と、膨張機構(70)を貫通する第2分割シャフト(45b)とで構成されている。そして、各分割シャフト(45a,45b)は、嵌合部材(96)によって互いに連結されることで、両シャフト(45a,45b)が一体的なシャフト(45)を構成している。また、第1分割シャフト(45a)には、その下端から電動機(40)の近傍の高さまでに亘って上下方向に延在する第1油供給通路(49a)が形成されている。この第1油供給通路(49a)は、図示しない油分岐通路を介して圧縮機構(50)の各圧縮室(52,62)と連通している。一方、第2分割シャフト(45b)には、その上端から下端に亘って上下方向に延在する第2油供給通路(49b)が形成されている。この第2油供給通路(49b)は、図示しない油分岐通路を介して膨張機構(70)の各流体室(72,82)と連通している。 In the second embodiment, the shaft (45) is composed of two split shafts (45a, 45b). This split shaft (45a, 45b) is composed of a first split shaft (45a) that passes through the electric motor (40) and the compression mechanism (50), and a second split shaft (45b) that passes through the expansion mechanism (70). Has been. The divided shafts (45a, 45b) are connected to each other by a fitting member (96), so that both shafts (45a, 45b) constitute an integral shaft (45). The first split shaft (45a) is formed with a first oil supply passage (49a) extending in the vertical direction from the lower end to the height near the electric motor (40). The first oil supply passage (49a) communicates with the compression chambers (52, 62) of the compression mechanism (50) via an oil branch passage (not shown). On the other hand, the second divided shaft (45b) is formed with a second oil supply passage (49b) extending in the vertical direction from the upper end to the lower end. The second oil supply passage (49b) communicates with each fluid chamber (72, 82) of the expansion mechanism (70) via an oil branch passage (not shown).
また、両シャフト(45a,45b)の連結部には、僅かな隙間が形成されており、この隙間が油流入部(91)を構成している。つまり、第2空間(102)に貯まった冷凍機油は、高圧冷媒に圧送されて、この油流入部(91)より吸入される。そして、油流入部(91)から吸入さる冷凍機油は、第1分割シャフト(45a)に形成された第1油供給通路(49a)を上方に流通し、圧縮機構(50)に供給される。同時に、油流入部(91)から吸入される冷凍機油は、第2分割シャフト(45b)に形成された第2油供給通路(49b)を下方に流通し、膨張機構(70)に供給される。 In addition, a slight gap is formed in the connecting portion of both shafts (45a, 45b), and this gap constitutes an oil inflow portion (91). That is, the refrigerating machine oil stored in the second space (102) is pumped to the high-pressure refrigerant and sucked from the oil inflow portion (91). The refrigerating machine oil sucked from the oil inflow portion (91) flows upward through the first oil supply passage (49a) formed in the first split shaft (45a) and is supplied to the compression mechanism (50). At the same time, the refrigerating machine oil sucked from the oil inflow portion (91) flows downward through the second oil supply passage (49b) formed in the second split shaft (45b) and is supplied to the expansion mechanism (70). .
−実施形態2の効果−
上記実施形態によれば、実施形態1と同様、ケーシング(31)の内部を仕切部(90)で区画して、低圧空間となる第1空間(101)に膨張機構(70)を配置する一方、高圧空間となる第2空間(102)に圧縮機構(50)を配置するようにしている。そして、図7に示すように、膨張機構(70)の吸入及び膨張冷媒を圧縮機構(50)の吸入冷媒で冷却すると同時に、この吸入冷媒を加熱するようにしている。このため、空調機(10)の冷房運転時においては、室内熱交換器(24)を流通する冷媒温度を低くでき、室内熱交換器(24)における冷房能力の向上を図ることができる。また、空調機(10)の暖房運転時においては、室内熱交換器(24)を流通する冷媒温度を高くでき、室内熱交換器(24)における暖房能力の向上を図ることができる。
-Effect of Embodiment 2-
According to the above-described embodiment, as in the first embodiment, the inside of the casing (31) is partitioned by the partition portion (90), and the expansion mechanism (70) is disposed in the first space (101) serving as the low-pressure space. The compression mechanism (50) is arranged in the second space (102) that is a high-pressure space. As shown in FIG. 7, the suction and expansion refrigerant of the expansion mechanism (70) is cooled by the suction refrigerant of the compression mechanism (50), and at the same time, the suction refrigerant is heated. For this reason, during the cooling operation of the air conditioner (10), the temperature of the refrigerant flowing through the indoor heat exchanger (24) can be lowered, and the cooling capacity of the indoor heat exchanger (24) can be improved. In addition, during the heating operation of the air conditioner (10), the temperature of the refrigerant flowing through the indoor heat exchanger (24) can be increased, and the heating capacity of the indoor heat exchanger (24) can be improved.
特に、実施形態2によれば、ケーシング(31)の内部空間において、その上部側に高圧空間(102)を形成し、その下部側に低圧空間(101)を形成するようにしている。このようにすると、第2空間(102)内の高温の吐出冷媒の熱が、その下側に位置する第1空間(101)に伝達しにくくなる。このため、第1空間(101)における膨張機構(70)及び膨張冷媒の冷却効果を高め、この膨張圧縮ユニット(30)が利用される蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷却能力や加熱能力の向上を一層図ることができる。 In particular, according to the second embodiment, in the internal space of the casing (31), the high-pressure space (102) is formed on the upper side, and the low-pressure space (101) is formed on the lower side. If it does in this way, it will become difficult to transmit the heat | fever of the hot discharge refrigerant | coolant in 2nd space (102) to the 1st space (101) located in the lower side. For this reason, the cooling effect of the expansion mechanism (70) and the expanded refrigerant in the first space (101) is enhanced, and the cooling capacity and the heating capacity of the vapor compression refrigeration cycle in which the expansion / compression unit (30) is used are further improved. Can be planned.
また、上記実施形態2によれば、シャフト(45)を第1と第2の分割シャフト(45a,45b)で構成し、両シャフト(45a,45b)の間の隙間に油流入部(91)を構成している。そして、この油流入部(91)を高圧空間となる第2空間(102)に配置している。このため、高圧冷媒の圧力を利用して、第2空間(102)に貯まった油を効率的に油流入部(91)に圧送することができる。そして、油流入部(91)より吸入された油を、第1油供給通路(49a)を介して圧縮機構(50)に供給すると同時に、第2油供給通路(49b)を介して膨張機構(70)に供給することができる。したがって、圧縮機構(50)及び膨張機構(70)を効果的に潤滑させることができる。 Moreover, according to the said Embodiment 2, a shaft (45) is comprised by the 1st and 2nd division | segmentation shaft (45a, 45b), and an oil inflow part (91) is provided in the clearance gap between both shafts (45a, 45b). Is configured. And this oil inflow part (91) is arrange | positioned in the 2nd space (102) used as a high voltage | pressure space. For this reason, the oil stored in the second space (102) can be efficiently pumped to the oil inflow portion (91) using the pressure of the high-pressure refrigerant. Then, the oil sucked from the oil inflow portion (91) is supplied to the compression mechanism (50) through the first oil supply passage (49a), and at the same time, the expansion mechanism (through the second oil supply passage (49b) ( 70) can be supplied. Therefore, the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (70) can be effectively lubricated.
《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
<< Other Embodiments >>
The present invention may be configured as follows with respect to the above embodiment.
上記実施形態では、圧縮機構(50)及び膨張機構(70)を揺動ピストン型で構成している。しかしながら、圧縮機構(50)及び膨張機構(70)を、これ以外の如何なるタイプ(例えばスクロール式、ロータリーピストン式)で構成してもよい。 In the above embodiment, the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (70) are configured as a swinging piston type. However, the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (70) may be of any other type (for example, scroll type, rotary piston type).
また、上記実施形態では、圧縮膨張ユニット(30)に電動機(40)を一体的に設けているが、この電動機(40)を圧縮膨張ユニット(30)と別に設けるようにしてもよい。 In the above embodiment, the electric motor (40) is provided integrally with the compression / expansion unit (30). However, the electric motor (40) may be provided separately from the compression / expansion unit (30).
さらに、上記実施形態では、蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いる冷媒として、二酸化炭素を使用しているが、これ以外に、HFC系冷媒、HC系冷媒、あるいは水やアンモニアなどの自然冷媒を使用しても同様の効果を得ることができる。 Furthermore, in the above embodiment, carbon dioxide is used as the refrigerant used in the vapor compression refrigeration cycle, but in addition to this, an HFC refrigerant, an HC refrigerant, or a natural refrigerant such as water or ammonia is used. The same effect can be obtained.
以上説明したように、膨張機構と圧縮機構とが密閉されたケーシング内に収納されるとともに、蒸気圧縮式の冷凍サイクルの膨張行程と圧縮行程とを行う流体機械について有用である。 As described above, the expansion mechanism and the compression mechanism are housed in a sealed casing, and the fluid machine that performs the expansion stroke and the compression stroke of the vapor compression refrigeration cycle is useful.
(10) 空調機
(30) 圧縮膨張ユニット(流体機械)
(31) ケーシング
(35) 導入管
(35a) 冷媒吸入口
(35b) 油戻し通路(油戻し開口)
(40) 電動機
(45) シャフト
(49) 油供給通路
(50) 圧縮機構
(70) 膨張機構
(91) 油流入部(油ポンプ)
(93) 断熱材
(95) フィン
(101) 第1空間(低圧空間)
(102) 第2空間(高圧空間)
(10) Air conditioner
(30) Compression / expansion unit (fluid machinery)
(31) Casing
(35) Introduction pipe
(35a) Refrigerant inlet
(35b) Oil return passage (oil return opening)
(40) Electric motor
(45) Shaft
(49) Oil supply passage
(50) Compression mechanism
(70) Expansion mechanism
(91) Oil inlet (oil pump)
(93) Insulation
(95) Fin
(101) First space (low pressure space)
(102) Second space (high pressure space)
Claims (10)
上記ケーシング(31)の内部を、膨張機構(70)が配置される第1空間(101)と、圧縮機構(50)が配置される第2空間(102)とに区画する仕切部(90)を備え、
上記第1空間(101)は、圧縮機構(50)の吸入側と導入管(35)を介して連通して低圧空間を構成する一方、上記第2空間(102)が、圧縮機構(50)の吐出側と連通して高圧空間を構成している流体機械。 An expansion mechanism (70) for expanding the refrigerant and a compression mechanism (50) for compressing the refrigerant are connected and stored in the sealed casing (31), and the expansion stroke and the compression stroke of the vapor compression refrigeration cycle are stored. A fluid machine that performs
A partition (90) that divides the interior of the casing (31) into a first space (101) in which the expansion mechanism (70) is disposed and a second space (102) in which the compression mechanism (50) is disposed. With
The first space (101) communicates with the suction side of the compression mechanism (50) via the introduction pipe (35) to form a low-pressure space, while the second space (102) is the compression mechanism (50). Fluid machine that forms a high-pressure space in communication with the discharge side.
ケーシング(31)内に貯まった冷媒中の油が流入して圧縮機構(50)及び膨張機構(70)に供給される油供給通路(49)を備え、
上記油供給通路(49)の油流入部(91)が高圧空間に配置されている流体機械。 The fluid machine according to claim 1,
An oil supply passage (49) through which oil in the refrigerant stored in the casing (31) flows and is supplied to the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (70);
A fluid machine in which an oil inflow portion (91) of the oil supply passage (49) is disposed in a high-pressure space.
低圧空間(101)は、圧縮機構(50)の吸入冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する気液分離部を兼ねており、
導入管(35)の冷媒吸入口(35a)は、上記低圧空間(101)で分離されたガス冷媒に臨むように開口している流体機械。 The fluid machine according to claim 1 or 2,
The low-pressure space (101) also serves as a gas-liquid separator that separates the refrigerant sucked into the compression mechanism (50) into liquid refrigerant and gas refrigerant,
A fluid machine in which the refrigerant inlet (35a) of the introduction pipe (35) is opened so as to face the gas refrigerant separated in the low-pressure space (101).
導入管(35)には、低圧空間(101)の底部に貯まった油をガス冷媒とともに圧縮機構(50)の吸入側に送る油戻し通路(35b)が設けられている流体機械。 The fluid machine according to claim 3, wherein
The fluid machine in which the introduction pipe (35) is provided with an oil return passage (35b) for sending oil stored in the bottom of the low pressure space (101) together with a gas refrigerant to the suction side of the compression mechanism (50).
仕切部(90)には、膨張機構(70)を構成する材料よりも熱伝導率の小さい断熱材(93)が設けられている流体機械。 The fluid machine according to any one of claims 1 to 4,
A fluid machine in which the partition (90) is provided with a heat insulating material (93) having a lower thermal conductivity than the material constituting the expansion mechanism (70).
膨張機構(70)の外表面には、フィン(95)が設けられている流体機械。 The fluid machine according to any one of claims 1 to 5,
A fluid machine in which fins (95) are provided on the outer surface of the expansion mechanism (70).
ケーシング(31)内には、その底部に近い順に、油流入部(91)、圧縮機構(50)、及び膨張機構(70)が配置されている流体機械。 The fluid machine according to any one of claims 2 to 6,
In the casing (31), a fluid machine in which an oil inflow portion (91), a compression mechanism (50), and an expansion mechanism (70) are arranged in order from the bottom thereof.
ケーシング(31)内には、その底部に近い順に、膨張機構(70)、油流入部(91)、及び圧縮機構(50)が配置されている流体機構。 The fluid machine according to any one of claims 2 to 6,
In the casing (31), a fluid mechanism in which an expansion mechanism (70), an oil inflow portion (91), and a compression mechanism (50) are arranged in order from the bottom thereof.
高圧空間(102)には、圧縮機構(50)を駆動する電動機(40)が配置されている流体機械。 The fluid machine according to any one of claims 1 to 8,
A fluid machine in which an electric motor (40) for driving a compression mechanism (50) is disposed in the high-pressure space (102).
二酸化炭素を冷媒として蒸気圧縮式の冷凍サイクルの膨張行程と圧縮行程を行う流体機械。 The fluid machine according to any one of claims 1 to 9,
A fluid machine that performs expansion and compression strokes in a vapor compression refrigeration cycle using carbon dioxide as a refrigerant.
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