JP2006125340A - Composite fluid machine and refrigerator using the same - Google Patents

Composite fluid machine and refrigerator using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2006125340A
JP2006125340A JP2004316739A JP2004316739A JP2006125340A JP 2006125340 A JP2006125340 A JP 2006125340A JP 2004316739 A JP2004316739 A JP 2004316739A JP 2004316739 A JP2004316739 A JP 2004316739A JP 2006125340 A JP2006125340 A JP 2006125340A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
compressor
pump
expander
shaft
refrigerant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2004316739A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4606840B2 (en
Inventor
Keiichi Uno
慶一 宇野
Shigeki Iwanami
重樹 岩波
Hirotomo Asa
弘知 麻
Hiroshi Kinoshita
宏 木下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Soken Inc
Original Assignee
Denso Corp
Nippon Soken Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp, Nippon Soken Inc filed Critical Denso Corp
Priority to JP2004316739A priority Critical patent/JP4606840B2/en
Priority to DE102005051428.6A priority patent/DE102005051428B4/en
Priority to US11/260,680 priority patent/US7418824B2/en
Priority to CNB2005101187707A priority patent/CN100523656C/en
Priority to CN2007101971633A priority patent/CN101265857B/en
Publication of JP2006125340A publication Critical patent/JP2006125340A/en
Priority to US12/078,074 priority patent/US7992400B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4606840B2 publication Critical patent/JP4606840B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y02A30/274Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies using waste energy, e.g. from internal combustion engine
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide composite fluid machine capable of eliminating influence of a pump when operated only by a compressor while enabling operation of the pump by an expander and utilizing exhaust heat effectively when operation of the compressor is unnecessary, and to provide a refrigerator using the machine. <P>SOLUTION: This composite fluid machine has the compressor 110 for compressing fluid and discharging it, the expander 110 for generating driving force by expansion of working fluid circulated by the pump 130, and a rotary electric machine 120 having both functions of a power generator and an electric motor. The compressor 110, the expander 110, the rotary electric machine 120, and the pump 130 are connected in series. An intermittent switching means 140 for switching a connection condition of the rotary electric machine 120 and the pump 130 into a disconnected condition when the compressor 110 is driven by the rotary electric machine 120 is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、流体を圧縮して吐出する圧縮機に、ランキンサイクル中の作動流体の膨張によって機械的エネルギーを出力する膨張機の機能を併せ持つ複合流体機械およびそれを用いた冷凍装置に関するものである。   The present invention relates to a composite fluid machine having a function of an expander that outputs mechanical energy by expansion of a working fluid in a Rankine cycle in a compressor that compresses and discharges a fluid, and a refrigeration apparatus using the same. .

従来、例えば特許文献1に示されるように、圧縮機、膨張機、駆動モータ、循環ポンプが一体的に設けられた複合流体機械(特許文献1中ではローリングピストン式回転機械)が知られている。上記の各機器は、直列に配置され、同一軸で接続(圧縮機と膨張機との間は例えばマグネットカップリングのような接続手段を介して接続、あるいは直接的に接続)されている。そして、圧縮機は、例えば冷凍サイクル内の冷媒の圧縮用に用いられ、また、膨張機はランキンサイクル内の作動流体によって駆動されるようになっている。   Conventionally, as shown in Patent Document 1, for example, a complex fluid machine (a rolling piston type rotating machine in Patent Document 1) in which a compressor, an expander, a drive motor, and a circulation pump are integrally provided is known. . Each of the above devices is arranged in series and connected on the same axis (the compressor and the expander are connected via a connecting means such as a magnet coupling or directly connected). The compressor is used for compressing the refrigerant in the refrigeration cycle, for example, and the expander is driven by the working fluid in the Rankine cycle.

上記の複合流体機械の具体的な作動については、膨張機は初期の一定時間(膨張機が安定状態に入るまでの時間)だけ駆動モータによって駆動され、更に、ランキンサイクル内の作動流体(バーナを加熱源として加熱される高温、高圧ガス)の膨張によって駆動され、自身の軸に駆動力を発生させる。この駆動力はマグネットカップリングを介して(あるいは直接的に)圧縮機に伝達され、圧縮機が作動される。そして、圧縮機は冷凍サイクル内の冷媒を圧縮する。尚、循環ポンプは、膨張機から発生される駆動力によって駆動され、専用のモータ等を不要としてランキンサイクル内の作動流体を循環させる。
特開平8−86289号公報
Regarding the specific operation of the above composite fluid machine, the expander is driven by the drive motor for an initial fixed time (the time until the expander enters a stable state), and the working fluid in the Rankine cycle (the burner is turned on). It is driven by the expansion of a high-temperature, high-pressure gas (heated as a heating source), and generates a driving force on its own shaft. This driving force is transmitted to the compressor via the magnet coupling (or directly), and the compressor is operated. The compressor compresses the refrigerant in the refrigeration cycle. The circulation pump is driven by the driving force generated from the expander, and circulates the working fluid in the Rankine cycle without using a dedicated motor or the like.
JP-A-8-86289

しかしながら、上記複合流体機械においてはっては、ランキンサイクル内にバーナのような加熱源を必要とするものであって、膨張機はバーナの熱エネルギー(専用の燃料を燃焼させること)によって駆動されている。本発明者らは、近年問題とされている地球温暖化に対して、いかにエネルギー消費を減らすかということを念頭に置いて、例えば車両用内燃機関のような発熱機器の廃熱を有効に活用できる複合流体機械を検討している。   However, the above complex fluid machine requires a heating source such as a burner in the Rankine cycle, and the expander is driven by the heat energy of the burner (burning dedicated fuel). ing. In light of global warming, which has been a problem in recent years, the present inventors have effectively used waste heat from a heat-generating device such as an internal combustion engine for a vehicle, in mind, how to reduce energy consumption. We are studying a composite fluid machine that can be used.

そこで、上記特許文献1に示される複合流体機械を用いて、廃熱から膨張機を作動させようとした場合、発熱機器の状況に応じて廃熱が少ない時は、膨張機での駆動力が得られなくなるので、駆動モータで圧縮機を駆動させることが考えられる。しかし、この時、同一軸に接続される循環ポンプも友連れして回転することになるので、駆動モータにとっては作動抵抗となり、効率的な圧縮機の作動ができない。   Therefore, when the complex fluid machine disclosed in Patent Document 1 is used to operate the expander from waste heat, when there is little waste heat depending on the situation of the heat generating device, the driving force in the expander is Since it cannot be obtained, it is conceivable to drive the compressor with a drive motor. However, at this time, since the circulation pump connected to the same shaft also rotates together, it becomes an operating resistance for the drive motor, and the compressor cannot be operated efficiently.

また、発熱機器の廃熱が充分あっても、圧縮機の作動が不要の時(冷凍サイクルの作動が不要の時)は、膨張機を停止させる必要があり、せっかくの廃熱を有効に活用することができない。   Also, even if there is enough waste heat from the heat generating equipment, it is necessary to stop the expander when the compressor operation is not required (when the refrigeration cycle is not required), and the waste heat can be used effectively. Can not do it.

本発明の目的は、上記問題に鑑み、冷凍サイクル用の圧縮機と、内燃機関のような発熱機器の廃熱によって駆動される膨張機とを有するものにおいて、膨張機によるポンプの作動を可能としつつ、圧縮機単独で作動させる場合のポンプの影響を無くし、また、圧縮機の作動不要時にも廃熱の有効活用を可能とする複合流体機械およびそれを用いた冷凍装置を提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to enable operation of a pump by an expander in a compressor having a compressor for a refrigeration cycle and an expander driven by waste heat of a heat generating device such as an internal combustion engine. It is another object of the present invention to provide a composite fluid machine that eliminates the influence of a pump when operated by a compressor alone and enables effective use of waste heat even when the compressor is not required to operate, and a refrigeration apparatus using the same. .

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。   In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.

請求項1に記載の発明では、流体を圧縮して吐出する圧縮機(110)と、ポンプ(130)によって循環される作動流体の膨張によって駆動力を発生する膨張機(110)と、発電機および電動機の両機能を併せ持つ回転電機(120)とを有し、圧縮機(110)、膨張機(110)、回転電機(120)、ポンプ(130)が直列に接続されており、圧縮機(110)が回転電機(120)によって駆動される時に、回転電機(120)とポンプ(130)との接続状態を切断状態に切替え可能とする断続切替え手段(140)が設けられたことを特徴としている。   In the first aspect of the present invention, the compressor (110) that compresses and discharges the fluid, the expander (110) that generates a driving force by the expansion of the working fluid circulated by the pump (130), and the generator And a rotary electric machine (120) having both functions of an electric motor, and a compressor (110), an expander (110), a rotary electric machine (120), and a pump (130) are connected in series. 110) is provided with intermittent switching means (140) that can switch the connection state between the rotating electrical machine (120) and the pump (130) to the disconnected state when driven by the rotating electrical machine (120). Yes.

これにより、膨張機(110)作動時の駆動力によって、ポンプ(130)の駆動が可能であり、ポンプ(130)作動用の専用駆動源を不要とすることができる。そして、流体の膨張エネルギーの有無に関わらず、回転電機(120)によって圧縮機(110)を作動させることができる。この時、断続切替え手段(140)によって、ポンプ(130)は回転電機(120)から切断されるので、ポンプ(130)が回転電機(120)の作動抵抗となるのを防止できる。更に、作動流体の膨張が充分に得られるものの、圧縮機(110)の作動が不要な時は、膨張機(110)の駆動力で回転電気(120)を発電機として作動させて、発電することが可能となり、膨張エネルギーを電気エネルギーとして回生することができる。   Thus, the pump (130) can be driven by the driving force when the expander (110) is operated, and a dedicated drive source for operating the pump (130) can be dispensed with. The compressor (110) can be operated by the rotating electrical machine (120) regardless of the presence or absence of the expansion energy of the fluid. At this time, since the pump (130) is disconnected from the rotating electrical machine (120) by the intermittent switching means (140), the pump (130) can be prevented from becoming an operating resistance of the rotating electrical machine (120). Furthermore, when the expansion of the working fluid is sufficiently obtained, but the operation of the compressor (110) is unnecessary, the rotating electricity (120) is operated as a generator by the driving force of the expander (110) to generate power. And expansion energy can be regenerated as electrical energy.

ここで、上記請求項1に記載の複合流体機械(100)を用いて、回転電機(120)で圧縮機(110)を駆動させた場合、同一軸に接続される膨張機(110)も友連れして回転することになるので、回転電機(120)にとっては膨張機(110)が作動抵抗となり、効率的な圧縮機(110)の作動ができない。   Here, when the compressor (110) is driven by the rotating electrical machine (120) using the complex fluid machine (100) according to claim 1, the expander (110) connected to the same shaft is also a friend. Since it rotates together, the expander (110) acts as an operating resistance for the rotating electrical machine (120), and the compressor (110) cannot be operated efficiently.

そこで、請求項2に記載の発明では、圧縮機(110)は、その作動室(V)と高圧室(114)との間の流路を切替える切替え手段(116、117d)によって、高圧室(114)から作動流体が流入する時には、膨張機(110)として機能する膨張機兼圧縮機(110)としたことを特徴としている。   Therefore, in the invention according to claim 2, the compressor (110) is provided with the high pressure chamber (116, 117d) by the switching means (116, 117d) for switching the flow path between the working chamber (V) and the high pressure chamber (114). 114), when the working fluid flows in, the expander / compressor (110) functions as the expander (110).

これにより、回転電機(120)によって膨張機兼圧縮機(110)を圧縮機(110)として作動させる時においては、膨張機(110)は存在しない形とすることができるので、上記のように膨張機(110)が回転電機(120)の作動抵抗となることが無い。   As a result, when the expander / compressor (110) is operated as the compressor (110) by the rotating electrical machine (120), the expander (110) can be made nonexistent, as described above. The expander (110) does not become an operating resistance of the rotating electrical machine (120).

請求項3に記載の発明では、ポンプ(130)は、圧縮機(110)、膨張機(110)、電動機(120)、ポンプ(130)が直列に接続される一端側に配置されており、断続切替え手段(140)は、ポンプ(130)と、ポンプ(130)に隣接する隣接機器(120)との間に設けられたことを特徴としている。   In invention of Claim 3, the pump (130) is arrange | positioned at the one end side to which a compressor (110), an expander (110), an electric motor (120), and a pump (130) are connected in series, The intermittent switching means (140) is provided between the pump (130) and the adjacent device (120) adjacent to the pump (130).

これにより、ポンプ(130)を除く各機器(110、110、120)の配置がどのような並びであっても、複雑な軸構造を設けること無く、容易に断続切替え手段(140)を設けることができる。   Thus, the intermittent switching means (140) can be easily provided without providing a complicated shaft structure regardless of the arrangement of the devices (110, 110, 120) except the pump (130). Can do.

請求項4に記載の発明では、膨張機(110)は、圧縮機(110)に対して逆方向に回転作動するものとした時に、断続切替え手段(140)は、ポンプ(130)のポンプ軸(134)と、隣接機器(120)の軸(124)との間で、圧縮機(110)の回転作動方向に噛み合いが外れ、膨張機(110)の回転作動方向に噛み合う一方向クラッチ(140)として設けることができる。   In the invention according to claim 4, when the expander (110) is to rotate in the reverse direction with respect to the compressor (110), the intermittent switching means (140) is provided with the pump shaft of the pump (130). The one-way clutch (140) disengaged in the rotational operation direction of the compressor (110) and meshed in the rotational operation direction of the expander (110) between the shaft (124) and the shaft (124) of the adjacent device (120). ).

また、請求項5に記載の発明のように、断続切替え手段(140)は、ポンプ(130)のポンプ軸(134)と、隣接機器(120)の軸(124)との間で、電気信号により断続される電磁クラッチとしても良い。   Further, as in the fifth aspect of the present invention, the intermittent switching means (140) includes an electric signal between the pump shaft (134) of the pump (130) and the shaft (124) of the adjacent device (120). It is good also as an electromagnetic clutch interrupted by.

この場合は、膨張機(110)の作動によってポンプ(130)が駆動される時にも、電磁クラッチの断続により、ポンプ(130)のON−OFFが可能となり、作動流体の流量制御が可能となる。   In this case, even when the pump (130) is driven by the operation of the expander (110), the pump (130) can be turned on and off by the engagement of the electromagnetic clutch, and the flow rate of the working fluid can be controlled. .

請求項6に記載の発明では、ポンプ(130)および隣接機器(120)間の流体、あるいは作動流体の漏れを防止する軸封装置(150)を有し、軸封装置(150)は、ポンプ軸(134)に設けられたことを特徴としている。   The invention according to claim 6 further includes a shaft seal device (150) that prevents leakage of fluid or working fluid between the pump (130) and the adjacent device (120), and the shaft seal device (150) is a pump. It is characterized by being provided on the shaft (134).

これにより、一方向クラッチ(140)あるいは電磁クラッチによってポンプ(130)が切断された時に、軸封装置(150)が回転電機(120)の作動抵抗になるのを防止できる。   Thereby, when the pump (130) is disconnected by the one-way clutch (140) or the electromagnetic clutch, the shaft seal device (150) can be prevented from becoming an operating resistance of the rotating electrical machine (120).

尚、請求項6に記載の発明において、請求項7に記載の発明のように軸封装置(150)が設けられる部位のポンプ軸(134)の外径は、一般部位よりも小さく設定されるのが良い。   In the invention according to claim 6, the outer diameter of the pump shaft (134) at the site where the shaft seal device (150) is provided as in the invention according to claim 7 is set smaller than the general site. Is good.

ポンプ(130)作動時における軸封装置(150)による損失は、軸封装置(150)のポンプ軸(134)への締付け力と、軸封装置(150)に接触するポンプ軸(134)外径部の回転速度とに比例する。よって、軸封装置(150)が設けられる部位のポンプ軸(134)の外径を小さくすることで、その回転速度を小さくして損失を低減できる。   The loss caused by the shaft seal device (150) during the operation of the pump (130) is due to the tightening force of the shaft seal device (150) on the pump shaft (134) and the outside of the pump shaft (134) that contacts the shaft seal device (150). It is proportional to the rotation speed of the diameter part. Therefore, by reducing the outer diameter of the pump shaft (134) where the shaft seal device (150) is provided, the rotational speed can be reduced and the loss can be reduced.

上記請求項1〜請求項7に記載の複合流体機械(100)は、請求項8に記載の発明のように、冷凍サイクル(30)内の凝縮器(31)を兼用して形成されると共に、発熱機器(10)の廃熱を加熱源とするランキンサイクル(40)を備える冷凍装置に適用して好適である。この時、圧縮機(110)を冷凍サイクル(30)に使用し、ポンプ(130)および膨張機(110)をランキンサイクル(40)に使用する。   The composite fluid machine (100) according to the first to seventh aspects is formed as the condenser (31) in the refrigeration cycle (30) as in the invention according to the eighth aspect. It is suitable for application to a refrigeration apparatus including a Rankine cycle (40) using the waste heat of the heat generating device (10) as a heating source. At this time, the compressor (110) is used for the refrigeration cycle (30), and the pump (130) and the expander (110) are used for the Rankine cycle (40).

そして、請求項9に記載の発明のように、発熱機器(10)は、熱機関(10)を対象として好適である。   And like invention of Claim 9, a heat-emitting device (10) is suitable for heat engine (10) object.

因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   Incidentally, the reference numerals in parentheses of each means described above are an example showing the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.

(第1実施形態)
本実施形態は、本発明の複合流体機械(熱媒ポンプ一体型膨張発電機兼電動圧縮機)100を、ランキンサイクル40を備える冷凍サイクル30に適用した車両用の冷凍装置1としている。
(First embodiment)
In the present embodiment, the composite fluid machine (heat medium pump integrated expansion generator / electric compressor) 100 of the present invention is used as a refrigeration apparatus 1 for a vehicle in which the refrigeration cycle 30 including the Rankine cycle 40 is applied.

まず、複合流体機械100の構成について図1を用いて説明する。複合流体機械100は、圧縮機および膨張機の両機能を有する膨張機兼圧縮機110と、発電機および電動機としての両機能を有するモータジェネレータ(本発明における回転電機および熱媒ポンプ130に対する隣接機器に対応)120と、熱媒ポンプ(本発明におけるポンプに対応)130とから成る。   First, the configuration of the composite fluid machine 100 will be described with reference to FIG. The complex fluid machine 100 includes an expander / compressor 110 having both functions of a compressor and an expander, and a motor generator having both functions of a generator and an electric motor (adjacent equipment to the rotating electrical machine and the heat medium pump 130 in the present invention). 120) and a heat medium pump (corresponding to the pump in the present invention) 130.

膨張機兼圧縮機110は、周知のスクロール型圧縮機構と同一構造を有するもので、具体的には、フロントハウジング111とモータハウジング121との間に固定される固定スクロール112、この固定スクロール112に対向して旋回変位する旋回スクロール113、作動室Vと高圧室114とを連通させる吐出ポート115、および流入ポート116を開閉する弁機構117等から成るものである。   The expander / compressor 110 has the same structure as a known scroll-type compression mechanism. Specifically, the expander / compressor 110 is fixed to the fixed scroll 112 fixed between the front housing 111 and the motor housing 121, The revolving scroll 113 that turns and opposes, a discharge port 115 that allows the working chamber V and the high pressure chamber 114 to communicate with each other, a valve mechanism 117 that opens and closes the inflow port 116, and the like.

固定スクロール112は、板状の基板部112aおよび基板部112aから旋回スクロール113側に突出した渦巻状の歯部112bを有して構成され、一方、旋回スクロール113は、上記歯部112bに接触して噛み合う渦巻状の歯部113b、およびこの歯部113bが形成された基板部113aを有して構成されており、両歯部112b、113bが接触した状態で旋回スクロール113が旋回することにより、両スクロール112、113により形成される作動室Vの体積が拡大縮小するようになっている。   The fixed scroll 112 includes a plate-like substrate portion 112a and a spiral tooth portion 112b that protrudes from the substrate portion 112a toward the orbiting scroll 113. On the other hand, the orbiting scroll 113 contacts the tooth portion 112b. The swirl-shaped tooth portion 113b and the base plate portion 113a on which the tooth portion 113b is formed are configured, and the orbiting scroll 113 is swung while the both tooth portions 112b and 113b are in contact with each other. The volume of the working chamber V formed by both scrolls 112 and 113 is enlarged or reduced.

シャフト118は、モータハウジング121に固定された軸受け118cによって回転可能に支持されて、一方の長手方向端部に回転中心軸に対して偏心したクランク部118aを有するクランクシャフトである。このクランク部118aは、ブッシング118b、ベアリング113cを介して旋回スクロール113に連結されている。   The shaft 118 is a crankshaft that is rotatably supported by a bearing 118 c fixed to the motor housing 121 and has a crank portion 118 a that is eccentric with respect to the rotation center axis at one longitudinal end portion. The crank portion 118a is connected to the orbiting scroll 113 via a bushing 118b and a bearing 113c.

また、自転防止機構119は、シャフト118が1回転する間に旋回スクロール113がクランク部118a周りに1回転するようにするものである。このためシャフト118が回転すると、旋回スクロール113は、自転せずにシャフト118の回転中心軸周りを公転旋回する。そして、作動室Vは、例えばシャフト118が正方向に回転する時に、旋回スクロール113の外径側から中心側に変位するほど、その体積が縮小するように変化し、逆に、シャフト118が逆方向に回転する時に、旋回スクロール113の中心側から外径側に変位するほど、その体積が拡大するように変化する。   Further, the rotation prevention mechanism 119 makes the orbiting scroll 113 rotate once around the crank portion 118a while the shaft 118 rotates once. For this reason, when the shaft 118 rotates, the orbiting scroll 113 revolves around the rotation center axis of the shaft 118 without rotating. The working chamber V changes such that, for example, when the shaft 118 rotates in the forward direction, the volume of the orbiting scroll 113 decreases as the displacement from the outer diameter side to the center side of the orbiting scroll 113 decreases. When rotating in the direction, the volume of the orbiting scroll 113 changes so as to increase as it is displaced from the center side to the outer diameter side.

吐出ポート115は、基板部112aの中心部に設けられて、膨張機兼圧縮機110が圧縮機として作動する時(以下、圧縮モード時)に、最小体積となる作動室Vと、フロントハウジング111に設けられた高圧室114とを連通させて圧縮された冷媒(本発明における流体に対応)を吐出するポートである。また、流入ポート116は、同様に基板部112aに(吐出ポート115に隣接して)設けられて、膨張機兼圧縮機110が膨張機として作動する時(以下、膨張モード時)に、高圧室114と、最小体積となる作動室Vとを連通させて高圧室114に導入された高温、高圧の冷媒、つまり過熱蒸気冷媒(本発明における作動流体に対応)を作動室Vに導くポートである。   The discharge port 115 is provided at the center of the substrate portion 112a, and when the expander / compressor 110 operates as a compressor (hereinafter, in the compression mode), the working chamber V and the front housing 111 have a minimum volume. This is a port for discharging a compressed refrigerant (corresponding to the fluid in the present invention) by communicating with the high-pressure chamber 114 provided in. Similarly, the inflow port 116 is provided in the substrate portion 112a (adjacent to the discharge port 115), and when the expander / compressor 110 operates as an expander (hereinafter, in the expansion mode), the high-pressure chamber. 114 is a port that leads the working chamber V to a high-temperature, high-pressure refrigerant introduced into the high-pressure chamber 114, that is, a superheated vapor refrigerant (corresponding to the working fluid in the present invention). .

上記高圧室114は、吐出ポート115から吐出された冷媒の脈動を平滑化する吐出室の機能を有するものであり、この高圧室114には、後述する加熱器43および凝縮器31側に接続される高圧ポート111aが設けられている。   The high-pressure chamber 114 has a function of a discharge chamber that smoothes the pulsation of the refrigerant discharged from the discharge port 115, and is connected to the heater 43 and the condenser 31 side described later. A high-pressure port 111a is provided.

尚、後述する蒸発器34および第2バイパス流路42側に接続される低圧ポート121aは、モータハウジング121に設けられて、モータハウジング121内を経由して、固定スクロール112側に連通している。   Note that a low pressure port 121a connected to the evaporator 34 and the second bypass flow path 42 described later is provided in the motor housing 121 and communicates with the fixed scroll 112 side through the motor housing 121. .

弁機構117は、吐出弁117a、弁体117d、電磁弁117f等から成る。吐出弁117aは、吐出ポート115の高圧室114側に配置されて吐出ポート115から吐出された冷媒が高圧室114から作動室Vに逆流することを防止するリード弁状の逆止弁であり、ストッパ117bは吐出弁117aの最大開度を規制する弁止板であり、吐出弁117aおよびストッパ117bはボルト117cによって基板部112aに固定されている。   The valve mechanism 117 includes a discharge valve 117a, a valve body 117d, an electromagnetic valve 117f, and the like. The discharge valve 117a is a reed valve-like check valve that is disposed on the high-pressure chamber 114 side of the discharge port 115 and prevents the refrigerant discharged from the discharge port 115 from flowing back from the high-pressure chamber 114 to the working chamber V. The stopper 117b is a valve stop plate that regulates the maximum opening of the discharge valve 117a, and the discharge valve 117a and the stopper 117b are fixed to the substrate portion 112a by bolts 117c.

弁体117dは、流入ポート116を開閉して膨張機兼圧縮機110の圧縮モードと膨張モードとを切替える切替え弁であり、その後端側がフロントハウジング111に設けられた背圧室117eに沿って、摺動可能に配設されている。背圧室117e内にはバネ(弾性手段)117fが挿入されており、バネ117fは弁体117dの先端側が流入ポート116を閉じる方向に弾性力を作用させるようになっている。また、フロントハウジング111には、所定の通路抵抗を有して背圧室117eと高圧室114とを連通させる抵抗手段としての絞り117gが設けられている。   The valve body 117d is a switching valve that opens and closes the inflow port 116 to switch between the compression mode and the expansion mode of the expander / compressor 110, and a rear end side thereof along the back pressure chamber 117e provided in the front housing 111, It is slidably arranged. A spring (elastic means) 117f is inserted in the back pressure chamber 117e, and the spring 117f applies an elastic force in a direction in which the distal end side of the valve body 117d closes the inflow port 116. Further, the front housing 111 is provided with a throttle 117g as a resistance means having a predetermined passage resistance and allowing the back pressure chamber 117e and the high pressure chamber 114 to communicate with each other.

電磁弁117hは、低圧ポート121a側と背圧室117eとの連通状態を制御することにより背圧室117e内の圧力を制御する制御弁であり、図示しない制御装置によって制御される。   The electromagnetic valve 117h is a control valve that controls the pressure in the back pressure chamber 117e by controlling the communication state between the low pressure port 121a side and the back pressure chamber 117e, and is controlled by a control device (not shown).

そして、電磁弁117hを開くと、背圧室117eの圧力が高圧室114より低下して弁体117dがバネ117fを押し縮めながら図1中の右側に変位するので、流入ポート116が開く。尚、絞り117gでの圧力損失は非常に大きいので、高圧室114から背圧室117eに流れ込む冷媒量は無視できるほど小さい。   When the electromagnetic valve 117h is opened, the pressure in the back pressure chamber 117e is lowered from the high pressure chamber 114, and the valve body 117d is displaced to the right in FIG. 1 while pushing and contracting the spring 117f, so that the inflow port 116 is opened. Since the pressure loss at the throttle 117g is very large, the amount of refrigerant flowing from the high pressure chamber 114 into the back pressure chamber 117e is so small that it can be ignored.

逆に、電磁弁117hを閉じると、絞り117gによって背圧室117eの圧力と高圧室114の圧力とが等しくなり、弁体117dはバネ117fの弾性力により図1中の左側に変位するので、流入ポート116が閉じる。つまり、弁体117d、背圧室117e、バネ117f、絞り117g、および電磁弁117h等により流入ポート116を開閉するパイロット式の電気開閉弁が構成される。尚、流入ポート116と弁体117dは、本発明における作動室Vと高圧室114との間の流路を切替える切替え手段に対応する。   Conversely, when the electromagnetic valve 117h is closed, the pressure in the back pressure chamber 117e and the pressure in the high pressure chamber 114 are equalized by the throttle 117g, and the valve body 117d is displaced to the left in FIG. 1 by the elastic force of the spring 117f. Inflow port 116 is closed. That is, a pilot-type electric on-off valve that opens and closes the inflow port 116 is configured by the valve body 117d, the back pressure chamber 117e, the spring 117f, the throttle 117g, the electromagnetic valve 117h, and the like. The inflow port 116 and the valve body 117d correspond to switching means for switching the flow path between the working chamber V and the high pressure chamber 114 in the present invention.

モータジェネレータ120は、ステータ122およびステータ122内で回転するロータ123等から成るもので、固定スクロール112に固定されるモータハウジング121内(膨張機兼圧縮機110の低圧側雰囲気)に収容されている。ステータ122は、巻き線が巻かれたステータコイルであり、モータハウジング121の内周面に固定されている。ロータ123は、永久磁石が埋設されたマグネットロータであり、モータ軸124に固定されている。モータ軸124の一端側は、上記膨張機兼圧縮機110のシャフト118に接続されており、また、他端側には穴部124aが設けられており、この他端側は後述する熱媒ポンプ130のポンプ軸134に接続されている。   The motor generator 120 includes a stator 122 and a rotor 123 that rotates in the stator 122, and is housed in a motor housing 121 (low pressure side atmosphere of the expander / compressor 110) fixed to the fixed scroll 112. . The stator 122 is a stator coil wound with a winding, and is fixed to the inner peripheral surface of the motor housing 121. The rotor 123 is a magnet rotor in which a permanent magnet is embedded, and is fixed to the motor shaft 124. One end side of the motor shaft 124 is connected to the shaft 118 of the expander / compressor 110, and the other end side is provided with a hole 124a. It is connected to 130 pump shafts 134.

そして、モータジェネレータ120は、後述するバッテリ13からインバータ12を介して、ステータ122に電力が供給された場合には、ロータ123を回転(正方向回転)させて、膨張機兼圧縮機110を(圧縮機として)駆動するモータ(電動機)として作動する。あるいは、ロータ123を回転(逆方向回転)させて、後述する熱媒ポンプ130を駆動するモータ(電動機)として作動する。また、膨張機兼圧縮機110の膨張モード時に発生した駆動力によってロータ123を回転させるトルクが入力された場合(逆方向回転時)には、電力を発生させるジェネレータ(発電機)として作動する。そして、得られた電力は、インバータ12を介してバッテリ13に充電されるようになっている。   When electric power is supplied to the stator 122 from the battery 13 to be described later via the inverter 12, the motor generator 120 rotates the rotor 123 (rotates in the forward direction), and causes the expander / compressor 110 to operate ( Acts as a driving motor (electric motor). Alternatively, the rotor 123 is rotated (reversely rotated) to operate as a motor (electric motor) that drives a heat medium pump 130 described later. Further, when a torque for rotating the rotor 123 is input by the driving force generated during the expansion mode of the expander / compressor 110 (during reverse rotation), the generator operates as a generator (generator) that generates electric power. The obtained power is charged into the battery 13 via the inverter 12.

熱媒ポンプ130は、モータジェネレータ120の反膨張機側に隣接して配設されて、モータハウジング121に固定されるポンプハウジング131内に収容されている。熱媒ポンプ130は、上記膨張機兼圧縮機110と同様に、基板部132a、歯部132bから成る固定スクロール132と、基板部133a、歯部133bから成る旋回スクロール133とを有している。固定スクロール132は、ポンプハウジング131に固定され、旋回スクロール133は、ポンプハウジング131と固定スクロール132とによって形成される空間内に配設されている。尚、旋回スクロール133は、自転防止機構135によって、自転が防止されつつ、公転旋回可能となっている。   The heat medium pump 130 is disposed adjacent to the motor generator 120 on the side opposite to the expander and is housed in a pump housing 131 that is fixed to the motor housing 121. Similar to the expander / compressor 110, the heat medium pump 130 includes a fixed scroll 132 including a base plate portion 132a and a tooth portion 132b, and a revolving scroll 133 including a base plate portion 133a and a tooth portion 133b. The fixed scroll 132 is fixed to the pump housing 131, and the orbiting scroll 133 is disposed in a space formed by the pump housing 131 and the fixed scroll 132. The orbiting scroll 133 is capable of revolving while being prevented from rotating by the rotation preventing mechanism 135.

ポンプハウジング131には、後述する気液分離器32側から接続されて、ポンプハウジング131の内部および旋回スクロール133側に連通する流入ポート131aが設けられている。また、固定スクロール132には、両スクロール132、133によって形成される作動室Pから後述する加熱器43側に接続される吐出ポート132cが設けられている。   The pump housing 131 is provided with an inflow port 131a that is connected from the gas-liquid separator 32 side described later and communicates with the inside of the pump housing 131 and the orbiting scroll 133 side. Further, the fixed scroll 132 is provided with a discharge port 132c connected from the working chamber P formed by the scrolls 132 and 133 to the heater 43 described later.

ポンプ軸134は、ポンプハウジング131に固定された軸受け134cによって回転可能に支持されて、一方の長手方向端部に回転中心軸に対して偏心したクランク部134aを有し、ブッシング134b、ベアリング133cを介して旋回スクロール133に連結されている。また、ポンプ軸134の他方の長手方向端部は、一般部(軸受け134cによって支持されている部位)に対して外径が小さく設定された小径部134dとして形成されており、小径部134dはモータ軸124の穴部124aに挿入されている。   The pump shaft 134 is rotatably supported by a bearing 134c fixed to the pump housing 131. The pump shaft 134 has a crank portion 134a that is eccentric with respect to the rotation center shaft at one longitudinal end, and has a bushing 134b and a bearing 133c. Via the orbiting scroll 133. The other longitudinal end of the pump shaft 134 is formed as a small-diameter portion 134d having a small outer diameter with respect to the general portion (portion supported by the bearing 134c), and the small-diameter portion 134d is a motor. The shaft 124 is inserted into the hole 124a.

そして、モータ軸124とポンプ軸134(小径部134d)との間には、一方向クラッチ(本発明における断続切替え手段に対応)140が設けられている。この一方向クラッチ140は、モータ軸124が逆方向回転(膨張モード時の回転)した時に、ポンプ軸134(小径部134d)に噛み合うことで、ポンプ軸134を回転させ、また、モータ軸124が正方向回転(圧縮モード時の回転)した時に、ポンプ軸134(小径部134d)との噛み合いが外れて、モータ軸124とポンプ軸134とが切断される(ポンプ軸134が回転されない)ものとしている。   A one-way clutch (corresponding to the intermittent switching means in the present invention) 140 is provided between the motor shaft 124 and the pump shaft 134 (small diameter portion 134d). The one-way clutch 140 rotates the pump shaft 134 by meshing with the pump shaft 134 (small-diameter portion 134d) when the motor shaft 124 rotates in the reverse direction (rotation in the expansion mode). When rotating in the forward direction (rotation in the compression mode), the engagement with the pump shaft 134 (small diameter portion 134d) is disengaged, and the motor shaft 124 and the pump shaft 134 are disconnected (the pump shaft 134 is not rotated). Yes.

更に、ポンプハウジング131とポンプ軸134の小径部134dとの間には、モータジェネレータ120と熱媒ポンプ130(流入ポート131aから旋回スクロール133に繋がる低圧側)との間をシールする軸封装置としての軸シール150が設けられている。   Further, a shaft seal device is provided between the pump housing 131 and the small diameter portion 134d of the pump shaft 134 to seal between the motor generator 120 and the heat medium pump 130 (low pressure side connected to the orbiting scroll 133 from the inflow port 131a). Shaft seal 150 is provided.

上記のように構成される複合流体機械100は、ランキンサイクル40を備える冷凍サイクル30に組み込まれ、冷凍装置1を形成している。具体的には、膨張機兼圧縮機110(圧縮モード時の圧縮機)が冷凍サイクル30に組み込まれ、また、膨張機兼圧縮機110(膨張モード時の膨張機)と熱媒ポンプ130とがランキンサイクル40に組み込まれるようにしている。以下、冷凍装置1について図2を用いて説明する。   The complex fluid machine 100 configured as described above is incorporated in the refrigeration cycle 30 including the Rankine cycle 40 to form the refrigeration apparatus 1. Specifically, an expander / compressor 110 (compressor in compression mode) is incorporated in the refrigeration cycle 30, and the expander / compressor 110 (expander in expansion mode) and the heat medium pump 130 It is designed to be incorporated in the Rankine cycle 40. Hereinafter, the refrigeration apparatus 1 will be described with reference to FIG.

冷凍サイクル20は、低温側の熱を高温側に移動させて冷熱および温熱を空調に利用するもので、膨張機兼圧縮機110、凝縮器31、気液分離器32、減圧器33、蒸発器34等が環状に接続されて形成されている。   The refrigeration cycle 20 moves the heat on the low temperature side to the high temperature side and uses the heat and heat for air conditioning. The expander / compressor 110, the condenser 31, the gas-liquid separator 32, the decompressor 33, the evaporator 34 and the like are connected in a ring shape.

凝縮器31は、圧縮モード時の膨張機兼圧縮機110の冷媒吐出側に設けられ、高温高圧に圧縮された冷媒を冷却して、凝縮液化する熱交換器である。尚、ファン31aは、凝縮器31に冷却風(車室外空気)を送るものである。   The condenser 31 is a heat exchanger that is provided on the refrigerant discharge side of the expander / compressor 110 in the compression mode and cools the refrigerant compressed to high temperature and high pressure to condense and liquefy it. The fan 31a sends cooling air (air outside the passenger compartment) to the condenser 31.

気液分離器32は、凝縮器31で凝縮された冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して液相冷媒を流出させるレシーバである。減圧器33は、気液分離器32で分離された液相冷媒を減圧膨脹させるもので、本実施形態では、冷媒を等エンタルピ的に減圧すると共に、圧縮モード時の膨張機兼圧縮機110に吸入される冷媒の過熱度が所定値となるように絞り開度を制御する温度式膨脹弁を採用している。   The gas-liquid separator 32 is a receiver that separates the refrigerant condensed in the condenser 31 into a gas-phase refrigerant and a liquid-phase refrigerant and causes the liquid-phase refrigerant to flow out. The decompressor 33 decompresses and expands the liquid-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator 32. In the present embodiment, the decompressor 33 decompresses the refrigerant in an enthalpy manner, and the expander / compressor 110 in the compression mode. A temperature-type expansion valve that controls the throttle opening is employed so that the degree of superheat of the sucked refrigerant becomes a predetermined value.

蒸発器34は、減圧器33にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮する熱交換器であり、ファン34aによって供給される車室外空気(外気)あるいは車室内空気(内気)を冷却する。そして、蒸発器34の冷媒流出側には、蒸発器34側から膨張機兼圧縮機110側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁34bが設けられている。   The evaporator 34 is a heat exchanger that exerts an endothermic effect by evaporating the refrigerant decompressed by the decompressor 33, and cools the outside air (outside air) or the inside air (inside air) supplied by the fan 34a. To do. On the refrigerant outflow side of the evaporator 34, a check valve 34b that allows the refrigerant to flow only from the evaporator 34 side to the expander / compressor 110 side is provided.

ランキンサイクル40は、車両の走行用動力を発生させるエンジン(本発明における発熱機器、熱機関に対応)10で発生した廃熱からエネルギー(膨張機兼圧縮機110の膨張モード時における駆動力)を回収するものである。ランキンサイクル40は、上記冷凍サイクル30に対して、凝縮器31が共用されると共に、この凝縮器31をバイパスするように気液分離器32から膨張機兼圧縮器110および凝縮器31の間(A点)に接続される第1バイパス流路41と、膨張機兼圧縮機110および逆止弁34bの間(B点)から凝縮器31およびA点の間(C点)に接続される第2バイパス流路42とが設けられて、以下のように形成されている。   The Rankine cycle 40 generates energy (driving force in the expansion mode of the expander / compressor 110) from waste heat generated in the engine 10 (which corresponds to the heat generating device and the heat engine in the present invention) that generates vehicle driving power. It is to be collected. In the Rankine cycle 40, the condenser 31 is shared with the refrigeration cycle 30, and the gas-liquid separator 32 and the expander / compressor 110 and the condenser 31 are bypassed so as to bypass the condenser 31 ( The first bypass flow path 41 connected to the point A), and between the expander / compressor 110 and the check valve 34b (point B) to between the condenser 31 and the point A (point C). 2 bypass flow paths 42 are provided and formed as follows.

即ち、第1バイパス流路41には、複合流体機械100の熱媒ポンプ130が配設されると共に、気液分離器32側から熱媒ポンプ130側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁41aが設けられている。また、A点と膨張機兼圧縮機110との間に加熱器43が設けられている。   That is, the first bypass flow path 41 is provided with the heat medium pump 130 of the composite fluid machine 100 and a check that allows the refrigerant to flow only from the gas-liquid separator 32 side to the heat medium pump 130 side. A valve 41a is provided. A heater 43 is provided between the point A and the expander / compressor 110.

加熱器43は、熱媒ポンプ130から送られる冷媒とエンジン10における温水回路20のエンジン冷却水(温水)との間で熱交換することにより冷媒を加熱する熱交換器であり、三方弁21によりエンジン10から流出したエンジン冷却水を加熱器43に循環させる場合と循環させない場合とが切替えられる。尚、三方弁21の流路切替えは、図示しない制御装置によって行われるようになっている。   The heater 43 is a heat exchanger that heats the refrigerant by exchanging heat between the refrigerant sent from the heat medium pump 130 and the engine coolant (hot water) of the hot water circuit 20 in the engine 10. The case where the engine cooling water flowing out from the engine 10 is circulated to the heater 43 and the case where it is not circulated are switched. The flow path switching of the three-way valve 21 is performed by a control device (not shown).

因みに、エンジン10には、エンジン10の駆動力によって駆動され発電するオルタネータ11が設けられており、オルタネータ11によって発電された電力は、インバータ12を介して、バッテリ13に充電されるようになっている。   Incidentally, the engine 10 is provided with an alternator 11 that is driven by the driving force of the engine 10 to generate electric power, and the electric power generated by the alternator 11 is charged to the battery 13 via the inverter 12. Yes.

また、水ポンプ22は温水回路20内でエンジン冷却水を循環させるポンプ(例えば、エンジン10によって駆動される機械式ポンプ)であり、ラジエータ23はエンジン冷却水と外気との間で熱交換してエンジン冷却水を冷却する熱交換器である。   The water pump 22 is a pump that circulates engine coolant in the hot water circuit 20 (for example, a mechanical pump driven by the engine 10), and the radiator 23 exchanges heat between the engine coolant and the outside air. It is a heat exchanger that cools engine coolant.

そして、第2バイパス流路42には、膨脹機兼圧縮機110側から凝縮器31の冷媒入口側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁42aが設けられている。また、A点とC点との間には開閉弁44が設けられている。開閉弁44は、冷媒流路を開閉する電磁式のバルブであり、図示しない制御装置により制御されるようになっている。   The second bypass passage 42 is provided with a check valve 42 a that allows the refrigerant to flow only from the expander / compressor 110 side to the refrigerant inlet side of the condenser 31. An on-off valve 44 is provided between the points A and C. The on-off valve 44 is an electromagnetic valve that opens and closes the refrigerant flow path, and is controlled by a control device (not shown).

上記気液分離器32、第1バイパス流路41、熱媒ポンプ130、加熱器43、膨張機兼圧縮機110、第2バイパス流路42、凝縮器31等にてランキンサイクル40が形成される。   A Rankine cycle 40 is formed by the gas-liquid separator 32, the first bypass passage 41, the heat medium pump 130, the heater 43, the expander / compressor 110, the second bypass passage 42, the condenser 31, and the like. .

次に、本実施形態における複合流体機械100の作動およびその作用効果について説明する。   Next, the operation of the composite fluid machine 100 in this embodiment and the operation and effect thereof will be described.

1.圧縮モード
このモードは、冷凍サイクル30による冷房が必要な時に、モータジェネレータ120をモータとして作動させ、モータ軸124に回転力(正方向回転)を与えることにより膨張機兼圧縮機110の旋回スクロール113を旋回させて冷媒を吸入圧縮する運転モードである。
1. Compression mode In this mode, when cooling by the refrigeration cycle 30 is necessary, the motor generator 120 is operated as a motor, and a rotational force (forward rotation) is applied to the motor shaft 124 to thereby turn the scroll 113 of the expander / compressor 110. Is an operation mode in which the refrigerant is sucked and compressed.

具体的には、図示しない制御装置は、開閉弁44を開き、三方弁21の切替えによって、エンジン冷却水が加熱器43側に循環しないようにする。また、電磁弁117hを閉じて、弁体117dによって流入ポート116を閉じた状態で、バッテリ13、インバータ12からモータジェネレータ120のステータ122に電力を供給して、モータ軸124を回転させる。   Specifically, a control device (not shown) opens the on-off valve 44 and prevents the engine coolant from circulating to the heater 43 side by switching the three-way valve 21. In addition, with the electromagnetic valve 117h closed and the inflow port 116 closed with the valve body 117d, electric power is supplied from the battery 13 and the inverter 12 to the stator 122 of the motor generator 120 to rotate the motor shaft 124.

この時、膨脹機兼圧縮機110は、周知のスクロール型圧縮機と同様に、低圧ポート121aから冷媒を吸引して作動室Vにて圧縮した後、吐出ポート115から高圧室114に圧縮した冷媒を吐出し、高圧ポート111cから圧縮された冷媒を凝縮器31側に吐出する。   At this time, like the well-known scroll compressor, the expander / compressor 110 sucks the refrigerant from the low pressure port 121a and compresses it in the working chamber V, and then compresses the refrigerant from the discharge port 115 to the high pressure chamber 114. And the refrigerant compressed from the high pressure port 111c is discharged to the condenser 31 side.

そして、高圧ポート111cから吐出された冷媒は、加熱器43→開閉弁44→凝縮器31→気液分離器32→減圧器33→蒸発器34→逆止弁34b→膨脹機兼圧縮機110の低圧ポート121aの順に循環(冷凍サイクル30を循環)し、蒸発器34の吸熱による冷房が行われる。尚、加熱器43にはエンジン冷却水が循環しないので、加熱器43において冷媒は加熱されず、加熱器43は単なる冷媒流路として機能する。   The refrigerant discharged from the high-pressure port 111c is heated by the heater 43 → the on-off valve 44 → the condenser 31 → the gas-liquid separator 32 → the decompressor 33 → the evaporator 34 → the check valve 34b → the expander / compressor 110. Circulation is performed in the order of the low-pressure port 121a (circulation through the refrigeration cycle 30), and cooling by heat absorption of the evaporator 34 is performed. Since the engine cooling water does not circulate in the heater 43, the refrigerant is not heated in the heater 43, and the heater 43 functions as a simple refrigerant flow path.

また、熱媒ポンプ130のポンプ軸134(小径部134d)は、一方向クラッチ140によってモータ軸124との噛み合いが外れるので、熱媒ポンプ130は停止状態となる。   Further, since the pump shaft 134 (small diameter portion 134d) of the heat medium pump 130 is disengaged from the motor shaft 124 by the one-way clutch 140, the heat medium pump 130 is stopped.

2.膨張モード
このモードは、冷凍サイクル30による冷房が不要の時に、エンジン10の廃熱が充分得られる(エンジン冷却水温度が充分高い)場合に、加熱器43によって加熱された高圧の過熱蒸気冷媒を膨張機兼圧縮機110に導入して膨脹させることにより、旋回スクロール113を旋回させてモータ軸124を回転させ、駆動力(機械的エネルギー)を得る運転モードである。尚、得られた駆動力によりモータジェネレータ120のロータ123を回転させて発電を行い、その発電された電力をバッテリ13に充電するようにしている。
2. Expansion Mode In this mode, when cooling by the refrigeration cycle 30 is unnecessary, when the waste heat of the engine 10 is sufficiently obtained (the engine coolant temperature is sufficiently high), the high-pressure superheated steam refrigerant heated by the heater 43 is removed. This is an operation mode in which the orbiting scroll 113 is rotated to rotate the motor shaft 124 by introducing it into the expander / compressor 110 to expand, thereby obtaining a driving force (mechanical energy). In addition, the rotor 123 of the motor generator 120 is rotated by the obtained driving force to generate electric power, and the generated electric power is charged in the battery 13.

具体的には、図示しない制御装置は、開閉弁34を閉じ、三方弁21の切替えによって、エンジン冷却水が加熱器43側に循環するようにする。また、モータジェネレータ120をモータとして作動させ(逆方向回転)、電磁弁117hを開いて弁体117dによって流入ポート116を開く。   Specifically, a control device (not shown) closes the on-off valve 34 and causes the engine cooling water to circulate to the heater 43 side by switching the three-way valve 21. Further, the motor generator 120 is operated as a motor (reverse rotation), the electromagnetic valve 117h is opened, and the inflow port 116 is opened by the valve body 117d.

この時、熱媒ポンプ130のポンプ軸134(小径部134d)が一方向クラッチ140によってモータ軸124と噛み合い、熱媒ポンプ130が駆動される。そして、加熱器43によって加熱された高圧の過熱蒸気冷媒が、高圧ポート111a、高圧室114、流入ポート116を経由して作動室Vに導入されて膨脹する。過熱蒸気冷媒の膨脹により旋回スクロール113が圧縮モード時に対して逆方向に旋回し、シャフト118に与えられた駆動力は、モータジェネレータ120のモータ軸124、ロータ123に伝達される。そして、モータ軸124に伝達された駆動力が熱媒ポンプ130駆動のための駆動力を超えると、モータジェネレータ120は、ジェネレータとして作動することになり、得られた電力はインバータ12を介してバッテリ13に充電される。   At this time, the pump shaft 134 (small diameter portion 134d) of the heat medium pump 130 is engaged with the motor shaft 124 by the one-way clutch 140, and the heat medium pump 130 is driven. Then, the high-pressure superheated vapor refrigerant heated by the heater 43 is introduced into the working chamber V via the high-pressure port 111a, the high-pressure chamber 114, and the inflow port 116 to expand. Due to the expansion of the superheated steam refrigerant, the turning scroll 113 turns in the opposite direction to that in the compression mode, and the driving force applied to the shaft 118 is transmitted to the motor shaft 124 and the rotor 123 of the motor generator 120. When the driving force transmitted to the motor shaft 124 exceeds the driving force for driving the heat medium pump 130, the motor generator 120 operates as a generator, and the obtained electric power is supplied to the battery via the inverter 12. 13 is charged.

そして、膨脹を終えて圧力が低下した冷媒は、低圧ポート121aから流出される。低圧ポート121aから流出される冷媒は、第2バイパス流路42→逆止弁42a→凝縮器31→気液分離器32→第1バイパス流路41→逆止弁41a→熱媒ポンプ130→加熱器43→膨脹機兼型圧縮機110(高圧ポート111c)の順に循環することになる(ランキンサイクル40を循環)。尚、熱媒ポンプ130は、加熱器43にて加熱されて生成された過熱蒸気冷媒の温度に応じた圧力に加圧して気液分離器32からの液相冷媒を加熱器43に送り込む。   And the refrigerant | coolant which the pressure fell after finishing expansion flows out out of the low voltage | pressure port 121a. The refrigerant flowing out from the low-pressure port 121a is second bypass channel 42 → check valve 42a → condenser 31 → gas-liquid separator 32 → first bypass channel 41 → check valve 41a → heating medium pump 130 → heating. It circulates in order of the unit 43 → the expander / compressor 110 (high pressure port 111c) (circulates the Rankine cycle 40). The heat medium pump 130 is pressurized to a pressure corresponding to the temperature of the superheated steam refrigerant generated by being heated by the heater 43 and sends the liquid phase refrigerant from the gas-liquid separator 32 to the heater 43.

以上のように、本発明の複合流体機械100においては、冷媒の膨張エネルギーの有無に関わらず、モータジェネレータ120による膨張機兼圧縮機110の圧縮モードが可能となる。この時、一方向クラッチ140によって、熱媒ポンプ130はモータジェネレータ120から切断されるので、熱媒ポンプ130がモータジェネレータ120の作動抵抗となるのを防止できる。   As described above, in the composite fluid machine 100 of the present invention, the compression mode of the expander / compressor 110 by the motor generator 120 is possible regardless of the presence or absence of the expansion energy of the refrigerant. At this time, since the heat medium pump 130 is disconnected from the motor generator 120 by the one-way clutch 140, the heat medium pump 130 can be prevented from becoming an operating resistance of the motor generator 120.

尚、圧縮機(110)と膨張機(110)とを兼用した膨張機兼圧縮機110としていることから、上記モータジェネレータ120による膨張機兼圧縮機110の圧縮モード時においては、膨張機(110)は存在しない形とすることができるので、膨張機(110)がモータジェネレータ120の作動抵抗となることが無い。   Since the expander / compressor 110 is used as both the compressor (110) and the expander (110), the expander (110) is in the compression mode of the expander / compressor 110 by the motor generator 120. ) Does not exist, the expander (110) does not become an operating resistance of the motor generator 120.

また、冷媒の膨張が充分に得られるものの、圧縮機(110)の作動が不要な時は、膨張機兼圧縮機110の膨張モード時の駆動力によって、熱媒ポンプ130の駆動が可能であり、熱媒ポンプ130作動用の専用駆動源を不要とすることができると共に、モータジェネレータ120をジェネレータとして作動させて、発電することが可能となり、膨張エネルギーを電気エネルギーとして回生することができる。この時、本来の発電用のオルタネータ11を作動させるための動力を低減でき、エンジン10の燃費を向上できる。   In addition, when the refrigerant can be sufficiently expanded, but the operation of the compressor (110) is unnecessary, the heat medium pump 130 can be driven by the driving force in the expansion mode of the expander / compressor 110. In addition, a dedicated drive source for operating the heat medium pump 130 can be eliminated, and the motor generator 120 can be operated as a generator to generate electric power, and expansion energy can be regenerated as electric energy. At this time, power for operating the alternator 11 for power generation can be reduced, and the fuel consumption of the engine 10 can be improved.

また、熱媒ポンプ130を複合流体機械100の一端側に配置し、隣接する機器(モータジェネレータ120)と熱媒ポンプ130との間に一方向クラッチ140を設けるようにしているので、熱媒ポンプ130を除く各機器110、120の配置がどのような並びであっても、複雑な軸構造を設けること無く、容易に一方向クラッチ140を設けることができる。   Further, since the heat medium pump 130 is arranged on one end side of the composite fluid machine 100 and the one-way clutch 140 is provided between the adjacent device (motor generator 120) and the heat medium pump 130, the heat medium pump Regardless of the arrangement of the devices 110 and 120 except 130, the one-way clutch 140 can be easily provided without providing a complicated shaft structure.

また、モータジェネレータ120と熱媒ポンプ130との間の冷媒漏れを防止する軸シール150をポンプ軸134に設けるようにしているので、一方向クラッチ140によって熱媒ポンプ130が切断された時に、軸シール150がモータジェネレータ120の作動抵抗になるのを防止できる。   Also, since the shaft seal 150 that prevents refrigerant leakage between the motor generator 120 and the heat medium pump 130 is provided on the pump shaft 134, when the heat medium pump 130 is disconnected by the one-way clutch 140, the shaft It is possible to prevent the seal 150 from becoming an operating resistance of the motor generator 120.

尚、熱媒ポンプ130作動時における軸シール150による損失は、軸シール150のポンプ軸134への締付け力と、軸シール150に接触するポンプ軸134外径部の回転速度とに比例することから、軸シール150をポンプ軸134の小径部134dに設けることで、回転速度を小さくして損失を低減できる。   The loss due to the shaft seal 150 when the heat medium pump 130 is operated is proportional to the tightening force of the shaft seal 150 to the pump shaft 134 and the rotational speed of the outer diameter portion of the pump shaft 134 that contacts the shaft seal 150. By providing the shaft seal 150 on the small diameter portion 134d of the pump shaft 134, the rotational speed can be reduced and the loss can be reduced.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図3に示す。第2実施形態は上記第1実施形態に対して、冷凍装置1が搭載される車両が、走行条件に応じて(アイドリング時、低速走行時等)エンジン10が停止される車両(アイドルストップ車両、ハイブリッド車両等)としており、冷凍サイクル30に専用の主圧縮機35を設けると共に、各接続流路51、52、各開閉弁51a、52a、53aを設けるようにしたものである。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in that a vehicle in which the refrigeration apparatus 1 is mounted is a vehicle (idle stop vehicle, in which the engine 10 is stopped according to running conditions (during idling, low speed running, etc.). In this embodiment, a dedicated main compressor 35 is provided in the refrigeration cycle 30, and each connection flow path 51, 52 and each on-off valve 51a, 52a, 53a are provided.

冷凍サイクル30には、膨張機兼圧縮機110とは独立した主圧縮機35を配設している。即ち、本実施形態の冷凍サイクル30は、主圧縮機35、凝縮器31、気液分離器32、減圧器33、蒸発器34が環状に接続されたものをベースとしている。   The refrigeration cycle 30 is provided with a main compressor 35 independent of the expander / compressor 110. That is, the refrigeration cycle 30 of the present embodiment is based on a main compressor 35, a condenser 31, a gas-liquid separator 32, a decompressor 33, and an evaporator 34 connected in an annular shape.

主圧縮機35は、断続手段としての電磁クラッチが設けられたプーリ35aを有しており、このプーリ35aは、駆動ベルト14を介して、エンジン10に接続されている。主圧縮機35は、プーリ35aの電磁クラッチが接続されると、エンジン10の駆動力によって駆動され、また、電磁クラッチが切断されると停止されるようになっている。尚、電磁クラッチの断続は、図示しない制御装置によって制御されるようになっている。   The main compressor 35 has a pulley 35 a provided with an electromagnetic clutch as an intermittent means, and this pulley 35 a is connected to the engine 10 via the drive belt 14. The main compressor 35 is driven by the driving force of the engine 10 when the electromagnetic clutch of the pulley 35a is connected, and is stopped when the electromagnetic clutch is disconnected. Note that the engagement / disengagement of the electromagnetic clutch is controlled by a control device (not shown).

ランキンサイクル40は、上記第1実施形態と同様に、複合流体機械100が用いられて、熱媒ポンプ130、加熱器43、膨張機兼圧縮機110、凝縮器31、気液分離器32が環状に接続されて形成されている。   As in the first embodiment, the Rankine cycle 40 uses the complex fluid machine 100, and the heat medium pump 130, the heater 43, the expander / compressor 110, the condenser 31, and the gas-liquid separator 32 are annular. It is connected to and formed.

そして、主圧縮機35の冷媒吸入側(D点)と、膨張機兼圧縮機110の低圧側(E点)とを接続する第1接続流路51を設け、また、膨張機兼圧縮機110の高圧側(F点)と、主圧縮機35の冷媒吐出側(G点)とを接続する第2接続流路52を設けている。   A first connection channel 51 is provided to connect the refrigerant suction side (point D) of the main compressor 35 and the low pressure side (point E) of the expander / compressor 110, and the expander / compressor 110 is provided. The second connection flow path 52 is provided to connect the high pressure side (point F) to the refrigerant discharge side (point G) of the main compressor 35.

第1接続流路51中には第1開閉弁51aを、第2接続流路52中には第2開閉弁52aを、更に、E点と凝縮器31との間には第3開閉弁53aを設けている。各開閉弁51a、52a、53aは、第1接続流路51、第2接続流路52、E点と凝縮器31との間、をそれぞれ開閉する電磁式の弁であり、図示しない制御装置によって制御されるようになっている。   A first on-off valve 51 a is provided in the first connection channel 51, a second on-off valve 52 a is provided in the second connection channel 52, and a third on-off valve 53 a is provided between the point E and the condenser 31. Is provided. Each on-off valve 51a, 52a, 53a is an electromagnetic valve that opens and closes the first connection flow path 51, the second connection flow path 52, the point E and the condenser 31, respectively, and is controlled by a control device (not shown). To be controlled.

次に、上記構成に基づく作動について図4〜図8を用いて説明する。   Next, the operation based on the above configuration will be described with reference to FIGS.

1.メインA/C単独モード(図4)
このモードは、エンジン10が例えば暖機中でエンジン10からの廃熱が充分に得られない場合、あるいは、バッテリ13の充電量が充分にあり充電が不要の場合で、冷房が必要な時に、主圧縮機35を作動させる運転モードである。
1. Main A / C single mode (Fig. 4)
This mode is, for example, when the engine 10 is warmed up and sufficient waste heat from the engine 10 is not obtained, or when the battery 13 is sufficiently charged and charging is not necessary, and cooling is required. This is an operation mode in which the main compressor 35 is operated.

具体的には、図示しない制御装置は、三方弁21の切替えによって、エンジン冷却水が加熱器43側に循環しないようにする。また、各開閉弁51a、52a、53aをすべて閉じて、主圧縮機35のプーリ35aの電磁クラッチを接続状態にする。   Specifically, a control device (not shown) prevents the engine coolant from circulating to the heater 43 side by switching the three-way valve 21. Further, all the on-off valves 51a, 52a, 53a are closed, and the electromagnetic clutch of the pulley 35a of the main compressor 35 is brought into a connected state.

この時、主圧縮機35は、エンジン10によって駆動され、冷媒を圧縮吐出し、吐出された冷媒は冷凍サイクル30内を循環し(図4中の実線矢印)、蒸発器34の吸熱による冷房が行われる。尚、このモードにおいては、複合流体機械100は停止状態となっている。   At this time, the main compressor 35 is driven by the engine 10 to compress and discharge the refrigerant, and the discharged refrigerant circulates in the refrigeration cycle 30 (solid arrow in FIG. 4), and cooling due to heat absorption of the evaporator 34 is performed. Done. In this mode, the composite fluid machine 100 is in a stopped state.

2.ランキン単独モード(図5)
このモードは、エンジン10による車両の走行が行われており、エンジン10からの廃熱が充分に得られ、また、バッテリ13への充電が必要な場合で、冷房が不要の時に、膨張機兼圧縮機110の膨張モードを実行させる運転モード(上記第1実施形態の膨張モードに対応するモード)である。
2. Rankine single mode (Fig. 5)
In this mode, when the vehicle is driven by the engine 10, sufficient waste heat from the engine 10 is obtained, and when the battery 13 needs to be charged and cooling is not necessary, the expansion machine is also used. This is an operation mode (a mode corresponding to the expansion mode of the first embodiment) in which the expansion mode of the compressor 110 is executed.

具体的には、図示しない制御装置は、三方弁21の切替えによって、エンジン冷却水が加熱器43側を循環するようにする。また、第1開閉弁51a、第2開閉弁52aを閉じ、第3開閉弁53aを開く。主圧縮機35のプーリ35aの電磁クラッチは、切断状態とし、更に、モータジェネレータ120をモータとして作動させ(逆方向回転)、膨張機兼圧縮機110の電磁弁117h(図1)を開く。   Specifically, a control device (not shown) causes the engine coolant to circulate through the heater 43 side by switching the three-way valve 21. Further, the first on-off valve 51a and the second on-off valve 52a are closed, and the third on-off valve 53a is opened. The electromagnetic clutch of the pulley 35a of the main compressor 35 is in a disconnected state, and further, the motor generator 120 is operated as a motor (reverse rotation), and the electromagnetic valve 117h (FIG. 1) of the expander / compressor 110 is opened.

この時、熱媒ポンプ130が駆動され加熱器43からの過熱蒸気冷媒の膨脹により膨張機兼圧縮機110に駆動力が発生され、この駆動力によってモータジェネレータ120が駆動される。膨張機兼圧縮機110に与えられた駆動力が熱媒ポンプ130駆動のための駆動力を超えると、モータジェネレータ120は、ジェネレータとして作動することになり、得られた電力はインバータ12を介してバッテリ13に充電される。そして、膨張機兼圧縮機110から流出される冷媒は、図5中の破線矢印のようにランキンサイクル40を循環する。尚、このモードにおいては、主圧縮機35は停止状態となっている。   At this time, the heat medium pump 130 is driven, and a driving force is generated in the expander / compressor 110 by the expansion of the superheated steam refrigerant from the heater 43, and the motor generator 120 is driven by this driving force. When the driving force applied to the expander / compressor 110 exceeds the driving force for driving the heat medium pump 130, the motor generator 120 operates as a generator, and the obtained electric power passes through the inverter 12. The battery 13 is charged. And the refrigerant | coolant which flows out from the expander and compressor 110 circulates through Rankine cycle 40 like the broken-line arrow in FIG. In this mode, the main compressor 35 is stopped.

3.メインA/C、ランキン同時運転モード(図6)
このモードは、エンジン10による車両の走行が行われており、エンジン10からの廃熱が充分に得られ、また、バッテリ13への充電が必要な場合で、冷房が必要な時に、上記ランキン単独モードに加えて、主圧縮機35も併せて作動させる運転モードである。
3. Main A / C, Rankine simultaneous operation mode (Fig. 6)
In this mode, when the vehicle is driven by the engine 10, the waste heat from the engine 10 is sufficiently obtained, and when the battery 13 needs to be charged and the cooling is necessary, the Rankine alone is used. In addition to the mode, the main compressor 35 is also operated in combination.

具体的には、図示しない制御装置は、三方弁21の切替えによって、エンジン冷却水が加熱器43側を循環するようにする。また、第1開閉弁51a、第2開閉弁52aを閉じ、第3開閉弁53aを開く。更に、モータジェネレータ120をモータとして作動させ(逆方向回転)、膨張機兼圧縮機110の電磁弁117h(図1)を開くと共に、主圧縮機35のプーリ35aの電磁クラッチを接続状態とする。   Specifically, a control device (not shown) causes the engine coolant to circulate through the heater 43 side by switching the three-way valve 21. Further, the first on-off valve 51a and the second on-off valve 52a are closed, and the third on-off valve 53a is opened. Further, the motor generator 120 is operated as a motor (reverse rotation), the electromagnetic valve 117h (FIG. 1) of the expander / compressor 110 is opened, and the electromagnetic clutch of the pulley 35a of the main compressor 35 is brought into a connected state.

この時、ランキンサイクル40においては、上記のランキン単独モードと同一の作動を果たし、膨張機兼圧縮機110で得られた駆動力によって、モータジェネレータ120で発電が行われる(冷媒流れは図6中の破線矢印)。   At this time, the Rankine cycle 40 performs the same operation as the Rankine single mode, and the motor generator 120 generates power by the driving force obtained by the expander / compressor 110 (the refrigerant flow is shown in FIG. 6). Dashed arrows).

また、冷凍サイクル30においては、上記のメインA/C単独モードと同一の作動を果たし、主圧縮機35がエンジン10によって駆動され、蒸発器34の吸熱による冷房が行われる(冷媒流れは図6中の実線矢印)。   In the refrigeration cycle 30, the same operation as in the main A / C single mode is performed, the main compressor 35 is driven by the engine 10, and cooling is performed by heat absorption of the evaporator 34 (the refrigerant flow is shown in FIG. 6). Solid arrows inside).

4.A/Cアシストモード(図7)
このモードは、例えば、夏場における炎天下放置後のクールダウン時のように、冷房能力が大きく必要とされる時に、冷房を第1優先として、主圧縮機35に加えて、膨張機兼圧縮機110の圧縮モードを実行して作動させる運転モードである。
4). A / C assist mode (Figure 7)
In this mode, for example, when a large cooling capacity is required, such as during cool-down after being left under the sun in summer, cooling is given first priority, and in addition to the main compressor 35, the expander / compressor 110 This is an operation mode that is operated by executing the compression mode.

具体的には、図示しない制御装置は、三方弁21の切替えによって、エンジン冷却水が加熱器43側に循環しないようにする。また、第1開閉弁51a、第2開閉弁52aを開き、第3開閉弁53aを閉じる。膨張機兼圧縮機110の電磁弁117h(図1)を閉じ、モータジェネレータ120のステータ122に電力を供給して、モータとして作動させる(正方向回転)。更に、主圧縮機35のプーリ35aの電磁クラッチを接続状態にする。   Specifically, a control device (not shown) prevents the engine coolant from circulating to the heater 43 side by switching the three-way valve 21. Further, the first on-off valve 51a and the second on-off valve 52a are opened, and the third on-off valve 53a is closed. The solenoid valve 117h (FIG. 1) of the expander / compressor 110 is closed, and electric power is supplied to the stator 122 of the motor generator 120 to operate as a motor (forward rotation). Further, the electromagnetic clutch of the pulley 35a of the main compressor 35 is brought into a connected state.

この時、主圧縮機35は、エンジン10によって駆動され、冷媒を圧縮吐出し、吐出された冷媒は冷凍サイクル30内を循環する(図7中の実線矢印)。更に、膨張機兼圧縮機110はモータジェネレータ120によって圧縮モードとなり、冷凍サイクル30を流通する冷媒の一部は、主圧縮機35の吸入側(D点)から第1接続流路51、第1開閉弁51aを流通して、膨張機兼圧縮機110に至り、圧縮吐出されて、第2接続流路52、第2開閉弁52aを経て、凝縮器31に至る(図7中の一点鎖線矢印)。即ち、冷凍サイクル30において、並列配置される主圧縮機35および膨張機兼圧縮機110によって、高流量の冷媒が圧縮吐出され、蒸発器34、凝縮器31を流通する冷媒流量が増加され、蒸発器34における冷房能力が増大される。尚、熱媒ポンプ130は、一方向クラッチ140によってモータジェネレータ120から切り離されて、停止状態となる。   At this time, the main compressor 35 is driven by the engine 10 to compress and discharge the refrigerant, and the discharged refrigerant circulates in the refrigeration cycle 30 (solid arrow in FIG. 7). Further, the expander / compressor 110 is switched to the compression mode by the motor generator 120, and a part of the refrigerant flowing through the refrigeration cycle 30 is supplied from the suction side (point D) of the main compressor 35 to the first connection flow path 51, the first It circulates through the on-off valve 51a, reaches the expander / compressor 110, is compressed and discharged, passes through the second connection flow path 52 and the second on-off valve 52a, and reaches the condenser 31 (the chain line arrow in FIG. 7). ). That is, in the refrigeration cycle 30, the main compressor 35 and the expander / compressor 110 arranged in parallel compress and discharge a high flow rate refrigerant, and the flow rate of the refrigerant flowing through the evaporator 34 and the condenser 31 is increased. The cooling capacity in the vessel 34 is increased. The heat medium pump 130 is disconnected from the motor generator 120 by the one-way clutch 140 and is stopped.

5.サブA/C単独モード(図8)
このモードは、走行中にエンジン10が停止された場合でも、冷房が必要な時に、主圧縮機35に代えて膨張機兼圧縮機110の圧縮モードを実行して、冷房を行う運転モード(上記第1実施形態の圧縮モードに対応するモード)である。
5. Sub A / C single mode (Fig. 8)
In this mode, even when the engine 10 is stopped during traveling, when the cooling is necessary, the operation mode (described above) is performed by executing the compression mode of the expander / compressor 110 instead of the main compressor 35 to perform the cooling. Mode corresponding to the compression mode of the first embodiment).

具体的には、図示しない制御装置は、三方弁21の切替えによって、エンジン冷却水が加熱器43側に循環しないようにする。また、第1開閉弁51a、第2開閉弁52aを開き、第3開閉弁53aを閉じる。膨張機兼圧縮機110の電磁弁117h(図1)を閉じ、モータジェネレータ120のステータ122に電力を供給して、モータとして作動させる(正方向回転)。   Specifically, a control device (not shown) prevents the engine coolant from circulating to the heater 43 side by switching the three-way valve 21. Further, the first on-off valve 51a and the second on-off valve 52a are opened, and the third on-off valve 53a is closed. The solenoid valve 117h (FIG. 1) of the expander / compressor 110 is closed, and electric power is supplied to the stator 122 of the motor generator 120 to operate as a motor (forward rotation).

この時、主圧縮機35はエンジン10の停止と共に停止状態となり、膨張機兼圧縮機110はモータジェネレータ120によって圧縮モードとなる。そして、蒸発器34から流出した冷媒は、第1接続流路51→第1開閉弁51a→膨張機兼圧縮機110→第2接続流路52→第2開閉弁52a→凝縮器31→気液分離器32→減圧器33→蒸発器34を循環し(図8中の実線矢印)、蒸発器34の吸熱による冷房が行われる。ここでは、上記冷媒の循環するサイクルが冷凍サイクルとなる。尚、熱媒ポンプ130は、一方向クラッチ140によってモータジェネレータ120から切り離されて、停止状態となる。   At this time, the main compressor 35 is stopped when the engine 10 is stopped, and the expander / compressor 110 is put into a compression mode by the motor generator 120. The refrigerant that has flowed out of the evaporator 34 is the first connection flow path 51 → the first on-off valve 51a → the expander / compressor 110 → the second connection flow path 52 → the second on-off valve 52a → the condenser 31 → the gas-liquid. The separator 32 → the decompressor 33 → the evaporator 34 is circulated (solid arrow in FIG. 8), and the evaporator 34 is cooled by absorbing heat. Here, the cycle in which the refrigerant circulates is a refrigeration cycle. The heat medium pump 130 is disconnected from the motor generator 120 by the one-way clutch 140 and is stopped.

このように、本実施形態においては、冷凍サイクル30にエンジン10によって駆動される主圧縮機35を設け、また、冷凍サイクル30およびランキンサイクル40間に各接続流路51、52、各開閉弁51a、52a、53aを設けるようにしているので、エンジン10の作動時において、エンジン10の廃熱の状態、冷房要求、発電要求等に応じて、冷房、発電の両機能を独立して、あるいは、両機能を同時に発揮できる。   As described above, in the present embodiment, the main compressor 35 driven by the engine 10 is provided in the refrigeration cycle 30, and each connection flow path 51, 52 and each on-off valve 51 a are provided between the refrigeration cycle 30 and the Rankine cycle 40. , 52a, 53a are provided so that when the engine 10 is operated, both the cooling and power generation functions can be independently performed according to the waste heat state of the engine 10, the cooling request, the power generation request, etc. Both functions can be demonstrated simultaneously.

また、冷房能力の要求が高い時に、主圧縮機35に加えて、膨張機兼圧縮機110の圧縮モードを実行して、並列配置となる2つの圧縮機を作動させることができ、冷房能力を向上できる。   In addition, when the demand for cooling capacity is high, in addition to the main compressor 35, the compression mode of the expander / compressor 110 can be executed to operate two compressors arranged in parallel. It can be improved.

更に、エンジン10が停止した時においても、主圧縮機35に代えて、膨張機兼圧縮機110の圧縮モードを実行することで、継続冷房が可能となる。   Furthermore, even when the engine 10 is stopped, continuous cooling can be performed by executing the compression mode of the expander / compressor 110 instead of the main compressor 35.

(第3実施形態)
上記第1、第2実施形態に対して、複合流体機械100の断続切替え手段としては、一方向クラッチ140に代えて、図示しない制御装置からの電気信号によって断続される電磁クラッチとしても良い。
(Third embodiment)
In contrast to the first and second embodiments, the intermittent switching means of the composite fluid machine 100 may be an electromagnetic clutch that is intermittently connected by an electric signal from a control device (not shown) instead of the one-way clutch 140.

これにより、膨張機兼圧縮機110の膨張モード時に熱媒ポンプ130が駆動される時にも、電磁クラッチの断続により、熱媒ポンプ130のON−OFFが可能となり、ランキンサイクル40内を循環する冷媒の流量制御が可能となる。   As a result, even when the heat medium pump 130 is driven in the expansion mode of the expander / compressor 110, the heat medium pump 130 can be turned on and off by the engagement of the electromagnetic clutch, and the refrigerant circulating in the Rankine cycle 40 It is possible to control the flow rate.

(その他の実施形態)
上記の実施形態においては、圧縮機(110)および膨張機(110)において両者兼用となる膨張機兼圧縮機110としたが、それぞれ独立した圧縮機(110)、膨張機(110)として設定しても良い。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the compressor (110) and the expander (110) are both used as the expander / compressor 110. However, they are set as independent compressors (110) and expanders (110), respectively. May be.

また、スクロール型の膨張機兼圧縮機110を採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ロータリ型、ピストン型、ベーン型等のその他の形式のものを適用することができる。   Further, although the scroll type expander / compressor 110 is employed, the present invention is not limited to this, and other types such as a rotary type, a piston type, and a vane type can be applied.

また、熱媒ポンプ130が直列接続される一端側に配置されれば、圧縮機(110)、膨張機(110)、モータジェネレータ120の配置は、他の並び方となっても良い。   Further, if the heat medium pump 130 is arranged on one end side connected in series, the arrangement of the compressor (110), the expander (110), and the motor generator 120 may be arranged in other ways.

また、上記の実施形態においては、発熱機器として、車両用のエンジン(熱機関、内燃機関)10としたが、これに限らず、例えば、外燃機関、燃料電池車両の燃料電池スタック、各種モータ、インバータ等のように作動時に発熱を伴い、温度制御のためにその熱の一部を捨てるもの(廃熱が発生するもの)であれば、広く適用することができる。   In the above-described embodiment, the vehicle engine (heat engine, internal combustion engine) 10 is used as the heat generating device. However, the present invention is not limited thereto. For example, an external combustion engine, a fuel cell stack of a fuel cell vehicle, and various motors. As long as the inverter generates heat during operation and discards part of the heat for temperature control (those that generate waste heat), it can be widely applied.

本発明における複合流体機械を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the composite fluid machine in this invention. 本発明の第1実施形態における冷凍装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the freezing apparatus in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態における冷凍装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the freezing apparatus in 2nd Embodiment of this invention. 図3においてメインA/C単独モードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a refrigerant flow direction when operating in a main A / C single mode in FIG. 3. 図3においてランキン単独モードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the refrigerant | coolant flow direction in the case of operate | moving in Rankine single mode in FIG. 図3においてメインA/C、ランキン同時運転モードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the refrigerant | coolant flow direction in the case of operate | moving in main A / C and Rankine simultaneous operation mode in FIG. 図3においてA/Cアシストモードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the refrigerant | coolant flow direction in the case of operate | moving in A / C assist mode in FIG. 図3においてサブA/C単独モードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the refrigerant | coolant flow direction in the case of operate | moving in sub A / C single mode in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 冷凍装置
10 エンジン(発熱機器、熱機関)
30 冷凍サイクル
31 凝縮器
40 ランキンサイクル
100 熱媒ポンプ一体型膨張発電機兼電動圧縮機(複合流体機械)
110 膨張機兼圧縮機
114 高圧室
116 流入ポート(切替え手段)
107d 弁体(切替え手段)
120 モータジェネレータ(回転電機、隣接機器)
130 熱媒ポンプ(ポンプ)
134 ポンプ軸
140 一方向クラッチ(断続切替え手段)
150 軸シール(軸封装置)
V 作動室
1 Refrigeration equipment 10 Engine (heating equipment, heat engine)
30 Refrigeration cycle 31 Condenser 40 Rankine cycle 100 Heat medium pump integrated expansion generator / electric compressor (composite fluid machine)
110 expander / compressor 114 high pressure chamber 116 inflow port (switching means)
107d Valve body (switching means)
120 Motor generator (rotary electric machine, adjacent equipment)
130 Heat transfer pump (pump)
134 Pump shaft 140 One-way clutch (intermittent switching means)
150 Shaft seal (shaft seal device)
V Working room

Claims (9)

流体を圧縮して吐出する圧縮機(110)と、
ポンプ(130)によって循環される作動流体の膨張によって駆動力を発生する膨張機(110)と、
発電機および電動機の両機能を併せ持つ回転電機(120)とを有し、
前記圧縮機(110)、前記膨張機(110)、前記回転電機(120)、前記ポンプ(130)が直列に接続されており、
前記圧縮機(110)が前記回転電機(120)によって駆動される時に、前記回転電機(120)と前記ポンプ(130)との接続状態を切断状態に切替え可能とする断続切替え手段(140)が設けられたことを特徴とする複合流体機械。
A compressor (110) for compressing and discharging the fluid;
An expander (110) that generates a driving force by expansion of the working fluid circulated by the pump (130);
A rotating electric machine (120) having both functions of a generator and an electric motor,
The compressor (110), the expander (110), the rotating electrical machine (120), and the pump (130) are connected in series,
When the compressor (110) is driven by the rotating electrical machine (120), there is intermittent switching means (140) that can switch the connection state between the rotating electrical machine (120) and the pump (130) to a disconnected state. A composite fluid machine characterized by being provided.
前記圧縮機(110)は、その作動室(V)と高圧室(114)との間の流路を切替える切替え手段(116、117d)によって、前記高圧室(114)から前記作動流体が流入する時には、前記膨張機(110)として機能する膨張機兼圧縮機(110)としたことを特徴とする請求項1に記載の複合流体機械。   The working fluid flows into the compressor (110) from the high pressure chamber (114) by switching means (116, 117d) for switching the flow path between the working chamber (V) and the high pressure chamber (114). The complex fluid machine according to claim 1, characterized in that it is sometimes an expander and compressor (110) functioning as the expander (110). 前記ポンプ(130)は、前記圧縮機(110)、前記膨張機(110)、前記電動機(120)、前記ポンプ(130)が直列に接続される一端側に配置されており、
前記断続切替え手段(140)は、前記ポンプ(130)と、前記ポンプ(130)に隣接する隣接機器(120)との間に設けられたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の複合流体機械。
The pump (130) is disposed on one end side where the compressor (110), the expander (110), the electric motor (120), and the pump (130) are connected in series.
The said intermittent switching means (140) is provided between the said pump (130) and the adjacent apparatus (120) adjacent to the said pump (130), The Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned. Complex fluid machinery.
前記膨張機(110)は、前記圧縮機(110)に対して逆方向に回転作動するものであって、
前記断続切替え手段(140)は、前記ポンプ(130)のポンプ軸(134)と、前記隣接機器(120)の軸(124)との間で、前記圧縮機(110)の回転作動方向に噛み合いが外れ、前記膨張機(110)の回転作動方向に噛み合う一方向クラッチ(140)としたことを特徴とする請求項3に記載の複合流体機械。
The expander (110) rotates in the opposite direction with respect to the compressor (110),
The intermittent switching means (140) meshes in the rotational operation direction of the compressor (110) between the pump shaft (134) of the pump (130) and the shaft (124) of the adjacent device (120). The composite fluid machine according to claim 3, wherein the one-way clutch (140) meshes in a rotational operation direction of the expander (110).
前記断続切替え手段(140)は、前記ポンプ(130)のポンプ軸(134)と、前記隣接機器(120)の軸(124)との間で、電気信号により断続される電磁クラッチとしたことを特徴とする請求項3に記載の複合流体機械。   The intermittent switching means (140) is an electromagnetic clutch that is intermittently connected by an electric signal between the pump shaft (134) of the pump (130) and the shaft (124) of the adjacent device (120). The composite fluid machine according to claim 3, wherein: 前記ポンプ(130)および前記隣接機器(120)間の前記流体、あるいは前記作動流体の漏れを防止する軸封装置(150)を有し、
前記軸封装置(150)は、前記ポンプ軸(134)に設けられたことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の複合流体機械。
A shaft seal device (150) for preventing leakage of the fluid or the working fluid between the pump (130) and the adjacent device (120);
The composite fluid machine according to claim 4 or 5, wherein the shaft sealing device (150) is provided on the pump shaft (134).
前記軸封装置(150)が設けられる部位の前記ポンプ軸(134)の外径は、一般部位よりも小さく設定されたことを特徴とする請求項6に記載の複合流体機械。   The composite fluid machine according to claim 6, wherein an outer diameter of the pump shaft (134) at a portion where the shaft seal device (150) is provided is set smaller than a general portion. 冷凍サイクル(30)内の凝縮器(31)を兼用して形成されると共に、発熱機器(10)の廃熱を加熱源とするランキンサイクル(40)を備える冷凍装置であって、
請求項1〜請求項7に記載の複合流体機械(100)の前記圧縮機(110)が、前記冷凍サイクル(30)に使用され、
前記ポンプ(130)および前記膨張機(110)が、前記ランキンサイクル(40)に使用されることを特徴とする冷凍装置。
A refrigeration apparatus comprising a Rankine cycle (40) that is formed using the condenser (31) in the refrigeration cycle (30) and that uses the waste heat of the heat generating device (10) as a heating source,
The compressor (110) of the composite fluid machine (100) according to claims 1-7 is used in the refrigeration cycle (30),
The refrigerating apparatus, wherein the pump (130) and the expander (110) are used in the Rankine cycle (40).
前記発熱機器(10)は、熱機関(10)であることを特徴とする請求項8に記載の冷凍装置。   The refrigeration apparatus according to claim 8, wherein the heat generating device (10) is a heat engine (10).
JP2004316739A 2004-10-29 2004-10-29 Composite fluid machine and refrigeration apparatus using the same Expired - Fee Related JP4606840B2 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004316739A JP4606840B2 (en) 2004-10-29 2004-10-29 Composite fluid machine and refrigeration apparatus using the same
DE102005051428.6A DE102005051428B4 (en) 2004-10-29 2005-10-27 Waste heat recovery device
US11/260,680 US7418824B2 (en) 2004-10-29 2005-10-28 Refrigerating apparatus and fluid machine therefor
CNB2005101187707A CN100523656C (en) 2004-10-29 2005-10-31 Refrigerating apparatus and fluid machine therefor
CN2007101971633A CN101265857B (en) 2004-10-29 2005-10-31 Refrigerating apparatus and fluid machine therefor
US12/078,074 US7992400B2 (en) 2004-10-29 2008-03-27 Refrigerating apparatus and fluid machine therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004316739A JP4606840B2 (en) 2004-10-29 2004-10-29 Composite fluid machine and refrigeration apparatus using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006125340A true JP2006125340A (en) 2006-05-18
JP4606840B2 JP4606840B2 (en) 2011-01-05

Family

ID=36720313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004316739A Expired - Fee Related JP4606840B2 (en) 2004-10-29 2004-10-29 Composite fluid machine and refrigeration apparatus using the same

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP4606840B2 (en)
CN (2) CN101265857B (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100840048B1 (en) * 2006-06-13 2008-06-19 히타치 어플라이언스 가부시키가이샤 Displacement fluid machine
WO2013065371A1 (en) * 2011-11-02 2013-05-10 株式会社豊田自動織機 Waste-heat recovery system
WO2014047536A1 (en) * 2012-09-23 2014-03-27 Sweet Jeffrey Randall Decompression driver

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5163620B2 (en) * 2009-10-15 2013-03-13 株式会社豊田自動織機 Waste heat regeneration system
JP2011102577A (en) * 2009-10-15 2011-05-26 Toyota Industries Corp Waste heat regeneration system
IT1399882B1 (en) * 2010-05-14 2013-05-09 Nuova Pignone S R L TURBOESPANSORE FOR POWER GENERATION SYSTEMS
CN101892924B (en) * 2010-07-16 2012-03-28 华南理工大学 Vehicle exhaust waste heat generating system
JP5201227B2 (en) * 2011-02-17 2013-06-05 トヨタ自動車株式会社 Rankine cycle system abnormality detection device
JP5822505B2 (en) * 2011-03-31 2015-11-24 株式会社神戸製鋼所 STARTING DEVICE AND STARTING METHOD FOR POWER GENERATION SYSTEM
CN102678235A (en) * 2012-06-13 2012-09-19 苏州鑫瑞汽车节能技术有限公司 Power auxiliary system with internal combustion engine
DE102012110577B9 (en) * 2012-11-05 2015-11-12 Panconsult- Management-System- Beratung Gmbh Hot water supply device for a building heating system and method for heating water for building heating
CN103352850B (en) * 2013-07-01 2016-05-11 浙江大学 Vacuum-compression all-in-one used for electric vehicle
CN108223700A (en) * 2016-12-15 2018-06-29 行安机电股份有限公司 With reference to the deceleration device of motor
CN107202002A (en) * 2017-07-31 2017-09-26 广东美芝制冷设备有限公司 Compressor and the refrigerating plant with it
CN107202013A (en) * 2017-07-31 2017-09-26 广东美芝制冷设备有限公司 Compressor and the refrigerating plant with it

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0886289A (en) * 1994-09-19 1996-04-02 Toshiba Corp Rolling piston type rotary machine
JP2004060989A (en) * 2002-07-29 2004-02-26 Denso Corp Vapor compression type refrigerator and expander-integrated compressor
JP2004232492A (en) * 2003-01-28 2004-08-19 Denso Corp Fluid machine

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002115573A (en) * 2000-10-10 2002-04-19 Honda Motor Co Ltd Hybrid vehicle
US6581384B1 (en) * 2001-12-10 2003-06-24 Dwayne M. Benson Cooling and heating apparatus and process utilizing waste heat and method of control

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0886289A (en) * 1994-09-19 1996-04-02 Toshiba Corp Rolling piston type rotary machine
JP2004060989A (en) * 2002-07-29 2004-02-26 Denso Corp Vapor compression type refrigerator and expander-integrated compressor
JP2004232492A (en) * 2003-01-28 2004-08-19 Denso Corp Fluid machine

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100840048B1 (en) * 2006-06-13 2008-06-19 히타치 어플라이언스 가부시키가이샤 Displacement fluid machine
WO2013065371A1 (en) * 2011-11-02 2013-05-10 株式会社豊田自動織機 Waste-heat recovery system
JP2013096322A (en) * 2011-11-02 2013-05-20 Toyota Industries Corp Waste-heat regenerating system
WO2014047536A1 (en) * 2012-09-23 2014-03-27 Sweet Jeffrey Randall Decompression driver

Also Published As

Publication number Publication date
CN1773194A (en) 2006-05-17
JP4606840B2 (en) 2011-01-05
CN100523656C (en) 2009-08-05
CN101265857A (en) 2008-09-17
CN101265857B (en) 2010-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4493531B2 (en) Fluid pump with expander and Rankine cycle using the same
JP4722493B2 (en) Fluid machinery
US7260952B2 (en) Fluid machine
JP4549941B2 (en) Complex fluid machinery
US7418824B2 (en) Refrigerating apparatus and fluid machine therefor
US7263828B2 (en) Fluid machine
JP4606840B2 (en) Composite fluid machine and refrigeration apparatus using the same
US20050262858A1 (en) Heat cycle
US7341438B2 (en) Scroll-type fluid machine including passage formed in movable scroll
JP4039320B2 (en) Fluid machinery
JP4689498B2 (en) Expander and its control device
JP2007327668A (en) Refrigerating device comprising waste heat utilization device
JP3886924B2 (en) Waste heat utilization device for internal combustion engine
JP4078994B2 (en) Fluid machinery and waste heat recovery system
JP2006342793A (en) Fluid machine
JP4070740B2 (en) Switching valve structure for fluid machinery
JP2006242049A (en) Fluid machine and start control device for internal combustion engine using the same
JP4463660B2 (en) Refrigeration equipment
JP2008157152A (en) Rankine cycle
JP2005291037A (en) Fluid machine
JP2006349211A (en) Combined cycle device, and its control method
JP4549884B2 (en) Fluid machinery
JP4711884B2 (en) Rotation output generator
JP4463659B2 (en) Refrigeration equipment with waste heat utilization device
JP4055724B2 (en) Fluid machinery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070118

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100209

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100315

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100608

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100621

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20101005

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20101006

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131015

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees