JP2006336597A - Expander - Google Patents

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JP2006336597A
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piston
expander
sealing material
oil
groove
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Pending
Application number
JP2005165109A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Hasegawa
寛 長谷川
Masaru Matsui
大 松井
Atsuo Okaichi
敦雄 岡市
Tomoichiro Tamura
朋一郎 田村
Yuji Ogata
雄司 尾形
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an expander capable of reducing amount of oil discharge by a simple and highly reliable configuration and achieving high efficiency and high reliability. <P>SOLUTION: Annular channels 401, 402 are provided in bearings 105, 106 sliding with upper and lower end faces of a piston 107, and a sealing material 403 is provided in them to reduce amount of oil flowing into operation chambers 110a, 110b from the vicinity of an eccentric part 103a. In this expander used in refrigerating cycle, since working fluid is expanded from supercritical phase or liquid phase into gas-liquid two phases, oil is diluted by working fluid having liquid phase, its viscosity is reduced, and wear of the sealing material 403 may occur. For this reason, a rotation prevention mechanism such as an engaging channel 107a in which a tip of a vane 108 is fitted is provided on an outer peripheral face of the piston 107 to reduce sliding speed among the sealing material 403 and upper and lower end faces of the piston 107 and prevent wear of the sealing material 403. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、高圧の圧縮性流体の膨張エネルギーを回収することによって動力等を発生する膨張機に関し、特に、冷凍サイクルにおける絞り機構部と置き換えて冷媒の膨張動力を回収する膨張機に関するものである。   The present invention relates to an expander that generates power by recovering expansion energy of a high-pressure compressive fluid, and more particularly to an expander that replaces a throttle mechanism in a refrigeration cycle and recovers expansion power of a refrigerant. .

冷凍サイクル装置の冷媒が膨張する際の膨張エネルギーを回収する目的で用いられる膨張機として、ロータリ型の膨張機が知られている(例えば、特許文献1、非特許文献1参照)。   As an expander used for the purpose of recovering expansion energy when the refrigerant of the refrigeration cycle apparatus expands, a rotary type expander is known (for example, see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

従来の特許文献1に示されるようなロータリ型膨張機の構成について、以下に説明する。ただし、説明を簡略化するために、1ピストンタイプとしている。   The configuration of a rotary expander as disclosed in Patent Document 1 will be described below. However, in order to simplify the description, a single piston type is used.

図9は従来のロータリ型膨張機100の構成を示す縦断面図であり、図10は図9の膨張機100のD1−D1線における横断面図である。発電機101は、密閉容器102に固定されたステータ101aと、シャフト103に固定されたロータ101bからなり、ロータ101bの回転によってステータ101aの巻き線との間に起電力を発生させて電力を得る。シャフト103は、シリンダ104を貫通し、軸受105、106によって回転自在に支持されている。シャフト103には偏心部103aが設けられ、偏心部103aにはシリンダ104の内部に配置されたピストン107が嵌合する。また、シャフト103の縦軸方向には軸方向流路103bが、偏心部103aには、軸方向流路103bと開口部103cを結ぶ、径方向流路103dが設けられている。   9 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional rotary expander 100, and FIG. 10 is a transverse sectional view taken along line D1-D1 of the expander 100 of FIG. The generator 101 includes a stator 101a fixed to the hermetic container 102 and a rotor 101b fixed to the shaft 103. The rotor 101b rotates to generate an electromotive force between the stator 101a and the stator 101a to obtain electric power. . The shaft 103 passes through the cylinder 104 and is rotatably supported by bearings 105 and 106. The shaft 103 is provided with an eccentric portion 103a, and a piston 107 disposed inside the cylinder 104 is fitted into the eccentric portion 103a. In addition, an axial flow path 103b is provided in the longitudinal direction of the shaft 103, and a radial flow path 103d that connects the axial flow path 103b and the opening 103c is provided in the eccentric portion 103a.

図10に示すように、ピストン107の外周面には係合溝107aが形成されるとともに、シリンダ104にはベーン溝104aが形成されている。ベーン溝104aにより往復動自在に保持されたベーン108は、先端が係合溝107aに係合し、ばね109による力や、ベーン108の先端側と背面側の圧力差による力によって、常時、ピストン107側に密着している。シリンダ104とピストン107により形成される三日月形状の空間は、ベーン108により、2つの作動室110a、110bに区画される。ピストン107に設けられた吸入孔107bは、作動室110aに連通しており、シリンダ104に設けられた吐出孔104bは、作動室110bに連通している。   As shown in FIG. 10, an engagement groove 107 a is formed on the outer peripheral surface of the piston 107, and a vane groove 104 a is formed in the cylinder 104. The vane 108 reciprocally held by the vane groove 104a engages with the engagement groove 107a at the tip, and the piston 108 is always driven by the force of the spring 109 or the force difference between the tip side and the back side of the vane 108. It is in close contact with the 107 side. A crescent-shaped space formed by the cylinder 104 and the piston 107 is partitioned by the vane 108 into two working chambers 110a and 110b. The suction hole 107b provided in the piston 107 communicates with the working chamber 110a, and the discharge hole 104b provided in the cylinder 104 communicates with the working chamber 110b.

高圧の作動流体は、吸入管111から密閉容器102の内部に流入した後、シャフト103の軸方向流路103bと径方向流路103dを経て開口部103cに達する。開口部103cはシャフト103の回転運動とともに回転するが、ピストン107は自転運動を伴わない偏心回転運動、いわゆる揺動運動を行う。このため、ピストン107に設けられた吸入孔107bと、偏心部103aに設けられた開口部103cは、シャフト103の回転運動に伴い、連通と非連通を繰り返す。開口部103cと吸入孔107bが連通している間に、作動流体は作動室110aに吸入される。その後、開口部103cと吸入孔107bが非連通となると、吸入行程が終了する。作動流体は圧力を下げながら膨張し、作動室110aの容積が拡大する方向へとシャフト103を回転させ、発電機101を駆動する。シャフト103の回転に伴い、作動室110aは作動室110bへと移行し、吐出孔104bに連通すると膨張行程が終了する。そして、低圧となった作動流体は吐出孔104bから吐出管112へと吐出される。   The high-pressure working fluid flows into the sealed container 102 from the suction pipe 111, and then reaches the opening 103c through the axial flow path 103b and the radial flow path 103d of the shaft 103. The opening 103c rotates with the rotational motion of the shaft 103, but the piston 107 performs an eccentric rotational motion without so-called rotational motion, so-called rocking motion. For this reason, the suction hole 107 b provided in the piston 107 and the opening 103 c provided in the eccentric part 103 a repeat communication and non-communication with the rotational movement of the shaft 103. The working fluid is sucked into the working chamber 110a while the opening 103c and the suction hole 107b communicate with each other. Thereafter, when the opening 103c and the suction hole 107b are not in communication, the suction stroke ends. The working fluid expands while reducing the pressure, and rotates the shaft 103 in the direction in which the volume of the working chamber 110a expands to drive the generator 101. As the shaft 103 rotates, the working chamber 110a shifts to the working chamber 110b, and the expansion stroke ends when the working chamber 110a communicates with the discharge hole 104b. Then, the low-pressure working fluid is discharged from the discharge hole 104b to the discharge pipe 112.

膨張機を潤滑するためのオイルは、密閉容器102の下部のオイル溜り113に蓄えられており、シャフト103の回転に伴い、軸受105、106のシャフト103との摺動面に設けた螺旋形状のオイル溝105a、106aによって発生する動圧により汲み上げられ、シャフト103と軸受105、106との間の摺動面、偏心部103aとピストン107内面との間を潤滑する。また、偏心部103a付近のオイルは、より圧力の低くなる作動室110a、110bへと流れる際にピストン107の上下面の摺動面の潤滑を行う。そして、ピストン107の上下端面を潤滑したオイルは作動室110a、110bに流入し、作動流体と混合され、共に吐出管112から吐出される。   Oil for lubricating the expander is stored in an oil sump 113 at the bottom of the hermetic container 102, and the helical shape provided on the sliding surface of the bearings 105, 106 with the shaft 103 as the shaft 103 rotates. It is pumped up by the dynamic pressure generated by the oil grooves 105a and 106a, and lubricates between the sliding surface between the shaft 103 and the bearings 105 and 106, and between the eccentric portion 103a and the inner surface of the piston 107. Further, the oil in the vicinity of the eccentric portion 103a lubricates the sliding surfaces of the upper and lower surfaces of the piston 107 when flowing into the working chambers 110a and 110b where the pressure becomes lower. The oil that has lubricated the upper and lower end surfaces of the piston 107 flows into the working chambers 110a and 110b, is mixed with the working fluid, and is discharged from the discharge pipe 112 together.

次に、従来の非特許文献1に示されるようなロータリ型膨張機の構成について、以下に説明する。なお、非特許文献1のロータリ型膨張機は、特許文献2に示される圧縮機に対して、冷媒の流れとシャフトの回転方向が逆であるが、基本構成は同じである。   Next, the configuration of a conventional rotary expander as shown in Non-Patent Document 1 will be described below. The rotary expander of Non-Patent Document 1 has the same basic configuration as the compressor shown in Patent Document 2, although the refrigerant flow and the shaft rotation direction are opposite.

図11は従来のロータリ型膨張機200の構成を示す縦断面図であり、図12(a)は図11の膨張機200のD2−D2線における横断面図、図12(b)は図11の膨張機200のD3−D3線における横断面図である。発電機201は、密閉容器202に固定されたステータ201aと、シャフト203に固定されたロータ201bからなる。シャフト203は、中板204によってそれぞれ独立するように仕切られた第1のシリンダ205と第2のシリンダ206を貫通し、軸受207、208によって回転自在に支持されている。シャフト203には、シャフト203の軸に対する偏心方向が同じである第1の偏心部203aと第2の偏心部203bが設けられ、第1の偏心部203aには第1のシリンダ205の内部に配置された第1のピストン209が、第2の偏心部203bには第2のシリンダ206の内部に配置された第2のピストン210が嵌合する。   11 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional rotary expander 200, FIG. 12 (a) is a transverse sectional view taken along line D2-D2 of the expander 200 of FIG. 11, and FIG. 12 (b) is FIG. It is a cross-sectional view in the line D3-D3 of the expander 200. The generator 201 includes a stator 201 a fixed to the hermetic container 202 and a rotor 201 b fixed to the shaft 203. The shaft 203 passes through a first cylinder 205 and a second cylinder 206 that are partitioned independently by an intermediate plate 204, and is rotatably supported by bearings 207 and 208. The shaft 203 is provided with a first eccentric portion 203 a and a second eccentric portion 203 b that have the same eccentric direction with respect to the axis of the shaft 203, and the first eccentric portion 203 a is arranged inside the first cylinder 205. The second piston 210 arranged inside the second cylinder 206 is fitted into the second eccentric portion 203b.

第1のシリンダ205と第1のピストン209、および、第2のシリンダ206と第2のピストン210の高さや径は、第1のシリンダ205と第1のピストン209により形成される三日月形状の空間が、第2のシリンダ206と第2のピストン210により形成される三日月形状の空間よりも小さくなるように設定する。第1のシリンダ205および第2のシリンダ206には、ベーン溝205aおよび206aがそれぞれ形成されている。ベーン溝205a、206aにより、それぞれ往復動自在に保持された第1のベーン211および第2のベーン212は、ばね213、214による力や、各ベーン211、212の先端側と背面側の圧力差による力によって、それぞれ各ピストン209、210側に密着している。第1のシリンダ205と第1のピストン209により形成される三日月形状の空間は、第1のベーン211により、2つの作動室215a、215bに、また、第2のシリンダ206と第2のピストン210により形成される三日月形状の空間は、第2のベーン212により、2つの作動室216a、216bに区画される。第1のシリンダ205に設けられた吸入孔205bは、作動室215aに連通しており、作動室215bと作動室216aは、第1のベーン211と第2のベーン212の間を通過するように、中板204に斜め方向に設けられた連通孔204aで連通して1つの空間を形成している。また、第2のシリンダ206に設けられた吐出孔206bは、作動室216bに連通している。   The height and diameter of the first cylinder 205 and the first piston 209, and the second cylinder 206 and the second piston 210 are crescent-shaped spaces formed by the first cylinder 205 and the first piston 209. Is set to be smaller than the crescent-shaped space formed by the second cylinder 206 and the second piston 210. Vane grooves 205a and 206a are formed in the first cylinder 205 and the second cylinder 206, respectively. The first vane 211 and the second vane 212, which are reciprocally held by the vane grooves 205a and 206a, respectively, are caused by the force caused by the springs 213 and 214 and the pressure difference between the front end side and the rear side of each vane 211 and 212. Are in close contact with the pistons 209 and 210, respectively. The crescent-shaped space formed by the first cylinder 205 and the first piston 209 is divided into two working chambers 215a and 215b by the first vane 211, and the second cylinder 206 and the second piston 210. The crescent-shaped space formed by is divided into two working chambers 216 a and 216 b by the second vane 212. The suction hole 205b provided in the first cylinder 205 communicates with the working chamber 215a, and the working chamber 215b and the working chamber 216a pass between the first vane 211 and the second vane 212. The middle plate 204 communicates with a communication hole 204a provided in an oblique direction to form one space. The discharge hole 206b provided in the second cylinder 206 communicates with the working chamber 216b.

高圧の作動流体は、吸入管217から密閉容器202の内部に流入した後、吸入孔205bから、第1のシリンダ205内の作動室215aに吸入される。シャフト203の回転運動に伴って作動室215aの容積は拡大し、やがて、第1のシリンダ205側の連通孔204aと連通する作動室215bへと移行し、吸入行程が終了する。作動室215bは、連通孔204aを通じて第2のシリンダ206の作動室216aと連通して1つの作動室を形成しており、高圧の作動流体は、連通した作動室全体の容積が増加する方向、すなわち、作動室215bの容積が減少し、作動室216aの容積が増加する方向へとシャフト203を回転させ、発電機201を駆動する。シャフト203の回転に伴い、作動室215bは消滅し、作動室216aは吐出孔206bと連通する作動室216bへと移行し、膨張行程が終了する。そして、低圧となった作動流体は吐出孔206bから吐出管218へと吐出される。   The high-pressure working fluid flows into the sealed container 202 from the suction pipe 217 and is then sucked into the working chamber 215a in the first cylinder 205 through the suction hole 205b. With the rotational movement of the shaft 203, the volume of the working chamber 215a increases, and eventually, the working chamber 215b communicates with the communication hole 204a on the first cylinder 205 side, and the suction stroke ends. The working chamber 215b communicates with the working chamber 216a of the second cylinder 206 through the communication hole 204a to form one working chamber, and the high-pressure working fluid has a direction in which the volume of the whole working chamber communicated increases. That is, the volume of the working chamber 215b decreases, the shaft 203 is rotated in the direction in which the volume of the working chamber 216a increases, and the generator 201 is driven. As the shaft 203 rotates, the working chamber 215b disappears, the working chamber 216a moves to the working chamber 216b communicating with the discharge hole 206b, and the expansion stroke ends. Then, the low-pressure working fluid is discharged from the discharge hole 206b to the discharge pipe 218.

膨張機を潤滑するためのオイルは、密閉容器202の下部のオイル溜り219に蓄えられており、シャフト203の回転に伴い、軸受207、208のシャフト203との摺動面に設けた螺旋形状のオイル溝207a、208aによって発生する動圧により汲み上げられ、シャフト203と軸受207、208との間の各摺動面、第1の偏心部203aと第1のピストン209内面との間、第2の偏心部203bと第2のピストン210内面との間を潤滑する。また、各偏心部203a、203b付近のオイルは、より圧力の低くなる作動室215a、215b、216a、216bへと順に流れる際に、各ピストン209、210の上下端面の摺動面の潤滑を行う。そして、各ピストン209、210の上下端面を潤滑したオイルは作動室215a、215b、216a、216bへと順に流入し、作動流体と混合され、共に吐出管218から吐出される。   Oil for lubricating the expander is stored in an oil sump 219 at the bottom of the hermetic container 202, and the helical shape provided on the sliding surface of the bearings 207 and 208 with the shaft 203 as the shaft 203 rotates. Pumped up by the dynamic pressure generated by the oil grooves 207a and 208a, the sliding surfaces between the shaft 203 and the bearings 207 and 208, the first eccentric portion 203a and the inner surface of the first piston 209, the second Lubrication is performed between the eccentric portion 203b and the inner surface of the second piston 210. Further, when the oil in the vicinity of the eccentric parts 203a and 203b sequentially flows into the working chambers 215a, 215b, 216a, and 216b where pressure is lowered, the sliding surfaces of the upper and lower end surfaces of the pistons 209 and 210 are lubricated. . The oils that have lubricated the upper and lower end surfaces of the pistons 209 and 210 sequentially flow into the working chambers 215a, 215b, 216a, and 216b, are mixed with the working fluid, and are discharged from the discharge pipe 218 together.

上述した特許文献1の膨張機と、非特許文献1の膨張機において、吐出管から作動流体と共にオイルが吐出されると、密閉容器102、202下部のオイル溜り113、219のオイルが枯渇し、摺動部の潤滑ができなくなり、膨張機の信頼性が低下する。また、同様の理由で隙間をシールするオイルが不足し、膨張機の性能も低下する。従って、各ピストン107、209、210の上下端面から作動室に流入するオイルの量を減らす必要がある。   In the expander of Patent Document 1 and the expander of Non-Patent Document 1 described above, when oil is discharged together with the working fluid from the discharge pipe, the oil in the oil reservoirs 113 and 219 below the sealed containers 102 and 202 is depleted, The sliding part cannot be lubricated, and the reliability of the expander decreases. Moreover, the oil which seals a clearance gap for the same reason is insufficient, and the performance of the expander also deteriorates. Therefore, it is necessary to reduce the amount of oil flowing into the working chamber from the upper and lower end surfaces of the pistons 107, 209, and 210.

従来の膨張機と類似の構成を有する従来の圧縮機において、特許文献3、特許文献4にピストンの上下端面から作動室に流入するオイルの量を減らす構成が開示されている。図13に特許文献3の従来の圧縮機を示す。本構成では、ピストン301の上下端面に対向する軸受部材302、303の摺動面にシール材304、305を設けている。図14に特許文献4の従来の圧縮機を示す。本構成では、スウィングピストン306の上下端面にシール材307、308を設けている。
特開平08−338356号公報 特開2003−343467号公報 特開昭61−215482号公報 特開平09−100791号公報 「エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発 CO2空調機用二相流膨張機・圧縮機の開発」成果報告書 平成16年3月 (独)新エネルギー・産業総合開発機構
In a conventional compressor having a configuration similar to that of a conventional expander, Patent Documents 3 and 4 disclose a structure that reduces the amount of oil flowing into the working chamber from the upper and lower end surfaces of the piston. FIG. 13 shows a conventional compressor of Patent Document 3. In this configuration, the sealing materials 304 and 305 are provided on the sliding surfaces of the bearing members 302 and 303 facing the upper and lower end surfaces of the piston 301. FIG. 14 shows a conventional compressor of Patent Document 4. In this configuration, sealing materials 307 and 308 are provided on the upper and lower end surfaces of the swing piston 306.
JP 08-338356 A JP 2003-343467 A Japanese Patent Laid-Open No. 61-215482 Japanese Patent Laid-Open No. 09-100791 "Research and Development of Energy-Effective Utilization Fundamental Technology Development of Two-phase Flow Expander / Compressor for CO2 Air Conditioner" March 2004 (Germany) New Energy and Industrial Development Organization

しかしながら、冷凍サイクルに用いる膨張機においては、作動流体が液相あるいは超臨界相から気液二相へと膨張するため、オイルが液相の作動流体に希釈され、オイル粘度が大幅に低下する。図13に示す特許文献3の圧縮機のような構成でシール材を用いると、ピストンの自転により、シール材とピストンの上下端面との間の摺動速度が非常に大きくなるので、特に膨張機の場合はシール材の摩耗が顕著となり、信頼性が低下していた。   However, in the expander used for the refrigeration cycle, the working fluid expands from the liquid phase or supercritical phase to the gas-liquid two phase, so that the oil is diluted to the liquid phase working fluid, and the oil viscosity is greatly reduced. When a sealing material is used in the configuration of the compressor of Patent Document 3 shown in FIG. 13, the sliding speed between the sealing material and the upper and lower end surfaces of the piston becomes very large due to the rotation of the piston. In the case of (3), the wear of the sealing material became remarkable, and the reliability was lowered.

また、図14に示す特許文献4の圧縮機のような構成でシール材を用いる場合、ピストンの上下端面にシール材と嵌合する溝を設ける必要があるが、ピストン端面は狭いために加工が難しく、加工コストの上昇や、加工精度の確保が課題となる。また、溝を設けたことにより、ピストンの上下端面の内外周のエッジ近傍の強度が低下し、ピストンに作用する作動流体の圧力で変形することにより、ピストンのエッジが相手側摺動面をこじて異常摩耗の原因となる。   Moreover, when using a sealing material with the structure of the compressor of patent document 4 shown in FIG. 14, it is necessary to provide the groove | channel which fits a sealing material in the upper-lower-end surface of a piston, but since a piston end surface is narrow, it is processed. It is difficult to raise the processing cost and secure the processing accuracy. In addition, the provision of the groove reduces the strength in the vicinity of the inner and outer peripheral edges of the upper and lower end surfaces of the piston and causes the piston edge to bend the mating sliding surface by being deformed by the pressure of the working fluid acting on the piston. Cause abnormal wear.

また、図13、図14に示す従来の圧縮機では、作動室を出た作動流体は一旦、密閉容器の内部空間に吐出され、遠心力や重力などにより作動流体からオイルを分離させた後、混合するオイルを十分に低減させた作動流体が吐出管から圧縮機の外部に吐出されるため、オイル溜りのオイルは常に保持されるが、図9〜図12に示す特許文献1や非特許文献1に記載される従来の膨張機では、作動室を出た作動流体は、遠心力や重力などによりオイルを分離することなしに、吐出管から吐出される。従って、従来の膨張機は従来の圧縮機に比べて、密閉容器下部のオイル溜りのオイルが枯渇しやすくなり、潤滑不足による信頼性の低下や、シール不足による性能の低下が顕著であった。また、膨張機から吐出されたオイルは冷凍サイクルの熱交換器の伝熱管の内部に付着し、伝熱性能を低下させるため、冷凍サイクルのCOPが低下していた。   In the conventional compressor shown in FIGS. 13 and 14, the working fluid exiting the working chamber is once discharged into the inner space of the sealed container, and after separating the oil from the working fluid by centrifugal force or gravity, Since the working fluid in which the oil to be mixed is sufficiently reduced is discharged from the discharge pipe to the outside of the compressor, the oil in the oil reservoir is always held, but Patent Document 1 and Non-Patent Documents shown in FIGS. In the conventional expander described in No. 1, the working fluid exiting the working chamber is discharged from the discharge pipe without separating the oil by centrifugal force or gravity. Therefore, in the conventional expander, compared with the conventional compressor, the oil in the oil reservoir in the lower part of the closed container is easily depleted, and the reliability is deteriorated due to insufficient lubrication and the performance is deteriorated due to insufficient seal. In addition, since the oil discharged from the expander adheres to the inside of the heat transfer tube of the heat exchanger of the refrigeration cycle and lowers the heat transfer performance, the COP of the refrigeration cycle is lowered.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、冷凍サイクルに用いる膨張機において、簡単で信頼性の高い構成によりオイル吐出量を低減し、高効率で高信頼性の膨張機、および、高効率の冷凍サイクルを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in an expander used in a refrigeration cycle, an oil discharge amount is reduced by a simple and reliable configuration, and a highly efficient and highly reliable expander, and It aims to provide a highly efficient refrigeration cycle.

上述した課題を解決するために、本発明の膨張機は、少なくとも、偏心部を有するシャフトと、前記シャフトの前記偏心部に連結されて偏心回転運動するピストンと、内面が円筒形状であるとともに前記内面の一部が前記ピストンと接するように配設されたシリンダと、前記シリンダの両端面を塞ぐ閉塞部材と、前記シリンダと前記ピストンと前記閉塞部材により構成される三日月形状の空間を吸入側空間と吐出側空間に分割する仕切り部材と、前記ピストンの自転を防止する機構とを備え、前記閉塞部材の前記ピストンとの摺動面に設けた溝と、前記溝にシール材を設けたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, an expander according to the present invention includes at least a shaft having an eccentric portion, a piston connected to the eccentric portion of the shaft and performing an eccentric rotational movement, and an inner surface having a cylindrical shape. A cylinder arranged so that a part of its inner surface is in contact with the piston, a closing member that closes both end faces of the cylinder, and a crescent-shaped space constituted by the cylinder, the piston, and the closing member A partition member that is divided into a discharge side space, a mechanism that prevents the piston from rotating, a groove provided on a sliding surface of the closing member with the piston, and a seal material provided in the groove Features.

また、本発明の膨張機に、前記ピストンの外周面に凹部を設け、前記仕切り部材の先端が前記凹部に嵌合することにより前記ピストンの自転を防止することを特徴とする。   The expander of the present invention is characterized in that a concave portion is provided on the outer peripheral surface of the piston, and the tip of the partition member is fitted into the concave portion to prevent the piston from rotating.

また、本発明の膨張機に、前記ピストンと前記仕切り部材が一体形成されていることを特徴とする。   In the expander of the present invention, the piston and the partition member are integrally formed.

本発明の膨張機は、前記ピストンの径方向の幅は、前記シャフトの偏心部の偏心量の幅の2倍に、前記溝の径方向の幅を加えた値より大きいことを特徴とする。   In the expander of the present invention, the radial width of the piston is larger than a value obtained by adding the radial width of the groove to twice the width of the eccentric amount of the eccentric portion of the shaft.

本発明の膨張機は、前記閉塞部材の前記溝に設けたばねにより、前記シール材を前記ピストンの摺動面に押し付けることを特徴とする。   The expander of the present invention is characterized in that the sealing material is pressed against the sliding surface of the piston by a spring provided in the groove of the closing member.

本発明の膨張機は、前記閉塞部材の前記溝の外周側壁面にテーパを設けたことを特徴とする。   The expander of the present invention is characterized in that a taper is provided on the outer peripheral side wall surface of the groove of the closing member.

本発明の膨張機は、二酸化炭素を作動流体とすることを特徴とする。   The expander of the present invention is characterized by using carbon dioxide as a working fluid.

本発明の膨張機によれば、簡単な構成でオイルが作動室に流入する量を大幅に低減することが可能であるので、膨張機のオイル吐出量を低減し、高効率で高信頼性の膨張機、および、高効率の冷凍サイクルを実現することができる。   According to the expander of the present invention, it is possible to greatly reduce the amount of oil flowing into the working chamber with a simple configuration. Therefore, the oil discharge amount of the expander is reduced, and high efficiency and high reliability are achieved. An expander and a highly efficient refrigeration cycle can be realized.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1の膨張機400の構成を示す縦断面図であり、図2は図1の膨張機400のD1−D1線における横断面図、図3は図1の膨張機400のシール材の斜視図である。本実施の形態1の膨張機400の構成は、シール材を設置したことを除いて、図9、図10を用いて説明した従来の膨張機100と同様の構成である。また、同一機能部品については同一番号を使用し、従来例と同一の構成および作用の説明は省くことにする。
(Embodiment 1)
1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of an expander 400 according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a transverse sectional view taken along line D1-D1 of the expander 400 of FIG. 1, and FIG. It is a perspective view of the sealing material of the expander 400. FIG. The configuration of the expander 400 according to the first embodiment is the same as that of the conventional expander 100 described with reference to FIGS. 9 and 10 except that a sealing material is installed. Also, the same numbers are used for the same functional parts, and the description of the same configuration and operation as in the conventional example is omitted.

本実施の形態1の膨張機400では、軸受105、106のピストン107の上下端面との摺動面に環状溝401、402を設け、その中にシール材403を設置している。シール材403は、ポリイミド(べスペルPS−1)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などの樹脂製が望ましい。また、図3(a)のような環状のシール材403でも良いが、図3(b)のように1箇所に切れ目403aを設けたシール材403の方がより望ましい。ピストン107の径方向の幅wの範囲は、シャフト103の軸から偏心部103aの軸までの距離である偏心量eと、シール材403の幅sとの間で、w>2e+sの関係を満たすようにする。   In the expander 400 of the first embodiment, the annular grooves 401 and 402 are provided on the sliding surfaces of the bearings 105 and 106 with the upper and lower end surfaces of the piston 107, and the sealing material 403 is installed therein. The sealing material 403 is preferably made of a resin such as polyimide (Vespel PS-1), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK). Further, an annular sealing material 403 as shown in FIG. 3A may be used, but a sealing material 403 provided with a cut 403a at one place as shown in FIG. 3B is more preferable. The range of the radial width w of the piston 107 satisfies the relationship of w> 2e + s between the eccentric amount e that is the distance from the axis of the shaft 103 to the axis of the eccentric portion 103a and the width s of the sealing material 403. Like that.

このような構成とすることにより、シール材403は、その内面側に圧力を受けて環状溝401、402の外周面に密着する。そして、環状溝401、402の外周面に密着することにより、環状溝401、402の底面とシール材403との間に入り込んだ高圧のオイルが圧力の低い作動室110a、110bに漏れることを防止する。また、これら高圧のオイルは、シール材403をピストン107の上下端面に押し付ける。このため、シール材403とピストン107の上下面との間を通過し、偏心部103aから作動室110a、110bに流れ込むオイルの量を大幅に低減することができる。このとき、シール材403の幅sを調整することにより、流れ込むオイル量をコントロールし、潤滑に必要な最低限のオイルのみを流すことにより、信頼性を確保することができる。従って、オイルが作動流体と混合して吐出管112から流出する量、すなわち、オイル吐出量を大幅に低減し、高効率で信頼性の高い膨張機となるとともに、オイルによる冷凍サイクルの性能低下を防止することができる。   By adopting such a configuration, the sealing material 403 receives pressure on the inner surface side thereof and adheres closely to the outer peripheral surfaces of the annular grooves 401 and 402. Further, by closely contacting the outer peripheral surfaces of the annular grooves 401 and 402, high pressure oil that has entered between the bottom surfaces of the annular grooves 401 and 402 and the sealing material 403 is prevented from leaking into the working chambers 110a and 110b having a low pressure. To do. These high-pressure oils press the sealing material 403 against the upper and lower end surfaces of the piston 107. Therefore, the amount of oil that passes between the sealing material 403 and the upper and lower surfaces of the piston 107 and flows into the working chambers 110a and 110b from the eccentric portion 103a can be greatly reduced. At this time, by adjusting the width s of the sealing material 403, the amount of oil flowing in is controlled, and only the minimum oil necessary for lubrication is allowed to flow to ensure reliability. Therefore, the amount of oil mixed with the working fluid and flowing out from the discharge pipe 112, that is, the amount of oil discharged, is greatly reduced, resulting in a highly efficient and reliable expander, and the performance of the refrigeration cycle due to oil is reduced. Can be prevented.

また、切れ目403aを設けることにより、シール材403の直径と環状溝401、402の外周面の直径に加工誤差による差がある場合でも、確実にシール材403を環状溝401、402の外周面に密着させることができる。   In addition, by providing the cut 403a, even when there is a difference in processing diameter between the diameter of the sealing material 403 and the diameter of the outer circumferential surface of the annular grooves 401, 402, the sealing material 403 is securely attached to the outer circumferential surface of the annular grooves 401, 402. It can be adhered.

また、本実施の形態1では、ピストン107の自転運動は、ベーン108がピストン107の係合溝107aに嵌合することによって防止されているので、シール材403とピストン107の上下端面の摺動速度を抑えることができ、シール材403の摩耗を防止し、信頼性を高めることができる。   In the first embodiment, the rotation of the piston 107 is prevented by fitting the vane 108 into the engagement groove 107 a of the piston 107, so that the seal material 403 slides between the upper and lower end surfaces of the piston 107. The speed can be suppressed, wear of the sealing material 403 can be prevented, and reliability can be improved.

また、ピストン107の径方向の幅wと、偏心量eおよびシール材403の幅sが、w>2e+sの関係を満たすことにより、図2に破線で示すピストン107の内周側の点Qの軌跡と、ピストン107の外周側の点Pの軌跡がシール材403の上を通過しない構成でシール材403を設置することが可能となる。言い換えれば、シール材403はシャフト103の回転角度に関わらず、ピストン107の内周側の点Qと外周側の点Pとの間、すなわち、ピストン107の上下端面上の範囲内にある。従って、シール材403による、軸受105、106とピストン107の上下端面との間のシールを確実にするとともに、ピストン107の上下端面の内周側あるいは外周側のエッジが、シール材403に擦れてシール材403を破損させることを防止することができる。   Further, when the radial width w of the piston 107, the eccentricity e, and the width s of the sealing material 403 satisfy the relationship of w> 2e + s, the point Q on the inner peripheral side of the piston 107 indicated by a broken line in FIG. The seal material 403 can be installed in a configuration in which the locus and the locus of the point P on the outer peripheral side of the piston 107 do not pass over the seal material 403. In other words, the sealing material 403 is between the point Q on the inner peripheral side and the point P on the outer peripheral side of the piston 107, that is, within the range on the upper and lower end surfaces of the piston 107, regardless of the rotation angle of the shaft 103. Therefore, the seal material 403 ensures the seal between the bearings 105, 106 and the upper and lower end surfaces of the piston 107, and the inner or outer edge of the upper and lower end surfaces of the piston 107 rubs against the seal material 403. It is possible to prevent the sealing material 403 from being damaged.

なお、シール材403は必ずしも環状である必要はなく、軸受105、106に形成する溝401、402の形状をシール材403と同じにし、シール材403がピストン107の上下端面と接していれば、同様の効果が得られることは言うまでもない。   Note that the sealing material 403 is not necessarily annular, and the grooves 401 and 402 formed in the bearings 105 and 106 have the same shape as the sealing material 403, and the sealing material 403 is in contact with the upper and lower end surfaces of the piston 107. Needless to say, similar effects can be obtained.

なお、本実施の形態1の膨張機は、ベーン108の先端がピストン107の係合溝107aに嵌合することにより、ピストン107が自転しない構成となっているが、ベースとなる膨張機にピストン107が自転する構造が備わっていない場合は、ピストン107に係合溝107aを追加するなどして、ピストン107の自転を防止する必要がある。   The expander according to the first embodiment has a configuration in which the piston 107 does not rotate by fitting the tip of the vane 108 into the engagement groove 107a of the piston 107. If the 107 does not have a structure for rotating, it is necessary to prevent the rotation of the piston 107 by adding an engagement groove 107 a to the piston 107.

なお、冷凍サイクルが、作動流体として二酸化炭素を用いる超臨界サイクルの場合には、冷凍サイクルの高圧側と低圧側の圧力差が非常に大きくなるため、膨張機400においてシール材403を設ける効果がより顕著になることは言うまでもない。   In the case where the refrigeration cycle is a supercritical cycle using carbon dioxide as a working fluid, the pressure difference between the high pressure side and the low pressure side of the refrigeration cycle becomes very large. Needless to say, it becomes more prominent.

(実施の形態2)
本実施の形態2は、シール材403と共に、ばね404を環状溝401、402に設置した点を除き、実施の形態1と同様の構成である。
(Embodiment 2)
The second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that the spring 404 is installed in the annular grooves 401 and 402 together with the sealing material 403.

図4は、本発明の実施の形態2における膨張機の軸受106、シール材403、およびばね404の斜視図である。本実施の形態2では、軸受106の環状溝402に、初めにばね404を挿入し、その後にシール材403を嵌合させる。ばね404は、リング形状かつ波状の凹凸を有する薄板ばねである。軸受105の環状溝401にも同様に、ばね404を挿入した後に、シール材403を嵌合させる。   FIG. 4 is a perspective view of expander bearing 106, seal material 403, and spring 404 according to Embodiment 2 of the present invention. In the second embodiment, the spring 404 is first inserted into the annular groove 402 of the bearing 106 and then the sealing material 403 is fitted. The spring 404 is a thin leaf spring having ring-shaped and wavy irregularities. Similarly, after the spring 404 is inserted into the annular groove 401 of the bearing 105, the sealing material 403 is fitted.

このような構成とすることにより、ばね404によりシール材403をピストン107の上下端面に押し付ける効果があることは言うまでもなく、さらに、ばね404により環状溝401、402の底面とシール材403との間に確実に隙間が生じるので、シール材403と環状溝401、402の底面との間に高圧のオイルが流れ込むことでシール材403をピストン107の上下端面に押しつけるという、実施の形態1で説明した効果を、より確実なものとすることができる。このため、シール材403とピストン107の上下面との間を通過し、偏心部103aから作動室110a、110bに流れ込むオイルの量をさらに低減することができる。   Needless to say, the spring 404 has the effect of pressing the sealing material 403 against the upper and lower end surfaces of the piston 107 by the spring 404, and further, the spring 404 provides a space between the bottom surface of the annular grooves 401 and 402 and the sealing material 403. Since the gap is surely generated, the high pressure oil flows between the sealing material 403 and the bottom surfaces of the annular grooves 401 and 402, thereby pressing the sealing material 403 against the upper and lower end surfaces of the piston 107 as described in the first embodiment. The effect can be made more reliable. For this reason, the amount of oil that passes between the sealing material 403 and the upper and lower surfaces of the piston 107 and flows into the working chambers 110a and 110b from the eccentric part 103a can be further reduced.

なお、ばね404は、必ずしも薄板ばねである必要はない。環状溝401、402の底面とシール材403との間に隙間を設けることができれば、同様の効果を得ることができることは言うまでもない。   The spring 404 is not necessarily a thin plate spring. It goes without saying that the same effect can be obtained if a gap can be provided between the bottom surfaces of the annular grooves 401 and 402 and the sealing material 403.

(実施の形態3)
本発明の実施の形態3は、シール材413の外周面と、環状溝411、412の外周面をテーパ面とした点を除き、実施の形態1と同様の構成である。
(Embodiment 3)
The third embodiment of the present invention has the same configuration as that of the first embodiment except that the outer peripheral surface of the sealing material 413 and the outer peripheral surfaces of the annular grooves 411 and 412 are tapered surfaces.

図5は、本発明の実施の形態3における膨張機の膨張機構部の拡大縦断面図である。本実施の形態3では、シール材413は、実施の形態1と同様に環状であるが、シール材413の外周面413aは、外周面413aの直径がピストン107側に近づくほど大きくなるようなテーパ面となっている。同様に、軸受105、106に設けた環状溝411、412の外周面411a、412aも、シール材413の外周面413aと同じ傾斜を持つテーパ面とする。   FIG. 5 is an enlarged vertical sectional view of an expansion mechanism portion of the expander according to Embodiment 3 of the present invention. In the third embodiment, the sealing material 413 is annular as in the first embodiment, but the outer peripheral surface 413a of the sealing material 413 is tapered such that the diameter of the outer peripheral surface 413a increases toward the piston 107 side. It is a surface. Similarly, the outer peripheral surfaces 411a and 412a of the annular grooves 411 and 412 provided in the bearings 105 and 106 are also tapered surfaces having the same inclination as the outer peripheral surface 413a of the sealing material 413.

このような構成とすることにより、シール材413は、その内面側に圧力を受けて環状溝411、412の外周面411a、412aにそれぞれ密着するが、そのとき、シール材413の外周面413aが環状溝411、412の外周面411a、412aから受ける反力は、シール材413の外周面413aに対して垂直であり、ピストン107側への分力を有するため、この分力によりシール材413はピストン107の上下端面に押し付けられる。このため、環状溝411、412の底面とシール材413との間に確実に隙間が生じるので、シール材413と環状溝411、412の底面との間に高圧のオイルが流れ込むことでシール材413をピストン107の上下端面に押しつけるという、実施の形態1で説明した効果を、より確実なものとすることができる。このため、シール材413とピストン107の上下面との間を通過し、偏心部103aから作動室110a、110bに流れ込むオイルの量をさらに低減することができる。   By adopting such a configuration, the sealing material 413 receives pressure on the inner surface side and closely contacts the outer peripheral surfaces 411a and 412a of the annular grooves 411 and 412. At that time, the outer peripheral surface 413a of the sealing material 413 is The reaction force received from the outer peripheral surfaces 411a and 412a of the annular grooves 411 and 412 is perpendicular to the outer peripheral surface 413a of the seal material 413 and has a component force toward the piston 107. The piston 107 is pressed against the upper and lower end surfaces. For this reason, a gap is surely generated between the bottom surfaces of the annular grooves 411 and 412 and the sealing material 413, so that high-pressure oil flows between the sealing material 413 and the bottom surfaces of the annular grooves 411 and 412, thereby sealing the material 413. The effect described in the first embodiment of pressing the piston 107 against the upper and lower end surfaces of the piston 107 can be made more reliable. For this reason, the amount of oil that passes between the sealing material 413 and the upper and lower surfaces of the piston 107 and flows into the working chambers 110a and 110b from the eccentric portion 103a can be further reduced.

(実施の形態4)
本発明の実施の形態4は、シール材423の形状を除き、実施の形態1と同様の構成である。
(Embodiment 4)
The fourth embodiment of the present invention has the same configuration as that of the first embodiment except for the shape of the sealing material 423.

図6は、本発明の実施の形態4における膨張機の膨張機構部の拡大縦断面図である。本実施の形態4では、シール材423は、実施の形態1と同様に環状であるが、シール材423の内周側断面を凹形状となるように形成している。   FIG. 6 is an enlarged longitudinal sectional view of an expansion mechanism portion of the expander according to Embodiment 4 of the present invention. In the fourth embodiment, the sealing material 423 is annular as in the first embodiment, but the inner circumferential side cross section of the sealing material 423 is formed in a concave shape.

このような構成とすることにより、シール材423の内周側の凹部に高圧が作用し、外周側に低圧が作用するので、シール材423は上下に押し広げられ、ピストン107の上下端面と環状溝421、422の底面の双方に密着する。従って、シール材423とピストン107の上下面との間を通過し、偏心部103aから作動室110a、110bに流れ込むオイルの量を大幅に低減することができる。   By adopting such a configuration, a high pressure acts on the concave portion on the inner peripheral side of the sealing material 423 and a low pressure acts on the outer peripheral side, so that the sealing material 423 is pushed up and down to form an annular shape with the upper and lower end surfaces of the piston 107. The grooves 421 and 422 are in close contact with both bottom surfaces. Therefore, the amount of oil that passes between the sealing material 423 and the upper and lower surfaces of the piston 107 and flows into the working chambers 110a and 110b from the eccentric portion 103a can be greatly reduced.

(実施の形態5)
図7は、本発明の実施の形態5の膨張機430の構成を示す縦断面図であり、図8(a)は図7の膨張機のD2−D2線における横断面図、図8(b)は図7の膨張機のD3−D3線における横断面図である。本実施の形態5の膨張機430の構成は、各ピストン209、210が自転しない構成としたことと、シール材435を設置したことを除いて、図11、図12を用いて説明した従来の膨張機200と同様の構成である。また、同一機能部品については同一番号を使用し、従来例と同一の構成および作用の説明は省くことにする。
(Embodiment 5)
7 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the expander 430 according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 8A is a transverse sectional view taken along the line D2-D2 of the expander in FIG. ) Is a cross-sectional view taken along line D3-D3 of the expander of FIG. The configuration of the expander 430 of the fifth embodiment is the conventional configuration described with reference to FIGS. 11 and 12 except that the pistons 209 and 210 do not rotate and the seal material 435 is installed. The configuration is the same as that of the expander 200. Also, the same numbers are used for the same functional parts, and the description of the same configuration and operation as in the conventional example is omitted.

本実施の形態5の膨張機430では、軸受207、中板204の第1のピストン209の上下端面との各摺動面に環状溝431、432を、軸受208、中板204の第2のピストン210の上下端面との各摺動面に環状溝433、434を設け、その中にシール材435をそれぞれ設置している。シール材435の材質は実施の形態1と同様である。また、第1のピストン209の外周面に第1のベーン211の先端が嵌合する係合溝436、第2のピストン210の外周面に第2のベーン212の先端が嵌合する係合溝437を設置する。各ピストン209、210の径方向の幅wと偏心量e、およびシール材435の幅sの関係は、実施の形態1と同様である。   In the expander 430 of the fifth embodiment, the annular grooves 431 and 432 are provided on the sliding surfaces of the bearing 207 and the upper and lower ends of the first piston 209 of the intermediate plate 204, and the second groove of the bearing 208 and the intermediate plate 204 is provided. The annular grooves 433 and 434 are provided on the sliding surfaces with the upper and lower end surfaces of the piston 210, and the sealing material 435 is installed therein. The material of the sealing material 435 is the same as that of the first embodiment. Further, the engagement groove 436 in which the tip of the first vane 211 is fitted to the outer peripheral surface of the first piston 209, and the engagement groove in which the tip of the second vane 212 is fitted to the outer peripheral surface of the second piston 210. 437 is installed. The relationship between the radial width w and the eccentricity e of each piston 209, 210 and the width s of the sealing material 435 is the same as in the first embodiment.

このような構成とすることにより、シール材435を設けたため、実施の形態1と同様の理由で、オイルが作動室215a、215b、216a、216bの作動流体と混合して吐出管218から流出する量、すなわち、オイル吐出量を大幅に低減し、高効率で信頼性の高い膨張機となるとともに、オイルによる冷凍サイクルの性能低下を防止することができる。   With such a configuration, since the sealing material 435 is provided, the oil mixes with the working fluid in the working chambers 215a, 215b, 216a, and 216b and flows out from the discharge pipe 218 for the same reason as in the first embodiment. The amount, that is, the amount of oil discharged can be greatly reduced, and the expander can be highly efficient and reliable, and the performance of the refrigeration cycle due to oil can be prevented.

また、各ピストン209、210の自転運動は、各ベーン211、212が係合溝436、437にそれぞれ嵌合することで防止されるので、シール材435と各ピストン209、210の上下端面との間の摺動速度を抑えて、シール材435の摩耗を低減し、信頼性を確保することができる。   In addition, the rotation of the pistons 209 and 210 is prevented by fitting the vanes 211 and 212 into the engagement grooves 436 and 437, respectively. Therefore, the seal material 435 and the upper and lower end surfaces of the pistons 209 and 210 It is possible to reduce the wear speed of the sealing material 435 and to ensure reliability by suppressing the sliding speed.

なお、本実施の形態5では、第1のピストン209と第2のピストン210の両方に対してシール材435を設置したが、第2のシリンダ206の吐出孔206b側に形成される作動室216bの圧力が、全ての作動室215a、215b、216a、216bの中で圧力が最も低くなるため、各偏心部203a、203b側との差圧が大きい。従って、作動室216bに隣接する第2のピストン210のみにシール材435を設置すると、第1のピストン209のみにシール材435を設置する場合よりも、より顕著なオイル吐出量の低減効果が得られる。   In the fifth embodiment, the sealing material 435 is provided for both the first piston 209 and the second piston 210, but the working chamber 216b formed on the discharge hole 206b side of the second cylinder 206 is provided. Is the lowest among all the working chambers 215a, 215b, 216a, 216b, and therefore the differential pressure between the eccentric portions 203a, 203b is large. Therefore, when the seal material 435 is installed only on the second piston 210 adjacent to the working chamber 216b, a more significant oil discharge amount reduction effect is obtained than when the seal material 435 is installed only on the first piston 209. It is done.

なお、本実施の形態5では、第1のピストン209と第2のピストン210の自転を防止するために、係合溝436、437を設けたが、各ピストン209、210と各ベーン211、212がそれぞれ一体形成されるスウィングピストンのような構成を用いても、同様の効果が得られることは言うまでもない。   In the fifth embodiment, the engagement grooves 436 and 437 are provided to prevent the first piston 209 and the second piston 210 from rotating, but the pistons 209 and 210 and the vanes 211 and 212 are provided. It goes without saying that the same effect can be obtained even if a configuration such as a swing piston is integrally formed.

本発明の膨張機は、冷凍サイクルにおける冷媒の膨張エネルギーを回収して動力回収手段として有用であるとともに、冷凍サイクル以外の圧縮性流体からのエネルギー回収手段として有用である。   The expander of the present invention collects refrigerant expansion energy in the refrigeration cycle and is useful as power recovery means, and is also useful as energy recovery means from compressive fluid other than the refrigeration cycle.

本発明の実施の形態1における膨張機の縦断面図The longitudinal cross-sectional view of the expander in Embodiment 1 of this invention 図1に示す膨張機のD1−D1線における横断面図1 is a cross-sectional view taken along line D1-D1 of the expander shown in FIG. (a)図1に示す膨張機のシール材の斜視図(b)図1に示す膨張機の別のシール材の斜視図(A) Perspective view of the sealing material of the expander shown in FIG. 1 (b) Perspective view of another sealing material of the expander shown in FIG. 本発明の実施の形態2における膨張機の軸受、シール材、およびばねの斜視図The perspective view of the bearing of the expander, the sealing material, and the spring in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態3における膨張機の膨張機構部の拡大縦断面図The expanded longitudinal cross-sectional view of the expansion mechanism part of the expander in Embodiment 3 of this invention 本発明の実施の形態4における膨張機の膨張機構部の拡大縦断面図The expanded longitudinal cross-sectional view of the expansion mechanism part of the expander in Embodiment 4 of this invention 本発明の実施の形態5における膨張機の縦断面図Vertical section of an expander according to Embodiment 5 of the present invention (a)図7に示す膨張機のD2−D2線における横断面図(b)図7に示す膨張機のD3−D3線における横断面図(A) Cross section taken along line D2-D2 of the expander shown in FIG. 7 (b) Cross section taken along line D3-D3 of the expander shown in FIG. 従来の膨張機の縦断面図Vertical section of a conventional expander 図9に示す膨張機のD1−D1線における横断面図Cross section along line D1-D1 of the expander shown in FIG. 従来の膨張機の縦断面図Vertical section of a conventional expander (a)図11に示す膨張機のD2−D2線における横断面図(b)図11に示す膨張機のD3−D3線における横断面図(A) Cross section taken along line D2-D2 of the expander shown in FIG. 11 (b) Cross section taken along line D3-D3 of the expander shown in FIG. 従来の圧縮機の圧縮機構部の拡大縦断面図Enlarged longitudinal sectional view of a compression mechanism of a conventional compressor 従来の圧縮機のピストンおよびシール材の斜視図Perspective view of piston and seal material of conventional compressor

符号の説明Explanation of symbols

100,200,400,430 膨張機
101,201 発電機
101a,201a ステータ
101b,201b ロータ
102,202 密閉容器
103,203 シャフト
103a 偏心部
103b 軸方向流路
103c 開口部
103d 径方向流路
104 シリンダ
104a,205a,206a ベーン溝
104b,206b 吐出孔
105,106,207,208 軸受
105a,106a,207a,208a オイル溝
107 ピストン
107a,436,437 係合溝
107b,205b 吸入孔
108 ベーン
109,213,214,404 ばね
110a,110b,215a,215b,216a,216b 作動室
111,217 吸入管
112,218 吐出管
113,219 オイル溜り
203a 第1の偏心部
203b 第2の偏心部
204 中板
204a 連通孔
205 第1のシリンダ
206 第2のシリンダ
209 第1のピストン
210 第2のピストン
211 第1のベーン
212 第2のベーン
301 ピストン
302,303 軸受部材
304,305,307,308,403,413,423,435 シール材
306 スウィングピストン
401,402,411,412,421,422,431,432,433,434 環状溝
403a 切れ目
411a,412a 環状溝の外周面
413a シール材の外周面
100, 200, 400, 430 Expander 101, 201 Generator 101a, 201a Stator 101b, 201b Rotor 102, 202 Sealed container 103, 203 Shaft 103a Eccentric part 103b Axial flow path 103c Opening 103d Radial flow path 104 Cylinder 104a 205a, 206a Vane groove 104b, 206b Discharge hole 105, 106, 207, 208 Bearing 105a, 106a, 207a, 208a Oil groove 107 Piston 107a, 436, 437 Engagement groove 107b, 205b Suction hole 108 Vane 109, 213, 214 , 404 Spring 110a, 110b, 215a, 215b, 216a, 216b Working chamber 111, 217 Suction pipe 112, 218 Discharge pipe 113, 219 Oil reservoir 203a First eccentric part 2 3b 2nd eccentric part 204 Middle plate 204a Communication hole 205 1st cylinder 206 2nd cylinder 209 1st piston 210 2nd piston 211 1st vane 212 2nd vane 301 Piston 302,303 Bearing member 304 , 305, 307, 308, 403, 413, 423, 435 Sealing material 306 Swing piston 401, 402, 411, 412, 421, 422, 431, 432, 433, 434 Annular groove 403a Cut 411a, 412a An outer peripheral surface of the annular groove 413a Sealing material outer peripheral surface

Claims (7)

少なくとも、偏心部を有するシャフトと、
前記シャフトの前記偏心部に連結されて偏心回転運動するピストンと、
内面が円筒形状であるとともに前記内面の一部が前記ピストンと接するように配設されたシリンダと、
前記シリンダの両端面を塞ぐ閉塞部材と、
前記シリンダと前記ピストンと前記閉塞部材により構成される三日月形状の空間を吸入側空間と吐出側空間に分割する仕切り部材と、
前記ピストンの自転を防止する機構とを備え、
前記閉塞部材の前記ピストンとの摺動面に設けた溝と、前記溝にシール材を設けたことを特徴とする膨張機。
At least a shaft having an eccentric part;
A piston coupled to the eccentric portion of the shaft and performing eccentric rotational movement;
A cylinder having an inner surface that is cylindrical and a portion of the inner surface that is disposed in contact with the piston;
A closing member for closing both end faces of the cylinder;
A partition member that divides a crescent-shaped space constituted by the cylinder, the piston, and the closing member into a suction side space and a discharge side space;
A mechanism for preventing rotation of the piston,
An expander comprising a groove provided on a sliding surface of the closing member with the piston, and a seal member provided in the groove.
前記ピストンの外周面に凹部を設け、前記仕切り部材の先端が前記凹部に嵌合することにより前記ピストンの自転を防止することを特徴とする、
請求項1に記載の膨張機。
A concave portion is provided on the outer peripheral surface of the piston, and the tip of the partition member is fitted into the concave portion to prevent the piston from rotating.
The expander according to claim 1.
前記ピストンと前記仕切り部材が一体形成されていることを特徴とする、
請求項1に記載の膨張機。
The piston and the partition member are integrally formed,
The expander according to claim 1.
前記ピストンの径方向の幅は、前記シャフトの偏心部の偏心量の幅の2倍に、前記溝の径方向の幅を加えた値より大きいことを特徴とする、
請求項1〜3のいずれかに記載の膨張機。
The width in the radial direction of the piston is greater than the value obtained by adding the width in the radial direction of the groove to twice the width of the eccentric amount of the eccentric portion of the shaft,
The expander in any one of Claims 1-3.
前記閉塞部材の前記溝に設けたばねにより、前記シール材を前記ピストンの摺動面に押し付けることを特徴とする、
請求項1〜4のいずれかに記載の膨張機。
The sealing material is pressed against the sliding surface of the piston by a spring provided in the groove of the closing member,
The expander in any one of Claims 1-4.
前記閉塞部材の前記溝の外周側壁面にテーパを設けたことを特徴とする、
請求項1〜5のいずれかに記載の膨張機。
A taper is provided on the outer peripheral side wall surface of the groove of the closing member,
The expander in any one of Claims 1-5.
二酸化炭素を作動流体とすることを特徴とする、
請求項1〜6のいずれかに記載の膨張機。
It is characterized by using carbon dioxide as a working fluid.
The expander according to any one of claims 1 to 6.
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