JP2007239588A - Multi-stage rotary fluid machine - Google Patents

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JP2006062754A
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Japanese (ja)
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Masaru Matsui
大 松井
Hiroshi Hasegawa
寛 長谷川
Atsuo Okaichi
敦雄 岡市
Yuji Ogata
雄司 尾形
Masanobu Wada
賢宣 和田
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multi-stage rotary fluid machine in which a pressure loss when a working fluid moves from a first cylinder to a second cylinder is small. <P>SOLUTION: An expander 100 is of a two-stage rotary type comprising the first cylinder 105 and the second cylinder 106. A communication hole 104b allowing a discharge side operating chamber 115b between the first cylinder 105 and the second cylinder 109 to communicate with a suction side operating chamber 116a between the second cylinder 106 and a second piston 110 and used to feed a refrigerant from the first operating chamber 115b to the second operating chamber 116a is formed in an intermediate plate 104 partitioning the first cylinder 105 from the second cylinder 106. The shape and position of the communication hole 104b are so set that a part of the opening edge on the first cylinder 105 side forms a part of a virtual circle having a diameter of equal to or larger than d<SB>1</SB>and less than D<SB>1</SB>which is inscribed in the first cylinder 105 at a first angular position and extends in the direction opposite to the rotating direction of the first piston 109 from the first angular position. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、冷凍冷蔵庫や空調機等の圧縮機や膨張機に代表される多段ロータリ型流体機械に関する。   The present invention relates to a multistage rotary fluid machine represented by a compressor and an expander such as a refrigerator-freezer and an air conditioner.

冷媒の膨張エネルギーを膨張機で回収し、その回収したエネルギーを圧縮機の仕事の一部として利用する動力回収式の冷凍サイクル装置が提案されている。例えば、そうした冷凍サイクル装置に適用する膨張機として、特開2005−106046号公報に示すような2段ロータリ型膨張機が検討されている。   A power recovery type refrigeration cycle apparatus has been proposed in which the expansion energy of the refrigerant is recovered by an expander and the recovered energy is used as part of the work of the compressor. For example, as an expander applied to such a refrigeration cycle apparatus, a two-stage rotary expander as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-106046 has been studied.

図10A,図10Bは、従来の2段ロータリ型膨張機200の横断面図である。図10Aの方が1段目のシリンダ205(第1シリンダ)を示しており、図10Bの方が2段目のシリンダ206(第2シリンダ)を示している。第1シリンダ205に吸入された冷媒は、第1シリンダ205の作動室215bと、第2シリンダ206の作動室216aと、両作動室215b,216aを連通する連通孔204aとによって構成される膨張室で膨張する。第1シリンダ205と第2シリンダ206とは、中板によって仕切られており、この中板を厚さ方向に貫通するように連通孔204aが形成されている。このような構造を採用すると、冷媒を吸入する作動室と、冷媒を膨張させる作動室と、冷媒を吐出する作動室とを簡単に仕切ることができると同時に、吸入側の作動室では360°連続吸入が可能となり、吸入脈動の低減を図ることができる。
特開2005−106046号公報
10A and 10B are cross-sectional views of a conventional two-stage rotary expander 200. FIG. FIG. 10A shows the first-stage cylinder 205 (first cylinder), and FIG. 10B shows the second-stage cylinder 206 (second cylinder). The refrigerant sucked into the first cylinder 205 is an expansion chamber constituted by the working chamber 215b of the first cylinder 205, the working chamber 216a of the second cylinder 206, and a communication hole 204a communicating the both working chambers 215b and 216a. Inflates with. The first cylinder 205 and the second cylinder 206 are partitioned by an intermediate plate, and a communication hole 204a is formed so as to penetrate the intermediate plate in the thickness direction. If such a structure is adopted, the working chamber for sucking the refrigerant, the working chamber for expanding the refrigerant, and the working chamber for discharging the refrigerant can be easily partitioned, and at the same time, the working chamber on the suction side is 360 ° continuous. Inhalation is possible, and inhalation pulsation can be reduced.
JP 2005-106046 A

上記のような2段ロータリ型膨張機200において、第1シリンダ205の作動室215bと第2シリンダ206の作動室216aとを連通する連通孔204aの断面形状は、通常、円形である。以下、図11A〜図11Dを参照しながら、円形の連通孔204aの作用について説明する。図11A〜図11Dは、シャフト203が反時計回りに回転するときの、第1シリンダ205の作動室215bと連通孔204aとの連通状態を示している。   In the two-stage rotary expander 200 as described above, the cross-sectional shape of the communication hole 204a that connects the working chamber 215b of the first cylinder 205 and the working chamber 216a of the second cylinder 206 is usually circular. Hereinafter, the operation of the circular communication hole 204a will be described with reference to FIGS. 11A to 11D. 11A to 11D show a communication state between the working chamber 215b of the first cylinder 205 and the communication hole 204a when the shaft 203 rotates counterclockwise.

図11Aは、第1シリンダ205の作動室215bと連通孔204aとが連通する瞬間を表している。第1シリンダ205の作動室215bと第2シリンダ206の作動室216aとの連通は、シャフト203の回転運動に伴って連通孔204aが閉じた状態から徐々に開くことで始まる。連通孔204aが円形の場合、第1シリンダ205の作動室215bと連通孔204aとが連通する瞬間は、連通孔204aと第1シリンダ205との接点Pが、第1ピストン209と第1シリンダ205との接点Qに一致する瞬間である。   FIG. 11A shows a moment when the working chamber 215b of the first cylinder 205 and the communication hole 204a communicate with each other. The communication between the working chamber 215b of the first cylinder 205 and the working chamber 216a of the second cylinder 206 starts by gradually opening the communication hole 204a from the closed state as the shaft 203 rotates. When the communication hole 204a is circular, at the moment when the working chamber 215b of the first cylinder 205 and the communication hole 204a communicate with each other, the contact P between the communication hole 204a and the first cylinder 205 is replaced by the first piston 209 and the first cylinder 205. This is the moment that coincides with the contact point Q.

図11Bは、作動室215bと連通孔204aとが連通してからシャフト203が20°回転した状態を表している。図11Cは、作動室215bと連通孔204aとが連通してからシャフト203が40°回転した状態を表している。図11Dは、作動室215bと連通孔204aとが連通してからシャフト203が60°回転した状態を表している。各図において、連通部分を斜線で示している。   FIG. 11B shows a state in which the shaft 203 has rotated 20 ° after the working chamber 215b and the communication hole 204a communicate with each other. FIG. 11C shows a state in which the shaft 203 is rotated by 40 ° after the working chamber 215b and the communication hole 204a communicate with each other. FIG. 11D shows a state in which the shaft 203 is rotated by 60 ° after the working chamber 215b and the communication hole 204a communicate with each other. In each figure, the communication portion is indicated by hatching.

図12は、第1シリンダ205の作動室215bと第2シリンダ206の作動室216aとの連通が始まった時点を基準として、シャフト203の回転角と、連通孔204aのうち第1ピストン209と重なっていない部分の面積(以降、連通面積という)の割合との関係を示すグラフである。図11A〜図11Dおよび図12から理解できるように、第1シリンダ205の作動室215bと連通孔204aとが連通してからシャフト203が20°回転した状態で、連通面積は連通孔204aの開口面積の約1.3%であり、シャフト203が40°回転した状態でも10%弱で、連通面積はなかなか大きくならない。   In FIG. 12, the rotation angle of the shaft 203 and the first piston 209 in the communication hole 204a overlap with the time point when the communication between the working chamber 215b of the first cylinder 205 and the working chamber 216a of the second cylinder 206 starts. It is a graph which shows the relationship with the ratio of the area (henceforth a communication area) of the part which is not. As can be understood from FIGS. 11A to 11D and FIG. 12, the communication area is the opening of the communication hole 204a when the shaft 203 is rotated by 20 ° after the working chamber 215b of the first cylinder 205 and the communication hole 204a communicate. It is about 1.3% of the area, and even when the shaft 203 is rotated by 40 °, it is less than 10%, and the communication area does not increase easily.

一般に、膨張機を熱家電機器に導入する場合、その能力的な理由から膨張機の作動室の容積は1cc以下が望ましい。具体的にいえば、第1シリンダ205の内径は20〜40mmというオーダの大きさであり、連通孔204aの直径は3〜4mm程度となる。したがって、作動室215bと連通孔204aとが連通してから、シャフト203が30°〜40°程度回転するまでは、微小隙間を通じて作動室215bから連通孔204aに冷媒が漏れ入る状態となっている。   Generally, when an expander is introduced into a thermal home appliance, the capacity of the working chamber of the expander is preferably 1 cc or less because of its capability. Specifically, the inner diameter of the first cylinder 205 is of the order of 20 to 40 mm, and the diameter of the communication hole 204a is about 3 to 4 mm. Therefore, after the working chamber 215b and the communication hole 204a communicate with each other, the refrigerant leaks from the working chamber 215b into the communication hole 204a through the minute gap until the shaft 203 rotates about 30 ° to 40 °. .

また、従来の2段ロータリ型膨張機200においては、作動室215bと連通孔204aとが連通する瞬間、作動室215b側の冷媒の圧力は吸入圧力と同等で高圧であり、連通孔204a側の冷媒の圧力は吐出圧力と同等で低圧となっている。例えば、冷媒を二酸化炭素とする場合、その圧力差は50気圧に達する。このような大きな差圧が存在する状態で微小隙間に作動流体を流すと、大きな流体抵抗が発生し、作動流体の圧力損失が顕著となる。圧力損失の拡大は、膨張エネルギーの回収効率低下に直結する問題である。また、こうした問題は、2段ロータリ型膨張機だけでなく、2段ロータリ型圧縮機のような他の多段ロータリ型流体機械でも起こる可能性がある。   Further, in the conventional two-stage rotary expander 200, at the moment when the working chamber 215b and the communication hole 204a communicate with each other, the pressure of the refrigerant on the working chamber 215b side is equal to the suction pressure and is high. The pressure of the refrigerant is equal to the discharge pressure and is low. For example, when the refrigerant is carbon dioxide, the pressure difference reaches 50 atmospheres. When a working fluid is allowed to flow through a minute gap in a state where such a large differential pressure exists, a large fluid resistance is generated and the pressure loss of the working fluid becomes significant. The expansion of the pressure loss is a problem that directly leads to a reduction in expansion energy recovery efficiency. Such problems can occur not only in a two-stage rotary expander but also in other multi-stage rotary fluid machines such as a two-stage rotary compressor.

上記の問題に鑑み、本発明は、第1シリンダから第2シリンダに作動流体(冷媒)が移動する際の圧力損失が小さい多段ロータリ型流体機械を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a multi-stage rotary fluid machine having a small pressure loss when a working fluid (refrigerant) moves from a first cylinder to a second cylinder.

すなわち、本発明は、
第1シリンダと、
第1シリンダの内外を貫くシャフトと、
シャフトに取り付けられ、第1シリンダ内で偏心回転する第1ピストンと、
シャフトを共有する形で第1シリンダと同心状に配置された第2シリンダと、
シャフトに取り付けられ、第2シリンダ内で偏心回転する第2ピストンと、
第1シリンダに形成された第1溝に進退可能に装着され、第1シリンダと第1ピストンの間の空間を第1吸入側空間と第1吐出側空間とに仕切る第1仕切り部材と、
第2シリンダに形成された第2溝に進退可能に装着され、第2シリンダと第2ピストンの間の空間を第2吸入側空間と第2吐出側空間とに仕切る第2仕切り部材と、
第1吐出側空間と第2吸入側空間とを連通して1つの作動室を形成する連通孔を有するとともに、第1シリンダと第2シリンダとを隔てる中板とを備え、
第1ピストンの外径をd1、第1シリンダの内径をD1と定義したとき、
連通孔は、第1シリンダ側の開口縁の一部が、第1シリンダと第1角度位置で内接する直径がd1以上D1未満の仮想円の一部をなし、第1角度位置から第1ピストンの回転方向とは反対方向に延びるように、その形状および位置が設定されている、多段ロータリ型流体機械を提供する。
That is, the present invention
A first cylinder;
A shaft that penetrates the inside and outside of the first cylinder;
A first piston attached to the shaft and rotating eccentrically in the first cylinder;
A second cylinder arranged concentrically with the first cylinder in a shared shaft;
A second piston attached to the shaft and rotating eccentrically in the second cylinder;
A first partition member that is movably mounted in a first groove formed in the first cylinder and partitions a space between the first cylinder and the first piston into a first suction side space and a first discharge side space;
A second partition member that is movably mounted in a second groove formed in the second cylinder, and divides a space between the second cylinder and the second piston into a second suction side space and a second discharge side space;
A communication hole that communicates the first discharge side space and the second suction side space to form one working chamber, and includes a middle plate that separates the first cylinder and the second cylinder;
When the outer diameter of the first piston is defined as d 1 and the inner diameter of the first cylinder is defined as D 1 ,
In the communication hole, a part of the opening edge on the first cylinder side forms a part of a virtual circle having a diameter d 1 or more and less than D 1 inscribed in the first cylinder at the first angle position. Provided is a multistage rotary fluid machine whose shape and position are set so as to extend in a direction opposite to the rotation direction of one piston.

また、本発明の他の側面において、連通孔は、シャフトの回転軸に平行な方向において、第1シリンダ側の開口縁の一部が、第1シリンダの内周面に沿うように、その形状および位置が設定される。   In another aspect of the present invention, the communication hole is shaped so that a part of the opening edge on the first cylinder side is along the inner peripheral surface of the first cylinder in a direction parallel to the rotation axis of the shaft. And position are set.

上記本発明の多段ロータリ型流体機械によれば、第1シリンダの第1吐出側空間と連通孔との連通面積は、少なくとも連通孔が円形状である場合に比べて、連通初期から急速に増大するようになる。すなわち、作動流体が微小隙間を通る時間を短縮することができるため、作動流体の圧力損失を低減することができ、ひいては多段ロータリ型流体機械の高効率化に資する。   According to the multistage rotary fluid machine of the present invention, the communication area between the first discharge side space of the first cylinder and the communication hole is rapidly increased from the beginning of communication compared to at least the case where the communication hole is circular. To come. That is, since the time required for the working fluid to pass through the minute gap can be shortened, the pressure loss of the working fluid can be reduced, which contributes to higher efficiency of the multistage rotary fluid machine.

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。ロータリ型膨張機やロータリ型圧縮機に代表されるロータリ型流体機械は、ローリングピストン方式またはスイング方式に細分されるが、本発明はそのいずれに対しても適用可能である。本明細書ではローリングピストン方式を例にして説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. A rotary fluid machine represented by a rotary expander or a rotary compressor is subdivided into a rolling piston system or a swing system, but the present invention can be applied to either of them. In this specification, a rolling piston system will be described as an example.

(第1実施形態)
図1は、本発明の一実施形態である2段ロータリ型膨張機の構成を示す縦断面図である。図2Aは、図1の2段ロータリ型膨張機のX1−X1横断面図、図2Bは、X2−X2横断面図である。図1に示す2段ロータリ型膨張機100は、密閉容器102、発電機101および膨張機構部120を備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a two-stage rotary expander that is an embodiment of the present invention. 2A is an X1-X1 cross-sectional view of the two-stage rotary expander of FIG. 1, and FIG. 2B is an X2-X2 cross-sectional view. A two-stage rotary expander 100 shown in FIG. 1 includes a sealed container 102, a generator 101, and an expansion mechanism section 120.

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と、シャフト103に固定されたロータ101bとを含む。   The generator 101 includes a stator 101 a fixed to the hermetic container 102, a shaft 103, and a rotor 101 b fixed to the shaft 103.

膨張機構部120は、上軸受部材107、第1シリンダ105、中板104、第2シリンダ106、下軸受部材108、第1ピストン109、第2ピストン110、第1ベーン111、第2ベーン112、第1バネ113、第2バネ114およびシャフト103を備えており、いわゆる2段ロータリ型の構成になっている。シャフト103は、発電機101と共用であって、中板104によってそれぞれ独立するように隔てられた第1シリンダ105と第2シリンダ106を貫通し、上軸受部材107および下軸受部材108によって回転自在に支持されている。シャフト103には、半径方向の外向きに突出する形で、第1偏心部103aと第2偏心部103bとが設けられている。第1偏心部103aには、第1シリンダ105の内部に配置されたリング状の第1ピストン109が嵌合している。第2偏心部103bには、第2シリンダ106の内部に配置された第2ピストン110が嵌合している。   The expansion mechanism 120 includes an upper bearing member 107, a first cylinder 105, an intermediate plate 104, a second cylinder 106, a lower bearing member 108, a first piston 109, a second piston 110, a first vane 111, a second vane 112, The first spring 113, the second spring 114, and the shaft 103 are provided, and a so-called two-stage rotary type configuration is provided. The shaft 103 is shared with the generator 101, passes through the first cylinder 105 and the second cylinder 106 that are separated from each other by the intermediate plate 104, and is freely rotatable by the upper bearing member 107 and the lower bearing member 108. It is supported by. The shaft 103 is provided with a first eccentric portion 103a and a second eccentric portion 103b so as to protrude outward in the radial direction. A ring-shaped first piston 109 disposed inside the first cylinder 105 is fitted into the first eccentric portion 103a. A second piston 110 disposed inside the second cylinder 106 is fitted to the second eccentric portion 103b.

図2Aに示すごとく、第1シリンダ105には第1ベーン溝105aが形成されている。第1ベーン溝105aには、第1ベーン111がスライド自在、言い換えれば、長手方向に進退可能に装着されている。第1バネ113は、第1ベーン111の背面側に配置されており、一端が第1シリンダ105に接触し他端が第1ベーン111に接触して第1ベーン111を第1ピストン109に押し付けている。また、図2Bに示すごとく、第2シリンダ106には第2ベーン溝106aが形成されている。第2ベーン溝106aには、第2ベーン112がスライド自在、言い換えれば、長手方向に進退可能に装着されている。第2バネ114は、第2ベーン112の背面側に配置されており、一端が第2シリンダ106に接触し他端が第2ベーン112に接触して第2ベーン112を第2ピストン110に押し付けている。   As shown in FIG. 2A, the first cylinder 105 is formed with a first vane groove 105a. A first vane 111 is slidably mounted in the first vane groove 105a, in other words, can move forward and backward in the longitudinal direction. The first spring 113 is disposed on the back side of the first vane 111, and has one end contacting the first cylinder 105 and the other end contacting the first vane 111 to press the first vane 111 against the first piston 109. ing. Further, as shown in FIG. 2B, the second cylinder 106 is formed with a second vane groove 106a. A second vane 112 is slidably mounted in the second vane groove 106a, in other words, can be moved back and forth in the longitudinal direction. The second spring 114 is disposed on the back side of the second vane 112, and has one end in contact with the second cylinder 106 and the other end in contact with the second vane 112 to press the second vane 112 against the second piston 110. ing.

第1シリンダ105と第1ピストン109により形成される三日月形状の空間は、仕切り部材である第1ベーン111により吸入側の作動室である第1吸入側作動室115aと、吐出側の作動室である第1吐出側作動室115bとに仕切られている。また、第2シリンダ106と第2ピストン110により形成される三日月形状の空間は、仕切り部材である第2ベーン112により吸入側の作動室である第2吸入側作動室116aと、吐出側の作動室である第2吐出側作動室116bとに仕切られている。第2吸入側作動室116aと第2吐出側作動室116bの合計体積は、第1吸入側作動室115aと第1吐出側作動室115bの合計体積よりも大である。   The crescent-shaped space formed by the first cylinder 105 and the first piston 109 is divided into a first suction-side working chamber 115a which is a suction-side working chamber by a first vane 111 which is a partition member, and a discharge-side working chamber. It is partitioned off from a first discharge side working chamber 115b. The crescent-shaped space formed by the second cylinder 106 and the second piston 110 is divided into a second suction side working chamber 116a which is a suction side working chamber by a second vane 112 which is a partition member, and a discharge side operation. It is partitioned into a second discharge side working chamber 116b which is a chamber. The total volume of the second suction side working chamber 116a and the second discharge side working chamber 116b is larger than the total volume of the first suction side working chamber 115a and the first discharge side working chamber 115b.

第1シリンダ105に形成されている吸入孔105bは、第1吸入側作動室115aに連通している。また、中板104には、厚さ方向に貫通する形で連通孔104bが形成されており、その連通孔104bにより、第1シリンダ105の第1吐出側作動室115bと第2シリンダ106の第2吸入側作動室116aとが連通して一つの空間、つまり膨張室を形成している。また、第2シリンダ106に形成されている吐出孔106bは、第2吐出側作動室116bに連通している。   A suction hole 105b formed in the first cylinder 105 communicates with the first suction side working chamber 115a. In addition, a communication hole 104b is formed in the intermediate plate 104 so as to penetrate in the thickness direction, and the first discharge side working chamber 115b of the first cylinder 105 and the second cylinder 106 have a first shape through the communication hole 104b. The two suction side working chambers 116a communicate with each other to form one space, that is, an expansion chamber. Further, the discharge hole 106b formed in the second cylinder 106 communicates with the second discharge side working chamber 116b.

第1シリンダ105の内径D1と、第2シリンダ106の内径D2とは等しい。また、第1シリンダ105と第2シリンダ106とは、同心状の配置となっている。ただし、シャフト103の回転軸O周りにおける第1ベーン111の配置位置と、同じく第2ベーン112の配置位置とは所定角度、例えば数10度ずらしてある。また、シャフト103の第1偏心部103aと第2偏心部103bとは、シャフト103の回転軸O周りにおいて突出する向きが相違している。この突出向きの相違は、第1ベーン111と第2ベーン112の角度差に一致している。つまり、第1ピストン109が上死点(第1ベーン111を最も押し上げる位置)に到来するタイミングと、第2ピストン110が上死点(第1ベーン112を最も押し上げる位置)に到来するタイミングとは一致する。このような構成は、第1シリンダ105の第1吐出側作動室115bと第2シリンダ106の第2吸入側作動室116aで形成される膨張室の体積を円滑に増加させることができ、膨張機100の回収動力を最大化する。また、連通孔104bは、第1ベーン111と第2ベーン112とによって挟まれた角度領域内において、第1シリンダ105から第2シリンダ106に向かって延びるように、中板104に形成されている。このような構成とすることにより、シャフト103の回転軸Oに平行な方向に関する連通孔104bの長さを最短とすることができ、連通孔104bを冷媒(作動流体)が通過する際の圧力損失の低減を図ることができる。ただし、後述するように、第1ベーン111と第2ベーン112とを、回転軸Oに対して同一角度に位置させてもよい。 The inner diameter D 1 of the first cylinder 105 is equal to the inner diameter D 2 of the second cylinder 106. Further, the first cylinder 105 and the second cylinder 106 are arranged concentrically. However, the arrangement position of the first vane 111 around the rotation axis O of the shaft 103 is similarly shifted from the arrangement position of the second vane 112 by a predetermined angle, for example, several tens of degrees. Further, the first eccentric portion 103 a and the second eccentric portion 103 b of the shaft 103 are different in the direction of projecting around the rotation axis O of the shaft 103. This difference in the protruding direction coincides with the angular difference between the first vane 111 and the second vane 112. That is, the timing at which the first piston 109 arrives at the top dead center (position where the first vane 111 is pushed up most) and the timing at which the second piston 110 arrives at the top dead center (position where the first vane 112 is pushed up most) are Match. Such a configuration can smoothly increase the volume of the expansion chamber formed by the first discharge side working chamber 115b of the first cylinder 105 and the second suction side working chamber 116a of the second cylinder 106. Maximize 100 recovery power. The communication hole 104b is formed in the intermediate plate 104 so as to extend from the first cylinder 105 toward the second cylinder 106 in an angular region sandwiched between the first vane 111 and the second vane 112. . With such a configuration, the length of the communication hole 104b in the direction parallel to the rotation axis O of the shaft 103 can be minimized, and the pressure loss when the refrigerant (working fluid) passes through the communication hole 104b. Can be reduced. However, as will be described later, the first vane 111 and the second vane 112 may be positioned at the same angle with respect to the rotation axis O.

次に、膨張機100の作用について説明する。
高圧の冷媒は、図2Aに示した吸入管117から吸入孔105bを経て、第1シリンダ105の第1吸入側作動室115aに吸入される。シャフト103の回転運動に伴って第1吸入側作動室115aの容積は拡大し、やがて、第1吐出側作動室115bへと移行し、吸入行程が終了する。高圧の冷媒は、連通孔104bを通じて第1シリンダ105の第1吐出側作動室115bから第2シリンダ106の第2吸入側作動室116aに移動する。これにともない、連通孔104bで連通した作動室全体の容積が増加する方向、すなわち、第1シリンダ105の第1吐出側作動室115bの容積が減少し、第2シリンダ106の第2吸入側作動室116aの容積が増加する方向にシャフト103が回転し、発電機101を駆動する。シャフト103の回転に伴って第1シリンダ105の第1吐出側作動室115bは消滅する。第2シリンダ106の第2吸入側作動室116aは、吐出孔106bと連通する第2吐出作動室116bへと移行し、膨張行程が終了する。そして、低圧となった冷媒は吐出孔106bから吐出管118に吐出される。
Next, the operation of the expander 100 will be described.
The high-pressure refrigerant is sucked into the first suction side working chamber 115a of the first cylinder 105 from the suction pipe 117 shown in FIG. 2A through the suction hole 105b. With the rotational movement of the shaft 103, the volume of the first suction side working chamber 115a expands, and eventually the state shifts to the first discharge side working chamber 115b, and the suction stroke ends. The high-pressure refrigerant moves from the first discharge side working chamber 115b of the first cylinder 105 to the second suction side working chamber 116a of the second cylinder 106 through the communication hole 104b. Accordingly, the volume of the entire working chamber communicated with the communication hole 104b increases, that is, the volume of the first discharge side working chamber 115b of the first cylinder 105 decreases, and the second suction side operation of the second cylinder 106 occurs. The shaft 103 rotates in the direction in which the volume of the chamber 116a increases, and the generator 101 is driven. As the shaft 103 rotates, the first discharge side working chamber 115b of the first cylinder 105 disappears. The second suction side working chamber 116a of the second cylinder 106 moves to the second discharge working chamber 116b communicating with the discharge hole 106b, and the expansion stroke ends. Then, the low-pressure refrigerant is discharged from the discharge hole 106b to the discharge pipe 118.

図3Aに、第1シリンダ105側における連通孔104bの拡大図を示す。図3Aは、第1ベーン111が最も押し出された状態、すなわち下死点における、第1ベーン111、第1ピストン109および連通孔104bの三者の位置関係を示している。第1シリンダ105側において、連通孔104bは、第1シリンダ105の周方向に関する最大開口幅が、シャフト103の回転軸Oに向かう方向に関する最大開口幅よりも大となっている。具体的に、連通孔104bの開口縁の一部(開口縁H11)は、第1シリンダ105の内径D1未満、かつ第1ピストン109の外径d1以上の直径を有する仮想円の一部をなし、その円弧状の開口縁H11が第1シリンダ105の内周面に隣接する形となっている。このような開口形状および位置の連通孔104bを形成することにより、第1シリンダ105の第1吐出側作動室115bと連通孔104bとの連通面積が、連通初期から急速に増大するようになる。 FIG. 3A shows an enlarged view of the communication hole 104b on the first cylinder 105 side. FIG. 3A shows the positional relationship between the first vane 111, the first piston 109, and the communication hole 104b in the state where the first vane 111 is pushed out most, that is, at the bottom dead center. On the first cylinder 105 side, the communication hole 104 b has a maximum opening width in the circumferential direction of the first cylinder 105 that is larger than a maximum opening width in the direction toward the rotation axis O of the shaft 103. Specifically, a part of the opening edge of the communication hole 104b (opening edge H 1 I 1 ) is an imaginary circle having a diameter less than the inner diameter D 1 of the first cylinder 105 and the outer diameter d 1 of the first piston 109 or more. The arc-shaped opening edge H 1 I 1 is adjacent to the inner peripheral surface of the first cylinder 105. By forming the communication hole 104b having such an opening shape and position, the communication area between the first discharge side working chamber 115b of the first cylinder 105 and the communication hole 104b is rapidly increased from the initial communication.

次に、連通孔104bの形状および位置を決定する手順について説明する。
まず、図3Aに示すごとく、第1シリンダ105の内径中心O1から、第1シリンダ105と第1ベーン溝105aの側面とが交差する点H1に向けて仮想線を引く。第1シリンダ105の内径中心O1は、シャフト103の回転軸Oに一致している。次に、線分O11上に中心を持ち、直径が第1ピストン109の外径d1と同一、かつ第1シリンダ105と点H1(第1角度位置)で内接する仮想円を描く。この仮想円のうち、点H1から第1ピストン109の回転方向とは反対方向(図3Aで言えば時計回り)に延びる一部を、連通孔104bの開口縁H11に設定する。つまり、第1ピストン109が点H1で第1シリンダ105と内接するとき、連通孔104bの開口縁H11は、第1ピストン109の外周縁に一致することとなる。連通孔104bの開口縁H11を第1ピストン109の外周縁に合わせることにより、第1シリンダ105の第1吐出側作動室115bと連通孔104bとの連通を円滑化することができる。
Next, a procedure for determining the shape and position of the communication hole 104b will be described.
First, as shown in FIG. 3A, the inner diameter of the center O 1 of the first cylinder 105, draws a virtual line toward the H 1 point where the first cylinder 105 and the side surface of the first vane groove 105a intersects. The inner diameter center O 1 of the first cylinder 105 coincides with the rotation axis O of the shaft 103. Next, a virtual circle having a center on the line segment O 1 H 1 , the same diameter as the outer diameter d 1 of the first piston 109, and inscribed at the point H 1 (first angular position) with the first cylinder 105. Draw. A part of the virtual circle extending from the point H 1 in the direction opposite to the rotation direction of the first piston 109 (clockwise in FIG. 3A) is set as the opening edge H 1 I 1 of the communication hole 104b. That is, when the first piston 109 is in contact with the first cylinder 105 at the point H 1 , the opening edge H 1 I 1 of the communication hole 104 b coincides with the outer peripheral edge of the first piston 109. By aligning the opening edge H 1 I 1 of the communication hole 104b with the outer peripheral edge of the first piston 109, the communication between the first discharge side working chamber 115b of the first cylinder 105 and the communication hole 104b can be made smooth.

連通孔104bの開口縁H11以外の開口縁I11,J11,K11に関しては、ある程度任意に設定することができる。本実施形態では、次のように設定している。すなわち、開口縁H11の角度が20°となるよう点I1を設定し、次に点I1から第1シリンダ105の内径中心O1に向けて仮想線を引き、この仮想線上に開口縁I11を設定する。また、点H1から第1ベーン111の長手方向に沿って仮想線(第1ベーン溝105aの延長線でもある)を引き、この仮想線上に開口縁H11を設定する。さらに、連通孔104bの開口面積が、従来例で示した円形の連通孔204a(図11A参照)と等しくなるように、点O1を中心とした仮想円を描き、点J1と点K1を設定する。ただし、開口縁J11が曲線である必然性は無く、例えば直線状など、連通孔104bの開口面積を調節しやすいように適宜設定することができる。 For the opening edge H 1 I 1 opening edge I 1 J 1 except, J 1 K 1, K 1 H 1 of the communication hole 104b, can be set somewhat arbitrarily. In the present embodiment, settings are made as follows. That is, the point I 1 is set so that the angle of the opening edge H 1 I 1 is 20 °, and then a virtual line is drawn from the point I 1 toward the inner diameter center O 1 of the first cylinder 105, and on this virtual line Set the opening edge I 1 J 1 . Moreover, from the point H 1 along the longitudinal direction of the first vane 111 drawn an imaginary line (which is also the extension of the first vane groove 105a), setting the opening edge H 1 K 1 to the virtual line. Further, a virtual circle centered on the point O 1 is drawn so that the opening area of the communication hole 104b is equal to the circular communication hole 204a (see FIG. 11A) shown in the conventional example, and the points J 1 and K 1 are drawn. Set. However, the opening edge J 1 K 1 is not necessarily a curve, and can be set as appropriate so that the opening area of the communication hole 104b can be easily adjusted, for example, a straight line.

なお、本実施形態においては、第1シリンダ105側の一部の開口縁H11が第1ベーン111の可動域(第1ベーン111が動作しうる範囲)に沿うように、連通孔104bの形状および位置を設定している。このようにすれば、図11A等で説明した円形の連通孔に比べて、以下に説明する動力回収ロスを防ぐことができる。 In the present embodiment, the communication hole 104b is such that a part of the opening edge H 1 K 1 on the first cylinder 105 side is along the movable range of the first vane 111 (the range in which the first vane 111 can operate). The shape and position are set. In this way, the power recovery loss described below can be prevented as compared with the circular communication hole described in FIG. 11A and the like.

図11A等から分かるように、従来の円形の連通孔を採用する場合、ベーンと連通孔との間にどうしても空間が生ずる。第2シリンダに送り込まれずにこの空間にとどまる冷媒は微量であるが、ピストンの回転に応じて圧縮作用を受け、ピストンの回転にブレーキをかけるトルクを発生させ、膨張エネルギーの回収ロスを生む。これに対し、本実施形態の連通孔104bを採用することにより、冷媒が取り残される空間をほとんど無くすることができるので、従来の円形の連通孔に比べて、より多くのエネルギーを回収できるようになる。   As can be seen from FIG. 11A and the like, when a conventional circular communication hole is employed, a space is inevitably generated between the vane and the communication hole. A very small amount of refrigerant stays in this space without being sent to the second cylinder, but receives a compression action according to the rotation of the piston, generates a torque that brakes the rotation of the piston, and causes a recovery loss of expansion energy. On the other hand, by adopting the communication hole 104b of the present embodiment, it is possible to almost eliminate the space where the refrigerant is left, so that more energy can be recovered compared to the conventional circular communication hole. Become.

次に、第2シリンダ106側について説明する。図3Bに示すごとく、第2シリンダ106側において、連通孔104bは、第2シリンダ106の内周面に一致する開口縁h11と、第2ベーン112の可動域に沿う開口縁i11とを含むように、その形状および位置を設定することができる。その他の開口縁h11,j11は、開口面積を十分確保できるように、適宜定めることができる。例えば、本実施形態では、連通孔104bの開口縁h1111が回転軸Oを中心とした扇形の一部をなす形となっている。連通孔104bの開口形状および位置をこのように調整することにより、次のような効果が見込める。 Next, the second cylinder 106 side will be described. As shown in FIG. 3B, on the second cylinder 106 side, the communication hole 104 b includes an opening edge h 1 i 1 coinciding with the inner peripheral surface of the second cylinder 106 and an opening edge i 1 along the movable range of the second vane 112. Its shape and position can be set to include j 1 . The other opening edges h 1 k 1 and j 1 k 1 can be appropriately determined so as to ensure a sufficient opening area. For example, in the present embodiment, the opening edge h 1 i 1 j 1 k 1 of the communication hole 104 b forms a part of a sector shape with the rotation axis O as the center. By adjusting the opening shape and position of the communication hole 104b in this way, the following effects can be expected.

図10A,Bに示すごとく、従来の円形の連通孔204aの場合、ベーンに目一杯近づけたとしても、どうしても連通孔204aとベーンとの間に空間が生ずる。この問題については、既に説明した通りである。第2シリンダ206側にこのような空間がある場合、第1シリンダ205の作動室215bと第2シリンダ206の作動室216aとの連通タイミングを如何に最適化したとしても、第2シリンダ206においては、その連通タイミングが到来する直前まで、連通孔104bから冷媒が供給されず、冷媒がほとんど存在しない状態から容積が増大させられる状態になる。このような現象は、ピストンの回転方向とは逆方向にブレーキトルクを発生させる。また、この結果として非常に低圧になった第2シリンダ206側の作動室に連通孔104bが連通すると、冷媒の膨張エネルギーは自由膨張によって消費され、動力回収できない。このように、連通孔104bとベーンとの間の空間は、膨張機の性能を低下させる原因となる。   As shown in FIGS. 10A and 10B, in the case of the conventional circular communication hole 204a, a space is inevitably generated between the communication hole 204a and the vane even if the circular communication hole 204a is brought close to the vane. This problem has already been described. If there is such a space on the second cylinder 206 side, no matter how the communication timing between the working chamber 215b of the first cylinder 205 and the working chamber 216a of the second cylinder 206 is optimized, Until just before the communication timing arrives, the refrigerant is not supplied from the communication hole 104b, and the volume is increased from a state where there is almost no refrigerant. Such a phenomenon generates a brake torque in a direction opposite to the rotational direction of the piston. As a result, if the communication hole 104b communicates with the working chamber on the second cylinder 206 side, which has become very low in pressure, the expansion energy of the refrigerant is consumed by free expansion, and power cannot be recovered. Thus, the space between the communication hole 104b and the vane is a cause of reducing the performance of the expander.

ところが、本実施形態における連通孔104bによれば、開口縁h1111と第2ベーン112との間の空間の体積がほぼゼロに等しい。したがって、第1ピストン109と第2ピストン110との位相差、ならびに第1ベーン111と第2ベーン112の位置を適切に調整することにより、ブレーキをかけるトルクの発生が起こらないようにする、または十分低減することが可能となる。 However, according to the communication hole 104b in the present embodiment, the volume of the space between the opening edge h 1 i 1 j 1 k 1 and the second vane 112 is substantially equal to zero. Therefore, by appropriately adjusting the phase difference between the first piston 109 and the second piston 110, and the positions of the first vane 111 and the second vane 112, generation of torque for applying the brake is prevented, or It can be sufficiently reduced.

なお、第2シリンダ106側における開口形状および位置を、第1シリンダ105側と同様のルールにて定めた連通孔104b’も採用できる。すなわち、図3Cに破線で示すごとく、第2シリンダ106側の開口縁h22が、第2シリンダ106と周方向における点h2(第2角度位置)で内接して第2ピストン110の外径d2と同一直径の仮想円の一部をなすように、連通孔104b’の形状および位置(開口縁h2222の形状および位置)を設定することができる。この場合、図2Aから容易に理解できるように、図3Aに記した点H1(第1角度位置)と、図3Cに記した点h2(第2角度位置)とは、シャフト103の回転軸O周りにおいて一致する。つまり、連通孔104b’は、回転軸Oに沿う方向において横断面形状が一定となるように、シャフト103の回転軸Oに沿って第1シリンダ105から第2シリンダ106に向かって真っ直ぐ延びている。このような形状であれば、中板104の加工も容易であるし、連通孔104bが第1シリンダ105と第2シリンダ106とを最短距離でつなぐので、圧力損失を最小にすることができる。 Note that a communication hole 104b ′ in which the opening shape and position on the second cylinder 106 side are determined by the same rules as those on the first cylinder 105 side can also be employed. That is, as indicated by a broken line in FIG. 3C, the opening edge h 2 i 2 on the second cylinder 106 side is inscribed in the second cylinder 106 at a point h 2 (second angular position) in the circumferential direction. The shape and position of the communication hole 104b ′ (the shape and position of the opening edge h 2 i 2 j 2 k 2 ) can be set so as to form a part of a virtual circle having the same diameter as the outer diameter d 2 . In this case, as can be easily understood from FIG. 2A, the point H 1 (first angular position) shown in FIG. 3A and the point h 2 (second angular position) shown in FIG. Matches around axis O. That is, the communication hole 104b ′ extends straight from the first cylinder 105 toward the second cylinder 106 along the rotation axis O of the shaft 103 so that the cross-sectional shape is constant in the direction along the rotation axis O. . With such a shape, the processing of the intermediate plate 104 is easy, and the communication hole 104b connects the first cylinder 105 and the second cylinder 106 with the shortest distance, so that the pressure loss can be minimized.

また、第1シリンダ105側と第2シリンダ側106とで開口位置が異なるような連通孔も採用できる。すなわち、中板104を斜めに穿孔することにより、第1シリンダ105の第1吐出側作動室115bと第2シリンダ106の第2吸入側作動室116aとを連通する連通孔を形成することも可能である。そうする場合には、第1シリンダ105側の点H1(第1角度位置)と、第2シリンダ106側の点h1(第2角度位置)とは一致せず、所定角度だけ離間することとなる。 Also, a communication hole having different opening positions on the first cylinder 105 side and the second cylinder side 106 can be employed. That is, it is possible to form a communication hole for communicating the first discharge side working chamber 115b of the first cylinder 105 and the second suction side working chamber 116a of the second cylinder 106 by drilling the middle plate 104 obliquely. It is. When doing so, the point H 1 (first angle position) on the first cylinder 105 side and the point h 1 (second angle position) on the second cylinder 106 side do not coincide with each other, and they are separated by a predetermined angle. It becomes.

また、回転軸Oに垂直な方向における連通孔104bの断面形状(横断面形状)は、回転軸Oに沿う方向において一定であってもよいし、そうでなくともよい。具体的には、図3Dに示すように、中板104を厚さ方向に貫き、横断面形状が円形の貫通孔THを形成したのち、貫通孔THの両端を座ぐることにより、開口縁H1111(第1シリンダ105側)および開口縁h1111(第2シリンダ106側)を有する連通孔134bを形成する。このようにすれば、中板104の加工も容易である。 In addition, the cross-sectional shape (transverse cross-sectional shape) of the communication hole 104b in the direction perpendicular to the rotation axis O may or may not be constant in the direction along the rotation axis O. Specifically, as shown in FIG. 3D, the through hole TH is formed by penetrating the intermediate plate 104 in the thickness direction and forming a through hole TH having a circular cross-sectional shape, and then sitting on both ends of the through hole TH. A communication hole 134b having 1 I 1 J 1 K 1 (first cylinder 105 side) and an opening edge h 1 i 1 j 1 k 1 (second cylinder 106 side) is formed. In this way, the middle plate 104 can be easily processed.

以上のような形状の連通孔104bにおいて、シャフト103が反時計回りに回転した場合、第1吐出側作動室115bと連通孔104bとの連通の状態は、図4A〜図4Dに示すようになる。第1吐出側作動室115bと連通孔104bとが連通する瞬間は、第1ピストン109と第1シリンダ105との接点が点H1と一致する時である。図4Aは第1吐出側作動室115bと連通孔104bとが連通する瞬間を表している。連通孔104bの開口縁H11が第1ピストン109の外周縁に一致している様子が分かる。図4Bは、第1吐出側作動室115bと連通孔104bとが連通してからシャフト103が20°回転した状態を表している。図4Cは、第1吐出側作動室115bと連通孔104bとが連通してからシャフト103が40°回転した状態を表している。図4Dは、第1吐出側作動室115bと連通孔104bとが連通してからシャフト103が60°回転した状態を表している。各図において、第1吐出側作動室115bと連通孔104bとの連通部分を斜線で表している。連通開始直後より、開口縁H11に沿う領域が直ちに連通部分として現れる様子が理解できる。 When the shaft 103 rotates counterclockwise in the communication hole 104b having the above-described shape, the state of communication between the first discharge side working chamber 115b and the communication hole 104b is as shown in FIGS. 4A to 4D. . The moment the first discharge-side working chamber 115b and the communication hole 104b is communicated, is when the contact point between the first piston 109 and the first cylinder 105 matches the point H 1. FIG. 4A shows a moment when the first discharge side working chamber 115b and the communication hole 104b communicate with each other. It can be seen that the opening edge H 1 I 1 of the communication hole 104 b coincides with the outer peripheral edge of the first piston 109. FIG. 4B shows a state in which the shaft 103 is rotated by 20 ° after the first discharge side working chamber 115b and the communication hole 104b communicate with each other. FIG. 4C shows a state in which the shaft 103 is rotated by 40 ° after the first discharge side working chamber 115b and the communication hole 104b communicate with each other. FIG. 4D shows a state in which the shaft 103 is rotated by 60 ° after the first discharge side working chamber 115b and the communication hole 104b communicate with each other. In each figure, the communication portion between the first discharge side working chamber 115b and the communication hole 104b is indicated by hatching. It can be understood that the region along the opening edge H 1 I 1 immediately appears as a communication portion immediately after the start of communication.

図5に、シャフト103の回転角と、第1吐出側作動室115bと連通孔104bとの連通面積の割合との関係を示す。第1シリンダ105の第1吐出側作動室115bと連通孔104bとの連通が始まった時点(連通開始時点)を、シャフト103の回転角ゼロとしている。本発明では、第1吐出側作動室115bと連通孔104bとが連通してからシャフト103が20°回転した状態で、連通面積は連通孔104bの開口面積の14%に達し、40°回転した状態では約40%に達している。つまり、連通開始から初期の段階で、連通面積が急激に増大している。そして、連通開始からシャフト103が約80°回転する頃には、第1吐出側作動室115bと連通孔104bが完全に連通する。したがって、本実施形態の連通孔104bを採用することにより、冷媒が微小隙間を通る時間を極力短くして圧力損失の低減を図ることが可能である。なお、従来の円形の連通孔204aの場合には、連通面積の増加速度が本発明に比べて格段に小さいことが分かる。   FIG. 5 shows the relationship between the rotation angle of the shaft 103 and the ratio of the communication area between the first discharge side working chamber 115b and the communication hole 104b. The time (communication start time) at which communication between the first discharge-side working chamber 115b of the first cylinder 105 and the communication hole 104b starts is defined as zero rotation angle of the shaft 103. In the present invention, with the shaft 103 rotated 20 ° after the first discharge side working chamber 115b and the communication hole 104b communicated, the communication area reached 14% of the opening area of the communication hole 104b and rotated 40 °. The state has reached about 40%. That is, the communication area is rapidly increasing in the initial stage from the start of communication. When the shaft 103 rotates about 80 ° from the start of communication, the first discharge side working chamber 115b and the communication hole 104b are completely in communication. Therefore, by adopting the communication hole 104b of this embodiment, it is possible to reduce the pressure loss by shortening the time for which the refrigerant passes through the minute gap as much as possible. In addition, in the case of the conventional circular communication hole 204a, it turns out that the increase speed of a communication area is remarkably small compared with this invention.

(第2実施形態)
図6は、シャフト103から開口縁H22を第1シリンダ105に沿うように設定した連通孔104cを示している。連通孔104cの開口縁のうち、シャフト103から最も離れて位置する開口縁H22は、第1シリンダ105の内径D1と同一の直径を有する円の一部をなし、シャフト103の回転軸Oに平行な方向において、その円弧状の開口縁H22が第1シリンダ105の内周面に一致している。この点については第2シリンダ106側においても同様である。また、第1シリンダ105と第2シリンダ106との位置関係等についても、第1実施形態と同様である。
(Second Embodiment)
FIG. 6 shows a communication hole 104 c in which the opening edge H 2 I 2 is set along the first cylinder 105 from the shaft 103. Of the opening edges of the communication hole 104 c, the opening edge H 2 I 2 located farthest from the shaft 103 forms a part of a circle having the same diameter as the inner diameter D 1 of the first cylinder 105, and the shaft 103 rotates. In the direction parallel to the axis O, the arc-shaped opening edge H 2 I 2 coincides with the inner peripheral surface of the first cylinder 105. This also applies to the second cylinder 106 side. The positional relationship between the first cylinder 105 and the second cylinder 106 is also the same as in the first embodiment.

シャフト103が反時計回りに回転した場合、第1吐出側作動室115bと連通孔104cとの連通の状態は、図7A〜図7Dに示すようになる。第1吐出側作動室115bと連通孔104cとが連通する瞬間は、第1ピストン109と第1シリンダ105との接点が点I2と一致する時である。図7Aは、第1吐出側作動室115bと連通孔104cとが連通する瞬間を表している。図7Bは、第1吐出側作動室115bと連通孔104cとが連通してからシャフト103が20°回転した状態を表している。図7Cは、第1吐出側作動室115bと連通孔104cとが連通してからシャフト103が40°回転した状態を表している。図7Dは、第1吐出側作動室115bと連通孔104cとが連通してからシャフト103が60°回転した状態を表している。各図において、連通部分を斜線で示している。 When the shaft 103 rotates counterclockwise, the state of communication between the first discharge side working chamber 115b and the communication hole 104c is as shown in FIGS. 7A to 7D. The moment the first discharge-side working chamber 115b and the communication hole 104c is communicated, it is when the contact point between the first piston 109 and the first cylinder 105 matches the point I 2. FIG. 7A shows a moment when the first discharge side working chamber 115b and the communication hole 104c communicate with each other. FIG. 7B shows a state in which the shaft 103 is rotated by 20 ° after the first discharge side working chamber 115b and the communication hole 104c communicate with each other. FIG. 7C shows a state in which the shaft 103 is rotated by 40 ° after the first discharge side working chamber 115b and the communication hole 104c communicate with each other. FIG. 7D shows a state in which the shaft 103 is rotated by 60 ° after the first discharge side working chamber 115b and the communication hole 104c communicate with each other. In each figure, the communication portion is indicated by hatching.

図8に、シャフト103の回転角と、第1吐出側作動室115bと連通孔104cとの連通面積の割合との関係を示す。本実施形態の連通孔104cを採用した場合の連通面積の増加速度は、従来の円形の連通孔204aと比べれば十分に大きい。   FIG. 8 shows the relationship between the rotation angle of the shaft 103 and the ratio of the communication area between the first discharge side working chamber 115b and the communication hole 104c. The increase speed of the communication area when the communication hole 104c of this embodiment is adopted is sufficiently large as compared with the conventional circular communication hole 204a.

(第3実施形態)
図9は、一部が第1シリンダ105の陰に隠れた形の連通孔104dを示している。図9のような連通孔104dは、中板104を穿孔するドリルを第1シリンダ105の周方向に沿って移動させるようにして形成することができる。この連通孔104dは、第1シリンダ105によって部分的に塞がれているものの、実質的な開口縁は、第1シリンダ105の内周面105pに一致する円弧H33である。
(Third embodiment)
FIG. 9 shows the communication hole 104 d that is partially hidden behind the first cylinder 105. The communication hole 104 d as shown in FIG. 9 can be formed by moving a drill for drilling the intermediate plate 104 along the circumferential direction of the first cylinder 105. Although the communication hole 104 d is partially blocked by the first cylinder 105, the substantial opening edge is an arc H 3 I 3 that coincides with the inner peripheral surface 105 p of the first cylinder 105.

第1シリンダ105の周方向に沿う方向を長手方向とすると、連通孔104dは、長手方向両端に位置する開口縁H33,I33が共に等しい径の円弧をなしている。長手方向に沿う開口縁H33は、第1シリンダ105の内周面105pに一致する。さらに、長手方向に沿う他の一つの開口縁であって、第1シリンダ105の内周面105pに一致する開口縁H33の反対側に位置する開口縁J33についても、第1シリンダ105の内径と同一直径の仮想円の一部をなす。このような形状の連通孔104dとしても、連通面積の増加速度は、従来の円形の連通孔204aと比べれば十分に大きい。こうした点は、第2シリンダ106側についても同様である。 Assuming that the direction along the circumferential direction of the first cylinder 105 is the longitudinal direction, the communication hole 104d forms an arc having the same diameter at the opening edges H 3 K 3 and I 3 J 3 located at both ends in the longitudinal direction. An opening edge H 3 I 3 along the longitudinal direction coincides with the inner peripheral surface 105 p of the first cylinder 105. Furthermore, the opening edge J 3 K 3, which is another opening edge along the longitudinal direction and is located on the opposite side of the opening edge H 3 I 3 that coincides with the inner peripheral surface 105 p of the first cylinder 105, It forms a part of a virtual circle having the same diameter as the inner diameter of one cylinder 105. Even in the communication hole 104d having such a shape, the increase speed of the communication area is sufficiently larger than that of the conventional circular communication hole 204a. The same applies to the second cylinder 106 side.

以上、本実施形態で説明した連通孔104b,104b’,104c,104d,134を採用することにより、第1シリンダ105の吐出側作動室115aと第2シリンダ106の吸入側作動室116aとの連通を速やかに行うことができる。すなわち、連通している部分の微小隙間からが漏れ入る状態が短時間となるので、圧力損失の低減を図ることができ、ひいては膨張機の効率を向上させることが可能となる。また、本発明は、第1シリンダ105の吐出側作動室115aと第2シリンダ106の吸入側作動室116aとの間に50気圧に達する大きな圧力差が生ずる二酸化炭素を冷媒とする場合に、特に有効である。   As described above, the communication holes 104b, 104b ′, 104c, 104d, and 134 described in the present embodiment are used to communicate between the discharge side working chamber 115a of the first cylinder 105 and the suction side working chamber 116a of the second cylinder 106. Can be performed promptly. That is, since the state where the minute gap in the communicating portion leaks is short, the pressure loss can be reduced, and the efficiency of the expander can be improved. Further, the present invention is particularly effective when carbon dioxide, which generates a large pressure difference reaching 50 atm between the discharge side working chamber 115a of the first cylinder 105 and the suction side working chamber 116a of the second cylinder 106, is used as the refrigerant. It is valid.

また、本実施形態では、連通孔104b,104b’,104c,104dの開口形状について言及したが、連通孔104b,104b’,104c,104dの断面形状は特に限定されず、開口形状をそのまま中板104の内部に反映させる必要はない。例えば、図3Dでも触れたように、開口形状は本実施形態のように設定し、中板の内部は円筒形とした連通孔も、本実施形態と同様の効果を得ることができる。   In the present embodiment, the opening shapes of the communication holes 104b, 104b ′, 104c, and 104d are mentioned. However, the cross-sectional shapes of the communication holes 104b, 104b ′, 104c, and 104d are not particularly limited, and the opening shape is left as it is in the middle plate. There is no need to reflect in the inside of 104. For example, as described in FIG. 3D, the opening shape is set as in this embodiment, and the communication hole in which the inside of the intermediate plate is cylindrical can obtain the same effect as in this embodiment.

また、本実施形態では、2段ロータリ型膨張機の場合を例に説明したが、3段以上の多段型でも同様の効果が得られる。   In the present embodiment, the case of a two-stage rotary expander has been described as an example, but the same effect can be obtained even in a multistage type having three or more stages.

本発明の2段ロータリ型膨張機100は、冷凍サイクルにおける冷媒の膨張エネルギーを回収する動力回収手段として有用であるとともに、冷媒以外の圧縮性流体からのエネルギー回収手段としても有用である。   The two-stage rotary expander 100 of the present invention is useful as a power recovery means for recovering the expansion energy of the refrigerant in the refrigeration cycle, and also useful as an energy recovery means from a compressive fluid other than the refrigerant.

本発明の一実施形態にかかる2段ロータリ型膨張機の縦断面図1 is a longitudinal sectional view of a two-stage rotary expander according to an embodiment of the present invention. 図1の2段ロータリ型膨張機の横断面図Cross-sectional view of the two-stage rotary expander of FIG. 図1の2段ロータリ型膨張機の他の横断面図Another cross-sectional view of the two-stage rotary expander of FIG. 図2Aの部分拡大図Partial enlarged view of FIG. 2A 図2Bの部分拡大図Partial enlarged view of FIG. 2B 連通孔の変形例を示す平面図The top view which shows the modification of a communicating hole 連通孔の他の変形例を示す断面図Sectional drawing which shows the other modification of a communicating hole 作動室と連通孔との連通状態を示す動作説明図Operation explanatory diagram showing the communication state between the working chamber and the communication hole 図4Aに続く図Figure following Figure 4A 図4Bに続く図Figure following Figure 4B 図4Cに続く図Figure following Figure 4C シャフトの回転角と、連通孔の連通面積の割合との関係を示すグラフA graph showing the relationship between the rotation angle of the shaft and the ratio of the communication area of the communication hole 連通孔の他の形態を示す平面図The top view which shows the other form of a communicating hole 図6に示す連通孔と作動室との連通状態を示す動作説明図Operation | movement explanatory drawing which shows the communication state of the communicating hole and working chamber which are shown in FIG. 図7Aに続く図Figure following Figure 7A 図7Bに続く図Figure following Figure 7B 図7Cに続く図Figure following Figure 7C シャフトの回転角と、図6に示す連通孔の連通面積の割合との関係を示すグラフThe graph which shows the relationship between the rotation angle of a shaft, and the ratio of the communication area of the communication hole shown in FIG. 連通孔の他の形態を示す平面図The top view which shows the other form of a communicating hole 従来の2段ロータリ型膨張機の横断面図Cross-sectional view of a conventional two-stage rotary expander 従来の2段ロータリ型膨張機の他の横断面図Another cross-sectional view of a conventional two-stage rotary expander 円形の連通孔と作動室との連通状態を示す動作説明図Operation explanatory diagram showing the communication state between the circular communication hole and the working chamber 図11Aに続く図Figure following Figure 11A 図11Bに続く図Figure following Figure 11B 図11Cに続く図Figure following Figure 11C シャフトの回転角と、円形の連通孔の連通面積の割合との関係を示すグラフGraph showing the relationship between the rotation angle of the shaft and the ratio of the communication area of the circular communication hole

符号の説明Explanation of symbols

100 2段ロータリ型膨張機
101 発電機
102 密閉容器
103 シャフト
104 中板
105 第1シリンダ
106 第2シリンダ
109 第1ピストン
110 第2ピストン
104b,104b’,104c,104d,134 連通孔
115b 第1吐出側作動室
116a 第2吸入側作動室
120 膨張機構部

100 Two-stage rotary expander 101 Generator 102 Sealed container 103 Shaft 104 Middle plate 105 First cylinder 106 Second cylinder 109 First piston 110 Second piston 104b, 104b ', 104c, 104d, 134 Communication hole 115b First discharge Side working chamber 116a second suction side working chamber 120 expansion mechanism section

Claims (6)

第1シリンダと、
前記第1シリンダの内外を貫くシャフトと、
前記シャフトに取り付けられ、前記第1シリンダ内で偏心回転する第1ピストンと、
前記シャフトを共有する形で前記第1シリンダと同心状に配置された第2シリンダと、
前記シャフトに取り付けられ、前記第2シリンダ内で偏心回転する第2ピストンと、
前記第1シリンダに形成された第1溝に進退可能に装着され、前記第1シリンダと前記第1ピストンの間の空間を第1吸入側空間と第1吐出側空間とに仕切る第1仕切り部材と、
前記第2シリンダに形成された第2溝に進退可能に装着され、前記第2シリンダと前記第2ピストンの間の空間を第2吸入側空間と第2吐出側空間とに仕切る第2仕切り部材と、
前記第1吐出側空間と前記第2吸入側空間とを連通して1つの作動室を形成する連通孔を有するとともに、前記第1シリンダと前記第2シリンダとを隔てる中板とを備え、
前記第1ピストンの外径をd1、前記第1シリンダの内径をD1と定義したとき、
前記連通孔は、前記第1シリンダ側の開口縁の一部が、前記第1シリンダと第1角度位置で内接する直径がd1以上D1未満の仮想円の一部をなし、前記第1角度位置から前記第1ピストンの回転方向とは反対方向に延びるように、その形状および位置が設定されている、多段ロータリ型流体機械。
A first cylinder;
A shaft penetrating the inside and outside of the first cylinder;
A first piston attached to the shaft and rotating eccentrically in the first cylinder;
A second cylinder disposed concentrically with the first cylinder so as to share the shaft;
A second piston attached to the shaft and rotating eccentrically in the second cylinder;
A first partition member that is movably mounted in a first groove formed in the first cylinder and partitions a space between the first cylinder and the first piston into a first suction side space and a first discharge side space. When,
A second partition member that is movably mounted in a second groove formed in the second cylinder and partitions a space between the second cylinder and the second piston into a second suction side space and a second discharge side space. When,
The first discharge side space and the second suction side space communicate with each other to form a working chamber, and include a middle plate that separates the first cylinder from the second cylinder,
When the outer diameter of the first piston is defined as d 1 and the inner diameter of the first cylinder is defined as D 1 ,
In the communication hole, a part of an opening edge on the first cylinder side forms a part of a virtual circle having a diameter d 1 or more and less than D 1 inscribed in the first cylinder at a first angular position. A multi-stage rotary fluid machine whose shape and position are set so as to extend from an angular position in a direction opposite to the rotation direction of the first piston.
第1シリンダと、
前記第1シリンダの内外を貫くシャフトと、
前記シャフトに取り付けられ、前記第1シリンダ内で偏心回転する第1ピストンと、
前記シャフトを共有する形で前記第1シリンダと同心状に配置された第2シリンダと、
前記シャフトに取り付けられ、前記第2シリンダ内で偏心回転する第2ピストンと、
前記第1シリンダに形成された第1溝に進退可能に装着され、前記第1シリンダと前記第1ピストンの間の空間を第1吸入側空間と第1吐出側空間とに仕切る第1仕切り部材と、
前記第2シリンダに形成された第2溝に進退可能に装着され、前記第2シリンダと前記第2ピストンの間の空間を第2吸入側空間と第2吐出側空間とに仕切る第2仕切り部材と、
前記第1吐出側空間と前記第2吸入側空間とを連通して1つの作動室を形成する連通孔を有するとともに、前記第1シリンダと前記第2シリンダとを隔てる中板とを備え、
前記シャフトの回転軸に平行な方向において、前記連通孔は、前記第1シリンダ側の開口縁の一部が、前記第1シリンダの内周面に沿うように、その形状および位置が設定されている、多段ロータリ型流体機械。
A first cylinder;
A shaft penetrating the inside and outside of the first cylinder;
A first piston attached to the shaft and rotating eccentrically in the first cylinder;
A second cylinder disposed concentrically with the first cylinder so as to share the shaft;
A second piston attached to the shaft and rotating eccentrically in the second cylinder;
A first partition member that is movably mounted in a first groove formed in the first cylinder and partitions a space between the first cylinder and the first piston into a first suction side space and a first discharge side space. When,
A second partition member that is movably mounted in a second groove formed in the second cylinder and partitions a space between the second cylinder and the second piston into a second suction side space and a second discharge side space. When,
The first discharge side space and the second suction side space communicate with each other to form a working chamber, and include an intermediate plate that separates the first cylinder and the second cylinder;
In the direction parallel to the rotation axis of the shaft, the communication hole is set in shape and position so that a part of the opening edge on the first cylinder side is along the inner peripheral surface of the first cylinder. Multistage rotary fluid machine.
前記第1シリンダと前記第2シリンダとは、それらの内径D1とD2が等しく設定されるとともに同心状の配置となっている、請求項1または請求項2記載の多段ロータリ型流体機械。 3. The multistage rotary fluid machine according to claim 1, wherein the first cylinder and the second cylinder are concentrically arranged with their inner diameters D 1 and D 2 set equal. 前記第1仕切り部材と前記第2仕切り部材とは、前記シャフトの回転軸周りにおいて互いに所定角度ずれた配置となっており、
前記第1仕切り部材と前記第2仕切り部材とによって挟まれた角度領域内において、前記第1シリンダから前記第2シリンダに向かって延びるように、前記中板に前記連通孔が形成されている、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の多段ロータリ型流体機械。
The first partition member and the second partition member are arranged at a predetermined angle around the rotation axis of the shaft,
The communication hole is formed in the intermediate plate so as to extend from the first cylinder toward the second cylinder in an angular region sandwiched between the first partition member and the second partition member. The multistage rotary fluid machine according to any one of claims 1 to 3.
前記連通孔は、前記第1シリンダ側の開口縁が、前記第1仕切り部材の可動域に沿うように、その形状および位置が設定されている、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の多段ロータリ型流体機械。   4. The shape and position of the communication hole are set so that an opening edge on the first cylinder side is along a movable range of the first partition member. 5. A multi-stage rotary fluid machine according to claim 1. 前記連通孔は、前記第2シリンダ側の開口縁が、前記第2シリンダの内周面および前記第2仕切り部材の可動域に沿うように、その形状および位置が設定されている、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の多段ロータリ型流体機械。   The shape and position of the communication hole are set such that an opening edge on the second cylinder side is along an inner peripheral surface of the second cylinder and a movable range of the second partition member. The multistage rotary fluid machine according to any one of claims 3 to 3.
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