JP2008208758A - 容積型膨張機、膨張機一体型圧縮機、および冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】冷凍サイクル装置9は、圧縮機構1および膨張機構3を有する膨張機一体型圧縮機10を備えている。圧縮機構1と放熱器2と膨張機構3と蒸発器4とは、主冷媒回路80を形成している。膨張機構3には、第1インジェクションポート72と、第2インジェクションポート76とが形成されている。第2インジェクションポート76は、第1インジェクションポート72と異なるタイミングで冷媒をインジェクションさせる。第1インジェクション通路81は第1インジェクションポート72に接続され、第2インジェクション通路82は第2インジェクションポート76に接続されている。
【選択図】図5
Description
図1および図5に示すように、本実施形態は、膨張機一体型圧縮機10の膨張機構(容積型膨張機)3に第1および第2のインジェクションポート72,76を設けるとともに、それら第1および第2のインジェクションポート72,76に、互いに並列に配置された第1および第2のインジェクション通路81,82をそれぞれ接続したものである。
図1に示すように、本実施形態に係る膨張機一体型圧縮機10は、密閉容器11と、密閉容器11内の上側に配置されたスクロール式の圧縮機構1と、密閉容器11内の下側に配置されたロータリ式の膨張機構3とを備えている。圧縮機構1と膨張機構3との間には、回転子6aおよび固定子6bを備えた回転電動機6が配置されている。これら圧縮機構1と回転電動機6の回転子6aと膨張機構3とは、回転軸7によって連結されている。
圧縮機構1は、固定スクロール21と、旋回スクロール22と、オルダムリング23と、軸受部材24と、マフラー25とを備えている。密閉容器11には、吸入管26と、吐出管27とが接続されている。旋回スクロール22は、回転軸7の偏心軸7aに嵌合されており、オルダムリング23によって自転運動を拘束されている。旋回スクロール22には渦巻形状のラップ22aが設けられ、固定スクロール21にも渦巻形状のラップ21aが設けられている。これらラップ22aとラップ21aとは、互いに噛み合うことにより、横断面が三日月形状の作動室28を形成している。
膨張機構3は、第1シリンダ41と、第1シリンダ41よりも厚みのある第2シリンダ42と、これらのシリンダ41,42を仕切る中板43とを備えている。第1シリンダ41と第2シリンダ42とは、いずれも円筒状に形成されており、互いの中心が一致するように上下に一直線状に配置されている。
図5に示すように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置9は、膨張機一体型圧縮機10とともに、放熱器(ガスクーラ)2と蒸発器4とを備えている。冷凍サイクル装置9は、膨張機一体型圧縮機10の圧縮機構1と、放熱器2と、膨張機一体型圧縮機10の膨張機構3と、蒸発器4とが順に環状に接続されてなる主冷媒回路80を備えている。また、冷凍サイクル装置9は、第1インジェクション通路81と、第2インジェクション通路82と、バイパス通路83とを備えている。
次に、図6〜図8を参照しながら、膨張機一体型圧縮機10の膨張機構3の動作を説明する。図6〜図8には、回転軸7の回転角θが45°ごとのピストン44,45の状態が示されている。ここでは、第1シリンダ41と第1ピストン44との接点が第1ベーン46と接触する位置をいわゆる上死点(θ=0°)とし、回転軸7の回転方向である時計回り方向を回転角θの正の方向として表示する。膨張機構3は、回転軸7が3回転する間に、吸入過程から吐出過程までの1サイクルを行う。このため、図6〜図8では、回転角θを、整数n(n=0、1、2)を用いて表現している。
始めに、インジェクションを行わない運転(=非インジェクション運転)について説明する。非インジェクション運転においては、第1インジェクション通路81の第1流量調整弁91が全閉状態に設定されるとともに、第2インジェクション通路82の第2流量調整弁92も全閉状態に設定される。
次に、第1インジェクション通路81から冷媒をインジェクションさせ、第2インジェクション通路82から冷媒をインジェクションさせない運転(=第1インジェクション運転)について説明する。この第1インジェクション運転では、第1インジェクション通路81の第1流量調整弁91は全閉以外の所定開度に制御され、第2インジェクション通路82の第2流量調整弁92は全閉状態に設定される。
次に、第2インジェクション通路82から冷媒をインジェクションさせる運転(=第2インジェクション運転)について説明する。なお、第2インジェクション運転では、第2インジェクション通路82とともに第1インジェクション通路81から冷媒をインジェクションさせることも可能であるが、以下の説明では、第2インジェクション通路82から冷媒をインジェクションさせ、第1インジェクション通路81からは冷媒をインジェクションさせないこととする。したがって、この第2インジェクション運転では、第1インジェクション通路81の第1流量調整弁91は全閉状態に設定され、第2インジェクション通路82の第2流量調整弁92は全閉以外の所定開度に制御される。
バイパス運転は、放熱器2から流れてきた冷媒の一部を、膨張機構3を通過させずにバイパスさせる運転である。バイパス運転では、開閉弁93が開かれ、冷媒の一部が膨張機構3を通過せずに開閉弁93を通過し、開閉弁93で減圧されてから蒸発器4に供給される。
図9は、各運転における回転軸7の回転角θと各過程との関係を示している。前述したように、非インジェクション運転においては、吸入過程、膨張過程、および吐出過程がこの順に行われる。一方、第1インジェクション運転および第2インジェクション運転においては、第1吸入過程、第1膨張過程、第2吸入過程、第2膨張過程、および吐出過程がこの順に行われる。
以上のように、本実施形態によれば、膨張機一体型圧縮機10の膨張機構3は複数のインジェクションポート72,76を備えており、これらインジェクションポート72,76には、流量調整弁91,92を有するインジェクション通路81,82がそれぞれ接続されている。そのため、運転条件に応じて、利用するインジェクション通路81,82を適宜切り換えることによって、広い運転範囲に渡って膨張機構3のエネルギー回収効率を高く維持することが可能となる。すなわち、上述したように、運転範囲Wを複数の運転範囲W1,W2に区切り、それぞれの運転範囲W1,W2においてエネルギー回収効率を高めることができるので、全運転範囲Wに渡ってエネルギー回収効率を高く維持することが可能となる。
図12に示すように、実施形態2は、第1インジェクション通路81と第2インジェクション通路82とが互いに直列に配置されているものである。
前記実施形態では、本発明に係る容積型膨張機が膨張機一体型圧縮機10の膨張機構3を構成するものであったが、本発明に係る容積型膨張機は、膨張機一体型圧縮機10に組み込まれたものに限定されない。本発明に係る容積型膨張機は、単体で用いられるものであってもよい。
前記各実施形態では、インジェクションポート72,76は上側端板50に形成され、作動室55aまたは55bに向かって第1シリンダ41の軸方向に沿って開口していた。しかし、インジェクションポート72,76は上側端板50以外の部分に形成されていてもよい。また、インジェクションポート72,76の開口方向は、第1シリンダ41の軸方向と平行な方向でなくてもよい。例えば、第1流路73および第1インジェクションポート72が第1シリンダ41に形成され、第1インジェクションポート72が第1シリンダ41の内周面において半径方向内向きに開口していてもよい。また、第2流路77および第2インジェクションポート76が第1シリンダ41に形成され、第2インジェクションポート76が第1シリンダ41の内周面において半径方向内向きに開口していてもよい。
2 放熱器
3 膨張機構(容積型膨張機)
4 蒸発器
7 回転軸
9 冷凍サイクル装置
10 膨張機一体型圧縮機
41 第1シリンダ
42 第2シリンダ
43 中板(第2閉塞部材)
43a 連通孔
44 第1ピストン
45 第2ピストン
50 上側端板(第1閉塞部材)
51 下側端板(第3閉塞部材)
51a 吐出ポート
55a,55b,56a,56b 作動室(作動流体室)
71 吸入ポート
72 第1インジェクションポート
76 第2インジェクションポート
80 主冷媒回路
81 第1インジェクション通路
82 第2インジェクション通路
82a 第1吸入弁(逆止弁)
82b 第2吸入弁(逆止弁)
91 第1流量調整弁(開度調整自在な弁)
92 第2流量調整弁(開度調整自在な弁)
Claims (11)
- 作動流体を吸入する吸入ポートと、
前記吸入ポートから吸入された作動流体を、容積が変化することによって膨張させる作動流体室と、
前記作動流体室で膨張した作動流体を吐出する吐出ポートと、
それぞれ前記作動流体室につながり、前記作動流体室における作動流体の膨張過程の異なるタイミングで前記作動流体室に作動流体をインジェクションさせる複数のインジェクションポートと、
を備えた容積型膨張機。 - 請求項1に記載の容積型膨張機において、
前記各インジェクションポートからの作動流体の逆流を防止する逆止弁を備えている容積型膨張機。 - 請求項1に記載の容積型膨張機において、
第1シリンダと、
前記第1シリンダの一端側を閉塞する第1閉塞部材と、
前記第1シリンダの他端側を閉塞する第2閉塞部材と、
前記第2閉塞部材によって一端側が閉塞された第2シリンダと、
前記第2シリンダの他端側を閉塞する第3閉塞部材と、
前記第1シリンダ内に配置され、前記第1閉塞部材および前記第2閉塞部材とともに前記第1シリンダ内に第1作動室を区画し、前記第1シリンダ内で偏心回転運動を行う第1ピストンと、
前記第2シリンダ内に配置され、前記第2閉塞部材および前記第3閉塞部材とともに前記第2シリンダ内に第2作動室を区画し、前記第2シリンダ内で偏心回転運動を行う第2ピストンと、を備え、
前記第2閉塞部材には、前記第1作動室と前記第2作動室とを連通させる連通孔が形成され、
前記作動流体室は、前記第1作動室と前記連通孔と前記第2作動室とによって構成され、
前記吸入ポートは、前記第1作動室に連通し、
前記吐出ポートは、前記第2作動室に連通し、
前記各インジェクションポートは、前記第1作動室に連通している容積型膨張機。 - 請求項3に記載の容積型膨張機において、
前記各インジェクションポートは、前記第1閉塞部材または前記第2閉塞部材に形成され、前記第1作動室に向かって前記第1シリンダの軸方向に沿って開口している容積型膨張機。 - 請求項1〜4のいずれか一つに記載の容積型膨張機からなる膨張機構と、
作動流体を圧縮する圧縮機構と、
前記膨張機構と前記圧縮機構とを連結する回転軸と、
を備えた膨張機一体型圧縮機。 - 圧縮機と、放熱器と、請求項1〜4のいずれか一つに記載の容積型膨張機と、蒸発器とが順に環状に接続されてなる主冷媒回路と、
前記主冷媒回路における前記放熱器と前記容積型膨張機との間の冷媒を前記複数のインジェクションポートの各々に導く複数のインジェクション通路と、
前記各インジェクション通路に設けられた開度調整自在な弁と、
を備えた冷凍サイクル装置。 - 請求項5に記載の膨張機一体型圧縮機を備えた冷凍サイクル装置であって、
前記圧縮機構と、放熱器と、前記膨張機構と、蒸発器とが順に環状に接続されてなる主冷媒回路と、
前記主冷媒回路における前記放熱器と前記膨張機構との間の冷媒を前記複数のインジェクションポートの各々に導く複数のインジェクション通路と、
前記各インジェクション通路に設けられた開度調整自在な弁と、
を備えている冷凍サイクル装置。 - 請求項6または7に記載の冷凍サイクル装置において、
前記弁は、開度調整自在な電磁弁である冷凍サイクル装置。 - 請求項6〜8のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置において、
前記複数のインジェクションポートには、第1インジェクションポートと、第2インジェクションポートとが含まれ、
前記インジェクション通路には、
開度調整自在な第1の弁を有し、前記第1インジェクションポートに接続された第1インジェクション通路と、
開度調整自在な第2の弁を有し、前記第2インジェクションポートに接続された第2インジェクション通路とが含まれ、
前記第1インジェクション通路と前記第2インジェクション通路とは、互いに並列に配置されている冷凍サイクル装置。 - 請求項6〜8のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置において、
前記複数のインジェクションポートには、第1インジェクションポートと、第2インジェクションポートとが含まれ、
前記インジェクション通路には、
開度調整自在な第1の弁を有し、前記第1インジェクションポートに接続された第1インジェクション通路と、
開度調整自在な第2の弁を有し、前記第2インジェクションポートに接続された第2インジェクション通路とが含まれ、
前記第1インジェクション通路と前記第2インジェクション通路とは、互いに直列に配置されている冷凍サイクル装置。 - 請求項6〜10のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置において、
前記冷媒は、二酸化炭素である冷凍サイクル装置。
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