JP2009270529A - Positive displacement fluid machine - Google Patents

Positive displacement fluid machine Download PDF

Info

Publication number
JP2009270529A
JP2009270529A JP2008123413A JP2008123413A JP2009270529A JP 2009270529 A JP2009270529 A JP 2009270529A JP 2008123413 A JP2008123413 A JP 2008123413A JP 2008123413 A JP2008123413 A JP 2008123413A JP 2009270529 A JP2009270529 A JP 2009270529A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
scroll
crankshaft
expander
pressure
positive displacement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2008123413A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirokatsu Kosokabe
弘勝 香曽我部
Mutsunori Matsunaga
睦憲 松永
Kenji Tojo
健司 東條
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.)
Hitachi Appliances Inc
Original Assignee
Hitachi Appliances Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Appliances Inc filed Critical Hitachi Appliances Inc
Priority to JP2008123413A priority Critical patent/JP2009270529A/en
Publication of JP2009270529A publication Critical patent/JP2009270529A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive displacement fluid machine improving energy efficiency of refrigeration cycle by reducing mechanical loss and internal leak of an expander and an auxiliary compressor with a simple structure having good assemblability. <P>SOLUTION: This positive displacement fluid machine is provided with a lubricating oil supply mechanism keeping communication between a turning scroll back surface space of a scroll expander and a roller inner space of a rotary auxiliary compressor and making lubricating oil flow to a back pressure space from an oil supply passage of a crankshaft through a bearing part, and a back pressure adjusting mechanism adjusting back pressure to a prescribed pressure between the back pressure space and a suction space of the rotary auxiliary compressor. A seal member is installed at a roller end surface part. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、容積形流体機械に係り、特に冷凍サイクル装置のエネルギ効率である成績係数(COP)向上のために、膨張過程の流体エネルギを動力回収するスクロール膨張機を備えた容積形流体機械に関するものである。   The present invention relates to a positive displacement fluid machine, and more particularly, to a positive displacement fluid machine including a scroll expander that recovers fluid energy in an expansion process in order to improve a coefficient of performance (COP) that is energy efficiency of a refrigeration cycle apparatus. Is.

従来、スクロール膨張機を備えた容積形流体機械として、特開2007−332819号公報(特許文献1)に示されたものがある。この容積形流体機械は、膨張機部と圧縮機部を一つの密閉容器内に収納し、膨張機部に流入する作動流体を膨張させて膨張機を動させ、その駆動力によりクランク軸を介して圧縮機部を動作させるものである。 Conventionally, as a positive displacement fluid machine equipped with a scroll expander, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-332819 (Patent Document 1). In this positive displacement fluid machine, an expander unit and a compressor unit are housed in a single sealed container, the working fluid flowing into the expander unit is expanded to move the expander, and the driving force causes the crankshaft to pass through the crankshaft. To operate the compressor section.

ここで、膨張機部は、それぞれ端板に渦巻き状のラップが直立して形成され、互いに噛み合って複数の作動室を形成する固定スクロール及び旋回スクロールとから成り、固定スクロールの中央部に開口する流体の流入口と、固定スクロールの外周部に開口する流体の流出口と、旋回スクロールと連結する第1の偏心軸部を備えたスクロール式膨張機である。圧縮機部は、シリンダと、このシリンダの両端開口部を閉塞する端板と、シリンダの内部で偏心回転する円筒状のローラと、このローラの外周面に接してシリンダとローラと端板とにより形成される空間を仕切るベーン部と、このベーン部を付勢してローラに押し付けるばねと、ローラに連結する第2の偏心軸部を備えたロータリ式圧縮機からなる。   Here, each of the expander units is composed of a fixed scroll and a orbiting scroll, each of which has a spiral wrap formed upright on an end plate, and meshes with each other to form a plurality of working chambers, and opens at the center of the fixed scroll. This is a scroll expander including a fluid inlet, a fluid outlet opening at the outer periphery of the fixed scroll, and a first eccentric shaft connected to the orbiting scroll. The compressor section includes a cylinder, an end plate that closes the opening at both ends of the cylinder, a cylindrical roller that rotates eccentrically inside the cylinder, and a cylinder, a roller, and an end plate that are in contact with the outer peripheral surface of the roller. The rotary compressor includes a vane portion that partitions the space to be formed, a spring that urges the vane portion to press it against the roller, and a second eccentric shaft portion that is coupled to the roller.

ここで、膨張機部の流入口に連通する作動室は、その容積が最大のとき最も冷媒による径方向の力が有効に働くことになる。一方、圧縮機部は起動時にシリンダ内でベーンにより仕切られた吸入口側の作動室よりも吐出室側の作動室の方が低圧となり、圧力差により吸入口側の作動室が最大容積となる位置までローラを移動させる回転トルクが発生する。これにより、圧縮機部のベーンが最もシリンダ内に突き出した状態(下死点)の時に、膨張機部の流入口に連通する作動室の容積が最大となるように旋回スクロールの回転位置を設定することにより、起動時に膨張機部と圧縮機部とから発生する起動トルクをほぼ最大限取り出すことができるため、補助モータを用いなくても容積形流体機械の安定した起動を実現することが可能になっている。   Here, in the working chamber communicating with the inlet of the expander unit, the radial force due to the refrigerant works most effectively when the volume is maximum. On the other hand, the compressor section has a lower pressure in the working chamber on the discharge chamber side than the working chamber on the discharge port side partitioned by vanes in the cylinder at startup, and the working chamber on the suction port side has the maximum volume due to the pressure difference. A rotational torque is generated that moves the roller to the position. As a result, the rotation position of the orbiting scroll is set so that the volume of the working chamber communicating with the inlet of the expander section is maximized when the vane of the compressor section protrudes most into the cylinder (bottom dead center). As a result, it is possible to obtain the maximum starting torque generated from the expander unit and the compressor unit at the time of startup, so that it is possible to realize a stable startup of the positive displacement fluid machine without using an auxiliary motor. It has become.

特開2007−332819号公報JP 2007-332819 A

上述した特許文献1の容積形流体機械においては、補助モータなどの起動手段を特段設ける必要がないため、機器のコスト低下に寄与することができるとしているが、以下のような改善の余地がある。   In the positive displacement fluid machine of Patent Document 1 described above, since it is not necessary to particularly provide a starting means such as an auxiliary motor, it can contribute to the cost reduction of the device, but there is room for improvement as follows. .

容積形流体機械では、作動室を構成する部材間の隙間で発生する作動流体の内部漏れと各部材摺動部における機械摩擦損失が容積形流体機械の効率に大きく影響するが、内部漏れと機械摩擦損失を低減するために不可欠となる摺動部の潤滑については何ら言及されていない。また、特許文献1の図1より、二つの容積形機械、膨張機部1と圧縮機部3を一つのクランクシャフト21で連結しているが、クランクシャフト21には膨張機偏心軸21aと圧縮機偏心軸21bの二つの偏心部が存在し、フレーム11部の軸外径より外側に出ているため図示された状態ではフレーム11を組み立てることが困難である。フレーム11が半割り状の分割構造であれば組立て可能であるが、コスト上昇の問題がある。また、二つの偏心質量が作用するクランクシャフト21の回転バランスについても特に考慮されていない。   In positive displacement fluid machines, the internal leakage of working fluid that occurs in the gaps between the members that make up the working chamber and the mechanical friction loss at the sliding parts of each member greatly affect the efficiency of the positive displacement fluid machine. No mention is made of the lubrication of the sliding part, which is indispensable for reducing the friction loss. Further, from FIG. 1 of Patent Document 1, two positive displacement machines, an expander unit 1 and a compressor unit 3 are connected by a single crankshaft 21, and the crankshaft 21 has an expander eccentric shaft 21 a and a compression unit. Since there are two eccentric parts of the machine eccentric shaft 21b and protrudes outside the shaft outer diameter of the frame 11 part, it is difficult to assemble the frame 11 in the illustrated state. Although the frame 11 can be assembled if it is a half-divided structure, there is a problem of an increase in cost. Further, the rotational balance of the crankshaft 21 on which two eccentric masses act is not particularly taken into consideration.

また、膨張機部1の旋回スクロール7の背面と圧縮機部3の内部圧力に差があるため、クランクシャフト21に軸方向のある力が加わり、クランクシャフト21とその軸受に機械磨耗損失が生じ、容積形流体機械の効率に大きく影響する。   Further, since there is a difference between the back surface of the orbiting scroll 7 of the expander unit 1 and the internal pressure of the compressor unit 3, a certain axial force is applied to the crankshaft 21, and mechanical wear loss occurs in the crankshaft 21 and its bearings. This greatly affects the efficiency of positive displacement fluid machinery.

このように、特許文献1の容積形流体機械においては、膨張機部1と圧縮機部3における各摺動部の潤滑・シール性、及びクランクシャフト21とその軸受に機械磨耗損失について考慮されておらず、組立てが困難であるという課題もあり、容積形流体機械を実用化する上での問題が残されていた。この為、小型・低コストで高効率の容積形流体機械を実現することができなかった。   Thus, in the positive displacement fluid machine of Patent Document 1, the lubrication / sealability of each sliding part in the expander part 1 and the compressor part 3 and the mechanical wear loss in the crankshaft 21 and its bearings are taken into consideration. In addition, there is a problem that it is difficult to assemble, and there remains a problem in putting the positive displacement fluid machine into practical use. For this reason, it has not been possible to realize a small-sized, low-cost, high-efficiency positive displacement fluid machine.

本発明の目的は、組立てが簡単な構造で、膨張機と副圧縮機の内部漏れと機械摩擦損失を低減して、冷凍サイクル装置のエネルギ効率の向上を図った容積形流体機械を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a positive displacement fluid machine that is easy to assemble, reduces internal leakage and mechanical friction loss of an expander and a sub compressor, and improves energy efficiency of a refrigeration cycle apparatus. It is in.

本発明の別の目的は、組立てが簡単な構造で、膨張機と副圧縮機の各摺動部の潤滑とシール性を良好に保持して高信頼性と冷凍サイクルのエネルギ効率の向上を図った容積形流体機械を提供することにある。   Another object of the present invention is to improve the reliability and energy efficiency of the refrigeration cycle by maintaining a good lubrication and sealing performance of the sliding parts of the expander and sub-compressor with a structure that is easy to assemble. Another object of the present invention is to provide a positive displacement fluid machine.

前述の目的を達成するために、本発明は、密閉容器内にスクロール式膨張機とロータリ式副圧縮機を積層状に配置し、両者を二つの偏心部を有するクランク軸を介して連結し、前記膨張機で流体を膨張させ、前記副圧縮機を駆動させる容積形流体機械において、前記スクロール式膨張機は、固定スクロールと旋回スクロールとを互いに噛み合わせて作動室を形成する膨張部と、前記固定スクロールを固定すると共にこの固定スクロールとの間に前記旋回スクロールを挟持するフレームとを備え、前記旋回スクロールの中央部に位置する旋回軸受に前記クランク軸の一方の偏心部が回転自在に嵌合して構成され、前記ロータリ式副圧縮機は、前記クランク軸の他方の偏心部に回転自在に嵌合されたローラと、前記ローラに先端を接して往復運動し、シリンダ内を吸入室と圧縮室に仕切るベーン、及び前記クランク軸を軸支し、かつ前記シリンダの両端開口を閉塞する端板から構成され、前記クランク軸は、前記スクロール式膨張機を構成する旋回スクロールの背面空間に潤滑油を供給する給油経路を備え、前記旋回スクロールの背面空間及びロータリ式副圧縮機を構成するローラの内側空間の圧力を高圧(吐出圧力)と低圧(吸込圧力)の中間の圧力に保持したことを特徴とする。   In order to achieve the above-mentioned object, the present invention arranges a scroll expander and a rotary subcompressor in a closed container in a laminated form, and connects both via a crankshaft having two eccentric parts, In the positive displacement fluid machine that expands the fluid with the expander and drives the sub-compressor, the scroll expander includes an expansion portion that meshes a fixed scroll and a orbiting scroll to form a working chamber; and A fixed scroll, and a frame for sandwiching the orbiting scroll between the fixed scroll and one of the eccentric portions of the crankshaft is rotatably fitted to an orbiting bearing located at the center of the orbiting scroll. The rotary sub-compressor comprises a roller rotatably fitted to the other eccentric portion of the crankshaft, and a reciprocating motion with the tip in contact with the roller. And a vane that partitions the inside of the cylinder into a suction chamber and a compression chamber, and an end plate that pivotally supports the crankshaft and closes both end openings of the cylinder, and the crankshaft constitutes the scroll expander An oil supply path for supplying lubricating oil to the back space of the orbiting scroll is provided, and the pressure in the back space of the orbiting scroll and the inner space of the rollers constituting the rotary sub-compressor is set to high pressure (discharge pressure) and low pressure (suction pressure). It is characterized by being maintained at an intermediate pressure.

また、前述の別の目的を達成するために、本発明は、密閉容器内にスクロール式膨張機とロータリ式副圧縮機を積層状に配置し、両者を二つの偏心部を有するクランク軸を介して連結し、前記膨張機で流体を膨張させ、前記副圧縮機を駆動させる容積形流体機械において、前記スクロール式膨張機は、固定スクロールと旋回スクロールとを互いに噛み合わせて作動室を形成する膨張部と、前記固定スクロールを固定すると共にこの固定スクロールとの間に前記旋回スクロールを挟持するフレームとを備え、前記旋回スクロールの中央部に位置する旋回軸受に前記クランク軸の一方の偏心部が回転自在に嵌合して構成され、前記ロータリ式副圧縮機は、前記クランク軸の他方の偏心部に回転自在に嵌合されたローラと、前記ローラに先端を接して往復運動し、シリンダ内を吸入室と圧縮室に仕切るベーン、及び前記クランク軸を軸支し、かつ前記シリンダの両端開口を閉塞する端板から構成され、前記クランク軸は、前記スクロール式膨張機を構成する旋回スクロールの背面空間に潤滑油を供給する給油経路を備え、前記旋回スクロールの背面空間と前記ロータリ式副圧縮機を構成するローラ内側空間を連通し、クランク軸の給油通路から旋回軸受部を介してこの背面空間に潤滑油を流入させる潤滑油供給機構と、この背面空間とロータリ副圧縮機の吸込空間との間に背面空間を所定圧力に設定する背圧調整機構を設けたことを特徴とする。   In order to achieve the above-mentioned another object, the present invention arranges a scroll-type expander and a rotary sub-compressor in a closed container in a stacked manner, and both are disposed via a crankshaft having two eccentric portions. In the positive displacement fluid machine in which the fluid is expanded by the expander and the sub-compressor is driven, the scroll expander is an expansion that meshes the fixed scroll and the orbiting scroll to form a working chamber. And a frame for fixing the fixed scroll and sandwiching the orbiting scroll between the fixed scroll and one eccentric portion of the crankshaft rotating on the orbiting bearing located at the center of the orbiting scroll The rotary sub-compressor is configured to be freely fitted, and a roller that is rotatably fitted to the other eccentric portion of the crankshaft and a tip of the roller are in contact with each other. The scroll expander includes a vane that reciprocates and partitions the inside of the cylinder into a suction chamber and a compression chamber, and an end plate that pivotally supports the crankshaft and closes both end openings of the cylinder. An oil supply path for supplying lubricating oil to the back space of the orbiting scroll, and the back space of the orbiting scroll and the inner space of the roller constituting the rotary subcompressor communicate with each other, and the orbiting bearing from the oil supply passage of the crankshaft. A lubricating oil supply mechanism that allows lubricating oil to flow into the back space through the section, and a back pressure adjustment mechanism that sets the back space to a predetermined pressure between the back space and the suction space of the rotary sub compressor It is characterized by.

また、前記ロータリ式副圧縮機を構成するローラの端面部にシール部材を配設したことを特徴とする。また、前記クランク軸の両端部に位置する前記旋回軸受と下軸受をすべり軸受とし、両軸受の直径を略同一としたことを特徴とする。また、前記クランク軸の主軸受、及びローラ内側軸受を転がり軸受としたことを特徴とする。また、前記流体として二酸化炭素を冷媒として冷凍サイクルに接続されたことを特徴とする。   Further, a seal member is disposed on an end surface portion of a roller constituting the rotary subcompressor. The slewing bearing and the lower bearing located at both ends of the crankshaft are slide bearings, and the diameters of both bearings are substantially the same. Further, the main bearing of the crankshaft and the roller inner bearing are rolling bearings. The fluid may be connected to a refrigeration cycle using carbon dioxide as a refrigerant.

本発明によれば、スクロール式膨張機を構成する旋回スクロールの背面空間及びロータリ式副圧縮機を構成するローラの内側空間の圧力を高圧(吐出圧力)と低圧(吸込圧力)の中間の圧力に保持することにより、簡単な構造で、膨張機の旋回スクロールに作用する軸方向力が相殺されるため機械摩擦損失が低減され膨張機効率を向上できると共に、副圧縮機の内部漏れの駆動力となる圧力差を減少して圧縮機効率を向上させ、冷凍サイクル装置のエネルギ効率の向上を図ることができる。   According to the present invention, the pressure in the back space of the orbiting scroll constituting the scroll expander and the inner space of the roller constituting the rotary subcompressor is set to a pressure intermediate between the high pressure (discharge pressure) and the low pressure (suction pressure). By holding, the axial force acting on the orbiting scroll of the expander is canceled out with a simple structure, so that mechanical friction loss is reduced and the expander efficiency can be improved. Thus, it is possible to improve the compressor efficiency by reducing the pressure difference, and to improve the energy efficiency of the refrigeration cycle apparatus.

また、本発明によれば、スクロール式膨張機を構成する旋回スクロールの背面空間とロータリ式副圧縮機を構成するローラ内側空間を連通し、クランク軸の給油通路から軸受部を介してこの空間に潤滑油を流入させる潤滑油供給機構と、この空間とロータリ副圧縮機の吸込空間との間に空間の圧力が所定圧力となるように調整する背圧調整機構を設けることにより、簡単な構造で、膨張機と副圧縮機の摺動部の潤滑を良好に保持して高信頼性を確保し、冷凍サイクル装置のエネルギ効率の向上を図ることができる。   Further, according to the present invention, the back space of the orbiting scroll constituting the scroll expander and the roller inner space constituting the rotary subcompressor communicate with each other, and the space from the oil supply passage of the crankshaft to the space via the bearing portion. By providing a lubricating oil supply mechanism for injecting lubricating oil and a back pressure adjusting mechanism for adjusting the pressure of the space to a predetermined pressure between this space and the suction space of the rotary sub-compressor, the structure is simple. The lubrication of the sliding parts of the expander and the sub-compressor can be satisfactorily maintained to ensure high reliability, and the energy efficiency of the refrigeration cycle apparatus can be improved.

以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明の実施例1に関わる容積形流体機械4を備えた冷凍サイクル構成図である。図2は同じく容積形流体機械の縦断面図、図3は図2のA−A断面図、図4は図2のB−B断面図である。図1から図4において、容積形流体機械4は冷凍サイクルにおける作動流体の膨張エネルギを機械エネルギに変換する膨張機4bと、この変換された機械エネルギにより仕事をする副圧縮機4cから構成され、膨張機4bと副圧縮機4cは密閉容器4a内に積層して配置され、一つのクランク軸4dを介して両者連結して収納されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle provided with a positive displacement fluid machine 4 according to Embodiment 1 of the present invention. 2 is a longitudinal sectional view of the positive displacement fluid machine, FIG. 3 is a sectional view taken along line AA in FIG. 2, and FIG. 4 is a sectional view taken along line BB in FIG. 1 to 4, the positive displacement fluid machine 4 includes an expander 4b that converts the expansion energy of the working fluid in the refrigeration cycle into mechanical energy, and a sub-compressor 4c that performs work by the converted mechanical energy. The expander 4b and the sub-compressor 4c are stacked in the hermetic container 4a, and are housed by being connected to each other via a single crankshaft 4d.

本発明の実施例1の冷凍サイクル装置1は、膨張機4bを放熱器3と蒸発器5の間に備え、2はこの冷凍サイクル装置1の主圧縮機(密閉容器2aに収納された記号MCで表された主圧縮機構2bと記号Mで表された駆動モータ2cからなる。2dはその吸入パイプ、2eは吐出パイプである。)、3は放熱器、6は膨張機4bをバイパスする膨張弁である。   The refrigeration cycle apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention includes an expander 4b between the radiator 3 and the evaporator 5, and 2 denotes a main compressor of the refrigeration cycle apparatus 1 (symbol MC stored in the sealed container 2a). (2) is a suction pipe, 2e is a discharge pipe, and 3 is a radiator, and 6 is an expansion that bypasses the expander 4b. It is a valve.

冷却運転を例に、作動流体である冷媒の流れを説明する。主圧縮機2の吐出パイプ2dから吐き出された高温・高圧の冷媒は放熱器3に入って冷却され温度低下する。放熱器3から出た冷媒は容積形流体機械4の密閉容器4a上部に配設された膨張機流入パイプ8を通って膨張機4bに入り、ここで膨張動作を行って膨張エネルギを機械エネルギに変換してクランク軸4dを駆動し、膨張機流出パイプ9から低温・低圧の気液二相状態の冷媒となって吐き出される。膨張機4bを出た冷媒は蒸発器5に入って吸熱・ガス化し、容積形流体機械4の副圧縮機4cに副圧縮機吸入パイプ13を通って吸い込まれる。この副圧縮機4c内で昇圧された冷媒は副圧縮機吐出パイプ14から吐き出されて主圧縮機2の吸入パイプ2dを通って主圧縮機2に戻り、再び圧縮されて高温・高圧のガス冷媒となり吐出パイプ2eから再び外部のサイクルに流出するようになっている。   Taking the cooling operation as an example, the flow of the refrigerant that is the working fluid will be described. The high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the discharge pipe 2d of the main compressor 2 enters the radiator 3 and is cooled to lower the temperature. The refrigerant discharged from the radiator 3 enters the expander 4b through the expander inflow pipe 8 disposed in the upper part of the closed container 4a of the positive displacement fluid machine 4, where the expansion operation is performed to convert the expansion energy into mechanical energy. The crankshaft 4d is driven after conversion, and discharged from the expander outflow pipe 9 as a low-temperature, low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant. The refrigerant exiting the expander 4b enters the evaporator 5 to absorb heat and gas, and is sucked into the sub compressor 4c of the positive displacement fluid machine 4 through the sub compressor suction pipe 13. The refrigerant pressurized in the sub-compressor 4c is discharged from the sub-compressor discharge pipe 14, returns to the main compressor 2 through the suction pipe 2d of the main compressor 2, and is compressed again to be a high-temperature / high-pressure gas refrigerant. Then, the discharge pipe 2e flows out to the external cycle again.

なお、主圧縮機2は密閉容器2a内が吐出圧力の雰囲気となる所謂高圧チャンバタイプの圧縮機で、主圧縮機構2bで圧縮された冷媒は密閉容器2a内に吐出され、ここで油とガスが分離される。容積形流体機械4の密閉容器4aと主圧縮機2の密閉容器2a内には、それぞれ潤滑油7が貯留されており、両者の油面レベルは均油管10と均圧管11により一定に保たれている。以上のサイクルが繰り返されて蒸発器5による冷却作用が継続される。本実施例の容積形流体機械4を備えることにより、膨張過程が等エントロピ変化となり冷凍効果が増えて冷凍能力が増加するとともに、膨張過程の流体エネルギを膨張機4bで機械エネルギに変換して副圧縮機4cを駆動することで有効な圧縮仕事の一部を分担することから、主圧縮機2のガス圧縮仕事が低減され冷凍サイクル装置1のCOPを向上することができる。   The main compressor 2 is a so-called high-pressure chamber type compressor in which the inside of the sealed container 2a has a discharge pressure atmosphere, and the refrigerant compressed by the main compression mechanism 2b is discharged into the sealed container 2a, where oil and gas Are separated. Lubricating oil 7 is stored in the sealed container 4a of the positive displacement fluid machine 4 and the sealed container 2a of the main compressor 2, and the oil level of both is kept constant by the oil equalizing pipe 10 and the pressure equalizing pipe 11. ing. The above cycle is repeated and the cooling action by the evaporator 5 is continued. By providing the positive displacement fluid machine 4 of the present embodiment, the expansion process becomes isentropic change, the refrigeration effect is increased and the refrigerating capacity is increased, and the fluid energy in the expansion process is converted into mechanical energy by the expander 4b. Since part of effective compression work is shared by driving the compressor 4c, the gas compression work of the main compressor 2 can be reduced and the COP of the refrigeration cycle apparatus 1 can be improved.

次に、容積形流体機械4のスクロール式膨張機とローリングピストン型ロータリ式副圧縮機の構造及び動作を説明する。密閉容器4a内の上方部に膨張機4bが配設されている。膨張機4bは、固定スクロール20と旋回スクロール21とを主要部品とする膨張機構部22を備えたスクロール式膨張機である。膨張機構部22、上フレーム23、オルダムリング24及びクランク軸25を主な構成要素としている。固定スクロール20は、渦巻形状の固定スクロールラップ20aと、この固定スクロールラップ20aが直立する固定スクロール端板20bとを備えている。固定スクロール端板20bの中心部には流入ポート20cが形成されている。固定スクロール20の上部と密閉容器4aとの間は膨張機流入パイプ8から流入した高圧作動流体の一時貯留空間となり、膨張機流入圧力の変動を緩和するようになっている。   Next, the structure and operation of the scroll expander and the rolling piston type rotary subcompressor of the positive displacement fluid machine 4 will be described. An expander 4b is disposed in the upper part of the sealed container 4a. The expander 4b is a scroll type expander including an expansion mechanism unit 22 having the fixed scroll 20 and the orbiting scroll 21 as main components. The expansion mechanism part 22, the upper frame 23, the Oldham ring 24, and the crankshaft 25 are the main components. The fixed scroll 20 includes a spiral fixed scroll wrap 20a and a fixed scroll end plate 20b on which the fixed scroll wrap 20a stands upright. An inflow port 20c is formed at the center of the fixed scroll end plate 20b. A space between the upper part of the fixed scroll 20 and the sealed container 4a is a temporary storage space for the high-pressure working fluid flowing in from the expander inflow pipe 8 so as to reduce fluctuations in the expander inflow pressure.

旋回スクロール21は、渦巻形状の旋回スクロールラップ21aと、この旋回スクロールラップ21aが直立する旋回スクロール端板21bとを備えている。旋回スクロール端板21bの反旋回スクロールラップ側の中心部には、旋回軸受21cが設けられている。旋回スクロール21は、旋回軸受21cを介して、クランク軸25の上端に位置する偏心部25aに動力伝達して軸を回転駆動する。膨張機構部22は、固定スクロール20と旋回スクロール21とを互いに噛み合わせて形成された作動室を有する。上フレーム23には、固定スクロール20が締付けボルト26により固定され、固定スクロール20と上フレーム23との間には旋回スクロール21が旋回運動可能に挟持されている。オルダムリング24は、旋回スクロール21の自転運動を防止するように旋回スクロール21と上フレーム23との間に設けられている。   The orbiting scroll 21 includes a spiral orbiting scroll wrap 21a and an orbiting scroll end plate 21b on which the orbiting scroll wrap 21a stands upright. An orbiting bearing 21c is provided at the center of the orbiting scroll end plate 21b on the side opposite to the orbiting scroll wrap. The orbiting scroll 21 transmits power to the eccentric portion 25a located at the upper end of the crankshaft 25 via the orbiting bearing 21c to rotate the shaft. The expansion mechanism 22 has a working chamber formed by engaging the fixed scroll 20 and the orbiting scroll 21 with each other. The fixed scroll 20 is fixed to the upper frame 23 by fastening bolts 26, and the orbiting scroll 21 is sandwiched between the fixed scroll 20 and the upper frame 23 so as to be capable of orbiting. The Oldham ring 24 is provided between the orbiting scroll 21 and the upper frame 23 so as to prevent the orbiting scroll 21 from rotating.

一方、副圧縮機4cは、クランク軸25の軸支持を兼ねた下フレーム(端版)28と下軸受(端版)29によりシリンダ30の両端開口部が閉塞されている。シリンダ30の中央部には円筒状内周面31a(偏心部軸受、ローラ内側軸受)が形成されている。クランク軸25には、ローラ31の円筒状内周面31aにあたる部分にもう一方の偏心部25bが形成されており(膨張機4b側のクランク軸偏心部25aと副圧縮機4c側のクランク軸偏心部25bの回転位相は同位相である)、円筒状のローラ31の内周面に装着された偏心部軸受31a内に回転可能に嵌入されている。   On the other hand, in the sub compressor 4 c, both end openings of the cylinder 30 are closed by a lower frame (end plate) 28 that also serves as a shaft support for the crankshaft 25 and a lower bearing (end plate) 29. A cylindrical inner peripheral surface 31 a (eccentric bearing, roller inner bearing) is formed at the center of the cylinder 30. The crankshaft 25 is formed with another eccentric portion 25b at a portion corresponding to the cylindrical inner peripheral surface 31a of the roller 31 (the crankshaft eccentric portion 25a on the expander 4b side and the crankshaft eccentricity on the sub compressor 4c side). The rotational phase of the portion 25b is the same phase), and is rotatably fitted in the eccentric portion bearing 31a mounted on the inner peripheral surface of the cylindrical roller 31.

ローラ31の円筒状外周面には、板状のベーン32がベーンスプリング32aにより押圧され、上下両端面にはシールリング41が装着されている。シリンダ30の円筒状内周面30aの外側には、このベーン32が往復摺動可能なベーン溝30bとベーンスプリング32aが挿入されるスプリング孔部30dが形成されている。このスプリング孔部30dの開口端には、ベーンスプリング32aを取付けたプラグ32bが圧入固定されており、ベーン32の背面空間を形成している。   A plate-like vane 32 is pressed by a vane spring 32a on the cylindrical outer peripheral surface of the roller 31, and seal rings 41 are mounted on both upper and lower end surfaces. On the outside of the cylindrical inner peripheral surface 30a of the cylinder 30, a vane groove 30b in which the vane 32 can reciprocate and a spring hole 30d into which the vane spring 32a is inserted are formed. A plug 32b fitted with a vane spring 32a is press-fitted and fixed to the open end of the spring hole 30d, thereby forming a back space of the vane 32.

また、密閉容器4aに取付けられた副圧縮機吸入パイプ13はシリンダ30の吸入通路30eと接続しており、副圧縮機吸入パイプ13から吸込まれた冷媒ガスは、吸入通路30eを通ってシリンダ30内に入り、クランク軸25の回転によってローラ31がシリンダ30の円筒状内周面30aに沿って偏心回転運動をすることにより移動し、吐出通路30fを通って副圧縮機吐出パイプ14から外部の冷凍サイクルに流出する。   The sub compressor suction pipe 13 attached to the sealed container 4a is connected to the suction passage 30e of the cylinder 30, and the refrigerant gas sucked from the sub compressor suction pipe 13 passes through the suction passage 30e to the cylinder 30. The roller 31 moves by eccentric rotation along the cylindrical inner peripheral surface 30a of the cylinder 30 by the rotation of the crankshaft 25, passes through the discharge passage 30f from the sub compressor discharge pipe 14 to the outside. Outflow to refrigeration cycle.

ベーン32の背面空間と吐出通路30fとは連通穴30gで連通され、ベーン32背面空間の圧力は副圧縮機4cの吐出圧力に保たれる。この内部圧力とベーンスプリング32aのバネ力によりベーン32は常に適正な力でローラ31の外周面に押圧され接触部がシールされている。クランク軸25の上端に位置する偏心部25aの下部にバランスウエイト35が装着され、回転軸系のバランスがとられている。バランスウエイト35の周囲は中心部に主軸受28aを有する下フレーム28の外周部によって囲まれており、膨張機4bの上フレーム23とこの下フレーム28により形成された旋回スクロール21の背面側空間は背圧室27として圧力区画されている。   The back space of the vane 32 and the discharge passage 30f are communicated with each other through a communication hole 30g, and the pressure in the back space of the vane 32 is maintained at the discharge pressure of the sub compressor 4c. Due to the internal pressure and the spring force of the vane spring 32a, the vane 32 is always pressed against the outer peripheral surface of the roller 31 with an appropriate force to seal the contact portion. A balance weight 35 is attached to the lower part of the eccentric part 25a located at the upper end of the crankshaft 25 to balance the rotating shaft system. The periphery of the balance weight 35 is surrounded by the outer periphery of the lower frame 28 having a main bearing 28a at the center, and the space on the back side of the orbiting scroll 21 formed by the upper frame 23 of the expander 4b and the lower frame 28 is A pressure compartment is provided as the back pressure chamber 27.

また、下フレーム28の主軸受28aとローラ31の偏心部軸受31aは、共に円筒状のベアリングからなる転がり軸受で構成されているため、このベアリングの縦方向の隙間を介して背圧室27とローラ31の内側空間とは連通しており、同一の中間圧力となっている。この中間圧力は、高圧(吐出圧力)と低圧(吸込圧力)の中間圧力である。下フレーム28と下軸受29はシリンダ30を間に挟んで締付けボルト33で締結固定されており、34はシリンダの位置決めのためのセットボルトである。   Further, since the main bearing 28a of the lower frame 28 and the eccentric part bearing 31a of the roller 31 are both constituted by rolling bearings formed of cylindrical bearings, the back pressure chamber 27 and The inner space of the roller 31 communicates with the same intermediate pressure. This intermediate pressure is an intermediate pressure between a high pressure (discharge pressure) and a low pressure (suction pressure). The lower frame 28 and the lower bearing 29 are fastened and fixed by fastening bolts 33 with the cylinder 30 interposed therebetween, and 34 is a set bolt for positioning the cylinder.

以上のような構成からなる膨張機4bと副圧縮機4cは、密閉容器4a内に積層状に積み重ねられた状態で組立てボルト(図示せず)によって上フレーム23と下フレーム28が固定され、膨張機4bの上フレーム23外周部で密閉容器4aの内周に嵌合固定されている。密閉容器4aの底部には潤滑油7が貯溜されており、副圧縮機4cのクランク軸25の下端部に給油ピース25dを装着し、クランク軸25内に形成した給油通路25cを通して軸の回転による遠心ポンプ作用で潤滑油が引上げられるとともに、旋回スクロール21の旋回軸受21cと下軸受29は共にすべり軸受で構成され、クランク軸25との軸受隙間を通して密閉容器4a内の圧力と背圧室27内の圧力との差圧によって、常に安定して背圧室27へ潤滑油7を流入させる潤滑油供給経路(潤滑油供給機構)が形成されている。   The expander 4b and sub-compressor 4c having the above-described configuration are expanded when the upper frame 23 and the lower frame 28 are fixed by assembly bolts (not shown) in a state of being stacked in the closed container 4a. The outer periphery of the upper frame 23 of the machine 4b is fitted and fixed to the inner periphery of the sealed container 4a. Lubricating oil 7 is stored at the bottom of the airtight container 4a. An oil supply piece 25d is attached to the lower end of the crankshaft 25 of the sub-compressor 4c, and the shaft rotates through an oil supply passage 25c formed in the crankshaft 25. Lubricating oil is pulled up by the centrifugal pump action, and both the orbiting bearing 21c and the lower bearing 29 of the orbiting scroll 21 are constituted by sliding bearings, and the pressure in the sealed container 4a and the back pressure chamber 27 are passed through the bearing gap with the crankshaft 25. Thus, a lubricating oil supply path (lubricating oil supply mechanism) for allowing the lubricating oil 7 to flow into the back pressure chamber 27 stably and constantly is formed.

ここで、クランク軸25の両端に位置する、旋回スクロール21の旋回軸受21cと下軸受29の二つのすべり軸受は、クランク軸25の直径を略同一としており、両軸受で挟まれる空間は中間圧(背圧)で一定に保たれているため、クランク軸25には軸方向上方の推力が作用せず、クランク軸の上端の偏心部25aと旋回軸受21cの軸方向端面との機械摩擦損失の増加を防止できる。   Here, the two plain bearings 21 c of the orbiting scroll 21 and the lower bearing 29 located at both ends of the crankshaft 25 have substantially the same diameter of the crankshaft 25, and the space between both bearings is an intermediate pressure. (Back pressure) is kept constant, so that the axially upward thrust does not act on the crankshaft 25, and the mechanical friction loss between the eccentric portion 25a at the upper end of the crankshaft and the axial end surface of the slewing bearing 21c is reduced. Increase can be prevented.

係る構成において、外部機器から高圧作動流体が膨張機4bの膨張機流入パイプ8に供給されると、その高圧作動流体は流入ポート20cを通り、固定スクロールラップ20aと旋回スクロールラップ21aとの間に形成された膨張機構部22の作動室に流入される。中心部の作動室内に流入した高圧作動流体は、外周側に形成されている低圧作動室との圧力差により、旋回スクロール21を動作させ、作動室の容積を拡大して膨張される。膨張された作動流体は、外周部の流出ポート20dを通り、膨張機流出パイプ9から密閉容器4aの外に流出される。   In such a configuration, when high-pressure working fluid is supplied from an external device to the expander inflow pipe 8 of the expander 4b, the high-pressure working fluid passes through the inflow port 20c and is between the fixed scroll wrap 20a and the orbiting scroll wrap 21a. It flows into the working chamber of the formed expansion mechanism part 22. The high-pressure working fluid that has flowed into the working chamber in the center is expanded by expanding the volume of the working chamber by operating the orbiting scroll 21 due to a pressure difference with the low-pressure working chamber formed on the outer peripheral side. The expanded working fluid flows out of the hermetic container 4a from the expander outflow pipe 9 through the outflow port 20d in the outer peripheral portion.

この際、旋回スクロール21はオルダムリング24により自転運動を阻止されているため、クランク軸25の偏心部25aにより旋回スクロール21の中心は一定半径の公転運動をすることにより、作動流体の持つ膨張エネルギがクランク軸25の回転と言う機械エネルギに変換される。クランク軸25が回転されることによって、副圧縮機4cが駆動され、クランク軸25の偏心部25bに嵌合されたローラ31がシリンダ30の円筒状内壁面30aに沿って偏心回転運動し作動流体の圧縮作用が行われる。   At this time, since the orbiting scroll 21 is prevented from rotating by the Oldham ring 24, the center of the orbiting scroll 21 revolves with a constant radius by the eccentric portion 25a of the crankshaft 25. Is converted into mechanical energy called rotation of the crankshaft 25. When the crankshaft 25 is rotated, the sub-compressor 4c is driven, and the roller 3 1 fitted to the eccentric portion 25b of the crankshaft 25 is eccentrically rotated along the cylindrical inner wall surface 30a of the cylinder 30 to act on the working fluid. The compression action is performed.

図5は本実施例に関わるローラの要部拡大断面図、図6はローラ端面に装着されるシール部材及び付勢部品の構造図である。シールリング41は4フッ化エチレン樹脂等で形成された円環形状のシール材で合い口部41aを有してローラ31内外の圧力差で直径を拡大し、径方向の隙間に追随するようになっている。付勢部品42は断面L型の円環形状で複数箇所の切り起こし部42aを有し、これによりシールリング41を軸方向に付勢して寸法δだけローラ31の端面から浮上させて、ローラ内外の圧力差が働かない状態でもシールリング41の端面のシール性を確保している。これにより、副圧縮機のローラ端面における漏れを低減して圧縮機効率を向上することができる。   FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the roller according to the present embodiment, and FIG. The seal ring 41 is a ring-shaped sealing material formed of tetrafluoroethylene resin or the like, has a mating portion 41a, expands the diameter due to the pressure difference between the inside and outside of the roller 31, and follows the radial gap. It has become. The biasing component 42 has an annular shape with an L-shaped cross section and has a plurality of cut-and-raised portions 42a. By this, the seal ring 41 is biased in the axial direction to float from the end face of the roller 31 by a dimension δ. The sealing performance of the end face of the seal ring 41 is ensured even when the internal and external pressure differences do not work. Thereby, the leak in the roller end surface of a subcompressor can be reduced, and compressor efficiency can be improved.

次に、膨張機4bの旋回スクロール21の背面空間にあたる背圧室27の圧力制御を行う背圧調整機構について説明する。図7は本実施例に関わる背圧調整機構の要部拡大断面図である。背圧調整機構40は、図2及び図7に示すように、背圧室27に連通するように上フレーム23に形成された背圧導入通路40aと、下フレーム28に形成され背圧導入通路40aを開閉する円形の金属製プレートで形成された弁体40cとこれを保持する弁シート40b、この弁体に押付力を付与する螺旋状の金属製スプリングで形成された弾性部材40dと、弁体40c開放時に背圧室27内の圧力を逃す背圧導出通路40eを備えている。背圧導出通路40eは副圧縮機4cの吸入通路(吸込空間)30e(冷凍サイクルの蒸発器出口の低圧側)に連通している。   Next, a back pressure adjusting mechanism that controls the pressure of the back pressure chamber 27 corresponding to the back space of the orbiting scroll 21 of the expander 4b will be described. FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the back pressure adjusting mechanism according to the present embodiment. 2 and 7, the back pressure adjusting mechanism 40 includes a back pressure introduction passage 40 a formed in the upper frame 23 so as to communicate with the back pressure chamber 27 and a back pressure introduction passage formed in the lower frame 28. A valve body 40c formed of a circular metal plate that opens and closes 40a, a valve seat 40b that holds the valve body 40c, an elastic member 40d formed of a spiral metal spring that applies a pressing force to the valve body, and a valve A back pressure derivation passage 40e is provided for releasing the pressure in the back pressure chamber 27 when the body 40c is opened. The back pressure outlet passage 40e communicates with a suction passage (suction space) 30e (a low pressure side of the evaporator outlet of the refrigeration cycle) of the sub compressor 4c.

ここで、背圧室27の圧力が副圧縮機4cの吸入圧力と弾性部材40dの弾性力の和より大きくなると、弁体40cが押し上げられ、背圧室27と副圧縮機4cの吸入側が連通し背圧室27の圧力は減少する。背圧室27の圧力が低下すると、副圧縮機4cの吸入圧力と弾性部材40dの弾性力との和が背圧室側の力に勝り、弁体40cは背圧室27と副圧縮機4cの吸入側とを遮断する。係る背圧調整機構40によれば、弾性部材40dの弾性力を調整することにより、背圧室27内の圧力を適切な圧力に容易に設定することができる。   Here, when the pressure in the back pressure chamber 27 becomes larger than the sum of the suction pressure of the sub-compressor 4c and the elastic force of the elastic member 40d, the valve body 40c is pushed up, and the suction side of the back pressure chamber 27 and the sub-compressor 4c communicates. The pressure in the back pressure chamber 27 decreases. When the pressure in the back pressure chamber 27 decreases, the sum of the suction pressure of the sub-compressor 4c and the elastic force of the elastic member 40d exceeds the force on the back pressure chamber side, and the valve body 40c has the back pressure chamber 27 and the sub-compressor 4c. Shut off from the suction side. According to the back pressure adjusting mechanism 40, the pressure in the back pressure chamber 27 can be easily set to an appropriate pressure by adjusting the elastic force of the elastic member 40d.

以上により、背圧室27は圧力が高くなり過ぎないように調整されるので、背圧室27には下軸受29や旋回軸受21cの軸受隙間を通して潤滑油7が密閉容器4a内の圧力と背圧室27内の圧力との圧力差により供給されるので、軸受摺動部の潤滑を確実に行うことができる。並行して、背圧室27に潤滑油とともに油中に溶解している高圧作動流体が供給され、背圧調整機構40で背圧室27の圧力を適正に保持することができる。   As described above, the back pressure chamber 27 is adjusted so that the pressure does not become excessively high. Therefore, the lubricating oil 7 passes through the bearing clearances of the lower bearing 29 and the slewing bearing 21c in the back pressure chamber 27 and the pressure in the sealed container 4a is reduced. Since the pressure is supplied by the pressure difference from the pressure in the pressure chamber 27, the bearing sliding portion can be reliably lubricated. In parallel, the back pressure chamber 27 is supplied with a high-pressure working fluid dissolved in the oil together with the lubricating oil, and the back pressure adjusting mechanism 40 can appropriately maintain the pressure of the back pressure chamber 27.

これにより旋回スクロール21の端板21bに背圧を付与して、旋回スクロール21を固定スクロール20に押し付け、この押し付け力によって膨張機構部22の作動室内圧力による旋回スクロール21を下方に押付ける軸方向のスラスト荷重を相殺して、旋回スクロール21と偏心部25aの軸方向の機械摩擦損失を軽減する。また、スクロールラップ歯先先端部の隙間も縮小してシール性が確保され、高効率運転を可能とする。   As a result, a back pressure is applied to the end plate 21 b of the orbiting scroll 21, the orbiting scroll 21 is pressed against the fixed scroll 20, and the axial direction in which the orbiting scroll 21 is pressed downward by the pressure in the working chamber of the expansion mechanism 22 by this pressing force. The axial load between the orbiting scroll 21 and the eccentric portion 25a is reduced. In addition, the gap at the tip of the scroll wrap tooth tip is also reduced to ensure sealing performance, enabling high-efficiency operation.

また、副圧縮機4cのローラ31内側空間の圧力も背圧室27と同様の中間圧力になるため、副圧縮機の内部漏れの駆動力となる圧力差が減少して圧縮機効率が向上し、冷凍サイクル装置のエネルギ効率の向上を図ることができる容積形流体機械を提供することができる。さらに、背圧室27を外部冷凍サイクルにおける蒸発器出口の低圧側に連通して、背圧室27が所定圧力となるように調整する背圧調整機構40を設けた構成であるので、冷凍サイクルの蒸発器に混入する潤滑油量を抑えられるため、油による熱交換器の伝熱性能低下や圧力損失増加をなくして、冷凍サイクル装置1のCOPを向上することができると共に、副圧縮機4c内部の作動室の潤滑・シールに有効に寄与することができるものである。   In addition, since the pressure in the space inside the roller 31 of the sub compressor 4c is the same intermediate pressure as that of the back pressure chamber 27, the pressure difference that is the driving force for internal leakage of the sub compressor is reduced and the compressor efficiency is improved. A positive displacement fluid machine capable of improving the energy efficiency of the refrigeration cycle apparatus can be provided. Further, the back pressure chamber 27 is connected to the low pressure side of the evaporator outlet in the external refrigeration cycle, and the back pressure adjustment mechanism 40 for adjusting the back pressure chamber 27 to a predetermined pressure is provided. Since the amount of lubricating oil mixed in the evaporator can be suppressed, the COP of the refrigeration cycle apparatus 1 can be improved by eliminating the heat transfer performance degradation and pressure loss increase due to the oil, and the sub compressor 4c. It can contribute effectively to lubrication and sealing of the internal working chamber.

なお、冷媒としての二酸化炭素(R744)は、自然冷媒であり地球温暖化係数(GWP)もフロン系冷媒の数千分の一と小さく地球環境保全の点で優れている。反面、臨界温度が約31℃と低いことから冷凍空調装置の通常の運転条件で高圧側の動作圧力が臨界圧力(約7.4MPa)を超える超臨界サイクルとなり、高圧冷媒でモリエル線図上の理論COP(成績係数)が低いという欠点があるが、R744は膨張過程の絞り損失がフロン系冷媒に比べて大きいことから、この膨張過程の動力を回収することによりCOPの大幅な改善が可能となる。高効率で信頼性の高い膨張機を備えた膨張動力回収装置の開発が冷媒R744システム実用化の鍵を握ると考えられている。もちろん、フロン系冷媒のシステムにおいても改善比率は幾分小さくなるがCOP向上を図ることができる。   Note that carbon dioxide (R744) as a refrigerant is a natural refrigerant and has a global warming potential (GWP) that is as small as one thousandth that of fluorocarbon refrigerants, and is excellent in terms of environmental protection. On the other hand, since the critical temperature is as low as about 31 ° C, the operating pressure on the high pressure side exceeds the critical pressure (about 7.4 MPa) under the normal operating conditions of the refrigeration air conditioner. Although there is a drawback that the theoretical COP (coefficient of performance) is low, R744 has a large throttle loss in the expansion process compared to the chlorofluorocarbon refrigerant, so that the COP can be greatly improved by recovering the power of the expansion process. Become. Development of an expansion power recovery device equipped with a highly efficient and highly reliable expander is considered to hold the key to commercializing the refrigerant R744 system. Of course, the improvement ratio is somewhat smaller in the CFC-based refrigerant system, but the COP can be improved.

本実施例の容積形流体機械4の起動法は、バイパス膨張弁6を閉じて主圧縮機2を起動することにより最初に副圧縮機4cの吐出パイプ14側が負圧になってクランク軸25を回転するトルクが発生し、同時に膨張機4bの膨張機流入パイプ8に圧力が作用し膨張機4bを回転駆動するようになることから必要な起動トルクが確保され、副圧縮機4cを回転駆動する自立起動が可能となる。   In the starting method of the positive displacement fluid machine 4 of the present embodiment, the bypass compressor 6 is closed and the main compressor 2 is started, so that the discharge pipe 14 side of the sub compressor 4c first becomes negative pressure and the crankshaft 25 is moved. A rotating torque is generated, and at the same time, pressure is applied to the expander inflow pipe 8 of the expander 4b to drive the expander 4b to rotate. Therefore, a necessary starting torque is secured, and the sub compressor 4c is rotated. Independent startup is possible.

図8は本発明の実施例2に関わる容積形流体機械を備えた冷凍サイクル構成図である。図において、図1から図4と同一符号を付したものは同一部品であり同一の作用をなす。本実施例は、主圧縮機2の密閉容器2a内の圧力が吸込圧力となる低圧チャンバタイプの主圧縮機に適用した場合を示す。低圧チャンバのため、主圧縮機2の圧縮機構2bで圧縮された冷媒は吐出パイプ2eを通って直接密閉容器2a外に流出して油分離器12に入り、ここで冷媒と油が分離されて、分離された油は油戻し管路15を通って容積形流体機械4の密閉容器4a下部の油溜りに送られる。   FIG. 8 is a configuration diagram of a refrigeration cycle including a positive displacement fluid machine according to the second embodiment of the present invention. In the figure, components having the same reference numerals as in FIGS. 1 to 4 are the same components and perform the same functions. This embodiment shows a case where the present invention is applied to a low-pressure chamber type main compressor in which the pressure in the sealed container 2a of the main compressor 2 becomes the suction pressure. Because of the low pressure chamber, the refrigerant compressed by the compression mechanism 2b of the main compressor 2 flows out of the sealed container 2a directly through the discharge pipe 2e and enters the oil separator 12, where the refrigerant and oil are separated. The separated oil is sent through an oil return line 15 to an oil sump at the bottom of the hermetic container 4 a of the positive displacement fluid machine 4.

密閉容器4a内の潤滑油が増加した場合には、油量調整管路16に取り付けられた油量調整弁16aを操作し、圧力差で油を主圧縮機2の密閉容器2a下部の油溜りに還流してやることにより、主圧縮機2と容積形流体機械4の潤滑油の油面を安定化しシステムの信頼性を確保することができる。なお、容積形流体機械4の構成は、高圧チャンバタイプの主圧縮機の場合と同一である。   When the lubricating oil in the airtight container 4a increases, the oil amount adjusting valve 16a attached to the oil amount adjusting pipe 16 is operated, and the oil is stored in the lower part of the airtight container 2a of the main compressor 2 by the pressure difference. Thus, the oil level of the lubricating oil of the main compressor 2 and the positive displacement fluid machine 4 can be stabilized and the reliability of the system can be ensured. The configuration of the positive displacement fluid machine 4 is the same as that of the high-pressure chamber type main compressor.

次に、本発明の実施例3について説明する。図9は本発明の実施例3に関わる容積形流体機械の縦断面図、図10はこの容積形流体機械を備えた冷凍サイクル構成図である。図において、図1から図4と同一符号を付したものは同一部品であり同一の作用をなす。本実施例では、容積形流体機械4の潤滑系統のみが異なっている。これまでの実施例では、容積形流体機械4のクランク軸25の下端は、密閉容器4aの下部に貯留された潤滑油7中に侵漬していたが、本実施例では、密閉容器4a内に潤滑油は貯留せず、副圧縮機4cにおける下軸受29のクランク軸25端部を軸端カバー29aで密閉し、この軸端カバー29aに給油パイプ17aが接続され、密閉容器4aの外部から給油パイプ17aを通して主圧縮機2の密閉容器2a内の潤滑油を直接供給することができるようになっている。   Next, Embodiment 3 of the present invention will be described. FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a positive displacement fluid machine according to Embodiment 3 of the present invention, and FIG. 10 is a configuration diagram of a refrigeration cycle provided with the positive displacement fluid machine. In the figure, components having the same reference numerals as in FIGS. 1 to 4 are the same components and perform the same functions. In this embodiment, only the lubrication system of the positive displacement fluid machine 4 is different. In the embodiments so far, the lower end of the crankshaft 25 of the positive displacement fluid machine 4 has been immersed in the lubricating oil 7 stored in the lower part of the sealed container 4a. The end of the crankshaft 25 of the lower bearing 29 in the sub compressor 4c is sealed with a shaft end cover 29a, and an oil supply pipe 17a is connected to the shaft end cover 29a from the outside of the sealed container 4a. The lubricating oil in the sealed container 2a of the main compressor 2 can be directly supplied through the oil supply pipe 17a.

このような構成により、容積形流体機械4内部の潤滑油7の油面を管理する必要がなくなることから、主圧縮機2との接続配管が簡略化するとともに、容積形流体機械4の配置の自由度を大幅に拡大することが可能となり、システムの実用性を向上することができる。   With such a configuration, it is not necessary to manage the oil level of the lubricating oil 7 inside the positive displacement fluid machine 4, so that the connection piping to the main compressor 2 is simplified, and the arrangement of the positive displacement fluid machine 4 is simplified. The degree of freedom can be greatly increased, and the practicality of the system can be improved.

以上詳細に説明した実施例では、冷凍サイクル装置1としては基本的な冷却運転サイクルを例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、膨張動力回収装置を備えた冷暖房兼用のヒートポンプ式ルームエアコン、パッケージエアコン、冷蔵庫及び冷凍機等の冷凍空調システム全般に適用することが可能であり、これらの機器のシステム効率を大幅に改善することができる。   In the embodiment described in detail above, the basic cooling operation cycle is given as an example as the refrigeration cycle apparatus 1, but the present invention is not limited to this, and is also used for cooling and heating equipped with an expansion power recovery apparatus. It can be applied to all refrigeration and air conditioning systems such as heat pump room air conditioners, packaged air conditioners, refrigerators and refrigerators, and the system efficiency of these devices can be greatly improved.

本発明の実施例1の、容積形流体機械を備えた冷凍サイクル構成図である。It is a refrigerating cycle block diagram provided with the positive displacement fluid machine of Example 1 of this invention. 同じく容積形流体機械の縦断面図である。It is a longitudinal section of the positive displacement fluid machine. 同じく図2のA−A断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2. 同じく図2のB−B断面図である。It is BB sectional drawing of FIG. 2 similarly. 同じくローラの要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of a roller similarly. 同じくローラ端面に装着されるシール部品及び付勢部品の構造図である。FIG. 5 is a structural diagram of a sealing component and a biasing component that are also mounted on the roller end surface. 同じく背圧調整機構の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of a back pressure adjustment mechanism similarly. 本発明の実施例2の容積形流体機械を備えた冷凍サイクル構成図である。It is a refrigerating cycle block diagram provided with the positive displacement fluid machine of Example 2 of this invention. 本発明の実施例3の容積形流体機械の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the positive displacement fluid machine of Example 3 of the present invention. 同じく容積形流体機械を備えた冷凍サイクル構成図である。It is the refrigeration cycle block diagram similarly provided with the positive displacement fluid machine.

符号の説明Explanation of symbols

1…冷凍サイクル装置、2…主圧縮機、3…放熱器、4…容積形流体機械、4a…密閉容器、4b…スクロール式膨張機、4c…ロータリ式副圧縮機、4d…クランク軸、5…蒸発器、6…膨張弁、7…潤滑油、8…膨張機流入パイプ、9…膨張機流出パイプ、10…均油管路、10a…均油パイプ、11…均圧管路、11a…均圧パイプ、12…油分離器、13…副圧縮機吸入パイプ、14…副圧縮機吐出パイプ、15…油戻し管路、16…油量調整管路、16a…油量調整弁、20…固定スクロール、21…旋回スクロール、21c…旋回軸受、22…膨張機構部、23…上フレーム、24…オルダムリング、25…クランク軸、25a、25b…偏心部、25c…給油経路、26…締付けボルト、27…背圧室、28…下フレーム(端版)、28a…主軸受、29…下軸受(端版)、30…シリンダ、30e…吸込空間、31…ローラ、31a…ローラの円筒状内周面(ローラ偏心部軸受、ローラ内側軸受)、32…ベーン、33…締結ボルト、34…組立てボルト、35…バランスウエイト、40…背圧調整機構、40a…背圧導入通路、40b…弁シート、40c…弁体、40d…弾性部材、40e…背圧導出通路、41…シールリング(シール部材)、42…付勢部材。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Refrigeration cycle apparatus, 2 ... Main compressor, 3 ... Radiator, 4 ... Positive displacement fluid machine, 4a ... Sealed container, 4b ... Scroll type expander, 4c ... Rotary subcompressor, 4d ... Crankshaft, 5 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Evaporator, 6 ... Expansion valve, 7 ... Lubricating oil, 8 ... Expander inflow pipe, 9 ... Expander outflow pipe, 10 ... Oil equalizing pipe, 10a ... Oil equalizing pipe, 11 ... Pressure equalizing pipe, 11a ... Pressure equalizing Pipes, 12 ... oil separator, 13 ... sub-compressor suction pipe, 14 ... sub-compressor discharge pipe, 15 ... oil return line, 16 ... oil amount adjusting line, 16a ... oil amount adjusting valve, 20 ... fixed scroll 21 ... Orbiting scroll, 21c ... Orbiting bearing, 22 ... Expansion mechanism part, 23 ... Upper frame, 24 ... Oldham ring, 25 ... Crankshaft, 25a, 25b ... Eccentric part, 25c ... Oil supply path, 26 ... Clamping bolt, 27 ... back pressure chamber, 28 ... lower frame (end plate) ), 28a ... main bearing, 29 ... lower bearing (end plate), 30 ... cylinder, 30e ... suction space, 31 ... roller, 31a ... cylindrical inner peripheral surface of the roller (roller eccentric part bearing, roller inner bearing), 32 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Vane, 33 ... Fastening bolt, 34 ... Assembly bolt, 35 ... Balance weight, 40 ... Back pressure adjustment mechanism, 40a ... Back pressure introduction path, 40b ... Valve seat, 40c ... Valve body, 40d ... Elastic member, 40e ... Back Pressure deriving passage, 41... Seal ring (seal member), 42.

Claims (6)

密閉容器内にスクロール式膨張機とロータリ式副圧縮機を積層状に配置し、両者を二つの偏心部を有するクランク軸を介して連結し、前記膨張機で流体を膨張させ、前記副圧縮機を駆動させる容積形流体機械において、
前記スクロール式膨張機は、固定スクロールと旋回スクロールとを互いに噛み合わせて作動室を形成する膨張部と、前記固定スクロールを固定すると共にこの固定スクロールとの間に前記旋回スクロールを挟持するフレームとを備え、前記旋回スクロールの中央部に位置する旋回軸受に前記クランク軸の一方の偏心部が回転自在に嵌合して構成され、
前記ロータリ式副圧縮機は、前記クランク軸の他方の偏心部に回転自在に嵌合されたローラと、前記ローラに先端を接して往復運動し、シリンダ内を吸入室と圧縮室に仕切るベーン、及び前記クランク軸を軸支し、かつ前記シリンダの両端開口を閉塞する端板から構成され、
前記クランク軸は、前記スクロール式膨張機を構成する旋回スクロールの背面空間に潤滑油を供給する給油経路を備え、
前記旋回スクロールの背面空間及びロータリ式副圧縮機を構成するローラの内側空間の圧力を高圧(吐出圧力)と低圧(吸込圧力)の中間の圧力に保持したことを特徴とする容積形流体機械。
A scroll expander and a rotary subcompressor are disposed in a closed container in a stacked manner, and both are connected via a crankshaft having two eccentric parts, and the fluid is expanded by the expander, and the subcompressor In a positive displacement fluid machine that drives
The scroll-type expander includes an expansion portion that forms a working chamber by meshing a fixed scroll and a turning scroll, and a frame that fixes the fixed scroll and sandwiches the turning scroll between the fixed scroll and the fixed scroll. Comprising one or more eccentric portions of the crankshaft rotatably fitted to orbiting bearings located at the center of the orbiting scroll,
The rotary sub-compressor includes a roller rotatably fitted to the other eccentric portion of the crankshaft, a vane that reciprocates with the tip in contact with the roller, and partitions the cylinder into a suction chamber and a compression chamber; And an end plate that pivotally supports the crankshaft and closes both end openings of the cylinder,
The crankshaft includes an oil supply path for supplying lubricating oil to a back space of the orbiting scroll constituting the scroll expander,
A positive displacement fluid machine characterized in that the pressure in the back space of the orbiting scroll and the inner space of a roller constituting the rotary sub-compressor is maintained at a pressure intermediate between a high pressure (discharge pressure) and a low pressure (suction pressure).
密閉容器内にスクロール式膨張機とロータリ式副圧縮機を積層状に配置し、両者を二つの偏心部を有するクランク軸を介して連結し、前記膨張機で流体を膨張させ、前記副圧縮機を駆動させる容積形流体機械において、
前記スクロール式膨張機は、固定スクロールと旋回スクロールとを互いに噛み合わせて作動室を形成する膨張部と、前記固定スクロールを固定すると共にこの固定スクロールとの間に前記旋回スクロールを挟持するフレームとを備え、前記旋回スクロールの中央部に位置する旋回軸受に前記クランク軸の一方の偏心部が回転自在に嵌合して構成され、
前記ロータリ式副圧縮機は、前記クランク軸の他方の偏心部に回転自在に嵌合されたローラと、前記ローラに先端を接して往復運動し、シリンダ内を吸入室と圧縮室に仕切るベーン、及び前記クランク軸を軸支し、かつ前記シリンダの両端開口を閉塞する端板から構成され、
前記クランク軸は、前記スクロール式膨張機を構成する旋回スクロールの背面空間に潤滑油を供給する給油経路を備え、
前記旋回スクロールの背面空間と前記ロータリ式副圧縮機を構成するローラ内側空間を連通し、クランク軸の給油通路から旋回軸受部を介してこの背面空間に潤滑油を流入させる潤滑油供給機構と、この背面空間とロータリ副圧縮機の吸込空間との間に背面空間を所定圧力に設定する背圧調整機構を設けたことを特徴とする容積形流体機械。
A scroll expander and a rotary subcompressor are disposed in a closed container in a stacked manner, and both are connected via a crankshaft having two eccentric parts, and the fluid is expanded by the expander, and the subcompressor In a positive displacement fluid machine that drives
The scroll-type expander includes an expansion portion that forms a working chamber by meshing a fixed scroll and a turning scroll, and a frame that fixes the fixed scroll and sandwiches the turning scroll between the fixed scroll and the fixed scroll. Comprising one or more eccentric portions of the crankshaft rotatably fitted to orbiting bearings located at the center of the orbiting scroll,
The rotary sub-compressor includes a roller rotatably fitted to the other eccentric portion of the crankshaft, a vane that reciprocates with the tip in contact with the roller, and partitions the cylinder into a suction chamber and a compression chamber; And an end plate that pivotally supports the crankshaft and closes both end openings of the cylinder,
The crankshaft includes an oil supply path for supplying lubricating oil to a back space of the orbiting scroll constituting the scroll expander,
A lubricating oil supply mechanism that communicates the back space of the orbiting scroll and the roller inner space constituting the rotary sub-compressor, and causes the lubricating oil to flow into the back space from the oil supply passage of the crankshaft through the orbiting bearing portion; A positive displacement fluid machine comprising a back pressure adjusting mechanism for setting the back space to a predetermined pressure between the back space and the suction space of the rotary sub-compressor.
前記ロータリ式副圧縮機を構成するローラの端面部にシール部材を配設したことを特徴とする請求項1または2記載の容積形流体機械。   The positive displacement fluid machine according to claim 1 or 2, wherein a seal member is disposed on an end surface portion of a roller constituting the rotary subcompressor. 前記クランク軸の両端部に位置する前記旋回軸受と下軸受をすべり軸受とし、両軸受の直径を略同一としたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の容積形流体機械。   The positive displacement fluid machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the slewing bearing and the lower bearing positioned at both ends of the crankshaft are slide bearings, and the diameters of both the bearings are substantially the same. 前記クランク軸の主軸受、及びローラ内側軸受を転がり軸受としたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の容積形流体機械。   The positive displacement fluid machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the main bearing of the crankshaft and the roller inner bearing are rolling bearings. 前記流体として二酸化炭素を冷媒として冷凍サイクルに接続されたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の容積形流体機械。   6. The positive displacement fluid machine according to claim 1, wherein the fluid is connected to a refrigeration cycle using carbon dioxide as a refrigerant.
JP2008123413A 2008-05-09 2008-05-09 Positive displacement fluid machine Withdrawn JP2009270529A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008123413A JP2009270529A (en) 2008-05-09 2008-05-09 Positive displacement fluid machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008123413A JP2009270529A (en) 2008-05-09 2008-05-09 Positive displacement fluid machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009270529A true JP2009270529A (en) 2009-11-19

Family

ID=41437299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008123413A Withdrawn JP2009270529A (en) 2008-05-09 2008-05-09 Positive displacement fluid machine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009270529A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012029203A1 (en) * 2010-09-02 2012-03-08 三菱電機株式会社 Expander and refrigeration cycle device
CN104121192A (en) * 2013-04-24 2014-10-29 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 Double-stage compressor
JP2016118212A (en) * 2016-03-28 2016-06-30 三菱重工業株式会社 Fluid machinery
JP2019049241A (en) * 2017-09-12 2019-03-28 聖 丘野 Rotary pump

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012029203A1 (en) * 2010-09-02 2012-03-08 三菱電機株式会社 Expander and refrigeration cycle device
JPWO2012029203A1 (en) * 2010-09-02 2013-10-28 三菱電機株式会社 Expander and refrigeration cycle equipment
CN104121192A (en) * 2013-04-24 2014-10-29 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 Double-stage compressor
JP2016118212A (en) * 2016-03-28 2016-06-30 三菱重工業株式会社 Fluid machinery
JP2019049241A (en) * 2017-09-12 2019-03-28 聖 丘野 Rotary pump
JP7014940B2 (en) 2017-09-12 2022-02-02 聖 丘野 Rotary pump

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8074471B2 (en) Refrigeration cycle apparatus and fluid machine used for the same
US8087260B2 (en) Fluid machine and refrigeration cycle apparatus
JP4875484B2 (en) Multistage compressor
US7861541B2 (en) System and method of refrigeration
US8316664B2 (en) Refrigeration cycle apparatus and fluid machine used therefor
JP4709076B2 (en) Positive displacement fluid machine
JP4697734B2 (en) Refrigeration cycle
JP4607221B2 (en) Scroll expander
US20060196204A1 (en) Fluid pump and fluid machine
JP2010065635A (en) Scroll compressor
JP2009270529A (en) Positive displacement fluid machine
JP4991255B2 (en) Refrigeration cycle equipment
JP2001055988A (en) Scroll compressor
JP2004324595A (en) Positive displacement fluid machine
WO2012104934A1 (en) Scroll expander, and refrigeration cycle with the scroll expander
JP2019019768A (en) Scroll compressor
JP6121233B2 (en) Oil-free scroll expander and power generator
JP7122112B2 (en) Scroll fluid machine and Rankine cycle
JP4888222B2 (en) Fluid machine and refrigeration cycle apparatus including the same
JP4859952B2 (en) Open type compressor
JP2007239575A (en) Refrigerating cycle device
JP2009162123A (en) Refrigerating cycle device and fluid machine used for the same
JP2012067661A (en) Scroll expander and refrigerating cycle device

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20110802