JP2010163922A - Expander-integrated compressor and refrigeration cycle device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To minimize mechanical loss in a sliding part such as a bearing. <P>SOLUTION: The expander-integrated compressor 200 includes: a compression mechanism 2 having a compression-side bearing 11; an expansion mechanism 3 having an expansion-side bearing 45; and a shaft 5 connecting the compression mechanism 2 to the expansion mechanism 3. The compression mechanism 2 has the same type as the expansion mechanism 3. The ratio (ϕ<SB>e</SB>-D<SB>e</SB>)/(D<SB>e</SB>) of the difference (ϕ<SB>e</SB>-D<SB>e</SB>) between the inside diameter (ϕ<SB>e</SB>) of the expansion-side bearing 45 and the outside diameter (D<SB>e</SB>) of the shaft 5 in the expansion-side bearing 45 to the outside diameter (D<SB>e</SB>) of the shaft 5 in the expansion bearing 45 is larger than the ratio (ϕ<SB>c</SB>-D<SB>c</SB>)/(D<SB>c</SB>) of the difference (ϕ<SB>c</SB>-D<SB>c</SB>) between the inside diameter (ϕ<SB>c</SB>) of the compression-side bearing 11 and the outside diameter (D<SB>c</SB>) of the shaft 5 in the compression-side bearing 11 to the outside diameter (D<SB>c</SB>) of the shaft 5 in the compression-side bearing 11. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、膨張機一体型圧縮機および冷凍サイクル装置に関する。   The present invention relates to an expander-integrated compressor and a refrigeration cycle apparatus.

空気調和装置や給湯機に採用されている従来の冷凍サイクル装置は、膨張弁を用いて冷媒を膨張させている。近年、膨張弁に代えて、容積式の膨張機を用いることにより、冷媒の膨張エネルギーを動力の形で回収し、冷凍サイクルの効率を向上させる試みがある(特許文献1,2参照)。
特開2004−44569号公報 特開2005−106046号公報
A conventional refrigeration cycle apparatus employed in an air conditioner or a water heater uses an expansion valve to expand a refrigerant. In recent years, there has been an attempt to improve the efficiency of a refrigeration cycle by recovering refrigerant expansion energy in the form of power by using a positive displacement expander instead of an expansion valve (see Patent Documents 1 and 2).
JP 2004-44569 A JP 2005-106046 A

軸受等の摺動部分を有する膨張機は、その摺動部分をオイルで潤滑する必要がある。例えば、二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍サイクル装置では、潤滑用のオイルとして、PAG(ポリアルキレングリコール)を使用できる。   An expander having a sliding portion such as a bearing needs to lubricate the sliding portion with oil. For example, in a refrigeration cycle apparatus using carbon dioxide as a refrigerant, PAG (polyalkylene glycol) can be used as lubricating oil.

オイルは冷媒回路を循環するので、圧縮機に使用するオイルの種類と膨張機に使用するオイルの種類は同一であることが不可欠である。圧縮機において、冷媒は圧縮されて高温高圧状態となるので、圧縮機の摺動部分を潤滑するオイルの温度は相対的に高くなる。これに対し、膨張機において、冷媒は膨張して低温低圧状態となるので、膨張機の摺動部分を潤滑するオイルの温度は相対的に低くなる。   Since oil circulates in the refrigerant circuit, it is essential that the type of oil used in the compressor and the type of oil used in the expander are the same. In the compressor, since the refrigerant is compressed to a high temperature and high pressure state, the temperature of the oil that lubricates the sliding portion of the compressor becomes relatively high. On the other hand, in the expander, the refrigerant expands into a low temperature and low pressure state, and therefore the temperature of the oil that lubricates the sliding portion of the expander is relatively low.

図10は、温度の変化に対するオイル(PAG)の粘度の変化を示すグラフである。グラフに示すように、温度の変化に対するオイルの粘度の変化は大きい。オイルの粘度の変化が大きいため、圧縮機ではオイルの粘度が適切であったとしても、膨張機ではオイルの粘度が大きくなりすぎる可能性がある。オイルの粘度が大きすぎると、軸受等の摺動部分での機械損失が大きくなるので好ましくない。   FIG. 10 is a graph showing changes in the viscosity of oil (PAG) with respect to changes in temperature. As shown in the graph, the change in the viscosity of the oil with respect to the change in temperature is large. Since the change in the viscosity of the oil is large, even if the viscosity of the oil is appropriate in the compressor, the viscosity of the oil may be too high in the expander. If the viscosity of the oil is too large, the mechanical loss at the sliding part such as the bearing becomes large, which is not preferable.

本発明は、軸受等の摺動部分での機械損失を小さくすることを目的とする。   An object of this invention is to reduce the mechanical loss in sliding parts, such as a bearing.

すなわち、本発明は、
密閉容器と、
圧縮側軸受を有し、前記密閉容器内に納められた圧縮機構と、
膨張側軸受を有し、前記密閉容器内に納められた膨張機構と、
前記圧縮側軸受および前記膨張側軸受によって支持されているとともに、前記圧縮機構と前記膨張機構とを連結しているシャフトとを備え、
前記圧縮機構の型式が前記膨張機構の型式と同じであり、
前記膨張側軸受の内径(φe)と前記膨張側軸受での前記シャフトの外径(De)との差(φe−De)と、前記膨張側軸受での前記シャフトの外径(De)との比(φe−De)/(De)が、前記圧縮側軸受の内径(φc)と前記圧縮側軸受での前記シャフトの外径(Dc)との差(φc−Dc)と、前記圧縮側軸受での前記シャフトの外径(Dc)との比(φc−Dc)/(Dc)よりも大きい、膨張機一体型圧縮機を提供する。
That is, the present invention
A sealed container;
A compression mechanism having a compression side bearing and housed in the sealed container;
An expansion mechanism having an expansion side bearing and housed in the sealed container;
A shaft that is supported by the compression-side bearing and the expansion-side bearing and that connects the compression mechanism and the expansion mechanism;
The type of the compression mechanism is the same as the type of the expansion mechanism;
The difference (φ e −D e ) between the inner diameter (φ e ) of the expansion side bearing and the outer diameter (D e ) of the shaft at the expansion side bearing, and the outer diameter of the shaft at the expansion side bearing ( D e) the ratio of (φ e -D e) / ( D e) is the difference between the outer diameter of the shaft of the inner diameter of the compression-side bearing and the (phi c) in said compression-side bearing (D c) ( and φ c -D c), greater than the ratio (φ c -D c) / ( D c) between the outer diameter of said shaft in said compression-side bearing (D c), provides expander-integrated compressor To do.

別の側面において、本発明は、
密閉容器と、
圧縮側シリンダと、前記圧縮側シリンダ内に配置された圧縮側ピストンとを有し、前記密閉容器内に納められたロータリ圧縮機構と、
膨張側シリンダと、前記膨張側シリンダ内に配置された膨張側ピストンとを有し、前記密閉容器内に納められたロータリ膨張機構と、
前記ロータリ圧縮機構と前記ロータリ膨張機構とを連結しているシャフトとを備え、
前記膨張側シリンダ内の作動室の高さ(He)と前記膨張側ピストンの厚み(Te)との差(He−Te)と、前記膨張側ピストンの厚み(Te)との比(He−Te)/(Te)が、前記圧縮側シリンダ内の作動室の高さ(Hc)と前記圧縮側ピストンの厚み(Tc)との差(Hc−Tc)と、前記圧縮側ピストンの厚み(Tc)との比(Hc−Tc)/(Tc)よりも大きい、膨張機一体型圧縮機を提供する。
In another aspect, the present invention provides:
A sealed container;
A rotary compression mechanism having a compression side cylinder and a compression side piston disposed in the compression side cylinder, and housed in the sealed container;
A rotary expansion mechanism having an expansion side cylinder and an expansion side piston disposed in the expansion side cylinder and housed in the sealed container;
A shaft connecting the rotary compression mechanism and the rotary expansion mechanism;
The difference (H e −T e ) between the height (H e ) of the working chamber in the expansion side cylinder and the thickness (T e ) of the expansion side piston, and the thickness (T e ) of the expansion side piston The ratio (H e −T e ) / (T e ) is the difference (H c −T c ) between the height (H c ) of the working chamber in the compression side cylinder and the thickness (T c ) of the compression side piston. ) And the compression piston thickness (T c ) ratio (H c −T c ) / (T c ), the expander-integrated compressor is provided.

さらに別の側面において、本発明は、
密閉容器と、
圧縮側シリンダと、前記圧縮側シリンダ内に配置された圧縮側ピストンと、前記圧縮側シリンダと前記圧縮側ピストンとの間の空間を高圧作動室と低圧作動室とに仕切る圧縮側ベーンと、前記圧縮側ベーンが配置されている圧縮側ベーン溝とを有し、前記密閉容器内に納められたロータリ圧縮機構と、
膨張側シリンダと、前記膨張側シリンダ内に配置された膨張側ピストンと、前記膨張側シリンダと前記膨張側ピストンとの間の空間を高圧作動室と低圧作動室とに仕切る膨張側ベーンと、前記膨張側ベーンが配置されている膨張側ベーン溝とを有し、前記密閉容器内に納められたロータリ膨張機構と、
前記ロータリ圧縮機構と前記ロータリ膨張機構とを連結しているシャフトとを備え、
前記膨張側ベーン溝の幅(Ke)と前記膨張側ベーンの幅(We)との差(Ke−We)と、前記膨張側ベーンの幅(We)との比(Ke−We)/(We)が、前記圧縮側ベーン溝の幅(Kc)と前記圧縮側ベーンの幅(Wc)との差(Kc−Wc)と、前記圧縮側ベーンの幅(Wc)との比(Kc−Wc)/(Wc)よりも大きい、および/または、
前記膨張側ベーン溝の高さ(he)と前記膨張側ベーンの高さ(Le)との差(he−Le)と、前記膨張側ベーンの高さ(Le)との比(he−Le)/(Le)が、前記圧縮側ベーン溝の高さ(hc)と前記圧縮側ベーンの高さ(Lc)との差(hc−Lc)と、前記圧縮側ベーンの高さ(Lc)との比(hc−Lc)/(Lc)よりも大きい、膨張機一体型圧縮機を提供する。
In yet another aspect, the present invention provides:
A sealed container;
A compression-side cylinder, a compression-side piston disposed in the compression-side cylinder, a compression-side vane that partitions a space between the compression-side cylinder and the compression-side piston into a high-pressure working chamber and a low-pressure working chamber, A compression side vane groove in which a compression side vane is disposed, and a rotary compression mechanism housed in the sealed container;
An expansion side cylinder, an expansion side piston disposed in the expansion side cylinder, an expansion side vane that partitions a space between the expansion side cylinder and the expansion side piston into a high pressure working chamber and a low pressure working chamber, An expansion side vane groove in which an expansion side vane is arranged, and a rotary expansion mechanism housed in the sealed container;
A shaft connecting the rotary compression mechanism and the rotary expansion mechanism;
Ratio (K e ) of the difference (K e −W e ) between the width (K e ) of the expansion side vane groove and the width (W e ) of the expansion side vane and the width (W e ) of the expansion side vane −W e ) / (W e ) is the difference (K c −W c ) between the width (K c ) of the compression side vane groove and the width (W c ) of the compression side vane and the compression side vane Greater than the ratio (K c −W c ) / (W c ) to the width (W c ) and / or
The ratio of the the difference between the height of the expansion vane groove (h e) the height of the expansion vane (L e) (h e -L e), the height of the expansion vane as (L e) (H e -L e ) / (L e ) is the difference (h c -L c ) between the height (h c ) of the compression side vane groove and the height (L c ) of the compression side vane, Provided is an expander-integrated compressor that is larger than a ratio (h c -L c ) / (L c ) to the height (L c ) of the compression side vane.

上記本発明の膨張機一体型圧縮機によれば、膨張機構の摺動部分における隙間比を圧縮機構の摺動部分における隙間比よりも意図的に大きくしているので、膨張機構の摺動部分での機械損失を抑制できる。つまり、膨張機構によって作動流体(典型的には冷媒)の膨張エネルギーを従来よりも効率良く回収できる。したがって、従来よりも高効率な動力回収式の冷凍サイクル装置を提供できる。   According to the above-described expander-integrated compressor of the present invention, the clearance ratio in the sliding portion of the expansion mechanism is intentionally larger than the clearance ratio in the sliding portion of the compression mechanism. Can reduce mechanical loss. In other words, the expansion energy of the working fluid (typically refrigerant) can be recovered more efficiently than before by the expansion mechanism. Therefore, it is possible to provide a power recovery type refrigeration cycle apparatus that is more efficient than the prior art.

同一型式の圧縮機構と膨張機構とを本発明の対象としている理由は次の通りである。一見すると、圧縮機構の型式と膨張機構の型式とが相違していたとしても、同じ機能を有する摺動部分になら本発明を適用できるように思われる。しかし、この認識は必ずしも正しくない。なぜなら、型式の相違が設計思想自体の相違にリンクしている場合が多いからである。ある型式の流体機構(例えばロータリ式)では常識的な設計思想が、別の流体機構(例えばスクロール式)ではそうとも限らない場合は多々ある。同一型式の流体機構において、隙間比の大小関係を規定する本発明が意味を持つものとなる。   The reason why the same type of compression mechanism and expansion mechanism are the subject of the present invention is as follows. At first glance, even if the type of the compression mechanism is different from the type of the expansion mechanism, it seems that the present invention can be applied to a sliding portion having the same function. However, this recognition is not always correct. This is because the difference in model is often linked to the difference in design concept itself. There are many cases where a common fluid design mechanism (for example, a rotary type) has a common design philosophy, and another fluid mechanism (for example, a scroll type) does not necessarily do so. In the same type of fluid mechanism, the present invention that defines the magnitude relationship of the gap ratio is meaningful.

なお、圧縮機構および膨張機構の摺動部分としては、シャフトと軸受が挙げられる。ロータリ圧縮機構およびロータリ膨張機構の場合には、さらに、シリンダとピストン、ベーンとベーン溝が挙げられる。   In addition, a shaft and a bearing are mentioned as a sliding part of a compression mechanism and an expansion mechanism. In the case of a rotary compression mechanism and a rotary expansion mechanism, a cylinder and a piston, a vane and a vane groove are further included.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1に示すように、膨張機一体型圧縮機200は、密閉容器1と、密閉容器1内の上部に配置されたロータリ圧縮機構2と、密閉容器1内の下部に配置された2段ロータリ膨張機構3と、圧縮機構2と膨張機構3との間に配置された電動機4と、圧縮機構2、膨張機構3および電動機4を連結しているシャフト5と、電動機4と膨張機構3との間に配置されたオイルポンプ6と、膨張機構3とオイルポンプ6との間に配置された断熱部材30(断熱構造)とを備えている。電動機4がシャフト5を駆動することにより、圧縮機構2が作動する。膨張機構3は、膨張する作動流体から動力を回収してシャフト5に与え、電動機4によるシャフト5の駆動をアシストする。作動流体は、例えば、二酸化炭素やハイドロフルオロカーボンなどの冷媒である。   As shown in FIG. 1, the expander-integrated compressor 200 includes a hermetic container 1, a rotary compression mechanism 2 disposed in the upper part of the hermetic container 1, and a two-stage rotary disposed in the lower part of the hermetic container 1. An expansion mechanism 3, an electric motor 4 disposed between the compression mechanism 2 and the expansion mechanism 3, a shaft 5 connecting the compression mechanism 2, the expansion mechanism 3 and the electric motor 4, and the electric motor 4 and the expansion mechanism 3. An oil pump 6 disposed between them, and a heat insulating member 30 (heat insulating structure) disposed between the expansion mechanism 3 and the oil pump 6 are provided. When the electric motor 4 drives the shaft 5, the compression mechanism 2 operates. The expansion mechanism 3 collects power from the expanding working fluid and applies it to the shaft 5 to assist the drive of the shaft 5 by the electric motor 4. The working fluid is a refrigerant such as carbon dioxide or hydrofluorocarbon.

密閉容器1は、各構成要素を収容するための内部空間24を有する。密閉容器1の底部はオイル貯まり25として利用されている。オイルは、圧縮機構2および膨張機構3の摺動部分における潤滑性とシール性を確保するために使用される。オイル貯まり25のオイル量は、オイルポンプ6のオイル吸入口62qよりも上、かつ電動機4よりも下に油面SL(図3参照)が位置するように調節されている。   The sealed container 1 has an internal space 24 for accommodating each component. The bottom of the sealed container 1 is used as an oil reservoir 25. Oil is used to ensure lubricity and sealing performance at the sliding portions of the compression mechanism 2 and the expansion mechanism 3. The amount of oil in the oil reservoir 25 is adjusted so that the oil level SL (see FIG. 3) is positioned above the oil suction port 62q of the oil pump 6 and below the electric motor 4.

オイル貯まり25は、オイルポンプ6が位置する上槽25aと、膨張機構3が位置する下槽25bとを含む。上槽25aと下槽25bとは、断熱部材30によって隔てられている。オイルポンプ6の周囲が上槽25aのオイルで満たされ、膨張機構3の周囲が下槽25bのオイルで満たされている。上槽25aのオイルは主に圧縮機構2のために使用され、下槽25bのオイルは主に膨張機構3のために使用される。   The oil reservoir 25 includes an upper tank 25a where the oil pump 6 is located and a lower tank 25b where the expansion mechanism 3 is located. The upper tank 25a and the lower tank 25b are separated by a heat insulating member 30. The circumference of the oil pump 6 is filled with the oil in the upper tank 25a, and the circumference of the expansion mechanism 3 is filled with the oil in the lower tank 25b. The oil in the upper tank 25 a is mainly used for the compression mechanism 2, and the oil in the lower tank 25 b is mainly used for the expansion mechanism 3.

電動機4とオイルポンプ6との間には、支持フレーム75が配置されている。支持フレーム75は密閉容器1に固定されており、この支持フレーム75を介して、オイルポンプ6、断熱部材30および膨張機構3が密閉容器1に固定されている。支持フレーム75の外周部には、オイルをオイル貯まり25に戻すための貫通孔75aが設けられている。   A support frame 75 is disposed between the electric motor 4 and the oil pump 6. The support frame 75 is fixed to the sealed container 1, and the oil pump 6, the heat insulating member 30, and the expansion mechanism 3 are fixed to the sealed container 1 through the support frame 75. A through hole 75 a for returning oil to the oil reservoir 25 is provided in the outer peripheral portion of the support frame 75.

オイルポンプ6は、上槽25aのオイルを吸入し、圧縮機構2の摺動部分に供給する。圧縮機構2を潤滑後、支持フレーム75の貫通孔75aを通じて上槽25aに戻ったオイルは、圧縮機構2および電動機4によって加熱されているので、相対的に高温である。上槽25aに戻ったオイルは、再びオイルポンプ6に吸入される。一方、膨張機構3の摺動部分には、下槽25bのオイルが供給される。膨張機構3の摺動部分を潤滑したオイルは、直接下槽25bに戻される。下槽25bのオイルは、膨張機構3によって冷却されているので、相対的に低温である。圧縮機構2と膨張機構3との間にオイルポンプ6を配置し、そのオイルポンプ6を用いて圧縮機構2への給油を行うことにより、圧縮機構2を潤滑する高温のオイルの循環経路を膨張機構3から遠ざけることができる。言い換えれば、圧縮機構2を潤滑する高温のオイルの循環経路と、膨張機構3を潤滑する低温のオイルの循環経路とを分けることができる。これにより、オイルを介した圧縮機構2から膨張機構3への熱移動が抑制される。   The oil pump 6 sucks oil from the upper tank 25 a and supplies it to the sliding portion of the compression mechanism 2. After lubricating the compression mechanism 2, the oil that has returned to the upper tank 25 a through the through hole 75 a of the support frame 75 is heated by the compression mechanism 2 and the electric motor 4, and thus has a relatively high temperature. The oil returned to the upper tank 25a is again sucked into the oil pump 6. On the other hand, the oil in the lower tank 25 b is supplied to the sliding portion of the expansion mechanism 3. The oil that has lubricated the sliding portion of the expansion mechanism 3 is returned directly to the lower tank 25b. Since the oil in the lower tank 25b is cooled by the expansion mechanism 3, it is relatively low temperature. An oil pump 6 is disposed between the compression mechanism 2 and the expansion mechanism 3, and the oil pump 6 is used to supply oil to the compression mechanism 2, thereby expanding a high-temperature oil circulation path that lubricates the compression mechanism 2. It can be moved away from the mechanism 3. In other words, it is possible to separate a high-temperature oil circulation path for lubricating the compression mechanism 2 and a low-temperature oil circulation path for lubricating the expansion mechanism 3. Thereby, the heat transfer from the compression mechanism 2 to the expansion mechanism 3 via oil is suppressed.

圧縮機構2から膨張機構3への熱移動を抑制することにより、圧縮機構2から吐出された冷媒の温度低下、膨張機構3から吐出された冷媒の温度上昇を防ぐことができ、膨張機一体型圧縮機200を用いたシステム(冷凍サイクル装置)の成績係数が改善する。熱移動を抑制する効果は、圧縮機構2と膨張機構3との間にあるオイルポンプ6のみによっても得られるが、断熱部材30を設けることにより、その効果を高めることが可能である。   By suppressing the heat transfer from the compression mechanism 2 to the expansion mechanism 3, it is possible to prevent a temperature drop of the refrigerant discharged from the compression mechanism 2 and a temperature increase of the refrigerant discharged from the expansion mechanism 3. The coefficient of performance of the system (refrigeration cycle apparatus) using the compressor 200 is improved. The effect of suppressing the heat transfer can be obtained only by the oil pump 6 located between the compression mechanism 2 and the expansion mechanism 3, but the effect can be enhanced by providing the heat insulating member 30.

以下、各構成要素についてさらに詳しく説明する。   Hereinafter, each component will be described in more detail.

圧縮機構2は、シリンダ7と、シリンダ7内に配置されたピストン8と、シリンダ7とピストン8との間に形成された作動室16を高圧作動室と低圧作動室とに仕切るベーン9と、ばね10を備えている。ピストン8は、シャフト5の偏心部5aに取り付けられており、シリンダ7内で偏心回転する。シリンダ7に形成されたベーン溝7aにベーン9が摺動可能に配置されている。ベーン9の一端(先端)は、ピストン8に接している。ばね10は、ベーン9の他端(後端)に接しており、ベーン9をピストン8に向けて押す。   The compression mechanism 2 includes a cylinder 7, a piston 8 disposed in the cylinder 7, a vane 9 that partitions a working chamber 16 formed between the cylinder 7 and the piston 8 into a high pressure working chamber and a low pressure working chamber, A spring 10 is provided. The piston 8 is attached to the eccentric portion 5 a of the shaft 5 and rotates eccentrically in the cylinder 7. A vane 9 is slidably disposed in a vane groove 7 a formed in the cylinder 7. One end (tip) of the vane 9 is in contact with the piston 8. The spring 10 is in contact with the other end (rear end) of the vane 9 and pushes the vane 9 toward the piston 8.

圧縮機構2は、さらに、冷媒を作動室16に導く吸入管14と、圧縮された冷媒を密閉容器1の外部へと導く吐出管15と、下軸受11と、上軸受12と、マフラー13とを備えている。下軸受11および上軸受12によってシリンダ7が閉じられて作動室16が形成されている。下軸受11および上軸受12には、それぞれ、吸入孔11pおよび吐出孔12qが形成されている。吸入孔11pに吸入管14が接続されている。   The compression mechanism 2 further includes a suction pipe 14 that guides the refrigerant to the working chamber 16, a discharge pipe 15 that guides the compressed refrigerant to the outside of the sealed container 1, a lower bearing 11, an upper bearing 12, and a muffler 13. It has. The cylinder 7 is closed by the lower bearing 11 and the upper bearing 12 to form a working chamber 16. The lower bearing 11 and the upper bearing 12 have a suction hole 11p and a discharge hole 12q, respectively. A suction pipe 14 is connected to the suction hole 11p.

冷媒は、吸入管14および吸入孔11pを通じて作動室16に導かれ、圧縮される。圧縮された冷媒は、吐出孔12qおよびマフラー13を経由して、密閉容器1の内部空間24へと吐出される。内部空間24に吐出された冷媒は、当該冷媒に混入しているオイルを重力や遠心力などによって分離した後、吐出管15から密閉容器1の外部へと導かれる。   The refrigerant is guided to the working chamber 16 through the suction pipe 14 and the suction hole 11p and compressed. The compressed refrigerant is discharged to the internal space 24 of the sealed container 1 through the discharge hole 12q and the muffler 13. The refrigerant discharged into the internal space 24 is guided to the outside of the sealed container 1 from the discharge pipe 15 after oil mixed in the refrigerant is separated by gravity or centrifugal force.

電動機4は、密閉容器1に固定された固定子21と、シャフト5に固定された回転子22とを含む。密閉容器1の上部に配置されたターミナル(図示省略)から電動機4に電力が供給される。電動機4は、圧縮機構2から吐出された冷媒およびその冷媒に混入しているオイルによって冷却される。   The electric motor 4 includes a stator 21 fixed to the hermetic container 1 and a rotor 22 fixed to the shaft 5. Electric power is supplied to the electric motor 4 from a terminal (not shown) arranged at the upper part of the hermetic container 1. The electric motor 4 is cooled by the refrigerant discharged from the compression mechanism 2 and the oil mixed in the refrigerant.

シャフト5は、圧縮機構2側に位置する第1シャフト5sと、膨張機構3側に位置する第2シャフト5tとを含む。第1シャフト5sと第2シャフト5tとは、膨張機構3によって回収された動力が圧縮機構2に伝達されるように連結器63によって連結されている。ただし、第1シャフト5sと第2シャフト5tとが直接嵌め合わされていてもよい。さらに、シャフト5が単一の部品で作られていてもよい。   The shaft 5 includes a first shaft 5s located on the compression mechanism 2 side and a second shaft 5t located on the expansion mechanism 3 side. The first shaft 5s and the second shaft 5t are coupled by a coupler 63 so that the power recovered by the expansion mechanism 3 is transmitted to the compression mechanism 2. However, the first shaft 5s and the second shaft 5t may be directly fitted together. Furthermore, the shaft 5 may be made of a single part.

シャフト5の内部には、圧縮機構2の摺動部分に通ずる給油路29が軸方向に延びるように形成されている。給油路29には、オイルポンプ6から吐出されたオイルが送り込まれる。給油路29に送られたオイルは、膨張機構3を経由することなく、圧縮機構2の各摺動部分に供給される。このようにすれば、圧縮機構2に向かうオイルが膨張機構3で冷却されないので、オイルを介した圧縮機構2から膨張機構3への熱移動を効果的に抑制できる。   Inside the shaft 5, an oil supply passage 29 communicating with the sliding portion of the compression mechanism 2 is formed so as to extend in the axial direction. Oil discharged from the oil pump 6 is fed into the oil supply passage 29. The oil sent to the oil supply passage 29 is supplied to each sliding portion of the compression mechanism 2 without going through the expansion mechanism 3. In this way, the oil traveling toward the compression mechanism 2 is not cooled by the expansion mechanism 3, so that heat transfer from the compression mechanism 2 to the expansion mechanism 3 via the oil can be effectively suppressed.

膨張機構3は、第1シリンダ42と、第1シリンダ42よりも厚みのある第2シリンダ44と、第1シリンダ42と第2シリンダ44とを仕切っている中板43とを備えている。第1シリンダ42および第2シリンダ44は、互いに同心状に配置されている。図2Aおよび図2Bに示すように、膨張機構3は、さらに、第1ピストン46、第1ベーン48、第1ばね50、第2ピストン47、第2ベーン49および第2ばね51を備えている。   The expansion mechanism 3 includes a first cylinder 42, a second cylinder 44 that is thicker than the first cylinder 42, and an intermediate plate 43 that partitions the first cylinder 42 and the second cylinder 44. The first cylinder 42 and the second cylinder 44 are arranged concentrically with each other. 2A and 2B, the expansion mechanism 3 further includes a first piston 46, a first vane 48, a first spring 50, a second piston 47, a second vane 49, and a second spring 51. .

図2Aに示すように、第1ピストン46は、シャフト5の偏心部5cに嵌合しており、第1シリンダ42の中で偏心回転する。第1ベーン48は、第1シリンダ42に形成された第1ベーン溝42aに摺動可能に配置されている。第1ベーン48の一端(先端)は、第1ピストン46に接している。第1ばね50は、第1ベーン48の他端(後端)に接しており、第1ベーン48を第1ピストン46に向けて押す。   As shown in FIG. 2A, the first piston 46 is fitted in the eccentric portion 5 c of the shaft 5 and rotates eccentrically in the first cylinder 42. The first vane 48 is slidably disposed in a first vane groove 42 a formed in the first cylinder 42. One end (front end) of the first vane 48 is in contact with the first piston 46. The first spring 50 is in contact with the other end (rear end) of the first vane 48 and pushes the first vane 48 toward the first piston 46.

図2Bに示すように、第2ピストン47は、シャフト5の偏心部5dに嵌合しており、第2シリンダ44の中で偏心回転する。第2ベーン49は、第2シリンダ44に形成された第2ベーン溝44aに摺動可能に配置されている。第2ベーン49の一端は、第2ピストン47に接している。第2ばね51は、第2ベーン49の他端に接しており、第2ベーン49を第2ピストン47に向けて押す。   As shown in FIG. 2B, the second piston 47 is fitted in the eccentric portion 5 d of the shaft 5 and rotates eccentrically in the second cylinder 44. The second vane 49 is slidably disposed in a second vane groove 44 a formed in the second cylinder 44. One end of the second vane 49 is in contact with the second piston 47. The second spring 51 is in contact with the other end of the second vane 49 and pushes the second vane 49 toward the second piston 47.

図2Aに示すように、第1シリンダ42の内側には、吸入側の作動室55aおよび吐出側の作動室55bが形成されている。作動室55aと作動室55bとは、第1ピストン46および第1ベーン48によって仕切られている。図2Bに示すように、第2シリンダ44の内側には、吸入側の作動室56aおよび吐出側の作動室56bが形成されている。作動室56aと作動室56bとは、第2ピストン47および第2ベーン49によって仕切られている。   As shown in FIG. 2A, a suction-side working chamber 55a and a discharge-side working chamber 55b are formed inside the first cylinder. The working chamber 55 a and the working chamber 55 b are partitioned by the first piston 46 and the first vane 48. As shown in FIG. 2B, a suction side working chamber 56 a and a discharge side working chamber 56 b are formed inside the second cylinder 44. The working chamber 56 a and the working chamber 56 b are partitioned by the second piston 47 and the second vane 49.

第2シリンダ44における作動室56aおよび作動室56bの合計容積は、第1シリンダ42における作動室55aおよび作動室55bの合計容積よりも大きい。第1シリンダ42の吐出側の作動室55bと、第2シリンダ44の吸入側の作動室56aとが、中板43に形成された貫通孔43aを介して連通することによって、作動室55bおよび作動室56aが単一の膨張室として機能する。   The total volume of the working chamber 56a and the working chamber 56b in the second cylinder 44 is larger than the total volume of the working chamber 55a and the working chamber 55b in the first cylinder 42. The working chamber 55b and the working chamber 55b and the working chamber 55b are connected to each other through a through hole 43a formed in the intermediate plate 43. The chamber 56a functions as a single expansion chamber.

図1に示すように、膨張機構3は、さらに、下軸受41、上軸受45、吸入管52および吐出管53を備えている。下軸受41および中板43によって第1シリンダ42が閉じられ、中板43および上軸受45によって第2シリンダ44が閉じられている。これにより、第1シリンダ42および第2シリンダ44内には、それぞれ、作動室55および作動室56が形成されている。   As shown in FIG. 1, the expansion mechanism 3 further includes a lower bearing 41, an upper bearing 45, a suction pipe 52, and a discharge pipe 53. The first cylinder 42 is closed by the lower bearing 41 and the middle plate 43, and the second cylinder 44 is closed by the middle plate 43 and the upper bearing 45. Thereby, the working chamber 55 and the working chamber 56 are formed in the first cylinder 42 and the second cylinder 44, respectively.

上軸受45の内部には、冷媒を作動室55に導くための吸入経路80と、作動室56から吐出された冷媒を膨張機構3の外部へと導くための吐出経路81とが形成されている。吸入経路80は、第2シリンダ44、中板43および第1シリンダ42を貫通する形で下軸受41まで延び、第1シリンダ42内の作動室55に連通している。吸入管52は、密閉容器1の外部から第1シリンダ42の作動室55へと冷媒を導くことができるように、上軸受45に直接挿入され、吸入経路80に接続されている。吐出管53は、第2シリンダ44の作動室56から密閉容器1の外部へと冷媒を導くことができるように、上軸受45に直接挿入され、吐出経路81に接続されている。   Inside the upper bearing 45, a suction path 80 for guiding the refrigerant to the working chamber 55 and a discharge path 81 for guiding the refrigerant discharged from the working chamber 56 to the outside of the expansion mechanism 3 are formed. . The suction path 80 extends to the lower bearing 41 so as to penetrate the second cylinder 44, the intermediate plate 43, and the first cylinder 42, and communicates with the working chamber 55 in the first cylinder 42. The suction pipe 52 is directly inserted into the upper bearing 45 and connected to the suction path 80 so that the refrigerant can be guided from the outside of the sealed container 1 to the working chamber 55 of the first cylinder 42. The discharge pipe 53 is directly inserted into the upper bearing 45 and connected to the discharge path 81 so that the refrigerant can be guided from the working chamber 56 of the second cylinder 44 to the outside of the sealed container 1.

膨張前の冷媒は、吸入管52および吸入経路80を経て第1シリンダ42の作動室55aに流入する。第1シリンダ42の作動室55aに流入した冷媒は、シャフト5の回転に応じて作動室55bに移り、作動室55b、貫通孔43aおよび作動室56aによって形成された膨張室においてシャフト5を回転させながら膨張する。膨張後の冷媒は、作動室56b、吐出経路81および吐出管53を経て密閉容器1の外部へと導かれる。   The refrigerant before expansion flows into the working chamber 55a of the first cylinder 42 through the suction pipe 52 and the suction path 80. The refrigerant flowing into the working chamber 55a of the first cylinder 42 moves to the working chamber 55b according to the rotation of the shaft 5, and rotates the shaft 5 in the expansion chamber formed by the working chamber 55b, the through hole 43a and the working chamber 56a. While expanding. The expanded refrigerant is guided to the outside of the sealed container 1 through the working chamber 56b, the discharge path 81, and the discharge pipe 53.

膨張機構3の周囲の空間はオイルで満たされている。ベーン48(49)の後端がオイル貯まり25に面していることによって、ベーン48(49)とベーン溝42a(44a)との間の摺動面の潤滑を行える。その他の摺動部分、例えば軸受やピストンへの給油は、第2シャフト5tの下端から上方に向かって延びるように、第2シャフト5tの外周面に形成された給油溝(図示省略)によって行える。第2シャフト5tの下端にオイルポンプを設け、そのオイルポンプで軸受やピストンへの給油を行うようにしてもよい。膨張機構3の各摺動部分には、オイル貯まり25の下槽25bに貯められた低温のオイルが供給される。   The space around the expansion mechanism 3 is filled with oil. Since the rear end of the vane 48 (49) faces the oil reservoir 25, the sliding surface between the vane 48 (49) and the vane groove 42a (44a) can be lubricated. Oil supply to other sliding parts, such as a bearing and a piston, can be performed by an oil supply groove (not shown) formed on the outer peripheral surface of the second shaft 5t so as to extend upward from the lower end of the second shaft 5t. An oil pump may be provided at the lower end of the second shaft 5t, and oil may be supplied to the bearing and the piston with the oil pump. Low temperature oil stored in the lower tank 25 b of the oil reservoir 25 is supplied to each sliding portion of the expansion mechanism 3.

図3に示すように、オイルポンプ6は、シャフト5の回転に伴う作動室の容積の増減によりオイルを圧送するように構成された容積式ポンプである。オイルポンプ6に隣接して、連結器63を収容する中空の中継部材71が設けられている。オイルポンプ6および中継部材71の中央部を貫通するように、シャフト5が通されている。   As shown in FIG. 3, the oil pump 6 is a positive displacement pump configured to pump oil by increasing or decreasing the volume of the working chamber accompanying the rotation of the shaft 5. A hollow relay member 71 that accommodates the coupler 63 is provided adjacent to the oil pump 6. The shaft 5 is passed through the central portion of the oil pump 6 and the relay member 71.

オイルポンプ6は、シャフト5(第2シャフト5t)の偏心部に取り付けられたピストン61と、ピストン61を収容するハウジング62(シリンダ)とを含む。ピストン61とハウジング62との間には、三日月状の作動室64が形成されている。すなわち、オイルポンプ6には、ロータリ式の流体機構が採用されている。ハウジング62には、オイル貯まり25(具体的には上槽25a)と作動室64とを接続するオイル吸入路62aと、作動室64と給油路29とを接続するオイル吐出路62bおよび中継通路62cが形成されている。第2シャフト5tの回転に伴ってハウジング62内をピストン61が偏心回転する。これにより、作動室64の容積が増減し、オイルの吸入および吐出が行われる。このような機構は、第2シャフト5tの回転運動をカム機構等で他の運動に変換することなく、オイルを圧送する運動に直接利用するので、機械ロスが小さいという利点がある。また、比較的単純な構造によるので、信頼性も高い。   The oil pump 6 includes a piston 61 attached to an eccentric portion of the shaft 5 (second shaft 5t), and a housing 62 (cylinder) that accommodates the piston 61. A crescent-shaped working chamber 64 is formed between the piston 61 and the housing 62. That is, the oil pump 6 employs a rotary fluid mechanism. The housing 62 includes an oil suction passage 62a that connects the oil reservoir 25 (specifically, the upper tank 25a) and the working chamber 64, an oil discharge passage 62b that connects the working chamber 64 and the oil supply passage 29, and a relay passage 62c. Is formed. The piston 61 rotates eccentrically in the housing 62 as the second shaft 5t rotates. As a result, the volume of the working chamber 64 is increased or decreased, and oil is sucked and discharged. Such a mechanism is advantageous in that the mechanical loss is small because the rotational movement of the second shaft 5t is directly used for the oil-feeding movement without being converted into another movement by a cam mechanism or the like. Further, since it has a relatively simple structure, it has high reliability.

オイルポンプ6と中継部材71は、オイルポンプ6のハウジング62の上面と中継部材71の下面とが接するように、軸方向の上下に隣接して配置されている。ハウジング62の上面によって、中継部材71が閉じられている。さらに、中継部材71は、シャフト5(第1シャフト5s)を支持する軸受部76を有している。言い換えれば、中継部材71はシャフト5を支持する軸受の機能も有している。軸受部76の潤滑を行えるように、シャフト5の給油路29が、軸受部76に対応する区間で分岐している。なお、軸受部76に相当する部分を、支持フレーム75が有していてもよい。さらには、支持フレーム75と中継部材71とが単一の部品からなっていてもよい。   The oil pump 6 and the relay member 71 are arranged adjacent to each other in the axial direction so that the upper surface of the housing 62 of the oil pump 6 and the lower surface of the relay member 71 are in contact with each other. The relay member 71 is closed by the upper surface of the housing 62. Further, the relay member 71 has a bearing portion 76 that supports the shaft 5 (first shaft 5s). In other words, the relay member 71 also has a function of a bearing that supports the shaft 5. The oil supply passage 29 of the shaft 5 is branched in a section corresponding to the bearing portion 76 so that the bearing portion 76 can be lubricated. Note that the support frame 75 may have a portion corresponding to the bearing portion 76. Furthermore, the support frame 75 and the relay member 71 may be made of a single component.

中継部材71の内部空間70hには連結器63が配置されている。第1シャフト5sと連結器63とは、例えば、第1シャフト5sの外周面に設けられた溝と、連結器63の内周面に設けられた溝とが係合することにより、同期回転するように連結される。第2シャフト5tと連結器63も、同様の方法で固定できる。連結器63は、中継部材71内において第1シャフト5sおよび第2シャフト5tと同期回転する。膨張機構3によって第2シャフト5tに与えられるトルクは、連結器63を介して第1シャフト5sに伝達される。   A coupler 63 is disposed in the internal space 70 h of the relay member 71. For example, the first shaft 5s and the coupler 63 are synchronously rotated by engaging a groove provided on the outer peripheral surface of the first shaft 5s with a groove provided on the inner peripheral surface of the coupler 63. Are linked together. The second shaft 5t and the coupler 63 can be fixed in the same manner. The coupler 63 rotates in synchronization with the first shaft 5s and the second shaft 5t in the relay member 71. Torque applied to the second shaft 5t by the expansion mechanism 3 is transmitted to the first shaft 5s via the coupler 63.

給油路29は、第1シャフト5sおよび第2シャフト5tにまたがって形成されている。シャフト5の連結部と、給油路29の入口29pと、オイルポンプ6の本体部分とが、圧縮機構2に近い側からこの順番で並んでいる。給油路29の入口29pは、第2シャフト5tの上端部とピストン61が嵌め合わされた部分(偏心部)との間における、第2シャフト5tの外周面に形成されている。中継通路62cは、第2シャフト5tを周方向に取り囲む環状の空間であり、この環状の空間に給油路29の入口29pが面している。   The oil supply passage 29 is formed across the first shaft 5s and the second shaft 5t. The connecting portion of the shaft 5, the inlet 29 p of the oil supply passage 29, and the main body portion of the oil pump 6 are arranged in this order from the side close to the compression mechanism 2. The inlet 29p of the oil supply passage 29 is formed on the outer peripheral surface of the second shaft 5t between the upper end portion of the second shaft 5t and the portion where the piston 61 is fitted (eccentric portion). The relay passage 62c is an annular space that surrounds the second shaft 5t in the circumferential direction, and the inlet 29p of the oil supply passage 29 faces the annular space.

オイルポンプ6から吐出されたオイルは、オイル吐出路62bおよび中継通路62cを通じて給油路29に導かれる。中継部材71は、連結器63を収容するハウジングとしての役割、および、シャフト5の軸受としての役割を担う。   The oil discharged from the oil pump 6 is guided to the oil supply passage 29 through the oil discharge passage 62b and the relay passage 62c. The relay member 71 serves as a housing that accommodates the coupler 63 and serves as a bearing for the shaft 5.

図1に示すように、断熱部材30は、円板状の形状を有する。この断熱部材30によって、上槽25aと下槽25bとの間のオイルの往来が制限されている。断熱部材30の働きにより、上槽25aに貯められたオイルの温度と、下槽25bに貯められたオイルの温度との差が大きくなる。なお、断熱部材30の外周面と密閉容器1の内周面との間に隙間が形成されており、この隙間を通じて上槽25aと下槽25bとをオイルが往来できる。   As shown in FIG. 1, the heat insulating member 30 has a disk shape. The heat insulating member 30 restricts the passage of oil between the upper tank 25a and the lower tank 25b. Due to the action of the heat insulating member 30, the difference between the temperature of the oil stored in the upper tank 25a and the temperature of the oil stored in the lower tank 25b increases. Note that a gap is formed between the outer peripheral surface of the heat insulating member 30 and the inner peripheral surface of the sealed container 1, and oil can travel between the upper tank 25 a and the lower tank 25 b through this gap.

圧縮機構2において、冷媒は圧縮されて高温高圧状態となるので、圧縮機構の摺動部分を潤滑するオイルの温度は相対的に高くなる。膨張機構3において、冷媒は膨張して低温低圧状態となるので、膨張機構3の摺動部分を潤滑するオイルの温度は相対的に低くなる。図10に示すように、オイルの粘度は温度に応じて変化する。そのため、圧縮機構2ではオイル粘度が適正あっても、膨張機構3ではオイル粘度が高すぎ、機械損失が大きくなる可能性がある。膨張機構3の摺動部分における隙間を、圧縮機を設計する際に考えられている寸法よりも広めに設計することによって、当該摺動部分での機械損失を低減できる。   In the compression mechanism 2, the refrigerant is compressed to a high temperature and high pressure state, so that the temperature of the oil that lubricates the sliding portion of the compression mechanism becomes relatively high. In the expansion mechanism 3, the refrigerant expands to a low temperature and low pressure state, so that the temperature of the oil that lubricates the sliding portion of the expansion mechanism 3 is relatively low. As shown in FIG. 10, the viscosity of the oil varies depending on the temperature. Therefore, even if the oil viscosity is appropriate in the compression mechanism 2, the oil viscosity is too high in the expansion mechanism 3, and the mechanical loss may increase. By designing the gap in the sliding portion of the expansion mechanism 3 to be wider than the dimension considered when designing the compressor, the mechanical loss in the sliding portion can be reduced.

「摺動部分」の典型的な例は、軸受とシャフト、シリンダとピストン、ベーンとベーン溝である。正確には、ピストンやベーンは、閉塞部材としての役割を担う軸受の表面やシリンダの表面を摺動する。圧縮機構2のこれらの摺動部分には、シャフト5の給油路29を通じて給油できる。膨張機構3のこれらの摺動部分には、シャフト5の外周面に形成された給油溝を通じて、または、オイル貯まり25から直接給油できる。以下、各摺動部分における隙間の寸法について説明する。   Typical examples of the “sliding portion” are a bearing and a shaft, a cylinder and a piston, and a vane and a vane groove. Precisely, the piston and the vane slide on the surface of the bearing and the surface of the cylinder that serve as a closing member. Oil can be supplied to these sliding portions of the compression mechanism 2 through the oil supply passage 29 of the shaft 5. Oil can be supplied to these sliding portions of the expansion mechanism 3 through an oil supply groove formed on the outer peripheral surface of the shaft 5 or directly from the oil reservoir 25. Hereinafter, the dimension of the gap in each sliding part will be described.

<<軸受隙間比>>
容積式圧縮機等の流体機械において、軸受隙間の寸法と軸径との比で定義される軸受隙間比を1/1000程度に設定することが知られている(例えば、社団法人日本トライボロジー学会編「トライボロジーハンドブック」第1版 養賢堂 2001年3月30日 p111)。軸受隙間の寸法とは、軸受の内径と軸径との差で定義される設計値のことである。圧縮機構2に関して言えば、従来のこの指針に基づいて設計を行なうことに問題はない。しかし、従来のこの指針に基づいて膨張機構3の設計を行なうと、軸受でのせん断応力が大きくなり、機械損失が大きくなる。したがって、膨張機構3の軸受隙間比を、圧縮機を設計する際に考えられている値よりも大きめに設定する。詳細には、膨張機構3の軸受隙間比が圧縮機構2の軸受隙間比よりも大きくなるように膨張機構3の設計を行うことで、膨張機構3の軸受での機械損失を低減できる。
<< Bearing clearance ratio >>
In a fluid machine such as a positive displacement compressor, it is known to set a bearing clearance ratio defined by a ratio of a bearing clearance dimension to a shaft diameter to about 1/1000 (for example, edited by Japan Society of Tribology) "Tribology Handbook" 1st edition Yokendo March 30, 2001, p111). The dimension of the bearing gap is a design value defined by the difference between the inner diameter of the bearing and the shaft diameter. As far as the compression mechanism 2 is concerned, there is no problem in designing based on this conventional guideline. However, if the expansion mechanism 3 is designed based on this conventional guideline, the shear stress at the bearing increases and the mechanical loss increases. Therefore, the bearing clearance ratio of the expansion mechanism 3 is set larger than the value considered when designing the compressor. Specifically, the mechanical loss in the bearing of the expansion mechanism 3 can be reduced by designing the expansion mechanism 3 so that the bearing clearance ratio of the expansion mechanism 3 is larger than the bearing clearance ratio of the compression mechanism 2.

図4に示すように、圧縮機構2の下軸受11(圧縮側軸受)の内径をφc、下軸受11でのシャフト5の外径をDc、膨張機構3の上軸受45(膨張側軸受)の内径をφe、上軸受45でのシャフト5の外径をDeとする。本実施形態では、下軸受11での第1シャフト5sの外径がDcで表され、上軸受45での第2シャフト5tの外径がDeで表される。このとき、圧縮機構2の下軸受11における軸受隙間比Rcは、Rc=(φc−Dc)/Dcで表される。膨張機構3の上軸受45における軸受隙間比Reは、Re=(φe−De)/Deで表される。Re>Rcを満足するように圧縮機構2および膨張機構3の設計を行なうことにより、膨張機構3の上軸受45での機械損失を低減できる。 As shown in FIG. 4, the inner diameter of the lower bearing 11 (compression side bearing) of the compression mechanism 2 is φ c , the outer diameter of the shaft 5 at the lower bearing 11 is D c , and the upper bearing 45 (expansion side bearing) of the expansion mechanism 3. the inner diameter of) phi e, the outside diameter of the shaft 5 in the upper bearing 45 and D e. In this embodiment, the outer diameter of the first shaft 5s under the bearing 11 is represented by D c, the outer diameter of the second shaft 5t in the upper bearing 45 is represented by D e. At this time, the bearing clearance ratio R c in the lower bearing 11 of the compression mechanism 2 is represented by R c = (φ c −D c ) / D c . Bearing clearance ratio R e of the bearing 45 on the expansion mechanism 3 is represented by R e = (φ e -D e ) / D e. By designing the compression mechanism 2 and the expansion mechanism 3 so as to satisfy R e > R c , mechanical loss in the upper bearing 45 of the expansion mechanism 3 can be reduced.

eとRcとの差の範囲に特に限定は無く、例えば1.5Rc<Re<2.5Rcの関係を満足するようにReおよびRcを定めてもよい。 The range of the difference between R e and R c is not particularly limited, and for example, R e and R c may be determined so as to satisfy the relationship of 1.5R c <R e <2.5R c .

また、圧縮機構2におけるオイル粘度μcと膨張機構3におけるオイル粘度μeから、膨張機構3における軸受隙間比Reを見出してもよい。具体的には、下記式(1)によれば、オイル粘度に対して適正な軸受隙間比Reを設定できる。
e=(μe/μc)×Rc ・・・(1)
Further, the oil viscosity mu e the oil viscosity mu c in the compression mechanism 2 in the expansion mechanism 3 may be found bearing clearance ratio R e in the expansion mechanism 3. Specifically, according to the following formula (1), an appropriate bearing clearance ratio Re can be set with respect to the oil viscosity.
R e = (μ e / μ c ) × R c (1)

例えば、圧縮機構2の吐出冷媒温度が60〜80℃であり、膨張機構3の周囲温度が10〜30℃であり、オイルとしてPAGを使用する場合、図10のグラフよりオイル粘度μcは、80℃、60℃、30℃および10℃で、それぞれ、33mm2/s、60mm2/s、135mm2/sおよび272mm2/sである。圧縮機構2におけるオイル温度と膨張機構3におけるオイル温度との差が50℃であるとすれば、膨張機構3における軸受隙間比Reを272Rc/60〜135Rc/33の範囲に設定しうる。 For example, when the discharge refrigerant temperature of the compression mechanism 2 is 60 to 80 ° C., the ambient temperature of the expansion mechanism 3 is 10 to 30 ° C., and PAG is used as oil, the oil viscosity μ c is At 80 ° C., 60 ° C., 30 ° C. and 10 ° C., they are 33 mm 2 / s, 60 mm 2 / s, 135 mm 2 / s and 272 mm 2 / s, respectively. If the difference between the oil temperature in the oil temperature and the expansion mechanism 3 in the compression mechanism 2 to be 50 ° C., it can set the bearing clearance ratio R e in the expansion mechanism 3 in the range of 272R c / 60~135R c / 33 .

本実施形態では、圧縮機構2が電動機4よりも上方に設けられ、膨張機構3が電動機4よりも下方に設けられているとともに、膨張機構3の周囲の空間がオイルで満たされている。そのため、圧縮機構2におけるオイル温度と膨張機構3におけるオイル温度との間に差異が生じやすい。つまり、本実施形態のレイアウトによれば、軸受隙間比RcおよびReを適正に設定することによる機械損失の低減効果をより十分に享受できる。 In the present embodiment, the compression mechanism 2 is provided above the electric motor 4, the expansion mechanism 3 is provided below the electric motor 4, and the space around the expansion mechanism 3 is filled with oil. Therefore, a difference is likely to occur between the oil temperature in the compression mechanism 2 and the oil temperature in the expansion mechanism 3. That is, according to the layout of this embodiment can enjoy the effect of reducing mechanical loss due to properly set the bearing clearance ratio R c and R e more fully.

また、本実施形態では、オイルポンプ6および断熱部材30の働きによって圧縮機構2から膨張機構3への熱移動が抑制されている。このことは、圧縮機構2から膨張機構3への熱移動を防いで各機構の効率を向上させる観点では好ましいが、オイル粘度の観点では好ましくない。軸受隙間比RcおよびReを適正に設定すれば、熱移動の抑制効果を損なうことなく、オイル粘度の問題を解消できる。 In the present embodiment, heat transfer from the compression mechanism 2 to the expansion mechanism 3 is suppressed by the functions of the oil pump 6 and the heat insulating member 30. This is preferable from the viewpoint of preventing the heat transfer from the compression mechanism 2 to the expansion mechanism 3 and improving the efficiency of each mechanism, but is not preferable from the viewpoint of oil viscosity. By properly setting the bearing clearance ratio R c and R e, without impairing the effect of suppressing the heat transfer can be eliminated and the oil viscosity problem.

ところで、膨張機構3の下軸受41における軸受隙間比は、上軸受45における軸受隙間比Reと等しくてもよいし、異なっていてもよい。具体的には、膨張機構3の下軸受41における軸受隙間比を膨張機構3の上軸受45における軸受隙間比よりも大きくしてもよい。本実施形態では、膨張機構3が複数のシリンダを有するので、上軸受45と下軸受41とが軸方向にある程度離れている。この場合、上軸受45と下軸受41でもある程度のオイルの温度差が生じる。 Incidentally, the bearing clearance ratio in the lower bearing 41 of the expansion mechanism 3 may be equal to the bearing gap ratio R e in the upper bearing 45, may be different. Specifically, the bearing gap ratio in the lower bearing 41 of the expansion mechanism 3 may be larger than the bearing gap ratio in the upper bearing 45 of the expansion mechanism 3. In this embodiment, since the expansion mechanism 3 has a plurality of cylinders, the upper bearing 45 and the lower bearing 41 are separated to some extent in the axial direction. In this case, a certain amount of oil temperature difference also occurs between the upper bearing 45 and the lower bearing 41.

図5に示すように、上軸受45の内径をφe1、上軸受45でのシャフト5(詳細には第2シャフト5t)の外径をDe1、下軸受41の内径をφe2、下軸受41でのシャフト5の外径をDe2とする。上軸受45における軸受隙間比Re1は、Re1=(φe1−De1)/De1で表される。下軸受41における軸受隙間比Re2は、Re2=(φe2−De2)/De2で表される。Re2>Re1を満足し、かつ膨張機構3の上軸受45における軸受隙間比Re1が圧縮機構2の下軸受11における軸受隙間比Rcよりも大きくなるように圧縮機構2および膨張機構3の設計を行なえば、更なる機械損失の低減を期待できる。 As shown in FIG. 5, the inner diameter of the upper bearing 45 is φ e1 , the outer diameter of the shaft 5 (specifically, the second shaft 5 t) at the upper bearing 45 is D e1 , the inner diameter of the lower bearing 41 is φ e2 , and the lower bearing Let the outer diameter of the shaft 5 at 41 be De2 . The bearing clearance ratio R e1 in the upper bearing 45 is represented by R e1 = (φ e1 −D e1 ) / D e1 . The bearing clearance ratio R e2 in the lower bearing 41 is represented by R e2 = (φ e2 −D e2 ) / D e2 . The compression mechanism 2 and the expansion mechanism 3 satisfy R e2 > R e1 and the bearing clearance ratio R e1 of the upper bearing 45 of the expansion mechanism 3 is larger than the bearing clearance ratio R c of the lower bearing 11 of the compression mechanism 2. This design can be expected to further reduce mechanical loss.

軸受隙間比Re1とRe2との差の範囲に特に限定は無く、例えば1.1Re1<Re2<1.5Re1の関係を満足するようにRe1およびRe2を定めてもよい。 There is no particular limitation on the scope of the difference between the bearing clearance ratio R e1 and R e2, eg 1.1R e1 <may define R e1 and R e2 so as to satisfy the relationship of R e2 <1.5R e1.

なお、圧縮機構2の上軸受12に関して言えば、下軸受11におけるオイル温度と上軸受12におけるオイル温度とに殆ど差がない。したがって、上軸受12には、下軸受11と同じ軸受隙間比(例えば1/1000)を採用できる。   Regarding the upper bearing 12 of the compression mechanism 2, there is almost no difference between the oil temperature in the lower bearing 11 and the oil temperature in the upper bearing 12. Therefore, the same bearing clearance ratio (for example, 1/1000) as that of the lower bearing 11 can be adopted for the upper bearing 12.

本実施形態では、圧縮機構2の吸入容積が膨張機構3の吸入容積よりも大きく、第1シャフト5sが第2シャフト5tよりも太い。そのため、圧縮機構2での軸受隙間の寸法と膨張機構3での軸受隙間の寸法とが等しい場合でも、膨張機構3での軸受隙間比は圧縮機構2での軸受隙間比よりも大きくなる。   In the present embodiment, the suction volume of the compression mechanism 2 is larger than the suction volume of the expansion mechanism 3, and the first shaft 5s is thicker than the second shaft 5t. Therefore, even when the size of the bearing gap in the compression mechanism 2 is equal to the size of the bearing gap in the expansion mechanism 3, the bearing gap ratio in the expansion mechanism 3 is larger than the bearing gap ratio in the compression mechanism 2.

<<シリンダ隙間比>>
シリンダとピストンの設計に軸受とシャフトの設計思想を導入してもよい。すなわち、シリンダ内の作動室の高さとピストンの厚みとの差で定義される設計値をシリンダ隙間の寸法、シリンダ隙間の寸法とピストンの厚みとの比をシリンダ隙間比と定義し、このシリンダ隙間比に軸受隙間比の設計思想を導入する。
<< Cylinder clearance ratio >>
You may introduce the design concept of a bearing and a shaft into the design of a cylinder and a piston. That is, the design value defined by the difference between the height of the working chamber in the cylinder and the thickness of the piston is defined as the cylinder clearance dimension, and the ratio between the cylinder clearance dimension and the piston thickness is defined as the cylinder clearance ratio. The design concept of the bearing clearance ratio is introduced.

具体的には、図6に示すように、圧縮機構2のシリンダ7内の作動室16の高さをHc、ピストン8の厚みをTc、膨張機構3の第2シリンダ44内の作動室56の高さをHe、第2ピストン47の厚みをTeとする。このとき、圧縮機構2におけるシリンダ隙間比αcは、αc=(Hc−Tc)/Tcで表される。膨張機構3の第2シリンダ44におけるピストン隙間比αeは、αe=(He−Te)/Teで表される。αe>αcを満足するように圧縮機構2および膨張機構3の設計を行なうことにより、膨張機構3の第2シリンダ44での機械損失を低減できる。 Specifically, as shown in FIG. 6, the height of the working chamber 16 in the cylinder 7 of the compression mechanism 2 is H c , the thickness of the piston 8 is T c , and the working chamber in the second cylinder 44 of the expansion mechanism 3. the height of the 56 H e, the thickness of the second piston 47 and T e. At this time, the cylinder clearance ratio α c in the compression mechanism 2 is represented by α c = (H c −T c ) / T c . The piston clearance ratio α e in the second cylinder 44 of the expansion mechanism 3 is represented by α e = (H e −T e ) / T e . By designing the compression mechanism 2 and the expansion mechanism 3 so as to satisfy α e > α c , mechanical loss in the second cylinder 44 of the expansion mechanism 3 can be reduced.

αeとαcとの差の範囲に特に限定は無く、例えば1.5αc<αe<2.5αcの関係を満足するようにαeおよびαcを定めてもよい。 The range of the difference between α e and α c is not particularly limited. For example, α e and α c may be determined so as to satisfy the relationship of 1.5α ce <2.5α c .

なお、膨張機構3の第1シリンダ42におけるシリンダ隙間比は、第2シリンダ44におけるシリンダ隙間比αeと等しくてもよい。また、本実施形態のように第1シリンダ42が第2シリンダ44よりも下方に位置している場合には、オイル貯まり25に貯められたオイルの温度勾配を考慮して、第1シリンダ42におけるシリンダ隙間比を第2シリンダ44におけるシリンダ隙間比よりも大きくしてもよい。逆に、第1シリンダ42が第2シリンダ44よりも上方に位置している場合には、第1シリンダ42におけるシリンダ隙間比を第2シリンダ44におけるシリンダ隙間比よりも小さくしてもよい。 Note that the cylinder gap ratio in the first cylinder 42 of the expansion mechanism 3 may be equal to the cylinder gap ratio α e in the second cylinder 44. Further, when the first cylinder 42 is located below the second cylinder 44 as in the present embodiment, the temperature gradient of the oil stored in the oil reservoir 25 is taken into consideration in the first cylinder 42. The cylinder gap ratio may be larger than the cylinder gap ratio in the second cylinder 44. Conversely, when the first cylinder 42 is positioned above the second cylinder 44, the cylinder gap ratio in the first cylinder 42 may be smaller than the cylinder gap ratio in the second cylinder 44.

<<ベーン隙間比>>
ベーン溝とベーンの設計に軸受とシャフトの設計思想を導入してもよい。すなわち、ベーン溝の幅とベーンの幅との差で定義される設計値を幅方向ベーン隙間の寸法、幅方向ベーン隙間の寸法とベーンの幅との比を幅方向ベーン隙間比と定義し、この幅方向ベーン隙間比に軸受隙間比の設計思想を導入する。
<< Vane gap ratio >>
You may introduce the design concept of a bearing and a shaft into the design of a vane groove and a vane. That is, the design value defined by the difference between the width of the vane groove and the width of the vane is defined as the dimension of the width direction vane gap, the ratio of the dimension of the width direction vane gap and the width of the vane is defined as the width direction vane gap ratio, The design philosophy of the bearing clearance ratio is introduced into this width direction vane clearance ratio.

具体的には、図7Aに示すように、圧縮機構2のベーン溝7aの幅をKc、ベーン9の幅をWcとし、図7Bに示すように、膨張機構3の第2ベーン溝44aの幅をKe、第2ベーン49の幅をWeとする。このとき、圧縮機構2のベーン溝7aにおける幅方向ベーン隙間比βcは、βc=(Kc−Wc)/Wcで表される。膨張機構3の第2ベーン溝44aにおける幅方向ベーン隙間比βeは、βe=(Ke−We)/Weで表される。βe>βcを満足するように圧縮機構2および膨張機構3の設計を行なうことにより、膨張機構3の第2ベーン溝44aでの機械損失を低減できる。 Specifically, as shown in FIG. 7A, the width of the vane groove 7a of the compression mechanism 2 is K c and the width of the vane 9 is W c, and the second vane groove 44a of the expansion mechanism 3 is shown in FIG. 7B. width K e, the width of the second vane 49 and W e of. At this time, the width direction vane clearance ratio β c in the vane groove 7 a of the compression mechanism 2 is expressed by β c = (K c −W c ) / W c . The width direction vane gap ratio β e in the second vane groove 44 a of the expansion mechanism 3 is represented by β e = (K e −W e ) / W e . By designing the compression mechanism 2 and the expansion mechanism 3 so as to satisfy β e > β c , mechanical loss in the second vane groove 44a of the expansion mechanism 3 can be reduced.

また、ベーンの幅方向だけでなく、ベーンの高さ方向にも同様の設計思想を導入してもよい。具体的には、図8Aに示すように、圧縮機構2のベーン溝7aの高さをhc、ベーン9の高さをLcとし、図8Bに示すように、膨張機構3の第2ベーン溝44aの高さをhe、第2ベーン49の高さをLeとする。このとき、圧縮機構2のベーン溝7aにおける高さ方向ベーン隙間比γcは、γc=(hc−Lc)/Lcで表される。膨張機構3の第2ベーン溝44aにおける高さ方向ベーン隙間比γeは、γe=(he−Le)/Leで表される。γe>γcを満足するように圧縮機構2および膨張機構3の設計を行なうことにより、膨張機構3の第2ベーン溝44aでの機械損失を更に低減できる。 Further, the same design concept may be introduced not only in the vane width direction but also in the vane height direction. Specifically, as shown in FIG. 8A, the height of the vane groove 7a of the compression mechanism 2 is h c , the height of the vane 9 is L c, and the second vane of the expansion mechanism 3 is shown in FIG. 8B. the height of the groove 44a to h e, the height of the second vane 49 and the L e. At this time, the height direction vane clearance ratio γ c in the vane groove 7 a of the compression mechanism 2 is expressed by γ c = (h c −L c ) / L c . The height direction vane gap ratio γ e in the second vane groove 44 a of the expansion mechanism 3 is represented by γ e = (h e −L e ) / L e . By designing the compression mechanism 2 and the expansion mechanism 3 so as to satisfy γ e > γ c , the mechanical loss in the second vane groove 44a of the expansion mechanism 3 can be further reduced.

βeとβcとの差の範囲に特に限定は無く、例えば1.5βc<βe<2.5βcの関係を満足するようにβeおよびβcを定めてもよい。γeとγcとの差の範囲にも特に限定は無く、例えば1.5γc<γe<2.5γcの関係を満足するようにγeおよびγcを定めてもよい。 The range of the difference between β e and β c is not particularly limited. For example, β e and β c may be determined so as to satisfy the relationship of 1.5β ce <2.5β c . The range of the difference between γ e and γ c is not particularly limited. For example, γ e and γ c may be determined so as to satisfy the relationship of 1.5γ ce <2.5γ c .

なお、ベーン溝とベーンに関して言えば、βe>βcおよびγe>γcの一方のみが満たされてもよいし、両方が満たされてもよい。 Regarding the vane groove and the vane, only one of β e > β c and γ e > γ c may be satisfied, or both may be satisfied.

また、膨張機構3の第1ベーン溝42aにおける幅方向ベーン隙間比は、第2ベーン溝44aにおける幅方向ベーン隙間比βeと等しくてもよい。同様に、膨張機構3の第1ベーン溝42aにおける高さ方向ベーン隙間比は、第2ベーン溝44aにおける高さ方向ベーン隙間比βeと等しくてもよい。 The first vane groove 42a the width direction vane gap ratio in the expansion mechanism 3 may be equal to the width direction vane gap ratio beta e of the second vane groove 44a. Similarly, the height direction vane gap ratio in the first vane groove 42a of the expansion mechanism 3 may be equal to the height direction vane gap ratio beta e of the second vane groove 44a.

また、本実施形態のように第1シリンダ42が第2シリンダ44よりも下方に位置している場合には、オイル貯まり25に貯められたオイルの温度勾配を考慮して、第1ベーン溝42aにおける幅方向ベーン隙間比を第2ベーン溝44aにおける幅方向ベーン隙間比よりも大きくしてもよい。逆に、第1シリンダ42が第2シリンダ44よりも上方に位置している場合には、第1ベーン溝42aにおける幅方向ベーン隙間比を第2ベーン溝44aにおける幅方向ベーン隙間比よりも小さくしてもよい。このことは、高さ方向ベーン隙間比についても当てはまる。   Further, when the first cylinder 42 is positioned below the second cylinder 44 as in the present embodiment, the first vane groove 42a is taken into account in consideration of the temperature gradient of the oil stored in the oil reservoir 25. The width direction vane gap ratio at may be larger than the width direction vane gap ratio at the second vane groove 44a. Conversely, when the first cylinder 42 is positioned above the second cylinder 44, the width direction vane gap ratio in the first vane groove 42a is smaller than the width direction vane gap ratio in the second vane groove 44a. May be. This is also true for the height direction vane gap ratio.

(変形例)
本実施形態において、ロータリ圧縮機構2およびロータリ膨張機構3には、ベーンとピストンとが別々の部品で作られているローリングピストン式の機構が採用されている。ただし、「ロータリ式」には、ベーンとピストンとが一体化されたスイングピストン式も含まれる。ロータリ式の機構は、シリンダを1段のみ有するものであってもよいし、シリンダを複数段有するものであってもよい。
(Modification)
In this embodiment, the rotary compression mechanism 2 and the rotary expansion mechanism 3 employ a rolling piston type mechanism in which a vane and a piston are made of separate parts. However, the “rotary type” includes a swing piston type in which a vane and a piston are integrated. The rotary mechanism may have only one cylinder, or may have a plurality of cylinders.

また、圧縮機構および膨張機構の型式はロータリ式に限定されず、圧縮機構の型式と膨張機構の型式とが同じであればよい。例えば、スライディングベーン式、スクロール式、往復式、スクリュー式等の他の型式の流体機構(典型的には容積式流体機構)を採用できる。   The types of the compression mechanism and the expansion mechanism are not limited to the rotary type, and the compression mechanism and the expansion mechanism may be the same type. For example, other types of fluid mechanisms (typically positive displacement fluid mechanisms) such as a sliding vane type, a scroll type, a reciprocating type, and a screw type can be employed.

本実施形態では、圧縮機構2が鉛直方向の上側に配置され、膨張機構3が鉛直方向の下側に配置されている。ただし、圧縮機構2と膨張機構3の位置関係はこれと逆であってもよい。つまり、膨張機構3が鉛直方向の上側に配置され、圧縮機構2が鉛直方向の下側に配置されていてもよい。圧縮機構2および膨張機構3におけるオイル粘度の相違の問題は本実施形態以外のレイアウトでも生じるからである。   In the present embodiment, the compression mechanism 2 is disposed on the upper side in the vertical direction, and the expansion mechanism 3 is disposed on the lower side in the vertical direction. However, the positional relationship between the compression mechanism 2 and the expansion mechanism 3 may be reversed. That is, the expansion mechanism 3 may be disposed on the upper side in the vertical direction, and the compression mechanism 2 may be disposed on the lower side in the vertical direction. This is because the problem of the difference in oil viscosity between the compression mechanism 2 and the expansion mechanism 3 also occurs in layouts other than this embodiment.

同様の理由で、シャフトの軸方向が水平方向に平行であり、水平方向の左右に圧縮機構と膨張機構が位置していてもよい。シャフトの軸方向が水平方向に平行となるレイアウトは、圧縮機構から膨張機構への熱移動を防ぐ観点では不利であるが、重心が低くなることによる安定性の改善が期待できる。   For the same reason, the axial direction of the shaft may be parallel to the horizontal direction, and the compression mechanism and the expansion mechanism may be located on the left and right in the horizontal direction. A layout in which the axial direction of the shaft is parallel to the horizontal direction is disadvantageous in terms of preventing heat transfer from the compression mechanism to the expansion mechanism, but stability can be expected to be improved by lowering the center of gravity.

(冷凍サイクル装置の実施形態)
図9は、本実施形態にかかる冷凍サイクル装置の構成図である。冷凍サイクル装置500は、図1等を参照して説明した膨張機一体型圧縮機200、冷媒を冷却する放熱器402、および冷媒を蒸発させる蒸発器403を備えている。膨張機一体型圧縮機200の機械損失を低減することにより、冷凍サイクル装置500の効率が向上する。この冷凍サイクル装置500は、空気調和装置、給湯機(暖房機能を持つものを含む)、乾燥機などの製品に適用できる。
(Embodiment of refrigeration cycle apparatus)
FIG. 9 is a configuration diagram of the refrigeration cycle apparatus according to the present embodiment. The refrigeration cycle apparatus 500 includes the expander-integrated compressor 200 described with reference to FIG. 1 and the like, a radiator 402 that cools the refrigerant, and an evaporator 403 that evaporates the refrigerant. By reducing the mechanical loss of the expander-integrated compressor 200, the efficiency of the refrigeration cycle apparatus 500 is improved. The refrigeration cycle apparatus 500 can be applied to products such as an air conditioner, a hot water heater (including one having a heating function), and a dryer.

冷凍機用オイルとしては、ポリオールエステル、ポリビニルエーテル、ポリカーボネート、ポリアルキレングリコール等が挙げられる。二酸化炭素を冷媒として使用する場合には、潤滑性の観点から、ポリアルキレングリコールが適している。図10を参照して説明したように、ポリアルキレングリコールの粘度の変動幅は非常に大きい。したがって、二酸化炭素とポリアルキレングリコールを組み合わせに対して、本発明は特に有効である。   Examples of the refrigerator oil include polyol ester, polyvinyl ether, polycarbonate, polyalkylene glycol and the like. When carbon dioxide is used as a refrigerant, polyalkylene glycol is suitable from the viewpoint of lubricity. As described with reference to FIG. 10, the variation range of the viscosity of the polyalkylene glycol is very large. Therefore, the present invention is particularly effective for the combination of carbon dioxide and polyalkylene glycol.

また、給湯機用の冷凍サイクル装置に対して、本発明は特に有効である。給湯機では、90℃程度の湯を沸かすために、冷媒をかなり高温まで圧縮する。この場合、圧縮機構でのオイル温度と膨張機構でのオイル温度との差が大きくなりやすいので、本発明を適用することによる機械損失の低減効果が大きくなる。   Further, the present invention is particularly effective for a refrigeration cycle apparatus for a water heater. In a water heater, in order to boil hot water at about 90 ° C., the refrigerant is compressed to a considerably high temperature. In this case, since the difference between the oil temperature in the compression mechanism and the oil temperature in the expansion mechanism tends to increase, the effect of reducing the mechanical loss by applying the present invention increases.

本発明の実施形態にかかる膨張機一体型圧縮機の縦断面図The longitudinal cross-sectional view of the expander integrated compressor concerning embodiment of this invention 図1に示す膨張機一体型圧縮機のD1−D1横断面図D1-D1 cross-sectional view of the expander-integrated compressor shown in FIG. 図1に示す膨張機一体型圧縮機のD2−D2横断面図D2-D2 cross-sectional view of the expander-integrated compressor shown in FIG. 図1の部分拡大断面図Partial enlarged sectional view of FIG. 圧縮機構および膨張機構の各部(軸受およびシャフト)の寸法を示す概略図Schematic showing dimensions of each part (bearing and shaft) of compression mechanism and expansion mechanism 膨張機構の各部(軸受およびシャフト)の寸法を示す概略図Schematic showing the dimensions of each part (bearing and shaft) of the expansion mechanism 圧縮機構および膨張機構の各部(シリンダおよびピストン)の寸法を示す概略図Schematic showing dimensions of each part (cylinder and piston) of compression mechanism and expansion mechanism 圧縮機構における各部(ベーン溝およびベーン)の寸法を示す概略図Schematic showing the dimensions of each part (vane groove and vane) in the compression mechanism 膨張機構における各部(ベーン溝およびベーン)の寸法を示す概略図Schematic showing the dimensions of each part (vane groove and vane) in the expansion mechanism 圧縮機構における各部(ベーン溝およびベーン)の寸法を示す概略図Schematic showing the dimensions of each part (vane groove and vane) in the compression mechanism 膨張機構における各部(ベーン溝およびベーン)の寸法を示す概略図Schematic showing the dimensions of each part (vane groove and vane) in the expansion mechanism 冷凍サイクル装置の一例の構成図Configuration diagram of an example of a refrigeration cycle apparatus 温度の変化に対するPAGの粘度の変化を示すグラフGraph showing change in viscosity of PAG with change in temperature

1 密閉容器
2 圧縮機構
3 膨張機構
4 電動機
5 シャフト
5s 第1シャフト
5t 第2シャフト
7 シリンダ
7a ベーン溝
8 ピストン
9 ベーン
11 下軸受
12 上軸受
16 作動室
41 下軸受
42 第1シリンダ
44 第2シリンダ
42a 第1ベーン溝
44a 第2ベーン溝
45 上軸受
46 第1ピストン
47 第2ピストン
48 第1ベーン
49 第2ベーン
55 作動室
56 作動室
200 膨張機一体型圧縮機
402 放熱器
403 蒸発器
500 冷凍サイクル装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Airtight container 2 Compression mechanism 3 Expansion mechanism 4 Electric motor 5 Shaft 5s 1st shaft 5t 2nd shaft 7 Cylinder 7a Vane groove 8 Piston 9 Vane 11 Lower bearing 12 Upper bearing 16 Working chamber 41 Lower bearing 42 First cylinder 44 Second cylinder 42a first vane groove 44a second vane groove 45 upper bearing 46 first piston 47 second piston 48 first vane 49 second vane 55 working chamber 56 working chamber 200 expander-integrated compressor 402 radiator 403 evaporator 500 refrigeration Cycle equipment

Claims (7)

密閉容器と、
圧縮側軸受を有し、前記密閉容器内に納められた圧縮機構と、
膨張側軸受を有し、前記密閉容器内に納められた膨張機構と、
前記圧縮側軸受および前記膨張側軸受によって支持されているとともに、前記圧縮機構と前記膨張機構とを連結しているシャフトとを備え、
前記圧縮機構の型式が前記膨張機構の型式と同じであり、
前記膨張側軸受の内径(φe)と前記膨張側軸受での前記シャフトの外径(De)との差(φe−De)と、前記膨張側軸受での前記シャフトの外径(De)との比(φe−De)/(De)が、前記圧縮側軸受の内径(φc)と前記圧縮側軸受での前記シャフトの外径(Dc)との差(φc−Dc)と、前記圧縮側軸受での前記シャフトの外径(Dc)との比(φc−Dc)/(Dc)よりも大きい、膨張機一体型圧縮機。
A sealed container;
A compression mechanism having a compression side bearing and housed in the sealed container;
An expansion mechanism having an expansion side bearing and housed in the sealed container;
A shaft that is supported by the compression-side bearing and the expansion-side bearing and that connects the compression mechanism and the expansion mechanism;
The type of the compression mechanism is the same as the type of the expansion mechanism;
The difference (φ e −D e ) between the inner diameter (φ e ) of the expansion side bearing and the outer diameter (D e ) of the shaft at the expansion side bearing, and the outer diameter of the shaft at the expansion side bearing ( D e) the ratio of (φ e -D e) / ( D e) is the difference between the outer diameter of the shaft of the inner diameter of the compression-side bearing and the (phi c) in said compression-side bearing (D c) ( and φ c -D c), greater than the ratio (φ c -D c) / ( D c) between the outer diameter of said shaft in said compression-side bearing (D c), the expander-compressor unit.
前記圧縮機構と前記膨張機構との間に配置され、前記シャフトを駆動する電動機をさらに備え、
前記圧縮機構が前記電動機よりも上方に設けられ、前記膨張機構が前記電動機よりも下方に設けられている、請求項1に記載の膨張機一体型圧縮機。
An electric motor disposed between the compression mechanism and the expansion mechanism and driving the shaft;
The expander-integrated compressor according to claim 1, wherein the compression mechanism is provided above the electric motor, and the expansion mechanism is provided below the electric motor.
前記膨張側軸受が上軸受と下軸受とを含み、
前記下軸受の内径(φe2)と前記下軸受での前記シャフトの外径(De2)との差(φe2−De2)と、前記下軸受での前記シャフトの外径(De2)との比(φe2−De2)/(De2)が、前記上軸受の内径(φe1)と前記上軸受での前記シャフトの外径(De1)との差(φe1−De1)と、前記上軸受での前記シャフトの外径(De1)との比(φe1−De1)/(De1)よりも大きく、
前記比(φe1−De1)/(De1)が、前記比(φc−Dc)/(Dc)よりも大きい、請求項2に記載の膨張機一体型圧縮機。
The expansion side bearing includes an upper bearing and a lower bearing,
The difference (φ e2 −D e2 ) between the inner diameter (φ e2 ) of the lower bearing and the outer diameter (D e2 ) of the shaft at the lower bearing, and the outer diameter (D e2 ) of the shaft at the lower bearing (Φ e2 −D e2 ) / (D e2 ) is a difference (φ e1 −D e1 ) between the inner diameter (φ e1 ) of the upper bearing and the outer diameter (D e1 ) of the shaft at the upper bearing. ) And the outer diameter (D e1 ) of the shaft of the upper bearing is larger than the ratio (φ e1 −D e1 ) / (D e1 ),
The expander-integrated compressor according to claim 2, wherein the ratio (φ e1 -D e1 ) / (D e1 ) is larger than the ratio (φ c -D c ) / (D c ).
密閉容器と、
圧縮側シリンダと、前記圧縮側シリンダ内に配置された圧縮側ピストンとを有し、前記密閉容器内に納められたロータリ圧縮機構と、
膨張側シリンダと、前記膨張側シリンダ内に配置された膨張側ピストンとを有し、前記密閉容器内に納められたロータリ膨張機構と、
前記ロータリ圧縮機構と前記ロータリ膨張機構とを連結しているシャフトとを備え、
前記膨張側シリンダ内の作動室の高さ(He)と前記膨張側ピストンの厚み(Te)との差(He−Te)と、前記膨張側ピストンの厚み(Te)との比(He−Te)/(Te)が、前記圧縮側シリンダ内の作動室の高さ(Hc)と前記圧縮側ピストンの厚み(Tc)との差(Hc−Tc)と、前記圧縮側ピストンの厚み(Tc)との比(Hc−Tc)/(Tc)よりも大きい、膨張機一体型圧縮機。
A sealed container;
A rotary compression mechanism having a compression side cylinder and a compression side piston disposed in the compression side cylinder, and housed in the sealed container;
A rotary expansion mechanism having an expansion side cylinder and an expansion side piston disposed in the expansion side cylinder and housed in the sealed container;
A shaft connecting the rotary compression mechanism and the rotary expansion mechanism;
The difference (H e −T e ) between the height (H e ) of the working chamber in the expansion side cylinder and the thickness (T e ) of the expansion side piston, and the thickness (T e ) of the expansion side piston The ratio (H e −T e ) / (T e ) is the difference (H c −T c ) between the height (H c ) of the working chamber in the compression side cylinder and the thickness (T c ) of the compression side piston. ) And the ratio (H c −T c ) / (T c ) of the compression-side piston thickness (T c ).
密閉容器と、
圧縮側シリンダと、前記圧縮側シリンダ内に配置された圧縮側ピストンと、前記圧縮側シリンダと前記圧縮側ピストンとの間の空間を高圧作動室と低圧作動室とに仕切る圧縮側ベーンと、前記圧縮側ベーンが配置されている圧縮側ベーン溝とを有し、前記密閉容器内に納められたロータリ圧縮機構と、
膨張側シリンダと、前記膨張側シリンダ内に配置された膨張側ピストンと、前記膨張側シリンダと前記膨張側ピストンとの間の空間を高圧作動室と低圧作動室とに仕切る膨張側ベーンと、前記膨張側ベーンが配置されている膨張側ベーン溝とを有し、前記密閉容器内に納められたロータリ膨張機構と、
前記ロータリ圧縮機構と前記ロータリ膨張機構とを連結しているシャフトとを備え、
前記膨張側ベーン溝の幅(Ke)と前記膨張側ベーンの幅(We)との差(Ke−We)と、前記膨張側ベーンの幅(We)との比(Ke−We)/(We)が、前記圧縮側ベーン溝の幅(Kc)と前記圧縮側ベーンの幅(Wc)との差(Kc−Wc)と、前記圧縮側ベーンの幅(Wc)との比(Kc−Wc)/(Wc)よりも大きい、および/または、
前記膨張側ベーン溝の高さ(he)と前記膨張側ベーンの高さ(Le)との差(he−Le)と、前記膨張側ベーンの高さ(Le)との比(he−Le)/(Le)が、前記圧縮側ベーン溝の高さ(hc)と前記圧縮側ベーンの高さ(Lc)との差(hc−Lc)と、前記圧縮側ベーンの高さ(Lc)との比(hc−Lc)/(Lc)よりも大きい、膨張機一体型圧縮機。
A sealed container;
A compression-side cylinder, a compression-side piston disposed in the compression-side cylinder, a compression-side vane that partitions a space between the compression-side cylinder and the compression-side piston into a high-pressure working chamber and a low-pressure working chamber, A compression-side vane groove in which a compression-side vane is disposed, and a rotary compression mechanism housed in the sealed container;
An expansion side cylinder, an expansion side piston disposed in the expansion side cylinder, an expansion side vane that partitions a space between the expansion side cylinder and the expansion side piston into a high pressure working chamber and a low pressure working chamber, An expansion side vane groove in which an expansion side vane is arranged, and a rotary expansion mechanism housed in the sealed container;
A shaft connecting the rotary compression mechanism and the rotary expansion mechanism;
Ratio (K e ) of the difference (K e −W e ) between the width (K e ) of the expansion side vane groove and the width (W e ) of the expansion side vane and the width (W e ) of the expansion side vane −W e ) / (W e ) is the difference (K c −W c ) between the width (K c ) of the compression side vane groove and the width (W c ) of the compression side vane and the compression side vane Greater than the ratio (K c −W c ) / (W c ) to the width (W c ) and / or
The ratio of the the difference between the height of the expansion vane groove (h e) the height of the expansion vane (L e) (h e -L e), the height of the expansion vane as (L e) (H e -L e ) / (L e ) is the difference (h c -L c ) between the height (h c ) of the compression side vane groove and the height (L c ) of the compression side vane, The expander-integrated compressor, which is larger than a ratio (h c -L c ) / (L c ) to the height (L c ) of the compression vane.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の膨張機一体型圧縮機と、
前記膨張機一体型圧縮機の前記圧縮機構で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、
前記膨張機一体型圧縮機の前記膨張機構で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、
を備えた、冷凍サイクル装置。
An expander-integrated compressor according to any one of claims 1 to 5;
A radiator for cooling the refrigerant compressed by the compression mechanism of the expander-integrated compressor;
An evaporator for evaporating the refrigerant expanded by the expansion mechanism of the expander-integrated compressor;
A refrigeration cycle apparatus comprising:
前記冷媒が二酸化炭素であり、
潤滑用のオイルがポリアルキレングリコールである、請求項6に記載の冷凍サイクル装置。
The refrigerant is carbon dioxide;
The refrigeration cycle apparatus according to claim 6, wherein the lubricating oil is polyalkylene glycol.
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