JP2010210160A - Power generation type expander - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電式の膨張機に関するものである。 The present invention relates to a power generation type expander.
従来より、空調装置等の冷媒回路に接続される発電式の膨張機が知られている。例えば、特許文献１には、膨張機構と発電機構とを備えた発電式の膨張機が開示されている。膨張機構では、冷媒回路の高圧冷媒が流体室で膨張する。その結果、膨張機構では、膨張する冷媒の動力によってピストンが回転駆動され、さらにはピストンに連結された出力軸が回転する。これにより、出力軸に連結する発電機構が回転駆動され、発電機構から電力が発生する。 Conventionally, a power generation type expander connected to a refrigerant circuit such as an air conditioner is known. For example, Patent Document 1 discloses a power generation type expander including an expansion mechanism and a power generation mechanism. In the expansion mechanism, the high-pressure refrigerant in the refrigerant circuit expands in the fluid chamber. As a result, in the expansion mechanism, the piston is rotated by the power of the expanding refrigerant, and the output shaft connected to the piston rotates. As a result, the power generation mechanism connected to the output shaft is rotationally driven, and electric power is generated from the power generation mechanism.
ここで、空調負荷が高まって過剰な高速回転運転が行われた場合には、膨張機構が脱調してしまい、出力軸が異常な回転数で回転し続けてしまうことがある。このように、膨張機構側で異常が生じて膨張エネルギーが増大すると、発電機構の回転数も増大してしまう。その結果、発電機構から得られる電気エネルギーが増大して、その電気エネルギーがコンバータやインバータ等の素子の許容値を越えてしまい、素子が破損するおそれがあった。また、増大された回転数が膨張機構や発電機構の許容値を超えた場合には、膨張機構や発電機構自身が破損するおそれがあった。 Here, when the air conditioning load increases and excessive high-speed rotation operation is performed, the expansion mechanism may step out and the output shaft may continue to rotate at an abnormal rotation speed. Thus, when an abnormality occurs on the expansion mechanism side and the expansion energy increases, the rotational speed of the power generation mechanism also increases. As a result, the electric energy obtained from the power generation mechanism increases, and the electric energy exceeds the allowable value of elements such as a converter and an inverter, which may damage the elements. Further, when the increased number of rotations exceeds the allowable value of the expansion mechanism or the power generation mechanism, the expansion mechanism or the power generation mechanism itself may be damaged.
そこで、特許文献１には、装置の異常回転数や異常高電圧を検出したときに、スイッチング素子を切り換えるようにした技術が記載されている。このように、発電機構から得られた電気エネルギーを電力消費用抵抗器で消費するようにして、発電機構の回転数を低下させてコンバータ等の素子の出力電圧の増加を抑制するようにしている。
しかしながら、従来の発電式の膨張機では、電気的に膨張エネルギーを消費して回転数の上昇を抑えるようにした構成であるから、スイッチング素子を切り換えてから発電機構の回転数を低下させるまでの間にタイムラグが生じ、装置が安定するまで時間がかかってしまうという問題があった。 However, in the conventional power generation type expander, since the expansion energy is electrically consumed to suppress the increase in the rotational speed, the switching element is switched until the rotational speed of the power generation mechanism is decreased. There was a problem that a time lag occurred between them and it took time until the device was stabilized.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、膨張機構の出力軸が異常回転したときに、出力軸を直ちに停止させて膨張機構の脱調や暴走を防止できるようにすることにある。 The present invention has been made in view of such points, and an object of the present invention is to immediately stop the output shaft when the output shaft of the expansion mechanism rotates abnormally, thereby preventing the expansion mechanism from stepping out or running away. There is to do.
上述した目的を達成するため、本発明は、ブレーキ機構を用いてパッド部材を出力軸に押し付けることで、出力軸の回転動作を強制的に停止させるようにした。 In order to achieve the above-described object, the present invention forcibly stops the rotation operation of the output shaft by pressing the pad member against the output shaft using the brake mechanism.
具体的に、本発明は、冷媒回路（11）を流通する冷媒を膨張させることで出力軸（37）を回転駆動させる膨張機構（31）と、該膨張機構（31）の出力軸（37）に連結されて該出力軸（37）の回転駆動により電力を発生させる発電機構（33）とを備えた発電式の膨張機を対象とし、次のような解決手段を講じた。 Specifically, the present invention provides an expansion mechanism (31) for rotating the output shaft (37) by expanding the refrigerant flowing through the refrigerant circuit (11), and the output shaft (37) of the expansion mechanism (31). The following solution was taken for a power generation type expander including a power generation mechanism (33) that is connected to the power generation mechanism to generate electric power by rotationally driving the output shaft (37).
すなわち、第１の発明は、前記出力軸（37）に対する押付面が形成されたパッド部材（41,71）と、
前記パッド部材（41,71）の押付面を前記出力軸（37）に押し付けて該出力軸（37）の回転動作を停止させる停止位置と、該パッド部材（41,71）の押付面を該出力軸（37）から離間させて該出力軸（37）の回転動作を許容する回転位置との間で該パッド部材（41,71）を進退動作させるブレーキ機構（42,72）とを備えていることを特徴とするものである。
That is, the first invention is a pad member (41, 71) having a pressing surface against the output shaft (37);
A stop position where the pressing surface of the pad member (41, 71) is pressed against the output shaft (37) to stop the rotation of the output shaft (37), and the pressing surface of the pad member (41, 71) is A brake mechanism (42,72) for moving the pad member (41,71) forward and backward between a rotational position separated from the output shaft (37) and allowing the rotational motion of the output shaft (37) It is characterized by being.
第１の発明では、パッド部材（41,71）には、出力軸（37）に押し付けるための押付面が形成される。パッド部材（41,71）は、ブレーキ機構（42）により進退動作される。具体的に、パッド部材（41,71）は、押付面を出力軸（37）に押し付けて出力軸（37）の回転動作を停止させる停止位置と、押付面を出力軸（37）から離間させて出力軸（37）の回転動作を許容する回転位置との間で進退動作される。 In the first invention, the pad member (41, 71) is formed with a pressing surface for pressing against the output shaft (37). The pad members (41, 71) are moved back and forth by the brake mechanism (42). Specifically, the pad member (41, 71) has a stop position where the pressing surface is pressed against the output shaft (37) to stop the rotation operation of the output shaft (37), and the pressing surface is separated from the output shaft (37). Thus, the output shaft (37) is moved back and forth between the rotation positions that allow the rotation operation.
このような構成とすれば、膨張機構（31）が脱調する等して出力軸（37）が異常な回転数で回転し続けたときに、ブレーキ機構（42,72）によりパッド部材（41,71）を出力軸（37）に押し付けて膨張機構（31）の出力軸（37）を強制的に停止させることができる。そのため、増大された出力軸（37）の回転数が膨張機構（31）や発電機構（33）の許容値を超えてしまうことが抑制され、膨張機構（31）や発電機構（33）自身が破損してしまうのを防止できる。 With this configuration, when the output shaft (37) continues to rotate at an abnormal rotational speed due to the expansion mechanism (31) stepping out, the brake mechanism (42, 72) causes the pad member (41 , 71) can be pressed against the output shaft (37) to forcibly stop the output shaft (37) of the expansion mechanism (31). Therefore, it is suppressed that the rotation speed of the increased output shaft (37) exceeds the allowable value of the expansion mechanism (31) and the power generation mechanism (33), and the expansion mechanism (31) and the power generation mechanism (33) themselves It can be prevented from being damaged.
また、出力軸（37）に連結された発電機構（33）の回転数の増大も抑えることができるため、発電機構（33）から得られる電気エネルギーが増大して、その電気エネルギーがコンバータやインバータ等の素子の許容値を越えて素子が破損してしまうことを防止できる。 Moreover, since the increase in the rotation speed of the power generation mechanism (33) connected to the output shaft (37) can also be suppressed, the electric energy obtained from the power generation mechanism (33) increases, and the electric energy is converted into a converter or inverter. It is possible to prevent the element from being damaged beyond the allowable value of the element.
第２の発明は、第１の発明において、
前記ブレーキ機構（42,72）は、前記冷媒回路（11）を流通する冷媒の圧力によって前記パッド部材（41,71）を進退動作させるように構成されていることを特徴とするものである。
According to a second invention, in the first invention,
The brake mechanism (42, 72) is configured to move the pad member (41, 71) forward and backward by the pressure of the refrigerant flowing through the refrigerant circuit (11).
第２の発明では、パッド部材（41,71）は、冷媒回路（11）を流通する冷媒の圧力によって進退動作される。このような構成とすれば、パッド部材（41,71）を進退動作させるために油圧機器等の駆動源を別途用意しなくても、冷媒回路（11）を流通する冷媒の圧力を利用してパッド部材（41,71）の進退動作を行うことができる。具体的には、冷媒回路（11）における高圧冷媒が流通する高圧側配管（16）とブレーキ機構（42,72）とを連通させることで、パッド部材（41,71）を出力軸（37）に押し付けて出力軸（37）の回転を停止させるようにしている。また、冷媒回路（11）における低圧冷媒が流通する低圧側配管（17）とブレーキ機構（42,72）とを連通させることで、ブレーキ機構（42,72）に流入されていた高圧冷媒が低圧側配管（17）に流出して、パッド部材（41,71）が出力軸（37）から離間するようにしている。 In the second invention, the pad members (41, 71) are moved back and forth by the pressure of the refrigerant flowing through the refrigerant circuit (11). With such a configuration, the pressure of the refrigerant flowing through the refrigerant circuit (11) can be used without preparing a separate drive source such as a hydraulic device for moving the pad members (41, 71) forward and backward. The pad member (41, 71) can be moved back and forth. Specifically, the pad member (41, 71) is connected to the output shaft (37) by communicating the high pressure side pipe (16) through which the high pressure refrigerant flows in the refrigerant circuit (11) with the brake mechanism (42, 72). To stop the rotation of the output shaft (37). In addition, by connecting the low pressure side pipe (17) through which the low pressure refrigerant flows in the refrigerant circuit (11) and the brake mechanism (42, 72), the high pressure refrigerant flowing into the brake mechanism (42, 72) is reduced in pressure. It flows out to the side pipe (17), and the pad members (41, 71) are separated from the output shaft (37).
このように、ブレーキ機構（42,72）によるパッド部材（41,71）の進退動作を行うために、油圧機器等の駆動源を別途用意する必要が無く、装置構成をコンパクトにすることができるとともに、コスト低減に有利となる。 Thus, in order to perform the advance / retreat operation of the pad member (41, 71) by the brake mechanism (42, 72), it is not necessary to separately prepare a drive source such as a hydraulic device, and the device configuration can be made compact. In addition, it is advantageous for cost reduction.
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記出力軸（37）に設けられ、その径方向に張り出したディスクブレーキ（75）を備え、
前記ブレーキ機構（72）は、前記パッド部材（71）の押付面を前記ディスクブレーキ（75）の表面に押し付けることで該出力軸（37）の回転動作を停止させるように構成されていることを特徴とするものである。
According to a third invention, in the first or second invention,
The output shaft (37) is provided with a disc brake (75) projecting in the radial direction,
The brake mechanism (72) is configured to stop the rotation operation of the output shaft (37) by pressing the pressing surface of the pad member (71) against the surface of the disc brake (75). It is a feature.
第３の発明では、出力軸（37）には、その径方向に張り出したディスクブレーキ（75）が設けられる。ブレーキ機構（72）により、パッド部材（71）の押付面がディスクブレーキ（75）の表面に押し付けられる。その結果、出力軸（37）の回転動作が停止される。このような構成とすれば、ディスクブレーキ（75）を用いてより確実に出力軸（37）の回転を停止させることができる。 In the third invention, the output shaft (37) is provided with a disc brake (75) projecting in the radial direction thereof. The pressing surface of the pad member (71) is pressed against the surface of the disc brake (75) by the brake mechanism (72). As a result, the rotation operation of the output shaft (37) is stopped. With such a configuration, the rotation of the output shaft (37) can be more reliably stopped using the disc brake (75).
本発明によれば、膨張機構（31）が脱調する等して出力軸（37）が異常な回転数で回転し続けたときに、ブレーキ機構（42,72）によりパッド部材（41,71）を出力軸（37）に押し付けて膨張機構（31）の出力軸（37）を強制的に停止させることができる。そのため、発電機構（33）から得られる電気エネルギーが増大して、その電気エネルギーがコンバータやインバータ等の素子の許容値を越えて素子が破損してしまうことを防止できる。 According to the present invention, when the output shaft (37) continues to rotate at an abnormal rotational speed due to the expansion mechanism (31) stepping out, the brake mechanism (42, 72) causes the pad member (41, 71) to rotate. ) Can be pressed against the output shaft (37) to forcibly stop the output shaft (37) of the expansion mechanism (31). Therefore, it is possible to prevent the electric energy obtained from the power generation mechanism (33) from increasing and the electric energy from exceeding the allowable value of the elements such as the converter and the inverter and damaging the elements.
また、冷媒回路（11）を流通する冷媒の圧力を利用してパッド部材（41,71）の進退動作を行うことができるため、油圧機器等の駆動源を別途用意する必要が無く、装置構成をコンパクトにすることができるとともに、コスト低減に有利となる。 In addition, since the pad member (41, 71) can be moved back and forth using the pressure of the refrigerant flowing through the refrigerant circuit (11), it is not necessary to prepare a separate drive source for hydraulic equipment, etc. Can be made compact, and it is advantageous for cost reduction.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the following description of the preferred embodiment is merely illustrative in nature and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.
＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る膨張機を備えた空調機の構成を示す冷媒回路図である。図１に示すように、この空調機（10）は、冷媒回路（11）を備えている。この空調機（10）は、冷媒回路（11）で冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷凍装置である。冷媒回路（11）には、圧縮機（20）と、膨張機（30）と、室外熱交換器（14）と、室内熱交換器（15）と、第１四方切換弁（12）と、第２四方切換弁（13）とが接続されている。冷媒回路（11）には、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）が充填されている。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram illustrating a configuration of an air conditioner including an expander according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the air conditioner (10) includes a refrigerant circuit (11). The air conditioner (10) is a refrigeration apparatus that performs a refrigeration cycle by circulating a refrigerant in a refrigerant circuit (11). The refrigerant circuit (11) includes a compressor (20), an expander (30), an outdoor heat exchanger (14), an indoor heat exchanger (15), a first four-way switching valve (12), A second four-way selector valve (13) is connected. The refrigerant circuit (11) is filled with carbon dioxide (CO 2 ) as a refrigerant.
前記圧縮機（20）は、いわゆる高圧ドームタイプの全密閉型の圧縮機（20）であり、その吐出管（26）が第１四方切換弁（12）の第１のポートに接続され、その吸入管（25）が第１四方切換弁（12）の第２のポートに接続されている。 The compressor (20) is a so-called high pressure dome type hermetic compressor (20), and its discharge pipe (26) is connected to the first port of the first four-way switching valve (12). The suction pipe (25) is connected to the second port of the first four-way switching valve (12).
前記膨張機（30）は、その流出管（36）が低圧側配管（17）を介して第２四方切換弁（13）の第１のポートに接続され、その流入管（35）が高圧側配管（16）を介して第２四方切換弁（13）の第２のポートに接続されている。 The expander (30) has an outflow pipe (36) connected to a first port of the second four-way switching valve (13) via a low pressure side pipe (17), and an inflow pipe (35) connected to the high pressure side. It is connected to the second port of the second four-way switching valve (13) via the pipe (16).
前記室外熱交換器（14）は、冷媒を室外空気と熱交換させるための空気熱交換器であり、その一端が第１四方切換弁（12）の第３のポートに接続され、その他端が第２四方切換弁（13）の第４のポートに接続されている。 The outdoor heat exchanger (14) is an air heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant and outdoor air, one end of which is connected to the third port of the first four-way selector valve (12), and the other end. The second four-way switching valve (13) is connected to the fourth port.
前記室内熱交換器（15）は、冷媒を室内空気と熱交換させるための空気熱交換器であり、その一端が第２四方切換弁（13）の第３のポートに接続され、その他端が第１四方切換弁（12）の第４のポートに接続されている。 The indoor heat exchanger (15) is an air heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant and room air, one end of which is connected to the third port of the second four-way switching valve (13), and the other end. The first four-way selector valve (12) is connected to the fourth port.
前記第１四方切換弁（12）と第２四方切換弁（13）は、それぞれ、第１のポートと第３のポートが連通し且つ第２のポートと第４のポートが連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１のポートと第４のポートが連通し且つ第２のポートと第３のポートが連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わるように構成されている。 The first four-way switching valve (12) and the second four-way switching valve (13) are respectively in a first state in which the first port and the third port communicate with each other and the second port and the fourth port communicate with each other. (The state indicated by the solid line in FIG. 1) and the second state (the state indicated by the broken line in FIG. 1) in which the first port communicates with the fourth port and the second port communicates with the third port. It is configured to switch.
−膨張機の構成−
次に、前記膨張機（30）の構成について説明する。膨張機（30）は、縦長の円筒形に形成された膨張機ケーシング（34）を備えている。膨張機ケーシング（34）の内部空間（S）には、膨張機構（31）と発電機構（33）とが収容されている。
-Configuration of expander-
Next, the configuration of the expander (30) will be described. The expander (30) includes an expander casing (34) formed in a vertically long cylindrical shape. The expansion mechanism (31) and the power generation mechanism (33) are accommodated in the internal space (S) of the expander casing (34).
図２にも示すように、前記膨張機構（31）は、ロータリ式の容積型の流体機械を構成する膨張機本体部（32）と、膨張機本体部（32）に連結する出力軸（37）とで構成されている。膨張機ケーシング（34）内では、膨張機本体部（32）の下方に発電機構（33）が配置されている。出力軸（37）は、上下方向へ延びる姿勢で配置され、膨張機本体部（32）と発電機構（33）とを連結している。そして、出力軸（37）の軸方向の略中央位置には、出力軸（37）の回転動作を停止させるブレーキ装置（40）が配設されている。このブレーキ装置（40）の詳細については後述する。 As shown in FIG. 2, the expansion mechanism (31) includes an expander body (32) constituting a rotary positive displacement fluid machine and an output shaft (37) connected to the expander body (32). ) And. In the expander casing (34), the power generation mechanism (33) is disposed below the expander main body (32). The output shaft (37) is disposed in a posture extending in the vertical direction, and couples the expander main body (32) and the power generation mechanism (33). A brake device (40) for stopping the rotation operation of the output shaft (37) is disposed at a substantially central position in the axial direction of the output shaft (37). Details of the brake device (40) will be described later.
前記膨張機ケーシング（34）には、流入管（35）と流出管（36）が設けられている。流入管（35）と流出管（36）は、何れも膨張機ケーシング（34）の胴部の上端付近を貫通している。流入管（35）は、その終端が膨張機本体部（32）に接続されている。流出管（36）は、その始端が膨張機本体部（32）に接続されている。膨張機本体部（32）は、流入管（35）を通って流入した冷媒を膨張させ、膨張後の冷媒を流出管（36）へ送り出すようになっている。 The expander casing (34) is provided with an inflow pipe (35) and an outflow pipe (36). Both the inflow pipe (35) and the outflow pipe (36) penetrate the vicinity of the upper end of the trunk portion of the expander casing (34). The end of the inflow pipe (35) is connected to the expander main body (32). The outflow pipe (36) has a start end connected to the expander body (32). The expander body (32) expands the refrigerant flowing in through the inflow pipe (35), and sends out the expanded refrigerant to the outflow pipe (36).
図２に示すように、前記出力軸（37）の上端部には、偏心部（37b）が形成されている。この偏心部（37b）は、出力軸（37）の主軸部（37a）よりも大径に形成されている。膨張機構（31）は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ式流体機械で構成されている。この膨張機構（31）には、フロントヘッド（61）と、シリンダ（51）と、ピストン（55）と、リアヘッド（62）とが１つずつ設けられている。 As shown in FIG. 2, an eccentric portion (37b) is formed at the upper end of the output shaft (37). The eccentric portion (37b) is formed to have a larger diameter than the main shaft portion (37a) of the output shaft (37). The expansion mechanism (31) is a so-called oscillating piston type rotary fluid machine. The expansion mechanism (31) is provided with one front head (61), one cylinder (51), one piston (55), and one rear head (62).
前記膨張機構（31）では、下から上へ向かって順に、フロントヘッド（61）、シリンダ（51）、リアヘッド（62）が積層された状態となっている。この状態において、シリンダ（51）は、その下側端面がフロントヘッド（61）により閉塞され、その上側端面がリアヘッド（62）により閉塞されている。つまり、本実施形態の膨張機構（31）では、フロントヘッド（61）及びリアヘッド（62）が閉塞部材を構成している。 In the expansion mechanism (31), the front head (61), the cylinder (51), and the rear head (62) are stacked in order from the bottom to the top. In this state, the cylinder (51) has its lower end face closed by the front head (61) and its upper end face closed by the rear head (62). That is, in the expansion mechanism (31) of the present embodiment, the front head (61) and the rear head (62) constitute a closing member.
前記出力軸（37）は、積層された状態のフロントヘッド（61）、シリンダ（51）、リアヘッド（62）を貫通している。また、出力軸（37）は、その偏心部（37b）がシリンダ（51）内に位置している。 The output shaft (37) passes through the stacked front head (61), cylinder (51), and rear head (62). Moreover, the eccentric part (37b) of the output shaft (37) is located in the cylinder (51).
図３にも示すように、シリンダ（51）内にはピストン（55）が設けられている。このピストン（55）は、円環状又は円筒状に形成されている。ピストン（55）の内径は偏心部（37b）の外径と概ね等しくなっている。そして、ピストン（55）には出力軸（37）の偏心部（37b）が貫通している。 As shown in FIG. 3, a piston (55) is provided in the cylinder (51). The piston (55) is formed in an annular shape or a cylindrical shape. The inner diameter of the piston (55) is substantially equal to the outer diameter of the eccentric part (37b). The eccentric part (37b) of the output shaft (37) passes through the piston (55).
前記ピストン（55）は、その外周面がシリンダ（51）の内周面に、一方の端面がフロントヘッド（61）に、他方の端面がリアヘッド（62）にそれぞれ摺接している。シリンダ（51）内には、その内周面とピストン（55）の外周面との間に流体室（52）が形成される。 The outer peripheral surface of the piston (55) is in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder (51), one end surface is in sliding contact with the front head (61), and the other end surface is in sliding contact with the rear head (62). A fluid chamber (52) is formed in the cylinder (51) between its inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the piston (55).
前記ピストン（55）には、ブレード（56）が一体に設けられている。ブレード（56）は、ピストン（55）の半径方向へ延びる板状に形成されており、ピストン（55）の外周面から外側へ突出している。このブレード（56）はシリンダ（51）のブッシュ孔（58）に挿入されている。シリンダ（51）のブッシュ孔（58）は、シリンダ（51）を厚み方向へ貫通すると共に、シリンダ（51）の内周面に開口している。 The piston (55) is integrally provided with a blade (56). The blade (56) is formed in a plate shape extending in the radial direction of the piston (55), and projects outward from the outer peripheral surface of the piston (55). The blade (56) is inserted into the bush hole (58) of the cylinder (51). The bush hole (58) of the cylinder (51) penetrates the cylinder (51) in the thickness direction, and opens to the inner peripheral surface of the cylinder (51).
前記シリンダ（51）には、一対のブッシュ（57）が設けられている。各ブッシュ（57）は、内側面が平面となって外側面が円弧面となるように形成された小片である。シリンダ（51）において、一対のブッシュ（57）は、ブッシュ孔（58）に挿入されてブレード（56）を挟み込んだ状態となる。ブッシュ（57）は、その内側面がブレード（56）と摺接し、その外側面がシリンダ（51）と摺動する。そして、ピストン（55）と一体のブレード（56）は、ブッシュ（57）を介してシリンダ（51）に支持され、シリンダ（51）に対して回動自在で且つ進退自在となっている。 The cylinder (51) is provided with a pair of bushes (57). Each bush (57) is a small piece formed such that the inner surface is a flat surface and the outer surface is a circular arc surface. In the cylinder (51), the pair of bushes (57) are inserted into the bush holes (58) and sandwich the blade (56). The inner surface of the bush (57) is in sliding contact with the blade (56), and the outer surface of the bush (57) is slid with the cylinder (51). The blade (56) integral with the piston (55) is supported by the cylinder (51) via the bush (57), and is rotatable and advanceable / retractable with respect to the cylinder (51).
前記シリンダ（51）内の流体室（52）は、ピストン（55）と一体のブレード（56）によって仕切られており、図３におけるブレード（56）の左側が高圧側の高圧室（53）となり、その右側が低圧側の低圧室（54）となっている。フロントヘッド（61）には流入ポート（67）が形成されている。流入ポート（67）は、フロントヘッド（61）の上面のうち高圧室（53）に臨む部分に開口している。また、流入ポート（67）の開口位置は、シリンダ（51）の内周面の近傍で且つ図３におけるブレード（56）の左側近傍に設定されている。なお、図示しないが、流入ポート（67）には、流入管（35）が接続されている。 The fluid chamber (52) in the cylinder (51) is partitioned by a blade (56) integral with the piston (55), and the left side of the blade (56) in FIG. 3 is a high pressure chamber (53) on the high pressure side. The right side is a low pressure side low pressure chamber (54). An inflow port (67) is formed in the front head (61). The inflow port (67) opens to a portion of the upper surface of the front head (61) facing the high pressure chamber (53). The opening position of the inflow port (67) is set in the vicinity of the inner peripheral surface of the cylinder (51) and in the vicinity of the left side of the blade (56) in FIG. Although not shown, the inflow pipe (35) is connected to the inflow port (67).
前記シリンダ（51）には流出ポート（68）が形成されている。流出ポート（68）は、シリンダ（51）の内周面のうち、図３におけるブッシュ（57）のやや右側の箇所に開口している。この流出ポート（68）は、低圧室（54）と連通可能となっている。なお、図示しないが、流出ポート（68）には、流出管（36）が接続されている。 The cylinder (51) has an outflow port (68). The outflow port (68) opens at a position slightly on the right side of the bush (57) in FIG. 3 on the inner peripheral surface of the cylinder (51). The outflow port (68) can communicate with the low pressure chamber (54). Although not shown, the outflow pipe (36) is connected to the outflow port (68).
図１及び図４に示すように、前記ブレーキ装置（40）は、出力軸（37）を挟んで対向する一対のパッド部材（41）と、パッド部材（41）を出力軸（37）に対して進退動作させるブレーキ機構（42）とを備えている。 As shown in FIGS. 1 and 4, the brake device (40) includes a pair of pad members (41) facing each other with the output shaft (37) interposed therebetween, and the pad member (41) with respect to the output shaft (37). And a brake mechanism (42) that moves forward and backward.
前記パッド部材（41）には、出力軸（37）の軸方向に延びる断面円弧状の押付面が形成されている。この押付面は、出力軸（37）の外周面に沿った形状とされ、一対のパッド部材（41）で出力軸（37）を挟持することで、出力軸（37）の回転動作を強制的に停止できるようになっている。 The pad member (41) is formed with an arc-shaped pressing surface that extends in the axial direction of the output shaft (37). This pressing surface has a shape along the outer peripheral surface of the output shaft (37), and the output shaft (37) is clamped between the pair of pad members (41) to forcibly rotate the output shaft (37). Can be stopped.
前記パッド部材（41）における押付面の反対側には、シリンダロッド（41a）が取り付けられている。このシリンダロッド（41a）は、ブレーキ機構（42）のシリンダ本体（43b）に摺動自在に挿入されている。 A cylinder rod (41a) is attached to the opposite side of the pressing surface of the pad member (41). The cylinder rod (41a) is slidably inserted into the cylinder body (43b) of the brake mechanism (42).
前記ブレーキ機構（42）は、パッド部材（41）を出力軸（37）に対して進退させるものである。このブレーキ機構（42）は、内部に圧力室（43a）を有するブレーキ本体（43）と、シリンダロッド（41a）が摺動自在に挿入されるとともに圧力室（43a）に連通するシリンダ本体（43b）とを備えている。 The brake mechanism (42) moves the pad member (41) forward and backward with respect to the output shaft (37). The brake mechanism (42) includes a brake body (43) having a pressure chamber (43a) therein, and a cylinder body (43b) in which a cylinder rod (41a) is slidably inserted and communicated with the pressure chamber (43a). ).
前記ブレーキ本体（43）の圧力室（43a）内には、付勢バネ（44）が設けられている。この付勢バネ（44）の一端は、パッド部材（41）のシリンダロッド（41a）の先端部に接続され、他端は圧力室（43a）の内壁に接続されている。これにより、パッド部材（41）を出力軸（37）から離間させた位置（以下、回転位置と呼ぶ）に付勢するようにしている。 An urging spring (44) is provided in the pressure chamber (43a) of the brake body (43). One end of the biasing spring (44) is connected to the tip of the cylinder rod (41a) of the pad member (41), and the other end is connected to the inner wall of the pressure chamber (43a). Thus, the pad member (41) is biased to a position (hereinafter referred to as a rotational position) separated from the output shaft (37).
前記ブレーキ本体（43）の上部には、圧力室（43a）と連通するように高圧側分岐配管（16a）の一端が接続されている。高圧側分岐配管（16a）の他端は、冷媒回路（11）の高圧側配管（16）に接続されている。また、その配管途中には高圧側電磁弁（46）が接続されている。 One end of the high-pressure side branch pipe (16a) is connected to the upper part of the brake body (43) so as to communicate with the pressure chamber (43a). The other end of the high-pressure side branch pipe (16a) is connected to the high-pressure side pipe (16) of the refrigerant circuit (11). A high pressure side solenoid valve (46) is connected in the middle of the piping.
一方、前記ブレーキ本体（43）の下部には、圧力室（43a）と連通するように低圧側分岐配管（17a）の一端が接続されている。低圧側分岐配管（17a）の他端は、冷媒回路（11）の低圧側配管（17）に接続されている。また、その配管途中には低圧側電磁弁（47）が接続されている。 On the other hand, one end of the low-pressure side branch pipe (17a) is connected to the lower part of the brake body (43) so as to communicate with the pressure chamber (43a). The other end of the low pressure side branch pipe (17a) is connected to the low pressure side pipe (17) of the refrigerant circuit (11). Further, a low pressure side solenoid valve (47) is connected in the middle of the piping.
前記空調機（10）は、高圧側電磁弁（46）及び低圧側電磁弁（47）の開閉動作を制御するための制御装置（45）を備えている。この制御装置（45）は、膨張機（30）の発電機構（33）で得られた電気エネルギーの電圧値を示す電圧信号を入力とし、電圧値が所定値以上であるかを判定するように構成されている。そして、この判定結果に基づいて、高圧側電磁弁（46）及び低圧側電磁弁（47）に対してその開閉動作を制御する制御信号を送信するようになっている。 The air conditioner (10) includes a control device (45) for controlling opening and closing operations of the high-pressure side solenoid valve (46) and the low-pressure side solenoid valve (47). The control device (45) receives a voltage signal indicating a voltage value of electric energy obtained by the power generation mechanism (33) of the expander (30) as an input, and determines whether the voltage value is equal to or greater than a predetermined value. It is configured. Based on the determination result, a control signal for controlling the opening / closing operation is transmitted to the high pressure side solenoid valve (46) and the low pressure side solenoid valve (47).
具体的に、空調負荷が高まって過剰な高速回転運転が行われた場合には、膨張機構（31）が脱調してしまい、出力軸（37）が異常な回転数で回転し続けてしまうことがある。このように、膨張機構（31）側で異常が生じて膨張エネルギーが増大すると、発電機構（33）の回転数も増大してしまう。その結果、発電機構（33）から得られる電気エネルギーが増大して、その電気エネルギーがコンバータやインバータ等の素子の許容値を越えてしまい、素子が破損するおそれがあった。 Specifically, if the air conditioning load increases and excessive high-speed rotation operation is performed, the expansion mechanism (31) will step out and the output shaft (37) will continue to rotate at an abnormal rotational speed. Sometimes. Thus, when an abnormality occurs on the expansion mechanism (31) side and the expansion energy increases, the rotational speed of the power generation mechanism (33) also increases. As a result, the electric energy obtained from the power generation mechanism (33) increases, and the electric energy exceeds the allowable value of elements such as a converter and an inverter, which may damage the elements.
そこで、前記制御装置（45）は、出力軸（37）が異常な回転数で回転し続けた結果、発電機構（33）で得られた電気エネルギーの電圧値が所定値、すなわちコンバータやインバータ等の素子の許容値以上であると判定すると、出力軸（37）の回転駆動を停止させるべく、高圧側電磁弁（46）及び低圧側電磁弁（47）に対して制御信号を出力するようになっている。以下、図５〜図７を用いて、ブレーキ装置（40）の動作について説明する。 Therefore, the control device (45) is configured such that the voltage value of the electric energy obtained by the power generation mechanism (33) is a predetermined value as a result of the output shaft (37) continuously rotating at an abnormal rotational speed, that is, a converter, an inverter, If it is determined that the value is equal to or greater than the allowable value of the element, a control signal is output to the high pressure side solenoid valve (46) and the low pressure side solenoid valve (47) in order to stop the rotational drive of the output shaft (37). It has become. Hereinafter, the operation of the brake device (40) will be described with reference to FIGS.
図５は、膨張機が通常動作をしているときのブレーキ装置の動作状態を示す概略図である。図５に示すように、膨張機（30）が正常な回転数で回転駆動している場合には、発電機構（33）で得られる電気エネルギーの電圧値も所定値以下であるため、高圧側電磁弁（46）及び低圧側電磁弁（47）は閉じられている。そのため、パッド部材（41）は、付勢バネ（44）の付勢力によって、出力軸（37）から離間した回転位置に位置付けられて出力軸（37）の回転駆動が許容される。 FIG. 5 is a schematic view showing an operating state of the brake device when the expander is operating normally. As shown in FIG. 5, when the expander (30) is rotationally driven at a normal rotational speed, the voltage value of the electric energy obtained by the power generation mechanism (33) is not more than a predetermined value. The solenoid valve (46) and the low pressure side solenoid valve (47) are closed. Therefore, the pad member (41) is positioned at a rotational position separated from the output shaft (37) by the biasing force of the biasing spring (44), and the rotational drive of the output shaft (37) is allowed.
図６は、膨張機が異常動作をしているときのブレーキ装置の動作状態を示す概略図である。図６に示すように、制御装置（45）において膨張機（30）が異常な回転数で回転駆動していると判定された場合には、制御装置（45）から高圧側電磁弁（46）に対して弁を開くための制御信号が出力される。このとき、低圧側電磁弁（47）は閉じたままとなっている。 FIG. 6 is a schematic view showing an operating state of the brake device when the expander is operating abnormally. As shown in FIG. 6, when it is determined in the control device (45) that the expander (30) is rotationally driven at an abnormal rotational speed, the high pressure side solenoid valve (46) is sent from the control device (45). A control signal for opening the valve is output. At this time, the low pressure side solenoid valve (47) remains closed.
このように、前記高圧側電磁弁（46）を開くと、図１に示す高圧側配管（16）を流通する高圧冷媒が高圧側分岐配管（16a）を介してブレーキ本体（43）の圧力室（43a）内に供給されて圧力室（43a）内が高圧状態となる。この高圧冷媒の圧力により、パッド部材（41）が付勢バネ（44）の付勢力に抗して出力軸（37）側に移動する。そして、パッド部材（41）の押付面が出力軸（37）に押し付けられることで、出力軸（37）の回転動作が強制的に停止される。 Thus, when the high-pressure side solenoid valve (46) is opened, the high-pressure refrigerant flowing through the high-pressure side pipe (16) shown in FIG. 1 passes through the high-pressure side branch pipe (16a) to the pressure chamber of the brake body (43). (43a) is supplied, and the pressure chamber (43a) is in a high pressure state. Due to the pressure of the high-pressure refrigerant, the pad member (41) moves toward the output shaft (37) against the urging force of the urging spring (44). Then, the pressing operation of the output shaft (37) is forcibly stopped by pressing the pressing surface of the pad member (41) against the output shaft (37).
図７は、膨張機を再起動させたときのブレーキ装置の動作状態を示す概略図である。図７に示すように、ブレーキ装置（40）によって出力軸（37）の回転動作を停止させた後、膨張機（30）を再起動させる場合には、制御装置（45）から高圧側電磁弁（46）に対して弁を閉じるための制御信号が出力される一方、低圧側電磁弁（47）に対して弁を開くための制御信号が出力される。 FIG. 7 is a schematic diagram showing an operating state of the brake device when the expander is restarted. As shown in FIG. 7, when the expansion device (30) is restarted after the rotation operation of the output shaft (37) is stopped by the brake device (40), the control device (45) starts the high pressure side solenoid valve. A control signal for closing the valve is output to (46), while a control signal for opening the valve is output to the low-pressure side electromagnetic valve (47).
このように、前記高圧側電磁弁（46）を閉じるとともに低圧側電磁弁（47）を開くと、圧力室（43a）内の高圧冷媒が低圧側分岐配管（17a）を介して低圧側配管（17）に流出して、圧力室（43a）内が低圧状態となる。そして、付勢バネ（44）の付勢力により、パッド部材（41）が出力軸（37）から離間した回転位置に位置付けられて、出力軸（37）の回転が許容される。 Thus, when the high-pressure side solenoid valve (46) is closed and the low-pressure side solenoid valve (47) is opened, the high-pressure refrigerant in the pressure chamber (43a) passes through the low-pressure side branch pipe (17a). 17), the pressure chamber (43a) is in a low pressure state. Then, the urging force of the urging spring (44) positions the pad member (41) at a rotational position separated from the output shaft (37), and the output shaft (37) is allowed to rotate.
−冷房運転−
次に、前記空調機の動作について説明する。まず、冷房運転時には、第１四方切換弁（12）及び第２四方切換弁（13）が第１状態（図１に実線で示す状態）に設定され、冷媒回路（11）で冷媒が循環して蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。この冷媒回路（11）で行われる冷凍サイクルは、その高圧が冷媒である二酸化炭素の臨界圧力よりも高い値に設定されている。
-Cooling operation-
Next, the operation of the air conditioner will be described. First, during the cooling operation, the first four-way switching valve (12) and the second four-way switching valve (13) are set to the first state (the state indicated by the solid line in FIG. 1), and the refrigerant circulates in the refrigerant circuit (11). Thus, a vapor compression refrigeration cycle is performed. In the refrigeration cycle performed in the refrigerant circuit (11), the high pressure is set to a value higher than the critical pressure of carbon dioxide as a refrigerant.
前記圧縮機（20）では、吸入管（25）から吸い込んだ冷媒を圧縮して高圧冷媒を生成する。圧縮機（20）内の高圧冷媒は、吐出管（26）を通って圧縮機（20）から吐出される。圧縮機（20）から吐出された冷媒は、室外熱交換器（14）へ送られて室外空気へ放熱する。室外熱交換器（14）で放熱した高圧冷媒は、膨張機（30）へ流入する。 In the compressor (20), the refrigerant sucked from the suction pipe (25) is compressed to generate a high-pressure refrigerant. The high-pressure refrigerant in the compressor (20) is discharged from the compressor (20) through the discharge pipe (26). The refrigerant discharged from the compressor (20) is sent to the outdoor heat exchanger (14) to radiate heat to the outdoor air. The high-pressure refrigerant radiated by the outdoor heat exchanger (14) flows into the expander (30).
前記膨張機（30）では、流入管（35）を通って膨張機構（31）へ流入した高圧冷媒が膨張し、それによって発電機構（33）が回転駆動される。発電機構（33）で発生した電力は、圧縮機（20）の電動機（図示省略）へ供給される。膨張機構（31）で膨張した冷媒は、流出管（36）を通って膨張機（30）から送り出される。 In the expander (30), the high-pressure refrigerant that has flowed into the expansion mechanism (31) through the inflow pipe (35) expands, and thereby the power generation mechanism (33) is rotationally driven. The electric power generated by the power generation mechanism (33) is supplied to an electric motor (not shown) of the compressor (20). The refrigerant expanded by the expansion mechanism (31) is sent out from the expander (30) through the outflow pipe (36).
前記膨張機（30）から送出された冷媒は、室内熱交換器（15）へ送られる。室内熱交換器（15）では、流入した冷媒が室内空気から吸熱して蒸発し、室内空気が冷却される。室内熱交換器（15）から出た低圧冷媒は、圧縮機（20）の吸入管（25）へ流入する。 The refrigerant sent from the expander (30) is sent to the indoor heat exchanger (15). In the indoor heat exchanger (15), the refrigerant that has flowed in absorbs heat from the room air and evaporates, thereby cooling the room air. The low-pressure refrigerant discharged from the indoor heat exchanger (15) flows into the suction pipe (25) of the compressor (20).
−暖房運転−
暖房運転時には、第１四方切換弁（12）及び第２四方切換弁（13）が第２状態（図１に破線で示す状態）に設定され、冷媒回路（11）で冷媒が循環して蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。冷房運転時と同様に、この冷媒回路（11）で行われる冷凍サイクルは、その高圧が冷媒である二酸化炭素の臨界圧力よりも高い値に設定されている。
-Heating operation-
During the heating operation, the first four-way switching valve (12) and the second four-way switching valve (13) are set to the second state (the state indicated by the broken line in FIG. 1), and the refrigerant circulates in the refrigerant circuit (11) to generate steam. A compression refrigeration cycle is performed. As in the cooling operation, the refrigeration cycle performed in the refrigerant circuit (11) has a high pressure set to a value higher than the critical pressure of carbon dioxide, which is a refrigerant.
前記圧縮機（20）では、吸入管（25）から吸い込んだ冷媒を圧縮して高圧冷媒を生成する。圧縮機（20）内の高圧冷媒は、吐出管（26）を通って圧縮機（20）から吐出される。圧縮機（20）から吐出された冷媒は、室内熱交換器（15）へ送られる。室内熱交換器（15）では、流入した冷媒が室内空気へ放熱し、室内空気が加熱される。室内熱交換器（15）で放熱した高圧冷媒は、膨張機（30）へ流入する。 In the compressor (20), the refrigerant sucked from the suction pipe (25) is compressed to generate a high-pressure refrigerant. The high-pressure refrigerant in the compressor (20) is discharged from the compressor (20) through the discharge pipe (26). The refrigerant discharged from the compressor (20) is sent to the indoor heat exchanger (15). In the indoor heat exchanger (15), the refrigerant that has flowed in dissipates heat to the room air, and the room air is heated. The high-pressure refrigerant that has radiated heat from the indoor heat exchanger (15) flows into the expander (30).
前記膨張機（30）では、流入管（35）を通って膨張機構（31）へ流入した高圧冷媒が膨張し、それによって発電機構（33）が回転駆動される。発電機構（33）で発生した電力は、圧縮機（20）の電動機へ供給される。膨張機構（31）で膨張した冷媒は、流出管（36）を通って膨張機（30）から送り出される。 In the expander (30), the high-pressure refrigerant that has flowed into the expansion mechanism (31) through the inflow pipe (35) expands, and thereby the power generation mechanism (33) is rotationally driven. The electric power generated by the power generation mechanism (33) is supplied to the electric motor of the compressor (20). The refrigerant expanded by the expansion mechanism (31) is sent out from the expander (30) through the outflow pipe (36).
前記膨張機（30）から送出された冷媒は、室外熱交換器（14）へ送られる。室外熱交換器（14）では、流入した冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（14）から出た低圧冷媒は、圧縮機（20）の吸入管（25）へ流入する。 The refrigerant sent from the expander (30) is sent to the outdoor heat exchanger (14). In the outdoor heat exchanger (14), the refrigerant that has flowed in absorbs heat from the outdoor air and evaporates. The low-pressure refrigerant discharged from the outdoor heat exchanger (14) flows into the suction pipe (25) of the compressor (20).
−膨張機構の動作−
次に、膨張機構（31）の運転動作について、図３を参照しながら具体的に説明する。まず、出力軸（37）が図３（ａ）の状態（回転角が０°の状態）から同図の反時計方向へ僅かに回転すると、流入ポート（67）が高圧室（53）と連通し、流入ポート（67）から高圧室（53）へ高圧冷媒が流入する。この時、低圧室（54）は流出ポート（68）と連通しており、低圧室（54）の圧力は冷凍サイクルの低圧と概ね等しくなっている。このため、ピストン（55）は高圧室（53）へ流入した冷媒によって押し動かされ、出力軸（37）が同図の反時計方向へ回転を続ける。
-Operation of the expansion mechanism-
Next, the operation of the expansion mechanism (31) will be specifically described with reference to FIG. First, when the output shaft (37) is slightly rotated counterclockwise from the state shown in FIG. 3 (a) (rotation angle is 0 °), the inflow port (67) communicates with the high pressure chamber (53). Then, the high-pressure refrigerant flows from the inflow port (67) into the high-pressure chamber (53). At this time, the low pressure chamber (54) communicates with the outflow port (68), and the pressure of the low pressure chamber (54) is substantially equal to the low pressure of the refrigeration cycle. For this reason, the piston (55) is pushed and moved by the refrigerant flowing into the high pressure chamber (53), and the output shaft (37) continues to rotate counterclockwise in FIG.
そして、図３（ｂ）〜（ｄ）に順次示すように、高圧室（53）の容積はピストン（55）が移動するのにつれて拡大する一方、低圧室（54）の容積はピストン（55）が移動するのにつれて縮小してゆく。その後、ピストン（55）は図３（ａ）の状態に戻るが、慣性力によって回転し続け、再び高圧室（53）に流入ポート（67）が連通すると同時に低圧室（54）に流出ポート（68）が連通する状態となり、出力軸（37）が継続的に回転駆動される。 3 (b) to 3 (d), the volume of the high pressure chamber (53) increases as the piston (55) moves, while the volume of the low pressure chamber (54) increases as the piston (55). As it moves, it shrinks. Thereafter, the piston (55) returns to the state shown in FIG. 3 (a), but continues to rotate due to the inertial force, and the inflow port (67) communicates with the high pressure chamber (53) again and at the same time, the outflow port ( 68) is in communication, and the output shaft (37) is continuously driven to rotate.
以上のように、本実施形態１に係る膨張機（30）によれば、膨張機構（31）が脱調する等して出力軸（37）が異常な回転数で回転し続けたときに、高圧冷媒をブレーキ装置（40）のブレーキ機構（42）に供給することで、パッド部材（41）を出力軸（37）に押し付けて膨張機構（31）の出力軸（37）を強制的に停止させることができる。そのため、増大された出力軸（37）の回転数が膨張機構（31）や発電機構（33）の許容値を超えてしまうことが抑制され、膨張機構（31）や発電機構（33）自身が破損してしまうのを防止できる。 As described above, according to the expander (30) according to the first embodiment, when the output shaft (37) continues to rotate at an abnormal rotational speed due to the expansion mechanism (31) stepping out, By supplying high-pressure refrigerant to the brake mechanism (42) of the brake device (40), the pad member (41) is pressed against the output shaft (37) to forcibly stop the output shaft (37) of the expansion mechanism (31) Can be made. Therefore, it is suppressed that the rotation speed of the increased output shaft (37) exceeds the allowable value of the expansion mechanism (31) and the power generation mechanism (33), and the expansion mechanism (31) and the power generation mechanism (33) themselves It can be prevented from being damaged.
また、出力軸（37）に連結された発電機構（33）の回転数の増大も抑えることができるため、発電機構（33）から得られる電気エネルギーが増大して、その電気エネルギーがコンバータやインバータ等の素子の許容値を越えて素子が破損してしまうことを防止できる。 Moreover, since the increase in the rotation speed of the power generation mechanism (33) connected to the output shaft (37) can also be suppressed, the electric energy obtained from the power generation mechanism (33) increases, and the electric energy is converted into a converter or inverter. It is possible to prevent the element from being damaged beyond the allowable value of the element.
また、冷媒回路（11）を流通する冷媒の圧力を利用してパッド部材（41）の進退動作を行うことができるため、油圧機器等の駆動源を別途用意する必要が無く、装置構成をコンパクトにすることができるとともに、コスト低減に有利となる。 In addition, since the pad member (41) can be moved back and forth using the pressure of the refrigerant flowing through the refrigerant circuit (11), it is not necessary to prepare a separate drive source for hydraulic equipment, etc., and the device configuration is compact. This is advantageous for cost reduction.
＜実施形態２＞
図８は、本発明の実施形態２に係る膨張機の概略構成図である。前記実施形態１との違いは、低圧側分岐配管（17a）の接続位置を変更した点であるため、以下、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。
<Embodiment 2>
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an expander according to Embodiment 2 of the present invention. Since the difference from the first embodiment is that the connection position of the low-pressure side branch pipe (17a) is changed, the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and only the differences will be described.
図８に示すように、前記膨張機（30）のブレーキ装置（40）は、出力軸（37）を挟んで対向する一対のパッド部材（41）と、パッド部材（41）を出力軸（37）に対して進退動作させるブレーキ機構（42）とを備えている。 As shown in FIG. 8, the brake device (40) of the expander (30) includes a pair of pad members (41) facing each other with the output shaft (37) interposed therebetween, and the pad member (41) as an output shaft (37). ) And a brake mechanism (42) that moves forward and backward.
前記ブレーキ機構（42）のブレーキ本体（43）の上部には、圧力室（43a）と連通するように高圧側分岐配管（16a）の一端が接続されている。高圧側分岐配管（16a）の他端は、冷媒回路（11）の高圧側配管（16）に接続されている。また、その配管途中には高圧側電磁弁（46）が接続されている。 One end of a high-pressure side branch pipe (16a) is connected to the upper part of the brake body (43) of the brake mechanism (42) so as to communicate with the pressure chamber (43a). The other end of the high-pressure side branch pipe (16a) is connected to the high-pressure side pipe (16) of the refrigerant circuit (11). A high pressure side solenoid valve (46) is connected in the middle of the piping.
一方、前記ブレーキ本体（43）の下部には、圧力室（43a）と連通するように低圧側分岐配管（17a）の一端が接続されている。低圧側分岐配管（17a）の他端は、膨張機ケーシング（34）における下部空間、具体的には、油溜まりと発電機構（33）との間の低圧空間に連通するように接続されている。また、その配管途中には低圧側電磁弁（47）が接続されている。 On the other hand, one end of the low-pressure side branch pipe (17a) is connected to the lower part of the brake body (43) so as to communicate with the pressure chamber (43a). The other end of the low-pressure side branch pipe (17a) is connected to communicate with a lower space in the expander casing (34), specifically, a low-pressure space between the oil sump and the power generation mechanism (33). . Further, a low pressure side solenoid valve (47) is connected in the middle of the piping.
本実施形態２に係るブレーキ装置（40）の動作は、前記実施形態１で説明したものと略同様であり、ブレーキ装置（40）によって出力軸（37）の回転動作を停止させた後、膨張機（30）を再起動させるときに、高圧側電磁弁（46）を閉じるとともに低圧側電磁弁（47）を開くと、圧力室（43a）内の高圧冷媒が膨張機ケーシング（34）内に流出して、圧力室（43a）内が低圧状態となる点のみが異なっている。 The operation of the brake device (40) according to the second embodiment is substantially the same as that described in the first embodiment. After the rotation operation of the output shaft (37) is stopped by the brake device (40), the expansion is performed. When the high pressure side solenoid valve (46) is closed and the low pressure side solenoid valve (47) is opened when the compressor (30) is restarted, the high pressure refrigerant in the pressure chamber (43a) enters the expander casing (34). It differs only in that it flows out and the pressure chamber (43a) is in a low pressure state.
なお、本実施形態２では、ブレーキ本体（43）に接続された低圧側分岐配管（17a）を、膨張機ケーシング（34）の外側に取り回した後、低圧側分岐配管（17a）の他端を膨張機ケーシング（34）の低圧空間に連通するように接続させた構成について説明したが、この形態に限定するものではない。例えば、ブレーキ本体（43）に接続された低圧側分岐配管（17a）を膨張機ケーシング（34）内に収容したままでその他端を膨張機ケーシング（34）の低圧空間に連通させるようにしても良い。 In the second embodiment, after the low pressure side branch pipe (17a) connected to the brake body (43) is routed outside the expander casing (34), the other end of the low pressure side branch pipe (17a) is connected. Although the structure connected so that it communicated with the low pressure space of the expander casing (34) was described, it is not limited to this form. For example, the low pressure side branch pipe (17a) connected to the brake body (43) is accommodated in the expander casing (34) and the other end is communicated with the low pressure space of the expander casing (34). good.
＜実施形態３＞
図９は、本発明の実施形態３に係る膨張機の概略構成図である。前記実施形態１との違いは、出力軸（37）にディスクブレーキ（75）を設けた点であるため、以下、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。
<
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of an expander according to
図９に示すように、膨張機（30）は、出力軸（37）の回転動作を停止させるブレーキ装置（70）を備えている。また、膨張機（30）の出力軸（37）の軸方向の略中央位置には、その径方向に張り出したディスクブレーキ（75）が設けられている。このディスクブレーキ（75）は、出力軸（37）の一部を構成するものであり、出力軸（37）の回転駆動によって一体に回転駆動するようになっている。 As shown in FIG. 9, the expander (30) includes a brake device (70) that stops the rotation operation of the output shaft (37). A disk brake (75) projecting in the radial direction is provided at a substantially central position in the axial direction of the output shaft (37) of the expander (30). The disc brake (75) constitutes a part of the output shaft (37), and is integrally rotated by the rotational drive of the output shaft (37).
図１０にも示すように、前記ブレーキ装置（70）は、ディスクブレーキ（75）を挟んで上下方向に対向する一対のパッド部材（71）と、パッド部材（71）をディスクブレーキ（75）の表面に対して進退動作させるブレーキ機構（72）とを備えている。 As shown in FIG. 10, the brake device (70) includes a pair of pad members (71) that are vertically opposed to each other with the disc brake (75) interposed therebetween, and the pad member (71) is connected to the disc brake (75). And a brake mechanism (72) that moves forward and backward with respect to the surface.
前記ブレーキ機構（72）は、パッド部材（71）をディスクブレーキ（75）に対して進退させることで、ディスクブレーキ（75）の表面を一対のパッド部材（71）で狭持することで、出力軸（37）の回転動作を強制的に停止できるようになっている。 The brake mechanism (72) moves the pad member (71) forward and backward with respect to the disc brake (75), so that the surface of the disc brake (75) is held between the pair of pad members (71). The rotation of the shaft (37) can be forcibly stopped.
前記ブレーキ機構（72）は、内部に圧力室（図示省略）を有するブレーキ本体（73）を備えている。ブレーキ本体（73）の上部には、圧力室と連通するように高圧側分岐配管（16a）の一端が接続されている。高圧側分岐配管（16a）の他端は、冷媒回路（11）の高圧側配管（16）に接続されている。また、その配管途中には高圧側電磁弁（46）が接続されている。 The brake mechanism (72) includes a brake body (73) having a pressure chamber (not shown) therein. One end of the high-pressure side branch pipe (16a) is connected to the upper part of the brake body (73) so as to communicate with the pressure chamber. The other end of the high-pressure side branch pipe (16a) is connected to the high-pressure side pipe (16) of the refrigerant circuit (11). A high pressure side solenoid valve (46) is connected in the middle of the piping.
一方、前記ブレーキ本体（73）の下部には、圧力室と連通するように低圧側分岐配管（17a）の一端が接続されている。低圧側分岐配管（17a）の他端は、冷媒回路（11）の低圧側配管（17）に接続されている。また、その配管途中には低圧側電磁弁（47）が接続されている。 On the other hand, one end of the low-pressure side branch pipe (17a) is connected to the lower part of the brake body (73) so as to communicate with the pressure chamber. The other end of the low pressure side branch pipe (17a) is connected to the low pressure side pipe (17) of the refrigerant circuit (11). Further, a low pressure side solenoid valve (47) is connected in the middle of the piping.
前記パッド部材（71）は、付勢バネ（図示省略）によって、ディスクブレーキ（75）から離間させた回転位置に付勢されている。これにより、出力軸（37）の回転が許容される。そして、ブレーキ本体（73）の圧力室内に高圧冷媒が供給されると、この高圧冷媒の圧力により、パッド部材（71）が付勢バネの付勢力に抗してディスクブレーキ（75）を挟持して、出力軸（37）の回転動作が強制的に停止されるようになっている。 The pad member (71) is biased to a rotational position separated from the disc brake (75) by a biasing spring (not shown). Thereby, rotation of an output shaft (37) is permitted. When high-pressure refrigerant is supplied into the pressure chamber of the brake body (73), the pad member (71) holds the disc brake (75) against the urging force of the urging spring by the pressure of the high-pressure refrigerant. Thus, the rotation operation of the output shaft (37) is forcibly stopped.
前記ブレーキ装置（70）の動作は、前記実施形態１と略同様である。すなわち、膨張機（30）が正常な回転数で回転駆動している場合には、発電機構（33）で得られる電気エネルギーの電圧値も所定値以下であるため、高圧側電磁弁（46）及び低圧側電磁弁（47）は閉じられている。そのため、パッド部材（71）は、付勢バネの付勢力によって、ディスクブレーキ（75）から離間した回転位置に位置付けられて出力軸（37）の回転駆動が許容される。 The operation of the brake device (70) is substantially the same as in the first embodiment. That is, when the expander (30) is rotationally driven at a normal rotational speed, the voltage value of the electric energy obtained by the power generation mechanism (33) is also less than or equal to a predetermined value, so that the high pressure side solenoid valve (46) The low pressure side solenoid valve (47) is closed. Therefore, the pad member (71) is positioned at a rotational position separated from the disc brake (75) by the biasing force of the biasing spring, and the rotational drive of the output shaft (37) is allowed.
次に、制御装置（45）において膨張機（30）が異常な回転数で回転駆動していると判定された場合には、制御装置（45）から高圧側電磁弁（46）に対して弁を開くための制御信号が出力される。このとき、低圧側電磁弁（47）は閉じたままとなっている。 Next, when it is determined in the control device (45) that the expander (30) is rotationally driven at an abnormal rotational speed, the control device (45) controls the valve to the high pressure side solenoid valve (46). A control signal for opening is output. At this time, the low pressure side solenoid valve (47) remains closed.
このように、前記高圧側電磁弁（46）を開くと、高圧側配管（16）を流通する高圧冷媒が高圧側分岐配管（16a）を介してブレーキ本体（73）の圧力室内に供給されて圧力室内が高圧状態となる。この高圧冷媒の圧力により、パッド部材（71）が付勢バネの付勢力に抗してディスクブレーキ（75）を狭持することで、出力軸（37）の回転動作が強制的に停止される。 As described above, when the high-pressure side solenoid valve (46) is opened, the high-pressure refrigerant flowing through the high-pressure side pipe (16) is supplied to the pressure chamber of the brake body (73) via the high-pressure side branch pipe (16a). The pressure chamber is in a high pressure state. Due to the pressure of the high-pressure refrigerant, the pad member (71) holds the disc brake (75) against the biasing force of the biasing spring, so that the rotation operation of the output shaft (37) is forcibly stopped. .
また、前記ブレーキ装置（70）によって出力軸（37）の回転動作を停止させた後、膨張機（30）を再起動させる場合には、制御装置（45）から高圧側電磁弁（46）に対して弁を閉じるための制御信号が出力される一方、低圧側電磁弁（47）に対して弁を開くための制御信号が出力される。 In addition, when restarting the expander (30) after the rotation of the output shaft (37) is stopped by the brake device (70), the control device (45) switches from the high pressure side solenoid valve (46). On the other hand, a control signal for closing the valve is output, while a control signal for opening the valve is output to the low pressure side solenoid valve (47).
このように、前記高圧側電磁弁（46）を閉じるとともに低圧側電磁弁（47）を開くと、ブレーキ本体（73）の圧力室内の高圧冷媒が低圧側分岐配管（17a）を介して低圧側配管（17）に流出して、圧力室内が低圧状態となる。そして、付勢バネの付勢力により、パッド部材（71）がディスクブレーキ（75）から離間した回転位置に位置付けられて、出力軸（37）の回転が許容される。 As described above, when the high-pressure side solenoid valve (46) is closed and the low-pressure side solenoid valve (47) is opened, the high-pressure refrigerant in the pressure chamber of the brake body (73) passes through the low-pressure side branch pipe (17a). It flows out to the pipe (17) and the pressure chamber is in a low pressure state. The pad member (71) is positioned at a rotational position separated from the disc brake (75) by the biasing force of the biasing spring, and the output shaft (37) is allowed to rotate.
なお、本実施形態３では、低圧側分岐配管（17a）の他端が冷媒回路（11）の低圧側配管（17）に接続された構成について説明したが、前記実施形態２において説明したように、低圧側分岐配管（17a）の接続位置を変更しても良い。具体的には、図１１に示すように、低圧側分岐配管（17a）の他端を、膨張機ケーシング（34）における下部空間、具体的には、油溜まりと発電機構（33）との間の低圧空間に連通するように接続しても構わない。 In the third embodiment, the configuration in which the other end of the low-pressure side branch pipe (17a) is connected to the low-pressure side pipe (17) of the refrigerant circuit (11) has been described, but as described in the second embodiment. The connection position of the low-pressure side branch pipe (17a) may be changed. Specifically, as shown in FIG. 11, the other end of the low-pressure side branch pipe (17a) is connected to the lower space in the expander casing (34), specifically between the oil reservoir and the power generation mechanism (33). It may be connected so as to communicate with the low pressure space.
＜その他の実施形態＞
前記実施形態では、膨張機構（31）がいわゆるローリングピストン型のロータリ式流体機械で構成されていてもよい。この場合、膨張機構（31）では、ブレード（56）がピストン（55）と別体に形成される。そして、ブレード（56）は、シリンダ（51）に対して進退自在に支持され、その先端がピストン（55）の外周面に押し付けられる。さらに、前記の各実施形態では冷凍装置によって空調機を構成しているが、冷凍装置によって給湯機を構成し、圧縮機（20）から吐出された冷媒によって水を加熱して温水を生成するようにしてもよい。
<Other embodiments>
In the above embodiment, the expansion mechanism (31) may be a so-called rolling piston type rotary fluid machine. In this case, in the expansion mechanism (31), the blade (56) is formed separately from the piston (55). The blade (56) is supported so as to be able to advance and retreat relative to the cylinder (51), and the tip thereof is pressed against the outer peripheral surface of the piston (55). Further, in each of the embodiments described above, the air conditioner is configured by the refrigeration apparatus. However, the water heater is configured by the refrigeration apparatus, and water is heated by the refrigerant discharged from the compressor (20) to generate hot water. It may be.
以上説明したように、本発明は、膨張機構の出力軸が異常回転したときに、出力軸を直ちに停止させて膨張機構の脱調や暴走を防止できるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。 As described above, according to the present invention, when the output shaft of the expansion mechanism rotates abnormally, the output shaft can be stopped immediately to prevent a step-out or runaway of the expansion mechanism. It is extremely useful and has high industrial applicability.
11 冷媒回路
30 膨張機
31 膨張機構
33 発電機構
37 出力軸
41,71 パッド部材
42,72 ブレーキ機構
75 ディスクブレーキ
11 Refrigerant circuit
30 expander
31 Expansion mechanism
33 Power generation mechanism
37 Output shaft
41,71 Pad material
42,72 Brake mechanism
75 Disc brake
Claims (3)
前記出力軸（37）に対する押付面が形成されたパッド部材（41,71）と、
前記パッド部材（41,71）の押付面を前記出力軸（37）に押し付けて該出力軸（37）の回転動作を停止させる停止位置と、該パッド部材（41,71）の押付面を該出力軸（37）から離間させて該出力軸（37）の回転動作を許容する回転位置との間で該パッド部材（41,71）を進退動作させるブレーキ機構（42,72）とを備えていることを特徴とする発電式の膨張機。 An expansion mechanism (31) that rotates the output shaft (37) by expanding the refrigerant flowing through the refrigerant circuit (11), and the output shaft (37) connected to the output shaft (37) of the expansion mechanism (31). 37) a power generation type expander equipped with a power generation mechanism (33) that generates electric power by rotational drive,
A pad member (41, 71) having a pressing surface against the output shaft (37);
A stop position where the pressing surface of the pad member (41, 71) is pressed against the output shaft (37) to stop the rotation of the output shaft (37), and the pressing surface of the pad member (41, 71) is A brake mechanism (42,72) for moving the pad member (41,71) forward and backward between a rotational position separated from the output shaft (37) and allowing the rotational motion of the output shaft (37) A power generation type expander.
前記ブレーキ機構（42,72）は、前記冷媒回路（11）を流通する冷媒の圧力によって前記パッド部材（41,71）を進退動作させるように構成されていることを特徴とする発電式の膨張機。 In claim 1,
The brake mechanism (42, 72) is configured to advance and retract the pad member (41, 71) by the pressure of the refrigerant flowing through the refrigerant circuit (11). Machine.
前記出力軸（37）に設けられ、その径方向に張り出したディスクブレーキ（75）を備え、
前記ブレーキ機構（72）は、前記パッド部材（71）の押付面を前記ディスクブレーキ（75）の表面に押し付けることで該出力軸（37）の回転動作を停止させるように構成されていることを特徴とする発電式の膨張機。 In claim 1 or 2,
The output shaft (37) is provided with a disc brake (75) projecting in the radial direction,
The brake mechanism (72) is configured to stop the rotation operation of the output shaft (37) by pressing the pressing surface of the pad member (71) against the surface of the disc brake (75). A power generation type expander.
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| JP2009057613A JP2010210160A (en) | 2009-03-11 | 2009-03-11 | Power generation type expander |
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|---|---|---|---|---|
| JP2013133994A (en) * | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Mitsubishi Electric Corp | Refrigeration cycle apparatus |
| JP2013210150A (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Daikin Industries Ltd | Refrigerating apparatus |
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