JP2012063111A - Refrigerating cycle device - Google Patents

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Masaru Shiotani
優 塩谷
Atsuo Okaichi
敦雄 岡市
Hiroshi Hasegawa
寛 長谷川
Yuji Ogata
雄司 尾形
Masanobu Wada
賢宣 和田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve COP of a refrigerating cycle device even under a condition that an energy recovery amount is reduced, in a constitution where a pressure-reduced refrigerant is sucked to an expander.SOLUTION: This refrigerating cycle device 1A includes a refrigerant circuit 4 including a compressor 21, a radiator 22, a first pressure reducer 23, the expander 26 and an evaporator 27. A first bypass pathway 5 branched from a radiator downstream pathway 4b or an intermediate-pressure flow channel 4c is connected to an evaporator upstream pathway 4d, and a second bypass pathway 6 branched from the evaporator upstream pathway 4d at an upstream side with respect to a position where the first bypass pathway 6 is connected, is connected to a radiator upstream pathway 4a of the refrigerant circuit 4. Further, this refrigerating cycle device 1A includes a second pressure reducer 51 disposed in the first bypass pathway 5, and a switching means for switching a refrigerant discharged from the expander 26 to the evaporator 27 through the evaporator upstream pathway 4d or the radiator upstream pathway 4a through the second bypass pathway 6.

Description

本発明は、冷媒を膨張させる過程で圧力エネルギーを回収する膨張機を備えた冷凍サイクル装置に関する。   The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus including an expander that recovers pressure energy in the process of expanding a refrigerant.

冷凍サイクル装置において、放熱器で冷却された冷媒は、膨張手段で膨張され、蒸発器へと流入する。膨張手段として膨張弁を用いた場合には、冷媒の持つ圧力エネルギーは渦のエネルギーとなり、やがて冷媒分子の振動エネルギーとなる(等エンタルピー変化)。この冷媒の持つ圧力エネルギーを回収し、有効活用する技術の一つが膨張機である。膨張機は、冷媒をスムーズに膨張させることによってその圧力エネルギーを動力として回収し、発電機を回すことで発電したり、圧縮機へ直接動力を伝えて圧縮機の駆動をアシストすることで消費電力量を低減したりして、冷凍サイクル装置を高効率化することができる。   In the refrigeration cycle apparatus, the refrigerant cooled by the radiator is expanded by the expansion means and flows into the evaporator. When an expansion valve is used as the expansion means, the pressure energy of the refrigerant becomes vortex energy, and eventually becomes vibration energy of the refrigerant molecules (isoenthalpy change). One technique for recovering and effectively utilizing the pressure energy of this refrigerant is an expander. The expander recovers the pressure energy as power by smoothly expanding the refrigerant, and generates power by turning the generator, or directly transmits power to the compressor to assist driving the compressor. The refrigeration cycle apparatus can be made highly efficient by reducing the amount.

例えば、特許文献1には、図13に示すような冷凍サイクル装置100が開示されている。また、その冷凍サイクル装置100の運転状態を示すモリエル線図を図14に示す。   For example, Patent Document 1 discloses a refrigeration cycle apparatus 100 as shown in FIG. Moreover, the Mollier diagram which shows the driving | running state of the refrigerating-cycle apparatus 100 is shown in FIG.

冷凍サイクル装置100は、圧縮機101、室内熱交換器102、予膨張弁103、膨張機104、および室外熱交換器105を含む冷媒回路110を備えている。圧縮機101はモータ130によって駆動され、膨張機104は回収した動力を直接圧縮機921に伝達できるように圧縮機101と一軸で直結されている。また、冷媒回路110には、冷房運転と暖房運転を切り替えるための四方弁111,112が設けられているとともに、予膨張弁103で膨張した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するレシーバタンク120が設けられている。   The refrigeration cycle apparatus 100 includes a refrigerant circuit 110 including a compressor 101, an indoor heat exchanger 102, a pre-expansion valve 103, an expander 104, and an outdoor heat exchanger 105. The compressor 101 is driven by a motor 130, and the expander 104 is directly connected to the compressor 101 on one axis so that the recovered power can be directly transmitted to the compressor 921. The refrigerant circuit 110 is provided with four-way valves 111 and 112 for switching between the cooling operation and the heating operation, and a receiver that separates the refrigerant expanded by the pre-expansion valve 103 into a gas phase refrigerant and a liquid phase refrigerant. A tank 120 is provided.

図14における点A〜Eは図13中に記したA〜Eの位置における冷媒の状態を示している。暖房運転時、圧縮機101から吐出された冷媒(点B)は、室内熱交換器102(放熱器)で放熱し(点C)、予膨張弁103で中間圧まで膨張して減圧した後に膨張機104に吸入される(点D)。膨張機104内では冷媒が内部膨張比まで膨張されて吐出される(点E)。膨張機104から吐出された冷媒は、室外熱交換器105(蒸発器)で大気の熱を吸収した後に再び圧縮機101に吸入される(点A)。   Points A to E in FIG. 14 indicate the state of the refrigerant at the positions A to E described in FIG. 13. During the heating operation, the refrigerant (point B) discharged from the compressor 101 radiates heat at the indoor heat exchanger 102 (heat radiator) (point C), expands to an intermediate pressure by the pre-expansion valve 103, and then expands. Inhaled by the machine 104 (point D). In the expander 104, the refrigerant is expanded to the internal expansion ratio and discharged (point E). The refrigerant discharged from the expander 104 absorbs atmospheric heat by the outdoor heat exchanger 105 (evaporator), and then is sucked into the compressor 101 again (point A).

特開2003−74990号公報JP 2003-74990 A

しかしながら、上記の冷媒回路110では、予膨張弁103での減圧幅が大きくなるにつれて膨張機104に吸入される冷媒の圧力が低下し、膨張機104の動力回収量が減少する。例えば圧縮機101の冷媒吐出温度が高くなる低外気温条件などでは、高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力の差を大きく確保する必要がある。このため、予膨張弁103での減圧幅が大きくなり、膨張機104の動力回収による冷凍サイクル装置のCOP(Coefficient of Performance)向上効果はほとんどなくなってしまう。また、予膨張弁103での減圧幅が大きい場合には蒸発器における冷媒の流量も減少して、蒸発器での吸熱量の減少および放熱器での加熱能力の低下を招いてしまうという問題があった。   However, in the refrigerant circuit 110 described above, the pressure of the refrigerant sucked into the expander 104 decreases as the pressure reduction width at the pre-expansion valve 103 increases, and the power recovery amount of the expander 104 decreases. For example, in a low outside air temperature condition where the refrigerant discharge temperature of the compressor 101 is high, it is necessary to ensure a large difference between the high pressure side refrigerant pressure and the low pressure side refrigerant pressure. For this reason, the pressure reduction width in the pre-expansion valve 103 becomes large, and the COP (Coefficient of Performance) improvement effect of the refrigeration cycle apparatus by the power recovery of the expander 104 is almost lost. In addition, when the pressure reduction width at the pre-expansion valve 103 is large, the flow rate of the refrigerant in the evaporator also decreases, leading to a decrease in the amount of heat absorbed in the evaporator and a decrease in the heating capacity in the radiator. there were.

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、減圧された冷媒が膨張機に吸入される構成において、エネルギー回収量が減少する条件でも冷凍サイクル装置のCOPを向上させることができるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and in the configuration in which the decompressed refrigerant is sucked into the expander, the COP of the refrigeration cycle apparatus can be improved even under a condition where the amount of energy recovery is reduced. The purpose is to do.

上記目的を達成するために、本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮された冷媒を冷却する放熱器、冷却された冷媒を減圧させる第1減圧機、減圧した冷媒を膨張させて動力を回収する膨張機、および膨張した冷媒を加熱する蒸発器を含む冷媒回路と、前記冷媒回路における前記放熱器と前記第1減圧機の間の放熱器下流路または前記第1減圧機と前記膨張機の間の中間圧流路から分岐して、前記冷媒回路における前記膨張機と前記蒸発器の間の蒸発器上流路につながる、冷媒を減圧させる第2減圧機が設けられた第1バイパス路と、前記第1バイパス路がつながる位置よりも上流側で前記蒸発器上流路から分岐して、前記冷媒回路における前記圧縮機と前記放熱器の間の放熱器上流路につながる第2バイパス路と、前記膨張機から吐出された冷媒を、前記蒸発器上流路を通じて前記蒸発器に導くか前記第2バイパス路を通じて前記放熱器上流路に導くかを切り替える切替手段と、を備える冷凍サイクル装置を提供する。   In order to achieve the above object, the present invention provides a compressor for compressing a refrigerant, a radiator for cooling the compressed refrigerant, a first decompressor for decompressing the cooled refrigerant, and expanding the decompressed refrigerant to increase power. A refrigerant circuit including an expander to be recovered and an evaporator for heating the expanded refrigerant, a radiator lower flow path between the radiator and the first pressure reducer in the refrigerant circuit, or the first pressure reducer and the expander A first bypass passage provided with a second decompressor for decompressing the refrigerant, branching from the intermediate pressure passage between and connected to the evaporator upper passage between the expander and the evaporator in the refrigerant circuit; A second bypass path branched from the evaporator upper flow path upstream of the position where the first bypass path is connected, and connected to a radiator upper flow path between the compressor and the radiator in the refrigerant circuit; Discharged from the expander Refrigerant, to provide a refrigeration cycle apparatus and a switching means for switching between the leads to the radiator upstream passage through the evaporator upstream said one lead to the evaporator the second bypass passage through passage.

上記の構成によれば、切替手段によって膨張機から吐出された冷媒が蒸発器上流路を通じて蒸発器に導かれる状態にし、第1バイパス路に流れる冷媒量を制限すれば、膨張機で動力を回収することができる。逆に、切替手段によって膨張機から吐出された冷媒が第2バイパス路を通じて蒸発器に導かれる状態にし、第1バイパス路を流れる冷媒量を増大させれば、膨張機によって冷媒が高圧側に強制的に送り出されるので、膨張機を圧縮機として機能させることができる。そして、膨張機によって圧縮された冷媒は放熱器に流入し、放熱器の冷媒流量が増加するため、冷凍サイクル装置の加熱能力を増大させることができる。また、第1減圧機で減圧された冷媒の一部が膨張機に流入し、その残りの冷媒が第2減圧機を通過して蒸発器に流入するので、圧縮機によって昇圧される冷媒の流量が減少し、圧縮機を駆動するために必要な動力が低減される。したがって、膨張機に吸入される冷媒の圧力が低下する場合においても膨張機が有効に活用され、冷凍サイクル装置のCOPを向上させることができる。   According to the above configuration, if the refrigerant discharged from the expander by the switching unit is guided to the evaporator through the evaporator upper flow path and the amount of refrigerant flowing through the first bypass path is limited, power is recovered by the expander. can do. Conversely, if the refrigerant discharged from the expander by the switching means is led to the evaporator through the second bypass passage and the amount of refrigerant flowing through the first bypass passage is increased, the expander forces the refrigerant to the high pressure side. Therefore, the expander can function as a compressor. And since the refrigerant | coolant compressed by the expander flows into a heat radiator and the refrigerant | coolant flow rate of a heat radiator increases, the heating capability of a refrigerating-cycle apparatus can be increased. In addition, a part of the refrigerant decompressed by the first decompressor flows into the expander, and the remaining refrigerant passes through the second decompressor and flows into the evaporator, so that the flow rate of the refrigerant pressurized by the compressor And the power required to drive the compressor is reduced. Therefore, even when the pressure of the refrigerant sucked into the expander decreases, the expander can be effectively used and the COP of the refrigeration cycle apparatus can be improved.

本発明の第1実施形態に係る冷凍サイクル装置を用いた循環型温水供給システムの構成図1 is a configuration diagram of a circulating hot water supply system using a refrigeration cycle apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図1に示す圧縮膨張ユニットの縦断面図1 is a longitudinal sectional view of the compression / expansion unit shown in FIG. (a)は図2のIIIA−IIIA線に沿った膨張機の横断面図、(b)は図2のIIIB−IIIB線に沿った膨張機の横断面図(A) is a cross-sectional view of the expander along line IIIA-IIIA in FIG. 2, (b) is a cross-sectional view of the expander along line IIIB-IIIB in FIG. 図2に示す膨張機の作動室の容積とシャフトの回転角との関係を示すグラフGraph showing the relationship between the volume of the working chamber of the expander shown in FIG. 2 and the rotation angle of the shaft 第1実施形態に係る冷凍サイクル装置の中間期における動力回収運転の状態を示すモリエル線図Mollier diagram showing the state of power recovery operation in the intermediate period of the refrigeration cycle apparatus according to the first embodiment 第1実施形態に係る冷凍サイクル装置の低外気温時における動力回収運転の状態を示すモリエル線図The Mollier diagram which shows the state of the power recovery driving | operation at the time of the low external temperature of the refrigerating-cycle apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る冷凍サイクル装置の加熱能力強化運転の状態を示すモリエル線図Mollier diagram showing the state of the heating capacity enhancement operation of the refrigeration cycle apparatus according to the first embodiment. 第1実施形態の変形例1における膨張機の縦断面図The longitudinal cross-sectional view of the expander in the modification 1 of 1st Embodiment 第1実施形態の変形例2における圧縮膨張ユニットの縦断面図The longitudinal cross-sectional view of the compression-expansion unit in the modification 2 of 1st Embodiment. 図9のX−X線に沿った膨張機の横断面図FIG. 9 is a cross-sectional view of the expander along the line XX in FIG. 本発明の第2実施形態に係る冷凍サイクル装置を用いた循環型温水供給システムの構成図The block diagram of the circulation type hot water supply system using the refrigerating cycle device concerning a 2nd embodiment of the present invention. 第2実施形態に係る冷凍サイクル装置の加熱能力強化運転の状態を示すモリエル線図Mollier diagram showing the state of the heating capacity enhancement operation of the refrigeration cycle apparatus according to the second embodiment. 従来の冷凍サイクル装置の構成図Configuration diagram of conventional refrigeration cycle equipment 従来の冷凍サイクル装置の運転状態を示すモリエル線図Mollier diagram showing the operating state of a conventional refrigeration cycle system

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.

<第1実施形態>
図1に、本発明の第1実施形態に係る冷凍サイクル装置1Aを示す。この冷凍サイクル装置1Aは、温水暖房装置9と共に循環型温水供給システムを構成する。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a refrigeration cycle apparatus 1A according to the first embodiment of the present invention. This refrigeration cycle apparatus 1 </ b> A constitutes a circulating hot water supply system together with the hot water heating apparatus 9.

1)全体構成
温水暖房装置9は、温水を蓄える温水タンク91と、水を沸き挙げるための沸き挙げ路92と、温水タンク91内に蓄えられた温水を利用するための暖房路94とを備えている。沸き挙げ路92は、温水タンク91の下部から抜き出した水を後述する放熱器22で加熱して温水とした後に温水タンク91の上部に戻す流路であり、沸き挙げポンプ93を有している。暖房路94は、暖房器96および後述する中温水熱交換器(水利用熱交換器)25をこの順に通過するように温水タンク91内に蓄えられた温水を循環させる流路であり、循環ポンプ95を有している。また、暖房路94には、中温水熱交換器25をバイパスする中温水バイパス路97が設けられている。暖房路94における中温水バイパス路97の両端で挟まれる部分には、中温水流量調整弁99が設けられており、中温水バイパス路97には、バイパス流量調整弁98が設けられている。
1) Overall Configuration The hot water heating device 9 includes a hot water tank 91 for storing hot water, a boiling passage 92 for boiling water, and a heating passage 94 for using the hot water stored in the hot water tank 91. ing. The boiling passage 92 is a passage for returning water to the upper portion of the hot water tank 91 after heating the water extracted from the lower portion of the hot water tank 91 with the radiator 22 to be described later, and having a boiling pump 93. . The heating path 94 is a flow path for circulating the hot water stored in the hot water tank 91 so as to pass through the heater 96 and a medium-temperature water heat exchanger (water-use heat exchanger) 25 described later in this order, and a circulation pump 95. Further, the heating path 94 is provided with an intermediate warm water bypass path 97 that bypasses the intermediate warm water heat exchanger 25. An intermediate warm water flow rate adjustment valve 99 is provided in a portion of the heating path 94 sandwiched between both ends of the intermediate warm water bypass route 97, and a bypass flow rate adjustment valve 98 is provided in the intermediate warm water bypass route 97.

本実施形態では、温水暖房装置9で使用される熱媒体が水であるが、温水暖房装置9で使用される熱媒体はエチレングリコールなどの不凍液であってもよい。また、温水暖房装置9は、温水タンク91を備えた、必要に応じて温水を供給する装置であるが、温水タンク91の備えられていない、常時循環型の温水暖房装置を採用することも可能である。   In the present embodiment, the heat medium used in the hot water heater 9 is water, but the heat medium used in the hot water heater 9 may be an antifreeze such as ethylene glycol. The hot water heating device 9 is a device that includes a hot water tank 91 and supplies hot water as necessary. However, a hot water heating device that does not include the hot water tank 91 and that is constantly circulating can also be used. It is.

冷凍サイクル装置1Aは、冷媒を循環させる冷媒回路4を備えている。なお、冷凍サイクル装置1Aは、温水暖房装置9と共に用いられる冷媒流通方向一定の装置であるが、本発明の冷凍サイクル装置は、例えば冷媒の流通方向を変更可能な可逆運転冷凍サイクル装置等であってもよい。また、本発明の冷凍サイクル装置の用途は何ら限定されない。例えば、本発明の冷凍サイクル装置は、給湯機、空気調和装置等として利用することができる。   The refrigeration cycle apparatus 1A includes a refrigerant circuit 4 that circulates refrigerant. The refrigeration cycle apparatus 1A is an apparatus having a constant refrigerant flow direction used together with the hot water heating apparatus 9, but the refrigeration cycle apparatus of the present invention is, for example, a reversible operation refrigeration cycle apparatus capable of changing the refrigerant flow direction. May be. Moreover, the use of the refrigerating cycle apparatus of this invention is not limited at all. For example, the refrigeration cycle apparatus of the present invention can be used as a water heater, an air conditioner or the like.

冷媒回路4には、二酸化炭素やハイドロフルオロカーボンなどの冷媒が充填されている。二酸化炭素を使用すると、冷媒回路4における高低圧差が大きくなり、より多くの膨張エネルギーを回収可能となる。そのため、動力回収式の冷凍サイクル装置の冷媒として、二酸化炭素は好適である。   The refrigerant circuit 4 is filled with a refrigerant such as carbon dioxide or hydrofluorocarbon. When carbon dioxide is used, the difference between high and low pressures in the refrigerant circuit 4 becomes large, and more expansion energy can be recovered. Therefore, carbon dioxide is suitable as a refrigerant for the power recovery type refrigeration cycle apparatus.

冷媒回路4は、圧縮機21、放熱器22、予膨張弁(第1減圧機)23、膨張機26および蒸発器27が流路4a〜4eによってこの順に接続されて構成されている。本実施形態では、予膨張弁23と膨張機26の間の中間圧流路4cに、気液分離器24が設けられている。そして、中間圧流路4cは、気液分離器24で分離された気相冷媒を膨張機26に導くように構成されている。また、中間圧流路4cには、気液分離器24の下流側に中温水熱交換器25が設けられている。   The refrigerant circuit 4 includes a compressor 21, a radiator 22, a pre-expansion valve (first decompressor) 23, an expander 26, and an evaporator 27 connected in this order by flow paths 4a to 4e. In the present embodiment, a gas-liquid separator 24 is provided in the intermediate pressure flow path 4 c between the pre-expansion valve 23 and the expander 26. The intermediate pressure channel 4 c is configured to guide the gas-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator 24 to the expander 26. Further, an intermediate temperature water heat exchanger 25 is provided in the intermediate pressure flow path 4 c on the downstream side of the gas-liquid separator 24.

本実施形態における気液分離器24は、空間に気液混合冷媒を滞留させることによる液相の自重落下作用を利用した形式となっているが、その形式は表面張力を利用したものや慣性力を利用したものなどでもよく、形式は問わない。   The gas-liquid separator 24 according to the present embodiment is a type that uses a self-dropping action of a liquid phase by retaining a gas-liquid mixed refrigerant in a space, but the type uses a surface tension or inertial force. It may be anything that uses, and the format does not matter.

圧縮機21と膨張機26は、同一の密閉容器30内に収容されており、圧縮膨張ユニット3を構成する。圧縮機21は、冷媒を吸入して圧縮し、圧縮した冷媒を密閉容器30の内部空間31に吐出する。密閉容器30には、配管41の一端が内部空間31に開口するように接続されており、配管41の他端は放熱器22に接続されている。すなわち、密閉容器30の内部空間31および配管41は、圧縮機21から放熱器22に冷媒を導く放熱器上流路4aを構成する。   The compressor 21 and the expander 26 are accommodated in the same sealed container 30 and constitute the compression / expansion unit 3. The compressor 21 sucks and compresses the refrigerant, and discharges the compressed refrigerant to the internal space 31 of the sealed container 30. One end of the pipe 41 is connected to the sealed container 30 so as to open to the internal space 31, and the other end of the pipe 41 is connected to the radiator 22. That is, the internal space 31 and the pipe 41 of the sealed container 30 constitute the radiator upper flow path 4 a that guides the refrigerant from the compressor 21 to the radiator 22.

放熱器22は、圧縮機21から吐出された冷媒を、沸き挙げ路92を流れる水と熱交換させることによって冷却する。予膨張弁23は、放熱器22から流出した冷媒を膨張させて減圧させる。気液分離器24は、予膨張弁23を通過した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する。中温水熱交換器25は、気液分離器24で分離された気相冷媒を、膨張機26に吸入される前に、暖房路96を流れる暖房器96で放熱した後の還り水を利用して加熱する。すなわち、中温水熱交換器25は、中間圧流路4cを通じて膨張機26に導かれる冷媒を加熱する加熱手段として機能する。膨張機26は、通常時は、中温水熱交換器25から流出した気相冷媒を膨張させて動力を回収する。蒸発器27は、膨張機26から吐出された冷媒を、空気と熱交換させることによって加熱する。   The radiator 22 cools the refrigerant discharged from the compressor 21 by exchanging heat with water flowing through the boiling passage 92. The pre-expansion valve 23 expands and depressurizes the refrigerant that has flowed out of the radiator 22. The gas-liquid separator 24 separates the refrigerant that has passed through the pre-expansion valve 23 into a gas phase refrigerant and a liquid phase refrigerant. The intermediate temperature water heat exchanger 25 uses the return water after the gas-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator 24 is radiated by the heater 96 flowing through the heating path 96 before being sucked into the expander 26. Heat. That is, the intermediate temperature water heat exchanger 25 functions as a heating unit that heats the refrigerant guided to the expander 26 through the intermediate pressure flow path 4c. The expander 26 normally recovers power by expanding the gas-phase refrigerant that has flowed out of the intermediate temperature water heat exchanger 25. The evaporator 27 heats the refrigerant discharged from the expander 26 by exchanging heat with air.

また、冷凍サイクル装置1Aは、中間圧流路4cから分岐して膨張機26と蒸発器27の間の蒸発器上流路4dにつながる第1バイパス路5と、第1バイパス路5がつながる位置よりも上流側で蒸発器上流路4dから分岐して圧縮機21と放熱器22の間の放熱器上流路4aにつながる第2バイパス路6とを備えている。本実施形態では、第2バイパス路61の下流端が密閉容器30内に開口している。   In addition, the refrigeration cycle apparatus 1A has a first bypass path 5 that branches from the intermediate pressure flow path 4c and connects to the evaporator upper flow path 4d between the expander 26 and the evaporator 27, and a position where the first bypass path 5 connects. A second bypass path 6 is provided that is branched from the evaporator upper flow path 4 d on the upstream side and is connected to the radiator upper flow path 4 a between the compressor 21 and the radiator 22. In the present embodiment, the downstream end of the second bypass passage 61 opens into the sealed container 30.

第1バイパス路5は、気液分離器24で分離された液相冷媒を放熱器上流路4dに導くように構成されている。また、第1バイパス路5には、液相冷媒を膨張させて減圧させるバイパス膨張弁(第2減圧機)51が設けられている。   The first bypass path 5 is configured to guide the liquid phase refrigerant separated by the gas-liquid separator 24 to the radiator upper flow path 4d. The first bypass passage 5 is provided with a bypass expansion valve (second decompressor) 51 that expands and decompresses the liquid-phase refrigerant.

蒸発器上流路4dには、第2バイパス路6が分岐する位置よりも下流側に開閉弁42が設けられており、第2バイパス路6には、蒸発器上流路4d側からの冷媒の流通は許容し、放熱器上流路4a側からの冷媒の流通は禁止する逆止弁61が設けられている。開閉弁42および逆止弁61は、膨張機26から吐出された冷媒を、蒸発器上流路4dを通じて蒸発器27に導くか、第2バイパス路6を通じて放熱器上流路4aに導くかを切り替える切替手段を構成する。   The evaporator upper flow path 4d is provided with an on-off valve 42 on the downstream side of the position where the second bypass path 6 branches. The refrigerant flows from the evaporator upper flow path 4d to the second bypass path 6. Is provided, and a check valve 61 that prohibits the circulation of the refrigerant from the radiator upper flow path 4a side is provided. The on-off valve 42 and the check valve 61 are switched to switch whether the refrigerant discharged from the expander 26 is guided to the evaporator 27 through the evaporator upper flow path 4 d or to the radiator upper flow path 4 a through the second bypass path 6. Configure the means.

さらに、冷凍サイクル装置1Aは、中間圧流路4cの中温水熱交換器25よりも下流側から分岐して後述するインジェクションポート74につながるインジェクション路7と、コントローラ8とを備えている。   Furthermore, the refrigeration cycle apparatus 1A includes an injection path 7 branched from the downstream side of the intermediate-temperature water heat exchanger 25 of the intermediate pressure flow path 4c and connected to an injection port 74 described later, and a controller 8.

インジェクション路7の上流側部分は配管70で構成されており、この配管70には流量調整弁71が組み込まれている。流量調整弁71は、インジェクション路7を通じた冷媒の流通を許可または禁止するインジェクション弁として機能する。流量調整弁71は、少なくとも開閉弁42および逆止弁61によって膨張機26から吐出された冷媒が第2バイパス路6を通じて放熱器上流路4aに導かれるときに、インジェクション路7を通じた冷媒の流通を許可するように制御されることが好ましい。   The upstream portion of the injection path 7 is constituted by a pipe 70, and a flow rate adjusting valve 71 is incorporated in the pipe 70. The flow rate adjustment valve 71 functions as an injection valve that permits or prohibits the circulation of the refrigerant through the injection path 7. The flow rate adjusting valve 71 distributes the refrigerant through the injection path 7 when the refrigerant discharged from the expander 26 by at least the on-off valve 42 and the check valve 61 is guided to the radiator upper flow path 4a through the second bypass path 6. It is preferable to be controlled so as to allow

コントローラ8は、後述するモータ33、および上述した各種の弁(予膨張弁23、バイパス膨張弁51、開閉弁42、流量調整弁71)を制御する。コントローラ8としては、入出力回路、演算回路、記憶装置等を含むDSP(Digital Signal Processor)を使用できる。コントローラ8は、外気温度を検出する外気温度センサ81と接続されている。   The controller 8 controls the motor 33 described later and the various valves described above (the pre-expansion valve 23, the bypass expansion valve 51, the on-off valve 42, and the flow rate adjustment valve 71). As the controller 8, a DSP (Digital Signal Processor) including an input / output circuit, an arithmetic circuit, a storage device and the like can be used. The controller 8 is connected to an outside air temperature sensor 81 that detects the outside air temperature.

2)圧縮膨張ユニットの構成
次に、圧縮膨張ユニット3について、図2を参照して詳細に説明する。
2) Configuration of Compression / Expansion Unit Next, the compression / expansion unit 3 will be described in detail with reference to FIG.

圧縮膨張ユニット3の密閉容器30内には、圧縮機21および膨張機26に加えて、シャフト32を介して圧縮機21を駆動するモータ33が収容されている。膨張機26は、回収した動力をシャフト32に伝達し得るようにシャフト32に連結されている。シャフト32の軸方向は鉛直方向に平行である。圧縮機21は密閉容器30の上部に配置されており、膨張機26は密閉容器30の下部に配置されている。モータ33は、圧縮機21と膨張機26の間に配置されている。シャフト32により、圧縮機21、膨張機26およびモータ33が相互に連結されている。膨張機26で回収された動力は、シャフト32を介して圧縮機21に伝達される。これにより、モータ33の負荷が軽減されて冷凍サイクル装置1AのCOPが向上する。   In addition to the compressor 21 and the expander 26, a motor 33 that drives the compressor 21 via the shaft 32 is accommodated in the sealed container 30 of the compression / expansion unit 3. The expander 26 is connected to the shaft 32 so that the recovered power can be transmitted to the shaft 32. The axial direction of the shaft 32 is parallel to the vertical direction. The compressor 21 is disposed at the upper part of the sealed container 30, and the expander 26 is disposed at the lower part of the sealed container 30. The motor 33 is disposed between the compressor 21 and the expander 26. The compressor 21, the expander 26 and the motor 33 are connected to each other by the shaft 32. The power recovered by the expander 26 is transmitted to the compressor 21 via the shaft 32. Thereby, the load of the motor 33 is reduced and the COP of the refrigeration cycle apparatus 1A is improved.

密閉容器30は、上下が閉じられた円筒の形状を有する。密閉容器30の底部には、圧縮機21および膨張機26の潤滑およびシールのためのオイルによってオイル溜まり34が形成されている。膨張機26は、オイル溜まり34中に浸漬されている。   The sealed container 30 has a cylindrical shape whose top and bottom are closed. An oil reservoir 34 is formed at the bottom of the hermetic container 30 with oil for lubricating and sealing the compressor 21 and the expander 26. The expander 26 is immersed in the oil reservoir 34.

本実施形態において、圧縮機21および膨張機26は、ともに容積式の流体機構である。具体的に、圧縮機21はスクロール式圧縮機であり、膨張機26は2段ロータリ式膨張機である。ただし、圧縮機21および膨張機26の型式に限定はなく、ロータリ式(ローリングピストン式、スイング式およびスライディングベーン式を含む)やスクロール式等の型式を適宜採用できる。   In the present embodiment, the compressor 21 and the expander 26 are both positive displacement fluid mechanisms. Specifically, the compressor 21 is a scroll compressor, and the expander 26 is a two-stage rotary expander. However, the types of the compressor 21 and the expander 26 are not limited, and types such as a rotary type (including a rolling piston type, a swing type, and a sliding vane type) and a scroll type can be appropriately employed.

シャフト32は、圧縮シャフト32aおよび副シャフト32bを含む。圧縮シャフト32aは圧縮機21とモータ33とに跨って延びており、副シャフト32bは膨張機26を貫通している。圧縮シャフト32aと副シャフト32bとは連結器32cによって一軸に連結されている。そのため、圧縮機21の回転数が膨張機26の回転数に常に等しい。なお、連結器32cを使用せず、圧縮シャフト32aと副シャフト32bとが直接嵌め合わされていてもよい。シャフト32が単一の部品で作られていてもよい。圧縮機21の回転数と膨張機26の回転数とが相違するように、圧縮シャフト32aと副シャフト32bとの間に、ギア、クラッチ、トルクコンバータ等が設けられていてもよい。   The shaft 32 includes a compression shaft 32a and a sub shaft 32b. The compression shaft 32 a extends across the compressor 21 and the motor 33, and the sub shaft 32 b penetrates the expander 26. The compression shaft 32a and the sub shaft 32b are connected to one axis by a connector 32c. Therefore, the rotational speed of the compressor 21 is always equal to the rotational speed of the expander 26. In addition, the compression shaft 32a and the subshaft 32b may be directly fitted without using the coupler 32c. The shaft 32 may be made of a single piece. A gear, a clutch, a torque converter, or the like may be provided between the compression shaft 32a and the sub shaft 32b so that the rotation speed of the compressor 21 and the rotation speed of the expander 26 are different.

膨張機26は前述のように2段ロータリ式膨張機であり、下から順に積層された、下軸受19A、第1閉塞部材16、第1シリンダ12A、中板17、第2シリンダ12B、第2閉塞部材18、上軸受19Bを備えている。第1閉塞部材16、第1シリンダ12A、中板17に囲まれた空間には第1ピストン11Aが、第2閉塞部材18、第2シリンダ12B、中板17に囲まれた空間には第2ピストン11Bがそれぞれ配置されている。副シャフト32bの中間位置には第1偏心部32dと第2偏心部32eが形成されており、第1偏心部32dには第1ピストン11Aが、第2偏心部32eには第2ピストン11Bがそれぞれ嵌合している。   The expander 26 is a two-stage rotary expander as described above, and is stacked in order from the bottom, the lower bearing 19A, the first closing member 16, the first cylinder 12A, the intermediate plate 17, the second cylinder 12B, the second A closing member 18 and an upper bearing 19B are provided. The first piston 11A is in the space surrounded by the first closing member 16, the first cylinder 12A, and the intermediate plate 17, and the second piston is in the space surrounded by the second closing member 18, the second cylinder 12B, and the intermediate plate 17. Piston 11B is arrange | positioned, respectively. A first eccentric portion 32d and a second eccentric portion 32e are formed at an intermediate position of the sub shaft 32b. The first piston 11A is formed in the first eccentric portion 32d, and the second piston 11B is formed in the second eccentric portion 32e. Each is fitted.

蒸発器27と圧縮機21の間の蒸発器下流路4eは、密閉容器30を貫通して圧縮機21の固定スクロールに接続されている。冷媒は、蒸発器下流路4eを通じて圧縮機21に直接吸入される。上述したように、圧縮機21で圧縮された冷媒は、いったん密閉容器30の内部空間31に吐出され、配管41を通じて放熱器22に導かれる。つまり、圧縮膨張ユニット3は、密閉容器30の内部空間31が圧縮冷媒で満たされる高圧シェル型の圧縮機に属する。なお、冷媒は、内部空間31滞留中にオイルと分離される。   The evaporator lower flow path 4 e between the evaporator 27 and the compressor 21 passes through the sealed container 30 and is connected to the fixed scroll of the compressor 21. The refrigerant is directly sucked into the compressor 21 through the evaporator lower flow path 4e. As described above, the refrigerant compressed by the compressor 21 is once discharged into the internal space 31 of the sealed container 30 and guided to the radiator 22 through the pipe 41. That is, the compression / expansion unit 3 belongs to a high-pressure shell type compressor in which the internal space 31 of the sealed container 30 is filled with the compressed refrigerant. The refrigerant is separated from the oil while the internal space 31 stays.

中間圧流路4cおよび蒸発器上流路4dは、密閉容器30を貫通して膨張機26の上軸受19Bに接続されている。冷媒は、中間圧流路4cを通じて膨張機26に直接吸入されるとともに、蒸発器上流路4dを通じて膨張機26から直接吐出される。   The intermediate pressure channel 4c and the evaporator upper channel 4d pass through the sealed container 30 and are connected to the upper bearing 19B of the expander 26. The refrigerant is directly sucked into the expander 26 through the intermediate pressure channel 4c and is directly discharged from the expander 26 through the evaporator upper channel 4d.

蒸発器上流路4dから分岐する第2バイパス路6の下流端は、オイル溜まり34の油面とモータ33の下端との間に配置されている。   The downstream end of the second bypass path 6 branched from the evaporator upper flow path 4 d is disposed between the oil level of the oil reservoir 34 and the lower end of the motor 33.

中間圧流路4cから分岐するインジェクション路7の上流側部分を構成する配管70は、密閉容器30を貫通して膨張機26の下軸受19Aに接続されている。第1閉塞部材16にはインジェクションポート74が設けられており、インジェクション路7の下流側部分は、下軸受19Aおよび第1閉塞部材16にインジェクションポート74と配管70とを連通するように設けられた流路72によって構成されている。   A pipe 70 constituting an upstream portion of the injection path 7 branched from the intermediate pressure flow path 4 c passes through the sealed container 30 and is connected to the lower bearing 19 </ b> A of the expander 26. The first closing member 16 is provided with an injection port 74, and the downstream portion of the injection path 7 is provided so as to communicate the injection port 74 and the pipe 70 with the lower bearing 19 </ b> A and the first closing member 16. A flow path 72 is used.

3)膨張機の構成
次に、図3(a)および(b)を参照して、膨張機26の内部構造について詳しく説明する。
3) Configuration of Expander Next, the internal structure of the expander 26 will be described in detail with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b).

第1ピストン11Aは、第1シリンダ12Aの内周面に沿って偏心回転運動し、第2ピストン11Bは、第2シリンダ12Bの内周面に沿って偏心回転運動する。第1シリンダ12Aと第2シリンダ12Bとは、互いに内周面が同心となる配置である。第2シリンダ12Bの内周面の直径は、第1シリンダ12Aの内周面の直径よりも大きく設定されている。このため、第2シリンダ12Bの内周面と第2ピストン11Bとの間に形成される作動室13Bの容積V2は、第1シリンダ12Aの内周面と第1ピストン11Aとの間に形成される作動室13Aの容積V1よりも大きくなっている。ただし、第2シリンダ12Bおよび第2ピストン11Bの厚さを第1シリンダ12Aおよび第1ピストン11Aの厚さよりも厚くすることによって、作動室13Bの容積V2を作動室13Aの容積V1よりも大きくしてもよい。   The first piston 11A is eccentrically rotated along the inner peripheral surface of the first cylinder 12A, and the second piston 11B is eccentrically rotated along the inner peripheral surface of the second cylinder 12B. The first cylinder 12A and the second cylinder 12B are arranged such that their inner peripheral surfaces are concentric with each other. The diameter of the inner peripheral surface of the second cylinder 12B is set larger than the diameter of the inner peripheral surface of the first cylinder 12A. Therefore, the volume V2 of the working chamber 13B formed between the inner peripheral surface of the second cylinder 12B and the second piston 11B is formed between the inner peripheral surface of the first cylinder 12A and the first piston 11A. It is larger than the volume V1 of the working chamber 13A. However, the volume V2 of the working chamber 13B is made larger than the volume V1 of the working chamber 13A by making the thickness of the second cylinder 12B and the second piston 11B thicker than the thickness of the first cylinder 12A and the first piston 11A. May be.

第1シリンダ12A内の作動室13Aは、第1ベーン11Aによって吸入側131と吐出側132とに区画されている。第1ベーン11Aは、第1シリンダ12Aに形成されたベーン溝に往復動自在に挿入されている。また、ベーン溝内には、第1ベーン14Aを第1ピストン11Aへ付勢するばね15が配設されている。同様に、第2シリンダ12B内の作動室13Bは、第2ベーン11Bによって吸入側133と吐出側134とに区画されている。第2ベーン11Bは、第2シリンダ12Bに形成されたベーン溝に往復動自在に挿入されている。また、ベーン溝内には、第2ベーン14Bを第2ピストン11Bへ付勢するばね15が配設されている。このように本実施形態では、ピストンとベーンがばねの力によって接触する方式をとっているが、ベーンとピストンが離れないようにジョイント式になっている方式や、ピストンとベーン(ブレード)が一体化されたスイング式のロータリ式膨張機を採用することも可能である。   The working chamber 13A in the first cylinder 12A is partitioned into a suction side 131 and a discharge side 132 by the first vane 11A. The first vane 11A is inserted in a vane groove formed in the first cylinder 12A so as to reciprocate. A spring 15 for urging the first vane 14A toward the first piston 11A is disposed in the vane groove. Similarly, the working chamber 13B in the second cylinder 12B is partitioned into a suction side 133 and a discharge side 134 by the second vane 11B. The 2nd vane 11B is inserted in the vane groove formed in the 2nd cylinder 12B so that reciprocation is possible. A spring 15 that biases the second vane 14B toward the second piston 11B is disposed in the vane groove. As described above, in this embodiment, the piston and the vane are brought into contact with each other by the force of the spring, but the joint type is used so that the vane and the piston are not separated, or the piston and the vane (blade) are integrated. It is also possible to adopt a swing type rotary type expander.

第1ベーン14Aおよび第2ベーン14Bは、上下方向で重なる位置、言い換えると、副シャフト32bの軸心に対して同一の角度位置に配置されている。副シャフト32bの2つの偏心部32d,32eは、副シャフト32bの軸心に対して同一の方向に偏心している。したがって、第1ベーン14Aが径方向外側に最も退いた状態(いわゆる上死点)となるタイミングと、第2ベーン14Bが径方向外側に最も退いた状態となるタイミングとが一致する。なお、これらのタイミングは、互いに相違していてもよい。   The first vane 14A and the second vane 14B are arranged at positions that overlap in the vertical direction, in other words, at the same angular position with respect to the axis of the sub shaft 32b. The two eccentric portions 32d and 32e of the auxiliary shaft 32b are eccentric in the same direction with respect to the axis of the auxiliary shaft 32b. Therefore, the timing at which the first vane 14A is most retracted radially outward (so-called top dead center) coincides with the timing at which the second vane 14B is most retracted radially outward. Note that these timings may be different from each other.

第1シリンダ12A、中板17、および第2シリンダ12Bを挟むように配置された下軸受19Aおよび上軸受19Bは、副シャフト32bを回転自在に保持する。第1閉塞部材16は、下軸受19Aの上側に配置されており、第1シリンダ12A内の作動室13Aを下方から閉塞している。中板17は、第1シリンダ12A内の作動室13Aを上方から閉塞しているとともに第2シリンダ12B内の作動室13Bを下方から閉塞している。第2閉塞部材18は、上軸受19Bの下側に配置されており、第2シリンダ12B内の作動室13Bを上方から閉塞している。   A lower bearing 19A and an upper bearing 19B arranged so as to sandwich the first cylinder 12A, the intermediate plate 17, and the second cylinder 12B hold the auxiliary shaft 32b rotatably. The first closing member 16 is disposed on the upper side of the lower bearing 19A and closes the working chamber 13A in the first cylinder 12A from below. The intermediate plate 17 closes the working chamber 13A in the first cylinder 12A from above and closes the working chamber 13B in the second cylinder 12B from below. The second closing member 18 is disposed below the upper bearing 19B and closes the working chamber 13B in the second cylinder 12B from above.

中板17には、第1シリンダ12A内の作動室13Aの吐出側132と第2シリンダ12B内の作動室13Bの吸入側133とを連通する連通路17aが形成されている。作動室13Aの吐出側132、連通路17a、および作動室13Bの吸入側133は、容積変化によって内部で冷媒を膨張させる膨張室を構成する。連通路17aの開閉は、ピストン11A,11Bによって行われる。   The intermediate plate 17 is formed with a communication passage 17a that connects the discharge side 132 of the working chamber 13A in the first cylinder 12A and the suction side 133 of the working chamber 13B in the second cylinder 12B. The discharge side 132 of the working chamber 13A, the communication path 17a, and the suction side 133 of the working chamber 13B constitute an expansion chamber in which the refrigerant is expanded inside by a volume change. The communication passage 17a is opened and closed by the pistons 11A and 11B.

本実施形態において、連通路17aは、その中心線が中板17の厚さ方向に対して一定角度傾いている斜め孔である。ただし、第1ベーン14Aの位置と第2ベーン14Bの位置とが上下方向で重ならず、これら2つのベーン14A,14Bが副シャフト32bの軸心に対して所定の角度間隔で配置されている場合には、中板17を最短距離で貫くように連通路17aを形成することができる。   In the present embodiment, the communication path 17 a is an oblique hole whose center line is inclined at a certain angle with respect to the thickness direction of the intermediate plate 17. However, the position of the first vane 14A and the position of the second vane 14B do not overlap in the vertical direction, and these two vanes 14A and 14B are arranged at a predetermined angular interval with respect to the axis of the sub shaft 32b. In this case, the communication path 17a can be formed so as to penetrate the intermediate plate 17 with the shortest distance.

上軸受19B、第2閉塞部材18、第2シリンダ12B、中板17、第1シリンダ12A、および第1閉塞部材16には、中間圧流路4cと連通する吸入路26aが形成されている(図2参照)。第1閉塞部材16には、中間圧流路4cからの冷媒を吸入路26a経由で第1シリンダ12A内の作動室13Aの吸入側131に流入させる吸入ポート26Aが形成されている。   The upper bearing 19B, the second closing member 18, the second cylinder 12B, the intermediate plate 17, the first cylinder 12A, and the first closing member 16 are formed with a suction passage 26a communicating with the intermediate pressure passage 4c (see FIG. 2). The first closing member 16 is formed with a suction port 26A through which the refrigerant from the intermediate pressure flow path 4c flows into the suction side 131 of the working chamber 13A in the first cylinder 12A via the suction path 26a.

上軸受19Bには、蒸発器上流路4dと連通する吐出路26bが形成されている(図2参照)。第2閉塞部材18には、第2シリンダ12B内の作動室13Bの吐出側134から冷媒を吐出路26b経由で蒸発器上流路4dに流出させる吐出ポート26Bが形成されている。また、吐出ポート26Bには、弾性変形することによって吐出ポート26Bから蒸発器上流路4dへ向かう流れのみを許容する逆止弁として機能する吐出弁26cが設けられている。   The upper bearing 19B is formed with a discharge passage 26b communicating with the evaporator upper passage 4d (see FIG. 2). The second closing member 18 is formed with a discharge port 26B through which refrigerant flows out from the discharge side 134 of the working chamber 13B in the second cylinder 12B to the evaporator upper flow path 4d via the discharge path 26b. Further, the discharge port 26B is provided with a discharge valve 26c that functions as a check valve that allows only a flow from the discharge port 26B toward the evaporator upper flow path 4d by elastic deformation.

上述したように下軸受19Aには配管70と連通する流路72が形成されており、第1閉塞部材16には、流路72から第1シリンダ12A内の作動室13Aの吐出側132(膨張室)に冷媒を流入させるインジェクションポート74が形成されている。すなわち、配管70および流路72は、吸入ポート26Aに導かれる冷媒をインジェクションポート74にも導くインジェクション路7を構成する。インジェクションポート74は、中板17に形成された連通路17aの第1シリンダ12A側開口のほぼ真向かいに配置されており、その開口が第1ピストン11Aに開閉されるタイミングと略同じタイミングで開閉される。また、流路72には、弾性変形することによって配管70からインジェクションポート74へ向かう流れのみを許容する逆止弁として機能するインジェクション弁73が設けられている。   As described above, the lower bearing 19A is formed with the flow path 72 communicating with the pipe 70, and the first closing member 16 is connected to the discharge side 132 (expansion) of the working chamber 13A in the first cylinder 12A from the flow path 72. An injection port 74 for allowing the refrigerant to flow into the chamber) is formed. That is, the pipe 70 and the flow path 72 constitute the injection path 7 that guides the refrigerant guided to the suction port 26A to the injection port 74. The injection port 74 is disposed almost directly opposite the opening on the first cylinder 12A side of the communication passage 17a formed in the intermediate plate 17, and the opening is opened and closed at substantially the same timing as the opening and closing of the first piston 11A. The In addition, the flow path 72 is provided with an injection valve 73 that functions as a check valve that allows only a flow from the pipe 70 toward the injection port 74 by elastic deformation.

なお、インジェクションポート74は、必ずしも第1シリンダ12A内の作動室13Aの吐出側132に冷媒を流入させる必要はなく、膨張室に開口していればよい。例えば、インジェクションポート74を第2シリンダ12B内の作動室13Bの吸入側133に冷媒を流入させるように第2閉塞部材18に形成してもよい。   Note that the injection port 74 does not necessarily have to flow the refrigerant into the discharge side 132 of the working chamber 13A in the first cylinder 12A, and may be open to the expansion chamber. For example, the injection port 74 may be formed in the second closing member 18 so that the refrigerant flows into the suction side 133 of the working chamber 13B in the second cylinder 12B.

4)膨張機の動作
次に、膨張機26の動作に伴う作動室の容積変化について述べる。図4は、上死点位置を0°として副シャフト32bの回転角に対する作動室の容積変化を示したものである。なお、以下では、第1シリンダ12A内の作動室13Aの吸入側131を第1吸入側作動室131、吐出側132を第1吐出側作動室132と表記する。同様に、第2シリンダ12B内の作動室13Bの吸入側133を第2吸入側作動室133、吐出側134を第2吐出側作動室134と表記する。
4) Operation of the expander Next, the volume change of the working chamber accompanying the operation of the expander 26 will be described. FIG. 4 shows the change in volume of the working chamber with respect to the rotation angle of the sub shaft 32b with the top dead center position being 0 °. Hereinafter, the suction side 131 of the working chamber 13A in the first cylinder 12A is referred to as a first suction side working chamber 131, and the discharge side 132 is referred to as a first discharge side working chamber 132. Similarly, the suction side 133 of the working chamber 13B in the second cylinder 12B is referred to as a second suction side working chamber 133, and the discharge side 134 is referred to as a second discharge side working chamber 134.

膨張機26が動作すると、副シャフト32bが図3(a)および(b)では左回りに回転する。これにより、第1ピストン11Aおよび第2ピストン11Bは、左回りに旋回運動する。回転角0°の状態において吸入ポート26Aは第1ピストン11Aによって閉じられた状態であり、1〜20°程度の間に吸入ポート26Aが第1ピストン11Aの移動によって徐々に開かれ、吸入路26aが第1吸入側作動室131と連通する。第1吸入側作動室131の容積は回転角が360°となるまで増加して最終的に作動室13Aの容積V1となるが、340〜359°程度の間に吸入ポート26Aが第1ピストン11Aの移動によって徐々に閉じられ、吸入路26aと第1吸入側作動室131は分断される。回転角360°の状態では、吸入ポート26A、連通路17aの第1シリンダ側開口およびインジェクションポート74は第1ピストン11Aによって閉じられており、作動室13Aは他の空間とは連通しない。回転角360°を過ぎると、第1吸入側作動室131は第1吐出側作動室132に移行する。   When the expander 26 operates, the sub shaft 32b rotates counterclockwise in FIGS. 3 (a) and 3 (b). As a result, the first piston 11A and the second piston 11B rotate counterclockwise. In the state where the rotation angle is 0 °, the suction port 26A is closed by the first piston 11A, and the suction port 26A is gradually opened by the movement of the first piston 11A between about 1 to 20 °, and the suction path 26a. Communicates with the first suction-side working chamber 131. The volume of the first suction side working chamber 131 increases until the rotation angle reaches 360 ° and finally becomes the volume V1 of the working chamber 13A, but the suction port 26A is about 340 to 359 °, and the suction port 26A is in the first piston 11A. The suction passage 26a and the first suction side working chamber 131 are divided by being gradually closed. In a state where the rotation angle is 360 °, the suction port 26A, the first cylinder side opening of the communication passage 17a, and the injection port 74 are closed by the first piston 11A, and the working chamber 13A does not communicate with other spaces. When the rotation angle exceeds 360 °, the first suction side working chamber 131 moves to the first discharge side working chamber 132.

回転角361〜380°の間に連通路17aの第1シリンダ側開口が第1ピストン11Aの移動によって徐々に開かれ、第1吐出側作動室132と連通路17aが連通する。ほぼ同時に第2ピストン11Bの移動によって連通路17aの第2シリンダ側開口が徐々に開かれ、第2吸入側作動室133も連通路17aと連通し、膨張室が形成される。また、第1ピストン11Aの移動によってほぼ同じタイミングでインジェクションポート74も徐々に開かれ、膨張室とインジェクション路7が連通し、流量調整弁71を通過して冷媒が膨張室に流入することが可能となる。回転角が360°から大きくなるにつれて膨張室に占める第2吸入側作動室133の割合が大きくなっていくので、膨張室の容積は回転角720°となるまで増加し、最終的に作動室13Bの容積V2となる。回転角700〜719°の間に連通路17aの第2シリンダ側開口は第2ピストン11Bの移動によって徐々に閉じられ、連通路17aと第2吸入側作動室133が分断される。回転角720°を過ぎると、第2吸入側作動室133は第2吐出側作動室134に移行する。   Between the rotation angles 361 to 380 °, the first cylinder side opening of the communication path 17a is gradually opened by the movement of the first piston 11A, and the first discharge side working chamber 132 and the communication path 17a communicate with each other. The second cylinder 11 opening of the communication passage 17a is gradually opened by the movement of the second piston 11B almost simultaneously, and the second suction side working chamber 133 is also connected to the communication passage 17a to form an expansion chamber. Further, the injection port 74 is gradually opened at almost the same timing by the movement of the first piston 11A, the expansion chamber and the injection path 7 communicate with each other, and the refrigerant can flow into the expansion chamber through the flow rate adjustment valve 71. It becomes. As the rotation angle increases from 360 °, the ratio of the second suction side working chamber 133 occupying the expansion chamber increases, so the volume of the expansion chamber increases until the rotation angle reaches 720 °, and finally the working chamber 13B. Volume V2. Between the rotation angles of 700 to 719 °, the second cylinder side opening of the communication passage 17a is gradually closed by the movement of the second piston 11B, and the communication passage 17a and the second suction side working chamber 133 are separated. After the rotation angle of 720 °, the second suction side working chamber 133 moves to the second discharge side working chamber 134.

回転角721〜1080°において第2吐出側作動室134の容積は小さくなり、最終的には0となる。回転角700〜740°の間に吐出ポート175aが第2ピストン11Bの移動によって徐々に開かれるため、第2吐出側作動室134内の冷媒は吐出弁26cを通過して吐出路26bに流出可能となる。   At the rotation angles 721 to 1080 °, the volume of the second discharge side working chamber 134 becomes small and finally becomes zero. Since the discharge port 175a is gradually opened by the movement of the second piston 11B during the rotation angle of 700 to 740 °, the refrigerant in the second discharge side working chamber 134 can pass through the discharge valve 26c and flow out to the discharge passage 26b. It becomes.

つづいてインジェクションポート74から冷媒を膨張室に流入させることによる膨張機26の吸入容積の変化について述べる。流量調整弁71を閉じている場合にはインジェクションポート74から冷媒が吸入されることはないので、第1吸入側作動室131にのみ冷媒が吸入され、膨張機26の吸入容積は作動室13Aの容積V1となる。しかし、流量調整弁71を開くことによって、インジェクションポート74から冷媒が吸入されることが可能となり、膨張機26の吸入容積は最大で作動室13Bの容積V2まで拡大される。具体的に説明を加える。第1吸入側作動室131に吸入された冷媒が膨張室において体積を拡大されると冷媒の圧力が低下する(膨張)。第1吐出側作動室132内の圧力が流路72内の圧力よりも低下するとインジェクション弁73が開き冷媒が流入する。流量調整弁71が全開であれば流路72に流入する冷媒の圧力は配管70および中間圧流路4cを介して連続する吸入路26aに流入する冷媒とほぼ同じ圧力となるので、膨張室の容積拡大が始まった直後にインジェクション弁73が開き、膨張室の容積が作動室13Bの容積V2に達するまで冷媒が吸入される。流量調整弁71の開度を調節して流路72内の圧力を変化させると、インジェクション弁73の開くタイミングおよび吸入される冷媒の密度が変化して膨張機26の吸入容積を変化させた場合と同様の流量制御効果を得ることができる。このように、流量調整弁71の開度を閉じた状態から全開まで変化させることによって、膨張機26の流量制御範囲は、作動室13Aの容積V1相当の吸入容積から作動室13Bの容積V2相当の吸入容積まで変化する。   Next, a change in the suction volume of the expander 26 due to the refrigerant flowing into the expansion chamber from the injection port 74 will be described. When the flow rate adjustment valve 71 is closed, the refrigerant is not sucked from the injection port 74, so that the refrigerant is sucked only into the first suction side working chamber 131, and the suction volume of the expander 26 is the same as that of the working chamber 13A. The volume is V1. However, by opening the flow rate adjustment valve 71, the refrigerant can be sucked from the injection port 74, and the suction volume of the expander 26 is expanded up to the volume V2 of the working chamber 13B. A specific explanation will be added. When the refrigerant sucked into the first suction side working chamber 131 is expanded in volume in the expansion chamber, the pressure of the refrigerant decreases (expands). When the pressure in the first discharge side working chamber 132 is lower than the pressure in the flow path 72, the injection valve 73 is opened and the refrigerant flows in. If the flow rate adjustment valve 71 is fully open, the pressure of the refrigerant flowing into the flow path 72 becomes almost the same pressure as the refrigerant flowing into the continuous suction path 26a via the pipe 70 and the intermediate pressure flow path 4c. Immediately after the expansion starts, the injection valve 73 is opened, and the refrigerant is sucked in until the volume of the expansion chamber reaches the volume V2 of the working chamber 13B. When the opening of the flow rate adjusting valve 71 is adjusted to change the pressure in the flow path 72, the timing at which the injection valve 73 opens and the density of the refrigerant to be sucked change to change the suction volume of the expander 26 The same flow rate control effect can be obtained. Thus, by changing the opening degree of the flow rate adjustment valve 71 from the closed state to the fully open state, the flow rate control range of the expander 26 is equivalent to the volume V2 of the working chamber 13B from the suction volume corresponding to the volume V1 of the working chamber 13A. Changes to the inhalation volume.

5)全体動作
次に、循環型温水供給システムの動作について説明する。
5) Overall operation Next, the operation of the circulating hot water supply system will be described.

まず、温水暖房装置9について説明する。温水暖房装置9が運転を開始すると循環ポンプ95が稼動し、温水タンク91の上部に貯留されている高温水を暖房器96へと送り出す。暖房器96では高温水が放熱し、中温水となる。中温水は中温水流量調整弁99およびバイパス流量調整弁98の開度によってその一部もしくは全部が中温水熱交換器25に流入する。中温水熱交換器25では気液分離器24から膨張機26へと流入する冷媒によって中温水が冷却され、低温水となる。低温水は温水タンク91の下部へと流入し、一旦貯留されたのち、沸き挙げポンプ93によって放熱器22へ供給される。低温水は放熱器22で加熱されて高温水となり、再び温水タンク91の上部に貯留される。   First, the hot water heater 9 will be described. When the hot water heater 9 starts operation, the circulation pump 95 is operated, and the high-temperature water stored in the upper part of the hot water tank 91 is sent to the heater 96. In the heater 96, the high temperature water dissipates heat and becomes medium temperature water. Part or all of the intermediate temperature water flows into the intermediate temperature water heat exchanger 25 depending on the opening degree of the intermediate temperature water flow rate adjustment valve 99 and the bypass flow rate adjustment valve 98. In the intermediate temperature water heat exchanger 25, the intermediate temperature water is cooled by the refrigerant flowing from the gas-liquid separator 24 to the expander 26, and becomes low temperature water. The low-temperature water flows into the lower part of the hot water tank 91 and is temporarily stored and then supplied to the radiator 22 by the boiling pump 93. The low temperature water is heated by the radiator 22 to become high temperature water, and is stored again in the upper part of the hot water tank 91.

温水タンク91内では上部の高温水と下部の低温水が同空間内に貯留されており、温度成層が形成されている。温水タンク91内には温度成層を崩さないための流動抑制部材が備えられていてもよい。また、高温水の流出口と低温水の流出口のほかに温度成層の中間部から温水を流出させ、高温水または低温水と混ぜて使用者から要求される温度の水を作り出すような構成となっていてもよい。   In the hot water tank 91, the upper high temperature water and the lower low temperature water are stored in the same space, and temperature stratification is formed. The hot water tank 91 may be provided with a flow suppressing member for keeping the temperature stratification. In addition to the hot water outlet and the low temperature water outlet, the hot water flows out from the middle part of the temperature stratification and mixes with the hot water or low temperature water to produce water at the temperature required by the user. It may be.

本実施形態では冷凍サイクル装置1Aの冷媒に二酸化炭素を用いており、その性質から高温水の温度は65℃〜90℃となり得る。そのため、中温水は40℃〜65℃、低温水は20℃〜40℃となるが、冷凍サイクル装置1Aに充填されている冷媒によって、水の温度は変わり得る。   In the present embodiment, carbon dioxide is used as the refrigerant of the refrigeration cycle apparatus 1A, and the temperature of the high-temperature water can be 65 ° C. to 90 ° C. due to its properties. Therefore, although the medium temperature water is 40 ° C. to 65 ° C. and the low temperature water is 20 ° C. to 40 ° C., the temperature of the water can change depending on the refrigerant charged in the refrigeration cycle apparatus 1A.

中温水は中温水熱交換器25において膨張機26に流入する冷媒に熱を与え、低温水となるが、運転状態によっては中温水熱交換器25内における冷媒の温度が中温水の温度よりも高くなってしまうことがある。その場合は中温水流量調整弁99を閉じ、バイパス流量調整弁98を開くことによって中温水バイパス路97に中温水を流入させ、膨張機26へ流入する冷媒の温度が低下するのを防ぐ。   The medium-temperature water gives heat to the refrigerant flowing into the expander 26 in the medium-temperature water heat exchanger 25 and becomes low-temperature water. Depending on the operation state, the temperature of the refrigerant in the medium-temperature water heat exchanger 25 is higher than the temperature of the medium-temperature water. It can be expensive. In that case, the intermediate warm water flow rate adjustment valve 99 is closed and the bypass flow rate adjustment valve 98 is opened to allow the intermediate temperature water to flow into the intermediate warm water bypass passage 97, thereby preventing the temperature of the refrigerant flowing into the expander 26 from being lowered.

次に、冷凍サイクル装置1Aの運転について説明する。冷凍サイクル装置1Aは、外気温度センサ81で測定された外気温度の条件に応じて動力回収運転と加熱能力強化運転とを切り換えながら運転する。本実施形態において、動力回収運転とは蒸発器上流路4dに設けられた開閉弁42を開いた状態での運転であり、加熱能力強化運転とは開閉弁42を閉じた状態での運転である。以下、図1および図2を合わせて参照しながら、各運転について説明する。   Next, the operation of the refrigeration cycle apparatus 1A will be described. The refrigeration cycle apparatus 1 </ b> A operates while switching between the power recovery operation and the heating capacity enhancement operation according to the condition of the outside air temperature measured by the outside air temperature sensor 81. In the present embodiment, the power recovery operation is an operation in a state where the on-off valve 42 provided in the evaporator upper flow path 4d is opened, and the heating capacity enhancement operation is an operation in a state where the on-off valve 42 is closed. . Hereinafter, each operation will be described with reference to FIGS. 1 and 2 together.

(A)動力回収運転
図5は、動力回収運転のサイクル状態を示すモリエル線図である。点A〜Gは図1中に記したA〜Gの位置における冷媒の状態を示している。
(A) Power recovery operation FIG. 5 is a Mollier diagram showing the cycle state of the power recovery operation. Points A to G indicate the state of the refrigerant at the positions A to G shown in FIG. 1.

圧縮機21がモータ33によって駆動されると、冷媒(点A)は、蒸発器下流路4eを通じて圧縮機21に吸入されて圧縮される(点B)。圧縮された冷媒は、密閉容器30の内部空間31および配管41を通じて放熱器22に導かれる。放熱器22は、圧縮冷媒を冷却する(点C)。冷却された冷媒は、予膨張弁23(点D)、気液分離器24(点E)、および中温水熱交換器25(点F)を経由して膨張機26に吸入される。膨張機26は、冷媒を膨張させるとともに(点G)、冷媒から動力を回収する。膨張した冷媒は、吐出弁26c、吐出路26b、および開閉弁42を通過し、蒸発器27に導かれる。蒸発器27において、冷媒は、外部から熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、圧縮機21に再び吸入される。   When the compressor 21 is driven by the motor 33, the refrigerant (point A) is sucked into the compressor 21 through the evaporator lower flow path 4e and compressed (point B). The compressed refrigerant is guided to the radiator 22 through the internal space 31 and the pipe 41 of the sealed container 30. The radiator 22 cools the compressed refrigerant (point C). The cooled refrigerant is sucked into the expander 26 via the pre-expansion valve 23 (point D), the gas-liquid separator 24 (point E), and the intermediate temperature water heat exchanger 25 (point F). The expander 26 expands the refrigerant (point G) and collects power from the refrigerant. The expanded refrigerant passes through the discharge valve 26 c, the discharge path 26 b, and the on-off valve 42 and is guided to the evaporator 27. In the evaporator 27, the refrigerant absorbs heat from the outside and evaporates. The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 21 again.

膨張機26は、圧縮シャフト32aと副シャフト32bが連結されているため、圧縮機21に対して回転数を変えて流量の調節を行うことができない。言い換えれば、冷凍サイクル装置1Aの高圧側冷媒の密度と低圧側冷媒の密度比を調整することができない。そのため、冷凍サイクル装置1Aでは予膨張弁23、流量調整弁71およびバイパス膨張弁51の開度を操作することによって冷媒の密度比を調整する。   In the expander 26, since the compression shaft 32a and the sub shaft 32b are connected, the flow rate cannot be adjusted by changing the rotation speed with respect to the compressor 21. In other words, the density ratio of the high-pressure side refrigerant and the low-pressure side refrigerant in the refrigeration cycle apparatus 1A cannot be adjusted. Therefore, in the refrigeration cycle apparatus 1A, the density ratio of the refrigerant is adjusted by manipulating the opening degrees of the pre-expansion valve 23, the flow rate adjusting valve 71, and the bypass expansion valve 51.

冷凍サイクル装置1Aの高圧側圧力と低圧側圧力の密度比を小から大へと変化させる場合には、予膨張弁23、流量調整弁71およびバイパス膨張弁51をすべて全開としている状態から、バイパス膨張弁51、流量調整弁71、予膨張弁23の順番で開度を小さくし、冷媒の流量を減少させる動作を行う。バイパス膨張弁51の開度を小さくしていく過程では第1バイパス路5の流量が減少し、膨張機26には最大流量が流れる。バイパス膨張弁51が閉じ、流量調整弁71の開度を小さくしていく過程では膨張機26の吸入容積が前述のように作動室13Bの容積V2から作動室13Aの容積V1まで縮小される。流量調整弁71が閉じた時点で膨張機26の吸入容積は最小の状態となる。予膨張弁23の開度を小さくしていく過程では予膨張弁23における冷媒の減圧幅が大きくなっていくので、膨張機26の吸入する冷媒の密度が低下し、冷媒流量が減少する。このようにして冷凍サイクル装置1Aの高圧側冷媒と低圧側冷媒の密度比は調整される。図5では、バイパス膨張弁51および流量調整弁71が全閉、予膨張弁23が全開で、さらに中温水流量調整弁99が全閉の状態を作図している。なお、第1バイパス路5に開閉弁を設け、バイパス膨張弁51の開度の調整に合わせて開閉弁の開閉を行うようにしてもよい。   When changing the density ratio of the high-pressure side pressure and the low-pressure side pressure of the refrigeration cycle apparatus 1A from small to large, the bypass is started from the state where the pre-expansion valve 23, the flow rate adjustment valve 71 and the bypass expansion valve 51 are all fully opened. The expansion valve 51, the flow rate adjustment valve 71, and the pre-expansion valve 23 are operated in order of decreasing the opening and decreasing the refrigerant flow rate. In the process of decreasing the opening degree of the bypass expansion valve 51, the flow rate of the first bypass passage 5 decreases, and the maximum flow rate flows through the expander 26. In the process of closing the bypass expansion valve 51 and reducing the opening of the flow rate adjustment valve 71, the suction volume of the expander 26 is reduced from the volume V2 of the working chamber 13B to the volume V1 of the working chamber 13A as described above. When the flow rate adjustment valve 71 is closed, the suction volume of the expander 26 is in a minimum state. In the process of reducing the opening degree of the pre-expansion valve 23, the pressure reduction range of the refrigerant in the pre-expansion valve 23 is increased, so that the density of the refrigerant sucked by the expander 26 is reduced and the refrigerant flow rate is reduced. In this way, the density ratio between the high-pressure side refrigerant and the low-pressure side refrigerant of the refrigeration cycle apparatus 1A is adjusted. In FIG. 5, the bypass expansion valve 51 and the flow rate adjustment valve 71 are fully closed, the pre-expansion valve 23 is fully open, and the intermediate warm water flow rate adjustment valve 99 is fully closed. Note that an opening / closing valve may be provided in the first bypass passage 5 and the opening / closing valve may be opened / closed in accordance with the adjustment of the opening degree of the bypass expansion valve 51.

開閉弁42が開いている状態では密閉容器30の内部圧力のほうが蒸発器27に連通している第2バイパス路6の上流側部分の圧力よりも高く、逆止弁61は開かない。よって膨張機26から吐出された冷媒は、密閉容器30内には流入しない。   When the on-off valve 42 is open, the internal pressure of the sealed container 30 is higher than the pressure in the upstream portion of the second bypass passage 6 communicating with the evaporator 27, and the check valve 61 does not open. Therefore, the refrigerant discharged from the expander 26 does not flow into the sealed container 30.

図5のモリエル線図上において、膨張機26を搭載していない通常の冷凍サイクルでは、膨張後の冷媒の状態は点Cと同じエンタルピーの点G’となる。しかし、膨張機26によって冷媒の持つエネルギーが回収されると、膨張過程でエンタルピーが低下し、膨張後の冷媒の状態が点Gとなる。この点Gと点G’のエンタルピーの差ΔHが回収動力となって圧縮機21に伝達され、圧縮機21の電気入力が低減される。   On the Mollier diagram of FIG. 5, in the normal refrigeration cycle in which the expander 26 is not mounted, the state of the refrigerant after expansion is the same enthalpy point G ′ as the point C. However, when the energy of the refrigerant is recovered by the expander 26, the enthalpy is reduced during the expansion process, and the state of the refrigerant after expansion becomes the point G. The difference [Delta] H in the enthalpy between the point G and the point G 'is recovered power and transmitted to the compressor 21, and the electric input of the compressor 21 is reduced.

ところで、外気温度が低下すると、蒸発器27周囲の温度が低下し、大気からの熱吸収量が低下する。そのため、蒸発器27内の冷媒の圧力を下げて蒸発温度を下げるよう冷凍サイクル装置1Aは制御される。具体的には予膨張弁23の開度を小さくし、冷媒の減圧量を大きくし、膨張後の冷媒圧力を下げる。このときの冷凍サイクル装置1Aの状態を示すモリエル線図を図6に示す。予膨張弁23によって減圧された冷媒は点Dで示す程度の圧力まで低下し、その後膨張機26に吸入され、点Gの位置までエンタルピーを下げながら膨張する。このとき、膨張機26に回収される回収動力は点Dと点Gのエンタルピー差であるΔH’となるが、これは図5のΔHに比べて小さい。すなわち、低外気温時には動力回収運転の効果が小さくなってしまうことがある。このような場合に、次に説明する加熱能力運転を行うと効果的である。   By the way, when the outside air temperature decreases, the temperature around the evaporator 27 decreases, and the heat absorption amount from the atmosphere decreases. Therefore, the refrigeration cycle apparatus 1A is controlled so as to lower the evaporation temperature by lowering the pressure of the refrigerant in the evaporator 27. Specifically, the opening of the pre-expansion valve 23 is reduced, the amount of decompression of the refrigerant is increased, and the refrigerant pressure after expansion is lowered. A Mollier diagram showing the state of the refrigeration cycle apparatus 1A at this time is shown in FIG. The refrigerant depressurized by the pre-expansion valve 23 is reduced to a pressure indicated by a point D, and is then sucked into the expander 26 and expanded while lowering the enthalpy to the position of the point G. At this time, the recovery power recovered by the expander 26 becomes ΔH ′ which is the enthalpy difference between the points D and G, which is smaller than ΔH in FIG. That is, the effect of the power recovery operation may be reduced at a low outside temperature. In such a case, it is effective to perform the heating capacity operation described below.

(B)加熱能力強化運転
図7は加熱能力強化運転のサイクル状態を示すモリエル線図である。点A〜Iは図1中に記したA〜Iの位置における冷媒の状態を示している。
(B) Heating capacity enhancement operation FIG. 7 is a Mollier diagram showing the cycle state of the heating capacity enhancement operation. Points A to I indicate the state of the refrigerant at positions A to I shown in FIG.

圧縮機21がモータ33によって駆動されると、冷媒(点A)は、蒸発器下流路4eを通じて圧縮機21に吸入されて圧縮される(点B)。圧縮された冷媒は、密閉容器30の内部空間31および配管41を通じて放熱器22に導かれる。放熱器22は、圧縮冷媒を冷却する(点C)。冷却された冷媒は、予膨張弁23で気液二相状態となる中間圧力まで減圧された後(点D)、気液分離器24において液相冷媒と気相冷媒に分離される。気相冷媒(点E)は、中温水熱交換器25に流入し、中温水と熱交換して加熱され(点F)、中間圧流路4cおよび配管70を通じて膨張機26に吸入される。流量調整弁71は全開となっており、膨張機26は、作動室13Bの容積V2まで冷媒を吸入する。すなわち、冷媒の膨張は行われない。副シャフト32bの回転によって冷媒は吐出ポート26Bから吐出弁26cおよび吐出路26bを通過して蒸発器上流路4dへ送り出される。加熱能力強化運転においては開閉弁42は閉じられており、吐出路26bおよび蒸発器上流路4dにおける開閉弁42よりも上流側部分(以下、「昇圧路」という。)の内部空間は蒸発器27の内部空間とは切り離された状態となっている。そのため、昇圧路の内部空間は、開閉弁42、逆止弁61、吐出弁26cによって閉塞された、第2バイパス路6の上流側部分と連続する空間となり、膨張機26から冷媒が吐出されるたびに冷媒の密度と圧力が上昇する。すなわち、膨張機26は、冷媒を昇圧する圧縮機として機能する。昇圧路の内部圧力が密閉容器30の内部圧力よりも高くなると(点G)、逆止弁61が開き、第2バイパス路6の下流側部分を通じて冷媒が密閉容器30の内部空間31に吐出される。内部空間31に吐出された冷媒は圧縮機21の吐出する冷媒と合流し、配管41を通じて放熱器22に導かれる。一方、気液分離器24において分離された液相冷媒(点H)は、バイパス膨張弁51で減圧された後(点I)、蒸発器27に流入する。蒸発器27において、冷媒は、外部から熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、圧縮機21に再び吸入される。   When the compressor 21 is driven by the motor 33, the refrigerant (point A) is sucked into the compressor 21 through the evaporator lower flow path 4e and compressed (point B). The compressed refrigerant is guided to the radiator 22 through the internal space 31 and the pipe 41 of the sealed container 30. The radiator 22 cools the compressed refrigerant (point C). The cooled refrigerant is depressurized to an intermediate pressure at which the pre-expansion valve 23 becomes a gas-liquid two-phase state (point D), and then separated into a liquid-phase refrigerant and a gas-phase refrigerant in the gas-liquid separator 24. The gas-phase refrigerant (point E) flows into the intermediate temperature water heat exchanger 25, is heated by exchanging heat with the intermediate temperature water (point F), and is sucked into the expander 26 through the intermediate pressure channel 4c and the pipe 70. The flow rate adjustment valve 71 is fully open, and the expander 26 sucks the refrigerant up to the volume V2 of the working chamber 13B. That is, the refrigerant is not expanded. By the rotation of the sub shaft 32b, the refrigerant passes through the discharge valve 26c and the discharge path 26b from the discharge port 26B and is sent out to the evaporator upper flow path 4d. In the heating capacity enhancing operation, the on-off valve 42 is closed, and the internal space of the discharge passage 26b and the upstream portion of the on-off valve 42 in the evaporator upper flow path 4d (hereinafter referred to as “pressure boosting passage”) It is in a state separated from the interior space. Therefore, the internal space of the pressure increasing path is a space that is closed by the on-off valve 42, the check valve 61, and the discharge valve 26c and is continuous with the upstream portion of the second bypass path 6, and the refrigerant is discharged from the expander 26. Every time the density and pressure of the refrigerant rises. That is, the expander 26 functions as a compressor that boosts the refrigerant. When the internal pressure of the pressure increasing path becomes higher than the internal pressure of the sealed container 30 (point G), the check valve 61 opens, and the refrigerant is discharged into the internal space 31 of the sealed container 30 through the downstream portion of the second bypass path 6. The The refrigerant discharged into the internal space 31 merges with the refrigerant discharged from the compressor 21 and is guided to the radiator 22 through the pipe 41. On the other hand, the liquid phase refrigerant (point H) separated in the gas-liquid separator 24 is decompressed by the bypass expansion valve 51 (point I) and then flows into the evaporator 27. In the evaporator 27, the refrigerant absorbs heat from the outside and evaporates. The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 21 again.

図7において、気液分離器24によって分離された気相冷媒(点E)は過熱度が0に近い状態となる。中温水熱交換器25で加熱されると、気相冷媒は過熱度が大きくなる(点F)。よって膨張機26に吸入される際には冷媒は十分過熱度のとれた気体状態となっており、膨張機26の吸い込む冷媒が液体となることを防いでいる。膨張機26に吸入された冷媒は上述のように圧縮され(点G)、圧縮機21の吐出冷媒と合流して放熱器22に流入する。膨張機26に吸入される冷媒は中間圧力であり、低圧の冷媒を圧縮する場合に比べて必要な圧縮動力が小さくなる。また、中間圧力なので低圧冷媒よりも密度が高く、圧縮された冷媒の流量も大きくなる。よって放熱器22の冷媒流量が増加するので、放熱器22の加熱能力が増大して冷凍サイクル装置1AのCOPが向上する。   In FIG. 7, the vapor phase refrigerant (point E) separated by the gas-liquid separator 24 has a superheat degree close to zero. When heated by the intermediate temperature water heat exchanger 25, the superheat of the gas-phase refrigerant increases (point F). Therefore, when sucked into the expander 26, the refrigerant is in a gas state having a sufficiently superheated degree, and the refrigerant sucked into the expander 26 is prevented from becoming a liquid. The refrigerant sucked into the expander 26 is compressed as described above (point G), and merges with the refrigerant discharged from the compressor 21 and flows into the radiator 22. The refrigerant sucked into the expander 26 has an intermediate pressure, and the required compression power is smaller than when compressing a low-pressure refrigerant. Further, since the pressure is intermediate, the density is higher than that of the low-pressure refrigerant, and the flow rate of the compressed refrigerant is also increased. Therefore, since the refrigerant | coolant flow rate of the heat radiator 22 increases, the heating capability of the heat radiator 22 increases and COP of 1 A of refrigerating-cycle apparatuses improves.

動力回収運転と加熱能力強化運転の切替は、コントローラ8からの指示信号により行われる。コントローラ8は外気温度センサ81によって外気温度を測定し、要求されている出湯温度の値との組み合わせによって、予め記憶しているテーブルから動力回収運転か加熱能力運転かを判定し、指示信号を発信する。   Switching between the power recovery operation and the heating capacity enhancement operation is performed by an instruction signal from the controller 8. The controller 8 measures the outside air temperature with the outside air temperature sensor 81, determines whether it is a power recovery operation or a heating capacity operation from a pre-stored table according to a combination with a required hot water temperature value, and transmits an instruction signal. To do.

本実施形態では、第2バイパス路6、蒸発器上流路4dから放熱器上流路4aへ向かう流れのみを許容する逆止弁61を設けている。この逆止弁61は差圧式であり、第2バイパス路6の上流側の圧力が下流側の圧力よりも低い場合にのみ動作する。よって動力回収運転時は、開閉弁42を開き、第2バイパス路6の上流側を蒸発器27と同じ低圧の冷媒状態にするのみで自動的に逆止弁61が閉じ、高圧が流入するなどの危険もない。加熱能力強化運転を行うときは開閉弁42を閉じることで、昇圧路を閉路とし、送り出される冷媒の圧力によって圧力が高まり、逆止弁61が自動的に開いて高圧の冷媒が密閉容器30内へと流入する。このように、開閉弁42の開閉のみで運転の切替を行うことができ、構成および制御を簡素にすることができる。   In the present embodiment, a check valve 61 that allows only the flow from the second bypass path 6 and the evaporator upper flow path 4d toward the radiator upper flow path 4a is provided. The check valve 61 is a differential pressure type, and operates only when the pressure on the upstream side of the second bypass passage 6 is lower than the pressure on the downstream side. Therefore, during the power recovery operation, the check valve 61 is automatically closed and high pressure flows in by simply opening the on-off valve 42 and setting the upstream side of the second bypass 6 to the same low-pressure refrigerant state as the evaporator 27. There is no danger. When the heating capacity enhancing operation is performed, the on-off valve 42 is closed to close the pressure increasing path, the pressure is increased by the pressure of the refrigerant sent out, the check valve 61 is automatically opened, and the high-pressure refrigerant flows into the sealed container 30. Flows into. Thus, the operation can be switched only by opening and closing the on-off valve 42, and the configuration and control can be simplified.

ただし、本発明の切替手段は、本実施形態のように逆止弁61と開閉弁42で構成されている必要はない。例えば、逆止弁61の代わりに単なる開閉弁を用いてもよいし、切替手段として、蒸発器上流路4dにおける第2バイパス路6が分岐する位置に設けられた三方弁を採用してもよい。これらの場合は、膨張機26から吐出された冷媒が第2バイパス路6を通じて放熱器上流路4aに導かれるときには、そのように切り替えられた瞬間に、開閉弁42または三方弁よりも上流側の昇圧路内の圧力が密閉容器30内の圧力と同じになるため、膨張機26による冷媒の強制的な送り出しによって冷媒を密閉容器30内の圧力まで昇圧することができる。   However, the switching means of the present invention does not need to be composed of the check valve 61 and the on-off valve 42 as in the present embodiment. For example, a simple on-off valve may be used instead of the check valve 61, or a three-way valve provided at a position where the second bypass path 6 branches in the evaporator upper flow path 4d may be employed as the switching means. . In these cases, when the refrigerant discharged from the expander 26 is guided to the radiator upper flow path 4a through the second bypass passage 6, the upstream side of the on-off valve 42 or the three-way valve at the moment of such switching. Since the pressure in the pressure increasing path is the same as the pressure in the sealed container 30, the refrigerant can be boosted to the pressure in the sealed container 30 by forcibly sending the refrigerant by the expander 26.

また、本実施形態では気液分離器24を備えており、予膨張弁23によって膨張された後の冷媒は気相冷媒と液相冷媒とに分離される。こうすることによって膨張機26に吸入される冷媒が気体となり、冷媒のエンタルピーが高い状態から圧縮できるので、吐出冷媒のエンタルピーも高まって加熱能力が向上する。また、液相冷媒が第1バイパス路5を経由してバイパス膨張弁51で減圧された後に蒸発器27に流入するので、蒸発器27に流入する冷媒の液の割合が大きくなり、それによって蒸発器での熱交換効率が向上するとともに、圧力損失も低減されて冷凍サイクル装置1AのCOPが向上する。   In the present embodiment, a gas-liquid separator 24 is provided, and the refrigerant after being expanded by the pre-expansion valve 23 is separated into a gas-phase refrigerant and a liquid-phase refrigerant. By doing so, the refrigerant sucked into the expander 26 becomes gas and can be compressed from a state where the enthalpy of the refrigerant is high, so that the enthalpy of the discharged refrigerant is also increased and the heating capacity is improved. Further, since the liquid-phase refrigerant is reduced in pressure by the bypass expansion valve 51 via the first bypass passage 5 and then flows into the evaporator 27, the ratio of the refrigerant liquid flowing into the evaporator 27 increases, thereby evaporating. The heat exchange efficiency in the cooler is improved, the pressure loss is also reduced, and the COP of the refrigeration cycle apparatus 1A is improved.

膨張機26の信頼性を確保するために、吸入する冷媒は気相であることが望ましい。液相冷媒を吸入して圧縮する場合には非圧縮性の流体を圧縮することになり、膨張機26の内部に大きな応力が作用して部材が破損しかねないからである。液相冷媒を吸入しないためには膨張機26の吸入容積を大きくし過ぎず、気液分離器24において分離され残留している気相冷媒の量を0としないことが必要となる。具体的には、膨張機26の吸入容積を、圧縮機21の吸入容積の20分の1〜2分の1程度の大きさに設定すると良い。また、膨張機26の吸入する冷媒を気相とするために、予膨張弁23とバイパス膨張弁51の開度を調節して、予膨張弁23での減圧後の冷媒の圧力を制御することも有効である。具体的には予膨張弁23での減圧後の冷媒圧力が4〜6MPa程度となるよう調整されるのが望ましい。   In order to ensure the reliability of the expander 26, it is desirable that the refrigerant to be sucked is in a gas phase. This is because when the liquid phase refrigerant is sucked and compressed, the incompressible fluid is compressed, and a large stress acts on the inside of the expander 26, and the member may be damaged. In order not to suck the liquid refrigerant, it is necessary not to make the suction volume of the expander 26 too large, and to make the amount of the vapor refrigerant separated and remaining in the gas-liquid separator 24 not zero. Specifically, the suction volume of the expander 26 may be set to a size of about 1/20 to 1/2 of the suction volume of the compressor 21. Further, in order to make the refrigerant sucked by the expander 26 into the gas phase, the opening of the pre-expansion valve 23 and the bypass expansion valve 51 is adjusted to control the pressure of the refrigerant after depressurization at the pre-expansion valve 23. Is also effective. Specifically, it is desirable to adjust the refrigerant pressure after depressurization at the pre-expansion valve 23 to be about 4 to 6 MPa.

本実施形態では、膨張機26に流入する気相冷媒を、中温水熱交換器25において温水暖房装置9の還り水によって加熱することで、さらにエンタルピーを上昇させている。これにより、膨張機26の吐出温度が向上し、加熱能力が向上するとともに、膨張機26に流入する冷媒の過熱度が大きくとれるため、膨張機26が液冷媒を吸入することを確実に防いで膨張機26の信頼性を向上させることができる。また、還り水のもつ不要な熱を有効利用できるとともに、還り水が冷却されることで放熱器22に流入する水の温度が低下し、放熱器22を流れる冷媒の圧力を低下させることができるので、圧縮機21による冷媒圧縮動力を低減することができ、冷凍サイクル装置1AのCOPがさらに向上する。   In the present embodiment, the enthalpy is further increased by heating the gas-phase refrigerant flowing into the expander 26 with the return water of the hot water heating device 9 in the intermediate hot water heat exchanger 25. As a result, the discharge temperature of the expander 26 is improved, the heating capacity is improved, and the degree of superheat of the refrigerant flowing into the expander 26 can be increased, so that the expander 26 is reliably prevented from sucking liquid refrigerant. The reliability of the expander 26 can be improved. Further, unnecessary heat of the return water can be effectively utilized, and the temperature of the water flowing into the radiator 22 is lowered by cooling the return water, so that the pressure of the refrigerant flowing through the radiator 22 can be reduced. Therefore, the refrigerant compression power by the compressor 21 can be reduced, and the COP of the refrigeration cycle apparatus 1A is further improved.

中温水熱交換器25を流れる還り水の流量は、バイパス流量調整弁98および中温水流量調整弁99の開度調節によって変更することができる。これによって膨張機26に流入する冷媒を加熱しすぎることを防ぎ、過熱度を適切に保つことができるので、圧縮後の冷媒の過度の温度上昇を防いで潤滑油の劣化を防止するなど圧縮膨張ユニット3の信頼性を向上させることができる。   The flow rate of the return water flowing through the intermediate temperature water heat exchanger 25 can be changed by adjusting the opening degree of the bypass flow rate adjustment valve 98 and the intermediate temperature water flow rate adjustment valve 99. As a result, the refrigerant flowing into the expander 26 can be prevented from being overheated and the degree of superheat can be maintained appropriately, so that excessive temperature rise of the refrigerant after compression is prevented, and deterioration of the lubricating oil is prevented. The reliability of the unit 3 can be improved.

本実施形態では、圧縮機21が膨張機26とシャフト32によって連結され、モータ33によって駆動されるように構成されている。こうすることによって、動力回収運転を実行している場合には膨張機26による回収動力が直接圧縮機21に伝達され、加熱能力強化運転を実行している場合にはモータ33の動力が直接膨張機26に伝達されるので、それらの運転を切り替える際にも力行および回生の電気的な制御を必要とせず、制御方法が簡素化され、コストを下げることができる。また、電気エネルギーなどへのエネルギー変換なく効率よく動力を伝達することができる。   In the present embodiment, the compressor 21 is connected by an expander 26 and a shaft 32 and is driven by a motor 33. By doing so, the power recovered by the expander 26 is directly transmitted to the compressor 21 when the power recovery operation is being executed, and the power of the motor 33 is directly expanded when the heating capacity enhancing operation is being executed. Since it is transmitted to the machine 26, electric control of power running and regeneration is not required when switching between these operations, the control method is simplified, and the cost can be reduced. In addition, power can be transmitted efficiently without energy conversion into electrical energy or the like.

さらに、本実施形態では、第2バイパス路6の下流端がモータ33を内包する密閉容器30内に開口している。こうすることによって膨張機26で圧縮された冷媒を密閉容器30内に吐出することができる。膨張機26に吸入される冷媒は中間圧の気相冷媒であり、気液二相境界付近の状態であるので、圧縮後の吐出冷媒温度は圧縮機21の吐出冷媒温度よりも低い。そのため、密閉容器30内に一旦滞留される吐出冷媒の温度を低下させ、モータ33を冷却することができる。これによりモータ33の信頼性を向上させるとともに、これまではモータ33の温度上昇のために運転できなかった高速回転の範囲まで圧縮機21を稼働させることができるので、冷凍サイクル装置1Aの加熱能力をさらに向上させることができる。   Furthermore, in the present embodiment, the downstream end of the second bypass path 6 opens into the sealed container 30 that encloses the motor 33. By doing so, the refrigerant compressed by the expander 26 can be discharged into the sealed container 30. The refrigerant sucked into the expander 26 is an intermediate-pressure gas-phase refrigerant and is in a state near the gas-liquid two-phase boundary, so that the discharge refrigerant temperature after compression is lower than the discharge refrigerant temperature of the compressor 21. Therefore, the temperature of the discharged refrigerant once retained in the sealed container 30 can be lowered and the motor 33 can be cooled. As a result, the reliability of the motor 33 is improved, and the compressor 21 can be operated up to a high-speed rotation range that could not be operated due to the temperature rise of the motor 33 until now. Can be further improved.

また、本実施形態の膨張機26は、吐出ポート26Bと吐出路26bの間に吐出弁26cを備えている。冷凍サイクル装置1Aが加熱能力強化運転を行う際には膨張機26が冷媒を圧縮するため、吐出先の冷媒は高圧となる。吐出弁26cが備えられていることで高圧の冷媒が第2吐出側作動室134に逆流することがないので、膨張機26は効率よく冷媒を圧縮することができる。なお、吐出弁26cがない場合でも、冷媒は膨張機26による強制的な送り出しによって圧縮される。   Further, the expander 26 of the present embodiment includes a discharge valve 26c between the discharge port 26B and the discharge path 26b. When the refrigeration cycle apparatus 1A performs the heating capacity enhancing operation, the expander 26 compresses the refrigerant, so that the discharge destination refrigerant has a high pressure. Since the discharge valve 26c is provided, the high-pressure refrigerant does not flow back to the second discharge-side working chamber 134, so the expander 26 can efficiently compress the refrigerant. Even when the discharge valve 26 c is not provided, the refrigerant is compressed by forced delivery by the expander 26.

本実施形態の膨張機26には、インジェクション路7(配管70、流量調整弁71、流路72、インジェクション弁73)およびインジェクションポート74からなるインジェクション機構が付加されている。このインジェクション機構により膨張機26の冷媒流量を変化させることができるので、加熱能力強化運転を行う際にも必要な加熱能力に応じて冷媒の流量を調節することができ、冷凍サイクル装置1Aを効率よく運転させることができる。   The expander 26 of this embodiment is added with an injection mechanism including an injection path 7 (a pipe 70, a flow rate adjustment valve 71, a flow path 72, an injection valve 73) and an injection port 74. Since the refrigerant flow rate of the expander 26 can be changed by this injection mechanism, the refrigerant flow rate can be adjusted according to the required heating capacity even when the heating capacity enhancement operation is performed, and the refrigeration cycle apparatus 1A can be efficiently used. Can drive well.

また、本実施形態のインジェクション機構は、膨張機26が膨張室の容積が最大(作動室13Bの容積V2)となる状態まで冷媒を吸入することができるように構成されている。よって膨張機26の膨張室における作動室13Aから作動室13Bまでの容積変化を利用して冷媒流量を幅広く変化させることができるので、さまざまな運転状態に対応して加熱能力を向上させることができ、冷凍サイクル装置1AのCOPを向上させることができる。   Further, the injection mechanism of the present embodiment is configured such that the expander 26 can suck the refrigerant until the expansion chamber has a maximum volume (volume V2 of the working chamber 13B). Therefore, since the refrigerant flow rate can be changed widely by utilizing the volume change from the working chamber 13A to the working chamber 13B in the expansion chamber of the expander 26, the heating capacity can be improved corresponding to various operating conditions. The COP of the refrigeration cycle apparatus 1A can be improved.

さらに、本実施形態では、加熱能力強化運転を行う際に、流量調整弁71を全開にして吸入ポート26Aから流入する冷媒とほぼ同じ圧力の冷媒をインジェクションポート74から膨張室に導くよう制御される。これにより、膨張機26の第1吸入側作動室131内の圧力と膨張室内の圧力がほぼ等しくなるので、第1ピストン11Aおよび第1偏心部32dに作動室の圧力差による力が作用せず、第2吐出側作動室134での圧縮過程にのみモータ33の動力が利用できる。よって膨張機26での冷媒の圧縮を効率よく行うことができ、冷凍サイクル装置1AのCOPが向上する。   Further, in the present embodiment, when performing the heating capacity enhancing operation, the flow rate adjustment valve 71 is fully opened and the refrigerant having substantially the same pressure as the refrigerant flowing in from the suction port 26A is controlled from the injection port 74 to the expansion chamber. . As a result, the pressure in the first suction side working chamber 131 of the expander 26 and the pressure in the expansion chamber become substantially equal, so that the force due to the pressure difference of the working chamber does not act on the first piston 11A and the first eccentric portion 32d. The power of the motor 33 can be used only in the compression process in the second discharge side working chamber 134. Therefore, the refrigerant can be efficiently compressed in the expander 26, and the COP of the refrigeration cycle apparatus 1A is improved.

本実施形態では膨張機26の型式として2段ロータリ型を採用している。このようにすることで複雑な吸入機構を設けることなく膨張機26を構成することができる。また、インジェクション機構を設けることも他の型式であるスクロール型流体機械などに比べて容易であり、低い製造コストで高効率な冷凍サイクル装置1Aを提供することができる。   In the present embodiment, a two-stage rotary type is adopted as the type of the expander 26. In this way, the expander 26 can be configured without providing a complicated suction mechanism. Also, it is easy to provide an injection mechanism as compared with other types of scroll type fluid machines and the like, and a highly efficient refrigeration cycle apparatus 1A can be provided at a low manufacturing cost.

本実施形態の冷凍サイクル装置1Aには、二酸化炭素が冷媒として封入されている。二酸化炭素は高圧側冷媒と低圧側冷媒の圧力差が大きく、冷媒の持つ圧力エネルギーも大きいので、膨張する冷媒からの動力の回収量が大きくなり、冷凍サイクル装置1AのCOPを向上させることができる。   Carbon dioxide is enclosed as a refrigerant in the refrigeration cycle apparatus 1A of the present embodiment. Since carbon dioxide has a large pressure difference between the high-pressure side refrigerant and the low-pressure side refrigerant and the pressure energy of the refrigerant is large, the amount of power recovered from the expanding refrigerant increases, and the COP of the refrigeration cycle apparatus 1A can be improved. .

(変形例1)
図8は、第2バイパス路6を密閉容器30内に配設し、第1実施形態の逆止弁61の代わりに弾性変形することによって逆止弁として機能する昇圧弁62を用いた場合の膨張機26の拡大図である。以下、第1実施形態と比較して変更のない部品については第1実施形態と同じ番号を付す。
(Modification 1)
FIG. 8 shows a case where the second bypass path 6 is disposed in the sealed container 30 and the pressure increasing valve 62 functioning as a check valve is used by elastically deforming instead of the check valve 61 of the first embodiment. 3 is an enlarged view of the expander 26. FIG. Hereinafter, parts that are not changed compared to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as in the first embodiment.

第2バイパス路6は、上軸受19Bに、吐出路26bと密閉容器30の内部空間31とを連通するように設けられている。昇圧弁62は、密閉容器30内の圧力よりも吐出路26b内の圧力が高くなったときのみ開く方向に取り付けられている。よって、第1実施形態と同様に開閉弁42を閉じて運転することによって昇圧路(吐出路26bおよび蒸発器上流路4dにおける開閉弁42よりも上流側部分)内の圧力が上昇し、やがて昇圧弁62が開き、第2バイパス路6を経由して内部空間31に冷媒が吐出される。つまり、第1実施形態と同様に加熱能力強化運転を行うことができる。言うまでもなく、開閉弁42を開いて運転すれば、動力回収運転を行うこともできる。すなわち、開閉弁42および昇圧弁62は、膨張機26から吐出された冷媒を、蒸発器上流路4dを通じて蒸発器27に導くか、第2バイパス路6を通じて放熱器上流路4aに導くかを切り替える切替手段を構成する。   The second bypass path 6 is provided in the upper bearing 19 </ b> B so as to communicate the discharge path 26 b and the internal space 31 of the sealed container 30. The pressure increasing valve 62 is attached in such a direction as to open only when the pressure in the discharge passage 26 b becomes higher than the pressure in the sealed container 30. Therefore, when the on-off valve 42 is closed and operated in the same manner as in the first embodiment, the pressure in the pressure increasing path (the upstream side of the opening / closing valve 42 in the discharge path 26b and the evaporator upper flow path 4d) increases, and the pressure is increased. The valve 62 is opened, and the refrigerant is discharged into the internal space 31 via the second bypass 6. That is, the heating capacity enhancing operation can be performed as in the first embodiment. Needless to say, if the on-off valve 42 is opened for operation, the power recovery operation can be performed. That is, the on-off valve 42 and the booster valve 62 switch whether the refrigerant discharged from the expander 26 is guided to the evaporator 27 through the evaporator upper flow path 4d or to the radiator upper flow path 4a through the second bypass path 6. The switching means is configured.

このようにすると、第1実施形態において設けられていた密閉容器30外の逆止弁61や、第2バイパス路6を構成するための配管などを設ける必要がないので、材料費や加工費などのコスト削減につながる。また、加熱能力強化運転時に吐出された冷媒が密閉容器30から出ることなく内部に吐出されるので、放熱ロスや配管による圧損を防ぐことができる。   In this case, there is no need to provide the check valve 61 outside the sealed container 30 provided in the first embodiment, the piping for configuring the second bypass 6, etc., so material costs, processing costs, etc. Lead to cost reduction. In addition, since the refrigerant discharged during the heating capacity enhancement operation is discharged inside without exiting from the hermetic container 30, heat loss and pressure loss due to piping can be prevented.

(変形例2)
図9は、第1実施形態における圧縮膨張ユニット3の膨張機26が単段ロータリ式膨張機である場合の断面図を示している。
(Modification 2)
FIG. 9 shows a cross-sectional view when the expander 26 of the compression / expansion unit 3 in the first embodiment is a single-stage rotary expander.

膨張機26は、下から順に積層された、下軸受19A、第1閉塞部材16A、シリンダ12、第2閉塞部材16B、および上軸受19Bを備えている。それらの中心を副シャフト32bが貫通している。第1閉塞部材16A、シリンダ12、第2閉塞部材16Bに囲まれた空間にはピストン11が配置され、このピストン11が副シャフト32bに形成された偏心部31fと嵌合している。図10に示すように、シリンダ21の内周面とピストン11との間には作動室13が形成されている。作動室13を吸入側13aと吐出側13bとに区画するベーン14は、シリンダ12に形成されたベーン溝に往復動自在に挿入されている。また、ベーン溝内には、ベーン14をピストン11へ付勢するばね15が配設されている。   The expander 26 includes a lower bearing 19A, a first closing member 16A, a cylinder 12, a second closing member 16B, and an upper bearing 19B stacked in order from the bottom. The sub shaft 32b penetrates through the center. A piston 11 is disposed in a space surrounded by the first closing member 16A, the cylinder 12, and the second closing member 16B, and the piston 11 is fitted with an eccentric portion 31f formed on the sub shaft 32b. As shown in FIG. 10, a working chamber 13 is formed between the inner peripheral surface of the cylinder 21 and the piston 11. A vane 14 that divides the working chamber 13 into a suction side 13a and a discharge side 13b is inserted into a vane groove formed in the cylinder 12 so as to be able to reciprocate. A spring 15 that biases the vane 14 toward the piston 11 is disposed in the vane groove.

第1閉塞部材16Aおよび第2閉塞部材16Bは、作動室13を上下から閉塞している。第1閉塞部材16Aには吸入ポート26Aが作動室13の吸入側13aに開口するように形成されており、第2閉塞部材18には吐出ポート26Bが作動室13の吐出側13bに開口するように形成されている。吸入ポート26Aおよび吐出ポート26Bは、どちらも副シャフト32bの軸方向からみてベーン11の両脇に配置されている。吸入ポート26Aは、吸入路26aを介して中間圧流路4cと連通し、吐出ポート26Bは、吐出路26bを介して蒸発器上流路4dと連通する。また、吐出ポート26Bには、第1実施形態と同様に吐出弁26cが設けられている。   The first closing member 16A and the second closing member 16B close the working chamber 13 from above and below. A suction port 26A is formed in the first closing member 16A so as to open to the suction side 13a of the working chamber 13, and a discharge port 26B is opened to the discharge side 13b of the working chamber 13 in the second closing member 18. Is formed. Both the suction port 26A and the discharge port 26B are arranged on both sides of the vane 11 when viewed from the axial direction of the sub shaft 32b. The suction port 26A communicates with the intermediate pressure flow path 4c via the suction path 26a, and the discharge port 26B communicates with the evaporator upper flow path 4d via the discharge path 26b. Further, the discharge port 26B is provided with a discharge valve 26c as in the first embodiment.

次に、単段ロータリ式膨張機26を用いた場合の冷媒の挙動について説明する。   Next, the behavior of the refrigerant when the single-stage rotary expander 26 is used will be described.

動力回収運転においては、第1実施形態と同様に開閉弁42が開かれた状態となる。放熱器22から流出した冷媒が予膨張弁23、気液分離器24を経由して、吸入ポート26Aから吸入側作動室13aに流入する。副シャフト32bの回転角が340〜359°程度になると吸入ポート26Aがピストン11の移動によって徐々に閉じられ冷媒の吸入が完了する。回転角が361〜380°程度になったところでそれまでピストン11によって閉じられていた吐出ポート26Bが徐々に開く。このとき、吐出路26b内の圧力は蒸発器27内の圧力とほぼ同じであるため、吐出ポート26Bが開くのと同時に吐出弁26cも開く。これにより、吐出側作動室13bから冷媒が流出し始め、吐出側作動室13b内の圧力は蒸発器27内の圧力程度まで急激に低下する。そして、冷媒は、圧力低下に伴って瞬間的に膨張する。すなわち、単段ロータリ式膨張機26は、流体圧モータ式の動力回収機構であり、吸入側作動室13aと吐出側作動室13bの圧力差によってピストン11、偏心部32fおよび副シャフト32bを回転させて動力を回収する。このように単段ロータリ式膨張機26では、二段ロータリ式膨張機の場合に存在した、膨張室内における冷媒の膨張過程は存在しない。なお、吸入ポート26Aおよび吐出ポート26Bの開閉タイミングは上記の通りでなくてもよく、吸入側作動室13aと吐出側作動室13bとの間に圧力差が発生するよう構成されていればよい。   In the power recovery operation, the on-off valve 42 is opened as in the first embodiment. The refrigerant flowing out from the radiator 22 flows into the suction side working chamber 13a from the suction port 26A via the pre-expansion valve 23 and the gas-liquid separator 24. When the rotation angle of the sub shaft 32b reaches about 340 to 359 °, the suction port 26A is gradually closed by the movement of the piston 11, and the suction of the refrigerant is completed. When the rotation angle reaches about 361 to 380 °, the discharge port 26B that has been closed by the piston 11 is gradually opened. At this time, since the pressure in the discharge passage 26b is substantially the same as the pressure in the evaporator 27, the discharge valve 26c is opened simultaneously with the opening of the discharge port 26B. As a result, the refrigerant starts to flow out from the discharge side working chamber 13b, and the pressure in the discharge side working chamber 13b rapidly decreases to about the pressure in the evaporator 27. And a refrigerant | coolant expands instantaneously with a pressure fall. That is, the single-stage rotary expander 26 is a fluid pressure motor type power recovery mechanism that rotates the piston 11, the eccentric portion 32f, and the sub shaft 32b by the pressure difference between the suction side working chamber 13a and the discharge side working chamber 13b. To recover power. As described above, in the single-stage rotary expander 26, there is no refrigerant expansion process in the expansion chamber, which is present in the case of the two-stage rotary expander. Note that the opening / closing timings of the suction port 26A and the discharge port 26B do not have to be as described above, as long as the pressure difference is generated between the suction side working chamber 13a and the discharge side working chamber 13b.

加熱能力強化運転時には、開閉弁42が閉じられる。このため、昇圧路内の圧力が徐々に上昇し、やがて吐出側作動室13b内の圧力よりも高くなる。こうなると、もはや圧力差による冷媒の膨張は行われず、吐出側作動室13bでは吐出弁26cによって閉塞された空間で冷媒が圧縮される。そして、吐出路26bの圧力よりも吐出側作動室13bの圧力が大きくなった時点で吐出弁26cが開き、圧縮された冷媒が流出する。このようにして、昇圧路内の圧力が密閉容器30内の圧力よりも上昇すると、今度は逆止弁61が開き、その圧力まで圧縮された冷媒が放熱器上流路4aに導かれる。これにより、第1実施形態と同様に冷凍サイクル装置1Aの加熱能力が増大する。   During the heating capacity enhancing operation, the on-off valve 42 is closed. For this reason, the pressure in the pressure rising path gradually increases and eventually becomes higher than the pressure in the discharge side working chamber 13b. When this happens, the refrigerant no longer expands due to the pressure difference, and the refrigerant is compressed in the space closed by the discharge valve 26c in the discharge side working chamber 13b. And when the pressure of the discharge side working chamber 13b becomes larger than the pressure of the discharge path 26b, the discharge valve 26c opens and the compressed refrigerant flows out. In this way, when the pressure in the pressure increasing path rises higher than the pressure in the sealed container 30, the check valve 61 is now opened, and the refrigerant compressed to that pressure is guided to the radiator upper flow path 4a. Thereby, the heating capability of refrigeration cycle apparatus 1A increases like 1st Embodiment.

本実施形態では、二段ロータリ式膨張機において冷媒を膨張させずに吸入させるためのインジェクション機構が備わっていない。しかし、そのために冷媒が膨張して損失となることはない。なぜなら膨張機26が単段ロータリ式でしかも吸入タイミング制御機構を備えていないため、冷媒を閉じ込めたまま容積が拡大する過程が存在せず、そのような容積変化に伴う冷媒の膨張がないからである。よって、単段ロータリ式膨張機26を用いた場合には、コストを抑えたまま冷凍サイクル装置1AのCOPを向上させることができる。   In the present embodiment, the two-stage rotary expander is not provided with an injection mechanism for sucking the refrigerant without expanding it. However, the refrigerant does not expand and cause a loss. Because the expander 26 is a single-stage rotary type and does not have a suction timing control mechanism, there is no process of expanding the volume while confining the refrigerant, and there is no expansion of the refrigerant accompanying such a volume change. is there. Therefore, when the single-stage rotary expander 26 is used, the COP of the refrigeration cycle apparatus 1A can be improved while suppressing the cost.

なお、単段ロータリ式膨張機26に冷媒吸入のタイミングを制限する機構が設けられ、冷媒を膨張させながら動力を回収する過程が含まれる場合には、第1実施形態で説明した二段ロータリ式膨張機26と同様の冷媒挙動を示す。   If the single-stage rotary expander 26 is provided with a mechanism for limiting the refrigerant suction timing and includes a process of recovering power while expanding the refrigerant, the two-stage rotary type described in the first embodiment is used. The refrigerant behavior similar to that of the expander 26 is shown.

<第2実施形態>
図11は、本発明の第2実施形態に係る冷凍サイクル装置1Bを用いた循環型温水供給システムの構成図である。以下、第1実施形態と同じ構成要素については第1実施形態と同じ番号を付し、その説明は省略する。
Second Embodiment
FIG. 11 is a configuration diagram of a circulating hot water supply system using the refrigeration cycle apparatus 1B according to the second embodiment of the present invention. Hereinafter, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and description thereof is omitted.

温水暖房装置7の暖房路94は、暖房器96で放熱した水を温水タンク91に直接戻すように構成されている。また、冷凍サイクル装置1Bは、中温水熱交換器25(図1参照)の代わりに、内部熱交換器28を備えている。さらに、本実施形態では、圧縮機21と膨張機26とが別々の密閉容器に収容されている。   The heating path 94 of the hot water heater 7 is configured to directly return the water radiated by the heater 96 to the hot water tank 91. Moreover, the refrigeration cycle apparatus 1B includes an internal heat exchanger 28 instead of the intermediate temperature water heat exchanger 25 (see FIG. 1). Furthermore, in this embodiment, the compressor 21 and the expander 26 are accommodated in separate sealed containers.

具体的に、圧縮機21は圧縮シャフト32bにより連結されたモータ33と共に第1密閉容器35内に配置されており、膨張機26は第2密閉容器36内に配置されている。本実施形態でも、圧縮機21は、圧縮した冷媒を第1密閉容器35の内部空間36に吐出する。   Specifically, the compressor 21 is disposed in the first sealed container 35 together with the motor 33 connected by the compression shaft 32 b, and the expander 26 is disposed in the second sealed container 36. Also in this embodiment, the compressor 21 discharges the compressed refrigerant into the internal space 36 of the first sealed container 35.

また、第2密閉容器36内には、膨張機26に連結された副シャフト32bに回転動力を与えたり、副シャフト32bから伝達される回転動力を電気エネルギーに変換したりすることが可能な発電機38が配置されている。   Further, in the second sealed container 36, power generation that can give rotational power to the sub-shaft 32 b connected to the expander 26, or convert the rotational power transmitted from the sub-shaft 32 b into electric energy. A machine 38 is arranged.

本実施形態では、第1バイパス路5が放熱器22と予膨張弁23の間の放熱器下流路4bから分岐して、蒸発器上流路4dにつながっている。内部熱交換器28は、中間圧流路4cを流れる冷媒を、第1バイパス路5におけるバイパス膨張弁51よりも上流側部分を流れる冷媒との熱交換によって加熱する。   In the present embodiment, the first bypass path 5 branches from the radiator lower flow path 4b between the radiator 22 and the pre-expansion valve 23 and is connected to the evaporator upper flow path 4d. The internal heat exchanger 28 heats the refrigerant flowing through the intermediate pressure flow path 4 c by heat exchange with the refrigerant flowing through the upstream portion of the first bypass path 5 relative to the bypass expansion valve 51.

さらに、本実施形態では、第2バイパス路6の下流端が、一端が第1密閉容器35の内部空間36に開口し、他端が放熱器22に接続された配管41に接続されている。   Further, in the present embodiment, the downstream end of the second bypass path 6 is connected to a pipe 41 having one end opened to the internal space 36 of the first sealed container 35 and the other end connected to the radiator 22.

次に、第2実施形態の冷凍サイクル装置1Bの運転方法について説明する。図12は、加熱能力強化運転のサイクル状態を示すモリエル線図である。点A〜Hは図11中に記したA〜Hの位置における冷媒の状態を示している。なお、動力回収運転のサイクル状態は、気液分離器が設けられていない点(すなわち、点Eがない点)を除き、図5と同様である。   Next, an operation method of the refrigeration cycle apparatus 1B of the second embodiment will be described. FIG. 12 is a Mollier diagram showing the cycle state of the heating capacity enhancement operation. Points A to H indicate the state of the refrigerant at the positions A to H shown in FIG. 11. The cycle state of the power recovery operation is the same as that in FIG. 5 except that the gas-liquid separator is not provided (that is, there is no point E).

(A)動力回収運転
図11および図5を参照しながら説明する。圧縮機21がモータ33によって駆動されると、冷媒(点A)は、蒸発器上流路4eを通じて圧縮機21に吸入されて圧縮される(点B)。圧縮された冷媒は、第1密閉容器35の内部空間36および配管41を通じて放熱器22に導かれる。放熱器22は、圧縮冷媒を冷却する(点C)。冷却された冷媒は予膨張弁23(点D)および内部熱交換器28(点F)を経由して膨張機26に吸入される。膨張機26は、冷媒を膨張させるとともに(点G)、冷媒から動力を回収する。膨張した冷媒は、吐出路26b(図2参照)、開閉弁42を通過し、蒸発器27に導かれる。蒸発器27において、冷媒は、外部から熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、圧縮機21に再び吸入される。
(A) Power recovery operation This will be described with reference to FIGS. 11 and 5. When the compressor 21 is driven by the motor 33, the refrigerant (point A) is sucked into the compressor 21 through the evaporator upper flow path 4e and compressed (point B). The compressed refrigerant is guided to the radiator 22 through the internal space 36 and the pipe 41 of the first sealed container 35. The radiator 22 cools the compressed refrigerant (point C). The cooled refrigerant is sucked into the expander 26 via the pre-expansion valve 23 (point D) and the internal heat exchanger 28 (point F). The expander 26 expands the refrigerant (point G) and collects power from the refrigerant. The expanded refrigerant passes through the discharge path 26b (see FIG. 2) and the on-off valve 42 and is guided to the evaporator 27. In the evaporator 27, the refrigerant absorbs heat from the outside and evaporates. The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 21 again.

膨張機26は、回収した動力を副シャフト32bに伝達し、発電機38を駆動する。発電機38は、動力を電気エネルギーに変換し、圧縮機21を駆動するモータ33の入力電力の一部として利用する。   The expander 26 transmits the recovered power to the sub shaft 32b and drives the generator 38. The generator 38 converts motive power into electrical energy and uses it as part of the input power of the motor 33 that drives the compressor 21.

発電機38は、動力を電気エネルギーに変換するほか、膨張機26の回転数を制御し、冷媒の流量を調整する役割も担っている。冷凍サイクル装置1Bの圧力差を大きくとりたい場合には膨張機26の回転数を減少させて流量を下げ、圧力差を小さくする場合には回転数を増加させて流量を上げることができる。しかし、一般的に回転機械の回転数には信頼性の観点等から制限がある。回転数の下限に達してもなお流量が大きい場合には予膨張弁23の開度を小さくすることで冷媒の流量を下げることができる。また、回転数の上限に達してもなお流量が小さい場合には、流量調整弁71の開度を大きくし、それでもまだ流量を大きくすることが必要であればバイパス膨張弁51の開度を大きくして流量を稼ぐことができる。   In addition to converting power into electrical energy, the generator 38 also controls the rotational speed of the expander 26 and adjusts the flow rate of the refrigerant. When it is desired to increase the pressure difference of the refrigeration cycle apparatus 1B, the rotational speed of the expander 26 can be decreased to decrease the flow rate, and when the pressure difference is decreased, the rotational speed can be increased to increase the flow rate. However, in general, the rotational speed of a rotating machine is limited from the viewpoint of reliability. If the flow rate is still large even when the lower limit of the rotational speed is reached, the flow rate of the refrigerant can be lowered by reducing the opening of the pre-expansion valve 23. If the flow rate is still small even after reaching the upper limit of the rotational speed, the opening degree of the flow rate adjustment valve 71 is increased, and if it is still necessary to increase the flow rate, the opening degree of the bypass expansion valve 51 is increased. And earn a flow rate.

流量を小さくするために予膨張弁23の開度を小さくしていくと、膨張機26の吸入冷媒の圧力が低下し、図6に示すような動力回収量がほとんどないような状態に陥ってしまう。そのような場合には、次に説明する加熱能力強化運転を行うことで膨張機26をより有効に活用することができる。   If the opening degree of the pre-expansion valve 23 is decreased to reduce the flow rate, the pressure of the refrigerant sucked in the expander 26 is reduced, resulting in a state where there is almost no power recovery amount as shown in FIG. End up. In such a case, the expander 26 can be used more effectively by performing the heating capacity enhancing operation described below.

(B)加熱能力強化運転
図11および図12を参照しながら説明する。圧縮機21がモータ33によって駆動されると、冷媒(点A)は、蒸発器上流路4eを通じて圧縮機21に吸入されて圧縮される。圧縮された冷媒は、第1密閉容器35の内部空間36および配管41を通じて放熱器22に導かれる。放熱器22は、圧縮冷媒を冷却する(点C)。冷却された冷媒は、第1バイパス路5に流入する分と予膨張弁23に向かう分とに分かれ、予膨張弁23を通過した冷媒は気液二相状態となる中間圧力まで減圧された後(点D)、内部熱交換器28にて第1バイパス路5を流れる冷媒と熱交換して加熱される(点F)。その後、中間圧流路4cおよび配管70を通じて膨張機26に吸入される。流量調整弁71は全開となっており、膨張機26は、最大容積まで冷媒を吸入する。すなわち、冷媒の膨張は行われない。力行運転を行う発電機38によって駆動される副シャフト32bの回転によって冷媒は吐出弁26cおよび吐出路26bを通過して蒸発器上流路4dへ送り出される。加熱能力強化運転においては開閉弁42は閉じられており、昇圧路(吐出路26bおよび蒸発器上流路4dにおける開閉弁42よりも上流側部分)の内部空間は蒸発器27の内部空間とは切り離された状態となっている。そのため、昇圧路の内部空間は、開閉弁42、逆止弁61、吐出弁26cによって閉塞された、第2バイパス路6の上流側部分と連続する空間となり、膨張機26から冷媒が吐出されるたびに冷媒の密度と圧力が上昇する。すなわち、膨張機26は、冷媒を昇圧する圧縮機として機能する。昇圧路の内部圧力が第1密閉容器35の内部圧力よりも高くなると(点G)、逆止弁61が開き、第2バイパス路6の下流側部分を通じて冷媒が配管41内に吐出され、圧縮機21の吐出冷媒と合流して放熱器22に導かれる。一方、第1バイパス路6に流入した冷媒は、内部熱交換器28で予膨張弁23を通過した冷媒と熱交換して冷却され(点H)、バイパス膨張弁51で減圧された後(点I)、蒸発器27に流入する。蒸発器27において、冷媒は、外部から熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、圧縮機21に再び吸入される。
(B) Heating capacity enhancement operation This will be described with reference to FIGS. 11 and 12. When the compressor 21 is driven by the motor 33, the refrigerant (point A) is sucked into the compressor 21 through the evaporator upper flow path 4e and compressed. The compressed refrigerant is guided to the radiator 22 through the internal space 36 and the pipe 41 of the first sealed container 35. The radiator 22 cools the compressed refrigerant (point C). The cooled refrigerant is divided into a part flowing into the first bypass passage 5 and a part toward the pre-expansion valve 23, and the refrigerant that has passed through the pre-expansion valve 23 is decompressed to an intermediate pressure at which a gas-liquid two-phase state is achieved. (Point D) Heat is exchanged with the refrigerant flowing through the first bypass path 5 in the internal heat exchanger 28 (Point F). Thereafter, the air is sucked into the expander 26 through the intermediate pressure flow path 4 c and the pipe 70. The flow rate adjustment valve 71 is fully open, and the expander 26 sucks the refrigerant up to the maximum volume. That is, the refrigerant is not expanded. The refrigerant passes through the discharge valve 26c and the discharge path 26b and is sent out to the evaporator upper flow path 4d by the rotation of the sub shaft 32b driven by the power generator 38 that performs the power running operation. In the heating capacity enhancing operation, the opening / closing valve 42 is closed, and the internal space of the pressure increasing path (the upstream side of the opening / closing valve 42 in the discharge path 26b and the evaporator upper flow path 4d) is separated from the internal space of the evaporator 27. It is in the state. Therefore, the internal space of the pressure increasing path is a space that is closed by the on-off valve 42, the check valve 61, and the discharge valve 26c and is continuous with the upstream portion of the second bypass path 6, and the refrigerant is discharged from the expander 26. Every time the density and pressure of the refrigerant rises. That is, the expander 26 functions as a compressor that boosts the refrigerant. When the internal pressure of the pressure increasing path becomes higher than the internal pressure of the first sealed container 35 (point G), the check valve 61 opens, and the refrigerant is discharged into the pipe 41 through the downstream portion of the second bypass path 6 and compressed. It merges with the refrigerant discharged from the machine 21 and is guided to the radiator 22. On the other hand, the refrigerant that has flowed into the first bypass passage 6 is cooled by exchanging heat with the refrigerant that has passed through the pre-expansion valve 23 in the internal heat exchanger 28 (point H) and reduced in pressure by the bypass expansion valve 51 (point I) flows into the evaporator 27. In the evaporator 27, the refrigerant absorbs heat from the outside and evaporates. The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 21 again.

予膨張弁23を通過した冷媒は減圧され、気液二相の中間圧冷媒となるが、液相冷媒が膨張機26に吸入されて圧縮されると、非圧縮性流体の圧縮となり、膨張機26の信頼性が損なわれる。本実施形態では内部熱交換器28によって気液二相冷媒を過熱し、液相冷媒を蒸発させるよう構成されている。こうすることにより、気液分離器を設けることなく膨張機26の吸入冷媒の過熱度を上昇させることができるので、コスト削減となるとともに、膨張機26の信頼性が向上する。   The refrigerant that has passed through the pre-expansion valve 23 is depressurized and becomes a gas-liquid two-phase intermediate-pressure refrigerant. However, when the liquid-phase refrigerant is sucked into the expander 26 and compressed, it becomes compression of an incompressible fluid, and the expander 26 reliability is impaired. In this embodiment, the internal heat exchanger 28 is configured to superheat the gas-liquid two-phase refrigerant and evaporate the liquid-phase refrigerant. By doing so, the degree of superheat of the refrigerant sucked in the expander 26 can be increased without providing a gas-liquid separator, so that the cost is reduced and the reliability of the expander 26 is improved.

本実施形態では圧縮機21と膨張機26とが別個の密閉容器に収納されたいわゆる分離型の形態となっている。分離型の形態では圧縮機21と膨張機26との間で回転数を異ならせることができるため、動力回収運転において予膨張弁23により回収動力が極端に小さくなることは、第1実施形態に示す冷凍サイクル装置1Aに比べて少ない。しかし、回転数が制限値付近の負荷の大きい状態での運転となる場合には、加熱能力強化運転を行うことによって、膨張機26を有効に運転させつつ、中間圧からの冷媒圧縮という負荷の小さい状態での運転を行うことができる。よって膨張機26の信頼性を高めることができるので、分離型の形態となる冷凍サイクル装置においても、本発明は有効である。   In the present embodiment, the compressor 21 and the expander 26 are in a so-called separation type in which they are housed in separate sealed containers. Since the rotational speed can be made different between the compressor 21 and the expander 26 in the separated type, the recovered power is extremely reduced by the pre-expansion valve 23 in the power recovery operation. Less than the refrigeration cycle apparatus 1A shown. However, when the operation is performed with a large load near the limit value, the heating capacity enhancement operation is performed to effectively operate the expander 26 and reduce the load of refrigerant compression from the intermediate pressure. Operation in a small state can be performed. Therefore, since the reliability of the expander 26 can be improved, the present invention is effective even in a refrigeration cycle apparatus in a separate type.

なお、本発明は、圧縮機が密閉容器内に冷媒を吐出する高圧シェル型の冷凍サイクル装置のみならず、中圧シェルや低圧シェルなど、他の圧力構成の冷凍サイクル装置にも適用できる。その場合には第2実施形態で示したように、第2バイパス路6の下流端を高圧側冷媒空間に接続すれば同様の効果が得られる。   The present invention can be applied not only to a high-pressure shell type refrigeration cycle apparatus in which a compressor discharges a refrigerant into an airtight container, but also to refrigeration cycle apparatuses having other pressure configurations such as an intermediate-pressure shell and a low-pressure shell. In that case, as shown in the second embodiment, the same effect can be obtained by connecting the downstream end of the second bypass 6 to the high-pressure side refrigerant space.

また、第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、第2バイパス路6の下流端を、第1密閉容器35内に開口させてもよい。   Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the downstream end of the second bypass path 6 may be opened in the first sealed container 35.

本発明の冷凍サイクル装置は、給湯機、温水暖房装置および空気調和機等の機器に利用できる。   The refrigeration cycle apparatus of the present invention can be used for devices such as a hot water heater, a hot water heater, and an air conditioner.

1A,1B 冷凍サイクル装置
21 圧縮機
22 放熱器
23 予膨張弁(第1減圧機)
24 気液分離器
25 中温水熱交換器(水利用熱交換器、加熱手段)
26 膨張機
27 蒸発器
28 内部熱交換器(加熱手段)
30,35,37 密閉容器
32a 圧縮シャフト
32b 副シャフト
33 モータ
4 冷媒回路
4a 放熱器上流路
4b 放熱器下流路
4c 中間圧流路
4d 蒸発器上流路
42 開閉弁
5 第1バイパス路
51 バイパス膨張弁(第2減圧機)
6 第2バイパス路
61 逆止弁
7 インジェクション路
71 流量調整弁(インジェクション弁)
1A, 1B Refrigeration cycle apparatus 21 Compressor 22 Radiator 23 Pre-expansion valve (first decompressor)
24 Gas-liquid separator 25 Medium-temperature water heat exchanger (water-based heat exchanger, heating means)
26 expander 27 evaporator 28 internal heat exchanger (heating means)
30, 35, 37 Sealed container 32a Compression shaft 32b Sub shaft 33 Motor 4 Refrigerant circuit 4a Radiator upper flow path 4b Radiator lower flow path 4c Intermediate pressure flow path 4d Evaporator upper flow path 42 Open / close valve 5 First bypass path 51 Bypass expansion valve ( Second decompressor)
6 Second bypass passage 61 Check valve 7 Injection passage 71 Flow rate adjustment valve (injection valve)

Claims (13)

冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮された冷媒を冷却する放熱器、冷却された冷媒を減圧させる第1減圧機、減圧した冷媒を膨張させて動力を回収する膨張機、および膨張した冷媒を加熱する蒸発器を含む冷媒回路と、
前記冷媒回路における前記放熱器と前記第1減圧機の間の放熱器下流路または前記第1減圧機と前記膨張機の間の中間圧流路から分岐して、前記冷媒回路における前記膨張機と前記蒸発器の間の蒸発器上流路につながる、冷媒を減圧させる第2減圧機が設けられた第1バイパス路と、
前記第1バイパス路がつながる位置よりも上流側で前記蒸発器上流路から分岐して、前記冷媒回路における前記圧縮機と前記放熱器の間の放熱器上流路につながる第2バイパス路と、
前記膨張機から吐出された冷媒を、前記蒸発器上流路を通じて前記蒸発器に導くか前記第2バイパス路を通じて前記放熱器上流路に導くかを切り替える切替手段と、
を備える冷凍サイクル装置。
A compressor that compresses the refrigerant, a radiator that cools the compressed refrigerant, a first decompressor that decompresses the cooled refrigerant, an expander that expands the decompressed refrigerant to recover power, and heats the expanded refrigerant A refrigerant circuit including an evaporator;
Branching from a radiator lower flow path between the radiator and the first pressure reducer in the refrigerant circuit or an intermediate pressure flow path between the first pressure reducer and the expander, the expander in the refrigerant circuit and the A first bypass path provided with a second decompressor for decompressing the refrigerant, connected to the evaporator upper flow path between the evaporators;
A second bypass path branched from the evaporator upper flow path upstream of a position where the first bypass path is connected, and connected to a radiator upper flow path between the compressor and the radiator in the refrigerant circuit;
Switching means for switching whether the refrigerant discharged from the expander is guided to the evaporator through the evaporator upper flow path or to the radiator upper flow path through the second bypass path;
A refrigeration cycle apparatus comprising:
前記切替手段は、前記蒸発器上流路の前記第2バイパス路が分岐する位置よりも下流側に設けられた開閉弁と、前記第2バイパス路に設けられた逆止弁とを含む、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。   The switching means includes an on-off valve provided on the downstream side of a position where the second bypass path of the evaporator upper flow path branches, and a check valve provided on the second bypass path. The refrigeration cycle apparatus according to 1. 前記中間圧流路には、前記第1減圧機で減圧した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器が設けられており、前記中間圧流路は、前記気液分離器で分離された気相冷媒を前記膨張機に導くように構成されており、
前記第1バイパス路は、前記気液分離器で分離された液相冷媒を前記放熱器上流路に導くように構成されている、請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。
The intermediate pressure flow path is provided with a gas-liquid separator that separates the refrigerant decompressed by the first pressure reducer into a gas-phase refrigerant and a liquid-phase refrigerant, and the intermediate pressure flow path is the gas-liquid separator. It is configured to guide the separated gas phase refrigerant to the expander,
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1 or 2, wherein the first bypass path is configured to guide the liquid-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator to the radiator upper flow path.
前記中間圧流路を通じて前記膨張機に導かれる冷媒を加熱する加熱手段をさらに備える、請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。   The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, further comprising a heating unit that heats the refrigerant guided to the expander through the intermediate pressure flow path. 前記冷凍サイクル装置は、前記放熱器で加熱された水を循環させる循環型温水供給システムに用いられており、
前記加熱手段は、放熱後の還り水の熱を利用して冷媒を加熱する水利用熱交換器である、請求項4に記載の冷凍サイクル装置。
The refrigeration cycle apparatus is used in a circulating hot water supply system that circulates water heated by the radiator.
5. The refrigeration cycle apparatus according to claim 4, wherein the heating unit is a water-use heat exchanger that heats the refrigerant using heat of return water after heat radiation.
前記第1バイパス路は、前記放熱器下流路から分岐しており、
前記加熱手段は、前記第1バイパス路における前記第2減圧機よりも上流側部分を流れる冷媒と前記中間圧流路を流れる冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器である、請求項4に記載の冷凍サイクル装置。
The first bypass path branches off from the radiator lower flow path,
The said heating means is an internal heat exchanger which performs heat exchange between the refrigerant | coolant which flows through the upstream part rather than the said 2nd pressure reduction device in the said 1st bypass channel, and the refrigerant | coolant which flows through the said intermediate pressure flow path. The refrigeration cycle apparatus described in 1.
シャフトを介して前記圧縮機を駆動するモータと、前記圧縮機および前記モータを収容する密閉容器とをさらに備え、
前記圧縮機は、圧縮した冷媒を前記密閉容器内に吐出するように構成されており、
前記第2バイパス路の下流端は、前記密閉容器内に開口している、請求項1〜6のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
A motor that drives the compressor via a shaft; and a sealed container that houses the compressor and the motor;
The compressor is configured to discharge a compressed refrigerant into the sealed container,
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein a downstream end of the second bypass path is opened in the sealed container.
前記膨張機は、回収した動力を前記シャフトに伝達し得るように前記シャフトに連結されている、請求項7に記載の冷凍サイクル装置。   The refrigeration cycle apparatus according to claim 7, wherein the expander is coupled to the shaft so that the recovered power can be transmitted to the shaft. 前記膨張機は、冷媒を吐出するための吐出ポートを有しており、
前記吐出ポートには、冷媒の逆流を防止する吐出弁が設けられている、請求項1〜8のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
The expander has a discharge port for discharging refrigerant,
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the discharge port is provided with a discharge valve that prevents back flow of the refrigerant.
前記膨張機は、冷媒を吸入するための吸入ポートと、容積変化によって内部で冷媒を膨張させる膨張室と、前記膨張室に開口するインジェクションポートとを有しており、
前記吸入ポートに導かれる冷媒を前記インジェクションポートにも導くインジェクション路と、前記インジェクション路を通じた冷媒の流通を禁止または許可するインジェクション弁とをさらに備える、請求項1〜9のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
The expander has a suction port for sucking refrigerant, an expansion chamber that expands the refrigerant inside by a volume change, and an injection port that opens to the expansion chamber,
10. The apparatus according to claim 1, further comprising: an injection path that guides the refrigerant guided to the suction port to the injection port; and an injection valve that prohibits or permits the circulation of the refrigerant through the injection path. Refrigeration cycle equipment.
前記インジェクション弁は、前記切替手段によって前記膨張機から吐出された冷媒が前記第2バイパス路を通じて前記放熱器上流路に導かれるときに、前記インジェクション路を通じた冷媒の流通を許可する、請求項10に記載の冷凍サイクル装置。   The injection valve permits the refrigerant to flow through the injection path when the refrigerant discharged from the expander by the switching unit is guided to the radiator upper flow path through the second bypass path. The refrigeration cycle apparatus described in 1. 前記膨張機は、2段ロータリ式膨張機である、請求項1〜11に記載の冷凍サイクル装置。   The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein the expander is a two-stage rotary expander. 前記冷媒は、二酸化炭素である、請求項1〜12に記載の冷凍サイクル装置。   The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein the refrigerant is carbon dioxide.
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