JP4463660B2

JP4463660B2 - Refrigeration equipment

Info

Publication number: JP4463660B2
Application number: JP2004316740A
Authority: JP
Inventors: 慶一宇野; 弘知麻; 宏木下; 博史小川
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: JP2006125771A

Description

本発明は、流体を圧縮して吐出する圧縮機に、ランキンサイクル中の作動流体の膨張によって機械的エネルギーを出力する膨張機の機能を併せ持つ複合流体機械を用いた冷凍装置に関するものである。 The present invention relates to a compressor compressing and discharging fluid, to a refrigeration apparatus using a composite fluid machinery having both the function of the expander for outputting mechanical energy by the expansion of the working fluid in the Rankine cycle.

従来、例えば特許文献１に示されるように、圧縮機、膨張機、駆動モータ、循環ポンプが一体的に設けられた複合流体機械（特許文献１中ではローリングピストン式回転機械）が知られている。上記の各機器は、直列に配置され、同一軸で接続（圧縮機と膨張機との間は例えばマグネットカップリングのような接続手段を介して接続、あるいは直接的に接続）されている。そして、圧縮機は、例えば冷凍サイクル内の冷媒の圧縮用に用いられ、また、膨張機はランキンサイクル内の作動流体によって駆動されるようになっている。 Conventionally, as shown in Patent Document 1, for example, a complex fluid machine (a rolling piston type rotating machine in Patent Document 1) in which a compressor, an expander, a drive motor, and a circulation pump are integrally provided is known. . Each of the above devices is arranged in series and connected on the same axis (the compressor and the expander are connected via a connecting means such as a magnet coupling or directly connected). The compressor is used for compressing the refrigerant in the refrigeration cycle, for example, and the expander is driven by the working fluid in the Rankine cycle.

上記の複合流体機械の具体的な作動については、膨張機は初期の一定時間（膨張機が安定状態に入るまでの時間）だけ駆動モータによって駆動され、更に、ランキンサイクル内の作動流体（バーナを加熱源として加熱される高温、高圧ガス）の膨張によって駆動され、自身の軸に駆動力を発生させる。この駆動力はマグネットカップリングを介して（あるいは直接的に）圧縮機に伝達され、圧縮機が作動される。そして、圧縮機は冷凍サイクル内の冷媒を圧縮する。尚、循環ポンプは、膨張機から発生される駆動力によって駆動され、専用のモータ等を不要としてランキンサイクル内の作動流体を循環させる。
特開平８−８６２８９号公報 Regarding the specific operation of the above composite fluid machine, the expander is driven by the drive motor for an initial fixed time (the time until the expander enters a stable state), and the working fluid in the Rankine cycle (the burner is turned on). It is driven by the expansion of a high-temperature, high-pressure gas (heated as a heating source), and generates a driving force on its own shaft. This driving force is transmitted to the compressor via the magnet coupling (or directly), and the compressor is operated. The compressor compresses the refrigerant in the refrigeration cycle. The circulation pump is driven by the driving force generated from the expander, and circulates the working fluid in the Rankine cycle without using a dedicated motor or the like.
JP-A-8-86289

しかしながら、上記複合流体機械においてはっては、ランキンサイクル内にバーナのような加熱源を必要とするものであって、膨張機はバーナの熱エネルギー（専用の燃料を燃焼させること）によって駆動されている。本発明者らは、近年問題とされている地球温暖化に対して、いかにエネルギー消費を減らすかということを念頭に置いて、例えば車両用内燃機関のような発熱機器の廃熱を有効に活用できる複合流体機械を検討している。 However, the above complex fluid machine requires a heating source such as a burner in the Rankine cycle, and the expander is driven by the heat energy of the burner (burning dedicated fuel). ing. In light of global warming, which has been a problem in recent years, the present inventors have effectively used waste heat from a heat-generating device such as an internal combustion engine for a vehicle, in mind, how to reduce energy consumption. We are studying a composite fluid machine that can be used.

そこで、上記特許文献１に示される複合流体機械を用いて、廃熱から膨張機を作動させようとした場合、発熱機器の状況に応じて廃熱が少ない時は、膨張機での駆動力が得られなくなるので、駆動モータで圧縮機を駆動させることが考えられる。しかし、この時、同一軸に接続される膨張機も友連れして回転することになるので、駆動モータにとっては作動抵抗となり、効率的な圧縮機の作動ができない。 Therefore, when the complex fluid machine disclosed in Patent Document 1 is used to operate the expander from waste heat, when there is little waste heat depending on the situation of the heat generating device, the driving force in the expander is Since it cannot be obtained, it is conceivable to drive the compressor with a drive motor. However, at this time, since the expander connected to the same shaft also rotates together, the drive motor has an operating resistance, and the compressor cannot be operated efficiently.

また、発熱機器の廃熱が充分あっても、圧縮機の作動が不要の時（冷凍サイクルの作動が不要の時）は、膨張機を停止させる必要があり、せっかくの廃熱を有効に活用することができない。 Also, even if there is enough waste heat from the heat generating equipment, it is necessary to stop the expander when the compressor operation is not required (when the refrigeration cycle is not required), and the waste heat can be used effectively. Can not do it.

本発明の目的は、上記問題に鑑み、冷凍サイクル用の圧縮機と、内燃機関のような発熱機器の廃熱によって駆動される膨張機とを有するものにおいて、膨張機によるポンプの作動を可能としつつ、圧縮機単独で作動させる場合の膨張機の影響を無くし、また、圧縮機の作動不要時にも廃熱の有効活用を可能とする複合流体機械を用いた冷凍装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to enable operation of a pump by an expander in a compressor having a compressor for a refrigeration cycle and an expander driven by waste heat of a heat generating device such as an internal combustion engine. while eliminating the effect expander in the case of operating by the compressor alone, is to provide a refrigeration apparatus using a composite fluid machinery in which operation of the compressor even when not needed to enable the effective utilization of waste heat .

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.

請求項１に記載の発明では、冷凍サイクル（３０）内の凝縮器（３１）を兼用して形成されると共に、発熱機器（１０）の廃熱を加熱源とするランキンサイクル（４０）を備える冷凍装置であって、
ポンプ（１３０）によって循環される流体の膨張によって駆動力を発生する膨張機（１１０）と、
ハウジング（１２１）内に収容されると共に、発電機および電動機の両機能を併せ持つ回転電機（１２０）とを有し、
ポンプ（１３０）、回転電機（１２０）、膨張機（１１０）が直列に接続されており、
膨張機（１１０）は、その作動室（Ｖ）と高圧室（１１４）との間の流路を切替える切替え手段（１１６、１１７ｄ）によって、流体を圧縮吐出する圧縮機としても機能するよ
うになっており、
回転電機（１２０）は、膨張機（１１０）における流体の低圧側雰囲気内に配置され、
ポンプ（１３０）の低圧側が、回転電機（１２０）の反膨張機側に接続されており、
ポンプ（１３０）のポンプ軸（１３４）の端部は、ハウジング（１２１）内に突出しており、
ハウジング（１２１）とポンプ軸（１３４）との間には、回転電機（１２０）およびポンプ（１３０）間の流体の漏れを防止する軸封装置（１５０）が設けられ、
ポンプ軸（１３４）の端部には、軸方向にへこむ穴部（１３４ｄ）が設けられており、
穴部（１３４ｄ）には、回転電機（１２０）のモータ軸（１２４）が挿入されており、
モータ軸（１２４）とポンプ軸（１３４）との間には一方向クラッチ（１４０）が設けられたことを特徴としている。 The invention according to claim 1 is provided with a Rankine cycle (40) that is also used as a condenser (31) in the refrigeration cycle (30) and that uses waste heat of the heat generating device (10) as a heating source. A refrigeration device,
An expander (110) that generates a driving force by expansion of fluid circulated by the pump (130);
A rotating electrical machine (120) housed in a housing (121) and having both functions of a generator and an electric motor;
A pump (130), a rotating electrical machine (120), and an expander (110) are connected in series,
The expander (110) also functions as a compressor that compresses and discharges fluid by switching means (116, 117d) that switches the flow path between the working chamber (V) and the high-pressure chamber (114) .
And
The rotating electrical machine (120) is disposed in the low pressure side atmosphere of the fluid in the expander (110),
The low pressure side of the pump (130) is connected to the anti-expander side of the rotating electrical machine (120),
The end of the pump shaft (134) of the pump (130) protrudes into the housing (121),
Between the housing (121) and the pump shaft (134), a shaft seal device (150) for preventing fluid leakage between the rotating electrical machine (120) and the pump (130) is provided,
The end of the pump shaft (134) is provided with a hole (134d) that is recessed in the axial direction.
The motor shaft (124) of the rotating electrical machine (120) is inserted into the hole (134d),
A one-way clutch (140) is provided between the motor shaft (124) and the pump shaft (134) .

これにより、膨張機（１１０）作動時の駆動力によって、ポンプ（１３０）の駆動が可能であり、ポンプ（１３０）作動用の専用駆動源を不要とすることができる。そして、流体の膨張エネルギーの有無に関わらず、回転電機（１２０）によって膨張機（１１０）を圧縮機として作動させることができる。この時、膨張機（１１０）自信が圧縮機となるので、上記した特許文献１のように、膨張機（１１０）が回転電機（１２０）の作動抵抗となることが無い。更に、流体の膨張が充分に得られるものの、圧縮機としての作動が不要な時は、膨張機（１１０）の駆動力で回転電機（１２０）を発電機として作動させて、発電することが可能となり、膨張エネルギーを電気エネルギーとして回生することができる。
また、回転電機（１２０）が、膨張機（１１０）における流体の低圧側雰囲気内に配置されたことにより、より低温となる流体によって回転電機（１２０）を効果的に冷却することができる。
また、ポンプ（１３０）の低圧側が、回転電機（１２０）の反膨張機側に接続されると共に、ハウジング（１２１）とポンプ軸（１３４）との間に軸封装置（１５０）が設けられることにより、回転電機（１２０）とポンプ（１３０）との間の流体の圧力差を小さくできるので、ポンプ（１３０）側から回転電機（１２０）側への流体の漏れを防止することができる。 Thus, the pump (130) can be driven by the driving force when the expander (110) is operated, and a dedicated drive source for operating the pump (130) can be dispensed with. The expander (110) can be operated as a compressor by the rotating electrical machine (120) regardless of the presence or absence of the expansion energy of the fluid. At this time, since the expander (110) confidence becomes the compressor, the expander (110) does not become an operating resistance of the rotating electrical machine (120) as in the above-mentioned Patent Document 1. Furthermore, when the expansion of the fluid can be obtained sufficiently, but the operation as a compressor is unnecessary, it is possible to generate electric power by operating the rotating electric machine (120) as a generator with the driving force of the expander (110). Thus, the expansion energy can be regenerated as electric energy.
Moreover, since the rotating electrical machine (120) is disposed in the low pressure side atmosphere of the fluid in the expander (110), the rotating electrical machine (120) can be effectively cooled by the fluid having a lower temperature.
The low pressure side of the pump (130) is connected to the anti-expander side of the rotating electrical machine (120), and the shaft seal device (150) is provided between the housing (121) and the pump shaft (134). Thus, the fluid pressure difference between the rotating electrical machine (120) and the pump (130) can be reduced, and fluid leakage from the pump (130) side to the rotating electrical machine (120) side can be prevented.

請求項２に記載の発明のように、ポンプ（１３０）および膨張機（１１０）をランキンサイクル（４０）に使用し、圧縮機として作動する際の膨張機（１１０）を冷凍サイクル（３０）に使用して好適である。 As in the second aspect of the invention , the pump (130) and the expander (110) are used in the Rankine cycle (40), and the expander (110) when operating as a compressor is used as the refrigeration cycle (30). Suitable for use .

そして、請求項３に記載の発明のように、発熱機器（１０）は、熱機関（１０）を対象として好適である。 And like invention of Claim 3 , a heat-emitting device (10) is suitable for heat engine (10) object.

因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 Incidentally, the reference numerals in parentheses of each means described above are an example showing the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.

（第１実施形態）
本実施形態は、本発明の複合流体機械（熱媒ポンプ一体型膨張発電機兼電動圧縮機）１００を、ランキンサイクル４０を備える冷凍サイクル３０に適用した車両用の冷凍装置１としている。 (First embodiment)
In the present embodiment, the composite fluid machine (heat medium pump integrated expansion generator / electric compressor) 100 of the present invention is used as a refrigeration apparatus 1 for a vehicle in which the refrigeration cycle 30 including the Rankine cycle 40 is applied.

まず、複合流体機械１００の構成について図１を用いて説明する。複合流体機械１００は、圧縮機および膨張機の両機能を有する膨張機兼圧縮機１１０と、発電機および電動機としての両機能を有するモータジェネレータ（本発明においける回転電機に対応）１２０と、熱媒ポンプ（本発明におけるポンプに対応）１３０とから成る。 First, the configuration of the composite fluid machine 100 will be described with reference to FIG. The complex fluid machine 100 includes an expander / compressor 110 having both functions of a compressor and an expander, a motor generator (corresponding to the rotating electrical machine in the present invention) 120 having both functions as a generator and an electric motor, A heat medium pump (corresponding to the pump in the present invention) 130.

膨張機兼圧縮機１１０は、周知のスクロール型圧縮機構と同一構造を有するもので、具体的には、膨張圧縮機ハウジング１１１を成すフロントハウジング１１１ａとシャフトハウジング１１１ｂとの間に固定される固定スクロール１１２、この固定スクロール１１２に対向して旋回変位する旋回スクロール１１３、作動室Ｖと高圧室１１４とを連通させる吐出ポート１１５、および流入ポート１１６を開閉する弁機構１１７等から成るものである。 The expander / compressor 110 has the same structure as a well-known scroll-type compression mechanism, and specifically, a fixed scroll fixed between a front housing 111a and a shaft housing 111b constituting the expansion compressor housing 111. 112, a turning scroll 113 that is turned and displaced to face the fixed scroll 112, a discharge port 115 that allows the working chamber V and the high pressure chamber 114 to communicate with each other, a valve mechanism 117 that opens and closes the inflow port 116, and the like.

固定スクロール１１２は、板状の基板部１１２ａおよび基板部１１２ａから旋回スクロール１１３側に突出した渦巻状の歯部１１２ｂを有して構成され、一方、旋回スクロール１１３は、上記歯部１１２ｂに接触して噛み合う渦巻状の歯部１１３ｂ、およびこの歯部１１３ｂが形成された基板部１１３ａを有して構成されており、両歯部１１２ｂ、１１３ｂが接触した状態で旋回スクロール１１３が旋回することにより、両スクロール１１２、１１３により形成される作動室Ｖの体積が拡大縮小するようになっている。 The fixed scroll 112 includes a plate-like substrate portion 112a and a spiral tooth portion 112b that protrudes from the substrate portion 112a toward the orbiting scroll 113. On the other hand, the orbiting scroll 113 contacts the tooth portion 112b. The swirl-shaped tooth portion 113b and the base plate portion 113a on which the tooth portion 113b is formed are configured, and the orbiting scroll 113 is swung while the both tooth portions 112b and 113b are in contact with each other. The volume of the working chamber V formed by both scrolls 112 and 113 is enlarged or reduced.

シャフト１１８は、シャフトハウジング１１１ｂに固定された軸受け１１８ｂによって回転可能に支持されて、一方の長手方向端部に回転中心軸に対して偏心したクランク部１１８ａを有するクランクシャフトである。このクランク部１１８ａは、ベアリング１１３ｃを介して旋回スクロール１１３に連結されている。 The shaft 118 is a crankshaft that is rotatably supported by a bearing 118b fixed to the shaft housing 111b and has a crank portion 118a that is eccentric with respect to the rotation center axis at one longitudinal end portion. The crank portion 118a is connected to the orbiting scroll 113 through a bearing 113c.

また、自転防止機構１１９は、シャフト１１８が１回転する間に旋回スクロール１１３がクランク部１１８ａ周りに１回転するようにするものである。このためシャフト１１８が回転すると、旋回スクロール１１３は、自転せずにシャフト１１８の回転中心軸周りを公転旋回する。そして、作動室Ｖは、例えばシャフト１１８が正方向に回転する時に、旋回スクロール１１３の外径側から中心側に変位するほど、その体積が縮小するように変化し、逆に、シャフト１１８が逆方向に回転する時に、旋回スクロール１１３の中心側から外径側に変位するほど、その体積が拡大するように変化する。 Further, the rotation prevention mechanism 119 makes the orbiting scroll 113 rotate once around the crank portion 118a while the shaft 118 rotates once. For this reason, when the shaft 118 rotates, the orbiting scroll 113 revolves around the rotation center axis of the shaft 118 without rotating. The working chamber V changes such that, for example, when the shaft 118 rotates in the forward direction, the volume of the orbiting scroll 113 decreases as the displacement from the outer diameter side to the center side of the orbiting scroll 113 decreases. When rotating in the direction, the volume of the orbiting scroll 113 changes so as to increase as it is displaced from the center side to the outer diameter side.

吐出ポート１１５は、基板部１１２ａの中心部に設けられて、膨張機兼圧縮機１１０が圧縮機として作動する時（以下、圧縮モード時）に、最小体積となる作動室Ｖと、フロントハウジング１１１ｂに設けられた高圧室１１４とを連通させて圧縮された冷媒を吐出するポートである。また、流入ポート１１６は、同様に基板部１１２ａに（吐出ポート１１５に隣接して）設けられて、膨張機兼圧縮機１１０が膨張機として作動する時（以下、膨張モード時）に、高圧室１１４と、最小体積となる作動室Ｖとを連通させて高圧室１１４に導入された高温、高圧の冷媒、つまり過熱蒸気冷媒を作動室Ｖに導くポートである。 The discharge port 115 is provided at the center of the substrate portion 112a, and when the expander / compressor 110 operates as a compressor (hereinafter referred to as a compression mode), the working chamber V and the front housing 111b have a minimum volume. This is a port for discharging the compressed refrigerant by communicating with the high-pressure chamber 114 provided in. Similarly, the inflow port 116 is provided in the substrate portion 112a (adjacent to the discharge port 115), and when the expander / compressor 110 operates as an expander (hereinafter, in the expansion mode), the high-pressure chamber. 114 is a port that leads the high-temperature and high-pressure refrigerant introduced into the high-pressure chamber 114, that is, the superheated vapor refrigerant, into the working chamber V by communicating the working chamber V having the minimum volume.

上記高圧室１１４は、吐出ポート１１５から吐出された冷媒の脈動を平滑化する吐出室の機能を有するものであり、この高圧室１１４には、後述する加熱器４３および凝縮器３１側に接続される高圧ポート１１１ｃが設けられている。 The high-pressure chamber 114 has a function of a discharge chamber that smoothes the pulsation of the refrigerant discharged from the discharge port 115, and is connected to the heater 43 and the condenser 31 side described later. A high-pressure port 111c is provided.

尚、後述する蒸発器３４および第２バイパス流路４２側に接続される低圧ポート１２１ａは、後述するモータハウジング１２１に設けられて、モータハウジング１２１内を経由して、シャフトハウジング１１１ｂと固定スクロール１１２とによって形成される空間に連通している。 Note that a low pressure port 121a connected to the evaporator 34 and the second bypass flow path 42 described later is provided in the motor housing 121 described later, and the shaft housing 111b and the fixed scroll 112 are passed through the motor housing 121. Communicates with the space formed by

弁機構１１７は、吐出弁１１７ａ、弁体１１７ｄ、電磁弁１１７ｆ等から成る。吐出弁１１７ａは、吐出ポート１１５の高圧室１１４側に配置されて吐出ポート１１５から吐出された冷媒が高圧室１１４から作動室Ｖに逆流することを防止するリード弁状の逆止弁であり、ストッパ１１７ｂは吐出弁１１７ａの最大開度を規制する弁止板であり、吐出弁１１７ａおよびストッパ１１７ｂはボルト１１７ｃによって基板部１１２ａに固定されている。 The valve mechanism 117 includes a discharge valve 117a, a valve body 117d, an electromagnetic valve 117f, and the like. The discharge valve 117a is a reed valve-like check valve that is disposed on the high-pressure chamber 114 side of the discharge port 115 and prevents the refrigerant discharged from the discharge port 115 from flowing back from the high-pressure chamber 114 to the working chamber V. The stopper 117b is a valve stop plate that regulates the maximum opening of the discharge valve 117a, and the discharge valve 117a and the stopper 117b are fixed to the substrate portion 112a by bolts 117c.

弁体１１７ｄは、流入ポート１１６を開閉して膨張機兼圧縮機１１０の圧縮モードと膨張モードとを切替える切替え弁であり、その後端側がフロントハウジング１１１ａに設けられた背圧室１１７ｅに沿って、摺動可能に配設されている。背圧室１１７ｅ内にはバネ（弾性手段）１１７ｆが挿入されており、バネ１１７ｆは弁体１１７ｄの先端側が流入ポート１１６を閉じる方向に弾性力を作用させるようになっている。また、フロントハウジング１１１ａには、所定の通路抵抗を有して背圧室１１７ｅと高圧室１１４とを連通させる抵抗手段としての絞り１１７ｇが設けられている。尚、弁体１１７ｄが流入ポート１１６を閉じた時の両者間のシール性を向上させるために、弁体１１７ｄの先端側は任意の角度で傾斜可能となるようにしている。 The valve body 117d is a switching valve that opens and closes the inflow port 116 to switch between the compression mode and the expansion mode of the expander / compressor 110, and its rear end side is along the back pressure chamber 117e provided in the front housing 111a. It is slidably arranged. A spring (elastic means) 117f is inserted in the back pressure chamber 117e, and the spring 117f applies an elastic force in a direction in which the distal end side of the valve body 117d closes the inflow port 116. Further, the front housing 111a is provided with a throttle 117g as a resistance means having a predetermined passage resistance and allowing the back pressure chamber 117e and the high pressure chamber 114 to communicate with each other. In order to improve the sealing performance between the valve body 117d and the inflow port 116 when the valve body 117d is closed, the distal end side of the valve body 117d can be inclined at an arbitrary angle.

電磁弁１１７ｈは、低圧ポート１２１ａ側と背圧室１１７ｅとの連通状態を制御することにより背圧室１１７ｅ内の圧力を制御する制御弁であり、図示しない制御装置によって制御される。 The electromagnetic valve 117h is a control valve that controls the pressure in the back pressure chamber 117e by controlling the communication state between the low pressure port 121a side and the back pressure chamber 117e, and is controlled by a control device (not shown).

そして、電磁弁１１７ｈを開くと、背圧室１１７ｅの圧力が高圧室１１４より低下して弁体１１７ｄがバネ１１７ｆを押し縮めながら図１中の右側に変位するので、流入ポート１１６が開く。尚、絞り１１７ｇでの圧力損失は非常に大きいので、高圧室１１４から背圧室１１７ｅに流れ込む冷媒量は無視できるほど小さい。 When the electromagnetic valve 117h is opened, the pressure in the back pressure chamber 117e is lowered from the high pressure chamber 114, and the valve body 117d is displaced to the right in FIG. 1 while pushing and contracting the spring 117f, so that the inflow port 116 is opened. Since the pressure loss at the throttle 117g is very large, the amount of refrigerant flowing from the high pressure chamber 114 into the back pressure chamber 117e is so small that it can be ignored.

逆に、電磁弁１１７ｈを閉じると、絞り１１７ｇによって背圧室１１７ｅの圧力と高圧室１１４の圧力とが等しくなり、弁体１１７ｄはバネ１１７ｆの弾性力により図１中の左側に変位するので、流入ポート１１６が閉じる。つまり、弁体１１７ｄ、背圧室１１７ｅ、バネ１１７ｆ、絞り１１７ｇ、および電磁弁１１７ｈ等により流入ポート１１６を開閉するパイロット式の電気開閉弁が構成される。尚、流入ポート１１６と弁体１１７ｄは、本発明における作動室Ｖと高圧室１１４との間の流路を切替える切替え手段に対応する。 Conversely, when the electromagnetic valve 117h is closed, the pressure in the back pressure chamber 117e and the pressure in the high pressure chamber 114 are equalized by the throttle 117g, and the valve body 117d is displaced to the left in FIG. 1 by the elastic force of the spring 117f. Inflow port 116 is closed. That is, a pilot-type electric on-off valve that opens and closes the inflow port 116 is configured by the valve body 117d, the back pressure chamber 117e, the spring 117f, the throttle 117g, the electromagnetic valve 117h, and the like. The inflow port 116 and the valve body 117d correspond to switching means for switching the flow path between the working chamber V and the high pressure chamber 114 in the present invention.

モータジェネレータ１２０は、ステータ１２２およびステータ１２２内で回転するロータ１２３等から成るもので、シャフトハウジング１１１ｂに固定されるモータハウジング１２１内（膨張機兼圧縮機１１０の低圧側雰囲気）に収容されている。ステータ１２２は、巻き線が巻かれたステータコイルであり、モータハウジング１２１の内周面に固定されている。ロータ１２３は、永久磁石が埋設されたマグネットロータであり、モータ軸１２４に固定されている。モータ軸１２４の一端側は、上記膨張機兼圧縮機１１０のシャフト１１８に接続されており、また、他端側は、直径が細くなるように形成されて、後述する熱媒ポンプ１３０のポンプ軸１３４に接続されている。 The motor generator 120 includes a stator 122 and a rotor 123 that rotates within the stator 122, and is housed in a motor housing 121 (low pressure side atmosphere of the expander / compressor 110) fixed to the shaft housing 111b. . The stator 122 is a stator coil wound with a winding, and is fixed to the inner peripheral surface of the motor housing 121. The rotor 123 is a magnet rotor in which a permanent magnet is embedded, and is fixed to the motor shaft 124. One end side of the motor shaft 124 is connected to the shaft 118 of the expander / compressor 110, and the other end side is formed to have a small diameter, and a pump shaft of a heat medium pump 130 described later. 134.

そして、モータジェネレータ１２０は、後述するバッテリ１３からインバータ１２を介して、ステータ１２２に電力が供給された場合には、ロータ１２３を回転（正方向回転）させて、膨張機兼圧縮機１１０を（圧縮機として）駆動するモータ（電動機）として作動する。あるいは、ロータ１２３を回転（逆方向回転）させて、後述する熱媒ポンプ１３０を駆動するモータ（電動機）として作動する。また、膨張機兼圧縮機１１０の膨張モード時に発生した駆動力によってロータ１２３を回転させるトルクが入力された場合（逆方向回転時）には、電力を発生させるジェネレータ（発電機）として作動する。そして、得られた電力は、インバータ１２を介してバッテリ１３に充電されるようになっている。 When electric power is supplied to the stator 122 from the battery 13 to be described later via the inverter 12, the motor generator 120 rotates the rotor 123 (rotates in the forward direction), and causes the expander / compressor 110 to operate ( Acts as a driving motor (electric motor). Alternatively, the rotor 123 is rotated (reversely rotated) to operate as a motor (electric motor) that drives a heat medium pump 130 described later. Further, when a torque for rotating the rotor 123 is input by the driving force generated during the expansion mode of the expander / compressor 110 (during reverse rotation), the generator operates as a generator (generator) that generates electric power. The obtained power is charged into the battery 13 via the inverter 12.

熱媒ポンプ１３０は、モータジェネレータ１２０の反膨張機側に配設されて、モータハウジング１２１に固定されるポンプハウジング１３１内に収容されている。熱媒ポンプ１３０は、上記膨張機兼圧縮機１１０と同様に、基板部１３２ａ、歯部１３２ｂから成る固定スクロール１３２と、基板部１３３ａ、歯部１３３ｂから成る旋回スクロール１３３とを有している。固定スクロール１３２は、ポンプハウジング１３１に固定され、旋回スクロール１３３は、ポンプハウジング１３１と固定スクロール１３２とによって形成される空間内に配設されている。尚、旋回スクロール１３３は、自転防止機構１３５によって、自転が防止されつつ、公転旋回可能となっている。 The heat medium pump 130 is disposed on the anti-expander side of the motor generator 120 and is housed in a pump housing 131 that is fixed to the motor housing 121. Similar to the expander / compressor 110, the heat medium pump 130 includes a fixed scroll 132 including a base plate portion 132a and a tooth portion 132b, and a revolving scroll 133 including a base plate portion 133a and a tooth portion 133b. The fixed scroll 132 is fixed to the pump housing 131, and the orbiting scroll 133 is disposed in a space formed by the pump housing 131 and the fixed scroll 132. The orbiting scroll 133 is capable of revolving while being prevented from rotating by the rotation preventing mechanism 135.

ポンプハウジング１３１には、後述する気液分離器３２側から接続されて、ポンプハウジング１３１の内部および旋回スクロール１３３側に連通する流入ポート１３１ａが設けられている。また、固定スクロール１３２には、両スクロール１３２、１３３によって形成される作動室Ｐから後述する加熱器４３側に接続される吐出ポート１３２ｃが設けられている。 The pump housing 131 is provided with an inflow port 131a that is connected from the gas-liquid separator 32 side described later and communicates with the inside of the pump housing 131 and the orbiting scroll 133 side. Further, the fixed scroll 132 is provided with a discharge port 132c connected from the working chamber P formed by the scrolls 132 and 133 to the heater 43 described later.

ポンプ軸（本発明における軸に対応）１３４は、ポンプハウジング１３１に固定された軸受け１３４ｃによって回転可能に支持されて、一方の長手方向端部に回転中心軸に対して偏心したクランク部１３４ａを有し、ブッシング１３４ｂ、ベアリング１３３ｃを介して旋回スクロール１３３に連結されている。また、ポンプ軸１３４の他方の長手方向端部は、モータ軸１２４の他端側と接続されている。ここで、ポンプ軸１３４の他方側には、穴部１３４ｄが設けられており、直径が細く形成されたモータ軸１２４の他端側が挿入されている。そして、モータ軸１２４とポンプ軸１３４との間には、一方向クラッチ（断続手段）１４０が設けられている。この一方向クラッチ１４０は、モータ軸１２４が逆方向回転した時に、ポンプ軸１３４に噛み合うことで、ポンプ軸１３４を回転させ、また、モータ軸１２４が正方向回転した時に、ポンプ軸１３４との噛み合いが外れて、モータ軸１２４とポンプ軸１３４とが切断される（ポンプ軸１３４が回転されない）ものとしている。 The pump shaft (corresponding to the shaft in the present invention) 134 is rotatably supported by a bearing 134c fixed to the pump housing 131, and has a crank portion 134a eccentric to the rotation center shaft at one longitudinal end portion. The bushing 134b and the bearing 133c are connected to the orbiting scroll 133. The other longitudinal end of the pump shaft 134 is connected to the other end of the motor shaft 124. Here, a hole 134d is provided on the other side of the pump shaft 134, and the other end side of the motor shaft 124 having a small diameter is inserted. A one-way clutch (intermittent means) 140 is provided between the motor shaft 124 and the pump shaft 134. The one-way clutch 140 rotates the pump shaft 134 by meshing with the pump shaft 134 when the motor shaft 124 rotates in the reverse direction, and meshes with the pump shaft 134 when the motor shaft 124 rotates in the forward direction. And the motor shaft 124 and the pump shaft 134 are disconnected (the pump shaft 134 is not rotated).

そして、モータハウジング１２１とポンプ軸１３４との間には、モータジェネレータ１２０と熱媒ポンプ１３０（流入ポート１３１ａから旋回スクロール１３３に繋がる低圧側）との間をシールする軸封装置としての軸シール１５０が設けられている。 Between the motor housing 121 and the pump shaft 134, a shaft seal 150 as a shaft seal device that seals between the motor generator 120 and the heat medium pump 130 (low pressure side connected to the orbiting scroll 133 from the inflow port 131a). Is provided.

上記のように構成される複合流体機械１００は、ランキンサイクル４０を備える冷凍サイクル３０に組み込まれ、冷凍装置１を形成している。具体的には、膨張機兼圧縮機１１０（圧縮モード時の圧縮機）が冷凍サイクル３０に組み込まれ、また、膨張機兼圧縮機１１０（膨張モード時の膨張機）と熱媒ポンプ１３０とがランキンサイクル４０に組み込まれるようにしている。以下、冷凍装置１について図２を用いて説明する。 The complex fluid machine 100 configured as described above is incorporated in the refrigeration cycle 30 including the Rankine cycle 40 to form the refrigeration apparatus 1. Specifically, an expander / compressor 110 (compressor in compression mode) is incorporated in the refrigeration cycle 30, and the expander / compressor 110 (expander in expansion mode) and the heat medium pump 130 It is designed to be incorporated in the Rankine cycle 40. Hereinafter, the refrigeration apparatus 1 will be described with reference to FIG.

冷凍サイクル２０は、低温側の熱を高温側に移動させて冷熱および温熱を空調に利用するもので、膨張機兼圧縮機１１０、凝縮器３１、気液分離器３２、減圧器３３、蒸発器３４等が環状に接続されて形成されている。 The refrigeration cycle 20 moves the heat on the low temperature side to the high temperature side and uses the heat and heat for air conditioning. The expander / compressor 110, the condenser 31, the gas-liquid separator 32, the decompressor 33, the evaporator 34 and the like are connected in a ring shape.

凝縮器３１は、圧縮モード時の膨張機兼圧縮機１１０の冷媒吐出側に設けられ、高温高圧に圧縮された冷媒を冷却して、凝縮液化する熱交換器である。尚、ファン３１ａは、凝縮器３１に冷却風（車室外空気）を送るものである。 The condenser 31 is a heat exchanger that is provided on the refrigerant discharge side of the expander / compressor 110 in the compression mode and cools the refrigerant compressed to high temperature and high pressure to condense and liquefy it. The fan 31a sends cooling air (air outside the passenger compartment) to the condenser 31.

気液分離器３２は、凝縮器３１で凝縮された冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して液相冷媒を流出させるレシーバである。減圧器３３は、気液分離器３２で分離された液相冷媒を減圧膨脹させるもので、本実施形態では、冷媒を等エンタルピ的に減圧すると共に、圧縮モード時の膨張機兼圧縮機１１０に吸入される冷媒の過熱度が所定値となるように絞り開度を制御する温度式膨脹弁を採用している。 The gas-liquid separator 32 is a receiver that separates the refrigerant condensed in the condenser 31 into a gas-phase refrigerant and a liquid-phase refrigerant and causes the liquid-phase refrigerant to flow out. The decompressor 33 decompresses and expands the liquid-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator 32. In the present embodiment, the decompressor 33 decompresses the refrigerant in an enthalpy manner, and the expander / compressor 110 in the compression mode. A temperature-type expansion valve that controls the throttle opening is employed so that the degree of superheat of the sucked refrigerant becomes a predetermined value.

蒸発器３４は、減圧器３３にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮する熱交換器であり、ファン３４ａによって供給される車室外空気（外気）あるいは車室内空気（内気）を冷却する。そして、蒸発器３４の冷媒流出側には、蒸発器３４側から膨張機兼圧縮機１１０側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁３４ｂが設けられている。 The evaporator 34 is a heat exchanger that exerts an endothermic effect by evaporating the refrigerant decompressed by the decompressor 33, and cools the outside air (outside air) or the inside air (inside air) supplied by the fan 34a. To do. On the refrigerant outflow side of the evaporator 34, a check valve 34b that allows the refrigerant to flow only from the evaporator 34 side to the expander / compressor 110 side is provided.

ランキンサイクル４０は、車両の走行用動力を発生させるエンジン（本発明における発熱機器、熱機関に対応）１０で発生した廃熱からエネルギー（膨張機兼圧縮機１１０の膨張モード時における駆動力）を回収するものである。ランキンサイクル４０は、上記冷凍サイクル３０に対して、凝縮器３１が共用されると共に、この凝縮器３１をバイパスするように気液分離器３２から膨張機兼圧縮器１１０および凝縮器３１の間（Ａ点）に接続される第１バイパス流路４１と、膨張機兼圧縮機１１０および逆止弁３４ｂの間（Ｂ点）から凝縮器３１およびＡ点の間（Ｃ点）に接続される第２バイパス流路４２とが設けられて、以下のように形成されている。 The Rankine cycle 40 generates energy (driving force in the expansion mode of the expander / compressor 110) from waste heat generated in the engine 10 (which corresponds to the heat generating device and the heat engine in the present invention) that generates vehicle driving power. It is to be collected. In the Rankine cycle 40, the condenser 31 is shared with the refrigeration cycle 30, and the gas-liquid separator 32 and the expander / compressor 110 and the condenser 31 are bypassed so as to bypass the condenser 31 ( The first bypass flow path 41 connected to the point A), and between the expander / compressor 110 and the check valve 34b (point B) to between the condenser 31 and the point A (point C). 2 bypass flow paths 42 are provided and formed as follows.

即ち、第１バイパス流路４１には、複合流体機械１００の熱媒ポンプ１３０が配設されると共に、気液分離器３２側から熱媒ポンプ１３０側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁４１ａが設けられている。また、Ａ点と膨張機兼圧縮機１１０との間に加熱器４３が設けられている。 That is, the first bypass flow path 41 is provided with the heat medium pump 130 of the composite fluid machine 100 and a check that allows the refrigerant to flow only from the gas-liquid separator 32 side to the heat medium pump 130 side. A valve 41a is provided. A heater 43 is provided between the point A and the expander / compressor 110.

加熱器４３は、熱媒ポンプ１３０から送られる冷媒とエンジン１０における温水回路２０のエンジン冷却水（温水）との間で熱交換することにより冷媒を加熱する熱交換器であり、三方弁２１によりエンジン１０から流出したエンジン冷却水を加熱器４３に循環させる場合と循環させない場合とが切替えられる。尚、三方弁２１の流路切替えは、図示しない制御装置によって行われるようになっている。 The heater 43 is a heat exchanger that heats the refrigerant by exchanging heat between the refrigerant sent from the heat medium pump 130 and the engine coolant (hot water) of the hot water circuit 20 in the engine 10. The case where the engine cooling water flowing out from the engine 10 is circulated to the heater 43 and the case where it is not circulated are switched. The flow path switching of the three-way valve 21 is performed by a control device (not shown).

因みに、エンジン１０には、エンジン１０の駆動力によって駆動され発電するオルタネータ１１が設けられており、オルタネータ１１によって発電された電力は、インバータ１２を介して、バッテリ１３に充電されるようになっている。 Incidentally, the engine 10 is provided with an alternator 11 that is driven by the driving force of the engine 10 to generate electric power, and the electric power generated by the alternator 11 is charged to the battery 13 via the inverter 12. Yes.

また、水ポンプ２２は温水回路２０内でエンジン冷却水を循環させるポンプ（例えば、エンジン１０によって駆動される機械式ポンプ）であり、ラジエータ２３はエンジン冷却水と外気との間で熱交換してエンジン冷却水を冷却する熱交換器である。 The water pump 22 is a pump that circulates engine coolant in the hot water circuit 20 (for example, a mechanical pump driven by the engine 10), and the radiator 23 exchanges heat between the engine coolant and the outside air. It is a heat exchanger that cools engine coolant.

そして、第２バイパス流路４２には、膨脹機兼圧縮機１１０側から凝縮器３１の冷媒入口側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁４２ａが設けられている。また、Ａ点とＣ点との間には開閉弁４４が設けられている。開閉弁４４は、冷媒流路を開閉する電磁式のバルブであり、図示しない制御装置により制御されるようになっている。 The second bypass passage 42 is provided with a check valve 42 a that allows the refrigerant to flow only from the expander / compressor 110 side to the refrigerant inlet side of the condenser 31. An on-off valve 44 is provided between the points A and C. The on-off valve 44 is an electromagnetic valve that opens and closes the refrigerant flow path, and is controlled by a control device (not shown).

上記気液分離器３２、第１バイパス流路４１、熱媒ポンプ１３０、加熱器４３、膨張機兼圧縮機１１０、第２バイパス流路４２、凝縮器３１等にてランキンサイクル４０が形成される。 A Rankine cycle 40 is formed by the gas-liquid separator 32, the first bypass passage 41, the heat medium pump 130, the heater 43, the expander / compressor 110, the second bypass passage 42, the condenser 31, and the like. .

次に、本実施形態における複合流体機械１００の作動およびその作用効果について説明する。 Next, the operation of the composite fluid machine 100 in this embodiment and the operation and effect thereof will be described.

１．圧縮モード
このモードは、冷凍サイクル３０による冷房が必要な時に、モータジェネレータ１２０をモータとして作動させ、モータ軸１２４に回転力（正方向回転）を与えることにより膨張機兼圧縮機１１０の旋回スクロール１１３を旋回させて冷媒を吸入圧縮する運転モードである。 1. Compression Mode In this mode, when cooling by the refrigeration cycle 30 is necessary, the motor generator 120 is operated as a motor, and a rotational force (forward rotation) is applied to the motor shaft 124 to thereby turn the scroll 113 of the expander / compressor 110. Is an operation mode in which the refrigerant is sucked and compressed.

具体的には、図示しない制御装置は、開閉弁４４を開き、三方弁２１の切替えによって、エンジン冷却水が加熱器４３側に循環しないようにする。また、電磁弁１１７ｈを閉じて、弁体１１７ｄによって流入ポート１１６を閉じた状態で、バッテリ１３、インバータ１２からモータジェネレータ１２０のステータ１２２に電力を供給して、モータ軸１２４を回転させる。 Specifically, a control device (not shown) opens the on-off valve 44 and prevents the engine coolant from circulating to the heater 43 side by switching the three-way valve 21. In addition, with the electromagnetic valve 117h closed and the inflow port 116 closed with the valve body 117d, electric power is supplied from the battery 13 and the inverter 12 to the stator 122 of the motor generator 120 to rotate the motor shaft 124.

この時、膨脹機兼圧縮機１１０は、周知のスクロール型圧縮機と同様に、低圧ポート１２１ａから冷媒を吸引して作動室Ｖにて圧縮した後、吐出ポート１１５から高圧室１１４に圧縮した冷媒を吐出し、高圧ポート１１１ｃから圧縮された冷媒を凝縮器３１側に吐出する。 At this time, like the well-known scroll compressor, the expander / compressor 110 sucks the refrigerant from the low pressure port 121a and compresses it in the working chamber V, and then compresses the refrigerant from the discharge port 115 to the high pressure chamber 114. And the refrigerant compressed from the high pressure port 111c is discharged to the condenser 31 side.

そして、高圧ポート１１１ｃから吐出された冷媒は、加熱器４３→開閉弁４４→凝縮器３１→気液分離器３２→減圧器３３→蒸発器３４→逆止弁３４ｂ→膨脹機兼圧縮機１１０の低圧ポート１２１ａの順に循環（冷凍サイクル３０を循環）し、蒸発器３４の吸熱による冷房が行われる。尚、加熱器４３にはエンジン冷却水が循環しないので、加熱器４３において冷媒は加熱されず、加熱器４３は単なる冷媒流路として機能する。また、熱媒ポンプ１３０のポンプ軸１３４は、一方向クラッチ１４０によってモータ軸１２４との噛み合いが外れるので、熱媒ポンプ１３０は停止状態となって、モータジェネレータ１２０における作動抵抗とならない。 The refrigerant discharged from the high-pressure port 111c is heated by the heater 43 → the on-off valve 44 → the condenser 31 → the gas-liquid separator 32 → the decompressor 33 → the evaporator 34 → the check valve 34b → the expander / compressor 110. Circulation is performed in the order of the low-pressure port 121a (circulation through the refrigeration cycle 30), and cooling by heat absorption of the evaporator 34 is performed. Since the engine cooling water does not circulate in the heater 43, the refrigerant is not heated in the heater 43, and the heater 43 functions as a simple refrigerant flow path. Further, since the pump shaft 134 of the heat medium pump 130 is disengaged from the motor shaft 124 by the one-way clutch 140, the heat medium pump 130 is stopped and does not become an operating resistance in the motor generator 120.

２．膨張モード
このモードは、冷凍サイクル３０による冷房が不要の時に、エンジン１０の廃熱が充分得られる（エンジン冷却水温度が充分高い）場合に、加熱器４３によって加熱された高圧の過熱蒸気冷媒を膨張機兼圧縮機１１０に導入して膨脹させることにより、旋回スクロール１１３を旋回させてモータ軸１２４を回転させ、駆動力（機械的エネルギー）を得る運転モードである。尚、得られた駆動力によりモータジェネレータ１２０のロータ１２３を回転させて発電を行い、その発電された電力をバッテリ１３に充電するようにしている。 2. Expansion mode In this mode, when cooling by the refrigeration cycle 30 is unnecessary, when the waste heat of the engine 10 is sufficiently obtained (the engine coolant temperature is sufficiently high), the high-pressure superheated steam refrigerant heated by the heater 43 is removed. This is an operation mode for obtaining driving force (mechanical energy) by rotating the orbiting scroll 113 and rotating the motor shaft 124 by introducing it into the expander / compressor 110 and expanding it. In addition, the rotor 123 of the motor generator 120 is rotated by the obtained driving force to generate power, and the battery 13 is charged with the generated power.

具体的には、図示しない制御装置は、開閉弁３４を閉じ、三方弁２１の切替えによって、エンジン冷却水が加熱器４３側に循環するようにする。また、モータジェネレータ１２０をモータとして作動させ（逆方向回転）、電磁弁１１７ｈを開いて弁体１１７ｄによって流入ポート１１６を開く。 Specifically, a control device (not shown) closes the on-off valve 34 and causes the engine cooling water to circulate to the heater 43 side by switching the three-way valve 21. Further, the motor generator 120 is operated as a motor (reverse rotation), the electromagnetic valve 117h is opened, and the inflow port 116 is opened by the valve body 117d.

この時、熱媒ポンプ１３０のポンプ軸１３４が一方向クラッチ１４０によってモータ軸１２４と噛み合い、熱媒ポンプ１３０が駆動される。そして、加熱器４３によって加熱された高圧の過熱蒸気冷媒が、高圧ポート１１１ｃ、高圧室１１４、流入ポート１１６を経由して作動室Ｖに導入されて膨脹する。過熱蒸気冷媒の膨脹により旋回スクロール１１３が圧縮モード時に対して逆方向に旋回し、シャフト１１８に与えられた駆動力は、モータジェネレータ１２０のモータ軸１２４、ロータ１２３に伝達される。そして、モータ軸１２４に伝達された駆動力が熱媒ポンプ１３０駆動のための駆動力を超えると、モータジェネレータ１２０は、ジェネレータとして作動することになり、得られた電力はインバータ１２を介してバッテリ１３に充電される。 At this time, the pump shaft 134 of the heat medium pump 130 is engaged with the motor shaft 124 by the one-way clutch 140, and the heat medium pump 130 is driven. Then, the high-pressure superheated vapor refrigerant heated by the heater 43 is introduced into the working chamber V via the high-pressure port 111c, the high-pressure chamber 114, and the inflow port 116 to expand. Due to the expansion of the superheated steam refrigerant, the turning scroll 113 turns in the opposite direction to that in the compression mode, and the driving force applied to the shaft 118 is transmitted to the motor shaft 124 and the rotor 123 of the motor generator 120. When the driving force transmitted to the motor shaft 124 exceeds the driving force for driving the heat medium pump 130, the motor generator 120 operates as a generator, and the obtained electric power is supplied to the battery via the inverter 12. 13 is charged.

そして、膨脹を終えて圧力が低下した冷媒は、低圧ポート１２１ａから流出される。低圧ポート１２１ａから流出される冷媒は、第２バイパス流路４２→逆止弁４２ａ→凝縮器３１→気液分離器３２→第１バイパス流路４１→逆止弁４１ａ→熱媒ポンプ１３０→加熱器４３→膨脹機兼型圧縮機１１０（高圧ポート１１１ｃ）の順に循環することになる（ランキンサイクル４０を循環）。尚、熱媒ポンプ１３０は、加熱器４３にて加熱されて生成された過熱蒸気冷媒の温度に応じた圧力に加圧して気液分離器３２からの液相冷媒を加熱器４３に送り込む。 And the refrigerant | coolant which the pressure fell after finishing expansion flows out out of the low voltage | pressure port 121a. The refrigerant flowing out from the low-pressure port 121a is second bypass channel 42 → check valve 42a → condenser 31 → gas-liquid separator 32 → first bypass channel 41 → check valve 41a → heating medium pump 130 → heating. It circulates in order of the unit 43 → the expander / compressor 110 (high pressure port 111c) (circulates the Rankine cycle 40). The heat medium pump 130 is pressurized to a pressure corresponding to the temperature of the superheated steam refrigerant generated by being heated by the heater 43 and sends the liquid phase refrigerant from the gas-liquid separator 32 to the heater 43.

以上のように、本発明の複合流体機械１００においては、圧縮機を膨張機と兼用した膨張機兼圧縮機１１０とし、モータジェネレータ１２０、熱媒ポンプ１３０を直列に接続するようにしているので、膨張機兼圧縮機１１０の膨張モード時の駆動力によって、熱媒ポンプ１３０の駆動が可能であり、熱媒ポンプ１３０作動用の専用駆動源を不要とすることができる。 As described above, in the complex fluid machine 100 of the present invention, the compressor is the expander / compressor 110 that also serves as the expander, and the motor generator 120 and the heat medium pump 130 are connected in series. The heat medium pump 130 can be driven by the driving force of the expander / compressor 110 in the expansion mode, and a dedicated drive source for operating the heat medium pump 130 can be dispensed with.

そして、エンジン１０の廃熱の有無に関わらず、モータジェネレータ１２０をモータとして作動させることで、膨張機兼圧縮機１１０の圧縮モードの実行が可能となる。この時、膨張機兼圧縮機１１０自信が圧縮機となるので、上記した特許文献１のように、膨張機がモータジェネレータ１２０の作動抵抗となることが無い。 Then, regardless of the presence or absence of waste heat of the engine 10, the compression mode of the expander / compressor 110 can be executed by operating the motor generator 120 as a motor. At this time, since the expander / compressor 110 self-confidence becomes the compressor, the expander does not become the operating resistance of the motor generator 120 as in Patent Document 1 described above.

更に、冷房が不要であり、エンジン１０の廃熱が充分に得られる場合は、膨張機兼圧縮機１１０の膨張モードによる駆動力でモータジェネレータ１２０をジェネレータとして作動させて、発電することが可能となり、廃熱エネルギーを電気エネルギーとして回生することができる。この時、本来の発電用のオルタネータ１１を作動させるための動力を低減でき、エンジン１０の燃費を向上できる。 Further, when cooling is unnecessary and sufficient waste heat of the engine 10 can be obtained, it is possible to generate electric power by operating the motor generator 120 as a generator with the driving force according to the expansion mode of the expander / compressor 110. Waste heat energy can be regenerated as electrical energy. At this time, power for operating the alternator 11 for power generation can be reduced, and the fuel consumption of the engine 10 can be improved.

また、モータジェネレータ１２０を膨張機兼圧縮機１１０の低圧側雰囲気内に配置するようにしているので、より低温となる冷媒によってモータジェネレータ１２０を効果的に冷却することができる。 Further, since the motor generator 120 is arranged in the low pressure side atmosphere of the expander / compressor 110, the motor generator 120 can be effectively cooled by the refrigerant having a lower temperature.

また、熱媒ポンプ１３０の低圧側をモータジェネレータ１２０に接続し、モータジェネレータ１２０と熱媒ポンプ１３０との間に軸シール１５０を設けるようにしているので、モータジェネレータ１２０と熱媒ポンプ１３０との間の冷媒の圧力差を小さくでき、熱媒ポンプ１３０側からモータジェネレータ１２０側への冷媒の漏れを防止することができる。 Further, the low pressure side of the heat medium pump 130 is connected to the motor generator 120, and the shaft seal 150 is provided between the motor generator 120 and the heat medium pump 130. The refrigerant pressure difference can be reduced, and leakage of the refrigerant from the heat medium pump 130 side to the motor generator 120 side can be prevented.

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図３に示す。第２実施形態は上記第１実施形態に対して、冷凍装置１が搭載される車両が、走行条件に応じて（アイドリング時、低速走行時等）エンジン１０が停止される車両（アイドルストップ車両、ハイブリッド車両等）としており、冷凍サイクル３０に専用の主圧縮機３５を設けると共に、各接続流路５１、５２、各開閉弁５１ａ、５２ａ、５３ａを設けるようにしたものである。 (Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in that a vehicle in which the refrigeration apparatus 1 is mounted is a vehicle (idle stop vehicle, in which the engine 10 is stopped according to running conditions (during idling, low speed running, etc.). In this embodiment, a dedicated main compressor 35 is provided in the refrigeration cycle 30, and each connection flow path 51, 52 and each on-off valve 51a, 52a, 53a are provided.

冷凍サイクル３０には、膨張機兼圧縮機１１０とは独立した主圧縮機３５を配設している。即ち、本実施形態の冷凍サイクル３０は、主圧縮機３５、凝縮器３１、気液分離器３２、減圧器３３、蒸発器３４が環状に接続されたものをベースとしている。 The refrigeration cycle 30 is provided with a main compressor 35 independent of the expander / compressor 110. That is, the refrigeration cycle 30 of the present embodiment is based on a main compressor 35, a condenser 31, a gas-liquid separator 32, a decompressor 33, and an evaporator 34 connected in an annular shape.

主圧縮機３５は、断続手段としての電磁クラッチが設けられたプーリ３５ａを有しており、このプーリ３５ａは、駆動ベルト１４を介して、エンジン１０に接続されている。主圧縮機３５は、プーリ３５ａの電磁クラッチが接続されると、エンジン１０の駆動力によって駆動され、また、電磁クラッチが切断されると停止されるようになっている。尚、電磁クラッチの断続は、図示しない制御装置によって制御されるようになっている。 The main compressor 35 has a pulley 35 a provided with an electromagnetic clutch as an intermittent means, and this pulley 35 a is connected to the engine 10 via the drive belt 14. The main compressor 35 is driven by the driving force of the engine 10 when the electromagnetic clutch of the pulley 35a is connected, and is stopped when the electromagnetic clutch is disconnected. Note that the engagement / disengagement of the electromagnetic clutch is controlled by a control device (not shown).

ランキンサイクル４０は、上記第１実施形態と同様に、複合流体機械１００が用いられて、熱媒ポンプ１３０、加熱器４３、膨張機兼圧縮機１１０、凝縮器３１、気液分離器３２が環状に接続されて形成されている。 As in the first embodiment, the Rankine cycle 40 uses the complex fluid machine 100, and the heat medium pump 130, the heater 43, the expander / compressor 110, the condenser 31, and the gas-liquid separator 32 are annular. It is connected to and formed.

そして、主圧縮機３５の冷媒吸入側（Ｄ点）と、膨張機兼圧縮機１１０の低圧側（Ｅ点）とを接続する第１接続流路５１を設け、また、膨張機兼圧縮機１１０の高圧側（Ｆ点）と、主圧縮機３５の冷媒吐出側（Ｇ点）とを接続する第２接続流路５２を設けている。 A first connection channel 51 is provided to connect the refrigerant suction side (point D) of the main compressor 35 and the low pressure side (point E) of the expander / compressor 110, and the expander / compressor 110 is provided. The second connection flow path 52 is provided to connect the high pressure side (point F) to the refrigerant discharge side (point G) of the main compressor 35.

第１接続流路５１中には第１開閉弁５１ａを、第２接続流路５２中には第２開閉弁５２ａを、更に、Ｅ点と凝縮器３１との間には第３開閉弁５３ａを設けている。各開閉弁５１ａ、５２ａ、５３ａは、第１接続流路５１、第２接続流路５２、Ｅ点と凝縮器３１との間、をそれぞれ開閉する電磁式の弁であり、図示しない制御装置によって制御されるようになっている。 A first on-off valve 51 a is provided in the first connection channel 51, a second on-off valve 52 a is provided in the second connection channel 52, and a third on-off valve 53 a is provided between the point E and the condenser 31. Is provided. Each on-off valve 51a, 52a, 53a is an electromagnetic valve that opens and closes the first connection flow path 51, the second connection flow path 52, the point E and the condenser 31, respectively, and is controlled by a control device (not shown). To be controlled.

次に、上記構成に基づく作動について図４〜図８を用いて説明する。 Next, the operation based on the above configuration will be described with reference to FIGS.

１．メインＡ／Ｃ単独モード（図４）
このモードは、エンジン１０が例えば暖機中でエンジン１０からの廃熱が充分に得られない場合、あるいは、バッテリ１３の充電量が充分にあり充電が不要の場合で、冷房が必要な時に、主圧縮機３５を作動させる運転モードである。 1. Main A / C single mode (Fig. 4)
This mode is, for example, when the engine 10 is warmed up and sufficient waste heat from the engine 10 is not obtained, or when the battery 13 is sufficiently charged and charging is not necessary, and cooling is required. This is an operation mode in which the main compressor 35 is operated.

具体的には、図示しない制御装置は、三方弁２１の切替えによって、エンジン冷却水が加熱器４３側に循環しないようにする。また、各開閉弁５１ａ、５２ａ、５３ａをすべて閉じて、主圧縮機３５のプーリ３５ａの電磁クラッチを接続状態にする。 Specifically, a control device (not shown) prevents the engine coolant from circulating to the heater 43 side by switching the three-way valve 21. Further, all the on-off valves 51a, 52a, 53a are closed, and the electromagnetic clutch of the pulley 35a of the main compressor 35 is brought into a connected state.

この時、主圧縮機３５は、エンジン１０によって駆動され、冷媒を圧縮吐出し、吐出された冷媒は冷凍サイクル３０内を循環し（図４中の実線矢印）、蒸発器３４の吸熱による冷房が行われる。尚、このモードにおいては、複合流体機械１００は停止状態となっている。 At this time, the main compressor 35 is driven by the engine 10 to compress and discharge the refrigerant, and the discharged refrigerant circulates in the refrigeration cycle 30 (solid arrow in FIG. 4), and cooling due to heat absorption of the evaporator 34 is performed. Done. In this mode, the composite fluid machine 100 is in a stopped state.

２．ランキン単独モード（図５）
このモードは、エンジン１０による車両の走行が行われており、エンジン１０からの廃熱が充分に得られ、また、バッテリ１３への充電が必要な場合で、冷房が不要の時に、膨張機兼圧縮機１１０の膨張モードを実行させる運転モード（上記第１実施形態の膨張モードに対応するモード）である。 2. Rankine single mode (Fig. 5)
In this mode, when the vehicle is driven by the engine 10, sufficient waste heat from the engine 10 is obtained, and when the battery 13 needs to be charged and cooling is not necessary, the expansion machine is also used. This is an operation mode (a mode corresponding to the expansion mode of the first embodiment) in which the expansion mode of the compressor 110 is executed.

具体的には、図示しない制御装置は、三方弁２１の切替えによって、エンジン冷却水が加熱器４３側を循環するようにする。また、第１開閉弁５１ａ、第２開閉弁５２ａを閉じ、第３開閉弁５３ａを開く。主圧縮機３５のプーリ３５ａの電磁クラッチは、切断状態とし、更に、モータジェネレータ１２０をモータとして作動させ（逆方向回転）、膨張機兼圧縮機１１０の電磁弁１１７ｈ（図１）を開く。 Specifically, a control device (not shown) causes the engine coolant to circulate through the heater 43 side by switching the three-way valve 21. Further, the first on-off valve 51a and the second on-off valve 52a are closed, and the third on-off valve 53a is opened. The electromagnetic clutch of the pulley 35a of the main compressor 35 is in a disconnected state, and further, the motor generator 120 is operated as a motor (reverse rotation), and the electromagnetic valve 117h (FIG. 1) of the expander / compressor 110 is opened.

この時、熱媒ポンプ１３０が駆動され加熱器４３からの過熱蒸気冷媒の膨脹により膨張機兼圧縮機１１０に駆動力が発生され、この駆動力によってモータジェネレータ１２０が駆動される。膨張機兼圧縮機１１０に与えられた駆動力が熱媒ポンプ１３０駆動のための駆動力を超えると、モータジェネレータ１２０は、ジェネレータとして作動することになり、得られた電力はインバータ１２を介してバッテリ１３に充電される。そして、膨張機兼圧縮機１１０から流出される冷媒は、図５中の破線矢印のようにランキンサイクル４０を循環する。尚、このモードにおいては、主圧縮機３５は停止状態となっている。 At this time, the heat medium pump 130 is driven, and a driving force is generated in the expander / compressor 110 by the expansion of the superheated steam refrigerant from the heater 43, and the motor generator 120 is driven by this driving force. When the driving force applied to the expander / compressor 110 exceeds the driving force for driving the heat medium pump 130, the motor generator 120 operates as a generator, and the obtained electric power passes through the inverter 12. The battery 13 is charged. And the refrigerant | coolant which flows out from the expander and compressor 110 circulates through Rankine cycle 40 like the broken-line arrow in FIG. In this mode, the main compressor 35 is stopped.

３．メインＡ／Ｃ、ランキン同時運転モード（図６）
このモードは、エンジン１０による車両の走行が行われており、エンジン１０からの廃熱が充分に得られ、また、バッテリ１３への充電が必要な場合で、冷房が必要な時に、上記ランキン単独モードに加えて、主圧縮機３５も併せて作動させる運転モードである。 3. Main A / C, Rankine simultaneous operation mode (Fig. 6)
In this mode, when the vehicle is driven by the engine 10, the waste heat from the engine 10 is sufficiently obtained, and when the battery 13 needs to be charged and the cooling is necessary, the Rankine alone is used. In addition to the mode, the main compressor 35 is also operated in combination.

具体的には、図示しない制御装置は、三方弁２１の切替えによって、エンジン冷却水が加熱器４３側を循環するようにする。また、第１開閉弁５１ａ、第２開閉弁５２ａを閉じ、第３開閉弁５３ａを開く。更に、モータジェネレータ１２０をモータとして作動させ（逆方向回転）、膨張機兼圧縮機１１０の電磁弁１１７ｈ（図１）を開くと共に、主圧縮機３５のプーリ３５ａの電磁クラッチを接続状態とする。 Specifically, a control device (not shown) causes the engine coolant to circulate through the heater 43 side by switching the three-way valve 21. Further, the first on-off valve 51a and the second on-off valve 52a are closed, and the third on-off valve 53a is opened. Further, the motor generator 120 is operated as a motor (reverse rotation), the electromagnetic valve 117h (FIG. 1) of the expander / compressor 110 is opened, and the electromagnetic clutch of the pulley 35a of the main compressor 35 is brought into a connected state.

この時、ランキンサイクル４０においては、上記のランキン単独モードと同一の作動を果たし、膨張機兼圧縮機１１０で得られた駆動力によって、モータジェネレータ１２０で発電が行われる（冷媒流れは図６中の破線矢印）。 At this time, the Rankine cycle 40 performs the same operation as the Rankine single mode, and the motor generator 120 generates power by the driving force obtained by the expander / compressor 110 (the refrigerant flow is shown in FIG. 6). Dashed arrows).

また、冷凍サイクル３０においては、上記のメインＡ／Ｃ単独モードと同一の作動を果たし、主圧縮機３５がエンジン１０によって駆動され、蒸発器３４の吸熱による冷房が行われる（冷媒流れは図６中の実線矢印）。 In the refrigeration cycle 30, the same operation as in the main A / C single mode is performed, the main compressor 35 is driven by the engine 10, and cooling is performed by heat absorption of the evaporator 34 (the refrigerant flow is shown in FIG. 6). Solid arrows inside).

４．Ａ／Ｃアシストモード（図７）
このモードは、例えば、夏場における炎天下放置後のクールダウン時のように、冷房能力が大きく必要とされる時に、冷房を第１優先として、主圧縮機３５に加えて、膨張機兼圧縮機１１０の圧縮モードを実行して作動させる運転モードである。 4). A / C assist mode (Figure 7)
In this mode, for example, when a large cooling capacity is required, such as during cool-down after being left under the sun in summer, cooling is given first priority, and in addition to the main compressor 35, the expander / compressor 110 This is an operation mode that is operated by executing the compression mode.

具体的には、図示しない制御装置は、三方弁２１の切替えによって、エンジン冷却水が加熱器４３側に循環しないようにする。また、第１開閉弁５１ａ、第２開閉弁５２ａを開き、第３開閉弁５３ａを閉じる。膨張機兼圧縮機１１０の電磁弁１１７ｈ（図１）を閉じ、モータジェネレータ１２０のステータ１２２に電力を供給して、モータとして作動させる（正方向回転）。更に、主圧縮機３５のプーリ３５ａの電磁クラッチを接続状態にする。 Specifically, a control device (not shown) prevents the engine coolant from circulating to the heater 43 side by switching the three-way valve 21. Further, the first on-off valve 51a and the second on-off valve 52a are opened, and the third on-off valve 53a is closed. The solenoid valve 117h (FIG. 1) of the expander / compressor 110 is closed, and electric power is supplied to the stator 122 of the motor generator 120 to operate as a motor (forward rotation). Further, the electromagnetic clutch of the pulley 35a of the main compressor 35 is brought into a connected state.

この時、主圧縮機３５は、エンジン１０によって駆動され、冷媒を圧縮吐出し、吐出された冷媒は冷凍サイクル３０内を循環する（図７中の実線矢印）。更に、膨張機兼圧縮機１１０はモータジェネレータ１２０によって圧縮モードとなり、冷凍サイクル３０を流通する冷媒の一部は、主圧縮機３５の吸入側（Ｄ点）から第１接続流路５１、第１開閉弁５１ａを流通して、膨張機兼圧縮機１１０に至り、圧縮吐出されて、第２接続流路５２、第２開閉弁５２ａを経て、凝縮器３１に至る（図７中の一点鎖線矢印）。即ち、冷凍サイクル３０において、並列配置される主圧縮機３５および膨張機兼圧縮機１１０によって、高流量の冷媒が圧縮吐出され、蒸発器３４、凝縮器３１を流通する冷媒流量が増加され、蒸発器３４における冷房能力が増大される。尚、熱媒ポンプ１３０は、一方向クラッチ１４０によってモータジェネレータ１２０から切り離されて、停止状態となる。 At this time, the main compressor 35 is driven by the engine 10 to compress and discharge the refrigerant, and the discharged refrigerant circulates in the refrigeration cycle 30 (solid arrow in FIG. 7). Further, the expander / compressor 110 is switched to the compression mode by the motor generator 120, and a part of the refrigerant flowing through the refrigeration cycle 30 is supplied from the suction side (point D) of the main compressor 35 to the first connection flow path 51, the first It circulates through the on-off valve 51a, reaches the expander / compressor 110, is compressed and discharged, passes through the second connection flow path 52 and the second on-off valve 52a, and reaches the condenser 31 (the chain line arrow in FIG. 7). ). That is, in the refrigeration cycle 30, the main compressor 35 and the expander / compressor 110 arranged in parallel compress and discharge a high flow rate refrigerant, and the flow rate of the refrigerant flowing through the evaporator 34 and the condenser 31 is increased. The cooling capacity in the vessel 34 is increased. The heat medium pump 130 is disconnected from the motor generator 120 by the one-way clutch 140 and is stopped.

５．サブＡ／Ｃ単独モード（図８）
このモードは、走行中にエンジン１０が停止された場合でも、冷房が必要な時に、主圧縮機３５に代えて膨張機兼圧縮機１１０の圧縮モードを実行して、冷房を行う運転モード（上記第１実施形態の圧縮モードに対応するモード）である。 5). Sub A / C single mode (Fig. 8)
In this mode, even when the engine 10 is stopped during traveling, when the cooling is necessary, the operation mode (described above) is performed by executing the compression mode of the expander / compressor 110 instead of the main compressor 35 to perform the cooling. Mode corresponding to the compression mode of the first embodiment).

具体的には、図示しない制御装置は、三方弁２１の切替えによって、エンジン冷却水が加熱器４３側に循環しないようにする。また、第１開閉弁５１ａ、第２開閉弁５２ａを開き、第３開閉弁５３ａを閉じる。膨張機兼圧縮機１１０の電磁弁１１７ｈ（図１）を閉じ、モータジェネレータ１２０のステータ１２２に電力を供給して、モータとして作動させる（正方向回転）。 Specifically, a control device (not shown) prevents the engine coolant from circulating to the heater 43 side by switching the three-way valve 21. Further, the first on-off valve 51a and the second on-off valve 52a are opened, and the third on-off valve 53a is closed. The solenoid valve 117h (FIG. 1) of the expander / compressor 110 is closed, and electric power is supplied to the stator 122 of the motor generator 120 to operate as a motor (forward rotation).

この時、主圧縮機３５はエンジン１０の停止と共に停止状態となり、膨張機兼圧縮機１１０はモータジェネレータ１２０によって圧縮モードとなる。そして、蒸発器３４から流出した冷媒は、第１接続流路５１→第１開閉弁５１ａ→膨張機兼圧縮機１１０→第２接続流路５２→第２開閉弁５２ａ→凝縮器３１→気液分離器３２→減圧器３３→蒸発器３４を循環し（図８中の実線矢印）、蒸発器３４の吸熱による冷房が行われる。ここでは、上記冷媒の循環するサイクルが冷凍サイクルとなる。尚、熱媒ポンプ１３０は、一方向クラッチ１４０によってモータジェネレータ１２０から切り離されて、停止状態となる。 At this time, the main compressor 35 is stopped when the engine 10 is stopped, and the expander / compressor 110 is put into a compression mode by the motor generator 120. The refrigerant that has flowed out of the evaporator 34 is the first connection flow path 51 → the first on-off valve 51a → the expander / compressor 110 → the second connection flow path 52 → the second on-off valve 52a → the condenser 31 → the gas-liquid. The separator 32 → the decompressor 33 → the evaporator 34 is circulated (solid arrow in FIG. 8), and the evaporator 34 is cooled by absorbing heat. Here, the cycle in which the refrigerant circulates is a refrigeration cycle. The heat medium pump 130 is disconnected from the motor generator 120 by the one-way clutch 140 and is stopped.

このように、本実施形態においては、冷凍サイクル３０にエンジン１０によって駆動される主圧縮機３５を設け、また、冷凍サイクル３０およびランキンサイクル４０間に各接続流路５１、５２、各開閉弁５１ａ、５２ａ、５３ａを設けるようにしているので、エンジン１０の作動時において、エンジン１０の廃熱の状態、冷房要求、発電要求等に応じて、冷房、発電の両機能を独立して、あるいは、両機能を同時に発揮できる。 As described above, in the present embodiment, the main compressor 35 driven by the engine 10 is provided in the refrigeration cycle 30, and each connection flow path 51, 52 and each on-off valve 51 a are provided between the refrigeration cycle 30 and the Rankine cycle 40. , 52a, 53a are provided so that when the engine 10 is operated, both the cooling and power generation functions can be independently performed according to the waste heat state of the engine 10, the cooling request, the power generation request, etc. Both functions can be demonstrated simultaneously.

また、冷房能力の要求が高い時に、主圧縮機３５に加えて、膨張機兼圧縮機１１０の圧縮モードを実行して、並列配置となる２つの圧縮機を作動させることができ、冷房能力を向上できる。 In addition, when the demand for cooling capacity is high, in addition to the main compressor 35, the compression mode of the expander / compressor 110 can be executed to operate two compressors arranged in parallel. It can be improved.

更に、エンジン１０が停止した時においても、主圧縮機３５に代えて、膨張機兼圧縮機１１０の圧縮モードを実行することで、継続冷房が可能となる。 Furthermore, even when the engine 10 is stopped, continuous cooling can be performed by executing the compression mode of the expander / compressor 110 instead of the main compressor 35.

（その他の実施形態）
上記の実施形態においては、スクロール型の膨張機兼圧縮機１１０を採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ロータリ型、ピストン型、ベーン型等のその他の形式のものを適用することができる。 (Other embodiments)
In the above embodiment, the scroll type expander / compressor 110 is used, but the present invention is not limited to this, and other types such as a rotary type, a piston type, and a vane type are applied. can do.

また、上記の実施形態においては、発熱機器として、車両用のエンジン（熱機関、内燃機関）１０としたが、これに限らず、例えば、外燃機関、燃料電池車両の燃料電池スタック、各種モータ、インバータ等のように作動時に発熱を伴い、温度制御のためにその熱の一部を捨てるもの（廃熱が発生するもの）であれば、広く適用することができる。 In the above-described embodiment, the vehicle engine (heat engine, internal combustion engine) 10 is used as the heat generating device. However, the present invention is not limited thereto, and examples thereof include an external combustion engine, a fuel cell stack of a fuel cell vehicle, and various motors. As long as the inverter generates heat during operation and discards part of the heat for temperature control (those that generate waste heat), it can be widely applied.

本発明における複合流体機械を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the composite fluid machine in this invention. 本発明の第１実施形態における冷凍装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the freezing apparatus in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態における冷凍装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the freezing apparatus in 2nd Embodiment of this invention. 図３においてメインＡ／Ｃ単独モードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a refrigerant flow direction when operating in a main A / C single mode in FIG. 3. 図３においてランキン単独モードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the refrigerant | coolant flow direction in the case of operate | moving in Rankine single mode in FIG. 図３においてメインＡ／Ｃ、ランキン同時運転モードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the refrigerant | coolant flow direction in the case of operate | moving in main A / C and Rankine simultaneous operation mode in FIG. 図３においてＡ／Ｃアシストモードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the refrigerant | coolant flow direction in the case of operate | moving in A / C assist mode in FIG. 図３においてサブＡ／Ｃ単独モードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the refrigerant | coolant flow direction in the case of operate | moving in sub A / C single mode in FIG.

Explanation of symbols

１冷凍装置
１０エンジン（発熱機器、熱機関）
３０冷凍サイクル
３１凝縮器
４０ランキンサイクル
１００熱媒ポンプ一体型膨張発電機兼電動圧縮機（複合流体機械）
１１０膨張機兼圧縮機
１１４高圧室
１１６流入ポート（切替え手段）
１０７ｄ弁体（切替え手段）
１２０モータジェネレータ（回転電機）
１３０熱媒ポンプ（ポンプ）
１３４ポンプ軸（軸）
１５０軸シール（軸封装置）
Ｖ作動室 1 Refrigeration equipment 10 Engine (heating equipment, heat engine)
30 Refrigeration cycle 31 Condenser 40 Rankine cycle 100 Heat medium pump integrated expansion generator / electric compressor (composite fluid machine)
110 expander / compressor 114 high pressure chamber 116 inflow port (switching means)
107d Valve body (switching means)
120 Motor generator (rotary electric machine)
130 Heat transfer pump (pump)
134 Pump shaft
150 Shaft seal (shaft seal device)
V Working room

Claims

A refrigeration apparatus comprising a Rankine cycle (40) that is formed using the condenser (31) in the refrigeration cycle (30) and that uses the waste heat of the heat generating device (10) as a heating source,
An expander (110) that generates a driving force by expansion of fluid circulated by the pump (130);
A rotating electrical machine (120) housed in a housing (121) and having both functions of a generator and an electric motor;
The pump (130), the rotating electrical machine (120), and the expander (110) are connected in series,
Said expander (110), by means (116,117D) switch switching the flow path between the working chamber (V) and the high pressure chamber (114), to function as a compressor for compressing eject the fluid And
The rotating electrical machine (120) is disposed in the low pressure side atmosphere of the fluid in the expander (110),
The low pressure side of the pump (130) is connected to the anti-expander side of the rotating electrical machine (120);
The end of the pump shaft (134) of the pump (130) protrudes into the housing (121),
Between the housing (121) and the pump shaft (134), a shaft seal device (150) for preventing leakage of the fluid between the rotating electrical machine (120) and the pump (130) is provided,
The end of the pump shaft (134) is provided with a hole (134d) that is recessed in the axial direction.
A motor shaft (124) of the rotating electrical machine (120) is inserted into the hole (134d),
A refrigeration apparatus comprising a one-way clutch (140) provided between the motor shaft (124) and the pump shaft (134) .

The pump (130) and the expander (110) are used in the Rankine cycle (40),
The refrigerating device according to claim 1, wherein the compressor the expander when operating as (110), characterized in that it is used in the refrigeration cycle (30).

It said heating device (10) The refrigeration system of claim 1 or claim 2 characterized in that it is a heat engine (10).