JP4742985B2 - Expander-integrated compressor and refrigeration cycle apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、流体を圧縮する圧縮機構と流体を膨張させる膨張機構とを有する膨張機一体型圧縮機、およびそれを備えた冷凍サイクル装置に関するものである。 The present invention relates to an expander-integrated compressor having a compression mechanism for compressing fluid and an expansion mechanism for expanding fluid, and a refrigeration cycle apparatus including the same.
従来から、密閉容器内に圧縮機構と膨張機構とが上下に配置された膨張機一体型圧縮機が知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, an expander-integrated compressor in which a compression mechanism and an expansion mechanism are arranged vertically in an airtight container is known (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1の図5に開示された膨張機一体型圧縮機は、密閉容器からなるケーシングと、ケーシング内に配置された膨張機構、電動機および圧縮機構とを備えている。膨張機構、電動機、圧縮機構は、上方から下方に向かって順に配置されている。圧縮機構の回転軸は上下に延びており、膨張機構はこの回転軸に連結されている。すなわち、圧縮機構の回転軸が膨張機構の回転軸を兼用している。ケーシングの底部には油溜まりが設けられている。回転軸の下部にはオイルポンプが設けられ、回転軸の内部には給油通路が形成されている。上記膨張機一体型圧縮機では、オイルポンプによって汲み上げられた油は、給油通路を通って圧縮機構および膨張機構の各摺動部分に供給される。 The expander-integrated compressor disclosed in FIG. 5 of Patent Document 1 includes a casing formed of a sealed container, and an expansion mechanism, an electric motor, and a compression mechanism disposed in the casing. The expansion mechanism, the electric motor, and the compression mechanism are arranged in order from the top to the bottom. The rotation shaft of the compression mechanism extends vertically, and the expansion mechanism is connected to the rotation shaft. That is, the rotation shaft of the compression mechanism also serves as the rotation shaft of the expansion mechanism. An oil sump is provided at the bottom of the casing. An oil pump is provided at the lower part of the rotating shaft, and an oil supply passage is formed inside the rotating shaft. In the expander-integrated compressor, the oil pumped up by the oil pump is supplied to the sliding portions of the compression mechanism and the expansion mechanism through the oil supply passage.
ケーシング内は、隔壁によって圧縮機構側の空間と膨張機構側の空間とに区画されている。電動機は圧縮機構側空間に配置されている。上記膨張機一体型圧縮機はいわゆる高圧ドーム型であり、ケーシング内には高圧の冷媒が充填されている。圧縮機構側空間には、圧縮機構から吐出された圧縮後の冷媒が充填されている。
ところで、高圧ドーム型の膨張機一体型圧縮機においては、圧縮機構に供給された油は、圧縮機構の摺動部を潤滑した後、油溜まりに戻る。あるいは、吐出冷媒とともにケーシング内に吐出された後、ケーシング内において冷媒と分離され、油溜まりに戻る。そのため、油溜まりの油は、比較的高温となる。一方、膨張機構では、膨張後の冷媒は比較的低温となる。そのため、油溜まりの高温の油が給油通路を通じて膨張機構に供給されると、油から膨張機構内の冷媒に向かって熱が移動し、膨張機構から吐出される冷媒のエンタルピが増大する。その結果、冷凍能力が低下するという課題があった。 By the way, in the high-pressure dome type expander-integrated compressor, the oil supplied to the compression mechanism returns to the oil reservoir after lubricating the sliding portion of the compression mechanism. Alternatively, after being discharged into the casing together with the discharged refrigerant, it is separated from the refrigerant in the casing and returns to the oil sump. Therefore, the oil in the oil reservoir becomes relatively high temperature. On the other hand, in the expansion mechanism, the expanded refrigerant has a relatively low temperature. Therefore, when hot oil in the oil reservoir is supplied to the expansion mechanism through the oil supply passage, heat moves from the oil toward the refrigerant in the expansion mechanism, and the enthalpy of the refrigerant discharged from the expansion mechanism increases. As a result, there has been a problem that the refrigerating capacity is reduced.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧縮機構と膨張機構とを備えた膨張機一体型圧縮機において、膨張機構における油から流体(冷媒)への熱移動を抑制することにある。 The present invention has been made in view of such points, and an object of the present invention is to provide an expander-integrated compressor including a compression mechanism and an expansion mechanism, from oil to fluid (refrigerant) in the expansion mechanism. It is in suppressing heat transfer.
本発明に係る膨張機一体型圧縮機は、密閉容器と、前記密閉容器の内部を上側空間と下側空間とに仕切る隔壁と、前記上側空間内に配置され、流体を圧縮する圧縮機構と、前記下側空間内に配置され、流体を膨張させる膨張機構と、前記圧縮機構を回転させる上側回転部と前記膨張機構によって回転力を受ける下側回転部とを有し、前記隔壁を貫通して上下方向に延びる回転軸と、を備え、前記隔壁の上側には、上側油溜まりが形成され、前記下側空間の底部には、下側油溜まりが形成され、前記回転軸における前記隔壁の上方部分には、前記上側油溜まりから前記圧縮機構に油を供給する上側吸入機構が形成され、前記上側油溜まりの油を前記下側空間に供給する供給通路と、前記供給通路を通過する油の流量を変更する流量変更機構と、を備えたものである。 An expander-integrated compressor according to the present invention includes a hermetic container, a partition that partitions the inside of the hermetic container into an upper space and a lower space, a compression mechanism that is disposed in the upper space, and compresses fluid. An expansion mechanism that is disposed in the lower space and expands the fluid; an upper rotation portion that rotates the compression mechanism; and a lower rotation portion that receives a rotational force by the expansion mechanism, and penetrates the partition wall. An upper oil sump is formed on the upper side of the partition, and a lower oil sump is formed on the bottom of the lower space, and the upper part of the lower shaft is above the partition. In the portion, an upper suction mechanism for supplying oil from the upper oil reservoir to the compression mechanism is formed, a supply passage for supplying the oil in the upper oil reservoir to the lower space, and an oil passage through the supply passage. A flow rate change mechanism for changing the flow rate, and It includes those were.
上記膨張機一体型圧縮機によれば、密閉容器の内部に、圧縮機構側の上側油溜まりと、膨張機構側の下側油溜まりとが形成されている。そして、圧縮機構の潤滑に用いられた高温の油は、上側油溜まりに戻り、上側油溜まりにいったん留まった後、その一部が供給通路を経て下側の油溜まりに供給される。そのため、上側油溜まりの油に比べて、下側油溜まりの油は低温となる。ここで、上側油溜まりの油は上側吸入機構によって吸い込まれ、圧縮機構に供給される。一方、下側油溜まりの油は、膨張機構の潤滑に用いられる。そのため、上側空間では比較的高温の上側油溜まりの油が利用され、下側空間では比較的低温の下側油溜まりの油が利用される。したがって、膨張機構に供給される油は、比較的低温の油となるので、膨張機構における油から冷媒(流体)への熱移動は抑制される。その結果、膨張機構から吐出される冷媒のエンタルピの増大を抑えることができ、冷凍能力の向上を図ることができる。 According to the expander-integrated compressor, the upper oil reservoir on the compression mechanism side and the lower oil reservoir on the expansion mechanism side are formed inside the sealed container. The high-temperature oil used for lubrication of the compression mechanism returns to the upper oil sump, and once stays in the upper oil sump, a part thereof is supplied to the lower oil sump via the supply passage. Therefore, the oil in the lower oil sump is lower in temperature than the oil in the upper oil sump. Here, the oil in the upper oil reservoir is sucked by the upper suction mechanism and supplied to the compression mechanism. On the other hand, the oil in the lower oil reservoir is used for lubrication of the expansion mechanism. Therefore, the oil in the upper oil sump with a relatively high temperature is used in the upper space, and the oil in the lower oil sump with a relatively low temperature is used in the lower space. Therefore, since the oil supplied to the expansion mechanism becomes a relatively low temperature oil, heat transfer from the oil to the refrigerant (fluid) in the expansion mechanism is suppressed. As a result, an increase in the enthalpy of the refrigerant discharged from the expansion mechanism can be suppressed, and the refrigeration capacity can be improved.
ただし、圧縮機構側の上側空間と膨張機構側の下側空間とを完全に遮断してしまうと、上側油溜まりと下側油溜まりとの間で油量のアンバランスが生じるおそれがある。しかし、上記膨張機一体型圧縮機によれば、上側油溜まりの油を下側空間に供給する供給通路と、供給通路を通過する油の流量を変更する流量変更機構とを備えているので、油量のアンバランスを是正することができる。 However, if the upper space on the compression mechanism side and the lower space on the expansion mechanism side are completely blocked, there is a risk that an oil amount imbalance occurs between the upper oil reservoir and the lower oil reservoir. However, according to the above-described expander-integrated compressor, since the supply passage for supplying the oil in the upper oil reservoir to the lower space and the flow rate changing mechanism for changing the flow rate of the oil passing through the supply passage are provided. The oil imbalance can be corrected.
前記回転軸の下部には、前記下側油溜まりから前記膨張機構に油を供給する下側吸入機構が形成されていてもよい。 A lower suction mechanism that supplies oil from the lower oil reservoir to the expansion mechanism may be formed at a lower portion of the rotating shaft.
これにより、上側油溜まりの油は上側吸入機構によって吸い込まれ、圧縮機構に供給される一方、下側油溜まりの油は下側吸入機構によって吸い込まれ、膨張機構に供給される。そのため、上側空間および下側空間のそれぞれにおいて、油を循環させることができる。 Thereby, the oil in the upper oil reservoir is sucked by the upper suction mechanism and supplied to the compression mechanism, while the oil in the lower oil reservoir is sucked by the lower suction mechanism and supplied to the expansion mechanism. Therefore, oil can be circulated in each of the upper space and the lower space.
前記圧縮機構は、圧縮した流体を前記上側空間に吐出するように構成され、前記膨張機一体型圧縮機は、前記密閉容器を貫通して前記圧縮機構の吸入側に接続された第1吸入管と、前記密閉容器に接続され、一端が前記上側空間に開放された第1吐出管と、前記密閉容器を貫通して前記膨張機構の吸入側に接続された第2吸入管と、前記密閉容器を貫通して前記膨張機構の吐出側に接続された第2吐出管と、を備えていてもよい。 The compression mechanism is configured to discharge a compressed fluid to the upper space, and the expander-integrated compressor is connected to the suction side of the compression mechanism through the hermetic container. A first discharge pipe connected to the sealed container and having one end opened to the upper space, a second suction pipe passing through the sealed container and connected to the suction side of the expansion mechanism, and the sealed container And a second discharge pipe connected to the discharge side of the expansion mechanism.
この種の膨張機一体型圧縮機では、圧縮後の流体は、圧縮機構からいったん上側空間に放出された後、第1吐出管を通じて密閉容器の外部に流出する。一方、膨張後の流体は、下側空間に放出されることなく、膨張機構から第2吐出管を通じて密閉容器の外部に流出する。そのため、圧縮後の流体に含まれる油は分離されやすく、上側油溜まりに戻りやすいが、膨張後の流体に含まれる油は下側油溜まりに戻りにくい。したがって、上側油溜まりと下側油溜まりとの間で油量のアンバランスが生じやすい。ところが、上記膨張機一体型圧縮機によれば、圧縮機構を上側に配置し、膨張機構を下側に配置し、そのうえで上側油溜まりの油を下側空間に供給する供給通路を備えているので、圧縮機構側の油を膨張機構側に対して重力を利用して供給することができる。そのため、そのような油量のアンバランスを良好に是正することができる。 In this type of expander-integrated compressor, the compressed fluid is once discharged from the compression mechanism into the upper space and then flows out of the sealed container through the first discharge pipe. On the other hand, the fluid after expansion flows out of the sealed container from the expansion mechanism through the second discharge pipe without being discharged into the lower space. Therefore, the oil contained in the fluid after compression is easily separated and easily returned to the upper oil sump, but the oil contained in the fluid after expansion is difficult to return to the lower oil sump. Therefore, the oil amount tends to be unbalanced between the upper oil sump and the lower oil sump. However, according to the above-described expander-integrated compressor, the compression mechanism is disposed on the upper side, the expansion mechanism is disposed on the lower side, and the supply passage for supplying the oil in the upper oil reservoir to the lower space is provided. The oil on the compression mechanism side can be supplied to the expansion mechanism side using gravity. Therefore, such an oil amount imbalance can be corrected satisfactorily.
前記隔壁には、前記上側油溜まりと前記下側空間とを連通させる孔が形成され、前記供給通路は前記孔によって形成されていてもよい。 The partition may be formed with a hole for communicating the upper oil reservoir and the lower space, and the supply passage may be formed by the hole.
このことにより、供給通路を形成する別部材が不要となり、部品点数の削減を図ることができる。 This eliminates the need for a separate member for forming the supply passage, thereby reducing the number of parts.
ただし、前記密閉容器には、前記上側油溜まりと前記下側空間とを連通させる管が接続され、前記供給通路は前記管によって形成されていてもよい。 However, a pipe that communicates the upper oil reservoir and the lower space may be connected to the sealed container, and the supply passage may be formed by the pipe.
前記流量変更機構は、前記供給通路に設けられた弁であってもよい。 The flow rate changing mechanism may be a valve provided in the supply passage.
なお、前記流量変更機構は、前記供給通路の連通/非連通を切り換えるものであってもよく、油の流量を増減させるものであってもよい。ここでいう「弁」には、開閉弁だけでなく、開度調整が可能な弁(流量調整弁)も含まれる。このように供給通路に弁が設けられていることにより、簡易な構成によって、上側油溜まりから下側空間への油の供給量を調整することができる。 Note that the flow rate changing mechanism may switch between communication / non-communication of the supply passage, and may increase or decrease the flow rate of oil. The “valve” here includes not only an on-off valve but also a valve (flow rate adjusting valve) capable of adjusting an opening degree. Thus, by providing the valve in the supply passage, the amount of oil supplied from the upper oil reservoir to the lower space can be adjusted with a simple configuration.
前記弁は手動弁によって構成されていてもよい。 The valve may be a manual valve.
このことにより、簡易な構成によって、上側油溜まりから下側空間への油の供給量を調整することができる。 Accordingly, the amount of oil supplied from the upper oil reservoir to the lower space can be adjusted with a simple configuration.
前記弁は電磁弁によって構成されていてもよい。 The valve may be constituted by a solenoid valve.
前記膨張機一体型圧縮機は、前記下側油溜まりの油量を検出する油量検出器と、前記下側油溜まりの油量に基づいて前記電磁弁を開閉制御するコントローラと、を備えていてもよい。 The expander-integrated compressor includes an oil amount detector that detects the amount of oil in the lower oil sump, and a controller that controls opening and closing of the solenoid valve based on the oil amount of the lower oil sump. May be.
このことにより、上側油溜まりから下側空間への油の供給量を自動的に調整することができる。 As a result, the amount of oil supplied from the upper oil reservoir to the lower space can be automatically adjusted.
前記弁は、内部圧力が所定値以下になると開かれる差圧弁によって構成され、前記膨張機一体型圧縮機は、前記差圧弁に下側油溜まりの油を供給する油圧供給路を備えていてもよい。 The valve may be configured by a differential pressure valve that is opened when an internal pressure becomes a predetermined value or less, and the expander-integrated compressor may include a hydraulic pressure supply passage that supplies oil in a lower oil reservoir to the differential pressure valve. Good.
このことにより、上側油溜まりから下側空間への油の供給量を自動的に調整することができる。 As a result, the amount of oil supplied from the upper oil reservoir to the lower space can be automatically adjusted.
前記弁は、前記下側油溜まりの油面が所定の下限位置になると開き、前記下側油溜まりの油面が所定の上限位置になると閉じるフロート弁によって構成されていてもよい。 The valve may be a float valve that opens when the oil level of the lower oil sump reaches a predetermined lower limit position and closes when the oil level of the lower oil sump reaches a predetermined upper limit position.
このことにより、上側油溜まりから下側空間への油の供給量を自動的に調整することができる。 As a result, the amount of oil supplied from the upper oil reservoir to the lower space can be automatically adjusted.
本発明に係る冷凍サイクル装置は、前記膨張機一体型圧縮機と、前記膨張機一体型圧縮機の圧縮機構によって圧縮された流体を導く第1流路と、前記第1流路によって導かれた流体を放熱させる放熱器と、前記放熱器から前記膨張機一体型圧縮機の膨張機構に流体を導く第2流路と、前記膨張機構で膨張した流体を導く第3流路と、前記第3流路によって導かれた流体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から前記圧縮機構に流体を導く第4流路と、を備えたものである。 The refrigeration cycle apparatus according to the present invention is guided by the expander-integrated compressor, a first flow path for guiding fluid compressed by a compression mechanism of the expander-integrated compressor, and the first flow path. A radiator that dissipates the fluid, a second channel that guides the fluid from the radiator to the expansion mechanism of the expander-integrated compressor, a third channel that guides the fluid expanded by the expansion mechanism, and the third An evaporator for evaporating the fluid guided by the flow path, and a fourth flow path for guiding the fluid from the evaporator to the compression mechanism are provided.
これにより、冷凍能力の高い冷凍サイクル装置を得ることができる。 Thereby, a refrigeration cycle apparatus with a high refrigeration capacity can be obtained.
なお、前記流体の種類は特に限定される訳ではないが、例えば、前記流体は二酸化炭素であってもよい。 The type of the fluid is not particularly limited, but for example, the fluid may be carbon dioxide.
以上のように、本発明によれば、密閉容器内に圧縮機構と膨張機構とが収容された膨張機一体型圧縮機において、膨張機構における油から流体への熱移動を抑制することができる。 As described above, according to the present invention, in the expander-integrated compressor in which the compression mechanism and the expansion mechanism are accommodated in the hermetic container, the heat transfer from the oil to the fluid in the expansion mechanism can be suppressed.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1に示すように、本実施形態に係る膨張機一体型圧縮機10は、冷媒回路32を備えた冷凍サイクル装置に搭載されている。冷媒回路32は、膨張機一体型圧縮機10の他に、放熱器20と、蒸発器30とを備えている。この冷媒回路32には、冷媒として二酸化炭素が充填されている。ただし、冷媒は二酸化炭素に限定される訳ではない。また、放熱器20および蒸発器30の種類も何ら限定されず、それらは冷媒と気体(例えば空気等)とを熱交換させるいわゆる空気熱交換器によって形成されていてもよく、冷媒と液体(例えば水等)とを熱交換させる液−液式熱交換器によって形成されていてもよい。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the expander-integrated
膨張機一体型圧縮機10は、圧縮機構50と、膨張機構70と、これら圧縮機構50および膨張機構70を覆うケーシング91を備えている。ケーシング91には、圧縮前の冷媒を吸入する吸入管51と、圧縮後の冷媒を吐出する吐出管58と、膨張前の冷媒を吸入する吸入管68と、膨張後の冷媒を吐出する吐出管66とが接続されている。
The expander-integrated
吸入管51は、配管2を介して蒸発器30の出口側に接続されている。吐出管58は、配管3を介して放熱器20の入口側に接続されている。吸入管68は、配管4を介して放熱器20の出口側に接続されている。吐出管66は、配管5を介して蒸発器30の入口側に接続されている。
The
図2に示すように、膨張機一体型圧縮機10のケーシング91は、縦長の略円筒形状の密閉容器によって形成されている。ケーシング91の内部には、隔壁64が設けられている。本実施形態では、隔壁64は、ケーシング91の下から約1/3の位置に配置されている。この隔壁64により、ケーシング91の内部空間は、上側空間50aと下側空間70aとに区画されている。圧縮機構50は上側空間50a内に配置され、膨張機構70は下側空間70a内に配置されている。
As shown in FIG. 2, the
本実施形態の圧縮機構50は、スクロール式の圧縮機構である。ただし、圧縮機構50はスクロール式に限定される訳ではない。圧縮機構50は、回転軸75と、回転軸75に固定された可動スクロール54と、可動スクロール54と噛み合う固定スクロール53とを備えている。固定スクロール53のエンドプレート52は、ケーシング91に固定されている。固定スクロール53と可動スクロール54とは、上下に対向するように配置されている。回転軸75は、軸受57によって回転自在に支持されている。
The
吸入管51はケーシング91の側部を貫通し、圧縮機構50の吸入側に接続されている。エンドプレート52には、圧縮機構50の吐出孔52aが形成されている。吐出孔52aは、可動スクロール54と固定スクロール53との間に形成された圧縮室50cと、上側空間50aとを連通している。吐出管58は、ケーシング91の上部に接続されており、上側空間50aに向かって開放されている。吐出管58の内側には、油分離部材39が設けられている。油分離部材39には、例えば金属メッシュ等が用いられる。
The
上側空間50aにおける圧縮機構50の下方には、電動機60が設けられている。電動機60は、ケーシング91の内壁に固定されたステータ62と、ステータ62の内側に配置されたロータ61とを備えている。ロータ61は、圧縮機構50の回転軸75に固定されている。
An
圧縮空間50aの底部、すなわち隔壁64の上側には、上側油溜まり44が設けられている。この上側油溜まり44には、潤滑油が貯留される。圧縮機構50の回転軸75の下端部には、オイルポンプ76が設けられている。回転軸75の内部には、給油路63が形成されている。このような構成により、回転軸75が回転すると、上側油溜まり44の油はオイルポンプ76によって汲み上げられ、給油路63を通じて圧縮機構50の摺動部に供給される。なお、圧縮機構50から流れ出た油、および上側空間50aにおいて冷媒と分離された油は、流下または落下することによって上側油溜まり44に戻る。
An
本実施形態の膨張機構70は、ロータリー式の膨張機構である。ただし、膨張機構70はロータリー式に限定される訳ではない。膨張機構70は、シリンダ42と、フロントヘッド67と、リヤヘッド69と、偏心ロータ45を有する回転軸73と、ピストン71とを備えている。
The
膨張機構70の回転軸73は、圧縮機構50の回転軸75よりも外径が小さくなっている。回転軸73は、軸受65および軸受65aによって回転自在に支持されている。回転軸73と回転軸75とは継手74を介して連結されており、同一直線上に並んでいる。下側空間70aの底部(密閉容器91の底部)には、下側油溜まり43が設けられている。回転軸73の下端部には、オイルポンプ72が設けられている。回転軸73の内部には、給油路86が形成されている。このような構成により、回転軸73が回転すると、下側油溜まり43の油はオイルポンプ72によって汲み上げられ、給油路86を通じて膨張機構70の摺動部に供給される。
The
膨張機構70には、吸入管68と吐出管66とが接続されている。吸入管68は、ケーシング91の側部を貫通して膨張機構70の吸入側に接続されている。吐出管66は、ケーシング91の側部を貫通して膨張機構70の吐出側に接続されている。シリンダ42の上方はフロントヘッド67によって覆われ、シリンダ42の下方はリヤヘッド69によって覆われている。ピストン71は、シリンダ42内に配置されている。シリンダ42の内部には、膨張室41が形成されている。吸入管68および吐出管66は、膨張室41につながっている。
A
隔壁64には、オイル供給路47が形成されている。このオイル供給路47には、手動式の弁48が設けられている。オイル供給路47は、上側空間50aの上側油溜まり44の油を下側空間70aの下側油溜まり43に供給する。なお、上側油溜まり44から下側油溜まり43への油の供給量は、弁48の開度を調整することによって調整することができる。本実施形態の膨張機一体型圧縮機10では、オイル供給路47を通じて上側油溜まり44の油の一部を下側油溜まり43に補給することができ、上側油溜まり44の油量と下側油溜まり43の油量とを所定の割合でバランスさせることができる。オイル供給路47および弁48は、均油機構40を形成している。
An
膨張機一体型圧縮機10の電動機60が起動すると、圧縮機構50において冷媒が圧縮され、膨張機構70において冷媒が膨張し、冷媒回路32(図1参照)内を冷媒が循環する。
When the
圧縮機構50で圧縮された冷媒は、吐出管58を通じて膨張機一体型圧縮機10から吐出される。この際、冷媒に含まれる油の多くはケーシング91内で分離されるが、図1に示すように、所定量a(%)の油は冷媒とともに放熱器20に搬送される。
The refrigerant compressed by the
放熱器20で放熱した冷媒は、吸入管68を通じて膨張機一体型圧縮機10の膨張機構70に吸入される。膨張機構70において、高圧の冷媒は膨張し、その内部エネルギーが回転軸73を回転させるエネルギーに変換される。膨張後の冷媒は低圧の二相冷媒となり、吐出管66を通じて膨張機一体型圧縮機10から吐出される。この際、膨張機構70の摺動部に供給された油の一部は、冷媒とともに吐出管66から吐出される。その結果、膨張機構70において、さらに所定量x(%)の冷媒が吐出され、吐出後の冷媒に含まれる油の量はa+x(%)となる。
The refrigerant dissipated by the
吐出された冷媒は、蒸発器30において蒸発する。蒸発後の冷媒は、吸入管51を通じて膨張機一体型圧縮機10の圧縮機構50に吸入される。吸入された冷媒は、圧縮機構50によって圧縮され、ケーシング91内の上側空間50aに吐出される。そして、前述したように、いったん上側空間50aに吐出された冷媒は、吐出管58を通じてケーシング91から流出する。この際、冷媒に含まれる潤滑油の一部は分離され、吐出管58から吐出される油の量はa(%)となる。
The discharged refrigerant evaporates in the
ここで、仮に上側空間50aと下側空間70aとが完全に仕切られ、オイル供給路47が存在しないと仮定すると、下側空間70aからは合計x(%)の油が流れ出し、上側空間50aには、合計x(%)の油が流れ込むことになる。そのため、そのままでは、上側油溜まり44の油量と下側油溜まり43の油量とのバランスがくずれる。また、下側油溜まり43の油が不足し、膨張機構70の潤滑不良が生じるおそれもある。
Here, assuming that the
しかし、本実施形態の膨張機一体型圧縮機10では、隔壁64にオイル供給路47が形成されており、上側油溜まり44から下側油溜まり43に油を供給することができる。したがって、上側油溜まり44の油量と下側油溜まり43の油量とのアンバランスを解消することができる。また、膨張機構70の潤滑不良も防止することができる。
However, in the expander-integrated
以上のように、本実施形態によれば、ケーシング91の内部が隔壁64によって上側空間50aと下側空間70aとに仕切られ、上側空間50aに上側油溜まり44が形成され、下側空間70aに下側油溜まり43が形成されている。そして、圧縮機構50の潤滑に用いられた高温の油は、いったん上側油溜まり44に戻り、この上側油溜まり44に所定時間留まった後、その一部がオイル供給路47を通じて下側油溜まり43に供給される。そのため、上側油溜まり44に比べて、下側油溜まり43の油は低温となる。
As described above, according to the present embodiment, the inside of the
また、圧縮機構50の回転軸75の下部には、上側油溜まり44の油に浸漬されたオイルポンプ76が設けられ、膨張機構70の回転軸73の下部には、下側油溜まり43の油に浸漬されたオイルポンプ72が設けられている。そのため、上側油溜まり44の油は圧縮機構50側のオイルポンプ76によって吸い上げられ、圧縮機構50に供給される。一方、下側油溜まり43の油は膨張機構70側のオイルポンプ72によって吸い上げられ、膨張機構70に供給される。このように、本実施形態によれば、上側空間50aおよび下側空間70aのそれぞれにおいて、油を循環させることができる。したがって、上側油溜まり44に比べて、下側油溜まり43の油をより低温にすることができる。
An
このように、本実施形態によれば、膨張機構70に供給される油は、比較的低温の油となるので、膨張機構70における油から冷媒への熱移動は抑制される。その結果、膨張機構70から吐出される冷媒のエンタルピの増大を抑えることができ、冷凍能力の向上を図ることができる。
As described above, according to the present embodiment, the oil supplied to the
本実施形態では、オイル供給路47は、隔壁64に形成された孔によって形成されている。そのため、オイル供給路47を形成するための別部材が特に必要ではないので、部品点数の削減を図ることができる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、オイル供給路47に弁48が設けられている。そのため、上側油溜まり44から下側油溜まり43に供給される油の量を調整することが可能となる。
Further, according to the present embodiment, the
特に、本実施形態では、弁48は手動式の弁であるので、簡単な構成で油量のアンバランスを是正することができる。
In particular, in the present embodiment, since the
(実施形態2)
図3に示すように、実施形態2に係る膨張機一体型圧縮機10は、上側油溜まり44から下側油溜まり43に油を供給するオイル供給路の構成に変更を加えたものである。
(Embodiment 2)
As shown in FIG. 3, the expander-integrated
本実施形態では、オイル供給路78は、ケーシング91の外部に設けられている。本実施形態のオイル供給路78はU字管によって形成されており、その一端はケーシング91の側部を貫通して上側油溜まり44に臨み、他端はケーシング91の側部を貫通して下側空間70aに臨んでいる。オイル供給路78には、手動式の弁77が設けられている。
In the present embodiment, the
本実施形態では、実施形態1と異なり、隔壁64に孔47(図2参照)は形成されていない。したがって、隔壁64は上側空間50aと下側空間70aとを完全に分離している。その他の構成は実施形態1と同様であるので、それらの説明は省略する。
In the present embodiment, unlike the first embodiment, no hole 47 (see FIG. 2) is formed in the
したがって、本実施形態においても、実施形態1とほぼ同様の効果を得ることができる。 Therefore, also in this embodiment, substantially the same effect as that of Embodiment 1 can be obtained.
(実施形態3)
図4に示すように、実施形態3に係る膨張機一体型圧縮機10は、実施形態1において、オイル供給路47に設けられた手動式弁48を電磁弁79に置き換えたものである。また、本実施形態では、下側油溜まり43(すなわち、ケーシング91の底部)に、油面センサ80が設けられている。さらに、本実施形態は、油面センサ80からの信号を受けて電磁弁79を制御するコントローラ81を備えている。コントローラ81は、下側油溜まり43の油面が所定の下限位置以下になると電磁弁79を開き、所定の上限位置以上になると電磁弁79を閉じる開閉制御を実行する。すなわち、コントローラ81は、下側油溜まり43の油量が所定範囲になるように電磁弁79を制御する。
(Embodiment 3)
As shown in FIG. 4, the expander-integrated
本実施形態においても、実施形態1とほぼ同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態によれば、下側油溜まり43の油量が不足しないように、上側油溜まり44から下側油溜まり43に油を自動的に供給することができる。したがって、膨張機構70における潤滑不良をより確実に防止することができる。
Also in this embodiment, substantially the same effect as in the first embodiment can be obtained. Furthermore, according to the present embodiment, oil can be automatically supplied from the
(実施形態4)
図5に示すように、実施形態4に係る膨張機一体型圧縮機10は、実施形態2において、オイル供給路78に設けられた手動式弁77を電磁弁79に置き換えたものである。また、本実施形態においても、下側油溜まり43に油面センサ80が設けられ、油面センサ80の信号に基づいて電磁弁79を制御するコントローラ81が設けられている。実施形態3と同様、コントローラ81は、下側油溜まり43の油量が所定範囲になるように電磁弁79を制御する。
(Embodiment 4)
As shown in FIG. 5, the expander-integrated
したがって、本実施形態においても、実施形態3と同様の効果を得ることができる。 Therefore, also in this embodiment, the same effect as that of Embodiment 3 can be obtained.
(実施形態5)
図6に示すように、実施形態5に係る膨張機一体型圧縮機10は、実施形態1において、隔壁64のオイル供給路47を開閉する手動式弁48の代わりに、フロート式の開閉弁83を設けたものである。
(Embodiment 5)
As shown in FIG. 6, the expander-integrated
本実施形態では、オイル供給路47の下側には、リードバルブ85が設けられている。リードバルブ85にはフロート84が接続されており、フロート84は下側油溜まり43の油中または油面に浮かんでいる。リードバルブ85には閉じる方向の付勢力が働いているが、下側油溜まり43の油面が所定の下限値以下になると、フロート84に作用する浮力が小さくなり、リードバルブ85が開かれる。逆に、下側油溜まり43の油面が所定の上限値以上になると、フロート84に作用する浮力が大きくなり、リードバルブ85が閉じられる。すなわち、フロート84に働く重力をG、浮力をF、リードバルブ85の付勢力をSとすると、G≦F+Sの場合にはオイル供給路47は閉鎖され、G>F+Sの場合にはオイル供給路47は開放される。
In the present embodiment, a reed valve 85 is provided below the
したがって、本実施形態によれば、実施形態1とほぼ同様の効果を得ることができる。また、実施形態3と同様に、下側油溜まり43の油量が不足しないように、上側油溜まり44から下側油溜まり43に油を自動的に供給することができる。したがって、膨張機構70における潤滑不良をより確実に防止することができる。
Therefore, according to the present embodiment, substantially the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, as in the third embodiment, oil can be automatically supplied from the
(実施形態6)
図7に示すように、実施形態6に係る膨張機一体型圧縮機10は、実施形態1において、隔壁64のオイル供給路47を開閉する手動式弁48の代わりに、内部の圧力によって開閉する差圧弁90を設けたものである。
(Embodiment 6)
As shown in FIG. 7, the expander-integrated
差圧弁90は、オイル供給路47の中途部に設けられている。隔壁64の内部には、オイル導入路88が形成されている。図8に示すように、オイル導入路88は、回転軸73の外周に形成された給油溝87と差圧弁90とを接続しており、給油溝87から差圧弁90に油を導入している。
The
このような構成により、差圧弁90には、下側油溜まり43の油量に応じた油圧が付加されている。回転軸73の給油路86内の潤滑油は、1または2以上のオリフィス93を通じて、給油溝87に流れ込む。差圧弁90は、オイル導入路88内の油圧が所定の下限値以下になると開かれ、所定の上限値以上になると閉じられる。すなわち、油圧による差圧弁90を閉じようとする力をFo、差圧弁90に作用する付勢力(差圧弁90を開こうとする力)をFsとすると、Fo>Fsの場合にはオイル供給路47は閉鎖され、Fo≦Fsの場合にはオイル供給路47は開放される。
With such a configuration, a hydraulic pressure corresponding to the amount of oil in the
本実施形態においても、実施形態1とほぼ同様の効果を得ることができる。また、実施形態3と同様に、下側油溜まり43の油量が不足しないように、上側油溜まり44から下側油溜まり43に油を自動的に供給することができる。したがって、膨張機構70における潤滑不良をより確実に防止することができる。
Also in this embodiment, substantially the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, as in the third embodiment, oil can be automatically supplied from the
(その他の実施形態)
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、他に種々の形態で実施することができる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various other forms.
例えば、均油機構40の位置は前記実施形態の位置に限られない。均油機構40は、隔壁64の表面または周囲に設けられていてもよい。均油機構40は、フロントヘッド67等に設けられていてもよい。
For example, the position of the
図9に示すように、膨張機構70を下側油溜まり43の油中に浸漬させ、膨張機構70側の回転軸の給油路およびオイルポンプを省略することも可能である。
As shown in FIG. 9, the
以上説明したように、本発明は、例えば冷凍サイクル装置(空気調和装置、給湯機、冷蔵庫等を含む)等に用いられる膨張機一体型圧縮機について有用である。 As described above, the present invention is useful for an expander-integrated compressor used in, for example, a refrigeration cycle apparatus (including an air conditioner, a water heater, a refrigerator, and the like).
43 下側油溜まり
44 上側油溜まり
47 オイル供給路(供給通路)
50 圧縮機構
50a 上側空間
60 電動機
63 給油路
64 隔壁
70 膨張機構
70a 下側空間
72 オイルポンプ(下側吸入機構)
73 回転軸(下側回転部)
74 オイルポンプ(上側吸入機構)
75 回転軸(上側回転部)
86 給油路
91 ケーシング(密閉容器)
43
DESCRIPTION OF
73 Rotating shaft (lower rotating part)
74 Oil pump (upper suction mechanism)
75 Rotating shaft (Upper rotating part)
86
Claims (13)
前記密閉容器の内部を上側空間と下側空間とに仕切る隔壁と、
前記上側空間内に配置され、流体を圧縮する圧縮機構と、
前記下側空間内に配置され、流体を膨張させる膨張機構と、
前記圧縮機構を回転させる上側回転部と前記膨張機構によって回転力を受ける下側回転部とを有し、前記隔壁を貫通して上下方向に延びる回転軸と、を備え、
前記隔壁の上側には、上側油溜まりが形成され、
前記下側空間の底部には、下側油溜まりが形成され、
前記回転軸における前記隔壁の上方部分には、前記上側油溜まりから前記圧縮機構に油を供給する上側吸入機構が形成され、
前記上側油溜まりの油を前記下側空間に供給する供給通路と、
前記供給通路を通過する油の流量を変更する流量変更機構と、を備えた膨張機一体型圧縮機。 A sealed container;
A partition partitioning the inside of the sealed container into an upper space and a lower space;
A compression mechanism disposed in the upper space and compressing a fluid;
An expansion mechanism that is disposed in the lower space and expands the fluid;
An upper rotating portion that rotates the compression mechanism and a lower rotating portion that receives a rotational force by the expansion mechanism, and a rotating shaft that extends vertically through the partition wall,
On the upper side of the partition wall, an upper oil sump is formed,
A lower oil sump is formed at the bottom of the lower space,
An upper suction mechanism that supplies oil from the upper oil reservoir to the compression mechanism is formed in an upper portion of the partition wall on the rotating shaft,
A supply passage for supplying the oil in the upper oil reservoir to the lower space;
An expander-integrated compressor comprising: a flow rate changing mechanism that changes a flow rate of oil passing through the supply passage.
前記密閉容器を貫通して前記圧縮機構の吸入側に接続された第1吸入管と、
前記密閉容器に接続され、一端が前記上側空間に開放された第1吐出管と、
前記密閉容器を貫通して前記膨張機構の吸入側に接続された第2吸入管と、
前記密閉容器を貫通して前記膨張機構の吐出側に接続された第2吐出管と、
を備えている請求項1または2に記載の膨張機一体型圧縮機。 The compression mechanism is configured to discharge a compressed fluid to the upper space,
A first suction pipe passing through the sealed container and connected to the suction side of the compression mechanism;
A first discharge pipe connected to the sealed container and having one end opened to the upper space;
A second suction pipe passing through the sealed container and connected to the suction side of the expansion mechanism;
A second discharge pipe passing through the sealed container and connected to the discharge side of the expansion mechanism;
The expander-integrated compressor according to claim 1 or 2, further comprising:
前記供給通路は前記孔によって形成されている、請求項1〜3のいずれか一つに記載の膨張機一体型圧縮機。 The partition is formed with a hole for communicating the upper oil sump with the lower space,
The expander-integrated compressor according to any one of claims 1 to 3, wherein the supply passage is formed by the hole.
前記供給通路は前記管によって形成されている、請求項1〜3のいずれか一つに記載の膨張機一体型圧縮機。 A pipe that connects the upper oil reservoir and the lower space is connected to the sealed container,
The expander-integrated compressor according to any one of claims 1 to 3, wherein the supply passage is formed by the pipe.
前記下側油溜まりの油量に基づいて前記電磁弁を開閉制御するコントローラと、を備えた請求項8に記載の膨張機一体型圧縮機。 An oil amount detector for detecting the amount of oil in the lower oil reservoir;
The expander-integrated compressor according to claim 8, further comprising: a controller that controls opening and closing of the solenoid valve based on an amount of oil in the lower oil reservoir.
前記差圧弁に下側油溜まりの油を供給する油圧供給路を備えている、請求項6に記載の膨張機一体型圧縮機。 The valve is constituted by a differential pressure valve that is opened when the internal pressure becomes a predetermined value or less,
The expander-integrated compressor according to claim 6, further comprising a hydraulic pressure supply path for supplying oil in a lower oil reservoir to the differential pressure valve.
前記膨張機一体型圧縮機の圧縮機構によって圧縮された流体を導く第1流路と、
前記第1流路によって導かれた流体を放熱させる放熱器と、
前記放熱器から前記膨張機一体型圧縮機の膨張機構に流体を導く第2流路と、
前記膨張機構で膨張した流体を導く第3流路と、
前記第3流路によって導かれた流体を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器から前記圧縮機構に流体を導く第4流路と、
を備えた冷凍サイクル装置。 An expander-integrated compressor according to any one of claims 1 to 11,
A first flow path for guiding a fluid compressed by a compression mechanism of the expander-integrated compressor;
A radiator that dissipates heat from the fluid guided by the first flow path;
A second flow path for guiding fluid from the radiator to the expansion mechanism of the expander-integrated compressor;
A third flow path for guiding the fluid expanded by the expansion mechanism;
An evaporator for evaporating the fluid guided by the third flow path;
A fourth flow path for guiding fluid from the evaporator to the compression mechanism;
A refrigeration cycle apparatus comprising:
The refrigeration cycle apparatus according to claim 12, wherein the fluid is carbon dioxide.
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