JP4775206B2 - Refrigerant circuit with expander - Google Patents

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JP4775206B2 JP2006255218A JP2006255218A JP4775206B2 JP 4775206 B2 JP4775206 B2 JP 4775206B2 JP 2006255218 A JP2006255218 A JP 2006255218A JP 2006255218 A JP2006255218 A JP 2006255218A JP 4775206 B2 JP4775206 B2 JP 4775206B2
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Description

本発明は、高圧流体の膨張により動力を発生させ、エネルギ回収を行う膨張機を備えた冷媒回路に係わり、より詳細には、エネルギ回収効率低下の原因となる、高圧流体の過膨張現象を防止する構成に関する。   The present invention relates to a refrigerant circuit including an expander that generates power by expanding a high-pressure fluid and recovers energy, and more specifically, prevents an over-expansion phenomenon of a high-pressure fluid that causes a decrease in energy recovery efficiency. Related to the configuration to be performed.

従来の冷凍サイクルは、圧縮機、放熱器、膨張弁、そして吸熱器を順次、接続して構成されている。冷凍サイクルを循環する冷媒は、圧縮機で圧縮されて高温高圧となり、放熱器で冷却された後、膨張弁で断熱膨張し減圧されるようになっている。続いて、吸熱器に流入し、周囲の熱を吸収して加熱された後、前記圧縮機に還流するようになっている。この従来の冷凍サイクルは、図4のモリエル線図上で、A点→B点→C点→D点を辿るサイクルで示されるものであり、従来の膨張弁では、冷媒はC点からD点への点線で示す等エンタルピー変化で減圧するため、高圧の作動流体が持つエネルギーを有効に利用することができなかった。それに対し、膨張弁の代わりに膨張機を用いた冷凍サイクルでは、従来の冷凍サイクルにおいて、膨張弁で等エンタルピー変化で減圧されていた作動流体は、膨張機で高圧から低圧に断熱膨張で減圧しながら、C点からD’点への実線で示す等エントロピ変化を示し、前記吸熱器で吸熱することができるエネルギー、すなわち、冷凍サイクルの低熱源側から吸熱することができるエネルギーをD点→A点からD’点→A点に至る分まで増加させることができるので、冷凍サイクルを高効率化できるようになっている。   The conventional refrigeration cycle is configured by sequentially connecting a compressor, a radiator, an expansion valve, and a heat absorber. The refrigerant circulating in the refrigeration cycle is compressed by a compressor to become high temperature and high pressure, cooled by a radiator, then adiabatically expanded by an expansion valve and depressurized. Subsequently, it flows into the heat absorber, absorbs ambient heat and is heated, and then returns to the compressor. This conventional refrigeration cycle is shown as a cycle that follows point A → B point → C point → D point on the Mollier diagram of FIG. 4. In the conventional expansion valve, the refrigerant is from point C to point D. Since the pressure is reduced by the isoenthalpy change indicated by the dotted line, the energy of the high-pressure working fluid cannot be used effectively. On the other hand, in a refrigeration cycle that uses an expander instead of an expansion valve, the working fluid that has been decompressed by an equal enthalpy change at the expansion valve in the conventional refrigeration cycle is decompressed by adiabatic expansion from high pressure to low pressure by the expander. However, the isentropic change indicated by the solid line from the C point to the D ′ point is shown, and the energy that can be absorbed by the heat absorber, that is, the energy that can be absorbed from the low heat source side of the refrigeration cycle is expressed as D point → A Since the point can be increased from the point D ′ to the point A, the refrigeration cycle can be made highly efficient.

膨張機は、例えば図8で示すように、円筒状の内部空間を有するシリンダ59と、このシリンダ59の内部空間内周面に沿って公転運動を行う偏心ロータ61とを備え、前記シリンダ59と前記偏心ロータ61との間に、上下に摺動運動を行うベーン63により区画されて膨張室62が形成されるようになっている。   For example, as shown in FIG. 8, the expander includes a cylinder 59 having a cylindrical inner space, and an eccentric rotor 61 that performs a revolving motion along the inner circumferential surface of the inner space of the cylinder 59. An expansion chamber 62 is formed between the eccentric rotor 61 and a vane 63 that slides up and down.

前記シリンダ59には、開閉弁69を備え、高圧流体を前記膨張室62に導入する流入ポート64と、高圧流体から膨張し低圧となった流体を外部に導出する流出ポート65とが前記ベーン63に相対向するようにが設けられており、また、前記ベーン63は図示しない押圧手段により押圧されて下端部が常時、前記偏心ロータ61の外周面に摺接し、膨張側と排出側とを区画するようになっている。また、前記偏心ロータ61はクランク軸を介して動力回収シャフト60に接続されており、前記偏心ロータ61が、前記流入ポート64から導入された高圧流体の作用により、前記シリンダ59に対し公転運動を行うと、クランク軸を介して前記動力回収シャフト60が回転運動を行い、この回転運動は、例えば、発電機等の発電に利用されるようになっている。   The cylinder 59 includes an opening / closing valve 69, and an inflow port 64 for introducing a high-pressure fluid into the expansion chamber 62 and an outflow port 65 for leading out a low-pressure fluid expanded from the high-pressure fluid to the outside. The vane 63 is pressed by pressing means (not shown), and the lower end portion is always in sliding contact with the outer peripheral surface of the eccentric rotor 61, thereby dividing the expansion side and the discharge side. It is supposed to be. The eccentric rotor 61 is connected to the power recovery shaft 60 via a crankshaft, and the eccentric rotor 61 revolves with respect to the cylinder 59 by the action of high-pressure fluid introduced from the inflow port 64. If it does, the said power collection | recovery shaft 60 will perform a rotational motion via a crankshaft, and this rotational motion is utilized for electric power generation, such as a generator.

前記偏心ロータ61の公転運動に伴い、前記シリンダ59の内部空間に形成される膨張室62は吸入/膨張側であった部分が随時、排出側に、排出側であった部分が随時吸入/膨張側に順に切り換わり、高圧流体の吸入/膨張作用と排出作用とが同時に並行して行われるようになっている。前記偏心ロータ61の公転運動中に、高圧流体が前記シリンダ59内に供給される吸入過程の角度範囲と、流体の膨張が行われる膨張過程の角度範囲が予め定められており、膨張比(吸入冷媒と排出冷媒の密度比)が一定となるように設定されている。そして、吸入過程の角度範囲で高圧流体をシリンダに導入する一方、残った膨張過程の角度範囲で流体を定められた膨張比で膨張させ、回転動力を回収するようになっている。一方、膨張機が接続された蒸気圧縮式冷凍サイクルでは、冷却対象の温度変化や放熱対象の温度変化により冷凍サイクルの高圧圧力と低圧圧力が変化するので、その圧力比も変動し、それに伴って膨張機の吸入冷媒と排出冷媒の密度もそれぞれ変動する。   As the eccentric rotor 61 revolves, the expansion chamber 62 formed in the inner space of the cylinder 59 has a portion that was on the suction / expansion side as needed, a portion that was on the discharge side, and a portion that was on the discharge side as needed. The high-pressure fluid suction / expansion action and the discharge action are simultaneously performed in parallel. During the revolving motion of the eccentric rotor 61, the angle range of the suction process in which the high-pressure fluid is supplied into the cylinder 59 and the angle range of the expansion process in which the fluid is expanded are determined in advance. The density ratio of the refrigerant and the discharged refrigerant is set to be constant. The high pressure fluid is introduced into the cylinder in the angular range of the suction process, while the fluid is expanded at a predetermined expansion ratio in the remaining angular range of the expansion process, and the rotational power is recovered. On the other hand, in a vapor compression refrigeration cycle connected to an expander, the high pressure and low pressure of the refrigeration cycle change due to the temperature change of the object to be cooled and the temperature change of the object of heat dissipation. The density of the intake refrigerant and exhaust refrigerant of the expander also varies.

膨張機は、設計膨張比で運転が行われているときに最大限の動力回収効率が得られるようになっており、図9(A)は、理想的な運転条件での膨張室の容積変化と圧力変化との関係を示すグラフである。図9(A)に示すように、高圧流体はa点からb点までの間に膨張室内に供給され、b点から膨張を開始する。b点を過ぎると高圧流体の供給が停止するため、圧力が一旦c点まで急激に下がり、その後は膨張しながらd点まで緩やかに圧力が低下する。そして、d点で膨張室のシリンダ容積が最大になった後、排出側になって容積が縮小してe点まで排出される。その後、a点に戻り、次のサイクルの吸入過程が開始される。この図の状態では、d点の圧力は冷凍サイクルの低圧圧力と一致しており、動力回収の効率のよい運転が行われるようになっている。   The expander is designed to obtain the maximum power recovery efficiency when it is operated at the design expansion ratio. FIG. 9A shows the volume change of the expansion chamber under ideal operating conditions. It is a graph which shows the relationship between a pressure change. As shown in FIG. 9A, the high-pressure fluid is supplied into the expansion chamber from the point a to the point b, and starts to expand from the point b. When the point b is passed, the supply of the high-pressure fluid stops, so that the pressure once drops rapidly to the point c, and then gradually decreases to the point d while expanding. Then, after the cylinder volume of the expansion chamber becomes maximum at the point d, the volume is reduced on the discharge side and discharged to the point e. Thereafter, returning to the point a, the inhalation process of the next cycle is started. In the state of this figure, the pressure at the point d coincides with the low pressure of the refrigeration cycle, so that the operation with efficient power recovery is performed.

膨張機を空調機の冷凍サイクルに用いている場合には、冷房運転と暖房運転の切り換えや外気温度の変化などの運転条件の変動により、冷凍サイクルの膨張比が膨張機の設計膨張比と異なる場合が生じる。運転条件の変化により冷凍サイクルの実際の膨張比が、膨張機の設計膨張比よりも小さくなると、膨張室の圧力が冷凍サイクルの低圧側圧力よりも低くなる状態が生じ、所謂、膨張機の膨張室で過膨張現象が発生することとなる。   When an expander is used in the refrigeration cycle of an air conditioner, the expansion ratio of the refrigeration cycle differs from the design expansion ratio of the expander due to changes in operating conditions such as switching between cooling operation and heating operation and changes in outside air temperature. Cases arise. If the actual expansion ratio of the refrigeration cycle becomes smaller than the design expansion ratio of the expander due to changes in operating conditions, a state occurs in which the pressure in the expansion chamber becomes lower than the low-pressure side pressure of the refrigeration cycle, so-called expansion of the expander An over-expansion phenomenon will occur in the chamber.

図9(B)は、膨張室で過膨張現象が発生した際の、膨張室の容積変化と圧力変化との関係を示すグラフであり、冷凍サイクルの低圧側圧力が上昇した状態になっている。この場合、流体はa点からb点までの間でシリンダ内に供給された後、膨張機の設計膨張比に従ってd点まで圧力が低下する。一方、冷凍サイクルの低圧圧力はd点よりも高いd’点になっている。したがって、冷媒は、膨張過程の完了後、排出過程においてd点からd’点まで昇圧された後、e’点になるまで排出され、次のサイクルの吸入過程が開始されることになる。   FIG. 9B is a graph showing the relationship between the volume change of the expansion chamber and the pressure change when the overexpansion phenomenon occurs in the expansion chamber, and the low pressure side pressure of the refrigeration cycle is in an increased state. . In this case, after the fluid is supplied into the cylinder between the points a and b, the pressure decreases to the point d according to the design expansion ratio of the expander. On the other hand, the low pressure of the refrigeration cycle is at a point d 'higher than the point d. Therefore, after the expansion process is completed, the refrigerant is pressurized from the point d to the point d 'in the discharge process, and then discharged until the point e', so that the suction process of the next cycle is started.

図9(B)で示す状態においては、膨張機内では冷媒の排出のために動力の内部消費が行われることになる。つまり、過膨張発生時には、冷媒の膨張エネルギから回収される回収動力は(面積I)−(面積II)分しか得られないことになり、図9(A)で示す運転状態と比較して、回収動力が大幅に減少してしまうことになる。膨張機は、設計膨張比で運転動作が行われているときに最大限の動力回収効率が得られるように設計されており、過膨張現象が発生すると、動力回収効率が大幅に低下してしまうという問題があった。   In the state shown in FIG. 9B, internal consumption of power is performed in the expander for discharging the refrigerant. That is, at the time of occurrence of overexpansion, the recovery power recovered from the expansion energy of the refrigerant can be obtained only by (area I) − (area II). Compared with the operation state shown in FIG. The recovery power will be greatly reduced. The expander is designed to obtain the maximum power recovery efficiency when the operation is performed at the designed expansion ratio. If an overexpansion phenomenon occurs, the power recovery efficiency will be greatly reduced. There was a problem.

冷媒の過膨張現象に対応するため、例えば、図8で示すように、前記流出ポート65と、前記膨張室62の膨張過程中間位置とを結び、開閉機構67aと逆止弁68とを備えた連絡通路67を設け、前記開閉機構67aが前記流出ポート64と前記膨張室62との差圧に応じて開閉するようにした技術が提示されている。前記膨張室62で過膨張が発生し、同膨張室62の圧力が前記流出ポート65の圧力より低くなると、前記開閉機構67aが開放され、前記流出ポート65から前記膨張室62に冷媒が供給され、同膨張室62の圧力を冷媒回路の低圧圧力まで回復させて過膨張現象を抑制するようになっている。また、前記流入ポート64と前記膨張室62とを開閉機構66aを備えた連絡通路66で結ぶ方法もある。(特許文献1参照、但し付与番号は異なる)
よって、前記逆止弁68と前記膨張室62の吐出口までに生じる死容積を極力、小さくするため、前記逆止弁68を前記膨張室62の吐出口に近い所に設けてはいるが、前記逆止弁68と、前記膨張室62の吐出口との間となる、矢印で示すA区間には、前記流入ポート64からの高圧の冷媒が流入してしまい、流入した冷媒は、前記膨張室62での動力回収に寄与しないこととなって、その分、動力回効率が低下ししまうという問題があった。
特開2004−190559号(7頁、図4)
In order to cope with the refrigerant overexpansion phenomenon, for example, as shown in FIG. 8, the outflow port 65 is connected to an intermediate position in the expansion process of the expansion chamber 62, and an opening / closing mechanism 67a and a check valve 68 are provided. A technique is proposed in which a communication passage 67 is provided so that the opening / closing mechanism 67a opens and closes according to the pressure difference between the outflow port 64 and the expansion chamber 62. When overexpansion occurs in the expansion chamber 62 and the pressure in the expansion chamber 62 becomes lower than the pressure in the outflow port 65, the opening / closing mechanism 67 a is opened, and refrigerant is supplied from the outflow port 65 to the expansion chamber 62. The pressure in the expansion chamber 62 is restored to the low pressure of the refrigerant circuit to suppress the overexpansion phenomenon. There is also a method of connecting the inflow port 64 and the expansion chamber 62 through a communication passage 66 having an opening / closing mechanism 66a. (Refer to Patent Document 1 except that the assigned number is different.)
Therefore, in order to reduce the dead volume generated between the check valve 68 and the discharge port of the expansion chamber 62 as much as possible, the check valve 68 is provided near the discharge port of the expansion chamber 62. High-pressure refrigerant from the inflow port 64 flows into the section A indicated by the arrow between the check valve 68 and the discharge port of the expansion chamber 62, and the refrigerant that has flowed in There is a problem that the power recovery efficiency is reduced by that amount because it does not contribute to the power recovery in the chamber 62.
JP 2004-190559 A (page 7, FIG. 4)

本発明は、上記問題点に鑑み、エネルギ回収を行う膨張機の膨張室において、冷媒回路の状態変化により、過膨張現象が発生した際、迅速にこれを抑制できるとともに、膨張室に存在するデッドスペースを減少させて、エネルギ回収効率を向上させた冷媒回路を提供することを目的とする。   In view of the above-described problems, the present invention can quickly suppress an overexpansion phenomenon caused by a change in the state of a refrigerant circuit in an expansion chamber of an expander that recovers energy, and can also detect dead that exists in the expansion chamber. It is an object of the present invention to provide a refrigerant circuit that reduces space and improves energy recovery efficiency.

本発明は、上記課題を解決するため、圧縮機と、放熱器と、ケーシング内に膨張室と動力回収シャフトとを備え前記膨張室に流入した作動流体により前記動力回収シャフトの回転動力を得る膨張機と、吸熱器とを順次接続した冷媒回路において、前記冷媒回路の低圧側に油分離器を設けるとともに、同油分離器と前記膨張機との間に油戻し路を設け、前記膨張室の圧力が前記低圧側より低下した際、前記油分離器で分離した潤滑油を、前記油戻し路を介して前記膨張室にインジェクションしてなる構成となっている。   In order to solve the above-described problems, the present invention includes a compressor, a radiator, an expansion chamber and a power recovery shaft in a casing, and expansion that obtains rotational power of the power recovery shaft by a working fluid that flows into the expansion chamber. In the refrigerant circuit in which the compressor and the heat absorber are sequentially connected, an oil separator is provided on the low pressure side of the refrigerant circuit, an oil return path is provided between the oil separator and the expander, and the expansion chamber When the pressure decreases from the low pressure side, the lubricating oil separated by the oil separator is injected into the expansion chamber through the oil return path.

また、油分離器が、前記膨張機と、前記吸熱器との間に設けられる構成となっている。   In addition, an oil separator is provided between the expander and the heat absorber.

また、圧縮機と、放熱器と、ケーシング内に膨張室と動力回収シャフトとを備え前記膨張室に流入した作動流体により前記動力回収シャフトの回転動力を得る膨張機と、吸熱器とを順次接続した冷媒回路において、前記膨張機の下部に油溜り室を設けるとともに、前記冷媒回路の高圧側に、前記油溜り室との間に油戻し路を連通させた油分離器を設け、同油分離器で分離した潤滑油を前記油溜り室に回収してなる構成となっている。   In addition, a compressor, a radiator, an expansion chamber and a power recovery shaft in a casing, an expander that obtains rotational power of the power recovery shaft by working fluid flowing into the expansion chamber, and a heat absorber are sequentially connected. In the refrigerant circuit, an oil reservoir chamber is provided at a lower portion of the expander, and an oil separator having an oil return path communicating with the oil reservoir chamber is provided on the high pressure side of the refrigerant circuit. The lubricating oil separated by the vessel is collected in the oil reservoir chamber.

また、前記油分離器は、前記圧縮機の吐出側に設けられてなる構成となっている。   The oil separator is provided on the discharge side of the compressor.

また、前記油戻し路に、流量調節機構を設けてなる構成となっている。   In addition, a flow rate adjusting mechanism is provided in the oil return path.

本発明によると、請求項1に関わる発明は、冷媒回路の低圧側に油分離器を設けるとともに、同油分離器と前記膨張機との間に油戻し路を設け、前記膨張室の圧力が前記低圧側より低下した際、前記油分離器で分離した潤滑油を、前記油戻し路を介して前記膨張室にインジェクションする構成により、膨張室容積を減少させて、迅速に過膨張発生を抑制することができるようになっている。   According to the present invention, the invention according to claim 1 provides an oil separator on the low pressure side of the refrigerant circuit, an oil return path between the oil separator and the expander, and the pressure in the expansion chamber is When the pressure drops from the low pressure side, the lubricating oil separated by the oil separator is injected into the expansion chamber via the oil return path, thereby reducing the expansion chamber volume and quickly suppressing the occurrence of overexpansion. Can be done.

また、請求項2に関わる発明は、油分離器が、冷媒回路の低圧側である、前記膨張機と、前記吸熱器との間に設けられることにより、膨張室の圧力が、低圧側に位置する油分離器内の圧力より低下した際、圧力差により、自動的に前記膨張室に潤滑油をインジェクションすることができるようになっている。   In the invention according to claim 2, the oil separator is provided between the expander and the heat absorber, which is on the low pressure side of the refrigerant circuit, so that the pressure of the expansion chamber is located on the low pressure side. When the pressure falls below the pressure in the oil separator, the lubricating oil can be automatically injected into the expansion chamber due to the pressure difference.

また、請求項3に関わる発明は、圧縮機と、放熱器と、ケーシング内に膨張室と動力回収シャフトとを備え前記膨張室に流入した作動流体により前記動力回収シャフトの回転動力を得る膨張機と、吸熱器とを順次接続した冷媒回路において、前記膨張機の下部に油溜り室を設けるとともに、前記冷媒回路の高圧側に、前記油溜り室との間に油戻し路を連通させた油分離器を設け、同油分離器で分離した潤滑油を前記油溜り室に回収する構成により、前記膨張室に過膨張が発生した際、前記油溜り室から迅速に膨張室に潤滑油をインジェクションできる一方、油分離器から油溜り室に潤滑油を回収して潤滑油量を一定に保つことができるようになっている。   According to a third aspect of the present invention, there is provided an expander having a compressor, a radiator, an expansion chamber and a power recovery shaft in a casing, and obtaining rotational power of the power recovery shaft by a working fluid flowing into the expansion chamber. And a heat absorber connected sequentially to each other, an oil reservoir chamber is provided at a lower portion of the expander, and an oil return path is communicated with the oil reservoir chamber on the high pressure side of the refrigerant circuit. By providing a separator and collecting the lubricating oil separated by the oil separator in the oil reservoir chamber, when overexpansion occurs in the expansion chamber, the lubricating oil is quickly injected into the expansion chamber from the oil reservoir chamber. On the other hand, the amount of lubricating oil can be kept constant by recovering the lubricating oil from the oil separator to the oil reservoir.

また、請求項4に関わる発明は、前記油分離器は、前記圧縮機の吐出側に設けられることにより、油分離器で分離した潤滑油を、高圧で迅速に前記膨張機の油溜り室に回収できる構成となっている。   According to a fourth aspect of the present invention, the oil separator is provided on the discharge side of the compressor, so that the lubricating oil separated by the oil separator can be quickly put into the oil sump chamber of the expander at high pressure. It can be collected.

また、請求項5に関わる発明は、前記油戻し路に流量調節機構を設けてなる構成により、油分離器から膨張機の油溜り室に回収する潤滑油量を適切にコントロールすることができるようになっている。   Further, the invention according to claim 5 can appropriately control the amount of lubricating oil recovered from the oil separator to the oil sump chamber of the expander by a configuration in which a flow rate adjusting mechanism is provided in the oil return path. It has become.

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail as examples based on the attached drawings.

図1は、本発明による第一実施例での冷媒回路であり、図2は、同冷媒回路に備えられた膨張機を示す断面図である。図3は、冷媒の膨張過程を示す断面図であり、図4はモリエル線図である。また、図5は、圧縮機構と膨張機構とが一体となった圧縮膨張機構を示す断面図である。図6は、第二実施例での冷媒回路と、同冷媒回路に備えられた膨張機を示す断面図であり、図7は第二実施例での他の実施例を示す膨張機の断面図である。   FIG. 1 is a refrigerant circuit in a first embodiment according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing an expander provided in the refrigerant circuit. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the expansion process of the refrigerant, and FIG. 4 is a Mollier diagram. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a compression / expansion mechanism in which the compression mechanism and the expansion mechanism are integrated. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a refrigerant circuit in the second embodiment and an expander provided in the refrigerant circuit, and FIG. 7 is a cross-sectional view of the expander showing another embodiment in the second embodiment. It is.

本発明による冷媒回路1は、図1(A)で示すように、圧縮機2と、放熱器3と、膨張機4と、油分離器5と、吸熱器6とを順次接続するとともに、前記油分離器5と前記膨張機4とを結ぶ第一油戻し路7と、前記油分離器5と前記圧縮機2の吸込側とを結ぶ第二油戻し路8とで構成されている。同冷媒回路1には、例えば、臨界圧力以上で相変化を行う、自然冷媒としての二酸化炭素冷媒が循環するようになっている。前記圧縮機2はスクロール圧縮機、あるいはロータリー圧縮機で構成され、前記放熱器3と、前記吸熱器6とは、平行して並べられた多数のフィンと、同フィンに直交するように配設された蛇行状のチューブとからなる、所謂クロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器で構成されている。   As shown in FIG. 1A, the refrigerant circuit 1 according to the present invention sequentially connects a compressor 2, a radiator 3, an expander 4, an oil separator 5, and a heat absorber 6, and A first oil return path 7 connecting the oil separator 5 and the expander 4 and a second oil return path 8 connecting the oil separator 5 and the suction side of the compressor 2 are configured. In the refrigerant circuit 1, for example, a carbon dioxide refrigerant as a natural refrigerant that undergoes a phase change at a critical pressure or higher circulates. The compressor 2 is composed of a scroll compressor or a rotary compressor, and the radiator 3 and the heat absorber 6 are arranged in parallel with a large number of fins arranged in parallel and the fins. It is composed of a so-called cross fin type fin-and-tube heat exchanger composed of a meandering tube.

前記圧縮機2で圧縮され、高温高圧となった二酸化炭素冷媒は、前記放熱器3に流入し、同放熱器3で熱を放出して冷却される。熱を放出して冷却された冷媒は、前記膨張機4に流入し、同膨張機4内で膨張して低温低圧となる。低温低圧となった冷媒は前記油分離器5を経て前記吸熱器6に流入し、同吸熱器6で熱を吸収して加熱された後、前記圧縮機2に還流するようになっている。また、前記膨張機4内で膨張した冷媒は、膨張するエネルギにより同膨張機4に設けられた、後述する動力回収シャフト12を回転駆動させるようになっている。   The carbon dioxide refrigerant that has been compressed by the compressor 2 and has become high temperature and high pressure flows into the radiator 3 and releases the heat by the radiator 3 to be cooled. The refrigerant cooled by releasing heat flows into the expander 4 and expands in the expander 4 to a low temperature and low pressure. The low-temperature and low-pressure refrigerant flows into the heat absorber 6 through the oil separator 5, absorbs heat by the heat absorber 6, is heated, and then returns to the compressor 2. The refrigerant expanded in the expander 4 is configured to rotationally drive a power recovery shaft 12 (described later) provided in the expander 4 by the expanding energy.

前記油分離器5は、流入してくるガス状冷媒と、同ガス状冷媒に粒子状となって含有される潤滑油とを分離するようになっている。分離された潤滑油は、前記第一油戻し路7により前記膨張機4に還流され、また、前記第二油戻し路8により前記圧縮機2に還流されるようになっている。   The oil separator 5 separates the inflowing gaseous refrigerant from the lubricating oil contained in the gaseous refrigerant in the form of particles. The separated lubricating oil is recirculated to the expander 4 through the first oil return path 7 and recirculated to the compressor 2 through the second oil return path 8.

尚、図1(B)で示す冷媒回路80に油分離器86を設けてもよい。同冷媒回路80は、後述する膨張機一体型圧縮機81と、第一四方弁84と、放熱器82と、第二四方弁85と、吸熱器83とを順次接続して冷媒回路を構成するとともに、前記膨張機一体型圧縮機81と第二四方弁85との間に油分離器86を設けている。また、同油分離器86よりは、前記膨張機一体型圧縮機81の膨張機構部に潤滑油を戻す第一油戻し路87と、圧縮機構部に油を戻す第二油戻し路88とが設けられている。   In addition, you may provide the oil separator 86 in the refrigerant circuit 80 shown in FIG.1 (B). The refrigerant circuit 80 includes an expander-integrated compressor 81, a first four-way valve 84, a radiator 82, a second four-way valve 85, and a heat absorber 83, which will be described later, to sequentially connect the refrigerant circuit. In addition, an oil separator 86 is provided between the expander-integrated compressor 81 and the second four-way valve 85. The oil separator 86 includes a first oil return path 87 for returning the lubricating oil to the expansion mechanism portion of the expander-integrated compressor 81 and a second oil return path 88 for returning the oil to the compression mechanism portion. Is provided.

前記冷媒回路80では、前記第一四方弁84及び第二四方弁85を切り換えることにより、冷房運転と暖房運転とを行うことが可能となっており、冷房運転の際は、実線の矢印で示す方向に冷媒が流れ、暖房運転の際は破線で示す方向に冷媒が流れるようになっている。前記油分離器86の機能としては、前記冷媒回路1で説明する油分離器4と、同等である。   In the refrigerant circuit 80, by switching the first four-way valve 84 and the second four-way valve 85, it is possible to perform a cooling operation and a heating operation. The refrigerant flows in the direction indicated by, and in the heating operation, the refrigerant flows in the direction indicated by the broken line. The function of the oil separator 86 is the same as that of the oil separator 4 described in the refrigerant circuit 1.

本願の第一実施例での膨張機4は、図2(A)の上方からの断面図及び図2(B)の側断面図で示すように、上面及び下面が閉塞され、円筒状に形成されたケーシング9と、同ケーシング9内の上部に形成された、上壁と下壁と側壁とを有する円環状のシリンダ10と、同シリンダ10の内部空間に公転運動自在に設けられた偏心ロータ11と、同偏心ロータ11に連結され、前記ケーシング9に回動自在に軸支された動力回収シャフト12とからなっている。   The expander 4 in the first embodiment of the present application is formed in a cylindrical shape with the upper and lower surfaces closed as shown in the cross-sectional view from above in FIG. 2A and the side cross-sectional view in FIG. Casing 9, an annular cylinder 10 having an upper wall, a lower wall, and a side wall formed in the upper portion of the casing 9, and an eccentric rotor provided in an internal space of the cylinder 10 so as to be capable of revolving. 11 and a power recovery shaft 12 connected to the eccentric rotor 11 and pivotally supported by the casing 9.

前記偏心ロータ11は、前記動力回収シャフト12に形成されたクランク軸11bの外周縁に嵌着され、前記動力回収シャフト12に対し偏心して連結されることにより、外周面一端を前記シリンダ10の内壁面に摺接させながら同シリンダ10の内部空間を公転運動するようになっている。   The eccentric rotor 11 is fitted to the outer peripheral edge of a crankshaft 11b formed on the power recovery shaft 12, and is eccentrically connected to the power recovery shaft 12 so that one end of the outer peripheral surface is connected to the inside of the cylinder 10. The inner space of the cylinder 10 revolves while sliding on the wall surface.

また、前記ケーシング9には、外方に突出してベーン収納部16が形成されている。同ベーン収納部16内には、先端部を前記偏心ロータ11の外周面に当接させ、且つ摺接させる前後進退自在に支持されたベーン17と、同ベーン17の後部と、前後ベーン収納部16の内壁との間に設けられ、前記ベーン17を前記偏心ロータ11の外周面に押圧する押圧手段としてのスプリング18とが設けられている。また、開閉弁14aを備え、高圧の冷媒を導入する流入ポート14と、低圧となった冷媒を外部に流出させる流出ポート15とが前記ケーシング9から突設されており、これら流入ポート14と流出ポート15とは、前記ベーン17に相対向するように配設されている。   The casing 9 is formed with a vane storage portion 16 protruding outward. In the vane storage portion 16, a vane 17 that is supported so as to be able to advance and retreat in a forward / backward direction, a front end of which is in contact with the outer peripheral surface of the eccentric rotor 11, and a sliding contact, a rear portion of the vane 17, A spring 18 is provided as a pressing means that is provided between the inner wall 16 and presses the vane 17 against the outer peripheral surface of the eccentric rotor 11. Further, an inflow port 14 provided with an on-off valve 14a for introducing a high-pressure refrigerant and an outflow port 15 for allowing the low-pressure refrigerant to flow out are projected from the casing 9, and these inflow ports 14 and outflow The port 15 is disposed so as to face the vane 17.

前記ベーン17の一側と、前記偏心ロータ11の外周面と、前記シリンダ10の内壁面とで囲まれる空間には膨張室13が形成されるようになっており、前記流入ポート14から前記膨張室13に流入した高圧の冷媒は、その高圧の圧力で前記偏心ロータ11を反時計廻りに公転駆動させ、これに連結された前記動力回収シャフト12を回転させるとともに、前記膨張室13の容積が増大するにつれ、容積が膨張し低圧の冷媒となる。膨張し低圧となった冷媒は前記流出ポート15から流出するようになっている。   An expansion chamber 13 is formed in a space surrounded by one side of the vane 17, the outer peripheral surface of the eccentric rotor 11, and the inner wall surface of the cylinder 10. The high-pressure refrigerant flowing into the chamber 13 revolves the eccentric rotor 11 counterclockwise with the high pressure, rotates the power recovery shaft 12 connected thereto, and the volume of the expansion chamber 13 increases. As it increases, the volume expands and becomes a low-pressure refrigerant. The refrigerant that has been expanded to a low pressure flows out from the outflow port 15.

また、前記偏心ロータ11に連結された前記動力回収シャフト12は、例えば、その上部を、発電機等に接続されており、前記偏心ロータ11が、前記シリンダ10に流入する高圧の冷媒が膨張するエネルギにより公転運動し、これに伴い前記動力回収シャフト12が回転駆動されると、これに接続された発電機等が発電作用を行い、これにより、冷媒の膨張エネルギが、無駄に廃棄されることなく有効に利用することができるようになっている。   The power recovery shaft 12 connected to the eccentric rotor 11 is connected, for example, to a generator or the like at an upper portion thereof, and the eccentric rotor 11 expands high-pressure refrigerant flowing into the cylinder 10. When the power recovery shaft 12 is driven to revolve by energy, and the power recovery shaft 12 is driven to rotate, a generator or the like connected to the shaft performs a power generation operation, and thereby, the expansion energy of the refrigerant is wasted. It can be used effectively without any problems.

前記動力回収シャフト12には、中心軸に沿って,逆止弁12bを備えた油通路12aが穿設されており、また、前記偏心ロータ11には、前記油通路12aと前記膨張室13とを連通させる、油インジェクション孔11aが水平方向に穿設されている。また、前記ケーシング9の下部には、一端を前記動力回収シャフト12の油通路12aに回動自在に接続し、他端を、前記第一油戻し路7に接続させた、L字状に折曲された油導入パイプ19が設けられている。   The power recovery shaft 12 is provided with an oil passage 12a having a check valve 12b along the central axis, and the eccentric rotor 11 has the oil passage 12a, the expansion chamber 13, and the like. An oil injection hole 11a is formed in the horizontal direction for communicating the. In addition, the lower part of the casing 9 is folded in an L shape with one end rotatably connected to the oil passage 12a of the power recovery shaft 12 and the other end connected to the first oil return passage 7. A bent oil introduction pipe 19 is provided.

次に、前記冷媒回路1及び前記膨張機4の動作について説明する。前記膨張機4では、上記したように、前記流入ポート14から前記シリンダ10の内部空間に流入した高温高圧の冷媒は、前記膨張室13で膨張して、前記動力回収シャフト12を回転駆動させながら低温低圧の冷媒となり、前記流出ポート15から流出するようになっている。   Next, operations of the refrigerant circuit 1 and the expander 4 will be described. In the expander 4, as described above, the high-temperature and high-pressure refrigerant that has flowed into the internal space of the cylinder 10 from the inflow port 14 expands in the expansion chamber 13 and rotates the power recovery shaft 12. The refrigerant becomes a low-temperature and low-pressure refrigerant and flows out from the outflow port 15.

前記流入ポート14に備えられた開閉弁14aは、前記偏心ロータ11の公転運動に伴って開閉動作を行うようになっており、例えば、前記動力回収シャフト12の近傍に、同動力回収シャフト10の回転角度を検出する,図示しない角度センサを配設し、検出された回転角度を基に前記開閉弁14aの開閉動作を行うようになっている。また、前記動力回収シャフト12にカムを装着し、同カムの動作に伴って前記開閉弁14aの開閉動作を行なってもよい。   The on-off valve 14 a provided in the inflow port 14 opens and closes along with the revolving motion of the eccentric rotor 11. For example, in the vicinity of the power recovery shaft 12, the power recovery shaft 10 An angle sensor (not shown) that detects the rotation angle is provided, and the opening / closing operation of the on-off valve 14a is performed based on the detected rotation angle. Further, a cam may be attached to the power recovery shaft 12, and the opening / closing operation of the opening / closing valve 14a may be performed in accordance with the operation of the cam.

前記偏心ロータ11の公転運動中に、前記開閉弁14aの開閉動作により高圧冷媒が前記シリンダ10内に供給される吸入過程の角度範囲と、流体の膨張が行われる膨張過程の角度範囲が予め定められている。図3(A)は、前記開閉弁14aが開放され膨張室13に高圧冷媒が流入する過程を示しており、図3(A)の状態より前記偏心ロータ11が矢印で示す方向に回動すると、前記開閉弁14aが閉鎖され、前記膨張室13への冷媒の供給が停止されるようになっている。   During the revolving motion of the eccentric rotor 11, an angle range of a suction process in which high-pressure refrigerant is supplied into the cylinder 10 by an opening / closing operation of the on-off valve 14a and an angle range of an expansion process in which fluid is expanded are predetermined. It has been. FIG. 3A shows a process in which the on-off valve 14a is opened and a high-pressure refrigerant flows into the expansion chamber 13, and the eccentric rotor 11 rotates in the direction indicated by the arrow from the state of FIG. The on-off valve 14a is closed, and the supply of the refrigerant to the expansion chamber 13 is stopped.

図3(B)は、前記膨張室13に流入した高圧冷媒が、膨張し、前記膨張室13の容積を増大させて前記偏心ロータ11を回動させる状態を示しており、冷媒は膨張することにより、徐々に圧力が低下し、低圧の冷媒へと移行するようになっている。   FIG. 3B shows a state in which the high-pressure refrigerant that has flowed into the expansion chamber 13 expands and increases the volume of the expansion chamber 13 to rotate the eccentric rotor 11. The refrigerant expands. As a result, the pressure gradually decreases and the refrigerant moves to a low-pressure refrigerant.

図3(C)は、冷媒が膨張して前記膨張室13の容積が最大となった状態を示しており、膨張することにより、所定の圧力まで低下した冷媒は、前記吐出ポート15から流出していくようになっている。また、この時点で、前記開閉弁14aが開放され、前記流入ポート14から前記シリンダ10内に高圧の冷媒が、再び導入されるようになっている。   FIG. 3C shows a state in which the refrigerant expands and the volume of the expansion chamber 13 is maximized. The refrigerant that has dropped to a predetermined pressure due to expansion flows out of the discharge port 15. It has come to go. At this time, the on-off valve 14a is opened, and high-pressure refrigerant is again introduced into the cylinder 10 from the inflow port 14.

前記圧縮機2では、内部機構を潤滑するために潤滑油溜まりを設けており、冷媒を圧縮する際、潤滑油溜まりの潤滑油が冷媒に混合する現象が生じる。前記圧縮機2で圧縮されて高温高圧となり、また、潤滑油を混合した二酸化炭素冷媒は、前記放熱器3に流入し、熱を放出して冷却される。熱を放出して冷却された冷媒は、前記膨張機4に流入し、同膨張機4内で膨張して、膨張エネルギにより前記動力回収シャフト12を回転駆動させて低温低圧となり、前記油分離器5に流入する。同油分離器5では、冷媒と、これに混合される潤滑油とを分離するようになっている。潤滑油と分離された冷媒は、続いて前記吸熱器6で熱を吸収した後、前記圧縮機2に還流するようになっている。   In the compressor 2, a lubricating oil reservoir is provided to lubricate the internal mechanism, and when the refrigerant is compressed, a phenomenon occurs in which the lubricating oil in the lubricating oil reservoir is mixed with the refrigerant. The carbon dioxide refrigerant compressed by the compressor 2 becomes high temperature and pressure and mixed with lubricating oil flows into the radiator 3 and releases heat to be cooled. The refrigerant cooled by releasing heat flows into the expander 4, expands in the expander 4, and rotates the power recovery shaft 12 by expansion energy to become a low temperature and low pressure, and the oil separator 5 flows into. In the oil separator 5, the refrigerant and the lubricating oil mixed therewith are separated. The refrigerant separated from the lubricating oil subsequently absorbs heat by the heat absorber 6 and then returns to the compressor 2.

前記膨張機4の膨張室13で過膨張現象が発生し、膨張室13の圧力が、前記冷媒回路1で低圧側に位置する前記油分離器5内での圧力より低下した場合、前記油分離器5で分離された潤滑油は、前記油分離器5内での圧力が前記膨張室13より高いことにより前記第一油戻し路7を介して前記膨張機4に送出されるようになっている。前記第一油戻し路7に送出された潤滑油は、図2で示すように、前記油導入パイプ19を通り、回転する前記動力回収シャフト12の油通路12a内に吸引されて、同油通路12a内を上昇するようになっている。続いて、潤滑油は前記油インジェクション孔11aから前記膨張室13にインジェクションされるようになっている。これにより、前記膨張室13の容積を減少させて、同膨張室13内の圧力を高めることにより、過膨張発生現象を抑制できる一方、上記したデッドスペースの容積分を前記膨張室13から減少させることにより、効率の良い動力回収運転をすることができるようになっている。また、前記油分離器5で分離された潤滑油の一部は、前記第二油戻し路8を介して前記圧縮機2の潤滑油溜まりに回収されるようになっている。   When an overexpansion phenomenon occurs in the expansion chamber 13 of the expander 4 and the pressure in the expansion chamber 13 is lower than the pressure in the oil separator 5 located on the low pressure side in the refrigerant circuit 1, the oil separation The lubricating oil separated in the container 5 is sent to the expander 4 through the first oil return path 7 because the pressure in the oil separator 5 is higher than that of the expansion chamber 13. Yes. As shown in FIG. 2, the lubricating oil sent to the first oil return passage 7 passes through the oil introduction pipe 19 and is sucked into the oil passage 12a of the rotating power recovery shaft 12, so that the oil passage The inside of 12a rises. Subsequently, the lubricating oil is injected into the expansion chamber 13 from the oil injection hole 11a. Thereby, by reducing the volume of the expansion chamber 13 and increasing the pressure in the expansion chamber 13, it is possible to suppress the phenomenon of overexpansion, while reducing the volume of the dead space from the expansion chamber 13. Thus, an efficient power recovery operation can be performed. A part of the lubricating oil separated by the oil separator 5 is collected in the lubricating oil reservoir of the compressor 2 through the second oil return path 8.

尚、上記した膨張機4では、前記動力回収シャフト10が回転駆動されると、これに接続された発電機等が発電作用を行い、これにより、冷媒の膨張エネルギが無駄に廃棄されることなく有効に利用することができるようになっているが、図4で示すように、膨張機構と、圧縮機の圧縮機構とを一体化して膨張エネルギを有効利用することもできる。   In the expander 4 described above, when the power recovery shaft 10 is rotationally driven, a generator or the like connected to the power recovery shaft 10 performs a power generation operation, and thereby, the expansion energy of the refrigerant is not wasted. Although it can be used effectively, as shown in FIG. 4, the expansion mechanism and the compression mechanism of the compressor can be integrated to effectively use the expansion energy.

図5で示す、膨張機一体型圧縮機100は、ケーシング101の内部に、圧縮機構部102と電動機部103及び膨張機構部104を収納している。上記圧縮機構部102は、固定スクロール114と、旋回スクロール115と、フレーム112及び113とからなるスクロール圧縮機を構成しており、吸入ポート116と吐出ポート117とが備えられている。前記電動機部103は、ステータ108と、ロータ109と、主軸105とにより構成されており、同主軸105は、前記膨張機構部104に連結されている。   An expander-integrated compressor 100 shown in FIG. 5 houses a compression mechanism section 102, an electric motor section 103, and an expansion mechanism section 104 inside a casing 101. The compression mechanism 102 constitutes a scroll compressor including a fixed scroll 114, a turning scroll 115, and frames 112 and 113, and is provided with a suction port 116 and a discharge port 117. The electric motor unit 103 includes a stator 108, a rotor 109, and a main shaft 105, and the main shaft 105 is connected to the expansion mechanism unit 104.

前記膨張機構部104は、シリンダ106と、同シリンダ106内で公転運動する偏心ロータ107とからなり、流入ポート11と流出ポート110とが設けられている。流入ポート11から流入した冷媒により前記偏心ロータ107が回転駆動されると、これに連結された前記主軸105の回転力を付勢するようになっている。   The expansion mechanism 104 includes a cylinder 106 and an eccentric rotor 107 that revolves within the cylinder 106, and is provided with an inflow port 11 and an outflow port 110. When the eccentric rotor 107 is rotationally driven by the refrigerant flowing from the inflow port 11, the rotational force of the main shaft 105 connected thereto is urged.

このように膨張機一体型圧縮機は、圧縮機と膨張機とを一体化して構成され、前記膨張機構部104の回転駆動力が、前記電動機部103とともに圧縮機構部102を駆動するようになっている。これは、図4のモリエル線図で示す、断熱膨張C点→D’点の過程にて回収した動力分だけ、前記圧縮機構部102を駆動する前記電動機部103のエネルギーを低減することができるようになっており、エネルギ回収効率の向上を図れるようになっている。   Thus, the expander-integrated compressor is configured by integrating the compressor and the expander, and the rotational driving force of the expansion mechanism unit 104 drives the compression mechanism unit 102 together with the electric motor unit 103. ing. This can reduce the energy of the motor unit 103 that drives the compression mechanism unit 102 by the amount of power recovered in the process of adiabatic expansion C point → D ′ point shown in the Mollier diagram of FIG. Thus, the energy recovery efficiency can be improved.

次に、第二実施例について説明する。第二実施例での冷媒回路20は、図6(A)で示すように、圧縮機21と、油分離器22と、放熱器23と、膨張機24と、吸熱器25とを順次接続するとともに、前記油分離器22と前記膨張機24とを結び、流量調節機構28を備えた第一油戻し路26と、前記油分離器22と前記圧縮機21の吸込側とを結ぶ第二油戻し路27とで構成されている。   Next, a second embodiment will be described. As shown in FIG. 6A, the refrigerant circuit 20 in the second embodiment sequentially connects a compressor 21, an oil separator 22, a radiator 23, an expander 24, and a heat absorber 25. In addition, the second oil connecting the oil separator 22 and the expander 24 and connecting the first oil return path 26 provided with a flow rate adjusting mechanism 28 and the oil separator 22 and the suction side of the compressor 21. And a return path 27.

第二実施例での膨張機24は、図6(B)の側断面図で示すように、上面及び下面が閉塞され、円筒状に形成されたケーシング29と、同ケーシング29内の上部に形成された膨張機構部30と、下方に形成された油溜り室31と、ケーシング29中央部に、回動自在に軸支された動力回収シャフト35とからなっている。   As shown in the side sectional view of FIG. 6B, the expander 24 in the second embodiment is formed in a casing 29 formed in a cylindrical shape with the upper surface and the lower surface closed, and an upper portion in the casing 29. The expansion mechanism portion 30 is formed, an oil reservoir chamber 31 formed below, and a power recovery shaft 35 pivotally supported at the central portion of the casing 29.

前記膨張機構部30は、上壁と下壁と側壁とを有し、円筒状の内部空間を有するシリンダ32と、前記動力回収シャフト35のクランク軸外周縁に嵌着されたリング状の偏心ロータ33とからなっている。同偏心ロータ33は外周面一端を前記シリンダ32の内壁面に摺接させながら同シリンダ32の内部空間を公転運動するようになっており、これにより膨張室34が形成されるようになっている。   The expansion mechanism section 30 has an upper wall, a lower wall, and a side wall, a cylinder 32 having a cylindrical inner space, and a ring-shaped eccentric rotor fitted to the outer periphery of the crankshaft of the power recovery shaft 35. 33. The eccentric rotor 33 revolves in the internal space of the cylinder 32 while sliding one end of the outer peripheral surface thereof to the inner wall surface of the cylinder 32, whereby an expansion chamber 34 is formed. .

前記ケーシング29の下部に形成された油溜り室31には、潤滑用の油が貯留されており、前記動力回収シャフト35は、下端部が前記油溜り室31の油に浸るように下方に向け延出されるとともに、軸芯には、逆止弁35bを備えた油通路35aが穿設されている。また、前記偏心ロータ33には、前記油通路35aと、前記シリンダ32の内部空間とを連通させる油インジェクション孔33aが穿設されている。前記動力回収シャフト35が回転し始めると、その回転力により前記油溜り室31に貯留された油は前記油通路35aに吸い上げられ、前記偏心ロータ33等の摺動部に供給されるようになっている。また、前記ケーシング29の下部には、前記第一油戻し路26に接続される油導入パイプ36が設けられている。   Lubricating oil is stored in an oil reservoir chamber 31 formed in the lower portion of the casing 29, and the power recovery shaft 35 is directed downward so that a lower end portion is immersed in the oil in the oil reservoir chamber 31. While extending, an oil passage 35a provided with a check valve 35b is formed in the shaft core. The eccentric rotor 33 is formed with an oil injection hole 33a that allows the oil passage 35a and the internal space of the cylinder 32 to communicate with each other. When the power recovery shaft 35 starts to rotate, the oil stored in the oil reservoir chamber 31 is sucked into the oil passage 35a by the rotational force and supplied to the sliding portion such as the eccentric rotor 33. ing. An oil introduction pipe 36 connected to the first oil return path 26 is provided at the lower part of the casing 29.

次に、動作について説明する。前記圧縮機21で圧縮されて高温高圧となった二酸化炭素冷媒は、前記油分離器22に流入し、冷媒と、潤滑油とに分離されるようになっている。高温高圧の冷媒は前記放熱器23に流入し、熱を放出して冷却され、冷却された冷媒は、前記膨張機24に流入し、同膨張機24内で膨張して、膨張エネルギにより前記動力回収シャフト35を回転駆動させて低温低圧となり、続いて前記吸熱器25で周囲の熱を吸収した後、前記圧縮機21に還流するようになっている。   Next, the operation will be described. The carbon dioxide refrigerant compressed by the compressor 21 to high temperature and pressure flows into the oil separator 22 and is separated into refrigerant and lubricating oil. The high-temperature and high-pressure refrigerant flows into the radiator 23, releases heat, and is cooled. The cooled refrigerant flows into the expander 24, expands in the expander 24, and expands in the expander 24. The recovery shaft 35 is driven to rotate to a low temperature and low pressure, and after the surrounding heat is absorbed by the heat absorber 25, it is returned to the compressor 21.

前記油分離器22で分離された潤滑油は、前記第一油戻し路26を介して前記膨張機24の油溜り室31に送出され、これに貯留されるようになっている。この際、前記流量調節機構28により、送出される潤滑油量を適切に調節されるようになっている。前記油溜り室31に貯留された潤滑油は、回転する前記動力回収シャフト35の油通路35aに吸引されて上昇するようになっている。続いて、潤滑油は前記油インジェクション孔33aから前記膨張室34にインジェクションされるようになっており、これにより、前記膨張室34での過膨張発生現象を抑制できる一方、デッドスペースの容積を前記膨張室34から減少させることにより、効率の良い動力回収運転をすることができるようになっている。また、前記油分離器22から潤滑油が供給されることにより、前記油溜り室31は潤滑油不足を招くことなく、常時、適切な潤滑油量を保持できるようになっている。また、前記油分離器22で分離された潤滑油の一部は、前記第二油戻し路27を介して前記圧縮機21の潤滑油溜まりに回収されるようになっている。   The lubricating oil separated by the oil separator 22 is sent to the oil reservoir chamber 31 of the expander 24 through the first oil return path 26 and stored therein. At this time, the flow rate adjusting mechanism 28 appropriately adjusts the amount of lubricating oil delivered. The lubricating oil stored in the oil reservoir chamber 31 is sucked into the oil passage 35a of the rotating power recovery shaft 35 and rises. Subsequently, the lubricating oil is injected into the expansion chamber 34 from the oil injection hole 33a, thereby suppressing the occurrence of overexpansion in the expansion chamber 34, while reducing the volume of the dead space. By reducing from the expansion chamber 34, an efficient power recovery operation can be performed. Further, by supplying lubricating oil from the oil separator 22, the oil reservoir chamber 31 can always maintain an appropriate amount of lubricating oil without causing a shortage of lubricating oil. A part of the lubricating oil separated by the oil separator 22 is collected in the lubricating oil reservoir of the compressor 21 through the second oil return path 27.

次に、第二実施例での他の実施例について説明する。膨張機37は、図7で示すように、シリンダ38と偏心ロータ39とベーン43とで形成される膨張室40に圧力センサ44を設けている。また、流入ポート41に対向する流出ポート42に圧力センサ46を設けており、これら、圧力センサ44及び圧力センサ46は、リード線47により、図示しない制御部に接続されている。   Next, another embodiment of the second embodiment will be described. As shown in FIG. 7, the expander 37 is provided with a pressure sensor 44 in an expansion chamber 40 formed by a cylinder 38, an eccentric rotor 39, and a vane 43. In addition, a pressure sensor 46 is provided at the outflow port 42 facing the inflow port 41, and the pressure sensor 44 and the pressure sensor 46 are connected to a control unit (not shown) by a lead wire 47.

前記油分離器27は、前記冷媒回路20で高圧側に配置されているため、前記油分離器22で分離された潤滑油に圧力が掛かり、前記第一油戻し路26を介して常時、前記膨張機24に潤滑油が流れようとする。前記膨張室40に配置された前記圧力センサ44の検出値が、前記流出ポート42に配置された圧力センサ46の検出値より低くなる、所謂過膨張現象が発生すると、前記流入調節機構28が、圧力差に応じて開放され、前記膨張機24に適切な潤滑油量が送出されるようになっている。   Since the oil separator 27 is disposed on the high pressure side in the refrigerant circuit 20, pressure is applied to the lubricating oil separated by the oil separator 22, and the oil separator 27 is constantly connected via the first oil return path 26. Lubricating oil tends to flow through the expander 24. When a so-called over-expansion phenomenon occurs in which the detection value of the pressure sensor 44 disposed in the expansion chamber 40 is lower than the detection value of the pressure sensor 46 disposed in the outflow port 42, the inflow adjusting mechanism 28 is It is opened according to the pressure difference, and an appropriate amount of lubricating oil is sent to the expander 24.

本発明による第一実施例での冷媒回路である。It is a refrigerant circuit in the 1st example by the present invention. (A)は同冷媒回路に備えられた膨張機を示す上方からの断面図である (B)は側断面図である。(A) is sectional drawing from the top which shows the expander with which the same refrigerant circuit was equipped. (B) is side sectional drawing. 膨張機での冷媒の膨張過程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the expansion process of the refrigerant | coolant in an expander. 膨張機での冷凍サイクルを示すモリエル線図である。It is a Mollier diagram which shows the refrigerating cycle in an expander. 圧縮機構と膨張機構とが一体となった圧縮膨張ユニットを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the compression-expansion unit with which the compression mechanism and the expansion mechanism were united. (A)は第二実施例での冷媒回路である。(A) is a refrigerant circuit in the second embodiment.

(B)は同冷媒回路に備えられた膨張機を示す側断面図である。
第二実施例での他の実施例を示す膨張機の断面図である。 従来の膨張機の一例を示す断面図である (A)及び(B)は、膨張室での圧力と容積の変化を示す説明図である。
(B) is a sectional side view showing an expander provided in the refrigerant circuit.
It is sectional drawing of the expander which shows the other Example in a 2nd Example. It is sectional drawing which shows an example of the conventional expander. (A) And (B) is explanatory drawing which shows the change of the pressure and volume in an expansion chamber.

符号の説明Explanation of symbols

1 冷媒回路
2 圧縮機
3 放熱器
4 膨張機
5 油分離器
6 吸熱器
7 第一油戻し路
8 第二油戻し路
9 ケーシング
10 シリンダ
11 偏心ロータ
11a 油インジェクション孔
12 動力回収シャフト
12a 油通路
13 膨張室
14 流入ポート
14a 開閉弁
15 流出ポート
16 ベーン収納部
17 ベーン
18 スプリング
19 油導入パイプ
20 冷媒回路
21 圧縮機
22 油分離器
23 放熱器
24 膨張機
25 吸熱器
26 第一油戻し路
27 第二油戻し路
28 流量調節機構
29 ケーシング
30 膨張機構部
31 油溜り室
32 シリンダ
33 偏心ロータ
34 膨張室
35 動力回収シャフト
35a 油通路
36 油導入パイプ
Reference Signs List 1 refrigerant circuit 2 compressor 3 radiator 4 expander 5 oil separator 6 heat absorber 7 first oil return path 8 second oil return path 9 casing 10 cylinder 11 eccentric rotor 11a oil injection hole 12 power recovery shaft 12a oil path 13 Expansion chamber 14 Inflow port 14a On-off valve 15 Outflow port 16 Vane storage portion 17 Vane 18 Spring 19 Oil introduction pipe 20 Refrigerant circuit 21 Compressor 22 Oil separator 23 Radiator 24 Expander 25 Heat absorber 26 First oil return path 27 Two oil return path 28 Flow rate adjusting mechanism 29 Casing 30 Expansion mechanism 31 Oil reservoir chamber 32 Cylinder 33 Eccentric rotor 34 Expansion chamber 35 Power recovery shaft 35a Oil passage 36 Oil introduction pipe

Claims (5)

圧縮機と、放熱器と、ケーシング内に膨張室と動力回収シャフトとを備え前記膨張室に流入した作動流体により前記動力回収シャフトの回転動力を得る膨張機と、吸熱器とを順次接続した冷媒回路において、
前記冷媒回路の低圧側に油分離器を設けるとともに、同油分離器と前記膨張機との間に油戻し路を設け、前記膨張室の圧力が前記低圧側より低下した際、前記油分離器で分離した潤滑油を、前記油戻し路を介して前記膨張室にインジェクションしてなることを特徴とする膨張機を備えた冷媒回路。
A refrigerant comprising a compressor, a radiator, an expansion chamber and a power recovery shaft in a casing, an expander for obtaining rotational power of the power recovery shaft by a working fluid flowing into the expansion chamber, and a heat absorber In the circuit
An oil separator is provided on the low pressure side of the refrigerant circuit, and an oil return path is provided between the oil separator and the expander. When the pressure in the expansion chamber decreases from the low pressure side, the oil separator A refrigerant circuit provided with an expander, wherein the lubricating oil separated in step (b) is injected into the expansion chamber through the oil return path.
前記油分離器が、前記膨張機と、前記吸熱器との間に設けられることを特徴とする請求項1に記載の膨張機を備えた冷媒回路。   The refrigerant circuit provided with the expander according to claim 1, wherein the oil separator is provided between the expander and the heat absorber. 圧縮機と、放熱器と、ケーシング内に膨張室と動力回収シャフトとを備え前記膨張室に流入した作動流体により前記動力回収シャフトの回転動力を得る膨張機と、吸熱器とを順次接続した冷媒回路において、
前記膨張機の下部に油溜り室を設けるとともに、前記冷媒回路の高圧側に、前記油溜り室との間に油戻し路を連通させた油分離器を設け、同油分離器で分離した潤滑油を前記油溜り室に回収してなることを特徴とする膨張機を備えた冷媒回路。
A refrigerant comprising a compressor, a radiator, an expansion chamber and a power recovery shaft in a casing, an expander for obtaining rotational power of the power recovery shaft by a working fluid flowing into the expansion chamber, and a heat absorber In the circuit
An oil reservoir chamber is provided at the lower portion of the expander, and an oil separator having an oil return path communicating with the oil reservoir chamber is provided on the high-pressure side of the refrigerant circuit, and lubrication separated by the oil separator is provided. A refrigerant circuit comprising an expander, wherein oil is collected in the oil reservoir.
前記油分離器は、前記圧縮機の吐出側に設けられてなることを特徴とする請求項3に記載の膨張機を備えた冷媒回路。   The refrigerant circuit having an expander according to claim 3, wherein the oil separator is provided on a discharge side of the compressor. 前記油戻し路に、流量調節機構を設けてなることを特徴とする請求項3、または請求項4に記載の膨張機を備えた冷媒回路。   The refrigerant circuit provided with the expander according to claim 3 or 4, wherein a flow rate adjusting mechanism is provided in the oil return path.
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