JPH1037706A - 流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 起動運転開始時に、円滑で効率のよい立上り
運転を確保する。 【解決手段】 密閉ケース１内に、ガス吸込通路４７と
接続し、ランキンサイクルを構成する膨張機構部１１
と、膨張機構部１１からの回転動力が与えられ、冷凍サ
イクルを構成する圧縮機構部１３を設け、前記膨張機構
部１１のガス吸込通路４７中に、前記膨張機構部１１の
停止時に、油を溜める油溜め部６２を設け、油溜め部６
２の油を起動開始運転時に高圧ガスと一緒に膨張機構部
１１へ送り込むようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ランキンサイク
ルを構成する膨張機構部と、膨張機構部からの回転動力
が与えられ冷凍サイクルを構成する圧縮機構部とか成る
流体機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、膨張機構部と圧縮機構部とを有
する流体機械にあっては、膨張機構部において、高圧ガ
スによる膨張仕事により回転動力を発生させ、発生した
回転動力を圧縮機構部に伝達する。圧縮機構部では、回
転動力が与えられることで、冷媒を高温・高圧ガスとし
て吐出する構造となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】膨張機構部は、高圧ガ
スが送り込まれることで、膨張仕事により回転動力を発
生するものであるが、運転中の膨張室内のシールと潤滑
は効率面で大きな要素を占める。

【０００４】シールは、冷凍機油の油膜を利用するた
め、冷凍機油の欠如は、即、高圧ガスのシール漏れにつ
ながる。一般に、運転中にあっては、給油ポンプによっ
て冷凍機油を強制的に送り込むことで達成できるが、特
に、停止してから一定時間経過すると、膨張室内の冷凍
機油は、自重で下部のオイル供給部へ戻ってしまう。し
たがって、次の運転開始時の初期段階ではシールが不完
全な状態での運転となるため、運動開始時の効率のよい
立上り運転が望めなくなる問題が起きる。

【０００５】そこで、この発明は、運転開始時に、高圧
ガスと一緒に油を送り込むことで、円滑で効率のよい立
上り運転を確保した流体機械を提供することを目的とし
ている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、密閉ケース内に、ガス吸込通路と接続
し、ランキンサイクルを構成する膨張機構部と、膨張機
構部からの回転動力が与えられ冷凍サイクルを構成する
圧縮機構部とを有する流体機械において、運転開始時
に、高圧ガスが通り、高圧ガスと一緒に膨張機構部へ油
を送り込むための油溜め部を膨張機構部のガス吸込通路
中に設ける。

【０００７】油溜め部としては、ガス吸込通路と接続し
合う高圧室を密閉ケース内に形成し、その高圧室を油溜
め部とする。あるいは、ランキンサイクルを構成るす最
下位に配置された配管又は配管によって形成したＵ字ト
ラップを油溜め部とする。

【０００８】また、本願発明にあっては、密閉ケース内
に、ガス吸込通路と接続し、ランキンサイクルを構成す
る膨張機構部と、膨張機構部からの回転動力が与えら
れ、冷凍サイクルを構成する圧縮機構部とを有する流体
機械において、前記膨張機構部の停止時に、前記密閉ケ
ース内の油を、前記ガス吸込通路と接続し密閉ケース内
に形成された高圧室内へ導くようにする。

【０００９】そして、好ましい実施形態として、密閉ケ
ース内に、圧力差により開閉し、密閉ケース内の油を前
記高圧室内へ導く弁機構を設ける。

【００１０】あるいは、密閉ケースの外に、膨張機構部
の運転中は閉で、停止時には開となる開閉弁を有し、開
閉弁の開の時に密閉ケース内の油を高圧室内へ導く油誘
導回路を設ける。

【００１１】あるいは、密閉ケースの外に、ランキンサ
イクルを構成する油分離器と、運転中は閉で、停止時に
は開となる開閉弁を有し、開閉弁の開の時に、前記油分
離器で分離された油を高圧室内へ導く油誘導回路を設け
る。

【００１２】かかる流体機械によれば、運転開始時に、
油溜め部内の油は、高圧ガスと一緒にガス吸込通路を通
り、膨張機構部へ送り込まれるため、油による高圧ガス
のシールが確保され、効率のよい円滑な立上り運転状態
が得られる。

【００１３】一方、油溜め部には、膨張機構部の停止時
に、油が送り込まれ、次の運転開始時の待機状態が確保
されるようになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図１乃至図６の図面を参照
しながらこの発明の実施の形態を具体的に説明する。

【００１５】図１において、１は流体機械を示してお
り、ランキンサイクル用の第１の吸込管３及び冷凍サイ
クル用の第２の吸込管５と、吐出管７とを有する密閉ケ
ース９内の右側に膨張機構部１１が、左側に圧縮機構部
１３がそれぞれ配置されている。密閉ケース９の底部
は、冷凍機油が規定量入れられたオイル供給部１２とな
っている。流体機械１は、冷凍サイクルを構成する圧縮
機構部１３の吐出ガスと、ランキンサイクルを構成する
膨張機構部１１の吐出ガスが密閉ケース９内に吐出され
る１流体方式対応となっている。この場合、互いに独立
した露出管を有する場合でも良い。

【００１６】膨張機構部１１は、シリンダ３７とシリン
ダ３８とからなるツインタイプとなっていて、各シリン
ダ３７，３８は、中間仕切板３９によってそれぞれ独立
するよう仕切られ、両シリンダ３７，３８に第１の回転
シャフト４１が貫通している。

【００１７】膨張機構部１１の第１の回転シャフト４１
は、主軸受部材４３と副軸受部材４４とによって回転自
在に両端支持されている。第１の回転シャフト４１は、
後述するガス吸込通路４７と、前記各シリンダ３７，３
８に対応する部分に、互いに１８０度位相をずらした偏
心軸部４９，５０が設けられ、これら偏心軸部４９，５
０には前記両シリンダ３７，３８内に配置された第１の
ローラ５１および第２のローラ５２が嵌合している。

【００１８】これにより、各ローラ５１，５２は、偏心
軸部４９，５１の回転により１８０度位相がずれた偏心
回転が与えられるようになる。

【００１９】第１，第２のローラ５１，５２の外周面に
は、図３に示す如く背圧又は、ばね等による付勢手段５
５によって常時接触し合うブレード５７が設けられ、各
ローラ５１，５２およびブレード５７とにより膨張室５
９がそれぞれ作られるようになっている。

【００２０】第１の回転シャフト４１に設けられた高圧
ガス通路となるガス吸込通路４７の一方の吸込口４７ａ
は、高圧室６１を介して前記第１の吸込管３と連通して
いる。

【００２１】高圧室６１は、底部がオイル供給部１２か
らの油を溜める油溜め部６２となっており、密閉ケース
９内に配置された隔壁６３により独立して形成される。

【００２２】第１の吸込管３は、高圧室６１の下位とな
る油溜め部６２の位置に設けられ、高圧ガスが高圧室６
１内に送り込まれる時に、必ず油溜め部６２の油内を通
るよう設定されている。

【００２３】この場合、図７に示す如く第１の吸込管３
を高圧室６１の上位側に設ける際には、高圧室６１内
に、仕切板６４を垂設し、この仕切板６４により、矢印
の如く高圧ガスが油溜め部６２の油内を通過してガス吸
込通路４７へ向かう流が得られるようにしてもよい。

【００２４】隔壁６３には、膨張機構部１１の運転時と
運転停止時との差圧によりオイル供給部１２の油を、高
圧室６１の油溜め部６２へ送り込む弁機構部６６が設け
られている。

【００２５】弁機構部６６は、オイル供給部１２と油溜
め部６２とを連通するオイル通路６６ａと、オイル通路
６６ａを開閉する弁体６６ｂと、隔壁６３を挟んでオイ
ル供給部１２側の圧力と油溜め部６２側の圧力がほぼバ
ランスされた時に、図３に示す如く前記弁体６６ｂを弁
ストッパー６６ｃまで付勢してオイル通路６６ａを開と
する付勢ばね６６ｄとから成っている。

【００２６】これにより、弁体６６ｂが開の時にオイル
供給部１２の油が油溜め部６２へ送り込まれるようにな
っている。

【００２７】付勢ばね６６ｄは、膨張機構部１１の運転
時に、高圧室６１が高圧ガスにより高い圧力になる圧力
値より弱いばね圧に設定され、これにより、図４に示す
如く運転時にあってはオイル通路６６ａは弁体６６ｂに
より閉塞され、油の移動が起きないようになっている。

【００２８】一方、隔壁６３と主軸受部材４３の軸受端
部４ａとの間は、第１のシール部材６５によって、第１
の回転シャフト４１と主軸受部材４３との間は第２のシ
ール部材６７によってそれぞれシールされている。

【００２９】図２に示す如く第２のシール部材６７のシ
ール端面は、主軸受部材４３の軸受端部４３ａの端面
と、内側シール面は第１の回転シャフト４１の外周面と
それぞれ接触し、付勢ばね６９により常時、主軸受部材
４３の軸受端部４３ａの端面側に付勢され、高圧室６１
内の高圧ガスが密閉ケース９の内部、又はシリンダ３７
内へのシール漏れが阻止されるようになっている。この
場合、第２のシール部材６７は、テフロン系の材質を用
いることが望ましい。

【００３０】付勢ばね６９は、コイルばねとなってい
て、第１の回転シャフト４１の外周面に設けられた周溝
内に係合されるＣ形リング７１によって保持されたワッ
シャ７３と、第２のシール部材６７の端面との間に介装
されている。

【００３１】また、第２のシール部材６７の同期回転
は、第２のシール部材６７の端面側に設けられた切欠凹
溝７５内に、第１の回転シャフト４１を貫通した係合ピ
ン７７が係合し合うことで同期回転が得られるようにな
る。

【００３２】一方、ガス吸込通路４７の吸込口４７ａと
反対側となる他方は、図５に示す如く各偏心軸部４９，
５０の外周面に１８０度の位相差を有して設けられた吸
込ポート７９と連通し、吸込ポート７９は、各ローラ５
１，５２に設けられた連通ポート８１を介して各膨張室
５９，５９と連通可能となっている。

【００３３】吸込ポート７９及び連通ポート８１は、偏
心軸部４９，５０が約１８０度回転し、吸込ポート７９
と連通ポート８１が連通し合うことで、高圧ガスが膨張
室５９内へ送り込まれる流入タイミング制御手段８３を
構成している。

【００３４】膨張機構部１１を構成する両シリンダ３
７，３８には、吐出ポート８５，８５をそれぞれ有し、
一方のシリンダ３７側の吐出ポート８５にあっては、主
軸受部材４３側にそれぞれ設けられている。

【００３５】一方のシリンダ３７側の吐出ポート８５
は、マフラ室８７内に臨み、マフラ室８７から密閉ケー
ス９内を通り、前記吐出管７と連通している。他方のシ
リンダ３８側の吐出ポート８５は中間仕切板３９を挟ん
でシリンダ３７，３８を貫通した貫通孔８９を介して前
記マフラ室８７に臨み、マフラ室８７から密閉ケース９
内を通り前記吐出管７と連通している。

【００３６】圧縮機構部１３は、仕切板９１に仕切られ
た第１，第２のシリンダ９３，９４を有するツインタイ
プとなっていて、第１，第２のシリンダ９３，９４には
第２の回転シャフト９５が貫通している。

【００３７】圧縮機構部１３の第２の回転シャフト９５
は、継ぎ手９７を介して膨張機構部１１の第１の回転シ
ャフト４１と同一軸線上に一体に係合連結されると共
に、主軸受部材９９及び副軸受部材１０１とによって回
転自在に軸支されている。第２の回転シャフト９５は、
前記各シリンダ９３，９４に対応する部分に偏心軸部１
０３，１０４が設けられ、偏心軸部１０３，１０４には
前記各シリンダ９３，９４内に配置されたローラ１０
５，１０６が嵌合している。これにより各ローラ１０
５，１０６は、偏心軸部１０３，１０４の回転により１
８０度位相がずれた偏心回転が与えられるようになる。

【００３８】主軸受部材９９と副軸受部材１０１には、
開閉弁１０９，１１１を有する吐出ポート１１３，１１
４がそれぞれ設けられている。吐出ポート１１３，１１
４は、各マフラ室１１７，１１９から密閉ケース９の内
部空間を介して前記吐出管７と連通している。

【００３９】第１，第２のシリンダ９３，９４には、図
６に示す如く前記した第２の吸込管５と連通し合う吸込
ポート１２１と、前記ローラ１０５，１０６の外周面と
背圧又はばね等による付勢手段によって常時接触し合う
ブレード１２３とが設けられ、ローラ１０５，１０６及
びブレード１２３とにより圧縮室１２５と吸込室１２７
とが作られるようになっている。

【００４０】膨張機構部１１と圧縮機構部１３は、膨張
機構部１１側の副軸受部材４４と圧縮機構部１３側の主
軸受部材９９が接合され、締結ボルト１２９によって一
体に係合されている。

【００４１】膨張機構部１１と圧縮機構部１３の間とな
る膨張機構部１１の内側には、給油ポンプ１３１が、ま
た圧縮機構部１３の外側となる副軸受部材１０１の内部
には高圧ガスにより第１の回転シャフト４１を介して第
２の回転シャフト９５に入力されるスラスト力Ｐ１を受
けとめるスラスト受け部材１３３が設けられている。給
油ポンプ１３１は、膨張機構部１１の第１の回転シャフ
ト４１の端部に配置され、保持カバー１３５によって保
持されている。給油ポンプ１３１の吸込側にはオイル供
給部１２に延長された給油管１３９が接続している。給
油ポンプ１３１の吐出側は、潤滑給油路１４１を介して
一方は、膨張機構部１１側の主・副軸受部材４３，４４
及び膨張室５９とそれぞれ接続連通している。

【００４２】他方は、潤滑給油路１４５を介して圧縮機
構部１３側の主・副軸受部材９９，１０１、偏心軸部１
０３，１０４の各摺動部に対して冷凍機油が供給される
ようになっている。

【００４３】このように構成された流体機械１によれ
ば、ランキンサイクルを構成する第１の吸込管３を介し
て供給される高圧ガスは、高圧室６１内に一時的に貯留
された後、高圧室６１からガス吸込通路４７を介して膨
張室５９内へ送り込まれ、膨張仕事により発生した回転
動力は、第１の回転シャフト４１に与えられ、圧縮機構
部１３の第２の回転シャフト９５を駆動する。これによ
り、各ローラ１０５，１０６に偏心回転を与え、冷凍サ
イクルを構成する第２の吸込管５から送り込まれた作動
ガスを圧縮して、吐出管７から吐出する。

【００４４】この運転時において、オイル通路６６ａは
高圧室６１内の圧力により押圧される弁体６６ｂにより
閉塞され、油溜め部６２への油の移動は起きない。ま
た、膨張機構部１１の各摺動部は高圧ガスにより高圧の
雰囲気におかれるが、給油ポンプ１３１によって強制的
に冷凍機油が送り込まれるため、各摺動部は安定したシ
ール状態と潤滑状態が得られるようになる。

【００４５】一方、運転を停止すると、高圧室６１内へ
の高圧ガスの供給が止まるため、隔壁６３を挟んでオイ
ル供給部６６ａ側の圧力と油溜め部６２側の圧力がバラ
ンスする。この圧力バランス時に付勢ばね６６ｄにより
弁体６６ｂは弁体ストッパー６６ｃまで付勢される。こ
れによりオイル通路６６ａは開となり、オイル供給部１
２内の油は、オイル通路６６ａを介して油溜め部６２内
へ移動するようになる。

【００４６】したがって、運転開始時に、油溜め部６２
内の油は、第１の吸込管３から送り込まれる高圧ガスと
一緒にガス吸込通路４７を介して膨張機構部１１へ送り
込まれ、油による高圧ガスのシールが確保される。この
結果、円滑で効率のよい立上り運転状態が得られるよう
になる。

【００４７】図８は、オイル供給部１２の油を高圧室６
１の油溜め部６２へ送り込む別の実施形態を示したもの
である。

【００４８】即ち、オイル供給部１２と油溜め部６２と
を密閉ケース１の外に設けられた油誘導回路１４５によ
って接続連通し、油誘導回路１４５に、膨張機構部１１
の運転時の信号で閉になると共に、運転停止時の信号で
開となる開閉弁１４７を設けるものである。

【００４９】なお、他の構成要素は、図２と同一のため
同一符号を符して詳細な説明を省略する。

【００５０】したがって、この実施形態によれば、膨張
機構部１１の運転時において、開閉弁１４７は閉となる
ため、オイル供給部１２の油は、油溜め部６２内へ移動
することはなく、給油ポンプ１３１により膨張機構１
１，圧縮機構部１３へ送られ、潤滑とシール状態が確保
される。

【００５１】次に、膨張機構部１１の運転が停止する
と、開閉弁１４７は開となるため、オイル供給部１２の
油は、油誘導回路１４５を介して油溜め部６２内へ移動
するようになる。

【００５２】したがって、再起動時に、油溜め部６２内
の油は、第１の吸込管３から送り込まれる高圧ガスと一
緒にガス吸込通路４７を介して膨張機構部１１へ送り込
まれ、高圧ガスのシールと潤滑状態が確保される結果、
円滑な立上り運転が得られるようになる。

【００５３】図９は、油溜め部６２へ油を送り込む別の
実施形態を示したものである。

【００５４】即ち、膨張機構部１１のランキンサイクル
内に、冷媒と一緒に循環する油を分離して溜める油分離
器１４９を設ける。油分離器１４９には、冷媒が出入り
する循環パイプ１５１，１５２と油誘導回路１５３が設
けられ、一方の循環パイプ１５１は、凝縮器（図示して
いない）等を介して密閉ケース１の吐出管７と接続連通
し、他方の循環パイプ１５２は、冷媒を高温・高圧のガ
スとする加熱器（図示していない）等を介して密閉ケー
ス１の第１の吸込管３と接続連通している。

【００５５】油誘導回路１５３は、一端が油分離器１４
９の底部と、他端が高圧室６１の油溜め部６２とそれぞ
れ接続連通し合うと共に、開閉弁１５５を有している。
開閉弁１５５は、膨張機構部１１の運転時の信号で閉に
なると共に、運転停止時の信号で開に制御される。

【００５６】なお、他の構成要素は、図２と同一のため
同一符号を符して詳細な説明を省略する。

【００５７】したがって、この実施形態によれば、膨張
機構部１１の運転時において、開閉弁１５５は閉となる
ため、油分離器１４９で分離された油の移動は起きず、
給油ポンプ１３１による膨張機構部１１と圧縮機構部１
３へ送られる油により潤滑とシール状態が確保される。

【００５８】次に、膨張機構部１１の運転が停止する
と、開閉弁１５５は開となるため油分離器１４９で分離
された油は油誘導路１５３を介して油溜め部６２内へ移
動するようになる。

【００５９】したがって、運転開始時に、油溜め部６２
内の油は、第１の吸込管３から送り込まれる高圧ガスと
一緒にガス吸込通路４７を介して膨張機構部１１へ送り
込まれ、高圧ガスのシールと潤滑が確保される結果、円
滑で効率のよい立上り運転が得られる。

【００６０】なお、油溜め部６２は、必ずしも、高圧室
６１や油分離器１４９等の専用の部屋を利用する手段に
特定されない。

【００６１】例えば、図１０に示す如く第１の吸込管３
と接続し合うランキンサイクル用の配管１５２を第１の
吸込管３より下位に配置することで、配管１５２内に油
溜め部６２を形成するようにしたり、あるいは、図１１
に示す如く第１の吸込管３と接続し合う配管１５２をＵ
字トラップ１５９に形成し、そのＵ字トラップ１５９内
を油溜め部６２とする構造とすることも可能である。

【００６２】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明の流体
機械によれば、運転起動時において、油溜め部の油を、
高圧ガスと一緒にガス吸込通路を介して膨張機構部へ送
り込むことができるため、油による高圧ガスのシールと
潤滑とにより円滑で効率のよい立上り運転状態が得られ
るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる流体機械の切断面図

【図２】膨張機構部側の拡大断面図。

【図３】弁機構の開状態の説明図。

【図４】弁機構の閉状態の説明図。

【図５】図１のＡ−Ａ線断面図。

【図６】図１のＢ−Ｂ線断面図。

【図７】第１の吸込管からの高圧ガスが仕切板により油
溜め部内を通過するようにした図２と同様の拡大断面
図。

【図８】オイル供給部の油を密閉ケースの外から油溜め
部に移動させるようにした説明図。

【図９】ランキンサイクル中に設けられた油分離器の油
を、油溜め部内へ移動させるようにした説明図。

【図１０】第１の吸込管と接続の配管を、油溜め部とし
て利用する説明図。

【図１１】第１の吸込管と接続の配管に、Ｕ字トラップ
を設け、このＵ字トラップを油溜め部として利用する説
明図。

【符号の説明】

１ 密閉ケース １１ 膨張機構部 １３ 圧縮機構部 ４７ ガス吸込通路 ６２ 油溜め部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二村 元規 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者 齊藤 和夫 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝住空間システム技術研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉ケース内に、ガス吸込通路と接続
   し、ランキンサイクルを構成する膨張機構部と、膨張機
   構部からの回転動力が与えられ冷凍サイクルを構成する
   圧縮機構部とを有する流体機械において、運転開始時
   に、高圧ガスが通り、高圧ガスと一緒に膨張機構部へ油
   を送り込むための油溜め部を膨張機構部のガス吸込通路
   中に設けることを特徴とする流体機械。
2. 【請求項２】 油溜め部は、ガス吸込通路と接続し、密
   閉ケース内に形成された高圧室であることを特徴とする
   請求項１記載の流体機械。
3. 【請求項３】 油溜め部は、ランキンサイクルを構成る
   す最下位に配置された配管又は配管によって形成したＵ
   字トラップであることを特徴とする請求項１記載の流体
   機械。
4. 【請求項４】 密閉ケース内に、ガス吸込通路と接続
   し、ランキンサイクルを構成する膨張機構部と、膨張機
   構部からの回転動力が与えられ、冷凍サイクルを構成す
   る圧縮機構部とを有する流体機械において、前記膨張機
   構部の停止時に、前記密閉ケース内の油を、前記ガス吸
   込通路と接続し密閉ケース内に形成された高圧室内へ導
   くことを特徴とする流体機械。
5. 【請求項５】 密閉ケース内に、圧力差により開閉し、
   密閉ケース内の油を前記高圧室内へ導く弁機構を設けた
   ことを特徴とする請求項４記載の流体機械。
6. 【請求項６】 密閉ケースの外に、膨張機構部の運転中
   は閉で、停止時には開となる開閉弁を有し、開閉弁の開
   の時に密閉ケース内の油を高圧室内へ導く油誘導回路を
   設けたことを特徴とする請求項４記載の流体機械。
7. 【請求項７】 密閉ケースの外に、ランキンサイクルを
   構成する油分離器と、運転中は閉で、停止時には開とな
   る開閉弁を有し、開閉弁の開の時に、前記油分離器で分
   離された油を高圧室内へ導く油誘導回路を設けたことを
   特徴とする請求項４記載の流体機械。