JPWO2011161953A1 - Refrigeration cycle equipment - Google Patents

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寛 長谷川
岡市 敦雄
敦雄 岡市
雄司 尾形
雄司 尾形
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Abstract

冷凍サイクル装置100は、圧縮機2、放熱器3、容積型流体機械4、蒸発器7及びインジェクション流路10fを備えている。容積型流体機械4は、(i)冷媒を第1の圧力で作動室に吸入する行程と、(ii)吸入した冷媒を第1の圧力よりも低い第2の圧力まで膨張させ、さらに第2の圧力よりも低い第3の圧力まで過膨張させる行程と、(iii)インジェクションポート30を通じて作動室に第3の圧力を有する冷媒を供給し、供給した冷媒を過膨張した冷媒に混合する行程と、(iv)行程(ii)で冷媒から回収した動力を用い、混合された冷媒を第2の圧力へと作動室で再圧縮する行程と、(v)再圧縮された冷媒を作動室から吐出する行程と、を実行する。The refrigeration cycle apparatus 100 includes a compressor 2, a radiator 3, a positive displacement fluid machine 4, an evaporator 7, and an injection flow path 10f. The positive displacement fluid machine 4 includes (i) a step of sucking the refrigerant into the working chamber at the first pressure, (ii) expanding the sucked refrigerant to a second pressure lower than the first pressure, And (iii) a step of supplying a refrigerant having the third pressure to the working chamber through the injection port 30 and mixing the supplied refrigerant with the overexpanded refrigerant. (Iv) using the power recovered from the refrigerant in step (ii) and recompressing the mixed refrigerant to the second pressure in the working chamber; and (v) discharging the recompressed refrigerant from the working chamber. And the process of performing.

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関する。   The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus.

特許文献1に記載されているように、冷媒から動力を回収する膨張機と、膨張機に一体化された副圧縮機とを備えた冷凍サイクル装置が知られている。図12を参照しつつ、特許文献1に記載された冷凍サイクル装置の概要を説明する。   As described in Patent Document 1, a refrigeration cycle apparatus including an expander that recovers power from a refrigerant and a sub-compressor integrated with the expander is known. An outline of the refrigeration cycle apparatus described in Patent Document 1 will be described with reference to FIG.

図12に示すように、特許文献1に記載された冷凍サイクル装置500は、主圧縮機501、放熱器502、膨張機503、蒸発器504及び副圧縮機505を備えている。副圧縮機505は、膨張機503にシャフト506で連結されている。   As shown in FIG. 12, the refrigeration cycle apparatus 500 described in Patent Document 1 includes a main compressor 501, a radiator 502, an expander 503, an evaporator 504, and a sub compressor 505. The sub compressor 505 is connected to the expander 503 by a shaft 506.

冷媒は、高温高圧の状態となるように主圧縮機501で圧縮される。圧縮された冷媒は、放熱器502で冷却された後、膨張機503で膨張する。膨張した冷媒は、蒸発器504で液相から気相へと変化する。気相の冷媒は、副圧縮機505で低圧から中間圧まで圧縮され、再び主圧縮機501に吸入される。   The refrigerant is compressed by the main compressor 501 so as to be in a high temperature and high pressure state. The compressed refrigerant is cooled by the radiator 502 and then expanded by the expander 503. The expanded refrigerant changes from the liquid phase to the gas phase in the evaporator 504. The gas-phase refrigerant is compressed from a low pressure to an intermediate pressure by the sub-compressor 505 and sucked into the main compressor 501 again.

副圧縮機505は、膨張機503が冷媒から回収した動力によって駆動される。副圧縮機505が主圧縮機501の上流側で冷媒を予備的に圧縮するため、主圧縮機501のモータ501aの負荷が低減する。その結果、冷凍サイクル装置500のCOP(coefficient of performance)が向上する。   The sub compressor 505 is driven by the power recovered by the expander 503 from the refrigerant. Since the sub compressor 505 preliminarily compresses the refrigerant upstream of the main compressor 501, the load on the motor 501a of the main compressor 501 is reduced. As a result, the COP (coefficient of performance) of the refrigeration cycle apparatus 500 is improved.

特開2004−325019号公報JP 2004-325019 A 特開2006−046257号公報JP 2006-046257 A

図12に示す冷凍サイクル装置500は、膨張機503及び副圧縮機505の2つの容積型流体機械を必要とする。そのため、膨張弁を用いた通常の冷凍サイクル装置と比較してコスト高となりがちである。特許文献2に記載されているように、回収した動力を直接圧縮機に伝達するように構成された膨張機も知られているが、その構造は複雑でコストの高騰を免れない。   A refrigeration cycle apparatus 500 shown in FIG. 12 requires two positive displacement fluid machines, that is, an expander 503 and a sub compressor 505. Therefore, the cost tends to be higher than that of a normal refrigeration cycle apparatus using an expansion valve. As described in Patent Document 2, an expander configured to transmit recovered power directly to a compressor is also known, but its structure is complicated and inevitably increases in cost.

本発明は、シンプルな構造を有する動力回収式の冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a power recovery type refrigeration cycle apparatus having a simple structure.

すなわち、本発明は、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、
作動室及びインジェクションポートを有し、(i)前記放熱器で冷却された冷媒を第1の圧力で前記作動室に吸入する行程と、(ii)前記作動室において、吸入した冷媒を前記第1の圧力よりも低い第2の圧力まで膨張させ、さらに前記第2の圧力よりも低い第3の圧力まで過膨張させる行程と、(iii)前記インジェクションポートを通じて前記作動室に前記第3の圧力を有する冷媒を供給し、供給した冷媒を過膨張した冷媒に混合する行程と、(iv)前記行程(ii)で冷媒から回収した動力を用い、混合された冷媒を前記第2の圧力へと前記作動室で再圧縮する行程と、(v)再圧縮された冷媒を前記作動室から吐出する行程と、を実行するように構成された容積型流体機械と、
前記容積型流体機械から吐出された冷媒を加熱する蒸発器と、
前記第3の圧力を有する冷媒を前記容積型流体機械の前記インジェクションポートに供給するインジェクション流路と、
を備えた、冷凍サイクル装置を提供する。
That is, the present invention
A compressor for compressing the refrigerant;
A radiator for cooling the refrigerant compressed by the compressor;
An operating chamber and an injection port; (i) a step of sucking the refrigerant cooled by the radiator into the working chamber at a first pressure; and (ii) a refrigerant sucked in the working chamber in the first chamber. A step of expanding to a second pressure lower than the second pressure and further overexpanding to a third pressure lower than the second pressure; and (iii) applying the third pressure to the working chamber through the injection port. A step of supplying the refrigerant having, and mixing the supplied refrigerant with the overexpanded refrigerant, and (iv) using the power recovered from the refrigerant in the step (ii), and mixing the refrigerant to the second pressure A positive displacement fluid machine configured to perform a step of recompressing in the working chamber; and (v) a step of discharging the recompressed refrigerant from the working chamber;
An evaporator for heating the refrigerant discharged from the positive displacement fluid machine;
An injection flow path for supplying the refrigerant having the third pressure to the injection port of the positive displacement fluid machine;
A refrigeration cycle apparatus is provided.

本発明の冷凍サイクル装置によれば、次のような行程が容積型流体機械で行われる。まず、作動室に吸入した冷媒を膨張及び過膨張させる。次に、インジェクション流路を通じて、過膨張した冷媒と同じ圧力を有する冷媒を作動室にインジェクションし、インジェクションした冷媒と過膨張した冷媒とを作動室内で混合する。さらに、冷媒を膨張及び過膨張させたときに回収した動力を用いて、混合された冷媒を再圧縮する。回収動力によって冷媒の圧力を上げることができるので、圧縮機の負荷が低減する。これにより、冷凍サイクル装置のCOPが改善する。   According to the refrigeration cycle apparatus of the present invention, the following process is performed by the positive displacement fluid machine. First, the refrigerant sucked into the working chamber is expanded and overexpanded. Next, a refrigerant having the same pressure as the overexpanded refrigerant is injected into the working chamber through the injection flow path, and the injected refrigerant and the overexpanded refrigerant are mixed in the working chamber. Furthermore, the mixed refrigerant is recompressed using the power recovered when the refrigerant is expanded and overexpanded. Since the pressure of the refrigerant can be increased by the recovered power, the load on the compressor is reduced. This improves the COP of the refrigeration cycle apparatus.

本発明では、特に、行程(ii)、行程(iii)及び行程(iv)が吸入行程と吐出行程との間の一連の行程として行われる。そのため、本発明によれば、特許文献1に記載された冷凍サイクル装置のように膨張機及び副圧縮機を別々に構成する必要がない。従って、本発明によれば、よりシンプルな構造の容積型流体機械を使用して上記各行程を実施できる。これにより、冷凍サイクル装置の製造コストを抑えることができる。   In the present invention, in particular, the stroke (ii), the stroke (iii), and the stroke (iv) are performed as a series of strokes between the suction stroke and the discharge stroke. Therefore, according to the present invention, unlike the refrigeration cycle apparatus described in Patent Document 1, it is not necessary to separately configure the expander and the sub compressor. Therefore, according to the present invention, the above steps can be performed using a positive displacement fluid machine having a simpler structure. Thereby, the manufacturing cost of the refrigeration cycle apparatus can be suppressed.

本発明の第1実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図The block diagram of the refrigerating-cycle apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1に示す冷凍サイクル装置に使用された容積型流体機械の縦断面図1 is a longitudinal sectional view of a positive displacement fluid machine used in the refrigeration cycle apparatus shown in FIG. 図2に示す容積型流体機械のX-X線に沿った横断面図Cross-sectional view along the line XX of the positive displacement fluid machine shown in FIG. 図2に示す容積型流体機械のY-Y線に沿った横断面図Cross-sectional view along Y-Y line of positive displacement fluid machine shown in FIG. 図2に示す容積型流体機械の動作原理図Operational principle diagram of positive displacement fluid machine shown in FIG. シャフトの回転角度と作動室の容積との関係を示すグラフGraph showing the relationship between shaft rotation angle and working chamber volume シャフトの回転角度と作動室の圧力との関係を示すグラフGraph showing the relationship between shaft rotation angle and working chamber pressure 作動室の圧力と容積との関係を示すPV線図PV diagram showing relationship between working chamber pressure and volume 本発明の第2実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図The block diagram of the refrigerating-cycle apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図8に示す冷凍サイクル装置に使用された容積型流体機械の縦断面図FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the positive displacement fluid machine used in the refrigeration cycle apparatus shown in FIG. 図9に示す容積型流体機械のZ-Z線に沿った横断面図Cross-sectional view along the Z-Z line of the positive displacement fluid machine shown in FIG. 図10に示す容積型流体機械の動作原理図Operational principle diagram of the positive displacement fluid machine shown in FIG. 従来の冷凍サイクル装置の構成図Configuration diagram of conventional refrigeration cycle equipment

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態によって限定解釈されない。各実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲内で相互に組み合わせることができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below. Each embodiment can be combined with each other without departing from the scope of the invention.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。冷凍サイクル装置100は、圧縮機2、放熱器3、容積型流体機械4、気液分離器5、膨張弁6及び蒸発器7を備えている。これらの構成要素は、冷媒回路10を形成するように、流路10a〜10fによって互いに接続されている。流路10a〜10fは、典型的には、冷媒配管で構成されている。冷媒回路10には、作動流体として、ハイドロフルオロカーボン、二酸化炭素等の冷媒が充填されている。流路10a〜10fにアキュームレータ等の他の構成要素が設けられていてもよい。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to the first embodiment. The refrigeration cycle apparatus 100 includes a compressor 2, a radiator 3, a positive displacement fluid machine 4, a gas-liquid separator 5, an expansion valve 6, and an evaporator 7. These components are connected to each other by flow paths 10 a to 10 f so as to form the refrigerant circuit 10. The flow paths 10a to 10f are typically constituted by refrigerant pipes. The refrigerant circuit 10 is filled with a refrigerant such as hydrofluorocarbon or carbon dioxide as a working fluid. Other components such as an accumulator may be provided in the flow paths 10a to 10f.

圧縮機2は、例えば、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機等の容積型圧縮機である。放熱器3は、圧縮機2で圧縮された冷媒から熱を奪うための機器であり、典型的には、水−冷媒熱交換器又は空気−冷媒熱交換器で構成されている。容積型流体機械4は、冷媒を膨張させる機能及び冷媒を圧縮する機能を有する。気液分離器5は、容積型流体機械4から吐出された冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するための機器である。気液分離器5には、液冷媒出口、冷媒入口及びガス冷媒出口が設けられている。膨張弁6は、開度を変更できる弁、例えば電動膨張弁である。蒸発器7は、気液分離器5で分離された液冷媒に熱を与えるための機器であり、典型的には、空気−冷媒熱交換器で構成されている。   The compressor 2 is a positive displacement compressor such as a rotary compressor or a scroll compressor. The radiator 3 is a device for removing heat from the refrigerant compressed by the compressor 2, and typically includes a water-refrigerant heat exchanger or an air-refrigerant heat exchanger. The positive displacement fluid machine 4 has a function of expanding the refrigerant and a function of compressing the refrigerant. The gas-liquid separator 5 is a device for separating the refrigerant discharged from the positive displacement fluid machine 4 into a gas refrigerant and a liquid refrigerant. The gas-liquid separator 5 is provided with a liquid refrigerant outlet, a refrigerant inlet, and a gas refrigerant outlet. The expansion valve 6 is a valve whose opening degree can be changed, for example, an electric expansion valve. The evaporator 7 is a device for applying heat to the liquid refrigerant separated by the gas-liquid separator 5, and typically includes an air-refrigerant heat exchanger.

流路10aは、圧縮機2で圧縮された冷媒が放熱器3に供給されるように、圧縮機2と放熱器3とを接続している。流路10bは、放熱器3から流出した冷媒が容積型流体機械4に供給されるように、放熱器3と容積型流体機械4とを接続している。流路10cは、容積型流体機械4から吐出された冷媒が気液分離器5に供給されるように、容積型流体機械4と気液分離器5とを接続している。流路10dは、気液分離器5で分離されたガス冷媒が圧縮機2に供給されるように、気液分離器5と圧縮機2とを接続している。流路10eは、気液分離器5で分離された液冷媒が蒸発器7に供給されるように、気液分離器5と蒸発器7とを接続している。流路10fは、蒸発器7から流出したガス冷媒が容積型流体機械4に供給(インジェクション)されるように、蒸発器7と容積型流体機械4とを接続している。圧縮機2等の構成要素及び流路10a〜10fにより、本明細書で説明するサイクルを形成することができる。以下、流路10fを「インジェクション流路10f」と称する。   The flow path 10 a connects the compressor 2 and the radiator 3 so that the refrigerant compressed by the compressor 2 is supplied to the radiator 3. The flow path 10 b connects the radiator 3 and the positive displacement fluid machine 4 so that the refrigerant flowing out of the radiator 3 is supplied to the positive displacement fluid machine 4. The flow path 10 c connects the positive displacement fluid machine 4 and the gas-liquid separator 5 so that the refrigerant discharged from the positive displacement fluid machine 4 is supplied to the vapor-liquid separator 5. The flow path 10 d connects the gas-liquid separator 5 and the compressor 2 so that the gas refrigerant separated by the gas-liquid separator 5 is supplied to the compressor 2. The flow path 10 e connects the gas-liquid separator 5 and the evaporator 7 so that the liquid refrigerant separated by the gas-liquid separator 5 is supplied to the evaporator 7. The flow path 10f connects the evaporator 7 and the positive displacement fluid machine 4 so that the gas refrigerant flowing out of the evaporator 7 is supplied (injected) to the positive displacement fluid machine 4. The cycle described in this specification can be formed by the components such as the compressor 2 and the flow paths 10a to 10f. Hereinafter, the channel 10f is referred to as an “injection channel 10f”.

本実施形態では、気液分離器5と蒸発器7とを接続している流路10e上に膨張弁6が設けられている。膨張弁6によれば、気液分離器5で分離され、かつ蒸発器7で加熱されるべき冷媒の圧力を下げることができる。これにより、蒸発器7を流出した冷媒がインジェクション流路10fを通じてスムーズに容積型流体機械4に吸入されうる。   In this embodiment, the expansion valve 6 is provided on the flow path 10e that connects the gas-liquid separator 5 and the evaporator 7. According to the expansion valve 6, it is possible to reduce the pressure of the refrigerant separated by the gas-liquid separator 5 and heated by the evaporator 7. Thereby, the refrigerant that has flowed out of the evaporator 7 can be smoothly sucked into the positive displacement fluid machine 4 through the injection flow path 10f.

圧縮機2は、冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮する。圧縮された冷媒は、放熱器3で高圧のまま冷却される。冷却された冷媒は、容積型流体機械4で中間圧まで減圧されて気液二相となる。気液二相冷媒は、気液分離器5に流入し、ガス冷媒と液冷媒とに分離される。ガス冷媒は圧縮機2に吸入される。液冷媒は膨張弁6で減圧され、蒸発器7に供給される。蒸発器7において、冷媒は加熱されて蒸発する。蒸発器7から流出したガス冷媒は、容積型流体機械4に吸入され、中間圧まで予備的に圧縮される。中間圧まで圧縮されたガス冷媒が、再び気液分離器5を通って圧縮機2に吸入される。圧縮機2の吸入冷媒を中間圧まで上げることにより、圧縮機2の負荷が減り、これにより冷凍サイクル装置100のCOPが改善する。   The compressor 2 sucks in the refrigerant and compresses the sucked refrigerant. The compressed refrigerant is cooled by the radiator 3 while maintaining a high pressure. The cooled refrigerant is decompressed to an intermediate pressure by the positive displacement fluid machine 4 and becomes a gas-liquid two-phase. The gas-liquid two-phase refrigerant flows into the gas-liquid separator 5 and is separated into a gas refrigerant and a liquid refrigerant. The gas refrigerant is sucked into the compressor 2. The liquid refrigerant is decompressed by the expansion valve 6 and supplied to the evaporator 7. In the evaporator 7, the refrigerant is heated and evaporated. The gas refrigerant flowing out of the evaporator 7 is sucked into the positive displacement fluid machine 4 and preliminarily compressed to an intermediate pressure. The gas refrigerant compressed to the intermediate pressure is again sucked into the compressor 2 through the gas-liquid separator 5. By raising the intake refrigerant of the compressor 2 to an intermediate pressure, the load on the compressor 2 is reduced, and thereby the COP of the refrigeration cycle apparatus 100 is improved.

上記各段階で特定されるサイクルは、いわゆる「エジェクタサイクル」と等価である。当業者に良く知られているエジェクタサイクルは、非容積型流体機械の一種である「エジェクタ」を使用する。これに対し、本実施形態の冷凍サイクル装置100によれば、容積型流体機械4を用いることにより、エジェクタサイクルと等価なサイクルを構築できる。   The cycle specified in each of the above stages is equivalent to a so-called “ejector cycle”. An ejector cycle well known to those skilled in the art uses an “ejector” which is a type of non-displacement fluid machine. On the other hand, according to the refrigeration cycle apparatus 100 of the present embodiment, a cycle equivalent to an ejector cycle can be constructed by using the positive displacement fluid machine 4.

図2は、図1に示す容積型流体機械の縦断面図である。図3A及び図3Bは、それぞれ、容積型流体機械のX-X線及びY-Y線に沿った横断面図である。容積型流体機械4は、密閉容器23、シャフト15、上軸受18、第1シリンダ11、第1ピストン13、第1ベーン20、中板25、第2シリンダ12、第2ピストン14、第2ベーン21及び下軸受19を有する。容積型流体機械4は、2段ロータリ型の流体機械として構成されている。シリンダ等の各部品は、密閉容器23に収容されている。   2 is a longitudinal sectional view of the positive displacement fluid machine shown in FIG. 3A and 3B are cross-sectional views of the positive displacement fluid machine taken along lines XX and YY, respectively. The positive displacement fluid machine 4 includes a sealed container 23, a shaft 15, an upper bearing 18, a first cylinder 11, a first piston 13, a first vane 20, an intermediate plate 25, a second cylinder 12, a second piston 14, and a second vane. 21 and a lower bearing 19. The positive displacement fluid machine 4 is configured as a two-stage rotary fluid machine. Each component such as a cylinder is accommodated in a sealed container 23.

図2に示すように、シャフト15は、第1偏心部15a及び第2偏心部15bを有する。第1偏心部15a及び第2偏心部15bは、それぞれ、半径方向の外向きに突出している。シャフト15は、第1シリンダ11及び第2シリンダ12の中を貫いており、上軸受18及び下軸受19によって回転可能に支持されている。シャフト15の回転軸は、第1シリンダ11及び第2シリンダ12の各中心に一致している。第2シリンダ12は、第1シリンダ11に対して同心円状に配置されており、中板25によって第1シリンダ11から隔てられている。上軸受18及び中板25によって第1シリンダ11が閉じられており、中板25及び下軸受19によって第2シリンダ12が閉じられている。   As shown in FIG. 2, the shaft 15 has a first eccentric portion 15a and a second eccentric portion 15b. Each of the first eccentric portion 15a and the second eccentric portion 15b protrudes outward in the radial direction. The shaft 15 penetrates through the first cylinder 11 and the second cylinder 12 and is rotatably supported by an upper bearing 18 and a lower bearing 19. The rotation axis of the shaft 15 coincides with each center of the first cylinder 11 and the second cylinder 12. The second cylinder 12 is arranged concentrically with respect to the first cylinder 11, and is separated from the first cylinder 11 by an intermediate plate 25. The first cylinder 11 is closed by the upper bearing 18 and the middle plate 25, and the second cylinder 12 is closed by the middle plate 25 and the lower bearing 19.

図3Aに示すように、第1ピストン13は、平面視でリングの形状を有しており、自身と第1シリンダ11との間に三日月形の第1の空間16を形成するように第1シリンダ11内に配置されている。第1シリンダ11の内部において、シャフト15の第1偏心部15aに第1ピストン13が取り付けられている。第1シリンダ11には、第1ベーン溝40が形成されており、その第1ベーン溝40に第1ベーン20がスライドできるように取り付けられている。第1ベーン20は、第1の空間16を第1ピストン13の周方向に沿って仕切っている。これにより、第1シリンダ11の内部に、第1吸入空間16a及び第1吐出空間16bが形成されている。   As shown in FIG. 3A, the first piston 13 has a ring shape in a plan view, and the first piston 13 forms a crescent-shaped first space 16 between itself and the first cylinder 11. It is arranged in the cylinder 11. Inside the first cylinder 11, the first piston 13 is attached to the first eccentric portion 15 a of the shaft 15. A first vane groove 40 is formed in the first cylinder 11, and is attached to the first vane groove 40 so that the first vane 20 can slide. The first vane 20 partitions the first space 16 along the circumferential direction of the first piston 13. As a result, a first suction space 16 a and a first discharge space 16 b are formed inside the first cylinder 11.

図3Bに示すように、第2ピストン14は、平面視でリングの形状を有しており、自身と第2シリンダ12との間に三日月形の第2の空間17を形成するように第2シリンダ12内に配置されている。第2シリンダ12の内部において、シャフト15の第2偏心部15bに第2ピストン14が取り付けられている。第2シリンダ12には、第2ベーン溝41が形成されており、その第2ベーン溝41に第2ベーン21がスライドできるように取り付けられている。第2ベーン21は、第2の空間17を第2ピストン14の周方向に沿って仕切っている。これにより、第2シリンダ12の内部に、第2吸入空間17a及び第2吐出空間17bが形成されている。   As shown in FIG. 3B, the second piston 14 has a ring shape in plan view, and the second piston 14 forms a crescent-shaped second space 17 between itself and the second cylinder 12. It is arranged in the cylinder 12. Inside the second cylinder 12, the second piston 14 is attached to the second eccentric portion 15b of the shaft 15. A second vane groove 41 is formed in the second cylinder 12 and is attached to the second vane groove 41 so that the second vane 21 can slide. The second vane 21 partitions the second space 17 along the circumferential direction of the second piston 14. As a result, a second suction space 17 a and a second discharge space 17 b are formed inside the second cylinder 12.

第2の空間17は、第1の空間16の容積よりも大きい容積を有する。具体的に、本実施形態では、第2シリンダ12は、第1シリンダ11の厚みよりも大きい厚みを有する。さらに、第2シリンダ12は、第1シリンダ11の内径よりも大きい内径を有する。第2の空間17が第1の空間16の容積よりも大きい容積を有するように、各部品の寸法が適切に調節されている。   The second space 17 has a volume that is larger than the volume of the first space 16. Specifically, in the present embodiment, the second cylinder 12 has a thickness that is greater than the thickness of the first cylinder 11. Further, the second cylinder 12 has an inner diameter larger than the inner diameter of the first cylinder 11. The dimensions of each component are appropriately adjusted so that the second space 17 has a volume larger than the volume of the first space 16.

シャフト15の回転方向に関して、第1偏心部15aの突出方向は、第2偏心部15bの突出方向に一致している。シャフト15の回転方向に関して、第1ベーン20が配置されている角度位置は、第2ベーン21が配置されている角度位置に一致している。従って、第1ピストン13の上死点のタイミングは、第2ピストン14の上死点のタイミングに一致している。なお、「ピストンの上死点のタイミング」とは、ピストンによってベーンがベーン溝に最大限押し込まれたタイミングを意味する。   With respect to the rotation direction of the shaft 15, the protruding direction of the first eccentric portion 15a coincides with the protruding direction of the second eccentric portion 15b. With respect to the rotation direction of the shaft 15, the angular position where the first vane 20 is disposed coincides with the angular position where the second vane 21 is disposed. Therefore, the timing of the top dead center of the first piston 13 coincides with the timing of the top dead center of the second piston 14. The “timing of the top dead center of the piston” means the timing at which the vane is pushed into the vane groove to the maximum by the piston.

図3A及び図3Bに示すように、第1ベーン20の背後には、第1ばね42が配置されており、第2ベーン21の背後には、第2ばね43が配置されている。第1ばね42及び第2ばね43は、それぞれ、第1ベーン20及び第2ベーン21をシャフト15の中心に向かって押している。第1ベーン溝40及び第2ベーン溝41には、密閉容器23の内部に溜められた潤滑油が供給される。なお、第1ピストン13と第1ベーン20とが単一の部品、いわゆるスイングピストンで構成されていてもよい。また、第1ベーン20が第1ピストン13に係合していてもよい。このことは、第2ピストン14及び第2ベーン21についても同じである。   As shown in FIGS. 3A and 3B, a first spring 42 is disposed behind the first vane 20, and a second spring 43 is disposed behind the second vane 21. The first spring 42 and the second spring 43 push the first vane 20 and the second vane 21 toward the center of the shaft 15, respectively. Lubricating oil stored in the closed container 23 is supplied to the first vane groove 40 and the second vane groove 41. In addition, the 1st piston 13 and the 1st vane 20 may be comprised by the single component, what is called a swing piston. Further, the first vane 20 may be engaged with the first piston 13. The same applies to the second piston 14 and the second vane 21.

図2に示すように、容積型流体機械4は、さらに、吸入管22、吸入ポート24、吐出管26、吐出ポート27、インジェクションポート30及びインジェクション吸入管29を有する。吸入ポート24を通じて、第1の空間16(詳細には第1吸入空間16a)に冷媒を供給できる。吐出ポート27を通じて、第2の空間17(詳細には第2吐出空間17b)から冷媒を排出できる。吸入ポート24及び吐出ポート27には、それぞれ、吸入管22及び吐出管26が接続されている。吸入管22は、冷媒回路10(図1)における流路10bの一部を構成している。吐出管26は、冷媒回路10における流路10cの一部を構成している。吐出ポート27には、流路10cから第2吐出空間17bへの冷媒の逆流を防ぐ吐出弁28(逆止弁)が設けられている。吐出弁28は、典型的には、金属製の薄板で作られたリード弁である。第2吐出空間17bの圧力が吐出管26の内部の圧力(流路10cの圧力)を上回ると吐出弁28が開く。第2吐出空間17bの圧力が吐出管26の内部の圧力以下のとき、吐出弁28は閉じている。   As shown in FIG. 2, the positive displacement fluid machine 4 further includes a suction pipe 22, a suction port 24, a discharge pipe 26, a discharge port 27, an injection port 30, and an injection suction pipe 29. Through the suction port 24, the refrigerant can be supplied to the first space 16 (specifically, the first suction space 16a). Through the discharge port 27, the refrigerant can be discharged from the second space 17 (specifically, the second discharge space 17b). A suction pipe 22 and a discharge pipe 26 are connected to the suction port 24 and the discharge port 27, respectively. The suction pipe 22 constitutes a part of the flow path 10b in the refrigerant circuit 10 (FIG. 1). The discharge pipe 26 constitutes a part of the flow path 10 c in the refrigerant circuit 10. The discharge port 27 is provided with a discharge valve 28 (a check valve) that prevents the refrigerant from flowing backward from the flow path 10c to the second discharge space 17b. The discharge valve 28 is typically a reed valve made of a thin metal plate. When the pressure in the second discharge space 17b exceeds the pressure inside the discharge pipe 26 (pressure in the flow path 10c), the discharge valve 28 opens. When the pressure in the second discharge space 17b is equal to or lower than the pressure inside the discharge pipe 26, the discharge valve 28 is closed.

吸入ポート24及び吐出ポート27は、それぞれ、上軸受18及び下軸受19に形成されている。ただし、吸入ポート24は第1シリンダ11に形成されていてもよく、吐出ポート19は第2シリンダ12に形成されていてもよい。   The suction port 24 and the discharge port 27 are formed in the upper bearing 18 and the lower bearing 19, respectively. However, the suction port 24 may be formed in the first cylinder 11, and the discharge port 19 may be formed in the second cylinder 12.

中板25には連通孔25a(連通流路)が設けられている。連通孔25aは、中板25を厚さ方向に貫いている。第1シリンダ11の第1吐出空間16bは、連通孔25aを通じて、第2シリンダ12の第2吸入空間17aに連通している。これにより、第1吐出空間16b、連通孔25a及び第2吸入空間17aが1つの作動室として機能できる。第2の空間17の容積が第1の空間16の容積よりも大きいので、第1吐出空間16b、連通孔25a及び第2吸入空間17aに閉じ込められた冷媒は、シャフト15を回転させながら膨張する。   The intermediate plate 25 is provided with a communication hole 25a (communication flow path). The communication hole 25a penetrates the intermediate plate 25 in the thickness direction. The first discharge space 16b of the first cylinder 11 communicates with the second suction space 17a of the second cylinder 12 through the communication hole 25a. Thereby, the 1st discharge space 16b, the communicating hole 25a, and the 2nd suction space 17a can function as one working chamber. Since the volume of the second space 17 is larger than the volume of the first space 16, the refrigerant confined in the first discharge space 16b, the communication hole 25a, and the second suction space 17a expands while rotating the shaft 15. .

容積型流体機械4において、「作動室」は、第1の空間16、第2の空間17及び連通孔25aによって形成されている。作動室は、容積を増大させることによって冷媒を膨張させ、かつ、容積を減少させることによって冷媒を圧縮する。詳細には、第1吸入空間16aが冷媒を吸入する作動室として機能し、第1吐出空間16b、連通孔25a及び第2吸入空間17aが冷媒を膨張及び過膨張させる作動室として機能し、第2吐出空間17bが冷媒を再圧縮及び吐出する作動室として機能する。   In the positive displacement fluid machine 4, the “working chamber” is formed by the first space 16, the second space 17, and the communication hole 25 a. The working chamber expands the refrigerant by increasing the volume and compresses the refrigerant by decreasing the volume. Specifically, the first suction space 16a functions as a working chamber for sucking refrigerant, the first discharge space 16b, the communication hole 25a, and the second suction space 17a function as working chambers for expanding and overexpanding the refrigerant, The two discharge spaces 17b function as working chambers for recompressing and discharging the refrigerant.

特に、本実施形態では、第1の空間16の容積V1に対する第2の空間17の容積V2の比(V2/V1)は、容積型流体機械4に吸入された冷媒が第1吐出空間16b、連通孔25a及び第2吸入空間17aで構成された作動室において膨張及び過膨張できる値に調節されている。つまり、容積V2が容積V1よりも遥かに大きい。具体的に、容積比(V2/V1)は、放熱器3の出口における冷媒の体積流量VGCに対する、気液分離器5の入口における冷媒の体積流量VSEPの比(VSEP/VGC)に概ね等しくなるように設計されている。In particular, in the present embodiment, the ratio (V2 / V1) of the volume V2 of the second space 17 to the volume V1 of the first space 16 indicates that the refrigerant sucked into the positive displacement fluid machine 4 is the first discharge space 16b, It is adjusted to a value that allows expansion and overexpansion in the working chamber constituted by the communication hole 25a and the second suction space 17a. That is, the volume V2 is much larger than the volume V1. Specifically, the volume ratio (V2 / V1) is the ratio of the refrigerant volume flow rate V SEP at the inlet of the gas-liquid separator 5 to the refrigerant volume flow rate V GC at the outlet of the radiator 3 (V SEP / V GC ). Is designed to be approximately equal to

インジェクションポート30は、第2吸入空間17aに冷媒を供給できる位置に形成されている。詳細には、第2シリンダ12にインジェクションポート30が形成されている。インジェクションポート30には、第2吸入空間17a又は第2吐出空間17bからインジェクション流路10fへの冷媒の逆流を防ぐ逆止弁31が設けられている。逆止弁31は、典型的には、金属製の薄板で作られたリード弁である。   The injection port 30 is formed at a position where the refrigerant can be supplied to the second suction space 17a. Specifically, an injection port 30 is formed in the second cylinder 12. The injection port 30 is provided with a check valve 31 for preventing the refrigerant from flowing backward from the second suction space 17a or the second discharge space 17b to the injection flow path 10f. The check valve 31 is typically a reed valve made of a thin metal plate.

具体的に、第2シリンダ12には、第2の空間17に面する凹部30aが設けられている。インジェクションポート30は凹部30aに開口しているとともに、インジェクションポート30を開閉できるように凹部30aに逆止弁31が固定されている。逆止弁31は、第2吸入空間17aの圧力がインジェクション吸入管29の内部の圧力(インジェクション流路10fの圧力)を下回った場合に開く。第2吸入空間17aの圧力がインジェクション吸入管29の内部の圧力以上のとき、逆止弁31は閉じている。   Specifically, the second cylinder 12 is provided with a recess 30 a that faces the second space 17. The injection port 30 is open to the recess 30a, and a check valve 31 is fixed to the recess 30a so that the injection port 30 can be opened and closed. The check valve 31 opens when the pressure in the second suction space 17a falls below the pressure inside the injection suction pipe 29 (pressure in the injection flow path 10f). When the pressure in the second suction space 17a is equal to or higher than the pressure in the injection suction pipe 29, the check valve 31 is closed.

本実施形態において、シャフト15の回転方向に関して、第2ベーン21が配置されている位置(第2ベーン溝41の位置)を0度の角度を有する「基準位置」と定義する。第1ベーン20が配置されている位置は第2ベーン21が配置されている位置に一致しているので、第1ベーン20が配置されている位置も基準位置に一致する。シャフト15の回転方向に関して、インジェクションポート30は、例えば45〜135度の範囲に設けられている。このような範囲にインジェクションポート30を設けることにより、逆止弁31の隙間を通じて吸入ポート24からインジェクションポート30に高圧の冷媒が直接流れることを防止できる。また、凹部30aで冷媒が膨張することによって回収動力が減少することを防止できる。高圧の吸入冷媒がデッドボリュームである凹部30aに入り、凹部30aで膨張すると、凹部30aで膨張した冷媒から動力を回収できないからである。   In the present embodiment, with respect to the rotation direction of the shaft 15, the position where the second vane 21 is disposed (the position of the second vane groove 41) is defined as a “reference position” having an angle of 0 degrees. Since the position where the first vane 20 is arranged matches the position where the second vane 21 is arranged, the position where the first vane 20 is arranged also coincides with the reference position. With respect to the rotation direction of the shaft 15, the injection port 30 is provided in a range of 45 to 135 degrees, for example. By providing the injection port 30 in such a range, it is possible to prevent high-pressure refrigerant from flowing directly from the suction port 24 to the injection port 30 through the clearance of the check valve 31. In addition, the recovery power can be prevented from decreasing due to the expansion of the refrigerant in the recess 30a. This is because if the high-pressure suction refrigerant enters the concave portion 30a which is a dead volume and expands in the concave portion 30a, power cannot be recovered from the refrigerant expanded in the concave portion 30a.

吸入ポート24は、例えば0〜40度の範囲に設けられている。連通孔25aは、第2シリンダ12側から見て、例えば0〜40度の範囲に設けられている。吐出ポート27は、例えば320〜360度の範囲に設けられている。   The suction port 24 is provided in a range of 0 to 40 degrees, for example. The communication hole 25a is provided in a range of 0 to 40 degrees, for example, when viewed from the second cylinder 12 side. The discharge port 27 is provided in the range of 320 to 360 degrees, for example.

吸入ポート24、連通孔25a及びインジェクションポート30の位置関係から理解できるように、インジェクションポート30は、作動室(第1の空間16、連通孔25a及び第2の空間17)を介して吸入ポート24に連通しない位置に設けられている。このような構成によれば、凹部30aで冷媒が膨張することによって回収動力が減少することを防止できる。   As can be understood from the positional relationship among the suction port 24, the communication hole 25a, and the injection port 30, the injection port 30 is connected to the suction port 24 via the working chamber (the first space 16, the communication hole 25a, and the second space 17). It is provided in the position which does not communicate with. According to such a configuration, the recovery power can be prevented from decreasing due to the refrigerant expanding in the recess 30a.

吸入ポート24の開口面積、インジェクションポート30の開口面積及び吐出ポート27の開口面積は、各ポートを通過する冷媒の流量(体積流量)を考慮して適切に設計されるべきである。冷凍サイクル装置100において、インジェクション流路10fを流れる冷媒の体積流量は非常に大きい。つまり、インジェクションポート30を通過する冷媒の体積流量は非常に大きい。他方、吸入ポート24を通過する冷媒は液相(代替フロン)又は超臨界状態(CO2)であるため、その体積流量は比較的小さい。従って、インジェクションポート30の開口面積を吸入ポート24の開口面積よりも大きくすることが圧力損失を低減する観点から望ましい。The opening area of the suction port 24, the opening area of the injection port 30, and the opening area of the discharge port 27 should be appropriately designed in consideration of the flow rate (volume flow rate) of the refrigerant passing through each port. In the refrigeration cycle apparatus 100, the volume flow rate of the refrigerant flowing through the injection flow path 10f is very large. That is, the volume flow rate of the refrigerant passing through the injection port 30 is very large. On the other hand, since the refrigerant passing through the suction port 24 is in a liquid phase (alternative chlorofluorocarbon) or a supercritical state (CO 2 ), its volume flow rate is relatively small. Therefore, it is desirable to make the opening area of the injection port 30 larger than the opening area of the suction port 24 from the viewpoint of reducing pressure loss.

次に、図4〜図7を参照して、容積型流体機械の詳細な動作を説明する。図4は、容積型流体機械の動作原理図である。図4の左上図、右上図、右下図及び左下図には、それぞれ、シャフト15を90度ずつ回転させたときの第1ピストン13及び第2ピストン14の位置が示されている。図5は、基準位置からのシャフトの回転角度と作動室の容積との関係を示すグラフである。図6は、基準位置からのシャフトの回転角度と作動室の圧力との関係を示すグラフである。図7は、作動室の圧力と容積(冷媒の圧力と体積)との関係を示すグラフである。   Next, the detailed operation of the positive displacement fluid machine will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is an operation principle diagram of the positive displacement fluid machine. The positions of the first piston 13 and the second piston 14 when the shaft 15 is rotated by 90 degrees are respectively shown in the upper left view, upper right view, lower right view, and lower left view of FIG. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the rotation angle of the shaft from the reference position and the volume of the working chamber. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the rotation angle of the shaft from the reference position and the pressure in the working chamber. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the pressure and volume of the working chamber (refrigerant pressure and volume).

図4の左上図及び右上図に示すように、シャフト15が0度の位置から90度の位置に回転するとき、第1シリンダ11では、吸入ポート24に隣接して第1吸入空間16aが新たに生じる。これにより、吸入ポート24を通じて、放熱器3で冷却された冷媒が第1吸入空間16aに吸入される(吸入行程)。シャフト15の回転に伴い、第1吸入空間16aの容積は増加する。シャフト15が360度回転すると、第1吸入空間16aの容積が最大容積(=第1の空間16の容積)に達する。これにより、吸入行程が終了する。   As shown in the upper left diagram and the upper right diagram in FIG. 4, when the shaft 15 rotates from the 0 degree position to the 90 degree position, the first cylinder 11 has a new first suction space 16 a adjacent to the suction port 24. To occur. As a result, the refrigerant cooled by the radiator 3 is sucked into the first suction space 16a through the suction port 24 (suction stroke). As the shaft 15 rotates, the volume of the first suction space 16a increases. When the shaft 15 rotates 360 degrees, the volume of the first suction space 16a reaches the maximum volume (= volume of the first space 16). Thereby, the suction stroke is completed.

図5において、線ABは、吸入行程での第1吸入空間16aの容積の変化を表している。吸入行程は点Bで終了し、その点Bにおける容積V1は、第1シリンダ11の第1の空間16の容積に相当する。図6において、吸入行程は線ABで示される。吸入行程で第1吸入空間16aに吸入される冷媒は、放熱器3で高い圧力を維持しつつ冷却された冷媒であり、吸入圧力P1(第1の圧力)を有する。   In FIG. 5, a line AB represents a change in the volume of the first suction space 16a in the suction stroke. The suction stroke ends at the point B, and the volume V1 at the point B corresponds to the volume of the first space 16 of the first cylinder 11. In FIG. 6, the suction stroke is indicated by a line AB. The refrigerant sucked into the first suction space 16a in the suction stroke is a refrigerant cooled while maintaining a high pressure in the radiator 3, and has a suction pressure P1 (first pressure).

次に、図4の左上図及び右上図に示すように、シャフト15が360度の位置から450度の位置に回転するとき、第1吸入空間16aは、第1吐出空間16bへと変化する。第2シリンダ12では、連通孔25aに隣接して第2吸入空間17aが新たに生じる。第1吐出空間16bは連通孔25aを通じて第2吸入空間17aと連通している。第1吐出空間16b、連通孔25a及び第2吸入空間17aによって、吸入ポート24及び吐出ポート27のいずれとも連通していない1つの作動室が形成される。シャフト15の回転に伴い、第1吐出空間16b、連通孔25a及び第2吸入空間17aで構成された作動室の中で、冷媒は吐出圧力P2(第2の圧力)まで膨張する(膨張行程)。   Next, as shown in the upper left diagram and the upper right diagram in FIG. 4, when the shaft 15 rotates from a position of 360 degrees to a position of 450 degrees, the first suction space 16 a changes to the first discharge space 16 b. In the second cylinder 12, a second suction space 17a is newly created adjacent to the communication hole 25a. The first discharge space 16b communicates with the second suction space 17a through the communication hole 25a. The first discharge space 16b, the communication hole 25a, and the second suction space 17a form one working chamber that is not in communication with any of the suction port 24 and the discharge port 27. As the shaft 15 rotates, the refrigerant expands to the discharge pressure P2 (second pressure) in the working chamber formed by the first discharge space 16b, the communication hole 25a, and the second suction space 17a (expansion stroke). .

シャフト15が単位角度だけ回転したときの第2吸入空間17aの容積の増加量は、第1吐出空間16bの容積の減少量に比べて非常に大きい。そのため、冷媒は急速に膨張し、シャフト15が450度の位置を占有する頃、冷媒の圧力は吐出圧力P2を下回っている。シャフト15の回転に伴って、冷媒は、吐出圧力P2よりも低い圧力P3(第3の圧力)まで過膨張する(過膨張行程)。   The amount of increase in the volume of the second suction space 17a when the shaft 15 is rotated by a unit angle is very large compared to the amount of decrease in the volume of the first discharge space 16b. Therefore, the refrigerant expands rapidly, and the pressure of the refrigerant is lower than the discharge pressure P2 when the shaft 15 occupies a position of 450 degrees. As the shaft 15 rotates, the refrigerant overexpands to a pressure P3 (third pressure) lower than the discharge pressure P2 (overexpansion stroke).

膨張及び過膨張の過程において、冷媒は圧力エネルギーを放出する。冷媒から放出された圧力エネルギーは、ピストン13及び14を介してシャフト15のトルクに変換される。つまり、容積型流体機械4は冷媒から動力を回収する。   In the process of expansion and overexpansion, the refrigerant releases pressure energy. Pressure energy released from the refrigerant is converted into torque of the shaft 15 via the pistons 13 and 14. That is, the positive displacement fluid machine 4 recovers power from the refrigerant.

一方、シャフト15の回転角度が450度を超えると、インジェクションポート30を通じて第2吸入空間17aに冷媒を供給できる状態となる。冷媒の過膨張が進み、第2吸入空間17aの圧力がインジェクション吸入管29の内部の圧力、すなわち、蒸発器7における蒸発圧力を下回ると、冷媒の過膨張が止まる。これと同時に、インジェクションポート30を通じて、第2吸入空間17aに圧力P3を有する冷媒が供給される。第2吸入空間17aにおいて、供給された冷媒は、過膨張した冷媒に混合される(インジェクション行程)。   On the other hand, when the rotation angle of the shaft 15 exceeds 450 degrees, the refrigerant can be supplied to the second suction space 17a through the injection port 30. When the refrigerant overexpands and the pressure in the second suction space 17a falls below the pressure inside the injection suction pipe 29, that is, the evaporation pressure in the evaporator 7, the refrigerant overexpansion stops. At the same time, the refrigerant having the pressure P3 is supplied to the second suction space 17a through the injection port 30. In the second suction space 17a, the supplied refrigerant is mixed with the overexpanded refrigerant (injection stroke).

その後、図4の右下図及び左下図に示すように、シャフト15の回転角度が720度に達するまで、インジェクションポート30を通じて、圧力P3を有する冷媒が第2吸入空間17aに供給され続ける。図4の左上図に示すように、シャフト15が720度の位置まで回転すると、第2吸入空間17aの容積が最大容積(=第2の空間17の容積)に達する。これにより、インジェクション行程が終了する。   Thereafter, as shown in the lower right diagram and the lower left diagram in FIG. 4, the refrigerant having the pressure P3 is continuously supplied to the second suction space 17a through the injection port 30 until the rotation angle of the shaft 15 reaches 720 degrees. As shown in the upper left diagram of FIG. 4, when the shaft 15 rotates to a position of 720 degrees, the volume of the second suction space 17a reaches the maximum volume (= volume of the second space 17). Thereby, the injection process ends.

図5において、膨張行程、過膨張行程及びインジェクション行程での第1吐出空間16bの容積の変化は破線BIで示される。第2吸入空間17aの容積の変化は破線JEで示される。第1吐出空間16b、連通孔25a及び第2吸入空間17aで構成された作動室の容積の変化は線BEで示される。膨張行程、過膨張行程及びインジェクション行程は点Eで終了し、その点Eにおける容積V2は、第2シリンダ12の第2の空間17の容積に相当する。   In FIG. 5, the change in the volume of the first discharge space 16b in the expansion stroke, the overexpansion stroke, and the injection stroke is indicated by a broken line BI. The change in the volume of the second suction space 17a is indicated by a broken line JE. A change in the volume of the working chamber constituted by the first discharge space 16b, the communication hole 25a, and the second suction space 17a is indicated by a line BE. The expansion stroke, the overexpansion stroke, and the injection stroke end at the point E, and the volume V2 at the point E corresponds to the volume of the second space 17 of the second cylinder 12.

図6において、膨張行程、過膨張行程及びインジェクション行程は、それぞれ、線BC、線CD及び線DEで示される。第1吐出空間16b、連通孔25a及び第2吸入空間17aで構成された作動室の圧力は、膨張行程の開始時における圧力P1からシャフト15の回転に伴って低下する。前述したように、第1の空間16の容積V1に対する第2の空間17の容積V2の比(V2/V1)は、非常に大きい。従って、インジェクションポート30が存在しないと仮定した場合、作動室の圧力は、蒸発器7での冷媒の圧力P3まで低下した後も線BCDの延長線上の破線DHに沿って低下する。しかし、本実施形態の冷凍サイクル装置100に使用された容積型流体機械4はインジェクションポート30を有するので、作動室の圧力が圧力P3まで低下すると、インジェクションポート30を通じて、蒸発器7から流出した圧力P3の冷媒が第2吸入空間17aに供給される。そのため、作動室の圧力の低下は止まり、作動室の容積が図5中の点Eで特定された容積V2に達するまで圧力P3を有する冷媒が作動室に供給され続ける。これにより、膨張行程、過膨張行程及びインジェクション行程が終了する。   In FIG. 6, the expansion stroke, the overexpansion stroke, and the injection stroke are indicated by a line BC, a line CD, and a line DE, respectively. The pressure in the working chamber formed by the first discharge space 16b, the communication hole 25a, and the second suction space 17a decreases with the rotation of the shaft 15 from the pressure P1 at the start of the expansion stroke. As described above, the ratio (V2 / V1) of the volume V2 of the second space 17 to the volume V1 of the first space 16 is very large. Therefore, if it is assumed that the injection port 30 does not exist, the pressure in the working chamber decreases along the broken line DH on the extension line of the line BCD even after the pressure in the evaporator 7 decreases to the refrigerant pressure P3. However, since the positive displacement fluid machine 4 used in the refrigeration cycle apparatus 100 of the present embodiment has the injection port 30, when the pressure in the working chamber decreases to the pressure P3, the pressure flowing out from the evaporator 7 through the injection port 30. The refrigerant of P3 is supplied to the second suction space 17a. Therefore, the pressure of the working chamber stops decreasing, and the refrigerant having the pressure P3 continues to be supplied to the working chamber until the volume of the working chamber reaches the volume V2 specified by the point E in FIG. Thereby, an expansion stroke, an overexpansion stroke, and an injection stroke are completed.

次に、図4の左上図及び右上図に示すように、シャフト15が720度の位置から810度の位置に回転するとき、第2吸入空間17aは、第2吐出空間17bへと変化する。第2吐出空間17bには、吐出ポート27が面している。ただし、図2を参照して説明したように、吐出ポート27には吐出弁28が設けられている。そのため、第2吐出空間17bの圧力が吐出管26の内部の圧力、すなわち、圧縮機2の吸入圧力を上回るまで、第2吐出空間17bの中で冷媒は圧縮される(再圧縮行程)。第2吐出空間17bの中で圧縮される冷媒には、吸入ポート24を通じて容積型流体機械4に吸入された画分と、インジェクションポート30を通じて容積型流体機械4に吸入された画分とが含まれている。   Next, as shown in the upper left diagram and the upper right diagram in FIG. 4, when the shaft 15 rotates from a position of 720 degrees to a position of 810 degrees, the second suction space 17a changes to the second discharge space 17b. The discharge port 27 faces the second discharge space 17b. However, as described with reference to FIG. 2, the discharge port 27 is provided with the discharge valve 28. Therefore, the refrigerant is compressed in the second discharge space 17b until the pressure in the second discharge space 17b exceeds the pressure in the discharge pipe 26, that is, the suction pressure of the compressor 2 (recompression process). The refrigerant compressed in the second discharge space 17 b includes a fraction sucked into the positive displacement fluid machine 4 through the suction port 24 and a fraction sucked into the positive displacement fluid machine 4 through the injection port 30. It is.

再圧縮行程で冷媒を圧縮するために、膨張行程及び過膨張行程で冷媒から回収した動力が使用される。図4の左上図及び右上図を見ると理解できるように、第2吐出空間17bで再圧縮行程が行われるとき、新たに生成した第2吸入空間17aでは膨張行程及び過膨張行程が行われている。膨張行程及び過膨張行程で冷媒から回収された動力は、そのまま、再圧縮行程で冷媒を圧縮するためのエネルギーとして消費される。   In order to compress the refrigerant in the recompression stroke, the power recovered from the refrigerant in the expansion stroke and the overexpansion stroke is used. As can be understood from the upper left diagram and the upper right diagram in FIG. 4, when the recompression stroke is performed in the second discharge space 17b, the newly generated second suction space 17a undergoes an expansion stroke and an overexpansion stroke. Yes. The power recovered from the refrigerant in the expansion stroke and the overexpansion stroke is consumed as energy for compressing the refrigerant in the recompression stroke.

本実施形態によれば、膨張行程及び過膨張行程は、連通孔25aを介して第1吐出空間16bと第2吸入空間17aとが連通した時点から、第2吸入空間17aの圧力がインジェクション流路10fの圧力P3(第3の圧力)に一致する時点まで継続する。再圧縮行程は、連通孔25aを介した第1吐出空間16bと第2吸入空間17aとの連通が断たれた時点から、第2吐出空間17bの圧力が流路10cの圧力P2(第2の圧力)に一致する時点まで継続する。そして、シャフト15が1回転する期間の中で、膨張行程及び過膨張行程の行われる期間の少なくとも一部が再圧縮行程の行われる期間に重なっている。このような構成によれば、シャフト15のトルクムラが発生しにくい。このことは、容積型流体機械4の安定した動作に寄与する。   According to the present embodiment, in the expansion stroke and the overexpansion stroke, the pressure in the second suction space 17a is changed from the time when the first discharge space 16b and the second suction space 17a are communicated with each other through the communication hole 25a. Continue until a time point that coincides with the pressure P3 (third pressure) of 10f. In the recompression stroke, the pressure in the second discharge space 17b is changed to the pressure P2 (second pressure) of the flow path 10c from the time when the communication between the first discharge space 16b and the second suction space 17a through the communication hole 25a is cut off. Continue until a point in time that matches the pressure. In the period in which the shaft 15 rotates once, at least a part of the period in which the expansion stroke and the overexpansion stroke are performed overlaps the period in which the recompression stroke is performed. According to such a configuration, torque unevenness of the shaft 15 is unlikely to occur. This contributes to stable operation of the positive displacement fluid machine 4.

第2吐出空間17bの圧力が吐出管26の内部の圧力を上回ると、吐出弁28が開く。これにより、吐出ポート27を通じて、第2吐出空間17bから吐出管26に冷媒が吐出される(吐出行程)。シャフト15の回転に伴って第2吐出空間17bの容積は減少し、シャフト15が1080度の位置まで回転すると第2吐出空間17bは消滅する。これにより、吐出行程が終了する。   When the pressure in the second discharge space 17b exceeds the pressure inside the discharge pipe 26, the discharge valve 28 opens. Thus, the refrigerant is discharged from the second discharge space 17b to the discharge pipe 26 through the discharge port 27 (discharge process). As the shaft 15 rotates, the volume of the second discharge space 17b decreases. When the shaft 15 rotates to a position of 1080 degrees, the second discharge space 17b disappears. Thereby, the discharge stroke is completed.

図5において、再圧縮行程及び吐出行程での第2吐出空間17bの容積の変化は線EGで示される。図6において、再圧縮行程及び吐出行程は、それぞれ、線EF及び線FGで示される。膨張行程及び過膨張行程の終了直後において、冷媒の圧力P3は、吐出管26の内部の圧力P2よりも低い。このとき、吐出弁28は閉じている。第2吐出空間17bの容積の減少に伴い、冷媒は圧力P2まで再圧縮される。その後、吐出弁28の前後で圧力が均衡することにより吐出弁28が開き、第2吐出空間17bから吐出管26へと圧力P2の冷媒が吐出される。点Gにおいて、吐出行程が終了する。   In FIG. 5, the change in the volume of the second discharge space 17b in the recompression stroke and the discharge stroke is indicated by a line EG. In FIG. 6, the recompression stroke and the discharge stroke are indicated by lines EF and FG, respectively. Immediately after the end of the expansion stroke and the overexpansion stroke, the refrigerant pressure P3 is lower than the pressure P2 inside the discharge pipe 26. At this time, the discharge valve 28 is closed. As the volume of the second discharge space 17b decreases, the refrigerant is recompressed to the pressure P2. Thereafter, the pressure is balanced before and after the discharge valve 28 to open the discharge valve 28, and the refrigerant having the pressure P2 is discharged from the second discharge space 17b to the discharge pipe 26. At point G, the discharge stroke ends.

図7は、作動室の圧力と容積との関係を示すPV線図である。吸入行程は線AB、膨張行程は線BC、過膨張行程は線CD、インジェクション行程は線DE、再圧縮行程は線EF、吐出行程は線FCGで示される。容積型流体機械4が冷媒から回収するエネルギーは点ABCDLGで囲まれた領域の面積に相当し、過膨張後の冷媒を再圧縮するために必要な仕事は点LDEFCGで囲まれた領域の面積に相当する。回収エネルギー、再圧縮に必要な仕事、及び各種損失は、バランスする。従って、容積型流体機械4はモータ等を用いなくても自律回転する。点CDLGで囲まれた領域は、回収エネルギーと再圧縮に必要な仕事とに共通であるため相殺できる。結局、点ABCGで囲まれた領域の面積に相当するエネルギーを冷媒から回収し、回収したエネルギーを使って、点CDEFで囲まれた領域の面積に相当する仕事を冷媒に対して行う。   FIG. 7 is a PV diagram showing the relationship between the pressure and volume of the working chamber. The suction stroke is indicated by line AB, the expansion stroke is indicated by line BC, the overexpansion stroke is indicated by line CD, the injection stroke is indicated by line DE, the recompression stroke is indicated by line EF, and the discharge stroke is indicated by line FCG. The energy that the positive displacement fluid machine 4 recovers from the refrigerant corresponds to the area of the region surrounded by the point ABCDLG, and the work required to recompress the refrigerant after overexpansion is the area of the region surrounded by the point LDEFCG. Equivalent to. The recovered energy, work required for recompression, and various losses are balanced. Therefore, the positive displacement fluid machine 4 rotates autonomously without using a motor or the like. Since the area surrounded by the point CDLG is common to the recovered energy and the work required for recompression, it can be offset. Eventually, energy corresponding to the area of the region surrounded by the point ABCG is recovered from the refrigerant, and using the recovered energy, work corresponding to the area of the region surrounded by the point CDEF is performed on the refrigerant.

以上に説明したように、本実施形態によれば、膨張行程、過膨張行程及び再圧縮行程が吸入行程と吐出行程との間の一連の行程として行われる。従って、本実施形態によれば、特許文献1に記載された冷凍サイクル装置のように、膨張機及び副圧縮機を別々に設ける必要がなく、シンプルな構造の容積型流体機械4を使用して上記各行程を実施できる。容積型流体機械4の部品点数は、膨張機及び副圧縮機を別々に設けた場合に比べて少ない。従って、冷凍サイクル装置100の製造コストを抑えることができる。   As described above, according to the present embodiment, the expansion stroke, the overexpansion stroke, and the recompression stroke are performed as a series of strokes between the suction stroke and the discharge stroke. Therefore, according to the present embodiment, unlike the refrigeration cycle apparatus described in Patent Document 1, it is not necessary to separately provide an expander and a sub-compressor, and the positive displacement fluid machine 4 having a simple structure is used. Each of the above steps can be performed. The number of parts of the positive displacement fluid machine 4 is smaller than when the expander and the sub compressor are provided separately. Therefore, the manufacturing cost of the refrigeration cycle apparatus 100 can be suppressed.

また、インジェクションポート30に逆止弁31が設けられているので、再圧縮行程及び吐出行程において、第2吐出空間17bからインジェクションポート30へと冷媒が逆流することを防止できる。このことは、容積型流体機械4の効率の向上に寄与する。図4では、シャフト15が720度の位置から810度の位置に回転する期間において、逆止弁31は、第2吐出空間17bからインジェクションポート30への冷媒の逆流を防いでいる。   Further, since the check valve 31 is provided in the injection port 30, it is possible to prevent the refrigerant from flowing back from the second discharge space 17b to the injection port 30 in the recompression stroke and the discharge stroke. This contributes to improving the efficiency of the positive displacement fluid machine 4. In FIG. 4, the check valve 31 prevents the refrigerant from flowing backward from the second discharge space 17 b to the injection port 30 during the period in which the shaft 15 rotates from the 720 degree position to the 810 degree position.

また、吐出ポート27に吐出弁28が設けられているので、冷媒を再圧縮及び吐出するための仕事を低減できる。吐出弁28が設けられていない場合、シャフト15の回転角度が720度の位置を過ぎて第2吐出空間17bに吐出ポート27が面した瞬間に、吐出管26(流路10c)から第2吐出空間17bに冷媒が逆流する可能性がある。冷媒の逆流が発生すると、再圧縮行程及び吐出行程は、図6では線EKFG、図7では線EKFCGで示される。つまり、点EKFで囲まれた領域の面積に相当する仕事が、再圧縮及び吐出のために余分に必要となる。吐出弁28を設けることにより、この不利益を回避できるので、冷媒を再圧縮及び吐出するための仕事を低減でき、容積型流体機械4の効率も向上する。また、圧力P2の冷媒で満たされた第2吐出空間17bに、圧力P3の冷媒で満たされた吸入管26が直接結合することによって破裂音が発生することを防止できる。従って、容積型流体機械4の騒音及び振動を抑制できる。   Moreover, since the discharge valve 28 is provided in the discharge port 27, the work for recompressing and discharging the refrigerant can be reduced. When the discharge valve 28 is not provided, the second discharge from the discharge pipe 26 (flow path 10c) at the moment when the discharge port 27 faces the second discharge space 17b after the rotation angle of the shaft 15 passes the position of 720 degrees. There is a possibility that the refrigerant flows back into the space 17b. When the reverse flow of the refrigerant occurs, the recompression stroke and the discharge stroke are indicated by a line EKFG in FIG. 6 and a line EKFCG in FIG. That is, an extra work corresponding to the area of the region surrounded by the point EKF is required for recompression and ejection. By providing the discharge valve 28, this disadvantage can be avoided, so the work for recompressing and discharging the refrigerant can be reduced, and the efficiency of the positive displacement fluid machine 4 is also improved. Further, it is possible to prevent the generation of a plosive sound by directly connecting the suction pipe 26 filled with the refrigerant having the pressure P3 to the second discharge space 17b filled with the refrigerant having the pressure P2. Therefore, noise and vibration of the positive displacement fluid machine 4 can be suppressed.

また、本実施形態では、容積型流体機械4が2段ロータリ流体機械の構造を有している。第1吐出空間16b、連通孔25a及び第2吸入空間17aで構成された作動室で膨張行程及び過膨張行程が進行し、第2吐出空間17bで再圧縮行程及び吐出行程が進行する。つまり、容積型流体機械4の中で、膨張行程及び過膨張行程が、再圧縮行程及び吐出行程と同時進行する。そのため、冷媒からのエネルギー回収と、冷媒に対する圧縮仕事とを同時に行うことができる。エネルギー回収と圧縮仕事とを同時に行うと、これらを交互に行う場合と比較してシャフト15の回転速度の変動が低減する。これにより、容積型流体機械4を安定して動作させることができるとともに、容積型流体機械4の騒音及び振動も低減する。また、冷媒回路10の冷媒の循環量が少ない場合に、シャフト15の回転速度の変動によりシャフト15が減速及び停止することを防止できる。   In the present embodiment, the positive displacement fluid machine 4 has a structure of a two-stage rotary fluid machine. The expansion stroke and the overexpansion stroke proceed in the working chamber constituted by the first discharge space 16b, the communication hole 25a and the second suction space 17a, and the recompression stroke and the discharge stroke proceed in the second discharge space 17b. That is, in the positive displacement fluid machine 4, the expansion stroke and the overexpansion stroke proceed simultaneously with the recompression stroke and the discharge stroke. Therefore, energy recovery from the refrigerant and compression work on the refrigerant can be performed simultaneously. When energy recovery and compression work are performed simultaneously, fluctuations in the rotational speed of the shaft 15 are reduced as compared with the case where these are performed alternately. Thereby, the positive displacement fluid machine 4 can be operated stably, and noise and vibration of the positive displacement fluid machine 4 are also reduced. Further, when the circulation amount of the refrigerant in the refrigerant circuit 10 is small, it is possible to prevent the shaft 15 from decelerating and stopping due to fluctuations in the rotation speed of the shaft 15.

また、2段ロータリ流体機械の構造を採用することにより、次のような利益も得られる。すなわち、第1の空間16の容積V1に対する第2の空間17の容積V2の比(V2/V1)を、放熱器3の出口における冷媒の体積流量VGCに対する、気液分離器5の入口における冷媒の体積流量VSEPの比(VSEP/VGC)の近傍に設計することが容易となる。Further, by adopting the structure of the two-stage rotary fluid machine, the following benefits can be obtained. That is, the ratio (V2 / V1) of the volume V2 of the second space 17 to the volume V1 of the first space 16 is set at the inlet of the gas-liquid separator 5 with respect to the volume flow rate V GC of the refrigerant at the outlet of the radiator 3. It becomes easy to design near the ratio (V SEP / V GC ) of the refrigerant volume flow rate V SEP .

本実施形態において、インジェクション流路10fを通じて容積型流体機械4のインジェクションポート30に供給されるべき冷媒はガス冷媒である。具体的には、蒸発器7で低温側熱源(例えば空気)から熱を受け取って液体から気体へと蒸発した後の冷媒を容積型流体機械4にインジェクションする。容積型流体機械4において低温側熱源からの熱エネルギー吸収に寄与していない冷媒(液冷媒)を圧縮する仕事が減るので、冷凍サイクル装置100のCOPが向上する。従って、乾き度1.0の冷媒又は過熱された冷媒(つまりガス冷媒のみ)がインジェクションポート30に供給されるように、膨張弁6(第2実施形態では膨張弁45)の開度を調節することが好ましい。   In the present embodiment, the refrigerant to be supplied to the injection port 30 of the positive displacement fluid machine 4 through the injection flow path 10f is a gas refrigerant. Specifically, the evaporator 7 receives heat from a low-temperature side heat source (for example, air) and injects the refrigerant after evaporating from liquid to gas into the positive displacement fluid machine 4. Since the work of compressing the refrigerant (liquid refrigerant) that does not contribute to the heat energy absorption from the low-temperature side heat source in the positive displacement fluid machine 4 is reduced, the COP of the refrigeration cycle apparatus 100 is improved. Therefore, the opening degree of the expansion valve 6 (the expansion valve 45 in the second embodiment) is adjusted so that the refrigerant having a dryness of 1.0 or the superheated refrigerant (that is, only the gas refrigerant) is supplied to the injection port 30. It is preferable.

本実施形態の冷凍サイクル装置100は、給湯機又は温水暖房機に好適に使用できる。給湯及び温水暖房を目的とした場合、空気調和装置のような冷暖房の切り替えは不要である。つまり、四方弁等の構成要素を省略できるので、更なるコストの削減を期待できる。   The refrigeration cycle apparatus 100 of the present embodiment can be suitably used for a hot water heater or a hot water heater. For the purpose of hot water supply and hot water heating, there is no need to switch between cooling and heating such as an air conditioner. That is, since components such as a four-way valve can be omitted, further cost reduction can be expected.

冷凍サイクル装置100を給湯機又は温水暖房機に使用した場合、次のような利点がある。夜間電力を用いてタンクに貯湯する場合、給湯機は、通常、定格運転を行う。温水暖房機は、通常、連続運転を行う。起動後しばらく時間が経過すると建物の温度が一定となるので、温水暖房機の負荷は安定する。このような運転形態を考慮すると、放熱器3の出口における冷媒の体積流量に対する、気液分離器5の入口における冷媒の体積流量の比は概ね一定である。従って、第1の空間16の容積V1に対する第2の空間17の容積V2の比(V2/V1)を体積流量の比に一致させやすい。これにより、動力回収の効果をより十分に得ることができる。   When the refrigeration cycle apparatus 100 is used in a hot water heater or a hot water heater, there are the following advantages. When hot water is stored in a tank using nighttime power, the water heater usually performs rated operation. A hot water heater normally performs continuous operation. Since the temperature of the building becomes constant after a while after startup, the load of the hot water heater is stabilized. Considering such an operation mode, the ratio of the volume flow rate of the refrigerant at the inlet of the gas-liquid separator 5 to the volume flow rate of the refrigerant at the outlet of the radiator 3 is substantially constant. Therefore, the ratio (V2 / V1) of the volume V2 of the second space 17 to the volume V1 of the first space 16 is easily matched with the ratio of the volume flow rate. Thereby, the effect of power recovery can be obtained more sufficiently.

二酸化炭素に代表される超臨界冷媒は、冷凍サイクルにおける高圧と低圧との差が大きい。具体的には、容積型流体機械4における吸入圧力P1と吐出圧力P2との差が大きい。そのため、容積型流体機械4で回収できる動力も大きい。従って、二酸化炭素は、冷凍サイクル装置100の冷媒として好適である。もちろん、冷媒の種類が特に限定されるわけではなく、二酸化炭素以外の自然冷媒、R410A等の代替フロン、R1234yf等の低GWP(Global Warming Potential)冷媒を使用できる。   A supercritical refrigerant typified by carbon dioxide has a large difference between high pressure and low pressure in the refrigeration cycle. Specifically, the difference between the suction pressure P1 and the discharge pressure P2 in the positive displacement fluid machine 4 is large. Therefore, the power that can be recovered by the positive displacement fluid machine 4 is also large. Therefore, carbon dioxide is suitable as a refrigerant for the refrigeration cycle apparatus 100. Of course, the type of the refrigerant is not particularly limited, and natural refrigerants other than carbon dioxide, alternative CFCs such as R410A, and low GWP (Global Warming Potential) refrigerants such as R1234yf can be used.

冷媒から動力を回収する手段として容積型流体機械4を冷凍サイクル装置100に使用することにより、回収動力を圧縮仕事の一部として利用できる。圧縮機2の吸入圧力と吐出圧力との差が減少するので、圧縮機2の負荷が軽減し、冷凍サイクル装置100のCOPが改善する。ただし、本実施形態で説明した容積型流体機械4は、冷凍サイクル装置以外の装置にも使用できる可能性がある。   By using the positive displacement fluid machine 4 in the refrigeration cycle apparatus 100 as means for recovering power from the refrigerant, the recovered power can be used as part of the compression work. Since the difference between the suction pressure and the discharge pressure of the compressor 2 is reduced, the load on the compressor 2 is reduced and the COP of the refrigeration cycle apparatus 100 is improved. However, there is a possibility that the positive displacement fluid machine 4 described in the present embodiment can be used for apparatuses other than the refrigeration cycle apparatus.

(第2実施形態)
図8は、第2実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。冷凍サイクル装置200は、圧縮機2、放熱器3、容積型流体機械44、膨張弁45(減圧弁)、第1蒸発器46及び第2蒸発器47を備えている。これらの構成要素は、冷媒回路50を形成するように、流路50a〜50fによって互いに接続されている。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to the second embodiment. The refrigeration cycle apparatus 200 includes a compressor 2, a radiator 3, a positive displacement fluid machine 44, an expansion valve 45 (pressure reducing valve), a first evaporator 46, and a second evaporator 47. These components are connected to each other by flow paths 50 a to 50 f so as to form the refrigerant circuit 50.

圧縮機2及び放熱器3は、同一の参照符号を付していることから理解できるように、第1実施形態と同じものである。容積型流体機械44は、構造上の相違点は存在するが、第1実施形態で説明した容積型流体機械4と同じ機能を有する。膨張弁45は、開度を変更できる弁、例えば電動膨張弁である。第1蒸発器46及び第2蒸発器47は、それぞれ、冷媒に熱を与えるための機器であり、典型的には、空気−冷媒熱交換器で構成されている。   The compressor 2 and the radiator 3 are the same as those in the first embodiment, as can be understood from the fact that the same reference numerals are attached. The positive displacement fluid machine 44 has the same function as the positive displacement fluid machine 4 described in the first embodiment although there are structural differences. The expansion valve 45 is a valve whose opening degree can be changed, for example, an electric expansion valve. Each of the first evaporator 46 and the second evaporator 47 is a device for applying heat to the refrigerant, and typically includes an air-refrigerant heat exchanger.

流路50aは、圧縮機2で圧縮された冷媒が放熱器3に供給されるように、圧縮機2と放熱器3とを接続している。流路50bは、放熱器3から流出した冷媒の一部が容積型流体機械44に供給されるように、放熱器3と容積型流体機械44とを接続している。流路50cは、容積型流体機械44から吐出された冷媒が第1蒸発器46に供給されるように、容積型流体機械44と第1蒸発器46とを接続している。流路50dは、第1蒸発器46から流出した冷媒が圧縮機2に供給されるように、第1蒸発器46と圧縮機2とを接続している。流路50eは、放熱器3から流出した冷媒の一部が第2蒸発器47に供給されるように、放熱器3と第2蒸発器47とを接続している。詳細には、流路50eは、流路50bから分岐している流路(分岐流路)であって、放熱器3と容積型流体機械44との間の流路50bに接続された上流端と、第2蒸発器47に接続された下流端とを有する。流路50e上には膨張弁45が配置されている。冷媒は、膨張弁45で減圧された後、第2蒸発器47に流入する。流路50fは、第2蒸発器47から流出したガス冷媒が容積型流体機械44に供給(インジェクション)されるように、第2蒸発器47と容積型流体機械44とを接続している。   The flow path 50 a connects the compressor 2 and the radiator 3 so that the refrigerant compressed by the compressor 2 is supplied to the radiator 3. The flow path 50 b connects the radiator 3 and the positive displacement fluid machine 44 so that a part of the refrigerant flowing out of the radiator 3 is supplied to the positive displacement fluid machine 44. The flow path 50 c connects the positive displacement fluid machine 44 and the first evaporator 46 so that the refrigerant discharged from the positive displacement fluid machine 44 is supplied to the first evaporator 46. The flow path 50 d connects the first evaporator 46 and the compressor 2 so that the refrigerant flowing out from the first evaporator 46 is supplied to the compressor 2. The flow path 50 e connects the radiator 3 and the second evaporator 47 so that a part of the refrigerant flowing out of the radiator 3 is supplied to the second evaporator 47. Specifically, the flow path 50e is a flow path (branch flow path) branched from the flow path 50b and is connected to the flow path 50b between the radiator 3 and the positive displacement fluid machine 44. And a downstream end connected to the second evaporator 47. An expansion valve 45 is disposed on the flow path 50e. The refrigerant is decompressed by the expansion valve 45 and then flows into the second evaporator 47. The flow path 50f connects the second evaporator 47 and the positive displacement fluid machine 44 so that the gas refrigerant flowing out of the second evaporator 47 is supplied (injected) to the positive displacement fluid machine 44.

第1蒸発器46及び第2蒸発器47は、第1蒸発器46で冷却された熱媒体(例えば空気)が第2蒸発器47でさらに冷却されるように、熱媒体の流路上に配置されている。図8中に矢印で示す方向が熱媒体の流れ方向である。第1蒸発器46における冷媒の温度は、第2蒸発器47における冷媒の温度よりも高い。従って、図8に示すように、熱媒体の流路の上流側に第1蒸発器46が配置され、下流側に第2蒸発器47が配置されている場合、熱媒体(空気)と冷媒とがあたかも対向流を形成する形となる。これにより、蒸発器46及び47における、冷媒と熱媒体との熱交換効率が向上する。また、第2蒸発器47から流出した冷媒を容積型流体機械44で昇圧するため、第1実施形態と同様に、冷凍サイクル装置200のCOPが向上する。   The first evaporator 46 and the second evaporator 47 are arranged on the flow path of the heat medium so that the heat medium (for example, air) cooled by the first evaporator 46 is further cooled by the second evaporator 47. ing. The direction indicated by the arrow in FIG. 8 is the flow direction of the heat medium. The temperature of the refrigerant in the first evaporator 46 is higher than the temperature of the refrigerant in the second evaporator 47. Therefore, as shown in FIG. 8, when the first evaporator 46 is arranged upstream of the flow path of the heat medium and the second evaporator 47 is arranged downstream, the heat medium (air), the refrigerant, As if to form a counter flow. This improves the efficiency of heat exchange between the refrigerant and the heat medium in the evaporators 46 and 47. Further, since the refrigerant flowing out of the second evaporator 47 is boosted by the positive displacement fluid machine 44, the COP of the refrigeration cycle apparatus 200 is improved as in the first embodiment.

圧縮機2は、冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮する。圧縮された冷媒は、放熱器3で高圧のまま冷却される。冷却された冷媒は、2つの流路50b及び50eに流れる。冷却された冷媒の一部は、流路50bを通じて容積型流体機械44に吸入される。容積型流体機械44に吸入された冷媒は、容積型流体機械44で中間圧まで減圧されて気液二相となる。容積型流体機械44から吐出された冷媒は、流路50cを通じて第1蒸発器46に流入する。第1蒸発器46に流入した冷媒は、第1蒸発器46で加熱され、その後、流路50dを通じて圧縮機2に吸入される。他方、放熱器3で冷却された冷媒の残部は、膨張弁45で減圧されて気液二相に変化した後、流路50eを通じて第2蒸発器47に供給される。第2蒸発器47に流入した冷媒は、第2蒸発器47で加熱され、その後、インジェクション流路50fを通じて容積型流体機械44に供給(インジェクション)される。   The compressor 2 sucks in the refrigerant and compresses the sucked refrigerant. The compressed refrigerant is cooled by the radiator 3 while maintaining a high pressure. The cooled refrigerant flows through the two flow paths 50b and 50e. A part of the cooled refrigerant is sucked into the positive displacement fluid machine 44 through the flow path 50b. The refrigerant sucked into the positive displacement fluid machine 44 is decompressed to an intermediate pressure by the positive displacement fluid machine 44 and becomes a gas-liquid two-phase. The refrigerant discharged from the positive displacement fluid machine 44 flows into the first evaporator 46 through the flow path 50c. The refrigerant flowing into the first evaporator 46 is heated by the first evaporator 46 and then sucked into the compressor 2 through the flow path 50d. On the other hand, the remaining portion of the refrigerant cooled by the radiator 3 is decompressed by the expansion valve 45 and changed into a gas-liquid two-phase, and then supplied to the second evaporator 47 through the flow path 50e. The refrigerant flowing into the second evaporator 47 is heated by the second evaporator 47, and then supplied (injected) to the positive displacement fluid machine 44 through the injection flow path 50f.

図9は、図8に示す容積型流体機械44の縦断面図である。図10は、容積型流体機械のZ-Z線に沿った横断面図である。容積型流体機械44は、密閉容器59、シャフト53、上軸受55、シリンダ51、ピストン52、ベーン57及び下軸受56を有する。容積型流体機械44は、単段ロータリ型の流体機械として構成されている。   FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the positive displacement fluid machine 44 shown in FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view of the positive displacement fluid machine taken along the line Z-Z. The positive displacement fluid machine 44 includes a sealed container 59, a shaft 53, an upper bearing 55, a cylinder 51, a piston 52, a vane 57, and a lower bearing 56. The positive displacement fluid machine 44 is configured as a single-stage rotary fluid machine.

図9に示すように、シャフト53は半径方向の外向きに突出している偏心部53aを有する。シャフト53は、シリンダ51の中を貫いており、上軸受55及び下軸受56によって回転可能に支持されている。シャフト53の回転軸は、シリンダ51の中心に一致している。上軸受55及び下軸受56によってシリンダ51が閉じられている。   As shown in FIG. 9, the shaft 53 has an eccentric portion 53a that protrudes outward in the radial direction. The shaft 53 passes through the cylinder 51 and is rotatably supported by an upper bearing 55 and a lower bearing 56. The rotation axis of the shaft 53 coincides with the center of the cylinder 51. The cylinder 51 is closed by the upper bearing 55 and the lower bearing 56.

図10に示すように、ピストン52は、平面視でリングの形状を有しており、自身とシリンダ51との間に三日月形の空間54を形成するようにシリンダ51内に配置されている。シリンダ51の内部において、シャフト53の偏心部53aにピストン52が取り付けられている。シリンダ51には、ベーン溝68が形成されており、ベーン溝68にベーン57がスライドできるように取り付けられている。ベーン57は、空間54をピストン52の周方向に沿って仕切っている。これにより、シリンダ51の内部に、吸入空間54a及び吐出空間54bが形成されている。ベーン57の背後には、ばね69が配置されている。ばね69は、ベーン57をシャフト53の中心に向かって押している。ベーン溝68には、密閉容器59の内部に溜められた潤滑油が供給される。なお、ピストン52とベーン57とが単一の部品、いわゆるスイングピストンで構成されていてもよい。また、ベーン57がピストン52に係合していてもよい。   As shown in FIG. 10, the piston 52 has a ring shape in plan view, and is arranged in the cylinder 51 so as to form a crescent-shaped space 54 between itself and the cylinder 51. Inside the cylinder 51, a piston 52 is attached to an eccentric portion 53a of the shaft 53. A vane groove 68 is formed in the cylinder 51, and the vane 57 is attached to the vane groove 68 so as to be slidable. The vane 57 partitions the space 54 along the circumferential direction of the piston 52. As a result, a suction space 54 a and a discharge space 54 b are formed inside the cylinder 51. A spring 69 is disposed behind the vane 57. The spring 69 pushes the vane 57 toward the center of the shaft 53. Lubricating oil stored in the closed container 59 is supplied to the vane groove 68. In addition, the piston 52 and the vane 57 may be configured by a single component, a so-called swing piston. Further, the vane 57 may be engaged with the piston 52.

図9に示すように、容積型流体機械44は、さらに、吸入管58、吸入ポート60、吐出管62、吐出ポート63、インジェクションポート67及びインジェクション吸入管65を有する。吸入ポート60を通じて、空間54(詳細には吸入空間54a)に冷媒を供給できる。吐出ポート63を通じて、空間54(詳細には吐出空間54b)から冷媒を排出できる。吸入ポート60及び吐出ポート63には、それぞれ、吸入管58及び吐出管62が接続されている。吸入管58は、冷媒回路50(図8)における流路50bの一部を構成している。吐出管62は、冷媒回路50における流路50cの一部を構成している。吐出ポート63には、流路50cから吐出空間54bへの冷媒の逆流を防ぐ吐出弁64(逆止弁)が設けられている。吐出弁64は、典型的には、金属製の薄板で作られたリード弁である。吐出空間54bの圧力が吐出管62の内部の圧力(流路50cの圧力)を上回ると吐出弁64が開く。吐出空間54bの圧力が吐出管62の内部の圧力以下のとき、吐出弁64は閉じている。   As shown in FIG. 9, the positive displacement fluid machine 44 further includes a suction pipe 58, a suction port 60, a discharge pipe 62, a discharge port 63, an injection port 67, and an injection suction pipe 65. The refrigerant can be supplied to the space 54 (specifically, the suction space 54a) through the suction port 60. Through the discharge port 63, the refrigerant can be discharged from the space 54 (specifically, the discharge space 54b). A suction pipe 58 and a discharge pipe 62 are connected to the suction port 60 and the discharge port 63, respectively. The suction pipe 58 constitutes a part of the flow path 50b in the refrigerant circuit 50 (FIG. 8). The discharge pipe 62 constitutes a part of the flow path 50 c in the refrigerant circuit 50. The discharge port 63 is provided with a discharge valve 64 (a check valve) that prevents the refrigerant from flowing backward from the flow path 50c to the discharge space 54b. The discharge valve 64 is typically a reed valve made of a thin metal plate. When the pressure in the discharge space 54b exceeds the pressure inside the discharge pipe 62 (pressure in the flow path 50c), the discharge valve 64 opens. When the pressure in the discharge space 54b is equal to or lower than the pressure inside the discharge pipe 62, the discharge valve 64 is closed.

吸入ポート60及び吐出ポート63は、それぞれ、上軸受55及び下軸受56に形成されている。ただし、吸入ポート60及び吐出ポート63は、それぞれ、シリンダ51に形成されていてもよい。   The suction port 60 and the discharge port 63 are formed in the upper bearing 55 and the lower bearing 56, respectively. However, the suction port 60 and the discharge port 63 may each be formed in the cylinder 51.

容積型流体機械44は、さらに、吸入ポート60を通じてシリンダ51の空間54に冷媒が流入するタイミングを制御する吸入機構61を有する。本実施形態において、吸入機構61は、吸入弁61a及びソレノイド61bを含むソレノイドバルブで構成されている。ソレノイド61bの印加電圧のオンとオフを切り替えることにより、吸入弁61aの開閉を制御できる。   The positive displacement fluid machine 44 further includes a suction mechanism 61 that controls the timing at which the refrigerant flows into the space 54 of the cylinder 51 through the suction port 60. In the present embodiment, the suction mechanism 61 is configured by a solenoid valve including a suction valve 61a and a solenoid 61b. By switching on and off the applied voltage of the solenoid 61b, the opening and closing of the intake valve 61a can be controlled.

インジェクションポート67は、吸入空間54aに冷媒を供給できるように、シリンダ51に形成されている。インジェクションポート67には、吸入空間54a又は吐出空間54bからインジェクション流路50fへの冷媒の逆流を防ぐ逆止弁66が設けられている。インジェクションポート67及び逆止弁66の詳細な構造は、第1実施形態で説明した通りである。   The injection port 67 is formed in the cylinder 51 so that the refrigerant can be supplied to the suction space 54a. The injection port 67 is provided with a check valve 66 that prevents the refrigerant from flowing backward from the suction space 54a or the discharge space 54b to the injection flow path 50f. The detailed structures of the injection port 67 and the check valve 66 are as described in the first embodiment.

本実施形態において、シャフト53の回転方向に関して、ベーン57が配置されている位置(ベーン溝68の位置)を0度の角度を有する「基準位置」と定義する。シャフト53の回転方向に関して、インジェクションポート67は、例えば90〜180度の範囲に設けられている。吸入ポート60及び吐出ポート63は、ベーン57に隣接する位置に設けられている。   In the present embodiment, the position where the vane 57 is disposed (the position of the vane groove 68) with respect to the rotation direction of the shaft 53 is defined as a “reference position” having an angle of 0 degrees. With respect to the rotation direction of the shaft 53, the injection port 67 is provided in a range of 90 to 180 degrees, for example. The suction port 60 and the discharge port 63 are provided at positions adjacent to the vane 57.

容積型流体機械44において、吸入空間54aが冷媒を吸入、膨張、過膨張させる作動室として機能する。吐出空間54bが冷媒を再圧縮及び吐出する作動室として機能する。   In the positive displacement fluid machine 44, the suction space 54a functions as a working chamber for sucking, expanding, and overexpanding the refrigerant. The discharge space 54b functions as a working chamber for recompressing and discharging the refrigerant.

次に、図6及び図11を参照して、容積型流体機械の詳細な動作を説明する。図11は、容積型流体機械の動作原理図である。図11の左上図、右上図、右下図及び左下図には、それぞれ、シャフト53を90度ずつ回転させたときのピストン52の位置が示されている。本実施形態において、吸入弁61aは、シャフト53の回転角度が0度から90度の範囲で開き、以後、360度を1周期として開閉を繰り返す。   Next, with reference to FIG.6 and FIG.11, detailed operation | movement of a positive displacement fluid machine is demonstrated. FIG. 11 is an operation principle diagram of the positive displacement fluid machine. In the upper left view, upper right view, lower right view, and lower left view of FIG. 11, the position of the piston 52 when the shaft 53 is rotated by 90 degrees is shown. In the present embodiment, the suction valve 61a opens when the rotation angle of the shaft 53 is in the range of 0 to 90 degrees, and thereafter repeats opening and closing with 360 degrees as one cycle.

図11の左上図に示すように、シャフト53が0度の位置から90度の位置に回転するとき、吸入ポート60に隣接して吸入空間54aが新たに生じる。吸入ポート60を通じて、吸入空間54aに冷媒が吸入される(吸入行程)。シャフト53が0度の位置から概ね90度の位置まで回転すると、吸入弁61aが閉じる。これにより、吸入行程が終了する。図6において、吸入行程は線ABで示される。   As shown in the upper left diagram of FIG. 11, when the shaft 53 rotates from the 0 degree position to the 90 degree position, a suction space 54 a is newly created adjacent to the suction port 60. The refrigerant is sucked into the suction space 54a through the suction port 60 (suction stroke). When the shaft 53 rotates from the 0 degree position to the 90 degree position, the suction valve 61a is closed. Thereby, the suction stroke is completed. In FIG. 6, the suction stroke is indicated by a line AB.

吸入弁61aが閉じると、吸入空間54aの中で冷媒は吐出圧力P2まで膨張する(膨張行程)。シャフト53の回転に伴って、冷媒は、吐出圧力P2よりも低い圧力P3まで過膨張する(過膨張行程)。膨張行程及び過膨張行程において、容積型流体機械44は冷媒から動力を回収する。図6において、膨張行程及び過膨張行程は線BCDで示される。   When the suction valve 61a is closed, the refrigerant expands to the discharge pressure P2 in the suction space 54a (expansion stroke). As the shaft 53 rotates, the refrigerant overexpands to a pressure P3 lower than the discharge pressure P2 (overexpansion stroke). In the expansion stroke and the overexpansion stroke, the positive displacement fluid machine 44 recovers power from the refrigerant. In FIG. 6, the expansion stroke and the overexpansion stroke are indicated by a line BCD.

シャフト53の回転角度が約120度を超えると、インジェクションポート67を通じて吸入空間54aに冷媒を供給できる状態となる。冷媒の過膨張が進み、吸入空間54aの圧力がインジェクション吸入管65の内部の圧力、すなわち、第2蒸発器47における蒸発圧力を下回ると、冷媒の過膨張が止まる。これと同時に、インジェクションポート67を通じて、吸入空間54aに圧力P3を有する冷媒が供給される。吸入空間54aにおいて、供給された冷媒は、過膨張した冷媒に混合される(インジェクション行程)。   When the rotation angle of the shaft 53 exceeds about 120 degrees, the refrigerant can be supplied to the suction space 54 a through the injection port 67. When the refrigerant overexpands and the pressure in the suction space 54a falls below the pressure inside the injection suction pipe 65, that is, the evaporation pressure in the second evaporator 47, the refrigerant overexpansion stops. At the same time, the refrigerant having the pressure P3 is supplied to the suction space 54a through the injection port 67. In the suction space 54a, the supplied refrigerant is mixed with the overexpanded refrigerant (injection stroke).

その後、シャフト53の回転角度が360度に達するまで、インジェクションポート67を通じて、圧力P3を有する冷媒が吸入空間54aに供給され続ける。図11の左上図に示すように、シャフト53が360度の位置まで回転すると、吸入空間54aの容積が最大容積(=空間54の容積)に達する。これにより、インジェクション行程が終了する。図6において、インジェクション行程は線DEで示される。   Thereafter, the refrigerant having the pressure P3 continues to be supplied to the suction space 54a through the injection port 67 until the rotation angle of the shaft 53 reaches 360 degrees. As shown in the upper left diagram of FIG. 11, when the shaft 53 rotates to a position of 360 degrees, the volume of the suction space 54a reaches the maximum volume (= the volume of the space 54). Thereby, the injection process ends. In FIG. 6, the injection stroke is indicated by a line DE.

吸入行程の終了時における作動室(吸入空間54a)の容積V1は、吸入弁61aが閉じる瞬間のシャフト53の回転角度により規定される。また、本実施形態において、吸入行程の終了時の容積V1に対する、インジェクション行程の終了時の容積V2の比(V2/V1)は、放熱器3の出口における冷媒の体積流量VGCに対する、第1蒸発器46の入口における冷媒の体積流量VEVAの比(VEVA/VGC)に概ね等しい。容積比(V2/V1)は、また、吸入行程の終了時における作動室(空間54)の圧力P1に対するインジェクション行程の終了時の作動室(空間54)の圧力P3の比から計算できる冷媒比容積の比率よりも十分大きく設計されている。The volume V1 of the working chamber (suction space 54a) at the end of the suction stroke is defined by the rotation angle of the shaft 53 at the moment when the suction valve 61a is closed. In the present embodiment, the ratio (V2 / V1) of the volume V2 at the end of the injection stroke to the volume V1 at the end of the suction stroke is the first ratio to the volume flow rate V GC of the refrigerant at the outlet of the radiator 3. It is approximately equal to the ratio of the volume flow rate V EVA of the refrigerant at the inlet of the evaporator 46 (V EVA / V GC ). The volume ratio (V2 / V1) can also be calculated from the ratio of the pressure P3 of the working chamber (space 54) at the end of the injection stroke to the pressure P1 of the working chamber (space 54) at the end of the suction stroke. It is designed to be sufficiently larger than the ratio.

次に、図11の左上図及び右上図に示すように、シャフト53が360度の位置から450度の位置に回転するとき、吸入空間54aは、吐出空間54bへと変化する。吐出空間54bには、吐出ポート63が面している。ただし、図9を参照して説明したように、吐出ポート63には吐出弁64が設けられている。そのため、吐出空間54bの圧力が吐出管62の内部の圧力、すなわち、圧縮機2の吸入圧力を上回るまで、吐出空間54bの中で冷媒は圧縮される(再圧縮行程)。   Next, as shown in the upper left diagram and the upper right diagram in FIG. 11, when the shaft 53 rotates from a position of 360 degrees to a position of 450 degrees, the suction space 54a changes to a discharge space 54b. The discharge port 63 faces the discharge space 54b. However, as described with reference to FIG. 9, the discharge port 63 is provided with the discharge valve 64. Therefore, the refrigerant is compressed in the discharge space 54b until the pressure in the discharge space 54b exceeds the pressure in the discharge pipe 62, that is, the suction pressure of the compressor 2 (recompression process).

吐出空間54bの圧力が吐出管62の内部の圧力を上回ると、吐出弁64が開く。これにより、吐出ポート63を通じて、吐出空間54bから吐出管62に冷媒が吐出される(吐出行程)。シャフト53の回転に伴って吐出空間54bの容積は減少し、シャフト53が720度の位置まで回転すると吐出空間54bは消滅する。これにより、吐出行程が終了する。図6において、再圧縮行程及び吐出行程は、それぞれ、線EF及び線FGで示される。   When the pressure in the discharge space 54b exceeds the pressure in the discharge pipe 62, the discharge valve 64 opens. Thus, the refrigerant is discharged from the discharge space 54b to the discharge pipe 62 through the discharge port 63 (discharge process). As the shaft 53 rotates, the volume of the discharge space 54b decreases. When the shaft 53 rotates to a position of 720 degrees, the discharge space 54b disappears. Thereby, the discharge stroke is completed. In FIG. 6, the recompression stroke and the discharge stroke are indicated by lines EF and FG, respectively.

以上に説明した構成及び行程により、本実施形態によっても第1実施形態と同じ効果が得られる。本実施形態において、容積型流体機械44は、シリンダ及びピストンをそれぞれ1つのみ備えた単段のロータリ流体機械の構造を採用している。そのため、本実施形態によれば、容積型流体機械44の部品点数を減らすこと、容積型流体機械44を小型化すること、及び、冷凍サイクル装置200のコストを低減することができる。   With the configuration and process described above, the present embodiment can provide the same effects as those of the first embodiment. In the present embodiment, the positive displacement fluid machine 44 employs the structure of a single-stage rotary fluid machine having only one cylinder and one piston. Therefore, according to this embodiment, the number of parts of the positive displacement fluid machine 44 can be reduced, the positive displacement fluid machine 44 can be reduced in size, and the cost of the refrigeration cycle apparatus 200 can be reduced.

なお、容積型流体機械44に代えて、第1実施形態で説明した容積型流体機械4を冷凍サイクル装置200に使用してもよい。同様に、容積型流体機械44を第1実施形態の冷凍サイクル装置100に使用してもよい。また、容積型流体機械として、他の型式、例えばスクロール式の流体機械を使用してもよい。   Instead of the positive displacement fluid machine 44, the positive displacement fluid machine 4 described in the first embodiment may be used in the refrigeration cycle apparatus 200. Similarly, the positive displacement fluid machine 44 may be used in the refrigeration cycle apparatus 100 of the first embodiment. Further, as the positive displacement fluid machine, other types, for example, a scroll fluid machine may be used.

本発明の冷凍サイクル装置は、給湯機、温水暖房装置及び空気調和装置等に利用できる。


The refrigeration cycle apparatus of the present invention can be used for a water heater, a hot water heater, an air conditioner, and the like.


Claims (12)

冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、
作動室及びインジェクションポートを有し、(i)前記放熱器で冷却された冷媒を第1の圧力で前記作動室に吸入する行程と、(ii)前記作動室において、吸入した冷媒を前記第1の圧力よりも低い第2の圧力まで膨張させ、さらに前記第2の圧力よりも低い第3の圧力まで過膨張させる行程と、(iii)前記インジェクションポートを通じて前記作動室に前記第3の圧力を有する冷媒を供給し、供給した冷媒を過膨張した冷媒に混合する行程と、(iv)前記行程(ii)で冷媒から回収した動力を用い、混合された冷媒を前記第2の圧力へと前記作動室で再圧縮する行程と、(v)再圧縮された冷媒を前記作動室から吐出する行程と、を実行するように構成された容積型流体機械と、
前記容積型流体機械から吐出された冷媒を加熱する蒸発器と、
前記第3の圧力を有する冷媒を前記容積型流体機械の前記インジェクションポートに供給するインジェクション流路と、
を備えた、冷凍サイクル装置。
A compressor for compressing the refrigerant;
A radiator for cooling the refrigerant compressed by the compressor;
An operating chamber and an injection port; (i) a step of sucking the refrigerant cooled by the radiator into the working chamber at a first pressure; and (ii) a refrigerant sucked in the working chamber in the first chamber. A step of expanding to a second pressure lower than the second pressure and further overexpanding to a third pressure lower than the second pressure; and (iii) applying the third pressure to the working chamber through the injection port. A step of supplying the refrigerant having, and mixing the supplied refrigerant with the overexpanded refrigerant, and (iv) using the power recovered from the refrigerant in the step (ii), and mixing the refrigerant to the second pressure A positive displacement fluid machine configured to perform a step of recompressing in the working chamber; and (v) a step of discharging the recompressed refrigerant from the working chamber;
An evaporator for heating the refrigerant discharged from the positive displacement fluid machine;
An injection flow path for supplying the refrigerant having the third pressure to the injection port of the positive displacement fluid machine;
A refrigeration cycle apparatus comprising:
前記容積型流体機械が、
第1シリンダと、
自身と前記第1シリンダとの間に第1の空間を形成するように前記第1シリンダの内部に配置された第1ピストンと、
前記第1の空間を第1吸入空間と第1吐出空間とに仕切る第1ベーンと、
前記第1シリンダに対して同心状に配置された第2シリンダと、
自身と前記第2シリンダとの間に前記第1の空間の容積よりも大きい容積を有する第2の空間を形成するように前記第2シリンダの内部に配置された第2ピストンと、
前記第2の空間を第2吸入空間と第2吐出空間とに仕切る第2ベーンと、
前記第1シリンダと前記第2シリンダとの間に配置された中板と、
前記第1吐出空間と前記第2吸入空間とを連通するように前記中板に設けられた連通流路と、
前記第1吸入空間に冷媒を吸入する吸入ポートと、
前記第2吐出空間から冷媒を吐出する吐出ポートと、を有し、
前記作動室が、前記第1の空間、前記第2の空間、及び、前記連通流路によって構成され、
前記インジェクションポートが前記第2吸入空間に冷媒を供給できる位置に設けられている、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
The positive displacement fluid machine comprises:
A first cylinder;
A first piston disposed inside the first cylinder so as to form a first space between itself and the first cylinder;
A first vane that partitions the first space into a first suction space and a first discharge space;
A second cylinder disposed concentrically with respect to the first cylinder;
A second piston disposed inside the second cylinder so as to form a second space having a volume larger than that of the first space between itself and the second cylinder;
A second vane that partitions the second space into a second suction space and a second discharge space;
An intermediate plate disposed between the first cylinder and the second cylinder;
A communication channel provided in the intermediate plate so as to communicate the first discharge space and the second suction space;
A suction port for sucking refrigerant into the first suction space;
A discharge port for discharging the refrigerant from the second discharge space,
The working chamber is configured by the first space, the second space, and the communication channel,
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein the injection port is provided at a position where a refrigerant can be supplied to the second suction space.
前記行程(ii)は、前記連通流路を介して前記第1吐出空間と前記第2吸入空間とが連通した時点から、前記第2吸入空間の圧力が前記第3の圧力に一致する時点まで継続し、
前記行程(iv)は、前記連通流路を介した前記第1吐出空間と前記第2吸入空間との連通が断たれた時点から、前記第2吐出空間の圧力が前記第2の圧力に一致する時点まで継続し、
前記シャフトが1回転する期間の中で、前記行程(ii)の行われる期間の少なくとも一部が前記行程(iv)の行われる期間に重なっている、請求項2に記載の冷凍サイクル装置。
The stroke (ii) is performed from the time when the first discharge space and the second suction space communicate with each other via the communication channel to the time when the pressure of the second suction space matches the third pressure. Continue,
In the step (iv), the pressure in the second discharge space coincides with the second pressure from the time when the communication between the first discharge space and the second suction space through the communication channel is cut off. To the point where
3. The refrigeration cycle apparatus according to claim 2, wherein at least a part of a period in which the stroke (ii) is performed overlaps a period in which the stroke (iv) is performed in a period in which the shaft rotates once.
前記蒸発器から流出した冷媒が前記第3の圧力を有する冷媒として前記容積型流体機械に供給されるように、前記インジェクション流路が前記蒸発器と前記容積型流体機械とを接続している、請求項1〜3のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。   The injection flow path connects the evaporator and the positive displacement fluid machine so that the refrigerant flowing out of the evaporator is supplied to the positive displacement fluid machine as a refrigerant having the third pressure; The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 3. 前記容積型流体機械から吐出された冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、
前記気液分離器で分離されたガス冷媒が前記圧縮機へと供給されるように、前記気液分離器と前記圧縮機とを接続している流路と、
前記気液分離器で分離された液冷媒が前記蒸発器へと供給されるように、前記気液分離器と前記蒸発器とを接続している流路と、
をさらに備えた、請求項4に記載の冷凍サイクル装置。
A gas-liquid separator that separates the refrigerant discharged from the positive displacement fluid machine into a gas refrigerant and a liquid refrigerant;
A flow path connecting the gas-liquid separator and the compressor so that the gas refrigerant separated by the gas-liquid separator is supplied to the compressor;
A flow path connecting the gas-liquid separator and the evaporator so that the liquid refrigerant separated by the gas-liquid separator is supplied to the evaporator;
The refrigeration cycle apparatus according to claim 4, further comprising:
前記気液分離器と前記蒸発器とを接続している前記流路上に設けられた減圧弁をさらに備えた、請求項5に記載の冷凍サイクル装置。   The refrigeration cycle apparatus according to claim 5, further comprising a pressure reducing valve provided on the flow path connecting the gas-liquid separator and the evaporator. 前記放熱器から流出した冷媒が前記容積型流体機械へと供給されるように、前記放熱器と前記容積型流体機械とを接続している流路と、
前記放熱器と前記容積型流体機械との間の前記流路に接続された上流端を有する分岐流路と、
前記分岐流路上に設けられた減圧弁と、
前記分岐流路の下流端が接続された第2蒸発器と、をさらに備え、
前記第2蒸発器から流出した冷媒が前記第3の圧力を有する冷媒として前記容積型流体機械に供給されるように、前記インジェクション流路が前記第2蒸発器と前記容積型流体機械とを接続している、請求項1〜3のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
A flow path connecting the radiator and the positive displacement fluid machine so that the refrigerant flowing out of the radiator is supplied to the positive displacement fluid machine;
A branch flow path having an upstream end connected to the flow path between the radiator and the positive displacement fluid machine;
A pressure reducing valve provided on the branch flow path;
A second evaporator to which a downstream end of the branch flow path is connected, and
The injection flow path connects the second evaporator and the positive displacement fluid machine so that the refrigerant flowing out of the second evaporator is supplied to the positive displacement fluid machine as the refrigerant having the third pressure. The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記容積型流体機械から吐出された冷媒を加熱する前記蒸発器を第1蒸発器としたとき、
当該冷凍サイクル装置は、前記第1蒸発器で加熱された冷媒が前記圧縮機に供給されるように、前記第1蒸発器と前記圧縮機とを接続している流路をさらに備え、
前記第1蒸発器で冷媒を加熱した熱媒体が前記第2蒸発器に流入するように、前記熱媒体の流路の上流側に前記第1蒸発器、下流側に前記第2蒸発器が配置されている、請求項7に記載の冷凍サイクル装置。
When the evaporator that heats the refrigerant discharged from the positive displacement fluid machine is the first evaporator,
The refrigeration cycle apparatus further includes a flow path connecting the first evaporator and the compressor so that the refrigerant heated by the first evaporator is supplied to the compressor,
The first evaporator is disposed on the upstream side of the flow path of the heat medium, and the second evaporator is disposed on the downstream side so that the heat medium that has heated the refrigerant in the first evaporator flows into the second evaporator. The refrigeration cycle apparatus according to claim 7.
前記インジェクション流路を通じて前記容積型流体機械に供給されるべき冷媒がガス冷媒である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。   The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the refrigerant to be supplied to the positive displacement fluid machine through the injection flow path is a gas refrigerant. 冷媒が二酸化炭素である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。   The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the refrigerant is carbon dioxide. 請求項1〜10のいずれか1項に冷凍サイクル装置を用いた給湯機。   A water heater using the refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 10. 請求項1〜10のいずれか1項に冷凍サイクル装置を用いた温水暖房機。

A hot water heater using the refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 10.

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