KR20080096711A - 유체기계 - Google Patents

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KR20080096711A
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compression
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가쯔미 사끼따니
마사까즈 오까모또
에이지 구마꾸라
데쯔야 오까모또
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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

유체기계로서의 압축, 팽창유닛(30)에서는, 하나의 케이싱(31)에 압축기구(50)와 팽창기구(60) 양쪽이 수납된다. 압축기구(50)와 팽창기구(60)를 연결하는 축(40)에는, 급유통로(90)가 형성된다. 케이싱(31) 저부에 저류된 냉동기유는, 급유통로(90)로 흡인되어 압축기구(50)나 팽창기구(60)에 공급된다. 팽창기구(60)에 공급된 냉동기유는, 팽창 후의 냉매와 함께 팽창기구(60)로부터 배출되고, 냉매회로를 흘러 압축, 팽창유닛(30)의 압축기구(50)로 돌아온다.
팽창기구, 압축기구, 윤활유, 냉동주기, 초임계, 이산화탄소

Description

유체기계{FLUID MACHINE}
본 발명은, 압축기구와 팽창기구가 하나의 케이싱 내에 수용된 유체기계에 관한 것이다.
종래, 팽창기구와 전동기 및 압축기구를 하나의 회전축으로 연결한 유체기계가 알려져 있다. 이 유체기계에 있어서, 팽창기구에서는 도입된 유체의 팽창에 의해 동력이 발생한다. 팽창기구에서 발생한 동력은, 전동기에서 발생한 동력과 함께 회전축에 의하여 압축기구로 전달된다. 그리고, 압축기구는 팽창기구 및 전동기로부터 전달된 동력에 의하여 구동되고, 유체를 흡입하여 압축한다.
예를 들어, 특허문헌1(일본 특허공개 2005-299632호 공보)에는, 세로로 길며 원통형의 케이싱 내에 팽창기구와 전동기, 압축기구 및 회전축을 수납한 유체기계가 기재되었다. 이 유체기계의 케이싱 내에서는, 팽창기구와 전동기 및 압축기구가 밑에서 위를 향하여 차례로 배치되고, 이들이 하나의 회전축으로 서로 연결된다. 또, 팽창기구와 압축기구는, 모두 회전식 유체기계로 구성된다.
이 특허문헌1의 유체기계에서는, 회전축에 급유통로가 형성된다. 케이싱 내의 상부에 배치된 팽창기구로는, 케이싱 저부에 저류된 윤활유가 회전축 내 급유통로를 통하여 공급된다. 이 유체기계에서는, 팽창기구에 오일회수통로를 형성하고 이 오일회수통로를 통하여 잉여 윤활유를 케이싱 저부로 회송한다.
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
전술한 바와 같이 상기 특허문헌1의 유체기계에서는 팽창기구 쪽에서 압축기구 쪽으로 윤활유를 회수하기 위한 오일회수통로를 구성시킨다. 이로써 오일회수통로를 구성시킨 만큼 유체기계의 구조가 복잡해지고, 제조원가 상승 등의 폐해를 초래할 우려가 있다.
본 발명은, 이러한 점에 감안하여 이루어진 것으로 그 목적은, 압축기구와 팽창기구를 구비하는 유체기계의 구조를 간소화하는 데 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
제 1 발명은, 냉매를 순환시켜 냉동주기를 행하는 냉매회로(20)에 구성된 유체기계를 대상으로 한다. 그리고, 냉매를 압축하는 압축기구(50)와, 유체의 팽창으로 동력을 발생시키는 팽창기구(60)와, 상기 압축기구(50)와 상기 팽창기구(60)를 연결하는 회전축(40)과, 상기 압축기구(50)와 팽창기구(60)와 회전축(40)을 수용하는 용기형태의 케이싱(31)을 구비하는 한편, 상기 회전축(40)에는, 상기 케이싱(31) 내의 상기 압축기구(50) 쪽에 저류된 윤활유를 상기 팽창기구(60)에 공급하는 급유통로(90)가 형성되며, 상기 팽창기구(60)는, 상기 급유통로(90)로부터 공급된 윤활유를, 냉매가 팽창되는 팽창실(72, 82)로 도입하여 팽창 후의 냉매와 함께 배출하도록 구성되는 것이다.
제 1 발명에서는, 유체기계(30)가 냉매회로(20)에 구성된다. 유체기계(30)의 압축기구(50)에서 압축된 냉매는, 방열용 열교환기에서 방열한 후에 유체기계(30)의 팽창기구(60)로 유입된다. 팽창기구(60)에서는 유입된 고압냉매가 팽창된다. 패창기구(60)에서 고압냉매로부터 회수된 동력은, 회전축(40)에 의하여 압축기구(50)로 전달되고 압축기구(50)를 구동시키기 위하여 이용된다. 팽창기구(60)에서 팽창된 냉매는, 흡열용 열교환기에서 흡열된 후 유체기계(30)의 압축기구(50)로 흡입된다.
제 1 발명의 유체기계(30)에서는, 케이싱(31)의 내부공간 중 압축기구(50) 쪽 부분에 윤활유가 저류된다. 케이싱(31) 내의 윤활유는, 회전축(40)에 형성된 급유통로(90)를 통하여 팽창기구(60)에 공급되어 팽창기구(60)의 윤활에 이용된다. 팽창기구(60)에 공급된 윤활유는, 팽창기구(60)의 팽창실로 유입된다. 팽창기구(60)의 팽창실 내에서는 냉매가 팽창된다. 팽창실 내로 유입된 윤활유는, 팽창 후의 냉매와 함께 팽창기구(60)로부터 배출된다. 팽창기구(60)로부터 배출된 윤활유는, 냉매와 함께 냉매회로(20) 내를 흘러 유체기계(30)로 유입된다. 즉, 팽창기구(60)에 공급된 윤활유는, 유체기계(30)에서 일단 배출되고, 냉매회로(20)를 통해 유체기계(30)의 케이싱(31) 내로 돌아온다.
제 2 발명은 상기 제 1 발명에 있어서, 상기 팽창기구(60)는, 양단이 폐색된 실린더(71, 81)와, 상기 회전축(40)에 결합됨과 더불어 상기 실린더(71, 81) 내에 수용되어 팽창실(72, 82)을 형성하는 피스톤(75, 85)과, 상기 팽창실(72, 82)을 고압측과 저압측으로 구획하기 위한 블레이드(76, 86)를 구비한 회전식 팽창기로 구성되며, 상기 회전축(40)에는, 상기 급유통로(90)로부터 분기하여 이 회전축(40)의 외주면으로 개구되는 분기통로(93)가 형성되고, 상기 팽창기구(60)에는, 상기 분기통로(93)로부터 토출된 윤활유를 상기 블레이드(76, 86)의 습동면으로 유도하는 오일도입로(114)가 형성되는 것이다.
제 2 발명에서는, 팽창기구(60)가 회전식 팽창기로 구성된다. 이 팽창기구(60)에서는, 팽창실(72, 82)로 도입된 냉매가 팽창되면, 피스톤(75, 85)이 이동하여 회전축(40)이 구동된다. 팽창기구(60)를 향하여 급유통로(90)를 흐르는 윤활유는, 그 일부가 분기통로(93)로 유입된다. 분기통로(93)로 유입된 윤활유는, 회전축(40)의 회전에 따르는 원심력을 받아 분기통로(93)로부터 토출된다. 분기통로(93)로부터 토출된 윤활유는, 오일도입로(114)를 통해 블레이드(76, 86)의 습동면에 공급되어 블레이드(76, 86)의 윤활에 이용된다.
제 3 발명은 상기 제 2 발명에 있어서, 상기 실린더(71, 81)에는, 이 실린더(71, 81)를 두께방향으로 관통하여 상기 블레이드(76, 86)가 삽입되는 관통공(78, 88)이 형성되며, 상기 오일도입로(114)는, 상기 실린더(71, 81)의 관통공(78, 88)으로 개구되어 상기 블레이드(76, 86)의 습동면에 윤활유를 공급하는 한편, 상기 급유통로(90)의 일단이 상기 회전축(40)의 상기 팽창기구(60) 쪽의 단면으로 개구되며, 상기 팽창기구(60)에는, 상기 실린더(71, 81)의 관통공(78, 88)과 상기 회전축(40) 단면으로 개구되는 급유통로(90) 일단을 연통시키는 접속통로(111)가 형성되는 것이다.
제 3 발명에서는, 오일도입로(114)로부터 실린더(71, 81)의 관통공(78, 88)에 윤활유가 도입되며, 관통공(78, 88)에 도입된 윤활유가 블레이드(76, 86)의 습동면에 공급된다. 또, 관통공(78, 88) 내의 윤활유는, 접속통로(111)를 통하여 회전축(40) 내의 급유통로(90)로 배출된다.
제 4 발명은 상기 제 1, 제 2 또는 제 3 발명에 있어서, 상기 케이싱(31)의 내부공간은, 상기 팽창기구(60)가 수용되는 제 1 공간(38)과, 상기 압축기구(50)가 수용되어 이 압축기구(50)로부터 압축된 냉매가 토출되는 제 2 공간(39)으로 구획되며, 상기 급유통로(90)를 통하여 상기 제 2 공간(39)에 저류된 윤활유가 상기 팽창기구(60)로 공급되는 것이다.
제 4 발명에서는, 케이싱(31) 내의 제 2 공간(39)(즉, 압축기구(50)로부터 토출된 고온고압의 냉매로 가득찬 공간)에 윤활유가 저류된다. 압축기구(50)로 흡입되는 냉매는, 제 2 공간(39) 내의 냉매와 접촉하는 일없이 압축기구(50)로 유입된다. 따라서, 팽창기구(60)로부터 배출되어 냉매회로(20)에서 압축기구(50)로 돌아오는 윤활유도, 제 2 공간(39) 내의 냉매와 접촉하지 않고 압축기구(50)로 직접 흘러든다.
제 5 발명은 상기 제 1, 제 2, 제 3 또는 제 4 발명에 있어서, 상기 회전축(40)에는, 상기 회전축(40)의 회전으로 윤활유를 흡입하여 상기 급유통로(90)로 토출하는 비용적형 급유펌프(94)가 배치되는 것이다.
제 5 발명에서는, 회전축(40)에 급유펌프(94)가 배치된다. 회전축(40)이 회전하면, 그에 따라 급유펌프(94)가 케이싱(31) 내의 윤활유를 흡입하여 급유통로(90)로 토출한다. 급유펌프(94)는, 비용적형 펌프로 구성된다. 따라서, 급유펌프(94)로부터 토출되는 윤활유의 유량은, 용적형 펌프와는 달리 회전축(40)의 회전속도만으로는 결정되지 않으며, 급유통로(90) 내의 압력이나 케이싱(31) 내의 압력에도 영향을 받는다.
제 6 발명은 상기 제 1, 제 2, 제 3 또는 제 4 발명에 있어서, 이산화탄소가 냉매로서 충전된 냉매회로(20)에 배치되며, 압축기구(50)가 흡입된 냉매를 그 임계압력 이상까지 압축시키는 한편, 팽창기구(60)에서는 임계압력 이상의 고압냉매가 유입되어 팽창되는 것이다.
제 6 발명에서는, 유체기계(30)가 접속된 냉매회로(20)에서 냉매로서의 이산화탄소가 순환된다. 유체기계(30)의 압축기구(50)는, 흡입된 냉매를 그 임계압력 이상까지 압축시켜 토출한다. 한편, 유체기계(30)의 팽창기구(60)로는 임계압력 이상의 고압냉매가 도입되어 팽창된다.
[발명의 효과]
본 발명에 관한 유체기계(30)에 있어서, 팽창기구(60)에 공급된 윤활유는, 유체기계(30)가 접속되는 냉매회로(20)를 통하여 케이싱(31) 내로 회송된다. 즉, 케이싱(31) 내의 팽창기구(60) 쪽에서 압축기구(50) 쪽으로 윤활유를 회수하는 통로 등이 유체기계(30) 자체에 배치되지 않아도, 팽창기구(60)에 공급된 윤활유는 케이싱(31) 내로 회송되어간다. 따라서, 본 발명에 의하면, 케이싱(31) 내의 팽창기구(60) 쪽에서 압축기구(50) 쪽으로 윤활유를 회수하기 위한 통로 등을 유체기계(30)에서 생략할 수 있어, 유체기계(30)의 구조를 간소화할 수 있다.
상기 제 2 발명에 의하면, 회전축(40)의 회전에 따라 발생하는 원심력을 이용하여 윤활유를 블레이드(76, 86) 습동면에 공급할 수 있다. 이로써 블레이드(76, 86)의 종동면을 확실하게 윤활시킬 수 있게 되어 유체기계(30)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기 제 3 발명에서는, 급유통로(90)에서 분기통로(93)와 오일도입로(114)와 관통공(78, 88)과 접속통로(111)를 차례로 지나 급유통로(90)로 돌아오는 윤활유의 유통경로가 형성된다. 따라서, 이 발명에 의하면, 블레이드(76, 86) 습동면에 한층 확실하게 윤활유를 공급할 수 있어, 유체기계(30)의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 제 4 발명에 있어서, 팽창기구(60)로부터 배출된 윤활유는, 압축기구(50)로부터 제 2 공간(39)으로 토출된 고온고압의 냉매와 접촉하지 않고 압축기구(50)로 직접 흘러든다.
여기서, 상기 유체기계(30)에서는, 압축기구(50)로부터는 비교적 고온(예를 들어 90℃ 정도)의 냉매가 토출되는데 반해, 팽창기구(60)에서는 예를 들어 40℃ 정도의 냉매가 팽창하여 예를 들어 5℃ 정도까지 온도가 저하된다. 따라서, 팽창기구(60)를 통과한 윤활유의 온도는 그리 높지 않다. 이로써, 종래의 유체기계와 같이 팽창기구를 통과한 윤활유를 케이싱 내의 압축기구 쪽 공간으로 회송하면, 이 공간에 압축기구로부터 토출된 냉매가 팽창기구로부터 회송되어온 윤활유에 의하여 냉각되어버린다. 즉, 압축기구에서 압축되어 유체기계로부터 토출되는 냉매의 엔탈피가 저하되어버린다. 그 결과, 유체기계로부터 토출된 고압냉매에 의하여 대상물을 가열하는 경우에는, 대상물로의 가열량이 감소되어버릴 우려가 있다.
이에 반해, 상기 제 4 발명의 유체기계(30)에서는, 팽창기구(60)로부터 배출된 윤활유가 압축기구(50)로 직접 흡입된다. 즉, 팽창기구(60)로부터 배출된 비교적 저온의 윤활유는, 압축기구(50)로부터 제 2 공간(39)으로 토출된 고온고압의 냉매와 접촉하지 않고 압축기구(50)로 유입된다. 따라서, 이 발명에 의하면, 압축기구(50)로부터 토출된 냉매가 팽창기구(60)로부터 배출된 윤활유에 의하여 냉각되는 것을 회피할 수 있다. 그 결과, 압축기구(50)로부터의 토출냉매를 이용하여 대상물을 가열하는 경우에 가열능력을 향상시킬 수 있다.
또, 상기 제 5 발명에서는, 급유펌프(94)를 비용적형 펌프로 구성시킨다. 이로써, 급유펌프(94)에 의하여 급유통로(90)에 공급되는 윤활유의 양은, 회전축(40)의 회전속도만이 아닌, 급유통로(90) 내의 압력이나 케이싱(31) 내의 압력에 의해서도 변동되게 된다. 따라서, 이 발명에 의하면, 급유통로(90)로부터 팽창기구(60)로의 윤활유 공급량을 유체기계(30)의 운전상태에 따라 적절하게 조절하기가 가능해진다. 그 결과, 팽창기구(60)로부터 냉매와 함께 배출되는 윤활유의 양을 삭감하기가 가능해진다.
도 1은, 실시형태의 냉매회로 구성을 나타낸 배관계통도이다.
도 2는, 실시형태의 압축, 팽창유닛의 개략구성을 나타낸 종단면도이다.
도 3은, 실시형태의 팽창기구 개략 구성을 나타낸 종단면도이다.
도 4는, 실시형태의 팽창기구 주요부를 나타낸 주요부 확대도이다.
도 5는, 실시형태의 팽창기구 상태를 축 회전각 90도마다 나타낸 팽창기구의 개략 횡단면도이다.
[부호의 설명]
20 : 냉매회로 31 : 케이싱
38 : 제 1 공간 39 : 제 2 공간
40 : 축(회전축) 50 : 압축기구
60 : 팽창기구 71 : 제 1 실린더
72 : 제 1 팽창실 75 : 제 1 피스톤
76 : 제 1 블레이드 78, 88 : 부시공(관통공)
81 : 제 2 실린더 82 : 제 2 팽창실
85 : 제 2 피스톤 86 : 제 2 블레이드
90 : 급유통로 93 : 제 3 분기통로
94 : 급유펌프 111 : 접속통로
114 : 오일도입로
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 본 실시형태는, 본 발명에 관한 유체기계인 압축, 팽창유닛(30)을 구비한 공조기(10)이다.
<공조기의 전체 구성>
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 공조기(10)는 냉매회로(20)를 구비한다. 이 냉매회로(20)에는, 압축, 팽창유닛(30)과, 실외열교환기(23), 실내열교환기(24), 제 1 십자전환밸브(21), 및 제 2 십자전환밸브(22)가 접속된다. 또, 이 냉매회로(20)에는, 냉매로서 이산화탄소(CO2)가 충전된다.
상기 압축, 팽창유닛(30)은, 세로로 긴 원통형의 밀폐용기형으로 형성된 케이싱(31)을 구비한다. 이 케이싱(31) 내에는, 압축기구(50)와 팽창기구(60) 및 전동기(45)가 수납된다. 이 팽창기구(60)는, 본 발명에 관한 용적형 팽창기이다. 케이싱(31) 내에는, 압축기구(50)와 전동기(45) 및 팽창기구(60)가 밑에서 위를 향하여 차례로 배치된다. 압축, 팽창유닛(30)의 상세에 대해서는 후술하기로 한다.
상기 냉매회로(20)에 있어서, 압축기구(50)는, 그 토출측이 제 1 십자전환밸브(21)의 제 1 포트에, 그 흡입측이 제 1 십자전환밸브(21)의 제 4 포트에 각각 접속된다. 한편, 팽창기구(60)는, 그 유출측이 제 2 십자전환밸브(22)의 제 1 포트에, 그 유입측이 제 2 십자전환밸브(22)의 제 4 포트에 각각 접속된다.
또, 상기 냉매회로(20)에 있어서, 실외열교환기(23)는, 그 일단이 제 2 십자전환밸브(22)의 제 2 포트에, 그 타단이 제 1 십자전환밸브(21)의 제 3 포트에 각각 접속된다. 한편, 실내열교환기(24)는, 그 일단이 제 1 십자전환밸브(21)의 제 2 포트에, 그 타단이 제 2 십자전환밸브(22)의 제 3 포트에 각각 접속된다.
상기 제 1 십자전환밸브(21)와 제 2 십자전환밸브(22)는 각각, 제 1 포트와 제 2 포트가 연통되며, 또 제 3 포트와 제 4 포트가 연통되는 상태(도 1에 실선으로 나타낸 상태)와, 제 1 포트와 제 3 포트가 연통되며, 또 제 2 포트와 제 4 포트가 연통되는 상태(도 1에 파선으로 나타낸 상태)로 전환되도록 구성된다.
<압축, 팽창유닛의 구성>
도 2에 나타낸 바와 같이, 압축, 팽창유닛(30)은, 세로로 긴 원통형의 밀폐용기인 케이싱(31)을 구비한다. 이 케이싱(31) 내부에는, 밑에서 위를 향하여 차례로 압축기구(50)와, 전동기(45)와, 팽창기구(60)가 배치된다. 또, 케이싱(31) 저부에는 윤활유인 냉동기유가 저류된다. 즉, 케이싱(31) 내부에는 압축기구(50) 쪽으로 냉동기유가 저류된다.
케이싱(31) 내부공간은, 팽창기구(60)의 프론트헤드(61)에 의하여 상하로 구획되며, 상측공간이 제 1 공간(38)을, 하측공간이 제 2 공간(39)을 각각 구성한다. 제 1 공간(38)에는 팽창기구(60)가 배치되며, 제 2 공간(39)에는 압축기구(50)와 전동기(45)가 배치된다. 여기서, 제 1 공간(38)과 제 2 공간(39)은 기밀하게 구획되는 것은 아니며, 제 1 공간(38)의 내압과 제 2 공간(39)의 내압은 대략 동등하다.
케이싱(31)에는 토출관(36)이 설치된다. 이 토출관(36)은, 전동기(45)와 팽창기구(60) 사이에 배치되며, 케이싱(31) 내의 제 2 공간(39)으로 연통된다. 또, 토출관(36)은 비교적 짧은 직관형으로 형성되며, 대략 수평자세로 설치된다.
전동기(45)는, 케이싱(31)의 긴 쪽 방향 중앙부에 배치된다. 이 전동기(45)는 고정자(46)와 회전자(47)로 구성된다. 고정자(46)는, 열조임 등으로 상기 케이싱(31)에 고정된다. 고정자(46)의 외주부에는, 그 일부를 절취한 코어 커트부(48)가 형성된다. 이 코어 커트부(48)와 케이싱(31) 내주면 사이에는 틈새가 형성된다. 회전자(47)는 고정자(46) 안쪽에 배치된다. 이 회전자(47)에는, 이 회전자(47)와 동축으로 축(40)의 주축부(44)가 관통한다.
축(40)은 회전축을 구성한다. 이 축(40)에는, 그 하단측에 2개의 하측 편심부(58, 59)가 형성되며, 그 상단측에 2개의 대경 편심부(41, 42)가 형성된다. 축(40)은, 하측 편심부(58, 59)에 형성된 하단부분이 압축기구(50)에, 대경 편심부(41, 42)에 형성된 상단부분이 팽창기구(60)에 각각 결합된다.
2개의 하측 편심부(58, 59)는, 주축부(44)보다 큰 지름으로 형성되며, 하측의 것이 제 1 하측 편심부(58)를, 상측의 것이 제 2 하측 편심부(59)를 각각 구성한다. 제 1 하측 편심부(58)와 제 2 하측 편심부(59)에서는 주축부(44)의 축심에 대한 편심방향이 역이 된다.
2개의 대경 편심부(41, 42)는, 주축부(44)보다 큰 지름으로 형성되며, 하측의 것이 제 1 대경 편심부(41)를 구성하고, 상측의 것이 제 2 대경 편심부(42)를 구성한다. 제 1 대경 편심부(41)와 제 2 대경 편심부(42)는 모두 같은 방향으로 편심된다. 제 2 대경 편심부(42)의 외경은 제 1 대경 편심부(41)의 외경보다 크다. 또, 주축부(44)의 축심에 대한 편심량은, 제 2 대경 편심부(42) 쪽이 제 1 대경 편심부(41)보다 크다.
축(40)에는 급유통로(90)가 형성된다. 급유통로(90)는, 축(40)을 따라 이어지며 그 시작단이 축(40) 하단에, 그 종단이 축(40) 상단면에 각각 개구된다. 축(40)의 하단부에는 급유펌프가 설치된다. 이 급유펌프는, 비용적형 펌프의 일종인 원심펌프로 구성된다. 구체적으로는, 급유통로(90)의 시작단 부분이 축(40)의 축심으로부터 외주방향으로 이어지는 형상으로 형성되며, 그 급유통로(90)의 시작단 부분이 원심펌프인 급유펌프를 구성한다.
압축기구(50)는, 요동 피스톤형의 회전식 압축기를 구성한다. 이 압축기구(50)는, 실린더(51, 52)와 피스톤(57)을 2개씩 구비한다. 압축기구(50)에서는, 밑에서 위를 향하여 차례로 리어 헤드(55)와 제 1 실린더(51), 중간 플레이트(56), 제 2 실린더(52), 및 프론트 헤드(54)가 적층된 상태로 구성된다.
제 1 및 제 2 실린더(51, 52) 내부에는, 원통형의 피스톤(57)이 1개씩 배치된다. 도시하지는 않으나, 피스톤(57) 측면에는 평판형의 블레이드가 돌출 형성되며, 이 블레이드는 요동부시를 개재하고 실린더(51, 52)에 지지된다. 제 1 실린더(51) 내의 피스톤(57)은 축(40)의 제 1 하측 편심부(58)와 결합된다. 한편, 제 2 실린더(52) 내의 피스톤(57)은 축(40)의 제 2 하측 편심부(59)와 결합된다. 각 피스톤(57, 57)은, 그 내주면이 하측 편심부(58, 59)의 외주면과 미끄럼 접촉하며, 그 외주면이 실린더(51, 52) 내주면과 미끄럼 접촉한다. 그리고, 피스톤(57, 57)의 외주면과 실린더(51, 52) 내주면 사이에 압축실(53)이 형성된다.
제 1 및 제 2 실린더(51, 52)에는, 각각 흡입포트(32)가 1개씩 형성된다. 각 흡입포트(32)는 실린더(51, 52)를 반지름 방향으로 관통하여, 그 종단이 실린더(51, 52) 내주면으로 개구된다. 또, 각 흡입포트(32)는 배관에 의하여 케이싱(31) 외부로 연장된다.
프론트 헤드(54) 및 리어 헤드(55)에는, 각각 토출포트가 1개씩 형성된다. 프론트 헤드(54)의 토출포트는, 제 2 실린더(52) 내의 압축실(53)을 제 2 공간(39)과 연통시킨다. 리어 헤드(55)의 토출포트는, 제 1 실린더(51) 내의 압축실(53)을 제 2 공간(39)과 연통시킨다. 또, 각 토출포트는, 그 종단에 리드밸브로 이루어지 는 토출밸브가 배치되며, 이 토출밸브에 의해 개폐된다. 여기서, 도 2에 있어서, 토출포트 및 토출밸브의 도시는 생략한다. 그리고, 압축기구(50)에서 제 2 공간(39)으로 토출된 가스냉매는, 토출관(36)을 통하여 압축, 팽창유닛(30)에서 송출된다.
전술한 바와 같이 압축기구(50)에는 급유통로(90)로부터 냉동기유가 공급된다. 도시하지는 않으나, 하측 편심부(58, 59)나 주축부(44)의 외주면으로는 급유통로(90)로부터 분기된 통로가 개구되며, 이 통로로부터 냉동기유가 하측 편심부(58, 59)와 피스톤(57, 57)의 습동면, 혹은 주축부(44)와 프론트 헤드(54)나 리어 헤드(55)의 습동면에 공급된다.
도 3에도 나타낸 바와 같이, 팽창기구(60)는 이른바 요동피스톤형의 회전식 팽창기로 구성된다. 이 팽창기구(60)에는, 쌍을 이룬 실린더(71, 81) 및 피스톤(75, 85)이 2조 배치된다. 또, 팽창기구(60)에는, 프론트 헤드(61)와 중간 플레이트(63), 리어 헤드(62) 및 상부 플레이트가 배치된다.
팽창기구(60)에서는, 밑에서 위를 향하여 차례로, 프론트 헤드(61), 제 1 실린더(71), 중간 플레이트(63), 제 2 실린더(81), 리어 헤드(62), 상부 플레이트가 적층된 상태로 구성된다. 이 상태에서 제 1 실린더(71)는, 그 하측단면이 프론트 헤드(61)로 폐색되며, 그 상측단면이 중간 플레이트(63)로 폐색된다. 한편, 제 2 실린더(81)는, 그 하측단면이 중간 플레이트(63)로 폐색되며, 그 상측단면이 리어 헤드(62)로 폐색된다. 또, 제 2 실린더(81)의 내경은, 제 1 실린더(71)의 내경보다 크게 구성된다.
축(40)은, 적층된 상태의 프론트 헤드(61), 제 1 실린더(71), 중간 플레이트(63), 제 2 실린더(81)를 관통한다. 리어 헤드(62)의 중앙부에는, 이 리어 헤드(62)를 두께방향으로 관통하는 중앙공이 형성된다. 축(40) 상단부는, 이 리어헤드(62) 중앙공에 삽입된다. 이 중앙공에는, 축(40) 상단면과 상부 플레이트 하면과의 사이에 단부공간(95)이 형성된다. 또, 축(40)은 그 제 1 대경 편심부(41)가 제 1 실린더(71) 내에 위치하며, 제 2 대경편심부(42)가 제 2 실린더(81) 내에 위치한다.
상부 플레이트(110)에는 접속통로(111)가 형성된다. 접속통로(111)는, 상부 플레이트(110) 하면을 파내려감으로써 형성된다. 또, 접속통로(111)는, 그 시작단이 단부공간(95)과 겹치며, 상부 플레이트(110)의 외주측을 향하여 이어진다.
팽창기구(60)에는 리어헤드(62)에 제 1 연통공(112)이 형성되며, 중간 플레이트(63)에 제 2 연통공(113)이 형성된다. 제 1 연통공(112)은, 리어 헤드(62)를 두께방향으로 관통하며, 접속통로(111)의 종단을 제 2 실린더(81)의 부시공(88)과 연통시킨다. 제 2 연통공(113)은, 중간 플레이트(63)를 두께방향으로 관통하며, 제 2 실린더(81)의 부시공(88)을 제 1 실린더(71)의 부시공(78)과 연통시킨다. 여기서, 각 실린더(71, 81)의 부시공(78, 88)에 대해서는 후술한다.
프론트 헤드(61)에는 오일 도입로(114)가 형성된다. 오일 도입로(114)의 시작단은, 축(40)의 주축부(44)가 삽입된 중앙공의 측벽으로 개구된다. 오일 도입로(114)는, 그 시작단에서 프론트 헤드(61)의 외주방향으로 이어진다. 오일 도입로(114)의 종단은, 위쪽으로 굴곡되어 프론트 헤드(61) 상면으로 개구되며, 제 1 실린더(71)의 부시공(78)으로 연통된다.
도 4 및 도 5에도 나타낸 바와 같이, 제 1 실린더(71) 내에는 제 1 피스톤(75)이, 제 2 실린더(81) 내에는 제 2 피스톤(85)이 각각 배치된다. 제 1 및 제 2 피스톤(75, 85)은 모두 원형 고리형상 혹은 원통형으로 형성된다. 제 1 피스톤(75)의 외경과 제 2 피스톤(85)의 외경은 서로 같다. 제 1 피스톤(75)의 내경은 제 1 대경 편심부(41)의 외경과, 제 2 피스톤(85)의 내경은 제 2 대경 편심부(42)의 외경과 각각 대략 동등하게 구성된다. 그리고, 제 1 피스톤(75)에는 제 1 대경 편심부(41)가, 제 2 피스톤(85)에는 제 2 대경 편심부(42)가 각각 관통한다.
상기 제 1 피스톤(75)은, 그 외주면이 제 1 실린더(71)의 내주면에, 한쪽 단면이 프론트 헤드(61)에, 다른 쪽 단면이 중간 플레이트(63)에 각각 미끄럼 접촉한다. 제 1 실린더(71) 내에는, 그 내주면과 제 1 피스톤(75) 외주면과의 사이에 제 1 팽창실(72)이 형성된다. 한편, 상기 제 2 피스톤(85)은, 그 외주면이 제 2 실린더(81) 내주면에, 한쪽 단면이 리어 헤드(62)에, 다른 쪽 단면이 중간 플레이트(63)에 각각 미끄럼 접촉한다. 제 2 실린더(81) 내에는, 그 내주면과 제 2 피스톤(85) 외주면과의 사이에 제 2 팽창실(82)이 형성된다.
상기 제 1 및 제 2 피스톤(75, 85) 각각에는, 블레이드(76, 86)가 1개씩 일체로 형성된다. 블레이드(76, 86)는 피스톤(75, 85)의 반지름 방향으로 이어지는 판상으로 형성되며, 피스톤(75, 85)의 외주면에서 외측으로 돌출된다. 제 1 피스톤(75)의 블레이드(76)는 제 1 실린더(71)의 부시공(78)에, 제 2 피스톤(85)의 블레이드(86)는 제 2 실린더(81)의 부시공(88)에 각각 삽입된다. 각 실린더(71, 81) 의 부시공(78, 88)은, 실린더(71, 81)를 두께방향으로 관통함과 더불어, 실린더(71, 81) 내주면으로 개구된다. 이들 부시공(78, 88)은, 관통공을 구성한다.
상기 각 실린더(71, 81)에는, 한 쌍의 부시(77, 87)가 1조씩 형성된다. 각 부시(77, 87)는, 내측면이 평면이 되고 외측면이 원호면이 되도록 형성된 소편이다. 각 실린더(71, 81)에 있어서, 한 쌍의 부시(77, 87)는 부시공(78, 88)에 삽입되어 블레이드(76, 86)를 개재한 상태가 된다. 각 부시(77, 87)는 그 내측면이 블레이드(76, 86)와 미끄럼 운동하고, 그 외측면이 실린더(71, 81)와 미끄럼 운동한다. 그리고 피스톤(75, 85)과 일체인 블레이드(76, 86)는, 부시(77, 87)를 개재하고 실린더(71, 81)에 지지되며, 실린더(71, 81)에 대하여 회동 자유롭고 또 진퇴 자유롭게 구성된다.
제 1 실린더(71) 내의 제 1 팽창실(72)은, 제 1 피스톤(75)과 일체인 제 1 블레이드(76)에 의해 구획되며, 도 4, 도 5의 제 1 블레이드(76) 좌측이 고압측 제 1 고압실(73)이 되고, 그 우측이 저압측 제 1 저압실(74)이 된다. 제 2 실린더(81) 내의 제 2 팽창실(82)은, 제 2 피스톤(85)과 일체인 제 2 블레이드(86)에 의해 구획되며, 도 4, 도 5의 제 2 블레이드(86) 좌측이 고압측 제 2 고압실(83)이 되고, 그 우측이 저압측 제 2 저압실(84)이 된다.
상기 제 1 실린더(71)와 제 2 실린더(81)는, 각각 둘레방향에서의 부시(77, 87) 위치가 일치하는 자세로 배치된다. 바꾸어 말하면, 제 2 실린더(81)의 제 1 실린더(71)에 대한 배치각도가 0도이다. 전술한 바와 같이, 제 1 대경 편심부(41)와 제 2 대경 편심부(42)는, 주축부(44)의 축심에 대하여 같은 방향으로 편심된다. 따라서, 제 1 블레이드(76)가 제 1 실린더(71)의 외측으로 가장 후퇴한 상태로 되는 동시에, 제 2 블레이드(86)가 제 2 실린더(81)의 외측으로 가장 후퇴한 상태가 된다.
상기 제 1 실린더(71)에는, 유입포트(34)가 형성된다. 유입포트(34)는, 제 1 실린더(71)의 내주면 중, 도 4, 도 5에서 부시(77)의 약간 왼쪽으로 개구된다. 유입포트(34)는 제 1 고압실(73)과 연통 가능하게 구성된다. 한편, 상기 제 2 실린더(81)에는 유출포트(35)가 형성된다. 유출포트(35)는, 제 2 실린더(81)의 내주면 중, 도 4, 도 5에서 부시(87)의 약간 오른쪽으로 개구된다. 유출포트(35)는 제 2 저압실(84)과 연통 가능하게 구성된다.
상기 중간 플레이트(63)에는 연통로(64)가 형성된다. 이 연통로(64)는, 중간 플레이트(63)를 두께방향으로 관통한다. 중간 플레이트(63)의 제 1 실린더(71) 쪽 면에는, 제 1 블레이드(76) 우측 부분에 연통로(64)의 일단이 개구된다. 중간 플레이트(63)의 제 2 실린더(81) 쪽 면에는, 제 2 블레이드(86) 좌측 부분에 연통로(64)의 타단이 개구된다. 그리고 도 4에 나타낸 바와 같이, 연통로(64)는 중간 플레이트(63)의 두께방향에 대하여 경사지게 이어지며, 제 1 저압실(74)과 제 2 고압실(83)을 서로 연통시킨다.
도 2, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 축(40)에는 급유통로(90)에서 분기된 3개의 분기통로(91, 92, 93)가 형성된다. 각 분기통로(91, 92, 93)는 모두 급유통로(90)에서 축(40)의 지름방향으로 이어진다. 제 1 분기통로(91)는 제 1 대경 편심부(41)의 외주면으로, 제 2 분기통로(92)는 제 2 대경 편심부(42)의 외주면으로 각각 개구된다. 제 3 분기통로(93)는, 주축부(44)의 외주면 중 제 1 대경 편심부(41)보다 약간 아래 부분으로 개구된다. 주축부(44) 외주면의 제 3 분기통로(93)의 개구위치는 오일도입로(114)의 시작단과 같은 높이가 된다.
이들 분기통로(91, 92, 93)로부터는, 제 1 대경 편심부(41)와 제 1 피스톤(75)의 습동면, 제 2 대경 편심부(42)와 제 2 피스톤(85)의 습동면, 및 주축부(44)와 프론트 헤드(61)의 습동면으로 급유통로(90)의 냉동기유가 공급된다. 또, 제 3 분기통로(93)로부터 토출된 냉동기유는 오일 도입로(114)에도 도입된다.
이상과 같이 구성된 본 실시형태의 팽창기구(60)에서는, 제 1 실린더(71)와, 거기에 배치된 부시(77)와, 제 1 피스톤(75)과, 제 1 블레이드(76)가 제 1 회전기구부(70)를 구성한다. 또, 제 2 실린더(81)와, 거기에 배치된 부시(87)와, 제 2 피스톤(85)과, 제 2 블레이드(86)가 제 2 회전기구부(80)를 구성한다.
-운전동작-
상기 공조기(10)의 동작에 대하여 설명한다. 여기서는, 공조기(10)의 냉방운전 시 및 난방운전 시의 동작에 대하여 설명하고, 이어서 팽창기구(60)의 동작에 대하여 설명한다.
<냉방운전>
냉방운전 시에는, 제 1 십자전환밸브(21) 및 제 2 십자전환밸브(22)가 도 1에 파선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축, 팽창유닛(30)의 전동기(45)가 통전되면, 냉매회로(20)에서 냉매가 순환하여 증기압축 냉동주기가 이루어진다.
압축기구(50)에서 압축된 냉매는, 토출관(36)을 통해 압축, 팽창유닛(30)으로부터 토출된다. 이 상태에서 냉매의 압력은 그 임계압력보다 높아진다. 이 토출냉매는, 실외열교환기(23)로 보내져 실외공기에 방열한다. 실외열교환기(23)에서 방열한 고압냉매는, 유입관을 통해 팽창기구(60)로 유입된다. 팽창기구(60)에서는 고압냉매가 팽창되고, 이 고압냉매로부터 동력이 회수된다. 팽창 후의 저압냉매는, 유출관을 통해 실내열교환기(24)로 보내진다. 실내열교환기(24)에서는, 유입된 냉매가 실내공기로부터 흡열, 증발하여 실내공기가 냉각된다. 실내열교환기(24)로부터 유출된 저압가스냉매는, 흡입포트(32)에서 압축기구(50)로 흡입된다. 압축기구(50)는 흡입한 냉매를 압축시켜 토출한다.
<난방운전>
난방운전 시에는, 제 1 십자전환밸브(21) 및 제 2 십자전환밸브(22)가 도 1에 실선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축, 팽창유닛(30)의 전동기(45)가 통전되면, 냉매회로(20)에서 냉매가 순환하여 증기압축 냉동주기가 이루어진다.
압축기구(50)에서 압축된 냉매는, 토출관(36)을 통해 압축, 팽창유닛(30)으로부터 토출된다. 이 상태에서 냉매의 압력은 그 임계압력보다 높아진다. 이 토출냉매는, 실내열교환기(24)로 보내진다. 실내열교환기(24)에서는, 유입된 냉매가 실내공기에 방열하여 실내공기가 가열된다. 실내열교환기(24)에서 방열한 냉매는, 유입관을 통해 팽창기구(60)로 유입된다. 팽창기구(60)에서는 고압냉매가 팽창되고, 이 고압냉매로부터 동력이 회수된다. 팽창 후의 저압냉매는, 유출관을 통해 실외열교환기(23)로 보내지고, 실외공기로부터 흡열하여 증발된다. 실외열교환기(23)로부터 유출된 저압가스냉매는, 흡입포트(32)에서 압축기구(50)로 흡입된다. 압축기구(50)는 흡입한 냉매를 압축시켜 토출한다.
<팽창기구의 동작>
팽창기구(60)의 동작에 대하여 도 5를 참조하면서 설명한다.
우선, 제 1 회전기구부(70)의 제 1 고압실(73)로 초임계상태의 고압냉매가 유입되는 과정에 대하여 설명한다. 회전각 0도의 상태에서 축(40)이 약간 회전하면, 제 1 피스톤(75)과 제 1 실린더(71)의 접촉위치가 유입포트(34)의 개구부를 통과하여, 유입포트(34)로부터 제 1 고압실(73)로 고압냉매가 유입되기 시작한다. 그 후, 축(40)의 회전각이 90도, 180도, 270도로 점차 커짐에 따라, 제 1 고압실(73)로 고압냉매가 유입되어간다. 이 제 1 고압실(73)로의 고압냉매 유입은 축(40)의 회전각이 360도에 달할 때까지 계속된다.
다음으로, 팽창기구(60)에서 냉매가 팽창되는 과정에 대하여 설명한다. 회전각이 0도인 상태에서 축(40)이 약간 회전하면, 제 1 저압실(74)과 제 2 고압실(83)이 연통로(64)를 통해 서로 연통되어, 제 1 저압실(74)에서 제 2 고압실(83)로 냉매가 유입되기 시작한다. 그 후, 축(40)의 회전각이 90도, 180도, 270도로 점차 커짐에 따라, 제 1 저압실(74)의 용적이 점차 감소되는 동시에 제 2 고압실(83)의 용적이 점차 증가하여, 결과적으로 팽창실(66)의 용적이 점차 증가되어간다. 이 팽창실(66)의 용적 증가는, 축(40)의 회전각이 360도에 달하기 직전까지 계속된다. 그리고, 팽창실(66)의 용적이 증가하는 과정에서 팽창실(66) 내의 냉매 가 팽창되고, 이 냉매의 팽창에 의하여 축(40)이 회전 구동된다. 이와 같이, 제 1 저압실(74) 내의 냉매는, 연통로(64)를 통하여 제 2 고압실(83)로 팽창되면서 유입되어간다.
이어서, 제 2 회전기구부(80)의 제 2 저압실(84)로부터 냉매가 유출되어가는 과정에 대하여 설명한다. 제 2 저압실(84)은, 축(40)의 회전각이 0도인 시점에서 유출포트(35)로 연통되기 시작한다. 즉, 제 2 저압실(84)로부터 유출포트(35)로 냉매가 유출되기 시작한다. 그 후, 축(40)의 회전각이 90도, 180도, 270도로 점차 커져가고, 그 축(40)의 회전각이 360도에 달하기까지에 걸쳐 제 2 저압실(84)로부터 팽창 후의 저압냉매가 유출되어간다.
<압축, 팽창유닛에서의 급유동작>
압축, 팽창유닛(30)에서 압축기구(50)나 팽창기구(60)로 냉동기유를 공급하는 동작에 대하여 설명한다.
케이싱(31) 저부(즉, 제 2 공간(39) 저부)에는, 냉동기유가 저류된다. 이 냉동기유의 온도는, 압축기구(50)로부터 제 2 공간(39)으로 토출된 냉매의 온도(약 90℃)와 같은 정도가 된다.
축(40)이 회전하면, 케이싱(31) 저부에 고인 냉동기유가 급유통로(90)로 흡입된다. 급유통로(90)를 상향으로 흐르는 냉동기유는, 그 일부가 압축기구(50)에 공급된다. 압축기구(50)에 공급된 냉동기유는, 하측 편심부(58, 59)와 피스톤(57, 57)의 습동면, 혹은 프론트 헤드(54)나 리어 헤드(55)와 주축부(44)의 습동면 윤활에 이용된다.
압축기구(50)에 공급되지 않은 나머지 냉동기유는, 급유통로(90) 내를 상향으로 흘러 팽창기구(60)에 공급된다. 팽창기구(60)에서는, 급유통로(90)를 흘러온 냉동기유가 3개의 분기통로(91, 92, 93)로 나뉘어 흘러든다.
제 1 분기통로(91)로 흘러든 냉동기유는, 제 1 대경 편심부(41)와 제 1 피스톤(75) 사이의 틈새와, 제 1 피스톤(75) 단면과 프론트 헤드(61)나 중간 플레이트(63) 사이의 틈새를 차례로 지나 제 1 팽창실(72)로 침입한다. 제 1 팽창실(72)로 들어온 냉동기유는, 제 1 피스톤(75)과 제 1 실린더(71)의 습동면을 윤활시킨다. 또, 이 냉동기유는, 제 1 팽창실(72) 내의 냉매와 함께 연통로(64)를 통하여 제 2 팽창실(82)로 공급된다.
제 2 분기통로(92)로 흘러든 냉동기유는, 제 2 대경 편심부(42)와 제 2 피스톤(85) 사이의 틈새와, 제 2 피스톤(85) 단면과 리어 헤드(62)나 중간 플레이트(63) 사이의 틈새를 차례로 지나 제 2 팽창실(82)로 침입한다. 전술한 바와 같이, 제 2 팽창실(82)로는 제 1 팽창실(72)로부터도 냉동기유가 도입된다. 제 2 팽창실(82)로 들어온 냉동기유는, 제 2 피스톤(85)과 제 2 실린더(81)의 습동면을 윤활시킨다. 또, 이 냉동기유는, 제 2 팽창실(82) 내의 냉매와 함께 유출포트(35)를 통하여 팽창기구(60)로부터 배출된다.
제 3 분기통로(93)로 흘러든 냉동기유는, 프론트 헤드(61)의 오일 도입로(114)로 유입된다. 이 때 냉동기유는, 축(40) 회전에 따르는 원심력에 의하여 승압된 상태로 오일 도입로(114)에 유입된다. 이 냉동기유는, 오일 도입로(114)를 통하여 제 1 실린더(71)의 부시공(78)으로 유입된다. 이 부시공(78)으로 유입된 냉동기유는, 그 일부가 제 1 블레이드(76)와 부시(77)의 습동면이나, 부시(77)와 제 1 실린더(71)의 습동면에 공급되며, 나머지가 제 2 연통공(113)을 통하여 제 2 실린더(81)의 부시공(88)으로 유입된다. 이 부시공(88)으로 유입된 냉동기유는, 그 일부가 제 2 블레이드(86)와 부시(87)의 습동면이나, 부시(87)와 제 2 실린더(81)의 습동면에 공급되고, 나머지가 제 1 연통공(112)과 접속통로(111)와 단부공간(95)을 차례로 지나 축(40)의 급유통로(90)로 회송된다.
팽창기구(60)에 있어서, 오일도입로(114), 제 1 실린더(71)의 부시공(78), 제 2 연통공(113), 제 2 실린더(81)의 부시공(88), 제 1 연통공(112), 접속통로(111), 및 단부공간(95)으로 구성되는 냉동기유의 유통로(99)는, 그 양단이 축(40)의 급유통로(90)에 접속된다. 즉, 팽창기구(60)에서는, 상기 유통로(99)와 급유통로(90)에 의해 폐쇄환상형의 유통경로가 형성된다. 그리고, 팽창기구(60)의 윤활에 이용된 냉동기유는, 팽창 후의 냉매와 함께 유출포트(35)를 통해 팽창기구(60)로부터 배출되어간다.
팽창기구(60)로부터 배출된 냉동기유는, 실외열교환기(23)와 실내열교환기(24) 중 증발기가 된 쪽을 통과하고, 흡입포트(32)를 통해 냉매와 함께 압축기구(50)로 흡입된다. 압축기구(50)의 압축실(53)로 침입한 냉동기유는, 압축 후의 냉매와 함께 케이싱(31) 내의 제 2 공간(39)으로 토출된다. 압축기구(50)로부터 냉매와 함께 토출된 냉동기유는, 케이싱(31)과 고정자(46)의 틈새나, 고정자(46)와 회전자(47)의 틈새를 통과할 때 냉매로부터 분리되어, 케이싱(31) 저부로 흘러 낙하된다.
-실시형태의 효과-
압축, 팽창유닛(30)에 있어서, 팽창기구(60)에 공급된 냉동기유는, 압축, 팽창유닛(30)이 접속되는 냉매회로(20)를 통하여 케이싱(31) 내로 회송된다. 즉, 케이싱(31) 내의 팽창기구(60) 쪽에서 압축기구(50) 쪽으로 냉동기유를 회수하는 통로 등이 압축, 팽창유닛(30) 자체에 설치되어 있지 않아도, 팽창기구(60)에 공급된 냉동기유는 케이싱(31) 내로 회송된다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 케이싱(31) 내의 팽창기구(60) 쪽에서 압축기구(50) 쪽으로 냉동기유를 회수하기 위한 통로 등을 압축, 팽창유닛(30)에서 생략할 수 있어, 압축, 팽창유닛(30)의 구조를 간소화할 수 있다.
또, 압축, 팽창유닛(30)에서는, 축(40)의 반지름 방향으로 이어지는 제 3 분기통로(93)로부터 오일 도입로(114)로 냉동기유를 도입한다. 이로써, 축(40)의 회전에 따라 발생하는 원심력을 이용하여 냉동기유를 블레이드(76, 86) 습동면에 공급할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 블레이드(76, 86) 종동면을 확실하게 윤활시키기가 가능해져, 압축, 팽창유닛(30)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또, 압축, 팽창유닛(30)에서는, 급유통로(90)에서 제 3 분기통로(93)와 오일 도입로(114)와 관통공(78, 88)과 접속통로(111)를 차례로 지나 급유통로(90)로 돌아오는 냉동기유의 유통경로가 형성된다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 블레이드(76, 86)의 습동면으로 한층 확실하게 냉동기유를 공급할 수 있어, 압축, 팽창유닛(30)의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
압축, 팽창유닛(30)에 있어서, 팽창기구(60)로부터 배출된 냉동기유는, 압축 기구(50)로부터 제 2 공간(39)으로 토출된 고온고압의 냉매와 접촉하지 않고 압축기구(50)로 직접 흘러든다. 즉, 팽창기구(60)로부터 배출된 비교적 저온의 냉동기유는, 압축기구(50)로부터 제 2 공간(39)에 토출된 고온고압의 냉매와 접촉하지 않고 압축기구(50)로 유입된다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 압축기구(50)로부터 토출된 냉매가 팽창기구(60)로부터 배출된 냉동기유에 의해 냉각되는 것을 회피할 수 있다. 그 결과, 압축기구(50)로부터의 토출냉매를 이용하여 실내를 난방하는 난방운전에 있어서, 난방능력을 향상시킬 수 있다.
또, 압축, 팽창유닛(30)에서는, 급유펌프를 비용적형 펌프로 구성한다. 이로써, 급유펌프에 의하여 급유통로(90)로 공급되는 냉동기유의 양은, 축(40)의 회전속도만이 아닌, 급유통로(90) 내의 압력이나 케이싱(31) 내의 압력에 의해서도 변동하게 된다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 급유통로(90)로부터 팽창기구(60)로의 냉동기유의 공급량을 압축, 팽창유닛(30)의 운전상태에 따라 적절히 조절하기가 가능해진다. 그 결과, 팽창기구(60)로부터 냉매와 함께 배출되는 냉동기유의 양을 삭감하기가 가능해진다.
-실시형태의 변형예-
상기 실시형태에서는, 롤링 피스톤형 회전식 팽창기에 의하여 팽창기구(60)를 구성해도 된다. 이 변형예의 팽창기구(60)에서는, 각 회전기구부(70, 80)에서 블레이드(76, 86)가 피스톤(75, 85)과는 별도의 개체로 형성된다. 그리고, 이 블레이드(76, 86)는, 그 선단이 피스톤(75, 85)의 외주면에 눌려 피스톤(75, 85)의 이동에 따라 진퇴한다.
여기서 이상의 실시형태는, 본질적으로 바람직한 예시이며, 본 발명, 그 적용물, 혹은 그 용도 범위의 제한을 의도하는 것은 아니다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 압축기구와 팽창기구가 1개의 케이싱 내에 수용된 유체기계에 대하여 유용하다.

Claims (6)

  1. 냉매를 순환시켜 냉동주기를 행하는 냉매회로(20)에 구성된 유체기계에 있어서,
    냉매를 압축하는 압축기구(50)와, 냉매의 팽창으로 동력을 발생시키는 팽창기구(60)와, 상기 압축기구(50)와 상기 팽창기구(60)를 연결하는 회전축(40)과, 상기 압축기구(50)와 팽창기구(60)와 회전축(40)을 수용하는 용기형태의 케이싱(31)을 구비하는 한편,
    상기 회전축(40)에는, 상기 케이싱(31) 내의 상기 압축기구(50) 쪽에 저류된 윤활유를 상기 팽창기구(60)에 공급하는 급유통로(90)가 형성되며,
    상기 팽창기구(60)는, 상기 급유통로(90)로부터 공급된 윤활유를, 냉매가 팽창되는 팽창실(72, 82)로 도입하여 팽창 후의 냉매와 함께 배출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유체기계.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 팽창기구(60)는, 양단이 폐색된 실린더(71, 81)와, 상기 회전축(40)에 결합됨과 더불어 상기 실린더(71, 81) 내에 수용되어 팽창실(72, 82)을 형성하는 피스톤(75, 85)과, 상기 팽창실(72, 82)을 고압측과 저압측으로 구획하기 위한 블레이드(76, 86)를 구비한 회전식 팽창기로 구성되며,
    상기 회전축(40)에는, 상기 급유통로(90)로부터 분기하여 이 회전축(40)의 외주면으로 개구되는 분기통로(93)가 형성되고,
    상기 팽창기구(60)에는, 상기 분기통로(93)로부터 토출된 윤활유를 상기 블레이드(76, 86)의 습동면으로 유도하는 오일도입로(114)가 형성되는 것을 특징으로 하는 유체기계.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 실린더(71, 81)에는, 이 실린더(71, 81)를 두께방향으로 관통하여 상기 블레이드(76, 86)가 삽입되는 관통공(78, 88)이 형성되며,
    상기 오일도입로(114)는, 상기 실린더(71, 81)의 관통공(78, 88)으로 개구되어 상기 블레이드(76, 86)의 습동면에 윤활유를 공급하는 한편,
    상기 급유통로(90)의 일단이 상기 회전축(40)의 상기 팽창기구(60) 쪽 단면으로 개구되며,
    상기 팽창기구(60)에는, 상기 실린더(71, 81)의 관통공(78, 88)과 상기 회전축(40) 단면으로 개구되는 급유통로(90) 일단을 연통시키는 접속통로(111)가 형성되는 것을 특징으로 하는 유체기계.
  4. 청구항 1, 2 또는 3에 있어서,
    상기 케이싱(31)의 내부공간은, 상기 팽창기구(60)가 수용되는 제 1 공간(38)과, 상기 압축기구(50)가 수용되어 이 압축기구(50)로부터 압축된 냉매가 토출되는 제 2 공간(39)으로 구획되며,
    상기 급유통로(90)를 통하여 상기 제 2 공간(39)에 저류된 윤활유가 상기 팽창기구(60)로 공급되는 것을 특징으로 하는 유체기계.
  5. 청구항 1, 2 또는 3에 있어서,
    상기 회전축(40)에는, 상기 회전축(40)의 회전으로 윤활유를 흡입하여 상기 급유통로(90)로 토출하는 비용적형 급유펌프(94)가 배치되는 것을 특징으로 하는 유체기계.
  6. 청구항 1, 2 또는 3에 있어서,
    이산화탄소가 냉매로서 충전된 냉매회로(20)에 배치되며,
    압축기구(50)가, 흡입된 냉매를 그 임계압력 이상까지 압축시키는 한편, 팽창기구(60)에서는 임계압력 이상의 고압냉매가 유입되어 팽창되는 것을 특징으로 하는 유체기계.
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