JP4946840B2 - Refrigeration equipment - Google Patents
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Description
本発明は、膨張機構を備えた冷凍装置に関し、特に流体の膨張によって動力を発生させる容積型の膨張機構に関するものである。 The present invention relates to a refrigeration apparatus including an expansion mechanism, and more particularly to a positive displacement expansion mechanism that generates power by expansion of a fluid.
従来より、特許文献1、2に開示されるように、冷凍サイクルを行う冷媒回路には、圧縮機構とともに、冷媒から動力を回収するための膨張機構を設けたものが知られている。この膨張機構で高圧冷媒から回収された動力は、駆動軸を介して連結された圧縮機構へ伝えられ、該圧縮機構を駆動するために利用される。
Conventionally, as disclosed in
ところで、冷媒回路は閉回路であるため、単位時間当たりに圧縮機構を通過する冷媒の循環量(質量流量に相当、以下同じ)と膨張機構を通過する冷媒の循環量は、常に一致していなければならない。ところが、膨張機構をある設計仕様点(例えば暖房定格)で設計すると、その設計仕様点から外れた条件で運転した場合には、圧縮機構での循環量と膨張機構での循環量との間に過不足が生じることになる。具体的には、例えば、暖房定格時に上記圧縮機構と膨張機構との循環量が一致するように設計すると、圧縮機構の吸入圧力が高くなる冷房定格時には、最適な膨張機構の吸入容積は暖房定格時の場合よりも大きくなるため、冷媒が不足して過膨張を生じることになる。 By the way, since the refrigerant circuit is a closed circuit, the circulation amount of the refrigerant passing through the compression mechanism per unit time (corresponding to the mass flow rate, the same shall apply hereinafter) and the circulation amount of the refrigerant passing through the expansion mechanism must always match. I must. However, when the expansion mechanism is designed at a certain design specification point (for example, heating rating), when operated under conditions that deviate from the design specification point, the amount of circulation between the compression mechanism and the amount of circulation in the expansion mechanism is between. Excess or deficiency will occur. Specifically, for example, when the circulation rate between the compression mechanism and the expansion mechanism is matched at the time of heating rating, the optimum suction volume of the expansion mechanism is the heating rating at the cooling rating when the suction pressure of the compression mechanism increases. Since it becomes larger than the case of time, the refrigerant is insufficient and overexpansion occurs.
そこで、上記特許文献1、2では、膨張機構の膨張工程に高圧冷媒をインジェクションしたり、該膨張機構をバイパスする通路を設け、制御弁によってバイパス量を調整することで、冷媒回路の圧縮機構側と膨張機構側での冷媒流量をバランスさせるようにしている。
ところが、上述のように、膨張工程中に膨張機構に対して高圧冷媒をインジェクションしたり、冷媒が膨張機構をバイパスしたりすると、圧縮機構と膨張機構とで冷媒循環量をバランスさせることはできるものの、本来、最大限、動力回収されるべき高圧冷媒のエネルギーが膨張機構で一部しか回収されないことになり、効率の観点からあまり好ましい構成とはいえない。 However, as described above, if the high-pressure refrigerant is injected into the expansion mechanism during the expansion process or the refrigerant bypasses the expansion mechanism, the refrigerant circulation amount can be balanced between the compression mechanism and the expansion mechanism. In principle, only a part of the energy of the high-pressure refrigerant to be recovered for power is recovered by the expansion mechanism, which is not a preferable configuration from the viewpoint of efficiency.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、膨張機構で高圧冷媒のエネルギーを動力として最大限、回収しつつ、該膨張機構の冷媒の吸入量を可変とする構成の冷凍装置を得ることにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to make the intake amount of the refrigerant of the expansion mechanism variable while recovering the energy of the high-pressure refrigerant to the maximum by the expansion mechanism. An object of the present invention is to obtain a refrigeration apparatus configured to
上記目的を達成するために、本発明に係る冷凍装置(1)では、膨張機構(50,100,200)に、吸入工程で最初に流体室(72,82,230)に連通する主吸入孔(55,103,201)と、該主吸入孔(55,103,201)の連通後に連通する補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)とを設けた。 In order to achieve the above object, in the refrigeration apparatus (1) according to the present invention, the expansion mechanism (50, 100, 200), the main suction hole (55, 103, 201) first communicating with the fluid chamber (72, 82, 230) in the suction process, An auxiliary suction hole (56, 104, 113, 114, 203, 204, 205) that communicates with the main suction hole (55, 103, 201) is provided.
具体的には、第1および第2の各発明は、相対的に偏心運動する第1部材(71,81,102,112,210)及び第2部材(75,85,116,124,220)を有し、該両部材間に形成される流体室(72,82,230)での流体の膨張によって動力を発生させる膨張機構(50,100,200)を備えた冷凍装置を対象とする。 Specifically, each of the first and second inventions has a first member (71, 81, 102, 112, 210) and a second member (75, 85, 116, 124, 220) that move relatively eccentrically, and is formed between the two members. A refrigeration apparatus including an expansion mechanism (50, 100, 200) that generates power by expansion of a fluid in a fluid chamber (72, 82, 230) is an object.
そして、上記膨張機構(50,100,200)には、吸入工程で最初に上記流体室(72,82,230)と吸入路(24)とを連通する主吸入孔(55,103,201)と、該主吸入孔(55,103,201)の連通後に上記流体室(72,82,230)と吸入路(27)とを連通する補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)と、が設けられているものとする。 The expansion mechanism (50, 100, 200) includes a main suction hole (55, 103, 201) that first communicates with the fluid chamber (72, 82, 230) and the suction path (24) in the suction step, and the main suction hole (55, 103, 201). Assume that auxiliary suction holes (56, 104, 113, 114, 203, 204, 205) for communicating the fluid chambers (72, 82, 230) and the suction passages (27) after communication are provided.
この構成により、上記膨張機構(50,100,200)の吸入工程において、複数の吸入孔(55,56,103,104,113,114,201,203,204,205)から順次、流体室(72,82,230)内に流体を導入することが可能になり、該流体室(72,82,230)での流体循環量を調整できるようになる。 With this configuration, in the suction process of the expansion mechanism (50, 100, 200), it becomes possible to sequentially introduce fluid into the fluid chamber (72, 82, 230) from the plurality of suction holes (55, 56, 103, 104, 113, 114, 201, 203, 204, 205). 72, 82, 230), the amount of fluid circulation can be adjusted.
したがって、運転条件が変化した場合でも、上記膨張機構(50,100,200)と圧縮機構(40)との循環流量をバランスさせることができ、しかも、すべての流体を吸入工程で流体室(72,82,230)に導入できるため、上記膨張機構(50,100,200)で効率良く動力回収を行うことができる。 Therefore, even when the operating conditions change, the circulation flow rate of the expansion mechanism (50, 100, 200) and the compression mechanism (40) can be balanced, and all the fluid is put into the fluid chamber (72, 82, 230) in the suction process. Since it can be introduced, power recovery can be performed efficiently by the expansion mechanism (50, 100, 200).
上述の構成において、上記膨張機構(50,100,200)は、上記流体室(72,82,230)で少なくとも吸入工程と排出工程とが独立して行われるように該流体室(72,82,230)が区画されているものとする(第1および第2の各発明)。例えば多段式やスクロール式のように、吸入工程と排出工程とが独立して行われるような構成であれば、吸入工程で流体室に導入された高圧の流体が膨張機構(50,100,200)内で膨張されることなく、そのまま外部に流出するのを防止することができる。したがって、上述のような構成にすることで、上記膨張機構(50,100,200)内で流体を十分に膨張させることができる。 In the above-described configuration, the expansion chamber (50, 100, 200) is partitioned in the fluid chamber (72, 82, 230) so that at least the suction process and the discharge process are performed independently in the fluid chamber (72, 82, 230). It shall be (first and second inventions). For example, if the suction process and the discharge process are performed independently, such as a multi-stage type or a scroll type, the high-pressure fluid introduced into the fluid chamber in the suction process is expanded in the expansion mechanism (50, 100, 200). Without being carried out, it can be prevented from flowing out as it is. Therefore, with the configuration as described above, the fluid can be sufficiently expanded in the expansion mechanism (50, 100, 200).
また、上記補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)は、上記流体室(72,230)に対して下方から開口するように設けられている。このように、上記補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)を流体室(72,230)の下方から開口するように設けることで、該補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)から流体が導入されていないときに、当該吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)に繋がる吸入路(27)には膨張機構(50,100,200)内の冷凍機油が溜まることになる。そうすると、該吸入路(27)が、上記流体室(72,230)内の流体が溜まる死容積になるのを防止することができ、該流体室(72,230)内で流体を効率良く膨張させることができる。The auxiliary suction holes (56, 104, 113, 114, 203, 204, 205) are provided so as to open from below with respect to the fluid chambers (72, 230). Thus, by providing the auxiliary suction hole (56,104,113,114,203,204,205) so as to open from below the fluid chamber (72,230), when the fluid is not introduced from the auxiliary suction hole (56,104,113,114,203,204,205), the suction hole (56,104,113,114,203,204,205) The refrigerating machine oil in the expansion mechanism (50, 100, 200) accumulates in the suction passage (27) connected to (). Then, the suction passage (27) can prevent a dead volume in which the fluid in the fluid chamber (72, 230) is accumulated, and the fluid can be efficiently expanded in the fluid chamber (72, 230). .
また、上記膨張機構(50,100,200)に導入される流体の圧力に基づいて、上記補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)に繋がる吸入路(27)上に設けられた開閉弁(61)を制御する開閉弁制御手段(93)を備えているものとする(第1および第2の各発明)。この開閉弁制御手段(93)によって開閉弁(61)を制御することで、流体室(72,82,230)に導入される流量を制御することができる。すなわち、膨張機構(50,100,200)に導入される流体の圧力に基づいて上記開閉弁(61)を制御することで、該膨張機構(50,100,200)に対して最適な圧力、すなわち最適な循環量になるように流量制御を行うことができ、該膨張機構(50,100,200)で効率良く流体を膨張させることができる。 On-off valve control means for controlling the on-off valve (61) provided on the suction passage (27) connected to the auxiliary suction hole (56, 104, 113, 114, 203, 204, 205) based on the pressure of the fluid introduced into the expansion mechanism (50, 100, 200) (93) (first and second inventions). By controlling the on-off valve (61) by the on-off valve control means (93), the flow rate introduced into the fluid chamber (72, 82, 230) can be controlled. That is, by controlling the on-off valve (61) based on the pressure of the fluid introduced into the expansion mechanism (50, 100, 200), an optimum pressure for the expansion mechanism (50, 100, 200), that is, an optimum circulation amount is obtained. Thus, the flow rate can be controlled and the fluid can be efficiently expanded by the expansion mechanism (50, 100, 200).
具体的には、上記補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)は、複数設けられていて、それぞれの補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)に繋がる吸入路(27)上には開閉弁(61)が設けられ、上記開閉弁制御手段(93)は、上記圧力が目標値よりも大きい場合に、上記補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)によって上記流体室(72,82,230)と吸入路(27)とが順に連通するように、上記開閉弁(61)を順に開制御するものとする(第1の発明)。 Specifically, a plurality of the auxiliary suction holes (56, 104, 113, 114, 203, 204, 205) are provided, and an opening / closing valve (61) is provided on the suction passage (27) connected to each auxiliary suction hole (56, 104, 113, 114, 203, 204, 205). When the pressure is larger than a target value, the control means (93) opens and closes the fluid chamber (72, 82, 230) and the suction passage (27) in order through the auxiliary suction holes (56, 104, 113, 114, 203, 204, 205). It is assumed that the valve (61) is sequentially opened (first invention).
これにより、上記膨張機構(50,100,200)に導入される流体の圧力が目標値よりも大きい場合、すなわち該膨張機構(50,100,200)への循環量を増やす必要がある場合には、上記開閉弁(61)を順に開くことで流体室(72,82,230)に導入される循環量を階段状に増大させることができる。したがって、上記液体室(72,82,230)で必要となる循環量が大きく変化しても、上記開閉弁(61)の開制御によって迅速に該流体室(72,82,230)内に流体を導入することが可能になる。 Thereby, when the pressure of the fluid introduced into the expansion mechanism (50, 100, 200) is larger than the target value, that is, when it is necessary to increase the amount of circulation to the expansion mechanism (50, 100, 200), the on-off valve (61) By opening in order, the amount of circulation introduced into the fluid chamber (72, 82, 230) can be increased stepwise. Therefore, even if the amount of circulation required in the liquid chamber (72, 82, 230) changes greatly, fluid can be quickly introduced into the fluid chamber (72, 82, 230) by opening control of the on-off valve (61). Is possible.
一方、上記開閉弁制御手段(93)は、上記圧力が目標値よりも小さい場合に、上記流体室(72,82,230)に最後に連通する補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)から順に上記開閉弁(61)を閉制御するものとする(第2の発明)。 On the other hand, when the pressure is smaller than the target value, the on-off valve control means (93) sequentially opens the on-off valve (61) from the auxiliary suction hole (56, 104, 113, 114, 203, 204, 205) that finally communicates with the fluid chamber (72, 82, 230). Is controlled to be closed (second invention).
これにより、上記膨張機構(50,100,200)に導入される流体の圧力が目標値よりも小さい場合、すなわち該膨張機構(50,100,200)の循環量が多く、減らす必要がある場合には、上記開閉弁(61)を順に閉じることで流体室(72,82,230)に導入される循環量を階段状に減少させることができる。したがって、上記流体室(72,82,230)で必要となる循環量が大きく変化しても、上記開閉弁(61)の閉制御によって迅速に該流体室(72,82,230)内への流入量を減少させることが可能になる。 Thereby, when the pressure of the fluid introduced into the expansion mechanism (50, 100, 200) is smaller than a target value, that is, when the circulation amount of the expansion mechanism (50, 100, 200) is large and needs to be reduced, the on-off valve (61 ) In order, the amount of circulation introduced into the fluid chamber (72, 82, 230) can be reduced stepwise. Therefore, even if the amount of circulation required in the fluid chamber (72, 82, 230) changes greatly, the amount of inflow into the fluid chamber (72, 82, 230) is quickly reduced by the closing control of the on-off valve (61). It becomes possible to make it.
また、上記膨張機構(50,100,200)をバイパスするバイパス回路(65)に設けられたバイパス流量調整弁(66)を制御するためのバイパス流量制御手段(94)を備えた構成において、上記バイパス流量制御手段(94)は、上記圧力が目標値になるように上記バイパス流量調整弁(66)を制御し、上記開閉弁制御手段(93)は、上記バイパス流量調整弁(66)が所定開度になった場合に、上記開閉弁(61)を開閉制御するものとする(第1および第2の各発明)。ここで、上記所定開度は、開閉弁(61)を開状態にする場合には、それ以上、開度を大きくできないくらいに十分大きい開度を意味し、開閉弁(61)を閉状態にする場合には、開度がほぼ零の状態を意味する。 The bypass flow control means includes a bypass flow control means (94) for controlling a bypass flow control valve (66) provided in a bypass circuit (65) that bypasses the expansion mechanism (50, 100, 200). (94) controls the bypass flow rate adjustment valve (66) so that the pressure becomes a target value, and the on-off valve control means (93) sets the bypass flow rate adjustment valve (66) to a predetermined opening. In this case, the on-off valve (61) is controlled to open / close (first and second inventions). Here, the predetermined opening means an opening that is sufficiently large that the opening cannot be increased any more when the opening / closing valve (61) is opened, and the opening / closing valve (61) is closed. In this case, it means that the opening degree is almost zero.
こうすることで、バイパス回路(65)上のバイパス流量調整弁(66)によって膨張機構(50,100,200)の流体室(72,82,230)に導入される流体の循環量を微調整することができるとともに、該バイパス流量調整弁(66)で調整できない場合には、上記開閉弁(61)の開閉制御によって上記流体室(72,82,230)の循環量を迅速且つ確実に増減させることができる。これにより、上記膨張機構(50,100,200)に最適な循環量になるように流量を迅速且つ確実に調整することができる。 By doing so, the circulation amount of the fluid introduced into the fluid chamber (72, 82, 230) of the expansion mechanism (50, 100, 200) can be finely adjusted by the bypass flow rate adjustment valve (66) on the bypass circuit (65), and When the bypass flow rate adjusting valve (66) cannot be adjusted, the circulation amount of the fluid chamber (72, 82, 230) can be increased or decreased quickly and reliably by the opening / closing control of the opening / closing valve (61). As a result, the flow rate can be adjusted quickly and reliably so as to obtain an optimum circulation amount for the expansion mechanism (50, 100, 200).
さらに、上記主吸入孔(55,103,201)に繋がる吸入路(24)上に設けられた流量調整弁(60)を制御するための流量制御手段(92)、を備えた構成において、上記流量制御手段(92)は、上記バイパス流量調整弁(66)及び開閉弁(61)を全て閉状態にしても上記圧力が目標値よりも小さい場合に、上記流量調整弁(60)によって上記膨張機構(50,100,200)の流量調整を行うものとする(第3の発明)。 Furthermore, in the configuration comprising the flow rate control means (92) for controlling the flow rate adjustment valve (60) provided on the suction passage (24) connected to the main suction hole (55, 103, 201), the flow rate control means ( 92) The expansion mechanism (50, 100, 200) is operated by the flow rate adjusting valve (60) when the pressure is smaller than the target value even when the bypass flow rate adjusting valve (66) and the on-off valve (61) are all closed. The flow rate is adjusted (third invention).
すなわち、上記膨張機構(50,100,200)の流体の循環量を減らす場合には、上記バイパス流量調整弁(66)及び開閉弁(61)を閉じることによって補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)から導入される流体の循環量を減らして、流体室(72,82,230)に主吸入孔(55,103,201)からのみ流体が導入されるようにし、それでも流体の循環量が多すぎる場合に、流量調整弁(60)によって流量調整を行うものとする。これにより、上記流体室(72,82,230)への導入量を確実且つ迅速に減らすことができる。 That is, when reducing the circulation amount of the fluid of the expansion mechanism (50, 100, 200), circulation of the fluid introduced from the auxiliary suction hole (56, 104, 113, 114, 203, 204, 205) by closing the bypass flow rate adjusting valve (66) and the on-off valve (61). Reduce the amount so that the fluid is introduced only from the main suction hole (55,103,201) into the fluid chamber (72,82,230), and if the amount of circulating fluid is still too much, the flow rate adjustment valve (60) adjusts the flow rate. Assumed to be performed. Thereby, the amount of introduction into the fluid chamber (72, 82, 230) can be reliably and rapidly reduced.
また、上記膨張機構(50,100)は、押しのけ容積の小さいものから順に直列に接続される複数のロータリ機構部(70,80,101,111,121)を有し、上記主吸入孔(55,103)及び補助吸入孔(56,104,113,114)は、最終段のロータリ機構部(80,121)よりも前段側のロータリ機構部(70,101,111)に設けられているのが好ましい(第4の発明)。このように、多段ロータリ式の膨張機構(50,100)にすることで、高圧の流体が吸入側から吐出側へ吹き抜けるのを防止でき、該膨張機構(50,100)で効率良く流体を膨張させることができる。 The expansion mechanism (50, 100) has a plurality of rotary mechanism parts (70, 80, 101, 111, 121) connected in series in order from the smallest displacement volume, and the main suction hole (55, 103) and the auxiliary suction hole (56, 104, 113, 114). Is preferably provided in the rotary mechanism portion (70, 101, 111) on the upstream side of the rotary mechanism portion (80, 121) in the final stage (fourth invention). Thus, by using the multistage rotary type expansion mechanism (50, 100), high pressure fluid can be prevented from blowing from the suction side to the discharge side, and the fluid can be efficiently expanded by the expansion mechanism (50, 100). .
特に、上記膨張機構(50)は、直列に接続された2つのロータリ機構部(70,80)を有し、押しのけ容積の小さい前段のロータリ機構部(70)に、上記主吸入孔(55)及び補助吸入孔(56)が設けられているのが好ましい(第5の発明)。 In particular, the expansion mechanism (50) has two rotary mechanism parts (70, 80) connected in series, and the main suction hole (55) is connected to the rotary mechanism part (70) of the front stage having a small displacement volume. And an auxiliary suction hole (56) is preferably provided (fifth invention).
このような2段のロータリ式膨張機構にすることで、単純な構成で流体の吹き抜けを確実に防止することができるため、製造コストの低減を図れる。 By using such a two-stage rotary expansion mechanism, it is possible to reliably prevent the fluid from being blown through with a simple configuration, and thus it is possible to reduce the manufacturing cost.
また、上述のように、複数のロータリ機構部(70,80,101,111,121)が直列に接続された構成において、上記補助吸入孔(56,104,113,114)は、所望の押しのけ容積に基づいて幾何学的に求められた角度位置に対し、所定の補正値が加算されてなる角度位置に、設けられているものとする(第6の発明)。 In addition, in the configuration in which a plurality of rotary mechanism portions (70, 80, 101, 111, 121) are connected in series as described above, the auxiliary suction holes (56, 104, 113, 114) are angles obtained geometrically based on a desired displacement volume. It is assumed that it is provided at an angular position obtained by adding a predetermined correction value to the position (sixth invention).
これにより、補助吸入孔(56,104,113,114)から流体室(72,230)内へ冷媒を流入させる際に、圧損によって流入量が減少する分を考慮して、その分、流入量が多くなるように該補助吸入孔(56,104,113,114)を設ける角度位置を大きくすることで、必要な量の冷媒を上記流体室(72,230)内へ流入させることができる。したがって、必要な冷媒量を膨張機構(50,100)に確実に流すことができる。 As a result, when the refrigerant flows into the fluid chamber (72,230) from the auxiliary suction hole (56,104,113,114), the amount of the inflow is increased so that the amount of inflow is increased in consideration of the amount of decrease in the amount due to pressure loss. By increasing the angular position where the holes (56, 104, 113, 114) are provided, a necessary amount of refrigerant can be introduced into the fluid chamber (72, 230). Therefore, the necessary amount of refrigerant can be reliably passed through the expansion mechanism (50, 100).
特に、上述の構成において、上記所望の押しのけ容積とは、冷房運転時に必要な押しのけ容積であるのが好ましい(第7の発明)。 In particular, in the above-described configuration, the desired displacement volume is preferably a displacement volume required during cooling operation (seventh invention).
こうすることで、暖房運転時よりも低圧側の圧力が高くなって、膨張機構(50,100)でより多くの冷媒流量が必要になる冷房運転時でも、流体室(72,230)内へ冷媒が流入する際の圧損を考慮して、該流体室(72,230)内に必要な冷媒流量を流すことができる。よって、冷房運転時に、上記膨張機構(50,100)で冷媒が不足して、過膨張が生じるのを防止することができる。 By doing so, the pressure on the low pressure side becomes higher than that during the heating operation, and the refrigerant flows into the fluid chamber (72, 230) even during the cooling operation in which a larger amount of refrigerant flow is required by the expansion mechanism (50, 100). In consideration of the pressure loss at the time, a necessary refrigerant flow rate can be caused to flow in the fluid chamber (72, 230). Therefore, it is possible to prevent the expansion mechanism (50, 100) from running out of refrigerant and causing overexpansion during the cooling operation.
また、上記膨張機構(200)は、鏡板に渦巻き状のラップが形成された一対のスクロール部材(210,220)を備え、該両スクロール部材(210,220)のラップ(211,221)を互いに噛合させることで少なくとも一対の流体室(231,232)を構成するスクロール機構を有していて、上記スクロール機構の吸入工程で上記流体室(231,232)と連通する位置に、上記主吸入孔(201)及び補助吸入孔(203,204,205)が設けられているものとする(第8の発明)。 The expansion mechanism (200) includes a pair of scroll members (210, 220) in which a spiral wrap is formed on the end plate, and at least a pair of wraps (211, 221) of the scroll members (210, 220) are engaged with each other. The main suction hole (201) and the auxiliary suction holes (203, 204, 205) at a position communicating with the fluid chamber (231, 232) in the suction process of the scroll mechanism. Is provided (eighth invention).
このようなスクロール式の膨張機構を用いることで、ロータリ式のように多段にすることなく高圧の流体の吹き抜けを防止することができる。 By using such a scroll-type expansion mechanism, it is possible to prevent a high-pressure fluid from being blown through without using multiple stages as in the rotary type.
また、以上の構成において、上記流体としてCO 2 からなる冷媒を用いて、超臨界冷凍サイクルを行うように構成されているのが好ましい(第9の発明)。これにより、環境に適した冷媒回路を構成することができる。 In the above configuration, it is preferable that a supercritical refrigeration cycle is performed using a refrigerant composed of CO 2 as the fluid (9th invention). Thereby, the refrigerant circuit suitable for the environment can be configured.
本発明に係る冷凍装置では、膨張機構(50,100,200)に、吸入工程で流体室(72,82,230)に最初に連通する主吸入孔(55,103,201)と、その後、連通する補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)とを設けたため、上記流体室(72,82,230)への流体の流量を制御することができ、運転条件が大きく変化しても上記膨張機構(50,100,200)の流体の循環量を最適なものとすることができる。したがって、上記膨張機構(50,100,200)で流体を効率良く膨張させることができ、効率良く動力回収を行うことができる。 In the refrigeration apparatus according to the present invention, the expansion mechanism (50, 100, 200) includes the main suction hole (55, 103, 201) that first communicates with the fluid chamber (72, 82, 230) in the suction process, and the auxiliary suction hole (56, 104, 113, 114, 203, 204, 205) that communicates thereafter. Because it is provided, the flow rate of the fluid to the fluid chamber (72, 82, 230) can be controlled, and the circulation amount of the fluid in the expansion mechanism (50, 100, 200) can be optimized even if the operation condition changes greatly. it can. Therefore, the fluid can be efficiently expanded by the expansion mechanism (50, 100, 200), and power can be recovered efficiently.
また、本発明によれば、上記膨張機構(50,100,200)は、少なくとも吸入工程と排出工程とが独立しているため、高圧の流体が導入されても吹き抜けることなく、該膨張機構(50,100,200)で流体を確実に膨張させることができる。 According to the present invention, since the expansion mechanism (50, 100, 200) is independent of at least the suction process and the discharge process, the expansion mechanism (50, 100, 200) does not blow through even if a high-pressure fluid is introduced. Can be reliably inflated.
また、本発明によれば、上記膨張機構(50,100,200)に導入される流体の圧力に基づいて上記開閉弁(61)を制御する開閉弁制御手段(93)を設けるようにしたため、上記開閉弁(61)の開閉制御によって、膨張機構(50,100,200)の流体循環量が最適な流量になるように該循環量を増減させることができ、該膨張機構(50,100,200)で効率良く動力回収を行うことができる。 According to the present invention, the on-off valve control means (93) for controlling the on-off valve (61) based on the pressure of the fluid introduced into the expansion mechanism (50, 100, 200) is provided. 61) By opening / closing control of the expansion mechanism (50, 100, 200), the circulation amount can be increased or decreased so that the fluid circulation amount becomes an optimum flow rate, and power can be efficiently recovered by the expansion mechanism (50, 100, 200). .
また、第1の発明によれば、上記開閉弁制御手段(93)は、上記圧力が目標値よりも大きい場合に、補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)によって流体室(72,82,230)と吸入路(27)とが順に連通するように上記開閉弁(61)を順に開制御するよう構成されているため、膨張機構(50,100,200)で必要とされる流量まで流体の流量を迅速且つ確実に増大させることができる。 Further, according to the first aspect of the invention, the on-off valve control means (93) is configured such that when the pressure is greater than the target value, the auxiliary suction hole (56, 104, 113, 114, 203, 204, 205) and the fluid passage (72, 82, 230) and the suction path (27 The on-off valve (61) is controlled to be opened sequentially so that the flow rate of the fluid can be communicated with each other in order, so that the fluid flow rate can be quickly and reliably increased to the flow rate required by the expansion mechanism (50, 100, 200). it can.
また、第2の発明によれば、上記開閉弁制御手段(93)は、上記圧力が目標値よりも小さい場合に、流体室(72,82,230)に最後に連通する補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)から順に上記開閉弁(61)を閉制御するよう構成されているため、膨張機構(50,100,200)で必要とされる流量まで流体の流量を迅速且つ確実に減少させることができる。 Further, according to the second invention, the on-off valve control means (93) is arranged so that the auxiliary suction hole (56, 104, 113, 114, 203, 204, 205) that communicates with the fluid chamber (72, 82, 230) lastly when the pressure is smaller than the target value. Since the on-off valve (61) is controlled to be closed in order, the flow rate of the fluid can be quickly and reliably reduced to the flow rate required by the expansion mechanism (50, 100, 200).
また、第1および第2の各発明によれば、まず、上記圧力が目標値になるように上記バイパス流量調整弁(66)を制御し、上記バイパス流量調整弁(66)が所定開度になった場合に上記開閉弁(61)を開閉制御するようにしたため、上記膨張機構(50,100,200)の流体の循環量を迅速且つスムーズに調整することができ、効率良く動力回収を行うことができる。 According to each of the first and second inventions, first, the bypass flow rate adjustment valve (66) is controlled so that the pressure becomes a target value, and the bypass flow rate adjustment valve (66) is set to a predetermined opening degree. In this case, since the on-off valve (61) is controlled to open and close, the circulation amount of the fluid in the expansion mechanism (50, 100, 200) can be adjusted quickly and smoothly, and power can be recovered efficiently.
また、第3の発明によれば、上記膨張機構(50,100,200)の流体の循環量を減少させる際に、上記開閉弁(61)及びバイパス流量調整弁(66)を閉じても循環量が多すぎる場合、流量調整弁(60)でさらに流量調整を行うようにしたため、迅速且つスムーズに幅広い領域で上記膨張機構(50,100,200)の流体の循環量を低減することができ、より効率良く動力回収を行うことができる。 Further, according to the third invention, when the fluid circulation amount of the expansion mechanism (50, 100, 200) is decreased, the circulation amount is too large even if the on-off valve (61) and the bypass flow rate adjustment valve (66) are closed. In this case, the flow rate is further adjusted by the flow rate adjustment valve (60), so that the circulation rate of the fluid in the expansion mechanism (50, 100, 200) can be reduced quickly and smoothly in a wide range, and the power recovery is performed more efficiently. be able to.
また、第4の発明によれば、上記膨張機構(50,100)は、多段のロータリ式なので、導入された高圧の流体が吹き抜けるのを防止することができ、膨張機構(50,100)で効率良く流体を膨張させることができる。特に、第5の発明のように、2段のロータリ式膨張機構とすることで、高圧の流体の吹き抜けを確実に防止しつつ、構造の簡素化及び製造コストの低減を図れる。 Further, according to the fourth invention, the expansion mechanism (50, 100) is a multi-stage rotary type, so that the introduced high-pressure fluid can be prevented from being blown through, and the expansion mechanism (50, 100) can efficiently remove the fluid. Can be inflated. In particular, as in the fifth aspect of the invention, by using a two-stage rotary expansion mechanism, the structure can be simplified and the manufacturing cost can be reduced while reliably preventing high-pressure fluid from being blown through.
また、第6の発明によれば、上記補助吸入孔(56,104,113,114)は、所望の押しのけ容積に基づいて幾何学的に求められる角度位置に対し、補正値を加えて求められる角度位置に設けられるので、該補助吸入孔(56,104,113,114)から流体室(72,230)内へ冷媒を流入させる際の圧損に起因する冷媒流入量の減少を考慮して、該流体室(72,230)内に必要な冷媒流量を確実に流すことができ、膨張機構(50,100)での過膨張を防止することができる。特に、第7の発明によれば、上記所望の押しのけ容積は、冷房運転時に必要な押しのけ容積であるため、冷房運転時の膨張機構(50,100)での過膨張を確実に防止することができる。 Further, according to the sixth invention, the auxiliary suction hole (56, 104, 113, 114) is provided at an angular position obtained by adding a correction value to an angular position obtained geometrically based on a desired displacement volume. Considering the decrease in the refrigerant inflow due to the pressure loss when the refrigerant flows into the fluid chamber (72,230) from the auxiliary suction hole (56,104,113,114), the required refrigerant flow rate in the fluid chamber (72,230) is ensured. And overexpansion in the expansion mechanism (50, 100) can be prevented. In particular, according to the seventh invention, the desired displacement volume is a displacement volume required during the cooling operation, and therefore, it is possible to reliably prevent overexpansion in the expansion mechanism (50, 100) during the cooling operation.
また、第8の発明によれば、上記膨張機構(200)は、スクロール式なので、多段にすることなく高圧の流体の吹き抜けを確実に防止することができ、効率のよい膨張機構(200)が得られる。 Further, according to the eighth invention, since the expansion mechanism (200) is of a scroll type, it is possible to reliably prevent high-pressure fluid from being blown through without using multiple stages, and an efficient expansion mechanism (200) is provided. can get.
また、第9の発明によれば、上記流体はCO 2 の冷媒であり、冷凍装置は超臨界冷凍サイクルを行うように構成されているため、環境に適した冷凍装置を得ることができる。 According to the ninth invention, since the fluid is a CO 2 refrigerant and the refrigeration apparatus is configured to perform a supercritical refrigeration cycle, a refrigeration apparatus suitable for the environment can be obtained.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the following description of the preferred embodiment is merely illustrative in nature and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.
《実施形態1》
−空調機の全体構成−
図1に、本発明の実施形態1に係る冷凍装置としての空気調和装置(1)の冷媒回路(10)を示す。この空気調和装置(1)は、室外機(2)と室内機(3)とを備えている。室外機(2)には、圧縮・膨張ユニット(20)と、室外熱交換器(14)と、四路切換弁(12)と、逆止弁(11,11,11,11)によるブリッジ回路部(13)とが収納されている。一方、室内機(3)には、室内熱交換器(15)が収納されている。なお、特に図示しないが、上記各熱交換器(14,15)には、それぞれ、ファンが設けられていて、該各熱交換器(14,15)に対して外気や内気を送風するように構成されている。
-Overall configuration of air conditioner-
FIG. 1 shows a refrigerant circuit (10) of an air conditioner (1) as a refrigeration apparatus according to
上記室外機(2)及び室内機(3)は、一対の連絡配管(16,17)で接続されていて、これにより、上記圧縮機・膨張ユニット(20)や熱交換器(14,15)などが接続された閉回路としての上記冷媒回路(10)を構成している。この実施形態では、この冷媒回路(10)には、冷媒として二酸化炭素(CO 2 )が充填されている。 The outdoor unit (2) and the indoor unit (3) are connected by a pair of connecting pipes (16, 17), so that the compressor / expansion unit (20) and the heat exchanger (14, 15) are connected. The refrigerant circuit (10) is configured as a closed circuit to which are connected. In this embodiment, the refrigerant circuit (10) is filled with carbon dioxide ( CO 2 ) as a refrigerant.
上記圧縮・膨張ユニット(20)は、縦長円筒形の密閉容器状に形成されたケーシング(21)を備えている。このケーシング(21)内には、圧縮機構(40)と、膨張機構(50)と、電動機(26)とが収納されている。すなわち、ケーシング(21)内では、圧縮機構(40)、電動機(26)、膨張機構(50)の順に下から上へ向かって配置されている。この圧縮・膨張ユニット(20)の詳細については後述するが、本発明の特徴部分として、上記膨張機構(50)には、複数の吸入孔としての吸入ポート(55,56)が設けられていて、冷媒の吸入量が可変となるように構成されている。なお、上記図1には、膨張機構(50)の吸入ポートを2つ設けたものを一例として挙げている。 The compression / expansion unit (20) includes a casing (21) formed in a vertically long cylindrical sealed container shape. The casing (21) houses a compression mechanism (40), an expansion mechanism (50), and an electric motor (26). That is, in the casing (21), the compression mechanism (40), the electric motor (26), and the expansion mechanism (50) are arranged in order from the bottom to the top. The details of the compression / expansion unit (20) will be described later. As a characteristic part of the present invention, the expansion mechanism (50) is provided with a plurality of suction ports (55, 56) as suction holes. The refrigerant intake amount is variable. FIG. 1 shows an example in which two suction ports of the expansion mechanism (50) are provided.
ここで、上記冷媒回路(10)において、上記圧縮・膨張ユニット(20)の圧縮機構(40)の吸入側には、アキュムレータ(18)が設けられている。また、膨張機構(50)の吸入側には、上記複数の吸入ポート(55,56)に対応して前絞り弁(60)や開閉弁(61)が設けられている。具体的には、上記膨張機構(50)の吸入工程で最初に流体室(72)と連通する第1吸入ポート(55)に繋がる吸入路上に前絞り弁(60)が、2番目に連通する第2吸入ポート(56)に繋がる吸入路上に開閉弁(61)が、それぞれ設けられている。なお、上記前絞り弁(60)が本発明の流量調整弁に、上記第1吸入ポート(55)が本発明の主吸入孔に、上記第2吸入ポート(56)が本発明の補助吸入孔に、それぞれ対応する。 Here, in the refrigerant circuit (10), an accumulator (18) is provided on the suction side of the compression mechanism (40) of the compression / expansion unit (20). Further, on the suction side of the expansion mechanism (50), a front throttle valve (60) and an on-off valve (61) are provided corresponding to the plurality of suction ports (55, 56). Specifically, in the suction process of the expansion mechanism (50), the front throttle valve (60) communicates second on the suction path connected to the first suction port (55) that first communicates with the fluid chamber (72). On-off valves (61) are provided on the suction passages connected to the second suction port (56), respectively. The front throttle valve (60) is the flow regulating valve of the present invention, the first suction port (55) is the main suction hole of the present invention, and the second suction port (56) is the auxiliary suction hole of the present invention. Respectively.
また、上記冷媒回路(10)には、上記膨張機構(50)の吸入側と吐出側とをバイパスするようにバイパス回路を構成するバイパス管(65)が設けられている。このバイパス管(65)には、本発明のバイパス流量調整弁としてのバイパス弁(66)が設けられている。このバイパス弁(66)によりバイパス管(65)の冷媒流量を調整することで、膨張機構(50)に流れる冷媒の流量を調整できるようになっている。 The refrigerant circuit (10) is provided with a bypass pipe (65) that constitutes a bypass circuit so as to bypass the suction side and the discharge side of the expansion mechanism (50). The bypass pipe (65) is provided with a bypass valve (66) as a bypass flow rate adjusting valve of the present invention. By adjusting the refrigerant flow rate of the bypass pipe (65) by the bypass valve (66), the flow rate of the refrigerant flowing through the expansion mechanism (50) can be adjusted.
上記熱交換器(14,15)は、いずれもクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器で構成されている。そして、上記室外熱交換器(14)では、冷媒回路(10)を循環する冷媒が室外空気と熱交換し、上記室内熱交換器(15)では、冷媒回路(10)を循環する冷媒が室内空気と熱交換する。 Each of the heat exchangers (14, 15) is a cross fin type fin-and-tube heat exchanger. In the outdoor heat exchanger (14), the refrigerant circulating in the refrigerant circuit (10) exchanges heat with outdoor air, and in the indoor heat exchanger (15), the refrigerant circulating in the refrigerant circuit (10) is indoors. Exchange heat with air.
上記四路切換弁(12)は、4つのポートを備えている。該四路切換弁(12)の第1ポートは圧縮機構(40)の吐出側に、第2ポートは室内熱交換器(15)の一端に、第3ポートは室外熱交換器(14)の他端に、第4ポートは圧縮機構(40)の吸入側に、それぞれ接続されている。 The four-way selector valve (12) has four ports. The first port of the four-way selector valve (12) is on the discharge side of the compression mechanism (40), the second port is on one end of the indoor heat exchanger (15), and the third port is on the outdoor heat exchanger (14). The other end and the fourth port are connected to the suction side of the compression mechanism (40), respectively.
そして、上記四路切換弁(12)は、第1のポートと第2のポートとが連通し且つ第3のポートと第4のポートとが連通する状態(図1に実線で示す状態)と、第1のポートと第3のポートとが連通し且つ第2のポートと第4のポートとが連通する状態(図1に破線で示す状態)とに切り換わるように構成されている。 The four-way switching valve (12) has a state in which the first port communicates with the second port and a state in which the third port communicates with the fourth port (a state indicated by a solid line in FIG. 1). The first port and the third port communicate with each other, and the second port and the fourth port communicate with each other (state indicated by a broken line in FIG. 1).
上記ブリッジ回路部(13)は、4つの逆止弁(11,11,11,11)がブリッジ状に組み合わされたもので、上記四路切換弁(12)の動作によって、上記冷媒回路(10)の冷媒の流れが逆方向になった場合でも、上記膨張機構(50)に対し、常に一定方向に冷媒を供給するように構成されている。こうすることで、上記四路切換弁(12)以外に四路切換弁をもう一つ設ける場合に比べて、該四路切換弁の制御を行う必要がなくなり、構成が簡単になる。なお、この実施形態では逆止弁(11,11,11,11)によって構成されるブリッジ回路部(13)を設けるようにしているが、この限りではなく、四路切換弁をもう一つ設けるようにしてもよい。 The bridge circuit portion (13) is a combination of four check valves (11, 11, 11, 11) in a bridge shape, and the refrigerant circuit (10 The refrigerant is always supplied to the expansion mechanism (50) in a fixed direction even when the refrigerant flow in the reverse direction is. By doing so, it is not necessary to control the four-way switching valve in addition to the case where another four-way switching valve is provided in addition to the four-way switching valve (12), and the configuration is simplified. In this embodiment, the bridge circuit portion (13) constituted by the check valves (11, 11, 11, 11) is provided, but this is not restrictive, and another four-way switching valve is provided. You may do it.
−圧縮・膨張ユニットの構成−
図2に示すように、圧縮・膨張ユニット(20)は、縦長で円筒形の密閉容器であるケーシング(21)を備えている。このケーシング(21)の内部には、下から上へ向かって順に、圧縮機構(40)、電動機(26)、及び膨張機構(50)が配置されている。また、上記ケーシング(21)には、その胴部を貫通するように吸入管(22)と吐出管(23)と本発明の吸入路の一部をなす導入管(24,27)と導出管(25)とが設けられている。この吸入管(22)は圧縮機構(40)に、導入管(24,27)及び導出管(25)は膨張機構(50)にそれぞれ接続されている。上記吐出管(23)は、上記ケーシング(21)内における電動機(26)と膨張機構(50)との間の空間に一端側が開口するように設けられている。なお、上記導入管(24,27)のうち第1導入管(24)が上記第1吸入ポート(55)に繋がり、上記第2導
入管(27)が第2吸入ポート(56)に繋がっている。すなわち、上記第1導入管(24)のケーシング(21)外で、上記第2導入管(27)との分岐位置よりも下流側には、上記前絞り弁(60)が設けられている一方、第2導入管(27)のケーシング(21)外で、上記第1導入管(24)との分岐位置よりも下流側には、上記開閉弁(61)が設けられている。このように、上記前絞り弁(60)を第2導入管(27)との分岐位置よりも下流側に設けることで、第1導入管(24)、すなわち第1吸入ポート(55)から膨張機構(50)に導入される冷媒の流量のみを調整することができ、流量の微調整が可能になる。
−Configuration of compression / expansion unit−
As shown in FIG. 2, the compression / expansion unit (20) includes a casing (21) which is a vertically long and cylindrical sealed container. Inside the casing (21), a compression mechanism (40), an electric motor (26), and an expansion mechanism (50) are arranged in order from the bottom to the top. Further, the casing (21) has a suction pipe (22), a discharge pipe (23), and an introduction pipe (24, 27) and a lead-out pipe forming a part of the suction passage of the present invention so as to penetrate the trunk portion. (25) is provided. The suction pipe (22) is connected to the compression mechanism (40), and the introduction pipe (24, 27) and the outlet pipe (25) are connected to the expansion mechanism (50). The discharge pipe (23) is provided in a space between the electric motor (26) and the expansion mechanism (50) in the casing (21) so that one end side is open. Of the introduction pipes (24, 27), the first introduction pipe (24) is connected to the first suction port (55), and the second introduction pipe (27) is connected to the second suction port (56). Yes. That is, the front throttle valve (60) is provided outside the casing (21) of the first introduction pipe (24) and downstream of the branch position with the second introduction pipe (27). The on-off valve (61) is provided outside the casing (21) of the second introduction pipe (27) and downstream of the branch position with the first introduction pipe (24). As described above, the front throttle valve (60) is provided downstream of the branch position with respect to the second introduction pipe (27), thereby expanding from the first introduction pipe (24), that is, the first suction port (55). Only the flow rate of the refrigerant introduced into the mechanism (50) can be adjusted, and the flow rate can be finely adjusted.
上記圧縮機構(40)は、揺動ピストン型のロータリ圧縮機を構成している。この圧縮機構(40)は、シリンダ(41,42)及びピストン(47,47)を2つずつ備えている。上記圧縮機構(40)では、下から上へ向かって順に、リアヘッド(44)と、第1シリンダ(41)と、中間プレート(46)と、第2シリンダ(42)と、フロントヘッド(45)とが積み重ねられた状態となっている。 The compression mechanism (40) constitutes an oscillating piston type rotary compressor. The compression mechanism (40) includes two cylinders (41, 42) and two pistons (47, 47). In the compression mechanism (40), the rear head (44), the first cylinder (41), the intermediate plate (46), the second cylinder (42), and the front head (45) are sequentially arranged from bottom to top. Are in a stacked state.
また、上記圧縮機構(40)には、上記電動機(26)と駆動連結するための第1クランク軸(31)が設けられている。この第1クランク軸(31)は、その下部が、リアヘッド(44)、第1シリンダ(41)、中間プレート(46)、第2シリンダ(42)、及びフロントヘッド(45)を貫通するように配設されている。 The compression mechanism (40) is provided with a first crankshaft (31) for drivingly connecting to the electric motor (26). The lower part of the first crankshaft (31) passes through the rear head (44), the first cylinder (41), the intermediate plate (46), the second cylinder (42), and the front head (45). It is arranged.
詳しくは、上記第1クランク軸(31)の下部には、軸方向に並んで2つの圧縮側偏心部(32,33)が形成されている。これらの圧縮側偏心部(32,33)は、その軸心が第1クランク軸(31)の軸心に対して偏心している。下側の第1圧縮側偏心部(32)と上側の第2圧縮側偏心部(33)とでは、偏心方向が180°ずれている。そして、上記第1圧縮側偏心部(32)は第1シリンダ(41)内に、上記第2圧縮側偏心部(33)は第2シリンダ(42)内に、それぞれ、位置付けられている。 Specifically, two compression-side eccentric portions (32, 33) are formed in the axial direction below the first crankshaft (31). These compression side eccentric parts (32, 33) are eccentric with respect to the axis of the first crankshaft (31). The eccentric direction of the lower first compression side eccentric portion (32) and the upper second compression side eccentric portion (33) are shifted by 180 °. The first compression side eccentric portion (32) is positioned in the first cylinder (41), and the second compression side eccentric portion (33) is positioned in the second cylinder (42).
上記第1及び第2圧縮側偏心部(32,33)には、それぞれ円筒状のピストン(47,47)が外嵌されている。これらのピストン(47,47)は、上記第1及び第2シリンダ(41,42)の内部に1つずつ位置付けられていて、これにより、該ピストン(47,47)の外周面とシリンダ(41,42)の内周面との間にそれぞれ圧縮室(43,43)が形成されている。なお、特に図示しないが、ピストン(47)の側面には径方向外方に向かって延びるように平板状のブレードが突設されており、このブレードは揺動ブッシュを介して上記シリンダ(41,42)に支持されている。 Cylindrical pistons (47, 47) are fitted on the first and second compression side eccentric parts (32, 33), respectively. These pistons (47, 47) are positioned one by one inside the first and second cylinders (41, 42), whereby the outer peripheral surface of the piston (47, 47) and the cylinder (41 , 42) are formed with compression chambers (43, 43), respectively. Although not particularly illustrated, a flat blade is provided on the side surface of the piston (47) so as to extend radially outward, and this blade is connected to the cylinder (41, 41) via a swing bush. 42) is supported.
なお、上記第1クランク軸(31)には、その上端面に係合穴(34)が設けられている。この係合穴(34)は、上記第1クランク軸(31)の軸心に沿って下方へ延びる六角形断面の穴であり、後述する第2クランク軸(35)の下端に形成された係合突起(38)と係合するようになっている。 The first crankshaft (31) has an engagement hole (34) on the upper end surface. The engagement hole (34) is a hexagonal cross-section hole extending downward along the axis of the first crankshaft (31) and is formed at the lower end of the second crankshaft (35) described later. It engages with the mating protrusion (38).
上記第1及び第2シリンダ(41,42)には、吸入ポート(48)がそれぞれ1つずつ設けられている。各吸入ポート(48)は、シリンダ(41,42)を径方向に貫通し、一端側が上記圧縮室(43)に連通するようにシリンダ(41,42)の内周面に開口している一方、他端側は吸入管(22)と連通している。 One suction port (48) is provided in each of the first and second cylinders (41, 42). Each suction port (48) passes through the cylinder (41, 42) in the radial direction, and is open to the inner peripheral surface of the cylinder (41, 42) so that one end side communicates with the compression chamber (43). The other end communicates with the suction pipe (22).
上記フロントヘッド(44)及びリアヘッド(45)には、それぞれ吐出ポートが1つずつ設けられている。フロントヘッド(44)に設けられた吐出ポートは、第2シリンダ(42)内の圧縮室(43)をケーシング(21)の内部空間と連通させる。一方、リアヘッド(45)に設けられた吐出ポートは、第1シリンダ(41)内の圧縮室(43)をケーシング(21)の内部空間と連通させる。また、各吐出ポートは、その終端にリード弁からなる吐出弁が設けられており、この吐出弁によって開閉される。これにより、上記圧縮機構(40)からケーシング(21)の内部空間へ吐出されたガス冷媒は、吐出管(23)を通って圧縮・膨張ユニット(20)から送り出される。尚、上記図2において、吐出ポート及び吐出弁の図示は省略する。 Each of the front head (44) and the rear head (45) is provided with one discharge port. A discharge port provided in the front head (44) allows the compression chamber (43) in the second cylinder (42) to communicate with the internal space of the casing (21). On the other hand, the discharge port provided in the rear head (45) allows the compression chamber (43) in the first cylinder (41) to communicate with the internal space of the casing (21). Each discharge port is provided with a discharge valve consisting of a reed valve at its end, and is opened and closed by this discharge valve. Thereby, the gas refrigerant discharged from the compression mechanism (40) into the internal space of the casing (21) is sent out from the compression / expansion unit (20) through the discharge pipe (23). In FIG. 2, the discharge port and the discharge valve are not shown.
上記圧縮機構(40)は、リング状のマウンティングプレート(49)によってケーシング(21)に固定されている。具体的には、マウンティングプレート(49)は、溶接によってその外周側がケーシング(21)内面上に固定されていて、このマウンティングプレート(49)に圧縮機構(40)のフロントヘッド(44)が図示しないボルトによって締結固定されている。 The compression mechanism (40) is fixed to the casing (21) by a ring-shaped mounting plate (49). Specifically, the outer peripheral side of the mounting plate (49) is fixed on the inner surface of the casing (21) by welding, and the front head (44) of the compression mechanism (40) is not shown on the mounting plate (49). It is fastened and fixed by bolts.
上記電動機(26)は、ケーシング(21)の長手方向中央部分に配置されている。この電動機(26)は、ステータ(27)とロータ(28)とにより構成されている。ステータ(27)は、その外周側で上記ケーシング(21)の内周面上に固定されている。ロータ(28)は、ステータ(27)の内側に配置されていて、上記第1クランク軸(31)の上部によって貫通されている。 The electric motor (26) is disposed at the central portion in the longitudinal direction of the casing (21). The electric motor (26) includes a stator (27) and a rotor (28). The stator (27) is fixed on the inner peripheral surface of the casing (21) on the outer peripheral side thereof. The rotor (28) is disposed inside the stator (27) and is penetrated by the upper part of the first crankshaft (31).
図4や図5にも示すように、上記膨張機構(50)は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ式膨張機であって、この膨張機構(50)には、対になった第1部材としてのシリンダ(71,81)及び第2部材としてのピストン(75,85)が二組設けられている。また、この膨張機構(50)は、フロントヘッド(51)、中間プレート(53)、及びリアヘッド(52)も備えている。この膨張機構(50)では、各シリンダ(71,81)、フロントヘッド(51)、中間プレート(53)、及びリアヘッド(52)が固定部材を構成し、各ピストン(75,85)が可動部材を構成している。 As shown in FIGS. 4 and 5, the expansion mechanism (50) is a so-called oscillating piston type rotary expander, and the expansion mechanism (50) includes a pair of first members. Two cylinders (71, 81) and pistons (75, 85) as second members are provided. The expansion mechanism (50) also includes a front head (51), an intermediate plate (53), and a rear head (52). In this expansion mechanism (50), each cylinder (71, 81), front head (51), intermediate plate (53), and rear head (52) constitute a fixed member, and each piston (75, 85) is a movable member. Is configured.
上記膨張機構(50)では、下から上へ向かって順に、フロントヘッド(51)、第1シリンダ(71)、中間プレート(53)、第2シリンダ(81)、リアヘッド(52)が積み重ねられた状態となっている。この状態において、第1シリンダ(71)は、その下端面がフロントヘッド(51)により閉塞され、その上端面が中間プレート(53)により閉塞されている。一方、第2シリンダ(81)は、その下端面が中間プレート(53)により閉塞され、その上端面がリアヘッド(52)により閉塞されている。 In the expansion mechanism (50), the front head (51), the first cylinder (71), the intermediate plate (53), the second cylinder (81), and the rear head (52) are stacked in order from bottom to top. It is in a state. In this state, the lower end surface of the first cylinder (71) is closed by the front head (51), and the upper end surface thereof is closed by the intermediate plate (53). On the other hand, the lower end surface of the second cylinder (81) is closed by the intermediate plate (53), and the upper end surface thereof is closed by the rear head (52).
上記各シリンダ(71,81)は、概ねリング形状の厚板状に形成されている。第2シリンダ(81)の内径は、第1シリンダ(71)の内径よりも大きくなっている。また、第2シリンダ(81)の厚み(高さ)は、第1シリンダ(71)の厚み(高さ)よりも厚くなっている。 Each of the cylinders (71, 81) is generally formed in a ring-shaped thick plate shape. The inner diameter of the second cylinder (81) is larger than the inner diameter of the first cylinder (71). The thickness (height) of the second cylinder (81) is larger than the thickness (height) of the first cylinder (71).
この膨張機構(50)には、上記フロントヘッド(51)、第1シリンダ(71)、中間プレート(53)、第2シリンダ(81)、及びリアヘッド(52)を貫通するように、第2クランク軸(35)が設けられている。この第2クランク軸(35)には、その下端面に係合突起(38)が突設されている。この係合突起(38)は、第2クランク軸(35)の下端面から下方へ延びる六角柱状の突起である。係合突起(38)の断面形状は、上記第1クランク軸(31)の係合穴(34)の断面形状に対応した六角形となっている。第1クランク軸(31)と第2クランク軸(35)とは、第2クランク軸(35)の係合突起(38)を第1クランク軸(31)の係合穴(34)へ挿入することによって連結され、1本のシャフト(30)を構成している。 The expansion mechanism (50) includes a second crank so as to pass through the front head (51), the first cylinder (71), the intermediate plate (53), the second cylinder (81), and the rear head (52). A shaft (35) is provided. The second crankshaft (35) has an engaging projection (38) projecting from its lower end surface. This engagement protrusion (38) is a hexagonal columnar protrusion extending downward from the lower end surface of the second crankshaft (35). The cross-sectional shape of the engagement protrusion (38) is a hexagon corresponding to the cross-sectional shape of the engagement hole (34) of the first crankshaft (31). The first crankshaft (31) and the second crankshaft (35) insert the engaging projection (38) of the second crankshaft (35) into the engaging hole (34) of the first crankshaft (31). To form a single shaft (30).
上記第2クランク軸(35)の上部には、上記シリンダ(71,81)に対応して2つの膨張側偏心部(36,37)が形成されている。この2つの膨張側偏心部(36,37)は、その軸心が第2クランク軸(35)の軸心に対して偏心している。下側の第1膨張側偏心部(36)と上側の第2膨張側偏心部(37)とでは、第2クランク軸(35)の軸心に対する偏心方向が一致している。ただし、上記第2膨張側偏心部(37)の偏心量は、第1膨張側偏心部(36)の偏心量よりも大きくなっている。上記第1膨張側偏心部(36)は第1シリンダ(71)内に、上記第2膨張側偏心部(37)は第2シリンダ(81)内に、それぞれ配置されている。 Two expansion side eccentric portions (36, 37) are formed on the upper portion of the second crank shaft (35) corresponding to the cylinders (71, 81). The axis of the two expansion side eccentric parts (36, 37) is eccentric with respect to the axis of the second crankshaft (35). The lower first expansion side eccentric part (36) and the upper second expansion side eccentric part (37) have the same eccentric direction with respect to the axis of the second crankshaft (35). However, the amount of eccentricity of the second expansion side eccentric part (37) is larger than the amount of eccentricity of the first expansion side eccentric part (36). The first expansion side eccentric part (36) is arranged in the first cylinder (71), and the second expansion side eccentric part (37) is arranged in the second cylinder (81).
上記第1及び第2膨張側偏心部(36,37)には、それぞれ円筒状のピストン(75,85)が外嵌されている。そして、上記第1膨張側偏心部(36)に外嵌された第1ピストン(75)が上記第1シリンダ(71)内に、上記第2膨張側偏心部(37)に外嵌された第2ピストン(85)が上記第2シリンダ(81)内に、それぞれ、位置付けられている。 Cylindrical pistons (75, 85) are fitted on the first and second expansion side eccentric parts (36, 37), respectively. A first piston (75) fitted around the first expansion side eccentric part (36) is fitted inside the first cylinder (71) and fitted around the second expansion side eccentric part (37). Two pistons (85) are positioned in the second cylinder (81), respectively.
上記図4に示すように、上記第1ピストン(75)は、その外周面が第1シリンダ(71)の内周面に、下端面がフロントヘッド(51)に、上端面が中間プレート(53)にそれぞれ摺接している。これにより、第1シリンダ(71)内には、その内周面と第1ピストン(75)の外周面との間に第1流体室(72)が形成される。 As shown in FIG. 4, the first piston (75) has an outer peripheral surface on the inner peripheral surface of the first cylinder (71), a lower end surface on the front head (51), and an upper end surface on the intermediate plate (53). ). Thereby, a first fluid chamber (72) is formed in the first cylinder (71) between the inner peripheral surface thereof and the outer peripheral surface of the first piston (75).
一方、上記第2ピストン(85)は、その外周面が第2シリンダ(81)の内周面に、下端面が中間プレート(53)に、上端面がリアヘッド(52)にそれぞれ摺接している。これにより、第2シリンダ(81)内には、その内周面と第2ピストン(85)の外周面との間に第2流体室(82)が形成される。 On the other hand, the second piston (85) has an outer peripheral surface in sliding contact with the inner peripheral surface of the second cylinder (81), a lower end surface in contact with the intermediate plate (53), and an upper end surface in sliding contact with the rear head (52). . Thereby, a second fluid chamber (82) is formed in the second cylinder (81) between the inner peripheral surface thereof and the outer peripheral surface of the second piston (85).
上記第1及び第2ピストン(75,85)には、それぞれ、ブレード(76,86)が1つずつ一体に設けられている。このブレード(76,86)は、ピストン(75,85)の外周面から径方向外方へ延びる板状に形成されている。 Each of the first and second pistons (75, 85) is integrally provided with one blade (76, 86). The blades (76, 86) are formed in a plate shape extending radially outward from the outer peripheral surface of the piston (75, 85).
上記シリンダ(71,81)には、それぞれ、一対のブッシュ(77,87)が一組ずつ設けられている。各ブッシュ(77,87)は、内側面が平面となって外側面が円弧面となるように形成された小片である。上記一対のブッシュ(77,87)は、それぞれ、その内側面がブレード(76,86)と摺動し、その外側面がシリンダ(71,81)と摺動するように、ブレード(76,86)を挟み込んだ状態で設置されている。これにより、ピストン(75,85)と一体形成されたブレード(76,86)は、上記ブッシュ(77,87)を介してシリンダ(71,81)に支持され、シリンダ(71,81)に対して回動自在で且つ進退自在となっている。 Each of the cylinders (71, 81) is provided with a pair of bushes (77, 87). Each bush (77, 87) is a small piece formed such that the inner surface is a flat surface and the outer surface is a circular arc surface. Each of the pair of bushes (77, 87) has a blade (76, 86) so that its inner surface slides with the blade (76, 86) and its outer surface slides with the cylinder (71, 81). ) Is inserted. As a result, the blade (76, 86) integrally formed with the piston (75, 85) is supported by the cylinder (71, 81) via the bush (77, 87), and the cylinder (71, 81) It can be rotated and moved forward and backward.
上記第1シリンダ(71)内の第1流体室(72)は、上記第1ブレード(76)によって仕切られており、図4において第1ブレード(76)の左側が高圧側の第1高圧室(73)となり、その右側が低圧側の第1低圧室(74)となっている。同様に、上記第2シリンダ(81)内の第2流体室(82)も、上記第2ブレード(86)によって仕切られており、図4において第2ブレード(86)の左側が高圧側の第2高圧室(83)となり、その右側が低圧側の第2低圧室(84)となっている。 The first fluid chamber (72) in the first cylinder (71) is partitioned by the first blade (76), and the left side of the first blade (76) in FIG. (73), and the right side is the first low pressure chamber (74) on the low pressure side. Similarly, the second fluid chamber (82) in the second cylinder (81) is also partitioned by the second blade (86), and the left side of the second blade (86) in FIG. 2 high pressure chambers (83), and the right side thereof is the low pressure side second low pressure chamber (84).
上記第1シリンダ(71)と第2シリンダ(81)とは、それぞれの周方向におけるブッシュ(77,87)の位置が一致するように配置されている。言い換えると、第2シリンダ(81)の第1シリンダ(71)に対する配置角度が0°となっている。また、上述のように、第1膨張側偏心部(36)と第2膨張側偏心部(37)とは、第2クランク軸(35)の軸心に対して同じ方向へ偏心している。従って、第1ブレード(76)が第1シリンダ(71)の外側へ最も退いた状態になるのと同時に、第2ブレード(86)も第2シリンダ(81)の外側へ最も退いた状態になる。 The first cylinder (71) and the second cylinder (81) are arranged such that the positions of the bushes (77, 87) in the respective circumferential directions coincide. In other words, the arrangement angle of the second cylinder (81) with respect to the first cylinder (71) is 0 °. Further, as described above, the first expansion side eccentric part (36) and the second expansion side eccentric part (37) are eccentric in the same direction with respect to the axis of the second crankshaft (35). Accordingly, at the same time as the first blade (76) is most retracted to the outside of the first cylinder (71), the second blade (86) is also most retracted to the outside of the second cylinder (81). .
上記中間プレート(53)には、該プレート(53)を厚み方向に貫通するように連通路(54)が設けられている。上記中間プレート(53)における第1シリンダ(71)側の面では、図4における第1ブレード(76)の右側の箇所に連通路(54)の一端が開口している。一方、上記中間プレート(53)における第2シリンダ(81)側の面では、第2ブレード(86)の左側の箇所に連通路(54)の他端が開口している。つまり、この連通路(54)は、第1低圧室(74)と第2高圧室(83)とを連通させるように設けられている。このように、連通路(54)を介して互いに連通した第1低圧室(74)及び第2高圧室(83)が、1つの膨張室(59)を形成している。 The intermediate plate (53) is provided with a communication path (54) so as to penetrate the plate (53) in the thickness direction. On the surface of the intermediate plate (53) on the first cylinder (71) side, one end of the communication path (54) opens at a position on the right side of the first blade (76) in FIG. On the other hand, on the surface of the intermediate plate (53) on the second cylinder (81) side, the other end of the communication path (54) is opened at the left side of the second blade (86). That is, the communication path (54) is provided so as to connect the first low pressure chamber (74) and the second high pressure chamber (83). As described above, the first low pressure chamber (74) and the second high pressure chamber (83) communicated with each other via the communication path (54) form one expansion chamber (59).
上記第2シリンダ(81)には、流出ポート(57)が形成されている。この流出ポート(57)は、第2シリンダ(81)の内周面のうち、上記図4におけるブッシュ(87)のやや右側の箇所に開口し、第2低圧室(84)と連通可能となっている。上記図1及び図2に示すように、この流出ポート(57)は、導出管(25)と連通している。 The second cylinder (81) is formed with an outflow port (57). The outflow port (57) opens at a position slightly on the right side of the bush (87) in FIG. 4 on the inner peripheral surface of the second cylinder (81), and can communicate with the second low pressure chamber (84). ing. As shown in FIGS. 1 and 2, the outflow port (57) communicates with the outlet pipe (25).
そして、本発明の特徴部分の一つとして、上記フロントヘッド(51)には、上記第1シリンダ(71)の第1流体室(72)内に冷媒を導入するための第1及び第2吸入ポート(55,56)が形成されている。これらの吸入ポート(55,56)は、図3にも示すように、フロントヘッド(51)の外周面から径方向内方へ延び、その終端部が上方に屈曲して該フロントヘッド(51)の上面に開口するように形成されている。すなわち、図4において、第1流体室(72)を上方から見ると、上記第1吸入ポート(55)は、径方向に延びて、ブッシュ(77)のやや左側の位置で開口し、上記第2吸入ポート(56)は、径方向に延びて、上記第1吸入ポート(55)とはほぼ反対側に位置するように所定角度(例えば160度)をなす位置で開口するように設けられる。この第2吸入ポート(56)の角度位置の詳細については、後述する。 As one of the characteristic portions of the present invention, the front head (51) has first and second suctions for introducing refrigerant into the first fluid chamber (72) of the first cylinder (71). Ports (55, 56) are formed. As shown in FIG. 3, these suction ports (55, 56) extend radially inward from the outer peripheral surface of the front head (51), and the end portions thereof are bent upward so that the front head (51) It is formed so as to open on the upper surface. That is, in FIG. 4, when the first fluid chamber (72) is viewed from above, the first suction port (55) extends in the radial direction and opens at a position slightly to the left of the bush (77). The two suction ports (56) extend in the radial direction, and are provided so as to open at a position forming a predetermined angle (for example, 160 degrees) so as to be located on the substantially opposite side to the first suction port (55). Details of the angular position of the second suction port (56) will be described later.
ここで、上記第1吸入ポート(55)は、前絞り弁(60)の設けられた第1導入管(24)に、上記第2吸入ポート(56)は、開閉弁(61)の設けられた第2導入管(27)に連通している。 Here, the first suction port (55) is provided in the first introduction pipe (24) provided with the front throttle valve (60), and the second suction port (56) is provided in the opening / closing valve (61). The second introduction pipe (27) communicates.
このように、上記第1流体室(72)に冷媒を導入するための吸入ポート(55,56)を複数、設けることで、該流体室(72)内の冷媒の導入量の調整を容易に行うことができる。すなわち、上記第1吸入ポート(55)だけでは冷媒の循環量(質量流量、以下同様)が足りない場合には、上記第2吸入ポート(56)からも冷媒を導入することで、膨張機構(50)で必要な冷媒循環量を確保することができる。 Thus, by providing a plurality of suction ports (55, 56) for introducing the refrigerant into the first fluid chamber (72), the amount of refrigerant introduced into the fluid chamber (72) can be easily adjusted. It can be carried out. That is, when the circulation amount (mass flow rate, the same applies hereinafter) of the refrigerant is insufficient only by the first suction port (55), the refrigerant is introduced also from the second suction port (56), so that the expansion mechanism ( 50) can secure the necessary amount of refrigerant circulation.
また、上述のように、第1流体室(72)に対して吸入ポート(55,56)を下方から連通させることで、例えば、上記開閉弁(61)を閉じて第2吸入ポート(56)から冷媒を導入していない場合に、該第2吸入ポート(56)内に上記流体室(72)内の冷凍機油が溜まって、その空間を埋めることになるため、該第2吸入ポート(56)内に冷媒が入り込むのを防止することができる。すなわち、上述のような構成にすることで、上記第2吸入ポート(56)が死容積になるのを防止できるため、上記膨張機構(50)で冷媒を効率良く膨張させることができる。 Further, as described above, by connecting the suction port (55, 56) from the lower side to the first fluid chamber (72), for example, the on-off valve (61) is closed to close the second suction port (56). When the refrigerant is not introduced from the refrigerant, the refrigerating machine oil in the fluid chamber (72) accumulates in the second suction port (56) and fills the space. Therefore, the second suction port (56 ) Can be prevented from entering the refrigerant. That is, with the configuration as described above, the second suction port (56) can be prevented from becoming dead volume, so that the refrigerant can be efficiently expanded by the expansion mechanism (50).
ここで、以上のように構成された上記膨張機構(50)では、第1シリンダ(71)と、第1ブッシュ(77)と、第1シリンダ(71)の両端を閉塞するフロントヘッド(51)及び中間プレート(53)と、第1ピストン(75)と、第1ブレード(76)とが第1ロータリ機構部(70)を構成している。また、第2シリンダ(81)と、第2ブッシュ(87)と、第2シリンダ(81)の両端を閉塞する中間プレート(53)及びリアヘッド(52)と、第2ピストン(85)と、第2ブレード(86)とが第2ロータリ機構部(80)を構成している。 Here, in the expansion mechanism (50) configured as described above, the front head (51) that closes both ends of the first cylinder (71), the first bush (77), and the first cylinder (71). The intermediate plate (53), the first piston (75), and the first blade (76) constitute a first rotary mechanism (70). Further, the second cylinder (81), the second bush (87), the intermediate plate (53) and the rear head (52) for closing both ends of the second cylinder (81), the second piston (85), The two blades (86) constitute the second rotary mechanism (80).
つまり、上記膨張機構(50)は、第1ロータリ機構部(70)及び第2ロータリ機構部(80)を備えた2段のロータリ式膨張機である。そのため、単段のロータリ式膨張機のように、吸入ポートと流出ポートとが流体室を介して連通することはなく、該吸入ポートから導入された高圧冷媒が流出ポートへ吹き抜けるのを防止することができる。特に、本実施形態のように、複数の吸入ポートを設ける場合、単段では吸入ポートと流出ポートとが連通してしまうため、2段以上にすることで吸入工程と排出工程とを独立させて高圧冷媒の吹き抜けを確実に防止することができ、膨張室(59)内で高圧冷媒を十分に膨張させることができる。 That is, the expansion mechanism (50) is a two-stage rotary expander including a first rotary mechanism (70) and a second rotary mechanism (80). Therefore, unlike the single-stage rotary expander, the suction port and the outflow port do not communicate with each other through the fluid chamber, and the high-pressure refrigerant introduced from the intake port is prevented from blowing through to the outflow port. Can do. In particular, when a plurality of suction ports are provided as in the present embodiment, the suction port and the outflow port communicate with each other in a single stage, so that the suction process and the discharge process are made independent by using two or more stages. The high pressure refrigerant can be reliably prevented from being blown through, and the high pressure refrigerant can be sufficiently expanded in the expansion chamber (59).
なお、上記膨張機構(50)は、上記圧縮機構(40)と同様、リング状のマウンティングプレート(58)を介してケーシング(21)に固定されている。具体的には、マウンティングプレート(58)は、溶接によってその外周側がケーシング(21)内面に固定されていて、このマウンティングプレート(58)に膨張機構(50)のフロントヘッド(51)が図示しないボルトによって固定されている。 In addition, the said expansion mechanism (50) is being fixed to the casing (21) via the ring-shaped mounting plate (58) similarly to the said compression mechanism (40). Specifically, the outer peripheral side of the mounting plate (58) is fixed to the inner surface of the casing (21) by welding, and the front head (51) of the expansion mechanism (50) is not shown on the mounting plate (58). It is fixed by.
−第2吸入ポートの角度位置−
次に、上記膨張機構(50)に設けられる第2吸入ポート(56)の角度位置(ブレード(76,86)の位置を0°した場合の角度)の決め方について、以下で詳細に説明する。
-Angular position of the second suction port-
Next, how to determine the angular position of the second suction port (56) provided in the expansion mechanism (50) (the angle when the position of the blade (76, 86) is 0 °) will be described in detail below.
上述のように、第1吸入ポート(55)以外に、第2吸入ポート(56)を設けることで、その分、第1流体室(72)内に多くの冷媒を流入させることができる。そして、この第2吸入ポート(56)を設ける角度位置によって、該第2吸入ポート(56)が連通する流体室(72,82)の容積が異なるため、その容積変化から冷媒を吸入する際の押しのけ容積を幾何学的に求めることができる。具体的には、例えば図16に太実線で示すように、上記第2吸入ポート(56)の角度位置に対する膨張機構(50)への冷媒流入量を幾何学的に算出することが可能である。 As described above, by providing the second suction port (56) in addition to the first suction port (55), a larger amount of refrigerant can be caused to flow into the first fluid chamber (72). The volume of the fluid chamber (72, 82) with which the second suction port (56) communicates varies depending on the angular position where the second suction port (56) is provided. The displacement volume can be determined geometrically. Specifically, for example, as shown by a thick solid line in FIG. 16, it is possible to geometrically calculate the amount of refrigerant flowing into the expansion mechanism (50) with respect to the angular position of the second suction port (56). .
しかしながら、幾何学的に求められる冷媒流入量は、第2吸入ポート(56)の吸入圧損を考慮していないため、実際の冷媒流入量は、幾何学的に求められる冷媒吸入量よりも少なくなる。すなわち、上記図16に示すように、冷媒流入量の実測値(黒塗り三角)は、第2吸入ポート(56)から第1流体室(72)内へ冷媒が流入する際の圧損によって、幾何学的に求められる理想的な冷媒流入量に比べて少なくなる。なお、上記図16から分かるように、上記第2吸入ポート(56)の連通する流体室(72,82)の容積変化が比較的大きい角度位置に該第2吸入ポート(56)を設けた場合には、第2吸入ポート(56)での吸入圧損の影響が大きくなるため、実際の冷媒流入量(黒塗り三角)は幾何学的に求められる冷媒流入量(太実線)に比べて大きく減少する。 However, since the geometrically required refrigerant inflow amount does not consider the suction pressure loss of the second suction port (56), the actual refrigerant inflow amount is smaller than the geometrically required refrigerant inflow amount. . That is, as shown in FIG. 16, the measured value (black triangle) of the refrigerant inflow amount is geometrical due to the pressure loss when the refrigerant flows into the first fluid chamber (72) from the second suction port (56). This is less than the ideal refrigerant flow rate that is theoretically required. As can be seen from FIG. 16, the second suction port (56) is provided at an angular position where the volume change of the fluid chamber (72, 82) communicating with the second suction port (56) is relatively large. Since the influence of the suction pressure loss at the second suction port (56) becomes larger, the actual refrigerant inflow amount (solid triangle) is greatly reduced compared to the geometrically required refrigerant inflow amount (thick solid line). To do.
そのため、本実施形態では、上述のような冷媒吸入時の圧損による冷媒流入量の減少を考慮して、幾何学的に算出される冷媒流入量に対応する角度位置に対して補正値を足すことにより、実際の冷媒流入量に対応した角度位置に上記第2吸入ポート(56)を設ける。 Therefore, in the present embodiment, the correction value is added to the angular position corresponding to the geometrically calculated refrigerant inflow amount in consideration of the decrease in the refrigerant inflow amount due to the pressure loss at the time of refrigerant intake as described above. Thus, the second suction port (56) is provided at an angular position corresponding to the actual refrigerant inflow amount.
ここで、本実施形態では、上記膨張機構(50)の膨張比は、暖房の定格運転時に最適になるように設定されているため、詳しくは後述するように、冷房の定格運転時には、暖房の定格運転時よりも低圧側の圧力が高くなることから、高圧の冷媒の流入量を多くする必要がある。そのため、冷房の定格運転時に上記第2吸入ポート(56)から必要な冷媒流入量を供給できるように、該第2吸入ポート(56)の位置を設定する必要がある。 Here, in this embodiment, the expansion ratio of the expansion mechanism (50) is set so as to be optimal during the rated operation of heating. Therefore, as will be described in detail later, during the rated operation of cooling, Since the pressure on the low-pressure side is higher than that during rated operation, it is necessary to increase the inflow amount of the high-pressure refrigerant. Therefore, it is necessary to set the position of the second suction port (56) so that the necessary refrigerant inflow amount can be supplied from the second suction port (56) during rated operation of the cooling.
図17に、上記第2吸入ポート(56)の角度位置の計算例を示す。この図17では、実測値を元に空気調和装置(1)の室外熱交換器(14)(室外熱交)や室内熱交換器(15)(室内熱交)の性能を変化(アップ若しくはダウン)させ、それぞれの場合の暖房定格運転時及び冷房定格運転時に必要となる冷媒流量を確保できるような上記第2吸入ポート(56)の角度位置を求めている。ここで、上記図17中において、高圧とは圧縮機構(40)からの吐出圧を、低圧とは該圧縮機構(40)の吸入圧をそれぞれ示している。また、ガスクーラー出口温度は、膨張機構(50)の入口温度とほぼ等しい。 FIG. 17 shows a calculation example of the angular position of the second suction port (56). In FIG. 17, the performance of the outdoor heat exchanger (14) (outdoor heat exchange) and the indoor heat exchanger (15) (indoor heat exchange) of the air conditioner (1) is changed (up or down) based on the actually measured values. In this case, the angular position of the second suction port (56) is obtained so that the refrigerant flow rate required for the heating rated operation and the cooling rated operation in each case can be secured. Here, in FIG. 17, the high pressure indicates the discharge pressure from the compression mechanism (40), and the low pressure indicates the suction pressure of the compression mechanism (40). Further, the gas cooler outlet temperature is substantially equal to the inlet temperature of the expansion mechanism (50).
上記図17に示すように、この計算例では、暖房の定格運転時の膨張比は2.7〜3.0になるのに対し、冷房の定格運転時に必要な押しのけ容積は、その1.3〜1.6倍である(この比率を押しのけ容積比という)。そして、この冷房の定格運転時に必要な押しのけ容積比や膨張比から幾何学的に求められる上記第2吸入ポート(56)の角度位置は、上記図16の太実線に基づいて算出される。 As shown in FIG. 17, in this calculation example, the expansion ratio at the rated operation of heating is 2.7 to 3.0, whereas the displacement required at the rated operation of cooling is 1.3. It is ˜1.6 times (this ratio is called displacement volume ratio). Then, the angular position of the second suction port (56), which is geometrically determined from the displacement ratio and expansion ratio required during rated operation of the cooling, is calculated based on the thick solid line in FIG.
一方、上記図16の実測値の近似曲線(細実線)を用いて、冷房の定格運転時に必要な押しのけ容積を得るための上記第2吸入ポート(56)の角度位置を求めると、上記図17の右端に示すような値になる。 On the other hand, when the angular position of the second suction port (56) for obtaining the displacement required during the rated operation of the cooling is obtained using the approximate curve (thin solid line) of the actual measurement values in FIG. The value shown at the right end of
したがって、上記図17に示すように、幾何学的に求められる第2吸入ポート(56)の角度位置に対し、略50〜65°の補正値を加算することで、冷房の定格運転時に必要な押しのけ容積が得られる角度位置を求めることができる。なお、上記幾何学的に求められる第2吸入ポート(56)の角度位置に対して、略60°を加算して補正してもよい。この場合でも、角度補正を行わない場合に比べて、必要な冷媒流量により近い流量を得ることができる。 Therefore, as shown in FIG. 17, the correction value of about 50 to 65 ° is added to the geometrically determined angular position of the second suction port (56), so that it is necessary during the rated operation of the cooling. The angular position where the displacement volume can be obtained can be obtained. In addition, you may correct | amend by adding about 60 degrees with respect to the angular position of the said 2nd suction | inhalation port (56) calculated | required geometrically. Even in this case, it is possible to obtain a flow rate that is closer to the required refrigerant flow rate than when the angle correction is not performed.
ここで、上記図16に示すように、異なる条件(冷媒流量が異なる場合)でも、幾何学的に求められる第2吸入ポート(56)の角度位置と冷媒流量との関係(太破線で示す)に対し、上述のように、第2吸入ポート(56)の吸入時の圧損を考慮して、幾何学的に求められる第2吸入ポート(56)の角度位置を補正する(細破線で示す)ことで、実測値(白抜き三角)とほぼ一致している。したがって、上述のような補正方法により、十分に高い精度で、上記第2吸入ポート(56)の角度位置を求めることができる。なお、本実施形態の場合、上記第2吸入ポート(56)の位置は、上記図16から明らかなように、冷媒流量が10%以上、変化する120°よりも大きい角度位置に設けるのが好ましく、上記図17に示すように、150〜200°の範囲に設けるのがより好ましい。 Here, as shown in FIG. 16, the relationship between the angular position of the second suction port (56) and the refrigerant flow rate obtained geometrically (indicated by a thick broken line) even under different conditions (when the refrigerant flow rates are different). On the other hand, as described above, the geometrically determined angular position of the second suction port (56) is corrected in consideration of the pressure loss during the suction of the second suction port (56) (shown by a thin broken line). Thus, the measured values (white triangles) almost coincide. Therefore, the angular position of the second suction port (56) can be obtained with sufficiently high accuracy by the correction method as described above. In the present embodiment, the position of the second suction port (56) is preferably provided at an angular position larger than 120 ° at which the refrigerant flow rate changes by 10% or more, as is apparent from FIG. As shown in FIG. 17, it is more preferable to provide in the range of 150 to 200 °.
−運転動作−
上記空調機(1)の動作について説明する。ここでは、空調機(1)の冷房運転時及び暖房運転時の動作について説明し、続いて膨張機構(50)の動作について説明する。
-Driving action-
The operation of the air conditioner (1) will be described. Here, the operation of the air conditioner (1) during the cooling operation and the heating operation will be described, and then the operation of the expansion mechanism (50) will be described.
〈冷房運転〉
冷房運転時には、四路切換弁(12)が図1に破線で示す状態に切り換えられる。この状態で圧縮・膨張ユニット(20)の電動機(26)に通電すると、冷媒回路(10)で破線矢印の方向に冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。
<Cooling operation>
During the cooling operation, the four-way selector valve (12) is switched to the state indicated by the broken line in FIG. When the electric motor (26) of the compression / expansion unit (20) is energized in this state, the refrigerant circulates in the direction of the broken line arrow in the refrigerant circuit (10) to perform a vapor compression refrigeration cycle.
上記圧縮機構(40)で圧縮された冷媒は、吐出管(23)を通って圧縮・膨張ユニット(20)から吐出される。この状態で、冷媒の圧力は、臨界圧力よりも高くなっている。この吐出冷媒は、室外熱交換器(14)へ送られて室外空気へ放熱する。 The refrigerant compressed by the compression mechanism (40) is discharged from the compression / expansion unit (20) through the discharge pipe (23). In this state, the refrigerant pressure is higher than the critical pressure. This discharged refrigerant is sent to the outdoor heat exchanger (14) to radiate heat to the outdoor air.
上記室外熱交換器(14)で放熱した高圧冷媒は、導入管(24,27)を通って膨張機構(50)へ流入する。この膨張機構(50)では、高圧冷媒が膨張し、この高圧冷媒から動力が回収される。膨張後の低圧冷媒は、導出管(25)を通って室内熱交換器(15)へ送られる。 The high-pressure refrigerant radiated by the outdoor heat exchanger (14) flows into the expansion mechanism (50) through the introduction pipes (24, 27). In the expansion mechanism (50), the high-pressure refrigerant expands, and power is recovered from the high-pressure refrigerant. The low-pressure refrigerant after expansion is sent to the indoor heat exchanger (15) through the outlet pipe (25).
上記室内熱交換器(15)では、流入した冷媒が室内空気から吸熱して蒸発し、室内空気が冷却される。室内熱交換器(15)から出た低圧ガス冷媒は、吸入管(22)を通って圧縮機構(40)へ吸入される。圧縮機構(40)は、吸入した冷媒を再び圧縮して吐出する。 In the indoor heat exchanger (15), the refrigerant that has flowed in absorbs heat from the room air and evaporates, thereby cooling the room air. The low-pressure gas refrigerant exiting from the indoor heat exchanger (15) is sucked into the compression mechanism (40) through the suction pipe (22). The compression mechanism (40) compresses and discharges the sucked refrigerant again.
〈暖房運転〉
暖房運転時には、四路切換弁(12)が図1に実線で示す状態に切り換えられる。この状態で圧縮・膨張ユニット(20)の電動機(26)に通電すると、冷媒回路(10)で実線矢印の方向に冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。
<Heating operation>
During the heating operation, the four-way selector valve (12) is switched to the state shown by the solid line in FIG. When the electric motor (26) of the compression / expansion unit (20) is energized in this state, the refrigerant circulates in the direction of the solid arrow in the refrigerant circuit (10) to perform a vapor compression refrigeration cycle.
上記圧縮機構(40)で圧縮された冷媒は、吐出管(23)を通って圧縮・膨張ユニット(20)から吐出される。この状態で、冷媒の圧力は、臨界圧力よりも高くなっている。この吐出冷媒は、室内熱交換器(15)へ送られる。室内熱交換器(15)では、流入した冷媒が室内空気へ放熱し、室内空気が加熱される。 The refrigerant compressed by the compression mechanism (40) is discharged from the compression / expansion unit (20) through the discharge pipe (23). In this state, the refrigerant pressure is higher than the critical pressure. This discharged refrigerant is sent to the indoor heat exchanger (15). In the indoor heat exchanger (15), the refrigerant that has flowed in dissipates heat to the room air, and the room air is heated.
上記室内熱交換器(15)で放熱した冷媒は、導入管(24,27)を通って膨張機構(50)へ流入する。膨張機構(50)では、高圧冷媒が膨張し、この高圧冷媒から動力が回収される。膨張後の低圧冷媒は、導出管(25)を通って室外熱交換器(14)へ送られ、室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器(14)から出た低圧ガス冷媒は、吸入管(22)を通っての圧縮機構(40)へ吸入される。圧縮機構(40)は、吸入した冷媒を再び圧縮して吐出する。 The refrigerant radiated by the indoor heat exchanger (15) flows into the expansion mechanism (50) through the introduction pipe (24, 27). In the expansion mechanism (50), the high-pressure refrigerant expands, and power is recovered from the high-pressure refrigerant. The low-pressure refrigerant after expansion is sent to the outdoor heat exchanger (14) through the outlet pipe (25) and absorbs heat from the outdoor air to evaporate. The low-pressure gas refrigerant discharged from the outdoor heat exchanger (14) is sucked into the compression mechanism (40) through the suction pipe (22). The compression mechanism (40) compresses and discharges the sucked refrigerant again.
〈膨張機構の動作〉
膨張機構(50)の動作について、図5を参照しながら説明する。
<Operation of expansion mechanism>
The operation of the expansion mechanism (50) will be described with reference to FIG.
先ず、第1ロータリ機構部(70)の第1高圧室(73)へ超臨界状態の高圧冷媒が流入する過程について説明する。回転角が0°の状態から第2クランク軸(35)が僅かに回転すると、第1ピストン(75)と第1シリンダ(71)との接触位置が第1吸入ポート(55)の開口部を通過し、該第1吸入ポート(55)から第1高圧室(73)内へ高圧冷媒が流入し始める。その後、第2クランク軸(35)の回転角が60°,180°,270°と次第に大きくなるにつれて、第1高圧室(73)へ高圧冷媒が流入してゆく。この第1吸入ポート(55)から第1高圧室(73)への高圧冷媒の流入は、第2クランク軸(35)の回転角が約360°に達するまで(第1吸入ポートが閉じられるまで)続く。 First, a process in which the supercritical high pressure refrigerant flows into the first high pressure chamber (73) of the first rotary mechanism (70) will be described. When the second crankshaft (35) is slightly rotated from the state where the rotation angle is 0 °, the contact position between the first piston (75) and the first cylinder (71) passes through the opening of the first suction port (55). The high-pressure refrigerant begins to flow from the first suction port (55) into the first high-pressure chamber (73). Thereafter, as the rotation angle of the second crankshaft (35) gradually increases to 60 °, 180 °, and 270 °, the high-pressure refrigerant flows into the first high-pressure chamber (73). The high-pressure refrigerant flows from the first suction port (55) into the first high-pressure chamber (73) until the rotation angle of the second crankshaft (35) reaches about 360 ° (until the first suction port is closed). )Continue.
その際、上記開閉弁(61)が開状態であれば、上記第2クランク軸(35)の回転角が所定角度(本実施形態では例えば160°)になって、第1ピストン(75)と第1シリンダ(71)との接触位置が第2吸入ポート(56)の開口部を通過すると、該第2吸入ポート(56)からも第1高圧室(73)内へ高圧冷媒が流入し始める。この第2吸入ポート(56)から第1高圧室(73)への高圧冷媒の流入は、該第2吸入ポート(56)が閉じられるまで続く。 At this time, if the on-off valve (61) is in an open state, the rotation angle of the second crankshaft (35) becomes a predetermined angle (eg, 160 ° in the present embodiment), and the first piston (75) When the contact position with the first cylinder (71) passes through the opening of the second suction port (56), the high-pressure refrigerant begins to flow into the first high-pressure chamber (73) also from the second suction port (56). . The inflow of the high-pressure refrigerant from the second suction port (56) into the first high-pressure chamber (73) continues until the second suction port (56) is closed.
したがって、上記第2クランク軸(35)の回転角が360°を超えて、上記第2吸入ポート(56)が閉じられるまでの角度(本実施形態では520°)に達するまで、上記第1高圧室(73)には、上記第1及び第2吸入ポート(55,56)から高圧冷媒が流入することになり、上記第1吸入ポート(55)のみが設けられている従来の構成に比べて吸入工程を延長でき、より多くの高圧冷媒を導入することが可能となる。 Therefore, the first high pressure is maintained until the rotation angle of the second crankshaft (35) exceeds 360 ° and reaches the angle (520 ° in the present embodiment) until the second suction port (56) is closed. The high-pressure refrigerant flows into the chamber (73) from the first and second suction ports (55, 56), compared to the conventional configuration in which only the first suction port (55) is provided. The suction process can be extended and more high-pressure refrigerant can be introduced.
次に、膨張機構(50)において冷媒が膨張する過程について説明する。上記図5に示すように、第2クランク軸(35)が0°(360°)から僅かに回転すると、第1シリンダ(71)の第1高圧室(73)と第2シリンダ(81)の第2高圧室(83)とが連通路(54)を介して互いに連通し、上記第1高圧室(73)から第2高圧室(83)へ冷媒が流入し始める。上述のように、上記第2吸入ポート(56)から第1高圧室(73)に高圧冷媒が流入している間は、該第1高圧室(73)及び第2高圧室(83)ではほとんど冷媒は膨張しないが、上記第2吸入ポート(56)が閉じられた後(回転角度が約520°に達した後)は、第2クランク軸(35)の回転角が540°,630°と次第に大きくなるにつれ、上記第1高圧室(73)、すなわち第1低圧室(74)の容積が次第に減少すると同時に第2高圧室(83)の容積が次第に増加し、結果として膨張室(59)の容積が次第に増加してゆく。この膨張室(59)の容積増加は、第2クランク軸(35)の回転角が720°に達する直前まで続く。そして、膨張室(59)の容積が増加する過程で膨張室(59)内の冷媒が膨張し、この冷媒の膨張によって第2クランク軸(35)が回転駆動される。このように、第1低圧室(74)内の冷媒は、連通路(54)を通って第2高圧室(83)へ膨張しながら流入してゆく。 Next, the process in which the refrigerant expands in the expansion mechanism (50) will be described. As shown in FIG. 5, when the second crankshaft (35) is slightly rotated from 0 ° (360 °), the first high pressure chamber (73) of the first cylinder (71) and the second cylinder (81) The second high pressure chamber (83) communicates with the other through the communication passage (54), and the refrigerant starts to flow from the first high pressure chamber (73) to the second high pressure chamber (83). As described above, while the high-pressure refrigerant is flowing from the second suction port (56) into the first high-pressure chamber (73), the first high-pressure chamber (73) and the second high-pressure chamber (83) are almost free. Although the refrigerant does not expand, after the second suction port (56) is closed (after the rotation angle reaches about 520 °), the rotation angle of the second crankshaft (35) is 540 °, 630 °. As the volume gradually increases, the volume of the first high-pressure chamber (73), that is, the first low-pressure chamber (74) gradually decreases, and at the same time, the volume of the second high-pressure chamber (83) gradually increases. As a result, the expansion chamber (59) The volume of will gradually increase. This increase in the volume of the expansion chamber (59) continues until just before the rotation angle of the second crankshaft (35) reaches 720 °. And the refrigerant | coolant in an expansion chamber (59) expands in the process in which the volume of an expansion chamber (59) increases, and a 2nd crankshaft (35) is rotationally driven by expansion | swelling of this refrigerant | coolant. Thus, the refrigerant in the first low pressure chamber (74) flows through the communication passage (54) while being expanded to the second high pressure chamber (83).
続いて、第2ロータリ機構部(80)の第2低圧室(84)から冷媒が流出してゆく過程について説明する。上記第2高圧室(83)内で冷媒が膨張すると、該第2高圧室(83)は第2クランク軸(35)の回転角が720°の時点から流出ポート(57)に連通し始めて、第2低圧室(84)となる。つまり、第2低圧室(84)から流出ポート(57)へ冷媒が流出し始める。その後、第2クランク軸(35)の回転角が810°,900°,990°と次第に大きくなってゆき、その回転角が1080°に達するまでの間に亘って、第2低圧室(84)から膨張後の低圧冷媒が流出してゆく。 Next, the process in which the refrigerant flows out from the second low pressure chamber (84) of the second rotary mechanism (80) will be described. When the refrigerant expands in the second high pressure chamber (83), the second high pressure chamber (83) starts to communicate with the outflow port (57) from the time when the rotation angle of the second crankshaft (35) is 720 °, It becomes a 2nd low pressure chamber (84). That is, the refrigerant begins to flow out from the second low pressure chamber (84) to the outflow port (57). Thereafter, the rotation angle of the second crankshaft (35) gradually increases to 810 °, 900 °, and 990 °, and until the rotation angle reaches 1080 °, the second low pressure chamber (84). The low-pressure refrigerant after expansion flows out from.
上記膨張機構(50)における膨張室(59)の吸入容量変化と圧力変化との関係を図6に示す。この図6において、破線は第1吸入ポート(55)のみから高圧冷媒が導入され、過膨張が発生していない場合のグラフを、細い実線は第1吸入ポート(55)のみから高圧冷媒が導入され、過膨張が発生している場合のグラフを、太い実線は第2吸入ポート(56)からも高圧冷媒を導入した場合のグラフをそれぞれ示している。 FIG. 6 shows the relationship between the suction volume change and the pressure change of the expansion chamber (59) in the expansion mechanism (50). In FIG. 6, the broken line indicates a graph when high-pressure refrigerant is introduced only from the first suction port (55) and no overexpansion occurs, and the thin solid line indicates high-pressure refrigerant introduced only from the first suction port (55). Thus, a graph in the case where overexpansion has occurred, and a thick solid line respectively show a graph in the case where high-pressure refrigerant is introduced also from the second suction port (56).
例えば、膨張機構(50)で過膨張が発生していない場合(上記図6において破線の場合)には、超臨界状態の高圧冷媒は点aから点bまでの間に第1高圧室(73)内へ流入する。その後、第1高圧室(73)は、連通路(54)と連通して第1低圧室(74)に切り換わる。第1低圧室(74)及び第2高圧室(83)で構成された膨張室(59)では、内部の高圧冷媒が点bから点cの間に急激に圧力降下して飽和状態となる。飽和状態となった冷媒は、その一部を蒸発させながら膨張してゆき、点dまで緩やかに圧力降下していく。そして、第2高圧室(83)は、流出ポート(57)と連通して第2低圧室(84)に切り換わる。この第2低圧室(84)内の冷媒は、点eまでの間に流出ポート(35)へ送り出されてゆく。このときは、吸入冷媒と排出冷媒の密度比が設計膨張比と一致し、動力回収効率のよい運転が行われている。 For example, when overexpansion has not occurred in the expansion mechanism (50) (in the case of the broken line in FIG. 6), the high-pressure refrigerant in the supercritical state is in the first high-pressure chamber (73) between points a and b. ) Flows in. Thereafter, the first high pressure chamber (73) communicates with the communication passage (54) and switches to the first low pressure chamber (74). In the expansion chamber (59) composed of the first low pressure chamber (74) and the second high pressure chamber (83), the internal high pressure refrigerant suddenly drops in pressure from point b to point c and becomes saturated. The saturated refrigerant expands while partially evaporating, and gradually drops in pressure to point d. The second high pressure chamber (83) communicates with the outflow port (57) and switches to the second low pressure chamber (84). The refrigerant in the second low pressure chamber (84) is sent out to the outflow port (35) until point e. At this time, the density ratio between the intake refrigerant and the exhaust refrigerant coincides with the design expansion ratio, and the operation with high power recovery efficiency is performed.
一方、冷房運転と暖房運転の切り換え、あるいは外気温度の変化などにより、高圧圧力や低圧圧力が設計値から外れることがある。すなわち、上記図6において、空調機(1)の暖房定格時に破線のように圧力と吸入容積とが変化するように膨張機構(50)を設計した場合、冷房運転に切り換えると、冷房定格時には低圧側の圧力が細実線のレベルまで大きくなって、過膨張の領域(D)が発生することになる。 On the other hand, the high pressure or the low pressure may deviate from the design value due to switching between the cooling operation and the heating operation or a change in the outside air temperature. That is, in FIG. 6, when the expansion mechanism (50) is designed so that the pressure and the suction volume change as indicated by the broken line when the air conditioner (1) is rated for heating, when the cooling mechanism is switched to the cooling operation, The pressure on the side increases to the level of the thin solid line, and an overexpanded region (D) is generated.
これに対して、上述のように、第2吸入ポート(56)からも高圧冷媒を導入することで、上記図6において、Bの領域に太い実線の領域(C)を加えた範囲で吸入容量変化及び圧力変化が生じることになり、その分、より多くの動力回収を行えるようになる。 On the other hand, as described above, by introducing the high-pressure refrigerant also from the second suction port (56), the suction capacity in the range obtained by adding the thick solid line region (C) to the region B in FIG. Change and pressure change occur, and more power can be recovered accordingly.
上述の構成は、従来の膨張工程でインジェクションを行う方法の場合(図7)と比較しても、より効率良く動力回収を行うことができる。すなわち、図7に示すように、インジェクションを行う構成では、第1吸入ポート(55)から導入される高圧冷媒によって動力回収される領域Bに加えて、インジェクションの効果として領域Cの部分しか動力回収を行うことができない。これに対して、上記図7にも一点鎖線で示すように、上述の構成では、より多くの動力回収を行うことができる。 The above-described configuration can recover power more efficiently than in the case of the injection method in the conventional expansion process (FIG. 7). That is, as shown in FIG. 7, in the configuration in which the injection is performed, in addition to the region B where the power is recovered by the high-pressure refrigerant introduced from the first suction port (55), only the portion of the region C is recovered as the effect of the injection. Can not do. On the other hand, as shown by the alternate long and short dash line in FIG. 7, more power can be recovered with the above-described configuration.
ところで、上記冷媒回路(10)は閉回路であり、上記膨張機構(50)の冷媒の流量は圧縮機構(40)の冷媒の流量と一致させる必要があるため、本発明に係る空調機(1)では、上述のように膨張機構(50)の冷媒循環量を単純に増やすだけでなく、適切な冷媒循環量に調整できるように構成されている。 By the way, the refrigerant circuit (10) is a closed circuit, and the flow rate of the refrigerant in the expansion mechanism (50) needs to coincide with the flow rate of the refrigerant in the compression mechanism (40). ) Is configured not only to simply increase the refrigerant circulation amount of the expansion mechanism (50) as described above, but also to adjust the refrigerant circulation amount to an appropriate amount.
以下、上記膨張機構(50)の冷媒の流量制御を行うための各弁(60,61,66)の制御について詳しく説明する。 Hereinafter, control of each valve (60, 61, 66) for controlling the flow rate of the refrigerant of the expansion mechanism (50) will be described in detail.
〈弁制御〉
第1導入管(24)に設けられる前絞り弁(60)、第2導入管(27)に設けられる開閉弁(61)、及びバイパス管(65)に設けられるバイパス弁(66)の開閉制御若しくは流量制御について、図8〜図12を参照しながら説明する。
<Valve control>
Open / close control of the front throttle valve (60) provided in the first introduction pipe (24), the on-off valve (61) provided in the second introduction pipe (27), and the bypass valve (66) provided in the bypass pipe (65) Or flow control is demonstrated, referring FIGS. 8-12.
本実施形態に係る空調機(1)では、図8に示すように、膨張機構(50)に導入される高圧冷媒の圧力を検出する圧力検出手段(90)が設けられている。この圧力検出手段(90)は、例えば、圧縮機構(40)の吐出側の圧力を検出する圧力センサ(図示省略)などによって構成される。この圧力検出手段(90)で検出された高圧冷媒の圧力値は、コントローラ(91)に送られる。 In the air conditioner (1) according to the present embodiment, as shown in FIG. 8, pressure detection means (90) for detecting the pressure of the high-pressure refrigerant introduced into the expansion mechanism (50) is provided. This pressure detection means (90) is comprised by the pressure sensor (illustration omitted) etc. which detect the pressure of the discharge side of a compression mechanism (40), for example. The pressure value of the high-pressure refrigerant detected by the pressure detection means (90) is sent to the controller (91).
ここで、上記コントローラ(91)は、上記前絞り弁(60)の流量制御を行うための前絞り弁流量制御部(92)と、開閉弁(61)の開閉制御を行うための開閉制御部(93)と、上記バイパス弁(66)の流量制御を行うためのバイパス弁流量制御部(94)と、を備えていて、上記圧力検出手段(90)で検出された圧力値に基づいて、上記各制御部(92,93,94)で各弁(60,61,66)の制御を行うように構成されている。 Here, the controller (91) includes a front throttle valve flow rate control unit (92) for controlling the flow rate of the front throttle valve (60), and an open / close control unit for performing open / close control of the open / close valve (61). (93) and a bypass valve flow rate control unit (94) for controlling the flow rate of the bypass valve (66), and based on the pressure value detected by the pressure detection means (90), The control units (92, 93, 94) are configured to control the valves (60, 61, 66).
なお、上記前絞り弁流量制御部(92)が本発明の流量制御手段に、上記開閉制御部(93)が本発明の開閉弁制御手段に、上記バイパス弁流量制御部(94)が本発明のバイパス流量制御手段に、それぞれ対応している。 The front throttle valve flow control unit (92) is the flow control means of the present invention, the open / close control unit (93) is the open / close valve control means of the present invention, and the bypass valve flow control unit (94) is the present invention. Correspond to the bypass flow rate control means.
以下、各弁(60,61,62)の具体的な制御について図9のフローチャートに基づいて説明する。なお、初期状態は、開閉弁(61)が閉の状態である。 Hereinafter, specific control of each valve (60, 61, 62) will be described based on the flowchart of FIG. The initial state is a state in which the on-off valve (61) is closed.
まず、上記図9のフローがスタートすると、ステップS1で上記圧力検出手段(90)によって膨張機構(50)に導入される高圧冷媒の圧力を検出する。その圧力値を、予め設定された目標値と比較して(ステップS2)、該目標値よりも大きければ(YESの場合)、まず、圧力値が目標値になるように上記バイパス弁(66)で膨張機構(50)への冷媒循環量を微調整する。上記バイパス弁(66)の開度が所定値に達すると(ステップS4でYESの場合)、上記開閉弁(61)を開状態にして、上記膨張機構(50)の冷媒循環量を増大させることで、上記圧縮機構(40)と同じ冷媒の循環量になるように調整する(ステップS5)。なお、このように上記開閉弁(61)を開状態にした場合でも、上記バイパス弁(66)によって循環量の微調整を行う。上記ステップS4で、上記バイパス弁(66)の開度が所定値よりも小さい場合には、上記ステップS2に戻って、圧力値が目標値になるまで若しくは該バイパス弁(66)の開度が所定値になるまで、該バイパス弁(66)の開度を大きくする。 First, when the flow of FIG. 9 starts, the pressure of the high-pressure refrigerant introduced into the expansion mechanism (50) is detected by the pressure detection means (90) in step S1. The pressure value is compared with a preset target value (step S2). If the pressure value is larger than the target value (in the case of YES), first, the bypass valve (66) so that the pressure value becomes the target value. To finely adjust the refrigerant circulation to the expansion mechanism (50). When the opening degree of the bypass valve (66) reaches a predetermined value (YES in step S4), the on-off valve (61) is opened to increase the refrigerant circulation amount of the expansion mechanism (50). Thus, the refrigerant is adjusted to have the same circulation amount as that of the compression mechanism (40) (step S5). Even when the on-off valve (61) is opened as described above, the circulation amount is finely adjusted by the bypass valve (66). If the opening degree of the bypass valve (66) is smaller than a predetermined value in step S4, the process returns to step S2 until the pressure value reaches the target value or the opening degree of the bypass valve (66). The opening degree of the bypass valve (66) is increased until a predetermined value is reached.
ここで、上記目標値は、COPが最大となる圧力値に設定され、上記バイパス弁(66)の開度の所定値は、本発明の所定開度に相当し、該バイパス弁(66)をそれ以上開くことができないような、若しくはそれ以上開いてもあまり流量調整できないような開度を意味する。 Here, the target value is set to a pressure value at which COP is maximized, and the predetermined value of the opening degree of the bypass valve (66) corresponds to the predetermined opening degree of the present invention, and the bypass valve (66) is It means the opening that cannot be opened any more, or that the flow rate cannot be adjusted much even if it is opened further.
一方、上記圧力値が目標値以下である場合(上記ステップS2でNOの場合)には、ステップS6に進んで、上記圧力値が目標値よりも小さいかどうかの判定を行う。該圧力値が目標値よりも小さくないと判定された場合(ステップS6でNOの場合)には、圧力値と目標値が等しいため、スタートに戻って(リターン)、再びこのフローを開始する。 On the other hand, if the pressure value is less than or equal to the target value (NO in step S2), the process proceeds to step S6 to determine whether or not the pressure value is smaller than the target value. If it is determined that the pressure value is not smaller than the target value (NO in step S6), since the pressure value is equal to the target value, the process returns to the start (return) and starts this flow again.
上記ステップS6で、圧力値が目標値よりも小さいと判定された場合(YESの場合)には、続くステップS7で、上記バイパス弁(66)を閉じていき、圧力値が目標値になるように上記膨張機構(50)への冷媒循環量を微調整する。それでも、上記圧力値が目標値よりも小さい場合(ステップS8でYESの場合)には、続くステップS9で、上記開閉弁(61)を閉状態にして、上記膨張機構(50)への冷媒循環量を低減させる。このときには、圧縮機構(40)の冷媒循環量が少ないため、それに合わせて膨張機構(50)も減らす必要があるからである。この際、該膨張機構(50)への冷媒循環量の微調整は、上記バイパス弁(66)によって行う。 If it is determined in step S6 that the pressure value is smaller than the target value (in the case of YES), the bypass valve (66) is closed in subsequent step S7 so that the pressure value becomes the target value. Then, the refrigerant circulation amount to the expansion mechanism (50) is finely adjusted. If the pressure value is still smaller than the target value (YES in step S8), in the subsequent step S9, the on-off valve (61) is closed and the refrigerant is circulated to the expansion mechanism (50). Reduce the amount. At this time, since the refrigerant circulation amount of the compression mechanism (40) is small, it is necessary to reduce the expansion mechanism (50) accordingly. At this time, fine adjustment of the refrigerant circulation amount to the expansion mechanism (50) is performed by the bypass valve (66).
上記ステップ9で開閉弁(61)を閉状態にしても上記圧力値が目標値よりも小さい場合(ステップS10でYESの場合)には、上記バイパス弁(66)を全閉若しくはほぼ全閉(所定開度)にし(ステップS11)、それでも目標値よりも小さい場合(ステップS12でYESの場合)には、上記前絞り弁(60)を絞って冷媒循環量の調整を行う(ステップS13)。その後は、スタートに戻って(リターン)、再びこのフローを開始する。
If the pressure value is smaller than the target value even when the on-off valve (61) is closed in
一方、上記ステップS8、S10、S12で、上記圧力値が目標値よりも小さくないと判定された場合(NOの場合)には、該圧力値は目標値と等しいため、スタートに戻って(リターン)、再びこのフローを開始する。 On the other hand, when it is determined in steps S8, S10, and S12 that the pressure value is not smaller than the target value (in the case of NO), the pressure value is equal to the target value, so the process returns to the start (return) ) Start this flow again.
上記図9に示すフローチャートによる弁制御の一例を図10に、上記膨張機構(50)の冷媒循環量と上記各弁(60,61,66)の開度との関係を模式的に表したものを図11に、開閉弁を開いた場合の冷媒の吸入容積と圧力との関係を図12に、それぞれ示す。なお、上記図10〜図12は、上記膨張機構(50)の吸入ポートを複数、設けた場合の例であり、その場合には、それに応じて開閉弁の数が増えるだけなので、上記図9において、その他の開閉弁を開状態若しくは閉状態にするステップを追加すればよい。 FIG. 10 schematically shows the relationship between the refrigerant circulation amount of the expansion mechanism (50) and the opening degree of the valves (60, 61, 66) in an example of the valve control according to the flowchart shown in FIG. FIG. 11 shows the relationship between the refrigerant suction volume and the pressure when the on-off valve is opened, and FIG. 10 to 12 are examples in which a plurality of suction ports of the expansion mechanism (50) are provided. In this case, only the number of on-off valves is increased accordingly, so that FIG. In this case, a step for opening other open / close valves or closing them may be added.
上記図10に示すように、高圧冷媒の圧力値が目標値よりも大きい場合には、上記前絞り弁(60)は全開状態で、ステップ(STP)が進む(STPの数値が大きくなる)に従って、上記圧力値と目標値との差が小さければ上記バイパス弁(66)によって該圧力値が目標値になるように上記膨張機構(50)に導入される高圧冷媒の流量の微調整を行い、該バイパス弁(66)の開度が所定開度(図の例では80%)以上になる場合には、上記開閉弁(61)を開状態にする。なお、上記図10の例では、上記膨張機構(50)の吸入ポートが3つ設けられていて、第2吸入ポートの開閉弁を第2吸入弁、第3吸入ポートの開閉弁を第3吸入弁としている。 As shown in FIG. 10, when the pressure value of the high-pressure refrigerant is larger than the target value, the front throttle valve (60) is fully opened, and step (STP) proceeds (the numerical value of STP increases). If the difference between the pressure value and the target value is small, fine adjustment of the flow rate of the high-pressure refrigerant introduced into the expansion mechanism (50) so that the pressure value becomes the target value by the bypass valve (66), When the opening degree of the bypass valve (66) exceeds a predetermined opening degree (80% in the figure), the on-off valve (61) is opened. In the example of FIG. 10, there are provided three suction ports of the expansion mechanism (50). The second suction port is a second suction valve, and the third suction port is a third suction port. It is a valve.
逆に、圧力値が小さくなって、目標値との差が徐々に小さくなると、ステップ(STP)は減少方向に進んで、上記バイパス弁(66)で流量制御しながら、上記開閉弁(61)を閉状態にして、それでもまだ圧力値のほうが小さい場合には、上記バイパス弁(66)を全閉状態にして、上記前絞り弁(60)によって冷媒循環量の調整を行う。 Conversely, when the pressure value decreases and the difference from the target value gradually decreases, the step (STP) proceeds in a decreasing direction, and the flow rate is controlled by the bypass valve (66) while the on-off valve (61) When the pressure value is still smaller, the bypass valve (66) is fully closed, and the refrigerant circulation amount is adjusted by the front throttle valve (60).
すなわち、上記図11に示すように、上記膨張機構(50)の冷媒循環量を増やす場合には、複数の開閉弁を順次、開制御することによって、階段状に冷媒循環量を増やすことができるとともに、開閉弁が開くまでの間は、バイパス弁(66)によって冷媒循環量を調整することで、スムーズに冷媒循環量を増大させることができる。このように、上記複数の開閉弁を順次、開状態にすることで、上記図12に示すように、冷媒の吸入容積を大きくすることが可能となる。 That is, as shown in FIG. 11, when the refrigerant circulation amount of the expansion mechanism (50) is increased, the refrigerant circulation amount can be increased stepwise by sequentially opening the plurality of on-off valves. At the same time, the refrigerant circulation amount can be increased smoothly by adjusting the refrigerant circulation amount by the bypass valve (66) until the on-off valve is opened. Thus, by sequentially opening the plurality of on-off valves, as shown in FIG. 12, the refrigerant suction volume can be increased.
一方、上記膨張機構(50)の冷媒循環量を減らす場合には、上記開閉弁の閉制御によって階段状に冷媒循環量を減らすことができるとともに、開閉弁が閉じるまでの間は、上記バイパス弁(66)によって冷媒循環量を調整することで、スムーズに冷媒循環量を減少させることができる。さらに、上記開閉弁が閉じてバイパス弁(66)が全閉状態になっても、上記前絞り弁(60)による冷媒循環量の調整が可能となる。 On the other hand, when the refrigerant circulation amount of the expansion mechanism (50) is reduced, the refrigerant circulation amount can be reduced stepwise by the closing control of the on-off valve, and the bypass valve is closed until the on-off valve is closed. By adjusting the refrigerant circulation amount by (66), the refrigerant circulation amount can be reduced smoothly. Furthermore, even if the on-off valve is closed and the bypass valve (66) is fully closed, the refrigerant circulation amount can be adjusted by the front throttle valve (60).
したがって、上述のような冷媒循環量の制御を行うことで、上記膨張機構(50)への冷媒循環量を幅広い範囲で迅速且つスムーズに増減させることができ、圧縮機構(40)の冷媒循環量とのバランスを保つことができる。 Therefore, by controlling the refrigerant circulation amount as described above, the refrigerant circulation amount to the expansion mechanism (50) can be increased and decreased quickly and smoothly in a wide range, and the refrigerant circulation amount of the compression mechanism (40) can be increased and decreased. Can keep balance with.
−実施形態1の効果−
以上より、本実施形態では、膨張機構(50)に第1及び第2の吸入ポート(55,56)を設けるともに、第1の吸入ポート(55)に連通する第1導入管(24)には前絞り弁(60)を、第2の吸入ポート(56)に連通する第2導入管(27)には開閉弁(61)を、それぞれ設けることで、圧縮機構(40)の冷媒循環量の増減に応じて上記膨張機構(50)に導入される高圧冷媒を迅速且つ確実に増減させることが可能となり、該膨張機構(50)に導入される高圧冷媒の冷媒循環量を圧縮機構(40)の冷媒循環量とバランスをとりつつ、該高圧冷媒のエネルギーから効率良く動力回収を行うことができる。
-Effect of Embodiment 1-
As described above, in this embodiment, the expansion mechanism (50) is provided with the first and second suction ports (55, 56), and the first introduction pipe (24) communicating with the first suction port (55) is provided. Is provided with a front throttle valve (60) and an open / close valve (61) in the second introduction pipe (27) communicating with the second suction port (56), respectively, so that the refrigerant circulation amount of the compression mechanism (40) is provided. The high-pressure refrigerant introduced into the expansion mechanism (50) can be quickly and reliably increased / decreased in accordance with the increase / decrease of the refrigerant, and the refrigerant circulation amount of the high-pressure refrigerant introduced into the expansion mechanism (50) can be reduced. ), The power can be efficiently recovered from the energy of the high-pressure refrigerant.
また、上記吸入ポート(55,56)を第1流体室(72)の下側に開口させることで、該吸入ポート(55,56)内には流体室(72)内の冷凍機油が溜まることになり、冷媒が溜まるのを防止することができる。すなわち、上記吸入ポート(55,56)を流体室(72)に下側から開口するように設けることで、該吸入ポート(55,56)が死容積になるのを防止することができ、膨張機構(50)で冷媒を効率良く膨張させることができる。 Further, by opening the suction port (55, 56) below the first fluid chamber (72), the refrigerating machine oil in the fluid chamber (72) is accumulated in the suction port (55, 56). Thus, accumulation of refrigerant can be prevented. That is, by providing the suction port (55, 56) in the fluid chamber (72) so as to open from below, it is possible to prevent the suction port (55, 56) from becoming dead volume, and to expand. The mechanism (50) can efficiently expand the refrigerant.
また、上記膨張機構(50)をバイパスするバイパス管(65)を設けて、該バイパス管(65)にバイパス弁(66)を設けることで、上記開閉弁(61)の開閉制御による急激な冷媒循環量の増減を緩和することができ、上記圧縮機構(40)の冷媒循環量に合わせて上記膨張機構(50)の冷媒循環量をスムーズに変化させることができる。 In addition, a bypass pipe (65) that bypasses the expansion mechanism (50) is provided, and a bypass valve (66) is provided in the bypass pipe (65), so that an abrupt refrigerant by opening / closing control of the on-off valve (61) is provided. The increase and decrease of the circulation amount can be reduced, and the refrigerant circulation amount of the expansion mechanism (50) can be changed smoothly according to the refrigerant circulation amount of the compression mechanism (40).
さらに、上記膨張機構(50)は、第1ロータリ機構部(70)及び第2ロータリ機構部(80)を備えた2段のロータリ式膨張機なので、単段のロータリ式膨張機のように、吸入ポートと流出ポートとが流体室を介して連通することはなく、該吸入ポートから導入された高圧冷媒が流出ポートへ吹き抜けるのを防止することができる。したがって、上記膨張機構(50)では、流体室(72,82)内で高圧冷媒を十分に膨張させることができる。 Furthermore, since the expansion mechanism (50) is a two-stage rotary expander having a first rotary mechanism (70) and a second rotary mechanism (80), like a single-stage rotary expander, The suction port and the outflow port do not communicate with each other through the fluid chamber, and the high-pressure refrigerant introduced from the suction port can be prevented from blowing through to the outflow port. Therefore, in the expansion mechanism (50), the high-pressure refrigerant can be sufficiently expanded in the fluid chamber (72, 82).
また、上記第2吸入ポート(56)を、冷房の定格運転時に必要な押しのけ容積を確保できるように幾何学的に求められた角度位置に対し、所定の補正を行って求めた角度位置に設けることで、該第2吸入ポート(56)から冷媒が流体室(72)内に流入する際の圧損に起因して低下する流量を補って該流体室(72)内に必要な冷媒流量を流すことができ、冷房運転時に膨張機構(50)への冷媒流量が不足して過膨張になるのを防止することができる。 Further, the second suction port (56) is provided at an angular position obtained by performing a predetermined correction with respect to the angular position obtained geometrically so as to ensure the displacement required during rated operation of the cooling. As a result, the necessary flow rate of refrigerant flows in the fluid chamber (72) to compensate for the reduced flow rate due to the pressure loss when the refrigerant flows into the fluid chamber (72) from the second suction port (56). It is possible to prevent the refrigerant flow to the expansion mechanism (50) from becoming insufficient due to insufficient expansion during the cooling operation.
−実施形態1の変形例1−
この変形例1は、図13に示すように、膨張機構(50)の第2吸入ポート(56)内に、逆止弁(95)を設けた点が、上記実施形態1とは異なる。
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As shown in FIG. 13, the first modification differs from the first embodiment in that a check valve (95) is provided in the second suction port (56) of the expansion mechanism (50).
具体的には、上記第2吸入ポート(56)内に、第1流体室(72)への冷媒の流入のみを許容し、その逆方向には冷媒が流れないように逆止弁(95)を設ける。これにより、開閉弁(61)が閉状態になって、上記第2吸入ポート(56)から高圧冷媒が導入されない状態になっても、上記流体室(72)から冷媒が逆流するのを確実に防止することができる。すなわち、上記第2吸入ポート(56)の死容積を確実に減少させることができ、上記膨張機構(50)で冷媒を効率良く膨張させることができる。 Specifically, the check valve (95) allows only the refrigerant to flow into the first fluid chamber (72) in the second suction port (56) and prevents the refrigerant from flowing in the opposite direction. Is provided. This ensures that the refrigerant flows back from the fluid chamber (72) even when the on-off valve (61) is closed and the high-pressure refrigerant is not introduced from the second suction port (56). Can be prevented. That is, the dead volume of the second suction port (56) can be reliably reduced, and the refrigerant can be efficiently expanded by the expansion mechanism (50).
−実施形態1の変形例2−
この変形例2は、図14に示すように、膨張機構が3つのロータリ機構部からなる3段のロータリ式膨張機である点が、上記実施形態とは異なる。
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As shown in FIG. 14,
具体的には、上記膨張機構(100)は、実施形態1とほぼ同様の構成の第1ロータリ機構部(101)及び第2ロータリ機構部(111)を備えていて、それらの上側にさらに大径の第3ロータリ機構部(121)を備えている。 Specifically, the expansion mechanism (100) includes a first rotary mechanism portion (101) and a second rotary mechanism portion (111) having substantially the same configuration as that of the first embodiment, and further larger above them. A third rotary mechanism (121) having a diameter is provided.
これらのロータリ機構部(101,111,121)は、上記実施形態1とほぼ同じ構成なので、詳しい説明は省略するが、上記第1ロータリ機構部(101)の第1シリンダ(102)に第1吸入ポート(103)及び第2吸入ポート(104)が、上記第2ロータリ機構部(111)の第2シリンダ(112)に第3吸入ポート(113)及び第4吸入ポート(114)が、それぞれ設けられていて、流出ポート(123)は、第3ロータリ機構部(121)の第3シリンダ(122)に設けられている。 Since these rotary mechanism parts (101, 111, 121) have substantially the same configuration as in the first embodiment, detailed description thereof is omitted, but the first suction port (103) is connected to the first cylinder (102) of the first rotary mechanism part (101). ) And a second suction port (104), and a third suction port (113) and a fourth suction port (114) are provided in the second cylinder (112) of the second rotary mechanism (111), respectively. The outflow port (123) is provided in the third cylinder (122) of the third rotary mechanism (121).
また、上記第2シリンダ(112)と第3シリンダ(122)との間には、連通路(115)が設けられている。具体的には、上記連通路(115)は、図14において、上記第2シリンダ(112)内に配設された円筒状の第2ピストン(116)の外周面から外方に向かって延びる第2ブレード(117)のブッシュ(118)の右側から、上記第3シリンダ(122)内に配設された第3ピストン(124)から径方向外方に延びる第3ブレード(125)を支持するブッシュ(126)の左側まで延びるように設けられている。 A communication path (115) is provided between the second cylinder (112) and the third cylinder (122). Specifically, in FIG. 14, the communication path (115) extends outward from the outer peripheral surface of the cylindrical second piston (116) disposed in the second cylinder (112). A bush for supporting a third blade (125) extending radially outward from a third piston (124) disposed in the third cylinder (122) from the right side of the bush (118) of the two blades (117) (126) is provided to extend to the left side.
これにより、上記第2シリンダ(112)の流体室は第3シリンダ(122)の流体室と連通することになるため、上記実施形態1のように第1シリンダ(102)から第2シリンダ(112)へ移動しながら冷媒が膨張するだけでなく、該第2シリンダ(112)内から第3シリンダ(122)内へ移動する際にも膨張することになる。 As a result, the fluid chamber of the second cylinder (112) communicates with the fluid chamber of the third cylinder (122), so that the first cylinder (102) to the second cylinder (112) as in the first embodiment. The refrigerant not only expands while moving to (), but also expands when moving from the second cylinder (112) into the third cylinder (122).
このような構成の膨張機構(100)に、上述のように複数の吸入ポート(103,104,113,114)を設けることで、3段のロータリ膨張機でも、上述の実施形態1と同様、高圧冷媒の動力回収を効率的に行いながら、該膨張機構(100)の冷媒循環量を調整することができる。 By providing the expansion mechanism (100) having such a configuration with the plurality of suction ports (103, 104, 113, 114) as described above, the three-stage rotary expander can recover the power of the high-pressure refrigerant as in the first embodiment. The refrigerant circulation amount of the expansion mechanism (100) can be adjusted while performing efficiently.
《実施形態2》
次に、本発明の実施形態2を図面に基づいて詳細に説明する。この実施形態2は、図15に示すように、膨張機構(50)が2つのロータリ機構部(70、80)によって構成される上記実施形態1とは異なり、膨張機構をスクロール機構(200)で構成したものである。この膨張機構以外の構成は、上記実施形態1と同様であるため、説明及び図示を省略する。
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Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail based on the drawings. As shown in FIG. 15, the second embodiment is different from the first embodiment in which the expansion mechanism (50) includes two rotary mechanism portions (70, 80), and the expansion mechanism is a scroll mechanism (200). It is composed. Since the configuration other than the expansion mechanism is the same as that of the first embodiment, description and illustration are omitted.
具体的に、上記スクロール機構(200)は、ケーシング(図示省略)に固定された固定スクロール(220)と、上記ケーシングにオルダムリング(図示省略)を介して保持された可動スクロール(210)とを備えている。 Specifically, the scroll mechanism (200) includes a fixed scroll (220) fixed to a casing (not shown) and a movable scroll (210) held on the casing via an Oldham ring (not shown). I have.
上記固定スクロール(220)は、スクロール部材を構成し、平板状の固定鏡板(図示省略)と、該固定鏡板に立設された渦巻状の固定ラップ(221)とを備えている。一方、上記可動スクロール(210)は、スクロール部材を構成し、平板状の可動鏡板(図示省略)と、該可動鏡板に立設された渦巻状の可動ラップ(211)とを備えている。そして、固定スクロール(220)の固定ラップ(221)と可動スクロール(210)の可動ラップ(211)とが互いに噛み合って、両者の間に複数の流体室(230)が形成されている。 The fixed scroll (220) constitutes a scroll member, and includes a flat fixed end plate (not shown) and a spiral fixed wrap (221) erected on the fixed end plate. On the other hand, the movable scroll (210) constitutes a scroll member and includes a flat plate-like movable mirror plate (not shown) and a spiral movable wrap (211) standing on the movable mirror plate. The fixed wrap (221) of the fixed scroll (220) and the movable wrap (211) of the movable scroll (210) mesh with each other, and a plurality of fluid chambers (230) are formed between the two.
上記固定スクロール(220)には、吸入ポート(201)及び流出ポート(202)が形成されていると共に、第2吸入ポート(203,203)、第3吸入ポート(204,204)及び第4吸入ポート(205,205)が2つずつ形成されている。上記吸入ポート(201)は、固定ラップ(221)の巻き始め側端部の近傍に開口している。一方、上記流出ポート(202)は、固定ラップ(221)の巻き終わり側端部の近傍に開口している。上記第2〜第4吸入ポート(203,204,205)は、後述するように、吸入工程において固定ラップ(221)捲き始め側の空間に対して順に連通するような位置に設けられている。 The fixed scroll (220) has a suction port (201) and an outflow port (202), as well as a second suction port (203, 203), a third suction port (204, 204), and a fourth suction port (205, 205). Are formed two by two. The suction port (201) opens near the winding start side end of the fixed wrap (221). On the other hand, the outflow port (202) opens in the vicinity of the end of the fixed wrap (221) on the winding end side. As will be described later, the second to fourth suction ports (203, 204, 205) are provided at positions that sequentially communicate with the space on the side where the fixed wrap (221) starts to be rolled in the suction process.
上記複数の流体室(230)において、固定ラップ(221)の内側面と可動ラップ(211)の外側面とに挟まれた空間が、第1の流体室(230)としてのA室(231)を構成している。また、固定ラップ(221)の外側面と可動ラップ(211)の内側面とに挟まれた空間が、第2の流体室(230)としてのB室(232)を構成している。 In the plurality of fluid chambers (230), a space sandwiched between the inner surface of the fixed wrap (221) and the outer surface of the movable wrap (211) is a chamber A (231) as the first fluid chamber (230). Is configured. In addition, a space sandwiched between the outer surface of the fixed wrap (221) and the inner surface of the movable wrap (211) constitutes a B chamber (232) as the second fluid chamber (230).
上記第2〜第4吸入ポート(203,204,205)は、可動スクロール(210)が固定スクロール(220)に対して公転すると、第2吸入ポート(203,203)、第3吸入ポート(204,204)、第4吸入ポート(205,205)の順に流体室(230)に連通し始め、次に形成された流体室(230)が2室に区画され始めるまで(可動スクロール(210)が固定スクロール(220)に対して540°公転するまで)、該流体室(230)に連通している。 When the movable scroll (210) revolves with respect to the fixed scroll (220), the second to fourth suction ports (203, 204, 205) are the second suction port (203, 203), the third suction port (204, 204), and the fourth suction port. (205, 205) starts to communicate with the fluid chamber (230) in this order until the next formed fluid chamber (230) starts to be divided into two chambers (the movable scroll (210) is 540 ° with respect to the fixed scroll (220). Until the revolution), the fluid chamber (230) communicates.
また、上記第2〜第4吸入ポート(203,204,205)に繋がる導入管には、それぞれ図示しない開閉弁が設けられていて、上記実施形態1と同様、高圧(圧縮機の吐出圧)に応じて、開閉制御されるように構成されている。なお、この実施形態でも、上記吸入ポート(201)に繋がる導入管には前絞り弁が設けられていて、膨張機構をバイパスするバイパス管にはバイパス弁が設けられているものとし、これらの各弁の制御は上記実施形態1と同様とする。 The introduction pipes connected to the second to fourth suction ports (203, 204, 205) are each provided with an on-off valve (not shown). As in the first embodiment, according to the high pressure (the discharge pressure of the compressor), It is configured to be controlled to open and close. Also in this embodiment, it is assumed that a pre-throttle valve is provided in the introduction pipe connected to the suction port (201), and a bypass valve is provided in the bypass pipe that bypasses the expansion mechanism. The control of the valve is the same as in the first embodiment.
−運転動作−
次に、上記スクロール機構(200)の膨張動作について説明する。なお、以下の説明では、高圧側の圧力が目標値よりも高く、上記第2〜第4吸入ポート(203,204,205)を開状態にする場合の膨張動作について説明する。
-Driving action-
Next, the expansion operation of the scroll mechanism (200) will be described. In the following description, an expansion operation when the pressure on the high pressure side is higher than the target value and the second to fourth suction ports (203, 204, 205) are opened will be described.
先ず、吸入ポート(201)から導入される高圧冷媒は、固定側ラップ(221)の巻き始め近傍と可動ラップ(211)の巻き始め近傍に挟まれた1つの流体室(230)に流入する。つまり、高圧冷媒は、吸入ポート(201)から流体室(230)に導入される。 First, the high-pressure refrigerant introduced from the suction port (201) flows into one fluid chamber (230) sandwiched between the vicinity of the winding start of the fixed wrap (221) and the vicinity of the winding start of the movable wrap (211). That is, the high-pressure refrigerant is introduced from the suction port (201) into the fluid chamber (230).
ここで、上記図15において、固定ラップ(221)の巻き始め側端部が可動ラップ(211)の内側面に接すると同時に可動ラップ(211)の巻き始め側端部が固定ラップ(221)の内側面に接する状態を基準の0°としている。 Here, in FIG. 15, the winding start side end of the fixed wrap (221) is in contact with the inner surface of the movable wrap (211), and at the same time the winding start side end of the movable wrap (211) is the fixed wrap (221). The state in contact with the inner surface is set to 0 ° as a reference.
上記可動スクロール(210)が公転し、その公転角度が60°から360°へ大きくなるにつれ、上記流体室(230)は拡がっていき、該流体室(230)に対して上記第2吸入ポート(203,203)、第3吸入ポート(204,204)、第4吸入ポート(205,205)が順に連通する。このとき、上記可動スクロール(210)の公転角度が、180°を越えると、上記流体室(230)は、徐々に2つの空間に仕切られていき、公転角度が360°になると、上記流体室(230)は、上記A室(231)とB室(232)とに仕切られる。 As the movable scroll (210) revolves and its revolution angle increases from 60 ° to 360 °, the fluid chamber (230) expands, and the second suction port ( 203, 203), the third suction port (204, 204), and the fourth suction port (205, 205) communicate with each other in this order. At this time, when the revolution angle of the movable scroll (210) exceeds 180 °, the fluid chamber (230) is gradually divided into two spaces, and when the revolution angle becomes 360 °, the fluid chamber (230) is partitioned into the A chamber (231) and the B chamber (232).
続いて、可動スクロール(210)の公転角度が420°、480°を経て540°になるまで、A室(231)及びB室(232)には、上記第2〜第4吸入ポート(203,204,205)が連通していて、高圧冷媒が導入される。すなわち、この公転角度が540°になるまでの範囲が吸入工程に相当する。 Subsequently, until the revolution angle of the movable scroll (210) reaches 540 ° through 420 °, 480 °, the second to fourth suction ports (203, 204, 205) are provided in the A chamber (231) and the B chamber (232). Are communicated and high-pressure refrigerant is introduced. That is, the range until the revolution angle reaches 540 ° corresponds to the suction process.
その後、可動スクロール(210)の公転角度が540°を越えると、上記第2〜第4吸入ポート(203,204,205)はA室(231)及びB室(232)に対して閉じられた状態になり、該A室(231)及びB室(232)の容積が拡大して、該A室(231)及びB室(232)内で冷媒の膨張が始まる。 Thereafter, when the revolution angle of the movable scroll (210) exceeds 540 °, the second to fourth suction ports (203, 204, 205) are closed with respect to the chamber A (231) and the chamber B (232), The volumes of the A chamber (231) and the B chamber (232) are expanded, and the refrigerant begins to expand in the A chamber (231) and the B chamber (232).
上記A室(231)での膨張工程は、上記可動スクロール(210)の公転角度が1020°になるまで続き、さらに該可動スクロール(210)が回転すると、該A室(231)が流出ポート(202)と連通して、該A室(231)内の冷媒が流出ポート(202)から外部へ流出し、排出工程が開始される。 The expansion process in the A chamber (231) continues until the revolution angle of the movable scroll (210) reaches 1020 °, and when the movable scroll (210) further rotates, the A chamber (231) is discharged from the outflow port ( 202), the refrigerant in the A chamber (231) flows out from the outflow port (202) to the outside, and the discharge process is started.
一方、上記B室(232)での膨張工程は、上記可動スクロール(210)の公転角度が840°になるまで続き、さらに該可動スクロール(210)が回転すると、該B室(232)が流出ポート(202)と連通して、該B室(232)内の冷媒が流出ポート(202)から外部へ流出し、排出工程が開始される。 On the other hand, the expansion process in the B chamber (232) continues until the revolution angle of the movable scroll (210) reaches 840 °, and when the movable scroll (210) further rotates, the B chamber (232) flows out. In communication with the port (202), the refrigerant in the B chamber (232) flows out from the outflow port (202) to the outside, and the discharge process is started.
なお、上記実施形態では、吸入ポートを4つ設けているが、この限りではなく、上記実施形態1と同様、2つだけ設けるようにしてもよいし、3つや5つ以上であってもよい。 In the above embodiment, four suction ports are provided. However, the present invention is not limited to this. As in the first embodiment, only two suction ports may be provided, or three or five or more may be provided. .
−実施形態2の効果−
以上より、この実施形態によれば、スクロール機構(200)によって構成される膨張機構においても、上記実施形態1と同様、吸入ポート(201,203,204,205)を複数、設けることで、効率良く動力回収を行いつつ、該膨張機構の冷媒循環量を増やすことができるようになる。すなわち、例えば高圧側の圧力値が目標値よりも大きく、膨張機構の冷媒循環量を増やす必要がある場合でも、上記吸入ポート(203,204,205)から高圧冷媒を導入することで、必要な冷媒循環量を確保することができ、上記膨張機構の冷媒循環量と圧縮機構の冷媒循環量とでバランスをとることができる。
-Effect of Embodiment 2-
As described above, according to this embodiment, even in the expansion mechanism constituted by the scroll mechanism (200), as in the first embodiment, by providing a plurality of suction ports (201, 203, 204, 205), power can be recovered efficiently. The refrigerant circulation amount of the expansion mechanism can be increased. That is, for example, even when the pressure value on the high pressure side is larger than the target value and the refrigerant circulation amount of the expansion mechanism needs to be increased, the necessary refrigerant circulation amount can be reduced by introducing the high-pressure refrigerant from the suction port (203, 204, 205). The refrigerant circulation amount of the expansion mechanism and the refrigerant circulation amount of the compression mechanism can be balanced.
《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
<< Other Embodiments >>
The present invention may be configured as follows with respect to the above embodiment.
上記実施形態1では、膨張機構(50)の各ロータリ機構部(70,80)を揺動ピストン型のロータリ式流体機械によって構成しているが、この限りではなく、ローリングピストン型のロータリ式流体機械によって各ロータリ機構部(70,80)を構成してもよい。この場合、各ロータリ機構部(70,80)では、ブレード(76,86)がピストン(75,85)と別体に形成される。また、各ロータリ機構部(70,80)では、ブッシュ(77,87)が省略される。そして、ブレード(76,86)は、その先端をピストン(75,85)の外周面に押し付けられた状態で、ピストン(75,85)の動きに追従してシリンダ(71,81)の半径方向へ往復動する。 In the first embodiment, each rotary mechanism (70, 80) of the expansion mechanism (50) is configured by a swinging piston type rotary fluid machine. However, the present invention is not limited thereto, and a rolling piston type rotary fluid is used. You may comprise each rotary mechanism part (70,80) with a machine. In this case, in each rotary mechanism (70, 80), the blade (76, 86) is formed separately from the piston (75, 85). Further, the bushes (77, 87) are omitted from the rotary mechanism portions (70, 80). The blade (76, 86) follows the movement of the piston (75, 85) in the radial direction of the cylinder (71, 81) with its tip pressed against the outer peripheral surface of the piston (75, 85). Reciprocate to.
また、上記実施形態1では、膨張機構(50)に2つの吸入ポート(55,56)が設けられているが、この限りではなく、吸入ポートを3つ以上設けてもよい。さらに、上記実施形態2では、スクロール機構(200)に4つの吸入ポート(201,203,204,205)が設けられているが、この限りではなく、2つ若しくは3つでもよいし、5つ以上設けてもよい。 In the first embodiment, the two suction ports (55, 56) are provided in the expansion mechanism (50). However, the present invention is not limited to this, and three or more suction ports may be provided. Furthermore, in the second embodiment, the four suction ports (201, 203, 204, 205) are provided in the scroll mechanism (200). However, the number is not limited to this, and two or three, or five or more may be provided.
また、上記実施形態1では、膨張機構(50)の第1吸入ポート(55)に繋がる吸入路上で、第2吸入ポート(56)に繋がる吸入路との分岐位置よりも下流側に、上記前絞り弁(60)を設けているが、この限りではなく、該分岐位置よりも上流側に設けるようにしてもよい。この場合には、上記前絞り弁によって第1及び第2吸入ポート(55,56)の流量全体を調整することになる。 Further, in the first embodiment, on the suction path connected to the first suction port (55) of the expansion mechanism (50), on the downstream side of the branch position with the suction path connected to the second suction port (56), Although the throttle valve (60) is provided, this is not restrictive, and the throttle valve (60) may be provided upstream of the branch position. In this case, the entire flow rate of the first and second suction ports (55, 56) is adjusted by the front throttle valve.
以上説明したように、本発明は、流体の膨張によって動力を発生させる膨張機構を備えた冷凍装置について有用である。 As described above, the present invention is useful for a refrigeration apparatus including an expansion mechanism that generates power by expansion of a fluid.
1 空気調和装置(冷凍装置)
10 冷媒回路
20 圧縮・膨張ユニット
24 第1導入管(吸入路)
27 第2導入管(吸入路)
40 圧縮機構
50 膨張機構
55 第1吸入ポート(主吸入孔)
56 第2吸入ポート(補助吸入孔)
59 膨張室
60 前絞り弁(流量調整弁)
61 開閉弁
65 バイパス管(バイパス回路)
66 バイパス弁(バイパス流量調整弁)
70 第1ロータリ機構部
71 第1シリンダ(第1部材)
72 第1流体室(流体室)
75 第1ピストン(第2部材)
80 第2ロータリ機構部
81 第1シリンダ(第1部材)
82 第2流体室(流体室)
85 第2ピストン(第2部材)
90 圧力検出手段
92 前絞り弁流量制御部(流量制御手段)
93 開閉制御部(開閉弁制御手段)
94 バイパス弁流量制御部(バイパス流量制御手段)
95 逆止弁
100 膨張機構
101 第1ロータリ機構部
102 第1シリンダ(第1部材)
103 第1吸入ポート(主吸入孔)
104 第2吸入ポート(補助吸入孔)
111 第2ロータリ機構部
112 第2シリンダ(第1部材)
113 第3吸入ポート(補助吸入孔)
114 第4吸入ポート(補助吸入孔)
116 第2ピストン(第2部材)
121 第3ロータリ機構部
122 第3シリンダ(第1部材)
124 第3ピストン(第2部材)
200 スクロール機構(膨張機構)
201 吸入ポート(主吸入孔)
203 第2吸入ポート(補助吸入孔)
204 第3吸入ポート(補助吸入孔)
205 第4吸入ポート(補助吸入孔)
210 可動スクロール(第1部材、スクロール部材)
211 可動ラップ(ラップ)
220 固定スクロール(第2部材、スクロール部材)
221 固定ラップ(ラップ)
230 流体室
231 A室(流体室)
232 B室(流体室)
1 Air conditioning equipment (refrigeration equipment)
10
27 Second introduction pipe (suction path)
40
56 Second suction port (auxiliary suction hole)
59
61 On-off
66 Bypass valve (Bypass flow control valve)
70
72 First fluid chamber (fluid chamber)
75 First piston (second member)
80
82 Second fluid chamber (fluid chamber)
85 Second piston (second member)
90
93 Open / close control unit (open / close valve control means)
94 Bypass valve flow control unit (Bypass flow control means)
95
103 1st suction port (main suction hole)
104 Second suction port (auxiliary suction hole)
111
113 Third suction port (auxiliary suction hole)
114 Fourth suction port (auxiliary suction hole)
116 Second piston (second member)
121
124 3rd piston (2nd member)
200 Scroll mechanism (expansion mechanism)
201 Suction port (main suction hole)
203 Second suction port (auxiliary suction hole)
204 Third suction port (auxiliary suction hole)
205 4th suction port (auxiliary suction hole)
210 Movable scroll (first member, scroll member)
211 Movable wrap (wrap)
220 Fixed scroll (second member, scroll member)
221 Fixed wrap (wrap)
230 Fluid chamber 231 A chamber (fluid chamber)
232 Room B (fluid chamber)
Claims (9)
上記膨張機構(50,100,200)には、吸入工程で最初に上記流体室(72,82,230)と吸入路(24)とを連通する主吸入孔(55,103,201)と、該主吸入孔(55,103,201)の連通後に上記流体室(72,82,230)と吸入路(27)とを連通する補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)とが設けられ、
上記膨張機構(50,100,200)は、上記流体室(72,82,230)で少なくとも吸入工程と排出工程とが独立して行われるように該流体室(72,82,230)が区画され、
上記補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)は、上記流体室(72,230)に対して下方から開口するように設けられ、
上記膨張機構(50,100,200)に導入される流体の圧力に基づいて、上記補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)に繋がる吸入路(27)上に設けられた開閉弁(61)を制御する開閉弁制御手段(93)を備え、
上記補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)は、複数設けられていて、それぞれの補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)に繋がる吸入路(27)上には開閉弁(61)が設けられ、
上記開閉弁制御手段(93)は、上記圧力が目標値よりも大きい場合に、上記補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)によって上記流体室(72,82,230)と吸入路(27)とが順に連通するように、上記開閉弁(61)を順に開制御し、
上記膨張機構(50,100,200)をバイパスするバイパス回路(65)に設けられたバイパス流量調整弁(66)を制御するためのバイパス流量制御手段(94)をさらに備え、
上記バイパス流量制御手段(94)は、上記圧力が目標値になるように上記バイパス流量調整弁(66)を制御し、
上記開閉弁制御手段(93)は、上記バイパス流量調整弁(66)が所定開度になった場合に、上記開閉弁(61)を開閉制御することを特徴とする冷凍装置。 The first member (71, 81, 102, 112, 210) and the second member (75, 85, 116, 124, 220) that are relatively eccentrically moved, the power is generated by the expansion of the fluid in the fluid chamber (72, 82, 230) formed between the two members. A refrigeration apparatus having an expansion mechanism (50, 100, 200) to be generated,
In the expansion mechanism (50, 100, 200), first in the suction process, after the main suction hole (55, 103, 201) communicating with the fluid chamber (72, 82, 230) and the suction path (24), the main suction hole (55, 103, 201) is communicated. An auxiliary suction hole (56, 104, 113, 114, 203, 204, 205) for communicating the fluid chamber (72, 82, 230) and the suction passage (27) is provided,
In the expansion mechanism (50, 100, 200), the fluid chamber (72, 82, 230) is partitioned so that at least the suction process and the discharge process are performed independently in the fluid chamber (72, 82, 230).
The auxiliary suction hole (56,104,113,114,203,204,205) is provided so as to open from below to the fluid chamber (72,230),
On-off valve control means (93) for controlling the on-off valve (61) provided on the suction passage (27) connected to the auxiliary suction hole (56, 104, 113, 114, 203, 204, 205) based on the pressure of the fluid introduced into the expansion mechanism (50, 100, 200). )
A plurality of the auxiliary suction holes (56,104,113,114,203,204,205) are provided, and an opening / closing valve (61) is provided on the suction passage (27) connected to each of the auxiliary suction holes (56,104,113,114,203,204,205),
The on-off valve control means (93) is configured so that the fluid chamber (72, 82, 230) and the suction passage (27) are sequentially communicated by the auxiliary suction hole (56, 104, 113, 114, 203, 204, 205) when the pressure is larger than a target value. , Control the opening of the on-off valve (61) in order,
A bypass flow rate control means (94) for controlling a bypass flow rate adjustment valve (66) provided in the bypass circuit (65) that bypasses the expansion mechanism (50, 100, 200);
The bypass flow rate control means (94) controls the bypass flow rate adjustment valve (66) so that the pressure becomes a target value,
The open / close valve control means (93) controls opening / closing of the open / close valve (61) when the bypass flow rate adjusting valve (66) reaches a predetermined opening degree.
上記膨張機構(50,100,200)には、吸入工程で最初に上記流体室(72,82,230)と吸入路(24)とを連通する主吸入孔(55,103,201)と、該主吸入孔(55,103,201)の連通後に上記流体室(72,82,230)と吸入路(27)とを連通する補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)とが設けられ、
上記膨張機構(50,100,200)は、上記流体室(72,82,230)で少なくとも吸入工程と排出工程とが独立して行われるように該流体室(72,82,230)が区画され、
上記補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)は、上記流体室(72,230)に対して下方から開口するように設けられ、
上記膨張機構(50,100,200)に導入される流体の圧力に基づいて、上記補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)に繋がる吸入路(27)上に設けられた開閉弁(61)を制御する開閉弁制御手段(93)を備え、
上記補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)は、複数設けられていて、それぞれの補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)に繋がる吸入路(27)上には開閉弁(61)が設けられ、
上記開閉弁制御手段(93)は、上記圧力が目標値よりも小さい場合に、上記流体室(72,82,230)に最後に連通する補助吸入孔(56,104,113,114,203,204,205)から順に上記開閉弁(61)を閉制御し、
上記膨張機構(50,100,200)をバイパスするバイパス回路(65)に設けられたバイパス流量調整弁(66)を制御するためのバイパス流量制御手段(94)をさらに備え、
上記バイパス流量制御手段(94)は、上記圧力が目標値になるように上記バイパス流量調整弁(66)を制御し、
上記開閉弁制御手段(93)は、上記バイパス流量調整弁(66)が所定開度になった場合に、上記開閉弁(61)を開閉制御することを特徴とする冷凍装置。 The first member (71, 81, 102, 112, 210) and the second member (75, 85, 116, 124, 220) that are relatively eccentrically moved, the power is generated by the expansion of the fluid in the fluid chamber (72, 82, 230) formed between the two members. A refrigeration apparatus having an expansion mechanism (50, 100, 200) to be generated,
In the expansion mechanism (50, 100, 200), first in the suction process, after the main suction hole (55, 103, 201) communicating with the fluid chamber (72, 82, 230) and the suction path (24), the main suction hole (55, 103, 201) is communicated. An auxiliary suction hole (56, 104, 113, 114, 203, 204, 205) for communicating the fluid chamber (72, 82, 230) and the suction passage (27) is provided,
In the expansion mechanism (50, 100, 200), the fluid chamber (72, 82, 230) is partitioned so that at least the suction process and the discharge process are performed independently in the fluid chamber (72, 82, 230).
The auxiliary suction hole (56,104,113,114,203,204,205) is provided so as to open from below to the fluid chamber (72,230),
On-off valve control means (93) for controlling the on-off valve (61) provided on the suction passage (27) connected to the auxiliary suction hole (56, 104, 113, 114, 203, 204, 205) based on the pressure of the fluid introduced into the expansion mechanism (50, 100, 200). )
A plurality of the auxiliary suction holes (56,104,113,114,203,204,205) are provided, and an opening / closing valve (61) is provided on the suction passage (27) connected to each of the auxiliary suction holes (56,104,113,114,203,204,205),
The on-off valve control means (93) closes the on-off valve (61) in order from the auxiliary suction hole (56, 104, 113, 114, 203, 204, 205) last communicating with the fluid chamber (72, 82, 230) when the pressure is smaller than a target value. Control
A bypass flow rate control means (94) for controlling a bypass flow rate adjustment valve (66) provided in the bypass circuit (65) that bypasses the expansion mechanism (50, 100, 200);
The bypass flow rate control means (94) controls the bypass flow rate adjustment valve (66) so that the pressure becomes a target value,
The open / close valve control means (93) controls opening / closing of the open / close valve (61) when the bypass flow rate adjusting valve (66) reaches a predetermined opening degree.
上記主吸入孔(55,103,201)に繋がる吸入路(24)上に設けられた流量調整弁(60)を制御するための流量制御手段(92)、をさらに備え、
上記流量制御手段(92)は、上記バイパス流量調整弁(66)及び開閉弁(61)を全て閉状態にしても上記圧力が目標値よりも小さい場合に、上記流量調整弁(60)によって上記膨張機構(50,100,200)の流量調整を行うことを特徴とする冷凍装置。 In claim 1 or 2,
A flow rate control means (92) for controlling a flow rate adjustment valve (60) provided on the suction passage (24) connected to the main suction hole (55,103,201),
When the pressure is smaller than a target value even when the bypass flow rate adjustment valve (66) and the on-off valve (61) are all closed, the flow rate control means (92) is operated by the flow rate adjustment valve (60). A refrigeration apparatus that adjusts the flow rate of an expansion mechanism (50, 100, 200).
上記膨張機構(50,100)は、押しのけ容積の小さいものから順に直列に接続される複数のロータリ機構部(70,80,101,111,121)を有し、
上記主吸入孔(55,103)及び補助吸入孔(56,104,113,114)は、最終段のロータリ機構部(80,121)よりも前段側のロータリ機構部(70,101,111)に設けられていることを特徴とする冷凍装置。 In any one of Claim 1 to 3,
The expansion mechanism (50, 100) has a plurality of rotary mechanism parts (70, 80, 101, 111, 121) connected in series in order from the smallest displacement volume,
The main suction hole (55, 103) and the auxiliary suction hole (56, 104, 113, 114) are provided in the rotary mechanism part (70, 101, 111) on the front stage side of the final stage rotary mechanism part (80, 121).
上記膨張機構(50)は、直列に接続された2つのロータリ機構部(70,80)を有し、
押しのけ容積の小さい前段のロータリ機構部(70)に、上記主吸入孔(55)及び補助吸入孔(56)が設けられていることを特徴とする冷凍装置。 In claim 4,
The expansion mechanism (50) has two rotary mechanism parts (70, 80) connected in series,
A refrigerating apparatus characterized in that the main suction hole (55) and the auxiliary suction hole (56) are provided in a rotary mechanism part (70) in a preceding stage having a small displacement volume.
上記補助吸入孔(56,104,113,114)は、所望の押しのけ容積に基づいて幾何学的に求められた角度位置に対し、所定の補正値が加算されてなる角度位置に、設けられていることを特徴とする冷凍装置。 In claim 4 or 5,
The auxiliary suction hole (56, 104, 113, 114) is provided at an angular position obtained by adding a predetermined correction value to an angular position obtained geometrically based on a desired displacement volume. Refrigeration equipment.
上記所望の押しのけ容積とは、冷房運転時に必要な押しのけ容積であることを特徴とする冷凍装置。 In claim 6,
The desired displacement volume is a displacement volume necessary for cooling operation.
上記膨張機構(200)は、鏡板に渦巻き状のラップが形成された一対のスクロール部材(210,220)を備え、該両スクロール部材(210,220)のラップ(211,221)を互いに噛合させることで少なくとも一対の流体室(231,232)を構成するスクロール機構を有していて、
上記スクロール機構の吸入工程で上記流体室(231,232)と連通する位置に、上記主吸入孔(201)及び補助吸入孔(203,204,205)が設けられていることを特徴とする冷凍装置。 In any one of Claim 1 to 3,
The expansion mechanism (200) includes a pair of scroll members (210, 220) in which a spiral wrap is formed on the end plate, and at least a pair of fluids is obtained by meshing the wraps (211, 221) of the scroll members (210, 220) with each other. A scroll mechanism constituting the chamber (231,232),
The refrigeration apparatus, wherein the main suction hole (201) and the auxiliary suction holes (203, 204, 205) are provided at positions communicating with the fluid chamber (231, 232) in the suction process of the scroll mechanism.
上記流体としてCO 2 からなる冷媒を用いて、超臨界冷凍サイクルを行うように構成されていることを特徴とする冷凍装置。 In any one of Claims 1-8,
A refrigeration apparatus configured to perform a supercritical refrigeration cycle using a refrigerant composed of CO 2 as the fluid.
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