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JP2009002221A - Scroll expander - Google Patents

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JP2009002221A
JP2009002221A JP2007163505A JP2007163505A JP2009002221A JP 2009002221 A JP2009002221 A JP 2009002221A JP 2007163505 A JP2007163505 A JP 2007163505A JP 2007163505 A JP2007163505 A JP 2007163505A JP 2009002221 A JP2009002221 A JP 2009002221A
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JP
Japan
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scroll
lubricating oil
working fluid
sealed container
expander
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Pending
Application number
JP2007163505A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Iwashida
鶸田  晃
Takashi Morimoto
敬 森本
Akira Ikeda
明 池田
Atsuo Okaichi
敦雄 岡市
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】膨張機の密閉容器内の温度は圧縮機の密閉容器内の温度と比較して低いので、潤滑油の粘度を圧縮機の信頼性確保の観点から選択した場合には、膨張機の密閉容器内での粘度が高くなり、粘性損失増大による動力回収効率の低下を引き起こすという問題を有していた。
【解決手段】旋回スクロール13の反ラップ側と、これに対向した主軸受部材との間に中心部と外周部とを仕切るシール部材5を配置すると共に、中心部に高圧ガス或いは高圧に保たれた潤滑油6を供給し、且つ、外周部は低圧或いは吐出圧力に保たれたスクロール膨張機構部であって、吐出された作動流体と連通する連絡通路によって外周部を低圧或いは吐出圧力に維持すると共に、連絡通路は少なくとも2つの通路が鋭角に交差して構成する。
【選択図】図1
The temperature in the closed container of the expander is lower than the temperature in the closed container of the compressor. Therefore, when the viscosity of the lubricating oil is selected from the viewpoint of ensuring the reliability of the compressor, There was a problem that the viscosity in the sealed container was increased, causing a reduction in power recovery efficiency due to an increase in viscosity loss.
A seal member 5 for partitioning a central portion and an outer peripheral portion is disposed between an anti-wrap side of a revolving scroll 13 and a main bearing member opposed thereto, and the high pressure gas or high pressure is maintained at the central portion. The scroll expansion mechanism is maintained at a low pressure or a discharge pressure at the outer periphery, and the outer periphery is maintained at a low pressure or a discharge pressure by a communication passage communicating with the discharged working fluid. At the same time, the communication passage is formed by intersecting at least two passages at an acute angle.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に膨張室を形成し、旋回スクロールを自転規制機構による自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたとき膨張室が容積を変えながら移動することで、吸入、吐出を行うスクロール膨張機に関するものである。   In the present invention, the fixed scroll and the orbiting scroll in which the spiral wrap rises from the end plate are meshed to form an expansion chamber therebetween, and the orbiting scroll is revolved along a circular orbit under the restriction of rotation by the rotation restriction mechanism. The present invention relates to a scroll expander that performs suction and discharge when the expansion chamber moves while changing its volume.

従来、膨張機構部と電動機部と圧縮機構部を1本の回転軸で連結した流体機械が知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, a fluid machine in which an expansion mechanism unit, an electric motor unit, and a compression mechanism unit are connected by a single rotating shaft is known (see, for example, Patent Document 1).

図4は、特許文献1に記載された従来の流体機械を示す断面図である。図4において、膨張機構部では、導入された流体の膨張によって動力が発生する。膨張機構部で発生した動力は、電動機部で発生した動力と共に、回転軸によって圧縮機構部へと伝達される。そして、圧縮機構部は、膨張機構部及び電動機部から伝達された動力によって駆動され、流体を吸入して圧縮する。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional fluid machine described in Patent Document 1. As shown in FIG. In FIG. 4, in the expansion mechanism section, power is generated by the expansion of the introduced fluid. The power generated in the expansion mechanism unit is transmitted to the compression mechanism unit by the rotating shaft together with the power generated in the electric motor unit. The compression mechanism unit is driven by the power transmitted from the expansion mechanism unit and the electric motor unit, and sucks and compresses the fluid.

また、上記回転軸には、膨張機構部や圧縮機構部などを潤滑する潤滑経路が設けられている。この給油経路は、回転軸の軸方向に形成されており、密閉容器の底部に溜まった潤滑油を遠心ポンプ作用によって吸引する。そして、潤滑経路は、潤滑油を圧縮機構部や膨張機構部などに供給するようにしている。   The rotating shaft is provided with a lubrication path for lubricating the expansion mechanism section, the compression mechanism section, and the like. The oil supply path is formed in the axial direction of the rotating shaft, and sucks the lubricating oil accumulated at the bottom of the sealed container by the centrifugal pump action. The lubrication path supplies lubricating oil to the compression mechanism unit, the expansion mechanism unit, and the like.

更に、圧縮機構部内の流体の熱が膨張機構部内への流体へと移動してしまうことを抑制すべく、密閉容器内に仕切り部を設けている。この仕切り部には膨張機構部内と圧縮機構部内を連通する流体戻し通路が設けられている。この流体戻し通路によって、膨張機構部に供給される潤滑油や、膨張機構部で膨張する液冷媒などの流体が、膨張機構部側の空間に溜まってしまうことを回避している。
特開2006−132329号公報
Furthermore, the partition part is provided in the airtight container in order to suppress that the heat of the fluid in the compression mechanism part moves to the fluid into the expansion mechanism part. The partition portion is provided with a fluid return passage communicating the expansion mechanism portion and the compression mechanism portion. The fluid return passage prevents fluid such as lubricating oil supplied to the expansion mechanism section and liquid refrigerant expanding in the expansion mechanism section from accumulating in the space on the expansion mechanism section side.
JP 2006-132329 A

しかしながら、圧縮機構部によって加熱された潤滑油は膨張機構部を潤滑することによって一旦冷却され、その後流体戻し通路によって圧縮機構部へと戻されて再び加熱される。そのため、圧縮機構部内の熱が膨張機構部内へと移動することによって、冷凍サイクルの能力低下を引き起こすという問題を有していた。   However, the lubricating oil heated by the compression mechanism is once cooled by lubricating the expansion mechanism, and then returned to the compression mechanism by the fluid return passage and heated again. Therefore, there has been a problem in that the capacity of the refrigeration cycle is reduced due to the heat in the compression mechanism section moving into the expansion mechanism section.

上記問題を解決するために、圧縮機構部と電動機部を密閉容器内に収納した圧縮機と、膨張機構部と電動機部を密閉容器内に収納した膨張機の、2つの密閉容器を有する冷凍サイクル装置が考えられている。膨張機で発生した動力は電動機部によって電力に変換され、圧縮機へと伝達される。この冷凍サイクル装置では、圧縮機及び膨張機にはそれぞれ独立した潤滑油溜まり及び潤滑経路を有し、お互いに潤滑油の過不足が生じたときにのみに潤滑油を補完できる連絡管で結ばれている。この構成によれば、安定運転時においては圧縮機及び膨張機の潤滑油の移動がないので、圧縮機内の熱が膨張機内へと移動することによる冷凍サイクルの能力低下を引き起こすことはない。   In order to solve the above-described problem, a refrigeration cycle having two sealed containers, that is, a compressor in which a compression mechanism section and an electric motor section are housed in a sealed container, and an expander in which an expansion mechanism section and an electric motor section are housed in the sealed container. A device is considered. The power generated in the expander is converted into electric power by the electric motor unit and transmitted to the compressor. In this refrigeration cycle apparatus, the compressor and the expander have independent lubricating oil reservoirs and lubricating paths, and are connected by a connecting pipe that can supplement the lubricating oil only when the lubricating oil is excessive or insufficient. ing. According to this configuration, since there is no movement of the lubricating oil of the compressor and the expander during stable operation, the capacity of the refrigeration cycle is not reduced due to the heat in the compressor moving into the expander.

しかしながら、膨張機の密閉容器内の温度は圧縮機の密閉容器内の温度と比較して低いので、潤滑油の粘度を圧縮機の信頼性確保の観点から選択した場合には、膨張機の密閉容器内での粘度が高くなり、粘性損失増大による動力回収効率の低下を引き起こすという問
題を有していた。また、作動流体としての冷媒を、二酸化炭素とした場合、膨張機の密閉容器内は高圧・低温となり、冷媒の密度が潤滑油の密度と逆転して潤滑油が密閉容器上部に溜まってしまい、潤滑油が摺動部へと供給できずに信頼性が確保できない場合があるといった問題を有していた。
However, since the temperature in the closed container of the expander is lower than the temperature in the closed container of the compressor, when the viscosity of the lubricating oil is selected from the viewpoint of ensuring the reliability of the compressor, the expander is sealed. There has been a problem that the viscosity in the container is increased and the power recovery efficiency is reduced due to an increase in viscosity loss. Also, if the refrigerant as the working fluid is carbon dioxide, the inside of the expander's sealed container will be at high pressure and low temperature, the density of the refrigerant will reverse the density of the lubricant and the lubricant will accumulate at the top of the sealed container, There was a problem that the reliability could not be ensured because the lubricating oil could not be supplied to the sliding part.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、冷凍サイクルの能力低下を防ぎながら、膨張機密閉容器内の温度の低下も防いで、高効率・高信頼性を確保したスクロール膨張機を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides a scroll expander that ensures high efficiency and high reliability by preventing a decrease in the temperature in the expander hermetic container while preventing a decrease in the capacity of the refrigeration cycle. The purpose is to do.

前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール膨張機は、旋回スクロールの反ラップ側と、これに対向した主軸受部材との間に中心部と外周部とを仕切るシール部材を配置すると共に、中心部に高圧ガス或いは高圧に保たれた潤滑油を供給し、且つ、外周部は低圧或いは吐出圧力に保たれたスクロール膨張機構部であって、吐出された作動流体と連通する連絡通路によって外周部を低圧或いは吐出圧力に維持すると共に、連絡通路は少なくとも2つの通路が鋭角に交差して構成したものである。これによって、吐出された液冷媒が外周部に溜まることを防ぐことが出来るので、膨張機密閉容器内の温度の低下も防いで、高効率・高信頼性を確保したスクロール膨張機を提供することを目的とする。   In order to solve the above-described conventional problems, the scroll expander according to the present invention includes a seal member that partitions the central portion and the outer peripheral portion between the anti-wrap side of the orbiting scroll and the main bearing member opposed thereto. In addition, a high-pressure gas or lubricating oil maintained at a high pressure is supplied to the central portion, and the outer peripheral portion is a scroll expansion mechanism portion maintained at a low pressure or a discharge pressure, and is a communication passage communicating with the discharged working fluid. Thus, the outer peripheral portion is maintained at a low pressure or a discharge pressure, and at least two passages intersect each other at an acute angle. As a result, it is possible to prevent the discharged liquid refrigerant from accumulating on the outer peripheral portion, and thus it is possible to prevent the temperature in the expander hermetic container from being lowered and to provide a scroll expander that ensures high efficiency and high reliability. With the goal.

本発明のスクロール膨張機は、特に二酸化炭素冷媒を用いた場合に、高効率・高信頼性を実現することができる。   The scroll expander of the present invention can achieve high efficiency and high reliability, particularly when a carbon dioxide refrigerant is used.

第1の発明は、旋回スクロールの反ラップ側と、これに対向した主軸受部材との間に中心部と外周部とを仕切るシール部材を配置すると共に、中心部に高圧ガス或いは高圧に保たれた潤滑油を供給し、且つ、外周部は低圧或いは吐出圧力に保たれたスクロール膨張機構部であって、吐出された作動流体と連通する連絡通路によって外周部を低圧或いは吐出圧力に維持すると共に、連絡通路は少なくとも2つの通路が鋭角に交差して構成したものである。これによって、吐出された液冷媒が外周部に溜まることを防ぐことが出来るので、膨張機密閉容器内の温度の低下も防いで、高効率・高信頼性を確保したスクロール膨張機を提供することができる。   In the first aspect of the invention, a seal member for partitioning the central portion and the outer peripheral portion is disposed between the anti-wrap side of the orbiting scroll and the main bearing member opposed thereto, and the high pressure gas or high pressure is maintained in the central portion. The scroll expansion mechanism is maintained at a low pressure or discharge pressure, and the outer periphery is maintained at a low pressure or discharge pressure by a communication passage communicating with the discharged working fluid. The communication passage is formed by intersecting at least two passages at an acute angle. As a result, it is possible to prevent the discharged liquid refrigerant from accumulating on the outer peripheral portion, and therefore, it is possible to prevent a decrease in the temperature in the expander hermetic container and to provide a scroll expander that ensures high efficiency and high reliability. Can do.

第2の発明は、特に、第1の発明の、作動流体が密閉容器外へと吐出される吐出管と、密閉容器との間に断熱要素を設けたものである。これによって、吐出配管から伝わる熱によって密閉容器が冷却される効果を防ぐことが出来るので、より高効率・高信頼性を確保したスクロール膨張機を提供することができる。   In the second invention, in particular, a heat insulating element is provided between the discharge pipe from which the working fluid is discharged out of the sealed container and the sealed container of the first invention. As a result, the effect that the sealed container is cooled by the heat transmitted from the discharge pipe can be prevented, so that a scroll expander that ensures higher efficiency and higher reliability can be provided.

第3の発明は、特に、第1または第2の発明の、作動流体が密閉容器内へと吸入される吸入管と、膨張機構部との間に、吸入室を設けたことものである。これによって、冷凍サイクルの能力を低下させることなく密閉容器内の作動流体を加熱することが出来るので、より高効率・高信頼性を確保したスクロール膨張機を提供することができる。   According to the third invention, in particular, the suction chamber is provided between the suction pipe through which the working fluid is sucked into the sealed container and the expansion mechanism part of the first or second invention. As a result, the working fluid in the hermetic container can be heated without degrading the capacity of the refrigeration cycle, so that a scroll expander that ensures higher efficiency and higher reliability can be provided.

第4の発明は、特に、第3の発明の、潤滑油の潤滑経路に吸入室を配置したものである。これによって、冷凍サイクルの能力を低下させることなく、密閉容器内の作動流体及び潤滑油を同時に加熱することができるので、より高効率・高信頼性を確保したスクロール膨張機を提供することができる。   In the fourth aspect of the invention, in particular, the suction chamber is arranged in the lubricating path of the lubricating oil of the third aspect of the invention. As a result, the working fluid and the lubricating oil in the sealed container can be heated at the same time without degrading the capacity of the refrigeration cycle, so that it is possible to provide a scroll expander that ensures higher efficiency and reliability. .

第5の発明は、特に、第1〜第4のいずれか1つの発明の、電動機部の発電効率が95%以下としたものである。これによって、膨張機構部で回収された動力を電力へと変換す
る際に生じる損失によって、密閉容器内の作動流体を加熱することが出来るので、より高効率・高信頼性を確保したスクロール膨張機を提供することができる。
In the fifth aspect of the invention, in particular, the power generation efficiency of the electric motor section of any one of the first to fourth aspects of the invention is 95% or less. As a result, the working fluid in the hermetic container can be heated by the loss that occurs when the power recovered by the expansion mechanism is converted into electric power, so the scroll expander ensures higher efficiency and higher reliability. Can be provided.

第6の発明は、特に、第1〜第5のいずれか1つの発明の、作動流体としての冷媒を、二酸化炭素としたものである。これによって、膨張機の密閉容器内は高圧・低温となり、運転条件によっては、冷媒の密度が潤滑油の密度と逆転して潤滑油が密閉容器上部に溜まってしまい、潤滑油が摺動部へと供給できず信頼性が確保できない場合があるが、冷凍サイクルの能力を低下させることなく、密閉容器内の作動流体を加熱することが出来るので、冷媒と潤滑油の密度の逆転を防いで、より高効率・高信頼性を確保したスクロール膨張機を提供することができる。   In the sixth invention, in particular, the refrigerant as the working fluid according to any one of the first to fifth inventions is carbon dioxide. As a result, the inside of the hermetic container of the expander becomes high pressure and low temperature, and depending on the operating conditions, the density of the refrigerant reverses to the density of the lubricating oil and the lubricating oil accumulates on the upper part of the hermetic container, and the lubricating oil flows to the sliding part. In some cases, reliability cannot be ensured, but the working fluid in the sealed container can be heated without degrading the capacity of the refrigeration cycle. It is possible to provide a scroll expander that ensures higher efficiency and higher reliability.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
本発明が用いられている冷凍サイクル機器は、圧縮機、膨張機、凝縮器、蒸発器から構成される冷凍サイクルであり、作動流体として冷媒が封入されている。圧縮機によって圧縮された冷媒は、凝縮器によって放熱した後、膨張機によって膨張させる。このとき、膨張過程によって発生した動力は電動機部によって電力に変換され、圧縮機へと供給される。膨張機によって膨張された冷媒は、蒸発器によって吸熱した後、再び圧縮機によって圧縮される。通常の冷凍サイクルでは膨張機の代わりに、膨張弁が設けられているが、本発明が用いられている冷凍サイクル機器は膨張機を用いることによって膨張動力を回収して、冷凍サイクル機器の高効率化が図られている。
(Embodiment 1)
The refrigeration cycle equipment in which the present invention is used is a refrigeration cycle including a compressor, an expander, a condenser, and an evaporator, and a refrigerant is enclosed as a working fluid. The refrigerant compressed by the compressor is radiated by the condenser and then expanded by the expander. At this time, the power generated by the expansion process is converted into electric power by the electric motor unit and supplied to the compressor. The refrigerant expanded by the expander absorbs heat by the evaporator and is compressed by the compressor again. In an ordinary refrigeration cycle, an expansion valve is provided instead of an expander. However, the refrigeration cycle equipment in which the present invention is used recovers expansion power by using the expander, and the high efficiency of the refrigeration cycle equipment. It is planned.

図1に本発明の実施の形態1におけるスクロール膨張機の断面図を示す。密閉容器1内に溶接や焼き嵌めなどして固定したクランク軸4の主軸部4aを軸支する主軸受部材11と、この主軸受部材11上にボルト止めした固定スクロール12との間に、固定スクロール12と噛み合う旋回スクロール13を挟み込んでスクロール式の膨張機構部を構成し、旋回スクロール13と主軸受部材11との間に旋回スクロール13の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転規制機構14を設けている。   FIG. 1 shows a cross-sectional view of a scroll expander according to Embodiment 1 of the present invention. It is fixed between a main bearing member 11 that pivotally supports the main shaft portion 4a of the crankshaft 4 fixed by welding or shrink fitting in the sealed container 1, and a fixed scroll 12 bolted on the main bearing member 11. An Oldham that forms a scroll-type expansion mechanism by sandwiching the orbiting scroll 13 that engages with the scroll 12 and guides the orbiting scroll 13 to rotate between the orbiting scroll 13 and the main bearing member 11 so as to move in a circular orbit. A rotation restricting mechanism 14 such as a ring is provided.

上記構成において、クランク軸4の上端にある偏心軸部4bにて旋回スクロール13を偏心駆動することにより旋回スクロール13を円軌道運動させ、これにより固定スクロール12と旋回スクロール13との間に形成している膨張室15が中央部から外周側に移動しながら大きくなるのを利用して、密閉容器1外に通じた吸入管16および固定スクロール12の中央部の吸入口17から冷媒ガスを吸入して膨張していき、所定圧以下になった冷媒ガスは固定スクロール12の外周側の吐出管18から密閉容器1外に吐出させることを繰り返す。   In the above configuration, the orbiting scroll 13 is eccentrically driven by the eccentric shaft portion 4 b at the upper end of the crankshaft 4, thereby causing the orbiting scroll 13 to move in a circular orbit, thereby forming between the fixed scroll 12 and the orbiting scroll 13. A refrigerant gas is sucked from a suction pipe 16 communicating with the outside of the hermetic container 1 and a suction port 17 in the central part of the fixed scroll 12 by using the expansion chamber 15 which is enlarged while moving from the central part to the outer peripheral side. The refrigerant gas that has been expanded and reduced to a predetermined pressure or less is repeatedly discharged from the discharge pipe 18 on the outer peripheral side of the fixed scroll 12 to the outside of the sealed container 1.

また、クランク軸4の他端側は副軸受部材21によって支持され、クランク軸4の他端側の先端には容積型ポンプ25を備えている。潤滑油6は、潤滑油溜り20から容積型ポンプ25はクランク軸4の軸方向の中心に設けられた給油経路(図示せず)を経て、主軸受部11a、偏心軸受部11bを潤滑および冷却した後、潤滑油戻し孔26を経て、再循環を行う。なお、旋回スクロール13の反ラップ側のボス部の先端面に、中心部と外周部とを仕切るシール部材5を配置している。このとき、シール部材5は偏心軸受部11bに到達した潤滑油6の圧力とシール部材5の外周部に形成されている背圧室29の圧力とを仕切る役割を持っているので、シール部材5の中心部は高圧に保たれている。   The other end of the crankshaft 4 is supported by the auxiliary bearing member 21, and a positive displacement pump 25 is provided at the other end of the crankshaft 4. The lubricating oil 6 lubricates and cools the main bearing portion 11a and the eccentric bearing portion 11b through a lubricating oil reservoir 20 through a positive displacement pump 25 (not shown) provided in the center of the crankshaft 4 in the axial direction. After that, recirculation is performed through the lubricating oil return hole 26. A seal member 5 that partitions the central portion and the outer peripheral portion is disposed on the tip surface of the boss portion on the opposite side of the orbiting scroll 13. At this time, the seal member 5 has a role of partitioning the pressure of the lubricating oil 6 reaching the eccentric bearing portion 11 b and the pressure of the back pressure chamber 29 formed on the outer peripheral portion of the seal member 5. The center of is kept at high pressure.

また、密閉容器1内は連絡管40を通して圧縮機(図示せず)と連通しており、密閉容器1内の圧力は高圧に保たれている。密閉容器内1の潤滑油6が不足した場合には、圧縮
機の潤滑油6が多くなり、連絡管40を通じて圧縮機から膨張機へと潤滑油6が供給される。一方、密閉容器内1の潤滑油6が多くなった場合には、連絡管40を通じて膨張機から圧縮機へと潤滑油6が供給されるので、潤滑油6は過不足なく圧縮機と膨張機に供給されるようになっている。
Further, the inside of the sealed container 1 communicates with a compressor (not shown) through the connecting pipe 40, and the pressure in the sealed container 1 is maintained at a high pressure. When the lubricating oil 6 in the sealed container 1 is insufficient, the lubricating oil 6 of the compressor increases, and the lubricating oil 6 is supplied from the compressor to the expander through the connecting pipe 40. On the other hand, when the amount of the lubricating oil 6 in the sealed container 1 increases, the lubricating oil 6 is supplied from the expander to the compressor through the connecting pipe 40. To be supplied.

また、背圧室29は、低圧或いは吐出圧力に保たれており、吐出された冷媒と連通する連絡通路30によって外周部を低圧或いは吐出圧力に維持すると共に、連絡通路30は少なくとも2つの通路が鋭角に交差して構成したものである(図1断面中には図示せず)。   The back pressure chamber 29 is maintained at a low pressure or a discharge pressure, and the communication passage 30 communicating with the discharged refrigerant maintains the outer peripheral portion at a low pressure or a discharge pressure. The communication passage 30 includes at least two passages. It is configured to intersect at an acute angle (not shown in the cross section of FIG. 1).

図2は、本実施の形態のスクロール膨張機における固定スクロール12の斜視図である。図2を見ても分かるように、連絡通路30は2つの通路が鋭角に交差して構成されていて、一端は吐出された冷媒と連通し、もう一端は背圧室29に連通している。これによって、膨張後に吐出された液冷媒が外周部に溜まることを防ぎ、ガス化した冷媒のみを背圧室29に供給することが出来る。ガス化した冷媒は液冷媒に比べて、密閉容器内1の冷媒やシール部材5の中心部に供給される潤滑油6への冷却効果は少ないので、密閉容器内1の温度の低下を効果的に防ぐことが出来る。また図1に示すように、吐出管18と密閉容器1内の固定スクロール12との間には、断熱要素41が挿入されており、膨張後の冷媒によって密閉容器1内の冷媒が冷却されないようになっている。   FIG. 2 is a perspective view of the fixed scroll 12 in the scroll expander of the present embodiment. As can be seen from FIG. 2, the communication passage 30 is formed by intersecting two passages at an acute angle, one end communicating with the discharged refrigerant, and the other end communicating with the back pressure chamber 29. . Thereby, the liquid refrigerant discharged after expansion can be prevented from accumulating on the outer peripheral portion, and only the gasified refrigerant can be supplied to the back pressure chamber 29. Since the gasified refrigerant has less cooling effect on the refrigerant in the sealed container 1 and the lubricating oil 6 supplied to the central portion of the seal member 5 than the liquid refrigerant, the temperature drop in the sealed container 1 is effectively reduced. Can be prevented. Further, as shown in FIG. 1, a heat insulating element 41 is inserted between the discharge pipe 18 and the fixed scroll 12 in the sealed container 1 so that the refrigerant in the sealed container 1 is not cooled by the expanded refrigerant. It has become.

上記のように密閉容器1内の冷媒や潤滑油6が冷却されることを抑制する対策によって、潤滑油6の粘度を圧縮機の信頼性確保の観点から選択した場合においても、膨張機の密閉容器1内での粘度上昇を低く抑えることができるので、粘性損失増大による動力回収効率の低下を防いで、高効率・高信頼性を確保したスクロール膨張機を提供することができる。   Even when the viscosity of the lubricating oil 6 is selected from the viewpoint of ensuring the reliability of the compressor by measures for suppressing the cooling of the refrigerant and the lubricating oil 6 in the sealed container 1 as described above, the expansion machine is sealed. Since the increase in viscosity in the container 1 can be suppressed to a low level, it is possible to provide a scroll expander that can prevent a reduction in power recovery efficiency due to an increase in viscosity loss and ensure high efficiency and high reliability.

(実施の形態2)
図3に本発明の実施の形態2におけるスクロール膨張機の断面図を示す。図3に示すように、固定スクロール12の反ラップ側の面に吸入室15aを形成し、密閉容器1外に通じた吸入管16から吸入された冷媒ガスは吸入室15aへと流入後、固定スクロール12の中央部の吸入口17から冷媒ガスを吸入して膨張する。また、潤滑油6は、潤滑油溜り20から容積型ポンプ25はクランク軸4の軸方向の中心に設けられた給油経路(図示せず)を経て、主軸受部11a、偏心軸受部11bを潤滑および冷却した後、潤滑油戻し孔26を経て、潤滑油経路26aを通って、吸入室15a付近に一旦上昇した後に、潤滑油経路26bを通って、密閉容器1下部へと再循環される。このとき、放熱器によって冷却された冷媒は、膨張機によって膨張過程を経た冷媒に比べて温度が高いので、吸入室15a付近に上昇した潤滑油6を暖めることができる。これによって、潤滑油6の粘度を圧縮機の信頼性確保の観点から選択した場合においても、膨張機の密閉容器1内での粘度上昇をより低く抑えることができるので、粘性損失増大による動力回収効率の低下を防いで、より高効率・高信頼性を確保したスクロール膨張機を提供することができる。
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a cross-sectional view of a scroll expander according to Embodiment 2 of the present invention. As shown in FIG. 3, a suction chamber 15a is formed on the surface of the fixed scroll 12 on the side opposite to the wrap, and the refrigerant gas sucked from the suction pipe 16 communicating with the outside of the hermetic container 1 flows into the suction chamber 15a and then is fixed. The refrigerant gas is sucked from the suction port 17 at the center of the scroll 12 to expand. Further, the lubricating oil 6 lubricates the main bearing portion 11a and the eccentric bearing portion 11b through the lubricating oil reservoir 20 through the positive displacement pump 25 (not shown) provided in the center of the crankshaft 4 in the axial direction. And after cooling, it passes through the lubricating oil return hole 26, passes through the lubricating oil passage 26a, once rises to the vicinity of the suction chamber 15a, and then recirculates through the lubricating oil passage 26b to the lower part of the sealed container 1. At this time, since the refrigerant cooled by the radiator has a higher temperature than the refrigerant that has undergone the expansion process by the expander, the lubricating oil 6 that has risen near the suction chamber 15a can be warmed. As a result, even when the viscosity of the lubricating oil 6 is selected from the viewpoint of ensuring the reliability of the compressor, the increase in the viscosity of the expander in the sealed container 1 can be suppressed to a lower level. It is possible to provide a scroll expander that prevents a decrease in efficiency and ensures higher efficiency and reliability.

また、電動機部3の発電効率が95%以下とすることによって、膨張機構部2で回収された動力を電力へと変換する際に生じる損失によって、密閉容器1内の作動流体を加熱することが出来るので、より高効率・高信頼性を確保したスクロール膨張機を提供することができる。   In addition, by setting the power generation efficiency of the electric motor unit 3 to 95% or less, the working fluid in the sealed container 1 can be heated by a loss generated when the power recovered by the expansion mechanism unit 2 is converted into electric power. Therefore, it is possible to provide a scroll expander that ensures higher efficiency and higher reliability.

なお、作動流体としての冷媒を、二酸化炭素とした場合には、膨張機の密閉容器1内は高圧・低温となり、冷媒の密度が潤滑油6の密度と逆転して潤滑油6が密閉容器上部に溜まってしまい、潤滑油6が摺動部へと供給できず信頼性が確保できない場合があるが、冷凍サイクルの能力を低下させることなく、密閉容器1内の作動流体の冷却を抑制し、又は加熱することが出来るので、より高効率・高信頼性を確保したスクロール膨張機を提供す
ることができる。
When the refrigerant as the working fluid is carbon dioxide, the inside of the expander's sealed container 1 becomes high pressure / low temperature, and the density of the refrigerant is reversed to the density of the lubricating oil 6 so that the lubricating oil 6 is at the top of the sealed container. However, the lubricating oil 6 cannot be supplied to the sliding portion and reliability may not be ensured. However, the cooling of the working fluid in the sealed container 1 is suppressed without reducing the capacity of the refrigeration cycle, Or since it can heat, the scroll expander which ensured higher efficiency and high reliability can be provided.

以上のように、本発明にかかるスクロール膨張機は、旋回スクロールの反ラップ側と、これに対向した主軸受部材との間に中心部と外周部とを仕切るシール部材を配置すると共に、中心部に高圧ガス或いは高圧に保たれた潤滑油を供給し、且つ、外周部は低圧或いは吐出圧力に保たれたスクロール膨張機構部であって、吐出された作動流体と連通する連絡通路によって外周部を低圧或いは吐出圧力に維持すると共に、連絡通路は少なくとも2つの通路が鋭角に交差して構成したものである。これによって、吐出された液冷媒が外周部に溜まることを防ぐことが出来るので、膨張機密閉容器内の温度の低下も防いで、高効率・高信頼性を確保したスクロール膨張機を提供することができるので、作動流体を冷媒と限ることなく、空気、ヘリウムを作動流体とするスクロール膨張機や、圧縮機も含むスクロール流体機械の用途にも適用できる。   As described above, in the scroll expander according to the present invention, the seal member that partitions the center portion and the outer peripheral portion is disposed between the anti-wrap side of the orbiting scroll and the main bearing member facing the center portion, and the center portion A high-pressure gas or lubricating oil maintained at a high pressure is supplied to the outer peripheral portion, and the outer peripheral portion is a scroll expansion mechanism portion maintained at a low pressure or a discharge pressure, and the outer peripheral portion is formed by a communication passage communicating with the discharged working fluid. While maintaining the low pressure or the discharge pressure, the communication passage is formed by intersecting at least two passages at an acute angle. As a result, it is possible to prevent the discharged liquid refrigerant from accumulating on the outer peripheral portion, and thus it is possible to prevent the temperature in the expander hermetic container from being lowered and to provide a scroll expander that ensures high efficiency and high reliability. Therefore, the present invention can be applied to a scroll fluid machine including a scroll expander using air or helium as a working fluid, or a scroll fluid machine including a compressor, without limiting the working fluid to a refrigerant.

本発明の実施の形態1におけるスクロール膨張機の断面図Sectional drawing of the scroll expander in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における固定スクロールの斜視図The perspective view of the fixed scroll in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態2におけるスクロール膨張機の断面図Sectional drawing of the scroll expander in Embodiment 2 of this invention 従来の流体機械を示す断面図Sectional view showing a conventional fluid machine

符号の説明Explanation of symbols

2 膨張機構部
3 電動機部
5 シール部材
6 潤滑油
12 固定スクロール
13 旋回スクロール
14 自転規制機構
15 膨張室
15a 吸入室
29 背圧室
30 連絡通路
41 断熱要素
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Expansion mechanism part 3 Electric motor part 5 Seal member 6 Lubricating oil 12 Fixed scroll 13 Orbiting scroll 14 Rotation control mechanism 15 Expansion chamber 15a Suction chamber 29 Back pressure chamber 30 Communication channel 41 Heat insulation element

Claims (6)

密閉容器内に、膨張機構部と電動機部を、クランク軸を介して連結して収納すると共に、前記膨張機構部は、鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に膨張室を形成し、前記旋回スクロールを前記クランク軸に連結する偏心軸部に係合しながら自転規制機構による自転の規制のもとに旋回させたときに、前記膨張室が容積を変えながら移動することで、作動流体の吸入、吐出を行い、また、前記旋回スクロールの反ラップ側と、これに対向した主軸受部材との間に中心部と外周部とを仕切るシール部材を配置すると共に、前記中心部に高圧ガス或いは高圧に保たれた潤滑油を供給し、且つ、前記外周部は低圧或いは吐出圧力に保たれたスクロール膨張機構部であって、
吐出された作動流体と連通する連絡通路によって前記外周部を低圧或いは吐出圧力に維持すると共に、前記連絡通路は少なくとも2つの通路が鋭角に交差して構成されていることを特徴とするスクロール膨張機。
The expansion mechanism part and the electric motor part are connected and stored in a sealed container via a crankshaft, and the expansion mechanism part is inflated between the fixed scroll and the orbiting scroll where the spiral wrap rises from the end plate. A chamber is formed, and the expansion chamber moves while changing its volume when the orbiting scroll is rotated under the rotation restriction by the rotation restriction mechanism while engaging the eccentric shaft portion connected to the crankshaft. In this manner, the working fluid is sucked and discharged, and a seal member for partitioning the central portion and the outer peripheral portion is disposed between the anti-wrap side of the orbiting scroll and the main bearing member opposed thereto. Supplying high-pressure gas or lubricating oil maintained at high pressure to the central portion, and the outer peripheral portion is a scroll expansion mechanism portion maintained at low pressure or discharge pressure,
The scroll expander is characterized in that the outer peripheral portion is maintained at a low pressure or a discharge pressure by a communication passage communicating with the discharged working fluid, and at least two passages intersect each other at an acute angle. .
作動流体が密閉容器外へと吐出される吐出管と、前記密閉容器との間に断熱要素を設けたことを特徴とする請求項1に記載のスクロール膨張機。 The scroll expander according to claim 1, wherein a heat insulating element is provided between the discharge pipe through which the working fluid is discharged to the outside of the sealed container and the sealed container. 作動流体が密閉容器内へと吸入される吸入管と、膨張機構部との間に、吸入室を設けたことを特徴とする請求項1または2のいずれか1項に記載のスクロール膨張機。 The scroll expander according to claim 1, wherein a suction chamber is provided between the suction pipe through which the working fluid is sucked into the sealed container and the expansion mechanism. 潤滑油の潤滑経路に吸入室を配置したことを特徴とする請求項3に記載のスクロール膨張機。 The scroll expander according to claim 3, wherein a suction chamber is arranged in a lubricating path of the lubricating oil. 電動機部の発電効率が95%以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のスクロール膨張機 The scroll expander according to any one of claims 1 to 4, wherein the power generation efficiency of the motor section is 95% or less. 作動流体としての冷媒を、二酸化炭素としたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のスクロール膨張機。 The scroll expander according to any one of claims 1 to 5, wherein the refrigerant as the working fluid is carbon dioxide.
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