JP2013019336A - Expander and refrigerating device - Google Patents
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Abstract
【課題】副吸入通路の切換機構を簡素化し、部品点数の低減を図ると共に、省スペース化を図る。
【解決手段】膨張機(40)は、膨張室(52)の主吸入通路(46)と、主吸入通路(46)の膨張室(52)の開口位置よりピストン(51)の回転方向に進んだ位置に開口する膨張室(52)の副吸入通路(70)と備えている。副吸入通路(70)には、副吸入通路(70)に連通する1次側室(87)の1次側圧力と冷媒回路(11)の所定圧の冷媒が導入される2次側室(88)の2次側圧力との差圧に基づいて副吸入通路(70)を開閉し、膨張室(52)への高圧冷媒の供給および遮断を行う切換弁(80)が設けられている。さらに、副吸入通路(70)には、切換弁(80)より上流側に位置し、切換弁(80)が副吸入通路(70)の開閉動作を行うように副吸入通路(70)を開閉する制御弁(75)が設けられている。
【選択図】図5A sub-intake passage switching mechanism is simplified to reduce the number of parts and to save space.
An expander (40) advances in the rotational direction of a piston (51) from an opening position of a main suction passage (46) of the expansion chamber (52) and an expansion chamber (52) of the main suction passage (46). The auxiliary suction passage (70) of the expansion chamber (52) that opens to the position is provided. In the secondary suction passage (70), the secondary side chamber (88) into which the primary pressure of the primary side chamber (87) communicating with the secondary suction passage (70) and the refrigerant having a predetermined pressure in the refrigerant circuit (11) are introduced. A switching valve (80) that opens and closes the auxiliary suction passage (70) based on the pressure difference from the secondary side pressure and supplies and shuts off the high-pressure refrigerant to the expansion chamber (52) is provided. Further, the auxiliary suction passage (70) is located upstream of the switching valve (80), and opens and closes the auxiliary suction passage (70) so that the switching valve (80) opens and closes the auxiliary suction passage (70). A control valve (75) is provided.
[Selection] Figure 5
Description
本発明は、膨張機および該膨張機を備えた冷凍装置に関し、特に、膨張機の吸入容積の制御対策に係るものである。 The present invention relates to an expander and a refrigeration apparatus including the expander, and particularly relates to measures for controlling the suction volume of the expander.
従来、冷凍装置には、特許文献1に示すように、冷媒回路に膨張機を接続し、膨張機において冷媒の動力を回収するようにしたものがある。この冷凍装置は、膨張機において、高圧冷媒から動力を回収し、この動力を圧縮機の駆動に利用している。 Conventionally, as shown in Patent Document 1, there is a refrigeration apparatus in which an expander is connected to a refrigerant circuit and the power of the refrigerant is recovered in the expander. This refrigeration apparatus recovers power from high-pressure refrigerant in an expander and uses this power for driving a compressor.
ところで、上記冷凍装置の冷媒回路は、閉回路であるため、単位時間当たりに圧縮機を通過する冷媒の循環量(質量流量に相当、以下同じ)と膨張機を通過する冷媒の循環量とが常に一致していなければならない。 By the way, since the refrigerant circuit of the refrigeration apparatus is a closed circuit, the circulation amount of the refrigerant passing through the compressor per unit time (corresponding to mass flow rate, the same applies hereinafter) and the circulation amount of the refrigerant passing through the expander are Must always match.
しかし、膨張機をある設計仕様点、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、圧縮機での循環量と膨張機での循環量との間に過不足が生じる。具体的には、例えば、暖房定格時に上記圧縮機と膨張機との循環量が一致するように設計すると、圧縮機の吸入圧力が高くなる冷房定格時には、最適な膨張機の吸入容積は暖房定格時の場合よりも大きくなるため、膨張機の冷媒が不足して過膨張が生じることになる。 However, when an expander is designed at a certain design specification point, for example, a heating rating, if it is operated under conditions that deviate from the design specification point, the amount of circulation between the compressor and the amount of circulation at the expander Excess or deficiency occurs. Specifically, for example, when the circulation rate between the compressor and the expander is matched at the time of heating rating, the optimal expansion machine suction volume is the heating rating at the cooling rating when the suction pressure of the compressor increases. Since it becomes larger than the case of time, the refrigerant of the expander is insufficient and overexpansion occurs.
そこで、上記特許文献1の冷凍装置の膨張機は、主吸入通路と別個に切換機構である切換弁を有する副吸入通路をシリンダに形成している。上記副吸入通路は、一端が主吸入通路に接続され、他端が主吸入通路の膨張室の開口位置よりピストンの回転方向に進んだ位置に開口し、上記膨張室に主吸入通路から高圧冷媒を供給している。 In view of this, the expander of the refrigeration apparatus of Patent Document 1 described above has a sub-suction passage having a switching valve, which is a switching mechanism, formed in the cylinder separately from the main suction passage. The auxiliary suction passage has one end connected to the main suction passage and the other end opened to a position advanced in the rotation direction of the piston from the opening position of the expansion chamber of the main suction passage. Supply.
そして、上記膨張機は、例えば、圧縮機の吸入圧力が高くなる運転条件において、切換弁を開口し、高圧冷媒が副吸入通路を通じて膨張室に導入される。これにより、膨張機の流出側の冷媒の圧力が圧縮機の吸入圧力に近づき、過膨張の発生が防止される。 The expander opens, for example, the switching valve and the high-pressure refrigerant is introduced into the expansion chamber through the auxiliary suction passage under an operating condition in which the suction pressure of the compressor increases. As a result, the pressure of the refrigerant on the outflow side of the expander approaches the suction pressure of the compressor, and the occurrence of overexpansion is prevented.
しかしながら、上述した膨張機の切換弁は、弁体の背圧である2次側圧力として膨張機の入口側の高圧冷媒圧力と、膨張機の出口側の低圧冷媒圧力とを利用し、この高圧冷媒圧力と低圧冷媒圧力とを切り換えて開閉させるようにしているので、部品点数が多いなどの問題があった。 However, the above-described switching valve of the expander uses the high-pressure refrigerant pressure on the inlet side of the expander and the low-pressure refrigerant pressure on the outlet side of the expander as the secondary side pressure that is the back pressure of the valve body. Since the refrigerant pressure and the low-pressure refrigerant pressure are switched and opened and closed, there are problems such as a large number of parts.
つまり、上記切換弁には、高圧冷媒を導く高圧側背圧通路と、低圧冷媒を導く低圧側背圧通路とを接続する必要があると共に、高圧側背圧通路および低圧側背圧通路を開閉する高圧側制御弁と低圧側制御弁とを設ける必要がある。したがって、従来の膨張機は、2つの背圧通路と2つの制御弁とを設ける必要があるので、部品点数が多くなり、高価であるという問題があると共に、制御弁等の設置スペースが必要であり、大きなスペースを要するという問題があった。 In other words, the switching valve needs to be connected to a high-pressure side back pressure passage that guides the high-pressure refrigerant and a low-pressure side back pressure passage that guides the low-pressure refrigerant, and opens and closes the high-pressure side back pressure passage and the low-pressure side back pressure passage. It is necessary to provide a high-pressure side control valve and a low-pressure side control valve. Therefore, since the conventional expander needs to provide two back pressure passages and two control valves, there is a problem that the number of parts is increased and the cost is high, and a space for installing the control valve is required. There was a problem of requiring a large space.
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、副吸入通路の切換機構を簡素化し、部品点数の低減を図ると共に、省スペース化を図ることを目的とする。 The present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to simplify the switching mechanism of the auxiliary suction passage, to reduce the number of parts, and to save space.
第1の発明は、回転部材(51)の回転より膨張室(52)で冷媒回路(11)の高圧冷媒を膨張させて冷媒の動力を回収する膨張機である。 1st invention is an expander which expands the high-pressure refrigerant | coolant of a refrigerant circuit (11) in an expansion chamber (52) by rotation of a rotating member (51), and collects the motive power of a refrigerant | coolant.
そして、第1の発明は、上記膨張室(52)に高圧冷媒を供給する主吸入通路(46)と、該主吸入通路(46)の膨張室(52)の開口位置より回転部材(51)の回転方向に進んだ位置に開口し、上記膨張室(52)に高圧冷媒を供給する副吸入通路(70)と、該副吸入通路(70)に設けられ、上記副吸入通路(70)に連通する1次側室(87)の1次側圧力と上記冷媒回路(11)の所定圧の冷媒が導入される2次側室(88)の2次側圧力との差圧に基づいて上記副吸入通路(70)を開閉し、上記膨張室(52)への高圧冷媒の供給および遮断を行う切換弁(80)と、上記副吸入通路(70)に設けられ、上記切換弁(80)より上流側に位置し、上記切換弁(80)が上記副吸入通路(70)の開閉動作を行うように上記副吸入通路(70)を開閉する制御弁(75)とを備えていることを特徴としている。 The first invention provides a main suction passage (46) for supplying high-pressure refrigerant to the expansion chamber (52), and a rotating member (51) from the opening position of the expansion chamber (52) of the main suction passage (46). The auxiliary suction passage (70) for supplying high-pressure refrigerant to the expansion chamber (52) and the auxiliary suction passage (70) are provided in the auxiliary suction passage (70). The secondary suction is based on the differential pressure between the primary side pressure of the communicating primary side chamber (87) and the secondary side pressure of the secondary side chamber (88) into which the refrigerant of a predetermined pressure in the refrigerant circuit (11) is introduced. A switching valve (80) that opens and closes the passage (70) and supplies and shuts off the high-pressure refrigerant to the expansion chamber (52), and is provided in the auxiliary suction passage (70), upstream of the switching valve (80). And a control valve (75) that opens and closes the auxiliary suction passage (70) so that the switching valve (80) opens and closes the auxiliary suction passage (70). It is characterized in that.
上記第1の発明においては、制御弁(75)が副吸入通路(70)を閉鎖すると、切換弁(80)が副吸入通路(70)から膨張室(52)への高圧冷媒の供給を遮断する。この結果、高圧冷媒が主吸入通路(46)からのみ膨張室(52)に供給される。一方、上記制御弁(75)が副吸入通路(70)を開放すると、切換弁(80)が副吸入通路(70)から膨張室(52)への高圧冷媒の供給を許容する。この結果、高圧冷媒が主吸入通路(46)と副吸入通路(70)の双方から膨張室(52)に供給される。 In the first aspect of the invention, when the control valve (75) closes the auxiliary suction passage (70), the switching valve (80) shuts off the supply of high-pressure refrigerant from the auxiliary suction passage (70) to the expansion chamber (52). To do. As a result, the high-pressure refrigerant is supplied to the expansion chamber (52) only from the main suction passage (46). On the other hand, when the control valve (75) opens the auxiliary suction passage (70), the switching valve (80) allows the supply of high-pressure refrigerant from the auxiliary suction passage (70) to the expansion chamber (52). As a result, high-pressure refrigerant is supplied from both the main suction passage (46) and the sub suction passage (70) to the expansion chamber (52).
このように、主吸入通路(46)と副吸入通路(70)との閉じ切り点が異なるので、膨張比が調節され、圧縮機と膨張機との冷媒循環量がバランスし、過膨張の発生が防止される。 As described above, since the closing points of the main suction passage (46) and the sub suction passage (70) are different, the expansion ratio is adjusted, the refrigerant circulation amount between the compressor and the expander is balanced, and overexpansion occurs. Is prevented.
第2の発明は、第1の発明において、上記切換弁(80)は、上記冷媒回路(11)の高圧冷媒を2次側室(88)に導く背圧通路(71)が接続されていることを特徴としている。 In a second aspect based on the first aspect, the switching valve (80) is connected to a back pressure passage (71) for guiding the high-pressure refrigerant in the refrigerant circuit (11) to the secondary chamber (88). It is characterized by.
上記第2の発明においては、切換弁(80)の2次側室(88)に高圧冷媒が導入され、上記切換弁(80)は1次側圧力と2次側圧力との差圧によって切り換わる。 In the second aspect of the invention, the high-pressure refrigerant is introduced into the secondary chamber (88) of the switching valve (80), and the switching valve (80) is switched by the differential pressure between the primary pressure and the secondary pressure. .
第3の発明は、第1の発明において、上記切換弁(80)は、上記冷媒回路(11)の低圧冷媒を2次側室(88)に導く背圧通路(71)が接続されていることを特徴としている。 In a third aspect based on the first aspect, the switching valve (80) is connected to a back pressure passage (71) for guiding the low pressure refrigerant of the refrigerant circuit (11) to the secondary side chamber (88). It is characterized by.
上記第3の発明においては、切換弁(80)の2次側室(88)に低圧冷媒が導入され、上記切換弁(80)は1次側圧力と2次側圧力との差圧によって切り換わる。 In the third aspect of the invention, the low-pressure refrigerant is introduced into the secondary chamber (88) of the switching valve (80), and the switching valve (80) is switched by the differential pressure between the primary pressure and the secondary pressure. .
第4の発明は、第2の発明において、上記切換弁(80)は、弁室(81)を1次側室(87)と2次側室(88)とに区画すると共に、上記弁室(81)の内部を直動して上記膨張室(52)に連通する高圧出口(85)を開閉する弁体(82)と、該弁体(82)を開弁方向に付勢する付勢部材(83)とを備え、上記1次側室(87)の冷媒圧力に付勢部材(83)の付勢力を加えた1次側圧力と上記2次側室(88)の高圧冷媒圧力よりなる2次側圧力との差圧によって弁体(82)が高圧出口(85)を開閉するように構成されていることを特徴としている。 In a fourth aspect based on the second aspect, the switching valve (80) divides the valve chamber (81) into a primary side chamber (87) and a secondary side chamber (88), and the valve chamber (81 ) To open and close the high pressure outlet (85) communicating with the expansion chamber (52), and a biasing member for biasing the valve body (82) in the valve opening direction ( 83), and a secondary side consisting of a primary pressure obtained by applying a biasing force of the biasing member (83) to a refrigerant pressure in the primary chamber (87) and a high-pressure refrigerant pressure in the secondary chamber (88). The valve element (82) is configured to open and close the high-pressure outlet (85) by a pressure difference from the pressure.
上記第4の発明においては、1次側室(87)に高圧冷媒が導入されると、付勢部材(83)の付勢力によって弁体(82)を開弁方向に移動し、弁体(82)が高圧出口(85)を開放する。一方、上記1次側室(87)への高圧冷媒の導入が遮断されると、2次側室(88)の高圧冷媒圧力よって弁体(82)を閉弁方向に移動し、弁体(82)が高圧出口(85)を閉鎖する。 In the fourth aspect of the invention, when the high-pressure refrigerant is introduced into the primary side chamber (87), the urging force of the urging member (83) moves the valve body (82) in the valve opening direction, and the valve body (82 ) Opens the high pressure outlet (85). On the other hand, when the introduction of the high-pressure refrigerant to the primary side chamber (87) is blocked, the valve body (82) is moved in the valve closing direction by the high-pressure refrigerant pressure in the secondary side chamber (88), and the valve body (82) Closes the high pressure outlet (85).
第5の発明は、第3の発明において、上記切換弁(80)は、弁室(81)を1次側室(87)と2次側室(88)とに区画すると共に、上記弁室(81)の内部を直動して上記膨張室(52)に連通する高圧出口(85)を開閉する弁体(82)と、該弁体(82)を閉弁方向に付勢する付勢部材(83)とを備え、上記1次側室(87)の冷媒圧力よりなる1次側圧力と上記2次側室(88)の低圧冷媒圧力に付勢部材(83)の付勢力を加えた2次側圧力との差圧によって弁体(82)が高圧出口(85)を開閉するように構成されていることを特徴としている。 In a fifth aspect based on the third aspect, the switching valve (80) divides the valve chamber (81) into a primary side chamber (87) and a secondary side chamber (88), and the valve chamber (81 ) To open and close the high pressure outlet (85) communicating with the expansion chamber (52), and a biasing member for biasing the valve body (82) in the valve closing direction ( 83), and the secondary side obtained by applying the urging force of the urging member (83) to the primary side pressure composed of the refrigerant pressure in the primary side chamber (87) and the low pressure refrigerant pressure in the secondary side chamber (88) The valve element (82) is configured to open and close the high-pressure outlet (85) by a pressure difference from the pressure.
上記第5の発明においては、1次側室(87)に高圧冷媒が導入されると、この高圧冷媒圧力によって弁体(82)を開弁方向に移動し、弁体(82)が高圧出口(85)を開放する。一方、上記1次側室(87)への高圧冷媒の導入が遮断されると、2次側室(88)の低圧冷媒圧力と付勢部材(83)の付勢力とよって弁体(82)を閉弁方向に移動し、弁体(82)が高圧出口(85)を閉鎖する。 In the fifth aspect, when high-pressure refrigerant is introduced into the primary side chamber (87), the high-pressure refrigerant pressure moves the valve body (82) in the valve opening direction, and the valve body (82) Open 85). On the other hand, when the introduction of the high-pressure refrigerant to the primary side chamber (87) is blocked, the valve body (82) is closed by the low-pressure refrigerant pressure in the secondary side chamber (88) and the urging force of the urging member (83). The valve body (82) moves in the valve direction and closes the high pressure outlet (85).
第6の発明は、第1〜第5の何れか1の発明において、上記背圧通路(71)は、膨張機本体(43)に形成されていることを特徴としている。 The sixth invention is characterized in that, in any one of the first to fifth inventions, the back pressure passage (71) is formed in the expander body (43).
上記第6の発明においては、上記切換弁(80)の2次側室(88)に、膨張機本体(43)に形成された背圧通路(71)から冷媒が導入される。 In the sixth aspect of the invention, the refrigerant is introduced from the back pressure passage (71) formed in the expander body (43) into the secondary chamber (88) of the switching valve (80).
第7の発明は、第1〜第6の何れか1の発明の膨張機(40)を備えていることを特徴とする冷凍装置。 7th invention is equipped with the expander (40) of any one of 1st-6th invention, The freezing apparatus characterized by the above-mentioned.
上記第7の発明においては、冷凍装置が膨張機(40)によって動力を回収する。 In the seventh aspect of the invention, the refrigeration apparatus recovers power by the expander (40).
本発明によれば、副吸入通路(70)を切換弁(80)によって開閉し、膨張比を調節することができるので、圧縮機(32)と膨張機(40)との冷媒循環量をバランスさせることができる。その結果、例えば、冷凍装置の運転条件が変化しても、膨張機(40)の流出側で過膨張が発生することを回避でき、逆トルクの発生を抑制することができるので、膨張機(40)での動力回収効率の向上を図ることができると共に、機械的信頼性の向上を図ることができる。 According to the present invention, since the auxiliary suction passage (70) can be opened and closed by the switching valve (80) and the expansion ratio can be adjusted, the refrigerant circulation amount between the compressor (32) and the expander (40) is balanced. Can be made. As a result, for example, even if the operating conditions of the refrigeration apparatus change, it is possible to avoid the occurrence of overexpansion on the outflow side of the expander (40) and to suppress the generation of reverse torque. It is possible to improve the power recovery efficiency in 40) and to improve the mechanical reliability.
また、上記切換弁(80)の切換えによって吸入容積を可変とすることができるので、膨張機運転エリアを拡大することができる。 Further, since the suction volume can be made variable by switching the switching valve (80), the expander operating area can be expanded.
また、上記切換弁(80)の背圧通路(71)は、1つ形成しているのみであるので、従来のように2つの背圧通路を形成する必要がなく、また、上記切換弁(80)を切り換えるための制御弁(75)は、副吸入通路(70)に1つのみ設けているので、部品点数を削減することができると共に、構成の簡素化を図ることができる。 Further, since only one back pressure passage (71) of the switching valve (80) is formed, it is not necessary to form two back pressure passages as in the prior art, and the switching valve (80) Since only one control valve (75) for switching 80) is provided in the auxiliary suction passage (70), the number of parts can be reduced and the configuration can be simplified.
また、上記切換弁(80)を膨張室(52)の近傍に設けているので、死容積を小さくすることができる。つまり、上記副吸入通路(70)に制御弁(75)のみを設けた場合、制御弁(75)を冷媒回路(11)に接続される補助配管に設けることになり、制御弁(75)から膨張室(52)までの間が冷媒膨張に寄与しない閉空間の死容積となる。本発明は、制御弁(75)の他に切換弁(80)を設けているので、該切換弁(80)を膨張室(52)の近傍に配置することができることから、死容積をほぼ無くすことができる。これにより、例えば、死容積が形成された場合には、死容積に起因して動力回収量(仕事量)が小さくなってしまうのに対し、本発明では、動力回収量が低減することがなく、所望とする動力回収効率を得ることができる。 Further, since the switching valve (80) is provided in the vicinity of the expansion chamber (52), the dead volume can be reduced. That is, when only the control valve (75) is provided in the auxiliary suction passage (70), the control valve (75) is provided in the auxiliary pipe connected to the refrigerant circuit (11). The space up to the expansion chamber (52) is the dead volume of the closed space that does not contribute to refrigerant expansion. In the present invention, since the switching valve (80) is provided in addition to the control valve (75), the switching valve (80) can be disposed in the vicinity of the expansion chamber (52), so that the dead volume is substantially eliminated. be able to. Thereby, for example, when a dead volume is formed, the power recovery amount (work amount) is reduced due to the dead volume, whereas in the present invention, the power recovery amount is not reduced. The desired power recovery efficiency can be obtained.
また、上記副吸入通路(70)を切換弁(80)によって切り換えるので、逆止弁とは異なり、吸入時のチャタリングを防止することができ、開口状態を確実に維持させることができることから、圧力損失を小さくすることができると共に、振動による騒音の低減を図ることができる。 Further, since the auxiliary suction passage (70) is switched by the switching valve (80), unlike the check valve, chattering at the time of suction can be prevented and the open state can be reliably maintained. Loss can be reduced and noise caused by vibration can be reduced.
また、第6の発明によれば、上記背圧通路(71)を膨張機本体(43)に形成しているので、副吸入通路(70)を冷媒回路(11)から導くことができ、副吸入通路(70)の断面積を十分に確保することができる。この結果、上記副吸入通路(70)の抵抗を小さくすることができることから、効率の向上を図ることができる。さらに、上記副吸入通路(70)の抵抗を低減することができることから、冷媒流量の制御幅を大きくすることができ、より運転エリアの拡大を図ることができる。 According to the sixth invention, since the back pressure passage (71) is formed in the expander body (43), the auxiliary suction passage (70) can be guided from the refrigerant circuit (11), A sufficient cross-sectional area of the suction passage (70) can be secured. As a result, the resistance of the auxiliary suction passage (70) can be reduced, so that the efficiency can be improved. Further, since the resistance of the auxiliary suction passage (70) can be reduced, the control range of the refrigerant flow rate can be increased, and the operation area can be further expanded.
つまり、従来、副吸入通路が膨張機本体に形成されていたために、副吸入通路の形成が制約され、十分な断面積を確保することができず、副吸入通路の圧力損失が大きかった。この結果、性能が低下すると共に、流量制御幅の低下による運転エリアの縮小という問題があった。 That is, conventionally, since the auxiliary suction passage is formed in the expander body, the formation of the auxiliary suction passage is restricted, and a sufficient cross-sectional area cannot be secured, and the pressure loss of the auxiliary suction passage is large. As a result, there is a problem that the performance is reduced and the operation area is reduced due to a reduction in the flow rate control width.
これに対し、第6の発明によれば、上記副吸入通路(70)を冷媒回路(11)から導くことができ、上記副吸入通路(70)の抵抗を小さくすることができることから、性能の向上を図ることができると共に、流量制御幅の拡大による運転エリアの拡大を図ることができる。 On the other hand, according to the sixth invention, the auxiliary suction passage (70) can be guided from the refrigerant circuit (11), and the resistance of the auxiliary suction passage (70) can be reduced. The improvement can be achieved and the operation area can be expanded by expanding the flow rate control width.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〈発明の実施形態1〉
図1〜図6に示すように、本実施形態の冷凍装置は、空気調和装置(10)を構成し、該空気調和装置(10)は、室内の冷房と暖房とを切り換えて行うヒートポンプ型空気調和装置に構成されている。
<Embodiment 1>
As shown in FIGS. 1-6, the refrigerating apparatus of this embodiment comprises an air conditioner (10), and this air conditioner (10) is a heat pump type air that is switched between indoor cooling and heating. It is configured in a harmony device.
−空気調和装置の全体構成−
上記空気調和装置(10)は、冷媒回路(11)を備え、該冷媒回路(11)は、冷媒が循環して冷凍サイクルを行う閉回路に構成されている。上記冷媒回路(11)は、冷媒として二酸化炭素(CO2)が充填されている。つまり、上記冷媒回路(11)は、二酸化炭素を臨界圧力以上まで圧縮し、いわゆる超臨界冷凍サイクルを行うように構成されている。上記冷媒回路(11)は、圧縮膨張ユニット(30)と室外熱交換器(12)と室内熱交換器(13)と四方切換弁(14)と整流回路(15)と予膨張弁(17)とを備えている。
-Overall configuration of air conditioner-
The air conditioner (10) includes a refrigerant circuit (11), and the refrigerant circuit (11) is configured as a closed circuit in which a refrigerant circulates to perform a refrigeration cycle. The refrigerant circuit (11) is filled with carbon dioxide (CO 2 ) as a refrigerant. That is, the refrigerant circuit (11) is configured to compress carbon dioxide to a critical pressure or higher and perform a so-called supercritical refrigeration cycle. The refrigerant circuit (11) includes a compression / expansion unit (30), an outdoor heat exchanger (12), an indoor heat exchanger (13), a four-way switching valve (14), a rectifier circuit (15), and a pre-expansion valve (17). And.
上記圧縮膨張ユニット(30)は、縦長円筒形の密閉容器状に形成されたケーシング(31)を備えている。該ケーシング(31)には、その下部から上部へ向かって順に、圧縮機(32)と電動機(33)と膨張機(40)が収納されている。上記圧縮機(32)と電動機(33)と膨張機(40)とは、1つの出力軸(34)によって連結されている。 The compression / expansion unit (30) includes a casing (31) formed in a vertically long cylindrical sealed container shape. The casing (31) houses a compressor (32), an electric motor (33), and an expander (40) in order from the lower part to the upper part. The compressor (32), the electric motor (33), and the expander (40) are connected by a single output shaft (34).
上記圧縮機(32)は、ロータリー式の容積型圧縮機であって、いわゆる揺動ピストン型に構成されている。上記圧縮機(32)で圧縮された冷媒は、吐出口を通じてケーシング(31)内に吐出される。つまり、上記圧縮膨張ユニット(30)は、ケーシング(31)の内部が高圧冷媒で満たされる、いわゆる高圧ドーム式に構成されている。 The compressor (32) is a rotary positive displacement compressor, and is configured as a so-called oscillating piston type. The refrigerant compressed by the compressor (32) is discharged into the casing (31) through the discharge port. That is, the compression / expansion unit (30) has a so-called high-pressure dome type in which the casing (31) is filled with the high-pressure refrigerant.
上記電動機(33)は、ケーシング(31)の内周面に固定されるステータ(35)と、ステータ(35)の内側に位置して出力軸(34)と連結するロータ(36)とを備えている。上記電動機(33)は、インバータによって出力周波数が調節されるインバータ型可変速モータに構成されている。 The electric motor (33) includes a stator (35) fixed to the inner peripheral surface of the casing (31), and a rotor (36) positioned inside the stator (35) and connected to the output shaft (34). ing. The electric motor (33) is an inverter type variable speed motor whose output frequency is adjusted by an inverter.
上記膨張機(40)は、いわゆる2シリンダ型の膨張機であって、第1膨張機構(41)と第2膨張機構(42)とを備えている。上記第1膨張機構(41)および第2膨張機構(42)は、ロータリー式の容積型膨張機であって、いわゆる揺動ピストン型に構成されている。上記第1膨張機構(41)と第2膨張機構(42)とは直列に接続され、第1膨張機構(41)が上流側の膨張機構を、第2膨張機構(42)が下流側の膨張機構を構成している。上記第1膨張機構(41)の押しのけ容積は、第2膨張機構(42)の押しのけ容積よりも小さくなっている。また、第1膨張機構(41)および第2膨張機構(42)は、出力軸(34)に連結されている。 The expander (40) is a so-called two-cylinder expander, and includes a first expansion mechanism (41) and a second expansion mechanism (42). The first expansion mechanism (41) and the second expansion mechanism (42) are rotary positive displacement expanders, and are configured as so-called oscillating piston types. The first expansion mechanism (41) and the second expansion mechanism (42) are connected in series, the first expansion mechanism (41) is the upstream expansion mechanism, and the second expansion mechanism (42) is the downstream expansion. The mechanism is configured. The displacement volume of the first expansion mechanism (41) is smaller than the displacement volume of the second expansion mechanism (42). The first expansion mechanism (41) and the second expansion mechanism (42) are coupled to the output shaft (34).
上記圧縮膨張ユニット(30)は、吸入管(21)と吐出管(22)と流入管(23)と流出管(24)とが接続されている。上記吸入管(21)は、ケーシング(31)を貫通して圧縮機(32)の吸入側に直接に接続されている。上記吐出管(22)は、ケーシング(31)を貫通して該ケーシング(31)の内部に開口している。上記流入管(23)は、ケーシング(31)を貫通して第1膨張機構(41)の吸入側(流入側)に直接に接続されている。上記流出管(24)は、ケーシング(31)を貫通して第2膨張機構(42)の吐出側(流出側)に直接に接続されている。 The compression / expansion unit (30) is connected to the suction pipe (21), the discharge pipe (22), the inflow pipe (23), and the outflow pipe (24). The suction pipe (21) passes through the casing (31) and is directly connected to the suction side of the compressor (32). The discharge pipe (22) passes through the casing (31) and opens into the casing (31). The inflow pipe (23) penetrates the casing (31) and is directly connected to the suction side (inflow side) of the first expansion mechanism (41). The outflow pipe (24) penetrates the casing (31) and is directly connected to the discharge side (outflow side) of the second expansion mechanism (42).
上記室外熱交換器(12)および室内熱交換器(13)は、クロスフィン型のフィン・アンド・チューブ式熱交換器に構成されている。 The outdoor heat exchanger (12) and the indoor heat exchanger (13) are configured as a cross fin type fin-and-tube heat exchanger.
上記四方切換弁(14)は、4つのポートを有している。第1ポートは、吸入管(21)に連通し、第2ポートは、吐出管(22)に連通し、第3ポートは、室外熱交換器(12)の一端に連通し、第4ポートは、室内熱交換器(13)の一端に連通している。上記四方切換弁(14)は、第1のポートと第4のポートとが連通して第2のポートと第3のポートとが連通する状態(図1の実線で示す状態)と、第1のポートと第3のポートとが連通して第2のポートと第4のポートとが連通する状態(図1の破線で示す状態)とに切り換え自在に構成されている。 The four-way switching valve (14) has four ports. The first port communicates with the suction pipe (21), the second port communicates with the discharge pipe (22), the third port communicates with one end of the outdoor heat exchanger (12), and the fourth port , Communicated with one end of the indoor heat exchanger (13). The four-way switching valve (14) includes a state in which the first port and the fourth port communicate with each other, and a state in which the second port and the third port communicate with each other (state indicated by a solid line in FIG. 1), The second 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).
上記整流回路(15)は、逆止弁(16)を有する4本の配管がブリッジ状に接続されて構成されている。上記整流回路(15)は、室外熱交換器(12)と室内熱交換器(13)と膨張機(40)の吸入側の流入管(23)および吐出側の流出管(24)とに接続され、四方切換弁(14)の切り換えに伴い冷媒の循環方向が変更されても、膨張機(40)に対して常に同じ方向で冷媒を流通させるように構成されている。なお、上記整流回路(15)は、四方切換弁に代えてもよい。上記予膨張弁(17)は、整流回路(15)と膨張機(40)の吸入側との間に設けられている。上記予膨張弁(17)は、開度が調節可能な流量調節弁を構成している。 The rectifier circuit (15) is configured by connecting four pipes having a check valve (16) in a bridge shape. The rectifier circuit (15) is connected to the outdoor heat exchanger (12), the indoor heat exchanger (13), and the inflow pipe (23) on the suction side and the outflow pipe (24) on the discharge side of the expander (40). Even if the refrigerant circulation direction is changed in accordance with the switching of the four-way switching valve (14), the refrigerant is always circulated in the same direction to the expander (40). The rectifier circuit (15) may be replaced with a four-way switching valve. The pre-expansion valve (17) is provided between the rectifier circuit (15) and the suction side of the expander (40). The pre-expansion valve (17) constitutes a flow rate adjustment valve whose opening degree can be adjusted.
上記冷媒回路(11)には、バイパス管(25)が接続されている。該バイパス管(25)は、一端が流入管(23)の予膨張弁(17)と膨張機(40)との間の配管に接続し、他端が流出管(24)に接続している。上記バイパス管(25)には、バイパス弁(18)が設けられている。該バイパス弁(18)は、開度が調節可能な流量調節弁を構成している。 A bypass pipe (25) is connected to the refrigerant circuit (11). The bypass pipe (25) has one end connected to the pipe between the pre-expansion valve (17) and the expander (40) of the inflow pipe (23), and the other end connected to the outflow pipe (24). . The bypass pipe (25) is provided with a bypass valve (18). The bypass valve (18) constitutes a flow rate adjusting valve whose opening degree is adjustable.
−膨張機の構成−
上記膨張機(40)は、図2、図3および図5に示すように、第1膨張機構(41)の上方に第2膨張機構(42)が配置されて構成されている。
-Configuration of expander-
As shown in FIGS. 2, 3, and 5, the expander (40) includes a second expansion mechanism (42) disposed above the first expansion mechanism (41).
上記第1膨張機構(41)は、第1シリンダ(50)と第1ピストン(51)とを有し、上記第2膨張機構(42)は、第2シリンダ(60)と第2ピストン(61)とを有している。各膨張機構(41,42)は、第1部材としてのシリンダ(50,60)に対して第2部材としてのピストン(51,61)が相対的に偏心回転するように構成されている。 The first expansion mechanism (41) includes a first cylinder (50) and a first piston (51), and the second expansion mechanism (42) includes a second cylinder (60) and a second piston (61). ). Each expansion mechanism (41, 42) is configured such that the piston (51, 61) as the second member rotates eccentrically relative to the cylinder (50, 60) as the first member.
上記シリンダ(50,60)は、上下の両端が開放された略筒状に形成されている。上記第1シリンダ(50)の内径および厚みは、第2シリンダ(60)の内径および厚みよりもそれぞれの寸法が短くなっている。上記第1シリンダ(50)の下端面は、フロントヘッド(43)に閉塞され、上端面は、中間プレート(44)に閉塞されている。また、上記第2シリンダ(60)の下端面は、中間プレート(44)に閉塞され、上端面は、リアヘッド(45)に閉塞されている。つまり、上記フロントヘッド(43)、中間プレート(44)およびリアヘッド(45)は、シリンダ(50,60)の端部を閉塞する閉塞部材を構成している。また、これらの閉塞部材(43,44,45)およびシリンダ(50,60)は、ケーシング(31)に固定される固定部材を構成している。そして、上記第1膨張機構(41)は、フロントヘッド(43)と第1シリンダ(50)と中間プレート(44)とを備えて構成され、上記第2膨張機構(42)は、中間プレート(44)と第2シリンダ(60)とリアヘッド(45)とを備えて構成されている。 The cylinders (50, 60) are formed in a substantially cylindrical shape with both upper and lower ends open. The inner diameter and thickness of the first cylinder (50) are shorter than the inner diameter and thickness of the second cylinder (60). The lower end surface of the first cylinder (50) is closed by the front head (43), and the upper end surface is closed by the intermediate plate (44). The lower end surface of the second cylinder (60) is closed by the intermediate plate (44), and the upper end surface is closed by the rear head (45). That is, the front head (43), the intermediate plate (44), and the rear head (45) constitute a closing member that closes the end of the cylinder (50, 60). Further, these closing members (43, 44, 45) and the cylinders (50, 60) constitute a fixing member fixed to the casing (31). The first expansion mechanism (41) includes a front head (43), a first cylinder (50), and an intermediate plate (44), and the second expansion mechanism (42) includes an intermediate plate ( 44), a second cylinder (60), and a rear head (45).
上記第1シリンダ(50)の内部には、環状の第1ピストン(51)が収容され、第1シリンダ(50)と第1ピストン(51)との間に第1膨張室(52)が区画形成されている。上記第2シリンダ(60)の内部には、環状の第2ピストン(61)が収容され、第2シリンダ(60)と第2ピストン(61)との間に第2膨張室(62)が区画形成されている。上記第1ピストン(51)の内径、外径、および厚みは、第2ピストン(51)の内径、外径、および厚みよりもそれぞれの寸法が短くなっている。第1ピストン(51)の内部には、出力軸(34)の第1偏心部(34a)が、第2ピストン(61)の内部には、出力軸(34)の第2偏心部(34b)がそれぞれ嵌め込まれている。 An annular first piston (51) is accommodated in the first cylinder (50), and a first expansion chamber (52) is defined between the first cylinder (50) and the first piston (51). Is formed. An annular second piston (61) is accommodated in the second cylinder (60), and a second expansion chamber (62) is defined between the second cylinder (60) and the second piston (61). Is formed. The inner diameter, outer diameter, and thickness of the first piston (51) are shorter than the inner diameter, outer diameter, and thickness of the second piston (51). Inside the first piston (51) is a first eccentric part (34a) of the output shaft (34), and inside the second piston (61) is a second eccentric part (34b) of the output shaft (34). Are fitted.
図3に示すように、上記第1膨張機構(41)には第1ブレード(53)および一対の第1ブッシュ(54)が、上記第2膨張機構(42)には第2ブレード(63)および一対の第2ブッシュ(64)がそれぞれ設けられている。上記ブレード(53,63)は、ピストン(51,61)の外周面から径方向外側へ延びる板状に形成されている。一対のブッシュ(54,64)は、シリンダ(50,60)に形成されたブッシュ溝に設けられている。 As shown in FIG. 3, the first expansion mechanism (41) has a first blade (53) and a pair of first bushes (54), and the second expansion mechanism (42) has a second blade (63). And a pair of second bushes (64). The blades (53, 63) are formed in a plate shape extending radially outward from the outer peripheral surface of the piston (51, 61). The pair of bushes (54, 64) is provided in a bush groove formed in the cylinder (50, 60).
上記第1シリンダ(50)の第1膨張室(52)には、主吸入通路(46)の流出端が開口している。上記主吸入通路(46)は、上記第1シリンダ(50)を径方向に延びて形成され、その流入端側に上記流入管(23)が接続されている(図2を参照)。上記第1膨張室(52)には、連通路(47)の流入端が開口している。上記連通路(47)は、中間プレート(44)に軸方向に形成されている。上記第1膨張機構(41)における主吸入通路(46)の流出端と連通路(47)の流入端とは、第1ブレード(53)によって遮断され、互いに近接している。 The outflow end of the main suction passage (46) is open in the first expansion chamber (52) of the first cylinder (50). The main suction passage (46) is formed by extending the first cylinder (50) in the radial direction, and the inflow pipe (23) is connected to the inflow end side thereof (see FIG. 2). The first expansion chamber (52) has an inflow end of the communication passage (47). The communication path (47) is formed in the intermediate plate (44) in the axial direction. The outflow end of the main suction passage (46) and the inflow end of the communication passage (47) in the first expansion mechanism (41) are blocked by the first blade (53) and are close to each other.
上記第2シリンダ(60)の第2膨張室(62)には、上記連通路(47)の流出端が開口している。また、上記第2膨張室(62)には、流出路(48)の流入端が開口している。上記流出路(48)は、第2シリンダ(60)を径方向に延びて形成され、その流出端側に上記流出管(24)が接続されている(図2を参照)。上記第2膨張機構(42)の連通路(47)の流出端と流出路(48)の流入端とは、第2ブレード(63)によって遮断され、互いに近接している。 The outflow end of the communication passage (47) is opened in the second expansion chamber (62) of the second cylinder (60). The second expansion chamber (62) has an inflow end of the outflow passage (48). The outflow passage (48) is formed by extending the second cylinder (60) in the radial direction, and the outflow pipe (24) is connected to the outflow end side thereof (see FIG. 2). The outflow end of the communication path (47) of the second expansion mechanism (42) and the inflow end of the outflow path (48) are blocked by the second blade (63) and are close to each other.
上記第1膨張室(52)は、第1ブレード(53)によって2つの空間に仕切られている。図3において、第1ブレード(53)の左側に仕切られる空間が、主吸入通路(46)と連通する高圧空間(52a)を構成し、右側に仕切られる空間が、連通路(47)と連通する第1膨張空間(52b)を構成する。 The first expansion chamber (52) is partitioned into two spaces by a first blade (53). In FIG. 3, the space partitioned on the left side of the first blade (53) constitutes a high-pressure space (52a) communicating with the main suction passage (46), and the space partitioned on the right side communicates with the communication passage (47). The first expansion space (52b) is configured.
上記第2膨張室(62)は、第2ブレード(63)によって2つの空間に仕切られている。図3において、第2ブレード(63)の左側に仕切られる空間が、連通路(47)と連通する第2膨張空間(62a)を構成し、右側に仕切られる空間が、流出路(48)と連通する低圧空間(62b)を構成する。 The second expansion chamber (62) is partitioned into two spaces by a second blade (63). In FIG. 3, the space partitioned on the left side of the second blade (63) constitutes the second expansion space (62a) communicating with the communication passage (47), and the space partitioned on the right side is the outflow passage (48). A low-pressure space (62b) that communicates is configured.
さらに、上記第1膨張機構(41)のフロントヘッド(43)および第1シリンダ(50)には、図2、図3および図5に示すように、副吸入通路(70)が接続されると共に、上記フロントヘッド(43)には、背圧通路(71)が接続されている。 Further, as shown in FIGS. 2, 3 and 5, the auxiliary suction passage (70) is connected to the front head (43) and the first cylinder (50) of the first expansion mechanism (41). The back pressure passage (71) is connected to the front head (43).
上記副吸入通路(70)は、フロントヘッド(43)および第1シリンダ(50)に形成された副通路(72)と、該副通路(72)を冷媒回路(11)に接続する補助配管(73)とにより構成されている。上記副通路(72)は、切換弁(80)と出口通路(74)とを備えている。該出口通路(74)は、例えば、第1シリンダ(50)の下面に形成されて上記フロントヘッド(43)によって閉塞されている。そして、上記出口通路(74)の流入端は、切換弁(80)に接続される一方、上記出口通路(74)の流出端は、主吸入通路(46)の第1膨張室(52)の開口位置より第1ピストン(51)の回転方向に進んだ位置に開口している。上記補助配管(73)の一端は、切換弁(80)の流入側に接続され、上記補助配管(73)の他端は、流入管(23)の予膨張弁(17)とバイパス管(25)の接続部と間に接続されている。したがって、上記副吸入通路(70)は、冷媒回路(11)の高圧冷媒を主吸入通路(46)とは別個に第1膨張室(52)に供給するように構成されている。 The auxiliary suction passage (70) includes an auxiliary passage (72) formed in the front head (43) and the first cylinder (50) and an auxiliary pipe (72) connecting the auxiliary passage (72) to the refrigerant circuit (11). 73). The auxiliary passage (72) includes a switching valve (80) and an outlet passage (74). The outlet passage (74) is formed on the lower surface of the first cylinder (50), for example, and is closed by the front head (43). The inflow end of the outlet passage (74) is connected to the switching valve (80), while the outflow end of the outlet passage (74) is connected to the first expansion chamber (52) of the main suction passage (46). The first piston (51) opens from the opening position at a position advanced in the rotation direction. One end of the auxiliary pipe (73) is connected to the inflow side of the switching valve (80), and the other end of the auxiliary pipe (73) is connected to the pre-expansion valve (17) and the bypass pipe (25) of the inflow pipe (23). ) Is connected between the connecting part. Accordingly, the auxiliary suction passage (70) is configured to supply the high-pressure refrigerant of the refrigerant circuit (11) to the first expansion chamber (52) separately from the main suction passage (46).
上記背圧通路(71)は、フロントヘッド(43)に形成され、第1膨張室(52)の外周面に沿って半円弧状に径方向に延びている。さらに、上記背圧通路(71)の流入端は、主吸入通路(46)に接続される一方、上記背圧通路(71)の流出端は、副通路(72)の切換弁(80)に接続されている。上記背圧通路(71)は、例えば、フロントヘッド(43)の上面に形成されて上記第1シリンダ(50)によって閉塞されている。 The back pressure passage (71) is formed in the front head (43) and extends in the radial direction in a semicircular arc shape along the outer peripheral surface of the first expansion chamber (52). Further, the inflow end of the back pressure passage (71) is connected to the main suction passage (46), while the outflow end of the back pressure passage (71) is connected to the switching valve (80) of the sub passage (72). It is connected. The back pressure passage (71) is formed, for example, on the upper surface of the front head (43) and is closed by the first cylinder (50).
また、上記切換弁(80)は、主としてフロントヘッド(43)の膨出部(55)に設けられ、弁室(81)に弁体(82)と付勢部材である圧縮バネ(83)とを備えている。なお、図3等の横断面において、上記切換弁(80)は、副通路(72)の出口通路(74)と背圧通路(71)と同一面上に表示している。 The switching valve (80) is mainly provided in the bulging portion (55) of the front head (43), and the valve chamber (81) includes a valve body (82) and a compression spring (83) as an urging member. It has. In addition, in the cross section of FIG. 3 etc., the said switching valve (80) is displayed on the same surface as the exit channel | path (74) and back pressure channel | path (71) of a subchannel | path (72).
記弁室(81)には、高圧入口(84)と高圧出口(85)と背圧口(86)とが形成されている。上記弁室(81)の高圧入口(84)は、補助配管(73)が接続され、上記弁室(81)の高圧出口(85)は、出口通路(74)に接続される一方、上記弁室(81)の背圧口(86)には、上記背圧通路(71)の流出端が接続されている。 The valve chamber (81) has a high pressure inlet (84), a high pressure outlet (85), and a back pressure port (86). The high pressure inlet (84) of the valve chamber (81) is connected to an auxiliary pipe (73), and the high pressure outlet (85) of the valve chamber (81) is connected to an outlet passage (74), while the valve The outflow end of the back pressure passage (71) is connected to the back pressure port (86) of the chamber (81).
上記弁体(82)は、弁室(81)の内部を直動し、補助配管(73)の冷媒が導入される1次側室(87)と、背圧である冷媒回路(11)の高圧冷媒が背圧通路(71)を介して導入される2次側室(88)とに弁室(81)を区画し、上記高圧出口(85)を開閉するように構成されている。 The valve body (82) moves directly inside the valve chamber (81), and the primary side chamber (87) into which the refrigerant in the auxiliary pipe (73) is introduced, and the high pressure of the refrigerant circuit (11) as back pressure. The valve chamber (81) is partitioned into a secondary chamber (88) into which the refrigerant is introduced via the back pressure passage (71), and the high pressure outlet (85) is opened and closed.
上記圧縮バネ(83)は、1次側室(87)に設けられ、上記弁体(82)を開弁方向に付勢している。つまり、上記弁体(82)は、副吸入通路(70)の冷媒圧力と圧縮バネ(83)のバネ力とを加算した1次側室(87)の1次側圧力と、主吸入通路(46)の高圧冷媒圧力である2次側室(88)の2次側圧力とが作用している。そして、上記切換弁(80)は、1次側圧力と2次側圧力との差圧によって上記高圧出口(85)を開閉するように構成されている。 The compression spring (83) is provided in the primary chamber (87) and urges the valve body (82) in the valve opening direction. In other words, the valve body (82) includes the primary side pressure of the primary chamber (87) obtained by adding the refrigerant pressure of the auxiliary suction passage (70) and the spring force of the compression spring (83), and the main suction passage (46). The secondary side pressure of the secondary side chamber (88), which is the high-pressure refrigerant pressure of And the said switching valve (80) is comprised so that the said high pressure outlet (85) may be opened and closed by the differential pressure | voltage of a primary side pressure and a secondary side pressure.
上記補助配管(73)には、制御弁(75)が設けられている。該制御弁(75)は、副吸入通路(70)を開閉するように構成されている。つまり、上記制御弁(75)が閉鎖されると、図3に示すように、切換弁(80)への副吸入通路(70)の高圧冷媒の導入が停止し、1次側室(87)の1次側圧力が低下し、弁体(82)は、2次側圧力によって閉弁する。一方、上記制御弁(75)が開口されると、図5に示すように、切換弁(80)の1次側室(87)に副吸入通路(70)の高圧冷媒が導入され、弁体(82)に副吸入通路(70)の高圧冷媒圧力と圧縮バネ(83)のバネ力とを加算した1次側圧力が作用し、2次側圧力に抗して弁体(82)が開弁する。 The auxiliary pipe (73) is provided with a control valve (75). The control valve (75) is configured to open and close the auxiliary suction passage (70). That is, when the control valve (75) is closed, as shown in FIG. 3, the introduction of the high-pressure refrigerant in the auxiliary suction passage (70) to the switching valve (80) stops, and the primary side chamber (87) The primary side pressure decreases, and the valve body (82) is closed by the secondary side pressure. On the other hand, when the control valve (75) is opened, as shown in FIG. 5, the high-pressure refrigerant in the auxiliary suction passage (70) is introduced into the primary chamber (87) of the switching valve (80), and the valve body ( 82) is acted on by adding the high-pressure refrigerant pressure in the auxiliary suction passage (70) and the spring force of the compression spring (83), and the valve element (82) opens against the secondary pressure. To do.
上記制御弁(75)は、開度調整が可能な流量調節弁(電動弁)によって構成されているが、開閉弁であってもよい。 The control valve (75) is constituted by a flow rate adjustment valve (electric valve) capable of adjusting the opening, but may be an on-off valve.
−空気調和装置の動作−
まず、上記空気調和装置(10)の運転動作について説明する。空気調和装置(10)は、冷房運転と暖房運転とが切り換えて行われる。
-Operation of the air conditioner-
First, the operation of the air conditioner (10) will be described. The air conditioner (10) is switched between a cooling operation and a heating operation.
−冷房運転−
冷房運転時には、四方切換弁(14)が図1の実線で示す状態に設定され、室外熱交換器(12)が放熱器となり、室内熱交換器(13)が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。
-Cooling operation-
During cooling operation, the four-way switching valve (14) is set to the state shown by the solid line in FIG. 1, and the refrigeration cycle is performed in which the outdoor heat exchanger (12) serves as a radiator and the indoor heat exchanger (13) serves as an evaporator. Is called.
圧縮機(32)で圧縮された冷媒は、圧縮膨張ユニット(30)のケーシング(31)内に吐出される。ケーシング(31)内の高圧冷媒は、吐出管(22)から室外熱交換器(12)に流れる。室外熱交換器(12)では、冷媒が室外空気へ放熱する。 The refrigerant compressed by the compressor (32) is discharged into the casing (31) of the compression / expansion unit (30). The high-pressure refrigerant in the casing (31) flows from the discharge pipe (22) to the outdoor heat exchanger (12). In the outdoor heat exchanger (12), the refrigerant radiates heat to the outdoor air.
室外熱交換器(12)で放熱した高圧冷媒は、流入管(23)を経て膨張機(40)に流入する。膨張機(40)では、高圧冷媒が膨張し、高圧冷媒から動力が回収される。膨張した後の低圧冷媒は、流出管(24)を経由して室内熱交換器(13)を流れる。室内熱交換器(13)では、冷媒が室内空気から吸熱し、室内空気が冷却される。室内熱交換器(13)で蒸発した冷媒は、吸入管(21)を通じて圧縮機(32)に吸入されて再び圧縮される。 The high-pressure refrigerant radiated by the outdoor heat exchanger (12) flows into the expander (40) through the inflow pipe (23). In the expander (40), the high-pressure refrigerant expands and power is recovered from the high-pressure refrigerant. The low-pressure refrigerant after expansion flows through the indoor heat exchanger (13) via the outflow pipe (24). In the indoor heat exchanger (13), the refrigerant absorbs heat from the room air, and the room air is cooled. The refrigerant evaporated in the indoor heat exchanger (13) is sucked into the compressor (32) through the suction pipe (21) and compressed again.
−暖房運転−
暖房運転時には、四方切換弁(14)が図1の破線で示す状態に設定され、室内熱交換器(13)が放熱器となり、室外熱交換器(12)が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。
-Heating operation-
During the heating operation, the four-way selector valve (14) is set to the state shown by the broken line in FIG. 1, and a refrigeration cycle is performed in which the indoor heat exchanger (13) serves as a radiator and the outdoor heat exchanger (12) serves as an evaporator. Is called.
圧縮機(32)で圧縮された冷媒は、圧縮膨張ユニット(30)のケーシング(31)内に吐出される。ケーシング(31)内の高圧冷媒は、吐出管(22)から室内熱交換器(13)を流れる。室内熱交換器(13)では、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 compressor (32) is discharged into the casing (31) of the compression / expansion unit (30). The high-pressure refrigerant in the casing (31) flows from the discharge pipe (22) through the indoor heat exchanger (13). In the indoor heat exchanger (13), the refrigerant dissipates heat to the room air, and the room air is heated.
室内熱交換器(13)で放熱した高圧冷媒は、流入管(23)を経て膨張機(40)に流入する。膨張機(40)では、高圧冷媒が膨張し、高圧冷媒から動力が回収される。膨張した後の低圧冷媒は、流出管(24)を経て室外熱交換器(12)を流れる。室外熱交換器(12)では、冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器(12)で蒸発した冷媒は、吸入管(21)を通じて圧縮機(32)に吸入されて再び圧縮される。 The high-pressure refrigerant radiated by the indoor heat exchanger (13) flows into the expander (40) through the inflow pipe (23). In the expander (40), the high-pressure refrigerant expands and power is recovered from the high-pressure refrigerant. The low-pressure refrigerant after expansion flows through the outdoor heat exchanger (12) through the outflow pipe (24). In the outdoor heat exchanger (12), the refrigerant absorbs heat from the outdoor air and evaporates. The refrigerant evaporated in the outdoor heat exchanger (12) is sucked into the compressor (32) through the suction pipe (21) and compressed again.
−膨張機(40)の動作−
次に、膨張機(40)の動作について説明する。膨張機(40)は、制御弁(75)の開閉状態に応じて、第1動作と第2動作とが切り換わる。第1動作と第2動作とは、外気温度の変化などに応じて適宜切り換えられる。
-Operation of expander (40)-
Next, the operation of the expander (40) will be described. The expander (40) switches between the first operation and the second operation according to the open / close state of the control valve (75). The first operation and the second operation are appropriately switched according to a change in the outside air temperature.
−第1動作−
第1動作は、制御弁(75)が閉鎖されている。この結果、副吸入通路(70)が閉鎖されているので、副吸入通路(70)の高圧冷媒が切換弁(80)の1次側室(87)に供給されない。したがって、上記切換弁(80)の弁体(82)の作用力は、圧縮バネ(83)のバネ力が作用する1次側圧力より背圧通路(71)の高圧冷媒圧力である2次側圧力が大きくなる。よって、上記弁体(82)は、図3に示すように、高圧出口(85)を閉鎖し、高圧冷媒は、主吸入通路(46)からのみ膨張機(40)に供給される。この第1動作において、副吸入通路(70)の流出端(第1膨張室の開口)から制御弁(75)までの間は、膨張空間の圧力雰囲気、つまり、いわゆる中間圧の状態に保持される。
-First operation-
In the first operation, the control valve (75) is closed. As a result, since the sub suction passage (70) is closed, the high-pressure refrigerant in the sub suction passage (70) is not supplied to the primary chamber (87) of the switching valve (80). Therefore, the acting force of the valve body (82) of the switching valve (80) is higher than the primary pressure at which the spring force of the compression spring (83) acts, and is the secondary side that is the high-pressure refrigerant pressure in the back pressure passage (71). Pressure increases. Therefore, as shown in FIG. 3, the valve body (82) closes the high-pressure outlet (85), and the high-pressure refrigerant is supplied to the expander (40) only from the main suction passage (46). In this first operation, the space from the outflow end (opening of the first expansion chamber) of the auxiliary suction passage (70) to the control valve (75) is maintained in a pressure atmosphere of the expansion space, that is, a so-called intermediate pressure state. The
このような状態において、膨張機(40)では、図4に示すように、冷媒が吸入される過程(吸入過程)、冷媒が膨張する過程(膨張過程)、および冷媒が吐出される過程(吐出過程)が順に繰り返される。 In this state, in the expander (40), as shown in FIG. 4, the process of sucking the refrigerant (suction process), the process of expanding the refrigerant (expansion process), and the process of discharging the refrigerant (discharge) Process) is repeated in order.
吸入過程では、第1膨張機構(41)の第1膨張室(52)へ高圧冷媒が吸入される。具体的に、第1膨張機構(41)では、偏心部(34a,34b)の回転角が0°の状態(図4(A)参照)から僅かに回転すると、第1ピストン(51)と第1シリンダ(50)との接触位置が主吸入通路(46)の流出開口を通過し、主吸入通路(46)から高圧空間(52a)へ高圧冷媒が流入し始める。その後、偏心部(34a,34b)の回転角が90°(図4(B)参照)、180°(図4(C)参照)、270°(図4(D)参照)と次第に大きくなるに連れて、高圧空間(52a)へ高圧冷媒が流入してゆく。主吸入通路(46)から高圧空間(52a)への高圧冷媒の流入は、偏心部(34a,34b)の回転角が約360°に達するまで(主吸入通路(46)の流出開口が閉じられるまで)続く。 In the suction process, high-pressure refrigerant is sucked into the first expansion chamber (52) of the first expansion mechanism (41). Specifically, in the first expansion mechanism (41), when the rotation angle of the eccentric part (34a, 34b) is slightly rotated from the state of 0 ° (see FIG. 4A), the first piston (51) and the first piston The position of contact with one cylinder (50) passes through the outflow opening of the main suction passage (46), and high-pressure refrigerant begins to flow from the main suction passage (46) into the high-pressure space (52a). Thereafter, the rotation angles of the eccentric portions (34a, 34b) gradually increase to 90 ° (see FIG. 4B), 180 ° (see FIG. 4C), and 270 ° (see FIG. 4D). Along with this, the high-pressure refrigerant flows into the high-pressure space (52a). The inflow of high-pressure refrigerant from the main suction passage (46) into the high-pressure space (52a) is performed until the rotation angle of the eccentric portions (34a, 34b) reaches about 360 ° (the outflow opening of the main suction passage (46) is closed). Continue).
また、上記副吸入通路(70)は、切換弁(80)の弁体(82)によって閉塞されている。従って、上記副吸入通路(70)から高圧空間(52a)へ冷媒が導入されることはない。 The auxiliary suction passage (70) is closed by the valve body (82) of the switching valve (80). Therefore, the refrigerant is not introduced from the auxiliary suction passage (70) into the high-pressure space (52a).
次の膨張過程では、第1膨張室(52)および第2膨張室(62)で冷媒が膨張する。具体的に、第1膨張機構(41)では、偏心部(34a,34b)の回転角が360°の状態から僅かに回転すると、主吸入通路(46)と仕切られた高圧空間(52a)が連通路(47)に連通し、高圧空間(52a)が第1膨張空間(52b)となる。更に、第1膨張空間(52b)は、連通路(47)を介して第2膨張機構(42)の第2膨張空間(62a)と連通する。偏心部(34a,34b)の回転角が540°、630°と次第に大きくなるに連れ、第1膨張空間(52b)の容積が縮小するが、第2膨張空間(62a)の容積がそれ以上に拡大される。この第1膨張空間(52b)と第2膨張空間(62a)の容積の総和の拡大は、偏心部(34a,34b)の回転角が720°に達する直前まで続く。その結果、膨張過程では、冷媒が膨張して減圧されると共に、膨張した冷媒の動力がピストン(51,61)および偏心部(34a,34b)を介して出力軸(34)の回転動力に変換される。これにより、電動機(33)による圧縮機(32)の駆動動力が軽減され、空気調和装置(10)の省エネルギ化が図られる。 In the next expansion process, the refrigerant expands in the first expansion chamber (52) and the second expansion chamber (62). Specifically, in the first expansion mechanism (41), when the rotation angle of the eccentric part (34a, 34b) is slightly rotated from a state of 360 °, the high-pressure space (52a) partitioned from the main suction passage (46) is formed. The high-pressure space (52a) communicates with the communication path (47) and becomes the first expansion space (52b). Furthermore, the first expansion space (52b) communicates with the second expansion space (62a) of the second expansion mechanism (42) via the communication path (47). As the rotation angle of the eccentric portions (34a, 34b) gradually increases to 540 ° and 630 °, the volume of the first expansion space (52b) is reduced, but the volume of the second expansion space (62a) is more than that. Enlarged. The expansion of the sum of the volumes of the first expansion space (52b) and the second expansion space (62a) continues until just before the rotation angle of the eccentric portions (34a, 34b) reaches 720 °. As a result, during the expansion process, the refrigerant expands and is depressurized, and the power of the expanded refrigerant is converted into rotational power of the output shaft (34) via the piston (51, 61) and the eccentric part (34a, 34b). Is done. Thereby, the drive power of the compressor (32) by an electric motor (33) is reduced, and energy saving of an air conditioning apparatus (10) is achieved.
次の吐出過程では、第2膨張機構(42)の第2膨張室(62)から冷媒が流出する。具体的には、偏心部(34a,34b)の回転角が720°の状態から僅かに回転すると、第2膨張空間(62a)と流出路(48)とが連通し、第2膨張空間(62a)が低圧室(62b)となる。偏心部(34a,34b)の回転角が810°、900°、990°と次第に大きくなるに連れ、低圧室(62b)の冷媒が流出路(48)へ流出してゆく。低圧室(62b)から流出路(48)への冷媒の流出は、偏心部(34a,34b)の回転角が約1080°に達するまで続く。 In the next discharge process, the refrigerant flows out from the second expansion chamber (62) of the second expansion mechanism (42). Specifically, when the rotation angle of the eccentric part (34a, 34b) is slightly rotated from the state of 720 °, the second expansion space (62a) and the outflow passage (48) communicate with each other, and the second expansion space (62a ) Becomes the low pressure chamber (62b). As the rotation angles of the eccentric portions (34a, 34b) gradually increase to 810 °, 900 °, and 990 °, the refrigerant in the low pressure chamber (62b) flows out to the outflow passage (48). The refrigerant outflow from the low pressure chamber (62b) to the outflow passage (48) continues until the rotation angle of the eccentric parts (34a, 34b) reaches about 1080 °.
−第2動作−
第2動作は、制御弁(75)が開口されている。この結果、副吸入通路(70)が開口されているので、副吸入通路(70)の高圧冷媒が切換弁(80)の1次側室(87)に供給される。したがって、上記切換弁(80)の弁体(82)の作用力は、高圧冷媒圧力と圧縮バネ(83)のバネ力とを加算した1次側圧力が背圧通路(71)の高圧冷媒圧力である2次側圧力より大きくなる。よって、上記弁体(82)は、図5に示すように、高圧出口(85)を開放し、高圧冷媒は、主吸入通路(46)から膨張機(40)に供給されると共に、副吸入通路(70)からも膨張機(40)に供給される。
-Second operation-
In the second operation, the control valve (75) is opened. As a result, since the auxiliary suction passage (70) is opened, the high-pressure refrigerant in the auxiliary suction passage (70) is supplied to the primary side chamber (87) of the switching valve (80). Therefore, the acting force of the valve body (82) of the switching valve (80) is the primary pressure obtained by adding the high-pressure refrigerant pressure and the spring force of the compression spring (83) to the high-pressure refrigerant pressure in the back pressure passage (71). It becomes larger than the secondary side pressure which is. Therefore, as shown in FIG. 5, the valve body (82) opens the high-pressure outlet (85), and the high-pressure refrigerant is supplied from the main suction passage (46) to the expander (40) and is also sub-suctioned. It is also supplied to the expander (40) from the passage (70).
このような状態において、膨張機(40)では、図6に示すように、上記の第1動作と同様にして吸入過程、膨張過程、および吐出過程が順次繰り返される。 In such a state, as shown in FIG. 6, in the expander (40), the suction process, the expansion process, and the discharge process are sequentially repeated in the same manner as in the first operation.
吸入過程では、上述と同様にして、偏心部(34a,34b)の回転角が0°(図6(A)参照)、90°(図6(B)参照)、180°(図6(C)参照)、270°(図6(D)参照)と次第に大きくなるに連れて、主吸入通路(46)から高圧空間(52a)へ高圧冷媒が流入してゆく。ここで、偏心部(34a,34b)の回転角が所定角度、例えば、220°に達すると、高圧空間(52a)に副吸入通路(70)が連通する。したがって、第2動作の吸入過程では、主吸入通路(46)と副吸入通路(70)との双方から高圧冷媒が導入されることになる。 In the inhalation process, as described above, the rotation angles of the eccentric portions (34a, 34b) are 0 ° (see FIG. 6A), 90 ° (see FIG. 6B), 180 ° (see FIG. 6C). )) As the pressure gradually increases to 270 ° (see FIG. 6D), the high-pressure refrigerant flows from the main suction passage (46) into the high-pressure space (52a). Here, when the rotation angle of the eccentric part (34a, 34b) reaches a predetermined angle, for example, 220 °, the auxiliary suction passage (70) communicates with the high-pressure space (52a). Therefore, in the suction process of the second operation, the high-pressure refrigerant is introduced from both the main suction passage (46) and the sub suction passage (70).
さらに、上記偏心部(34a,34b)の回転角が360°に達した後から、第1膨張空間(52b)が連通路(47)を介して第2膨張空間(62a)と連通する。そして、偏心部(34a,34b)の回転角が360°の状態から僅かに回転すると、第1膨張室(52)が主吸入通路(46)と仕切られるが、副吸入通路(70)は第1膨張室(52)に連通したままで、吸入過程が継続する。 Furthermore, after the rotation angle of the eccentric part (34a, 34b) reaches 360 °, the first expansion space (52b) communicates with the second expansion space (62a) via the communication path (47). When the rotation angle of the eccentric portions (34a, 34b) is slightly rotated from the state of 360 °, the first expansion chamber (52) is partitioned from the main suction passage (46), but the sub suction passage (70) is The inhalation process continues while communicating with the one expansion chamber (52).
次の膨張過程では、偏心部(34a,34b)の回転角が、例えば、580°に進と、第1膨張室(52)が副吸入通路(70)と仕切られる。その後、第1膨張空間(52b)と第2膨張空間(62b)とにおいて、上述したように冷媒が膨張する。 In the next expansion process, the rotation angle of the eccentric part (34a, 34b) advances to, for example, 580 °, and the first expansion chamber (52) is partitioned from the auxiliary suction passage (70). Thereafter, the refrigerant expands in the first expansion space (52b) and the second expansion space (62b) as described above.
次の吐出過程では、偏心部(34a,34b)の回転角が720°に達した後から、第2膨張空間(62a)と流出路(48)とが連通する。そして、偏心部(34a,34b)の回転角が810°、900°、990°、1080°と次第に大きくなるに連れ、低圧室(62b)の冷媒が流出路(48)へ流出してゆく。ここで、第2動作中に低圧室(62b)から流出する冷媒の圧力は、補助吸入路(70)からの冷媒の導入により、第1動作中よりも高くなる。 In the next discharge process, after the rotation angle of the eccentric part (34a, 34b) reaches 720 °, the second expansion space (62a) and the outflow path (48) communicate with each other. As the rotation angle of the eccentric portions (34a, 34b) gradually increases to 810 °, 900 °, 990 °, 1080 °, the refrigerant in the low pressure chamber (62b) flows out to the outflow path (48). Here, the pressure of the refrigerant flowing out from the low pressure chamber (62b) during the second operation becomes higher than that during the first operation due to the introduction of the refrigerant from the auxiliary suction passage (70).
以上のように、本実施形態の膨張機(40)では、上記第1動作と第2動作とを選択的に切り換えることで、膨張機(40)から流出する冷媒の圧力を適宜調節することができる。これにより、例えば、冷房運転と暖房運転の切り換え、または外気温度の変化などに起因して、圧縮機(32)の吸入圧力が変化した場合にも、膨張機(40)では、これに追随させて冷媒を膨張させることができ、いわゆる過膨張の発生を防止できる。 As described above, in the expander (40) of the present embodiment, the pressure of the refrigerant flowing out from the expander (40) can be appropriately adjusted by selectively switching between the first operation and the second operation. it can. As a result, for example, even when the suction pressure of the compressor (32) changes due to switching between cooling operation and heating operation or a change in the outside air temperature, the expander (40) follows this. Thus, the refrigerant can be expanded, and so-called overexpansion can be prevented.
−実施形態の効果−
上記実施形態によれば、副吸入通路(70)を切換弁(80)によって開閉し、膨張比を調節することができるので、圧縮機(32)と膨張機(40)との冷媒循環量をバランスさせることができる。その結果、例えば、冷凍装置の運転条件が変化しても、膨張機(40)の流出側で過膨張が発生することを回避でき、逆トルクの発生を抑制することができるので、膨張機(40)での動力回収効率の向上を図ることができると共に、機械的信頼性の向上を図ることができる。
-Effect of the embodiment-
According to the above embodiment, the auxiliary suction passage (70) can be opened and closed by the switching valve (80) and the expansion ratio can be adjusted, so that the refrigerant circulation amount between the compressor (32) and the expander (40) can be reduced. Can be balanced. As a result, for example, even if the operating conditions of the refrigeration apparatus change, it is possible to avoid the occurrence of overexpansion on the outflow side of the expander (40) and to suppress the generation of reverse torque. It is possible to improve the power recovery efficiency in 40) and to improve the mechanical reliability.
また、上記切換弁(80)の切換えによって吸入容積を可変とすることができるので、膨張機運転エリアを拡大することができる。 Further, since the suction volume can be made variable by switching the switching valve (80), the expander operating area can be expanded.
また、上記切換弁(80)の背圧通路(71)は、1つ形成しているのみであるので、従来のように2つの背圧通路を形成する必要がなく、また、上記切換弁(80)を切り換えるための制御弁(75)は、副吸入通路(70)に1つのみ設けているので、部品点数を削減することができると共に、構成の簡素化を図ることができる。 Further, since only one back pressure passage (71) of the switching valve (80) is formed, it is not necessary to form two back pressure passages as in the prior art, and the switching valve (80) Since only one control valve (75) for switching 80) is provided in the auxiliary suction passage (70), the number of parts can be reduced and the configuration can be simplified.
また、上記切換弁(80)を膨張室(52)の近傍に設けているので、死容積を小さくすることができる。つまり、上記副吸入通路(70)に制御弁(75)のみを設けた場合、制御弁(75)を冷媒回路(11)に接続される補助配管(73)に設けることになり、制御弁(75)から膨張室(52)までの間が冷媒膨張に寄与しない閉空間の死容積となる。本実施形態は、制御弁(75)の他に切換弁(80)を設けているので、該切換弁(80)を第1膨張室(52)の近傍に配置することができることから、死容積をほぼ無くすことができる。これにより、例えば、死容積が形成された場合には、死容積に起因して動力回収量(仕事量)が小さくなってしまうのに対し、本実施形態では、動力回収量が低減することがなく、膨張機(40)で所望とする動力回収効率を得ることができる。 Further, since the switching valve (80) is provided in the vicinity of the expansion chamber (52), the dead volume can be reduced. That is, when only the control valve (75) is provided in the auxiliary suction passage (70), the control valve (75) is provided in the auxiliary pipe (73) connected to the refrigerant circuit (11). Between 75) and the expansion chamber (52) is the dead volume of the closed space that does not contribute to refrigerant expansion. In this embodiment, since the switching valve (80) is provided in addition to the control valve (75), the switching valve (80) can be disposed in the vicinity of the first expansion chamber (52). Can be almost eliminated. Thereby, for example, when a dead volume is formed, the power recovery amount (work amount) is reduced due to the dead volume, whereas in this embodiment, the power recovery amount is reduced. The desired power recovery efficiency can be obtained with the expander (40).
また、上記背圧通路(71)を膨張機本体(43)に形成しているので、副吸入通路(70)を冷媒回路(11)から導くことができ、副吸入通路(70)の断面積を十分に確保することができる。この結果、上記副吸入通路(70)の抵抗を小さくすることができることから、効率の向上を図ることができる。さらに、上記副吸入通路(70)の抵抗を低減することができることから、冷媒流量の制御幅を大きくすることができ、より運転エリアの拡大を図ることができる。 Further, since the back pressure passage (71) is formed in the expander body (43), the sub suction passage (70) can be guided from the refrigerant circuit (11), and the cross sectional area of the sub suction passage (70) can be obtained. Can be secured sufficiently. As a result, the resistance of the auxiliary suction passage (70) can be reduced, so that the efficiency can be improved. Further, since the resistance of the auxiliary suction passage (70) can be reduced, the control range of the refrigerant flow rate can be increased, and the operation area can be further expanded.
つまり、従来、副吸入通路が膨張機本体に形成されていたために、副吸入通路の形成が制約され、十分な断面積を確保することができず、副吸入通路の圧力損失が大きかった。この結果、性能が低下すると共に、流量制御幅の低下による運転エリアの縮小という問題があった。 That is, conventionally, since the auxiliary suction passage is formed in the expander body, the formation of the auxiliary suction passage is restricted, and a sufficient cross-sectional area cannot be secured, and the pressure loss of the auxiliary suction passage is large. As a result, there is a problem that the performance is reduced and the operation area is reduced due to the reduction of the flow control width.
これに対し、本実施形態によれば、上記副吸入通路(70)を冷媒回路(11)から導くことができ、上記副吸入通路(70)の抵抗を小さくすることができることから、性能の向上を図ることができると共に、流量制御幅の拡大による運転エリアの拡大を図ることができる。 On the other hand, according to the present embodiment, the auxiliary suction passage (70) can be guided from the refrigerant circuit (11), and the resistance of the auxiliary suction passage (70) can be reduced. In addition, the operation area can be expanded by expanding the flow rate control width.
また、上記副吸入通路(70)を切換弁(80)によって切り換えるので、逆止弁とは異なり、吸入時のチャタリングを防止することができ、開口状態を確実に維持させることができることから、圧力損失を小さくすることができると共に、振動による騒音の低減を図ることができる。 Further, since the auxiliary suction passage (70) is switched by the switching valve (80), unlike the check valve, chattering at the time of suction can be prevented and the open state can be reliably maintained. Loss can be reduced and noise caused by vibration can be reduced.
〈発明の実施形態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。
<Embodiment 2 of the invention>
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail based on the drawings.
本実施形態は、図7および図8に示すように、実施形態1の背圧通路(71)が膨張機(40)に流入する高圧冷媒を切換弁(80)の2次側室(88)に導くようにしたのに代えて、背圧通路(71)が膨張機(40)から流出する低圧冷媒を切換弁(80)の2次側室(88)に導くようにしたものである。 In the present embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, the high-pressure refrigerant flowing into the expander (40) through the back pressure passage (71) of the first embodiment is transferred to the secondary side chamber (88) of the switching valve (80). Instead of being guided, the back pressure passage (71) guides the low-pressure refrigerant flowing out of the expander (40) to the secondary side chamber (88) of the switching valve (80).
具体的に、上記背圧通路(71)の一端は、第2膨張機構(42)の流出路(48)に接続され、他端は、切換弁(80)の背圧口(86)に接続されている。そして、上記背圧通路(71)は、例えば、第2膨張機構(42)の第2シリンダ(60)から中間プレート(44)および第1膨張機構(41)の第1シリンダ(50)を介して第1膨張機構(41)のフロントヘッド(43)に亘って形成されている。 Specifically, one end of the back pressure passage (71) is connected to the outflow passage (48) of the second expansion mechanism (42), and the other end is connected to the back pressure port (86) of the switching valve (80). Has been. The back pressure passage (71) is, for example, from the second cylinder (60) of the second expansion mechanism (42) through the intermediate plate (44) and the first cylinder (50) of the first expansion mechanism (41). And formed over the front head (43) of the first expansion mechanism (41).
一方、上記切換弁(80)は、圧縮バネ(83)は、2次側室(88)に設けられ、弁体(82)を閉弁方向に付勢している。つまり、上記切換弁(80)の弁体(82)は、副吸入通路(70)の冷媒圧力である2次側室(88)の2次側圧力と、流出路(48)の低圧冷媒圧力と圧縮バネ(83)のバネ力とを加算した2次側室(88)の2次側圧力とが作用している。そして、上記切換弁(80)は、1次側圧力と2次側圧力との差圧によって上記高圧出口(85)を開閉するように構成されている。 On the other hand, in the switching valve (80), the compression spring (83) is provided in the secondary side chamber (88), and urges the valve body (82) in the valve closing direction. That is, the valve body (82) of the switching valve (80) has a secondary pressure in the secondary chamber (88), which is a refrigerant pressure in the sub suction passage (70), and a low pressure refrigerant pressure in the outflow passage (48). The secondary side pressure of the secondary side chamber (88), which is the sum of the spring force of the compression spring (83), acts. And the said switching valve (80) is comprised so that the said high pressure outlet (85) may be opened and closed by the differential pressure | voltage of a primary side pressure and a secondary side pressure.
したがって、上記膨張機(40)の第1動作は、図7に示すように、制御弁(75)が閉鎖され、副吸入通路(70)が閉鎖されているので、副吸入通路(70)の高圧冷媒が切換弁(80)の1次側室(87)に供給されない。この結果、上記切換弁(80)の弁体(82)の作用力は、背圧通路(71)の低圧冷媒圧力と圧縮バネ(83)のバネ力とを加算した2次側圧力が1次側圧力より大きくなる。よって、上記弁体(82)は、高圧出口(85)を閉鎖し、高圧冷媒は、主吸入通路(46)からのみ膨張機(40)に供給される。この第1動作において、副吸入通路(70)の流出端(第1膨張室の開口)から制御弁(75)までの間は、膨張空間の圧力雰囲気、つまり、いわゆる中間圧の状態に保持される。 Accordingly, as shown in FIG. 7, the first operation of the expander (40) is that the control valve (75) is closed and the auxiliary suction passage (70) is closed. High-pressure refrigerant is not supplied to the primary chamber (87) of the switching valve (80). As a result, the acting force of the valve body (82) of the switching valve (80) is the primary pressure obtained by adding the low pressure refrigerant pressure of the back pressure passage (71) and the spring force of the compression spring (83). It becomes larger than the side pressure. Therefore, the valve body (82) closes the high-pressure outlet (85), and the high-pressure refrigerant is supplied to the expander (40) only from the main suction passage (46). In this first operation, the space from the outflow end (opening of the first expansion chamber) of the auxiliary suction passage (70) to the control valve (75) is maintained in a pressure atmosphere of the expansion space, that is, a so-called intermediate pressure state. The
そして、上記第1動作は、実施形態1と同様に、高圧冷媒が主吸入通路(46)からのみ膨張機(40)に供給され、第1膨張機構(41)の第1ピストン(51)と第2膨張機構(42)の第2ピストン(61)とが回転して行われる。 In the first operation, as in the first embodiment, the high-pressure refrigerant is supplied to the expander (40) only from the main suction passage (46), and the first piston (51) of the first expansion mechanism (41) This is performed by rotating the second piston (61) of the second expansion mechanism (42).
また、上記膨張機(40)の第2動作は、図8に示すように、制御弁(75)が開口され、副吸入通路(70)が開口されているので、副吸入通路(70)の高圧冷媒が切換弁(80)の1次側室(87)に供給される。したがって、上記切換弁(80)の弁体(82)の作用力は、高圧冷媒圧力である1次側圧力が、背圧通路(71)の低圧冷媒圧力と圧縮バネ(83)のバネ力とを加算した2次側圧力より大きくなる。よって、上記弁体(82)は、高圧出口(85)を開放し、高圧冷媒は、主吸入通路(46)から膨張機(40)に供給されると共に、副吸入通路(70)からも膨張機(40)に供給される。 Further, the second operation of the expander (40) is, as shown in FIG. 8, because the control valve (75) is opened and the auxiliary suction passage (70) is opened. High-pressure refrigerant is supplied to the primary side chamber (87) of the switching valve (80). Therefore, the acting force of the valve body (82) of the switching valve (80) is that the primary pressure, which is the high pressure refrigerant pressure, is the low pressure refrigerant pressure in the back pressure passage (71) and the spring force of the compression spring (83). Becomes larger than the secondary pressure. Therefore, the valve body (82) opens the high-pressure outlet (85), and the high-pressure refrigerant is supplied from the main suction passage (46) to the expander (40) and is also expanded from the sub suction passage (70). Supplied to the machine (40).
そして、上記第2動作は、実施形態1と同様に、高圧冷媒が主吸入通路(46)と副吸入通路(70)とから膨張機(40)に供給され、第1膨張機構(41)の第1ピストン(51)と第2膨張機構(42)の第2ピストン(61)とが回転して行われる。その他の構成、作用および効果は、実施形態1と同様である。 In the second operation, as in the first embodiment, the high-pressure refrigerant is supplied from the main suction passage (46) and the sub suction passage (70) to the expander (40), and the first expansion mechanism (41) The first piston (51) and the second piston (61) of the second expansion mechanism (42) are rotated. Other configurations, operations, and effects are the same as those in the first embodiment.
〈その他の実施形態〉
本発明は、上記各実施形態について、以下のような構成としてもよい。
<Other embodiments>
The present invention may be configured as follows for each of the above embodiments.
上記各実施形態は、いわゆるロータリ式の容積型の膨張機(40)を適用しているが、本発明は、例えば、スクロール式の膨張機のように他の膨張機を適用してもよい。 In each of the above-described embodiments, a so-called rotary positive displacement expander (40) is applied. However, for example, other expanders such as a scroll expander may be applied to the present invention.
また、上記各実施形態は、圧縮機(32)と膨張機(40)が同一ケーシング(31)内で連結された一体型の圧縮膨張ユニット(30)について説明したが、本発明は、圧縮機(32)と膨張機(40)とが別のケーシングに形成されたものであってもよい。つまり、本発明は、例えば、膨張機の回収動力を膨張機に連結された発電機などで回生するシステムの膨張機であってもよい。 Moreover, although each said embodiment demonstrated the integral type compression-expansion unit (30) with which the compressor (32) and the expander (40) were connected within the same casing (31), this invention is a compressor. (32) and the expander (40) may be formed in separate casings. That is, the present invention may be, for example, an expander of a system in which the recovery power of the expander is regenerated by a generator connected to the expander.
つまり、圧縮機と膨張機とが別個に構成された場合、圧縮機と膨張機との回転数制御が別個に行われるので、膨張機自体の運転エリアが一体型の圧縮膨張ユニット(30)に比して広くなる。この別体型の膨張機に本発明を適用するとより運転エリアが拡張する。 That is, when the compressor and the expander are configured separately, the rotation speed control of the compressor and the expander is performed separately, so that the operating area of the expander itself is integrated into the integrated compression / expansion unit (30). It becomes wider than that. When the present invention is applied to this separate type expander, the operation area is further expanded.
また、上記実施形態は、室内の空調を行う空気調和装置を適用しているが、本発明は、例えば、給湯機やチラーユニット、庫内の冷蔵または冷凍を行う冷却機等の冷凍装置を適用してもよい。 Moreover, although the said embodiment applies the air conditioning apparatus which air-conditions a room | chamber interior, this invention applies refrigeration apparatuses, such as a water heater, a chiller unit, a refrigerator which performs refrigeration or freezing in a warehouse, for example. May be.
また、上記実施形態は、副吸入通路(70)および切換弁(80)を1つ設けていわゆる閉じ切り点を2つ構成するようにしたが、本発明は、副吸入通路(70)および切換弁(80)を2つ以上設け、いわゆる閉じ切り点を3つ以上構成するようにしてもよい。 In the above embodiment, one auxiliary suction passage (70) and one switching valve (80) are provided to form two so-called closed cut points. However, the present invention provides the auxiliary suction passage (70) and the switching valve. Two or more valves (80) may be provided, and three or more so-called closed cut points may be configured.
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 In addition, the above embodiment is an essentially preferable illustration, Comprising: It does not intend restrict | limiting the range of this invention, its application thing, or its use.
以上説明したように、本発明は、膨張室で膨張した冷媒の動力を回収する膨張機および該膨張機を備えた冷凍装置に関し有用である。 As described above, the present invention is useful for an expander that recovers the power of the refrigerant expanded in the expansion chamber and a refrigeration apparatus including the expander.
10 空気調和装置(冷凍装置)
11 冷媒回路
30 圧縮膨張ユニット
32 圧縮機
40 膨張機
41 第1膨張機構
42 第2膨張機構
46 主吸入通路
50,60 シリンダ
51,61 ピストン
52,62 膨張室
53,63 ブレード
70 副吸入通路
71 背圧通路
72 副通路
73 補助配管
75 制御弁
80 切換弁
81 弁室
82 弁体
83 圧縮バネ(付勢部材)
87 1次側室
88 2次側室
10 Air conditioning equipment (refrigeration equipment)
87
Claims (7)
上記膨張室(52)に高圧冷媒を供給する主吸入通路(46)と、
該主吸入通路(46)の膨張室(52)の開口位置より回転部材(51)の回転方向に進んだ位置に開口し、上記膨張室(52)に高圧冷媒を供給する副吸入通路(70)と、
該副吸入通路(70)に設けられ、上記副吸入通路(70)に連通する1次側室(87)の1次側圧力と上記冷媒回路(11)の所定圧の冷媒が導入される2次側室(88)の2次側圧力との差圧に基づいて上記副吸入通路(70)を開閉し、上記膨張室(52)への高圧冷媒の供給および遮断を行う切換弁(80)と、
上記副吸入通路(70)に設けられ、上記切換弁(80)より上流側に位置し、上記切換弁(80)が上記副吸入通路(70)の開閉動作を行うように上記副吸入通路(70)を開閉する制御弁(75)とを備えている
ことを特徴とする膨張機。 An expander that recovers the power of the refrigerant by expanding the high-pressure refrigerant in the refrigerant circuit (11) in the expansion chamber (52) from the rotation of the rotating member (51),
A main suction passage (46) for supplying high-pressure refrigerant to the expansion chamber (52);
An auxiliary suction passage (70) that opens to a position advanced in the rotational direction of the rotating member (51) from the opening position of the expansion chamber (52) of the main suction passage (46) and supplies high-pressure refrigerant to the expansion chamber (52). )When,
A secondary which is provided in the auxiliary suction passage (70) and is introduced with a primary pressure in a primary chamber (87) communicating with the auxiliary suction passage (70) and a predetermined pressure in the refrigerant circuit (11). A switching valve (80) that opens and closes the auxiliary suction passage (70) based on a pressure difference from the secondary side pressure of the side chamber (88), and supplies and shuts off the high-pressure refrigerant to the expansion chamber (52);
The auxiliary suction passage (70) is located upstream of the switching valve (80), and the switching valve (80) opens and closes the auxiliary suction passage (70). 70) An expander comprising a control valve (75) for opening and closing.
上記切換弁(80)は、上記冷媒回路(11)の高圧冷媒を2次側室(88)に導く背圧通路(71)が接続されている
ことを特徴とする膨張機。 In claim 1,
The expansion valve, wherein the switching valve (80) is connected to a back pressure passage (71) for guiding the high-pressure refrigerant of the refrigerant circuit (11) to the secondary chamber (88).
上記切換弁(80)は、上記冷媒回路(11)の低圧冷媒を2次側室(88)に導く背圧通路(71)が接続されている
ことを特徴とする膨張機。 In claim 1,
The expansion valve, wherein the switching valve (80) is connected to a back pressure passage (71) for guiding the low-pressure refrigerant of the refrigerant circuit (11) to the secondary chamber (88).
上記切換弁(80)は、弁室(81)を1次側室(87)と2次側室(88)とに区画すると共に、上記弁室(81)の内部を直動して上記膨張室(52)に連通する高圧出口(85)を開閉する弁体(82)と、該弁体(82)を開弁方向に付勢する付勢部材(83)とを備え、上記1次側室(87)の冷媒圧力に付勢部材(83)の付勢力を加えた1次側圧力と上記2次側室(88)の高圧冷媒圧力よりなる2次側圧力との差圧によって弁体(82)が高圧出口(85)を開閉するように構成されている
ことを特徴とする膨張機。 In claim 2,
The switching valve (80) divides the valve chamber (81) into a primary side chamber (87) and a secondary side chamber (88), and moves directly inside the valve chamber (81) so that the expansion chamber (81) 52) including a valve body (82) for opening and closing the high-pressure outlet (85) communicating with the valve body (82), and a biasing member (83) for biasing the valve body (82) in the valve opening direction. ) By the differential pressure between the primary side pressure obtained by adding the urging force of the urging member (83) to the refrigerant pressure of) and the secondary side pressure consisting of the high pressure refrigerant pressure in the secondary side chamber (88). An expander characterized by being configured to open and close the high-pressure outlet (85).
上記切換弁(80)は、弁室(81)を1次側室(87)と2次側室(88)とに区画すると共に、上記弁室(81)の内部を直動して上記膨張室(52)に連通する高圧出口(85)を開閉する弁体(82)と、該弁体(82)を閉弁方向に付勢する付勢部材(83)とを備え、上記1次側室(87)の冷媒圧力よりなる1次側圧力と上記2次側室(88)の低圧冷媒圧力に付勢部材(83)の付勢力を加えた2次側圧力との差圧によって弁体(82)が高圧出口(85)を開閉するように構成されている
ことを特徴とする膨張機。 In claim 3,
The switching valve (80) divides the valve chamber (81) into a primary side chamber (87) and a secondary side chamber (88), and moves directly inside the valve chamber (81) so that the expansion chamber (81) 52) including a valve body (82) for opening and closing the high pressure outlet (85) communicating with the valve body (82), and a biasing member (83) for biasing the valve body (82) in the valve closing direction. ) And the secondary side pressure obtained by adding the urging force of the urging member (83) to the low-pressure refrigerant pressure of the secondary side chamber (88). An expander characterized by being configured to open and close the high-pressure outlet (85).
上記背圧通路(71)は、膨張機本体(43)に形成されている
ことを特徴とする膨張機。 In any one of Claims 1-5,
The back pressure passage (71) is formed in an expander body (43), and the expander is characterized in that
ことを特徴とする冷凍装置。 A refrigerating apparatus comprising the expander (40) according to any one of claims 1 to 6.
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2016110974A1 (en) * | 2015-01-08 | 2017-06-01 | 三菱電機株式会社 | Air conditioner |
| CN113865133A (en) * | 2021-09-17 | 2021-12-31 | 珠海格力电器股份有限公司 | Air conditioning system and control method thereof |
-
2011
- 2011-07-12 JP JP2011153654A patent/JP2013019336A/en not_active Withdrawn
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