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JP2010043556A - Expander unit and refrigeration cycle device including the same - Google Patents

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JP2010043556A
JP2010043556A JP2008206382A JP2008206382A JP2010043556A JP 2010043556 A JP2010043556 A JP 2010043556A JP 2008206382 A JP2008206382 A JP 2008206382A JP 2008206382 A JP2008206382 A JP 2008206382A JP 2010043556 A JP2010043556 A JP 2010043556A
Authority
JP
Japan
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sub
compressor
expander
refrigerant
compression
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008206382A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mihoko Shimoji
美保子 下地
Masayuki Tsunoda
昌之 角田
Toshihide Koda
利秀 幸田
Shin Sekiya
慎 関屋
Hideaki Nagata
英彰 永田
Takashi Okazaki
多佳志 岡崎
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JP2010043556A publication Critical patent/JP2010043556A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an expander unit automatically adjusting the difference between the flow rate of refrigerant flowing in a sub compressor and the flow rate of refrigerant that can be sucked while materializing a compact structure, and a reliable and efficient refrigeration cycle device capable of operating under a wide range of conditions by incorporating the expander unit. <P>SOLUTION: The expander unit 1 includes a bypass port 361f providing communication between a sub compression delivery space 370 and at least one of a suction chamber 374 and a sub compression chamber 363, and a bypass check valve 331 controlling communication/shut-off of the bypass port 361f in a closed vessel 310. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、冷媒の膨張時に発生する膨張動力を回収し、その膨張動力を用いて冷媒の圧縮に利用する膨張機ユニット及びそれを備えた冷凍サイクル装置に関するものであり、特に膨張機ユニット内に内蔵されているサブ圧縮機のバイパス構造に関するものである。   The present invention relates to an expander unit that recovers expansion power generated during expansion of a refrigerant and uses the expansion power to compress the refrigerant, and a refrigeration cycle apparatus including the expander unit, and particularly in the expander unit. The present invention relates to a built-in sub-compressor bypass structure.

従来から、冷媒の膨張時に発生する膨張動力を回収し、その膨張動力を用いて冷媒の圧縮に利用する膨張機ユニットを備えた冷凍サイクル装置が存在している。このような冷凍サイクル装置では、サブ圧縮機構と膨張機構とを収納する膨張機ユニットの容器外部にサブ圧縮機に流入する冷媒流量の調整を行うためのバイパス管が設けられ、このバイパス管に吸入管と吐出管との冷媒流通を規制するバイパス逆止弁が設けられていることが多い(たとえば、特許文献1参照)。   Conventionally, there is a refrigeration cycle apparatus including an expander unit that recovers expansion power generated during expansion of a refrigerant and uses the expansion power to compress the refrigerant. In such a refrigeration cycle apparatus, a bypass pipe for adjusting the flow rate of the refrigerant flowing into the sub compressor is provided outside the container of the expander unit that houses the sub compression mechanism and the expansion mechanism. A bypass check valve that restricts refrigerant flow between the pipe and the discharge pipe is often provided (see, for example, Patent Document 1).

特開平11−94379号公報(第3頁、第1図)Japanese Patent Laid-Open No. 11-94379 (page 3, FIG. 1)

上述のような冷凍サイクル装置では、バイパス管及びバイパス逆止弁を設けるためのスペースを膨張機ユニットの外部に確保しなければならず、装置が大型化してしまうという問題がある。また、このような冷凍サイクルでは、主圧縮機から冷媒ガスとともに吐出される冷凍機油の量が多い場合、冷媒中に混在する冷凍機油による熱交換性能の低下が生じたり、起動時に主圧縮機内の冷凍機油が外部に持ち出され、主圧縮機内部の摺動部に十分な給油が行なわれず、摺動部に焼き付きが生じたりする可能性があった。   In the refrigeration cycle apparatus as described above, a space for providing the bypass pipe and the bypass check valve has to be secured outside the expander unit, and there is a problem that the apparatus becomes large. Also, in such a refrigeration cycle, when the amount of refrigeration oil discharged from the main compressor together with the refrigerant gas is large, the heat exchange performance is reduced due to the refrigeration oil mixed in the refrigerant, The refrigeration oil is taken out to the outside, and there is a possibility that the sliding portion inside the main compressor is not sufficiently supplied with oil and the sliding portion is seized.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、コンパクトな構造を実現しつつ、サブ圧縮機に流入する冷媒流量と吸入可能な冷媒流量とのずれの調整を自動的に実行できる膨張機ユニット、及びその膨張機ユニットを備えることで広範囲な運転条件を可能とし、信頼性が高く、高効率な冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the above problems, and can automatically adjust the deviation between the flow rate of refrigerant flowing into the sub compressor and the flow rate of refrigerant that can be sucked, while realizing a compact structure. It is an object of the present invention to provide an expander unit and a refrigeration cycle apparatus that is capable of a wide range of operating conditions by providing the expander unit, has high reliability, and is highly efficient.

本発明に係る膨張機ユニットは、冷媒の減圧時の膨張動力を回収する膨張機及びその膨張動力を用いて冷媒を圧縮するサブ圧縮機を密閉容器に収容し、前記サブ圧縮機に供給する冷媒を吸入するサブ圧縮機吸入管及び前記サブ圧縮機で圧縮された冷媒を吐出するサブ圧縮機吐出管を前記密閉容器内部に連通させた膨張機ユニットであって、前記サブ圧縮機内に形成され、冷媒を圧縮するサブ圧縮室と、前記サブ圧縮機内に形成され、前記サブ圧縮機吸入管から前記サブ圧縮室に至るまでの吸入室と、前記サブ圧縮室に連通し、前記サブ圧縮室で圧縮された冷媒を吐出するサブ圧縮機吐出ポートと、前記サブ圧縮機内に形成され、前記サブ圧縮機吐出ポートから冷媒が吐出される吐出室と、前記密閉容器内に備えられ、前記吐出室からの冷媒が通過するサブ圧縮吐出空間と、前記密閉容器内に形成され、潤滑油を蓄える油溜め空間と、前記サブ圧縮機及び前記膨張機を貫通し、前記サブ圧縮吐出空間と前記油溜め空間とを連通する油戻し孔と、前記密閉容器内に備えられ、前記吸入室又は前記サブ圧縮室の少なくとも一方と前記サブ圧縮吐出空間とを連通させるバイパスポートと、前記密閉容器内に備えられ、前記バイパスポートを開閉するバイパス用開閉弁と、を有することを特徴とする。   The expander unit according to the present invention accommodates an expander that recovers expansion power during decompression of the refrigerant and a sub-compressor that compresses the refrigerant using the expansion power in a sealed container, and supplies the sub-compressor with the expander unit. A sub-compressor suction pipe that sucks the refrigerant and a sub-compressor discharge pipe that discharges the refrigerant compressed by the sub-compressor and communicates with the inside of the sealed container, and is formed in the sub-compressor. A sub-compression chamber for compressing refrigerant; a suction chamber formed in the sub-compressor and extending from the sub-compressor suction pipe to the sub-compression chamber; and the sub-compression chamber; A sub-compressor discharge port that discharges the generated refrigerant, a discharge chamber that is formed in the sub-compressor and from which the refrigerant is discharged from the sub-compressor discharge port, and is provided in the sealed container. Refrigerant A sub-compression discharge space, an oil reservoir space that is formed in the sealed container and stores lubricating oil, passes through the sub-compressor and the expander, and communicates the sub-compression discharge space and the oil reservoir space. An oil return hole, a bypass port provided in the sealed container and communicating at least one of the suction chamber or the sub compression chamber and the sub compression discharge space, and provided in the sealed container, the bypass port And a bypass on-off valve for opening and closing the valve.

本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記の膨張機ユニットと、主圧縮機と、室外熱交換器と、室内熱交換器と、を有し、前記主圧縮機、前記膨張機ユニットを構成しているサブ圧縮機、前記室外熱交換器、前記膨張機ユニットを構成している前記膨張機、前記室内熱交換器を冷房運転時において直列となるように接続していることを特徴とする。   A refrigeration cycle apparatus according to the present invention includes the expander unit, a main compressor, an outdoor heat exchanger, and an indoor heat exchanger, and configures the main compressor and the expander unit. The sub-compressor, the outdoor heat exchanger, the expander constituting the expander unit, and the indoor heat exchanger are connected in series during cooling operation.

本発明に係る膨張機ユニットによれば、バイパスポート及びバイパス用開閉弁を密閉容器内に設けているので、大型化することなくコンパクトな構造とすることができる。また、膨張機ユニットによれば、バイパス用開閉弁により、サブ圧縮機に流入する過剰な流量分の冷媒のバイパスを自動的に行なうことができる。   According to the expander unit of the present invention, the bypass port and the on-off valve for bypassing are provided in the sealed container, so that a compact structure can be achieved without increasing the size. Further, according to the expander unit, the bypass on / off valve can automatically bypass the refrigerant corresponding to the excessive flow rate flowing into the sub compressor.

本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、膨張機ユニットを備えることにより、冷凍サイクル装置のコンパクト化を実現できるとともに、広範囲な運転条件を可能とし、信頼性が高く、高効率なものとすることができる。また、冷凍サイクル装置によれば、膨張機ユニットを油分離器として機能させることができる。   According to the refrigeration cycle apparatus according to the present invention, by providing the expander unit, the refrigeration cycle apparatus can be made compact, and a wide range of operating conditions are possible, and the reliability is high and the efficiency is high. Can do. Further, according to the refrigeration cycle apparatus, the expander unit can function as an oil separator.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る膨張機ユニット1の構成を示す縦断面図である。図1に基づいて、膨張機ユニット1の構成について説明する。この膨張機ユニット1は、スクロール型の膨張機及び圧縮機を一体としたものであり、冷媒の膨張時に発生する膨張動力を回収し、回収した膨張動力を用いて冷媒を圧縮する機能を有しているものである。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図1を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of an expander unit 1 according to Embodiment 1 of the present invention. Based on FIG. 1, the structure of the expander unit 1 is demonstrated. This expander unit 1 is an integrated scroll-type expander and compressor, and has a function of recovering expansion power generated when the refrigerant expands and compressing the refrigerant using the recovered expansion power. It is what. In addition, in the following drawings including FIG. 1, the relationship of the size of each component may be different from the actual one. Further, in the following drawings including FIG. 1, the same reference numerals denote the same or equivalent parts, and this is common throughout the entire specification.

膨張機ユニット1は、膨張機1aとサブ圧縮機1bとで構成されている。膨張機1a及びサブ圧縮機1bは、密閉容器310内に収納されている。この密閉容器310は、圧力容器となっている。図1に示すように、サブ圧縮機1bが密閉容器310の上側に、膨張機1aが密閉容器310の下側に配置されている。この密閉容器310の内側下部には、冷凍機油等の潤滑油318を貯留する油溜め空間372が形成されている。また、密閉容器310の内側上部には、サブ圧縮機1bで圧縮された冷媒が吐出されるサブ圧縮吐出空間370が形成されている。   The expander unit 1 includes an expander 1a and a sub compressor 1b. The expander 1a and the sub-compressor 1b are housed in a sealed container 310. The sealed container 310 is a pressure container. As shown in FIG. 1, the sub compressor 1 b is disposed on the upper side of the sealed container 310, and the expander 1 a is disposed on the lower side of the sealed container 310. An oil sump space 372 for storing lubricating oil 318 such as refrigerating machine oil is formed in the inner lower portion of the sealed container 310. In addition, a sub-compression discharge space 370 in which the refrigerant compressed by the sub-compressor 1b is discharged is formed in the upper part inside the sealed container 310.

さらに、密閉容器310には、膨張機1aに冷媒を吸入させるための膨張機吸入管313と、膨張機1aから冷媒を吐出させるための膨張機吐出管315と、サブ圧縮機1bに冷媒を吸入させるためのサブ圧縮機吸入管312と、サブ圧縮機1bから冷媒を吐出させるためのサブ圧縮機吐出管314と、が設けられている。膨張機吸入管313及び膨張機吐出管315は、膨張機1aの外周側における密閉容器310の側面から膨張機1aに連通するように、サブ圧縮機吸入管312は、密閉容器310の上面からサブ圧縮機1bに連通するように、サブ圧縮機吐出管314は、サブ圧縮吐出空間370の外周側における密閉容器310の側面からサブ圧縮吐出空間370に連通するように、それぞれ設けられている。   Further, in the sealed container 310, an expander suction pipe 313 for sucking the refrigerant into the expander 1a, an expander discharge pipe 315 for discharging the refrigerant from the expander 1a, and a refrigerant sucked into the sub compressor 1b. A sub-compressor suction pipe 312 and a sub-compressor discharge pipe 314 for discharging refrigerant from the sub-compressor 1b are provided. The sub-compressor suction pipe 313 and the expander discharge pipe 315 communicate with the expander 1a from the side surface of the sealed container 310 on the outer peripheral side of the expander 1a. The sub compressor discharge pipe 314 is provided so as to communicate with the sub compression discharge space 370 from the side surface of the hermetic container 310 on the outer peripheral side of the sub compression discharge space 370 so as to communicate with the compressor 1b.

また、密閉容器310には、油溜め空間372に貯留させる潤滑油318を主圧縮機5(実施の形態2で説明する)から供給する油配管380が、密閉容器310の底面から油溜め空間372に連通するように設けられている。この油溜め空間372に連通している油配管380は、主圧縮機5に連結しており、油溜め空間372側の先端部の位置が主圧縮機5と油溜め空間372に貯留される潤滑油318の適正油面高さよりも高い位置となるように設けられている。   In addition, an oil pipe 380 that supplies lubricating oil 318 to be stored in the oil sump space 372 from the main compressor 5 (described in Embodiment 2) is provided in the airtight container 310 from the bottom surface of the airtight container 310. It is provided so that it may communicate with. The oil pipe 380 communicating with the oil sump space 372 is connected to the main compressor 5, and the position of the tip portion on the oil sump space 372 side is lubricated so as to be stored in the main compressor 5 and the oil sump space 372. The oil 318 is provided at a position higher than the appropriate oil level.

膨張機1aは、膨張機吸入管313から吸入した冷媒を減圧して膨張させ、その冷媒を膨張機吐出管315から吐出するものである。この膨張機1aは、膨張機用固定スクロール351と膨張機用揺動スクロール352とを有している。図1に示すように、膨張機用固定スクロール351が下側に、膨張機用揺動スクロール352が上側に配置されている。膨張機用固定スクロール351を構成する台板351aの一方の面には渦巻状突起である渦巻351sが立設されている。また、膨張機用揺動スクロール352を構成する台板352aの一方の面にも渦巻状突起である渦巻352sが立設されている。   The expander 1a decompresses and expands the refrigerant sucked from the expander suction pipe 313, and discharges the refrigerant from the expander discharge pipe 315. The expander 1 a includes an expander fixed scroll 351 and an expander swing scroll 352. As shown in FIG. 1, the expander fixed scroll 351 is disposed on the lower side, and the expander swing scroll 352 is disposed on the upper side. A spiral 351 s that is a spiral projection is provided upright on one surface of a base plate 351 a constituting the fixed scroll 351 for the expander. Further, a spiral 352 s that is a spiral projection is provided upright on one surface of a base plate 352 a that constitutes the swing scroll 352 for the expander.

膨張機用固定スクロール351及び膨張機用揺動スクロール352は、渦巻351sと渦巻352sとを互いに噛み合わせるようにして配置されている。そして、渦巻351sと渦巻352sとによって、相対的に容積が変化する膨張室353が形成される。また、渦巻351s及び渦巻352sの先端部には、膨張室353を仕切るチップシール354が装着されている。さらに、膨張機用固定スクロール351を構成する台板351aには、膨張機吸入管313から冷媒を吸入するための膨張機吸入ポート351dが貫通形成されており、膨張機吸入管313と連結するようになっている。   The expander fixed scroll 351 and the expander swing scroll 352 are arranged so that the spiral 351s and the spiral 352s mesh with each other. The expansion chamber 353 whose volume changes relatively is formed by the spiral 351s and the spiral 352s. Further, a tip seal 354 for partitioning the expansion chamber 353 is attached to the distal ends of the spiral 351s and the spiral 352s. Furthermore, an expander suction port 351d for sucking refrigerant from the expander suction pipe 313 is formed in the base plate 351a constituting the expander fixed scroll 351 so as to be connected to the expander suction pipe 313. It has become.

サブ圧縮機1bは、サブ圧縮機吸入管312から吸入した冷媒を圧縮して、サブ圧縮機吐出管314から吐出するものである。このサブ圧縮機1bは、サブ圧縮機用固定スクロール361とサブ圧縮機用揺動スクロール362とを有している。図1に示すように、サブ圧縮機用固定スクロール361が上側に、サブ圧縮機用揺動スクロール362が下側に配置されている。サブ圧縮機用固定スクロール361を構成する台板361aの一方の面には渦巻状突起である渦巻361sが立設されている。また、サブ圧縮機用揺動スクロール362を構成する台板362aの一方の面にも渦巻状突起である渦巻362sが立設されている。   The sub compressor 1b compresses the refrigerant sucked from the sub compressor suction pipe 312 and discharges it from the sub compressor discharge pipe 314. The sub compressor 1b has a sub compressor fixed scroll 361 and a sub compressor swing scroll 362. As shown in FIG. 1, the sub-compressor fixed scroll 361 is disposed on the upper side, and the sub-compressor swing scroll 362 is disposed on the lower side. A spiral 361 s that is a spiral projection is provided upright on one surface of a base plate 361 a that constitutes the fixed compressor scroll 361. Further, a spiral 362 s that is a spiral projection is provided upright on one surface of a base plate 362 a that constitutes the sub-compressor swing scroll 362.

サブ圧縮機用固定スクロール361及びサブ圧縮機用揺動スクロール362は、渦巻361sと渦巻362sとを互いに噛み合わせるようにして配置されている。そして、渦巻361sと渦巻362sとによって、相対的に容積が変化するサブ圧縮室363が形成される。また、渦巻361s及び渦巻362sの先端部には、サブ圧縮室363を仕切るチップシール364が装着されている。さらに、サブ圧縮機用固定スクロール361を構成する台板361aには、サブ圧縮機吸入管312から冷媒を吸入するためのサブ圧縮機吸入ポート361dと、台板361a内部に形成されている吐出室361gに冷媒を吐出するためのサブ圧縮機吐出ポート361eと、吸入した冷媒をバイパス逆止弁室361hにバイパスするためのバイパスポート361fと、が形成されている。   The sub-compressor fixed scroll 361 and the sub-compressor swing scroll 362 are arranged so that the spiral 361 s and the spiral 362 s mesh with each other. The sub-compression chamber 363 whose volume changes relatively is formed by the spiral 361s and the spiral 362s. Further, a tip seal 364 for partitioning the sub compression chamber 363 is attached to the distal ends of the spiral 361s and the spiral 362s. Further, the base plate 361a constituting the sub compressor fixed scroll 361 includes a sub compressor suction port 361d for sucking refrigerant from the sub compressor suction pipe 312 and a discharge chamber formed in the base plate 361a. A sub compressor discharge port 361e for discharging the refrigerant to 361g and a bypass port 361f for bypassing the sucked refrigerant to the bypass check valve chamber 361h are formed.

サブ圧縮機吸入ポート361dは、サブ圧縮機吸入管312に連結されるように形成されている。サブ圧縮機吐出ポート361eの吐出室361g側の先端部には、吐出弁330が設けられている。この吐出弁330は、開閉することでサブ圧縮機吐出ポート361eと吐出室361gとを連通・遮断するようになっている。サブ圧縮機吐出ポート361eから吐出された冷媒は、吐出室361gを経由してからサブ圧縮吐出空間370に到達するようになっている。   The sub compressor suction port 361d is formed to be connected to the sub compressor suction pipe 312. A discharge valve 330 is provided at the distal end of the sub compressor discharge port 361e on the discharge chamber 361g side. The discharge valve 330 opens and closes to communicate / block the sub compressor discharge port 361e and the discharge chamber 361g. The refrigerant discharged from the sub compressor discharge port 361e reaches the sub compression discharge space 370 after passing through the discharge chamber 361g.

バイパスポート361fのバイパス逆止弁室361h側の先端部には、バイパス逆止弁331が設けられている。このバイパス逆止弁331は、バイパス用開閉弁として機能し、開閉することでバイパスポート361fとバイパス逆止弁室361hとを連通・遮断するようになっている。バイパスポート361fにバイパスされた冷媒は、バイパス逆止弁室361hを経由してからサブ圧縮吐出空間370に到達するようになっている。   A bypass check valve 331 is provided at the tip of the bypass port 361f on the bypass check valve chamber 361h side. The bypass check valve 331 functions as a bypass on-off valve, and opens and closes to communicate / block the bypass port 361f and the bypass check valve chamber 361h. The refrigerant bypassed to the bypass port 361f reaches the sub compression discharge space 370 after passing through the bypass check valve chamber 361h.

また、サブ圧縮機1bからの冷媒の漏洩を防止するために、サブ圧縮機用固定スクロール361とサブ圧縮機用揺動スクロール362との間に外周シール365が設けられている。この外周シール365は、サブ圧縮機用固定スクロール361とサブ圧縮機用揺動スクロール362との間に形成される吸入室374の最外周側の壁面であって、サブ圧縮機用固定スクロール361とサブ圧縮機用揺動スクロール362との対向面に設けられており、吸入室374と揺動スクロール運動空間371とを気密にシールするようになっている。吸入室374は、サブ圧縮機吸入管312からサブ圧縮室363に至るまでの冷媒通路となっている。   In order to prevent refrigerant from leaking from the sub compressor 1b, an outer peripheral seal 365 is provided between the sub compressor fixed scroll 361 and the sub compressor swing scroll 362. The outer peripheral seal 365 is a wall surface on the outermost peripheral side of the suction chamber 374 formed between the sub-compressor fixed scroll 361 and the sub-compressor swing scroll 362, and is connected to the sub-compressor fixed scroll 361. The suction chamber 374 and the orbiting scroll motion space 371 are hermetically sealed. The suction chamber 374 serves as a refrigerant passage from the sub compressor suction pipe 312 to the sub compression chamber 363.

膨張機用固定スクロール351、膨張機用揺動スクロール352、サブ圧縮機用固定スクロール361、及び、サブ圧縮機用揺動スクロール362の中心部には、軸308が貫通している。なお、膨張機用揺動スクロール352の渦巻352sとサブ圧縮機用揺動スクロール362の渦巻362sとは、背面合わせ構造又は台板を共有して一体型に構成されている。サブ圧縮機用固定スクロール361とサブ圧縮機用揺動スクロール362との間には、揺動スクロールの公転運動中における自転運動を規制し、公転運動を可能とするためのオルダムリング307が設けられている。   A shaft 308 passes through the center of the expander fixed scroll 351, the expander swing scroll 352, the sub compressor lock scroll 361, and the sub compressor swing scroll 362. The spiral 352s of the expander swing scroll 352 and the spiral 362s of the sub-compressor swing scroll 362 are configured integrally by sharing a back-to-back structure or a base plate. An Oldham ring 307 is provided between the sub-compressor fixed scroll 361 and the sub-compressor orbiting scroll 362 to restrict the revolving motion during the revolving motion of the orbiting scroll and enable the revolving motion. ing.

軸308の上端部にはバランスウェイト309aが、下端部にはバランスウェイト309bがそれぞれ設けられている。バランスウェイト309a及びバランスウェイト309bは、軸308の回転時におけるバランスを調整するものであり、材質及び大きさ、形状等を特に限定するものではない。この軸308は、膨張機構側軸受け部351bと、サブ圧縮機構側軸受け部361bとで支持されるようになっている。また、膨張機用揺動スクロール352及びサブ圧縮機用揺動スクロール362(以下、単に揺動スクロールとして説明する場合があるものとする)の中央部には、揺動スクロールを偏心駆動するクランク部308bが設けられている。   A balance weight 309a is provided at the upper end of the shaft 308, and a balance weight 309b is provided at the lower end. The balance weight 309a and the balance weight 309b are for adjusting the balance when the shaft 308 is rotated, and the material, size, shape, and the like are not particularly limited. The shaft 308 is supported by the expansion mechanism side bearing portion 351b and the sub compression mechanism side bearing portion 361b. In addition, a crank portion that eccentrically drives the orbiting scroll is provided at the center of the orbiting scroll 352 for the expander and the orbiting scroll 362 for the sub compressor (hereinafter, simply referred to as the orbiting scroll). 308b is provided.

軸308の下端には、油溜め空間372に貯留されている潤滑油318を汲み上げるための給油ポンプ306が装着されている。給油ポンプ306で汲み上げられた潤滑油318は、軸308内に形成されている給油孔308cを通って、膨張機構側軸受け部351b及びサブ圧縮機構側軸受け部361bに供給されるようになっている。また、膨張機用固定スクロール351及びサブ圧縮機用固定スクロール361の外周部には、サブ圧縮機1b及び膨張機1aを貫通してサブ圧縮吐出空間370と油溜め空間372とを連通させる油戻し孔317が形成されている。この油戻し孔317は、揺動スクロール運動空間371(揺動スクロールの公転運動を可能にするための空間)を経由しないように形成されており、サブ圧縮吐出空間370にある潤滑油318を油溜め空間372に戻すようになっている。   An oil supply pump 306 for pumping up the lubricating oil 318 stored in the oil sump space 372 is attached to the lower end of the shaft 308. The lubricating oil 318 pumped up by the oil supply pump 306 is supplied to the expansion mechanism side bearing portion 351b and the sub compression mechanism side bearing portion 361b through the oil supply hole 308c formed in the shaft 308. . Further, an oil return is provided in the outer peripheral portion of the expander fixed scroll 351 and the sub compressor fixed scroll 361 so as to pass through the sub compressor 1b and the expander 1a to communicate the sub compression discharge space 370 and the oil sump space 372. A hole 317 is formed. The oil return hole 317 is formed so as not to pass through the orbiting scroll motion space 371 (a space for enabling the orbiting scroll to revolve), and the lubricating oil 318 in the sub-compression discharge space 370 can be used as oil. It returns to the reservoir space 372.

図2は、サブ圧縮機1bの構成を示す平面図である。この図2は、図1で示した膨張機ユニット1のA−A断面図を示している。ただし、図2では、軸308を省略しているものとする。図2に基づいて、サブ圧縮機1bの渦巻361s及び渦巻362sを組み合わせた状態について詳細に説明する。図1で説明したように、サブ圧縮機1bは、サブ圧縮機用固定スクロール361の渦巻361sとサブ圧縮機用揺動スクロール362の渦巻362sとを互いに噛み合わせ、相対的に容積が変化するサブ圧縮室363が形成されるように構成されている。   FIG. 2 is a plan view showing a configuration of the sub compressor 1b. FIG. 2 is a cross-sectional view of the expander unit 1 shown in FIG. However, in FIG. 2, the shaft 308 is omitted. Based on FIG. 2, the state which combined the spiral 361s and the spiral 362s of the sub compressor 1b is demonstrated in detail. As described with reference to FIG. 1, the sub-compressor 1 b meshes the spiral 361 s of the sub-compressor fixed scroll 361 and the spiral 362 s of the sub-compressor orbiting scroll 362 with each other, and the sub-compressor has a relatively variable volume. A compression chamber 363 is formed.

図2に示すように、サブ圧縮機吸入ポート361d及びバイパスポート361fは、サブ圧縮機用揺動スクロール362の最外周に位置する渦巻362sと干渉しない位置に形成されている。また、サブ圧縮室363の最外周壁と、サブ圧縮機用固定スクロール361とサブ圧縮機用揺動スクロール362との間に設けた外周シール365と、で囲まれた空間がサブ圧縮機1bの吸入室374となっている。この外周シール365は、O−リング等のように円環状に構成され、サブ圧縮機用固定スクロール361とサブ圧縮機用揺動スクロール362との間に設けられている。   As shown in FIG. 2, the sub compressor suction port 361d and the bypass port 361f are formed at positions that do not interfere with the spiral 362s located on the outermost periphery of the sub compressor swing scroll 362. A space surrounded by the outermost peripheral wall of the sub-compression chamber 363 and the outer peripheral seal 365 provided between the sub-compressor fixed scroll 361 and the sub-compressor swinging scroll 362 is the sub-compressor 1b. A suction chamber 374 is formed. The outer peripheral seal 365 is formed in an annular shape such as an O-ring, and is provided between the sub-compressor fixed scroll 361 and the sub-compressor swing scroll 362.

ここで、膨張機ユニット1の動作を図1及び図2に基づいて簡単に説明する。
サブ圧縮機1bでは、サブ圧縮機吸入管312から流入した冷媒が、サブ圧縮機吸入ポート361d及び吸入室374を介してサブ圧縮室363に供給され、膨張機1aで回収された動力に釣り合う分だけ圧縮され、サブ圧縮機吐出ポート361e及び吐出室361gを経てサブ圧縮吐出空間370を通過し、サブ圧縮機吐出管314から吐出される。圧縮行程は、膨張機1aで発生した駆動力が、一体型に構成された膨張機用揺動スクロール352とサブ圧縮機用揺動スクロール362とを介してサブ圧縮機1bに直接伝達され、サブ圧縮機用揺動スクロール362が公転運動し、サブ圧縮室363の容積を徐々に縮小させて冷媒を圧縮するようになっている。
Here, operation | movement of the expander unit 1 is demonstrated easily based on FIG.1 and FIG.2.
In the sub compressor 1b, the refrigerant flowing from the sub compressor suction pipe 312 is supplied to the sub compression chamber 363 via the sub compressor suction port 361d and the suction chamber 374, and is balanced with the power recovered by the expander 1a. Compressed through the sub compressor discharge port 361e and the discharge chamber 361g, passes through the sub compression discharge space 370, and is discharged from the sub compressor discharge pipe 314. In the compression stroke, the driving force generated in the expander 1a is directly transmitted to the sub-compressor 1b through the expander swing scroll 352 and the sub-compressor swing scroll 362 that are integrally formed. The compressor rocking scroll 362 revolves to compress the refrigerant by gradually reducing the volume of the sub-compression chamber 363.

一方、膨張機1aでは、膨張機吸入管313から流入した冷媒が、膨張機吸入ポート351dを介して膨張室353に供給され、減圧され、揺動スクロール運動空間371を経て膨張機吐出管315から吐出される。膨張行程は、膨張室353に吸い込まれた高圧の冷媒が、低圧となる揺動スクロール運動空間371との圧力差に応じた膨張動力を発生し、発生した膨張動力によって膨張室353の容積を拡大する方向へ膨張機用揺動スクロール352を公転運動させるようになっている。このように、膨張機ユニット1では、膨張機1aで冷媒を減圧する際に発生する膨張動力を回収し、その膨張動力を用いてサブ圧縮機1bで冷媒を圧縮するようになっている。   On the other hand, in the expander 1a, the refrigerant that has flowed from the expander suction pipe 313 is supplied to the expansion chamber 353 via the expander suction port 351d, is decompressed, and passes from the expander discharge pipe 315 via the orbiting scroll motion space 371. Discharged. In the expansion stroke, the high-pressure refrigerant sucked into the expansion chamber 353 generates expansion power corresponding to the pressure difference from the rocking scroll motion space 371 that becomes low pressure, and the volume of the expansion chamber 353 is expanded by the generated expansion power. The expander orbiting scroll 352 is caused to revolve in the direction of the rotation. Thus, in the expander unit 1, the expansion power generated when the refrigerant is decompressed by the expander 1a is recovered, and the refrigerant is compressed by the sub compressor 1b using the expansion power.

図3は、サブ圧縮機1b内で高低圧力差ありの場合のサブ圧縮機1bにおける冷媒ガス及び潤滑油318の流れを説明するための縦断面図である。図4は、サブ圧縮機1b内で高低圧力差なしの場合のサブ圧縮機1bにおける冷媒ガス及び潤滑油318の流れの一例を説明するための縦断面図である。図5は、高低圧力差なしの場合のサブ圧縮機1bにおける冷媒ガス及び潤滑油318の流れの他の一例を説明するための縦断面図である。図3〜図5に基づいて、膨張機ユニット1の冷媒及び潤滑油318の流れについて詳細に説明する。始めに図3に基づいてサブ圧縮機1b内に高低圧力差が生じている際の動作について説明し、それから図4及び図5に基づいてサブ圧縮機1bに高低圧力差が生じていない際の動作について説明するものとする。なお、図3〜図5において、白抜き矢印は冷媒の流れを示し、黒塗り矢印は潤滑油の流れを示している。   FIG. 3 is a longitudinal sectional view for explaining the flow of the refrigerant gas and the lubricating oil 318 in the sub compressor 1b when there is a high and low pressure difference in the sub compressor 1b. FIG. 4 is a longitudinal sectional view for explaining an example of the flow of the refrigerant gas and the lubricating oil 318 in the sub compressor 1b when there is no high / low pressure difference in the sub compressor 1b. FIG. 5 is a longitudinal sectional view for explaining another example of the flow of the refrigerant gas and the lubricating oil 318 in the sub compressor 1b when there is no high / low pressure difference. Based on FIGS. 3-5, the refrigerant | coolant of the expander unit 1 and the flow of the lubricating oil 318 are demonstrated in detail. First, the operation when the high and low pressure difference is generated in the sub compressor 1b will be described based on FIG. 3, and then the high and low pressure difference is not generated in the sub compressor 1b based on FIGS. The operation will be described. 3 to 5, white arrows indicate the flow of the refrigerant, and black arrows indicate the flow of the lubricating oil.

[高低圧力差ありの場合]
まず、冷媒の流れ(図3で示す白抜き矢印)について説明する。膨張機1aに流入した高圧の冷媒は、膨張室353内を経由し、膨張される。このとき、動力が発生する。そして、膨張室353内で膨張・減圧した冷媒は、揺動スクロール運動空間371を経由して膨張機吐出管315から密閉容器310外へ吐出されることになる。膨張機1aで発生した膨張動力によって、サブ圧縮機吸入管312からサブ圧縮機1bに流入した冷媒がサブ圧縮室363を経由することで圧縮・昇圧される。
[With high and low pressure difference]
First, the flow of the refrigerant (the white arrow shown in FIG. 3) will be described. The high-pressure refrigerant that has flowed into the expander 1a is expanded through the expansion chamber 353. At this time, power is generated. Then, the refrigerant expanded and depressurized in the expansion chamber 353 is discharged from the expander discharge pipe 315 to the outside of the sealed container 310 via the orbiting scroll motion space 371. The refrigerant flowing into the sub compressor 1b from the sub compressor suction pipe 312 passes through the sub compression chamber 363 and is compressed and boosted by the expansion power generated in the expander 1a.

サブ圧縮室363内で圧縮・昇圧された冷媒は、一旦密閉容器310内のサブ圧縮吐出空間370に吐出された後、サブ圧縮機吐出管314から密閉容器310外へ吐出されることになる。このとき、揺動スクロール運動空間371とサブ圧縮機1bとが外周シール365によってシールされているため、揺動スクロール運動空間371内は、膨張後圧力となっている。一方、油溜め空間372内は、揺動スクロール運動空間371を経由しない油戻し孔317を通じてサブ圧縮吐出空間370と同じサブ圧縮機1bの圧縮後圧力となっている。なお、バイパス逆止弁331は、サブ圧縮機1bの高低圧力差により、閉止されている。   The refrigerant compressed and pressurized in the sub-compression chamber 363 is once discharged into the sub-compression discharge space 370 in the sealed container 310 and then discharged from the sub-compressor discharge pipe 314 to the outside of the sealed container 310. At this time, since the orbiting scroll motion space 371 and the sub-compressor 1b are sealed by the outer peripheral seal 365, the inside of the orbiting scroll motion space 371 has a post-expansion pressure. On the other hand, in the oil sump space 372, the pressure after compression of the sub compressor 1 b is the same as that of the sub compression discharge space 370 through the oil return hole 317 that does not pass through the orbiting scroll motion space 371. Note that the bypass check valve 331 is closed due to the high and low pressure difference of the sub compressor 1b.

つぎに、潤滑油318の流れ(図3で示す黒塗り矢印)について説明する。潤滑油318は、サブ圧縮機1bにおいて冷媒ガスとともに循環するようになっている。主圧縮機5から冷媒ガスとともにサブ圧縮機1bに吸い込まれた潤滑油318は、サブ圧縮機吐出ポート361eから吐出弁330を経て、サブ圧縮吐出空間370に流入する。この潤滑油318は、サブ圧縮吐出空間370内で気液分離され、サブ圧縮機用固定スクロール361上面に溜まった後、油戻し孔317を経由して油貯留部として機能する油溜め空間372へ戻される。さらに、油溜め空間372に貯留される過剰な潤滑油318は、密閉容器310の底部に設けた油配管380を経由して、主圧縮機5と油溜め空間372との差圧で主圧縮機5内に戻され、油溜め空間372に貯留される潤滑油318の油面が適正な位置に保持される。   Next, the flow of the lubricating oil 318 (black arrows shown in FIG. 3) will be described. The lubricating oil 318 is circulated with the refrigerant gas in the sub compressor 1b. The lubricating oil 318 sucked into the sub compressor 1b together with the refrigerant gas from the main compressor 5 flows from the sub compressor discharge port 361e through the discharge valve 330 into the sub compression discharge space 370. This lubricating oil 318 is gas-liquid separated in the sub compression discharge space 370 and collected on the upper surface of the sub compressor fixed scroll 361, and then to the oil reservoir space 372 functioning as an oil reservoir through the oil return hole 317. Returned. Further, excess lubricating oil 318 stored in the oil sump space 372 passes through an oil pipe 380 provided at the bottom of the hermetic container 310, and the main compressor due to a differential pressure between the main compressor 5 and the oil sump space 372. 5 and the oil level of the lubricating oil 318 stored in the oil sump space 372 is held at an appropriate position.

[高低圧力差なしの場合の一例]
まず、冷媒の流れ(図4で示す白抜き矢印)について説明する。サブ圧縮機1bに高低圧力差が生じない場合とは、たとえば起動時や冷房運転でのみ膨張機1aを使用する冷凍システムの暖房運転時、回転数が低い運転時等の場合である。このようなとき、サブ圧縮機1bの吸入流量が主圧縮機5の吐出流量を下回ることになり、サブ圧縮機1bの吸入圧力が圧縮後圧力よりも上昇して、バイパス逆止弁331が開放状態となる。バイパス逆止弁331が開放状態になると、吸入された冷媒の全部がサブ圧縮室363を経由するのではなく、一部がバイパスされることになる。
[Example when there is no high / low pressure difference]
First, the flow of the refrigerant (the white arrow shown in FIG. 4) will be described. The case where the high and low pressure difference does not occur in the sub-compressor 1b is, for example, a case where the refrigerating system which uses the expander 1a only at the start-up or cooling operation, during heating operation, during operation with a low rotational speed, or the like. In such a case, the suction flow rate of the sub compressor 1b falls below the discharge flow rate of the main compressor 5, the suction pressure of the sub compressor 1b rises above the post-compression pressure, and the bypass check valve 331 is opened. It becomes a state. When the bypass check valve 331 is opened, not all of the sucked refrigerant passes through the sub compression chamber 363, but a part thereof is bypassed.

すなわち、サブ圧縮機吸入管312から吸入された冷媒は、サブ圧縮室363を経由してサブ圧縮吐出空間370に吐出される経路と、バイパスポート361fからバイパス逆止弁331を経てサブ圧縮吐出空間370に至る経路と、に分かれることになるのである。この2分岐された冷媒は、サブ圧縮吐出空間370で合流した後、サブ圧縮機吐出管314から密閉容器310外へ吐出されることになる。サブ圧縮機1bに高低圧力差が生じていない場合は、このような経路で冷媒が流れることになるのである。   That is, the refrigerant sucked from the sub compressor suction pipe 312 passes through the sub compression chamber 363 and is discharged to the sub compression discharge space 370, and from the bypass port 361f via the bypass check valve 331 to the sub compression discharge space. The route to 370 is divided. The bifurcated refrigerant merges in the sub compression discharge space 370 and is then discharged from the sub compressor discharge pipe 314 to the outside of the sealed container 310. When there is no high / low pressure difference in the sub-compressor 1b, the refrigerant flows through such a path.

つぎに、潤滑油318の流れ(図4で示す黒塗り矢印)について説明する。冷媒ガスとともに循環する潤滑油318についても、冷媒ガスと同様に、サブ圧縮室363を経由してサブ圧縮吐出空間370に吐出される経路と、バイパスポート361fからバイパス逆止弁331を経てサブ圧縮吐出空間370に至る経路と、に分かれて、サブ圧縮吐出空間370に流入する。冷媒ガスとともに流入した潤滑油318は、サブ圧縮吐出空間370内で気液分離され、サブ圧縮機用固定スクロール361の上面に溜まった後、油戻し孔317を経由して油貯留部として機能する油溜め空間372へ戻されることになる。   Next, the flow of the lubricating oil 318 (black arrows shown in FIG. 4) will be described. Similarly to the refrigerant gas, the lubricating oil 318 that circulates together with the refrigerant gas is discharged into the sub compression discharge space 370 via the sub compression chamber 363 and the sub compression through the bypass check valve 331 from the bypass port 361f. It is divided into a route to the discharge space 370 and flows into the sub-compression discharge space 370. The lubricating oil 318 flowing together with the refrigerant gas is gas-liquid separated in the sub-compression discharge space 370 and accumulates on the upper surface of the sub-compressor fixed scroll 361 and then functions as an oil reservoir through the oil return hole 317. The oil sump space 372 is returned.

[高低圧力差なしの場合の他の一例]
冷媒の流れ(図5で示す白抜き矢印)及び潤滑油318の流れ(図5で示す黒塗り矢印)を併せて説明する。サブ圧縮機1bに高低圧力差が生じておらず、サブ圧縮機1bが回転していない場合、冷凍サイクル装置を流れる冷媒ガス及び潤滑油318の全量がバイパスポート361fを流れ、サブ圧縮吐出空間370に流入することになる。その後、冷媒ガスは、サブ圧縮機吐出管314を経て密閉容器310外へ吐出される。一方、冷媒ガスとともに流入した潤滑油318は、サブ圧縮吐出空間370内で気液分離され、サブ圧縮機用固定スクロール361の上面に溜まったのち、油戻し孔317を経由して油貯留部として機能する油溜め空間372へ戻されることになる。
[Another example without high / low pressure difference]
The flow of the refrigerant (the white arrow shown in FIG. 5) and the flow of the lubricating oil 318 (the black arrow shown in FIG. 5) will be described together. When there is no high-low pressure difference in the sub-compressor 1b and the sub-compressor 1b is not rotating, the total amount of refrigerant gas and lubricating oil 318 flowing through the refrigeration cycle apparatus flows through the bypass port 361f, and the sub-compression discharge space 370 Will flow into. Thereafter, the refrigerant gas is discharged out of the sealed container 310 through the sub compressor discharge pipe 314. On the other hand, the lubricating oil 318 flowing together with the refrigerant gas is gas-liquid separated in the sub-compression discharge space 370 and collected on the upper surface of the sub-compressor fixed scroll 361, and then as an oil reservoir through the oil return hole 317. It will be returned to the functioning oil sump space 372.

以上より、この実施の形態1に係る膨張機ユニット1では、主圧縮機5の吐出流量よりもサブ圧縮機1bの吸入流量が小さい場合、膨張機ユニット1内に設けたバイパス逆止弁331により、過剰な流量分の冷媒のバイパスが自動的に行われるとともに、冷媒とともに循環する潤滑油318が、常にサブ圧縮機1bのサブ圧縮吐出空間370を経由させることができる。この潤滑油318は、サブ圧縮吐出空間370内で気液分離されてから、油戻し孔317を経由して油貯留部として機能する油溜め空間372へ戻されることになる。   As described above, in the expander unit 1 according to the first embodiment, when the suction flow rate of the sub compressor 1b is smaller than the discharge flow rate of the main compressor 5, the bypass check valve 331 provided in the expander unit 1 is used. The refrigerant is automatically bypassed for an excessive flow rate, and the lubricating oil 318 circulating with the refrigerant can always pass through the sub-compression discharge space 370 of the sub-compressor 1b. The lubricating oil 318 is gas-liquid separated in the sub-compression discharge space 370 and then returned to the oil reservoir space 372 functioning as an oil reservoir through the oil return hole 317.

ここで、膨張機ユニット1内の給油機構について説明する。
膨張機1aの膨張動力によって軸308が回転すると、給油ポンプ306によって、油溜め空間372に貯留されている潤滑油318が、軸308内部に形成されている給油孔308cを通って膨張機構側軸受け部351b、サブ圧縮機構側軸受け部361b及びクランク部308bへ供給される。また、膨張機構側軸受け部351b、サブ圧縮機構側軸受け部361b及びクランク部308bへ供給された潤滑油318のうちサブ圧縮吐出空間370へ漏洩した潤滑油318は、油戻し孔317を経由して油溜め空間372へ戻される。
Here, the oil supply mechanism in the expander unit 1 will be described.
When the shaft 308 is rotated by the expansion power of the expander 1a, the lubricating oil 318 stored in the oil sump space 372 by the oil supply pump 306 passes through the oil supply hole 308c formed in the shaft 308, and the expansion mechanism side bearing. 351b, sub compression mechanism side bearing 361b, and crank 308b. The lubricating oil 318 leaked to the sub compression discharge space 370 among the lubricating oil 318 supplied to the expansion mechanism side bearing portion 351b, the sub compression mechanism side bearing portion 361b, and the crank portion 308b passes through the oil return hole 317. It is returned to the oil sump space 372.

上記の構成により、膨張機ユニット1は、バイパスポート361f及びバイパス逆止弁331を密閉容器310内に設けているので、大型化することなくコンパクトな構造とすることができる。また、膨張機ユニット1は、バイパス逆止弁331により、サブ圧縮機1bに流入する過剰な流量分の冷媒のバイパスを自動的に行なうことができる。さらに、膨張機ユニット1は、冷媒とともに循環する潤滑油318を、常にサブ圧縮機1bのサブ圧縮吐出空間370に経由させ、気液分離するので、油分離器としての機能を兼用させることができる。   With the above configuration, the expander unit 1 has the bypass port 361f and the bypass check valve 331 in the hermetic container 310, so that the expander unit 1 can have a compact structure without increasing its size. Further, the expander unit 1 can automatically bypass the refrigerant corresponding to the excessive flow rate flowing into the sub compressor 1b by the bypass check valve 331. Further, since the expander unit 1 always causes the lubricating oil 318 circulating with the refrigerant to pass through the sub-compression discharge space 370 of the sub-compressor 1b for gas-liquid separation, it can also function as an oil separator. .

実施の形態2.
図6は、本発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置500の回路構成を模式的に示す回路図である。図6に基づいて、冷凍サイクル装置500の回路構成について説明する。この冷凍サイクル装置500は、冷媒(たとえば、二酸化炭素等の超臨界流体)を循環させる冷凍サイクルを利用することで冷房運転又は暖房運転を実行できるものである。この図6には、冷房運転時における冷媒の流れを実線矢印で、暖房運転時における冷媒の流れを破線矢印でそれぞれ表している。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a circuit diagram schematically showing a circuit configuration of a refrigeration cycle apparatus 500 according to Embodiment 2 of the present invention. A circuit configuration of the refrigeration cycle apparatus 500 will be described with reference to FIG. The refrigeration cycle apparatus 500 can perform a cooling operation or a heating operation by using a refrigeration cycle that circulates a refrigerant (for example, a supercritical fluid such as carbon dioxide). In FIG. 6, the refrigerant flow during the cooling operation is indicated by a solid line arrow, and the refrigerant flow during the heating operation is indicated by a broken line arrow.

実施の形態2に係る冷凍サイクル装置500は、実施の形態1に係る膨張機ユニット1を備えたことを特徴としている。この冷凍サイクル装置500は、図6に示すように、室外ユニット100と室内ユニット200が冷媒配管で接続されて構成されている。冷凍サイクル装置500に使用する冷媒としては、たとえば臨界温度(約31℃)以上で超臨界状態となり、熱交換が顕熱変化となる二酸化炭素を想定している。なお、図6では、1台の室外ユニット100と、1台の室内ユニット200とが接続されている場合を例に示しているが、各ユニットの接続台数を図示してある台数に限定するものではない。   The refrigeration cycle apparatus 500 according to the second embodiment is characterized by including the expander unit 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 6, the refrigeration cycle apparatus 500 includes an outdoor unit 100 and an indoor unit 200 that are connected by a refrigerant pipe. As the refrigerant used in the refrigeration cycle apparatus 500, for example, carbon dioxide is assumed which becomes a supercritical state at a critical temperature (about 31 ° C.) or higher and heat exchange changes sensible heat. FIG. 6 shows an example in which one outdoor unit 100 and one indoor unit 200 are connected, but the number of units connected is limited to the number shown. is not.

[室外ユニット100]
室外ユニット100は、室外等に設置され、室内ユニット200に冷熱を供給する機能を有している。この室外ユニット100には、主圧縮機5と、膨張機ユニット1のサブ圧縮機1bと、第1四方弁2と、室外熱交換器3と、第2四方弁4と、予膨張弁6と、膨張機ユニット1の膨張機1aと、が冷房運転時において直列となるように接続されて設けられている。また、室外ユニット100には、冷房運転時において第2四方弁4に流入する一部の冷媒を迂回させるバイパス弁7が設けられている。
[Outdoor unit 100]
The outdoor unit 100 is installed outside the room and has a function of supplying cold heat to the indoor unit 200. The outdoor unit 100 includes a main compressor 5, a sub compressor 1 b of the expander unit 1, a first four-way valve 2, an outdoor heat exchanger 3, a second four-way valve 4, and a pre-expansion valve 6. The expander 1a of the expander unit 1 is provided so as to be connected in series during the cooling operation. Further, the outdoor unit 100 is provided with a bypass valve 7 that bypasses a part of the refrigerant flowing into the second four-way valve 4 during the cooling operation.

主圧縮機5は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものであり、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機などで構成するとよい。第1四方弁2及び第2四方弁4は、流路切替手段として機能するものであり、暖房運転時における冷媒の流れと冷房運転時における冷媒の流れとを切り替えるものである。室外熱交換器3は、第1四方弁2と第2四方弁4との間に設置されており、運転モードに応じて放熱器又は蒸発器として機能し、図示省略のファン等の室外送風機から強制的に供給される空気と冷媒との間で熱交換を行なうものである。   The main compressor 5 sucks the refrigerant and compresses the refrigerant to a high temperature / high pressure state, and may be constituted by, for example, an inverter compressor capable of capacity control. The first four-way valve 2 and the second four-way valve 4 function as flow path switching means, and switch between the refrigerant flow during the heating operation and the refrigerant flow during the cooling operation. The outdoor heat exchanger 3 is installed between the first four-way valve 2 and the second four-way valve 4 and functions as a radiator or an evaporator depending on the operation mode, and from an outdoor blower such as a fan (not shown). Heat exchange is performed between forcibly supplied air and the refrigerant.

予膨張弁6は、膨張機1aの入口側に設けられて開閉弁として機能し、膨張機1aとサブ圧縮機1bとにおける通過冷媒流量と動力とを一致させるものである。バイパス弁7は、室外熱交換器3と第2四方弁4とを接続している冷媒配管を分岐させ、第2四方弁4を迂回するようにした冷媒配管に予膨張弁6と並列となるように設けられており、予膨張弁6と同様に開閉弁として機能するものである。つまり、予膨張弁6と第1バイパス弁7とによって、膨張機1aとサブ圧縮機1bとにおける通過冷媒流量と動力とを一致させるようになっている。   The pre-expansion valve 6 is provided on the inlet side of the expander 1a and functions as an on-off valve, and matches the passage refrigerant flow rate and power in the expander 1a and the sub compressor 1b. The bypass valve 7 branches the refrigerant pipe connecting the outdoor heat exchanger 3 and the second four-way valve 4, and is in parallel with the pre-expansion valve 6 in a refrigerant pipe that bypasses the second four-way valve 4. Like the pre-expansion valve 6, it functions as an on-off valve. That is, the pre-expansion valve 6 and the first bypass valve 7 make the passage refrigerant flow rate and power in the expander 1a and the sub compressor 1b coincide with each other.

[室内ユニット200]
室内ユニット200は、空調対象域を有する部屋等に設置され、その空調対象域に冷房用空気あるいは暖房用空気を供給する機能を有している。室内ユニット200には、室内熱交換器9が設けられている。室内熱交換器9は、暖房運転時には放熱器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能し、図示省略のファン等の室内送風機から強制的に供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、空調対象域に供給するための暖房空気あるいは冷房空気を作成するものである。
[Indoor unit 200]
The indoor unit 200 is installed in a room or the like having an air conditioning target area, and has a function of supplying cooling air or heating air to the air conditioning target area. The indoor unit 200 is provided with an indoor heat exchanger 9. The indoor heat exchanger 9 functions as a radiator during heating operation, functions as an evaporator during cooling operation, and exchanges heat between air and refrigerant that are forcibly supplied from an indoor fan such as a fan (not shown). The heating air or cooling air to be supplied to the air-conditioning target area is created.

ここで、冷凍サイクル装置500の冷房運転時における動作について説明する。
図7は、冷房運転時における冷媒の変遷を示すp−h線図(冷媒の圧力(縦軸)とエンタルピ(横軸)との関係を示す線図)である。図6及び図7に基づいて、冷凍サイクル装置500の冷房運転時における動作を冷媒状態の変遷に基づいて説明する。なお、図6に示す点[A]〜点[G]の冷媒状態は、それぞれ図7に示す[A]〜[G]での冷媒状態を示している。
Here, the operation of the refrigeration cycle apparatus 500 during the cooling operation will be described.
FIG. 7 is a ph diagram (diagram illustrating the relationship between the refrigerant pressure (vertical axis) and the enthalpy (horizontal axis)) showing the transition of the refrigerant during the cooling operation. Based on FIG.6 and FIG.7, the operation | movement at the time of the cooling operation of the refrigerating-cycle apparatus 500 is demonstrated based on transition of a refrigerant | coolant state. Note that the refrigerant states at points [A] to [G] shown in FIG. 6 indicate the refrigerant states at [A] to [G] shown in FIG. 7, respectively.

冷凍サイクル装置500が冷房運転を行なう場合、室外ユニット100では、第1四方弁2を、サブ圧縮機1bと室外熱交換器3とを接続するように、つまり第1四方弁2の第1口2aと第2口2bとを連通し、第3口2cと第4口2dとを連通するように切り替え、第2四方弁4を、室外熱交換器3と予膨張弁6とを接続するように、つまり第2四方弁4の第1口4aと第4口4dとを連通し、第2口4bと第3口4cとを連通するように切り替える。この状態で、主圧縮機5の運転を開始する。   When the refrigeration cycle apparatus 500 performs a cooling operation, in the outdoor unit 100, the first four-way valve 2 is connected to the sub compressor 1b and the outdoor heat exchanger 3, that is, the first port of the first four-way valve 2. 2a and the second port 2b are communicated, the third port 2c and the fourth port 2d are switched to communicate, and the second four-way valve 4 is connected to the outdoor heat exchanger 3 and the pre-expansion valve 6. In other words, switching is performed so that the first port 4a and the fourth port 4d of the second four-way valve 4 communicate with each other and the second port 4b and the third port 4c communicate with each other. In this state, the operation of the main compressor 5 is started.

まず、低温・低圧のガス冷媒が主圧縮機5によって圧縮され、高温・高圧の超臨界状態の冷媒となって吐出される(状態[A])。主圧縮機5から吐出された超臨界状態の冷媒は、サブ圧縮機1bに流入する。サブ圧縮機1bは、予膨張弁6を通過して流入した冷媒を減圧する膨張機1aによって駆動される。つまり、サブ圧縮機1bに流入した冷媒は、膨張機1aで回収された動力に釣り合う分だけ圧縮される。サブ圧縮機1bから吐出された冷媒は、第1四方弁2の第1口2aから第2口2bを通って(状態[C])、室外熱交換器3に流入する。   First, the low-temperature and low-pressure gas refrigerant is compressed by the main compressor 5 and discharged as a high-temperature and high-pressure supercritical refrigerant (state [A]). The supercritical refrigerant discharged from the main compressor 5 flows into the sub compressor 1b. The sub compressor 1b is driven by an expander 1a that depressurizes the refrigerant that has flowed through the pre-expansion valve 6. That is, the refrigerant flowing into the sub compressor 1b is compressed by an amount commensurate with the power recovered by the expander 1a. The refrigerant discharged from the sub-compressor 1b flows from the first port 2a of the first four-way valve 2 through the second port 2b (state [C]) into the outdoor heat exchanger 3.

室外熱交換器3に流入した冷媒は、この室外熱交換器3で図示省略の室外送風機から供給される被加熱媒体である空気に放熱して冷却される(状態[D])。この冷媒は、室外熱交換器3から流出し、第2四方弁4の第2口4aから第3口4cを経て予膨張弁6に流入する。予膨張弁6に流入した冷媒は、この予膨張弁6で膨張機1aに流入する際の入口密度が調節される(状態[E])。予膨張弁6から流出した冷媒は、膨張機1aに流入し、減圧され(状態[F])、膨張動力が回収される。膨張機1aから流出した冷媒は、第2四方弁4の第1口4aから第4口4dを通って、室外ユニット100から流出し、室内ユニット200に流入する。このとき、バイパス弁7の開度は、サブ圧縮機1bを通過する冷媒流量と回収動力とが釣り合うように制御される。   The refrigerant that has flowed into the outdoor heat exchanger 3 is cooled by releasing heat to the air that is the heating medium supplied from the outdoor blower (not shown) in the outdoor heat exchanger 3 (state [D]). This refrigerant flows out of the outdoor heat exchanger 3 and flows into the pre-expansion valve 6 from the second port 4a of the second four-way valve 4 through the third port 4c. The inlet density of the refrigerant flowing into the pre-expansion valve 6 when the refrigerant flows into the expander 1a is adjusted by the pre-expansion valve 6 (state [E]). The refrigerant that has flowed out of the pre-expansion valve 6 flows into the expander 1a, is depressurized (state [F]), and the expansion power is recovered. The refrigerant flowing out of the expander 1a flows out of the outdoor unit 100 through the first port 4a of the second four-way valve 4 through the fourth port 4d, and flows into the indoor unit 200. At this time, the opening degree of the bypass valve 7 is controlled so that the refrigerant flow rate passing through the sub-compressor 1b and the recovered power are balanced.

室内ユニット200に流入した冷媒は、室内熱交換器9に流入し、図示省略の室内送風機から供給される空気と熱交換することで、空調対象域の熱負荷を処理する(状態[B])。つまり、室内熱交換器9では、空調対象域に供給する冷房空気を作成するのである。この冷媒は、室内熱交換器9及び室内ユニット200から流出し、室外ユニット100に流入する。室外ユニット100に流入した冷媒は、第1四方弁2の第4口2dから第3口2cを通って主圧縮機5に流入する(状態[G])。このとき、圧力損失によって圧力が少し減少してから、主圧縮機5に吸入される。   The refrigerant that has flowed into the indoor unit 200 flows into the indoor heat exchanger 9 and exchanges heat with air supplied from an indoor blower (not shown) to process the heat load in the air-conditioning target area (state [B]). . That is, the indoor heat exchanger 9 creates cooling air to be supplied to the air-conditioning target area. This refrigerant flows out of the indoor heat exchanger 9 and the indoor unit 200 and flows into the outdoor unit 100. The refrigerant that has flowed into the outdoor unit 100 flows into the main compressor 5 from the fourth port 2d of the first four-way valve 2 through the third port 2c (state [G]). At this time, the pressure is slightly reduced due to the pressure loss and then sucked into the main compressor 5.

次に、冷凍サイクル装置500の暖房運転時における動作について説明する。
図8は、暖房運転時における冷媒の変遷を示すp−h線図(冷媒の圧力(縦軸)とエンタルピ(横軸)との関係を示す線図)である。図6及び図8に基づいて、冷凍サイクル装置500の暖房運転時における動作を冷媒状態の変遷に基づいて説明する。なお、図6に示す点[A]〜点[G]の冷媒状態は、それぞれ図8に示す[A]〜[G]での冷媒状態である。
Next, an operation during heating operation of the refrigeration cycle apparatus 500 will be described.
FIG. 8 is a ph diagram (diagram illustrating the relationship between the refrigerant pressure (vertical axis) and the enthalpy (horizontal axis)) showing the transition of the refrigerant during the heating operation. Based on FIG.6 and FIG.8, the operation | movement at the time of the heating operation of the refrigerating-cycle apparatus 500 is demonstrated based on transition of a refrigerant | coolant state. The refrigerant states at points [A] to [G] shown in FIG. 6 are refrigerant states at [A] to [G] shown in FIG.

この図6では、冷房運転時と同様に、暖房運転時においても膨張機1aを利用している例を示している。ただし、暖房運転時では、冷房運転時とは異なり、膨張機ユニット1における膨張機1aの入口部とサブ圧縮機1bの入口部との冷媒の密度比が大きくなるため、通過冷媒流量と回収動力とをバランスさせるための膨張動力の回収ロスが大きくなってしまう。そこで、必要に応じて第2四方弁4を廃止して、暖房運転時においては膨張機ユニット1を利用しないようにしてもよい。   FIG. 6 shows an example in which the expander 1a is used during the heating operation as in the cooling operation. However, in the heating operation, unlike the cooling operation, the refrigerant density ratio between the inlet portion of the expander 1a and the inlet portion of the sub compressor 1b in the expander unit 1 is increased. The recovery loss of the expansion power for balancing is increased. Therefore, the second four-way valve 4 may be abolished as necessary, and the expander unit 1 may not be used during the heating operation.

冷凍サイクル装置500が暖房運転を行なう場合、室外ユニット100では、第1四方弁2を、サブ圧縮機1bと室内熱交換器9とを接続するように、つまり第1四方弁2の第1口2aと第4口2dとを連通し、第2口2bと第3口2cとを連通するように切り替え、第2四方弁4を、室内熱交換器9と予膨張弁6とを接続するように、つまり第2四方弁4の第1口4aと第2口4bとを連通し、第3口4cと第4口4dとを連通するように切り替える。この状態で、主圧縮機5の運転を開始する。なお、暖房運転時における冷凍サイクル装置500では、基本的な減圧機能は膨張機ユニット1の膨張機1aで実現され、減圧量が不足する場合には室内熱交換器9の出口温度が室内の負荷に応じた適切な温度となるように予膨張弁6で減圧量が調整されるようになっている。   When the refrigeration cycle apparatus 500 performs the heating operation, in the outdoor unit 100, the first four-way valve 2 is connected to the sub compressor 1b and the indoor heat exchanger 9, that is, the first port of the first four-way valve 2. 2a and the fourth port 2d are communicated, the second port 2b and the third port 2c are switched to communicate, and the second four-way valve 4 is connected to the indoor heat exchanger 9 and the pre-expansion valve 6. That is, the first port 4a and the second port 4b of the second four-way valve 4 are communicated, and the third port 4c and the fourth port 4d are switched to communicate. In this state, the operation of the main compressor 5 is started. In the refrigeration cycle apparatus 500 during heating operation, the basic decompression function is realized by the expander 1a of the expander unit 1, and when the amount of decompression is insufficient, the outlet temperature of the indoor heat exchanger 9 is set to the indoor load. The amount of pressure reduction is adjusted by the pre-expansion valve 6 so that the temperature becomes appropriate.

まず、低温・低圧のガス冷媒が主圧縮機5によって圧縮され、高温・高圧の超臨界状態の冷媒となって吐出される(状態[A])。主圧縮機5から吐出された超臨界状態の冷媒は、サブ圧縮機1bに流入する。この冷媒は、このサブ圧縮機1bで更に圧縮される。サブ圧縮機1bから流出した冷媒は、第1四方弁2の第1口2aから第4口2dを経由して、室内ユニット200に流入する(状態[B])。室内ユニット200に流入した冷媒は、室内熱交換器9に流入する。室内熱交換器9に流入した冷媒は、この室内熱交換器9で図示省略の室内送風機から供給される室内空気に放熱して冷却される(状態[F])。つまり、室内熱交換器9では、空調対象域に供給する暖房空気を作成するのである。室内熱交換器9から流出した中温・高圧の冷媒は、その後室外ユニット100に流入する。   First, the low-temperature and low-pressure gas refrigerant is compressed by the main compressor 5 and discharged as a high-temperature and high-pressure supercritical refrigerant (state [A]). The supercritical refrigerant discharged from the main compressor 5 flows into the sub compressor 1b. This refrigerant is further compressed by the sub compressor 1b. The refrigerant flowing out from the sub compressor 1b flows into the indoor unit 200 from the first port 2a of the first four-way valve 2 via the fourth port 2d (state [B]). The refrigerant that has flowed into the indoor unit 200 flows into the indoor heat exchanger 9. The refrigerant that has flowed into the indoor heat exchanger 9 dissipates heat to indoor air supplied from an indoor fan (not shown) in the indoor heat exchanger 9 and is cooled (state [F]). That is, the indoor heat exchanger 9 creates heating air to be supplied to the air conditioning target area. The medium-temperature and high-pressure refrigerant that has flowed out of the indoor heat exchanger 9 then flows into the outdoor unit 100.

室外ユニット100に流入した冷媒は、第2四方弁4の第4口4dから第3口4cを経由して、予膨張弁6に流入する。この冷媒は、予膨張弁6で少し減圧される(状態[E])。予膨張弁6から流出した冷媒(状態[E])は、膨張機1aに流入し、膨張動力が回収される。膨張機1aから流出した冷媒は、第2四方弁4の第1口4aから第2口4bをを経由して(状態[D])、室外熱交換器3に流入する。室外熱交換器3に流入した冷媒は、図示省略の室外送風機から供給される空気と熱交換することで、蒸発ガス化(状態[C])する。その後、室外熱交換器3から流出したガス冷媒は、第1四方弁2の第2口2bから第3口2cを経由して、主圧縮機5に再度吸入されることになる(状態[G])。このとき、圧力損失によって圧力が少し減少してから、主圧縮機5に吸入される。   The refrigerant flowing into the outdoor unit 100 flows into the pre-expansion valve 6 from the fourth port 4d of the second four-way valve 4 via the third port 4c. This refrigerant is slightly decompressed by the pre-expansion valve 6 (state [E]). The refrigerant flowing out from the pre-expansion valve 6 (state [E]) flows into the expander 1a, and the expansion power is recovered. The refrigerant that has flowed out of the expander 1a flows into the outdoor heat exchanger 3 from the first port 4a of the second four-way valve 4 via the second port 4b (state [D]). The refrigerant flowing into the outdoor heat exchanger 3 is evaporated and gasified (state [C]) by exchanging heat with air supplied from an outdoor fan (not shown). Thereafter, the gas refrigerant flowing out of the outdoor heat exchanger 3 is again sucked into the main compressor 5 from the second port 2b of the first four-way valve 2 via the third port 2c (state [G ]). At this time, the pressure is slightly reduced due to the pressure loss and then sucked into the main compressor 5.

以上のように、この実施の形態2に係る冷凍サイクル装置500においては、主圧縮機5で冷凍サイクルの圧縮過程の一部を担い、膨張機ユニット1のサブ圧縮機1bで圧縮過程の残りの一部を担うようになっている。また、サブ圧縮機1bの圧縮動力は、膨張機1aの回収動力によって賄われている。したがって、膨張機ユニット1を備えることにより、冷凍サイクル装置500のコンパクト化を実現でき、広範囲な運転条件を可能とし、信頼性が高く、高効率なものとすることができる。また、膨張機ユニット1は、バイパス逆止弁331により、サブ圧縮機1bに流入する過剰な流量分の冷媒のバイパスを自動的に行なうことができる。さらに、膨張機ユニット1は、冷媒とともに循環する潤滑油318を、常にサブ圧縮機1bのサブ圧縮吐出空間370に経由させ、気液分離するので、油分離器としての機能を兼用させることができる。   As described above, in the refrigeration cycle apparatus 500 according to the second embodiment, the main compressor 5 takes part of the compression process of the refrigeration cycle, and the sub compressor 1b of the expander unit 1 performs the remaining compression process. It is supposed to take part. Further, the compression power of the sub compressor 1b is covered by the recovery power of the expander 1a. Therefore, by providing the expander unit 1, the refrigeration cycle apparatus 500 can be made compact, a wide range of operating conditions can be achieved, and the reliability can be high and the efficiency can be increased. Further, the expander unit 1 can automatically bypass the refrigerant corresponding to the excessive flow rate flowing into the sub compressor 1b by the bypass check valve 331. Further, since the expander unit 1 always causes the lubricating oil 318 circulating with the refrigerant to pass through the sub-compression discharge space 370 of the sub-compressor 1b for gas-liquid separation, it can also function as an oil separator. .

また、膨張機ユニット1内で分離された潤滑油318が、主圧縮機5と膨張機ユニット1との間で冷凍サイクルの回路を経由することなく、主圧縮機5に直接輸送できるので、膨張機ユニット1が主圧縮機5の油分離器として機能し、冷媒中に潤滑油318が混在することによる熱交換性能の低下を抑制できるという効果を有する。また、起動時等の過渡運転時に主圧縮機5内の潤滑油318が外部に持ち出された場合にも、膨張機ユニット1から速やかに潤滑油318が戻されるので、主圧縮機5内部における摺動部等への潤滑油318不足による焼き付きを防止することを効果的に実現できる。   Further, since the lubricating oil 318 separated in the expander unit 1 can be directly transported between the main compressor 5 and the expander unit 1 without passing through the circuit of the refrigeration cycle, the expansion oil 318 is expanded. The machine unit 1 functions as an oil separator of the main compressor 5 and has an effect of suppressing a decrease in heat exchange performance due to the mixture of the lubricating oil 318 in the refrigerant. Further, even when the lubricating oil 318 in the main compressor 5 is taken out to the outside during a transient operation such as startup, the lubricating oil 318 is quickly returned from the expander unit 1. It is possible to effectively realize prevention of seizure due to lack of the lubricating oil 318 on the moving part or the like.

図9は、膨張・圧縮機構の冷媒流量と回転数との関係を説明するための模式図である。図9に基づいて、一般的な膨張・圧縮機構の冷媒流量と回転数との関係について説明する。図9に示すように、膨張機1aによって駆動されるサブ圧縮機1bがある場合、冷媒の膨張機1aを通過する重量流量をGe、サブ圧縮機1bの通過流量をGc、膨張機1aの吸込み行程容積をVei、サブ圧縮機1bの吸込み行程容積をVcsとし、膨張機1aの入口の冷媒比容積をνei、サブ圧縮機1bの入口の冷媒比容積をνcsとすると、膨張機1a側で決まる回転数NE は、式(1)のように表される。 FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the relationship between the refrigerant flow rate and the rotation speed of the expansion / compression mechanism. Based on FIG. 9, the relationship between the refrigerant flow rate and the rotation speed of a general expansion / compression mechanism will be described. As shown in FIG. 9, when there is a sub compressor 1b driven by the expander 1a, the weight flow rate of refrigerant passing through the expander 1a is Ge, the flow rate of the sub compressor 1b is Gc, and the suction of the expander 1a If the stroke volume is Vei, the suction stroke volume of the sub-compressor 1b is Vcs, the refrigerant specific volume at the inlet of the expander 1a is νei, and the refrigerant specific volume at the inlet of the sub-compressor 1b is νcs, it is determined on the expander 1a side. The rotational speed NE is expressed as shown in Equation (1).

Figure 2010043556
また、サブ圧縮機1b側の回転数NC は、式(2)のように表される。
Figure 2010043556
したがって、膨張機1aとサブ圧縮機1bとの回転数をマッチングさせる条件であるNE =NC から、式(3)を満たさなければならないことになる。
Figure 2010043556
Figure 2010043556
Further, the rotational speed N C on the sub-compressor 1b side is expressed as in Expression (2).
Figure 2010043556
Therefore, Equation (3) must be satisfied from N E = N C which is a condition for matching the rotational speeds of the expander 1a and the sub compressor 1b.
Figure 2010043556

式(3)に示す膨張機1aとサブ圧縮機1bの行程容積の比σvecは、ある設計条件に対して機器のディメンジョンを決める定数となる。設計条件以外で運転する場合には、式(3)を満たすように体積流量の比(Geνei/Gcνcs)を調整する必要が生じる。サブ圧縮機1bで冷凍サイクルの圧縮過程の全てを担う場合(この場合、サブ圧縮機1bは、膨張機1aからの回収動力だけでなく別の駆動源を併用する必要がある)は、膨張機1a及びサブ圧縮機1bそれぞれの入口での比容積νei、νcsが、運転条件から決まるので、通常、バイパス弁7のようなバイパス等の手段によって重量流量Geを調整する。このとき、バイパスさせる流量は、膨張動力を回収することができない非回収流量となり、動力回収効果が低下することになるので、極力バイパス流量を抑える必要がある。   The stroke volume ratio σvec of the expander 1a and the sub-compressor 1b shown in Expression (3) is a constant that determines the dimensions of the device with respect to a certain design condition. When operating under conditions other than the design conditions, it is necessary to adjust the volume flow rate ratio (Geνei / Gcνcs) so as to satisfy Equation (3). When the sub-compressor 1b handles all of the compression process of the refrigeration cycle (in this case, the sub-compressor 1b needs to use not only the recovered power from the expander 1a but also another drive source), the expander Since the specific volumes νei and νcs at the inlets of 1a and the sub-compressor 1b are determined from the operating conditions, the weight flow rate Ge is usually adjusted by means such as a bypass such as the bypass valve 7. At this time, the flow rate to be bypassed is a non-recovery flow rate at which the expansion power cannot be recovered, and the power recovery effect is reduced. Therefore, it is necessary to suppress the bypass flow rate as much as possible.

図7に示すように、冷凍サイクル装置500の圧縮過程の一部(点G→点A)をモータ駆動の主圧縮機5で担い、圧縮過程の残りの一部(点A→点C)を回収動力駆動のサブ圧縮機1bで担う場合には、点Aでの圧力に依存してサブ圧縮機1b入口での比容積νcsが変わる。このため、点D及び点Gでの比容積が運転条件から決まっていても、回転数マッチングのためにサブ圧縮機1b入口の比容積νcsを調整することが可能となる。ただし、サブ圧縮機1bの駆動は、膨張機1aのみによって行なわれるので、圧縮動力を回収動力で賄うという動力のマッチングも必要となる。   As shown in FIG. 7, a part of the compression process (point G → point A) of the refrigeration cycle apparatus 500 is carried by the motor driven main compressor 5, and the remaining part of the compression process (point A → point C) is performed. When the recovery power drive sub-compressor 1b bears, the specific volume νcs at the inlet of the sub-compressor 1b changes depending on the pressure at the point A. For this reason, even if the specific volume at point D and point G is determined from the operating conditions, it is possible to adjust the specific volume νcs at the inlet of the sub compressor 1b for the rotational speed matching. However, since the sub-compressor 1b is driven only by the expander 1a, it is necessary to perform power matching that covers the compressed power with the recovered power.

図7で示す点Aの圧力には下限があり、点Aでの圧力によるサブ圧縮機1b入口の比容積νcsの調整にも限界がある。したがって、膨張機1a側の動力とサブ圧縮機1b側の動力とがバランスした上で、式(3)の回転数マッチングの条件を満足させなければならない。そうすると、膨張機1a側では、膨張機1aと並列に設けたバイパス弁7等の開度を調整して冷媒をバイパスすることによって膨張機1aの通過流量Geの調整を行なうようにすることになる。   The pressure at the point A shown in FIG. 7 has a lower limit, and the adjustment of the specific volume νcs at the inlet of the sub compressor 1b by the pressure at the point A also has a limit. Therefore, the power on the expander 1a side and the power on the sub-compressor 1b side must be balanced, and the rotational speed matching condition of Expression (3) must be satisfied. Then, on the expander 1a side, the passage flow rate Ge of the expander 1a is adjusted by adjusting the opening of the bypass valve 7 and the like provided in parallel with the expander 1a to bypass the refrigerant. .

以上のように、膨張機ユニット1のサブ圧縮機1bで冷凍サイクル装置500の圧縮過程の全てを担う場合よりも、冷凍サイクル装置500の圧縮過程の一部をモータ駆動の主圧縮機5で担い、圧縮過程の残りの一部を回収動力駆動のスクロール型の膨張機ユニット1のサブ圧縮機1bで担う場合の方が、サブ圧縮機1b入口の比容積νcsによる回転数の調整とサブ圧縮機1bでの昇圧幅による圧縮動力の調整とが併用されるので、バイパスによる回収効果の低下を抑制できる。   As described above, a part of the compression process of the refrigeration cycle apparatus 500 is performed by the motor-driven main compressor 5 as compared with the case where the sub compressor 1b of the expander unit 1 performs the entire compression process of the refrigeration cycle apparatus 500. In the case where the remaining part of the compression process is carried by the sub-compressor 1b of the scroll-type expander unit 1 driven by the recovery power, the rotation speed is adjusted by the specific volume νcs at the inlet of the sub-compressor 1b and the sub-compressor Since the adjustment of the compression power by the pressure increase width in 1b is used in combination, it is possible to suppress a reduction in the recovery effect due to the bypass.

なお、この実施の形態2では、サブ圧縮機1b内にバイパス逆止弁331を内蔵しており、膨張機1aが駆動され、サブ圧縮機1bに高低圧力差が生じている場合は、バイパス逆止弁331は閉止されている。一方、サブ圧縮機1bに高低圧力差が生じない起動時や冷房運転のみで膨張機ユニット1を使用する冷凍サイクル装置500の暖房運転時、その他主圧縮機5からの吐出流量よりサブ圧縮機1bの吸入流量が下回る運転時には、バイパス逆止弁331が開放され、サブ圧縮機1bに流入する冷媒のうち過剰な流量分のバイパスが自動的に行われるようになっている。   In the second embodiment, a bypass check valve 331 is built in the sub compressor 1b. When the expander 1a is driven and a high / low pressure difference is generated in the sub compressor 1b, the bypass reverse valve The stop valve 331 is closed. On the other hand, the sub-compressor 1b is determined based on the discharge flow rate from the other main compressors 5 when the sub-compressor 1b does not produce a high-low pressure difference or during the heating operation of the refrigeration cycle apparatus 500 that uses the expander unit 1 only in the cooling operation. During the operation when the intake flow rate is lower, the bypass check valve 331 is opened, so that an excessive flow amount of the refrigerant flowing into the sub compressor 1b is automatically bypassed.

実施の形態3.
図10は、本発明の実施の形態3に係る膨張機ユニット11の構成を示す縦断面図である。図10に基づいて、膨張機ユニット11の構成について説明する。この膨張機ユニット11は、実施の形態1に係る膨張機ユニット1と同様にスクロール型の膨張機及び圧縮機を一体としたものであり、冷媒の膨張時に発生する膨張動力を回収し、回収した膨張動力を用いて冷媒を圧縮する機能を有しているものである。なお、実施の形態1に係る膨張機ユニット1との相違点を中心に説明するものとする。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the expander unit 11 according to Embodiment 3 of the present invention. Based on FIG. 10, the structure of the expander unit 11 is demonstrated. Like the expander unit 1 according to the first embodiment, the expander unit 11 is an integrated scroll-type expander and compressor, and collects and collects the expansion power generated when the refrigerant expands. It has a function of compressing a refrigerant using expansion power. It should be noted that the difference from the expander unit 1 according to Embodiment 1 will be mainly described.

膨張機ユニット11は、膨張機1aとサブ圧縮機1b’とで構成されている。サブ圧縮機1b’は、実施の形態1に係る膨張機ユニット1のサブ圧縮機1bと基本的には同様の構成をしているが、サブ圧縮機用固定スクロール361内部に連通路390を形成し、吐出室361gとバイパス逆止弁室361hとが連通路390で連通するようになっている。つまり、膨張機ユニット11は、バイパスポート361fからバイパス逆止弁331を経由してサブ圧縮吐出空間370に至るバイパス経路と、サブ圧縮機吐出ポート361eから吐出弁330を経てサブ圧縮吐出空間370に至る吐出経路との2つ経路を途中(連通路390)で合流させ、サブ圧縮吐出空間370に連通する出口を1箇所にしている点で実施の形態1に係る膨張機ユニット1と相違しているのである。   The expander unit 11 includes an expander 1a and a sub compressor 1b '. The sub-compressor 1b ′ has basically the same configuration as the sub-compressor 1b of the expander unit 1 according to Embodiment 1, but forms a communication path 390 inside the sub-compressor fixed scroll 361. The discharge chamber 361g and the bypass check valve chamber 361h are communicated with each other through a communication path 390. That is, the expander unit 11 enters the sub compression discharge space 370 from the bypass port 361f to the sub compression discharge space 370 via the bypass check valve 331 and the sub compressor discharge port 361e via the discharge valve 330. It differs from the expander unit 1 according to the first embodiment in that the two discharge paths and the other discharge paths are joined in the middle (communication path 390), and the outlet communicating with the sub compression discharge space 370 is provided at one place. It is.

図11は、サブ圧縮機1b’の構成を示す平面図である。この図11は、図10で示した膨張機ユニット11のA−A断面図を示している。ただし、図11では、軸308を省略しているものとする。図11に基づいて、サブ圧縮機1b’の渦巻361s及び渦巻362sを組み合わせた状態について詳細に説明する。このサブ圧縮機1b’は、図11に示す太破線で囲まれた領域に示すように、サブ圧縮機用固定スクロール361内部に形成した連通路390で吐出室361gとバイパス逆止弁室361hとを連通するように構成されている。   FIG. 11 is a plan view showing a configuration of the sub compressor 1b '. FIG. 11 shows a cross-sectional view of the expander unit 11 taken along line AA shown in FIG. However, in FIG. 11, the axis 308 is omitted. Based on FIG. 11, a state where the spiral 361s and the spiral 362s of the sub compressor 1b 'are combined will be described in detail. As shown in a region surrounded by a thick broken line shown in FIG. 11, the sub compressor 1b ′ includes a discharge passage 361g, a bypass check valve chamber 361h, and a communication passage 390 formed inside the sub compressor fixed scroll 361. Are configured to communicate with each other.

このような構造とすることによって、実施の形態1に係る膨張機ユニット1のサブ圧縮機1bと同様のバイパス効果が得られることに加えて、バイパス経路及び吐出経路のサブ圧縮吐出空間370への開口部を1箇所にまとめているので、サブ圧縮機吐出管314との距離を離して配置することが可能となる。したがって、サブ圧縮吐出空間370を油分離空間として有効に利用することが可能になり、膨張機ユニット11による油分離効率を効果的に向上できることになる。なお、この実施の形態3に係る膨張機ユニット11は、実施の形態1に係る膨張機ユニット1と同様に実施の形態2に係る冷凍サイクル装置500に備えることが可能なものである。   By adopting such a structure, in addition to obtaining the same bypass effect as that of the sub compressor 1b of the expander unit 1 according to Embodiment 1, the bypass path and the discharge path to the sub compression discharge space 370 can be obtained. Since the openings are gathered in one place, it is possible to arrange the openings apart from the sub compressor discharge pipe 314. Therefore, the sub compression discharge space 370 can be effectively used as the oil separation space, and the oil separation efficiency by the expander unit 11 can be effectively improved. The expander unit 11 according to the third embodiment can be provided in the refrigeration cycle apparatus 500 according to the second embodiment, similarly to the expander unit 1 according to the first embodiment.

実施の形態4.
図12は、本発明の実施の形態4に係る膨張機ユニット21の構成を示す縦断面図である。図12に基づいて、膨張機ユニット21の構成について説明する。この膨張機ユニット21は、実施の形態1に係る膨張機ユニット1と同様にスクロール型の膨張機及び圧縮機を一体としたものであり、冷媒の膨張時に発生する膨張動力を回収し、回収した膨張動力を用いて冷媒を圧縮する機能を有しているものである。なお、実施の形態1に係る膨張機ユニット1及び実施の形態3に係る膨張機ユニット11との相違点を中心に説明するものとする。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the expander unit 21 according to Embodiment 4 of the present invention. Based on FIG. 12, the structure of the expander unit 21 is demonstrated. As with the expander unit 1 according to the first embodiment, the expander unit 21 is an integrated scroll-type expander and compressor, and collects and collects the expansion power generated when the refrigerant expands. It has a function of compressing a refrigerant using expansion power. The description will focus on the differences between the expander unit 1 according to the first embodiment and the expander unit 11 according to the third embodiment.

膨張機ユニット21は、膨張機1aとサブ圧縮機1b’’とで構成されている。サブ圧縮機1b’’は、実施の形態1に係る膨張機ユニット1のサブ圧縮機1bと基本的には同様の構成をしているが、バイパスポート361f(バイパスポート361fa及びバイパスポート361fb)が吸入室374に連通しているのではなく、サブ圧縮室363に連通するようになっている。また、実施の形態3に係る膨張機ユニット11のように、バイパスポート361fからバイパス逆止弁331を経由してサブ圧縮吐出空間370に至るバイパス経路と、サブ圧縮機吐出ポート361eから吐出弁330を経てサブ圧縮吐出空間370に至る吐出経路との2つ経路を途中(連通路390)で合流させ、サブ圧縮吐出空間370に連通する出口を1箇所にしている。   The expander unit 21 includes an expander 1a and a sub compressor 1b ''. The sub-compressor 1b '' has basically the same configuration as the sub-compressor 1b of the expander unit 1 according to Embodiment 1, but the bypass port 361f (the bypass port 361fa and the bypass port 361fb) Instead of communicating with the suction chamber 374, it communicates with the sub-compression chamber 363. Further, like the expander unit 11 according to the third embodiment, the bypass path from the bypass port 361f to the sub compression discharge space 370 via the bypass check valve 331, and the discharge valve 330 from the sub compressor discharge port 361e. The two paths of the discharge path reaching the sub-compression discharge space 370 through the middle are joined in the middle (communication path 390), and one outlet is connected to the sub-compression discharge space 370.

図13は、サブ圧縮機1b’’の構成を示す平面図である。この図13は、図12で示した膨張機ユニット21のA−A断面図を示している。ただし、図13では、軸308を省略しているものとする。図13に基づいて、サブ圧縮機1b’’の渦巻361s及び渦巻362sを組み合わせた状態について詳細に説明する。サブ圧縮室363は、軸308の回転とともにサブ圧縮機用揺動スクロール362が回転運動することによって、2つの最外周圧縮室と1つの最内周圧縮室とが形成され、サブ圧縮室363の容積を徐々に減じて連続的な圧縮を行なうようになっている。   FIG. 13 is a plan view showing the configuration of the sub compressor 1b ″. FIG. 13 is a cross-sectional view of the expander unit 21 taken along line AA shown in FIG. However, in FIG. 13, it is assumed that the shaft 308 is omitted. Based on FIG. 13, a state where the spiral 361 s and the spiral 362 s of the sub-compressor 1 b ″ are combined will be described in detail. In the sub-compression chamber 363, two outermost compression chambers and one innermost compression chamber are formed by rotating the sub-compressor swing scroll 362 as the shaft 308 rotates. The volume is gradually reduced to perform continuous compression.

このサブ圧縮機1b’’では、2つのバイパスポート(バイパスポート361fa及びバイパスポート361fb)がそれぞれサブ圧縮機用揺動スクロール362の渦巻362s及びサブ圧縮機用固定スクロール361の渦巻361sの先端に設けられているチップシール364に干渉しない流路断面形状で、圧縮に寄与するサブ圧縮機用固定スクロール361の内向面側渦巻開始点と外向面側渦巻開始点とから360度だけ内側に進んだ位置に台板361aを貫通するように形成されている。   In this sub compressor 1b ″, two bypass ports (bypass port 361fa and bypass port 361fb) are provided at the tips of the spiral 362s of the sub compressor swing scroll 362 and the spiral 361s of the sub compressor fixed scroll 361, respectively. The position of the cross-sectional shape of the flow path that does not interfere with the tip seal 364, which is advanced inward by 360 degrees from the inward surface side spiral start point and the outward surface side spiral start point of the sub-compressor fixed scroll 361 that contributes to compression Are formed so as to penetrate the base plate 361a.

このような構造とすることによって、バイパスポート361fa及びバイパスポート361fbが圧縮行程開始直後から常に最外周圧縮室に開口するので、無駄な圧縮動力を発生させずに冷媒ガスをバイパスすることができるというバイパス効果が得られる。また、バイパスする冷媒ガスがサブ圧縮室363を通過するので、冷媒ガスとともに循環する潤滑油318により隙間シール及び渦巻摺動部を潤滑することができ、起動バイパス運転時の動力損失が小さくなり、起動応答性を効果的に向上できることになる。   With such a structure, the bypass port 361fa and the bypass port 361fb always open to the outermost peripheral compression chamber immediately after the start of the compression stroke, so that the refrigerant gas can be bypassed without generating unnecessary compression power. A bypass effect is obtained. Further, since the bypass refrigerant gas passes through the sub compression chamber 363, the gap seal and the spiral sliding portion can be lubricated by the lubricating oil 318 that circulates together with the refrigerant gas, and the power loss during the startup bypass operation is reduced. The start-up response can be effectively improved.

なお、この実施の形態4では、バイパスポート361fa及びバイパスポート361fbを2つの最外周圧縮室にそれぞれ一箇所ずつ、圧縮に寄与するサブ圧縮機用固定スクロール361の渦巻361s端から内側に360度だけ進んだ位置に設けたが、バイパスポート361fの形成個数を特に限定するものではなく、更に別の位置に複数のバイパスポート361fを設けてもよい。そのようにすれば、サブ圧縮機1b’’のバイパス機能を更に向上できることになる。また、この実施の形態4に係る膨張機ユニット21は、実施の形態1に係る膨張機ユニット1と同様に実施の形態2に係る冷凍サイクル装置500に備えることが可能なものである。   In the fourth embodiment, the bypass port 361fa and the bypass port 361fb are arranged at 360 ° inward from the end of the spiral 361s of the fixed compressor scroll 361 that contributes to compression, one at each of the two outermost compression chambers. Although provided at the advanced position, the number of bypass ports 361f formed is not particularly limited, and a plurality of bypass ports 361f may be provided at further positions. By doing so, the bypass function of the sub-compressor 1b '' can be further improved. Further, the expander unit 21 according to the fourth embodiment can be provided in the refrigeration cycle apparatus 500 according to the second embodiment, similarly to the expander unit 1 according to the first embodiment.

実施の形態1、実施の形態3及び実施の形態4においては、図12に示すようにサブ圧縮吐出空間370内に油分離効果促進のための遮蔽板381等を設けてもよい。このような遮蔽板381をサブ圧縮吐出空間370内に設けておけば、膨張機ユニットによる油分離効率を更に向上することができる。また、冷媒に二酸化炭素を使用した場合を例に説明したが、冷媒の種類を二酸化炭素に限定するものではない。臨界状態となる冷媒であればその他の冷媒でもよい。超臨界状態となる冷媒としては、たとえば二酸化炭素とエーテル(たとえば、ジメチルエーテルやハイドロフルオロエーテル等)とから構成される混合冷媒等がある。   In the first embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, as shown in FIG. 12, a shielding plate 381 for promoting the oil separation effect may be provided in the sub-compression discharge space 370. If such a shielding plate 381 is provided in the sub-compression discharge space 370, the oil separation efficiency by the expander unit can be further improved. Moreover, although the case where the carbon dioxide was used for the refrigerant | coolant was demonstrated to the example, the kind of refrigerant | coolant is not limited to a carbon dioxide. Other refrigerants may be used as long as they are in a critical state. As a refrigerant in a supercritical state, for example, there is a mixed refrigerant composed of carbon dioxide and ether (for example, dimethyl ether, hydrofluoroether, etc.).

実施の形態1に係る膨張機ユニットの構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the expander unit which concerns on Embodiment 1. FIG. サブ圧縮機の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of a sub compressor. 高低圧力差ありの場合のサブ圧縮機における冷媒ガス及び潤滑油の流れを説明するための縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view for demonstrating the flow of the refrigerant gas and lubricating oil in a subcompressor in case there exists a high and low pressure difference. 高低圧力差なしの場合のサブ圧縮機における冷媒ガス及び潤滑油の流れの一例を説明するための縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view for demonstrating an example of the flow of the refrigerant gas and lubricating oil in a sub compressor in the case of no high and low pressure difference. 高低圧力差なしの場合のサブ圧縮機における冷媒ガス及び潤滑油の流れの他の一例を説明するための縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view for demonstrating another example of the flow of the refrigerant gas and lubricating oil in a sub compressor in the case of no high-low pressure difference. 実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の回路構成を模式的に示す回路図である。6 is a circuit diagram schematically showing a circuit configuration of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 2. FIG. 冷房運転時における冷媒の変遷を示すp−h線図である。It is a ph diagram which shows change of a refrigerant at the time of air conditioning operation. 暖房運転時における冷媒の変遷を示すp−h線図である。It is a ph diagram which shows the change of the refrigerant at the time of heating operation. 膨張・圧縮機構の冷媒流量と回転数との関係を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the relationship between the refrigerant | coolant flow volume and rotation speed of an expansion / compression mechanism. 実施の形態3に係る膨張機ユニットの構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the expander unit which concerns on Embodiment 3. FIG. サブ圧縮機の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of a sub compressor. 実施の形態4に係る膨張機ユニットの構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the expander unit which concerns on Embodiment 4. FIG. サブ圧縮機の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of a sub compressor.

符号の説明Explanation of symbols

1 膨張機ユニット、1a 膨張機、1b サブ圧縮機、1b’サブ圧縮機、1b’’ サブ圧縮機、2 第1四方弁、2a 第1口、2b 第2口、2c 第3口、2d 第4口、3 室外熱交換器、4 第2四方弁、4a 第1口、4b 第2口、4c 第3口、4d 第4口、5 主圧縮機、6 予膨張弁、7 バイパス弁、9 室内熱交換器、11 膨張機ユニット、21 膨張機ユニット、100 室外ユニット、200 室内ユニット、306 給油ポンプ、307 オルダムリング、308 軸、308b クランク部、308c 給油孔、309a バランスウェイト、309b バランスウェイト、310 密閉容器、312 サブ圧縮機吸入管、313 膨張機吸入管、314 サブ圧縮機吐出管、315 膨張機吐出管、317 油戻し孔、318 潤滑油、330 吐出弁、331 バイパス逆止弁、351 膨張機用固定スクロール、351a 台板、351b 膨張機構側軸受け部、351d 膨張機吸入ポート、351s 渦巻、352 膨張機用揺動スクロール、352a 台板、352s 渦巻、353 膨張室、354 チップシール、361 サブ圧縮機用固定スクロール、361a 台板、361b サブ圧縮機構側軸受け部、361d サブ圧縮機吸入ポート、361e サブ圧縮機吐出ポート、361f バイパスポート、361fa バイパスポート、361fb バイパスポート、361g 吐出室、361h バイパス逆止弁室、361s 渦巻、362 サブ圧縮機用揺動スクロール、362a 台板、362s 渦巻、363 サブ圧縮室、364 チップシール、365 外周シール、370 サブ圧縮吐出空間、371 揺動スクロール運動空間、372 油溜め空間、374 吸入室、380 油配管、381 遮蔽板、390 連通路、500 冷凍サイクル装置。   1 expander unit, 1a expander, 1b sub compressor, 1b ′ sub compressor, 1b ″ sub compressor, 2 first four-way valve, 2a first port, 2b second port, 2c third port, 2d second 4 ports, 3 outdoor heat exchangers, 4 second four-way valve, 4a first port, 4b second port, 4c third port, 4d fourth port, 5 main compressor, 6 pre-expansion valve, 7 bypass valve, 9 Indoor heat exchanger, 11 expander unit, 21 expander unit, 100 outdoor unit, 200 indoor unit, 306 oil pump, 307 Oldham ring, 308 shaft, 308b crank part, 308c oil hole, 309a balance weight, 309b balance weight, 310 airtight container, 312 sub compressor suction pipe, 313 expander suction pipe, 314 sub compressor discharge pipe, 315 expander discharge pipe, 317 oil return hole, 3 8 Lubricating oil, 330 Discharge valve, 331 Bypass check valve, 351 Expander fixed scroll, 351a Base plate, 351b Expansion mechanism side bearing, 351d Expander suction port, 351s Spiral, 352 Swing scroll for expander, 352a Base plate, 352s spiral, 353 expansion chamber, 354 tip seal, 361 Sub compressor fixed scroll, 361a Base plate, 361b Sub compression mechanism side bearing, 361d Sub compressor suction port, 361e Sub compressor discharge port, 361f Bypass Port, 361fa Bypass port, 361fb Bypass port, 361g Discharge chamber, 361h Bypass check valve chamber, 361s spiral, 362 Sub-compressor orbiting scroll, 362a Base plate, 362s spiral, 363 Sub compression chamber, 364 Tip seal, 36 Peripheral seal, 370 sub-compression discharge space, 371 orbiting scroll movement space 372 sump space 374 suction chamber, 380 oil pipe, 381 shielding plate, 390 communication channel, 500 refrigeration cycle apparatus.

Claims (9)

冷媒の減圧時の膨張動力を回収する膨張機及びその膨張動力を用いて冷媒を圧縮するサブ圧縮機を密閉容器に収容し、前記サブ圧縮機に供給する冷媒を吸入するサブ圧縮機吸入管及び前記サブ圧縮機で圧縮された冷媒を吐出するサブ圧縮機吐出管を前記密閉容器内部に連通させた膨張機ユニットであって、
前記サブ圧縮機内に形成され、冷媒を圧縮するサブ圧縮室と、
前記サブ圧縮機内に形成され、前記サブ圧縮機吸入管から前記サブ圧縮室に至るまでの吸入室と、
前記サブ圧縮室に連通し、前記サブ圧縮室で圧縮された冷媒を吐出するサブ圧縮機吐出ポートと、
前記サブ圧縮機内に形成され、前記サブ圧縮機吐出ポートから冷媒が吐出される吐出室と、
前記密閉容器内に備えられ、前記吐出室からの冷媒が通過するサブ圧縮吐出空間と、
前記密閉容器内に形成され、潤滑油を蓄える油溜め空間と、
前記サブ圧縮機及び前記膨張機を貫通し、前記サブ圧縮吐出空間と前記油溜め空間とを連通する油戻し孔と、
前記密閉容器内に備えられ、前記吸入室又は前記サブ圧縮室の少なくとも一方と前記サブ圧縮吐出空間とを連通させるバイパスポートと、
前記密閉容器内に備えられ、前記バイパスポートを開閉するバイパス用開閉弁と、を有する
ことを特徴とする膨張機ユニット。
An expander that recovers expansion power when the refrigerant is decompressed, a sub compressor that compresses the refrigerant using the expansion power in a sealed container, and a sub compressor suction pipe that sucks the refrigerant supplied to the sub compressor; An expander unit in which a sub-compressor discharge pipe for discharging refrigerant compressed by the sub-compressor is communicated with the inside of the sealed container;
A sub-compression chamber formed in the sub-compressor for compressing the refrigerant;
A suction chamber formed in the sub compressor and extending from the sub compressor suction pipe to the sub compression chamber;
A sub compressor discharge port communicating with the sub compression chamber and discharging refrigerant compressed in the sub compression chamber;
A discharge chamber formed in the sub-compressor and from which refrigerant is discharged from the sub-compressor discharge port;
A sub-compression discharge space provided in the sealed container, through which the refrigerant from the discharge chamber passes;
An oil sump space formed in the sealed container for storing lubricating oil;
An oil return hole penetrating the sub compressor and the expander and communicating the sub compression discharge space and the oil sump space;
A bypass port, provided in the sealed container, for communicating at least one of the suction chamber or the sub compression chamber and the sub compression discharge space;
An expander unit, comprising: a bypass on-off valve provided in the sealed container for opening and closing the bypass port.
前記バイパスポートから前記サブ圧縮吐出空間に至る経路と、前記吐出室から前記サブ圧縮吐出空間に至る経路と、がそれぞれ独立して前記サブ圧縮吐出空間に連通している
ことを特徴とする請求項1に記載の膨張機ユニット。
The path from the bypass port to the sub-compression discharge space and the path from the discharge chamber to the sub-compression discharge space are independently communicated with the sub-compression discharge space. 2. The expander unit according to 1.
前記バイパスポートから前記サブ圧縮吐出空間に至る経路と、前記吐出室から前記サブ圧縮吐出空間に至る経路と、が合流して前記サブ圧縮吐出空間に連通している
ことを特徴とする請求項1に記載の膨張機ユニット。
The path from the bypass port to the sub-compression discharge space and the path from the discharge chamber to the sub-compression discharge space merge to communicate with the sub-compression discharge space. The expander unit described in 1.
前記バイパス用開閉弁を逆止弁で構成している
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の膨張機ユニット。
The expander unit according to any one of claims 1 to 3, wherein the bypass on-off valve is configured by a check valve.
前記膨張機及び前記サブ圧縮機のどちらもがスクロール型である
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の膨張機ユニット。
Both of the expander and the sub-compressor are of a scroll type. The expander unit according to any one of claims 1 to 4, wherein the expander unit is a scroll type.
前記サブ圧縮機は、
サブ圧縮機用揺動スクロール及びサブ圧縮機用固定スクロールを有し、
前記膨張機は、
膨張機用揺動スクロール及び膨張機用固定スクロールを有し、
前記サブ圧縮機用揺動スクロールと前記膨張機用揺動スクロールとは、背面合わせ構造又は台板を共有して一体型に構成されている
ことを特徴とする請求項5に記載の膨張機ユニット。
The sub-compressor
It has a swing scroll for the sub compressor and a fixed scroll for the sub compressor,
The expander is
It has a swing scroll for the expander and a fixed scroll for the expander,
6. The expander unit according to claim 5, wherein the sub-compressor swing scroll and the expander swing scroll are configured integrally with a back-to-back structure or a base plate. .
前記サブ圧縮機用揺動スクロール及び前記膨張機用揺動スクロールを回転駆動させる軸がそれらの中央部を上下方向に貫通しており、
前記軸の内部には、給油孔が形成され、
前記軸の下端には、前記油溜め空間に貯留されている潤滑油を汲み上げるための給油ポンプが装着されている
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の膨張機ユニット。
A shaft for rotationally driving the sub-compressor orbiting scroll and the expander orbiting scroll passes through the central portion thereof in the vertical direction.
An oil supply hole is formed inside the shaft,
The expander unit according to claim 5 or 6, wherein an oil supply pump for pumping up the lubricating oil stored in the oil sump space is attached to a lower end of the shaft.
前記請求項1〜7のいずれか一項に記載の膨張機ユニットと、主圧縮機と、室外熱交換器と、室内熱交換器と、を有し、
前記主圧縮機、前記膨張機ユニットを構成しているサブ圧縮機、前記室外熱交換器、前記膨張機ユニットを構成している前記膨張機、前記室内熱交換器を冷房運転時において直列となるように接続している
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
The expander unit according to any one of claims 1 to 7, a main compressor, an outdoor heat exchanger, and an indoor heat exchanger,
The main compressor, the sub compressor constituting the expander unit, the outdoor heat exchanger, the expander constituting the expander unit, and the indoor heat exchanger are connected in series during the cooling operation. A refrigeration cycle apparatus characterized by being connected as described above.
冷媒として、高圧側において超臨界状態となるものを用いる
ことを特徴とする請求項8に記載の冷凍サイクル装置。
The refrigeration cycle apparatus according to claim 8, wherein a refrigerant that is in a supercritical state on the high-pressure side is used.
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