CN101779039B - 流体机械及制冷循环装置 - Google Patents

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Abstract

仅由均油管连结第一压缩机(膨胀机一体型压缩机)和第二压缩机，可能会在不能充分进行第一压缩机的润滑的情况下导致可靠性的减低。本发明提供一种流体机械及制冷循环装置，其中，使第一压缩机(101)的第一有效油空间(130)的容积(V1)大于第二压缩机(102)的第二有效油空间(140)的容积(V2)。由此，直至转移到稳定运转状态的期间，即使第一储油部(13)的油面(S1)下降，也能够充分确保第一压缩机(101)内的油，从而能够实现可靠性高的流体机械。

Description

流体机械及制冷循环装置
技术领域
本发明涉及用于供热水机和空调机等的流体机械及使用该流体机械的制冷循环装置。
背景技术
近年来，作为谋求进一步提高制冷循环装置的高效化机构，提出了如下所述的动力回收式的制冷循环装置，即，使用膨胀机构代替膨胀阀，通过膨胀机构将制冷剂(工作流体)膨胀过程中的其压力能以动力形式回收，通过该回收量降低压缩机构的驱动所需的功率。在如上所述的制冷循环装置中，使用通过轴连结电动机、压缩机构及膨胀机构的膨胀机一体型压缩机。
然而，在膨胀机一体型压缩机中，由于压缩机构和膨胀机构通过轴连结，根据运转条件，存在压缩机构的排气量不足或膨胀机构的排气量不足的情况。因此，为了在压缩机构的排气量不足之类的运转条件下也能够确保回收动力而将制冷循环装置的COP(Coefficient of Performance制冷系数)维持得较高，提出了除膨胀机一体型压缩机之外，还使用了第二压缩机的制冷循环装置(例如，参照专利文献1)。在该制冷循环装置中，使第二压缩机运转以使制冷循环的高压成为规定的目标值。
图8是表示专利文献1记载的制冷循环装置的结构图。如图8所示，使用了膨胀机一体型压缩机220及第二压缩机230的制冷循环装置具备制冷剂回路210和作为控制机构的控制器250。在制冷剂回路210中，在室内热交换器211和室外热交换器212之间并列配置有膨胀机一体型压缩机220的第一压缩机构221和第二压缩机230的第二压缩机构231。另外，第一压缩机构221通过轴与电动机222及膨胀机构223连结，第二压缩机构231通过轴与电动机232连结。
控制器250进行第二压缩机230的控制使制冷循环的高压成为规定的目标值。具体而言。若高压Ph的测定值高于目标值，则该控制器250使电动机232的旋转速度降低而减少第二压缩机构231的喷出量，相反，若高压Ph的测定值低于目标值，则使电动机232的旋转速度上升而增大第二压缩机构231的喷出量。
由此，即使在仅第一压缩机构221出现排气量不足之类的运转条件下，也能够通过驱动第二压缩机构231而补足排气量的不足量，从而能够在将COP保持为较高的同时继续制冷循环装置的运转。
其中，为了实现制冷循环装置的高输出化，已知有使用了多台压缩机的制冷循环装置。例如，在专利文献2中公开有图9所示的制冷循环装置。该制冷循环装置具备并列配置有两台压缩机320、330的制冷剂回路310。在压缩机320、330的内部积存有用于压缩机构的滑动部分的润滑及密封的油。在这种制冷循环装置中，若双方的压缩机320、330的油保持量的均衡被破坏，则可靠性及效率方面会出现问题。为解决该问题，在专利文献2公开的制冷循环装置中采用了使双方的压缩机320、330的油保持量均衡的构造。
即，如图9所示，在压缩机320、330的制冷剂喷出侧配管设有分油器311，从该分油器311至压缩机320、330的制冷剂吸入侧配管设有油旁通管312。另外，如图10所示，压缩机320、330的下部彼此通过均油管350相互连结，通过均油管350使得油能够在压缩机320、330彼此之间流通。进而，在制冷循环的高压侧配管设有压力传感器315。
而且，当压缩机320、330两台运转时，作为均油运转进行如下所述的运转。
首先将一侧的压缩机320的运转频率提高一定值，并使另一侧的压缩机330的运转频率下降，以使直至经过设定时间ta的期间，压力传感器315的检测压力Pd不改变。经过設定时间ta后，将一侧的压缩机320的运转频率降低一定值，提高另一侧的压缩机330的运转频率，使直至经过相同的设定时间ta的期间，压力传感器315的检测压力Pd不改变。这样，若再次经过设定时间ta，则压缩机320、330的运转频率返回初始情况。并且，每经过设定时间tb，就重复上述提高、降低的均油运转。
如上所述，通过均油管350连结压缩机320、330彼此，并且在压缩机320、330这两台运转时，使压缩机320、330的运转频率交替上升下降，由此使压缩机320、330的油通过均油管350有效流通，确保双方的压缩机320、330的油保持量均衡。
【专利文献1】日本特开2004-212006号公报；
【专利文献2】日本特开平1-127865号公报。
但是，对于图8所示的专利文献1记载的动力回收式的制冷循环装置，即使用均油管使膨胀机一体型压缩机230和第二压缩机230相互连结，进行如专利文献2记载的通过进行均油运转来谋求油保持量的均衡，也由于第一压缩机220和第二压缩机230为非对称的流体机械，而不能够得到充分的均油效果。需要说明的是，与旋转机械为一个第二压缩机构231即第二压缩机230相比，由于膨胀机一体型压缩机220除第一压缩机构221之外还具备膨胀机构223，所以油的利用量较多。因此，即使每隔一定时间使运转频率交替上升下降，第一压缩机220内的油保持量也会减少，存在油没有充分供给于压缩机构或膨胀机构的滑动部分的可能性。从而，会导致可靠性降低。
发明内容
本发明是鉴于上述方面而作成的，本发明的目的在于提供一种具备膨胀机构和多个压缩机构的可靠性高的流体机械。
为了实现所述目的，本发明提供一种流体机械，其中，具备：第一密闭容器，其在底部形成有第一储油部，且比所述第一储油部靠上侧的内部空间被工作流体充满；第一电动机，其配置于所述第一密闭容器内；第一压缩机构，其配置于所述第一密闭容器内，压缩工作流体；膨胀机构，其配置于所述第一密闭容器内，从膨胀的工作流体回收动力；第一轴，其连结所述第一电动机、所述第一压缩机构和所述膨胀机构；第一油泵，其将所述第一储油部的油从第一油吸入口吸入，并通过设于所述第一轴的向所述第一储油部的上侧延伸的第一油供给路向所述第一压缩机构和所述膨胀机构的一方或双方供给；第一抑制部件，其将所述第一密闭容器内的空间划分为上下空间，并抑制所述第一储油部的油伴随所述第一密闭容器内的工作流体的流动而流动；第二密闭容器，其在底部形成有第二储油部，且比所述第二储油部靠上侧的内部空间被工作流体充满；第二电动机，其配置于所述第二密闭容器内；第二压缩机构，其配置于所述第二密闭容器内，压缩工作流体，通过配管相互连接所述第一密闭容器和所述第二密闭容器，从而在工作流体回路中与所述第一压缩机构并列连接；第二轴，其连结所述第二电动机和所述第二压缩机构；第二油泵，其从第二油吸入口吸入所述第二储油部的油，并通过设置于所述第二轴的第二油供给路向所述第二压缩机构供给；第二抑制部件，其将所述第二密闭容器内的空间划分为上下空间，并抑制所述第二储油部的油伴随所述第二密闭容器内的工作流体的流动而流动，其中，所述第一密闭容器内的从所述第一抑制部件至所述第一油吸入口的第一有效油空间的容积被设定为大于所述第二密闭容器内的从所述第二抑制部件至所述第二油吸入口的第二有效油空间的容积。
另外，本发明提供一种制冷循环装置，其中，具备：装入有所述流体机械的工作流体回路，在所述工作流体回路中，所述第一压缩机构和所述第二压缩机构并列配置，在该工作流体回路中填充有二氧化碳作为工作流体。
根据所述结构可知，第一有效油空间的容积被设定为大于第二有效油空间的容积，从而确保第一油吸入口的上侧有充分量的油，因此，即使双方的压缩机运转而导致第一储油部的油面下降，也能够通过第一油泵将第一储油部的油充分地供给于压缩机构或膨胀机构。从而，根据本发明能够实现可靠性高的流体机械。
附图说明
图1是表示使用了本发明的第一实施方式的流体机械的制冷循环装置的简要结构图。
图2是第一实施方式的第一压缩机的纵向剖视图。
图3A是沿IIIA-IIIA线的横向剖视图，图3B是沿图2的IIIB-IIIB线的横向剖视图。
图4是第一实施方式的第二压缩机的纵向剖视图。
图5是图1所示的制冷循环装置起动之后的油流动状态图。
图6A是流体机械的伴随运转时间经过的油流量的变化图，图6B是流体机械的伴随运转时间经过的油面高度的变化图。
图7是图1所示的制冷循环装置的稳定状态时的油流动状态图。
图8是表示现有的制冷循环装置的结构图。
图9是表示现有的其他制冷循环装置的结构图。
图10是表示图9所示的制冷循环装置的压缩机及均油管的立体图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
图1表示使用本发明的第一实施方式的流体机械105的制冷循环装置。该制冷循环装置具备装入有流体机械105的制冷剂回路(工作流体回路)103。制冷剂回路103包括：第一压缩机(膨胀机一体型压缩机)101、第二压缩机102、散热器4、蒸发器6及连接这些设备的第一～第四配管(制冷剂配管)3a～3d。在本实施方式中，第一压缩机101和第二压缩机102通过均油管25相互连结，通过第一压缩机101、第二压缩机102及均油管25来构成流体机械105。
具体而言，第一压缩机101的第一喷出管19及第二压缩机102的第二喷出管20经由使两根支管成为一根主管的第一配管3a与散热器4连接。散热器4经由第二配管3b与第一压缩机101的膨胀侧吸入管21连接。第一压缩机101的膨胀侧喷出管22经由第三配管3c与蒸发器6连接。蒸发器6经由将一根主管分支为两根支管的第四配管3d与第一压缩机101的第一吸入管7及第二压缩机102的第二吸入管8连接。
第一压缩机101具有第一密闭容器9，该第一密闭容器9收容利用第一轴23相互连结的第一压缩机构1、第一电动机11及膨胀机构5。第二压缩机构102具有第二密闭容器10，该第二密闭容器10收容利用第二轴24相互连结的第二压缩机构2及第二电动机12。并且，被第一压缩机构压缩了的工作流体(制冷剂)及被第二压缩机构2压缩了的工作流体分别通过第一喷出管19及第二喷出管20向第一密闭容器9及第二密闭容器10外喷出。向第一密闭容器9外喷出的工作流体和向第二密闭容器10外喷出的工作流体在第一配管3a中流动的途中合流，在由散热器4散热后导向膨胀机构5。导入膨胀机构5的工作流体在此膨胀。这时，膨胀机构5从膨胀的工作流体回收动力。膨胀了的工作流体被吸热器6吸热之后，在第四配管3d流动的途中分流，导向第一压缩机构1及第二压缩机构2。即，第一密闭容器9和第二密闭容器10通过第一配管3a及第四配管3d相互连接，从而第一压缩机构1和第二压缩机构2并列配置于制冷剂回路103中。换言之，在制冷剂回路103中，第一压缩机构1与第二压缩机构2并列连接。
在制冷剂回路103中填充有在高压部分(从第一压缩机构1和第二压缩机构2经由散热器4至膨胀机构5的部分)成为超临界状态的工作流体。在本实施方式中，向制冷剂回路103填充有二氧化碳(CO2)作为上述工作流体。但是，工作流体的种类并没有特别地限定。工作流体也可以为在运转时不成为超临界状态的工作流体(例如，碳氟化合物系的工作流体等)。
另外，装入有本发明的流体机械的制冷剂回路103并不限于使工作流体仅向单方向流通的制冷剂回路。本发明的流体机械可以设置在工作流体的流通方向可变更的制冷剂回路，例如，也可以设置在通过具有四通阀等而能够进行供暖运转及制冷运转的切换的制冷剂回路。
<第一压缩机>
接下来，参照图2详细地说明第一压缩机101。
第一密闭容器9具有上端部及下端部被闭塞了的沿上下方向延伸的圆筒状的形状。在第一密闭容器9的底部形成有积存油的第一储油部13，第一密闭容器9的比第一储油部13靠上侧的内部空间被从第一压缩机构1喷出的工作流体充满。膨胀机构5配置于第一密闭容器9内的下侧位置且浸入第一储油部13中，第一压缩机构1配置于第一密闭容器9内的上侧位置。并且，第一轴23跨第一压缩机构1和膨胀机构5沿上下方向延伸。另外，在第一密闭容器9内，第一电动机11、第一油流动抑制板(第一抑制部件)17、第一油泵15及绝热部件37在第一压缩机构1和膨胀机构5之间从上向下依次配置。
在第一轴23的内部形成有第一油供给路23e，该第一油供给路23e向第一储油部13的上侧延伸，将来自第一油泵15的油导向第一压缩机构1。更详细而言，第一轴23由上侧轴23a和下侧轴23b构成，上述轴23a、23b在比第一油流动抑制板17靠稍下侧的位置通过连结部件26相互连结。并且，第一油供给路23e包括：沿轴向贯通上侧轴23a的上侧油路径23c；从下侧轴23b的上端面向下方延伸，向下侧轴23b的侧面开口的下侧油路径23d。另外，在下侧轴23b的内部形成有膨胀机构侧油供给路23f，该膨胀机构侧油供给路23f从该下部轴23b的下端面向膨胀机构5的各滑动部分引导油。
压缩机构1利用焊接等固定于第一密闭容器9的内周面。在本实施方式中，压缩机构1为涡旋式。但是，压缩机构1的形式等没有任何限定，例如可以使用回转式压缩机。
更详细而言，压缩机构1具备：固定涡盘51、与固定涡盘51沿轴向对置的可动涡盘52、支承上侧轴23a的上部的轴承部件53。在固定涡盘51及可动涡盘52形成有相互啮合的涡卷形状(例如内旋形状等)的卷板51a、52a，在这些卷板51a和卷板52a之间区划有涡卷状的压缩室58。在固定涡盘51的中央部设置有利用簧片阀64开闭的喷出孔51b。在可动涡盘52的下侧配置有防止可动涡盘52的旋转的欧式环60。在上侧轴23a的上端部形成有偏心部，在该偏心部嵌合有可动涡盘52。因此，可动涡盘52以从上侧轴23a的轴心偏心的状态回旋。另外，在可动涡盘52设有将从第一油供给路23e供给的油导向各滑动部分的油分配路52b。
在固定涡盘51的上侧设有罩62。在固定涡盘51及轴承部件53上由罩62覆盖的位置形成有沿上下贯通固定涡盘51及轴承部件53的喷出路61。另外，在固定涡盘51及轴承53的罩62外侧的位置处形成有沿上下贯通固定涡盘51及轴承53的流通路63。通过这样的结构，由压缩室58压缩的工作流体暂时从喷出孔51b向罩62内的空间喷出，之后，通过喷出路61向第一压缩机构1的下方喷出。并且，第一压缩机构1的下方的工作流体通过流通路63导向第一压缩机构1的上方。
第一吸入管7贯通第一密闭容器9的侧部与固定涡盘51连接。由此，第一吸入管7与第一压缩机构1的吸入侧连接。第一喷出管19贯通第一密闭容器9的上部，第一喷出管19的下端向第一密闭容器9内的第一压缩机构1的上方的空间开口。
第一电动机11包括：固定于上侧轴23a的中途部的转子11a；配置于转子11a的外周侧的定子11b。定子11b固定于第一密闭容器9的内周面。定子11b经由电动机配线65与端子66连接。通过该第一电动机11使上侧轴23a旋转，由此驱动第一压缩机构1。
第一油流动抑制板17配置为在比第一储油部13稍靠上侧的位置(运转停止时)将第一密闭容器9内的空间划分为上下空间即上侧空间9a和下侧空间9b。在本实施方式中，第一油流动抑制板17呈具有与第一密闭容器9的内径大致相同的直径的在上下方向上扁平的圆盘状的形状，且周缘部通过焊接等固定于第一密闭容器9的内周面。并且，通过第一油流动抑制板17抑制第一储油部13的油伴随第一密闭容器9内的工作流体的流动而流动。具体而言，充满上侧空间9a的工作流体通过第一电动机11的转子11a的旋转而形成回旋流，但是，该回旋流在到达第一储油部13的油面S1之前被第一油流动抑制板17遮挡。
在本实施方式中，经由第一油流动抑制板17将油泵15、绝热部件37及膨胀机构5等固定于第一密闭容器9。但是，例如，也可以将绝热部件37或膨胀机构5的后述的上轴承部件29固定于第一密闭容器9，由此将油泵15及第一油流动抑制板17固定于第一密闭容器9。在该情况下，第一油流动抑制板17成为具有比第一密闭容器9的内径稍小的直径的圆盘状，接下来说明的回油路也可以由在第一油流动抑制板17的周缘部和第一密闭容器9的内周面之间的间隙构成。但是，若为将第一油流动抑制板17直接固定于第一密闭容器9的结构，则设备的安装变得容易。
在第一油流动抑制板17的周缘部设有多个贯通孔17a，通过这些贯通孔17a构成油从上侧空间9a向下侧空间9b流下的回油路。此外，贯通孔17a的数量及形状可以适当选定。另外，在第一油流动抑制板17的中心设有貫通孔17b。并且，在第一油流动抑制板17的下表面安装有支承上侧轴23a的下部的轴承部件42，该轴承部件42嵌入贯通孔17b。
在轴承部件42的下表面设有收容连结部件26的收容室43。进而，在轴承部件42的下侧配置有中间部件41，通过该中间部件41闭塞收容室43，所述中间部件41以规定的截面形状沿上下方向延伸，且在其中心贯通有下侧轴23b。
第一油泵15夹在中间部件41和绝热部件37之间。在本实施方式中，第一油泵15为回转式。但是，第一油泵15的形式等没有任何限定，可以使用例如次摆线型的齿轮泵。
具体而言，第一油泵15具有：与形成于下侧轴23b的偏心部嵌合而进行偏心运动的活塞40；收容该活塞40的壳体(工作缸)39。在活塞40和壳体39之间形成有月牙状的工作室15b，该工作室15b从上方被中间部件41闭塞，从下方被绝热部件37闭塞。在壳体39设有将工作室15b向第一储油部13开放的吸入路15c，该吸入路15c的入口构成第一油吸入口15a。另外，在中间部件41的下表面形成有将从油泵15喷出的油导入第一油供给路23e的入口的引导路41a。因此，若第一轴23旋转，则第一储油部13的油通过第一油泵15从第一油吸入口15a吸入后向引导路41a喷出，通过引导路41a及第一油供给路23e向第一压缩机构1供给。
这里，在第一密闭容器9内的空间中，将在铅垂方向上从第一油流动抑制板17至第一油吸入口15a的能够用油充满的部分定义为第一有效油空间130，将其容积设为V1。即，第一有效油空间130的容积V1是指从在铅垂方向上从第一油流动抑制板17至第一油吸入口15a的第一密闭容器9内的容积中减去与该区域的第一密闭容器9的内周面对置的第一压缩机101的结构部件(在本实施方式中，轴承部件42、中间部件41及油泵15的壳体39)的占有体积所得的容积。另外，将在第一有效油空间130内实际存在的油的容量设为v1。
绝热部件37将第一储油部13划分为上层部13a和下层部13b，并且限制上层部13a和下层部13b之间的油的流通。在本实施方式中，绝热部件37呈具有比第一密闭容器9的内径稍小的直径的在上下方向上扁平的圆盘状，通过在绝热部件37和第一密闭容器9的内周面之间形成的间隙仅允许油流通。并且，下侧轴23b贯通绝热部件37的中心。
此外，作为绝热部件37只要是划分开上层部13a和下层部13b，并且限制油在它们之间流通的部件即可，其形状及结构可以适当选定。例如，可以使绝热部件37的直径与第一密闭容器9的内径一致，在绝热部件37设置容许油流通的贯通孔或自端面的切入口。或者，绝热部件37也可以通过多个部件形成为中空状(例如，卷轴状)，在其中暂时保持油。
在绝热部件37的下侧隔着隔离件38设置膨胀机构5。该隔离件38在绝热部件37和膨胀机构5之间形成被下层部13b的油充满的空间。充满由隔离件38确保的空间的油自身作为绝热件发挥作用，从而在轴向上形成温差层。
在本实施方式中，膨胀机构5为二级回转式。但膨胀机构5的形式等并没有任何限定，例如，也可以使用单级的回转式膨胀机、涡旋型膨胀机、滑动叶片型膨胀机等其他形式的膨胀机。
更详细而言，膨胀机5具备闭塞部件36、下轴承部件27、第一膨胀部28a、中板30、第二膨胀部28b及上轴承部件29，它们按此顺序从下向上依次配置。第二膨胀部28b比第一膨胀部28a的高度还高。在本实施方式中，膨胀侧吸入管21及膨胀侧喷出管22贯通第一密闭容器9的侧部与上轴承部件29连接。
如图3A所示，第一膨胀部28a具备：与形成于下侧轴23b的偏心部嵌合的圆筒状的活塞32a；收容该活塞32a的大致圆筒状的工作缸31a。在工作缸31a的内周面和活塞32a的外周面之间区划有第一流体室33a。另外，在工作缸31a形成有向径向外侧延伸的叶片槽34c，叶片34a能够滑动地***所述叶片槽34c。另外，在工作缸31a的叶片34a的背面侧(径向外侧)形成有与叶片槽34c连通，向径向外侧延伸的背面室34h。在背面室34h内设有对叶片34a向活塞32a施力的弹簧35a。叶片34a将第一流体室33a划分为高压侧流体室VH1和低压侧流体室VL1。
如图3B所示，第二膨胀部28b具有与第一膨胀部28a大致相同的结构。需要说明的是，第二膨胀部28b具备：与形成于下侧轴23b的偏心部嵌合的圆筒状的活塞32b；收容该活塞32b的大致圆筒状的工作缸31b。在工作缸31b的内周面和活塞32b的外周面之间区划有第二流体室33b。在工作缸31b也形成有向径向外侧延伸的叶片槽34d，叶片34b能够滑动地***所述叶片槽34d。另外，在工作缸31b的叶片34b的背面侧形成有与叶片槽34d连通，向径向外侧延伸的背面室34i。在背面室34i内设有对叶片34b向活塞32b施力的弹簧35b。叶片34b将第二流体室33b划分为高压侧流体室VH2和低压侧流体室VL2。
返回图2，下轴承部件27支承下侧轴23b，并且，从下方闭塞第一流体室33a。在该下轴承部件27的下表面设有通过导入路31c与膨胀侧吸入管21连通的膨胀前流体室27b，该膨胀前流体室27b被闭塞部件36闭塞。另外，在下轴承部件27设有使工作流体从膨胀前流体室27b向第一膨胀部28a的高压侧流体室VH1流入的吸入口27a。
中板30从上方闭塞第一流体室33a，从下方闭塞第二流体室33b。另外，在中板30形成有连通路30a，该连通路30a连通第一膨胀部28a的低压侧流体室VL1和第二膨胀部28b的高压侧流体室VH2而构成膨胀室。
上轴承部件29支承下侧轴23b，并从上方闭塞第二流体室33b。另外，在上轴承部件29设有将工作流体从第二膨胀部28b的低压侧流体室VL2向膨胀侧喷出管22导出的喷出口29a。
以下，说明第一压缩机101内的油的循环。
第一储油部13的上层部13a的油在第一油泵15的作用下通过第一油供给路23e向第一压缩机构1供给。在其途中，在上侧轴23a和下侧轴23b的连结部分，存在油从连结部件26与上侧轴23a及下侧轴23b之间的微小间隙泄露的可能性，但由于收容连结部件26的收容室43被轴承部件42和中间部件41闭塞，所以能够稳定地向第一压缩机构1供给油。而且，向第一压缩机构1供给的油在用于部件之间的密封及润滑后，一部分与工作流体一起通过喷出路61喷出，剩余部分在润滑轴承部件53及上侧轴23a的同时落入转子11a的上端。此后，在第一压缩机构1的下方被排出的油与工作流体一起向第一电动机11的下方移动。在此，由于重力及离心力而从工作流体分离开的油通过第一油流动抑制板17的贯通孔17a再次返回第一储油部13。另一方面，没有从工作流体分离的油与工作流体一起通过流通路63等导向第一压缩机构1的上方，从第一喷出管19向第一配管3a喷出。
另一方面，向膨胀机构5的油的供给是通过借助设于下侧轴23b内的膨胀机构侧油供给路23f从第一储油部13的下层部13b汲取油来进行的。向膨胀机构5供给的油用于部件之间的密封及润滑。此时，一部分油通过活塞32a、32b及叶片34a、34b周围的间隙流入第一流体室33a及第二流体室33b内。流入的油从膨胀侧喷出管22向第三配管3c喷出。
<第二压缩机>
以下，参照图4详细说明第二压缩机102。
第二密闭容器10具有上端部及下端部被闭塞了的沿上下方向延伸的圆筒状的形状。在本实施方式中，第二密闭容器10的内径与第一密闭容器9的内径相同。在第一密闭容器10的底部形成有积存油的第二储油部14，第二密闭容器10的比第二储油部14靠上侧的内部空间被从第二压缩机构2喷出的工作流体充满。第二压缩机构2、第二电动机12、第二油流动抑制板(第二抑制部件)18及第二油泵16在第二密闭容器10内从上向下依次配置。并且，第二轴24跨第二压缩机构2和第二油泵16沿上下方向延伸。
在第二轴24的内部形成有沿轴向贯通该第二轴24，并将来自第二油泵16的油导向第二压缩机构2的第二油供给路24a。
在本实施方式中，使用与第一压缩机构1相同的涡旋式的压缩机构作为第二压缩机构2。另外，第二电动机12也与第一电动机11相同。因此，关于第二压缩机构2及第二电动机12的结构，对与第一压缩机构1及第一电动机11相同部件标注相同符号，并省略其说明。
第二油流动抑制板18配置为在比第二储油部14稍靠上侧的位置(运转停止时)将第二密闭容器10内的空间划分为上下空间即上侧空间10a和下侧空间10b。在本实施方式中，第二油流动抑制板18呈具有与第二密闭容器10的内径大致相同的直径的在上下方向上扁平的圆盘状的形状，且周缘部通过焊接等固定于第二密闭容器10的内周面。并且，通过第二油流动抑制板18抑制第二储油部14的油伴随第二密闭容器10内的工作流体的流动而流动。具体而言，充满上侧空间10a的工作流体通过第二电动机12的转子11a的旋转而形成回旋流，但该回旋流在到达第二储油部14的油面S2之前被第二油流动抑制板18遮挡。
在第二油流动抑制板18的周缘部设有多个贯通孔18a，这些贯通孔18a构成使油从上侧空间10a向下侧空间10b流下的回油路。此外，贯通孔18a的数量及形状可以适当选择。另外，在第二油流动抑制板18的中心设有貫通孔18b。并且，在第二油流动抑制板18的下表面安装有支承第二轴24的下部的轴承部件44，该轴承部件44嵌入贯通孔18b。
本实施方式的第二油泵16由径向柱塞泵45和油路径板46构成。径向柱塞泵45配置于在轴承部件44的下表面设置的凹部44a内，并安装于第二轴24的下端部。油路径板46以闭塞凹部44a的方式安装于轴承部件44。在油路径板46形成有吸入路46a及喷出路46b，所述吸入路46a贯通该油路径板46而将油导入径向柱塞泵45的工作室，所述喷出路46b将油从径向柱塞泵45的工作室导入第二油供给路24a。
另外，在本实施方式中，在油路径板46的下侧配置有漏斗状的滤油器47，滤油器47的入口构成第二油吸入口16a。此外，可以省略滤油器47。该情况下，油路径板46的吸入路46a的下端构成第二油吸入口16a。另外，第二油泵16的形式等并没有限定，可以使用例如与第一油泵15相同的回转式泵等。
在此，将第二密闭容器10内的空间中，在铅垂方向上从第二油流动抑制板18至第二油吸入口16a的能够被油充满的部分定义为第二有效油空间140，将其容积设为V2。即，第二有效油空间140的容积V2是指从在铅垂方向上从第二油流动抑制板18至第二油吸入口16a的第二密闭容器10内的容积中减去与其区域中的第二密闭容器10的内周面对置的第二压缩机102的结构部件(本实施方式中的轴承部件44、油泵16的油路径板46及滤油器47)的占有体积所得的容积。另外，将第二有效油空间140内实际存在的油的容量设为v2。
接下来，说明第二压缩机102内的油的循环。
若第二轴24旋转，则第二储油部14的油通过第二油泵16从第二油吸入口16a吸入后被向第二油供给路24a喷出，通过第二油供给路24a向第二压缩机构2供给。此后的油的流动状况与第一压缩机101的压缩机构1的油流动状况相同。
<第一压缩机和第二压缩机的关系>
以下，说明第一压缩机101和第二压缩机102之间的关系。
第一油流动抑制板17和第二油流动抑制板18位于相对于同一水平面大致相同高度的位置，在水平方向上并列配置。另外，第一储油部13和第二储油部14通过均油管25连通。在均油管25上设有均油管阀25a，通过该均油管阀25a的开闭可以限制或完全禁止第一储油部13和第二储油部14之间的油的流通。并且，若在运转停止时打开均油管阀25a，则第一储油部13的油面S1和第二储油部14的油面S2保持在同一水平面上。即，从第一油流动抑制板17的下表面至第一储油部13的油面S1的距离和从第二油流动抑制板18的下表面至第二储油部14的油面S2的距离相同。
另外，第一密闭容器9内的第一有效油空间130的容积V1比第二密闭容器10内的第二有效油空间140的容积V2大。具体而言，第一油吸入口15a位于比第二油吸入口16a靠下侧的位置。
在此，优选流体机械105构成为如下结构：当通过均油管25将第一储油部13的油面S1和第二储油部14的油面S2保持在同一水平面上时，第一有效油空间130中的比第一储油部13的油面S1靠下侧的部分的容积大于第二有效油空间130中的比第二储油部14的油面S2靠上侧的部分的容积。如此设定的原因在于，即使第一压缩机101内的油直至充满第二有效油空间140为止向第二压缩机102移动，在第一有效油空间130即第一油吸入口15a的上侧也剩有油。
以下，使用图5、图6A、图6B、图7说明运转时的制冷循环装置整体的油流动状况与第一压缩机101的第一储油部13及第二压缩机102的第二储油部14的各油面高度的变动的关系。图5是表示制冷循环装置中起动之后的油流动状态与油面高度的图，图7是表示稳定运转时的油流动状态与油面高度的图。另外，图6A是表示从运转开始到稳定状态的时间与各部位的油流量的变动的图，图6B是表示从运转开始到稳定状态的时间与该情况下的油面高度的变化的图。
如图5所示，油与从第一压缩机101和第二压缩机102喷出的工作流体一起向第一配管3a流出。将此时来自第一喷出管19的油质量流量设为Fd1、将来自第二喷出管20的油质量流量设为Fd2。流出的油随后在第一配管3a内合流，将此时的油质量流量设为Fhigh，则满足Fhigh＝Fd1+Fd2的关系。另一方面，在第一压缩机101内的膨胀机构5中，如前所述，油在润滑及密封部件之间的同时流入膨胀机构5内部，其后流入膨胀机构5的工作流体与伴随其流动的油合流，从膨胀侧喷出管22向第三配管3c喷出。将此时的来自膨胀机构5的油质量流量设为Fexp，将来自膨胀侧喷出管22喷出的油质量流量设为Flow，则满足Flow＝Fhigh+Fexp的关系。然后，通过蒸发器6返回的油被向第一吸入管7和第二吸入管8分流。此时，将第一吸入管7的油质量流量设为Fs1，将第二吸入管8的质量流量设为Fs2。在此，在本实施方式的说明中，第一压缩机101和第二压缩机102的转速相同，油在第四配管3d被二等分，油质量流量的关系满足Fs1＝Fs2＝Flow/2。另外，在运转开始时，从第一油流动抑制板17至第一储油部13的油面S1的距离与从第二油流动抑制板18至第二储油部14的油面S2的距离相同，相同形式的压缩机构按相同旋转运转，因此，运转开始时来自第一喷出管19的油质量流量Fd1与来自第二喷出管20的油质量流量Fd2满足Fd1＝Fd2＝Fhigh/2的关系。
在此，以Fs2为目标，根据上述关系，用Fd2表示Fs2，
Fs2＝Flow/2＝(Fhigh+Fexp)/2＝Fd2+Fexp/2。
即，Fd2＜Fs2，该差值(Fexp/2)剩余在第二密闭容器10的内部，最终，第二有效油空间140内的油容积v2增加，第二储油部14的油面S2上升。相反，所述差值(Fexp/2)的油从第一密闭容器9流出，最终，第一有效油空间130内的油容积v1减小，第一储油部13的油面S1下降。
接下来，说明直至稳定状态的过渡时的状况。如上所述，运转开始时，由于油质量流量的平衡，第二储油部14的油面S2上升，相反第一储油部13的油面S1下降。若油面高度上升，则密闭容器内部的工作流体与油的分离空间缩小，另外，密闭容器下部空间的工作流体流动与油面的距离缩小，因此，来自密闭容器的油喷出流量增加。即，处于油面S2上升的趋势的第二压缩机102的油喷出流量Fd2随着时间的经过而增加。反之，处于油面S1下降的趋势的第一压缩机101的油喷出流量Fd1随着时间的经过而减少。此外，膨胀机构5消耗的油流量Fexp仅与转速相关，与油面高度无关，因此不随时间的经过而改变。
进而，随着时间的经过，第二储油部14的油面高度成为与第二油流动抑制板18相同高度时(T＝t1、V2＝v2)，油面S2超过第二油流动抑制板18，第二密闭容器10下部的工作流体流动直接受到影响。这样，其以后的油面高度的增加急剧钝化，取而代之的是，油喷出流量Fd2急剧增加。并且，油喷出流量Fd1和油喷出流量Fd2之差在与膨胀机构5消耗的油流量Fexp相等时(Fd2-Fd1＝Fexp)，油面高度的变动停止，向稳定状态转移(T＝t2)。用下式表示上述状态，
Fs2＝(Fhigh+Fexp)/2＝(Fd1+Fd2+Fexp)/2＝Fd2
第二压缩机102的吸入油流量Fs2与喷出油流量Fd2相等，油面高度的变动停止。
如上所述，根据本实施方式，将第一压缩机101的第一有效油空间130的容积V1设为比第二压缩机102的第二有效油空间140的容积V2大，因此，直至转移到稳定运转状态的期间，即使第一储油部13的油面S1下降，也能够在第一油吸入口15a的上侧确保充分量的油，能够得到高可靠性。此外，作为上述解决课题的其他机构，考虑有为了允许多个压缩机间的油不均衡而使各压缩机的油保持量在各个极端较多的方法，但是，若油保持量多，则从压缩机喷出的油量增加，附着于制冷循环装置内的热交换器内壁而引起传热阻碍，或在制冷剂配管内的管壁形成油膜，管流路面积减少使得管的压力损失增加，能够由膨胀机构5回收的动力减少，成为制冷循环装置的效率显著降低的原因，因此，不能说是优选的方法。
另外，在本实施方式中，使用与第一压缩机101和第二压缩机102相同内径的密闭容器9、10，使从第一油流动抑制板17至第一油吸入口15a的距离比从第二油流动抑制板18至第二油吸入口16a的距离长。因此，能够以比较简单的结构，进行所述那样的第一有效油空间130的容积V1的设定。并且，可以使用相同内径的密闭容器和与其对应的相同的压缩机构，因此，能够得到削减部件成本及制造成本的效果。
另外，根据本实施方式，由于通过均油管25连结第一压缩机101和第二压缩机102，因此，通过在运转停止时开放均油管阀25a，能够消除储油部13和储油部14的不平衡。此外，运转时没有必要关闭均油管阀25a，可以稍微打开。
另外，根据本实施方式，第一油流动抑制板17和第二油流动抑制板18沿水平方向排列，因此，能够在均油时使油面S1、S2与油流动抑制板17、18之间的距离在两压缩机101、102中相同。因此，在均油时，能够将从第一储油部13的油面S1至第一油吸入口15a的距离确保为比从第二储油部14的油面S2至第二油吸入口16a的距离长，能够进一步提高可靠性。
另外，根据本实施方式，使用二级回转式的膨胀机构5。二级回转式的膨胀机构比单级回转式膨胀机构效率高，还存在油消耗量多的特征。在本实施方式中，即使使用二级回转式膨胀机构，油消耗量多也不会成为问题，能够在确保高可靠性的同时进行灵活运用了二级回转式的优点的高效的动力回收。
另外，根据本实施方式，使用CO2作为工作流体。与其他的碳氟化合物系制冷剂相比，CO2的比重大，在密闭容器中搅拌油，将油向密闭容器外带出的效果好，根据本实施方式，即使在制冷剂比重大的情况下，也能够确保高可靠性。
(变形例)
在所述实施方式中，第一压缩机101和第二压缩机102为相同转速，当然，在不同转速时，也能够得到相同效果。
另外，在没有均油管25的情况下，即使在停止時也保持图7所示的油不平衡的状态，也没有特别的问题，因此，可以省略均油管25。但是，若设置均油管25，则如上所述停止时，能够使第一压缩机101和第二压缩机102的油量平衡。
另外，在所述实施方式中，主要示出了第一密闭容器9和第二密闭容器10为相同内径的结构，但是，即使使用内径不同的密闭容器，只要第一压缩机101的第一有效油空间130的容积V1大于第二压缩机102的第二有效油空间140的容积V2，当然能够得到相同的效果。
此外，能够使用将轴承部件42一体设于第一油流动抑制板17的部件作为第一抑制部件。这样，使用在下表面具有高低差的第一抑制部件的情况下的第一有效油空间130成为从第一抑制部件的下表面中最高位置的部分至第一油吸入口15a。同样，可以使用将轴承部件44一体设于第二油流动抑制板18的部件作为第二抑制部件，当使用在下表面具有高低差的第二抑制部件时，从第二抑制部件的下表面中最高位置的部分至第二油吸入口16a成为第二有效油空间140。
另外，也可以第一油泵15设于第一轴23的下端部，第一储油部13的油通过设于第一轴的第一油供给路向膨胀机构5和第一压缩机构1的双方供给。此时，使膨胀机构5的上轴承部件29位于比第一储油部13的油面S1靠上侧的位置，并且，扩张至第一密闭容器9的内周面，从而能够由该上轴承部件29构成第一抑制部件。但是，如所述实施方式，若第一油泵15及第一油吸入口15a位于比膨胀机构5靠上侧的位置，则能够抑制经由压缩机构1成为比较高温的油流入膨胀机构5的周围，从而能够抑制经由油从压缩机构1向膨胀机构5热传递。
进而，在所述实施方式中，使用相同的储油部(油连续地相连)作为第一压缩机构1和膨胀机构5的油供给源，但是，即使该储油部通过部件等被区划为多个储油部，只要膨胀机构5用的储油部不比第一压缩机构1用的储油部先枯竭，就不必使储油部连续地相连，也能够得到相同的效果。
另外，在所述实施方式中，在第一压缩机构1下配置有膨胀机构5，当然，在第一压缩机1的上方存在有膨胀机构5的情况也能够得到相同的效果。例如，也可以在压缩机构1配置于第一密闭容器9内的下侧位置时，由压缩机构1的轴承部件53构成第一抑制部件。进而，也与第一电动机11的位置无关，即使在第一电动机11的下方存在有第一压缩机构1和膨胀机构5，也能够得到相同的效果。
另外，第二压缩机101的第二压缩机构2和第二电动机12的配置可以上下相反。
进而，在本实施方式中，使用第一轴23沿铅垂方向延伸的纵向的设备作为第一压缩机101，但使用第一轴23沿水平方向延伸的横向的设备，只要是在第一压缩机构1和膨胀机构5共有储油部的结构，当然也能够得到相同的效果。同样，第二压缩机102也可以是横向的设备。
产业上的可利用性
本发明的流体机械作为回收制冷循环中的工作流体的膨胀能而进行动力回收的机构有用。

Claims (12)

1.一种流体机械，其中，具备：
第一密闭容器，其在底部形成有第一储油部，且比所述第一储油部靠上侧的内部空间被工作流体充满；
第一电动机，其配置于所述第一密闭容器内；
第一压缩机构，其配置于所述第一密闭容器内，压缩工作流体；
膨胀机构，其配置于所述第一密闭容器内，从膨胀的工作流体回收动力；
第一轴，其连结所述第一电动机、所述第一压缩机构和所述膨胀机构；
第一油泵，其将所述第一储油部的油从第一油吸入口吸入，并通过设于所述第一轴的向所述第一储油部的上侧延伸的第一油供给路向所述第一压缩机构和所述膨胀机构的一方或双方供给；
第一抑制部件，其将所述第一密闭容器内的空间划分为上下空间，并抑制所述第一储油部的油伴随所述第一密闭容器内的工作流体的流动而流动；
第二密闭容器，其在底部形成有第二储油部，且比所述第二储油部靠上侧的内部空间被工作流体充满；
第二电动机，其配置于所述第二密闭容器内；
第二压缩机构，其配置于所述第二密闭容器内，压缩工作流体，通过配管相互连接所述第一密闭容器和所述第二密闭容器，从而在工作流体回路中与所述第一压缩机构并列连接；
第二轴，其连结所述第二电动机和所述第二压缩机构；
第二油泵，其将所述第二储油部的油从第二油吸入口吸入，并通过设置于所述第二轴的第二油供给路向所述第二压缩机构供给；
第二抑制部件，其将所述第二密闭容器内的空间划分为上下空间，并抑制所述第二储油部的油伴随所述第二密闭容器内的工作流体的流动而流动，
所述第一密闭容器内的从所述第一抑制部件至所述第一油吸入口的第一有效油空间的容积被设定为大于所述第二密闭容器内的从所述第二 抑制部件至所述第二油吸入口的第二有效油空间的容积。
2.根据权利要求1所述的流体机械，其中，
还具备均油管，其连通所述第一储油部和所述第二储油部，
所述流体机械构成为当通过所述均油管将所述第一储油部的油面和所述第二储油部的油面保持在同一水平面上时，所述第一有效油空间中的比所述第一储油部的油面靠下侧的部分的容积大于所述第二有效油空间中的比所述第二储油部的油面靠上侧的部分的容积。
3.根据权利要求1所述的流体机械，其中，
所述第一轴及所述第二轴沿上下方向延伸。
4.根据权利要求3所述的流体机械，其中，
所述第一密闭容器及所述第二密闭容器具有闭塞了上端部及下端部的沿上下方向延伸的圆筒状的形状，所述第一密闭容器的内径与所述第二密闭容器的内径相同，
所述第一油吸入口位于比所述第二油吸入口靠下侧的位置。
5.根据权利要求3所述的流体机械，其中，
所述第一抑制部件和所述第二抑制部件处于相对于同一水平面大致相同高度的位置。
6.根据权利要求3所述的流体机械，其中，
所述膨胀机构配置于比所述第一抑制部件靠下侧的位置，所述第一压缩机构及所述第一电动机配置于比所述第一抑制部件靠上侧的位置。
7.根据权利要求6所述的流体机械，其中，
所述第一电动机位于所述第一压缩机构和所述第一抑制部件之间。
8.根据权利要求6所述的流体机械，其中，
所述第一油泵配置于所述第一抑制部件和所述膨胀机构之间，所述第一油吸入口位于比所述膨胀机构靠上侧的位置，
所述第一储油部的油通过所述第一油供给路向所述第一压缩机构供给。
9.根据权利要求8所述的流体机械，其中，
还具备绝热部件，其配置于所述第一油泵和所述膨胀机构之间，将所述第一储油部划分为上层部和下层部，并且限制所述上层部和所述下层部 之间的油的流通。
10.根据权利要求3所述的流体机械，其中，
从上向下依次配置所述第二压缩机构、所述第二电动机、所述第二抑制部件及所述第二油泵。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的流体机械，其中，
所述第一压缩机构及所述第二压缩机构为涡旋式，所述膨胀机构为二级回转式。
12.一种制冷循环装置，其中，
具备装入有权利要求1所述的流体机械的工作流体回路，
在所述工作流体回路中，所述第一压缩机构和所述第二压缩机构并列配置，在该工作流体回路中填充有二氧化碳作为工作流体。 
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