JP2005264829A

JP2005264829A - Fluid machine

Info

Publication number: JP2005264829A
Application number: JP2004078679A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Hokotani; 克己鉾谷; Eiji Kumakura; 英二熊倉; Masakazu Okamoto; 昌和岡本; Tetsuya Okamoto; 哲也岡本; Michio Moriwaki; 道雄森脇
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2005-09-29

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase cooling capacity and heating capacity in a refrigerating cycle by preventing heat loss. <P>SOLUTION: A compression mechanism 50, a motor 45, and an expansion mechanism 60 are disposed in a closed casing 31 in that order, and connected to a refrigerant circuit for performing a steam compression type refrigerating cycle. A discharge pipe 37 leading a high temperature and high pressure refrigerant in the compression mechanism 50 to the outside of the casing 31 and a suction pipe 36 leading a low temperature and low pressure refrigerant from the outside of the casing (31) to an internal space are installed in the casing 31. The suction pipe 36 is opened toward the expansion mechanism 60. Thus, since the expansion mechanism 60 is prevented from being heated by the high temperature refrigerant in the compression mechanism 50 and the high temperature refrigerant from being cooled by the expansion mechanism 60, the heat loss of the compressed refrigerant and the expanded refrigerant can be prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、流体機械に関し、特に、蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いられ、圧縮機と膨張機とが１つのケーシング内に収納された流体機械における熱ロスの防止対策に係るものである。 The present invention relates to a fluid machine, and particularly relates to measures for preventing heat loss in a fluid machine used in a vapor compression refrigeration cycle, in which a compressor and an expander are housed in one casing.

従来より、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける圧縮機と膨張機とが機械的に接続された流体機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。この流体機械は、冷凍装置である空調機に用いられている。 Conventionally, a fluid machine in which a compressor and an expander in a vapor compression refrigeration cycle are mechanically connected is known (see, for example, Patent Document 1). This fluid machine is used in an air conditioner that is a refrigeration apparatus.

上記空調機は、圧縮機と冷却器と膨張機と蒸発器とが順に配管接続された閉回路の冷媒回路を備えている。この冷媒回路では、冷媒としての二酸化炭素が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。つまり、二酸化炭素は、圧縮機で圧縮され、冷却器で冷却された後に膨張機で膨張し、蒸発器で蒸発して再び圧縮機に戻る循環を繰り返す。そして、上記圧縮機と膨張機とは、密閉された１つのケーシング内に収納されて流体機械を構成している。上記圧縮機と膨張機とは、電動機の駆動軸を介して互いに連結されている。 The air conditioner includes a closed circuit refrigerant circuit in which a compressor, a cooler, an expander, and an evaporator are connected in order by piping. In this refrigerant circuit, carbon dioxide as a refrigerant circulates to perform a vapor compression refrigeration cycle. That is, carbon dioxide is repeatedly compressed by the compressor, cooled by the cooler, then expanded by the expander, evaporated by the evaporator, and returned to the compressor again. And the said compressor and an expander are accommodated in one sealed casing, and comprise the fluid machine. The compressor and the expander are connected to each other via a drive shaft of an electric motor.

この流体機械では、膨張機にて冷媒が膨張することによって動力が発生し、その動力が回転動力として駆動軸を通じて圧縮機に伝達される。これにより、電動機の負荷を削減している。
特開２００１−１５３０７７号公報 In this fluid machine, power is generated by the expansion of the refrigerant in the expander, and the power is transmitted as rotational power to the compressor through the drive shaft. Thereby, the load of the electric motor is reduced.
JP 2001-153077 A

しかしながら、上述した特許文献１の流体機械では、蒸発器より低圧の冷媒が圧縮機に直接吸入され、圧縮された高温高圧の冷媒が一旦ケーシング内に吐出されてから冷却器へ送り出されるため、そのケーシング内の吐出冷媒によって膨張機が加熱される一方吐出冷媒が冷却され、圧縮冷媒および膨張冷媒のそれぞれにとって熱ロスを生じるという問題があった。これにより、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける冷却能力および加熱能力が低下するという問題があった。 However, in the fluid machine of Patent Document 1 described above, the low-pressure refrigerant from the evaporator is directly sucked into the compressor, and the compressed high-temperature and high-pressure refrigerant is once discharged into the casing and then sent to the cooler. While the expander is heated by the discharged refrigerant in the casing, the discharged refrigerant is cooled, and there is a problem that heat loss occurs for each of the compressed refrigerant and the expanded refrigerant. Thereby, there existed a problem that the cooling capability and heating capability in a vapor compression refrigerating cycle fell.

この冷却能力および加熱能力の低下について、図７を参照しながら説明する。まず、ａ点で圧縮機に直接吸入された冷媒は、ｂ点まで圧縮されてケーシング内に吐出され、電動機によってｃ点まで加熱される。このｃ点の冷媒は、膨張機によってｆ点まで冷却された後にケーシング外へ送り出され、冷却器にて冷却されてｄ点の冷媒となる。つまり、圧縮機の吐出冷媒が膨張機によって冷却されることにより、冷却器を流れる冷媒のエンタルピがΔｈ１（ｃ点→ｆ点）だけ減少し、冷却器における加熱能力が低下する。続いて、ｄ点の冷媒は、膨張機にて減圧されるが、その膨張機が圧縮機の吐出冷媒によって加熱されることから、ｅ点からｇ点まで加熱された冷媒となり、蒸発器にて蒸発してａ点の冷媒となる。つまり、膨張機が圧縮機の吐出冷媒によって加熱されることにより、蒸発器を流れる冷媒のエンタルピがΔｈ２（ｅ点→ｇ点）だけ減少し、蒸発器における冷却能力が低下する。 This decrease in cooling capacity and heating capacity will be described with reference to FIG. First, the refrigerant directly sucked into the compressor at point a is compressed to point b, discharged into the casing, and heated to point c by the electric motor. The refrigerant at the point c is cooled to the point f by the expander and then sent out of the casing and is cooled by the cooler to become the refrigerant at the point d. That is, when the refrigerant discharged from the compressor is cooled by the expander, the enthalpy of the refrigerant flowing through the cooler is reduced by Δh1 (c point → f point), and the heating capacity of the cooler is lowered. Subsequently, the refrigerant at the point d is depressurized by the expander, but since the expander is heated by the refrigerant discharged from the compressor, the refrigerant is heated from the point e to the point g. It evaporates and becomes a refrigerant at point a. That is, when the expander is heated by the refrigerant discharged from the compressor, the enthalpy of the refrigerant flowing through the evaporator is reduced by Δh2 (e point → g point), and the cooling capacity of the evaporator is lowered.

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置に用いられ、１つのケーシング内に圧縮機と膨張機とが収納された流体機械において、圧縮流体および膨張流体の熱ロスを防止し、冷却能力および加熱能力の向上を図ることである。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to be used in a refrigeration apparatus that performs a vapor compression refrigeration cycle, and a compressor and an expander are accommodated in one casing. In the fluid machine, the heat loss of the compressed fluid and the expanded fluid is prevented, and the cooling capacity and the heating capacity are improved.

具体的に、第１の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機構（50）と、該圧縮機構（50）を駆動する電動機（45）と、冷媒が膨張する膨張機構（60）とが１つの密閉されたケーシング（31）内に収納され、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路に接続される流体機械を前提としている。そして、上記ケーシング（31）は、冷媒をケーシング（31）の外部から膨張機構（60）へ導く流入管（38）と、膨張後の冷媒を膨張機構（60）からケーシング（31）の外部へ導く流出管（39）とを備えている。また、上記ケーシング（31）は、圧縮機構（50）で圧縮された冷媒を該圧縮機構（50）からケーシング（31）の外部へ導く吐出管（37）と、冷媒をケーシング（31）の外部から圧縮機構（50）またはケーシング（31）の内部空間へ導く吸入管（36）とを備えている。 Specifically, in the first invention, the compression mechanism (50) that compresses the refrigerant, the electric motor (45) that drives the compression mechanism (50), and the expansion mechanism (60) that expands the refrigerant are sealed together. It is assumed that the fluid machine is housed in the casing (31) and connected to a refrigerant circuit that performs a vapor compression refrigeration cycle by circulating the refrigerant. The casing (31) includes an inflow pipe (38) for guiding the refrigerant from the outside of the casing (31) to the expansion mechanism (60), and the expanded refrigerant from the expansion mechanism (60) to the outside of the casing (31). And a leading outflow pipe (39). The casing (31) includes a discharge pipe (37) for guiding the refrigerant compressed by the compression mechanism (50) from the compression mechanism (50) to the outside of the casing (31), and the refrigerant outside the casing (31). And a suction pipe (36) leading to the internal space of the compression mechanism (50) or casing (31).

上記の発明では、圧縮機構（50）で圧縮された高温高圧の冷媒が吐出管（37）を通じてケーシング（31）の外部へ送り出される。また、上記冷媒回路のやや低温の高圧冷媒は、流入管（38）を通じて膨張機構（60）に流入し、膨張後に流出管（39）を通じてケーシング（31）の外部へ送り出される。つまり、上記ケーシング（31）の内部空間には圧縮機構（50）の吐出冷媒などの高圧冷媒が流入しない。さらに言い換えると、上記ケーシング（31）がいわゆる低圧ドーム型に構成されている。これにより、膨張機構（60）が圧縮機構（50）の高温の吐出冷媒によって加熱されることはなく、同時に高温の吐出冷媒が膨張機構（60）によって冷却されることはない。また、上記膨張機構（60）における膨張冷媒が電動機（45）と接触して加熱されることもない。したがって、上記圧縮機構（50）の圧縮冷媒および膨張機構（60）の膨張冷媒における熱ロスが防止され、それぞれにおける冷媒の温熱量および冷熱量の低下が防止される。この結果、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける冷却能力および加熱能力が向上する。 In the above invention, the high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the compression mechanism (50) is sent out of the casing (31) through the discharge pipe (37). The slightly low-temperature high-pressure refrigerant in the refrigerant circuit flows into the expansion mechanism (60) through the inflow pipe (38), and is sent out of the casing (31) through the outflow pipe (39) after expansion. That is, high-pressure refrigerant such as refrigerant discharged from the compression mechanism (50) does not flow into the internal space of the casing (31). In other words, the casing (31) is configured as a so-called low-pressure dome shape. Thereby, the expansion mechanism (60) is not heated by the high-temperature discharge refrigerant of the compression mechanism (50), and at the same time, the high-temperature discharge refrigerant is not cooled by the expansion mechanism (60). Further, the expansion refrigerant in the expansion mechanism (60) does not come into contact with the electric motor (45) and is heated. Therefore, heat loss in the compression refrigerant of the compression mechanism (50) and the expansion refrigerant of the expansion mechanism (60) is prevented, and a decrease in the amount of heat and the amount of cold heat in the refrigerant are prevented. As a result, the cooling capacity and heating capacity in the vapor compression refrigeration cycle are improved.

また、第２の発明は、上記第１の発明において、上記吸入管（36）が、冷媒をケーシング（31）の外部からケーシング（31）の内部空間へ導き、且つ、膨張機構（60）の近傍へ導く。 Further, according to a second invention, in the first invention, the suction pipe (36) guides the refrigerant from the outside of the casing (31) to the internal space of the casing (31), and the expansion mechanism (60). Lead to the vicinity.

上記の発明では、冷媒回路の低温低圧の冷媒が吸入管（36）を通じてケーシング（31）の内部空間に吸い込まれた後、膨張機構（60）の周囲を流れて圧縮機構（50）に吸入される。その際に、膨張機構（60）が低温低圧の冷媒によって冷却されるので、膨張機構（60）における膨張冷媒の冷熱量が増大する。これにより、冷却能力が一層向上する。また、上記の際には、同時に低温低圧の冷媒が膨張機構（60）によって加熱されるので、圧縮機構（50）における圧縮冷媒の温熱量が増大する。これにより、加熱能力が一層向上する。 In the above invention, the low-temperature and low-pressure refrigerant in the refrigerant circuit is sucked into the internal space of the casing (31) through the suction pipe (36), and then flows around the expansion mechanism (60) and is sucked into the compression mechanism (50). The At this time, since the expansion mechanism (60) is cooled by the low-temperature and low-pressure refrigerant, the amount of cold heat of the expansion refrigerant in the expansion mechanism (60) increases. Thereby, the cooling capacity is further improved. At the same time, since the low-temperature and low-pressure refrigerant is heated by the expansion mechanism (60) at the same time, the amount of heat of the compressed refrigerant in the compression mechanism (50) increases. Thereby, a heating capability improves further.

また、第３の発明は、上記第２の発明において、上記圧縮機構（50）と膨張機構（60）とが、間に電動機（45）を配して配列されている。そして、上記吸入管（36）は、ケーシング（31）の膨張機構（60）側の端部に設けられ、膨張機構（60）に向かって開口している。 In a third aspect based on the second aspect, the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (60) are arranged with an electric motor (45) interposed therebetween. And the said suction pipe (36) is provided in the edge part by the side of the expansion | swelling mechanism (60) of a casing (31), and is opened toward the expansion | swelling mechanism (60).

上記の発明では、冷媒回路の低温低圧の冷媒が吸入管（36）を通じてケーシング（31）の内部空間に吸い込まれた後、膨張機構（60）および電動機（45）の周囲を順に流れて圧縮機構（50）に吸入される。その際に、低温低圧の冷媒が膨張機構（60）によって加熱された後、さらに電動機（45）によって加熱されるので、圧縮機構（50）における圧縮冷媒の温熱量が一層増大する。また、上記吸入管（36）が膨張機構（60）に向かって開口しているので、低温低圧の冷媒が確実に膨張機構（60）に接触し、膨張機構（60）が確実に冷却される。これにより、膨張機構（60）における膨張冷媒の冷熱量が確実に増大する。 In the above invention, the low-temperature and low-pressure refrigerant in the refrigerant circuit is sucked into the inner space of the casing (31) through the suction pipe (36), and then flows around the expansion mechanism (60) and the electric motor (45) in order. Inhaled to (50). At that time, since the low-temperature and low-pressure refrigerant is heated by the expansion mechanism (60) and further heated by the electric motor (45), the amount of heat of the compressed refrigerant in the compression mechanism (50) further increases. Further, since the suction pipe (36) opens toward the expansion mechanism (60), the low-temperature and low-pressure refrigerant reliably contacts the expansion mechanism (60), and the expansion mechanism (60) is reliably cooled. . This reliably increases the amount of cold heat of the expanded refrigerant in the expansion mechanism (60).

また、第４の発明は、上記第２または３の発明において、上記膨張機構（60）が吸入管（36）より導かれた冷媒と接触する冷却フィン群（90）を備えている。 The fourth invention includes the cooling fin group (90) in which the expansion mechanism (60) contacts the refrigerant guided from the suction pipe (36) in the second or third invention.

上記の発明では、冷却フィン群（90）により、吸入管（36）より吸い込まれた低温低圧の冷媒と膨張機構（60）との接触面積が増大するので、膨張機構（60）が一層冷却されると共に、低温低圧の冷媒が一層加熱される。 In the above invention, the cooling fin group (90) increases the contact area between the low-temperature and low-pressure refrigerant sucked from the suction pipe (36) and the expansion mechanism (60), so that the expansion mechanism (60) is further cooled. At the same time, the low-temperature and low-pressure refrigerant is further heated.

また、第５の発明は、上記第１〜４の何れか１の発明において、上記膨張機構（60）が、冷媒の膨張により発生した動力を回収して圧縮機構（50）を駆動するように構成されている。 In addition, in a fifth aspect based on any one of the first to fourth aspects, the expansion mechanism (60) recovers power generated by expansion of the refrigerant and drives the compression mechanism (50). It is configured.

上記の発明では、圧縮機構（50）を駆動する動力の一部が膨張機構（60）によって賄われるので、電動機（45）の必要動力が低減される。 In the above invention, since a part of the power for driving the compression mechanism (50) is covered by the expansion mechanism (60), the required power of the electric motor (45) is reduced.

また、第６の発明は、上記第１〜５の何れか１の発明において、上記冷媒回路の冷媒が二酸化炭素である。 In a sixth aspect based on any one of the first to fifth aspects, the refrigerant in the refrigerant circuit is carbon dioxide.

上記の発明では、圧縮機構（50）において二酸化炭素を超臨界状態まで圧縮するので、吐出冷媒がより高温高圧の冷媒となるが、膨張機構（60）における膨張冷媒の熱ロスが確実に防止される。 In the above invention, since the carbon dioxide is compressed to the supercritical state in the compression mechanism (50), the discharged refrigerant becomes a higher-temperature and high-pressure refrigerant, but heat loss of the expanded refrigerant in the expansion mechanism (60) is reliably prevented. The

したがって、第１の発明によれば、ケーシング（31）に、冷媒をケーシング（31）の外部から膨張機構（60）へ導く流入管（38）と、膨張後の冷媒を膨張機構（60）からケーシング（31）の外部へ導く流出管（39）とを設ける一方、圧縮機構（50）で圧縮された冷媒を該圧縮機構（50）からケーシング（31）の外部へ導く吐出管（37）と、冷媒をケーシング（31）の外部から圧縮機構（50）またはケーシング（31）の内部空間へ導く吸入管（36）とを設けるようにしたので、つまりケーシング（31）をいわゆる低圧ドーム型に構成するようにしたので、膨張機構（60）が圧縮機構（50）の高温の吐出冷媒によって加熱されることはなく、同時に高温の吐出冷媒が膨張機構（60）によって冷却されることはない。また、膨張機構（60）における膨張冷媒が電動機（45）によって加熱されることもない。これにより、圧縮機構（50）の圧縮冷媒および膨張機構（60）の膨張冷媒における熱ロスを防止し、冷媒の温熱量および冷熱量の低下を防止することができる。この結果、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける冷却能力および加熱能力を向上させることができる。 Therefore, according to the first invention, the inflow pipe (38) for guiding the refrigerant from the outside of the casing (31) to the expansion mechanism (60) and the expanded refrigerant from the expansion mechanism (60) to the casing (31). An outlet pipe (39) that leads to the outside of the casing (31), and a discharge pipe (37) that guides the refrigerant compressed by the compression mechanism (50) from the compression mechanism (50) to the outside of the casing (31). Since the suction mechanism (50) for guiding the refrigerant from the outside of the casing (31) to the compression mechanism (50) or the internal space of the casing (31) is provided, that is, the casing (31) has a so-called low-pressure dome shape. Thus, the expansion mechanism (60) is not heated by the high-temperature discharge refrigerant of the compression mechanism (50), and at the same time, the high-temperature discharge refrigerant is not cooled by the expansion mechanism (60). Further, the expansion refrigerant in the expansion mechanism (60) is not heated by the electric motor (45). Thereby, the heat loss in the compression refrigerant of the compression mechanism (50) and the expansion refrigerant of the expansion mechanism (60) can be prevented, and a decrease in the amount of hot and cold heat of the refrigerant can be prevented. As a result, the cooling capacity and heating capacity in the vapor compression refrigeration cycle can be improved.

また、第２の発明によれば、冷媒をケーシング（31）の外部から膨張機構（60）の近傍へ導くように吸入管（36）を構成するようにしたので、吸入管（36）より吸い込まれた低温低圧の冷媒を膨張機構（60）の周囲へ流して膨張機構（60）を冷却することができる。同時に、その低温低圧の冷媒を膨張機構（60）によって加熱することができる。これにより、膨張機構（60）における膨張冷媒の冷熱量を増大させると共に、圧縮機構（50）における圧縮冷媒の温熱量を増大させることができる。この結果、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける冷却能力および加熱能力を一層向上させることができる。 According to the second invention, the suction pipe (36) is configured to guide the refrigerant from the outside of the casing (31) to the vicinity of the expansion mechanism (60). The expanded low-temperature and low-pressure refrigerant can flow around the expansion mechanism (60) to cool the expansion mechanism (60). At the same time, the low-temperature and low-pressure refrigerant can be heated by the expansion mechanism (60). As a result, the amount of cold heat of the expanded refrigerant in the expansion mechanism (60) can be increased, and the amount of heat of the compressed refrigerant in the compression mechanism (50) can be increased. As a result, the cooling capacity and heating capacity in the vapor compression refrigeration cycle can be further improved.

また、第３の発明によれば、圧縮機構（50）と膨張機構（60）との間に電動機（45）を配置するようにし、且つ、吸入管（36）をケーシング（31）の膨張機構（60）側の端部に設けて膨張機構（60）に向かって開口させるようにしたので、吸入管（36）より吸い込まれた低温低圧の冷媒を膨張機構（60）および電動機（45）と順に接触させることができる。これにより、低温低圧の冷媒を膨張機構（60）によって加熱した後、さらに電動機（45）によって加熱することができる。したがって、圧縮機構（50）における圧縮冷媒の温熱量を一層増大させることができる。 According to the third invention, the electric motor (45) is arranged between the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (60), and the suction pipe (36) is connected to the expansion mechanism of the casing (31). Since it was provided at the end on the (60) side and opened toward the expansion mechanism (60), the low-temperature and low-pressure refrigerant sucked from the suction pipe (36) was removed from the expansion mechanism (60) and the electric motor (45). It can be contacted in order. Thus, after the low-temperature and low-pressure refrigerant is heated by the expansion mechanism (60), it can be further heated by the electric motor (45). Therefore, the amount of heat of the compressed refrigerant in the compression mechanism (50) can be further increased.

また、上記の発明によれば、吸入管（36）を膨張機構（60）に向かって開口させるようにしたので、低温低圧の冷媒を確実に膨張機構（60）と接触させ、膨張機構（60）を確実に冷却することができる。 According to the above invention, since the suction pipe (36) is opened toward the expansion mechanism (60), the low-temperature and low-pressure refrigerant is reliably brought into contact with the expansion mechanism (60), and the expansion mechanism (60 ) Can be reliably cooled.

また、上記の発明によれば、電動機（45）を低温低圧の冷媒によって冷却することができるので、電動機（45）の温度が過剰に上昇するのを抑制することができる。この結果、機器の信頼性が向上する。 Moreover, according to said invention, since an electric motor (45) can be cooled with a low-temperature / low pressure refrigerant | coolant, it can suppress that the temperature of an electric motor (45) rises excessively. As a result, the reliability of the device is improved.

また、第４の発明によれば、吸入管（36）より導かれた冷媒が接触する冷却フィン群（90）を膨張機構（60）に設けるようにしたので、吸入管（36）より吸い込まれた低温低圧の冷媒と膨張機構（60）との接触面積を増大させることができる。これにより、膨張機構（60）を一層冷却することができると共に、低温低圧の冷媒を一層加熱することができる。 According to the fourth aspect of the invention, the cooling fin group (90) that contacts the refrigerant guided from the suction pipe (36) is provided in the expansion mechanism (60), so that the suction is taken in from the suction pipe (36). In addition, the contact area between the low-temperature and low-pressure refrigerant and the expansion mechanism (60) can be increased. Thereby, the expansion mechanism (60) can be further cooled, and the low-temperature and low-pressure refrigerant can be further heated.

また、第５の発明によれば、膨張機構（60）において冷媒の膨張により発生した動力を回収し、その回収動力を圧縮機構（50）の駆動に利用するようにしたので、電動機（45）の必要動力を低減することができる。これにより、装置の運転効率を向上させることができる。 According to the fifth aspect of the invention, the power generated by the expansion of the refrigerant in the expansion mechanism (60) is recovered, and the recovered power is used for driving the compression mechanism (50). The required power can be reduced. Thereby, the operating efficiency of the apparatus can be improved.

また、第６の発明によれば、冷媒に二酸化炭素を用いたので、超臨界状態まで圧縮してより高温高圧の吐出冷媒となっても、膨張機構（60）における膨張冷媒の熱ロスを確実に防止することができる。 According to the sixth aspect of the invention, since carbon dioxide is used as the refrigerant, the heat loss of the expanded refrigerant in the expansion mechanism (60) can be reliably ensured even when the refrigerant is compressed to a supercritical state and becomes a high-temperature and high-pressure discharged refrigerant. Can be prevented.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

《発明の実施形態１》
本発明の実施形態１について説明する。図１に示すように、本実施形態の空調機（10）は、本発明に係る流体機械を備えている。 Embodiment 1 of the Invention
A first embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the air conditioner (10) of the present embodiment includes a fluid machine according to the present invention.

〈空調機の全体構成〉
図１に示すように、上記空調機（10）は、いわゆるセパレート型のものであって、室外機（11）と室内機（13）とを備えている。上記室外機（11）には、室外ファン（12）、室外熱交換器（23）、第１四路切換弁（21）、第２四路切換弁（22）および圧縮膨張ユニット（30）が収納されている。そして、上記圧縮膨張ユニット（30）が本発明の流体機械を構成している。一方、上記室内機（13）には、室内ファン（14）および室内熱交換器（24）が収納されている。上記室外機（11）は屋外に設置され、室内機（13）は屋内に設置されている。また、上記室外機（11）と室内機（13）とは、一対の連絡配管（15,16）によって接続されている。なお、上記圧縮膨張ユニット（30）の詳細については後述する。 <Overall configuration of air conditioner>
As shown in FIG. 1, the air conditioner (10) is of a so-called separate type, and includes an outdoor unit (11) and an indoor unit (13). The outdoor unit (11) includes an outdoor fan (12), an outdoor heat exchanger (23), a first four-way switching valve (21), a second four-way switching valve (22), and a compression / expansion unit (30). It is stored. The compression / expansion unit (30) constitutes the fluid machine of the present invention. On the other hand, the indoor unit (13) houses an indoor fan (14) and an indoor heat exchanger (24). The outdoor unit (11) is installed outdoors, and the indoor unit (13) is installed indoors. The outdoor unit (11) and the indoor unit (13) are connected by a pair of connecting pipes (15, 16). The details of the compression / expansion unit (30) will be described later.

上記空調機（10）には、冷媒回路（20）が設けられている。この冷媒回路（20）は、圧縮膨張ユニット（30）と、２つの四路切換弁（21,22）と、室内熱交換器（24）および室外熱交換器（23）とが配管接続される閉回路に構成され、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。そして、この冷媒回路（20）には、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ₂）が充填されている。 The air conditioner (10) is provided with a refrigerant circuit (20). In the refrigerant circuit (20), a compression / expansion unit (30), two four-way switching valves (21, 22), an indoor heat exchanger (24), and an outdoor heat exchanger (23) are connected by piping. A closed circuit is configured, and the refrigerant circulates to perform a vapor compression refrigeration cycle. The refrigerant circuit (20) is filled with carbon dioxide (CO ₂ ) as a refrigerant.

上記室外熱交換器（23）と室内熱交換器（24）とは、何れもクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器で構成されている。上記室外熱交換器（23）では、冷媒回路（20）を循環する冷媒が室外ファン（12）によって取り込まれた室外空気と熱交換する。上記室内熱交換器（24）では、冷媒回路（20）を循環する冷媒が室内ファン（14）によって取り込まれた室内空気と熱交換する。 Both the outdoor heat exchanger (23) and the indoor heat exchanger (24) are cross fin type fin-and-tube heat exchangers. In the outdoor heat exchanger (23), the refrigerant circulating in the refrigerant circuit (20) exchanges heat with the outdoor air taken in by the outdoor fan (12). In the indoor heat exchanger (24), the refrigerant circulating in the refrigerant circuit (20) exchanges heat with the indoor air taken in by the indoor fan (14).

上記第１四路切換弁（21）は、４つのポートを備えている。この第１四路切換弁（21）は、第１ポートが圧縮膨張ユニット（30）の吐出管（37）に、第２ポートが連絡配管（15）を介して室内熱交換器（24）の一端に、第３ポートが室外熱交換器（23）の一端に、第４ポートが圧縮膨張ユニット（30）の吸入管（36）にそれぞれ接続されている。そして、上記第１四路切換弁（21）は、第１ポートと第２ポートとが連通し且つ第３ポートと第４ポートとが連通する状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第３ポートとが連通し且つ第２ポートと第４ポートとが連通する状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わる。 The first four-way selector valve (21) has four ports. The first four-way switching valve (21) has a first port connected to the discharge pipe (37) of the compression / expansion unit (30) and a second port connected to the indoor heat exchanger (24) via the connecting pipe (15). One end, the third port is connected to one end of the outdoor heat exchanger (23), and the fourth port is connected to the suction pipe (36) of the compression / expansion unit (30). The first four-way selector valve (21) has a state in which the first port and the second port communicate with each other and a state in which the third port and the fourth port communicate with each other (state indicated by a solid line in FIG. 1), The state is switched to a state in which the first port communicates with the third port and the second port communicates with the fourth port (a state indicated by a broken line in FIG. 1).

上記第２四路切換弁（22）は、４つのポートを備えている。この第２四路切換弁（22）は、第１ポートが圧縮膨張ユニット（30）の流出管（39）に、第２ポートが室外熱交換器（23）の他端に、第３ポートが連絡配管（16）を介して室内熱交換器（24）の他端に、第４ポートが圧縮膨張ユニット（30）の流入管（38）にそれぞれ接続されている。そして、上記第２四路切換弁（22）は、第１ポートと第２ポートとが連通し且つ第３ポートと第４ポートとが連通する状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第３ポートとが連通し且つ第２ポートと第４ポートとが連通する状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わる。 The second four-way selector valve (22) has four ports. The second four-way switching valve (22) has a first port at the outlet pipe (39) of the compression / expansion unit (30), a second port at the other end of the outdoor heat exchanger (23), and a third port at A fourth port is connected to the inflow pipe (38) of the compression / expansion unit (30) at the other end of the indoor heat exchanger (24) via the communication pipe (16). The second four-way selector valve (22) includes a state in which the first port and the second port communicate with each other and a state in which the third port and the fourth port communicate with each other (state indicated by a solid line in FIG. 1), The state is switched to a state in which the first port communicates with the third port and the second port communicates with the fourth port (a state indicated by a broken line in FIG. 1).

上記冷媒回路（20）は、２つの四路切換弁（21,22）の切換によって冷房運転と暖房運転とに切り換わるように構成されている。つまり、上記２つの四路切換弁（21,22）が共に図１の破線側の状態に切り換わると、冷媒回路（20）は、室外熱交換器（23）がガスクーラ（冷却器）として機能し且つ室内熱交換器（24）が蒸発器として機能する冷房運転で冷媒が循環する。また、上記２つの四路切換弁（21,22）が共に図１の実線側の状態に切り換わると、冷媒回路（20）は、室外熱交換器（23）が蒸発器として機能し且つ室内熱交換器（24）がガスクーラ（冷却器）として機能する暖房運転で冷媒が循環する。 The refrigerant circuit (20) is configured to switch between a cooling operation and a heating operation by switching between the two four-way switching valves (21, 22). That is, when both of the two four-way switching valves (21, 22) are switched to the state on the broken line side in FIG. 1, the refrigerant circuit (20) functions as an outdoor heat exchanger (23) as a gas cooler (cooler). In addition, the refrigerant circulates in the cooling operation in which the indoor heat exchanger (24) functions as an evaporator. When both of the two four-way selector valves (21, 22) are switched to the state shown by the solid line in FIG. 1, the refrigerant circuit (20) has the outdoor heat exchanger (23) functioning as an evaporator and the indoor circuit The refrigerant circulates in the heating operation in which the heat exchanger (24) functions as a gas cooler (cooler).

〈圧縮膨張ユニットの構成〉
図２に示すように、上記圧縮膨張ユニット（30）は、縦長で円筒形の密閉容器である１つのケーシング（31）を備えている。このケーシング（31）の内部には、下から上に向かって順に、圧縮機構（50）と、電動機（45）と、膨張機構（60）とが配置されている。つまり、上記圧縮機構（50）と膨張機構（60）とは、間に電動機（45）を配して配列されている。 <Configuration of compression / expansion unit>
As shown in FIG. 2, the compression / expansion unit (30) includes one casing (31) which is a vertically long and cylindrical sealed container. Inside the casing (31), a compression mechanism (50), an electric motor (45), and an expansion mechanism (60) are arranged in order from the bottom to the top. That is, the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (60) are arranged with the electric motor (45) interposed therebetween.

上記電動機（45）は、ケーシング（31）の長手方向の中央部に配置されている。この電動機（45）は、ステータ（46）とロータ（47）とにより構成されている。上記ステータ（46）は、ケーシング（31）に固定されている。上記ロータ（47）は、ステータ（46）の内側に配置され、同軸にシャフト（40）の主軸部（44）が貫通している。上記シャフト（40）は、回転軸を構成し、上端側に２つの大径偏心部（41,42）が形成され、下端側に２つの下側偏心部（58,59）が形成されている。 The electric motor (45) is arranged at the center in the longitudinal direction of the casing (31). The electric motor (45) includes a stator (46) and a rotor (47). The stator (46) is fixed to the casing (31). The rotor (47) is disposed inside the stator (46), and the main shaft portion (44) of the shaft (40) passes through coaxially. The shaft (40) constitutes a rotating shaft, two large-diameter eccentric parts (41, 42) are formed on the upper end side, and two lower eccentric parts (58, 59) are formed on the lower end side. .

上記シャフト（40）の下端部には、ケーシング（31）内の底部の油溜りに浸漬された遠心式の油ポンプ（48）が設けられている。該油ポンプ（48）は、シャフト（40）の回転により油溜りの潤滑油を汲み上げ、圧縮機構（50）や膨張機構（60）の各摺動部に供給している。 At the lower end of the shaft (40), a centrifugal oil pump (48) immersed in an oil sump at the bottom of the casing (31) is provided. The oil pump (48) pumps up the lubricating oil in the oil reservoir by the rotation of the shaft (40) and supplies it to the sliding portions of the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (60).

上記２つの大径偏心部（41,42）は、主軸部（44）よりも大径に且つ主軸部（44）の軸心よりも偏心して形成されており、上側のものが第１大径偏心部（41）を、下側のものが第２大径偏心部（42）をそれぞれ構成している。そして、上記第１大径偏心部（41）と第２大径偏心部（42）とは、何れも同じ方向へ偏心している。また、上記第２大径偏心部（42）の外径は、第１大径偏心部（41）の外径よりも大きくなっている。上記主軸部（44）の軸心に対する偏心量は、第２大径偏心部（42）の方が第１大径偏心部（41）よりも大きくなっている。 The two large-diameter eccentric parts (41, 42) are formed with a larger diameter than the main shaft part (44) and eccentric with respect to the main shaft part (44), and the upper one is the first large diameter. The eccentric part (41) and the lower part constitute the second large-diameter eccentric part (42), respectively. The first large-diameter eccentric part (41) and the second large-diameter eccentric part (42) are both eccentric in the same direction. The outer diameter of the second large diameter eccentric portion (42) is larger than the outer diameter of the first large diameter eccentric portion (41). The amount of eccentricity of the main shaft portion (44) with respect to the shaft center is greater in the second large diameter eccentric portion (42) than in the first large diameter eccentric portion (41).

上記２つの下側偏心部（58,59）は、主軸部（44）よりも大径に且つ主軸部（44）の軸心よりも偏心して形成されており、下側のものが第１下側偏心部（58）を、上側のものが第２下側偏心部（59）をそれぞれ構成している。そして、上記第１下側偏心部（58）と第２下側偏心部（59）とでは、主軸部（44）の軸心に対する偏心方向が逆になっている。 The two lower eccentric portions (58, 59) are formed to have a larger diameter than the main shaft portion (44) and eccentric from the shaft center of the main shaft portion (44), and the lower one is the first lower portion. The side eccentric part (58) constitutes the second lower side eccentric part (59). In the first lower eccentric portion (58) and the second lower eccentric portion (59), the eccentric direction with respect to the axial center of the main shaft portion (44) is reversed.

上記膨張機構（60）は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ式膨張機を構成している。この膨張機構（60）は、対になったシリンダ（71,81）およびロータリピストン（75,85）を二組備えている。上記膨張機構（60）では、上から下へ向かって順に、リアヘッド（62）、第１シリンダ（71）、中間プレート（63）、第２シリンダ（81）およびフロントヘッド（61）が積層されている。 The expansion mechanism (60) constitutes a so-called oscillating piston type rotary expander. The expansion mechanism (60) includes two pairs of cylinders (71, 81) and rotary pistons (75, 85) which are paired. In the expansion mechanism (60), the rear head (62), the first cylinder (71), the intermediate plate (63), the second cylinder (81), and the front head (61) are laminated in order from top to bottom. Yes.

上記第２シリンダ（81）の内径は、第１シリンダ（71）の内径よりも大きくなっている。上記第１シリンダ（71）の内部には第１ロータリピストン（75）が配置され、上記第２シリンダ（81）の内部には第２ロータリピストン（85）が配置されている。この各ロータリピストン（75,85）は、円筒状に形成され、外径が互いに等しく形成されている。この各ロータリピストン（75,85）は、図示しないが、側面に平板状のブレードが突設されており、このブレードが揺動ブッシュを介してシリンダ（71,81）に支持されている。 The inner diameter of the second cylinder (81) is larger than the inner diameter of the first cylinder (71). A first rotary piston (75) is arranged inside the first cylinder (71), and a second rotary piston (85) is arranged inside the second cylinder (81). The rotary pistons (75, 85) are formed in a cylindrical shape and have the same outer diameter. Although not shown, each rotary piston (75, 85) has a flat blade projecting on its side surface, and this blade is supported by the cylinder (71, 81) via a swing bush.

上記第１ロータリピストン（75）はシャフト（40）の第１大径偏心部（41）と係合し、上記第２ロータリピストン（85）はシャフト（40）の第２大径偏心部（42）と係合している。上記各ロータリピストン（75,85）は、内周面が大径偏心部（41,42）の外周面と摺接し、外周面がシリンダ（71,81）の内周面と摺接する。 The first rotary piston (75) is engaged with the first large diameter eccentric portion (41) of the shaft (40), and the second rotary piston (85) is engaged with the second large diameter eccentric portion (42) of the shaft (40). ). Each of the rotary pistons (75, 85) has an inner peripheral surface in sliding contact with the outer peripheral surface of the large-diameter eccentric portion (41, 42) and an outer peripheral surface in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder (71, 81).

上記第１ロータリピストン（75）の外周面と第１シリンダ（71）の内周面との間には第１流体室（72）が形成され、上記第２ロータリピストン（85）の外周面と第２シリンダ（81）の内周面との間には第２流体室（82）が形成されている。この各流体室（72,82）は、図示しないが、ロータリピストン（75,85）のブレードによって高圧側と低圧側とに区画されている。上記膨張機構（60）では、各流体室（72,82）で冷媒が膨張することによって発生した動力を回収し、その動力が圧縮機構（50）に伝達される。 A first fluid chamber (72) is formed between the outer peripheral surface of the first rotary piston (75) and the inner peripheral surface of the first cylinder (71), and the outer peripheral surface of the second rotary piston (85) A second fluid chamber (82) is formed between the inner peripheral surface of the second cylinder (81). Although not shown, each fluid chamber (72, 82) is partitioned into a high pressure side and a low pressure side by blades of the rotary pistons (75, 85). In the expansion mechanism (60), the power generated by the expansion of the refrigerant in each fluid chamber (72, 82) is recovered, and the power is transmitted to the compression mechanism (50).

上記膨張機構（60）には、流入ポート（34）と流出ポート（35）とが設けられている。上記流入ポート（34）は、リアヘッド（62）に形成され、終端がリアヘッド（62）の内側面に開口して第１流体室（72）の高圧側に連通している。一方、上記流出ポート（35）は、第２シリンダ（81）に形成され、始端が第２シリンダ（81）の内周面に開口して第２流体室（82）の低圧側に連通している。 The expansion mechanism (60) is provided with an inflow port (34) and an outflow port (35). The inflow port (34) is formed in the rear head (62), and its terminal end opens to the inner surface of the rear head (62) and communicates with the high pressure side of the first fluid chamber (72). On the other hand, the outflow port (35) is formed in the second cylinder (81), and the start end opens to the inner peripheral surface of the second cylinder (81) and communicates with the low pressure side of the second fluid chamber (82). Yes.

上記中間プレート（63）には、連通路（64）が形成されている。この連通路（64）は、中間プレート（63）の厚さ方向に対して斜めに貫通し、第１流体室（72）の低圧側と第２流体室（82）の高圧側とを互いに連通させている。 A communication passage (64) is formed in the intermediate plate (63). The communication passage (64) penetrates obliquely with respect to the thickness direction of the intermediate plate (63) and communicates the low pressure side of the first fluid chamber (72) and the high pressure side of the second fluid chamber (82) with each other. I am letting.

上記圧縮機構（50）は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ式圧縮機を構成している。この圧縮機構（50）は、シリンダ（51,52）とロータリピストン（57,57）とを２つずつ備えている。上記圧縮機構（50）では、下から上へ向かって順に、リアヘッド（55）、第１シリンダ（51）、中間プレート（56）、第２シリンダ（52）およびフロントヘッド（54）が積層されている。 The compression mechanism (50) constitutes a so-called oscillating piston type rotary compressor. The compression mechanism (50) includes two cylinders (51, 52) and two rotary pistons (57, 57). In the compression mechanism (50), the rear head (55), the first cylinder (51), the intermediate plate (56), the second cylinder (52), and the front head (54) are laminated in order from bottom to top. Yes.

上記第１シリンダ（51）および第２シリンダ（52）の内部には、円筒状のロータリピストン（57）が１つずつ配置されている。このロータリピストン（57）は、図示しないが、側面に平板状のブレードが突設されており、このブレードが揺動ブッシュを介してシリンダ（51,52）に支持されている。 One cylindrical rotary piston (57) is disposed inside each of the first cylinder (51) and the second cylinder (52). Although not shown, the rotary piston (57) has a flat blade projecting on its side surface, and this blade is supported by the cylinder (51, 52) via a swing bush.

上記第１シリンダ（51）内のロータリピストン（57）は、シャフト（40）の第１下側偏心部（58）と係合している。一方、上記第２シリンダ（52）内のロータリピストン（57）は、シャフト（40）の第２下側偏心部（59）と係合している。上記各ロータリピストン（57,57）は、内周面が下側偏心部（58,59）の外周面と摺接し、外周面がシリンダ（51,52）の内周面と摺接する。そして、上記各ロータリピストン（57,57）の外周面とシリンダ（51,52）の内周面との間には、圧縮室（53）が形成される。この圧縮室（53）は、図示しないが、ロータリピストン（57）のブレードによって高圧側と低圧側とに区画されている。 The rotary piston (57) in the first cylinder (51) is engaged with the first lower eccentric portion (58) of the shaft (40). On the other hand, the rotary piston (57) in the second cylinder (52) is engaged with the second lower eccentric portion (59) of the shaft (40). As for each said rotary piston (57,57), an internal peripheral surface is slidably contacted with the outer peripheral surface of a lower eccentric part (58,59), and an outer peripheral surface is slidably contacted with the internal peripheral surface of a cylinder (51,52). A compression chamber (53) is formed between the outer peripheral surface of each rotary piston (57, 57) and the inner peripheral surface of the cylinder (51, 52). Although not shown, the compression chamber (53) is divided into a high pressure side and a low pressure side by blades of the rotary piston (57).

上記第１シリンダ（51）および第２シリンダ（52）には、それぞれ吸入ポート（32）が１つずつ形成されている。この各吸入ポート（32）は、シリンダ（51,52）を半径方向に貫通し、終端がシリンダ（51,52）の内周面に開口して圧縮室（53）の低圧側に連通する一方、始端がシリンダ（51,52）の外周面に開口してケーシング（31）の内部空間に連通している。 One suction port (32) is formed in each of the first cylinder (51) and the second cylinder (52). Each of the suction ports (32) penetrates the cylinder (51, 52) in the radial direction, and the terminal end opens to the inner peripheral surface of the cylinder (51, 52) and communicates with the low pressure side of the compression chamber (53). The starting end opens to the outer peripheral surface of the cylinder (51, 52) and communicates with the internal space of the casing (31).

上記フロントヘッド（54）およびリアヘッド（55）には、それぞれ吐出ポート（33,33a）が１つずつ形成されている。上記フロントヘッド（54）側の吐出ポート（33）は、始端が第２シリンダ（52）における圧縮室（53）の高圧側に連通している。上記リアヘッド（55）側の吐出ポート（33a）は、始端が第１シリンダ（51）における圧縮室（53）の高圧側に連通する一方、終端がリアヘッド（55）の外部に設けられた吐出室（33b）に連通している。この吐出室（33b）は、フロントヘッド（54）側の吐出ポート（33）に連通している。つまり、上記第１シリンダ（51）の圧縮室（53）で圧縮された冷媒は、吐出室（33b）を介してフロントヘッド（54）側の吐出ポート（33）へ流れ、第２シリンダ（52）の圧縮室（53）で圧縮された冷媒と合流する。また、上記各吐出ポート（33,33a）は、図示しないが、リード弁からなる吐出弁が設けられており、この吐出弁によって開閉される。 Each of the front head (54) and the rear head (55) has one discharge port (33, 33a). The discharge port (33) on the front head (54) side communicates with the high pressure side of the compression chamber (53) in the second cylinder (52) at the start end. The discharge port (33a) on the rear head (55) side has a start end communicating with the high pressure side of the compression chamber (53) in the first cylinder (51), and a discharge end provided outside the rear head (55). (33b). The discharge chamber (33b) communicates with the discharge port (33) on the front head (54) side. That is, the refrigerant compressed in the compression chamber (53) of the first cylinder (51) flows to the discharge port (33) on the front head (54) side through the discharge chamber (33b), and the second cylinder (52 ) And the refrigerant compressed in the compression chamber (53). Further, although not shown, each discharge port (33, 33a) is provided with a discharge valve composed of a reed valve and is opened and closed by this discharge valve.

上記ケーシング（31）は、上述したように、流入管（38）および流出管（39）と、吸入管（36）および吐出管（37）とを備えている。 As described above, the casing (31) includes the inflow pipe (38) and the outflow pipe (39), and the suction pipe (36) and the discharge pipe (37).

上記流入管（38）は、一端が膨張機構（60）における流入ポート（34）の始端に接続され、他端がケーシング（31）を貫通して冷媒回路（20）の配管に接続されている。一方、上記流出管（39）は、一端が膨張機構（60）における流出ポート（35）の終端に接続され、他端がケーシング（31）を貫通して冷媒回路（20）の配管に接続されている。つまり、上記流入管（38）は、冷媒をケーシング（31）の外部から膨張機構（60）へ導くように構成される一方、上記流出管（39）は、膨張後の冷媒を膨張機構（60）からケーシング（31）の外部へ導くように構成されている。 One end of the inflow pipe (38) is connected to the start end of the inflow port (34) in the expansion mechanism (60), and the other end is connected to the pipe of the refrigerant circuit (20) through the casing (31). . On the other hand, one end of the outflow pipe (39) is connected to the end of the outflow port (35) in the expansion mechanism (60), and the other end is connected to the pipe of the refrigerant circuit (20) through the casing (31). ing. That is, the inflow pipe (38) is configured to guide the refrigerant from the outside of the casing (31) to the expansion mechanism (60), while the outflow pipe (39) allows the expanded refrigerant to pass through the expansion mechanism (60). ) To the outside of the casing (31).

上記吐出管（37）は、一端が圧縮機構（50）におけるフロントヘッド（54）側の吐出ポート（33）の終端に接続され、他端がケーシング（31）を貫通して冷媒回路（20）の配管に接続されている。つまり、上記吐出管（37）は、圧縮機構（50）で圧縮された冷媒を該圧縮機構（50）からケーシング（31）の外部へ導くように構成されている。 The discharge pipe (37) has one end connected to the end of the discharge port (33) on the front head (54) side in the compression mechanism (50), and the other end penetrating the casing (31) to the refrigerant circuit (20). Connected to the pipe. That is, the discharge pipe (37) is configured to guide the refrigerant compressed by the compression mechanism (50) from the compression mechanism (50) to the outside of the casing (31).

上記吸入管（36）は、ケーシング（31）の上面部、すなわちケーシング（31）の膨張機構（60）側の端部に設けられている。そして、上記吸入管（36）の一端は、膨張機構（60）のリアヘッド（62）の上方近傍に位置すると共に、リアヘッド（62）の上面に向かって開口している。一方、上記吸入管（36）の他端は、ケーシング（31）を貫通して冷媒回路（20）の配管に接続されている。つまり、上記吸入管（36）は、冷媒をケーシング（31）の外部から内部空間へ導くと共に、膨張機構（60）に向かって開口するように構成されている。 The suction pipe (36) is provided on the upper surface of the casing (31), that is, the end of the casing (31) on the expansion mechanism (60) side. One end of the suction pipe (36) is located near the upper part of the rear head (62) of the expansion mechanism (60) and opens toward the upper surface of the rear head (62). On the other hand, the other end of the suction pipe (36) passes through the casing (31) and is connected to the pipe of the refrigerant circuit (20). That is, the suction pipe (36) is configured to guide the refrigerant from the outside of the casing (31) to the internal space and to open toward the expansion mechanism (60).

上記の構成により、室外熱交換器（23）または室内熱交換器（24）にて冷却された高圧冷媒は、流入管（38）を通じてケーシング（31）内の膨張機構（60）に直接流れ込み、膨張した後に流出管（39）を通じてケーシング（31）の外部へ直接送り出される。したがって、上記膨張機構（60）における膨張冷媒がケーシング（31）の内部空間に流入して電動機（45）によって加熱されることはない。 With the above configuration, the high-pressure refrigerant cooled in the outdoor heat exchanger (23) or the indoor heat exchanger (24) flows directly into the expansion mechanism (60) in the casing (31) through the inflow pipe (38), After being expanded, it is directly sent out of the casing (31) through the outflow pipe (39). Therefore, the expansion refrigerant in the expansion mechanism (60) does not flow into the internal space of the casing (31) and is not heated by the electric motor (45).

また、上記室内熱交換器（24）または室外熱交換器（23）にて蒸発した低温低圧の冷媒は、吸入管（36）を通じてケーシング（31）の内部空間へ吸い込まれる。この吸い込まれた冷媒は、図３に示すように、先ず膨張機構（60）の周囲を流れて膨張機構（60）を冷却し、次いで電動機（45）の周囲を流れて電動機（45）を冷却し、その後圧縮機構（50）へ向かって流れる（図中の白抜き矢印参照）。その際に、上記膨張機構（60）および電動機（45）が低温低圧の冷媒によって順次冷却されると同時に、その低温低圧の冷媒が順次加熱されることになる。そして、この加熱された冷媒は、圧縮機構（50）の吸入ポート（32,32）へ吸い込まれて圧縮され、高圧冷媒となって吐出管（37）よりケーシング（31）の外部へ送り出される。 The low-temperature and low-pressure refrigerant evaporated in the indoor heat exchanger (24) or the outdoor heat exchanger (23) is sucked into the internal space of the casing (31) through the suction pipe (36). As shown in FIG. 3, the sucked refrigerant first flows around the expansion mechanism (60) to cool the expansion mechanism (60), and then flows around the electric motor (45) to cool the electric motor (45). Then, it flows toward the compression mechanism (50) (see the white arrow in the figure). At that time, the expansion mechanism (60) and the electric motor (45) are sequentially cooled by the low-temperature and low-pressure refrigerant, and at the same time, the low-temperature and low-pressure refrigerant is sequentially heated. Then, the heated refrigerant is sucked into the suction ports (32, 32) of the compression mechanism (50) and compressed, becomes high-pressure refrigerant, and is sent out of the casing (31) through the discharge pipe (37).

また、本実施形態では、油ポンプ（48）によって膨張機構（60）などの摺動部に供給された潤滑油がケーシング（31）内面に沿って底部の油溜りに戻るようになっているが、その潤滑油の戻りがケーシング（31）内を上部から下部へと流れる冷媒によって促進される。 In the present embodiment, the lubricating oil supplied to the sliding portion such as the expansion mechanism (60) by the oil pump (48) returns to the oil sump at the bottom along the inner surface of the casing (31). The return of the lubricating oil is promoted by the refrigerant flowing from the upper part to the lower part in the casing (31).

このように、ケーシング（31）の内部空間には、圧縮機構（50）の高温高圧の吐出冷媒が流入することなく、吸入管（36）より吸い込まれた低温低圧の冷媒で満たされるので、、ケーシング（31）がいわゆる低圧ドーム型に構成されることになる。これにより、膨張機構（60）が高温の吐出冷媒によって加熱されることはなく、その高温の吐出冷媒が膨張機構（60）によって冷却されることはない。 In this way, the internal space of the casing (31) is filled with the low-temperature and low-pressure refrigerant sucked from the suction pipe (36) without flowing in the high-temperature and high-pressure discharged refrigerant of the compression mechanism (50). The casing (31) is configured in a so-called low pressure dome shape. Thereby, the expansion mechanism (60) is not heated by the high-temperature discharge refrigerant, and the high-temperature discharge refrigerant is not cooled by the expansion mechanism (60).

また、上記膨張機構（60）は、冷却フィン群（90）を備えている。この冷却フィン群（90）は、複数のフィンによって構成され、吸入管（36）より導かれた低温低圧の冷媒と接触するように構成されている。この複数のフィンは、リアヘッド（62）の上面および外周面と、第１シリンダ（51）の外周面と、中間プレート（63）の外周面とにそれぞれ形成されている。これにより、膨張機構（60）と低温の冷媒との接触面積が増大するので、膨張機構（60）が一層冷却される一方、低温の冷媒が一層加熱されることになる。 The expansion mechanism (60) includes a cooling fin group (90). The cooling fin group (90) includes a plurality of fins, and is configured to come into contact with a low-temperature and low-pressure refrigerant guided from the suction pipe (36). The plurality of fins are formed on the upper surface and outer peripheral surface of the rear head (62), the outer peripheral surface of the first cylinder (51), and the outer peripheral surface of the intermediate plate (63), respectively. This increases the contact area between the expansion mechanism (60) and the low-temperature refrigerant, so that the expansion mechanism (60) is further cooled while the low-temperature refrigerant is further heated.

−運転動作−
次に、上記空調機（10）の動作について説明する。ここでは、空調機（10）の冷房運転時および暖房運転時の動作について説明し、続いて冷房能力および暖房能力について説明する。 -Driving action-
Next, the operation of the air conditioner (10) will be described. Here, the operations during the cooling operation and the heating operation of the air conditioner (10) will be described, and subsequently the cooling capability and the heating capability will be described.

〈冷房運転〉
冷房運転時には、第１四路切換弁（21）および第２四路切換弁（22）が図１に破線で示す状態に切り換えられる。この状態で圧縮膨張ユニット（30）の電動機（45）に通電すると、冷媒回路（20）で冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。 <Cooling operation>
During the cooling operation, the first four-way switching valve (21) and the second four-way switching valve (22) are switched to a state indicated by a broken line in FIG. When the electric motor (45) of the compression / expansion unit (30) is energized in this state, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit (20) to perform a vapor compression refrigeration cycle.

上記圧縮膨張ユニット（30）の圧縮機構（50）で圧縮された高温高圧の冷媒は、吐出管（37）を通って圧縮膨張ユニット（30）から吐出される。この状態で、冷媒の圧力は、臨界圧力よりも高くなっている。この吐出冷媒は、第１四路切換弁（21）を通って室外熱交換器（23）へ送られる。この室外熱交換器（23）では、流入した冷媒が室外空気へ放熱して冷却される。 The high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the compression mechanism (50) of the compression / expansion unit (30) is discharged from the compression / expansion unit (30) through the discharge pipe (37). In this state, the refrigerant pressure is higher than the critical pressure. This discharged refrigerant is sent to the outdoor heat exchanger (23) through the first four-way switching valve (21). In the outdoor heat exchanger (23), the refrigerant flowing in is radiated to the outdoor air and cooled.

上記室外熱交換器（23）で冷却された高圧冷媒は、第２四路切換弁（22）を通り、流入管（38）から圧縮膨張ユニット（30）の膨張機構（60）へ流入する。この膨張機構（60）では、高圧冷媒が膨張し、その内部エネルギがシャフト（40）の回転動力に変換されて圧縮機構（50）に伝達される。これにより、電動機（45）の動力負荷が低減される。そして、膨張後の低温低圧の冷媒は、流出管（39）を通って圧縮膨張ユニット（30）から流出し、第２四路切換弁（22）を通って室内熱交換器（24）へ送られる。 The high-pressure refrigerant cooled in the outdoor heat exchanger (23) passes through the second four-way switching valve (22) and flows into the expansion mechanism (60) of the compression / expansion unit (30) through the inflow pipe (38). In this expansion mechanism (60), the high-pressure refrigerant expands, and its internal energy is converted into rotational power of the shaft (40) and transmitted to the compression mechanism (50). Thereby, the power load of an electric motor (45) is reduced. The low-temperature and low-pressure refrigerant after expansion flows out of the compression / expansion unit (30) through the outflow pipe (39), and is sent to the indoor heat exchanger (24) through the second four-way switching valve (22). It is done.

上記室内熱交換器（24）では、流入した冷媒が室内空気から吸熱して蒸発し、室内空気が冷却される。上記室内熱交換器（24）から出た低温低圧のガス冷媒は、第１四路切換弁（21）を通り、吸入管（36）から圧縮膨張ユニット（30）のケーシング（31）内へ吸入される。 In the indoor heat exchanger (24), the refrigerant that has flowed in absorbs heat from the room air and evaporates, thereby cooling the room air. The low-temperature and low-pressure gas refrigerant from the indoor heat exchanger (24) passes through the first four-way switching valve (21) and is sucked from the suction pipe (36) into the casing (31) of the compression / expansion unit (30). Is done.

上記圧縮膨張ユニット（30）のケーシング（31）内では、吸入された低温低圧の冷媒が膨張機構（60）および電動機（45）の周囲を順に流通する間に徐々に加熱され、膨張機構（60）および電動機（45）が冷却される。この膨張機構（60）が冷却されると、該膨張機構（60）内の冷媒が冷却され、冷媒の冷熱量が増大し、この冷媒が室内熱交換器（24）にて室内空気を冷却することになる。続いて、加熱された低圧冷媒は、圧縮機構（50）の吸入ポート（32）から吸い込まれ、再び圧縮されて圧縮膨張ユニット（30）から吐出される。 In the casing (31) of the compression / expansion unit (30), the sucked low-temperature and low-pressure refrigerant is gradually heated while sequentially flowing around the expansion mechanism (60) and the electric motor (45), and the expansion mechanism (60 ) And the motor (45) are cooled. When the expansion mechanism (60) is cooled, the refrigerant in the expansion mechanism (60) is cooled, the amount of cold heat of the refrigerant increases, and this refrigerant cools the indoor air in the indoor heat exchanger (24). It will be. Subsequently, the heated low-pressure refrigerant is sucked from the suction port (32) of the compression mechanism (50), compressed again, and discharged from the compression / expansion unit (30).

〈暖房運転〉
暖房運転時には、第１四路切換弁（21）および第２四路切換弁（22）が図１に実線で示す状態に切り換えられる。この状態で圧縮膨張ユニット（30）の電動機（45）に通電すると、冷媒回路（20）で冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。 <Heating operation>
During the heating operation, the first four-way switching valve (21) and the second four-way switching valve (22) are switched to the state shown by the solid line in FIG. When the electric motor (45) of the compression / expansion unit (30) is energized in this state, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit (20) to perform a vapor compression refrigeration cycle.

上記圧縮膨張ユニット（30）の圧縮機構（50）で圧縮された高温高圧の冷媒は、吐出管（37）を通って圧縮膨張ユニット（30）から吐出される。この状態で、冷媒の圧力は、臨界圧力よりも高くなっている。この吐出冷媒は、第１四路切換弁（21）を通って室内熱交換器（24）へ送られる。この室内熱交換器（24）では、流入した冷媒が室内空気へ放熱して冷却され、室内空気が加熱される。 The high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the compression mechanism (50) of the compression / expansion unit (30) is discharged from the compression / expansion unit (30) through the discharge pipe (37). In this state, the refrigerant pressure is higher than the critical pressure. This discharged refrigerant is sent to the indoor heat exchanger (24) through the first four-way switching valve (21). In the indoor heat exchanger (24), the refrigerant that has flowed in dissipates heat to the indoor air and is cooled, thereby heating the indoor air.

上記室内熱交換器（24）で冷却された高圧冷媒は、第２四路切換弁（22）を通り、流入管（38）から圧縮膨張ユニット（30）の膨張機構（60）へ流入する。この膨張機構（60）では、高圧冷媒が膨張し、その内部エネルギがシャフト（40）の回転動力に変換されて圧縮機構（50）に伝達される。これにより、電動機（45）の動力負荷が低減される。そして、膨張後の低温低圧の冷媒は、流出管（39）を通って圧縮膨張ユニット（30）から流出し、第２四路切換弁（22）を通って室外熱交換器（23）へ送られる。 The high-pressure refrigerant cooled in the indoor heat exchanger (24) passes through the second four-way switching valve (22) and flows into the expansion mechanism (60) of the compression / expansion unit (30) through the inflow pipe (38). In this expansion mechanism (60), the high-pressure refrigerant expands, and its internal energy is converted into rotational power of the shaft (40) and transmitted to the compression mechanism (50). Thereby, the power load of an electric motor (45) is reduced. Then, the low-temperature and low-pressure refrigerant after expansion flows out from the compression / expansion unit (30) through the outflow pipe (39), and is sent to the outdoor heat exchanger (23) through the second four-way switching valve (22). It is done.

上記室外熱交換器（23）では、流入した冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。上記室外熱交換器（23）から出た低温低圧のガス冷媒は、第１四路切換弁（21）を通り、吸入管（36）から圧縮膨張ユニット（30）のケーシング（31）内へ吸入される。 In the outdoor heat exchanger (23), the refrigerant that has flowed in absorbs heat from the outdoor air and evaporates. The low-temperature and low-pressure gas refrigerant from the outdoor heat exchanger (23) passes through the first four-way switching valve (21) and is sucked into the casing (31) of the compression / expansion unit (30) from the suction pipe (36). Is done.

上記圧縮膨張ユニット（30）のケーシング（31）内では、吸入された低温低圧の冷媒が膨張機構（60）および電動機（45）の周囲を順に流通する間に徐々に加熱され、同時に膨張機構（60）および電動機（45）が冷却される。そして、加熱された低圧冷媒は、圧縮機構（50）の吸入ポート（32）から吸い込まれ、再び圧縮されて圧縮膨張ユニット（30）から吐出される。このように、圧縮機構（50）に吸入される冷媒が加熱されると、冷媒の温熱量が増大し、この冷媒が室内熱交換器（24）にて室内空気を加熱することになる。 In the casing (31) of the compression / expansion unit (30), the sucked low-temperature and low-pressure refrigerant is gradually heated while sequentially flowing around the expansion mechanism (60) and the electric motor (45). 60) and the motor (45) are cooled. The heated low-pressure refrigerant is sucked from the suction port (32) of the compression mechanism (50), compressed again, and discharged from the compression / expansion unit (30). Thus, when the refrigerant sucked into the compression mechanism (50) is heated, the amount of heat of the refrigerant increases, and this refrigerant heats indoor air in the indoor heat exchanger (24).

〈冷房能力および暖房能力〉
上記冷房運転および暖房運転における冷媒挙動を図４を参照しながら説明する。なお、図中におけるＡ点→Ｂ点→Ｃ点→Ｄ点→Ｅ点→Ａ点のサイクルは、図７に示す従来のサイクル（ａ点→ｂ点→ｃ点→ｄ点→ｅ点→ａ点）と同じである。 <Cooling capacity and heating capacity>
The refrigerant behavior in the cooling operation and the heating operation will be described with reference to FIG. In the figure, the cycle of point A → B point → C point → D point → E point → A point is the same as the conventional cycle shown in FIG. 7 (point a → b point → c point → d point → e point → a Point).

まず、Ａ点で圧縮膨張ユニット（30）のケーシング（31）内に吸い込まれた冷媒（例えば、０℃）は、膨張機構（60）により加熱されてＦ点の冷媒（例えば、１０℃）となる。このＦ点の冷媒は、電動機（45）により加熱されてＧ点の冷媒（例えば、２０℃）となり、圧縮機構（50）に吸入される。この圧縮機構（50）では、Ｇ点の冷媒がＩ点の冷媒（例えば、８０℃）まで圧縮されて圧縮膨張ユニット（30）から吐出される。 First, the refrigerant (for example, 0 ° C.) sucked into the casing (31) of the compression / expansion unit (30) at the point A is heated by the expansion mechanism (60) to become the refrigerant at the point F (for example, 10 ° C.). Become. The refrigerant at point F is heated by the electric motor (45) to become a refrigerant at point G (for example, 20 ° C.) and sucked into the compression mechanism (50). In this compression mechanism (50), the refrigerant at point G is compressed to the refrigerant at point I (for example, 80 ° C.) and discharged from the compression / expansion unit (30).

このＩ点の冷媒は、室内熱交換器（24）または室外熱交換器（23）にて冷却されてＤ点の冷媒（例えば、３０℃）となる。このＤ点の冷媒は、膨張機構（60）にて減圧されるが、その際にＡ点の冷媒によってＪ点まで冷却され、圧縮膨張ユニット（30）から送り出される。 The refrigerant at the point I is cooled by the indoor heat exchanger (24) or the outdoor heat exchanger (23) to become a refrigerant at the point D (for example, 30 ° C.). The refrigerant at point D is depressurized by the expansion mechanism (60), but at that time, it is cooled to point J by the refrigerant at point A and sent out from the compression / expansion unit (30).

このＪ点の冷媒は、室外熱交換器（23）または室内熱交換器（24）にて蒸発してＡ点の冷媒（例えば、０℃）となる。このＡ点の冷媒は、再び膨張機構（60）および電動機（45）を冷却し、圧縮機構（50）に吸入される。 The refrigerant at point J evaporates in the outdoor heat exchanger (23) or the indoor heat exchanger (24) and becomes point A refrigerant (for example, 0 ° C.). The refrigerant at point A again cools the expansion mechanism (60) and the electric motor (45), and is sucked into the compression mechanism (50).

このように、圧縮機構（50）で圧縮された冷媒をケーシング（31）の内部空間ではなくケーシング（31）の外部へ直接吐出させるようにしたので、その吐出冷媒が膨張機構（60）によって冷却されることはなく、吐出冷媒の熱ロスを防止して温熱量の低下を防止することができる。また、上記ケーシング（31）内に吸入されたＡ点の冷媒を膨張機構（60）および電動機（45）によって加熱するようにしたので、上述した効果と相まって室内熱交換器（24）または室外熱交換器（23）における冷媒のエンタルピをΔＨ１（Ｃ点→Ｉ点）だけ増大させることができる。これにより、暖房運転の場合、室内熱交換器（24）における冷媒の温熱量を増大させることができ、暖房能力（加熱能力）を向上させることができる。 As described above, the refrigerant compressed by the compression mechanism (50) is directly discharged to the outside of the casing (31), not to the internal space of the casing (31), so that the discharged refrigerant is cooled by the expansion mechanism (60). However, the heat loss of the discharged refrigerant can be prevented to prevent a decrease in the amount of heat. In addition, since the refrigerant at point A sucked into the casing (31) is heated by the expansion mechanism (60) and the electric motor (45), combined with the above-described effects, the indoor heat exchanger (24) or the outdoor heat The enthalpy of the refrigerant in the exchanger (23) can be increased by ΔH1 (C point → I point). Thereby, in the case of heating operation, the amount of heat of the refrigerant in the indoor heat exchanger (24) can be increased, and the heating capacity (heating capacity) can be improved.

上記膨張機構（60）においては、上述したように、圧縮機構（50）の吐出冷媒によって加熱されることがないので、膨張機構（60）内の冷媒の熱ロスを防止して冷熱量の低下を防止することができる。また、上記膨張機構（60）をケーシング（31）内に吸入されたＡ点の冷媒によって冷却するようにしたので、上述した効果と相まって室外熱交換器（23）または室内熱交換器（24）における冷媒のエンタルピをΔＨ２（Ｅ点→Ｊ点）だけ増大させることができる。これにより、冷房運転の場合、室内熱交換器（24）における冷媒の冷熱量を増大させることができ、冷房能力（冷却能力）を向上させることができる。 Since the expansion mechanism (60) is not heated by the refrigerant discharged from the compression mechanism (50) as described above, the heat loss of the refrigerant in the expansion mechanism (60) is prevented, and the amount of cold heat is reduced. Can be prevented. Further, since the expansion mechanism (60) is cooled by the refrigerant at point A sucked into the casing (31), combined with the above-described effects, the outdoor heat exchanger (23) or the indoor heat exchanger (24) The enthalpy of the refrigerant at can be increased by ΔH2 (E point → J point). Thereby, in the case of cooling operation, the amount of refrigerant heat in the indoor heat exchanger (24) can be increased, and the cooling capacity (cooling capacity) can be improved.

−実施形態の効果−
以上説明したように、本実施形態１によれば、ケーシング（31）の流入管（38）および流出管（39）を冷媒回路（20）と膨張機構（60）とに接続する一方、吐出管（37）を冷媒回路（20）と圧縮機構（50）とに接続し、吸入管（36）を冷媒回路（20）に接続すると共にケーシング（31）の内部空間に開口させるようにしたので、膨張機構（60）が圧縮機構（50）の高温の吐出冷媒によって加熱されたり、また高温の吐出冷媒が膨張機構（60）によって冷却されることもない。また、上記膨張機構（60）における膨張冷媒が電動機（45）によって加熱されることもない。これらにより、圧縮機構（50）の圧縮冷媒および膨張機構（60）の膨張冷媒における熱ロスを防止することができる。この結果、室内熱交換器（24）における冷媒の冷熱量または温熱量の低下を防止することができ、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける冷却能力および加熱能力である冷房能力および暖房能力を向上させることができる。 -Effect of the embodiment-
As described above, according to the first embodiment, the inflow pipe (38) and the outflow pipe (39) of the casing (31) are connected to the refrigerant circuit (20) and the expansion mechanism (60), while the discharge pipe (37) was connected to the refrigerant circuit (20) and the compression mechanism (50), and the suction pipe (36) was connected to the refrigerant circuit (20) and opened to the internal space of the casing (31). The expansion mechanism (60) is not heated by the high-temperature discharge refrigerant of the compression mechanism (50), and the high-temperature discharge refrigerant is not cooled by the expansion mechanism (60). Further, the expansion refrigerant in the expansion mechanism (60) is not heated by the electric motor (45). Thus, heat loss in the compression refrigerant of the compression mechanism (50) and the expansion refrigerant of the expansion mechanism (60) can be prevented. As a result, it is possible to prevent a decrease in the amount of cold or warm heat of the refrigerant in the indoor heat exchanger (24), and to improve the cooling capacity and the heating capacity that are the cooling capacity and the heating capacity in the vapor compression refrigeration cycle. it can.

特に、本実施形態では、上記圧縮機構（50）と膨張機構（60）との間に電動機（45）を配置するようにし、且つ、吸入管（36）をケーシング（31）の膨張機構（60）側の端部に設けて膨張機構（60）に向かって開口させるようにしたので、吸入管（36）より吸い込まれた低温低圧の冷媒を膨張機構（60）および電動機（45）と順に接触させることができる。これにより、低温低圧の冷媒を膨張機構（60）によって加熱した後、さらに電動機（45）によって加熱することができる。したがって、圧縮機構（50）における圧縮冷媒の温熱量を増大させることができる。また、同時に膨張機構（60）が低温低圧の冷媒によって冷却することができるので、膨張機構（60）における膨張冷媒の冷熱量を増大させることができる。これらの結果、暖房能力および冷房能力が一層向上する。 In particular, in the present embodiment, the electric motor (45) is disposed between the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (60), and the suction pipe (36) is connected to the expansion mechanism (60) of the casing (31). ) Side end and opened toward the expansion mechanism (60), so the low-temperature and low-pressure refrigerant sucked from the suction pipe (36) contacts the expansion mechanism (60) and the electric motor (45) in this order. Can be made. Thus, after the low-temperature and low-pressure refrigerant is heated by the expansion mechanism (60), it can be further heated by the electric motor (45). Therefore, the amount of heat of the compressed refrigerant in the compression mechanism (50) can be increased. At the same time, the expansion mechanism (60) can be cooled by the low-temperature and low-pressure refrigerant, so that the amount of cold heat of the expansion refrigerant in the expansion mechanism (60) can be increased. As a result, the heating capacity and the cooling capacity are further improved.

また、上記吸入管（36）を膨張機構（60）に向かって開口させるようにしたため、低温低圧の冷媒を確実に膨張機構（60）と接触させ、膨張機構（60）を確実に冷却することができる。 Further, since the suction pipe (36) is opened toward the expansion mechanism (60), the low-temperature and low-pressure refrigerant is surely brought into contact with the expansion mechanism (60), and the expansion mechanism (60) is reliably cooled. Can do.

また、上記電動機（45）が低温低圧の冷媒によって冷却されるので、電動機（45）の温度が過剰に上昇するのを抑制することができる。この結果、機器の信頼性を向上させることができる。 Further, since the electric motor (45) is cooled by the low-temperature and low-pressure refrigerant, it is possible to suppress the temperature of the electric motor (45) from rising excessively. As a result, the reliability of the device can be improved.

また、上記膨張機構（60）に冷却フィン群（90）を設けるようにしたので、吸入管（36）から吸い込まれた低温低圧の冷媒と膨張機構（60）との接触面積を増大させることができ、膨張機構（60）を一層冷却することができると共に、低温低圧の冷媒を一層加熱することができる。 Further, since the cooling fin group (90) is provided in the expansion mechanism (60), the contact area between the low-temperature and low-pressure refrigerant sucked from the suction pipe (36) and the expansion mechanism (60) can be increased. In addition, the expansion mechanism (60) can be further cooled, and the low-temperature and low-pressure refrigerant can be further heated.

また、上記膨張機構（60）において冷媒の膨張により発生した動力を回収し、その回収動力を圧縮機構（50）に伝達するようにしたので、電動機（45）の必要動力を低減することができる。これにより、空調機（10）の運転効率を向上させることができる。 Further, since the power generated by the expansion of the refrigerant in the expansion mechanism (60) is recovered and the recovered power is transmitted to the compression mechanism (50), the required power of the electric motor (45) can be reduced. . Thereby, the operating efficiency of an air conditioner (10) can be improved.

また、上記冷媒回路（20）の冷媒に二酸化炭素を用いたので、二酸化炭素を超臨界状態まで圧縮してより高温高圧の冷媒となっても、膨張機構（60）における膨張冷媒の熱ロスを確実に防止することができる。 In addition, since carbon dioxide is used as the refrigerant in the refrigerant circuit (20), even if the carbon dioxide is compressed to a supercritical state and becomes a higher temperature and pressure refrigerant, the heat loss of the expanded refrigerant in the expansion mechanism (60) is reduced. It can be surely prevented.

また、上記ケーシング（31）内において、冷媒が上部から下部へ向かって流れるので、膨張機構（60）などの摺動部に供給された潤滑油が底部の油溜りへ戻るのを促進することができる。これにより、より円滑な潤滑を行うことができる。 Further, in the casing (31), the refrigerant flows from the upper part toward the lower part, so that the lubricating oil supplied to the sliding part such as the expansion mechanism (60) can be promoted to return to the oil sump at the bottom part. it can. Thereby, smoother lubrication can be performed.

《発明の実施形態２》
次に、本発明の実施形態２を図面に基づいて説明する。 << Embodiment 2 of the Invention >>
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施形態２は、図５に示すように、上記実施形態１における吸入管（36）の配置を変更し、且つ、膨張機構（60）の冷却フィン群（90）を省略したものである。 In the second embodiment, as shown in FIG. 5, the arrangement of the suction pipe (36) in the first embodiment is changed, and the cooling fin group (90) of the expansion mechanism (60) is omitted.

上記吸入管（36）は、ケーシング（31）における側面の中央部に設けられている。そして、上記吸入管（36）は、一端がケーシング（31）を貫通して冷媒回路（20）の配管に接続され、他端が膨張機構（60）と電動機（45）との間の左側に位置している。つまり、上記吸入管（36）は、ケーシング（31）内の膨張機構（60）の下方近傍に開口している。 The suction pipe (36) is provided at the center of the side surface of the casing (31). The suction pipe (36) has one end penetrating the casing (31) and connected to the piping of the refrigerant circuit (20), and the other end on the left side between the expansion mechanism (60) and the electric motor (45). positioned. That is, the suction pipe (36) opens near the lower part of the expansion mechanism (60) in the casing (31).

この場合、吸入管（36）を通じてケーシング（31）の内部空間へ吸い込まれた冷媒は、主として、膨張機構（60）および電動機（45）の間を流れて膨張機構（60）および電動機（45）を冷却し、その後圧縮機構（50）へ向かって流れる。その他の構成、作用および効果は実施形態１と同様である。 In this case, the refrigerant sucked into the internal space of the casing (31) through the suction pipe (36) mainly flows between the expansion mechanism (60) and the electric motor (45), and then the expansion mechanism (60) and the electric motor (45). Is cooled and then flows toward the compression mechanism (50). Other configurations, operations, and effects are the same as those of the first embodiment.

《発明の実施形態３》
次に、本発明の実施形態３を図面に基づいて説明する。 << Embodiment 3 of the Invention >>
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施形態３は、図６に示すように、上記実施形態２における吸入管（36）の配置および数量を変更したものである。具体的に、上記ケーシング（31）は、２本の吸入管（36,36）を備えている。この各吸入管（36,36）は、一端が圧縮機構（50）の吸入ポート（32,32）にそれぞれ接続され、他端がケーシング（31）を貫通して冷媒回路（20）の配管に接続されている。つまり、上記各吸入管（36）は、低温低圧の冷媒をケーシング（31）の外部から圧縮機構（50）へ導くように構成されている。 In the third embodiment, as shown in FIG. 6, the arrangement and quantity of the suction pipe (36) in the second embodiment are changed. Specifically, the casing (31) includes two suction pipes (36, 36). One end of each of the suction pipes (36, 36) is connected to the suction port (32, 32) of the compression mechanism (50), and the other end passes through the casing (31) to the piping of the refrigerant circuit (20). It is connected. That is, each of the suction pipes (36) is configured to guide the low-temperature and low-pressure refrigerant from the outside of the casing (31) to the compression mechanism (50).

本実施形態では、室内熱交換器（24）または室外熱交換器（23）にて蒸発した低温低圧の冷媒は、吸入管（36）を通じてケーシング（31）の内部空間にではなく圧縮機構（50）に直接吸入される。つまり、本実施形態においても、圧縮膨張ユニット（30）が低圧ドーム型に構成されている。この場合、圧縮機構（50）へ吸入される冷媒が膨張機構（60）および電動機（45）によって加熱されず、また膨張機構（60）および電動機（45）が圧縮機構（50）へ吸入される冷媒によって冷却されないが、圧縮機構（50）の吐出冷媒および膨張機構（60）内の冷媒の何れの熱ロスも防止することはできる。したがって、従来に比べて、暖房能力および冷房能力の何れも向上させることができる。その他の構成、作用および効果は実施形態２と同様である。 In the present embodiment, the low-temperature and low-pressure refrigerant evaporated in the indoor heat exchanger (24) or the outdoor heat exchanger (23) is not transferred to the internal space of the casing (31) through the suction pipe (36) but to the compression mechanism (50 ) Directly inhaled. That is, also in this embodiment, the compression / expansion unit (30) is configured as a low-pressure dome shape. In this case, the refrigerant sucked into the compression mechanism (50) is not heated by the expansion mechanism (60) and the electric motor (45), and the expansion mechanism (60) and the electric motor (45) are sucked into the compression mechanism (50). Although not cooled by the refrigerant, any heat loss of the refrigerant discharged from the compression mechanism (50) and the refrigerant in the expansion mechanism (60) can be prevented. Therefore, both the heating capacity and the cooling capacity can be improved as compared with the prior art. Other configurations, operations, and effects are the same as those of the second embodiment.

《その他の実施形態》
本発明は、上記各実施形態について、以下のような構成としてもよい。 << Other Embodiments >>
The present invention may be configured as follows for each of the above embodiments.

例えば、上記実施形態２において、膨張機構（60）に実施形態１の冷却フィン群（90）を設けるようにしてもよい。この場合、膨張機構（60）が吸入管（36）より吸い込まれた低温低圧の冷媒によって一層冷却されると共に、その低温低圧の冷媒が加熱される。この結果、暖房能力および冷房能力をより向上させることができる。 For example, in the second embodiment, the cooling fin group (90) of the first embodiment may be provided in the expansion mechanism (60). In this case, the expansion mechanism (60) is further cooled by the low-temperature and low-pressure refrigerant sucked from the suction pipe (36), and the low-temperature and low-pressure refrigerant is heated. As a result, the heating capacity and the cooling capacity can be further improved.

また、上記実施形態１および２における吸入管（36）の配置および形状は、これに限らず、吸入管（36）が膨張機構（60）の近傍に開口し、吸い込まれた冷媒によって膨張機構（60）が冷却される範囲であれば、如何なる配置または形状であってもよい。 In addition, the arrangement and shape of the suction pipe (36) in Embodiments 1 and 2 are not limited to this, and the suction pipe (36) opens in the vicinity of the expansion mechanism (60), and the expansion mechanism ( Any arrangement or shape may be used as long as 60) is within the range to be cooled.

また、上記各実施形態では、冷媒として二酸化炭素を用いたが、これに限られるものではない。 Moreover, in each said embodiment, although the carbon dioxide was used as a refrigerant | coolant, it is not restricted to this.

以上説明したように、本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いられ、圧縮機と膨張機とが１つのケーシング内に収納された流体機械として有用である。 As described above, the present invention is useful as a fluid machine that is used in a vapor compression refrigeration cycle and in which a compressor and an expander are housed in one casing.

空調機を示す配管系統図である。It is a piping system diagram showing an air conditioner. 実施形態１に係る圧縮膨張ユニットを示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view showing a compression / expansion unit according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る圧縮膨張ユニット内における冷媒の流れを模式的に示す縦断面図である。3 is a longitudinal sectional view schematically showing a refrigerant flow in the compression / expansion unit according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る各運転時の冷媒挙動を示すモリエル線図である。FIG. 3 is a Mollier diagram showing the refrigerant behavior during each operation according to the first embodiment. 実施形態２に係る圧縮膨張ユニットを示す縦断面図である。6 is a longitudinal sectional view showing a compression / expansion unit according to Embodiment 2. FIG. 実施形態３に係る圧縮膨張ユニットを示す縦断面図である。6 is a longitudinal sectional view showing a compression / expansion unit according to Embodiment 3. FIG. 従来の流体機械を用いた空調機における冷媒挙動を説明するためのモリエル線図である。It is a Mollier diagram for demonstrating the refrigerant | coolant behavior in the air conditioner using the conventional fluid machine.

符号の説明Explanation of symbols

30 圧縮膨張ユニット（流体機械）
31 ケーシング
36 吸入管
37 吐出管
38 流入管
39 流出管
45 電動機
50 圧縮機構
60 膨張機構
90 冷却フィン群 30 Compression / expansion unit (fluid machinery)
31 Casing
36 Suction tube
37 Discharge pipe
38 Inflow pipe
39 Outflow pipe
45 Electric motor
50 Compression mechanism
60 Expansion mechanism
90 Cooling fin group

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機構（50）と、該圧縮機構（50）を駆動する電動機（45）と、冷媒が膨張する膨張機構（60）とが１つの密閉されたケーシング（31）内に収納され、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路に接続される流体機械であって、
上記ケーシング（31）は、冷媒をケーシング（31）の外部から膨張機構（60）へ導く流入管（38）と、膨張後の冷媒を膨張機構（60）からケーシング（31）の外部へ導く流出管（39）とを備える一方、
上記ケーシング（31）は、圧縮機構（50）で圧縮された冷媒を該圧縮機構（50）からケーシング（31）の外部へ導く吐出管（37）と、冷媒をケーシング（31）の外部から圧縮機構（50）またはケーシング（31）の内部空間へ導く吸入管（36）とを備えている
ことを特徴とする流体機械。 A compression mechanism (50) that compresses the refrigerant, an electric motor (45) that drives the compression mechanism (50), and an expansion mechanism (60) that expands the refrigerant are housed in a single sealed casing (31). A fluid machine connected to a refrigerant circuit that performs a vapor compression refrigeration cycle by circulating refrigerant,
The casing (31) includes an inflow pipe (38) for guiding the refrigerant from the outside of the casing (31) to the expansion mechanism (60), and an outflow for guiding the expanded refrigerant from the expansion mechanism (60) to the outside of the casing (31). While comprising a tube (39),
The casing (31) includes a discharge pipe (37) for guiding the refrigerant compressed by the compression mechanism (50) from the compression mechanism (50) to the outside of the casing (31), and compressing the refrigerant from the outside of the casing (31). A fluid machine comprising: a mechanism (50) or a suction pipe (36) leading to an internal space of the casing (31).

請求項１において、
上記吸入管（36）は、冷媒をケーシング（31）の外部からケーシング（31）の内部空間へ導き、且つ、膨張機構（60）の近傍へ導く
ことを特徴とする流体機械。 In claim 1,
The suction pipe (36) guides the refrigerant from the outside of the casing (31) to the internal space of the casing (31) and to the vicinity of the expansion mechanism (60).

請求項２において、
上記圧縮機構（50）と膨張機構（60）とは、間に電動機（45）を配して配列され、
上記吸入管（36）は、ケーシング（31）の膨張機構（60）側の端部に設けられ、膨張機構（60）に向かって開口している
ことを特徴とする流体機械。 In claim 2,
The compression mechanism (50) and the expansion mechanism (60) are arranged with an electric motor (45) interposed therebetween,
The fluid machine according to claim 1, wherein the suction pipe (36) is provided at an end of the casing (31) on the expansion mechanism (60) side and opens toward the expansion mechanism (60).

請求項２または３において、
上記膨張機構（60）は、吸入管（36）より導かれた冷媒と接触する冷却フィン群（90）を備えている
ことを特徴とする流体機械。 In claim 2 or 3,
The fluid machine according to claim 1, wherein the expansion mechanism (60) includes a cooling fin group (90) in contact with the refrigerant guided from the suction pipe (36).

請求項１〜４において、
上記膨張機構（60）は、冷媒の膨張により発生した動力を回収して圧縮機構（50）を駆動するように構成されている
ことを特徴とする流体機械。 In claims 1 to 4,
The fluid machine, wherein the expansion mechanism (60) is configured to recover power generated by expansion of the refrigerant and drive the compression mechanism (50).

請求項１〜５の何れか１項において、
上記冷媒回路の冷媒は、二酸化炭素である
ことを特徴とする流体機械。
In any one of Claims 1-5,
The fluid machine according to claim 1, wherein the refrigerant in the refrigerant circuit is carbon dioxide.