JP2006144578A - Expander-integral type compressor - Google Patents

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Hiroshi Hasegawa
寛 長谷川
Masaru Matsui
大 松井
Atsuo Okaichi
敦雄 岡市
Yuji Ogata
雄司 尾形
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve reliability by preventing occurrence of abnormal abrasion and twisting by absorbing shaft deviation in a shaft coupling part for connecting a compressor and an expander in an expander-integral type compressor. <P>SOLUTION: Coupling ends of a drive shaft 45 in a compression part 42 and of a power recovering shaft 46 in an expander part are provided with small diameter parts 45a, 46a. A coil spring 47 of an elastic body is fitted to the small diameter parts 45a, 46a. The drive shaft 45 is coupled with the power recovering shaft 46. By so doing, the shaft deviation in the drive shaft 45 and the power recovering shaft 46 is accommodated by the coil spring 47. The drive shaft 45 and the power recovering shaft 46 are prevented from generating twisting in a bearing. Therefore, the highly reliable expander-integral type compressor can be offered. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、冷蔵庫、空調機等に用いられる蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、膨張機での回収エネルギーを圧縮機へ伝達することにより高効率化が可能である膨張機一体型圧縮機に関する。   The present invention relates to an expander-integrated compressor capable of increasing efficiency by transmitting recovered energy in an expander to a compressor in a vapor compression refrigeration cycle used in a refrigerator, an air conditioner, or the like.

従来から、冷凍サイクルに用いられる膨張機一体型圧縮機としては、特許文献１等に開示されている。また、その他の用途として、ランキンサイクルで駆動される膨張機と冷凍サイクルの圧縮機から成る膨張機一体型圧縮機が、特許文献２等に開示されている。
従来の膨張機一体型圧縮機の構成について、図７、図８を用いて説明する。図７は従来の冷凍サイクルの構成図であり、（ａ）は冷凍サイクル、（ｂ）は膨張機を用いた冷凍サイクル、（ｃ）は冷凍サイクルのモリエル線図である。
（ａ）の従来の冷凍サイクルは、圧縮機１、放熱器２、膨張弁３、吸熱器４、及び圧縮機１を駆動するモータ１ａから構成されており、冷凍サイクルの作動流体は、圧縮機１で高圧に圧縮され、放熱器２で冷却された後、膨張弁３で減圧され、吸熱器４で加熱され常温になる。この冷凍サイクルは（ｃ）のモリエル線図上で、ＡＢＣＤで示されるものであり、膨張弁３で作動流体はＣからＤへ等エンタルピー変化で減圧するため、高圧の作動流体が持つエネルギーを有効に利用することができなかった。
それに対し、（ｂ）の膨張機を用いた冷凍サイクルでは、膨張弁３の代わりに膨張機５が備えられ、膨張機５と圧縮機１はシャフト６で連結されており、従来の冷凍サイクルにおいて、膨張弁３で等エンタルピー変化で減圧されていた作動流体は、膨張機５で高圧から低圧に断熱膨張で減圧しながら膨張機５を回転させ、この回転動力がモータ１ａとともに圧縮機１を駆動する。この冷凍サイクルは（ｃ）のモリエル線図上で、ＡＢＣＤ´で示されるものであり、膨張機５の断熱膨張ＣＤ´の過程にて回収した動力分だけ圧縮機を駆動するモータ１ａのエネルギーを低減するとともに、吸熱器４で吸熱することができるエネルギー、すなわち、冷凍サイクルの低熱源側から吸熱することができるエネルギーをＤＡからＤ´Ａに相当する分まで増加させることができるので、冷凍サイクルを高効率化できる。このように膨張機一体型圧縮機は、圧縮機１と膨張機５を一体化して構成したものである。
図８は、特許文献１に開示されている従来の冷凍サイクル用途の膨張機一体型圧縮機の断面図である。本膨張機一体型圧縮機は、冷凍サイクルの作動流体を圧縮する圧縮機部１１と、この圧縮機部１１とシャフト１２で連結され、冷凍サイクルの作動流体が断熱膨張するエネルギーを回収し、シャフト１２を介して圧縮機部１１を駆動する膨張機部１３と、シャフト１２を介して圧縮機部１１を駆動するモータ１４が備えられている。
本膨張機一体型圧縮機の圧縮機部１１は、いわゆるロータリ式であり、シリンダ１６、ピストン１７、上側軸受部材１８、下側軸受部材１９、及びシリンダ１６のベーン溝（図示せず）のベーン（図示せず）から構成されている。そして、圧縮機部１１は、上側軸受部材１８を密閉容器１５に溶接することにより、密閉容器１５に固定されている。また、膨張機部１３は、いわゆるスクロール式であり、固定スクロール２０、旋回スクロール２１、旋回スクロール２１の自転運動を防止するオルダムリング２２、及びフレーム２３から構成されている。そして、膨張機部１３は、フレーム２３を密閉容器１５に溶接することにより、密閉容器１５に固定されている。
密閉容器１５の内部空間は、このフレーム２３により圧縮機部１１側の空間２４と膨張機部１３側の空間２５に分離されている。密閉容器１５には冷凍サイクルから圧縮機部１１に低圧の作動流体を供給する吸入管２６と、高圧の作動流体を冷凍サイクルに戻す吐出管２７が、また、冷凍サイクルから膨張機部１３に高圧の作動流体を供給する流入管２８と、低圧の作動流体を冷凍サイクルに戻す流出管２９が備えられている。
図９は、特許文献２に開示されている他の従来の膨張機一体型圧縮機の断面図である。本膨張機一体型圧縮機は、ランキンサイクルで駆動される膨張機部３１と、冷凍サイクルを駆動する圧縮機部３２を備えており、ランキンサイクルにて膨張機部３１が得た動力で冷凍サイクルの圧縮機部３２を駆動する。本膨張機一体型圧縮機は、ランキンサイクルの膨張機部３１を用いて圧縮機部３２を駆動しており、モータを必要としないという点で特許文献１の膨張機一体型圧縮機とは異なるが、それ以外の点では膨張機一体型圧縮機としての基本構成は略同様である。
本膨張機一体型圧縮機の膨張機部３１は、いわゆるスクロール式であり、圧縮機部３２は、いわゆる２ピストンロータリ式である。膨張機部３１の構成は、特許文献１の膨張機部１３と略同様である。また、圧縮機部３２の構成も２ピストン式である点を除き、特許文献１のロータリ式の圧縮機部１１と略同様である。膨張機部３１のシャフト３３と圧縮機部３２のシャフト３４は継手３５を介して連結されている。
特開２００３−１３８９０１号公報 特開平１０−２６６９８０号公報 Conventionally, an expander-integrated compressor used in a refrigeration cycle is disclosed in Patent Document 1 and the like. As another application, an expander-integrated compressor including an expander driven by a Rankine cycle and a compressor of a refrigeration cycle is disclosed in Patent Document 2 and the like.
The configuration of a conventional expander-integrated compressor will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional refrigeration cycle, where (a) is a refrigeration cycle, (b) is a refrigeration cycle using an expander, and (c) is a Mollier diagram of the refrigeration cycle.
The conventional refrigeration cycle of (a) is composed of a compressor 1, a radiator 2, an expansion valve 3, a heat absorber 4, and a motor 1a for driving the compressor 1, and the working fluid of the refrigeration cycle is a compressor. After being compressed to a high pressure by 1 and cooled by the radiator 2, the pressure is reduced by the expansion valve 3 and heated by the heat absorber 4 to normal temperature. This refrigeration cycle is indicated by ABCD on the Mollier diagram of (c), and the working fluid is decompressed with an enthalpy change from C to D by the expansion valve 3, so the energy of the high-pressure working fluid is effective. Could not be used.
On the other hand, in the refrigeration cycle using the expander of (b), the expander 5 is provided instead of the expansion valve 3, and the expander 5 and the compressor 1 are connected by the shaft 6, and in the conventional refrigeration cycle, The working fluid that has been depressurized by the enthalpy change at the expansion valve 3 rotates the expander 5 while the pressure is reduced by adiabatic expansion from the high pressure to the low pressure by the expander 5, and this rotational power drives the compressor 1 together with the motor 1a. To do. This refrigeration cycle is indicated by ABCD 'on the Mollier diagram of (c), and the energy of the motor 1a that drives the compressor by the amount of power recovered in the process of the adiabatic expansion CD' of the expander 5 is obtained. Since the energy that can be absorbed and absorbed by the heat absorber 4, that is, the energy that can be absorbed from the low heat source side of the refrigeration cycle, can be increased from DA to D′ A, the refrigeration cycle Can be made highly efficient. As described above, the expander-integrated compressor is configured by integrating the compressor 1 and the expander 5.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional expander-integrated compressor disclosed in Patent Document 1 for use in a refrigeration cycle. This expander-integrated compressor is connected to a compressor unit 11 that compresses the working fluid of the refrigeration cycle, and the compressor unit 11 and the shaft 12, and collects energy for adiabatic expansion of the working fluid of the refrigeration cycle. An expander unit 13 that drives the compressor unit 11 through 12 and a motor 14 that drives the compressor unit 11 through the shaft 12 are provided.
The compressor section 11 of the present expander-integrated compressor is of a so-called rotary type, and is a vane of a cylinder 16, a piston 17, an upper bearing member 18, a lower bearing member 19, and a vane groove (not shown) of the cylinder 16. (Not shown). The compressor unit 11 is fixed to the sealed container 15 by welding the upper bearing member 18 to the sealed container 15. The expander unit 13 is a so-called scroll type, and includes a fixed scroll 20, a turning scroll 21, an Oldham ring 22 that prevents the turning movement of the turning scroll 21, and a frame 23. The expander unit 13 is fixed to the sealed container 15 by welding the frame 23 to the sealed container 15.
The internal space of the sealed container 15 is separated by the frame 23 into a space 24 on the compressor unit 11 side and a space 25 on the expander unit 13 side. The closed vessel 15 includes a suction pipe 26 that supplies a low-pressure working fluid from the refrigeration cycle to the compressor unit 11, and a discharge pipe 27 that returns the high-pressure working fluid to the refrigeration cycle. And an outflow pipe 29 for returning the low-pressure working fluid to the refrigeration cycle.
FIG. 9 is a cross-sectional view of another conventional expander-integrated compressor disclosed in Patent Document 2. In FIG. This expander-integrated compressor includes an expander unit 31 that is driven by a Rankine cycle and a compressor unit 32 that drives the refrigeration cycle, and the refrigeration cycle is driven by the power obtained by the expander unit 31 in the Rankine cycle. The compressor unit 32 is driven. The present expander-integrated compressor is different from the expander-integrated compressor of Patent Document 1 in that the compressor section 32 is driven using the expander section 31 of the Rankine cycle and does not require a motor. However, in other respects, the basic configuration as an expander-integrated compressor is substantially the same.
The expander part 31 of the present expander-integrated compressor is a so-called scroll type, and the compressor part 32 is a so-called two-piston rotary type. The configuration of the expander unit 31 is substantially the same as that of the expander unit 13 of Patent Document 1. Moreover, the structure of the compressor part 32 is also substantially the same as the rotary compressor part 11 of patent document 1 except the point which is a 2 piston type. The shaft 33 of the expander unit 31 and the shaft 34 of the compressor unit 32 are connected via a joint 35.
JP 2003-138901 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-266980

特許文献１に開示されている膨張機一体型圧縮機においては、圧縮機部１１と膨張機部１３は共通のシャフト１２で連結されている。また、圧縮機部１１と膨張機部１３はそれぞれ密閉容器１５に溶接により固定されている。従って、膨張機一体型圧縮機の組立ての順序としては、まず、シャフト１２によって連結された圧縮機部１１と膨張機部１３を組立てておき、次に、圧縮機部１１と膨張機部１３をそれぞれ密閉容器１５に固定する。
ところで、シャフト１２は、圧縮機部１１側では上側軸受部材１８及び下側軸受部材１９と、また膨張機部１３側ではフレーム２３の軸受と、微小なクリアランスを介して嵌合する。これらクリアランスは、通常、数マイクロメートルから数十マイクロメートル程度である。このようなクリアランスを実現するためには、圧縮機部１１と膨張機部１３のシャフト１２に関する相対位置はクリアランスと同程度の誤差に収まらなくてはならない。
しかし、圧縮機部１１と膨張機部１３の相対位置は、密閉容器１５に対して溶接される際に、溶接の位置決めの誤差や、溶接に伴う熱変形のために、数十マイクロメートル以内の誤差に納めるのは困難である。
従って、このように溶接の結果、圧縮機部１１と膨張機部１３の軸がクリアランス以上の誤差により一致しない場合、シャフト１２は、圧縮機部１１側の上側軸受部材１８及び下側軸受部材１９や、膨張機部１３のフレーム２３に設置された軸受に対して、クリアランス以上に傾いた状態となり、シャフト１２と軸受での片当りにより異常摩耗が生じたり、あるいはシャフト１２が軸受でこじりを生じて回らないという問題が生じる。
また、圧縮機部１１と膨張機部１３で共通のシャフト１２を用いることから、圧縮機部１１の組立てを先に行った場合、膨張機部１３の組立ての際にはシャフト１２に圧縮機部１１が組みつけられた状態で作業を行わなくてはならず、膨張機部１３のクリアランス調整が困難であり、作業性が悪いという問題を生じる。
そこで、特許文献２に開示されている膨張機一体型圧縮機では、膨張機部３１の動力回収シャフト３３と圧縮機部３２の駆動シャフト３４が、継手３５によって連結されている。この場合、膨張機部３１と圧縮機部３２はそれぞれ別々に組立てることが可能であるので、膨張機部３１と圧縮機部３２の組立てにおいての作業性の悪化は生じない。
また、継手３５にスプライン継手を用いて、動力回収シャフト３３と駆動シャフト３４が連動して動力伝達させる方式とすれば、膨張機部３１と圧縮機部３２が密閉容器３５に溶接される際の位置誤差があり、動力回収シャフト３３と駆動シャフト３４の軸が完全に一致しない場合でも、スプライン継手のクリアランスの範囲内では継手３５が動力回収シャフト３３や駆動シャフト３４の軸のずれを吸収することができるので、動力回収シャフト３３や駆動シャフト３４の軸受に対する片当りやこじりは生じない。
しかし、スプライン継手のクリアランスは微小であり、その範囲を超えると軸のずれを吸収することができないので、特許文献１の場合と同様に、動力回収シャフト３３や駆動シャフト３４と各々の軸受との間で片当りにより異常摩耗が生じたり、あるいは動力回収シャフト３３や駆動シャフト３４が軸受でこじりを生じて回らないという問題が生じる。 また、膨張機部３１と圧縮機部３２は、スクロール型やロータリ型といった容積型の機構を用いているので、間欠的に作動流体を吸入しながら膨張あるいは圧縮させるため、動力回収シャフト３３のトルクや駆動シャフト３４の負荷に変動を発生させる。そして、トルク及び負荷の変動タイミングの異なる動力回収シャフト３３と駆動シャフト３４とを継手３５を介して連結することにより、継手３５のクリアランス内で振動による微小な摺動が生じ、継手３５が摩耗により破壊する等、信頼性を著しく低下させていた。同時に、動力回収シャフト３３のトルクと駆動シャフト３４の負荷に変動のタイミングが異なることから軸周りの振動が発生していた。 In the expander-integrated compressor disclosed in Patent Document 1, the compressor unit 11 and the expander unit 13 are connected by a common shaft 12. Moreover, the compressor part 11 and the expander part 13 are being fixed to the airtight container 15 by welding, respectively. Therefore, as an assembly order of the expander-integrated compressor, first, the compressor unit 11 and the expander unit 13 connected by the shaft 12 are assembled, and then the compressor unit 11 and the expander unit 13 are assembled. Each is fixed to the sealed container 15.
By the way, the shaft 12 is fitted to the upper bearing member 18 and the lower bearing member 19 on the compressor part 11 side, and to the bearings of the frame 23 on the expander part 13 side through a minute clearance. These clearances are usually about several micrometers to several tens of micrometers. In order to realize such a clearance, the relative positions of the compressor unit 11 and the expander unit 13 with respect to the shaft 12 must be within an error equivalent to the clearance.
However, the relative positions of the compressor unit 11 and the expander unit 13 are within several tens of micrometers due to welding positioning errors and thermal deformation caused by welding when welding to the sealed container 15. It is difficult to fit in the error.
Therefore, when the shafts of the compressor unit 11 and the expander unit 13 do not coincide with each other as a result of welding as described above, the shaft 12 is connected to the upper bearing member 18 and the lower bearing member 19 on the compressor unit 11 side. In addition, the bearing installed on the frame 23 of the expander unit 13 is inclined more than the clearance, and abnormal wear occurs due to contact between the shaft 12 and the bearing, or the shaft 12 is twisted by the bearing. The problem of not turning.
In addition, since the common shaft 12 is used in the compressor unit 11 and the expander unit 13, when the compressor unit 11 is assembled first, the compressor unit is connected to the shaft 12 when the expander unit 13 is assembled. The work must be performed in a state in which 11 is assembled, and it is difficult to adjust the clearance of the expander unit 13, resulting in poor workability.
Therefore, in the expander-integrated compressor disclosed in Patent Document 2, the power recovery shaft 33 of the expander unit 31 and the drive shaft 34 of the compressor unit 32 are connected by a joint 35. In this case, since the expander unit 31 and the compressor unit 32 can be separately assembled, the workability in the assembly of the expander unit 31 and the compressor unit 32 does not deteriorate.
Further, if the spline joint is used as the joint 35 and the power recovery shaft 33 and the drive shaft 34 are coupled to transmit power, the expander portion 31 and the compressor portion 32 are welded to the sealed container 35. Even when there is a position error and the axes of the power recovery shaft 33 and the drive shaft 34 do not completely coincide with each other, the joint 35 absorbs the deviation of the axes of the power recovery shaft 33 and the drive shaft 34 within the clearance range of the spline joint. Therefore, no contact or twisting of the power recovery shaft 33 or the drive shaft 34 with respect to the bearing occurs.
However, the clearance of the spline joint is very small, and if the range is exceeded, shaft misalignment cannot be absorbed. Therefore, as in the case of Patent Document 1, the power recovery shaft 33 and the drive shaft 34 and each bearing There arises a problem that abnormal wear occurs due to one piece contact between them, or that the power recovery shaft 33 and the drive shaft 34 are twisted by the bearings and do not rotate. Further, since the expander unit 31 and the compressor unit 32 use a volume type mechanism such as a scroll type or a rotary type, the torque of the power recovery shaft 33 is expanded or compressed while sucking the working fluid intermittently. And the load on the drive shaft 34 is changed. Then, by connecting the power recovery shaft 33 and the drive shaft 34 having different torque and load fluctuation timings via the joint 35, minute sliding occurs due to vibration within the clearance of the joint 35, and the joint 35 is worn due to wear. Reliability has been significantly reduced, such as destruction. At the same time, vibration around the shaft was generated because the timing of the fluctuations differed between the torque of the power recovery shaft 33 and the load of the drive shaft 34.

したがって本発明は、上記従来の課題を解決するもので、駆動シャフトと動力回収シャフトとの連結部での軸ずれを吸収し、異常摩耗やこじりの発生を防止することができる、信頼性の高い膨張機一体型圧縮機を提供することを目的とする。
また、負荷及びトルクの変動を吸収し、連結部の破壊を防止することができる、信頼性の高い膨張機一体型圧縮機を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention solves the above-mentioned conventional problems, and can absorb the shaft misalignment at the connecting portion between the drive shaft and the power recovery shaft, and can prevent the occurrence of abnormal wear and twisting. An object is to provide an expander-integrated compressor.
It is another object of the present invention to provide a highly reliable expander-integrated compressor that can absorb fluctuations in load and torque and prevent breakage of a connecting portion.

請求項１記載の本発明の膨張機一体型圧縮機は、膨張室と動力回収シャフトとを有し、前記膨張室に吸入した作動流体を高圧から低圧に膨張させることにより前記動力回収シャフトの回転動力を得る膨張機部と、圧縮室と駆動シャフトとを有し、前記駆動シャフトを回転させることにより前記圧縮室に吸入した作動流体を低圧から高圧へと圧縮する圧縮機部とを備える膨張機一体型圧縮機であって、前記動力回収シャフトと前記駆動シャフトを、弾性体を介して連結したことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機において、前記弾性体として、ばねを用いたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項２に記載の膨張機一体型圧縮機において、前記ばねを、コイルばねとしたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項２に記載の膨張機一体型圧縮機において、前記ばねを、トーションバーとしたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機において、前記弾性体として、樹脂系あるいはゴム系の材料を用いたことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１、請求項２及び請求項５のいずれかに記載の膨張機一体型圧縮機において、前記動力回収シャフトと前記駆動シャフトとに設けた各連結端部のうち、いずれか一方の前記連結端部に設けた凹部の内部に前記弾性体を配置し、他方の前記連結端部に設けた凸部を前記凹部に前記弾性体を介して嵌合し、前記動力回収シャフトと前記駆動シャフトを連結したことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項１、請求項２、請求項５及び請求項６のいずれかに記載の膨張機一体型圧縮機において、前記弾性体の弾性率を、前記駆動シャフト等の軸周りの振動に関する共振周波数が運転周波数に等しくなるように設定する構成にしたことを特徴とする。 The expander-integrated compressor according to the first aspect of the present invention includes an expansion chamber and a power recovery shaft, and rotates the power recovery shaft by expanding the working fluid sucked into the expansion chamber from a high pressure to a low pressure. An expander having an expander unit for obtaining power, a compression chamber and a drive shaft, and compressing the working fluid sucked into the compression chamber from a low pressure to a high pressure by rotating the drive shaft. An integrated compressor, wherein the power recovery shaft and the drive shaft are connected via an elastic body.
According to a second aspect of the present invention, in the expander-integrated compressor according to the first aspect, a spring is used as the elastic body.
According to a third aspect of the present invention, in the expander-integrated compressor according to the second aspect, the spring is a coil spring.
According to a fourth aspect of the present invention, in the expander-integrated compressor according to the second aspect, the spring is a torsion bar.
According to a fifth aspect of the present invention, in the expander-integrated compressor according to the first aspect, a resin-based or rubber-based material is used as the elastic body.
According to a sixth aspect of the present invention, in the expander-integrated compressor according to any one of the first, second, and fifth aspects, each connection end provided on the power recovery shaft and the drive shaft. Among them, the elastic body is disposed inside the concave portion provided at any one of the connecting end portions, and the convex portion provided at the other connecting end portion is fitted into the concave portion via the elastic body, The power recovery shaft and the drive shaft are connected.
According to a seventh aspect of the present invention, in the expander-integrated compressor according to any one of the first, second, fifth, and sixth aspects, the elastic modulus of the elastic body is set to the drive shaft or the like. The resonance frequency related to the vibration around the axis is set to be equal to the operation frequency.

以上のように、本発明によれば、弾性体が動力回収シャフトや駆動シャフトの軸ずれを吸収し、連結部における異常摩耗やこじりの発生が防止され、信頼性の高い膨張機一体型圧縮機を提供することができる。
また、トルクや負荷の変動を吸収し、連結部の振動による破壊や騒音の問題がなくなり、信頼性の高い膨張機一体型圧縮機を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the elastic body absorbs the shaft misalignment of the power recovery shaft and the drive shaft, prevents abnormal wear and twisting at the connecting portion, and is a highly reliable expander-integrated compressor. Can be provided.
Further, it is possible to provide a highly reliable expander-integrated compressor that absorbs torque and load fluctuations, eliminates the problem of breakage and noise due to vibration of the connecting portion.

本発明の第１の実施の形態による膨張機一体型圧縮機は、膨張室と動力回収シャフトとを有し、膨張室に吸入した作動流体を高圧から低圧に膨張させることにより動力回収シャフトの回転動力を得る膨張機部と、圧縮室と駆動シャフトとを有し、駆動シャフトを回転させることにより圧縮室に吸入した作動流体を低圧から高圧へと圧縮する圧縮機部とを備える膨張機一体型圧縮機の、動力回収シャフトと駆動シャフトを、弾性体を介して連結したものである。本実施の形態によれば、弾性体が動力回収シャフトや駆動シャフトの軸ずれを吸収するので、異常摩耗やこじりの発生を防止することができる。
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による膨張機一体型圧縮機において、弾性体として、ばねを用いたものである。本実施の形態によれば、伝達するトルクが大きい場合でも軸ずれを吸収するので、高い信頼性を確保することができる。
本発明の第３の実施の形態は、第２の実施の形態による膨張機一体型圧縮機において、ばねを、コイルばねとしたものである。本実施の形態によれば、コンパクトな構成にて、比較的大きなたわみ量を得ることが可能であり、軸ずれを吸収し易くすることができる。
本発明の第４の実施の形態は、第２の実施の形態による膨張機一体型圧縮機において、ばねを、トーションバーとしたものである。本実施の形態によれば、軸が軸方向にずれる場合にも軸ずれを吸収することができる。
本発明の第５の実施の形態は、第１の実施の形態による膨張機一体型圧縮機において、弾性体として、樹脂系あるいはゴム系の材料を用いたものである。本実施の形態によれば、軸ずれ吸収効果が得られるとともに、低コスト化が図られる。
本発明の第６の実施の形態は、第１、第２及び第５の実施の形態による膨張機一体型圧縮機において、動力回収シャフトと駆動シャフトとに設けた各連結端部のうち、いずれか一方の連結端部に設けた凹部の内部に弾性体を配置し、他方の連結端部に設けた凸部を凹部に弾性体を介して嵌合し、動力回収シャフトと駆動シャフトを連結したものである。本実施の形態によれば、弾性体を自在な形状に形成でき、且つ精度良く形成することが可能であり、組立て性や軸ずれ吸収性の向上、低コスト化等が図られる。
本発明の第７の実施の形態は、第１、第２、第５及び第６の実施の形態による膨張機一体型圧縮機において、弾性体の弾性率を、駆動シャフト等の軸周りの振動に関する共振周波数が運転周波数に等しくなるように設定する構成にしたものである。本実施の形態によれば、弾性体を中心とした軸周りの共振系が、膨張機一体型圧縮機を定格回転数で運転する際の圧縮機部と膨張機部に起因して発生する軸周りの振動に対し、動吸振器として作用し、振動による破壊の防止や騒音の低減が図られる。 The expander-integrated compressor according to the first embodiment of the present invention has an expansion chamber and a power recovery shaft, and rotates the power recovery shaft by expanding the working fluid sucked into the expansion chamber from high pressure to low pressure. An expander integrated type having an expander section for obtaining power, a compression chamber and a drive shaft, and a compressor section for compressing the working fluid sucked into the compression chamber from a low pressure to a high pressure by rotating the drive shaft The power recovery shaft and the drive shaft of the compressor are connected via an elastic body. According to the present embodiment, since the elastic body absorbs the axial deviation of the power recovery shaft and the drive shaft, it is possible to prevent the occurrence of abnormal wear and twisting.
The second embodiment of the present invention uses a spring as an elastic body in the expander-integrated compressor according to the first embodiment. According to the present embodiment, even when the torque to be transmitted is large, the shaft misalignment is absorbed, so that high reliability can be ensured.
In the third embodiment of the present invention, in the expander-integrated compressor according to the second embodiment, the spring is a coil spring. According to the present embodiment, it is possible to obtain a relatively large amount of deflection with a compact configuration, and it is possible to easily absorb the axial deviation.
In the fourth embodiment of the present invention, in the expander-integrated compressor according to the second embodiment, the spring is a torsion bar. According to the present embodiment, it is possible to absorb axial deviation even when the axis is displaced in the axial direction.
In the fifth embodiment of the present invention, the expander-integrated compressor according to the first embodiment uses a resin-based or rubber-based material as the elastic body. According to the present embodiment, an effect of absorbing the misalignment can be obtained and the cost can be reduced.
According to a sixth embodiment of the present invention, in the expander-integrated compressor according to the first, second, and fifth embodiments, any one of the connecting end portions provided on the power recovery shaft and the drive shaft. An elastic body is arranged inside the recess provided in one of the connection ends, and a convex portion provided in the other connection end is fitted into the recess via the elastic body to connect the power recovery shaft and the drive shaft. Is. According to the present embodiment, the elastic body can be formed into a free shape and can be formed with high accuracy, and the assembling property and the shaft misalignment absorbability can be improved and the cost can be reduced.
In the seventh embodiment of the present invention, in the expander-integrated compressor according to the first, second, fifth, and sixth embodiments, the elastic modulus of an elastic body is determined by vibration around an axis such as a drive shaft. The resonance frequency is set to be equal to the operation frequency. According to the present embodiment, the resonance system around the axis centered on the elastic body is generated due to the compressor part and the expander part when the expander-integrated compressor is operated at the rated rotational speed. It acts as a dynamic vibration absorber for surrounding vibrations, preventing destruction due to vibrations and reducing noise.

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図である。
本実施例の膨張機一体型圧縮機は、密閉容器４１の内部に、圧縮機部４２と、膨張機部４３と、電動機部４４とを備える。
密閉容器４１は、円筒形状の胴シェル４１ａと、その上下端面を閉塞するように溶接された上シェル４１ｂ及び下シェル４１ｃとから構成される。圧縮機部４２は、ロータリ型の圧縮機構部から成り、駆動シャフト４５により駆動される。膨張機部４３は、ロータリ型の膨張機構部から成り、動力回収シャフト４６を駆動する。なお、動力回収シャフト４６の軸は、駆動シャフト４５の軸に略一致するように対向して設置されている。電動機部４４は、固定子４４ａと回転子４４ｂとを備えている。固定子４４ａは胴シェル４１ａに焼嵌めされており、回転子４４ｂは駆動シャフト４５に固定されている。
駆動シャフト４５の連結端部と動力回収シャフト４６の連結端部には、それぞれ小径部４５ａ，４６ａが設けられている。そして、弾性体であるコイルばね４７が、小径部４５ａ，４６ａに嵌合することにより駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６を連結している。なお、コイルばね４７と、小径部４５ａ，４６ａが外力により滑らない程度に、コイルばね４７の内径を小径部４５ａ，４６ａの外形よりも小さく設定しておく。コイルばね４７は、弾性変形の範囲で動力回収シャフト４６からのトルクを駆動シャフト４５に伝達できるように、軸方向、回転方向及び曲げ方向ともに、十分に大きな弾性率とする構成にしている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an expander-integrated compressor according to a first embodiment of the present invention.
The expander-integrated compressor according to this embodiment includes a compressor unit 42, an expander unit 43, and an electric motor unit 44 inside the sealed container 41.
The sealed container 41 includes a cylindrical shell shell 41a, and an upper shell 41b and a lower shell 41c that are welded so as to close the upper and lower end surfaces thereof. The compressor section 42 is composed of a rotary type compression mechanism section and is driven by a drive shaft 45. The expander unit 43 includes a rotary type expansion mechanism unit, and drives the power recovery shaft 46. Note that the shaft of the power recovery shaft 46 is disposed so as to face the shaft of the drive shaft 45 so as to substantially coincide. The electric motor unit 44 includes a stator 44a and a rotor 44b. The stator 44 a is shrink-fitted to the body shell 41 a, and the rotor 44 b is fixed to the drive shaft 45.
Small-diameter portions 45 a and 46 a are provided at the connection end of the drive shaft 45 and the connection end of the power recovery shaft 46, respectively. And the coil spring 47 which is an elastic body has connected the drive shaft 45 and the power recovery shaft 46 by fitting to the small diameter parts 45a and 46a. The inner diameter of the coil spring 47 is set smaller than the outer diameter of the small diameter portions 45a and 46a so that the coil spring 47 and the small diameter portions 45a and 46a do not slip due to external force. The coil spring 47 is configured to have a sufficiently large elastic modulus in both the axial direction, the rotational direction, and the bending direction so that torque from the power recovery shaft 46 can be transmitted to the drive shaft 45 within a range of elastic deformation.

本実施例の膨張機一体型圧縮機の動作について説明する。
膨張機一体型圧縮機では、電動機部４４で駆動シャフト４５を回転させることにより、圧縮機部４２の圧縮室４２ａに吸入した作動流体を低圧から高圧へと圧縮する。この高圧の作動流体を膨張機部４３の膨張室４３ａに導入し、高圧から低圧の作動流体に膨張させることにより、動力回収シャフト４６への回転動力を得る。そして、この回転動力を動力回収シャフト４６からコイルばね４７を介して駆動シャフト４５に伝え、圧縮機部４２を駆動することにより、膨張機での回収エネルギーを圧縮機の駆動力として利用している。 The operation of the expander-integrated compressor of this embodiment will be described.
In the expander-integrated compressor, the working fluid sucked into the compression chamber 42 a of the compressor unit 42 is compressed from a low pressure to a high pressure by rotating the drive shaft 45 by the electric motor unit 44. This high-pressure working fluid is introduced into the expansion chamber 43a of the expander unit 43 and expanded from a high pressure to a low-pressure working fluid to obtain rotational power to the power recovery shaft 46. Then, this rotational power is transmitted from the power recovery shaft 46 to the drive shaft 45 via the coil spring 47, and the compressor unit 42 is driven, whereby the recovered energy in the expander is used as the driving force of the compressor. .

次に、本実施例の膨張機一体型圧縮機の組立て方について説明する。
まず、駆動シャフト４５を含む圧縮機部４２と、動力回収シャフト４６を含む膨張機部４３との、それぞれ機構部に所定のクリアランスを満たすように組立てる。次に、電動機部４４の回転子４４ｂを駆動シャフト４５に固定する。また、密閉容器４１の胴シェル４１ａに電動機部４４の固定子４４ａを焼嵌めする。そして、回転子４４ｂを含めた圧縮機部４２を、固定子４４ａが焼嵌めされた胴シェル４１ａに、固定子４４ａと回転子４４ｂの間のエアギャップが一定になるように溶接する。
次に、駆動シャフト４６の端部の小径部４５ａにコイルばね４７を嵌める。そして、固定子４４ａに関して、圧縮機部４２と反対側から動力回収シャフト４６を含めた膨張機部４３を挿入し、動力回収シャフト４６の端部の小径部４６ａをコイルばね４７に嵌める。そして、胴シェル４１ａに膨張機部４３を溶接する。最後に、胴シェル４１ａの上下に、それぞれ上シェル４１ｂと下シェル４１ｃを溶接する。 Next, how to assemble the expander-integrated compressor of this embodiment will be described.
First, the compressor part 42 including the drive shaft 45 and the expander part 43 including the power recovery shaft 46 are assembled so as to satisfy a predetermined clearance in each mechanism part. Next, the rotor 44 b of the electric motor unit 44 is fixed to the drive shaft 45. Further, the stator 44 a of the electric motor unit 44 is shrink-fitted into the trunk shell 41 a of the sealed container 41. The compressor section 42 including the rotor 44b is welded to the shell shell 41a on which the stator 44a is shrink-fitted so that the air gap between the stator 44a and the rotor 44b is constant.
Next, the coil spring 47 is fitted into the small diameter portion 45 a at the end of the drive shaft 46. Then, with respect to the stator 44 a, the expander portion 43 including the power recovery shaft 46 is inserted from the side opposite to the compressor portion 42, and the small diameter portion 46 a at the end of the power recovery shaft 46 is fitted into the coil spring 47. And the expander part 43 is welded to the trunk | drum shell 41a. Finally, the upper shell 41b and the lower shell 41c are welded to the top and bottom of the trunk shell 41a, respectively.

次に、以上の構成による効果を説明する。
本実施例の膨張機一体型圧縮機では、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６を、コイルばね４７を介して連結する構成としたことにより、圧縮機部４２と膨張機部４３をあらかじめ別々に組立てることが可能である。従って、組立てが容易になり、低コスト化を図ることができる。
また、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６を、コイルばね４７で連結する構成としたことにより、胴シェル４１ａに対して圧縮機部４２と膨張機部４３を溶接する位置が、組立て誤差や溶接による熱変形等によりずれるために、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６が同一軸上になくても、コイルばね４７が変形することにより、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６を回転可能な状態で連結することが可能になる。
そして、コイルばね４７が駆動シャフト４５や動力回収シャフト４６の軸ずれを吸収するので、駆動シャフト４５や動力回収シャフト４６が圧縮機部４２や膨張機部４３の軸受に対して傾き、軸受での摺動面圧が異常に高くなることにより生じる異常摩耗や、駆動シャフト４５等の回転を阻止するこじりを防止することができ、圧縮機の信頼性を向上させることができる。 Next, the effect by the above structure is demonstrated.
In the expander-integrated compressor of this embodiment, the drive shaft 45 and the power recovery shaft 46 are connected via the coil spring 47, so that the compressor portion 42 and the expander portion 43 are separately assembled in advance. It is possible. Therefore, assembly becomes easy and cost reduction can be achieved.
Further, since the drive shaft 45 and the power recovery shaft 46 are connected by the coil spring 47, the position where the compressor portion 42 and the expander portion 43 are welded to the shell shell 41a is caused by assembly errors or welding. Even if the drive shaft 45 and the power recovery shaft 46 are not on the same axis due to thermal deformation or the like, the coil spring 47 is deformed to connect the drive shaft 45 and the power recovery shaft 46 in a rotatable state. It becomes possible.
Since the coil spring 47 absorbs the axial deviation of the drive shaft 45 and the power recovery shaft 46, the drive shaft 45 and the power recovery shaft 46 are inclined with respect to the bearings of the compressor unit 42 and the expander unit 43, and Abnormal wear caused by an abnormally high sliding surface pressure and twisting of the drive shaft 45 can be prevented, and the reliability of the compressor can be improved.

一方、コイルばね４７の弾性率を、圧縮機部４２や駆動シャフト４５等の軸周りの振動に関する共振周波数が膨張機一体型圧縮機の定格回転数（即ち、運転周波数）と等しくなるように設定する構成により、コイルばね４７を中心とした軸周りの共振系が、膨張機一体型圧縮機を定格回転数で運転する際に発生し、圧縮機部４２と膨張機部４３に起因する、軸周りの振動に対して動吸振器として作用し、膨張機一体型圧縮機から発生する振動騒音を低減することができる。
また、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６を、コイルばね４７で連結したことにより、コイルばね４７がコンパクトな構成にて、比較的大きなたわみ量を得ることが可能であるため、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６の軸が相対的に傾いた場合のみではなく、軸が軸方向にずれた場合にも、ずれを吸収しやすくなり、よって、組立て精度が非常に悪い場合や、溶接による熱変形が大きな場合に、信頼性を向上させる効果がより顕著になる。 On the other hand, the elastic modulus of the coil spring 47 is set so that the resonance frequency related to the vibration around the axes of the compressor section 42 and the drive shaft 45 is equal to the rated rotational speed (that is, the operating frequency) of the expander-integrated compressor. With this configuration, a resonance system around the axis centered on the coil spring 47 is generated when the expander-integrated compressor is operated at the rated rotational speed, and the shaft is caused by the compressor unit 42 and the expander unit 43. It acts as a dynamic vibration absorber for surrounding vibrations, and vibration noise generated from the expander-integrated compressor can be reduced.
In addition, since the drive shaft 45 and the power recovery shaft 46 are connected by the coil spring 47, the coil spring 47 can obtain a relatively large deflection amount with a compact configuration. Not only when the shaft of the recovery shaft 46 is relatively inclined, but also when the shaft is displaced in the axial direction, it becomes easy to absorb the displacement, so that the assembly accuracy is very poor or thermal deformation due to welding is caused. When it is large, the effect of improving the reliability becomes more remarkable.

以上のように本実施例によれば、弾性体が駆動シャフトや動力回収シャフトの軸ずれを吸収し、異常摩耗やこじりの発生を防止するので、信頼性の高い膨張機一体型圧縮機を提供することができる。
また、弾性体が駆動シャフトや動力回収シャフトのトルクや負荷の変動を吸収するため、振動が緩和されて破壊や騒音が回避され、信頼性の高い膨張機一体型圧縮機を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, the elastic body absorbs the shaft misalignment of the drive shaft and the power recovery shaft and prevents the occurrence of abnormal wear and twisting, thus providing a highly reliable expander-integrated compressor. can do.
In addition, since the elastic body absorbs fluctuations in torque and load of the drive shaft and the power recovery shaft, vibrations are alleviated and destruction and noise are avoided, and a highly reliable expander-integrated compressor can be provided. .

図２は、本発明の第２の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図である。
本実施例の膨張機一体型圧縮機は、第１の実施例の膨張機一体型圧縮機において、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６を連結する弾性体を、コイルばね４７からトーションバー４８に置き換えた構成以外は、全く同様の構成である。
本実施例のトーションバー４８の断面は正方形であり、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６の各連結端部には、トーションバー４８が嵌る各々の角穴４５ｂ，４６ｂが設けられている。トーションバー４８は、弾性変形の範囲で動力回収シャフト４６からのトルクを駆動シャフト４５に伝達できるように、軸方向、回転方向及び曲げ方向ともに、十分に大きな弾性率とする。
また、膨張機一体型圧縮機の圧縮機部４２と膨張機部４３の回転部分や、駆動シャフト４５、動力回収シャフト４６、電動機部４４の回転子４４ｂ等からなる回転部分の、軸周りの振動に関する共振周波数が、膨張機一体型圧縮機の定格回転数と等しくなるように、トーションバー４８の弾性率を設定する構成にしている。 FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an expander-integrated compressor according to a second embodiment of the present invention.
The expander-integrated compressor of the present embodiment is the same as the expander-integrated compressor of the first embodiment, except that the elastic body connecting the drive shaft 45 and the power recovery shaft 46 is replaced with a torsion bar 48 from the coil spring 47. Except for the configuration described above, the configuration is exactly the same.
The cross section of the torsion bar 48 of this embodiment is square, and square holes 45b and 46b into which the torsion bar 48 is fitted are provided at the connecting ends of the drive shaft 45 and the power recovery shaft 46, respectively. The torsion bar 48 has a sufficiently large elastic modulus in both the axial direction, the rotational direction, and the bending direction so that the torque from the power recovery shaft 46 can be transmitted to the drive shaft 45 within a range of elastic deformation.
Further, vibrations around the axis of the rotating portion of the compressor unit 42 and the expander unit 43 of the expander-integrated compressor, and the rotating portion including the drive shaft 45, the power recovery shaft 46, the rotor 44b of the electric motor unit 44, and the like. The elastic modulus of the torsion bar 48 is set so that the resonance frequency becomes equal to the rated rotational speed of the expander-integrated compressor.

本実施例の膨張機一体型圧縮機によれば、第１の実施例と同様の軸ずれ吸収効果が得られるのは言うまでもなく、圧縮機の信頼性を高めることができる。
また、トーションバー４８は、コイルばね４７と同様に、軸が軸方向にずれた場合にも軸ずれを吸収できる利点がある。
それに加え、トーションバー４８の軸周りの振動に関する共振周波数が、膨張機一体型圧縮機の定格回転数と等しくなるように設定したことにより、トーションバー４８を中心とした軸周りの共振系が、膨張機一体型圧縮機を定格回転数で運転する際に発生し、圧縮機部４２と膨張機部４３に起因する、軸回りの振動に対し、動吸振器として作用し、膨張機一体型圧縮機から発生する振動騒音を低減することができる。 According to the expander-integrated compressor of the present embodiment, it is needless to say that the same axial deviation absorbing effect as that of the first embodiment can be obtained, and the reliability of the compressor can be improved.
Further, like the coil spring 47, the torsion bar 48 has an advantage that it can absorb the axial deviation even when the axis is displaced in the axial direction.
In addition, by setting the resonance frequency related to the vibration around the axis of the torsion bar 48 to be equal to the rated rotational speed of the expander-integrated compressor, the resonance system around the axis around the torsion bar 48 is It occurs when the expander-integrated compressor is operated at the rated speed, and acts as a dynamic vibration absorber for the vibration around the axis caused by the compressor section 42 and the expander section 43, and the expander-integrated compression Vibration noise generated from the machine can be reduced.

なお、第１の実施例、及び本実施例では、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６を連結する弾性体として、コイルばね４７やトーションバー４８といったばねを用いたことにより、伝達するトルクが大きい場合にでも軸ずれを吸収するので、高い信頼性を確保することが可能となる。また、弾性体として樹脂系あるいはゴム系の材料を用いた構成でも、軸ずれ吸収効果が得られるとともに、低コスト化が図られる。
なお、本実施例では、トーションバー４８を正方形の断面としたが、必ずしもこの限りではなく、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６に対して回転を伝達できる固定方法を取るならば、円形の断面等の構成でも良い。 In the first embodiment and the present embodiment, when a spring such as a coil spring 47 or a torsion bar 48 is used as an elastic body for connecting the drive shaft 45 and the power recovery shaft 46, the transmitted torque is large. In addition, since the shaft misalignment is absorbed, high reliability can be secured. Further, even when a resin-based or rubber-based material is used as the elastic body, the effect of absorbing the axis deviation can be obtained and the cost can be reduced.
In the present embodiment, the torsion bar 48 has a square cross section. However, the present invention is not limited to this. If a fixing method capable of transmitting rotation to the drive shaft 45 and the power recovery shaft 46 is adopted, a circular cross section or the like is used. The configuration of

図３は、本発明の第３の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図である。
本実施例の膨張機一体型圧縮機は、第１の実施例の膨張機一体型圧縮機において、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６の連結端部の形状を変えた構成と、これらを連結する弾性体をコイルばね４７から樹脂材４９に置き換えた構成以外は、全く同様の構成である。
本実施例では、駆動シャフト４５の連結端部に凹部の角孔４５ｃを設け、動力回収シャフト４６の連結端部に凸部の角柱部４６ｃを設ける。そして、角孔４５ｃと角柱部４６ｃは弾性体である樹脂材４９を介して互いに嵌合し、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６を連結する構成にしている。
また、図４は、図３のＺ−Ｚ´断面における嵌合部の断面図である。角孔４５ｃ及び角柱部４６ｃの断面は正方形であり、角孔４５ｃが角柱部４６ｃよりも大きくなっている。そして、その間には弾性体である樹脂材４９が配置されている。樹脂材４９は、弾性変形の範囲で動力回収シャフト４６からのトルクを駆動シャフト４５に伝達できるように、軸方向、回転方向及び曲げ方向ともに、十分に大きな弾性率とする。
また、膨張機一体型圧縮機の圧縮機部４２と膨張機部４３の回転部分や、駆動シャフト４５、動力回収シャフト４６、電動機部４４の回転子４４ｂ等からなる回転部分の、軸周りの振動に関する共振周波数が、膨張機一体型圧縮機の定格回転数と等しくなるように、樹脂材４９の弾性率を設定する構成にしている。 FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an expander-integrated compressor according to a third embodiment of the present invention.
The expander-integrated compressor of the present embodiment is the same as the expander-integrated compressor of the first embodiment, with the configuration in which the shapes of the connecting end portions of the drive shaft 45 and the power recovery shaft 46 are changed, and these are coupled. Except for the configuration in which the elastic body is replaced with the resin material 49 from the coil spring 47, the configuration is exactly the same.
In this embodiment, a concave square hole 45 c is provided at the connecting end of the drive shaft 45, and a convex prismatic part 46 c is provided at the connecting end of the power recovery shaft 46. And the square hole 45c and the square column part 46c are mutually fitted through the resin material 49 which is an elastic body, and the drive shaft 45 and the power recovery shaft 46 are connected.
4 is a cross-sectional view of the fitting portion in the ZZ ′ cross section of FIG. The cross section of the square hole 45c and the square column part 46c is a square, and the square hole 45c is larger than the square column part 46c. Between them, a resin material 49 which is an elastic body is arranged. The resin material 49 has a sufficiently large elastic modulus in both the axial direction, the rotational direction, and the bending direction so that the torque from the power recovery shaft 46 can be transmitted to the drive shaft 45 in the range of elastic deformation.
Further, vibrations around the axis of the rotating portion of the compressor unit 42 and the expander unit 43 of the expander-integrated compressor, and the rotating portion including the drive shaft 45, the power recovery shaft 46, the rotor 44b of the electric motor unit 44, and the like. The elastic modulus of the resin material 49 is set so that the resonance frequency becomes equal to the rated rotational speed of the expander-integrated compressor.

本実施例の膨張機一体型圧縮機によって、第１及び第２の実施例と同様に、軸ずれ吸収効果が得られ、膨張機の信頼性を高めることができる。
さらに、樹脂材４９を用いたため、低コスト化が可能である。
また、駆動シャフト４５の角孔４５ｃに、動力回収シャフト４６の角柱部４６ｃを、樹脂材４９を介して嵌合させる構成としたが、樹脂材は、ばね等に比べて自在な形状に形成できるため、角孔４５ｃと角柱部４６ｃの隙間の形状に精度良く形成することが可能であり、組立てが容易になる。
ところで、本実施例では、駆動シャフト４５の角孔４５ｃに、動力回収シャフト４６の角柱部４６ｃを嵌合させる構成としたことにより、駆動シャフト４５の内部の軸方向に設けたオイル供給用の孔４５ｄと、動力回収シャフト４６の内部の軸方向に設けたオイル供給用の孔４６ｄを連通させる構成にすることもでき、密閉容器４１の下シェル４１ｃに溜ったオイルを、孔４５ｄと孔４６ｄにより密閉容器４１の上側に配置された膨張機部４３にまで汲み上げ、膨張機部４３に供給することが可能となる。従って、膨張機の信頼性を向上させることが可能となる。
なお、本実施例では、駆動シャフト４５に角孔４５ｃを設け、動力回収シャフト４６に角柱部４６ｃを設ける構成としたが、必ずしも角孔４５ｃと角柱部４６ｃである必要は無く、互いに嵌合し、動力回収シャフト４６から駆動シャフト４５へ滑ることなく動力が伝達できれば、他の形状でも同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
また、本実施例では、駆動シャフト４５に角孔４５ｃを設け、動力回収シャフト４６に角柱部４６ｃを設ける構成としたが、逆に、駆動シャフト４５に角柱部を設け、動力回収シャフト４６に角孔を設ける構成としても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
さらに、樹脂材４９の代わりにゴム系の材料を用いる構成でも、組立て性や軸ずれ吸収性の向上、低コスト化等を図ることができる。 The expander-integrated compressor of the present embodiment can provide an axial displacement absorbing effect as in the first and second embodiments, and can improve the reliability of the expander.
Further, since the resin material 49 is used, the cost can be reduced.
In addition, although the prismatic part 46c of the power recovery shaft 46 is fitted to the square hole 45c of the drive shaft 45 via the resin material 49, the resin material can be formed in a shape that is more flexible than a spring or the like. Therefore, it can be accurately formed in the shape of the gap between the square hole 45c and the prism portion 46c, and the assembly becomes easy.
By the way, in this embodiment, since the rectangular column part 46c of the power recovery shaft 46 is fitted into the square hole 45c of the drive shaft 45, an oil supply hole provided in the axial direction inside the drive shaft 45 is provided. 45d and an oil supply hole 46d provided in the axial direction inside the power recovery shaft 46 can be communicated with each other, and the oil accumulated in the lower shell 41c of the sealed container 41 is caused to pass through the hole 45d and the hole 46d. It is possible to pump up to the expander unit 43 disposed on the upper side of the sealed container 41 and supply it to the expander unit 43. Therefore, it is possible to improve the reliability of the expander.
In this embodiment, the drive shaft 45 is provided with the square hole 45c, and the power recovery shaft 46 is provided with the square column part 46c. However, the square hole 45c and the square column part 46c are not necessarily required to be fitted to each other. Needless to say, if the power can be transmitted from the power recovery shaft 46 to the drive shaft 45 without slipping, the same effect can be obtained with other shapes.
Further, in this embodiment, the drive shaft 45 is provided with the square hole 45c and the power recovery shaft 46 is provided with the square column portion 46c. Conversely, the drive shaft 45 is provided with a square column portion and the power recovery shaft 46 is square. It goes without saying that the same effect can be obtained even when the hole is provided.
Further, even when a rubber-based material is used in place of the resin material 49, it is possible to improve the assemblability and the ability to absorb misalignment and to reduce the cost.

図５は、本発明の第４の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図である。
本実施例の膨張機一体型圧縮機は、第３の実施例の膨張機一体型圧縮機において、弾性体を樹脂材４９から皿ばね５０ａに置き換えた構成以外は、全く同様の構成である。
本実施例では、駆動シャフト４５の連結端部に角孔４５ｃを設け、動力回収シャフト４６の連結端部に角柱部４６ｃを設ける。そして、角孔４５ｃと角柱部４６ｃは弾性体である皿ばね５０ａを介して互いに嵌合し、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６を連結する構成にしている。
また、図６（ａ）は、図５のＺ−Ｚ´断面における嵌合部の断面図である。角孔４５ｃ及び角柱部４６ｃの断面は正方形であり、角孔４５ｃが角柱部４６ｃよりも大きくなっている。そして、その間には弾性体である皿ばね５０ａが配置されている。本実施例では、角孔４５ｃと角柱部４６ｃの向かい合う一対の平面の間に一枚づつ、合計４枚の皿ばね５０ａが配置されている。
この皿ばね５０ａは、弾性変形の範囲で動力回収シャフト４６からのトルクを駆動シャフト４５に伝達できるように、軸方向、回転方向及び曲げ方向ともに、十分に大きな弾性率とする。また、膨張機一体型圧縮機の圧縮機部４２と膨張機部４３の回転部分や、駆動シャフト４５、動力回収シャフト４６、電動機部４４の回転子４４ｂ等からなる回転部分の、軸周りの振動に関する共振周波数が、膨張機一体型圧縮機の定格回転数と等しくなるように、皿ばね５０ａの合成弾性率を設定する構成にしている。 FIG. 5 is a longitudinal sectional view of an expander-integrated compressor according to a fourth embodiment of the present invention.
The expander-integrated compressor of the present embodiment has the same configuration as that of the expander-integrated compressor of the third embodiment, except that the elastic body is replaced with the disc spring 50a.
In the present embodiment, a square hole 45 c is provided at the connection end of the drive shaft 45, and a prismatic part 46 c is provided at the connection end of the power recovery shaft 46. The square hole 45c and the rectangular column part 46c are fitted to each other via a disc spring 50a, which is an elastic body, so that the drive shaft 45 and the power recovery shaft 46 are connected.
FIG. 6A is a cross-sectional view of the fitting portion in the ZZ ′ cross section of FIG. The cross section of the square hole 45c and the square column part 46c is a square, and the square hole 45c is larger than the square column part 46c. Between these, a disc spring 50a, which is an elastic body, is disposed. In the present embodiment, a total of four disc springs 50a are arranged, one by one, between a pair of opposed planes of the square hole 45c and the prismatic portion 46c.
The disc spring 50a has a sufficiently large elastic modulus in both the axial direction, the rotational direction, and the bending direction so that torque from the power recovery shaft 46 can be transmitted to the drive shaft 45 within a range of elastic deformation. Further, vibrations around the axis of the rotating portion of the compressor unit 42 and the expander unit 43 of the expander-integrated compressor, and the rotating portion including the drive shaft 45, the power recovery shaft 46, the rotor 44b of the electric motor unit 44, and the like. The combined elastic modulus of the disc spring 50a is set so that the resonance frequency becomes equal to the rated rotational speed of the expander-integrated compressor.

本実施例の膨張機一体型圧縮機によって、第１及び第２の実施例と同様に、軸ずれ吸収効果が得られる、膨張機の信頼性を高めることができる。
さらに、皿ばね５０ａを用いるため、樹脂材４９を用いる場合よりも作動流体であるフロンや超臨界の二酸化炭素に侵されにくく、より高い信頼性を得ることができる。
また、組立ても簡単であり、低コスト化が可能である。
また、皿ばね５０ａを重ねて使うことにより、枚数を調整してばね定数を変えることができるので、動吸振器としての共振周波数の微調整が可能であり、より振動騒音を低減することが可能である。
また、本実施例における弾性体は必ずしも皿ばね５０ａである必要はなく、図６（ｂ）のようにコイルばね５０ｂを用いる構成や、図６（ｃ）のように板ばね５０ｃを用いる構成としても、同様の効果を得ることができる。 With the expander-integrated compressor according to the present embodiment, the reliability of the expander that can obtain the effect of absorbing the shaft misalignment can be improved as in the first and second embodiments.
Furthermore, since the disc spring 50a is used, it is less likely to be affected by chlorofluorocarbon or supercritical carbon dioxide as the working fluid than when the resin material 49 is used, and higher reliability can be obtained.
Further, it is easy to assemble, and the cost can be reduced.
Further, by using the disc springs 50a in an overlapping manner, the number of springs can be adjusted to change the spring constant, so that the resonance frequency as a dynamic vibration absorber can be finely adjusted, and vibration noise can be further reduced. It is.
In addition, the elastic body in this embodiment is not necessarily the disc spring 50a, and the configuration using the coil spring 50b as shown in FIG. 6B or the configuration using the leaf spring 50c as shown in FIG. 6C. The same effect can be obtained.

本発明の膨張機は、圧縮性ガスから回転動力を得る原動機や発電機として利用することができる。   The expander of the present invention can be used as a prime mover or a generator that obtains rotational power from a compressible gas.

本発明の第１の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図1 is a longitudinal sectional view of an expander-integrated compressor according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図Vertical section of an expander-integrated compressor according to a second embodiment of the present invention 本発明の第３の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図Vertical section of an expander-integrated compressor in a third embodiment of the present invention 図３のＺ−Ｚ´断面における嵌合部の断面図Sectional drawing of the fitting part in the ZZ 'cross section of FIG. 本発明の第４の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図Vertical section of an expander-integrated compressor in a fourth embodiment of the present invention 図５のＺ−Ｚ´断面における嵌合部の断面図Sectional drawing of the fitting part in the ZZ 'cross section of FIG. 従来の冷凍サイクルの構成図Configuration diagram of conventional refrigeration cycle 従来の膨張機一体型圧縮機の縦断面図Vertical section of a conventional expander-integrated compressor 他の従来の膨張機一体型圧縮機の縦断面図Vertical sectional view of another conventional expander-integrated compressor

符号の説明Explanation of symbols

４１ 密閉容器
４２ 圧縮機部
４２ａ 圧縮室
４３ 膨張機部
４３ａ 膨張室
４４ 電動機部
４５ 駆動シャフト
４５ａ 小径部
４５ｂ 角穴
４５ｃ 角孔
４５ｄ 孔
４６ 動力回収シャフト
４６ａ 小径部
４６ｂ 角穴
４６ｃ 角柱部
４６ｄ 孔
４７ コイルばね
４８ トーションバー
４９ 樹脂材
５０ａ 皿ばね
５０ｂ コイルばね
５０ｃ 板ばね
41 Sealed container 42 Compressor portion 42a Compression chamber 43 Expander portion 43a Expansion chamber 44 Motor portion 45 Drive shaft 45a Small diameter portion 45b Square hole 45c Square hole 45d hole 46 Power recovery shaft 46a Small diameter portion 46b Square hole 46c Square column portion 46d Hole 47 Coil spring 48 Torsion bar 49 Resin material 50a Belleville spring 50b Coil spring 50c Leaf spring

Claims (7)

膨張室と動力回収シャフトとを有し、前記膨張室に吸入した作動流体を高圧から低圧に膨張させることにより前記動力回収シャフトの回転動力を得る膨張機部と、
圧縮室と駆動シャフトとを有し、前記駆動シャフトを回転させることにより前記圧縮室に吸入した作動流体を低圧から高圧へと圧縮する圧縮機部と
を備える膨張機一体型圧縮機であって、
前記動力回収シャフトと前記駆動シャフトを、弾性体を介して連結したことを特徴とする膨張機一体型圧縮機。 An expansion unit having an expansion chamber and a power recovery shaft, and obtaining rotational power of the power recovery shaft by expanding the working fluid sucked into the expansion chamber from a high pressure to a low pressure;
An expander-integrated compressor having a compression chamber and a drive shaft, and comprising a compressor section that compresses the working fluid sucked into the compression chamber from a low pressure to a high pressure by rotating the drive shaft;
An expander-integrated compressor, wherein the power recovery shaft and the drive shaft are connected via an elastic body. 前記弾性体として、ばねを用いたことを特徴とする請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機。   The expander-integrated compressor according to claim 1, wherein a spring is used as the elastic body. 前記ばねを、コイルばねとしたことを特徴とする請求項２に記載の膨張機一体型圧縮機。   The expander-integrated compressor according to claim 2, wherein the spring is a coil spring. 前記ばねを、トーションバーとしたことを特徴とする請求項２に記載の膨張機一体型圧縮機。   The expander-integrated compressor according to claim 2, wherein the spring is a torsion bar. 前記弾性体として、樹脂系あるいはゴム系の材料を用いたことを特徴とする請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機。   The expander-integrated compressor according to claim 1, wherein a resin-based or rubber-based material is used as the elastic body. 前記動力回収シャフトと前記駆動シャフトとに設けた各連結端部のうち、いずれか一方の前記連結端部に設けた凹部の内部に前記弾性体を配置し、他方の前記連結端部に設けた凸部を前記凹部に前記弾性体を介して嵌合し、前記動力回収シャフトと前記駆動シャフトを連結したことを特徴とする請求項１、請求項２及び請求項５のいずれかに記載の膨張機一体型圧縮機。   The elastic body is disposed in a recess provided in one of the connection ends of the connection ends provided in the power recovery shaft and the drive shaft, and provided in the other connection end. 6. The expansion according to claim 1, wherein a convex portion is fitted into the concave portion via the elastic body, and the power recovery shaft and the drive shaft are connected. Machine-integrated compressor. 前記弾性体の弾性率を、前記駆動シャフト等の軸周りの振動に関する共振周波数が運転周波数に等しくなるように設定する構成にしたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項５及び請求項６のいずれかに記載の膨張機一体型圧縮機。
The elastic modulus of the elastic body is set such that a resonance frequency related to vibration around an axis of the drive shaft or the like is equal to an operating frequency. The expander-integrated compressor according to claim 6.
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