JP2007205651A - Refrigerating system and vehicular air conditioner - Google Patents

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Shunji Komatsu
俊二 小松
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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
    • F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a freezing system capable of preventing deterioration of a cooling capacity. <P>SOLUTION: In the refrigerating system 2, a CO<SB>2</SB>refrigerant is circulated in a circulation path. In the circulation path, a compressor 18, a gas cooler 20, an expansion device 22, and an evaporator 24 are sequentially interposed in the circulation path in this order as seen from a flowing direction of the refrigerant. The expansion device is provided with an expanding part 30 expanding the refrigerant by restricting action, an oil separator part 40 separating oil for the compressor from the refrigerant, and an oil pump part 50 force feeding the separated oil to the compressor. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、冷凍システムに関し、より詳しくは、ＣＯ２冷媒を使用した冷凍システム及びこの冷凍システムを採用した車両用空調装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration system, and more particularly to a refrigeration system using a CO 2 refrigerant and a vehicle air conditioner that employs the refrigeration system.

近年、地球環境への配慮から、地球温暖化係数の小さな値を有する冷媒を用いた冷凍システムの開発が進められている。この種の冷媒の一例としては自然系のＣＯ２（炭酸）ガスがある。
しかし、このＣＯ２冷媒は高圧側が超臨界領域になってサイクルの効率が悪いため、ガスクーラと膨張弁との間には内部熱交換器が設けられており、ガスクーラの出口側の冷媒と蒸発器の出口側の冷媒とによる内部熱交換が行われている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２２５５４９号公報 In recent years, a refrigeration system using a refrigerant having a small global warming potential has been developed in consideration of the global environment. An example of this type of refrigerant is natural CO 2 (carbonic acid) gas.
However, since this CO 2 refrigerant has a supercritical region on the high pressure side and the cycle efficiency is poor, an internal heat exchanger is provided between the gas cooler and the expansion valve, and the refrigerant and evaporator on the outlet side of the gas cooler Internal heat exchange is performed with the refrigerant on the outlet side (see, for example, Patent Document 1).
JP 2002-225549 A

ところで、この種の圧縮機は冷媒を圧縮するが、この冷媒には、通常、潤滑油（オイル）が含まれている。このオイルは圧縮機内の摺動面や軸受等の潤滑のみならず、摺動面のシールとしての機能を有する。しかしながら、このオイルによる循環経路内の循環は冷凍システムの冷房能力を低下させる要因となる。
つまり、このオイルは、高圧側にてＣＯ２冷媒に非常に良く溶解する一方、低圧側では殆ど溶解しない。詳しくは、この低圧側における溶解しないオイルは、液体として例えば蒸発器内部の管壁に張り付き、オイル独自の層を形成するのである。そして、仮に蒸発器でのオイル循環率（O.C.R.）が０．３％以上になると、熱伝達が極端に悪化するという問題がある。このように、上記従来の技術では、冷房能力の低下の点については依然として課題が残されている。 By the way, this kind of compressor compresses a refrigerant | coolant, but this refrigerant | coolant normally contains lubricating oil (oil). This oil not only lubricates the sliding surfaces and bearings in the compressor, but also functions as a seal for the sliding surfaces. However, the circulation in the circulation path by the oil becomes a factor of reducing the cooling capacity of the refrigeration system.
In other words, this oil dissolves very well in the CO 2 refrigerant on the high pressure side, but hardly dissolves on the low pressure side. Specifically, the undissolved oil on the low-pressure side sticks as a liquid to, for example, a tube wall inside the evaporator, and forms a layer unique to the oil. And if the oil circulation rate (OCR) in an evaporator becomes 0.3% or more, there exists a problem that heat transfer will deteriorate extremely. As described above, in the above-described conventional technology, there is still a problem with respect to the decrease in cooling capacity.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、冷房能力の低下を防ぐことができる冷凍システム及び車両用空調装置を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of such a subject, and it aims at providing the refrigeration system and vehicle air conditioner which can prevent the fall of a cooling capability.

上記の目的を達成すべく、請求項１記載の冷凍システムは、ＣＯ２冷媒が循環経路内を循環する冷凍システムであって、循環経路には、冷媒の流れ方向でみて圧縮機、ガスクーラ、膨張装置及び蒸発器が順次介挿されており、膨張装置は、冷媒を絞り作用によって膨張させるエキパン部と、冷媒から圧縮機用のオイルを分離するオイルセパレータ部と、分離されたオイルを圧縮機に圧送するオイルポンプ部とを具備することを特徴としている。 In order to achieve the above object, a refrigeration system according to claim 1 is a refrigeration system in which CO 2 refrigerant circulates in a circulation path, and the circulation path has a compressor, a gas cooler, and an expansion in the flow direction of the refrigerant. The expansion device includes an expansion unit that expands the refrigerant by throttling, an oil separator unit that separates the compressor oil from the refrigerant, and the separated oil to the compressor. And an oil pump section for pumping.

また、請求項２記載の発明では、オイルセパレータ部は、回転軸の回転に伴って冷媒を上方に向けて移動させる一方、オイルを側方に向けて移動させる分離板を備えることを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、エキパン部は、回転軸により駆動される可動及び固定の各スクロールを有するスクロールユニットを備えることを特徴としている。 Further, in the invention described in claim 2, the oil separator portion includes a separation plate that moves the refrigerant upward while the oil moves to the side as the rotating shaft rotates. .
Furthermore, the invention according to claim 3 is characterized in that the expansion unit includes a scroll unit having movable and fixed scrolls driven by a rotating shaft.

更にまた、請求項４記載の発明では、オイルポンプ部は、回転軸により駆動される内側及び外側の各ロータを有するトロコイドユニットを備えることを特徴としている。
また、請求項５記載の発明では、車両用空調装置が上述の冷凍システムを備えたことを特徴としている。 Furthermore, the invention according to claim 4 is characterized in that the oil pump unit includes a trochoid unit having inner and outer rotors driven by a rotating shaft.
According to a fifth aspect of the present invention, a vehicle air conditioner includes the above-described refrigeration system.

従って、請求項１記載の本発明の冷凍システムによれば、ＣＯ２冷媒がオイルを含み、このオイルは圧縮機から流出し、ガスクーラにて冷却されて膨張装置に達する。そして、当該膨張装置は、冷媒の膨張機能の他、冷媒からのオイル分離機能と、圧縮機へのオイル圧送機能とを備えている。すなわち、この膨張装置内の冷媒は、エキパン部の絞り作用による膨張を受けるとともに、オイルセパレータ部にてオイルが分離される。そして、このオイルはオイルポンプ部から圧縮機に常に戻される。よって、蒸発器へのオイルの流入が回避される結果、熱交換機能が確保され、ＣＯ２冷媒を用いた冷凍システムの冷房能力の低下が回避される。 Therefore, according to the refrigeration system of the first aspect of the present invention, the CO 2 refrigerant contains oil, which flows out of the compressor, is cooled by the gas cooler, and reaches the expansion device. The expansion device includes an expansion function of the refrigerant, an oil separation function from the refrigerant, and an oil pressure feeding function to the compressor. That is, the refrigerant in the expansion device is expanded by the expansion action of the expansion unit, and the oil is separated in the oil separator unit. This oil is always returned from the oil pump unit to the compressor. As a result, the inflow of oil to the evaporator is avoided, so that the heat exchange function is ensured and the cooling capacity of the refrigeration system using the CO 2 refrigerant is prevented from being lowered.

また、オイルセパレータ部を、圧縮機の出口側ではなく、膨張装置に設ければ、ガスクーラで冷却されたオイルはそのオイル粘度が高くなり、冷媒からの分離が容易になる。この結果、効率の良いオイル分離が達成される。
また、請求項２記載の発明によれば、ガスクーラからの高圧の冷媒は膨張装置のエキパン部にて膨張された後、オイルセパレータ部に達する。このオイルセパレータ部では、分離板が回転軸の回転に伴って回転すると、冷媒を上方に向けて移動させると同時にオイルを側方に向けて移動させる。この回転軸の撹拌による冷媒とオイルとの分離により、蒸発器に向けて流れる冷媒の比エンタルピが減少するので、冷凍システムの冷房能力の向上に寄与する。 Further, if the oil separator is provided not on the outlet side of the compressor but on the expansion device, the oil cooled by the gas cooler has a high oil viscosity and can be easily separated from the refrigerant. As a result, efficient oil separation is achieved.
According to the second aspect of the present invention, the high-pressure refrigerant from the gas cooler reaches the oil separator after being expanded in the expansion unit of the expansion device. In this oil separator portion, when the separation plate rotates with the rotation of the rotating shaft, the refrigerant is moved upward and simultaneously the oil is moved sideways. Since the specific enthalpy of the refrigerant flowing toward the evaporator is reduced by the separation of the refrigerant and the oil by the stirring of the rotating shaft, it contributes to the improvement of the cooling capacity of the refrigeration system.

更に、請求項３記載の発明によれば、ガスクーラからの高圧の冷媒はスクロールユニット内に導入される。その内部の容積の増加によって膨張可能となる。また、エキパン部は、オイルセパレータ部を駆動させる回転軸と同一の回転軸によって駆動されるので、膨張装置の構成の簡略化が可能になる。
更にまた、請求項４記載の発明によれば、ガスクーラからの高圧の冷媒は、膨張装置のオイルセパレータ部にてオイルが冷媒から分離された後、オイルポンプ部に達する。このオイルポンプ部では、内側ロータと外側ロータとの隙間の容積が減少され、オイルが圧縮機に向けて圧送可能となる。また、オイルポンプ部もまた、オイルセパレータ部を駆動させる回転軸と同一の回転軸によって駆動されるので、膨張装置の構成の簡略化が可能になる。 Furthermore, according to the invention described in claim 3, the high-pressure refrigerant from the gas cooler is introduced into the scroll unit. It can be expanded by increasing its internal volume. Further, since the expansion unit is driven by the same rotation shaft as that for driving the oil separator unit, the configuration of the expansion device can be simplified.
Furthermore, according to the fourth aspect of the invention, the high-pressure refrigerant from the gas cooler reaches the oil pump section after the oil is separated from the refrigerant in the oil separator section of the expansion device. In this oil pump portion, the volume of the gap between the inner rotor and the outer rotor is reduced, and oil can be pumped toward the compressor. In addition, since the oil pump unit is also driven by the same rotation shaft as that for driving the oil separator unit, the configuration of the expansion device can be simplified.

また、請求項５記載の車両用空調装置によれば、自然系冷媒であるＣＯ２冷媒を用いていることから、環境負荷の低減に大きく貢献する。 Further, according to the vehicle air conditioner of the fifth aspect, since the CO 2 refrigerant that is a natural refrigerant is used, it greatly contributes to the reduction of the environmental load.

以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１は、車両用空調装置を構成する一実施例の冷凍システム２の概略を示し、この冷凍システム２は車室４内を所望の設定温度にて冷房する。
冷凍システム２は、自然系冷媒であるＣＯ２冷媒（以下、単に冷媒と称す）を循環させる冷凍回路６を有し、この冷凍回路６はエンジン１０を備えたエンジンルーム８から車室４に亘って設置されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an outline of a refrigeration system 2 of an embodiment constituting a vehicle air conditioner. The refrigeration system 2 cools the interior of a passenger compartment 4 at a desired set temperature.
The refrigeration system 2 includes a refrigeration circuit 6 that circulates a CO 2 refrigerant (hereinafter simply referred to as a refrigerant), which is a natural refrigerant, and the refrigeration circuit 6 extends from an engine room 8 including an engine 10 to a vehicle compartment 4. Installed.

冷凍回路６は上記冷媒の循環経路１１〜１４を有し、これら循環経路１１〜１４はその大部分が車両のエンジンルーム８内に配置されているが、その一部は車両の車室４内にも延びている。詳しくは、循環経路１１〜１４には、上流側からコンプレッサ（圧縮機）１８、ガスクーラ２０、膨張装置２２及びエバポレータ（蒸発器）２４が順次介挿されている。そして、これら圧縮機１８、ガスクーラ２０、膨張装置２２はエンジンルーム８内に配置され、蒸発器２４は車室４内に配置されている。なお、図１中、参照符号１１，１２，１３は上記循環経路の往路部分を形成し、参照符号１４は上記循環経路の復路部分を形成している。   The refrigeration circuit 6 has circulation paths 11 to 14 for the refrigerant, and most of the circulation paths 11 to 14 are arranged in the engine room 8 of the vehicle, but a part of the circulation paths 11 to 14 is in the vehicle compartment 4 of the vehicle. It also extends. Specifically, a compressor (compressor) 18, a gas cooler 20, an expansion device 22, and an evaporator (evaporator) 24 are sequentially inserted in the circulation paths 11 to 14 from the upstream side. The compressor 18, the gas cooler 20, and the expansion device 22 are disposed in the engine room 8, and the evaporator 24 is disposed in the vehicle compartment 4. In FIG. 1, reference numerals 11, 12, and 13 form the forward part of the circulation path, and reference numeral 14 forms the return part of the circulation path.

圧縮機１８はエンジン１０の駆動力によって作動され、ガス状態の冷媒を吸い込んで圧縮し、高温高圧ガス状態にして高圧側の循環経路１１に吐出する。つまり、圧縮機１８は、冷媒を圧縮しながら冷媒の流動を生成させる。
そして、ガスクーラ２０は図示しない送風ファン及び車両前方からの風を受けて、その内部を流れる冷媒を空冷する。更に、ガスクーラ２０からの高圧状態の冷媒は、高圧側の循環経路１２を介して膨張装置２２に導入され、低圧側の循環経路１３を介して蒸発器２４に供給され、蒸発器２４内にて低温低圧のガス状態となる。この蒸発器２４の下流側は、低圧側の循環経路１４を介して圧縮機１８に接続されており、上記低温低圧ガス状態の冷媒は圧縮機１８に吸引される。 The compressor 18 is operated by the driving force of the engine 10, sucks and compresses the refrigerant in the gas state, converts the refrigerant into a high-temperature and high-pressure gas state, and discharges it to the high-pressure circulation path 11. That is, the compressor 18 generates a refrigerant flow while compressing the refrigerant.
And the gas cooler 20 receives the wind from the fan and the vehicle front which are not shown in figure, and air-cools the refrigerant | coolant which flows through the inside. Further, the high-pressure refrigerant from the gas cooler 20 is introduced into the expansion device 22 via the high-pressure side circulation path 12 and supplied to the evaporator 24 via the low-pressure side circulation path 13. It becomes a low-temperature and low-pressure gas state. The downstream side of the evaporator 24 is connected to the compressor 18 via the low-pressure side circulation path 14, and the low-temperature low-pressure gas refrigerant is sucked into the compressor 18.

ここで、本実施形態の膨張装置２２は、ガスクーラ２０と蒸発器２４との間、すなわち、高圧側の循環経路１２と低圧側の循環経路１３との間に配設されており、冷媒の膨張機能に加え、冷媒から圧縮機用のオイルを分離するオイル分離機能と、この冷媒から分離されたオイルを圧縮機１８に吐出するオイル圧送機能とを備えている。
より詳しくは、図２に示されるように、膨張装置２２は、上方からエキパン部３０、オイルセパレータ部４０及びオイルポンプ部５０の順に配置されており、これらエキパン部３０からオイルポンプ部５０に至る回転軸２８が配設されている。 Here, the expansion device 22 of the present embodiment is disposed between the gas cooler 20 and the evaporator 24, that is, between the high-pressure side circulation path 12 and the low-pressure side circulation path 13, and expands the refrigerant. In addition to the function, an oil separation function for separating the oil for the compressor from the refrigerant and an oil pressure feeding function for discharging the oil separated from the refrigerant to the compressor 18 are provided.
More specifically, as shown in FIG. 2, the expansion device 22 is arranged from the top in the order of the expansion unit 30, the oil separator unit 40, and the oil pump unit 50, and extends from the expansion unit 30 to the oil pump unit 50. A rotating shaft 28 is provided.

まず、エキパン部３０は筒状のケース３１を備えており、図３（ａ）に示される如く、ケース３１内にはスクロールユニット３２が収容されている。このスクロールユニット３２は固定スクロール３３及び可動スクロール３６から構成されており、これら各スクロール３３，３６はそれぞれ渦巻きラップを備えている。また、固定スクロール３３の基板３４の中央位置には循環経路１２に接続される導入口３５が基板３４を貫通して形成され、上記渦巻きラップの協働によって形成される圧力室３７が対峙されている。この圧力室３７は、固定スクロール３３に対する可動スクロール３６の旋回運動に伴い、渦巻きラップの中心側から径方向外周側に向けて移動し、その際、圧力室３７の容積が増加される。   First, the expansion unit 30 includes a cylindrical case 31, and a scroll unit 32 is accommodated in the case 31, as shown in FIG. The scroll unit 32 includes a fixed scroll 33 and a movable scroll 36, and each of the scrolls 33 and 36 has a spiral wrap. Further, an introduction port 35 connected to the circulation path 12 is formed at the center position of the substrate 34 of the fixed scroll 33 so as to penetrate the substrate 34, and a pressure chamber 37 formed by the cooperation of the spiral wrap is opposed. Yes. The pressure chamber 37 moves from the center side of the spiral wrap toward the outer peripheral side in the radial direction along with the turning motion of the movable scroll 36 with respect to the fixed scroll 33, and at this time, the volume of the pressure chamber 37 is increased.

この可動スクロール３６の旋回運動を達成するため、可動スクロール３６の背面側は図示しない偏心ブッシュに回転自在に支持されており、この偏心ブッシュは回転軸２８に連結されている。なお、可動スクロール３６の背面側にはカウンタウエイトや自転阻止機構が配設される。また、このケース３１には導出口３８がその周壁を貫通して形成されており、冷媒及びオイルの送出通路３９に接続している。   In order to achieve the orbiting movement of the movable scroll 36, the back side of the movable scroll 36 is rotatably supported by an eccentric bush (not shown), and the eccentric bush is connected to the rotary shaft 28. A counterweight and a rotation preventing mechanism are provided on the back side of the movable scroll 36. In addition, a lead-out port 38 is formed through the peripheral wall of the case 31 and is connected to a refrigerant and oil delivery passage 39.

次に、オイルセパレータ部４０はエキパン部３０の下方に位置し、長筒状のハウジング４１を備えている。ハウジング４１の下端面には、送出通路３９に接続される導入口４２が形成され、ハウジング４１の上端部分には循環経路１３に接続される冷媒導出口４４が形成されている。また、ハウジング４１の周壁の上端側にはオイル導出口４５が形成され、このオイル導出口４５はオイル連通路４６に接続している。   Next, the oil separator portion 40 is located below the expansion portion 30 and includes a long tubular housing 41. An inlet 42 connected to the delivery passage 39 is formed at the lower end surface of the housing 41, and a refrigerant outlet 44 connected to the circulation path 13 is formed at the upper end portion of the housing 41. An oil outlet 45 is formed on the upper end side of the peripheral wall of the housing 41, and the oil outlet 45 is connected to the oil communication passage 46.

ハウジング４１内には、回転軸２８が回転自在に配置されており、この回転軸２８の外周縁には複数の分離板４３が配設されている。具体的には、分離板４３は上方に向けて縮径された陣笠状に形成され、径方向に半割りされた形状をなしている。また、各分離板４３は回転軸２８の軸線方向に沿って互い違いに配置され、各板の上側に冷媒及びオイルを載置可能に構成されている。   A rotation shaft 28 is rotatably disposed in the housing 41, and a plurality of separation plates 43 are disposed on the outer peripheral edge of the rotation shaft 28. Specifically, the separation plate 43 is formed in a fork shape that is reduced in diameter upward, and has a shape that is divided in half in the radial direction. Further, the separation plates 43 are alternately arranged along the axial direction of the rotary shaft 28, and are configured so that refrigerant and oil can be placed on the upper side of each plate.

続いて、オイルポンプ部５０は、オイルセパレータ部４０の上方、より具体的には、エキパン部３０とオイルセパレータ部４０との間に位置し、筒状のケース５１を備えており、図３（ｂ）に示される如く、ケース５１内にはトロコイドユニット５２が収容されている。このトロコイドユニット５２は内側ロータ５３及び外側ロータ５４から構成され、これら各ロータ５３，５４は回転軸２８の回転に伴って回転する。また、内側ロータ５３と外側ロータ５４との間には隙間５６が形成されている。この隙間５６の容積は外側ロータ５４に対する内側ロータ５３の位置によって異なり、ケース５１の周壁には、隙間５６の容積が大きくなり始める位置に吸入口５５が、この容積が一旦大きくなった後に小さくなる位置に吐出口５７がそれぞれ形成されている。   Subsequently, the oil pump unit 50 is located above the oil separator unit 40, more specifically, between the expansion unit 30 and the oil separator unit 40, and includes a cylindrical case 51, which is shown in FIG. As shown in b), a trochoid unit 52 is accommodated in the case 51. The trochoid unit 52 includes an inner rotor 53 and an outer rotor 54, and the rotors 53, 54 rotate with the rotation of the rotating shaft 28. A gap 56 is formed between the inner rotor 53 and the outer rotor 54. The volume of the gap 56 varies depending on the position of the inner rotor 53 with respect to the outer rotor 54, and the suction port 55 is reduced in the peripheral wall of the case 51 at a position where the volume of the gap 56 begins to increase once the volume is once increased. A discharge port 57 is formed at each position.

この隙間５６の容積を可変にするため、各ロータ５３，５４の中心は互いに偏心されており、内側ロータ５３の内周側は回転軸２８に嵌合され、内側ロータ５３は回転軸２８と一体に回転可能に構成されている。また、内側ロータ５３の外周側には外側ロータ５４に歯合される歯が備えられている。一方、外側ロータ５４の内周側にも歯が備えられているが、この歯は内側ロータ５３の歯数よりも１枚多く構成されている。そして、外側ロータ５４の外周側はケース５１に遊嵌されており、内側ロータ５３が回転軸２８の回転に伴って回転すると、外側ロータ５４も内側ロータ５３の回転方向と同方向に回転する。   In order to make the volume of the gap 56 variable, the centers of the rotors 53 and 54 are eccentric to each other, the inner peripheral side of the inner rotor 53 is fitted to the rotary shaft 28, and the inner rotor 53 is integrated with the rotary shaft 28. It is configured to be rotatable. In addition, teeth that mesh with the outer rotor 54 are provided on the outer peripheral side of the inner rotor 53. On the other hand, teeth are also provided on the inner peripheral side of the outer rotor 54, but the number of teeth is one more than the number of teeth of the inner rotor 53. The outer peripheral side of the outer rotor 54 is loosely fitted in the case 51, and when the inner rotor 53 rotates as the rotary shaft 28 rotates, the outer rotor 54 also rotates in the same direction as the rotation direction of the inner rotor 53.

上述した吸入口５５はオイル連通路４６に接続し、吐出口５７はオイル吐出通路１５に接続している。このオイル吐出通路１５では、蒸発器２４をバイパスして膨張装置２２と圧縮機１８とを接続しており、オイルセパレータ部４０にて分離されたオイルをオイルポンプ部５０から圧縮機１８に向けて戻されている。
上述した冷凍システム２によれば、圧縮機１８の作動に伴い、蒸発器２４から冷媒を圧縮する。つまり、この圧縮機１８の断熱圧縮作用により、比エンタルピ及び圧力がそれぞれ増加して図４の点Ａから点Ｂまで変化する。そして、循環経路１１を介してオイルを含んだ高温高圧ガス状態の冷媒をガスクーラ２０に供給する。 The suction port 55 described above is connected to the oil communication passage 46, and the discharge port 57 is connected to the oil discharge passage 15. In the oil discharge passage 15, the evaporator 24 is bypassed to connect the expansion device 22 and the compressor 18, and the oil separated by the oil separator unit 40 is directed from the oil pump unit 50 to the compressor 18. It has been returned.
According to the refrigeration system 2 described above, the refrigerant is compressed from the evaporator 24 with the operation of the compressor 18. That is, due to the adiabatic compression action of the compressor 18, the specific enthalpy and the pressure increase and change from point A to point B in FIG. 4. Then, a refrigerant in a high-temperature and high-pressure gas state containing oil is supplied to the gas cooler 20 through the circulation path 11.

続いて、この冷媒はガスクーラ２０内で冷却される。つまり、ガスクーラ２０の冷却作用により、比エンタルピが減少して同図の点Ｂから点Ｃまで等圧変化する。そして、循環経路１２を介して膨張装置２２に供給される。なお、この点Ｂから点Ｃに変化する高圧側の状態では、オイルは冷媒に非常に良く溶解している。
次いで、循環経路１２からの冷媒はエキパン部３０の絞り作用による膨張を受ける。つまり、回転軸２８はケース３１内の導入口３５側と導出口３８側との圧力差によって回転し、圧力室３７内で膨張した冷媒は、送出通路３９を介してオイルセパレータ部４０にその下方から導入される。この膨張による低圧側の状態では、オイルは冷媒に殆ど溶解していないことから、冷媒からオイルを効率良く分離可能となる。 Subsequently, the refrigerant is cooled in the gas cooler 20. That is, the specific enthalpy is reduced by the cooling action of the gas cooler 20, and the pressure is changed from point B to point C in FIG. Then, it is supplied to the expansion device 22 via the circulation path 12. In the state of the high pressure side that changes from point B to point C, the oil is very well dissolved in the refrigerant.
Next, the refrigerant from the circulation path 12 undergoes expansion due to the throttle action of the expansion unit 30. That is, the rotating shaft 28 is rotated by a pressure difference between the inlet 35 and the outlet 38 in the case 31, and the refrigerant expanded in the pressure chamber 37 passes through the delivery passage 39 to the oil separator 40. It is introduced from. In the state of the low pressure side due to the expansion, the oil is hardly dissolved in the refrigerant, so that the oil can be efficiently separated from the refrigerant.

具体的には、オイルセパレータ部４０の分離板４３上に載置されたオイルを含む冷媒は、回転軸２８の回転に伴い、比重の小さな冷媒をハウジング４１の上方に向けて移動させる一方、比重の大きなオイルを遠心力によりハウジング４１の周壁に向けて移動させる。このオイルセパレータ部４０内の撹拌による気液分離によって冷媒とオイルとを分離することにより、蒸発器２４に向かう比エンタルピが減少し、エンタルピ差が拡大される。すなわち、冷媒導出口４４近傍の冷媒は、その比エンタルピを減少させつつ、圧力が減少して同図の点Ｃから点Ｄまで変化する。   Specifically, the refrigerant including the oil placed on the separation plate 43 of the oil separator unit 40 moves the refrigerant having a small specific gravity toward the upper side of the housing 41 with the rotation of the rotating shaft 28, while the specific gravity. The large oil is moved toward the peripheral wall of the housing 41 by centrifugal force. By separating the refrigerant and oil by gas-liquid separation by stirring in the oil separator section 40, the specific enthalpy toward the evaporator 24 is reduced, and the enthalpy difference is enlarged. That is, the refrigerant in the vicinity of the refrigerant outlet port 44 decreases in its specific enthalpy and decreases in pressure and changes from point C to point D in the figure.

そして、この冷媒は循環経路１３を介して蒸発器２４内に噴出され、冷媒の気化熱により蒸発器２４の周囲の空気が冷却される。次いで、冷気が車室４内に送り込まれることにより、車室４内の冷房が行われる。この後、蒸発器２４内の冷媒は循環経路１４を介して圧縮機１８に戻り、圧縮機１８により再度圧縮され、循環経路１１〜１４を上述した如く循環する。   Then, the refrigerant is jetted into the evaporator 24 through the circulation path 13, and the air around the evaporator 24 is cooled by the heat of vaporization of the refrigerant. Next, the cooling air is sent into the passenger compartment 4 to cool the passenger compartment 4. Thereafter, the refrigerant in the evaporator 24 returns to the compressor 18 through the circulation path 14, is compressed again by the compressor 18, and circulates in the circulation paths 11 to 14 as described above.

これに対し、冷媒から分離されたオイルは、オイル導出口４５からオイル連通路４６を介してオイルポンプ部５０に導入される。吸入口５５に到達したオイルは、回転軸２８の回転に伴ってロータ５３，５４が隙間５６の容積を大きくさせる配置にて隙間５６内に吸入され、次に隙間５６の容積が小さくなったロータ５３，５４の配置にて圧縮されて吐出口５７に向けて吐出される。そして、このオイルはオイル吐出通路１５及び循環経路１４を介して圧縮機１８に向けて常時返戻される。   On the other hand, the oil separated from the refrigerant is introduced into the oil pump unit 50 from the oil outlet 45 through the oil communication passage 46. The oil that has reached the suction port 55 is sucked into the gap 56 in such an arrangement that the rotors 53 and 54 increase the volume of the gap 56 as the rotary shaft 28 rotates, and then the rotor in which the volume of the gap 56 is reduced. Compressed by the arrangement of 53 and 54 and discharged toward the discharge port 57. The oil is always returned to the compressor 18 through the oil discharge passage 15 and the circulation passage 14.

以上のように、本発明によれば、ＣＯ２冷媒がオイルを含み、このオイルは圧縮機１８から流出し、ガスクーラ２０にて冷却されて膨張装置２２に達する。そして、膨張装置２２は、冷媒の膨張機能の他、冷媒からのオイル分離機能と、圧縮機１８へのオイル圧送機能とを備えている。すなわち、この膨張装置２２内の冷媒は、エキパン部３０の絞り作用による膨張を受けるとともに、オイルセパレータ部４０にてオイルが分離される。そして、このオイルはオイルポンプ部４０から循環経路１３とは別個のオイル吐出通路１５を介して圧縮機１８に常に戻される。よって、蒸発器２４へのオイルの流入が回避される結果、蒸発器２４内のオイル循環率が小さくなって熱交換機能が確保され、ＣＯ２冷媒を用いた冷凍システムの冷房能力の低下が回避される。 As described above, according to the present invention, the CO 2 refrigerant contains oil, and this oil flows out of the compressor 18, is cooled by the gas cooler 20, and reaches the expansion device 22. The expansion device 22 has an oil separation function from the refrigerant and an oil pressure feeding function to the compressor 18 in addition to the refrigerant expansion function. That is, the refrigerant in the expansion device 22 is expanded by the squeezing action of the expansion unit 30 and the oil is separated by the oil separator unit 40. This oil is always returned from the oil pump unit 40 to the compressor 18 via an oil discharge passage 15 separate from the circulation path 13. As a result, the inflow of oil into the evaporator 24 is avoided, so that the oil circulation rate in the evaporator 24 is reduced, the heat exchange function is ensured, and the deterioration of the cooling capacity of the refrigeration system using the CO 2 refrigerant is avoided. Is done.

また、オイルセパレータ部４０を、圧縮機１８の出口側ではなく、膨張装置２２に設ければ、ガスクーラ２０で冷却されたオイルはそのオイル粘度が高くなり、冷媒からの分離が容易になる。この結果、効率の良いオイル分離が達成される。
更に、エキパン部３０では、ガスクーラ２０からの高圧の冷媒が、基板３４の中央に位置する圧力室３７に導入される。この後、圧力室３７では各スクロール３３，３６の渦巻きラップに沿って基板３４の外周側に向けて移動し、その際、圧力室３７の容積の増加によって膨張可能となる。 If the oil separator 40 is provided not on the outlet side of the compressor 18 but on the expansion device 22, the oil cooled by the gas cooler 20 has a high oil viscosity and can be easily separated from the refrigerant. As a result, efficient oil separation is achieved.
Further, in the expansion unit 30, the high-pressure refrigerant from the gas cooler 20 is introduced into the pressure chamber 37 located at the center of the substrate 34. Thereafter, the pressure chamber 37 moves toward the outer peripheral side of the substrate 34 along the spiral wraps of the scrolls 33, 36, and at that time, the pressure chamber 37 can be expanded by increasing the volume of the pressure chamber 37.

また、ガスクーラ２０からの高圧の冷媒はエキパン部３０にて膨張された後、オイルセパレータ部４０に達する。このオイルセパレータ部４０では、分離板４３が回転軸２８の回転に伴って回転すると、比重の小さなＣＯ２冷媒を上方に向けて移動させると同時に比重の大きなオイルを側方に向けて移動させる。この回転軸２８の撹拌による冷媒とオイルとの分離により、蒸発器２４に向けて流れる冷媒の比エンタルピが減少するので、冷凍システムの冷房能力の向上に寄与する。 The high-pressure refrigerant from the gas cooler 20 is expanded in the expansion unit 30 and then reaches the oil separator unit 40. In the oil separator section 40, when the separation plate 43 rotates with the rotation of the rotary shaft 28, the CO 2 refrigerant having a small specific gravity is moved upward and simultaneously the oil having a large specific gravity is moved sideways. Since the specific enthalpy of the refrigerant flowing toward the evaporator 24 is reduced by the separation of the refrigerant and the oil by the stirring of the rotating shaft 28, the cooling capacity of the refrigeration system is improved.

更にまた、オイルセパレータ部４０にて分離されたオイルはオイルポンプ部５０に達する。このオイルポンプ部５０では、内側ロータ５３と外側ロータ５４との隙間５６の容積が減少され、オイルが圧縮機１８に向けて圧送可能となる。
しかも、オイルセパレータ部４０及びオイルポンプ部５０は、エキパン部３０内にて冷媒が膨張する際の差圧によって稼動され、また、上述したエキパン部３０、オイルセパレータ部４０及びオイルポンプ部５０は、同一の回転軸２８によって駆動されるので、膨張装置２２の構成が簡略化され、膨張装置の信頼性向上に寄与する。 Furthermore, the oil separated by the oil separator unit 40 reaches the oil pump unit 50. In the oil pump unit 50, the volume of the gap 56 between the inner rotor 53 and the outer rotor 54 is reduced, and oil can be pumped toward the compressor 18.
Moreover, the oil separator unit 40 and the oil pump unit 50 are operated by a differential pressure when the refrigerant expands in the expansion unit 30. Further, the above-described expansion unit 30, the oil separator unit 40, and the oil pump unit 50 are Since it drives by the same rotating shaft 28, the structure of the expansion apparatus 22 is simplified and it contributes to the reliability improvement of an expansion apparatus.

また、車両用空調装置に自然系冷媒であるＣＯ２冷媒を用いれば、環境負荷の低減に大きく貢献する。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、本発明のエキパン部はスクロール型に限定されるものではなく、また、オイルポンプ部もまたトロコイド型に必ずしも限定されるものではない。 Further, by using the CO 2 refrigerant is a natural refrigerant in an air conditioning system for vehicles, greatly contributes to reducing environmental impact.
The description of one embodiment of the present invention is finished above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the expansion unit of the present invention is not limited to the scroll type, and the oil pump unit is not necessarily limited to the trochoid type.

更に、上記実施形態では車両用空調装置に具体化された例を示しているが、本発明の冷凍システムは、業務用空調装置、家庭用ヒートパイプ、給湯器、暖房器等の如く、ＣＯ２冷媒を用いた冷凍・空調サイクル全般に適用可能である。 Further, in the above embodiment, an example embodied in a vehicle air conditioner is shown, but the refrigeration system of the present invention is a CO 2 like a commercial air conditioner, a home heat pipe, a water heater, a heater, etc. Applicable to all refrigeration and air conditioning cycles using refrigerants.

本発明の一実施例に係る冷凍システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a refrigeration system according to an embodiment of the present invention. 図１の冷凍システムにおける膨張装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the expansion apparatus in the refrigeration system of FIG. （ａ）は図２のａ−ａ線矢視断面図によるエキパン部、（ｂ）は同図のｂ−ｂ線矢視断面図によるオイルポンプ部を説明する図である。(A) is an expansion part by the aa arrow directional cross-sectional view of FIG. 2, (b) is a figure explaining the oil pump part by the bb arrow directional cross-sectional view of the same figure. 図１の冷凍システムにおけるＣＯ２冷媒の概略的なモリエール線図である。FIG. 2 is a schematic Mollier diagram of a CO 2 refrigerant in the refrigeration system of FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

２ 冷凍システム
６ 冷凍回路
１１，１２，１３，１４ 循環経路
１８ 圧縮機
２０ ガスクーラ
２２ 膨張装置
２４ 蒸発器
２８ 回転軸
３０ エキパン部
３２ スクロールユニット
３３ 固定スクロール
３６ 可動スクロール
４０ オイルセパレータ部
４３ 分離板
５０ オイルポンプ部
５２ トロコイドユニット
５３ 内側ロータ
５４ 外側ロータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Refrigerating system 6 Refrigeration circuit 11, 12, 13, 14 Circulation path 18 Compressor 20 Gas cooler 22 Expansion device 24 Evaporator 28 Rotating shaft 30 Expander part 32 Scroll unit 33 Fixed scroll 36 Movable scroll 40 Oil separator part 43 Separation plate 50 Oil Pump unit 52 Trochoid unit 53 Inner rotor 54 Outer rotor

Claims (5)

ＣＯ２冷媒が循環経路内を循環する冷凍システムであって、
前記循環経路には、前記冷媒の流れ方向でみて圧縮機、ガスクーラ、膨張装置及び蒸発器が順次介挿されており、
前記膨張装置は、前記冷媒を絞り作用によって膨張させるエキパン部と、該冷媒から前記圧縮機用のオイルを分離するオイルセパレータ部と、該分離されたオイルを前記圧縮機に圧送するオイルポンプ部と
を具備することを特徴とする冷凍システム。 CO 2 refrigerant is a refrigeration system that circulates through the circulation path,
In the circulation path, a compressor, a gas cooler, an expansion device, and an evaporator are sequentially inserted in the refrigerant flow direction,
The expansion device includes an expansion unit that expands the refrigerant by a throttling action, an oil separator unit that separates oil for the compressor from the refrigerant, and an oil pump unit that pumps the separated oil to the compressor. A refrigeration system comprising: 前記オイルセパレータ部は、回転軸の回転に伴って前記冷媒を上方に向けて移動させる一方、前記オイルを側方に向けて移動させる分離板を備えることを特徴とする請求項１に記載の冷凍システム。   2. The refrigeration according to claim 1, wherein the oil separator portion includes a separation plate that moves the refrigerant upward while the oil moves sideward as the rotation shaft rotates. system. 前記エキパン部は、前記回転軸により駆動される可動及び固定の各スクロールを有するスクロールユニットを備えることを特徴とする請求項２に記載の冷凍システム。   The refrigeration system according to claim 2, wherein the expansion unit includes a scroll unit having movable and fixed scrolls driven by the rotating shaft. 前記オイルポンプ部は、前記回転軸により駆動される内側及び外側の各ロータを有するトロコイドユニットを備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の冷凍システム。   The refrigeration system according to claim 2 or 3, wherein the oil pump unit includes a trochoid unit having inner and outer rotors driven by the rotating shaft. 請求項１から４のいずれか一項に記載の冷凍システムを備えたことを特徴とする車両用空調装置。   A vehicle air conditioner comprising the refrigeration system according to any one of claims 1 to 4.
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