JP2009186064A - 膨張機及び冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低圧雰囲気のケーシング内の冷凍機油を膨張機構の摺動部へ確実に搬送できるようにする。
【解決手段】膨張機（30）では、膨張機ケーシング（34）内が膨張機構（31）で減圧された冷媒と同圧となる。膨張機構（31）では、出力軸（40）の油ポンプ（48）から油溜まり（37）の冷凍機油が汲み上げられ、この冷凍機油が軸内油通路（90）を通じて膨張機構（31）の摺動部へ供給される。膨張機構（31）では、流体室（52,72,82）の高圧冷媒が軸内油通路（90）へ漏れてしまうのを防止するようにシールリング（121,122,123,124）が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷媒から動力を回収する膨張機と、この膨張機が接続される冷媒回路を備えた冷凍装置に関するものである。

従来より、冷媒回路に接続される動力回収用の膨張機が知られている。

例えば特許文献１には、この種の膨張機を備えた冷凍装置が開示されている。特許文献１の冷凍装置は、冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えている。冷媒回路には、圧縮機、室外熱交換器、膨張機、及び室内熱交換器等が接続されている。同文献の図１０に記載される膨張機は、ケーシング内に膨張機構と発電機とが収容されている。膨張機構では、冷媒回路の高圧冷媒が流体室で膨張する。その結果、膨張機構では、膨張する冷媒の動力によってピストンが回転駆動され、更にはピストンに連結する出力軸が回転する。これにより、出力軸に連結する発電機が回転駆動され、発電機から電力が発生する。

また、同文献に開示された膨張機のケーシングの内圧は、膨張機構で膨張した後の冷媒の圧力（即ち、低圧側の冷媒圧力）と同じ圧力となっている。つまり、膨張機は、いわゆる低圧ドーム型の流体機械を構成している。これにより、膨張機構の周囲の温度が比較的低温となり、膨張機から流出する冷媒のエンタルピを低く抑えられる。その結果、特許文献１の冷凍装置では、蒸発器として機能する熱交換器での冷媒の吸熱量が充分に確保され、冷却能力の向上が図られている。

更に、特許文献１に開示の膨張機では、ケーシングの底部に油溜まりが形成されている。油溜まりには、膨張機構の摺動部を潤滑するための冷凍機油が貯留される。この冷凍機油は、出力軸の下端に設けられた油ポンプにより上方へ汲み上げられ、膨張機構の各摺動部へ供給される。
特開２００７−２８５６８０号公報

特許文献１に開示のような膨張機では、ピストンを駆動するための偏心部（クランク部）の摺動部へも冷凍機油が送られる。このため、出力軸には、上記偏心部の摺動部へ冷凍機油を供給できるように油通路が形成されることになる。ところが、上記偏心部等の摺動部へは、膨張機構の流体室の高圧側の冷媒が漏れ込む虞がある。従って、このような場合には、油通路にも高圧冷媒の圧力が作用してしまう。

一方、特許文献１に開示の膨張機では、低圧雰囲気のケーシング内の底部から低圧の冷凍機油を汲み上げるようにしている。このため、上記の如く油通路に高圧冷媒の圧力が作用すると、油通路を通じて冷凍機油を充分に汲み上げることができなくなる。その結果、各摺動部での潤滑不良を招く、あるいはポンプの動力の増大や、ポンプの改良を余儀なくされるという問題が生じる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、低圧雰囲気のケーシング内の冷凍機油を膨張機構の摺動部へ確実に搬送できるようにすることである。

第１の発明は、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）の高圧冷媒が流入する流体室（52,72,82）を形成すると共に、該流体室（52,72,82）内で膨張する冷媒の動力によって回転駆動される可動部材（55,75,85）を有する本体部（32）、及び該本体部（32）の可動部材（55,75,85）に連結される出力軸（40）を有する膨張機構（31）と、上記流体室（52,72,82）で膨張した冷媒と同じ圧力となる内部空間（S）に上記膨張機構（31）を収容するケーシング（34）とを備え、上記出力軸（40）は、上記ケーシング（34）内の油溜まり（37）の冷凍機油を汲み上げるポンプ機構（48）を有すると共に、該ポンプ機構（48）で汲み上げた冷凍機油を上記膨張機構（31）の摺動部へ供給するための油通路（90）を形成している膨張機を前提としている。そして、この膨張機の膨張機構（31）には、上記本体部（32）の流体室（52,72,82）と上記油通路（90）とを区画するシール部（121,122,123,124）が設けられていることを特徴とするものである。

第１の発明の膨張機には、本体部（32）及び出力軸（40）を有する膨張機構（31）が設けられる。本体部（32）では、冷媒回路（11）の高圧冷媒が流体室（52,72,82）へ流入し、この流体室（52,72,82）で高圧冷媒が膨張する。その結果、膨張する冷媒の動力によって可動部材（55,75,85）が回転駆動される。可動部材（55,75,85）が回転すると、出力軸（40）も回転駆動される。このような出力軸（40）の回転動力は、例えば圧縮機を駆動するための動力や、発電機の発電に利用される動力として回収される。

また、第１の発明の膨張機では、膨張機構（31）がケーシング（34）の内部空間（S）に収容され、ケーシング（34）の内部空間（S）の圧力は膨張機構（31）で膨張した冷媒の圧力と同等となる。膨張機構（31）で膨張した冷媒は比較的低温であるため、ケーシング（34）内に収容された膨張機構（31）の周囲の雰囲気も比較的低温となる。このため、膨張機構（31）の周囲の冷媒から膨張機構（31）の内部の冷媒へ移動する熱量が大幅に減少する。

また、第１の発明の出力軸（40）には、ポンプ機構（48）が設けられる。ポンプ機構（48）は、ケーシング（34）内の油溜まり（37）の冷凍機油を汲み上げる。この冷凍機油は、出力軸（40）に形成される油通路（90）を通じて膨張機構（31）の摺動部へ供給され、この摺動部の潤滑に利用される。

一方、膨張機構（31）には、シール部（121,122,123,124）が設けられ、このシール部（121,122,123,124）が上記流体室（52,72,82）と油通路（90）とを区画している。即ち、流体室（52,72,82）には、上述のように高圧冷媒が流入するが、この高圧冷媒が油通路（90）へ漏れてしまうのを上記シール部（121,122,123,124）により防止している。従って、流体室（52,72,82）内からの高圧冷媒の漏洩に起因して、油通路（90）が昇圧されてしまうことが回避される。その結果、ポンプ機構（48）で汲み上げた冷凍機油は、油通路（90）を通じて膨張機構（31）へ確実に送られることになる。

第２の発明は、第１の発明の膨張機において、上記本体部（32）は、シリンダ（51,71,81）と、該シリンダ（51,71,81）の両端を閉塞する閉塞部材（61,62,63）と、上記出力軸（40）の偏心部（42,43,44）が内嵌してシリンダ（51,71,81）内に収容される上記可動部材としてのピストン（55,75,85）とを有し、上記シリンダ（51,71,81）と閉塞部材（61,62,63）とピストン（55,75,85）との間に上記流体室（52,72,82）を形成するロータリ式流体機械を構成しており、上記出力軸（40）には、上記ポンプ機構（48）で汲み上げた冷凍機油を上記偏心部（42,43,44）の摺動部へ供給するように上記油通路（90）が形成され、上記シール部（121,122,123,124）は、上記偏心部（42,43,44）の摺動部と上記流体室（52,72,82）とを区画するように上記ピストン（55,75,85）と閉塞部材（61,62,63）の隙間に設けられるシールリング（121,122,123,124）で構成されていることを特徴とするものである。

第２の発明の本体部は、シリンダ（51,71,81）とピストン（55,75,85）と閉塞部材（61,62,63）とを有するロータリ式流体機械（32）で構成される。ロータリ式流体機械（32）では、シリンダ（51,71,81）内の流体室（52,72,82）で高圧冷媒が膨張することで、この膨張動力によりピストン（55,75,85）が駆動され、偏心部（42,43,44）を介して出力軸（40）が回転駆動される。その結果、出力軸（40）の回転動力が、発電機の発電等に利用される。

また、第２の発明では、ポンプ機構（48）で汲み上げられた冷凍機油が油通路（90）を通じて偏心部（42,43,44）の摺動部へ供給され、この摺動部の潤滑に利用される。ここで、第２の発明では、シール部としてのシールリング（121,122,123,124）が、ピストン（55,75,85）と閉塞部材（61,62,63）の隙間に設けられる。これにより、流体室（52,72,82）の高圧冷媒が、上記隙間を通じて偏心部（42,43,44）の摺動部、更には油通路（90）へ漏れてしまうのがシールリング（121,122,123,124）によって防止される。

第３の発明は、第２の発明の膨張機において、上記シールリング（121,122,123,124）は、上記ピストン（55,75,85）の端面に形成されるリング溝に嵌合していることを特徴とするものである。

第３の発明では、ピストン（55,75,85）の端面にリング溝が形成され、このリング溝内にシールリング（121,122,123,124）が嵌合して保持される。これにより、ピストン（55,75,85）と閉塞部材（61,62,63）との隙間が確実にシールされる。

第４の発明は、第１乃至第３のいずれか１つの発明の膨張機において、上記ポンプ機構は、上記ケーシング（34）の底部に臨むように上記出力軸（40）の下端部に設けられる遠心式ポンプ（48）で構成されていることを特徴とするものである。

第４の発明では、出力軸（40）の回転に伴い遠心式ポンプ（48）が駆動される。油溜まり（37）の冷凍機油は、遠心式ポンプ（48）の遠心力によって上方へ汲み上げられ、油通路（90）を通じて膨張機構（31）の摺動部へ供給される。

第５の発明は、第１乃至第４のいずれか１つの発明の膨張機において、上記ケーシング（34）内に収容されると共に、上記出力軸（40）を介して上記本体部（32）と連結されて駆動される発電機（33）を更に備えていることを特徴とするものである。

第５の発明では、発電機（33）が膨張機構（31）と共にケーシング（34）内に収容される。発電機（33）は、膨張機構（31）の出力軸（40）によって駆動されて電力を発生させる。

第６の発明は、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）を備えた冷凍装置を前提としている。そして、この冷凍装置の冷媒回路（11）には、第１乃至第５のいずれか１つの発明の膨張機（30）と、該膨張機（30）で減圧された冷媒が流入すると共に該冷媒中から油を分離する油分離機構（19）と、該油分離機構（19）で分離した油を上記膨張機（30）のケーシング（34）の油溜まり（37）へ送るための給油管（17）とが設けられていることを特徴とするものである。

第６の発明の冷凍装置では、冷媒回路（11）に上述の第１乃至第５のいずれか１つの膨張機（30）と、油分離機構（19）とが設けられる。油分離機構（19）では、膨張機（30）で減圧された冷媒中から冷凍機油が分離する。分離後の冷凍機油は、給油管（17）を通じてケーシング（34）内の油溜まり（37）へ返送される。

本発明では、膨張機構（31）が収容されるケーシング（34）の内部空間（S）の圧力が、膨張機構（31）で膨張した冷媒の圧力と同等となっている。このため、膨張機構（31）の周囲の冷媒から膨張機構（31）の内部の冷媒へ移動する熱量を大幅に削減することができる。その結果、膨張機構（31）から流出する膨張後の冷媒のエンタルピを低く抑えることができ、膨張機（30）が接続される冷凍装置の能力を向上させることができる。

また、本発明では、油通路（90）と流体室（52,72,82）とを区画するようにシール部（121,122,123,124）が設けられる。このため、流体室（52,72,82）内の高圧冷媒の圧力が油通路（90）へ作用するのをシール部（121,122,123,124）によって防止できる。その結果、ポンプ機構（48）で汲み上げた低圧の冷凍機油を油通路（90）を通じて膨張機構（31）の摺動部へ確実に送ることができ、摺動部の潤滑を充分に行うことができる。これにより、摺動部の潤滑不良に起因する機械損失の増大や、焼き付きを防止して膨張機の信頼性を確保できる。

また、第２の発明では、ピストン（55,75,85）に内嵌する偏心部（42,43,44）と流体室（52,72,82）とを区画するように、ピストン（55,75,85）と閉塞部材（61,62,63）との隙間にシール部（121,122,123,124）を設けている。このため、本発明によれば、流体室（52,72,82）の高圧冷媒が隙間を通じて偏心部（42,43,44）へ漏れてしまうのを防止できる。従って、ポンプ機構（48）で汲み上げた冷凍機油を油通路（90）を通じて確実に偏心部（42,43,44）の摺動部へ送ることができ、偏心部（42,43,44）の潤滑を充分に行うことができる。その結果、このロータリ式流体機械（32）の信頼性を確保できる。

特に、第３の発明によれば、ピストン（55,75,85）のリング溝内にシールリング（121,122,123,124）を嵌め込むようにしているので、シールリング（121,122,123,124）によってピストン（55,75,85）と閉塞部材（61,62,63）との隙間を確実にシールすることができる。

また、第４の発明によれば、出力軸（40）の回転を利用して遠心式ポンプ（48）を駆動して、冷凍機油を汲み上げることができる。更に、第５の発明によれば、膨張機構（31）で膨張する冷媒の動力を利用して発電機（33）で発電を行うことができる。

また、第６の発明の冷凍装置では、膨張機（30）で減圧した冷媒中から油分離機構（19）によって冷凍機油を分離することで、比較的低圧の冷凍機油を膨張機（30）の油溜まり（37）へ確実に送ることができる。

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。

《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。本実施形態は、本発明に係る膨張機（30）を備えた空調機（10）である。

〈空調機の全体構成〉
図１に示すように、本実施形態の空調機（10）は、冷媒回路（11）を備えている。この空調機（10）は、冷媒回路（11）で冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷凍装置である。冷媒回路（11）には、圧縮機（20）と、膨張機（30）と、室外熱交換器（14）と、室内熱交換器（15）と、第１四方切換弁（12）と、第２四方切換弁（13）とが接続されている。冷媒回路（11）には、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ_２）が充填されている。また、冷媒回路（11）には、冷媒貯留器（19）と給油用配管（17）とが設けられている。

冷媒回路（11）の構成について説明する。圧縮機（20）は、その吐出管（26）が第１四方切換弁（12）の第１のポートに接続され、その吸入管（25）が第１四方切換弁（12）の第２のポートに接続されている。膨張機（30）は、その流出管（36）が冷媒貯留器（19）を介して第２四方切換弁（13）の第１のポートに接続され、その流入管（35）が第２四方切換弁（13）の第２のポートに接続されている。室外熱交換器（14）は、その一端が第１四方切換弁（12）の第３のポートに接続され、その他端が第２四方切換弁（13）の第４のポートに接続されている。室内熱交換器（15）は、その一端が第２四方切換弁（13）の第３のポートに接続され、その他端が第１四方切換弁（12）の第４のポートに接続されている。この冷媒回路（11）では、圧縮機（20）の吸入管（25）と第１四方切換弁（12）の第２のポートとを繋ぐ配管が吸入側配管（16）を構成している。

室外熱交換器（14）は、冷媒を室外空気と熱交換させるための空気熱交換器である。室内熱交換器（15）は、冷媒を室内空気と熱交換させるための空気熱交換器である。第１四方切換弁（12）と第２四方切換弁（13）は、それぞれ、第１のポートと第３のポートが連通し且つ第２のポートと第４のポートが連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１のポートと第４のポートが連通し且つ第２のポートと第３のポートが連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わるように構成されている。

圧縮機（20）は、いわゆる高圧ドームタイプの全密閉型圧縮機である。この圧縮機（20）は、縦長の円筒形に形成された圧縮機ケーシング（24）を備えている。圧縮機ケーシング（24）の内部には、圧縮機構（21）と電動機（23）と駆動軸（22）とが収容されている。圧縮機構（21）は、いわゆるロータリ式の容積型流体機械を構成している。圧縮機ケーシング（24）内では、圧縮機構（21）の上方に電動機（23）が配置されている。駆動軸（22）は、上下方向へ延びる姿勢で配置され、圧縮機構（21）と電動機（23）を連結している。

圧縮機ケーシング（24）には、吸入管（25）と吐出管（26）が設けられている。吸入管（25）は、圧縮機ケーシング（24）の胴部の下端付近を貫通しており、その終端が圧縮機構（21）へ直に接続されている。吐出管（26）は、圧縮機ケーシング（24）の頂部を貫通しており、その始端が圧縮機ケーシング（24）内における電動機（23）の上側の空間に開口している。圧縮機構（21）は、吸入管（25）から吸い込んだ冷媒を圧縮して圧縮機ケーシング（24）内へ吐出する。

圧縮機ケーシング（24）の底部には、潤滑油としての冷凍機油が貯留されている。本実施形態では、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）が冷凍機油として用いられる。駆動軸（22）の内部には、図示しないが、その軸方向へ延びる給油通路が形成されている。この給油通路は、駆動軸（22）の下端に開口している。駆動軸（22）の下端は、油溜まり（27）に浸かった状態となっている。圧縮機ケーシング（24）内の冷凍機油は、駆動軸（22）の給油通路を通じて圧縮機構（21）へ供給される。

膨張機（30）は、縦長の円筒形に形成された膨張機ケーシング（34）を備えている。膨張機ケーシング（34）の内部空間（S）には、膨張機構（31）と発電機（33）とが収容されている。膨張機構（31）は、ロータリ式の容積型流体機械を構成する膨張機本体部（32）と、該膨張機本体部（32）に連結する出力軸（40）とで構成されている。膨張機ケーシング（34）内では、膨張機本体部（32）の下方に発電機（33）が配置されている。出力軸（40）は、上下方向へ延びる姿勢で配置され、膨張機本体部（32）と発電機（33）とを連結している。

膨張機ケーシング（34）には、流入管（35）と流出管（36）が設けられている。流入管（35）と流出管（36）は、何れも膨張機ケーシング（34）の胴部の上端付近を貫通している。流入管（35）は、その終端が膨張機本体部（32）へ直に接続されている。流出管（36）は、その始端が膨張機本体部（32）へ直に接続されている。膨張機本体部（32）は、流入管（35）を通って流入した冷媒を膨張させ、膨張後の冷媒を流出管（36）へ送り出す。

冷媒貯留器（19）は、密閉式の円筒状の容器で構成されている。冷媒貯留器（19）には、その胴部に冷媒導入管（19a）が接続され、その頂部にガス流出管（19b）が接続され、その底部に上記給油用配管（17）が接続されている。冷媒導入管（19a）の始端は、上記流出管（36）と繋がっている。ガス流出管（19b）の終端は、第２四方切換弁（13）の第１ポートと繋がっている。給油用配管（17）の終端は、膨張機ケーシング（34）の胴部を貫通して膨張機ケーシング（34）の底部の油溜まり（37）に開口している。

冷媒貯留器（19）では、冷媒中の油が自重によって底部に貯留される。つまり、冷媒貯留器（19）は、膨張機（30）で減圧された冷媒中から油を分離する油分離機構を構成している。また、冷媒貯留器（19）では、気液二相状態の冷媒が液冷媒とガス冷媒とに分離して貯留される。つまり、冷媒貯留器（19）は、気液分離器あるいはレシーバを兼用している。ここで、液状態の冷媒（ＣＯ_２）と冷凍機油（ＰＡＧ）とでは、冷凍機油の方が比重が大きい。このため、冷媒貯留器（19）では、その上方から下方に向かって順に、ガス冷媒、液冷媒、冷凍機油が分離して貯留される。

〈膨張機の構成〉
膨張機（30）の構成について説明する。ここでは、出力軸（40）及び膨張機本体部（32）の構成について、図２〜図４を参照しながら詳細に説明する。

図２に示すように、出力軸（40）の下端部には、油ポンプ（48）が設けられている。油ポンプ（48）は、膨張機ケーシング（34）の油溜まり（37）に浸かるように配設されている。油ポンプ（48）は、出力軸（40）の回転に伴う駆動され、遠心力によって冷凍機油を汲み上げる遠心式のポンプ機構を構成している。

出力軸（40）の上端部には、２つの偏心部（42,43）が形成されている。２つの偏心部（42,43）は、出力軸（40）の主軸部（41）よりも大径に形成されており、下側のものが第１偏心部（42）を、上側のものが第２偏心部（43）をそれぞれ構成している。第１偏心部（42）と第２偏心部（43）とは、何れも同じ方向へ偏心している。第２偏心部（43）の外径は、第１偏心部（42）の外径よりも大きくなっている。主軸部（41）の軸心に対する偏心量は、第２偏心部（43）の方が第１偏心部（42）よりも大きくなっている。

出力軸（40）では、第１偏心部（42）よりも下側の部分と、第２偏心部（43）よりも上側の部分とのそれぞれに、凹溝（45,46）が１つずつ形成されている。第１凹溝（45）は、主軸部（41）のうち第１偏心部（42）よりも下側の部分の上端部に、その全周に亘って形成されている。第２凹溝（46）は、主軸部（41）のうち第２偏心部（43）よりも上側の部分の下端部に、その全周に亘って形成されている。このように、出力軸（40）では、第１偏心部（42）の下端に隣接する部分が全周に亘って括れた第１凹溝（45）となり、第２偏心部（43）の上端に隣接する部分が全周に亘って括れた第２凹溝（46）となっている。

出力軸（40）には、軸内油通路（90）が形成されている。軸内油通路（90）は、上記油ポンプ（48）で汲み上げた冷凍機油を膨張機構（31）の各摺動部へ供給するための油通路を構成している。軸内油通路（90）は、主通路部（90a）と、第１から第４までの給油通路部（91〜94）とを含んでいる。

主通路部（90a）は、出力軸（40）の軸心に沿うように上下に延びて形成されている。主通路部（90a）の下端は、油溜まり（37）に臨むように開口しており、この開口に油ポンプ（48）が取り付けられている。主通路部（90a）の上端は、出力軸（40）の上端部によって閉塞され、内部空間（S）と仕切られている。

第１給油通路部（91）は、出力軸（40）の第１偏心部（42）に形成され、第１偏心部（42）の径方向へ延びている。第１給油通路部（91）は、その基端が主通路部（90a）に連通し、その先端が第１偏心部（42）の外周面に開口している。第２給油通路部（92）は、出力軸（40）の第２偏心部（43）に形成され、第２偏心部（43）の径方向へ延びている。第２給油通路部（92）は、その基端が主通路部（90a）に連通し、その先端が第２偏心部（43）の外周面に開口している。

第３給油通路部（93）は、上記第１凹溝（45）の内側を径方向へ延びている。第３給油通路部（93）は、その基端が主通路部（90a）に連通し、その先端が第１凹溝（45）と連通している。第４給油通路部（94）は、上記第２凹溝（46）の内側を径方向へ延びている。第４給油通路部（94）は、その基端が主通路部（90a）に連通し、その先端が第２凹溝（46）と連通している。

膨張機本体部（32）は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ式流体機械で構成されている。膨張機本体部（32）には、対になったシリンダ（71,81）及びピストン（75,85）が二組設けられている。また、膨張機本体部（32）には、フロントヘッド（61）と、中間プレート（63）と、リアヘッド（62）とが設けられている。

膨張機本体部（32）では、下から上へ向かって順に、フロントヘッド（61）、第１シリンダ（71）、中間プレート（63）、第２シリンダ（81）、リアヘッド（62）が積層された状態となっている。この状態において、第１シリンダ（71）は、その下側端面がフロントヘッド（61）により閉塞され、その上側端面が中間プレート（63）により閉塞されている。一方、第２シリンダ（81）は、その下側端面が中間プレート（63）により閉塞され、その上側端面がリアヘッド（62）により閉塞されている。つまり、フロントヘッド（61）、中間プレート（63）、及びリアヘッド（62）は、閉塞部材を構成している。また、膨張機本体部（32）では、第２シリンダ（81）の内径が、第１シリンダ（71）の内径よりも大きくなっている。

出力軸（40）は、積層された状態のフロントヘッド（61）、第１シリンダ（71）、中間プレート（63）、第２シリンダ（81）を貫通している。つまり、出力軸（40）は、その軸方向両端がそれぞれ内部空間（S）に露出している。また、出力軸（40）は、その第１偏心部（42）が第１シリンダ（71）内に位置し、その第２偏心部（43）が第２シリンダ（81）内に位置している。

図３及び図４にも示すように、第１シリンダ（71）内には可動部材としての第１ピストン（75）が、第２シリンダ（81）内には可動部材としての第２ピストン（85）がそれぞれ設けられている。第１及び第２ピストン（75,85）は、何れも円環状あるいは円筒状に形成されている。第１ピストン（75）の外径と第２ピストン（85）の外径とは、互いに等しくなっている。第１ピストン（75）の内径は第１偏心部（42）の外径と、第２ピストン（85）の内径は第２偏心部（43）の外径とそれぞれ概ね等しくなっている。そして、第１ピストン（75）には第１偏心部（42）が、第２ピストン（85）には第２偏心部（43）がそれぞれ貫通している。

第１ピストン（75）は、その外周面が第１シリンダ（71）の内周面に、一方の端面がフロントヘッド（61）に、他方の端面が中間プレート（63）にそれぞれ摺接している。第１シリンダ（71）内には、その内周面と第１ピストン（75）の外周面との間に第１流体室（72）が形成される。一方、上記第２ピストン（85）は、その外周面が第２シリンダ（81）の内周面に、一方の端面がリアヘッド（62）に、他方の端面が中間プレート（63）にそれぞれ摺接している。第２シリンダ（81）内には、その内周面と第２ピストン（85）の外周面との間に第２流体室（82）が形成される。

第１及び第２ピストン（75,85）のそれぞれには、ブレード（76,86）が１つずつ一体に設けられている。ブレード（76,86）は、ピストン（75,85）の半径方向へ延びる板状に形成されており、ピストン（75,85）の外周面から外側へ突出している。第１ピストン（75）のブレード（76）は第１シリンダ（71）のブッシュ孔（78）に、第２ピストン（85）のブレード（86）は第２シリンダ（81）のブッシュ孔（88）にそれぞれ挿入されている。各シリンダ（71,81）のブッシュ孔（78,88）は、シリンダ（71,81）を厚み方向へ貫通すると共に、シリンダ（71,81）の内周面に開口している。

各シリンダ（71,81）には、一対のブッシュ（77,87）が一組ずつ設けられている。各ブッシュ（77,87）は、内側面が平面となって外側面が円弧面となるように形成された小片である。各シリンダ（71,81）において、一対のブッシュ（77,87）は、ブッシュ孔（78,88）に挿入されてブレード（76,86）を挟み込んだ状態となる。各ブッシュ（77,87）は、その内側面がブレード（76,86）と摺接し、その外側面がシリンダ（71,81）と摺動する。そして、ピストン（75,85）と一体のブレード（76,86）は、ブッシュ（77,87）を介してシリンダ（71,81）に支持され、シリンダ（71,81）に対して回動自在で且つ進退自在となっている。

第１シリンダ（71）内の第１流体室（72）は、第１ピストン（75）と一体の第１ブレード（76）によって仕切られており、図３，図４における第１ブレード（76）の左側が高圧側の第１高圧室（73）となり、その右側が低圧側の第１低圧室（74）となっている。第２シリンダ（81）内の第２流体室（82）は、第２ピストン（85）と一体の第２ブレード（86）によって仕切られており、図３，図４における第２ブレード（86）の左側が高圧側の第２高圧室（83）となり、その右側が低圧側の第２低圧室（84）となっている。

第１シリンダ（71）と第２シリンダ（81）とは、それぞれの周方向におけるブッシュ（77,87）の位置が一致する姿勢で配置されている。言い換えると、第２シリンダ（81）の第１シリンダ（71）に対する配置角度が０°となっている。上述のように、第１偏心部（42）と第２偏心部（43）とは、主軸部（41）の軸心に対して同じ方向へ偏心している。従って、第１ブレード（76）が第１シリンダ（71）の外側へ最も退いた状態になるのと同時に、第２ブレード（86）が第２シリンダ（81）の外側へ最も退いた状態になる。

第１シリンダ（71）には、流入ポート（67）が形成されている。流入ポート（67）は、第１シリンダ（71）の内周面のうち、図３，図４におけるブッシュ（77）のやや左側の箇所に開口している。流入ポート（67）は、第１高圧室（73）と連通可能となっている。図示しないが、流入ポート（67）には、流入管（35）が接続されている。

第２シリンダ（81）には、流出ポート（68）が形成されている。流出ポート（68）は、第２シリンダ（81）の内周面のうち、図３，図４におけるブッシュ（87）のやや右側の箇所に開口している。流出ポート（68）は、第２低圧室（84）と連通可能となっている。図示しないが、流出ポート（68）には、流出管（36）が接続されている。

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）を厚み方向へ貫通している。中間プレート（63）における第１シリンダ（71）側の面では、第１ブレード（76）の右側の箇所に連通路（64）の一端が開口している。中間プレート（63）における第２シリンダ（81）側の面では、第２ブレード（86）の左側の箇所に連通路（64）の他端が開口している。そして、図２に示すように、連通路（64）は、中間プレート（63）の厚み方向に対して斜めに延びており、第１低圧室（74）と第２高圧室（83）とを互いに連通させている。

膨張機本体部（32）では、第１シリンダ（71）と、そこに設けられたブッシュ（77）と、第１ピストン（75）と、第１ブレード（76）とが第１ロータリ機構部（70）を構成している。また、膨張機本体部（32）では、第２シリンダ（81）と、そこに設けられたブッシュ（87）と、第２ピストン（85）と、第２ブレード（86）とが第２ロータリ機構部（80）を構成している。第１ロータリ機構部（70）の第１低圧室（74）と、第２ロータリ機構部（80）の第２高圧室（83）とは、連通路（64）を介して互いに連通する。そして、第１低圧室（74）と連通路（64）と第２高圧室（83）とによって１つの閉空間が形成され、この閉空間が膨張室（66）を構成している。

図２に示すように、フロントヘッド（61）は、肉厚の平板状に形成されると共に、その中央部が下方へ突出した形状となっている。また、フロントヘッド（61）の中央部には貫通孔が形成されており、この貫通孔に第１軸受メタル（図示省略）が挿入されている。第１軸受メタルが取り付けられたフロントヘッド（61）には、出力軸（40）の主軸部（41）を回転自在に支持する滑り軸受である主軸受部（100）が形成されている。

第１軸受メタルは、焼結金属等から成る円筒状（あるいは円管状）の部材である。第１軸受メタルには、第１導油溝（102）が形成されている。第１導油溝（102）は、螺旋状に形成される凹溝である。第１導油溝（102）の上端は、上記第１凹溝（45）と連通している。

リアヘッド（62）は、肉厚の平板状に形成されている。また、リアヘッド（62）の中央部には貫通孔が形成されており、この貫通孔に第２軸受メタル（図示省略）が挿入されている。第２軸受メタルが取り付けられたリアヘッド（62）には、出力軸（40）の主軸部（41）を回転自在に支持する滑り軸受である副軸受部（110）が形成されている。

第２軸受メタルは、焼結金属等から成る円筒状（あるいは円管状）の部材である。第２軸受メタルには、第２導油溝（112）が形成されている。第２導油溝（112）は、螺旋状に形成される凹溝である。導油溝（112）の下端は、上記第２凹溝（46）と連通している。

本実施形態では、膨張機本体部（32）に環状の４つのシールリング（121〜124）が設けられている。具体的に、第１ロータリ機構部（70）には、第１シールリング（121）及び第２シールリング（122）が設けられ、第２ロータリ機構部（80）には、第３シールリング（123）及び第４シールリング（124）が設けられている。

第１シールリング（121）は、第１ピストン（75）の下端面に形成されたリング溝に嵌合している。つまり、第１シールリング（121）は、第１ピストン（75）とフロントヘッド（61）の間に介設されている。第２シールリング（122）は、第１ピストン（75）の上端面に形成されたリング溝に嵌合している。つまり、第２シールリング（122）は、第１ピストン（75）と中間プレート（63）との間に介設されている。第１及び第２シールリング（121,122）は、第１偏心部（42）の摺動部と第１流体室（72）とを区画するシール部を構成している。

第３シールリング（123）は、第２ピストン（85）の下端面に形成されたリング溝に嵌合している。つまり、第３シールリング（123）は、中間プレート（63）と第２ピストン（85）の間に介設されている。第４シールリング（124）は、第２ピストン（85）の上端面に形成されたリング溝に嵌合している。つまり、第４シールリング（124）は、第２ピストン（85）とリアヘッド（62）との間に介設されている。第３及び第４シールリング（123,124）は、第２偏心部（43）の摺動部と第２流体室（82）とを区画するシール部を構成している。

−運転動作−
上記空調機の動作について説明する。

〈冷房運転〉
冷房運転時には、第１四方切換弁（12）及び第２四方切換弁（13）が第１状態（図１に実線で示す状態）に設定され、冷媒回路（11）で冷媒が循環して蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。この冷媒回路（11）で行われる冷凍サイクルは、その高圧が冷媒である二酸化炭素の臨界圧力よりも高い値に設定されている。

圧縮機（20）では、電動機（23）によって圧縮機構（21）が回転駆動される。圧縮機構（21）は、吸入管（25）から吸い込んだ冷媒を圧縮して圧縮機ケーシング（24）内へ吐出する。圧縮機ケーシング（24）内の高圧冷媒は、吐出管（26）を通って圧縮機（20）から吐出される。圧縮機（20）から吐出された冷媒は、室外熱交換器（14）へ送られて室外空気へ放熱する。室外熱交換器（14）で放熱した高圧冷媒は、膨張機（30）へ流入する。

膨張機（30）では、流入管（35）を通って膨張機構（31）へ流入した高圧冷媒が膨張し、それによって発電機（33）が回転駆動される。発電機（33）で発生した電力は、圧縮機（20）の電動機（23）へ供給される。膨張機構（31）で膨張した冷媒は、流出管（36）を通って膨張機（30）から送り出される。

膨張機（30）から送出された冷媒は、冷媒導入管（19a）を通じて冷媒貯留器（19）へ流入する。冷媒貯留器（19）では、気液二相状態の冷媒が液冷媒とガス冷媒とに分離する。更に冷媒貯留器（19）では、冷媒中から冷凍機油が分離して底部に溜まり込む。

冷媒貯留器（19）内のガス冷媒は、ガス流出管（19b）を通じて室内熱交換器（15）へ送られる。室内熱交換器（15）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。室内熱交換器（15）から出た低圧冷媒は、圧縮機（20）の吸入管（25）へ流入する。一方、冷媒貯留器（19）内の底部に溜まった冷凍機油は、給油用配管（17）を通じて、冷媒貯留器（19）とほぼ同じ圧力となる膨張機ケーシング（34）内へ送られる。

〈暖房運転〉
暖房運転時には、第１四方切換弁（12）及び第２四方切換弁（13）が第２状態（図１に破線で示す状態）に設定され、冷媒回路（11）で冷媒が循環して蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。冷房運転時と同様に、この冷媒回路（11）で行われる冷凍サイクルは、その高圧が冷媒である二酸化炭素の臨界圧力よりも高い値に設定されている。

圧縮機（20）では、電動機（23）によって圧縮機構（21）が回転駆動される。圧縮機構（21）は、吸入管（25）から吸い込んだ冷媒を圧縮して圧縮機ケーシング（24）内へ吐出する。圧縮機ケーシング（24）内の高圧冷媒は、吐出管（26）を通って圧縮機（20）から吐出される。圧縮機（20）から吐出された冷媒は、室内熱交換器（15）へ送られる。室内熱交換器（15）では、流入した冷媒が室内空気へ放熱し、室内空気が加熱される。室内熱交換器（15）で放熱した高圧冷媒は、膨張機（30）へ流入する。

膨張機（30）では、流入管（35）を通って膨張機構（31）へ流入した高圧冷媒が膨張し、それによって発電機（33）が回転駆動される。発電機（33）で発生した電力は、圧縮機（20）の電動機（23）へ供給される。膨張機構（31）で膨張した冷媒は、流出管（36）を通って膨張機（30）から送り出される。

膨張機（30）から送出された冷媒は、冷媒導入管（19a）を通じて冷媒貯留器（19）へ流入する。冷媒貯留器（19）では、気液二相状態の冷媒が液冷媒とガス冷媒とに分離する。更に冷媒貯留器（19）では、冷媒中から冷凍機油が分離して底部に溜まり込む。

冷媒貯留器（19）内のガス冷媒は、室外熱交換器（14）へ送られる。室外熱交換器（14）では、流入した冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（14）から出た低圧冷媒は、圧縮機（20）の吸入管（25）へ流入する。一方、冷媒貯留器（19）内の底部に溜まった冷凍機油は、給油用配管（17）を通じて、冷媒貯留器（19）とほぼ同じ圧力となる膨張機ケーシング（34）内へ送られる。

〈膨張機構の動作〉
次に、膨張機構（31）の運転動作について、図４を参照しながら具体的に説明する。

第１ロータリ機構部（70）の第１高圧室（73）へ超臨界状態の高圧冷媒が流入する過程について説明する。回転角が０°の状態から出力軸（40）が僅かに回転すると、第１ピストン（75）と第１シリンダ（71）の接触位置が流入ポート（67）の開口部を通過し、流入ポート（67）から第１高圧室（73）へ高圧冷媒が流入し始める。その後、出力軸（40）の回転角が９０°,１８０°,２７０°と次第に大きくなるにつれて、第１高圧室（73）へ高圧冷媒が流入してゆく。この第１高圧室（73）への高圧冷媒の流入は、出力軸（40）の回転角が３６０°に達するまで続く。

膨張機構（31）において冷媒が膨張する過程について説明する。回転角が０°の状態から出力軸（40）が僅かに回転すると、第１低圧室（74）と第２高圧室（83）が連通路（64）を介して互いに連通し、第１低圧室（74）から第２高圧室（83）へと冷媒が流入し始める。その後、出力軸（40）の回転角が９０°,１８０°,２７０°と次第に大きくなるにつれ、第１低圧室（74）の容積が次第に減少すると同時に第２高圧室（83）の容積が次第に増加し、結果として膨張室（66）の容積が次第に増加してゆく。この膨張室（66）の容積増加は、出力軸（40）の回転角が３６０°に達する直前まで続く。そして、膨張室（66）の容積が増加する過程で膨張室（66）内の冷媒が膨張し、この冷媒の膨張によって出力軸（40）が回転駆動される。このように、第１低圧室（74）内の冷媒は、連通路（64）を通って第２高圧室（83）へ膨張しながら流入してゆく。

第２ロータリ機構部（80）の第２低圧室（84）から冷媒が流出してゆく過程について説明する。第２低圧室（84）は、出力軸（40）の回転角が０°の時点から流出ポート（68）に連通し始める。つまり、第２低圧室（84）から流出ポート（68）へと冷媒が流出し始める。その後、出力軸（40）の回転角が９０°,１８０°,２７０°と次第に大きくなってゆき、その回転角が３６０°に達するまでの間に亘って、第２低圧室（84）から膨張後の低圧冷媒が流出してゆく。

〈膨張機の潤滑動作〉
次に、膨張機（30）の摺動部を冷凍機油で潤滑する潤滑動作について、図２を参照しながら説明する。

膨張機（30）では、給油用配管（17）から送られる冷凍機油が膨張機ケーシング（34）内の油溜まり（37）へ適宜供給される。即ち、膨張機ケーシング（34）の底部には、内部空間（S）とほぼ同じ圧力となる低圧の冷凍機油が貯留される。出力軸（40）の回転に伴って油ポンプ（48）が駆動されると、油溜まり（37）の冷凍機油が出力軸（40）内の主通路部（90a）へ汲み上げられる。

主通路部（90a）を上方へ流れる冷凍機油は、第１から第４までの各給油通路部（91〜94）へ分流する。第１給油通路部（91）へ流入した冷凍機油は、第１偏心部（42）の外周面や、上下の両端面（スラスト軸受け面）の摺動部へ供給される。その結果、第１偏心部（42）の各摺動部が潤滑される。第２給油通路部（92）へ流入した冷凍機油は、第２偏心部（43）の外周面や、上下の両端面（スラスト軸受け面）へ供給される。その結果、第２偏心部（43）の各摺動部が潤滑される。

第３給油通路部（93）へ流入した冷凍機油は、第１凹溝（45）へ流入する。第１凹溝（45）へ流入した冷凍機油は、主軸部（41）の摺動面の潤滑に利用される。また、第１凹溝（45）内の冷凍機油は、第１導油溝（102）内に流入し、主軸受部（100）の第１軸受けメタルの潤滑にも利用される。同様に、第４給油通路部（94）へ流入した冷凍機油は、第２凹溝（46）へ流入する。第２凹溝（46）へ流入した冷凍機油は、主軸部（41）の摺動面の潤滑に利用される。また、第２凹溝（46）内の冷凍機油は、第２導油溝（112）内に流入し、副軸受部（110）の第２軸受メタルの潤滑にも利用される。

ところで、このような潤滑動作時においては、各流体室（72,82）の高圧冷媒が各偏心部（42,43）の摺動部や、他の軸内油通路（90）へ漏れてしまうことが、上記の各シールリング（121,122,123,124）によって防止されている。

具体的には、第１シールリング（121）は、第１流体室（72）に流入した高圧冷媒が、第１ピストン（75）とフロントヘッド（61）の隙間から第１偏心部（42）の周囲の摺動部へ漏れてしまうのを防止している。また、第２シールリング（122）は、第１流体室（72）に流入した冷媒が、第１ピストン（75）と中間プレート（63）の隙間から第１偏心部（42）の周囲の摺動部へ漏れてしまうのを防止している。これにより、第１偏心部（42）の周囲は、低圧の冷凍機油の雰囲気が保たれる。

同様に、第３シールリング（123）は、第２流体室（82）に流入した冷媒が、第２ピストン（85）と中間プレート（63）の隙間から第２偏心部（43）の周囲の摺動部へ漏れてしまうのを防止している。また、第４シールリング（124）は、第２流体室（82）に流入した冷媒が、第２ピストン（85）とリアヘッド（62）の隙間から第２偏心部（43）の周囲の摺動部へ漏れてしまうのを防止している。これにより、第２偏心部（43）の周囲は、低圧の冷凍機油の雰囲気が保たれる。

以上のように、膨張機本体部（32）に４つのシールリング（121,122,123,124）を設けることで、各偏心部（42,43）の摺動部、ひいては軸内油通路（90）に高圧冷媒の圧力が作用することが防止される。その結果、油ポンプ（48）によって汲み上げられた冷凍機油は、所定の軸内油通路（90）を通って上述のように各摺動部へ確実へ供給される。

−実施形態１の効果−
本実施形態の膨張機（30）では、膨張機構（31）が収容される膨張機ケーシング（34）の内部空間の圧力が、膨張機構（31）で膨張した冷媒の圧力（即ち、冷凍サイクルの低圧）と同等となっている。このため、膨張機ケーシング（34）内における膨張機構（31）の周囲の雰囲気の温度が比較的低温（例えば０℃〜１０℃程度）となり、膨張機構（31）の周囲の冷媒から膨張機構（31）の内部の冷媒へ移動する熱量を大幅に削減することができる。その結果、膨張機構（31）から流出する膨張後の冷媒のエンタルピを低く抑えることができ、膨張機（30）が設けられる空調機（10）の能力を向上させることができる。

また、上記実施形態では、ピストン（75,85）に内嵌する偏心部（42,43）と流体室（72,82）とを区画するように、ピストン（75,85）と閉塞部材（61,62,63）との隙間にシールリング（121,122,123,124）を設けている。このため、流体室（72,82）の高圧冷媒が隙間を通じて偏心部（42,43）へ漏れてしまうのを防止できる。従って、油ポンプ（48）で汲み上げた冷凍機油を軸内油通路（90）を通じて確実に偏心部（42,43）の摺動部へ送ることができ、偏心部（42,43）の潤滑を充分に行うことができる。その結果、機械損失の増大や、焼き付きを防止して膨張機（30）の信頼性を確保できる。

また、ピストン（75,85）のリング溝内にシールリング（121,122,123,124）を嵌め込むようにしているので、シールリング（121,22,123,124）によってピストン（75,85）と閉塞部材（61,62,63）との隙間を確実にシールすることができる。

《発明の実施形態２》
本発明の実施形態２について説明する。本実施形態の空調機（10）は、上記実施形態１において膨張機（30）の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の膨張機（30）について、上記実施形態１と異なる点を説明する。

図５に示すように、出力軸（40）の上端部には、１つの偏心部（44）が形成されている。この偏心部（44）は、出力軸（40）の主軸部（41）よりも大径に形成されている。上記実施形態１と同様に、出力軸（40）には、軸内油通路（90）が形成されている。ただし、本実施形態の軸内油通路（90）は、第２給油通路部（92）が省略されている。そして、第１給油通路部（91）は、その基端が主通路部（90a）に連通し、その先端が偏心部（44）の外周面に開口している。

膨張機構（31）は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ式流体機械で構成されている。この膨張機構（31）には、フロントヘッド（61）と、シリンダ（51）と、ピストン（55）と、リアヘッド（62）とが１つずつ設けられている。

膨張機構（31）では、下から上へ向かって順に、フロントヘッド（61）、シリンダ（51）、リアヘッド（62）が積層された状態となっている。この状態において、シリンダ（51）は、その下側端面がフロントヘッド（61）により閉塞され、その上側端面がリアヘッド（62）により閉塞されている。つまり、本実施形態の膨張機構（31）では、フロントヘッド（61）及びリアヘッド（62）が閉塞部材を構成している。

出力軸（40）は、積層された状態のフロントヘッド（61）、シリンダ（51）、リアヘッド（62）を貫通している。また、出力軸（40）は、その偏心部（44）がシリンダ（51）内に位置している。

図６にも示すように、シリンダ（51）内にはピストン（55）が設けられている。このピストン（55）は、円環状あるいは円筒状に形成されている。ピストン（55）の内径は偏心部（44）の外径と概ね等しくなっている。そして、ピストン（55）には出力軸（40）の偏心部（44）が貫通している。

ピストン（55）は、その外周面がシリンダ（51）の内周面に、一方の端面がフロントヘッド（61）に、他方の端面がリアヘッド（62）にそれぞれ摺接している。シリンダ（51）内には、その内周面とピストン（55）の外周面との間に流体室（52）が形成される。

ピストン（55）には、ブレード（56）が一体に設けられている。ブレード（56）は、ピストン（55）の半径方向へ延びる板状に形成されており、ピストン（55）の外周面から外側へ突出している。このブレード（56）はシリンダ（51）のブッシュ孔（58）に挿入されている。シリンダ（51）のブッシュ孔（58）は、シリンダ（51）を厚み方向へ貫通すると共に、シリンダ（51）の内周面に開口している。

シリンダ（51）には、一対のブッシュ（57）が設けられている。各ブッシュ（57）は、内側面が平面となって外側面が円弧面となるように形成された小片である。シリンダ（51）において、一対のブッシュ（57）は、ブッシュ孔（58）に挿入されてブレード（56）を挟み込んだ状態となる。ブッシュ（57）は、その内側面がブレード（56）と摺接し、その外側面がシリンダ（51）と摺動する。そして、ピストン（55）と一体のブレード（56）は、ブッシュ（57）を介してシリンダ（51）に支持され、シリンダ（51）に対して回動自在で且つ進退自在となっている。

シリンダ（51）内の流体室（52）は、ピストン（55）と一体のブレード（56）によって仕切られており、図６におけるブレード（56）の左側が高圧側の高圧室（53）となり、その右側が低圧側の低圧室（54）となっている。フロントヘッド（61）には流入ポート（67）が形成されている。流入ポート（67）は、フロントヘッド（61）の上面のうち高圧室（53）に臨む部分に開口している。また、流入ポート（67）の開口位置は、シリンダ（51）の内周面の近傍で且つ図８におけるブレード（56）の左側近傍に設定されている。シリンダ（51）には流出ポート（68）が形成されている。流出ポート（68）は、シリンダ（51）の内周面のうち、図６におけるブッシュ（57）のやや右側の箇所に開口している。この流出ポート（68）は、低圧室（54）と連通可能となっている。

なお、フロントヘッド（61）に主軸受部（100）が形成され、リアヘッド（62）に副軸受部（110）が形成されている点は、上記実施形態１と同様である。ただし、本実施形態の膨張機構（31）に中間プレート（63）は設けられていない。

また、本実施形態の膨張機構（31）では、ピストン（55）の下端面とフロントヘッド（61）の上端面の間の隙間に第１シールリング（121）が設けられ、ピストン（55）の上端面とリアヘッド（62）の下端面の間に第２シールリング（122）が設けられている。各シールリング（121,122）は、それぞれピストン（55）に形成されたリング溝に嵌合している。

−運転動作−
空調機（10）の冷房運転及び暖房運転や、圧縮機構（21）及び膨張機構（31）へ冷凍機油を供給する動作は、上記実施形態１の場合と同様である。ここでは、本実施形態の膨張機構（31）が冷媒から動力を回収する動作について、図６を参照しながら説明する。

出力軸（40）が図６(ａ)の状態（回転角が０°の状態）から同図の反時計方向へ僅かに回転すると、流入ポート（67）が高圧室（53）と連通し、流入ポート（67）から高圧室（53）へ高圧冷媒が流入する。この時、低圧室（54）は流出ポート（68）と連通しており、低圧室（54）の圧力は冷凍サイクルの低圧と概ね等しくなっている。このため、ピストン（55）は高圧室（53）へ流入した冷媒によって押し動かされ、出力軸（40）が同図の反時計方向へ回転を続ける。

そして、図６(ｂ)〜(ｄ)に順次示すように、高圧室（53）の容積はピストン（55）が移動するのにつれて拡大する一方、低圧室（54）の容積はピストン（55）が移動するのにつれて縮小してゆく。その後、ピストン（55）は同図(ａ)の状態に戻るが、慣性力によって回転し続け、再び高圧室（53）に流入ポート（67）が連通すると同時に低圧室（54）に流出ポート（68）が連通する状態となり、出力軸（40）が継続的に回転駆動される。

本実施形態の膨張機構（31）における冷凍機油の流通経路は、上記実施形態１と概ね同様である。

即ち、本実施形態の出力軸（40）の回転に伴って油ポンプ（48）が駆動されると、油溜まり（37）の冷凍機油が出力軸（40）内の主通路部（90a）へ汲み上げられる。

主通路部（90a）を上方へ流れる冷凍機油は、第１、第３、及び第４給油通路部（91,93,94）へ分流する。第１給油通路部（91）へ流入した冷凍機油は、偏心部（44）の外周面や、上下の両端面（スラスト軸受け面）の摺動部へ供給される。その結果、偏心部（44）の各摺動部が潤滑される。第３給油通路部（93）や第４給油通路部（94）へ流入した冷凍機油は、それぞれ主軸受部（100）や副軸受部（110）の摺動部や、各軸受けメタルの潤滑に利用される。

このような潤滑動作において、本実施形態では、第１シールリング（121）と第２シールリング（122）とによって、流体室（52）内の高圧冷媒が偏心部（44）の摺動部へ漏れてしまうのが防止されている。その結果、偏心部（44）の摺動部の周囲や、軸内油通路（90）に高圧冷媒の圧力が作用することが回避される。従って、本実施形態においても、油ポンプ（90）で汲み上げた冷凍機油を軸内油通路（90）を通じて膨張機構（31）の各摺動部へ送ることができる。

《その他の実施形態》
上記の各実施形態の膨張機構（31）では、ピストン（55,75,85）の端面に形成したリング溝にシールリング（121,122,123,124）を嵌合させて保持するようにしている。しかしながら、これらのシールリング（121,122,123,124）を閉塞部材（61,62,63）側に設けても良い。即ち、図７に示すように、フロントヘッド（61）、中間プレート（63）、及びリアヘッド（62）側にリング溝を形成し、このリング溝内にシールリング（121,122,123,124）を嵌合させて保持しても良い。この場合、シールリング（121,122,123,124）は、偏心回転するピストン（55,75,85）の外周面の軌跡よりも内側で、且つピストン（55,75,85）の内周面の軌跡よりも外側となるように配置する。これにより、流体室（52,72,82）と偏心部（42,43,44）の摺動部との間をシールリング（121,122,123,124）によって確実に区画でき、上記各実施形態と同様、高圧冷媒の漏れを防止することができる。

また、上記実施形態では、膨張機構（31）がいわゆるローリングピストン型のロータリ式流体機械で構成されていてもよい。この場合、膨張機構（31）では、ブレード（56,75,86）がピストン（55,75,85）と別体に形成される。そして、ブレード（56,75,86）は、シリンダ（51,71,81）に対して進退自在に支持され、その先端がピストン（55,75,85）の外周面に押し付けられる。更に、上記の各実施形態では冷凍装置によって空調機を構成しているが、冷凍装置によって給湯機を構成し、圧縮機（20）から吐出された冷媒によって水を加熱して温水を生成するようにしてもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、冷凍装置の冷媒回路に設けられる動力回収用の膨張機について有用である。

実施形態１における空調機の構成を示す冷媒回路図である。 実施形態１における膨張機を示す概略の縦断面図である。 実施形態１における膨張機構の要部拡大図である。 実施形態１の膨張機構における出力軸の回転角９０°毎の各ロータリ機構部の状態を示す概略の横断面図である。 実施形態２における膨張機の構成を示す概略の縦断面図である。 実施形態３の膨張機構の状態を出力軸の回転角９０°毎に示した概略の横断面図である。 その他の実施形態の膨張機構の構成を示す概略の縦断面図である。

符号の説明

11 冷媒回路
17 給油管
19 冷媒貯留器（油分離器）
30 膨張機
31 膨張機構
32 膨張機本体部（本体部、ロータリ式流体機械）
33 発電機
34 膨張機ケーシング（ケーシング）
37 油溜まり
40 出力軸
42 第１偏心部
43 第２偏心部
44 偏心部
48 油ポンプ（ポンプ機構、遠心式ポンプ）
51 シリンダ
52 流体室
55 ピストン（可動部材）
61 フロントヘッド（閉塞部材）
62 リアヘッド（閉塞部材）
63 中間プレート（閉塞部材）
71 第１シリンダ（シリンダ）
72 第１流体室
75 第１ピストン（可動部材）
81 第２シリンダ（シリンダ）
82 第２流体室
85 第２ピストン（可動部材）
90 軸内油通路（油通路）
121 第１シールリング
122 第２シールリング
123 第３シールリング
124 第４シールリング
S 内部空間

Claims (6)

1. 冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）の高圧冷媒が流入する流体室（52,72,82）を形成すると共に、該流体室（52,72,82）内で膨張する冷媒の動力によって回転駆動される可動部材（55,75,85）を有する本体部（32）、及び該本体部（32）の可動部材（55,75,85）に連結される出力軸（40）を有する膨張機構（31）と、
   上記流体室（52,72,82）で膨張した冷媒と同じ圧力となる内部空間（S）に上記膨張機構（31）を収容するケーシング（34）とを備え、
   上記出力軸（40）は、上記ケーシング（34）内の油溜まり（37）の冷凍機油を汲み上げるポンプ機構（48）を有すると共に、該ポンプ機構（48）で汲み上げた冷凍機油を上記膨張機構（31）の摺動部へ供給するための油通路（90）を形成している膨張機であって、
   上記膨張機構（31）には、上記本体部（32）の流体室（52,72,82）と上記油通路（90）とを区画するシール部（121,122,123,124）が設けられていることを特徴とする膨張機。
2. 請求項１において、
   上記本体部（32）は、シリンダ（51,71,81）と、該シリンダ（51,71,81）の両端を閉塞する閉塞部材（61,62,63）と、上記出力軸（40）の偏心部（42,43,44）が内嵌してシリンダ（51,71,81）内に収容される上記可動部材としてのピストン（55,75,85）とを有し、上記シリンダ（51,71,81）と閉塞部材（61,62,63）とピストン（55,75,85）との間に上記流体室（52,72,82）を形成するロータリ式流体機械を構成しており、
   上記出力軸（40）には、上記ポンプ機構（48）で汲み上げた冷凍機油を上記偏心部（42,43,44）の摺動部へ供給するように上記油通路（90）が形成され、
   上記シール部は、上記偏心部（42,43,44）の摺動部と上記流体室（52,72,82）とを区画するように上記ピストン（55,75,85）と閉塞部材（61,62,63）の隙間に設けられるシールリング（121,122,123,124）で構成されていることを特徴とする膨張機。
3. 請求項２において、
   上記シールリング（121,122,123,124）は、上記ピストン（55,75,85）の端面に形成されるリング溝に嵌合していることを特徴とする膨張機。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つにおいて、
   上記ポンプ機構は、上記ケーシング（34）の底部に臨むように上記出力軸（40）の下端部に設けられる遠心式ポンプ（48）で構成されていることを特徴とする膨張機。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つにおいて、
   上記ケーシング（34）内に収容されると共に、上記出力軸（40）を介して上記本体部（32）と連結されて駆動される発電機（33）を更に備えていることを特徴とする膨張機。
6. 冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）を備えた冷凍装置であって、
   上記冷媒回路（11）には、請求項１乃至５のいずれか１つの膨張機（30）と、上記膨張機（30）で減圧された冷媒が流入すると共に該冷媒中から油を分離する油分離機構（19）と、上記油分離機構（19）で分離した油を上記膨張機（30）のケーシング（34）の油溜まり（37）へ送るための給油管（17）とが設けられていることを特徴とする冷凍装置。

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