(57)【要約】【課題】膨張機構の出力軸が異常回転したときに、出力軸を直ちに停止させて膨張機構の脱調や暴走を防止できるようにする。【解決手段】膨張機構（31）が脱調する等して出力軸（37）が異常な回転数で回転し続けたときに、高圧冷媒をブレーキ装置（40）のブレーキ機構（42）に供給することで、パッド部材（41）を出力軸（37）に押し付けて膨張機構（31）の出力軸（37）を強制的に停止させる。【選択図】図１
2010210160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒回路（11）を流通する冷媒を膨張させることで出力軸（37）を回転駆動させる膨張機構（31）と、該膨張機構（31）の出力軸（37）に連結されて該出力軸（37）の回転駆動により電力を発生させる発電機構（33）とを備えた発電式の膨張機であって、
前記出力軸（37）に対する押付面が形成されたパッド部材（41,71）と、
前記パッド部材（41,71）の押付面を前記出力軸（37）に押し付けて該出力軸（37）の回転動作を停止させる停止位置と、該パッド部材（41,71）の押付面を該出力軸（37）から離間させて該出力軸（37）の回転動作を許容する回転位置との間で該パッド部材（41,71）を進退動作させるブレーキ機構（42,72）とを備えていることを特徴とする発電式の膨張機。
【請求項２】
請求項１において、
前記ブレーキ機構（42,72）は、前記冷媒回路（11）を流通する冷媒の圧力によって前記パッド部材（41,71）を進退動作させるように構成されていることを特徴とする発電式の膨張機。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記出力軸（37）に設けられ、その径方向に張り出したディスクブレーキ（75）を備え、
前記ブレーキ機構（72）は、前記パッド部材（71）の押付面を前記ディスクブレーキ（75）の表面に押し付けることで該出力軸（37）の回転動作を停止させるように構成されていることを特徴とする発電式の膨張機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電式の膨張機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空調装置等の冷媒回路に接続される発電式の膨張機が知られている。例えば、特許文献１には、膨張機構と発電機構とを備えた発電式の膨張機が開示されている。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、さらにはピストンに連結された出力軸が回転する。これにより、出力軸に連結する発電機構が回転駆動され、発電機構から電力が発生する。
【０００３】
ここで、空調負荷が高まって過剰な高速回転運転が行われた場合には、膨張機構が脱調してしまい、出力軸が異常な回転数で回転し続けてしまうことがある。このように、膨張機構側で異常が生じて膨張エネルギーが増大すると、発電機構の回転数も増大してしまう。その結果、発電機構から得られる電気エネルギーが増大して、その電気エネルギーがコンバータやインバータ等の素子の許容値を越えてしまい、素子が破損するおそれがあった。また、増大された回転数が膨張機構や発電機構の許容値を超えた場合には、膨張機構や発電機構自身が破損するおそれがあった。
【０００４】
そこで、特許文献１には、装置の異常回転数や異常高電圧を検出したときに、スイッチング素子を切り換えるようにした技術が記載されている。このように、発電機構から得られた電気エネルギーを電力消費用抵抗器で消費するようにして、発電機構の回転数を低下させてコンバータ等の素子の出力電圧の増加を抑制するようにしている。
【特許文献１】特開２００７−１４１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の発電式の膨張機では、電気的に膨張エネルギーを消費して回転数の上昇を抑えるようにした構成であるから、スイッチング素子を切り換えてから発電機構の回転数を低下させるまでの間にタイムラグが生じ、装置が安定するまで時間がかかってしまうという問題があった。
【０００６】
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、膨張機構の出力軸が異常回転したときに、出力軸を直ちに停止させて膨張機構の脱調や暴走を防止できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するため、本発明は、ブレーキ機構を用いてパッド部材を出力軸に押し付けることで、出力軸の回転動作を強制的に停止させるようにした。
【０００８】
具体的に、本発明は、冷媒回路（11）を流通する冷媒を膨張させることで出力軸（37）を回転駆動させる膨張機構（31）と、該膨張機構（31）の出力軸（37）に連結されて該出力軸（37）の回転駆動により電力を発生させる発電機構（33）とを備えた発電式の膨張機を対象とし、次のような解決手段を講じた。
【０００９】
すなわち、第１の発明は、前記出力軸（37）に対する押付面が形成されたパッド部材（41,71）と、
前記パッド部材（41,71）の押付面を前記出力軸（37）に押し付けて該出力軸（37）の回転動作を停止させる停止位置と、該パッド部材（41,71）の押付面を該出力軸（37）から離間させて該出力軸（37）の回転動作を許容する回転位置との間で該パッド部材（41,71）を進退動作させるブレーキ機構（42,72）とを備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
第１の発明では、パッド部材（41,71）には、出力軸（37）に押し付けるための押付面が形成される。パッド部材（41,71）は、ブレーキ機構（42）により進退動作される。具体的に、パッド部材（41,71）は、押付面を出力軸（37）に押し付けて出力軸（37）の回転動作を停止させる停止位置と、押付面を出力軸（37）から離間させて出力軸（37）の回転動作を許容する回転位置との間で進退動作される。
【００１１】
このような構成とすれば、膨張機構（31）が脱調する等して出力軸（37）が異常な回転数で回転し続けたときに、ブレーキ機構（42,72）によりパッド部材（41,71）を出力軸（37）に押し付けて膨張機構（31）の出力軸（37）を強制的に停止させることができる。そのため、増大された出力軸（37）の回転数が膨張機構（31）や発電機構（33）の許容値を超えてしまうことが抑制され、膨張機構（31）や発電機構（33）自身が破損してしまうのを防止できる。
【００１２】
また、出力軸（37）に連結された発電機構（33）の回転数の増大も抑えることができるため、発電機構（33）から得られる電気エネルギーが増大して、その電気エネルギーがコンバータやインバータ等の素子の許容値を越えて素子が破損してしまうことを防止できる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、
前記ブレーキ機構（42,72）は、前記冷媒回路（11）を流通する冷媒の圧力によって前記パッド部材（41,71）を進退動作させるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
第２の発明では、パッド部材（41,71）は、冷媒回路（11）を流通する冷媒の圧力によって進退動作される。このような構成とすれば、パッド部材（41,71）を進退動作させるために油圧機器等の駆動源を別途用意しなくても、冷媒回路（11）を流通する冷媒の圧力を利用してパッド部材（41,71）の進退動作を行うことができる。具体的には、冷媒回路（11）における高圧冷媒が流通する高圧側配管（16）とブレーキ機構（42,72）とを連通させることで、パッド部材（41,71）を出力軸（37）に押し付けて出力軸（37）の回転を停止させるようにしている。また、冷媒回路（11）における低圧冷媒が流通する低圧側配管（17）とブレーキ機構（42,72）とを連通させることで、ブレーキ機構（42,72）に流入されていた高圧冷媒が低圧側配管（17）に流出して、パッド部材（41,71）が出力軸（37）から離間するようにしている。
【００１５】
このように、ブレーキ機構（42,72）によるパッド部材（41,71）の進退動作を行うために、油圧機器等の駆動源を別途用意する必要が無く、装置構成をコンパクトにすることができるとともに、コスト低減に有利となる。
【００１６】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記出力軸（37）に設けられ、その径方向に張り出したディスクブレーキ（75）を備え、
前記ブレーキ機構（72）は、前記パッド部材（71）の押付面を前記ディスクブレーキ（75）の表面に押し付けることで該出力軸（37）の回転動作を停止させるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
第３の発明では、出力軸（37）には、その径方向に張り出したディスクブレーキ（75）が設けられる。ブレーキ機構（72）により、パッド部材（71）の押付面がディスクブレーキ（75）の表面に押し付けられる。その結果、出力軸（37）の回転動作が停止される。このような構成とすれば、ディスクブレーキ（75）を用いてより確実に出力軸（37）の回転を停止させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、膨張機構（31）が脱調する等して出力軸（37）が異常な回転数で回転し続けたときに、ブレーキ機構（42,72）によりパッド部材（41,71）を出力軸（37）に押し付けて膨張機構（31）の出力軸（37）を強制的に停止させることができる。そのため、発電機構（33）から得られる電気エネルギーが増大して、その電気エネルギーがコンバータやインバータ等の素子の許容値を越えて素子が破損してしまうことを防止できる。
【００１９】
また、冷媒回路（11）を流通する冷媒の圧力を利用してパッド部材（41,71）の進退動作を行うことができるため、油圧機器等の駆動源を別途用意する必要が無く、装置構成をコンパクトにすることができるとともに、コスト低減に有利となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２１】
＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る膨張機を備えた空調機の構成を示す冷媒回路図である。図１に示すように、この空調機（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（ＣＯ２）が充填されている。
【００２２】
前記圧縮機（20）は、いわゆる高圧ドームタイプの全密閉型の圧縮機（20）であり、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。
【００２３】
前記膨張機（30）は、その流出管（36）が低圧側配管（17）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）が高圧側配管（16）を介して第２四方切換弁（13）の第２のポートに接続されている。
【００２４】
前記室外熱交換器（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り、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。
【００２５】
前記室内熱交換器（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り、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。
【００２６】
前記第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。
【００２７】
−膨張機の構成−
次に、前記膨張機（30）の構成について説明する。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）と発電機構（33）とが収容されている。
【００２８】
図２にも示すように、前記膨張機構（31）は、ロータリ式の容積型の流体機械を構成する膨張機本体部（32）と、膨張機本体部（32）に連結する出力軸（37）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）の下方に発電機構（33）が配置されている。出力軸（37）は、上下方向へ延びる姿勢で配置され、膨張機本体部（32）と発電機構（33）とを連結している。そして、出力軸（37）の軸方向の略中央位置には、出力軸（37）の回転動作を停止させるブレーキ装置（40）が配設されている。このブレーキ装置（40）の詳細については後述する。
【００２９】
前記膨張機ケーシング（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）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）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）へ送り出すようになっている。
【００３０】
図２に示すように、前記出力軸（37）の上端部には、偏心部（37b）が形成されている。この偏心部（37b）は、出力軸（37）の主軸部（37a）よりも大径に形成されている。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。
【００３１】
前記膨張機構（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。
【００３２】
前記出力軸（37）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（37）は、その偏心部（37b）がシリンダ（51）内に位置している。
【００３３】
図３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、円環状又は円筒状に形成されている。ピストン（55）の内径は偏心部（37b）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（37）の偏心部（37b）が貫通している。
【００３４】
前記ピストン（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。
【００３５】
前記ピストン（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。
【００３６】
前記シリンダ（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。
【００３７】
前記シリンダ（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３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３におけるブレード（56）の左側近傍に設定されている。なお、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。
【００３８】
前記シリンダ（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３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、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。
【００３９】
図１及び図４に示すように、前記ブレーキ装置（40）は、出力軸（37）を挟んで対向する一対のパッド部材（41）と、パッド部材（41）を出力軸（37）に対して進退動作させるブレーキ機構（42）とを備えている。
【００４０】
前記パッド部材（41）には、出力軸（37）の軸方向に延びる断面円弧状の押付面が形成されている。この押付面は、出力軸（37）の外周面に沿った形状とされ、一対のパッド部材（41）で出力軸（37）を挟持することで、出力軸（37）の回転動作を強制的に停止できるようになっている。
【００４１】
前記パッド部材（41）における押付面の反対側には、シリンダロッド（41a）が取り付けられている。このシリンダロッド（41a）は、ブレーキ機構（42）のシリンダ本体（43b）に摺動自在に挿入されている。
【００４２】
前記ブレーキ機構（42）は、パッド部材（41）を出力軸（37）に対して進退させるものである。このブレーキ機構（42）は、内部に圧力室（43a）を有するブレーキ本体（43）と、シリンダロッド（41a）が摺動自在に挿入されるとともに圧力室（43a）に連通するシリンダ本体（43b）とを備えている。
【００４３】
前記ブレーキ本体（43）の圧力室（43a）内には、付勢バネ（44）が設けられている。この付勢バネ（44）の一端は、パッド部材（41）のシリンダロッド（41a）の先端部に接続され、他端は圧力室（43a）の内壁に接続されている。これにより、パッド部材（41）を出力軸（37）から離間させた位置（以下、回転位置と呼ぶ）に付勢するようにしている。
【００４４】
前記ブレーキ本体（43）の上部には、圧力室（43a）と連通するように高圧側分岐配管（16a）の一端が接続されている。高圧側分岐配管（16a）の他端は、冷媒回路（11）の高圧側配管（16）に接続されている。また、その配管途中には高圧側電磁弁（46）が接続されている。
【００４５】
一方、前記ブレーキ本体（43）の下部には、圧力室（43a）と連通するように低圧側分岐配管（17a）の一端が接続されている。低圧側分岐配管（17a）の他端は、冷媒回路（11）の低圧側配管（17）に接続されている。また、その配管途中には低圧側電磁弁（47）が接続されている。
【００４６】
前記空調機（10）は、高圧側電磁弁（46）及び低圧側電磁弁（47）の開閉動作を制御するための制御装置（45）を備えている。この制御装置（45）は、膨張機（30）の発電機構（33）で得られた電気エネルギーの電圧値を示す電圧信号を入力とし、電圧値が所定値以上であるかを判定するように構成されている。そして、この判定結果に基づいて、高圧側電磁弁（46）及び低圧側電磁弁（47）に対してその開閉動作を制御する制御信号を送信するようになっている。
【００４７】
具体的に、空調負荷が高まって過剰な高速回転運転が行われた場合には、膨張機構（31）が脱調してしまい、出力軸（37）が異常な回転数で回転し続けてしまうことがある。このように、膨張機構（31）側で異常が生じて膨張エネルギーが増大すると、発電機構（33）の回転数も増大してしまう。その結果、発電機構（33）から得られる電気エネルギーが増大して、その電気エネルギーがコンバータやインバータ等の素子の許容値を越えてしまい、素子が破損するおそれがあった。
【００４８】
そこで、前記制御装置（45）は、出力軸（37）が異常な回転数で回転し続けた結果、発電機構（33）で得られた電気エネルギーの電圧値が所定値、すなわちコンバータやインバータ等の素子の許容値以上であると判定すると、出力軸（37）の回転駆動を停止させるべく、高圧側電磁弁（46）及び低圧側電磁弁（47）に対して制御信号を出力するようになっている。以下、図５〜図７を用いて、ブレーキ装置（40）の動作について説明する。
【００４９】
図５は、膨張機が通常動作をしているときのブレーキ装置の動作状態を示す概略図である。図５に示すように、膨張機（30）が正常な回転数で回転駆動している場合には、発電機構（33）で得られる電気エネルギーの電圧値も所定値以下であるため、高圧側電磁弁（46）及び低圧側電磁弁（47）は閉じられている。そのため、パッド部材（41）は、付勢バネ（44）の付勢力によって、出力軸（37）から離間した回転位置に位置付けられて出力軸（37）の回転駆動が許容される。
【００５０】
図６は、膨張機が異常動作をしているときのブレーキ装置の動作状態を示す概略図である。図６に示すように、制御装置（45）において膨張機（30）が異常な回転数で回転駆動していると判定された場合には、制御装置（45）から高圧側電磁弁（46）に対して弁を開くための制御信号が出力される。このとき、低圧側電磁弁（47）は閉じたままとなっている。
【００５１】
このように、前記高圧側電磁弁（46）を開くと、図１に示す高圧側配管（16）を流通する高圧冷媒が高圧側分岐配管（16a）を介してブレーキ本体（43）の圧力室（43a）内に供給されて圧力室（43a）内が高圧状態となる。この高圧冷媒の圧力により、パッド部材（41）が付勢バネ（44）の付勢力に抗して出力軸（37）側に移動する。そして、パッド部材（41）の押付面が出力軸（37）に押し付けられることで、出力軸（37）の回転動作が強制的に停止される。
【００５２】
図７は、膨張機を再起動させたときのブレーキ装置の動作状態を示す概略図である。図７に示すように、ブレーキ装置（40）によって出力軸（37）の回転動作を停止させた後、膨張機（30）を再起動させる場合には、制御装置（45）から高圧側電磁弁（46）に対して弁を閉じるための制御信号が出力される一方、低圧側電磁弁（47）に対して弁を開くための制御信号が出力される。
【００５３】
このように、前記高圧側電磁弁（46）を閉じるとともに低圧側電磁弁（47）を開くと、圧力室（43a）内の高圧冷媒が低圧側分岐配管（17a）を介して低圧側配管（17）に流出して、圧力室（43a）内が低圧状態となる。そして、付勢バネ（44）の付勢力により、パッド部材（41）が出力軸（37）から離間した回転位置に位置付けられて、出力軸（37）の回転が許容される。
【００５４】
−冷房運転−
次に、前記空調機の動作について説明する。まず、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。
【００５５】
前記圧縮機（20）では、吸入管（25）から吸い込んだ冷媒を圧縮して高圧冷媒を生成する。圧縮機（20）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。
【００５６】
前記膨張機（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構（33）が回転駆動される。発電機構（33）で発生した電力は、圧縮機（20）の電動機（図示省略）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。
【００５７】
前記膨張機（30）から送出された冷媒は、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。
【００５８】
−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。
【００５９】
前記圧縮機（20）では、吸入管（25）から吸い込んだ冷媒を圧縮して高圧冷媒を生成する。圧縮機（20）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。
【００６０】
前記膨張機（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構（33）が回転駆動される。発電機構（33）で発生した電力は、圧縮機（20）の電動機へ供給される。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。
【００６１】
前記膨張機（30）から送出された冷媒は、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。
【００６２】
−膨張機構の動作−
次に、膨張機構（31）の運転動作について、図３を参照しながら具体的に説明する。まず、出力軸（37）が図３（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（37）が同図の反時計方向へ回転を続ける。
【００６３】
そして、図３（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）は図３（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（37）が継続的に回転駆動される。
【００６４】
以上のように、本実施形態１に係る膨張機（30）によれば、膨張機構（31）が脱調する等して出力軸（37）が異常な回転数で回転し続けたときに、高圧冷媒をブレーキ装置（40）のブレーキ機構（42）に供給することで、パッド部材（41）を出力軸（37）に押し付けて膨張機構（31）の出力軸（37）を強制的に停止させることができる。そのため、増大された出力軸（37）の回転数が膨張機構（31）や発電機構（33）の許容値を超えてしまうことが抑制され、膨張機構（31）や発電機構（33）自身が破損してしまうのを防止できる。
【００６５】
また、出力軸（37）に連結された発電機構（33）の回転数の増大も抑えることができるため、発電機構（33）から得られる電気エネルギーが増大して、その電気エネルギーがコンバータやインバータ等の素子の許容値を越えて素子が破損してしまうことを防止できる。
【００６６】
また、冷媒回路（11）を流通する冷媒の圧力を利用してパッド部材（41）の進退動作を行うことができるため、油圧機器等の駆動源を別途用意する必要が無く、装置構成をコンパクトにすることができるとともに、コスト低減に有利となる。
【００６７】
＜実施形態２＞
図８は、本発明の実施形態２に係る膨張機の概略構成図である。前記実施形態１との違いは、低圧側分岐配管（17a）の接続位置を変更した点であるため、以下、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。
【００６８】
図８に示すように、前記膨張機（30）のブレーキ装置（40）は、出力軸（37）を挟んで対向する一対のパッド部材（41）と、パッド部材（41）を出力軸（37）に対して進退動作させるブレーキ機構（42）とを備えている。
【００６９】
前記ブレーキ機構（42）のブレーキ本体（43）の上部には、圧力室（43a）と連通するように高圧側分岐配管（16a）の一端が接続されている。高圧側分岐配管（16a）の他端は、冷媒回路（11）の高圧側配管（16）に接続されている。また、その配管途中には高圧側電磁弁（46）が接続されている。
【００７０】
一方、前記ブレーキ本体（43）の下部には、圧力室（43a）と連通するように低圧側分岐配管（17a）の一端が接続されている。低圧側分岐配管（17a）の他端は、膨張機ケーシング（34）における下部空間、具体的には、油溜まりと発電機構（33）との間の低圧空間に連通するように接続されている。また、その配管途中には低圧側電磁弁（47）が接続されている。
【００７１】
本実施形態２に係るブレーキ装置（40）の動作は、前記実施形態１で説明したものと略同様であり、ブレーキ装置（40）によって出力軸（37）の回転動作を停止させた後、膨張機（30）を再起動させるときに、高圧側電磁弁（46）を閉じるとともに低圧側電磁弁（47）を開くと、圧力室（43a）内の高圧冷媒が膨張機ケーシング（34）内に流出して、圧力室（43a）内が低圧状態となる点のみが異なっている。
【００７２】
なお、本実施形態２では、ブレーキ本体（43）に接続された低圧側分岐配管（17a）を、膨張機ケーシング（34）の外側に取り回した後、低圧側分岐配管（17a）の他端を膨張機ケーシング（34）の低圧空間に連通するように接続させた構成について説明したが、この形態に限定するものではない。例えば、ブレーキ本体（43）に接続された低圧側分岐配管（17a）を膨張機ケーシング（34）内に収容したままでその他端を膨張機ケーシング（34）の低圧空間に連通させるようにしても良い。
【００７３】
＜実施形態３＞
図９は、本発明の実施形態３に係る膨張機の概略構成図である。前記実施形態１との違いは、出力軸（37）にディスクブレーキ（75）を設けた点であるため、以下、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。
【００７４】
図９に示すように、膨張機（30）は、出力軸（37）の回転動作を停止させるブレーキ装置（70）を備えている。また、膨張機（30）の出力軸（37）の軸方向の略中央位置には、その径方向に張り出したディスクブレーキ（75）が設けられている。このディスクブレーキ（75）は、出力軸（37）の一部を構成するものであり、出力軸（37）の回転駆動によって一体に回転駆動するようになっている。
【００７５】
図１０にも示すように、前記ブレーキ装置（70）は、ディスクブレーキ（75）を挟んで上下方向に対向する一対のパッド部材（71）と、パッド部材（71）をディスクブレーキ（75）の表面に対して進退動作させるブレーキ機構（72）とを備えている。
【００７６】
前記ブレーキ機構（72）は、パッド部材（71）をディスクブレーキ（75）に対して進退させることで、ディスクブレーキ（75）の表面を一対のパッド部材（71）で狭持することで、出力軸（37）の回転動作を強制的に停止できるようになっている。
【００７７】
前記ブレーキ機構（72）は、内部に圧力室（図示省略）を有するブレーキ本体（73）を備えている。ブレーキ本体（73）の上部には、圧力室と連通するように高圧側分岐配管（16a）の一端が接続されている。高圧側分岐配管（16a）の他端は、冷媒回路（11）の高圧側配管（16）に接続されている。また、その配管途中には高圧側電磁弁（46）が接続されている。
【００７８】
一方、前記ブレーキ本体（73）の下部には、圧力室と連通するように低圧側分岐配管（17a）の一端が接続されている。低圧側分岐配管（17a）の他端は、冷媒回路（11）の低圧側配管（17）に接続されている。また、その配管途中には低圧側電磁弁（47）が接続されている。
【００７９】
前記パッド部材（71）は、付勢バネ（図示省略）によって、ディスクブレーキ（75）から離間させた回転位置に付勢されている。これにより、出力軸（37）の回転が許容される。そして、ブレーキ本体（73）の圧力室内に高圧冷媒が供給されると、この高圧冷媒の圧力により、パッド部材（71）が付勢バネの付勢力に抗してディスクブレーキ（75）を挟持して、出力軸（37）の回転動作が強制的に停止されるようになっている。
【００８０】
前記ブレーキ装置（70）の動作は、前記実施形態１と略同様である。すなわち、膨張機（30）が正常な回転数で回転駆動している場合には、発電機構（33）で得られる電気エネルギーの電圧値も所定値以下であるため、高圧側電磁弁（46）及び低圧側電磁弁（47）は閉じられている。そのため、パッド部材（71）は、付勢バネの付勢力によって、ディスクブレーキ（75）から離間した回転位置に位置付けられて出力軸（37）の回転駆動が許容される。
【００８１】
次に、制御装置（45）において膨張機（30）が異常な回転数で回転駆動していると判定された場合には、制御装置（45）から高圧側電磁弁（46）に対して弁を開くための制御信号が出力される。このとき、低圧側電磁弁（47）は閉じたままとなっている。
【００８２】
このように、前記高圧側電磁弁（46）を開くと、高圧側配管（16）を流通する高圧冷媒が高圧側分岐配管（16a）を介してブレーキ本体（73）の圧力室内に供給されて圧力室内が高圧状態となる。この高圧冷媒の圧力により、パッド部材（71）が付勢バネの付勢力に抗してディスクブレーキ（75）を狭持することで、出力軸（37）の回転動作が強制的に停止される。
【００８３】
また、前記ブレーキ装置（70）によって出力軸（37）の回転動作を停止させた後、膨張機（30）を再起動させる場合には、制御装置（45）から高圧側電磁弁（46）に対して弁を閉じるための制御信号が出力される一方、低圧側電磁弁（47）に対して弁を開くための制御信号が出力される。
【００８４】
このように、前記高圧側電磁弁（46）を閉じるとともに低圧側電磁弁（47）を開くと、ブレーキ本体（73）の圧力室内の高圧冷媒が低圧側分岐配管（17a）を介して低圧側配管（17）に流出して、圧力室内が低圧状態となる。そして、付勢バネの付勢力により、パッド部材（71）がディスクブレーキ（75）から離間した回転位置に位置付けられて、出力軸（37）の回転が許容される。
【００８５】
なお、本実施形態３では、低圧側分岐配管（17a）の他端が冷媒回路（11）の低圧側配管（17）に接続された構成について説明したが、前記実施形態２において説明したように、低圧側分岐配管（17a）の接続位置を変更しても良い。具体的には、図１１に示すように、低圧側分岐配管（17a）の他端を、膨張機ケーシング（34）における下部空間、具体的には、油溜まりと発電機構（33）との間の低圧空間に連通するように接続しても構わない。
【００８６】
＜その他の実施形態＞
前記実施形態では、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）がピストン（55）と別体に形成される。そして、ブレード（56）は、シリンダ（51）に対して進退自在に支持され、その先端がピストン（55）の外周面に押し付けられる。さらに、前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。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
以上説明したように、本発明は、膨張機構の出力軸が異常回転したときに、出力軸を直ちに停止させて膨張機構の脱調や暴走を防止できるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施形態１における空調機の構成を示す冷媒回路図である。
【図２】本実施形態１における膨張機構の要部拡大図である。
【図３】膨張機構の状態を出力軸の回転角９０°毎に示した概略図である。
【図４】ブレーキ装置の構成を示す斜視図である。
【図５】膨張機が通常動作をしているときのブレーキ装置の動作状態を示す概略図である。
【図６】膨張機が異常動作をしているときのブレーキ装置の動作状態を示す概略図である。
【図７】膨張機を再起動させたときのブレーキ装置の動作状態を示す概略図である。
【図８】本実施形態２に係る膨張機の概略構成図である。
【図９】本実施形態３に係る膨張機の概略構成図である。
【図１０】ブレーキ装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】本実施形態３に係る膨張機のその他の概略構成図である。
【符号の説明】
【００８９】
11      冷媒回路
30      膨張機
31      膨張機構
33      発電機構
37      出力軸
41,71   パッド部材
42,72   ブレーキ機構
75      ディスクブレーキ
【図１】
2010210160.tif 000003
【図２】
2010210160.tif 000004
【図３】
2010210160.tif 000005
【図４】
2010210160.tif 000006
【図５】
2010210160.tif 000007
【図６】
2010210160.tif 000008
【図７】
2010210160.tif 000009
【図８】
2010210160.tif 000010
【図９】
2010210160.tif 000011
【図１０】
2010210160.tif 000012
【図１１】
2010210160.tif 000013