(57)【要約】【課題】冷凍サイクルを行う冷媒回路に接続される膨張機において、膨張室の体積の調整量をできるだけ大きくする。【解決手段】冷凍装置に設けられた発電機（33）の回転軸（5）に、膨張機（1）を構成する複数の膨張部（2,3,4）をその回転軸（5）の軸方向に沿って直列に取り付けるとともに、隣り合う膨張部（2,3,4）間の回転軸（5）に、断続自在なクラッチ機構（6a,6b）を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）の冷媒を膨張させるとともにその冷媒の膨張力を利用して被駆動部（21,33）の回転軸（5）を回転させる膨張機構（12）を備えた膨張機であって、
上記被駆動部（21,33）の回転軸（5）には、上記膨張機構（12）を構成する複数の膨張部（2,3,4）がその軸方向に沿って直列に取り付けられるとともに、隣り合う膨張部（2,3,4）間の回転軸（5）を断続自在なクラッチ機構（6a,6b）を備えていることを特徴とする膨張機。
【請求項２】
請求項１において、
上記複数の膨張部（2,3,4）は、少なくとも２つ以上で該膨張部（2,3,4）における膨張室の体積が互いに異なるように設定されていることを特徴とする膨張機。
【請求項３】
請求項１において、
上記複数の膨張部（2,3,4）は、該膨張部（2,3,4）における膨張室の体積が全て同一に設定されていることを特徴とする膨張機。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１つにおいて、
少なくとも１つ以上の膨張部（2,3,4）には、該膨張部（2,3,4）へ流れる冷媒の流量を変更する流量変更手段（13）が設けられていることを特徴とする膨張機。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１つにおいて、
上記冷媒回路（11）には、熱源側熱交換器（14）と利用側熱交換器（15）とが接続され、
複数の膨張部（2,3,4）は、上記熱源側熱交換器（14）と利用側熱交換器（15）とを繋ぐ冷媒回路（11）の主冷媒通路（8）に接続された主膨張部（2）と、上記主膨張部（2）以外であって上記主冷媒通路（8）と並列に該冷媒回路（11）に設けられた副冷媒通路（9）に接続された副膨張部（3,4）とからなり、
上記クラッチ機構（6a,6b）、及び上記副膨張部（3,4）の副冷媒通路（9）を開閉する開閉機構（7）を操作する操作部（41）と、上記複数の膨張部（2,3,4）の運転状態に応じて上記回転軸（5）の回転を強制停止させる停止信号を上記操作部（41）へ出力する停止出力部（42）とを有し、
上記操作部（41）は、上記停止出力部（42）から停止信号が入力されると、上記クラッチ機構（6a,6b）により隣り合う膨張部（2,3,4）間の回転軸（5）を連結するとともに上記開閉機構（7）により上記副冷媒通路（9）を閉鎖するように構成されていることを特徴とする膨張機。
【請求項６】
請求項１から４の何れか１つにおいて、
上記被駆動部は、上記回転軸（5）の回転により上記冷媒回路（11）の冷媒を圧縮する圧縮部（21）であることを特徴とする膨張機。
【請求項７】
請求項１から５の何れか１つにおいて、
上記被駆動部は、上記回転軸（5）の回転により発電を行う発電部（33）であることを特徴とする膨張機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルを行う冷媒回路に接続される膨張機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、冷凍サイクルを行う冷媒回路に接続される膨張機が知られている。この膨張機は、上記冷媒回路を流れる冷媒を膨張させるとともに、その冷媒の膨張力を動力に変換して回収し、その回収動力で圧縮機や発電機等の被駆動部を駆動するものである。
【０００３】
特許文献１に記載された膨張機は、揺動ピストン型のロータリ式流体機械で構成されたロータリ機構部を２つ備えている。この膨張機では、第１ロータリ機構部の押しのけ容積に比べて第２ロータリ機構部の押しのけ容積が大きくなっている。又、各ロータリ機構部では、シリンダ内がブレードによって高圧室と低圧室に仕切られている。この膨張機では、第１ロータリ機構部の低圧室と、第２ロータリ機構部の高圧室とを連通させることによって１つの膨張室が形成される。第１ロータリ機構部へ流入した冷媒は、第１ロータリ機構部から第２ロータリ機構部に亘って形成された膨張室内で膨張し、その後に第２ロータリ機構部から排出される。
【０００４】
この膨張機において、第１ロータリ機構部を構成する第１シリンダの内周壁に沿って導入通路が開口している。そして、この導入通路の開口面積を変化させて膨張室の体積を変化させることにより、上記膨張機の膨張比ひいては体積流量（以下、膨張機の膨張比、体積流量のことを、膨張機の容量という。）が変化するようになっている。したがって、この導入通路の開口面積の変化量を大きくすればするほど、上記膨張機の膨張室の体積を大きく変化させることができると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２５７８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の膨張機では、その構造上の制約から、この導入通路の開口面積の変化量を大きくするには限度がある。このため、その限度を超えて膨張機の容量を調整することができなかった。
【０００７】
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、冷凍サイクルを行う冷媒回路に接続される膨張機において、その膨張機の膨張室の体積の調整量をできるだけ大きくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）の冷媒を膨張させるとともにその冷媒の膨張力を利用して被駆動部（21,33）の回転軸（5）を回転させる膨張機構（12）を備えた膨張機を前提としている。
【０００９】
そして、上記膨張機の被駆動部（21,33）の回転軸（5）には、上記膨張機構（12）を構成する複数の膨張部（2,3,4）がその軸方向に沿って直列に取り付けられるとともに、隣り合う膨張部（2,3,4）間の回転軸（5）を断続自在なクラッチ機構（6a,6b）を備えていることを特徴としている。
【００１０】
第１の発明では、上記クラッチ機構（6a,6b）により、隣り合う膨張部（2,3,4）間の回転軸（5）を連結したり、その連結を解除することによって、上記被駆動部（33）の回転軸（5）に連結される膨張部（2,3,4）の数を変更できるようになる。そして、この膨張部（2,3,4）の数を変更することで、上記膨張機（1）における膨張室の体積を調整することができるようになる。
【００１１】
例えば、隣り合う膨張部（2,3,4）間の回転軸（5）を全て連結した場合には、上記被駆動部（33）の回転軸（5）に全ての膨張部（2,3,4）が連結されるため、上記膨張機（1）の膨張室の体積は最大となる。又、上記クラッチ機構（6a,6b）で、隣り合う膨張部（2,3,4）間の回転軸（5）を全て連結解除した場合には、上記被駆動部（33）に回転軸（5）を介して接続される膨張部（2,3,4）は１つとなり、上記膨張機（1）の膨張室の体積は最小となる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、上記複数の膨張部（2,3,4）は、少なくとも２つ以上で該膨張部（2,3,4）における膨張室の体積が互いに異なるように設定されていることを特徴としている。
【００１３】
第２の発明では、上記被駆動部（33）の回転軸（5）に、互いに膨張室の体積が異なる膨張部（2,3,4）を連結又は連結解除することができるようになる。
【００１４】
第３の発明は、第１の発明において、上記複数の膨張部（2,3,4）は、該膨張部（2,3,4）における膨張室の体積が全て同一に設定されていることを特徴としている。
【００１５】
第３の発明では、全て同一の膨張部（2,3,4）で上記膨張機の膨張機構（12）を構成できるようになる。
【００１６】
第４の発明は、第１から第３の何れか１つの発明において、少なくとも１つ以上の膨張部（2,3,4）には、該膨張部（2,3,4）へ流れる冷媒の流量を変更する流量変更手段（13）が設けられていることを特徴としている。
【００１７】
第４の発明では、上記各膨張部（2,3,4）に流入する冷媒の流量を変更することで、該各膨張部（2,3,4）ごとに該膨張部（2,3,4）の容量を調整できるようになる。
【００１８】
第５の発明は、第１から第４の何れか１つの発明において、上記冷媒回路（11）には、熱源側熱交換器（14）と利用側熱交換器（15）とが接続され、複数の膨張部（2,3,4）は、上記熱源側熱交換器（14）と利用側熱交換器（15）とを繋ぐ冷媒回路（11）の主冷媒通路（8）に接続された主膨張部（2）と、上記主膨張部（2）以外であって上記主冷媒通路（8）と並列に該冷媒回路（11）に設けられた副冷媒通路（9）に接続された副膨張部（3,4）とからなり、上記クラッチ機構（6a,6b）、及び上記副膨張部（3,4）の副冷媒通路（9）を開閉する開閉機構（7）を操作する操作部（41）と、上記複数の膨張部（2,3,4）の運転状態に応じて上記回転軸（5）の回転を強制停止させる停止信号を上記操作部（41）へ出力する停止出力部（42）とを有し、上記操作部（41）は、上記停止出力部（42）から停止信号が入力されると、上記クラッチ機構（6a,6b）により隣り合う膨張部（2,3,4）間の回転軸（5）を連結するとともに上記開閉機構（7）により上記副冷媒通路（9）を閉鎖するように構成されていることを特徴としている。
【００１９】
第５の発明では、上記副冷媒通路（9）が閉鎖された副膨張部（3,4）を上記被駆動部（33）の回転軸（5）に連結させて、その副膨張部（3,4）を上記回転軸（5）の回転抵抗として作用させることで、上記回転軸（5）の回転にブレーキをかけることができるようになる。
【００２０】
例えば、上記開閉機構（7）を上記副膨張部（3,4）の上流側に設けた場合に、上記開閉機構（7）を閉じると、該開閉機構（7）と副膨張部（3,4）との間の圧力が非常に低い状態となり、その副膨張部（3,4）で冷媒がほとんど膨張しなくなる。こうなると、冷媒の膨張力を利用して上記被駆動部（33）の回転軸（5）を回転させにくく、又は回転させることができなくなる。これにより、上記回転軸（5）の回転が減速、又は停止する。
【００２１】
又、上記開閉機構（7）を上記副膨張部（3,4）の下流側に設けた場合に、上記開閉機構（7）を閉じると、副膨張部（3,4）から冷媒が排出されなくなり、その副膨張部（3,4）で冷媒が膨張しなくなる。こうなると、冷媒の膨張力を利用して上記被駆動部（33）の回転軸（5）を回転させにくく、又は回転させることができなくなる。これにより、上記回転軸（5）の回転が減速、又は停止する。
【００２２】
第６の発明は、第１から第４の何れか１つの発明において、上記被駆動部は、上記回転軸（5）の回転により上記冷媒回路（11）の冷媒を圧縮する圧縮部（21）であることを特徴としている。
【００２３】
第６の発明では、上記膨張機（1）で回収した動力は、回転軸（5）を介して上記圧縮部（21）へ伝達され、上記冷媒回路（11）の冷媒を圧縮するために利用される。
【００２４】
第７の発明は、第１から第５の何れか１つの発明において、上記被駆動部は、上記回転軸（5）の回転により発電を行う発電部（33）であることを特徴としている。
【００２５】
第７の発明では、上記膨張機（1）で回収した動力は、回転軸（5）を介して上記発電部（33）へ伝達され、電力に変換される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、上記クラッチ機構（6a,6b）により、隣り合う膨張部（2,3,4）間の回転軸（5）を連結したり、その連結を解除することによって、上記被駆動部（33）の回転軸（5）に連結される膨張部（2,3,4）の数を変更できる。これにより、従来の膨張機とは違い、上述した導入通路の開口面積を変化させることなく、上記膨張機（1）の膨張室の体積を調整することができる。
【００２７】
また、上記第２の発明によれば、上記被駆動部（33）の回転軸（5）に、互いに膨張室の体積が異なる膨張部（2,3,4）を連結又は連結解除することができる。これにより、上記膨張機（1）の膨張室の体積を調整する際の調整度を上げることができる。つまり、仮に複数の膨張部（2,3,4）が全て同じ膨張室の体積に設定されていたとすれば、その膨張室の体積値の整数倍でしか調整できない。しかし、第２の発明によれば、少なくとも２つ以上の膨張部（2,3,4）の膨張室の体積が互いに異なるため、各膨張部（2,3,4）の体積値の整数倍に限定されることなく膨張室の体積を調整することができる。
【００２８】
また、上記第３の発明によれば、膨張室の体積が全て同一の膨張部（2,3,4）で上記膨張機の膨張部（2,3,4）を構成することができる。これにより、上記各膨張部（2,3,4）の部品を共通化させることができ、上記膨張機（1）の低コスト化を図りつつ、上記膨張機（1）の膨張室の体積を調整することができる。
【００２９】
また、上記第４の発明によれば、上記流量変更手段（13）により、上記各膨張部（2,3,4）ごとに該膨張部（2,3,4）の容量を調整できる。
【００３０】
また、上記第５の発明によれば、上記副冷媒通路（9）が閉鎖された副膨張部（3,4）を上記被駆動部（33）の回転軸（5）に連結させて、その副膨張部（3,4）を上記回転軸（5）の回転抵抗として作用させることで、上記回転軸（5）の回転にブレーキをかけることができる。例えば、上記回転軸（5）の回転数が異常に高くなって、被駆動機部（21,33）が故障しそうになったり、過度の電圧上昇で制御不能になりそうな場合でも、該回転軸（5）の回転数を低下させて、これらを防止することができる。さらに、上記被駆動機部（21,33）が脱調して制御不能になった後も、過度の電圧上昇による上記被駆動機部（21,33）の発電素子が破壊するのを防止するために、上記回転軸（5）の回転数を強制的にゼロにして異常停止させることができる。
【００３１】
また、上記第６の発明によれば、上記膨張機（1）で回収した動力は、回転軸（5）を介して上記圧縮部（21）へ伝達され、上記冷媒回路（11）の冷媒を圧縮するために利用することができる。これにより、上記圧縮部（21）の消費電力量を低減し、冷凍サイクルの成績係数を向上させることができる。
【００３２】
また、上記第７の発明によれば、上記膨張機（1）で回収した動力は、回転軸（5）を介して上記発電部（33）へ伝達され、電力に変換することができる。この電力を上記冷媒回路（11）が冷凍サイクルを行うために必要な電力として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態に係る膨張機が接続された冷凍装置の冷媒回路図である。
【図２】本実施形態の変形例に係る膨張機が接続された冷凍装置の冷媒回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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。
【００３５】
まず、本実施形態の膨張機を備えた冷凍装置について説明した後で、上記膨張機について説明する。
【００３６】
−冷凍装置−
図１に上記冷凍装置の冷媒回路図を示す。この冷凍装置は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）を備えている。尚、この冷媒回路（11）には冷媒として二酸化炭素が用いられている。
【００３７】
上記冷媒回路（11）には、圧縮機（21）、室外熱交換器（14）、室内熱交換器（15）、及び本発明の特徴である膨張機（1）が接続されている。この膨張機（1）には回転軸（5）を介して発電機（33）が接続されている。
【００３８】
上記圧縮機（21）は、容積型で回転式の流体機械（例えば、ロータリ式の流体機械）により構成されている。圧縮機（21）は、駆動軸（22）の一端に連結されている。駆動軸（22）の他端は、電動機（23）に連結されている。電動機（23）に通電すると、電動機（23）が回転し、圧縮機（21）が駆動される。圧縮機（21）は電動機（23）と同じ回転速度で回転する。なお、圧縮機（21）、電動機（23）及び駆動軸（22）は、圧縮機ケーシング（図示省略）に収容されている。この圧縮機（21）の吐出側から延びる冷媒配管は、上記室外熱交換器（14）の一端に接続されている。
【００３９】
ここで、上記膨張機（1）に接続された発電機（33）の電力接続端子は、上記電動機（23）の電力接続端子に接続されている。つまり、発電機（33）が発生した電力は、電力供給回路を介して、電動機（23）へ供給される。
【００４０】
上記室外熱交換器（14）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成されている。室外熱交換器（14）の近傍には、室外熱交換器（14）に空気を送る室外ファン（16）が設けられている。この室外ファン（16）から送られる屋外空気と上記室外熱交換器（14）を流れる冷媒とが熱交換する。上記室外熱交換器（14）から延びる冷媒配管は上記膨張機（1）を介して上記室内熱交換器（15）の一端に接続されている。尚、この膨張機（1）については詳しく後述する。
【００４１】
上記室内熱交換器（15）は、上記室外熱交換器（14）と同様に、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成されている。室内熱交換器（15）の近傍には、室内熱交換器（15）に空気を送る室内ファン（17）が設けられている。この室内ファン（17）から送られる室内外空気と上記室内熱交換器（15）を流れる冷媒とが熱交換する。上記室内熱交換器（15）から延びる冷媒配管は上記圧縮機（21）の吸入側に接続されている。
【００４２】
上記冷媒回路（11）には、吐出圧力センサ（18）と吸入圧力センサ（19）とが設けられている。吐出圧力センサ（18）は、圧縮機（21）から吐出された高圧冷媒の圧力を計測する。また、吸入圧力センサ（19）は、圧縮機（21）に吸入される低圧冷媒の圧力を計測する。又、冷媒回路（11）には、吐出温度センサ（28）と吸入温度センサ（29）とが設けられている。吐出温度センサ（28）は、圧縮機（21）から吐出された高圧冷媒の温度を計測する。また、吸入温度センサ（29）は、圧縮機（21）に吸入される低圧冷媒の温度を計測する。
【００４３】
又、上記発電機（33）における回転軸（5）の回転速度を検出する速度検出センサ（図示無し）が設けられている。又、上記発電機（33）から電動機（23）へ供給される電流の電流値を計測する電流センサ（図示無し）が設けられている。
【００４４】
−膨張機−
上記膨張機（1）は、主膨張部（2）と第１及び第２副膨張部（3,4）とを備えている。この主膨張部（2）及び副膨張部（3,4）は、上記冷凍装置（10）に設けられた発電機（33）の回転軸（5）に、その軸方向に沿って直列に取り付けられている。尚、上記発電機（33）に近い方から遠い方へ向かって、主膨張部（2）、第１副膨張部（3）、及び第２副膨張部（4）の順に取り付けられている。
【００４５】
上記回転軸（5）における主膨張部（2）と第１副膨張部（3）との間には第１クラッチ機構（6a）が取り付けられている。又、上記回転軸（5）における第１副膨張部（3）と第２副膨張部（4）との間には第２クラッチ機構（6b）が取り付けられている。これらのクラッチ機構（6a,6b）により、隣り合う各膨張部（2,3,4）間の回転軸（5）が断続自在になっている。つまり、上記クラッチ機構（6a,6b）を連結位置に設定すると隣り合う各膨張部（2,3,4）間の回転軸（5）が連結され、上記クラッチ機構（6a,6b）を連結解除位置に設定するとその回転軸（5）の連結が解除される。
【００４６】
上記主膨張部（2）及び第１、第２副膨張部（3,4）は、何れも容積型の一種である揺動ピストン型の流体機械部（2a,3a,4a）を有している。この流体機械部（2a,3a,4a）は、シリンダ（図示なし）と該シリンダ内に収容されたピストン（図示なし）とを有している。このピストンは上述した発電機（33）の回転軸（5）に取り付けられている。
【００４７】
上記冷媒回路（11）には、上記熱源側熱交換器（14）と利用側熱交換器（15）とを繋ぐ冷媒配管の一部を構成する主冷媒配管（主冷媒通路）（8）を有している。又、上記冷媒回路（11）には、上記主冷媒配管（8）と並列に２つの副冷媒配管（副冷媒通路）（9）が接続されている。そして、上記主膨張部（2）の冷媒流入口（2b）及び冷媒流出口（2c）は上記主冷媒配管（8）に接続され、上記第１、第２副膨張部（3,4）の冷媒流入口（3b,4b）及び冷媒流出口（3c,4c）は上記各副冷媒配管（9）にそれぞれ接続されている。
【００４８】
尚、上記主膨張部（2）において、上記冷媒流入口（2b）は該主膨張部（2）のシリンダの流入ポートに連通し、上記冷媒流出口（2c）は該主膨張部（2）のシリンダの流出ポートに連通している。又、上記副膨張部（3,4）において、上記冷媒流入口（3b,4b）は該副膨張部（3,4）のシリンダの流入ポートに連通し、上記冷媒流出口（3c,4c）は該副膨張部（3,4）のシリンダの流出ポートに連通している。
【００４９】
又、上記主膨張部（2）と上記副膨張部（3,4）との膨張室の体積は、互いに異なっており、上記副膨張部（3,4）の膨張室の体積は、上記主膨張部（2）の膨張室の体積の半分に設定されている。この膨張室の体積の設定は単なる例示である。
【００５０】
又、上記各副冷媒配管（9）には、上記副膨張部（3,4）の上流側に流量調整弁（7,13）が設けられている。この流量調整弁（7,13）は、上記副膨張部（3,4）へ流れる冷媒の流量を調節する流量変更手段であるとともに、上記副冷媒配管（9）を開閉する開閉機構を構成する。
【００５１】
−コントローラ−
上記冷凍装置には、該冷凍装置の運転制御を行うコントローラ（40）が設けられている。このコントローラ（40）には、上述したセンサ類、圧縮機（21）、弁類、クラッチ機構（6a,6b）、及び膨張機（1）が電気的に接続されている。そして、このコントローラ（40）は、各センサ類の出力に基づいて、上記クラッチ機構（6a,6b）を連結位置又は連結解除位置に切り換えることにより、上記膨張機（1）の容量調整を行うことができる。
【００５２】
又、このコントローラ（40）には、操作部（41）と停止出力部（42）とが設けられている。上記停止出力部（42）は、例えば、上記速度検出センサ、上記電流センサ、又は電圧センサの検出値が所定値以上になると、上記発電機（33）が過剰発電状態にあるとして、上記操作部（41）へ上記発電機（33）の回転軸（5）の回転を強制停止させるための停止信号を上記操作部（41）へ出力するものである。
【００５３】
上記操作部（41）は上記流量調整弁（7,13）と上記クラッチ機構（6a,6b）とを操作するものである。この操作部（41）は、上記停止出力部（42）から停止信号が入力されると、上記流量調整弁（7,13）の開度を全閉に設定すると同時に上記クラッチ機構（6a,6b）を連結位置に設定する。
【００５４】
−運転動作−
まず、上記冷凍装置について説明した後で、上記膨張機について説明する。
【００５５】
−冷凍装置−
上記冷凍装置（10）では、電動機（23）に電力が供給されると、電動機（23）によって圧縮機（21）が回転駆動され、冷媒回路（11）で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。この冷凍サイクルでは、室外熱交換器（14）が放熱器として動作して室内熱交換器（15）が蒸発器として動作する。この冷凍サイクルでは、冷凍サイクルの高圧圧力が冷媒の臨界圧力以上となる。
【００５６】
上記圧縮機（21）から吐出された冷媒は、室外熱交換器（14）へ供給される。室外熱交換器（14）では、室外ファン（16）によって供給される空気へ冷媒が放熱して冷却される。室外熱交換器（14）で冷却された冷媒は、膨張機（1）へ流入する。尚、この膨張機（1）の動作については詳しく後述する。
【００５７】
上記膨張機（1）で膨張した冷媒は、室内熱交換器（15）へ供給される。室内熱交換器（15）では、室内ファン（17）によって供給される空気から冷媒が吸熱して蒸発する。室内熱交換器（15）で蒸発した冷媒は、圧縮機（21）に吸入される。圧縮機（21）では、冷媒が圧縮されて、再び吐出される。このように冷媒が循環することにより、上記冷凍装置（10）の冷却運転が行われる。
【００５８】
−膨張機−
上記膨張機（1）では、上記室外熱交換器（14）から流出した冷媒が、上記主冷媒配管（8）と副冷媒配管（9）とに分流する。上記主冷媒配管（8）へ流れた冷媒は、上記主膨張部（2）の冷媒流入口（2b）から流体機械部（2a）のシリンダ内に流入する。そして、そのシリンダ内で冷媒が膨張しながら、その冷媒の膨張力でピストンを回転させる。このピストンの回転により、上記発電機（33）の回転軸（5）が回転する。その後、上記シリンダ内で膨張した冷媒は、上記主膨張部（2）の冷媒流出口（2c）から流出する。
【００５９】
一方、上記副冷媒配管（9）へ流れた冷媒は、上記流量調整弁（7,13）を通過する際に、その流量が変更された後で、上記副膨張部（3,4）の冷媒流入口（3b,4b）から流体機械部（3a,4a）のシリンダ内に流入する。そして、そのシリンダ内で冷媒が膨張しながら、その冷媒の膨張力でピストンを回転させる。このピストンの回転により、上記発電機（33）の回転軸（5）が回転する。その後、上記シリンダ内で膨張した冷媒は、上記副膨張部（3,4）の冷媒流出口（3c,4c）から流出する。
【００６０】
上記副膨張部（3,4）の冷媒流出口（3c,4c）から流出した冷媒は、上記主膨張部（2）の冷媒流出口（2c）から流出した冷媒と合流した後で、上記室内熱交換器（15）へ流出する。
【００６１】
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、上記クラッチ機構（6a,6b）により、隣り合う膨張部（2,3,4）間の回転軸（5）を連結したり、その連結を解除することによって、上記発電機（33）の回転軸（5）に連結される膨張部（2,3,4）の数を変更できる。これにより、従来の膨張機とは違い、上述した導入通路の開口面積を変化させることなく、上記膨張機（1）の膨張室の体積を調整することができる。
【００６２】
又、本実施形態によれば、上記発電機（33）の回転軸（5）に、互いに膨張室の体積が異なる膨張部（2,3,4）を連結又は連結解除することができる。これにより、上記膨張機（1）の膨張室の体積を調整する際の調整度を上げることができる。つまり、仮に複数の膨張部（2,3,4）が全て同じ膨張室の体積に設定されていたとすれば、各膨張部（2,3,4）の膨張室の体積値の整数倍でしか調整できない。しかし、本実施形態では、少なくとも２つ以上の膨張部（2,3,4）の膨張室の体積が互いに異なるため、各膨張部（2,3,4）の膨張室の体積値の整数倍に限定されることなく膨張室の体積を調整することができる。
【００６３】
又、本実施形態によれば、上記流量調整弁（13）により、上記副膨張部（3,4）ごとに、その容量を調整することができる。
【００６４】
又、本実施形態によれば、上記副冷媒配管（9）が閉鎖された副膨張部（3,4）を上記発電機（33）の回転軸（5）に連結させて、その副膨張部（3,4）を上記回転軸（5）の回転抵抗として作用させることで、上記回転軸（5）の回転にブレーキをかけることができる。例えば、上記回転軸（5）の回転数が異常に高くなって、被駆動機部（21,33）が故障しそうな場合でも、該回転軸（5）の回転数を強制的にゼロにすることもできる。
【００６５】
又、本実施形態によれば、上記膨張機（1）で回収した動力は、回転軸（5）を介して上記発電部（33）へ伝達され、電力に変換することができる。この電力を上記冷媒回路（11）が冷凍サイクルを行うために必要な電力として利用することができる。
【００６６】
−実施形態の変形例−
図２に実施形態の変形例の膨張機を備えた冷凍装置の冷媒回路図を示す。この変形例の膨張機（50）と上記実施形態で示した膨張機（1）との違いは、上記膨張機（50）の膨張機構（12）が、上記発電機（33）の回転軸（5）ではなく、圧縮機（61）の回転軸（53）に取り付けられている点である。
【００６７】
こうすると、上記膨張機（1）で回収した動力は、回転軸（53）を介して上記圧縮機（61）へ伝達され、上記冷媒回路（11）の冷媒を圧縮するために利用される。これにより、上記圧縮機（61）の消費電力量を低減し、冷凍サイクルの成績係数を向上させることができる。
【００６８】
又、この冷凍装置の場合、圧縮機（61）を通過する冷媒の体積流量と膨張機（50）を通過する冷媒の体積流量との比は、常に一定となる。一方、上記冷媒回路（11）は、その冷媒回路（11）の高圧圧力と低圧圧力との比（圧力比）が運転条件によって変動し、この変動に伴って、上記膨張機（50）へ流入する冷媒の密度、及び上記膨張機（50）から流出する冷媒の密度もそれぞれ変動する。このことから、上記冷凍装置（10）の運転状態によっては、圧縮機（61）を通過する冷媒の質量流量と膨張機（50）を通過する冷媒の質量流量との間に過不足が生じることがある。
【００６９】
このような場合に、上記クラッチ機構（6a,6b）により、隣り合う膨張部（2,3,4）間の回転軸（5）を連結したり、その連結を解除することによって、上記膨張機（1）の膨張室の体積を調整し、圧縮機と膨張機との間で質量流量のアンバランスが生じないようにすることができる。
【００７０】
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
【００７１】
本実施形態では、上記膨張機（1）が、主膨張部（2）と第１及び第２副膨張部（3,4）との３つの膨張部を有していたが、これに限定されず、例えば上記膨張部を２つ、又は４つ以上にしてもよい。又、上記膨張部が３つ以上の場合において、隣り合う膨張部の間の回転軸（5）ごとにクラッチ機構（6a,6b）を設ける必要はない。
【００７２】
又、本実施形態では、上記開閉機構として流量調整弁（7）を設けたが、これに限定されず、例えば電磁弁であってもよい。
【００７３】
又、本実施形態では、主膨張部（2）及び副膨張部（3,4）の膨張室の体積が異なっていたが、これに限定されず、例えば、主膨張部（2）及び副膨張部（3,4）の膨張室の体積を同一とし、主膨張部（2）及び副膨張部（3,4）の部品を共通化させることで、上記膨張機（1）の低コスト化を図ることができる。
【００７４】
又、本実施形態では、上記発電機（33）が過剰電状態にある場合に、上記コントローラ（40）で上記発電機（33）の回転軸（5）を強制停止させていたが、これに限定されず、例えば、上記発電機（33）が過度の電圧上昇で制御不能（脱調状態）に陥りそうな状態にある場合に、上記コントローラ（40）で上記発電機（33）の回転軸（5）をブレーキにより減速させてもよい。又、上記発電機（33）が脱調状態になってしまった場合、あるいは、上記発電機（33）の通常停止の場合に上記発電機（33）の回転軸（5）を強制停止させてもよい。
【００７５】
又、本実施形態では、上記コントローラ（40）により、上記膨張機（1）の容量制御、及び上記発電機（33）の回転軸（5）の回転を抑制または強制停止させる制御を行っているが、その他に、上記発電機（33）の回転軸（5）の回転数が目標値となるように制御させてもよい。
【００７６】
例えば、上記冷媒回路（11）を流れる冷媒の流量が比較的に多い場合は主膨張部（2）だけに冷媒を流すと回転数が上昇し、機械損失の増加と共に動力回収効率が大きく低下する場合がある。それを防ぐため、副膨張部（3,4）にも冷媒を流して回転数を抑制することができる。つまり、上記発電機（33）の回転軸（5）が、適切な回転数となるように、上記クラッチ機構（6a,6b）を連結位置又は連結解除位置に切り換えてもよい。
【００７７】
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。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上説明したように、本発明は、冷凍サイクルを行う冷媒回路に接続される膨張機について有用である。
【符号の説明】
【００７９】
1          膨張機
2          主膨張部
3,4        副膨張部
6a,6b      クラッチ機構
7,13       流量調整弁
10         冷凍装置
11         冷媒回路
21         圧縮機
33         発電機
40         コントローラ
【図１】
2010243021.tif 000003
【図２】
2010243021.tif 000004