(57)【要約】【課題】冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機構を備えた膨張機において、少ない量の冷凍機油で膨張機構の摺動面の潤滑を行うことができるようにする。【解決手段】膨張機（30）は、冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機構（31）と、出口が膨張機構（31）の摺動面に開口して、その摺動面に供給する冷凍機油が流通する給油通路（89）とを備えている。給油通路（89）の出口側には、冷凍機油を細粒化して膨張機構（31）の摺動面に細粒化した冷凍機油を供給するノズル（40）が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を膨張させて動力を発生させる膨張機構（31）と、
出口が上記膨張機構（31）の摺動面に開口して、該摺動面に供給する潤滑油が流通する給油通路（89）とを備えた膨張機であって、
上記給油通路（89）の出口側には、潤滑油を細粒化して上記膨張機構（31）の摺動面に細粒化した潤滑油を供給する細粒化手段（40）が設けられ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、
上記細粒化手段（40）は、潤滑油をミスト化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３】
請求項２において、
上記細粒化手段（40）は、出口の流路面積が上記給油通路（89）の流路面積よりも小さいノズル（40）により構成されていることを特徴とする膨張機。
【請求項４】
請求項３において、
上記給油通路（89）には、上記ノズル（40）の出口に流入する潤滑油を旋回させる旋回手段（45）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３又は４に記載の膨張機（30）と、冷媒を圧縮する圧縮機（20）とが接続されて、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、
上記ノズル（40）に向かう潤滑油から異物を除去する異物除去手段（46）を備えていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れか１つに記載の膨張機（30）と、冷媒を圧縮する圧縮機（20）とが接続されて、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）のうち上記圧縮機（20）で圧縮された高圧ガス冷媒が存在する部分に貯留された潤滑油が上記給油通路（89）に供給されるように構成されていることを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を膨張させて動力を発生させる膨張機、及びその膨張機が設けられた冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、流体を膨張させて動力を発生させる膨張機が知られている。この種の膨張機の一例が、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
具体的に、特許文献１には、冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機構を有する膨張機が記載されている。膨張機では、膨張機構で発生した動力が出力軸を介して発電機に伝達される。出力軸には、膨張機構へ潤滑油を供給するための給油通路が形成されている。この出力軸の給油通路の入口は、給油用配管を介して、圧縮機の油溜まりに連通している。給油通路の出口は、ピストンの内周面と摺動する出力軸の外周面等に開口している。
【特許文献１】特開２００８−２２４０５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の膨張機では、少ない量の潤滑油で膨張機構の摺動面の潤滑を行うことができることが望ましい。しかし、従来の膨張機では、膨張機構の摺動面に潤滑油をそのまま状態で供給しているだけであり、少ない量の潤滑油で摺動面の潤滑を可能とするような工夫はなされていない。
【０００５】
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、流体を膨張させて動力を発生させる膨張機構を備えた膨張機において、少ない量の潤滑油で膨張機構の摺動面の潤滑を行うことが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】
【０００６】
第１の発明は、流体を膨張させて動力を発生させる膨張機構（31）と、出口が上記膨張機構（31）の摺動面に開口して、該摺動面に供給する潤滑油が流通する給油通路（89）とを備えた膨張機（30）を対象とする。そして、この膨張機（30）は、上記給油通路（89）の出口側には、潤滑油を細粒化して上記膨張機構（31）の摺動面に細粒化した潤滑油を供給する細粒化手段（40）が設けられている。
【０００７】
第１の発明では、給油通路（89）の出口側に、膨張機構（31）の摺動面に向かう潤滑油を細粒化する細粒化手段（40）が設けられている。細粒化手段（40）は、膨張機構（31）の摺動面に細粒化した潤滑油が供給されるように設けられている。
【０００８】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記細粒化手段（40）が、潤滑油をミスト化するように構成されている。
【０００９】
第２の発明では、細粒化手段（40）は、潤滑油をミスト化するように構成されている。膨張機構（31）の摺動面には、ミスト状の潤滑油が供給される。
【００１０】
第３の発明は、上記第２の発明において、上記細粒化手段（40）は、出口の流路面積が上記給油通路（89）の流路面積よりも小さいノズル（40）により構成されている。
【００１１】
第３の発明では、給油通路（89）の出口側に、細粒化手段（40）を構成するノズル（40）が設けられている。ノズル（40）の出口では、上流側から作用する圧力によって、潤滑油が細流化されてミスト状になる。
【００１２】
第４の発明は、上記第３の発明において、上記給油通路（89）には、上記ノズル（40）の出口に流入する潤滑油を旋回させる旋回手段（45）が設けられている。
【００１３】
第４の発明では、旋回手段（45）によって、ノズル（40）の出口に流入する潤滑油が旋回される。ノズル（40）の出口には、旋回した状態の潤滑油が流入する。
【００１４】
第５の発明は、第３又は第４の発明に記載の膨張機（30）と、冷媒を圧縮する圧縮機（20）とが接続されて、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（10）を対象とする。そして、この冷凍装置（10）は、上記ノズル（40）に向かう潤滑油から異物を除去する異物除去手段（46）を備えている。
【００１５】
第５の発明では、ノズル（40）に向かう潤滑油から異物を除去する異物除去手段（46）が設けられている。このため、ノズル（40）に流入する潤滑油に異物が混じることが阻止され、流路面積の小さいノズル（40）の出口に異物が詰まることが阻止される。
【００１６】
第６の発明は、上記第１乃至第４の何れか１つの発明に記載の膨張機（30）と、冷媒を圧縮する圧縮機（20）とが接続されて、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（10）を対象とする。そして、この冷凍装置（10）は、上記冷媒回路（11）のうち上記圧縮機（20）で圧縮された高圧ガス冷媒が存在する部分に貯留された潤滑油が上記給油通路（89）に供給されるように構成されている。
【００１７】
第６の発明では、給油通路（89）に、圧縮機（20）で圧縮された高圧ガス冷媒が存在する部分に貯留された潤滑油が供給される。ここで、冷媒回路（11）を循環する冷媒の圧力は、圧縮機（20）から膨張機（30）へ至るまでの間に幾分低下する。膨張機構（31）を通過する冷媒の圧力は、必然的に圧縮機（20）で圧縮された冷媒の圧力よりも低くなる。そして、膨張機構（31）では、冷媒の膨張に伴って冷媒の圧力が低下する。このため、上記高圧ガス冷媒の圧力と膨張機構（31）の低圧側の圧力との差は比較的大きくなる。従って、ノズル（40）の出口に上流側から作用する圧力が比較的大きくなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、膨張機構（31）の摺動面に向かう潤滑油を細粒化する細粒化手段（40）を給油通路（89）に設けることによって、細粒化した潤滑油が膨張機構（31）の摺動面に供給されるようにしている。つまり、膨張機構（31）の摺動面に潤滑油をそのまま状態で供給する従来の膨張機（30）に比べて、細かい粒径の潤滑油が膨張機構（31）の摺動面に供給されるようにしている。このため、膨張機構（31）の摺動面では、従来の膨張機（30）に比べて潤滑油が拡散しやすくなるので、少ない量の潤滑油で膨張機構（31）の摺動面の潤滑を行うことができる。そして、膨張機構（31）の内部よりも高温の潤滑油を給油通路（89）を通じて膨張機構（31）の摺動面に供給する場合には、膨張機構（31）で膨張させる流体が潤滑油によって加熱されることによる熱ロスを低減することができるので、膨張機（30）の効率を向上させることができる。
【００１９】
また、上記第２の発明では、ミスト状の潤滑油が膨張機構（31）の摺動面に供給されるようにしている。このため、膨張機構（31）の摺動面では潤滑油がさらに拡散しやすくなるので、さらに少ない量の潤滑油で膨張機構（31）の摺動面の潤滑を行うことができる。
【００２０】
また、上記第４の発明では、給油通路（89）の出口側に旋回手段（45）を設けることによって、旋回した状態の潤滑油がノズル（40）の出口に流入するようにしている。このため、ノズル（40）の出口に流入する潤滑油の流れの乱れが大きくなるので、ノズル（40）の出口において潤滑油をさらに細かい粒径にすることができる。従って、膨張機構（31）の摺動面では潤滑油がさらに拡散しやすくなるので、さらに少ない量の潤滑油で膨張機構（31）の摺動面の潤滑を行うことができる。
【００２１】
また、上記第５の発明では、ノズル（40）に向かう潤滑油から異物を除去する異物除去手段（46）を設けることによって、流路面積の小さいノズル（40）の出口に異物が詰まることが阻止されるようにしている。ここで、仮にノズル（40）の出口に異物が詰まると、膨張機構（31）の摺動面に潤滑油がほとんど供給されなくなる。このため、膨張機構（31）の摺動面では、油切れによる潤滑不良が生じてしまう。この第５の発明では、ノズル（40）の出口に異物が詰まることが原因で生じる膨張機構（31）の摺動面の潤滑不良が阻止される。従って、異物による潤滑不良を阻止しつつ、少ない量の潤滑油で膨張機構（31）の摺動面の潤滑を行うことができる。
【００２２】
また、上記第６の発明では、高圧の部分に溜まる潤滑油が供給されるので、ノズル（40）の出口に上流側から作用する圧力が比較的大きくなる。このため、ノズル（40）の出口において潤滑油をさらに細かい粒径にすることができる。従って、膨張機構（31）の摺動面では潤滑油がさらに拡散しやすくなるので、さらに少ない量の潤滑油で膨張機構（31）の摺動面の潤滑を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
本実施形態は、本発明に係る膨張機（30）を備えた冷凍装置（10）である。冷凍装置（10）は、冷房運転と暖房運転を行う空調機（10）により構成されている。
【００２５】
〈空調機の全体構成〉
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１四路切換弁（12）と第２四路切換弁（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。また、冷媒回路（11）には、給油用配管（16）と油戻し用配管（17）とが設けられている。
【００２６】
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１四路切換弁（12）の第１のポートに接続され、その吸入管（25）が第１四路切換弁（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）が第２四路切換弁（13）の第１のポートに接続され、その流入管（35）が第２四路切換弁（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１四路切換弁（12）の第３のポートに接続され、その他端が第２四路切換弁（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１四路切換弁（12）の第４のポートに接続され、その他端が第２四路切換弁（13）の第３のポートに接続されている。
【００２７】
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。室外熱交換器（14）の近傍には室外ファンが設けられている（図示省略）。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。室内熱交換器（15）の近傍には室内ファンが設けられている（図示省略）。
【００２８】
第１四路切換弁（12）と第２四路切換弁（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。
【００２９】
圧縮機（20）は、いわゆる高圧ドームタイプの全密閉型に構成されている。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、冷媒を圧縮する圧縮機構（21）と、圧縮機構（21）を駆動する電動機（23）と、圧縮機構（21）と電動機（23）を連結する駆動軸（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ている。
【００３０】
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）に接続されている。吐出管（26）は、圧縮機ケーシング（24）の胴部の上端付近を貫通しており、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。
【００３１】
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。冷凍機油には、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）が用いられている。圧縮機ケーシング（24）内には、油溜まり（27）が形成されている。油溜まり（27）の冷凍機油には、高圧ガス冷媒の圧力が作用する。
【００３２】
また、圧縮機ケーシング（24）には、第１油流出管（28）が設けられている。第１油流出管（28）は、圧縮機ケーシング（24）の胴部の下端付近を貫通している。第１油流出管（28）の内端は、駆動軸（22）の下端と概ね同じ高さに開口している。第１油流出管（28）の内端は、油溜まり（27）に浸かった状態となっている。
【００３３】
駆動軸（22）は、油溜まり（27）から圧縮機構（21）へ冷凍機油を供給する給油機構を構成している。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）の下端に開口すると共に、いわゆる遠心ポンプを構成している。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。駆動軸（22）が回転すると、遠心ポンプ作用によって油溜まり（27）から給油通路へ冷凍機油が吸い込まれる。給油通路へ吸い込まれた冷凍機油は、圧縮機構（21）へ供給されて圧縮機構（21）の潤滑に利用される。
【００３４】
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）の内部には、冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機構（31）と、膨張機構（31）で発生した動力を電力に変換する発電機（33）と、膨張機構（31）と発電機（33）を連結する出力軸（32）とが収容されている。膨張機ケーシング（34）内では、膨張機構（31）の下方に発電機（33）が配置されている。膨張機構（31）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。膨張機構（31）の詳細は後述する。
【００３５】
出力軸（32）の内部には、出口が膨張機構（31）の摺動面に開口して該摺動面に供給する冷凍機油が流通する給油通路（89）が形成されている。給油通路（89）は、出力軸（32）の軸方向に延びている。給油通路（89）の入口は、出力軸（32）の上端面に開口している。
【００３６】
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、いず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、その終端が膨張機構（31）に接続されている。流出管（36）は、その始端が膨張機構（31）に接続されている。膨張機構（31）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。つまり、膨張機（30）を通過する冷媒は、膨張機ケーシング（34）の内部空間へは流れ込まずに膨張機構（31）だけを通過する。
【００３７】
給油用配管（16）は、その始端が第１油流出管（28）の外端に接続されている。一方、給油用配管（16）の終端は、図２に示すように、出力軸（32）の上端面の上側の油流入室（39）に開口している。油流入室（39）には、給油通路（89）の入口も開口している。給油通路（89）には、給油用配管（16）を通じて、圧縮機構（21）から吐出された高圧ガス冷媒が存在する圧縮機ケーシング（24）の油溜まり（27）の高温の冷凍機油が供給される。膨張機構（31）の摺動面には、給油通路（89）に流入した冷凍機油が供給される。
【００３８】
また、給油用配管（16）には、フィルタ（46）が設けられている。フィルタ（46）は、給油用配管（16）の膨張機（30）寄りの位置に設けられている。フィルタ（46）は、冷凍機油から異物を除去する異物除去手段（46）を構成している。
【００３９】
また、膨張機ケーシング（34）の底部には、膨張機構（31）から漏れ出た冷凍機油が貯留されている。つまり、膨張機ケーシング（34）内には、油溜まり（37）が形成されている。膨張機ケーシング（34）には、油溜まり（37）の冷凍機油を圧縮機（20）へ戻すための第２油流出管（38）が設けられている。第２油流出管（38）は、膨張機ケーシング（34）の胴部の下端付近を貫通している。膨張機ケーシング（34）の内端は、膨張機ケーシング（34）の底面付近に開口している。膨張機ケーシング（34）の内端は、油溜まり（37）に浸かった状態となっている。
【００４０】
油戻し用配管（17）は、その始端が第２油流出管（38）の外端に接続されている。油戻し用配管（17）の終端は、第１四路切換弁（12）から吸入管（25）に延びる配管に接続されている。これにより、膨張機ケーシング（34）内の油溜まり（37）の冷凍機油は、油戻し用配管（17）を通って圧縮機（20）の吸入側へ導入され、冷媒と共に圧縮機構（21）へ吸入される。
【００４１】
〈膨張機の構成〉
膨張機構（31）は、上述したように、いわゆるロータリ式の容積型流体機械を構成している。この膨張機構（31）には、図２に示すように、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、膨張機構（31）には、フロントヘッド（61）とミドルプレート（63）と第１リアヘッド（62）と第２リアヘッド（80）とが設けられている。
【００４２】
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）、第１シリンダ（71）、ミドルプレート（63）、第２シリンダ（81）、第１リアヘッド（62）、第２リアヘッド（80）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、その上側端面がミドルプレート（63）により閉塞されている。一方、第２シリンダ（81）は、その下側端面がミドルプレート（63）により閉塞され、その上側端面が第１リアヘッド（62）により閉塞されている。また、第２シリンダ（81）の内径は、第１シリンダ（71）の内径よりも大きくなっている。
【００４３】
上記出力軸（32）は、積層された状態のフロントヘッド（61）、第１シリンダ（71）、ミドルプレート（63）、第２シリンダ（81）、第１リアヘッド（62）のそれぞれを貫通している。また、出力軸（32）は、その第１大径偏心部（65）が第１シリンダ（71）内に位置し、その第２大径偏心部（70）が第２シリンダ（81）内に位置している。
【００４４】
第１シリンダ（71）内には第１ピストン（75）が、第２シリンダ（81）内には第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）の内径は第１大径偏心部（65）の外径と、第２ピストン（85）の内径は第２大径偏心部（70）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大径偏心部（65）が、第２ピストン（85）には第２大径偏心部（70）がそれぞれ嵌め込まれている。
【００４５】
上記第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、他方の端面がミドルプレート（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、一方の端面が第１リアヘッド（62）に、他方の端面がミドルプレート（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。
【００４６】
図２及び図３に示すように、上記第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、板状に形成され、ピストン（75,85）の半径方向へ延びている。ブレード（76,86）は、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。
【００４７】
上記各シリンダ（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っている。各ブッシュ（77,87）は、その内側面がブレード（76,86）と、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）に対して揺動自在で且つ進退自在となっている。
【００４８】
第１シリンダ（71）内の第１流体室（72）は、第１ブレード（76）によって仕切られており、図３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ブレード（86）によって仕切られており、図３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。
【００４９】
上記第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大径偏心部（65）と第２大径偏心部（70）とは、主軸部（96）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では、第２ブレード（86）も第２シリンダ（81）の外側へ最も退いた状態になる。
【００５０】
上記第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。流入ポート（67）には、流入管（35）が挿入されている。
【００５１】
上記第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。流出ポート（68）には、流出管（36）が挿入されている。
【００５２】
上記ミドルプレート（63）には、連通路（64）が形成されている。連通路（64）は、ミドルプレート（63）を厚み方向へ貫通している。連通路（64）は、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。
【００５３】
以上の構成により、出力軸（32）が回転すると、膨張機構（31）では、流入管（35）から流入した冷媒が第１流体室（72）から第２流体室（82）へ流入する過程で膨張して流出管（36）から流出する。
【００５４】
具体的に、回転角が０°の状態（図３の状態から出力軸（32）がさらに１８０°回転した状態）から、出力軸（32）が回転すると、流入管（35）を通じて高圧の冷媒が、第１シリンダ（71）の第１高圧室（73）に流入する。第１高圧室（73）への冷媒の流入が完了すると、第１高圧室（73）は第１低圧室（74）になる。第１低圧室（74）は、連通路（64）を通じて第２シリンダ（81）の第２高圧室（83）に連通する。第２高圧室（83）には、連通路（64）を通じて第１低圧室（74）の冷媒が流入する。
【００５５】
第２高圧室（83）へ冷媒が流入する過程では、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する。第２流体室（82）の容積は第１流体室（72）の容積よりも大きくなっている。このため、第２高圧室（83）へ冷媒が流入する過程では、第１低圧室（74）と第２高圧室（83）の合計容積が次第に増加し、それに伴って冷媒が膨張する。第１低圧室（74）と第２高圧室（83）は、膨張室（66）となる。冷媒が膨張する際には、出力軸（32）は冷媒によって回転駆動される。第２高圧室（83）への冷媒の流入が完了すると、第２高圧室（83）は第２低圧室（84）になる。第２低圧室（84）からは、流出管（36）を通じて膨張後の低圧冷媒が流出してゆく。
【００５６】
膨張機構（31）では、各大径偏心部（65,70）の外周面と各ピストン（75,85）の内周面とが、摺動面となる。また、各ピストン（75,85）の上端面及び下端面と、フロントヘッド（61）、ミドルプレート（63）、及び第１リアヘッド（62）のうち各ピストン（75,85）の上端面及び下端面と摺接する部分とが、摺動面となる。また、出力軸（32）の外周面と、フロントヘッド（61）、ミドルプレート（63）、及び第１リアヘッド（62）の軸受面とが、摺動面となる。
【００５７】
第２リアヘッド（80）には、膨張機ケーシング（34）の頂部を貫通する給油用配管（16）が嵌め込まれている。給油用配管（16）は、第２リアヘッド（80）の下面に形成された凹部まで延びている。給油用配管（16）の終端は、第２リアヘッド（80）の凹部の底面と出力軸（32）の上端面との間の空間である油流入室（39）に開口している。
【００５８】
出力軸（32）には、上述したように、給油通路（89）が形成されている。給油通路（89）は、主油通路（90）と第１分岐油通路（91）と第２分岐油通路（92）と第３分岐油通路（93）と第４分岐油通路（94）とを備えている。主油通路（90）は、油流入室（39）から出力軸（32）の軸方向に延びている。各分岐油通路（91-94）は、主油通路（90）から外側へ延びている。第１分岐油通路（91）の外端は、第１大径偏心部（65）の外周面に開口している。第２分岐油通路（92）の外端は、第２大径偏心部（70）の外周面に開口している。第３分岐油通路（93）の外端は、出力軸（32）の外周面のうち第１リアヘッド（62）の軸受面と摺接する部分に開口している。第４分岐油通路（94）の外端は、出力軸（32）の外周面のうちフロントヘッド（61）の軸受面と摺接する部分に開口している。
【００５９】
各分岐油通路（91-94）の外端部には、図４に示すノズル（40）がそれぞれ嵌め込まれている。各ノズル（40）は、冷凍機油をミスト化してミスト状の冷凍機油を膨張機構（31）の摺動面に供給する細粒化手段（40）を構成している。ノズル（40）は、出口の流路面積が給油通路（89）の流路面積よりも小さくなっている。
【００６０】
各分岐油通路（91-94）のノズル（40）について説明する。以下では、各分岐油通路（91-94）のノズル（40）は全て同じ構成であるため、第１分岐油通路（91）のノズル（40）を代表例に説明する。
【００６１】
第１分岐油通路（91）のノズル（40）は、筒状部材（43）と針状部材（44）と旋回流形成部材（45）とを備えている。
【００６２】
筒状部材（43）は、外径が第１分岐油通路（91）の出口側の孔径にほぼ等しい円筒状の本体部（43a）と、本体部（43a）の一端側に連続する絞り部（43b）とを備えている。筒状部材（43）は、本体部（43a）が第１分岐油通路（91）に嵌り込むことによって、第１分岐油通路（91）に固定されている。筒状部材（43）は、絞り部（43b）が第１分岐油通路（91）の出口側を向く状態で、第１分岐油通路（91）に設けられている。筒状部材（43）では、本体部（43a）が入口側となって絞り部（43b）が出口側となっている。
【００６３】
絞り部（43b）は、本体部（43a）から離れるに従って内径が小さくなっている。絞り部（43b）の内面は、テーパー面になっている。絞り部（43b）の本体部（43a）とは逆端には、ノズル（40）の出口となる開口（47）が形成されている。開口（47）の直径は、０．５ｍｍ以下の所定値になっている。
【００６４】
針状部材（44）は、円柱状の柱状部（44a）と、柱状部（44a）の一端側に連続する針状部（44b）とを備えている。針状部材（44）は、針状部（44b）が筒状部材（43）の出口側を向く状態で、筒状部材（43）内に設けられている。針状部材（44）は、筒状の旋回流形成部材（45）に嵌め込まれ、旋回流形成部材（45）を介して筒状部材（43）に固定されている。針状部材（44）の柱状部（44a）の外径は、筒状部材（43）の本体部（43a）の内径よりも小さくなっている。針状部（44b）の外周面はテーパー面になっている。このテーパー面の傾斜角は、絞り部（43b）の内面のテーパー面と等しくなっている。
【００６５】
旋回流形成部材（45）は、上述したように筒状に形成されている。旋回流形成部材（45）の外径は筒状部材（43）の本体部（43a）の内径に等しく、旋回流形成部材（45）の内径は針状部材（44）の柱状部（44a）の外径に等しくなっている。旋回流形成部材（45）は、筒状部材（43）の本体部（43a）に嵌め込まれることによって、筒状部材（43）に固定されている。旋回流形成部材（45）の外面には、図５に示すように、冷凍機油を旋回させるための傾斜溝（45a）が形成されている。傾斜溝（45a）は複数形成されている。各傾斜溝（45a）は、入口の位置と出口の位置とが周方向にずれている。複数の傾斜溝（45a）は、同じ向きに同じ角度で傾斜している。
【００６６】
旋回流形成部材（45）の傾斜溝（45a）を流入した冷凍機油は、傾斜溝（45a）によって、旋回流形成部材（45）の軸心を中心に旋回して流出する。旋回流形成部材（45）は、ノズル（40）の出口の上流において冷凍機油を旋回させる旋回手段（45）を構成している。
【００６７】
−運転動作−
上記空調機（10）の動作について説明する。
【００６８】
〈冷房運転〉
冷房運転時には、第１四路切換弁（12）及び第２四路切換弁（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。
【００６９】
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。
【００７０】
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、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。
【００７１】
〈暖房運転〉
暖房運転時には、第１四路切換弁（12）及び第２四路切換弁（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。
【００７２】
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。
【００７３】
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、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。
【００７４】
〈圧縮機及び膨張機の潤滑動作〉
圧縮機（20）と膨張機（30）を冷凍機油により潤滑する動作について説明する。
【００７５】
圧縮機（20）では、圧縮機ケーシング（24）の内圧が、圧縮機構（21）から吐出された冷媒の圧力とほぼ同じになっている。このため、圧縮機ケーシング（24）の油溜まり（27）の冷凍機油の圧力も、圧縮機構（21）から吐出された冷媒の圧力とほぼ同じになっている。一方、圧縮機構（21）は、吸入管（25）から低圧冷媒を吸入する。従って、圧縮機構（21）には、圧縮機ケーシング（24）の内圧よりも低圧となる部分が存在する。このため、油溜まり（27）の冷凍機油は、駆動軸（22）内の給油通路を通って圧縮機構（21）へ流入し、圧縮機構（21）の潤滑に利用される。圧縮機構（21）へ供給された冷凍機油は、圧縮された冷媒と共に圧縮機ケーシング（24）内へ吐出され、再び圧縮機ケーシング（24）の底部へ戻ってくる。
【００７６】
冷媒回路（11）を循環する冷媒の圧力は、圧縮機（20）から膨張機（30）へ至るまでの間に幾分低下する。このため、膨張機構（31）を通過する冷媒の圧力は、必然的に圧縮機ケーシング（24）の内圧よりも低くなる。このため、圧縮機ケーシング（24）の油溜まり（27）の冷凍機油は、給油用配管（16）を通って給油通路（89）へ流入する。
【００７７】
給油通路（89）に流入した冷凍機油は、各分岐油通路（91-94）に分配される。各分岐油通路（91-94）に分配された冷凍機油は、ノズル（40）に流入する。ノズル（40）では、筒状部材（43）の本体部（43a）と針状部材（44）の柱状部（44a）との間を冷凍機油が流通し、旋回流形成部材（45）の傾斜溝（45a）を通過する。その際、傾斜溝（45a）の傾斜によって、冷凍機油は旋回流形成部材（45）の軸心を中心に旋回する。旋回した状態の冷凍機油は、絞り部（43b）の開口（47）に流入する。絞り部（43b）の開口（47）では、上流側から作用する圧力によって、冷凍機油が細流化されてミスト状になる。
【００７８】
この実施形態では、旋回した状態の冷凍機油が絞り部（43b）の開口（47）に流入するようにしている。このため、絞り部（43b）の開口（47）に流入する冷凍機油の流れの乱れが大きくなり、旋回させない場合に比べて、冷凍機油がより細かい粒径のミストになる。
【００７９】
絞り部（43b）の開口（47）でミスト化された冷凍機油は、膨張機構（31）の摺動面に供給され、摺動面の潤滑に利用される。本実施形態では、膨張機構（31）の摺動面にはミスト状の冷凍機油が供給されるので、ミスト化させない場合に比べて、冷凍機油が拡散しやすくなる。
【００８０】
膨張機構（31）の摺動面の潤滑に利用された冷凍機油は、その一部が膨張機構（31）から漏れ出て膨張機ケーシング（34）の油溜まり（37）に溜まり、残りが膨張後の冷媒と共に膨張機（30）から流出する。冷媒と共に膨張機（30）から流出した冷凍機油は、冷媒と共に冷媒回路（11）内を流れて圧縮機（20）へ吸入される。一方、膨張機ケーシング（34）の油溜まり（37）の冷凍機油は、油戻し用配管（17）を通って吸入管（25）へ流入し、冷媒と共に圧縮機（20）へ吸入される。吸入管（25）を流れる冷媒の圧力は、冷媒回路（11）内で最も低くなっている。このため、膨張機ケーシング（34）内の冷凍機油は、油戻し用配管（17）を流れて吸入管（25）に流入する。
【００８１】
圧縮機（20）の圧縮機構（21）へ冷媒と共に吸入された冷凍機油は、圧縮後の冷媒と共に圧縮機構（21）から圧縮機ケーシング（24）の内部空間へ吐出され、その後に圧縮機ケーシング（24）の底部へと流れ落ちてゆく。
【００８２】
−実施形態の効果−
本実施形態では、膨張機構（31）の摺動面に向かう冷凍機油をミスト化する細粒化手段（40）を給油通路（89）に設けることによって、ミスト状の冷凍機油が膨張機構（31）の摺動面に供給されるようにしている。つまり、膨張機構（31）の摺動面に冷凍機油をそのまま状態で供給する従来の膨張機（30）に比べて、細かい粒径の冷凍機油が膨張機構（31）の摺動面に供給されるようにしている。このため、膨張機構（31）の摺動面では、従来の膨張機（30）に比べて冷凍機油が拡散しやすくなるので、少ない量の冷凍機油で膨張機構（31）の摺動面の潤滑を行うことができる。
【００８３】
そして、本実施形態では、膨張機構（31）の内部よりも高温の冷凍機油が給油通路（89）を通じて膨張機構（31）の摺動面に供給されるので、膨張機構（31）で膨張させる冷媒が冷凍機油によって加熱されることによる熱ロスを低減することができる。従って、膨張機（30）の効率を向上させることができる。
【００８４】
また、本実施形態では、給油通路（89）の出口側に旋回流形成部材（45）を設けることによって、旋回した状態の冷凍機油がノズル（40）の出口に流入するようにしている。このため、ノズル（40）の出口に流入する冷凍機油の流れの乱れが大きくなるので、ノズル（40）の出口において冷凍機油をより細かい粒径にすることができる。従って、膨張機構（31）の摺動面では冷凍機油がより拡散しやすくなるので、さらに少ない量の冷凍機油で膨張機構（31）の摺動面の潤滑を行うことができる。
【００８５】
また、本実施形態では、高圧の部分に溜まる冷凍機油が供給されるので、ノズル（40）の出口に上流側から作用する圧力が比較的大きくなる。このため、ノズル（40）の出口において冷凍機油をより細かい粒径にすることができる。従って、膨張機構（31）の摺動面では冷凍機油がより拡散しやすくなるので、さらに少ない量の冷凍機油で膨張機構（31）の摺動面の潤滑を行うことができる。
【００８６】
また、本実施形態では、給油用配管（16）にフィルタ（46）を設けることによって、流路面積の小さいノズル（40）の出口に異物が詰まることが阻止されるようにしている。このため、ノズル（40）の出口に異物が詰まることが原因で生じる膨張機構（31）の摺動面の潤滑不良が阻止される。従って、異物による潤滑不良を阻止しつつ、少ない量の冷凍機油で膨張機構（31）の摺動面の潤滑を行うことができる。
【００８７】
《その他の実施形態》
上述した各実施形態については、以下のような構成としてもよい。
【００８８】
上記実施形態について、膨張機（30）が、ケーシング内において膨張機構（31）と圧縮機構（21）とが１本の回転軸で連結された１軸型の流体機械であってもよい。
【００８９】
また、上記実施形態について、給油用配管（16）を設けずに、膨張機ケーシング（34）の底部の油溜まり（37）の冷凍機油が膨張機構（31）の摺動面に供給されるように、膨張機（30）が構成されていてもよい。この場合、細粒化手段（40）によって膨張機構（31）の摺動面に供給される冷凍機油の量が少なくなるので、冷媒と共に膨張機（30）外へ流出する冷凍機油の量が少なくなる。従って、膨張機（30）の油溜まり（37）において、冷凍機油が不足することを抑制することができる。
【００９０】
また、上記実施形態について、冷媒回路（11）に充填される冷媒が二酸化炭素以外の冷媒（例えばフロン冷媒）であってもよい。
【００９１】
また、上記実施形態について、第２四路切換弁（13）の代わりに、４つの逆止弁を用いたブリッジ回路を設けてもよい。
【００９２】
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】
【００９３】
以上説明したように、本発明は、流体を膨張させて動力を発生させる膨張機、及びその膨張機が設けられた冷凍装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路の配管系統図である。
【図２】実施形態に係る膨張機構の縦断面図である。
【図３】実施形態に係る膨張機構の横断面図である。
【図４】実施形態に係るノズルの断面図である。
【図５】実施形態に係る旋回流形成手段の側面図である。
【符号の説明】
【００９５】
３０        膨張機
３１        膨張機構
３２        出力軸
４０        ノズル（細粒化手段）
７１，８１  シリンダ
７５，８５  ピストン
８９        給油通路
９０        主油通路
９１−９５  分岐油通路
【図１】
2010164028.tif 000003
【図２】
2010164028.tif 000004
【図３】
2010164028.tif 000005
【図４】
2010164028.tif 000006
【図５】
2010164028.tif 000007