(57)【要約】【課題】冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機が接続された冷媒回路を備えた冷凍装置において、冷凍機油による膨張機の熱ロスを低減する。【解決手段】空調機（10）は、圧縮機（21）と膨張機（31）が接続された冷媒回路（11）と、圧縮機（21）を収容する圧縮機ケーシング（24）とを備えている。圧縮機ケーシング（24）の内部には、圧縮機（21）から吐出された高圧ガス冷媒の圧力が作用する冷凍機油が貯留された高圧油溜まり（27）が形成されている。冷媒回路（11）には、入口が高圧油溜まり（27）に開口して出口が膨張機（31）内に開口する油供給通路（44）が設けられている。油供給通路（44）には、膨張機（31）へ供給される冷凍機油の流量を調節する電磁弁（18）が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮するための流体機械により構成された圧縮機（21）と、冷媒を膨張させて動力を発生させるための流体機械により構成された膨張機（31）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）と、
内部に上記圧縮機（21）から吐出された高圧ガス冷媒が存在し、該高圧ガス冷媒の圧力が作用する潤滑油が貯留される高圧油溜まり（27）が形成された容器部材（24）と、
入口が上記高圧油溜まり（27）に開口して出口が上記膨張機（31）内に開口する油供給通路（44）とを備え、
上記膨張機（31）に上記油供給通路（44）を通じて上記高圧油溜まり（27）の潤滑油が供給される冷凍装置であって、
上記油供給通路（44）には、上記膨張機（31）へ供給される潤滑油の流量を調節する油流量調節手段（18）が設けられていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記油流量調節手段（18）は、上記膨張機（31）への潤滑油の流通を許容する開状態と、該膨張機（31）への潤滑油の流通を禁止する閉状態とに切り換え可能に構成され、
上記油流量調節手段（18）を開状態に設定する開時間と、該油流量調節手段（18）を閉状態に設定する閉時間との比率が所定の時間比率になるように、上記油流量調節手段（18）を制御する制御手段（40）を備えていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項２において、
上記油供給通路（44）を流れる潤滑油の流量を検出する油流量検出手段（19）を備え、
上記制御手段（40）は、上記油流量検出手段（19）の検出値の一定の時間における平均値が所定の目標値になるように上記時間比率を調節し、調節した時間比率になるように上記油流量調節手段（18）を制御することを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項１において、
上記油流量調節手段（18）は、開度可変の流量調節弁（18）により構成される一方、
上記油供給通路（44）を流れる潤滑油の流量を検出する油流量検出手段（19）と、
上記油流量検出手段（19）の検出値が所定の目標値になるように上記流量調節弁（18）の開度を制御する制御手段（40）とを備えていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】
請求項３又は４において、
上記圧縮機（21）の吐出側と上記膨張機（31）の出口側の圧力差を検出するための差圧検出手段（51,52）を備え、
上記制御手段（40）は、上記差圧検出手段（51,52）の検出値に基づいて上記目標値を決定することを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】
請求項１又は２において、
上記圧縮機（21）の吐出側と上記膨張機（31）の出口側の圧力差を検出するための差圧検出手段（51,52）と、
上記差圧検出手段（51,52）の検出値が大きいほど上記膨張機（31）へ多くの潤滑油が供給されるように上記油流量調節手段（18）を制御する制御手段（40）とを備えていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項７】
請求項１において、
上記油流量調節手段（55）は、上記油供給通路（44）における高圧油溜まり（27）側から油流量調節手段（55）に作用する圧力と、該油供給通路（44）における膨張機（31）側から油流量調節手段（55）に作用する圧力との差である通路圧力差が所定値以上になる場合に上記膨張機（31）への潤滑油の流通を許容して、該通路圧力差が該所定値よりも小さくなる場合に該膨張機（31）への潤滑油の流通を禁止す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、冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機が接続された冷媒回路を備えた冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機が接続された冷媒回路を備えた冷凍装置が知られている。この種の冷凍装置の一例が、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、圧縮機と膨張機とが別々のケーシングに収容された冷凍装置が開示されている。圧縮機は、圧縮機ケーシングに収容されている。膨張機は、膨張機ケーシングに収容されている。膨張機には、圧縮機ケーシングの底部の油溜まりから延びる油供給通路が接続されている。圧縮機ケーシングの内圧は、圧縮機から吐出された冷媒とほぼ同じ圧力になっている。一方、膨張機ケーシングの内圧は、圧縮機ケーシングの内圧よりも低くなっている。この冷凍装置では、圧縮機ケーシングの内圧と膨張機ケーシングの内圧との差によって、圧縮機ケーシングの油溜まりの潤滑油が膨張機へ供給される。
【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、従来の冷凍装置では、油供給通路の入口側の圧力が、冷凍サイクルの高圧圧力になっている。一方、油給油通路の出口側となる膨張機内には、冷凍サイクルの低圧圧力に減圧された膨張後の冷媒が存在している。このため、油供給通路の入口と出口との圧力差が比較的大きくなり、この圧力差によって膨張機へ供給される潤滑油の流量が必要以上に多くなっていた。そして、膨張機では、冷媒が高温の潤滑油によって加熱されることによって生じる熱ロスが比較的大きくなっていた。
【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、冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機が接続された冷媒回路を備えた冷凍装置において、潤滑油による膨張機の熱ロスを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、冷媒を圧縮する流体機械により構成された圧縮機（21）と、冷媒を膨張させて動力を発生させる流体機械により構成された膨張機（31）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）と、内部に上記圧縮機（21）から吐出された高圧ガス冷媒が存在し、該高圧ガス冷媒の圧力が作用する潤滑油が貯留される高圧油溜まり（27）が形成された容器部材（24）と、入口が上記高圧油溜まり（27）に開口して出口が上記膨張機（31）内に開口する油供給通路（44）とを備え、上記膨張機（31）に上記油供給通路（44）を通じて上記高圧油溜まり（27）の潤滑油が供給される冷凍装置を対象とする。そして、この冷凍装置は、上記油供給通路（44）に、上記膨張機（31）へ供給される潤滑油の流量を調節する油流量調節手段（18）が設けられている。
【０００７】
第１の発明では、高圧油溜まり（27）からの潤滑油が流れる油供給通路（44）に、膨張機（31）へ供給される潤滑油の流量を調節する油流量調節手段（18）が設けられている。このため、油流量調節手段（18）によって膨張機（31）へ供給される潤滑油の流量を調節することができるので、膨張機（31）へ供給される潤滑油の流量を低減させることが可能である。
【０００８】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記油流量調節手段（18）が、上記膨張機（31）への潤滑油の流通を許容する開状態と、該膨張機（31）への潤滑油の流通を禁止する閉状態とに切り換え可能に構成され、上記油流量調節手段（18）を開状態に設定する開時間と、該油流量調節手段（18）を閉状態に設定する閉時間との比率が所定の時間比率になるように、上記油流量調節手段（18）を制御する制御手段（40）を備えている。
【０００９】
第２の発明では、開時間に亘って油流量調節手段（18）が開状態に設定されると、制御手段（40）が、油流量調節手段（18）を閉状態に切り換える。そして、その切り換えの時点から閉時間に亘って油流量調節手段（18）が閉状態に設定されると、制御手段（40）が、油流量調節手段（18）を開状態に切り換える。制御手段（40）は、計測時間に応じて、油流量調節手段（18）を開状態と閉状態に切り換える。
【００１０】
第３の発明は、上記第２の発明において、上記油供給通路（44）を流れる潤滑油の流量を検出する油流量検出手段（19）を備え、上記制御手段（40）は、上記油流量検出手段（19）の検出値の一定の時間における平均値が所定の目標値になるように上記時間比率を調節し、調節した時間比率になるように上記油流量調節手段（18）を制御する。
【００１１】
第３の発明では、油流量検出手段（19）が、油供給通路（44）を流れる潤滑油の流量（検出値）を検出する。そして、油流量検出手段（19）の検出値の一定の時間における平均値が目標値よりも大きい場合には、開時間の比率が低くなるように時間比率が調節される。一方、上記平均値が目標値よりも小さい場合には、開時間の比率が高くなるように時間比率が調節される。そして、制御手段（40）は、油流量検出手段（19）の検出値の平均値によって調節した時間比率になるように、油流量調節手段（18）を制御する。これにより、油流量調節手段（18）は、油供給通路（44）を流れる潤滑油の流量が目標値になるように制御される。
【００１２】
第４の発明は、上記第１の発明において、上記油流量調節手段（18）は、開度可変の流量調節弁（18）により構成される一方、上記油供給通路（44）を流れる潤滑油の流量を検出する油流量検出手段（19）と、上記油流量検出手段（19）の検出値が所定の目標値になるように上記流量調節弁（18）の開度を制御する制御手段（40）とを備えている。
【００１３】
第４の発明では、油流量検出手段（19）が、油供給通路（44）を流れる潤滑油の流量（検出値）を検出する。そして、油流量検出手段（19）の検出値が目標値よりも大きい場合には、流量調節弁（18）の開度が縮小される。一方、油流量検出手段（19）の検出値が目標値よりも小さい場合には、流量調節弁（18）の開度が拡大される。このように、流量調節弁（18）の開度は、油供給通路（44）を流れる潤滑油の流量が目標値になるように制御される。
【００１４】
第５の発明は、上記第３又は第４の発明において、上記圧縮機（21）の吐出側と上記膨張機（31）の出口側の圧力差を検出するための差圧検出手段（51,52）を備え、上記制御手段（40）は、上記差圧検出手段（51,52）の検出値に基づいて上記目標値を決定する。
【００１５】
第５の発明では、油供給通路（44）を流れる潤滑油の流量の目標値が、圧縮機（21）の吐出側と膨張機（31）の出口側の圧力差（以下。「高低差圧」という。）に基づいて決定される。ここで、膨張機（31）の潤滑に必要な潤滑油の流量は、高低差圧に応じて変化する。具体的に、高低差圧が大きい状態は、膨張機（31）の回転速度が速くなっている。従って、膨張機（31）の潤滑に必要な潤滑油の流量は多くなる。一方、高低差圧が小さい状態は、膨張機（31）の回転速度が遅くなっている。従って、膨張機（31）の潤滑に必要な潤滑油の流量は少なくなる。このように、この第５の発明では、膨張機（31）の潤滑に必要な潤滑油の流量が高低差圧に応じて変化することに着目して、油供給通路（44）を流れる潤滑油の流量の目標値が、高低差圧に基づいて決定されるようにしている。
【００１６】
第６の発明は、上記第１の発明において、上記圧縮機（21）の吐出側と上記膨張機（31）の出口側の圧力差を検出するための差圧検出手段（51,52）と、上記差圧検出手段（51,52）の検出値が大きいほど上記膨張機（31）へ多くの潤滑油が供給されるように上記油流量調節手段（18）を制御する制御手段（40）とを備えている。
【００１７】
第６の発明では、高低差圧が大きいほど膨張機（31）へ供給される潤滑油が多くなるように、油流量調節手段（18）が制御される。この第６の発明では、膨張機（31）の潤滑に必要な潤滑油の流量が高低差圧に応じて変化することに着目して、膨張機（31）へ供給される潤滑油の流量が、高低差圧に基づいて制御されるようにしている。
【００１８】
第７の発明は、上記第１の発明において、上記油流量調節手段（55）は、上記油供給通路（44）における高圧油溜まり（27）側から油流量調節手段（55）に作用する圧力と、該油供給通路（44）における膨張機（31）側から油流量調節手段（55）に作用する圧力との差である通路圧力差が所定値以上になる場合に上記膨張機（31）への潤滑油の流通を許容して、該通路圧力差が該所定値よりも小さくなる場合に該膨張機（31）への潤滑油の流通を禁止するように構成されている。
【００１９】
第７の発明では、通路圧力差が所定値以上になる場合には、高圧油溜まり（27）からの潤滑油が膨張機（31）へ供給される。一方、通路圧力差が所定値よりも小さくなる場合には、高圧油溜まり（27）からの潤滑油が膨張機（31）へは供給されない。この第７の発明では、通路圧力差の大きさによって作動する油流量調節手段（55）を設けることで、高圧油溜まり（27）からの潤滑油が膨張機（31）へは供給されない時間ができるようにして、膨張機（31）へ供給される潤滑油の流量が低減されるようにしている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、油流量調節手段（18）によって膨張機（31）へ供給される潤滑油の流量を調節することができるようにしているので、膨張機（31）へ供給される潤滑油の流量を低減させることが可能である。従って、高温の潤滑油による膨張機（31）の熱ロスを低減することができるので、膨張機（31）の効率を向上させることができる。
【００２１】
また、上記第２の発明では、制御手段（40）が、計測時間に応じて油流量調節手段（18）を開状態と閉状態に切り換える。このため、制御手段（40）は、開状態及び閉状態になっている時間を計測するだけで、油流量調節手段（18）を制御することが可能であり、油流量調節手段（18）の制御によって膨張機（31）へ供給される潤滑油の流量を低減させることができる。
【００２２】
また、上記第３の発明では、油流量検出手段（19）の検出値の一定の時間における平均値を用いて時間比率を調節することで、油供給通路（44）を流れる潤滑油の流量が目標値になるように油流量調節手段（18）が制御されるようにしている。このため、膨張機（31）に供給される潤滑油の流量を最適な目標値に調節することができるので、膨張機（31）に供給される潤滑油の流量が過少となることを回避しつつ、膨張機（31）へ供給される潤滑油の流量を低減させることができる。
【００２３】
また、上記第４の発明では、油流量検出手段（19）の検出値を用いて流量調節弁（18）の開度を制御しているので、油供給通路（44）を流れる潤滑油の流量を目標値に調節することが可能である。従って、膨張機（31）に供給される潤滑油の流量が過少となることを回避しつつ、膨張機（31）へ供給される潤滑油の流量を低減させることができる。
【００２４】
また、上記第５の発明では、膨張機（31）の潤滑に必要な潤滑油の流量が高低差圧に応じて変化することに着目して、油供給通路（44）を流れる潤滑油の流量の目標値が、高低差圧に基づいて決定されるようにしている。従って、高低差圧の変化に応じて、適切な流量の潤滑油を膨張機（31）へ供給することが可能になる。このため、高低差圧の大きさによらず、膨張機（31）に供給される潤滑油の流量が過少となることを回避しつつ、膨張機（31）へ供給される潤滑油の流量を低減させることができる。
【００２５】
また、上記第６の発明では、膨張機（31）の潤滑に必要な潤滑油の流量が高低差圧に応じて変化することに着目して、膨張機（31）へ供給される潤滑油の流量が、高低差圧に基づいて制御されるようにしている。従って、高低差圧の変化に応じて、適切な流量の潤滑油を膨張機（31）へ供給することが可能になる。このため、高低差圧の大きさによらず、膨張機（31）に供給される潤滑油の流量が過少となることを回避しつつ、膨張機（31）へ供給される潤滑油の流量を低減させることができる。
【００２６】
また、上記第７の発明では、通路圧力差の大きさによって作動する油流量調節手段（55）を設けることで、高圧油溜まり（27）からの潤滑油が膨張機（31）へは供給されない時間ができるようにして、膨張機（31）へ供給される潤滑油の流量が低減されるようにしている。従って、高温の潤滑油による膨張機（31）の熱ロスを低減することができ、膨張機（31）の効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
【００２８】
《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１は、本発明に係る冷凍装置によって構成された空調機（10）である。
【００２９】
〈空調機の全体構成〉
図１に示すように、本実施形態１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、圧縮ユニット（20）と膨張ユニット（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。
【００３０】
冷媒回路（11）の構成について説明する。圧縮ユニット（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。膨張ユニット（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。
【００３１】
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）。
【００３２】
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。
【００３３】
圧縮ユニット（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。この圧縮ユニット（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（21）と、圧縮機（21）を駆動する電動機（23）と、圧縮機（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（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（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。
【００３４】
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（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（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）は、圧縮機（21）から吐出された高圧ガス冷媒で存在する容器部材（24）を構成している。
【００３５】
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。この油溜まり（27）は、高圧油溜まり（27）を構成している。
【００３６】
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。この第１油流出管（28）は、後述する膨張機（31）へ冷凍機油を供給するための油供給通路（44）の入口側を構成している。
【００３７】
駆動軸（22）は、油溜まり（27）から圧縮機（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（21）へ供給されて圧縮機（21）の潤滑に利用される。
【００３８】
膨張ユニット（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（31）と、膨張機（31）で発生した動力を電力に変換する発電機（33）と、膨張機（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（31）の下方に発電機（33）が配置されている。膨張機（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（31）の詳細は後述する。
【００３９】
出力軸（32）の内部には、膨張機（31）の摺動面に冷凍機油を供給するための軸内油通路（89）が形成されている。軸内油通路（89）は、出力軸（32）の軸方向に延びている。軸内油通路（89）の入口は、出力軸（32）の上端面に開口している。この軸内油通路（89）は、油供給通路（44）の出口側を構成している。
【００４０】
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（31）に接続されている。流出管（36）は、その始端が膨張機（31）に接続されている。膨張機（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、膨張ユニット（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（31）だけを通過する。
【００４１】
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。
【００４２】
本実施形態１では、給油用配管（16）が、第１油流出管（28）及び出力軸（32）の軸内油通路（89）と共に、油供給通路（44）を構成している。油供給通路（44）の入口は、圧縮機ケーシング（24）の油溜まり（27）に開口し、油供給通路（44）の出口は、膨張機（31）内に開口している。膨張機（31）の摺動面には、油供給通路（44）を通じて圧縮機ケーシング（24）の油溜まり（27）の冷凍機油が供給される。
【００４３】
また、給油用配管（16）には、開閉自在の電磁弁（18）が設けられている。電磁弁（18）は、膨張機（31）への冷凍機油の流通を許容する開状態と、膨張機（31）への冷凍機油の流通を禁止する閉状態とに切り換え可能に構成されている。電磁弁（18）は、膨張機（31）へ供給される冷凍機油の流量を調節する油流量調節手段（18）を構成している。
【００４４】
また、膨張機ケーシング（34）の底部には、膨張機（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）の冷凍機油を圧縮ユニット（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。
【００４５】
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）を通って圧縮ユニット（20）の吸入側へ導入され、冷媒と共に圧縮機（21）へ吸入される。
【００４６】
本実施形態１では、電磁弁（18）を制御するためのコントローラ（40）が設けられている。コントローラ（40）は制御手段（40）を構成している。コントローラ（40）は、電磁弁（18）に指令を出す弁制御部（41）と、電磁弁（18）が開状態になっている時間及び電磁弁（18）が閉状態になっている時間を計測するタイマー（42）とを備えている。コントローラ（40）の動作については後述する。
【００４７】
〈膨張機の構成〉
膨張機（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（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。
【００４８】
膨張機（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。
【００４９】
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）、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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
膨張機（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）の外周面と各シリンダ（71,81）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）、及びリアヘッド（62）の軸受面とが摺動面となる。
【００５３】
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。
【００５４】
出力軸（32）には、上述したように、軸内油通路（89）が形成されている。軸内油通路（89）は、主油通路（90）と第１枝油通路（91）と第２枝油通路（92）と第３枝油通路（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。各枝油通路（91-94）は、内端が主油通路（90）に開口し、出力軸（32）の径方向に延びている。第１枝油通路（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枝油通路（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枝油通路（93）の外端は、出力軸（32）の外周面のうちリアヘッド（62）の軸受面と摺接する部分に開口している。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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
以上の構成により、出力軸（32）が回転すると、膨張機（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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
−運転動作−
上記空調機（10）の動作について説明する。
【００６６】
〈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。
【００６７】
圧縮ユニット（20）では、電動機（23）によって圧縮機（21）が回転駆動される。圧縮機（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）を通って圧縮ユニット（20）から吐出される。圧縮ユニット（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、膨張ユニット（30）へ流入する。
【００６８】
膨張ユニット（30）では、流入管（35）を通って膨張機（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、圧縮ユニット（20）の電動機（23）へ供給される。膨張機（31）で膨張した冷媒は、流出管（36）を通って膨張ユニット（30）から送り出される。膨張ユニット（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、圧縮ユニット（20）の吸入管（25）へ流入する。
【００６９】
〈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。
【００７０】
圧縮ユニット（20）では、電動機（23）によって圧縮機（21）が回転駆動される。圧縮機（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）を通って圧縮ユニット（20）から吐出される。圧縮ユニット（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、膨張ユニット（30）へ流入する。
【００７１】
膨張ユニット（30）では、流入管（35）を通って膨張機（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、圧縮ユニット（20）の電動機（23）へ供給される。膨張機（31）で膨張した冷媒は、流出管（36）を通って膨張ユニット（30）から送り出される。膨張ユニット（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、圧縮ユニット（20）の吸入管（25）へ流入する。
【００７２】
〈圧縮機及び膨張機の潤滑動作〉
圧縮ユニット（20）と膨張ユニット（30）を冷凍機油により潤滑する動作について説明する。
【００７３】
圧縮ユニット（20）では、圧縮機ケーシング（24）の内圧が、圧縮機（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（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（21）は、吸入管（25）から低圧冷媒を吸入する。従って、圧縮機（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（21）へ流入し、圧縮機（21）の潤滑に利用される。圧縮機（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。
【００７４】
冷媒回路（11）を循環する冷媒の圧力は、圧縮ユニット（20）から膨張ユニット（30）へ至るまでの間に幾分低下する。このため、膨張機（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）を通って膨張機（31）へ流入する。
【００７５】
膨張機（31）に流入した冷凍機油は、各枝油通路（91-94）の出口から、膨張機（31）の摺動面に供給され、摺動面の潤滑に利用される。その後、この冷凍機油は、その一部は膨張機（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、残りは膨張後の冷媒と共に膨張ユニット（30）から流出する。冷媒と共に膨張ユニット（30）から流出した冷凍機油は、冷媒と共に冷媒回路（11）内を流れて圧縮ユニット（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、冷媒と共に圧縮ユニット（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。
【００７６】
圧縮ユニット（20）の圧縮機（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（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。
【００７７】
〈コントローラの動作〉
コントローラ（40）の動作について説明する。コントローラ（40）は、暖房運転及び冷凍運転中に、膨張機（31）へ供給される冷凍機油の流量を調節するための動作を行う。
【００７８】
具体的に、コントローラ（40）では、弁制御部（41）に、電磁弁（18）を開状態に設定する開時間ｔ１（例えば１２秒間）と、電磁弁（18）を閉状態に設定する閉時間ｔ２（例えば４８秒間）とが予め設定されている。つまり、弁制御部（41）には、開時間ｔ１と閉時間ｔ２との比率である時間比率（デューティ比）が予め設定されている。また、弁制御部（41）は、電磁弁（18）を開状態から閉状態へ切り換える閉切換信号と、電磁弁（18）を閉状態から開状態へ切り換える開切換信号とを、電磁弁（18）に出力する。また、コントローラ（40）では、弁制御部（41）が閉切換信号又は開切換信号を出力すると同時に、タイマー（42）の計測時間がゼロに戻され、タイマー（42）がゼロから時間を計測し始める。タイマー（42）は、電磁弁（18）が開状態になっている時間及び電磁弁（18）が閉状態になっている時間を計測することになる。
【００７９】
弁制御部（41）は、開切換信号を出力した後に、タイマー（42）の計測時間が開時間ｔ１になると、閉切換信号を出力する。つまり、弁制御部（41）は、電磁弁（18）が開状態になっている時間が開時間ｔ１に達すると、閉切換信号を出力する。また、弁制御部（41）は、閉切換信号を出力した後に、タイマー（42）の計測時間が閉時間ｔ２になると、開切換信号を出力する。つまり、弁制御部（41）は、電磁弁（18）が閉状態になっている時間が閉時間ｔ２に達すると、開切換信号を出力する。このように、弁制御部（41）は、開時間と閉時間の比率が所定の時間比率になるように、電磁弁（18）を制御する。弁制御部（41）は、図４に示すように、タイマー（42）の計測時間に応じて電磁弁（18）を開状態と閉状態に切り換える。このため、膨張機（31）に供給される冷凍機油の平均流量（α）は、常に電磁弁（18）を開状態になっている場合に比べて、少なくなる。
【００８０】
−実施形態１の効果−
本実施形態１では、電磁弁（18）によって膨張機（31）へ供給される冷凍機油の流量を調節することができるようにしているので、膨張機（31）へ供給される冷凍機油の流量を低減させることが可能である。従って、高温の冷凍機油による膨張機（31）の熱ロスを低減することができるので、膨張機（31）の効率を向上させることができる。
【００８１】
また、本実施形態１では、制御手段（40）が、計測時間に応じて電磁弁（18）を開状態と閉状態に切り換える。このため、制御手段（40）は、開状態及び閉状態になっている時間を計測するだけで、電磁弁（18）を制御することが可能であり、電磁弁（18）の制御によって膨張機（31）へ供給される冷凍機油の流量を低減させることができる。
【００８２】
−実施形態１の変形例１−
この変形例１では、図５に示すように、給油用配管（16）に油量計（19）が設けられている。油量計（19）は、給油用配管（16）を流れる冷凍機油の流量（１秒当たりの流量）を検出する油流量検出手段（19）を構成している。油量計（19）は、電磁弁（18）が開状態になる度に、例えば電磁弁（18）が閉状態に切り換わる直前のタイミングで、給油用配管（16）を流れる冷凍機油の流量を計測する。油量計（19）は、計測値（計測流量）を弁制御部（41）に出力する。
【００８３】
また、冷媒回路（11）には、高圧圧力センサ（51）と低圧圧力センサ（52）が設けられている。高圧圧力センサ（51）は、圧縮ユニット（20）の吐出側に配置され、圧縮ユニット（20）から吐出された冷媒の圧力を計測する。高圧圧力センサ（51）は、計測値（計測圧力）を弁制御部（41）に出力する。一方、低圧圧力センサ（52）は、圧縮ユニット（20）の吸入側に配置され、膨張ユニット（30）から流出した冷媒の圧力を計測する。低圧圧力センサ（52）は、計測値（計測圧力）を弁制御部（41）に出力する。高圧圧力センサ（51）と低圧圧力センサ（52）は、圧縮機（21）の吐出側と膨張機（31）の出口側の圧力差を検出するための差圧検出手段（51,52）を構成している。
【００８４】
また、弁制御部（41）には、膨張機（31）へ供給する冷凍機油の流量（以下、「供給油流量」という。）の制御マップが設けられている。この制御マップには、高圧圧力センサ（51）の計測値と低圧圧力センサ（52）の計測値とから計算した高低差圧（以下、「計測差圧」という。）に対応した複数の供給油流量の値が設定されている。複数の供給油流量の値は、計測差圧が大きいほど大きな値になっている。例えば、制御マップには、計測差圧がＡ（ＭＰａ）となる場合の供給油流量Ｘ（ミリリットル／分）と、計測差圧がＡよりも小さいＢ（ＭＰａ）となる場合の供給油流量Ｙ（ミリリットル／分）と、計測差圧がＢよりも小さいＣ（ＭＰａ）となる場合の供給油流量Ｚ（ミリリットル／分）が設定されている（Ｘ＞Ｙ＞Ｚ）。
【００８５】
コントローラ（40）の動作について説明する。
【００８６】
弁制御部（41）は、油量計（19）の計測値を受信して、油量計（19）の計測値の一定の時間（例えば５分間）における平均値（以下「平均検出流量」という。）を算出する。また、弁制御部（41）は、高圧圧力センサ（51）の計測値と低圧圧力センサ（52）の計測値を受信して、高圧圧力センサ（51）の計測値と低圧圧力センサ（52）の計測値の差である計測差圧を算出する。
【００８７】
次に、弁制御部（41）は、計測差圧に対応した供給油流量（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を制御マップから読み出す。弁制御部（41）は、制御マップの高低差圧の値（Ａ，Ｂ，Ｃ）に計測差圧と等しい値がない場合には、計測差圧に最も近い高低差圧の値の供給油流量（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を制御マップから読み出す。なお、弁制御部（41）は、制御マップの高低差圧の値（Ａ，Ｂ，Ｃ）に計測差圧と等しい値がない場合に、計測差圧が制御マップの高低差圧のどの値（Ａ，Ｂ，Ｃ）の間にあるのかを検出して、検出した２つの値（Ａ，Ｂ，Ｃ）の２つの供給油流量（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の値を用いて、差分によって供給油流量を算出することも可能である。弁制御部（41）では、読み出した供給油流量（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が、膨張機（31）へ供給する冷凍機油の流量の目標値となる。弁制御部（41）では、差圧検出手段（51,52）の検出値に基づいて目標値が決定されている。
【００８８】
次に、弁制御部（41）は、平均検出流量が目標値になるように、上記時間比率を調節する。弁制御部（41）は、平均検出流量が目標値よりも大きい場合には、開時間ｔ１を所定の設定時間（例えば２秒）だけ短くすると共に閉時間ｔ２を該設定時間だけ長くする。一方、弁制御部（41）は、平均検出流量が目標値よりも小さい場合には、開時間ｔ１を所定の設定時間（例えば２秒）だけ長くすると共に閉時間ｔ２を該設定時間だけ短くする。弁制御部（41）では、平均検出流量が目標値よりも大きい場合には、開時間ｔ１の比率が低くなるように時間比率（ｔ１／ｔ２）が調節され、平均検出流量が目標値よりも小さい場合には、開時間ｔ１の比率が高くなるように時間比率が調節される。
【００８９】
次に、弁制御部（41）は、上記実施形態１と同様に、電磁弁（18）が開状態になっている時間が開時間ｔ１になると共に、電磁弁（18）が閉状態になっている時間が閉時間ｔ２になるように、電磁弁（18）を制御する。弁制御部（41）は、平均検出流量によって調節した時間比率になるように、電磁弁（18）を制御する。これにより、電磁弁（18）は、給油用配管（16）を流れる冷凍機油の流量が目標値になるように制御される。
【００９０】
この変形例１では、膨張機（31）に供給される冷凍機油の流量を最適な目標値に調節することができる。目標値は、膨張機（31）の潤滑に必要な冷凍機油の流量が高低差圧に応じて変化することに着目して、高低差圧に基づいて決定されている。従って、高低差圧の変化に応じて、適切な流量の冷凍機油を膨張機（31）へ供給することが可能になる。このため、高低差圧の大きさによらず、膨張機（31）に供給される冷凍機油の流量が過少となることを回避しつつ、膨張機（31）へ供給される冷凍機油の流量を低減させることができる。
【００９１】
なお、弁制御部（41）に、供給油流量の制御マップの代わりに、上記時間比率の制御マップが設けられていてもよい。この場合は、油量計（19）は設けられていない。制御マップには、計測差圧に対応した複数の時間比率（ｔ１／ｔ２）の値が設定されている。複数の時間比率（ｔ１／ｔ２）の値は、計測差圧が大きいほど大きな値になっている。つまり、複数の時間比率（ｔ１／ｔ２）の値は、計測差圧が大きいほど、開時間ｔ１の比率が高くなっている。例えば、制御マップには、計測差圧がＡ（ＭＰａ）となる場合の時間比率Ｘと、計測差圧がＡよりも小さいＢ（ＭＰａ）となる場合の時間比率Ｙと、計測差圧がＢよりも小さいＣ（ＭＰａ）となる場合の時間比率Ｚが設定されている（Ｘ＞Ｙ＞Ｚ）。弁制御部（41）は、計測差圧に対応した時間比率（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を制御マップから読み出し、読み出した時間比率になるように、電磁弁（18）を制御する。
【００９２】
また、膨張機（31）の回転速度を計測する手段を設けて、計測した回転速度に基づいて膨張機（31）へ供給する冷凍機油の流量の目標値を決定してもよい。目標値は、計測した回転速度が速いほど膨張機（31）へ供給される冷凍機油が多くなるように決定される。
【００９３】
また、油量計（19）を設けない場合は、計測した回転速度に基づいて時間比率を決定してもよい。時間比率は、計測した回転速度が速いほど膨張機（31）へ供給される冷凍機油が多くなるように決定される。
【００９４】
−実施形態１の変形例２−
この変形例２では、図６に示すように、上記変形例１と同様に、給油用配管（16）に油量計（19）が設けられている。また、電磁弁（18）の代わりに、開度可変のパルス式の電子膨張弁により構成された流量調節弁（18）が設けられている。流量調節弁（18）は油流量調節手段（18）を構成している。
【００９５】
弁制御部（41）は、上記変形例１と同様に、高圧圧力センサ（51）の計測値と低圧圧力センサ（52）の計測値を受信して、計測差圧を算出する。そして、弁制御部（41）は、上記変形例１と同様に、計測差圧に対応した供給油流量（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を制御マップから読み出す。弁制御部（41）では、読み出した供給油流量（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が、膨張機（31）へ供給する冷凍機油の流量の目標値となる。
【００９６】
次に、弁制御部（41）は、受信した油量計（19）の計測値（以下、「検出流量」という。）が目標値になるように、流量調節弁（18）の開度を調節する。弁制御部（41）は、検出流量が目標値よりも大きい場合には、流量調節弁（18）の開度を所定のパルスだけ縮小する。一方、弁制御部（41）は、検出流量が目標値よりも小さい場合には、流量調節弁（18）の開度を所定のパルスだけ拡大する。
【００９７】
この変形例２では、流量調節弁（18）の開度が、給油用配管（16）を流れる冷凍機油の流量が目標値になるように制御される。目標値は、膨張機（31）の潤滑に必要な冷凍機油の流量が高低差圧に応じて変化することに着目して、高低差圧に基づいて決定されている。従って、高低差圧の変化に応じて、適切な流量の冷凍機油を膨張機（31）へ供給することが可能になる。このため、高低差圧の大きさによらず、膨張機（31）に供給される冷凍機油の流量が過少となることを回避しつつ、膨張機（31）へ供給される冷凍機油の流量を低減させることができる。
【００９８】
なお、弁制御部（41）に、計測差圧に対応した流量調節弁（18）の設定開度の制御マップが設けられていてもよい。この制御マップでは、計測差圧が大きいほど設定開度が大きくなっている。弁制御部（41）は、計測差圧に対応した設定開度を制御マップから読み出し、読み出した設定開度になるように、流量調節弁（18）の開度を制御する。
【００９９】
また、膨張機（31）の回転速度を計測する手段を設けて、計測した回転速度に基づいて膨張機（31）へ供給する冷凍機油の流量の目標値を決定してもよい。目標値は、計測した回転速度が速いほど膨張機（31）へ供給される冷凍機油が多くなるように決定される。
【０１００】
また、油量計（19）を設けない場合は、計測した回転速度に基づいて流量調節弁（18）の開度を制御してもよい。流量調節弁（18）の開度は、計測した回転速度が速いほど膨張機（31）へ供給される冷凍機油が多くなるように制御される。
【０１０１】
《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。以下では、本実施形態１と異なる点について説明する。
【０１０２】
この実施形態２では、給油用配管（16）に、電磁弁（18）の代わりに、図７に示す逆止弁（55）が設けられている。逆止弁（55）は、給油用配管（16）のうち膨張機（31）側の位置に設けられている。
【０１０３】
給油用配管（16）では、逆止弁（55）が設けられている部分の直径が、他の部分に比べて小さくなっている。給油用配管（16）には、逆止弁（55）よりも高圧油溜まり（27）側の上流側領域（48）と、逆止弁（55）よりも膨張機（31）側の下流側領域（49）とが形成されている。
【０１０４】
逆止弁（55）は、弁体（56）とガイド部材（57）と弾性バネ（58）と支持部材（59）とを備えている。弁体（56）は、径の異なる２つの円柱を連結することによって構成されている。弁体（56）は、径の大きい方の円柱が上流側領域（48）を向く状態で、円筒状のガイド部材（57）に挿入されている。弾性バネ（58）は、弁体（56）を上流側領域（48）に付勢している。弾性バネ（58）は、給油用配管（16）の内径が変化する部分の段差面に弁体（56）を押し付けている。この段差面は、弁体（56）の弁座面となっている。支持部材（59）は、冷凍機油が通過可能な部材であり、例えば十字状の部材により構成されている。支持部材（59）には、ガイド部材（57）の下流側端部が連結されている。ガイド部材（57）は支持部材（59）によって支持されている。
【０１０５】
逆止弁（55）は、上流側領域（48）から弁体（56）に作用する圧力と、下流側領域（49）から弁体（56）に作用する圧力との差である通路圧力差が所定値以上になる場合に、図７（Ｂ）に示すように、弾性バネ（58）が縮んで弁体（56）が弁座面から離れて、膨張機（31）への冷凍機油の流通を許容する開状態になる。開状態になっている間は、油溜まり（27）の冷凍機油が膨張機（31）の摺動面に供給される。
【０１０６】
一方、逆止弁（55）は、通路圧力差が所定値よりも小さくなる場合には、図７（Ａ）に示すように、弾性バネ（58）によって弁体（56）が弁座面に押し付けられた状態となり、膨張機（31）への冷凍機油の流通を禁止する閉状態になる。閉状態になっている間は、油溜まり（27）の冷凍機油が膨張機（31）の摺動面には供給されない。
【０１０７】
この実施形態２では、通路圧力差の大きさによって作動する逆止弁（55）を設けることで、高圧油溜まり（27）からの冷凍機油が膨張機（31）へは供給されない時間ができるようにして、膨張機（31）へ供給される冷凍機油の流量が低減されるようにしている。従って、高温の冷凍機油による膨張機（31）の熱ロスを低減することができ、膨張機（31）の効率を向上させることができる。
【０１０８】
−実施形態２の変形例−
この変形例では、冷媒回路（11）に、圧縮ユニット（20）と膨張ユニット（30）の代わりに、圧縮機（21）と膨張機（31）とが１本の回転軸（45）によって連結された圧縮・膨張ユニット（50）が接続されている。圧縮・膨張ユニット（50）では、膨張機（31）で冷媒の膨張によって発生した動力と電動機（23）の動力とによって、圧縮機（21）が駆動される。
【０１０９】
図８に示すように、膨張機（31）と圧縮機（21）とは、同じケーシング（54）内に収容されている。ケーシング（54）は容器部材を構成している。ケーシング（54）内は、膨張機（31）の下側に設けられた軸受部材（60）によって、上側の空間（101）と下側の空間（102）とに区画されている。上側の空間（101）は、膨張機（31）で膨張後の冷媒の圧力と概ね等しくなる低圧空間になっている。下側の空間（102）は、圧縮機（21）から吐出された冷媒の圧力と概ね等しくなる高圧空間になっている。下側の空間（102）には、高圧ガス冷媒の圧力が作用する冷凍機油が貯留された高圧油溜まり（27）が形成されている。
【０１１０】
回転軸（45）の内部には、その軸方向へ延びる給油通路（103）が形成されている。この給油通路（103）は、回転軸（45）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。回転軸（45）の下端は、油溜まり（27）に浸かった状態となっている。給油通路（103）の出口は、圧縮機（21）の摺動面及び膨張機（31）の摺動面に開口している。給油通路（103）は、入口が高圧油溜まり（27）に開口して出口が膨張機（31）内に開口する油供給通路（44）を構成している。
【０１１１】
給油通路（103）には、膨張機（31）寄りの位置に、上記実施形態２と同様の逆止弁（55）が設けられている（図９参照）。但し、弾性バネ（58）の付勢力は、上記実施形態２にものに比べて小さくなっている。給油通路（103）には、逆止弁（55）よりも高圧油溜まり（27）側の上流側領域（48）と、逆止弁（55）よりも膨張機（31）側の下流側領域（49）とが形成されている。
【０１１２】
回転軸（45）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（103）へ冷凍機油が吸い込まれる。給油通路（103）へ吸い込まれた冷凍機油は、圧縮機（21）の摺動面へ供給される。また、給油通路（103）へ吸い込まれた冷凍機油は、通路圧力差が所定値以上になる場合に、逆止弁（55）が開状態になって、膨張機（31）の摺動面へ供給される。一方、通路圧力差が所定値よりも小さくなる場合には、逆止弁（55）が閉状態となって、膨張機（31）の摺動面には冷凍機油が供給されない。
【０１１３】
《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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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】
【０１１７】
以上説明したように、本発明は、冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機が接続された冷媒回路を備えた冷凍装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】実施形態１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１に係る膨張機の縦断面図である。
【図３】実施形態１に係る膨張機の横断面図である。
【図４】開時間及び閉時間と、膨張機へ供給される油流量との関係を示す図表である。
【図５】実施形態１の変形例１に係る冷凍装置の冷媒回路の配管系統図である。
【図６】実施形態１の変形例２に係る冷凍装置の冷媒回路の配管系統図である。
【図７】実施形態２に係る逆止弁の断面図であり、（Ａ）が閉状態の断面図であり、（Ｂ）が開状態の断面図である。
【図８】実施形態２の変形例に係る圧縮・膨張ユニットの概略構成図である。
【図９】実施形態２の変形例に係る逆止弁の断面図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１０        空調機（冷凍装置）
１１        冷媒回路
１６        給油用配管（油供給通路）
１７        油戻し用配管
１８        電磁弁（油流量調節手段）
２０        圧縮ユニット
２１        圧縮機
２４        圧縮機ケーシング（容器部材）
２７        油溜まり（高圧油溜まり）
３０        膨張ユニット
３１        膨張機
３２        出力軸
４０        コントローラ（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010164280.tif 000009
【図８】
2010164280.tif 000010
【図９】
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