(57)【要約】      （修正有）【課題】圧縮機構入口から出口までの間の圧力差と、膨張機入口から出口までの間の圧力差と、が異なるような状態において、揺動スクロールに作用するスラスト荷重を低減するようにしたスクロール膨張機及びそれを備えた冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】スクロール膨張機１は、固定スクロール５１又は固定スクロール６１の渦巻歯形成面であって最外周側よりも外側に内径の異なるシール機構（外周シール２３ａ及び外周シール２３ｂ）を設け、シール機構の間に背圧室８０を形成し、この背圧室８０と膨張機構５の冷媒入口側又は補助圧縮機構６の冷媒入口側とを連通させたことを特徴とする。【選択図】図１
2010096417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒の減圧時の膨張動力を回収する膨張機構及びその膨張動力を用いて冷媒を圧縮する補助圧縮機構を有するスクロール膨張機であって、
台板の両面に渦巻歯を有する揺動スクロールと、
前記揺動スクロールに対向して配置され、前記揺動スクロールとともに前記膨張機構を構成する第１固定スクロールと、
前記揺動スクロールの前記第１固定スクロールとは反対側に対向して配置され、前記揺動スクロールとともに前記補助圧縮機構を構成する第２固定スクロールと、
前記揺動スクロール、前記第１固定スクロール及び前記第２固定スクロールを収容する密閉容器と、を有し、
前記第１固定スクロール又は前記第２固定スクロールの前記揺動スクロールとの対向面であって前記揺動スクロールの最外周側の前記渦巻歯よりも外側に背圧室を形成し、
前記背圧室をシールするシール機構を設け、
前記背圧室と前記膨張機構の冷媒入口側又は前記補助圧縮機構の冷媒入口側とを連通させた
ことを特徴とするスクロール膨張機。
【請求項２】
前記シール機構が環状のシール部材で構成されており、
前記背圧室は、
異なる径を有する複数の前記シール部材の間に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のスクロール膨張機。
【請求項３】
前記背圧室を、
前記膨張機構と前記補助圧縮機構において発生し、前記揺動スクロールに作用するスラストガス荷重とは逆向きの背圧力を発生させる側に形成した
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール膨張機。  
【請求項４】
前記第１固定スクロールに前記背圧室を形成するものにおいて、
前記第１固定スクロールに、前記背圧室と前記膨張機構の冷媒入口側とを連通させる連通路を貫通形成した
ことを特徴とする請求項３に記載のスクロール膨張機。
【請求項５】
前記第１固定スクロールに前記背圧室を形成するものにおいて、
前記揺動スクロールに、前記背圧室と前記補助圧縮機構の冷媒入口側とを連通させる連通路を貫通形成した
ことを特徴とする請求項３に記載のスクロール膨張機。
【請求項６】
前記第２固定スクロールに前記背圧室を形成するものにおいて、
前記揺動スクロールに、前記背圧室と前記膨張機構の冷媒入口側とを連通させる連通路を貫通形成した
ことを特徴とする請求項３に記載のスクロール膨張機。
【請求項７】
前記補助圧縮機構の冷媒吐出側を前記密閉容器内に開放させた
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のスクロール膨張機。
【請求項８】
前記揺動スクロールは、
背面合わせ構造、又は、前記台板を共有して一体型に構成されている
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のスクロール膨張機。
【請求項９】
前記請求項４又は５に記載のスクロール膨張機と、主圧縮機と、ガスクーラと、絞り装置と、蒸発器と、を有し、
前記補助圧縮機構を、前記主圧縮機の吐出側に接続し、
前記膨張機構を、前記絞り装置を並列となるように前記ガスクーラと前記蒸発器との間に接続した
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記請求項６に記載のスクロール膨張機と、主圧縮機と、ガスクーラと、絞り装置と、蒸発器と、を有し、
前記補助圧縮機構を、前記主圧縮機の吸入側に接続し、
前記膨張機構を、前記絞り装置を並列となるように前記ガスクーラと前記蒸発器との間に接続した
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒の膨張時に発生する膨張動力を回収し、その膨張動力を用いて冷媒の圧縮に利用するスクロール膨張機及びそれを備えた冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、揺動スクロールの両面に圧縮機構と膨張機構とを一体で構成し、圧縮機構を電動機構で駆動することで圧縮されたガスを循環させ、熱交換した後に膨張機構により膨張させるようにしたスクロール膨張機が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。このようなスクロール膨張機の構成においては、圧縮機構の入口側の圧力と膨張機構の出口側の圧力とが、圧縮機構の出口側の圧力と膨張機構の入口側の圧力とが、それぞれほぼ同じとなる。このため、圧縮機構及び膨張機構には、同等のスラスト（軸方向）ガス荷重が作用することになり、揺動スクロールに作用するスラストガス荷重がほぼキャンセルされることになる。
【０００３】
また、圧縮機構と膨張機構を同軸で連結し、この圧縮機構を電動機構で駆動される主圧縮機の補助圧縮機構とした構成のスクロール膨張機が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。このようなスクロール膨張機の構成においては、主圧縮機構を電動機構で駆動することで低圧のガスを圧縮し、吐出した後、補助圧縮機構で更に高圧まで圧縮する。高圧まで圧縮されたガスは、熱交換した後に、膨張機構により低圧まで膨張される。低圧まで膨張されたガスは、熱交換された後、再び主圧縮機に流入される。この場合、補助圧縮機構の出口側の圧力と膨張機構の入口側の圧力とが、ほぼ同じとなるが、補助圧縮機構の入口側の圧力が膨張機構の出口側の圧力よりも高くなる。  
【０００４】
【特許文献１】特公平０７−０３７８５７号公報（第３−４頁、第１図）
【特許文献２】特許第４０３１８４９号公報（第３−４頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に示されているようなスクロール膨張機の構成に、特許文献１に示されているような揺動スクロールの両面に圧縮機構と膨張機構とを一体で構成したスクロール膨張機を適用すると、補助圧縮機構に作用するスラストガス荷重が、膨張機構に作用するスラストガス荷重よりも大きくなることになる。このために、揺動スクロールは、膨張機構側に押し付けられることになる。つまり、揺動スクロールの押付け荷重が大きくなってしまうために、摺動損失が大きくなり、スクロール膨張機の性能が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、圧縮機構入口から出口までの間の圧力差と、膨張機入口から出口までの間の圧力差と、が異なるような状態において、揺動スクロールに作用するスラスト荷重を低減するようにしたスクロール膨張機及びそれを備えた冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るスクロール膨張機は、冷媒の減圧時の膨張動力を回収する膨張機構及びその膨張動力を用いて冷媒を圧縮する補助圧縮機構を有するスクロール膨張機であって、台板の両面に渦巻歯を有する揺動スクロールと、前記揺動スクロールに対向して配置され、前記揺動スクロールとともに前記膨張機構を構成する第１固定スクロールと、前記揺動スクロールの前記第１固定スクロールとは反対側に対向して配置され、前記揺動スクロールとともに前記補助圧縮機構を構成する第２固定スクロールと、前記揺動スクロール、前記第１固定スクロール及び前記第２固定スクロールを収容する密閉容器と、を有し、前記第１固定スクロール又は前記第２固定スクロールの前記揺動スクロールとの対向面であって前記揺動スクロールの最外周側の前記渦巻歯よりも外側に背圧室を形成し、前記背圧室をシールするシール機構を設け、前記背圧室と前記膨張機構の冷媒入口側又は前記補助圧縮機構の冷媒入口側とを連通させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るスクロール膨張機によれば、揺動スクロールを膨張機構側又は補助圧縮機構側へ押し付けるスラスト方向のガス荷重に対抗して、背圧室に導いた高圧の圧力によって発生する背圧力を付与することができ、揺動スクロールの膨張機構側又は補助圧縮機構側への押付力が軽減され、押付け過剰になることはなく、性能を効果的に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】
【０００９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るスクロール膨張機１の構成を示す縦断面図である。図２は、スクロール膨張機１の膨張機構の断面構成を示すＡ−Ａ断面図である。図１及び図２に基づいて、スクロール膨張機１の構成について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。
【００１０】
この実施の形態１に係るスクロール膨張機１は、スクロール型の膨張機及び圧縮機を一体としたものであり、冷媒の膨張時に発生する膨張動力を回収し、回収した膨張動力を用いて冷媒を圧縮する機能を有しているものである。図１に示すように、スクロール膨張機１は、膨張機構５と、補助圧縮機構６と、を有している。膨張機構５及び補助圧縮機構６は、密閉容器１０内部に収容されている。この密閉容器１０は、圧力容器となっている。図１に示すように、密閉容器１０の下方に膨張機構５が、膨張機構５の上方に補助圧縮機構６が、それぞれ設置されている。
【００１１】
密閉容器１０の内側下部には、冷凍機油等の潤滑油１８を貯留する下部空間７２が形成されている。また、密閉容器１０の内側上部には、補助圧縮機構６で圧縮された冷媒が吐出される上部空間７０が形成されている。さらに、密閉容器１０には、膨張機構５に冷媒を吸入させるための膨張吸入管１３と、膨張機構５から膨張した冷媒を吐出させるための膨張吐出管１５と、補助圧縮機構６に冷媒を吸入させるための補助圧縮吸入管１２と、補助圧縮機構６から圧縮した冷媒を吐出させるための補助圧縮吐出管１４と、が接続されている。膨張吸入管１３、補助圧縮吐出管１４及び膨張吐出管１５は、密閉容器１０の側面から内部に連通するように設けられている。補助圧縮吸入管１２は、密閉容器１０の上面から内部に連通するように設けられている。
【００１２】
膨張機構５は、膨張吸入管１３から吸入した冷媒を減圧して膨張させ、その冷媒を膨張吐出管１５から吐出するものである。この膨張機構５は、台板５１ａ上に渦巻歯５１ｃを形成した固定スクロール５１（第１固定スクロール）と、台板５２ａ上に渦巻歯５２ｃを形成した揺動スクロール５２と、を有している。図１に示すように、固定スクロール５１が下側に、揺動スクロール５２が上側に配置されている。渦巻歯５１ｃは、台板５１ａの一方の面に渦巻状突起として立設されている。また、渦巻歯５２ｃは、台板５２ａの一方の面に渦巻状突起として立設されている。
【００１３】
固定スクロール５１の渦巻歯５１ｃと、揺動スクロール５２の渦巻歯５２ｃとは、互いに咬合ようにして配置されている。そして、渦巻歯５１ｃと渦巻歯５２ｃとによって、相対的に容積が変化する膨張室５ａが形成される。固定スクロール５１の台板５１ａの渦巻歯５１ｃ形成面における最外周側の渦巻歯５１ｃよりも外側には、所定の深さで背圧室８０が形成されている。台板５１ａには、膨張吸入管１３と連通し、膨張吸入管１３を介して冷媒を吸入するための膨張吸入ポート５１ｄが形成されている。
【００１４】
また、固定スクロール５１の台板５１ａには、膨張吸入ポート５１ｄと背圧室８０とを連通する連通路８１が貫通形成されている。さらに、固定スクロール５１の台板５１ａには、固定スクロール５１と後述する固定スクロール６１とで囲まれた揺動スクロール運動空間７１に冷媒を一旦吐出するための膨張吐出ポート５１ｅ（破線で示す）が貫通形成されている。なお、台板５１ａの外周部には、下部空間７２と連通する油戻し孔１７ｂが軸方向に貫通形成されている。
【００１５】
図２に示すように、台板５１ａの渦巻歯５１ｃの外周には、環状の外周シール溝５１ｆと、この外周シール溝５１ｆよりもさらに外側に外周シール溝５１ｇと、が所定の深さで形成されている。そして、外周シール溝５１ｆにはシール機構である外周シール２３ａが、外周シール溝５１ｇにはシール機構である外周シール２３ｂが装着されており、外周シール２３ａと外周シール２３ｂとの間に、背圧室８０が形成されるようになっている。つまり、径（リング径）の異なるシール部材を設け、その間に背圧室８０を形成しているのである。外周シール２３ａは背圧室８０と背圧室８０よりも内側の膨張室５ａとを、外周シール２３ｂは背圧室８０と背圧室８０よりも外側の揺動スクロール運動空間７１とを、それぞれシールしている。
【００１６】
補助圧縮機構６は、補助圧縮吸入管１２から吸入した冷媒を圧縮して、補助圧縮吐出管１４から吐出するものである。この補助圧縮機構６は、台板６１ａ上に渦巻歯６１ｃを形成した固定スクロール６１（第２固定スクロール）と、台板６２ａ上に渦巻歯６２ｃを形成した揺動スクロール６２と、を有している。渦巻歯６１ｃは、台板６１ａの一方の面に渦巻状突起として立設されている。また、渦巻歯６２ｃは、台板６２ａの一方の面に渦巻状突起として立設されている。
【００１７】
固定スクロール６１の渦巻歯６１ｃと、揺動スクロール６２の渦巻歯６２ｃとは、互いに咬合ようにして配置されている。そして、渦巻歯６１ｃと渦巻歯６２ｃとによって、相対的に容積が変化する補助圧縮室６ａが形成される。固定スクロール６１を構成する台板６１ａには、補助圧縮吸入管１２と連通し、補助圧縮吸入管１２を介して冷媒を吸入するための補助圧縮吸入ポート６１ｄと、冷媒を上部空間７０に吐出するための補助圧縮吐出ポート６１ｅと、揺動スクロール運動空間７１と膨張吐出管１５とを連通させる膨張吐出流路６１ｆと、が貫通形成されている。
【００１８】
補助圧縮吐出ポート６１ｅの上部空間７０側の先端部には、吐出弁３０が取り付けられている。この吐出弁３０は、開閉することで補助圧縮吐出ポート６１ｅと上部空間７０とを連通・遮断するようになっている。なお、固定スクロール６１の台板６１ａの外周部には、上部空間７０と連通する油戻し孔１７ａが軸方向に貫通形成されている。油戻し孔１７ａと油戻し孔１７ｂとを接続することにより、上部空間７０と下部空間７２とが連通することになり、上部空間７０から下部空間７２に油を戻すことが可能な構成となっている。油戻し孔１７ａと油戻し孔１７ｂは、揺動スクロール運動空間７１を経由しないように形成されている。
【００１９】
台板６１ａの渦巻歯６１ｃの外周には、環状の外周シール溝（図示省略）が所定の深さで形成されている。そして、この外周シール溝内には外周シール２３ｃが装着されている。この外周シール２３ｃは、揺動スクロール運動空間７１と最外周側に形成される補助圧縮室６ａとをシールしている。また、渦巻歯６１ｃ及び渦巻歯６２ｃの先端面にはチップシール溝（図示省略）が形成されており、このチップシール溝内には補助圧縮室６ａを仕切るチップシール２１が装着されている。
【００２０】
固定スクロール５１、揺動スクロール５２、固定スクロール６１、及び、揺動スクロール６２の略中心部には貫通穴が形成されており、これらの貫通穴に軸８が設けられるようになっている。膨張機構５の揺動スクロール５２と補助圧縮機構６の揺動スクロール６２とは、ピンなどの結合要素によって背面合わせ構造として一体的に構成されている。なお、膨張機構５の揺動スクロール５２と補助圧縮機構６の揺動スクロール６２とは、台板５２ａ及び台板６２ａを共用した形で一体的に構成してもよい。
【００２１】
軸８は、膨張機構５の固定スクロール５１及び補助圧縮機構６の固定スクロール６１のそれぞれの中央部に形成された軸受部５１ｂ及び軸受部６１ｂによって、回転自在に両持ち支持されている。膨張機構５の揺動スクロール５２及び補助圧縮機構６の揺動スクロール６２は、それぞれの中央部に形成されている肉厚部５２ｄ及び肉厚部６２ｄ内に設けた偏心軸受部５２ｂ及び偏心軸受部６２ｂが、軸８に嵌合されたクランク部８ｂによって貫通支持され、軸８の回転動作に伴って揺動運動できるようになっている。
【００２２】
軸８の下端には、下部空間７２に貯留されている潤滑油１８を汲み上げるための給油ポンプ１６が装着されている。この給油ポンプ１６は、下部空間７２に貯留された潤滑油１８内に浸漬されている。また、軸８内には、給油ポンプ１６で汲み上げられた潤滑油１８を導通させる給油孔８ｃが空けられている。給油ポンプ１６で汲み上げられた潤滑油１８は、軸８内に形成されている給油孔８ｃを通って、軸受部５１ｂ及び軸受部６１ｂに供給されるようになっている。また、上部空間７０にある潤滑油１８は、油戻し孔１７ａ及び油戻し孔１７ｂを介して下部空間７２に戻るようになっている。なお、揺動スクロール５２及び揺動スクロール６２の外周側には、揺動スクロール５２及び揺動スクロール６２が揺動運転可能なように所定の大きさで揺動スクロール運動空間７１が形成されている。
【００２３】
補助圧縮機構６の固定スクロール６１と揺動スクロール６２との間には、揺動スクロール５２及び揺動スクロール６２の自転運動を規制し、公転運動を可能とするためのオルダムリング７が設けられている。また、軸８の上端部にはバランスウェイト９ａが、下端部にはバランスウェイト９ｂがそれぞれ設けられている。バランスウェイト９ａ及びバランスウェイト９ｂは、揺動スクロール５２及び揺動スクロール６２が揺動運動することによって発生する遠心力を相殺するためのものであり、材質及び大きさ、形状等を特に限定するものではない。
【００２４】
図３は、スクロール膨張機１を備えた冷凍サイクル装置１００の回路構成を模式的に示す回路図である。図３に基づいて、冷凍サイクル装置１００の回路構成について説明する。この冷凍サイクル装置１００は、冷媒を循環させる冷凍サイクルを利用することで冷房運転又は暖房運転を実行できるものである。なお、この冷凍サイクル装置１００に循環させる冷媒には、二酸化炭素（ＣＯ2 ）のような高圧側が超臨界となる冷媒を用いていることを想定している。
【００２５】
この冷凍サイクル装置１００では、スクロール膨張機１の膨張機構５が駆動する補助圧縮機構６の前段（上流側）には、主圧縮機１１の電動機構１１ｂが駆動する主圧縮機構１１ａが接続されており、主圧縮機構１１ａの前段（上流側）には、冷媒を加熱する蒸発器４が接続されている。つまり、スクロール膨張機１の補助圧縮機構６が主圧縮機１１の吐出側に接続されているのである。一方、補助圧縮機構６の後段（下流側）には、冷媒を冷却するガスクーラ２が接続されており、ガスクーラ２の後段（下流側）には、スクロール膨張機１の膨張機構５と絞り装置３とが並列に接続されている。
【００２６】
主圧縮機１１は、主圧縮機構１１ａ及び電動機構１１ｂを有し、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものであり、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機などで構成するとよい。ガスクーラ２は、放熱器として機能し、図示省略のファン等の送風機から強制的に供給される空気と冷媒との間で熱交換を行なうものである。絞り装置３は、減圧弁や膨張弁として機能し、冷媒を減圧して膨張させるものであり、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。蒸発器４は、図示省略のファン等の送風機から強制的に供給される空気と冷媒との間で熱交換を行なうものである。
【００２７】
ここで、実施の形態１に係るスクロール膨張機１の動作について説明する。まず、図３に基づいて、冷凍サイクル装置１００の冷媒回路全体の動作について説明する。
電動機構１１ｂによって主圧縮機１１の主圧縮機構１１ａが駆動されると、主圧縮機構１１ａで冷媒が昇圧される。昇圧された冷媒は、主圧縮機１１から吐出され、スクロール膨張機１の補助圧縮機構６に流入し、補助圧縮機構６によって更に昇圧される。補助圧縮機構６で昇圧された冷媒は、補助圧縮機構６から吐出され、ガスクーラ２に流入する。ガスクーラ２に流入した冷媒は、ガスクーラ２で冷却された後、その一部がスクロール膨張機１の膨張機構５に送られ、膨張減圧される。
【００２８】
一方、ガスクーラ２で冷却された残りの冷媒は、絞り装置３に送られ、膨張減圧される。絞り装置３は、膨張機構５を通過する冷媒の流量調整のため、スクロール膨張機１の膨張機構５と並列となるように設けられている。膨張機構５において、冷媒が等エントロピ的に膨張することによって、軸８を介して膨張機構５から補助圧縮機構６に膨張動力が伝えられ、補助圧縮仕事として用いられることになる。膨張機構５で膨張した冷媒は、蒸発器４で加熱された後、再び主圧縮機１１の主圧縮機構１１ａに戻る。
【００２９】
次に、図１に基づいて、冷媒回路全体の動作におけるスクロール膨張機１内の動作について説明する。
膨張機構５においては、固定スクロール５１の渦巻歯５１ｃと揺動スクロール５２の渦巻歯５２ｃとで形成される膨張室５ａ内で、膨張吸入管１３から膨張吸入ポート５１ｄを介して吸入した高圧の冷媒が膨張することによって動力が発生する。膨張室５ａ内で膨張減圧した冷媒は、膨張吐出ポート５１ｅを通って揺動スクロール運動空間７１に開放され、膨張吐出流路６１ｆを介して膨張吐出管１５から密閉容器１０外へ吐出される。
【００３０】
膨張機構５で発生した動力によって、補助圧縮機構６の固定スクロール６１の渦巻歯６１ｃと揺動スクロール６２の渦巻歯６２ｃとで形成される補助圧縮室６ａ内で、補助圧縮吸入管１２から補助圧縮吸入ポート６１ｄを介して吸入した冷媒が圧縮昇圧される。補助圧縮室６ａ内で圧縮昇圧された冷媒は、補助圧縮吐出ポート６１ｅから吐出弁３０を経て、一旦密閉容器１０内の上部空間７０に吐出された後、補助圧縮吐出管１４を通って密閉容器１０外へ吐出される。
【００３１】
また、膨張機構５の膨張動力によって軸８が回転すると、給油ポンプ１６の作用によって、油貯留部として機能している下部空間７２から潤滑油１８が汲み上げられる。この潤滑油１８は、軸８内の給油孔８ｃを経由して、軸受部６１ｂ、偏心軸受部６２ｂ、偏心軸受部５２ｂ、及び、軸受部５１ｂへ供給されることになる。一方、汲み上げられ、上部空間７０に漏洩した潤滑油１８は、油戻し孔１７ａ及び油戻し孔１７ｂを経由して下部空間７２へ戻されることになる。
【００３２】
以上の構成において、膨張機構５では、高圧から低圧まで冷媒を膨張し、補助圧縮機構６では、高圧と低圧の間の圧力（中間圧とする）から高圧まで冷媒を圧縮する。このため、揺動スクロール５２及び揺動スクロール６２においては、中央側に形成される膨張室５ａ及び中央側に形成される補助圧縮室６ａの双方に高圧が作用し、外周側に形成される膨張室５ａには低圧、外周側に形成される補助圧縮室６ａには中間圧が作用することになる。また、上部空間７０は、補助圧縮吐出管１４と同じ高圧であり、下部空間７２も油戻し孔１７ａ及び油戻し孔１７ｂを介して上部空間７０と連通しているため高圧となる。
【００３３】
軸受部６１ｂ、偏心軸受部６２ｂ、偏心軸受部５２ｂ、及び、軸受部５１ｂは、上部空間７０及び下部空間７２と通じているため高圧となる。膨張機構５の外周部に設けられた背圧室８０は、連通路８１を介して膨張吸入ポート５１ｄ、つまり膨張機構５の冷媒入口側と連通しており、外周シール２３ａ及び外周シール２３ｂによって膨張室５ａ及び揺動スクロール運動空間７１とシールされているため高圧となる。一方、揺動スクロール運動空間７１は、膨張吐出ポート５１ｅと連通しており、補助圧縮室６ａとは外周シール２３ｃによって、背圧室８０とは外周シール２３ｂによってシールされているため低圧となる。
【００３４】
図４は、揺動スクロールに作用する圧力及びスラスト方向の荷重を説明するための模式図である。図４に基づいて、揺動スクロールに作用するスラスト方向の荷重について説明する。図４に示す矢印は、低圧を基準として揺動スクロールに作用する圧力であり、Ｐｈが高圧を、Ｐｍが中間圧を、Ｐｌが低圧を、それぞれ表している。また、図４では、スクロール膨張機１の一部分を模式的に表している。なお、以下の説明において、単に揺動スクロールというときは、揺動スクロール５２と揺動スクロール６２とを組み合わせものと示している。
【００３５】
揺動スクロール５２及び揺動スクロール６２の中央部に作用する圧力は、膨張機構５側も補助圧縮機構６側も高圧となるため等しく、低圧を基準としているため圧力はＰｈ−Ｐｌとなる。揺動スクロール５２及び揺動スクロール６２の外周部に作用する圧力は、膨張機構５側では０となり、補助圧縮機構６側ではＰｍ−Ｐｌとなる。これにより、揺動スクロール５２及び揺動スクロール６２は、下向きの（補助圧縮機構６側から膨張機構５側に向かう）スラストガス荷重Ｆｔを受けることになる。
【００３６】
しかしながら、外周シール２３ａと外周シール２３ｂとの間の領域（つまり、背圧室８０）には、圧力Ｐｈ−Ｐｌが作用するため、揺動スクロール５２及び揺動スクロール６２には上向きの（膨張機構５側から補助圧縮機構６側に向かう）背圧力Ｆｂも作用することになる。背圧力Ｆｂがない場合は、揺動スクロール５２及び揺動スクロール６２は、スラストガス荷重Ｆｔによって膨張機構５側へ押し付けられ、渦巻歯５１ｃ及び渦巻歯５２ｃの先端面と台板５１ａ及び台板５２ａで支持されることになる。このため、スクロール膨張機１において、スラストガス荷重Ｆｔが大きくなると、摺動損失が増大し、性能低下を招くことになる。
【００３７】
そこで、この実施の形態１に係るスクロール膨張機１では、背圧力Ｆｂを発生させることで、膨張機構５側への押付力を大幅に軽減することができるようにしている。ところが、この背圧力Ｆｂによる押付力によって、揺動スクロール５２及び揺動スクロール６２は、膨張機構５側へ軽く押し付けられることになり、その結果として補助圧縮機構６側の渦巻歯６１ｃの先端面と台板６２ａとの間、渦巻歯６２ｃの先端面と台板６１ａとの間のそれぞれに軸方向のすきまが生じることになる。加えて、この実施の形態１に係るスクロール膨張機１では、渦巻歯６１ｃの先端面に装着したチップシール２１の作用により、軸方向のすきまをシールできるので、漏れ損失が増加することはない。
【００３８】
このように、実施の形態１に係るスクロール膨張機１は、両面に渦巻歯（渦巻歯５２ｃ及び渦巻歯６２ｃ）を有する揺動スクロール、これに対向して膨張機構５を構成する固定スクロール５１と補助圧縮機構６を構成する固定スクロール６１とが同一の密閉容器１０内に収納され、固定スクロール５１の外周部に外径側の外周シール２３ｂと内径側の外周シール２３ａを有した背圧室８０を設け、固定スクロール６１の外周部に外周シール２３ｃを設け、外周シール２３ｃの外側空間と背圧室８０の外側空間とを膨張機構５の出口側（揺動スクロール運動空間７１）で連通させ、背圧室８０に膨張機構５の入口側の圧力を導くように構成したので、揺動スクロールの膨張機構５側への押付力が過剰になることはなく、性能の高いものとなる。
【００３９】
また、実施の形態１に係るスクロール膨張機１の変形例として、膨張機構５の渦巻歯５１ｃ及び渦巻歯５２ｃの先端面に、チップシール２１と同様のチップシールを装着し、膨張室５ａを仕切るようにしてもよい。このように構成した場合の動作について説明する。スクロール膨張機１は、様々な運転条件で運転され、運転条件によって、高圧、中間圧、及び、低圧が変化する。ある運転条件において、スラストガス荷重Ｆｔと背圧力Ｆｂとが相殺されるように背圧室８０の受圧面積を設定すると、異なる運転条件ではスラストガス荷重Ｆｔと背圧力Ｆｂは同じにはならない。
【００４０】
スラストガス荷重Ｆｔが背圧力Ｆｂより大きい場合は、上述したように、補助圧縮機構６側の渦巻歯６１ｃの先端面と台板６２ａとの間、渦巻歯６２ｃの先端面と台板６１ａとの間に軸方向のすきまが生じるが、渦巻歯６１ｃに装着したチップシール２１の作用により、軸方向すきまはシールされるので、漏れ損失が増加することはない。逆に、スラスト方向ガス荷重Ｆｔが背圧力Ｆｂより小さい場合は、揺動スクロール５２及び揺動スクロール６２は、補助圧縮機構６側へ押し付けられるため、膨張機構５側の渦巻歯５１ｃの先端面と台板５２ａとの間、渦巻歯５２ｃの先端面と台板５１ａとの間に軸方向すきまが生じる。
【００４１】
そこで、実施の形態１に係るスクロール膨張機１の変形例においては、膨張機構５の渦巻歯５１ｃ及び渦巻歯５２ｃの先端面に、膨張室５ａを仕切るチップシールを装着しているので、軸方向のすきまがシールされ、漏れ損失が増加することがなくなるのである。このように、実施の形態１に係るスクロール膨張機１の変形例においては、揺動スクロールが補助圧縮機構６側に押し付けられるような運転条件でも、漏れ損失が増加することがなく、更に性能の高いものとすることができる。
【００４２】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係るスクロール膨張機１ａの構成を示す縦断面図である。図５に基づいて、スクロール膨張機１ａの構成について説明する。この実施の形態２に係るスクロール膨張機１ａは、実施の形態１に係るスクロール膨張機１と同様にスクロール型の膨張機及び圧縮機を一体としたものであり、冷媒の膨張時に発生する膨張動力を回収し、回収した膨張動力を用いて冷媒を圧縮する機能を有しているものである。なお、実施の形態２では、実施の形態１と同一部分には同一符号を付し、実施の形態１との相違点を中心に説明するものとする。
【００４３】
図５に示すように、スクロール膨張機１ａでは、揺動スクロール５２の台板５２ａ及び揺動スクロール６２の台板６２ａが一体的に形成されており、背圧室８０が台板５２ａ及び台板６２ａに設けられた連通路８２を介して、補助圧縮室６ａの冷媒入口側と連通している。つまり、実施の形態１では、固定スクロール５１の台板５１ａに形成した連通路８１で背圧室８０と連通した場合を例に説明したが、実施の形態２では、揺動スクロール５２の台板５２ａ及び揺動スクロール６２の台板６２ａに形成した連通路８２で背圧室８０と連通した場合を例に示している。なお、図５では、実施の形態１の変形例、つまり膨張機構５側にもチップシール２１を装着したものを例に図示している。
【００４４】
このような構成にすることにより、スクロール膨張機１ａでは、膨張機構５の外周部に設けられた背圧室８０には連通路８２を介して補助圧縮機構への吸入圧力である中間圧が導かれることになる。このように構成した場合は、実施の形態１よりも若干背圧力Ｆｂが小さくなることになるが、背圧室８０の受圧面積を適正に設定することで膨張機構５又は補助圧縮機構６側への揺動スクロール押付力を大幅に軽減することができ、実施の形態１と同等の効果を得ることができる。
【００４５】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係るスクロール膨張機１ｂの構成を示す縦断面図である。図６に基づいて、スクロール膨張機１ｂの構成について説明する。この実施の形態３に係るスクロール膨張機１ｂは、実施の形態１に係るスクロール膨張機１と同様にスクロール型の膨張機及び圧縮機を一体としたものであり、冷媒の膨張時に発生する膨張動力を回収し、回収した膨張動力を用いて冷媒を圧縮する機能を有しているものである。なお、実施の形態３では、実施の形態１及び実施の形態２と同一部分には同一符号を付し、実施の形態１及び実施の形態２との相違点を中心に説明するものとする。
【００４６】
この実施の形態３に係るスクロール膨張機１ｂでは、上部空間７０及び下部空間７２の圧力を低圧としている点で、上部空間７０及び下部空間７２の圧力を高圧としている実施の形態１に係るスクロール膨張機１及び実施の形態２に係るスクロール膨張機１ａと相違している。図６に示すように、スクロール膨張機１ｂでは、膨張吐出管１５及び膨張吐出流路６１ｆを上部空間７０に開放させている。そして、膨張吐出流路６１ｆによって揺動スクロール運動空間７１と上部空間７０とを連通するようにしている。
【００４７】
また、スクロール膨張機１ｂでは、台板６１ａに補助圧縮吐出流路６１ｇを貫通形成している。そして、補助圧縮吐出流路６１ｇによって補助圧縮吐出管１４と補助圧縮吐出ポート６１ｅとを連通するようにしている。つまり、補助圧縮吐出ポート６１ｅを上部空間７０に連通させずに、補助圧縮吐出流路６１ｇを介して補助圧縮吐出管１４に連通させているのである。補助圧縮吐出ポート６１ｅの上端部であって補助圧縮吐出流路６１ｇ内には、吐出弁３０が取り付けられている。この吐出弁３０は、開閉することで補助圧縮吐出ポート６１ｅと補助圧縮吐出流路６１ｇとを連通・遮断するようになっている。なお、図６では、実施の形態１の変形例、つまり膨張機構５側にもチップシール２１を装着したものを例に図示している。
【００４８】
さらに、スクロール膨張機１ｂでは、膨張機構５の固定スクロール５１の中央部であって揺動スクロール５２の肉厚部５２ｄに対向する位置に内周シール２４ａを、補助圧縮機構６の固定スクロール６１の中央部であって揺動スクロール６２の肉厚部６２ｄに対向する位置に内周シール２４ｂを、それぞれ設けている。なお、スクロール膨張機１ｂのその他の構成は、実施の形態１に係るスクロール膨張機１と同様であるとともに、スクロール膨張機１ｂが備えられる冷媒回路の構成も、図３で示した冷媒回路と同様である。
【００４９】
以上の構成において、膨張機構５では、膨張吸入管１３から膨張吸入ポート５１ｄを通って吸入した高圧の冷媒が膨張室５ａ内で膨張減圧された後、膨張吐出ポート５１ｅを介して揺動スクロール運動空間７１に吐出されることになる。そして、揺動スクロール運動空間７１に吐出された低圧の冷媒は、膨張吐出流路６１ｆを通って上部空間７０に一旦吐き出された後、膨張吐出管１５から密閉容器１０外へ吐出されることになる。一方、補助圧縮吸入管１２から補助圧縮吸入ポート６１ｄを通って吸入した中間圧の冷媒は、補助圧縮室６ａ内で圧縮昇圧され高圧となった後、補助圧縮吐出ポート６１ｅから吐出弁３０を経て、補助圧縮吐出流路６１ｇ内に吐出された後、補助圧縮吐出管１４を通って密閉容器１０外へ吐出されることになる。
【００５０】
したがって、上部空間７０は膨張吐出管１５と同じ低圧となり、下部空間７２も油戻し孔１７ａ及び油戻し孔１７ｂを介して上部空間７０と通じていることで低圧となる。また、軸受部６１ｂ、偏心軸受部６２ｂ、偏心軸受部５２ｂ、及び、軸受部５１ｂも、上部空間７０及び下部空間７２と通じているため、低圧となる。なお、高圧である中央側に形成される膨張室５ａ及び中央側に形成される補助圧縮室６ａと、低圧である軸受部６１ｂ、偏心軸受部６２ｂ、偏心軸受部５２ｂ、及び、軸受部５１ｂの空間とは、それぞれ内周シール２４ａ及び内周シール２４ｂでシールされている。
【００５１】
図７は、揺動スクロールに作用する圧力及びスラスト方向の荷重を説明するための模式図である。図７に基づいて、揺動スクロールに作用するスラスト方向の荷重について説明する。図７に示す矢印は、低圧を基準として揺動スクロールに作用する圧力であり、Ｐｈが高圧を、Ｐｍが中間圧を、Ｐｌが低圧を、それぞれ表している。また、図７では、スクロール膨張機１ｂの一部分を模式的に表している。
【００５２】
揺動スクロール５２の中央部で内周シール２４ａの内側の領域、及び、揺動スクロール６２の中央部で内周シール２４ｂの内側の領域は低圧であるため、いずれも圧力は０となる。このため、この領域にはスラストガス荷重Ｆｔは発生しない。その他の領域（膨張室５ａ、補助圧縮室６ａ及び背圧室８０）に作用する圧力は、実施の形態１において作用する圧力（図４参照）と同様である。したがって、この実施の形態３に係るスクロール膨張機１ｂに作用するスラストガス荷重Ｆｔ及び背圧力Ｆｂは、実施の形態１に係るスクロール膨張機１と同様となる。すなわち、実施の形態３においても、実施の形態１と同等の効果が得られることになる。
【００５３】
実施の形態４.
図８は、本発明の実施の形態４に係るスクロール膨張機１ｃの構成を示す縦断面図である。図８に基づいて、スクロール膨張機１ｃの構成について説明する。この実施の形態４に係るスクロール膨張機１ｃは、実施の形態１に係るスクロール膨張機１と同様にスクロール型の膨張機及び圧縮機を一体としたものであり、冷媒の膨張時に発生する膨張動力を回収し、回収した膨張動力を用いて冷媒を圧縮する機能を有しているものである。なお、実施の形態４では、実施の形態１〜実施の形態３と同一部分には同一符号を付し、実施の形態１〜実施の形態３との相違点を中心に説明するものとする。
【００５４】
この実施の形態４に係るスクロール膨張機１ｃでは、上部空間７０及び下部空間７２の圧力を中間圧としている点で、上部空間７０及び下部空間７２の圧力を高圧としている実施の形態１に係るスクロール膨張機１及び実施の形態２に係るスクロール膨張機１ａ、及び、上部空間７０及び下部空間７２の圧力を低圧としている実施の形態３に係るスクロール膨張機１ｂと相違している。図８に示すように、スクロール膨張機１ｃでは、補助圧縮吸入管１２及び補助圧縮吸入ポート６１ｄを上部空間７０に開放させている。
【００５５】
また、スクロール膨張機１ｃでは、実施の形態３に係るスクロール膨張機１ｂと同様に台板６１ａに補助圧縮吐出流路６１ｇが貫通形成されており、補助圧縮吐出流路６１ｇにより補助圧縮吐出管１４と補助圧縮吐出ポート６１ｅとを連通している。補助圧縮吐出ポート６１ｅの上端部であって補助圧縮吐出流路６１ｇ内には、吐出弁３０が取り付けられている。なお、図８では、実施の形態１の変形例、つまり膨張機構５側にもチップシール２１を装着したものを例に図示している。
【００５６】
さらに、スクロール膨張機１ｃでは、膨張機構５の固定スクロール５１の中央部であって揺動スクロール５２の肉厚部５２ｄに対向する位置に内周シール２４ａを、補助圧縮機構６の固定スクロール６１の中央部であって揺動スクロール６２の肉厚部６２ｄに対向する位置に内周シール２４ｂを、それぞれ設けている。なお、スクロール膨張機１ｃのその他の構成は、実施の形態１に係るスクロール膨張機１と同様であるとともに、スクロール膨張機１ｃが備えられる冷媒回路の構成も、図３で示した冷媒回路と同様である。
【００５７】
以上の構成において、膨張機構５では、膨張吸入管１３から膨張吸入ポート５１ｄを通って吸入した高圧の冷媒が膨張室５ａ内で膨張減圧された後、膨張吐出ポート５１ｅを介して揺動スクロール運動空間７１に吐出されることになる。そして、揺動スクロール運動空間７１に吐出された低圧の冷媒は、膨張吐出流路６１ｆを通って膨張吐出管１５から密閉容器１０外へ吐出されることになる。一方、補助圧縮吸入管１２から吸入した中間圧の冷媒は、上部空間７０に流入した後、補助圧縮吸入ポート６１ｄを通って補助圧縮室６ａ内で圧縮昇圧され高圧となる。高圧となった冷媒は、補助圧縮吐出ポート６１ｅから吐出弁３０を経て、補助圧縮吐出流路６１ｇ内に吐出された後、補助圧縮吐出管１４を通って密閉容器１０外へ吐出されることになる。
【００５８】
したがって、上部空間７０は補助圧縮吸入管１２と同じ中間圧となり、下部空間７２も油戻し孔１７ａ及び油戻し孔１７ｂを介して上部空間７０と通じていることで中間圧となる。また、軸受部６１ｂ、偏心軸受部６２ｂ、偏心軸受部５２ｂ、及び、軸受部５１ｂも、上部空間７０及び下部空間７２と通じているため、中間圧となる。揺動スクロール５２の中央部で内周シール２４ａの内側の領域、及び、揺動スクロール６２の中央部で内周シール２４ｂの内側の領域は中間圧であるため、この領域に作用するスラストガス荷重Ｆｔが相殺されることになる。
【００５９】
その他の領域（膨張室５ａ、補助圧縮室６ａ及び背圧室８０）に作用する圧力は、実施の形態１において作用する圧力（図４参照）と同様である。したがって、この実施の形態４に係るスクロール膨張機１ｃに作用するスラストガス荷重Ｆｔ及び背圧力Ｆｂは、実施の形態１に係るスクロール膨張機１と同様となる。すなわち、実施の形態４においても、実施の形態１と同等の効果が得られることになる。
【００６０】
実施の形態５.
図９は、本発明の実施の形態５に係るスクロール膨張機１ｄの構成を示す縦断面図である。図９に基づいて、スクロール膨張機１ｄの構成について説明する。この実施の形態５に係るスクロール膨張機１ｄは、実施の形態１に係るスクロール膨張機１と同様にスクロール型の膨張機及び圧縮機を一体としたものであり、冷媒の膨張時に発生する膨張動力を回収し、回収した膨張動力を用いて冷媒を圧縮する機能を有しているものである。なお、実施の形態５では、実施の形態１〜実施の形態４と同一部分には同一符号を付し、実施の形態１〜実施の形態４との相違点を中心に説明するものとする。
【００６１】
この実施の形態５に係るスクロール膨張機１ｄでは、背圧室８０ａを補助圧縮機構６に形成している点で、背圧室８０を膨張機構５に形成している実施の形態１に係るスクロール膨張機１、実施の形態２に係るスクロール膨張機１ａ、実施の形態３に係るスクロール膨張機１ｂ、及び、実施の形態４に係るスクロール膨張機１ｃと相違している。したがって、スクロール膨張機１ｄでは、台板５１ａには膨張吐出ポート５１ｅも形成されておらず、台板５１ａの渦巻歯５１ｃ形成面の外周部が平らになっており、揺動スクロール運動空間７１の容積が大きくなっている。
【００６２】
固定スクロール６１の台板６１ａの渦巻歯６１ｃ形成面における最外周側の渦巻歯６１ｃよりも外側には、所定の深さで背圧室８０ａが形成されている。また、台板６１ａの渦巻歯６１ｃの外周には、環状の外周シール溝（図示省略）と、この外周シール溝よりもさらに外側に外周シール溝（図示省略）と、が所定の深さで形成されている。そして、内側の外周シール溝にはシール機構である外周シール２３ａが、外側の外周シール溝にはシール機構である外周シール２３ｄが装着されており、外周シール２３ａと外周シール２３ｄとの間に、背圧室８０ａが形成されるようになっている。つまり、径（リング径）の異なるシール部材を設け、その間に背圧室８０ａを形成しているのである。
【００６３】
さらに、揺動スクロール５２の台板５２ａ及び揺動スクロール６２の台板６２ａには、入口側の膨張室５ａと背圧室８０ａとを連通する連通路８３が貫通形成されている。なお、外周シール２３ａは背圧室８０ａと背圧室８０ａよりも内側の補助圧縮室６ａとを、外周シール２３ｄは背圧室８０ａと背圧室８０ａよりも外側の揺動スクロール運動空間７１とを、それぞれシールしている。
【００６４】
一方、スクロール膨張機１ｄでは、膨張機構５の固定スクロール５１の中央部であって揺動スクロール５２の肉厚部５２ｄに対向する位置に内周シール２４ａを設けている。最外周側に形成される膨張室５ａの外側は、揺動スクロール運動空間７１に開放されている。また、補助圧縮機構６の渦巻歯６１ｃ及び渦巻歯６２ｃの先端、及び、膨張機構５の渦巻歯５１ｃ及び渦巻歯５２ｃの先端にはチップシール２１が装着されている。さらに、揺動スクロールは、補助圧縮機構６側に設けた背圧室８０ａの外側に配置したオルダムリング７によって自転を規制される。なお、スクロール膨張機１ｄのその他の構成は、実施の形態１に係るスクロール膨張機１と同様である。
【００６５】
図１０は、スクロール膨張機１ｄを備えた冷凍サイクル装置１００ａの回路構成を模式的に示す回路図である。図１０に基づいて、冷凍サイクル装置１００ａの回路構成について説明する。この冷凍サイクル装置１００ａは、冷媒を循環させる冷凍サイクルを利用することで冷房運転又は暖房運転を実行できるものである。なお、この冷凍サイクル装置１００ａに循環させる冷媒には、二酸化炭素（ＣＯ2 ）のような高圧側が超臨界となる冷媒を用いていることを想定している。
【００６６】
この冷凍サイクル装置１００ａでは、スクロール膨張機１ｄの膨張機構５が駆動する補助圧縮機構６の後段（下流側）には、主圧縮機１１の電動機構１１ｂが駆動する主圧縮機構１１ａが接続されており、補助圧縮機構６の前段（上流側）には、冷媒を加熱する蒸発器４が接続されている。つまり、スクロール膨張機１ｄの補助圧縮機構６が主圧縮機１１の吸入側に接続されているのである。一方、主圧縮機構１１ａの後段（下流側）には、冷媒を冷却するガスクーラ２が接続されており、ガスクーラ２の後段（下流側）には、スクロール膨張機１ｄの膨張機構５と絞り装置３とが並列に接続されている。
【００６７】
ここで、実施の形態５に係るスクロール膨張機１ｄの動作について説明する。まず、図１０に基づいて、冷凍サイクル装置１００ａの冷媒回路全体の動作について説明する。
電動機構１１ｂによって主圧縮機１１の主圧縮機構１１ａが駆動されると、主圧縮機構１１ａで冷媒が昇圧される。昇圧された冷媒は、主圧縮機１１から吐出され、ガスクーラ２で冷却された後、その一部がスクロール膨張機１ｄの膨張機構５に送られ、膨張減圧される。
【００６８】
一方、ガスクーラ２で冷却された残りの冷媒は、絞り装置３に送られ、膨張減圧される。絞り装置３は、膨張機構５を通過する冷媒の流量調整のため、スクロール膨張機１ｄの膨張機構５と並列となるように設けられている。膨張機構５において、冷媒が等エントロピ的に膨張することによって、軸８を介して膨張機構５から補助圧縮機構６に膨張動力が伝えられ、補助圧縮機構６が駆動されて補助圧縮仕事として用いられることになる。膨張機構５で膨張した冷媒は、蒸発器４で加熱された後、補助圧縮機構６に吸入し、昇圧されて再び主圧縮機１１の主圧縮機構１１ａに戻る。
【００６９】
次に、図９に基づいて、冷媒回路全体の動作におけるスクロール膨張機１ｄ内の動作について説明する。
膨張機構５においては、固定スクロール５１の渦巻歯５１ｃと揺動スクロール５２の渦巻歯５２ｃとで形成される膨張室５ａ内で、膨張吸入管１３から膨張吸入ポート５１ｄを介して吸入した高圧の冷媒が膨張することによって動力が発生する。膨張室５ａ内で膨張減圧した冷媒は、揺動スクロール運動空間７１に開放され、膨張吐出流路６１ｆを介して膨張吐出管１５から密閉容器１０外へ吐出される。
【００７０】
膨張機構５で発生した動力によって、補助圧縮機構６の固定スクロール６１の渦巻歯６１ｃと揺動スクロール６２の渦巻歯６２ｃとで形成される補助圧縮室６ａ内で、補助圧縮吸入管１２から補助圧縮吸入ポート６１ｄを介して吸入した冷媒が圧縮昇圧される。補助圧縮室６ａ内で圧縮昇圧された冷媒は、補助圧縮吐出ポート６１ｅから吐出弁３０を経て、一旦密閉容器１０内の上部空間７０に吐出された後、補助圧縮吐出管１４を通って密閉容器１０外へ吐出される。
【００７１】
以上の構成において、膨張機構５では、高圧から低圧まで冷媒を膨張し、補助圧縮機構６では、低圧から中間圧まで冷媒を圧縮する。このため、揺動スクロール５２及び揺動スクロール６２においては、中央側に形成される膨張室５ａには高圧、中央側に形成される補助圧縮室６ａには中間圧が作用し、外周側に形成される膨張室５ａには低圧、外周側に形成される補助圧縮室６ａにも低圧が作用することになる。また、上部空間７０は、補助圧縮吐出管１４と同じ中間圧であり、下部空間７２も油戻し孔１７ａ及び油戻し孔１７ｂを介して上部空間７０と連通しているため中間圧となる。
【００７２】
軸受部６１ｂ、偏心軸受部６２ｂ、偏心軸受部５２ｂ、及び、軸受部５１ｂは、上部空間７０及び下部空間７２と通じているため中間圧となる。補助圧縮機構６の外周部に設けられた背圧室８０ａは、連通路８３を介して膨張吸入ポート５１ｄと連通しており、外周シール２３ａ及び外周シール２３ｄによって補助圧縮室６ａ及び揺動スクロール運動空間７１とシールされているため高圧となる。一方、揺動スクロール６２の肉厚部６２ｄに設けられた内周シール２４ａによって、高圧である中央側の膨張室５ａと内側の軸受部が存在する中間圧空間とはシールされている。また、膨張機構５の出口側は、揺動スクロール運動空間７１に開放されているので低圧となる。
【００７３】
図１１は、揺動スクロールに作用する圧力及びスラスト方向の荷重を説明するための模式図である。図１１に基づいて、揺動スクロールに作用するスラスト方向の荷重について説明する。図１１に示す矢印は、低圧を基準として揺動スクロールに作用する圧力を示している。また、図１１では、スクロール膨張機１ｄの一部分を模式的に表している。なお、以下の説明において、単に揺動スクロールというときは、揺動スクロール５２と揺動スクロール６２とを組み合わせものを示している。
【００７４】
揺動スクロール６２の中央部に作用する圧力は中間圧であり、圧力Ｐｍ−Ｐｌが作用する。揺動スクロール６２の外周部に作用する圧力は低圧であり、圧力０となる。一方、揺動スクロール５２の中央部であって内周シール２４ａの内側の領域には、中間圧である圧力Ｐｍ−Ｐｌが作用するが、内周シール２４ａに接した外側は高圧であるため、Ｐｈ−Ｐｌが作用することになる。揺動スクロール５２の外周部に作用する圧力は低圧であり、圧力０となる。これにより、揺動スクロール５２及び揺動スクロール６２は、上向きの（膨張機構５側から補助圧縮機構６側に向かう）スラストガス荷重Ｆｔを受けることになる。
【００７５】
しかしながら、外周シール２３ａと外周シール２３ｄとの間の領域（つまり、背圧室８０ａ）には、圧力Ｐｈ−Ｐｌが作用するため、揺動スクロール５２及び揺動スクロール６２には下向きの（補助圧縮機構６側から膨張機構５側に向かう）背圧力Ｆｂも作用することになる。背圧力Ｆｂがない場合は、揺動スクロール５２及び揺動スクロール６２は、スラストガス荷重Ｆｔによって補助圧縮機構６側へ押し付けられ、渦巻歯６１ｃ及び渦巻歯６２ｃの先端面と台板６１ａ及び台板６２ａで支持されることになる。このため、スクロール膨張機１ｄにおいて、スラストガス荷重Ｆｔが大きくなると、摺動損失が増大し、性能低下を招くことになる。
【００７６】
そこで、この実施の形態５に係るスクロール膨張機１ｄでは、背圧力Ｆｂを発生させることで、補助圧縮機構６側への押付力を大幅に軽減または相殺することができるようにしている。また、スクロール膨張機１ｄは、様々な運転条件で運転され、運転条件によって、スラストガス荷重Ｆｔより背圧力Ｆｂが小さくなる場合や、逆にスラストガス荷重Ｆｔより背圧力Ｆｂが大きくなる場合が想定される。つまり、揺動スクロール５２及び揺動スクロール６２は、運転条件によって膨張機構５側又は補助圧縮機構６側へ押付けられることになる。ただし、背圧室８０ａの受圧面積を適当に設定すれば、膨張機構５側又は補助圧縮機構６側への押付力を軽くすることが可能となる。
【００７７】
また、スクロール膨張機１ｄでは、膨張機構５側、及び、補助圧縮機構６側の双方にチップシール２１を設けている。したがって、揺動スクロール５２及び揺動スクロール６２が一方に押付けられ、他方の渦巻歯の先端面と台板間に軸方向のすきまが生じることになっても、チップシール２１の作用により、軸方向のすきまをシールできるので、漏れ損失が増加することはない。
【００７８】
このように、実施の形態５に係るスクロール膨張機１ｄは、両面に渦巻歯（渦巻歯５２ｃ及び渦巻歯６２ｃ）を有する揺動スクロール、これに対向して膨張機構５を構成する固定スクロール５１と補助圧縮機構６を構成する固定スクロール６１とが同一の密閉容器１０内に収納され、固定スクロール６１の外周部に外径側の外周シール２３ｄと内径側の外周シール２３ａを有した背圧室８０ａを設け、固定スクロール５１の内周部に内周シール２４ａを設け、膨張機構５の出口側は揺動スクロール運動空間７１に開放させ、背圧室８０ａに膨張機構５の入口側の圧力を導くように構成したので、揺動スクロールの補助圧縮機構６側への押付力が過剰になることはなく、性能の高いものとなる。
【００７９】
なお、実施の形態１の技術内容に対して実施の形態３あるいは実施の形態４の技術内容を適用し、上部空間７０及び下部空間７２の圧力を変更したように、実施の形態５の技術内容に対して実施の形態３あるいは実施の形態４の技術内容を適用し、上部空間７０及び下部空間７２の圧力を変更してもよい。ただし、実施の形態１又は実施の形態２においては、補助圧縮機構６の吐出側を上部空間７０に開放しており、中央側の膨張室５ａと中央側の補助圧縮室６ａとの容器内がいずれも高圧となるため内周シールが不要であり、かつ、吐出弁３０を上部空間７０に開放して配置できるため、実施の形態３及び実施の形態４に比較して構造が簡単で安価となるという利点がある。
【００８０】
また、実施の形態５においても、補助圧縮機構６の吐出側を上部空間７０に開放しており、内周シール２４ａを膨張機構側のみに設ければよく、かつ、吐出弁３０を上部空間７０に開放して配置できるため、構造が簡単で安価となる利点がある。膨張機構５の出口側を上部空間７０に開放した場合は、内周シール２４ａが補助圧縮機構６側にも必要となるからである。また、冷媒に二酸化炭素を使用した場合を例に説明したが、冷媒の種類を二酸化炭素に限定するものではない。超臨界状態となる冷媒としては、たとえば二酸化炭素とエーテル（たとえば、ジメチルエーテルやハイドロフルオロエーテル等）とから構成される混合冷媒等がある。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】実施の形態１に係るスクロール膨張機の構成を示す縦断面図である。
【図２】スクロール膨張機の膨張機構の断面構成を示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】スクロール膨張機を備えた冷凍サイクル装置の回路構成を模式的に示す回路図である。
【図４】揺動スクロールに作用する圧力及びスラスト方向の荷重を説明するための模式図である。
【図５】実施の形態２に係るスクロール膨張機の構成を示す縦断面図である。
【図６】実施の形態３に係るスクロール膨張機の構成を示す縦断面図である。
【図７】揺動スクロールに作用する圧力及びスラスト方向の荷重を説明するための模式図である。
【図８】実施の形態４に係るスクロール膨張機の構成を示す縦断面図である。
【図９】実施の形態５に係るスクロール膨張機の構成を示す縦断面図である。
【図１０】スクロール膨張機を備えた冷凍サイクル装置の回路構成を模式的に示す回路図である。
【図１１】揺動スクロールに作用する圧力及びスラスト方向の荷重を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  スクロール膨張機、１ａ  スクロール膨張機、１ｂ  スクロール膨張機、１ｃ  スクロール膨張機、１ｄ  スクロール膨張機、２  ガスクーラ、３  絞り装置、４  蒸発器、５  膨張機構、５ａ  膨張室、６  補助圧縮機構、６ａ  補助圧縮室、７  オルダムリング、８  軸、８ｂ  クランク部、８ｃ  給油孔、９ａ  バランスウェイト、９ｂ  バランスウェイト、１０  密閉容器、１１  主圧縮機、１１ａ  主圧縮機構、１１ｂ  電動機構、１２  補助圧縮吸入管、１３  膨張吸入管、１４  補助圧縮吐出管、１５  膨張吐出管、１６  給油ポンプ、１７ａ  油戻し孔、１７ｂ  油戻し孔、１８  潤滑油、２１  チップシール、２３ａ  外周シール、２３ｂ  外周シール、２３ｃ  外周シール、２３ｄ  外周シール、２４ａ  内周シール、２４ｂ  内周シール、３０  吐出弁、５１  固定スクロール、５１ａ  台板、５１ｂ  軸受部、５１ｃ  渦巻歯、５１ｄ  膨張吸入ポート、５１ｅ  膨張吐出ポート、５１ｆ  外周シール溝、５１ｇ  外周シール溝、５２  揺動スクロール、５２ａ  台板、５２ｂ  偏心軸受部、５２ｃ  渦巻歯、５２ｄ  肉厚部、６１  固定スクロール、６１ａ  台板、６１ｂ  軸受部、６１ｃ  渦巻歯、６１ｄ  補助圧縮吸入ポート、６１ｅ  補助圧縮吐出ポート、６１ｆ  膨張吐出流路、６１ｇ  補助圧縮吐出流路、６２  揺動スクロール、６２ａ  台板、６２ｂ  偏心軸受部、６２ｃ  渦巻歯、６２ｄ  肉厚部、７０  上部空間、７１  揺動スクロール運動空間、７２  下部空間、８０  背圧室、８０ａ  背圧室、８１  連通路、８２  連通路、８３  連通路、１００  冷凍サイクル装置、１００ａ  冷凍サイクル装置。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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