(57)【要約】   本発明にかかる多段ロータリ型流体機械は、第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂと、第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａと、両空間１１５ｂ，１１６ａを連通する連通孔１０４ａとによって構成される膨張室で冷媒が膨張する、いわゆる２段ロータリ型膨張機として構成することができる。第１シリンダ１０５と第２シリンダ１０６とは、中板１０４によって仕切られている。中板１０４を貫通するように連通孔１０４ａが形成されている。連通孔１０４ａは、吸入ポート１０５ｂから吐出ポート１０６ｂへの冷媒の直接的な吹き抜けが、シャフト１０３の全回転角度で生じえないように、その開口形状および位置が設定されている。
2008026428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１シリンダと、
前記第１シリンダの内外を貫くシャフトと、
前記シャフトに取り付けられ、前記第１シリンダ内で偏心回転する第１ピストンと、
前記シャフトを共有する形で前記第１シリンダと同心状に配置された第２シリンダと、
前記シャフトに取り付けられ、前記第２シリンダ内で偏心回転する第２ピストンと、
前記第１シリンダに形成された第１溝に装着され、前記第１シリンダと前記第１ピストンとの間の空間を第１吸入側空間と第１吐出側空間とに仕切る第１仕切り部材と、
前記第２シリンダに形成された第２溝に装着され、前記第２シリンダと前記第２ピストンとの間の空間を第２吸入側空間と第２吐出側空間とに仕切る第２仕切り部材と、
前記第１吐出側空間と前記第２吸入側空間とを連通して１つの作動室を形成する連通孔を有するとともに、前記第１シリンダと前記第２シリンダとを隔てる中板と、
前記第１吸入側空間に作動流体を吸入させるための吸入ポートと、
前記第２吐出側空間から前記作動流体を吐出させるための吐出ポートと、を備え、
前記連通孔は、前記吸入ポートから前記吐出ポートへの前記作動流体の直接的な吹き抜けが、前記シャフトの全回転角度で生じえないように、その開口形状および位置が設定されている、多段ロータリ型流体機械。
【請求項２】
前記第２シリンダ側における前記連通孔の開口縁の全部が、前記連通孔と前記第１吸入側空間との連通が開始する瞬間における前記第２ピストンの外形よりも前記シャフトの中心側に位置している、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項３】
前記第１シリンダ側において、前記連通孔の開口の位置と前記吸入ポートの位置とが、それぞれ、前記第１仕切り部材の左右に振り分ける形で設定されるとともに、
前記第２シリンダ側において、前記連通孔の開口の位置と前記吐出ポートの位置とが、それぞれ、前記第２仕切り部材の左右に振り分ける形で設定されている、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項４】
前記吸入ポートと、前記第１シリンダの前記第１吸入側空間と、前記連通孔とが連通する期間において、前記連通孔と、前記第２シリンダの前記第２吐出側空間と、前記吐出ポートとが連通しないように、前記連通孔の開口形状および位置、ならびに前記第１ピストンおよび前記第２ピストンの位相が設定されている、請求項３記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項５】
前記第２シリンダ側における前記連通孔の開口縁の一部区間が、前記第２ピストンと直径が等しく、かつ前記第２シリンダと内接する仮想円に重なる、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項６】
前記第２シリンダ側における前記連通孔の開口縁の一部区間が、当該連通孔と前記第１吐出側空間との連通が遮断する瞬間における前記第２ピストンの外形に沿う円弧状である、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項７】
前記第２シリンダ側における前記連通孔の開口縁の全部が、前記第２シリンダの内周面から離間している、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項８】
前記連通孔は、前記中板に形成された座ぐりを含み、その座ぐりによって前記第２シリンダ側における前記連通孔の開口縁が形成されている、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項９】
前記第１仕切り部材と前記第２仕切り部材とは、前記シャフトの回転軸の周りにおいて互いに所定角度ずれた配置となっており、
前記第１仕切り部材と前記第２仕切り部材とによって挟まれた角度領域内において、前記中板に前記連通孔が形成されている、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項１０】
前記第１仕切り部材および前記第２仕切り部材は、前記シャフトの回転軸の周りにおいて互いに一致する角度位置に配置され、
前記第１仕切り部材および前記第２仕切り部材の長手方向中心線と、前記シャフトの回転軸とを含む平面を横切り、かつ前記シャフトの回転軸に対して傾いた方向に延びるように、前記連通孔が前記中板に形成されている、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項１１】
前記第２シリンダ側における前記連通孔の開口縁の一部区間が、前記第２仕切り部材の可動域に沿っている、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項１２】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、
前記放熱器で放熱した冷媒を膨張させる膨張機と、
前記膨張機で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、を備え、
前記膨張機が、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械によって構成されている、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、圧縮機や膨張機に代表される多段ロータリ型流体機械に関する。さらに本発明は、その多段ロータリ型流体機械を用いた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒の膨張エネルギーを膨張機で回収し、その回収したエネルギーを圧縮機の仕事の一部として利用する動力回収式の冷凍サイクル装置が提案されている。例えば、そうした冷凍サイクル装置に適用する膨張機として、特開２００５−１０６０４６号公報に示すような２段ロータリ型膨張機が検討されている。【０００３】
図１０Ａ，図１０Ｂは、従来の２段ロータリ型膨張機２００の横断面図である。図１０Ａが１段目のシリンダ２０５（第１シリンダ２０５）を示しており、図１０Ｂが２段目のシリンダ２０６（第２シリンダ２０６）を示している。第１シリンダ２０５に吸入された冷媒は、第１シリンダ２０５の作動室２１５ｂと、第２シリンダ２０６の作動室２１６ａと、両作動室２１５ｂ，２１６ａを連通する連通孔２０４ａとによって構成される膨張室で膨張する。第１シリンダ２０５と第２シリンダ２０６とは、中板によって上下に仕切られており、この中板を厚さ方向に貫通するように連通孔２０４ａが形成されている。このような構造を採用すると、冷媒を吸入する作動室２１５ａと、冷媒を膨張させる作動室２１５ｂ，２１６ａと、冷媒を吐出する作動室２１６ｂとを簡単に仕切ることができると同時に、吸入側の作動室２１５ａでは３６０°連続吸入が可能となり、吸入脈動の低減を図ることができる。
【発明の開示】
【０００４】
上記のような２段ロータリ型膨張機２００において、連通孔２０４ａの開口形状は、通常、円形である。以下、図１１Ａ〜図１１Ｄの動作説明図を参照しながら、連通孔２０４ａの作用について説明する。図１１Ａ〜図１１Ｄは、シャフト２０３（図１０Ａ，図１０Ｂ参照）が反時計回りに回転するときの作動室２１５ａ，２１５ｂ，２１６ａ，２１６ｂと連通孔２０４ａとの連通状態を時系列で表している。各図は、いずれも上段が第１シリンダ２０５側、下段が第２シリンダ２０６側に対応している。作動室２１５ａ，２１５ｂ，２１６ａ，２１６ｂと連通孔２０４ａとの連通部分は、斜線で示している。
【０００５】
図１１Ａは、第１シリンダ２０５の作動室２１５ａと連通孔２０４ａとの連通が開始する瞬間を表している。第１シリンダ２０５の作動室２１５ａと連通孔２０４ａとの連通は、シャフト２０３の回転に伴って連通孔２０４ａが閉じた状態から徐々に開くことで始まる。図１１Ａの例によれば、第１シリンダ２０５の作動室２１５ａと連通孔２０４ａとの連通が開始する瞬間は、連通孔２０４ａの開口縁と第１シリンダ２０５の内周面との接点Ｑ１が、第１ピストン２０９と第１シリンダ２０５との接点Ｐ１に一致する瞬間である。この瞬間、第２シリンダ２０６側において、連通孔２０４ａ、作動室２１６ａおよび吐出ポート２０６ｂの三者が連通している。
【０００６】
図１１Ｂは、第１ピストン２０９と第２ピストン２１０が共に上死点にある瞬間、すなわち、第１ベーン２１１と第２ベーン２１２とが最も押し込まれた瞬間を表している。第１シリンダ２０５および第２シリンダ２０６は、いずれも、この瞬間だけ、作動室が２つに仕切られていない。連通孔２０４ａは、第１シリンダ２０５の作動室２１５（２１５ａ＋２１５ｂ）および第２シリンダ２０６の作動室２１６（２１６ａ＋２１６ｂ）と連通している。ところが、注意深く観察してみると、第１シリンダ２０５の作動室２１５と吸入ポート２０５ｂも連通し、さらに、第２シリンダ２０６の作動室２１６と吐出ポート２０６ｂも連通している。つまり、吸入ポート２０５ｂから吸入された冷媒が、第１シリンダ２０５の作動室２１５、連通孔２０４ａおよび第２シリンダ２０６の作動室２１６をこの順番に通って、吐出ポート２０６ｂに直接吹き抜けることができる。
【０００７】
次に、図１１Ｃに示す状態までシャフト２０３が回転すると、連通孔２０４ａと第２シリンダ２０６の作動室２１６ａ，２１６ｂとの連通がいったん終了する。図１１Ｃの例によれば、連通孔２０４ａと第２シリンダ２０６の作動室２１６ａとの連通が開始する瞬間は、連通孔２０４ａの開口縁と第２シリンダ２０６の内周面との接点Ｑ２が、第２ピストン２１０と第２シリンダ２０６との接点Ｐ２に一致する瞬間である。
【０００８】
図１１Ｄは、図１１Ｃからシャフト２０３が２０°回転した状態を表している。第１シリンダ２０５の作動室２１５ｂと、第２シリンダ２０６の作動室２１６ａと、両作動室２１５ｂ，２１６ａを連通する連通孔２０４ａとによって膨張室が構成されている。
【０００９】
以上のように、この種の２段ロータリ型膨張機においては、連通孔２０４ａが開閉する前後で、冷媒が吸入ポートから吐出ポートに直接吹き抜けてしまう現象が起こる場合がある。この現象は、図１１Ａの状態から図１１Ｃの状態に至るまでの期間継続し、膨張機の性能を低下させる原因となりうる。
【００１０】
さらに、他の１つの問題点を説明する。
【００１１】
図１１Ｂは、ピストン２０９，２１０が上死点にある瞬間を表している。第１シリンダ２０５および第２シリンダ２０６は、いずれも、この瞬間だけ、作動室が２つに仕切られていない。そして、シャフト２０３の回転に伴ってベーン２１１，２１２が前進を開始すると、新たに作動室２１５ａ，２１６ａが形成され始める（図１１Ｃ，図１１Ｄ参照）。
【００１２】
ところが、図１１Ｂの状態から図１１Ｃの状態に至るまでの期間は、その新たに形成される作動室２１６ａに連通孔２０４ａから冷媒が供給されない。つまり、第２シリンダ２０６の作動室２１６ａは、冷媒がない状態で無理やり体積を増大させており、このことが原因で、シャフト２０３の回転方向とは逆向きにブレーキトルクが発生しうる。
【００１３】
これらの問題は、２段ロータリ型膨張機だけでなく、２段ロータリ型圧縮機のような他の多段ロータリ型流体機械でも起こる可能性がある。
【００１４】
上記の問題に鑑み、本発明は、吸入ポートから吸入された作動流体（例えば冷媒）が、全く仕事をすることなく吐出ポートに吹き抜けてしまう現象が発生しえない、高効率の多段ロータリ型流体機械を提供することを目的とする。併せて、ブレーキトルクがなるべく発生しないようにする（発生期間をなるべく短くする）ことを目的とする。
【００１５】
すなわち、本発明は、
第１シリンダと、
第１シリンダの内外を貫くシャフトと、
シャフトに取り付けられ、第１シリンダ内で偏心回転する第１ピストンと、
シャフトを共有する形で第１シリンダと同心状に配置された第２シリンダと、
シャフトに取り付けられ、第２シリンダ内で偏心回転する第２ピストンと、
第１シリンダに形成された第１溝に装着され、第１シリンダと第１ピストンとの間の空間を第１吸入側空間と第１吐出側空間とに仕切る第１仕切り部材と、
第２シリンダに形成された第２溝に装着され、第２シリンダと第２ピストンとの間の空間を第２吸入側空間と第２吐出側空間とに仕切る第２仕切り部材と、
第１吐出側空間と第２吸入側空間とを連通して１つの作動室を形成する連通孔を有するとともに、第１シリンダと第２シリンダとを隔てる中板と、
第１吸入側空間に作動流体を吸入させるための吸入ポートと、
第２吐出側空間から作動流体を吐出させるための吐出ポートと、を備え、
連通孔は、吸入ポートから吐出ポートへの作動流体の直接的な吹き抜けが、シャフトの全回転角度で生じえないように、その開口形状および位置が設定されている、多段ロータリ型流体機械を提供する。
【００１６】
さらに、本発明は、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、
放熱器で放熱した冷媒を膨張させる膨張機と、
膨張機で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、を備え、
膨張機が、上記多段ロータリ型流体機械によって構成されている、冷凍サイクル装置を提供する。
【００１７】
上記本発明によれば、吸入ポートから吐出ポートに冷媒が直接的な吹き抜ける現象が起こらなくなるので、高効率の多段ロータリ型流体機械を提供することが可能となる。本発明にかかる多段ロータリ型流体機械を冷凍サイクル装置の膨張機として用いた場合には、冷媒の膨張エネルギーを無駄なく回収することが可能となるので、成績係数の向上効果を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる２段ロータリ型膨張機の縦断面図
【図２Ａ】図１に示す２段ロータリ型膨張機のＸ１−Ｘ１横断面図
【図２Ｂ】図１に示す２段ロータリ型膨張機のＸ２−Ｘ２横断面図
【図３Ａ】第１実施形態における連通孔と作動室との連通状態を示す動作説明図
【図３Ｂ】図３Ａに続く動作説明図
【図３Ｃ】図３Ｂに続く動作説明図
【図３Ｄ】図３Ｃに続く動作説明図
【図４Ａ】連通孔の縦断面図
【図４Ｂ】連通孔の他の例の縦断面図
【図５Ａ】第２実施形態における連通孔と作動室との連通状態を示す動作説明図
【図５Ｂ】図５Ａに続く動作説明図
【図５Ｃ】図５Ｂに続く動作説明図
【図５Ｄ】図５Ｃに続く動作説明図
【図６Ａ】第３実施形態における連通孔と作動室との連通状態を示す動作説明図
【図６Ｂ】図６Ａに続く動作説明図
【図６Ｃ】図６Ｂに続く動作説明図
【図６Ｄ】図６Ｃに続く動作説明図
【図７Ａ】第４実施形態における連通孔と作動室との連通状態を示す動作説明図
【図７Ｂ】図７Ａに続く動作説明図
【図７Ｃ】図７Ｂに続く動作説明図
【図７Ｄ】図７Ｃに続く動作説明図
【図８Ａ】第５実施形態における連通孔と作動室との連通状態を示す動作説明図
【図８Ｂ】図８Ａに続く動作説明図
【図８Ｃ】図８Ｂに続く動作説明図
【図８Ｄ】図８Ｃに続く動作説明図
【図９】図１に示す膨張機を用いた冷凍サイクル装置のブロック図
【図１０Ａ】従来の２段ロータリ型膨張機の横断面図
【図１０Ｂ】同じく従来の２段ロータリ型膨張機の横断面図
【図１１Ａ】従来の２段ロータリ型膨張機の問題点を明らかにする動作説明図
【図１１Ｂ】図１１Ａに続く動作説明図
【図１１Ｃ】図１１Ｂに続く動作説明図
【図１１Ｄ】図１１Ｃに続く動作説明図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。ロータリ型膨張機やロータリ型圧縮機に代表されるロータリ型流体機械は、ローリングピストン方式またはスイング方式に細分されるが、本発明はそのいずれに対しても適用可能である。本明細書ではローリングピストン方式の実施形態を説明する。【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態である２段ロータリ型膨張機の構成を示す縦断面図である。図２Ａは、図１の２段ロータリ型膨張機のＸ１−Ｘ１横断面図、図２Ｂは、Ｘ２−Ｘ２横断面図である。２段ロータリ型膨張機１００は、密閉容器１０２、発電機１０１および膨張機構１２０を備えている。【００２１】
発電機１０１は、密閉容器１０２に固定されたステータ１０１ａと、シャフト１０３に固定されたロータ１０１ｂとを含む。シャフト１０３は、発電機１０１と膨張機構１２０とに共用されている。【００２２】
膨張機構１２０は、上軸受部材１０７、第１シリンダ１０５、中板１０４、第２シリンダ１０６、下軸受部材１０８、第１ピストン１０９、第２ピストン１１０、第１ベーン１１１、第２ベーン１１２、第１バネ１１３、第２バネ１１４およびシャフト１０３を備えており、いわゆる２段ロータリ型の構成になっている。シャフト１０３は、中板１０４によって互いに隔てられた第１シリンダ１０５と第２シリンダ１０６を貫通し、上軸受部材１０７および下軸受部材１０８によって回転可能に支持されている。シャフト１０３には、半径方向の外向きに突出する形で、第１偏心部１０３ａと第２偏心部１０３ｂとが設けられている。第１偏心部１０３ａには、第１シリンダ１０５の内部に配置されたリング状の第１ピストン１０９が嵌合している。第２偏心部１０３ｂには、第２シリンダ１０６の内部に配置された第２ピストン１１０が嵌合している。【００２３】
図２Ａに示すごとく、第１シリンダ１０５には第１ベーン溝１０５ａが形成されている。第１ベーン溝１０５ａには、第１ベーン１１１がスライド可能、言い換えれば、長手方向に進退可能に装着されている。第１バネ１１３は、第１ベーン１１１の背面側に配置されており、一端が第１シリンダ１０５に接触し他端が第１ベーン１１１に接触して第１ベーン１１１を第１ピストン１０９に押し付けている。また、図２Ｂに示すごとく、第２シリンダ１０６には第２ベーン溝１０６ａが形成されている。第２ベーン溝１０６ａには、第２ベーン１１２がスライド可能、言い換えれば、長手方向に進退可能に装着されている。第２バネ１１４は、第２ベーン１１２の背面側に配置されており、一端が第２シリンダ１０６に接触し他端が第２ベーン１１２に接触して第２ベーン１１２を第２ピストン１１０に押し付けている。【００２４】
なお、同じロータリ型でもスイング方式の場合には、ベーン１１１，１１２とピストン１０９，１１０とが一部品で構成され、ベーン１１１，１１２に相当する部分がピストン１０９，１１０に相当する部分とともに前後左右に揺動する。【００２５】
第１シリンダ１０５と第１ピストン１０９により形成される三日月形状の空間は、仕切り部材である第１ベーン１１１により、吸入側の作動室である第１吸入側空間１１５ａと、吐出側の作動室である第１吐出側空間１１５ｂとに仕切られている。また、第２シリンダ１０６と第２ピストン１１０により形成される三日月形状の空間は、仕切り部材である第２ベーン１１２により、吸入側の作動室である第２吸入側空間１１６ａと、吐出側の作動室である第２吐出側空間１１６ｂとに仕切られている。【００２６】
第１シリンダ１０５に形成されている吸入ポート１０５ｂは、第１吸入側空間１１５ａに連通している。吸入ポート１０５ｂには、密閉容器１０２の内外を貫く吸入管１１７が接続されている。中板１０４には、厚さ方向に貫通する形で連通孔１０４ａが形成されており、その連通孔１０４ａにより、第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂと第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａとが連通して１つの作動室（膨張室）を形成している。第２シリンダ１０６に形成されている吐出ポート１０６ｂは、第２吐出側空間１１６ｂに連通している。吐出ポート１０６ｂには、密閉容器１０２の内外を貫く吐出管１１８が接続されている。【００２７】
なお、吸入ポート１０５ｂは、中板１０４の反対側に位置して第１シリンダ１０５を閉塞する部材（本実施形態では上軸受部材１０７）に形成されていてもよい。同様に、吐出ポート１０６ｂは、中板１０４の反対側に位置して第２シリンダ１０６を閉塞する部材（本実施形態では下軸受部材１０８）に形成されていてもよい。【００２８】
本実施形態の２段ロータリ型膨張機１００は、第１シリンダ１０５の内径と第２シリンダ１０６の内径とが等しく、第１ピストン１０９の外径と第２ピストン１１０の外径とが等しく、第１シリンダ１０５の高さと第２シリンダ１０６の高さが相違する。したがって、第２吸入側空間１１６ａと第２吐出側空間１１６ｂの合計体積は、第１吸入側空間１１５ａと第１吐出側空間１１５ｂの合計体積よりも大であり、第１シリンダ１０５側よりも第２シリンダ１０６側の方が押しのけ容積が大である。ただし、押しのけ容積の大小関係が本実施形態のごとく適切である限り、シリンダの内径、シリンダの高さおよびピストンの外径の少なくとも１つが相違していてもよい。【００２９】
また、第１シリンダ１０５と第２シリンダ１０６とは同心状の配置となっているが、第１ベーン１１１と第２ベーン１１２とは、シャフト１０３の回転軸Ｏの周りにおいて互いに所定角度ずれた配置となっている。第１ベーン１１１と第２ベーン１１２のなす角度は、例えば数十度の鋭角でありうる。さらに、シャフト１０３の第１偏心部１０３ａと第２偏心部１０３ｂとは、シャフト１０３の回転軸Ｏの周りにおいて突出する向き（偏心方向）が相違している。この突出向きの相違は、第１ベーン１１１と第２ベーン１１２のなす角度θ（図３Ｂ参照）に一致している。つまり、第１ピストン１０９が上死点（第１ベーン１１１を最も押し上げる位置）に到達するタイミングと、第２ピストン１１０が上死点（第１ベーン１１２を最も押し上げる位置）に到達するタイミングとが一致する。このような構成によれば、第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂと第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａで形成される膨張室の体積を円滑に増加させることができ、膨張機１００の回収動力が最大化する。なお、本明細書では、ピストンが上死点に到達するタイミングのことを、「ピストンの上死点のタイミング」と記すことがある。【００３０】
また、連通孔１０４ａは、第１ベーン１１１と第２ベーン１１２とによって挟まれた角度領域内において、第１シリンダ１０５から第２シリンダ１０６に向かって延びるように、中板１０４に形成されている。このような構成とすることにより、シャフト１０３の回転軸Ｏに平行な方向（軸方向）に関する連通孔１０４ａの長さを最小とすることができ、連通孔１０４ａを冷媒が通過する際の圧力損失の低減を図ることができる。【００３１】
次に、膨張機１００の作用について説明する。
高圧の冷媒は、図２Ａに示す吸入管１１７から吸入ポート１０５ｂを経て、第１シリンダ１０５の第１吸入側空間１１５ａに吸入される。シャフト１０３の回転に伴って第１吸入側空間１１５ａの容積が拡大する。シャフト１０３がさらに回転すると、第１吸入側空間１１５ａは、第１吐出側空間１１５ｂへと移行し、吸入行程が終了する。高圧の冷媒は、連通孔１０４ａを通じて第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂから第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａに移動する。そして、第１吐出側空間１１５ｂ、連通孔１０４ａおよび第２吸入側空間１１６ａからなる膨張室全体の容積が増加する方向、すなわち、第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂの容積が減少し、第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａの容積が増加する方向にシャフト１０３が回転し、発電機１０１を駆動する。シャフト１０３の回転に伴って第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂは消滅する。第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａは、吐出ポート１０６ｂと連通する第２吐出作動室１１６ｂへと移行し、膨張行程が終了する。そして、低圧となった冷媒は吐出ポート１０６ｂから吐出管１１８に吐出される。【００３２】
図２Ａに示すごとく、第１シリンダ１０５側において、連通孔１０４ａの開口の位置と、吸入ポート１０５ｂの位置とは、それぞれ、第１ベーン１１１の左右に振り分ける形で設定されている。また、第２シリンダ１０６側において、連通孔１０４ａの開口の位置と、吐出ポート１０６ｂの位置とは、それぞれ、第２ベーン１１２の左右に振り分ける形で設定されている。このようにすれば、膨張室として使えない空間がシリンダ１０５，１０６内に生ずることを抑制でき、膨張室の容積を大きく確保することが可能となる。【００３３】
本実施形態では、吸入ポート１０５ｂにバルブを設けていないので、吸入管１１７を通って膨張機構１２０に案内された冷媒は、シャフト１０３の全回転角度で第１吸入側空間１１５ａに吸入されうる。また、吐出ポート１０６ｂにもバルブを設けていないので、膨張機構１２０で膨張した冷媒は、シャフト１０３の全回転角度で第２吐出側空間１１６ｂから吐出ポート１０６ｂを経由して吐出管１１８へと吐出されうる。このように、３６０°連続吸入および３６０°連続吐出を可能とすれば、騒音や振動の原因となる吸入脈動および吐出脈動を抑制することができる。【００３４】
図１１Ａ〜図１１Ｄで説明したように、従来の２段ロータリ型膨張機によれば、３６０°連続吸入および３６０°連続吐出が可能であるものの、冷媒が全く膨張することなく吸入ポートから吐出ポートに吹き抜けることができる期間が存在する場合がある。これに対し、本実施形態の２段ロータリ型膨張機１００は、そのような吹き抜け現象が、シャフト１０３の全回転角度で起こりえないように、連通孔１０４ａの開口形状（大きさを含む）および位置が設定されている。以下、図３Ａ〜図３Ｄを用いて説明を行う。図３Ａ〜図３Ｄは、先に示した図１１Ａ〜図１１Ｄと同様の動作説明図である。【００３５】
図３Ａは、第１シリンダ１０５の第１吸 入側空間１１５ａと連通孔１０４ａとの連通が開始する瞬間を表している。この瞬間は、第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂと連通孔１０４ａとの連通が終了する瞬間でもある。第１吐出側空間１１５ｂの容積はゼロに近い。第２シリンダ１０６側では、連通孔１０４ａが第２ピストン１１０によって塞がれて全閉となっている。第２吐出側空間１１６ｂの容積もゼロに近い。連通孔１０４ａの開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＡＢが第２ピストン１１０の外形に一致している。【００３６】
図３Ｂは、第１ピストン１０９と第２ピストン１１０が共に上死点にある瞬間、すなわち、第１ベーン１１１と第２ベーン１１２とが最も押し込まれた瞬間を表している。第１ピストン１０９が上死点にある瞬間は、第１ピストン１０９と第１シリンダ１０５との間の空間１１５が１つにつながっている。同様に、第２ピストン１１０が上死点にある瞬間は、第２ピストン１１０と第２シリンダ１０６との間の空間１１６が１つにつながっている。連通孔１０４ａと第１シリンダ１０５の空間１１５（１１５ａ＋１１５ｂ）との連通は始まっているが、第２シリンダ１０６の空間１１６（１１６ａ＋１１６ｂ）との連通は未だ始まっていない。【００３７】
図３Ｃは、連通孔１０４ａと第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａとの連通が開始する瞬間を表している。【００３８】
図３Ｄは、図３Ｃからシャフト１０３が２０°回転した瞬間を表している。第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂと、第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａと、連通孔１０４ａとによって膨張室が構成されている。【００３９】
吹き抜け現象の発生を防ぐには、吸入ポート１０５ｂと、第１シリンダ１０５の第１吸入側空間１１５ａと、連通孔１０４ａとが連通する期間において、連通孔１０４ａと、第２シリンダ１０６の第２吐出側空間１１６ｂと、吐出ポート１０６ｂとが連通していなければよい。このことが実現されるように、連通孔１０４ａの開口形状および位置、ならびに、第１ピストン１０９および第２ピストン１１０の位相を設定することができる。【００４０】
吸入ポート１０５ｂと連通孔１０４ａとが連通する期間は、図３Ａ〜図３Ｃに相当する期間である。具体的には、連通孔１０４ａの開口縁と第１シリンダ１０５の内周面との接点Ｑ１が第１ピストン１０９と第１シリンダ１０５との接点Ｐ１に一致する瞬間から、第１ピストン１０９と第１シリンダ１０５との接点Ｐ１が吸入ポート１０５ｂの形成されている角度範囲を通り過ぎるまで、言いかえれば、吸入ポート１０５ｂの全部が第１吸入側空間１１５ａに露出するまでである。吸入ポート１０５ｂや吐出ポート１０６ｂの形成されている角度範囲は、吸入管１１７や吐出管１１８の内径に対応する。一方、図３Ａ〜図３Ｃに相当する期間、連通孔１０４ａの第２シリンダ１０６側の開口は、第２ピストン１１０で塞がれており、第２シリンダ１０６の第２吐出側空間１１６ｂと連通孔１０４ａとは連通しない。したがって、冷媒が吸入ポート１０５ｂから吐出ポート１０６ｂに直接吹き抜ける現象は起こりえず、動力回収に寄与しない冷媒が皆無となり、２段ロータリ型膨張機の効率が改善する。【００４１】
図３Ａの上段図に示すごとく、第１シリンダ１０５側における連通孔１０４ａの開口形状は、円形である。ただし、円形に限定されるわけではなく、後述する楕円形や扇形など、他の形状も採用可能である。また、連通孔１０４ａの第１シリンダ１０５側の開口縁が、第１シリンダ１０５の内周面と、第１ベーン１１１の可動域との双方に接するように、連通孔１０４ａの位置を定めることができる。このようにすれば、膨張室として働かない空間の削減に有利であり、シャフト１０３の回転方向と逆方向のブレーキトルクの発生を抑制することができる。【００４２】
他方、図３Ａの下段図に示すごとく、第２シリンダ１０６側は、開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＡＢ（第１区間）が、第２ピストン１１０と直径が等しく、かつ第２シリンダ１０６と内接する仮想円に重なるように、連通孔１０４ａの位置が設定されている。具体的には、連通孔１０４ａの開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＡＢが、当該連通孔１０４ａと第１吐出側空間１１５ｂとの連通が遮断する瞬間（図３Ａの瞬間）における第２ピストン１１０の外形に沿った円弧状になっている。第１吐出側空間１１５ｂと連通孔１０４ａとの連通が遮断する瞬間と、第２吸入側空間１１６ａと連通孔１０４ａとの連通が遮断する瞬間とが一致するように、第１ピストン１０９および第２ピストン１１０の位相が設定されている。このようにすれば、シャフト１０３の全回転角度で、冷媒が吸入ポート１０５ｂから吐出ポート１０６ｂに直接吹き抜けてしまうことを防止できるとともに、冷媒が連通孔１０４ａを通過する際の圧力損失もなるべく小さくすることができる。【００４３】
ただし、図３Ａの瞬間に、連通孔１０４ａの開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＡＢが第２ピストン１１０の外形に重なっていなくてもよい。すなわち、第２シリンダ１０６側における連通孔１０４ａの開口縁ＡＢＣＤの全部が、当該連通孔１０４ａと第１吸入側空間１１５ａとの連通が開始する図３Ａの瞬間における第２ピストン１１０の外形よりもシャフト１０３の中心側に位置していてもよい。この場合にも、同様の吹き抜け防止の効果を得ることができる。【００４４】
また、第２シリンダ１０６側における連通孔１０４ａの開口縁ＡＢＣＤの全部が、第２シリンダ１０６の内周面から離間している。このようにすれば、吸入ポート１０５ｂと第１シリンダ１０５の第１吸入側空間１０５ａと連通孔１０４ａとの三者が連通している期間が経過するまで、第２シリンダ１０６側で連通孔１０４ａが全閉の状態を維持することが可能となる。【００４５】
なお、本実施形態では、第１シリンダ１０５側と第２シリンダ１０６側とで、連通孔１０４ａの開口形状を異ならせてあるが、この開口形状の相違は、次のようにして作り出すことができる。図４Ａに示すように、まず、中板１０４を厚さ方向に貫き、横断面形状が円形の貫通孔ＴＨを形成する。次に、その貫通孔ＴＨの周りを浅く掘削して座ぐり１０４ｐ，１０４ｑを設け、その座ぐり１０４ｐ，１０４ｑを含む連通孔１０４ａを形成する。このようにすれば、中板１０４の裏表で連通孔１０４ａの開口形状を自由に調整することが可能である。第２シリンダ１０６側における連通孔１０４ａの開口縁ＡＢＣＤは、座ぐり１０４ｑによって形成される。座ぐり１０４ｐ，１０４ｑの加工は比較的容易なのでコスト増の問題もない。このような座ぐりは、第２シリンダ１０６側にのみ設けられていてもよいし、第１シリンダ１０５側にのみ設けられていてもよい。また、図４Ｂに示すごとく、中板１０４に形成する貫通孔ＴＨは、横断面形状が楕円を示す斜め孔であっても構わない。なお、座ぐり１０４ｐ，１０４ｑによって規定される開口面積を、第１シリンダ１０５側と第２シリンダ１０６側とで一致させることが、圧力損失の増大を防ぐうえで好ましい。【００４６】
また、連通孔１０４ａは、第２シリンダ１０６側の開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＡＤ（第２区間）が、第２ベーン１１２の可動域に沿うように、その開口形状および位置を設定することができる。つまり、図３Ａに示すように、第２ベーン溝１０６ａの延長線上に連通孔１０４ａの開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＡＤが重なっている。第２ベーン１１２のなるべく近くに連通孔１０４ａを設けることは、膨張室として働かない空間の削減に有効であり、こうすることにより、第２吸入側空間１１６ａに冷媒がない状態でシャフト１０３が回転することに起因するブレーキトルクが低減する。【００４７】
また、連通孔１０４ａは、開口縁ＡＢＣＤの全部が第１ベーン溝１０５ａと第２ベーン溝１０６ａとで挟まれる角度範囲内に収まるように、その開口形状および位置を設定することができる。第１ベーン溝１０５ａの延長線を中板１０４に投影し、その投影された延長線上に開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＢＣ（第３区間）を定めることができる。開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＣＤ（第４区間）を形成する点Ｃおよび点Ｄは、連通孔１０４ａの開口面積が、最終的に、第１シリンダ１０５側と第２シリンダ１０６側とで等しくなるように定めるとよい。本実施形態では、上記区間ＣＤを曲線としているが、これに限定されるわけではなく、直線であってもよい。【００４８】
また、図３Ｃから分かるように、第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａと連通孔１０４ａとの連通が開始する瞬間に、第１シリンダ１０５側では、第１ピストン１０９の外周面と第１シリンダ１０５の内周面との接点Ｐ１が、吸入ポート１０５ｂの縁（シャフト１０３の回転方向前方側の縁）に位置していることが好ましい。つまり、吸入ポート１０５ｂと第１吐出側空間１１５ｂとの連通が絶たれる瞬間と、第１吐出側空間１１５ｂと連通孔１０４ａと第２吸入側空間１１６ａとの連通が開始する瞬間とが一致するように、第１ピストン１０９および第２ピストン１１０の位相を設定することができる。【００４９】
第１吐出側空間１１５ｂと第２吸入側空間１１６ａとの連通が開始するよりも前に、吸入ポート１０５ｂと第１吐出側空間１１５ｂとの連通が絶たれると、その第１吐出側空間１１５ｂを満たす冷媒が圧縮作用を受ける可能性がある。また、第１吐出側空間１１５ｂと第２吸入側空間１１６ａとの連通が開始したにも関わらず、吸入ポート１０５ｂと第１吐出側空間１１５ｂとの連通が継続するようだと、吸入過程が長くなる分、膨張過程が短くなり、シリンダの大きさの割には膨張比が小さくなってしまう。【００５０】
なお、（１）吸入ポート１０５ｂと第１吐出側空間１１５ｂとの連通が絶たれた瞬間からシャフト１０３が微小角度（例えば１度〜３度、好ましくは１度〜２度）回転したら、第１吐出側空間１１５ｂと第２吸入側空間１１６ａとの連通が開始する、（２）第１吐出側空間１１５ｂと第２吸入側空間１１６ａとの連通が開始してからシャフト１０３が微小角度（例えば１度〜３度、好ましくは１度〜２度）回転したら、吸入ポート１０５ｂと第１吐出側空間１１５ｂとの連通が絶たれる、という具合に、吸入ポート１０５ｂと第１吐出側空間１１５ｂとの連通が絶たれる瞬間（吸入完了タイミング）と、第１吐出側空間１１５ｂと第２吸入側空間１１６ａとの連通が開始する瞬間（膨張開始タイミング）とが多少前後していたとしてもよい。冷媒の吹き抜け現象が起こりうるわけではなく、両タイミングのズレがごく短い期間であれば、効率的な膨張エネルギーの回収にほとんど影響が及ばないと考えられるからである。【００５１】
（第２実施形態）
図５Ａ〜図５Ｄに示すごとく、この第２実施形態では、第１ベーン１１１および第２ベーン１１２は、シャフト１０３の回転軸Ｏの周りにおいて、互いに一致する角度位置に配置されている。そして、第１ベーン１１１および第２ベーン１１２の長手方向中心線と、シャフト１０３の回転軸Ｏとを含む平面を一方側から他方側に横切り、シャフト１０３の回転軸Ｏに対して傾いた方向に延びるように、連通孔１０４ｂが中板１０４に形成される。２つのベーン１１１，１１２が軸方向の上下で重なり合うこのような配置は、膨張機構１２０（図１参照）の全体的な寸法を小さくするのに有利である。中板１０４の板厚方向を斜めに貫く連通孔１０４ｂ（例えば図４Ｂで説明したような連通孔）を採用することにより、第１実施形態とほぼ同じ構造の膨張機構を採用できる。【００５２】
先の第１実施形態では、第１ピストン１０９の偏心方向（＝第１偏心部１０３ａの偏心方向に一致する）と、第２ピストン１１０の偏心方向（＝第２偏心部１０３ｂの偏心方向に一致する）とが相違し、この結果、両ピストン１０９，１１０の上死点のタイミングが一致する。これに対し、本実施形態では、第１ベーン１１１の配置角度と第２ベーン１１２の配置角度とが一致し、第１ピストン１０９の偏心方向（位相）と第２ピストン１１０の偏心方向とが一致し、これにより、両ピストン１０９，１１０の上死点のタイミングが一致することとなる。【００５３】
図５Ａは、第１シリンダ１０５の第１吸入側空間１１５ａと連通孔１０４ｂとの連通が開始する瞬間を表している。この瞬間は、連通孔１０４ｂが第２ピストン１１０によって塞がれた瞬間でもある。すなわち、第２シリンダ１０６側では、連通孔１０４ｂが第２ピストン１１０によって塞がれて全閉となっている。連通孔１０４ｂの開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＡＢが第２ピストン１１０の外形に一致している。中板１０４を斜めに穿孔することにより、第１シリンダ１０５側に現れる開口形状が楕円の連通孔１０４ｂが形成される。ただし、図４Ａで説明したような座ぐりを形成することにより、開口形状は自由に調整できる。【００５４】
図５Ｂは、第１ピストン１０９と第２ピストン１１０が共に上死点にある瞬間、すなわち、第１ベーン１１１と第２ベーン１１２とが最も押し込まれた瞬間を表している。連通孔１０４ｂと第１シリンダ１０５の空間１１５（１１５ａ＋１１５ｂ）との連通は始まっているが、第２シリンダ１０６の空間１１６（１１６ａ＋１１６ｂ）との連通は未だ始まっていない。【００５５】
図５Ｃは、連通孔１０４ｂと第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａとの連通が開始する瞬間を表している。この瞬間になって初めて、連通孔１０４ｂから第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａへの冷媒の供給が開始される。【００５６】
図５Ｄは、図５Ｃからシャフト１０３が２０°回転した瞬間を表している。第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂと、第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａと、連通孔１０４ｃとによって膨張室が構成されている。【００５７】
図５Ａ〜図５Ｄから分かるように、本実施形態においても、吸入ポート１０５ｂから吐出ポート１０６ｂに冷媒が吹き抜けることができる期間は存在しない。【００５８】
（第３実施形態）
第１実施形態では、第２シリンダ１０６の内周面から開口縁ＡＢＣＤが離間するように、連通孔１０４ａの開口形状および位置が設定されている。これに対し、本実施形態では、図６Ａ〜図６Ｄに示すごとく、第２シリンダ１０６の内周面に開口縁ＡＢＣＤが接するように、連通孔１０４ｃの開口形状および位置が設定されている。具体的には、開口縁ＡＢＣＤ上の１点である点Ａが第２シリンダ１０６の内周面上かつ第２ベーン溝１０６ｂ（図２Ｂ参照）の縁に設定されている。開口縁ＡＢＣＤの第１区間ＡＢは、第１実施形態と同様の円弧状である。残りの区間ＡＤ，ＢＣ，ＣＤについても、第１実施形態と同様に定めることができる。【００５９】
本実施形態では、第１ベーン１１１および第２ベーン１１２が平面視で略Ｖ字型を示す配置になっている。この点は、第１実施形態と共通である。しかしながら、第１ピストン１０９が上死点に到達するタイミングと、第２ピストン１１０が上死点に到達するタイミングとが一致していない。【００６０】
第１実施形態の連通孔１０４ａ（図３Ａ参照）と、本実施形態の連通孔１０４ｃとの相違は、開口縁ＡＢＣＤが第２シリンダ１０６の内周面に接しているか、それとも離間しているかという点にある。視点を全体に移してみると、第１ピストン１０９の上死点のタイミングと、第２ピストン１１０の上死点のタイミングとが相違している、という構成上の違いがある。【００６１】
具体的には、図６Ｂに示すごとく、第２ピストン１１０の上死点のタイミングが、第１ピストン１０９の上死点のタイミングよりも早く到来するように、各ピストン１０９，１１０の偏心方向が設定されている。第１ベーン１１１と第２ベーン１１２がなす角度θと、第１偏心部１０３ａの偏心方向と第２偏心部１０３ｂの偏心方向とのなす角度αとが異なる。第２ピストン１０６の上死点のタイミングは、第１ピストン１０５の上死点のタイミングよりも（θ−α）度進んでいる。つまり、第２ピストン１０６の位相は、第１ピストン１０５の位相よりも（θ−α）度進んでいる。【００６２】
図６Ａは、第１シリンダ１０５の第１吸入側空間１１５ａと連通孔１０４ｃとの連通が開始する瞬間を表している。第２シリンダ１０６側では、連通孔１０４ｃが第２ピストン１１０によって塞がれて全閉となっている。連通孔１０４ｃの開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＡＢが第２ピストン１１０の外形に一致している。第１シリンダ１０５と第１ピストン１０９との接点Ｐ１は、第１シリンダ１０５の内周面と連通孔１０４ｃとの接点Ｑ１にあり、第１ピストン１０９はあと少しで上死点に到達する。一方、第２シリンダ１０６と第２ピストン１１０との接点Ｐ２は、連通孔１０４ｃの開口縁ＡＢＣＤ上の点Ａにあり、第２ピストン１１０は既に上死点を通り越している。また、図６Ａの瞬間は、第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａと連通孔１０４ｃとの連通が始まる瞬間でもある。連通孔１０４ｃは、第１シリンダ１０５の第１吸入側空間１１５ａと、第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａとの双方に、同時に連通を開始する。【００６３】
図６Ｂは、第１ピストン１０９が上死点に到達した瞬間を表している。連通孔１０４ｃは、第１シリンダ１０５の空間１１５と第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａとの双方に連通しているが、第２シリンダ１０６と第２ピストン１１０との接点Ｐ２が、吐出ポート１０６ｂへの経路を遮断しているので、吹き抜け現象は起こりえない。第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａに冷媒がない状態でシャフト１０３が回転する期間、すなわち、ブレーキトルクの発生する期間は、ほとんど存在しない。【００６４】
図６Ｃは図６Ｂからシャフト１０３が２０°回転した瞬間を表し、図６Ｄは図６Ｃからシャフト１０３が２０°回転した瞬間を表している。連通孔１０４ｃは、第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂと第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａとの双方と連通しており、その連通面積が拡大しつつある。第１シリンダ１０５と第１ピストン１０９との接点Ｐ１が、シャフト１０３の回転方向における吸入ポート１０５ｂの縁に到達した時点から冷媒の膨張が始まる。【００６５】
図６Ａ〜図６Ｄから分かるように、本実施形態においても、吸入ポート１０５ｂから吐出ポート１０６ｂに冷媒が吹き抜けることができる期間は存在しない。【００６６】
このように、連通孔１０４ｃの開口形状および位置の設定と併せて、ピストン１０９，１１０の偏心方向の調整を行うことより、冷媒の吹き抜け現象が起こりえず、かつブレーキトルクの発生期間が極めて短い２段ロータリ型膨張機を提供できる。【００６７】
（第４実施形態）
図７Ａ〜図７Ｄに示す第４実施形態は、（ｉ）第１ベーン１１１および第２ベーン１１２が互いに一致する角度に配置されている第２実施形態と、（ｉｉ）第２シリンダ１０６の内周面に開口縁ＡＢＣＤが接するように、連通孔１０４ｃの開口形状および位置が設定されている第３実施形態と、を組み合わせた実施形態と考えることができる。上死点のタイミングは、第３実施形態と同様、第１ピストン１０９と第２ピストン１１０とで相違している。【００６８】
図７Ａは、第１シリンダ１０５の第１吸入側空間１１５ａと連通孔１０４ｄとの連通が開始する瞬間を表している。第２シリンダ１０６側では、連通孔１０４ｄが第２ピストン１１０によって塞がれて全閉となっている。連通孔１０４ｄの開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＡＢが第２ピストン１１０の外形に一致している。第１シリンダ１０５と第１ピストン１０９との接点Ｐ１は、第１シリンダ１０５の内周面と連通孔１０４ｄとの接点Ｑ１にあり、第１ピストン１０９はあと少しで上死点に到達する。一方、第２シリンダ１０６と第２ピストン１１０との接点Ｐ２は、連通孔１０４ｄの開口縁ＡＢＣＤ上の点Ａにあり、第２ピストン１１０は既に上死点を通り越している。また、図７Ａの瞬間は、第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａと連通孔１０４ｄとの連通が始まる瞬間でもある。連通孔１０４ｄは、第１シリンダ１０５の第１吸入側空間１１５ａと、第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａとの双方に、同時に連通を開始する。【００６９】
図７Ｂは、第１ピストン１０９が上死点に到達した瞬間を表している。連通孔１０４ｄは、第１シリンダ１０５の空間１１５と第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａとの双方に連通しているが、第２シリンダ１０６と第２ピストン１１０との接点Ｐ２が、吐出ポート１０６ｂへの経路を遮断しているので、吹き抜け現象は起こりえない。【００７０】
図７Ｃは図７Ｂからシャフト１０３が２０°回転した瞬間を表し、図７Ｄは図７Ｃからシャフト１０３が２０°回転した瞬間を表している。連通孔１０４ｄは、第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂと第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａの双方と連通しており、その連通面積が拡大しつつある。第１シリンダ１０５と第１ピストン１０９との接点Ｐ１が、シャフト１０３の回転方向における吸入ポート１０５ｂの縁に到達した時点から冷媒の膨張が始まる。【００７１】
図７Ａ〜図７Ｄから分かるように、本実施形態においても、吸入ポート１０５ｂから吐出ポート１０６ｂに冷媒が吹き抜けることができる期間は存在しない。【００７２】
（第５実施形態）
第１〜第４実施形態は、第１シリンダと第２シリンダの内径が等しく、かつ第１ピストンと第２ピストンの外径が等しい構成であったが、そうした構成は本発明に必須ではない。図８Ａ〜図８Ｄに示すごとく、本実施形態では、大径の第１シリンダ１０５’と小径の第２シリンダ１０６とが採用されている。第１ピストン１０９と第２ピストン１１０の外径は等しいので、第２シリンダ１０６側の押しのけ容積が大きくなるように、第２シリンダ１０６の高さは、第１シリンダ１０５’の高さよりも大きく設定されている。【００７３】
シリンダの内径が相違するという点を除き、本実施形態は、第３実施形態と共通の構成となっている。すなわち、図８Ａ〜図８Ｄは、図６Ａ〜図６Ｄに対応している。本実施形態においても、吸入ポート１０５ｂから吐出ポート１０６ｂに冷媒が吹き抜けることができる期間は存在しない。【００７４】
なお、第２シリンダの内径を第１シリンダの内径よりも大きくしたり、ピストンの外径を異ならせたりしてもよい。場合によっては、第１シリンダの高さと第２シリンダの高さとが一致していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本実施形態の２段ロータリ型膨張機１００は、冷凍サイクルにおける冷媒のような圧縮性流体から膨張エネルギーを回収する動力回収装置として有用である。【００７６】
２段ロータリ型膨張機１００は、例えば、空調機や給湯機の主要部を構成する冷凍サイクル装置に適用することができる。図９に示すように、冷凍サイクル装置５００は、冷媒を圧縮する圧縮機５０１と、圧縮機５０１で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器５０２と、放熱器５０２で放熱した冷媒を膨張させる２段ロータリ型膨張機１００と、２段ロータリ型膨張機１００で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器５０４とを備えている。２段ロータリ型膨張機１００は、冷媒の膨張エネルギーを電力の形で回収する。回収された電力は、圧縮機５０１を作動させるために必要な電力の一部として使用される。ただし、２段ロータリ型膨張機１００のシャフトと、圧縮機５０１のシャフトとを連結することにより、冷媒の膨張エネルギーを電力に変換せずに、機械力の形で圧縮機５０１に直接伝達する形態も採用することができる。【００７７】
なお、本明細書ではシリンダが２段のロータリ型流体機械（膨張機）を例示したが、シリンダが３段またはそれ以上であっても、本発明による効果を同様に享受することができる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2008026428.tif 000011
【図５Ａ】
2008026428.tif 000012
【図５Ｂ】
2008026428.tif 000013
【図５Ｃ】
2008026428.tif 000014
【図５Ｄ】
2008026428.tif 000015
【図６Ａ】
2008026428.tif 000016
【図６Ｂ】
2008026428.tif 000017
【図６Ｃ】
2008026428.tif 000018
【図６Ｄ】
2008026428.tif 000019
【図７Ａ】
2008026428.tif 000020
【図７Ｂ】
2008026428.tif 000021
【図７Ｃ】
2008026428.tif 000022
【図７Ｄ】
2008026428.tif 000023
【図８Ａ】
2008026428.tif 000024
【図８Ｂ】
2008026428.tif 000025
【図８Ｃ】
2008026428.tif 000026
【図８Ｄ】
2008026428.tif 000027
【図９】
2008026428.tif 000028
【図１０Ａ】
2008026428.tif 000029
【図１０Ｂ】
2008026428.tif 000030
【図１１Ａ】
2008026428.tif 000031
【図１１Ｂ】
2008026428.tif 000032
【図１１Ｃ】
2008026428.tif 000033
【図１１Ｄ】
2008026428.tif 000034
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月5日(2008.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１シリンダと、
前記第１シリンダの内外を貫くシャフトと、
前記シャフトに取り付けられ、前記第１シリンダ内で偏心回転する第１ピストンと、
前記シャフトを共有する形で前記第１シリンダと同心状に配置された第２シリンダと、
前記シャフトに取り付けられ、前記第２シリンダ内で偏心回転する第２ピストンと、
前記第１シリンダに形成された第１溝に装着され、前記第１シリンダと前記第１ピストンとの間の空間を第１吸入側空間と第１吐出側空間とに仕切る第１仕切り部材と、
前記第２シリンダに形成された第２溝に装着され、前記第２シリンダと前記第２ピストンとの間の空間を第２吸入側空間と第２吐出側空間とに仕切る第２仕切り部材と、
前記第１吐出側空間と前記第２吸入側空間とを連通して１つの作動室を形成する連通孔を有するとともに、前記第１シリンダと前記第２シリンダとを隔てる中板と、
前記第１吸入側空間に作動流体を吸入させるための吸入ポートと、
前記第２吐出側空間から前記作動流体を吐出させるための吐出ポートと、を備え、
前記連通孔は、前記吸入ポートから前記吐出ポートへの前記作動流体の直接的な吹き抜けが、前記シャフトの全回転角度で生じえないように、その開口形状および位置が設定されている、多段ロータリ型流体機械。
【請求項２】
前記第２シリンダ側における前記連通孔の開口縁の全部が、前記連通孔と前記第１吸入側空間との連通が開始する瞬間における前記第２ピストンの外形よりも前記シャフトの中心側に位置している、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項３】
前記第１シリンダ側において、前記連通孔の開口の位置と前記吸入ポートの位置とが、それぞれ、前記第１仕切り部材の左右に振り分ける形で設定されるとともに、
前記第２シリンダ側において、前記連通孔の開口の位置と前記吐出ポートの位置とが、それぞれ、前記第２仕切り部材の左右に振り分ける形で設定されている、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項４】
前記吸入ポートと、前記第１シリンダの前記第１吸入側空間と、前記連通孔とが連通する期間において、前記連通孔と、前記第２シリンダの前記第２吐出側空間と、前記吐出ポートとが連通しないように、前記連通孔の開口形状および位置、ならびに前記第１ピストンおよび前記第２ピストンの位相が設定されている、請求項３記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項５】
前記第２シリンダ側における前記連通孔の開口縁の一部区間が、前記第２ピストンと直径が等しく、かつ前記第２シリンダと内接する仮想円に重なる、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項６】
前記第２シリンダ側における前記連通孔の開口縁の一部区間が、当該連通孔と前記第１吐出側空間との連通が遮断する瞬間における前記第２ピストンの外形に沿う円弧状である、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項７】
前記第２シリンダ側における前記連通孔の開口縁の全部が、前記第２シリンダの内周面から離間している、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項８】
前記連通孔は、前記中板に形成された座ぐりを含み、その座ぐりによって前記第２シリンダ側における前記連通孔の開口縁が形成されている、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項９】
前記第１仕切り部材と前記第２仕切り部材とは、前記シャフトの回転軸の周りにおいて互いに所定角度ずれた配置となっており、
前記第１仕切り部材と前記第２仕切り部材とによって挟まれた角度領域内において、前記中板に前記連通孔が形成されている、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項１０】
前記第１仕切り部材および前記第２仕切り部材は、前記シャフトの回転軸の周りにおいて互いに一致する角度位置に配置され、
前記第１仕切り部材および前記第２仕切り部材の長手方向中心線と、前記シャフトの回転軸とを含む平面を横切り、かつ前記シャフトの回転軸に対して傾いた方向に延びるように、前記連通孔が前記中板に形成されている、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項１１】
前記第２シリンダ側における前記連通孔の開口縁の一部区間が、前記第２仕切り部材の可動域に沿っている、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項１２】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、
前記放熱器で放熱した冷媒を膨張させる膨張機と、
前記膨張機で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、を備え、
前記膨張機が、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械によって構成されている、冷凍サイクル装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機や膨張機に代表される多段ロータリ型流体機械に関する。さらに本発明は、その多段ロータリ型流体機械を用いた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒の膨張エネルギーを膨張機で回収し、その回収したエネルギーを圧縮機の仕事の一部として利用する動力回収式の冷凍サイクル装置が提案されている。例えば、そうした冷凍サイクル装置に適用する膨張機として、特開２００５−１０６０４６号公報に示すような２段ロータリ型膨張機が検討されている。
【０００３】
図１０Ａ，図１０Ｂは、従来の２段ロータリ型膨張機２００の横断面図である。図１０Ａが１段目のシリンダ２０５（第１シリンダ２０５）を示しており、図１０Ｂが２段目のシリンダ２０６（第２シリンダ２０６）を示している。第１シリンダ２０５に吸入された冷媒は、第１シリンダ２０５の作動室２１５ｂと、第２シリンダ２０６の作動室２１６ａと、両作動室２１５ｂ，２１６ａを連通する連通孔２０４ａとによって構成される膨張室で膨張する。第１シリンダ２０５と第２シリンダ２０６とは、中板によって上下に仕切られており、この中板を厚さ方向に貫通するように連通孔２０４ａが形成されている。このような構造を採用すると、冷媒を吸入する作動室２１５ａと、冷媒を膨張させる作動室２１５ｂ，２１６ａと、冷媒を吐出する作動室２１６ｂとを簡単に仕切ることができると同時に、吸入側の作動室２１５ａでは３６０°連続吸入が可能となり、吸入脈動の低減を図ることができる。
【発明の開示】
【０００４】
上記のような２段ロータリ型膨張機２００において、連通孔２０４ａの開口形状は、通常、円形である。以下、図１１Ａ〜図１１Ｄの動作説明図を参照しながら、連通孔２０４ａの作用について説明する。図１１Ａ〜図１１Ｄは、シャフト２０３（図１０Ａ，図１０Ｂ参照）が反時計回りに回転するときの作動室２１５ａ，２１５ｂ，２１６ａ，２１６ｂと連通孔２０４ａとの連通状態を時系列で表している。各図は、いずれも上段が第１シリンダ２０５側、下段が第２シリンダ２０６側に対応している。作動室２１５ａ，２１５ｂ，２１６ａ，２１６ｂと連通孔２０４ａとの連通部分は、斜線で示している。
【０００５】
図１１Ａは、第１シリンダ２０５の作動室２１５ａと連通孔２０４ａとの連通が開始する瞬間を表している。第１シリンダ２０５の作動室２１５ａと連通孔２０４ａとの連通は、シャフト２０３の回転に伴って連通孔２０４ａが閉じた状態から徐々に開くことで始まる。図１１Ａの例によれば、第１シリンダ２０５の作動室２１５ａと連通孔２０４ａとの連通が開始する瞬間は、連通孔２０４ａの開口縁と第１シリンダ２０５の内周面との接点Ｑ１が、第１ピストン２０９と第１シリンダ２０５との接点Ｐ１に一致する瞬間である。この瞬間、第２シリンダ２０６側において、連通孔２０４ａ、作動室２１６ａおよび吐出ポート２０６ｂの三者が連通している。
【０００６】
図１１Ｂは、第１ピストン２０９と第２ピストン２１０が共に上死点にある瞬間、すなわち、第１ベーン２１１と第２ベーン２１２とが最も押し込まれた瞬間を表している。第１シリンダ２０５および第２シリンダ２０６は、いずれも、この瞬間だけ、作動室が２つに仕切られていない。連通孔２０４ａは、第１シリンダ２０５の作動室２１５（２１５ａ＋２１５ｂ）および第２シリンダ２０６の作動室２１６（２１６ａ＋２１６ｂ）と連通している。ところが、注意深く観察してみると、第１シリンダ２０５の作動室２１５と吸入ポート２０５ｂも連通し、さらに、第２シリンダ２０６の作動室２１６と吐出ポート２０６ｂも連通している。つまり、吸入ポート２０５ｂから吸入された冷媒が、第１シリンダ２０５の作動室２１５、連通孔２０４ａおよび第２シリンダ２０６の作動室２１６をこの順番に通って、吐出ポート２０６ｂに直接吹き抜けることができる。
【０００７】
次に、図１１Ｃに示す状態までシャフト２０３が回転すると、連通孔２０４ａと第２シリンダ２０６の作動室２１６ａ，２１６ｂとの連通がいったん終了する。図１１Ｃの例によれば、連通孔２０４ａと第２シリンダ２０６の作動室２１６ａとの連通が開始する瞬間は、連通孔２０４ａの開口縁と第２シリンダ２０６の内周面との接点Ｑ２が、第２ピストン２１０と第２シリンダ２０６との接点Ｐ２に一致する瞬間である。
【０００８】
図１１Ｄは、図１１Ｃからシャフト２０３が２０°回転した状態を表している。第１シリンダ２０５の作動室２１５ｂと、第２シリンダ２０６の作動室２１６ａと、両作動室２１５ｂ，２１６ａを連通する連通孔２０４ａとによって膨張室が構成されている。
【０００９】
以上のように、この種の２段ロータリ型膨張機においては、連通孔２０４ａが開閉する前後で、冷媒が吸入ポートから吐出ポートに直接吹き抜けてしまう現象が起こる場合がある。この現象は、図１１Ａの状態から図１１Ｃの状態に至るまでの期間継続し、膨張機の性能を低下させる原因となりうる。
【００１０】
さらに、他の１つの問題点を説明する。
【００１１】
図１１Ｂは、ピストン２０９，２１０が上死点にある瞬間を表している。第１シリンダ２０５および第２シリンダ２０６は、いずれも、この瞬間だけ、作動室が２つに仕切られていない。そして、シャフト２０３の回転に伴ってベーン２１１，２１２が前進を開始すると、新たに作動室２１５ａ，２１６ａが形成され始める（図１１Ｃ，図１１Ｄ参照）。
【００１２】
ところが、図１１Ｂの状態から図１１Ｃの状態に至るまでの期間は、その新たに形成される作動室２１６ａに連通孔２０４ａから冷媒が供給されない。つまり、第２シリンダ２０６の作動室２１６ａは、冷媒がない状態で無理やり体積を増大させており、このことが原因で、シャフト２０３の回転方向とは逆向きにブレーキトルクが発生しうる。
【００１３】
これらの問題は、２段ロータリ型膨張機だけでなく、２段ロータリ型圧縮機のような他の多段ロータリ型流体機械でも起こる可能性がある。
【００１４】
上記の問題に鑑み、本発明は、吸入ポートから吸入された作動流体（例えば冷媒）が、全く仕事をすることなく吐出ポートに吹き抜けてしまう現象が発生しえない、高効率の多段ロータリ型流体機械を提供することを目的とする。併せて、ブレーキトルクがなるべく発生しないようにする（発生期間をなるべく短くする）ことを目的とする。
【００１５】
すなわち、本発明は、
第１シリンダと、
第１シリンダの内外を貫くシャフトと、
シャフトに取り付けられ、第１シリンダ内で偏心回転する第１ピストンと、
シャフトを共有する形で第１シリンダと同心状に配置された第２シリンダと、
シャフトに取り付けられ、第２シリンダ内で偏心回転する第２ピストンと、
第１シリンダに形成された第１溝に装着され、第１シリンダと第１ピストンとの間の空間を第１吸入側空間と第１吐出側空間とに仕切る第１仕切り部材と、
第２シリンダに形成された第２溝に装着され、第２シリンダと第２ピストンとの間の空間を第２吸入側空間と第２吐出側空間とに仕切る第２仕切り部材と、
第１吐出側空間と第２吸入側空間とを連通して１つの作動室を形成する連通孔を有するとともに、第１シリンダと第２シリンダとを隔てる中板と、
第１吸入側空間に作動流体を吸入させるための吸入ポートと、
第２吐出側空間から作動流体を吐出させるための吐出ポートと、を備え、
連通孔は、吸入ポートから吐出ポートへの作動流体の直接的な吹き抜けが、シャフトの全回転角度で生じえないように、その開口形状および位置が設定されている、多段ロータリ型流体機械を提供する。
【００１６】
さらに、本発明は、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、
放熱器で放熱した冷媒を膨張させる膨張機と、
膨張機で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、を備え、
膨張機が、上記多段ロータリ型流体機械によって構成されている、冷凍サイクル装置を提供する。
【００１７】
上記本発明によれば、吸入ポートから吐出ポートに冷媒が直接的な吹き抜ける現象が起こらなくなるので、高効率の多段ロータリ型流体機械を提供することが可能となる。本発明にかかる多段ロータリ型流体機械を冷凍サイクル装置の膨張機として用いた場合には、冷媒の膨張エネルギーを無駄なく回収することが可能となるので、成績係数の向上効果を期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。ロータリ型膨張機やロータリ型圧縮機に代表されるロータリ型流体機械は、ローリングピストン方式またはスイング方式に細分されるが、本発明はそのいずれに対しても適用可能である。本明細書ではローリングピストン方式の実施形態を説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態である２段ロータリ型膨張機の構成を示す縦断面図である。図２Ａは、図１の２段ロータリ型膨張機のＸ１−Ｘ１横断面図、図２Ｂは、Ｘ２−Ｘ２横断面図である。２段ロータリ型膨張機１００は、密閉容器１０２、発電機１０１および膨張機構１２０を備えている。
【００２０】
発電機１０１は、密閉容器１０２に固定されたステータ１０１ａと、シャフト１０３に固定されたロータ１０１ｂとを含む。シャフト１０３は、発電機１０１と膨張機構１２０とに共用されている。
【００２１】
膨張機構１２０は、上軸受部材１０７、第１シリンダ１０５、中板１０４、第２シリンダ１０６、下軸受部材１０８、第１ピストン１０９、第２ピストン１１０、第１ベーン１１１、第２ベーン１１２、第１バネ１１３、第２バネ１１４およびシャフト１０３を備えており、いわゆる２段ロータリ型の構成になっている。シャフト１０３は、中板１０４によって互いに隔てられた第１シリンダ１０５と第２シリンダ１０６を貫通し、上軸受部材１０７および下軸受部材１０８によって回転可能に支持されている。シャフト１０３には、半径方向の外向きに突出する形で、第１偏心部１０３ａと第２偏心部１０３ｂとが設けられている。第１偏心部１０３ａには、第１シリンダ１０５の内部に配置されたリング状の第１ピストン１０９が嵌合している。第２偏心部１０３ｂには、第２シリンダ１０６の内部に配置された第２ピストン１１０が嵌合している。
【００２２】
図２Ａに示すごとく、第１シリンダ１０５には第１ベーン溝１０５ａが形成されている。第１ベーン溝１０５ａには、第１ベーン１１１がスライド可能、言い換えれば、長手方向に進退可能に装着されている。第１バネ１１３は、第１ベーン１１１の背面側に配置されており、一端が第１シリンダ１０５に接触し他端が第１ベーン１１１に接触して第１ベーン１１１を第１ピストン１０９に押し付けている。また、図２Ｂに示すごとく、第２シリンダ１０６には第２ベーン溝１０６ａが形成されている。第２ベーン溝１０６ａには、第２ベーン１１２がスライド可能、言い換えれば、長手方向に進退可能に装着されている。第２バネ１１４は、第２ベーン１１２の背面側に配置されており、一端が第２シリンダ１０６に接触し他端が第２ベーン１１２に接触して第２ベーン１１２を第２ピストン１１０に押し付けている。
【００２３】
なお、同じロータリ型でもスイング方式の場合には、ベーン１１１，１１２とピストン１０９，１１０とが一部品で構成され、ベーン１１１，１１２に相当する部分がピストン１０９，１１０に相当する部分とともに前後左右に揺動する。
【００２４】
第１シリンダ１０５と第１ピストン１０９により形成される三日月形状の空間は、仕切り部材である第１ベーン１１１により、吸入側の作動室である第１吸入側空間１１５ａと、吐出側の作動室である第１吐出側空間１１５ｂとに仕切られている。また、第２シリンダ１０６と第２ピストン１１０により形成される三日月形状の空間は、仕切り部材である第２ベーン１１２により、吸入側の作動室である第２吸入側空間１１６ａと、吐出側の作動室である第２吐出側空間１１６ｂとに仕切られている。
【００２５】
第１シリンダ１０５に形成されている吸入ポート１０５ｂは、第１吸入側空間１１５ａに連通している。吸入ポート１０５ｂには、密閉容器１０２の内外を貫く吸入管１１７が接続されている。中板１０４には、厚さ方向に貫通する形で連通孔１０４ａが形成されており、その連通孔１０４ａにより、第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂと第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａとが連通して１つの作動室（膨張室）を形成している。第２シリンダ１０６に形成されている吐出ポート１０６ｂは、第２吐出側空間１１６ｂに連通している。吐出ポート１０６ｂには、密閉容器１０２の内外を貫く吐出管１１８が接続されている。
【００２６】
なお、吸入ポート１０５ｂは、中板１０４の反対側に位置して第１シリンダ１０５を閉塞する部材（本実施形態では上軸受部材１０７）に形成されていてもよい。同様に、吐出ポート１０６ｂは、中板１０４の反対側に位置して第２シリンダ１０６を閉塞する部材（本実施形態では下軸受部材１０８）に形成されていてもよい。
【００２７】
本実施形態の２段ロータリ型膨張機１００は、第１シリンダ１０５の内径と第２シリンダ１０６の内径とが等しく、第１ピストン１０９の外径と第２ピストン１１０の外径とが等しく、第１シリンダ１０５の高さと第２シリンダ１０６の高さが相違する。したがって、第２吸入側空間１１６ａと第２吐出側空間１１６ｂの合計体積は、第１吸入側空間１１５ａと第１吐出側空間１１５ｂの合計体積よりも大であり、第１シリンダ１０５側よりも第２シリンダ１０６側の方が押しのけ容積が大である。ただし、押しのけ容積の大小関係が本実施形態のごとく適切である限り、シリンダの内径、シリンダの高さおよびピストンの外径の少なくとも１つが相違していてもよい。
【００２８】
また、第１シリンダ１０５と第２シリンダ１０６とは同心状の配置となっているが、第１ベーン１１１と第２ベーン１１２とは、シャフト１０３の回転軸Ｏの周りにおいて互いに所定角度ずれた配置となっている。第１ベーン１１１と第２ベーン１１２のなす角度は、例えば数十度の鋭角でありうる。さらに、シャフト１０３の第１偏心部１０３ａと第２偏心部１０３ｂとは、シャフト１０３の回転軸Ｏの周りにおいて突出する向き（偏心方向）が相違している。この突出向きの相違は、第１ベーン１１１と第２ベーン１１２のなす角度θ（図３Ｂ参照）に一致している。つまり、第１ピストン１０９が上死点（第１ベーン１１１を最も押し上げる位置）に到達するタイミングと、第２ピストン１１０が上死点（第１ベーン１１２を最も押し上げる位置）に到達するタイミングとが一致する。このような構成によれば、第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂと第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａで形成される膨張室の体積を円滑に増加させることができ、膨張機１００の回収動力が最大化する。なお、本明細書では、ピストンが上死点に到達するタイミングのことを、「ピストンの上死点のタイミング」と記すことがある。
【００２９】
また、連通孔１０４ａは、第１ベーン１１１と第２ベーン１１２とによって挟まれた角度領域内において、第１シリンダ１０５から第２シリンダ１０６に向かって延びるように、中板１０４に形成されている。このような構成とすることにより、シャフト１０３の回転軸Ｏに平行な方向（軸方向）に関する連通孔１０４ａの長さを最小とすることができ、連通孔１０４ａを冷媒が通過する際の圧力損失の低減を図ることができる。
【００３０】
次に、膨張機１００の作用について説明する。
高圧の冷媒は、図２Ａに示す吸入管１１７から吸入ポート１０５ｂを経て、第１シリンダ１０５の第１吸入側空間１１５ａに吸入される。シャフト１０３の回転に伴って第１吸入側空間１１５ａの容積が拡大する。シャフト１０３がさらに回転すると、第１吸入側空間１１５ａは、第１吐出側空間１１５ｂへと移行し、吸入行程が終了する。高圧の冷媒は、連通孔１０４ａを通じて第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂから第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａに移動する。そして、第１吐出側空間１１５ｂ、連通孔１０４ａおよび第２吸入側空間１１６ａからなる膨張室全体の容積が増加する方向、すなわち、第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂの容積が減少し、第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａの容積が増加する方向にシャフト１０３が回転し、発電機１０１を駆動する。シャフト１０３の回転に伴って第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂは消滅する。第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａは、吐出ポート１０６ｂと連通する第２吐出作動室１１６ｂへと移行し、膨張行程が終了する。そして、低圧となった冷媒は吐出ポート１０６ｂから吐出管１１８に吐出される。
【００３１】
図２Ａに示すごとく、第１シリンダ１０５側において、連通孔１０４ａの開口の位置と、吸入ポート１０５ｂの位置とは、それぞれ、第１ベーン１１１の左右に振り分ける形で設定されている。また、第２シリンダ１０６側において、連通孔１０４ａの開口の位置と、吐出ポート１０６ｂの位置とは、それぞれ、第２ベーン１１２の左右に振り分ける形で設定されている。このようにすれば、膨張室として使えない空間がシリンダ１０５，１０６内に生ずることを抑制でき、膨張室の容積を大きく確保することが可能となる。
【００３２】
本実施形態では、吸入ポート１０５ｂにバルブを設けていないので、吸入管１１７を通って膨張機構１２０に案内された冷媒は、シャフト１０３の全回転角度で第１吸入側空間１１５ａに吸入されうる。また、吐出ポート１０６ｂにもバルブを設けていないので、膨張機構１２０で膨張した冷媒は、シャフト１０３の全回転角度で第２吐出側空間１１６ｂから吐出ポート１０６ｂを経由して吐出管１１８へと吐出されうる。このように、３６０°連続吸入および３６０°連続吐出を可能とすれば、騒音や振動の原因となる吸入脈動および吐出脈動を抑制することができる。
【００３３】
図１１Ａ〜図１１Ｄで説明したように、従来の２段ロータリ型膨張機によれば、３６０°連続吸入および３６０°連続吐出が可能であるものの、冷媒が全く膨張することなく吸入ポートから吐出ポートに吹き抜けることができる期間が存在する場合がある。これに対し、本実施形態の２段ロータリ型膨張機１００は、そのような吹き抜け現象が、シャフト１０３の全回転角度で起こりえないように、連通孔１０４ａの開口形状（大きさを含む）および位置が設定されている。以下、図３Ａ〜図３Ｄを用いて説明を行う。図３Ａ〜図３Ｄは、先に示した図１１Ａ〜図１１Ｄと同様の動作説明図である。
【００３４】
図３Ａは、第１シリンダ１０５の第１吸   入側空間１１５ａと連通孔１０４ａとの連通が開始する瞬間を表している。この瞬間は、第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂと連通孔１０４ａとの連通が終了する瞬間でもある。第１吐出側空間１１５ｂの容積はゼロに近い。第２シリンダ１０６側では、連通孔１０４ａが第２ピストン１１０によって塞がれて全閉となっている。第２吐出側空間１１６ｂの容積もゼロに近い。連通孔１０４ａの開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＡＢが第２ピストン１１０の外形に一致している。
【００３５】
図３Ｂは、第１ピストン１０９と第２ピストン１１０が共に上死点にある瞬間、すなわち、第１ベーン１１１と第２ベーン１１２とが最も押し込まれた瞬間を表している。第１ピストン１０９が上死点にある瞬間は、第１ピストン１０９と第１シリンダ１０５との間の空間１１５が１つにつながっている。同様に、第２ピストン１１０が上死点にある瞬間は、第２ピストン１１０と第２シリンダ１０６との間の空間１１６が１つにつながっている。連通孔１０４ａと第１シリンダ１０５の空間１１５（１１５ａ＋１１５ｂ）との連通は始まっているが、第２シリンダ１０６の空間１１６（１１６ａ＋１１６ｂ）との連通は未だ始まっていない。
【００３６】
図３Ｃは、連通孔１０４ａと第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａとの連通が開始する瞬間を表している。
【００３７】
図３Ｄは、図３Ｃからシャフト１０３が２０°回転した瞬間を表している。第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂと、第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａと、連通孔１０４ａとによって膨張室が構成されている。
【００３８】
吹き抜け現象の発生を防ぐには、吸入ポート１０５ｂと、第１シリンダ１０５の第１吸入側空間１１５ａと、連通孔１０４ａとが連通する期間において、連通孔１０４ａと、第２シリンダ１０６の第２吐出側空間１１６ｂと、吐出ポート１０６ｂとが連通していなければよい。このことが実現されるように、連通孔１０４ａの開口形状および位置、ならびに、第１ピストン１０９および第２ピストン１１０の位相を設定することができる。
【００３９】
吸入ポート１０５ｂと連通孔１０４ａとが連通する期間は、図３Ａ〜図３Ｃに相当する期間である。具体的には、連通孔１０４ａの開口縁と第１シリンダ１０５の内周面との接点Ｑ１が第１ピストン１０９と第１シリンダ１０５との接点Ｐ１に一致する瞬間から、第１ピストン１０９と第１シリンダ１０５との接点Ｐ１が吸入ポート１０５ｂの形成されている角度範囲を通り過ぎるまで、言いかえれば、吸入ポート１０５ｂの全部が第１吸入側空間１１５ａに露出するまでである。吸入ポート１０５ｂや吐出ポート１０６ｂの形成されている角度範囲は、吸入管１１７や吐出管１１８の内径に対応する。一方、図３Ａ〜図３Ｃに相当する期間、連通孔１０４ａの第２シリンダ１０６側の開口は、第２ピストン１１０で塞がれており、第２シリンダ１０６の第２吐出側空間１１６ｂと連通孔１０４ａとは連通しない。したがって、冷媒が吸入ポート１０５ｂから吐出ポート１０６ｂに直接吹き抜ける現象は起こりえず、動力回収に寄与しない冷媒が皆無となり、２段ロータリ型膨張機の効率が改善する。
【００４０】
図３Ａの上段図に示すごとく、第１シリンダ１０５側における連通孔１０４ａの開口形状は、円形である。ただし、円形に限定されるわけではなく、後述する楕円形や扇形など、他の形状も採用可能である。また、連通孔１０４ａの第１シリンダ１０５側の開口縁が、第１シリンダ１０５の内周面と、第１ベーン１１１の可動域との双方に接するように、連通孔１０４ａの位置を定めることができる。このようにすれば、膨張室として働かない空間の削減に有利であり、シャフト１０３の回転方向と逆方向のブレーキトルクの発生を抑制することができる。
【００４１】
他方、図３Ａの下段図に示すごとく、第２シリンダ１０６側は、開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＡＢ（第１区間）が、第２ピストン１１０と直径が等しく、かつ第２シリンダ１０６と内接する仮想円に重なるように、連通孔１０４ａの位置が設定されている。具体的には、連通孔１０４ａの開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＡＢが、当該連通孔１０４ａと第１吐出側空間１１５ｂとの連通が遮断する瞬間（図３Ａの瞬間）における第２ピストン１１０の外形に沿った円弧状になっている。第１吐出側空間１１５ｂと連通孔１０４ａとの連通が遮断する瞬間と、第２吸入側空間１１６ａと連通孔１０４ａとの連通が遮断する瞬間とが一致するように、第１ピストン１０９および第２ピストン１１０の位相が設定されている。このようにすれば、シャフト１０３の全回転角度で、冷媒が吸入ポート１０５ｂから吐出ポート１０６ｂに直接吹き抜けてしまうことを防止できるとともに、冷媒が連通孔１０４ａを通過する際の圧力損失もなるべく小さくすることができる。
【００４２】
ただし、図３Ａの瞬間に、連通孔１０４ａの開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＡＢが第２ピストン１１０の外形に重なっていなくてもよい。すなわち、第２シリンダ１０６側における連通孔１０４ａの開口縁ＡＢＣＤの全部が、当該連通孔１０４ａと第１吸入側空間１１５ａとの連通が開始する図３Ａの瞬間における第２ピストン１１０の外形よりもシャフト１０３の中心側に位置していてもよい。この場合にも、同様の吹き抜け防止の効果を得ることができる。
【００４３】
また、第２シリンダ１０６側における連通孔１０４ａの開口縁ＡＢＣＤの全部が、第２シリンダ１０６の内周面から離間している。このようにすれば、吸入ポート１０５ｂと第１シリンダ１０５の第１吸入側空間１０５ａと連通孔１０４ａとの三者が連通している期間が経過するまで、第２シリンダ１０６側で連通孔１０４ａが全閉の状態を維持することが可能となる。
【００４４】
なお、本実施形態では、第１シリンダ１０５側と第２シリンダ１０６側とで、連通孔１０４ａの開口形状を異ならせてあるが、この開口形状の相違は、次のようにして作り出すことができる。図４Ａに示すように、まず、中板１０４を厚さ方向に貫き、横断面形状が円形の貫通孔ＴＨを形成する。次に、その貫通孔ＴＨの周りを浅く掘削して座ぐり１０４ｐ，１０４ｑを設け、その座ぐり１０４ｐ，１０４ｑを含む連通孔１０４ａを形成する。このようにすれば、中板１０４の裏表で連通孔１０４ａの開口形状を自由に調整することが可能である。第２シリンダ１０６側における連通孔１０４ａの開口縁ＡＢＣＤは、座ぐり１０４ｑによって形成される。座ぐり１０４ｐ，１０４ｑの加工は比較的容易なのでコスト増の問題もない。このような座ぐりは、第２シリンダ１０６側にのみ設けられていてもよいし、第１シリンダ１０５側にのみ設けられていてもよい。また、図４Ｂに示すごとく、中板１０４に形成する貫通孔ＴＨは、横断面形状が楕円を示す斜め孔であっても構わない。なお、座ぐり１０４ｐ，１０４ｑによって規定される開口面積を、第１シリンダ１０５側と第２シリンダ１０６側とで一致させることが、圧力損失の増大を防ぐうえで好ましい。
【００４５】
また、連通孔１０４ａは、第２シリンダ１０６側の開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＡＤ（第２区間）が、第２ベーン１１２の可動域に沿うように、その開口形状および位置を設定することができる。つまり、図３Ａに示すように、第２ベーン溝１０６ａの延長線上に連通孔１０４ａの開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＡＤが重なっている。第２ベーン１１２のなるべく近くに連通孔１０４ａを設けることは、膨張室として働かない空間の削減に有効であり、こうすることにより、第２吸入側空間１１６ａに冷媒がない状態でシャフト１０３が回転することに起因するブレーキトルクが低減する。
【００４６】
また、連通孔１０４ａは、開口縁ＡＢＣＤの全部が第１ベーン溝１０５ａと第２ベーン溝１０６ａとで挟まれる角度範囲内に収まるように、その開口形状および位置を設定することができる。第１ベーン溝１０５ａの延長線を中板１０４に投影し、その投影された延長線上に開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＢＣ（第３区間）を定めることができる。開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＣＤ（第４区間）を形成する点Ｃおよび点Ｄは、連通孔１０４ａの開口面積が、最終的に、第１シリンダ１０５側と第２シリンダ１０６側とで等しくなるように定めるとよい。本実施形態では、上記区間ＣＤを曲線としているが、これに限定されるわけではなく、直線であってもよい。
【００４７】
また、図３Ｃから分かるように、第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａと連通孔１０４ａとの連通が開始する瞬間に、第１シリンダ１０５側では、第１ピストン１０９の外周面と第１シリンダ１０５の内周面との接点Ｐ１が、吸入ポート１０５ｂの縁（シャフト１０３の回転方向前方側の縁）に位置していることが好ましい。つまり、吸入ポート１０５ｂと第１吐出側空間１１５ｂとの連通が絶たれる瞬間と、第１吐出側空間１１５ｂと連通孔１０４ａと第２吸入側空間１１６ａとの連通が開始する瞬間とが一致するように、第１ピストン１０９および第２ピストン１１０の位相を設定することができる。
【００４８】
第１吐出側空間１１５ｂと第２吸入側空間１１６ａとの連通が開始するよりも前に、吸入ポート１０５ｂと第１吐出側空間１１５ｂとの連通が絶たれると、その第１吐出側空間１１５ｂを満たす冷媒が圧縮作用を受ける可能性がある。また、第１吐出側空間１１５ｂと第２吸入側空間１１６ａとの連通が開始したにも関わらず、吸入ポート１０５ｂと第１吐出側空間１１５ｂとの連通が継続するようだと、吸入過程が長くなる分、膨張過程が短くなり、シリンダの大きさの割には膨張比が小さくなってしまう。
【００４９】
なお、（１）吸入ポート１０５ｂと第１吐出側空間１１５ｂとの連通が絶たれた瞬間からシャフト１０３が微小角度（例えば１度〜３度、好ましくは１度〜２度）回転したら、第１吐出側空間１１５ｂと第２吸入側空間１１６ａとの連通が開始する、（２）第１吐出側空間１１５ｂと第２吸入側空間１１６ａとの連通が開始してからシャフト１０３が微小角度（例えば１度〜３度、好ましくは１度〜２度）回転したら、吸入ポート１０５ｂと第１吐出側空間１１５ｂとの連通が絶たれる、という具合に、吸入ポート１０５ｂと第１吐出側空間１１５ｂとの連通が絶たれる瞬間（吸入完了タイミング）と、第１吐出側空間１１５ｂと第２吸入側空間１１６ａとの連通が開始する瞬間（膨張開始タイミング）とが多少前後していたとしてもよい。冷媒の吹き抜け現象が起こりうるわけではなく、両タイミングのズレがごく短い期間であれば、効率的な膨張エネルギーの回収にほとんど影響が及ばないと考えられるからである。
【００５０】
（第２実施形態）
図５Ａ〜図５Ｄに示すごとく、この第２実施形態では、第１ベーン１１１および第２ベーン１１２は、シャフト１０３の回転軸Ｏの周りにおいて、互いに一致する角度位置に配置されている。そして、第１ベーン１１１および第２ベーン１１２の長手方向中心線と、シャフト１０３の回転軸Ｏとを含む平面を一方側から他方側に横切り、シャフト１０３の回転軸Ｏに対して傾いた方向に延びるように、連通孔１０４ｂが中板１０４に形成される。２つのベーン１１１，１１２が軸方向の上下で重なり合うこのような配置は、膨張機構１２０（図１参照）の全体的な寸法を小さくするのに有利である。中板１０４の板厚方向を斜めに貫く連通孔１０４ｂ（例えば図４Ｂで説明したような連通孔）を採用することにより、第１実施形態とほぼ同じ構造の膨張機構を採用できる。
【００５１】
先の第１実施形態では、第１ピストン１０９の偏心方向（＝第１偏心部１０３ａの偏心方向に一致する）と、第２ピストン１１０の偏心方向（＝第２偏心部１０３ｂの偏心方向に一致する）とが相違し、この結果、両ピストン１０９，１１０の上死点のタイミングが一致する。これに対し、本実施形態では、第１ベーン１１１の配置角度と第２ベーン１１２の配置角度とが一致し、第１ピストン１０９の偏心方向（位相）と第２ピストン１１０の偏心方向とが一致し、これにより、両ピストン１０９，１１０の上死点のタイミングが一致することとなる。
【００５２】
図５Ａは、第１シリンダ１０５の第１吸入側空間１１５ａと連通孔１０４ｂとの連通が開始する瞬間を表している。この瞬間は、連通孔１０４ｂが第２ピストン１１０によって塞がれた瞬間でもある。すなわち、第２シリンダ１０６側では、連通孔１０４ｂが第２ピストン１１０によって塞がれて全閉となっている。連通孔１０４ｂの開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＡＢが第２ピストン１１０の外形に一致している。中板１０４を斜めに穿孔することにより、第１シリンダ１０５側に現れる開口形状が楕円の連通孔１０４ｂが形成される。ただし、図４Ａで説明したような座ぐりを形成することにより、開口形状は自由に調整できる。
【００５３】
図５Ｂは、第１ピストン１０９と第２ピストン１１０が共に上死点にある瞬間、すなわち、第１ベーン１１１と第２ベーン１１２とが最も押し込まれた瞬間を表している。連通孔１０４ｂと第１シリンダ１０５の空間１１５（１１５ａ＋１１５ｂ）との連通は始まっているが、第２シリンダ１０６の空間１１６（１１６ａ＋１１６ｂ）との連通は未だ始まっていない。
【００５４】
図５Ｃは、連通孔１０４ｂと第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａとの連通が開始する瞬間を表している。この瞬間になって初めて、連通孔１０４ｂから第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａへの冷媒の供給が開始される。
【００５５】
図５Ｄは、図５Ｃからシャフト１０３が２０°回転した瞬間を表している。第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂと、第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａと、連通孔１０４ｃとによって膨張室が構成されている。
【００５６】
図５Ａ〜図５Ｄから分かるように、本実施形態においても、吸入ポート１０５ｂから吐出ポート１０６ｂに冷媒が吹き抜けることができる期間は存在しない。
【００５７】
（第３実施形態）
第１実施形態では、第２シリンダ１０６の内周面から開口縁ＡＢＣＤが離間するように、連通孔１０４ａの開口形状および位置が設定されている。これに対し、本実施形態では、図６Ａ〜図６Ｄに示すごとく、第２シリンダ１０６の内周面に開口縁ＡＢＣＤが接するように、連通孔１０４ｃの開口形状および位置が設定されている。具体的には、開口縁ＡＢＣＤ上の１点である点Ａが第２シリンダ１０６の内周面上かつ第２ベーン溝１０６ｂ（図２Ｂ参照）の縁に設定されている。開口縁ＡＢＣＤの第１区間ＡＢは、第１実施形態と同様の円弧状である。残りの区間ＡＤ，ＢＣ，ＣＤについても、第１実施形態と同様に定めることができる。
【００５８】
本実施形態では、第１ベーン１１１および第２ベーン１１２が平面視で略Ｖ字型を示す配置になっている。この点は、第１実施形態と共通である。しかしながら、第１ピストン１０９が上死点に到達するタイミングと、第２ピストン１１０が上死点に到達するタイミングとが一致していない。
【００５９】
第１実施形態の連通孔１０４ａ（図３Ａ参照）と、本実施形態の連通孔１０４ｃとの相違は、開口縁ＡＢＣＤが第２シリンダ１０６の内周面に接しているか、それとも離間しているかという点にある。視点を全体に移してみると、第１ピストン１０９の上死点のタイミングと、第２ピストン１１０の上死点のタイミングとが相違している、という構成上の違いがある。
【００６０】
具体的には、図６Ｂに示すごとく、第２ピストン１１０の上死点のタイミングが、第１ピストン１０９の上死点のタイミングよりも早く到来するように、各ピストン１０９，１１０の偏心方向が設定されている。第１ベーン１１１と第２ベーン１１２がなす角度θと、第１偏心部１０３ａの偏心方向と第２偏心部１０３ｂの偏心方向とのなす角度αとが異なる。第２ピストン１０６の上死点のタイミングは、第１ピストン１０５の上死点のタイミングよりも（θ−α）度進んでいる。つまり、第２ピストン１０６の位相は、第１ピストン１０５の位相よりも（θ−α）度進んでいる。
【００６１】
図６Ａは、第１シリンダ１０５の第１吸入側空間１１５ａと連通孔１０４ｃとの連通が開始する瞬間を表している。第２シリンダ１０６側では、連通孔１０４ｃが第２ピストン１１０によって塞がれて全閉となっている。連通孔１０４ｃの開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＡＢが第２ピストン１１０の外形に一致している。第１シリンダ１０５と第１ピストン１０９との接点Ｐ１は、第１シリンダ１０５の内周面と連通孔１０４ｃとの接点Ｑ１にあり、第１ピストン１０９はあと少しで上死点に到達する。一方、第２シリンダ１０６と第２ピストン１１０との接点Ｐ２は、連通孔１０４ｃの開口縁ＡＢＣＤ上の点Ａにあり、第２ピストン１１０は既に上死点を通り越している。また、図６Ａの瞬間は、第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａと連通孔１０４ｃとの連通が始まる瞬間でもある。連通孔１０４ｃは、第１シリンダ１０５の第１吸入側空間１１５ａと、第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａとの双方に、同時に連通を開始する。
【００６２】
図６Ｂは、第１ピストン１０９が上死点に到達した瞬間を表している。連通孔１０４ｃは、第１シリンダ１０５の空間１１５と第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａとの双方に連通しているが、第２シリンダ１０６と第２ピストン１１０との接点Ｐ２が、吐出ポート１０６ｂへの経路を遮断しているので、吹き抜け現象は起こりえない。第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａに冷媒がない状態でシャフト１０３が回転する期間、すなわち、ブレーキトルクの発生する期間は、ほとんど存在しない。
【００６３】
図６Ｃは図６Ｂからシャフト１０３が２０°回転した瞬間を表し、図６Ｄは図６Ｃからシャフト１０３が２０°回転した瞬間を表している。連通孔１０４ｃは、第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂと第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａとの双方と連通しており、その連通面積が拡大しつつある。第１シリンダ１０５と第１ピストン１０９との接点Ｐ１が、シャフト１０３の回転方向における吸入ポート１０５ｂの縁に到達した時点から冷媒の膨張が始まる。
【００６４】
図６Ａ〜図６Ｄから分かるように、本実施形態においても、吸入ポート１０５ｂから吐出ポート１０６ｂに冷媒が吹き抜けることができる期間は存在しない。
【００６５】
このように、連通孔１０４ｃの開口形状および位置の設定と併せて、ピストン１０９，１１０の偏心方向の調整を行うことより、冷媒の吹き抜け現象が起こりえず、かつブレーキトルクの発生期間が極めて短い２段ロータリ型膨張機を提供できる。
【００６６】
（第４実施形態）
図７Ａ〜図７Ｄに示す第４実施形態は、（ｉ）第１ベーン１１１および第２ベーン１１２が互いに一致する角度に配置されている第２実施形態と、（ｉｉ）第２シリンダ１０６の内周面に開口縁ＡＢＣＤが接するように、連通孔１０４ｃの開口形状および位置が設定されている第３実施形態と、を組み合わせた実施形態と考えることができる。上死点のタイミングは、第３実施形態と同様、第１ピストン１０９と第２ピストン１１０とで相違している。
【００６７】
図７Ａは、第１シリンダ１０５の第１吸入側空間１１５ａと連通孔１０４ｄとの連通が開始する瞬間を表している。第２シリンダ１０６側では、連通孔１０４ｄが第２ピストン１１０によって塞がれて全閉となっている。連通孔１０４ｄの開口縁ＡＢＣＤの一部区間ＡＢが第２ピストン１１０の外形に一致している。第１シリンダ１０５と第１ピストン１０９との接点Ｐ１は、第１シリンダ１０５の内周面と連通孔１０４ｄとの接点Ｑ１にあり、第１ピストン１０９はあと少しで上死点に到達する。一方、第２シリンダ１０６と第２ピストン１１０との接点Ｐ２は、連通孔１０４ｄの開口縁ＡＢＣＤ上の点Ａにあり、第２ピストン１１０は既に上死点を通り越している。また、図７Ａの瞬間は、第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａと連通孔１０４ｄとの連通が始まる瞬間でもある。連通孔１０４ｄは、第１シリンダ１０５の第１吸入側空間１１５ａと、第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａとの双方に、同時に連通を開始する。
【００６８】
図７Ｂは、第１ピストン１０９が上死点に到達した瞬間を表している。連通孔１０４ｄは、第１シリンダ１０５の空間１１５と第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａとの双方に連通しているが、第２シリンダ１０６と第２ピストン１１０との接点Ｐ２が、吐出ポート１０６ｂへの経路を遮断しているので、吹き抜け現象は起こりえない。
【００６９】
図７Ｃは図７Ｂからシャフト１０３が２０°回転した瞬間を表し、図７Ｄは図７Ｃからシャフト１０３が２０°回転した瞬間を表している。連通孔１０４ｄは、第１シリンダ１０５の第１吐出側空間１１５ｂと第２シリンダ１０６の第２吸入側空間１１６ａの双方と連通しており、その連通面積が拡大しつつある。第１シリンダ１０５と第１ピストン１０９との接点Ｐ１が、シャフト１０３の回転方向における吸入ポート１０５ｂの縁に到達した時点から冷媒の膨張が始まる。
【００７０】
図７Ａ〜図７Ｄから分かるように、本実施形態においても、吸入ポート１０５ｂから吐出ポート１０６ｂに冷媒が吹き抜けることができる期間は存在しない。
【００７１】
（第５実施形態）
第１〜第４実施形態は、第１シリンダと第２シリンダの内径が等しく、かつ第１ピストンと第２ピストンの外径が等しい構成であったが、そうした構成は本発明に必須ではない。図８Ａ〜図８Ｄに示すごとく、本実施形態では、大径の第１シリンダ１０５’と小径の第２シリンダ１０６とが採用されている。第１ピストン１０９と第２ピストン１１０の外径は等しいので、第２シリンダ１０６側の押しのけ容積が大きくなるように、第２シリンダ１０６の高さは、第１シリンダ１０５’の高さよりも大きく設定されている。
【００７２】
シリンダの内径が相違するという点を除き、本実施形態は、第３実施形態と共通の構成となっている。すなわち、図８Ａ〜図８Ｄは、図６Ａ〜図６Ｄに対応している。本実施形態においても、吸入ポート１０５ｂから吐出ポート１０６ｂに冷媒が吹き抜けることができる期間は存在しない。
【００７３】
なお、第２シリンダの内径を第１シリンダの内径よりも大きくしたり、ピストンの外径を異ならせたりしてもよい。場合によっては、第１シリンダの高さと第２シリンダの高さとが一致していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本実施形態の２段ロータリ型膨張機１００は、冷凍サイクルにおける冷媒のような圧縮性流体から膨張エネルギーを回収する動力回収装置として有用である。
【００７５】
２段ロータリ型膨張機１００は、例えば、空調機や給湯機の主要部を構成する冷凍サイクル装置に適用することができる。図９に示すように、冷凍サイクル装置５００は、冷媒を圧縮する圧縮機５０１と、圧縮機５０１で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器５０２と、放熱器５０２で放熱した冷媒を膨張させる２段ロータリ型膨張機１００と、２段ロータリ型膨張機１００で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器５０４とを備えている。２段ロータリ型膨張機１００は、冷媒の膨張エネルギーを電力の形で回収する。回収された電力は、圧縮機５０１を作動させるために必要な電力の一部として使用される。ただし、２段ロータリ型膨張機１００のシャフトと、圧縮機５０１のシャフトとを連結することにより、冷媒の膨張エネルギーを電力に変換せずに、機械力の形で圧縮機５０１に直接伝達する形態も採用することができる。
【００７６】
なお、本明細書ではシリンダが２段のロータリ型流体機械（膨張機）を例示したが、シリンダが３段またはそれ以上であっても、本発明による効果を同様に享受することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる２段ロータリ型膨張機の縦断面図
【図２Ａ】図１に示す２段ロータリ型膨張機のＸ１−Ｘ１横断面図
【図２Ｂ】図１に示す２段ロータリ型膨張機のＸ２−Ｘ２横断面図
【図３Ａ】第１実施形態における連通孔と作動室との連通状態を示す動作説明図
【図３Ｂ】図３Ａに続く動作説明図
【図３Ｃ】図３Ｂに続く動作説明図
【図３Ｄ】図３Ｃに続く動作説明図
【図４Ａ】連通孔の縦断面図
【図４Ｂ】連通孔の他の例の縦断面図
【図５Ａ】第２実施形態における連通孔と作動室との連通状態を示す動作説明図
【図５Ｂ】図５Ａに続く動作説明図
【図５Ｃ】図５Ｂに続く動作説明図
【図５Ｄ】図５Ｃに続く動作説明図
【図６Ａ】第３実施形態における連通孔と作動室との連通状態を示す動作説明図
【図６Ｂ】図６Ａに続く動作説明図
【図６Ｃ】図６Ｂに続く動作説明図
【図６Ｄ】図６Ｃに続く動作説明図
【図７Ａ】第４実施形態における連通孔と作動室との連通状態を示す動作説明図
【図７Ｂ】図７Ａに続く動作説明図
【図７Ｃ】図７Ｂに続く動作説明図
【図７Ｄ】図７Ｃに続く動作説明図
【図８Ａ】第５実施形態における連通孔と作動室との連通状態を示す動作説明図
【図８Ｂ】図８Ａに続く動作説明図
【図８Ｃ】図８Ｂに続く動作説明図
【図８Ｄ】図８Ｃに続く動作説明図
【図９】図１に示す膨張機を用いた冷凍サイクル装置のブロック図
【図１０Ａ】従来の２段ロータリ型膨張機の横断面図
【図１０Ｂ】同じく従来の２段ロータリ型膨張機の横断面図
【図１１Ａ】従来の２段ロータリ型膨張機の問題点を明らかにする動作説明図
【図１１Ｂ】図１１Ａに続く動作説明図
【図１１Ｃ】図１１Ｂに続く動作説明図
【図１１Ｄ】図１１Ｃに続く動作説明図
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008026428.tif 000035
【図２Ａ】
2008026428.tif 000036
【図２Ｂ】
2008026428.tif 000037
【図３Ａ】
2008026428.tif 000038
【図３Ｂ】
2008026428.tif 000039
【図３Ｃ】
2008026428.tif 000040
【図３Ｄ】
2008026428.tif 000041
【図４Ａ】
2008026428.tif 000042
【図４Ｂ】
2008026428.tif 000043
【図５Ａ】
2008026428.tif 000044
【図５Ｂ】
2008026428.tif 000045
【図５Ｃ】
2008026428.tif 000046
【図５Ｄ】
2008026428.tif 000047
【図６Ａ】
2008026428.tif 000048
【図６Ｂ】
2008026428.tif 000049
【図６Ｃ】
2008026428.tif 000050
【図６Ｄ】
2008026428.tif 000051
【図７Ａ】
2008026428.tif 000052
【図７Ｂ】
2008026428.tif 000053
【図７Ｃ】
2008026428.tif 000054
【図７Ｄ】
2008026428.tif 000055
【図８Ａ】
2008026428.tif 000056
【図８Ｂ】
2008026428.tif 000057
【図８Ｃ】
2008026428.tif 000058
【図８Ｄ】
2008026428.tif 000059
【図９】
2008026428.tif 000060
【図１０Ａ】
2008026428.tif 000061
【図１０Ｂ】
2008026428.tif 000062
【図１１Ａ】
2008026428.tif 000063
【図１１Ｂ】
2008026428.tif 000064
【図１１Ｃ】
2008026428.tif 000065
【図１１Ｄ】
2008026428.tif 000066
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月6日(2008.2.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１シリンダと、
前記第１シリンダの内外を貫くシャフトと、
前記シャフトに取り付けられ、前記第１シリンダ内で偏心回転する第１ピストンと、
前記シャフトを共有する形で前記第１シリンダと同心状に配置された第２シリンダと、
前記シャフトに取り付けられ、前記第２シリンダ内で偏心回転する第２ピストンと、
前記第１シリンダに形成された第１溝に装着され、前記第１シリンダと前記第１ピストンとの間の空間を第１吸入側空間と第１吐出側空間とに仕切る第１仕切り部材と、
前記第２シリンダに形成された第２溝に装着され、前記第２シリンダと前記第２ピストンとの間の空間を第２吸入側空間と第２吐出側空間とに仕切る第２仕切り部材と、
前記第１吐出側空間と前記第２吸入側空間とを連通して１つの作動室を形成する連通孔を有するとともに、前記第１シリンダと前記第２シリンダとを隔てる中板と、
前記第１吸入側空間に作動流体を吸入させるための吸入ポートと、
前記第２吐出側空間から前記作動流体を吐出させるための吐出ポートと、を備え、
前記吸入ポートから前記吐出ポートへの前記作動流体の直接的な吹き抜けが、前記シャフトの全回転角度で生じえないように、前記連通孔の開口形状および位置が設定されているとともに、
前記第２シリンダ側における前記連通孔の開口縁の全部が、前記連通孔と前記第１吸入側空間との連通が開始する瞬間における前記第２ピストンの外形よりも前記シャフトの中心側に位置している、多段ロータリ型流体機械。
【請求項２】
前記第１シリンダ側において、前記連通孔の開口の位置と前記吸入ポートの位置とが、それぞれ、前記第１仕切り部材の左右に振り分ける形で設定されるとともに、
前記第２シリンダ側において、前記連通孔の開口の位置と前記吐出ポートの位置とが、それぞれ、前記第２仕切り部材の左右に振り分ける形で設定されている、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項３】
前記吸入ポートと、前記第１シリンダの前記第１吸入側空間と、前記連通孔とが連通する期間において、前記連通孔と、前記第２シリンダの前記第２吐出側空間と、前記吐出ポートとが連通しないように、前記連通孔の開口形状および位置、ならびに前記第１ピストンおよび前記第２ピストンの位相が設定されている、請求項２記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項４】
前記第２シリンダ側における前記連通孔の開口縁の一部区間が、前記第２ピストンと直径が等しく、かつ前記第２シリンダと内接する仮想円に重なる、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項５】
前記第２シリンダ側における前記連通孔の開口縁の一部区間が、当該連通孔と前記第１吐出側空間との連通が遮断する瞬間における前記第２ピストンの外形に沿う円弧状である、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項６】
前記第２シリンダ側における前記連通孔の開口縁の全部が、前記第２シリンダの内周面から離間している、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項７】
前記連通孔は、前記中板に形成された座ぐりを含み、その座ぐりによって前記第２シリンダ側における前記連通孔の開口縁が形成されている、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項８】
前記第１仕切り部材と前記第２仕切り部材とは、前記シャフトの回転軸の周りにおいて互いに所定角度ずれた配置となっており、
前記第１仕切り部材と前記第２仕切り部材とによって挟まれた角度領域内において、前記中板に前記連通孔が形成されている、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項９】
前記第１仕切り部材および前記第２仕切り部材は、前記シャフトの回転軸の周りにおいて互いに一致する角度位置に配置され、
前記第１仕切り部材および前記第２仕切り部材の長手方向中心線と、前記シャフトの回転軸とを含む平面を横切り、かつ前記シャフトの回転軸に対して傾いた方向に延びるように、前記連通孔が前記中板に形成されている、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項１０】
前記第２シリンダ側における前記連通孔の開口縁の一部区間が、前記第２仕切り部材の可動域に沿っている、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械。
【請求項１１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、
前記放熱器で放熱した冷媒を膨張させる膨張機と、
前記膨張機で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、を備え、
前記膨張機が、請求項１記載の多段ロータリ型流体機械によって構成されている、冷凍サイクル装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
すなわち、本発明は、
第１シリンダと、
第１シリンダの内外を貫くシャフトと、
シャフトに取り付けられ、第１シリンダ内で偏心回転する第１ピストンと、
シャフトを共有する形で第１シリンダと同心状に配置された第２シリンダと、
シャフトに取り付けられ、第２シリンダ内で偏心回転する第２ピストンと、
第１シリンダに形成された第１溝に装着され、第１シリンダと第１ピストンとの間の空間を第１吸入側空間と第１吐出側空間とに仕切る第１仕切り部材と、
第２シリンダに形成された第２溝に装着され、第２シリンダと第２ピストンとの間の空間を第２吸入側空間と第２吐出側空間とに仕切る第２仕切り部材と、
第１吐出側空間と第２吸入側空間とを連通して１つの作動室を形成する連通孔を有するとともに、第１シリンダと第２シリンダとを隔てる中板と、
第１吸入側空間に作動流体を吸入させるための吸入ポートと、
第２吐出側空間から作動流体を吐出させるための吐出ポートと、を備え、
吸入ポートから吐出ポートへの作動流体の直接的な吹き抜けが、シャフトの全回転角度で生じえないように、連通孔の開口形状および位置が設定されているとともに、
第２シリンダ側における連通孔の開口縁の全部が、連通孔と第１吸入側空間との連通が開始する瞬間における第２ピストンの外形よりもシャフトの中心側に位置している、多段ロータリ型流体機械を提供する。
【国際調査報告】
2008026428.tif 000067
2008026428.tif 000068