(57)【要約】  膨張機一体型圧縮機（３０）は、下側にオイル（４０）が貯留される密閉容器（１）と、密閉容器（１）内に設けられた電動機（２）と、密閉容器（１）内における電動機（２）の下方に配置され、冷媒を圧縮して密閉容器（１）内に吐出する圧縮機構（３）と、密閉容器（１）内における圧縮機構（３）の下方に配置された膨張機構（４）と、圧縮機構側シャフト（５）と膨張機構側シャフト（６）とを連結する連結機構（５０）と、を備える。圧縮機構側シャフト（５）には、圧縮機構（３）にオイルを供給するオイル供給経路（５３）が形成されている。オイル吸入孔（５３Ａ）は、圧縮機構側シャフト（５）における膨張機構（４）よりも上の部分に設けられている。
2008142822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オイルが溜められるオイル溜まりが底部に形成される密閉容器と、
前記密閉容器内に設けられた電動機と、
前記密閉容器内における前記電動機の下方に配置され、前記密閉容器外から吸入した作動流体を圧縮して前記密閉容器内に吐出する圧縮機構と、
前記密閉容器内における前記圧縮機構の下方に配置され、前記密閉容器外から吸入した作動流体を膨張させて前記密閉容器外に吐出する膨張機構と、
前記電動機、前記圧縮機構および前記膨張機構に連結された上下方向に延びるシャフトと、
前記オイル溜まりに溜められたオイルを前記圧縮機構に供給するオイル供給経路と、を備え、
前記オイル供給経路に向かってオイルを吸入するオイル吸入部は、前記膨張機構よりも上にある膨張機一体型圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記シャフトは、前記電動機と前記圧縮機構とを連結する圧縮機構側シャフトと、前記膨張機構に接続された膨張機構側シャフトとを有し、
前記圧縮機構と前記膨張機構との間で前記圧縮機構側シャフトと前記膨張機構側シャフトとを連結する連結機構をさらに備えた膨張機一体型圧縮機。
【請求項３】
請求項２に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記圧縮機構と前記膨張機構とは分離され、前記圧縮機構と前記膨張機構との間にはオイルで満たされる緩衝空間が形成されている膨張機一体型圧縮機。
【請求項４】
請求項３に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記オイル吸入部は、前記緩衝空間に臨んでいる膨張機一体型圧縮機。
【請求項５】
請求項３に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記連結機構は、前記緩衝空間内に配置されている膨張機一体型圧縮機。
【請求項６】
請求項３に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記緩衝空間内における前記オイル吸入部よりも下の位置に設けられ、オイルの流動を抑制する流動抑制板をさらに備えた膨張機一体型圧縮機。
【請求項７】
請求項６に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記流動抑制板は、中心側に前記シャフトを挿通させる孔が形成され、前記圧縮機構または前記膨張機構に固定された略環状板からなり、
前記略環状板の外周面と前記密閉容器の内周面との間にクリアランスが形成されている膨張機一体型圧縮機。
【請求項８】
請求項６に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記流動抑制板は、中心側に前記シャフトを挿通させる孔が形成され、外周側に半径方向内側に凹んだ凹部が形成された略環状板からなり、
前記略環状板は、前記密閉容器の内周面に固定されている膨張機一体型圧縮機。
【請求項９】
請求項２に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記圧縮機構側シャフトの内部には、前記圧縮機構側シャフトの軸方向に延びかつ少なくとも下方に開口した縦流路が形成され、
前記圧縮機構側シャフトの下端部には、前記縦流路の下側を塞ぐ閉止部材が嵌め込まれ、
前記圧縮機構側シャフトにおける前記閉止部材よりも上側の部分には、前記圧縮機構側シャフトの側方に開口し、前記縦流路につながる吸入孔が形成され、
前記縦流路が前記オイル供給経路を構成し、前記吸入孔が前記オイル吸入部を構成している膨張機一体型圧縮機。
【請求項１０】
請求項３に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記圧縮機構の下方に配置され、前記圧縮機側シャフトの外周面に対向する内周面を有し、前記圧縮機側シャフトを回転自在に支持する軸受をさらに備え、
前記圧縮機側シャフトの外周面または前記軸受の内周面には、上下に延びる溝が形成され、
前記溝の下端部は、前記緩衝空間に臨み、
前記溝が前記オイル供給経路を構成し、前記溝の下端部が前記オイル吸入部を構成している膨張機一体型圧縮機。
【請求項１１】
請求項２に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記密閉容器の内周面に固定された固定部材を備え、
前記膨張機構は、前記固定部材に固定されている膨張機一体型圧縮機。
【請求項１２】
請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記膨張機構は、第１膨張室と、この第１膨張室の下方に位置し、前記第１膨張室と連通路を通じて連通する、前記第１膨張室よりも容積の大きな第２膨張室とを有する２段ロータリ式のものである膨張機一体型圧縮機。
【請求項１３】
請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機と、
前記圧縮機構によって圧縮された冷媒を前記密閉容器から導く第１配管と、
前記第１配管によって導かれた冷媒を放熱させる放熱器と、
前記放熱器で放熱された冷媒を前記膨張機構に導く第２配管と、
前記膨張機構において膨張した冷媒を導く第３配管と、
前記第３配管によって導かれた冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器で蒸発した冷媒を前記圧縮機構に導く第４配管と、
を備えた冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、冷凍機、空調機、給湯機等の冷凍サイクル装置に利用される膨張機一体型圧縮機、およびそれを備えた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクル装置の一部を構成する流体機械として、図６に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機構４０２と、冷媒を膨張させ、冷媒が減圧膨張する際の膨張エネルギーを機械エネルギーに変換する膨張機構４０４とを一体化した膨張機一体型圧縮機４００が知られている（特開昭６２−７７５６２号公報参照）。この膨張機一体型圧縮機４００では、膨張機構４０４で変換される機械エネルギーは、圧縮機構４０２のシャフト４０５を回転させるエネルギーの一部として利用される。これにより、圧縮機構４０２に対する外部からの入力が減り、冷凍サイクル装置の効率が向上する。【０００３】
圧縮機構４０２は冷媒を断熱圧縮するので、圧縮機構４０２内において冷媒の温度は上昇する。そのため、圧縮機構４０２を構成する部材も、冷媒の温度上昇とともに温度が上昇する。他方、膨張機構４０４は、図示しない放熱器にて冷却された冷媒を吸入し、吸入した冷媒を断熱膨張させる。そのため、膨張機構４０４内において冷媒の温度は低下する。その結果、膨張機構４０４を構成する部材は、冷媒の温度低下とともに温度が低下する。したがって、特開昭６２−７７５６２号公報に記載のように、圧縮機構４０２と膨張機構４０４とを単純に一体化してしまうと、圧縮機構４０２の熱が膨張機構４０４に移動し、膨張機構４０４が加熱され、圧縮機構４０２が冷却される。この場合、図７のモリエル線図に示すように、理論サイクルと比較して、実質サイクルは、圧縮機構４０２から吐出される冷媒のエンタルピーが低下し（点Ｂ→点Ｂ１参照）、放熱器での加熱能力が低下したものとなる。また、膨張機構４０４から吐出される冷媒のエンタルピーが増加し（点Ｄ→点Ｄ１参照）、蒸発器での冷凍能力が低下する。しかし、放熱器や蒸発器の能力の低下は、冷凍サイクル装置の効率の低下を意味するので好ましくない。【０００４】
特に、冷凍サイクル装置を給湯機として用いる場合には、貯湯水の設定温度まで水を放熱器で加熱する必要がある。そのため、加熱に用いられる冷媒、すなわち圧縮機構４０２からの吐出冷媒の温度は、貯湯水の設定温度より必ず高くなければならない。しかしながら、圧縮機構４０２と膨張機構４０４との間で熱的な短絡が起きると、圧縮機構４０２の吐出冷媒の温度が低下するため、貯湯水の温度も低下する。そこで、この熱短絡によって生ずる圧縮機構４０２の吐出冷媒の温度低下を補うために、圧縮機構４０２の吐出冷媒圧力を上昇させる方法がある。図８のモリエル線図において、点Ａ→点Ｂ２→点Ｃ２→点Ｄ２は吐出温度制御理論サイクルを示し、点Ａ→点Ｂ３→点Ｃ２→点Ｄ３は吐出温度制御実質サイクルを示している。このように、冷媒をやや過剰に圧縮することとすれば、吐出冷媒の温度を上昇させることができるので、吐出冷媒の温度を実質的に目標温度に維持することができる。しかしながら、この方法では、圧縮機構４０２が余分な仕事を行うことになるので、電動機の消費電力が増大する。そのため、膨張機構４０４で動力回収を行う意義が損なわれる。【０００５】
こうした課題を解決するため、図９に示すように、圧縮機構５０１と膨張機構５０２との間に断熱材５０４を設ける構成が知られている（特開２００１−１６５０４０号公報参照）。なお、符号５０３は、圧縮機構５０１および膨張機構５０２に連結されたシャフトである。図９に示す構成によれば、圧縮機構５０１と膨張機構５０２との間に断熱材５０４を挟むため、圧縮機構５０１と膨張機構５０２との間での熱移動を低減させることができる。しかし、このような構成では、断熱材５０４の分のコストが上昇する。【０００６】
一方、断熱材を設けることなく、圧縮機構と膨張機構との間の熱移動の低減を図った膨張機一体型圧縮機も知られている（特開２００５−２６４８２９号公報参照）。特開２００５−２６４８２９号公報には、図１０に示すように、圧縮機構６０２と膨張機構６０４とを離して配置し、密閉容器６０１の内部を蒸発器から圧縮機構６０２に導かれる低圧冷媒で満たす構成が開示されている。【０００７】
また、図１１に示すように、密閉容器７０１の内部を低圧側空間７５２と高圧側空間７５１とに区画して、膨張機構７０２を低圧側空間７５２に設け、圧縮機構７０４を高圧側空間７５１に設ける構成が知られている（特開２００６−１０５５６４号公報参照）。図１１の膨張機一体型圧縮機では、低圧側空間７５２には圧縮機構７０４に吸入される前の吸入冷媒が導かれ、高圧側空間７５１には圧縮機構７０４の吐出冷媒が導かれる。【０００８】
図１０に示す構成によれば、圧縮機構６０２と膨張機構６０４とが分離されているので、圧縮機構６０２と膨張機構６０４との間の熱移動を低減させることができる。また、膨張機構６０４の周囲は、圧縮機構６０２に吸入される前の比較的低温の冷媒で満たされる。そのため、膨張機構６０４から吐出される冷媒のエンタルピーの増加を抑制することができる。なお、圧縮機構６０２とその吸入冷媒との間でも熱移動は起こるが、圧縮機構６０２から熱を受け取った冷媒は圧縮機構６０２で圧縮されて圧縮機構６０２を加熱する。そのため、圧縮機構６０２の吐出温度は低下しない。よって、圧縮機構６０２から吐出される冷媒のエンタルピーの低下は抑制される。【０００９】
しかしながら、このように密閉容器６０１の内部を低圧の冷媒で満たす構成では、圧縮機構６０２の吐出冷媒が吐出配管６０９から密閉容器６０１外に直接吐出されてしまう。そのため、密閉容器６０１の内部を圧縮機構６０２の吐出冷媒で満たす構成と比較して、密閉容器６０１外へのオイルの吐出量が増加してしまう。吐出されたオイルは、冷媒配管に付着して冷媒の圧力損失を増加させたり、放熱器や蒸発器の能力を低下させたりして、冷凍サイクル装置の性能に悪影響を及ぼす。【００１０】
一方、図１１に示す構成によれば、圧縮機構７０４の吐出冷媒は、いったん密閉容器７０１の高圧側空間７５１に開放され、その後、密閉容器７０１から放熱器に向けて吐出配管７０９を通じて吐出される。このように、吐出冷媒がいったん高圧側空間７５１に開放されるので、密閉容器７０１の内部において、圧縮機構７０４の吐出冷媒からオイルが分離されやすい。したがって、圧縮機構７０４の吐出冷媒が多量のオイルを伴って冷凍サイクル装置内を循環することはない。【００１１】
しかしながら、密閉容器７０１の内部を低圧側空間７５２と高圧側空間７５１とに仕切る構成をとっているため、膨張機構７０２と圧縮機構７０４とを連結するシャフト７０５が仕切部７５０を貫通する必要がある。そのため、このような構成では、シャフト７０５と仕切部７５０とのクリアランスからの冷媒漏れを防止するメカニカルシールが必須となる。したがって、シャフト７０５とメカニカルシールとの間において、摺動損失の増加が懸念される。【００１２】
このような膨張機一体型圧縮機における圧縮機構と膨張機構と電動機とのレイアウトに関しては、特開２００３−１３９０５９号公報に、図１２Ａ〜図１２Ｄに示すような４種類のレイアウトが提案されている。なお、図１２Ａ〜図１２Ｄ中、Ｃは圧縮機構、Ｍは電動機、Ｅは膨張機構、Ｐは油ポンプを示す。しかし、特開２００３−１３９０５９号公報には、それぞれのレイアウトでの具体的な構成は明示されていない。また、図１２Ａ〜図１２Ｄに示す各構成では、油ポンプから供給されたオイルは、シャフトに設けられたオイル供給路を通じて圧縮機構および膨張機構に供給される。すなわち、オイルは、圧縮機構および膨張機構のいずれか一方を通過した後、他方を通過することになる。そのため、圧縮機構と膨張機構との間には、オイルを介した熱移動が生じることになる。
【発明の開示】
【００１３】
こうした事情に鑑み、本発明は、オイルの吐出量を抑制するとともに、機械損失を増加させることなく圧縮機構と膨張機構との間の熱移動を低減することが可能な膨張機一体型圧縮機を提供することを目的とする。
【００１４】
本発明に係る膨張機一体型圧縮機は、オイルが溜められるオイル溜まりが底部に形成される密閉容器と、前記密閉容器内に設けられた電動機と、前記密閉容器内における前記電動機の下方に配置され、前記密閉容器外から吸入した作動流体を圧縮して前記密閉容器内に吐出する圧縮機構と、前記密閉容器内における前記圧縮機構の下方に配置され、前記密閉容器外から吸入した作動流体を膨張させて前記密閉容器外に吐出する膨張機構と、前記電動機、前記圧縮機構および前記膨張機構に連結された上下方向に延びるシャフトと、前記オイル溜まりに溜められたオイルを前記圧縮機構に供給するオイル供給経路と、を備え、前記オイル供給経路に向かってオイルを吸入するオイル吸入部は、前記膨張機構よりも上にあるものである。
【００１５】
上記本発明の膨張機一体型圧縮機によれば、密閉容器の内部に、電動機と圧縮機構と膨張機構とが、温度が高い順に上から配置されている。その結果、密閉容器の内部の冷媒とオイルとに、温度勾配に基づく温度成層が形成される。そのため、密閉容器の内部での冷媒やオイルの対流による熱の移動が低減できる。
【００１６】
また、圧縮機構にオイルを供給するオイル供給経路のオイル吸入部が、膨張機構よりも高い位置に配置されている。そのため、圧縮機構には、膨張機構よりも高い位置にある比較的高温のオイルが供給される一方、膨張機構には、上記オイル吸入部よりも低い位置にある比較的低温のオイルが供給される。すなわち、圧縮機構の潤滑に供される温度の高いオイルの循環を、膨張機構よりも上方で完結させ、温度の高いオイルから膨張機構が受熱することを防止できる。この結果、圧縮機構と膨張機構との間でのオイルを介した熱移動が抑制され、ひいては冷凍サイクル装置の効率が向上する。
【００１７】
さらに、本発明の膨張機一体型圧縮機は、圧縮機構の吐出冷媒がいったん密閉容器の内部空間に開放されて、その後、密閉容器から吐出される、いわゆる高圧シェル型である。したがって、圧縮機構の吐出冷媒からオイルを十分に分離することができ、オイル不足を招くおそれがない。
【００１８】
また、密閉容器の内部を高圧側空間と低圧側空間とに仕切る従来例（図１１参照）のように、高圧側空間と低圧側空間との間の冷媒の漏れを防止するメカニカルシールなどの特別な構造を、シャフトの周囲に設ける必要性がない。そのため、メカニカルシール等に起因するシャフトの機械損失の増大の問題も生じない。
【００１９】
以上のように、本発明によれば、オイルの吐出量を抑制するとともに、機械損失を増加
させることなく圧縮機構と膨張機構との間の熱移動を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態の膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図２】本発明に係る冷凍サイクル装置の構成図
【図３】本発明の第２の実施形態の膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図４】本発明の第３の実施形態の膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図５】変形例の膨張機一体型圧縮機の部分的な縦断面図
【図６】従来の膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図７】従来の冷凍サイクル装置のモリエル線図
【図８】従来の冷凍サイクル装置のモリエル線図
【図９】従来の膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図１０】従来の膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図１１】従来の膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図１２】Ａ〜Ｄは、従来の膨張機一体型圧縮機のレイアウト図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。【００２２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る膨張機一体型圧縮機３０の縦断面図である。図２は、膨張機一体型圧縮機３０が搭載された冷凍サイクル装置９０を表している。【００２３】
図１に示すように、膨張機一体型圧縮機３０は、商用電源８０（図２参照）から電力供給を受けて作動する電動機２と、冷媒を圧縮する圧縮機構３と、冷媒を膨張させる膨張機構４と、これらの要素２，３，４を収容する密閉容器１とを備えている。電動機２、圧縮機構３、膨張機構４は、上から下に向かって、この順に配置されている。密閉容器１の底部（なお、ここでいう「底部」とは、任意の所定位置を基準とした下側を意味し、絶対的な位置を意味する訳ではない。したがって、例えば、上記所定位置が密閉容器１の上下方向の中間位置よりも高い位置にある場合には、中間位置よりも高い位置も、「底部」に含まれる。）には、圧縮機構３および膨張機構４の各摺動部を潤滑するためのオイル４０が貯留されている。すなわち、密閉容器１の下側は、オイル貯留部（オイル溜まり）１２として利用されている。【００２４】
電動機２は、密閉容器１の内周面に取り付けられた固定子２ａと、固定子２ａの内側に配置された回転子２ｂとを有している。回転子２ｂには、圧縮機構側シャフト５が固定されている。圧縮機構側シャフト５の中途部は、軸受部材１５に回転自在に支持されている。密閉容器１の頂部にはターミナル７が設けられている。ターミナル７には、電線２１を介して固定子２ａが接続されている。【００２５】
電動機２（詳しくは回転子２ｂ）と圧縮機構３とは、圧縮機構側シャフト５を介して動力伝達可能に接続されている。本実施形態に係る圧縮機構３は、シリンダ３１およびピストン３２を有するロータリ式の圧縮機構である。ただし、本発明に係る圧縮機構３はロータリ式に限られず、他の回転式圧縮機構であってもよい。その具体的構成は何ら限定されない。シリンダ３１とピストン３２との間には圧縮室３３が形成されている。軸受部材１５には、吸入配管８から圧縮室３３に冷媒を導く吸入路３４が形成されている。シリンダ３１の下側には下軸受部材３５が設けられている。下軸受部材３５には、マフラー空間３５ａと、圧縮室３３で圧縮された冷媒をマフラー空間３５ａに導く流路３５ｂとが形成されている。また、下軸受部材３５、シリンダ３１および軸受部材１５には、マフラー空間３５ａ内の冷媒を軸受部材１５の上方に吐出する上下方向に延びる吐出路３６が形成されている。なお、下軸受部材３５の下側には、閉塞板３７が配置されていて、この閉塞板３７によってマフラー空間３５ａが下方から塞がれている。【００２６】
本実施形態に係る膨張機構４は、２つのシリンダ４１ａ，４１ｂと２つのピストン４２ａ，４２ｂとを有する２段ロータリ式の膨張機構である。ただし、本発明に係る膨張機構４はロータリ式に限られず、他の回転式膨張機構であってもよい。その具体的構成も何ら限定されるものではない。下側シリンダ４１ａの下側には、下軸受部材４４が配置されている。下側のシリンダ４１ａと上側のシリンダ４１ｂとの間には仕切部材４３が設けられている。上側のシリンダ４１ｂの上側には、軸受部材４５が設けられている。これら下軸受部材４４、下側のシリンダ４１ａ、仕切部材４３、上側のシリンダ４１ｂ、および軸受部材４５は、ボルト４６によって一体的に固定されている。下軸受部材４４には、マフラー空間４４ａと連通孔４４ｂとが形成されている。吸入配管１０は密閉容器１の下部を貫通し、下軸受部材４４に接続されている。吸入配管１０は、吸入冷媒をマフラー空間４４ａに導入する。下側のシリンダ４１ａとピストン４２ａとの間には、第１膨張室４７ａが形成されている。この第１膨張室４７ａは、連通孔４４ｂを介してマフラー空間４４ａと連通している。上側のシリンダ４１ｂとピストン４２ｂとの間には、第２膨張室４７ｂが形成されている。仕切部材４３には連通路４３ａが形成されており、第１膨張室４７ａと第２膨張室４７ｂとは連通路４３ａを通じて連通している。軸受部材４５には、第２膨張室４７ｂから吐出配管１１に冷媒を導く吐出路４８が形成されている。本実施形態の膨張機構４では、第１膨張室４７ａと連通路４３ａと第２膨張室４７ｂとの全体によって、冷媒の吸入過程、膨張過程および吐出過程を行う一つの膨張室が形成されている。【００２７】
本実施形態では、上側のシリンダ４１ｂの内径と下側のシリンダ４１ａの内径とを等しくした上で上側のシリンダ４１ｂの高さ（上下方向の厚み）を下側のシリンダ４１ａの高さよりも高くすることにより、第２膨張室４７ｂの容積を第１膨張室４７ａの容積よりも大きく設定している。ただし、第２膨張室４７ｂの容積を第１膨張室４７ａの容積よりも大きく設定する構成はこれに限らず、例えば、上側のシリンダ４１ｂの高さと下側のシリンダ４１ａの高さとを等しくした上で上側のシリンダ４１ｂの内径を下側のシリンダ４１ａの内径よりも大きくするようにしてもよい。【００２８】
膨張機構４には、ピストン４２ａ，４２ｂの回転に従って回転する膨張機構側シャフト６が設けられている。膨張機構側シャフト６と圧縮機構側シャフト５とは、連結機構５０を介して連結されている。連結機構５０の具体的構成は特に限定されないが、例えば、圧縮機構側シャフト５および膨張機構側シャフト６のそれぞれとスプライン嵌合等する円板状部材などを好適に用いることができる。【００２９】
圧縮機構３と膨張機構４とは上下方向に分離して配置されており、密閉容器１内における圧縮機構３と膨張機構４の間には、オイル４０で満たされた緩衝空間１３が形成されている。【００３０】
圧縮機構側シャフト５の内部には、オイル貯留部１２に溜められたオイルを圧縮機構３の摺動部に導くためのオイル供給経路５３が形成されている。オイル供給経路５３は、緩衝空間１３に臨み、圧縮機構側シャフト５の連結機構５０より上側の部分からオイルを吸い込むオイル吸入孔（オイル吸入部）５３Ａと、圧縮機構側シャフト５の中心を貫通する縦流路５３Ｂと、縦流路５３Ｂのオイルを摺動部まで供給するオイル供給孔５３Ｃと、を備えている。具体的には、圧縮機構側シャフト５の内部には、軸方向に延びる貫通孔が形成されている。圧縮機構側シャフト５の下端部には、閉止部材５３Ｄが嵌め込まれており、上記貫通孔の下側は閉止部材５３Ｄによって閉じられている。圧縮機構側シャフト５の下側には横孔５３Ａが形成されており、この横孔５３Ａによって、連結機構５０よりも上側の部分からオイルを吸い込むオイル吸入孔が構成されている。本実施形態では、オイル吸入孔５３Ａは、水平方向に開口している。ただし、オイル吸入孔５３Ａの開口方向は限定されず、例えば、水平方向から傾斜した方向であってもよい。また、縦流路５３Ｂは、少なくとも下方に開口していればよく、必ずしも圧縮機構側シャフト５を貫通する必要はない。【００３１】
緩衝空間１３のオイル吸入孔５３Ａよりも下の位置には、流動抑制板５２が設けられている。流動抑制板５２は略円環状に形成されており、流動抑制板５２の外径は密閉容器１の内径よりも若干小さくなっている。そのため、流動抑制板５２の外周面と密閉容器１の内周面との間には、クリアランス７０が形成されている。流動抑制板５２の中心部には、圧縮機構側シャフト５を挿通させる孔７１が形成されている。これにより、流動抑制板５２と圧縮機構側シャフト５との干渉が防止されている。流動抑制板５２は、圧縮機構３との間にスペーサ５５を介在させた状態で、圧縮機構３にボルト５４で固定されている。【００３２】
密閉容器１における流動抑制板５２よりも下の位置には、円筒形状の固定用部材５１が溶接や焼き嵌め等の方法により固定されている。この固定用部材５１には、膨張機構４がボルト６５によって固定されている。また、固定用部材５１には、オイル戻し用の切り欠き（図示せず）等が設けられている。【００３３】
膨張機構側シャフト６の内部にも、膨張機構４の摺動部にオイルを導くためのオイル供給経路７３が設けられている。オイル供給経路７３は、下方からオイルを吸い込むオイル吸入孔７３Ａと、膨張機構側シャフト６の中心を貫通する縦流路７３Ｂと、縦流路７３Ｂのオイルを摺動部まで供給するオイル供給孔７３Ｃと、を備えている。【００３４】
図２に示すように、冷凍サイクル装置９０は、膨張機一体型圧縮機３０の圧縮機構３と放熱器８３と膨張機構４と蒸発器８４とが順に環状に接続されてなる主冷媒回路９１と、膨張機構４をバイパスするバイパス回路９２とを備えている。圧縮機構３と放熱器８３とは、第１配管９５によって接続されている。放熱器８３と膨張機構４とは、第２配管９６によって接続されている。膨張機構４と蒸発器８４とは、第３配管９７によって接続されている。蒸発器８４と圧縮機構３とは、第４配管９８によって接続されている。バイパス回路９２には、流量調整が自在な弁９３が設けられている。なお、電源８０と電動機２との間には、インバータ８１が設けられている。圧縮機構側シャフト５と膨張機構側シャフト６とは、連結機構５０によって連結されることによって、一体となって回転するシャフト８２を構成している。【００３５】
次に、本実施形態の膨張機一体型圧縮機３０の動作を説明する。【００３６】
商用電源８０から供給される電力は、インバータ８１およびターミナル７を介して電動機２へ供給される。これにより、電動機２が駆動される。電動機２で生じた回転動力は、圧縮機構側シャフト５により圧縮機構３に伝達され、圧縮機構３を駆動する。【００３７】
圧縮機構３は、吸入配管８から低圧の冷媒を吸引して圧縮し、圧縮された高温高圧の冷媒を密閉容器１の内部に吐出する。密閉容器１の内部に吐出された冷媒は、吐出配管９から密閉容器１側に吐出される。詳しくは、吸入配管８から吸入された冷媒は、吸入路３４を通じて圧縮室３３に導かれ、圧縮室３３において圧縮される。圧縮された冷媒は、流路３５ｂ、マフラー空間３５ａおよび吐出路３６を順に流通し、軸受部材１５の上方に吐出される。軸受部材１５の上方に吐出された冷媒は、電動機２の周囲を流れた後、吐出配管９から密閉容器１の外部に吐出される。【００３８】
吐出配管９から吐出された冷媒は、第１配管９５を通じて放熱器８３に導かれる（図２参照）。この冷媒は、放熱器８３（図２参照）で放熱することによって冷却され、第２配管９６および吸入配管１０によって膨張機構４に導かれる。【００３９】
膨張機構４は、吸入配管１０からの冷媒を膨張させ、この際、冷媒の膨張エネルギーを回転動力に変換して回収し、膨張機構側シャフト６を回転駆動する。膨張機構側シャフト６は連結機構５０を介して圧縮機構側シャフト５と連結されているので、膨張機構側シャフト６の動力は圧縮機構側シャフト５に伝達される。このようにして、膨張機構４は、膨張エネルギーから得られる動力を、膨張機構側シャフト６と連結機構５０と圧縮機構側シャフト５とを介して、圧縮機構３を駆動する電動機２の動力に重畳する。具体的には、吸入配管１０から吸入された冷媒は、マフラー空間４４ａおよび連通孔４４ｂを通じて第１膨張室４７ａに導かれ、第１膨張室４７ａ、連通路４３ａおよび第２膨張室４７ｂにおいて膨張する。膨張した冷媒は、第２膨張室４７ｂから吐出路４８を経て吐出配管１１に至り、吐出配管１１から吐出される。【００４０】
吐出配管１１から吐出された低圧の冷媒は、第３配管９７を経た後、蒸発器８４で加熱され、蒸発する（図２参照）。蒸発器８４から流出した冷媒は、第４配管９８および吸入配管８に導かれて再び圧縮機構３に吸入され、圧縮される。【００４１】
上記の動作により、圧縮機構３は高温になる一方、膨張機構４は低温になる。すなわち、圧縮機構３は蒸発器８４を経て低圧蒸気になった冷媒を断熱圧縮するので、圧縮機構３内における圧縮過程の冷媒は、圧力と共に温度が上昇する。そのため、圧縮機構３は高温になる。一方、膨張機構４は放熱器８３を経て温度が低下した冷媒を断熱膨張させるので、膨張機構４内における膨張過程の冷媒は、圧力と共に温度が低下する。そのため、膨張機構４は低温になる。なお、密閉容器１の内部には、圧縮機構３から高温高圧の冷媒が吐出される。また、電動機２は、圧縮機構３を駆動する回転動力を発生させる際に、入力電力の一部を鉄損や銅損などで失い発熱する。【００４２】
本実施形態の膨張機一体型圧縮機３０では、発熱して温度が最も高くなる電動機２を密閉容器１内の上部に配置し、高温の圧縮機構３を中間に配置し、低温の膨張機構４を下部に配置している。すなわち、電動機２、圧縮機構３および膨張機構４を、温度の高いものから順に、上から下に配置している。そのため、密閉容器１内における冷媒およびオイルの自然対流が抑制され、密閉容器１の内部の冷媒およびオイルに温度成層が形成される。したがって、電動機２、圧縮機構３および膨張機構４の間に、内部の流体（冷媒またはオイル）を介した熱移動が生じにくい。【００４３】
さらに、膨張機一体型圧縮機３０によれば、圧縮機構３用のオイル吸入孔５３Ａを、連結機構５０より上部の圧縮機構側シャフト５に設けている。上述の通り、オイルには温度成層が形成されているので、連結機構５０より上側に位置するオイルは、連結機構５０より下側に位置するオイルよりも高温である。そのため、本実施形態によれば、高温の圧縮機構３に対して、比較的高温のオイルを供給することができる。したがって、オイルを介した圧縮機構３と膨張機構４との間の熱移動を抑制することができる。【００４４】
また、膨張機一体型圧縮機３０によれば、膨張機構４用のオイル吸入孔７３Ａは、密閉容器１の下端部近傍に設けられている。そのため、低温の膨張機構４に対して、比較的低温のオイルを供給することができる。したがって、この点においても、オイルを介した圧縮機構３と膨張機構４との間の熱移動を抑制することができる。【００４５】
このように、膨張機一体型圧縮機３０によれば、密閉容器１内には、上側に位置する圧縮機構３側のオイルの循環と、下側に位置する膨張機構４側のオイルの循環とが形成される。すなわち、圧縮機構３側と膨張機構４側とで、別々の循環が形成される。【００４６】
また、膨張機一体型圧縮機３０によれば、圧縮機構３によって圧縮された冷媒は、いったん密閉容器１内に吐出され、その後に吐出配管９を通じて密閉容器１外に吐出される。そのため、吐出冷媒に含まれるオイルは、吐出冷媒が密閉容器１内を流通する際に、吐出冷媒から分離される。したがって、吐出冷媒に含まれるオイルが密閉容器１外に流出することを抑制することができ、密閉容器１内におけるオイル不足を回避することができる。【００４７】
また、膨張機一体型圧縮機３０によれば、密閉容器１内を高圧側空間と低圧側空間とに仕切る必要がないので、高圧側空間と低圧側空間との間の冷媒の漏れを防止するメカニカルシールなどの特別な構造を、シャフト５の周囲に設ける必要性がない。そのため、メカニカルシール等に起因するシャフト５の機械損失を招くおそれがない。【００４８】
また、膨張機一体型圧縮機３０によれば、シャフト８２は圧縮機構側シャフト５と膨張機構側シャフト６とを有し、圧縮機構側シャフト５と膨張機構側シャフト６とは連結機構５０を介して連結されている。そのため、圧縮機構３および圧縮機構側シャフト５と、膨張機構４および膨張機構側シャフト６とを、それぞれ個別に組み立てた後に、それらを連結機構５０で連結することによって、全体を組み立てることができる。したがって、組立が容易になり、生産性の向上を図ることができる。【００４９】
さらに、膨張機一体型圧縮機３０によれば、圧縮機構３と膨張機構４との間に、オイルで満たされた緩衝空間１３が設けられている。そのため、圧縮機構３と膨張機構４とが直接接触することを防ぐことができ、圧縮機構３と膨張機構４との間の熱伝導を回避することができる。【００５０】
さらに、膨張機一体型圧縮機３０によれば、連結機構５０を緩衝空間１３に配置しているので、緩衝空間１３のオイルで連結機構５０を十分に潤滑することができる。【００５１】
さらに、膨張機一体型圧縮機３０によれば、緩衝空間１３のオイル吸入孔５３Ａより下の位置に流動抑制板５２を設けている。そのため、電動機２の回転によって密閉容器１内に冷媒の旋回流が発生し、それに伴って圧縮機構３の側の高温のオイルが流動したとしても、この高温のオイルが流動抑制板５２よりも下の低温のオイルと混合することは抑制される。すなわち、流動抑制板５２よりも上の高温のオイルが流動したとしても、その流動は流動抑制板５２によって抑制されるので、流動抑制板５２よりも下の低温のオイルが激しく攪拌されるおそれはない。したがって、高温のオイルと低温のオイルとが混合することを抑制することができ、オイルを介した圧縮機構３と膨張機構４との間の熱移動を効果的に抑制することができる。さらに、オイル吸入孔５３Ａは流動抑制板５２より上側の高温のオイルを取り込むことができる。【００５２】
さらに、流動抑制板５２は、密閉容器１の内周面との間にクリアランス７０が形成される大きさの略円環形板であり、その中心には、圧縮機構側シャフト５に干渉しない孔７１が形成されている。本実施形態では、そのような構成を有する流動抑制板５２を、圧縮機構３に対してボルト５４とスペーサ５５とを用いて固定することとしたので、圧縮機構側シャフト５の円滑な回転が可能であり、流動抑制板５２を設けることによって余分な機械損失を生じることがない。また、簡単で安価な構成によって、圧縮機構３と膨張機構４との熱移動を抑制することができる。すなわち、略円形板をボルト５４とスペーサ５５で圧縮機構３に固定するだけの簡単かつ安価な構成によって、オイルを介した圧縮機構３と膨張機構４との間の熱移動を抑制することができる。【００５３】
本実施形態に係る膨張機一体型圧縮機３０は、圧縮機構側シャフト５の中心軸を貫通する縦流路５３Ｂと、圧縮機構側シャフト５の連結機構５０より上部において縦流路５３Ｂまで貫通したオイル吸入孔５３Ａと、縦流路５３Ｂから圧縮機構３の摺動部までつながったオイル供給孔５３Ｃと、縦流路５３Ｂの下端を閉じる閉止部材５３Ｄとを備えている。そのため、縦流路５３Ｂが形成された圧縮機構側シャフト５に、側方からオイル吸入孔５３Ａとオイル供給孔５３Ｃとを形成し、縦流路５３Ｂの端部を閉止部材５３Ｄで塞ぐという簡便な加工によって、圧縮機構３への給油経路を形成することができる。また、閉止部材５３Ｄで縦流路５３Ｂの端部を塞ぐため、圧縮機構３の潤滑に供されるオイルとして、連結機構５０や膨張機構側シャフト６に近い比較的冷却されたオイルが用いられることが無く、圧縮機構３と膨張機構４との間の熱移動を抑制することができる。【００５４】
さらに、膨張機一体型圧縮機３０によれば、膨張機構４は、密閉容器１に溶接や焼き嵌めで固定された円筒形状の固定用部材５１にボルト６５等で固定される。そのため、圧縮機構３と膨張機構４とは実質的に分離され、圧縮機構３と膨張機構４との間には、連結機構５０および密閉容器１のみが熱伝導による熱移動の要素になる。そのため、圧縮機構３と膨張機構４とを単にボルトおよびスペーサなどで締結する場合と比較して、熱伝導による熱移動の影響を低減させることができる。なお、円筒形状の固定用部材５１と密閉容器１とは、より少ない面積で接触していることが望ましい。そこで、例えば、固定用部材５１の外周部に切り欠きや凹凸を形成して、固定用部材５１と密閉容器１とが点接触もしくは線接触で接するようにしてもよい。これらの切り欠きや凹凸がオイル戻し用の流路としても機能する。【００５５】
なお、本実施形態では、流動抑制板５２は圧縮機構３に固定されていた。しかし、流動抑制板５２を膨張機構４に固定することも可能である。【００５６】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る膨張機一体型圧縮機３０の縦断面図である。図３に示すように、本実施形態の膨張機一体型圧縮機３０は、第１実施形態で説明したもの（図１参照）と概ね同様の構成を有している。以下では、同一機能部品については同一の
符号を付し、その説明を省略する。【００５７】
本実施形態と第１実施形態との相違点は、流動抑制板６２の形状にある。本実施形態に係る流動抑制板６２は、外周部に切り欠き６２ａを有する略環状の切り欠き板である。切り欠き６２ａは、外周に沿って間欠的に形成されている。なお、切り欠き６２ａの個数は特に限定されない。本実施形態に係る流動抑制板６２の中心にも、圧縮機構側シャフト５と干渉しないように、孔７１が形成されている。【００５８】
本実施形態の流動抑制板６２は、密閉容器１の内周面に焼き嵌めや溶接等で固定される。そのため、流動抑制板６２は、高温の圧縮機構３に対して、ボルトおよびスペーサで直接締結されることがない。したがって、本実施形態では、圧縮機構３と流動抑制板６２との間では、密閉容器１のみが熱伝導による熱移動の要素になる。そのため、圧縮機構３と流動抑制板６２とを単にボルトおよびスペーサなどで締結する場合と比較して、熱伝導により下部へ向かう熱の移動の影響を低減させることができる。【００５９】
流動抑制板６２の外周部には切り欠き６２ａが設けられているので、流動抑制板６２と密閉容器１との間の接触面は比較的小さく抑えられている。そのため、密閉容器１から流動抑制板６２への熱伝導を抑制することができる。【００６０】
なお、本実施形態では、流動抑制板６２の外周部に切り欠き６２ａを設けることによって、半径方向内側に凹んだ凹部を形成することとした。しかしながら、凹部の具体的形状等は何ら限定されず、例えば、流動抑制板６２の外周部に凹凸を形成することによっても、同様の効果を得ることができる。このように、流動抑制板６２と密閉容器１とは、より少ない面積で接触していることが望ましく、それらが点接触もしくは線接触で接するようにしてもよい。【００６１】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る膨張機一体型圧縮機３０の縦断面図である。図４に示すように、本実施形態の膨張機一体型圧縮機３０は、第２実施形態で説明したもの（図３参照）と概ね同様の構成を有している。以下では、同一機能部品については同一の符号を付し、その説明を省略する。【００６２】
本実施形態と第２実施形態との相違点は、オイル供給経路の構成にある。本実施形態に係るオイル供給経路６３は、圧縮機構側シャフト５の外周面に形成されたオイル溝６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄおよびこれらを連続させる連続路（図示せず）で形成されている。圧縮機構側シャフト５の外周面における偏心部より下側部分および上側部分に形成されたオイル溝６３Ｂ，６３Ｄは、傾斜しながら（例えば螺旋状を呈するように）上下に延びている。圧縮機構側シャフト５の偏心部の外周面に形成されたオイル溝６３Ｃは、上下方向に真っ直ぐに延びている。前記の連続路は、例えば偏心部の下面および上面または圧縮機構側シャフト５の内部に形成することができる。そして、オイル溝６３Ｂの下端部６３Ａは、オイル吸入部を構成しており、緩衝空間１３に臨んでいる。なお、オイル溝６３Ｂ，６３Ｄに代えて、圧縮機構３の下側および上側に配置された軸受（圧縮機構側シャフト５の外周面と対向する内周面を有する部材であって、例えば軸受部材１５および下軸受部材３７等）の内周面に上下に延びるオイル溝を形成し、これらのオイル溝のうち下側のオイル溝の下端部でオイル吸入部を構成することも可能である。【００６３】
本実施形態によれば、圧縮機構側シャフト５の外周面または軸受に溝を形成するという容易で安価な加工によって、オイル供給経路６３を形成することができる。また、圧縮機構３の直下でオイル供給経路６３の下端部６３Ａが緩衝空間１３に面しているので、連結機構５０よりも上部の温度の高いオイルを円滑かつ確実に吸引することができる。【００６４】
（変形例）
なお、前述した第１〜第３の実施形態においては、図５に示すような構成を採用してもよい。図５に示す構成では、第１〜第３の実施形態とは逆に下側のシリンダ４１ａの高さが上側のシリンダ４１ｂの高さよりも大きくされていて、上側のシリンダ４１ｂとピストン４２ｂとの間に第１膨張室４７ａが形成され、下側のシリンダ４１ａとピストン４２ａとの間に第１膨張室４７ａよりも容積の大きな第２膨張室４７ｂが形成されている。すなわち、第２膨張室４７ｂが第１膨張室４７ａの下方に位置している。また、下軸受部材４４に吐出配管１１が接続され、軸受部材４５に吸入配管１０が接続されているとともに、軸受部材４５には、吸入配管１０から第１膨張室４７ａに冷媒を導く吸入路４９が形成されている。【００６５】
このように、第２膨張室４７ｂが第１膨張室４７ａの下方に位置していれば、膨張機構４においても上側に比較的に温度の高い部分、下側に比較的に温度の低い部分を配置することができるため、より好ましい温度分布を形成することができる。なお、本変形例においても、前述したのと同様に、例えば、上側のシリンダ４１ｂの高さと下側のシリンダ４１ａの高さとを等しくした上で下側のシリンダ４１ａの内径を上側のシリンダ４１ｂの内径よりも大きくすることにより、第２膨張室４７ｂの容積を第１膨張室４７ａの容積よりも大きく設定してもよい。【００６６】
《本明細書における用語等の定義》
なお、本発明において、「オイルが溜められるオイル溜まりが底部に形成される密閉容器」における「底部」とは、任意の所定位置を基準とした下側を意味し、絶対的な位置を意味する訳ではない。したがって、例えば、上記所定位置として、密閉容器の上下方向の中間位置よりも高い位置を想定した場合には、中間位置よりも高い位置も「底部」に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上のように、本発明は、膨張機一体型圧縮機、およびそれを備えた冷凍サイクル装置（例えば、冷凍機、空調機、給湯機等）について有用である。
【図１】
2008142822.tif 000003
【図２】
2008142822.tif 000004
【図３】
2008142822.tif 000005
【図４】
2008142822.tif 000006
【図５】
2008142822.tif 000007
【図６】
2008142822.tif 000008
【図７】
2008142822.tif 000009
【図８】
2008142822.tif 000010
【図９】
2008142822.tif 000011
【図１０】
2008142822.tif 000012
【図１１】
2008142822.tif 000013
【図１２】
2008142822.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月3日(2009.2.3)
【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】
オイルが溜められるオイル溜まりが底部に形成される密閉容器と、
前記密閉容器内に設けられた電動機と、
前記密閉容器内における前記電動機の下方に配置され、前記密閉容器外から吸入した作動流体を圧縮して前記密閉容器内に吐出する圧縮機構と、
前記密閉容器内における前記圧縮機構の下方に配置され、前記密閉容器外から吸入した作動流体を膨張させて前記密閉容器外に吐出する膨張機構と、
前記電動機、前記圧縮機構および前記膨張機構に連結された上下方向に延びるシャフトと、
前記オイル溜まりに溜められたオイルを前記圧縮機構に供給するオイル供給経路と、を備え、
前記オイル供給経路に向かってオイルを吸入するオイル吸入部は、前記膨張機構よりも上にある膨張機一体型圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記シャフトは、前記電動機と前記圧縮機構とを連結する圧縮機構側シャフトと、前記膨張機構に接続された膨張機構側シャフトとを有し、
前記圧縮機構と前記膨張機構との間で前記圧縮機構側シャフトと前記膨張機構側シャフトとを連結する連結機構をさらに備えた膨張機一体型圧縮機。
【請求項３】
請求項２に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記圧縮機構と前記膨張機構とは分離され、前記圧縮機構と前記膨張機構との間にはオイルで満たされる緩衝空間が形成されている膨張機一体型圧縮機。
【請求項４】
請求項３に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記オイル吸入部は、前記緩衝空間に臨んでいる膨張機一体型圧縮機。
【請求項５】
請求項３に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記連結機構は、前記緩衝空間内に配置されている膨張機一体型圧縮機。
【請求項６】
請求項３に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記緩衝空間内における前記オイル吸入部よりも下の位置に設けられ、オイルの流動を抑制する流動抑制板をさらに備えた膨張機一体型圧縮機。
【請求項７】
請求項６に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記流動抑制板は、中心側に前記シャフトを挿通させる孔が形成され、前記圧縮機構または前記膨張機構に固定された略環状板からなり、
前記略環状板の外周面と前記密閉容器の内周面との間にクリアランスが形成されている膨張機一体型圧縮機。
【請求項８】
請求項６に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記流動抑制板は、中心側に前記シャフトを挿通させる孔が形成され、外周側に半径方向内側に凹んだ凹部が形成された略環状板からなり、
前記略環状板は、前記密閉容器の内周面に固定されている膨張機一体型圧縮機。
【請求項９】
請求項２に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記圧縮機構側シャフトの内部には、前記圧縮機構側シャフトの軸方向に延びかつ少なくとも下方に開口した縦流路が形成され、
前記圧縮機構側シャフトの下端部には、前記縦流路の下側を塞ぐ閉止部材が嵌め込まれ、
前記圧縮機構側シャフトにおける前記閉止部材よりも上側の部分には、前記圧縮機構側シャフトの側方に開口し、前記縦流路につながる吸入孔が形成され、
前記縦流路が前記オイル供給経路を構成し、前記吸入孔が前記オイル吸入部を構成している膨張機一体型圧縮機。
【請求項１０】
請求項３に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記圧縮機構の下方に配置され、前記圧縮機側シャフトの外周面に対向する内周面を有し、前記圧縮機側シャフトを回転自在に支持する軸受をさらに備え、
前記圧縮機側シャフトの外周面または前記軸受の内周面には、上下に延びる溝が形成され、
前記溝の下端部は、前記緩衝空間に臨み、
前記溝が前記オイル供給経路を構成し、前記溝の下端部が前記オイル吸入部を構成している膨張機一体型圧縮機。
【請求項１１】
請求項２に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記密閉容器の内周面に固定された固定部材を備え、
前記膨張機構は、前記固定部材に固定されている膨張機一体型圧縮機。
【請求項１２】
請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機において、
前記膨張機構は、第１膨張室と、この第１膨張室の下方に位置し、前記第１膨張室と連通路を通じて連通する、前記第１膨張室よりも容積の大きな第２膨張室とを有する２段ロータリ式のものである膨張機一体型圧縮機。
【請求項１３】
請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機と、
前記圧縮機構によって圧縮された冷媒を前記密閉容器から導く第１配管と、
前記第１配管によって導かれた冷媒を放熱させる放熱器と、
前記放熱器で放熱された冷媒を前記膨張機構に導く第２配管と、
前記膨張機構において膨張した冷媒を導く第３配管と、
前記第３配管によって導かれた冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器で蒸発した冷媒を前記圧縮機構に導く第４配管と、
を備えた冷凍サイクル装置。
【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、例えば、冷凍機、空調機、給湯機等の冷凍サイクル装置に利用される膨張機一体型圧縮機、およびそれを備えた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクル装置の一部を構成する流体機械として、図６に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機構４０２と、冷媒を膨張させ、冷媒が減圧膨張する際の膨張エネルギーを機械エネルギーに変換する膨張機構４０４とを一体化した膨張機一体型圧縮機４００が知られている（特開昭６２−７７５６２号公報参照）。この膨張機一体型圧縮機４００では、膨張機構４０４で変換される機械エネルギーは、圧縮機構４０２のシャフト４０５を回転させるエネルギーの一部として利用される。これにより、圧縮機構４０２に対する外部からの入力が減り、冷凍サイクル装置の効率が向上する。
【０００３】
圧縮機構４０２は冷媒を断熱圧縮するので、圧縮機構４０２内において冷媒の温度は上昇する。そのため、圧縮機構４０２を構成する部材も、冷媒の温度上昇とともに温度が上昇する。他方、膨張機構４０４は、図示しない放熱器にて冷却された冷媒を吸入し、吸入した冷媒を断熱膨張させる。そのため、膨張機構４０４内において冷媒の温度は低下する。その結果、膨張機構４０４を構成する部材は、冷媒の温度低下とともに温度が低下する。したがって、特開昭６２−７７５６２号公報に記載のように、圧縮機構４０２と膨張機構４０４とを単純に一体化してしまうと、圧縮機構４０２の熱が膨張機構４０４に移動し、膨張機構４０４が加熱され、圧縮機構４０２が冷却される。この場合、図７のモリエル線図に示すように、理論サイクルと比較して、実質サイクルは、圧縮機構４０２から吐出される冷媒のエンタルピーが低下し（点Ｂ→点Ｂ１参照）、放熱器での加熱能力が低下したものとなる。また、膨張機構４０４から吐出される冷媒のエンタルピーが増加し（点Ｄ→点Ｄ１参照）、蒸発器での冷凍能力が低下する。しかし、放熱器や蒸発器の能力の低下は、冷凍サイクル装置の効率の低下を意味するので好ましくない。
【０００４】
特に、冷凍サイクル装置を給湯機として用いる場合には、貯湯水の設定温度まで水を放熱器で加熱する必要がある。そのため、加熱に用いられる冷媒、すなわち圧縮機構４０２からの吐出冷媒の温度は、貯湯水の設定温度より必ず高くなければならない。しかしながら、圧縮機構４０２と膨張機構４０４との間で熱的な短絡が起きると、圧縮機構４０２の吐出冷媒の温度が低下するため、貯湯水の温度も低下する。そこで、この熱短絡によって生ずる圧縮機構４０２の吐出冷媒の温度低下を補うために、圧縮機構４０２の吐出冷媒圧力を上昇させる方法がある。図８のモリエル線図において、点Ａ→点Ｂ２→点Ｃ２→点Ｄ２は吐出温度制御理論サイクルを示し、点Ａ→点Ｂ３→点Ｃ２→点Ｄ３は吐出温度制御実質サイクルを示している。このように、冷媒をやや過剰に圧縮することとすれば、吐出冷媒の温度を上昇させることができるので、吐出冷媒の温度を実質的に目標温度に維持することができる。しかしながら、この方法では、圧縮機構４０２が余分な仕事を行うことになるので、電動機の消費電力が増大する。そのため、膨張機構４０４で動力回収を行う意義が損なわれる。
【０００５】
こうした課題を解決するため、図９に示すように、圧縮機構５０１と膨張機構５０２との間に断熱材５０４を設ける構成が知られている（特開２００１−１６５０４０号公報参照）。なお、符号５０３は、圧縮機構５０１および膨張機構５０２に連結されたシャフトである。図９に示す構成によれば、圧縮機構５０１と膨張機構５０２との間に断熱材５０４を挟むため、圧縮機構５０１と膨張機構５０２との間での熱移動を低減させることができる。しかし、このような構成では、断熱材５０４の分のコストが上昇する。
【０００６】
一方、断熱材を設けることなく、圧縮機構と膨張機構との間の熱移動の低減を図った膨張機一体型圧縮機も知られている（特開２００５−２６４８２９号公報参照）。特開２００５−２６４８２９号公報には、図１０に示すように、圧縮機構６０２と膨張機構６０４とを離して配置し、密閉容器６０１の内部を蒸発器から圧縮機構６０２に導かれる低圧冷媒で満たす構成が開示されている。
【０００７】
また、図１１に示すように、密閉容器７０１の内部を低圧側空間７５２と高圧側空間７５１とに区画して、膨張機構７０２を低圧側空間７５２に設け、圧縮機構７０４を高圧側空間７５１に設ける構成が知られている（特開２００６−１０５５６４号公報参照）。図１１の膨張機一体型圧縮機では、低圧側空間７５２には圧縮機構７０４に吸入される前の吸入冷媒が導かれ、高圧側空間７５１には圧縮機構７０４の吐出冷媒が導かれる。
【０００８】
図１０に示す構成によれば、圧縮機構６０２と膨張機構６０４とが分離されているので、圧縮機構６０２と膨張機構６０４との間の熱移動を低減させることができる。また、膨張機構６０４の周囲は、圧縮機構６０２に吸入される前の比較的低温の冷媒で満たされる。そのため、膨張機構６０４から吐出される冷媒のエンタルピーの増加を抑制することができる。なお、圧縮機構６０２とその吸入冷媒との間でも熱移動は起こるが、圧縮機構６０２から熱を受け取った冷媒は圧縮機構６０２で圧縮されて圧縮機構６０２を加熱する。そのため、圧縮機構６０２の吐出温度は低下しない。よって、圧縮機構６０２から吐出される冷媒のエンタルピーの低下は抑制される。
【０００９】
しかしながら、このように密閉容器６０１の内部を低圧の冷媒で満たす構成では、圧縮機構６０２の吐出冷媒が吐出配管６０９から密閉容器６０１外に直接吐出されてしまう。そのため、密閉容器６０１の内部を圧縮機構６０２の吐出冷媒で満たす構成と比較して、密閉容器６０１外へのオイルの吐出量が増加してしまう。吐出されたオイルは、冷媒配管に付着して冷媒の圧力損失を増加させたり、放熱器や蒸発器の能力を低下させたりして、冷凍サイクル装置の性能に悪影響を及ぼす。
【００１０】
一方、図１１に示す構成によれば、圧縮機構７０４の吐出冷媒は、いったん密閉容器７０１の高圧側空間７５１に開放され、その後、密閉容器７０１から放熱器に向けて吐出配管７０９を通じて吐出される。このように、吐出冷媒がいったん高圧側空間７５１に開放されるので、密閉容器７０１の内部において、圧縮機構７０４の吐出冷媒からオイルが分離されやすい。したがって、圧縮機構７０４の吐出冷媒が多量のオイルを伴って冷凍サイクル装置内を循環することはない。
【００１１】
しかしながら、密閉容器７０１の内部を低圧側空間７５２と高圧側空間７５１とに仕切る構成をとっているため、膨張機構７０２と圧縮機構７０４とを連結するシャフト７０５が仕切部７５０を貫通する必要がある。そのため、このような構成では、シャフト７０５と仕切部７５０とのクリアランスからの冷媒漏れを防止するメカニカルシールが必須となる。したがって、シャフト７０５とメカニカルシールとの間において、摺動損失の増加が懸念される。
【００１２】
このような膨張機一体型圧縮機における圧縮機構と膨張機構と電動機とのレイアウトに関しては、特開２００３−１３９０５９号公報に、図１２Ａ〜図１２Ｄに示すような４種類のレイアウトが提案されている。なお、図１２Ａ〜図１２Ｄ中、Ｃは圧縮機構、Ｍは電動機、Ｅは膨張機構、Ｐは油ポンプを示す。しかし、特開２００３−１３９０５９号公報には、それぞれのレイアウトでの具体的な構成は明示されていない。また、図１２Ａ〜図１２Ｄに示す各構成では、油ポンプから供給されたオイルは、シャフトに設けられたオイル供給路を通じて圧縮機構および膨張機構に供給される。すなわち、オイルは、圧縮機構および膨張機構のいずれか一方を通過した後、他方を通過することになる。そのため、圧縮機構と膨張機構との間には、オイルを介した熱移動が生じることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
こうした事情に鑑み、本発明は、オイルの吐出量を抑制するとともに、機械損失を増加させることなく圧縮機構と膨張機構との間の熱移動を低減することが可能な膨張機一体型圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る膨張機一体型圧縮機は、オイルが溜められるオイル溜まりが底部に形成される密閉容器と、前記密閉容器内に設けられた電動機と、前記密閉容器内における前記電動機の下方に配置され、前記密閉容器外から吸入した作動流体を圧縮して前記密閉容器内に吐出する圧縮機構と、前記密閉容器内における前記圧縮機構の下方に配置され、前記密閉容器外から吸入した作動流体を膨張させて前記密閉容器外に吐出する膨張機構と、前記電動機、前記圧縮機構および前記膨張機構に連結された上下方向に延びるシャフトと、前記オイル溜まりに溜められたオイルを前記圧縮機構に供給するオイル供給経路と、を備え、前記オイル供給経路に向かってオイルを吸入するオイル吸入部は、前記膨張機構よりも上にあるものである。
【００１５】
上記本発明の膨張機一体型圧縮機によれば、密閉容器の内部に、電動機と圧縮機構と膨張機構とが、温度が高い順に上から配置されている。その結果、密閉容器の内部の冷媒とオイルとに、温度勾配に基づく温度成層が形成される。そのため、密閉容器の内部での冷媒やオイルの対流による熱の移動が低減できる。
【００１６】
また、圧縮機構にオイルを供給するオイル供給経路のオイル吸入部が、膨張機構よりも高い位置に配置されている。そのため、圧縮機構には、膨張機構よりも高い位置にある比較的高温のオイルが供給される一方、膨張機構には、上記オイル吸入部よりも低い位置にある比較的低温のオイルが供給される。すなわち、圧縮機構の潤滑に供される温度の高いオイルの循環を、膨張機構よりも上方で完結させ、温度の高いオイルから膨張機構が受熱することを防止できる。この結果、圧縮機構と膨張機構との間でのオイルを介した熱移動が抑制され、ひいては冷凍サイクル装置の効率が向上する。
【００１７】
さらに、本発明の膨張機一体型圧縮機は、圧縮機構の吐出冷媒がいったん密閉容器の内部空間に開放されて、その後、密閉容器から吐出される、いわゆる高圧シェル型である。したがって、圧縮機構の吐出冷媒からオイルを十分に分離することができ、オイル不足を招くおそれがない。
【００１８】
また、密閉容器の内部を高圧側空間と低圧側空間とに仕切る従来例（図１１参照）のように、高圧側空間と低圧側空間との間の冷媒の漏れを防止するメカニカルシールなどの特別な構造を、シャフトの周囲に設ける必要性がない。そのため、メカニカルシール等に起因するシャフトの機械損失の増大の問題も生じない。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、オイルの吐出量を抑制するとともに、機械損失を増加させることなく圧縮機構と膨張機構との間の熱移動を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る膨張機一体型圧縮機３０の縦断面図である。図２は、膨張機一体型圧縮機３０が搭載された冷凍サイクル装置９０を表している。
【００２２】
図１に示すように、膨張機一体型圧縮機３０は、商用電源８０（図２参照）から電力供給を受けて作動する電動機２と、冷媒を圧縮する圧縮機構３と、冷媒を膨張させる膨張機構４と、これらの要素２，３，４を収容する密閉容器１とを備えている。電動機２、圧縮機構３、膨張機構４は、上から下に向かって、この順に配置されている。密閉容器１の底部（なお、ここでいう「底部」とは、任意の所定位置を基準とした下側を意味し、絶対的な位置を意味する訳ではない。したがって、例えば、上記所定位置が密閉容器１の上下方向の中間位置よりも高い位置にある場合には、中間位置よりも高い位置も、「底部」に含まれる。）には、圧縮機構３および膨張機構４の各摺動部を潤滑するためのオイル４０が貯留されている。すなわち、密閉容器１の下側は、オイル貯留部（オイル溜まり）１２として利用されている。
【００２３】
電動機２は、密閉容器１の内周面に取り付けられた固定子２ａと、固定子２ａの内側に配置された回転子２ｂとを有している。回転子２ｂには、圧縮機構側シャフト５が固定されている。圧縮機構側シャフト５の中途部は、軸受部材１５に回転自在に支持されている。密閉容器１の頂部にはターミナル７が設けられている。ターミナル７には、電線２１を介して固定子２ａが接続されている。
【００２４】
電動機２（詳しくは回転子２ｂ）と圧縮機構３とは、圧縮機構側シャフト５を介して動力伝達可能に接続されている。本実施形態に係る圧縮機構３は、シリンダ３１およびピストン３２を有するロータリ式の圧縮機構である。ただし、本発明に係る圧縮機構３はロータリ式に限られず、他の回転式圧縮機構であってもよい。その具体的構成は何ら限定されない。シリンダ３１とピストン３２との間には圧縮室３３が形成されている。軸受部材１５には、吸入配管８から圧縮室３３に冷媒を導く吸入路３４が形成されている。シリンダ３１の下側には下軸受部材３５が設けられている。下軸受部材３５には、マフラー空間３５ａと、圧縮室３３で圧縮された冷媒をマフラー空間３５ａに導く流路３５ｂとが形成されている。また、下軸受部材３５、シリンダ３１および軸受部材１５には、マフラー空間３５ａ内の冷媒を軸受部材１５の上方に吐出する上下方向に延びる吐出路３６が形成されている。なお、下軸受部材３５の下側には、閉塞板３７が配置されていて、この閉塞板３７によってマフラー空間３５ａが下方から塞がれている。
【００２５】
本実施形態に係る膨張機構４は、２つのシリンダ４１ａ，４１ｂと２つのピストン４２ａ，４２ｂとを有する２段ロータリ式の膨張機構である。ただし、本発明に係る膨張機構４はロータリ式に限られず、他の回転式膨張機構であってもよい。その具体的構成も何ら限定されるものではない。下側シリンダ４１ａの下側には、下軸受部材４４が配置されている。下側のシリンダ４１ａと上側のシリンダ４１ｂとの間には仕切部材４３が設けられている。上側のシリンダ４１ｂの上側には、軸受部材４５が設けられている。これら下軸受部材４４、下側のシリンダ４１ａ、仕切部材４３、上側のシリンダ４１ｂ、および軸受部材４５は、ボルト４６によって一体的に固定されている。下軸受部材４４には、マフラー空間４４ａと連通孔４４ｂとが形成されている。吸入配管１０は密閉容器１の下部を貫通し、下軸受部材４４に接続されている。吸入配管１０は、吸入冷媒をマフラー空間４４ａに導入する。下側のシリンダ４１ａとピストン４２ａとの間には、第１膨張室４７ａが形成されている。この第１膨張室４７ａは、連通孔４４ｂを介してマフラー空間４４ａと連通している。上側のシリンダ４１ｂとピストン４２ｂとの間には、第２膨張室４７ｂが形成されている。仕切部材４３には連通路４３ａが形成されており、第１膨張室４７ａと第２膨張室４７ｂとは連通路４３ａを通じて連通している。軸受部材４５には、第２膨張室４７ｂから吐出配管１１に冷媒を導く吐出路４８が形成されている。本実施形態の膨張機構４では、第１膨張室４７ａと連通路４３ａと第２膨張室４７ｂとの全体によって、冷媒の吸入過程、膨張過程および吐出過程を行う一つの膨張室が形成されている。
【００２６】
本実施形態では、上側のシリンダ４１ｂの内径と下側のシリンダ４１ａの内径とを等しくした上で上側のシリンダ４１ｂの高さ（上下方向の厚み）を下側のシリンダ４１ａの高さよりも高くすることにより、第２膨張室４７ｂの容積を第１膨張室４７ａの容積よりも大きく設定している。ただし、第２膨張室４７ｂの容積を第１膨張室４７ａの容積よりも大きく設定する構成はこれに限らず、例えば、上側のシリンダ４１ｂの高さと下側のシリンダ４１ａの高さとを等しくした上で上側のシリンダ４１ｂの内径を下側のシリンダ４１ａの内径よりも大きくするようにしてもよい。
【００２７】
膨張機構４には、ピストン４２ａ，４２ｂの回転に従って回転する膨張機構側シャフト６が設けられている。膨張機構側シャフト６と圧縮機構側シャフト５とは、連結機構５０を介して連結されている。連結機構５０の具体的構成は特に限定されないが、例えば、圧縮機構側シャフト５および膨張機構側シャフト６のそれぞれとスプライン嵌合等する円板状部材などを好適に用いることができる。
【００２８】
圧縮機構３と膨張機構４とは上下方向に分離して配置されており、密閉容器１内における圧縮機構３と膨張機構４の間には、オイル４０で満たされた緩衝空間１３が形成されている。
【００２９】
圧縮機構側シャフト５の内部には、オイル貯留部１２に溜められたオイルを圧縮機構３の摺動部に導くためのオイル供給経路５３が形成されている。オイル供給経路５３は、緩衝空間１３に臨み、圧縮機構側シャフト５の連結機構５０より上側の部分からオイルを吸い込むオイル吸入孔（オイル吸入部）５３Ａと、圧縮機構側シャフト５の中心を貫通する縦流路５３Ｂと、縦流路５３Ｂのオイルを摺動部まで供給するオイル供給孔５３Ｃと、を備えている。具体的には、圧縮機構側シャフト５の内部には、軸方向に延びる貫通孔が形成されている。圧縮機構側シャフト５の下端部には、閉止部材５３Ｄが嵌め込まれており、上記貫通孔の下側は閉止部材５３Ｄによって閉じられている。圧縮機構側シャフト５の下側には横孔５３Ａが形成されており、この横孔５３Ａによって、連結機構５０よりも上側の部分からオイルを吸い込むオイル吸入孔が構成されている。本実施形態では、オイル吸入孔５３Ａは、水平方向に開口している。ただし、オイル吸入孔５３Ａの開口方向は限定されず、例えば、水平方向から傾斜した方向であってもよい。また、縦流路５３Ｂは、少なくとも下方に開口していればよく、必ずしも圧縮機構側シャフト５を貫通する必要はない。
【００３０】
緩衝空間１３のオイル吸入孔５３Ａよりも下の位置には、流動抑制板５２が設けられている。流動抑制板５２は略円環状に形成されており、流動抑制板５２の外径は密閉容器１の内径よりも若干小さくなっている。そのため、流動抑制板５２の外周面と密閉容器１の内周面との間には、クリアランス７０が形成されている。流動抑制板５２の中心部には、圧縮機構側シャフト５を挿通させる孔７１が形成されている。これにより、流動抑制板５２と圧縮機構側シャフト５との干渉が防止されている。流動抑制板５２は、圧縮機構３との間にスペーサ５５を介在させた状態で、圧縮機構３にボルト５４で固定されている。
【００３１】
密閉容器１における流動抑制板５２よりも下の位置には、円筒形状の固定用部材５１が溶接や焼き嵌め等の方法により固定されている。この固定用部材５１には、膨張機構４がボルト６５によって固定されている。また、固定用部材５１には、オイル戻し用の切り欠き（図示せず）等が設けられている。
【００３２】
膨張機構側シャフト６の内部にも、膨張機構４の摺動部にオイルを導くためのオイル供給経路７３が設けられている。オイル供給経路７３は、下方からオイルを吸い込むオイル吸入孔７３Ａと、膨張機構側シャフト６の中心を貫通する縦流路７３Ｂと、縦流路７３Ｂのオイルを摺動部まで供給するオイル供給孔７３Ｃと、を備えている。
【００３３】
図２に示すように、冷凍サイクル装置９０は、膨張機一体型圧縮機３０の圧縮機構３と放熱器８３と膨張機構４と蒸発器８４とが順に環状に接続されてなる主冷媒回路９１と、膨張機構４をバイパスするバイパス回路９２とを備えている。圧縮機構３と放熱器８３とは、第１配管９５によって接続されている。放熱器８３と膨張機構４とは、第２配管９６によって接続されている。膨張機構４と蒸発器８４とは、第３配管９７によって接続されている。蒸発器８４と圧縮機構３とは、第４配管９８によって接続されている。バイパス回路９２には、流量調整が自在な弁９３が設けられている。なお、電源８０と電動機２との間には、インバータ８１が設けられている。圧縮機構側シャフト５と膨張機構側シャフト６とは、連結機構５０によって連結されることによって、一体となって回転するシャフト８２を構成している。
【００３４】
次に、本実施形態の膨張機一体型圧縮機３０の動作を説明する。
【００３５】
商用電源８０から供給される電力は、インバータ８１およびターミナル７を介して電動機２へ供給される。これにより、電動機２が駆動される。電動機２で生じた回転動力は、圧縮機構側シャフト５により圧縮機構３に伝達され、圧縮機構３を駆動する。
【００３６】
圧縮機構３は、吸入配管８から低圧の冷媒を吸引して圧縮し、圧縮された高温高圧の冷媒を密閉容器１の内部に吐出する。密閉容器１の内部に吐出された冷媒は、吐出配管９から密閉容器１側に吐出される。詳しくは、吸入配管８から吸入された冷媒は、吸入路３４を通じて圧縮室３３に導かれ、圧縮室３３において圧縮される。圧縮された冷媒は、流路３５ｂ、マフラー空間３５ａおよび吐出路３６を順に流通し、軸受部材１５の上方に吐出される。軸受部材１５の上方に吐出された冷媒は、電動機２の周囲を流れた後、吐出配管９から密閉容器１の外部に吐出される。
【００３７】
吐出配管９から吐出された冷媒は、第１配管９５を通じて放熱器８３に導かれる（図２参照）。この冷媒は、放熱器８３（図２参照）で放熱することによって冷却され、第２配管９６および吸入配管１０によって膨張機構４に導かれる。
【００３８】
膨張機構４は、吸入配管１０からの冷媒を膨張させ、この際、冷媒の膨張エネルギーを回転動力に変換して回収し、膨張機構側シャフト６を回転駆動する。膨張機構側シャフト６は連結機構５０を介して圧縮機構側シャフト５と連結されているので、膨張機構側シャフト６の動力は圧縮機構側シャフト５に伝達される。このようにして、膨張機構４は、膨張エネルギーから得られる動力を、膨張機構側シャフト６と連結機構５０と圧縮機構側シャフト５とを介して、圧縮機構３を駆動する電動機２の動力に重畳する。具体的には、吸入配管１０から吸入された冷媒は、マフラー空間４４ａおよび連通孔４４ｂを通じて第１膨張室４７ａに導かれ、第１膨張室４７ａ、連通路４３ａおよび第２膨張室４７ｂにおいて膨張する。膨張した冷媒は、第２膨張室４７ｂから吐出路４８を経て吐出配管１１に至り、吐出配管１１から吐出される。
【００３９】
吐出配管１１から吐出された低圧の冷媒は、第３配管９７を経た後、蒸発器８４で加熱され、蒸発する（図２参照）。蒸発器８４から流出した冷媒は、第４配管９８および吸入配管８に導かれて再び圧縮機構３に吸入され、圧縮される。
【００４０】
上記の動作により、圧縮機構３は高温になる一方、膨張機構４は低温になる。すなわち、圧縮機構３は蒸発器８４を経て低圧蒸気になった冷媒を断熱圧縮するので、圧縮機構３内における圧縮過程の冷媒は、圧力と共に温度が上昇する。そのため、圧縮機構３は高温になる。一方、膨張機構４は放熱器８３を経て温度が低下した冷媒を断熱膨張させるので、膨張機構４内における膨張過程の冷媒は、圧力と共に温度が低下する。そのため、膨張機構４は低温になる。なお、密閉容器１の内部には、圧縮機構３から高温高圧の冷媒が吐出される。また、電動機２は、圧縮機構３を駆動する回転動力を発生させる際に、入力電力の一部を鉄損や銅損などで失い発熱する。
【００４１】
本実施形態の膨張機一体型圧縮機３０では、発熱して温度が最も高くなる電動機２を密閉容器１内の上部に配置し、高温の圧縮機構３を中間に配置し、低温の膨張機構４を下部に配置している。すなわち、電動機２、圧縮機構３および膨張機構４を、温度の高いものから順に、上から下に配置している。そのため、密閉容器１内における冷媒およびオイルの自然対流が抑制され、密閉容器１の内部の冷媒およびオイルに温度成層が形成される。したがって、電動機２、圧縮機構３および膨張機構４の間に、内部の流体（冷媒またはオイル）を介した熱移動が生じにくい。
【００４２】
さらに、膨張機一体型圧縮機３０によれば、圧縮機構３用のオイル吸入孔５３Ａを、連結機構５０より上部の圧縮機構側シャフト５に設けている。上述の通り、オイルには温度成層が形成されているので、連結機構５０より上側に位置するオイルは、連結機構５０より下側に位置するオイルよりも高温である。そのため、本実施形態によれば、高温の圧縮機構３に対して、比較的高温のオイルを供給することができる。したがって、オイルを介した圧縮機構３と膨張機構４との間の熱移動を抑制することができる。
【００４３】
また、膨張機一体型圧縮機３０によれば、膨張機構４用のオイル吸入孔７３Ａは、密閉容器１の下端部近傍に設けられている。そのため、低温の膨張機構４に対して、比較的低温のオイルを供給することができる。したがって、この点においても、オイルを介した圧縮機構３と膨張機構４との間の熱移動を抑制することができる。
【００４４】
このように、膨張機一体型圧縮機３０によれば、密閉容器１内には、上側に位置する圧縮機構３側のオイルの循環と、下側に位置する膨張機構４側のオイルの循環とが形成される。すなわち、圧縮機構３側と膨張機構４側とで、別々の循環が形成される。
【００４５】
また、膨張機一体型圧縮機３０によれば、圧縮機構３によって圧縮された冷媒は、いったん密閉容器１内に吐出され、その後に吐出配管９を通じて密閉容器１外に吐出される。そのため、吐出冷媒に含まれるオイルは、吐出冷媒が密閉容器１内を流通する際に、吐出冷媒から分離される。したがって、吐出冷媒に含まれるオイルが密閉容器１外に流出することを抑制することができ、密閉容器１内におけるオイル不足を回避することができる。
【００４６】
また、膨張機一体型圧縮機３０によれば、密閉容器１内を高圧側空間と低圧側空間とに仕切る必要がないので、高圧側空間と低圧側空間との間の冷媒の漏れを防止するメカニカルシールなどの特別な構造を、シャフト５の周囲に設ける必要性がない。そのため、メカニカルシール等に起因するシャフト５の機械損失を招くおそれがない。
【００４７】
また、膨張機一体型圧縮機３０によれば、シャフト８２は圧縮機構側シャフト５と膨張機構側シャフト６とを有し、圧縮機構側シャフト５と膨張機構側シャフト６とは連結機構５０を介して連結されている。そのため、圧縮機構３および圧縮機構側シャフト５と、膨張機構４および膨張機構側シャフト６とを、それぞれ個別に組み立てた後に、それらを連結機構５０で連結することによって、全体を組み立てることができる。したがって、組立が容易になり、生産性の向上を図ることができる。
【００４８】
さらに、膨張機一体型圧縮機３０によれば、圧縮機構３と膨張機構４との間に、オイルで満たされた緩衝空間１３が設けられている。そのため、圧縮機構３と膨張機構４とが直接接触することを防ぐことができ、圧縮機構３と膨張機構４との間の熱伝導を回避することができる。
【００４９】
さらに、膨張機一体型圧縮機３０によれば、連結機構５０を緩衝空間１３に配置しているので、緩衝空間１３のオイルで連結機構５０を十分に潤滑することができる。
【００５０】
さらに、膨張機一体型圧縮機３０によれば、緩衝空間１３のオイル吸入孔５３Ａより下の位置に流動抑制板５２を設けている。そのため、電動機２の回転によって密閉容器１内に冷媒の旋回流が発生し、それに伴って圧縮機構３の側の高温のオイルが流動したとしても、この高温のオイルが流動抑制板５２よりも下の低温のオイルと混合することは抑制される。すなわち、流動抑制板５２よりも上の高温のオイルが流動したとしても、その流動は流動抑制板５２によって抑制されるので、流動抑制板５２よりも下の低温のオイルが激しく攪拌されるおそれはない。したがって、高温のオイルと低温のオイルとが混合することを抑制することができ、オイルを介した圧縮機構３と膨張機構４との間の熱移動を効果的に抑制することができる。さらに、オイル吸入孔５３Ａは流動抑制板５２より上側の高温のオイルを取り込むことができる。
【００５１】
さらに、流動抑制板５２は、密閉容器１の内周面との間にクリアランス７０が形成される大きさの略円環形板であり、その中心には、圧縮機構側シャフト５に干渉しない孔７１が形成されている。本実施形態では、そのような構成を有する流動抑制板５２を、圧縮機構３に対してボルト５４とスペーサ５５とを用いて固定することとしたので、圧縮機構側シャフト５の円滑な回転が可能であり、流動抑制板５２を設けることによって余分な機械損失を生じることがない。また、簡単で安価な構成によって、圧縮機構３と膨張機構４との熱移動を抑制することができる。すなわち、略円形板をボルト５４とスペーサ５５で圧縮機構３に固定するだけの簡単かつ安価な構成によって、オイルを介した圧縮機構３と膨張機構４との間の熱移動を抑制することができる。
【００５２】
本実施形態に係る膨張機一体型圧縮機３０は、圧縮機構側シャフト５の中心軸を貫通する縦流路５３Ｂと、圧縮機構側シャフト５の連結機構５０より上部において縦流路５３Ｂまで貫通したオイル吸入孔５３Ａと、縦流路５３Ｂから圧縮機構３の摺動部までつながったオイル供給孔５３Ｃと、縦流路５３Ｂの下端を閉じる閉止部材５３Ｄとを備えている。そのため、縦流路５３Ｂが形成された圧縮機構側シャフト５に、側方からオイル吸入孔５３Ａとオイル供給孔５３Ｃとを形成し、縦流路５３Ｂの端部を閉止部材５３Ｄで塞ぐという簡便な加工によって、圧縮機構３への給油経路を形成することができる。また、閉止部材５３Ｄで縦流路５３Ｂの端部を塞ぐため、圧縮機構３の潤滑に供されるオイルとして、連結機構５０や膨張機構側シャフト６に近い比較的冷却されたオイルが用いられることが無く、圧縮機構３と膨張機構４との間の熱移動を抑制することができる。
【００５３】
さらに、膨張機一体型圧縮機３０によれば、膨張機構４は、密閉容器１に溶接や焼き嵌めで固定された円筒形状の固定用部材５１にボルト６５等で固定される。そのため、圧縮機構３と膨張機構４とは実質的に分離され、圧縮機構３と膨張機構４との間には、連結機構５０および密閉容器１のみが熱伝導による熱移動の要素になる。そのため、圧縮機構３と膨張機構４とを単にボルトおよびスペーサなどで締結する場合と比較して、熱伝導による熱移動の影響を低減させることができる。なお、円筒形状の固定用部材５１と密閉容器１とは、より少ない面積で接触していることが望ましい。そこで、例えば、固定用部材５１の外周部に切り欠きや凹凸を形成して、固定用部材５１と密閉容器１とが点接触もしくは線接触で接するようにしてもよい。これらの切り欠きや凹凸がオイル戻し用の流路としても機能する。
【００５４】
なお、本実施形態では、流動抑制板５２は圧縮機構３に固定されていた。しかし、流動抑制板５２を膨張機構４に固定することも可能である。
【００５５】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る膨張機一体型圧縮機３０の縦断面図である。図３に示すように、本実施形態の膨張機一体型圧縮機３０は、第１実施形態で説明したもの（図１参照）と概ね同様の構成を有している。以下では、同一機能部品については同一の
符号を付し、その説明を省略する。
【００５６】
本実施形態と第１実施形態との相違点は、流動抑制板６２の形状にある。本実施形態に係る流動抑制板６２は、外周部に切り欠き６２ａを有する略環状の切り欠き板である。切り欠き６２ａは、外周に沿って間欠的に形成されている。なお、切り欠き６２ａの個数は特に限定されない。本実施形態に係る流動抑制板６２の中心にも、圧縮機構側シャフト５と干渉しないように、孔７１が形成されている。
【００５７】
本実施形態の流動抑制板６２は、密閉容器１の内周面に焼き嵌めや溶接等で固定される。そのため、流動抑制板６２は、高温の圧縮機構３に対して、ボルトおよびスペーサで直接締結されることがない。したがって、本実施形態では、圧縮機構３と流動抑制板６２との間では、密閉容器１のみが熱伝導による熱移動の要素になる。そのため、圧縮機構３と流動抑制板６２とを単にボルトおよびスペーサなどで締結する場合と比較して、熱伝導により下部へ向かう熱の移動の影響を低減させることができる。
【００５８】
流動抑制板６２の外周部には切り欠き６２ａが設けられているので、流動抑制板６２と密閉容器１との間の接触面は比較的小さく抑えられている。そのため、密閉容器１から流動抑制板６２への熱伝導を抑制することができる。
【００５９】
なお、本実施形態では、流動抑制板６２の外周部に切り欠き６２ａを設けることによって、半径方向内側に凹んだ凹部を形成することとした。しかしながら、凹部の具体的形状等は何ら限定されず、例えば、流動抑制板６２の外周部に凹凸を形成することによっても、同様の効果を得ることができる。このように、流動抑制板６２と密閉容器１とは、より少ない面積で接触していることが望ましく、それらが点接触もしくは線接触で接するようにしてもよい。
【００６０】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る膨張機一体型圧縮機３０の縦断面図である。図４に示すように、本実施形態の膨張機一体型圧縮機３０は、第２実施形態で説明したもの（図３参照）と概ね同様の構成を有している。以下では、同一機能部品については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６１】
本実施形態と第２実施形態との相違点は、オイル供給経路の構成にある。本実施形態に係るオイル供給経路６３は、圧縮機構側シャフト５の外周面に形成されたオイル溝６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄおよびこれらを連続させる連続路（図示せず）で形成されている。圧縮機構側シャフト５の外周面における偏心部より下側部分および上側部分に形成されたオイル溝６３Ｂ，６３Ｄは、傾斜しながら（例えば螺旋状を呈するように）上下に延びている。圧縮機構側シャフト５の偏心部の外周面に形成されたオイル溝６３Ｃは、上下方向に真っ直ぐに延びている。前記の連続路は、例えば偏心部の下面および上面または圧縮機構側シャフト５の内部に形成することができる。そして、オイル溝６３Ｂの下端部６３Ａは、オイル吸入部を構成しており、緩衝空間１３に臨んでいる。なお、オイル溝６３Ｂ，６３Ｄに代えて、圧縮機構３の下側および上側に配置された軸受（圧縮機構側シャフト５の外周面と対向する内周面を有する部材であって、例えば軸受部材１５および下軸受部材３７等）の内周面に上下に延びるオイル溝を形成し、これらのオイル溝のうち下側のオイル溝の下端部でオイル吸入部を構成することも可能である。
【００６２】
本実施形態によれば、圧縮機構側シャフト５の外周面または軸受に溝を形成するという容易で安価な加工によって、オイル供給経路６３を形成することができる。また、圧縮機構３の直下でオイル供給経路６３の下端部６３Ａが緩衝空間１３に面しているので、連結機構５０よりも上部の温度の高いオイルを円滑かつ確実に吸引することができる。
【００６３】
（変形例）
なお、前述した第１〜第３の実施形態においては、図５に示すような構成を採用してもよい。図５に示す構成では、第１〜第３の実施形態とは逆に下側のシリンダ４１ａの高さが上側のシリンダ４１ｂの高さよりも大きくされていて、上側のシリンダ４１ｂとピストン４２ｂとの間に第１膨張室４７ａが形成され、下側のシリンダ４１ａとピストン４２ａとの間に第１膨張室４７ａよりも容積の大きな第２膨張室４７ｂが形成されている。すなわち、第２膨張室４７ｂが第１膨張室４７ａの下方に位置している。また、下軸受部材４４に吐出配管１１が接続され、軸受部材４５に吸入配管１０が接続されているとともに、軸受部材４５には、吸入配管１０から第１膨張室４７ａに冷媒を導く吸入路４９が形成されている。
【００６４】
このように、第２膨張室４７ｂが第１膨張室４７ａの下方に位置していれば、膨張機構４においても上側に比較的に温度の高い部分、下側に比較的に温度の低い部分を配置することができるため、より好ましい温度分布を形成することができる。なお、本変形例においても、前述したのと同様に、例えば、上側のシリンダ４１ｂの高さと下側のシリンダ４１ａの高さとを等しくした上で下側のシリンダ４１ａの内径を上側のシリンダ４１ｂの内径よりも大きくすることにより、第２膨張室４７ｂの容積を第１膨張室４７ａの容積よりも大きく設定してもよい。
【００６５】
《本明細書における用語等の定義》
なお、本発明において、「オイルが溜められるオイル溜まりが底部に形成される密閉容器」における「底部」とは、任意の所定位置を基準とした下側を意味し、絶対的な位置を意味する訳ではない。したがって、例えば、上記所定位置として、密閉容器の上下方向の中間位置よりも高い位置を想定した場合には、中間位置よりも高い位置も「底部」に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明は、膨張機一体型圧縮機、およびそれを備えた冷凍サイクル装置（例えば、冷凍機、空調機、給湯機等）について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施形態の膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図２】本発明に係る冷凍サイクル装置の構成図
【図３】本発明の第２の実施形態の膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図４】本発明の第３の実施形態の膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図５】変形例の膨張機一体型圧縮機の部分的な縦断面図
【図６】従来の膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図７】従来の冷凍サイクル装置のモリエル線図
【図８】従来の冷凍サイクル装置のモリエル線図
【図９】従来の膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図１０】従来の膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図１１】従来の膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図１２】Ａ〜Ｄは、従来の膨張機一体型圧縮機のレイアウト図
【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】
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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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【図１２】
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【国際調査報告】
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