(57)【要約】  膨張機一体型圧縮機（２００）は、密閉容器（１）、圧縮機構（２）、膨張機構（３）、シャフト（５）およびオイルポンプ（６）を備えている。シャフト（５）は、圧縮機構（２）用の上偏心部（５ａ）が設けられた上部シャフト（５ｓ）と、膨張機構（３）用の下偏心部（５ｄ，５ｃ）およびオイルポンプ（６）用の中間偏心部（５ｅ）が設けられた下部シャフト（５ｔ）とを含む。膨張機構（３）は、下部シャフト（５ｔ）における下偏心部（５ｄ）の直ぐ上側の被支持部（５ｆ）を支持する上軸受部材（４５）を有している。中間偏心部（５ｅ）の直径は、被支持部（５ｆ）の直径以下に設定されている。
2009066416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部がオイル貯まりとして利用される密閉容器と、
前記オイル貯まりに貯められたオイルの油面よりも上または下に位置するように前記密閉容器内に配置された圧縮機構と、
前記油面に対する位置関係が前記圧縮機構とは上下逆になるように前記密閉容器内に配置された膨張機構と、
前記圧縮機構と前記膨張機構との間に配置され、前記オイル貯まりに貯められたオイルを前記圧縮機構および前記膨張機構のうち前記油面よりも上に位置する機構に供給するオイルポンプと、
前記圧縮機構、前記オイルポンプ、および前記膨張機構を連結するシャフトであって、前記オイルポンプ用の中間偏心部と、前記油面よりも上に位置する前記圧縮機構または前記膨張機構用の上偏心部と、前記オイル貯まりに貯められたオイルに漬かる前記膨張機構または前記圧縮機構用の下偏心部と、を有するシャフトと、を備え、
前記シャフトは、前記中間偏心部および前記下偏心部が設けられた下部シャフトと、この下部シャフトに連結され、前記上偏心部が設けられた上部シャフトとを含み、
前記オイル貯まりに貯められたオイルに漬かる前記膨張機構または前記圧縮機構は、前記下部シャフトにおける前記下偏心部より上側の部分を支持する軸受部材を有し、
前記中間偏心部の直径は、前記下部シャフトにおける前記軸受部材で支持される部分の直径以下に設定されている、膨張機一体型圧縮機。
【請求項２】
前記圧縮機構および前記膨張機構のうち前記油面よりも上に位置する機構と前記オイルポンプとの間に配置された電動機をさらに備え、この電動機は、前記上部シャフトに固定された回転子を有している、請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項３】
前記中間偏心部は、前記下部シャフトの軸心に対して前記下偏心部と反対方向に偏心している、請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項４】
前記圧縮機構は前記油面よりも上に位置しており、前記膨張機構は前記油面よりも下に位置している、請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項５】
前記圧縮機構はスクロール型であり、前記膨張機構はロータリ型である、請求項４に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項６】
前記オイルポンプと前記膨張機構との間に配置され、前記オイル貯まりを前記オイルポンプの吸入口が位置する上槽と前記膨張機構が位置する下槽とに隔てるとともに前記上槽と前記下槽との間のオイルの流通を制限する仕切部材をさらに備える、請求項４に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項７】
前記仕切部材と前記膨張機構との間に配置され、前記仕切部材と前記膨張機構との間に空間を確保するスペーサをさらに備える、請求項６に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項８】
前記スペーサは複数配置されていて、前記各スペーサは筒状をなし、前記各スペーサの中を前記膨張機構と前記仕切部材とを固定するボルトが通されており、前記スペーサと前記ボルトは同じ素材で構成されている、請求項７に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項９】
前記下部シャフトは、前記スペーサに対応する領域では前記軸受部材によって支持される部分よりも細くなっている、請求項７に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項１０】
前記スペーサによって確保される空間内で前記下部シャフトを覆うシャフトカバーをさらに備え、このシャフトカバーは、前記仕切部材と前記膨張機構との相対的な位置決めを行う位置決め部材を兼ねるものである、請求項７に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項１１】
前記オイルポンプは、前記中間偏心部に嵌合するピストンと、このピストンを収容するハウジングとを有しており、前記ピストンは、前記仕切部材と一体になっている、請求項１０に記載の膨張機一体型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を圧縮する圧縮機構と流体を膨張させる膨張機構とを備えた膨張機一体型圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧縮機構と膨張機構とを備えた流体機械として、膨張機一体型圧縮機が知られている。図９は、特開２００５−２９９６３２号公報に記載された膨張機一体型圧縮機の縦断面図である。【０００３】
膨張機一体型圧縮機１０３は、密閉容器１２０、圧縮機構１２１、電動機１２２および膨張機構１２３を備えている。電動機１２２、圧縮機構１２１および膨張機構１２３は、シャフト１２４により連結されている。膨張機構１２３は、膨張する作動流体（例えば冷媒）から動力を回収し、回収した動力をシャフト１２４に与える。これにより、圧縮機構１２１を駆動する電動機１２２の消費電力が低減し、膨張機一体型圧縮機１０３を用いたシステムの成績係数が向上する。【０００４】
密閉容器１２０の底部１２５は、オイル貯まりとして利用されている。底部１２５に貯められたオイルを密閉容器１２０の上方へ汲み上げるために、シャフト１２４の下端にオイルポンプ１２６が設けられている。オイルポンプ１２６によって汲み上げられたオイルは、シャフト１２４内の給油路１２７を経由して、圧縮機構１２１および膨張機構１２３に供給される。これにより、圧縮機構１２１の摺動部分および膨張機構１２３の摺動部分における潤滑性とシール性を確保することができる。【０００５】
膨張機構１２３の上部には、オイル戻し経路１２８が設けられている。オイル戻し経路１２８は、一端がシャフト１２４の給油路１２７に接続し、他端が膨張機構１２３の下方に向かって開口している。一般に、膨張機構１２３の信頼性確保のため、オイルは過剰に供給される。余剰のオイルはオイル戻し経路１２８を経由して、膨張機構１２３の下方に排出される。【０００６】
作動流体に混入するオイルの量は、通常、圧縮機構１２１と膨張機構１２３とで相違する。したがって、圧縮機構１２１と膨張機構１２３とが別々の密閉容器内に収容されている場合には、オイル量の過不足が生じないように、２つの密閉容器内のオイル量を調整するための手段が不可欠となる。これに対し、圧縮機構１２１および膨張機構１２３が同一の密閉容器１２０内に収容されているため、図９に示す膨張機一体型圧縮機１０３には、オイル量の過不足の問題が本質的に存在しない。【０００７】
上記の膨張機一体型圧縮機１０３では、底部１２５から汲み上げられたオイルが、高温の圧縮機構１２１を通過するため、圧縮機構１２１によって加熱される。圧縮機構１２１によって加熱されたオイルは、電動機１２２によってさらに加熱され、膨張機構１２３に到達する。膨張機構１２３に到達したオイルは、低温の膨張機構１２３において冷却されたのち、オイル戻し経路１２８を経由して、膨張機構１２３の下方に排出される。膨張機構１２３から排出されたオイルは、電動機１２２の側面を通過する際に加熱され、さらに圧縮機構１２１の側面を通過する際にも加熱されて密閉容器１２０の底部１２５に戻る。【０００８】
以上のように、オイルが圧縮機構と膨張機構を循環することにより、オイルを介して圧縮機構から膨張機構への熱移動が起こる。このような熱移動は、圧縮機構から吐出される作動流体の温度低下、膨張機構から吐出される作動流体の温度上昇を招来し、膨張機一体型圧縮機を用いたシステムの成績係数の向上を妨げる。
【発明の開示】
【０００９】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、膨張機一体型圧縮機において、圧縮機構から膨張機構への熱移動を抑制することを目的とする。
【００１０】
上記の目的を達成するために、本出願に先行する国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２００７／０５８８７１（出願日２００７年４月２４日、優先日２００６年５月１７日）において、本発明者らは、
底部がオイル貯まりとして利用される密閉容器と、
オイル貯まりに貯留されたオイルの油面よりも上または下に位置するように密閉容器内に配置された圧縮機構と、
油面に対する位置関係が圧縮機構とは上下逆になるように密閉容器内に配置された膨張機構と、
圧縮機構と膨張機構とを連結するシャフトと、
圧縮機構と膨張機構との間に配置され、圧縮機構または膨張機構の周囲を満たすオイルを油面よりも上に位置する圧縮機構または膨張機構に供給するオイルポンプと、
を備えた膨張機一体型圧縮機を提案した。
【００１１】
上記の膨張機一体型圧縮機においては、シャフトに、圧縮機構または膨張機構用の上偏心部、オイルポンプ用の中間偏心部、および膨張機構または圧縮機構用の下偏心部を設けることが考えられる。圧縮機構および膨張機構は、偏心部がぶれないようにするために、通常、シャフトにおける偏心部より内側部分を支持する軸受部材を有している。このため、前記のように偏心部を設ける場合には、上側の機構の軸受部材にシャフトを挿通させるという観点から、例えばシャフトを中間偏心部の上側で二分割するようにしてもよい。下部シャフトには中間偏心部と下偏心部とが残るが、下部シャフトを下側の機構の軸受部材に挿通させるには、例えば、中間偏心部を後付けできるようにするか、下部シャフトをさらに二分割する対策が考えられる。しかし、このような対策は、部品点数の増加を招きコストアップになる。そこで、本発明者らは、中間偏心部および下偏心部を有する下部シャフトをそのまま軸受部材に挿通可能にする構成を考え出した。
【００１２】
すなわち、本発明は、
底部がオイル貯まりとして利用される密閉容器と、
前記オイル貯まりに貯められたオイルの油面よりも上または下に位置するように前記密閉容器内に配置された圧縮機構と、
前記油面に対する位置関係が前記圧縮機構とは上下逆になるように前記密閉容器内に配置された膨張機構と、
前記圧縮機構と前記膨張機構との間に配置され、前記オイル貯まりに貯められたオイルを前記圧縮機構および前記膨張機構のうち前記油面よりも上に位置する機構に供給するオイルポンプと、
前記圧縮機構、前記オイルポンプ、および前記膨張機構を連結するシャフトであって、前記オイルポンプ用の中間偏心部と、前記油面よりも上に位置する前記圧縮機構または前記膨張機構用の上偏心部と、前記オイル貯まりに貯められたオイルに漬かる前記膨張機構または前記圧縮機構用の下偏心部と、を有するシャフトと、を備え、
前記シャフトは、前記中間偏心部および前記下偏心部が設けられた下部シャフトと、この下部シャフトに連結され、前記上偏心部が設けられた上部シャフトとを含み、
前記オイル貯まりに貯められたオイルに漬かる前記膨張機構または前記圧縮機構は、前記下部シャフトにおける前記下偏心部より上側の部分を支持する軸受部材を有し、
前記中間偏心部の直径は、前記下部シャフトにおける前記軸受部材で支持される部分の直径以下に設定されている、膨張機一体型圧縮機を提供する。
【００１３】
ここで、「中間偏心部の直径が下部シャフトにおける軸受部材で支持される部分の直径以下」とは、公差を除く設計値で比較したときのことをいい、公差により中間偏心部の直径が下部シャフトにおける軸受部材で支持される部分の直径よりも僅かに大きくなっていても、それらの設計値が同じである限り「中間偏心部の直径が下部シャフトにおける軸受部材で支持される部分の直径以下」に含まれる。
【００１４】
上記の構成によれば、オイルポンプが圧縮機構と膨張機構との間に配置されているので、オイルポンプに吸入されたオイルは、下に位置する機構を経由することなく上に位置する機構に供給される。この結果、オイルを介した圧縮機構から膨張機構への熱移動が抑制される。
【００１５】
さらに、本発明の構成では、下部シャフトの中間偏心部の直径が軸受部材で支持される部分の直径以下に設定されているので、下部シャフトに中間偏心部がある状態でもこの下部シャフトをそのまま軸受部材に挿通することができる。従って、下部シャフトに中間偏心部および下偏心部を一体に設けることができ、しかも下部シャフトを分割する必要がないので、部品点数の増加を防いでコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図２Ａ】図１に示す膨張機一体型圧縮機のIIＡ−IIＡ横断面図
【図２Ｂ】同じくIIＢ−IIＢ横断面図
【図３】図１の部分拡大図
【図４】図３のIV−IV線に対応するオイルポンプの平面図
【図５】下部シャフトの外周面に形成された給油用の溝を示す模式図
【図６】スペーサが配置された部分の断面図
【図７】下部シャフトの側面図
【図８】膨張機一体型圧縮機を用いたヒートポンプの構成図
【図９】従来の膨張機一体型圧縮機の断面図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。【００１８】
図１は、本発明の一実施形態にかかる膨張機一体型圧縮機の縦断面図である。図２Ａは、図１に示す膨張機一体型圧縮機のIIＡ−IIＡ横断面図である。図２Ｂは、図１に示す膨張機一体型圧縮機のIIＢ−IIＢ横断面図である。図３は、図１の部分拡大図である。【００１９】
図１に示すように、膨張機一体型圧縮機２００は、密閉容器１と、密閉容器１内の上部に配置されたスクロール型の圧縮機構２と、密閉容器１内の下部に配置された２段ロータリ型の膨張機構３と、圧縮機構２と膨張機構３との間に配置された電動機４と、電動機４と膨張機構３との間に配置されたオイルポンプ６と、圧縮機構２、電動機４、オイルポンプ６および膨張機構３を連結するシャフト５と、膨張機構３とオイルポンプ６との間に配置された仕切部材３１とを備えている。電動機４がシャフト５を駆動することにより、圧縮機構２が作動する。膨張機構３は、膨張する作動流体から動力を回収してシャフト５に与え、電動機４によるシャフト５の駆動をアシストする。作動流体は、例えば、二酸化炭素やハイドロフルオロカーボンなどの冷媒である。【００２０】
本明細書中では、シャフト５の軸方向を上下方向と定義し、圧縮機構２が配置されている側を上側、膨張機構３が配置されている側を下側と定義する。さらに、本実施形態では、スクロール型の圧縮機構２とロータリ型の膨張機構３を採用しているが、圧縮機構２および膨張機構３の型式はこれらに限定されず、他の容積型であってもよい。例えば、圧縮機構と膨張機構の双方をロータリ型またはスクロール型にすることが可能である。【００２１】
図１に示すように、密閉容器１の底部はオイル貯まり２５として利用され、その上側の内部空間２４は作動流体で満たされる。オイルは、圧縮機構２および膨張機構３の摺動部分における潤滑性とシール性を確保するために使用される。オイル貯まり２５に貯留されたオイルの量は、密閉容器１を立てた状態、つまりシャフト５の軸方向が鉛直方向に平行となるように密閉容器１の姿勢を定めた状態で、オイルポンプ６のオイル吸入口６２ｑよりも上、かつ電動機４よりも下に油面ＳＬ（図３参照）が位置するように調整されている。言い換えれば、オイルの油面がオイルポンプ６のオイル吸入口６２ｑと電動機４との間に位置するように、オイルポンプ６および電動機４の位置、ならびにそれらの要素を収容するための密閉容器１の形状および大きさが定められている。【００２２】
オイル貯まり２５は、オイルポンプ６のオイル吸入口６２ｑが位置する上槽２５ａと、膨張機構３が位置する下槽２５ｂとを含む。上槽２５ａと下槽２５ｂとは、仕切部材３１によって隔てられている。オイルポンプ６の周囲が上槽２５ａのオイルで満たされ、膨張機構３が下槽２５ｂのオイル中に浸されている。上槽２５ａのオイルは主に圧縮機構２のために使用され、下槽２５ｂのオイルは主に膨張機構３のために使用される。【００２３】
オイルポンプ６は、上槽２５ａに貯まっているオイルの油面がオイル吸入口６２ｑよりも上方に位置するように、シャフト５の軸方向における圧縮機構２と膨張機構３との間に配置されている。電動機４とオイルポンプ６との間には、支持フレーム７５が配置されている。支持フレーム７５は密閉容器１に固定されており、この支持フレーム７５を介して、オイルポンプ６、仕切部材３１および膨張機構３が密閉容器１に固定されている。支持フレーム７５の外周部には、圧縮機構２を潤滑し終えたオイル、および密閉容器１の内部空間２４に吐出された作動流体から分離したオイルが上槽２５ａに戻れるように、複数の貫通孔７５ａが設けられている。貫通孔７５ａの数は、１つであってもよい。【００２４】
上槽２５ａのオイルは、オイルポンプ６に吸入されて圧縮機構２の摺動部分に供給される。圧縮機構２を潤滑後、支持フレーム７５の貫通孔７５ａを通じて上槽２５ａに戻るオイルは、圧縮機構２および電動機４から加熱作用を受けているので、相対的に高温である。上槽２５ａに戻ったオイルは、再びオイルポンプ６に吸入される。一方、膨張機構３の摺動部分には、下槽２５ｂのオイルが供給される。膨張機構３の摺動部分を潤滑したオイルは、直接下槽２５ｂに戻される。下槽２５ｂに貯められたオイルは、膨張機構３から冷却作用を受けるので、相対的に低温となる。圧縮機構２と膨張機構３との間にオイルポンプ６を配置し、そのオイルポンプ６を用いて圧縮機構２への給油を行うことにより、圧縮機構２を潤滑する高温のオイルの循環経路を膨張機構３から遠ざけることができる。言い換えれば、圧縮機構２を潤滑する高温のオイルの循環経路と、膨張機構３を潤滑する低温のオイルの循環経路とを分けることができる。これにより、オイルを介した圧縮機構２から膨張機構３への熱移動が抑制される。【００２５】
熱移動を抑制する効果は、圧縮機構２と膨張機構３との間にあるオイルポンプ６のみによっても得ることができるが、仕切部材３１を追加することにより、その効果を大幅に高めることが可能である。【００２６】
膨張機一体型圧縮機２００の作動時において、オイル貯まり２５に貯められたオイルは、上槽２５ａでは相対的に高温となり、下槽２５ｂの膨張機構３の周囲では相対的に低温となる。仕切部材３１は、上槽２５ａと下槽２５ｂとの間のオイルの流通を制限することにより、上槽２５ａに高温のオイルが貯まり、下槽２５ｂに低温のオイルが貯まった状態を維持しようとする。さらに、仕切部材３１を含む後述の断熱構造３０の存在により、オイルポンプ６と膨張機構３との軸方向の距離が長くなるため、このことによっても、オイルポンプ６の周囲を満たすオイルから膨張機構３への熱移動量を低減することができる。上槽２５ａと下槽２５ｂとの間のオイルの流通は、仕切部材３１によって制限されているが、禁止されているわけではない。上槽２５ａから下槽２５ｂ、またはその逆方向へのオイルの流通は、オイル量をバランスさせるように起こりうる。【００２７】
本実施形態では、仕切部材３１は、密閉容器１の内部空間２４の横断面よりも一回り小さな円盤状をなしており、仕切部材３１の端面と密閉容器１の内周面との間に形成された隙間３１ａ（図３参照）を通じてオイルの流通が僅かに許容されている。また、仕切部材３１の中央部には、シャフト５を通すための貫通孔３１ｃ（図３参照）が設けられている。【００２８】
なお、仕切部材３１としては、上槽２５ａと下槽２５ｂとを隔てるとともにこれらの間のオイルの流通を制限するものであればよく、その形状および構成は適宜選定可能である。例えば、仕切部材３１の直径が密閉容器１の内径と一致していて、仕切部材３１にオイルの流通を許容する貫通孔または端面からの切り込みが設けられていてもよい。あるいは、仕切部材３１が複数の部品によって中空状(例えば、リール状)に形成されていて、その中にオイルが一旦保持されるようになっていてもよい。【００２９】
仕切部材３１と膨張機構３との間には、支柱として機能する複数（例えば３つ）のスペーサ３３と、シャフトカバー３２とが配置されている。そして、スペーサ３３と仕切部材３１とによって断熱構造３０が構成されている。スペーサ３３は、仕切部材３１と膨張機構３との間に下槽２５ｂのオイルで満たされる空間を形成する。スペーサ３３によって確保された空間を満たすオイルは、それ自体が断熱材として働き、軸方向に温度成層を形成する。【００３０】
より詳しくは、スペーサ３３は、シャフトカバー３２を取り巻くように同一円周上に等角度間隔で配置されている。各スペーサ３３は、図６に示すように円形筒状をなしていて、その中を仕切部材３１と膨張機構３とを固定するボルトＢが通されている。ボルトＢとスペーサ３３は、同じ素材（例えば、鉄、ステンレスなど）で構成されていることが好ましい。このようになっていれば、ボルトＢとスペーサ３３とで熱膨張の度合いが同じになり、温度変化によって仕切部材３１が歪むことを防止することができる。【００３１】
シャフトカバー３２は、スペーサ３３によって確保された空間内でシャフト５を覆う円筒状をなしている。このシャフトカバー３２の長さは、スペーサ３３よりもやや長く設定されている。一方、仕切部材３１の下面には、シャフトカバー３２の上端部が嵌合可能な上嵌合凹部３１ｂが形成され、膨張機構３の後述する上軸受部材４５の上面には、シャフトカバー３２の下端部が嵌合可能な下嵌合凹部４５ｂが形成されている。そして、シャフトカバー３２が上嵌合凹部３１ｂおよび下嵌合凹部４５ｂに嵌合することにより、シャフトカバー３２がシャフト５と同心となる状態で保持されるとともに、仕切部材３１と膨張機構３との相対位置が決定される。すなわち、シャフトカバー３２は、仕切部材３１と膨張機構３との相対的な位置決めを行う位置決め部材を兼ねるものである。【００３２】
次に、圧縮機構２および膨張機構３について説明する。【００３３】
シャフト５は、上端部に圧縮機構２用の上偏心部５ａ、下端よりも少し上側の位置に膨張機構３用の上下一対の下偏心部５ｄ，５ｃ、それらの間にオイルポンプ６用の中間偏心部５ｅを有している。より詳しくは、シャフト５は、中間偏心部５ｅの少し上側で二分割されていて、上偏心部５ａが設けられた上部シャフト５ｓと、中間偏心部５ｅおよび下偏心部５ｄ，５ｃが設けられた下部シャフト５ｔとで構成されている。上部シャフト５ｓと下部シャフト５ｔとは、膨張機構３によって回収された動力が圧縮機構２に伝達されるように連結器６３によって連結されている。ただし、連結器６３を使用せず、上部シャフト５ｓと下部シャフト５ｔとを直接嵌め合わせて連結するようにしてもよい。【００３４】
スクロール型の圧縮機構２は、旋回スクロール７と、固定スクロール８と、オルダムリング１１と、軸受部材１０と、マフラー１６とを備えている。固定スクロール８には、密閉容器１の外部から内部に延びる吸入管１３が接続されている。軸受部材１０は、上部シャフト５ｓにおける上偏心部５ａの少し下側部分を回転自在に支持している。上部シャフト５ｓの上偏心部５ａに嵌合され、かつ、オルダムリング１１により自転運動を拘束された旋回スクロール７は、渦巻き形状のラップ７ａが、固定スクロール８のラップ８ａと噛み合いながら、シャフト５の回転に伴って旋回運動を行い、ラップ７ａ，８ａの間に形成される三日月形状の作動室１２が外側から内側に移動しながら容積を縮小することにより、吸入管１３から吸入された作動流体を圧縮する。圧縮された作動流体は、固定スクロール８の中央部に設けられた吐出孔８ｂ、マフラー１６の内部空間１６ａ、ならびに固定スクロール８および軸受部材１０を貫通する流路１７をこの順に経由して、密閉容器１の内部空間２４に吐出される。シャフト５の給油路２９を通ってこの圧縮機構２に到達したオイルは、旋回スクロール７と上偏心部５ａとの摺動面や、旋回スクロール７と固定スクロール８との摺動面を潤滑する。密閉容器１の内部空間２４に吐出された作動流体は、内部空間２４に滞留する間に、重力や遠心力によってオイルと分離され、その後、密閉容器１の上部に設けられた吐出管１５からガスクーラに向けて吐出される。【００３５】
シャフト５（正確には上部シャフト５ｓ）を介して圧縮機構２を駆動する電動機４は、密閉容器１に固定された固定子２１と、上部シャフト５ｓに固定された回転子２２とを含む。密閉容器１の上部に配置されたターミナル（図示省略）から電動機４に電力が供給される。電動機４は、同期機および誘導機のいずれであってもよく、圧縮機構２から吐出された作動流体および作動流体に混入しているオイルによって冷却される。【００３６】
シャフト５の内部には、圧縮機構２の摺動部分に通ずる給油路２９が軸方向に延びるように上部シャフト５ｓおよび下部シャフト５ｔに跨って形成されている。また、下部シャフト５ｔにおけるオイルポンプ６よりも僅かに上方の位置には、給油路２９にオイルを導入する導入口２９ｐ（図３参照）が設けられている。そして、給油路２９には、オイルポンプ６から上方に吐出されたオイルが後述する導入路７３および導入口２９ｐを通じて送り込まれる。給油路２９に送られたオイルは、膨張機構３を経由することなく、圧縮機構２の各摺動部分に供給される。このようにすれば、圧縮機構２に向かうオイルが膨張機構３で冷却されることがないので、オイルを介した圧縮機構２から膨張機構３への熱移動を効果的に抑制することができる。また、シャフト５の内部に給油路２９を形成すれば、部品点数の増加やレイアウトの問題が新たに生じないので好適である。【００３７】
膨張機構３は、第１シリンダ４２と、第１シリンダ４２よりも厚みのある第２シリンダ４４と、これらのシリンダ４２，４４を仕切る中板４３とを備えている。第１シリンダ４２と第２シリンダ４４とは、互いに同心状の配置である。膨張機構３は、さらに、下部シャフト５ｔの下側の下偏心部５ｃと嵌合し、第１シリンダ４２の中で偏心回転運動する第１ピストン４６と、第１シリンダ４２のベーン溝４２ａ（図２Ａ参照）に往復動自在に保持され、一方の端部が第１ピストン４６に接する第１ベーン４８と、第１ベーン４８の他方の端部に接し、第１ベーン４８を第１ピストン４６へと付勢する第１ばね５０と、下部シャフト５ｔの上側の下偏心部５ｄと嵌合し、第２シリンダ４４の中で偏心回転運動する第２ピストン４７と、第２シリンダ４４のベーン溝４４ａ（図２Ｂ参照）に往復動自在に保持され、一方の端部が第２ピストン４７に接する第２ベーン４９と、第２ベーン４９の他方の端部に接し、第２ベーン４９を第２ピストン４７へと付勢する第２ばね５１と、を備えている。下部シャフト５ｔの下側の下偏心部５ｃおよび上側の下偏心部５ｄは、図２Ａおよび図２Ｂに示すように同方向に偏心している。【００３８】
膨張機構３は、さらに、第１シリンダ４２、第２シリンダ４４および中板４３を狭持するように配置された上軸受部材４５および下軸受部材４１を備えている。上軸受部材４５は、下部シャフト５ｔにおける上側の下偏心部５ｄの直ぐ上側部分を回転自在に支持しており、下軸受部材４１は、下部シャフト５ｔにおける下側の下偏心部５ｃの直ぐ下側部分を回転自在に支持している。上軸受部材４５は、上下方向に延びる円柱状の形状を有しており、その中央に下部シャフト５ｔと嵌合する軸穴４５ｃが設けられている。下軸受部材４１は、中央部が下方に突出する皿状の形状を有しており、その中央に下部シャフト５ｔと嵌合する軸穴が設けられている。そして、下軸受部材４１および中板４３は第１シリンダ４２を上下から狭持し、中板４３および上軸受部材４５は第２シリンダ４４を上下から狭持する。上軸受部材４５、中板４３および下軸受部材４１による狭持により、第１シリンダ４２および第２シリンダ４４内には、ピストン４６，４７の回転に応じて容積が変化する作動室が形成される。また、上軸受部材４５には、密閉容器１の外部から内部に延びる吸入管５２と、密閉容器１の内部から外部に延びる吐出管５３とが接続されている。【００３９】
図２Ａに示すように、第１シリンダ４２の内側には、第１ピストン４６および第１ベーン４８により区画された、吸入側の作動室５５ａ（第１吸入側空間）および吐出側の作動室５５ｂ（第１吐出側空間）が形成される。図２Ｂに示すように、第２シリンダ４４の内側には、第２ピストン４７および第２ベーン４９により区画された、吸入側の作動室５６ａ（第２吸入側空間）および吐出側の作動室５６ｂ（第２吐出側空間）が形成される。第２シリンダ４４における２つの作動室５６ａ，５６ｂの合計容積は、第１シリンダ４２における２つの作動室５５ａ，５５ｂの合計容積よりも大きい。第１シリンダ４２の吐出側の作動室５５ｂと、第２シリンダ４４の吸入側の作動室５６ａとは、中板４３に設けられた貫通孔４３ａにより接続されており、一つの作動室（膨張室）として機能する。高圧の作動流体は、吸入管５２から、第２シリンダ４４、中板４３、第１シリンダ４２および下軸受部材４１を貫通する吸入経路５４ならびに下軸受部材４１に設けられた吸入孔４１ａを通じて第１シリンダ４２の作動室５５ａに流入する。第１シリンダ４２の作動室５５ａに流入した作動流体は、作動室５５ｂと作動室５６ａからなる膨張室においてシャフト５を回転させながら膨張して低圧になる。低圧の作動流体は、上軸受部材４５に設けられた吐出孔４５ａを通じて吐出管５３に吐出される。【００４０】
このように、膨張機構３は、シリンダ４２，４４と、シャフト５の下偏心部５ｃ，５ｄに嵌合するようにシリンダ４２，４４内に配置されたピストン４６，４７と、シリンダ４２，４４を閉塞しシリンダ４２，４４およびピストン４６，４７とともに膨張室を形成する軸受部材４１，４５（閉塞部材）を含むロータリ型である。ロータリ型の流体機構は、その構造上、シリンダ内の空間を２つに仕切るベーンの潤滑が不可欠となる。機構全体がオイルに浸かっている場合には、ベーンが配置されているベーン溝の後端を密閉容器１内に露出させるという極めて単純な方法により、ベーンを潤滑することができる。本実施形態においても、そのような方法でベーン４８，４９の潤滑を行っている。【００４１】
その他の部分（例えば軸受部材４１，４５）への給油は、図５に示すように、例えば、下部シャフト５ｔの下端から膨張機構３のシリンダ４２，４４に向かって延びるように、下部シャフト５ｔの外周面に溝５ｋを形成することによって行うことができる。オイル貯まり２５に貯まっているオイルに懸かる圧力は、シリンダ４２，４４とピストン４６，４７とを潤滑中のオイルに懸かる圧力よりも大きい。したがって、オイルポンプの助けを借りなくても、オイルは、下部シャフト５ｔの外周面の溝５ｋを伝って膨張機構３の摺動部分に供給されうる。【００４２】
次に、オイルポンプ６およびその周囲の構成について詳しく説明する。【００４３】
図３に示すように、オイルポンプ６は、シャフト５の回転に伴う作動室の容積の増減によりオイルを圧送するように構成された容積式ポンプである。オイルポンプ６の上側にはその中央部をシャフト５に貫通された導入部材７４および中継部材７１が順に配置されていて、オイルポンプ６はこれらの部材７４，７１を介して支持フレーム７５に固定されている。【００４４】
中継部材７１は、連結器６３を収容する内部空間７０ｈと、シャフト５（上部シャフト５ｓ）を支持する軸受部７６とを有している。言い換えれば、中継部材７１は、連結器６３のハウジングとしての役割とシャフト５の軸受としての役割を担う。なお、軸受部７６に相当する部分を、支持フレーム７５が有していてもよい。さらには、支持フレーム７５と中継部材７１とが単一の部品からなっていてもよい。【００４５】
導入部材７４は、上下方向に扁平な板状の形状をなしている。導入部材７４には、オイルポンプ６の吐出口とシャフト５の導入口２９ｐを連通する導入路７３が設けられている。この導入路７３は、導入部材７４の下面における所定の領域が窪まされて形成されており、シャフト５を取り囲む円形の環状部７３ａと、この環状部７３ａからオイルポンプ６の吐出口に対応する位置まで延びる案内部７３ｂとを含んでいる。そして、シャフト５の導入口２９ｐは、シャフト５における導入路７３の環状部７３ａに面する部分に設けられていて、横向きに開口している。なお、導入路７３の形状およびそのルートは上記した通りである必要はなく、適宜選定可能である。また、導入口２９ｐの数量も１つである必要はなく、複数であってもよい。【００４６】
図４にオイルポンプ６の平面図を示す。オイルポンプ６は、下部シャフト５ｔの中間偏心部５ｅに嵌合して偏心運動するピストン６１と、このピストン６１を収容するハウジング６２（シリンダ）とを有している。ピストン６１とハウジング６２との間には、三日月状の作動室６４が形成されている。すなわち、オイルポンプ６には、ロータリ型の流体機構が採用されている。なお、本実施形態では、図４に示すようにピストン６１が自転不能な構造のオイルポンプ６となっているが、オイルポンプ６としてはロータリ型の容積式ポンプであればよく、スライドベーンを有しピストン６１が自転可能とされたものであってもよい。【００４７】
ハウジング６２には、オイル貯まり２５の上槽２５ａと作動室６４とを接続する吸入路６２ａと、作動室６４からオイルを逃がす吐出路６２ｂとが形成されている。吸入路６２ａは、ハウジング６２の上面に沿って直線上に延びており、吐出路６２ｂは、ハウジング６２の内周面から径方向外側に後退する溝状をなしている。そして、吸入路６２ａの外側の開口によって吸入口６２ｑが構成され、吐出路６２ｂの上側の開口によって吐出口が構成されている。なお、吐出路６２ｂの下側の開口は、仕切部材３１で閉じられている。下部シャフト５ｔの回転に伴ってハウジング６２内をピストン６１が偏心運動すると、これにより作動室６４の容積が増減し、吸入口６２ｑからのオイルの吸入および吐出口からの上方へのオイルの吐出が行われる。このような機構は、下部シャフト５ｔの回転運動をカム機構等で他の運動に変換することなく、オイルを圧送する運動に直接利用するので、機械ロスが小さいという利点がある。また、比較的単純な構造によるので、信頼性も高い。【００４８】
図３に示すように、導入部材７４は、当該導入部材７４の下面がハウジング６２の上面に接するようにハウジング６２に隣接して配置されており、仕切部材３１は、当該仕切部材３１の上面がハウジング６２の下面に接するようにハウジング６２に隣接して配置されている。このため、作動室６４が上方から導入部材７４に閉塞されるとともに下方から仕切部材３１に閉塞されており、ピストン６１が仕切部材３１上を摺動するようになっている。ハウジング６２は、仕切部材３１と一体になっていることが好ましい。上述したようにシャフトカバー３２によって膨張機構３に対する仕切部材３１の相対位置が決められるため、ハウジング６２が仕切部材３１と一体になっていれば、ハウジング６２を位置決めする作業が不要となるからである。なお、ハウジング６２を導入部材７４と一体にすることも可能である。【００４９】
次に、図１および図７を参照して、下部シャフト５ｔについてさらに詳しく説明する。【００５０】
下部シャフト５ｔの直径は、膨張機構３の上軸受部材４５で支持される部分（以下、「被支持部」という。）５ｆより上側では、当該被支持部５ｆの直径Ｄ1より小さく設定されている。このため、下部シャフト５ｔは、仕切部材３１と膨張機構３との間に空間を確保するスペーサ３３に対応する領域では被支持部５ｆよりも細くなっている。これにより、下部シャフト５ｔを通じた上槽２５ａから下槽２５ｂへの熱移動を小さく抑えることが可能となっている。なお、上部シャフト５ｓの直径は、下端から中継部材７１で支持される部分の途中までは、下部シャフト５ｆの上側部分の直径と略同じになっている。【００５１】
また、中間偏心部５ｅの直径Ｄ2は、被支持部５ｆの直径以下に設定されている。このため、下部シャフト５ｔを中間偏心部５ｅ側から膨張機構３の上軸受部材４５の軸穴４５ｃに挿通可能となっている。さらに、仕切部材３１の貫通孔３１ｃの直径およびシャフトカバー３２の内径は、上軸受部材４５の軸穴４５ｃの直径と同程度に設定されており、これらのシャフトカバー３２および仕切部材３１の貫通孔３１ｃにも下部シャフト５ｔを中間偏心部５ｅ側から挿通可能となっている。シャフトカバー３２は、嵌合凹部３１ｂ，４５ｂに嵌合することによりシャフト５（下部シャフト５ｔ）と同心となる状態で保持されているので、下部シャフト５ｔとシャフトカバー３２との間には、オイルで満たされた円形筒状の断熱層が形成されている。そして、この断熱層によって、下部シャフト５ｔを通じた上槽２５ａから下槽２５ｂへの熱移動がさらに小さく抑えられるようになっている。【００５２】
さらには、図７に示すように、中間偏心部５ｅは、下部シャフト５ｔの軸心Ｃに対して下偏心部５ｄ，５ｃと反対方向に偏心している。中間偏心部５ｅの偏心方向は、下偏心部５ｄ，５ｃの偏心方向と１８０°をなす方向であることが好ましいが、その角度から±１０°程度の範囲内で振れていてもよい。【００５３】
以上説明したように、本実施形態の膨張機一体型圧縮機２００では、下部シャフト５ｔの中間偏心部５ｅの直径Ｄ2が膨張機構３の上軸受部材４５で支持される被支持部５ｆの直径Ｄ1以下に設定されているので、下部シャフト５ｔに中間偏心部５ｅがある状態でもこの下部シャフト５ｔをそのまま上軸受部材４５の軸穴４５ｃに挿通することができる。従って、下部シャフト５ｔに中間偏心部５ｅおよび下偏心部５ｄ，５ｃを一体に設けることができ、しかも下部シャフト５ｔを分割する必要がないので、部品点数の増加を防いでコストを抑えることができる。【００５４】
さらに、中間偏心部５ｅは下偏心部５ｄ，５ｃと反対方向に偏心しているので、中間偏心部５ｅがバランスウエイトとして働くようになり、シャフト回転時に下偏心部５ｄ，５ｃにかかる遠心力による影響を小さくすることができる。【００５５】
なお、前記実施形態では、圧縮機構２が上側に配置され、膨張機構３が下側に配置されているが、圧縮機構２と膨張機構３の位置は、本実施形態と逆であってもかまわない。すなわち、圧縮機構２がオイル貯まり２５に貯められたオイルの油面ＳＬよりも下に位置し、膨張機構３が油面ＳＬよりも上に位置していてもよい。この場合には、下部シャフト５ｔがオイルポンプ６用の中間偏心部５ｅと圧縮機構２用の下偏心部とを有するようになり、これらの偏心部の間の部分が圧縮機構２の軸受部材１０で支持されるようになる。また、オイル貯まり２５に貯められたオイルは、オイルポンプ６によって油面ＳＬよりも上に位置する膨張機構３に供給されるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の膨張機一体型圧縮機は、例えば、空気調和装置、給湯装置、乾燥機または冷凍冷蔵庫のためのヒートポンプに好適に採用できる。図８に示すように、ヒートポンプ１１０は、膨張機一体型圧縮機２００と、圧縮機構２で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器１１２と、膨張機構３で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器１１４とを備えている。圧縮機構２、放熱器１１２、膨張機構３および蒸発器１１４が配管によって接続され、冷媒回路が形成されている。膨張機一体型圧縮機２００は、他の実施形態のものに置き換わってもよい。【００５７】
例えば、ヒートポンプ１１０が空気調和装置に適用される場合、圧縮機構２から膨張機構３への熱移動を抑制することにより、暖房運転時における圧縮機構２の吐出温度の低下による暖房能力の低下、冷房運転時における膨張機構３の吐出温度の上昇による冷房能力の低下を防ぐことができる。結果として、空気調和装置の成績係数が向上する。
【図１】
2009066416.tif 000003
【図２Ａ】
2009066416.tif 000004
【図２Ｂ】
2009066416.tif 000005
【図３】
2009066416.tif 000006
【図４】
2009066416.tif 000007
【図５】
2009066416.tif 000008
【図６】
2009066416.tif 000009
【図７】
2009066416.tif 000010
【図８】
2009066416.tif 000011
【図９】
2009066416.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月29日(2009.6.29)
【手続補正１】
【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、流体を圧縮する圧縮機構と流体を膨張させる膨張機構とを備えた膨張機一体型圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧縮機構と膨張機構とを備えた流体機械として、膨張機一体型圧縮機が知られている。図９は、特許文献１に記載された膨張機一体型圧縮機の縦断面図である。
【０００３】
膨張機一体型圧縮機１０３は、密閉容器１２０、圧縮機構１２１、電動機１２２および膨張機構１２３を備えている。電動機１２２、圧縮機構１２１および膨張機構１２３は、シャフト１２４により連結されている。膨張機構１２３は、膨張する作動流体（例えば冷媒）から動力を回収し、回収した動力をシャフト１２４に与える。これにより、圧縮機構１２１を駆動する電動機１２２の消費電力が低減し、膨張機一体型圧縮機１０３を用いたシステムの成績係数が向上する。
【０００４】
密閉容器１２０の底部１２５は、オイル貯まりとして利用されている。底部１２５に貯められたオイルを密閉容器１２０の上方へ汲み上げるために、シャフト１２４の下端にオイルポンプ１２６が設けられている。オイルポンプ１２６によって汲み上げられたオイルは、シャフト１２４内の給油路１２７を経由して、圧縮機構１２１および膨張機構１２３に供給される。これにより、圧縮機構１２１の摺動部分および膨張機構１２３の摺動部分における潤滑性とシール性を確保することができる。
【０００５】
膨張機構１２３の上部には、オイル戻し経路１２８が設けられている。オイル戻し経路１２８は、一端がシャフト１２４の給油路１２７に接続し、他端が膨張機構１２３の下方に向かって開口している。一般に、膨張機構１２３の信頼性確保のため、オイルは過剰に供給される。余剰のオイルはオイル戻し経路１２８を経由して、膨張機構１２３の下方に排出される。
【０００６】
作動流体に混入するオイルの量は、通常、圧縮機構１２１と膨張機構１２３とで相違する。したがって、圧縮機構１２１と膨張機構１２３とが別々の密閉容器内に収容されている場合には、オイル量の過不足が生じないように、２つの密閉容器内のオイル量を調整するための手段が不可欠となる。これに対し、圧縮機構１２１および膨張機構１２３が同一の密閉容器１２０内に収容されているため、図９に示す膨張機一体型圧縮機１０３には、オイル量の過不足の問題が本質的に存在しない。
【０００７】
上記の膨張機一体型圧縮機１０３では、底部１２５から汲み上げられたオイルが、高温の圧縮機構１２１を通過するため、圧縮機構１２１によって加熱される。圧縮機構１２１によって加熱されたオイルは、電動機１２２によってさらに加熱され、膨張機構１２３に到達する。膨張機構１２３に到達したオイルは、低温の膨張機構１２３において冷却されたのち、オイル戻し経路１２８を経由して、膨張機構１２３の下方に排出される。膨張機構１２３から排出されたオイルは、電動機１２２の側面を通過する際に加熱され、さらに圧縮機構１２１の側面を通過する際にも加熱されて密閉容器１２０の底部１２５に戻る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２９９６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のように、オイルが圧縮機構と膨張機構を循環することにより、オイルを介して圧縮機構から膨張機構への熱移動が起こる。このような熱移動は、圧縮機構から吐出される作動流体の温度低下、膨張機構から吐出される作動流体の温度上昇を招来し、膨張機一体型圧縮機を用いたシステムの成績係数の向上を妨げる。
【００１０】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、膨張機一体型圧縮機において、圧縮機構から膨張機構への熱移動を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本出願に先行する国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２００７／０５８８７１（出願日２００７年４月２４日、優先日２００６年５月１７日）において、本発明者らは、
底部がオイル貯まりとして利用される密閉容器と、
オイル貯まりに貯留されたオイルの油面よりも上または下に位置するように密閉容器内に配置された圧縮機構と、
油面に対する位置関係が圧縮機構とは上下逆になるように密閉容器内に配置された膨張機構と、
圧縮機構と膨張機構とを連結するシャフトと、
圧縮機構と膨張機構との間に配置され、圧縮機構または膨張機構の周囲を満たすオイルを油面よりも上に位置する圧縮機構または膨張機構に供給するオイルポンプと、
を備えた膨張機一体型圧縮機を提案した。
【００１２】
上記の膨張機一体型圧縮機においては、シャフトに、圧縮機構または膨張機構用の上偏心部、オイルポンプ用の中間偏心部、および膨張機構または圧縮機構用の下偏心部を設けることが考えられる。圧縮機構および膨張機構は、偏心部がぶれないようにするために、通常、シャフトにおける偏心部より内側部分を支持する軸受部材を有している。このため、前記のように偏心部を設ける場合には、上側の機構の軸受部材にシャフトを挿通させるという観点から、例えばシャフトを中間偏心部の上側で二分割するようにしてもよい。下部シャフトには中間偏心部と下偏心部とが残るが、下部シャフトを下側の機構の軸受部材に挿通させるには、例えば、中間偏心部を後付けできるようにするか、下部シャフトをさらに二分割する対策が考えられる。しかし、このような対策は、部品点数の増加を招きコストアップになる。そこで、本発明者らは、中間偏心部および下偏心部を有する下部シャフトをそのまま軸受部材に挿通可能にする構成を考え出した。
【００１３】
すなわち、本発明は、
底部がオイル貯まりとして利用される密閉容器と、
前記オイル貯まりに貯められたオイルの油面よりも上または下に位置するように前記密閉容器内に配置された圧縮機構と、
前記油面に対する位置関係が前記圧縮機構とは上下逆になるように前記密閉容器内に配置された膨張機構と、
前記圧縮機構と前記膨張機構との間に配置され、前記オイル貯まりに貯められたオイルを前記圧縮機構および前記膨張機構のうち前記油面よりも上に位置する機構に供給するオイルポンプと、
前記圧縮機構、前記オイルポンプ、および前記膨張機構を連結するシャフトであって、前記オイルポンプ用の中間偏心部と、前記油面よりも上に位置する前記圧縮機構または前記膨張機構用の上偏心部と、前記オイル貯まりに貯められたオイルに漬かる前記膨張機構または前記圧縮機構用の下偏心部と、を有するシャフトと、を備え、
前記シャフトは、前記中間偏心部および前記下偏心部が設けられた下部シャフトと、この下部シャフトに連結され、前記上偏心部が設けられた上部シャフトとを含み、
前記オイル貯まりに貯められたオイルに漬かる前記膨張機構または前記圧縮機構は、前記下部シャフトにおける前記下偏心部より上側の部分を支持する軸受部材を有し、
前記中間偏心部の直径は、前記下部シャフトにおける前記軸受部材で支持される部分の直径以下に設定されている、膨張機一体型圧縮機を提供する。
【００１４】
ここで、「中間偏心部の直径が下部シャフトにおける軸受部材で支持される部分の直径以下」とは、公差を除く設計値で比較したときのことをいい、公差により中間偏心部の直径が下部シャフトにおける軸受部材で支持される部分の直径よりも僅かに大きくなっていても、それらの設計値が同じである限り「中間偏心部の直径が下部シャフトにおける軸受部材で支持される部分の直径以下」に含まれる。
【発明の効果】
【００１５】
上記の構成によれば、オイルポンプが圧縮機構と膨張機構との間に配置されているので、オイルポンプに吸入されたオイルは、下に位置する機構を経由することなく上に位置する機構に供給される。この結果、オイルを介した圧縮機構から膨張機構への熱移動が抑制される。
【００１６】
さらに、本発明の構成では、下部シャフトの中間偏心部の直径が軸受部材で支持される部分の直径以下に設定されているので、下部シャフトに中間偏心部がある状態でもこの下部シャフトをそのまま軸受部材に挿通することができる。従って、下部シャフトに中間偏心部および下偏心部を一体に設けることができ、しかも下部シャフトを分割する必要がないので、部品点数の増加を防いでコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図２Ａ】図１に示す膨張機一体型圧縮機のIIＡ−IIＡ横断面図
【図２Ｂ】同じくIIＢ−IIＢ横断面図
【図３】図１の部分拡大図
【図４】図３のIV−IV線に対応するオイルポンプの平面図
【図５】下部シャフトの外周面に形成された給油用の溝を示す模式図
【図６】スペーサが配置された部分の断面図
【図７】下部シャフトの側面図
【図８】膨張機一体型圧縮機を用いたヒートポンプの構成図
【図９】従来の膨張機一体型圧縮機の断面図
【発明を実施するための形態】
【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。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態にかかる膨張機一体型圧縮機の縦断面図である。図２Ａは、図１に示す膨張機一体型圧縮機のIIＡ−IIＡ横断面図である。図２Ｂは、図１に示す膨張機一体型圧縮機のIIＢ−IIＢ横断面図である。図３は、図１の部分拡大図である。
【００２０】
図１に示すように、膨張機一体型圧縮機２００は、密閉容器１と、密閉容器１内の上部に配置されたスクロール型の圧縮機構２と、密閉容器１内の下部に配置された２段ロータリ型の膨張機構３と、圧縮機構２と膨張機構３との間に配置された電動機４と、電動機４と膨張機構３との間に配置されたオイルポンプ６と、圧縮機構２、電動機４、オイルポンプ６および膨張機構３を連結するシャフト５と、膨張機構３とオイルポンプ６との間に配置された仕切部材３１とを備えている。電動機４がシャフト５を駆動することにより、圧縮機構２が作動する。膨張機構３は、膨張する作動流体から動力を回収してシャフト５に与え、電動機４によるシャフト５の駆動をアシストする。作動流体は、例えば、二酸化炭素やハイドロフルオロカーボンなどの冷媒である。
【００２１】
本明細書中では、シャフト５の軸方向を上下方向と定義し、圧縮機構２が配置されている側を上側、膨張機構３が配置されている側を下側と定義する。さらに、本実施形態では、スクロール型の圧縮機構２とロータリ型の膨張機構３を採用しているが、圧縮機構２および膨張機構３の型式はこれらに限定されず、他の容積型であってもよい。例えば、圧縮機構と膨張機構の双方をロータリ型またはスクロール型にすることが可能である。
【００２２】
図１に示すように、密閉容器１の底部はオイル貯まり２５として利用され、その上側の内部空間２４は作動流体で満たされる。オイルは、圧縮機構２および膨張機構３の摺動部分における潤滑性とシール性を確保するために使用される。オイル貯まり２５に貯留されたオイルの量は、密閉容器１を立てた状態、つまりシャフト５の軸方向が鉛直方向に平行となるように密閉容器１の姿勢を定めた状態で、オイルポンプ６のオイル吸入口６２ｑよりも上、かつ電動機４よりも下に油面ＳＬ（図３参照）が位置するように調整されている。言い換えれば、オイルの油面がオイルポンプ６のオイル吸入口６２ｑと電動機４との間に位置するように、オイルポンプ６および電動機４の位置、ならびにそれらの要素を収容するための密閉容器１の形状および大きさが定められている。
【００２３】
オイル貯まり２５は、オイルポンプ６のオイル吸入口６２ｑが位置する上槽２５ａと、膨張機構３が位置する下槽２５ｂとを含む。上槽２５ａと下槽２５ｂとは、仕切部材３１によって隔てられている。オイルポンプ６の周囲が上槽２５ａのオイルで満たされ、膨張機構３が下槽２５ｂのオイル中に浸されている。上槽２５ａのオイルは主に圧縮機構２のために使用され、下槽２５ｂのオイルは主に膨張機構３のために使用される。
【００２４】
オイルポンプ６は、上槽２５ａに貯まっているオイルの油面がオイル吸入口６２ｑよりも上方に位置するように、シャフト５の軸方向における圧縮機構２と膨張機構３との間に配置されている。電動機４とオイルポンプ６との間には、支持フレーム７５が配置されている。支持フレーム７５は密閉容器１に固定されており、この支持フレーム７５を介して、オイルポンプ６、仕切部材３１および膨張機構３が密閉容器１に固定されている。支持フレーム７５の外周部には、圧縮機構２を潤滑し終えたオイル、および密閉容器１の内部空間２４に吐出された作動流体から分離したオイルが上槽２５ａに戻れるように、複数の貫通孔７５ａが設けられている。貫通孔７５ａの数は、１つであってもよい。
【００２５】
上槽２５ａのオイルは、オイルポンプ６に吸入されて圧縮機構２の摺動部分に供給される。圧縮機構２を潤滑後、支持フレーム７５の貫通孔７５ａを通じて上槽２５ａに戻るオイルは、圧縮機構２および電動機４から加熱作用を受けているので、相対的に高温である。上槽２５ａに戻ったオイルは、再びオイルポンプ６に吸入される。一方、膨張機構３の摺動部分には、下槽２５ｂのオイルが供給される。膨張機構３の摺動部分を潤滑したオイルは、直接下槽２５ｂに戻される。下槽２５ｂに貯められたオイルは、膨張機構３から冷却作用を受けるので、相対的に低温となる。圧縮機構２と膨張機構３との間にオイルポンプ６を配置し、そのオイルポンプ６を用いて圧縮機構２への給油を行うことにより、圧縮機構２を潤滑する高温のオイルの循環経路を膨張機構３から遠ざけることができる。言い換えれば、圧縮機構２を潤滑する高温のオイルの循環経路と、膨張機構３を潤滑する低温のオイルの循環経路とを分けることができる。これにより、オイルを介した圧縮機構２から膨張機構３への熱移動が抑制される。
【００２６】
熱移動を抑制する効果は、圧縮機構２と膨張機構３との間にあるオイルポンプ６のみによっても得ることができるが、仕切部材３１を追加することにより、その効果を大幅に高めることが可能である。
【００２７】
膨張機一体型圧縮機２００の作動時において、オイル貯まり２５に貯められたオイルは、上槽２５ａでは相対的に高温となり、下槽２５ｂの膨張機構３の周囲では相対的に低温となる。仕切部材３１は、上槽２５ａと下槽２５ｂとの間のオイルの流通を制限することにより、上槽２５ａに高温のオイルが貯まり、下槽２５ｂに低温のオイルが貯まった状態を維持しようとする。さらに、仕切部材３１を含む後述の断熱構造３０の存在により、オイルポンプ６と膨張機構３との軸方向の距離が長くなるため、このことによっても、オイルポンプ６の周囲を満たすオイルから膨張機構３への熱移動量を低減することができる。上槽２５ａと下槽２５ｂとの間のオイルの流通は、仕切部材３１によって制限されているが、禁止されているわけではない。上槽２５ａから下槽２５ｂ、またはその逆方向へのオイルの流通は、オイル量をバランスさせるように起こりうる。
【００２８】
本実施形態では、仕切部材３１は、密閉容器１の内部空間２４の横断面よりも一回り小さな円盤状をなしており、仕切部材３１の端面と密閉容器１の内周面との間に形成された隙間３１ａ（図３参照）を通じてオイルの流通が僅かに許容されている。また、仕切部材３１の中央部には、シャフト５を通すための貫通孔３１ｃ（図３参照）が設けられている。
【００２９】
なお、仕切部材３１としては、上槽２５ａと下槽２５ｂとを隔てるとともにこれらの間のオイルの流通を制限するものであればよく、その形状および構成は適宜選定可能である。例えば、仕切部材３１の直径が密閉容器１の内径と一致していて、仕切部材３１にオイルの流通を許容する貫通孔または端面からの切り込みが設けられていてもよい。あるいは、仕切部材３１が複数の部品によって中空状(例えば、リール状)に形成されていて、その中にオイルが一旦保持されるようになっていてもよい。
【００３０】
仕切部材３１と膨張機構３との間には、支柱として機能する複数（例えば３つ）のスペーサ３３と、シャフトカバー３２とが配置されている。そして、スペーサ３３と仕切部材３１とによって断熱構造３０が構成されている。スペーサ３３は、仕切部材３１と膨張機構３との間に下槽２５ｂのオイルで満たされる空間を形成する。スペーサ３３によって確保された空間を満たすオイルは、それ自体が断熱材として働き、軸方向に温度成層を形成する。
【００３１】
より詳しくは、スペーサ３３は、シャフトカバー３２を取り巻くように同一円周上に等角度間隔で配置されている。各スペーサ３３は、図６に示すように円形筒状をなしていて、その中を仕切部材３１と膨張機構３とを固定するボルトＢが通されている。ボルトＢとスペーサ３３は、同じ素材（例えば、鉄、ステンレスなど）で構成されていることが好ましい。このようになっていれば、ボルトＢとスペーサ３３とで熱膨張の度合いが同じになり、温度変化によって仕切部材３１が歪むことを防止することができる。
【００３２】
シャフトカバー３２は、スペーサ３３によって確保された空間内でシャフト５を覆う円筒状をなしている。このシャフトカバー３２の長さは、スペーサ３３よりもやや長く設定されている。一方、仕切部材３１の下面には、シャフトカバー３２の上端部が嵌合可能な上嵌合凹部３１ｂが形成され、膨張機構３の後述する上軸受部材４５の上面には、シャフトカバー３２の下端部が嵌合可能な下嵌合凹部４５ｂが形成されている。そして、シャフトカバー３２が上嵌合凹部３１ｂおよび下嵌合凹部４５ｂに嵌合することにより、シャフトカバー３２がシャフト５と同心となる状態で保持されるとともに、仕切部材３１と膨張機構３との相対位置が決定される。すなわち、シャフトカバー３２は、仕切部材３１と膨張機構３との相対的な位置決めを行う位置決め部材を兼ねるものである。
【００３３】
次に、圧縮機構２および膨張機構３について説明する。
【００３４】
シャフト５は、上端部に圧縮機構２用の上偏心部５ａ、下端よりも少し上側の位置に膨張機構３用の上下一対の下偏心部５ｄ，５ｃ、それらの間にオイルポンプ６用の中間偏心部５ｅを有している。より詳しくは、シャフト５は、中間偏心部５ｅの少し上側で二分割されていて、上偏心部５ａが設けられた上部シャフト５ｓと、中間偏心部５ｅおよび下偏心部５ｄ，５ｃが設けられた下部シャフト５ｔとで構成されている。上部シャフト５ｓと下部シャフト５ｔとは、膨張機構３によって回収された動力が圧縮機構２に伝達されるように連結器６３によって連結されている。ただし、連結器６３を使用せず、上部シャフト５ｓと下部シャフト５ｔとを直接嵌め合わせて連結するようにしてもよい。
【００３５】
スクロール型の圧縮機構２は、旋回スクロール７と、固定スクロール８と、オルダムリング１１と、軸受部材１０と、マフラー１６とを備えている。固定スクロール８には、密閉容器１の外部から内部に延びる吸入管１３が接続されている。軸受部材１０は、上部シャフト５ｓにおける上偏心部５ａの少し下側部分を回転自在に支持している。上部シャフト５ｓの上偏心部５ａに嵌合され、かつ、オルダムリング１１により自転運動を拘束された旋回スクロール７は、渦巻き形状のラップ７ａが、固定スクロール８のラップ８ａと噛み合いながら、シャフト５の回転に伴って旋回運動を行い、ラップ７ａ，８ａの間に形成される三日月形状の作動室１２が外側から内側に移動しながら容積を縮小することにより、吸入管１３から吸入された作動流体を圧縮する。圧縮された作動流体は、固定スクロール８の中央部に設けられた吐出孔８ｂ、マフラー１６の内部空間１６ａ、ならびに固定スクロール８および軸受部材１０を貫通する流路１７をこの順に経由して、密閉容器１の内部空間２４に吐出される。シャフト５の給油路２９を通ってこの圧縮機構２に到達したオイルは、旋回スクロール７と上偏心部５ａとの摺動面や、旋回スクロール７と固定スクロール８との摺動面を潤滑する。密閉容器１の内部空間２４に吐出された作動流体は、内部空間２４に滞留する間に、重力や遠心力によってオイルと分離され、その後、密閉容器１の上部に設けられた吐出管１５からガスクーラに向けて吐出される。
【００３６】
シャフト５（正確には上部シャフト５ｓ）を介して圧縮機構２を駆動する電動機４は、密閉容器１に固定された固定子２１と、上部シャフト５ｓに固定された回転子２２とを含む。密閉容器１の上部に配置されたターミナル（図示省略）から電動機４に電力が供給される。電動機４は、同期機および誘導機のいずれであってもよく、圧縮機構２から吐出された作動流体および作動流体に混入しているオイルによって冷却される。
【００３７】
シャフト５の内部には、圧縮機構２の摺動部分に通ずる給油路２９が軸方向に延びるように上部シャフト５ｓおよび下部シャフト５ｔに跨って形成されている。また、下部シャフト５ｔにおけるオイルポンプ６よりも僅かに上方の位置には、給油路２９にオイルを導入する導入口２９ｐ（図３参照）が設けられている。そして、給油路２９には、オイルポンプ６から上方に吐出されたオイルが後述する導入路７３および導入口２９ｐを通じて送り込まれる。給油路２９に送られたオイルは、膨張機構３を経由することなく、圧縮機構２の各摺動部分に供給される。このようにすれば、圧縮機構２に向かうオイルが膨張機構３で冷却されることがないので、オイルを介した圧縮機構２から膨張機構３への熱移動を効果的に抑制することができる。また、シャフト５の内部に給油路２９を形成すれば、部品点数の増加やレイアウトの問題が新たに生じないので好適である。
【００３８】
膨張機構３は、第１シリンダ４２と、第１シリンダ４２よりも厚みのある第２シリンダ４４と、これらのシリンダ４２，４４を仕切る中板４３とを備えている。第１シリンダ４２と第２シリンダ４４とは、互いに同心状の配置である。膨張機構３は、さらに、下部シャフト５ｔの下側の下偏心部５ｃと嵌合し、第１シリンダ４２の中で偏心回転運動する第１ピストン４６と、第１シリンダ４２のベーン溝４２ａ（図２Ａ参照）に往復動自在に保持され、一方の端部が第１ピストン４６に接する第１ベーン４８と、第１ベーン４８の他方の端部に接し、第１ベーン４８を第１ピストン４６へと付勢する第１ばね５０と、下部シャフト５ｔの上側の下偏心部５ｄと嵌合し、第２シリンダ４４の中で偏心回転運動する第２ピストン４７と、第２シリンダ４４のベーン溝４４ａ（図２Ｂ参照）に往復動自在に保持され、一方の端部が第２ピストン４７に接する第２ベーン４９と、第２ベーン４９の他方の端部に接し、第２ベーン４９を第２ピストン４７へと付勢する第２ばね５１と、を備えている。下部シャフト５ｔの下側の下偏心部５ｃおよび上側の下偏心部５ｄは、図２Ａおよび図２Ｂに示すように同方向に偏心している。
【００３９】
膨張機構３は、さらに、第１シリンダ４２、第２シリンダ４４および中板４３を狭持するように配置された上軸受部材４５および下軸受部材４１を備えている。上軸受部材４５は、下部シャフト５ｔにおける上側の下偏心部５ｄの直ぐ上側部分を回転自在に支持しており、下軸受部材４１は、下部シャフト５ｔにおける下側の下偏心部５ｃの直ぐ下側部分を回転自在に支持している。上軸受部材４５は、上下方向に延びる円柱状の形状を有しており、その中央に下部シャフト５ｔと嵌合する軸穴４５ｃが設けられている。下軸受部材４１は、中央部が下方に突出する皿状の形状を有しており、その中央に下部シャフト５ｔと嵌合する軸穴が設けられている。そして、下軸受部材４１および中板４３は第１シリンダ４２を上下から狭持し、中板４３および上軸受部材４５は第２シリンダ４４を上下から狭持する。上軸受部材４５、中板４３および下軸受部材４１による狭持により、第１シリンダ４２および第２シリンダ４４内には、ピストン４６，４７の回転に応じて容積が変化する作動室が形成される。また、上軸受部材４５には、密閉容器１の外部から内部に延びる吸入管５２と、密閉容器１の内部から外部に延びる吐出管５３とが接続されている。
【００４０】
図２Ａに示すように、第１シリンダ４２の内側には、第１ピストン４６および第１ベーン４８により区画された、吸入側の作動室５５ａ（第１吸入側空間）および吐出側の作動室５５ｂ（第１吐出側空間）が形成される。図２Ｂに示すように、第２シリンダ４４の内側には、第２ピストン４７および第２ベーン４９により区画された、吸入側の作動室５６ａ（第２吸入側空間）および吐出側の作動室５６ｂ（第２吐出側空間）が形成される。第２シリンダ４４における２つの作動室５６ａ，５６ｂの合計容積は、第１シリンダ４２における２つの作動室５５ａ，５５ｂの合計容積よりも大きい。第１シリンダ４２の吐出側の作動室５５ｂと、第２シリンダ４４の吸入側の作動室５６ａとは、中板４３に設けられた貫通孔４３ａにより接続されており、一つの作動室（膨張室）として機能する。高圧の作動流体は、吸入管５２から、第２シリンダ４４、中板４３、第１シリンダ４２および下軸受部材４１を貫通する吸入経路５４ならびに下軸受部材４１に設けられた吸入孔４１ａを通じて第１シリンダ４２の作動室５５ａに流入する。第１シリンダ４２の作動室５５ａに流入した作動流体は、作動室５５ｂと作動室５６ａからなる膨張室においてシャフト５を回転させながら膨張して低圧になる。低圧の作動流体は、上軸受部材４５に設けられた吐出孔４５ａを通じて吐出管５３に吐出される。
【００４１】
このように、膨張機構３は、シリンダ４２，４４と、シャフト５の下偏心部５ｃ，５ｄに嵌合するようにシリンダ４２，４４内に配置されたピストン４６，４７と、シリンダ４２，４４を閉塞しシリンダ４２，４４およびピストン４６，４７とともに膨張室を形成する軸受部材４１，４５（閉塞部材）を含むロータリ型である。ロータリ型の流体機構は、その構造上、シリンダ内の空間を２つに仕切るベーンの潤滑が不可欠となる。機構全体がオイルに浸かっている場合には、ベーンが配置されているベーン溝の後端を密閉容器１内に露出させるという極めて単純な方法により、ベーンを潤滑することができる。本実施形態においても、そのような方法でベーン４８，４９の潤滑を行っている。
【００４２】
その他の部分（例えば軸受部材４１，４５）への給油は、図５に示すように、例えば、下部シャフト５ｔの下端から膨張機構３のシリンダ４２，４４に向かって延びるように、下部シャフト５ｔの外周面に溝５ｋを形成することによって行うことができる。オイル貯まり２５に貯まっているオイルに懸かる圧力は、シリンダ４２，４４とピストン４６，４７とを潤滑中のオイルに懸かる圧力よりも大きい。したがって、オイルポンプの助けを借りなくても、オイルは、下部シャフト５ｔの外周面の溝５ｋを伝って膨張機構３の摺動部分に供給されうる。
【００４３】
次に、オイルポンプ６およびその周囲の構成について詳しく説明する。
【００４４】
図３に示すように、オイルポンプ６は、シャフト５の回転に伴う作動室の容積の増減によりオイルを圧送するように構成された容積式ポンプである。オイルポンプ６の上側にはその中央部をシャフト５に貫通された導入部材７４および中継部材７１が順に配置されていて、オイルポンプ６はこれらの部材７４，７１を介して支持フレーム７５に固定されている。
【００４５】
中継部材７１は、連結器６３を収容する内部空間７０ｈと、シャフト５（上部シャフト５ｓ）を支持する軸受部７６とを有している。言い換えれば、中継部材７１は、連結器６３のハウジングとしての役割とシャフト５の軸受としての役割を担う。なお、軸受部７６に相当する部分を、支持フレーム７５が有していてもよい。さらには、支持フレーム７５と中継部材７１とが単一の部品からなっていてもよい。
【００４６】
導入部材７４は、上下方向に扁平な板状の形状をなしている。導入部材７４には、オイルポンプ６の吐出口とシャフト５の導入口２９ｐを連通する導入路７３が設けられている。この導入路７３は、導入部材７４の下面における所定の領域が窪まされて形成されており、シャフト５を取り囲む円形の環状部７３ａと、この環状部７３ａからオイルポンプ６の吐出口に対応する位置まで延びる案内部７３ｂとを含んでいる。そして、シャフト５の導入口２９ｐは、シャフト５における導入路７３の環状部７３ａに面する部分に設けられていて、横向きに開口している。なお、導入路７３の形状およびそのルートは上記した通りである必要はなく、適宜選定可能である。また、導入口２９ｐの数量も１つである必要はなく、複数であってもよい。
【００４７】
図４にオイルポンプ６の平面図を示す。オイルポンプ６は、下部シャフト５ｔの中間偏心部５ｅに嵌合して偏心運動するピストン６１と、このピストン６１を収容するハウジング６２（シリンダ）とを有している。ピストン６１とハウジング６２との間には、三日月状の作動室６４が形成されている。すなわち、オイルポンプ６には、ロータリ型の流体機構が採用されている。なお、本実施形態では、図４に示すようにピストン６１が自転不能な構造のオイルポンプ６となっているが、オイルポンプ６としてはロータリ型の容積式ポンプであればよく、スライドベーンを有しピストン６１が自転可能とされたものであってもよい。
【００４８】
ハウジング６２には、オイル貯まり２５の上槽２５ａと作動室６４とを接続する吸入路６２ａと、作動室６４からオイルを逃がす吐出路６２ｂとが形成されている。吸入路６２ａは、ハウジング６２の上面に沿って直線上に延びており、吐出路６２ｂは、ハウジング６２の内周面から径方向外側に後退する溝状をなしている。そして、吸入路６２ａの外側の開口によって吸入口６２ｑが構成され、吐出路６２ｂの上側の開口によって吐出口が構成されている。なお、吐出路６２ｂの下側の開口は、仕切部材３１で閉じられている。下部シャフト５ｔの回転に伴ってハウジング６２内をピストン６１が偏心運動すると、これにより作動室６４の容積が増減し、吸入口６２ｑからのオイルの吸入および吐出口からの上方へのオイルの吐出が行われる。このような機構は、下部シャフト５ｔの回転運動をカム機構等で他の運動に変換することなく、オイルを圧送する運動に直接利用するので、機械ロスが小さいという利点がある。また、比較的単純な構造によるので、信頼性も高い。
【００４９】
図３に示すように、導入部材７４は、当該導入部材７４の下面がハウジング６２の上面に接するようにハウジング６２に隣接して配置されており、仕切部材３１は、当該仕切部材３１の上面がハウジング６２の下面に接するようにハウジング６２に隣接して配置されている。このため、作動室６４が上方から導入部材７４に閉塞されるとともに下方から仕切部材３１に閉塞されており、ピストン６１が仕切部材３１上を摺動するようになっている。ハウジング６２は、仕切部材３１と一体になっていることが好ましい。上述したようにシャフトカバー３２によって膨張機構３に対する仕切部材３１の相対位置が決められるため、ハウジング６２が仕切部材３１と一体になっていれば、ハウジング６２を位置決めする作業が不要となるからである。なお、ハウジング６２を導入部材７４と一体にすることも可能である。
【００５０】
次に、図１および図７を参照して、下部シャフト５ｔについてさらに詳しく説明する。
【００５１】
下部シャフト５ｔの直径は、膨張機構３の上軸受部材４５で支持される部分（以下、「被支持部」という。）５ｆより上側では、当該被支持部５ｆの直径Ｄ1より小さく設定されている。このため、下部シャフト５ｔは、仕切部材３１と膨張機構３との間に空間を確保するスペーサ３３に対応する領域では被支持部５ｆよりも細くなっている。これにより、下部シャフト５ｔを通じた上槽２５ａから下槽２５ｂへの熱移動を小さく抑えることが可能となっている。なお、上部シャフト５ｓの直径は、下端から中継部材７１で支持される部分の途中までは、下部シャフト５ｆの上側部分の直径と略同じになっている。
【００５２】
また、中間偏心部５ｅの直径Ｄ2は、被支持部５ｆの直径以下に設定されている。このため、下部シャフト５ｔを中間偏心部５ｅ側から膨張機構３の上軸受部材４５の軸穴４５ｃに挿通可能となっている。さらに、仕切部材３１の貫通孔３１ｃの直径およびシャフトカバー３２の内径は、上軸受部材４５の軸穴４５ｃの直径と同程度に設定されており、これらのシャフトカバー３２および仕切部材３１の貫通孔３１ｃにも下部シャフト５ｔを中間偏心部５ｅ側から挿通可能となっている。シャフトカバー３２は、嵌合凹部３１ｂ，４５ｂに嵌合することによりシャフト５（下部シャフト５ｔ）と同心となる状態で保持されているので、下部シャフト５ｔとシャフトカバー３２との間には、オイルで満たされた円形筒状の断熱層が形成されている。そして、この断熱層によって、下部シャフト５ｔを通じた上槽２５ａから下槽２５ｂへの熱移動がさらに小さく抑えられるようになっている。
【００５３】
さらには、図７に示すように、中間偏心部５ｅは、下部シャフト５ｔの軸心Ｃに対して下偏心部５ｄ，５ｃと反対方向に偏心している。中間偏心部５ｅの偏心方向は、下偏心部５ｄ，５ｃの偏心方向と１８０°をなす方向であることが好ましいが、その角度から±１０°程度の範囲内で振れていてもよい。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態の膨張機一体型圧縮機２００では、下部シャフト５ｔの中間偏心部５ｅの直径Ｄ2が膨張機構３の上軸受部材４５で支持される被支持部５ｆの直径Ｄ1以下に設定されているので、下部シャフト５ｔに中間偏心部５ｅがある状態でもこの下部シャフト５ｔをそのまま上軸受部材４５の軸穴４５ｃに挿通することができる。従って、下部シャフト５ｔに中間偏心部５ｅおよび下偏心部５ｄ，５ｃを一体に設けることができ、しかも下部シャフト５ｔを分割する必要がないので、部品点数の増加を防いでコストを抑えることができる。
【００５５】
さらに、中間偏心部５ｅは下偏心部５ｄ，５ｃと反対方向に偏心しているので、中間偏心部５ｅがバランスウエイトとして働くようになり、シャフト回転時に下偏心部５ｄ，５ｃにかかる遠心力による影響を小さくすることができる。
【００５６】
なお、前記実施形態では、圧縮機構２が上側に配置され、膨張機構３が下側に配置されているが、圧縮機構２と膨張機構３の位置は、本実施形態と逆であってもかまわない。すなわち、圧縮機構２がオイル貯まり２５に貯められたオイルの油面ＳＬよりも下に位置し、膨張機構３が油面ＳＬよりも上に位置していてもよい。この場合には、下部シャフト５ｔがオイルポンプ６用の中間偏心部５ｅと圧縮機構２用の下偏心部とを有するようになり、これらの偏心部の間の部分が圧縮機構２の軸受部材１０で支持されるようになる。また、オイル貯まり２５に貯められたオイルは、オイルポンプ６によって油面ＳＬよりも上に位置する膨張機構３に供給されるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の膨張機一体型圧縮機は、例えば、空気調和装置、給湯装置、乾燥機または冷凍冷蔵庫のためのヒートポンプに好適に採用できる。図８に示すように、ヒートポンプ１１０は、膨張機一体型圧縮機２００と、圧縮機構２で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器１１２と、膨張機構３で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器１１４とを備えている。圧縮機構２、放熱器１１２、膨張機構３および蒸発器１１４が配管によって接続され、冷媒回路が形成されている。膨張機一体型圧縮機２００は、他の実施形態のものに置き換わってもよい。
【００５８】
例えば、ヒートポンプ１１０が空気調和装置に適用される場合、圧縮機構２から膨張機構３への熱移動を抑制することにより、暖房運転時における圧縮機構２の吐出温度の低下による暖房能力の低下、冷房運転時における膨張機構３の吐出温度の上昇による冷房能力の低下を防ぐことができる。結果として、空気調和装置の成績係数が向上する。
【手続補正２】
【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】
底部がオイル貯まりとして利用される密閉容器と、
前記オイル貯まりに貯められたオイルの油面よりも上または下に位置するように前記密閉容器内に配置された圧縮機構と、
前記油面に対する位置関係が前記圧縮機構とは上下逆になるように前記密閉容器内に配置された膨張機構と、
前記圧縮機構と前記膨張機構との間に配置され、前記オイル貯まりに貯められたオイルを前記圧縮機構および前記膨張機構のうち前記油面よりも上に位置する機構に供給するオイルポンプと、
前記圧縮機構、前記オイルポンプ、および前記膨張機構を連結するシャフトであって、前記オイルポンプ用の中間偏心部と、前記油面よりも上に位置する前記圧縮機構または前記膨張機構用の上偏心部と、前記オイル貯まりに貯められたオイルに漬かる前記膨張機構または前記圧縮機構用の下偏心部と、を有するシャフトと、を備え、
前記シャフトは、前記中間偏心部および前記下偏心部が設けられた下部シャフトと、この下部シャフトに連結され、前記上偏心部が設けられた上部シャフトとを含み、
前記オイル貯まりに貯められたオイルに漬かる前記膨張機構または前記圧縮機構は、前記下部シャフトにおける前記下偏心部より上側の部分を支持する軸受部材を有し、
前記中間偏心部の直径は、前記下部シャフトにおける前記軸受部材で支持される部分の直径以下に設定されている、膨張機一体型圧縮機。
【請求項２】
前記圧縮機構および前記膨張機構のうち前記油面よりも上に位置する機構と前記オイルポンプとの間に配置された電動機をさらに備え、この電動機は、前記上部シャフトに固定された回転子を有している、請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項３】
前記中間偏心部は、前記下部シャフトの軸心に対して前記下偏心部と反対方向に偏心している、請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項４】
前記圧縮機構は前記油面よりも上に位置しており、前記膨張機構は前記油面よりも下に位置している、請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項５】
前記圧縮機構はスクロール型であり、前記膨張機構はロータリ型である、請求項４に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項６】
前記オイルポンプと前記膨張機構との間に配置され、前記オイル貯まりを前記オイルポンプの吸入口が位置する上槽と前記膨張機構が位置する下槽とに隔てるとともに前記上槽と前記下槽との間のオイルの流通を制限する仕切部材をさらに備える、請求項４に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項７】
前記仕切部材と前記膨張機構との間に配置され、前記仕切部材と前記膨張機構との間に空間を確保するスペーサをさらに備える、請求項６に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項８】
前記スペーサは複数配置されていて、前記各スペーサは筒状をなし、前記各スペーサの中を前記膨張機構と前記仕切部材とを固定するボルトが通されており、前記スペーサと前記ボルトは同じ素材で構成されている、請求項７に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項９】
前記下部シャフトは、前記スペーサに対応する領域では前記軸受部材によって支持される部分よりも細くなっている、請求項７に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項１０】
前記スペーサによって確保される空間内で前記下部シャフトを覆うシャフトカバーをさらに備え、このシャフトカバーは、前記仕切部材と前記膨張機構との相対的な位置決めを行う位置決め部材を兼ねるものである、請求項７に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項１１】
前記オイルポンプは、前記中間偏心部に嵌合するピストンと、このピストンを収容するハウジングとを有しており、前記ピストンは、前記仕切部材と一体になっている、請求項１０に記載の膨張機一体型圧縮機。
【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２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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