(57)【要約】【課題】  スクロール式の圧縮ユニットに加えて簡単な構成の膨張装置を備え、消費動力削減を図ることができるとともに小型化に適した流体機械を提供する。【解決手段】  流体機械４は、ハウジング１４と、スクロール式の圧縮ユニット４０と、ハウジング１４と圧縮ユニット４０との間に設けられた膨張装置４１と、膨張装置４１に対する作動流体の供給経路５８,１０４,１０６,１２０,１２２,１２６及び排出経路とを備える。膨張装置４１は、圧縮ユニット４０の外側を囲む内周壁４４ｃと、内周壁４４ｃを囲んで設けられ、内周壁４４ｃに対し、圧縮ユニット４０の作動に連動して相対的に旋回運動する外周壁４２ｃと、外周壁４２ｃと内周壁４４ｃとの間の空間を周方向に仕切り、これら周壁４２ｃ,４４ｃ間に相対旋回運動に伴って容積が増減する膨張室６８を形成可能な可動ベーン６６とを含む。【選択図】      図２
2006249991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、互いに協働して圧縮室を形成する固定及び可動の渦巻き壁を有し、そのユニット端面に前記圧縮室に連通した吸入孔が設けられたスクロール式の圧縮ユニットと、
前記ハウジングと前記圧縮ユニットとの間に設けられた膨張装置と
前記膨張装置に対する作動流体の供給経路及び排出経路と
を備え、
前記膨張装置は、
前記圧縮ユニットの外側を囲む内周壁と、
前記内周壁を囲んで設けられ、前記内周壁に対し、前記圧縮ユニットの作動に連動して相対的に旋回運動する外周壁と、
前記外周壁と前記内周壁との間の空間を周方向に仕切り、これら周壁間に前記相対旋回運動に伴って容積が増減する膨張室を形成可能な可動ベーンと、
前記可動ベーンにより形成された前記膨張室の容積増減に同期して前記供給経路を開閉する同期開閉手段と
を含む
ことを特徴とする流体機械。
【請求項２】
前記圧縮室の吐出孔から前記吸入孔に亘って延びる作動流体の還流路及び当該還流路を開閉可能な容量制御弁を有し、前記吐出孔から吐出された作動流体の一部を前記還流路を通して前記吸入孔に還流可能な容量可変手段を更に備え、
前記膨張室は、前記供給経路及び排出経路とともに前記還流路を形成している
ことを特徴とする請求項１記載の流体機械。
【請求項３】
前記内周壁は、前記渦巻き壁のうち一方の渦巻き壁と一体に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の流体機械。
【請求項４】
前記容量制御弁は、前記供給経路に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の流体機械。
【請求項５】
前記膨張装置は、前記供給経路と前記膨張室との間での圧力差に基づいて前記可動ベーンを前記突出方向に付勢する付勢手段を更に含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の流体機械。
【請求項６】
前記可動ベーンは、前記相対旋回運動に伴って前記膨張室の端壁に相対的に摺接する端面を有し、
前記供給経路は、
前記可動ベーンの前記端面に設けられた凹みと、
前記膨張室の前記端壁に形成されたポケットと
を含み、
前記同期開閉手段を構成すべく、前記ポケットは、前記相対旋回運動に伴って前記可動ベーンの前記凹みを断続的に横切る前記端壁の領域に形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の流体機械。
【請求項７】
前記内周壁及び外周壁は、前記渦巻き壁の高さと異なる高さを有することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体機械に関し、より詳しくは、スクロール式の圧縮ユニットとともに非スクロール式の膨張装置を備え、且つ、車両用空調システムに好適した流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の燃費向上のため、車両用空調システムや燃料電池システムには動力削減が求められ、この要求に応えるべく、圧縮ユニット及び膨張ユニットを互いに一体且つ連動可能に設けた流体機械が開発されている。この種の流体機械を車両用空調システムや燃料電池システムに適用した場合、その膨張ユニットにより回収された動力を補助動力として圧縮ユニットを作動させることで、システム全体で消費される動力が削減される（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
また、車両用空調システムに廃熱回収サイクル（ランキンサイクル）を採用し、廃熱回収サイクルに膨張ユニットを適用すれば、膨張ユニットにより得られた動力で冷凍サイクルの圧縮ユニットを作動させることができ、車両用空調システムの消費動力削減を図ることができる（例えば、特許文献３参照）。
一方、車両用空調システムに適用されるスクロール式の圧縮機には、容量可変手段を備えた圧縮機がある（例えば、特許文献４参照）。容量可変手段は、圧縮機の吐出室から吸入室に亘って延びる還流路及びこの還流路を開閉可能な制御弁を有し、この制御弁を開作動させることで、吐出室から吸入室に還流路を通して冷媒の一部を還流させ、もってエンジン回転数の上昇による冷媒循環量の増加を抑制する。
【特許文献１】特開2004-301456号公報
【特許文献２】特開2001-355588号公報
【特許文献３】特開2004-293310号公報
【特許文献４】特開平2-204694号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、スクロール式の圧縮機は、往復動型の圧縮機に比べて静粛性や小型化の点において優れていることから、その需要が拡大している。しかしながら、上述した特許文献２の流体機械は、圧縮ユニットがスクロール式であっても、可動スクロールがその径方向両側に配置された２本の回転軸により支持された複雑な構成を有するため、小型化が困難である。
【０００５】
一方、上述した特許文献４のスクロール式の圧縮機では、圧縮により高温になった冷媒がそのままの状態で還流されるため、冷媒還流量の増加に伴い圧縮室の温度が上昇してしまう。圧縮室の過熱は流体機械の耐久性低下をもたらすことから、この圧縮機では冷媒還流量を制限しなければならず、この結果として、容量可変手段による冷媒還流量の可変範囲が狭い。従って、この圧縮機では、エンジン回転数の上昇による冷媒循環量の増加を十分に抑制することができない。
【０００６】
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的のうち一つは、スクロール式の圧縮ユニットに加えて簡単な構成の膨張装置を備え、消費動力の削減を図ることができるとともに小型化に適した流体機械を提供することにある。
また、本発明のもう一つの目的は、可変範囲の広い容量可変手段を備え且つ耐久性に優れた流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成すべく、本発明によれば、ハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、互いに協働して圧縮室を形成する固定及び可動の渦巻き壁を有し、そのユニット端面に前記圧縮室に連通した吸入孔が設けられたスクロール式の圧縮ユニットと、前記ハウジングと前記圧縮ユニットとの間に設けられた膨張装置と前記膨張装置に対する作動流体の供給経路及び排出経路とを備え、前記膨張装置は、前記圧縮ユニットの外側を囲む内周壁と、前記内周壁を囲んで設けられ、前記内周壁に対し、前記圧縮ユニットの作動に連動して相対的に旋回運動する外周壁と、前記外周壁と前記内周壁との間の空間を周方向に仕切り、これら周壁間に前記相対旋回運動に伴って容積が増減する膨張室を形成可能な可動ベーンと、前記可動ベーンにより形成された前記膨張室の容積増減に同期して前記供給経路を開閉する同期開閉手段とを含むことを特徴とする流体機械が提供される（請求項１）。
【０００８】
好適な態様として、前記圧縮室の吐出孔から前記吸入孔に亘って延びる作動流体の還流路及び当該還流路を開閉可能な容量制御弁を有し、前記吐出孔から吐出された作動流体の一部を前記還流路を通して前記吸入孔に還流可能な容量可変手段を更に備え、前記膨張室は、前記給排経路とともに前記還流路を形成している（請求項２）。
好適な態様として、前記内周壁は、前記渦巻き壁のうち一方の渦巻き壁と一体に設けられている（請求項３）。
【０００９】
好適な態様として、前記容量制御弁は、前記供給経路に設けられている（請求項４）。
好適な態様として、前記膨張装置は、前記供給経路と前記膨張室との間での圧力差に基づいて前記可動ベーンを前記突出方向に付勢する付勢手段を更に含む（請求項５）。
好適な態様として、前記可動ベーンは、前記相対旋回運動に伴って前記膨張室の端壁に相対的に摺接する端面を有し、前記供給経路は、前記可動ベーンの前記端面に設けられた凹みと、前記膨張室の前記端壁に形成されたポケットとを含み、前記同期開閉手段を構成すべく、前記ポケットは、前記相対旋回運動に伴って前記可動ベーンの前記凹みを断続的に横切る前記端壁の領域に形成されている（請求項６）。
【００１０】
好適な態様として、前記内周壁及び外周壁は、前記渦巻き壁の高さと異なる高さを有する（請求項７）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１〜７の流体機械は、圧縮室を有するスクロール式の圧縮ユニットの外側に、内周壁、外周壁及び可動ベーンを用いた簡単な構成にて膨張室が形成される。従って、これらの流体機械は小型化に適する。
そして、これらの流体機械では、膨張室の容積が内周壁と外周壁の相対旋回運動に伴って、即ち圧縮ユニットの作動に連動して増減するが、膨張室に導入された高圧の冷媒は、周壁に対して、膨張室の容積を増大する方向に旋回力を付与する。この旋回力は、その方向が可動スクロールの旋回方向と同一であるため、可動スクロール即ち圧縮ユニットを作動させるための補助動力になる。従って、これらの流体機械によれば、圧縮ユニットは膨張装置からの補助動力を得ることができ、動力の削減を図ることができる。
【００１２】
とりわけ、請求項２の流体機械によれば、容量可変手段により還流される作動流体が膨張室で膨張して低温になることから、圧縮室に供給される作動流体の温度上昇が防止されるとともに、圧縮室がその外側の膨張室により冷却される。従って、作動流体の還流量が多くても圧縮室が過熱されることはなく、容量可変手段は、より多量の作動流体を還流することができ、その可変範囲が広くなる。また、圧縮室の過熱が防止されたことで、流体機械の耐久性が低下することもない。
【００１３】
請求項３の流体機械によれば、膨張装置の内周壁が膨張した低温の作動流体により冷却されると、この内周壁と一体をなす圧縮ユニットの渦巻き壁が効率的に冷却されるので、圧縮室の過熱がより確実に防止される。
請求項４の流体機械によれば、容量制御弁の閉弁時、膨張室への作動流体の供給が遮断され、膨張室内の作動流体の圧力は、排出経路を介して圧縮室の吸入孔での作動流体の圧力に等しくなる。従って、容量制御弁の閉弁時、膨張室内に高圧の作動流体が滞留することはなく、膨張室内の作動流体が負荷となって圧縮ユニットの作動が妨げられるのが防止される。
【００１４】
請求項５の流体機械によれば、付勢手段が膨張室と供給経路との間での圧力差により可動ベーンを付勢するため、部品点数を減少させることができ、もって、流体機械４の生産性向上や価格低減を図ることができる。
請求項６の流体機械によれば、供給経路の同期開閉手段を膨張室の端壁のポケット及び可動ベーンの凹みにより構成したことで、開閉時期を膨張室の容積増減に同期させるのが容易であるとともに、別体の部材を必要としないことから部品点数を減少させることができ、もって、生産性向上や価格低減を図ることができる。
【００１５】
請求項７の流体機械によれば、渦巻き壁の高さに対する内周壁及び外周壁の高さの比を調整することで、圧縮室の容量に対する膨張室の容量の比を容易に変更可能であり、用途に応じて最適な容量比を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、車両用空調システムを構成する冷凍サイクルの概略を示し、冷凍サイクルは、冷媒が循環する循環流路２を有する。冷凍サイクルの循環流路２には、可変容量型の圧縮機としての一実施例の流体機械４、凝縮器６、レシーバ８、膨脹弁１０及び蒸発器１２が順次介挿されている。
図２に示したように、流体機械４のハウジング１４は駆動ケーシング１６及び圧縮ケーシング１８を含み、これらケーシング１６,１８は連結ボルト（図示せず）を介して互いに結合されている。
【００１７】
駆動ケーシング１６内には駆動軸２０が配置され、圧縮ケーシング１８側に位置した駆動軸２０の一端部は大径な大径端部２２として形成され、駆動軸２０の他端部は駆動ケーシング１６から突出している。駆動軸２０は、ニードル軸受２６及びボール軸受２８を介して駆動ケーシング１６により回転自在に支持されているが、ニードル軸受２６は大径端部２２と駆動ケーシング１６との間に配置されている。ニードル軸受２６とボール軸受２８との間を延びる駆動軸２０の中間部分には、リップシール３０が取付けられ、リップシール３０は、駆動ケーシング１６内を気密に区画する。
【００１８】
また、駆動ケーシング１６の外側には、軸受３２を介して駆動プーリ３４が回転自在に支持されており、駆動プーリ３４と車両のエンジン３８との間に駆動ベルト４０が架け回されている。駆動プーリ３４は、電磁クラッチ３６のドライブ側ユニットを構成する一方、電磁クラッチ３６のドリブン側ユニットは、駆動軸２０の他端部に取付けられている。従って、エンジン３８の駆動中、電磁クラッチ３６がオン作動されると、駆動軸２０は駆動プーリ３４と一体的に回転する。
【００１９】
この流体機械４では、圧縮ケーシング１８内にスクロール式の圧縮ユニット４０が収容され、圧縮ケーシング１８の周壁１８ａと圧縮ユニット４０との間には膨張装置４１が設けられている。
より詳しくは、圧縮ユニット４０は、可動スクロール４２及び固定スクロール４４を含み、これら可動及び固定スクロール４２,４４は、それぞれ基板４２ａ,４４ａと、各基板４２ａ,４４ａの正面に一体に形成された渦巻き壁４２ｂ,４４ｂとを有する。可動スクロール４２の基板４２ａ（以下、可動基板ともいう）の背面からはボス４６が一体に突出し、ボス４６の内側には、ニードル軸受４８を介して偏心ブッシュ５０が取り付けられている。
【００２０】
駆動軸２０の大径端部２２と偏心ブッシュ５０との間はクランクピン５２を介して連結され、これらニードル軸受４８、偏心ブッシュ５０及びクランクピン５２を介して、駆動軸２０の回転が可動スクロール４２の旋回運動に変換される。なお、可動基板４２ａと駆動ケーシング１６との間には、可動スクロール４２の自転阻止機能を兼ね備えたボール型の旋回スラストベアリング５４が配置され、偏心ブッシュ５０にはカウンタウエイト５６が取付けられている。
【００２１】
ここで、図３に示したように、可動基板４２ａは円形状をなし、可動基板４２ａの正面には、膨張装置４１を構成する周壁（以下、外周壁といい、符号４２ｃを付す）が形成されている。外周壁４２ｃは、可動基板４２ａの外周縁から軸線方向に突出して渦巻き壁４２ｂを囲み、外周壁４２ｃ及び渦巻き壁４２ｂの先端面は、可動基板４２ａに平行な基準面内に位置している。また、可動基板４２ａの正面には、長穴状に凹んだポケット５８が所定の位置に形成されている。
【００２２】
固定スクロール４４は、圧縮ケーシング１８内に複数の固定ボルト（図示せず）を介して固定され、図４に示したように、固定スクロール４４の基板４４ａ（以下、固定基板ともいう）も円形状をなす。固定基板４４ａの正面には、渦巻き壁４４ｂと一体に肉厚部４４ｄが形成され、渦巻き壁４４ｂ及び肉厚部４４ｄの先端面は固定基板４４ａに平行な基準面内に位置する。また、渦巻き壁４４ｂ及び肉厚部４４ｄの外周面は、円筒状をなしており、渦巻き壁４４ｂを囲む周壁（以下、内周壁といい、符号４４ｃを付す）を形成している。
【００２３】
内周壁４４ｃも膨張装置４１を構成し、内周壁４４ｃは、固定基板４４ａに対して同軸的に形成されている。内周壁４４ｃの外径は、可動スクロール４２の外周壁４２ｃの内径よりも小さく、内周壁４４ｃは外周壁４２ｃにより囲まれる（図２参照）。
ここで、固定基板４４ａに対して可動基板４２ａは可動スクロール４２の旋回半径Ｒに略等しい距離だけ偏心して配置され、且つ、内周壁４４ｃの外径と外周壁４２ｃの内径との差は、旋回半径Ｒの２倍に略等しい。従って、内周壁４４ｃは、外周壁４２ｃに内側から周方向でみて一箇所にて摺接し、内周壁４４ｃと外周壁４２ｃとの間には三日月状の空間が区画される。三日月状の空間は、可動スクロール４２の旋回運動に伴い外周壁４２ｃが内周壁４４ｃに対して相対的に旋回運動することで、内周壁４４ｃの周りを移動する。
【００２４】
また、固定基板４４ａの外径は、可動スクロール４２の外周壁４２ｃの外径よりも、旋回半径Ｒの２倍に略等しい大きさだけ大きく、且つ、内周壁４４ｃ及び外周壁４２ｃの高さは互いに等しい（図２参照）。このため、三日月状の空間が内周壁４４ｃの周りを移動する際、内周壁４４ｃ及び外周壁４２ｃの先端面は、可動基板４２ａ又は固定基板４４ａの正面に常に摺接する。つまり、内周壁４４ｃ及び外周壁４２ｃの軸線方向でみて、三日月状の空間の両端は、可動基板４２ａ及び固定基板４４ａにより常に閉塞される。
【００２５】
固定スクロール４４の渦巻き壁４４ｂ間には、渦巻き状の空間が区画されているが、この渦巻き状の空間の外端は肉厚部４４ｄにより閉塞されている。渦巻き方向でみて、可動スクロール４２の渦巻き壁４２ｂは、固定スクロール４４の渦巻き壁４４ｂよりも１８０°の中心角に相当する長さだけ短く、渦巻き状の空間内に可動スクロール４２の渦巻き壁４２ｂが配置される。
【００２６】
この配置下、渦巻き壁４２ｂ,４４ｂが相互に局所的に摺接するとともに、渦巻き壁４２ｂ,４４ｂの先端面が相手側のスクロール４２,４４の基板４２ａ,４４ａに摺接する。従って、この配置により、渦巻き壁４２ｂ,４４ｂ間には圧縮室６０が形成され（図２参照）、圧縮室６０は、可動スクロール４２の旋回運動に伴ってその容積及び位置が変化し、この変化過程を通じて冷媒の吸入、圧縮及び吐出工程を実行する。
【００２７】
なお、渦巻き状の空間の外端は、可動スクロール４２の渦巻き壁４２ｂの外端が旋回するのを許容すべく、可動スクロール４２の旋回半径Ｒよりも若干大きな曲率半径の半円筒状をなす。
固定スクロール４４の肉厚部４４ｄの外周面には軸方向溝６２が形成され、軸方向溝６２は固定基板４４ａから渦巻き壁４４ｂの先端面に亘り固定基板４４ａの軸線方向に延びている。
【００２８】
また、肉厚部４４ｄには直線状のベーン溝６４が形成され、ベーン溝６４の内端は渦巻き状の空間の外端近傍に位置している。ベーン溝６４は、その外端が肉厚部４４ｄの外周面即ち内周壁４４ｃに開口するとともに、その側端が肉厚部４４ｄの先端面に開口している。内周壁４４ｃに開口したベーン溝６４の開口端は、内周壁４４ｃの周方向でみて軸方向溝６２の近傍に位置し、可動スクロール４２の旋回方向でみれば、軸方向溝６２の直後方に位置している。
【００２９】
ベーン溝６４内には、図５に示したように扁平状をなす可動ベーン６６が外周壁４２ｃに向けて突出可能に配置され、可動ベーン６６は、ベーン溝６４の長さ、幅及び高さにそれぞれ略等しい長さ、厚み及び高さを有する。従って、厚み方向両側に位置する可動ベーン６６の両側面はベーン溝６４の両側面に摺接するとともに、高さ方向両側に位置する可動ベーン６６の両側端面は固定基板４４ａ又は可動基板４２ａに摺接する。
【００３０】
可動ベーン６６の先端面はＲ付けされ、先端面の曲率は内周壁４４ｃの曲率に合致している。内周壁４４ｃと外周壁４２ｃとの摺接位置が、ベーン溝６４の外端位置に合致したとき、可動ベーン６６は休止位置に位置付けられる。可動ベーン６６が休止位置にあるとき、可動ベーン６６の先端面は、内周壁４４ｃに開口したベーン溝６４の開口端に位置付けられ、当該開口端を閉塞する。
【００３１】
また、可動ベーン６６がベーン溝６４の開口端から外周壁４２ｃに向けて突出し、可動ベーン６６の先端面の一部が外周壁４２ｃに摺接しているとき、つまり可動ベーン６６が作動位置にあるとき、内周壁４４ｃと外周壁４２ｃとの間の三日月状の空間は、可動ベーン６６により周方向に区分される。つまり、三日月状の空間は、可動スクロール４２の旋回方向でみて、可動ベーン６６よりも前方に位置する前方領域と後方に位置する後方領域とに区分される。
【００３２】
三日月状の空間の前方領域及び後方領域の各々は膨張室６８を形成し、これら膨張室６８の容積及び位置は、可動スクロール４２の旋回運動に伴い、三日月状の空間が可動ベーン６６に対して相対的に移動することで変化する。この変化過程を通じて、膨張室６８は冷媒の導入、膨張及び排出工程を実行する。
そして、この流体機械４では、上述した圧縮ユニット４０と圧縮ケーシング１８の端壁１８ｂとの間に、吸入室７０及び吐出室７２が形成されている。
【００３３】
より詳しくは、固定基板４４ａの背面には、その外周縁から軸線方向に突出した筒部７４が一体に形成され、筒部７４の先端は、圧縮ケーシング１８の周壁１８ａの内周面に形成された環状の段差面に気密を存して当接している（図２参照）。
また、固定基板４４ａの背面及び圧縮ケーシング１８の端壁１８ｂには、それぞれ相手側に突出した突条７６ａ,７６ｂが形成され、これら突条７６ａ,７６ｂは、先端同士が気密を存して突き合わされることで仕切壁７６を形成している。仕切壁７６は、固定基板４４ａの中央部を避けてその背面を横断し、固定基板４４ａと端壁１８ｂとの間の空間を吸入室７０と吐出室７２とに仕切っている。
【００３４】
なお、吸入室７０を囲む筒部７４の部分には、径方向孔７４ａが形成され、この径方向孔７４ａを通じて、吸入室７０は駆動ケーシング１６の内部にまで繋がっている。
図６に示したように、固定スクロール４４は、固定基板４４ａの略中央を貫通して圧縮室６０と吐出室７２を互いに連通させる吐出孔７８を有し、吐出孔７８は、吐出弁８０により開閉される。吐出弁８０はリード弁体（図示せず）と、リード弁体の開度を規制するストッパプレート８２からなり、これらリード弁体及びストッパプレート８２は共に取付けねじ８４を介して固定基板４４ａに取付けられている。
【００３５】
また、固定スクロール４４は、固定基板４４ａを貫通して吸入室７０と圧縮室６０を互いに連通させる吸入孔８６を有する。なお、吸入孔８６は、渦巻き壁４４ｂ間に区画された渦巻き状の空間の外端近傍にて固定基板４４ａの正面に開口している（図４参照）。
なお、図７に示したように、圧縮ケーシング１８の周壁１８ａの外側には、端壁１８ｂ近傍にブロック８８が一体に設けられ、圧縮ケーシング１８には、ブロック８８及び周壁１８ａを貫通して、吸入ポート９０及び吐出ポート９２が形成されている。吸入ポート９０は、その内端が吸入室７０に開口する一方、その外端が循環流路２の復路に接続されている。また、吐出ポート９２は、その内端が吐出室７２に開口する一方、その外端が循環流路２の往路に接続されている。
【００３６】
また、流体機械４は、膨張装置４１に対する冷媒の給排経路を備えているが、この流体機械４では、膨張装置４１及び膨張装置４１に対する冷媒の給排経路が、吐出室７２から吸入室７０に亘って延びる冷媒の還流路９４を兼ねている（図１参照）。そして、流体機械４は、還流路９４を開閉可能な容量制御弁９６を備えており、これら還流路９４及び容量制御弁９６は、吐出ポート９２から循環流路２に送出される冷媒量の可変手段を構成している。
【００３７】
より詳しくは、容量制御弁９６のケーシングとして、圧縮ケーシング１８の端壁１８ｂには膨出部９８が一体に形成され、膨出部９８は端壁１８ｂに平行な柱状をなす（図２及び図７参照）。膨出部９８は突条７６ｂの両側に亘って延び、膨出部９８の一端は、圧縮ケーシング１８の周壁１８ａを介してブロック８８に連なっている。
これら一連のブロック８８、周壁１８ａ及び膨出部９８には、ブロック８８の外表面に開口した開口端を有する円筒状の穴１００が形成され、穴１００の内端面は、膨出部９８の他端近傍に位置している。ブロック８８側の穴１００の開口端部は、圧入されたプラグ１０２により気密に閉塞され、プラグ１０２の内端壁は、穴１００の内端面との間に弁室１０４を区画している。
【００３８】
膨出部９８には、容量制御弁９６の入力ポートとして、弁室１０４と吐出室７２との間を繋ぐ入口孔１０６が形成され、入口孔１０６は弁室１０４の内周面に開口した開口端を有する。弁室１０４内には、弁体としてのピストン１０８が閉位置と開位置との間を往復動自在に配置され、ピストン１０８は弁室１０４の内周面に摺接する外周面を有する。
ピストン１０８がプラグ１０２から離間した閉位置にあるとき、入口孔１０６の開口端はピストン１０８の外周面により閉塞される。一方、ピストン１０８がプラグ１０２に当接した開位置にあるとき、入口孔１０６の開口端は開かれ、入口孔１０６を介して吐出室７２と弁室１０４との間が連通する。
【００３９】
ピストン１０８に往復動のための駆動力を付与すべく、プラグ１０２側の弁室１０４の領域は、吐出室７２と穴１００との間を繋ぐ貫通孔１１０に固定されたオリフィスフィルタ１１２を介して吐出室７２に常時連通する。
なお、オリフィスフィルタ１１２は、極細の内部流路を有するオリフィスチューブと、オリフィスチューブの一端を囲む樹脂製のフィルタ部材とからなる。フィルタ部材は吐出室７２内に突出し、フィルタ部材により塵等が除去された状態で、オリフィスチューブの内部流路を通じて吐出室７２の圧力がプラグ１０２側の弁室１０４の領域に伝達される。
【００４０】
ピストン１０８と穴１００の内端面との間には、弁ばねとしての圧縮コイルばね１１４が配置され、圧縮コイルばね１１４はプラグ１０２に向けてピストン１０８を付勢している。そして、図８及び図９に示したように、ピストン１０８はその両端面に開口した中空部を有し、プラグ１０２側の中空部の端部は、ピストン１０８に内蔵された常閉のボール弁１１６により開閉される。
【００４１】
ボール弁１１６が閉じている状態では、オリフィスフィルタ１１２を介して吐出室７２の圧力がプラグ１０２側のピストン１０８の端面に加えられ、ピストン１０８は圧縮コイルばね１１４の付勢力に打ち勝ってプラグ１０２から離間した閉位置に位置付けられる。
一方、ボール弁１１６は、吸入室７０の圧力即ち中空部の圧力が所定値よりも低くなると開き、ボール弁１１６が開いている状態では、中空部を通して弁室１０４内の圧力がピストン１０８の両側で等しくなり、ピストン１０８は圧縮コイルばね１１４の付勢力により閉位置から開位置に移動する。ピストン１０８が開位置にあるとき、入口孔１０６の開口端が開かれ、これにより入口孔１０６を介して吐出室７２と弁室１０４とが連通する。
【００４２】
ボール弁１１６は、一旦開いた後、ピストン１０８の中空部の圧力が上昇すると閉じる。ボール弁１１６が閉弁し、ピストン１０８両側での弁室１０４の圧力差が圧縮コイルばね１１４の付勢力に打ち勝つと、ピストン１０８は開位置から移動して閉位置に位置付けられる。
なお、より詳しくは、ボール弁１１６は、ピストン１０８の中空部に配置されたベローズ１１８を有し、ベローズ１１８の一端は中空部内に固定されている。ベローズ１１８内には圧縮コイルばねが収容されており、圧縮コイルばねの付勢力が中空部の圧力に打ち勝つと、ベローズ１１８はピストン１０８の軸線方向に伸長可能である。
【００４３】
ベローズ１１８の他端には弁体としてのボールが取付けられ、ボールはプラグ１０２側の中空部の端部内に位置している。ピストン１０８の中空部の端部には、内周面から径方向内側に突出して球面座が形成され、ボールは球面座に外側から座ることにより中空部を閉塞する。ピストン１０８の中空部の圧力が所定の圧力よりも低下してベローズ１１８が伸長すると、ボールに対し伸長量に相当するリフト量が付与され、これによりボール弁１１６は開かれる。
【００４４】
膨出部９８の他端近傍には、容量制御弁９６の出力ポートとして、弁室１０４の端壁に一端が開口した出口孔１２０が形成されている。出口孔１２０は、固定基板４４ａに形成された連通孔１２２に接続され、連通孔１２２は、固定基板４４ａの正面において、ベーン溝６４の内端近傍に開口している（図２参照）。
ここで、前述した可動ベーン６６は、図４及び５に示したように、可動スクロール４２の旋回方向でみて前方に位置する一方の側面に、その高さ方向に延びる段差面１２４を有し、段差面１２４よりも後端側の後端部分が薄肉に形成されている。従って、ベーン溝６４の内端と可動ベーン６６の段差面１２４との間には、可動ベーン６６が休止位置に位置しているときでも、連通孔１２２に連なる空所が存在する。この空所に三日月状の空間内の冷媒よりも高圧の冷媒が流入すると、段差面１２４に加わる冷媒の圧力により、可動ベーン６６は外周壁４２ｃに向けて付勢される。つまり、段差面１２４は冷媒圧力の受圧面としての機能を有する。
【００４５】
更に、可動ベーン６６には、段差面１２４よりも先端側の先端部分に切欠部１２６が形成され、切欠部１２６は、可動ベーン６６の他方の側面に開口するとともに、可動基板４２ａに摺接する可動ベーン６６の側端面にも開口している。可動基板４２ａ側の切欠部１２６の開口は、可動スクロール４２の旋回運動に伴い、周期的に可動スクロール４２のポケット５８に部分的に合致するけれども、ベーン溝６４の内端近傍の空所も可動スクロール４２のポケット５８に周期的且つ部分的に合致可能である。つまり、可動スクロール４２のポケット５８は、可動スクロール４２の旋回運動に伴い、ベーン溝６４の内端近傍の空所及び切欠部１２６を同時且つ断続的に横切り、このポケット５８を通じて、ベーン溝６４の内端近傍の空所と切欠部１２６との間が周期的に連通する。
【００４６】
この連通時、切欠部１２６がベーン溝６４から突出して三日月状の空間の後方領域即ち膨張室６８に開口していれば、連通孔１２２と膨張室６８との間が、ベーン溝６４の内端近傍の空所、可動ベーン６６の切欠部１２６及び可動スクロール４２のポケット５８を介して連通する。つまり、これらの空所、切欠部１２６及びポケット５８は、容量制御弁９６の入口孔１０６、弁室１０４、出口孔１２０及び連通孔１２２とともに、吐出室７２から膨張室６８に亘る冷媒の供給経路を形成している。
【００４７】
そして、固定基板４４ａには、軸方向溝６２と吸入室７０との間を連通する排出孔１２８が形成され、軸方向溝６２及び排出孔１２８は、膨張室６８から吸入室７０に亘る冷媒の排出経路を形成している。
以下、上述した流体機械４の動作について説明する。
流体機械４がエンジン３８からの動力供給を受け、可動スクロール４２が固定スクロール４４に対して旋回運動すると、図１０に示したように、圧縮室６０は、その容積が増減するとともに、吐出孔７８に対して接離し、もって、循環流路２の復路から吸入室７０に吸込まれた低温低圧のガス状冷媒に対し、吸入、圧縮及び吐出工程の一連のプロセスを実行する。このプロセスを経て圧縮室６０から吐出室７２に吐出された高温高圧のガス状冷媒は、循環流路２の往路に送出され、これにより、冷媒が循環流路２を循環する。
【００４８】
図１に示したように、高温高圧のガス状冷媒は、凝縮器６にて空冷されて凝縮した後、レシーバ８にて気相成分及び水分が除去され、低温高圧の液状冷媒になる。この後、この液状冷媒は、膨張弁１０を介して低温低圧の湿り状態の冷媒になり、この湿り状態の冷媒が蒸発器１２内で気化して低温低圧のガス状冷媒になる。ここで、ファン（図示せず）が蒸発器１２から車室内に向かう風を生起すれば、蒸発器１２により気化熱を奪われた冷風が車室内に供給され、もって車室内の温度が調整される。
【００４９】
なお、蒸発器１２内の低温低圧のガス状冷媒は循環流路２の復路を通して流体機械４に吸込まれ、上述した冷凍サイクルが繰り返される。
そして、流体機械４は、冷媒の循環流量を調整するための容量可変手段を備えているが、容量可変手段は以下のように動作する。
エンジン３８の回転数が増大し、流体機械４の吐出ポート９２から循環流路２の往路に送出される冷媒流量が増大すると、蒸発器１２における冷媒圧力（低圧）が下がる。低圧が下がったことで吸入室７０及びピストン１０８の中空部の冷媒圧力が所定値よりも低下すると、ベローズ１１８の伸長により容量制御弁９６に内蔵されたボール弁１１６が開かれ、ピストン１０８が閉位置から開位置に移動する。
【００５０】
ピストン１０８が開位置にある間、吐出室７２内の高温高圧のガス状冷媒の一部が入口孔１０６、弁室１０４、出口孔１２０及び連通孔１２２を介してベーン溝６４の内端近傍の空所に供給される。空所内の冷媒圧力は、可動ベーン６６の段差面１２４に加わり、段差面１２４に加わる圧力と可動ベーン６６の先端面に加わる圧力との圧力差に基づき、可動ベーン６６は休止位置から作動位置に向けて付勢される。
【００５１】
可動ベーン６６が付勢されている状態で、内周壁４４ｃに開口したベーン溝６４の開口端から外周壁４２ｃが離間すると、可動ベーン６６は外周壁４２ｃに向けて突出し、可動ベーン６６の先端面の一部が外周壁４２ｃに摺接する（図１０（１））。つまり、ベーン溝６４から可動ベーン６６が突出するのと同時に、可動スクロール４２の旋回方向でみて、可動ベーン６６の後方に膨張室６８が形成される。
【００５２】
この膨張室６８は、可動スクロール４２、即ち外周壁４２ｃの旋回運動に伴って、その容積が増減するとともに軸方向溝６２に対して接近するけれども、膨張室６８の容積増大過程の初期において、ベーン溝６４の内端近傍の空所と膨張室６８とが、ポケット５８及び可動ベーン６６の切欠部１２６を通して連通することにより、空所内の冷媒が膨張室６８内に導入される（図１０（１）〜（３））。
【００５３】
膨張室６８に導入された冷媒は、膨張室６８の容積増大過程の中期から後期に亘り膨張し（図１０（４）〜（７））、この後、膨張した冷媒は、膨張室６８の容積減少過程にて膨張室６８に連通した軸方向溝６２及び排出孔１２８を通して吸入室７０に排出される（図１０（８）〜（７））。
従って、この容量可変手段によれば、吐出室７２の冷媒の一部が膨張室６８を通して吸入室７０に還流され、もって循環流路２の往路に送出される冷媒流量が低減されるけれども、この際、吸入室７０には、膨張室６８内で膨張して低温低圧になったガス状冷媒が還流される。
【００５４】
一方、エンジン３８の回転数が低く、ピストン１０８の中空部の圧力が所定値よりも高い場合には、容量制御弁９６は閉じているため、ベーン溝６４の内端近傍の空所と三日月状の空間との間で圧力差がなく、可動ベーン６６に付勢力が作用することはない。従って、この場合、図１１（１）〜（８）に示したように、三日月状の空間は、可動ベーン６６により周方向に仕切られることなく、可動スクロール４２の旋回運動に伴って内周壁４４ｃの周りを移動する。つまり、膨張室６８に対する作動流体の供給経路が閉じている間、膨張室６８は形成されない。
【００５５】
なお、可動基板４２ａのポケット５８とベーン溝６４の内端近傍の空所及び可動ベーン６６の切欠部１２６との相対的な位置関係を説明するため、図１０及び図１１中、可動基板４２ａのポケット５８を実線にて示した。
上述した流体機械４によれば、圧縮室６０を有するスクロール式の圧縮ユニット４０の外側に、内周壁４４ｃ、外周壁４２ｃ及び可動ベーン６６を用いた簡単な構成にて膨張室６８が形成される。従って、この流体機械４は小型化に適する。
【００５６】
そして、この流体機械４では、膨張室６８の容積が内周壁４４ｃと外周壁４２ｃの相対旋回運動に伴って、即ち圧縮ユニット４０の作動に連動して増減するが、膨張室６８に対して、その容積増大過程の初期に冷媒が導入される。膨張室６８に導入された高圧の冷媒は、その容積増大過程の中期から終期に亘り、外周壁４２ｃに対して、膨張室６８の容積を増大する方向に旋回力を付与する。
【００５７】
この旋回力は、その方向が可動スクロール４２の旋回方向と同一であるため、可動スクロール４２即ち圧縮ユニット４０を作動させるための補助動力になる。従って、冷媒を膨張室６８内で膨張させて膨張室６８の容積を増大させれば、圧縮ユニット４０は膨張装置４１からの補助動力を得ることができ、エンジン３８から供給される動力の削減、換言すれば、エンジン３８の負荷低減を図ることができる。
【００５８】
また、この流体機械４では、容量可変手段により還流される冷媒が膨張室６８で膨張して低温になることから、圧縮室６０に供給される冷媒の温度上昇が防止されるとともに、圧縮室６０がその外側の膨張室６８により冷却される。従って、冷媒の還流量が多くても圧縮室６０が過熱されることはなく、容量可変手段は、より多量の作動流体を還流することができ、その可変範囲が広くなる。また、圧縮室６０の過熱が防止されたことで、流体機械４の耐久性が低下することもない。
【００５９】
更に、この流体機械４によれば、膨張装置４１の内周壁４４ｃが膨張した低温の冷媒によって冷却されることにより、この内周壁４４ｃと一体をなす圧縮ユニット４０の固定スクロール４４の渦巻き壁４４ｂが効率的に冷却されるので、圧縮室６０の過熱がより確実に防止される。
また、この流体機械４では、容量制御弁９６が膨張室６８に対する冷媒の供給経路に設けられているので、容量制御弁９６の閉弁時、膨張室６８への冷媒の供給が遮断され、膨張室６８内の冷媒の圧力は、軸方向溝６２及び排出孔１２８を介して吸入室７０での冷媒の圧力に等しくなる。従って、この流体機械４によれば、容量制御弁９６の閉弁時、膨張室６８内に高圧の冷媒が滞留することはなく、膨張室６８内の冷媒が負荷となって圧縮ユニット４０の作動が妨げられるのが防止される。
【００６０】
本発明は上述の一実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能であり、例えば、一実施例の場合、膨張装置４１の内周壁４４ｃを固定スクロール４４の渦巻き壁４４ｂと一体に設けたけれども、内周壁４４ｃは渦巻き壁４４ｂを囲んでいればよく、渦巻き壁４４ｂと別体であってもよい。ただし、流体機械４のように内周壁４４ｃを固定スクロール４４の渦巻き壁４４ｂと一体に設ければ、膨張装置４１の内周壁４４ｃが膨張した低温の冷媒によって冷却されることにより、この内周壁４４ｃと一体をなす渦巻き壁４４ｂが効率的に冷却されるので、圧縮室６０の過熱がより確実に防止される。
【００６１】
一実施例の場合、膨張装置４１の内周壁４４ｃを固定スクロール４４の渦巻き壁４４ｂと一体に設け、外周壁４２ｃを可動スクロール４２の基板４２ａに一体に設けたけれども、内周壁を可動基板４２ａに一体に設け、外周壁を固定基板４４ａに一体に設けてもよい。また、内周壁を可動基板４２ａに一体に設け、外周壁を圧縮ケーシング１８の周壁１８ａに一体に設けてもよい。
【００６２】
一実施例の場合、可動ベーン６６は、内周壁４４ｃから外周壁４２ｃに向けて突出可能に配置されているが、可動ベーンは、外周壁４２ｃから内周壁４４ｃに向けて突出可能に配置されていてもよい。ただし、そのためにはベーン溝を外周壁４２ｃに形成する必要があり、流体機械の大型化を招くことから、流体機械４のように、ベーン溝６４を内周壁４４ｃに形成し、ベーン溝６４に可動ベーン６６を内周壁４４ｃから外周壁４２ｃに向けて突出可能に配置するのが好ましい。
【００６３】
一実施例の場合、可動ベーン６６をベーン溝６４から突出させるための付勢手段として、連通孔１２２がベーン溝６４の内端近傍に開口し、ベーン溝６４の内端近傍の空所に高圧の冷媒を導入したけれども、ベーン溝６４の内端と可動ベーン６６の後端との間に、可動ベーン６６を突出方向に付勢する圧縮コイルばねを配置してもよい。ただし、膨張室６８とベーン溝６４の内端近傍の空所即ち供給経路との間での圧力差により可動ベーン６６を付勢すれば、圧縮コイルばねを必要としないため部品点数を減少させることができ、もって、流体機械４の生産性向上や価格低減を図ることができる。
【００６４】
一実施例の場合、渦巻き壁４２ｂ,４４ｂの高さに対する内周壁４４ｃ及び外周壁４２ｃの高さの比を調整することで、圧縮室６０の容量に対する膨張室６８の容量の比を容易に変更可能である。
一実施例の場合、連通孔１２２の開口端をベーン溝６４内に開口させ、ベーン溝６４の内端近傍の空所、可動基板４２ａのポケット５８及び可動ベーン６６の切欠部１２６により膨張室６８に対する冷媒の供給経路の一部を構成し、空所及び切欠部１２６に対するポケット５８の旋回運動を利用することで、供給経路が膨張室６８の容積増大過程の初期に同期して開かれるようにしたけれども、供給経路の同期開閉手段は限定されることはなく、エンコーダ及び電磁制御弁等を組み合わせて用いてもよく、その場合、連通孔を膨張室６８に直接開口させてもよい。
【００６５】
ただし、一実施例のように、供給経路の同期開閉手段を可動基板４２ａのポケット５８及び可動ベーン６６の切欠部１２６により構成すれば、開閉時期を容積増大過程の初期に同期させるのが容易であるとともに、別体の部材を必要としないことから部品点数を減少させることができ、もって、流体機械４の生産性向上や価格低減を図ることができる。また、ポケット５８、可動ベーン６６の後端部及び切欠部１２６の各々の形状、大きさ及び位置等を変更することにより、膨張室６８への冷媒の導入開始時期、導入終了時期を容易に調整することが可能であり、もって、膨張室６８での膨張率を変更することもできる。
【００６６】
図１２は、変形例の可動ベーン１３０を示しており、可動ベーン１３０は、切欠部１２６に代えて、可動ベーン１３０の高さ方向に延び、可動基板４２ａに摺接する側端面に開口した有底孔１３２と、有底孔１３２と段差面１２４との間を可動ベーン１３０の長さ方向に延びる横孔１３４とを有する。
図１３は、この可動ベーン１３０とともに変形例の円形状のポケット１３６を適用した流体機械４の動作を説明するための図である。一実施例の場合、ベーン溝６４の内端近傍の空所と可動ベーン６６の切欠部１２６との間が、可動基板４２ａのポケット５８により周期的に連通したけれども、この変形例の場合、可動ベーン１３０の有底孔１３２の開口端と膨張室６８との間がポケット１３６を介して連通する。なお、図１３においても、可動基板４２ａのポケット１３６と可動ベーン６６の有底孔１３２の開口端との相対的な位置関係を説明するため、可動基板４２ａのポケット１３６を実線にて示した。
【００６７】
一実施例の場合、膨張装置４１及び膨張装置４１に対する冷媒の給排経路が流体機械４の還流路９４を構成していたけれども、膨張装置４１及びその給排経路を還流路９４から分離し、図１４に示したように、膨張弁１０の代わりに膨張装置４１を用いることも可能である。そのためには、圧縮ケーシング１８に、膨張装置４１の給排経路と循環流路２との間を直接接続するための導入ポート及び排出ポートを設ければよい。この場合、冷媒の圧力エネルギーが、膨張装置４１を介して圧縮ユニット４０の補助動力として利用される結果、流体機械４の消費動力削減を図ることができる。なお、この場合、流体機械４に膨張装置４１とは別に容量可変手段を設けてもよい。
【００６８】
また、圧縮ケーシング１８に膨張装置４１のための導入ポート及び排出ポートを設けた場合、図１４に示したように、流体機械４の膨張装置４１をエンジン３８の冷却システムの廃熱回収サイクルに適用してもよい。この廃熱回収サイクル（ランキンサイクル）は、冷凍サイクルとともに車両に併設可能である。
廃熱回収サイクルは、循環冷却水が還流する冷却水循環流路１３８を有し、冷却水循環流路１３８には冷却水ポンプ１４０、エンジン３８、膨張装置４１及びラジエータ１４２が順次介挿されている。冷却水ポンプ１４０は、冷却水循環流路１３８の復路から低温低圧の液状態の冷却水を吸い込んで圧縮し、その往路に低温高圧の液状態となった冷却水を送出する。冷却水ポンプ１４０から送出された冷却水は、エンジン３８で加熱されて高温高圧のガス状態となった後、膨張装置４１で膨張することにより低温低圧のガス状態となり、そして、ラジエータ１４２にて空冷されて凝縮する。凝縮した冷却水は、冷却水ポンプ１４０に吸込まれ、上述したサイクルが繰り返される。この場合、エンジン３８で発生した廃熱の熱エネルギーが、膨張装置４１を介して圧縮ユニット４０の補助動力として利用される結果、流体機械４の消費動力削減を図ることができる。
【００６９】
最後に、本発明の流体機械が水や冷媒その他の種々の作動流体に適用可能なのはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】一実施例の流体機械を適用した車両用空調システムの冷凍サイクルの概略を示す図である。
【図２】一実施例の流体機械の縦断面図である。
【図３】図２の流体機械の可動スクロールの正面図である。
【図４】図２の流体機械の固定スクロールを可動ベーンとともに示す正面図である。
【図５】図２の流体機械の可動ベーンの斜視図である。
【図６】図４の固定スクロールを吐出弁とともに示す背面図である。
【図７】図２中、VII−VII線に沿った流体機械の横断面図である。
【図８】閉状態の流体機械の容量制御弁の縦断面とともに図１の冷凍サイクルの一部を示した図である。
【図９】開状態の流体機械の容量制御弁の縦断面とともに図１の冷凍サイクルの一部を示した図である。
【図１０】容量制御弁が開状態にあるときの圧縮ユニット及び膨張装置の動作を説明するための図である。
【図１１】容量制御弁が閉状態にあるときの圧縮ユニット及び膨張装置の動作を説明するための図である。
【図１２】変形例の可動ベーンの斜視図である。
【図１３】変形例の可動ベーン及びポケットを適用した流体機械における圧縮ユニット及び膨張装置の動作を説明するための図である。
【図１４】変形例の流体機械を適用した車両用空調システムの冷凍サイクルの概略を示す図である。
【図１５】変形例の流体機械を適用した車両用空調システムの冷凍サイクル及びエンジン冷却システムの廃熱回収サイクルの概略を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
４    流体機械
１４    ハウジング
４０    圧縮ユニット
４１    膨張装置
５８    ポケット
４２    可動スクロール
４２ａ  可動スクロールの基板
４２ｂ  可動スクロールの渦巻き壁
４２ｃ  外周壁
４４    固定スクロール
４４ａ  固定スクロールの基板
４４ｂ  固定スクロールの渦巻き壁
４４ｃ  内周壁
５８    ポケット（供給経路）
６０    圧縮室
６４    ベーン溝
６６    ベーン
６８    膨張室
１０４    弁室（供給経路）
１０６    入口孔（供給経路）
１２０    出口孔（供給経路）
１２２    連通孔（供給経路）
１２６    切欠部（供給経路）
【図１】
2006249991.tif 000003
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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