(57)【要約】【課題】  圧縮・膨張機にオイルセパレータを搭載する場合、膨張作動時における膨張機効率の低下を防止する。【解決手段】  圧縮・膨張機１０は、圧縮機モードでの作動により圧縮した冷媒を高圧室１１１より絞り１１３にて分離室１１４へ吹き出し、パイプ１１６回りの旋回流により、冷媒中に混入されているオイル１００を遠心分離して貯油室１１７へ溜める。貯油室底部と戻し流路３００との間にオイル戻し弁２００が設けられている。オイル戻し弁はオイルと冷媒との粘度の違いにより弁が開く構造であり、圧縮機モードおよび膨張機モード開始初期での貯油室にオイルがあるときには戻し流路および低圧側へオイルが戻されて圧縮・膨張機内を循環させ、膨張機モードにおいてオイルがないときには閉状態となって動力回収時の高圧冷媒のバイパスを防止してエネルギ回収効率を上げることができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
体積変化可能な作動室（１０７）を形成する可動部材（１０５）および固定部材（１０６、１１０）と、前記作動室に連通可能に設けられた低圧ポート（１０８）および高圧ポート（１１５）とを備え、前記作動室の作動モードとして、前記作動室が前記低圧ポートから流入する流体を加圧して吐出する圧縮機モードと前記高圧ポートから流入する流体の流体圧を運動エネルギに変換して機械的エネルギを出力する膨張機モードとを兼ね備える流体機械であって、
前記高圧ポート側と前記作動室との間には前記流体よりオイル（１００）を分離する分離手段（１１３、１１４、１１６）と、
前記分離手段と前記低圧ポート側との間を連通する戻し流路（３００）と、
前記戻し流路の前記分離手段側に前記オイルがある場合には開状態となって前記戻し流路を連通させ、前記戻し流路の前記分離手段側に前記オイルがない場合には閉状態となることにより、前記戻し流路を遮断するオイル戻し弁（２００）と、
を備えることを特徴とする流体機械。
【請求項２】
前記オイル戻し弁は、前記オイルの粘度と前記オイル分離後の流体のと前記オイルの粘度より低い粘度との違いに応じて開閉を行うことを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
【請求項３】
前記オイル戻し弁は、絞り部（２０１、２０２、２２０）と、前記絞り部の前記戻し流路における上流側または下流側のいずれかに配置され、前記絞り部の差圧が小さいときには開状態となり、前記差圧が大きいときは閉状態となる弁（２０６ｂ、２０９ａ）とを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の流体機械。
【請求項４】
前記オイル戻し弁は、前記オイルより小さい比重を有するフロート（２３０）を備えたフロート弁（２３４）であることを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
【請求項５】
前記オイル戻し弁は、制御装置（４０）により制御される電磁弁（２４０）であることを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
【請求項６】
前記電磁弁は、前記制御装置により、前記膨張機モードの開始より所定時間は開状態とされ、前記所定時間経過後に閉状態となるよう制御されることを特徴とする請求項５に記載の流体機械。
【請求項７】
体積変化可能な作動室（１０７）を形成する可動部材（１０５）および固定部材（１０６、１１０）と、前記作動室に連通可能に設けられた低圧ポート（１０８）および高圧ポート（１１５）とを備え、前記作動室の作動モードとして、前記作動室が前記低圧ポートから流入する流体を加圧して吐出する圧縮機モードと前記高圧ポートから流入する流体の流体圧を運動エネルギに変換して機械的エネルギを出力する膨張機モードとを兼ね備える流体機械であって、
前記高圧ポート側と前記作動室との間には前記流体よりオイル（１００）を分離する分離手段（１１３、１１４、１１６）と、
前記分離手段と前記低圧ポート側との間を連通する戻し流路（３００）と、
前記作動室の作動モードが前記圧縮機モードであるときには常開状態となって前記戻し流路を連通させ、前記作動モードが前記膨張機モードであるときは前記戻し流路の前記分離手段側に戻すべきオイルがあるときには開状態となり、前記戻し流路の前記分離手段側に前記戻すべきオイルがないときには閉状態となることにより、前記戻し流路を連通および遮断するオイル戻し弁（２００）と、
を備えることを特徴とする流体機械。
【請求項８】
体積変化可能な作動室（１０７）を形成する可動部材（１０５）および固定部材（１０６、１１０）と、前記作動室に連通可能に設けられた低圧ポート（１０８）および高圧ポート（１１５）とを備え、前記作動室の作動モードとして、前記作動室が前記低圧ポートから流入する流体を加圧して吐出する圧縮機モードと前記高圧ポートから流入する流体の流体圧を運動エネルギに変換して機械的エネルギを出力する膨張機モードとを兼ね備える流体機械であって、
前記高圧ポート側と前記作動室との間には前記流体よりオイル（１００）を分離する分離手段（１１３、１１４、１１６）と、
前記分離手段と前記低圧ポート側との間を連通する戻し流路（３００）と、
前記作動室の作動モードが前記膨張機モードであるときは閉状態となることにより、前記戻し流路を遮断するオイル戻し弁（２００）と、
を備えることを特徴とする流体機械。
【請求項９】
前記オイル戻し弁は、制御装置（４０）により制御される電磁弁（２４０）であることを特徴とする請求項８に記載の流体機械。
【請求項１０】
前記戻し流路の前記分離手段側には前記分離手段により分離されたオイルを貯める貯油室を備えるとともに、前記貯油室と前記オイル戻し弁とが前記固定部材（１１０）内に形成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮作動と膨張作動の両者を運転可能な流体機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧縮機、凝縮器、レシーバ、減圧装置、蒸発器等からなる冷凍装置に、排熱回収器（高温蒸発器）および冷媒ポンプ（加圧ポンプ）を追加し、クーラ作動用の圧縮機を膨張機として運転することにより、エンジンなどの内燃機関の排熱を動力として回収し、回収した動力で内燃機関の軸出力をアシストする、圧縮・膨張機を用いた排熱利用システムがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一般に、冷媒の圧縮機を用いた冷凍装置では、圧縮機の潤滑のために冷媒中に潤滑用のオイルが混入されている。この冷媒中にオイルが混入した状態で冷媒が冷凍サイクル内を循環すると、凝縮器や蒸発器等の熱交換器において、熱交換効率が低下し、冷凍能力が低下する。
【０００４】
そこで、従来より、圧縮機の出力部分に圧縮機から吐出された冷媒中に含まれるオイルを分離するオイルセパレータを配置し、このオイルセパレータで分離されたオイルを圧縮機の吸入口側に戻すことが行われている。
【特許文献１】特許第２５４０７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記、圧縮・膨張機を用いた従来技術ではオイルセパレータについては言及されていないが、この従来技術において、従来のようにオイルセパレータを用いる場合には、オイルセパレータを圧縮・膨張機の高圧側に配置し、圧縮・膨張機の圧縮作動時にオイルセパレータで分離したオイルを圧縮・膨張機の低圧側へ戻す戻し流路を形成することが考えられる。しかし、この戻し流路は膨張作動時には冷媒のバイパス通路となってしまい、膨張機としての効率が低下するという問題が生ずる。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、圧縮・膨張機にオイルセパレータを搭載する場合、膨張作動時における膨張機効率の低下を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、体積変化可能な作動室（１０７）を形成する可動部材（１０５）および固定部材（１０６、１１０）と、作動室に連通可能に設けられた低圧ポート（１０８）および高圧ポート（１１５）とを備え、作動室の作動モードとして、作動室が低圧ポートから流入する流体を加圧して吐出する圧縮機モードと高圧ポートから流入する流体の流体圧を運動エネルギに変換して機械的エネルギを出力する膨張機モードとを兼ね備える流体機械であって、高圧ポート側と作動室との間には流体よりオイル（１００）を分離する分離手段（１１３、１１４、１１６）と、分離手段と低圧ポート側との間を連通する戻し流路（３００）と、戻し流路の分離手段側にオイルがある場合には開状態となって戻し流路を連通させ、戻し流路の分離手段側にオイルがない場合には閉状態となることにより、戻し流路を遮断するオイル戻し弁（２００）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、分離手段側にオイルがある場合にはオイル戻し弁は開状態となり、分離手段側にオイルがない場合にはオイル戻し弁は閉状態となる。したがって、たとえば圧縮機モードなどにおいて作動室が低圧ポートから流入した流体を加圧して高圧ポート側へ吐出するとき、吐出された流体中に含まれる潤滑用のオイルが分離手段によって流体より分離される。このような分離手段側にオイルがあるときには、オイル戻し弁は開状態となっており、高圧ポート側の圧力により、分離されたオイルがオイル戻し弁を通過して戻し流路を通って低圧ポート側へ送られるので、オイルは低圧側にて低圧ポートから流入する流体と混合して、再度圧縮機モードでの作動において作動室を通過し、可動部材と固定部材との相対運動における摺動部の潤滑に再利用される。
【０００９】
一方、たとえば膨張機モードなどにおいて、高圧ポート側から基本的にオイルをほとんど含まない高圧流体が作動室へと流入するとき、戻し流路の高圧ポート側にある分離手段には、特に圧縮機モードから膨張機モードへの切り替え直後においては、圧縮機モードでの作動中に分離されたオイルが残っている。このときオイルを低圧側へ戻すべくオイル戻し弁は開状態のままとなっており、分離手段側のオイルはオイル戻し弁を通って戻し流路を通って低圧ポート側へ送られる。そして、膨張機モードでの作動が継続されて、分離手段側に戻すべきオイルがなくなった時点でオイル戻し弁は閉状態となるため、高圧ポートから流入する流体は、オイル戻し弁を介して戻し流路および低圧側へバイパスすることはなく、高圧流体はほぼ全て作動室へ流入して、エネルギロスを最小限にして機械エネルギに変換することができる。
【００１０】
オイル戻し弁は、請求項２に記載のように、オイルの粘度とオイル分離後の流体のオイルの粘度より低い粘度との違いに応じて開閉を行うものとして構成することができる。これにより、オイルがオイル戻し弁に流入するときにはオイル戻し弁は開状態となってオイルを通過させ、オイルが分離された流体がオイル戻し弁に流入するときはオイル戻し弁は閉状態となって流体の通過を阻止することができる。
【００１１】
そして、このようなオイル戻し弁は、請求項３に記載のように、絞り部（２０１、２０２、２２０）と、この絞り部の戻し流路における上流側または下流側のいずれかに配置されて、絞り部の差圧が小さいときには開状態となり、差圧が大きいときは閉状態となる弁（２０６ｂ、２０９ａ）とにより構成することができる。すなわち、粘度が高いオイルは絞り部での差圧が大きくなって弁に作用する圧力、すなわち弁の差圧が小さくなるため弁を開状態とし、粘度が低いオイル分離後の流体は絞り部での差圧が小さく、弁での差圧が大きくなるため弁は閉状態とすることができる。
【００１２】
また、オイル戻し弁は、請求項４に記載のように、オイルより小さい比重を有するフロート（２３０）を備えたフロート弁（２３４）で構成することにより、貯油室にオイルが溜まっているときには、このオイル中でフロートが浮き上がることによりフロート弁を開状態として、戻し流路を連通状態にしてオイルを低圧側へ戻すことができ、貯油室に戻すべきオイルがない場合にはフロート弁は閉状態となって戻し流路を遮断し、作動流体を戻し流路を経由して高圧側から低圧側へバイパスすることを防止することができる。
【００１３】
さらに、また、オイル戻し弁は、請求項５に記載のように、制御装置（４０）により制御される電磁弁（２４０）とすることができ、この制御方法は、請求項６に記載のように、電磁弁を、制御装置により、膨張機モードの開始より所定時間は開状態とし、その後には閉状態となるよう制御することにより、膨張機モードの開始時点における貯油室内に溜まったオイルを低圧側へ戻し、かつ、戻すべきオイルがなくなったら戻し流路を遮断して高圧流体が作動室に流入せずにバイパスすることを防止することができる。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、体積変化可能な作動室（１０７）を形成する可動部材（１０５）および固定部材（１０６、１１０）と、作動室に連通可能に設けられた低圧ポート（１０８）および高圧ポート（１１５）とを備え、作動室の作動モードとして、作動室が低圧ポートから流入する流体を加圧して吐出する圧縮機モードと高圧ポートから流入する流体の流体圧を運動エネルギに変換して機械的エネルギを出力する膨張機モードとを兼ね備える流体機械であって、高圧ポート側と作動室との間には流体よりオイル（１００）を分離する分離手段（１１３、１１４、１１６）と、分離手段と低圧ポート側との間を連通する戻し流路（３００）と、作動室の作動モードが圧縮機モードであるときには常開状態となって戻し流路を連通させ、作動モードが膨張機モードであるときは戻し流路の分離手段側に戻すべきオイルがあるときには開状態となり、戻し流路の分離手段側に戻すべきオイルがないときには閉状態となることにより、戻し流路を連通および遮断するオイル戻し弁（２００）と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、圧縮機モードにおいて作動室が低圧ポートから流入した流体を加圧して高圧ポート側へ吐出するとき、吐出された流体中に含まれる潤滑用のオイルが分離手段によって流体より分離される。このような分離手段側にオイルがあるときには、オイル戻し弁は開状態となっており、高圧ポート側の圧力により、分離されたオイルがオイル戻し弁を通過して戻し流路を通って低圧ポート側へ送られるので、オイルは低圧側にて低圧ポートから流入する流体と混合して、再度圧縮機モードでの作動において作動室を通過し、可動部材と固定部材との相対運動における摺動部の潤滑に再利用される。
【００１６】
一方、膨張機モードにおいては、高圧ポート側から基本的にオイルをほとんど含まない高圧流体が作動室へと流入する。このとき、戻し流路の高圧ポート側にある分離手段には、特に圧縮機モードから膨張機モードへの切り替え直後においては、圧縮機モードでの作動中に分離されたオイルが残っている。このときオイルを低圧側へ戻すべくオイル戻し弁が開状態のままとなっており、分離手段側のオイルはオイル戻し弁を通って戻し流路を通って低圧ポート側へ送られる。そして、膨張機モードでの作動が継続されて、戻し流路に戻すべきオイルがなくなった時点でオイル戻し弁は閉状態となるため、高圧ポートから流入する流体は、オイル戻し弁を介して戻し流路および低圧側へバイパスすることはなく、高圧流体はほぼ全て作動室へ流入して、エネルギロスを最小限にして機械エネルギに変換することができる。
【００１７】
また、請求項８に記載の発明は、上記発明と同様、圧縮機モードと膨張機モードとを兼ね備える流体機械において、高圧ポート側と作動室との間には流体よりオイル（１００）を分離する分離手段（１１３、１１４、１１６）と、分離手段と低圧ポート側との間を連通する戻し流路（３００）と、作動室の作動モードが膨張機モードであるときは閉状態となることにより、戻し流路を遮断するオイル戻し弁（２００）と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、作動室の作動モードが膨張機モードであるときは、オイル戻し弁は閉状態となって戻し流路が遮断されるので、膨張機モードにおいて高圧ポート側から高圧流体が作動室へと流入するとき、高圧ポートから流入する流体は、オイル戻し弁を介して戻し流路および低圧側へバイパスすることはなく、高圧流体はほぼ全て作動室へ流入して、エネルギロスを最小限にして機械エネルギに変換することができる。
【００１９】
なおこのようなオイル戻し弁は、制御装置（４０）により制御される電磁弁（２４０）により構成することができる。
【００２０】
また、請求項１０に記載のように、戻し流路の分離手段側には分離手段により分離されたオイルを貯める貯油室を備えるとともに、貯油室とオイル戻し弁とが固定部材（１１０）内に形成することにより、コンパクトな流体機械とすることができる。
【００２１】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、ランキンサイクルを備える車両用蒸気圧縮式冷凍機に本発明に係る流体機械を適用したものであって、図１は本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【００２３】
本実施形態に係るランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機は、走行用動力を発生させる熱機関をなすエンジン２０で発生した廃熱からエネルギを回収するとともに、蒸気圧縮式冷凍機で発生した冷熱及び温熱を空調に利用するものである。以下、ランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機について説明する。
【００２４】
圧縮・膨張機１０は、外部動力により駆動されることにより気相冷媒を加圧して吐出する圧縮機モードと、過熱蒸気冷媒の流体圧を運動エネルギに変換して機械エネルギを出力する膨張機モードとを兼ね備える流体機械である。
【００２５】
すなわち、圧縮・膨張機１０には動力伝達機構をなす電磁クラッチを備えたプーリ１０ａによりエンジン２０の動力が断続されるとともに、発電機１０ｂへの回転トルクが断続される。圧縮機モードでは、圧縮・膨張機１０はプーリ１０ａによりエンジン２０の動力が伝達されて気相冷媒を加熱吐出し、膨張機モードでは、エンジン２０と切り離されるとともに、発電機１０ｂへ回転トルクが伝達され圧縮・膨張機１０より出力される機械的エネルギが発電機１０ｂにより電気エネルギに変換される。なお、圧縮・膨張機１０の詳細は後述する。
【００２６】
放熱器１１は、圧縮・膨張機１０の吐出側に接続されて放熱しながら冷媒（例えば、フロンＨＦＣ１３４ａ）を冷却する。気液分離器１２は放熱器１１から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するレシーバであり、減圧器１３は気液分離器１２で分離された液相冷媒を減圧膨張させるもので、本実施形態では、冷媒を等エンタルピ的に減圧するとともに、圧縮・膨張機１０が圧縮機モードで作動しているときに圧縮・膨張機１０に吸入される冷媒の過熱度が所定値となるように絞り開度を制御する温度式膨張弁を採用している。
【００２７】
蒸発器１４は、減圧器１３にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱器であり、圧縮・膨張機１０、放熱器１１、気液分離器１２、減圧器１３及び蒸発器１４等にて低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機が構成される。
【００２８】
廃熱回収器としての加熱器３０は、圧縮・膨張機１０と放熱器１１とを繋ぐ冷媒回路に設けられて、この冷媒回路を流れる冷媒とエンジン冷却水とを熱交換することにより冷媒を加熱する熱交換器であり、三方弁２１によりエンジン２０から流出したエンジン冷却水を加熱器３０に循環させる場合と循環させない場合とが切り替えられる。
【００２９】
第１バイパス回路３１は、気液分離器１２で分離された液相冷媒を加熱器３０のうち放熱器１１側の冷媒出入口側に導く冷媒通路であり、この第１バイパス回路３１には、液相冷媒を循環させるための冷媒ポンプ３２及び気液分離器１２側から加熱器３０側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁３１ａが設けられている。なお、冷媒ポンプ３２は、本実施形態では、電動式のポンプを用い、その作動は制御装置４０により制御されている。
【００３０】
また、第２バイパス回路３４は、圧縮・膨張機１０が膨張機モードで作動するときの冷媒出口側と放熱器１１の冷媒入口側とを繋ぐ冷媒通路であり、この第２バイパス回路３４には、圧縮・膨張機１０側から放熱器１１の冷媒入口側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁３４ａが設けられている。
【００３１】
なお、逆止弁１４ａは蒸発器１４の冷媒出口側から圧縮・膨張機１０が圧縮機モードで作動するとき冷媒吸入側にのみ冷媒が流れることを許容するもので、開閉弁３５は冷媒通路の開閉する電磁式のバルブであり、開閉弁３５及び三方弁２１等は制御装置４０により制御されている。
【００３２】
ウォータポンプ２２はエンジン冷却水を循環させるもので、ラジエータ２３はエンジン冷却水と外気とを熱交換してエンジン冷却水を冷却する熱交換器である。なお、図１では、ラジエータ２３を迂回させて冷却水を流すバイパス回路及びこのバイパス回路に流す冷却水量とラジエータ２３に流す冷却水量とを調節する流量調整弁は省略されている。
【００３３】
なお、ウォータポンプ２２はエンジン２０から動力を得て稼動する機械式のポンプであるが、電動モータにて駆動される電動ポンプを用いてもよいことは言うまでもない。
【００３４】
次に、圧縮・膨張機１０について説明する。図２は圧縮・膨張機１０の断面図であり、図中に、圧縮・膨張機１０が車両内で設置されるときの上下（天地）方向を矢印で示している。
【００３５】
圧縮・膨張機１０は、フロントハウジング１０１、シャフト１０２、旋回スクロール１０５、固定スクロール１０６、およびリアハウジング１１０を備えている。なお、フロントハウジング１０１、固定スクロール１０６およびリアハウジング１１０は、互いにネジなどで一体的に固定され車両内に配置される。
【００３６】
シャフト１０２は、フロントハウジング１０１に軸支され、図２において紙面左端で電磁クラッチおよびプーリ１０ａ（図示せず）によりエンジン２０からの動力を受けて回転する。さらに、図２の左方向には発電機１０ｂ（図示せず）が同軸的に連結され、シャフト１０２の回転により発生する機械エネルギが発電機１０ｂにより電気エネルギに変換される。なお電磁クラッチによる動力伝達の断続は、制御装置４０により制御される。
【００３７】
シャフト１０２の軸方向の右端側には、回転中心軸に対して偏心した偏心部１０３を有するクランクシャフトであり、旋回スクロール１０６がベアリングを介して偏心部１０３に回転可能に連結されている。
【００３８】
圧縮・膨張機１０のポンプモータ機構は、周知のスクロール型圧縮機構と同一構造を有するもので、具体的には、リアハウジング１１０に固定された固定スクロール（シェル）１０６、フロントハウジング１０１と固定スクロール１０６との間の空間で旋回変位する可動部材をなす旋回スクロール１０５、及び作動室１０７と高圧室１１１とを連通する中心ポート１１２等からなるものである。
【００３９】
固定スクロール１０６は、板状の基板部１０６ａ及び基板部１０６ａからフロントハウジング１０１側に突出した渦巻状の歯部１０６ｂを有して構成され、一方、旋回スクロール１０５は、固定スクロール１０６の歯部１０６ｂに接触して噛み合う渦巻状の歯部１０５ｂ、及び歯部１０５ｂが形成された基板部１０５ａを有して構成されており、両歯部１０５ｂ、歯部１０６ｂが接触した状態で旋回スクロール１０５が固定スクロール１０６に対して一定方向に旋回することにより、両スクロール１０５、１０６により構成された作動室１０７の体積が縮小する。
【００４０】
自転防止機構１０４は、シャフト１０２が１回転する間に旋回スクロール１０５が偏心部１０３周りに１回転するようにするものである。このためシャフト１０２が回転すると、旋回スクロール１０５は、自転せずにシャフト１０２の回転中心軸周りを公転旋回し、かつ、作動室１０７は、旋回スクロール１０２の外径側から中心側に変位するほど、その体積が縮小するように変化する。なお、本実施形態では、自転防止機構１０４としてピン−リング（ピン−ホール）式を採用している。
【００４１】
固定スクロール１０６の外周部には低圧ポート１０８が設けられるとともに、この低圧ポート１０８と作動室１０７の最外径部とを連通するように吸入ポート１０９が設けられている。したがって、低圧ポート１０８から吸入される冷媒は、吸入ポート１０９を経て作動室１０７に流入し、旋回スクロール１０２の圧縮方向の回転により最小体積となる作動室１０７内で圧縮され、固定スクロール１０６の基板部１０６ａの中心に設けられた中心ポート１１２より吐出される。
【００４２】
固定部材としての固定スクロール１０６とリアハウジング１１０との内部には、固定スクロール１０６の中心ポート１１２を介して作動室１０７と連通するように高圧室１１１が設けられている。この高圧室１１１は、中心ポート１１２から吐出される圧縮された冷媒の脈動を平滑化する吐出室の機能を有している。
【００４３】
リアハウジング１１０には、加熱器３０および放熱器１１側に接続される高圧ポート１１５と、分離手段としての分離室１１４、絞り１１３および遠心分離用のパイプ１１６と、貯油室１１７と、連通路１１８と、オイル戻し弁２００とが設けられている。また、固定スクロール１０６のハウジング部には、オイル戻し弁２００と低圧側の吸入ポート１０９とを連通する戻し流路３００が設けられている。
【００４４】
分離室１１４は、内面壁が円筒状に形成されて、高圧ポート１１５側に圧入されたパイプ１１６を介して高圧ポート１１５に連通している。パイプ１１６の外径は分離室１１４の内径よりも小さくなっている。一方、絞り１１３は、高圧室１１１と分離室１１４とを連通するよう、かつ、パイプ１１６の長手方向における圧入部位に近い位置で分離室１１４の内面壁の接線方向に向くように開口している。
【００４５】
したがって、高圧室１１０から絞り１１３により流速が高められて吐出する高圧冷媒は、分離室１１４の内面壁とパイプ１１６との円筒間隙を旋回して、パイプ１１６の開口端へ移動する間に、高圧冷媒中に混入している潤滑用のオイル１００が、旋回に伴う遠心力により分離室１１４の内面壁に押し付けられる。比重の小さい冷媒はパイプ１１６より高圧ポート１１５へ吐出される一方、比重の大きいオイルは分離室１１４の内壁を伝って下方の貯油室１１７へ落下する。
【００４６】
以上のように、圧縮・膨張機１０が圧縮機モードで作動する際に、作動室１０７から圧縮された高圧冷媒中に混入している潤滑用オイル１００が分離手段（絞り１１３、分離室１１４、パイプ１１６）により、冷媒より分離されて貯油室１１７に溜められる。
【００４７】
図３は、図２におけるオイル戻し弁２００の詳細を示す断面図である。なお、図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、貯油室１１７にオイル１００が溜まっているときおよびオイル１００がないときの作動状態を示しており、その詳細は後述する。
【００４８】
オイル戻し弁２００は、円筒絞り２０１、ばね２０３、カップ部材２０５、オリフィス部材２０６、シール部材２０７、ばね２０８、ストッパ２０９および固定スクロール１０６ハウジング部に形成されている戻し流路３００に開口する連通孔２１０等を備えている。
【００４９】
円筒絞り２０１は、カップ形状をなし、カップ内に一方をカップ部材２０５を介してリアハウジング１１０に間接的に固定されるばね２０３を収納している。
【００５０】
絞り部として、円筒絞り２０１のカップ外面が貯油室１１７と連通路１１８を介して連通している円筒部２０２の内壁との間に微小間隙２０４を形成しており、貯油室１１７側からの圧力が円筒絞り２０１の受圧面２０１ａに作用すると、微小間隙２０４による差圧の大きさとばね２０３の弾性力とに応じて円筒絞り２０１は円筒部２０２内を図３（ａ）、（ｂ）において、左方向に移動し、円筒部２０２内で自動的に位置決めされる。
【００５１】
円筒部２０２のばね２０３より低圧側である戻し流路３００側には、カップ部材２０５とストッパ２０９とがリアハウジング１１０に固定されている。カップ部材２０５の平面部にばね２０３の径より小さい径の孔２０５ａが設けられており、絞り部、すなわち、円筒絞り２０１と円筒部２０２との間の微小間隙２０４を介して作用する圧力は、この孔２０５ａを通ってカップ部材２０５の内部方向に作用する。
【００５２】
ストッパ２０９は、リアハウジング１１０の開口部において円筒部２０２を塞ぐように設けられるとともに、固定スクロール１０６内の戻し流路３００と連通する連通孔２１０が形成されている。また、ストッパ２０９の中心軸には貯油室１１７方向へ突起部２０９ａが形成されている。
【００５３】
オリフィス部材２０６はカップ形状をなし、外周部をシール部材２０７を介してカップ部材２０５の内側壁に接するよう、またカップ部材２０５の内側はストッパ２０９との間にばね２０８が介挿されることによりカップ部材２０５の内側に摺動可能に収納されている。また、オリフィス部材２０６の受圧面２０６ａには、ストッパ２０９の突起部２０９ａの外径寸法に一致するオリフィス２０６ｂが設けられている。したがって、ばね２０８に加わる弾性力（すなわち受圧面２０６ａに作用する圧力）が大きくなるに応じて、オリフィス部材２０６のオリフィス２０６ｂの位置が図３（ａ）に示す位置から図３（ｂ）に示す位置まで、紙面右から左へと移動する。
【００５４】
このように、本第１実施形態のオイル戻し弁２００は、機械式の弁を用いているので、電気的な制御部が不要となり、構成を簡易にすることができる。
【００５５】
また、本第１実施形態のオイル戻し弁２００は上述のような構成であるので、組み付けが極めて容易である。すなわち、段付きの円筒部２０２に円筒絞り２０１およびばね２０３を収納したのち、カップ部材２０５を円筒部２０２に挿入し、このカップ部材２０５の内側にシール部材２０７を装着したオリフィス部材２０６およびばね２０８を収納し、最後にストッパ２０９で円筒部２０２に蓋をするようにしてリアハウジング１１０と固定スクロール１０６とを固定することにより、精密な位置決め作業をすることなく簡便にオイル戻し弁２００を圧縮・膨張機１０の固定部材に組み付けることができる。
【００５６】
さらに、オイル戻し弁２００とポンプ部である旋回スクロール１０５および固定スクロール１０６とを一体とすることができるので、圧縮・膨張機１０を小型化でき、車載化が容易である。
【００５７】
次に、本実施形態に係る圧縮・膨張機１０および蒸気圧縮式冷凍機の作動について、圧縮機モードおよび膨張機モードに分けて説明する。
（１）圧縮機モード
このモードは、圧縮・膨張機１０においては、シャフト１０２に回転力を与えることにより、旋回スクロール１０５を固定スクロール１０６に対して圧縮方向に旋回させて冷媒を吸入圧縮する作動モードであり、冷凍機においては蒸発器１４にて冷凍能力を発揮させながら放熱器１１にて冷媒を放冷する運転モードである。
【００５８】
すなわち、スイッチ手段４１から空調指令が制御装置４０に入力されると、プーリ１０ａの電磁クラッチがエンジン２０側とシャフト１０２とを繋ぎ、これによりシャフト１０２がエンジン２０の出力により圧縮方向に回転駆動される。
【００５９】
これにより、圧縮・膨張機１０は、周知のスクロール型圧縮機と同様に、低圧ポート１０８より冷媒を吸引して、吸入ポート１０９を経て作動室１０７にて圧縮した後、中心ポート１１２より高圧室１１１へ圧縮した冷媒を吐出する。そして、この高圧冷媒は高圧室１１１より絞り１１３で流速が高められて、高速の気液混合流体（気相冷媒と液体オイルとの混合物）となって分離室１１４に吐出され、この分離室１１４の内壁に沿って旋回流が形成される。
【００６０】
したがって、この分離室１１４で高圧冷媒が旋回するときに遠心分離により流体（冷媒）より比重の大きいオイル１００がほぼ分離されて、分離しきれなかった僅かなオイルとともに高圧冷媒がパイプ１１６を経て高圧ポート１１５より放熱器１１側へ吐出される。
【００６１】
分離室１１４で高圧冷媒より分離されたオイル１００は、圧縮・膨張機１０の配置方向に応じて分離室１１４の壁面に沿って下方にある貯油室１１７に落下する。オイル１００は高圧冷媒よりも密度が大きいため貯油室１１７の底面に液相となって溜められる。貯油室１１７のオイル１００の液面には圧縮された冷媒の圧力（流体圧）が作用している。この流体圧により、オイル１００は貯油室１１７より貯油室１１７の底面に設けられた連通路１１８を通ってオイル戻し弁２００の絞り部、すなわち、円筒絞り２０１と円筒部２０２との間の微小隙間２０４を流れる。
【００６２】
このとき、オイル１００の粘度は比較的大きいため、絞り部である微小間隙２０４前後の差圧は、オリフィス２０６ｂ前後の差圧よりも大きい。したがって、オリフィス部材２０６の受圧面２０６ａの差圧により受ける力は小さいので、オリフィス部材２０６内のばね２０８を押す力は小さく、すなわちオリフィス部材２０６が紙面左方向へ移動してストッパ２０９の突起部２０９ａでオリフィス２０６ｂが塞がれることはなく、オリフィス２０６ｂの流路は開いている。このように、オイル戻し弁２００が開状態となって、オイル１００は連通孔２１０を通って戻し流路３００へ流れる。
【００６３】
したがって、絞り部をオイル１００が流れている間はオリフィス２０６ｂは開放状態となるので、常にオイル１００は戻し流路３００へ流れ続けることができる。なお、戻し流路３００内は吸入ポート１０９側が負圧となっているため、オイル１００が戻し流路３００内を低圧側の吸入ポート１０９（すなわち低圧ポート１０８）方向へ送られる。そして、オイル１００は吸入ポート１０９で低圧ポート１０８より吸入された低圧の冷媒と混合されて作動室１０７内に流入し、ここで旋回スクロール１０５と固定スクロール１０６との間の潤滑に再利用される。
【００６４】
このように、圧縮・膨張機１０の圧縮機モードでの作動において、ほとんどのオイル１００は圧縮・膨張機１０吐出側で高圧冷媒より分離されて低圧側に戻され、低圧側で吸入される冷媒に再度混合されて、圧縮・膨張機１０におけるスクロール機構を循環しながら、摺動部を潤滑する役割を果たし、信頼性を確保している。
【００６５】
この圧縮機モードにおける冷凍機の作動は次のようである。すなわち、上述のようにスイッチ手段４１から空調指令が制御装置４０に入力されると、冷媒ポンプ３２を停止させた状態で開閉弁３５を開いて圧縮・膨張機１０を圧縮機モードで作動させるとともに、三方弁２１を作動させて加熱器３０を迂回させて冷却水を循環させる。
【００６６】
これにより、冷媒は圧縮・膨張機１０→加熱器３０→放熱器１１→気液分離器１２→減圧器１３→蒸発器１４→膨張機一体型圧縮機１０の順に循環する。なお、加熱器３０にエンジン冷却水が循環しないので、加熱器３０にて冷媒は加熱されず、加熱器３０は単なる冷媒通路として機能する。
【００６７】
したがって、減圧器１３にて減圧された低圧冷媒は、室内に吹き出す空気から吸熱して蒸発し、この蒸発した気相冷媒は膨張機一体型圧縮機１０にて圧縮されて高温となって放熱器１１にて室外空気にて冷却されて凝縮する。
（２）膨張機モード
このモードは、加熱器３０にて加熱された高圧の過熱蒸気冷媒を高圧ポート１１５より導入して作動室１０７にて膨張させることにより、旋回スクロール１０５を旋回させてシャフト１０２を回転させ、機械的出力を得る作動モードである。
【００６８】
なお、本実施形態では、得られた機械的出力によりシャフト１０２と直結した発電機１０ｂを回転駆動して発電機１０ｂにて電気エネルギ（電力）に変換して、この電力をバッテリに蓄え、あるいは、バッテリを介して車両電装品へ直接供給する。電磁クラッチをつなげば、発電しながら機械的出力をエンジン補助としても使うことができる。
【００６９】
この膨張機モードは、制御装置４０にて、空調指令がＯＦＦ状態で、かつ、各種センサ（図示せず）からの検出信号に基づきランキンサイクルＯＮと判定されたときに、制御装置４０は、冷媒ポンプ３２を作動させるとともに開閉弁３５を閉じることにより開始される。すなわち、これにより、冷媒ポンプ３２の作動により加熱器３０から過熱蒸気冷媒が圧送されて高圧ポート１１５に流入する。
【００７０】
高圧ポート１１５より流入した過熱蒸気冷媒は、パイプ１１６、分離室１１４、絞り１１３、高圧室１１１および中心ポート１１２を経て作動室１０７に流入する。このとき、パイプ１１６および分離室１１４は、オイル分離の役割は果たさず、この膨張機モードにおいてはオイルは冷媒と一緒に冷凍機サイクル中を循環している。
【００７１】
中心ポート１１２より流入した過熱蒸気冷媒が作動室１０７において膨張することにより、旋回スクロール１０５が圧縮機モード時とは逆向きに回転するので、膨張を終えて圧力が低下した冷媒は、吸入ポート１０９を経て低圧ポート１０８から放熱器１１側に流出する。なお、膨張機モードにおいて分離室１１４にはオイル分離の機能はなく、したがって、冷媒とオイル１００とが一緒に冷凍機中（冷凍サイクル中）を循環している。
【００７２】
一方、貯油室１１７には、高圧ポート１１５から流入した過熱蒸気冷媒（流体）の高い圧力が作用している。膨張機モードの開始直後で、貯油室１１７にオイル１００が残存している場合には、上記圧縮機モードでの作動と同様に、図３（ａ）に示すように、オイル戻し弁２００は開状態となり、貯油室１１７内のオイル１００は戻し流路３００へ排出されて低圧側へ戻され、吸入ポート１０９で膨張により減圧された冷媒と一緒になり低圧ポート１０８より吐出される。
【００７３】
その後、貯油室１１７内に、戻すべきオイル１００がなくなると、オイル戻し弁２００は、次のようなメカニズムにより閉状態となる。すなわち、円筒絞り２０１の受圧面２０１ａには過熱蒸気冷媒の流体圧が作用するが、微小間隙２０４にはオイル１００ではなく蒸気冷媒が流通する。
【００７４】
このとき、蒸気冷媒の粘度はオイル１００よりも低いため、絞り部である円筒絞り２０１と円筒部２０２とで形成される微小間隙２０４前後の差圧は、オリフィス２０６ｂ前後の差圧よりも小さい。したがって、オリフィス部材２０６の受圧面２０６ａの差圧により受ける力は大きくなるので、オリフィス部材２０６内のばね２０８を押す力は大きく、すなわちオリフィス部材２０６が紙面左方向へ移動してストッパ２０９の突起部２０９ａでオリフィス２０６ｂが塞がれ、オリフィス２０６ｂの流路は閉じられ、オイル戻し弁２００は閉状態となる（図３（ｂ））。
【００７５】
そして、膨張機モードで、貯油室１１７内にオイル１００がない状態が続く間は、高圧ポート１１５からの蒸気冷媒の高い流体圧が静圧として、オリフィス２０６ｂが閉じられた状態の受圧面２０６ａに作用することにより、オイル戻し弁２００の閉状態が継続される。これにより、高圧ポート１１５から流入したエンジン２０の廃熱により過熱された蒸気冷媒流体は戻し流路３００より低圧側へバイパスすることなく、全て作動室１０７へ流入させることができ、膨張機モードでの廃熱回収効率を高めることができる。
【００７６】
なお、この膨張機モードの終了時には、高圧ポート１１５からの蒸気冷媒の流入が停止するので、これに伴い貯油室１１７からオリフィス部材２０６の受圧面２０６ａに作用する圧力が減少する。したがって、オリフィス部材２０６はばね２０８により貯油室１１７側へ押し戻されて、突起部２０９ａがオリフィス２０６ｂより離れることによりオリフィス２０６ｂの流路が開放され、オイル戻し弁２００が開状態へ切り替わる。
【００７７】
この膨張機モードにおける冷凍機の冷媒流れは、気液分離器１２→第１バイパス回路３１→冷媒ポンプ３２→加熱器３０→圧縮・膨張機１０→第２バイパス回路３４→放熱器１１→気液分離器１２の順に循環し、放熱器１１内を流れる冷媒は圧縮機モード時と逆転する。
【００７８】
したがって、圧縮・膨張機１０には、加熱器３０にて加熱された過熱蒸気が流入し、圧縮・膨張機１０に流入した蒸気冷媒は、旋回スクロール１０５および固定スクロール１０６により形成される作動室１０７内で膨張しながらそのエンタルピを等エントロピ的に低下させていく。このため、圧縮・膨張機１０により駆動される発電機１０ｂは、低下したエンタルピに相当する電力を蓄電器に蓄える。
【００７９】
また、圧縮・膨張機１０から流出した膨張後の冷媒は、放熱器１１にて冷却されて凝縮し、気液分離器１２に蓄えられ、気液分離器１２内の液相冷媒は、冷媒ポンプ３２にて加熱器３０側に送られる。
【００８０】
以上のように、高圧側の分離手段である絞り１１３、分離室１１４およびパイプ１１６と貯油室１１７とが、低圧側の吸入ポート１０９と、戻し流路３００で連通可能に接続され、この戻し流路３００の途中に、高圧側の分離手段（すなわち貯油室１１７）にオイル１００がある場合に開状態となり、オイル１００がない場合に閉状態となるオイル戻し弁２００を設けている。したがって、オイル戻し弁２００は、圧縮・膨張機１０が圧縮機モードで作動しているとき、すなわちオイル戻し弁２００の高圧側である分離手段側にある貯油室１１７にオイル１００が溜まっているときは、常に開状態となる。したがって、貯油室１１７に溜められたオイル１００はオイル戻し弁２００および戻し流路３００を経て低圧側へ戻されるので、オイル１００のほとんどは圧縮・膨張機１０の内部（作動室１０７）を循環しながら摺動部を潤滑する役割を果たし、圧縮・膨張機１０の信頼性を確保している。
【００８１】
一方、圧縮・膨張機１０が膨張機モードで作動しているときは、オイル戻し弁２００は、高圧側である分離手段側にある貯油室１１７にオイル１００が溜まっている間は、開状態となって圧縮機モードにおけるのと同様、オイル１００を低圧側へ戻すことができる。さらに、圧縮・膨張機１０が膨張機モードで作動しているときに貯油室１１７に戻すべきオイル１００が無くなった場合には、オイル戻し弁２００は閉状態となって、貯油室１１７と低圧側（吸入ポート１０９および低圧ポート１０８）とが遮断され、高圧側（高圧ポート１１５ないし高圧室１１１）の過熱蒸気冷媒流体がバイパスすることなく全て作動室１０７へ流入し、エネルギ損失を低減することが可能、すなわち膨張機モードにおける回収動力の低下を抑制することが可能となる。
【００８２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の圧縮・膨張機１０について説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態のオイル戻し弁２００における円筒絞り２０１を長穴部２２０に置き換えたものであり、その他の構成は上記第１実施形態と同じである。
【００８３】
図４は、第２実施形態の圧縮・膨張機１０のオイル戻し弁２００の部分の拡大図であり、（ａ）は貯油室１１７に戻すべきオイル１００が溜められている場合のオリフィス２０６ｂの開状態を示し、（ｂ）は貯油室１１７内にオイル１００が無い状態でのオリフィス２０６ｂの閉状態を示している。なお、第２実施形態の圧縮・膨張機１０のオイル戻し弁２００以外の構成および、第２実施形態の蒸気圧縮式冷凍機の構成は、第１実施形態と同様であるので、図面を省略、あるいは同一符号を付して、説明を省略する。
【００８４】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第２実施形態の圧縮・膨張機１０のオイル戻し弁２００は、絞り部としての長穴部２２０と、上記第１実施形態と同様のオリフィス部材２０６、シール部材２０７、ばね２０８、ストッパ２０９および固定スクロール１０６ハウジング部に形成されている戻し流路３００に開口する連通孔２１０等を備えている。
【００８５】
長穴部２２０は、貯油室１１７に連通する連通路１１８と円筒部２２１とを連通するように形成されている。長穴部２２０の穴径と長さは、絞り部として潤滑用のオイル１００の流動時に望ましい差圧が発生するように定められている。
【００８６】
長穴部２２０の戻し流路３００側の端部は円筒部２２１に開口している。円筒部２２１は、上記第１実施形態のカップ部材２０５と実質的に同じ構成となっており、円筒部２２１内部には、第１実施形態と同じオリフィス部材２０６、シール部材２０７およびばね２０８が収納されている。また円筒部２２１の戻し流路３００側の開口部には、第１実施形態と同様、戻し流路３００と連通する連通孔２１０と、中心軸に貯油室１１７方向へ突出するよう形成された突起部２０９ａとを備えたストッパ２０９が設けられており、このストッパ２０９で円筒部２２１を塞ぐように配置されて固定スクロール１０６により固定部材としてのリアハウジング１１０内に固定されている。
【００８７】
したがって、本第２実施形態の長穴部２２０の機能は、第１実施形態における円筒絞り２０１と段付き円筒部２０２との間の微小間隙２０４の機能と同様、貯油室１１７および連通路１０８より粘度の高いオイル１１０が流れ込むときに、絞り部である長穴部２２０の前後に大きな差圧を発生させるとともに、貯油室１１７に戻すべきオイル１００が無いときに連通路１１８より流入する気相冷媒の低い粘度により長穴部２２０の前後に小さい差圧を発生させるものである。
【００８８】
これにより、上記第１実施形態と同様、貯油室１１７に低圧側へ戻すべきオイル１００が溜められているときに、圧縮・膨張機１０の圧縮機モードでの作動において圧縮冷媒の吐出圧、あるいは膨張機モードでの作動における高圧ポート１１５から流入した過熱蒸気冷媒の高圧が貯油室１１７に作用することにより、オイル１００が長穴部２２０に流れ込み、この長穴部２２０の前後で大きな差圧が発生する。この長穴部２２０における大きな差圧によりオイル戻し弁２００は開状態となり、貯油室１１７のオイル１００は戻し流路３００を経て低圧側（吸入ポート１０９）へ戻され、膨張により減圧した冷媒と一緒に低圧ポート１０８より吐出される。
【００８９】
あるいは、圧縮・膨張機１０の膨張機モードでの作動において、上記第１実施形態と同様、貯油室１１７に戻すべきオイル１００が無いときには、長穴部２２０の前後で発生する差圧は小さくなるため、オイル戻し弁２００は閉状態となって、貯油室１１７と低圧側（吸入ポート１０９および低圧ポート１０８）とが遮断され、高圧側（高圧ポート１１５ないし高圧室１１１）の過熱蒸気冷媒流体がバイパスすることなく全て作動室１０７へ流入し、エネルギ損失を低減すること、すなわち膨張機モードにおける回収動力が低下することを抑制することができる。
【００９０】
なお、本第２実施形態においては、絞り部を長穴部２２０で構成するので、上記第１実施形態における円筒絞り２０１、ばね２０３およびカップ部材２０５が不要となるため、部品点数および加工工数を減少させることができ、また組み付け工数も簡略化することができる。
【００９１】
また、上記第１実施形態と同様、オイル戻し弁２００を機械式の弁としているので、電気的な制御部が不要となり、構成を簡易にすることができる。また、オイル戻し弁２００とポンプ部とを一体とすることができるので、圧縮・膨張機１０を小型化でき、車載化が容易である。
【００９２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態の圧縮・膨張機１０について説明する。本第３実施形態は、オイル戻し弁２００をフロート弁により構成したもので、その他の構成は上記第１および第２実施形態と同じである。
【００９３】
図５は、第３実施形態の圧縮・膨張機１０のオイル戻し弁２００の部分の断面図であり、（ａ）は貯油室１１７に戻すべきオイル１００が溜められている場合のフロート弁の開状態を示し、（ｂ）は貯油室１１７内にオイル１００が無い状態でのフロート弁の閉状態を示している。なお、第３実施形態の圧縮・膨張機１０のオイル戻し弁２００以外の構成および、第３実施形態の蒸気圧縮式冷凍機の構成は、第１および第２実施形態と同様であるので、図面を省略、あるいは同一符号を付して、説明を省略する。
【００９４】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、第３実施形態の圧縮・膨張機１０のオイル戻し弁２００は、フロート２３０、ばね２３１、ガイド部材２３２、および弁座２３４を備えており、高圧側である分離手段側にある貯油室１１７内に配置され、低圧側を戻し流路３００に連通可能に接続されている。
【００９５】
フロート２３０は、オイル１００の液面に浮くようにオイル１００よりも低い比重の弁体であり、本第３実施形態では球体である。このフロート２３０は、貯油室１１７内に鉛直方向に固定された円筒形状のガイド部材２３２内を摺動自在に収納されるとともに、このフロート２３０の鉛直上方はガイド部材２３１の上端部（すなわち貯油室１１７の壁面）とばね２３１を介して係合している。ガイド部材２３２の円筒部直下の貯油室１１７の底面には連通孔１１８が開口している。
【００９６】
この連通孔１１８の開口部にはフロート２３０に対する弁座２３４が設けられており、フロート２３０が自重およびばね２３１の押し付け力により弁座２３４と密着することにより、オイル戻し弁２００が閉状態となる。なお、ばね２３１の弾性力は、弁座２３４に着座した弁体であるフロート２３０が、例えば外力によりバウンドして開弁状態とならないように、フロート２３０を弁座２３４に押し付ける程度の大きさである。また、このオイル戻し弁２００の閉状態は、貯油室１１７内の圧力にかかわらず形成することができる。
【００９７】
さらに、ガイド部材２３２には連通孔２３３が鉛直方向に複数設けられている。貯油室１１７に溜められたオイル１００がこの連通孔２３３よりガイド部材２３２の円筒内部へ流入し、比重の低いフロート２３０をばね２３１の弾性力に抗して浮き上がらせる。これにより、フロート２３０と弁座２３４との間に間隙が生じてオイル戻し弁２００の開状態となる。このオイル戻し弁２００の開状態は、貯油室１１７内の圧力にかかわらず形成することができる。
【００９８】
連通路１１８は、上記第１および第２実施形態と同様の固定スクロール１０６の外周側に設けられた戻し流路３００と接続される。
【００９９】
このように、本第３実施形態のオイル戻し弁２００は、高圧側の貯油室１１７内にオイル１００がある場合には開状態となり、貯油室１１７内にオイル１００が無くなれば閉状態となる。
【０１００】
したがって、圧縮・膨張機１０が圧縮機モードで作動しているときに貯油室１１７にオイル１００が溜められている場合、および圧縮・膨張機１０が膨張機モードでの作動に切り替わった直後の貯油室１１７内にオイル１００が溜められているとき、貯油室１１７内のオイル１００は、貯油室１１７内の冷媒による高圧に押されて開状態のオイル戻し弁２００より連通路１１８を経て戻し流路３００内を吸入ポート１０９および低圧ポート１０８の方へと流出する。
【０１０１】
これにより、上記第１および第２実施形態と同様、貯油室１１７に溜まったオイル１００を低圧側へ戻すことができ、圧縮機モードにおいてオイルのほとんどを圧縮・膨張機１０の内部の作動室に循環させて、圧縮・膨張機１０の信頼性を確保することができる。
【０１０２】
また、膨張機モード開始直後において、貯油室１１７に溜まったオイル１００は高圧ポート１１５から流入する過熱蒸気冷媒の高い圧力により低圧側へ戻されて低圧ポート１０８より吐出される。
【０１０３】
一方、圧縮・膨張機１０が膨張機モードで作動している場合、貯油室１１７内に戻すべきオイル１００が無いときには、フロート２３０が弁座２３４に着座してオイル戻し弁２００が閉状態となり、貯油室１１７と戻し流路３００（および低圧ポート１０８側）とは遮断される。したがって、上記第１および第２実施形態と同様、貯油室１１７内の膨張機モードにおける過熱蒸気冷媒流体は戻し流路３００をバイパスすることはなく、回収動力が低下することを抑制することができる。
【０１０４】
なお、本第３実施形態のオイル戻し弁２００は、貯油室１１７内に設置されるフロート弁（フロート２３０、ばね２３１、ガイド部材２３２および弁座２３４）のみで構成されるので、部品点数および加工工数を減らすことができる。
【０１０５】
また、上記第１および第２実施形態と同様、オイル戻し弁２００を機械式の弁としているので、電気的な制御部が不要となり、構成を簡易にすることができる。さらに、オイル戻し弁２００とポンプ部とを一体とすることができるので、圧縮・膨張機１０を小型化でき、車載化が容易である。
【０１０６】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態の圧縮・膨張機１０について説明する。本第４実施形態は、オイル戻し弁２００を電磁弁により構成したもので、その他の構成は上記第１ないし第３実施形態と同じである。したがって、第４実施形態の圧縮・膨張機１０のオイル戻し弁２００以外の構成および、第４実施形態の蒸気圧縮式冷凍機の構成は、上記各実施形態と同様であるので、図面を省略、あるいは同一符号を付して、説明を省略する。
【０１０７】
図６は、第４実施形態の圧縮・膨張機１０の断面図である。第４実施形態のオイル戻し弁２００は、リアハウジング１１０内に設けられた電磁弁２４０により、高圧側である分離手段側にある貯油室１１７の底面に開口する連通路１１８と、固定スクロール１０６の外周部に設けられた低圧側の戻し流路３００との間の流路を、外部信号により開閉作動するものである。
【０１０８】
この電磁弁２４０は制御装置４０により開閉制御される。制御装置４０は、圧縮・膨張機１０が膨張機モードでの作動に切り替わって所定時間の間、電磁弁２４０を開状態とし、その後膨張機モードが継続する期間電磁弁２４０を閉状態とするよう制御する。この所定時間は、予め実験的に決定された値であり、圧縮・膨張機１０の通常の使用状況で、膨張機モードに切り替わったときの貯油室１１７に溜められているオイル１００の全量を低圧側に戻すのに要する平均的な時間に設定されている。
【０１０９】
なお、制御装置４０は、圧縮・膨張機１０が膨張機モードでの作動中は電磁弁２４０を常に閉状態とするよう制御するものでもよい。
【０１１０】
したがって、本第４実施形態では、オイル戻し弁２００は、圧縮・膨張機１０が圧縮モードで作動している場合は、電磁弁２４０が制御装置４０により開状態とされ、貯油室１１７と戻し流路３００および低圧ポート１０８とは連通状態となる。したがって、上記各実施形態と同様、貯油室１１７に溜められたオイル１００は、オイル戻し弁２００および戻し流路３００を経て、低圧側へ戻され、ここで吸入冷媒と混合して、圧縮・膨張機１０の内部（作動室１０７）を循環しながら摺動部を潤滑する役割を果たし、圧縮・膨張機１０の信頼性を確保している。
【０１１１】
また、制御装置４０が、ランキンサイクルＯＮ、すなわち膨張機モードに切り替え作動すべしと判定した時点から、所定時間の間電磁弁２４０を開状態とすることにより、貯油室１１７に溜まったオイル１００は、膨張機モードでの過熱蒸気冷媒の高い圧力により低圧側へ戻されて低圧ポート１０８より吐出される。
【０１１２】
さらに膨張機モードが所定時間経過後も継続する場合には、電磁弁２４０が閉状態となり、高圧ポートから流入した過熱蒸気冷媒は貯留室１１７より低圧側へバイパスすることなく、冷媒流体は全て作動室１０７へ流入し、エネルギ損失を低減することが可能、すなわち膨張機モードにおける回収動力の低下を抑制することが可能となる。
【０１１３】
もちろん、膨張機モードでは電磁弁２４０が常に閉状態に制御されるものである場合は、膨張機モードにおける回収能力低下（エネルギ損失）をさらに低減することが可能である。
【０１１４】
なお、上記各実施形態と同様、オイル戻し弁２００とポンプ部とを一体とすることができるので、圧縮・膨張機１０を小型化でき、車載化が容易である。
【０１１５】
（他の実施形態）
上記第１および第２実施形態では、オイル戻し弁２００の絞り部２０１、２０２、２２０と弁部であるオリフィス部材２０６、ストッパ２０９との配置関係は、絞り部を高圧側すなわち貯油室１１７側に配置し、弁部を低圧側すなわち戻し流路３００側に配置した例を示したが、この配置関係を逆にしてもよい。すなわち上記実施形態におけるオイル戻し弁２００は絞り部における差圧が粘度の高いオイルのほうが粘度の低い冷媒よりも大きくなることを利用して弁部の開閉を行うようにしたものであるので、絞り部と弁部とはいずれを高圧側に配置しても同じ効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の実施形態の蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【図２】第１実施形態の圧縮・膨張機１０の断面図である。
【図３】図２におけるオイル戻し弁の詳細を示す断面図であり、（ａ）は貯油室にオイルが溜まっているときの、および、（ｂ）は貯油室にオイルが無い状態での、それぞれのオイル戻し弁の作動状態を示している。
【図４】第２実施形態のオイル戻し弁の部分拡大図であり、（ａ）は貯油室にオイルが溜まっているときの、および、（ｂ）は貯油室にオイルが無い状態での、それぞれのオリフィスの開閉状態を示している。
【図５】第３実施形態のオイル戻し弁の部分拡大図であり、（ａ）は貯油室にオイルが溜まっているときの、および、（ｂ）は貯油室にオイルが無い状態での、それぞれのフロート弁の開閉状態を示している。
【図６】第４実施形態の圧縮・膨張機１０の断面図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１０…圧縮・膨張機、１０ａ…プーリ、１０ｂ…発電機、１１…放熱器、
１４…蒸発器、２０…エンジン、２１…三方弁、２３…ラジエータ、３０…加熱器、
３２…冷媒ポンプ、４０…制御装置、１００…オイル、１０２…シャフト、
１０３…偏心部、１０５…旋回スクロール、１０６…固定スクロール、
１０７…作動室、１０８…低圧ポート、１１０…リアハウジング、
１１２…中心ポート、１１３…絞り、１１４…分離室、１１５…高圧ポート、
１１６…パイプ、１１７…貯油室、２００…オイル戻し弁、３００…戻し流路。
【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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