(57)【要約】【課題】膨張機一体型圧縮機の、圧縮機と膨張機をつなぐシャフト連結部での軸ずれを吸収し、異常摩耗やこじりの発生を防止して信頼性を向上させる。【解決手段】圧縮機部４２の駆動シャフト４５の連結端部と、膨張機部４３の動力回収シャフト４６の連結端部に、小径部４５ａ，４６ａを設け、弾性体であるコイルばね４７を小径部４５ａ，４６ａに嵌合し、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６を連結することにより、駆動シャフト４５や動力回収シャフト４６の軸ずれをコイルばね４７で吸収し、駆動シャフト４５や動力回収シャフト４６が軸受でこじりを生じるのを防止するので、信頼性の高い膨張機一体型圧縮機が提供される。【選択図】        図１
2006144578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張室と動力回収シャフトとを有し、前記膨張室に吸入した作動流体を高圧から低圧に膨張させることにより前記動力回収シャフトの回転動力を得る膨張機部と、
圧縮室と駆動シャフトとを有し、前記駆動シャフトを回転させることにより前記圧縮室に吸入した作動流体を低圧から高圧へと圧縮する圧縮機部と
を備える膨張機一体型圧縮機であって、
前記動力回収シャフトと前記駆動シャフトを、弾性体を介して連結したことを特徴とする膨張機一体型圧縮機。
【請求項２】
前記弾性体として、ばねを用いたことを特徴とする請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項３】
前記ばねを、コイルばねとしたことを特徴とする請求項２に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項４】
前記ばねを、トーションバーとしたことを特徴とする請求項２に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項５】
前記弾性体として、樹脂系あるいはゴム系の材料を用いたことを特徴とする請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項６】
前記動力回収シャフトと前記駆動シャフトとに設けた各連結端部のうち、いずれか一方の前記連結端部に設けた凹部の内部に前記弾性体を配置し、他方の前記連結端部に設けた凸部を前記凹部に前記弾性体を介して嵌合し、前記動力回収シャフトと前記駆動シャフトを連結したことを特徴とする請求項１、請求項２及び請求項５のいずれかに記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項７】
前記弾性体の弾性率を、前記駆動シャフト等の軸周りの振動に関する共振周波数が運転周波数に等しくなるように設定する構成にしたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項５及び請求項６のいずれか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、冷蔵庫、空調機等に用いられる蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、膨張機での回収エネルギーを圧縮機へ伝達することにより高効率化が可能である膨張機一体型圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、冷凍サイクルに用いられる膨張機一体型圧縮機としては、特許文献１等に開示されている。また、その他の用途として、ランキンサイクルで駆動される膨張機と冷凍サイクルの圧縮機から成る膨張機一体型圧縮機が、特許文献２等に開示されている。
従来の膨張機一体型圧縮機の構成について、図７、図８を用いて説明する。図７は従来の冷凍サイクルの構成図であり、（ａ）は冷凍サイクル、（ｂ）は膨張機を用いた冷凍サイクル、（ｃ）は冷凍サイクルのモリエル線図である。
（ａ）の従来の冷凍サイクルは、圧縮機１、放熱器２、膨張弁３、吸熱器４、及び圧縮機１を駆動するモータ１ａから構成されており、冷凍サイクルの作動流体は、圧縮機１で高圧に圧縮され、放熱器２で冷却された後、膨張弁３で減圧され、吸熱器４で加熱され常温になる。この冷凍サイクルは（ｃ）のモリエル線図上で、ＡＢＣＤで示されるものであり、膨張弁３で作動流体はＣからＤへ等エンタルピー変化で減圧するため、高圧の作動流体が持つエネルギーを有効に利用することができなかった。
それに対し、（ｂ）の膨張機を用いた冷凍サイクルでは、膨張弁３の代わりに膨張機５が備えられ、膨張機５と圧縮機１はシャフト６で連結されており、従来の冷凍サイクルにおいて、膨張弁３で等エンタルピー変化で減圧されていた作動流体は、膨張機５で高圧から低圧に断熱膨張で減圧しながら膨張機５を回転させ、この回転動力がモータ１ａとともに圧縮機１を駆動する。この冷凍サイクルは（ｃ）のモリエル線図上で、ＡＢＣＤ´で示されるものであり、膨張機５の断熱膨張ＣＤ´の過程にて回収した動力分だけ圧縮機を駆動するモータ１ａのエネルギーを低減するとともに、吸熱器４で吸熱することができるエネルギー、すなわち、冷凍サイクルの低熱源側から吸熱することができるエネルギーをＤＡからＤ´Ａに相当する分まで増加させることができるので、冷凍サイクルを高効率化できる。このように膨張機一体型圧縮機は、圧縮機１と膨張機５を一体化して構成したものである。
図８は、特許文献１に開示されている従来の冷凍サイクル用途の膨張機一体型圧縮機の断面図である。本膨張機一体型圧縮機は、冷凍サイクルの作動流体を圧縮する圧縮機部１１と、この圧縮機部１１とシャフト１２で連結され、冷凍サイクルの作動流体が断熱膨張するエネルギーを回収し、シャフト１２を介して圧縮機部１１を駆動する膨張機部１３と、シャフト１２を介して圧縮機部１１を駆動するモータ１４が備えられている。
本膨張機一体型圧縮機の圧縮機部１１は、いわゆるロータリ式であり、シリンダ１６、ピストン１７、上側軸受部材１８、下側軸受部材１９、及びシリンダ１６のベーン溝（図示せず）のベーン（図示せず）から構成されている。そして、圧縮機部１１は、上側軸受部材１８を密閉容器１５に溶接することにより、密閉容器１５に固定されている。また、膨張機部１３は、いわゆるスクロール式であり、固定スクロール２０、旋回スクロール２１、旋回スクロール２１の自転運動を防止するオルダムリング２２、及びフレーム２３から構成されている。そして、膨張機部１３は、フレーム２３を密閉容器１５に溶接することにより、密閉容器１５に固定されている。
密閉容器１５の内部空間は、このフレーム２３により圧縮機部１１側の空間２４と膨張機部１３側の空間２５に分離されている。密閉容器１５には冷凍サイクルから圧縮機部１１に低圧の作動流体を供給する吸入管２６と、高圧の作動流体を冷凍サイクルに戻す吐出管２７が、また、冷凍サイクルから膨張機部１３に高圧の作動流体を供給する流入管２８と、低圧の作動流体を冷凍サイクルに戻す流出管２９が備えられている。
図９は、特許文献２に開示されている他の従来の膨張機一体型圧縮機の断面図である。本膨張機一体型圧縮機は、ランキンサイクルで駆動される膨張機部３１と、冷凍サイクルを駆動する圧縮機部３２を備えており、ランキンサイクルにて膨張機部３１が得た動力で冷凍サイクルの圧縮機部３２を駆動する。本膨張機一体型圧縮機は、ランキンサイクルの膨張機部３１を用いて圧縮機部３２を駆動しており、モータを必要としないという点で特許文献１の膨張機一体型圧縮機とは異なるが、それ以外の点では膨張機一体型圧縮機としての基本構成は略同様である。
本膨張機一体型圧縮機の膨張機部３１は、いわゆるスクロール式であり、圧縮機部３２は、いわゆる２ピストンロータリ式である。膨張機部３１の構成は、特許文献１の膨張機部１３と略同様である。また、圧縮機部３２の構成も２ピストン式である点を除き、特許文献１のロータリ式の圧縮機部１１と略同様である。膨張機部３１のシャフト３３と圧縮機部３２のシャフト３４は継手３５を介して連結されている。
【特許文献１】特開２００３−１３８９０１号公報
【特許文献２】特開平１０−２６６９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に開示されている膨張機一体型圧縮機においては、圧縮機部１１と膨張機部１３は共通のシャフト１２で連結されている。また、圧縮機部１１と膨張機部１３はそれぞれ密閉容器１５に溶接により固定されている。従って、膨張機一体型圧縮機の組立ての順序としては、まず、シャフト１２によって連結された圧縮機部１１と膨張機部１３を組立てておき、次に、圧縮機部１１と膨張機部１３をそれぞれ密閉容器１５に固定する。
ところで、シャフト１２は、圧縮機部１１側では上側軸受部材１８及び下側軸受部材１９と、また膨張機部１３側ではフレーム２３の軸受と、微小なクリアランスを介して嵌合する。これらクリアランスは、通常、数マイクロメートルから数十マイクロメートル程度である。このようなクリアランスを実現するためには、圧縮機部１１と膨張機部１３のシャフト１２に関する相対位置はクリアランスと同程度の誤差に収まらなくてはならない。
しかし、圧縮機部１１と膨張機部１３の相対位置は、密閉容器１５に対して溶接される際に、溶接の位置決めの誤差や、溶接に伴う熱変形のために、数十マイクロメートル以内の誤差に納めるのは困難である。
従って、このように溶接の結果、圧縮機部１１と膨張機部１３の軸がクリアランス以上の誤差により一致しない場合、シャフト１２は、圧縮機部１１側の上側軸受部材１８及び下側軸受部材１９や、膨張機部１３のフレーム２３に設置された軸受に対して、クリアランス以上に傾いた状態となり、シャフト１２と軸受での片当りにより異常摩耗が生じたり、あるいはシャフト１２が軸受でこじりを生じて回らないという問題が生じる。
また、圧縮機部１１と膨張機部１３で共通のシャフト１２を用いることから、圧縮機部１１の組立てを先に行った場合、膨張機部１３の組立ての際にはシャフト１２に圧縮機部１１が組みつけられた状態で作業を行わなくてはならず、膨張機部１３のクリアランス調整が困難であり、作業性が悪いという問題を生じる。
そこで、特許文献２に開示されている膨張機一体型圧縮機では、膨張機部３１の動力回収シャフト３３と圧縮機部３２の駆動シャフト３４が、継手３５によって連結されている。この場合、膨張機部３１と圧縮機部３２はそれぞれ別々に組立てることが可能であるので、膨張機部３１と圧縮機部３２の組立てにおいての作業性の悪化は生じない。
また、継手３５にスプライン継手を用いて、動力回収シャフト３３と駆動シャフト３４が連動して動力伝達させる方式とすれば、膨張機部３１と圧縮機部３２が密閉容器３５に溶接される際の位置誤差があり、動力回収シャフト３３と駆動シャフト３４の軸が完全に一致しない場合でも、スプライン継手のクリアランスの範囲内では継手３５が動力回収シャフト３３や駆動シャフト３４の軸のずれを吸収することができるので、動力回収シャフト３３や駆動シャフト３４の軸受に対する片当りやこじりは生じない。
しかし、スプライン継手のクリアランスは微小であり、その範囲を超えると軸のずれを吸収することができないので、特許文献１の場合と同様に、動力回収シャフト３３や駆動シャフト３４と各々の軸受との間で片当りにより異常摩耗が生じたり、あるいは動力回収シャフト３３や駆動シャフト３４が軸受でこじりを生じて回らないという問題が生じる。  また、膨張機部３１と圧縮機部３２は、スクロール型やロータリ型といった容積型の機構を用いているので、間欠的に作動流体を吸入しながら膨張あるいは圧縮させるため、動力回収シャフト３３のトルクや駆動シャフト３４の負荷に変動を発生させる。そして、トルク及び負荷の変動タイミングの異なる動力回収シャフト３３と駆動シャフト３４とを継手３５を介して連結することにより、継手３５のクリアランス内で振動による微小な摺動が生じ、継手３５が摩耗により破壊する等、信頼性を著しく低下させていた。同時に、動力回収シャフト３３のトルクと駆動シャフト３４の負荷に変動のタイミングが異なることから軸周りの振動が発生していた。
【０００４】
したがって本発明は、上記従来の課題を解決するもので、駆動シャフトと動力回収シャフトとの連結部での軸ずれを吸収し、異常摩耗やこじりの発生を防止することができる、信頼性の高い膨張機一体型圧縮機を提供することを目的とする。
また、負荷及びトルクの変動を吸収し、連結部の破壊を防止することができる、信頼性の高い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】
【０００５】
請求項１記載の本発明の膨張機一体型圧縮機は、膨張室と動力回収シャフトとを有し、前記膨張室に吸入した作動流体を高圧から低圧に膨張させることにより前記動力回収シャフトの回転動力を得る膨張機部と、圧縮室と駆動シャフトとを有し、前記駆動シャフトを回転させることにより前記圧縮室に吸入した作動流体を低圧から高圧へと圧縮する圧縮機部とを備える膨張機一体型圧縮機であって、前記動力回収シャフトと前記駆動シャフトを、弾性体を介して連結したことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機において、前記弾性体として、ばねを用いたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項２に記載の膨張機一体型圧縮機において、前記ばねを、コイルばねとしたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項２に記載の膨張機一体型圧縮機において、前記ばねを、トーションバーとしたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１に記載の膨張機一体型圧縮機において、前記弾性体として、樹脂系あるいはゴム系の材料を用いたことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１、請求項２及び請求項５のいずれかに記載の膨張機一体型圧縮機において、前記動力回収シャフトと前記駆動シャフトとに設けた各連結端部のうち、いずれか一方の前記連結端部に設けた凹部の内部に前記弾性体を配置し、他方の前記連結端部に設けた凸部を前記凹部に前記弾性体を介して嵌合し、前記動力回収シャフトと前記駆動シャフトを連結したことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項１、請求項２、請求項５及び請求項６のいずれかに記載の膨張機一体型圧縮機において、前記弾性体の弾性率を、前記駆動シャフト等の軸周りの振動に関する共振周波数が運転周波数に等しくなるように設定する構成にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
以上のように、本発明によれば、弾性体が動力回収シャフトや駆動シャフトの軸ずれを吸収し、連結部における異常摩耗やこじりの発生が防止され、信頼性の高い膨張機一体型圧縮機を提供することができる。
また、トルクや負荷の変動を吸収し、連結部の振動による破壊や騒音の問題がなくなり、信頼性の高い膨張機一体型圧縮機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の第１の実施の形態による膨張機一体型圧縮機は、膨張室と動力回収シャフトとを有し、膨張室に吸入した作動流体を高圧から低圧に膨張させることにより動力回収シャフトの回転動力を得る膨張機部と、圧縮室と駆動シャフトとを有し、駆動シャフトを回転させることにより圧縮室に吸入した作動流体を低圧から高圧へと圧縮する圧縮機部とを備える膨張機一体型圧縮機の、動力回収シャフトと駆動シャフトを、弾性体を介して連結したものである。本実施の形態によれば、弾性体が動力回収シャフトや駆動シャフトの軸ずれを吸収するので、異常摩耗やこじりの発生を防止することができる。
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による膨張機一体型圧縮機において、弾性体として、ばねを用いたものである。本実施の形態によれば、伝達するトルクが大きい場合でも軸ずれを吸収するので、高い信頼性を確保することができる。
本発明の第３の実施の形態は、第２の実施の形態による膨張機一体型圧縮機において、ばねを、コイルばねとしたものである。本実施の形態によれば、コンパクトな構成にて、比較的大きなたわみ量を得ることが可能であり、軸ずれを吸収し易くすることができる。
本発明の第４の実施の形態は、第２の実施の形態による膨張機一体型圧縮機において、ばねを、トーションバーとしたものである。本実施の形態によれば、軸が軸方向にずれる場合にも軸ずれを吸収することができる。
本発明の第５の実施の形態は、第１の実施の形態による膨張機一体型圧縮機において、弾性体として、樹脂系あるいはゴム系の材料を用いたものである。本実施の形態によれば、軸ずれ吸収効果が得られるとともに、低コスト化が図られる。
本発明の第６の実施の形態は、第１、第２及び第５の実施の形態による膨張機一体型圧縮機において、動力回収シャフトと駆動シャフトとに設けた各連結端部のうち、いずれか一方の連結端部に設けた凹部の内部に弾性体を配置し、他方の連結端部に設けた凸部を凹部に弾性体を介して嵌合し、動力回収シャフトと駆動シャフトを連結したものである。本実施の形態によれば、弾性体を自在な形状に形成でき、且つ精度良く形成することが可能であり、組立て性や軸ずれ吸収性の向上、低コスト化等が図られる。
本発明の第７の実施の形態は、第１、第２、第５及び第６の実施の形態による膨張機一体型圧縮機において、弾性体の弾性率を、駆動シャフト等の軸周りの振動に関する共振周波数が運転周波数に等しくなるように設定する構成にしたものである。本実施の形態によれば、弾性体を中心とした軸周りの共振系が、膨張機一体型圧縮機を定格回転数で運転する際の圧縮機部と膨張機部に起因して発生する軸周りの振動に対し、動吸振器として作用し、振動による破壊の防止や騒音の低減が図られる。
【実施例１】
【０００８】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図である。
本実施例の膨張機一体型圧縮機は、密閉容器４１の内部に、圧縮機部４２と、膨張機部４３と、電動機部４４とを備える。
密閉容器４１は、円筒形状の胴シェル４１ａと、その上下端面を閉塞するように溶接された上シェル４１ｂ及び下シェル４１ｃとから構成される。圧縮機部４２は、ロータリ型の圧縮機構部から成り、駆動シャフト４５により駆動される。膨張機部４３は、ロータリ型の膨張機構部から成り、動力回収シャフト４６を駆動する。なお、動力回収シャフト４６の軸は、駆動シャフト４５の軸に略一致するように対向して設置されている。電動機部４４は、固定子４４ａと回転子４４ｂとを備えている。固定子４４ａは胴シェル４１ａに焼嵌めされており、回転子４４ｂは駆動シャフト４５に固定されている。
駆動シャフト４５の連結端部と動力回収シャフト４６の連結端部には、それぞれ小径部４５ａ，４６ａが設けられている。そして、弾性体であるコイルばね４７が、小径部４５ａ，４６ａに嵌合することにより駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６を連結している。なお、コイルばね４７と、小径部４５ａ，４６ａが外力により滑らない程度に、コイルばね４７の内径を小径部４５ａ，４６ａの外形よりも小さく設定しておく。コイルばね４７は、弾性変形の範囲で動力回収シャフト４６からのトルクを駆動シャフト４５に伝達できるように、軸方向、回転方向及び曲げ方向ともに、十分に大きな弾性率とする構成にしている。
【０００９】
本実施例の膨張機一体型圧縮機の動作について説明する。
膨張機一体型圧縮機では、電動機部４４で駆動シャフト４５を回転させることにより、圧縮機部４２の圧縮室４２ａに吸入した作動流体を低圧から高圧へと圧縮する。この高圧の作動流体を膨張機部４３の膨張室４３ａに導入し、高圧から低圧の作動流体に膨張させることにより、動力回収シャフト４６への回転動力を得る。そして、この回転動力を動力回収シャフト４６からコイルばね４７を介して駆動シャフト４５に伝え、圧縮機部４２を駆動することにより、膨張機での回収エネルギーを圧縮機の駆動力として利用している。
【００１０】
次に、本実施例の膨張機一体型圧縮機の組立て方について説明する。
まず、駆動シャフト４５を含む圧縮機部４２と、動力回収シャフト４６を含む膨張機部４３との、それぞれ機構部に所定のクリアランスを満たすように組立てる。次に、電動機部４４の回転子４４ｂを駆動シャフト４５に固定する。また、密閉容器４１の胴シェル４１ａに電動機部４４の固定子４４ａを焼嵌めする。そして、回転子４４ｂを含めた圧縮機部４２を、固定子４４ａが焼嵌めされた胴シェル４１ａに、固定子４４ａと回転子４４ｂの間のエアギャップが一定になるように溶接する。
次に、駆動シャフト４６の端部の小径部４５ａにコイルばね４７を嵌める。そして、固定子４４ａに関して、圧縮機部４２と反対側から動力回収シャフト４６を含めた膨張機部４３を挿入し、動力回収シャフト４６の端部の小径部４６ａをコイルばね４７に嵌める。そして、胴シェル４１ａに膨張機部４３を溶接する。最後に、胴シェル４１ａの上下に、それぞれ上シェル４１ｂと下シェル４１ｃを溶接する。
【００１１】
次に、以上の構成による効果を説明する。
本実施例の膨張機一体型圧縮機では、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６を、コイルばね４７を介して連結する構成としたことにより、圧縮機部４２と膨張機部４３をあらかじめ別々に組立てることが可能である。従って、組立てが容易になり、低コスト化を図ることができる。
また、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６を、コイルばね４７で連結する構成としたことにより、胴シェル４１ａに対して圧縮機部４２と膨張機部４３を溶接する位置が、組立て誤差や溶接による熱変形等によりずれるために、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６が同一軸上になくても、コイルばね４７が変形することにより、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６を回転可能な状態で連結することが可能になる。
そして、コイルばね４７が駆動シャフト４５や動力回収シャフト４６の軸ずれを吸収するので、駆動シャフト４５や動力回収シャフト４６が圧縮機部４２や膨張機部４３の軸受に対して傾き、軸受での摺動面圧が異常に高くなることにより生じる異常摩耗や、駆動シャフト４５等の回転を阻止するこじりを防止することができ、圧縮機の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
一方、コイルばね４７の弾性率を、圧縮機部４２や駆動シャフト４５等の軸周りの振動に関する共振周波数が膨張機一体型圧縮機の定格回転数（即ち、運転周波数）と等しくなるように設定する構成により、コイルばね４７を中心とした軸周りの共振系が、膨張機一体型圧縮機を定格回転数で運転する際に発生し、圧縮機部４２と膨張機部４３に起因する、軸周りの振動に対して動吸振器として作用し、膨張機一体型圧縮機から発生する振動騒音を低減することができる。
また、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６を、コイルばね４７で連結したことにより、コイルばね４７がコンパクトな構成にて、比較的大きなたわみ量を得ることが可能であるため、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６の軸が相対的に傾いた場合のみではなく、軸が軸方向にずれた場合にも、ずれを吸収しやすくなり、よって、組立て精度が非常に悪い場合や、溶接による熱変形が大きな場合に、信頼性を向上させる効果がより顕著になる。
【００１３】
以上のように本実施例によれば、弾性体が駆動シャフトや動力回収シャフトの軸ずれを吸収し、異常摩耗やこじりの発生を防止するので、信頼性の高い膨張機一体型圧縮機を提供することができる。
また、弾性体が駆動シャフトや動力回収シャフトのトルクや負荷の変動を吸収するため、振動が緩和されて破壊や騒音が回避され、信頼性の高い膨張機一体型圧縮機を提供することができる。
【実施例２】
【００１４】
図２は、本発明の第２の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図である。
本実施例の膨張機一体型圧縮機は、第１の実施例の膨張機一体型圧縮機において、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６を連結する弾性体を、コイルばね４７からトーションバー４８に置き換えた構成以外は、全く同様の構成である。
本実施例のトーションバー４８の断面は正方形であり、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６の各連結端部には、トーションバー４８が嵌る各々の角穴４５ｂ，４６ｂが設けられている。トーションバー４８は、弾性変形の範囲で動力回収シャフト４６からのトルクを駆動シャフト４５に伝達できるように、軸方向、回転方向及び曲げ方向ともに、十分に大きな弾性率とする。
また、膨張機一体型圧縮機の圧縮機部４２と膨張機部４３の回転部分や、駆動シャフト４５、動力回収シャフト４６、電動機部４４の回転子４４ｂ等からなる回転部分の、軸周りの振動に関する共振周波数が、膨張機一体型圧縮機の定格回転数と等しくなるように、トーションバー４８の弾性率を設定する構成にしている。
【００１５】
本実施例の膨張機一体型圧縮機によれば、第１の実施例と同様の軸ずれ吸収効果が得られるのは言うまでもなく、圧縮機の信頼性を高めることができる。
また、トーションバー４８は、コイルばね４７と同様に、軸が軸方向にずれた場合にも軸ずれを吸収できる利点がある。
それに加え、トーションバー４８の軸周りの振動に関する共振周波数が、膨張機一体型圧縮機の定格回転数と等しくなるように設定したことにより、トーションバー４８を中心とした軸周りの共振系が、膨張機一体型圧縮機を定格回転数で運転する際に発生し、圧縮機部４２と膨張機部４３に起因する、軸回りの振動に対し、動吸振器として作用し、膨張機一体型圧縮機から発生する振動騒音を低減することができる。
【００１６】
なお、第１の実施例、及び本実施例では、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６を連結する弾性体として、コイルばね４７やトーションバー４８といったばねを用いたことにより、伝達するトルクが大きい場合にでも軸ずれを吸収するので、高い信頼性を確保することが可能となる。また、弾性体として樹脂系あるいはゴム系の材料を用いた構成でも、軸ずれ吸収効果が得られるとともに、低コスト化が図られる。
なお、本実施例では、トーションバー４８を正方形の断面としたが、必ずしもこの限りではなく、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６に対して回転を伝達できる固定方法を取るならば、円形の断面等の構成でも良い。
【実施例３】
【００１７】
図３は、本発明の第３の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図である。
本実施例の膨張機一体型圧縮機は、第１の実施例の膨張機一体型圧縮機において、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６の連結端部の形状を変えた構成と、これらを連結する弾性体をコイルばね４７から樹脂材４９に置き換えた構成以外は、全く同様の構成である。
本実施例では、駆動シャフト４５の連結端部に凹部の角孔４５ｃを設け、動力回収シャフト４６の連結端部に凸部の角柱部４６ｃを設ける。そして、角孔４５ｃと角柱部４６ｃは弾性体である樹脂材４９を介して互いに嵌合し、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６を連結する構成にしている。
また、図４は、図３のＺ−Ｚ´断面における嵌合部の断面図である。角孔４５ｃ及び角柱部４６ｃの断面は正方形であり、角孔４５ｃが角柱部４６ｃよりも大きくなっている。そして、その間には弾性体である樹脂材４９が配置されている。樹脂材４９は、弾性変形の範囲で動力回収シャフト４６からのトルクを駆動シャフト４５に伝達できるように、軸方向、回転方向及び曲げ方向ともに、十分に大きな弾性率とする。
また、膨張機一体型圧縮機の圧縮機部４２と膨張機部４３の回転部分や、駆動シャフト４５、動力回収シャフト４６、電動機部４４の回転子４４ｂ等からなる回転部分の、軸周りの振動に関する共振周波数が、膨張機一体型圧縮機の定格回転数と等しくなるように、樹脂材４９の弾性率を設定する構成にしている。
【００１８】
本実施例の膨張機一体型圧縮機によって、第１及び第２の実施例と同様に、軸ずれ吸収効果が得られ、膨張機の信頼性を高めることができる。
さらに、樹脂材４９を用いたため、低コスト化が可能である。
また、駆動シャフト４５の角孔４５ｃに、動力回収シャフト４６の角柱部４６ｃを、樹脂材４９を介して嵌合させる構成としたが、樹脂材は、ばね等に比べて自在な形状に形成できるため、角孔４５ｃと角柱部４６ｃの隙間の形状に精度良く形成することが可能であり、組立てが容易になる。
ところで、本実施例では、駆動シャフト４５の角孔４５ｃに、動力回収シャフト４６の角柱部４６ｃを嵌合させる構成としたことにより、駆動シャフト４５の内部の軸方向に設けたオイル供給用の孔４５ｄと、動力回収シャフト４６の内部の軸方向に設けたオイル供給用の孔４６ｄを連通させる構成にすることもでき、密閉容器４１の下シェル４１ｃに溜ったオイルを、孔４５ｄと孔４６ｄにより密閉容器４１の上側に配置された膨張機部４３にまで汲み上げ、膨張機部４３に供給することが可能となる。従って、膨張機の信頼性を向上させることが可能となる。
なお、本実施例では、駆動シャフト４５に角孔４５ｃを設け、動力回収シャフト４６に角柱部４６ｃを設ける構成としたが、必ずしも角孔４５ｃと角柱部４６ｃである必要は無く、互いに嵌合し、動力回収シャフト４６から駆動シャフト４５へ滑ることなく動力が伝達できれば、他の形状でも同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
また、本実施例では、駆動シャフト４５に角孔４５ｃを設け、動力回収シャフト４６に角柱部４６ｃを設ける構成としたが、逆に、駆動シャフト４５に角柱部を設け、動力回収シャフト４６に角孔を設ける構成としても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
さらに、樹脂材４９の代わりにゴム系の材料を用いる構成でも、組立て性や軸ずれ吸収性の向上、低コスト化等を図ることができる。
【実施例４】
【００１９】
図５は、本発明の第４の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図である。
本実施例の膨張機一体型圧縮機は、第３の実施例の膨張機一体型圧縮機において、弾性体を樹脂材４９から皿ばね５０ａに置き換えた構成以外は、全く同様の構成である。
本実施例では、駆動シャフト４５の連結端部に角孔４５ｃを設け、動力回収シャフト４６の連結端部に角柱部４６ｃを設ける。そして、角孔４５ｃと角柱部４６ｃは弾性体である皿ばね５０ａを介して互いに嵌合し、駆動シャフト４５と動力回収シャフト４６を連結する構成にしている。
また、図６（ａ）は、図５のＺ−Ｚ´断面における嵌合部の断面図である。角孔４５ｃ及び角柱部４６ｃの断面は正方形であり、角孔４５ｃが角柱部４６ｃよりも大きくなっている。そして、その間には弾性体である皿ばね５０ａが配置されている。本実施例では、角孔４５ｃと角柱部４６ｃの向かい合う一対の平面の間に一枚づつ、合計４枚の皿ばね５０ａが配置されている。
この皿ばね５０ａは、弾性変形の範囲で動力回収シャフト４６からのトルクを駆動シャフト４５に伝達できるように、軸方向、回転方向及び曲げ方向ともに、十分に大きな弾性率とする。また、膨張機一体型圧縮機の圧縮機部４２と膨張機部４３の回転部分や、駆動シャフト４５、動力回収シャフト４６、電動機部４４の回転子４４ｂ等からなる回転部分の、軸周りの振動に関する共振周波数が、膨張機一体型圧縮機の定格回転数と等しくなるように、皿ばね５０ａの合成弾性率を設定する構成にしている。
【００２０】
本実施例の膨張機一体型圧縮機によって、第１及び第２の実施例と同様に、軸ずれ吸収効果が得られる、膨張機の信頼性を高めることができる。
さらに、皿ばね５０ａを用いるため、樹脂材４９を用いる場合よりも作動流体であるフロンや超臨界の二酸化炭素に侵されにくく、より高い信頼性を得ることができる。
また、組立ても簡単であり、低コスト化が可能である。
また、皿ばね５０ａを重ねて使うことにより、枚数を調整してばね定数を変えることができるので、動吸振器としての共振周波数の微調整が可能であり、より振動騒音を低減することが可能である。
また、本実施例における弾性体は必ずしも皿ばね５０ａである必要はなく、図６（ｂ）のようにコイルばね５０ｂを用いる構成や、図６（ｃ）のように板ばね５０ｃを用いる構成としても、同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の膨張機は、圧縮性ガスから回転動力を得る原動機や発電機として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図２】本発明の第２の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図３】本発明の第３の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図４】図３のＺ−Ｚ´断面における嵌合部の断面図
【図５】本発明の第４の実施例における膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図６】図５のＺ−Ｚ´断面における嵌合部の断面図
【図７】従来の冷凍サイクルの構成図
【図８】従来の膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図９】他の従来の膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【符号の説明】
【００２３】
４１      密閉容器
４２      圧縮機部
４２ａ    圧縮室
４３      膨張機部
４３ａ    膨張室
４４      電動機部
４５      駆動シャフト
４５ａ    小径部
４５ｂ    角穴
４５ｃ    角孔
４５ｄ    孔
４６      動力回収シャフト
４６ａ    小径部
４６ｂ    角穴
４６ｃ    角柱部
４６ｄ    孔
４７      コイルばね
４８      トーションバー
４９      樹脂材
５０ａ    皿ばね
５０ｂ    コイルばね
５０ｃ    板ばね
【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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