(57)【要約】【課題】  連通路形成に伴うデッドボリューム増加による再圧縮損失を低減可能とする流体機械を提供する。【解決手段】  体積変化される作動室Ｖで流体を加圧し、吐出通路１１５、逆止弁１２１を介して高圧部１１４に吐出する圧縮モードと、高圧部１１４から作動室Ｖに連通される連通路１１６の高圧部１１４側開閉用の開閉弁１２２を開いて、高圧部１１４から作動室Ｖに高圧の流体を流入させると共に、作動室Ｖで膨張させて機械的エネルギーを出力する膨張モードとを兼ね備える流体機械において、開閉弁１２２に、この開閉弁１２２が連通路１１６を閉弁する際のシール部１１６ａ位置よりも作動室Ｖ側となる作動室側連通路１１６ｂへ突出する突出部１２２ｃを設ける。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
体積変化される作動室（Ｖ）で流体を加圧し、吐出通路（１１５）、逆止弁（１２１）を介して高圧部（１１４）に吐出する圧縮モードと、
前記高圧部（１１４）から前記作動室（Ｖ）に連通される連通路（１１６）の前記高圧部（１１４）側開閉用の開閉弁（１２２）を開いて、前記高圧部（１１４）から前記作動室（Ｖ）に高圧の流体を流入させると共に、前記作動室（Ｖ）で膨張させて機械的エネルギーを出力する膨張モードとを兼ね備える流体機械において、
前記開閉弁（１２２）には、前記開閉弁（１２２）が前記連通路（１１６）を閉弁する際のシール部（１１６ａ）位置よりも前記作動室（Ｖ）側となる作動室側連通路（１１６ｂ）へ突出する突出部（１２２ｃ）が設けられたことを特徴とする流体機械。
【請求項２】
前記開閉弁（１２２）は、前記作動室側連通路（１１６ｂ）の延びる方向と同一方向に開閉し、
前記突出部（１２２ｃ）は、前記作動室側連通路（１１６ｂ）をほぼ埋めるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
【請求項３】
前記作動室側連通路（１１６ｂ）は、前記吐出通路（１１５）に通じており、
前記突出部（１２２ｃ）は、更に前記吐出通路（１１５）内に至るように形成されたことを特徴とする請求項２に記載の流体機械。
【請求項４】
前記吐出通路（１１５）の内径は、前記作動室側連通路（１１６ｂ）が通じる部位よりも前記高圧部（１１４）側において、前記流体の吐出量に応じた寸法となるように小さく設定されたことを特徴とする請求項３に記載の流体機械。
【請求項５】
前記突出部（１２２ｃ）の断面は、円形に形成され、
前記突出部（１２２ｃ）は、前記開閉弁（１２２）の本体部（１２２ａ）と同軸上に配置されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の流体機械。
【請求項６】
前記作動室側連通路（１１６ｂ）が、前記吐出通路（１１５）に対して斜めに形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の流体機械。
【請求項７】
前記作動室（Ｖ）と前記高圧部（１１４）との間を仕切る壁（１１２ａ）を備え、
前記壁（１１２ａ）には、前記吐出通路（１１５）が形成されると共に、前記壁（１１２ａ）の前記高圧部（１１４）側の壁面に前記逆止弁（１２１）が設けられており、
更に、前記壁（１１２ａ）は、前記吐出通路（１１５）が形成された部位の厚さより、径方向外側の部位の厚さが、前記高圧部（１１４）側に向けて大きくなるように形成されており、
前記作動室側連通路（１１６ｂ）が、前記吐出通路（１１５）から径方向外側へ向けて延びるように形成されると共に、更に前記高圧部（１１４）側へ傾いて斜めに形成されており、
前記作動室側連通路（１１６ｂ）の軸方向の延長上の前記壁（１１２ａ）内に前記開閉弁（１２２）が前記高圧部（１１４）側へ傾いて斜めに収容されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の流体機械。
【請求項８】
前記作動室（Ｖ）と前記高圧部（１１４）との間を仕切る壁（１１２ａ）を備え、
前記壁（１１２ａ）には、前記作動室（Ｖ）と前記高圧部（１１４）との間の厚さが比較的厚い部位と、比較的薄い部位とが形成されており、
前記吐出通路（１１５）が、前記壁（１１２ａ）の前記薄い部位に、前記壁（１１２ａ）の厚さ方向に延びて形成されており、
前記作動室側連通路（１１６ｂ）が、前記吐出通路（１１５）の厚さ方向の中間部から、前記壁（１１２ａ）の前記厚い部位に向けて、且つ、前記高圧部（１１４）側へ傾いて斜めに延びて形成されており、
更に、前記壁（１１２ａ）の前記厚い部位には、前記壁（１１２ａ）の厚さ方向に延びて前記高圧部（１１４）と前記作動室側連通路（１１６ｂ）とを連通する高圧室側連通路（１１６ｃ）が形成されており、
前記作動室側連通路（１１６ｂ）の軸方向の延長上の前記壁（１１２ａ）の前記厚い部位に前記開閉弁（１２２）が収容されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の流体機械。
【請求項９】
前記圧縮モード、あるいは前記膨張モードを行う機構部は、スクロール型の回転機械であって、前記壁（１１２ａ）は、固定スクロール（１１２）の基板部（１１２ａ）であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の流体機械。
【請求項１０】
前記基板部（１１２ａ）には、前記高圧部（１１４）の外周壁を形成する環状の環状壁が形成されており、前記開閉弁（１２２）は、前記環状壁の外側から前記吐出通路（１１５）へ向けて延びる筒状の収容室内に収容されていることを特徴とする請求項９に記載の流体機械。
【請求項１１】
体積変化される作動室（Ｖ）で流体を加圧し、吐出通路（１１５）、逆止弁（１２１）を介して高圧部（１１４）に吐出する圧縮モードと、
前記高圧部（１１４）から前記作動室（Ｖ）に連通される連通路（１１６）の前記高圧部（１１４）側開閉用の開閉弁（１２２）を開いて、前記高圧部（１１４）から前記作動室（Ｖ）に高圧の流体を流入させると共に、前記作動室（Ｖ）で膨張させて機械的エネルギーを出力する膨張モードとを兼ね備える流体機械において、
前記連通路（１１６）のうち少なくとも前記開閉弁（１２２）が前記連通路（１１６）を閉弁する際のシール部（１１６ａ）位置よりも前記作動室（Ｖ）側となる作動室側連通路（１１６ｂ）が、前記吐出通路（１１５）に対して斜めに形成されており、
前記開閉弁（１２２）は、前記作動室側連通路（１１６ｂ）の延びる方向と同一方向に開閉することを特徴とする流体機械。
【請求項１２】
前記作動室（Ｖ）と前記高圧部（１１４）との間を仕切る壁（１１２ａ）を備え、
前記壁（１１２ａ）には、前記吐出通路（１１５）が形成されると共に、前記壁（１１２ａ）の前記高圧部（１１４）側の壁面に前記逆止弁（１２１）が設けられており、
更に、前記壁（１１２ａ）は、前記吐出通路（１１５）が形成された部位の厚さより、径方向外側の部位の厚さが、前記高圧部（１１４）側に向けて大きくなるように形成されており、
前記作動室側連通路（１１６ｂ）が、前記吐出通路（１１５）から径方向外側へ向けて延びるように形成されると共に、更に前記高圧部（１１４）側へ傾いて斜めに形成されており、
前記作動室側連通路（１１６ｂ）の軸方向の延長上の前記壁（１１２ａ）内に前記開閉弁（１２２）が前記高圧部（１１４）側へ傾いて斜めに収容されていることを特徴とする請求項１１に記載の流体機械。
【請求項１３】
前記作動室（Ｖ）と前記高圧部（１１４）との間を仕切る壁（１１２ａ）を備え、
前記壁（１１２ａ）には、前記作動室（Ｖ）と前記高圧部（１１４）との間の厚さが比較的厚い部位と、比較的薄い部位とが形成されており、
前記吐出通路（１１５）が、前記壁（１１２ａ）の前記薄い部位に、前記壁（１１２ａ）の厚さ方向に延びて形成されており、
前記作動室側連通路（１１６ｂ）が、前記吐出通路（１１５）の厚さ方向の中間部から、前記壁（１１２ａ）の前記厚い部位に向けて、且つ、前記高圧部（１１４）側へ傾いて斜めに延びて形成されており、
更に、前記壁（１１２ａ）の前記厚い部位には、前記壁（１１２ａ）の厚さ方向に延びて前記高圧部（１１４）と前記作動室側連通路（１１６ｂ）とを連通する高圧室側連通路（１１６ｃ）が形成されており、
前記作動室側連通路（１１６ｂ）の軸方向の延長上の前記壁（１１２ａ）の前記厚い部位に前記開閉弁（１２２）が収容されていることを特徴とする請求項１１に記載の流体機械。
【請求項１４】
前記圧縮モード、あるいは前記膨張モードを行う機構部は、スクロール型の回転機械であって、前記壁（１１２ａ）は、固定スクロール（１１２）の基板部（１１２ａ）であることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の流体機械。
【請求項１５】
前記基板部（１１２ａ）には、前記高圧部（１１４）の外周壁を形成する環状の環状壁が形成されており、前記開閉弁（１２２）は、前記環状壁の外側から前記吐出通路（１１５）へ向けて延びる筒状の収容室内に収容されていることを特徴とする請求項１４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、流体を加圧して吐出する圧縮モードと、膨張時の流体圧を運動エネルギーに変換して機械的エネルギーを出力する膨張モードとを兼ね備える流体機械に関するもので、熱エネルギーを回収するランキンサイクル等の熱回収システムを備える蒸気圧縮式冷凍機用の膨張機兼圧縮機に適用して好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、ランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機に用いられる流体機械として、例えば特許文献１に示されるものが知られている。この流体機械は、流体の圧縮機能（ポンプモード）および膨張機能（モータモード）を兼ね備えるポンプモータ機構を有しており、ポンプモータ機構には流体の圧縮用および膨張用の作動室と高圧部との間を連通させる第１連通路、第２連通路、および２つの連通路を開閉する弁機構が設けられている。第１連通路は、ポンプモード時に作動室から高圧部側に流体が流れる流路であり、第２連通路は、モータモード時に高圧部側から作動室に流体が流れる流路である。また、弁機構は、第１連通路を開閉する逆止弁、および第２連通路を開閉する開閉弁（例えば電気式の開閉弁）として形成されている。
【０００３】
そして、ポンプモード時には、開閉弁は第２連通路を閉じ、逆止弁が第１連通路に対して機能することで流体の圧縮を可能とし、また、モータモード時には、開閉弁が第２連通路を開くことで（逆止弁は流体によって閉じられる）、流体の膨張を可能としている。
【特許文献１】特開２００４−２３２４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記流体機械では、第２連通路はポンプモード時における流体のデッドボリューム（圧縮しても高圧部側に吐出されずに作動室に残る部位）となってしまうので、再圧縮損失が増加する。これは、特に、モータモード時に高流量の流体を流すために第２連通路の内径を大きくしたい場合、あるいは、圧縮機として１回転当りの吐出容量が小さく設定される場合に大きな問題となる。
【０００５】
尚、第１連通路の設定される通路体積によっては、第１連通路自身もデッドボリュームを形成する要因となる。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、連通路形成に伴うデッドボリューム増加による再圧縮損失を低減可能とする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】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、体積変化される作動室（Ｖ）で流体を加圧し、吐出通路（１１５）、逆止弁（１２１）を介して高圧部（１１４）に吐出する圧縮モードと、高圧部（１１４）から作動室（Ｖ）に連通される連通路（１１６）の高圧部（１１４）側開閉用の開閉弁（１２２）を開いて、高圧部（１１４）から作動室（Ｖ）に高圧の流体を流入させると共に、作動室（Ｖ）で膨張させて機械的エネルギーを出力する膨張モードとを兼ね備える流体機械において、開閉弁（１２２）には、この開閉弁（１２２）が連通路（１１６）を閉弁する際のシール部（１１６ａ）位置よりも作動室（Ｖ）側となる作動室側連通路（１１６ｂ）へ突出する突出部（１２２ｃ）が設けられたことを特徴としている。
【０００９】
これにより、突出部（１２２ｃ）が連通路（１１６）の容積を縮小させるので、連通路（１１６）形成に伴うデッドボリュームを小さくすることができ、圧縮モード時における再圧縮損失を低減することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、開閉弁（１２２）は、作動室側連通路（１１６ｂ）の延びる方向と同一方向に開閉し、突出部（１２２ｃ）は、作動室側連通路（１１６ｂ）をほぼ埋めるように形成されたことを特徴としている。
【００１１】
これにより、連通路（１１６）形成に伴うデッドボリュームをほぼゼロにすることができ、更に、圧縮モード時における再圧縮損失を低減することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、作動室側連通路（１１６ｂ）は、吐出通路（１１５）に通じており、突出部（１２２ｃ）は、更に吐出通路（１１５）内に至るように形成されたことを特徴としている。
【００１３】
これにより、吐出通路（１１５）における容積をも縮小させることができるので、更に、圧縮モード時における再圧縮損失を低減することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、吐出通路（１１５）の内径は、作動室側連通路（１１６ｂ）が通じる部位よりも高圧部（１１４）側において、流体の吐出量に応じた寸法となるように小さく設定されたことを特徴としている。
【００１５】
これにより、吐出通路（１１５）としての機能を確保しつつ、吐出通路（１１５）のデッドボリュームを縮小することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、突出部（１２２ｃ）の断面は、円形に形成され、突出部（１２２ｃ）は、開閉弁（１２２）の本体部（１２２ａ）と同軸上に配置されたことを特徴としている。
【００１７】
これにより、開閉弁（１２２）の加工を容易とすると共に、組付け時の軸線に対する回転方向の位置決めを不要とすることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、作動室側連通路（１１６ｂ）が、吐出通路（１１５）に対して斜めに形成されていることを特徴としている。
【００１９】
これにより、吐出通路（１１５）を過剰に長くすることなく、作動室側連通路（１１６ｂ）を提供することができる。
【００２０】
請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の発明において、請求項７に記載の発明では、作動室（Ｖ）と高圧部（１１４）との間を仕切る壁（１１２ａ）を備え、壁（１１２ａ）には、吐出通路（１１５）が形成されると共に、壁（１１２ａ）の高圧部（１１４）側の壁面に逆止弁（１２１）が設けられており、更に、壁（１１２ａ）は、吐出通路（１１５）が形成された部位の厚さより、径方向外側の部位の厚さが、高圧部（１１４）側に向けて大きくなるように形成されており、作動室側連通路（１１６ｂ）が、吐出通路（１１５）から径方向外側へ向けて延びるように形成されると共に、更に高圧部（１１４）側へ傾いて斜めに形成されており、作動室側連通路（１１６ｂ）の軸方向の延長上の壁（１１２ａ）内に開閉弁（１２２）が高圧部（１１４）側へ傾いて斜めに収容されていることを特徴としている。
【００２１】
これにより、作動室（Ｖ）と高圧部（１１４）との間を仕切る壁（１１２ａ）内に、吐出通路（１１５）の長さを過剰に長くすることなく作動室側連通路（１１６ｂ）を形成し、更に開閉弁（１２２）を収容することができる。
【００２２】
また、請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の発明において、請求項８に記載の発明では、作動室（Ｖ）と高圧部（１１４）との間を仕切る壁（１１２ａ）を備え、壁（１１２ａ）には、作動室（Ｖ）と高圧部（１１４）との間の厚さが比較的厚い部位と、比較的薄い部位とが形成されており、吐出通路（１１５）が、壁（１１２ａ）の薄い部位に、壁（１１２ａ）の厚さ方向に延びて形成されており、作動室側連通路（１１６ｂ）が、吐出通路（１１５）の厚さ方向の中間部から、壁（１１２ａ）の厚い部位に向けて、且つ、高圧部（１１４）側へ傾いて斜めに延びて形成されており、更に、壁（１１２ａ）の厚い部位には、壁（１１２ａ）の厚さ方向に延びて高圧部（１１４）と作動室側連通路（１１６ｂ）とを連通する高圧室側連通路（１１６ｃ）が形成されており、作動室側連通路（１１６ｂ）の軸方向の延長上の壁（１１２ａ）の厚い部位に開閉弁（１２２）が収容されていることを特徴としている。
【００２３】
これにより、作動室（Ｖ）と高圧部（１１４）との間を仕切る壁（１１２ａ）内に、吐出通路（１１５）の長さを過剰に長くすることなく作動室側連通路（１１６ｂ）を形成し、更に開閉弁（１２２）を収容することができる。
【００２４】
請求項７または請求項８に記載の発明において、請求項９に記載の発明では、圧縮モード、あるいは膨張モードを行う機構部は、スクロール型の回転機械であって、壁（１１２ａ）は、固定スクロール（１１２）の基板部（１１２ａ）であることを特徴としている。
【００２５】
これにより、固定スクロール（１１２）の基板部（１１２ａ）に、吐出通路（１１５）の長さを過剰に長くすることなく作動室側連通路（１１６ｂ）を形成し、更に開閉弁（１２２）を収容することができる。
【００２６】
請求項９に記載の発明において、請求項１０に記載の発明では、基板部（１１２ａ）には、高圧部（１１４）の外周壁を形成する環状の環状壁が形成されており、開閉弁（１２２）は、環状壁の外側から吐出通路（１１５）へ向けて延びる筒状の収容室内に収容されていることを特徴としている。
【００２７】
これにより、固定スクロール（１１２）の基板部（１１２ａ）に、吐出通路（１１５）の長さを過剰に長くすることなく作動室側連通路（１１６ｂ）を形成し、更に開閉弁（１２２）を収容することができ、固定スクロール（１１２）を小型に構成することができる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明では、体積変化される作動室（Ｖ）で流体を加圧し、吐出通路（１１５）、逆止弁（１２１）を介して高圧部（１１４）に吐出する圧縮モードと、高圧部（１１４）から作動室（Ｖ）に連通される連通路（１１６）の高圧部（１１４）側開閉用の開閉弁（１２２）を開いて、高圧部（１１４）から作動室（Ｖ）に高圧の流体を流入させると共に、作動室（Ｖ）で膨張させて機械的エネルギーを出力する膨張モードとを兼ね備える流体機械において、連通路（１１６）のうち少なくとも開閉弁（１２２）が連通路（１１６）を閉弁する際のシール部（１１６ａ）位置よりも作動室（Ｖ）側となる作動室側連通路（１１６ｂ）が、吐出通路（１１５）に対して斜めに形成されており、開閉弁（１２２）は、作動室側連通路（１１６ｂ）の延びる方向と同一方向に開閉することを特徴としている。
【００２９】
例えば、作動室側連通路（１１６ｂ）を吐出通路（１１５）と同一方向として、その方向に開閉弁（１２２）を開閉するように設定すると、流体機械（１００）の吐出通路方向の全長が長くなってしまう。
【００３０】
そこで、作動室側連通路（１１６ｂ）を吐出通路（１１５）に対して直交させて開閉弁（１２２）の開閉方向をその方向とすると、開閉弁（１２２）の設置に合わせて吐出通路（１１５）が形成される部材（１１２ａ）の肉厚を大きくする必要が生じ、その分、吐出通路（１１５）が長くなり、デッドスペースが増大してしまう。よって、作動室側連通路（１１６ｂ）を吐出通路（１１５）に対して斜めに設定して、開閉弁（１２２）の開閉方向をその方向に合わせることで、流体機械（１００）の全長を悪化させること無く、上記部材（１１２ａ）の肉厚の増大を抑えて、吐出通路（１１５）におけるデッドスペースを小さくすることができる。
【００３１】
請求項１１に記載の発明において、請求項１２に記載の発明では、作動室（Ｖ）と高圧部（１１４）との間を仕切る壁（１１２ａ）を備え、壁（１１２ａ）には、吐出通路（１１５）が形成されると共に、壁（１１２ａ）の高圧部（１１４）側の壁面に逆止弁（１２１）が設けられており、更に、壁（１１２ａ）は、吐出通路（１１５）が形成された部位の厚さより、径方向外側の部位の厚さが、高圧部（１１４）側に向けて大きくなるように形成されており、作動室側連通路（１１６ｂ）が、吐出通路（１１５）から径方向外側へ向けて延びるように形成されると共に、更に高圧部（１１４）側へ傾いて斜めに形成されており、作動室側連通路（１１６ｂ）の軸方向の延長上の壁（１１２ａ）内に開閉弁（１２２）が高圧部（１１４）側へ傾いて斜めに収容されていることを特徴としている。
【００３２】
これにより、作動室（Ｖ）と高圧部（１１４）との間を仕切る壁（１１２ａ）内に、吐出通路（１１５）の長さを過剰に長くすることなく作動室側連通路（１１６ｂ）を形成し、更に開閉弁（１２２）を収容することができる。
【００３３】
また、請求項１１に記載の発明において、請求項１３に記載の発明では、作動室（Ｖ）と高圧部（１１４）との間を仕切る壁（１１２ａ）を備え、壁（１１２ａ）には、作動室（Ｖ）と高圧部（１１４）との間の厚さが比較的厚い部位と、比較的薄い部位とが形成されており、吐出通路（１１５）が、壁（１１２ａ）の薄い部位に、壁（１１２ａ）の厚さ方向に延びて形成されており、作動室側連通路（１１６ｂ）が、吐出通路（１１５）の厚さ方向の中間部から、壁（１１２ａ）の厚い部位に向けて、且つ、高圧部（１１４）側へ傾いて斜めに延びて形成されており、更に、壁（１１２ａ）の厚い部位には、壁（１１２ａ）の厚さ方向に延びて高圧部（１１４）と作動室側連通路（１１６ｂ）とを連通する高圧室側連通路（１１６ｃ）が形成されており、作動室側連通路（１１６ｂ）の軸方向の延長上の壁（１１２ａ）の厚い部位に開閉弁（１２２）が収容されていることを特徴としている。
【００３４】
これにより、作動室（Ｖ）と高圧部（１１４）との間を仕切る壁（１１２ａ）内に、吐出通路（１１５）の長さを過剰に長くすることなく作動室側連通路（１１６ｂ）を形成し、更に開閉弁（１２２）を収容することができる。
【００３５】
請求項１２または請求項１３に記載の発明において、請求項１４に記載の発明では、圧縮モード、あるいは膨張モードを行う機構部は、スクロール型の回転機械であって、壁（１１２ａ）は、固定スクロール（１１２）の基板部（１１２ａ）であることを特徴としている。
【００３６】
これにより、固定スクロール（１１２）の基板部（１１２ａ）に、吐出通路（１１５）の長さを過剰に長くすることなく作動室側連通路（１１６ｂ）を形成し、更に開閉弁（１２２）を収容することができる。
【００３７】
請求項１４に記載の発明において、請求項１５に記載の発明では、基板部（１１２ａ）には、高圧部（１１４）の外周壁を形成する環状の環状壁が形成されており、開閉弁（１２２）は、環状壁の外側から吐出通路（１１５）へ向けて延びる筒状の収容室内に収容されていることを特徴としている。
【００３８】
これにより、固定スクロール（１１２）の基板部（１１２ａ）に、吐出通路（１１５）の長さを過剰に長くすることなく作動室側連通路（１１６ｂ）を形成し、更に開閉弁（１２２）を収容することができ、固定スクロール（１１２）を小型に構成することができる。
【００３９】
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一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
（第１実施形態）
第１実施形態を図１〜図４に示す。第１実施形態は、本発明に係る流体機械を、走行条件に応じてエンジン１０が停止されるアイドルストップ車両やハイブリッド車両等に搭載される内燃機関の廃熱利用装置（以下、廃熱利用装置）２０に用いられる膨張発電機兼電動圧縮機１００（膨張機兼圧縮機１１０）に適用したものである。廃熱利用装置２０は、冷凍サイクル２０Ａをベースとして、ランキンサイクル３０Ａが形成されたものであり、制御装置４０によって各サイクル２０Ａ、３０Ａの作動が制御されるようになっている。まず、廃熱利用装置２０の全体構成について図１を用いて簡単に説明する。
【００４１】
冷凍サイクル２０Ａは、低温側の熱を高温側に移動させて冷熱および温熱を空調に利用するもので、膨張機兼圧縮機１１０、凝縮器２１、気液分離器２２、減圧器２３、蒸発器２４等が環状に接続されて形成されている。
【００４２】
膨張機兼圧縮機１１０は、気相冷媒（本発明における流体に対応）を加圧して吐出する圧縮モード（圧縮機として作動）と、過熱蒸気冷媒（本発明における高圧の流体に対応）の膨張時の流体圧を運動エネルギーに変換して機械的エネルギーを出力する膨張モード（膨張機として作動）とを兼ね備えるものである。尚、膨張機兼圧縮機１１０の詳細については後述する。
【００４３】
凝縮器２１は、膨張機兼圧縮機１１０（圧縮モード時）の冷媒吐出側に設けられ、高温高圧に圧縮された冷媒を冷却して、凝縮液化する熱交換器である。気液分離器２２は、凝縮器２１で凝縮された冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して液相冷媒を流出させるレシーバである。減圧器２３は、気液分離器２２で分離された液相冷媒を減圧膨脹させるもので、本実施形態では、冷媒を等エンタルピ的に減圧すると共に、圧縮モード時の膨張機兼圧縮機１１０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脹弁を採用している。
【００４４】
蒸発器２４は、減圧器２３にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮する熱交換器であり、この吸熱作用によって空調空気を冷却する。そして、蒸発器２４の冷媒流出側には、蒸発器２４側から膨張機兼圧縮機１１０側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁２４ａが設けられている。
【００４５】
ランキンサイクル３０Ａは、車両の走行用動力を発生させるエンジン１０で発生した廃熱からエネルギー（膨張機兼圧縮機１１０の膨張モード時における駆動力）を回収するものである。ランキンサイクル３０Ａは、上記冷凍サイクル２０Ａに対して、凝縮器２１が共用されると共に、この凝縮器２１をバイパスするように気液分離器２２から膨張機兼圧縮機１１０および凝縮器２１の間（Ａ点）に接続される第１バイパス流路３１と、膨張機兼圧縮機１１０および逆止弁２４ａの間（Ｂ点）から凝縮器２１およびＡ点の間（Ｃ点）に接続される第２バイパス流路３２とが設けられて、以下のように形成されている。
【００４６】
即ち、第１バイパス流路３１には、液ポンプ３３が配設されると共に、気液分離器２２側から液ポンプ３３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。また、Ａ点と膨張機兼圧縮機１１０との間に加熱器３４が設けられている。
【００４７】
加熱器３４は、液ポンプ３３から送られる冷媒とエンジン１０における温水回路１０Ａのエンジン冷却水（温水）との間で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１１によりエンジン１０から流出したエンジン冷却水を加熱器３４に循環させる場合と循環させない場合とが切替えられる。尚、三方弁１１の流路切替えは、後述する制御装置４０によって行われるようになっている。
【００４８】
尚、水ポンプ１２は温水回路１０Ａ内でエンジン冷却水を循環させるポンプ（例えば、エンジン１０によって駆動される機械式ポンプあるいは電動モータによって駆動される電動ポンプ）であり、ラジエータ１３はエンジン冷却水と外気との間で熱交換してエンジン冷却水を冷却する熱交換器である。
【００４９】
また、エンジン１０の出口側にはエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ１４が設けられており、この水温センサ１４で検出（出力）された温度信号は、後述する制御装置４０に入力される。
【００５０】
そして、第２バイパス流路３２には、膨張機兼圧縮機１１０側から凝縮器２１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３２ａが設けられている。また、Ａ点とＣ点との間には開閉弁３５が設けられている。開閉弁３５は、冷媒流路を開閉する電磁式のバルブであり、後述する制御装置４０により制御されるようになっている。また、膨張機兼圧縮機１１０が圧縮モードで作動する時の冷媒吐出側（後述する高圧室１１４側）には、膨張機兼圧縮機１１０の作動を圧縮モードあるいは膨張モードのいずれかに切替える弁機構１２０が設けられている。弁機構１２０は、後述する制御装置４０により制御されるようになっている。弁機構１２０の詳細については膨張機兼圧縮機１１０と共に後述する。
【００５１】
上記気液分離器２２、第１バイパス流路３１、液ポンプ３３、加熱器３４、膨張機兼圧縮機１１０、第２バイパス流路３２、凝縮器２１等にてランキンサイクル３０Ａが形成される。
【００５２】
膨張機兼圧縮機１１０には、発電機および電動機としての両機能を有する発電機兼電動機１３０が接続されて、膨張発電機機兼電動圧縮機（以下、複合流体機械）１００を形成している。以下、複合流体機械１００の構成について、図２〜図４を加えて説明する。
【００５３】
複合流体機械１００の膨張機兼圧縮機１１０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、ミドルハウジング１１１ａとエンドハウジング１１１ｂとの間に固定される固定スクロール１１２、この固定スクロール１１２に対向して旋回変位する旋回スクロール１１３、作動室Ｖと高圧室（本発明における高圧部に対応）１１４とを連通させる吐出通路（吐出ポート）１１５、および連通路（流入ポート）１１６を開閉する弁機構１２０等から成るものである。
【００５４】
固定スクロール１１２は、板状の基板部１１２ａおよび基板部１１２ａから旋回スクロール１１３側に突出した渦巻状の歯部１１２ｂを有して構成され、一方、旋回スクロール１１３は、上記歯部１１２ｂに接触して噛み合う渦巻状の歯部１１３ｂ、およびこの歯部１１３ｂが形成された基板部１１３ａを有して構成されており、両歯部１１２ｂ、１１３ｂが接触した状態で旋回スクロール１１３が旋回することにより、両スクロール１１２、１１３により形成される作動室Ｖの体積が拡大縮小するようになっている。
【００５５】
シャフト１１７は、ミドルハウジング１１１ａに固定された軸受け１１７ｂによって回転可能に支持されて、一方の長手方向端部に回転中心軸に対して偏心して設けられた偏心部１１７ａを有するクランクシャフトである。この偏心部１１７ａには、偏心部１１７ａに対して揺動可能に装着されたブッシング１１７ｃが設けられており（従動クランク機構）、このブッシング１１７ｃがベアリング１１７ｄを介して旋回スクロール１１３に連結されている。
【００５６】
また、自転防止機構１１８は、シャフト１１７が１回転する間に旋回スクロール１１３がブッシング１１７ｃ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１１７が回転すると、旋回スクロール１１３は、自転せずにシャフト１１７の回転中心軸周りを公転旋回する。そして、作動室Ｖは、例えばシャフト１１７が正方向に回転する時に、旋回スクロール１１３の外径側から中心側に変位するほど、その容積が縮小するように変化し、逆に、シャフト１１７が逆方向に回転する時に、旋回スクロール１１３の中心側から外径側に変位するほど、その容積が拡大するように変化する。
【００５７】
吐出通路１１５は、基板部１１２ａの中心部に設けられて、膨張機兼圧縮機１１０の圧縮モード時に最小容積となる作動室Ｖと、エンドハウジング１１１ｂおよび固定スクロール１１２の間に形成された高圧室１１４とを連通させて圧縮された冷媒を吐出する断面円形状のポートである。吐出通路１１５は、基板部１１２ａの面の拡がる方向に対して直交するように穿設されている。尚、高圧室１１４は、吐出通路１１５から吐出された冷媒の脈動を平滑化する吐出室の機能を有するものである。
【００５８】
また、連通路１１６は、吐出通路１１５と同様に基板部１１２ａに設けられて、膨張機兼圧縮機１１０の膨張モード時に、高圧室１１４と、最小容積となる作動室Ｖとを連通させて高圧室１１４に導入された高温、高圧の冷媒、つまり過熱蒸気冷媒を作動室Ｖに導く断面円形状のポートである。
【００５９】
この連通路１１６は、高圧室１１４側において上記吐出通路１１５と隣接して開口されて、過熱蒸気冷媒流通時に圧損とならない通路面積が確保されている。連通路１１６は、図３に示すように、基板部１１２ａ内でくの字状に曲がり、曲がり部分で後述するスプール１２２の逆止バルブ部１２２ｂが当接するシール部１１６ａを形成して、吐出通路１１５（作動室Ｖ側）に通じるように穿設されている。そして、連通路１１６のうち、シール部１１６ａから吐出通路１１５（作動室Ｖ側）に繋がる間を作動室側連通路１１６ｂとしており、作動室側連通路１１６ｂは、吐出通路１１５に対して斜めに形成されている。連通路１１６は、基板部１１２ａの厚さ方向、即ち、吐出通路１１５と並行に延びる高圧室側連通路１１６ｃを備えている。基板部１１２ａには、比較的厚さが薄い部位と、比較的厚さが厚い部位とが形成されている。そして、吐出通路１１５は、比較的厚さが薄い部位にこれを貫通して形成されている。作動室側連通路１１６ｂは、吐出通路１１５から、上記の比較的厚い部位に向けて径方向に延びている。高圧室側連通路１１６ｃは、上記の比較的厚い部位に位置して形成されている。
【００６０】
尚、高圧室１１４を形成するエンドハウジング１１１ｂには、加熱器３４および凝縮器２１側に接続される高圧ポート１１９ａが設けられている。また、蒸発器２４および第２バイパス流路３２側に接続される低圧ポート１１９ｂは、後述するモータハウジング１３１に設けられて、モータハウジング１３１内を経由して、ミドルハウジング１１１ａと固定スクロール１１２とによって形成される空間に連通している。
【００６１】
弁機構１２０は、吐出弁１２１、スプール１２２、電磁弁１２９等から成る。吐出弁１２１は、吐出通路１１５の高圧室１１４側に配置されて吐出通路１１５から吐出された冷媒が高圧室１１４から作動室Ｖに逆流することを防止するリード弁状の逆止弁であり、ストッパー１２１ａは吐出弁１２１の最大開度を規制する弁止板であり、吐出弁１２１およびストッパー１２１ａはボルト１２１ｂによって基板部１１２ａに固定されている。
【００６２】
スプール１２２は、連通路１１６を開閉して膨張機兼圧縮機１１０の圧縮モードと膨張モードとを切替える開閉弁であり、主にスライド部１２２ａ、逆止バルブ部１２２ｂ、突出部１２２ｃを有している。スライド部１２２ａは、スプール１２２の本体部を成す部位であり、後端側が開口する円筒状に形成されている。スライド部１２２ａの軸方向寸法は、外径寸法に対して大きくなるように設定されている。逆止バルブ部１２２ｂはスライド部１２２ａの先端側で、首状部を介して円形の平板状に形成されている。そして、突出部１２２ｃは逆止バルブ部１２２ｂよりも小径寸法となる円柱状に形成されて、逆止バルブ部１２２ｂの先端側に突出するように設けられている。ここでは、突出部１２２ｃの体積は、作動室側連通路１１６ｂの容積とほぼ同等となるように設定している。また、逆止バルブ部１２２ｂ、突出部１２２ｃは、スライド部１２２ａに対して同軸となるように配置されている。
【００６３】
固定スクロール１１２の基板部１１２ａには、作動室側連通路１１６ｂと同軸で（吐出通路１１５に対して傾いて）外部に連通する空間が穿設されている。スプール１２２のスライド部１２２ａの外周にはシール部材１２４が装着され、スプール１２２は、突出部１２２ｃが作動室側連通路１１６ｂを向くようにして空間内に配設され、軸方向に摺動可能となっている。空間の外部開口側はストッパー１２３（固定）により閉塞されて、スライド部１２２ａとストッパー１２３との間の空間は背圧室１２６として形成されている。尚、ストッパー１２３には、このストッパー１２３の外径よりも小径で、スライド部１２２ａ側に延びる円柱状のガイド部１２３ａが設けられている。また、逆止バルブ部１２２ｂがシール部１１６ａに当接した状態で、スライド部１２２ａとストッパー１２３との間には、スプール１２２の摺動可能量（スライド量）に対応する隙間が設けられている。
【００６４】
スプール１２２が背圧室１２６に配設された状態で、連通孔１１６の高圧室側連通路１１６ｃは、スライド部１２２ａよりも先端側に位置するようになっており、スライド部１２２ａの先端側には、常に高圧室１１４における冷媒の高圧Ｐ１が作用するようになっている。また、背圧室１２６にはスプール摺動用ガス出入り口部（以下、出入り口部）１２７が設けられており、後述する絞り１２８あるいは電磁弁１２９からの圧力Ｐ２が出入り口部１２７を介して背圧室１２６に、即ちスライド部１２２ａの後端側に作用するようになっている。
【００６５】
スライド部１２２ａとストッパー１２３との間にはガイド部１２３ａにガイドされるバネ１２５が挿入されており、バネ１２５はスプール１２２の逆止バルブ部１２２ｂがシール部１１６ａに当接して連通路１１６（作動室側連通路１１６ｂ）を閉じる方向に弾性力Ｆを作用させるようになっている。尚、バネ１２５の弾性力Ｆは、圧縮モード時の過圧縮が生じてもスプール１２２がストッパー１２３側に摺動しない大きさとしている。
【００６６】
突出部１２２ｃは、それが作動室側連通路１１６ｂ内に位置する閉弁時に、作動室側連通路１１６ｂによって区画される容積を有意に減少させる程度の径と長さとを与えられる。突出部１２２ｃは、作動室側連通路１１６ｂによって区画される容積をほぼ満たす程度の径と長さとを与えられることができる。突出部１２２ｃの長さは、スプール１２２の有効な作動範囲内において、突出部１２２ｃが作動室側連通路１１６ｂから完全に引き出されることができ、しかもシール部１１６ａよりも後退して、シール部１１６ａとの間に必要な流量を流すことのできる環状の通路断面積を提供できるように設定される。よって、スプール１２２の可動範囲は、スプール１２２が前進した閉弁時には、突出部１２２ｃを作動室側連通路１１６ｂ内に位置させることができ、スプール１２２が後退した開弁時には、突出部１２２ｃが作動室側連通路１１６ｂから完全に引き出され、更に作動室側連通路１１６ｂの高圧室側の端部に位置するシール部１１６ａとの間に所要の隙間を形成するまで突出部１２２ｃを移動させることができるように設定される。
【００６７】
固定スクロール１１２（図２中の上側）には、高圧室１１４と連通して所定の流通抵抗を有する抵抗手段としての絞り１２８が設けられており、出入り口部１２７と接続されている。また、固定スクロール１１２の外周部には電磁弁１２９が設けられている。電磁弁１２９は、低圧側流路１２９ａを介して低圧ポート１１９ｂ側と出入り口部１２７との連通状態を制御することにより背圧室１２６内の圧力Ｐ２を制御する制御弁であり、後述する制御装置４０によって制御される。
【００６８】
具体的には、電磁弁１２９が閉じた状態では、高圧室１１４の圧力Ｐ１が絞り１２８および出入り口部１２７を通って背圧室１２６に作用し、即ち出入り口部１２７における圧力Ｐ２が高圧Ｐ１となって作用する。すると、スライド部１２２ａの先端側および後端側には共に高圧Ｐ１が作用することになるので、スプール１２２はバネ１２５の弾性力Ｆにより図３中の左上側に変位され（前進し）、逆止バルブ部１２２ｂがシール部１１６ａに当接して流入ポート１１６が閉じられることになる。尚、絞り１２８での圧力損失は非常に大きいので、高圧室１１４から背圧室１２６に流れ込む冷媒量は無視できるほど小さい。
【００６９】
逆に、電磁弁１２９を開くと、背圧室１２６の圧力が低圧ポート１１９ｂ側に抜けて、出入り口部１２７における圧力Ｐ２が高圧Ｐ１より低下して作用する。よって、スライド部１２２ａには（Ｐ１−Ｐ２）の圧力差ΔＰが生じ、圧力差ΔＰ×スライド部断面積によって得られる作用力はバネ１２５の弾性力Ｆに打ち勝って、スプール１２２はバネ１２５を押し縮めながら図４中の右下側に変位され（後退し）、逆止バルブ部１２２ｂがシール部１１６ａから離れて、連通路１１６が開かれることになる。つまり、スプール１２２、バネ１２５、背圧室１２６、出入り口部１２７、絞り１２８および電磁弁１２９等により連通路１１６を開閉するパイロット式の電気開閉弁が構成される。
【００７０】
尚、スプール１２２が後退する時には、作動室側連通路１１６ｂは充分に開口されて、スライド部１２２ａがストッパー１２３に当接することで（図４）、スライド量が規制される。また、スライド部１２２ａの断面積は、上記圧力差ΔＰ×スライド部断面積がバネ１２５の弾性力Ｆよりも大きくなるように設定することで決定される。
【００７１】
発電機兼電動機１３０は、直流３相ブラシレスのセンサレス方式の回転電機であり、ミドルハウジング１１１ａに固定されるモータハウジング１３１内に収容されており、ステータ１３２およびステータ１３２内で回転するロータ１３３等から成る。ステータ１３２は、巻き線が巻かれたステータコイルであり、モータハウジング１３１の内周面に固定されている。ロータ１３３は、永久磁石が埋設されたマグネットロータであり、モータ軸１３４に固定されている。モータ軸１３４の一端側は、上記膨張機兼圧縮機１１０のシャフト１１７に接続されており、また、他端側は、モータハウジング１３１に固定される軸受け１３５によって回転可能となるように支持されている。
【００７２】
そして、発電機兼電動機１２０は、インバータ１６を介して、バッテリ１５からステータ１３２に電力が供給された場合には、ロータ１３３を回転（正方向回転）させて、膨張機兼圧縮機１１０を（圧縮機として）駆動する電動機として作動する。また、膨張機兼圧縮機１１０の膨張モード時に発生した駆動力によってロータ１３３を回転させるトルクが入力された場合（逆方向回転時）には、電力を発生させる発電機として作動する。そして、得られた電力は、インバータ１６を介してバッテリ１５に充電され、バッテリ１５の電力は、車両の各種電気負荷（ヘッドライト、エンジン補機等）１７に供給されるようになっている。
【００７３】
制御装置４０は、図１に示すように、乗員の設定する設定温度や環境条件等に基づいて決定されるＡ／Ｃ要求信号、水温センサ１４等からの信号が入力され、これらの信号に基づいて三方弁１１、液ポンプ３３、開閉弁３５、膨張機兼型圧縮機１１０の弁機構１２０（電磁弁１２９）、発電機兼電動機１３０の作動を制御する。
【００７４】
次に、本実施形態に係る複合流体機械１００の作動およびその作用効果について説明する。
【００７５】
１．圧縮モード
このモードは、シャフト１１７に発電機兼電動機１３０によって回転力を与えることにより膨張機兼圧縮機１１０の旋回スクロール１１３を旋回させて冷媒を吸入圧縮する運転モードである。
【００７６】
具体的には、乗員からのＡ／Ｃ要求が有ると、制御装置４０は、液ポンプ３３を停止させた状態で開閉弁３５を開き、三方弁１１の切替えによって、エンジン冷却水を加熱器３４側に循環させないようにする。また、電磁弁１２９を閉じてスプール１２２によって連通路１１６を閉じた状態で、発電機兼電動機１３０を電動機として作動させ（正方向回転）、シャフト１１７を回転させるようにする。
【００７７】
すると、発電機兼電動機１３０の作動により、膨脹機兼圧縮機１１０は、周知のスクロール型圧縮機と同様に、低圧ポート１１９ｂから冷媒を吸引して作動室Ｖにて圧縮した後、吐出通路１１５から高圧室１１４に圧縮した冷媒を吐出し、高圧ポート１１９ａから圧縮された冷媒を凝縮器２１側に吐出する。
【００７８】
そして、高圧ポート１１９ａから吐出される冷媒は、加熱器３４→開閉弁３５→凝縮器２１→気液分離器２２→減圧器２３→蒸発器２４→逆止弁２４ａ→膨脹機兼圧縮機１１０の低圧ポート１１９ｂの順に循環（冷凍サイクル２０Ａを循環）し、蒸発器２４の吸熱による冷房（あるいは凝縮器２１の放熱による暖房）が行われる。尚、加熱器３４にエンジン冷却水が循環しないので、加熱器３４にて冷媒は加熱されず、加熱器３４は単なる冷媒通路として機能する。
【００７９】
２．膨張モード
このモードは、高圧室１１４に加熱器３４にて加熱された高圧の過熱蒸気冷媒を膨張機兼圧縮機１１０に導入して膨脹させることにより、旋回スクロール１１３を旋回させてシャフト１１７を回転させ、機械的出力を得るものである。尚、本実施形態では、得られた機械的出力によりロータ１３３を回転させて発電機兼電動機１３０（発電機として作動）により発電し、その発電された電力をバッテリ１５に蓄えるようにしている。
【００８０】
具体的には、乗員からのＡ／Ｃ要求が無い場合、あるいは空調空気が充分冷却され設定温度より低い場合で、エンジン１０の廃熱量が所定量以上ある時（水温センサ１４の検出信号から得られる温度が予め定めた所定冷却水温度より高い時）に、制御装置４０は、開閉弁３５を閉じた状態で液ポンプ３３を稼動させ、三方弁１１の切替えによって、エンジン冷却水を加熱器３４側に循環させるようにする。また、膨張機兼圧縮機１１０電磁弁１２９を開いてスプール１２２によって連通路１１６を開き、高圧室１１４に加熱器３４にて加熱された高圧の過熱蒸気冷媒を連通路１１６を経由させて作動室Ｖに導入して膨脹させる。膨脹を終えて圧力が低下した冷媒は、低圧ポート１１９ｂから凝縮器２１側に流出される。
【００８１】
作動室Ｖに導入された過熱蒸気冷媒の膨脹により、旋回スクロール１１３が圧縮モード実行時の逆向きに回転し、旋回スクロール１１３に与えられた回転エネルギーは、ロータ１３３に伝達される。そして、発電機兼電動機１３０は発電機として作動され、発電された電力はインバータ１６を介してバッテリ１５に蓄えられる。
【００８２】
そして、低圧ポート１１９ｂから流出される冷媒は、第２バイパス流路３２→逆止弁３２ａ→凝縮器２１→気液分離器２２→第１バイパス流路３１→逆止弁３１ａ→液ポンプ３３→加熱器３４→膨脹機兼圧縮機１１０（高圧ポート１１９ａ）の順に循環することになる（ランキンサイクル３０Ａを循環）。尚、液ポンプ３３は、加熱器３４にて加熱されて生成された過熱蒸気冷媒の温度に応じた圧力に加圧して液相冷媒を加熱器３４に送り込む。
【００８３】
本実施形態においては、スプール１２２の先端側に突出部１２２ｃを設け、この突出部１２２ｃが作動室側連通路１１６ｂ内に入り込み、その体積設定により作動室側連通路１１６ｂをほぼ埋めるようにしているので、圧縮モード時における作動室側連通路１１６ｂの容積をほぼゼロとすることができ、即ち、デッドボリュームをほぼゼロとすることができ、再圧縮損失を低減することができる。
【００８４】
また、逆止バルブ部１２２ｂ、突出部１２２ｃをスライド部１２２ａに対して、同軸上に配置しているので、スプール１２２の加工を容易とすると共に、組付け時の軸線に対する回転方向の位置決めを不要とすることができる。
【００８５】
ところで、作動室側連通路１１６ｂを吐出通路１１５と同一方向（基板部１１２ａに直交する方向）として、その方向にスプール１２２を開閉するように設定すると、複合流体機械１００の吐出通路方向の全長が長くなってしまう。そこで、作動室側連通路１１６ｂを吐出通路１１５に対して直交させてスプール１２２の開閉方向をその方向とすると、スプール１２２の設置に合わせて吐出通路１１５が形成される固定スクロール１１２（基板部１１２ａ）の肉厚を大きくする必要が生じ、その分、吐出通路１１５が長くなり、デッドスペースが増大してしまう。
【００８６】
本実施形態では、作動側連通路１１６ｂを吐出通路１１５に対して斜めに形成すると共に、スプール１２２が作動室側連通路１１６ｂの延びる方向と同一方向に開閉するようにしている。よって、複合流体機械１００の全長を悪化させること無く、基板部１１２ａの肉厚の増大を抑えて、吐出通路１１５におけるデッドスペースを小さくすることができる。
【００８７】
本実施形態では、作動室Ｖと高圧室１１４との間を仕切る壁（１１２ａ）を備えている。この壁には、そのほぼ中央、つまり回転機械としての回転軸上またはその近傍において、吐出通路１１５が壁の厚さ方向に真っ直ぐに延びて形成されている。この壁の高圧部１１４側の壁面には、吐出通路１１５への逆流を阻止するための逆止弁１２１が設けられている。さらに、壁は、吐出通路１１５が形成された部位の厚さより、径方向外側の部位の厚さが、高圧室１１４側に向けて大きくなるように形成されている。例えば、ほぼ円板状の壁の高圧室１１４側の壁面に、径方向に沿って延在する半円柱状の隆起を設けることで、壁に所要の厚さを設けることができる。また、ほぼ円板状の壁の高圧室１１４側の壁面のほぼ半円範囲を厚く、残部を薄く形成することで所要の厚さを与えることもできる。作動室側連通路１１６ｂは、吐出通路１１５から径方向外側へ向けて延びるように形成されると共に、更に高圧室１１４側へ傾いて斜めに形成される。上記のように壁には径方向外側に向けて厚くなる厚さが与えられているから、高圧室１１４側へ傾いた通路を形成することが可能となる。そして、作動室側連通路１１６ｂの軸方向の延長上の壁内にスプール１２２が高圧室１１４側へ傾いて斜めに収容される。ここでも、上記のように壁には径方向外側に向けて厚くなる厚さが与えられているから、スプール１２２をその壁内に収容することが可能となる。この構成によると、作動室Ｖと高圧室１１４との間を仕切る壁内に、吐出通路１１５の長さを過剰に長くすることなく作動室側連通路１１６ｂを形成し、更にスプール１２２を収容することができる。
【００８８】
本実施形態では、作動室Ｖと高圧室１１４との間を仕切る壁（１１２ａ）を備えている。この壁には、作動室Ｖと高圧室１１４との間の厚さが比較的厚い部位と、比較的薄い部位とが形成されている。そして、吐出通路１１５が、壁の薄い部位に形成される。この吐出通路１１５は、壁の厚さ方向に延びて形成される。作動室側連通路１１６ｂは、吐出通路１１５の厚さ方向の中間部から、壁の厚い部位に向けて、且つ、高圧室１１４側へ傾いて斜めに延びて形成されている。更に壁の厚い部位には、壁の厚さ方向に延びて高圧室１１４と作動室側連通路１１６ｂとを連通する高圧室側連通路１１６ｃが形成されている。そして、作動室側連通路１１６ｂの軸方向の延長上の壁の厚い部位に、スプール１２２が収容されている。この構成によると、作動室Ｖと高圧室１１４との間を仕切る壁内に、吐出通路１１５の長さを過剰に長くすることなく作動室側連通路１１６ｂを形成し、更に開閉弁１２２を収容することができる。
【００８９】
本実施形態では、膨張機兼圧縮機１１０は、スクロール型の回転機械である。そして、壁は、固定スクロール１１２の基板部１１２ａによって提供される。
【００９０】
本実施形態では、基板部１１２ａには、高圧室１１４の外周壁を形成する環状の環状壁が形成されることができる。環状壁は、固定スクロール１１２としてのスクロール室を形成する渦巻壁とは反対側に向けて延び出して形成される。環状壁の端部には、エンドハウジング１１１ｂ等を装着して高圧室１１４を区画することができる。そして、スプール１２２は、環状壁の外側から吐出通路１１５へ向けて延びる筒状の収容室内に収容されている。この構成によると、固定スクロール１１２を小型に構成することができる。
【００９１】
尚、スプール１２２にはシール部材１２４を設けているので、スライド部１２２ａの連通路１１６側と背圧室１２６側との間での冷媒漏れが防止される。また、スライド部１２２ａは、外径寸法よりも軸方向寸法が大きく設定されているので、背圧室１２６内をスムースに摺動可能となる。また、バネ１２５はガイド部１２３ａにガイドされるようにしているので、スプール１２２が開弁する時（後退する時）のバネ１２５の座屈を防止することができる。
【００９２】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図５に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、スプール１２２の突出部１２２ｃの先端側を更に延ばして、突出部１２２ｃが吐出流路１１５内に至るようにしたものである。そして、吐出流路１１５の内径を、作動室側連通路１１６ｂが通じる部位よりも高圧室１１４側で、圧縮された冷媒の吐出量に応じた内径寸法となるように小径化し、小径吐出流路１１５ａとして形成している。
【００９３】
これにより、圧縮モード時には、突出部１２２ｃによって吐出通路１１５の容積も縮小させることができるので、吐出通路１１５におけるデッドボリュームを縮小できる。この時、小径吐出流路１１５ａが本来の吐出通路の機能を果たすことになる。
【００９４】
（第３実施形態）
図６に示すように、バネ１２５をガイドするガイド部１２３ａは廃止しても良い。即ち、バネ１２５の外径および全長に応じて（例えば外径に対して全長が短い場合等）ガイド部１２３ａを廃止できる。尚、ストッパー１２３には、バネ１２５の内径側を位置決めする位置決め部１２３ｂを設けるのが良い。
【００９５】
（第４実施形態）
また、図７に示すように、スプール１２２（スライド部１２２ａ）とバネ１２５との間に摺動プレート１２２ｄを介在させても良い。これによれば、スプール１２２用材料（例えばアルミニウム系材料）の硬度が、バネ１２５用材料（例えば鉄系材料）の硬度よりも低い場合に、摺動プレート１２２ｄをバネ１２５と同等の高硬度材とする、あるいは摺動プレート１２２ｄの表面にメッキ等の表面硬化処理を行うことで、スプール１２２におけるバネ１２５との摺動による磨耗を防止することができる。尚、摺動プレート１２２ｄには、バネ１２５をガイドするガイド部１２２ｅを設けても良い。
【００９６】
（その他の実施形態）
複合流体機械１００としては、図８（その他の実施形態１）に示すように、電磁クラッチ１４０を設けると共に、膨張機兼圧縮機１１０、発電機兼電動機１３０、電磁クラッチ１４０の間を変速機構１５０で接続したものとしても良い。
【００９７】
電磁クラッチ１３０は、Ｖベルト（図省略）を介してエンジン１０からの動力を受けて回転するプーリ部１４１、磁界を発生させる励磁コイル１４２、励磁コイル１４２により誘起された磁界の電磁力により変位してプーリ部１４１に吸着するフリクションプレート１４３、フリクションプレート１４３に固定されたシャフト１４４等から成るものである。尚、シャフト１４４には、ワンウェイクラッチ１４４ａおよびリップシール１４４ｂが設けられている。
【００９８】
ワンウェイクラッチ１４４ａは、シャフト１４４が一方向（プーリ部１４１の回転方向）にのみ回転することを許容するクラッチであり、また、リップシール１４４ｂは、シャフト１４４とモータハウジング１３１との隙間から冷媒がモータハウジング１３１外に漏れ出すことを防止する軸封装置である。
【００９９】
変速機構１５０は、中心部に設けられたサンギヤ１５１と、サンギヤ１５１の外周で自転しつつ公転するピニオンギヤ１５２ａに連結されるプラネタリーキャリヤ１５２と、ピニオンギヤ１５２ａの更に外周に設けられたリング状のリングギヤ１５３とから成るものである。そして、サンギヤ１５１は、発電機兼電動機１３０のロータ１３３と一体化され、プラネタリーキャリヤ１５２は、電磁クラッチ１４０のシャフト１４４に一体化され、更に、リングギヤ１５３は、膨張機兼圧縮機１１０のシャフト１１７の反偏心部側に一体化されている。
【０１００】
この複合流体機械１００では圧縮モード時において、エンジン１０の作動状態（作動あるいは停止）に応じて、膨張機兼圧縮機１１０の駆動源をエンジン１０と発電機兼電動機１３０とから選択可能となる。即ち、膨張機兼圧縮機１１０のシャフト１１７に回転力を与えるに当たって、主に電磁クラッチ１４０にてエンジン１０側と膨脹機兼圧縮機１１０側とを繋いでエンジン１０の動力により回転力を与える場合と、電磁クラッチ１４０にてエンジン１０側と膨脹機件圧縮機１１０側とを切り離して発電機兼電動機１３０により回転力を与える場合とが可能となる。
【０１０１】
具体的には、エンジン１０の作動時に、電磁クラッチ１４０に通電して電磁クラッチ１４０を繋ぐと共に、サンギヤ１５１、つまりロータ１３３が回転しない程度のトルクがロータ１３３に発生するように発電機兼電動機１３０に通電すると、プーリ部１４１に伝達されたエンジン１０の回転力は、変速機構１５０によって増速されて膨張機兼圧縮機１１０に伝達され、膨張機兼圧縮機１１０が圧縮機として稼動される。
【０１０２】
また、エンジン１０の停止時に（作動時でも良い）、電磁クラッチ１４０への通電を停止して、エンジン１０側と膨脹機兼圧縮機１１０側とを切り離して、発電機兼電動機１３０に通電して、プーリ部１４１の回転方向とは逆回転方向に作動させることで、膨張機兼圧縮機１１０が圧縮機として稼動される。この時、シャフト１４４（プラネタリーキャリヤ１５２）は、ワンウェイクラッチ１４４ａによりロックされ回転しないので、発電機兼電動機１３０の回転力は、変速機構１５０にて減速されて膨張機兼圧縮機１１０に伝達される。
【０１０３】
尚、膨張モード時は、電磁クラッチ１４０への通電を遮断して電磁クラッチ３００を切り離すことで、過熱蒸気冷媒の膨脹により旋回スクロール１１３が圧縮モード実行時の逆向きに回転し、旋回スクロール１１３に与えられた回転エネルギーは、発電機兼電動機１３０のロータ１３３に伝達される。この時、シャフト１４４（プラネタリーキャリヤ１５２）は、ワンウェイクラッチ１４４ａによりロックされ回転しないので、旋回スクロール１１３の回転力は、変速機構１５０にて増速されて発電機兼電動機１３０に伝達される。
【０１０４】
また、複合流体機械１００としては、図９（その他の実施形態２）に示すように、上記第１実施形態に対して、電磁クラッチ１４０を追加したものとしても良い。即ち、上記第５実施形態で説明した電磁クラッチ１４０を設けて、電磁クラッチ１４０のシャフト１４４を発電機兼電動機１３０のモータ軸１３４に接続したものである。
【０１０５】
これにより、上記その他の実施形態１と同様に、圧縮モード時に、エンジン１０の作動状態（作動あるいは停止）に応じて、膨張機兼圧縮機１１０の駆動源をエンジン１０と発電機兼電動機１３０とから選択可能となる。尚、膨張モード時は、電磁クラッチ１４０を切り離すことで、過熱蒸気冷媒の膨脹により旋回スクロール１１３が回転され、旋回スクロール１１３に与えられた回転エネルギーは、発電機兼電動機１３０のロータ１３３に伝達される。
【０１０６】
尚、上記の各実施形態では、スクロール型の膨張機兼圧縮機１１０を採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ロータリ型、ピストン型、ベーン型等のその他の形式の膨張機兼圧縮機にも適用することができる。
【０１０７】
また、上記の各実施形態では、膨脹機兼圧縮機１１０にて回収したエネルギーをバッテリ１５にて蓄えたが、フライホィールによる運動エネルギーまたはバネによる弾性エネルギー等の機械的エネルギーとして蓄えても良い。
【０１０８】
また、ランキンサイクル３０Ａを備える内燃機関の廃熱利用装置２０に本発明に係る流体機械を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の実施形態におけるランキンサイクルを備える内燃機関の廃熱利用装置を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態における膨脹発電機兼電動圧縮機を示す断面図である。
【図３】図２におけるスプール（閉弁状態）近傍を示す拡大断面図である。
【図４】図２におけるスプール（開弁状態）近傍を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態におけるスプール近傍を示す拡大断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態におけるスプール近傍を示す拡大断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態におけるスプール近傍を示す拡大断面図である。
【図８】本発明のその他の実施形態１における膨脹発電機兼電動圧縮機を示す断面図である。
【図９】本発明のその他の実施形態２における膨脹発電機兼電動圧縮機を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１００  膨張発電機兼電動圧縮機（流体機械）
１１２  固定スクロール
１１２ａ  基板部（壁）
１１４  高圧室（高圧部）
１１５  吐出通路
１１６  連通路
１１６ａ  シール部
１１６ｂ  作動室側連通路
１１６ｃ  高圧室側連通路
１２１  吐出弁（逆止弁）
１２２  スプール（開閉弁）
１２２ａ  スライド部（本体部）
１２２ｃ  突出部
Ｖ  作動室
【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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