(57)【要約】【課題】     圧縮機構の吐出冷媒と膨張機構の膨張冷媒との間で生じる熱ロスを防止し、この流体機械が利用される蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷却能力や加熱能力の向上を図る。【解決手段】  ケーシング（31）の内部空間を第１と第２の空間に区画する仕切部（90）を設ける。第１空間（101）は、圧縮機構（90）の吸入冷媒が満たされる低圧空間を構成する一方、第２空間（102）は、圧縮機構（90）の吐出冷媒が満たされる高圧空間を構成する。そして、第１空間（101）に膨張機構（70）を配置する一方、第２空間（102）に圧縮機構（50）を配置する。【選択図】図４
2006105564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉型のケーシング（31）内に、冷媒を膨張する膨張機構（70）と冷媒を圧縮する圧縮機構（50）とが連結されて収納され、蒸気圧縮式の冷凍サイクルの膨張行程と圧縮行程とを行う流体機械であって、
上記ケーシング（31）の内部を、膨張機構（70）が配置される第１空間（101）と、圧縮機構（50）が配置される第２空間（102）とに区画する仕切部（90）を備え、
上記第１空間（101）は、圧縮機構（50）の吸入側と導入管（35）を介して連通して低圧空間を構成する一方、上記第２空間（102）が、圧縮機構（50）の吐出側と連通して高圧空間を構成している流体機械。
【請求項２】
請求項１に記載の流体機械において、
ケーシング（31）内に貯まった冷媒中の油が流入して圧縮機構（50）及び膨張機構（70）に供給される油供給通路（49）を備え、
上記油供給通路（49）の油流入部（91）が高圧空間に配置されている流体機械。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の流体機械において、
低圧空間（101）は、圧縮機構（50）の吸入冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する気液分離部を兼ねており、
導入管（35）の冷媒吸入口（35a）は、上記低圧空間（101）で分離されたガス冷媒に臨むように開口している流体機械。
【請求項４】
請求項３に記載の流体機械において、
導入管（35）には、低圧空間（101）の底部に貯まった油をガス冷媒とともに圧縮機構（50）の吸入側に送る油戻し通路（35b）が設けられている流体機械。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１に記載の流体機械において、
仕切部（90）には、膨張機構（70）を構成する材料よりも熱伝導率の小さい断熱材（93）が設けられている流体機械。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１に記載の流体機械において、
膨張機構（70）の外表面には、フィン（95）が設けられている流体機械。
【請求項７】
請求項２から６のいずれか１に記載の流体機械において、
ケーシング（31）内には、その底部に近い順に、油流入部（91）、圧縮機構（50）、及び膨張機構（70）が配置されている流体機械。
【請求項８】
請求項２から６のいずれか１に記載の流体機械において、
ケーシング（31）内には、その底部に近い順に、膨張機構（70）、油流入部（91）、及び圧縮機構（50）が配置されている流体機構。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１に記載の流体機械において、
高圧空間（102）には、圧縮機構（50）を駆動する電動機（40）が配置されている流体機械。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１に記載の流体機械において、
二酸化炭素を冷媒として蒸気圧縮式の冷凍サイクルの膨張行程と圧縮行程を行う流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨張機構と圧縮機構とが密閉されたケーシング内に収納されるとともに、蒸気圧縮式の冷凍サイクルの膨張行程と圧縮行程とを行う流体機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧縮機構と膨張機構とが機械的に連結される流体機械が知られている。この流体機械は、例えば空調機などの冷媒回路で行われる蒸気圧縮式の冷凍サイクルの膨張行程及び圧縮行程に利用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されている空調機は、流体機械の圧縮機構、放熱器、該流体機械の膨張機構、及び蒸発器が閉回路に順に接続されて冷媒回路が構成されている。そして、冷媒回路では、冷媒としての二酸化炭素が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。
【０００４】
ここで、この空調機の例えば暖房時には、冷媒が上記圧縮機構で圧縮され、臨界圧力よりも高い高温高圧となって放熱器を流通する。放熱器では、冷媒が室内空気に放熱して冷却される一方、室内空気が加熱されて暖房が行われる。放熱器で放熱した冷媒は、上記膨張機構で膨張されて低圧の冷媒となり蒸発器を流通する。蒸発器では、冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。このように、この流体機械は、膨張機構による冷媒の膨張、すなわち冷凍サイクルの膨張行程と、圧縮機構による冷媒の圧縮、すなわち冷凍サイクルの圧縮行程とを同時に行うようにしている。そして、この流体機械は、膨張機構で膨張した冷媒の膨張動力、すなわち膨張される冷媒の内部エネルギを回収して、圧縮機構の駆動源として利用するようにしている。
【特許文献１】特開２００１−１５３０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示されている流体機械には、冷媒を膨張する膨張機構と、冷媒を圧縮する圧縮機構とが密閉された１つのケーシング内に収納されている。また、この流体機械は、圧縮機構で圧縮された高温高圧の冷媒がケーシング内に一旦吐出されてからケーシング外部に排出される、いわゆる高圧ドーム型の流体機械である。このため、膨張機構の周囲は、圧縮機構の吐出冷媒雰囲気となっている。したがって、圧縮機構の吐出冷媒によって膨張機構に膨張される冷媒（以後、膨張冷媒と称す）が加熱されてしまうと同時に、この膨張機構の膨張冷媒によって圧縮機構の吐出冷媒が冷却されてしまうことがあった。ここで、圧縮機構の吐出冷媒が冷却されてしまうと、例えば上述のような空調機の暖房時において、放熱器の加熱能力が低下してしまう。一方、膨張機構の膨張冷媒が加熱されてしまうと、例えば空調機の冷房時において、蒸発器の冷却能力が低下してしまう。すなわち、この流体機械では、圧縮機構の吐出冷媒と膨張機構の膨張冷媒とがケーシング内で熱交換してしまうことにより、蒸気圧縮式冷凍サイクルによって得られる冷却能力や加熱能力が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、圧縮機構の吐出冷媒と膨張機構の膨張冷媒との間で生じる熱ロスを削減し、この流体機械が利用される蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷却能力や加熱能力の向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、密閉されたケーシングの内部空間を低圧空間と高圧空間とに区画し、該低圧空間に膨張機構を配置する一方、上記高圧空間に圧縮機構を配置するようにしたものである。
【０００８】
より具体的に、第１の発明は、密閉型のケーシング（31）内に、冷媒を膨張する膨張機構（70）と冷媒を圧縮する圧縮機構（50）とが連結されて収納され、蒸気圧縮式の冷凍サイクルの膨張行程と圧縮行程とを行う流体機械を前提としている。そして、この流体機械は、上記ケーシング（31）の内部を、膨張機構（70）が配置される第１空間（101）と、圧縮機構（50）が配置される第２空間（102）とに区画する仕切部（90）を備え、上記第１空間（101）は、圧縮機構（50）の吸入側と導入管（35）を介して連通して低圧空間を構成する一方、上記第２空間（102）が、圧縮機構（50）の吐出側と連通して高圧空間を構成しているものである。
【０００９】
上記第１の発明では、圧縮機構（50）が蒸気圧縮式冷凍サイクルの圧縮行程を行う一方、膨張機構（70）は蒸気圧縮式冷凍サイクルの膨張行程を行う。ここで、例えば蒸発器で蒸発した冷媒は、所定配管より第１空間（101）に流入し、導入管（35）を流通した後、圧縮機構（50）に吸入されて圧縮される。すなわち、膨張機構（70）が配置される第１空間（101）は、圧縮機構（50）の吸入冷媒で満たされる。一方、圧縮機構（50）で圧縮された冷媒は、第２空間（102）に排出される。すなわち、圧縮機構（50）が配置される第２空間（102）は、圧縮機構（50）の吐出冷媒で満たされる。したがって、従来の流体機械のように、圧縮機構の吐出冷媒で膨張機構が加熱され、圧縮機構の吐出冷媒と膨張機構の膨張冷媒との間で熱ロスが生じてしまうことを回避できる。
【００１０】
また、一般的な蒸気圧縮式の冷凍サイクルにおいて、圧縮機構（50）の吸入冷媒は、膨張機構（70）の吸入及び膨張冷媒よりも低温となる。したがって、膨張機構（70）の吸入及び膨張冷媒は、第１空間（101）内の圧縮機構（50）の吸入冷媒と熱交換し、この吸入及び膨張冷媒が冷却されると同時に、圧縮機構（50）の吸入冷媒が加熱される。このため、膨張機構（70）による膨張行程の後、例えば室内の冷房を行う蒸発器に供給される冷媒の温度を低くでき、この蒸発器の冷却能力を向上できる。また、圧縮機構（50）におる圧縮行程の後、例えば室内の暖房を行う放熱器に供給される冷媒の温度を高くでき、この放熱器の加熱能力を向上できる。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明の流体機械において、ケーシング（31）内に貯まった冷媒中の油が流入して圧縮機構（50）及び膨張機構（70）に供給される油供給通路（49）を備え、上記油供給通路（49）の油流入部（91）が高圧空間に配置されているものである。
【００１２】
上記第２の発明では、冷媒中に含まれる油（冷凍機油）がケーシング（31）内に貯まった際、この油が油流入部（91）より油供給通路（49）に吸入される。そして、この油が所定の供給通路（49）を流通した後、圧縮機構（50）及び膨張機構（70）に供給されることで、圧縮機構（50）及び膨張機構（70）が潤滑される。
【００１３】
ここで、本発明では、上記油流入部（91）を高圧空間となる第２空間（102）に配置している。このため、高圧冷媒の圧力を利用して、ケーシング（31）内に貯まった油を効率的に油流入部（91）に圧送することができる。
【００１４】
また、例えば仮に低圧空間に油流入部を配置し、低圧空間に貯まった油を上記油流入部より吸入する場合、低圧空間内に貯まった冷媒は蒸発しやすいため、この冷媒の蒸発に伴い油中に気泡が生じる、いわゆるホーミングが起こり得る。その結果、油流入部による油の吸入を好適に行えなくなる可能性がある。
【００１５】
一方、本発明では、油流入部（91）を高圧空間（102）に配置しているため、上述のホーミングが起こりにくく、油流入部（91）による油の吸入を好適に行うことができる。
【００１６】
第３の発明は、第１又は第２の発明の流体機械において、低圧空間（101）が、圧縮機構（50）の吸入冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する気液分離部を兼ねており、導入管（35）の冷媒吸入口（35a）は、上記低圧空間（101）で分離されたガス冷媒に臨むように開口しているものである。
【００１７】
上記第３の発明では、低圧空間となる第１空間（101）に満たされる圧縮機構（50）の吸入冷媒が、液冷媒とガス冷媒とに分離される。すなわち、この低圧空間（101）は、気液２相状態の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する気液分離部として用いられる。
【００１８】
この低圧空間（101）で分離されたガス冷媒は、導入管（35）の冷媒吸入口（35a）より積極的に吸入され、導入管（35）を通過した後、圧縮機構（50）で圧縮される。一方、低圧空間（101）で分離された液冷媒は、低圧空間（101）に貯まるとともに、ガス冷媒との気液平衡関係を保ちながら次第に蒸発し、導入管（35）に吸入される。
【００１９】
第４の発明は、第３の発明の流体機械において、導入管（35）には、低圧空間（101）の底部に貯まった油をガス冷媒とともに圧縮機構（50）の吸入側に送る油戻し通路（35b）が設けられているものである。
【００２０】
上記第４の発明では、低圧空間（101）に貯まった油が、油戻し通路（35b）より導入管（35）に吸入される。そして、導入管（35）に吸入された油は、低圧空間（101）で分離されたガス冷媒とともに圧縮機構（50）の吸入側に送られる。
【００２１】
第５の発明は、第１から第４のいずれか１の発明の流体機械において、仕切部（90）には、膨張機構（70）を構成する材料よりも熱伝導率の小さい断熱材（93）が設けられているものである。
【００２２】
上記第５の発明では、ケーシング（31）の内部空間を低圧空間（101）と高圧空間（102）とに区画する仕切部（90）に断熱材（93）が設けられる。このため、吐出冷媒で満たされた高圧空間（102）の熱が仕切部（90）を伝って膨張機構（70）側へ移動してしまうことを抑制できる。
【００２３】
第６の発明は、膨張機構（70）の外表面に、フィン（95）が設けられているものである。
【００２４】
上記第６の発明では、膨張機構（70）の周囲の低圧冷媒と、膨張機構（70）の膨張冷媒との熱交換がフィン（95）により促進される。このため、圧縮機構（50）の吸入冷媒で膨張機構（70）の膨張冷媒を一層低い温度に冷却することができ、言い換えると、圧縮機構（50）の吸入冷媒を膨張機構（70）の吸入冷媒で一層高い温度に加熱することができる。
【００２５】
第７の発明は、第２から第６のいずれか１の発明の流体機構において、ケーシング（31）内には、その底部に近い順に、油流入部（91）、圧縮機構（50）、及び膨張機構（70）が配置されているものである。
【００２６】
上記第７の発明では、ケーシング（31）の底部寄りに高圧空間（102）が形成され、その上部寄りに低圧空間（101）が形成される。具体的に、高圧空間（102）の底部寄りに油流入部（91）が設けられ、該油流入部（91）の上方に圧縮機構（50）が設けられる。さらに、圧縮機構（50）の上部には、仕切部（90）を挟んで低圧空間（101）が形成され、この低圧空間（101）に膨張機構（70）が設けられる。
【００２７】
第８の発明は、第２から第６のいずれか１の発明の流体機械において、ケーシング（31）内には、その底部に近い順に、膨張機構（70）、油流入部（91）、及び圧縮機構（50）が配置されているものである。
【００２８】
上記第８の発明では、第７の発明と逆に、ケーシング（31）の底部寄りに低圧空間（101）が形成され、その上部寄りに高圧空間（102）が形成される。具体的に、低圧空間（101）の底部寄りに膨張機構（70）が設けられ、該膨張機構（70）の上部には、仕切部（90）を挟んで高圧空間（102）が形成される。この高圧空間（101）の底部寄りに油流入部（91）が設けられ、該油流入部（91）の上方に圧縮機構（50）が設けられる。
【００２９】
第９の発明は、第１から第８のいずれか１の流体機械において、高圧空間（102）には、圧縮機構（50）を駆動する電動機（40）が配置されているものである。
【００３０】
上記第９の発明では、圧縮機構（50）の駆動源となる電動機（40）が高圧空間（102）に配置される。このため、電動機（40）と膨張機構（70）とは仕切部（90）で仕切られることになる。したがって、電動機（40）の起動時における熱が膨張機構（70）に移動してしまうことを抑制できる。
【００３１】
第１０の発明は、第１から第９のいずれか１の発明の流体機械において、二酸化炭素を冷媒として蒸気圧縮式の冷凍サイクルの膨張行程と圧縮行程を行うものである。
【００３２】
上記第１０の発明では、第１から第９の発明の流体機械が、二酸化炭素を冷媒とした、いわゆる超臨界サイクルを行う膨張行程及び圧縮行程に利用される。ここで、一般的に超臨界サイクルでは圧縮機構（50）の吐出冷媒温度が比較的高温となるため、従来の流体機械では、圧縮機構の吐出冷媒と膨張機構の膨張冷媒との間の熱ロスが増大しやすくなる。一方、本発明では、膨張機構（70）の周囲を吸入冷媒雰囲気としているため、このような熱ロスを効果的に解消することができる。
【発明の効果】
【００３３】
上記第１の発明によれば、圧縮機構（50）の吐出冷媒で満たされた高圧空間となる第２空間（102）に圧縮機構（50）を配置する一方、圧縮機構（50）の吸入冷媒で満たされた低圧空間となる第１空間（101）に膨張機構（70）を配置している。このため、圧縮機構（50）の吐出冷媒と膨張機構（70）の膨張冷媒との間で熱ロスが生じ、その結果、この流体機械が利用される蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷却能力や加熱能力が低下してしまうことを回避できる。
【００３４】
また、本発明によれば、膨張機構（70）の膨張冷媒を、周囲の吸入冷媒で冷却できる一方、圧縮機構（50）の吸入冷媒を加熱できるようにしている。このため、膨張機構（70）で膨張した後、例えば蒸発器となる室内熱交換器を流通する冷媒温度を低くでき、この蒸発器の冷却能力の向上を図ることができる。また、圧縮機構（50）で圧縮された後、例えば放熱器となる室内熱交換器を流通する冷媒温度を高くでき、この放熱器の加熱能力の向上を図ることができる。
【００３５】
上記第２の発明によれば、冷媒中の油を圧縮機構（50）や膨張機構（70）に供給するための油供給通路（49）において、その油流入部（91）を高圧空間（102）に配置している。このため、高圧冷媒の圧力を利用して、ケーシング（31）内に貯まった油を油流入部（91）へ効率的に吸入させることができる。また、高圧空間（102）では、上述したホーミングなどが起こりにくいため、油流入部（91）による油の吸入を好適に行うことができる。したがって、圧縮機構（50）や膨張機構（70）における油潤滑を好適に行うことができる。
【００３６】
上記第３の発明によれば、低圧空間となる第１空間（101）において、圧縮機構（50）に吸入される前の冷媒を気液分離できるようにしている。そして、圧縮機構（50）へは、第１空間（101）で分離されたガス冷媒を積極的に送るようにしている。このため、この流体機械とは別にアキュムレータなどの気液分離器を設けることなく、圧縮機構（50）における液圧縮を回避できる。
【００３７】
上記第４の発明によれば、第１空間（101）に貯まった油を油戻し通路（35b）を介して導入管（35）に吸入させ、この油を圧縮機構（50）に戻すことができる。したがって、第１空間（101）の底部に油が過剰に貯まってしまう一方、圧縮機構（50）や膨張機構（70）の潤滑油が不足してしまうことを容易に解消することができる。
【００３８】
上記第５の発明によれば、仕切部（90）に断熱材（93）を設けることで、低圧空間（101）と高圧空間（102）との間の熱移動を極力防止できるようにしている。このため、例えば高圧空間（102）の吐出冷媒の熱が低圧空間（101）に伝達してしまい、その結果、膨張機構（70）が加熱されてしまうことを効果的に抑制できる。すなわち、圧縮機構（50）の吐出冷媒と膨張機構（70）の吸入及び膨張冷媒との間の熱ロスを一層効果的に解消することができる。
【００３９】
上記第６の発明によれば、膨張機構（70）にフィン（95）を設けることで、膨張機構（70）と、この膨張機構（70）の周囲の吸入冷媒との熱交換効率を向上させることができる。このため、膨張機構（70）の膨張冷媒を効果的に冷却でき、同時に、圧縮機構（50）の吸入冷媒を効果的に加熱できる。したがって、この流体機械が利用される蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷却能力や加熱能力の向上を一層図ることができる。
【００４０】
上記第７の発明によれば、ケーシング（31）の内部空間において、最も底部寄りに油流入部（91）を配置し、その上部に圧縮機構（50）及び膨張機構（70）を配置している。このため、ケーシング（31）の底部に貯まった油を油流入部（91）より吸入し、この油を上部へ送ることで、圧縮機構（50）及び膨張機構（70）への油供給を容易に行うことができる。
【００４１】
上記第８の発明によれば、ケーシング（31）の内部空間において、底部寄りに低圧空間となる第１空間（101）を形成し、上部寄りに高圧空間となる第２空間（102）を形成している。このようにすると、第２空間（102）内の高温の吐出冷媒の熱が、その下側に位置する第１空間（101）に伝達しにくくなる。このため、第１空間（101）における膨張機構（70）及び膨張冷媒の冷却効果を高め、この流体機械が利用される蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷却能力や加熱能力の向上を一層図ることができる。
【００４２】
上記第９の発明によれば、圧縮機構（50）の駆動源となる電動機（40）を高圧空間となる第２空間（102）に配置することで、電動機（40）の起動時に生じる熱が膨張機構（70）に伝わってしまうことを極力抑えるようにしている。このため、第１空間（101）における膨張機構（70）及び膨張冷媒の冷却効果を高め、この流体機械が利用される蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷却能力や加熱能力の向上を一層図ることができる。
【００４３】
上記第１０の発明によれば、冷媒として二酸化炭素を用いる超臨界サイクルにおける膨張行程及び圧縮行程に、この流体機械を利用できるようにしている。ここで、冷媒を二酸化炭素として超臨界サイクルを行うと、特に暖房などに用いられる放熱器の加熱能力を向上させることができる。また、この流体機械による膨張動力を圧縮機構（50）の駆動源として回収する場合には、膨張動力が増大するため、この流体機械で得られる回収動力も増大させることができる。
【００４４】
一方、冷媒を二酸化炭素とすると、圧縮機構（50）の吐出冷媒と膨張機構（70）の膨張冷媒との間で熱ロスが生じ易くなる傾向にあるが、本発明では、この熱ロスを効果的に解消できるため、二酸化炭素を用いた冷凍サイクルにおける冷却能力や加熱能力の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４６】
《発明の実施形態１》
まず、本発明の実施形態１に係る流体機械について説明する。この流体機械は、空調機（10）の冷媒回路（20）に接続されて、この冷媒回路（20）における蒸気圧縮式冷凍サイクルの膨張行程と圧縮行程とを行うものである。
【００４７】
<空調機の全体構成>
図１に示すように、空調機（10）は、屋外に配置される室外機（11）と屋内に配置される室内機（13）とが個別に設けられる、いわゆるセパレート型の空調機である。室外機（11）には、室外ファン（12）、室外熱交換器（23）、第１四路切換弁（21）、第２四路切換弁（22）、及び圧縮膨張ユニット（流体機械）（30）が収納されている。一方、室内機（13）には、室内ファン（14）及び室内熱交換器（24）が収納されている。これら室外機（11）と室内機（13）とは、一対の連絡配管（15,16）によって互いに接続されている。
【００４８】
冷媒回路（20）は、上述した圧縮膨張ユニット（30）、第１，第２四路切換弁（21,22）、室内熱交換器（24）、及び室外熱交換器（23）とが配管で接続されて閉回路を構成している。この冷媒回路（20）には、二酸化炭素が充填されている。そして、冷媒回路（20）では、冷媒である二酸化炭素が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。
【００４９】
上記室外熱交換器（23）と上記室内熱交換器（24）とは、何れもクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器で構成されている。上記室外熱交換器（23）では、冷媒回路（20）を循環する冷媒が室外ファン（12）によって取り込まれた室外空気と熱交換する。上記室内熱交換器（24）では、冷媒回路（20）を循環する冷媒が室内ファン（14）によって取り込まれた空気と熱交換する。
【００５０】
上記第１四路切換弁（21）は、４つのポートを備えている。この第１四路切換弁（21）は、第１ポートが圧縮膨張ユニット（30）の吐出ポート（37）に、第２ポートが連絡配管（15）を介して室内熱交換器（24）の一端に、第３ポートが室外熱交換器（23）の一端に、第４ポートが圧縮膨張ユニット（30）の吸入ポート（36）にそれぞれ接続されている。そして、上記第１四路切換弁（21）は、第１ポートと第２ポートとが連通し且つ第３ポートと第４ポートとが連通する状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第３ポートとが連通し且つ第２ポートと第４ポートとが連通する状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わる。
【００５１】
上記第２四路切換弁（22）は、４つのポートを備えている。この第２四路切換弁（22）は、第１ポートが圧縮膨張ユニット（30）の流出ポート（39）に、第２ポートが室外熱交換器（23）の他端に、第３ポートが連絡配管（16）を介して室内熱交換器（24）の他端に、第４ポートが圧縮膨張ユニット（30）の流入ポート（38）にそれぞれ接続されている。そして、上記第２四路切換弁（22）は、第１ポートと第２ポートとが連通し且つ第３ポートと第４ポートとが連通する状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第３ポートとが連通し且つ第２ポートと第４ポートとが連通する状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わる。
【００５２】
〈圧縮膨張ユニットの構成〉
図２に示すように、圧縮膨張ユニット（30）は、縦長で円筒形の密閉容器であるケーシング（31）を備えている。このケーシング（31）の内部には、下から上に向かって順に、圧縮機構（50）、電動機（40）、及び膨張機構（70）が配置されている。
【００５３】
上記電動機（40）は、ケーシング（31）の上下方向における中間位置に配置されている。電動機（40）は、ステータ（41）とロータ（42）とにより構成されている。上記ステータ（41）は、ケーシング（31）の内周壁に固定されている。上記ロータ（42）は、ステータ（42）の内部に配置され、同軸にシャフト（45）の主軸部（48）が貫通している。このシャフト（45）は、圧縮機構（50）及び膨張機構（70）を連結しながら回転する回転軸を構成している。また、シャフト（45）の上端部には、２つの膨張側偏心部（43,44）が形成され、その下端部には、２つの圧縮側偏心部（46,47）が形成されている。
【００５４】
上記膨張側偏心部（43,44）は、上側に位置する第１膨張側偏心部（43）と下側に位置する第２膨張側偏心部（44）とで構成されている。各膨張側偏心部（43,44）は、それぞれシャフト（45）の軸心よりも径方向外側に所定量偏心している。上記圧縮側偏心部（46,47）は、上側に位置する第１圧縮側偏心部（46）と下側に位置する第２圧縮側偏心部（47）とで構成されている。各圧縮側偏心部（46,47）は、それぞれシャフト（45）の軸心よりも径方向外側に所定量偏心している。なお、第１，第２圧縮側偏心部（46,47）は、シャフト（45）の軸心に対して互いに１８０°位相が異なる状態で、シャフト（45）に固定されている。
【００５５】
膨張機構（70）は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ式膨張機を構成している。また、膨張機構（70）は、２組の流体室（72,82）と、各流体室（72,82）に対応する２組のピストン（73,83）とを有する２段型の膨張機である。この膨張機構（70）は、上から下へ向かって順に、リアヘッド（76）、第１シリンダ（71）、中間プレート（77）、第２シリンダ（81）、フロントヘッド（78）が積層されている。
【００５６】
上記第１，第２シリンダ（71,81）は、それぞれ環状に形成されている。そして、第１シリンダ（71）の内部の空間が、リアヘッド（76）と中間プレート（77）とで閉塞されて第１流体室（72）を構成している。また、第２シリンダ（81）の内部の空間が、中間プレート（77）とフロントヘッド（78）とで閉塞されて第２流体室（82）を構成している。
【００５７】
図３に示すように、各膨張室（72,82）には、それぞれ環状のピストン（73,83）が配置されている。各ピストン（73,83）には、板状のブレード（74,84）がそれぞれ突設されている。各ブレード（74,84）は、各シリンダ（71,72）のブレード溝に、それぞれ一対の揺動ブッシュ（75,85）を介して保持されている。
【００５８】
第１流体室（72）に配置された第１ピストン（73）は、上記シャフト（45）の第１膨張側偏心部（43）と係合している。第２流体室（82）に配置された第２ピストン（83）は、上記シャフト（45）の第２膨張側偏心部（44）と係合している。各ピストン（73,83）は、内周面が各膨張側偏心部（43,44）の外周面と摺接し、外周面がシリンダ（71,81）の内周面と摺接する。そして、各ピストン（73,83）は、シャフト（45）が回転することにより、膨張側偏心部（43,44）に沿って自転しながら、各シリンダ（71,81）の内周面に沿って公転する。
【００５９】
また、図２に示すように、膨張機構（70）には、上記流入ポート（38）及び流出ポート（39）が設けられている。流入ポート（38）は、フロントヘッド（78）に形成され、流出端が第２流体室（82）の上面に開口している。また、流入ポート（38）は、ケーシング（31）を貫通しており、その流入端がケーシング（31）の外部の配管と接続されている。流出ポート（39）は、第１シリンダ（71）に形成され、流入端が第１シリンダ（71）の内周面に開口している。また、流出ポート（39）は、ケーシング（31）を貫通しており、その流出端がケーシング（31）の外部の配管と接続されている。
【００６０】
また、膨張機構（70）には、図３に示す連通路（80）が設けられている。この連通路（80）は、中間プレート（77）を貫通して形成されており、第２流体室（82）に吸入された冷媒を第１流体室（72）に導く導入通路を構成している。
【００６１】
以上のような膨張機構（70）は、各ピストン（73,83）の公転運動に伴う各流体室（72,82）の拡縮に伴って冷媒を膨張させる。具体的に、第２ピストン（83）の公転に伴って流入ポート（38）と第２流体室（82）とが連通すると、冷媒は流入ポート（38）より第２流体室（82）へ吸入される。その後、第２ピストン（83）が更に公転すると、この冷媒で満たされた第２流体室（82）と連通路（80）の流入端とが連通する。その結果、この冷媒は、連通路（80）を流通して第１流体室（72）へ導入される。第１ピストン（73）の公転に伴ってこの冷媒で満たされた第１流体室（72）の容積が拡大されると、この冷媒が膨張される。その後、第１ピストン（73）が更に公転すると、この冷媒で満たされた第１流体室（72）と流出ポート（39）とが連通する。その結果、膨張されて低圧となった冷媒は、流出ポート（39）を流通して膨張機構（70）の外部へ排出される。
【００６２】
図２に示すように、圧縮機構（50）は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ式圧縮機で構成されいている。また、圧縮機構（50）は、２組の圧縮室（52,62）と、各圧縮室（52,62）に対応する２組のピストン（53,63）とを有する２段型の圧縮機である。この圧縮機構（50）は、上から下へ向かって順に、リアヘッド（56）、第１シリンダ（51）、中間プレート（57）、第２シリンダ（61）、フロントヘッド（58）が積層されている。
【００６３】
上記第１，第２シリンダ（51,61）は、それぞれ環状に形成されている。そして、第１シリンダ（51）の内部の空間が、リアヘッド（56）と中間プレート（57）とで閉塞されて第１圧縮室（52）を構成している。また、第２シリンダ（61）の内部の空間が、中間プレート（57）とフロントヘッド（58）とで閉塞されて第２圧縮室（62）を構成している。
【００６４】
各圧縮室（52,62）には、それぞれ環状のピストン（53,63）が配置されている。各ピストン（53,63）には、図示しない板状のブレードがそれぞれ突設されている。各ブレードは、各シリンダ（51,61）のブレード溝に、それぞれ一対の揺動ブッシュを介して保持されている。そして、上記ピストン（53,63）及び各ブレードによって、第１，第２圧縮室（52,62）は、それぞれ低圧側の空間と高圧側の空間とに仕切られる。
【００６５】
第１シリンダ（51）に配置された第１ピストン（53）は、上記シャフト（45）の第１圧縮側偏心部（46）と係合している。第２シリンダ（61）に配置された第２ピストン（63）は、上記シャフト（45）の第２圧縮側偏心部（47）と係合している。各ピストン（53,63）は、内周面が各膨張側偏心部（46,47）の外周面と摺接し、外周面がシリンダ（51,61）の内周面と摺接する。そして、各ピストン（53,63）は、シャフト（45）が回転することにより、圧縮側偏心部（46,47）に沿って自転しながら、各シリンダ（51,61）の内周面に沿って公転する。このピストン（53,63）の公転によって各圧縮室（52,62）の低圧側と高圧側との容積が拡縮されることで、圧縮機構（50）による冷媒の圧縮が行われる。
【００６６】
圧縮機構（50）には、それぞれの圧縮室（52,62）に対応する吸入口（54,64）が設けられている。これらの吸入口（54,64）は、第１シリンダ（51）に形成された第１吸入口（54）と、第２シリンダ（61）に形成された第２吸入口（64）とで構成されている。第１吸入口（54）は、第１圧縮室（52）の低圧側と連通している。第２吸入口（64）は、第２圧縮室（62）の低圧側と連通している。つまり、第１，第２吸入口（54,64）は、低圧の冷媒を各圧縮室（52,62）に吸入する導入口を構成している。
【００６７】
また、圧縮機構（50）には、それぞれの圧縮室（52,62）に対応する吐出口（55,65）が形成されている。これらの吐出口（55,65）は、リヤヘッド（56）の上端部に形成された第１吐出口（55）と、フロントヘッド（58）の下端部に形成された第２吐出口（65）とで構成されている。第１吐出口（55）は、図示しない通路を介して第１圧縮室（52）の高圧側と連通している。第２吐出口（65）は、図示しない通路を介して第２圧縮室（62）のk高圧側と連通している。つまり、各吐出口（55,65）は、各圧縮室（52,62）で圧縮された冷媒を圧縮機構（50）の外部へ排出する排出口を構成している。これらの排出口（55,65）には、図示しない吐出弁がそれぞれ設けられている。また、リヤヘッド（56）には、第２吐出口（65）より排出された吐出冷媒をリヤヘッド（56）の上部へ送るための貫通口（59）が形成されている。
【００６８】
本発明の特徴として、圧縮膨張ユニット（30）は、ケーシング（31）の内部の空間を２つの空間に仕切る仕切部（90）を備えている。この仕切部（90）は、上述した膨張機構（70）のフロントヘッド（78）が兼ねている。つまり、フロントヘッド（78）の外周面とケーシング（31）の内周面とがほぼ当接することで、ケーシング（31）の内部の空間は、上部寄りに形成される第１空間（101）と、中間部から下部に亘って形成される第２空間（102）とに区画されている。
【００６９】
上記第１空間（101）には、導入管（35）の一端が接続されている。この導入管（35）は、一部がケーシング（31）の外側に沿って上下方向に延在しており、その上下端部がそれぞれケーシング（31）の内部に挿入されて保持されている。そして、第１空間（101）に位置する導入管（35）は、膨張機構（70）の外周に沿うようにして屈曲しており、その開口端が上方を向いて冷媒吸入口（35a）を構成している。この冷媒吸入口（35a）は、膨張機構（70）のリヤヘッド（76）の上端面とほぼ同じ高さに位置している。一方、導入管（35）の他端は、２つに分岐されて圧縮機構（50）の各吸入口（54,64）と接続されている。このようにして、第１空間（101）は、圧縮機構（50）の吸入側（低圧側）と上記導入管（35）を介して連通しており、低圧空間を構成している。
【００７０】
また、第１空間（101）には、上述した吸入ポート（36）が接続されている。この吸入ポート（36）は、ケーシング（31）の上端頂部を貫通して第１空間（101）まで挿入されており、その開口部がシャフト（45）の上側延長線上に位置している。
【００７１】
以上のようにして、第１空間（101）は、圧縮機構（50）の吸入冷媒となる低圧冷媒で満たされている。したがって、第１空間（101）では、膨張機構（70）の吸入及び膨張冷媒と圧縮機構（50）の吸入冷媒とが熱交換することにより、該膨張機構（70）の吸入及び膨張冷媒が冷却される。
【００７２】
また、第１空間（101）は、吸入ポート（36）から導入された冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する気液分離部を兼ねている。つまり、吸入ポート（36）より第１空間（101）に流入した気液２相状態の冷媒のうち、液冷媒は、第１空間（101）の底部であるフロントヘッド（78）の上面側に貯まり、ガス冷媒は、第１空間（101）における膨張機構（70）の上方に貯まることになる。そして、導入管（35）は、第１空間（101）の上部に貯まったガス冷媒を冷媒吸入口（35a）より積極的に取り込んで、圧縮機構（50）の吸入側に導く。
【００７３】
さらに、導入管（35）には、第１空間（101）の底部に貯まった液冷媒中に含まれる油（冷凍機油）を圧縮機構（50）の吸入側に送る油戻し開口（油戻し通路）（35b）が形成されている。この油戻し開口（35b）は、仕切部（90）に比較的近い位置における導入管（35）の屈曲部近傍に形成されている。そして、冷凍機油は、この油戻し開口（35b）を通じて導入管（35）に流入し、冷媒吸入口（35a）より流入したガス冷媒とともに圧縮機構（50）の吸入側に送られる。
【００７４】
上記第２空間（102）は、上述した第１，第２吐出口（55,56）を介して圧縮機構（50）の吐出側（高圧側）と連通しており、高圧空間を構成している。また、第２空間（102）には、上述した吐出ポート（37）が接続されている。この吐出ポート（37）は、ケーシング（31）の胴部において、仕切部（90）の下側近傍の高さ位置に挿入されている。
【００７５】
また、第２空間（102）には、該第２空間（102）の底部に貯まった冷媒中の冷凍機油を油供給通路（49）を介して圧縮機構（50）及び膨張機構（70）に供給するための油流入部である油ポンプ（91）が設けられている。
【００７６】
油ポンプ（91）は、シャフト（45）の下端部に接続されており、このシャフト（45）の回転により生じる遠心力を利用して油を吸引する、いわゆる遠心型ポンプで構成されている。油供給通路（49）は、図２の点線で示すように、シャフト（45）の下端から上端までに亘って、その内部を上下方向に延在して形成されている。そして、この油供給通路（49）は、図示しない複数の油分岐通路を介して、圧縮機構（50）の各圧縮室（52,62）及び膨張機構（70）の各流体室（72,82）と接続されている。
【００７７】
さらに、上述した仕切部（90）であるフロントヘッド（78）の下側には、断熱材（93）及び支持部材（94）が設けられている。断熱材（93）は、シャフト（45）が貫通する環状の部材であり、その外周面における上側半分が突出する凸状に形成されている。この断熱材（93）は、例えばＦＲＰ（繊維強化プラスチック）などの樹脂材料など、膨張機構（70）を構成する材料よりも熱伝導率の小さい材料で構成されている。そして、断熱材（93）は、低圧空間（101）と高圧空間（102）との間での熱移動を抑制している。
【００７８】
上記支持部材（94）は、断熱材（93）の外周と嵌合するように形成された凹状かつ環状の部材である。この支持部材（94）は、その外周面がケーシング（31）の内周面と固定されている。そして、支持部材（94）は、断熱材（93）及び膨張機構（70）をケーシング（31）の内部で保持している。また、支持部材（94）は、フロントヘッド（78）とケーシング（31）との隙間を埋めることにより、低圧空間（101）と高圧空間（102）との間での流体の漏れを抑制するシール機構の役割も兼ねている。
【００７９】
−動作−
次に、上記空調機（10）の運転動作について説明する。ここでは、空調機（10）の冷房運転時及び暖房運転時の動作について図１及び図４を参照しながら説明する。なお、図４は、圧縮膨張ユニット（30）における冷媒の流れを示す概略構成図である。
【００８０】
<冷房運転>
冷房運転時には、第１四路切換弁（21）および第２四路切換弁（22）が図１に破線で示す状態に切り換えられる。この状態で、圧縮膨張ユニット（30）の電動機（40）に通電すると、冷媒回路（20）で冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。そして、冷房運転時には、室外熱交換器（23）が放熱器となる一方、室内熱交換器（24）が蒸発器となる。
【００８１】
上記圧縮膨張ユニット（30）の圧縮機構（50）で圧縮された高温高圧の冷媒は、図４の第１，第２吐出口（55,65）を通過して第２空間（102）に吐出される。その後、第２空間（102）内の高温高圧の冷媒は、吐出ポート（37）を通って圧縮膨張ユニット（30）から排出される。
【００８２】
圧縮膨張ユニット（30）から吐出された吐出冷媒は、図１に示す第１四路切換弁（21）を通って室外熱交換器（23）へ送られる。この室外熱交換器（23）では、流入した冷媒が室外空気へ放熱して冷却される。
【００８３】
上記室外熱交換器（23）で冷却された高圧冷媒は、第２四路切換弁（22）を通り、流入ポート（38）から圧縮膨張ユニット（30）の膨張機構（70）へ流入する。この膨張機構（70）では、高圧冷媒が膨張し、その内部エネルギがシャフト（45）の回転動力に変換されて圧縮機構（50）に伝達される。これにより、電動機（40）の動力負荷が低減される。そして、膨張後の冷媒は、流出ポート（39）を通って圧縮膨張ユニット（30）から流出し、第２四路切換弁（22）を通って室内熱交換器（24）へ送られる。
【００８４】
上記室内熱交換器（24）では、流入した冷媒が室内空気から吸熱して蒸発し、室内空気が冷却される。上記室内熱交換器（24）で蒸発した冷媒は、第１四路切換弁（21）を通り、図４に示す吸入ポート（36）から圧縮膨張ユニット（30）の第１空間（101）に吸入される。
【００８５】
第１空間（101）では、吸入された低温低圧の冷媒が膨張機構（70）の周囲を流通することで、膨張機構（70）が冷却される。このため、膨張機構（70）より上記室内熱交換器（24）に供給される吸入及び膨張冷媒も冷却されることになる。
【００８６】
また、第１空間（101）では、気液２相状態の冷媒がガス冷媒と液冷媒とに分離される。そして、導入管（35）には、第１空間（101）の上部に貯まるガス冷媒が冷媒吸引口（35a）より積極的に吸引される。同時に、第１空間（101）の底部に貯まった冷凍機油は、導入管（35）の油戻し開口（35b）より吸引され、ガス冷媒とともに導入管（35）を流通する。導入管（35）を流れるガス冷媒は、分岐した後、圧縮機構（50）の各圧縮室（52,62）に吸引され、各圧縮室（52,56）で再び圧縮される。
【００８７】
<暖房運転>
暖房運転時には、第１四路切換弁（21）および第２四路切換弁（22）が図１に実線で示す状態に切り換えられる。この状態で圧縮膨張ユニット（30）の電動機（40）に通電すると、冷媒回路（20）で冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。そして、暖房運転時には、室内熱交換器（24）が蒸発器となる一方、室内熱交換器（23）が放熱器となる。
【００８８】
上記圧縮膨張ユニット（30）の圧縮機構（50）で圧縮された高温高圧の冷媒は、図４の第１，第２吐出口（55,65）を通過して第２空間（102）に吐出される。その後、第２空間（102）内の高温高圧の冷媒は、吐出ポート（37）を通って圧縮膨張ユニット（30）から排出される。
【００８９】
圧縮膨張ユニット（30）から吐出された吐出冷媒は、図１に示す第１四路切換弁（21）を通って室内熱交換器（24）へ送られる。この室内熱交換器（24）では、流入した冷媒が室内空気へ放熱して冷却され、室内空気が加熱される。
【００９０】
上記室内熱交換器（24）で冷却された高圧冷媒は、第２四路切換弁（22）を通り、流入ポート（38）から圧縮膨張ユニット（30）の膨張機構（70）へ流入する。この膨張機構（70）では、高圧冷媒が膨張し、その内部エネルギがシャフト（45）の回転動力に変換されて圧縮機構（50）に伝達される。これにより、電動機（40）の動力負荷が低減される。そして、膨張後の低温低圧の冷媒は、流出ポート（39）を通って圧縮膨張ユニット（30）から流出し、第２四路切換弁（22）を通って室外熱交換器（23）へ送られる。
【００９１】
上記室外熱交換器（23）では、流入した冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。上記室外熱交換器（23）で蒸発した冷媒は、第１四路切換弁（21）を通り、図４に示す吸入ポート（36）から圧縮膨張ユニット（30）の第１空間（101）に吸入される。
【００９２】
第１空間（101）では、吸入された冷媒が膨張機構（70）の周囲を流通することで、膨張機構（70）の熱が低温低圧の冷媒に付与される。このため、圧縮機構（50）で圧縮され、その後、室内熱交換器（24）に供給される冷媒が事前に加熱されることになる。
【００９３】
また、第１空間（101）では、気液２相状態の冷媒がガス冷媒と液冷媒とに分離される。そして、導入管（35）には、第１空間（101）の上部に貯まるガス冷媒が冷媒吸入口（35a）より積極的に吸引される。同時に、第１空間（101）の底部に貯まった冷凍機油は、導入管（35）の油戻し開口（35b）より吸引され、ガス冷媒とともに導入管（35）を流通する。
【００９４】
導入管（35）を流れるガス冷媒は、分岐した後、圧縮機構（50）の各圧縮室（52,62）に吸引され、各圧縮室（52,56）で再び圧縮される。
【００９５】
−実施形態１の効果−
上記実施形態１によれば、以下の効果が発揮される。
【００９６】
上記実施形態によれば、ケーシング（31）の内部を仕切部（90）で区画して、低圧空間となる第１空間（101）に膨張機構（70）を配置する一方、高圧空間となる第２空間（102）に圧縮機構（50）を配置するようにしている。そして、膨張機構（70）の吸入及び膨張冷媒を圧縮機構（50）の吸入冷媒で冷却すると同時に、この吸入冷媒を加熱するようにしている。このため、空調機（10）の冷房運転時においては、室内熱交換器（24）を流通する冷媒温度を低くでき、室内熱交換器（24）における冷房能力の向上を図ることができる。また、空調機（10）の暖房運転時においては、室内熱交換器（24）を流通する冷媒温度を高くでき、室内熱交換器（24）における暖房能力の向上を図ることができる。
【００９７】
ここで、図２に示すように、圧縮機構（50）を駆動する電動機（40）を高圧空間となる第２空間（102）に配置しているため、電動機（40）の起動時に生じる熱が第１空間（101）に伝達してしまうことを抑制でき、膨張機構（70）の吸入及び膨張冷媒の冷却効果が損なわれてしまうことも防止できる。
【００９８】
さらに、仕切部（90）には断熱材（93）が設けられているため、低圧空間（101）と高圧空間（102）との間の熱移動を極力抑えることができ、膨張機構（70）の吸入及び膨張冷媒の冷却効果が損なわれてしまうことを一層効果的に防止できる。
【００９９】
また、上記実施形態によれば、油供給通路（49）の油流入部である油ポンプ（91）を高圧空間（102）に配置している。このため、高圧冷媒の圧力を利用して、ケーシング（31）の底部に貯まった油を油ポンプ（91）より効率的に吸入することができる。このため、この油を圧縮機構（50）及び膨張機構（70）へ効率的に供給し、これら圧縮機構（50）及び膨張機構（70）を効果的に潤滑させることができる。
【０１００】
さらに、上記実施形態によれば、低圧空間となる第１空間（101）において、圧縮機構（50）に吸入される前の冷媒を気液分離できるようにしている。そして、圧縮機構（50）へは、第１空間（101）で分離されたガス冷媒を積極的に送るようにしている。このため、この圧縮膨張ユニット（30）とは別にアキュムレータなどの気液分離器を設けることなく、圧縮機構（50）における液圧縮を回避できる。
【０１０１】
<実施形態１の変形例>
次に、実施形態１の変形例について説明する。図５に示すように、この変形例は、膨張機構（70）の構成が実施形態１と異なるものである。
【０１０２】
具体的に、膨張機構（70）の表面には、リヤヘッド（76）、第１シリンダ（71）、中間プレート（77）、第２シリンダ（81）、及びフロントヘッド（78）の外縁に跨るようにして、複数のフィン（95）が設けられている。このフィン（95）は、例えばプレート形状に形成されている。
【０１０３】
この変形例では、第１空間（101）における圧縮機構（50）の吸入冷媒と、膨張機構（70）との熱交換率を向上させることができる。このため、膨張機構（70）の吸入及び膨張冷媒を効果的に冷却でき、同時に、圧縮機構（50）の吸入冷媒を効果的に加熱できる。したがって、上記実施形態１と比較して、冷房運転時における冷房能力、あるいは暖房運転時における暖房能力の一層の向上を図ることができる。
【０１０４】
《発明の実施形態２》
次に実施形態２に係る圧縮膨張ユニット（30）の構成について、図６及び図７を参照しながら説明する。実施形態２の圧縮膨張ユニット（30）は、上記実施形態１とケーシング（31）内における圧縮機構（50）、膨張機構（70）、電動機（40）の配置が異なるものである。以下に、実施形態１と異なる点について説明する。
【０１０５】
図６に示すように、ケーシング（31）の内部には、下から上に向かって順に、膨張機構（70）、圧縮機構（50）、及び電動機（40）が配置されている。また、ケーシング（31）の内部空間は、膨張機構（70）のリヤヘッド（76）が兼用する仕切部（90）によって、その下部寄りに形成される第１空間（101）と、中間部から上部に跨って形成される第２空間（102）とに区画されている。また、仕切部（90）の上部には、支持部材（94）及び断熱材（93）が実施形態１とは上下逆の状態で設けられている。
【０１０６】
第１空間（101）には、吸入ポート（36）が接続されており、圧縮機構（50）の吸入冷媒となる低圧冷媒が満たされている。すなわち、第１空間（101）は低圧空間を構成している。したがって、第１空間（101）では、膨張機構（70）の吸入及び膨張冷媒と圧縮機構（50）の吸入冷媒とが熱交換することにより、該膨張機構（70）の吸入及び膨張冷媒が冷却される。また、第１空間（101）は、実施形態１と同様、吸入ポート（36）から導入された冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する気液分離部を兼ねている。つまり、吸入ポート（36）より第１空間（101）に流入した気液２相状態の冷媒のうち、液冷媒は第１空間（101）の底部に貯まり、ガス冷媒は第１空間（101）の上部であって、膨張機構（70）の周囲近傍に貯まることになる。
【０１０７】
また、第１空間（101）には、導入管（35）の一端が接続されている。この導入管（35）は、リヤヘッド（76）、支持部材（94）、及び断熱材（93）を貫通するようにしてケーシング（31）の内部に設けられている。そして、導入管（35）の一端は、第１空間（101）の底部に臨んでいる一方、他端は、２つに分岐して圧縮機構（50）の第１、第２吸入口（54,64）にそれぞれ接続されている。また、導入管（35）における仕切部（90）の下側近傍には、円形の冷媒吸入口（35a）が形成されている。したがって、第１空間（101）の上部に貯まったガス冷媒は、この冷媒吸入口（35a）より導入管（35）に吸引され、圧縮機構（50）の吸入側に導かれる。一方、導入管（35）の下端に位置する開口端は、油戻し開口（35b）を構成している。このため、第１空間（101）の底部に貯まった液冷媒中に含まれる冷凍機油は、油戻し開口（35b）より導入管（35）に吸入され、上記冷媒吸入口（35a）より吸入されたガス冷媒とともに圧縮機構（50）に送られる。なお、導入管（35）において、油戻し開口（35b）の上側近傍には、該油戻し開口（35b）より吸入される流体の流れに対して所定の抵抗を付与するオリフィス（97）が設けられている。このようにオリフィス（97）を設けることで、第１空間（101）に貯まった液冷媒が油戻し開口（35b）より吸入されてしまうことを防止する一方、第１空間（101）に貯まった油のみを油戻し開口（35b）より導入管（35）に積極的に取り込むことができる。
【０１０８】
第２空間（102）は、上記実施形態１と同様、圧縮機構（50）の第１，第２吐出口（55,56）と連通しており、圧縮機構（50）の吐出冷媒となる高圧冷媒で満たされている。すなわち、第２空間（102）は高圧空間を構成している。また、第２空間（102）に接続される吐出ポート（37）は、ケーシング（31）の上端頂部を貫通して第２空間（102）まで挿入されている。
【０１０９】
また、実施形態２では、シャフト（45）が２本の分割シャフト（45a,45b）で構成されている。この分割シャフト（45a,45b）は、電動機（40）及び圧縮機構（50）を貫通する第１分割シャフト（45a）と、膨張機構（70）を貫通する第２分割シャフト（45b）とで構成されている。そして、各分割シャフト（45a,45b）は、嵌合部材（96）によって互いに連結されることで、両シャフト（45a,45b）が一体的なシャフト（45）を構成している。また、第１分割シャフト（45a）には、その下端から電動機（40）の近傍の高さまでに亘って上下方向に延在する第１油供給通路（49a）が形成されている。この第１油供給通路（49a）は、図示しない油分岐通路を介して圧縮機構（50）の各圧縮室（52,62）と連通している。一方、第２分割シャフト（45b）には、その上端から下端に亘って上下方向に延在する第２油供給通路（49b）が形成されている。この第２油供給通路（49b）は、図示しない油分岐通路を介して膨張機構（70）の各流体室（72,82）と連通している。
【０１１０】
また、両シャフト（45a,45b）の連結部には、僅かな隙間が形成されており、この隙間が油流入部（91）を構成している。つまり、第２空間（102）に貯まった冷凍機油は、高圧冷媒に圧送されて、この油流入部（91）より吸入される。そして、油流入部（91）から吸入さる冷凍機油は、第１分割シャフト（45a）に形成された第１油供給通路（49a）を上方に流通し、圧縮機構（50）に供給される。同時に、油流入部（91）から吸入される冷凍機油は、第２分割シャフト（45b）に形成された第２油供給通路（49b）を下方に流通し、膨張機構（70）に供給される。
【０１１１】
−実施形態２の効果−
上記実施形態によれば、実施形態１と同様、ケーシング（31）の内部を仕切部（90）で区画して、低圧空間となる第１空間（101）に膨張機構（70）を配置する一方、高圧空間となる第２空間（102）に圧縮機構（50）を配置するようにしている。そして、図７に示すように、膨張機構（70）の吸入及び膨張冷媒を圧縮機構（50）の吸入冷媒で冷却すると同時に、この吸入冷媒を加熱するようにしている。このため、空調機（10）の冷房運転時においては、室内熱交換器（24）を流通する冷媒温度を低くでき、室内熱交換器（24）における冷房能力の向上を図ることができる。また、空調機（10）の暖房運転時においては、室内熱交換器（24）を流通する冷媒温度を高くでき、室内熱交換器（24）における暖房能力の向上を図ることができる。
【０１１２】
特に、実施形態２によれば、ケーシング（31）の内部空間において、その上部側に高圧空間（102）を形成し、その下部側に低圧空間（101）を形成するようにしている。このようにすると、第２空間（102）内の高温の吐出冷媒の熱が、その下側に位置する第１空間（101）に伝達しにくくなる。このため、第１空間（101）における膨張機構（70）及び膨張冷媒の冷却効果を高め、この膨張圧縮ユニット（30）が利用される蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷却能力や加熱能力の向上を一層図ることができる。
【０１１３】
また、上記実施形態２によれば、シャフト（45）を第１と第２の分割シャフト（45a,45b）で構成し、両シャフト（45a,45b）の間の隙間に油流入部（91）を構成している。そして、この油流入部（91）を高圧空間となる第２空間（102）に配置している。このため、高圧冷媒の圧力を利用して、第２空間（102）に貯まった油を効率的に油流入部（91）に圧送することができる。そして、油流入部（91）より吸入された油を、第１油供給通路（49a）を介して圧縮機構（50）に供給すると同時に、第２油供給通路（49b）を介して膨張機構（70）に供給することができる。したがって、圧縮機構（50）及び膨張機構（70）を効果的に潤滑させることができる。
【０１１４】
《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【０１１５】
上記実施形態では、圧縮機構（50）及び膨張機構（70）を揺動ピストン型で構成している。しかしながら、圧縮機構（50）及び膨張機構（70）を、これ以外の如何なるタイプ（例えばスクロール式、ロータリーピストン式）で構成してもよい。
【０１１６】
また、上記実施形態では、圧縮膨張ユニット（30）に電動機（40）を一体的に設けているが、この電動機（40）を圧縮膨張ユニット（30）と別に設けるようにしてもよい。
【０１１７】
さらに、上記実施形態では、蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いる冷媒として、二酸化炭素を使用しているが、これ以外に、ＨＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒、あるいは水やアンモニアなどの自然冷媒を使用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】
【０１１８】
以上説明したように、膨張機構と圧縮機構とが密閉されたケーシング内に収納されるとともに、蒸気圧縮式の冷凍サイクルの膨張行程と圧縮行程とを行う流体機械について有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】実施形態に係る流体機械が適用される空調機の冷媒回路図である。
【図２】実施形態１に係る流体機械の全体構成を示す縦断面図である。
【図３】実施形態１に係る流体機械の膨張機構の横断面図である。
【図４】実施形態１に係る流体機械における冷媒の流れを示す概略構成図である。
【図５】実施形態１の変形例に係る流体機械の全体構成を示す縦断面図である。
【図６】実施形態２に係る流体機械の全体構成を示す縦断面図である。
【図７】実施形態２に係る流体機械における冷媒の流れを示す概略構成図である。
【符号の説明】
【０１２０】
(10)      空調機
(30)      圧縮膨張ユニット（流体機械）
(31)      ケーシング
(35)      導入管
(35a)     冷媒吸入口
(35b)     油戻し通路（油戻し開口）
(40)      電動機
(45)      シャフト
(49)      油供給通路
(50)      圧縮機構
(70)      膨張機構
(91)      油流入部（油ポンプ）
(93)      断熱材
(95)      フィン
(101)     第１空間（低圧空間）
(102)     第２空間（高圧空間）
【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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