(57)【要約】【課題】  膨張機一体型圧縮機において、圧縮冷媒が密閉容器内を流動する過程で、高温状態の圧縮冷媒の熱が低温状態の膨張機構に移動することによる、圧縮機構から吐出される冷媒のエンタルピーの減少、および冷凍サイクル装置の加熱能力の低下を抑制すること。【解決手段】  膨張機一体型圧縮機２は、冷媒を圧縮する圧縮機構３と、圧縮機構３を駆動する電動機５と、冷媒を膨張させる膨張機構４と、圧縮機構３と電動機５と膨張機構４とを連結するシャフト６と、圧縮機構３と電動機５と膨張機構４とシャフト６とを収容するとともに内部に空間が形成され、圧縮された冷媒が内部空間を流動する密閉容器２１と、密閉容器２１の内部空間を流動する前の冷媒と密閉容器２１の内部空間を流動した後の冷媒との間の熱交換を促進させる熱交換促進部５３とを備えることにより、高温の圧縮冷媒から低温の膨張機構４へ移動する熱量を低減させる。【選択図】  図１
2008175496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機構と、
前記圧縮機構を駆動する電動機と、
冷媒を膨張させる膨張機構と、
前記圧縮機構と前記電動機と前記膨張機構とを連結するシャフトと、
前記圧縮機構と前記電動機と前記膨張機構と前記シャフトとを収容するとともに内部に空間が形成され、前記圧縮機構によって圧縮された冷媒が前記内部空間を流動する密閉容器と、
前記密閉容器の内部空間を流動する前の冷媒と前記密閉容器の内部空間を流動した後の冷媒との間の熱交換を促進させる熱交換促進部と、
を備えた膨張機一体型圧縮機。
【請求項２】
冷媒を圧縮する圧縮機構と、
前記圧縮機構を駆動する電動機と、
冷媒を膨張させる膨張機構と、
前記圧縮機構と前記電動機と前記膨張機構とを連結するシャフトと、
前記圧縮機構と前記電動機と前記膨張機構と前記シャフトとを収容するとともに内部に空間が形成され、前記圧縮機構によって圧縮された冷媒が前記内部空間を流動する密閉容器と、
前記密閉容器の内部空間内の冷媒を外部に吐出する吐出管と、
前記圧縮機構より吐出された冷媒から熱を吸収し、この熱を前記吐出管から吐出される前の冷媒に放出する熱交換促進部と、
を備えた膨張機一体型圧縮機。
【請求項３】
前記熱交換促進部は、ヒートパイプである請求項１または２に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項４】
前記熱交換促進部は、
前記圧縮機構から吐出される冷媒から吸熱する第一伝熱体と、
前記密閉容器から吐出される前の冷媒に放熱する第二伝熱体と、
前記第一伝熱体と前記第二伝熱体とを連結して、前記第一伝熱体から前記第二伝熱体へ熱を伝導する熱伝導体と
を有する請求項１または２に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項５】
前記熱伝導体は、ヒートパイプである請求項４に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項６】
前記圧縮機構の少なくとも一部を覆い、前記圧縮機構から吐出された冷媒を前記内部空間に導く吐出路を形成するカバーを備え、
前記熱交換促進部は、前記カバーの内側に配置された吸熱部と、前記カバーの外側に配置された放熱部と、前記カバーを貫通し、前記吸熱部と前記放熱部とをつなぐ伝熱部とを有している請求項１〜５のいずれか一つに記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項７】
前記圧縮機構の少なくとも一部を覆い、前記圧縮機構から吐出された冷媒を前記内部空間に導く吐出路を形成するカバーを備え、
前記熱交換促進部は、前記カバーの内側に配置された伝熱プレートと、前記伝熱プレートと接合されまたは前記伝熱プレートに一体的に形成され、前記カバーを貫通して前記カバーの外側に延びる伝熱体と、を有している請求項１または２に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項８】
前記圧縮機構の少なくとも一部を覆い、前記圧縮機構から吐出された冷媒を前記内部空間に導く吐出路を形成するとともに、前記圧縮機構から吐出された冷媒から熱を吸収するカバーを備え、
前記熱交換促進部は、前記カバーと、前記カバーの外側に接合されまたは前記カバーの外側に一体的に形成された伝熱体と、を有している請求項１または２に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項９】
前記圧縮機構の少なくとも一部を覆い、前記圧縮機構から吐出された冷媒を前記内部空間に導く吐出路を形成するカバーを備え、
前記カバーの少なくとも一部は、鉄よりも熱伝導率が高い材料で形成され、前記熱交換促進部を形成している請求項１または２に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項１０】
前記圧縮機構は、前記膨張機構よりも上方に配置され、
前記吐出管は、前記密閉容器における前記圧縮機構よりも上側の部分に接続されている請求項２に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項１１】
前記圧縮機構の上方と少なくとも一部の側方とを覆い、前記圧縮機構から吐出された冷媒を前記内部空間に向かって下向きに導く吐出路を形成するカバーを備え、
前記熱交換促進部は、前記カバーの内側に配置された吸熱部と、前記カバーと前記吐出管との間に配置された放熱部と、前記カバーを貫通し、前記吸熱部と前記放熱部とをつなぐ伝熱部とを有している請求項１０に記載の膨張機一体型圧縮機。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一つに記載の膨張機一体型圧縮機を備えた冷凍サイクル装置であって、
前記圧縮機構によって圧縮され、前記密閉容器から吐出された冷媒を流通させる第一の配管と、
前記第一の配管を流れた後の冷媒を放熱させる放熱器と、
前記放熱器から流出した冷媒を前記膨張機構に向かって供給する第二の配管と、
前記膨張機構において膨張し、前記密閉容器から吐出された冷媒を流通させる第三の配管と、
前記第三の配管を流れた後の冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器で蒸発した冷媒を前記圧縮機構に向かって供給する第四の配管と、
を備えた冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を圧縮する圧縮機構と流体を膨張させる膨張機構とを、同一の密閉容器内に備えた膨張機一体型圧縮機に関するものであり、さらには、その膨張機一体型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、冷媒の膨張エネルギーを膨張機構で回収し、その回収されたエネルギーを圧縮機構の仕事の一部として利用する動力回収式の冷凍サイクル装置が知られている。そのような冷凍サイクル装置として、例えば、膨張機構と圧縮機構とを駆動軸で連結した流体機械（膨張機一体型圧縮機）を用いた冷凍サイクル装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、従来の膨張機一体型圧縮機について説明する。
【０００４】
図８は、従来の膨張機一体型圧縮機１００の縦断面図である。図８に示すように、膨張機一体型圧縮機１００は、膨張機構１０１、電動機１０２、圧縮機構１０３、およびこれらを上から下に順に収容したケーシング１０４を備えている。膨張機構１０１、電動機１０２、および圧縮機構１０３は、駆動軸１０５によって連結されている。ケーシング１０４には、圧縮機構１０３へ冷媒を導入するための吸入ポート１０６、圧縮された冷媒をケーシング１０４外へ導出するための吐出ポート１０７、膨張機構１０１へ冷媒を導入するための流入ポート１０８、および膨張した冷媒をケーシング１０４外へ導出するための流出ポート１０９が設置されている。
【０００５】
駆動軸１０５の下端部には、ケーシング１０４の底部に貯留した潤滑油を汲み上げるための油ポンプ１１１が設置されている。油ポンプ１１１によって汲み上げられた潤滑油は、駆動軸１０５内に形成された給油通路１１０を経由して、圧縮機構１０３および膨張機構１０１に供給される。
【０００６】
次に、冷媒の流れについて説明する。
【０００７】
圧縮機構１０３で圧縮された高温高圧の冷媒は、圧縮機構１０３の吐出口１０３ａからケーシング１０４内へ吐出される。ケーシング１０４内に吐出された冷媒は、電動機１０２を通過した後、放熱器（図示せず）に向かって吐出ポート１０７からケーシング１０４外に流出する。ケーシング１０４から流出した冷媒は、放熱器を通過することによって冷却され、中温高圧の状態となる。
【０００８】
放熱器を通過した冷媒は、流入ポート１０８から膨張機構１０１に流入する。膨張機構１０１に流入した冷媒は、膨張することによって低温低圧の状態となる。この際、膨張機構１０１の内部で冷媒が断熱膨張することによって、膨張エネルギーが発生する。そして、この膨張エネルギーは、膨張機構１０１において回収され、駆動軸１０５を駆動するエネルギーの一部として利用される。膨張後の冷媒は、蒸発器（図示せず）に向かって流出ポート１０９からケーシング１０４外に流出する。流出ポート１０９から流出した冷媒は、蒸発器を通過することによって加熱され、中温低圧の状態となる。
【０００９】
蒸発器を通過した冷媒は、吸入ポート１０６から圧縮機構１０３内に吸入され、再び圧縮される。
【特許文献１】特開２００３−１３９０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の膨張機一体型圧縮機１００では、圧縮冷媒に含まれる潤滑油の量を低減するため、圧縮機構１０３から吐出される圧縮冷媒をケーシング１０４外へ直接吐出させるのではなく、ケーシング１０４内の空間を流動させてから、ケーシング１０４外へ吐出させている。
【００１１】
しかしながら、圧縮冷媒は圧縮されたことで高温状態となっており、圧縮冷媒がケーシング１０４内を流動する過程で、高温の圧縮冷媒の熱が低温の膨張機構１０１に移動する。そのため、ケーシング１０４から吐出される冷媒のエンタルピーが減少する。その結果、冷凍サイクル装置の加熱能力が低下するという問題があった。
【００１２】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、圧縮冷媒から低温の膨張機構へ移動する熱量を低減することができ、密閉容器から吐出される冷媒のエンタルピーの減少を抑えることが可能な膨張機一体型圧縮機を提供することを目的とする。
【００１３】
なお、本明細書において「流動」とは、圧縮機構からケーシング（密閉容器）内に吐出された冷媒が、ケーシング（密閉容器）外に吐出される前に、電動機や膨張機構の周囲を通って移動する状態を意味する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る膨張機一体型圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機構構と、前記圧縮機構を駆動する電動機と、冷媒を膨張させる膨張機構と、前記圧縮機構と前記電動機と前記膨張機構とを連結するシャフトと、前記圧縮機構と前記電動機と前記膨張機構と前記シャフトとを収容するとともに内部に空間が形成され、前記圧縮機構によって圧縮された冷媒が前記内部空間を流動する密閉容器と、前記密閉容器の内部空間を流動する前の冷媒と前記密閉容器の内部空間を流動した後の冷媒との間の熱交換を促進させる熱交換促進部と、を備えたものである。
【００１５】
また、本発明に係る他の膨張機一体型圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する電動機と、冷媒を膨張させる膨張機構と、前記圧縮機構と前記電動機と前記膨張機構とを連結するシャフトと、前記圧縮機構と前記電動機と前記膨張機構と前記シャフトとを収容するとともに内部に空間が形成され、前記圧縮機構によって圧縮された冷媒が前記内部空間を流動する密閉容器と、前記密閉容器の内部空間内の冷媒を外部に吐出する吐出管と、前記圧縮機構より吐出された冷媒から熱を吸収し、この熱を前記吐出管から吐出される前の冷媒に放出する熱交換促進部と、を備えたものである。
【００１６】
なお、本明細書において、「熱交換促進部」とは、密閉容器の内部空間を流動する前の冷媒と密閉容器の内部空間を流動した後の冷媒との間の熱交換、または、圧縮機構から吐出された冷媒と吐出管から吐出される前の冷媒との間の熱交換を、従来よりも促進する部分をいう。
【００１７】
上記の構成により、圧縮機構から吐出された高温の冷媒は、密閉容器の内部空間を流動する前に、熱交換促進部によって吸熱され、温度が低下する。温度が低下した冷媒は、密閉容器の内部空間を流動する。密閉容器の内部空間を流動した後の冷媒は、熱交換促進部によって加熱され、温度が上昇する。温度が上昇した冷媒は、密閉容器の外部に吐出される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の膨張機一体型圧縮機によると、圧縮機構から吐出される冷媒が、密閉容器内を流動する前に吸熱されるため、密閉容器内を流動する冷媒の温度は、圧縮機構から吐出された直後の冷媒の温度よりも低温となる。したがって、膨張機構の周囲を流れる冷媒と膨張機構との温度差が小さくなるため、冷媒から膨張機構への熱の移動量を低減することができる。その結果、密閉容器から吐出される冷媒のエンタルピーの減少を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る膨張機一体型圧縮機の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る膨張機一体型圧縮機２の構成図である。なお、図１中の矢印は、冷媒の流れを表している。
【００２１】
図１に示すように、膨張機一体型圧縮機２は、密閉容器２１の内部に、冷媒を圧縮する圧縮機構３と、電動機５と、冷媒を膨張させる膨張機構４とを上から下に順に備え、これらをシャフト６で一軸に連結することにより構成されている。圧縮機構３は、吸入管４９を介して蒸発器７（図２参照）に接続されるとともに、吐出管５０を介して放熱器８に接続されている。膨張機構４は、吸入管４７を介して放熱器８に接続されるとともに、吐出管４８を介して蒸発器７に接続されている。
【００２２】
密閉容器２１内の底部には、潤滑油を貯留する油溜まり部２３が形成されている。シャフト６の下端部には、潤滑油を汲み上げる油ポンプ２９が設けられ、油ポンプ２９は油溜まり部２３の潤滑油に浸漬されている。また、シャフト６の内部には、シャフト６の軸方向に延びる給油路５８が形成されており、この給油路５８は圧縮機構３と膨張機構４のそれぞれに潤滑油を供給するための経路となっている。
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１を示す概略図である。図２に示すように、本発明の実施の形態１に係る膨張機一体型圧縮機２は、冷凍サイクル装置１の冷媒回路に組み込まれている。上記冷媒回路には、高圧部分（圧縮機構３から放熱器８を経て膨張機構４に至る部分）において超臨界状態となる冷媒として、二酸化炭素（ＣＯ２）が充填されている。
【００２４】
なお、本発明の実施の形態１における冷媒の種類は、特に限定されるものではなく、冷凍サイクル装置１の運転時に超臨界状態とならない冷媒（例えば、フロン系の冷媒等）であってもよい。
【００２５】
また、本発明の実施の形態１では、冷凍サイクル装置１の冷媒回路を、冷媒を一方向にのみ流通させる冷媒回路としているが、これに限られることはなく、冷媒の流通方向の変更が可能な冷媒回路であってもよい。例えば、四方弁等を設置することによって、暖房運転および冷房運転の可能な冷媒回路としてもよい。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態１に係る膨張機一体型圧縮機２について、具体的に説明する。
【００２７】
＜膨張機構４の構成＞
図１に示すように、膨張機構４はロータリ式であり、下方から上方に向かって順に第１膨張部４ａと第２膨張部４ｂとを備えている。
【００２８】
第１膨張部４ａは、略円筒状のシリンダ２４ａと、シリンダ２４ａ内に挿入された円筒状のピストン２５ａとを備えている。シリンダ２４ａには、径方向に延びるベーン溝が形成され、このベーン溝にはベーン２７ａと、ベーン２７ａをピストン２５ａに向かって付勢するばね２２ａとを設けている。
【００２９】
第２膨張部４ｂは、第１膨張部４ａとほぼ同様の構成を有している。すなわち、第２膨張部４ｂは、略円筒状のシリンダ２４ｂと、シリンダ２４ｂ内に挿入された円筒状のピストン２５ｂとを備えている。シリンダ２４ｂには、径方向に延びるベーン溝が形成され、このベーン溝にはベーン２７ｂと、ベーン２７ｂをピストン２５ｂに向かって付勢するばね２２ｂとを設けている。シャフト６の軸方向における第２膨張部４ｂの高さは、第１膨張部４ａよりも高くなっている。
【００３０】
また、膨張機構４は、ピストン２５ａ、２５ｂの内部に、それぞれシャフト６に形成された摺動可能な第１偏心部２８ａおよび第２偏心部２８ｂを有している。これにより、ピストン２５ａ、２５ｂは、第１偏心部２８ａおよび第２偏心部２８ｂによって、それぞれ偏心した状態でシリンダ２４ａ、２４ｂ内を旋回するように規制されている。
【００３１】
第１膨張部４ａと第２膨張部４ｂとは、仕切板３０によって仕切られている。仕切板３０には、第１膨張室２６ａと第２膨張室２６ｂとを連通させる連通孔５９が形成されている。なお、第１膨張室２６ａと第２膨張室２６ｂとは、それぞれ別個に冷媒を膨張させる膨張室であってもよいが、本発明の実施の形態１では、連通孔５９により、これら膨張室２６ａ、２６ｂを一つの膨張室として形成している。すなわち、本発明の実施の形態１では、冷媒は、第１膨張室２６ａおよび第２膨張室２６ｂにおいて、連続的に膨張する。
【００３２】
第１膨張部４ａの下部には下軸受３１が設けられ、第２膨張部４ｂの上部には上軸受３２が設けられており、下軸受３１および上軸受３２はそれぞれシャフト６を支持している。
【００３３】
第１膨張部４ａ内の第１膨張室２６ａは、シリンダ２４ａの内周面、ピストン２５ａの外周面、仕切板３０、および下軸受３１により形成されており、ベーン２７ａによって高圧側の膨張室と低圧側の膨張室とに仕切られている。また、第２膨張部４ｂ内の第２膨張室２６ｂは、シリンダ２４ｂの内周面、ピストン２５ｂの外周面、仕切板３０、および上軸受３２により形成されており、ベーン２７ｂによって高圧側の膨張室と低圧側の膨張室とに仕切られている。
【００３４】
吸入管４７は、密閉容器２１を貫通し、上軸受３２に接続されている。上軸受３２、シリンダ２４ｂ、仕切板３０、シリンダ２４ａ、および下軸受３１には、一連の吸入路３４が形成されている。吸入路３４は吸入管４７と連通し、吸入管４７から吸入された冷媒を第１膨張室２６ａに導いている。
【００３５】
吐出管４８は、密閉容器２１を貫通し、上軸受３２に接続されている。また、上軸受３２には、吐出路３３が形成されている。吐出路３３は吐出管４８と連通し、第２膨張室２６ｂの膨張後の冷媒を吐出管４８に導いている。
【００３６】
＜圧縮機構３の構成＞
図１に示すように、圧縮機構３はスクロール式であり、固定スクロール３５と、固定スクロール３５とシャフト６の軸方向において上下に対向する可動スクロール３６と、可動スクロール３６を支持するシャフト６と、シャフト６を支持する軸受３７とを備えている。
【００３７】
固定スクロール３５には、渦巻形状（例えば、インボリュート形状等）のラップ３８と、上向きに開口する吐出口４０とが形成されている。可動スクロール３６には、固定スクロール３５のラップ３８と噛み合うラップ３９が形成されている。ラップ３８、３９により形成された複数の空間は、渦巻状の圧縮室４１として区画されている。また、可動スクロール３６は、シャフト６の上端に形成された偏心部４２に支持されており、シャフト６の軸心から偏心した状態で公転する。可動スクロール３６の下側には、可動スクロール３６の自転を防止するオルダムリング４３が配置されている。
【００３８】
固定スクロール３５の上側と、固定スクロール３５および軸受３７の側方とには、カバー４４が設けられている。固定スクロール３５の上面とカバー４４との間、および、固定スクロール３５の側面および軸受３７の側面とカバー４４との間には、圧縮機構３の吐出口４０から吐出された冷媒を流通させる吐出路４５が形成されている。このような構成により、吐出口４０から吐出された冷媒は、カバー４４内の空間にいったん吐出された後、吐出路４５を通じて圧縮機構３の下方に吐出される。
【００３９】
吸入管４９は、密閉容器２１を貫通し、固定スクロール３５に接続されている。吐出管５０は、密閉容器２１の上部に貫通して接続されている。すなわち、吐出管５０の下端は、密閉容器２１内の圧縮機構３の上方空間に開口している。厳密には、吐出管５０の下端は、密閉容器２１内のカバー４４の上方空間に開口している。なお、圧縮機構３は、密閉容器２１の内壁に溶接等により接合されている。
【００４０】
＜電動機５の構成＞
図１に示すように、電動機５は、シャフト６の中途部に固定された回転子５ａと、回転子５ａの外周側に所定の間隔をおいて配置された固定子５ｂとから構成されている。固定子５ｂが密閉容器２１の内壁に溶接等により接合されることにより、電動機５は密閉容器２１に固定されている。
【００４１】
＜熱交換促進部５３の構成＞
図３（ａ）は、図３（ｂ）のIIIａ−IIIａ断面線における膨張機一体型圧縮機２の縦断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のIIIｂ−IIIｂ断面線における膨張機一体型圧縮機２の横断面図である。本発明の実施の形態１における熱交換促進部５３は、圧縮機構３から密閉容器２１内に吐出される直前の冷媒から熱を吸収する吸熱部と、吸熱部で吸収した熱を放熱部に移動させる伝熱部と、伝熱部から送られた熱を密閉容器２１から吐出される直前の冷媒に放熱する放熱部とで構成されている。
【００４２】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、吐出路４５における固定スクロール３５の上側の空間には、熱交換促進部５３の吸熱部として、第一伝熱体５１ａが設けられている。また、密閉容器２１の吐出管５０の内部およびその近傍には、熱交換促進部５３の放熱部として、第二伝熱体５１ｂが設けられている。第一伝熱体５１ａおよび第二伝熱体５１ｂは、ガス冷媒を通過させつつ、そのガス冷媒と熱交換を行う部材である。第一伝熱体５１ａおよび第二伝熱体５１ｂの具体的構成は特に限定されないが、ガス冷媒の流通抵抗が少なく、かつ、ガス冷媒と熱交換しやすいものが好ましい。例えば、第一伝熱体５１ａおよび第二伝熱体５１ｂとして、熱伝導率の高い材料からなる薄膜や細線を編んだもの、あるいは、多数の細孔および細溝を有する多層平板等を好適に用いることができる。
【００４３】
熱交換促進部５３の伝熱部としては、吸熱部で吸収した熱を放熱部に良好に伝えるものが好ましい。本実施の形態では、熱交換促進部５３として、ヒートパイプ４６が設けられている。ヒートパイプ４６は、カバー４４を貫通して上下方向に延びており、第一伝熱体５１ａと第二伝熱体５１ｂとを連結している。ヒートパイプ４６は、第一伝熱体５１ａで吸収した熱を第二伝熱体５１ｂに移動させる。ヒートパイプ４６は、筒状の金属容器内にウィックと作動液とを有している。ヒートパイプ４６の上下端部を除いた部分は、断熱材６０で被覆されており、断熱部４６ｂとなっている。ヒートパイプ４６の下端部は、断熱材６０によって被覆されておらず、熱を吸収することによって作動液が蒸発する蒸発部４６ａとなっている。一方、ヒートパイプ４６の上端部は、断熱材６０によって被覆されておらず、熱を放出することによって作動液の蒸気が凝縮する凝縮部４６ｃとなっている。
【００４４】
なお、本発明の実施の形態１における熱交換促進部５３の伝熱部は、上述のヒートパイプ４６に限られることはなく、例えば銀、銅、アルミニウム合金などからなる中実棒体に断熱材を被覆したものであってもよい。熱交換促進部５３の伝熱部は、吸熱部から放熱部に熱を伝えるものであればよい。伝熱部の形状は棒状に限定されるわけではない。
【００４５】
＜膨張機一体型圧縮機２の動作＞
本発明の実施の形態１における膨張機一体型圧縮機２では、電動機５が駆動されると、シャフト６が回転する仕組みとなっている。
【００４６】
膨張機構４にあっては、シャフト６の回転に伴って、ピストン２５ａ、２５ｂが旋回する。これにより、吸入管４７から吸入された高圧の冷媒は、吸入路３４を通じて第１膨張室２６ａに流入する。第１膨張室２６ａに流入した高圧の冷媒は、第１膨張室２６ａ内および第２膨張室２６ｂ内で膨張し、低圧の冷媒となる。この低圧の冷媒は、吐出路３３を通じて吐出管４８に流れ込み、密閉容器２１の外部に吐出される。
【００４７】
圧縮機構３にあっては、シャフト６の回転に伴って、可動スクロール３６が旋回する。これにより、吸入管４９から冷媒が吸入される。吸入された低圧の冷媒は、圧縮室４１で圧縮された後、高圧の冷媒となって吐出口４０から吐出路４５へ吐出される。そして、吐出口４０から吐出された冷媒は、吐出路４５を通じて圧縮機構３の下方に導かれ、密閉容器２１内を流動後、吐出管５０を通じて密閉容器２１の外部に吐出される。
【００４８】
＜熱交換促進部５３の作用＞
まず、伝熱部を構成するヒートパイプ４６の作用について説明する。上述したように、ヒートパイプ４６は、蒸発部４６ａ、断熱部４６ｂ、および凝縮部４６ｃで構成されている。ヒートパイプ４６中の作動液は、蒸発部４６ａで加熱されて蒸発し、ウィックの毛細管作用で断熱部４６ｂを介して凝縮部４６ｃへ移動する。その後、低温部である凝縮部４６ｃで作動液の蒸気が凝縮し、放熱する。したがって、ヒートパイプ４６を用いることで、吸熱部から放熱部に熱を容易に伝えることができる。すなわち、ヒートパイプ４６を用いることによって、離れた場所に熱を容易に伝えることができる。本発明の実施の形態１では、第一伝熱体５１ａと第二伝熱体５１ｂとをヒートパイプ４６で連結することで、高温の第一伝熱体５１ａから低温の第二伝熱体５１ｂに対し、圧縮機構３から密閉容器２１内へ吐出される直前の冷媒の熱を移動させている。
【００４９】
次に、吸熱部である第一伝熱体５１ａと、放熱部である第二伝熱体５１ｂの作用について説明する。吐出路４５内の第一伝熱体５１ａは、圧縮機構３から密閉容器２１内へ吐出される直前の冷媒の熱を吸収する。上記吸収された熱は、第一伝熱体５１ａからヒートパイプ４６を介して、第二伝熱体５１ｂに移動する。圧縮機構３から吐出路４５を通じて密閉容器２１内へ吐出される直前の冷媒は、第一伝熱体５１ａで熱を奪われた後、吐出路４５から吐出されて密閉容器２１内を流動する。その後、密閉容器２１から吐出される直前に、第二伝熱体５１ｂによって加熱されてから、密閉容器２１外に吐出される。
【００５０】
以上のように、本発明の実施の形態１によれば、熱交換促進部５３である第一伝熱体５１ａ、第二伝熱体５１ｂ、およびヒートパイプ４６を用いることにより、密閉容器２１の内部空間を流動する前の冷媒と、密閉容器２１内を流動した後の冷媒とを熱交換させることができる。
【００５１】
従来の膨張機一体型圧縮機では、圧縮機構から密閉容器内に直接吐出された高温の冷媒が、密閉容器内を流動して、低温である膨張機構を加熱していた。言い換えると、圧縮機構から密閉容器内に直接吐出された高温の冷媒から膨張機構に対して、熱移動が行われていた。これに対し、本発明の実施の形態１における膨張機一体型圧縮機２では、圧縮機構３の吐出口４０から吐出された高温の冷媒は、第一伝熱体５１ａによって冷却されてから、密閉容器２１内に吐出され、密閉容器２１内を流動する。すなわち、高温の圧縮機構３の吐出冷媒よりも低温になった冷媒が密閉容器２１内を流動する。そのため、圧縮機構３から密閉容器２１内に吐出された冷媒と膨張機構４との温度差が小さくなり、上記冷媒と膨張機構４との間の熱の移動量を低減させることができる。
【００５２】
本発明の実施の形態１に係る膨張機一体型圧縮機２によれば、圧縮機構３の上方および側方の一部を覆うカバー４４を備えており、カバー４４の内側に、圧縮機構３の吐出口４０から吐出された冷媒を密閉容器２１の内部空間に導く吐出路４５が形成されている。また、第一伝熱体５１ａはカバー４４の内側に配置され、ヒートパイプ４６はカバー４４を貫通して上下方向に延びており、第二伝熱体５１ｂはカバー４４の外側に配置されている。これにより、圧縮機構３から吐出された冷媒を、第一伝熱体５１ａ、密閉容器２１の内部空間、第二伝熱体５１ｂの順に円滑に導くことができ、上述の効果を顕著に発揮させることができる。
【００５３】
ところで、高温の冷媒は低温の冷媒よりも密度が低いので、密閉容器２１内の冷媒の温度分布は、上から下に向かって温度が低下していくような分布が好ましい。本発明の実施の形態１に係る膨張機一体型圧縮機２によれば、圧縮機構３は膨張機構４よりも上方に配置されている。すなわち、高温状態となる圧縮機構３は密閉容器２１内の上側に配置され、低温状態となる膨張機構４は密閉容器２１内の下側に配置されている。また、吐出管５０は、密閉容器２１における圧縮機構３よりも上側の部分、具体的には、密閉容器２１の上壁に接続されている。これにより、圧縮機構３から吐出された冷媒と膨張機構４との間の熱の移動を、より効果的に抑制することができる。
【００５４】
なお、本発明の実施の形態１において、第一伝熱体５１ａと第二伝熱体５１ｂとを設けずに、ヒートパイプ４６の蒸発部４６ａ、凝縮部４６ｃをそれぞれ吸熱部、放熱部として、圧縮機構３から吐出される冷媒と直接熱交換させても、上記と同様の効果を得ることができる。すなわち、熱交換促進部をヒートパイプ４６で構成しても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
図４は、膨張機一体型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置における冷媒の圧力およびエンタルピーの関係を表したモリエル線図である。以下、本発明の実施の形態１における膨張機一体型圧縮機２を用いた場合と、従来の膨張機一体型圧縮機を用いた場合の冷凍サイクル装置におけるモリエル線図について説明する。
【００５６】
図４に示す作動線Ａは、圧縮機構から吐出された冷媒と膨張機構との間で熱移動がないときの冷媒の状態を表しており、膨張機構では冷媒の完全断熱状態の膨張エネルギー（Ｌａ）を回収する。このとき、密閉容器内の吐出冷媒の温度は最も高くなっている。
【００５７】
従来の膨張機一体型圧縮機では、圧縮機構から密閉容器内に直接吐出された高温の冷媒が、そのまま密閉容器内を流動して、吐出冷媒の熱が低温の膨張機構に移動するため、作動線Ｂのようになる。したがって、膨張機構内の冷媒のエンタルピーが増加するため、膨張機構で回収する膨張エネルギー（Ｌｂ）が大きくなり、上記完全断熱状態の膨張エネルギー（Ｌａ）に比べて大きくなる。一方、圧縮機構から吐出された冷媒の熱量は膨張機構で奪われるため、密閉容器から吐出される冷媒のエンタルピーは減少する。
【００５８】
しかしながら、本発明の実施の形態１における膨張機一体型圧縮機２では、圧縮機構３の吐出口４０から吐出された高温の冷媒よりも低温になった冷媒が密閉容器２１内を流動するため、圧縮機構３から密閉容器２１内に吐出された冷媒と膨張機構４との温度差が小さくなり、膨張機構４に対する上記冷媒の熱移動が低減するため、作動線Ｃのようになる。すなわち、本発明の実施の形態１では、圧縮機構３の吐出口４０の付近で冷媒の熱が第一伝熱体５１ａに移動することで、密閉容器２１内を流動する圧縮機構３から吐出された冷媒の温度を低い状態にすることができる。
【００５９】
したがって、上記従来の膨張機一体型圧縮機と比べて、本発明の実施の形態１に係る膨張機一体型圧縮機２では、膨張機構４内の冷媒のエンタルピーの増加、および膨張機構４で回収する膨張エネルギーの増加を抑制することができる。その結果、本発明の実施の形態１では、膨張機構４で回収する膨張エネルギー（Ｌｃ）を、従来の膨張機構で回収する膨張エネルギー（Ｌｂ）に比べて減少させることができる。
【００６０】
また、本発明の実施の形態１における膨張機一体型圧縮機２では、圧縮機構３の吐出口４０から、第一伝熱体５１ａ、ヒートパイプ４６、第二伝熱体５１ｂへと、順に冷媒の熱を移動させている。そのため、圧縮機構３から吐出された冷媒は、密閉容器２１内を流動した後、第二伝熱体５１ｂで加熱されてから、密閉容器２１外に吐出されるので、密閉容器２１からの吐出冷媒の温度を高く保つことができる。
【００６１】
したがって、本発明の実施の形態１における膨張機一体型圧縮機２は、従来の膨張機一体型圧縮機と比べて、膨張機構４内の冷媒のエンタルピーの増加が抑制されるため、膨張機構４で回収する膨張エネルギー（Ｌｃ）を、従来よりも減少させることができる。また、その一方で、圧縮機構３から吐出された冷媒が密閉容器２１内を流動した後、第二伝熱体５１ｂで加熱されるため、密閉容器２１外に吐出される冷媒のエンタルピーを高く保つことが可能である。そのため、冷凍サイクル装置１の加熱能力の低下を抑えることができる。
【００６２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る膨張機一体型圧縮機は、実施の形態１の膨張機一体型圧縮機２において、熱交換促進部５３に変更を加えたものである。熱交換促進部５３以外の部分は実施の形態１と同様であるので、それらの説明は省略する。
【００６３】
図５（ａ）に示すように、本発明の実施の形態２に係る膨張機一体型圧縮機２Ｂでは、熱交換促進部５３は、圧縮機構３の上方に配置された伝熱プレート６１と、伝熱プレート６１からカバー４４を貫通して上方に延びる伝熱棒６２と、伝熱棒６２に設けられた伝熱フィン６３とを備えている。本実施の形態では、これら伝熱プレート６１および伝熱棒６２は一体的に形成されている。ただし、伝熱プレート６１と伝熱棒６２とは、別体に形成され、接合等により互いに組み立てられていてもよい。
【００６４】
伝熱プレート６１は、カバー４４の内側に配置されており、圧縮機構３の吐出口４０から吐出される冷媒から熱を吸収する。
【００６５】
図５（ｂ）に示すように、伝熱棒６２は４本設けられている。これらの伝熱棒６２は、平面視においてシャフト６の軸心を中心とした円周上に配置され、等間隔に並べられている。ただし、伝熱棒６２の本数は何ら限定されるものではない。また、伝熱棒６２の長さおよび外径も、特に限定されない。複数の伝熱棒６２のうちいずれか１または２本以上の伝熱棒６２は、他の伝熱棒６２と長さまたは外径が異なっていてもよい。
【００６６】
なお、伝熱棒６２は、円柱状に限らず、楕円柱状等であってもよい。また、伝熱棒６２は、四角柱状等の多角柱状であってもよい。さらに、伝熱棒６２は、中実棒に限らず、中空棒であってもよい。
【００６７】
伝熱フィン６３の形状は何ら限定されないが、本実施の形態では、伝熱フィン６３はリングフィンである。伝熱フィン６３の大きさや枚数も特に限定される訳ではない。伝熱棒６２ごとに異なる伝熱フィン６３を設けることももちろん可能である。
【００６８】
伝熱プレート６１、伝熱棒６２および伝熱フィン６３には、熱伝導率の高い材料を用いることが好ましい。本実施の形態では、伝熱プレート６１、伝熱棒６２および伝熱フィン６３は、銅で形成されている。ただし、伝熱プレート６１、伝熱棒６２または伝熱フィン６３は、アルミニウム等の他の金属等で形成されていてもよい。
【００６９】
次に、熱交換促進部５３の作用について説明する。熱交換促進部５３の伝熱プレート６１は、圧縮機構３の吐出口４０より吐出された冷媒から熱を吸収する。伝熱プレート６１によって吸収された熱は、伝熱棒６２を通じて上方に流れ、その一部は伝熱フィン６３に伝わる。そして、伝熱棒６２および伝熱フィン６３は、それらの周囲を流れる冷媒に熱を放出する。
【００７０】
このように、実施の形態２では、伝熱プレート６１は、圧縮機構３の吐出冷媒から熱を吸収する吸熱部となり、伝熱棒６２および伝熱フィン６３は、吐出管５０から吐出される前の冷媒に熱を放出する放熱部となる。なお、伝熱棒６２は、吸熱部から放熱部に熱を伝える伝熱部としても機能する。
【００７１】
圧縮機構３の吐出口４０から吐出された冷媒は、カバー４４内の空間にいったん吐出され、熱交換促進部５３の伝熱プレート６１によって冷却された後、吐出路４５を通じて圧縮機構３の下方に吐出される。圧縮機構３の下方に吐出された冷媒は、電動機５や膨張機構４の周囲を流動した後、圧縮機構３の上方に流れ込む。圧縮機構３の上方に流れ込んだ冷媒は、熱交換促進部５３の伝熱棒６２および伝熱フィン６３の周囲を流れ、これら伝熱棒６２および伝熱フィン６３によって加熱される。そして、加熱された冷媒は、吐出管５０を通じて密閉容器２１の外部に吐出される。
【００７２】
したがって、本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施の形態においても、密閉容器２１内を流動する冷媒の温度が低下するので、膨張機構４と上記流動冷媒との間の熱移動を抑制することができる。そのため、膨張機構４内の冷媒のエンタルピーの増加を抑制することができ、膨張機構４で回収する膨張エネルギーを従来よりも減少させることができる。また、本実施の形態においても、密閉容器２１内を流動した冷媒を、吐出管５０から吐出される前に加熱することができる。したがって、密閉容器２１の外部に吐出される冷媒の温度を高く保つことができ、エンタルピーを高く保つことが可能となる。その結果、冷凍サイクル装置１の加熱能力の低下を抑えることができる。
【００７３】
なお、本実施の形態において、伝熱フィン６３を省略することも可能である。また、伝熱棒６２の代わりに複数の伝熱ピンを設け、これら伝熱ピンをいわゆるピンフィンとして利用するようにしてもよい。また、伝熱棒６２の代わりに、カバー４４を貫通する伝熱フィンを伝熱プレート６１から立ち上げるようにしてもよい。
【００７４】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る膨張機一体型圧縮機は、実施の形態２の膨張機一体型圧縮機２Ｂにおいて、熱交換促進部５３に変更を加えたものである。
【００７５】
図６に示すように、本実施の形態では、伝熱プレート６１（図５参照）が省略され、伝熱棒６２がカバー４４に一体的に形成されている。このように、実施の形態３に係る膨張機一体型圧縮機２Ｃでは、熱交換促進部５３は、カバー４４と、カバー４４の外側に一体的に形成された伝熱棒６２および伝熱フィン６３とを有している。
【００７６】
本実施の形態では、カバー４４自体が、圧縮機構３から吐出された冷媒から熱を吸収する吸熱部を形成している。なお、カバー４４の材料は、従来と同じように鉄でもよいが、鉄よりも熱伝導率の高い材料（例えば銅等）がより好ましい。また、カバー４４は一体物でなくてもよく、複数の部材を組み合わせたものであってもよい。その場合、カバー４４における伝熱棒６２が設けられた部分は、熱伝導率の高い材料で形成されていることが好ましい。
【００７７】
本実施の形態においても、前記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
なお、本実施の形態では、伝熱棒６２はカバー４４に一体的に形成されているが、伝熱棒６２を溶接等によってカバー４４に接合することももちろん可能である。また、伝熱棒６２の形状、個数、長さ等が限定されないことは、実施の形態２と同様である。また、伝熱棒６２の代わりに、カバー４４の外側に伝熱フィンを設けてもよい。
【００７９】
（実施の形態４）
ところで、前述の実施の形態において、「熱交換促進部」とは、圧縮機構３から吐出された冷媒と吐出管５０から吐出される前の冷媒との間の熱交換を、従来よりも促進する部分をいう。従来は、圧縮機構３の上方を覆うカバー４４は、鉄で形成されていた。そのため、従来の膨張機一体型圧縮機であっても、圧縮機構３から吐出された冷媒と吐出管５０から吐出される前の冷媒との間で、カバー４４を介して若干の熱交換が行われる可能性がある。しかし、本明細書における「熱交換促進部」は、それ以上に熱交換を促進する部分である。
【００８０】
図７に示すように、本発明の実施の形態４に係る膨張機一体型圧縮機２Ｄは、カバー４４を鉄よりも熱伝導率の高い材料（例えば、銅等）で形成し、カバー４４自体で熱交換促進部を形成したものである。本実施の形態では、カバー４４の内側が吸熱部となり、カバー４４の外側が放熱部となる。
【００８１】
熱交換の促進という観点からすれば、前述の実施形態のようにカバー４４以外に伝熱体を設けることが好ましいが、本実施の形態であっても、従来と比較して、圧縮機構３から吐出された冷媒と吐出管５０から吐出される前の冷媒との間の熱交換を促進することができる。また、本実施の形態によれば、カバー４４の外側にフィン等がないので、吐出管５０から吐出される前の冷媒の圧力損失を低減させることができる。
【００８２】
なお、カバー４４は一体物であってもよいが、複数の部材を組み合わせたものであってもよい。圧縮機構３から吐出された冷媒と吐出管５０から吐出される前の冷媒との間の熱交換を促進するのは、主にカバー４４の上側部分４４ａである。そのため、カバー４４の上側部分４４ａを鉄よりも熱伝導率の高い材料で形成し、その他の部分を他の材料で形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の膨張機一体型圧縮機は、熱交換促進部を有することで、密閉容器内における冷媒温度をコントロールすることができ、冷凍サイクル装置の加熱能力を向上させることができる。特に、膨張機一体型圧縮機を用いるヒートポンプの高効率化を実現するものとして、多大な利用価値を有する。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施の形態１における膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図２】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置を示す概略図
【図３】（ａ）は図１の熱交換促進部の縦断面図、（ｂ）は図１の熱交換促進部の横断面図
【図４】膨張機一体型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置におけるモリエル線図
【図５】（ａ）は本発明の実施の形態２における膨張機一体型圧縮機の熱交換促進部の縦断面図、（ｂ）は同熱交換促進部の横断面図
【図６】本発明の実施の形態３に係る膨張機一体型圧縮機の熱交換促進部の縦断面図
【図７】本発明の実施の形態４に係る膨張機一体型圧縮機の熱交換促進部の縦断面図
【図８】従来の膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【符号の説明】
【００８５】
１                冷凍サイクル装置
２、２Ｂ、１００  膨張機一体型圧縮機
３                圧縮機構
４                膨張機構
４ａ              第１膨張部
４ｂ              第２膨張部
５                電動機
５ａ              回転子
５ｂ              固定子
６                シャフト
７                蒸発器
８                放熱器
２１              密閉容器
２２ａ            第１膨張部のばね
２２ｂ            第２膨張部のばね
２３              油溜まり部
２４ａ            第１膨張部のシリンダ
２４ｂ            第２膨張部のシリンダ
２５ａ            第１膨張部のピストン
２５ｂ            第２膨張部のピストン
２６ａ            第１膨張室
２６ｂ            第２膨張室
２７ａ            第１膨張部のベーン
２７ｂ            第２膨張部のベーン
２８ａ            第１偏心部
２８ｂ            第２偏心部
２９              油ポンプ
３０              仕切板
３１              下軸受
３２              上軸受
３３              吐出路
３４              吸入路
３５              固定スクロール
３６              可動スクロール
３７              軸受
３８              固定スクロールのラップ
３９              可動スクロールのラップ
４０              吐出口
４１              圧縮室
４２              偏心部
４３              オルダムリング
４４              カバー
４５              吐出路
４６              ヒートパイプ
４７              膨張機構の吸入管（第二の配管）
４８              膨張機構の吐出管（第三の配管）
４９              圧縮機構の吸入管（第四の配管）
５０              圧縮機構の吐出管（第一の配管）
５１ａ            第一伝熱体
５１ｂ            第二伝熱体
５３              熱交換促進部
５８              給油路
５９              連通孔
１０１            膨張機構
１０２            電動機
１０３            圧縮機構
１０４            ケーシング
１０５            駆動軸
１０６            吸入ポート
１０７            吐出ポート
１０８            流入ポート
１０９            流出ポート
１１０            給油通路
１１１            油ポンプ
【図１】
2008175496.tif 000003
【図２】
2008175496.tif 000004
【図３】
2008175496.tif 000005
【図４】
2008175496.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008175496.tif 000008
【図７】
2008175496.tif 000009
【図８】
2008175496.tif 000010