(57)【要約】【課題】分離型膨張機において、低温で粘度の高いオイルが発電機に流れ込み、エネルギー損失が発生していた。【解決手段】底部にオイル溜まり２５を形成する密閉容器１８ｄと、前記密閉容器１８ｄ内で前記オイル溜まり２５の上方に設けられた発電機１６と、前記密閉容器１８ｄ内で前記発電機１６の上方に設けられ、作動流体から動力を回収する膨張機構１５と、内部に給油経路１８ｃが形成され、前記膨張機構１５で回収された動力を前記発電機１６に伝達するように、前記発電機１６と前記膨張機構１５とを連結するシャフト２６と、前記シャフト２６の下端に設けられ、前記給油経路１８ｃを介して、前記オイル溜まり２５のオイルを前記膨張機構１５に供給するオイルポンプ１８ｍと、前記密閉容器１８ｄの外部に設けられ、前記膨張機構１５から流出したオイルを前記発電機１６の下側の下部空間１８ｓに戻すオイル戻し管４ａとを含む膨張機。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部にオイル溜まりを形成する密閉容器と、
前記密閉容器の内部において前記オイル溜まりの上方に設けられた発電機と、
前記密閉容器の内部において前記発電機の上方に設けられ、作動流体から動力を回収する膨張機構と、
内部に給油経路が形成され、前記膨張機構で回収された動力を前記発電機に伝達するように、前記発電機と前記膨張機構とを連結するシャフトと、
前記シャフトの下端に設けられ、前記給油経路を介して、前記オイル溜まりのオイルを前記膨張機構に供給するオイルポンプと、
前記密閉容器の外部に設けられ、前記膨張機構から流出したオイルを前記発電機の下側の下部空間に戻すオイル戻し管と、
を含む膨張機。
【請求項２】
前記オイル戻し管は、一端が前記発電機の上側の上部空間に開口し、他端が前記オイル溜まりに開口している、請求項１に記載の膨張機。
【請求項３】
前記オイル戻し管は、一端が前記発電機の上側の上部空間に開口し、他端が前記オイルポンプ直下で開口している、請求項１に記載の膨張機。
【請求項４】
前記膨張機構は、前記シャフトを軸支する主軸受部材を備え、
前記主軸受部材は、前記給油経路から供給されたオイルが貯留される空間を備え、前記空間から前記オイル戻し管へオイルを導く、オイル経路を設けていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の膨張機。
【請求項５】
前記上部空間に、前記主軸受部材の下端面を囲うオイルホルダーを備え、前記オイル戻し管は、前記オイルホルダーと前記主軸受部材との間の空間に開口していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の膨張機。
【請求項６】
前記主軸受部材の摺動面に油溝が設けられ、前記油溝の下端側に前記オイル戻し管の上端部を設置したことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の膨張機。
【請求項７】
二酸化炭素を作動流体とする冷凍サイクルに用いることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の膨張機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の膨張機を用いることを特徴とする、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、膨張機およびそれを用いた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置において、膨張機を圧縮機とは分離して構成する、いわゆる分離型の膨張機を用いた冷凍サイクル装置が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図８は、従来の分離型の膨張機１８を用いた動力回収式の冷凍サイクル装置２の概略図である。図８に示すように、従来の冷凍サイクル装置２は、圧縮機１３、放熱器１４、膨張機１８、および蒸発器１９が、配管２０によって順に接続されて構成されている。また、圧縮機１３と膨張機１８とは、連絡管２１によって接続されている。
【０００４】
圧縮機１３は、密閉容器１２の内部にスクロール式の圧縮機構１０と電動機１１とを備え、圧縮機構１０と電動機１１とはシャフト２３により接続されている。また、密閉容器１２の底部には、オイル溜まり２２を備えている。
【０００５】
膨張機１８は、密閉容器１８ｄの内部にスクロール式の膨張機構１５と発電機１６とを備え、膨張機構１５と発電機１６とはシャフト２６により接続されている。また、密閉容器１８ｄの底部には、オイル溜まり２５を備えている。
【０００６】
以下、従来のスクロール式の膨張機構１５を有する膨張機１８について詳細に説明する。図９は、従来の分離型の膨張機１８の縦断面図である。図９に示すように、膨張機１８の密閉容器１８ｄの内部には、シャフト２６により接続されたスクロール式の膨張機構１５と発電機１６が備えられ、その底部には、潤滑用のオイルを貯留するオイル溜まり２５が備えられている。
【０００７】
密閉容器１８ｄの上部には、放熱器１４からの冷媒を吸入するための吸入管１８ｕと、冷媒を蒸発器１９へ吐出するための吐出管１８ｗが、密閉容器１８ｄを貫通して備えられている。また、密閉容器１８ｄの下部には、膨張機１８の密閉容器１８ｄ内と圧縮機１３の密閉容器１２内のオイル量および冷媒量のバランスをとるための連絡管２１が、密閉容器１８ｄを貫通して発電機１６の下方に備えられている。これにより、膨張機１８の密閉容器１８ｄの内部と圧縮機１３の密閉容器１２の内部が連通して、均一の圧力状態に保たれるので、一方にオイル量が偏るために他方のオイル量が枯渇して発生する潤滑不良等を防止することができる。
【０００８】
膨張機構１５は、主軸受部材１８ａ、固定スクロール１８ｂ、および旋回スクロール１８ｃを備えている。
【０００９】
主軸受部材１８ａは、溶接や焼き嵌めなどによって密閉容器１８ｄの内部に固定され、シャフト２６の主軸部１８ｆを軸支している。固定スクロール１８ｂは、主軸受部材１８ａ上にボルト（図示せず）によって固定されている。旋回スクロール１８ｃは、主軸受部材１８ａと固定スクロール１８ｂとの間に挟み込まれ、シャフト２６の上端部に形成された偏心軸部１８ｉと嵌合し、シャフト２６の回転により偏心運動する。旋回スクロール１８ｃと主軸受部材１８ａとの間には、旋回スクロール１８ｃの自転を防止して円軌道運動するように案内する、オルダムリングなどによる自転規制機構１８ｋが設けられている。
【００１０】
固定スクロール１８ｂおよび旋回スクロール１８ｃは、渦巻状のラップ１８ｇ、１８ｈをそれぞれ備えている。ラップ１８ｇとラップ１８ｈとが互いに噛み合わさって設置されることにより、旋回スクロール１８ｃと固定スクロール１８ｂとの間に、膨張室１８ｊが形成される。膨張室１８ｊは、旋回スクロール１８ｃが偏心運動することにより、その容積を拡大させながら中心部から外周側に移動する。
【００１１】
また、固定スクロール１８ｂには、吸入管１８ｕと連通する吸入路１８ｖ、および吐出管１８ｗと連通する吐出路１８ｙが形成されている。吸入路１８ｖは、膨張室１８ｊの中心部と連通し、吐出路１８ｙは、膨張室１８ｊの外周端と連通している。
【００１２】
シャフト２６の下端部は、オイル通過口１８ｚを備えた副軸受部材１８ｌによって支持され、その先端にはオイルポンプ１８ｍを備えている。シャフト２６の内部には、軸方向に設けられた給油経路１８ｏが形成されている。シャフト２６の上端部と主軸受部材１８ａとの間には、給油経路１８ｏの上端より供給されるオイルを貯留するためのオイル貯留空間１８ｘが設けられている。
【００１３】
発電機１６は、主軸受部材１８ａと副軸受部材１８ｌとの間に位置し、密閉容器１８ｄに固定された固定子１８ｐと、シャフト２６に結合された回転子１８ｑとで構成されている。
【００１４】
次に、従来の冷凍サイクル装置２における冷媒の流れを、図８を用いて説明する。図８に示すように、冷媒は、圧縮機１３に吸入されると、圧縮機構１０において昇温昇圧される。そして、高温高圧となった冷媒は、一度、密閉容器１２内に蓄えられてから、放熱器１４に向けて吐出される。放熱器１４に流入した冷媒は、空気や水と熱交換して放熱することで低温になり、膨張機１８に向けて吐出される。膨張機１８に流入した冷媒は、膨張機構１５に直接吸入されて膨張する。そして、低温低圧となった冷媒は、膨張機構１５から直接、蒸発器１９に向けて吐出される。蒸発器１９に流入した冷媒は、外部から受熱して高温となり、再び圧縮機１３に吸入される。このように、冷凍サイクル装置２では、冷媒は上記循環を繰り返している。また同時に、圧縮機１３、膨張機１８からの吐出冷媒と共に吐出されるオイルも、冷媒と共に循環する。
【００１５】
従来の膨張機１８における冷媒の流れを、図９を用いて詳細に説明する。図９に示すように、放熱器１４からの吐出冷媒は、密閉容器１８ｄの上部に設けられた吸入管１８ｕから流れ込み、吸入路１８ｖを介して膨張室１８ｊの中心部へ吸入される。膨張室１８ｊに吸入された冷媒は、旋回スクロール１８ｃの偏心運動による膨張室１８ｊの容積変化に伴って膨張する。その後、低温低圧となった冷媒は、膨張室１８ｊの外周端に形成された吐出路１８ｙを介して、吐出管１８ｗより密閉容器１８ｄの外部に直接吐出される。
【００１６】
従来の冷凍サイクル装置２では、上記膨張機１８での冷媒の減圧工程により発生する膨張エネルギーを回収して、圧縮機１３の駆動エネルギーに利用することで、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。
【００１７】
次に、従来の圧縮機１３におけるオイルの流れを、図８を用いて説明する。図８に示すように、密閉容器１２の底部に設けられたオイル溜まり２２から、オイルポンプ（図示せず）によって汲み上げられたオイルは、シャフト２３内に設けられた給油経路（図示せず）を通って、圧縮機構１０へと導入される。圧縮機構１０へ導入されたオイルは、冷媒と共に一度、密閉容器１２内へ吐出される。そして、密閉容器１２内で冷媒と共に回流する大部分のオイルは、重力や遠心力により冷媒流から分離されて、オイル溜まり２２へと戻る。
【００１８】
続いて、従来の膨張機１８におけるオイルの流れを、図９を用いて詳細に説明する。図９に示すように、密閉容器１８ｄの底部に設けられたオイル溜まり２５から、オイルポンプ１８ｍによって汲み上げられたオイルは、シャフト２６内に設けられた給油経路１８ｏを通って上方へ送られ、給油経路１８ｏの上端からオイル貯留空間１８ｘへと供給される。
【００１９】
オイル貯留空間１８ｘに供給されたオイルの大部分は、主軸受部材１８ａとシャフト２６間のクリアランスを通過して、発電機１６上側の上部空間１８ｒへ流れ込む。上部空間１８ｒへ流れ込んだオイルは、回転子１８ｑ上部を経て、回転子１８ｑと固定子１８ｐ間のクリアランスを通過後、オイル溜まり２５に戻る。そして、再びオイルポンプ１８ｍによって汲み上げられ、上記循環を繰り返す。
【００２０】
また、オイル貯留空間１８ｘに供給されたオイルの一部は、軸シール（図示せず）と旋回スクロール１８ｃ間のクリアランスを通過して、膨張機構１５へ供給されて潤滑を行い、冷媒と共に吐出管１８ｗより吐出される。吐出されて減少したオイル量は、圧縮機１３の密閉容器１２と連結された連絡管２１を通じて補充される。
【非特許文献１】「平成１４年度成果報告書  エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発  ＣＯ２空調機用二相流膨張機・圧縮機の開発」、新エネルギー・産業技術総合開発機構、平成１５年３月、Ｐ．５〜３７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
従来の冷凍サイクル装置２において、膨張機構１５には放熱器１４を通過した後の低温冷媒が吸入されるため、膨張機１８の密閉容器１８ｄ内を満たす冷媒は低温となる。一方、圧縮機構１０では冷媒が圧縮されるため、圧縮機１３の密閉容器１２内を満たす冷媒は高温となる。具体的には、膨張機１８の密閉容器１８ｄの内部はおよそ２０℃で、圧縮機１３の密閉容器１２の内部はおよそ１００℃となる。
【００２２】
一般的に、二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍サイクル装置では、オイルとしてＰＡＧが用いられる。図１０は、二酸化炭素とＰＡＧの温度に対する粘度の変化を示した図である。図１０に示すように、膨張機１８および圧縮機１３の各内部温度が上記の場合、膨張機１８内部のオイル粘度は、圧縮機１３内部のオイル粘度に比べて１０倍以上高くなることが分かる。また、膨張機１８が設置される環境の外気温が低下すると、膨張機１８内部の温度も低下するため、オイル粘度は指数関数的に大きくなる。
【００２３】
上記より、高温の圧縮機１３内部のオイル粘度は低いので、電動機１１を構成する固定子と回転子間のクリアランスをオイルが通過する際、大きなせん断力は発生しないが、低温の膨張機１８内部のオイル粘度は高いので、発電機１６を構成する固定子１８ｐと回転子１８ｑ間のクリアランスをオイルが通過する際、大きなせん断力が発生してしまう。この大きなせん断力の発生は、回転子１８ｑの回転運動を阻害して膨張エネルギーを損失させるため、膨張機１８からの回収エネルギーが減少して、冷凍サイクル装置２の効率を低下させる。
【００２４】
本発明は、上記課題を解決するものであり、適切なオイル経路を確保し、高効率で、信頼性の高い膨張機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するため、本発明の膨張機は、底部にオイル溜まりを形成する密閉容器と、前記密閉容器の内部において前記オイル溜まりの上方に設けられた発電機と、前記密閉容器の内部において前記発電機の上方に設けられ、作動流体から動力を回収する膨張機構と、内部に給油経路が形成され、前記膨張機構で回収された動力を前記発電機に伝達するように、前記発電機と前記膨張機構とを連結するシャフトと、前記シャフトの下端に設けられ、前記給油経路を介して、前記オイル溜まりのオイルを前記膨張機構に供給するオイルポンプと、前記密閉容器の外部に設けられ、前記膨張機構から流出したオイルを前記発電機の下側の下部空間に戻すオイル戻し管とを含む。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の膨張機によれば、粘度の高くなったオイルでも、適切なオイル戻し経路を設けることによって、安定して膨張機内のオイル溜まりへ戻すことができる。これにより、分離型の膨張機を用いた動力回収式の冷凍サイクル装置において、回転子の回転運動を阻害することによる膨張エネルギーの損失を抑制し、膨張エネルギーを効率良く回収することができるため、従来よりも高効率で高信頼性を有する動力回収式の冷凍サイクル装置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】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置１は、スクロール式の膨張機４の構成が一部異なることを除き、従来の冷凍サイクル装置２とほぼ同様の構成である。同一機能部品については同一番号を使用し、従来例と同一の構成および作用の説明は省略する。
【００２９】
本発明の実施の形態１におけるスクロール式の膨張機４の構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１における分離型の膨張機４を用いた動力回収式の冷凍サイクル装置１の概略図である。図２は、本発明の実施の形態１における分離型の膨張機４の縦断面図である。
【００３０】
図１、図２に示すように、本発明の実施の形態１におけるスクロール式の膨張機４は、従来のスクロール式の膨張機１８に加えて、オイル戻し管４ａを密閉容器１８ｄの外壁に備えている。オイル戻し管４ａは、密閉容器１８ｄ内の発電機１６により区画された上部空間１８ｒと下部空間１８ｓとに開口するように、発電機１６より上側の密閉容器１８ｄの側壁を貫通して密閉容器１８ｄの外部空間を経由し、再び発電機１６より下側の密閉容器１８ｄの側壁を貫通して設けられている。また、オイル戻し管４ａは、溶接等の手段によって密閉容器１８ｄに固定されており、貫通する部分から冷媒、オイル等が密閉容器１８ｄの外部空間へ漏れることはない。
【００３１】
本実施の形態１におけるシャフト２６内の給油経路１８ｏは、軸方向に延びるように形成されている。ここで「軸方向に延びる」とは、全体として軸方向（上下方向）に沿って延びることを意味し、軸方向に直線状に延びる場合に限らず、螺旋状に延びる場合等も含まれる。
【００３２】
本実施の形態１の冷凍サイクル装置１では、冷媒として二酸化炭素が充填され、オイルとしてＰＡＧが封入されている。なお、本実施の形態１の冷凍サイクル装置１における冷媒の流れ、および、圧縮機１３内部でのオイルの流れは、従来の冷凍サイクル装置２と同様であるので、説明を省略する。
【００３３】
本実施の形態１の膨張機４におけるオイルの流れを、図２を用いて説明する。図２に示すように、密閉容器１８ｄの底部に備えられたオイル溜まり２５から、オイルポンプ１８ｍによって汲み上げられたオイルは、シャフト２６内に設けられた給油経路１８ｏを通って上方へ送られ、給油経路１８ｏの上端からオイル貯留空間１８ｘへと供給される。
【００３４】
オイル貯留空間１８ｘに供給されたオイルは、主軸受部材１８ａとシャフト２６間のクリアランスを通過して、発電機１６上側の上部空間１８ｒへ流れ込む。上部空間１８ｒへ流れ込んだオイルは、回転子１８ｑ上部を経て、回転子１８ｑと固定子１８ｐ間のクリアランスを通過後、オイル溜まり２５に戻る。
【００３５】
本実施の形態１では、密閉容器１８ｄ内の上部空間１８ｒと下部空間１８ｓとが、オイル戻し管４ａにより連通しているので、オイル貯留空間１８ｘに供給されたオイルは、オイル戻し管４ａを通じて密閉容器１８ｄ内の下部空間１８ｓへ直接排出され、オイル溜まり２５へ戻ることができる。そして、再びオイルポンプ１８ｍによって汲み上げられ、上記循環を繰り返す。
【００３６】
また、オイル貯留空間１８ｘに供給されたオイルの一部は、軸シール（図示せず）と旋回スクロール１８ｃ間のクリアランスを通過して、膨張機構１５へ供給されて潤滑を行い、冷媒と共に吐出管１８ｗより吐出される。この時、吐出されて減少したオイル量は、圧縮機１３の密閉容器１２と連結された連絡管２１を通じて補充される。
【００３７】
以下、本実施の形態１の膨張機４による効果を説明する。
【００３８】
オイル貯留空間１８ｘから主軸受部材１８ａとシャフト２６間のクリアランスを通過して上部空間１８ｒへ流れ込んだオイルは、膨張機構１５内の冷媒温度により低温となるため、粘度が高い。
【００３９】
一般的に、圧縮機の電動機における回転子と固定子間のクリアランス、および固定子と密閉容器間のクリアランスは、１ｍｍ以下と非常に狭い。また同様に、膨張機の発電機における回転子と固定子間のクリアランス、および固定子と密閉容器間のクリアランスも、１ｍｍ以下と非常に狭い。圧縮機では、冷媒を圧縮することにより、圧縮機の内部が高温で保たれているため、圧縮機内のオイル粘度は低い。粘度の低いオイルであれば、１ｍｍ以下のクリアランスでも、オイルは重力で圧縮機内の下部空間へ移動することができる。一方、膨張機では、低温冷媒が膨張機構に吸入されることにより、膨張機の内部が低温となるため、膨張機内のオイル粘度が高くなる。粘度の高いオイルでは、１ｍｍ以下のクリアランスを重力のみで移動するのは困難なため、膨張機内の上部空間にオイルが滞留する。オイルの滞留により、膨張機内の上部空間が飽和状態になると、粘度の高いオイルが回転子と固定子間のクリアランスに強制的に押し込まれて通過することになり、回転子と固定子間のクリアランスに大きなせん断力を発生させる。
【００４０】
しかしながら、本実施の形態１の膨張機４では、膨張機４内の上部空間１８ｒに流れ込んだ粘度の高いオイルでも、オイル戻し管４ａを通じて、安定して膨張機４内の下部空間１８ｓへ直接戻ることができる。これにより、せん断力の発生を抑制することができるため、回転子１８ｑの回転運動を阻害することによる膨張エネルギーの損失を低減して、安定して膨張エネルギーを回収することができ、膨張機構１５および圧縮機構１０へのオイル供給も安定して行うことができる。
【００４１】
なお、本実施の形態１では、冷媒として二酸化炭素、オイルとしてＰＡＧを用いたが、これらに限定されることはなく、他のものでもよい。また、冷凍サイクルの形態も何ら限定されるものではない。また、圧縮機構１０および膨張機構１５にはスクロール式のものを用いたが、これらの具体的構成は何ら限定されることなく、ロータリ式等、他の形式のものでもよい。
【００４２】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における分離型の膨張機４の縦断面図である。本実施の形態２の分離型の膨張機４を搭載する冷凍サイクル装置１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。また、図２で示した実施の形態１の分離型の膨張機４と同一機能部品については同一番号を使用し、同様の機能の説明は省略する。
【００４３】
図３に示すように、オイル戻し管４ｂが、密閉容器１８ｄ内の上部空間１８ｒとオイル溜まり２５とに開口するように、発電機１６より上側の密閉容器１８ｄの側壁を貫通して密閉容器１８ｄの外部空間を経由し、副軸受部材１８ｌより下側の密閉容器１８ｄの側壁を貫通して設けられている。
【００４４】
これにより、本実施の形態２の膨張機４では、オイル貯留空間１８ｘに供給されたオイルが、オイル戻し管４ｂを通じてオイル溜まり２５へ直接戻ることができる。したがって、膨張機構１５より排出されるオイルが、発電機１６下側の下部空間１８ｓで回転子１８ｑの回転により攪拌されて、遠心力で密閉容器１８ｄの側壁へ追いやられることがないため、オイルポンプ１８ｍの吸込み口へ安定してオイルを供給することができる。また、副軸受部材１８ｌに設けられたオイル通過口１８ｚを通らずに直接、オイル溜まり２５にオイルを戻すことができるため、オイル通過口１８ｚの形状等に係わらず、オイルポンプ１８ｍの吸込み口へ安定してオイルを供給することができる。
【００４５】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における分離型の膨張機４の縦断面図である。本実施の形態３の分離型の膨張機４を搭載する冷凍サイクル装置１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。また、図２で示した実施の形態１の分離型の膨張機４と同一機能部品については同一番号を使用し、同様の機能の説明は省略する。
【００４６】
図４に示すように、オイル戻し管４ｃが、密閉容器１８ｄ内の上部空間１８ｒとオイル溜まり２５とに開口するように、発電機１６より上側の密閉容器１８ｄの側壁を貫通して密閉容器１８ｄの外部空間を経由し、副軸受部材１８ｌより下側の密閉容器１８ｄの側壁を貫通して設けられ、さらにはオイルポンプ１８ｍ直下にオイル戻し管４ｃが開口するように配置されている。
【００４７】
これにより、本実施の形態３の膨張機４では、オイルポンプ１８ｍの吸込み口にオイルを直接的に供給することができる。また、オイルポンプ１８ｍの吸引力が、オイル戻し管４ｃに伝わりやすいため、上部空間１８ｒからのオイル戻りも潤滑に行うことができる。
【００４８】
したがって、オイルポンプ１８ｍの吸込み口に届くまで、オイル溜まり２５にオイルを溜める必要がないので、オイル溜まり２５を小さくすることができ、膨張機４のオイル密封量を削減することができる。
【００４９】
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４における分離型の膨張機４の縦断面図である。本実施の形態４の分離型の膨張機４を搭載する冷凍サイクル装置１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。また、図２で示した実施の形態１の分離型の膨張機４と同一機能部品については同一番号を使用し、同様の機能の説明は省略する。
【００５０】
図５に示すように、オイル経路２８が、オイル貯留空間１８ｘとオイル溜まり２５とがオイル戻し管４ｄを介して連通するように、主軸受部材１８ａに設けられている。
【００５１】
これにより、本実施の形態４の膨張機４では、オイル貯留空間１８ｘに供給されたオイルが、オイル戻し管４ｄを通じてオイル溜まり２５へ直接戻ることができる。したがって、膨張機構１５より排出されるオイルは、発電機１６上側の上部空間１８ｒで、回転子１８ｑの回転により冷媒に旋回流が生じても攪拌されることなく、直接、オイル貯留空間１８ｘからオイル経路２８およびオイル戻し管４ｄを通じて、確実にオイル溜まり２５へ戻ることができる。
【００５２】
なお、本実施の形態４では、オイル戻し管４ｄの下端部がオイル溜まり２５に開口する構成としたが、これに限られることはなく、下部空間１８ｓに開口してもよい。
【００５３】
（実施の形態５）
図６は、本発明の実施の形態５における分離型の膨張機４の縦断面図である。本実施の形態５の分離型の膨張機４を搭載する冷凍サイクル装置１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。また、図２で示した実施の形態１の分離型の膨張機４と同一機能部品については同一番号を使用し、同様の機能の説明は省略する。
【００５４】
図６に示すように、発電機１６上側の上部空間１８ｒには、オイルホルダー２９が、主軸受部材１８ａの下端面を囲うように、シャフト２６を貫通して設けられている。オイルホルダー２９の上側端面は、主軸受部材１８ａの下側外縁に固定され、下側端面は、シャフト２９と接触することなく、微小なクリアランスを設けて設置されている。
【００５５】
オイル戻し管４ｅの上端部は、オイルホルダー２９と主軸受部材１８ａとの間に形成された空間に開口するように、発電機１６より上側の密閉容器１８ｄの側壁およびオイルホルダー２９を貫通して設けられている。
【００５６】
これにより、本実施の形態５の膨張機４では、オイル貯留空間１８ｘから主軸受部材１８ａとシャフト２６間のクリアランスを通過して上部空間１８ｒへ流れ込んだオイルを、確実にオイルホルダー２９内に捕らえて、オイル戻し管４ｅを通じてオイル溜まり２５へ直接戻すことができる。したがって、膨張機構１５より排出されるオイルは、発電機１６上側の上部空間１８ｒで、回転子１８ｑの回転により冷媒に旋回流が生じても攪拌されることなく、オイルホルダー２９と主軸受部材１８ａとの間の空間からオイル戻し管４ｅを通じて、確実にオイル溜まり２５へ戻ることができる。
【００５７】
なお、本実施の形態５では、オイル戻し管４ｅの下端部がオイル溜まり２５に開口する構成としたが、これに限られることはなく、下部空間１８ｓに開口してもよい。
【００５８】
また、オイルホルダー２９を主軸受部材１８ａに固定させたが、これに限られることはなく、主軸受部材１８ａの下端面を覆う形状であれば、密閉容器１８ｄに固定してもよい。
【００５９】
（実施の形態６）
図７は、本発明の実施の形態６における分離型の膨張機４の縦断面図である。本実施の形態６の分離型の膨張機４を搭載する冷凍サイクル装置１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。また、図２で示した実施の形態１の分離型の膨張機４と同一機能部品については同一番号を使用し、同様の機能の説明は省略する。
【００６０】
図７に示すように、油溝３０が、主軸受部材１８ａのシャフト２６との摺動面に設けられ、油溝３０の下端側にオイル戻し管４ｆの上端部を設置している。
【００６１】
これにより、本実施の形態６の膨張機４では、オイル貯留空間１８ｘから主軸受部材１８ａとシャフト２６間のクリアランスを通過して上部空間１８ｒへ流れ込むオイルが、油溝３０に沿って流れてくるため、油溝３０の下端側に設けられたオイル戻し管４ｆへオイルを優先的に導くことができ、オイル戻し管４ｆを通じてオイル溜まり２５へ直接戻ることができる。したがって、膨張機構１５より排出されるオイルは、発電機１６上側の上部空間１８ｒで、回転子１８ｑの回転により冷媒に旋回流が生じても攪拌されることなく、オイル貯留空間１８ｘからオイル戻し管４ｆを通じて、確実にオイル溜まり２５へ戻ることができる。
【００６２】
さらに、主軸受部材１８ａにオイル経路２８を設けなくて良いため、生産性向上、コスト削減が可能となる。
【００６３】
なお、本実施の形態６では、オイル戻し管４ｆの下端部がオイル溜まり２５に開口する構成としたが、これに限られることはなく、下部空間１８ｓに開口してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の膨張機は、冷凍サイクルにおける冷媒の膨張エネルギーを回収して動力回収手段として有用であると共に、冷凍サイクル以外の圧縮性流体からのエネルギー回収手段として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態１における動力回収型冷凍サイクル図
【図２】本発明の実施の形態１における分離型膨張機の縦断面図
【図３】本発明の実施の形態２における分離型膨張機の縦断面図
【図４】本発明の実施の形態３における分離型膨張機の縦断面図
【図５】本発明の実施の形態４における分離型膨張機の縦断面図
【図６】本発明の実施の形態５における分離型膨張機の縦断面図
【図７】本発明の実施の形態６における分離型膨張機の縦断面図
【図８】従来の分離型膨張機を用いた冷凍サイクル図
【図９】従来の分離型膨張機の縦断面図
【図１０】二酸化炭素とオイルのＰＴＳＶ線図
【符号の説明】
【００６６】
１，２    冷凍サイクル装置
４，１８    膨張機
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ    オイル戻し管
１０    圧縮機構
１１    電動機
１２，１８ｄ    密閉容器
１３    圧縮機
１４    放熱器
１５    膨張機構
１６    発電機
１８ａ    主軸受部材
１８ｂ    固定スクロール
１８ｃ    旋回スクロール
１８ｆ    主軸部
１８ｇ，１８ｈ    ラップ
１８ｉ    偏心軸部
１８ｊ    膨張室
１８ｋ    自転規制機構
１８ｌ    副軸受
１８ｍ    オイルポンプ
１８ｏ    給油経路
１８ｐ    固定子
１８ｑ    回転子
１８ｒ    上部空間
１８ｓ    下部空間
１８ｕ    吸入管
１８ｖ    吸入路
１８ｗ    吐出管
１８ｘ    オイル貯留空間
１８ｙ    吐出路
１８ｚ    オイル通過口
１９    蒸発器
２０    配管
２１    連絡管
２２，２５    オイル溜まり
２３，２６    シャフト
２８    オイル経路
２９    オイルホルダー
３０    油溝
【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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【図１０】
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