(57)【要約】【課題】圧縮機と膨張機を連結した場合の「密度比＝一定」という制約条件を排除するとともに、高圧の作動流体から最大限に動力回収を行い、常時高い運転効率を得る膨張機一体型の圧縮機を提供する。【解決手段】圧縮機の膨張機部２０は、シリンダ２１と、ロータ２３と、ベーン２４と、シャフト２６と、バルブ機構３０と、電磁弁４０とを含み構成され、シリンダ２１に設けられた吸入孔２７に電磁弁４０を配設し、この電磁弁４０の開閉タイミングを制御して、ロータ２３とベーン２４で形成された作動室２５に入る作動流体の流量を調節することにより、膨張機一体型の圧縮機の「密度比＝一定」という制約を排除し、作動流体から常時動力を回収することができる。【選択図】        図２
2008031845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
膨張室と、前記膨張室に作動流体を導く吸入孔と、前記膨張室から作動流体を送り出す吐出孔と、前記駆動シャフトに連結された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を備える圧縮機であって、
前記吸入孔に吸入バルブを設けて前記吸入バルブの開閉タイミングを可変する構成にしたことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記吸入バルブを電磁弁としたことを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
【請求項３】
前記吸入バルブを閉から開にする前記開タイミングを前記膨張室の容積が最小となる吸入開始時間とし、前記吸入バルブを開から閉にする前記閉タイミングを前記吸入開始時間から前記膨張室の容積が最大となるまでの間の時間とする制御機能を有する構成にしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記膨張機部のシリンダとロータとが接する基点から前記動力回収シャフトの回転方向へ所定角度だけ移動した位置に前記吐出孔としての第１の吐出孔を設け、当該第１の吐出孔に吐出バルブを設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧縮機。
【請求項５】
前記吐出バルブをリードバルブとし、前記膨張室の圧力が所定の値になったときに前記吐出バルブが開く構成にしたことを特徴とする請求項４に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記圧縮室から吐出される作動流体の吐出圧力が目標圧力よりも大きいときは前記吸入バルブを開から閉とする時間幅を大きくし、前記吐出圧力が目標圧力よりも小さいときは該時間幅を小さくする制御機能を有する構成にしたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の圧縮機。
【請求項７】
液相あるいは超臨界相から気液二相に膨張する作動流体を用いて運転することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の圧縮機。
【請求項８】
二酸化炭素を主成分とする作動流体を用いて運転することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の圧縮機。
【請求項９】
前記吸入バルブの開閉タイミングを変えて前記膨張室に入る作動流体の流量を制御することができる請求項１から請求項８のいずれかに記載の圧縮機を用いたことを特徴とするヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧の作動流体を供給して回転動力を発生する膨張機と連結された膨張機一体型の圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６には、従来の一般的な動力回収式の空気調和装置のシステム構成を示している。図において、本システムは、凝縮器１０１、蒸発器１０２、圧縮機１０３及び膨張機１０４を含み構成され、作動流体を圧縮する圧縮機１０３と、高圧の作動流体から回転動力を発生させる膨張機１０４とはモータ１０５に対して一軸に連結されている。すなわち、膨張機１０４において、高圧の作動流体が等エントロピー膨張を行い、回転動力を発生させ、直接圧縮機１０３の駆動動力を補助する構成となっている。このように圧縮機１０３と膨張機１０４とを一軸に連結するのは、構造が単純で動力回収ロスが少ないためである。
しかし、圧縮機１０３と膨張機１０４とを一軸に連結した上記の構成では、圧縮機１０３と膨張機１０４とが常時同一回転数で回転するため、一定の冷媒循環量でシステムが運転される場合には、「作動流体の密度比＝一定」の運転条件（制約）が発生し、例えば、システムの効率に影響を与える圧縮機の吐出圧力を適切に制御し難いなど、必ずしも高効率運転が実現できるとは限らない。
そこで、このような「密度比＝一定」の運転条件（制約）を排除するための技術として、特許文献１記載の公知技術がある。図７に、従来の他の空気調和装置の構成を示す。本空気調和装置では、膨張機１０４の吐出管路１１０と吸入管路１１１との間に、両者を連通させるバイパス管路１１２を設け、このバイパス管路１１２にその通路面積を増減調整する制御弁１０６を設けている。
このような構成の空気調和機は、以下の動作を行う。
圧縮機１０３の吐出温度の目標値を設定し、次に圧縮機１０３の吐出温度が該目標値になるように、制御弁１０６の開度を制御する。制御弁１０６が閉じる方向に制御されると、バイパス管路１１０を通る作動流体の量が少なくなり、膨張機１０４に入る作動流体の量が増加する。逆に、制御弁１０６が開く方向に制御されると、バイパス管路１１０を通る作動流体の量が多くなり、膨張機１０４に入る作動流体の量が減少する。このように制御弁１０６の開度を制御することによって、膨張機を利用しながら高い運転効率を得るようにシステムの運転条件を自由に定めることができる。
【特許文献１】特開２００１−１１６３７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記技術では、バイパス管路を通る作動流体に関しては動力回収を行うことができず、高圧の作動流体の持つ潜在的なエネルギーを無条件に破棄することになっていた。
【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、「密度比＝一定」の制約条件を排除することで、高圧の作動流体から最大限に動力回収を行い、常時高い運転効率を得る膨張機一体型の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記載の本発明の圧縮機は、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、膨張室と、前記膨張室に作動流体を導く吸入孔と、前記膨張室から作動流体を送り出す吐出孔と、前記駆動シャフトに連結された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を備える圧縮機であって、前記吸入孔に吸入バルブを設けて前記吸入バルブの開閉タイミングを可変する構成に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に記載の圧縮機において、前記吸入バルブを電磁弁としたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載の圧縮機において、前記吸入バルブを閉から開にする前記開タイミングを前記膨張室の容積が最小となる吸入開始時間とし、前記吸入バルブを開から閉にする前記閉タイミングを前記吸入開始時間から前記膨張室の容積が最大となるまでの間の時間とする制御機能を有する構成にしたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧縮機において、前記膨張機部のシリンダとロータとが接する基点から前記動力回収シャフトの回転方向へ所定角度だけ移動した位置に前記吐出孔としての第１の吐出孔を設け、当該第１の吐出孔に吐出バルブを設けたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項４に記載の圧縮機において、前記吐出バルブをリードバルブとし、前記膨張室の圧力が所定の値になったときに前記吐出バルブが開く構成にしたことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の圧縮機において、前記圧縮室から吐出される作動流体の吐出圧力が目標圧力よりも大きいときは前記吸入バルブを開から閉とする時間幅を大きくし、前記吐出圧力が目標圧力よりも小さいときは該時間幅を小さくする制御機能を有する構成に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から請求項６のいずれかに記載の圧縮機において、液相あるいは超臨界相から気液二相に膨張する作動流体を用いて運転することを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載の圧縮機において、二酸化炭素を主成分とする作動流体を用いて運転することを特徴とする。
請求項９記載の本発明のヒートポンプ装置は、前記吸入バルブの開閉タイミングを変えて前記膨張室に入る作動流体の流量を制御することができる請求項１から請求項８のいずれかに記載の圧縮機を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の圧縮機およびそれを用いたヒートポンプ装置によれば、「密度比＝一定」の運転条件（制約）を排除するとともに、高圧の作動流体から最大限に動力回収を行い、常時高い運転効率を得ることができる。
【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圧縮機は、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、膨張室と、膨張室に作動流体を導く吸入孔と、膨張室から作動流体を送り出す吐出孔と、駆動シャフトに連結された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を備える圧縮機の、吸入孔に吸入バルブを設けて吸入バルブの開閉タイミングを可変する構成にしたものである。本実施の形態によれば、該吸入バルブの開閉タイミングを変化させて膨張機の膨張室に入る作動流体の流量を制御し、膨張機一体型の圧縮機の「密度比＝一定」の制約条件を排除するとともに、高圧の作動流体から常時最大限に動力回収を行い、常時高い運転効率を得ることが可能となる。
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による圧縮機において、吸入バルブを電磁弁としたものである。本実施の形態によれば、開閉タイミングを容易に計ることが可能であり、また電気的なトラブルで弁が閉じた場合の不膨張弊害を防止することができる。
本発明の第３の実施の形態は、第１または第２の実施の形態による圧縮機において、吸入バルブを閉から開にする開タイミングを膨張室の容積が最小となる吸入開始時間とし、吸入バルブを開から閉にする閉タイミングを吸入開始時間から膨張室の容積が最大となるまでの間の時間とする制御機能を有する構成にしたものである。本実施の形態によれば、ブレーキロスを最小とすることができ、且つ膨張室に入る作動流体の流量を可変することができる。
本発明の第４の実施の形態は、第１から第３の実施の形態による圧縮機において、膨張機部のシリンダとロータとが接する基点から動力回収シャフトの回転方向へ所定角度だけ移動した位置に吐出孔としての第１の吐出孔を設け、当該第１の吐出孔に吐出バルブを設けたものである。本実施の形態によれば、過膨張損失の発生を防止することができる。
本発明の第５の実施の形態は、第４の実施の形態による圧縮機において、吐出バルブをリードバルブとし、膨張室の圧力が所定の値になったときに吐出バルブが開く構成にしたものである。本実施の形態によれば、リードバルブは圧力が所定値になれば自動的に開き、過膨張損失を発生させないための再圧縮が可能になる。
本発明の第６の実施の形態は、第１から第５の実施の形態による圧縮機において、圧縮室から吐出される作動流体の吐出圧力が目標圧力よりも大きいときは吸入バルブを開から閉とする時間幅を大きくし、吐出圧力が目標圧力よりも小さいときは該時間幅を小さくする制御機能を有する構成にしたものである。本実施の形態によれば、圧縮機を用いたシステム全体の効率を最も良くすることができる。
本発明の第７の実施の形態は、第１から第６の実施の形態による圧縮機において、液相あるいは超臨界相から気液二相に膨張する作動流体を用いて運転するものである。
本発明の第８の実施の形態は、第１から第７の実施の形態による圧縮機において、二酸化炭素を主成分とする作動流体を用いて運転するものである。
本発明の第９の実施の形態によるヒートポンプ装置は、吸入バルブの開閉タイミングを変えて膨張室に入る作動流体の流量を制御することができる第１から第８のいずれかに記載の圧縮機を用いたものである。本実施の形態によれば、「密度比＝一定」の運転条件を排除でき、高圧の作動流体から常時最大限に動力回収を行うことができ、ヒートポンプ装置の運転効率を常に高いものとすることができる。
【実施例】
【０００８】
図１は本発明による実施例の圧縮機の縦断面図であり、図２は本実施例の圧縮機における膨張機部の横断面図である。図１及び図２には、ロータリーベーン式の圧縮機及び膨張機を示しているが、圧縮機及び膨張機の方式はこれに限るものではなく、ロータリー式、レシプロ式、又はスクロール式など他のタイプでもよい。また、作動流体としては、液相あるいは超臨界相から気液二相に膨張する作動流体や、二酸化炭素を主成分とする作動流体を用いる。
図１において、本実施例の圧縮機は、密閉容器１０の内部に、圧縮機部１２と、電動機部１６と、膨張機部２０とを備えて構成される。そして、圧縮機部１２は、圧縮室１３と駆動シャフト１４とロータ１５とを有し、駆動シャフト１４及びロータ１５を回転させることにより圧縮室１３に吸入した作動流体を低圧から高圧へと圧縮する。また、電動機部１６は、固定子１７と回転子１８とを有し、回転子１８は駆動シャフト１４に固定されている。そして、膨張機部２０は、シリンダ２１とロータ２３と動力回収シャフト２６（以下、シャフト２６）とを有し、作動流体を吸入経路３２及び吸入孔２７を経て吸入し、シリンダ２１及びロータ２３で形成する膨張室としての作動室２５で高圧から低圧に膨張させ、作動室２５から吐出室３３及び吐出経路３４を経て吐出することにより、シャフト２６に回転動力を得る。この回転動力は、シャフト２６から駆動シャフト１４に伝達され、圧縮機部１２の駆動力として回収される。
【０００９】
さらに、膨張機部の構成について詳説する。
図２において、膨張機部２０は、シリンダ２１と、ロータ２３と、４個のベーン２４と、シャフト２６と、バルブ機構３０と、カバー３１と、吸入管３５と、電磁弁４０とを含み構成される。
即ち、シリンダ２１は、筒状の内壁２１ａを有し、その両端には側板２１ｂ，２１ｃ（図１参照）が設けられている。シリンダ２１の内部には、円柱形状のロータ２３が配設されていて、ロータ２３の外周の一部がシリンダ２１の内壁２１ａと小隙間２２を形成している。そして、小隙間２２の基点（接点）で内壁２１ａとロータ２３の外周とが接している。
また、ロータ２３には、９０ｄｅｇのピッチで上下端面に垂直な溝２３ａが４箇所に設けられている。各溝２３ａには、各々のベーン２４が摺動自在に挿入されており、ベーン２４の先端はシリンダ２１の内壁２１ａと接している。
作動室２５は、シリンダ２１の内壁２１ａ、ロータ２３および各々のベーン２４に囲まれた空間２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅとして形成されている。シャフト２６は、ロータ２３と一体的に形成され、側板２１ｂ，２１ｃに回転自在に軸支持されているとともに、圧縮機部１２の駆動シャフト１４と連結されている。
【００１０】
また、シリンダ２１には、作動室２５に作動流体を流入させる吸入孔２７と、作動室２５から作動流体を流出させる第１の吐出孔２８（以下、吐出孔２８）及び第２の吐出孔２９（以下、吐出孔２９）が設けられている。そして、吐出孔２８は、ベーン２４の枚数をｎとすれば、小隙間２２の基点からシャフト２６の矢印で示す回転方向に｛１８０×（１＋１／ｎ）｝ｄｅｇの角度だけ移動した位置に設けられている。本実施例では、ベーン２４が４枚なので、２２５ｄｅｇの位置である。また、吐出孔２８には、吐出バルブのリードバルブ３０ａとバルブストップ３０ｂとから成るバルブ機構３０が備えられている。
【００１１】
一方、吐出孔２９は、小隙間２２の基点近傍に設けられており、かつ、この吐出孔２９の一部が小隙間２２の基点からシャフト２６の回転方向に３１５ｄｅｇの位置を含む形状としており、バルブ機構は備えられていない。なお、吐出孔２９の位置はこの限りではなく、吸入孔２７と吐出孔２９の間の、シリンダ２１の内壁２１ａのシャフト２６周りの中心角が、ベーン２４をｎ枚とすれば（３６０／ｎ）ｄｅｇ以下となる位置であり、かつ、吐出孔２９が小隙間２２の基点近傍にある構成であれば良い。
また、シリンダ２１の側方にはカバー３１が備えられており、カバー３１には吸入管３５が挿入され、吸入管３５の内部には吸入孔２７に作動流体を導く吸入経路３２が形成されている。そして、図１に示すように、密閉容器１０の内部には、吐出孔２８，２９から流出した作動流体を一旦蓄える吐出室３３が形成され、密閉容器１０に接合された吐出管３６の内部には、吐出室３３から作動流体を外部へ流出させる吐出経路３４が形成されている。
更に、制御装置（図示せず）から配線（図示せず）を介して電磁弁４０に通電し、電磁弁４０の開閉を電気的に行うことにより、吸入孔２７と吸入経路３２との連通を制御する構成としている。また、電磁弁４０は電気的なトラブルを想定して常時開、通電時（制御時）に閉となるものが望ましい。この理由は、電磁弁であれば、容易に弁の開閉制御（開閉タイミングを計ること）が可能であり、また常時開の電磁弁とし、電気的なトラブルでも閉じることがないので、膨張機として機能しないという不膨張弊害が防止されるからである。
【００１２】
次に、以上のような構成の本実施例の圧縮機における膨張機部の動作を、まず、電磁弁４０を常時開とした場合について、図２及び図３を参照して説明する。図３は本実施例における電磁弁の常時開時の作動室のＰＶ線図であり、即ち膨張機部２０の作動室２５のＰＶ線図である。なお、本発明の特徴に関わらない圧縮機部の説明は省略する。
作動室２５は小隙間２２の吸入孔２７側の空間２５ａで生成する。その後、ロータ２３の回転に伴い容積を増加しつつ、吸入孔２７から高圧側の圧力Ｐｂの作動流体を吸入する過程、すなわち、吸入過程を行う。吸入過程は図３のＡＢに相当する。
作動室２５が空間２５ｂの位置に達すると、吸入孔２７との連通が断たれて密閉空間となり、その後、ロータ２３の回転に伴い容積は増加し、内部の作動流体の圧力が低下してゆく過程、すなわち、膨張過程を行う。膨張過程は図３のＢＣに相当する。
作動室２５は空間２５ｃの位置で容積が最大となる。この時点は、図３のＣに相当し、作動室２５の圧力はＰｃとなっている。そして、ロータ２３が僅かに回転した瞬間、空間２５ｃに位置する作動室２５は吐出孔２８と連通する。
ここで、吐出孔２８にリードバルブ３０ａを設けず、かつ圧力Ｐｃが吐出室３３の圧力と等しければ、作動室２５から吐出室３３に作動流体が押し出され、圧力Ｐｃの状態で作動流体を押し出しながら作動室２５の容積が減少していく。すなわち、図３のＣからＤに移行する吐出過程を行う。その後作動室２５は再び吸入孔２７と連通して、図３のＡの状態に戻る。
【００１３】
次に電磁弁４０を開閉制御した場合について説明する。
図４に本実施例における電磁弁４０の開閉タイミングと吸入過程において作動流体が作動室２５に入る流量との関係を示す。ここで、電磁弁４０が閉から開となる時間を時間Ｔｏｐ、開から閉となる時間を時間Ｔｃｌと表記する。
まず、電磁弁４０は作動室２５が吸入孔２７と連通する直前に開となるように制御される。なお、この時電磁弁４０を閉じたままにしておくと、作動室２５は回転に伴って真空引きを行うことになり、ロータ２３の回転にブレーキをかけるロスが発生するので好ましくない。即ち、電磁弁４０を閉から開にする開タイミング（すなわち時間Ｔｏｐの時点）を、作動室２５の容積が最小となる吸入開始時間とする制御機能を有する構成により、ブレーキロスを最小とすることができる。
次に、時間Ｔｏｐから、作動室２５は吸入孔２７と連通し、作動流体が作動室２５に吸入される。そして、作動室２５が吸入可能な最大容積Ｖｂとなる事前の時間Ｔｃｌに電磁弁４０を閉じる。この結果、作動流体の吸入量はＶｂより小さいＶｂ´となる。このように電磁弁４０を閉じる時間Ｔｃｌのタイミングを変えることにより、Ｖｂ´の大きさを可変する。即ち、電磁弁４０を開から閉にする閉タイミング（すなわち時間Ｔｃｌの時点）を、吸入開始時間から作動室２５の容積が最大となるまでの間の時間とする制御機能を有する構成により、膨張室に入る作動流体の流量を可変することができる。
【００１４】
上記時間Ｔｃｌのタイミングを変えた場合の動作を、図５の本実施例における電磁弁の開閉タイミングを変えた時の作動室のＰＶ線図を用いて説明する。
作動室２５は、図２の空間２５ａの状態から電磁弁４０を閉じるまでの間、吸入孔２７から高圧側の圧力Ｐｂの作動流体を吸入する吸入過程を行う。すなわち、吸入過程は図５のＡＢ´に相当する。そして、このときの吸入量はＶｂ´である。
電磁弁４０を時間Ｔｃｌに閉じると、ロータ２３に伴い容積を増加しつつ、内部の作動流体の圧力が低下して膨張過程を行う。この過程は図５のＢ´Ｈに相当する。
作動室２５は空間２５ｃの位置で容積が最大となる。この時点は図５のＣ´に相当し、作動室２５の圧力は、電磁弁４０を常時開とした場合の圧力Ｐｃよりも低いＰｃ´となる。この過程は図５のＨＣ´に相当する。
そして、ロータ２３が僅かに回転し、作動室２５が吐出孔２８と連通した瞬間、作動流体の吐出が開始される。
ここで、吐出孔２８にリードバルブ３０ａを設けない場合、例えば、電磁弁４０を常時開にしていた状態から、上記の開閉制御を行う状態に移行したときに、圧力Ｐｃの吐出室３３から作動室２５に作動流体が逆流し、容積がＶｃ一定のまま作動室２５の圧力がＰｃ´からＰｃまで上昇する。すなわち、図５のＣ´からＣに移行し、ＣＣ´Ｈで囲まれた部分の面積の動力がロスとなる過膨張損失が発生する。
【００１５】
しかし、本実施例では、吐出孔２８にリードバルブ３０ａを設けており、リードバルブ３０ａは吐出室３３の圧力Ｐｃ´と作動室２５の圧力Ｐｃの圧力差により吐出孔２８を閉じているため、吐出室３３から作動室２５に作動流体が流れ込むことを防止できる。
その後、作動室２５は、ロータ３の回転に伴い容積を減少させてゆくが、吐出孔２８がリードバルブ３０ａによって閉じられたままなので、作動室２５ｃでは圧縮が起こり、圧力は再び図５のＣ´Ｂ´を辿って上昇する。
そして、作動室２５の圧力がＰｃを超えた瞬間、すなわち、作動室２５の圧力が所定の値になった時点の図５のＨで、初めてリードバルブ３０ａが開く。このＣ´Ｈに相当する過程を再圧縮過程と呼ぶ。なお、吐出バルブをリードバルブ３０ａとするので、作動室２５の圧力が所定値になったときに自動的に開き、再圧縮が行われるという利点が得られる。
その後、ロータ２３の回転に伴い作動室２５は容積を減少させつつ、吐出孔２８から低圧側の圧力Ｐｃの作動流体を吐出する過程、すなわち、吐出過程を行う。
この吐出過程において、作動室２５が空間２５ｄから空間２５ｅの位置まで移動する間に、吐出孔２８との連通が無くなるが、吐出孔２９の一部が小隙間２２の基点からシャフト２６の回転方向に３１５ｄｅｇの位置、すなわち、ベーンをｎ枚とすると、吐出孔２８からベーン２４のピッチである（３６０／ｎ）ｄｅｇだけ周方向に移動した位置を含む形状としたため、作動室２５からの吐出は吐出孔２９から継続して行われる。この吐出過程は図５のＨＤに相当する。
【００１６】
次に、電磁弁４０を閉じる時間Ｔｃｌの変更制御の一例について説明する。
例えばヒートポンプ装置のシステムにおいて、圧縮機から吐出される作動流体の吐出圧力を例えば圧力センサで計測し、その計測した吐出圧力と、圧縮機、膨張機を含むシステム全体の効率が最も良くなる目標圧力との比較を行い、圧縮機の吐出圧力と目標圧力との大小により、時間Ｔｏｐから時間Ｔｃｌまでの間の時間幅を制御する。すなわち、圧縮機の吐出圧力が目標圧力よりも大きい時は、時間Ｔｏｐと時間Ｔｃｌとの差の時間幅を大きくして作動流体の流量を増加させる。また、圧縮機の吐出圧力が目標圧力よりも小さい時は、時間Ｔｏｐと時間Ｔｃｌの時間幅を小さくして作動流体の流量を減少させる。これによって、システム全体の効率を最も良くすることができる。
即ち、本実施例の圧縮機をヒートポンプ装置に用いて、その吸入バルブの開閉タイミングを変化させて膨張室に入る作動流体の流量を制御することにより、ヒートポンプ装置の運転効率を常に高いものとすることができる。
なお、目標圧力は、作動流体の物性値から決めることができる値である。
また、吸入バルブの開閉タイミングを可変すること、即ち時間幅を制御することは、例えば膨張機の回転数と基点からの回転角度を検出し、この回転数及び回転角度に基づき吸入開始時間（時点）や時間幅を設定して、電磁弁４０を開閉する構成（図示せず）で行える。
【００１７】
以上により、本実施例では、膨張機部の吸入孔２７と吸入経路３２との間に電磁弁４０を設置し、電磁弁４０が開いている時間幅（Ｔｃｌ−Ｔｏｐ）を制御して、作動室２５に入る作動流体の流量を調節するので、膨張機のロータ２３を圧縮機の駆動シャフトと直結した場合でも、「密度比＝一定」の運転条件（制約）を排除でき、高圧の作動流体から常時最大限に動力回収を行う膨張機一体型の圧縮機を提供することができる。
また、本実施例では、吐出孔２８にリードバルブ３０ａとバルブストップ３０ｂから成るバルブ機構３０を備えたことにより、電磁弁４０を制御した場合に起こりうる過膨張の際に、吐出室３３から作動室２５に作動流体が逆流することを防止し、吐出圧力Ｐｃまで再圧縮させることが可能になるので、過膨張損失（図５のＣＣ´Ｈの面積に相当）の生じない膨張機一体型の圧縮機を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
以上のように、本発明は、膨張機一体型の圧縮機やこれを用いたヒートポンプ装置に適用され、例えば、空気調和装置、給湯装置などのシステムに用いられる圧縮機として適している。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による実施例の圧縮機の縦断面図
【図２】本実施例の圧縮機における膨張機部の横断面図
【図３】本実施例における電磁弁の常時開時の作動室のＰＶ線図
【図４】本実施例における電磁弁の開閉タイミングと作動室に入る作動流体の流量との関係を示した図
【図５】本実施例における電磁弁の開閉タイミングを変えた時の作動室のＰＶ線図
【図６】従来の空気調和装置のシステム構成図
【図７】従来の他の空気調和装置のシステム構成図
【符号の説明】
【００２０】
１０  密閉容器
１２  圧縮機部
１３  圧縮室
１４  駆動シャフト
１５，２３  ロータ
１６  電動機部
１７  固定子
１８  回転子
２０  膨張機部
２１  シリンダ
２２  小隙間
２４  ベーン
２５  作動室
２６  動力回収シャフト
２７  吸入孔
２８  第１の吐出孔
２９  第２の吐出孔
３０  バルブ機構
３０ａ  リードバルブ
３０ｂ  バルブストップ
３１  カバー
３２  吸入経路
３３  吐出室
３４  吐出経路
３５  吸入管
３６  吐出管
４０  電磁弁
【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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