(57)【要約】  【課題】  密閉型膨張機における潤滑油の良好な循環を実現し、高信頼性、高効率な冷凍サイクル装置を提供する。  【解決手段】  密閉容器１１５の内部に、膨張機構１１３と、膨張機構１１３の下方に設けた発電機３１３と、膨張機構１１３の回転を発電機３１３に伝える軸３０７と、軸３０７を軸支する主軸受３０３および副軸受３１０と、密閉容器１１５の底部に設けた潤滑油溜まり３１２、潤滑油溜まり３１２の潤滑油を軸３０７に設けられた給油経路３０７ｃを通じて膨張機構１１３の摺動部分へ供給する潤滑油ポンプ３１１と、回転子３１３ｂの回転による旋回流を遮蔽する遮蔽体３１５と、膨張機構１１３を摺動後の油を回転子３１３ｂによる旋回流が遮蔽された空間に誘導する潤滑油通路３０３ａを備える。このことにより、旋回流により冷媒と潤滑油が攪拌されることを防ぎ、速やかに潤滑油溜まり３１２へ戻ることを実現する。【選択図】  図３
2008232012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部に潤滑油溜まりが形成された密閉容器と、
前記密閉容器の上部に設けられ、冷媒を膨張させる膨張機構と、
前記膨張機構の下方に設けられ、固定子と回転子とを有する発電機と、
前記膨張機構に潤滑油を供給する潤滑油ポンプと、
前記膨張機構と前記発電機と前記潤滑油ポンプとを連結し、前記潤滑油ポンプで汲み上げられた潤滑油を前記膨張機構に供給するための給油経路が内部に形成された軸と、
前記膨張機構と前記発電機との間に設けられ、前記軸を軸支する軸受部材と、
前記軸受部材と前記発電機との間の空間を、前記回転子による旋回流が発生する空間と旋回流が抑制される空間とに区画する遮蔽体と、
前記旋回流が抑制される空間に、前記膨張機構から潤滑油を誘導する潤滑油通路とを備えた膨張機。
【請求項２】
膨張機に冷媒を吸入する吸入管と、
膨張機から冷媒を吐出する吐出管とを更に備え、
前記吸入管および前記吐出管は、前記密閉容器の内部空間に開放されていない、
請求項１に記載の膨張機。
【請求項３】
前記発電機の上部の空間と前記発電機の下部の空間とを連通する連絡路が、前記固定子、もしくは前記固定子と密閉容器との間に設けられた、
請求項１または２に記載の膨張機。
【請求項４】
前記遮蔽体は前記回転子の上端面を囲う筒状部材である、
請求項１〜３のいずれかに記載の膨張機。
【請求項５】
前記遮蔽体の中央部の外径より下端部の外径の方が大きい、
請求項４に記載の膨張機。
【請求項６】
前記遮蔽体の筒状部材の内壁に、内孔が前記軸に近接する円板を設け、前記筒状部材の内壁の前記円板よりも上部の位置に一つ以上の穴を設けた、
請求項４または５に記載の膨張機。
【請求項７】
前記遮蔽体の筒状部材の内壁または前記遮蔽体の筒状部材の外壁に、複数の突起を設けた、
請求項４〜６のいずれかに記載の膨張機。
【請求項８】
前記遮蔽体の筒状部材の下端部が前記固定子側へ広がった、
請求項４〜７のいずれかに記載の膨張機。
【請求項９】
前記遮蔽体は、前記軸受部材に装着され、前記回転子の上端面を覆う円板状である、
請求項１〜３のいずれかに記載の膨張機。
【請求項１０】
前記遮蔽体の円板部材に一つ以上の穴を設けた、
請求項９に記載の膨張機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮性流体を膨張させることによって動力エネルギーを回収する膨張機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、膨張機構と、膨張機構の下方に設けられた発電機と、膨張機構の回転を発電機に伝える軸とを密閉容器内に備えた膨張機が知られている（例えば、特許文献１参照）。以下、従来の膨張機について説明する。
【０００３】
図９は、従来の膨張機９００の縦断面図である。図９に示すように、膨張機９００は、密閉容器９０１内に、膨張機構９０６と発電機９０８とを備えている。膨張機構９０６と発電機９０８とは、軸９０２により接続されている。
【０００４】
膨張機構９０６は、軸９０２の主軸部９０２ａを軸支する主軸受９０３と、主軸受９０３上に設置された固定スクロール９０４と、固定スクロール９０４と噛み合い、軸９０２の上端にある偏心軸部９０２ｂにより偏心駆動する旋回スクロール９０５と、旋回スクロール９０５と主軸受９０３との間に設置され、旋回スクロール９０５の自転を防止して円軌道運動するように案内する自転規制機構９０７とを備えている。また、膨張機構９０６には、放熱器からの冷媒を吸入するための吸入管９１２、および、蒸発器へ冷媒を吐出するための吐出管９１３が、密閉容器９０１を貫通して設けられている。
【０００５】
発電機９０８は、主軸受９０３と副軸受９０９との間に位置し、密閉容器９０１に固定された固定子９０８ａと、軸９０２に結合された回転子９０８ｂとにより構成されている。
【０００６】
軸９０２は、上側を主軸受９０３に、下側を副軸受９０９により支持されている。また、軸９０２の下端部には、潤滑油ポンプ９１０が設けられている。潤滑油ポンプ９１０は、密閉容器９０１の底部に設けられた潤滑油溜まり９１１の潤滑油を汲み上げ、軸９０２の内部に設けられた給油経路９０２ｃを経由して、膨張機構９０６の主軸受摺動部９０３ａおよび偏心軸部９０２ｂに供給している。
【特許文献１】特開２００６−２２０１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、冷凍サイクル装置において、放熱器を通過した冷媒は、膨張機構９０６内で膨張し、低温低圧の状態になる。そのため、膨張機９００の内部を満たす冷媒は、膨張機構９０６によって冷却されるため、低温となる。
【０００８】
ここで、冷媒として二酸化炭素を用い、潤滑油としてＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）を用いた場合について考察する。
【０００９】
図１０は、二酸化炭素とＰＡＧの、圧力が１０ＭＰａにおける温度と密度の関係をそれぞれ示している。図１０から分かるように、膨張機内部のような低温状態（例えば、２０℃）では、圧縮機内部のような高温状態（例えば、１００℃）に比べて、冷媒と潤滑油の密度差は小さくなる。
【００１０】
したがって、膨張機構９０６内を潤滑した後の潤滑油が、主軸受摺動部９０３ａから回転子９０８ｂ上部に排出され、回転子９０８ｂの回転による冷媒の旋回流に乗って冷媒と攪拌されると、冷媒との密度差が小さいため、潤滑油が重力によって落下することなく、発電機９０８の上部空間に留まる。そのため、潤滑油溜まり９１１へ潤滑油が戻らず、潤滑油溜まり９１１の潤滑油が不足する。
【００１１】
また、従来の密閉型圧縮機のような冷媒流路の拘束の仕方は、冷媒と潤滑油の密度差を利用して冷媒と潤滑油を分離することを目的としており、従来の密閉型膨張機にそのまま利用することはできない。
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、潤滑油が発電機の上部空間に留まることなく、潤滑油溜まりへ戻ることを可能にし、信頼性の高い、高効率な膨張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】
【００１３】
本発明にかかる膨張機は、底部に潤滑油溜まりが形成された密閉容器と、前記密閉容器の上部に設けられ、冷媒を膨張させる膨張機構と、前記膨張機構の下方に設けられ、固定子と回転子とを有する発電機と、前記膨張機構に潤滑油を供給する潤滑油ポンプと、前記膨張機構と前記発電機と前記潤滑油ポンプとを連結し、前記潤滑油ポンプで汲み上げられた潤滑油を前記膨張機構に供給するための給油経路が内部に形成された軸と、前記膨張機構と前記発電機との間に設けられ、前記軸を軸支する軸受部材と、前記軸受部材と前記発電機との間の空間を、前記回転子による旋回流が発生する空間と旋回流が抑制される空間とに区画する遮蔽体と、前記旋回流が抑制される空間に、前記膨張機構から潤滑油を誘導する潤滑油通路とを備えている。
【００１４】
上記遮蔽体によって、発電機の上部空間を、回転子による冷媒の旋回流が発生する空間と、旋回流が抑制される空間とに分けることができる。また、上記潤滑油通路によって、膨張機構の摺動部を潤滑した後の潤滑油を、冷媒の旋回流が生じない部分に選択的に移動させることができる。したがって、潤滑油が冷媒と攪拌されることを抑制でき、潤滑油が発電機の上部空間に留まることなく、潤滑油溜まりへ戻ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の膨張機によれば、潤滑油が発電機の上部空間に留まることなく、潤滑油溜まりへ戻ることができるため、潤滑油溜まりの潤滑油不足を解消することができ、信頼性の高い、高効率な膨張機を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。なお、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置１００の構成図である。図１に示すように、冷凍サイクル装置１００は、冷媒を圧縮する圧縮機１０１と、圧縮機１０１で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器１０２と、放熱器１０２で放熱された冷媒を膨張させる膨張機１０３と、膨張機１０３で膨張した冷媒を加熱する蒸発器１０４とを、配管１０５を介して順に接続することで構成されている。
【００１８】
圧縮機１０１と膨張機１０３とは、均圧管１０６および均油管１０７によって接続されている。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態１における圧縮機１０１の縦断面図である。図２に示すように、圧縮機１０１は、圧縮機構１０８と電動機２１３と潤滑油ポンプ２１１とを上から順に、密閉容器１１０の内部に備えている。圧縮機構１０８と電動機２１３と潤滑油ポンプ２１１とは、軸２０７で一軸に連結されている。圧縮機構１０８は、吸入管２１９を介して蒸発器１０４に接続されるとともに、吐出管２２１を介して放熱器１０２と接続されている。密閉容器１１０内の底部には、潤滑油を貯留する潤滑油溜まり２１２が形成されている。軸２０７の下端部に設けられた潤滑油ポンプ２１１は、潤滑油溜まり２１２に浸漬している。また、軸２０７内部には、軸２０７の軸方向に延びる給油経路２０７ｃが形成されており、圧縮機構１０８に潤滑油を供給するための経路となっている。
【００２０】
図３は、本発明の実施の形態１における膨張機１０３の縦断面図である。図３に示すように、膨張機１０３は、膨張機構１１３と発電機３１３と潤滑油ポンプ３１１とを上から順に、密閉容器１１５の内部に備えている。膨張機構１１３と発電機３１３と潤滑油ポンプ３１１とは、軸３０７で一軸に連結されている。膨張機構１１３は、密閉容器１１５を貫通して膨張機構１１３の上側に設けられた吸入管３１９を介して放熱器１０２に接続されるとともに、密閉容器１１５を貫通して固定スクロール３０４に設けられた吐出管３２１を介して蒸発器１０４と接続されている。密閉容器１１５内の底部には、潤滑油を貯留する潤滑油溜まり３１２が形成されている。軸３０７の下端部に設けられた潤滑油ポンプ３１１は、潤滑油溜まり３１２に浸漬している。また、軸３０７内部には、軸３０７の軸方向に延びる給油経路３０７ｃが形成されており、膨張機構１１３に潤滑油を供給するための経路となっている。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態１の冷凍サイクル装置１００における冷媒の流れを説明する。
【００２２】
図１に示すように、冷媒は、圧縮機構１０８に吸入されて昇温昇圧され、密閉容器１１０の内部に吐出される。そして一度、圧縮機１０１の密閉容器１１０内に蓄えられた後、圧縮機１０１から吐出される。圧縮機１０１から吐出された高圧の冷媒は、放熱器１０２に流入し、放熱される。放熱器１０２で放熱された高圧の冷媒は、膨張機１０３の膨張機構１１３に直接吸入されて膨張し、低温低圧になる。この低温低圧の冷媒は、膨張機１０３の密閉容器１１５内に蓄えられることなく、膨張後、すぐに膨張機構１１３から吐出管３２１に直接吐出される。膨張機１０３から吐出された冷媒は、蒸発器１０４に流入して外部から受熱し、再び圧縮機１０１に吸入される。冷凍サイクル装置１００では、冷媒はこのような循環を繰り返している。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態１の冷凍サイクル装置１００における潤滑油の流れを説明する。
【００２４】
まず、圧縮機１０１の内部での潤滑油の流れを説明する。圧縮機１０１の潤滑油溜まり２１２から潤滑油ポンプ２１１によって汲み上げられた潤滑油は、軸２０７内に設けられた給油経路２０７ｃを通って、圧縮機構１０８へと導入される。圧縮機構１０８へ導入された潤滑油の一部は、冷媒と共に密閉容器１１０内へ吐出され、その他は、圧縮機構１０８を潤滑した後に潤滑油通路２０８を通って潤滑油溜まり２１２へ戻る。圧縮機構１０８から冷媒と共に吐出された潤滑油は高温となっているため、冷媒との密度差が大きい。そのため、密度差による冷媒と潤滑油の分離が起こり、冷媒中の潤滑油は潤滑油溜まり２１２へと戻る。
【００２５】
続いて、膨張機１０３の内部での潤滑油の流れを説明する。膨張機１０３の潤滑油溜まり３１２から潤滑油ポンプ３１１によって汲み上げられた潤滑油は、軸３０７内に設けられた給油経路３０７ｃを通って、膨張機構１１３へと導入される。膨張機構１１３へ導入
された潤滑油は、冷媒と共に膨張機１０３から吐出される。
【００２６】
膨張機１０３の潤滑油が冷媒と共に吐出されると、潤滑油溜まり３１２の潤滑油が、冷凍サイクル装置１００の運転時間の経過と共に徐々に減少する。これを防止するために、圧縮機１０１の潤滑油溜まり２１２と膨張機１０３の潤滑油溜まり３１２とを連結する均油管１０７が設けられている。
【００２７】
また、膨張機１０３内部の潤滑油の量と冷媒の量のバランスをとるために、圧縮機１０１内部の冷媒空間と膨張機１０３内部の冷媒空間とを結ぶ均圧管１０６が設けられている。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態１における膨張機１０３について、詳細に説明する。
【００２９】
＜膨張機構１１３の構成＞
図３に示すように、膨張機１０３の膨張機構１１３は、スクロール膨張機構であって、主軸受３０３、固定スクロール３０４、および旋回スクロール３０５を備えている。
【００３０】
主軸受３０３は、溶接や焼き嵌めなどによって密閉容器１１５内に固定され、軸３０７の主軸部３０７ａを軸支している。また、主軸受３０３には、潤滑油通路３０３ａが複数設けられている。
【００３１】
固定スクロール３０４は、主軸受３０３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３０５は、主軸受３０３と固定スクロール３０４との間に挟み込まれ、軸３０７の上端部に形成された偏心軸部３０７ｂと嵌合している。旋回スクロール３０５と主軸受３０３との間には、旋回スクロール３０５の自転を防止して、円軌道運動を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３０９が設けられている。固定スクロール３０４および旋回スクロール３０５は、それぞれ渦巻状のラップ３０４ａ、３０５ａを備えており、ラップ３０４ａとラップ３０５ａは互いに噛み合わされている。これにより、旋回スクロール３０５と固定スクロール３０４との間に、膨張室３０８が形成される。
【００３２】
＜給油機構の構成＞
図３に示すように、軸３０７の主軸部３０７ａの下端部は、副軸受３１０によって支持され、その先端部には潤滑油ポンプ３１１が備えられている。また、密閉容器１１５の底部には、潤滑油溜まり３１２が設けられている。
【００３３】
軸３０７の内部には、軸方向に延びる給油経路３０７ｃが形成されている。なお、ここで「軸方向に延びる給油経路３０７ｃ」とは、給油経路３０７ｃが全体として軸方向（上下方向）に沿って延びていることを意味する。したがって、給油経路３０７ｃの形状が、軸方向に直線状である場合に限らず、螺旋状である場合等も含まれる。
【００３４】
また、軸３０７には、給油経路３０７ｃ内の潤滑油を主軸受摺動部３０３ｂに供給する給油孔３０７ｄが設けられている。さらに、軸３０７の、主軸受摺動部３０３ｂで軸支される部分の表面には、軸３０７の回転により潤滑油が上方へ流れるよう、油溝３０７ｅが設けられている。
【００３５】
＜発電機３１３・連絡路３１４の構成＞
図３に示すように、発電機３１３は、主軸受３０３と副軸受３１０との間に位置し、軸３０７に固定された回転子３１３ｂと、回転子３１３ｂの外周側に所定の間隔をおいて配置された固定子３１３ａとから構成されている。
【００３６】
固定子３１３ａと密閉容器１１５との間には、発電機３１３の上部空間と下部空間を連通する連絡路３１４を設けている。連絡路３１４は、主軸受３０３に設けられた潤滑油通路３０３ａ出口の直下に位置している。連絡路３１４を、潤滑油通路３０３ａの直下に設けることによって、潤滑油をよりスムーズに潤滑油溜まり３１２に戻すことができる。
【００３７】
なお、連絡路３１４は、固定子３１３ａに設けてもよい。
【００３８】
＜遮蔽体３１５の構成＞
図４は、本発明の実施の形態１における遮蔽体３１５の縦断面図である。図５は、本発明の実施の形態１における遮蔽体３１５の斜視図である。
【００３９】
図４、図５に示すように、遮蔽体３１５は筒状の形状で、フランジ部材３１５ａを、筒状部材３１５ｂに嵌めることで構成されている。フランジ部材３１５ａと筒状部材３１５ｂとは、ピン３１６で固定されている。
【００４０】
フランジ部材３１５ａは金属材料で形成され、筒状部材３１５ｂは耐熱性を有する絶縁材料で形成されている。なお、フランジ部材３１５ａおよび筒状部材３１５ｂの材料・材質は、上記に限定されるものではない。
【００４１】
筒状部材３１５ｂの内壁には、中央部に内孔を有する円板３１５ｃが設けられている。円板３１５ｃの外周面は、筒状部材３１５ｂの内壁に接合しており、円板３１５ｃの内周面は、軸３０７に近接している。円板３１５ｃよりも上部の、筒状部材３１５ｂの壁面には、複数の穴３１５ｄが設けられている。
【００４２】
筒状部材３１５ｂの内壁および外壁には、壁面に対して垂直な複数の平板状の突起３１５ｅが、筒状部材３１５ｂの内側および外側に向かって設けられている。
【００４３】
図３に示すように、遮蔽体３１５は、主軸受３０３と発電機３１３との間に配置されている。具体的には、フランジ部材３１５ａが、主軸受３０３の下面にボルト（図示せず）で固定され、筒状部材３１５ｂが、発電機３１３の回転子３１３ｂの上端面を囲むように外側へ広がって、発電機３１３の固定子３１３ａと接触している。これにより、発電機３１３の上部空間を、遮蔽体３１５の外部空間と内部空間とに区画している。
【００４４】
＜膨張機構１１３内での冷媒の流れ＞
放熱器１０２から吸入管３１９を通って流れ込む冷媒は、固定スクロール３０４の中心部に形成された吸入路３２０から膨張室３０８へ吸入される。
【００４５】
膨張室３０８は、旋回スクロール３０５が軸３０７の偏心軸部３０７ｂの回転により偏心運動することで、その容積を拡大させながら中心側から外周側に移動する。
【００４６】
膨張室３０８に吸入された冷媒は、膨張室３０８の容積変化に伴って膨張する。膨張後の冷媒は、膨張室３０８の外周端に接するように固定スクロール３０４に形成された吐出管３２１を通じて、密閉容器１１５の外部に吐出される。
【００４７】
＜膨張機１０３内での潤滑油の流れ＞
潤滑油は、密閉容器１１５の底部に設けられた潤滑油溜まり３１２から、潤滑油ポンプ３１１によって汲み上げられ、軸３０７内に設けられた給油経路３０７ｃを通って上方へと送られる。上方へ送られた潤滑油は、軸３０７の上端部から膨張機構１１３へと導入される。
【００４８】
その際、一部の潤滑油は、軸３０７の給油孔３０７ｄを通って、主軸受摺動部３０３ｂへ供給される。主軸受摺動部３０３ｂへ供給された潤滑油は、軸３０７の表面に設けられた油溝３０７ｅに沿って上方へ送られ、膨張機構１１３へと導入される。
【００４９】
膨張機構１１３へ導入されて潤滑した後の潤滑油は、主軸受３０３に設けられた複数の潤滑油通路３０３ａを通って、遮蔽体３１５の外部空間に誘導され、固定子３１３ａと密閉容器１１５の間に設けられた連絡路３１４の直上に排出される。潤滑油通路３０３ａから排出された潤滑油は、連絡路３１４を通って、発電機３１３の上部空間から下部空間へ戻る。
【００５０】
なお、軸３０７の給油孔３０７ｄを通っても、油溝３０７ｅから上方へ送られずに、主軸受摺動部３０３ｂから軸３０７を伝い落ちる潤滑油もわずかながら存在する。しかしながら、本発明の実施の形態１では、軸３０７を伝い落ちる潤滑油が、筒状部材３１５ｂの内壁に設けられた円板３１５ｃで受け止められ、筒状部材３１５ｂに設けられた複数の穴３１５ｄより、発電機３１３の回転子３１３ｂ側の上部空間を避けて、固定子３１３ａ側の上部空間へ排出される。複数の穴３１５ｄより排出された潤滑油は、潤滑油通路３０３ａから排出された潤滑油と共に、連絡路３１４を通って発電機３１３の上部空間から下部空間へ戻る。
【００５１】
＜遮蔽体３１５・潤滑油通路３０３ａの作用効果＞
本発明の実施の形態１の膨張機１０３では、主軸受３０３と発電機３１３の間に筒状の遮蔽体３１５を設けることによって、発電機３１３の上部空間を、遮蔽体３１５の外部空間と内部空間とに区画している。
【００５２】
これにより、遮蔽体３１５の内部空間においては、回転子３１３ｂの回転の影響を受けて冷媒の旋回流が発生するが、遮蔽体３１５の外部空間においては、遮蔽体３１５によって隔たれているため、冷媒の旋回流の発生を抑制することができる。
【００５３】
さらに、主軸受３０３の下部に設けた遮蔽体３１５の下端部が、回転子３１３ｂの上端面を囲むように外側へ広がって、発電機３１３の固定子３１３ａと接触することにより、遮蔽体３１５の外部空間と内部空間をより確実に区画している。
【００５４】
したがって、遮蔽体３１５の外部空間においては、冷媒の旋回流の発生が抑制されるため、膨張機構１１３から潤滑油通路３０３ａを通って排出された潤滑油は、発電機３１３の固定子３１３ａ側の上部空間で攪拌されることなく、連絡路３１４へと流入することができ、確実に潤滑油溜まり３１２へ戻ることができる。
【００５５】
また、本発明の実施の形態１の膨張機１０３では、吸入管３１９と吐出管３２１が、共に密閉容器１１５内に開放されずに密閉容器１１５を貫通し、膨張機構１１３に直接接続されている。つまり、放熱器１０２で放熱された高圧の冷媒は、膨張機構１１３に直接吸入され、膨張機１０３の密閉容器１１５内に蓄えられることなく、膨張機構１１３から直接吐出される。
【００５６】
したがって、吸入冷媒又は吐出冷媒を密閉容器１１５内に開放する場合と比べて、密閉容器１１５内での冷媒の流動量および流動域が減少し、冷媒と潤滑油の攪拌をさらに抑えることができる。
【００５７】
本発明の実施の形態１の膨張機１０３では、潤滑油通路３０３ａを主軸受３０３に複数形成することにより、潤滑油通路３０３ａから排出される潤滑油を、冷媒の旋回流の影響
の少ない発電機３１３の固定子３１３ａ側の上部空間に誘導している。
【００５８】
これにより、発電機３１３の固定子３１３ａ側の上部空間における冷媒と潤滑油の攪拌を抑制し、潤滑油通路３０３ａから排出される潤滑油を、確実に潤滑油溜まり３１２に戻すことができる。
【００５９】
また、本発明の実施の形態１の膨張機１０３では、遮蔽体３１５の筒状部材３１５ｂ内壁に円板３１５ｃを設け、さらに筒状部材３１５ｂの壁面に複数の穴３１５ｄを形成することにより、軸３０７を伝い落ちる潤滑油を、発電機３１３の回転子３１３ｂ側の上部空間を避けて、固定子３１３ａ側の上部空間へ排出している。
【００６０】
これにより、遮蔽体３１５の内部空間において、潤滑油が冷媒と攪拌されるために潤滑油溜まり３１２へ戻らず、前記空間に留まり続けることの無いようにし、膨張機１０３の内部における潤滑油の循環量が減少することを防ぐことができる。
【００６１】
なお、遮蔽体３１５の中央部の外径より下端部の外径の方が大きくすることによって、遮蔽体３１５の外部空間をより大きくとることも可能である。
【００６２】
また、遮蔽体３１５の外部空間は、潤滑油通路３０３ａから排出される潤滑油が連絡路３１４へ流入する前に蓄えられる緩衝空間としても機能する。したがって、遮蔽体３１５の外部空間をより大きくとることで、膨張機１０３の軸３０７の回転数が変化し、潤滑油ポンプ３１１によって供給される潤滑油の量が変動しても、前記緩衝空間で潤滑油量の変動に対応することができ、安定的に潤滑油を連絡路３１４から潤滑油溜まり３１２へ戻すことができる。
【００６３】
さらに、本発明の実施の形態１の膨張機１０３では、遮蔽体３１５の筒状部材３１５ｂの内壁および外壁に、壁面対して垂直な複数の平板状の突起３１５ｅを、筒状部材３１５ｂの内側および外側に向けて設けている。
【００６４】
これにより、遮蔽体３１５の内部空間を満たす冷媒が、発電機３１３が発電する際の発熱によって高温になっても、遮蔽体３１５の外部空間の冷媒へ放熱することができる。したがって、遮蔽体３１５の内部空間の冷媒温度を一定に保つことができ、膨張機１０３の信頼性を高めることができる。なお、突起３１５ｅは、熱交換を促進するものであれば、形状は平板状のみに捉われず、遮蔽体３１５の筒状部材３１５ｂの内壁または外壁のどちらか一方でも良い。
【００６５】
本発明の実施の形態１の膨張機１０３では、遮蔽体３１５のフランジ部材３１５ａを金属材料、筒状部材３１５ｂを耐熱性を有する絶縁材料で形成している。
【００６６】
これにより、遮蔽体３１５を全て金属材料で作製するよりも、発電機３１３の発熱による熱が、遮蔽体３１５を介して低温の膨張機構１１３へ熱移動することを抑制することができる。
【００６７】
以上のように、本発明の実施の形態１における膨張機１０３によれば、密閉型膨張機の内部の潤滑油が、発電機の上部空間に留まることなく、潤滑油溜まりへ戻ることができるため、良好な潤滑油の循環を実現でき、高効率、高信頼性の密閉型膨張機を提供することが可能となる。
【００６８】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における膨張機６０１について説明する。
【００６９】
図６は、本発明の実施の形態２における膨張機６０１の縦断面図である。なお、本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置１００、および圧縮機１０１については、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。
【００７０】
また、実施の形態１と同様、密閉容器６１８には、潤滑油溜まり６２３と圧縮機１０１の潤滑油溜まり２１２とを結ぶ均油管１０７、および、密閉容器６１８内部の冷媒空間と圧縮機１０１内部の冷媒空間とを結ぶ均圧管１０６を備えている。
【００７１】
＜膨張機構６０２の構成＞
図６に示すように、膨張機６０１の膨張機構６０２は、ロータリ膨張機構であって、上方から下方に向かって順に、第１膨張部６０２ａと第２膨張部６０２ｂとを備えている。
【００７２】
第１膨張部６０２ａは、略円筒状の第１シリンダ６０３と、第１シリンダ６０３内に挿入された第１ローラ６０６とを備えている。第１シリンダ６０３には、径方向に延びるベーン溝が形成され、このベーン溝には第１ベーン６０８と、第１ベーン６０８を第１ローラ６０６に向かって付勢する第１ばね６１０とを設けている。
【００７３】
第２膨張部６０２ｂは、略円筒状の第２シリンダ６０４と、第２シリンダ６０４内に挿入された第２ローラ６０７とを備えている。第２シリンダ６０４には、径方向に延びるベーン溝が形成され、このベーン溝には第２ベーン６０９と、第２ベーン６０９を第２ローラ６０７に向かって付勢する第２ばね６１１とを設けている。なお、本発明の実施の形態２において、軸６０５の軸方向における第２膨張部６０２ｂの高さは、第１膨張部６０２ａよりも高くなっている。
【００７４】
第１膨張部６０２ａの上部には、上軸受６１２と上軸受カバー６１５を設け、第２膨張部６０２ｂの下部には、下軸受６１３を設けている。上軸受６１２および下軸受６１３は、溶接や焼き嵌めなどによって密閉容器６１８内に固定され、それぞれ軸６０５を支持している。また、下軸受６１３には、潤滑油通路６１３ｄが複数設けられている。
【００７５】
第１膨張部６０２ａの内部には、第１シリンダ６０３の内周面、第１ローラ６０６の外周面、中板６１４および上軸受６１２により、第１作動室６１９が形成されており、第１ベーン６０８によって高圧側の作動室と低圧側の作動室とに仕切られている。
【００７６】
第２膨張部６０２ｂの内部には、第２シリンダ６０４の内周面、第２ローラ６０７の外周面、中板６１４および下軸受６１３により、第２作動室６２０が形成されており、第２ベーン６０９によって高圧側の作動室と低圧側の作動室とに仕切られている。
【００７７】
第１膨張部６０２ａと第２膨張部６０２ｂとは、中板６１４によって仕切られている。中板６１４には、第１作動室６１９と第２作動室６２０とを連通させる連通孔６１４ａが形成されている。なお、第１作動室６１９と第２作動室６２０とは、それぞれ別個に冷媒を膨張させる作動室であっても良いが、本発明の実施の形態２では、連通孔６１４ａにより、第１作動室６１９および第２作動室６２０を一つの作動室として形成している。すなわち、本発明の実施の形態２では、冷媒は、第１作動室６１９および第２作動室６２０において、連続的に膨張する。
【００７８】
軸６０５には、第１偏心部６０５ａおよび第２偏心部６０５ｂが形成されており、第１ローラ６０６および第２ローラ６０７の内部にそれぞれ嵌合している。これにより、第１ローラ６０６および第２ローラ６０７は、第１偏心部６０５ａおよび第２偏心部６０５ｂによってそれぞれ偏心した状態で、第１シリンダ６０３および第２シリンダ６０４内を旋
回するように規制されている。
【００７９】
したがって、膨張機構６０２は、第１ローラ６０６および第２ローラ６０７がそれぞれ偏心運動することで、第１作動室６１９および第２作動室６２０の容積を変化させることができる。
【００８０】
吸入管６１６は、密閉容器６１８を貫通し、下軸受６１３に接続されている。下軸受６１３、第２シリンダ６０４、中板６１４、第１シリンダ６０３および上軸受６１２には、吸入路６１３ｃ、６０４ｂ、６１４ｂ、６０３ｂ、６１２ｂがそれぞれ形成され、吸入管６１６と連通している。また、上軸受６１２と上軸受カバー６１５とにより、上軸受内空間６１２ｃが形成され、吸入路６１２ｂの上側開口部と連通している。これにより、吸入管６１６から吸入された冷媒は、一連の吸入路６１３ｃ、６０４ｂ、６１４ｂ、６０３ｂ、６１２ｂを通じて、上軸受内空間６１２ｃに導かれ、上軸受６１２に形成された吸入ポート６１２ａより、第１作動室６１９に導入される。
【００８１】
吐出管６１７は、密閉容器６１８を貫通し、下軸受６１３に接続されている。下軸受６１３には吐出ポート６１３ａが形成されており、第２作動室６２０で膨張した冷媒を吐出管６１７に導いている。
【００８２】
なお、本発明の実施の形態２では、第１シリンダ６０３および第２シリンダ６０４の高さをそれぞれ変えることで、第１作動室６１９および第２作動室６２０の容積差を作っているが、第１シリンダ６０３および第２シリンダ６０４の内径、あるいは第１ローラ６０６および第２ローラ６０７の外径を相違させることで、第１作動室６１９および第２作動室６２０の容積差を作り出すことが可能である。
【００８３】
＜給油機構の構成＞
図６に示すように、軸６０５の下端部は、副軸受６２１によって支持され、その先端部には潤滑油ポンプ６２２が備えられている。また、密閉容器６１８の底部には、潤滑油溜まり６２３が設けられている。
【００８４】
軸６０５の内部には、軸方向に延びる給油経路６０５ｃが形成されている。なお、ここで「軸方向に延びる給油経路６０５ｃ」とは、給油経路６０５ｃが全体として軸方向（上下方向）に沿って延びていることを意味する。したがって、給油経路６０５ｃの形状が、軸方向に直線状である場合に限らず、螺旋状である場合等も含まれる。
【００８５】
また、軸６０５には、給油経路６０５ｃ内の潤滑油を下軸受摺動部６１３ｂに供給する給油孔６０５ｄが設けられている。さらに、軸６０５の、下軸受摺動部６１３ｂで軸支される部分の表面には、軸６０５の回転により潤滑油が上方へ流れるよう、油溝６０５ｅが設けられている。
【００８６】
＜発電機６２４・連絡路６２５の構成＞
図６に示すように、発電機６２４は、下軸受６１３と副軸受６２１との間に位置し、軸６０５に固定された回転子６２４ｂと、回転子６２４ｂの外周側に所定の間隔をおいて配置された固定子６２４ａとから構成されている。
【００８７】
固定子６２４ａと密閉容器６１８との間には、発電機６２４の上部空間と下部空間を連通する連絡路６２５を設けている。連絡路６２５は、下軸受６１３に設けられた潤滑油通路６１３ｄ出口の直下に位置している。連絡路６２５を、潤滑油通路６１３ｄの直下に設けることによって、潤滑油をよりスムーズに潤滑油溜まり６２３に戻すことができる。
【００８８】
なお、連絡路６２５は、固定子６２４ａに設けてもよい。
【００８９】
＜遮蔽体６２６の構成＞
図７は、本発明の実施の形態２における遮蔽体６２６の縦断面図である。図８は、本発明の実施の形態２における遮蔽体６２６の斜視図である。
【００９０】
図７、図８に示すように、遮蔽体６２６は、円板状の形状で、フランジ部材６２６ａと、円板部材６２６ｂとを重ね合わせることで構成されている。フランジ部材６２６ａと円板部材６２６ｂとは、ピン６２７で固定されている。
【００９１】
フランジ部材６２６ａは金属材料で形成され、円板部材６２６ｂは耐熱性を有する絶縁材料で形成されている。円板部材６２６ｂの外縁近傍には、複数の穴６２６ｃが設けられている。円板部材６２６ｂの外径は、回転子６２４ｂの外径よりも大きい。なお、フランジ部材６２６ａおよび円板部材６２６ｂの材料・材質は、上記に限定されるものではない。
【００９２】
図６に示すように、遮蔽体６２６は、下軸受６１３と発電機６２４との間に配置されている。具体的には、フランジ部材６２６ａが、下軸受６１３の下部にボルト（図示せず）で固定され、円板部材６２６ｂが、発電機６２４の回転子６２４ｂ上面を覆い、かつ、発電機６２４の固定子６２４ａと近接するよう設置されている。これにより、発電機６２４の上部空間を、遮蔽体６２６の外部空間と内部空間とに区画している。
【００９３】
＜膨張機構６０２内での冷媒の流れ＞
放熱器１０２から吸入管６１６を通って流れ込む冷媒は、一連の吸入路６１３ｃ、６０４ｂ、６１４ｂ、６０３ｂ、６１２ｂを通じて、上軸受内空間６１２ｃに導かれ、上軸受６１２に形成された吸入ポート６１２ａより、第１作動室６１９に導入される。
【００９４】
連通孔６１４ａを介して第１作動室６１９および第２作動室６２０に吸入された冷媒は、第１作動室６１９および第２作動室６２０の容積変化に伴って膨張する。膨張後の冷媒は、下軸受６１３に形成された吐出ポート６１３ａを通じて、吐出管６１７より密閉容器６１８の外部に吐出される。
【００９５】
＜膨張機６０１内での潤滑油の流れ＞
潤滑油は、密閉容器６１８の底部に設けられた潤滑油溜まり６２３から、潤滑油ポンプ６２２によって汲み上げられ、軸６０５内に設けられた給油経路６０５ｃを通って上方へと送られる。上方へ送られた潤滑油は、軸６０５の第１偏心部６０５ａに設けられた第１偏心部給油孔６０５ｆと、第２偏心部６０５ｂに設けられた第２偏心部給油孔６０５ｇから、膨張機構６０２へと導入される。
【００９６】
その際、一部の潤滑油は、軸６０５の給油孔６０５ｄを通って、下軸受摺動部６１３ｂへ供給される。下軸受摺動部６１３ｂへ供給された潤滑油は、軸６０５の表面に設けられた油溝６０５ｅに沿って上方へ送られ、膨張機構６０２へと導入される。
【００９７】
膨張機構６０２へ導入されて潤滑した後の潤滑油は、下軸受６１３に設けられた複数の潤滑油通路６１３ｄを通って、遮蔽体６２６の外部空間に誘導され、固定子６２４ａと密閉容器６１８の間に設けられた連絡路６２５の直上に排出される。潤滑油通路６１３ｄから排出された潤滑油は、連絡路６２５を通って、発電機６２４の上部空間から下部空間へ戻る。
【００９８】
なお、軸６０５の給油孔６０５ｄを通っても、油溝６０５ｅから上方へ送られずに、下
軸受摺動部６１３ｂから軸６０５を伝い落ちる潤滑油もわずかながら存在する。しかしながら、本発明の実施の形態２では、軸６０５を伝い落ちる潤滑油が、発電機６２４の回転子６２４ｂ側の上部空間に流れ込んでも、円板部材６２６ｂの外縁近傍に設けられた複数の穴６２６ｃと、円板部材６２６ｂの外縁と固定子６２４ａとの間の間隙とから湧出し、発電機６２４の固定子６２４ａ側の上部空間へ排出される。複数の穴６２６ｃと、円板部材６２６ｂの外縁と固定子６２４ａとの間の間隙とから排出された潤滑油は、潤滑油通路６１３ｄから排出された潤滑油と共に、連絡路６２５を通って発電機６２４の上部空間から下部空間へ戻る。
【００９９】
＜遮蔽体６２６・潤滑油通路６１３ｄの効果作用＞
本発明の実施の形態２の膨張機６０１では、円板状の遮蔽体６２６を発電機６２４の回転子６２４ｂの上に設けることによって、発電機６２４の上部空間を、遮蔽体６２６の外部空間と内部空間とに区画している。
【０１００】
これにより、遮蔽体６２６の内部空間においては、回転子６２４ｂの回転の影響を受けて冷媒の旋回流が発生するが、遮蔽体６２６の外部空間においては、遮蔽体６２６によって遮蔽されるため、冷媒の旋回流の発生を抑制することができる。さらには、円板状の遮蔽体６２６を設けることによって、実施の形態１よりも、潤滑油が回転子６２４ｂの回転による冷媒の旋回流の影響を受けない遮蔽体６２６の外部空間を大きくとることができる。
【０１０１】
また、図６に示すように、円板部材６２６ｂの外径は、回転子６２４ｂの外径よりも大きい。
【０１０２】
これにより、遮蔽体６２６の外部空間の冷媒は、遮蔽体６２６の内部空間の冷媒と触れ合うことがほとんど無く、回転子６２４ｂの回転による旋回流が生じない。したがって、膨張機構６０２から排出された潤滑油は、発電機６２４の上部空間で攪拌されることなく、連絡路６２５へと流入することができ、確実に潤滑油溜まり６２３へ戻ることができる。
【０１０３】
本発明の実施の形態２の膨張機６０１では、遮蔽体６２６の円板部材６２６ｂの外縁近傍に複数の穴６２６ｃを設け、円板部材６２６ｂの外縁と固定子６２４ａとの間に間隙が存在するように、遮蔽体６２６を設置することにより、軸６０５を伝い落ちる潤滑油が、発電機６２４の回転子６２４ｂ側の上部空間に流れ込んでも、複数の穴６２６ｃと、円板部材６２６ｂの外縁と固定子６２４ａとの間の間隙とから湧出し、発電機６２４の固定子６２４ａ側の上部空間へ排出される。
【０１０４】
これにより、遮蔽体６２６の内部空間において、潤滑油が冷媒と攪拌されるために潤滑油溜まり６２３へ戻らず、前記空間に留まり続けることの無いようにし、膨張機６０１内部における潤滑油の循環量が減少することを防ぐことができる。
【０１０５】
また、本発明の実施の形態２の膨張機６０１では、潤滑油通路６１３ｄを下軸受６１３に複数設けることにより、潤滑油通路６１３ｄから排出される潤滑油を、冷媒の旋回流の影響の少ない発電機６２４の固定子６２４ａ側の上部空間に誘導している。
【０１０６】
これにより、発電機６２４の固定子６２４ａ側の上部空間における冷媒と潤滑油の攪拌を抑制し、潤滑油通路６１３ｄから排出される潤滑油を、潤滑油溜まり６２３に戻すことができる。
【０１０７】
本発明の実施の形態２の膨張機６０１では、遮蔽体６２６のフランジ部６２６ａを金属
材料、円板部材６２６ｂを耐熱性を有する絶縁材料で形成している。
【０１０８】
これにより、遮蔽体６２６を全て金属材料で作製するよりも、発電機６２４の発熱による熱が、遮蔽体６２６を介して低温の膨張機構６０２へ熱移動することを抑制することができる。
【０１０９】
以上のように、本発明の実施の形態２における膨張機６０１によれば、密閉型膨張機の内部における潤滑油が発電機の上部空間に留まることなく、潤滑油溜まりへ戻ることができるため、良好な潤滑油の循環を実現でき、高効率、高信頼性の密閉型膨張機を提供することが可能となる。
【０１１０】
なお、本発明における密閉型膨張機は、上記各実施の形態に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、圧縮性流体を膨張させることによって動力エネルギーを回収する密閉型膨張機、およびそれを備えた冷凍サイクル装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の実施の形態１における膨張機を有する冷凍サイクル装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図
【図３】本発明の実施の形態１における密閉型膨張機の縦断面図
【図４】本発明の実施の形態１における遮蔽体の縦断面図
【図５】本発明の実施の形態１における遮蔽体の斜視図
【図６】本発明の実施の形態２における密閉型膨張機の縦断面図
【図７】本発明の実施の形態２における遮蔽体の縦断面図
【図８】本発明の実施の形態２における遮蔽体の斜視図
【図９】従来のスクロール膨張機構を有する密閉型膨張機の縦断面図
【図１０】二酸化炭素とＰＡＧの、圧力が１０ＭＰａにおける温度と密度の変化を示す図
【符号の説明】
【０１１３】
１００  冷凍サイクル装置
１０１  圧縮機
１０２  放熱器
１０３、６０１、９００  膨張機
１０４  蒸発器
１０５  配管
１０６  均圧管
１０７  均油管
１０８  圧縮機構
１１０  密閉容器
１１３、６０２、９０６  膨張機構
１１５、６１８、９０１  密閉容器
２０７  軸
２０７ｃ  給油経路
２０８  潤滑油通路
２１１  潤滑油ポンプ
２１２  潤滑油溜まり
２１３  電動機
２１９  吸入管
２２１  吐出管
３０３、９０３  主軸受
３０３ａ、６１３ｄ  潤滑油通路
３０３ｂ、９０３ａ  主軸受摺動部
３０４、９０４  固定スクロール
３０４ａ、３０５ｂ  ラップ
３０５、９０５  旋回スクロール
３０７、６０５、９０２  軸
３０７ａ、９０２ａ  主軸部
３０７ｂ、９０２ｂ  偏心軸部
３０７ｃ、６０５ｃ、９０２ｃ  給油経路
３０７ｄ、６０５ｄ  給油孔
３０７ｅ、６０５ｅ  油溝
３０８  膨張室
３０９、９０７  自転規制機構
３１０、６２１、９０９  副軸受
３１１、６２２、９１０  潤滑油ポンプ
３１２、６２３、９１１  潤滑油溜まり
３１３、６２４、９０８  発電機
３１３ａ、６２４ａ、９０８ａ  固定子
３１３ｂ、６２４ｂ、９０８ｂ  回転子
３１４、６２５  連絡路
３１５、６２６  遮蔽体
３１５ａ、６２６ａ  フランジ部材
３１５ｂ  筒状部材
３１５ｃ  円板
３１５ｄ、６２６ｃ  穴
３１５ｅ  突起
３１６、６２７  ピン
３１９、６１６、９１２  吸入管
３２０  吸入路
３２１、６１７、９１３  吐出管
６０２ａ  第１膨張部
６０２ｂ  第２膨張部
６０３  第１シリンダ
６１３ｃ、６０４ｂ、６１４ｂ、６０３ｂ、６１２ｂ  吸入路
６０４  第２シリンダ
６０５ａ  第１偏心部
６０５ｂ  第２偏心部
６０５ｆ  第１偏心部給油孔
６０５ｇ  第２偏心部給油孔
６０６  第１ローラ
６０７  第２ローラ
６０８  第１ベーン
６０９  第２ベーン
６１０  第１ばね
６１１  第２ばね
６１２  上軸受
６１２ａ  吸入ポート
６１２ｃ  上軸受内空間
６１３  下軸受
６１３ａ  吐出ポート
６１３ｂ  下軸受摺動部
６１４  中板
６１４ａ  連通孔
６１５  上軸受カバー
６１９  第１作動室
６２０  第２作動室
６２６ｂ  円板部材
【図１】
2008232012.tif 000003
【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】
2008232012.tif 000011
【図１０】
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