(57)【要約】【課題】高圧流体の膨張によって動力を得るロータリ式膨張機において、流体の圧力変動に起因する振動等を低減すると共に得られる動力を増大させる。【解決手段】膨張機構部（60）には、対となるシリンダ（81,82）とピストン（65）を２組設ける。また、各ピストン（65）の位相を１８０°ずらせて、シャフト（45）が１８０°回転する毎に一方の膨張室（62）へ高圧冷媒を導入する。そして、シャフト（45）の１回転中に、所定量の高圧冷媒を膨張機構部（60）へ２回に分けて導入し、冷媒回路における冷媒の流量や圧力の変動を抑制する。【選択図】  図２
2004190578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端が閉塞部材（63,64）によって閉塞された複数のシリンダ（81,82）と、
上記各シリンダ（81,82）内に１つずつ設けられて該シリンダ（81,82）内に膨張室（62）を区画形成するピストン（65）と、
上記膨張室（62）を高圧側と低圧側とに仕切るためのブレード（66）と、
上記各ピストン（65）が係合する回転軸（45）とを備え、
上記回転軸（45）が１回転する間に上記各膨張室（62）への流体の導入が順次開始されると共に、ある膨張室（62）への流体の導入開始から次の膨張室（62）への流体の導入開始までの回転軸（45）の回転角が一定となっているロータリ式膨張機。
【請求項２】
請求項１に記載のロータリ式膨張機において、
ある膨張室（62）に対する流体の導入が終了する前に、これとは別の膨張室（62）に対する流体の導入が開始されるロータリ式膨張機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のロータリ式膨張機において、
回転軸（45）には、主軸部（48）と、該主軸部（48）よりも大径に形成されてピストン（65）と係合する偏心部（46,49）とが設けられる一方、
閉塞部材（63,64）の内側面における上記偏心部（46,49）の端面と摺接する部分に開口して高圧の流体が送り込まれる導入通路（36）と、
上記閉塞部材（63,64）の内側面に開口する凹溝状に形成されて膨張室（62）の高圧側に連通する溝状通路（69）と、
上記回転軸（45）が１回転する間のうち該回転軸（45）の回転角が所定範囲である間だけ導入通路（36）と溝状通路（69）が連通するように上記偏心部（46,49）の端面に開口する連通路（70）と
を備えているロータリ式膨張機。
【請求項４】
請求項３に記載のロータリ式膨張機において、
連通路（70）は、偏心部（46,49）の端面における開口形状が回転軸（45）の回転方向に沿うような略円弧状となる一方、
上記回転軸（45）の回転方向における上記連通路（70）の後端部は、該回転軸（45）の回転方向における後端側へ向かって上記偏心部（46,49）の端面における開口幅が次第に狭くなっているロータリ式膨張機。
【請求項５】
請求項３に記載のロータリ式膨張機において、
連通路（70）は、凹溝状に形成されて偏心部（46,49）の端面における開口形状が回転軸（45）の回転方向に沿うような略円弧状となる一方、
上記回転軸（45）の回転方向における上記連通路（70）の後端部は、その深さが該回転軸（45）の回転方向における後端側へ向かって次第に減少しているロータリ式膨張機。
【請求項６】
請求項３に記載のロータリ式膨張機において、
連通路（70）は、偏心部（46,49）の端面における開口形状が回転軸（45）の回転方向に沿うような略円弧状となる一方、
上記回転軸（45）の回転方向における上記連通路（70）の前端部は、該回転軸（45）の回転方向における前端側へ向かって偏心部（46,49）の端面における開口幅が次第に狭くなっているロータリ式膨張機。
【請求項７】
請求項３に記載のロータリ式膨張機において、
連通路（70）は、凹溝状に形成されて偏心部（46,49）の端面における開口形状が回転軸（45）の回転方向に沿うような略円弧状となる一方、
上記回転軸（45）の回転方向における上記連通路（70）の前端部は、その深さが該回転軸（45）の回転方向における前端側へ向かって次第に減少しているロータリ式膨張機。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１つに記載のロータリ式膨張機において、
ブレード（66）は、ピストン（65）と別体に形成されると共に、その先端が該ピストン（65）に押圧された状態でシリンダ（81,82）に進退自在に支持されているロータリ式膨張機。
【請求項９】
請求項１乃至７の何れか１つに記載のロータリ式膨張機において、
ブレード（66）は、ピストン（65）の側面から突出するように該ピストン（65）と一体に形成されると共に、シリンダ（81,82）に進退自在で且つ回動自在に支持されているロータリ式膨張機。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１つに記載のロータリ式膨張機において、
膨張室（62）の高圧側へ導入された臨界圧力以上の二酸化炭素の膨張によって回転軸（45）が回転するように構成されているロータリ式膨張機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧流体の膨張によって動力を発生させる膨張機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、いわゆるロータリ式の流体機械が知られており、冷凍装置で冷媒を圧縮する圧縮機として広く利用されている。一方、特許文献１に開示された冷凍装置では、膨張機構としての膨張機を冷媒回路に設け、超臨界状態の高圧流体である冷媒から動力回収を行っている。上記のロータリ式流体機械は、このような動力回収用の膨張機として利用できる。この場合、膨張機としてのロータリ式流体機械へ高圧流体が導入され、高圧流体の膨張によって動力が得られる。こうして膨張機で回収された動力は、圧縮機の駆動に利用される。
【０００３】
膨張機としてのロータリ式流体機械、即ちロータリ式膨張機の動作について説明する。ロータリ式膨張機では、その回転軸の回転に伴って膨張室の容積が変化する。膨張室の容積がほぼ最小となる時点から、膨張室に対する高圧流体の導入が開始される。膨張室に対する高圧流体の導入は、回転軸の回転角が所定値となった時点で終了する。そして、その後は密閉された膨張室内で冷媒が膨張し、その膨張によって回転軸が回転する。つまり、上記ロータリ式膨張機で回転軸が１回転する間には、膨張室へ高圧流体が流入する時期と流入しない時期がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２３４８１４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、上記ロータリ式膨張機では、高圧流体が間欠的に膨張室へ導入されることになる。このため、ロータリ式膨張機に接続された管路内で流体の脈動が生じ、振動や騒音の原因となるという問題がある。特に、超臨界状態で液状の高圧流体をロータリ式膨張機へ導入する場合には、その高圧流体が非圧縮性であることから水撃現象が生じ、振動や騒音が過大となったり、場合によっては配管等の破損を招くという問題がある。
【０００６】
また、上記ロータリ式膨張機では、高圧流体から動力を充分に回収できないという問題がある。この問題点について、図２０を参照しながら説明する。同図は、超臨界状態の高圧流体をロータリ式膨張機へ導入した場合における、理論上のＰＶ線図と、実際のＰＶ線図とを示している。
【０００７】
同図に二点差線で示すように、理論上、膨張室へ高圧流体が導入される間は膨張室圧力が一定となる。膨張室への高圧流体の導入が終了すると、膨張室圧力が急激に低下する。つまり、膨張室内では、超臨界状態で液状の高圧流体が僅かに体積膨張しながら急激に圧力降下し、臨界圧力以下の液体となる。その後、膨張室内の流体は、気液二相状態となって膨張を続け、その圧力と密度が緩やかに低下してゆく。そして、ロータリ式膨張機で回収可能な動力の理論値は、同図に右上がりの斜線を付した領域の面積として表される。
【０００８】
ところが、実際のロータリ式膨張機におけるＰＶ線図は、同図に実線で示すようになってしまう。つまり、膨張室への高圧流体の導入を開始した直後は、膨張室への高圧流体の流入量が不足し、膨張室圧力が理論値に比べて低くなる。これは、高圧流体にも質量があり、高圧流体の導入を開始しても高圧流体の流速がすぐには上昇しないからである。また、高圧流体の導入開始から暫くしてからも、膨張室へ流入する際の流通抵抗によって高圧流体の圧力が低下するため、膨張室圧力は理論値よりも低いままとなる。このため、実際のロータリ式膨張機では、実際の膨張室内圧が理論値に比べて大幅に低くなり、同図に右下がりの斜線を付した面積分の動力、即ち理論値よりも大幅に少ない動力しか回収できなかった。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高圧流体の膨張によって動力を得るロータリ式膨張機において、流体の脈動による振動等を低減すると共に、得られる動力を増大させることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ロータリ式膨張機を対象とするものであって、両端が閉塞部材（63,64）によって閉塞された複数のシリンダ（81,82）と、上記各シリンダ（81,82）内に１つずつ設けられて該シリンダ（81,82）内に膨張室（62）を区画形成するピストン（65）と、上記膨張室（62）を高圧側と低圧側とに仕切るためのブレード（66）と、上記各ピストン（65）が係合する回転軸（45）とを備え、上記回転軸（45）が１回転する間に上記各膨張室（62）への流体の導入が順次開始されると共に、ある膨張室（62）への流体の導入開始から次の膨張室（62）への流体の導入開始までの回転軸（45）の回転角が一定となっているものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載のロータリ式膨張機において、ある膨張室（62）に対する流体の導入が終了する前に、これとは別の膨張室（62）に対する流体の導入が開始されるものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のロータリ式膨張機において、回転軸（45）には、主軸部（48）と、該主軸部（48）よりも大径に形成されてピストン（65）と係合する偏心部（46,49）とが設けられる一方、閉塞部材（63,64）の内側面における上記偏心部（46,49）の端面と摺接する部分に開口して高圧の流体が送り込まれる導入通路（36）と、上記閉塞部材（63,64）の内側面に開口する凹溝状に形成されて膨張室（62）の高圧側に連通する溝状通路（69）と、上記回転軸（45）が１回転する間のうち該回転軸（45）の回転角が所定範囲である間だけ導入通路（36）と溝状通路（69）が連通するように上記偏心部（46,49）の端面に開口する連通路（70）とを備えるものである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項３に記載のロータリ式膨張機において、連通路（70）は、偏心部（46,49）の端面における開口形状が回転軸（45）の回転方向に沿うような略円弧状となる一方、上記回転軸（45）の回転方向における上記連通路（70）の後端部は、該回転軸（45）の回転方向における後端側へ向かって上記偏心部（46,49）の端面における開口幅が次第に狭くなっているものである。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項３に記載のロータリ式膨張機において、連通路（70）は、凹溝状に形成されて偏心部（46,49）の端面における開口形状が回転軸（45）の回転方向に沿うような略円弧状となる一方、上記回転軸（45）の回転方向における上記連通路（70）の後端部は、その深さが該回転軸（45）の回転方向における後端側へ向かって次第に減少しているものである。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項３に記載のロータリ式膨張機において、連通路（70）は、偏心部（46,49）の端面における開口形状が回転軸（45）の回転方向に沿うような略円弧状となる一方、回転軸（45）の回転方向における連通路（70）の前端部は、該回転軸（45）の回転方向における前端側へ向かって偏心部（46,49）の端面における開口幅が次第に狭くなっているものである。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項３に記載のロータリ式膨張機において、連通路（70）は、凹溝状に形成されて偏心部（46,49）の端面における開口形状が回転軸（45）の回転方向に沿うような略円弧状となる一方、上記回転軸（45）の回転方向における上記連通路（70）の前端部は、その深さが該回転軸（45）の回転方向における前端側へ向かって次第に減少しているものである。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１乃至７の何れか１つに記載のロータリ式膨張機において、ブレード（66）は、ピストン（65）と別体に形成されると共に、その先端が該ピストン（65）に押圧された状態でシリンダ（81,82）に進退自在に支持されるものである。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項１乃至７の何れか１つに記載のロータリ式膨張機において、ブレード（66）は、ピストン（65）の側面から突出するように該ピストン（65）と一体に形成されると共に、シリンダ（81,82）に進退自在で且つ回動自在に支持されるものである。
【００１９】
請求項１０の発明は、請求項１乃至９の何れか１つに記載のロータリ式膨張機において、膨張室（62）の高圧側へ導入された臨界圧力以上の二酸化炭素の膨張によって回転軸（45）が回転するように構成されるものである。
【００２０】
−作用−
請求項１の発明では、複数設けられたシリンダ（81,82）毎に、ピストン（65）とブレード（66）が設けられる。各シリンダ（81,82）内の膨張室（62）へ高圧流体を導入すると、膨張室（62）内で高圧流体が膨張し、それによって回転軸（45）が回転する。つまり、膨張室（62）へ流入した高圧流体の内部エネルギが、回転軸（45）の回転動力に変換される。
【００２１】
この発明のロータリ式膨張機（60）では、回転軸（45）が１回転する間において、各シリンダ（81,82）内の膨張室（62）に対する流体の導入が等間隔で順次開始される。例えば、シリンダ（81,82）が２つの場合は、回転軸（45）の回転角１８０°毎に膨張室（62）への流体の導入が開始され、シリンダ（81,82）が３つの場合は、回転軸（45）の回転角１２０°毎に膨張室（62）への流体の導入が開始される。そして、例えばシリンダ（81,82）が２つ設けられている場合には、押しのけ容積が同じでシリンダが１つのロータリ式膨張機に比べ、膨張室（62）１つあたりの流体の流入量は半分となる。従って、この場合には、ロータリ式膨張機（60）へ流入する流体流量の変動幅や、膨張室（62）へ流入する際の流体の流速も半分となる。
【００２２】
請求項２の発明では、ある膨張室（62）に対する流体の導入行程と、これとは別の膨張室（62）に対する流体の導入行程とが互いにオーバーラップする。つまり、ある膨張室（62）に対する流体の導入は、次の膨張室（62）へ流体が導入され始めた後も継続される。従って、回転軸（45）の回転中には、ロータリ式膨張機（60）へ流体が流入し続ける。
【００２３】
請求項３の発明では、導入通路（36）及び溝状通路（69）が閉塞部材（63,64）に形成される。導入通路（36）及び溝状通路（69）は、閉塞部材（63,64）の内側面、即ちシリンダ（81,82）の内側を向いた面に開口している。また、この発明では、連通路（70）が回転軸（45）の偏心部（46,49）に形成される。この連通路（70）は、偏心部（46,49）の端面、即ち閉塞部材（63,64）の内側面と摺接する面に開口している。そして、ロータリ式膨張機（60）の運転中において、閉塞部材（63,64）に形成された導入通路（36）及び溝状通路（69）は、その位置が固定される。また、偏心部（46,49）に形成された連通路（70）は、回転軸（45）の回転に伴って移動する。
【００２４】
この発明では、回転軸（45）が１回転する間、即ち回転軸（45）の回転角が０°から３６０°に至るまでの間において、その回転角が所定範囲となる間にだけ、導入通路（36）と溝状通路（69）が連通路（70）を介して連通する。導入通路（36）の高圧流体は、その間だけ連通路（70）を通って溝状通路（69）へ流入し、その溝状通路（69）が連通する膨張室（62）へ流れ込む。例えば、回転軸（45）の回転角が０°〜１２０°の間だけ膨張室（62）へ高圧流体が導入され、その回転角が１２０°〜３６０°の間は膨張室（62）へ高圧流体が導入されない。つまり、この発明のロータリ式膨張機（60）では、回転軸（45）の偏心部（46）に形成された連通路（70）が移動することによって、高圧流体を膨張室（62）へ導入する期間が設定される。
【００２５】
請求項４の発明では、偏心部（46,49）の端面における連通路（70）の開口幅が、回転軸（45）の回転方向における後端側へ向かって次第に狭くなる。このため、回転軸（45）の回転方向における連通路（70）の後端部において、この後端部と閉塞部材（63,64）の溝状通路（69）がオーバーラップする部分の面積、即ち連通路（70）から溝状通路（69）へ流入する際に流体が通過する部分の面積は、回転軸（45）が回転するにつれて徐々に小さくなってゆく。
【００２６】
請求項５の発明では、連通路（70）が凹溝状に形成されて偏心部（46,49）の端面に開口する。偏心部（46,49）の端面における連通路（70）の開口形状は、回転軸（45）の回転方向に沿って延びる円弧状となっている。凹溝状に形成された連通路（70）の深さは、回転軸（45）の回転方向における後端側へ向かって次第に減少している。このため、回転軸（45）の回転方向における連通路（70）の後端部において、この後端部のうちで閉塞部材（63,64）の溝状通路（69）に面する部分の深さは、回転軸（45）が回転するにつれて徐々に浅くなってゆく。
【００２７】
請求項６の発明では、偏心部（46,49）の端面における連通路（70）の開口幅が、回転軸（45）の回転方向における前端側へ向かって次第に狭くなる。このため、回転軸（45）の回転方向における連通路（70）の前端部において、この前端部と閉塞部材（63,64）の導入通路（36）がオーバーラップする部分の面積、即ち導入通路（36）から連通路（70）へ流入する際に流体が通過する部分の面積は、回転軸（45）が回転するにつれて徐々に大きくなってゆく。
【００２８】
請求項７の発明では、連通路（70）が凹溝状に形成されて偏心部（46,49）の端面に開口する。偏心部（46,49）の端面における連通路（70）の開口形状は、回転軸（45）の回転方向に沿って延びる円弧状となっている。凹溝状に形成された連通路（70）の深さは、回転軸（45）の回転方向における前端側へ向かって次第に減少している。このため、回転軸（45）の回転方向における連通路（70）の前端部において、この前端部のうちで閉塞部材（63,64）の導入通路（36）に面する部分の深さは、回転軸（45）が回転するにつれて徐々に深くなってゆく。
【００２９】
請求項８の発明では、ブレード（66）がピストン（65）とは別体に形成される。このブレード（66）は、その先端がピストン（65）に押し付けられ、ピストン（65）の偏心運動に伴って進退する。つまり、本発明のロータリ式膨張機（60）は、いわゆるローリングピストン型に構成される。
【００３０】
請求項９の発明では、ブレード（66）がピストン（65）と一体に形成される。このブレード（66）は、シリンダ（81,82）に支持された状態で、シリンダ（81,82）に対して進退自在で且つ回動自在となっている。このブレード（66）と一体のピストン（65）は、回転軸（45）の偏心部（46,49）に係合しつつシリンダ（81,82）内で揺動運動を行う。つまり、本発明のロータリ式膨張機（60）は、いわゆる揺動ピストン型に構成される。
【００３１】
請求項１０の発明では、ロータリ式膨張機（60）の膨張室（62）へ二酸化炭素（ＣＯ2）が送り込まれる。この膨張室（62）へ導入される二酸化炭素の圧力は、二酸化炭素の臨界圧力以上となっている。そして、ロータリ式膨張機（60）では、導入された二酸化炭素の膨張によって回転軸（45）が回転する。
【００３２】
【発明の実施の形態１】
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。本実施形態１は、本発明の流体機械を用いて構成された空調機（10）である。
【００３３】
《空調機の全体構成》
図１に示すように、上記空調機（10）は、いわゆるセパレート型のものであって、室外機（11）と室内機（13）とを備えている。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（30）が収納されている。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。そして、室外機（11）は屋外に設置され、室内機（13）は屋内に設置されている。また、室外機（11）と室内機（13）とは、一対の連絡配管（15,16）で接続されている。尚、圧縮・膨張ユニット（30）の詳細は後述する。
【００３４】
上記空調機（10）には、冷媒回路（20）が設けられている。この冷媒回路（20）は、圧縮・膨張ユニット（30）や室内熱交換器（24）などが接続された閉回路である。また、この冷媒回路（20）には、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ2）が充填されている。
【００３５】
上記室外熱交換器（23）と室内熱交換器（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。室外熱交換器（23）では、冷媒回路（20）を循環する冷媒が室外空気と熱交換する。室内熱交換器（24）では、冷媒回路（20）を循環する冷媒が室内空気と熱交換する。
【００３６】
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、その第１のポートが圧縮・膨張ユニット（30）の吐出ポート（35）と配管接続され、第２のポートが連絡配管（15）を介して室内熱交換器（24）の一端と配管接続され、第３のポートが室外熱交換器（23）の一端と配管接続され、第４のポートが圧縮・膨張ユニット（30）の吸入ポート（34）と配管接続されている。そして、第１四路切換弁（21）は、第１のポートと第２のポートとが連通し且つ第３のポートと第４のポートとが連通する状態（図１に実線で示す状態）と、第１のポートと第３のポートとが連通し且つ第２のポートと第４の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。
【００３７】
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、その第１のポートが圧縮・膨張ユニット（30）の流出ポート（37）と配管接続され、第２のポートが室外熱交換器（23）の他端と配管接続され、第３のポートが連絡配管（16）を介して室内熱交換器（24）の他端と配管接続され、第４のポートが圧縮・膨張ユニット（30）の流入ポート（36）と配管接続されている。そして、第２四路切換弁（22）は、第１のポートと第２のポートとが連通し且つ第３のポートと第４のポートとが連通する状態（図１に実線で示す状態）と、第１のポートと第３のポートとが連通し且つ第２のポートと第４の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。
【００３８】
《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、横長で円筒形の密閉容器であるケーシング（31）の内部に、圧縮機構部（50）、膨張機構部（60）、及び電動機（40）が収納されている。また、このケーシング（31）内では、図２における左から右に向かって、圧縮機構部（50）、電動機（40）、膨張機構部（60）の順で配置されている。尚、図２を参照しながらの説明で用いる「右」「左」は、それぞれ同図における「右」「左」を意味する。
【００３９】
上記電動機（40）は、ケーシング（31）の長手方向の中央部に配置されている。この電動機（40）は、ステータ（41）とロータ（42）とにより構成されている。ステータ（41）は、上記ケーシング（31）に固定されている。ロータ（42）は、ステータ（41）の内側に配置されている。また、ロータ（42）には、該ロータ（42）と同軸にシャフト（45）の主軸部（48）が貫通している。
【００４０】
上記シャフト（45）は、回転軸を構成している。このシャフト（45）では、その左端側に１つの小径偏心部（47）が形成され、その右端側に２つの大径偏心部（46,49）が形成されている。
【００４１】
小径偏心部（47）は、主軸部（48）よりも小径に形成され、主軸部（48）の軸心から所定量だけ偏心している。一方、各大径偏心部（46,49）は、主軸部（48）よりも大径に形成され、主軸部（48）の軸心から所定量だけ偏心している。左右に並んだ２つの大径偏心部（46,49）のうち、左側のものは第１大径偏心部（46）を構成し、右側のものは第２大径偏心部（49）を構成している。また、第１大径偏心部（46）と第２大径偏心部（49）では、互いに位相が１８０°ずれている。つまり、第１大径偏心部（46）と第２大径偏心部（49）では、主軸部（48）の軸心に対する偏心方向が逆になっている。
【００４２】
上記シャフト（45）には、図示しないが、油ポンプが連結されている。また、上記ケーシング（31）の底部には、潤滑油が貯留されている。この潤滑油は、油ポンプによって汲み上げられ、圧縮機構部（50）や膨張機構部（60）へ供給されて潤滑に利用される。
【００４３】
上記圧縮機構部（50）は、いわゆるスクロール圧縮機を構成している。この圧縮機構部（50）は、固定スクロール（51）と、可動スクロール（54）と、フレーム（57）とを備えている。また、圧縮機構部（50）には、吸入ポート（34）と吐出ポート（35）とが設けられている。
【００４４】
上記固定スクロール（51）では、鏡板（52）に渦巻き状の固定側ラップ（53）が突設されている。この固定スクロール（51）の鏡板（52）は、ケーシング（31）に固定されている。一方、上記可動スクロール（54）では、板状の鏡板（55）に渦巻き状の可動側ラップ（56）が突設されている。固定スクロール（51）と可動スクロール（54）とは、互いに対向する姿勢で配置されている。そして、固定側ラップ（53）と可動側ラップ（56）が噛み合うことにより、圧縮室（59）が区画される。
【００４５】
上記吸入ポート（34）は、その一端が固定側ラップ（53）及び可動側ラップ（56）の外周側に接続されている。一方、上記吐出ポート（35）は、固定スクロール（51）の鏡板（52）の中央部に接続され、その一端が圧縮室（59）に開口している。
【００４６】
上記可動スクロール（54）の鏡板（55）は、その右側面の中央部に突出部分が形成されており、この突出部分にシャフト（45）の小径偏心部（47）が挿入されている。また、上記可動スクロール（54）は、オルダムリング（58）を介してフレーム（57）に支持されている。このオルダムリング（58）は、可動スクロール（54）の自転を規制するためのものである。そして、可動スクロール（54）は、自転することなく、所定の旋回半径で公転する。この可動スクロール（54）の旋回半径は、小径偏心部（47）の偏心量と同じである。
【００４７】
上記膨張機構部（60）は、いわゆる揺動ピストン型のものであって、本発明のロータリ式膨張機を構成している。この膨張機構部（60）には、対になったシリンダ（81,82）とピストン（65）が二組設けられている。各シリンダ（81,82）には、流出ポート（37）が１つずつ形成されている。また、膨張機構部（60）には、フロントヘッド（63）と、中間プレート（85）と、リアヘッド（64）とが設けられている。
【００４８】
上記膨張機構部（60）では、図２における左から右へ向かって順に、フロントヘッド（63）、第１シリンダ（81）、中間プレート（85）、第２シリンダ（82）、リアヘッド（64）が積層された状態となっている。この状態において、第１シリンダ（81）は、その左側端面がフロントヘッド（63）により閉塞され、その右側端面が中間プレート（85）により閉塞されている。つまり、フロントヘッド（63）と中間プレート（85）が、第１シリンダ（81）の各端を閉塞するための閉塞部材を構成している。一方、第２シリンダ（82）は、その左側端面が中間プレート（85）により閉塞され、その右側端面がリアヘッド（64）により閉塞されている。つまり、中間プレート（85）とリアヘッド（64）が、第２シリンダ（82）の各端を閉塞するための閉塞部材を構成している。
【００４９】
上記シャフト（45）は、積層された状態のフロントヘッド（63）、第１シリンダ（81）、中間プレート（85）、第２シリンダ（82）、及びリアヘッド（64）を貫通している。また、シャフト（45）は、その第１大径偏心部（46）が第１シリンダ（81）内に位置し、その第２大径偏心部（49）が第２シリンダ（82）内に位置している。
【００５０】
図２及び図４に示すように、各シリンダ（81,82）には、１つのピストン（65）と一対のブッシュ（67）とが設けられている。尚、図４は、第１シリンダ（81）やそこに収納されたピストン（65）等の断面を示すものであるが、第２シリンダ（82）におけるピストン（65）等の構成も、これと同様である。
【００５１】
図４(ａ)に示すように、上記ピストン（65）は、円環状あるいは円筒状に形成されている。ピストン（65）の内径は、大径偏心部（46,49）の外径と概ね等しくなっている。このピストン（65）には、シャフト（45）の大径偏心部（46,49）が貫通した状態で係合している。具体的に、第１シリンダ（81）内のピストン（65）には第１大径偏心部（46）が貫通しており、このピストン（65）の内周面が第１大径偏心部（46）の外周面と摺接する。一方、第２シリンダ（82）内のピストン（65）には第２大径偏心部（49）が貫通しており、このピストン（65）の内周面が第２大径偏心部（49）の外周面と摺接する。
【００５２】
上記ピストン（65）は、シリンダ（81,82）と摺接して膨張室（62）を区画形成している。具体的に、第１シリンダ（81）内のピストン（65）は、その外周面が第１シリンダ（81）の内周面と摺接する。更に、このピストン（65）は、一方の端面がフロントヘッド（63）と摺接し、他方の端面が中間プレート（85）と摺接する。そして、第１シリンダ（81）、ピストン（65）、フロントヘッド（63）、及び中間プレート（85）によって仕切られた膨張室（62）が形成される。一方、第２シリンダ（82）内のピストン（65）は、その外周面が第２シリンダ（82）の内周面と摺接する。更に、このピストン（65）は、一方の端面が中間プレート（85）と摺接し、他方の端面がリアヘッド（64）と摺接する。そして、第２シリンダ（82）、ピストン（65）、リアヘッド（64）、及び中間プレート（85）によって仕切られた膨張室（62）が形成される。
【００５３】
上記ピストン（65）には、ブレード（66）が一体に設けられている。このブレード（66）は、板状に形成されており、ピストン（65）の外周面から外側へ突出している。各シリンダ（81,82）内の膨張室（62）は、このブレード（66）によって高圧側と低圧側とに仕切られる。
【００５４】
上記各シリンダ（81,82）には、一対のブッシュ（67）が設けられている。この一対のブッシュ（67）は、それぞれが半月状に形成されている。このブッシュ（67）は、ブレード（66）を挟み込んだ状態で設置され、ブレード（66）と摺動する。また、ブッシュ（67）は、ブレード（66）を挟んだ状態でシリンダ（81,82）に対して回動自在となっている。つまり、ピストン（65）と一体のブレード（66）は、ブッシュ（67）を介してシリンダ（81,82）に支持され、シリンダ（81,82）に対して回動自在で且つ進退自在となっている。
【００５５】
上記各シリンダ（81,82）には、流出ポート（37）が１つずつ形成されている。この流出ポート（37）の始端は、膨張室（62）に臨むシリンダ（81,82）の内周面に開口している。例えば、第１シリンダ（81）において、流出ポート（37）は、図４(ａ)におけるブレード（66）の右側近傍に開口している。
【００５６】
図２に示すように、フロントヘッド（63）とリアヘッド（64）には、流入ポート（36）と溝状通路（69）とが、それぞれ１つずつ形成されている。この流入ポート（36）は、導入通路を構成している。また、シャフト（45）の各大径偏心部（46,49）には、連通路（70）が１つずつ形成されている。
【００５７】
先ず、フロントヘッド（63）の流入ポート（36）及び溝状通路（69）と、第１大径偏心部（46）の連通路（70）とについて、図４を参照しながら説明する。
【００５８】
フロントヘッド（63）において、流入ポート（36）の終端は、フロントヘッド（63）の内側面、即ち第１シリンダ（81）側の面に開口している。また、フロントヘッド（63）の内側面において、流入ポート（36）は、第１大径偏心部（46）やピストン（65）の端面によって覆われて膨張室（62）と直接に連通することのない位置に開口している。具体的に、流入ポート（36）の終端は、フロントヘッド（63）の内側面のうち第１大径偏心部（46）の端面と摺接する部分において、同図(ａ)における主軸部（48）の軸心のやや左上の位置に開口している。
【００５９】
フロントヘッド（63）の溝状通路（69）は、図４(ｂ)にも示すように、フロントヘッド（63）をその内側面側から掘り下げることにより、フロントヘッド（63）の内側面に開口する凹溝状に形成されている。フロントヘッド（63）の内側面における溝状通路（69）の開口部分は、同図(ａ)における上下に細長い長方形状となっている。溝状通路（69）は、同図(ａ)における主軸部（48）の軸心よりも左側に位置している。また、この溝状通路（69）は、同図(ａ)における上端が第１シリンダ（81）の内周面よりも僅かに内側に位置すると共に、同図(ａ)における下端がフロントヘッド（63）の内側面のうち第１大径偏心部（46）の端面と摺接する部分に位置している。そして、この溝状通路（69）は、第１シリンダ（81）内の膨張室（62）と連通可能になっている。
【００６０】
シャフト（45）の第１大径偏心部（46）には、連通路（70）が形成されている。図４(ｂ)に示すように、この連通路（70）は、第１大径偏心部（46）をその端面側から掘り下げることにより、深さが一定の凹溝状に形成されている。つまり、この連通路（70）は、第１大径偏心部（46）におけるフロントヘッド（63）側の端面に開口している。
【００６１】
また、図４(ａ)に示すように、連通路（70）は、シャフト（45）の回転方向に沿って延びる円弧状に形成されている。そして、シャフト（45）が回転すると、それに伴って第１大径偏心部（46）の連通路（70）も移動し、シャフト（45）の回転角が所定範囲の間においてだけ、この連通路（70）を介して流入ポート（36）と溝状通路（69）が互いに連通する。
【００６２】
次に、リアヘッド（64）の流入ポート（36）及び溝状通路（69）と、第２大径偏心部（49）の連通路（70）とについて説明する。
【００６３】
リアヘッド（64）において、流入ポート（36）の終端は、リアヘッド（64）の内側面、即ち第２シリンダ（82）側の面に開口している（図２参照）。また、リアヘッド（64）の内側面において、流入ポート（36）は、第２大径偏心部（49）やピストン（65）の端面によって覆われて膨張室（62）と直接に連通することのない位置に開口している。つまり、リアヘッド（64）における流入ポート（36）の開口位置は、フロントヘッド（63）における流入ポート（36）の開口位置と同様である。
【００６４】
リアヘッド（64）の溝状通路（69）は、リアヘッド（64）をその内側面側から掘り下げることにより、リアヘッド（64）の内側面に開口する凹溝状に形成されている（図２参照）。リアヘッド（64）における溝状通路（69）の位置や形状は、リアヘッド（64）における溝状通路（69）と同様である。そして、この溝状通路（69）は、第２シリンダ（82）内の膨張室（62）と連通可能になっている。
【００６５】
シャフト（45）の第２大径偏心部（49）には、連通路（70）が形成されている。この連通路（70）は、第２大径偏心部（49）をその端面側から掘り下げることによって凹溝状に形成されている。つまり、この連通路（70）は、第２大径偏心部（49）におけるリアヘッド（64）側の端面に開口している（図２参照）。また、この連通路（70）は、第１大径偏心部（46）のものと同様に、シャフト（45）の回転方向に沿って延びる円弧状に形成されている。そして、シャフト（45）が回転すると、それに伴って第２大径偏心部（49）の連通路（70）も移動し、シャフト（45）の回転角が所定範囲の間においてだけ、この連通路（70）を介して流入ポート（36）と溝状通路（69）が互いに連通する。
【００６６】
−運転動作−
上記空調機（10）の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説明し、続いて膨張機構部（60）の動作について説明する。
【００６７】
《冷房運転》
冷房運転時には、第１四路切換弁（21）及び第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。
【００６８】
圧縮機構部（50）で圧縮された冷媒は、吐出ポート（35）を通って圧縮・膨張ユニット（30）から吐出される。この状態で、冷媒の圧力は、その臨界圧力よりも高くなっている。この吐出冷媒は、第１四路切換弁（21）を通って室外熱交換器（23）へ送られる。室外熱交換器（23）では、流入した冷媒が室外ファン（12）により送られる室外空気と熱交換する。この熱交換により、冷媒が室外空気に対して放熱する。
【００６９】
室外熱交換器（23）で放熱した冷媒は、第２四路切換弁（22）を通過し、流入ポート（36）を通って圧縮・膨張ユニット（30）の膨張機構部（60）へ流入する。膨張機構部（60）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る。膨張後の低圧冷媒は、流出ポート（37）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）を通過して室内熱交換器（24）へ送られる。
【００７０】
室内熱交換器（24）では、流入した冷媒が室内ファン（14）により送られる室内空気と熱交換する。この熱交換により、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。室内熱交換器（24）から出た低圧ガス冷媒は、第１四路切換弁（21）を通過し、吸入ポート（34）を通って圧縮・膨張ユニット（30）の圧縮機構部（50）へ吸入される。圧縮機構部（50）は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。
【００７１】
《暖房運転》
暖房運転時には、第１四路切換弁（21）及び第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。
【００７２】
圧縮機構部（50）で圧縮された冷媒は、吐出ポート（35）を通って圧縮・膨張ユニット（30）から吐出される。この状態で、冷媒の圧力は、その臨界圧力よりも高くなっている。この吐出冷媒は、第１四路切換弁（21）を通過して室内熱交換器（24）へ送られる。室内熱交換器（24）では、流入した冷媒が室内空気と熱交換する。この熱交換により、冷媒が室内空気へ放熱し、室内空気が加熱される。
【００７３】
室内熱交換器（24）で放熱した冷媒は、第２四路切換弁（22）を通過し、流入ポート（36）を通って圧縮・膨張ユニット（30）の膨張機構部（60）へ流入する。膨張機構部（60）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る。膨張後の低圧冷媒は、流出ポート（37）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）を通過して室外熱交換器（23）へ送られる。
【００７４】
室外熱交換器（23）では、流入した冷媒が室外空気と熱交換を行い、冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（23）から出た低圧ガス冷媒は、第１四路切換弁（21）を通過し、吸入ポート（34）を通って圧縮・膨張ユニット（30）の圧縮機構部（50）へ吸入される。圧縮機構部（50）は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。
【００７５】
《膨張機構部の動作》
膨張機構部（60）の動作について説明する。
【００７６】
ここでは、第１シリンダ（81）内の膨張室（62）へ高圧冷媒が導入されて膨張する行程について、図３〜図１１を参照しながら説明する。尚、図３は、第１大径偏心部（46）の中心軸に対して垂直な膨張機構部（60）の断面をシャフト（45）の回転角４５°毎に示したものである。また、図４〜図１１の各図において、(ａ)は図３における膨張機構部（60）の断面を拡大図示したものであり、(ｂ)は第１大径偏心部（46）の中心軸に沿った膨張機構部（60）の断面を模式的に示したものである。尚、図４〜図１１の各図において、(ｂ)では主軸部（48）の断面の図示を省略している。
【００７７】
第１シリンダ（81）内の膨張室（62）へ高圧冷媒を導入すると、シャフト（45）が図３〜図１１の各図における反時計方向へ回転する。
【００７８】
シャフト（45）の回転角が０°の時点では、図３，図４に示すように、流入ポート（36）の終端が第１大径偏心部（46）の端面で覆われている。つまり、流入ポート（36）は、第１大径偏心部（46）によって塞がれた状態となっている。第１大径偏心部（46）の連通路（70）は、溝状通路（69）のみに連通している。溝状通路（69）は、ピストン（65）と第１大径偏心部（46）の端面によって覆われおり、膨張室（62）に連通しない状態となっている。膨張室（62）は、流出ポート（37）に連通することにより、その全体が低圧側となっている。この時点において、膨張室（62）は流入ポート（36）から遮断された状態となっており、高圧冷媒は膨張室（62）へ流入しない。
【００７９】
シャフト（45）の回転角が４５°の時点では、図３，図５に示すように、流入ポート（36）が第１大径偏心部（46）の連通路（70）に連通した状態となる。この連通路（70）は、溝状通路（69）にも連通している。溝状通路（69）は、図３や図５(ａ)における上端部分がピストン（65）の端面から外れた状態となり、膨張室（62）の高圧側と連通する。この時点において、膨張室（62）が連通路（70）及び溝状通路（69）を介して流入ポート（36）に連通された状態となっており、高圧冷媒が膨張室（62）の高圧側へ流入する。つまり、膨張室（62）への高圧冷媒の導入は、シャフト（45）の回転角が０°から４５°に至るまでの間に開始される。
【００８０】
シャフト（45）の回転角が９０°の時点では、図３，図６に示すように、膨張室（62）が連通路（70）及び溝状通路（69）を介して流入ポート（36）に連通された状態となっている。そして、シャフト（45）の回転角が４５°から９０°に至るまでの間は、膨張室（62）の高圧側へ高圧冷媒が流入し続ける。
【００８１】
シャフト（45）が回転を続けると、第１大径偏心部（46）の連通路（70）は、流入ポート（36）に連通するものの、溝状通路（69）には連通しない状態となる。この時点において、膨張室（62）は流入ポート（36）から遮断された状態となり、高圧冷媒は膨張室（62）へ流入しなくなる。そして、シャフト（45）の回転角が１３５°の時点では、図３，図７に示すように、第１大径偏心部（46）の連通路（70）が流入ポート（36）と溝状通路（69）の何れにも連通しない状態となる。このように、膨張室（62）への高圧冷媒の導入は、シャフト（45）の回転角が９０°から１３５°に至るまでの間に終了する。
【００８２】
膨張室（62）への高圧冷媒の導入が終了した後は、膨張室（62）の高圧側が閉空間となり、そこへ流入した冷媒が膨張する。つまり、図３や図８〜図１１の各図に示すように、シャフト（45）が回転して膨張室（62）における高圧側の容積が増大してゆく。また、その間、流出ポート（37）に連通する膨張室（62）の低圧側からは、膨張後の低圧冷媒が流出ポート（37）を通じて排出され続ける。
【００８３】
膨張室（62）における冷媒の膨張は、シャフト（45）の回転角が３１５°から３６０°に至るまでの間において、ピストン（65）における第１シリンダ（81,82）との接触部分が流出ポート（37）に達するまで続く。そして、ピストン（65）における第１シリンダ（81）との接触部分が流出ポート（37）を横切ると、膨張室（62）が流出ポート（37）と連通され、膨張した冷媒の排出が開始される。
【００８４】
第１シリンダ（81）内の膨張室（62）だけでなく、第２シリンダ（82）内の膨張室（62）へ高圧冷媒が導入されて、この高圧冷媒の膨張行程が行われる。ただし、図１２に示すように、第１シリンダ（81）内のピストン（65）と、第２シリンダ（82）内のピストン（65）とでは、互いに位相が１８０°ずれている。つまり、図１３にも示すように、第１シリンダ（81）では、シャフト（45）の回転角が０°を僅かに過ぎた時点から膨張室（62）へ高圧冷媒が導入され始めるのに対し、第２シリンダ（82）では、シャフト（45）の回転角が１８０°を僅かに過ぎた時点から膨張室（62）へ高圧冷媒が導入され始める。
【００８５】
このように、上記膨張機構部（60）では、シャフト（45）が１８０°回転する毎に、１つの膨張室（62）に対する高圧冷媒の導入が開始される。また、この膨張機構部（60）では、シャフト（45）の回転に伴って、第１シリンダ（81）内の膨張室（62）に対する高圧冷媒の導入と、第２シリンダ（82）内の膨張室（62）に対する高圧冷媒の導入とが交互に繰り返し行われる。
【００８６】
−実施形態１の効果−
上述のように、本実施形態の膨張機構部（60）では、シリンダ（81,82）とピストン（65）を２つずつ設け、各シリンダ（81,82）内に膨張室（62）を１つずつ形成している。従って、押しのけ容積が同じでシリンダを１つだけ備えるものと比較すると、膨張室（62）１つあたりの容積が半分となる。このため、膨張室（62）へ流入する際の高圧冷媒の流速を半減させることができ、その際の高圧冷媒の圧力損失を低減することができる。このため、本実施形態によれば、高圧冷媒の導入中における膨張室（62）の内圧を理論値に近づけることができ、膨張機構部（60）における動力の回収量を増大させることができる。
【００８７】
また、本実施形態の膨張機構部（60）では、各シリンダ内（81,82）の膨張室（62）に対する高圧冷媒の導入を、シャフト（45）が１回転する間に一定間隔で順次行っている（図１３参照）。従って、押しのけ容積が同じでシリンダを１つだけ備えるものと比較すると、膨張機構部（60）に対する高圧冷媒の流入量の変動幅を半分まで低減することができる。また、膨張機構部（60）へ高圧冷媒が全く流入しなくなる期間を、大幅に短縮することができる。このため、本実施形態によれば、冷媒回路（20）における冷媒の脈動の振幅を低減でき、この脈動に起因して発生する振動や騒音を低減することが可能となる。
【００８８】
また、本実施形態の膨張機構部（60）では、フロントヘッド（63）やリアヘッド（64）に流入ポート（36）及び溝状通路（69）を形成すると共に、シャフト（45）の各大径偏心部（46,49）に連通路（70）を形成し、シャフト（45）の回転に伴って連通路（70）の位置が変化することにより、膨張室（62）に対する高圧冷媒の導入タイミングを設定している。従って、本実施形態によれば、電磁弁等の手段を用いることなく、膨張機構部（60）の構成や運転制御を簡素に保ったまま、膨張室（62）に対する高圧冷媒の導入開始時期や導入期間を確実に設定することができる。
【００８９】
【発明の実施の形態２】
本発明の実施形態２は、上記実施形態１の膨張機構部（60）において、シャフト（45）の各大径偏心部（46,49）に形成された連通路（70）の形状を変更したものである。ここでは、本実施形態の膨張機構部（60）について、上記実施形態１と異なる点を説明する。
【００９０】
図１４に示すように、本実施形態の連通路（70）は、大径偏心部（46,49）の端面における開口形状が上記実施形態１と相違している。尚、この図１４は、第１大径偏心部（46）の連通路（70）だけを図示している。
【００９１】
各大径偏心部（46,49）に形成された連通路（70）は、シャフト（45）の回転方向に沿って延びる円弧状であって、更にはシャフト（45）の主軸部（48）と同心の円弧状に形成されている。この連通路（70）は、大径偏心部（46,49）の端面における開口幅が概ね一定となっている。ただし、シャフト（45）の回転方向における連通路（70）の後端部は、シャフト（45）の回転方向における後端側へ向かって次第に開口幅が狭くなっている。つまり、この連通路（70）の一方の端部は、シャフト（45）の回転方向と反対の方向へ進むにつれて、その開口幅が徐々に狭まっている。
【００９２】
上記実施形態１の場合と同様に、流入ポート（36）から連通路（70）へ流入した高圧冷媒は、連通路（70）と溝状通路（69）がオーバーラップする部分を通って溝状通路（69）へ流入し、その後に膨張室（62）へと流入する。シャフト（45）の回転に伴って連通路（70）が移動すると、連通路（70）と溝状通路（69）がオーバーラップする部分の面積が減少し、やがて連通路（70）と溝状通路（69）の間が遮断されて膨張室（62）への高圧冷媒の導入が終了する。
【００９３】
ここで、シャフト（45）の回転方向における後端側で連通路（70）の開口幅が一定の場合、連通路（70）と溝状通路（69）がオーバーラップする部分の面積は、シャフト（45）が僅かに回転しただけで急激に減少してしまう。このため、それまで膨張室（62）へ流入していた高圧冷媒の流れが急に遮断されることになり、図１５(ａ)に破線で示すように、膨張機構部（60）の入口側で大きな圧力変動が生じてしまう。特に、本実施形態で膨張機構部（60）へ導入されるのは、超臨界状態で液状の冷媒、即ち非圧縮性の流体である。このため、非圧縮性の高圧冷媒の流れを急激に遮断すると、急峻な圧力変動が生じ、冷媒の圧力変動に起因する振動や騒音が過大となるおそれがある。
【００９４】
これに対し、本実施形態では、シャフト（45）の回転方向における後端側へ進むにつれて、大径偏心部（46,49）の端面における連通路（70）の開口幅が次第に狭くなっている。このため、連通路（70）と溝状通路（69）がオーバーラップする部分の面積が減少し始めてからゼロになるまでの時間は、連通路（70）の開口幅が一定の場合に比べて長くなる。そして、膨張室（62）への高圧冷媒の導入を終了する際には、膨張室（62）へ向かう高圧冷媒の流れが緩やかに減少してゆき、図１５(ｂ)に破線で示すように、膨張機構部（60）の入口側における圧力変動が緩和される。従って、本実施形態によれば、膨張機構部（60）の運転に伴う冷媒の圧力変動を低減でき、この圧力変動による振動や騒音を低減することができる。
【００９５】
また、上述のように、高圧冷媒の流れを急激に遮断すると、膨張機構部（60）の入口側で大きな圧力変動が生じる。そして、このように冷媒が大きく圧力変動すると、高圧冷媒が膨張室（62）へ流入する際の圧力損失が大きく変動して平均的な圧力損失も増大する。このため、図１５(ａ)に実線で示すように、冷媒の流入する膨張室（62）の内圧が充分に高まらず、膨張機構部（60）における動力の回収量が低下してしまう。
【００９６】
これに対し、本実施形態では、上述したように、膨張機構部（60）の入口側における圧力変動が低減される。このため、高圧冷媒が膨張室（62）へ流入する際の圧力損失の変動も低減され、平均的な圧力損失も低下する。従って、本実施形態によれば、図１５(ｂ)に実線で示すように、冷媒の流入する膨張室（62）の内圧を充分に高めることができ、膨張機構部（60）における動力の回収量を充分に確保できる。
【００９７】
−実施形態２の変形例１−
本実施形態の膨張機構部（60）において、シャフト（45）の回転方向における連通路（70）の後端部は、その深さがシャフト（45）の回転方向の後端側へ向かって次第に減少していてもよい。
【００９８】
この変形例において、膨張室（62）への高圧冷媒の導入を終了する際には、連通路（70）と溝状通路（69）がオーバーラップする部分の面積だけでなく、連通路（70）のうち溝状通路（69）に面する部分の深さも、シャフト（45）が回転するにつれて次第に減少する。このため、本変形例においても、膨張室（62）への高圧冷媒の導入を終了する際には、膨張室（62）へ向かう高圧冷媒の流量が緩やかに減少してゆき、膨張機構部（60）の入口側における冷媒の圧力変動が緩和される。従って、本変形例によっても、上記実施形態２と同様に、冷媒の圧力変動に起因する振動や騒音を低減できる。
【００９９】
尚、ここでは、シャフト（45）の回転方向の後端側へ向かって連通路（70）の開口幅と深さの両方が次第に減少する構成のものについて説明したが、連通路（70）の開口幅は一定のままで、その深さだけが次第に減少する構成を採ってもよい。この場合であっても、膨張室（62）へ向かう高圧冷媒の流れを緩やかに減少させることができ、冷媒の圧力変動を抑制できる。
【０１００】
−実施形態２の変形例２−
図１６に示すように、本実施形態の膨張機構部（60）において、連通路（70）は、シャフト（45）の回転方向における後端側へ向かって開口幅が次第に狭くなると共に、その回転方向における前端側に向かっても開口幅が次第に狭くなるように形成されていてもよい。つまり、この連通路（70）の他方の端部は、シャフト（45）の回転方向へ進むにつれて、その開口幅が徐々に狭まっていてもよい。
【０１０１】
上記実施形態１の場合と同様に、シャフト（45）の回転に伴って連通路（70）が流入ポート（36）とオーバーラップし始めると、この流入ポート（36）と連通路（70）がオーバーラップした部分を通って連通路（70）へ高圧冷媒が流入する。その後、この高圧冷媒は、溝状通路（69）を経て膨張室（62）へ導入される。
【０１０２】
ここで、シャフト（45）の回転方向における前端側で連通路（70）の開口幅が一定の場合、連通路（70）と流入ポート（36）がオーバーラップする部分の面積は、シャフト（45）が僅かに回転しただけで急激に増大してしまう。このため、膨張機構部（60）の入口側における高圧冷媒の流動状態が急激に変化し、冷媒の圧力変動が発生して振動や騒音の原因となるおそれがある。
【０１０３】
これに対し、本変形例では、シャフト（45）の回転方向における前端側へ進むにつれて、大径偏心部（46,49）の端面における連通路（70）の開口幅が次第に狭くなっている。このため、連通路（70）と溝状通路（69）がオーバーラップする部分の面積がゼロから最大になるまでの時間は、連通路（70）の開口幅が一定の場合に比べて長くなる。このため、膨張機構部（60）の入口側における高圧冷媒の流動状態が緩やかに変化し、振動や騒音の原因となる冷媒の圧力変動を低減することができる。
【０１０４】
更に、本変形例において、シャフト（45）の回転方向における連通路（70）の前端部は、その深さがシャフト（45）の回転方向の前端側へ向かって次第に減少していてもよい。
【０１０５】
このような構成を採った場合において、膨張室（62）への高圧冷媒の導入を開始する際には、連通路（70）と流入ポート（36）がオーバーラップする部分の面積だけでなく、連通路（70）のうち流入ポート（36）に面する部分の深さも、シャフト（45）が回転するにつれて次第に増大する。そのため、このような構成を採るものにおいても、膨張室（62）への高圧冷媒の導入を開始する際には、膨張室（62）へ向かう高圧冷媒の流量が緩やかに増大してゆく。その結果、膨張機構部（60）の入口側における冷媒の圧力変動が緩和され、冷媒の圧力変動に起因する振動や騒音を低減することができる。
【０１０６】
尚、ここでは、シャフト（45）の回転方向の前端側へ向かって連通路（70）の開口幅と深さの両方が次第に減少する構成のものについて説明したが、連通路（70）の開口幅は一定のままで、その深さだけが次第に減少する構成を採ってもよい。この場合であっても、膨張室（62）へ向かう高圧冷媒の流れを緩やかに増大させることができ、冷媒の圧力変動を抑制できる。
【０１０７】
−実施形態２の変形例３−
本実施形態の膨張機構部（60）では、第１シリンダ（81）内の膨張室（62）に対する高圧冷媒の導入工程と、第２シリンダ（82）内の膨張室（62）に対する高圧冷媒の導入工程とをオーバーラップさせるようにしてもよい。つまり、一方の膨張室（62）に対する高圧冷媒の導入が終了する前に、他方の膨張室（62）に対する高圧冷媒の導入を開始するようにしてもよい。
【０１０８】
本変形例では、図１７に示すように、シャフト（45）の回転角が１８０°の時点から第２シリンダ（82）内の膨張室（62）へ高圧冷媒が導入され始めるが、この時点でも第１シリンダ（81）内の膨張室（62）へ高圧冷媒が導入され続けている。このため、膨張機構部（60）への高圧冷媒の流入量は、変動するもののゼロになることはない。つまり、本変形例の膨張機構部（60）へは、常に高圧冷媒が流入し続けている。従って、本変形例によれば、膨張機構部（60）の入口側における高圧冷媒の流量変化を緩和でき、振動や騒音の原因となる冷媒の圧力変動を低減することができる。
【０１０９】
【発明の実施の形態３】
本発明の実施形態３は、上記実施形態１において膨張機構部（60）の構成を変更したものである。具体的には、上記実施形態１の膨張機構部（60）が揺動ピストン型に構成されているのに対し、本実施形態の膨張機構部（60）は、ローリングピストン型に構成されている。ここでは、本実施形態の膨張機構部（60）について、上記実施形態１と異なる点を説明する。
【０１１０】
図１８に示すように、本実施形態において、ブレード（66）は、ピストン（65）と別体に形成されている。つまり、本実施形態のピストン（65）は、単純な円環状あるいは円筒状に形成されている。また、本実施形態の各シリンダ（81,82）には、ブレード溝（68）が形成されている。尚、同図は、第１シリンダ（81）やそこに収納されたピストン（65）等の断面を示すものであるが、第２シリンダ（82）におけるピストン（65）等の構成も、これと同様である。
【０１１１】
上記ブレード（66）は、シリンダ（81,82）のブレード溝（68）に、進退自在な状態で設けられている。また、ブレード（66）は、図外のバネによって付勢され、その先端（図１８における下端）がピストン（65）の外周面に押し付けられている。図１９に順次示すように、シリンダ（81,82）内でピストン（65）が移動しても、このブレード（66）は、ブレード溝（68）に沿って同図の上下に移動し、その先端がピストン（65）と接した状態に保たれる。そして、ブレード（66）の先端をピストン（65）の周側面に押し付けることで、膨張室（62）が高圧側と低圧側に仕切られる。
【０１１２】
【発明のその他の実施の形態】
−第１変形例−
上記の各実施形態では、膨張機構部（60）にシリンダ（81,82）を２つ設けているが、シリンダの数は２つに限らず３つ以上であってもよい。この場合、各シリンダ内の膨張室（62）に対しては、３６０°をシリンダの数で除して得られたシャフト（45）の回転角毎に、高圧冷媒の導入が開始される。例えば、膨張機構部（60）にシリンダを３つ設けた場合には、各シリンダ内の膨張室（62）に対する高圧冷媒の導入が、シャフト（45）の回転角１２０°毎に開始される。
【０１１３】
−第２変形例−
上記の各実施形態において、圧縮・膨張ユニット（30）は、シャフト（45）の中心軸が概ね水平方向となったいわゆる横型に構成されているが、これに代えて、シャフト（45）の中心軸が概ね鉛直方向となったいわゆる縦型に圧縮・膨張ユニット（30）を構成してもよい。この場合、圧縮・膨張ユニット（30）のケーシング（31）内では、例えば下から上に向かって順に、膨張機構部（60）と電動機（40）と圧縮機構部（50）とが配置される。
【０１１４】
−第３変形例−
上記の各実施形態の圧縮・膨張ユニット（30）では、いわゆるスクロール式流体機械によって圧縮機構部（50）を構成しているが、圧縮機構部（50）の構成はこれに限定されるものではなく、例えばいわゆるロータリ式流体機械によって圧縮機構部（50）を構成してもよい。
【０１１５】
−第４変形例−
上記の各実施形態では、圧縮・膨張ユニット（30）を構成する１つのケーシング（31）内に圧縮機構部（50）と膨張機構部（60）の両方を設置しているが、これに代えて、圧縮機構部（50）と膨張機構部（60）を別々のケーシングに収納するようにしてもよい。この場合、圧縮機構部（50）は、電動機（40）と共にケーシングに収納される。その一方、膨張機構部（60）は、発電器と共に別のケーシングに収納される。そして、膨張機構部（60）によって駆動される発電器で得られた電力は、電動機（40）へ供給されて圧縮機構部（50）の駆動に利用される。
【０１１６】
【発明の効果】
本発明では、ロータリ式膨張機（60）に複数のシリンダ（81,82）を設け、各シリンダ（81,82）内の膨張室（62）に対する流体の導入を、回転軸（45）の１回転する間に一定間隔で順次行っている。このため、押しのけ容積が同じでシリンダが１つだけのロータリ式膨張機に比べ、ロータリ式膨張機（60）を通過する流体流量の変動幅や、膨張室（62）へ流入する際の流体の流速を半分以下まで低減できる。
【０１１７】
従って、本発明によれば、ロータリ式膨張機（60）に接続する管路における脈動の振幅を低減でき、この脈動に起因して発生する振動や騒音を低減することが可能となる。更に、本発明によれば、膨張室（62）へ流入する際の流体の流速が遅くなるため、膨張室（62）へ流入する際の流体の圧力損失を低減できる。このため、本発明によれば、流体の導入中における膨張室（62）の内圧を理論値に近づけることができ、ロータリ式膨張機（60）における動力の回収量を増大させることができる。
【０１１８】
請求項２の発明では、ある膨張室（62）に対する流体の導入行程と次の膨張室（62）に対する流体の導入行程がオーバーラップしており、回転軸（45）が回転している間はロータリ式膨張機（60）へ流体が流入し続ける。従って、この発明によれば、ロータリ式膨張機（60）への流体導入が遮断される期間を無くすことができ、ロータリ式膨張機（60）の運転に起因する流体の脈動を一層確実に抑制できる。
【０１１９】
請求項３の発明では、閉塞部材（63,64）に導入通路（36）及び溝状通路（69）を形成すると共に、回転軸（45）の偏心部（46,49）に連通路（70）を形成し、回転軸（45）の回転に伴って連通路（70）の位置が変化することにより、膨張室（62）に対する流体の導入タイミングを設定している。従って、本発明によれば、電磁弁等の手段を用いることなく、ロータリ式膨張機（60）の構成や運転制御を簡素に保ったまま、膨張室（62）に対する流体の導入開始時期や導入期間を確実に設定することができる。
【０１２０】
請求項４の発明では、偏心部（46,49）の端面における連通路（70）の開口幅が回転軸（45）の回転方向における後端側へ向かって次第に狭くなっており、偏心部（46,49）の連通路（70）と閉塞部材（63,64）の溝状通路（69）がオーバーラップする部分の面積は、回転軸（45）の回転に伴って次第に小さくなる。また、請求項５の発明では、凹溝状に形成された連通路（70）の深さが回転軸（45）の回転方向における後端側へ向かって次第に減少しており、連通路（70）のうちで閉塞部材（63,64）の溝状通路（69）に面する部分の深さは、回転軸（45）の回転に伴って次第に浅くなる。
【０１２１】
このため、これら請求項４，５の発明によれば、膨張室（62）への流体の導入が終了する際において、膨張室（62）への流体の流入量を緩やかに減少させることができる。つまり、膨張室（62）への流体の流入を一気に遮断した場合には急峻な圧力変動が生じてしまうが、これらの発明によれば、膨張室（62）への流体の流入量を徐々に低下させることで、このような急峻な圧力変動の発生を回避できる。従って、これらの発明によれば、圧力変動に起因する振動や配管の破損等を回避して、ロータリ式膨張機（60）の信頼性を向上させることができる。
【０１２２】
請求項６の発明では、偏心部（46,49）の端面における連通路（70）の開口幅が回転軸（45）の回転方向における前端側へ向かって次第に狭くなっており、偏心部（46,49）の連通路（70）と閉塞部材（63,64）の導入通路（36）がオーバーラップする部分の面積は、回転軸（45）の回転に伴って次第に大きくなる。また、請求項７の発明では、凹溝状に形成された連通路（70）の深さが回転軸（45）の回転方向における前端側へ向かって次第に減少しており、連通路（70）のうちで閉塞部材（63,64）の溝状通路（69）に面する部分の深さは、回転軸（45）の回転に伴って次第に深くなる。
【０１２３】
このため、これら請求項６，７の発明によれば、膨張室（62）への流体の導入を開始する際には、膨張室（62）への流体の流入量を緩やかに増大させることができる。従って、これらの発明によれば、膨張室（62）に対する流体の導入開始に伴う圧力変動を確実に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１における空調機の配管系統図である。
【図２】実施形態１における圧縮・膨張ユニットの概略断面図である。
【図３】シャフトの各回転角での実施形態１における膨張機構部の要部を示す概略断面図である。
【図４】シャフトの回転角０°又は３６０°での実施形態１における膨張機構部の要部を示す概略断面図である。
【図５】シャフトの回転角４５°での実施形態１における膨張機構部の要部を示す概略断面図である。
【図６】シャフトの回転角９０°での実施形態１における膨張機構部の要部を示す概略断面図である。
【図７】シャフトの回転角１３５°での実施形態１における膨張機構部の要部を示す概略断面図である。
【図８】シャフトの回転角１８０°での実施形態１における膨張機構部の要部を示す概略断面図である。
【図９】シャフトの回転角２２５°での実施形態１における膨張機構部の要部を示す概略断面図である。
【図１０】シャフトの回転角２７０°での実施形態１における膨張機構部の要部を示す概略断面図である。
【図１１】シャフトの回転角３１５°での実施形態１における膨張機構部の要部を示す概略断面図である。
【図１２】シャフトの各回転角での実施形態１における膨張機構部の要部を示す概略断面図である。
【図１３】実施形態１の膨張機構部におけるシャフトの回転角と膨張機構部への冷媒流入量との関係図である。
【図１４】シャフトの回転角９０°での実施形態２における膨張機構部の要部を示す概略断面図である。
【図１５】実施形態２の膨張機構部におけるシャフトの回転角と膨張室内圧等との関係図である。
【図１６】シャフトの回転角９０°での実施形態２の変形例２における膨張機構部の要部を示す概略断面図である。
【図１７】実施形態２の変形例３の膨張機構部におけるシャフトの回転角と膨張機構部への冷媒流入量との関係図である。
【図１８】シャフトの回転角９０°での実施形態３における膨張機構部の要部を示す概略断面図である。
【図１９】シャフトの各回転角での実施形態３における膨張機構部の要部を示す概略断面図である。
【図２０】従来のロータリ式膨張機におけるＰＶ線図である。
【符号の説明】
（36）  流入ポート（導入通路）
（45）  シャフト（回転軸）
（46）  第１大径偏心部（偏心部）
（48）  主軸部
（49）  第２大径偏心部（偏心部）
（62）  膨張室
（63）  フロントヘッド（閉塞部材）
（64）  リアヘッド    （閉塞部材）
（65）  ピストン
（66）  ブレード
（69）  溝状通路
（70）  連通路
（81）  第１シリンダ（シリンダ）
（82）  第２シリンダ（シリンダ）
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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