(57)【要約】      （修正有）【課題】構造が簡単で、信頼性・組立性に優れた低コストの容積形膨張機の提供と膨張エネルギを機械エネルギに効率よく変換し、冷凍システムのＣＯＰ（成績係数）向上が可能な容積形流体機械（膨張／圧縮システム）の提供。【解決手段】揺動ピストン式膨張機２で、ベーン部９ｃの往復運動とシュー１０の揺動運動により作動流体の流入タイミングを効果的に制御し、膨張エネルギをローリングピストン式容積形ブロワ３の駆動源として利用する。【選択図】  図４
2004324595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端面を端板により閉塞されるシリンダと、前記シリンダ内に配置される円筒形状のローラ部とそのローラ部から突出する板状のベーン部を有する揺動ピストンと、その揺動ピストンのベーン部を前記シリンダに設けられた円筒孔内で両側面から挟み込み揺動自在に嵌装されたシューと、前記揺動ピストンのローラ部内に回転自在に嵌合する偏心部を備えたクランク軸と、前記シューに設けられ前記円筒孔内周面から前記ベーン部に前記シリンダ外からの作動流体を導く第１の通路と、前記ベーン部に設けられ前記第１の通路からの作動流体を前記シリンダ内に導く第２の通路とを備え、第１及び第２の通路によって作動流体の流入を制御する容積形流体機械。
【請求項２】
請求項１記載の容積形流体機械において、前記シリンダに前記シリンダ内の作動流体を外部に導出する複数の導出路を設けた容積形流体機械。
【請求項３】
密閉容器内に、外部から流入した作動流体を膨張させてエネルギーを回収する膨張機と、外部から流入した作動流体の圧力を高めて吐出する容積形ブロワとを、前記膨張機の回転力を前記容積形ブロワに伝えるクランク軸を介して連結して、
前記膨張機は、両端面を端板により閉塞されるシリンダと、前記シリンダ内に配置される円筒形状のローラ部とそのローラ部から突出する板状のベーン部を有する揺動ピストンと、その揺動ピストンのベーン部を前記シリンダに設けられた円筒孔内で両側面から挟み込み揺動自在に嵌装されたシューと、前記クランク軸に設けられ前記揺動ピストンのローラ部内に回転自在に嵌合する偏心部と、前記シューに設けられ前記円筒孔内周面から前記ベーン部に前記シリンダ外からの作動流体を導く第１の通路と、前記ベーン部に設けられ前記第１の通路からの作動流体を前記シリンダ内に導く第２の通路とを備え、
前記容積形ブロワは、シリンダ内に作動流体を導入する吸入パイプと、前記クランク軸のもう一つの偏心部に回転自在に嵌合されたローラと、このローラに先端を接して往復運動し、シリンダ内を吸入室と圧縮室に仕切るベーンと、前記クランク軸を軸支しかつ前記シリンダの両端開口を閉塞する端板とを備えた容積形流体機械。
【請求項４】
作動流体として、二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルに接続されることを特徴とする請求項１〜３記載の容積形流体機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体機械に関し、特に冷凍サイクルを構成するための少なくとも膨張機を含む容積形流体機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、蒸気圧縮冷凍サイクルで用いられる膨張機としては、特開平８−８２２９６号公報（特許文献１）及び特開２００１−１５３０７７号公報（特許文献２）に記載のものが知られている。
【０００３】
この特許文献１は、ローリングピストン式膨張機で、シリンダの端面を閉塞する閉塞板（ポートプレート１３９）と軸受（主軸受部材１２５）との間に流入タイミングを制御する回転円板（円板１５３）が設けられ、該回転円板には開口（流入口１６１）が設けられ、駆動軸（主軸１１１）に固定されている。この回転円板の開口は駆動軸の回転に伴って回転し、閉塞板の冷媒吸入口（吸込ポート１３７）と軸受の冷媒吸入通路（取入口１４１）とが所定のタイミングで連通するように構成され、冷媒がシリンダ内の膨張室（１３５）に流入して膨張するようになっていた。この膨張機では、上記回転円板は駆動軸の回転に伴って回転するため摺動速度が大きく、機械摩擦損失が大きくなる問題があり、高効率化を図ることが難しかった。
【０００４】
この特許文献１の課題を解決したのが特許文献２である。特許文献２では、シリンダの端面を閉塞する閉塞部材７０と軸受３５との間に流入タイミングを制御する公転部材８０が設けられ、該公転部材には開口８１が設けられ、駆動軸６０に連結されるとともに自転阻止機構９０が設けられている。この公転部材の開口は駆動軸の回転に伴って公転し、閉塞板の冷媒吸入口７１と軸受の冷媒吸入通路３ａとが所定のタイミングで連通するように構成され、冷媒がシリンダ内の膨張室３２に流入して膨張するようになっている。このように冷媒の吸入口７１を開閉する部材が自転阻止機構９０により公転運動のみ行う公転部材８０を備えることにより、特許文献１の回転円板に比して大幅に摺動速度を低減したものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−８２２９６号公報（図７）
【特許文献２】
特開２００１−１５３０７７号公報（図１、図３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の膨張機においては、冷媒の流入タイミングを制御するために回転円板（特許文献１）や公転部材（特許文献２）といった新たな摺動部品を付加する必要があるため、構造が複雑になり信頼性や組立性、コストの面で好ましくなかった。
【０００７】
また、膨張機により得られた動力は、冷凍サイクルにおける主圧縮機の駆動軸と、電動機を間に挟んで同軸に連結して動力回収するようにしているが、このような構成では圧縮機と膨張機を電動機の両側に一体に組み込まなければならないため、組立性が悪く問題となる。また、主圧縮機と膨張機とが一体構造になるため、冷凍空調機器が室内ユニットと室外ユニット分かれたセパレートタイプでは配管が長くなり、コスト上昇や配管の圧力損失による性能低下の問題がある。また、膨張機のない通常の冷凍システムとの互換性に乏しいため、製造コストの上昇を引き起こしやすかった。さらに、比較的低温で動作する膨張機が、ガス圧縮作用により高温となった圧縮機及び電動機からの熱影響を受けて加熱されるため、膨張過程のエンタルピ差が減少して膨張機の回収動力を減らし、膨張機効率を低下させる問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、新たな部品を付加することなく膨張機の構造簡略化を図り、信頼性・組立性に優れた低コストの容積形膨張機を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、作動流体の膨張過程のエネルギを機械エネルギに効率よく変換して利用できる膨張／圧縮システムを構成することにより、冷凍サイクルのＣＯＰ（成績係数）向上が可能な、汎用性の高い容積形流体機械を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の容積形流体機械は、両端面を端板により閉塞されるシリンダと、前記シリンダ内に配置される円筒形状のローラ部とそのローラ部から突出する板状のベーン部を有する揺動ピストンと、その揺動ピストンのベーン部を前記シリンダに設けられた円筒孔内で両側面から挟み込み揺動自在に嵌装されたシューと、前記揺動ピストンのローラ部内に回転自在に嵌合する偏心部を備えたクランク軸と、前記シューに設けられ前記円筒孔内周面から前記ベーン部に前記シリンダ外からの作動流体を導く第１の通路と、前記ベーン部に設けられ前記第１の通路からの作動流体を前記シリンダ内に導く第２の通路とを備え、第１及び第２の通路によって作動流体の流入を制御するものである。
【００１１】
これにより、作動流体の流入タイミングを制御する新たな摺動部品を付加することなく、シューの揺動運動とベーンの往復運動によってシューに設けられた第１の通路とベーン部に設けられた第２の通路とが連通し、外部からシリンダ内に流入する作動流体が流入する区間を容易に設定することが可能になる。
【００１２】
また、シリンダの外部に作動流体を導く導出路を複数設けて、それらの導入路の切替えを行うことにより作動流体の流出を制御することで、複数の設計容積比を実現できるようにしても良い。
【００１３】
また、上記他の目的を達成するために本発明の容積形流体機械では、密閉容器内に、外部から流入した作動流体を膨張させてエネルギーを回収する膨張機と、外部から流入した作動流体の圧力を高めて吐出する容積形ブロワとを、前記膨張機の回転力を前記容積形ブロワに伝えるクランク軸を介して連結して、前記膨張機は、両端面を端板により閉塞されるシリンダと、前記シリンダ内に配置される円筒形状のローラ部とそのローラ部から突出する板状のベーン部を有する揺動ピストンと、その揺動ピストンのベーン部を前記シリンダに設けられた円筒孔内で両側面から挟み込み揺動自在に嵌装されたシューと、前記クランク軸に設けられ前記揺動ピストンのローラ部内に回転自在に嵌合する偏心部と、前記シューに設けられ前記円筒孔内周面から前記ベーン部に前記シリンダ外からの作動流体を導く第１の通路と、前記ベーン部に設けられ前記第１の通路からの作動流体を前記シリンダ内に導く第２の通路とを備え、前記容積形ブロワは、シリンダ内に作動流体を導入する吸入パイプと、前記クランク軸のもう一つの偏心部に回転自在に嵌合されたローラと、このローラに先端を接して往復運動し、シリンダ内を吸入室と圧縮室に仕切るベーンと、前記クランク軸を軸支しかつ前記シリンダの両端開口を閉塞する端板とを備えたものである。
【００１４】
上記の構成では、作動流体の膨張エネルギを回収する機構を、圧力比が小さい（例えば圧力比１．２以下）容積形ブロワとすることにより、吐出ガスの温度上昇が小さいことから膨張機への熱影響を抑えることができる。
【００１５】
また、容積形ブロワの形式をローリングピストン式として吸入側と吐出側に弁を持たない構造にすることにより、低圧力比運転での効率向上が図れる。
【００１６】
さらに、膨張機と容積形ブロワとを積層状に配置することにより、容積形流体機械のコンパクト化が実現され、低コスト化に寄与するので好ましい。
【００１７】
また、この容積形流体機械は、膨張機を持たない通常の冷凍サイクルに追加して設置することが可能なことから汎用性が高く、冷凍サイクルのＣＯＰ（成績係数）向上を促進することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１から図３において、容積形流体機械１は、冷凍サイクルにおける作動流体の膨張エネルギを機械エネルギに変換する膨張機２と、この変換された機械エネルギにより仕事をする容積形ブロワ３から構成される。膨張機２と容積形ブロワ３は積層して配置され、それらはクランク軸４を介して連結し、密閉容器５内に収納されている。
【００１９】
以下、膨張機２について説明する。クランク軸４の軸支持を兼ねた主軸受６と副軸受７の平面部により、シリンダ８の両端開口部が閉塞されている。シリンダ８の中央部に円筒状内周面８ａが設けられている。クランク軸４には、シリンダ８の円筒状内周面８ａに対応する位置に偏心部４ａが設けられている。偏心部４ａは、揺動ピストン９のローラ部９ａに嵌合された円筒状内周面を備えた軸受メタル９ｂに、回転可能に嵌入されている。ローラ部９ａの円筒状外周面から板状のベーン部９ｃが突き出たように設けられている。
【００２０】
図２において、シリンダ８の円筒状内周面８ａの外側には、円筒状内周面８ａの中心軸と平行な中心軸を持つ円筒孔部８ｂが設けられている。円筒孔部８ｂのシリンダ８中心側とその反対側は、それぞれシリンダ８の円筒状内周面８ａ及び円筒孔部８ｂの外側に設けた逃げ孔部８ｃに連通している。揺動ピストン９のベーン部９ｃは円筒孔部８ｂと逃げ孔部８ｃとに挿入されている。ベーン部９ｃと円筒孔部８ｂとの間には、ベーン部９ｃの平面部に摺動可能に当接する平面部と、円筒孔部８ｂの円筒面部に摺動可能に当接する円筒面部とを有するシュー１０が、ベーン部９ｃを挟み込む形に組込まれている。この結果、ベーン部９ｃは円筒孔部８ｂの中心軸を通る往復運動と中心軸廻りの揺動運動を行い、シュー１０は円筒孔部８ｂの中心軸廻りの揺動運動を行う。ベーン部９ｃの先端部は、ローラ部９ａが最も円筒孔部８ｂに近づいても、逃げ孔部８ｃの中で運動し、シリンダ８と干渉することはない。
【００２１】
密閉容器５に取付けられた流入パイプ１１は、シリンダ８の円筒孔部８ｂに開口するシリンダ８に設けられた流入通路８ｄと接続している。本実施形態における膨張機での作動流体の流入タイミングは、この流入パイプ１１からシリンダ８の流入通路８ｄを通って入ってくる高圧の作動流体を、この流入通路８ｄ側のシュー１０に設けられてシュー１０の内部を貫通する流入孔１０ａ（第１の通路）と、この流入孔１０ａが設けられたシュー１０に当接するベーン部９ｃの側面部に設けられた流入溝９ｄ（第２の通路）とが連通する条件を変えることで、容易に調整できる。この流入タイミングの調整に関する詳細は後述する。
【００２２】
以下、作動流体を圧縮する圧縮機としての機能を有する容積形ブロワ３について説明する。図１において、クランク軸４の軸支持を兼ねた補助軸受１４と仕切り板１５により容積型ブロワ３のシリンダ１６の両端開口部が閉塞される。シリンダ１６の中央部に円筒状内周面１６ａが設けられている。クランク軸４には、シリンダ１６の円筒状内周面１６ａに対応するに、もう一方の偏心部４ｂが設けられている。膨張機２側の偏心部４ａとこの偏心部４ｂとは回転位相が１８０°ずれている。円筒状のローラ１７の内周面にはころ軸受が装着され、そのころ軸受内に偏心部４ｂが回転可能に嵌入されている。
【００２３】
図３に示したように、ローラ１７の円筒状外周面には、ベーンスプリング１８ａにより押圧された板状のベーン１８が接触している。円筒状内周面１６ａの外側であるシリンダ１６には、このベーン１８が往復摺動可能なベーン溝１６ｂと、シリンダ１６とベーン１８の干渉を防ぐ逃げ孔部１６ｃ及びベーンスプリング１８ａの他端部が嵌入されて装着されるスプリング孔部１６ｄが設けられている。
【００２４】
また、密閉容器５に取付けられた吸入パイプ１９は、シリンダ１６の吸入通路１６ｅと接続している。吸入パイプ１９から吸込まれた冷媒ガス等の作動流体は、吸入通路１６ｅを通ってシリンダ１６内に入り、クランク軸４の回転によってローラ１７がシリンダ１６の円筒状内周面１６ａに沿って偏心回転運動をすることによりシリンダ１６内を移動し、シリンダ１６の円筒状内周面１６ａの一部を切欠く形に設けられた吐出切欠き１６ｆを通り、補助軸受１４に設けられた吐出ポート１４ａから密閉容器５内に吐き出される。吐出された作動流体は、密閉容器５の上部に取付けられた吐出パイプ２０から外部、例えば冷凍サイクルに流出する。
【００２５】
密閉容器５には潤滑油２１が貯溜されており、膨張機２および容積形ブロワ３の大部分がこの潤滑油２１中に浸漬した状態である。そのため膨張機２および容積形ブロワ３の各摺動部に油供給路を通じて容易に潤滑油を導くことができる。軸受摺動部（クランク軸４の各軸受部）に強制的に給油する機構としては、クランク軸４の下端部に装着された給油ピース２２から、クランク軸４内に設けられた給油通路４ｃを通して、クランク軸４の回転による遠心ポンプ作用で各軸受摺動部に潤滑油を供給する構成となっている。
【００２６】
また、回転系のバランスは、クランク軸４の上端部に取付けられたバランスウエイト２３によってとる。バランスウエイト２３の周囲はバランスウエイトカバー２４で囲まれている。
【００２７】
以上のような構成からなる膨張機２と容積形ブロワ３は積層状に積み重ねられた状態で締付けボルト８によって組立て固定され、容積形ブロワ３のシリンダ１６外周部で密閉容器５の内周に嵌合固定されている。
【００２８】
次に、本発明の膨張機２の動作を図４〜図６により説明する。図４では、クランク軸の回転角が９０°毎に、シリンダ８内における揺動ピストン９の位置関係を示したものである。図４において、揺動ピストン９のベーン部９ｃが上死点位置（ベーン部９ｃが最もシリンダ８の外周部に突き出した状態）を回転角θの０°とし、クランク軸４の回転角は時計廻りに増加した状態を示す。
【００２９】
先ず、回転角０°の状態では、シリンダ８の流入通路８ｄとシュー１０の流入孔１０ａとは一部連通しており、シュー１０の流入孔１０ａと揺動ピストン９のベーン部９ｃに設けられた流入溝９ｄも連通している。この流入溝９ｄのシリンダ円筒状内周面８ａ側の端部ａはシュー１０により塞がれているため、蒸気圧縮冷凍サイクルの膨張過程入口にある高圧の作動流体はシリンダ８内への流入を遮断された状態にある。一方、シリンダ８の流出通路８ｅはシリンダ８内に連通しているため、作動流体は膨張過程出口にあたる低圧の圧力状態になっている。本実施形態の容積形流体機械１の起動方法については後述するが、この状態からクランク軸４が時計廻りに回転すると、ベーン部９ｃがシリンダ８内に突き出てくる。そして流入溝９ｄがシリンダ８内と連通を開始するため、高圧の作動流体がシリンダ８内に流入しはじめる。シリンダ８内の圧力差によりクランク軸４を時計廻りに回転させる機械エネルギが発生する。
【００３０】
回転角９０°の状態では、シュー１０の揺動によりシリンダ流入通路８ｄとシュー流入孔１０ａの接続部ｂの流路面積も拡大するため作動流体の流入が促進される。さらに９０°回転した回転角１８０°の状態では、シリンダ８の流入通路８ｄとシュー１０の流入孔１０ａとは回転角０°の状態と同様に一部連通しているが、ベーン部９ｃのシリンダ円筒状内周面８ａ側への往復運動によりシュー流入孔１０ａとベーン流入溝９ｄとは連通が遮断され、高圧の作動流体の流入が遮断された状態で作動室の容積が拡大することから作動流体は膨張し機械エネルギを発生する。回転角２７０°の状態では、シュー流入孔１０ａとベーン流入溝９ｄとは連通しはじめるが、シリンダ８の流入通路８ｄとシュー１０の流入孔１０ａとは、今度はシュー１０が回転角９０°の状態とは反対方向に揺動運動するため両者の連通は遮断された状態で、作動流体はさらに膨張して機械エネルギを発生し続ける。さらに回転が進むと、シリンダ８の流出通路８ｅはシリンダ８内に連通し、最初の回転角０°の状態になる。以上の動作を繰り返すことにより、作動流体の持つ膨張エネルギが機械エネルギに変換されることになる。
【００３１】
一般に、容積形膨張機の設計容積比の値は、冷凍システムにおける作動流体の種類とその運転条件（圧力比）により決められることになる。本実施形態の膨張機２の設計容積比Ｖｒｅｘは、高圧の作動流体が流入する容積（流入完了容積）をＶｉ、と膨張終了容積（流出開始容積）をＶｏとすると、
Ｖｒｅｘ＝Ｖｏ／Ｖｉ
で表される。図５は、膨張機における作動流体の流入完了と流出開始の状態をそれぞれ示した動作図である。
【００３２】
流入完了状態は、ベーン流入溝９ｄとシュー流入孔１０ａとの連通が遮断された直後の状態で、本実施形態ではクランク軸の回転角が１３７°に相当する。流出開始状態は、シリンダ８内の膨張作動空間が流出通路８ｅと連通する直前の状態で、クランク軸回転角で３１７°に相当する。
【００３３】
図６は、本発明の膨張機の容積変化特性図で、横軸はクランク軸回転角θ、縦軸は膨張機の理論容積（最大）Ｖｔｈと膨張作動室容積Ｖの比をとっている。図から、本発明の膨張機２の設計容積比ＶｒｅｘはＶｒｅｘ＝０．９８／０．２４２＝４．０５
であることが分かる（設計条件は、作動流体：二酸化炭素（Ｒ７４４）、吸込圧力Ｐｓ＝２．６５ＭＰａ、吐出圧力Ｐｄ＝８ＭＰａの場合…図８参照）。
【００３４】
また、図５と図６より、ベーン流入溝９ｄの長さ寸法を調整することにより流入完了となるクランク軸回転角すなわち流入完了容積が容易に変更できるとともに、流出通路８ｅの位置により流出開始容積も変更できることから、設計容積比Ｖｒｅｘも容易に設計変更可能であり、スクリュー式やスクロール式等の固有の設計容積比が組込まれた膨張機に比べて、設計対応が容易であるばかりでなく大幅な小型・低コスト化が図れる。さらに、例えば、シリンダ８に複数の流出通路８ｅを形成してこの流出通路の選択切替えを行うことにより、一つの膨張機で複数の設計容積比が実現できることから、冷凍サイクルとの適合性をより高めて冷凍空調機器のシステム効率を向上することが可能となる。
【００３５】
次に、本発明の容積形流体機械１を組込んだ冷凍サイクルについて説明する。この説明では、特に冷媒として二酸化炭素（Ｒ７４４）を適用した例を説明する。この二酸化炭素は、自然冷媒であり地球温暖化係数（ＧＷＰ）もフロン系冷媒の数千分の一と小さく地球環境保全の点で優れている。反面、臨界温度が約３１℃と低いことから冷凍空調装置の通常の運転条件で高圧側の動作圧力が臨界圧力（約７ＭＰａ）を超える超臨界サイクルとなり、高圧冷媒でモリエル線図上の理論ＣＯＰ（成績係数）が低いという欠点がある。
【００３６】
しかし、二酸化炭素は膨張過程の損失がフロン系冷媒に比べて大きいことから、この膨張過程の動力を回収することによりＣＯＰの大幅な改善が可能と考えられる。そこで高効率で信頼性の高い膨張機を備えた容積形流体機械の開発が冷媒Ｒ７４４システムの実用化では重要となる。もちろん、フロン系冷媒のシステムでも改善比率は小さくなるがＣＯＰ向上が図れる。そこで冷媒としてＲ７４４（二酸化炭素）を適用した冷凍サイクルについて図７及び図８を用いて説明する。なお、図７、図８において、図１から図３と同一符号を付したものは同一部品であり同一の作用をなす。
【００３７】
図７において、冷凍（冷蔵）システム２５には、容積形流体機械１は一点鎖線で図示されている。容積型流体機械１の膨張機２は、放熱器（ガスクーラ）２６と蒸発器２７とに接続されている。また、容積型流体機械１の容積形ブロワ３は、蒸発器２７と主圧縮機２８とに接続されている。膨張弁２９は放熱器２６と蒸発器２７との間に接続され、容積型流体機械１の膨張機２と並列に接続されている。
【００３８】
冷媒の流れは、主圧縮機２８から吐出された高温・高圧冷媒（図８モリエル線図上の点Ｃの状態）は、ガスクーラ２６に入って放熱し温度低下する。このガスクーラ２６から出た冷媒（図８の点Ｄ）は容積形流体機械１の膨張機２に流入パイプ１１を通って入り、前述の図４で説明した膨張動作を行って膨張エネルギを機械エネルギに変換し、流出パイプ１２から低温・低圧の気液二相冷媒（図８の点Ｅ）となって吐出される。膨張機２を出た冷媒は蒸発器２７に入って吸熱・ガス化し、本発明の容積形流体機械１の容積形ブロワ３に吸入パイプを通って吸込まれ（図８の点Ａ）、この容積形ブロワ３内で若干昇圧されて吐出パイプ２０から吐出される（図８の点Ｂ）。容積形ブロワ３から吐出された冷媒ガスは主圧縮機２８に戻って再び圧縮されて高温・高圧のガス冷媒となる。
【００３９】
以上のサイクルが繰り返され冷凍（冷蔵）作用をなす。なお、膨張弁２９は、サイクルの運転条件変化時の流量（圧力）調整等を行うため、冷媒ガスが膨張機２をバイパスために設けられている。
【００４０】
本発明の一実施形態である容積形流体機械１を備えることにより、膨張過程が等エントロピ変化（Ｄ−Ｅ）となり、膨張機を持たない場合の等エンタルピ変化（破線で図示）と比べΔｉｅｘだけ冷凍効果が増えて冷凍能力が増加する。また、膨張エネルギを膨張機２で機械エネルギに変換して容積形ブロワを駆動することで動力回収することにより、単位質量のガスを圧縮するのに必要な仕事がΔｉａｄからΔｉａｄ′に減少しＣＯＰを向上することが可能となる。
【００４１】
本発明の容積形流体機械１の起動方法として次の自立起動方法がある。それは主圧縮機を備える冷凍サイクルに接続されていることが条件である。すなわち、主圧縮機２８を起動することにより最初に容積形ブロワ３の吐出パイプ側が負圧になる。すると駆動軸４を回転するトルクが発生し、次いで膨張機２の流入パイプ１１に圧力が作用することで、膨張機２が回転駆動する。このとき、この主圧縮機２８の起動を指示した制御部（図示せず）は膨張弁２９が閉じていることを確認し、膨張弁２９が閉じていなければ閉じるように制御する。このように自立起動が可能であるが、必要に応じてモータ等の起動装置を付属させてもよい。第１の実施形態では、容積形ブロワとしてローリングピストン式を例にあげて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、スクロール式等の他形式の容積形ブロワにも適用される。
【００４２】
次に、本発明の第２の実施形態を図面に基づいて説明する。図９及び図１０において、図１から図３と同一符号を付したものは同一部品であり同一の作用をなす。本実施形態では、膨張機２を１８０°膨張の位相が異なる２気筒の揺動ピストン式膨張機としたことを特徴としており、基本的な膨張動作は図４と同様である。容積形ブロワ３は図示を省略している。このような２気筒の膨張機にすることにより、軸一回転中の膨張機の発生トルク変化が小さくなることからクランク軸４の速度変動も少なくなり、よりスムーズな回転が実現できる。これにより、容積型流体機械１の自立起動性をより向上することができる。
【００４３】
本発明の第３の実施形態を図１１を用いて説明する。図１１において、図１から図３と同一符号を付したものは同一部品であり同一の作用をなす。本実施形態では、膨張機２と容積形ブロワ３とが仕切り板１５間に挟んで積層する。クランク軸４を主軸受６と副軸受７の２個所のころがり軸受で軸支し、補助軸受を省いている。また、クランク軸４の膨張機２側の偏心部４ａと容積形ブロワ３側の偏心部４ｂの位相差を無くしている。
【００４４】
また、主軸受６にモータ／ジェネレータを装着し、クランク軸４の端部にこの回転子を嵌合固定している。このような構成により、先ず、クランク軸４の膨張機２側の偏心部４ａと容積形ブロワ３側の偏心部４ｂの位相差無くしたことにより、膨張機２で発生した回転動力を容積形ブロワ３に直接作用させることができることから、クランク軸４を軸支している軸受の負荷が軽減され、軸受の個数削減と機械摩擦損失の低減を図ることができる。
【００４５】
また、モータ／ジェネレータを装着することにより、起動の時はモータとして作動させ本容積形流体機械１の運転を確実にするとともに、通常運転時はジェネレータとして作動させてクランク軸４の回転速度を制御し、超臨界状態になるＲ７４４サイクル特有の冷凍サイクル制御に利用することができる。
【００４６】
上述したように、本発明の各実施形態から、作動流体の流入タイミングを制御する新たな摺動部品を付加することなく、シューの揺動運動とベーンの往復運動によってシューに設けられた流入孔とベーンに設けられた流入溝とが連通し、流入パイプを通ってシリンダ内に流入する作動流体の流入区間を容易に設定することが可能になる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単な構造で高性能の揺動ピストン式膨張機を提供することができる。
【００４８】
また、本発明の膨張機と圧力比が小さい容積形ブロワとを一つの密閉容器内に両者を積層状に配置した構造にすることにより、膨張機への熱影響を抑えて、小型・低コストの容積形流体機械を実現することができる。
【００４９】
さらに、この容積形流体機械は、膨張機を持たない通常の冷凍サイクルに追加して設置することが可能なことから汎用性が高く、冷凍サイクルのＣＯＰ（成績係数）向上を促進することができる。
【００５０】
また、本発明の容積形流体機械を適用した冷凍サイクルを使用する冷凍空調機器は、冷凍空調機器のＣＯＰ（成績係数）向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる容積形流体機械の縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】クランク軸回転角ごとの作動流体の流入過程を示した本発明の一実施形態における膨張機の動作説明図である。
【図５】本発明の一実施形態における膨張機における作動流体の流入・流出状態（流入完了、流出開始）を示した動作図である。
【図６】本発明の一実施形態における膨張機の容積変化特性図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係わる容積形流体機械を備えた冷凍サイクルの模式図である。
【図８】作動流体として自然冷媒である二酸化炭素（Ｒ７４４）のモリエル線図上に表した、本発明の一実施形態である冷凍サイクルを示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係わる容積形流体機械の要部縦断面図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係わる容積形流体機械の縦断面図である。
【符号の説明】
１    容積形流体機械、
２    膨張機、
３    容積形ブロワ、
４    クランク軸
４ａ  偏心部、
４ｂ  偏心部、
４ｃ  給油通路、
５    密閉容器、
６    主軸受、
７    副軸受、
８    シリンダ、
８ａ  円筒状内周面、
８ｂ  円筒孔部、
８ｃ  逃げ孔部、
８ｄ  流入通路、
８ｅ  流出通路、
９    揺動ピストン、
９ａ  ローラ部、
９ｂ  軸受メタル、
９ｃ  ベーン部、
９ｄ  流入溝、
１０    シュー、
１０ａ  流入孔、
１１    流入パイプ、
１２    流出パイプ、
１３    締付けボルト、
１４    補助軸受、
１４ａ  吐出ポート、
１５    仕切り板、
１６    シリンダ、
１６ａ  円筒状内周面、
１６ｂ  ベーン溝、
１６ｃ  逃げ孔部、
１６ｄ  スプリング孔部、
１６ｅ  吸入通路、
１６ｆ  吐出切欠き、
１７    ローラ、
１８    ベーン、
１８ａ  ベーンスプリング、
１９    吸入パイプ、
２０    吐出パイプ、
２１    潤滑油、
２２    給油ピース、
２３    バランスウエイト、
２４    バランスウエイトカバー。
【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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