(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の渦巻状ラップを有する第１のスクロールと、
前記第１の渦巻状ラップと噛み合う第２の渦巻状ラップを有し、前記第１のスクロールとともに前記第１の渦巻状ラップの内壁側および外壁側にそれぞれ内壁側膨張室および外壁側膨張室を区画する第２のスクロールと、を備え、
前記第１のスクロールが前記第２のスクロールに対して相対的に旋回することによって、前記内壁側膨張室および前記外壁側膨張室が前記各スクロールの中心側から外周側に向かって容積を増加させながら移動するように構成され、
前記内壁側膨張室の膨張比と前記外壁側膨張室の膨張比とが異なるように、前記第１の渦巻状ラップと前記第２の渦巻状ラップの形状が定められ、
前記内壁側膨張室の開放時期と前記外壁側膨張室の開放時期との位相差が、シャフトの回転角度で３０度〜１５０度となるように、前記第１および第２の渦巻き状ラップの形状調整がなされている、スクロール膨張機。
【請求項２】
前記内壁側膨張室と前記外壁側膨張室とは、吸入完了時の容積が互いに等しく、吐出開始時の容積が互いに異なっている、請求項１に記載のスクロール膨張機。
【請求項３】
前記第２のスクロールに対する前記第１のスクロールの相対的な旋回に伴って、前記各スクロールの中心側において、前記第１の渦巻状ラップの内壁と前記第２の渦巻状ラップの外壁との接触面である第１の接触面と、前記第１の渦巻状ラップの外壁と前記第２の渦巻状ラップの内壁との接触面である第２の接触面とが同時に発生し、
前記第２の渦巻状ラップの内壁にインボリュートの段差を設けることにより、前記第１の接触面が前記各スクロールの中心側から外周側に移動してから消滅する第１の消滅位置に対し、前記第２の接触面が前記各スクロールの中心側から外周側に移動してから消滅する第２の消滅位置が、前記第２の渦巻状ラップのラップ巻き始め側に向かって０度よりも大きくかつ１８０度よりも小さい所定角度、または１８０度よりも大きくかつ３６０度よりも小さい所定角度だけずれている、請求項２に記載のスクロール膨張機。
【請求項４】
前記第２のスクロールに対する前記第１のスクロールの相対的な旋回に伴って、前記各スクロールの中心側において、前記第１の渦巻状ラップの内壁と前記第２の渦巻状ラップの外壁との接触面である第１の接触面と、前記第１の渦巻状ラップの外壁と前記第２の渦巻状ラップの内壁との接触面である第２の接触面とが同時に発生し、
前記第１の渦巻状ラップの外壁にインボリュートの段差を設けることにより、前記第１の接触面が前記各スクロールの中心側から外周側に移動してから消滅する第１の消滅位置に対し、前記第２の接触面が前記各スクロールの中心側から外周側に移動してから消滅する第２の消滅位置が、前記第２の渦巻状ラップのラップ巻き始め側へ向かって０度よりも大きくかつ１８０度よりも小さい所定角度、または１８０度よりも大きくかつ３６０度よりも小さい所定角度だけずれている、請求項２に記載のスクロール膨張機。
【請求項５】
前記内壁側膨張室と前記外壁側膨張室とは、吸入完了時の容積が互いに異なり、吐出開始時の容積が互いに等しい、請求項１に記載のスクロール膨張機。
【請求項６】
前記第２のスクロールに対する前記第１のスクロールの相対的な旋回に伴って、前記各スクロールの中心側において、前記第１の渦巻状ラップの内壁と前記第２の渦巻状ラップの外壁との接触面である第１の接触面と、前記第１の渦巻状ラップの外壁と前記第２の渦巻状ラップの内壁との接触面である第２の接触面とが発生し、
前記第１の接触面が発生する位置における前記第１の渦巻状ラップの内壁伸開角は、前記第２の接触面が発生する位置における前記第２の渦巻状ラップの内壁伸開角よりも大きく、
前記第１の接触面と前記第２の接触面とは、前記各スクロールの中心側から外周側に移動してから同時に消滅する、請求項５に記載のスクロール膨張機。
【請求項７】
前記第２のスクロールに対する前記第１のスクロールの相対的な旋回に伴って、前記各スクロールの中心側において、前記第１の渦巻状ラップの内壁と前記第２の渦巻状ラップの外壁との接触面である第１の接触面と、前記第１の渦巻状ラップの外壁と前記第２の渦巻状ラップの内壁との接触面である第２の接触面とが発生し、
前記第１の接触面が発生する位置における前記第１の渦巻状ラップの内壁伸開角は、前記第２の接触面が発生する位置における前記第２の渦巻状ラップの内壁伸開角よりも小さく、
前記第１の接触面と前記第２の接触面とは、前記各スクロールの中心側から外周側に移動してから同時に消滅する、請求項５に記載のスクロール膨張機。
【請求項８】
第１の渦巻状ラップを有する第１のスクロールと、
前記第１の渦巻状ラップと噛み合う第２の渦巻状ラップを有し、前記第１のスクロールとともに前記第１の渦巻状ラップの内壁側および外壁側にそれぞれ内壁側膨張室および外壁側膨張室を区画する第２のスクロールと、を備え、
前記第１のスクロールが前記第２のスクロールに対して相対的に旋回することによって、前記内壁側膨張室および前記外壁側膨張室が前記各スクロールの中心側から外周側に向かって容積を増加させながら移動するように構成され、
前記内壁側膨張室の膨張比と前記外壁側膨張室の膨張比とが異なるように、前記第１の渦巻状ラップと前記第２の渦巻状ラップの形状が定められ、
前記内壁側膨張室と前記外壁側膨張室とは、吸入完了時の容積が互いに等しく、吐出開始時の容積が互いに異なっており、
前記第２のスクロールに対する前記第１のスクロールの相対的な旋回に伴って、前記各スクロールの中心側において、前記第１の渦巻状ラップの内壁と前記第２の渦巻状ラップの外壁との接触面である第１の接触面と、前記第１の渦巻状ラップの外壁と前記第２の渦巻状ラップの内壁との接触面である第２の接触面とが同時に発生し、
前記第２の渦巻状ラップの内壁にインボリュートの段差を設けることにより、前記第１の接触面が前記各スクロールの中心側から外周側に移動してから消滅する第１の消滅位置に対し、前記第２の接触面が前記各スクロールの中心側から外周側に移動してから消滅する第２の消滅位置が、前記第２の渦巻状ラップのラップ巻き始め側に向かって０度よりも大きくかつ１８０度よりも小さい所定角度、または１８０度よりも大きくかつ３６０度よりも小さい所定角度だけずれている、スクロール膨張機。
【請求項９】
第１の渦巻状ラップを有する第１のスクロールと、
前記第１の渦巻状ラップと噛み合う第２の渦巻状ラップを有し、前記第１のスクロールとともに前記第１の渦巻状ラップの内壁側および外壁側にそれぞれ内壁側膨張室および外壁側膨張室を区画する第２のスクロールと、を備え、
前記第１のスクロールが前記第２のスクロールに対して相対的に旋回することによって、前記内壁側膨張室および前記外壁側膨張室が前記各スクロールの中心側から外周側に向かって容積を増加させながら移動するように構成され、
前記内壁側膨張室の膨張比と前記外壁側膨張室の膨張比とが異なるように、前記第１の渦巻状ラップと前記第２の渦巻状ラップの形状が定められ、
前記内壁側膨張室と前記外壁側膨張室とは、吸入完了時の容積が互いに等しく、吐出開始時の容積が互いに異なっており、
前記第２のスクロールに対する前記第１のスクロールの相対的な旋回に伴って、前記各スクロールの中心側において、前記第１の渦巻状ラップの内壁と前記第２の渦巻状ラップの外壁との接触面である第１の接触面と、前記第１の渦巻状ラップの外壁と前記第２の渦巻状ラップの内壁との接触面である第２の接触面とが同時に発生し、
前記第１の渦巻状ラップの外壁にインボリュートの段差を設けることにより、前記第１の接触面が前記各スクロールの中心側から外周側に移動してから消滅する第１の消滅位置に対し、前記第２の接触面が前記各スクロールの中心側から外周側に移動してから消滅する第２の消滅位置が、前記第２の渦巻状ラップのラップ巻き始め側へ向かって０度よりも大きくかつ１８０度よりも小さい所定角度、または１８０度よりも大きくかつ３６０度よりも小さい所定角度だけずれている、スクロール膨張機。
【請求項１０】
第１の渦巻状ラップを有する第１のスクロールと、
前記第１の渦巻状ラップと噛み合う第２の渦巻状ラップを有し、前記第１のスクロールとともに前記第１の渦巻状ラップの内壁側および外壁側にそれぞれ内壁側膨張室および外壁側膨張室を区画する第２のスクロールと、を備え、
前記第１のスクロールが前記第２のスクロールに対して相対的に旋回することによって、前記内壁側膨張室および前記外壁側膨張室が前記各スクロールの中心側から外周側に向かって容積を増加させながら移動するように構成され、
前記内壁側膨張室の膨張比と前記外壁側膨張室の膨張比とが異なるように、前記第１の渦巻状ラップと前記第２の渦巻状ラップの形状が定められ、
前記内壁側膨張室と前記外壁側膨張室とは、吸入完了時の容積が互いに異なり、吐出開始時の容積が互いに等しくなっており、
前記第２のスクロールに対する前記第１のスクロールの相対的な旋回に伴って、前記各スクロールの中心側において、前記第１の渦巻状ラップの内壁と前記第２の渦巻状ラップの外壁との接触面である第１の接触面と、前記第１の渦巻状ラップの外壁と前記第２の渦巻状ラップの内壁との接触面である第２の接触面とが発生し、
前記第１の接触面が発生する位置における前記第１の渦巻状ラップの内壁伸開角は、前記第２の接触面が発生する位置における前記第２の渦巻状ラップの内壁伸開角よりも大きく、
前記第１の接触面と前記第２の接触面とは、前記各スクロールの中心側から外周側に移動してから同時に消滅する、スクロール膨張機。
【請求項１１】
第１の渦巻状ラップを有する第１のスクロールと、
前記第１の渦巻状ラップと噛み合う第２の渦巻状ラップを有し、前記第１のスクロールとともに前記第１の渦巻状ラップの内壁側および外壁側にそれぞれ内壁側膨張室および外壁側膨張室を区画する第２のスクロールと、を備え、
前記第１のスクロールが前記第２のスクロールに対して相対的に旋回することによって、前記内壁側膨張室および前記外壁側膨張室が前記各スクロールの中心側から外周側に向かって容積を増加させながら移動するように構成され、
前記内壁側膨張室の膨張比と前記外壁側膨張室の膨張比とが異なるように、前記第１の渦巻状ラップと前記第２の渦巻状ラップの形状が定められ、
前記内壁側膨張室と前記外壁側膨張室とは、吸入完了時の容積が互いに異なり、吐出開始時の容積が互いに等しくなっており、
前記第２のスクロールに対する前記第１のスクロールの相対的な旋回に伴って、前記各スクロールの中心側において、前記第１の渦巻状ラップの内壁と前記第２の渦巻状ラップの外壁との接触面である第１の接触面と、前記第１の渦巻状ラップの外壁と前記第２の渦巻状ラップの内壁との接触面である第２の接触面とが発生し、
前記第１の接触面が発生する位置における前記第１の渦巻状ラップの内壁伸開角は、前記第２の接触面が発生する位置における前記第２の渦巻状ラップの内壁伸開角よりも小さく、
前記第１の接触面と前記第２の接触面とは、前記各スクロールの中心側から外周側に移動してから同時に消滅する、スクロール膨張機。
【請求項１２】
圧縮機、放熱器、膨張機、および蒸発器を順に配管で接続してなる冷凍サイクル装置であって、
前記膨張機は、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のスクロール膨張機によって構成されている、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、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スクロール膨張機、およびそれを備えた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロール膨張機は、互いに噛み合わされた固定スクロールと旋回スクロールとを備えており、固定スクロールおよび旋回スクロールのそれぞれには、鏡板と、鏡板に立設された渦巻状のラップとが設けられている。スクロール膨張機では、固定スクロールの鏡板およびラップと、旋回スクロールの鏡板およびラップとの間に、膨張室が形成される。旋回スクロールは、自転規制機構により自転を規制されつつ、円軌道に沿って旋回する。そして、このように旋回スクロールが旋回することによって、上記膨張室は容積を変えながら移動し、流体の吸入、膨張、および吐出が行われる。
【０００３】
上記膨張室は、旋回スクロールのラップ内壁側とラップ外壁側とにそれぞれ形成される。ラップ内壁側の膨張室（以下、内壁側膨張室という）およびラップ外壁側の膨張室（以下、外壁側膨張室という）の各膨張比は、旋回スクロールおよび固定スクロールのラップ形状により決定される。例えば、特開平８−２８４６１号公報および特開２００２−３６４５６３号公報に開示されているように、従来のスクロール膨張機では、固定スクロールおよび旋回スクロールのラップは、内壁側膨張室の膨張比と外壁側膨張室の膨張比とが等しくなるような形状に形成されていた。
【０００４】
図１５を参照しながら、従来のスクロール膨張機の膨張室について説明する。このスクロール膨張機は、ラップ５０２を有する固定スクロールと、ラップ５０１を有する旋回スクロールとを備えている。旋回スクロールのラップ内壁５０１ａ側には内壁側膨張室５０３ａが形成され、ラップ外壁５０１ｂ側には外壁側膨張室５０３ｂが形成されている。
【０００５】
このスクロール膨張機が冷凍サイクル装置に設けられている場合、膨張対象となる流体は冷媒であり、冷媒はスクロールの中心の吸入口５０７から吸入される。吸入された冷媒は、上記膨張室５０３ａ，５０３ｂの容積変化に伴って膨張して、各スクロールの外周部へ移動し、吐出口５０６から吐出される。
【０００６】
図１５は、最内側の膨張室５０３ａ，５０３ｂが吸入過程から膨張過程へ移る瞬間を表している。言い換えると、図１５は、スクロールの中心側において、旋回スクロールのラップ内壁５０１ａと固定スクロールのラップ外壁５０２ｂとが接触し、旋回スクロールのラップ外壁５０１ｂと固定スクロールのラップ内壁５０２ａとが接触する瞬間、すなわち、接触面５０４，５０５が生じる瞬間を表している。図１５から分かるように、内壁側膨張室５０３ａと外壁側膨張室５０３ｂとは、同時に閉じられる。
【０００７】
そして、膨張過程が進むにつれて、接触面５０４，５０５はラップ形状に沿って外周側へ移動し、やがて、スクロールの最外周部で同時に消滅する。すなわち、内壁側膨張室５０３ａと外壁側膨張室５０３ｂとは、同時に開かれる。このスクロール膨張機では、固定スクロールのラップ内壁５０２ａのインボリュートラップを中途部５０２ｃで終了させることにより、旋回スクロールのラップ内壁５０１ａと固定スクロールのラップ外壁５０２ｂの接触面５０４が消滅する位置と、旋回スクロールのラップ外壁５０１ｂと固定スクロールのラップ内壁５０２ａの接触面５０５が消滅する位置とが、１８０度ずれている。これにより、内壁側膨張室５０３ａと外壁側膨張室５０３ｂとが同時に開かれる。
【０００８】
このように、従来のスクロール膨張機では、内壁側膨張室５０３ａおよび外壁側膨張室５０３ｂは、閉じ始める時期および開き始める時期がいずれも等しく、膨張の開始および終了のタイミングが同時である。その結果、それら２室５０３ａ，５０３ｂの膨張比は等しかった。
【０００９】
しかしながら、上記のようなスクロール膨張機では、両膨張室５０３ａ，５０３ｂの膨張比が常に一定であるので、冷凍サイクル装置等のように、運転条件によって好適な膨張比が変動するような用途にあっては、必ずしも常に効率的な膨張動作を行うことができる訳ではなかった。
【００１０】
具体的には、スクロール膨張機が例えば冷凍サイクル装置に使用される場合、冷凍サイクル装置の運転条件が変化すると、冷凍サイクルの高圧および低圧は変化する。そのため、膨張機の吸入圧力および吐出圧力も変化することになる。ところが、上述したように、膨張室の膨張比は予め一定の設計膨張比に設定されているため、吸入圧力および吐出圧力の値によっては、膨張機において冷媒の過膨張または不足膨張を生じる。
【００１１】
図１６Ａ〜Ｃは、膨張過程の圧力−体積線図を示す。図１６Ａは、膨張室の膨張比が冷凍サイクル装置の高圧／低圧の条件と一致する場合である。すなわち、膨張室の膨張比と、冷凍サイクル装置の高低圧の圧力比とが一致する場合である。この場合には、膨張過程において損失は発生しない。
【００１２】
これに対し、図１６Ｂは、図１６Ａの冷凍サイクル装置の高圧／低圧の条件よりも高圧が高く（Ｐｈ２＞Ｐｈ１）、低圧が低い（Ｐｌ２＜Ｐｌ１）運転条件の場合である。このような運転条件は、図１６Ａの運転条件と比べて、放熱器の外部温度が高い中で放熱し、蒸発器の外部温度が低い中で受熱する場合等に発生する。膨張室は、高圧／低圧がＰｈ１／Ｐｌ１の条件において、冷媒が過不足なく膨張するように、吸入容積と吐出容積が設計されている。そのため、膨張室に吸入される冷媒の圧力がＰｈ１より大きいＰｈ２だとすると、膨張室から吐出される冷媒は冷凍サイクル装置の低圧Ｐｌ２まで膨張しきれず、Ｐｌ２より高い圧力で吐出されることになる。このため、図１６Ｂの運転条件では、膨張不足となり、図１６Ｂ中の斜線部分が損失となる。
【００１３】
図１６Ｃは、図１６Ａの冷凍サイクル装置の高圧／低圧の条件よりも高圧が低く（Ｐｈ３＜Ｐｈ１）、低圧が高い（Ｐｌ３＞Ｐｌ１）運転条件の場合である。このような運転条件は、図１６Ａの運転条件と比べて、放熱器の外部温度が低い中で放熱し、蒸発器の外部温度が高い中で受熱する場合等に発生する。前述した通り、膨張室は、高圧／低圧がＰｈ１／Ｐｌ１の条件において冷媒が過不足なく膨張するように、吸入容積と吐出容積が設計されている。そのため、膨張室に吸入される冷媒の圧力がＰｈ１より小さいＰｈ３だとすると、膨張室から吐出される冷媒は冷凍サイクル装置の低圧Ｐｌ３よりも膨張してしまい、Ｐｌ３より低い圧力で吐出されることになる。このため、図１６Ｃの運転条件では、過膨張となり、図１６Ｃ中の斜線部分が損失となる。
【００１４】
このように、従来のスクロール膨張機を備えた冷凍サイクル装置等では、冷凍サイクル装置の高圧／低圧がスクロール膨張機の設計膨張比と一致している限りは、高効率な運転が可能であった。しかしながら、その反面、運転条件がわずかに変化しただけでも、不足膨張や過膨張による損失が大きくなりやすかった。そのため、膨張機の動力回収性能が低下し、冷凍サイクル装置の能力を十分に高めることができなかった。
【発明の開示】
【００１５】
本発明は、このような課題を解決するものであり、運転条件の変化に伴うスクロール膨張機の動力回収性能の低下を抑えることを目的とする。さらに、本発明は、そのようなスクロール膨張機を用い、広い運転範囲にわたって高効率な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【００１６】
すなわち、本発明は、
第１の渦巻状ラップを有する第１のスクロールと、
前記第１の渦巻状ラップと噛み合う第２の渦巻状ラップを有し、前記第１のスクロールとともに前記第１の渦巻状ラップの内壁側および外壁側にそれぞれ内壁側膨張室および外壁側膨張室を区画する第２のスクロールと、を備え、
前記第１のスクロールが前記第２のスクロールに対して相対的に旋回することによって、前記内壁側膨張室および前記外壁側膨張室が前記各スクロールの中心側から外周側に向かって容積を増加させながら移動するように構成され、
前記内壁側膨張室の膨張比と前記外壁側膨張室の膨張比とが異なるように、前記第１の渦巻状ラップと前記第２の渦巻状ラップの形状が定められている、スクロール膨張機を提供する。
【００１７】
これにより、運転条件が変動した場合であっても、両膨張室（内壁側膨張室および外壁側膨張室）において過膨張が同時発生したり、不足膨張が同時発生したりすることはない。２つの膨張室の膨張比が相違するので、一方の膨張室で過膨張が生じても、他方の膨張室では過膨張が抑制される。また、一方の膨張室で不足膨張が生じても、他方の膨張室では不足膨張が抑制される。したがって、上記スクロール膨張機によれば、運転条件が変動した場合であっても、過膨張や不足膨張による動力回収性能の著しい低下を抑えることができる。
【００１８】
他の側面において、本発明は、
圧縮機、放熱器、膨張機、および蒸発器を順に配管で接続してなる冷凍サイクル装置であって、
前記膨張機は、上記本発明のスクロール膨張機によって構成されている、冷凍サイクル装置を提供する。
【００１９】
上記冷凍サイクル装置によれば、広い運転範囲にわたって高効率を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のスクロール膨張機は、具体的に、以下のように構成されていてもよい。
【００２１】
本発明のスクロール膨張機は、前記旋回スクロールまたは前記固定スクロールの中心側に形成され、前記内壁側膨張室および前記外壁側膨張室に流体を吸入する吸入路と、前記旋回スクロールまたは前記固定スクロールの外周側に形成され、前記内壁側膨張室および前記外壁側膨張室の流体を吐出する吐出路と、を備えていてもよい。
【００２２】
さらに、前記内壁側膨張室と前記外壁側膨張室とは、吸入完了時の容積が互いに等しく、吐出開始時の容積が互いに異なっていてもよい。
【００２３】
このことにより、従来からの設計変更を少なく抑えつつ、両膨張室の膨張比を違えることができる。
【００２４】
前記第２のスクロールに対する前記第１のスクロールの相対的な旋回に伴って、前記各スクロールの中心側において、前記第１の渦巻状ラップの内壁と前記第２の渦巻状ラップの外壁との接触面である第１の接触面と、前記第１の渦巻状ラップの外壁と前記第２の渦巻状ラップの内壁との接触面である第２の接触面とが同時に発生し、前記第２の渦巻状ラップの内壁にインボリュートの段差を設けることにより、前記第１の接触面が前記各スクロールの中心側から外周側に移動してから消滅する第１の消滅位置に対し、前記第２の接触面が前記各スクロールの中心側から外周側に移動してから消滅する第２の消滅位置が、前記第２の渦巻状ラップのラップ巻き始め側へ向かって０度よりも大きくかつ１８０度よりも小さい所定角度、または１８０度よりも大きくかつ３６０度よりも小さい所定角度だけずれていてもよい。
【００２５】
なお、「インボリュートの段差」とは、ある部分を境にしてインボリュート曲線が変化または終了している場合の当該部分をいう。言い換えれば、旋回面に平行な横断面に表れる外形線がインボリュート曲線から逸脱している部分を、「インボリュートの段差」ということができる。例えば、基礎円の半径が一定のインボリュート曲線にしたがって形成された渦巻状ラップの内壁の一部を削った場合、このようなインボリュートの段差が生じ、当該渦巻状ラップの内壁の接触面（他の渦巻状ラップの外壁との接触面）が消滅する位置は変化する。
【００２６】
第２の渦巻状ラップの形状を従来の形状から変更することにより、第２の渦巻状ラップのインボリュートラップ終了位置（第２の接触面の消滅位置）を変更することができる。上記スクロール膨張機によれば、第１の消滅位置と第２の消滅位置とは、０度よりも大きくかつ１８０度よりも小さい所定角度、または１８０度よりも大きくかつ３６０度よりも小さい所定角度だけずれており、第２の消滅位置は第２の渦巻状ラップの最外周部に位置する。ここで、第２の渦巻状ラップの最外周部は、第１の渦巻状ラップと第２の渦巻状ラップとが二重に噛み合う部分ではなく、第２のスクロールのうち肉厚な部分である。そのため、内壁側膨張室および外壁側膨張室の膨張比を違えるために、第２のスクロールの形状を従来の形状から変化させても、ラップの壁厚に大きな変化はないので、従来通りのラップ強度を保つことができ、信頼性を高度に維持することができる。
【００２７】
また、前記第２のスクロールに対する前記第１のスクロールの相対的な旋回に伴って、前記各スクロールの中心側において、前記第１の渦巻状ラップの内壁と前記第２の渦巻状ラップの外壁との接触面である第１の接触面と、前記第１の渦巻状ラップの外壁と前記第２の渦巻状ラップの内壁との接触面である第２の接触面とが同時に発生し、前記第１の渦巻状ラップの外壁にインボリュートの段差を設けることにより、前記第１の接触面が前記各スクロールの中心側から外周側に移動してから消滅する第１の消滅位置に対し、前記第２の接触面が前記各スクロールの中心側から外周側に移動してから消滅する第２の消滅位置が、前記第２の渦巻状ラップのラップ巻き始め側へ向かって０度よりも大きくかつ１８０度よりも小さい所定角度、または１８０度よりも大きくかつ３６０度よりも小さい所定角度だけずれていてもよい。
【００２８】
前記内壁側膨張室と前記外壁側膨張室とは、吸入完了時の容積が互いに異なり、吐出開始時の容積が互いに等しくてもよい。
【００２９】
このことにより、従来からの設計変更を少なく抑えつつ、両膨張室の膨張比を違えることができる。
【００３０】
前記第２のスクロールに対する前記第１のスクロールの相対的な旋回に伴って、前記各スクロールの中心側において、前記第１の渦巻状ラップの内壁と前記第２の渦巻状ラップの外壁との接触面である第１の接触面と、前記第１の渦巻状ラップの外壁と前記第２の渦巻状ラップの内壁との接触面である第２の接触面とが発生し、前記第１の接触面が発生する位置における前記第１の渦巻状ラップの内壁伸開角は、前記第２の接触面が発生する位置における前記第２の渦巻状ラップの内壁伸開角よりも大きく、前記第１の接触面と前記第２の接触面とは、前記各スクロールの中心側から外周側に移動してから同時に消滅するように構成されていてもよい。
【００３１】
ところで、第１の渦巻状ラップと第２の渦巻状ラップとが離れる瞬間、すなわち、上記各接触面が消滅する瞬間には、吐出圧力と各膨張室が開放される時の膨張室内圧力との圧力差のため、振動が生じるおそれがある。ところが、上記スクロール膨張機によれば、第１の接触面と第２の接触面とは同時に消滅し、両膨張室は同時に開放される。そのため、両膨張室を交互に開放する場合に比べて、振動を抑えることができ、騒音を抑制することができる。
【００３２】
前記第２のスクロールに対する前記第１のスクロールの相対的な旋回に伴って、前記各スクロールの中心側において、前記第１の渦巻状ラップの内壁と前記第２の渦巻状ラップの外壁との接触面である第１の接触面と、前記第１の渦巻状ラップの外壁と前記第２の渦巻状ラップの内壁との接触面である第２の接触面とが発生し、前記第１の接触面が発生する位置における前記第１の渦巻状ラップの内壁伸開角は、前記第２の接触面が発生する位置における前記第２の渦巻状ラップの内壁伸開角よりも小さく、前記第１の接触面と前記第２の接触面とは、前記各スクロールの中心側から外周側に移動してから同時に消滅するように構成されていてもよい。
【００３３】
なお、ラップの形状を調整することは、ラップの肉厚を調整することを包含する概念である。
【００３４】
また、本発明の冷凍サイクル装置において、前記内壁側膨張室および前記外壁側膨張室のうち、少なくともいずれか一方の膨張室の膨張比を、当該冷凍サイクル装置の運転条件の中で最も発生頻度が大きいとして予め設定された所定の基準膨張比と異ならせることができる。これによって、冷凍サイクル装置の運転条件の中でもっとも発生頻度の多い膨張比を基準として両膨張室を設計する場合（両膨張室の膨張比＝基準膨張比）と比較して、広域な運転条件にわたって高効率を実現することができる。
【００３５】
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。
【００３６】
（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。冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１０１、放熱器１０２、膨張機１０３、および蒸発器１０４が配管１０５を介して順に接続されることによって構成されている。なお、この冷凍サイクル装置１００は、冷媒の流通方向が一定の装置であるが、本発明に係る冷凍サイクル装置は、例えば冷媒の流通方向を変更可能な可逆運転可能な冷凍サイクル装置等であってもよい。冷凍サイクル装置１００は、例えば、給湯器、空気調和装置等として利用することができる。
【００３７】
図２に示すように、膨張機１０３は、スクロール膨張機である。膨張機１０３は、主軸受部材１１、固定スクロール２２、および旋回スクロール２１を備えている。
【００３８】
主軸受部材１１は、溶接や焼き嵌めなどによって密閉容器１３内に固定され、駆動軸１４の主軸部１４ａを軸支している。固定スクロール２２は、この主軸受部材１１上にボルト（図示せず）によって固定されている。固定スクロール２２は、鏡板２２ａと、渦巻状のラップ２０２とを備えている。旋回スクロール２１も、鏡板２１ａと、渦巻状のラップ２０１とを備えている。
【００３９】
旋回スクロール２１は主軸受部材１１と固定スクロール２２との間に挟み込まれており、固定スクロール２２のラップ２０２と旋回スクロール２１のラップ２０１とは、互いに噛み合っている。これにより、旋回スクロール２１と固定スクロール２２との間に、膨張室２０３が形成されている。より詳しくは、図３Ａに示すように、膨張室２０３は２つの膨張室、すなわち、旋回スクロール２１のラップ２０１（以下、旋回側ラップ２０１という）の内壁２０１ａと固定スクロール２２のラップ２０２（以下、固定側ラップ２０２という）の外壁２０２ｂとの間に形成される内壁側膨張室２０３ａ（膨張室Ａ）と、旋回側ラップ２０１の外壁２０１ｂと固定側ラップ２０２の内壁２０２ａとの間に形成される外壁側膨張室２０３ｂ（膨張室Ｂ）とにより構成される。
【００４０】
図２に示すように、旋回スクロール２１と主軸受部材１１との間には、旋回スクロール２１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１２が設けられている。
【００４１】
駆動軸１４の上端には偏心軸部１４ｂが形成されている。この偏心軸部１４ｂは、旋回スクロール２１を偏心駆動することにより旋回スクロール２１を円軌道運動させる。これにより、固定スクロール２２と旋回スクロール２１との間に形成されている膨張室２０３は、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。
【００４２】
密閉容器１３の上側には、密閉容器１３の内外を連通する吸入管１５が設けられている。吸入管１５から流れ込む冷媒は、主軸受部材１１および固定スクロール２２に設けられた冷媒通路（破線矢印）を経て、固定スクロール２２の中心部の吸入路２０７から膨張室２０３へ吸入される。吸入された冷媒は、上記膨張室２０３の容積変化に伴って膨張する。膨張後の冷媒は、固定スクロール２２の外周側に形成された吐出路２０６および吐出管１６を通じて、密閉容器１３の外部に吐出される。なお、符号２５は発電機である。
【００４３】
駆動軸１４の下端側は、副軸受部材１７によって支持され、駆動軸１４の下端には、容積型ポンプ１８が設置されている。潤滑油１９は、潤滑油溜まり２０から容積型ポンプ１８によって汲み上げられ、駆動軸１４の軸方向の中心に設けられた給油路３１を経て、主軸受部１１ａおよび偏心軸受部１１ｂを潤滑および冷却した後、潤滑油戻し孔（図示せず）を経て、潤滑油溜まり２０へ戻る。
【００４４】
一般的に、スクロール圧縮機においては、固定スクロールの中心部の吐出路にリード弁が設けられる。一方、本実施形態のスクロール膨張機にはそうしたリード弁が不要である。したがって、吸入管１５と固定スクロール２２の中心部の吸入路２０７とが直接接続されていてもよい。あるいは、膨張させるべき冷媒を一時的に貯めるチャンバを密閉容器１３の内部に設け、そのチャンバを介して吸入管１５と固定スクロール２２の中心部の吸入路２０７とを接続することができる。
【００４５】
また、いわゆる高圧シェル型のスクロール圧縮機は、密閉容器内が圧縮後の高温高圧の冷媒で満たされる。高温高圧の冷媒は、密閉容器の内部空間を経由して外部へと吐出される。これに対し、本実施形態のスクロール膨張機においては、膨張前の冷媒および膨張後の冷媒が密閉容器１３の内部空間を経由しない。
【００４６】
図３Ａは、旋回スクロール２１および固定スクロール２２の横断面図である。本実施形態に係るスクロール膨張機１０３では、内壁側膨張室２０３ａと外壁側膨張室２０３ｂとは、膨張比が異なっている。
【００４７】
図３Ａは、最内側の内壁側膨張室２０３ａおよび外壁側膨張室２０３ｂが、吸入過程から膨張過程へ移る瞬間を表している。言い換えると、図３Ａは、スクロール２１，２２の中心側において、旋回側ラップ２０１の内壁２０１ａと固定側ラップ２０２の外壁２０２ｂとが接触し、旋回側ラップ２０１の外壁２０１ｂと固定側ラップ２０２の内壁２０２ａとが接触する瞬間を表している。旋回側ラップ２０１の内壁２０１ａと固定側ラップ２０２の外壁２０２ｂとの接触面を第１接触面２０４とし、旋回側ラップ２０１の外壁２０１ｂと固定側ラップ２０２の内壁２０２ａとの接触面を第２接触面２０５とすると、図３Ａは、旋回スクロール２１および固定スクロール２２の中心側において第１接触面２０４および第２接触面２０５が新たに生じる瞬間を表している。
【００４８】
図３Ａに示すように、内壁側膨張室２０３ａと外壁側膨張室２０３ｂとは同時に閉じられ、これら２室２０３ａ，２０３ｂの閉じられるときの容積（閉じ込み容積）は互いに等しい。旋回スクロール２１の旋回に伴って、上記接触面２０４，２０５はラップ２０１，２０２の渦巻形状に沿って中心側から外周側に移動し、上記膨張室２０３ａ，２０３ｂは容積を拡大しながらスクロール２１，２２の外周部へ移動する。そして、最終的に、最外周部で上記接触面２０４，２０５が消滅し、膨張室２０３ａ，２０３ｂは開放される（吐出路２０６と連通する）。
【００４９】
本実施形態では、固定側ラップ２０２の形状は、第１接触面２０４が消滅する位置２０４ｅと第２接触面２０５が消滅する位置２０５ｅとが約９０度ずれるように設計されている。「第１接触面２０４が消滅する位置２０４ｅ」とは、第１接触面２０４が消滅するときに当該第１接触面２０４が占有する旋回側ラップ２０１上（または固定側ラップ２０２上）の位置のことをいう。図３Ａでは、旋回側ラップ２０１上の位置として示している。同様に、「第２接触面２０５が消滅する位置２０５ｅ」とは、第２接触面２０５が消滅するときに当該第２接触面２０５が占有する旋回側ラップ２０１上（または固定側ラップ２０２上）の位置のことをいう。位置２０４ｅと位置２０５ｅとの角度差は、位置２０４ｅ，２０５ｅとシャフト１４の回転中心とを結ぶ２つの線分のなす角度で考えることができる。
【００５０】
ラップ２０１，２０２の外周側から中心側に向かう方向を「ラップの巻き始め側」と称すると、第２接触面２０５が消滅する位置２０５ｅは、第１接触面２０４が消滅する位置２０４ｅに対して、ラップの巻き始め側に約９０度ずれている。本実施形態では、固定スクロール２２のラップ２０２の内壁２０２ａは、第２接触面２０５が消滅する位置２０５ｅで不連続になっており、当該位置２０５ｅにてインボリュートラップを終了させている。すなわち、当該位置にてインボリュートの段差が生じている。
【００５１】
これにより、内壁側膨張室２０３ａの開放時期に比べて、外壁側膨張室２０３ｂの開放時期は遅くなる。そのため、内壁側膨張室２０３ａの開放時の容積（開放容積）に比べて、外壁側膨張室２０３ｂの開放時の容積は大きくなる。
【００５２】
具体的に本実施形態では、シャフト１４の回転角度で考えて、外壁側膨張室２０３ｂの開放時期が、内壁側膨張室２０３ａの開放時期よりも約９０度遅れて到来する。図３Ｂは、内壁側膨張室２０３ａが開放する瞬間を表し、図３Ｃは、外壁側膨張室２０３ｂが開放する瞬間を表している。図３Ｂの状態と図３Ｃの状態との位相差は、約９０度となっている。
【００５３】
このように、本実施形態では、内壁側膨張室２０３ａと外壁側膨張室２０３ｂとは、吸入完了時の容積が等しく、吐出開始時の容積が異なっている。その結果、内壁側膨張室２０３ａと外壁側膨張室２０３ｂとは、膨張比が異なっている。
【００５４】
内壁側膨張室２０３ａの膨張比と外壁側膨張室２０３ｂの膨張比との比率は、図３Ａに示す例に限定されるものではない。内壁側膨張室２０３ａと外壁側膨張室２０３ｂとの膨張比同士の比率は、第１接触面２０４が消滅する位置２０４ｅおよび第２接触面２０５が消滅する位置２０５ｅを適宜に設定することにより、任意に変更可能である。例えば、固定スクロール２２のラップ２０２の内壁２０２ａの形状を変更することにより、適宜に変更することができる。
【００５５】
なお、内壁側膨張室２０３ａの開放時期と外壁側膨張室２０３ｂの開放時期との位相差は、本実施形態に限定されるわけではなく、適宜調整することができる。実用性を考慮すると、内壁側膨張室２０３ａの開放時期と外壁側膨張室２０３ｂの開放時期との位相差が、シャフト１４の回転角度で３０度〜１５０度となるように、ラップ２０１，２０２の形状（および寸法）が調整されていることが好ましい。言い換えれば、旋回側ラップ２０１の巻き終わりの位置からラップの巻き始め側に３０度〜１５０度進んだ位置に、固定側ラップ２０２の巻き終わりの位置（インボリュートの段差）が定められているとよい（本実施形態では約９０度）。これにより、各膨張室２０３ａ，２０３ｂの膨張比が所望の値に設定される。
【００５６】
冷凍サイクル装置１００（図１参照）では、圧縮機１０１で昇温昇圧された冷媒は、放熱器１０２へ流入し、外部へ熱を移動させることによって放熱する。次に、冷媒は膨張機１０３に吸入され、膨張し、低温低圧になる。この低温低圧の冷媒は、蒸発器１０４へ流入し、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。
【００５７】
ところで、冷凍サイクル装置１００の高圧側の圧力（以下、単に高圧という）および低圧側の圧力（以下、単に低圧という）は、一定ではなく、運転条件によって異なる。そのため、サイクル側から膨張機１０３に求められる冷媒の圧力の比（高圧から低圧まで膨張する際の圧力変化に対応）、つまり、（高圧／低圧）で表現される膨張比は、運転条件によって異なる。
【００５８】
しかし、膨張機１０３がスクロール膨張機である場合、膨張機１０３における膨張比は、膨張室の設計仕様等により、予め一定の値に設定されている。このため、ある１つの運転条件の最適膨張比に合わせて膨張機１０３を設計すると、運転条件が変わってしまった場合に、高圧を所望の低圧まで十分に膨張できない膨張不足や、低圧が必要以上に低下してしまう過膨張が発生することになる。
【００５９】
ここで、図４を参照しながら、スクロール膨張機における膨張不足および過膨張について説明する。図４Ａおよび４Ｂは膨張過程の圧力−体積線図であり、図４Ａは従来のスクロール膨張機、すなわち、内壁側膨張室および外壁側膨張室の膨張比が等しいスクロール膨張機を表している。一方、図４Ｂは、内壁側膨張室２０３ａおよび外壁側膨張室２０３ｂの膨張比が異なる本実施形態のスクロール膨張機１０３を表している。図４Ａおよび４Ｂにおいて、運転条件１の高低圧力差（Ｐｈ１−Ｐｌ１）は、運転条件２の高低圧力差（Ｐｈ２−Ｐｌ２）よりも大きいとする。なお、図４では、内壁側膨張室、外壁側膨張室をそれぞれＡ室、Ｂ室と記す。
【００６０】
ここで、従来のスクロール膨張機は、運転条件１を基準に設計されているものとする。すなわち、従来のスクロール膨張機は、内壁側膨張室および外壁側膨張室の膨張比がいずれも運転条件１の高低圧の比率（Ｐｈ１／Ｐｌ１）と等しくなるように設計され、内壁側膨張室および外壁側膨張室のいずれにおいても、冷媒が過不足無く膨張するように設計されているものとする。
【００６１】
一方、本実施形態のスクロール膨張機１０３では、内壁側膨張室２０３ａ（Ａ室）は運転条件２を基準に設計され、外壁側膨張室２０３ｂ（Ｂ室）は運転条件１を基準に設計されているものとする。すなわち、内壁側膨張室２０３ａの膨張比は、運転条件２のときに冷媒を過不足無く膨張させるように設計され、外壁側膨張室２０３ｂは、運転条件１のときに冷媒を過不足無く膨張させるように設計されているものとする。
【００６２】
図４Ａに示すように、従来のスクロール膨張機にあっては、運転条件１では、膨張過程において両膨張室とも損失が生じない。一方、運転条件が変化し、運転条件２になると、両膨張室ともに過膨張を生じ、いずれにおいても損失が発生する（図中の斜線部の面積が損失量となる）。
【００６３】
図４Ｂに示すように、本実施形態のスクロール膨張機１０３では、運転条件１では、外壁側膨張室２０３ｂ（Ｂ室）では損失は発生しないが、内壁側膨張室２０３ａ（Ａ室）では十分に膨張できず、膨張不足による損失が発生する（図中の交差線部の面積が損失量となる）。一方、運転条件が運転条件１から運転条件２になったとすると、外壁側膨張室２０３ｂ（Ｂ室）では過膨張を生じ、損失が発生する（図中の斜線部の面積が損失量となる）が、内壁側膨張室２０３ａ（Ａ室）では過不足無く膨張するので、損失は発生しない。
【００６４】
次に、従来のスクロール膨張機と本実施形態のスクロール膨張機１０３とについて、運転条件の変動を考慮したうえで、膨張の損失量を比較する。ここでは、運転条件１の出現割合をＦ１、運転条件２の出現割合をＦ２とする（Ｆ１＋Ｆ２＝１．０）。また、運転条件１における膨張不足損失量をＬ１、運転条件２における過膨張損失量をＬ２とする。
【００６５】
全運転条件にわたる損失を考えるため、上記損失量Ｌ１，Ｌ２に対して各運転条件の出現割合を考慮した重み付けを行うと、内壁側膨張室および外壁側膨張室の膨張比が等しいとき（従来のスクロール膨張機）は、全損失量は２×Ｆ２×Ｌ２となる。一方、内壁側膨張室および外壁側膨張室の膨張比が等しくないとき（本実施形態のスクロール膨張機１０３）は、全損失量はＦ１×Ｌ１＋Ｆ２×Ｌ２となる。
【００６６】
したがって、２×Ｆ２×Ｌ２＞Ｆ１×Ｌ１＋Ｆ２×Ｌ２の場合には、本実施形態のスクロール膨張機１０３の方が従来のスクロール膨張機よりも、全損失量は小さくなる。そこで、本実施形態の冷凍サイクル装置１００では、スクロール膨張機１０３は、２×Ｆ２×Ｌ２＞Ｆ１×Ｌ１＋Ｆ２×Ｌ２となるように設計されている。
【００６７】
図５は、従来のスクロール膨張機の膨張過程の圧力−体積線図であり、内壁側膨張室（Ａ室）および外壁側膨張室（Ｂ室）の両室とも、膨張不足か過膨張を常に生じる場合を示している。ここで、従来のスクロール膨張機において、全運転条件にわたる損失を低減することを考えるなら、内壁側膨張室および外壁側膨張室の両方ともに、運転条件１では若干の膨張不足を生じ、運転条件２では若干の過膨張を生じるようにし、それらの運転条件の出現割合を考慮したうえで両室の膨張比を決定する設計手法も考えられる。
【００６８】
しかし、このような設計手法であっても、運転条件１，２において、両室ともに膨張不足か過膨張を常に生じることになる。ところが、不足膨張または過膨張が生じると、その圧力変動が振動の原因となる。
【００６９】
すなわち、従来のスクロール膨張機においては、運転条件１，２のいずれにおいても、両方の膨張室が振動源となり、膨張機全体の振動が大きくなりやすい。これに対し、本実施形態のスクロール膨張機１０３によれば、内壁側膨張室２０３ａおよび外壁側膨張室２０３ｂの膨張比が異なっているので、運転条件１，２のいずれにおいても、一方の膨張室は振動源となるが、他方の膨張室は振動源とはならない（図４Ａ，Ｂ参照）。そのため、本実施形態のスクロール膨張機１０３は、従来のスクロール膨張機に比べて、運転条件が変動しても振動が大きくなりにくい。
【００７０】
図６Ａは、従来のスクロール膨張機を備えた冷凍サイクル装置において、膨張比の発生頻度の分布と、各膨張室の膨張効率と、それら発生頻度を考慮した膨張効率（発生頻度×膨張効率）とを表している。図６Ｂは、本実施形態のスクロール膨張機１０３を備えた冷凍サイクル装置１００において、膨張比の発生頻度の分布と、各膨張室の膨張効率と、発生頻度を考慮した膨張効率とを表している。なお、図６Ａおよび６Ｂでは、内壁側膨張室および外壁側膨張室をそれぞれ膨張室Ａ，Ｂと表している。図６Ｃは、従来のスクロール膨張機と本実施形態のスクロール膨張機１０３とについて、発生頻度を考慮した膨張効率を比較した図である。なお、膨張比の発生頻度とは、冷凍サイクル装置の運転条件の発生頻度のことである。
【００７１】
図６Ａに示すように、従来の一般的なスクロール膨張機では、両膨張室Ａ，Ｂの膨張比は、最も発生頻度の高い膨張比に合わせて決定されていた。このような従来のスクロール膨張機（図６Ａ参照）では、最も発生頻度の高い膨張比においては、優れた膨張効率を示す。しかし、冷凍サイクル装置の膨張比が設計膨張比からずれると、両膨張室Ａ，Ｂの膨張効率は急激に低下する。
【００７２】
しかし、本実施形態のスクロール膨張機１０３のように、最も発生頻度の高い膨張比を挟んで、一方の膨張室の膨張比を少し小さく、他方の膨張室の膨張比を少し大きくしたとする。すると、図６Ｂに示すように、最も発生頻度の高い膨張比においては、従来のスクロール膨張機と比べて膨張効率は劣るが、最も発生頻度の高い膨張比から外れたところでは、急激な膨張効率の低下を防ぐことができる。
【００７３】
図６Ｃに示すように、本実施形態のスクロール膨張機１０３によれば、２つの膨張室の膨張比を違えることによって、膨張比が等しい従来のスクロール膨張機と比較して、広範な膨張比において高い膨張効率を維持することができる。これにより、冷凍サイクル装置１００の実際の膨張比の発生頻度が設計値と異なっていたとしても、膨張効率の低下を防いで、膨張機１０３で動力回収を効率的に行うことが可能となる。また、設計変更を行うことなく、気候の異なる複数の地域に対応した冷凍サイクル装置を供給できる。
【００７４】
例えば、冷凍サイクル装置がヒートポンプ給湯器であり、このヒートポンプ給湯器を一年間通して運転する場合であれば、夏期、冬期、中間（春、秋）期の複数の運転条件が存在し、中間期の発生頻度が最も大きくなる。社団法人日本冷凍空調工業会規格（ＪＲＡ４０５０：２００５）では、ヒートポンプ給湯器の各期の運転条件での実測値から年間消費電力量を算定するために、各運転条件のみなし運転日数（年展開日数）が規定されている。この規定によると、夏期９２日、中間期１５２日、冬期１２１日となっている。
【００７５】
従来のヒートポンプ給湯器の典型例は、外気温（乾球温度／湿球温度）１６℃／１２℃、水温１７℃、沸き上げ温度６５℃、という中間期の運転条件を基準とし、この運転条件で最高のＣＯＰ（coefficient of performance）を発揮するように設計されていた。そのため、従来の一般的なスクロール膨張機では、両膨張室Ａ，Ｂの膨張比も、中間期の膨張比に決定され、中間期以外の運転条件において膨張機で動力回収が効率的に行えないという短所があった。
【００７６】
ここで、例として、本実施形態のスクロール膨張機１０３を二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプ給湯器に搭載する場合を考える。このヒートポンプ給湯器の夏期、冬期、中間期の運転条件を、それぞれ、夏期：高圧９ＭＰａ／低圧３．５ＭＰａ、膨張機入口温度３５℃、冬期：高圧１１．５ＭＰａ／低圧２．８ＭＰａ、膨張機入口温度８℃、中間期：高圧１０ＭＰａ／低圧３ＭＰａ、膨張機入口温度２０℃とする。また、各期の膨張比は運転条件より、夏期：２．９７、冬期：１．９５、中間期：２．６８となる。
【００７７】
従来のスクロール膨張機は、両膨張室の膨張比が最も発生頻度の高い中間期の２．６８と設計される。図７Ａは、従来のスクロール膨張機の夏期の両膨張室の膨張効率を示す。図７Ｂは、従来のスクロール膨張機の中間期の両膨張室の膨張効率を示す。図７Ｃは、従来のスクロール膨張機の冬期の両膨張室の膨張効率を示す。
【００７８】
図７Ａ〜Ｃに示すように、各期において過不足無く膨張する膨張比における膨張室の膨張効率を１００．０とすると、その前後の膨張比では、不足膨張あるいは過膨張のため性能が低下する。膨張室の膨張比が２．６８で設計された場合、夏期の膨張効率は９８．４（図７Ａ）、中間期の膨張効率は１００．０（図７Ｂ）、冬期の膨張効率は６８．７（図７Ｃ）となる。膨張室はＡ室、Ｂ室の２室あるので、各期の膨張効率を２室の膨張効率の平均とすると、夏期９８．４、中間期１００．０、冬期６８．７となる。各期の膨張効率と各運転条件の発生頻度（ヒートポンプ給湯器の年展開日数）から、年間での従来のスクロール膨張機の膨張効率を算定すると、年間を通じて常に過不足無く膨張した場合の理想膨張効率１００．０に対し、従来のスクロール膨張機の実際の年間の膨張効率は８９．２となる。
【００７９】
本実施形態のスクロール膨張機１０３は、Ａ室の膨張比は最も発生頻度の高い中間期の２．６８、Ｂ室の膨張比は中間期と冬期の間となる２．３２とする。図８Ａは、実施の形態１に係るスクロール膨張機の夏期の両膨張室の膨張効率を示す。図８Ｂは、実施の形態１に係るスクロール膨張機の中間期の両膨張室の膨張効率を示す。図８Ｃは、実施の形態１に係るスクロール膨張機の冬期の両膨張室の膨張効率を示す。図８に示すように、各期において過不足無く膨張する膨張比における膨張室の膨張効率を１００．０とすると、Ａ室の夏期の膨張効率は９８．４、中間期の膨張効率は１００．０、冬期の膨張効率は６８．７となり、Ｂ室の夏期の膨張効率は９２．０、中間期の膨張効率は９６．３、冬期の膨張効率は９１．４となる。各期の膨張効率を２室の膨張効率の平均とすると、夏期９５．２、中間期９８．２、冬期８０．０となる。各期の膨張効率と各運転条件の発生頻度（ヒートポンプ給湯器の年展開日数）から、年間での本実施形態のスクロール膨張機１０３の膨張効率を算定すると、年間を通じて常に過不足無く膨張した場合の理想膨張効率１００．０に対し、本実施形態のスクロール膨張機の実際の年間の膨張効率は９１．４となる。
【００８０】
つまり、本実施形態に係るスクロール膨張機１０３によれば、従来のスクロール膨張機に対して、年間の膨張効率が（９１．４／８９．２）×１００＝１０２．５％となり、年間性能の向上が実現できる。本実施形態では、例としてヒートポンプ式給湯器と、その運転条件を挙げたが、本発明に係るスクロール膨張機は、これら冷凍サイクル装置、運転条件に限定されるものではなく、他に種々の冷凍サイクル装置、運転条件にも適用可能である。
【００８１】
したがって、本実施形態に係るスクロール膨張機１０３によれば、２つの膨張室２０３ａ，２０３ｂの膨張比を違えることによって、膨張機構の振動を増大させることなく、過膨張または不足膨張による動力回収性能の低下を抑えることができる。本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００によれば、広範囲の運転条件にわたって、高い効率を維持することが可能となる。
【００８２】
本発明に係るスクロール膨張機は、前記実施の形態１のスクロール膨張機１０３に限定される訳ではない。次に、本発明に係るスクロール膨張機の他の実施形態について説明する。
【００８３】
（実施の形態２）
図９は、実施の形態２に係るスクロール膨張機の旋回スクロール２１および固定スクロール２２の横断面図である。その他の構成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。
【００８４】
図９も図３Ａと同様、最内側の内壁側膨張室２０３ａおよび外壁側膨張室２０３ｂが、吸入過程から膨張過程へ移る瞬間を表している。本実施形態においても、内壁側膨張室２０３ａと外壁側膨張室２０３ｂとは同時に閉じられ、それら２室の閉じ込み容積は等しい。上記膨張室２０３ａ，２０３ｂも、容積変化をしながらスクロール２１，２２の外周部へ移動する。そして、最終的に、最外周部で旋回側ラップ２０１と固定側ラップ２０２との接触面が消滅する。
【００８５】
本実施形態では、第１接触面２０４（旋回側ラップ２０１の内壁２０１ａと固定側ラップ２０２の外壁２０２ｂとの接触面）が消滅する位置２０４ｅと、第２接触面２０５（旋回側ラップ２０１の外壁２０１ｂと固定側ラップ２０２の内壁２０２ａとの接触面）が消滅する位置２０５ｅとは、約２７０度ずれている。第２接触面２０５が消滅する位置２０５ｅは、第１接触面２０４が消滅する位置２０４ｅに対して、ラップの巻き始め側に約２７０度ずれている。固定側ラップ２０２の内壁２０２ａは、第２接触面２０５が消滅する位置２０５ｅで不連続になっており、当該位置２０５ｅにてインボリュートラップを終了させている。当該位置２０５ｅにて、インボリュートの段差が生じている。
【００８６】
これにより、内壁側膨張室２０３ａの開放時期に比べて、外壁側膨張室２０３ｂの開放時期は早くなる。そのため、内壁側膨張室２０３ａの開放時の容積に比べて、外壁側膨張室２０３ｂの開放時の容積は小さくなる。具体的に本実施形態では、シャフト１４の回転角度で考えて、外壁側膨張室２０３ｂの開放時期が、内壁側膨張室２０３ａの開放時期よりも約９０度早く到来する。
【００８７】
内壁側膨張室２０３ａの開放時期と外壁側膨張室２０３ｂの開放時期との位相差は、本実施形態に限定されるわけではなく、適宜調整することができる。実用性を考慮すると、固定側ラップ２０２の巻き終わりの位置（インボリュートの段差）は、旋回側ラップ２０１の巻き終わりの位置から巻き始め側に２１０度〜３３０度進んだ位置に定めることができる。これにより、各膨張室２０３ａ，２０３ｂの膨張比が所望の値に設定される。
【００８８】
このように、本実施形態においても、内壁側膨張室２０３ａと外壁側膨張室２０３ｂとは、吸入完了時の容積が等しく、吐出開始時の容積が異なっている。その結果、内壁側膨張室２０３ａと外壁側膨張室２０３ｂとは、膨張比が異なっている。
【００８９】
したがって、本実施形態によっても、スクロール膨張機の過膨張または不足膨張による動力回収性能の低下を抑え、高効率な冷凍サイクル装置を提供することができる。
【００９０】
ところで、実施形態１および２においては、固定スクロール２２の内壁２０２ａの最外周部のインボリュートラップ終了位置を変更するに際し、固定スクロール２２のラップ２０２の最外周部の形状を、従来の形状から変化させることとしている。具体的には、固定スクロール２２のラップ２０２の最外周部の一部を削り、インボリュートの段差を形成することとしている。本実施形態によれば、上記段差は固定スクロール２２のラップ２０２のうち肉厚な部分に形成されている。そのため、従来の形状から変化させても、ラップ２０２の壁厚に大きな変化はないので、従来通りのラップ強度を保つことができ、高い信頼性を維持することができる。
【００９１】
（実施の形態３）
図１０は、実施の形態３に係るスクロール膨張機の旋回スクロール２１および固定スクロール２２の横断面図である。その他の構成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。
【００９２】
図１０も図３Ａと同様、最内側の内壁側膨張室２０３ａおよび外壁側膨張室２０３ｂが、吸入過程から膨張過程へ移る瞬間を表している。本実施形態においても、内壁側膨張室２０３ａと外壁側膨張室２０３ｂとは同時に閉じられ、それら２室の閉じ込み容積は等しい。上記膨張室２０３ａ，２０３ｂも、容積変化をしながらスクロール２１，２２の外周部へ移動する。そして、最終的に、最外周部で旋回側ラップ２０１と固定側ラップ２０２との接触面が消滅する。
【００９３】
本実施形態では、固定側ラップ２０２の内壁２０２ａは、吐出路２０６の近傍までインボリュートラップで構成される。すなわち、吐出路２０６の近傍まで内壁２０２ａは滑らかに連続しており、段差は生じていない。
【００９４】
本実施形態では、第１接触面２０４（旋回側ラップ２０１の内壁２０１ａと固定側ラップ２０２の外壁２０２ｂとの接触面）が消滅する位置２０４ｅと、第２接触面２０５（旋回側ラップ２０１の外壁２０１ｂと固定側ラップ２０２の内壁２０２ａとの接触面）が消滅する位置２０５ｅとは、約９０度ずれている。第２接触面２０５が消滅する位置２０５ｅは、第１接触面２０４が消滅する位置２０４ｅに対して、ラップの巻き始め側に約９０度ずれている（好適な範囲は３０度〜１５０度）。旋回側ラップ２０１の外壁２０１ｂは、第２接触面２０５が消滅する位置２０５ｅで不連続になっており、当該位置２０５ｅにてインボリュートラップを終了させている。当該位置２０５ｅにおいて、インボリュートの段差が生じている。
【００９５】
これにより、内壁側膨張室２０３ａの開放時期に比べて、外壁側膨張室２０３ｂの開放時期は遅くなる。そのため、内壁側膨張室２０３ａの開放時の容積に比べて、外壁側膨張室２０３ｂの開放時の容積は大きくなる。
【００９６】
このように、本実施形態においても、内壁側膨張室２０３ａと外壁側膨張室２０３ｂとは、吸入完了時の容積が等しく、吐出開始時の容積が異なっている。その結果、内壁側膨張室２０３ａと外壁側膨張室２０３ｂとは、膨張比が異なっている。
【００９７】
本実施形態によっても、スクロール膨張機の過膨張または不足膨張による動力回収性能の低下を抑え、高効率な冷凍サイクル装置を提供することができる。
【００９８】
なお、第１接触面２０４の消滅位置２０４ｅと第２接触面２０５の消滅位置２０５ｅとが１８０度より大きくずれるように、旋回側ラップ２０１の外壁２０１ｂのインボリュートラップを終了させることも可能である。例えば、第１接触面２０４が消滅する位置２０４ｅに対して、第２接触面２０５が消滅する位置２０５ｅを、ラップの巻き始め側に２１０度〜３３０度ずらすことができる。この場合、内壁側膨張室２０３ａの開放時期に比べて、外壁側膨張室２０３ｂの開放時期は早くなる。そのため、内壁側膨張室２０３ａの開放時の容積に比べて、外壁側膨張室２０３ｂの開放時の容積を小さくすることができる。このような構成であっても、内壁側膨張室２０３ａと外壁側膨張室２０３ｂとの膨張比を違えることができる。
【００９９】
なお、本実施形態では、旋回側ラップ２０１の外壁２０１ｂの最外周部のインボリュートラップ終了位置を変更するに際して、旋回側ラップ２０１の最外周部の形状を従来の形状から変化させているが、旋回側ラップ２０１の最外周部は加工作業が比較的容易な箇所である。そのため、内壁側膨張室２０３ａおよび外壁側膨張室２０３ｂの膨張比の比率を、比較的簡単な加工作業で設定することが可能となる。
【０１００】
（実施の形態４）
図１１に示すように、実施の形態４に係るスクロール膨張機は、旋回側ラップ２０１の内壁２０１ａの形状を変更することにより、内壁側膨張室２０３ａの吸入完了時の閉じ込み容積と外壁側膨張室２０３ｂの吸入完了時の閉じ込み容積とが異なるようにしたものである。
【０１０１】
本実施形態では、旋回側ラップ２０１の内壁２０１ａは、吸入路２０７の近傍（具体的には伸開角１８０度未満の巻き始め部）では、図中二点鎖線で示される通常のインボリュートラップ（所定のインボリュートにしたがって渦巻状に延びるラップ）より深く削った円弧等で形成され、途中から通常のインボリュートラップで形成されている。一方、旋回側ラップ２０１の外壁２０１ｂは、全域が通常のインボリュートラップで形成されている。旋回側ラップ２０１の巻き始め部は、インボリュート曲線から外れるようにシャフト１４の半径方向外向きに迫り出している内壁２０１ａと、インボリュート曲線に従う外壁２０１ｂとを含んでいる。つまり、旋回側ラップ２０１の巻き始め部の肉厚が内壁２０１ａ側から減じられ、固定側ラップ２０２の巻き始め部の肉厚よりも小さくなっている。また、固定側ラップ２０２の内壁２０２ａおよび外壁２０２ｂも、通常のインボリュートラップで形成されている。
【０１０２】
なお、図示していないが、内壁側膨張室２０３ａと外壁側膨張室２０３ｂとは、同時に吐出路２０６へと開放され、開放直前の内壁側膨張室２０３ａおよび外壁側膨張室２０３ｂの容積は互いに等しくなっている。
【０１０３】
図１１は、旋回側ラップ２０１の外壁２０１ｂと固定側ラップ２０２の内壁２０２ａとで形成される外壁側膨張室２０３ｂが、吸入過程から膨張過程へ移る瞬間を表している。旋回側ラップ２０１の外壁２０１ｂと固定側ラップ２０２の内壁２０２ａとの接触面、すなわち、閉じ込みの接点Ｔｏは、図示の固定側ラップ２０２の内壁伸開角Ψｓで生じる。
【０１０４】
ところで、旋回側ラップ２０１の内壁２０１ａが通常のインボリュートラップで形成されていれば、旋回側ラップ２０１の内壁２０１ａと固定側ラップ２０２の外壁２０２ｂとで形成される内壁側膨張室２０３ａの閉じ込みの接点、すなわち、内壁側膨張室２０３ａが吸入過程から膨張過程へ移るときの接点は、旋回側ラップ２０１の内壁伸開角が固定側ラップ２０２の内壁伸開角Ψｓと等しい位置で生じる。
【０１０５】
しかし、旋回側ラップ２０１の内壁２０１ａは、巻き始め近傍においてインボリュートラップより深く削った円弧等で形成され、途中から通常のインボリュートラップで形成されているので、通常の位置で閉じ込み接点が生じず、このインボリュートラップが始まる伸開角Ψｍで、初めて接点Ｔｉが生じ、吸入過程から膨張過程へ移る。なお、図１１中に示す伸開角Ψｍは、内壁２０１ａがインボリュート曲線に従っていると仮定した場合における、当該内壁２０１ａの伸開角を表すものとする。このことは図１２に示される第５実施形態でも同様である。
【０１０６】
旋回側ラップ２０１の内壁２０１ａが固定側ラップ２０２の外壁２０２ｂと最初に接点Ｔｉを生じるときの旋回側ラップ２０１の伸開角Ψｍは、旋回側ラップ２０１の外壁２０１ｂが固定側ラップ２０２の内壁２０２ａと最初に接点Ｔｏを生じるときの旋回側ラップの伸開角Ψｓよりも大きい。
【０１０７】
旋回スクロール２１の旋回に伴って、始めに接点Ｔｏが生じ、その後に遅れて接点Ｔｉが生じる。そのため、接点Ｔｉの発生に伴って形成される内壁側膨張室２０３ａは、先に接点Ｔｏの発生に伴って形成された外壁側膨張室２０３ｂよりも、吸入完了時の閉じ込み容積が大きくなる。
【０１０８】
本実施形態では、内壁側膨張室２０３ａと外壁側膨張室２０３ｂとは、同時に吐出路２０６へと開放され、開放時の両膨張室２０３ａ，２０３ｂの容積（吐出開始時の容積）は等しい。一方、上述したように、内壁側膨張室２０３ａおよび外壁側膨張室２０３ｂの吸入完了時の閉じ込み容積は、互いに異なっている。その結果、内壁側膨張室２０３ａおよび外壁側膨張室２０３ｂの膨張比は、互いに異なっている。
【０１０９】
したがって、本実施形態においても、スクロール膨張機の過膨張、不足膨張による動力回収性能の低下を抑え、高効率な冷凍サイクル装置を提供することができる。
【０１１０】
また、旋回側ラップ２０１と固定側ラップ２０２との接点が離れる瞬間は、吐出圧力と膨張室２０３ａ，２０３ｂが開放される時の膨張室内圧力との圧力差が振動源となり、振動が生じるおそれがある。しかし、本実施形態によれば、内壁側膨張室２０３ａおよび外壁側膨張室２０３ｂの閉じ込み容積を違えつつ、両膨張室２０３ａ，２０３ｂを同時に開放することとしている。そのため、両膨張室２０３ａ，２０３ｂを交互に開放する場合と比較して、膨張機構の振動を抑制することができる。
【０１１１】
なお、内壁伸開角Ψｍ，Ψｓは、伸開角＝０度からの角度を表記するものであってもよいし、そうでなくともよい。すなわち、所定の伸開角を基準としたときの伸開角を内壁伸開角Ψｍ，Ψｓと表記してもよく、本明細書中ではこの表記方法を採用している。伸開角＝０度の位置、つまり、インボリュート曲線の開始位置を厳密に規定することが難しい場合があるからである。なお、所定の伸開角とは、例えば０度〜４５度の間に定められる伸開角でありうる。一例を挙げると伸開角＝約２０度を所定の伸開角として扱うことができる。
【０１１２】
（実施の形態５）
図１２に示すように、実施の形態５に係るスクロール膨張機は、固定側ラップ２０２の内壁２０２ａの形状を変更することにより、内壁側膨張室２０３ａの吸入完了時の閉じ込み容積と外壁側膨張室２０３ｂの吸入完了時の閉じ込み容積とが異なるようにしたものである。
【０１１３】
本実施形態では、固定側ラップ２０２の内壁２０２ａは、吸入路２０７の近傍（巻き始め部）では、図中二点鎖線で示される通常のインボリュートラップより深く削った円弧等で形成され、途中から通常のインボリュートラップで形成されている。一方、固定側ラップ２０２の外壁２０２ｂは通常のインボリュートラップで形成されている。固定側ラップ２０２の巻き始め部は、インボリュート曲線から外れるようにシャフト１４の半径方向外向きに迫り出している内壁２０２ａと、インボリュート曲線に従う外壁２０２ｂとを含んでいる。つまり、固定側ラップ２０２の巻き始め部の肉厚が内壁２０２ａ側から減じられ、旋回側ラップ２０１の巻き始め部の肉厚よりも小さくなっている。旋回側ラップ２０１の内壁２０１ａおよび外壁２０１ｂは、通常のインボリュートラップで形成されている。
【０１１４】
図示していないが、本実施形態においても、内壁側膨張室２０３ａと外壁側膨張室２０３ｂとは、同時に吐出路２０６へと開放され、開放時の内壁側膨張室２０３ａおよび外壁側膨張室２０３ｂの容積は互いに等しくなっている。
【０１１５】
図１２は、固定側ラップ２０２の外壁２０２ｂと旋回側ラップ２０１の内壁２０１ａとで形成される外壁側膨張室２０３ａが、吸入過程から膨張過程へ移る瞬間を表している。固定側ラップ２０２の外壁２０２ｂと旋回側ラップ２０１の内壁２０１ａとの接触面、すなわち、閉じ込みの接点Ｔｉは、図示の旋回側ラップ２０１の内壁伸開角Ψｍで生じる。
【０１１６】
ところで、固定側ラップ２０２の内壁２０２ａが通常のインボリュートラップで形成されていれば、固定側ラップ２０２の内壁２０２ａと旋回側ラップ２０１の外壁２０１ｂとで形成される外壁側膨張室２０３ｂの閉じ込みの接点、すなわち、外壁側膨張室２０３ｂが吸入過程から膨張過程へ移るときの接点は、固定側ラップ２０２の内壁伸開角が旋回側ラップ２０１の内壁伸開角Ψｍと等しい位置で生じる。
【０１１７】
しかし、固定側ラップ２０２の内壁２０２ａは、巻き始め近傍においてインボリュートラップより深く削った円弧等で形成され、途中から通常のインボリュートラップで形成されているので、通常の位置で閉じ込み接点が生じず、このインボリュートラップが始まる伸開角Ψｓで、初めて接点Ｔｏが生じ、吸入過程から膨張過程へ移る。
【０１１８】
固定側ラップ２０２の内壁２０２ａが旋回側ラップ２０１の外壁２０１ｂと最初に接点Ｔｏを生じるときの固定側ラップ２０２の伸開角Ψｓは、固定側ラップ２０２の外壁２０２ｂが旋回側ラップ２０１の内壁２０１ａと最初に接点Ｔｉを生じるときの旋回側ラップ２０１の伸開角Ψｍよりも大きい。
【０１１９】
旋回スクロール２１の旋回に伴って、始めに接点Ｔｉが生じ、その後に遅れて接点Ｔｏが生じる。そのため、接点Ｔｏの発生に伴って形成される外壁側膨張室２０３ｂは、先に接点Ｔｉを生じて形成される内壁側膨張室２０３ａよりも、その閉じ込み容積が大きくなる。
【０１２０】
本実施形態では、内壁側膨張室２０３ａと外壁側膨張室２０３ｂとは、同時に吐出路２０６へと開放され、開放時の両膨張室２０３ａ，２０３ｂの容積は等しい。一方、上述したように、内壁側膨張室２０３ａおよび外壁側膨張室２０３ｂの吸入完了時の閉じ込み容積は、互いに異なっている。その結果、内壁側膨張室２０３ａおよび外壁側膨張室２０３ｂの膨張比は、互いに異なっている。
【０１２１】
したがって、本実施形態においても、スクロール膨張機の過膨張、不足膨張による動力回収性能の低下を抑え、高効率な冷凍サイクル装置を提供することができる。
【０１２２】
また、実施の形態４と同様、両膨張室２０３ａ，２０３ｂを交互に開放する場合と比較して、膨張機構の振動を抑制することができる。
【０１２３】
（実施の形態６）
上記実施形態４および５以外の形態であっても、スクロール膨張機の２つの膨張室２０３ａ，２０３ｂの吸入完了時の閉じ込み容積を変えることができる。図１３に示すように、実施の形態６に係るスクロール膨張機は、旋回側ラップ２０１の外壁２０１ｂの形状を変更することにより、内壁側膨張室２０３ａの吸入完了時の閉じ込み容積と外壁側膨張室２０３ｂの吸入完了時の閉じ込み容積とが異なるようにしたものである。
【０１２４】
本実施形態では、旋回側ラップ２０１の外壁２０１ｂは、吸入路２０７の近傍（巻き始め部）では、図中二点鎖線で示される通常のインボリュートラップより深く削った円弧等で形成され、途中から通常のインボリュートラップで形成されている。旋回側ラップ２０１の巻き始め部は、インボリュート曲線から外れるようにシャフト１４の半径方向内向きに引き下がっている外壁２０１ｂと、インボリュート曲線に従う内壁２０１ａとを含んでいる。
【０１２５】
これにより、旋回側ラップ２０１の内壁２０１ａと固定側ラップ２０２の外壁２０２ｂとの接点Ｔｉが生じるときの旋回側ラップ２０１の内壁伸開角Ψｍは、旋回側ラップ２０１の外壁２０１ｂと固定側ラップ２０２の内壁２０２ａとの接点Ｔｏが生じるときの固定側ラップ２０２の内壁伸開角Ψｓより、小さくなっている。
【０１２６】
このように、本実施形態においても、内壁側膨張室２０３ａおよび外壁側膨張室２０３ｂの吸入完了時の閉じ込み容積を異ならせ、かつ、両膨張室２０３ａ，２０３ｂを同時に開放させることができ、両膨張室２０３ａ，２０３ｂの膨張比を違えることができる。
【０１２７】
したがって、本実施形態においても、実施の形態４および５と同様の効果を得ることができる。
【０１２８】
（実施の形態７）
図１４に示すように、実施の形態７に係るスクロール膨張機は、固定側ラップ２０２の外壁２０２ｂの形状を変更することにより、内壁側膨張室２０３ａおよび外壁側膨張室２０３ｂの吸入完了時の閉じ込み容積が異なるようにしたものである。
【０１２９】
本実施形態では、固定側ラップ２０２の外壁２０２ｂは、吸入路２０７の近傍（巻き始め部）では、図中二点鎖線で示される通常のインボリュートラップより深く削った円弧等で形成され、途中から通常のインボリュートラップで形成されている。固定側ラップ２０２の巻き始め部は、インボリュート曲線から外れるようにシャフト１４の半径方向内向きに引き下がっている外壁２０２ｂと、インボリュート曲線に従う内壁２０２ａとを含んでいる。
【０１３０】
これにより、旋回側ラップ２０１の内壁２０１ａと固定側ラップ２０２の外壁２０２ｂとの接点Ｔｉが生じるときの旋回側ラップ２０１の内壁伸開角Ψｍは、旋回側ラップ２０１の外壁２０１ｂと固定側ラップ２０２の内壁２０２ａとの接点Ｔｏが生じるときの固定側ラップ２０２の内壁伸開角Ψｓより、大きくなっている。
【０１３１】
このように、本実施形態においても、内壁側膨張室２０３ａおよび外壁側膨張室２０３ｂの吸入完了時の閉じ込み容積を異ならせ、かつ、両膨張室２０３ａ，２０３ｂを同時に開放させることができ、両膨張室２０３ａ，２０３ｂの膨張比を違えることができる。
【０１３２】
したがって、本実施形態においても、実施の形態４および５と同様の効果を得ることができる。
【０１３３】
なお、本発明のスクロール膨張機は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、他に種々の変形が可能である。
【０１３４】
本発明に係るスクロール膨張機は、内壁側膨張室２０３ａおよび外壁側膨張室２０３ｂの吸入完了時の閉じ込み容積が互いに異なり、かつ、両膨張室２０３ａ，２０３ｂの開放時の容積が互いに異なるものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
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スクロール膨張機、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】
【０１３６】
【図１】本発明の実施の形態１に係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に係るスクロール膨張機の縦断面図
【図３Ａ】本発明の実施の形態１に係るスクロール膨張機の旋回スクロールおよび固定スクロールの横断面図
【図３Ｂ】内壁側膨張室が開放する瞬間における旋回スクロールおよび固定スクロールの横断面図
【図３Ｃ】外壁側膨張室が開放する瞬間における旋回スクロールおよび固定スクロールの横断面図
【図４Ａ】従来のスクロール膨張機における膨張過程の圧力−体積線図
【図４Ｂ】本発明の実施の形態１に係るスクロール膨張機における膨張過程の圧力−体積線図
【図５】従来のスクロール膨張機における膨張過程の圧力−体積線図
【図６Ａ】従来のスクロール膨張機の特性図
【図６Ｂ】本発明の実施の形態１に係るスクロール膨張機の特性図
【図６Ｃ】従来のスクロール膨張機および本発明の実施の形態１に係るスクロール膨張機の特性を比較した図
【図７Ａ】従来のスクロール膨張機の夏期の両膨張室の膨張効率を示した図
【図７Ｂ】従来のスクロール膨張機の中間期の両膨張室の膨張効率を示した図
【図７Ｃ】従来のスクロール膨張機の冬期の両膨張室の膨張効率を示した図
【図８Ａ】本発明の実施の形態１に係るスクロール膨張機の夏期の両膨張室の膨張効率を示した図
【図８Ｂ】本発明の実施の形態１に係るスクロール膨張機の中間期の両膨張室の膨張効率を示した図
【図８Ｃ】本発明の実施の形態１に係るスクロール膨張機の冬期の両膨張室の膨張効率を示した図
【図９】本発明の実施の形態２に係るスクロール膨張機の旋回スクロールおよび固定スクロールの横断面図
【図１０】本発明の実施の形態３に係るスクロール膨張機の旋回スクロールおよび固定スクロールの横断面図
【図１１】本発明の実施の形態４に係るスクロール膨張機の旋回スクロールおよび固定スクロールの部分横断面図
【図１２】本発明の実施の形態５に係るスクロール膨張機の旋回スクロールおよび固定スクロールの部分横断面図
【図１３】本発明の実施の形態６に係るスクロール膨張機の旋回スクロールおよび固定スクロールの部分横断面図
【図１４】本発明の実施の形態７に係るスクロール膨張機の旋回スクロールおよび固定スクロールの部分横断面図
【図１５】従来のスクロール膨張機の旋回スクロールおよび固定スクロールの横断面図
【図１６Ａ】膨張過程の圧力−体積線図
【図１６Ｂ】図１６Ａに続く圧力−体積線図
【図１６Ｃ】図１６Ｂに続く圧力−体積線図
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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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１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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