(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、加熱ガス流体を略等エントロピ膨脹させて流体の有する内部エネルギーを回転エネルギーに変換する膨脹手段により構成された変換手段（１００）であり、
ハウジング（１０１、１０２）と、
前記ハウジング（１０１）によって軸支されると共に一部に偏心した偏心部（１０８ａ）を有するシャフト（１０８）と、
旋回側端板部（１０３ａ）および渦巻き形の旋回側歯部（１０３ｂ）を有し前記偏心部（１０８ａ）によって駆動されることにより公転運動をする旋回スクロール（１０３）と、
固定側端板部（１０２ａ）および前記旋回スクロール（１０３）と噛み合う渦巻き形の固定側歯部（１０２ｂ）を有する固定スクロール（１０２）とを備え、
前記旋回スクロール（１０３）が前記偏心部（１０８ａ）によって駆動されて公転運動をする時に、前記旋回スクロール（１０３）の旋回側歯部（１０３ｂ）と前記固定スクロール（１０２）の固定側歯部（１０２ｂ）との間に形成される複数個の作動室（Ｖ）が、中心部から外周部に向かって移動すると前記作動室（Ｖ）の容積が連続的に拡大することにより前記作動室（Ｖ）内において流体を膨張させるスクロール型の流体機械において、
前記旋回側端板部（１０３ａ）は、前記旋回側歯部（１０３ｂ）を包含し、かつ前記固定スクロール（１０２）の前記固定側歯部（１０２ｂ）の先端側端面に沿って設置する固定側シール部材（１１２）の全摺動面と常に接触を保つために必要な円盤形状とするために、前記固定側シール部材（１１２）の全摺動面と接触しない旋回側端板部（１０３ａ）の不必要な部分を削除することにより、前記旋回側端板部（１０３ａ）の一部外形に削除部（Ｓ）を設けた形状であることを特徴とする流体機械。
【請求項２】
前記旋回側端板部（１０３ａ）の外形形状を、少なくとも前記旋回スクロール（１０３）を公転運動させた場合に前記固定側シール部材（１１２）の外形が描く包絡線形状を含む形状としたことを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
【請求項３】
前記旋回スクロール（１０３）において、前記旋回側端板部（１０３ａ）と前記旋回側歯部（１０３ｂ）とを旋回させたときのアンバランス量が最少となる位置に前記偏心部（１０８ａ）が接続される駆動中心を配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体機械。
【請求項４】
前記旋回側端板部（１０３ａ）において、少なくとも前記旋回側歯部（１０３ｂ）がある部分の裏側は厚肉とし、その他の部分を薄肉としたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が有するエネルギーを回転エネルギーに変換する変換手段を有する流体機械に関するものであり、熱エネルギーを回収するランキンサイクルなどの熱回収システムを備える蒸気圧縮式冷凍機用の膨脹機一体型圧縮機であって、流体を加圧して吐出するポンプモードと、流体圧を運動エネルギーに変換して機械的エネルギーを出力するモータモードとを兼ね備える流体機械に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来、ランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機として、例えば、特許文献１に示される技術では、蒸気圧縮式冷凍機の圧縮機を膨脹機と兼用した構成としており、ランキンサイクルにてエネルギー回収を行う場合には、圧縮機を膨張機として使用している。また、車両走行用内燃機関の排熱利用のために空調用冷凍サイクルをランキンサイクルとして用いるという目的で、本出願人は既に特願２００３−１４１５５６号で、スクロール型ポンプを正転・逆転させて圧縮作動と膨張作動の両方を行うという技術を出願している。
【０００３】
これによれば、流体機械のポンプモータ機構は、エンジンまたは発電電動機、もしくはその両方から動力供給を受けることにより流体の圧縮動作を行う機能（ポンプモード）と、流体からエネルギーを得て膨張動作を行う機能（モータモード、発電モード）とを発揮することができる。
【特許文献１】特開昭６３−９６４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、圧縮機は、外部から機械的エネルギーを与えて気相冷媒などのガスを作動室内に吸入した後、作動室の体積を縮小させてガスを圧縮して吐出するものである。一方、膨脹機は、高圧のガスを作動室内に流入させて、そのガス圧により作動室を膨脹させて機械的エネルギーなどを取り出すものである。
【０００５】
図８は、ポンプ（圧縮）モード実行時およびモータ（膨張）モード実行時における冷媒の状態変化を示す圧力−エンタルピ線図である。図８に示すように、圧縮と膨張による作動の違いにより、スクロール型の圧縮機をそのまま膨張機として用いるのでは、作動室内の圧力挙動が同じでないために性能が最大限発揮できないという問題が有る。
【０００６】
これは、スクロールポンプを圧縮機として用いる場合は、渦巻きの外側から吸入して内側へ向かって圧縮する。このとき、外側の作動室は吸入圧の冷媒を閉じ込めた瞬間から圧縮を行うが、圧縮初期において外部との圧力差が無く内部の冷媒が漏れ難い。これに対してスクロールポンプを膨張機として用いる場合は、渦巻き内側から吸入して外側に向かって膨張する。このとき、膨張終盤においても作動室内と外部との圧力差が大きい頻度が高いため内部の冷媒が漏れ易くなるためである。
【０００７】
このように、スクロールポンプを圧縮機として用いる場合に比べて膨張機として用いる場合は渦巻き外周部のシール性が重要となる。このため、シール部材であるチッブシールを外周部まで、できるだけ長く巻いた方が性能向上には有利である。しかしながら、膨張機性能を向上するために固定スクロール側の渦巻き外周のチップシールを長く巻くと、これに対応して可動スクロールの端板部の摺動面からチップシールがはみ出さないように端板部を大きくしなければならない。
【０００８】
これは、端板部の摺動面からチップシールがはみ出すと、チップシールが折損する不具合が生じるためである。しかし、端板部の大型化はポンプ全体の体格の増大と重量増とを招くこととなる。本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、渦巻き外周部のシール性を向上させて膨張機性能を向上させると共に、ポンプ全体の体格の増大と重量増とを抑えた流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項４に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、少なくとも、加熱ガス流体を略等エントロピ膨脹させて流体の有する内部エネルギーを回転エネルギーに変換する膨脹手段により構成された変換手段（１００）であり、ハウジング（１０１、１０２）と、ハウジング（１０１）によって軸支されると共に一部に偏心した偏心部（１０８ａ）を有するシャフト（１０８）と、旋回側端板部（１０３ａ）および渦巻き形の旋回側歯部（１０３ｂ）を有し偏心部（１０８ａ）によって駆動されることにより公転運動をする旋回スクロール（１０３）と、固定側端板部（１０２ａ）および旋回スクロール（１０３）と噛み合う渦巻き形の固定側歯部（１０２ｂ）を有する固定スクロール（１０２）とを備え、旋回スクロール（１０３）が偏心部（１０８ａ）によって駆動されて公転運動をする時に、旋回スクロール（１０３）の旋回側歯部（１０３ｂ）と固定スクロール（１０２）の固定側歯部（１０２ｂ）との間に形成される複数個の作動室（Ｖ）が、中心部から外周部に向かって移動すると作動室（Ｖ）の容積が連続的に拡大することにより作動室（Ｖ）内において流体を膨張させるスクロール型の流体機械において、
旋回側端板部（１０３ａ）は、旋回側歯部（１０３ｂ）を包含し、かつ固定スクロール（１０２）の固定側歯部（１０２ｂ）の先端側端面に沿って設置する固定側シール部材（１１２）の全摺動面と常に接触を保つために必要な円盤形状とするために、固定側シール部材（１１２）の全摺動面と接触しない旋回側端板部（１０３ａ）の不必要な部分を削除することにより、旋回側端板部（１０３ａ）の一部外形に削除部（Ｓ）を設けたことを特徴としている。
【００１０】
この請求項１に記載の発明によれば、スクロール外周部のシール性を最終端まで向上させて膨張機性能を向上させることができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明では、旋回側端板部（１０３ａ）の外形形状を、少なくとも前記旋回スクロール（１０３）を公転運動させた場合に前記固定側シール部材（１１２）の外形が描く包絡線形状を含む形状としたことを特徴としている。
【００１２】
本発明は、旋回側端板部（１０３ａ）の形状が必要なのは固定スクロール（１０２）の固定側シール部材（１１２）と摺動する面だけであることに着目したものであり、固定スクロール（１０２）側のシール部材（１１２）の巻き角を大きくするのに伴い、そのシール部材（１１２）の形状にて旋回側端板部（１０３ａ）の外形形状が最少となる端板形状を規定したものである。
【００１３】
この請求項２に記載の発明によれば、スクロール外周部のシール性を向上させて膨張機性能を向上させることができるうえ、ポンプ全体の体格の増大と重量増とを抑えることができる。また、これによって旋回側端板部（１０３ａ）の外形に径の小さい部分が生じるため、旋回側端板部（１０３ａ）の背後とスクロール側とで冷媒の流通がある場合は流路面積の拡大にもつながり、圧縮作動時の吸入圧損、もしくは膨張作動時の吐出圧損の低減にも有効である。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明では、旋回スクロール（１０３）において、旋回側端板部（１０３ａ）と旋回側歯部（１０３ｂ）とを旋回させたときのアンバランス量が略最少となる位置に偏心部（１０８ａ）が接続される駆動中心を配置したことを特徴としている。この請求項３に記載の発明によれば、旋回スクロール（１０３）を公転運動させるうえでの重量アンバランスを小さくすることができるうえ、更にポンプ全体の体格の増大と重量増とを抑えることができる。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明では、旋回側端板部（１０３ａ）において、少なくとも旋回側歯部（１０３ｂ）がある部分の裏側は厚肉とし、その他の部分を薄肉としたことを特徴としている。これは、旋回側歯部（１０３ｂ）の倒れ防止として根元の強度が必要な部分は肉厚とし、それ以外の部分は薄肉として軽量化を図ったものである。この請求項４に記載の発明によれば、これによってもポンプ全体の重量増を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。尚、本実施形態は、ランキンサイクルを備える車両用の蒸気圧縮式冷凍機に本発明における流体機械１０を適用したものである。そして、本実施形態に係るランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機は、走行用動力を発生させる熱機関を成すエンジン２０で発生した廃熱からエネルギーを回収すると共に、蒸気圧縮式冷凍機で発生した冷熱および温熱を空調に利用するものである。以下、ランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機について述べる。
【００２３】
膨脹機一体型圧縮機１０は、気相冷媒を加圧して吐出するポンプモードと、過熱蒸気冷媒の膨張時の流体圧を運動エネルギーに変換して機械的エネルギーを出力するモータモードとを兼ね備える流体機械であり、１１は、膨脹機一体型圧縮機１０の吐出側（後述する高圧ポート１１０）に接続されて放熱しながら冷媒を冷却する放熱器である。尚、膨脹機一体型圧縮機１０の詳細については後述する。
【００２４】
気液分離器１２は放熱器１１から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するレシーバであり、減圧装置１３は気液分離器１２で分離された液相冷媒を減圧膨脹させるもので、本実施形態では、冷媒をなどエンタルピ的に減圧すると共に、膨脹機一体型圧縮機１０がポンプモードで作動している時に膨脹機一体型圧縮機１０に吸入される冷媒の過熱度が所定値となるように絞り開度を制御する温度式膨脹弁を採用している。
【００２５】
蒸発器１４は、減圧装置１３にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱器であり、これらの膨脹機一体型圧縮機１０・放熱器１１・気液分離器１２・減圧装置１３および蒸発器１４などにて低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機が構成されている。
【００２６】
加熱器３０は、膨脹機一体型圧縮機１０と放熱器１１とを繋ぐ冷媒回路に設けられて、この冷媒回路を流れる冷媒とエンジン冷却水とを熱交換することにより冷媒を加熱する熱交換器であり、三方弁２１によりエンジン２０から流出したエンジン冷却水を加熱器３０に循環させる場合と循環させない場合とが切り換えられる。三方弁２１は図示しない電子制御装置により制御される。
【００２７】
第１バイパス回路３１は、気液分離器１２で分離された液相冷媒を加熱器３０と放熱器１１との間から放熱器１１の冷媒入口側に導く冷媒通路であり、この第１バイパス回路３１には、液相冷媒を循環させるための液ポンプ３２および気液分離器１２側から加熱器３０側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁３１ａが設けられている。尚、液ポンプ３２は、本実施形態では、電動式のポンプを採用しており、図示しない電子制御装置により制御される。
【００２８】
また、第２バイパス回路３３は、膨脹機一体型圧縮機１０がモータモードで作動するときの冷媒出口側（後述する低圧ポート１１１）と放熱器１１の冷媒入口側とを繋ぐ冷媒通路であり、この第２バイパス回路３３には、膨脹機一体型圧縮機１０側から放熱器１１の冷媒入口側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁３３ａが設けられている。
【００２９】
尚、逆止弁１４ａは膨脹機一体型圧縮機１０がポンプモードで作動する時、蒸発器１４の冷媒出口側から冷媒吸入側（後述する低圧ポート１１１）にのみ冷媒が流れることを許容するものである。また、開閉弁３４は冷媒通路を開閉する電磁式のバルブであり、図示しない電子制御装置により制御される。
【００３０】
ちなみに、水ポンプ２２はエンジン冷却水を循環させるもので、ラジエータ２３はエンジン冷却水と外気とを熱交換してエンジン冷却水を冷却する熱交換器である。尚、水ポンプ２２はエンジン２０から動力を得て稼動する機械式のポンプであるが、電動モータにて駆動される電動ポンプを用いても良いことは言うまでもない。また、図１では、ラジエータ２３を迂回させて冷却水を流すバイパス回路およびこのバイパス回路に流す冷却水量とラジエータ２３に流す冷却水量とを調節する流量調整弁は省略されている。
【００３１】
次に、膨脹機一体型圧縮機１０の詳細について述べる。図２は、本発明の実施形態に係る膨脹機一体型圧縮機１０を示す断面図である。膨脹機一体型圧縮機１０は、流体（本実施形態では、気相冷媒）を圧縮または膨脹させるポンプモータ機構（エネルギーの変換手段）１００、回転エネルギーが入力されることにより電気エネルギーを出力し電力が入力されることにより回転エネルギーを出力する回転電機機構２００、外部駆動源（駆動源）を成すエンジン２０からの動力を断続可能にポンプモータ機構１００側に伝達する動力伝達機構を成す電磁クラッチ３００、ならびにポンプモータ機構１００・回転電機機構２００および電磁クラッチ３００間における動力伝達経路を切り換えると共に、その回転動力の回転数を減速または増速して伝達する遊星歯車機構から成る変速機構４００などから構成されている。
【００３２】
ここで、回転電機機構２００はステータ２１０およびステータ２１０内で回転するロータ２２０などから成るもので、ステータ２１０は巻き線が巻かれたステータコイルであり、ロータ２２０は永久磁石が埋設されたマグネットロータである。そして、本実施形態では、回転電機機構２００は、ステータ２１０に電力が供給された場合にはロータ２２０を回転させてポンプモータ機構１００を駆動する電動モータとして作動し、ロータ２２０を回転させるトルクが入力された場合には電力を発生させる発電機（本発明の回生機構に対応）として作動する。
【００３３】
また、電磁クラッチ３００は、Ｖベルトを介してエンジン２０からの動力を受けるプーリー部３１０、磁界を発生させる励磁コイル３２０、および励磁コイル３２０により誘起された磁界により電磁力で変位するフリクションプレート３３０などから成るもので、エンジン２０側と膨脹機一体型圧縮機１０側とを繋ぐときは励磁コイル３２０に通電し、エンジン２０側と膨脹機一体型圧縮機１０側とを切り離すときは励磁コイル３２０への通電を遮断する。
【００３４】
また、ポンプモータ機構１００は、周知のスクロール型圧縮機構と同一構造を有するもので、具体的には、ミドルハウジング（本発明のハウジング）１０１を介して回転電機機構２００のステータハウジング２３０に対して固定された固定スクロール（本発明のハウジング）１０２、ミドルハウジング１０１と固定スクロール１０２との間の空間で旋回変位する可動部材を成す旋回スクロール１０３、および作動室Ｖと高圧室１０４とを連通させる連通路１０５・１０６を開閉する弁機構１０７などから成るものである。
【００３５】
ここで、固定スクロール１０２は、板状の固定側端板部１０２ａおよび固定側端板部１０２ａから旋回スクロール１０３側に突出した渦巻き状の固定側歯部（以下、スクロールラップ）１０２ｂを有して構成され、一方、旋回スクロール１０３は、固定側スクロールラップ１０２ｂに接触して噛み合う渦巻き状の旋回側歯部（以下、スクロールラップ）１０３ｂ、および旋回側スクロールラップ１０３ｂが形成された旋回側端板部１０３ａを有して構成されており、両スクロールラップ１０２ｂ・１０３ｂが接触した状態で旋回スクロール１０３が旋回することにより、両スクロール１０２・１０３により構成された作動室Ｖの体積が拡大縮小する。尚、両スクロール１０２・１０３における本発明の要部の詳細については後述する。
【００３６】
シャフト１０８は、一方の長手方向端部に回転中心軸に対して偏心した偏心部（以下、クランク部）１０８ａを有するクランクシャフトであり、このクランク部１０８ａは、ブッシング１０３ｄおよびベアリング１０３ｃなどを介して旋回スクロール１０３に連結されている。尚、ブッシング１０３ｄは、クランク部１０８ａに対して僅かに変位することができるものであり、旋回スクロール１０３に作用する圧縮反力により、両スクロールラップ１０２ｂ・１０３ｂの接触圧力が増大する向きに旋回スクロール１０３を変位させる従動クランク機構を構成するものである。
【００３７】
また、自転防止機構１０９は、シャフト１０８が１回転する間に旋回スクロール１０３がクランク部１０８ａ周りに１回転するようにするものである。このためシャフト１０８が回転すると、旋回スクロール１０３は、自転せずにシャフト１０８の回転中心軸周りを公転旋回し、且つ、作動室Ｖは、旋回スクロール１０３の外径側から中心側に変位するほど、その体積が縮小するように変化する。ちなみに本実施形態では、自転防止機構１０９としてピン−リング（ピン−ホール）式を採用している。
【００３８】
また、連通路１０５は、ポンプモード時に最小体積となる作動室Ｖと高圧室１０４とを連通させて圧縮された冷媒を吐出する吐出ポートであり、連通路１０６はモータモード時に最小体積となる作動室Ｖと高圧室１０４とを連通させて高圧室１０４に導入された高温、高圧の冷媒、つまり過熱蒸気を作動室Ｖに導く流入ポートである。また、高圧室１０４は連通路１０５（以下、吐出ポート１０５と呼ぶ）から吐出された冷媒の脈動を平滑化する吐出室の機能を有するものであり、この高圧室１０４には、加熱器３０および放熱器１１側に接続される高圧ポート１１０が設けられている。
【００３９】
尚、蒸発器１４および第２バイパス回路３３側に接続される低圧ポート１１１は、ステータハウジング２３０に設けられてステータハウジング２３０内を経由してステータハウジング２３０と固定スクロール１０２との間の空間に連通している。また、吐出弁１０７ａは、吐出ポート１０５の高圧室１０４側に配置されて吐出ポート１０５から吐出された冷媒が高圧室１０４から作動室Ｖに逆流することを防止するリード弁状の逆止弁であり、ストッパ１０７ｂは吐出弁１０７ａの最大開度を規制する弁止板であり、吐出弁１０７ａおよびストッパ１０７ｂはボルト１０７ｃにて固定側端板部１０２ａに固定されている。
【００４０】
スプール１０７ｄは、連通路１０６（以下、流入ポート１０６と呼ぶ）を開閉する弁体であり、電磁弁１０７ｅは低圧ポート１１１側と背圧室１０７ｆとの連通状態を制御することにより背圧室１０７ｆ内の圧力を制御する制御弁であり、バネ１０７ｇは流入ポート１０６を閉じる向きの弾性力をスプール１０７ｄに作用させる弾性手段であり、絞り１０７ｈは所定の通路抵抗を有して背圧室１０７ｆと高圧室１０４とを連通させる抵抗手段である。
【００４１】
そして、電磁弁１０７ｅを開くと、背圧室１０７ｆの圧力が高圧室１０４より低下してスプール１０７ｄがバネ１０７ｇを押し縮めながら紙面右側に変位するので、流入ポート１０６が開く。尚、絞り１０７ｈでの圧力損失は非常に大きいので、高圧室１０４から背圧室１０７ｆに流れ込む冷媒量は無視できるほど小さい。
【００４２】
逆に、電磁弁１０７ｅを閉じると、背圧室１０７ｆの圧力と高圧室１０４との圧力が等しくなるので、スプール１０７ｄはバネ１０７ｇの力により紙面左側に変位するので、流入ポート１０６が閉じる。つまり、スプール１０７ｄ・電磁弁１０７ｅ・背圧室１０７ｆ・バネ１０７ｇおよび絞り１０７ｈなどにより流入ポート１０６を開閉するパイロット式の電気開閉弁が構成される。
【００４３】
また、変速機構４００は、中心部に設けられたサンギヤ４０１と、サンギヤ４０１の外周で自転しつつ公転するピニオンギヤ４０２ａに連結されるプラネタリーキャリヤ４０２と、ピニオンギヤ４０２ａの更に外周に設けられたリング状のリングギヤ４０３とから成るものである。そして、サンギヤ４０１は、回転電機機構２００のロータ２２０と一体化され、プラネタリーキャリヤ４０２は、電磁クラッチ３００のフリクションプレート３３０と一体的に回転するシャフト３３１に一体化され、更に、リングギヤ４０３は、シャフト１０８の他方の長手方向端部（反クランク部側）に一体化されている。
【００４４】
また、ワンウェイクラッチ５００は、シャフト３３１が一方向（プーリー部３１０の回転方向）にのみ回転することを許容するもので、軸受３３２はシャフト３３１を回転可能に支持するもので、軸受４０４はサンギヤ４０１、つまりロータ２２０をシャフト３３１に対して回転可能に支持するものであり、軸受４０５はシャフト３３１（プラネタリーキャリヤ４０２）をシャフト１０８に対して回転可能に支持するものであり、軸受１０８ｂはシャフト１０８をミドルハウジング１０１対して回転可能に支持するものである。また、リップシール３３３は、シャフト３３１とステータハウジング２３０との隙間から冷媒がステータハウジング２３０外に漏れ出すことを防止する軸封装置である。
【００４５】
次に、本発明の要部について説明する。図３の（ａ）は本発明の第１実施形態における固定スクロール１０２の平面図であり、（ｂ）は従来の固定スクロール１０２の平面図である。また、図４は本発明の一実施形態における旋回スクロール１０３の形状を示し、（ａ）は発電電動機２０側形状、（ｂ）は断面形状、（ｃ）は固定スクロール１０２側形状である。ちなみに図９は、図４に対応させて従来の旋回スクロール１０３の形状を示している。
【００４６】
従来のスクロールは旋回スクロール１０３の外径を小さくするために、スクロールの巻き終りと、巻き終りから１８０度ほど巻き戻った部分を概略直径とする円盤状の旋回側端板部１０３ａを採用している。この場合、固定スクロール１０２側のチップシール１１２を本発明のように長く取ると、チップシール１１２の終端部１１２ａの一定の範囲は旋回側端板部１０３ａから外れる角度が存在し、欠損などの不具合が生じる。
【００４７】
このため、固定スクロール１０２側のチップシール１１２はスクロールラップ１０２ｂの内側巻き終り部Ａに対して半券きほど短くせざるを得なかった。そのため固定スクロール１０２のチップシール１１２は旋回側端板部１０３ａから外れないためにスクロールラップ１０２ｂの終端より半券きほど短かった。
【００４８】
このように、固定スクロール１０２の固定側スクロールラップ１０２ｂの先端側端面に沿って設置する固定側シール部材（以下、チップシール）１１２を、従来は固定側スクロールラップ１０２ｂの外側巻き終り部Ｂ近辺までであったのに対して、本発明では固定側スクロールラップ１０２ｂの内側巻き終り部Ａと概略一致する位置まで延長して設けている。ちなみに図中の１１２ａは固定側チップシール１１２の巻き終り端である。図３に示すように、本発明では従来と比べて固定側チップシール１１２の巻き角を１８０度ほど多く巻いている。
【００４９】
これに対応して旋回スクロール１０３側も、公転運動を行っても固定側チップシール１１２の全摺動面が旋回側端板部１０３ａと当接するように旋回側端板部１０３ａの外形形状を広げている。図４中のＨ部は、この外形形状を広げた部分である。ちなみに旋回側スクロールラップ１０３ｂにも、その先端側端面に沿って旋回側チップシール１１３が設置されている。
【００５０】
図５は、図４中Ｃ部の部分拡大図であり、固定スクロール１０２側のチップシール１１２の巻き終り部１１２ａが、公転運動によって旋回スクロール１０３の端板１０３ａ上に描く軌跡を示す。このように、旋回側端板部１０３ａの外形形状は、少なくとも旋回スクロール１０３を公転運動させた場合に固定側チップシール１１２の外形が描く包絡線形状を含み、この包絡線形状に近似した形状としている。尚、この固定側チップシール１１２の外形が描く包絡線とは、旋回する旋回側端板部１０３ａ側から見て相対的に旋回運動する固定側チップシール１１２の外形が描く包絡線である。
【００５１】
また、旋回スクロール１０３において、旋回側端板部１０３ａと旋回側歯部１０３ｂとを旋回させたときのアンバランス量が略最少となる位置に先のクランク部１０８ａが接続される駆動中心を配置している。これは、外形が異形となった旋回スクロール１０３が公転運動を行ううえで、重量アンバランスを小さくするためである。また、このように旋回側端板部１０３ａの外形形状を広げた部分Ｈは、固定側チップシール１１２の当接する面の裏側の肉を抜いて、旋回側端板部１０３ａの一般部より薄肉として可動スクロール１０３の重量軽減を図っている（図４参照）。
【００５２】
次に、本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の作動を述べる。
【００５３】
１．空調運転モード
この運転モードは、蒸発器１４にて冷凍能力を発揮させながら放熱器１１にて冷媒を放冷する運転モードである。尚、本実施形態では、蒸気圧縮式冷凍機で発生する冷熱、つまり吸熱作用を利用した冷房運転および除湿運転にのみ蒸気圧縮式冷凍機を稼動させており、放熱器１１で発生する温熱を利用した暖房運転は行っていないが、暖房運転時であっても蒸気圧縮式冷凍機の作動は冷房運転および除湿運転時と同じである。
【００５４】
具体的には、液ポンプ３２を停止させた状態で開閉弁３４を開いて膨脹機一体型圧縮機１０をポンプモードで稼動させると共に、三方弁２１を作動させて加熱器３０を迂回させて冷却水を循環させるものである。これにより、冷媒は、膨脹機一体型圧縮機１０→加熱器３０→放熱器１１→気液分離器１２→減圧装置１３→蒸発器１４→膨脹機一体型圧縮機１０の順に循環する。尚、加熱器３０にエンジン冷却水が循環しないので、加熱器３０にて冷媒は加熱されず、加熱器３０は単なる冷媒通路として機能する。
【００５５】
従って、減圧装置１３にて減圧された低圧冷媒は、室内に吹き出す空気から吸熱して蒸発し、この蒸発した気相冷媒は膨脹機一体型圧縮機１０にて圧縮されて高温となって放熱器１１にて室外空気にて冷却されて凝縮する。尚、本実施形態では、冷媒としてフロン（ＨＦＣ１３４ａ）を利用しているが、高圧側にて冷媒が液化する冷媒であれば、ＨＦＣ１３４ａに限定されるではない。
【００５６】
２．廃熱回収運転モード
この運転モードは、空調装置、つまり膨脹機一体型圧縮機１０を停止させてエンジン２０の廃熱を利用可能なエネルギーとして回収するモードである。具体的には、開閉弁３４を閉じた状態で液ポンプ３２を稼動させて膨脹機一体型圧縮機１０をモータモードとすると共に、三方弁２１を作動させてエンジン２０から流出したエンジン冷却水を加熱器３０に循環させるものである。これにより、冷媒は、気液分離器１２→第１バイパス回路３１→加熱器３０→膨脹機一体型圧縮機１０→第２バイパス回路３３→放熱器１１→気液分離器１２の順に循環し、放熱器１１内を流れる冷媒は空調運転モード時と逆転する。
【００５７】
従って、膨脹機一体型圧縮機１０には、加熱器３０にて加熱された過熱蒸気が流入し、膨脹機一体型圧縮機１０に流入した蒸気冷媒は、ポンプモータ機構１００内で膨脹しながらその等エントロピ的にエンタルピを低下させていく。このため、膨脹機一体型圧縮機１０は、低下したエンタルピに相当する電力が蓄電器に蓄えられる。
【００５８】
また、膨脹機一体型圧縮機１０から流出した冷媒は、放熱器１１にて冷却されて凝縮し、気液分離器１２に蓄えられ、気液分離器１２内の液相冷媒は、液ポンプ３２にて加熱器３０側に送られる。尚、液ポンプ３２は、加熱器３０にて加熱されて生成された過熱蒸気は、気液分離器１２側に逆流しない程度の圧力にて液相冷媒を加熱器３０に送り込む。尚、図６は上記作動をまとめた線図である。
【００５９】
次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。まず、固定スクロール１０２の固定側スクロールラップ１０２ｂの先端側端面に沿って設置する固定側チップシール１１２を、固定側スクロールラップ１０２ｂの内側巻き終り部Ａと概略一致する位置まで延長して設けると共に、旋回スクロール１０３が公転運動を行っても固定側チップシール１１２の全摺動面が旋回側端板部１０３ａと当接するように旋回側端板部１０３ａの外形形状を広げている。これによれば、スクロール外周部のシール性を最終端まで向上させて膨張機性能を向上させることができる。
【００６０】
また、旋回側端板部１０３ａの外形形状を、少なくとも旋回スクロール１０３を公転運動させた場合に固定側チップシール１１２の外形が描く包絡線形状を含む形状としている。本発明は、旋回側端板部１０３ａの形状が必要なのは固定スクロール１０２の固定側チップシール１１２と摺動する面だけであることに着目したものであり、固定スクロール１０２側のチップシール（１１２）の巻き角を大きくするのに伴い、そのチップシール（１１２）の形状にて旋回側端板部１０３ａの外形形状が最少となる端板形状を規定したものである。
【００６１】
これによれば、スクロール外周部のシール性を向上させて膨張機性能を向上させることができるうえ、ポンプ全体の体格の増大と重量増とを抑えることができる。また、これによって旋回側端板部１０３ａの外形に径の小さい部分が生じるため、旋回側端板部１０３ａの背後とスクロール側とで冷媒の流通がある場合は流路面積の拡大にもつながり、圧縮作動時の吸入圧損、もしくは膨張作動時の吐出圧損の低減にも有効である。
【００６２】
また、旋回スクロール１０３において、旋回側端板部１０３ａと旋回側歯部１０３ｂとを旋回させたときのアンバランス量が略最少となる位置にクランク部１０８ａが接続される駆動中心を配置している。これによれば、旋回スクロール１０３を公転運動させるうえでの重量アンバランスを小さくすることができるうえ、更にポンプ全体の体格の増大と重量増とを抑えることができる。
【００６３】
また、旋回側端板部１０３ａの外形形状を広げた部分Ｈは、固定側チップシール１１２の当接する面の裏側の肉を抜いて旋回側端板部１０３ａの一般部より薄肉としている。これは旋回側端板部１０３ａ裏側の強度的に不要な部分の肉抜きをして軽量化を図ったものである。これによれば、ポンプ全体の重量増を抑えることができる。
【００６４】
（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態における旋回スクロール１０３の形状を示し、（ａ）は発電電動機２０側形状、（ｂ）は断面形状、（ｃ）は固定スクロール１０２側形状である。上述した第１実施形態の旋回スクロール１０３においては、一部例外的に旋回側スクロールラップ１０３ｂが有る部分も薄肉化していたが（図４参照）、本実施形態では旋回側端板部１０３ａにおいて、少なくとも旋回側スクロールラップ１０３ｂがある部分の裏側は厚肉とし、その他の部分を薄肉としている（図７のＤ部参照）。
【００６５】
これは、旋回側スクロールラップ１０３ｂの倒れ防止として根元に強度が必要な部分は肉厚とし、それ以外の部分は薄肉として軽量化を図ったものである。これによれば、これによってもポンプ全体の重量増を抑えることができる。
【００６６】
（その他の実施形態）
なお、固定スクロール１０２の固定側スクロールラップ１０２ｂの先端側端面に沿って設置する固定側チップシール１１２を、旋回側スクロールラップ１０３ｂが固定側スクロールラップ１０２ｂの側面と接触・乖離を繰り返す最外周側位置Ａまで伸ばし、旋回側スクロールラップ１０３ｂを包含する円盤状の旋回側端板部１０３ａの一部を外方に突出させて、固定側チップシール１１２の全摺動面が常に旋回側端板部１０３ａに接触するようにしても良い。
【００６７】
図１０（ａ）〜（ｄ）の順で、その旋回側スクロールラップ１０３ｂと固定側スクロールラップ１０２ｂの側面とが接触・乖離を繰り返す最外周側位置Ａを説明する部分拡大図であり、図１１は旋回側スクロールラップ１０３ｂを包含する円盤状の旋回側端板部１０３ａの一部を外方に突出させて（突出部Ｔ）、固定側チップシール１１２の全摺動面が常に旋回側端板部１０３ａに接触するようにした旋回スクロール１０３の形状を示し、（ａ）は発電電動機２０側形状、（ｂ）は断面形状、（ｃ）は固定スクロール１０２側形状である。
【００６８】
また、固定側チップシール１１２を必ずしも旋回側スクロールラップ１０３ｂが固定側スクロールラップ１０２ｂの側面と接触・乖離を繰り返す最外周側位置Ａまで伸ばさなくとも、旋回側スクロールラップ１０３ｂを包含する円盤状の旋回側端板部１０３ａの一部を外方に突出させて、固定スクロール１０２の固定側スクロールラップ１０２ｂの先端側端面に沿って設置する固定側チップシール１１２の全摺動面が常に旋回側端板部１０３ａに接触するようにしても良いし、固定側チップシール１１２の全摺動面が常に旋回側端板部１０３ａに接触するようにできるならば、旋回スクロール１０３の外形形状は必ずしも固定側チップシール１１２の外形が描く包絡線形状に限定されるものではない。
【００６９】
また、旋回側端板部１０３ａは、旋回側スクロールラップ１０３ｂを包含し、かつ固定スクロール１０２の固定側スクロールラップ１０２ｂの先端側端面に沿って設置する固定側チップシール１１２の全摺動面と常に接触を保つために必要な円盤形状に対して、一部外形に削除部Ｓを設けた形状としても良い。これは、第１実施形態では「旋回側スクロールラップ１０３ｂの外形形状を広げた」のに対し、旋回側端板部１０３ａの外形形状の考え方を変え、もともと旋回側端板部１０３ａを円板状に大きく作り、そこから不必要な部分の外形を削るように考えたものである。
【００７０】
そして図１２は、その旋回側スクロールラップ１０３ｂを包含し、かつ固定側チップシール１１２の全摺動面と常に接触を保つために必要な円盤形状に対し、不必要な部分としての削除部Ｓを示す旋回スクロール１０３の平面図である。これらのようにしても、上述した第１実施形態と同様に、スクロール外周部のシール性を最終端まで向上させて膨張機性能を向上させることができる。
【００７１】
なお、上述の実施形態では、変速機構４００として遊星歯車機構を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＣＶＴ（ベルト式無段変速機構）やベルトを用いないトロイダル方式の変速機構などの変速比を変更できる変速機構を用いても良い。また、上述の実施形態では、膨脹機一体型圧縮機１０にて回収したエネルギーを蓄電器にて蓄えたが、フライホィールによる運動エネルギーまたはバネによる弾性エネルギーなどの機械的エネルギーとして蓄えても良い。また、ランキンサイクルを備える車両用蒸気圧縮式冷凍機に本発明に係る流体機械を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態に係るランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る膨脹機一体型圧縮機１０を示す断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第１実施形態における固定スクロール１０２の平面図であり、（ｂ）は従来の固定スクロール１０２の平面図である。
【図４】本発明の一実施形態における旋回スクロール１０３の形状を示し、（ａ）は発電電動機２０側形状、（ｂ）は断面形状、（ｃ）は固定スクロール１０２側形状である。
【図５】図４中Ｃ部の部分拡大図であり、固定スクロール１０２側のチップシール１１２の巻き終り部１１２ａが、公転運動によって旋回スクロール１０３の基板１０３ａ上に描く軌跡を示す。
【図６】本発明の実施形態に係る膨脹機一体型圧縮機１０の作動を示す線図である。
【図７】本発明の第２実施形態における旋回スクロール１０３の形状を示し、（ａ）は発電電動機２０側形状、（ｂ）は断面形状、（ｃ）は固定スクロール１０２側形状である。
【図８】ポンプモード実行時およびモータモード実行時における冷媒の状態変化を示す圧力−エンタルピ線図である。
【図９】従来の旋回スクロール１０３の形状を示し、（ａ）は発電電動機２０側形状、（ｂ）は断面形状、（ｃ）は固定スクロール１０２側形状である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）の順で、旋回側スクロールラップ１０３ｂと固定側スクロールラップ１０２ｂの側面とが接触・乖離を繰り返す最外周側位置Ａを説明する部分拡大図である。
【図１１】旋回側スクロールラップ１０３ｂを包含する円盤状の旋回側端板部１０３ａの一部を外方に突出させて、固定側チップシール１１２の全摺動面が常に旋回側端板部１０３ａに接触するようにした旋回スクロール１０３の形状を示し、（ａ）は発電電動機２０側形状、（ｂ）は断面形状、（ｃ）は固定スクロール１０２側形状である。
【図１２】旋回側スクロールラップ１０３ｂを包含し、かつ固定側チップシール１１２の全摺動面と常に接触を保つために必要な円盤形状に対し、不必要な部分としての削除部Ｓを示す旋回スクロール１０３の平面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１００…ポンプモータ機構（変換手段）
１０１…ミドルハウジング（ハウジング）
１０２…固定スクロール（ハウジング）
１０２ａ…固定側端板部
１０２ｂ…固定側スクロールラップ（固定側歯部）
１０３…旋回スクロール
１０３ａ…旋回側端板部
１０３ｂ…旋回側スクロールラップ（旋回側歯部）
１０８…シャフト
１０８ａ…クランク部（偏心部）
１１２…固定側チップシール（シール部材）
Ａ…内側巻き終り部、最外周側位置
Ｈ…外形形状を広げた部分
Ｓ…削除部
Ｖ…作動室
【図１】
0004722493.tif 000002
【図２】
0004722493.tif 000003
【図３】
0004722493.tif 000004
【図４】
0004722493.tif 000005
【図５】
0004722493.tif 000006
【図６】
0004722493.tif 000007
【図７】
0004722493.tif 000008
【図８】
0004722493.tif 000009
【図９】
0004722493.tif 000010
【図１０】
0004722493.tif 000011
【図１１】
0004722493.tif 000012
【図１２】
0004722493.tif 000013