(57)【要約】【課題】熱ロスを防止し、冷凍サイクルにおける冷却能力および加熱能力の向上を図る。【解決手段】１つの密閉されたケーシング（31）内に圧縮機構（50）と電動機（45）と膨張機構（60）とがこの順に配置され、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路に接続されている。上記ケーシング（31）には、圧縮機構（50）の高温高圧の冷媒をケーシング（31）の外部へ導く吐出管（37）と、低温低圧の冷媒をケーシング（31）の外部から内部空間へ導く吸入管（36）とが設けられている。この吸入管（36）は、膨張機構（60）に向かって開口している。これにより、膨張機構（60）が圧縮機構（50）の高温冷媒によって加熱されるのを阻止すると同時にその高温冷媒が膨張機構（60）によって冷却されるのを阻止し、圧縮冷媒および膨張冷媒の熱ロスが防止される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機構（50）と、該圧縮機構（50）を駆動する電動機（45）と、冷媒が膨張する膨張機構（60）とが１つの密閉されたケーシング（31）内に収納され、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路に接続される流体機械であって、
上記ケーシング（31）は、冷媒をケーシング（31）の外部から膨張機構（60）へ導く流入管（38）と、膨張後の冷媒を膨張機構（60）からケーシング（31）の外部へ導く流出管（39）とを備える一方、
上記ケーシング（31）は、圧縮機構（50）で圧縮された冷媒を該圧縮機構（50）からケーシング（31）の外部へ導く吐出管（37）と、冷媒をケーシング（31）の外部から圧縮機構（50）またはケーシング（31）の内部空間へ導く吸入管（36）とを備えている
ことを特徴とする流体機械。
【請求項２】
請求項１において、
上記吸入管（36）は、冷媒をケーシング（31）の外部からケーシング（31）の内部空間へ導き、且つ、膨張機構（60）の近傍へ導く
ことを特徴とする流体機械。
【請求項３】
請求項２において、
上記圧縮機構（50）と膨張機構（60）とは、間に電動機（45）を配して配列され、
上記吸入管（36）は、ケーシング（31）の膨張機構（60）側の端部に設けられ、膨張機構（60）に向かって開口している
ことを特徴とする流体機械。
【請求項４】
請求項２または３において、
上記膨張機構（60）は、吸入管（36）より導かれた冷媒と接触する冷却フィン群（90）を備えている
ことを特徴とする流体機械。
【請求項５】
請求項１〜４において、
上記膨張機構（60）は、冷媒の膨張により発生した動力を回収して圧縮機構（50）を駆動するように構成されている
ことを特徴とする流体機械。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項において、
上記冷媒回路の冷媒は、二酸化炭素である
ことを特徴とする流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体機械に関し、特に、蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いられ、圧縮機と膨張機とが１つのケーシング内に収納された流体機械における熱ロスの防止対策に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける圧縮機と膨張機とが機械的に接続された流体機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。この流体機械は、冷凍装置である空調機に用いられている。
【０００３】
上記空調機は、圧縮機と冷却器と膨張機と蒸発器とが順に配管接続された閉回路の冷媒回路を備えている。この冷媒回路では、冷媒としての二酸化炭素が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。つまり、二酸化炭素は、圧縮機で圧縮され、冷却器で冷却された後に膨張機で膨張し、蒸発器で蒸発して再び圧縮機に戻る循環を繰り返す。そして、上記圧縮機と膨張機とは、密閉された１つのケーシング内に収納されて流体機械を構成している。上記圧縮機と膨張機とは、電動機の駆動軸を介して互いに連結されている。
【０００４】
この流体機械では、膨張機にて冷媒が膨張することによって動力が発生し、その動力が回転動力として駆動軸を通じて圧縮機に伝達される。これにより、電動機の負荷を削減している。
【特許文献１】特開２００１−１５３０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１の流体機械では、蒸発器より低圧の冷媒が圧縮機に直接吸入され、圧縮された高温高圧の冷媒が一旦ケーシング内に吐出されてから冷却器へ送り出されるため、そのケーシング内の吐出冷媒によって膨張機が加熱される一方吐出冷媒が冷却され、圧縮冷媒および膨張冷媒のそれぞれにとって熱ロスを生じるという問題があった。これにより、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける冷却能力および加熱能力が低下するという問題があった。
【０００６】
この冷却能力および加熱能力の低下について、図７を参照しながら説明する。まず、ａ点で圧縮機に直接吸入された冷媒は、ｂ点まで圧縮されてケーシング内に吐出され、電動機によってｃ点まで加熱される。このｃ点の冷媒は、膨張機によってｆ点まで冷却された後にケーシング外へ送り出され、冷却器にて冷却されてｄ点の冷媒となる。つまり、圧縮機の吐出冷媒が膨張機によって冷却されることにより、冷却器を流れる冷媒のエンタルピがΔｈ１（ｃ点→ｆ点）だけ減少し、冷却器における加熱能力が低下する。続いて、ｄ点の冷媒は、膨張機にて減圧されるが、その膨張機が圧縮機の吐出冷媒によって加熱されることから、ｅ点からｇ点まで加熱された冷媒となり、蒸発器にて蒸発してａ点の冷媒となる。つまり、膨張機が圧縮機の吐出冷媒によって加熱されることにより、蒸発器を流れる冷媒のエンタルピがΔｈ２（ｅ点→ｇ点）だけ減少し、蒸発器における冷却能力が低下する。
【０００７】
本発明は、斯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、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置に用いられ、１つのケーシング内に圧縮機と膨張機とが収納された流体機械において、圧縮流体および膨張流体の熱ロスを防止し、冷却能力および加熱能力の向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
具体的に、第１の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機構（50）と、該圧縮機構（50）を駆動する電動機（45）と、冷媒が膨張する膨張機構（60）とが１つの密閉されたケーシング（31）内に収納され、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路に接続される流体機械を前提としている。そして、上記ケーシング（31）は、冷媒をケーシング（31）の外部から膨張機構（60）へ導く流入管（38）と、膨張後の冷媒を膨張機構（60）からケーシング（31）の外部へ導く流出管（39）とを備えている。また、上記ケーシング（31）は、圧縮機構（50）で圧縮された冷媒を該圧縮機構（50）からケーシング（31）の外部へ導く吐出管（37）と、冷媒をケーシング（31）の外部から圧縮機構（50）またはケーシング（31）の内部空間へ導く吸入管（36）とを備えている。
【０００９】
上記の発明では、圧縮機構（50）で圧縮された高温高圧の冷媒が吐出管（37）を通じてケーシング（31）の外部へ送り出される。また、上記冷媒回路のやや低温の高圧冷媒は、流入管（38）を通じて膨張機構（60）に流入し、膨張後に流出管（39）を通じてケーシング（31）の外部へ送り出される。つまり、上記ケーシング（31）の内部空間には圧縮機構（50）の吐出冷媒などの高圧冷媒が流入しない。さらに言い換えると、上記ケーシング（31）がいわゆる低圧ドーム型に構成されている。これにより、膨張機構（60）が圧縮機構（50）の高温の吐出冷媒によって加熱されることはなく、同時に高温の吐出冷媒が膨張機構（60）によって冷却されることはない。また、上記膨張機構（60）における膨張冷媒が電動機（45）と接触して加熱されることもない。したがって、上記圧縮機構（50）の圧縮冷媒および膨張機構（60）の膨張冷媒における熱ロスが防止され、それぞれにおける冷媒の温熱量および冷熱量の低下が防止される。この結果、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける冷却能力および加熱能力が向上する。
【００１０】
また、第２の発明は、上記第１の発明において、上記吸入管（36）が、冷媒をケーシング（31）の外部からケーシング（31）の内部空間へ導き、且つ、膨張機構（60）の近傍へ導く。
【００１１】
上記の発明では、冷媒回路の低温低圧の冷媒が吸入管（36）を通じてケーシング（31）の内部空間に吸い込まれた後、膨張機構（60）の周囲を流れて圧縮機構（50）に吸入される。その際に、膨張機構（60）が低温低圧の冷媒によって冷却されるので、膨張機構（60）における膨張冷媒の冷熱量が増大する。これにより、冷却能力が一層向上する。また、上記の際には、同時に低温低圧の冷媒が膨張機構（60）によって加熱されるので、圧縮機構（50）における圧縮冷媒の温熱量が増大する。これにより、加熱能力が一層向上する。
【００１２】
また、第３の発明は、上記第２の発明において、上記圧縮機構（50）と膨張機構（60）とが、間に電動機（45）を配して配列されている。そして、上記吸入管（36）は、ケーシング（31）の膨張機構（60）側の端部に設けられ、膨張機構（60）に向かって開口している。
【００１３】
上記の発明では、冷媒回路の低温低圧の冷媒が吸入管（36）を通じてケーシング（31）の内部空間に吸い込まれた後、膨張機構（60）および電動機（45）の周囲を順に流れて圧縮機構（50）に吸入される。その際に、低温低圧の冷媒が膨張機構（60）によって加熱された後、さらに電動機（45）によって加熱されるので、圧縮機構（50）における圧縮冷媒の温熱量が一層増大する。また、上記吸入管（36）が膨張機構（60）に向かって開口しているので、低温低圧の冷媒が確実に膨張機構（60）に接触し、膨張機構（60）が確実に冷却される。これにより、膨張機構（60）における膨張冷媒の冷熱量が確実に増大する。
【００１４】
また、第４の発明は、上記第２または３の発明において、上記膨張機構（60）が吸入管（36）より導かれた冷媒と接触する冷却フィン群（90）を備えている。
【００１５】
上記の発明では、冷却フィン群（90）により、吸入管（36）より吸い込まれた低温低圧の冷媒と膨張機構（60）との接触面積が増大するので、膨張機構（60）が一層冷却されると共に、低温低圧の冷媒が一層加熱される。
【００１６】
また、第５の発明は、上記第１〜４の何れか１の発明において、上記膨張機構（60）が、冷媒の膨張により発生した動力を回収して圧縮機構（50）を駆動するように構成されている。
【００１７】
上記の発明では、圧縮機構（50）を駆動する動力の一部が膨張機構（60）によって賄われるので、電動機（45）の必要動力が低減される。
【００１８】
また、第６の発明は、上記第１〜５の何れか１の発明において、上記冷媒回路の冷媒が二酸化炭素である。
【００１９】
上記の発明では、圧縮機構（50）において二酸化炭素を超臨界状態まで圧縮するので、吐出冷媒がより高温高圧の冷媒となるが、膨張機構（60）における膨張冷媒の熱ロスが確実に防止される。
【発明の効果】
【００２０】
したがって、第１の発明によれば、ケーシング（31）に、冷媒をケーシング（31）の外部から膨張機構（60）へ導く流入管（38）と、膨張後の冷媒を膨張機構（60）からケーシング（31）の外部へ導く流出管（39）とを設ける一方、圧縮機構（50）で圧縮された冷媒を該圧縮機構（50）からケーシング（31）の外部へ導く吐出管（37）と、冷媒をケーシング（31）の外部から圧縮機構（50）またはケーシング（31）の内部空間へ導く吸入管（36）とを設けるようにしたので、つまりケーシング（31）をいわゆる低圧ドーム型に構成するようにしたので、膨張機構（60）が圧縮機構（50）の高温の吐出冷媒によって加熱されることはなく、同時に高温の吐出冷媒が膨張機構（60）によって冷却されることはない。また、膨張機構（60）における膨張冷媒が電動機（45）によって加熱されることもない。これにより、圧縮機構（50）の圧縮冷媒および膨張機構（60）の膨張冷媒における熱ロスを防止し、冷媒の温熱量および冷熱量の低下を防止することができる。この結果、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける冷却能力および加熱能力を向上させることができる。
【００２１】
また、第２の発明によれば、冷媒をケーシング（31）の外部から膨張機構（60）の近傍へ導くように吸入管（36）を構成するようにしたので、吸入管（36）より吸い込まれた低温低圧の冷媒を膨張機構（60）の周囲へ流して膨張機構（60）を冷却することができる。同時に、その低温低圧の冷媒を膨張機構（60）によって加熱することができる。これにより、膨張機構（60）における膨張冷媒の冷熱量を増大させると共に、圧縮機構（50）における圧縮冷媒の温熱量を増大させることができる。この結果、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける冷却能力および加熱能力を一層向上させることができる。
【００２２】
また、第３の発明によれば、圧縮機構（50）と膨張機構（60）との間に電動機（45）を配置するようにし、且つ、吸入管（36）をケーシング（31）の膨張機構（60）側の端部に設けて膨張機構（60）に向かって開口させるようにしたので、吸入管（36）より吸い込まれた低温低圧の冷媒を膨張機構（60）および電動機（45）と順に接触させることができる。これにより、低温低圧の冷媒を膨張機構（60）によって加熱した後、さらに電動機（45）によって加熱することができる。したがって、圧縮機構（50）における圧縮冷媒の温熱量を一層増大させることができる。
【００２３】
また、上記の発明によれば、吸入管（36）を膨張機構（60）に向かって開口させるようにしたので、低温低圧の冷媒を確実に膨張機構（60）と接触させ、膨張機構（60）を確実に冷却することができる。
【００２４】
また、上記の発明によれば、電動機（45）を低温低圧の冷媒によって冷却することができるので、電動機（45）の温度が過剰に上昇するのを抑制することができる。この結果、機器の信頼性が向上する。
【００２５】
また、第４の発明によれば、吸入管（36）より導かれた冷媒が接触する冷却フィン群（90）を膨張機構（60）に設けるようにしたので、吸入管（36）より吸い込まれた低温低圧の冷媒と膨張機構（60）との接触面積を増大させることができる。これにより、膨張機構（60）を一層冷却することができると共に、低温低圧の冷媒を一層加熱することができる。
【００２６】
また、第５の発明によれば、膨張機構（60）において冷媒の膨張により発生した動力を回収し、その回収動力を圧縮機構（50）の駆動に利用するようにしたので、電動機（45）の必要動力を低減することができる。これにより、装置の運転効率を向上させることができる。
【００２７】
また、第６の発明によれば、冷媒に二酸化炭素を用いたので、超臨界状態まで圧縮してより高温高圧の吐出冷媒となっても、膨張機構（60）における膨張冷媒の熱ロスを確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。
【００２９】
《発明の実施形態１》
本発明の実施形態１について説明する。図１に示すように、本実施形態の空調機（10）は、本発明に係る流体機械を備えている。
【００３０】
〈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。上記室外機（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）および圧縮膨張ユニット（30）が収納されている。そして、上記圧縮膨張ユニット（30）が本発明の流体機械を構成している。一方、上記室内機（13）には、室内ファン（14）および室内熱交換器（24）が収納されている。上記室外機（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、上記室外機（11）と室内機（13）とは、一対の連絡配管（15,16）によって接続されている。なお、上記圧縮膨張ユニット（30）の詳細については後述する。
【００３１】
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）と、２つの四路切換弁（21,22）と、室内熱交換器（24）および室外熱交換器（23）とが配管接続される閉回路に構成され、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。そして、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。
【００３２】
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。上記室外熱交換器（23）では、冷媒回路（20）を循環する冷媒が室外ファン（12）によって取り込まれた室外空気と熱交換する。上記室内熱交換器（24）では、冷媒回路（20）を循環する冷媒が室内ファン（14）によって取り込まれた室内空気と熱交換する。
【００３３】
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、第１ポートが圧縮膨張ユニット（30）の吐出管（37）に、第２ポートが連絡配管（15）を介して室内熱交換器（24）の一端に、第３ポートが室外熱交換器（23）の一端に、第４ポートが圧縮膨張ユニット（30）の吸入管（36）にそれぞれ接続されている。そして、上記第１四路切換弁（21）は、第１ポートと第２ポートとが連通し且つ第３ポートと第４ポートとが連通する状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第３ポートとが連通し且つ第２ポートと第４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。
【００３４】
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、第１ポートが圧縮膨張ユニット（30）の流出管（39）に、第２ポートが室外熱交換器（23）の他端に、第３ポートが連絡配管（16）を介して室内熱交換器（24）の他端に、第４ポートが圧縮膨張ユニット（30）の流入管（38）にそれぞれ接続されている。そして、上記第２四路切換弁（22）は、第１ポートと第２ポートとが連通し且つ第３ポートと第４ポートとが連通する状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第３ポートとが連通し且つ第２ポートと第４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。
【００３５】
上記冷媒回路（20）は、２つの四路切換弁（21,22）の切換によって冷房運転と暖房運転とに切り換わるように構成されている。つまり、上記２つの四路切換弁（21,22）が共に図１の破線側の状態に切り換わると、冷媒回路（20）は、室外熱交換器（23）がガスクーラ（冷却器）として機能し且つ室内熱交換器（24）が蒸発器として機能する冷房運転で冷媒が循環する。また、上記２つの四路切換弁（21,22）が共に図１の実線側の状態に切り換わると、冷媒回路（20）は、室外熱交換器（23）が蒸発器として機能し且つ室内熱交換器（24）がガスクーラ（冷却器）として機能する暖房運転で冷媒が循環する。
【００３６】
〈圧縮膨張ユニットの構成〉
図２に示すように、上記圧縮膨張ユニット（30）は、縦長で円筒形の密閉容器である１つのケーシング（31）を備えている。このケーシング（31）の内部には、下から上に向かって順に、圧縮機構（50）と、電動機（45）と、膨張機構（60）とが配置されている。つまり、上記圧縮機構（50）と膨張機構（60）とは、間に電動機（45）を配して配列されている。
【００３７】
上記電動機（45）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（45）は、ステータ（46）とロータ（47）とにより構成されている。上記ステータ（46）は、ケーシング（31）に固定されている。上記ロータ（47）は、ステータ（46）の内側に配置され、同軸にシャフト（40）の主軸部（44）が貫通している。上記シャフト（40）は、回転軸を構成し、上端側に２つの大径偏心部（41,42）が形成され、下端側に２つの下側偏心部（58,59）が形成されている。
【００３８】
上記シャフト（40）の下端部には、ケーシング（31）内の底部の油溜りに浸漬された遠心式の油ポンプ（48）が設けられている。該油ポンプ（48）は、シャフト（40）の回転により油溜りの潤滑油を汲み上げ、圧縮機構（50）や膨張機構（60）の各摺動部に供給している。
【００３９】
上記２つの大径偏心部（41,42）は、主軸部（44）よりも大径に且つ主軸部（44）の軸心よりも偏心して形成されており、上側のものが第１大径偏心部（41）を、下側のものが第２大径偏心部（42）をそれぞれ構成している。そして、上記第１大径偏心部（41）と第２大径偏心部（42）とは、何れも同じ方向へ偏心している。また、上記第２大径偏心部（42）の外径は、第１大径偏心部（41）の外径よりも大きくなっている。上記主軸部（44）の軸心に対する偏心量は、第２大径偏心部（42）の方が第１大径偏心部（41）よりも大きくなっている。
【００４０】
上記２つの下側偏心部（58,59）は、主軸部（44）よりも大径に且つ主軸部（44）の軸心よりも偏心して形成されており、下側のものが第１下側偏心部（58）を、上側のものが第２下側偏心部（59）をそれぞれ構成している。そして、上記第１下側偏心部（58）と第２下側偏心部（59）とでは、主軸部（44）の軸心に対する偏心方向が逆になっている。
【００４１】
上記膨張機構（60）は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ式膨張機を構成している。この膨張機構（60）は、対になったシリンダ（71,81）およびロータリピストン（75,85）を二組備えている。上記膨張機構（60）では、上から下へ向かって順に、リアヘッド（62）、第１シリンダ（71）、中間プレート（63）、第２シリンダ（81）およびフロントヘッド（61）が積層されている。
【００４２】
上記第２シリンダ（81）の内径は、第１シリンダ（71）の内径よりも大きくなっている。上記第１シリンダ（71）の内部には第１ロータリピストン（75）が配置され、上記第２シリンダ（81）の内部には第２ロータリピストン（85）が配置されている。この各ロータリピストン（75,85）は、円筒状に形成され、外径が互いに等しく形成されている。この各ロータリピストン（75,85）は、図示しないが、側面に平板状のブレードが突設されており、このブレードが揺動ブッシュを介してシリンダ（71,81）に支持されている。
【００４３】
上記第１ロータリピストン（75）はシャフト（40）の第１大径偏心部（41）と係合し、上記第２ロータリピストン（85）はシャフト（40）の第２大径偏心部（42）と係合している。上記各ロータリピストン（75,85）は、内周面が大径偏心部（41,42）の外周面と摺接し、外周面がシリンダ（71,81）の内周面と摺接する。
【００４４】
上記第１ロータリピストン（75）の外周面と第１シリンダ（71）の内周面との間には第１流体室（72）が形成され、上記第２ロータリピストン（85）の外周面と第２シリンダ（81）の内周面との間には第２流体室（82）が形成されている。この各流体室（72,82）は、図示しないが、ロータリピストン（75,85）のブレードによって高圧側と低圧側とに区画されている。上記膨張機構（60）では、各流体室（72,82）で冷媒が膨張することによって発生した動力を回収し、その動力が圧縮機構（50）に伝達される。
【００４５】
上記膨張機構（60）には、流入ポート（34）と流出ポート（35）とが設けられている。上記流入ポート（34）は、リアヘッド（62）に形成され、終端がリアヘッド（62）の内側面に開口して第１流体室（72）の高圧側に連通している。一方、上記流出ポート（35）は、第２シリンダ（81）に形成され、始端が第２シリンダ（81）の内周面に開口して第２流体室（82）の低圧側に連通している。
【００４６】
上記中間プレート（63）には、連通路（64）が形成されている。この連通路（64）は、中間プレート（63）の厚さ方向に対して斜めに貫通し、第１流体室（72）の低圧側と第２流体室（82）の高圧側とを互いに連通させている。
【００４７】
上記圧縮機構（50）は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ式圧縮機を構成している。この圧縮機構（50）は、シリンダ（51,52）とロータリピストン（57,57）とを２つずつ備えている。上記圧縮機構（50）では、下から上へ向かって順に、リアヘッド（55）、第１シリンダ（51）、中間プレート（56）、第２シリンダ（52）およびフロントヘッド（54）が積層されている。
【００４８】
上記第１シリンダ（51）および第２シリンダ（52）の内部には、円筒状のロータリピストン（57）が１つずつ配置されている。このロータリピストン（57）は、図示しないが、側面に平板状のブレードが突設されており、このブレードが揺動ブッシュを介してシリンダ（51,52）に支持されている。
【００４９】
上記第１シリンダ（51）内のロータリピストン（57）は、シャフト（40）の第１下側偏心部（58）と係合している。一方、上記第２シリンダ（52）内のロータリピストン（57）は、シャフト（40）の第２下側偏心部（59）と係合している。上記各ロータリピストン（57,57）は、内周面が下側偏心部（58,59）の外周面と摺接し、外周面がシリンダ（51,52）の内周面と摺接する。そして、上記各ロータリピストン（57,57）の外周面とシリンダ（51,52）の内周面との間には、圧縮室（53）が形成される。この圧縮室（53）は、図示しないが、ロータリピストン（57）のブレードによって高圧側と低圧側とに区画されている。
【００５０】
上記第１シリンダ（51）および第２シリンダ（52）には、それぞれ吸入ポート（32）が１つずつ形成されている。この各吸入ポート（32）は、シリンダ（51,52）を半径方向に貫通し、終端がシリンダ（51,52）の内周面に開口して圧縮室（53）の低圧側に連通する一方、始端がシリンダ（51,52）の外周面に開口してケーシング（31）の内部空間に連通している。
【００５１】
上記フロントヘッド（54）およびリアヘッド（55）には、それぞれ吐出ポート（33,33a）が１つずつ形成されている。上記フロントヘッド（54）側の吐出ポート（33）は、始端が第２シリンダ（52）における圧縮室（53）の高圧側に連通している。上記リアヘッド（55）側の吐出ポート（33a）は、始端が第１シリンダ（51）における圧縮室（53）の高圧側に連通する一方、終端がリアヘッド（55）の外部に設けられた吐出室（33b）に連通している。この吐出室（33b）は、フロントヘッド（54）側の吐出ポート（33）に連通している。つまり、上記第１シリンダ（51）の圧縮室（53）で圧縮された冷媒は、吐出室（33b）を介してフロントヘッド（54）側の吐出ポート（33）へ流れ、第２シリンダ（52）の圧縮室（53）で圧縮された冷媒と合流する。また、上記各吐出ポート（33,33a）は、図示しないが、リード弁からなる吐出弁が設けられており、この吐出弁によって開閉される。
【００５２】
上記ケーシング（31）は、上述したように、流入管（38）および流出管（39）と、吸入管（36）および吐出管（37）とを備えている。
【００５３】
上記流入管（38）は、一端が膨張機構（60）における流入ポート（34）の始端に接続され、他端がケーシング（31）を貫通して冷媒回路（20）の配管に接続されている。一方、上記流出管（39）は、一端が膨張機構（60）における流出ポート（35）の終端に接続され、他端がケーシング（31）を貫通して冷媒回路（20）の配管に接続されている。つまり、上記流入管（38）は、冷媒をケーシング（31）の外部から膨張機構（60）へ導くように構成される一方、上記流出管（39）は、膨張後の冷媒を膨張機構（60）からケーシング（31）の外部へ導くように構成されている。
【００５４】
上記吐出管（37）は、一端が圧縮機構（50）におけるフロントヘッド（54）側の吐出ポート（33）の終端に接続され、他端がケーシング（31）を貫通して冷媒回路（20）の配管に接続されている。つまり、上記吐出管（37）は、圧縮機構（50）で圧縮された冷媒を該圧縮機構（50）からケーシング（31）の外部へ導くように構成されている。
【００５５】
上記吸入管（36）は、ケーシング（31）の上面部、すなわちケーシング（31）の膨張機構（60）側の端部に設けられている。そして、上記吸入管（36）の一端は、膨張機構（60）のリアヘッド（62）の上方近傍に位置すると共に、リアヘッド（62）の上面に向かって開口している。一方、上記吸入管（36）の他端は、ケーシング（31）を貫通して冷媒回路（20）の配管に接続されている。つまり、上記吸入管（36）は、冷媒をケーシング（31）の外部から内部空間へ導くと共に、膨張機構（60）に向かって開口するように構成されている。
【００５６】
上記の構成により、室外熱交換器（23）または室内熱交換器（24）にて冷却された高圧冷媒は、流入管（38）を通じてケーシング（31）内の膨張機構（60）に直接流れ込み、膨張した後に流出管（39）を通じてケーシング（31）の外部へ直接送り出される。したがって、上記膨張機構（60）における膨張冷媒がケーシング（31）の内部空間に流入して電動機（45）によって加熱されることはない。
【００５７】
また、上記室内熱交換器（24）または室外熱交換器（23）にて蒸発した低温低圧の冷媒は、吸入管（36）を通じてケーシング（31）の内部空間へ吸い込まれる。この吸い込まれた冷媒は、図３に示すように、先ず膨張機構（60）の周囲を流れて膨張機構（60）を冷却し、次いで電動機（45）の周囲を流れて電動機（45）を冷却し、その後圧縮機構（50）へ向かって流れる（図中の白抜き矢印参照）。その際に、上記膨張機構（60）および電動機（45）が低温低圧の冷媒によって順次冷却されると同時に、その低温低圧の冷媒が順次加熱されることになる。そして、この加熱された冷媒は、圧縮機構（50）の吸入ポート（32,32）へ吸い込まれて圧縮され、高圧冷媒となって吐出管（37）よりケーシング（31）の外部へ送り出される。
【００５８】
また、本実施形態では、油ポンプ（48）によって膨張機構（60）などの摺動部に供給された潤滑油がケーシング（31）内面に沿って底部の油溜りに戻るようになっているが、その潤滑油の戻りがケーシング（31）内を上部から下部へと流れる冷媒によって促進される。
【００５９】
このように、ケーシング（31）の内部空間には、圧縮機構（50）の高温高圧の吐出冷媒が流入することなく、吸入管（36）より吸い込まれた低温低圧の冷媒で満たされるので、、ケーシング（31）がいわゆる低圧ドーム型に構成されることになる。これにより、膨張機構（60）が高温の吐出冷媒によって加熱されることはなく、その高温の吐出冷媒が膨張機構（60）によって冷却されることはない。
【００６０】
また、上記膨張機構（60）は、冷却フィン群（90）を備えている。この冷却フィン群（90）は、複数のフィンによって構成され、吸入管（36）より導かれた低温低圧の冷媒と接触するように構成されている。この複数のフィンは、リアヘッド（62）の上面および外周面と、第１シリンダ（51）の外周面と、中間プレート（63）の外周面とにそれぞれ形成されている。これにより、膨張機構（60）と低温の冷媒との接触面積が増大するので、膨張機構（60）が一層冷却される一方、低温の冷媒が一層加熱されることになる。
【００６１】
−運転動作−
次に、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）の冷房運転時および暖房運転時の動作について説明し、続いて冷房能力および暖房能力について説明する。
【００６２】
〈冷房運転〉
冷房運転時には、第１四路切換弁（21）および第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（45）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。
【００６３】
上記圧縮膨張ユニット（30）の圧縮機構（50）で圧縮された高温高圧の冷媒は、吐出管（37）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、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。この室外熱交換器（23）では、流入した冷媒が室外空気へ放熱して冷却される。
【００６４】
上記室外熱交換器（23）で冷却された高圧冷媒は、第２四路切換弁（22）を通り、流入管（38）から圧縮膨張ユニット（30）の膨張機構（60）へ流入する。この膨張機構（60）では、高圧冷媒が膨張し、その内部エネルギがシャフト（40）の回転動力に変換されて圧縮機構（50）に伝達される。これにより、電動機（45）の動力負荷が低減される。そして、膨張後の低温低圧の冷媒は、流出管（39）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）を通って室内熱交換器（24）へ送られる。
【００６５】
上記室内熱交換器（24）では、流入した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。上記室内熱交換器（24）から出た低温低圧のガス冷媒は、第１四路切換弁（21）を通り、吸入管（36）から圧縮膨張ユニット（30）のケーシング（31）内へ吸入される。
【００６６】
上記圧縮膨張ユニット（30）のケーシング（31）内では、吸入された低温低圧の冷媒が膨張機構（60）および電動機（45）の周囲を順に流通する間に徐々に加熱され、膨張機構（60）および電動機（45）が冷却される。この膨張機構（60）が冷却されると、該膨張機構（60）内の冷媒が冷却され、冷媒の冷熱量が増大し、この冷媒が室内熱交換器（24）にて室内空気を冷却することになる。続いて、加熱された低圧冷媒は、圧縮機構（50）の吸入ポート（32）から吸い込まれ、再び圧縮されて圧縮膨張ユニット（30）から吐出される。
【００６７】
〈暖房運転〉
暖房運転時には、第１四路切換弁（21）および第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（45）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】
上記圧縮膨張ユニット（30）の圧縮機構（50）で圧縮された高温高圧の冷媒は、吐出管（37）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、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）を通って室内熱交換器（24）へ送られる。この室内熱交換器（24）では、流入した冷媒が室内空気へ放熱して冷却され、室内空気が加熱される。
【００６９】
上記室内熱交換器（24）で冷却された高圧冷媒は、第２四路切換弁（22）を通り、流入管（38）から圧縮膨張ユニット（30）の膨張機構（60）へ流入する。この膨張機構（60）では、高圧冷媒が膨張し、その内部エネルギがシャフト（40）の回転動力に変換されて圧縮機構（50）に伝達される。これにより、電動機（45）の動力負荷が低減される。そして、膨張後の低温低圧の冷媒は、流出管（39）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）を通って室外熱交換器（23）へ送られる。
【００７０】
上記室外熱交換器（23）では、流入した冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。上記室外熱交換器（23）から出た低温低圧のガス冷媒は、第１四路切換弁（21）を通り、吸入管（36）から圧縮膨張ユニット（30）のケーシング（31）内へ吸入される。
【００７１】
上記圧縮膨張ユニット（30）のケーシング（31）内では、吸入された低温低圧の冷媒が膨張機構（60）および電動機（45）の周囲を順に流通する間に徐々に加熱され、同時に膨張機構（60）および電動機（45）が冷却される。そして、加熱された低圧冷媒は、圧縮機構（50）の吸入ポート（32）から吸い込まれ、再び圧縮されて圧縮膨張ユニット（30）から吐出される。このように、圧縮機構（50）に吸入される冷媒が加熱されると、冷媒の温熱量が増大し、この冷媒が室内熱交換器（24）にて室内空気を加熱することになる。
【００７２】
〈冷房能力および暖房能力〉
上記冷房運転および暖房運転における冷媒挙動を図４を参照しながら説明する。なお、図中におけるＡ点→Ｂ点→Ｃ点→Ｄ点→Ｅ点→Ａ点のサイクルは、図７に示す従来のサイクル（ａ点→ｂ点→ｃ点→ｄ点→ｅ点→ａ点）と同じである。
【００７３】
まず、Ａ点で圧縮膨張ユニット（30）のケーシング（31）内に吸い込まれた冷媒（例えば、０℃）は、膨張機構（60）により加熱されてＦ点の冷媒（例えば、１０℃）となる。このＦ点の冷媒は、電動機（45）により加熱されてＧ点の冷媒（例えば、２０℃）となり、圧縮機構（50）に吸入される。この圧縮機構（50）では、Ｇ点の冷媒がＩ点の冷媒（例えば、８０℃）まで圧縮されて圧縮膨張ユニット（30）から吐出される。
【００７４】
このＩ点の冷媒は、室内熱交換器（24）または室外熱交換器（23）にて冷却されてＤ点の冷媒（例えば、３０℃）となる。このＤ点の冷媒は、膨張機構（60）にて減圧されるが、その際にＡ点の冷媒によってＪ点まで冷却され、圧縮膨張ユニット（30）から送り出される。
【００７５】
このＪ点の冷媒は、室外熱交換器（23）または室内熱交換器（24）にて蒸発してＡ点の冷媒（例えば、０℃）となる。このＡ点の冷媒は、再び膨張機構（60）および電動機（45）を冷却し、圧縮機構（50）に吸入される。
【００７６】
このように、圧縮機構（50）で圧縮された冷媒をケーシング（31）の内部空間ではなくケーシング（31）の外部へ直接吐出させるようにしたので、その吐出冷媒が膨張機構（60）によって冷却されることはなく、吐出冷媒の熱ロスを防止して温熱量の低下を防止することができる。また、上記ケーシング（31）内に吸入されたＡ点の冷媒を膨張機構（60）および電動機（45）によって加熱するようにしたので、上述した効果と相まって室内熱交換器（24）または室外熱交換器（23）における冷媒のエンタルピをΔＨ１（Ｃ点→Ｉ点）だけ増大させることができる。これにより、暖房運転の場合、室内熱交換器（24）における冷媒の温熱量を増大させることができ、暖房能力（加熱能力）を向上させることができる。
【００７７】
上記膨張機構（60）においては、上述したように、圧縮機構（50）の吐出冷媒によって加熱されることがないので、膨張機構（60）内の冷媒の熱ロスを防止して冷熱量の低下を防止することができる。また、上記膨張機構（60）をケーシング（31）内に吸入されたＡ点の冷媒によって冷却するようにしたので、上述した効果と相まって室外熱交換器（23）または室内熱交換器（24）における冷媒のエンタルピをΔＨ２（Ｅ点→Ｊ点）だけ増大させることができる。これにより、冷房運転の場合、室内熱交換器（24）における冷媒の冷熱量を増大させることができ、冷房能力（冷却能力）を向上させることができる。
【００７８】
−実施形態の効果−
以上説明したように、本実施形態１によれば、ケーシング（31）の流入管（38）および流出管（39）を冷媒回路（20）と膨張機構（60）とに接続する一方、吐出管（37）を冷媒回路（20）と圧縮機構（50）とに接続し、吸入管（36）を冷媒回路（20）に接続すると共にケーシング（31）の内部空間に開口させるようにしたので、膨張機構（60）が圧縮機構（50）の高温の吐出冷媒によって加熱されたり、また高温の吐出冷媒が膨張機構（60）によって冷却されることもない。また、上記膨張機構（60）における膨張冷媒が電動機（45）によって加熱されることもない。これらにより、圧縮機構（50）の圧縮冷媒および膨張機構（60）の膨張冷媒における熱ロスを防止することができる。この結果、室内熱交換器（24）における冷媒の冷熱量または温熱量の低下を防止することができ、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける冷却能力および加熱能力である冷房能力および暖房能力を向上させることができる。
【００７９】
特に、本実施形態では、上記圧縮機構（50）と膨張機構（60）との間に電動機（45）を配置するようにし、且つ、吸入管（36）をケーシング（31）の膨張機構（60）側の端部に設けて膨張機構（60）に向かって開口させるようにしたので、吸入管（36）より吸い込まれた低温低圧の冷媒を膨張機構（60）および電動機（45）と順に接触させることができる。これにより、低温低圧の冷媒を膨張機構（60）によって加熱した後、さらに電動機（45）によって加熱することができる。したがって、圧縮機構（50）における圧縮冷媒の温熱量を増大させることができる。また、同時に膨張機構（60）が低温低圧の冷媒によって冷却することができるので、膨張機構（60）における膨張冷媒の冷熱量を増大させることができる。これらの結果、暖房能力および冷房能力が一層向上する。
【００８０】
また、上記吸入管（36）を膨張機構（60）に向かって開口させるようにしたため、低温低圧の冷媒を確実に膨張機構（60）と接触させ、膨張機構（60）を確実に冷却することができる。
【００８１】
また、上記電動機（45）が低温低圧の冷媒によって冷却されるので、電動機（45）の温度が過剰に上昇するのを抑制することができる。この結果、機器の信頼性を向上させることができる。
【００８２】
また、上記膨張機構（60）に冷却フィン群（90）を設けるようにしたので、吸入管（36）から吸い込まれた低温低圧の冷媒と膨張機構（60）との接触面積を増大させることができ、膨張機構（60）を一層冷却することができると共に、低温低圧の冷媒を一層加熱することができる。
【００８３】
また、上記膨張機構（60）において冷媒の膨張により発生した動力を回収し、その回収動力を圧縮機構（50）に伝達するようにしたので、電動機（45）の必要動力を低減することができる。これにより、空調機（10）の運転効率を向上させることができる。
【００８４】
また、上記冷媒回路（20）の冷媒に二酸化炭素を用いたので、二酸化炭素を超臨界状態まで圧縮してより高温高圧の冷媒となっても、膨張機構（60）における膨張冷媒の熱ロスを確実に防止することができる。
【００８５】
また、上記ケーシング（31）内において、冷媒が上部から下部へ向かって流れるので、膨張機構（60）などの摺動部に供給された潤滑油が底部の油溜りへ戻るのを促進することができる。これにより、より円滑な潤滑を行うことができる。
【００８６】
《発明の実施形態２》
次に、本発明の実施形態２を図面に基づいて説明する。
【００８７】
本実施形態２は、図５に示すように、上記実施形態１における吸入管（36）の配置を変更し、且つ、膨張機構（60）の冷却フィン群（90）を省略したものである。
【００８８】
上記吸入管（36）は、ケーシング（31）における側面の中央部に設けられている。そして、上記吸入管（36）は、一端がケーシング（31）を貫通して冷媒回路（20）の配管に接続され、他端が膨張機構（60）と電動機（45）との間の左側に位置している。つまり、上記吸入管（36）は、ケーシング（31）内の膨張機構（60）の下方近傍に開口している。
【００８９】
この場合、吸入管（36）を通じてケーシング（31）の内部空間へ吸い込まれた冷媒は、主として、膨張機構（60）および電動機（45）の間を流れて膨張機構（60）および電動機（45）を冷却し、その後圧縮機構（50）へ向かって流れる。その他の構成、作用および効果は実施形態１と同様である。
【００９０】
《発明の実施形態３》
次に、本発明の実施形態３を図面に基づいて説明する。
【００９１】
本実施形態３は、図６に示すように、上記実施形態２における吸入管（36）の配置および数量を変更したものである。具体的に、上記ケーシング（31）は、２本の吸入管（36,36）を備えている。この各吸入管（36,36）は、一端が圧縮機構（50）の吸入ポート（32,32）にそれぞれ接続され、他端がケーシング（31）を貫通して冷媒回路（20）の配管に接続されている。つまり、上記各吸入管（36）は、低温低圧の冷媒をケーシング（31）の外部から圧縮機構（50）へ導くように構成されている。
【００９２】
本実施形態では、室内熱交換器（24）または室外熱交換器（23）にて蒸発した低温低圧の冷媒は、吸入管（36）を通じてケーシング（31）の内部空間にではなく圧縮機構（50）に直接吸入される。つまり、本実施形態においても、圧縮膨張ユニット（30）が低圧ドーム型に構成されている。この場合、圧縮機構（50）へ吸入される冷媒が膨張機構（60）および電動機（45）によって加熱されず、また膨張機構（60）および電動機（45）が圧縮機構（50）へ吸入される冷媒によって冷却されないが、圧縮機構（50）の吐出冷媒および膨張機構（60）内の冷媒の何れの熱ロスも防止することはできる。したがって、従来に比べて、暖房能力および冷房能力の何れも向上させることができる。その他の構成、作用および効果は実施形態２と同様である。
【００９３】
《その他の実施形態》
本発明は、上記各実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００９４】
例えば、上記実施形態２において、膨張機構（60）に実施形態１の冷却フィン群（90）を設けるようにしてもよい。この場合、膨張機構（60）が吸入管（36）より吸い込まれた低温低圧の冷媒によって一層冷却されると共に、その低温低圧の冷媒が加熱される。この結果、暖房能力および冷房能力をより向上させることができる。
【００９５】
また、上記実施形態１および２における吸入管（36）の配置および形状は、これに限らず、吸入管（36）が膨張機構（60）の近傍に開口し、吸い込まれた冷媒によって膨張機構（60）が冷却される範囲であれば、如何なる配置または形状であってもよい。
【００９６】
また、上記各実施形態では、冷媒として二酸化炭素を用いたが、これに限られるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
以上説明したように、本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いられ、圧縮機と膨張機とが１つのケーシング内に収納された流体機械として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】空調機を示す配管系統図である。
【図２】実施形態１に係る圧縮膨張ユニットを示す縦断面図である。
【図３】実施形態１に係る圧縮膨張ユニット内における冷媒の流れを模式的に示す縦断面図である。
【図４】実施形態１に係る各運転時の冷媒挙動を示すモリエル線図である。
【図５】実施形態２に係る圧縮膨張ユニットを示す縦断面図である。
【図６】実施形態３に係る圧縮膨張ユニットを示す縦断面図である。
【図７】従来の流体機械を用いた空調機における冷媒挙動を説明するためのモリエル線図である。
【符号の説明】
【００９９】
30         圧縮膨張ユニット（流体機械）
31         ケーシング
36         吸入管
37         吐出管
38         流入管
39         流出管
45         電動機
50         圧縮機構
60         膨張機構
90         冷却フィン群
【図１】
2005264829.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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