(57)【要約】【課題】スクロール膨張機の安定した軸方向密封により漏れを防いで高い効率を達成しながら、スラスト面の摺動損失を低減し、高効率なスクロール膨張機を提供することを目的とする。【解決手段】旋回スクロール部材の鏡板背面に作用させる背圧を与えるため供給される膨張機密閉容器内の潤滑油を、膨張機の吸入圧力と吐出圧力の中間圧力として膨張機密閉容器内に導入できるよう、圧力調節手段を潤滑油経路に設ける。【選択図】図２
2007239575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクロール型の膨張機構、発電機を収容する第１の密閉容器を有する膨張機と、
圧縮機構、電動機を収容する第２の密閉容器を有する圧縮機と、
前記第２の密閉容器の潤滑油溜りから前記第１の密閉容器内へ潤滑油を導入する潤滑油経路と、
前記潤滑油経路に設置されて潤滑油経路内の圧力を調整する圧力調節手段と、
を備えた冷凍サイクル装置。
【請求項２】
スクロール型の膨張機構、発電機を収容する第１の密閉容器を有する膨張機と、
圧縮機構、電動機を収容する第２の密閉容器を有する圧縮機と、
前記圧縮機の吐出側に設けられたオイルセパレータと、
前記オイルセパレータから前記第１の密閉容器内へ潤滑油を導入する潤滑油経路と、
前記潤滑油経路に設置されて前記潤滑油経路内の圧力を調整する圧力調節手段と、
を備えた冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記潤滑油経路を、前記膨張機の密閉容器内に構成される潤滑油溜りに連通させることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記潤滑油経路を、前記膨張機の膨張室上部に連通させることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記圧縮機の吐出配管の温度を検知する圧縮機吐出温度検知手段と、前記膨張機の回転数を検知する膨張機回転数検知手段を備え、前記圧縮機吐出温度と前記膨張機回転数により前記圧力調節手段を制御し、前記膨張機密閉容器内に導入する潤滑油の圧力を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに冷凍サイクル装置。
【請求項６】
作動冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧の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を有する冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スクロール流体機械は、両スクロール部材相互の鏡板とラップ端部との接触面の気密を保持するため、旋回運動する側のスクロール部材の鏡板背面に対して外力を作用させる背圧付与手段を有している。背圧を付与する手段としては、スクロール流体機械に供給される最高圧力のガス圧や油圧、或いは中間圧力のガス圧や油圧を作用させる方法が知られている。
【０００３】
この構成によれば、ガス圧や油圧を作用させることによって、安定した軸方向密封を達成できるので、漏れを防いで高効率なスクロール流体機械を提供することができる（特許文献１参照）。
【０００４】
スクロール流体機械は、両スクロール鏡板が接触するスラスト面での軸方向密封を実現するために適切な背圧が必要である。しかし、適切な大きさの背圧を供給しなければ、両スクロールが接触するスラスト面において、摺動損失が発生する。この損失のため、スクロール流体機械の性能が低下する問題も存在する。
【０００５】
そこで、スクロール流体機械が圧縮機の場合では、圧縮機から吐出された冷媒の一部を、減圧して圧縮機密閉容器内に中間圧の冷媒を導入することで、スラスト面での摺動損失の低減を図るものがあった（特許文献２参照）。
【特許文献１】特公平６−７８７５７号公報
【特許文献２】特開昭５４−８１５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、スクロール流体機械が膨張機である場合、膨張室は固定スクロールの中央部で冷媒を吸入して閉じ込み、外周部へ移動しながらその容積を広げ、固定スクロールの外周側の吐出口で冷媒を吐出する。
【０００７】
このため、吸入直後の固定スクロールの中央部近傍では冷媒は超臨界膨張となり、わずかな容積増加に対して圧力は急激に低下する。その後、冷媒が気液二相域での膨張となる時には、ほぼ吐出圧力に近い圧力となっている。
【０００８】
この膨張機特有の状態変化により、スクロール流体機械が膨張機である場合の膨張室内の圧力分布は、スクロール流体機械が圧縮機である場合に考えられる圧力分布とは異なる。
【０００９】
図１は、従来の圧縮機の旋回スクロールが受ける力の分布と膨張機の旋回スクロールが受ける力の分布を示す。
【００１０】
旋回スクロールが受ける力の分布は、図１に示すように、旋回スクロール５の中央部近傍のみが吸入圧力に近い高い圧力であり、その周囲はほぼ吐出圧力となる。
【００１１】
それに対して、旋回スクロール５の鏡板背面の圧力は、中心部と外周部とを仕切るシール部材を配置して、偏心軸受部の圧力と背圧室の圧力とを仕切る構成とし、偏心軸受部の圧力が膨張機密閉容器内の最高圧力、背圧室が中間圧力となるようにしても、設計上、偏心軸受部の径を小さくするには限界がある。
【００１２】
このため、膨張室内のガス圧が旋回スクロール５を固定スクロールから離反させるように働く力に比べ、旋回スクロール５の鏡板背面に対し加えられるシール部材内部の最高圧力の油圧、及びシール部材外部の中間圧力の油圧の総和の旋回スクロール５を押し上げる力が過大になることを避けられない。
【００１３】
これによって、旋回スクロール５を固定スクロールに押し付ける力が過大になり、スラスト面での摺動損失が大きくなり、膨張機の回収動力を低下させる問題を有していた。
【００１４】
また、特許文献２のように圧縮機から吐出された冷媒の一部を、熱交換器で冷却された後、減圧して中間圧力で膨張機密閉容器１内へ導入することで、スラスト面での摺動損失の低減を図った場合、旋回スクロールの鏡板背面に供給される最高圧力が中間圧力になり、旋回スクロールを固定スクロールに過大に押し付けることは避けられる。
【００１５】
しかし、旋回スクロールの鏡板背面の空間に冷媒を供給すると、スラスト面へ潤滑油を積極的に供給することにはならず、スラスト面の潤滑油が不足し、スラスト面のオイルシール能力が低下し、背圧空間から膨張室の吐出口へ冷媒が漏れ出る。
【００１６】
背面空間から膨張過程を経ずに吐出口から低圧側へ流れてしまうと、膨張機で回収できる動力が減少し、冷凍サイクル装置として性能が低下してしまう。
【００１７】
また、中間圧力の冷媒を膨張室へ戻すとしても、減圧した冷媒を戻すので、回収動力は減少し、冷凍サイクル装置として性能が低下してしまう。
【００１８】
さらに、スラスト面の潤滑油が不足すると、スラスト面の潤滑が不十分になり、損傷を起こすなど信頼性を保つことができない。
【００１９】
本発明は、前記従来の課題を解決するものである。旋回スクロール部材の鏡板背面に対し、油圧で背圧付与し、スクロール膨張機の安定した軸方向密封により漏れを防いで高い効率を達成しながら、膨張機の摺動損失を低減し、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。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の冷凍サイクル装置は、スクロール型の膨張機構、発電機を収容する第１の密閉容器を有する膨張機と、圧縮機構、電動機を収容する第２の密閉容器を有する圧縮機と、第２の密閉容器の潤滑油溜りから第１の密閉容器内へ潤滑油を導入する潤滑油経路と、潤滑油経路に設置されて潤滑油経路内の圧力を調整する圧力調節手段と、を備えている。
【００２１】
これによって、膨張機密閉容器内に膨張機の吸入圧力と吐出圧力の中間圧力である潤滑油を導入し、旋回スクロール部材の鏡板背面に作用させる背圧を、膨張機の吸入圧力と吐出圧力の中間圧力にでき、旋回スクロール上下の力のアンバランス改善し、スクロール膨張機の安定した軸方向密封により漏れを防いで高い効率を達成できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の冷凍サイクル装置は、安定した軸方向密封により漏れを防いで高い効率を達成しながら、スラスト摺動損失を低減し、かつ、高い信頼性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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、こ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。
【００２４】
（実施の形態１）
図２は、実施の形態１の冷凍サイクル装置の構成図を示す。
【００２５】
冷凍サイクル装置は、圧縮機１０１、放熱器１０２、膨張機１０３、蒸発器１０４が配管によって接続されている。また、圧縮機１０１の潤滑油溜りと膨張機１０３の潤滑油溜りとの間を繋ぐ潤滑油経路１０５と、圧力調節手段１０６が設けられている。
【００２６】
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。次に冷媒は膨張機１０３に吸入され、膨張し、低温低圧になり、蒸発器１０４へ流入して受熱し、再び圧縮機１０１に吸入される、という循環を繰り返している。
【００２７】
このとき、圧縮機１０１の潤滑油溜りの潤滑油が、潤滑油経路１０５を通り、圧力調節手段１０６によって中間圧力にされて、膨張機１０３内へ移動する。
【００２８】
図３は、本実施の形態１のスクロール膨張機を示す。
【００２９】
密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどして固定した軸２の主軸部２ａを軸支する主軸受部材３と、この主軸受部材３上にボルト止めした固定スクロール４との間に、固定スクロール４と噛み合う旋回スクロール５を挟み込んでスクロール式の膨張機構部を構成し、旋回スクロール５と主軸受部材３との間に旋回スクロール５の自転を防止して円軌道運動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６を設けている。
【００３０】
上記構成において、軸２の上端にある偏心軸部２ｂにて旋回スクロール５を偏心駆動することにより旋回スクロール５を円軌道運動させ、これにより固定スクロール４と旋回スクロール５との間に形成している膨張室７が中央部から外周側に移動しながら大きくなる。
【００３１】
密閉容器１外に通じた吸入パイプ８から流れ込む冷媒ガスが、マフラー２０内を通り、固定スクロール４の中央部の吸入口９から膨張室７へ吸入される。その際、吸入される冷媒が通る膨張経路と密閉容器１内の空間とは連通しないように分け隔てられている。吸入された冷媒は、上記膨張室７の容積変化を利用して膨張していき、所定圧以下になった冷媒ガスは固定スクロール４の外周側の吐出口１０から密閉容器１外に吐出されることを繰り返す。
【００３２】
軸２の他端側は副軸受部材１１によって支持され、軸２の他端側の先端には容積型ポンプ１２を備えている。潤滑油１３は、潤滑油溜り１４から容積型ポンプ１２によって汲み上げられ、軸２の軸方向の中心に設けられた給油経路１５を経て、主軸受部３ａ、偏心軸受部３ｂを潤滑および冷却した後、潤滑油戻し孔（図示せず）を経て、再循環を行う。
【００３３】
一方、偏心軸受部３ｂに到達した潤滑油１３の一部は、旋回スクロール５の内部に設けられた絞り通路１６より減圧されて背圧室１７に供給される。
【００３４】
なお、旋回スクロール５の反ラップ側の鏡板背面に、中心部と外周部とを仕切るシール部材１８を配置している。シール部材１８は偏心軸受部３ｂに到達した潤滑油１３の圧力と背圧室１７の圧力とを仕切る役割を持っている。シール部材１８内側の潤滑油１３の圧力は膨張機密閉容器１内の雰囲気圧力である。
【００３５】
背圧室１７に供給された潤滑油１３が溜るに従い、背圧室１７の圧力が上昇するが、その圧力を一定に保つために、背圧調整機構１９が構成されている。
【００３６】
旋回スクロール５の背部に位置して旋回スクロール５を固定スクロール４側に押圧する圧力を働かせる背圧室１７と膨張室７とを連絡する弁室１９ａと、この弁室１９ａの弁座１９ｂに位置するボール弁１９ｃと、弁座１９ｂにボール弁１９ｃを背圧が一定値以上になるまで常閉にするばね１９ｄで背圧調整機構１９は構成されている。
【００３７】
弁室１９ａ内の圧力は、スクロール膨張機の吐出圧力である。つまり、背圧室１７の圧力によるボール弁１９ｃを上方へ押す力が、膨張機の吐出圧力に等しい弁室１９ａの圧力と、ばね１９ｄの力の合力によるボール弁１９ｃを下方へ押す力を上回ると、ボール弁１９ｃが開き、背圧調整機構１９が作動して背圧室１７の潤滑油１３は膨張室７内へ吐出される。
【００３８】
また、本実施の形態のスクロール膨張機は、潤滑油経路２１と圧力調節手段２２を有する。潤滑油１３の膨張機密閉容器１内への導入位置は、膨張機の潤滑油溜り１４である。
【００３９】
図４は、実施の形態１の圧力調節手段２２の断面図を示す。
【００４０】
図５は、実施の形態１の圧力調節手段２２の一部詳細図を示す。
【００４１】
圧力調節手段２２には、背圧調整機構１９と類似の機構を用いる。膨張機密閉容器１と潤滑油経路２１とを連絡する弁室２２ａと、この弁室２２ａの弁座２２ｂに位置するボール弁２２ｃと、弁座２２ｂにボール弁２２ｃを膨張機密閉容器１内圧が一定値以上になるまで常閉にするばね２２ｄで圧力調節手段２２は構成されている。
【００４２】
また、圧力調節手段２２に２つのボール弁室２２ａを設け、それぞれの弁室２２ａに挿入するばね２２ｄの強さを違えている。そして、弁室２２ａと連通する孔２２ｆをひとつ有する円盤２２ｅを弁室２２ａの上流側に設ける。
【００４３】
図５に示すように、上記円盤２２ｅは円盤中心に軸を有し、円周上には歯型を切り、歯車を構成している。また、円盤２２ｅの円周上の歯車に噛み合う歯車２２ｇを設ける。歯車２２ｇは駆動源２２ｈにより回転する。
【００４４】
上記圧力調節手段２２の動作について説明する。
【００４５】
弁室２２ａ内の圧力は、膨張機密閉容器１内の圧力であり、圧縮機から流れてくる潤滑油１３の圧力によるボール弁２２ｃを膨張機側へ押す力が、弁室２２ａの圧力と、ばね２２ｄの力の合力によるボール弁２２ｃを圧縮機側へ押す力を上回ると、ボール弁２２ｃが開き、圧力調節手段２２が作動して圧縮機から潤滑油１３が膨張機密閉容器１内へ供給される。
【００４６】
これによって、膨張室７に吸入されるガスの圧力が変化しても、膨張室７のガス圧が旋回スクロール５を押し下げる力に対して、旋回スクロール５を押し上げる力、つまり旋回スクロール５の鏡板背面に作用させる背圧を上下の力がバランスする最適な中間圧力にすることができる。
【００４７】
また、円盤２２ｅの円周上の歯車に噛み合う歯車２２ｇを駆動源２２ｈによって回転させることで、円盤２２ｅを回転させ、円盤に設けられた孔２２ｆをもう一方の弁室２２ａと連通させる。それぞれの弁室に挿入されたばね２２ｄの強さは異なる。
【００４８】
圧縮機から流れてくる潤滑油１３の圧力によるボール弁２２ｃを膨張機側へ押す力が、弁室２２ａの圧力と、ばね２２ｄの力の合力を上回るとボール弁２２ｃは開くので、ばね２２ｄの強さを変えることで、ボール弁２２ｃが開く時の弁室２２ａの圧力、つまり膨張機密閉容器1内に供給される潤滑油１３の圧力を変えることができる。
【００４９】
円盤２２ｅを動かす駆動源２２ｇの回転量、回転方向の制御は、圧縮機の吐出配管の温度と、膨張機の回転数を検知し、その値を制御部に入力し、制御信号を出力して行う。
【００５０】
圧縮機の吐出配管温度を検知することで、冷凍サイクル装置の高圧、つまり膨張室７へ吸入されるガス圧を推定できる。さらに、膨張室７吸入圧力の推定と併せて、膨張機の回転数を検知することで、膨張室７吐出圧力を推定することができる。膨張室７への吸入圧力と膨張室７からの吐出圧力を推定することで、膨張室７内のガス圧が旋回スクロール５を押し下げる力を推定できる。
【００５１】
この押し下げ力に対して、旋回スクロール５が転覆せず、かつ摺動損失が小さい、最適な油圧を旋回スクロール５の鏡板背面に付与できるような潤滑油１３の圧力を膨張機密閉容器１内へ導入する弁室２２ａを選択するために、円盤２２ｅを回転させ連通孔２２ｆを適切な弁室２２ａの位置へ移動させる。
【００５２】
これによって、冷凍サイクル装置の運転条件の変化により、膨張室７への吸入圧力と膨張室７からの吐出圧力が変化しても、各運転条件において旋回スクロール５が転覆せず、かつ摺動損失が小さい最適な旋回スクロール５の鏡板背面に付与される油圧を制御できる。
【００５３】
また、圧力調節手段２２に設けるボール弁室２２ａは３つ以上にすることも可能である。それぞれの弁室２２ａに挿入するばね２２ｄの強さを違えることで、複数の運転条件に対してそれぞれ最適な膨張機密閉容器１内圧力を導入することができる。
【００５４】
また、圧力調節手段２２としては、絞り量を制御できる絞り弁を用いることもできる。圧縮機の吐出配管の温度と、膨張機の回転数を制御部に入力し、制御信号を出力することで絞り量を調節し潤滑油１３の圧力の制御を行う。
【００５５】
また、圧力調節手段２２として、パイロット式定圧弁を用いることも考えられる。
【００５６】
以上のように構成されたスクロール膨張機について、以下、その潤滑油１３の流れを説明する。
【００５７】
潤滑油経路２１の上流には圧縮機の潤滑油溜りがあり、圧縮機吐出圧力の潤滑油１３が流れてくる。そして、圧力調整手段２２によって、膨張機の吸入圧力と吐出圧力の中間圧力にされてから、膨張機密閉容器１内の潤滑油溜り１４に流れ込む。
【００５８】
これによって、膨張機密閉容器１内に膨張機の吸入圧力と吐出圧力の中間圧力である潤滑油１３を導入し、旋回スクロール５の鏡板背面に作用させる背圧を、膨張機の吸入圧力と吐出圧力の中間圧力にできる。背圧を中間圧力にすることで、旋回スクロール５を押し上げる力が過大になることを避けることができる。
【００５９】
つまり、旋回スクロール５を押し下げる力と、押し上げる力との、上下の力のアンバランスを改善し、スクロール膨張機の安定した軸方向密封により漏れを防いで高い効率を達成できる。
【００６０】
さらに、旋回スクロール５の鏡板背面の空間に潤滑油１３を供給することは、旋回スクロール５を固定スクロール４に押し付ける背圧を与えるだけでなく、スラスト面へ潤滑油１３を供給することにもなる。スラスト面に潤滑油１３が存在することで、スラスト面の潤滑状態は良好なものになる。
【００６１】
同時に、スラスト面の潤滑油１３はオイルシールの役目も果たす。潤滑油１３によるスラスト面のオイルシールにより、背圧空間から膨張機の吐出口１０へ冷媒が漏れ出ることを防ぎ、スクロール膨張機の高い効率を達成することができる。
【００６２】
また、圧縮機密閉容器内の潤滑油溜りと膨張機密閉容器１を、圧力調節手段２２を有する潤滑油経路２１で繋ぐことで、膨張機密閉容器１内に中間圧力を導入できるだけでなく、膨張機密閉容器１内の潤滑油溜り１４の潤滑油１３を保つことができる。
【００６３】
スクロール膨張機は、潤滑油溜り１４から潤滑油１３を汲み上げ、旋回スクロール５の鏡板背面空間へ供給する。汲み上げた潤滑油１３によって旋回スクロール５の鏡板背面への背圧供給や、摺動部の良好な潤滑状態の維持、オイルシールが行われる。
【００６４】
従来、スクロール膨張機では、旋回スクロール５の鏡板背面の空間に供給された潤滑油１３は、スラスト面の隙間、或いは背圧調整機構１９を通り、膨張室７の吐出口１０へと流出する。
【００６５】
そのため、膨張機密閉容器１内に潤滑油溜り１４を設けても、長時間の運転により、いずれは潤滑油１３が膨張機密閉容器１内から大部分が流出してしまう。そうなると、膨張機の主軸部受部３ａ、偏心軸受部３ｂ、スラスト面などの潤滑が不十分になり、損傷を起こすなど信頼性を保つことができない。
【００６６】
しかし、膨張機密閉容器１内へ潤滑油１３を導入する潤滑油経路２１を設け、膨張機密閉容器１内の潤滑油溜り１４の潤滑油１３が確保することで、容積型ポンプ１２の汲み上げ口が潤滑油溜り１４に接触あるいは浸漬する位置にあるようにすることができ、確実に背圧供給、潤滑作用、オイルシールを実現でき、スクロール膨張機の高い信頼性を保つことができる。
【００６７】
また、膨張機密閉容器１内への潤滑油１３の導入位置を、膨張機の潤滑油溜り１４の油面以下にすることで、高温の潤滑油１３が電動機２４に直接触れることが無い。
【００６８】
これによって、電動機２４が高温の潤滑油１３に包まれることが無いので、電動機２４が加熱され、その効率が低下を防ぐことができる。
【００６９】
（実施の形態２）
図６は、実施の形態２の冷凍サイクル装置の構成図を示す。
【００７０】
本実施の形態において、実施の形態１と同様の部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７１】
本実施の形態は、潤滑油経路１０５が、圧縮機１０１の潤滑油溜り或いは圧縮機吐出管に設けられたオイルセパレータ１０７と膨張機１０３とを選択的に繋ぐことができ、さらに、潤滑油が膨張機１０３内に導入される位置を、膨張機構部上部或いは潤滑油溜りに選択できることが実施の形態１との相違点である。
【００７２】
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。次に冷媒は膨張機１０３に吸入され、膨張し、低温低圧になり、蒸発器１０４へ流入して受熱し、再び圧縮機１０１に吸入される、という循環を繰り返している。
【００７３】
また、圧縮機１０１から冷媒と共に吐出された潤滑油は、圧縮機１０１の吐出管に設けられたオイルセパレータ１０７で冷媒と分離され、オイルセパレータ１０７の潤滑油溜りに保持される。
【００７４】
このとき、圧縮機１０１或いはオイルセパレータ１０７の潤滑油溜りの潤滑油が、潤滑油経路１０５を通り、圧力調節手段１０６によって中間圧力にされて、膨張機１０３内の膨張機構部上部或いは潤滑油溜りへ移動する。
【００７５】
以上のように、潤滑油が膨張機密閉容器１内に導入される位置が、膨張機構部上部及び潤滑油溜りに設けられ、かつ選択できるように構成されたスクロール膨張機について、以下、その潤滑油１３の流れを説明する。
【００７６】
本実施の形態において、潤滑油経路２１の上流は圧縮機密閉容器内の潤滑油溜りにつながっているものとし、膨張機密閉容器１内への潤滑油の導入位置は膨張機密閉容器１内の膨張室７上部に位置する箇所であるとする。
【００７７】
図７は、実施の形態２のスクロール膨張機の縦断面図である。
【００７８】
圧縮機密閉容器内の潤滑油溜りから流れてくる潤滑油１３は、圧力調節手段２２により、膨張機の吸入圧力と吐出圧力の中間圧力にされてから、膨張機密閉容器１内の膨張室７上部に位置する箇所に流れ込む。
【００７９】
膨張機密閉容器１へ導入される潤滑油１３は、圧縮機密閉容器内の潤滑油溜りが導入源であり、この導入源は高温であるので、膨張機密閉容器１へ導入される潤滑油１３も高温である。つまり、膨張室７の周囲を高温の潤滑油１３で覆うことにより、膨張過程の冷媒を加熱できる。膨張過程の冷媒を加熱することで、冷媒のエンタルピが増加し、膨張により回収できる動力を増すことができる。
【００８０】
ここで、膨張過程で冷媒が加熱されるため、膨張室７の周囲を潤滑油１３で覆わない場合に比べ、膨張機から吐出される冷媒の温度は高くなる。
【００８１】
そのため、冷凍サイクル装置全体で見ると、膨張室７を加熱することで、膨張機単体の性能向上は図れるが、膨張機から吐出される冷媒の温度は高く、蒸発器の入口温度が高くなり、蒸発器での吸熱量は減ることが考えられる。
【００８２】
つまり、潤滑油１３を膨張機密閉容器１内の膨張室７上部に導入する構成は、冷凍サイクル装置が暖房機能を有する場合は、蒸発器での吸熱量は変化しても、放熱器での放熱量は変化しないので、暖房能力に影響を及ぼさない。そのため、放熱器で十分に放熱し、さらに、膨張機で回収できる動力が増し、冷凍サイクル装置の性能を向上することができる。
【００８３】
また、膨張室７の周囲を覆った潤滑油１３は下方へ流れ、膨張機密閉容器１内の潤滑油溜り１４に集まる。潤滑油溜り１４に維持される潤滑油１３を確保することで、確実に背圧供給、潤滑作用、オイルシールを実現でき、膨張機の高い信頼性を保つことができる。
【００８４】
なお、本実施の形態と実施の形態１の相違は、膨張機密閉容器１への潤滑油１３の導入位置が膨張室７上部に位置する箇所である点だけであり、実施の形態１で得られた効果と同様の効果が本実施の形態でも得られることは言うまでも無い。
【００８５】
しかし、冷凍サイクル装置が冷房、冷凍機能を有する場合は、蒸発器での吸熱量が減少するため、冷房、冷凍装置には不向きである可能性がある。
【００８６】
そこで、冷凍サイクル装置が、暖房、冷房の両方の機能を有する場合には、本実施の形態のように、圧縮機密閉容器内の潤滑油溜りから、膨張機密閉容器１に連絡される潤滑油経路２１を、分岐させ、一方は膨張機の潤滑油溜り１４に、他方は膨張機の膨張室上部に連通させ、各経路に潤滑油経路選択弁２３ａ、２３ｂを備える構成とする。
【００８７】
冷凍サイクル装置が暖房運転する場合には、膨張機の潤滑油溜り１４に連通する経路の弁を閉じ、膨張室上部に連通する経路の弁２３ａを開くことで、放熱器で十分に放熱し、さらに、膨張機で回収できる動力が増し、冷凍サイクル装置の性能を向上することができる。
【００８８】
逆に、冷凍サイクル装置が冷房運転する場合には、膨張機の潤滑油溜り１４に連通する経路の弁２３ｂを開き、膨張室上部に連通する経路の弁を閉じることで、膨張過程で冷媒が加熱されることによる膨張機吐出度の高温化を避け、蒸発器での吸熱量の減少を防ぐことができ、運転条件によらず、高い冷凍サイクル装置の性能を実現できる。
【００８９】
なお、膨張機密閉容器１に膨張機の吸入圧力と吐出圧力の中間圧力の潤滑油１３を導入するために設ける潤滑油経路２１と圧力調節手段２２の上流側を、圧縮機の吐出配管に設けたオイルセパレータの潤滑油溜りとしても、上記と同様の効果を得られる。
【００９０】
さらに、圧縮機の吐出配管に設けたオイルセパレータの潤滑油溜りを膨張機密閉容器１内への潤滑油１３の導入源とした場合、冷凍サイクル装置としては、圧縮機から吐出されガスクーラへ流入する潤滑油が減少するので、ガスクーラの伝熱性能の低下を防ぐことができ、高効率な冷凍サイクル装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、高圧の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】
【００９２】
【図１】従来の圧縮機の旋回スクロールが受ける力と膨張機の旋回スクロールが受ける力の分布図
【図２】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成図
【図３】本発明の実施の形態１におけるスクロール膨張機の縦断面図
【図４】本発明の実施の形態１における圧力調節手段の断面図
【図５】本発明の実施の形態１における圧力調節手段の一部詳細図
【図６】本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の構成図
【図７】本発明の実施の形態２におけるスクロール膨張機の縦断面図
【符号の説明】
【００９３】
１    膨張機密閉容器
２    軸
２ａ    主軸部
２ｂ    偏心軸部
３    主軸受部材
３ａ    主軸受部
３ｂ    副軸受部
４    固定スクロール
５    旋回スクロール
５ａ    旋回スクロールの反ラップ側の鏡板背面
６    自転規制機構
７    膨張室
８    吸入パイプ
９    吸入口
１０    吐出口
１１    副軸受部材
１２    容積型ポンプ
１３    潤滑油
１４    潤滑油溜り
１５    給油経路
１６    絞り通路
１７    背圧室
１８    シール部材
１９    背圧調整機構
１９ａ    背圧室
１９ｂ    弁座
１９ｃ    ボール弁
１９ｄ    ばね
２０    マフラー
２１    潤滑油経路
２２    圧力調節手段
２２ａ    圧力調節手段弁室
２２ｂ    圧力調節手段弁座
２２ｃ    圧力調節手段ボール弁
２２ｄ    圧力調節手段ばね
２２ｅ    圧力調節手段円盤
２２ｆ    圧力調節手段円盤の連通孔
２２ｇ    圧力調節手段歯車
２２ｈ    圧力調節手段駆動源
２３ａ    上潤滑油経路選択弁
２３ｂ    下潤滑油経路選択弁
２４    電動機
１０１    圧縮機
１０２    放熱器
１０３    膨張機
１０４    蒸発器
１０５    潤滑油経路
１０６    圧力調節手段
１０７    オイルセパレータ
【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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