(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復運動と該往復運動方向の軸線回りの揺動運動を行なう２つのピストン部と、それらのピストン部を連結する連結部と、前記往復運動方向と直角方向に前記連結部から互いに反対側に突出した２つのアーム部とからなる往復動部材と、同軸上の回転軸回りに互いに逆方向に回転しながらそれらの回転軸から半径方向に偏位した位置で、前記２つのアーム部に相対的な揺動運動と前記２つのピストン部の往復運動が可能に前記２つのアーム部を支持する２つの支持部材とを有し、前記２つのピストン部のそれぞれに隣接して密閉された作動空間を備え、一方の作動空間は作動流体を圧縮する圧縮機部分の圧縮空間であって、他方の作動空間は作動流体の圧力により容積を変化させその作動流体を膨張させる膨張機部分の膨張空間であって、前記圧縮機部分で吸入する低圧の作動流体を前記連結部の周囲を通過させた後に前記圧縮機部分で吸入する流路を有する容積形機械。
【請求項２】
請求項１において、前記連結部は前記膨張機部分のピストン部外径と同じ直径の円の面積よりも小さな断面積部分を有する容積形機械。
【請求項３】
請求項１において、前記連結部は中空の部分を有し、その中空部分を前記圧縮機部分で吸入される作動流体が通過する容積形機械。
【請求項４】
請求項１において、前記膨張機部分を容積形機械全体の外殻部材から外部へ突出させて設けた容積形機械。
【請求項５】
往復運動と該往復運動方向の軸線回りの揺動運動を行なう２つのピストン部と、それらのピストン部を連結する連結部と、前記往復運動方向と直角方向に前記連結部から互いに反対側に突出した２つのアーム部とからなる往復動部材と、同軸上の回転軸回りに互いに逆方向に回転しながらそれらの回転軸から半径方向に偏位した位置で、前記２つのアーム部に相対的な揺動運動と前記２つのピストン部の往復運動が可能に前記２つのアーム部を支持する２つの支持部材とを有し、前記２つのピストン部のそれぞれに隣接して密閉された作動空間を備え、一方の作動空間は作動流体を圧縮する圧縮機部分の圧縮空間であって、他方の作動空間は作動流体の圧力により容積を変化させその作動流体を膨張させる膨張機部分の膨張空間であって、前記連結部の周囲に前記膨張機部分で吸入する高圧の作動流体が導入される空間を設けた容積形機械。
【請求項６】
請求項５において、前記圧縮機部分で吸入する作動流体の吸入経路と前記膨張機部分の作動空間との間に、前記膨張機部分で吸入する高圧の作動流体が導入される空間を設けた容積形機械。
【請求項７】
請求項１乃至６記載の容積形機械と、前記圧縮機部で低圧の冷媒ガスが圧縮されて高温高圧になった冷媒ガスから熱を放熱する冷却手段と、冷却された高圧冷媒を前記膨張機構が減圧した後にその液冷媒部分を蒸発させる加熱手段と、それらを連結して閉サイクルとする配管とを備えた冷凍サイクル機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容積形機械と容積形機械を用いた冷凍空調機器の効率向上技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機部分と膨張機部分とが一体化され、冷凍空調サイクルなどに組込まれて圧縮機部分で高圧にした作動流体である冷媒に、膨張機部分で膨張仕事をさせる機能を有する容積形機械では、膨張仕事による発生した動力を電気エネルギなどに変換することなく機械的な動力の形態のままで回収し、圧縮機部分の消費動力を低減させる形で機能させる。この観点では動力回収効率を高くできるという特長がある。しかし従来の本形態の容積形機械では圧縮機部分の吐出ガスやモータ部などの冷凍サイクル中で最も温度の高い部分と膨張機部分の吐出流体などの冷凍サイクル中で最も温度の低い部分とが一体の機械の中に配置され、高温の圧縮機部分から低温の膨張機部分への温度勾配が比較的大きい構造となっていた。
【０００３】
圧縮機部分と膨張機部分とを一体化した容積形機械に活用が可能な機構の一例としては、特開平９−７２２７５号公報に記載のレシプロ式容積形機械の機構などが考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、圧縮機部分から膨張機部分への熱浸入が大きく、これによって蒸発器に流入する冷媒の乾き度が増大する分だけ冷凍能力が低下する。膨張機を冷凍サイクルに組込むことの効果の一つとして、蒸発器に流入する前の冷媒からエネルギを引き出した分だけ蒸発器における冷凍能力が増大することが挙げられるが、上記の従来技術ではその効果が減少してしまう。
【０００５】
圧縮機部分と膨張機部分とを一体化した特開平９−７２２７５号公報に記載のレシプロ式容積形機械の機構は、上記従来技術の課題を検討していなかった。
【０００６】
本発明の目的は圧縮機部分から膨張機部分への熱浸入を極力低減し、膨張機を組込むことによる冷凍サイクルのシステム効率効果を最大限に引き出すことであり、そのための膨張機部分と圧縮機部分を一体化した容積形機械を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するためには、往復運動と該往復運動方向の軸線回りの揺動運動を行なう２つのピストン部と、それらのピストン部を連結する連結部と、前記往復運動方向と直角方向に前記連結部から互いに反対側に突出した２つのアーム部とからなる往復動部材と、同軸上の回転軸回りに互いに逆方向に回転しながらそれらの回転軸から半径方向に偏位した位置で、前記２つのアーム部に相対的な揺動運動と前記２つのピストン部の往復運動が可能に前記２つのアーム部を支持する２つの支持部材とを有し、前記２つのピストン部のそれぞれに隣接して密閉された作動空間を備え、一方の作動空間は作動流体を圧縮する圧縮機部分の圧縮空間であって、他方の作動空間は作動流体の圧力により容積を変化させその作動流体を膨張させる膨張機部分の膨張空間であって、前記圧縮機部分で吸入する低圧の作動流体を前記連結部の周囲を通過させた後に前記圧縮機部分で吸入する流路を有するものである。これによって、圧縮機部分と膨張機部分との境界において従来平均的により高温の圧縮機から平均的により低温の膨張機側に向って温度が低下していた温度勾配を、逆の勾配に変化させる方向に温度分布を改善し、膨張機部分への熱浸入を低減したものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１ないし図１２により説明する。図１ないし図４で本発明の第1の実施例である膨張・圧縮機を示す。
【０００９】
往復動部材１はその２つのピストン頭部１ａ、１ｂをそれぞれシリンダブロック２の２つの内周円筒面２ａ、２ｂにより案内されて往復運動と該往復運動方向軸線の回りの回転を行なえる様に支持されている。往復動部材１のピストン頭部１ａ、１ｂには、その往復運動方向と直角方向で互いに反対側に突出した２つの円筒状のアーム部１ｃが挿入されてピン１ｄにより固定されている。前記２つのアーム部１ｃはそれぞれ球面ブッシュ３の内周円筒面に回転自在に挿入されている。２つの球面ブッシュ３の外周球面部は、それぞれ駆動軸４の駆動アーム部４ａにより駆動軸４の回転軸から半径方向に偏位した位置で球面対偶により支持されている。
【００１０】
その結果、往復動部材の２つのアーム部１ｃと２つの駆動軸４とは相対的な回転と互いの相対的な傾斜方向変化が可能の状態で、駆動軸４の回転軸から偏位した位置で連結されている。駆動軸４の駆動アーム部４ａの径方向反対側には釣合い質量４ｂが形成されている。また２つの駆動軸４はそれぞれ軸受フレーム５の軸受部５ａにより回転支持されている。
【００１１】
２つの軸受フレーム５はそれらの軸受部５ａの中心軸が互いに同軸上に配置される様にそれぞれシリンダブロック２にボルトにより固定されている。シリンダブロック２に形成された２つの内周円筒面２ａ、２ｂの中心軸同士はやはり互いに同軸であり、更に、そのシリンダブロック２に固定された軸受フレーム５の軸受部中心軸とは、互いに直角になっている。
【００１２】
シリンダブロック２に形成された一方の内周円筒面２ａの開口端はボルトで固定されたシリンダヘッド６により閉塞されており、往復動部材のピストン頭部１ａとシリンダブロックの内周円筒面２ａとシリンダヘッド６とにより囲まれた作動室７が形成されている。
【００１３】
往復動部材のピストン頭部１ａには作動室７への連絡通路１ｅが形成されており、その連絡通路１ｅはピストン側面の円筒面に２つの開口部を有している。シリンダブロック２にはそれぞれ内周円筒面２ａに開口する膨張機部吸入ポート２ｃおよび膨張機部吐出ポート２ｄが形成されており、それぞれ内周円筒面２ａの反対側の開口部をシリンダブロック２にボルト等（図示せず）により固定されたカバー８およびカバー９により閉塞されている。
【００１４】
膨張機部吸入ポート２ｃの開口部を閉塞するカバー８には膨張機部吸入配管１０が連結されており、膨張機部吐出ポート２ｄの開口部を閉塞するカバー９には膨張機部吐出配管１１が連結されている。
【００１５】
一方上部には、往復動部材１のピストン頭部１ｂとシリンダブロック２の内周円筒面２ｂとシリンダヘッド１２とにより囲まれた作動室１３が形成されている。このピストン頭部１ｂには圧縮機部吸入ポート１ｆが形成され、更に、吸入バルブプレート１４がリベット１５により装着されている。リベット１５は吸入バルブプレート１４がピストン頭部１ｂの上端面から浮き上がれるように拘束しており、吸入行程において吸入ポート１ｆから作動室１３への冷媒ガスの流入を可能にしている。
【００１６】
シリンダブロック２には圧縮機部吸入配管１６が連結されており、本第１の実施例の膨張・圧縮機内部はピストン頭部１ｂの背面に至るまで圧縮機の吸入圧力となって、前記の吸入ポート１ｆと圧縮機部吸入配管１６とが連絡されている。シリンダヘッド１２には圧縮機部吐出ポート１２ａが形成されており、吐出バルブプレート１７と吐出バルブ押え１８がボルト（図示せず）により固定されている。シリンダヘッド１２は、吐出空間１９を取囲む吐出室カバー２０と共にボルトによりシリンダブロック２に固定されている。吐出室カバー２０には圧縮機部吐出配管２１が連結されている。
【００１７】
２つの軸受フレーム５には、それぞれ駆動用モータ２２のステータ部２２ａがボルトで固定され、２つの駆動軸４にはそれぞれ軸受部５ａを挟んで駆動アーム部４ａの反対側に駆動用モータ２２のロータ部２２ｂが固定されている。ロータ部２２ｂには前述の釣合い質量４ｂと逆方向でより小さな遠心力を発生する釣合い質量２３が取付けられている。
【００１８】
ステータ部２２ａとロータ部２２ｂとで構成される２つの駆動用モータ２２は同じものであるが、上記の膨張・圧縮機の全体構成中に互いに対向した姿勢で組込まれており、２つの駆動軸４を互いに逆方向に回転駆動する。本第１の実施例では、図１における右側の駆動用モータ２２と左側の駆動用モータ２２がそれぞれ図の右方向より観て時計方向、反時計方向に回転駆動する構成になっている。なお、２つの軸受フレーム５にはシリンダブロック２への固定ボルトによる共締めでモータカバー２４が固定されている。
【００１９】
以上の構成において２つの駆動軸４が互いに逆方向に回転駆動すると、駆動軸４の回転軸から半径方向に偏位した位置にある２つの球面ブッシュ３の球中心が図１の上下方向には同位相で往復運動し、図１の紙面垂直方向には互いに逆位相で往復運動するため、球面ブッシュ３により２つの円筒状のアーム部１ｃを支持された往復動部材１は、図８にも示す様に図の上下方向に往復運動を行ないながらその往復運動方向軸線の回りの揺動を繰り返す。この時、往復動部材１のピストン頭部１ａに形成された連絡通路１ｅの２つのピストン側面開口部は、球面ブッシュ３の中心と駆動軸４の回転軸との偏位量に対して倍のストロークで上下方向に往復運動行なうが、揺動方向にはほぼピストン外径を２つの球面ブッシュ３の中心間距離で割った比率で揺動運動のストロークが縮小される。すなわち、駆動軸４の回転軸方向から観た時にそれぞれ楕円軌跡２５を描く運動を行なう。
【００２０】
図２および図３には、それぞれの断面内に膨張機部吸入ポート２ｃあるいは膨張機部吐出ポート２ｄの位置が記載されており、それらに対向した位置にあるピストン頭部１ａの連絡通路１ｅの前記開口部位置を破線にて示し、その運動の楕円軌跡２５を一点鎖線にて示してある。更に、前記の方向に各駆動軸４が回転する時の連絡通路１ｅ開口部の運動方向を矢印にて示す。
【００２１】
シリンダブロック２にはそれぞれ内周円筒面２ａに開口する膨張機部吸入ポート２ｃおよび膨張機部吐出ポート２ｄが形成されているが、膨張機部吸入ポート２ｃは膨張機部吐出ポート２ｄに比べて小さい。また、カバー８に連結された膨張機部吸入配管１０を介して高圧の作動流体を供給し膨張機部吸入ポート２ｃを高圧の作動流体空間とし、膨張機部吐出ポート２ｄを低圧の作動流体空間として膨張機部吐出配管１１より減圧された作動流体を排出する構成である。
【００２２】
以上の構成により、作動室７はその容積が増大する吸入行程の初期期間のみピストン頭部１ａの連絡通路１ｅを介して膨張機部吸入ポート２ｃと導通して高圧の作動流体を吸入し、吸入行程の後期期間では吸入・吐出の両ポートと遮断された密閉空間となって容積を増大させ内部の作動流体を膨張させる。膨張機部吐出ポート２ｄは十分大きく、作動室７はその容積が減少する吐出行程の全期間でピストン頭部１ａの連絡通路１ｅを介して膨張機部吐出ポート２ｄと導通し、膨張して低圧となった作動流体を吐出する。
【００２３】
これに対して、上部の作動室１３は往復動部材１の往復運動に伴う容積の周期的な変化によって、圧縮機部吸入ポート１ｆから吸入した冷媒ガスを圧縮した後に圧縮機部吐出ポート１２ａから吐出する。すなわち、下部の作動室７は膨張機として機能し、上部の作動室１３は圧縮機として機能する。
【００２４】
更に、本第1の実施例では特に以下の点で構造上の工夫がなされている。まず、本第1の実施例では、膨張機部が圧縮機部やその駆動用モータなどの本体部から下方に突出して配置されている。
【００２５】
次に、圧縮機部吸入配管１６が下方に突出した膨張機部とその他の本体部を連結する部分でシリンダブロック２に取付けられており、膨張機部と圧縮機部の境界部分を圧縮機の吸入冷媒ガスが通過する構成である。更に、往復動部材１の膨張機部ピストン頭部１ａと２つのアーム部１ｃの間にある部分が中空になっていて、周囲を流れる圧縮機の吸入冷媒ガスの一部がその中空部を流れる構成になっている。その中空部を形成する手段として往復動部材１には閉塞部材１ｇが固定されている。また、上記中空部分の断面における最外径は膨張機部ピストン頭部１ａの外径よりも更に小さくなっている。
【００２６】
図４に本第１の実施例である膨張・圧縮機を冷凍・空調機器の冷凍サイクルに組込んだ場合のサイクル構成図を示す。中央の膨張・圧縮機２６は図１の本第１の実施例である膨張・圧縮機である。図中の太線はサイクル配管２７であり太線上の矢印が内部の冷媒の流れ方向を示す。一般的な冷媒および運転条件下では、膨張・圧縮機２６の圧縮機部分で加圧されて高温高圧になった冷媒ガスは圧縮機部吐出配管２１より吐出され、サイクル配管２７を経て凝縮器２８に至りそこで放熱して凝縮し高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒の一部は次にサイクル配管２７を経ての膨張機部吸入配管１０より膨張・圧縮機２６の膨張機部分に流入し、そこで減圧されながら一部がガス化して全体の容積を増大させ低圧の気液２相状態で膨張機部吐出配管１１より流出する。その後、サイクル配管２７を経て蒸発器２９に至る。凝縮器２８から出た高圧液冷媒の他の一部は、上記の膨張機を経由する経路とは並列に設けたサイクル配管経路を経由する構成となっているが、その経路に設けられた他の膨張手段３０により減圧されてやはり一部がガス化し低圧の気液２相状態でサイクル配管２７を経て蒸発器２９に至る。なお、膨張手段３０は、従来の冷凍サイクルにおける膨張弁やキャピラリーチューブなどと同様に絞りによるものであり、その絞り量を変えることにより冷凍サイクル全体の運転圧力や冷媒流量を制御するものであるが、膨張機のように膨張過程で外部に機械的な仕事をして動力を回収できる構造のものではない。蒸発器２９では前記２つの経路を経由して流入する気液２相の冷媒の液部分が吸熱して蒸発し、全体が低圧ガスになってサイクル配管２７を経て圧縮機部吸入配管１６より膨張・圧縮機２６の内部に流入する。膨張・圧縮機２６の内部に流入した冷媒ガスは圧縮機部分で加圧されて高温高圧になり、再び圧縮機部吐出配管２１より吐出され冷媒の循環の閉ループが構成される。なお、図４において、凝縮器２８から蒸発器２９に至る2系統の冷媒経路の一方である膨張・圧縮機２６の膨張機部分を経由する経路が無く、冷媒の全量が絞りによる膨張手段３０を通過する場合が、従来技術の冷凍サイクル構成である。
【００２７】
以上の構成により、本第1の実施例の容積形機械は軸動力を発生するエンジンである容積形膨張機部分と駆動軸から供給された動力を消費するマシンである容積形圧縮機部分の両方を有するが、本第1の実施例では圧縮機部分のピストン頭部１ｂの直径は膨張機部分のピストン頭部１ａの直径よりも大きく、全体としては動力を消費するマシンとして機能する。したがって駆動軸４はステータ部２２ａとロータ部２２ｂからなるモータ２２により回転駆動されるが、その理論的な必要動力は上部の容積形圧縮機部分のみを駆動する場合に比べて下部の容積形膨張機部分が発生する動力の分だけ小さくて済む。
【００２８】
特に、本第１の実施例では膨張機部のピストン頭部１ａに作用する圧力による力が、圧縮機部のピストン頭部１ｂに作用する圧力による力を一部打消すため、その分だけ球面ブッシュ３や軸受部５ａなどの摺動部に作用する荷重が低減される。すなわち、膨張機部分が発生する動力の分に加えて、圧縮機部分を駆動する際に発生する機械摩擦損失を低減するという形でも間接的に動力を回収して、全体の消費動力を大きく低減することができる。
【００２９】
また、本第１の実施例に示した容積形機械は、レシプロ式容積形機械でありながら、駆動トルクの変動や往復質量の慣性力による加振力を極めて小さくできる。
【００３０】
更に、図４のように冷凍・空調機器の冷凍サイクルに組込んだ場合、従来技術で凝縮器から出た高圧液冷媒の全量が膨張手段３０のような絞りを通過する際の圧力損失によって低下していた冷凍能力を回復させることができるが、本第一の実施例では、特に、圧縮機部分と膨張機部分との境界部の圧縮機側に、圧縮機部分で最も温度の低い圧縮機吸入冷媒ガスを導入することによって、前記境界部と低温の膨張機部分との温度差が縮小され、冷凍サイクルの中で最も高温となる部分を持つ圧縮機部分から最も低温となる部分を持つ膨張機部分に浸入する熱量も低減されるので、冷凍能力を大きく回復させることができる。なお、その際、往復動部材１に設けた中空部により前記境界部における往復動部材１の表面積が増え圧縮機吸入冷媒ガスによる冷却効果が高められ、また、その部分の外径が縮小されていることと中空であることにより断面積が低減され、熱伝導による浸入熱量が低減されている。
【００３１】
以上のように、本実施例１によれば、冷凍サイクルにおける必要動力の低減量と冷凍能力の増大量とをそれぞれ大きくすることができるので、膨張機を組込むことによる冷凍サイクルのシステム効率を大きく引き出すことができる。
【００３２】
なお、図４のサイクル構成図では凝縮器２８から蒸発器２９に至る2系統の冷媒経路を構成してあるが、膨張機部分と圧縮機部分の各作動室の容積比率が周囲温度などの運転条件とが良くマッチングしている場合や、前記各作動室の少なくとも一方の容量制御が可能である場合などにおいては、上記の膨張・圧縮機２６の膨張機部分を経由する経路以外の膨張手段３０を組込んだ経路は必ずしも必要でなく、冷凍サイクルを循環している冷媒の全量から膨張過程での動力を回収できるのでより効率の高い冷凍サイクルを構成できる。また、二酸化炭素などのように臨界温度が低い冷媒の場合などでは凝縮器２８における放熱過程で気体から液体への相変化を伴わないことも起り得るが、その場合の凝縮器２８は放熱器として機能すれば良い。
【００３３】
図５ないし図８に本発明の第２の実施例である膨張・圧縮機を示す。各部品の構成は図１ないし図４の第１の実施例とほぼ等しいので、両者の相違点について説明する。
【００３４】
図５において、シリンダブロック３１には上部の圧縮機部分の近くに圧縮機部吸入配管３２が連結されており、圧縮機の吸入冷媒ガスは下部の圧縮機部分と膨張機部分との境界部を通過することなく圧縮機部分の作動室３３に吸入されることが可能である。
【００３５】
一方の下部膨張機部分では高圧の吸入作動流体はカバー３４に連結された吸入配管３５より、まず、シリンダブロック３１の内周円筒面３１ａの一部に設られた円周溝部３１ｅと往復動部材３６のピストン頭部３６ａとにより囲まれた膨張機部吸入空間３７に流入する。その後、シリンダブロック３１の吸入通路３１ｆとカバー３４の吸入通路溝３４ａとを通り、膨張機部吸入ポート３１ｃや往復動部材３６の連絡通路３６ｅを介して膨張機部分の作動室３８に吸入される。
【００３６】
次に、膨張して減圧した後に連絡通路３６ｅや膨張機部吐出ポート３１ｄを通ってカバー３９に連結された吐出配管４０より、流出する。
【００３７】
本第２の実施例では、圧縮機部分と膨張機部分との境界部の膨張機側にある膨張機部吸入空間３７に、膨張機部分で最も温度の高い吸入作動流体を導入することによって、前記境界部と高温の圧縮機部分との温度差が縮小され、前記第１の実施例と同様に冷凍サイクルの中で最も高温となる部分を持つ圧縮機部分から最も低温となる部分を持つ膨張機部分に浸入する熱量が低減されるので、やはり冷凍能力を大きく増大させることができる。
【００３８】
図８に本第２の実施例である膨張・圧縮機を冷凍・空調機器の冷凍サイクルに組込んだ場合のサイクル構成図を示す。図４に示した同様のサイクル構成図に対して、中央の膨張・圧縮機４１が図５の本第２の実施例である膨張・圧縮機に変わっている点と、凝縮器２８から蒸発器２９への経路が１系統となり、膨張手段４２が膨張・圧縮機４１の膨張機部分に対してパラレルでなくシリーズに組込まれている点のみが異なっている。
【００３９】
この構成でも、膨張手段４２の絞り量を変えることにより冷凍サイクル全体の運転圧力や冷媒流量を制御するが、膨張・圧縮機４１の膨張機部分と圧縮機部分の各作動室の容積比率が周囲温度などの運転条件とが良くマッチングしている場合や、前記各作動室の少なくとも一方の容量制御が可能である場合などにおいては、膨張手段４２は必ずしも必要でなく、作動流体に膨張機部分で凝縮器２８の出口圧力から蒸発器２９の入口圧力まで膨張仕事をさせて動力を回収できるのでより効率の高い冷凍サイクルを構成できる。また、二酸化炭素などのように臨界温度が低い冷媒の場合などでは凝縮器２８は放熱器として機能させれば良い。
【００４０】
図９ないし図１２に本発明の第３の実施例である膨張・圧縮機を示す。各部品の構成は第１の実施例あるいは第２の実施例とほぼ等しいので、それらとの相違点について説明する。
【００４１】
図９の本第３の実施例においては、膨張機部が圧縮機部やその駆動用モータなどの本体部から下方に突出して配置されている点、圧縮機部吸入配管４３が下方に突出した膨張機部とその他の本体部を連結する部分でシリンダブロック４４に取付けられており膨張機部と圧縮機部の境界部分を圧縮機の吸入冷媒ガスが通過する構成である点、往復動部材４５の膨張機部ピストン頭部４５ａと２つのアーム部４５ｃの間にある部分が中空になっていて周囲を流れる圧縮機の吸入冷媒ガスの一部がその中空部を流れる構成になっている点、その中空部を形成する手段として往復動部材４５には閉塞部材４５ｇが固定されている点、および、上記中空部分の断面における最外径は膨張機部のピストン頭部４５ａの外径よりも更に小さくなっている点においては、図１の第１の実施例と共通である。
【００４２】
一方、膨張機部分で高圧の吸入作動流体がカバー４６に連結された膨張機部吸入配管４７より、まず、シリンダブロック４４の内周円筒面４４ａの一部に設られた円周溝部４４ｅと往復動部材４５のピストン頭部４５ａとにより囲まれた膨張機部吸入空間４８に流入する点、その後シリンダブロック４４の吸入通路４４ｆとカバー４６の吸入通路溝４６ａとを通り、膨張機部吸入ポート４４ｃや往復動部材４５の連絡通路４５ｅを介して膨張機部分の作動室４９に吸入される点、および、次に膨張して減圧した後に連絡通路４５ｅや膨張機部吐出ポート４４ｄを通ってカバー５０に連結された吐出配管５１より流出する点においては、図５の第２の実施例と共通である。
【００４３】
本第３の実施例では、圧縮機部分と膨張機部分との境界部の圧縮機側に圧縮機部分で最も温度の低い圧縮機吸入冷媒ガスを導入し、上記境界部の膨張機側にある膨張機部吸入空間４８に膨張機部分で最も温度の高い吸入作動流体を導入する。そのため、その境界部においては圧縮機側よりも膨張機側の温度を高くすることも可能になるので、冷凍サイクルの中で最も高温となる部分を持つ圧縮機部分から最も低温となる部分を持つ膨張機部分に浸入する熱量をより確実に低減でき、冷凍能力を更に大きく増大させることができる。
【００４４】
図１２に本第３の実施例である膨張・圧縮機を冷凍・空調機器の冷凍サイクルに組込んだ場合のサイクル構成図を示す。中央の膨張・圧縮機５２が図９の本第３の実施例である膨張・圧縮機に変わっている点以外は、第２の実施例である膨張・圧縮機を用いた図８の冷凍サイクルと本質的に等しい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、圧縮機部分と膨張機部分と一体化した容積形機械において、高温部を持つ圧縮機部分から低音部を持つ膨張機部分に浸入する熱量を低減できるので、この容積形機械を冷凍サイクルに組込んで高圧冷媒から膨張仕事を回収する際の冷凍能力を大きく増大させることができる。この冷凍能力の増大と動力回収分の必要動力低減とのより、冷凍サイクルを用いた冷凍・空調機器のシステム効率を大きく向上できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第1の実施例である膨張・圧縮機の側断面図。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ断面図。
【図４】本発明の第１の実施例である膨張・圧縮機を冷凍・空調機器に適用した場合の冷凍サイクル構成図。
【図５】本発明の第２の実施例である膨張・圧縮機の側断面図。
【図６】図５におけるＣ−Ｃ断面図。
【図７】図５におけるＤ−Ｄ断面図。
【図８】本発明の第２の実施例である膨張・圧縮機を冷凍・空調機器に適用した場合の冷凍サイクル構成図。
【図９】本発明の第３の実施例である膨張・圧縮機の側断面図。
【図１０】図９におけるＥ−Ｅ断面図。
【図１１】図９におけるＦ−Ｆ断面図。
【図１２】本発明の第３の実施例である膨張・圧縮機を冷凍・空調機器に適用した場合の冷凍サイクル構成図。
【符号の説明】
１…往復動部材、１ａ…ピストン頭部、１ｂ…ピストン頭部、１ｃ…アーム部、１ｄ…ピン、１ｅ…連絡通路、１ｆ…圧縮機部吸入ポート、１ｇ…閉塞部材、２…シリンダブロック、２ａ…内周円筒面、２ｂ…内周円筒面、２ｃ…膨張機部吸入ポート、２ｄ…膨張機部吐出ポート、３…球面ブッシュ、４…駆動軸、４ａ…駆動アーム部、４ｂ…釣合い質量、５…軸受フレーム、５ａ…軸受部、６…シリンダヘッド、７…作動室、８…カバー、９…カバー、１０…膨張機部吸入配管、１１…膨張機部吐出配管、１２…シリンダヘッド、１２ａ…圧縮機部吐出ポート、１３…作動室、１４…吸入バルブプレート、１５…リベット、１６…圧縮機部吸入配管、１７…吐出バルブプレート、１８…吐出バルブ押え、１９…吐出空間、２０…吐出室カバー、２１…圧縮機部吐出配管、２２…駆動用モータ、２２ａ…ステータ部、２２ｂ…ロータ部、２３…釣合い質量、２４…モータカバー、２５…楕円軌跡、２６…膨張・圧縮機、２７…サイクル配管、２８…凝縮器、２９…蒸発器、３０…膨張手段、３１…シリンダブロック、３１ａ…内周円筒面、３１ｂ…内周円筒面、３１ｃ…膨張機部吸入ポート、３１ｄ…膨張機部吐出ポート、３１ｅ…円周溝部、３１ｆ…吸入通路、３２…圧縮機部吸入配管、３３…作動室、３４…カバー、３４ａ…吸入通路溝、３５…膨張機部吸入配管、３６…往復動部材、３６ａ…ピストン頭部、３６ｂ…ピストン頭部、３６ｃ…アーム部、３６ｄ…ピン、３６ｅ…連絡通路、３６ｆ…圧縮機部吸入ポート、３７…膨張機部吸入空間、３８…作動室、３９…カバー、４０…膨張機部吐出配管、４１…膨張・圧縮機、４２…膨張手段、４３…圧縮機部吸入配管、４４…シリンダブロック、４４ａ…内周円筒面、４４ｂ…内周円筒面、４４ｃ…膨張機部吸入ポート、４４ｄ…膨張機部吐出ポート、４４ｅ…円周溝部、４４ｆ…吸入通路、４５…往復動部材、４５ａ…ピストン頭部、４５ｂ…ピストン頭部、４５ｃ…アーム部、４５ｄ…ピン、４５ｅ…連絡通路、４５ｆ…圧縮機部吸入ポート、４５ｇ…閉塞部材、４６…カバー、４６ａ…吸入通路溝、４７…膨張機部吸入配管、４８…膨張機部吸入空間、４９…作動室、５０…カバー、５１…膨張機部吐出配管、５２…膨張・圧縮機。
【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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【図１２】
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