(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）に接続され、上記冷媒回路（11）を流れる高圧冷媒から動力を回収するための膨張機であって、
上記高圧冷媒が流入する流体室（52,72,82）を形成して該流体室（52,72,82）内で冷媒が膨張することによって動力を発生させる膨張機構（31）と、
上記膨張機構（31）で膨張した冷媒と同じ圧力となっている内部空間に上記膨張機構（31）を収容するケーシング（34）と、
上記ケーシング（34）内の上記膨張機構（31）に端部が挿入され、上記冷媒回路（11）内に存在する高圧の冷凍機油を上記膨張機構（31）へ供給する給油管（37）とを備え、
上記膨張機構（31）は、上記給油管（37）から供給されて上記膨張機構（31）の潤滑に利用された冷凍機油を、上記流体室（52,72,82）内で膨張した冷媒と共に排出するように構成されている
ことを特徴とする膨張機。
【請求項２】
請求項１において、
上記膨張機構（31）は、上記流体室（52,72,82）内で冷媒が膨張することによって回転駆動される出力軸（40）と、上記出力軸（40）を回転自在に支持する軸受部（100,110）とを備え、上記給油管（37）から供給された冷凍機油が上記軸受部（100,110）を通過後に上記流体室（52,72,82）内で膨張した冷媒と共に排出されるように構成されている
ことを特徴とする膨張機。
【請求項３】
請求項１において、
上記膨張機構（31）は、上記流体室（52,72,82）を形成すると共に上記流体室（52,72,82）内で膨張する冷媒によって駆動される可動部材（55,75,85）を有する本体部（32）と、上記本体部（32）に回転自在に支持されて上記可動部材（55,75,85）に係合する出力軸（40）とを備え、
上記膨張機構（31）には、上記給油管（37）から供給された冷凍機油を上記本体部（32）に設けられて上記出力軸（40）を支持する軸受部（100,110）へ供給する第１油通路（95）と、上記軸受部（100,110）を通過した冷凍機油を上記可動部材（55,75,85）と上記出力軸（40）の摺動部分へ供給する第２油通路（90）とが形成されている
ことを特徴とする膨張機。
【請求項４】
請求項３において、
上記膨張機構（31）では、上記第１油通路（95）が上記本体部（32）に形成され、上記第２油通路（90）が上記出力軸（40）に形成されている
ことを特徴とする膨張機。
【請求項５】
請求項３において、
上記膨張機構（31）では、上記出力軸（40）が上記本体部（32）の外部へ延出する一方、
上記本体部（32）には、上記出力軸（40）と上記本体部（32）の隙間から上記本体部（32）の外部への冷凍機油の流出を防ぐために該隙間をシールするシール部材（104,114）が設けられている
ことを特徴とする膨張機。
【請求項６】
請求項１において、
上記膨張機構（31）は、シリンダ（51,71,81）と、該シリンダ（51,71,81）の両端を閉塞する閉塞部材（61,62,63）と、上記シリンダ（51,71,81）の内周面と摺接しながら偏心回転するピストン（55,75,85）と、上記シリンダ（51,71,81）と上記ピストン（55,75,85）の間に形成された上記流体室（52,72,82）を高圧側と低圧側に仕切るブレード（56,76,86）とを備えたロータリ式流体機械を構成し、
上記膨張機構（31）の出力軸（40）は、上記閉塞部材（61,62,63）に回転自在に支持されて上記ピストン（55,75,85）と係合しており、
上記膨張機構（31）には、上記給油管（37）から供給された冷凍機油を上記閉塞部材（61,62,63）に設けられて上記出力軸（40）を支持する軸受部（100,110）へ供給する第１油通路（95）と、上記軸受部（100,110）を通過した冷凍機油を上記ピストン（55,75,85）と上記出力軸（40）の摺動部分へ供給する第２油通路（90）とが形成されている
ことを特徴とする膨張機。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１つにおいて、
上記ケーシング（34）内に収容され、上記膨張機構（31）の出力軸（40）に連結されて上記膨張機構（31）により駆動される発電機（33）を備えている
ことを特徴とする膨張機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルを行う冷媒回路に接続されて冷媒から動力を回収する膨張機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、冷媒回路に接続される動力回収用の膨張機が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、この膨張機を備えた冷凍装置が開示されている。具体的に、特許文献１の図１に記載された冷凍装置では、膨張機を構成する膨張機構が圧縮機を構成する圧縮機構と１本の軸で連結され、膨張機構で得られた動力が圧縮機構の駆動に利用される。また、特許文献１の図６に記載された冷凍装置では、圧縮機構に電動機が接続され、膨張機構に発電機が連結されている。この冷凍装置は、圧縮機構が電動機により駆動されて冷媒を圧縮し、発電機が膨張機構により駆動されて発電を行う。
【０００４】
また、特許文献２には、冷媒回路に接続される流体機械であって、膨張機構と圧縮機構を１本の軸で連結したものが開示されている。この流体機械では、圧縮機構と、膨張機構と、両者を連結する軸とが１つのケーシング内に収容されている。また、この流体機械では、軸の内部に給油通路が形成されており、ケーシングの底部に溜まった冷凍機油が給油通路を通じて圧縮機構や膨張機構へ供給される。
【０００５】
この特許文献２に開示された流体機械では、ケーシングの内圧が圧縮機構から吐出された冷媒の圧力と同等になっており、ケーシング内に貯留された冷凍機油の圧力もケーシングの内圧と等しくなる。一方、膨張機構では冷媒が膨張するため、膨張機構にはケーシングの内圧よりも低圧となる部分が存在する。このため、ケーシング内に貯留された高圧の冷凍機油は、主にケーシングの内部空間と膨張機構内の圧力差によって膨張機構へ供給される。
【特許文献１】特開２０００−２４１０３３号公報
【特許文献２】特開２００７−２４７６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、膨張機構が密閉容器状のケーシングに収容される膨張機において、ケーシングの内圧を圧縮機から吐出された高圧冷媒と同等にすれば、上記特許文献２に開示された流体機械と同様に、ケーシングの内部空間と膨張機構内の圧力差を利用してケーシング内の冷凍機油を膨張機構へ供給することができる。膨張機のケーシングの内圧を圧縮機から吐出された高圧ガス冷媒と同等にするには、膨張機のケーシングを高圧ガス冷媒が存在する部分と連通させる必要がある。ところが、圧縮機から吐出された高圧ガス冷媒は、比較的高温（例えば１００℃程度）である。このため、比較的低温（例えば０℃〜４０℃程度）の冷媒が流れる膨張機構の周囲に高温の高圧ガス冷媒が導入されると、膨張機構を通過する冷媒が高圧ガス冷媒によって加熱され、冷凍装置の能力低下を招くおそれがある。
【０００７】
この問題の対策としては、膨張機構が収容されたケーシングの内圧を、膨張機構から流出した低圧冷媒の圧力と同等にすることが考えられる。この低圧冷媒は比較的低温（例えば０〜１０℃程度）であるため、膨張機構の周囲の冷媒から膨張機構の内部の冷媒へ移動する熱量が大幅に減少する。ところが、この場合には、ケーシングの内圧が膨張機構の内部の圧力と同等かそれよりも低くなる。このため、ケーシング内に貯留された冷凍機油を膨張機構へ供給するには機械式のポンプ等を用いて冷凍機油を昇圧させることが必要となり、膨張機の構造の複雑化を招いてしまう。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、膨張機が設けられる冷凍装置の能力を向上させつつ、膨張機の膨張機構へ冷凍機油を確実に供給して膨張機の信頼性を確保することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）に接続され、上記冷媒回路（11）を流れる高圧冷媒から動力を回収するための膨張機を対象とする。そして、上記高圧冷媒が流入する流体室（52,72,82）を形成して該流体室（52,72,82）内で冷媒が膨張することによって動力を発生させる膨張機構（31）と、上記膨張機構（31）で膨張した冷媒と同じ圧力となっている内部空間に上記膨張機構（31）を収容するケーシング（34）と、上記ケーシング（34）内の上記膨張機構（31）に端部が挿入され、上記冷媒回路（11）内に存在する高圧の冷凍機油を上記膨張機構（31）へ供給する給油管（37）とを備え、上記膨張機構（31）は、上記給油管（37）から供給されて上記膨張機構（31）の潤滑に利用された冷凍機油を、上記流体室（52,72,82）内で膨張した冷媒と共に排出するように構成されるものである。
【００１０】
第１の発明の膨張機（30）では、膨張機構（31）がケーシング（34）の内部空間に収容される一方、ケーシング（34）の内部空間の圧力は膨張機構（31）で膨張した冷媒の圧力と同等となっている。膨張機構（31）で膨張した冷媒は比較的低温であるため、ケーシング（34）内に収容された膨張機構（31）の周囲の雰囲気も比較的低温となる。このため、膨張機構（31）の周囲の冷媒から膨張機構（31）の内部の冷媒へ移動する熱量が大幅に減少する。
【００１１】
第１の発明の膨張機（30）には、給油管（37）が設けられる。この給油管（37）の端部は、ケーシング（34）に収容された膨張機構（31）に挿入されている。給油管（37）は、冷媒回路（11）内に存在する高圧の冷凍機油を膨張機構（31）へ供給する。膨張機構（31）では冷媒が膨張するため、膨張機構（31）には給油管（37）から供給される冷凍機油よりも低圧となる部分が存在する。例えば、冷媒が膨張する膨張過程や冷媒が排出される排出過程にある流体室（52,72,82）は、その内圧が給油管（37）から供給される冷凍機油よりも低圧となる。このため、給油管（37）を通じて膨張機構（31）へ供給された冷凍機油は、膨張機構（31）のうち低圧となっている部分へ向かって流れ、膨張機構（31）の内部に行き渡って潤滑に利用される。膨張機構（31）の潤滑に利用された冷凍機油は、流体室（52,72,82）内で膨張した冷媒と一緒に膨張機構（31）から排出されてゆく。
【００１２】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記膨張機構（31）は、上記流体室（52,72,82）内で冷媒が膨張することによって回転駆動される出力軸（40）と、上記出力軸（40）を回転自在に支持する軸受部（100,110）とを備え、上記給油管（37）から供給された冷凍機油が上記軸受部（100,110）を通過後に上記流体室（52,72,82）内で膨張した冷媒と共に排出されるように構成されるものである。
【００１３】
第２の発明において、給油管（37）から膨張機構（31）へ供給された冷凍機油は、軸受部（100,110）に供給されて軸受部（100,110）と出力軸（40）の潤滑に利用され、その後に流体室（52,72,82）内で膨張した冷媒と共に膨張機構（31）から排出される。
【００１４】
第３の発明は、上記第１の発明において、上記膨張機構（31）は、上記流体室（52,72,82）を形成すると共に上記流体室（52,72,82）内で膨張する冷媒によって駆動される可動部材（55,75,85）を有する本体部（32）と、上記本体部（32）に回転自在に支持されて上記可動部材（55,75,85）に係合する出力軸（40）とを備え、上記膨張機構（31）には、上記給油管（37）から供給された冷凍機油を上記本体部（32）に設けられて上記出力軸（40）を支持する軸受部（100,110）へ供給する第１油通路（95）と、上記軸受部（100,110）を通過した冷凍機油を上記可動部材（55,75,85）と上記出力軸（40）の摺動部分へ供給する第２油通路（90）とが形成されるものである。
【００１５】
第３の発明では、膨張機構（31）に本体部（32）と出力軸（40）とが設けられる。出力軸（40）は、本体部（32）の可動部材（55,75,85）に係合している。本体部（32）の流体室（52,72,82）内で冷媒が膨張すると、可動部材（55,75,85）が冷媒によって駆動され、出力軸（40）が可動部材（55,75,85）によって駆動される。この発明の膨張機構（31）には、第１油通路（95）と第２油通路（90）とが形成される。給油管（37）を通じて膨張機構（31）へ供給された高圧の冷凍機油は、先ず第１油通路（95）を通じて軸受部（100,110）へ供給され、軸受部（100,110）と出力軸（40）の潤滑に利用された後に第２油通路（90）へ流入する。第２油通路（90）へ流入した冷凍機油は、可動部材（55,75,85）と出力軸（40）の摺動部分へ供給され、可動部材（55,75,85）と出力軸（40）の潤滑に利用された後に膨張機構（31）から冷媒と共に排出される。
【００１６】
第４の発明は、上記第３の発明において、上記膨張機構（31）では、上記第１油通路（95）が上記本体部（32）に形成され、上記第２油通路（90）が上記出力軸（40）に形成されるものである。
【００１７】
第４の発明において、給油管（37）から膨張機構（31）へ供給された冷凍機油は、本体部（32）に形成された第１油通路（95）を通って軸受部（100,110）へ供給される。また、軸受部（100,110）を通過した冷凍機油は、出力軸（40）に形成された第２油通路（90）を通って可動部材（55,75,85）と出力軸（40）の摺動部分へ供給される。
【００１８】
第５の発明は、上記第３の発明において、上記膨張機構（31）では、上記出力軸（40）が上記本体部（32）の外部へ延出する一方、上記本体部（32）には、上記出力軸（40）と上記本体部（32）の隙間から上記本体部（32）の外部への冷凍機油の流出を防ぐために該隙間をシールするシール部材（104,114）が設けられるものである。
【００１９】
第５の発明の膨張機構（31）では、出力軸（40）が本体部（32）の外部へと延びている。本体部（32）には、シール部材（104,114）が設けられている。シール部材（104,114）は、本体部（32）と出力軸（40）の隙間をシールし、両者の隙間から本体部（32）の外部へ流出しようとする冷凍機油を封止する。このため、給油管（37）から膨張機構（31）へ供給された冷凍機油は、そのほぼ全量が流体室（52,72,82）内で膨張した冷媒と共に膨張機構（31）から排出される。
【００２０】
第６の発明は、上記第１の発明において、上記膨張機構（31）は、シリンダ（51,71,81）と、該シリンダ（51,71,81）の両端を閉塞する閉塞部材（61,62,63）と、上記シリンダ（51,71,81）の内周面と摺接しながら偏心回転するピストン（55,75,85）と、上記シリンダ（51,71,81）と上記ピストン（55,75,85）の間に形成された上記流体室（52,72,82）を高圧側と低圧側に仕切るブレード（56,76,86）とを備えたロータリ式流体機械を構成し、上記膨張機構（31）の出力軸（40）は、上記閉塞部材（61,62,63）に回転自在に支持されて上記ピストン（55,75,85）と係合しており、上記膨張機構（31）には、上記給油管（37）から供給された冷凍機油を上記閉塞部材（61,62,63）に設けられて上記出力軸（40）を支持する軸受部（100,110）へ供給する第１油通路（95）と、上記軸受部（100,110）を通過した冷凍機油を上記ピストン（55,75,85）と上記出力軸（40）の摺動部分へ供給する第２油通路（90）とが形成されるものである。
【００２１】
第６の発明では、膨張機構（31）がロータリ式流体機械を構成する。この発明の膨張機構（31）では、シリンダ（51,71,81）の内周面とピストン（55,75,85）の外周面との間に流体室（52,72,82）が形成される。この膨張機構（31）において、流体室（52,72,82）内で冷媒が膨張すると、ピストン（55,75,85）がシリンダ（51,71,81）の内周面と摺接しながら偏心回転し、ピストン（55,75,85）に係合する出力軸（40）が回転駆動される。また、シリンダ（51,71,81）の両端を閉塞する閉塞部材（61,62,63）には、出力軸（40）を支持するための軸受部（100,110）が形成される。
【００２２】
第６の発明の膨張機構（31）には、第１油通路（95）と第２油通路（90）とが形成される。給油管（37）を通じて膨張機構（31）へ供給された高圧の冷凍機油は、先ず第１油通路（95）を通じて閉塞部材（61,62,63）の軸受部（100,110）へ供給され、軸受部（100,110）と出力軸（40）の潤滑に利用された後に第２油通路（90）へ流入する。第２油通路（90）へ流入した冷凍機油は、ピストン（55,75,85）と出力軸（40）の摺動部分へ供給され、ピストン（55,75,85）と出力軸（40）の潤滑に利用された後に流体室（52,72,82）内で膨張した冷媒と共に排出される。
【００２３】
第７の発明は、上記第１〜第６の何れか１つの発明において、上記ケーシング（34）内に収容され、上記膨張機構（31）の出力軸（40）に連結されて上記膨張機構（31）により駆動される発電機（33）を備えるものである。
【００２４】
第７の発明では、発電機（33）が膨張機構（31）と共にケーシング（34）内に収容される。発電機（33）は、膨張機構（31）によって駆動されて電力を発生させる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、膨張機構（31）が収容されるケーシング（34）の内部空間の圧力が、膨張機構（31）で膨張した冷媒の圧力と同等となっている。このため、膨張機構（31）の周囲の冷媒から膨張機構（31）の内部の冷媒へ移動する熱量を大幅に削減することができる。その結果、膨張機構（31）から流出する膨張後の冷媒のエンタルピを低く抑えることができ、膨張機（30）が接続される冷凍装置の能力を向上させることができる。
【００２６】
また、本発明では、冷媒回路（11）内に存在する高圧の冷凍機油が、給油管（37）を通じて膨張機構（31）へ供給される。このため、給油管（37）を通じて膨張機構（31）へ供給された冷凍機油を差圧によって膨張機構（31）の摺動部分へ行き渡らせることができ、膨張機構（31）の潤滑を確実に行って膨張機（30）の信頼性を確保することができる。また、膨張機構（31）では冷凍機油が給油管（37）から流体室（52,72,82）へ向かって確実に流れることとなるため、膨張機構（31）における摺動部分を冷凍機油で確実に冷却することができ、この点でも焼き付き等のトラブルを未然に防いで膨張機（30）の信頼性を確保することができる。
【００２７】
上記第２〜６の各発明では、給油管（37）から膨張機構（31）へ供給された冷凍機油が軸受部（100,110）を確実に通過する。従って、これらの発明によれば、軸受部（100,110）と出力軸（40）の潤滑を確実に行うことができると共に、軸受部（100,110）を冷凍機油によって確実に冷却することができ、軸受部（100,110）と出力軸（40）の焼き付きを確実に回避することができる。
【００２８】
また、上記第５の発明では、膨張機構（31）の本体部（32）にシール部材（104,114）が設けられており、このシール部材（104,114）が本体部（32）と出力軸（40）の隙間を通って本体部（32）から流出しようとする冷凍機油を封止する。このため、給油管（37）から膨張機構（31）へ供給された冷凍機油は、そのほぼ全量が流体室（52,72,82）内で膨張した冷媒と共に膨張機構（31）から排出される。
【００２９】
ここで、ケーシング（34）内に冷凍機油が溜まり込むと、ケーシング（34）内から冷凍機油を排出するための配管等が必要となり、膨張機（30）の構造が複雑化する。それに対し、第５の発明の膨張機（30）では、膨張機構（31）からケーシング（34）の内部空間への冷凍機油の漏洩が、シール部材（104,114）によって抑えられている。従って、この発明によれば、低圧となったケーシング（34）の内部空間に冷凍機油が溜まり込むのを回避でき、ケーシング（34）内から冷凍機油を排出するための配管等を省略して膨張機（30）の構成が複雑化するのを回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
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。
【００３１】
《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。本実施形態は、本発明に係る膨張機（30）を備えた空調機（10）である。
【００３２】
〈空調機の全体構成〉
図１に示すように、本実施形態の空調機（10）は、冷媒回路（11）を備えている。この空調機（10）は、冷媒回路（11）で冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷凍装置である。冷媒回路（11）には、圧縮機（20）と、膨張機（30）と、室外熱交換器（14）と、室内熱交換器（15）と、第１四方切換弁（12）と、第２四方切換弁（13）とが接続されている。冷媒回路（11）には、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）が充填されている。また、冷媒回路（11）には、給油用配管（17）が設けられている。
【００３３】
冷媒回路（11）の構成について説明する。圧縮機（20）は、その吐出管（26）が第１四方切換弁（12）の第１のポートに接続され、その吸入管（25）が第１四方切換弁（12）の第２のポートに接続されている。膨張機（30）は、その流出管（36）が第２四方切換弁（13）の第１のポートに接続され、その流入管（35）が第２四方切換弁（13）の第２のポートに接続されている。室外熱交換器（14）は、その一端が第１四方切換弁（12）の第３のポートに接続され、その他端が第２四方切換弁（13）の第４のポートに接続されている。室内熱交換器（15）は、その一端が第２四方切換弁（13）の第３のポートに接続され、その他端が第１四方切換弁（12）の第４のポートに接続されている。この冷媒回路（11）では、圧縮機（20）の吸入管（25）と第１四方切換弁（12）の第２のポートとを繋ぐ配管が吸入側配管（16）を構成している。
【００３４】
室外熱交換器（14）は、冷媒を室外空気と熱交換させるための空気熱交換器である。室内熱交換器（15）は、冷媒を室内空気と熱交換させるための空気熱交換器である。第１四方切換弁（12）と第２四方切換弁（13）は、それぞれ、第１のポートと第３のポートが連通し且つ第２のポートと第４のポートが連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１のポートと第４のポートが連通し且つ第２のポートと第３のポートが連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わるように構成されている。
【００３５】
圧縮機（20）は、いわゆる高圧ドームタイプの全密閉型圧縮機である。この圧縮機（20）は、縦長の円筒形に形成された圧縮機ケーシング（24）を備えている。圧縮機ケーシング（24）の内部には、圧縮機構（21）と電動機（23）と駆動軸（22）とが収容されている。圧縮機構（21）は、いわゆるロータリ式の容積型流体機械を構成している。圧縮機ケーシング（24）内では、圧縮機構（21）の上方に電動機（23）が配置されている。駆動軸（22）は、上下方向へ延びる姿勢で配置され、圧縮機構（21）と電動機（23）を連結している。
【００３６】
圧縮機ケーシング（24）には、吸入管（25）と吐出管（26）が設けられている。吸入管（25）は、圧縮機ケーシング（24）の胴部の下端付近を貫通しており、その終端が圧縮機構（21）へ直に接続されている。吐出管（26）は、圧縮機ケーシング（24）の頂部を貫通しており、その始端が圧縮機ケーシング（24）内における電動機（23）の上側の空間に開口している。圧縮機構（21）は、吸入管（25）から吸い込んだ冷媒を圧縮して圧縮機ケーシング（24）内へ吐出する。
【００３７】
圧縮機ケーシング（24）の底部には、潤滑油としての冷凍機油が貯留されている。本実施形態では、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）が冷凍機油として用いられる。駆動軸（22）の内部には、図示しないが、その軸方向へ延びる給油通路が形成されている。この給油通路は、駆動軸（22）の下端に開口している。駆動軸（22）の下端は、油溜まり（27）に浸かった状態となっている。圧縮機ケーシング（24）内の冷凍機油は、駆動軸（22）の給油通路を通じて圧縮機構（21）へ供給される。
【００３８】
膨張機（30）は、縦長の円筒形に形成された膨張機ケーシング（34）を備えている。膨張機ケーシング（34）の内部には、膨張機構（31）と発電機（33）とが収容されている。膨張機構（31）は、いわゆるロータリ式の容積型流体機械を構成している。膨張機構（31）の詳細は後述する。膨張機ケーシング（34）内では、膨張機構（31）の下方に発電機（33）が配置されている。膨張機構（31）の出力軸（40）は、上下方向へ延びる姿勢となっており、その下部に発電機（33）が連結されている。
【００３９】
膨張機ケーシング（34）には、流入管（35）と流出管（36）が設けられている。流入管（35）と流出管（36）は、何れも膨張機ケーシング（34）の胴部の上端付近を貫通している。流入管（35）は、その終端が膨張機構（31）へ直に接続されている。流出管（36）は、その始端が膨張機構（31）へ直に接続されている。膨張機構（31）は、流入管（35）を通って流入した冷媒を膨張させ、膨張後の冷媒を流出管（36）へ送り出す。つまり、膨張機（30）を通過する冷媒は、膨張機ケーシング（34）の内部空間へは流れ込まずに膨張機構（31）だけを通過する。また、膨張機ケーシング（34）には、給油管（37）が設けられている。給油管（37）は、膨張機ケーシング（34）の胴部の上端付近を貫通し、その終端が膨張機構（31）へ直に接続されている。
【００４０】
給油用配管（17）は、その始端が圧縮機（20）に接続され、その終端が膨張機（30）の給油管（37）に接続されている。具体的に、給油用配管（17）の始端部は、圧縮機ケーシング（24）の底部を貫通し、圧縮機ケーシング（24）の内部空間に開口している。この給油用配管（17）の始端部は、圧縮機ケーシング（24）の底に溜まった冷凍機油に浸かった状態となっており、駆動軸（22）の下端と概ね同じ高さに開口している。一方、給油用配管（17）の終端部は、給油管（37）を介して膨張機ケーシング（34）内の膨張機構（31）に直に接続されている。圧縮機ケーシング（24）の底に溜まった冷凍機油は、給油用配管（17）を通って膨張機構（31）へ供給される。
【００４１】
〈膨張機の構成〉
膨張機（30）の構成について説明する。ここでは、膨張機構（31）の構成について、図２〜図４を参照しながら詳細に説明する。
【００４２】
図２に示すように、膨張機構（31）の出力軸（40）では、その上端部に２つの偏心部（42,43）が形成されている。２つの偏心部（42,43）は、出力軸（40）の主軸部（41）よりも大径に形成されており、下側のものが第１偏心部（42）を、上側のものが第２偏心部（43）をそれぞれ構成している。第１偏心部（42）と第２偏心部（43）とは、何れも同じ方向へ偏心している。第２偏心部（43）の外径は、第１偏心部（42）の外径よりも大きくなっている。主軸部（41）の軸心に対する偏心量は、第２偏心部（43）の方が第１偏心部（42）よりも大きくなっている。
【００４３】
出力軸（40）では、第１偏心部（42）よりも下側の部分と、第２偏心部（43）よりも上側の部分とのそれぞれに、凹溝（45,46）が１つずつ形成されている。第１凹溝（45）は、主軸部（41）のうち第１偏心部（42）よりも下側の部分の上端部に、その全周に亘って形成されている。第２凹溝（46）は、主軸部（41）のうち第２偏心部（43）よりも上側の部分の下端部に、その全周に亘って形成されている。このように、出力軸（40）では、第１偏心部（42）の下端に隣接する部分が全周に亘って括れた第１凹溝（45）となり、第２偏心部（43）の上端に隣接する部分が全周に亘って括れた第２凹溝（46）となっている。
【００４４】
出力軸（40）には、第２油通路である軸内油通路（90）が形成されている。軸内油通路（90）は、冷凍機油を流すための通路であって、主通路部（94）と、第１給油通路部（91）と、第２給油通路部（92）とを備えている。
【００４５】
主通路部（94）は、出力軸（40）のうち膨張機構（31）の本体部（32）内に位置する部分に形成されており、主軸部（41）の軸心に沿って延びている。また、主通路部（94）は、その上端部分と下端部分のそれぞれが主軸部（41）の径方向へ延びている。主通路部（94）の上端部分は、主軸部（41）の外周面のうち第２凹溝（46）から上方へ幾分離れた部分に開口している。主通路部（94）の下端部分は、主軸部（41）の外周面のうち第１凹溝（45）から下方へ幾分離れた部分に開口している。
【００４６】
第１給油通路部（91）は、出力軸（40）の第１偏心部（42）に形成され、第１偏心部（42）の径方向へ延びている。第１給油通路部（91）は、その基端が主通路部（94）に連通し、その先端が第１偏心部（42）の外周面に開口している。第２給油通路部（92）は、出力軸（40）の第２偏心部（43）に形成され、第２偏心部（43）の径方向へ延びている。第２給油通路部（92）は、その基端が主通路部（94）に連通し、その先端が第２偏心部（43）の外周面に開口している。
【００４７】
膨張機構（31）は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ式流体機械で構成されている。この膨張機構（31）には、対になったシリンダ（71,81）及びピストン（75,85）が二組設けられている。また、膨張機構（31）には、フロントヘッド（61）と、中間プレート（63）と、リアヘッド（62）とが設けられている。この膨張機構（31）では、ピストン（75,85）が可動部材を構成し、ピストン（75,85）以外の部材が本体部（32）を構成している。
【００４８】
膨張機構（31）では、下から上へ向かって順に、フロントヘッド（61）、第１シリンダ（71）、中間プレート（63）、第２シリンダ（81）、リアヘッド（62）が積層された状態となっている。この状態において、第１シリンダ（71）は、その下側端面がフロントヘッド（61）により閉塞され、その上側端面が中間プレート（63）により閉塞されている。一方、第２シリンダ（81）は、その下側端面が中間プレート（63）により閉塞され、その上側端面がリアヘッド（62）により閉塞されている。つまり、この膨張機構（31）では、フロントヘッド（61）、中間プレート（63）、及びリアヘッド（62）が閉塞部材を構成している。また、この膨張機構（31）では、第２シリンダ（81）の内径が、第１シリンダ（71）の内径よりも大きくなっている。
【００４９】
出力軸（40）は、積層された状態のフロントヘッド（61）、第１シリンダ（71）、中間プレート（63）、第２シリンダ（81）を貫通している。また、出力軸（40）は、その第１偏心部（42）が第１シリンダ（71）内に位置し、その第２偏心部（43）が第２シリンダ（81）内に位置している。
【００５０】
図３及び図４にも示すように、第１シリンダ（71）内には第１ピストン（75）が、第２シリンダ（81）内には第２ピストン（85）がそれぞれ設けられている。第１及び第２ピストン（75,85）は、何れも円環状あるいは円筒状に形成されている。第１ピストン（75）の外径と第２ピストン（85）の外径とは、互いに等しくなっている。第１ピストン（75）の内径は第１偏心部（42）の外径と、第２ピストン（85）の内径は第２偏心部（43）の外径とそれぞれ概ね等しくなっている。そして、第１ピストン（75）には第１偏心部（42）が、第２ピストン（85）には第２偏心部（43）がそれぞれ貫通している。
【００５１】
第１ピストン（75）は、その外周面が第１シリンダ（71）の内周面に、一方の端面がフロントヘッド（61）に、他方の端面が中間プレート（63）にそれぞれ摺接している。第１シリンダ（71）内には、その内周面と第１ピストン（75）の外周面との間に第１流体室（72）が形成される。一方、上記第２ピストン（85）は、その外周面が第２シリンダ（81）の内周面に、一方の端面がリアヘッド（62）に、他方の端面が中間プレート（63）にそれぞれ摺接している。第２シリンダ（81）内には、その内周面と第２ピストン（85）の外周面との間に第２流体室（82）が形成される。
【００５２】
第１及び第２ピストン（75,85）のそれぞれには、ブレード（76,86）が１つずつ一体に設けられている。ブレード（76,86）は、ピストン（75,85）の半径方向へ延びる板状に形成されており、ピストン（75,85）の外周面から外側へ突出している。第１ピストン（75）のブレード（76）は第１シリンダ（71）のブッシュ孔（78）に、第２ピストン（85）のブレード（86）は第２シリンダ（81）のブッシュ孔（88）にそれぞれ挿入されている。各シリンダ（71,81）のブッシュ孔（78,88）は、シリンダ（71,81）を厚み方向へ貫通すると共に、シリンダ（71,81）の内周面に開口している。
【００５３】
各シリンダ（71,81）には、一対のブッシュ（77,87）が一組ずつ設けられている。各ブッシュ（77,87）は、内側面が平面となって外側面が円弧面となるように形成された小片である。各シリンダ（71,81）において、一対のブッシュ（77,87）は、ブッシュ孔（78,88）に挿入されてブレード（76,86）を挟み込んだ状態となる。各ブッシュ（77,87）は、その内側面がブレード（76,86）と摺接し、その外側面がシリンダ（71,81）と摺動する。そして、ピストン（75,85）と一体のブレード（76,86）は、ブッシュ（77,87）を介してシリンダ（71,81）に支持され、シリンダ（71,81）に対して回動自在で且つ進退自在となっている。
【００５４】
第１シリンダ（71）内の第１流体室（72）は、第１ピストン（75）と一体の第１ブレード（76）によって仕切られており、図３，図４における第１ブレード（76）の左側が高圧側の第１高圧室（73）となり、その右側が低圧側の第１低圧室（74）となっている。第２シリンダ（81）内の第２流体室（82）は、第２ピストン（85）と一体の第２ブレード（86）によって仕切られており、図３，図４における第２ブレード（86）の左側が高圧側の第２高圧室（83）となり、その右側が低圧側の第２低圧室（84）となっている。
【００５５】
第１シリンダ（71）と第２シリンダ（81）とは、それぞれの周方向におけるブッシュ（77,87）の位置が一致する姿勢で配置されている。言い換えると、第２シリンダ（81）の第１シリンダ（71）に対する配置角度が０°となっている。上述のように、第１偏心部（42）と第２偏心部（43）とは、主軸部（41）の軸心に対して同じ方向へ偏心している。従って、第１ブレード（76）が第１シリンダ（71）の外側へ最も退いた状態になるのと同時に、第２ブレード（86）が第２シリンダ（81）の外側へ最も退いた状態になる。
【００５６】
第１シリンダ（71）には、流入ポート（67）が形成されている。流入ポート（67）は、第１シリンダ（71）の内周面のうち、図３，図４におけるブッシュ（77）のやや左側の箇所に開口している。流入ポート（67）は、第１高圧室（73）と連通可能となっている。図示しないが、流入ポート（67）には、流入管（35）が接続されている。
【００５７】
第２シリンダ（81）には、流出ポート（68）が形成されている。流出ポート（68）は、第２シリンダ（81）の内周面のうち、図３，図４におけるブッシュ（87）のやや右側の箇所に開口している。流出ポート（68）は、第２低圧室（84）と連通可能となっている。図示しないが、流出ポート（68）には、流出管（36）が接続されている。
【００５８】
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）を厚み方向へ貫通している。中間プレート（63）における第１シリンダ（71）側の面では、第１ブレード（76）の右側の箇所に連通路（64）の一端が開口している。中間プレート（63）における第２シリンダ（81）側の面では、第２ブレード（86）の左側の箇所に連通路（64）の他端が開口している。そして、図２に示すように、連通路（64）は、中間プレート（63）の厚み方向に対して斜めに延びており、第１低圧室（74）と第２高圧室（83）とを互いに連通させている。
【００５９】
本実施形態の膨張機構（31）では、第１シリンダ（71）と、そこに設けられたブッシュ（77）と、第１ピストン（75）と、第１ブレード（76）とが第１ロータリ機構部（70）を構成している。また、この膨張機構（31）では、第２シリンダ（81）と、そこに設けられたブッシュ（87）と、第２ピストン（85）と、第２ブレード（86）とが第２ロータリ機構部（80）を構成している。この膨張機構（31）では、第１ロータリ機構部（70）の第１低圧室（74）と、第２ロータリ機構部（80）の第２高圧室（83）とは、連通路（64）を介して互いに連通する。そして、第１低圧室（74）と連通路（64）と第２高圧室（83）とによって１つの閉空間が形成され、この閉空間が膨張室（66）を構成している。
【００６０】
図２に示すように、フロントヘッド（61）は、肉厚の平板状に形成されると共に、その中央部が下方へ突出した形状となっている。また、フロントヘッド（61）の中央部には貫通孔が形成されており、この貫通孔に第１軸受メタル（101）が挿入されている。第１軸受メタル（101）が取り付けられたフロントヘッド（61）には、出力軸（40）の主軸部（41）を回転自在に支持する滑り軸受である主軸受部（100）が形成されている。
【００６１】
第１軸受メタル（101）は、焼結金属等から成る円筒状（あるいは円管状）の部材である。この第１軸受メタル（101）には、出力軸（40）の主軸部（41）が挿通されている。第１軸受メタル（101）の内周面は、主軸部（41）のうち第１凹溝（45）の下端に隣接する部分の外周面と摺接する。第１軸受メタル（101）の内周面には、導油溝（102）が形成されている。この導油溝（102）は、第１軸受メタル（101）の上端から下端に亘って螺旋状に延びる凹溝である。また、この導油溝（102）は、第１軸受メタル（101）の上端から出力軸（40）の回転方向の前方へ向かって斜め下方へ延びている。
【００６２】
また、フロントヘッド（61）は、その貫通孔の下端の周縁に第１オイルシール（104）が設けられている。第１オイルシール（104）は、フロントヘッド（61）の貫通孔の内周面と、出力軸（40）の主軸部（41）の外周面との隙間をシールし、この隙間からの冷凍機油の流出を阻止する。フロントヘッド（61）の貫通孔では、第１オイルシール（104）と第１軸受メタル（101）の間の部分に空間が形成され、この空間が主軸部（41）の外周面に臨む第１油溜め室（103）を構成している。この第１油溜め室（103）は、第１軸受メタル（101）に形成された導油溝（102）を介して第１凹溝（45）と連通している。また、第１油溜め室（103）は、出力軸（40）に形成された軸内油通路（90）の主通路部（94）の下端部分と連通している。
【００６３】
リアヘッド（62）は、肉厚の平板状に形成されている。また、リアヘッド（62）の中央部には貫通孔が形成されており、この貫通孔に第２軸受メタル（111）が挿入されている。第２軸受メタル（111）が取り付けられたリアヘッド（62）には、出力軸（40）の主軸部（41）を回転自在に支持する滑り軸受である副軸受部（110）が形成されている。
【００６４】
第２軸受メタル（111）は、焼結金属等から成る円筒状（あるいは円管状）の部材である。この第２軸受メタル（111）には、出力軸（40）の主軸部（41）が挿通されている。第２軸受メタル（111）の内周面は、主軸部（41）のうち第２凹溝（46）の上端に隣接する部分の外周面と摺接する。第２軸受メタル（111）の内周面には、導油溝（112）が形成されている。この導油溝（112）は、第２軸受メタル（111）の下端から上端に亘って螺旋状に延びる凹溝である。また、この導油溝（112）は、第２軸受メタル（111）の下端から出力軸（40）の回転方向の前方へ向かって斜め上方へ延びている。
【００６５】
また、リアヘッド（62）は、その貫通孔の上端の周縁に第２オイルシール（114）が設けられている。第２オイルシール（114）は、リアヘッド（62）の貫通孔の内周面と、出力軸（40）の主軸部（41）の外周面との隙間をシールし、この隙間からの冷凍機油の流出を阻止する。リアヘッド（62）の貫通孔では、第２オイルシール（114）と第２軸受メタル（111）の間の部分に空間が形成され、この空間が主軸部（41）の外周面に臨む第２油溜め室（113）を構成している。この第２油溜め室（113）は、第２軸受メタル（111）に形成された導油溝（112）を介して第２凹溝（46）と連通している。また、第２油溜め室（113）は、出力軸（40）に形成された軸内油通路（90）の主通路部（94）の上端部分と連通している。
【００６６】
膨張機構（31）の本体部（32）には、第１油通路である本体側油通路（95）が形成されている。本体側油通路（95）は、第１通路部（96）と、第２通路部（97）と、配管接続部（98）と、接続通路部（99）とを備えている。そして、膨張機構（31）の本体部（32）では、第１シリンダ（71）に形成されたブッシュ孔（78）と、第２シリンダ（81）に形成されたブッシュ孔（88）とが、第１通路部（96）、第２通路部（97）、配管接続部（98）、及び接続通路部（99）と共に本体側油通路（95）を構成している。
【００６７】
第１通路部（96）は、フロントヘッド（61）に形成されている。第１通路部（96）は、その始端がフロントヘッド（61）の上面に開口し、第１シリンダ（71）のブッシュ孔（78）と連通している。第１通路部（96）の終端は、貫通孔の内周面のうち第１凹溝（45）に面する部分に開口している。この第１通路部（96）は、ブッシュ孔（78）と第１凹溝（45）とを連通させている。
【００６８】
第２通路部（97）及び配管接続部（98）は、リアヘッド（62）に形成されている。配管接続部（98）は、リアヘッド（62）の外周面に開口する穴である。また、配管接続部（98）は、第２シリンダ（81）に形成されたブッシュ孔（88）に連通している。この配管接続部（98）には、給油管（37）が挿入されている。一方、第２通路部（97）は、その始端が配管接続部（98）に連通している。第２通路部（97）の終端は、貫通孔の内周面のうち第２凹溝（46）に面する部分に開口している。この第２通路部（97）は、配管接続部（98）と第２凹溝（46）とを連通させている。
【００６９】
接続通路部（99）は、中間プレート（63）に形成されている。接続通路部（99）は、中間プレート（63）をその厚さ方向に貫通し、第１シリンダ（71）のブッシュ孔（78）と、第２シリンダ（81）に形成されたブッシュ孔（88）とを連通させている。
【００７０】
−運転動作−
上記空調機の動作について説明する。
【００７１】
〈冷房運転〉
冷房運転時には、第１四方切換弁（12）及び第２四方切換弁（13）が第１状態（図１に実線で示す状態）に設定され、冷媒回路（11）で冷媒が循環して蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。この冷媒回路（11）で行われる冷凍サイクルは、その高圧が冷媒である二酸化炭素の臨界圧力よりも高い値に設定されている。
【００７２】
圧縮機（20）では、電動機（23）によって圧縮機構（21）が回転駆動される。圧縮機構（21）は、吸入管（25）から吸い込んだ冷媒を圧縮して圧縮機ケーシング（24）内へ吐出する。圧縮機ケーシング（24）内の高圧冷媒は、吐出管（26）を通って圧縮機（20）から吐出される。圧縮機（20）から吐出された冷媒は、室外熱交換器（14）へ送られて室外空気へ放熱する。室外熱交換器（14）で放熱した高圧冷媒は、膨張機（30）へ流入する。
【００７３】
膨張機（30）では、流入管（35）を通って膨張機構（31）へ流入した高圧冷媒が膨張し、それによって発電機（33）が回転駆動される。発電機（33）で発生した電力は、圧縮機（20）の電動機（23）へ供給される。膨張機構（31）で膨張した冷媒は、流出管（36）を通って膨張機（30）から送り出される。膨張機（30）から送出された冷媒は、室内熱交換器（15）へ送られる。室内熱交換器（15）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。室内熱交換器（15）から出た低圧冷媒は、圧縮機（20）の吸入管（25）へ流入する。
【００７４】
〈暖房運転〉
暖房運転時には、第１四方切換弁（12）及び第２四方切換弁（13）が第２状態（図１に破線で示す状態）に設定され、冷媒回路（11）で冷媒が循環して蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。冷房運転時と同様に、この冷媒回路（11）で行われる冷凍サイクルは、その高圧が冷媒である二酸化炭素の臨界圧力よりも高い値に設定されている。
【００７５】
圧縮機（20）では、電動機（23）によって圧縮機構（21）が回転駆動される。圧縮機構（21）は、吸入管（25）から吸い込んだ冷媒を圧縮して圧縮機ケーシング（24）内へ吐出する。圧縮機ケーシング（24）内の高圧冷媒は、吐出管（26）を通って圧縮機（20）から吐出される。圧縮機（20）から吐出された冷媒は、室内熱交換器（15）へ送られる。室内熱交換器（15）では、流入した冷媒が室内空気へ放熱し、室内空気が加熱される。室内熱交換器（15）で放熱した高圧冷媒は、膨張機（30）へ流入する。
【００７６】
膨張機（30）では、流入管（35）を通って膨張機構（31）へ流入した高圧冷媒が膨張し、それによって発電機（33）が回転駆動される。発電機（33）で発生した電力は、圧縮機（20）の電動機（23）へ供給される。膨張機構（31）で膨張した冷媒は、流出管（36）を通って膨張機（30）から送り出される。膨張機（30）から送出された冷媒は、室外熱交換器（14）へ送られる。室外熱交換器（14）では、流入した冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（14）から出た低圧冷媒は、圧縮機（20）の吸入管（25）へ流入する。
【００７７】
〈圧縮機及び膨張機の潤滑動作〉
圧縮機（20）と膨張機（30）を冷凍機油により潤滑する動作について説明する。
【００７８】
圧縮機（20）では、圧縮機ケーシング（24）の内圧が、圧縮機構（21）から吐出された冷媒の圧力とほぼ同じになっている。このため、圧縮機ケーシング（24）の底に溜まった冷凍機油の圧力も、圧縮機構（21）から吐出された冷媒の圧力とほぼ同じになっている。一方、圧縮機構（21）は、吸入管（25）から低圧冷媒を吸入する。従って、圧縮機構（21）には、圧縮機ケーシング（24）の内圧よりも低圧となる部分が存在する。このため、圧縮機ケーシング（24）の底に溜まった冷凍機油は、駆動軸（22）内の軸内油通路（90）を通って圧縮機構（21）へ流入し、圧縮機構（21）の潤滑に利用される。圧縮機構（21）へ供給された冷凍機油は、圧縮された冷媒と共に圧縮機ケーシング（24）内へ吐出され、再び圧縮機ケーシング（24）の底部へ戻ってくる。
【００７９】
冷媒回路（11）を循環する冷媒の圧力は、圧縮機（20）から膨張機（30）へ至るまでの間に幾分低下する。このため、膨張機構（31）を通過する冷媒の圧力は、必然的に圧縮機ケーシング（24）の内圧よりも低くなる。また、膨張機構（31）に形成された流体室（72,82）では冷媒が膨張するため、膨張機構（31）内には膨張機構（31）へ流入する冷媒よりも更に低圧の部分が必ず存在する。このため、圧縮機ケーシング（24）の底に溜まった冷凍機油は、給油用配管（17）を通って膨張機構（31）へ流入する。
【００８０】
膨張機構（31）に流入した冷凍機油は、膨張機構（31）の潤滑に利用される。その後、この冷凍機油は、そのほぼ全量が膨張後の冷媒と共に膨張機（30）から流出する。冷媒と共に膨張機（30）から流出した冷凍機油は、冷媒と共に冷媒回路（11）内を流れて圧縮機（20）へ吸入される。なお、膨張機構（31）における冷凍機油の流通経路については、後述する。
【００８１】
圧縮機（20）の圧縮機構（21）へ冷媒と共に吸入された冷凍機油は、圧縮後の冷媒と共に圧縮機構（21）から圧縮機ケーシング（24）の内部空間へ吐出され、その後に圧縮機ケーシング（24）の底部へと流れ落ちてゆく。
【００８２】
〈膨張機構の動作〉
先ず、膨張機構（31）の運転動作について、図４を参照しながら説明する。
【００８３】
第１ロータリ機構部（70）の第１高圧室（73）へ超臨界状態の高圧冷媒が流入する過程について説明する。回転角が０°の状態から出力軸（40）が僅かに回転すると、第１ピストン（75）と第１シリンダ（71）の接触位置が流入ポート（67）の開口部を通過し、流入ポート（67）から第１高圧室（73）へ高圧冷媒が流入し始める。その後、出力軸（40）の回転角が９０°,１８０°,２７０°と次第に大きくなるにつれて、第１高圧室（73）へ高圧冷媒が流入してゆく。この第１高圧室（73）への高圧冷媒の流入は、出力軸（40）の回転角が３６０°に達するまで続く。
【００８４】
膨張機構（31）において冷媒が膨張する過程について説明する。回転角が０°の状態から出力軸（40）が僅かに回転すると、第１低圧室（74）と第２高圧室（83）が連通路（64）を介して互いに連通し、第１低圧室（74）から第２高圧室（83）へと冷媒が流入し始める。その後、出力軸（40）の回転角が９０°,１８０°,２７０°と次第に大きくなるにつれ、第１低圧室（74）の容積が次第に減少すると同時に第２高圧室（83）の容積が次第に増加し、結果として膨張室（66）の容積が次第に増加してゆく。この膨張室（66）の容積増加は、出力軸（40）の回転角が３６０°に達する直前まで続く。そして、膨張室（66）の容積が増加する過程で膨張室（66）内の冷媒が膨張し、この冷媒の膨張によって出力軸（40）が回転駆動される。このように、第１低圧室（74）内の冷媒は、連通路（64）を通って第２高圧室（83）へ膨張しながら流入してゆく。
【００８５】
第２ロータリ機構部（80）の第２低圧室（84）から冷媒が流出してゆく過程について説明する。第２低圧室（84）は、出力軸（40）の回転角が０°の時点から流出ポート（68）に連通し始める。つまり、第２低圧室（84）から流出ポート（68）へと冷媒が流出し始める。その後、出力軸（40）の回転角が９０°,１８０°,２７０°と次第に大きくなってゆき、その回転角が３６０°に達するまでの間に亘って、第２低圧室（84）から膨張後の低圧冷媒が流出してゆく。
【００８６】
次に、膨張機構（31）における冷凍機油の流通経路について、図２を参照しながら説明する。
【００８７】
膨張機構（31）へは、圧縮機ケーシング（24）内に貯留された高圧の冷凍機油が、給油用配管（17）を通じて供給される。給油用配管（17）を流れる冷凍機油は、給油管（37）を通って配管接続部（98）へ導入される。配管接続部（98）へ流入した冷凍機油は、その一部が第２シリンダ（81）のブッシュ孔（88）へ流入し、残りが第２給油通路部（92）へ流入する。
【００８８】
第２シリンダ（81）のブッシュ孔（88）へ流入した冷凍機油の一部は、第２シリンダ（81）とブッシュ（87）の摺動部分や、第２ブレード（86）とブッシュ（87）の摺動部分へ供給され、潤滑に利用された後に第２シリンダ（81）内の第２流体室（82）へ流入する。一方、このブッシュ孔（88）へ流入した冷凍機油の残りは、接続通路部（99）を通って第１シリンダ（71）のブッシュ孔（78）へ流入する。
【００８９】
第１シリンダ（71）のブッシュ孔（78）へ流入した冷凍機油の一部は、第１シリンダ（71）とブッシュ（77）の摺動部分や、第１ブレード（76）とブッシュ（77）の摺動部分へ供給され、潤滑に利用された後に第１シリンダ（71）内の第１流体室（72）へ流入する。一方、このブッシュ孔（88）へ流入した冷凍機油の残りは、第１給油通路部（91）へ流入する。
【００９０】
第１給油通路部（91）へ流入した冷凍機油は、第１給油通路部（91）を通って第１凹溝（45）へ流入する。第１凹溝（45）へ流入した冷凍機油は、第１軸受メタル（101）と主軸部（41）の隙間へ流入し、第１軸受メタル（101）と主軸部（41）の摺動面の潤滑に利用される。また、第１軸受メタル（101）に形成された導油溝（102）では、主軸部（41）の回転方向の前方に向かって（即ち、導油溝（102）の上端から下端へ向かって）冷凍機油が流れる。
【００９１】
このように、主軸受部（100）における第１軸受メタル（101）と主軸部（41）の隙間では、その上端から下端へ向かって冷凍機油が流れる。このため、第１軸受メタル（101）と主軸部（41）の摺動によって生じた熱は、第１軸受メタル（101）と主軸部（41）の隙間を流れる冷凍機油によって奪われる。第１軸受メタル（101）と主軸部（41）の隙間を通過した冷凍機油は、第１油溜め室（103）を通って軸内油通路（90）の主通路部（94）の下端へ流入する。その際、第１油溜め室（103）の下端は第１オイルシール（104）によってシールされているため、第１油溜め室（103）へ流入した冷凍機油は、そのほぼ全量が主通路部（94）の下端部分へ流入する。
【００９２】
第２給油通路部（92）へ流入した冷凍機油は、第２凹溝（46）へ送られる。第２凹溝（46）へ流入した冷凍機油は、第２軸受メタル（111）と主軸部（41）の隙間へ流入し、第２軸受メタル（111）と主軸部（41）の摺動面の潤滑に利用される。また、第２軸受メタル（111）に形成された導油溝（112）では、主軸部（41）の回転方向の前方に向かって（即ち、導油溝（112）の下端から上端へ向かって）冷凍機油が流れる。
【００９３】
このように、主軸受部（100）における第２軸受メタル（111）と主軸部（41）の隙間では、その下端から上端へ向かって冷凍機油が流れる。このため、第２軸受メタル（111）と主軸部（41）の摺動によって生じた熱は、第２軸受メタル（111）と主軸部（41）の隙間を流れる冷凍機油によって奪われる。第２軸受メタル（111）と主軸部（41）の隙間を通過した冷凍機油は、第２油溜め室（113）を通って軸内油通路（90）の主通路部（94）の上端へ流入する。その際、第２油溜め室（113）の上端は第２オイルシール（114）によってシールされているため、第２油溜め室（113）へ流入した冷凍機油は、そのほぼ全量が主通路部（94）の上端部分へ流入する。
【００９４】
軸内油通路（90）の主通路部（94）へ流入した冷凍機油は、その一部が第１給油通路部（91）を通って第１偏心部（42）と第１ピストン（75）の摺動部分へ供給され、残りが第２偏心部（43）と第２ピストン（85）の摺動部分へ供給される。第１偏心部（42）と第１ピストン（75）の潤滑に利用された冷凍機油は、フロントヘッド（61）及び中間プレート（63）と第１ピストン（75）の端面との隙間へ流入し、潤滑に利用された後に第１シリンダ（71）内の第１流体室（72）へ流入する。一方、第２偏心部（43）と第２ピストン（85）の潤滑に利用された冷凍機油は、リアヘッド（62）及び中間プレート（63）と第２ピストン（85）の端面との隙間へ流入し、潤滑に利用された後に第２シリンダ（81）内の第２流体室（82）へ流入する。
【００９５】
本実施形態の膨張機構（31）において、給油用配管（17）を通じて圧縮機（20）から供給された冷凍機油は、膨張機構（31）の摺動部分の潤滑に利用された後に、第１シリンダ（71）内の第１流体室（72）又は第２シリンダ（81）内の第２流体室（82）へ流入する。第１流体室（72）へ流入した冷凍機油は、第１流体室（72）内の冷媒と共に連通路（64）を通って第２流体室（82）へ流入する。つまり、この膨張機構（31）では、給油用配管（17）から供給された冷凍機油のほぼ全量が、最終的に第２シリンダ（81）内の第２流体室（82）へ流入する。そして、第２流体室（82）へ流入した冷凍機油は、第２流体室（82）内の冷媒と共に流出ポート（68）を通って膨張機構（31）から排出されてゆく。
【００９６】
−実施形態１の効果−
本実施形態の膨張機（30）では、膨張機構（31）が収容される膨張機ケーシング（34）の内部空間の圧力が、膨張機構（31）で膨張した冷媒の圧力（即ち、冷凍サイクルの低圧）と同等となっている。このため、膨張機ケーシング（34）内における膨張機構（31）の周囲の雰囲気の温度が比較的低温（例えば０℃〜１０℃程度）となり、膨張機構（31）の周囲の冷媒から膨張機構（31）の内部の冷媒へ移動する熱量を大幅に削減することができる。その結果、膨張機構（31）から流出する膨張後の冷媒のエンタルピを低く抑えることができ、膨張機（30）が設けられる空調機（10）の能力を向上させることができる。
【００９７】
また、本実施形態の膨張機（30）では、圧縮機ケーシング（24）内に貯留された高圧の冷凍機油（即ち、その圧力が冷凍サイクルの高圧と同程度の冷凍機油）が、給油管（37）を通じて膨張機構（31）へ供給される。このため、給油管（37）を通じて膨張機構（31）へ供給された冷凍機油を差圧によって膨張機構（31）の摺動部分へ行き渡らせることができ、膨張機構（31）の潤滑を確実に行って膨張機（30）の信頼性を確保することができる。また、膨張機構（31）では冷凍機油が給油管（37）から流体室（72,82）へ向かって確実に流れることとなるため、膨張機構（31）における摺動部分を冷凍機油で確実に冷却することができ、この点でも焼き付き等のトラブルを未然に防いで膨張機（30）の信頼性を確保することができる。
【００９８】
また、本実施形態の膨張機（30）では、給油管（37）から膨張機構（31）へ供給された冷凍機油が、第１軸受メタル（101）と出力軸（40）の隙間や、第２軸受メタル（111）と出力軸（40）の隙間を確実に通過する。従って、本実施形態によれば、軸受メタル（101,111）と出力軸（40）の潤滑を確実に行うことができると共に、軸受メタル（101,111）や出力軸（40）を冷凍機油によって確実に冷却することができ、軸受メタル（101,111）と出力軸（40）の焼き付きを確実に回避することができる。
【００９９】
また、本実施形態の膨張機（30）では、膨張機構（31）のフロントヘッド（61）とリアヘッド（62）のそれぞれにオイルシール（104,114）が設けられている。これらのオイルシール（104,114）は、フロントヘッド（61）やリアヘッド（62）と出力軸（40）の隙間を通って膨張機構（31）から流出しようとする冷凍機油を封止する。このため、給油管（37）から膨張機構（31）へ供給された冷凍機油は、そのほぼ全量が膨張室（66）内で膨張した冷媒と共に膨張機構（31）から排出される。
【０１００】
ここで、膨張機ケーシング（34）内に冷凍機油が溜まり込むと、膨張機ケーシング（34）内から冷凍機油を排出するための配管等が必要となり、膨張機（30）の構造が複雑化する。それに対し、本実施形態の膨張機（30）では、膨張機構（31）から膨張機ケーシング（34）の内部空間への冷凍機油の漏洩が、オイルシール（104,114）によって抑えられている。従って、本実施形態によれば、低圧となった膨張機ケーシング（34）の内部空間に冷凍機油が溜まり込むのを回避でき、膨張機ケーシング（34）内から冷凍機油を排出するための配管等を省略して膨張機（30）の構成が複雑化するのを回避できる。
【０１０１】
《発明の実施形態２》
本発明の実施形態２について説明する。本実施形態は、上記実施形態の空調機（10）において、膨張機（30）に対する冷凍機油の供給元を変更したものである。ここでは、本実施形態の空調機（10）について、上記実施形態１と異なる点を説明する。
【０１０２】
図５に示すように、本実施形態の空調機（10）では、冷媒回路（11）に油分離器（19）が設けられている。冷媒回路（11）において、油分離器（19）は、第２四方切換弁（13）の第２のポートと膨張機（30）の流入管（35）との間に設けられている。この油分離器（19）には、室外熱交換器（14）と室内熱交換器（15）のうちガスクーラ（放熱器）として動作する方を通過した超臨界状態の冷媒が流入する。この油分離器（19）は、流入した冷媒から冷凍機油を分離し、冷凍機油が除去された冷媒を膨張機（30）へ向けて送り出す。
【０１０３】
また、本実施形態の冷媒回路（11）において、給油用配管（17）は、油分離器（19）の底部に接続されており、油分離器（19）内の冷凍機油を膨張機（30）の給油管（37）へ供給する。上述したように、油分離器（19）へ流入する冷媒の圧力は、冷凍サイクルの高圧と同等になっている。このため、油分離器（19）内の冷凍機油の圧力も冷凍サイクルの高圧と同等となる。従って、膨張機（30）に対しては、その圧力が冷凍サイクルの高圧と同等となっている冷凍機油が給油用配管（17）を通じて油分離器（19）から供給される。
【０１０４】
−実施形態２の変形例−
本実施形態では、冷媒回路（11）における油分離器（19）の接続位置を変更してもよい。
【０１０５】
図６に示すように、本変形例の冷媒回路（11）では、圧縮機（20）の吐出管（26）と第１四方切換弁（12）の第１のポートとの間に油分離器（19）が設けられている。この油分離器（19）には、圧縮機（20）から吐出された超臨界状態の冷媒が流入する。この油分離器（19）は、流入した冷媒から冷凍機油を分離し、冷凍機油が除去された冷媒を第１四方切換弁（12）へ向けて送り出す。
【０１０６】
なお、本変形例の冷媒回路（11）においても、給油用配管（17）が油分離器（19）の底部に接続されている点は上記実施形態２と同様である。そして、膨張機（30）に対しては、その圧力が冷凍サイクルの高圧と同等となっている冷凍機油が給油用配管（17）を通じて油分離器（19）から供給される。
【０１０７】
《発明の実施形態３》
本発明の実施形態３について説明する。本実施形態の空調機（10）は、上記実施形態１において膨張機（30）の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の膨張機（30）について、上記実施形態１と異なる点を説明する。
【０１０８】
図７に示すように、出力軸（40）の上端部には、１つの偏心部（44）が形成されている。この偏心部（44）は、出力軸（40）の主軸部（41）よりも大径に形成されている。上記実施形態１と同様に、出力軸（40）には、軸内油通路（90）が形成されている。ただし、本実施形態の軸内油通路（90）は、給油通路部（93）が１つだけ設けられている。この給油通路部（93）は、その基端が主通路部（94）に連通し、その先端が偏心部（44）の外周面に開口している。
【０１０９】
膨張機構（31）は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ式流体機械で構成されている。この膨張機構（31）には、フロントヘッド（61）と、シリンダ（51）と、ピストン（55）と、リアヘッド（62）とが１つずつ設けられている。
【０１１０】
膨張機構（31）では、下から上へ向かって順に、フロントヘッド（61）、シリンダ（51）、リアヘッド（62）が積層された状態となっている。この状態において、シリンダ（51）は、その下側端面がフロントヘッド（61）により閉塞され、その上側端面がリアヘッド（62）により閉塞されている。つまり、本実施形態の膨張機構（31）では、フロントヘッド（61）及びリアヘッド（62）が閉塞部材を構成している。
【０１１１】
出力軸（40）は、積層された状態のフロントヘッド（61）、シリンダ（51）、リアヘッド（62）を貫通している。また、出力軸（40）は、その偏心部（44）がシリンダ（51）内に位置している。
【０１１２】
図８にも示すように、シリンダ（51）内にはピストン（55）が設けられている。このピストン（55）は、円環状あるいは円筒状に形成されている。ピストン（55）の内径は偏心部（44）の外径と概ね等しくなっている。そして、ピストン（55）には出力軸（40）の偏心部（44）が貫通している。
【０１１３】
ピストン（55）は、その外周面がシリンダ（51）の内周面に、一方の端面がフロントヘッド（61）に、他方の端面がリアヘッド（62）にそれぞれ摺接している。シリンダ（51）内には、その内周面とピストン（55）の外周面との間に流体室（52）が形成される。
【０１１４】
ピストン（55）には、ブレード（56）が一体に設けられている。ブレード（56）は、ピストン（55）の半径方向へ延びる板状に形成されており、ピストン（55）の外周面から外側へ突出している。このブレード（56）はシリンダ（51）のブッシュ孔（58）に挿入されている。シリンダ（51）のブッシュ孔（58）は、シリンダ（51）を厚み方向へ貫通すると共に、シリンダ（51）の内周面に開口している。
【０１１５】
シリンダ（51）には、一対のブッシュ（57）が設けられている。各ブッシュ（57）は、内側面が平面となって外側面が円弧面となるように形成された小片である。シリンダ（51）において、一対のブッシュ（57）は、ブッシュ孔（58）に挿入されてブレード（56）を挟み込んだ状態となる。ブッシュ（57）は、その内側面がブレード（56）と摺接し、その外側面がシリンダ（51）と摺動する。そして、ピストン（55）と一体のブレード（56）は、ブッシュ（57）を介してシリンダ（51）に支持され、シリンダ（51）に対して回動自在で且つ進退自在となっている。
【０１１６】
シリンダ（51）内の流体室（52）は、ピストン（55）と一体のブレード（56）によって仕切られており、図８におけるブレード（56）の左側が高圧側の高圧室（53）となり、その右側が低圧側の低圧室（54）となっている。フロントヘッド（61）には流入ポート（67）が形成されている。流入ポート（67）は、フロントヘッド（61）の上面のうち高圧室（53）に臨む部分に開口している。また、流入ポート（67）の開口位置は、シリンダ（51）の内周面の近傍で且つ図８におけるブレード（56）の左側近傍に設定されている。シリンダ（51）には流出ポート（68）が形成されている。流出ポート（68）は、シリンダ（51）の内周面のうち、図８におけるブッシュ（57）のやや右側の箇所に開口している。この流出ポート（68）は、低圧室（54）と連通可能となっている。
【０１１７】
なお、フロントヘッド（61）に主軸受部（100）が形成され、リアヘッド（62）に副軸受部（110）が形成されている点は、上記実施形態１と同様である。また、第１通路部（96）がフロントヘッド（61）に形成され、配管接続部（98）と第２通路部（97）がリアヘッド（62）に形成されている点も、上記実施形態１と同様である。ただし、本実施形態の膨張機構（31）に中間プレート（63）は設けられていない。従って、本実施形態の膨張機構（31）に形成された本体側油通路（95）は、第１通路部（96）と、第２通路部（97）と、配管接続部（98）と、シリンダ（51）に形成されたブッシュ孔（58）とによって構成される。
【０１１８】
−運転動作−
空調機（10）の冷房運転及び暖房運転や、圧縮機構（21）及び膨張機構（31）へ冷凍機油を供給する動作は、上記実施形態１の場合と同様である。ここでは、本実施形態の膨張機構（31）が冷媒から動力を回収する動作について、図８を参照しながら説明する。
【０１１９】
出力軸（40）が図８(ａ)の状態（回転角が０°の状態）から同図の反時計方向へ僅かに回転すると、流入ポート（67）が高圧室（53）と連通し、流入ポート（67）から高圧室（53）へ高圧冷媒が流入する。この時、低圧室（54）は流出ポート（68）と連通しており、低圧室（54）の圧力は冷凍サイクルの低圧と概ね等しくなっている。このため、ピストン（55）は高圧室（53）へ流入した冷媒によって押し動かされ、出力軸（40）が同図の反時計方向へ回転を続ける。
【０１２０】
そして、図８(ｂ)〜(ｄ)に順次示すように、高圧室（53）の容積はピストン（55）が移動するのにつれて拡大する一方、低圧室（54）の容積はピストン（55）が移動するのにつれて縮小してゆく。その後、ピストン（55）は同図(ａ)の状態に戻るが、慣性力によって回転し続け、再び高圧室（53）に流入ポート（67）が連通すると同時に低圧室（54）に流出ポート（68）が連通する状態となり、出力軸（40）が継続的に回転駆動される。
【０１２１】
本実施形態の膨張機構（31）における冷凍機油の流通経路は、上記実施形態１と概ね同様である。
【０１２２】
具体的に、給油用配管（17）から給油管（37）を通って配管接続部（98）へ流入した冷凍機油は、その一部がシリンダ（51）のブッシュ孔（58）へ流入し、残りが第２給油通路部（92）へ流入する。
【０１２３】
シリンダ（51）のブッシュ孔（58）へ流入した冷凍機油の一部は、シリンダ（51）とブッシュ（57）の摺動部分や、ブレード（56）とブッシュ（57）の摺動部分へ供給され、潤滑に利用された後にシリンダ（51）内の流体室（52）へ流入する。このブッシュ孔（58）へ流入した冷凍機油の残りは、第１給油通路部（91）へ流入する。第１給油通路部（91）へ流入した冷凍機油は、第１凹溝（45）を通って第１軸受メタル（101）と主軸部（41）の隙間へ流入し、両者の摺動面を潤滑した後に第１油溜め室（103）を通って軸内油通路（90）の主通路部（94）の下端へ流入する。一方、第２給油通路部（92）へ流入した冷凍機油は、第２凹溝（46）を通って第２軸受メタル（111）と主軸部（41）の隙間へ流入し、両者の摺動面を潤滑した後に第２油溜め室（113）を通って軸内油通路（90）の主通路部（94）の上端へ流入する。
【０１２４】
軸内油通路（90）の主通路部（94）へ流入した冷凍機油は、給油通路部（93）を通って偏心部（44）とピストン（55）の摺動部分へ供給される。偏心部（44）とピストン（55）の潤滑に利用された冷凍機油は、フロントヘッド（61）及びリアヘッド（62）とピストン（55）の端面との隙間へ流入し、潤滑に利用された後にピストン（55）内の流体室（52）へ流入する。そして、流体室（52）内へ流入した冷凍機油は、冷媒と共に流出ポート（68）を通って膨張機構（31）から排出されてゆく。
【０１２５】
《その他の実施形態》
−第１変形例−
上記の各実施形態の膨張機（30）では、膨張機構（31）のオイルシール（104,114）を省略してもよい。この場合には、膨張機構（31）のフロントヘッド（61）やリアヘッド（62）と出力軸（40）の隙間を通って冷凍機油が多少漏れ出し、漏れ出た冷凍機油が膨張機ケーシング（34）の底部に溜まり込む。そこで、図９に示すように、本変形例の膨張機（30）が接続される冷媒回路（11）には、油戻し用配管（18）が設けられる。
【０１２６】
油戻し用配管（18）は、その始端が膨張機（30）に接続され、その終端が吸入側配管（16）に接続されている。具体的に、油戻し用配管（18）の始端部は、膨張機ケーシング（34）の底部を貫通し、膨張機ケーシング（34）の内部空間に開口している。この油戻し用配管（18）の始端部は、膨張機ケーシング（34）の底面付近に開口している。一方、油戻し用配管（18）の終端部は、吸入側配管（16）に接続されている。
【０１２７】
膨張機ケーシング（34）の底に溜まった冷凍機油は、油戻し用配管（18）を通って吸入側配管（16）へ流入し、吸入側配管（16）を流れる冷媒と共に圧縮機（20）へ吸入される。吸入側配管（16）を流れる冷媒の圧力は、冷媒回路（11）内で最も低くなっている。このため、膨張機ケーシング（34）内の冷凍機油は、油戻し用配管（18）を流れて吸入側配管（16）に流入する。
【０１２８】
−第２変形例−
上記の各実施形態では、膨張機構（31）がいわゆるローリングピストン型のロータリ式流体機械で構成されていてもよい。この場合、膨張機構（31）では、ブレード（56,75,86）がピストン（55,75,85）と別体に形成される。そして、ブレード（56,75,86）は、シリンダ（51,71,81）に対して進退自在に支持され、その先端がピストン（55,75,85）の外周面に押し付けられる。
【０１２９】
−第３変形例−
上記の各実施形態では、膨張機構（31）がスクロール型の流体機械で構成されていてもよい。この場合、膨張機構（31）では、固定スクロールと可動スクロールによって形成された膨張室内で冷媒が膨張し、可動部材である可動スクロールに係合する出力軸（40）が回転駆動される。
【０１３０】
−第４変形例−
上記の各実施形態では冷凍装置によって空調機を構成しているが、冷凍装置によって給湯機を構成し、圧縮機（20）から吐出された冷媒によって水を加熱して温水を生成するようにしてもよい。
【０１３１】
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
以上説明したように、本発明は、冷凍装置の冷媒回路に設けられる動力回収用の膨張機について有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】実施形態１における空調機の構成を示す冷媒回路図である。
【図２】実施形態１における膨張機の要部を示す概略の縦断面図である。
【図３】実施形態１における膨張機構の要部拡大図である。
【図４】実施形態１の膨張機構における出力軸の回転角９０°毎の各ロータリ機構部の状態を示す概略の横断面図である。
【図５】実施形態２における空調機の構成を示す冷媒回路図である。
【図６】実施形態２の変形例における空調機の構成を示す冷媒回路図である。
【図７】実施形態３における膨張機の要部を示す概略の縦断面図である。
【図８】実施形態３の膨張機構の状態を出力軸の回転角９０°毎に示した概略の横断面図である。
【図９】その他の実施形態の第１変形例における空調機の構成を示す冷媒回路図である。
【符号の説明】
【０１３４】
11    冷媒回路
30    膨張機
31    膨張機構
32    本体部
33    発電機
34    膨張機ケーシング（ケーシング）
37    給油管
40    出力軸
51    シリンダ
52    流体室
55    ピストン（可動部材）
56    ブレード
61    フロントヘッド（閉塞部材）
62    リアヘッド（閉塞部材）
63    中間プレート（閉塞部材）
71    第１シリンダ（シリンダ）
72    第１流体室
75    第１ピストン（可動部材、ピストン）
76    第１ブレード（ブレード）
81    第２シリンダ（シリンダ）
82    第２流体室
85    第２ピストン（可動部材、ピストン）
86    第２ブレード（ブレード）
90    軸内油通路（第２油通路）
95    本体側油通路（第１油通路）
100   主軸受部（軸受部）
114   第１オイルシール（シール部材）
110   副軸受部（軸受部）
114   第２オイルシール（シール部材）
【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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