(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一流体圧縮／膨張冷凍装置であって、
液体および気体として前記冷凍装置内部に存在する十分な量の流体冷媒と、
前記流体冷媒を圧縮して圧縮エネルギーを前記流体冷媒に加えるための主圧縮機と、を備えており、前記主圧縮機は、所定の減少圧力にある前記流体冷媒を受け入れるための流入口および上昇圧力にある前記流体冷媒を放出するための吐出口を備えており、さらに、前記冷凍装置は、
前記主圧縮機を駆動するために前記主圧縮機に連結されている駆動モータと、
前記冷媒から熱を引き抜いて前記主圧縮機から放出された圧縮気体を液体へと変化させるための凝縮器手段と、
前記冷媒に熱を吸収させて液状冷媒を気体へと変化させるための蒸発器手段と、
前記凝縮器手段と前記蒸発器手段の吸入口との間に配置された複合型回転容積式装置と、を備えており、該複合型回転容積式装置は、
外周に複数のらせん状突出部を備えた第１ロータと、
前記第１ロータと係合する少なくとも１つの第２ロータと、を備えており、前記第２ロータは、前記の第１ロータおよび第２ロータがそれぞれ逆方向に回転する間に前記第１ロータの前記らせん状突出部を受容するためのらせん状溝部を、その外周に備えており、さらに、前記複合型回転容積式装置は、
前記第１ロータおよび前記第２ロータを包囲するとともに、一端に吸入ポートを備え、他端に吐出ポートを備えた室を画定するハウジングを備えており、
前記ハウジングにおいて、中間ポートが、前記吸入ポートと前記吐出ポートとの間で前記室の側壁部に設けられており、前記第１ロータ、前記第２ロータおよび前記ハウジングが協働して、前記第１ロータが一方向に回転する間に、前記吸入ポートと前記中間ポートとの間の効果的に閉塞された膨張作用室と、前記中間ポートと前記吐出ポートとの間の効果的に閉塞された収縮作用室と、を画定するようになっており、
前記吸入ポートは、前記凝縮器手段から液状冷媒を受け入れるために該凝縮器手段の吐出口と流体的に連通しており、前記中間ポートは、前記蒸発器手段に液状冷媒を放出するために該蒸発器手段の吸入口と流体的に連通しており、前記吐出ポートは、再圧縮された気体状冷媒を前記凝縮器手段に戻るように放出するために該凝縮器手段の吸入口と流体的に連通していることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記第１ロータおよび前記第２ロータは、モータを使用することなく、前記吸入ポートを介して流体混合物が受け入れられることによって回転するようになっていることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記第１ロータと前記の少なくとも１つの第２ロータは、互いに平行に配置されており、各ロータの回転軸が互いに平行となっていることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【請求項４】
少なくとも１つのロータの回転軸が、他のロータの回転軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項３記載の冷凍装置。
【請求項５】
少なくとも１つのロータを回転させるためのモータを備えていることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記膨張作用室は、少なくとも１つのチャネル領域を備えていることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【請求項７】
前記膨張作用室の前記の少なくとも１つのチャネル領域の容積は、前記膨張作用室の軸に沿って増大していることを特徴とする請求項６記載の冷凍装置。
【請求項８】
前記膨張作用室は、前記冷媒を膨張させるとともに、ほぼ全部の液体を前記冷媒から取り除くのに十分な長さとなっていることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【請求項９】
前記収縮作用室は、少なくとも１つのチャネル領域を備えていることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【請求項１０】
前記収縮作用室の前記の少なくとも１つのチャネル領域の容積は、前記収縮作用室の軸に沿って減少していることを特徴とする請求項９記載の冷凍装置。
【請求項１１】
前記第１ロータおよび前記第２ロータは、前記冷媒の膨張および圧縮の両方を行うのに十分な長さとなっていることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【請求項１２】
単一流体圧縮／膨張冷凍装置であって、
液体および気体として前記冷凍装置内部に存在する十分な量の流体冷媒と、
前記流体冷媒を圧縮して圧縮エネルギーを前記流体冷媒に加えるための主圧縮機と、を備えており、前記主圧縮機は、所定の減少圧力にある前記流体冷媒を受け入れるための流入口および上昇圧力にある前記流体冷媒を放出するための吐出口を備えており、さらに、前記冷凍装置は、
前記主圧縮機を駆動するために前記主圧縮機に連結されている駆動モータと、
前記冷媒から熱を引き抜いて前記主圧縮機から放出された圧縮気体を液体へと変化させるための凝縮器手段と、
前記冷媒に熱を吸収させて液状冷媒を気体へと変化させるための蒸発器手段と、
前記凝縮器手段と前記蒸発器手段の吸入口との間に配置された複合型回転容積式装置と、を備えており、該複合型回転容積式装置は、
円周方向に離間された複数の流路を備えた円筒状ハウジングと、
前記円筒状ハウジング内部で偏心的に配置されているとともに、外部表面を有するロータと、を備えており、前記ロータの寸法は、前記ハウジング内部で前記ロータが偏心的に回転することができるような大きさとなっており、さらに、前記複合型回転容積式装置は、
前記ロータの前記外部表面と接触している複数の滑動ベーンを備えており、前記滑動ベーンは、前記ハウジングの前記流路を通って半径方向に滑動することが可能であり、これによって、前記滑動ベーン、前記ロータおよび前記ハウジングによって、円周方向に離間された複数の領域が画定されるようになっており、
前記ハウジングは、吸入ポート、吐出ポート、前記吸入ポートと前記吐出ポートとの間に配置された中間ポート、を備えており、
前記吸入ポートは、前記ロータの回転方向における第１の離間された領域に配置されており、前記吸入ポートは、前記ロータ、前記ハウジングおよび１つの滑動ベーンによって画定されており、
前記中間ポートは、第２の離間された領域に配置されており、前記中間ポートは、前記ロータ、前記ハウジングおよび２つの滑動ベーンによって画定されており、
前記吐出ポートは、前記ロータの回転方向と逆の方向における第３の離間された領域に配置されており、前記吐出ポートは、前記ロータ、前記ハウジングおよび１つの滑動ベーンによって画定されており、
前記吸入ポートは、前記凝縮器手段から液状冷媒を受け入れるために該凝縮器手段の吐出口と流体的に連通しており、前記中間ポートは、前記蒸発器手段に液状冷媒を放出するために該蒸発器手段の吸入口と流体的に連通しており、前記吐出ポートは、再圧縮された気体状冷媒を前記凝縮器手段に戻るように放出するために該凝縮器手段の吸入口と流体的に連通していることを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍の分野に関し、特に、チラー、空調、ヒートポンプもしくは冷凍システムに使用されるような２相流混合物の膨張および圧縮を可能とする単一型容積式装置（エクスプレッサ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最初に図１を参照すると、ヒートポンプ、冷凍機、チラーもしくは空調機のための周知の冷凍システム１０が、背景技術の説明のために概略的に示されている。このような周知の冷凍システム１０は、電気モータ１２もしくは他の周知の手段によって駆動される圧縮機１１を備えており、これによって気体が圧縮される。圧縮機１１から、高圧高温の圧縮気体が放出され、凝縮器１３に流入する。凝縮器１３で、作動流体から熱が引き抜かれることによって、作動流体が、凝縮されて高圧気体から高圧液体となる。続いて、この高圧液体は、凝縮器１３からスロットルバルブ１４へと流れ、このスロットルバルブ１４によって流体の圧力が低下することによって、部分的なフラッシングが起こる。続いて、この低圧流体は、蒸発器１５に流入し、ここで熱を吸収して、液体から気体状態へと変化する。蒸発器から放出された気体は、再び圧縮機１１に吸入側から流入する。
【０００３】
図２は、図１に示された一般的な冷凍システムの蒸気圧縮サイクルＰＨ（圧力対エンタルピー）を示す図であり、圧力（Ｐ）が縦座標に沿って示されており、エンタルピー（Ｈ）が横座標に沿って示されている。蒸発／圧縮サイクルは、線Ａに沿った気体の断熱圧縮、線Ｂ１に沿った蒸気の過熱分の冷却、続いて起こるＢ２に沿った２相等温凝縮、線Ｂ３に沿った液体の副冷却、を示している。
【０００４】
作動流体は、スロットルバルブを通過する間、垂直線Ｃに示されるような等エンタルピー膨張を行う。蒸発器内部での液体の等圧膨張は、水平方向線Ｄにより示されている。
【０００５】
前記の図から明らかなように、等エンタルピー膨張によって、膨張された冷媒の質が向上する。これは、凝縮された作動流体の圧縮エネルギーの一部が、システムの低圧側で、液体から気体へと変化する際に消費されるためである。効率的な運転を行うためには、作動流体の質、つまり、膨張された冷媒の気体比率を可能な限り低下させることが必要である。
【０００６】
図３を参照すると、同出願人が所有する米国特許第５，４６７，６１３号に記載されているように改善されたシステムが示されており、このシステムでは、ターボエキスパンダ１７がスロットルバルブ式膨張器の代わりに利用されている。ターボエキスパンダ１７は、凝縮器から高圧液体を受け入れ、膨張している作動流体の運動エネルギーによりタービンのロータを駆動する。換言すれば、圧縮機により作動流体に加えられたエネルギーの一部が、膨張器内部で機械的エネルギーとして復元される。従って、ターボエキスパンダ１７によって、駆動モータにかかる圧縮機の負荷が幾分か減少し、これによって、冷凍サイクルの運転が、スロットルタイプの膨張器を用いた場合よりも、効率的に行われるようになっている。
【０００７】
通常は、ターボエキスパンダは、機械的に、もしくは電気的に、主圧縮機に連結される。一般的な機械的構成が図３に示されている。このように直接に連結した構成の欠点は、タービン／膨張器を、主圧縮機に近接して配置しなければならないことである。このことによって、システムに付加的な配管が必要となり、結果として、２相流膨張器を形成するためのコストが増大する。
【０００８】
上述した問題に対処するために可能な解決法は、図４に示されているように、復元された機械的動力を、発電器１８を介して電力へと局部的に変換するような独立型タービン／膨張器を提供することである。このように変換された電力が、圧縮機１１のモータ１２を駆動するのに必要な電力の一部となる。このようなシステムの欠点は、付加的な発電器が必要となるとともに、発電器の利用に伴う付加的な損失が生じることである。
【０００９】
加えて、図３および図４に示されている各システムでは、タービン／膨張器は一定速度で動作するものでなければならない。しかし、実際のシステムの用途では、一定速度で運転するためには、部分負荷状態で凝縮器から蒸発器へと高温ガスがバイパスするのを防止するための付加的なハードウェアが必要となる。この結果、既存のスロットル損失復元システムの効率は、部分負荷状態で劣化する。例えば、システムが５０％以下の容量で運転されており、温度上昇が減少された状態では、通常、タービン／膨張器の動力の復元量が、ごく少量にまで減少することが発見されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主な目的は、従来技術のスロットル損失復元システムの状態を改善することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の好適な形態によると、容積式装置が利用され、該装置は、その外周に複数のらせん状突出部を備えた第１ロータと、少なくとも１つの第２ロータと、を備えており、該第２ロータは、前記第１ロータと係合するとともに、これらのロータがそれぞれ逆方向に回転する間に前記第１ロータの突出部を受容するために複数のらせん状溝部を備えている。さらに、前記装置は、ハウジングを備えており、該ハウジングは、ロータを包囲するとともに、一端に吸入ポートを備え、他端に吐出ポートを備えた室を画定している。該ハウジングにおいて、中間ポートが、吸入ポートと吐出ポートとの間で室の側壁部に設けられている。さらに、これらのロータの長さは、前記第１ロータが一方向に回転する間に、吸入ポートと中間ポートとの間の効果的に閉塞された膨張作用室と、中間ポートと吐出ポートとの間の効果的に閉塞された収縮作用室と、を画定するのに十分なものである。
【００１２】
好ましくは、一対のロータを備えたツインスクリュー型容積式装置（エクスプレッサ）が利用される。これらのロータは、モータを用いずに、ロータを通過する流体冷媒によって駆動することが可能なものだが、所望により、モータ駆動装置を備えることも可能である。
【００１３】
本発明の他の好適な実施例によると、単一流体の圧縮／膨張装置が利用され、該装置は、液体および気体として前記装置内部に存在する十分な量の流体冷媒と、気体を圧縮して圧縮エネルギーを流体冷媒に加えるための主圧縮機と、を備えており、前記圧縮機は、所定の減少圧力にある流体を受け入れるための流入口および上昇圧力にある流体を放出するための吐出口を備えている。さらに、前記装置は、前記主圧縮機を駆動するために前記主圧縮機に連結されている駆動モータと、冷媒から熱を引き抜いて前記主圧縮機から放出された圧縮気体を液体へと変化させるための凝縮器手段と、外部から熱を吸収して冷媒へと供給することにより液状冷媒を気体へと変化させるための蒸発器手段と、前記凝縮器手段と前記蒸発器手段の流入口との間に配置された複合型回転容積式装置と、を備えている。該複合型回転容積式装置は、その外周に複数のらせん状突出部を備えた第１ロータと、少なくとも１つの第２ロータと、を備えており、前記第２ロータは、前記第１ロータと係合するとともに、これらのロータがそれぞれ逆方向に回転する間に、前記第１ロータの突出部を受容するための複数のらせん状溝部を備えている。さらに、前記複合型回転容積式装置は、ハウジングを備えており、該ハウジングは、ロータを包囲するとともに、一端に吸入ポートを備え、他端に吐出ポートを備えた室を画定している。ハウジングにおいて、中間ポートが、吸入ポートと吐出ポートとの間で室の側壁部に設けられている。さらに、これらのロータの長さは、前記第１ロータが一方向に回転する間に、吸入ポートと中間ポートとの間の効果的に閉塞された膨張作用室と、中間ポートと吐出ポートとの間の効果的に閉塞された収縮作用室と、を画定するのに十分なものである。
【００１４】
本発明の利点は、上述されたような複合型容積式装置（以下では、エクスプレッサと称する）は、流入する副冷却された液体もしくは２相流体混合物の膨張および圧縮の両方を行うことが可能なことである。
【００１５】
本発明の他の利点は、膨張器／圧縮機（以下では、エクスプレッサと称する）が、固定速度の装置（例えば、電気式発電機もしくは主圧縮機もしくはそのモータ）に直接に連結されないため、その速度を可変とすることができることである。速度を可変とすることができることによって、膨張器に流入する液体の質量流量が減少されている状態では、部分負荷状態での減速運転を行うことが可能となる。このような方法では、エクスプレッサの速度は、自己制御される。
【００１６】
本発明の他の利点は、エクスプレッサが独立型の装置であり、主圧縮機との機械的接続を別個に設ける必要がないことである。従って、エクスプレッサを、既存のＨＶＡＣ装置に後付けすることが可能である。
【００１７】
本発明の他の利点は、膨張過程で復元された機械的動力が、圧縮過程を行うために直接に利用されることである。従って、この装置は、機械的動力を電力に変換するような単独型装置よりも、効率がよい。
【００１８】
さらに他の利点は、圧縮過程が、主圧縮機から完全に分離されたエクスプレッサを利用して行われるため、総合的なシステム容量が増大することである。
【００１９】
さらに他の利点は、単一スクリュー複合ロータ型容積式装置では、２相混合物の膨張および圧縮を別個に行うための一対の装置を必要とせずに、流入する２相混合物の一部を、効率的に、膨張し、続いて圧縮することが可能なことである。
【００２０】
本発明のさらに他の利点は、利用する際に、寸法上の制限がないことである。従って、寸法が大きく速度が小さいエクスプレッサ、もしくは寸法が小さく速度が大きいエクスプレッサを使用することが可能である。
【００２１】
これらの目的および他の目的、特徴、利点は、本発明についての以下の詳細な説明および付随の図面によって、明らかとなるだろう。
【００２２】
【発明の詳細な説明】
以下の説明は、本発明の特定の好適な実施例に関する。説明の過程で、「前方」、「後方」、「側部」、「頂部」および「底部」といった用語が使用されていることによって、付随の図面に関する参照系が提供されている。しかし、これらの用語は、教示される発明の概念を制限するものではない。
【００２３】
図５〜９を参照すると、以下でエクスプレッサ３０と称される容積式装置が示されている。エクスプレッサ３０は、一対の係合するロータ（すなわち第１ロータ３２および第２ロータ３４）を備えており、これらは、交差している第１シリンダ３８および第２シリンダ４０によってその容積が画定されている実質的にシールされたハウジング３６の内部に配置されている。この実施例によると、第１ロータ３２は、その外周に、複数のらせん状突出部４２を備えており、これらのらせん状突出部４２は、対応する複数の溝部４４によって分離されている。らせん状突出部４２は、第１シリンダ３８の直径にほぼ適合するとともに、ハウジング３６内部での第１ロータ３２の回転を可能とするような寸法となっている。第２ロータ３４は、その外周に、複数のらせん状溝部４６を備えており、これらは、第１ロータ３２のらせん状突出部４２を受容するような寸法となっている。各らせん状溝部４６の間には、対応する数のランド部４８が設けられており、これらのランド部４８の寸法は、第２シリンダ４０の直径にほぼ適合しながら、かつ第１ロータ３２の回転軸と平行な軸を中心として第２ロータ３４が回転できるような大きさとなっている。各ロータが、それぞれ逆方向に回転している状態で、第１ロータ３２のらせん状突出部４２は、第２ロータ３４のらせん状溝部４６と係合するようになっている。
【００２４】
係合しているロータ３２，３４の溝部４４，４６およびハウジング３６の内壁によって、チャネル領域５０，５０Ａ，５１，５１Ａが画定されており、流体冷媒は、これらのチャネル領域５０，５０Ａ，５１，５１Ａへと流入し、続いてこれらを通過するようになっている。互いに隣接した２つの領域５２，５４がエクスプレッサ３０の軸に沿って画定されている。第１の領域は、効果的に閉塞された膨張作用室つまり膨張領域５２であり、小さなチャネル領域５０Ａ，５０によって画定されている。これらのチャネル領域５０Ａ，５０は、エクスプレッサ３０の吸入ポート５６かららせん状に延びており、膨張領域５２の端部まで軸に沿って大きくなっている。第２領域は、効果的に閉塞された収縮作用室つまり再圧縮領域５４であり、チャネル領域５１，５１Ａの容積を減少させることによって形成されている。再圧縮領域５４の開始部分には、膨張領域５２の端部に隣接した大きなチャネル領域５１が存在している。再圧縮領域５４におけるチャネル領域５１は、エクスプレッサ３０の吐出ポート６０（再圧縮領域の端部でもある）まで減少している。従って、図９に示されているように、エクスプレッサ３０の前部および後部におけるチャネル領域５０Ａ，５１Ａは、エクスプレッサ３０の中間部にあるチャネル領域５０，５１よりも小さくなっている。
【００２５】
エクスプレッサ３０の頂部前方部分には、流体冷媒の容積流（通常は、ほぼ液相）を受け入れるために、吸入ポート５６が配置されている。流入した流体冷媒は、膨張領域５２のチャネル領域５０Ａ，５０を通過する間、その体積が増大することにより膨張し、結果として、ガス状冷媒が含まれることとなる。さらに、流体が膨張することに起因して、フラッシングが生じ、これは、トラップされた容積の大きさが増大する際にロータ３２，３４に作用する。中間ポート５８がエクスプレッサ３０の底部に設けられており、ここで、ほぼ全部の流体冷媒が遠心力および重力によって放出されるようになっている。残留した流体は、続いて、第２の領域５４に流入し、ここで、チャネル領域５１，５１Ａの寸法が減少していることに起因して再圧縮され、高圧気体となる。続いて、発生した高圧気体は、エクスプレッサ３０の底部後方に設けられた吐出ポート６０を介して、エクスプレッサ３０から流出する。従って、膨張および圧縮の両方が、同一の装置によって行われる。膨張過程の間に回転軸のエネルギーとして復元された動力は、エクスプレッサ３０の再圧縮領域にある気体の一部を圧縮するために直接に利用される。エクスプレッサ３０による圧縮は、外部から動力を加える必要なしに行うことができ、さらに、主圧縮機による圧縮とともに行うことができる。従って、エクスプレッサ３０によって、既存の圧縮システムの効率および容量が改善される。
【００２６】
エクスプレッサ３０の軸の全長は、中間ポート５８を介してほぼ全ての流体冷媒を放出できるほど長く、しかし、チャネル領域５０，５０Ａ，５１，５１Ａの差を無効にするほどには長くないことが重要である。チャネル領域の差が無効となる場合、第２の領域での再圧縮が不十分なものとなる。さらに、突出部４２を、チャネル間の流体の漏れ（例えば通気孔を通る漏れ）が最小となるような形状とすることによって、流体冷媒の膨張および圧縮が効率的に行われるようにすることが重要である。
【００２７】
図１０および図１１を参照すると、上述したエクスプレッサ３０を、凝縮器１３と蒸発器１５との間に備えたチラーシステム３１が示されている。明確化のため、図１〜９で参照数字が付与された部材は、同じ参照数字によって同定される。図１１の線Ａで示されるように、低圧（Ｐ1）のガス状冷媒は、圧縮機１１に流入し、ここで圧縮されて高圧（Ｐ3）のガス状冷媒となる。図１１の線Ｂ、ＣおよびＤに示されるように、高圧のガス状冷媒は、続いて、圧縮機１１から凝縮器１３へと流れ、ここで、冷却回路２７内の液体と熱交換することによって冷却されて凝縮され、液体となる。冷媒が、凝縮器１３内で気体から液体へと完全な等圧変化を行い（線Ｂ）、続いて、Ｐ3からＰ2への等エンタルピー圧力降下を行い、これによって、再び圧力Ｐ2で２相混合物となることが線Ｃにより示されている。線Ｄに示されるように、なお凝縮器１３内において、冷媒は、もう一度等圧相変化を行い、エンタルピーＨ2でほぼ液相となる。冷媒は、凝縮器１３から流出し、吸入ポート５６を介してエクスプレッサ３０に流入する。上述したように、この冷媒は、膨張して２相流体混合物となる。ほぼ全部の液状冷媒が、中間ポート５８を介してエクスプレッサ３０から押し出され、蒸発器１５へと流れる。この過程は線Ｅにより示されている。エクスプレッサ３０に残留した冷媒は、再圧縮領域５４で（凝縮圧にまで）再圧縮された後、高圧気体として吐出ポート６０を介してエクスプレッサ３０から流出する。この高圧気体である冷媒は、続いて、凝縮器１３に戻る。
【００２８】
さらに、図１０および図１１を参照すると、線Ｆによって、スロットルバルブ（図示せず）の熱力学的結果が示され、線Ｅによって、エクスプレッサ３０の膨張領域５２の熱力学的結果が示されている。エクスプレッサ３０内で流体が膨張した場合の方が、スロットルバルブ内で膨張した場合よりも、蒸発器１５に流入する冷媒中の液体の比率が大きくなることは明らかである。冷媒中の液体の比率が高くなったことに起因するエンタルピーの差（Ｈ2−Ｈ1）は、膨張過程中に復元される機械的エネルギーであり、この機械的エネルギーは、再圧縮中にエクスプレッサ３０のロータ軸により利用されるべきものである。線Ｇに示されるように、蒸発器では、ほぼ液状の低圧冷媒は、冷却回路２９から熱を引き抜き、圧縮機１１に供給されるべきほぼ気体の低圧冷媒へと相変化する。蒸発器内の冷媒の液体比率を増大させることによって、チラーシステム３１の総合的な効率が増大する。このことは、蒸発器内の冷媒の相および温度が変化する場合の方が、単に冷媒の温度が変化する場合よりも、周囲からの熱がより多く必要となるためである。結果として、エクスプレッサ３０は、蒸発器１５内の冷媒の気体に対する液体の比率を増大させるように機能し、さらに、凝縮器１３内部で凝縮されるべき付加的な高圧気体を発生させることによって、圧縮機１１を補助するように機能する。
【００２９】
図１２は、本発明の代わりの実施例の容積式装置７３を示している。この装置は、第１ロータ７５を備えており、その回転軸が一対の互いに係合するゲートロータ７７，７８に対して垂直となっている。吸入ポート７６を介してこの複合型容積式装置７３に流入する流体冷媒は、第１ロータ７５内で膨張して２相混合物となる。第１ロータ７５において膨張した後、膨張した冷媒のうち液体部分は、中間ポート８０を介して第１ロータ７５から流出する。残りのガス状冷媒は、続いて、圧縮され、吐出ポート８２を通ってロータ７５から流出する。
【００３０】
本発明のさらに他の実施例が図１３に示されており、この実施例では、回転ベーン型エクスプレッサ９９が、円筒状ハウジング９５に偏心的に取り付けられた中心ロータ９３を備えている。複数の滑動ベーン９１が、中心ロータ９３の外部表面上に、放射状に配置されている。中心ロータ９３がハウジング９５の内部表面に沿って回転する間、滑動ベーン９１が、径方向に移動して、ハウジング９５内部に設けられているとともに円周方向に離間された通路１００から出入りすることによって、冷媒の体積が変化する。体積がＶ１である高圧液状冷媒は、吸入ポート９０を介して回転ベーン型エクスプレッサ９９に流入する。ロータ９３が回転する間に、冷媒の体積はＶ３にまで膨張し、この状態で、冷媒は、低圧の２相混合物となる。中間ポート９２において、この低圧２相混合物中の液体の大部分が、エクスプレッサ９９から排出される。残った冷媒は、続いて、圧縮されて体積Ｖ５となり、高圧気体として最終的に吐出ポート９４から排出される。
【００３１】
他の変更も可能である。例えば、交互に配置されたらせん状突出部が交互に配置されたらせん状溝部とかみ合うように、３つもしくは４つ以上のロータを平行に配置することも可能である。このような構成では、冷媒の膨張および圧縮が均一に行われるように、吸入ポートおよび／または吐出ポートが複数設けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スロットルにより損失された動力が復元されない周知のチラーシステムの概略図。
【図２】図１のチラーシステムの冷凍圧縮／膨張サイクルを示す図。
【図３】図１の周知のチラーシステムの概略図であり、スロットル膨張バルブに代えて、主圧縮機に機械的に連結されたターボ−膨張器が利用されている。
【図４】  主圧縮機に電気的に接続されたターボ−膨張器が利用されている図１および図３の周知のシステムを示す概略図。
【図５】好適な実施例の容積式装置を上部から示している部分斜視図であり、この装置は、第１領域で膨張を行い、第２領域の圧縮を行うものである。
【図６】図５の容積式装置を上部から示している斜視図であり、流入口ポートを示している。
【図７】  図５の容積式装置を底部から示している部分斜視図。
【図８】図５の容積式装置を底部から示している斜視図であり、流入口ポート、中間ポートおよび吐出ポートを示している。
【図９】図５の容積式装置を側部から示している斜視図であり、チャネル領域の容積領域および流入口ポート、中間ポートおよび吐出ポートを示している。
【図１０】図５の容積式装置を利用したチラーシステムの概略図。
【図１１】図１０のチラーシステムのようなエクスプレッサを備えた冷凍圧縮／膨張サイクルを示す図。
【図１２】本発明の他の好適な実施例の容積式装置の部分側面図。
【図１３】本発明の他の好適な実施例の回転ベーン式エクスプレッサの部分端面図。
【符号の説明】
３０…エクスプレッサ
３２…第１ロータ
３４…第２ロータ
３６…ハウジング
４２…らせん状突出部
４４…溝部
４６…らせん状溝部
４８…ランド部
５０，５０Ａ，５１，５１Ａ…チャネル領域
５６…吸入ポート
５８…中間ポート
６０…吐出ポート
【図１】
0003799220.tif 000002
【図２】
0003799220.tif 000003
【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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【図１３】
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