JP2006132377A - 流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出管（36）から吐出される潤滑油の量を低減させることによって、流体機械の信頼性の向上を図る。
【解決手段】吐出管（36）の入口が油分離板（25）と回転板（26）との間に開口するように、油分離板（25）と回転板（26）とを回転軸（40）に取り付ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、膨張機構と圧縮機構とを１つのケーシングに収納して構成される流体機械に関する。

従来より、膨張機構と電動機と圧縮機構とが１本の回転軸で連結された流体機械が知られている。このような流体機械では、膨張機構で高圧流体から動力が回収されて、回収された動力が圧縮機構で流体を圧縮するのに利用される。

特許文献１にはこの種の流体機械が開示されている。同文献の図４には、縦長で円筒形の密閉容器であるケーシングを備え、該ケーシングの内部に下側から順に圧縮機構と電動機と膨張機構とが配置された流体機械が示されている。この流体機械のケーシングには、上記圧縮機構で圧縮された流体をケーシングの外部に送り出すための吐出管が設けられている。上記吐出管の入口は、ケーシング内における上記膨張機構と上記電動機との間に開口している。

また、上記流体機械では、ケーシング内の底部には潤滑油が貯留される油溜りが形成され、回転軸の下端部には上記油溜りに浸漬された油ポンプが設けられ、さらに該回転軸の内部にはその軸心に沿って下端から上端まで給油通路が形成されている。上記潤滑油は、上記油ポンプによって汲み上げられ、上記給油通路を流通して上記両機構に供給されて、該両機構の摺動部の潤滑に利用される。上記両機構に供給されて摺動部の潤滑に利用された潤滑油は、回転軸の外周面やケーシングの内周面を伝って流れ落ち、油溜りに戻ってゆく。油溜りに戻った潤滑油は、再び上記油ポンプによって汲み上げられ、上記両機構に供給される。
特開２００３−１３９０５９号公報

ところで、上記のような流体機械では、圧縮機構で流体が圧縮される時にその摺動部で潤滑を行っている潤滑油の一部が油滴となり、該油滴が圧縮された流体に混入して圧縮機構から吐出される。そして、従来の流体機械では、上記圧縮流体に混入した油滴が、該流体と共に吐出管からケーシング外部に吐出されていた。

また、膨張機構から流れ出て回転軸を流れる潤滑油は、遠心力によって回転軸の接線方向に飛散する。そして、従来の流体機械では、そのうちケーシング内に開口する吐出管の入口に向って飛散する潤滑油が、該吐出管に流入してケーシング外部に吐出されるおそれがあった。例えば、特許文献１の流体機械では、回転軸の外周面における吐出管の入口の高さ付近を流れる潤滑油が、該吐出管の入口に向かって飛散し、該吐出管に流入してケーシング外部に吐出されるおそれがあった。

この結果、従来の流体機械では、ケーシング内の潤滑油の量が減少して上記両機構の摺動部において潤滑を十分に行うことができなくなり、流体機械の信頼性を低下させるといった問題があった。

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、吐出管から吐出される潤滑油の量を低減させ、流体機械の信頼性の向上を図ることにある。

本発明は、吐出管（36）の構造や配置を工夫したり、回転軸（40）に油分離板（25）や回転板（26）を取り付けたりして、潤滑油が吐出管（36）から吸い込まれにくいようにしたものである。

第１の発明は、流体の膨張により動力を発生させる膨張機構（60）、流体を圧縮する圧縮機構（50）、及び該膨張機構（60）と該圧縮機構（50）とを連結する回転軸（40）が１つのケーシング（31）に収納され、上記ケーシング（31）には、上記圧縮機構（50）で圧縮された流体をケーシング（31）外部に送り出すための吐出管（36）が設けられ、上記吐出管（36）の入口が、ケーシング（31）内における上記膨張機構（60）と上記圧縮機構（50）との間に開口している流体機械であって、上記回転軸（40）には、該回転軸（40）と共に回転して上記圧縮機構（50）で圧縮された流体と潤滑油とを分離する油分離板（25）が取り付けられており、上記吐出管（36）の入口は、上記油分離板（25）よりも膨張機構（60）寄りに位置し、且つ該油分離板（25）側を向いて開口していることを特徴とするものである。

上記第１の発明では、圧縮機構（50）から吐出された流体は、回転する油分離板（25）に触れる。この時、この流体に含まれる油滴は、上記油分離板（25）に付着し、遠心力で飛ばされて流体から分離される。したがって、吐出管（36）へは、上記油分離板（25）によって油滴が除去された流体が流入する。また、膨張機構（60）から流れ出て回転軸（40）を流れる潤滑油は、遠心力によって該回転軸（40）の接線方向に飛散する。吐出管（36）の入口は、上記油分離板（25）の方を向いて開口している。つまり、吐出管（36）の入口は、回転軸（40）側を向いて開口していない。このため、回転中の回転軸（40）から潤滑油が飛散しても、この飛散した潤滑油は吐出管（36）へほとんど流入しない。このように、当該発明に係る流体機械の吐出管（36）へは、圧縮機構（50）から流体と共に吐出された潤滑油も、膨張機構（60）から流れ出て回転軸（40）から飛散した潤滑油もほとんど流入しない。よって、吐出管（36）から吐出される潤滑油の量を低減させることができる。

第２の発明は、流体の膨張により動力を発生させる膨張機構（60）、流体を圧縮する圧縮機構（50）、及び該膨張機構（60）と該圧縮機構（50）とを連結する回転軸（40）が１つのケーシング（31）に収納され、上記ケーシング（31）には、上記圧縮機構（50）で圧縮された流体をケーシング（31）外部に送り出すための吐出管（36）が設けられ、上記吐出管（36）の入口が、ケーシング（31）内における上記膨張機構（60）と上記圧縮機構（50）との間に開口している流体機械であって、上記回転軸（40）には、該回転軸（40）と共に回転して上記圧縮機構（50）で圧縮された流体と潤滑油とを分離する油分離板（25）が取り付けられており、上記吐出管（36）の入口は、上記油分離板（25）よりも膨張機構（60）寄りに位置し、且つ上記回転軸（40）の回転方向を向いて開口していることを特徴とするものである。

上記第２の発明では、上記第１の発明と同様に回転軸（40）に油分離板（25）が取り付けられているので、吐出管（36）へは、油分離板（25）によって油滴が除去された流体が流入する。また、吐出管（36）の入口は、回転軸（40）の回転方向を向いて開口している。つまり、吐出管（36）の入口は、回転中の回転軸（40）から潤滑油が飛散してくる方向とは逆向きに開口している。このため、回転中の回転軸（40）から潤滑油が飛散しても、この飛散した潤滑油は吐出管（36）へほとんど流入しない。このように、当該発明に係る流体機械の吐出管（36）へは、圧縮機構（50）から流体と共に吐出された潤滑油も、膨張機構（60）から流れ出て回転軸（40）から飛散した潤滑油もほとんど流入しない。よって、吐出管（36）から吐出される潤滑油の量を低減させることができる。

第３の発明は、流体の膨張により動力を発生させる膨張機構（60）、流体を圧縮する圧縮機構（50）、及び該膨張機構（60）と該圧縮機構（50）とを連結する回転軸（40）が１つのケーシング（31）に収納され、上記ケーシング（31）には、上記圧縮機構（50）で圧縮された流体をケーシング（31）外部に送り出すための吐出管（36）が設けられ、上記吐出管（36）の入口が、ケーシング（31）内における上記膨張機構（60）と上記圧縮機構（50）との間に開口している流体機械であって、上記回転軸（40）には、該回転軸（40）と共に回転して上記圧縮機構（50）で圧縮された流体と潤滑油とを分離する油分離板（25）と、該油分離板（25）よりも膨張機構（60）寄りに配置されて回転軸（40）と共に回転する回転板（26）とが取り付けられており、上記吐出管（36）の入口は、上記油分離板（25）と上記回転板（26）との間に開口していることを特徴とするものである。

上記第３の発明では、上記第１の発明と同様に回転軸（40）に油分離板（25）が取り付けられているので、吐出管（36）へは、油分離板（25）によって油滴が除去された流体が流入する。また、膨張機構（60）から流れ出た潤滑油は、回転軸（40）を伝って流れ、回転する回転板（26）に至る。この時、回転板（26）の表面に付着した潤滑油は、該回転板（26）の外側へ飛ばされる。吐出管（36）の入口は、上記回転板（26）に対して膨張機構（60）の逆側に開口している。このため、吐出管（36）の入口に向って潤滑油が飛散してくる位置を潤滑油が流れることはなく、吐出管（36）に飛散した潤滑油が流入することはほとんどない。このように、当該発明に係る流体機械の吐出管（36）へは、圧縮機構（50）から流体と共に吐出された潤滑油も、膨張機構（60）から流れ出た潤滑油もほとんど流入しない。よって、吐出管（36）から吐出される潤滑油の量を低減させることができる。

第４の発明は、上記第３の発明において、上記吐出管（36）は、ケーシング（31）内に位置する部分が直管状に形成されていることを特徴とするものである。

上記第４の発明では、上記吐出管（36）がケーシング（31）内において直管状に形成されているので、吐出管（36）をケーシング（31）に取り付ける際は、この吐出管（36）をケーシング（31）の外部から差し込むことができる。なお、この発明では直管状になった吐出管（36）の入口が、回転軸（40）側を向くことになる。しかし、この吐出管（36）の入口は上記油分離板（25）と上記回転板（26）との間に開口しているため、吐出管（36）に流入する流体は既に油滴をほとんど含まない状態となっており、また回転軸（40）から飛散した潤滑油が吐出管（36）に流入することもほとんどない。

第５の発明は、上記第１から第４のいずれか１つの発明において、上記吐出管（36）は、その入口が油分離板（25）の外周よりも回転軸（40）寄りに開口していることを特徴とするものである。

上記第５の発明では、圧縮機構（50）から吐出された流体に含まれる潤滑油は、該流体が流れてくる油分離板（25）の圧縮機構（50）側の面、すなわち吐出管（36）とは逆側の面に付着する。油分離板（25）に付着した潤滑油は、遠心力で該油分離板（25）の外側へ飛ばされる。このため、吐出管（36）がある側における上記油分離板（25）の外周より内側の流体には、潤滑油がほとんど含まれていない。吐出管（36）の入口は、その位置に開口している。よって、吐出管（36）から吐出される潤滑油の量をより低減させることができる。

第６の発明は、上記第３又は第４のいずれか１つの発明において、上記吐出管（36）は、その入口が油分離板（25）の外周及び回転板（26）の外周よりも回転軸（40）寄りに開口していることを特徴とするものである。

上記第６の発明では、上記第５の発明と同様に、吐出管（36）がある側における上記油分離板（25）の外周より内側の流体には、潤滑油がほとんど含まれていない。また、膨張機構（60）から流れ出た潤滑油は、該流体が流れてくる回転板（26）の膨張機構（60）側の面、すなわち吐出管（36）とは逆側の面に付着して、遠心力で該回転板（26）の外側へ飛ばされる。このため、吐出管（36）がある側における上記回転板（26）の外周より内側には、飛散した潤滑油がほとんど存在していない。吐出管（36）の入口は、流体に含まれる潤滑油も飛散した潤滑油もほとんど存在してしない、上記油分離板（25）と上記回転板（26）との間における各々の外周よりも内側に開口している。よって、吐出管（36）から吐出される潤滑油の量をより低減させることができる。

第７の発明は、上記第１から第６のいずれか１つの発明において、上記圧縮機構（50）と上記膨張機構（60）との間には該回転軸（40）に連結された電動機（45）が配置されており、上記油分離板（25）は、上記電動機（45）よりも膨張機構（60）寄りに位置していることを特徴とするものである。

上記第７の発明では、圧縮機構（50）と電動機（45）と膨張機構（60）とが順番に配置され、これらが１本の回転軸（40）によって連結される。吐出管（36）の入口は、膨張機構（60）と電動機（45）との間に開口する。油分離板（25）は、吐出管（36）の入口よりも電動機（45）寄りの位置で回転軸（40）に取り付けられる。そして、圧縮機構（50）から吐出された流体は、上記電動機（45）部を通過してから上記油分離板（25）によって潤滑油を分離され、その後に吐出管（36）から吐出される。

第８の発明は、上記第１から第７のいずれか１つの発明において、上記回転軸（40）はその軸心が上下方向となる姿勢で配置され、上記膨張機構（60）は上記圧縮機構（50）より上方に配置されていることを特徴とするものである。

上記第８の発明では、ケーシング（31）内において膨張機構（60）は圧縮機構（50）より上方に配置されている。従って、ケーシング（31）内の底部に油溜りが形成されている流体機械の場合、油溜りは膨張機構（60）側ではなく圧縮機構（50）側に形成される。

上記第１の発明によれば、圧縮機構（50）から吐出された流体に混じる潤滑油は、該流体が吐出管（36）から吐出される前に上記油分離板（25）によって該流体から除去される。さらに、吐出管（36）の入口は、膨張機構（60）から流れ出た潤滑油が飛散してくる回転軸（40）側を向いて開口していない。この結果、吐出管（36）から吐出される潤滑油の量を低減させることができる。よって、膨張機構（60）や圧縮機構（50）で潤滑油不足による焼き付け等のトラブルが発生することを防止することができるので、流体機械の信頼性の向上を図ることができる。

上記第２の発明によれば、上記第１の発明と同様に、圧縮機構（50）から吐出された流体に混じる潤滑油は、該流体が吐出管（36）から吐出される前に上記油分離板（25）によって該流体から除去される。さらに、吐出管（36）の入口は、膨張機構（60）から流れ出た潤滑油が回転中の回転軸（40）から飛散してくる方向とは逆向きに開口している。よって、流体機械の信頼性の向上を図ることができる。

上記第３の発明によれば、上記第１の発明と同様に、圧縮機構（50）から吐出された流体に混じる潤滑油は、該流体が吐出管（36）から吐出される前に上記油分離板（25）によって該流体から除去される。さらに、膨張機構（60）から流れ出た潤滑油は、吐出管（36）の入口に向って潤滑油が飛散してくる位置に至る前に上記回転板（26）によって回転軸（40）から飛ばされる。この結果、吐出管（36）から吐出される潤滑油の量を低減させることができる。よって、流体機械の信頼性の向上を図ることができる。

上記第４の発明によれば、吐出管（36）をケーシング（31）の外部から差し込むことができるので、容易に該吐出管（36）をケーシング（31）に取り付けることができる。したがって、流体機械の組立時における吐出管（36）をケーシング（31）に取り付ける作業を簡素化することができる。

上記第５の発明によれば、吐出管（36）の入口は、潤滑油が含まれる流体がほとんど存在していない膨張機構（60）側における油分離板（25）の外周より内側に開口している。よって、吐出管（36）から吐出される潤滑油の量をより低減させることができるので、流体機械の信頼性の向上を図ることができる。

上記第６の発明によれば、吐出管（36）の入口は、潤滑油が含まれる流体がほとんど存在していない膨張機構（60）側における油分離板（25）の外周より内側であって、膨張機構（60）から流れ出て回転軸（40）から飛散した潤滑油がほとんど存在していない圧縮機構（50）側における回転板（26）の外周より内側でもある位置に開口している。よって、吐出管（36）から吐出される潤滑油の量をより低減させることができるので、流体機械の信頼性の向上を図ることができる。

上記第７の発明によれば、圧縮機構（50）から吐出された流体は、電動機（45）部を通過してから上記油分離板（25）によって潤滑油が分離され、その後に吐出管（36）から吐出される。

上記第８の発明によれば、膨張機構（60）は圧縮機構（50）より上方に配置されるので、ケーシング（31）内の底部に油溜りが形成されているような流体機械の場合、油溜りは膨張機構（60）側ではなく圧縮機構（50）側に形成される。すなわち、比較的高温の潤滑油が貯留される油溜りは、比較的低温の流体が通過する膨張機構（60）から離れた位置に形成される。よって、油溜りの潤滑油から膨張機構（60）への入熱量を抑えることができるので、流体機械における熱ロスをより少なくすることができる。

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。

《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。

〈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。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。上記室外機（11）と上記室内機（13）とは、一対の連絡配管（15,16）で接続されている。なお、上記圧縮膨張ユニット（30）が本発明に係る流体機械を構成している。上記圧縮膨張ユニット（30）の詳細は後述する。

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）や室内熱交換器（24）などが接続された閉回路である。また、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。

上記室外熱交換器（23）と上記室内熱交換器（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空気と熱交換する。

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、その第１ポートが圧縮膨張ユニット（30）の吐出管（36）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）の吸入ポート（32）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。

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、その第１ポートが圧縮膨張ユニット（30）の流出ポート（35）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）の流入ポート（34）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。

〈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、１本のシャフト（40）で連結されている。圧縮機構（50）と膨張機構（60）とは、それぞれロータリ式流体機械によって構成されている。圧縮機構（50）と膨張機構（60）の説明は、後述する。

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）には、油分離板である第１遠心分離板（25）と、回転板である第２遠心分離板（26）とが、シャフト（40）と共に回転するように取り付けられている。上記第１遠心分離板（25）は、その中央をシャフト（40）が貫通し、円筒状の支持部（25b）と、該支持部（25b）の上面に連続する円板状の遠心分離部（25a）とにより構成されている。上記第１遠心分離板（25）は、膨張機構（60）と電動機（45）との間における電動機（45）寄りの位置に取り付けられている。上記第２遠心分離板（26）は、その中央をシャフト（40）が貫通し、テーパー状の支持部（26b）と、該支持部（26b）の上面に連続する円板状の遠心分離部（26a）とにより構成されている。上記第２遠心分離板（26）は、膨張機構（60）と電動機（45）との間における膨張機構（60）寄りの位置に取り付けられている。

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。

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）と上記第２大径偏心部（42）とは、何れも同じ方向に偏心している。また、第１大径偏心部（41）の外径は、第２大径偏心部（42）の外径よりも大きくなっている。

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）と上記第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。

上記ケーシング（31）には、吐出管（36）が取り付けられている。この吐出管（36）は、ケーシング（31）内に位置する部分が直管状に形成され、上記第１遠心分離板（25）と上記第２遠心分離板（26）との間に配置されている。上記吐出管（36）の入口は、上記第１遠心分離板（25）及び上記第２遠心分離板（26）の外周よりもシャフト（40）寄りに位置している。つまり、吐出管（36）の入口とシャフト（40）との距離は、上記遠心分離部（25a）及び上記遠心分離部（26a）の半径よりも短い。

上記圧縮機構（50）は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ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組ずつ備えている。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）と、第１シリンダ（51）と、中間プレート（56）と、第２シリンダ（52）と、フロントヘッド（54）とが積層された状態となっている。

上記第１シリンダ（51）と上記第２シリンダ（51）とは、内径が互いに等しく形成され、その内部には円筒状のロータリピストン（57,57）が１つずつ配置されている。この各ロータリピストン（57,57）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。

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、各ロータリピストン（57,57）の外周面とシリンダ（51,52）の内周面との間に圧縮室（53）が形成される。この圧縮室は、図示しないが、ロータリピストン（57,57）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。

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、32）が１つずつ形成されている。この各吸入ポート（32.32）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）内に開口している。また、各吸入ポート（32.32）は、配管によってケーシング（31）の外部へ延長されている。

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（33,33）が１つずつ形成されている。上記フロントヘッド（54）の吐出ポート（33）は、第２シリンダ（52）内の圧縮室（53）をケーシング（31）の内部空間と連通させる。上記リアヘッド（55）の吐出ポート（33）は、第１シリンダ（51）内の圧縮室（53）をケーシング（31）の内部空間と連通させる。また、上記各吐出ポート（33,33）は、終端に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。なお、吐出弁の図示は省略する。そして、上記圧縮機構（50）からケーシング（31）の内部空間へ吐出されたガス冷媒は、吐出管（36）を通って圧縮膨張ユニット（30）から送り出される。

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、シリンダ（71,81）とロータリピストン（75,85）とを２組ずつ備えている。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）と、第１シリンダ（71）と、中間プレート（63）と、第２シリンダ（81）と、フロントヘッド（61）とが積層された状態になっている。

上記第１シリンダ（71）の内径は、上記第２シリンダ（81）の内径よりも大きくなっている。上記第１シリンダ（71）の内部には円筒状の第１ロータリピストン（75）が配置され、上記第２シリンダ（81）の内部には円筒状の第２ロータリピストン（85）が配置されている。第１ロータリピストン（75）の外径は、第２ロータリピストン（85）の外径よりも大きくなっている。この各ロータリピストン（75,85）は、図３に示すように、側面に平板状のブレード（76,86）が突設されており、このブレード（76,86）が揺動ブッシュ（77,87）を介してシリンダ（71,81）に支持されている。

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）と係合している。一方、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。そして、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。第１流体室（72）は、ロータリピストン（75）のブレード（76）によって高圧側の第１高圧室（73）と低圧側の第１低圧室（74）とに区画されている。一方、第２流体室（82）は、ロータリピストン（85）のブレード（86）によって高圧側の第２高圧室（83）と低圧側の第２低圧室（84）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。

上記第１シリンダ（71）には、流出ポート（35）が形成され、上記第２シリンダ（81）には、流入ポート（34）が形成されている。上記流出ポート（35）は、上記第１シリンダ（71）を半径方向に貫通し、始端が第１シリンダ（71）内に開口して、第１流体室（72）の第１低圧室（74）に連通している。上記流出ポート（35）は、配管によってケーシング（31）の外部へ延長されている。一方、上記流入ポート（34）は、第２シリンダ（81）を半径方向に貫通し、終端が第２シリンダ（81）内に開口して、第２流体室（82）の第２高圧室（83）に連通している。上記流入ポート（34）は、配管によってケーシング（31）の外部へ延長されている。

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）の第１高圧室（73）と第２流体室（82）の第２低圧室（84）とを互いに連通させている。なお、図２において、連通路（64）の図示は省略する。

上記ケーシング（31）内の底部には、潤滑油が貯留されている油溜りが形成されている。上記シャフト（40）の下端部には、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るように構成されている。そして、上記シャフト（40）の内部には、下端から上端に亘って給油通路（49）が形成されている。この給油通路（49）は、油ポンプ（48）によって汲み上げられた潤滑油が圧縮機構（50）や膨張機構（60）の各摺動部に供給されるように形成されている。

−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、続いて圧縮膨張ユニット（30）の動作について説明する。

〈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。

上記圧縮膨張ユニット（30）の圧縮機構（50）で圧縮された超臨界状態の冷媒は、吐出管（36）を通って圧縮膨張ユニット（30）から吐出される。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、室外空気へ放熱する。

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、流入ポート（34）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、高圧冷媒からの動力回収が行われる。膨張後の低温低圧の冷媒は、流出ポート（35）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、室内空気から吸熱して蒸発する。これによって、室内空気が冷却される。上記室内熱交換器（24）から出た低圧のガス冷媒は、第１四路切換弁（21）を通り、吸入ポート（32）から圧縮膨張ユニット（30）の圧縮機構（50）へ吸入される。そして、この圧縮機構（50）は、吸入した冷媒を再び圧縮して吐出する。

〈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。

上記圧縮膨張ユニット（30）の圧縮機構（50）で圧縮された超臨界状態の冷媒は、吐出管（36）を通って圧縮膨張ユニット（30）から吐出される。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、室内空気へ放熱する。これによって、室内空気が加熱される。

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、流入ポート（34）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、高圧冷媒からの動力回収が行われる。膨張後の低温低圧の冷媒は、流出ポート（35）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、室外空気から吸熱して蒸発する。上記室外熱交換器（23）から出た低圧のガス冷媒は、第１四路切換弁（21）を通り、吸入ポート（32）から圧縮膨張ユニット（30）の圧縮機構（50）へ吸入される。そして、この圧縮機構（50）は、吸入した冷媒を再び圧縮して吐出する。

〈圧縮膨張ユニットの動作〉
圧縮機構（50）部の動作について説明する。圧縮膨張ユニット（30）の圧縮機構（50）は、電動機（45）によって駆動される。すなわち、電動機（45）が駆動して発生する動力がシャフト（40）を通じて圧縮機構（50）に伝達されると、シャフト（40）に形成された下側偏心部（58,59）が回動する。上記下側偏心部（58,59）が回動すると、この下側偏心部（58,59）に摺動自在に外接するロータリピストン（57,57）が第１シリンダ（51）及び第２シリンダ（52）内で揺動運動を行う。

冷媒は、上記ロータリピストン（57,57）の揺動運動に従って吸入ポート（32,32）から第１シリンダ（51）及び第２シリンダ（52）の圧縮室（53,53）に吸入される。吸入された冷媒は、ロータリピストン（57,57）、シリンダ（51,52）の内周壁、及びブレードによって区画された第１シリンダ（51）及び第２シリンダ（52）の圧縮室（53,53）で圧縮され、冷媒である二酸化炭素（ＣＯ₂）の臨界圧力以上の所定圧力を越えるまで圧縮される。所定圧力を越えた冷媒は、吐出弁を通じて、吐出ポート（33,33）よりケーシング（31）内に吐出される。これにより、ケーシング（31）内の潤滑油の圧力が、圧縮機構（50）から吐出された冷媒の圧力とほぼ同じになる。また、圧縮機構（50）から吐出される冷媒には、比較的多くの油滴が含まれている。

吐出ポート（33,33）から吐出された上記油滴を含む冷媒は、電動機（45）部を上向きに流れる。そして、電動機（45）部を流通した冷媒は、該電動機（45）部の上側で回転する第１遠心分離板（25）に触れる。この時、この冷媒に含まれる油滴は、上記第１遠心分離板（25）に付着し、遠心力で飛ばされて冷媒から分離される。油滴が分離された冷媒は、吐出管（36）の入口に流入してケーシング（31）外部へ吐出される。

膨張機構部（60）の動作について図４を参照しながら説明する。まず、第２シリンダ（81）内の第２高圧室（83）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。上記シャフト（40）の回転角が０°の状態からシャフト（40）が僅かに回転すると、第２ロータリピストン（85）と第２シリンダ（81）の接触位置が流入ポート（34）の開口部を通過し、流入ポート（34）から第２高圧室（83）へ高圧冷媒が流入し始める。その後、シャフト（40）の回転角が９０°,１８０°,２７０°と次第に大きくなるにつれて、第２高圧室（83）へ高圧冷媒が流入してゆく。この第２高圧室（83）への高圧冷媒の流入は、シャフト（40）の回転角が３６０°に達するまで続く。

続いて、膨張機構部（60）において冷媒が膨張する過程について説明する。上記第２高圧室（83）への冷媒の流入が完了した状態において、上記シャフト（40）の回転角が再び０°の状態からシャフト（40）が僅かに回転すると、第２低圧室（84）と第１高圧室（73）が連通路（64）を介して互いに連通し、第２低圧室（84）から第１高圧室（73）へと冷媒が流入し始める。その後、シャフト（40）の回転角が９０°,１８０°,２７０°と次第に大きくなるにつれ、第２低圧室（84）の容積が次第に減少すると同時に第１高圧室（73）の容積が次第に増加し、結果として第２低圧室（84）と第１高圧室（73）との合計容積が次第に増加してゆく。この合計容積の増加は、シャフト（40）の回転角が３６０°に達する直前まで続く。そして、この合計容積が増加する過程で冷媒が膨張し、この冷媒の膨張によってシャフト（40）が回転駆動される。このように、第２低圧室（84）内の冷媒は、連通路（64）を通って第１高圧室（73）へ膨張しながら流入してゆく。

続いて、第１シリンダ（71）内の第１低圧室（74）から冷媒が流出してゆく過程について説明する。上記第１高圧室（73）への冷媒の流入が完了した状態において、上記シャフト（40）の回転角が再び０°の状態からシャフト（40）が僅かに回転すると、第１低圧室（74）は流出ポート（35）に連通し始める。つまり、第１低圧室（74）から流出ポート（35）へと冷媒が流出し始める。その後、シャフト（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１低圧室（74）から膨張後の低圧冷媒が流出してゆく。

潤滑油が油溜りから汲み上げられ、圧縮機構（50）及び膨張機構（60）に供給される過程について説明する。上記シャフト（40）が回転すると、それに伴い潤滑油は、上記遠心式の油ポンプ（48）から吸い込まれ、給油通路（49）に送り込まれる。給油通路（49）に送り込まれた潤滑油は、その給油通路（49）を上向きに流通し、上記両機構（50,60）に供給されて、該両機構（50,60）の摺動部の潤滑に利用される。

上記両機構（50,60）の潤滑に利用された潤滑油は、該両機構（50,60）の外周面やケーシング（31）の内面を伝ってケーシング（31）内の底部の油溜りに戻ってゆく。また、膨張機構（60）の潤滑に利用された潤滑油の一部は、膨張機構（60）のフロントヘッド（61）とシャフト（40）の隙間を通り、そのままシャフト（40）を伝って流れ落ち、第２遠心分離板（26）の表面に至る。そして、上記第２遠心分離板（26）の表面に付着した潤滑油は、該第２遠心分離板（26）の外側へ飛ばされる。上記第２遠心分離板（26）によって飛ばされた潤滑油は、ケーシング（31）の内面などに付着して流れ落ち、ケーシング（31）内の底部の油溜りへ戻ってゆく。上記吐出管（36）の入口は、上記第２遠心分離板（26）の下側において該第２遠心分離板（26）の外周より内側に開口しているので、飛散した潤滑油が流入することはほとんどない。

−実施形態の効果−
以上説明したように、本実施形態１では、圧縮機構（50）から吐出された流体に混じる潤滑油は、該流体が吐出管（36）から吐出される前に上記第１遠心分離板（25）によって該流体から除去される。さらに、膨張機構（60）から流れ出た潤滑油は、吐出管（36）の入口に向って潤滑油が飛散してくる位置に至る前に上記第２遠心分離板（26）によってシャフト（40）から飛ばされる。また、吐出管（36）の入口は、潤滑油が含まれる流体がほとんど存在していない膨張機構（60）側における第１遠心分離板（25）の外周より内側であって、膨張機構（60）から流れ出て飛散した潤滑油がほとんど存在していない圧縮機構（50）側における第２遠心分離板（26）の外周より内側でもある位置に開口している。よって、吐出管（36）から吐出される潤滑油の量を低減させることができるので、流体機械の信頼性の向上を図ることができる。

また、膨張機構（60）は圧縮機構（50）より上方に配置されるので、油溜りの潤滑油から膨張機構（60）への入熱量を抑えることができ、流体機械における熱ロスをより少なくすることができる。

また、上述のごとく圧縮膨張ユニット（30）の吐出管（36）から吐出される潤滑油の量を低減させることができるので、本発明に係る圧縮膨張ユニット（30）を構成として使用する空調機（10）において、上記空調機（10）を構成する熱交換器（23,24）の流体通路の表面に潤滑油が吸着して熱交換器（23,24）の性能が低下したり、該空調機（10）の冷媒回路（20）に潤滑油が吸着して空調機（10）の効率が低下したりすることを防止することができる。

《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。

図４に示すように、本実施形態２は、上記実施形態１において吐出管（36）の入口の向きを変更するとともに、第２遠心分離板（26）を省略したものである。

上記吐出管（36）は、ケーシング（31）内における端部が下側に約９０度屈曲している。そして、吐出管（36）の入口は、第１遠心分離板（25）の上面に向けて開口している。吐出管（36）の入口は、全体が第１遠心分離板（25）の外周より内側に位置している。なお、吐出管（36）の入口と第１遠心分離板（25）との距離は５ｍｍから１０ｍｍ程度にするのが好適である。

本実施形態２によれば、上記実施形態１と同様に、圧縮機構（50）から吐出された流体に混じる潤滑油は、該流体が吐出管（36）から吐出される前に上記第１遠心分離板（25）によって該流体から除去される。さらに、吐出管（36）の入口は潤滑油が飛散してくるシャフト（40）側を向いて開口していない。よって、吐出管（36）から吐出される潤滑油の量を低減させることができるので、流体機械の信頼性の向上を図ることができる。

《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。

図５及び図６に示すように、本実施形態３は、上記実施形態２において吐出管（36）の入口の向きを変更したものである。

上記吐出管（36）は、ケーシング（31）内における端部がシャフト（40）の回転方向に屈曲している。そして、吐出管（36）の入口は、シャフト（40）の回転方向を向いて開口している。つまり、吐出管（36）の入口は、シャフト（40）が回転してくる方向ではなく、シャフト（40）が回転してゆく方向を向いて開口している。図６において説明すると、シャフト（40）は反時計周り（左周り）に回転し、吐出管（36）はシャフト（40）の左下において反時計周りの向きとなる右下を向いて開口している。吐出管（36）の入口は、全体が第１遠心分離板（25）の外周より内側に位置している。

本実施形態３によれば、実施形態２と同様に、圧縮機構（50）から吐出された流体に混じる潤滑油は、該流体が吐出管（36）から吐出される前に上記第１遠心分離板（25）によって該流体から除去される。さらに、吐出管（36）の入口は、回転中のシャフト（40）から潤滑油が飛散してくる方向とは逆向きに開口している。よって、吐出管（36）から吐出される潤滑油の量を低減させることができるので、流体機械の信頼性の向上を図ることができる。

《その他の実施形態》
本実施形態３では、吐出管（36）がケーシング（31）に対して垂直に差し込まれ、ケーシング（31）内における端部が屈曲して、その入口がシャフト（40）の回転方向を向いて開口しているが、直管状の吐出管（36）をケーシング（31）に対して斜めに差し込み、その入口がシャフト（40）の回転方向を向いて開口するようにしてもよい。

本実施形態によれば、吐出管（36）をケーシング（31）の外部から差し込むことができるので、容易に該吐出管（36）をケーシング（31）に取り付けることができる。したがって、流体機械の組立時における吐出管（36）をケーシング（31）に取り付ける作業を簡素化することができる。

空調機を示す配管系統図である。 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。 実施形態１に係る回転軸の回転角９０°毎の膨張機構の状態を示す横断面図である。 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。 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。 実施形態３に係る圧縮膨張ユニットの吐出管部における横断面図である。 その他の実施形態に係る圧縮膨張ユニットの吐出管部における横断面図である。

符号の説明

25 油分離板（第１遠心分離板）
26 回転板（第２遠心分離板）
30 圧縮膨張ユニット
31 ケーシング
40 シャフト（回転軸）
45 電動機
48 二重遠心式のポンプ
50 圧縮機構（ロータリ式膨張機）
60 膨張機構（ロータリ式膨張機）

Claims (8)

1. 流体の膨張により動力を発生させる膨張機構（60）、流体を圧縮する圧縮機構（50）、及び該膨張機構（60）と該圧縮機構（50）とを連結する回転軸（40）が１つのケーシング（31）に収納され、
   上記ケーシング（31）には、上記圧縮機構（50）で圧縮された流体をケーシング（31）外部に送り出すための吐出管（36）が設けられ、
   上記吐出管（36）の入口が、ケーシング（31）内における上記膨張機構（60）と上記圧縮機構（50）との間に開口している流体機械であって、
   上記回転軸（40）には、該回転軸（40）と共に回転して上記圧縮機構（50）で圧縮された流体と潤滑油とを分離する油分離板（25）が取り付けられており、
   上記吐出管（36）の入口は、上記油分離板（25）よりも膨張機構（60）寄りに位置し、且つ該油分離板（25）側を向いて開口していることを特徴とする流体機械。
2. 流体の膨張により動力を発生させる膨張機構（60）、流体を圧縮する圧縮機構（50）、及び該膨張機構（60）と該圧縮機構（50）とを連結する回転軸（40）が１つのケーシング（31）に収納され、
   上記ケーシング（31）には、上記圧縮機構（50）で圧縮された流体をケーシング（31）外部に送り出すための吐出管（36）が設けられ、
   上記吐出管（36）の入口が、ケーシング（31）内における上記膨張機構（60）と上記圧縮機構（50）との間に開口している流体機械であって、
   上記回転軸（40）には、該回転軸（40）と共に回転して上記圧縮機構（50）で圧縮された流体と潤滑油とを分離する油分離板（25）が取り付けられており、
   上記吐出管（36）の入口は、上記油分離板（25）よりも膨張機構（60）寄りに位置し、且つ上記回転軸（40）の回転方向を向いて開口していることを特徴とする流体機械。
3. 流体の膨張により動力を発生させる膨張機構（60）、流体を圧縮する圧縮機構（50）、及び該膨張機構（60）と該圧縮機構（50）とを連結する回転軸（40）が１つのケーシング（31）に収納され、
   上記ケーシング（31）には、上記圧縮機構（50）で圧縮された流体をケーシング（31）外部に送り出すための吐出管（36）が設けられ、
   上記吐出管（36）の入口が、ケーシング（31）内における上記膨張機構（60）と上記圧縮機構（50）との間に開口している流体機械であって、
   上記回転軸（40）には、該回転軸（40）と共に回転して上記圧縮機構（50）で圧縮された流体と潤滑油とを分離する油分離板（25）と、該油分離板（25）よりも膨張機構（60）寄りに配置されて回転軸（40）と共に回転する回転板（26）とが取り付けられており、
   上記吐出管（36）の入口は、上記油分離板（25）と上記回転板（26）との間に開口していることを特徴とする流体機械。
4. 請求項３に記載の流体機械において、
   上記吐出管（36）は、ケーシング（31）内に位置する部分が直管状に形成されていることを特徴とする流体機械。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の流体機械において、
   上記吐出管（36）は、その入口が油分離板（25）の外周よりも回転軸（40）寄りに開口していることを特徴とする流体機械。
6. 請求項３又は４のいずれか１つに記載の流体機械において、
   上記吐出管（36）は、その入口が油分離板（25）の外周及び回転板（26）の外周よりも回転軸（40）寄りに開口していることを特徴とする流体機械。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の流体機械において、
   上記圧縮機構（50）と上記膨張機構（60）との間には該回転軸（40）に連結された電動機（45）が配置されており、
   上記油分離板（25）は、上記電動機（45）よりも膨張機構（60）寄りに位置していることを特徴とする流体機械。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載の流体機械において、
   上記回転軸（40）は、その軸心が上下方向となる姿勢で配置され、
   上記膨張機構（60）は、上記圧縮機構（50）より上方に配置されていることを特徴とする流体機械。

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