JP2003138901A - 流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、冷媒漏洩を防止するとともに、膨張
機での回収動力を減損させることなく圧縮機へ伝達する
ことができる流体機械を提供するものである。 【解決手段】流体機械において、流体を該流体の臨界圧
力以上に圧縮する圧縮機（50）、圧縮機（50）を駆動す
る電動機（40）及び流体の膨張により発生した動力を回
収して圧縮機（50）を駆動する膨張機（60）を１つのケ
ーシング（31）内に、密閉状態に収納する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒漏洩を防止す
るとともに、膨張機での回収動力を減損させることなく
圧縮機へ伝達することができる流体機械に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、圧縮機、電動機(原動機)及び
膨張機を備えた流体機械は、多数開示されている。例え
ば、特開2001-141315号公報には、二酸化炭素などの高
圧冷媒を用いる冷凍空調機であって、圧縮機、原動機及
び膨張機を備えた冷凍空調機が開示されている。具体的
には、圧縮機と膨張機は一体的に構成されており，圧縮
機における圧縮可動部が，膨張機における膨張可動部を
兼ねた流体機械を有する冷凍空調機が開示されている。
これにより，膨張機で回収した動力が圧縮機の駆動力と
して利用されることとなり、冷凍空調機の効率を一層向
上させる、との効果を期待するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記冷凍空調
機においては、圧縮機と膨張機は一体的に構成されてい
るものの、圧縮機を駆動する原動機が別体に配置されて
おり、原動機の回転軸が圧力容器を貫いて圧縮機の駆動
軸に接続された構成を有する。従って、該回転軸が圧力
容器を貫通する部位にシール部が必要になる。このシー
ル部は、圧力容器内の冷媒の漏洩を防止するための高気
密性と、回転軸との摩擦による機械的動力損失の低減、
といった相反する機能が要求される。従って、シール部
の設計や、シール部の材料選定などに、高い技術が要求
され困難が伴う。特に、二酸化炭素などの高圧冷媒を用
いる場合、この問題は顕著である。また、電動機の発熱
のため別途冷却手段を必要とする。

【０００４】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、高度なシール技術を
要することなく、冷媒漏洩の面で高い信頼性を発揮し、
動力損失の極めて小さい流体機械を提供しようとするも
のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明が講じた第１の解
決手段は、流体機械において、流体を該流体の臨界圧力
以上に圧縮する圧縮機（50）、圧縮機（50）を駆動する
電動機（40）及び流体の膨張により発生した動力を回収
して圧縮機（50）を駆動する膨張機（60）が１つのケー
シング（31）内に、密閉状態に収納されたものである。

【０００６】本発明が講じた第２の解決手段は、前記第
１の解決手段において、前記圧縮機（50）、電動機（4
0）及び膨張機（60）が、それぞれの回転速度が互いに
一致する状態で、１つの駆動軸（45）により連結された
ものである。

【０００７】本発明が講じた第３の解決手段は、前記第
１の解決手段において、前記圧縮機（50）と電動機（4
0）の回転速度が互いに一致する状態で連結される一
方、圧縮機（50）及び電動機（40）と膨張機（60）と
は、それぞれの回転速度の比が一定となる状態で連結さ
れたものである。

【０００８】本発明が講じた第４の解決手段は、上記第
１、第２又は第３の解決手段において、前記膨張機（6
0）を歯車型膨張機としたものである。

【０００９】本発明が講じた第５の解決手段は、上記第
１、第２又は第３の解決手段において、前記膨張機（6
0）をルーツ型膨張機としたものである。

【００１０】本発明が講じた第６の解決手段は、上記第
１、第２又は第３の解決手段において、前記膨張機（6
0）をスクリュー型膨張機としたものである。

【００１１】本発明が講じた第７の解決手段は、上記第
１、第２又は第３の解決手段において、前記膨張機（6
0）を揺動ピストン型ロータリ膨張機としたものであ
る。

【００１２】−作用− 例えば、本解決手段の流体機械を空調機の冷媒回路に接
続した場合について説明する。前記電動機（40）の駆動
軸（45）から動力を得た圧縮機（50）は、冷媒を該冷媒
の臨界圧力以上に圧縮して放熱器としての熱交換器へ送
り出す。前記圧縮機（50）から吐出された冷媒は、吐出
ポートから冷媒回路に吐出される。一方、放熱器として
の熱交換器から送られる冷媒は、膨張機（60）へ導入さ
れて膨張する。該膨張機（60）は、冷媒の膨張により発
生した動力を回収し、前記圧縮機（50）に動力を伝達す
る。

【００１３】前記第１の解決手段では、圧縮機（50）、
電動機（40）及び膨張機（60）が１つのケーシング（3
1）内に収納されているため、ケーシング（31）内の冷
媒は密閉状態に保たれる。更に、圧縮機（50）、電動機
（40）及び膨張機（60）のそれぞれを連結する駆動軸
（45）がケーシング（31）を貫通する構造をとらない。

【００１４】前記第２の解決手段では、第１の解決手段
において、前記圧縮機（50）、電動機（40）及び膨張機
（60）はそれぞれ回転速度が互いに一致する状態で、１
つの駆動軸（45）により連結されているため、電動機
（40）で発生する動力は、駆動軸（45）を介して圧縮機
（50）に伝達される。また、該膨張機（60）で回収され
た動力は、駆動軸（45）を介して圧縮機（50）に伝達さ
れ、圧縮機（50）を駆動するために利用される。

【００１５】前記第３の解決手段では、第１の解決手段
において、圧縮機（50）と電動機（40）は、それぞれの
回転速度が互いに一致する状態で連結される。従って、
電動機（40）で発生する動力は、駆動軸（45）を介して
圧縮機（50）に伝達される。一方、圧縮機（50）及び電
動機（40）と膨張機（60）とは、それぞれの回転速度の
比が一定となる状態で連結されている。つまり、圧縮機
（50）及び電動機（40）と膨張機（60）の回転速度は、
同じであると異なるとを問わないが、その比が一定とな
るように連結されている。該膨張機（60）で駆動軸（4
5）の回転として回収された動力は、駆動軸（45）を介
して圧縮機（50）に伝達される。

【００１６】第４の解決手段では、前記膨張機（60）と
して歯車型膨張機を用い、該膨張機（60）の駆動軸（4
5）から回収された動力が、圧縮機（50）へ伝達され
る。

【００１７】第５の解決手段では、前記膨張機（60）と
してルーツ型膨張機を用い、該膨張機（60）の駆動軸
（45）から回収された動力が、圧縮機（50）へ伝達され
る。

【００１８】第６の解決手段では、前記膨張機（60）と
してスクリュー型膨張機を用い、該膨張機（60）の駆動
軸（45）から回収された動力が、圧縮機（50）へ伝達さ
れる。

【００１９】第７の解決手段では、前記膨張機（60）と
して揺動ピストン型ロータリ膨張機を用い、該膨張機
（60）の駆動軸（45）から回収された動力が、圧縮機
（50）へ伝達される。

【００２０】

【発明の効果】本発明では、圧縮機（50）、電動機（4
0）及び膨張機（60）が、１つのケーシング（31）内に
収納されている。そのため、これらを連結する駆動軸
（45）がケーシング（31）を貫通することがなく、ケー
シング（31）と駆動軸（45）との間でシール部を要しな
い。従って、流入口や吐出口など固着部材とケーシング
（31）との接合部位の気密性のみを考慮することで、回
転摺動部などの高度なシール技術を要することなく、冷
媒漏洩の面で高い信頼性を発揮することができる。ま
た、ケーシング（31）と駆動軸（45）との接触部がない
ため、摩擦による動力損失の極めて小さい流体機械を提
供することができる。

【００２１】また、電動機（40）が冷媒雰囲気にあり、
これにより電動機（40）が冷却されるため、別途冷却手
段を必要としない。

【００２２】

【発明の実施の形態１】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。本実施形態１は、本発明に
係る流体機械を備える空調機（10）である。尚、本実施
の形態における圧縮・膨張ユニット（30）が、本発明に
係る流体機械に相当する。

【００２３】《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。室
外機（11）には、室外ファン（12）、室外熱交換器（2
3）、第１四路切換弁（21）、第２四路切換弁（22）、
及び圧縮・膨張ユニット（30）が収納されている。室内
機（13）には、室内ファン（14）及び室内熱交換器（2
4）が収納されている。そして、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。ま
た、室外機（11）と室内機（13）とは、一対の連絡配管
（15,16）で接続されている。

【００２４】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。

【００２５】上記室外熱交換器（23）と室内熱交換器
（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。室外熱交換器（2
3）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。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。

【００２６】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のポートが圧縮・膨張ユニット（30）の吐出ポート（3
5）と配管接続され、第２のポートが連絡配管（15）を
介して室内熱交換器（24）の一端と配管接続され、第３
のポートが室外熱交換器（23）の一端と配管接続され、
第４のポートが圧縮・膨張ユニット（30）の吸入ポート
（34）と配管接続されている。そして、第１四路切換弁
（21）は、第１のポートと第２のポートとが連通し且つ
第３のポートと第４のポートとが連通する状態（図１に
実線で示す状態）と、第１のポートと第３のポートとが
連通し且つ第２のポートと第４の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。

【００２７】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のポートが圧縮・膨張ユニット（30）の流出ポート（3
7）と配管接続され、第２のポートが室外熱交換器（2
3）の他端と配管接続され、第３のポートが連絡配管（1
6）を介して室内熱交換器（24）の他端と配管接続さ
れ、第４のポートが圧縮・膨張ユニット（30）の流出ポ
ート（37）と配管接続されている。そして、第１四路切
換弁（21）は、第１のポートと第２のポートとが連通し
且つ第３のポートと第４のポートとが連通する状態（図
１に実線で示す状態）と、第１のポートと第３のポート
とが連通し且つ第２のポートと第４のポートとが連通す
る状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わる。

【００２８】《圧縮・膨張ユニットの構成》図２に示す
ように、圧縮・膨張ユニット（30）は、冷媒を臨界圧力
以上に圧縮して送り出す圧縮機（50）と、冷媒を膨張さ
せる膨張機（60）、圧縮機（50）及び膨張機（60）に駆
動軸（45）を通じて動力を供給する電動機（40）が円筒
形のケーシング（31）内に密封状態で収納されたもので
ある。これら圧縮機（50）、電動機（40）及び膨張機
（60）は共通の駆動軸（45）により連結されている。ま
た、ケーシング（31）には、吸入ポート（34）、吐出ポ
ート（35）、流入ポート（36）、及び流出ポート（37）
が設けられている。

【００２９】前記ケーシング（31）の内部には、フレー
ム（41）が設けられている。このフレーム（41）によ
り、ケーシング（31）の内部空間は、膨張機側空間（3
2）と、圧縮機側空間（33）とに区画される。そして、
ケーシング（31）内の膨張機側空間（32）には膨張機
（60）が設置され、その圧縮機側空間（33）には圧縮機
（50）及び電動機（40）が設置されている。また、圧縮
機側空間（33）において、電動機（40）は圧縮機（50）
の上方に配置されている。

【００３０】図２に示すように、本実施形態に係る圧縮
機（50）は、いわゆる揺動ピストン型ロータリ圧縮機に
構成されている。該圧縮機（50）は、電動機（40）から
動力を伝達する駆動軸（45）、クランク軸（55）、ピス
トン（53）、シリンダ（51）、シリンダ室（52）とを備
えている。

【００３１】上記ピストン（53）は、円環状に形成さ
れ、駆動軸（45）に連設されたクランク軸（55）の外周
に回転自在に嵌め込まれている。本図には示されない
が、該ピストン（53）には、ブレードが一体に形成され
ている。該ブレードは、ブッシュ（図２には表れない）
を介してシリンダ（51）に挿入されている。そして、前
記ピストン（53）は、ブッシュを支点に揺動し、シリン
ダ室（52）の容積を減少させて冷媒を圧縮する。

【００３２】上記シリンダ（51）には、冷媒の吸入口
（57）と吐出口（58）が形成されている。この吸入口
（57）には、前記圧縮・膨張ユニット（30）の吸入ポー
ト（34）が接続されている。また、吐出口（58）には吐
出弁（56）が設けられている。この吐出口（58）は、ケ
ーシング（31）内の圧縮機側空間（33）に開口してい
る。そして、圧縮機側空間（33）の上端付近には、吐出
ポート（35）の一端が開口している。

【００３３】図２に示すように、本実施形態に係る膨張
機（60）は、スクロール型膨張機により構成されてい
る。この膨張機（60）は、固定スクロール（61）と可動
スクロール（64）とを備えている。上記固定スクロール
（61）は、鏡板（62）と、該鏡板（62）の下面側へ突出
する渦巻き状の固定側ラップ（63）とを備えている。固
定スクロール（61）の鏡板（62）は、ケーシング（31）
に固定されている。一方、上記可動スクロール（64）
は、板状の鏡板（65）と、該鏡板（65）の上面側へ突出
する渦巻き状の可動側ラップ（66）とを備えている。

【００３４】固定スクロール（61）と可動スクロール
（64）とは互いに対向する姿勢で配置され、固定側ラッ
プ（63）と可動側ラップ（66）が噛み合うことで膨張室
（67）が区画される。上記固定スクロール（61）の中心
部には、冷媒の流入口（80）が穿設されている。一方、
上記可動スクロール（64）の中心部には、前記駆動軸
（45）に連設された偏心軸（68）が摺動自在に嵌め込ま
れている。

【００３５】可動スクロール（64）は、オルダムリング
を介して前記フレーム（41）に支持されている。また、
フレーム（41）は、前記駆動軸（45）を支持しており、
膨張機（60）の軸受けを兼ねている。

【００３６】−運転動作− 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）の冷房運転時及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。

【００３７】《冷房運転》冷房運転時には、第１四路切
換弁（21）及び第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（40）に通電すると、冷媒回路（20）
で冷媒が循環し、冷凍サイクルが行われる。

【００３８】圧縮機（50）へは、二酸化炭素（ＣＯ₂）
の冷媒が吸入される。圧縮機（50）では、冷媒が圧縮さ
れ、その圧力は、二酸化炭素の臨界圧力よりも高くなっ
ている。このように圧縮された冷媒は、ケーシング（3
1）内の圧縮機側空間（33）へ吐出され、吐出ポート（3
5）を通ってケーシング（31）の外部へ流出する。その
後、冷媒は、第１四路切換弁（21）を通って室外熱交換
器（23）へ送られる。

【００３９】室外熱交換器（23）では、流入した冷媒が
室外ファン（12）により送られる室外空気と熱交換す
る。この熱交換により、冷媒は、室外空気へ放熱する。
放熱した冷媒は、第２四路切換弁（22）を通過し、流入
ポート（36）を通って圧縮・膨張ユニット（30）の膨張
機側空間（32）へ流入し、更には膨張機（60）へ流入す
る。

【００４０】膨張機（60）では、流入口（80）から流入
した冷媒が等エントロピ過程で膨張し、超臨界圧状態か
ら飽和液状態を経て気液二相状態へと変化する。

【００４１】膨張機（60）の流出口（81）から流出した
冷媒は、流出ポート（37）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）を通過して室
内熱交換器（24）へ送られる。

【００４２】室内熱交換器（24）では、流入した冷媒が
室内ファン（14）により送られる室内空気と熱交換す
る。この熱交換により、冷媒が室内空気から吸熱して、
室内空気が冷却される。吸熱後の冷媒は、室内熱交換器
（24）を出て第１四路切換弁（21）を通過し、吸入ポー
ト（34）を通って圧縮・膨張ユニット（30）の圧縮機（5
0）へ吸入される。そして、圧縮機（50）は、吸入した
冷媒を再び圧縮して吐出し、この循環が繰り返される。

【００４３】ここで、膨張機（60）では、流入した冷媒
を等エントロピ過程で膨張させており、冷媒のエンタル
ピ低下量に相当する回転動力が回収される。この回収さ
れた回転動力は、駆動軸（45）によって圧縮機（50）へ
伝達され、圧縮機（50）の駆動に利用される。また、圧
縮機（50）へは、電動機（40）により駆動軸（45）を通
じて回転動力が伝達され、この回転動力は膨張機（60）
から伝達される回転動力と共に、圧縮機（50）を駆動す
るために用いられる。

【００４４】《暖房運転》暖房運転時には、第１四路切
換弁（21）及び第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（40）に通電すると、冷媒回路（20）
で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。

【００４５】具体的に、圧縮機（50）で圧縮された冷媒
は、吐出ポート（35）を通って圧縮・膨張ユニット（3
0）から流出し、第１四路切換弁（21）を通過して室内
熱交換器（24）へ送られる。室内熱交換器（24）では、
流入した冷媒が室内空気と熱交換する。この熱交換によ
り、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（24）で放熱した冷媒は、第２四路切換弁
（22）を通過し、流入ポート（34）を通って膨張機（6
0）へ流入する。

【００４６】膨張機（60）では、流入口（80）から流入
した冷媒が等エントロピ過程で膨張する。膨張後の冷媒
は、流出ポート（37）を通って圧縮・膨張ユニット（3
0）から流出し、第２四路切換弁（22）を通過して室外
熱交換器（23）へ流入する。室外熱交換器（23）では、
流入した冷媒が室外空気と熱交換を行い、冷媒が室外空
気から吸熱する。吸熱後の冷媒は、第１四路切換弁（2
1）を通過し、吸入ポート（34）を通って圧縮・膨張ユニ
ット（30）の圧縮機（50）へ吸入される。圧縮機（50）
は、吸入した冷媒を再び圧縮して吐出し、この循環が繰
り返される。

【００４７】《圧縮・膨張ユニットの動作》図２に示す
ように、圧縮・膨張ユニット（30）の圧縮機（50）は、
前記電動機（40）によって駆動される。即ち、電動機
（40）の駆動軸（45）から圧縮機（50）の駆動軸（45）
に動力が伝達されると、該駆動軸（45）に連設されたク
ランク軸（55）が回動する。クランク軸（55）が回動す
ると、クランク軸（55）に摺動自在に外接するピストン
（53）がシリンダ（51）内で揺動運動を行う。

【００４８】冷媒は、ピストン（53）の揺動運動に従っ
て吸入口（57）からシリンダ室（52）に吸入される。吸
入された冷媒は、ピストン（53）とシリンダ内周壁及び
ブレード（54）に区画されたシリンダ室（52）で圧縮さ
れ、冷媒である二酸化炭素の臨界圧力以上の所定圧力ま
で圧縮される。所定圧力を越えた冷媒は、吐出弁（56）
を通じて、吐出口（58）より圧縮機側空間（33）に吐出
される。ケーシング（31）内に吐出された冷媒は、吐出
ポート（35）から冷媒回路（20）へ吐出される。

【００４９】前記膨張機（60）は、流入する冷媒を等エ
ントロピ膨張させて、冷媒から機械的動力を回収する。
即ち、流入ポート（36）から膨張機側空間（32）に流入
した冷媒は、流入口（80）から膨張室（67）内へ流れ込
む。膨張室（67）内に流入した冷媒は、膨張しながら可
動スクロール（64）を押し動かす。

【００５０】冷媒が膨張するに従って可動スクロール
（64）が公転運動し、偏心軸（68）を介して駆動軸（4
5）に回転トルクが伝達される。駆動軸（45）に与えら
れた回転トルクは、機械的動力として圧縮機（50）に伝
達される。

【００５１】更に可動スクロール（64）が回転してゆく
と、膨張室（67）内の冷媒は、膨張過程を終えて流出ポ
ート（36）から冷媒回路（20）へ流出する。

【００５２】

【発明の実施の形態２】本実施形態に係る流体機械は、
前記膨張機（60）として、図３に示す歯車型膨張機を用
いたものである。

【００５３】該歯車型膨張機は、お互いに噛み合う少な
くとも２つの歯車（70）と、該歯車（70）を収納する眼
鏡状室（71）が形成されたハウジング（72）と、該歯車
（70）の回転軸（73）を回動自在に支承する軸受け、冷
媒の流入口（80）及び流出口（81）を備えてなる。

【００５４】流入口（80）から流入した冷媒は、流入口
側と吐出口側の差圧により歯車（70）を回動させ、歯車
（70）の隣接する歯と前記眼鏡状室（71）の内周面によ
り区画された冷媒移送部（74）に取り込まれる。冷媒移
送部で（74）移送された冷媒は、冷媒移送部（74）が前
記流出口（81）と連通した瞬間に膨張して吐出される。
少なくとも１つの前記回転軸（73）は、前記膨張機（6
0）の駆動軸（45）として、冷媒から回収された動力を
前記圧縮機（50）の駆動軸（45）に伝達する。

【００５５】このように冷媒の持つ内部エネルギーの一
部が機械的な動力として回収され、圧縮機（50）の動力
の一部に利用される。

【００５６】

【発明の実施の形態３】本実施形態に係る流体機械は、
前記膨張機（60）として、図４に示すルーツ型膨張機を
用いたものである。

【００５７】該ルーツ型膨張機は、一対のまゆ型二葉式
ローターと、該ローター（75）を収納する半円状のロー
ター室（75）が形成されたハウジング（72）と、該ロー
ター（75）の回転軸（73）を回動自在に支承する軸受
け、冷媒の流入口（80）及び流出口（81）を備えてな
る。

【００５８】これらローター（75）は、一方のローター
（75）の歯先が他方のローターの歯元に噛み合う状態で
回転し、ローター室（75）の壁面との間に冷媒移送部
（74）を区画して回転する。冷媒移送部（74）で移送さ
れた冷媒は、冷媒移送部（74）が前記流出口（81）と連
通した瞬間に膨張して吐出される。各ローター（75）
は、それぞれ逆方向に回転し、少なくとも１つの前記回
転軸（73）は、膨張機（60）の駆動軸（45）として、冷
媒から回収された動力を前記圧縮機（50）の駆動軸（4
5）に伝達する。

【００５９】このように冷媒の持つ内部エネルギーの一
部が機械的な動力として回収され、圧縮機（50）の動力
の一部に利用される。

【００６０】尚、本実施形態では、ローター（75）が二
葉式のルーツ型流体機械により膨張機（60）を構成して
いるが、これに代えて、ローターが三葉式のルーツ型流
体機械を用いることも可能である。

【００６１】

【発明の実施の形態４】本実施形態に係る流体機械は、
前記膨張機（60）として、図５に示すスクリュー型膨張
機を用いたものである。

【００６２】該スクリュー型膨張機は、大きくねじれた
歯を持つ互いに噛み合う雄ローター（77）と雌ローター
（78）、該ローター（77,78）を収納するローター室（7
6）が形成されたハウジング（72）、該ローターの回転
軸を回動自在に支承する軸受け、冷媒の流入口（80）及
び、流出口（81）を備えてなる。

【００６３】流入口（80）から流入した冷媒は、流入口
側と吐出口側の差圧によりローターを回動させ、雄ロー
ター（77）と雌ローター（78）の間のすきまに取り込ま
れる。すきまに取り込まれた冷媒は、ねじれた歯溝内の
すきま容積を増加させるように膨張しながら、ローター
（77,78）を回動させ、流出口に向かって移動する。

【００６４】雄ローター（77）又は雌ローター（78）の
少なくとも１つの前記回転軸（73）は、膨張機（60）の
駆動軸（45）として、冷媒から回収された動力を前記圧
縮機（50）の駆動軸（45）に伝達する。

【００６５】このように冷媒の持つ内部エネルギーの一
部が機械的な動力として回収され、圧縮機（50）の動力
の一部に利用される。

【００６６】

【発明の実施の形態５】本実施形態に係る流体機械は、
前記膨張機（60）として、揺動ピストン型ロータリ膨張
機の一種であるキニー型膨張機を用いたものである。

【００６７】図６に示すように、該膨張機（60）は、回
転軸（73）、偏心して回転するクランク軸（55）の外面
を回動するピストン（53）、ピストン（53）を収納する
円筒状のシリンダ室（52）、該シリンダ（51）、流入口
（80）及び流出口（81）を備えてなる。

【００６８】上記ピストン（53）は、円環状に形成さ
れ、回転軸（73）に連設されたクランク軸（55）の外周
に回転自在に嵌め込まれている。該ピストン（53）に
は、ブレード（54）が一体に形成されており、該ブレー
ド（54）の端部の流入口（80）からシリンダ内に通じる
冷媒流路（82）が設けられている。該ブレード（54）
は、ブッシュ（59）を介してシリンダ（51）に挿入され
ている。

【００６９】ピストン（53）が上死点を越えると、ブッ
シュ（59）で封鎖されていた冷媒流路（82）がシリンダ
室（52）に連通し、冷媒が流入口（80）から冷媒流路
（82）を通りシリンダ室（52）内に流入する。シリンダ
室（52）の流入した冷媒は、膨張してピストン（53）を
押し動かす。ピストン（53）が再び上死点を越えて、新
たに流入した冷媒がピストン（53）を揺動させはじめる
と、シリンダ室（52）内の膨張行程を終えた冷媒がピス
トン（53）に押されて流出口（81）から吐出される。ピ
ストン（53）の揺動運動は前記クランク軸（55）を介し
て駆動軸（45）の回転運動に変換され、冷媒から回収さ
れた動力を前記圧縮機（50）の駆動軸（45）に伝達す
る。

【００７０】このように冷媒の持つ内部エネルギーの一
部が機械的な動力として回収され、圧縮機（50）の動力
の一部に利用される。

【００７１】

【発明の実施の形態６】本実施形態に係る流体機械は、
前記膨張機（60）として、図７に示す揺動ピストン型ロ
ータリ膨張機を用いたものである。該膨張機（60）は、
回転軸（73）、回転するクランク軸（55）の外面を摺動
するピストン（53）、該ピストン（53）と一体に形成さ
れたブレード（54）、該ブレード（54）をシリンダ（5
1）に支持するブッシュ（59）、ピストン（53）を収納
する円筒状のシリンダ（51）、流入口（80）及び流出口
(81)などを備えてなる。

【００７２】流入口（80）は、回転軸（73）の軸中心部
に形成され、流出口（81）は、図７におけるブッシュ
（59）の右近傍に、シリンダ（51）を貫通して形成され
ている。図７における回転軸（73）及びクランク軸（5
5）の手前側端面には、クランク軸側冷媒流路（83）が
形成されている。該クランク軸側冷媒流路（83）は、前
記流入口（80）からクランク軸（55）の外周に亘って直
線状に形成された溝状の冷媒通路である。

【００７３】図７における前記ピストン（53）の手前側
端面には、ピストン側冷媒流路（84）が形成されてい
る。該ピストン側冷媒流路（84）は、前記ピストン（5
3）の内周に沿って、図７におけるブレード（54）の左
側近傍から右側のやや離れた個所に亘って形成されてい
る。即ち、ピストン（53）の内周部では、その一部にピ
ストン側冷媒流路（84）の形成されない領域が設けられ
ている。また、ピストン側冷媒流路（84）のブレード
（54）の左側端部は、ピストン（53）の外周に向かって
延長されている。従って、クランク軸（55）が回転する
と、クランク軸側冷媒流路（83）とピストン側冷媒流路
（84）が所定のタイミングで、連通状態と遮断状態とに
切り替わる。

【００７４】図８の（ａ）に示すように、ピストン（5
3）が上死点を越えると、クランク軸側冷媒流路（83）
とピストン側冷媒流路（84）が連通し、流入口（80）か
ら冷媒がシリンダ室（52）内に流入しはじめる。流入し
た冷媒は、シリンダ室（52）内で膨張する。図８の
（ｂ）〜（ｇ）に示すように、この冷媒の膨張によっ
て、ピストン（53）が揺動し、回転軸（73）が図８にお
ける反時計方向へ回転する。

【００７５】図８の（ｈ）に示すように、ピストン（5
3）が再び上死点に近づくと、前記クランク軸側冷媒流
路（83）は、ピストン内周部の冷媒流路の形成されてい
ない領域でピストン側冷媒流路（84）と遮断され、冷媒
の流入が停止する。シリンダ室（52）内の冷媒は更に膨
張を続けピストン（53）を上死点へと押し動かす。
（ａ）に示すように、ピストン（53）が上死点を越え
て、新たに流入した冷媒がピストン（53）を揺動させは
じめると、シリンダ室（52）内の冷媒は、ピストン（5
3）に押されて流出口（81）から吐出される。

【００７６】ピストン（53）の揺動運動は前記クランク
軸（55）を介して駆動軸（45）の回転運動に変換され、
冷媒から回収された動力を前記圧縮機（50）の駆動軸
（45）に伝達する。

【００７７】このように冷媒の持つ内部エネルギーの一
部が機械的な動力として回収され、前記圧縮機（50）の
動力の一部に利用される。

【００７８】

【その他の実施の形態】その他の実施形態に係る流体機
械としては、図示はしないが、ケーシング内に、圧縮
機、膨張機及び電動機を密閉状態に収納したものであっ
て、圧縮機と電動機は、それぞれの回転速度が互いに一
致する状態で連結される一方、圧縮機及び電動機と膨張
機とは、それぞれの回転速度の比が一定となる状態で連
結されているものが挙げられる。

【００７９】圧縮機及び電動機の駆動軸と膨張機の駆動
軸との回転速度の比が一定となるようにするためには、
前記膨張機の駆動軸と前記電動機の駆動軸の間に、ピッ
チ円直径の異なる複数の歯車を組み合わせて構成される
ギア機構などを介在させる。。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る空調機の全体構成図である。

【図２】実施形態に係る圧縮・膨張ユニットである。

【図３】実施形態２に係る歯車型膨張機の概略断面図で
ある。

【図４】実施形態３に係るルーツ型膨張機の概略断面図
である。

【図５】実施形態４に係るスクリュー型膨張機の概略断
面図である。

【図６】実施形態５に係るキニー型膨張機の概略断面図
である。

【図７】実施形態６に係る揺動ピストン型ロータリ膨張
機の概略断面図である。

【図８】実施形態６に係る揺動ピストン型ロータリ膨張
機の動作過程を示す概略図である。

【符号の説明】

（20） 冷媒回路 （30） 圧縮・膨張ユニット(流体機械） （31） ケーシング （40） 電動機 （45） 駆動軸 （50） 圧縮機 （60） 膨張機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０４Ｃ 18/16 Ｆ０４Ｃ 18/16 Ａ 18/18 18/18 Ａ (72)発明者 原 日出樹 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体を該流体の臨界圧力以上に圧縮する
   圧縮機（50）、圧縮機（50）を駆動する電動機（40）及
   び流体の膨張により発生した動力を回収して圧縮機（5
   0）を駆動する膨張機（60）が、１つのケーシング（3
   1）内に密閉状態に収納されたことを特徴とする流体機
   械。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の流体機械において、前
   記圧縮機（50）、電動機（40）及び膨張機（60）はそれ
   ぞれ回転速度が互いに一致する状態で、１つの駆動軸
   （45）により連結されていることを特徴とする流体機
   械。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の流体機械において、圧
   縮機（50）と電動機（40）は、それぞれの回転速度が互
   いに一致する状態で連結される一方、圧縮機（50）及び
   電動機（40）と膨張機（60）とは、それぞれの回転速度
   の比が一定となる状態で連結されていることを特徴とす
   る流体機械。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３に記載の流体機械に
   おいて、前記膨張機（60）が歯車型膨張機であることを
   特徴とする流体機械。
5. 【請求項５】 請求項１、２又は３に記載の流体機械に
   おいて、前記膨張機（60）がルーツ型膨張機であること
   を特徴とする流体機械。
6. 【請求項６】 請求項１、２又は３に記載の流体機械に
   おいて、前記膨張機（60）がスクリュー型膨張機である
   ことを特徴とする流体機械。
7. 【請求項７】 請求項１、２又は３に記載の流体機械に
   おいて、前記膨張機（60）が揺動ピストン型ロータリ膨
   張機であることを特徴とする流体機械。