JP2008303738A - 流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機構と膨張機構とが同一のケーシングに収容された流体機械において、ケーシングから膨張機構を流れる流体への入熱量を削減する。
【解決手段】ケーシング（31）の内部空間は、仕切部材（61,80）によって第１空間（38）と第２空間（39）とに仕切られる。第１空間（38）には膨張機構（60）が配置され、第２空間（39）には圧縮機構（50）及び電動機（45）が配置される。ターミナル（90）は、その背面側が第２空間（39）に臨むようにケーシング（31）に設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮機構と膨張機構とが１つのケーシングに収納された流体機械に関するものである。

従来より、圧縮機構と膨張機構とが駆動軸で機械的に連結された流体機械が知られている。この流体機械において、膨張機構では、導入された流体の膨張によって動力が発生する。膨張機構で発生した動力は、電動機で発生した動力と共に、駆動軸を介して圧縮機構へ伝達される。圧縮機構は、膨張機構及び電動機から伝達された動力によって駆動され、流体を吸入して圧縮する。

特許文献１には、この種の流体機械が開示されている。この流体機械は、縦長で円筒状のケーシング内に、膨張機構と電動機と圧縮機構と駆動軸とが収納されている。ケーシングの内部空間は、仕切部材によって第１空間と第２空間とに区画されている。第１空間には上記膨張機構が配置され、第２空間には電動機及び圧縮機構が配置されている。膨張機構と圧縮機構とは、共にロータリ式流体機械によって構成されている。

特許文献１の流体機械は、冷凍サイクルを行う空調機に設けられている。圧縮機構へは蒸発器から５℃程度の低圧冷媒が吸入される。圧縮機構からは、圧縮されて９０℃程度となった高圧冷媒が吐出される。圧縮機構から吐出された高圧冷媒は、ケーシングの第２空間を通過し、吐出管を通ってケーシングの外部へ吐出されてゆく。一方、膨張機構へは放熱器からの３０℃程度の高圧冷媒が導入される。膨張機構からは、膨張して０℃程度となった低圧冷媒が蒸発器へ向けて送り出される。

また、この種の流体機械においては、電動機へ外部からの電力を供給するためのターミナルが一般的に用いられている。例えばこのターミナルは、ケーシングの頂部に形成される開口に挿通されて溶接されるターミナル本体と、このターミナル本体を貫通する複数の端子ピンとを有している。ターミナル本体の表側の端子ピンは、外部配線を介して所定の電源と接続している。ターミナルの背面側の端子ピンには、内部配線を介して電動機と接続している。外部電源からの電力は、外部配線、ターミナル、内部配線を介して電動機へ供給される。これにより、電動機が通電状態となり、駆動軸が駆動されることになる。
特開２００３−１７２２４４号公報

ところで、特許文献１に開示のような流体機械に上記ターミナルを適用する場合、次のような不具合が生じる。

例えば図３に示すように、流体機械（100）のターミナル（101）は、その加工面の容易性からケーシング（102）の頂部に取り付けることが一般的である。ところが、ターミナル（101）をこの位置に設けると、ターミナル（101）に接続される内部配線（104）を電動機（105）側へ導くために、仕切部材（106）に導線用の貫通口（107）を設ける必要がある。ここで、上述の如く圧縮機構（108）の吐出冷媒は９０℃程度であり、その周囲の雰囲気は比較的高温である。一方、膨張機構（109）から流出する冷媒は０℃程度であり、その周囲の雰囲気は比較的低温である。従って、仕切部材（106）に上記貫通口（107）を設けると、圧縮機構（108）側の熱が、貫通口（107）を通じて膨張機構（109）側へ伝導し易くなり、膨張機構（109）の周囲温度が上昇してしまう。

このようにして圧縮機構（108）側から膨張機構（109）側への入熱が促進されると、圧縮機構（108）の吐出冷媒の熱損失が生じる。また、例えば膨張機構（109）への入熱に起因して、膨張機構（109）から蒸発器へ送られる冷媒のエンタルピが増大して冷凍装置の冷却能力が低下してしまう。特に、上記特許文献１のように、圧縮機構（108）の周囲の空間（110）に吐出冷媒を吐出させるものでは、この空間（110）内の吐出冷媒の熱が上記貫通口（107）を通じて膨張機構（109）側の空間（111）へ対流し易くなる。従って、この構成のものでは、上述のような問題が顕著となってしまう。

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、圧縮機構と膨張機構とが同一のケーシングに収容された流体機械において、ケーシングから膨張機構を流れる流体への入熱量を削減することにある。

第１の発明は、密閉状のケーシング（31）と、流体を圧縮する圧縮機構（50）と、流体の膨張により動力を発生させる膨張機構（60）と、上記圧縮機構（50）及び膨張機構（60）を機械的に連結する駆動軸（40）と、該駆動軸（40）を駆動させる電動機（45）と、該電動機（45）へ外部電力を供給するためのターミナル（90）とを備え、上記ケーシング（31）の内部が、仕切部材（61,80）によって上記膨張機構（60）が配置される第１空間（38）と上記圧縮機構（50）及び電動機（45）が配置される第２空間（39）とに区画される流体機械を前提としている。そして、この流体機械は、上記ターミナル（90）は、その背面側が上記第２空間（39）に臨むように上記ケーシング（31）に設けられていることを特徴とするものである。

第１の発明では、ケーシング（31）の内部空間が、仕切部材（61,80）によって第１空間（38）と第２空間（39）とに区画される。第２空間（39）には、圧縮機構（50）及び電動機（45）が配置される。このため、第２空間（39）は、圧縮機構（50）で圧縮される流体の熱や電動機（45）の発熱に伴い、比較的高温の雰囲気となる。一方、第１空間（38）には、膨張機構（60）が配置されるので、第２空間（39）と比較して低温雰囲気となっている。

ここで、本発明のターミナル（90）は、その背面側が第２空間（39）に臨むようにケーシング（31）に設けられる。このため、例えば図３に示すものでは、仕切部材に貫通口を設ける必要があるのに対し、本発明では、このような貫通口を形成せずともターミナル（90）と電動機（45）とを配線で繋ぐことができる。従って、第１空間（38）と第２空間（39）とは、仕切部材（61,80）によって気密に仕切られるので、第２空間（39）側の熱が第１空間（38）側に対流してしまうことが抑制される。

第２の発明は、第１の発明の流体機械において、上記電動機（45）は、上記仕切部材（61,80）と圧縮機構（50）との間に配置され、上記ターミナル（90）は、その背面側が上記仕切部材（61,80）と上記電動機（45）との間の空間に臨むように上記ケーシング（31）に設けられていることを特徴とするものである。

第２の発明では、第２空間（39）において、仕切部材（61,80）と圧縮機構（50）との間に電動機（45）が配置される。これに対し、ターミナル（90）は、その背面側が仕切部材（61,80）と圧縮機構（50）との間の臨むように配置される。即ち、ターミナル（90）の配線は、仕切部材（61,80）と圧縮機構（50）との間のスペースに設けられることになる。これより、本発明では、電動機（45）と圧縮機構（50）との間のスペースには、上記配線がなされないので、このスペースを狭くでき、電動機（45）から圧縮機構（50）までの間の駆動軸（40）の長さを短くできる。このようにすると、駆動軸（40）における圧縮機構（50）の駆動部位が所望とする軸線に対して傾いてしまうことを抑制できる。その結果、この駆動部位における、いわゆる振れ回りを防止できる。

第３の発明は、第１又は第２の発明の流体機械において、上記圧縮機構（50）は、圧縮した流体を上記第２空間（39）へ吐出するように構成され、上記ケーシング（31）には、圧縮機構（50）から第２空間（39）へ吐出された流体を外部へ流出させる吐出管（36）が接続されていることを特徴とするものである。

第３の発明では、圧縮機構（50）から吐出された流体が、第２空間（39）を経由して吐出管（36）へ送られる。つまり、第２空間（39）は、高圧高温の流体で満たされる。この構成において、例えば図３に示すように、仕切部材に配線用の貫通口を設けると、第２空間から第１空間への熱の対流が一層促進されてしまう。これに対し、本発明では、ターミナル（90）の背面側を第２空間（39）に臨ませており、上記貫通口を設けずともターミナル（90）と電動機（45）とを配線で繋ぐことができる。従って、本発明では、第２空間（39）側の熱が、第１空間（38）側に対流してしまうことが一層効果的に抑制される。

本発明では、高温雰囲気となる第２空間（39）にターミナル（90）の背面側を臨ませるように、ターミナル（90）をケーシング（31）に設けている。これにより、本発明によれば、仕切部材（61,80）に貫通口を形成せずとも、ターミナル（90）と電動機（45）との配線が可能となるので、第２空間（39）から第１空間（38）への熱の対流を抑制できる。従って、圧縮機構（50）側から膨張機構（60）側への入熱量を削減でき、圧縮機構（50）の熱ロスを抑えることができる。また、例えば膨張機構（60）から流出した冷媒を蒸発器へ送る冷凍装置において、この冷媒のエンタルピの増大を防止でき、この冷凍装置の冷却能力の低下も回避できる。

特に、第２の発明では、ターミナル（90）の背面側を仕切部材（61,80）と電動機（45）との間に臨ませるようにしている。これにより、本発明によれば、ターミナル（90）と電動機（45）とを接続する配線のスペースを充分確保でき、その一方で電動機（45）と圧縮機構（60）との間の距離を狭くすることができる。従って、駆動軸（40）における圧縮機構（60）の駆動部位が振れ回りを起こしてしまうことを回避でき、この流体機械の信頼性を確保できる。

また、第３の発明では、圧縮機構（60）で圧縮した流体を第２空間（39）へ吐出させることで、第２空間（39）を高圧の流体で満たすようにしている。ここで、本発明では、仕切部材（61,80）に貫通口を設けることなく、ターミナル（60）と電動機（45）とを配線で繋ぐことができるので、第２空間（39）の高圧の流体が貫通口を介して第１空間（38）へ流入してしまうことがない。従って、本発明によれば、圧縮機構（50）側から膨張機構（60）側への入熱量を効果的に削減することができる。

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。

本実施形態は、本発明に係る流体機械である圧縮・膨張ユニット（30）を備えた空調機（10）である。

〈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（20）を備えている。この冷媒回路（20）には、圧縮・膨張ユニット（30）と、室外熱交換器（23）と、室内熱交換器（24）と、第１四路切換弁（21）と、第２四路切換弁（22）とが接続されている。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。

上記圧縮・膨張ユニット（30）は、縦長円筒形の密閉容器状に形成されたケーシング（31）を備えている。このケーシング（31）内には、圧縮機構（50）と、膨張機構（60）と、電動機（45）とが収納されている。ケーシング（31）内では、圧縮機構（50）と電動機（45）と膨張機構（60）とが下から上へ向かって順に配置されている。圧縮・膨張ユニット（30）の詳細については後述する。

上記冷媒回路（20）において、圧縮機構（50）は、その吐出側が第１四路切換弁（21）の第１のポートに、その吸入側が第１四路切換弁（21）の第４のポートにそれぞれ接続されている。一方、膨張機構（60）は、その流出側が第２四路切換弁（22）の第１のポートに、その流入側が第２四路切換弁（22）の第４のポートにそれぞれ接続されている。

また、上記冷媒回路（20）において、室外熱交換器（23）は、その一端が第２四路切換弁（22）の第２のポートに、その他端が第１四路切換弁（21）の第３のポートにそれぞれ接続されている。一方、室内熱交換器（24）は、その一端が第１四路切換弁（21）の第２のポートに、その他端が第２四路切換弁（22）の第３のポートにそれぞれ接続されている。

上記第１四路切換弁（21）と第２四路切換弁（22）は、それぞれ、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）とに切り換わるように構成されている。

〈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、上述したケーシング（31）を備えている。ケーシング（31）は、例えば炭素鋼材料によって構成されている。ケーシング（31）は、両端が開放する筒状の胴部（32）と、胴部（32）の上端を閉塞する頂部（33）と、胴部（32）の下端を閉塞する底部（34）とを有している。頂部（33）及び底部（34）は、それぞれ外方に膨出する椀状に形成されている。胴部（32）、頂部（33）、及び底部（34）の肉厚は、例えば８ｍｍ〜９ｍｍ程度である。

上記ケーシング（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）とが配置されている。また、ケーシング（31）の底部には、冷凍機油（潤滑油）が貯留されている。

上記ケーシング（31）の内部空間は、膨張機構（60）のフロントヘッド（61）及び断熱材（80）によって上下に仕切られている。つまり、フロントヘッド（61）及び断熱材（80）は、ケーシング（31）の内部空間を、上側の第１空間（38）と下側の第２空間（39）とに区画する仕切部材を構成している。第１空間（38）には膨張機構（60）が配置され、第２空間（39）には圧縮機構（50）及び電動機（45）が配置される。なお、第１空間（38）と第２空間（39）とは完全に気密に仕切られている訳ではなく、第１空間（38）の内圧と第２空間（39）の内圧は概ね等しくなっている。

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、電動機（45）と膨張機構（60）との間に配置され、ケーシング（31）内の第２空間（39）に連通している。また、吐出管（36）は、比較的短い直管状に形成され、概ね水平姿勢で設置されている。

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。ステータ（46）は、ケーシング（31）の胴部（32）の内壁に固定される固定子コア部（46a）と、固定子コア部（46a）の上側及び下側にそれぞれ設けられるコイル部（46b）とを有している。ステータ（46）は、例えば焼嵌め等によってケーシング（31）に固定されている。ロータ（47）は、ステータ（46）の内側に配置されている。ロータ（47）には、該ロータ（47）と同軸にシャフト（40）の主軸部（44）が貫通している。

上記シャフト（40）は、駆動軸を構成している。このシャフト（40）では、その下端側に２つの下側偏心部（58,59）が形成され、その上端側に２つの大径偏心部（41,42）が形成されている。

２つの下側偏心部（58,59）は、主軸部（44）よりも大径に形成されており、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。第１下側偏心部（58）と第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。

２つの大径偏心部（41,42）は、主軸部（44）よりも大径に形成されており、下側のものが第１大径偏心部（41）を構成し、上側のものが第２大径偏心部（42）を構成している。第１大径偏心部（41）と第２大径偏心部（42）とは、何れも同じ方向へ偏心している。第２大径偏心部（42）の外径は、第１大径偏心部（41）の外径よりも大きくなっている。また、主軸部（44）の軸心に対する偏心量は、第２大径偏心部（42）の方が第１大径偏心部（41）よりも大きくなっている。

図示しないが、上記シャフト（40）には、給油通路が形成されている。給油通路は、その始端がシャフト（40）の下端に、その終端がシャフト（40）の上端面にそれぞれ開口している。また、給油通路は、その始端部分が遠心ポンプを構成している。この給油通路は、ケーシング（31）の底に貯留された冷凍機油を吸い込み、吸い込んだ冷凍機油を圧縮機構（50）と膨張機構（60）へ供給する。

圧縮機構（50）は、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）とピストン（57）を２つずつ備えている。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。

第１及び第２シリンダ（51,52）の内部には、円筒状のピストン（57）が１つずつ配置されている。図示しないが、ピストン（57）の側面には平板状のブレードが突設されており、このブレードは揺動ブッシュを介してシリンダ（51,52）に支持されている。第１シリンダ（51）内のピストン（57）は、シャフト（40）の第１下側偏心部（58）と係合する。一方、第２シリンダ（52）内のピストン（57）は、シャフト（40）の第２下側偏心部（59）と係合する。各ピストン（57,57）は、その内周面が下側偏心部（58,59）の外周面と摺接し、その外周面がシリンダ（51,52）の内周面と摺接する。そして、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。

第１及び第２シリンダ（51,52）には、それぞれ吸入ポート（32）が１つずつ形成されている。各吸入ポート（32）は、シリンダ（51,52）を半径方向に貫通し、その終端がシリンダ（51,52）の内周面に開口している。また、各吸入ポート（32）には、吸入管（132）が１本ずつ挿入されている。各吸入管は、胴部（32）の下部を貫通してケーシング（31）の外部へ延びている。

フロントヘッド（54）及びリアヘッド（55）には、それぞれ吐出ポートが１つずつ形成されている。フロントヘッド（54）の吐出ポートは、第２シリンダ（52）内の圧縮室（53）を第２空間（39）と連通させる。リアヘッド（55）の吐出ポートは、第１シリンダ（51）内の圧縮室（53）を第２空間（39）と連通させる。また、各吐出ポートは、その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、図２において、吐出ポート及び吐出弁の図示は省略する。そして、圧縮機構（50）から第２空間（39）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。

上述したように、圧縮機構（50）へは、給油通路から冷凍機油が供給される。図示しないが、下側偏心部（58,59）や主軸部（44）の外周面には給油通路から分岐した通路が開口しており、この通路から冷凍機油が下側偏心部（58,59）とピストン（57,57）の摺動面、あるいは主軸部（44）とフロントヘッド（54）やリアヘッド（55）の摺動面へ供給される。

上記膨張機構（60）は、いわゆる揺動ピストン型の流体機械で構成されている。この膨張機構（60）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（60）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。

上記膨張機構（60）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。また、第２シリンダ（81）の内径は、第１シリンダ（71）の内径よりも大きくなっている。

フロントヘッド（61）の下側には、断熱材（80）が設けられている。断熱材（80）は、扁平な円盤状に形成されており、ケーシング（31）の胴部（32）に内嵌している。そして、断熱材（80）は、フロントヘッド（61）の下面を第２空間（39）に対して覆っている。この断熱材（80）は、例えばＰＩ（ポリイミド）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の熱伝導率の低い材料が用いられる。

上記シャフト（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）、リアヘッド（62）、及び断熱材（80）のそれぞれを貫通している。また、シャフト（40）は、その第１大径偏心部（41）が第１シリンダ（71）内に位置し、その第２大径偏心部（42）が第２シリンダ（81）内に位置している。

第１シリンダ（71）及び第２シリンダ（72）の内部には、円筒状のピストン（75,85）が１つずつ配置されている。図示しないが、各ピストン（75,85）の側面には平板状のブレードが突設されており、このブレードは揺動ブッシュを介してシリンダ（71,72）に支持されている。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大径偏心部（41）の外径と、第２ピストン（85）の内径は第２大径偏心部（42）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大径偏心部（41）が、第２ピストン（85）には第２大径偏心部（42）がそれぞれ係合している。

上記第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。

上記第１シリンダ（71）には、流入ポート（34）が形成されている。流入ポート（34）は、第１流体室（72）と連通可能となっている。流入ポート（34）には、銅製の流入管（134）が挿入されている。流入管（134）は、胴部（32）の上部を貫通してケーシング（31）の外部へ延びている。上記第２シリンダ（81）には、流出ポート（35）が形成されている。流出ポート（35）は、第２流体室（82）と連通可能となっている。流出ポート（35）には、銅製の流出管（135）が挿入されている。流出管（135）は、胴部（32）の上部を貫通してケーシング（31）の外部へ延びている。

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）の厚み方向に対して斜めに延びており、第１流体室（72）と第２流体室（82）とを互いに連通可能としている。

圧縮・膨張ユニット（30）は、電動機（45）へ外部電力を供給するためのターミナル（90）を備えている。ターミナル（90）は、ケーシング（31）の胴部（32）の外周面であって、断熱材（80）と電動機（45）との間に設けられている。ターミナル（90）は、ターミナル本体部（91）と、複数の端子ピン（92）とを有している。ターミナル本体部（91）は、扁平な蓋状に形成されている。ケーシング（31）の胴部（32）には、ターミナル本体部（91）が嵌合する嵌合穴（32a）が形成されている。ターミナル本体部（91）は、嵌合穴（32a）に嵌合した状態でケーシング（31）に溶接されている。

ターミナル本体部（91）には、３つの端子ピン（92）が貫通した状態で保持されている。各端子ピン（92）は、例えばガラス等の絶縁材料を介してターミナル本体部（91）に固着されている。端子ピン（92）は、その一端部がターミナル本体部（91）の外側に突出している。端子ピン（92）の一端部は、図示しない外部配線を介して外部電源と電気的に繋がっている。端子ピン（92）は、その他端部がターミナル本体部（91）の背面側、つまり第２空間（39）側に突出している。

圧縮・膨張ユニット（30）では、断熱材（80）と電動機（45）との間の距離が、電動機（45）と圧縮機構（50）との間の距離よりも広くなっている。そして、断熱材（80）と電動機（45）との間に、複数の内部配線（93）の配線スペースが確保されている。具体的に、各内部配線（93）は、その一端が各端子ピン（92）に１本ずつ接続されている。各内部配線の他端は、電動機（45）の上側のコイル部（46b）に接続されている。以上のようにして、図外の外部電源は、外部配線、ターミナル（90）、内部配線（93）を介して電動機（45）と電気的に繋がっている。

−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）の冷房運転を代表例として詳細に説明する。

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（45）に通電すると、冷媒回路（20）で冷媒が循環して蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。

図２に示す圧縮・膨張ユニット（30）では、電動機（45）によってシャフト（40）が回転駆動される。その結果、圧縮機構（50）では、各シリンダ（51,52）に対して各ピストン（57）が偏心回転し、各圧縮室（53）で冷媒が圧縮される。各圧縮室（53）で圧縮された流体は、吐出ポートより第２空間（39）へ吐出される。この吐出冷媒は、臨界圧力より以上の圧力であり、比較的高温（例えば９０℃〜１００℃程度）となっている。

第２空間（39）へ吐出された冷媒は、上方へ流れて吐出管（36）を流出する。吐出管（36）を流出した冷媒は、室外熱交換器（23）へ送られて室外空気へ放熱する。室外熱交換器（23）で放熱した高圧冷媒は、流入管（134）を通って膨張機構（60）へ流入する。この冷媒の温度は、例えば２０℃〜３０℃程度となっている。

膨張機構（60）では、まず、第１流体室（72）で冷媒が膨張する。膨張した冷媒は、連通路（64）を通じて第２流体室（82）へ流入する。第２流体室（82）で更に膨張した冷媒は、流出管（135）を通って膨張機構（60）を流出する。この冷媒の温度は、例えば−１０℃〜０℃程度となっている。以上のように、膨張機構（60）では、第１流体室（72）及び第２流体室（82）での冷媒の膨張動力が、各ピストン（75,85）を介してシャフト（40）の回転動力として回収される。

膨張機構（60）を流出した冷媒は、室内熱交換器（24）へ送られる。室内熱交換器（24）では、冷媒が室外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（24）から出た低圧ガス冷媒は、２本の吸入管（132）を分流して圧縮機構（50）へ吸入される。

一方、空調機（10）の暖房運転時には、第１四路切換弁（21）及び第２四路切換弁（22）が図１の実線で示す状態に切り換えられる。圧縮・膨張ユニット（30）では、上記冷房運転と同様の動作が行われる。その結果、冷媒回路（10）では、室内熱交換器（24）で冷媒を放熱させ、室外熱交換器（23）で冷媒を蒸発させる冷凍サイクルが行われる。

以上のような冷房運転や暖房運転において、圧縮・膨張ユニット（30）では、膨張機構（60）の周囲の雰囲気と、圧縮機構（50）の周囲の雰囲気との間に、温度差が生じている。つまり、第２空間（39）は、第１空間（38）と比べると高温雰囲気となっている。ここで、本実施形態では、第１空間（38）と第２空間（39）との間に断熱材（80）が設けられている。従って、第２空間（39）側の熱が、第１空間（38）側へ対流してしまうことが抑制される。

また、本実施形態のターミナル（90）は、その背面側が第２空間（39）に臨むようにケーシング（31）の胴部（32）に設けられている。この配置では、ターミナル（90）と電動機（45）との間に断熱材（80）やフロントヘッド（61）が介在することがない。従って、例えば図３に示すような配置では、ターミナル（101）と電動機（105）とを内部配線（107）で繋ぐために、仕切部材（106）に貫通口（107）を形成する必要があるのに対し、本実施形態では、このような貫通口を設ける必要がない。従って、第１空間（38）と第２空間（39）とは、フロントヘッド（61）や断熱材（80）によってで完全に仕切られるので、第２空間（39）側から第１空間（38）側への熱の対流が、効果的に抑制される。

−実施形態の効果−
本実施形態の圧縮・膨張ユニット（30）では、高温冷媒で満たされる第２空間（39）にターミナル（90）の背面側を臨ませるように、ターミナル（90）をケーシング（31）に設けている。これにより、仕切部材（61,80）に貫通口を形成せずとも、ターミナル（90）と電動機（45）との配線が可能となるので、第２空間（39）から第１空間（38）への熱の対流を抑制できる。従って、圧縮機構（50）側から膨張機構（60）側への入熱量を削減でき、圧縮機構（50）の熱ロスを抑えることができる。また、この空調機（10）では、例えば冷房運転時において、膨張機構（60）から室内熱交換器（24）へ送られる冷媒のエンタルピの増大を防止できるので、冷房能力の低下を回避できる。

また、フロントヘッド（61）や断熱材（80）に貫通口を形成するための加工も不要となり、装置構造の単純化を図ることができる。

また、ターミナル（90）の背面側を仕切部材（61,80）と電動機（45）との間に臨ませるようにしているので、ターミナル（90）と電動機（45）とを接続する配線のスペースを充分確保できる。一方、電動機（45）と圧縮機構（60）との間の距離を狭くすることができるので、圧縮機構（60）においてシャフト（40）の軸線が傾いてしまうことを確実に回避できる。従って、圧縮機構（60）におけるシャフト（40）の振れ回りを防止でき、この圧縮・膨張ユニット（30）の信頼性を確保できる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としても良い。

上記実施形態において、第１空間（38）と第２空間（39）とを完全に気密に仕切るようにしても良い。つまり、第１空間（38）及び第２空間（39）とを気密に仕切るシール部材を用いることで、第２空間（39）側から第１空間（38）への高圧冷媒の侵入を完全に禁止する構成としても良い。この場合、膨張機構（60）で膨張させた流体を第１空間（38）へ流出させるようにし、第１空間（38）を低圧冷媒で満たすようにしても良い。この構成では、第１空間（38）へ流出した低圧冷媒を外部へ流出させるように流入管（135）をケーシング（31）に接続すれば良い。

また、上記実施形態では、仕切部材としてフロントヘッド（61）及び断熱材（80）を用いているが、これらの一方のみを仕切部材として用いても良いし、それ以外の仕切部材を用いても良い。

また、上記実施形態では、膨張機構（60）を揺動ピストン型のロータリ型流体機械によって構成しているが、膨張機構（60）を構成する流体機械の形式はこれに限定されない。例えば、膨張機構（60）を回転ピストン型のロータリ型流体機械によって構成してもよいし、膨張機構（60）をスクロール型流体機械によって構成してもよい。

また、実施形態の空調機（10）では冷媒として二酸化炭素（ＣＯ₂）を用いているが、冷媒回路（20）に冷媒として充填される物質はこれに限定されず、例えばＲ４１０ＡやＲ４０７Ｃ等のいわゆるフロン冷媒を冷媒回路（20）に充填してもよい。また、上記実施形態の空調機（10）では冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力よりも高圧に設定されているが、冷凍サイクルの高圧は冷媒の臨界圧力以下に設定されていてもよい。

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。

以上説明したように、本発明は、流体を圧縮する圧縮機構が膨張機構と共に１つのケーシング内に収容された流体機械について有用である。

実施形態の冷媒回路の構成を示す冷媒回路図である。 実施形態の圧縮・膨張ユニットの縦断面図である。 本発明の課題を説明するために例示した圧縮・膨張ユニットの縦断面図である。

符号の説明

30 圧縮・膨張ユニット
31 ケーシング
36 吐出管
38 第１空間
39 第２空間
40 シャフト（駆動軸）
45 電動機
50 圧縮機構
60 膨張機構
90 ターミナル

Claims (3)

1. 密閉状のケーシング（31）と、流体を圧縮する圧縮機構（50）と、流体の膨張により動力を発生させる膨張機構（60）と、上記圧縮機構（50）及び膨張機構（60）を機械的に連結する駆動軸（40）と、該駆動軸（40）を駆動させる電動機（45）と、該電動機（45）へ外部電力を供給するためのターミナル（90）とを備え、上記ケーシング（31）の内部が、仕切部材（61,80）によって上記膨張機構（60）が配置される第１空間（38）と上記圧縮機構（50）及び電動機（45）が配置される第２空間（39）とに区画される流体機械であって、
   上記ターミナル（90）は、その背面側が上記第２空間（39）に臨むように上記ケーシング（31）に設けられていることを特徴とする流体機械。
2. 請求項１において、
   上記電動機（45）は、上記仕切部材（61,80）と圧縮機構（50）との間に配置され、
   上記ターミナル（90）は、その背面側が上記仕切部材（61,80）と上記電動機（45）との間の空間に臨むように上記ケーシング（31）に設けられていることを特徴とする流体機械。
3. 請求項１又は２において、
   上記圧縮機構（50）は、圧縮した流体を上記第２空間（39）へ吐出するように構成され、
   上記ケーシング（31）には、圧縮機構（50）から第２空間（39）へ吐出された流体を外部へ流出させる吐出管（36）が接続されていることを特徴とする流体機械。

Images