JP5095320B2 - ロータリ流体機械および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロータリ流体機械およびそれを用いた冷凍サイクル装置に関するものである。

従来の膨張機として、特開２００５−１０６０４６号公報に開示されているロータリ膨張機が知られている。

図９、図１０および図１１を参照しながら、従来のロータリ膨張機の構成について説明する。図９は、スクロール圧縮機構５０とロータリ膨張機構６０とがシャフト４０で連結された流体機械３０（いわゆる膨張機一体型圧縮機）の縦断面図である。ロータリ膨張機構６０は、図中左から右に向かって積層された、第２閉塞部材６１、第２シリンダ８１、中間閉塞部材６３、第１シリンダ７１および第１閉塞部材６２を含む。

第２シリンダ８１は、左端面が第２閉塞部材６１によって、右端面が中間閉塞部材６３によって閉塞されている。第１シリンダ７１は、左端面が中間閉塞部材６３によって、右端面が第１閉塞部材６２によって閉塞されている。

また、シャフト４０が、積層された状態の第２閉塞部材６１、第２シリンダ８１、中間閉塞部材６３、第１シリンダ７１および第１閉塞部材６２を貫通している。また、シャフト４０の第１偏心部４１が第１シリンダ７１内に位置し、シャフト４０の第２偏心部４２が第２シリンダ８１内に位置している。

図１０および図１１に示すように、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閉塞部材６２と、中間閉塞部材６３と、第１ピストン７５と、第１シリンダ７１とにより第１作動室７２が、第２閉塞部材６１と、中間閉塞部材６３と、第２ピストン８５と、第２シリンダ８１とにより第２作動室８２が形成される。第１作動室７２および第２作動室８２内には、それぞれ第１ブレード７６、第２ブレード８６が設けられている。それぞれの作動室７２，８２が各ブレード７６，８６によって上流側作動室と下流側作動室とに仕切られている。

第１シリンダ７１には吸入口３４が形成され、第２シリンダ８１には吐出口３５が形成されている。また、中間閉塞部材６３を貫通するように、連通孔６４が設けられている。

このように構成されたロータリ膨張機構６０において、高圧の作動流体が吸入口３４から第１作動室７２に流入し、中間閉塞部材６３に設けられた連通孔６４を通って第２作動室８２に流入しながら膨張し、低圧となって吐出孔３５から流出する。
特開２００５−１０６０４６号公報

上記ロータリ膨張機構６０では、中間閉塞部材６３を挟んで、左右に（または上下に）２つの作動室７２，８２が形成される。この２つの作動室７２，８２は、ロータリ膨張機構６０の運転時には、それぞれ異なる圧力の冷媒が存在する膨張室となる。そのため、ロータリ膨張機構６０の運転時において、中間閉塞部材６３は、高圧冷媒と低圧冷媒の圧力差による力を受け、低圧冷媒が存在する側へ変形する。このときの変形量は、中間閉塞部材６３の肉厚にもよるが、おおよそμｍオーダとなる。

また、中間閉塞部材６３は、低圧膨張室を形成する第１シリンダ７１と、高圧膨張室を形成する第２シリンダ８１とに挟まれている外周部が固定端となり、シャフト４０が貫通する中心部が自由端となる。そのため、中間閉塞部材６３の高圧冷媒と低圧冷媒の圧力差による力による変形量は、中心部で最も大きくなる。

中間閉塞部材６３の最も大きく変形する部分には、低圧膨張室を形成する第２ピストン８５が位置する。中間閉塞部材６３と第２ピストン８５との間には、両者が直接接触することを避け、かつ両者の摺動面に潤滑油の油膜を形成するために、μｍオーダのクリアランスが設けられる。

しかし、前記圧力差によって働く力による中間閉塞部材６３の変形量が、予め定められたクリアランスよりも大きくなると、中間閉塞部材６３と第２ピストン８５とが強く接触し、摺動損失が増加する。さらには、強い摺動が原因で、中間閉塞部材６３や第２ピストン８５の摩耗が進み、運転不能に陥る恐れもある。

中間閉塞部材６３の厚さを増加すればよいとも考えられるが、中間閉塞部材６３の連通孔６４の内部は、作動室７２と作動室７８とが連通して容積が大きくなる膨張過程において、膨張に寄与しないデッドスペースになる。このデッドスペースの増加を避けるため、中間閉塞部材６３を厚くするべきでない。また、中間閉塞部材６３の厚さの増加は、ロータリ膨張機構６０の重量増や寸法拡大に直結するのでなるべく避けたい。

本発明は、こうした課題を解決するもので、ピストン（ローラ）と中間閉塞部材との摺動による機械損失を低減し、また、運転不能に繋がる強い接触を回避することで、高効率で高信頼性を有するロータリ流体機械を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、
同心状に配置された第１シリンダおよび第２シリンダと、
前記第１シリンダおよび前記第２シリンダのそれぞれの内側で偏心回転する第１ローラおよび第２ローラと、
前記第１シリンダと前記第１ローラとの間に形成される、作動流体が吸入される第１作動室と、
前記第２シリンダと前記第２ローラとの間に形成される、前記第１作動室と共に膨張室を構成する第２作動室と、
前記第１シリンダと前記第２シリンダとの間に配置された中間閉塞部材と、
前記第１ローラおよび前記第２ローラが軸方向に沿って取り付けられたシャフトとを備え、
前記作動流体は、膨張時に前記第１作動室から前記第２作動室へと移動し、
前記中間閉塞部材と前記第２ローラとの軸方向についてのクリアランスが、径方向の中心へ向かうほど大きくなっている、ロータリ流体機械を提供する。

上記本発明のロータリ流体機械では、中間閉塞部材と第２ローラ（ピストン）との軸方向についてのクリアランスが、径方向の中心へ向かうほど大きくなっている。このようなクリアランスがあるため、流体機械の運転時において、その中間閉塞部材が、高圧の作動流体と低圧の作動流体との圧力差による力を受け、低圧の作動流体が存在する側へ変形したとしても、中間閉塞部材と低圧側ローラ（第２ローラ）とが強く接触することを防止できる。ゆえに、摺動損失が小さく高効率なロータリ流体機械を提供することができる。また、本発明によれば、流体機械の運転時には、中間閉塞部材と高圧側ローラ（第１ローラ）とのクリアランスと、中間閉塞部材と低圧側ローラとのクリアランスとを、均一な広さかつ僅少とすることができるので、それらのクリアランスからの作動流体の漏れも低減できる。作動流体の漏れを低減することにより、ロータリ流体機械の効率が向上する。

なお、本発明のロータリ流体機械は、(i)中間閉塞部材と第２ローラとの軸方向についてのクリアランスが、径方向の中心へ向かうほど大きくなっている、という特徴に代えて、下記（ii）または（iii）の特徴を有していてもよいし、これら全ての特徴を有していてもよい。(ii)中間閉塞部材が厚さ一定の板状部品で構成されるとともに、その中間閉塞部材における第１シリンダの内周面よりも内側の部分が、径方向の中心に向かうほど第２ローラから遠ざかるように撓んでいる。(iii)第２ローラの中間閉塞部材に接する側の面が、径方向に平行な基準面に対して傾斜している。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の流体機械の縦断面図である。図２Ａは、図１に示す流体機械のIIA-IIA横断面図である。図２Ｂは、図１に示す流体機械のIIB-IIB横断面図である。

図１に示すように、流体機械１００は、密閉容器１０１と、密閉容器１０１の内部中央に配置された電動機１３２と、電動機１３２の上方に配置された圧縮機構１２０と、電動機１３２の下方に配置された膨張機構１０２と、圧縮機構１２０が有する圧縮機構シャフト１２６と膨張機構１０２が有する膨張機構シャフト１０５との連結部１３１と、膨張機構１０２の下方に配置されたオイルポンプ１３６とを備えている。密閉容器１０１の底部は、オイルが溜められるオイル溜り１３０として利用されている。

本実施の形態では、圧縮機構１２０と膨張機構１０２とがシャフト１２６，１０５で連結された流体機械１００を例示するが、この流体機械１００から圧縮機構１２０の部分を除けば、電動機１３２が発電機として機能するロータリ膨張機を提供できる。

図１において、圧縮機構シャフト１２６の回転方向と膨張機構シャフト１０５の回転方向は同じであり、膨張機構１０２で発生した動力が、これらのシャフト１２６，１０５により圧縮機構１２０に伝達される。シャフト１２６，１０５の内部には、オイルポンプ１３６の働きによって、オイル溜まり１３０のオイルを圧縮機構１２０および膨張機構１０２に送るための給油路１２６ａ，１０５ｃが形成されている。オイルポンプ１３６は、例えば、一般的なトロコイド型ポンプである。

圧縮機構１２０は、圧縮機構シャフト１２６と、圧縮機構シャフト１２６を軸支する圧縮機構軸受１２７と、この圧縮機構軸受１２７上に配置された固定スクロール１２３と、圧縮機構軸受１２７と固定スクロール１２３との間に固定スクロール１２３と噛み合うように配置された旋回スクロール１２４とを含む。旋回スクロール１２４と圧縮機構軸受１２７との間に、旋回スクロール１２４の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転規制機構１２５を設けている。なお、圧縮機構１２０は、スクロール型に限定されず、他の容積型、例えばロータリ型であってもよい。

図１、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、膨張機構１０２は、第１シリンダ１０３、第２シリンダ１０４、膨張機構シャフト１０５、第１ローラ１０６、第２ローラ１０７、第１ベーン１０８、第２ベーン１０９、第１ばね１１０、第２ばね１１１、上軸受１１２、下軸受１１３、中板１１８（中間閉塞部材）、下軸受カバー１１９、吸入管１１５および吐出管１１４を備えている。

図１に示すように、第１シリンダ１０３、中板１１８および第２シリンダ１０４は、中板１１８を第１シリンダ１０３と第２シリンダ１０４で挟むように、軸方向に沿ってこの順番で配置されている。中板１１８は、第１シリンダ１０３と第２シリンダ１０４とを仕切っている。膨張機構シャフト１０５は、中板１１８を上下に貫くように配置されており、軸方向に沿って、第１偏心部１０５ａおよび第２偏心部１０５ｂを有する。第１ローラ１０６は、第１偏心部１０５ａに嵌合され第１シリンダ１０３の内部で偏心回転運動する。同様に、第２ローラ１０７は、第２偏心部１０５ｂに嵌合され第２シリンダ１０４の内部で偏心回転運動する。

図２Ａに示すように、第１ベーン１０８は、第１シリンダ１０３に形成された第１ベーン溝１０３ａに往復動可能に装着されている。図２Ｂに示すように、第２ベーン１０９は、第２シリンダ１０４に形成された第２ベーン溝１０４ａに往復動可能に装着されている。第１ばね１１０は、第１ベーン１０８と第１ベーン溝１０３ａによって形成された背面空間に配置され、第１ベーン１０８を第１ローラ１０６に向けて押す。同様に、第２ばね１１１は、第２ベーン１０９と第２ベーン溝１０４ａによって形成された背面空間に配置され、第２ベーン１０９を第２ローラ１０７に向けて押す。上軸受１１２は、中板１１８が位置する側とは反対側における第２シリンダ１０４の端面を閉塞する。下軸受１１３は、中板１１８が位置する側とは反対側における第１シリンダ１０３の端面を閉塞する。各軸受１１２，１１３が膨張機構シャフト１０５を支える。吸入管１１５から吸入された作動流体は、下軸受カバー１１９の内部を経由して第１シリンダ１０３に送られる。第２シリンダ１０４から吐出された作動流体は、吐出管１１４へと送られる。

なお、本明細書中では、単に軸方向といえば膨張機構シャフト１０５の軸方向を意味し、単に径方向といえば膨張機構シャフト１０５の径方向を意味するものとする。

第１シリンダ１０３と、第１ローラ１０６と、下軸受１１３と、中板１１８とにより、作動流体が仕事をする第１作動室１１６が形成されている。第１作動室１１６は、第１ベーン１０８によって上流側作動室と下流側作動室とに仕切られている。同様に、第２シリンダ１０４と、第２ローラ１０７と、中板１１８と、上軸受１１２とにより、作動流体が仕事をする第２作動室１１７が形成され、その第２作動室１１７が第２ベーン１０９によって上流側作動室と下流側作動室とに仕切られている。第１シリンダ１０３における下流側作動室と、第２シリンダ１０４における上流側作動室とは、中板１１８に形成されている連通孔１１８ａによって１つにつながっており、この１つにつながった作動室（膨張室）で作動流体が膨張する。

シリンダ１０３，１０４およびローラ１０６，１０７は、それぞれ、第２作動室１１７の容積が第１作動室１１６の容積よりも大きくなるように寸法が調整されている。本実施の形態では、第１シリンダ１０３の内径と第２シリンダ１０４の内径とが等しく、第１ローラ１０６の外径と第２ローラ１０７の外径とが等しく、第２シリンダ１０４の軸方向についての高さが、第１シリンダ１０３の軸方向についての高さよりも大きくなっている。ただし、シリンダの内径が相違していたり、ローラの外径が相違していたりする場合であっても、シリンダの高さを適切に調整することで作動室の容積差を作り出すことが可能である。

下軸受１１３には、第１作動室１１６へ作動流体を吸入させるための吸入ポート１１３ａが形成されている。中板１１８には、第１シリンダ１０３の下流側作動室から、第２シリンダ１０４の上流側作動室への作動流体の移動を許容する連通孔１１８ａが形成されている。上軸受１１２には、第２作動室１１７から作動流体を吐出させる吐出ポート１１２ａが形成されている。

さらに、下軸受１１３、第１シリンダ１０３、中板１１８および第２シリンダ１０４には、それぞれ、上軸受１１２に形成された吸入ポート１１２ｂから下軸受内空間１１３ｃへと作動流体を順次導く通路１１３ｂ，１０４ｂ，１１８ｂ，１０３ｂが形成されている。

図１を参照しつつ、流体機械１００の動作を簡単に説明する。
作動流体（例えば二酸化炭素やＨＦＣなどの冷媒）は、吸入管１２１から圧縮機構１２０に吸入される。このとき、冷凍サイクル中を作動流体と同伴し流れているオイルも同時に吸入される。作動流体は、圧縮機構１２０で圧縮された後、吐出ポート１２３ａからマフラー１２８の内部に吐出され、続いて、固定スクロール１２３および軸受１２７に形成された通路１２３ｂ，１２７ａを通り、圧縮機構カバー１２９の内側および電動機１３２の回転子通路１３３を通って密閉容器１０１の下部に導かれる。このときオイルも作動流体と同伴し、同経路をたどる。

密閉容器１０１の下部に導かれた作動流体とオイルは、流れの向きを変え、固定子通路１３４を通って密閉容器１０１の上部へとターンする。オイルは、流れのターンの影響と重力の影響で、上軸受１１２に形成されたオイル戻し通路１１２ｃを通ってオイル溜り１３０へ戻る。作動流体は、固定子通路１３４および密閉容器１０１内の通路１３５を経て、吐出管１２２から冷凍サイクルへと吐出される。

一方、膨張機構１０２には、吸入管１１５から作動流体が吸入される。吸入された作動流体は、吸入ポート１１２ｂ、通路１１３ｂ，１０４ｂ，１１８ｂ，１０３ｂ、下軸受内空間１１３ｃ、吸入ポート１１３ａ、第１作動室１１６、連通孔１１８ａ、第２作動室１１７および吐出ポート１１２ａを順次経て、吐出管１１４から冷凍サイクルへと吐出される。

また、オイル溜り１３０のオイルは、オイルポンプ１３６の働きにより、膨張機構シャフト１０５に形成された給油路１０５ｃに汲み上げられ、膨張機構１０２の潤滑およびシールに用いられる。オイルは、さらに、給油路１０５ｃから連結部１３１を経て圧縮機構シャフト１２６に形成された給油路１２６ａに送られ、圧縮機構１２０の潤滑およびシールに用いられる。

図３Ａは、図１に示すロータリ膨張機構の非運転時の拡大縦断面であり、図３Ｂは、図１に示すロータリ膨張機構の運転時の拡大縦断面である。

まず、図３Ａに示すように、非運転時において、中板１１８の第２作動室１１７側の面１１８ｄは、第２シリンダ１０４の内周面よりも内側の部分が径方向に平行な基準面に対して傾斜しており、中板１１８と第２ローラ１０７との軸方向についてのクリアランスＳＨは、径方向の中心へ向かうほど大きくなっている。さらに、中板１１８の第１作動室１１６側の面１１８ｃは、径方向に平行な基準面に対して傾斜しており、中板１１８と第１ローラ１０６との軸方向についてのクリアランスＴＨが、径方向の中心へ向かうほど小さくなっている。第１ローラ１０６と中板１１８とは、第１ローラ１０６の内周縁においてほぼクリアランス無く接し、中板１１８から第１ローラ１０６に向かって荷重がかかっている。

一方、運転時には、第１作動室１１６へは膨張前の高圧の作動流体が吸入され、第２作動室１１７からは膨張後の低圧の作動流体が吐出される。そのため、中板１１８の一方の面１１８ｃには高圧が作用し、他方の面１１８ｄには低圧が作用する。この圧力差により、第１作動室１１６側から第２作動室１１７側に中板１１８を押す力が働く。中板１１８は、シリンダ１０３，１０４に挟まれた外周部が固定端であり、シリンダ１０３，１０４の内周面よりも内側の部分、つまり、シャフト１０５を通すために形成された開口の周縁部１１８ｆ（以下、中心部１１８ｆともいう）が自由端となっているので、上記力により変形（弾性変形）を起こす。その変形量は、通常、径方向の中心に向かうほど大きくなる。

本実施の形態において、中板１１８は、その中心部１１８ｆが予め第１作動室１１６側に撓んでいる（曲がっている）ので、運転開始とともに第２作動室１１７側への変形が起こったとしても、その変形は、中心部１１８ｆに予め付与されている撓みによって相殺される。図３Ｂに示すように、中板１１８は、好ましくは両面１１８ｃ，１１８ｄが軸方向に直交する形状に変形する。こうして、運転中は、中板１１８と第２ローラ１０７とのクリアランスが適切な広さとなるので、摺動損失の増大を抑制できるとともに、シール長（シール面の広さ）を十分に確保することができ、ロータリ膨張機構１０２の効率が高まる。なお、運転を停止すると、中板１１８は、再び図３Ａの状態に復帰する。

また、本実施の形態によれば、運転中において、中板１１８の中心部１１８ｆが第１作動室１１６および第２作動室１１７のいずれか一方に偏りにくい。つまり、中板１１８と第１ローラ１０６とのクリアランスが広がりすぎることがない。言いかえれば、中板１１８と第１ローラ１０６とのクリアランス、および、中板１１８と第２ローラ１０７とのクリアランスを均一な広さにできるので、これらのクリアランスからの作動流体の漏れを抑制し、体積効率を高めることができる。

中板１１８は、厚さ一定かつ金属製の板状部品で構成されるとともに、第１シリンダ１０３の内周面よりも内側の部分である中心部１１８ｆを、径方向の中心に向かうほど第２ローラ１０７から遠ざかるように撓ませておくことができる。このようにすれば、非運転時において、径方向の中心へ向かうほどクリアランスＳＨを大きくすることができ、上述した有意な効果を得ることが可能となる。なお、予め付与されるべき中板１１８の撓みは、例えば、金型を用いた冷間加工または熱間加工にて形成することができる。

中板１１８の中心部１１８ｆには、軸方向に平行な断面において、シリンダ１０３，１０４の内周面からシャフト１０５を通すための開口の縁にかけて、面１１８ｃ，１１８ｄが直線状となるように、予め撓みを付与することができる。ただし、中板１１８に働く力の大きさは場所によって異なる。具体的には、作動室１１６，１１７に露出する部分と、ローラ１０６，１０７に隠れる部分とでは、中板１１８に加わる圧力が異なる。したがって、面１１８ｃ，１１８ｄの傾斜角度が、シリンダ１０３，１０４の内周面とシャフト１０５を通すための開口の縁との間で変化するように、中心部１１８ｆの撓み形状を適宜調整してもよい。例えば、面１１８ｃ，１１８ｄが、シリンダ１０３，１０４の内周面とシャフト１０５を通すための開口の縁との間で曲面を呈するように、中心部１１８ｆを撓ませてもよい。

（実施の形態２）
図４Ａは、実施の形態２のロータリ膨張機構の非運転時の拡大縦断面図であり、図４Ｂは、同じく運転時の拡大縦断面図である。

本実施の形態において、実施の形態１と共通部品については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。中板１５８とローラ１４６，１４７には異なる符号を用いているが、これらの機能は、実施の形態１で説明したものと相違ない。

図４Ａに示すように、本実施の形態のロータリ膨張機構１０２Ｂは、非運転時において、中板１５８と第２ローラ１４７との軸方向についてのクリアランスＳＨ１が、径方向の中心へ向かうほど大きくなっているという点で実施の形態１と一致する。ただし、そのクリアランスＳＨ１は、中板１５８に付与された撓みではなく、ローラ１４６，１４７の端面１４６ａ，１４７ａに付与された傾斜によって生じているという点で、実施の形態１と相違する。

図４Ａに示すように、低圧側となる第２ローラ１４７は、中板１５８に接する側の端面１４７ａが、径方向に平行な基準面に対して傾斜している。好ましくは、径方向の中心に向かうほど軸方向についての第２ローラ１４７の厚さが小さくなっていることである。また、高圧側となる第１ローラ１４６は、中板１５８に接する側の端面１４６ａが、径方向に平行な基準面に対して傾斜している。好ましくは、径方向の中心に向かうほど軸方向についての第１ローラ１４６の厚さが大きくなっていることである。

上記の構成によれば、図４Ｂに示すように、作動流体の圧力差によって中板１５８の中心部１５８ｆが第２作動室１１７側へ変位することに応じて、中板１５８と第１ローラ１４６とのクリアランス、および、中板１５８と第２ローラ１４７とのクリアランスが一定の広さに近づく。好ましくは、中板１５８の両面１５８ｃ，１５８ｄが、第１ローラ１４６の端面１４６ａと第２ローラ１４７の端面１４７ａとに平行となることである。この結果、運転中は、中板１５８と第２ローラ１４７とのクリアランスが適切な広さに保たれ、摺動損失の増大を抑制できるとともに、シール長を十分に確保することができ、ロータリ膨張機構１０２Ｂの効率が高まる。

また、運転中において、中板１５８は、中心部１５８ｆがすり鉢状に撓んで、第１ローラ１４６の端面１４６ａおよび第２ローラ１４７の端面１４７ａに沿う形状に弾性変形する。この結果、中板１５８と第１ローラ１４６とのクリアランスと、中板１５８と第２ローラ１４７とのクリアランスとが均一な広さになるので、これらのクリアランスからの作動流体の漏れを抑制し、体積効率を高めることができる。

第１ローラ１４６の端面１４６ａおよび第２ローラ１４７の端面１４７ａの傾斜角度は、各ローラ１４６，１４７の外周縁から内周縁にかけて一定であってもよいし、途中で変化していてもよい。例えば、実施の形態１でも説明したように、端面１４６ａ，１４７ａが曲面を呈していてもよい。

また、実施の形態１と、実施の形態２とを組み合わせることも可能である。その組み合わせによれば、作動流体の圧力差に起因する問題を、中板の形状調整とローラの形状調整とで分担して解決することができる。つまり、中板１１８の中心部１１８ｆの撓みを実施の形態１よりも若干小さく設定するとともに、ローラ１４６，１４７の端面１４６ａ，１４７ａの傾斜を実施の形態２よりも若干小さく設定する。このようにすれば、運転開始時や運転停止時において、中板やローラに強い摩擦力が加わることを回避でき、運転開始と停止とを繰り返すことによる各部品の摩耗が進みにくくなる。

（実施の形態３）
図５は、実施の形態３のロータリ膨張機構２０２の非運転時の拡大縦断面図である。本実施の形態は、実施の形態１にシリンダを１段追加したものであり、基本構造や作動流体が膨張する原理は２段の場合と同じである。

簡単に説明すると、下から順番に、第１シリンダ１０３、第１中板２２３、第２シリンダ１０４、第２中板２２４および第３シリンダ２０５が並んでいる。シャフト２０６には、３つの偏心部２０６ａ，２０６ｂ，２０６ｃが形成されており、その各々にローラ１０６，１０７，２０９が嵌合している。第１中板２２３には第１連通孔２２３ａが形成され、第２中板２２４には第２連通孔２２４ａが形成されている。第１中板２２３および第２中板２２４は、厚さが一定の共通の板状部品で構成されている。各シリンダ１０３，１０４，２０５および各ローラ１０６，１０７，２０９は、それぞれ、第１作動室１１６、第２作動室１１７および第３作動室２２２の順番で容積が大きくなるように寸法が調整されている。第１連通孔２２３ａを経由して第１作動室１１６から第２作動室１１７へと作動流体が移動することにより第１段階の膨張過程が進み、第２連通孔２２４ａを経由して第２作動室１１７から第３作動室２２２へと作動流体が移動することにより、さらに第２段階の膨張過程が進む。

図５に示すように、非運転時において、第１中板２２３と第２ローラ１０７との軸方向についてのクリアランスＳｈ１が、径方向の中心へ向かうほど大きくなっている。また、第２中板２２４と第３ローラ２０９との軸方向についてのクリアランスＳｈ２が、径方向の中心へ向かうほど大きくなっている。

第１中板２２３を挟んで第１作動室１１６と第２作動室１１７が形成され、第２中板２２４を挟んで第２作動室１１７と第３作動室２２２が形成されている。第１作動室１１６へは冷凍サイクルにおける高圧の作動流体が吸入されるので、第１作動室１１６は高圧の作動流体で満たされる。第１作動室１１６→第２作動室１１７→第３作動室２２２へと作動流体は膨張しながら移動し、最終的に第３作動室２２２から冷凍サイクルにおける低圧の作動流体が吐出される。そのため、第１作動室１１６、第２作動室１１７および第３作動室２２２の順番に、作動流体の圧力は低下する。

運転を開始すると、第１中板２２３には、第１作動室１１６の圧力と第２作動室１１７の圧力がかかる。両作動室１１６，１１７の圧力差により、第１中板２２３には第１作動室１１６側から第２作動室１１７側に向かって力が働き、第１中板２２３は第１作動室１１６側から第２作動室１１７側に変形する。また、第２中板２２４には、第２作動室１１７の圧力と第３作動室２２２の圧力がかかる。両作動室１１７，２２２の圧力差により、第２中板２２４には第２作動室１１７側から第３作動室２２２側に向かって力が働き、第２中板２２４は第２作動室１１７側から第３作動室２２２側に変形する。

したがって、図５に示すように、第１中板２２３および第２中板２２４の各中心部を、実施の形態１で説明したように予め撓ませておくことで、上記変形を相殺することができる。このときの効果は、既に説明した通りである。

ところで、第１中板２２３と第２中板２２４に働く力は、第１作動室１１６と第２作動室１１７との圧力差が、第２作動室１１７と第３作動室２２２との圧力差に等しい場合に限って等しくなるが、そのようなケースは稀である。

例えば、二酸化炭素のように冷凍サイクルの高圧で超臨界となる流体を作動流体として用いた場合、超臨界域での膨張と、気液二相域での膨張では、容積変化率に対する圧力変化率が大きく異なる。超臨界域での膨張では、わずかな容積変化に対して圧力は大きく変化する。それに対し、気液二相域での容積変化に対する圧力変化は超臨界域のそれ程ではない。つまり、超臨界域の膨張過程を主に担当する作動室と、二相域の膨張過程を主に担当する作動室では、その内部の圧力が大きく異なる。

本実施の形態のロータリ膨張機構２０２に作動流体として超臨界流体が吸入された場合、第１作動室１１６に流入する作動流体は超臨界域にある。第１作動室１１７から第２作動室１１７へと移動しながら膨張するとき、作動流体は、超臨界域での膨張過程にある。したがって、第１作動室１１６の圧力と第２作動室１１７の圧力とには大きな差がある。

一方、第２作動室１１７から第３作動室２２２へと移動しながら膨張するとき、作動流体は、ほぼ二相域での膨張過程にある。したがって、第２作動室１１７の圧力と第３作動室２２２の圧力との差は、第１作動室１１６の圧力と第２作動室１１７の圧力との差よりも小さい。

このような圧力差の違いがあるので、第１中板２２３に働く力は、第２中板２２４に働く力よりも大きくなる。第１中板２２３と第２中板２２４とが同一の材料で構成され、同一の厚さを有している場合、第１中板２２３の撓み量は、第２中板２２４の撓み量よりも大きくなる。

そこで、本実施の形態では、第１中板２２３と第２ローラ１０７との軸方向についてのクリアランスＳｈ１の径方向に関する変化量と、第２中板２２４と第３ローラ２０９との軸方向についてのクリアランスＳｈ２の径方向に関する変化量とを異ならせている。さらに、第１中板２２３と第１ローラ１０６との軸方向についてのクリアランスの径方向に関する変化量と、第２中板２２４と第２ローラ１０７との軸方向についてのクリアランスの径方向に関する変化量とが異なっている。

具体的には、第１中板２２３の第２作動室１１７側の面２２３ｄの傾斜角度と、第２中板２２４の第３作動室２２２側の面２２４ｄの傾斜角度とが異なっている。さらに具体的には、第１中板２２３の面２２３ｄの傾斜角度が、第２中板２２４の面２２４ｄの傾斜角度よりも大きくなっている。

また、第１中板２２３の第１作動室１１６側の面２２３ｃは、第１中板２２３と第１ローラ１０６との軸方向についてのクリアランスが、径方向の中心へ向かうほど小さくなるように傾斜している。また、第２中板２２４の第２作動室１１７側の面２２４ｃは、第２中板２２４と第２ローラ１０７との軸方向についてのクリアランスが、径方向の中心へ向かうほど小さくなるように傾斜している。第１中板２２３の面２２３ｃの傾斜角度と、第２中板２２４の面２２４ｃの傾斜角度は異なっている。より具体的には、第１中板２２３の面２２３ｃの傾斜角度の方が、第２中板２２４の面２２４ｃの傾斜角度より大きくなっている。なお、上記傾斜角度は、全て径方向に平行な基準面に対する傾斜角度を意味する。

このように、運転時に働く力の大小に合わせて中板２２３，２２４の撓みを設ける、つまり、大きい力が加わる第１中板２２３の撓みを大きく、小さい力が加わる第２中板２２４の撓みを小さく調整することにより、運転時における第１中板２２３と第２ローラ１０７とのクリアランス、および、第２中板２２４と第３ローラ２０９とのクリアランスがより適切な広さに保たれ、摺動損失の増大をいっそう効果的に抑制できる。

なお、実施の形態２のように各ローラ１０３，１０４，２０９の端面に傾斜を付与したり、付与する傾斜角度を異ならせたりすることで、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。具体的には、第２ローラ１０４の一方の端面と他方の端面の傾斜角度を異ならせることにより、クリアランスＳｈ１の径方向に関する変化量と、クリアランスＳｈ２の径方向に関する変化量とを異ならせることができる。もちろん、実施の形態２の構成と実施の形態３の構成とを組み合わせてもよい。そのようにすれば、作動流体の圧力差に起因する問題を、中板の形状調整とローラの形状調整とで分担して解決することができる。これについては、先にも説明した通りである。

（実施の形態４）
図６は、実施の形態４のロータリ流体機械の縦断面図である。図７Ａは、図６に示すロータリ流体機械のVIIA-VIIA横断面図であり、図７Ｂは、VIIB-VIIB横断面図である。図８は、図６のロータリ流体機械を用いた冷凍サイクル装置の構成図である。

まず、図８に示すように、冷凍サイクル装置３００は、圧縮機３０１と、ガスクーラ３０２と、膨張機構３０３と、蒸発器３０４と、過給機構３０５と、を有する作動流体回路３０６を備えている。作動流体回路３０６には、圧縮機３０１からガスクーラ３０２を経て膨張機構３０３に至る高圧側部分において超臨界状態となる作動流体（冷媒）が充填されている。具体的に、作動流体回路３０６には二酸化炭素が充填されている。

圧縮機３０１は、作動流体回路３０６内を循環する作動流体を圧縮する。ガスクーラ（放熱器）３０２は、圧縮機３０１に接続されており、圧縮機３０１により圧縮された高温高圧の作動流体を放熱させる。言い換えれば、ガスクーラ３０２は、圧縮機３０１により圧縮された作動流体を冷却する。ガスクーラ３０２により冷却された作動流体は低温高圧になる。

作動流体から動力を回収する手段としての膨張機構３０３は、ガスクーラ３０２に接続されている。膨張機構３０３は、ガスクーラ３０２からの作動流体を吸入する行程と、その吸入した作動流体を吐出する行程と、を実質的に連続して行う。すなわち、膨張機構３０３は、ガスクーラ３０２で放熱して低温高圧となった作動流体を吸入し、その吸入した作動流体を実質的に体積変化させることなく蒸発器３０４側に吐出する。ここで、圧縮機３０１により、膨張機構３０３を挟んでガスクーラ３０２側が比較的高圧となっており、蒸発器３０４側が比較的低圧となっている。このため、膨張機構３０３に吸入された作動流体は、膨張機構３０３から吐出されるときに膨張し、低圧となる。蒸発器３０４は、膨張機構３０３に接続されている。蒸発器３０４は、膨張機構３０３からの作動流体を加熱して蒸発させる。

過給機構３０５は、蒸発器３０４と圧縮機３０１との間に配置されている。図６に示すように、膨張機構３０３と過給機構３０５とは、ひとつの流体機械３０７を構成している。過給機構３０５は、膨張機構３０３により回収された動力により駆動される。過給機構３０５は、蒸発器３０４からの作動流体を吸入する行程と、その吸入した作動流体を圧縮機３０１側に吐出する行程と、を実質的に連続して行う。過給機構３０５は、蒸発器３０４からの作動流体を吸入し、その吸入した作動流体を実質的に体積変化させることなく圧縮機３０１側に吐出する。蒸発器３０４からの作動流体は、過給機構３０５から吐出されることによって予備的に昇圧される。予備的に昇圧された作動流体は圧縮機３０１によって圧縮されて再び高温高圧となる。

図６に示すように、ロータリ流体機械３０７は、密閉容器３０８と、密閉容器３０８内に配置された膨張機構３０３と、膨張機構３０３と隣接するように密閉容器３０８内に配置された過給機構３０５と、膨張機構３０３と過給機構３０５とに共有されたシャフト３０９とを備えている。シャフト３０９により、膨張機構３０３と過給機構３０５とが１つに連結された形となっている。膨張機構３０３で発生した動力は、シャフト３０９を介して過給機構３０５に伝達される。密閉容器３０８の底部には、オイル溜まり３１４が形成されている。

図６および図７Ａに示すように、膨張機構３０３は、シャフト３０９、第１シリンダ３１５、第１ローラ３１６、第１ベーン３１７、第１ばね３１８、下軸受３１９、中板３２０、第１吸入管３１０および第１吐出管３１１を備えている。中板３２０、第１シリンダ３１５および下軸受３１９は、第１シリンダ３１５を中板３２０と下軸受３１９とで挟むように、シャフト３０９の軸方向に沿ってこの順番で配置されている。

図６および図７Ｂに示すように、過給機構３０５は、シャフト３０９、第２シリンダ３２１、第２ローラ３２２、第２ベーン３２３、第２ばね３２４、上軸受３２５、中板３２０、第２吸入管３１２および第２吐出管３１３を備えている。上軸受３２５、第２シリンダ３２１および中板３２０は、第２シリンダ３２１を上軸受３２５と中板３２０とで挟むように、シャフト３０９の軸方向に沿ってこの順番で配置されている。

中板３２０は、膨張機構３０３と過給機構３０５とに共有された部材である。中板３２０により、第１シリンダ３１５と第２シリンダ３２１とが軸方向に仕切られている。シャフト３０９は、第１シリンダ３１５および第２シリンダ３２１を上下に貫くように配置されており、軸方向に沿って、第１偏心部３０９ａおよび第２偏心部３０９ｂを有する。

膨張機構３０３について詳細に説明する。
図７Ａに示すように、第１ローラ３１６は、第１シリンダ３１５の内部で偏心回転運動するように、第１偏心部３０９ａに嵌合されている。第１ベーン３１７は、第１シリンダ３１５に形成された第１ベーン溝３１５ａに往復動可能に装着されている。第１ばね３１８は、第１ベーン３１７と第１ベーン溝３１５ａとによって形成された背面空間に配置され、第１ベーン３１７を第１ローラ３１６に向けて押す。下軸受３１９は、中板３２０が位置する側とは反対側における第１シリンダ３１５の端面を閉塞するとともに、シャフト３０９の下端を支える。

第１シリンダ３１５と、第１ローラ３１６と、下軸受３１９と、中板３２０とによって、作動流体が仕事をする第１作動室３２６が形成されている。下軸受３１９の内部には、密閉容器３０８の外部から作動室３２６に向かう作動流体の流路である第１吸入経路３２７と、第１作動室３２６から密閉容器３０８の外部に向かう作動流体の流路である第１吐出経路３２８とが形成されている。密閉容器３０８を貫通する形で第１吸入管３１０および第１吐出管３１１が下軸受３１９に直結されている。第１吸入管３１０を流通する作動流体が第１吸入経路３２７に直接流れ込む。第１吐出経路３２８を流通する作動流体が第１吐出管３１１に直接流れ込む。

図７Ａに示すように、第１作動室３２６は、第１ベーン３１７によって上流側作動室３２６ａと下流側作動室３２６ｂとに仕切られている。上流側作動室３２６ａの第１ベーン３１７と隣接する部分には、第１吸入経路３２７が開口している。高圧の作動流体は、第１吸入管３１０および第１吸入経路３２７を通じて上流側作動室３２６ａに吸入される。下流側作動室３２６ｂの第１ベーン３２３と隣接する部分には、第１吐出経路３２８が開口している。下流側作動室３２６ｂから吐出された作動流体は、第１吐出経路３２８および第１吐出管３１１を通じて密閉容器３０８の外部の冷媒回路へと送られる。

第１吸入経路３２７および第１吐出経路３２８を開口させる位置および開口形状を本実施形態のように定めると、第１ローラ３１６が上死点に位置する瞬間（第１ベーン３１７がベーン溝３１５ａに最も押し込まれた瞬間）においてのみ第１吸入経路３２７と第１吐出経路３２８とが同時かつ完全に閉じられる。そして、第１ローラ３１６が上死点に位置する瞬間を除き、上流側作動室３２６ａが常に第１吸入経路３２７と連通し、下流側作動室３２６ｂが常に第１吐出経路３２８と連通する。言い換えれば、膨張機構３０３は、固有の容積比（吸入容積と吐出容積との比）を有しておらず、作動流体を吸入する行程と、その吸入した作動流体を吐出する行程とを実質的に連続して行なう。

第１吸入経路３２７の上流側作動室３２６ａに対する開口（吸入口）は、上流側作動室３２６ａの第１ベーン３１７と隣接する部分から上流側作動室３２６ａの広がる方向に円弧状に延びる略扇状に形成されている。第１吸入経路３２７の開口は、第１ローラ３１６が上死点に位置するときにおいてのみ、第１ローラ３１６によって完全に閉鎖される。そして、第１ローラ３１６が上死点に位置する瞬間を除いた全期間にわたって、第１吸入経路３２７の開口の少なくとも一部が上流側作動室３２６ａに露出する。具体的には、平面視において、第１吸入経路３２７の開口の外側端辺３２７ｅが、上死点に位置する第１ローラ３１６の外周面に沿った円弧状に形成されている。言い換えれば、外側端辺３２７ｅは、第１ローラ３１６の外周面と略同一の半径の円弧状に形成されている。

同様に、第１吐出経路３２８の下流側作動室３２６ｂに対する開口（吐出口）は、下流側作動室３２６ｂの第１ベーン３１７と隣接する部分から下流側作動室３２６ｂの広がる方向に円弧状に延びる略扇状に形成されている。第１吐出経路３２８の開口は、第１ローラ３１６が上死点に位置するときにおいてのみ、第１ローラ３１６によって完全に閉鎖される。そして、第１ローラ３１６が上死点に位置する瞬間を除いた全期間にわたって、第１吐出経路３２８の開口の少なくとも一部が下流側作動室３２６ｂに露出する。具体的には、平面視において、第１吐出経路３２８の開口の外側端辺３２８ｅが、上死点に位置する第１ローラ３１６の外周面に沿った円弧状に形成されている。言い換えれば、外側端辺３２８ｅは、第１ローラ３１６の外周面と略同一の半径の円弧状に形成されている。

膨張機構３０３の動作原理について説明する。
上流側作動室３２６ａに高圧の作動流体が吸入されることに応じて、上流側作動室３２６ａの容積が増大していく。上流側作動室３２６ａの容積増大に伴って、第１ローラ３１６に加わる回転トルクがシャフト３０９の回転駆動力の一部となる。上流側作動室３２６ａに作動流体が吸入される行程（吸入行程）は、第１ローラ３１６が再び上死点に位置するまで行われる。第１ローラ３１６が再び上死点に位置した瞬間、第１ローラ３１６によって第１吸入経路３２７および第１吐出経路３２８が閉じられる。これにより、第１作動室３２６は第１吸入経路３２７および第１吐出経路３２８の両方から遮断され、孤立する。

第１ローラ３１６が上死点から回転すると、孤立していた第１作動室３２６が第１吐出経路３２８と連通し、下流側作動室３２６ｂが形成される。下流側作動室３２６ｂ内の高圧の作動流体は低圧側に吸引され、直ちに膨張する。作動流体が下側作動室３２６ｂから吐出される行程（吐出行程）で、第１ローラ３１６に加わる回転トルクもシャフト３０９の回転駆動力の一部となる。このように、シャフト３０９は、上流側作動室３２６ａに高圧の作動流体が流入することと、吐出行程において作動流体が低圧側に吸引されることによって回転する。そして、シャフト３０９の回転トルクは、過給機構３０５の動力として利用される。

なお、図７Ａから理解できるように、シャフト３０９の回転軸を含む任意の縦断面図に、第１吸入経路３２７および第１吐出経路３２８が同時に現れることはないが、発明の理解を容易にするために、図６の断面図では、第１吸入経路３２７、第１吐出経路３２８、第１吸入管３１０および第１吐出管３１１をあえて示している。このことは、過給機構３０５についても同様である。

次に、過給機構３０５について詳細に説明する。
図７Ｂに示すように、第２ローラ３２２は、第２シリンダ３２１の内部で偏心回転運動するように、第２偏心部３０９ｂに嵌合されている。第２ベーン３２３は、第２シリンダ３２１に形成された第２ベーン溝３２１ａに往復動可能に装着されている。第２ばね３２４は、第２ベーン３２３と第２ベーン溝３２１ａによって形成された背面空間に配置され、第２ベーン３２３を第２ローラ３２２に向けて押す。上軸受３２５は、中板３２０が位置する側とは反対側における第２シリンダ３２１の端面を閉塞するとともに、シャフト３０９の上端を支える。

過給機構３０５の基本的な構成は、上述の膨張機構３０３と略同一である。第２シリンダ３２１と、第２ローラ３２２と、上軸受３２５と、中板３２０とにより、作動流体に仕事をする第２作動室３２９（過給室）が形成されている。上軸受３２５の内部には、密閉容器３０８の外部から第２作動室３２９に向かう作動流体の流路である第２吸入経路３３０と、第２作動室３２９から密閉容器３０８の外部へと向かう作動流体の流路である第２吐出経路３３１とが形成されている。密閉容器３０８を貫通する形で第２吸入管３１２および第２吐出管３１３が上軸受３２５に直結されている。第２吸入管３１２を流通する作動流体が第２吸入経路３３０に直接流れ込む。第２吐出経路３３１を流通する作動流体が第２吐出管３１３に直接流れ込む。

図７Ｂに示すように、第２作動室３２９は、第２ベーン３２３によって上流側作動室３２９ａと下流側作動室３２９ｂとに仕切られている。上流側作動室３２９ａの第２ベーン３２３と隣接する部分には、第２吸入経路３３０が開口している。低圧の作動流体は、第２吸入管３３０および第２吸入経路３１２を通じて上流側作動室３２９ａに吸入される。下流側作動室３２９ｂの第２ベーン３２３と隣接する部分には、第２吐出経路３３１が開口している。下流側作動室３２９ｂから吐出された作動流体は、第２吐出経路３３１および第２吐出管３１３を通じて密閉容器３０８の外部の冷媒回路へと送られる。

第２吸入経路３３０および第２吐出経路３３１を開口させる位置および開口形状を本実施形態のように定めると、第２ローラ３２２が上死点に位置する瞬間（第２ベーン３２３がベーン溝３２１ａに最も押し込まれた瞬間）においてのみ第２吸入経路３３０と第２吐出経路３２１とが同時かつ完全に閉じられる。そして、第２ローラ３２２が上死点に位置する瞬間を除き、上流側作動室３２９ａが常に第２吸入経路３３０と連通し、下流側作動室３２９ｂが常に第２吐出経路３３１と連通する。言い換えれば、過給機構３０５は、固有の容積比（吸入容積と吐出容積との比）を有しておらず、作動流体を吸入する行程と、その吸入した作動流体を吐出する行程とを実質的に連続して行なう。

すなわち、第２吸入経路３３０の開口の外側端辺３３０ｅが、上死点に位置する第２ローラ３２２の外周面に沿った円弧状に形成されている。言い換えれば、外側端辺３３０ｅは、第２ローラ３２２の外周面と略同一の半径の円弧状に形成されている。同様に、第２吐出経路３３１の開口の外側端辺３３１ｅが、上死点に位置する第２ローラ３２２の外周面に沿った円弧状に形成されている。言い換えれば、外側端辺３２２ｅは、第２ローラ３２２の外周面と略同一の半径の円弧状に形成されている。こうした特徴は、膨張機構３０３と過給機構３０５とで共通である。

次に、過給機構３０５の動作原理について説明する。
シャフト３０９は、膨張機構３０３によって回収された動力によって回転する。シャフト３０９の回転に応じて第２ローラ３２２が回転し、過給機構３０５が駆動される。第２ローラ３２２が上死点に位置する瞬間、第２吸入経路３３０および第２吐出経路３３１が、第２ローラ３２２によって閉じられる。第２作動室３２９は第２吸入経路３３０および第２吐出経路３３１の両方から遮断され、孤立する。

第２ローラ３２２が上死点から回転すると、孤立していた第２作動室３２９が第２吐出経路３３１と連通し、下流側作動室３２９ｂが形成される。第２ローラ３２２がさらに回転すると、下流側作動室３２９ｂの容積が縮小し、下流側作動室３２９ｂから第２吐出経路３３１に向けて作動流体が吐出される。第２ローラ３２２が再び上死点に位置した瞬間に、下流側作動室３２９ｂは消滅する。そして、この吐出行程と同期して、上流側作動室３２９ａが再び形成され、次の吸入行程が行われる。

上述のように、第２ローラ３２２が上死点に位置する瞬間を除き、上流側作動室３２９ａが第２吸入経路３３０と常に連通し、下流側作動室３２９ｂが第２吐出経路３３１と常に連通している。このため、過給機構３０５の第２作動室３２９内においては、作動流体は圧縮も膨張もしないが、過給機構３０５を通過した作動流体は、僅かに昇圧される。

なお、本実施の形態において、シャフト３０９の回転軸に対する第２偏心部３０９ｂの偏心方向は、第１偏心部３０９ａの偏心方向と一致している。したがって、第１ローラ３１６の偏心方向と第２ローラ３２２の偏心方向とが一致している。また、膨張機構３０３の第１ローラ３１６が上死点に位置するタイミングと、過給機構３０５の第２ローラ３２２が上死点に位置するタイミングとが一致している。

図６に示すように、中板３２０の第１作動室３２６側の面３２０ａは、第１シリンダ３１５の内周面よりも内側の部分が径方向に平行な基準面に対して傾斜しており、中板３２０と第２ローラ３２２との軸方向についてのクリアランスＳＨは、径方向の中心へ向かうほど大きくなっている。さらに、中板３２０の第２作動室３２９側の面３２０ｂは、径方向に平行な基準面に対して傾斜しており、中板３２０と第１ローラ３１６との軸方向についてのクリアランスＴＨが、径方向の中心へ向かうほど小さくなっている。第１ローラ３１６と中板３２０とは、第１ローラ３１６の内周縁においてほぼクリアランス無く接し、中板３２０から第１ローラ３１６に向かって荷重がかかっている。

運転時において、膨張機構３０３の第１作動室３２６には膨張前の高圧の作動流体が吸入され、過給機構３０５の第２作動室３２９には膨張後の低圧の作動流体が吸入される。そのため、中板３２０の一方の面３２０ａには高圧が作用し、他方の面３２０ｂには低圧が作用する。この圧力差により、第１作動室３２６側から第２作動室３２９側に中板３２０を押す力が働く。中板３２０は、第１シリンダ３１５、第２シリンダ３２１に挟まれた外周部が固定端であり、第１シリンダ３１５、第２シリンダ３２１の内周面よりも内側の部分、つまり、シャフト３０９を通すために形成された開口の周縁部３２０ｃ（中心部３２０ｃ）が自由端となっているので、上記力により変形（弾性変形）を起こす。その変形量は、通常、径方向の中心に向かうほど大きくなる。

本実施の形態において、中板３２０は、その中心部３２０ｃが予め膨張機構３０３側に撓んでいる（曲がっている）ので、運転開始とともに過給機構３０５側への変形が起こったとしても、その変形は、中心部３２０ｃに予め付与されている撓みによって相殺される。こうして、運転中は、中板３２０と第２ローラ３２２とのクリアランスが適切な広さとなるので、摺動損失の増大を抑制できるとともに、シール長を十分に確保することができ、流体機械３０７の効率が高まる。なお、運転を停止すると、中板３２０は、再び図６の状態に復帰する。

また、本実施の形態によれば、運転中において、中板３２０の中心部３２０ｃが第１作動室３２６および第２作動室３２９のいずれか一方に偏りにくい。つまり、中板３２０と第１ローラ３１６とのクリアランスが広がりすぎることがない。言いかえれば、中板３２０と第１ローラ３１６とのクリアランス、および、中板３２０と第２ローラ３２２とのクリアランスを均一な広さにできるので、これらのクリアランスからの作動流体の漏れを抑制し、体積効率を高めることができる。

中板３２０の中心部３２０ｃには、軸方向に平行な断面において、第１シリンダ３１５、第２シリンダ３２１の内周面からシャフト３０９を通すための開口の縁にかけて、面３２０ａ，３２０ｂが直線状となるように、予め撓みを付与することができる。ただし、中板３２０に働く力の大きさは場所によって異なる。具体的には、第１作動室３２６および第２作動室３２９に露出する部分と、第１ローラ３１６および第２ローラ３２２に隠れる部分とでは、中板３２０に加わる圧力が異なる。したがって、面３２０ａ，３２０ｂの傾斜角度が、シリンダ３１５，３２１の内周面とシャフト３０９を通すための開口の縁との間で変化するように、中心部３２０ｃの撓み形状を適宜調整してもよい。例えば、面３２０ａ，３２０ｂが、シリンダ３１５，３２１の内周面とシャフト３０９を通すための開口の縁との間で曲面を呈するように、中心部３２０ｃを撓ませてもよい。

なお、実施の形態２のように各ローラ３１６，３２２の端面に傾斜を付与したり、付与する傾斜角度を異ならせたりすることで、上記と同様の効果を得ることができる。もちろん、実施の形態２の構成と実施の形態４の構成とを組み合わせてもよい。そのようにすれば、作動流体の圧力差に起因する問題を、中板３２０の形状調整とローラ３１６，３２２の形状調整とで分担して解決することができる。

本発明の流体機械は、空気や水などの対象を加熱または冷却する冷凍サイクル装置に有用である。

本発明の実施の形態１における流体機械の縦断面図 図１に示す流体機械のIIA-IIA横断面図 図１に示す流体機械のIIB-IIB横断面図 図１に示すロータリ膨張機構の非運転時の拡大縦断面図 図１に示すロータリ膨張機構の運転時の拡大縦断面図 本発明の実施の形態２におけるロータリ膨張機構の非運転時の拡大縦断面図 本発明の実施の形態２におけるロータリ膨張機構の運転時の拡大縦断面図 本発明の実施の形態３におけるロータリ膨張機構の非運転時の拡大縦断面図 本発明の実施の形態４におけるロータリ流体機械の非運転時の拡大縦断面図 図６に示すロータリ流体機械のVIIA-VIIA横断面図 図６に示すロータリ流体機械のVIIB-VIIB横断面図 図６のロータリ流体機械を用いた冷凍サイクル装置の構成図 従来のロータリ膨張機の縦断面図 従来のロータリ膨張機構の横断面図 従来のロータリ膨張機構におけるシャフト回転角９０度毎の各作動室の状態を示す横断面図

符号の説明

１００，３０７ 流体機械
１０１，３０８ 密閉容器
１０２，１０２Ｂ，２０２，３０３ ロータリ膨張機構
１０３，３１５ 第１シリンダ
１０４，３２１ 第２シリンダ
２０５ 第３シリンダ
１０５，２０６ 膨張機構シャフト
１０６，１４６，３１６ 第１ローラ
１４６ａ 第１ローラの端面
１０７，１４７，３２２ 第２ローラ
１４７ａ 第２ローラの端面
２０９ 第３ローラ
１１６，３２６ 第１作動室
１１７，３２９ 第２作動室
２２２ 第３作動室
１１８，１５８，３２０ 中板
２２３ 第１中板
２２４ 第２中板
１１８ａ，２２３ａ，２２４ａ 連通孔
３００ 冷凍サイクル装置
３０１ 圧縮機
３０２ 放熱器
３０４ 蒸発器
３０５ 過給機構
３０９ シャフト

Claims (23)

1. 同心状に配置された第１シリンダおよび第２シリンダと、
   前記第１シリンダおよび前記第２シリンダのそれぞれの内側で偏心回転する第１ローラおよび第２ローラと、
   前記第１シリンダと前記第１ローラとの間に形成される、作動流体が吸入される第１作動室と、
   前記第２シリンダと前記第２ローラとの間に形成される、前記第１作動室と共に膨張室を構成する第２作動室と、
   前記第１シリンダと前記第２シリンダとの間に配置された中間閉塞部材と、
   前記第１ローラおよび前記第２ローラが軸方向に沿って取り付けられたシャフトとを備え、
   前記作動流体は、膨張時に前記第１作動室から前記第２作動室へと移動し、
   前記中間閉塞部材と前記第２ローラとの軸方向についてのクリアランスが、径方向の中心へ向かうほど大きくなっている、ロータリ流体機械。
2. 前記中間閉塞部材と前記第１ローラとの軸方向についてのクリアランスが、径方向の中心へ向かうほど小さくなっている、請求項１に記載のロータリ流体機械。
3. 前記中間閉塞部材は、厚さ一定の板状部品で構成されるとともに、前記第１シリンダの内周面よりも内側の部分が、径方向の中心に向かうほど前記第２ローラから遠ざかるように撓んでいる、請求項１または請求項２に記載のロータリ流体機械。
4. 前記第２ローラは、前記中間閉塞部材に接する側の面が径方向に平行な基準面に対して傾斜している、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のロータリ流体機械。
5. 前記第２ローラは、径方向の中心に向かうほど軸方向についての厚さが小さくなっている、請求項４に記載のロータリ流体機械。
6. 前記第１ローラは、前記中間閉塞部材に接する側の面が径方向に平行な基準面に対して
   傾斜している、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のロータリ流体機械。
7. 前記第１ローラは、径方向の中心に向かうほど軸方向についての厚さが大きくなっている、請求項６に記載のロータリ流体機械。
8. 前記第１作動室および前記第２作動室が、それぞれ、上流側作動室と下流側作動室とに仕切られ、
   前記第１シリンダ、前記第２シリンダ、前記第１ローラおよび前記第２ローラは、それぞれ、前記第２作動室の容積が前記第１作動室の容積よりも大きくなるように寸法が調整されており、
   前記中間閉塞部材には、前記第１シリンダの前記下流側作動室から、前記第２シリンダの前記上流側作動室への前記作動流体の移動を許容する連通孔が形成され、
   前記連通孔を経由した移動にともなって前記作動流体が膨張する膨張機として構成された、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のロータリ流体機械。
9. 前記第１シリンダおよび前記第２シリンダと同心状に配置された第３シリンダと、
   前記第３シリンダの内側で偏心回転するように前記シャフトに取り付けられた第３ローラと、
   前記第２シリンダと前記第３シリンダとの間に配置された第２中間閉塞部材とをさらに備え、
   前記第３シリンダと前記第３ローラとの間に形成される第３作動室が、上流側作動室と下流側作動室とに仕切られ、
   前記第２シリンダ、前記第３シリンダ、前記第２ローラおよび前記第３ローラは、それぞれ、前記３作動室の容積が前記第２作動室の容積よりも大きくなるように寸法が調整されており、
   前記第２中間閉塞部材には、前記第２シリンダの前記下流側作動室から、前記第３シリンダの前記上流側作動室への前記作動流体の移動を許容する第２連通孔が形成され、
   前記第１作動室および前記第２作動室で膨張した前記作動流体が、前記第２連通孔を経由した前記移動にともなってさらに膨張するように構成され、
   前記第１シリンダと前記第２シリンダとの間に配置された前記中間閉塞部材と前記第２ローラとの軸方向についてのクリアランスの径方向に関する変化量と、
   前記第２中間閉塞部材と前記第３ローラとの軸方向についてのクリアランスの径方向に関する変化量とが異なる、請求項８に記載のロータリ流体機械。
10. 前記第１シリンダおよび前記第２シリンダと同心状に配置された第３シリンダと、
    前記第３シリンダの内側で偏心回転するように前記シャフトに取り付けられた第３ローラと、
    前記第２シリンダと前記第３シリンダとの間に配置された第２中間閉塞部材とをさらに備え、
    前記第３シリンダと前記第３ローラとの間に形成される第３作動室が、上流側作動室と下流側作動室とに仕切られ、
    前記第２シリンダ、前記第３シリンダ、前記第２ローラおよび前記第３ローラは、それぞれ、前記３作動室の容積が前記第２作動室の容積よりも大きくなるように寸法が調整されており、
    前記第２中間閉塞部材には、前記第２シリンダの前記下流側作動室から、前記第３シリンダの前記上流側作動室への前記作動流体の移動を許容する第２連通孔が形成され、
    前記第１作動室および前記第２作動室で膨張した前記作動流体が、前記第２連通孔を経由した前記移動にともなってさらに膨張するように構成され、
    前記第１シリンダと前記第２シリンダとの間に配置された前記中間閉塞部材と前記第１ローラとの軸方向についてのクリアランスの径方向に関する変化量と、
    前記第２中間閉塞部材と前記第２ローラとの軸方向についてのクリアランスの径方向に関する変化量とが異なる、請求項８に記載のロータリ流体機械。
11. 同心状に配置された第１シリンダおよび第２シリンダと、
    前記第１シリンダおよび前記第２シリンダのそれぞれの内側で偏心回転する第１ローラおよび第２ローラと、
    前記第１シリンダと前記第１ローラとの間に形成される、作動流体が吸入される第１作動室と、
    前記第２シリンダと前記第２ローラとの間に形成される、前記第１作動室と共に膨張室を構成する第２作動室と、
    前記第１シリンダと前記第２シリンダとの間に配置された中間閉塞部材と、
    前記第１ローラおよび前記第２ローラが軸方向に沿って取り付けられたシャフトとを備え、
    前記作動流体は、膨張時に前記第１作動室から前記第２作動室へと移動し、
    前記中間閉塞部材は、厚さ一定の板状部品で構成されるとともに、前記第１シリンダの内周面よりも内側の部分が、径方向の中心に向かうほど前記第２ローラから遠ざかるように撓んでいる、ロータリ流体機械。
12. 同心状に配置された第１シリンダおよび第２シリンダと、
    前記第１シリンダおよび前記第２シリンダのそれぞれの内側で偏心回転する第１ローラおよび第２ローラと、
    前記第１シリンダと前記第１ローラとの間に形成される、作動流体が吸入される第１作動室と、
    前記第２シリンダと前記第２ローラとの間に形成される、前記第１作動室と共に膨張室を構成する第２作動室と、
    前記第１シリンダと前記第２シリンダとの間に配置された中間閉塞部材と、
    前記第１ローラおよび前記第２ローラが軸方向に沿って取り付けられたシャフトとを備え、
    前記作動流体は、膨張時に前記第１作動室から前記第２作動室へと移動し、
    前記第２ローラの前記中間閉塞部材に接する側の面が径方向に平行な基準面に対して傾斜している、ロータリ流体機械。
13. 冷媒を膨張させる膨張機として請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載のロータリ流体機械を含む、冷凍サイクル装置。
14. 同心状に配置された第１シリンダおよび第２シリンダと、
    前記第１シリンダおよび前記第２シリンダのそれぞれの内側で偏心回転する第１ローラおよび第２ローラと、
    前記第１シリンダと前記第１ローラとの間に形成される、作動流体が吸入される第１作動室と、
    前記第２シリンダと前記第２ローラとの間に形成される、前記第１作動室と独立し、かつ、前記第１作動室に吸入される作動流体よりも低圧の作動流体が吸入される第２作動室と、
    前記第１シリンダと前記第２シリンダとの間に配置された中間閉塞部材と、
    前記第１ローラおよび前記第２ローラが軸方向に沿って取り付けられたシャフトとを備え、
    前記中間閉塞部材と前記第２ローラとの軸方向についてのクリアランスが、径方向の中心へ向かうほど大きくなっている、ロータリ流体機械。
15. 前記中間閉塞部材と前記第１ローラとの軸方向についてのクリアランスが、径方向の中
    心へ向かうほど小さくなっている、請求項１４に記載のロータリ流体機械。
16. 前記中間閉塞部材は、厚さ一定の板状部品で構成されるとともに、前記第１シリンダの内周面よりも内側の部分が、径方向の中心に向かうほど前記第２ローラから遠ざかるように撓んでいる、請求項１４または請求項１５に記載のロータリ流体機械。
17. 前記第２ローラは、前記中間閉塞部材に接する側の面が径方向に平行な基準面に対して傾斜している、請求項１４ないし請求項１６のいずれか１項に記載のロータリ流体機械。
18. 前記第２ローラは、径方向の中心に向かうほど軸方向についての厚さが小さくなっている、請求項１７に記載のロータリ流体機械。
19. 前記第１ローラは、前記中間閉塞部材に接する側の面が径方向に平行な基準面に対して傾斜している、請求項１４ないし請求項１８のいずれか１項に記載のロータリ流体機械。
20. 前記第１ローラは、径方向の中心に向かうほど軸方向についての厚さが大きくなっている、請求項１９に記載のロータリ流体機械。
21. 同心状に配置された第１シリンダおよび第２シリンダと、
    前記第１シリンダおよび前記第２シリンダのそれぞれの内側で偏心回転する第１ローラおよび第２ローラと、
    前記第１シリンダと前記第１ローラとの間に形成される、作動流体が吸入される第１作動室と、
    前記第２シリンダと前記第２ローラとの間に形成される、前記第１作動室と独立し、かつ、前記第１作動室に吸入される作動流体よりも低圧の作動流体が吸入される第２作動室と、
    前記第１シリンダと前記第２シリンダとの間に配置された中間閉塞部材と、
    前記第１ローラおよび前記第２ローラが軸方向に沿って取り付けられたシャフトとを備え、
    前記中間閉塞部材は、厚さ一定の板状部品で構成されるとともに、前記第１シリンダの内周面よりも内側の部分が、径方向の中心に向かうほど前記第２ローラから遠ざかるように撓んでいる、ロータリ流体機械。
22. 同心状に配置された第１シリンダおよび第２シリンダと、
    前記第１シリンダおよび前記第２シリンダのそれぞれの内側で偏心回転する第１ローラおよび第２ローラと、
    前記第１シリンダと前記第１ローラとの間に形成される、作動流体が吸入される第１作動室と、
    前記第２シリンダと前記第２ローラとの間に形成される、前記第１作動室と独立し、かつ、前記第１作動室に吸入される作動流体よりも低圧の作動流体が吸入される第２作動室と、
    前記第１シリンダと前記第２シリンダとの間に配置された中間閉塞部材と、
    前記第１ローラおよび前記第２ローラが軸方向に沿って取り付けられたシャフトとを備え、
    前記第２ローラの前記中間閉塞部材に接する側の面が径方向に平行な基準面に対して傾斜している、ロータリ流体機械。
23. 冷媒が循環する冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置であって、
    前記冷媒回路は、
    前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
    前記圧縮機により圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、
    前記放熱器からの冷媒を吸入する行程と、その吸入した冷媒を吐出する行程と、を実質的に連続して行う動力回収手段と、
    前記動力回収手段により吐出された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
    前記動力回収手段により回収された動力によって駆動され、前記蒸発器からの冷媒を吸入する行程と、前記吸入した冷媒を前記圧縮機側に吐出する行程と、を実質的に連続して行う過給機と、
    を有し、
    前記動力回収手段が前記第１シリンダおよび第１ローラを含み、前記過給機が前記第２シリンダおよび前記第２ローラを含むものとして、前記動力回収手段および前記過給機が請求項１４ないし請求項２２のいずれか１項に記載のロータリ流体機械によって構成されている、冷凍サイクル装置。

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