JPH0882296A

JPH0882296A - ローリングピストン式膨張機

Info

Publication number: JPH0882296A
Application number: JP23930494A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Hattori; 仁司服部; Motonori Futamura; 元規二村; Kazuo Saito; 和夫齊藤; Masao Ozu; 政雄小津; Shigeto Sumitani; 茂人隅谷; Kanji Sakata; 寛二坂田; Kazuhisa Myojin; 一寿明神; Teruo Kobuna; 照男小鮒
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba AVE Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba AVE Co Ltd
Priority date: 1994-07-11
Filing date: 1994-10-03
Publication date: 1996-03-26

Abstract

(57)【要約】【目的】構造をシンプルにすると共に組付性，信頼
性，効率の向上を図る。【構成】吸込管１５及び吐出管１７を備えた密閉ケー
ス１９内に設けられ、吸込ポート２７と吐出ポート２９
とを有するシリンダ９と、シリンダ９内に偏心回転自在
に設けられ膨張室２３を形成するローラ１１と、主軸受
部材３５及び副軸受部材３７により回転自在に支持さ
れ、前記ローラ１１に偏心回転を与える主軸１３と、吸
込ポートへ送り込まれる吸込ガスの流入タイミングを制
御する流入タイミング制御手段とを備えていることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ローリングピストン
式膨張機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な膨張機の概要について説明する
と、吸込みポートから取込まれた高圧ガスは、膨張仕事
による動力を発生して低圧ガスとなり、吐出ポートへつ
ながるようになるローリングピストン式膨張機におい
て、ローリングピストン式膨張機において高圧ガスを取
込むタイミング及び吐出するタイミングは、開閉弁機構
によって制御されるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記した如く、従来の
膨張機にあっては、吸込ポートから高圧ガスを取込むタ
イミング及び仕事を終えたガスを送り出すタイミングを
開閉弁機構を用いて行なうため、開閉弁機構が複雑にな
ると共に、組付性、コスト性の面で望ましくなかった。

【０００４】そこで、この発明は、開閉弁機構のシンプ
ル化を図ると共に、信頼性、性能の向上及び組立の容易
なローリングピストン式膨張機を提出することを目的と
している。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達するため
に、この発明は、吸込管及び吐出管を備えた密閉ケース
内に設けられ、吸込ポートと吐出ポートとを有するシリ
ンダと、シリンダ内に偏心回転自在に設けられ膨張室を
形成するローラと、主軸受部材と副軸受部材により回転
自在に支持され、前記ローラに偏心回転を与える主軸
と、吸込ポートへ送り込まれる吸込ガスの流入タイミン
グを制御する流入タイミング制御手段とを備えている。

【０００６】流入タイミング制御手段は、第１に、前記
主軸側に設けられ、吸込管からの高圧ガスを導入する軸
心方向に沿って形成されたガス導入路と、ガス導入路か
ら延長され主軸周面に開口した供給ポートと、主軸受部
材側に設けられ、前記供給ポートと対向し合う時にガス
を取り込む取込みポートと、取込みポートから延長され
前記シリンダの吸込みポートと連通し合うガス誘導路と
から成っている。

【０００７】第２に、主軸側に設けられた第１，第２の
供給ポートと主軸受部材側に設けられ、前記第１の供給
ポートと対向し合う時に、ガスを取込む第１の取込みポ
ートと、副軸受部材側に設けられ、前記第２の供給ポー
トと対向し合う時にガスを取り込む第２の取込みポート
と、第１，第２の取込みポートから延長され、前記シリ
ンダの吸込みポートと連通し合うガス誘導路とから成っ
ている。

【０００８】第３に、主軸と同期して回転するよう支持
され、吸込ポートを開閉する円板となっている。

【０００９】第４に、主軸の回転と同期してスライド移
動し、吸込ポートを開閉するスライド制御弁となってい
る。

【００１０】そして好ましい実施態様として、円滑で安
定した回転を確保するために、主軸にフライホイールを
設けるようにしたり、主軸の回転動力で作動するポンプ
によって潤滑油が送り込まれ、主軸の摺動面に対して潤
滑油を供給する潤滑油供給路を設ける。

【００１１】また、膨張機の下方に補助モータを、補助
モータの下方に圧縮機をそれぞれ配置し、膨張機の主軸
と、補助モータの主軸と、圧縮機の主軸とを同一軸心線
上で結合すると共に、少なくとも膨張機と圧縮機とをそ
れぞれ独立した密閉ケース内に配置した２流体方式対応
としてもよい。

【００１２】この場合、膨張機の主軸と圧縮機の主軸と
を、膨張機の最大トルク発生時の主軸回転角と、圧縮機
の負荷最大トルク発生時の回転角が一致するように結合
することが望ましい。

【００１３】

【作用】かかるローリングピストン式膨張機によれば、
始動時において、補助モータより主軸に回転力を与えた
後、オフとする。この時、膨張機にあっては、吸込管か
ら高圧ガスが送り込まれ、主軸が一回転することで、そ
の回転に対応して流入タイミング制御手段が働きシリン
ダ内に高圧ガスが的確に取込まれる。高圧ガスはシリン
ダ内において、膨張仕事をした後、低圧ガスとなって吐
出ポートから吐出されるようになる。この運転時におい
て、ローラの偏心回転によって主軸に回転力が与えられ
ると共に主軸受部材，副軸受部材及び偏心軸部には潤滑
油が供給される一方、フライホイールによって負荷等に
影響されることなく、円滑で安定した主軸の回転が確保
される。

【００１４】一方、圧縮機にあっては、吸込みポートか
ら取込まれたガスは、ローラの偏心回転によって圧縮さ
れ吐出ポートから吐出される。この場合、膨張機側と圧
縮機側でトルクピークが一致し、圧縮機側の最大負荷を
容易に乗り切ることができ、円滑な回転状態が得られる
ようになる。

【００１５】

【実施例】以下、図１乃至図５の図面を参照しながら、
この発明の第１の実施例を説明する。

【００１６】図１はローリングピストン式膨張機１の全
体を示している。ローリングピストン式膨張機１は、中
央部位の補助モータ３を挟んで、上方に膨張機５が、下
方に圧縮機７がそれぞれ配置され、冷凍サイクル側（圧
縮機７側）とランキンサイクル側（膨張機５側）で作動
ガスが異なると２流体方式対応となっている。

【００１７】膨張機５はシリンダ９と、シリンダ９内に
設けられたローラ１１と、ローラ１１に偏心回転を与え
る主軸１３とを具備し、吸込管１５と吐出管１７が設け
られた上部密閉ケース１９内に配置されている。

【００１８】シリンダ９は、上部密閉ケース１９内にブ
ラケット２１を介して固定支持されると共に、後述する
ガス導入路２３及びガス誘導路２５を介して前記吸込管
１５と連通し合う吸込みポート２７と、前記吐出管１７
と連通し合う吐出ポート２９とを有している。

【００１９】ローラ１１は、シリンダ９内において、主
軸１３の偏心軸部１３ａに嵌挿される一方、ローラ１１
の外周面には、背圧又はばね等による付勢手段（図示し
ていない）によって常時ブレード３１が接触し合うこと
で、ローラ１１及びブレード３１とによりシリンダ９内
に膨張室３３が作られるようになっている。

【００２０】主軸１３は、前記シリンダ９を挟んで上下
に配置された主軸受部材３５と副軸受部材３７により回
転自在に軸支され、上位側の主軸受部材３５を貫通した
主軸１３の軸端部にはフライホイール３９が固着されて
いる。また、下位側の副軸受部材３７を貫通した主軸１
３の軸端部は、上部密閉ケース１９から下方に延長さ
れ、補助モータ３の主軸４１とキー４２を介して一体に
結合されている。上部密閉ケース１９を貫通した主軸１
３の貫通部は、メカニカルシール４３によってシールが
確保されている。

【００２１】膨張機５の主軸１３には、軸心方向に沿っ
てガス導入路２３と潤滑油供給路４５が設けられ、ガス
導入路２３の上方は、上部密閉ケース１９内に開口し、
吸込管１５と連通可能となる。ガス導入路２３の下方
は、主軸１３の周面に開口した供給ポート４７となって
いる。

【００２２】供給ポート４７と対向し合う上位側の主軸
受部材３５には、供給ポート４７と同一形状の取込ポー
ト４９と前記シリンダ９の吸込みポート２７と連通し合
うガス誘導路２５が設けられ、供給ポート４７が所定の
角度回転し取り込みポート４９の領域に入ることで、ガ
スの取込が開始し、領域外となることで取込が完了する
シャフトカットタイプとなっている。

【００２３】潤滑油供給路４５は、主軸１３に設けられ
たロータリポンプ５１の吐出口５１ａと接続しており、
主軸１３の回転によって、ロータリポンプ５１は、上部
密閉ケース１９の底部に溜められた潤滑油を上下の主軸
受部材３５，副軸受部材３７及びローラ１１との摺動面
と、ローラと軸受の摺動面に対しそれぞれ供給するよう
になっている。

【００２４】補助モータ３は、ステータ５３と、主軸４
１に固着されたロータ５５とからなり、ステータ５３は
下部密閉ケース５７の内壁面に固着され、ステータ５３
に電流が流れることで、ロータ３５を介して主軸４１に
回転動力が与えられるようになる。

【００２５】下部密閉ケース５７は、上部密閉ケース１
９と同一軸線上に一体に固着され、アキュームレータ５
９を有する吸込管６１と、吐出管６３とを有し、上部密
閉ケース１９に対して独立している。

【００２６】圧縮機７は、前記下部密閉ケース５７内に
配置されると共に、第１のシリンダ６５と第２のシリン
ダ６６とで構成されている。

【００２７】第１，第２のシリンダ６５，６６は、中間
仕切板６７によってそれぞれ独立するよう仕切られ、両
シリンダ６５，６６には主軸４１が貫通している。

【００２８】圧縮機７の主軸４１は、補助モータ３の主
軸４１と連続し合う一体形状となっており、メインベア
リング７１とサブベアリング７２とによって回転自在に
軸支されている。主軸４１には、前記第１のシリンダ６
５および第２のシリンダ６６に対応する部分に互いに１
８０度位相をずらした偏心軸部７３，７４が設けられ、
これら偏心軸部７３，７４には前記第１，第２のシリン
ダ６５，６６内に配置された第１のローラ７５および第
２のローラ７６が嵌合している。これにより、各ローラ
７５，７６は、偏心軸部７３，７４の回転により１８０
度位相がずれた偏心回転が与えられるようになる。

【００２９】圧縮機７の主軸４１と、補助モータ３の主
軸４１と、膨張機５の主軸１３は、同一軸心線上に結合
され、圧縮機７の主軸４１、即ち、一体形状の補助モー
タ３の主軸４１と膨張機５の主軸１３は、膨張機５の最
大トルク発生時の主軸回転角（図３の時）と、圧縮機７
の負荷最大トルク発生時の回転角が一致するよう結合さ
れている。メインベアリング７１とサブベアリング７２
には、取入口が下部密閉ケース５７内に臨む吐出管６３
と連通し合う吐出ポート７７が、また、第１，第２シリ
ンダ６５，６６には、吸込管６１と連通し合う吸込みポ
ート７９，７９と、前記ローラ７５，７６の外周面と背
圧又はばね等による付勢手段８１によって常時接触し合
うブレード８３とが設けられ、各ローラ７５，７６及び
ブレード８３とにより圧縮室８５，８６が作られるよう
になっている。

【００３０】このように構成されたローリングピストン
式膨張機１によれば、始動時において、補助モータ３に
より主軸６１に回転力を与えた後、オフとする。この
時、膨張機５にあっては、吸込管１５から高圧ガスが送
り込まれ、主軸１３が回転することで図２に示す如く回
転角に対応して吸込開始、吸込完了、流出開始の行程に
より膨張仕事をした後、低圧ガスとなって吐出ポート１
９から吐出されるようになる。この膨張機５の動作時に
おいて、ローラ１１の偏心回転により補助モータ３がオ
フの状態でも主軸１３に回転力が与えられると共に、上
下の主軸受部材３５と副軸受部材３７及びローラ１１に
は潤滑油が供給される。同時に、フライホイール３９の
もつ運動エネルギーによって負荷等に影響されることな
く円滑で安定した主軸１３の回転が確保される。

【００３１】一方、圧縮機７にあっては、吸込ポート７
９，７９から取込まれたガスは、ローラ７５，７６の偏
心回転によって圧縮され吐出ポート７７，７７から吐出
される。この場合、膨張機５側と圧縮機７側でトルクピ
ークが一致し、圧縮機７側の最大負荷を容易に乗り切る
ことができ、円滑な回転状態が得られるようになる。図
４と図５は、高圧ガスが取込まれる時の流入抵抗による
圧力損失を解消した実施例を示したものである。

【００３２】図４の実施例にあっては、供給ポート４７
と取込ポート４９の流量断面を軸方向に長い長円とした
構成としたものである。

【００３３】これにより、流量断面積が拡大し、一定の
膨張比を確保した状態で圧力損失を低減することができ
る。

【００３４】図５は、主軸１３側に第１，第２の供給ポ
ート４７ａ，４７ｂを設ける一方、上位側の主軸受部材
３５側に、前記第１の供給ポート４７ａと対向し合う時
にガスを取込む取込ポート４９ａと、下位側の主軸受部
材３７側に、前記第２の供給ポート４７ｂと対向し合う
ときにガスを取込む取込ポート４９ｂと、第１，第２の
取込ポート４７ａ，４７ｂが延長され、前記シリンダ９
の吸込ポート２７と連通し合うガス誘導路２５ａ，２５
ｂとを設けるものである。

【００３５】これにより、取込流量が２倍となり、一定
の膨張比を確保した状態での圧力損失を低減することが
できる。

【００３６】図６はローリングピストン式膨張機１の第
２の実施例を示したものである。

【００３７】ローリングピストン式膨張機１０１は、上
方に補助モータ１０３が、中央に膨張機１０５が、下方
に圧縮機１０７がそれぞれ配置され、冷凍サイクル側
（圧縮機１０７側）とランキンサイクル側（膨張機１０
５側）で作動ガスが異なると２流体方式対応となってい
る。

【００３８】補助モータ１０３は、ステータ１０９と、
主軸１１１に固着されたロータ１１３とから成り、ステ
ータ１０９は密閉ケース１１５の内壁面に固着され、ス
テータ１０９に電流が流れることで、ロータ１１３を介
して主軸１１１に回転動力が与えられるようになる。

【００３９】膨張機１０５は、第１のシリンダ１１７と
第２のシリンダ１１９とからなるツインタイプとなって
いる。第１，第２のシリンダ１１７，１１９は、密閉ケ
ース１１５の内壁面に固着された取付けブラケット１２
１に固定支持されると共に、中間仕切板１２３によって
それぞれ独立するよう仕切られ、両シリンダ１１７，１
１９には前記主軸１１１が貫通している。

【００４０】膨張機１０５の主軸１１１は、補助モータ
１０３の主軸と連続し合う一体形状となっており、主軸
受部材１２５と副軸受部材１２６とによって回転自在に
軸支されている。主軸１１１には、前記第１のシリンダ
１１７および第２のシリンダ１１９に対応する部分に、
互いに１８０度位相をずらした偏心軸部１２７，１２９
が設けられ、これら偏心軸部１２７，１２９には前記第
１，第２のシリンダ１１７，１１９内に配置された第１
のローラ１３１および第２のローラ１３２が嵌合してい
る。これにより、各ローラ１３１，１３２は、偏心軸部
１２７，１２９の回転により１８０度位相がずれた偏心
回転が与えられるようになる。

【００４１】第１，第２のローラ１３１，１３２の外周
面には、背圧又はばね等による付勢手段によって常時接
触し合うブレード１３３が設けられ、各ローラ１３１，
１３２及びブレード１３３とにより膨張室１３５がそれ
ぞれ作られるようになっている。

【００４２】第１，第２のシリンダ１１７，１１９の内
壁面には、図１２及び図１３に示すごとくガス流入時の
ローラ１３１，１３２の位置により、そのローラ１３
１，１３２が障害となる流入断面積を確保する。ストレ
ート又はテーパ状の切り欠き溝１３６が設けられてい
る。

【００４３】主軸受部材１２５と第１のシリンダ１１７
との間には、吸込ポート１３７を有するポートプレート
１３９が配置され、吸込ポート１３７の一方は、主軸受
部材１２５に設けられた取入口１４１を介して吸込管１
４３と連通している。他方は、膨張室１３５と連通し、
膨張室１３５は、吐出ポート１４２を介して吐出管１４
４と接続連通している。

【００４４】また、副軸受部材１２６と第２のシリンダ
１１９との間には、吸込ポート１４５を有するポートプ
レート１４７が配置され、吸込ポート１４５の一方は、
副軸受部材１２６に設けられた取入口１４９と連通し、
第２のシリンダ１１９，中間仕切板１２３，第１のシリ
ンダ１１７，ポートプレート１３９，主軸受部材１２５
を貫通したガス通路１５１を介して前記吸込管１４３と
連通している。また、他方は、膨張室１３５と連通し、
膨張室１３５は吐出ポート１５２を介して吐出管１５４
と接続連通している。

【００４５】第１のシリンダ１１７側のポートプレート
１３９の吸込ポート１３７と、第２のシリンダ１１９側
のポートプレート１４７の吸込ポート１４５は、流入タ
イミング制御手段となる上下の円板１５３，１５３によ
って開閉自在に制御される。円板１５３は、吸込ポート
１３７，１４５のポート面上で回転し、高温，高圧の膨
張前のガス圧により吸込ポート１３７，１４５側に押し
付けられるよう薄板で形成され、吸込ポート１３７，１
４５のシールが確保されるようになっている。円板１５
３の内側には、図７，図８に示すごとく切れ目１５５に
よって変形可能な内側係合突起部１５７が設けられ、主
軸１１１の軸端から嵌挿していくことで係合孔１５９と
係合し、主軸１１１と同期して回転するよう取付けられ
たディスクプレートタイプとなっている。

【００４６】円板１５３には、設計膨張比に対応した開
口角度θの長円形の流入口１６１を有し、図１１に回転
角ごとの吸込ポート１３７，１４５と流入口１６１との
位置関係を示す。膨張比εは、膨張終了容積をＶｅ、吸
込室容積をＶｓ、死容積をＶｄとすると ε＝（Ｖｅ＋Ｖｄ）／（Ｖｓ＋Ｖｄ）で求められる。なお、死容積は、円板１５３の厚みによ
って決定される。

【００４７】この場合、図９に示すごとく、付勢ばね１
６３により付勢されると共に、吸込ポート１６９を有す
るポートプレート１３９に沿ってスライド可能なスライ
ド制御弁１６５を、主軸１１１のカム部１６７で押圧
し、主軸１１１の回転と同期して吸込ポート１６９の開
閉を行なうスライディングポートタイプとすることも可
能である。なお、スライド制御弁１６５は、図１０に示
す如く円筒体形状であってもよい。

【００４８】一方、膨張機１０５の下部には、前記主軸
１１１によって回転力が与えられるギヤタイプの高圧ポ
ンプ１７１が設けられている。

【００４９】高圧ポンプ１７１は密閉ケース１１５の内
壁面に固定支持された高圧ポンプ１７１は、膨張機１０
５側の副軸１２６に固定する（図６参照）。満たされた
潤滑油内に配置されており、主軸１１１からの回転動力
によって入口１７５から取り入れた潤滑油を各ローラ１
３１，１３２及び軸受部の摺動面へ供給する容積型のポ
ンプとなっている。

【００５０】圧縮機１０７は、第１のシリンダ１７７と
第２のシリンダ１７８とで構成され、密閉ケース１１５
の内壁面に固定された支持ブラケット１８０に固定支持
されている。

【００５１】第１，第２のシリンダ１７７，１７８は、
中間仕切板１７９によってそれぞれ独立するよう仕切ら
れ、両シリンダ１７７，１７８には主軸１８１が貫通し
ている。

【００５２】圧縮機１０７の主軸１８１は、膨張機１０
５から延長された主軸１１１とマグネットカップリング
１８３を介して伝導されており、メインベアリング１８
５とサブベアリング１８７とによって回転自在に軸支さ
れている。主軸１８１には、前記第１のシリンダ１７７
および第２のシリンダ１７８に対応する部分に互いに１
８０度位相をずらした偏心軸部１９１，１９２が設けら
れ、これら偏心軸部１９１，１９２には前記第１，第２
のシリンダ１７７，１７８内に配置された第１のローラ
１９３および第２のローラ１９４が嵌合している。これ
により、各ローラ１９３，１９４は、偏心軸部１９１，
１９２の回転により１８０度位相がずれた偏心回転が与
えられるようになる。

【００５３】メインベアリング１８５とサブベアリング
１８７には、吐出管１９５と連通し合う吐出ポート１９
７が設けられ、この吐出管１９５は、図６に示す如く取
入口側１９８は、支持フレーム１７３とマグネットカッ
プリング１８３との間に配置され、潤滑油を直接吸込む
ことがないよう工夫されている。

【００５４】また、第１，第２シリンダ１７７，１７８
には、吸込管１９９と連通し合う吸込みポート２０１，
２０２と、前記ローラ１９３，１９４の外周面と背圧又
はばね等による付勢手段２０５によって常時接触し合う
ブレード２０７とが設けられ、各ローラ１９３，１９４
及びブレード２０７とにより圧縮室２０９，２０９が作
られるようになっている。

【００５５】マグネットカップリング１８３は、前記支
持ケース１７３から一体に延長支持され、電気抵抗の大
きい隔壁２１１を挟んで配置された圧縮機１０７側のマ
グネット２１３と、膨張機１０５側のマグネット２１５
とからなり、圧縮機１０７側のマグネット２１３は、主
軸１８１に装着されたＵ字状のヨーク２１７の内側に設
けられている。

【００５６】膨張機１０５側のマグネット２１５は、前
記高圧ポンプ１７１から延長された主軸１１１に設けら
れ、一方のマグネット２１５が回転すると、磁力の作用
で他方のマグネット２１３に回転力が与えられるように
なり、高圧ポンプ１７１の主軸１１１側からの回転動力
が圧縮機１０７側の主軸１８１へ伝達されるようになっ
ている。

【００５７】このように構成されたローリングピストン
式膨張機１０１によれば、始動時において、補助モータ
１０３により主軸１１１に回転力を与えた後、オフとす
る。この時、膨張機１０５にあっては、吸込管１４３か
ら高圧ガスが送り込まれ、主軸１１１が回転することで
図１１に示す如く回転角に対応して吸込開始、吸込完
了、流出開始の行程により膨張仕事をした後、低圧ガス
となって吐出ポート１４２，１５２から吐出されるよう
になる。この膨張機１０５の動作時において、膨張室１
３５へのガスの流入は、切り欠き溝１３７及び開口角度
を有する薄板状の円板１５３の流入口１６１によって開
閉するため、死容積及び流入抵抗が低減し、サイクル効
率が向上する。これにより、前記した膨張比の式から膨
張比を大きくとることが可能となり、小型で高出力が得
られる。

【００５８】一方、ローラ１３１，１３２の偏心回転に
より、補助モータ１０３がオフの状態でも主軸１１１に
回転力が与えられると共に、主軸受部材１２５と副軸受
部材１２６及びローラ１３１，１３２には潤滑油が供給
され円滑な主軸１１１の回転が確保される。

【００５９】一方、圧縮機１０７にあっては、吸込ポー
ト２０１，２０２から取込まれたガスは、ローラ１９
３，１９４の偏心回転によって圧縮され吐出ポート１９
７，１９７から吐出される。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、次のような効果を奏する。

【００６１】１．膨張機の構造がシンプルになると共
に、組付性，コスト性の面において、大変好ましいもの
となる。

【００６２】２．流入口圧力損失を低減し、膨張機出力
を大きくできるようになり効率の向上が図れる。

【００６３】３．フライホイールにより低回転数域での
安定した回転状態が得られる。

【００６４】４．安定給油により摺動損失を低減でき
る。

【００６５】５．補助モータにより起動及び過渡期の不
安定状態を解消できる。

【００６６】６．トルクバランスがとれているのでコン
プレッサの負荷に対応できる。

【００６７】７．所定の開口角度を有する流入口により
死容積の低減が図られるため、膨張比を大きくできるよ
うになり、小型で高出力が得られる。

【００６８】８．切り欠き溝により、吸込時の流入抵抗
を低減し、サイクル効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施したロータリピストン式膨張機
の切断面図。

【図２】ガスの取込み状態を示した動作図。

【図３】回転角に対する回転トルクの特性図。

【図４】図１のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂから見た説明図。

【図５】第１，第２の供給ポートからガスを取入れる膨
張機の要部の切断面図。

【図６】第２の実施例を示した図１と同様の切断面図。

【図７】主軸に円板を取付けた斜視図。

【図８】円板の説明図。

【図９】吸込ポートをスライディング制御弁で開閉する
実施例を示した説明図。

【図１０】スライディング制御弁を円筒状とした斜視
図。

【図１１】回転角ごとの吸込ポートと流入口の関係を示
した動作説明図。

【図１２】シリンダの内壁にテーパ状の切り欠き溝を設
けた要部の切断面図。

【図１３】シリンダの内壁にストレートの切り欠き溝を
設けた要部の切断面図。

【符号の説明】

９シリンダ１１ローラ１３主軸１５吸込管１７吐出管１９密閉ケース２３ガス導入路２５ガス誘導路２７吸込ポート２９吐出ポート３５主軸受部材３７副軸受部材４７供給ポート（流入タイミング制御手段）４９取込みポート（流入タイミング制御手段）

フロントページの続き (72)発明者齊藤和夫神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者小津政雄神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者隅谷茂人神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者坂田寛二静岡県富士市蓼原336 株式会社東芝富士工場内 (72)発明者明神一寿東京都港区新橋３丁目３番９号東芝エー・ブイ・イー株式会社内 (72)発明者小鮒照男東京都港区新橋３丁目３番９号東芝エー・ブイ・イー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸込管及び吐出管を備えた密閉ケース内
に設けられ、吸込ポートと吐出ポートとを有するシリン
ダと、シリンダ内に偏心回転自在に設けられ膨張室を形
成するローラと、主軸受部材及び副軸受部材とにより回
転自在に支持され、前記ローラに偏心回転を与える主軸
と、吸込ポートへ送り込まれる吸込ガスの流入タイミン
グを制御する流入タイミング制御手段とを備えているこ
とを特徴とするローリングピストン式膨張機。
【請求項２】流入タイミング制御手段は、主軸側に設
けられ、吸込管からの高圧ガスを導入する軸心方向に沿
って形成されたガス導入路と、ガス導入路から延長され
主軸周面に開口した供給ポートと、主軸受部材側に設け
られ、前記供給ポートと対向し合う時にガスを取り込む
取込みポートと、取込みポートから延長され前記シリン
ダの吸込みポートと連通し合うガス誘導路とから成るこ
とを特徴とする請求項１記載のローリングピストン式膨
張機。
【請求項３】主軸側の供給ポートと、主軸受部材側の
取込みポートの流量断面を、軸心方向に沿う長円とした
ことを特徴とする請求項１又は２記載のローリングピス
トン式膨張機。
【請求項４】流入タイミング制御手段は、主軸側に設
けられ、吸込管からの高圧ガスを導入する軸心方向に沿
って形成されたガス導入路と、ガス導入路から延長され
主軸周面に開口した第１，第２の供給ポートと主軸受部
材側に設けられ、前記第１の供給ポートと対向し合う時
に、ガスを取込む第１の取込みポートと、副軸受部材側
に設けられ、前記第２の供給ポートと対向し合う時にガ
スを取り込む第２の取込みポートと、第１，第２の取込
みポートから延長され前記シリンダの吸込みポートと連
通し合うガス誘導路とから成ることを特徴とする請求項
１記載のローリングピストン式膨張機。
【請求項５】流入タイミング制御手段は、主軸と同期
として回転するよう支持され、吸込ポートを開閉する円
板であることを特徴とする請求項１記載のローリングピ
ストン式膨張機。
【請求項６】円板は、圧力に対応して吸込ポートのポ
ート面と密着し合う薄板で形成されていることを特徴と
する請求項５記載のローリングピストン式膨張機。
【請求項７】円板には、設計膨張比に対応した長円形
の流入口を備えていることを特徴とする請求項５又は６
記載のローリングピストン式膨張機。
【請求項８】流入タイミング制御手段は、主軸の回転
と同期してスライド移動し、吸込ポートを開閉するスラ
イド制御弁であることを特徴とする請求項１記載のロー
リングピストン式膨張機。
【請求項９】シリンダの内壁には、切り欠き溝を設け
たことを特徴とする請求項１記載のローリングピストン
式膨張機。
【請求項１０】主軸に、フライホイールを設けたこと
を特徴とする請求項１記載のローリングピストン式膨張
機。
【請求項１１】主軸に、主軸の回転動力で作動するポ
ンプによって潤滑油が送り込まれると共に、主軸の摺動
面に対し潤滑油を供給する潤滑油供給路を設けたことを
特徴とする請求項１，２，４記載のローリングピストン
式膨張機。
【請求項１２】吸込ポートと吐出ポートとを有するシ
リンダと、シリンダ内に偏心回転自在に設けられ膨張室
を形成するローラと、主軸受部材により回転自在に支持
され、前記ローラに偏心回転を与える主軸とを備え、前
記主軸側に、高圧ガスを導入する軸心方向に沿って設け
られたガス導入路と、ガス導入路から延長され主軸周面
に開口した供給ポートとを設ける一方、主軸受部材側
に、前記供給ポートと対向し合う時にガスを取り込む取
込みポートと、取込みポートから延長され前記シリンダ
の吸込みポートと連通し合うガス誘導路とを設けた膨張
機の下方に、補助モータを、補助モータの下方に圧縮機
をそれぞれ配置し、膨張機の主軸と、補助モータの主軸
と、圧縮機の主軸とを同一軸心線上で結合すると共に、
少なくとも膨張機と圧縮機とをそれぞれ独立した密閉ケ
ース内に配置したことを特徴とするローリングピストン
式膨張機。
【請求項１３】膨張機の主軸と圧縮機の主軸とを、膨
張機の最大トルク発生時の主軸回転角と、圧縮機の負荷
最大トルク発生時の回転角が一致するように結合したこ
とを特徴とする請求項１２記載のローリングピストン式
膨張機。
【請求項１４】補助モータと膨張機、または補助モー
タと圧縮機とを一緒に同軸結合し、全体を密閉ケース内
に納めたことを特徴とする請求項１２記載のローリング
ピストン式膨張機。