JPH0953590A - ローリングピストン式膨張機 - Google Patents

ローリングピストン式膨張機

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JPH0953590A
JPH0953590A JP7207191A JP20719195A JPH0953590A JP H0953590 A JPH0953590 A JP H0953590A JP 7207191 A JP7207191 A JP 7207191A JP 20719195 A JP20719195 A JP 20719195A JP H0953590 A JPH0953590 A JP H0953590A
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bypass passage
piston type
expansion chamber
rolling piston
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Hitoshi Hattori
仁司 服部
Masao Ozu
政雄 小津
Kazuo Saito
和夫 齊藤
Akira Morishima
明 森嶋
Toshio Otaka
敏男 大高
Motonori Futamura
元規 二村
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 補助モータを用いずに膨張機の運転開始を可
能とし、小型、軽量化を図る。 【解決手段】 吸込管３及び吐出管５を有する密閉ケー
ス７内に設けられたシリンダ１３と、シリンダ１３内に
偏心回転自在に設けられ、吸込ポート４７及び吐出ポー
ト５５と連通可能な膨張室３９を形成するローラ３１
と、前記ローラ３１を偏心回転自在に支持する軸１９
と、膨張室３９内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５１と、流入タ
イミング制御手段５１による流入のタイミングが閉の時
に、膨張室３９内へ高圧ガスを供給するガス供給手段１
０３とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】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】一般的なローリングピストン式膨張機の
概要は、吸込ポートと吐出ポートとを有するシリンダ内
を、軸が貫通し、軸は起動時において補助モータにより
回転動力が与えられるようになっている。軸には、両側
にそれぞれ軸受けで支持される主軸部及び副軸部が設け
られている。さらに、前記シリンダ内にローラが設けら
れ、これに偏心回転を与える偏心軸部（クランク部）が
主軸部及び副軸部と一体的に設けられている。そして、
ローラの偏心回転により、吸込ポートから高圧ガスの吸
込みが開始され、吸込開始→吸込み終了→膨張開始→膨
張終了となり、再び吸込み開始に戻るようになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ランキンサイクル運転
を行なうローリングピストン式膨張機は、運転停止時に
おいて、吸込ポートは、流入タイミング制御手段によっ
て閉の状態となり、高圧ガスの供給は停止状態におかれ
る。このために、運転開始時には、初期駆動を行ない、
高圧ガスを膨張室内へ送り込む初期運転開始用の補助モ
ータを必要とし、装置全体の大型化を招来していた。ま
た、補助モータを設けることにより装置全体の構造も複
雑になると共に、組付性、コスト性の面においても望ま
しくない。
【０００４】そこで、この発明は、運転開始時におい
て、初期運転開始用の補助モータがなくても運転が行な
えるローリングピストン式膨張機を提供することを目的
としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、第１に、吸込管及び吐出管を有する密
閉ケース内に設けられたシリンダと、シリンダ内に偏心
回転自在に設けられ、吸込ポート及び吐出ポートと連通
可能な膨張室を形成するローラと、前記ローラを偏心回
転自在に支持する軸と、膨張室内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、流入タイミング制御手段による流入のタイミングが
閉の時に、膨張室内へ高圧ガスを供給するガス供給手段
とを備えている。
【０００６】第２に、吸込管及び吐出管を有する密閉ケ
ース内に設けられ、多シリンダを構成する複数のシリン
ダと、各シリンダ内に偏心回転自在に設けられ、吸込ポ
ート及び吐出ポートと連通可能な膨張室を形成する各ロ
ーラと、各ローラを偏心回転自在に支持する軸と、各膨
張室内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、流入タイミング制御手
段による流入のタイミングが閉の時に、いずれか一方の
膨張室内へ高圧ガスを供給するガス供給手段とを備えて
いる。
【０００７】ガス供給手段は、２箇のシリンダの場合に
は、各膨張室の吸込ガス流入開口角を１８０度以上を有
して組合せる（３箇の場合は１２０度以上の開口角度で
よい）。
【０００８】あるいは、流入タイミング制御手段による
流入のタイミングが閉の時に、膨張室内へ高圧ガスを誘
導するバイパス通路とする。
【０００９】バイパス通路を設ける場所としては、ロー
ラに偏心回転を与える偏心軸部の外周面上に設ける場
合、あるいは、偏心軸部によって偏心回転が与えられる
ローラの内周壁面に設ける場合、あるいは、軸の外周面
上に設ける場合、あるいは、軸を回転自在に支持する軸
受部材の外周面上に設ける場合がある。
【００１０】そして好ましい実施態様として、バイパス
通路を開閉する開閉手段を備え、開閉手段は、膨張機運
転検知手段からの検知信号に基づいてバイパス通路を閉
とする。
【００１１】かかるローリングピストン式膨張機によれ
ば、ローラの偏心回転により高圧ガスは、吸込みポート
から吸込まれ、吸込み開始→吸込み終了→膨張開始→膨
張終了となり、再び吸込み開始に戻るようになる。
【００１２】一方、運転を停止すると、吸込ポートは、
流入タイミング制御手段により閉の状態におかれる。こ
の時、多シリンダのタイプにあっては、吸込みガス流入
開口角が１８０度以上のずれを有して組合されているた
め、いずれの位置で停止しても、一方の膨張室には高圧
ガスが送り込まれる吸込通路が確保される。一方、吸込
ガス流入開口角１８０度以下の組合せ、又はシングルタ
イプにあっては、運転開始時に、運転開始時の高圧ガス
は、バイパス通路を介して膨張室内へ送り込まれ、高圧
ガスの吸込み開始→吸込み終了→膨張開始→膨張終了の
行程が行なわれる。そして、運転が安定状態に入るとバ
イパス通路は開閉手段により閉の状態となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図１乃至図７の図面を参照
しながらこの発明を具体的に説明する。
【００１４】図１においては、１はローリングピストン
式膨張機を示している。ローリングピストン式膨張機１
は、吸込管３と吐出管５とを有する密閉ケース７内の右
側に膨張機９が、左側に圧縮機１１がそれぞれ配置さ
れ、冷凍サイクルを構成する圧縮機１１側とランキンサ
イクルを構成する膨張機９側とで作動ガスが同一の１流
体方式対応となっている。
【００１５】膨張機９は、第１のシリンダ１３と第２の
シリンダ１５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１３，１５は、密閉ケース７の内壁
面に直接固定支持されると共に、中間仕切板１７によっ
てそれぞれ独立するよう仕切られ、両シリンダ１３，１
５には軸１９が貫通している。
【００１６】膨張機９の軸１９は、主軸部１９ａ及び副
軸部１９ｂ並びに、中央部位の偏心軸部となるクランク
部１９ｃとからなり、主軸受部材２１と副軸受部材２３
とによって回転自在に両端支持されている。軸１９に
は、後述するガス吸込通路２５と、前記第１のシリンダ
１３および第２のシリンダ１５に対応する部分に、互い
に１８０度位相をずらした偏心軸部２７，２９が設けら
れ、これら偏心軸部２７，２９には前記第１，第２のシ
リンダ１３，１５内に配置された第１のローラ３１およ
び第２のローラ３３が嵌合している。これにより、各ロ
ーラ３１，３３は、偏心軸部２７，２９の回転により１
８０度位相がずれた偏心回転が与えられるようになる。
【００１７】第１，第２のローラ３１，３３の外周面に
は、背圧又は、ばね等による付勢手段３５によって常時
接触し合うブレード３７が設けられ、各ローラ３１，３
３及びブレード３７とにより膨張室３９がそれぞれ作ら
れるようになっている。
【００１８】軸１９に設けられたガス吸込通路２５は、
軸１９の軸端部から中心軸線に沿って左右の偏心軸部２
７，２９の領域まで延長されている。ガス吸込通路２５
の一方の吸込口２５ａは、ケーシング４１を介して前記
吸込管３と連通している。ケーシング４１は、主軸受部
材２１の軸受部２１ａに装着され、その装着面と、ケー
シング４１の内部の主軸外周面及び前記軸受部内周面と
の間はシール材４２，４３によりシールされている。装
着面側のシール材４２は、Ｏリングとなっており、主軸
外周面及び軸受部内周面との間をシールするシール材４
３はリング状に形成され、付勢ばね４５により、密着方
向の付勢力が与えられ、吸込管３からの高圧ガスが密閉
ケース７の内部又はシリンダ１３内へ漏れるのを防いで
いる。
【００１９】ガス吸込通路２５の他方は、図４，図５に
示す如く各偏心軸部２７，２９の外周面に１８０度の位
相差を有して設けられた吸込ポート４７と連通し、吸込
ポート４７は、各ローラ３１，３３に設けられた連通ポ
ート４９を介して各膨張室３９，３９と連通可能となっ
ている。
【００２０】吸込ポート４７及び連通ポート４９は、偏
心軸部２７，２９が約１８０度回転し、吸込ポート４７
と連通ポート４９が連通し合うことで、高圧ガスが膨張
室３９内へ送り込まれる流入タイミング制御手段５１を
構成している。
【００２１】各シリンダ１３，１５の吸込ポート４７
は、図４，図５に示す如く吸込ガス流入開口角θが１８
０度以上に設定され、運転停止時にいずれか一方のシリ
ンダ１３，１５側の吸込ポート４７が連通ポート４９と
連通し合う組合せ構造となっている。
【００２２】これにより、図６に示す如く、各吸込ポー
ト４７がいずれの角度位置で停止しても、吸込ポート４
７と連通ポート４９との連通状態が確保されるようにな
っている。
【００２３】一方、第１，第２のシリンダ１３，１５に
は、吐出ポート５５をそれぞれ有し、第１のシリンダ１
３側の吐出ポート５５にあっては、主軸受部材２１側
に、第２のシリンダ１５側の吐出ポート５５にあって
は、副軸受部材２３側にそれぞれ設けられている。
【００２４】第１のシリンダ１３側の吐出ポート５５
は、マフラ室５７内に臨み、マフラ室５７から密閉ケー
ス７内を通り前記吐出管５と連通している。第２のシリ
ンダ１５側の吐出ポート５５は、第２のシリンダ１５，
中間仕切板１７，第１のシリンダ１３を貫通した貫通孔
５ａを介してマフラ室５７内に臨み、マフラ室５７から
密閉ケース７内を通り前記吐出管５と連通している。
【００２５】圧縮機１１は、１つのシリンダ６１を有す
るシングルタイプとなっている。シリンダ６１は、密閉
ケース７の内壁面に直接固定支持され、シリンダ６１に
は軸６３が貫通している。
【００２６】圧縮機１１の軸６３は、膨張機９の軸１９
と一体に結合されると共に、密閉ケース７の内壁面に直
接固定支持された主軸受部材６５及び副軸受部材６６と
によって回転自在に軸支されている。軸６３には、前記
シリンダ６１に対応する部分に偏心軸部６７が設けら
れ、偏心軸部６７には前記シリンダ６１内に配置された
ローラ６９が嵌合している。これにより、ローラ６９
は、偏心軸部６７の回転により偏心回転が与えられるよ
うになる。
【００２７】主軸受部材６５には、開閉弁７０を有する
吐出ポート７１が設けられている。吐出ポート７１は、
マフラ室７２，密閉ケース７の内部空間を介して前記吐
出管５と連通している。
【００２８】また、シリンダ６１には、吸込管７０と連
通し合う吸込ポート７２と、前記ローラ６９の外周面と
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７３とが設けられ、ローラ６９及びブレード７
３とにより圧縮室７５が作られるようになっている。
【００２９】圧縮機１１側の副軸受部材６６と、前記し
た膨張機９側の副軸受部材２３との間には、潤滑用の偏
心回転ポンプ７５が設けられ、偏心回転ポンプ７５の吸
込側には下部の油溜め部７７内に延長された油導入管７
９が設けられている。偏心回転ポンプ７５の吐出側には
各ローラ５３，６９及び軸受面へ前記油溜め部７７の潤
滑油を誘導する潤滑油供給路（図示していない）が接続
されている。
【００３０】図７は圧縮機１１及び膨張機９を有する全
体のサイクル系統図を示している。図において、７が圧
縮機１１及び膨張機９が組込まれた密閉ケースを示して
おり、圧縮機１１を通る冷凍サイクル８１と、膨張機９
を通るランキンサイクル８３が構成されるようになって
いる。
【００３１】ランキンサイクル８３は、密閉ケース１の
吐出管５から吐出された作動ガスが、熱回収部８５→コ
ンデンサ等の熱交換器８７→リキッドタンク８９へ流れ
る。リキッドタンク８９から高圧ポンプ９１→熱回収部
８５→加熱装置付蒸発器９３→四方弁９５を介して膨張
機９の吸込管３に戻る循環を繰返すようになる。このラ
ンキンサイクル８３において、作動ガスは、高圧ポンプ
９１を通過することで、高圧となり、高圧ガスは、熱回
収部８５及び蒸発器９３を通過する際に、熱が与えられ
膨張機９の吸込管３へ送り込まれるようになる。
【００３２】冷凍サイクル８１は、密閉ケース１の吐出
管５から吐出された作動ガスが、熱回収部８５→コンデ
ンサ等の熱交換器８７→リキッドタンク８９へ流れる。
リキッドタンク８９まではランキンサイクル８３と同一
の流れとなる。リキッドタンク８９から膨張弁９７→エ
バポレータ等の熱交換器９９→四方弁９５→アキューム
レータ１０１を介して圧縮機１１の吸込管７０に戻る循
環を繰返すようになる。この冷凍サイクル８１におい
て、空気がエバポレータ等の熱交換器９９を通過する際
に熱交換され、冷却されるようになる。
【００３３】このように構成されたロータリピストン式
膨張機１によれば、膨張機９の各ローラ３１，３３の偏
心回転により高圧ガスは吸込ポート４７から吸込まれ、
吸込み開始→吸込終了→膨張開始→膨張終了となり、排
気行程を経て、再び吸込み開始に戻る行程を繰返すよう
になる。この時、膨張機側の軸１９に与えられた回転動
力は、圧縮機１１の主軸６３を駆動し、圧縮機１１のロ
ーラ６９に偏心回転を与える。これにより、吸込ポート
７２から送り込まれた作動ガスは圧縮され、吐出管５か
ら吐出された後、吸込管７０に戻る冷凍サイクルを繰返
すようになる。
【００３４】一方、運転を停止すると、膨張機９側の各
吸込ポート４７は、吸込ガス流入開口角θが１８０度以
上のずれを有した組合せとなっているため、いずれの角
度位置で吸込ポート４７が停止しても、吸込ポート４７
と膨張室３９との連通状態が確保される。したがって、
補助モータがなくても、運転開始と同時に高圧ガスは、
膨張室３９内へ送り込まれ、吸込み開始→吸込終了→膨
張開始→膨張終了のサイクルが行なわれるようになる。
【００３５】図８から図２４は運転停止時において、吸
込ポート４７が閉の時に、吸込ポート４７と膨張室３９
との連通を図る第２実施形態を示したものである。
【００３６】なお、図８において、第１実施形態と同一
の構成要素については同一符号を用いている。即ち、ロ
ーリングピストン式膨張機１は、吸込管３と吐出管５と
を有する密閉ケース７内の右側に膨張機９が、左側に圧
縮機１１がそれぞれ配置され、冷凍サイクルを構成する
圧縮１１側とランキンサイクルを構成する膨張機９側と
で作動ガスが同一の１流体方式対応となっている。
【００３７】膨張機９は、第１のシリンダ１３と第２の
シリンダ１５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１３，１５は、密閉ケース７の内壁
面に直接固定支持されると共に、中間仕切板１７によっ
てそれぞれ独立するよう仕切られ、両シリンダ１３，１
５には軸１９が貫通している。
【００３８】膨張機９の軸１９は、主軸受部材２１と副
軸受部材２３とによって回転自在に両端支持されてい
る。軸１９には、後述するガス吸込通路２５と、前記第
１のシリンダ１３および第２のシリンダ１５に対応する
部分に、互いに１８０度位相をずらした偏心軸部２７，
２９が設けられ、これら偏心軸部２７，２９には前記第
１，第２のシリンダ１３，１５内に配置された第１のロ
ーラ３１および第２のローラ３３が嵌合している。これ
により、各ローラ３１，３３は、偏心軸部２７，２９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。
【００３９】第１，第２のローラ３１，３３の外周面に
は、背圧又は、ばね等による付勢手段３５によって常時
接触し合うブレード３７が設けられ、各ローラ３１，３
３及びブレード３７とにより膨張室３９がそれぞれ作ら
れるようになっている。
【００４０】軸１９に設けられたガス吸込通路２５は、
軸１９の軸端部から中心軸線に沿って左右の偏心軸部２
７，２９の領域まで延長されている。ガス吸込通路２５
の一方の吸込口２５ａは、ケーシング４１を介して前記
吸込管３と連通している。ケーシング４１は、主軸受部
材２１の軸受部２１ａに装着され、その装着面と、ケー
シング４１の内部の主軸外周面および前記軸受部内周面
との間はシール材４２，４３によりシールされている。
装着面側のシール材４２は、Ｏリングとなっており、主
軸外周面及び軸受部内周面との間をシールするシール材
４３はリング状に形成され、付勢ばね４５により、密着
方向の付勢力が与えられ、吸込管３からの高圧ガスが密
閉ケース７の内部又はシリンダ１３内へ漏れるのを防い
でいる。
【００４１】ガス吸込通路２５の他方は、図９に示す如
く各偏心軸部２７，２９の外周面に１８０度の位相差を
有して設けられた吸込ポート４７と連通し、吸込ポート
４７は、各ローラ３１，３３に設けられた連通ポート４
９を介して各膨張室３９，３９と連通可能となってい
る。
【００４２】吸込ポート４７及び連通ポート４９は、偏
心軸部２７，２９が回転し、吸込ポート４７と連通ポー
ト４９と対向し合うことで、高圧ガスが膨張室３９内へ
送り込まれる流入タイミング制御手段５１を構成してい
る。
【００４３】各吸込ポート４７は、運転停止時におい
て、連通ポート４９に対して所定角度の位置にづれた閉
の時に、バイパス通路１０３を介して連通している。
【００４４】バイパス通路１０３は、主軸受部材２１側
と副軸受部材２３側とにそれぞれ設けられ、バイパス通
路１０３の一方は、膨張室３９内と連通し、他方は、前
記ガス吸込通路２５と連通している。
【００４５】これにより、各吸込ポート４７，４７がい
ずれの角度位置で停止しても、膨張室３９とガス吸込通
路２５との連通状態が確保されている。
【００４６】図１１から図１３は、偏心軸部２７，２９
の外周面上にバイパス通路１０５を設けたローラカット
方式の実施形態を示したものである。第１のシリンダ１
３側となる偏心軸部２７に設けられバイパス通路１０５
は、中心軸線を０°として所定角度θＳ１偏位した位置
の吸込ポート４７から吸込領域がほぼ１８０度となるよ
う所定角度θＳ３の領域にわたって設けられている。
【００４７】第２のシリンダ１５側となる偏心軸部２９
に設けられたバイパス通路１０５は、第１のシリンダ１
３側のバイパス通路１０５と１８０度ずれた位置で、中
心軸線を０°として所定角度θＳ４偏位した位置の吸込
ポート４７から吸込領域がほぼ１８０度となるよう所定
角度θＳ６の領域にわたって設けられている。これによ
り、図２３に示す如く吸込ポート４７がいずれの角度位
置で停止しても膨張室３９とガス吸込通路２５との連通
状態が確保され、高圧ガスの吸込みが可能となる。
【００４８】この場合、図１４から図１６に示す如く、
偏心軸部２７，２９に嵌合され、偏心軸部２７，２９に
よって偏心回転が与えられる各ローラ３１，３３の内周
壁面にバイパス通路１０５を設けてもよい。各バイパス
通路１０５は、１８０度の位相差を有して連通ポート４
９からほぼ１８０度の領域にわたって設けられている。
これにより、いずれの位置で停止してもバイパス通路１
０５を介して吸込ポート４７と連通ポート４９との連通
状態が確保されるようになっている。
【００４９】図１７から図１９は主軸受部材２１及び副
軸受部材２３の内周壁面にバイパス通路１０７，１０７
を設けたシャフトカット方式の実施形態を示したもので
ある。バイパス通路１０７，１０７は、一方が、軸１９
に設けられた連結口１０９を介してガス吸込通路２５と
連通し、他方が、膨張室３９内と連通し合う流入口１１
１を介して３９と連通している。
【００５０】主軸受部材２１側のバイパス通路１０７
と、副軸受部材２３側のバイパス通路１０７は、流入口
１１１から１８０度位相差を有し、各バイパス通路１０
７の吸込領域がほぼ１８０度となるよう設定されてい
る。
【００５１】この場合、図２０から図２２に示す如く、
主軸受部材２１及び副軸受部材２３が嵌合される軸１９
側にバイパス通路１０７，１０７を設けるようにしても
よい。
【００５２】この実施形態のバイパス通路１０７，１０
７にあっては、一方は、シャフト流入口１１３を介して
ガス吸込通路２５と連通している。他方は、図１８，図
１９に示す如く主軸部材２１及び副軸受部材２３に設け
られた流入口１１１を介して膨張室３９と連通し合う形
状となっている。
【００５３】一方、第１，第２のシリンダ１３，１５に
は、吐出ポート５５をそれぞれ有し、第１のシリンダ１
３側の吐出ポート５５にあっては、主軸受部材２１側
に、第２のシリンダ１５側の吐出ポート５５にあっては
副軸受部材２３側にそれぞれ設けられている。
【００５４】第１のシリンダ１３側の吐出ポート５５
は、マフラ室５７内に臨み、マフラ室５７から密閉ケー
ス７内を通り前記吐出管５と連通している。第２のシリ
ンダ１５側の吐出ポート５５は、第２のシリンダ１５，
中間仕切板１７，第１のシリンダ１３を貫通した貫通孔
５９を介してマフラ室５７内に臨み、マフラ室５７から
密閉ケース７内を通り前記吐出管５と連通している。
【００５５】圧縮機１１は、前記第１実施形態と同一の
ため、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５６】かかる実施形態のローリングピストン式膨
張機１によれば、膨張機９の各ローラ３１，３３の偏心
回転により高圧ガスは吸込ポート４７から吸込まれ、図
２４に示す如く、吸込み開始→吸収終了→膨張開始→膨
張終了となり、排気行程を経て、再び吸込み開始に戻る
行程を繰返すようになる。この時、軸１９に与えられた
回転動力は、圧縮機１１の主軸６３を駆動し、圧縮機１
１のローラ６９に偏心回転を与える。これにより、吸込
ポート４７から送り込まれた作動ガスは圧縮され、吐出
管５から吐出された後、吸込管７０に戻る冷凍サイクル
を繰返すようになる。
【００５７】一方、運転を停止すると、膨張機９側の各
吸込ポート４７は、連通ポート４９と位置がずれた閉状
態におかれるが、バイパス通路１０３を介して吸込ポー
ト４７と膨張室３９との連通状態が確保される。
【００５８】したがって、補助モータがなくても運転開
始と同時に高圧ガスは膨張室３９内へ送り込まれ、吸込
み開始→吸込終了→膨張開始→膨張終了の行程が行なわ
れるようになる。
【００５９】図２５から図３１は運転開始一定時間経過
後に、バイパス通路１０３を閉とする実施形態を示した
ものである。
【００６０】この実施形態にあっては、一方がガス吸込
通路２５と、他方が膨張室３９内と連通のバイパス通路
１０３を主軸受部材２１及び副軸受部材２３側にそれぞ
れ設けるものである。
【００６１】バイパス通路１０３が設けられた主軸受部
材２１側と副軸受部材２３側には、前記バイパス通路１
０３を開閉する開閉制御弁１１７が設けられている。
【００６２】開閉制御弁１１７は、図２８に示す如く、
膨張機運転検知手段１１９からの検知信号に基づいて作
動制御される。即ち、膨張機運転検知手段１１９は、作
動ガスの温度を検知する温度センサからの信号、あるい
は、作動ガスの圧力を検知する圧力センサからの信号、
あるいは、膨張機９の回転数検知センサからの信号、あ
るいは膨張機９側又は圧縮機１１側の作動ガスの圧力を
検知する圧力検知センサからの信号があり、検知信号に
基づき、開閉制御弁１１７を閉とするよう機能する。
【００６３】その外に、例えば、図２９，図３０，図３
１に示す如く、開閉制御弁１１７に吐出管５が誘導され
る作動ガスの温度で変化する形状記憶合金でできた付勢
ばね１２１を装着し、一定時間運転経過後に、作動ガス
の温度で付勢ばね１２１が働き、バイパス通路１０３を
開閉制御弁１１７により閉とする手段としてもよい。
【００６４】この場合、形状記憶合金の付勢ばね１２１
にかえて、温度により作動変化するバイメタル対応の付
勢ばねとする手段とすることも可能である。
【００６５】なお、図２８，図３０は、膨張機運転検知
手段１１９を備えた全体のサイクル線図を示したもの
で、図７のサイクル線図と、同一構成要素には同一符号
を付して説明する。
【００６６】図において、７が圧縮機１１及び膨張機９
が組込まれた密閉ケースを示しており、圧縮機１１を通
る冷凍サイクル８１と、膨張機９を通るランキンサイク
ル８３が構成されるようになっている。
【００６７】ランキンサイクル８３は、密閉ケース１の
吐出管５から吐出された作動ガスが、熱回収部８５→コ
ンデンサ等の熱交換器８７→リキッドタンク８９へ流れ
る。リキッドタンク８９から高圧ポンプ９１→熱回収部
８５→加熱装置付蒸発器９３→四方弁９５を介して膨張
機９の吸込管３に戻る循環を繰返すようになる。このラ
ンキンサイクル８３において、作動ガスは、高圧ポンプ
９１を通過することで、高圧となり、高圧ガスは、熱回
収部８５及び蒸発器９３を通過する際に、熱が与えられ
るようになる。また、加熱装置付勢蒸発器９３の出口側
には、高圧ガスを熱回収部８５へ戻す第１，第２の開閉
制御弁１２３，１２５が設けられている。
【００６８】冷凍サイクル８１は、密閉ケース１の吐出
管５から吐出された作動ガスは、熱回収部８５→コンデ
ンサ等の熱交換器８７→リキッドタンク８９へ流れる。
リキッドタンク８９まではランキンサイクル８３と同一
の流れとなる。リキッドタンク８９から膨張弁９７→エ
バポレータ等の熱交換器９９→四方弁９５→アキューム
レータ１０１を介して圧縮機１１の吸込管７０に戻る循
環を繰返すようになる。この冷凍サイクル８１におい
て、空気がエバポレータ等の熱交換器９９を通過する際
に熱交換され、冷却されるようになる。また、四方弁９
５の出口側には、冷凍サイクルとランキンサイクル間を
つなぐ通路１２７内に第３の開閉制御弁１２９が設けら
れている。
【００６９】開閉制御弁１１７及び第１，第２，第３の
開閉制御弁１２３，１２５，１２９の動作を図３１に示
すフローチャートに基づき説明する。
【００７０】スタート（ステップＳ１）から、動作モー
ド１に入る（ステップＳ２）。動作モード１では、開閉
制御弁１１７と、第２，第３の開閉制御弁１２５，１２
９を閉、第１の開閉制御弁１２３を開とし、高圧ポンプ
９１をオンとする（ステップＳ３）。高圧ポンプ９１の
オンにより蒸発器９３を通過した出口側の作動ガスの出
口圧力Ｐo と設定圧Ｐとを比較する（ステップＳ４）。
【００７１】ステップＳ４において、設定圧力Ｐより出
口圧力が高いと判断されると次の動作モード２に入る
（ステップＳ５）。動作モード２では、開閉制御弁１１
７と第２の開閉制御弁１２５を開、第１の開閉制御弁１
２３と第３の開閉制御弁１２９を閉とする。これによ
り、高圧ガスは、バイパス通路１０３を介して膨張室３
９内へ流れ、吸込開始→吸込終了→膨張開始→膨張終了
となり、排気行程を経て、吸込開始に戻るサイクルを繰
返す運転に入る。運転が安定運転に入り、例えば、膨張
機９の回転数Ｎを検知センサが検知し、所定の回転数に
到達したと判断（ステップＳ６）されると動作モード３
に入る（ステップＳ７）。動作モード３では、開閉制御
弁１１７と第１，第３の開閉制御弁１２３，１２９を
閉、第２の開閉制御弁１２５を開とし、バイパス通路１
０３が閉状態の定格運転に入る（Ｓ８）ようになる。
【００７２】したがって、この実施形態によれば、初期
運転開始用のバイパス通路１０３は、一定時間運転後に
閉となるため、安定した膨張機の運転状態が得られる。
【００７３】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明のロー
リングピストン式膨張機によれば、補助モータを使用せ
ずに、膨張機の初期運転が行なえるようになる。したが
って、全体の小型、軽量化が図れると共に、組付性、コ
スト性の面でも大変好ましいものとなる。また、初期運
転開始用のバイパス通路を閉にすることができるため、
安定した膨張機の運転が行なえるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかるローリングピストン式膨張機
の概要切断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図。
【図４】第１のシリンダ側の吸込ポートの説明図。
【図５】第２のシリンダ側の吸込ポートの説明図。
【図６】回転角と吸込ガス流入タイミングを示した説明
図。
【図７】ローリングピストン式膨張機のサイクル線図。
【図８】第２の実施形態を示した図１と同様の概要切断
面図。
【図９】図８のＣ−Ｃ線断面図。
【図１０】図８のＤ−Ｄ線断面図。
【図１１】偏心軸部の外周面にバイパス通路を設けた主
軸の平面図。
【図１２】図１１のＥ−Ｅ線断面図。
【図１３】図１１のＦ−Ｆ線断面図。
【図１４】吸込ポートを設けた主軸の平面図。
【図１５】図１４のＧ−Ｇ線断面図。
【図１６】ローラの内周壁面にバイパス通路を設けた斜
視図。
【図１７】シャフト流入口を有する主軸の平面図。
【図１８】主軸受部材の内周壁面にバイパス通路を設け
た説明図。
【図１９】副軸受部材の内周壁面にバイパス通路を設け
た説明図。
【図２０】主軸にバイパス通路を設けた平面図。
【図２１】図２０のＨ−Ｈ線断面図。
【図２２】図２０のＩ−Ｉ線断面図。
【図２３】回転角とバイパス開口タイミングの説明図。
【図２４】ランキンサイクルの動作図。
【図２５】バイパス通路に開閉制御弁を設けた図１と同
様の概要切断面図。
【図２６】図２５のＪ−Ｊ線切断面図。
【図２７】図２５のＫ−Ｋ線切断面図。
【図２８】バイパス通路に開閉制御弁を設けたサイクル
線図。
【図２９】バイパス通路に開閉制御弁を設けた切断面
図。
【図３０】図２９の開状態の要部の説明図。
【図３１】図２９態様の開閉制御弁を設けたサイクル線
図。
【符号の説明】
３ 吸込管 ５ 吐出管 ７ 密閉ケース １３，１５ シリンダ １９ 主軸 ３１，３３ ローラ ３９ 膨張室 ５１ 流入タイミング制御手段 １０３ バイパス通路（ガス供給手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森嶋 明 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 大高 敏男 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 二村 元規 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

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸込管及び吐出管を有する密閉ケース内
    に設けられたシリンダと、シリンダ内に偏心回転自在に
    設けられ、吸込ポート及び吐出ポートと連通可能な膨張
    室を形成するローラと、前記ローラを偏心回転自在に支
    持する軸と、膨張室内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、流入タ
    イミング制御手段による流入のタイミングが閉の時に、
    膨張室内へ高圧ガスを供給するガス供給手段とを備えて
    いることを特徴とするローリングピストン式膨張機。
  2. 【請求項２】 吸込管及び吐出管を有する密閉ケース内
    に設けられ、多シリンダを構成する複数のシリンダと、
    各シリンダ内に偏心回転自在に設けられ、吸込ポート及
    び吐出ポートと連通可能な膨張室を形成する各ローラ
    と、各ローラを偏心回転自在に支持する軸と、各膨張室
    内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、流入タイミング制御手段に
    よる流入のタイミングが閉の時に、いずれか一方の膨張
    室内へ高圧ガスを供給するガス供給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。
  3. 【請求項３】 ガス供給手段は、各膨張室の吸込ガス流
    入開口角を１８０度以上を有して組合せることを特徴と
    する請求項２記載のローリングピストン式膨張機。
  4. 【請求項４】 ガス供給手段は、流入タイミング制御手
    段による流入のタイミングが閉の時に、膨張室内へ高圧
    ガスを誘導するバイパス通路であることを特徴とする請
    求項１，２記載のローリングピストン式膨張機。
  5. 【請求項５】 バイパス通路は、ローラに偏心回転を与
    える偏心軸部の外周面上に設けられていることを特徴と
    する請求項４記載のローリングピストン式膨張機。
  6. 【請求項６】 バイパス通路は、偏心軸部によって偏心
    回転が与えられるローラの内周壁面に設けられているこ
    とを特徴とする請求項４記載のローリングピストン式膨
    張機。
  7. 【請求項７】 バイパス通路は、軸の外周面上に設けら
    れていることを特徴とする請求項４記載のローリングピ
    ストン式膨張機。
  8. 【請求項８】 バイパス通路は、軸を回転自在に支持す
    る軸受部材の外周面上に設けられていることを特徴とす
    る請求項４記載のローリングピストン式膨張機。
  9. 【請求項９】 バイパス通路は、バイパス通路を開閉す
    る開閉手段を備えていることを特徴とする請求項４記載
    のローリングピストン式膨張機。
  10. 【請求項１０】 バイパス通路を開閉する開閉手段は、
    膨張機運転検知手段からの検知信号に基づいてバイパス
    通路を閉とすることを特徴とするローリングピストン式
    膨張機。
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