WO2005088079A1 - ロータリ式膨張機 - Google Patents

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WO2005088079A1
WO2005088079A1 PCT/JP2005/004502 JP2005004502W WO2005088079A1 WO 2005088079 A1 WO2005088079 A1 WO 2005088079A1 JP 2005004502 W JP2005004502 W JP 2005004502W WO 2005088079 A1 WO2005088079 A1 WO 2005088079A1
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seal
rotary
rotary piston
cylinder
lubricating oil
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PCT/JP2005/004502
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Masakazu Okamoto
Michio Moriwaki
Eiji Kumakura
Tetsuya Okamoto
Katsumi Sakitani
Original Assignee
Daikin Industries, Ltd.
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    • F01C1/3564—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation the surfaces of the inner and outer member, forming the working space, being surfaces of revolution

Definitions

  • the present invention relates to a rotary expander, and more particularly, to a measure for preventing oil rise.
  • a positive displacement expander such as a rotary expander is disclosed in, for example, JP-A-2003-172244.
  • the rotary expander includes an expansion mechanism having a cylinder whose both ends are closed by a front head and a rear head, and a piston housed in the cylinder.
  • a shaft having an eccentric portion rotatably fitted to the piston is penetrated through the expansion mechanism.
  • lubricating oil pumped by an oil pump provided on the shaft is supplied to the expansion mechanism to lubricate the expansion mechanism.
  • the present invention has been made in view of the above point, and an object of the present invention is to prevent the lubricating oil in the expansion mechanism from excessively flowing into the expansion chamber and to solve the problem of insufficient lubrication oil. And to improve reliability.
  • a first solution is to provide a cylinder (63) whose both ends are closed by closing members (61, 62) and a rotary piston (67) housed in the cylinder (63).
  • Expansion mechanism with 60) It is assumed that the rotary expander is equipped with: A seal mechanism (90) for sealing between the rotary piston (67) and the closing members (61, 62) is provided on at least one of both end faces.
  • a second solution is the first solution, wherein one rotating shaft (40) having an eccentric portion (41) rotatably fitted to the rotary piston (67) is provided. Be prepared.
  • the rotating shaft (40) is lubricated at least to a sliding part between the eccentric part (41) and the closing member (61, 62) and a sliding part between the rotary piston (67) and the eccentric part (41).
  • An oil supply groove (49) is formed for filling.
  • the oil supply groove (49) of the rotating shaft (40) has at least the sliding portion between the eccentric portion (41) and the closing member (61, 62) and the rotary piston (67) and the eccentric portion ( The leakage of the lubricating oil supplied to the sliding part with (41) is suppressed.
  • the expansion mechanism (60) has a plurality of pallet pistons (75, 85).
  • the rotary pistons (75, 85) are connected by one rotating shaft (40) and are arranged side by side, and the end faces of the adjacent rotary pistons (75, 85) form an intermediate partition plate (64). They are arranged so as to face each other with the interposition therebetween.
  • the seal mechanism (90) is provided on the end face of the plurality of rotary pistons (75, 85) facing the closing member (61, 62).
  • a fourth solution is the solution according to any one of the first to thirteenth means, wherein the seal mechanism (90) is provided with a seal groove (91) formed on an end face of a rotary piston (67). ) And a seal member (92) fitted in the seal groove (91).
  • the sealing member (92) is in close contact with the closing member (61, 62) and the sealing groove (91), so that the end face of the rotary piston (67) and the closing member (61, 62) The gap is sealed.
  • the seal member (92) is a lip seal or a tip seal.
  • the seal mechanism (90) is a labyrinth seal.
  • the seal between the end face of the rotary piston (67) and the closing member (61, 62) is generated by a labyrinth effect such as a friction effect due to the viscosity of the lubricating oil and a contraction effect at the throttle port.
  • the sealing member is provided.
  • (92) is made of a tetrafluoroplastic styrene-based (PTFE-based) resin material.
  • the resin material of the four-component chemical modified titanium is excellent in wear resistance and heat resistance, so that the end face of the rotary piston (67) and the closing members (61, 62) The gap between them is securely sealed.
  • an eighth solution of the present invention is the device according to any one of the first to seventh aspects, wherein
  • the rotary piston (67) fits in the axial direction of the shaft (40), and the tolerance is set to the dimension of 1Z5000-1Z1000 of the inner diameter D of the cylinder (63).
  • a sealing mechanism (90) for sealing between the rotary piston (67) and the closing member (61, 62) is provided on at least one end face of the rotary piston (67). It is possible to suppress the lubricating oil supplied to the sliding portion of the expansion mechanism (60) from leaking into the expansion space. Thereby, since the lubricating oil hardly flows out with the expansion mechanism (60) together with the expanded fluid, it is possible to prevent the oil from rising and prevent the lubricating oil shortage. As a result, the reliability of the device can be improved.
  • the lubricating oil is formed by a high-temperature and high-pressure gas refrigerant. While the refrigerant is heated to a high temperature, the refrigerant flowing into the expansion mechanism (60) is relatively low in temperature.However, as described above, by suppressing the leakage of the lubricating oil into the expansion space, the low-temperature refrigerant is It can be prevented from being heated by mixing with oil, and heat loss during the expansion process can be prevented. As a result, operation efficiency can be improved.
  • the oil supply groove (49) formed in the rotating shaft (40) also has a lubricating oil expansion mechanism (60) provided with an oil supply system for supplying lubricating oil. Leakage to the expansion space can be suppressed.
  • the seal mechanism (90) is attached to the end face of the rotary piston (75, 85) on the side of the intermediate partition (64).
  • the seal mechanism (90) is installed on the end surface on the side of the closing member (61, 62) instead of being provided. The leakage of the lubricating oil, which is not liable to be damaged by being wrapped in the through hole, can be suppressed.
  • the seal mechanism (90) is constituted by the seal groove (91) and the seal member (92) fitted in the seal groove (91). Sealing members (92) The close contact between the closing member (61, 62) and the seal groove (91) allows a seal between the end face of the rotary piston (67) and the closing member (61, 62).
  • the seal member (92) is a lip seal or a chip seal
  • the lip seal or the chip seal is brought into contact with the closing member (61, 62) by the pressure action of the lubricating oil.
  • the seal groove (91) can be securely brought into close contact with the seal groove (91). This makes it possible to reliably seal the gap between the end face of the rotary biston (67) and the closing member (61, 62).
  • the seal mechanism (90) is a labyrinth seal
  • the labyrinth effect ensures the clearance between the end face of the rotary piston (67) and the closing member (61, 62). Can be sealed.
  • the seal member (92) is formed of a four-component styrene-based resin material having excellent wear resistance and heat resistance. High sealing performance can be ensured even in sliding with the closing members (61, 62) due to the rotation of ()).
  • FIG. 1 is a piping diagram showing an air conditioner.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a compression / expansion unit according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a main part of the expansion mechanism according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view schematically showing a main part of the expansion mechanism according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state of the expansion mechanism for each rotation angle of the rotation shaft of 90 ° according to the first embodiment, omitting a sealing mechanism.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a main part of an expansion mechanism according to Embodiment 2.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view schematically showing a main part of an expansion mechanism according to Embodiment 2.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a main part of an expansion mechanism according to Embodiment 3.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a main part of an expansion mechanism according to Embodiment 4.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a main part of an expansion mechanism according to Embodiment 5.
  • FIG. 11 is a longitudinal sectional view schematically showing a main part of an expansion mechanism according to Embodiment 5.
  • FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a compression / expansion unit according to Embodiment 6.
  • FIG. 13 is a longitudinal sectional view schematically showing a main part of an expansion mechanism according to another embodiment. It is.
  • Embodiment 1 of the present invention will be described.
  • the air conditioner (10) of the present embodiment includes a rotary expander according to the present invention.
  • the air conditioner (10) is a so-called separate type, and includes an outdoor unit (11) and an indoor unit (13).
  • the outdoor unit (11) includes an outdoor fan (12), outdoor heat exchange (23), a first four-way switching valve (21), a second four-way switching valve (22), and a compression / expansion unit (30). It is stored.
  • the indoor unit (13) contains an indoor fan (14) and an indoor heat exchanger (24).
  • the outdoor unit (11) is installed outdoors, and the indoor unit (13) is installed indoors.
  • the outdoor unit (11) and the indoor unit (13) are connected by a pair of communication pipes (15, 16). The details of the compression / expansion unit (30) will be described later.
  • the air conditioner (10) is provided with a refrigerant circuit (20).
  • the refrigerant circuit (20) is a closed circuit to which a compression expansion unit (30), indoor heat exchange (24), and the like are connected.
  • the refrigerant circuit (20) is filled with diacid carbon (CO 2) as a refrigerant.
  • the outdoor heat exchange (23) and the indoor heat exchange (24) are both constituted by cross-fin type fin-and-tube heat exchangers.
  • the refrigerant circulating in the refrigerant circuit (20) exchanges heat with outdoor air.
  • the indoor heat exchanger (24) the refrigerant circulating in the refrigerant circuit (20) exchanges heat with indoor air.
  • the first four-way switching valve (21) has four ports.
  • the first four-way switching valve (21) has a first port connected to the discharge pipe (36) of the compression / expansion unit (30), and a second port connected to the indoor heat exchanger (24) via the communication pipe (15).
  • the third port is connected to one end of the outdoor heat exchanger (23), and the fourth port is connected to the suction port (32) of the compression / expansion unit (30).
  • the first four-way switching valve (21) has a state in which the first port and the second port are in communication and the third port and the fourth port are in communication (a state shown by a solid line in FIG. 1).
  • a state where the first port and the third port communicate with each other and the second port and the fourth port communicate with each other (a state shown by a broken line in FIG. 1). Switch.
  • the second four-way switching valve (22) has four ports.
  • the second four-way switching valve (22) has a first port at the outlet port (35) of the compression / expansion unit (30), a second port at the other end of the outdoor heat exchanger (23), and a third port. Is connected to the other end of the indoor heat exchanger (24) via the communication pipe (16), and the fourth port is connected to the inflow port (34) of the compression / expansion unit (30).
  • the second four-way switching valve (22) is in a state where the first port and the second port are in communication and the third port and the fourth port are in communication (the state shown by the solid line in FIG. 1). The state is switched to a state in which the first port and the third port communicate with each other and the second port and the fourth port communicate with each other (a state shown by a broken line in FIG. 1).
  • the compression / expansion unit (30) includes a casing (31) which is a vertically-long cylindrical closed container. Inside the casing (31), a compression mechanism (50), an electric motor (45), and an expansion mechanism (60) are arranged in order from bottom to top.
  • a discharge pipe (36) is attached to the casing (31).
  • the discharge pipe (36) is arranged between the electric motor (45) and the expansion mechanism (60), and communicates with the internal space of the casing (31).
  • the electric motor (45) is arranged at the longitudinal center of the casing (31).
  • the electric motor (45) includes a stator (46) and a rotor (47).
  • the stator (46) is fixed to the casing (31).
  • the rotor (47) is arranged inside the stator (46), and the main shaft (44) of the shaft (40) penetrates coaxially.
  • the shaft (40) constitutes a rotating shaft, and has two lower eccentric portions (58, 59) formed at the lower end and one large-diameter eccentric portion (41) formed at the upper end. .
  • the two lower eccentric portions (58, 59) are formed to have a larger diameter than the main shaft portion (44) and to be eccentric than the axis of the main shaft portion (44).
  • the first lower eccentric portion (58) and the upper one constitute a second lower eccentric portion (59), respectively.
  • the eccentric directions of the main shaft portion (44) with respect to the axis are reversed.
  • the large-diameter eccentric portion (41) has a larger diameter than the main shaft portion (44) and is more eccentric than the axis of the main shaft portion (44). It is formed with heart.
  • the compression mechanism (50) constitutes an oscillating piston type rotary compressor.
  • the compression mechanism (50) includes two cylinders (51, 52) and two rotary pistons (57).
  • the rear head (55), the first cylinder (51), the intermediate plate (56), the second cylinder (52), and the front head ( 54) are stacked.
  • first cylinder (51) and the second cylinder (52) Inside the first cylinder (51) and the second cylinder (52), one cylindrical rotary piston (57) is arranged.
  • the rotary piston (57) has a flat blade protruding from a side surface thereof, and this blade is supported by the cylinders (51, 52) via a swinging bush.
  • the rotary piston (57) in the first cylinder (51) is engaged with the first lower eccentric part (58) of the shaft (40).
  • the rotary piston (57) in the second cylinder (52) engages with the second lower eccentric part (59) of the shaft (40).
  • each of the rotary pistons (57, 57) the inner peripheral surface is in sliding contact with the outer peripheral surface of the lower eccentric portion (58, 59), and the outer peripheral surface is in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder (51, 52). Then, a compression chamber (53) is formed between the outer peripheral surface of each rotary piston (57, 57) and the inner peripheral surface of the cylinder (51, 52).
  • Each of the first cylinder (51) and the second cylinder (52) has one suction port (32).
  • Each of the suction ports (32) penetrates through the cylinder (51, 52) in the radial direction, and the terminal end opens into the cylinder (51, 52).
  • Each suction port (32) is extended to the outside of the casing (31) by a pipe.
  • Each of the front head (54) and the rear head (55) has one discharge port.
  • the discharge port of the front head (54) communicates the compression chamber (53) in the second cylinder (52) with the internal space of the casing (31).
  • the discharge port of the rear head (55) communicates the compression chamber (53) in the first cylinder (51) with the internal space of the casing (31).
  • Each of the discharge ports is provided with a discharge valve having a reed valve force at the end, and is opened and closed by the discharge valve. In FIG. 2, the illustration of the discharge port and the discharge valve is omitted.
  • the gas refrigerant discharged into the internal space of the casing (31) with the force of the compression mechanism (50) is sent out of the compression / expansion unit (30) through the discharge pipe (36).
  • An oil reservoir for storing lubricating oil is formed at the bottom of the casing (31). At the lower end of the shaft (40), a centrifugal oil pump (48) immersed in an oil sump is provided.
  • the oil pump (48) is configured to pump lubricating oil in an oil sump by rotation of a shaft (40).
  • An oil supply groove (49) is formed inside the shaft (40) from the lower end to the upper end. The oil supply groove (49) is formed so that the lubricating oil pumped up by the oil pump (48) is supplied to each sliding portion of the compression mechanism (50) and the expansion mechanism (60).
  • the expansion mechanism (60) is of a so-called swing piston type, and constitutes a rotary expander of the present invention.
  • the expansion mechanism (60) includes a front head (61), a rear head (62), a cylinder (63), and a rotary piston (67). Further, the expansion mechanism (60) is provided with an inflow port (34) and an outflow port (35).
  • the front head (61), the cylinder (63), and the rear head (62) are stacked in order from bottom to top.
  • the cylinder (63) has a lower end face closed by a front head (61), and an upper end face closed by a rear head (62). That is, the front head (61) and the rear head (62) each constitute a closing member of the cylinder (63).
  • the shaft (40) passes through the stacked front head (61), cylinder (63), and rear head (62), and the large-diameter eccentric portion (41) is positioned inside the cylinder (63). are doing.
  • the rotary piston (67) is housed in a cylinder (63) whose upper and lower ends are closed.
  • the rotary piston (67) is formed in an annular or cylindrical shape, and has an inner diameter substantially equal to the outer diameter of the large-diameter eccentric portion (41).
  • a large-diameter eccentric portion (41) is rotatably fitted to the rotary piston (67), and the inner peripheral surface of the rotary piston (67) and the outer peripheral surface of the large-diameter eccentric portion (41) cover almost the entire surface. It slides over it.
  • the rotary piston (67) has an outer peripheral surface in sliding contact with an inner peripheral surface of the cylinder (63), an upper end surface (67b) of the rotary head (62), and a lower end surface (67c) of the front head (61). Are in sliding contact with each other.
  • a fluid chamber (65) is formed in the cylinder (63) between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the rotary piston (67).
  • the rotary piston (67) is provided with a blade (67a).
  • the blade (67a) is formed in a plate shape extending in the radial direction of the rotary piston (67).
  • the outer peripheral surface force of the piston (67) also protrudes outward.
  • the fluid chamber (65) in the cylinder (63) is partitioned by a blade (67a) into a high-pressure chamber (66a) on the high-pressure side and a low-pressure chamber (66b) on the low-pressure side.
  • the cylinder (63) is provided with a pair of bushes (68).
  • Each bush (68) is formed in a semilunar shape with the inner surface being flat and the outer surface being arcuate, and is mounted with the blade (67a) sandwiched therebetween.
  • the bush (68) slides on the inner surface with the blade (67a) and on the outer surface with the cylinder (63).
  • the blade (67a) integral with the rotary piston (67) is supported by a cylinder (63) via a bush (68), and is configured to be rotatable and retractable with respect to the cylinder (63). ! RU
  • the inflow port (34) is formed in the front head (61), and the terminal end opens to the inner side surface of the front head (61) and communicates with the high-pressure chamber (66a).
  • the outflow port (35) is formed in the cylinder (63), and has a start end opening to the inner peripheral surface of the cylinder (63) and communicating with the low-pressure chamber (66b).
  • the oil supply groove (49) of the shaft (40) is provided with a thin groove (49a) for supplying oil to each sliding portion ( ⁇ , ⁇ ) of the expansion mechanism (60).
  • the narrow groove (49a) mainly includes a sliding portion (A) between the end faces of the large-diameter eccentric portion (41) and the rear head (62) and the front head (61), and a portion outside the large-diameter eccentric portion (41). It is formed to supply oil to the sliding portion (B) between the peripheral surface and the inner peripheral surface of the rotary piston (67).
  • a seal mechanism (90) for sealing between the rear head (62) and the front head (61) is provided on both upper and lower end faces (67b, 67c) of the rotary piston (67). .
  • the sealing mechanism (90) includes a seal groove (91) and a seal member (92) fitted in the seal groove (91).
  • the seal groove (91) is provided on both surfaces of the upper end surface (67b) and the lower end surface (67c) of the rotary piston (67).
  • Each of the seal grooves (91) has a concave cross section and is formed in a ring shape in plan view along the entire circumference of the end faces (67b, 67c) of the rotary piston (67).
  • the seal member (92) is configured as a lip seal which is a mechanical seal.
  • the lip seal (92) is formed to have a substantially C-shaped cross-section opening inward, and The vision is formed in a continuous annular shape. That is, the lip seal (92) is mounted in the seal groove (91) such that the opening side faces the shaft (40).
  • the lip seal (92) is made of a tetrafluoroplastic styrene (PTFE) resin material.
  • PTFE tetrafluoroplastic styrene
  • This tetrafluoroplastic titanium material is obtained by adding a filler such as glass fiber or carbon fiber to pure tetrafluoroethylene resin (PTFE).
  • the four-component titanium-based resin material is a material excellent in abrasion resistance and heat resistance, so that a high sealing property is ensured.
  • the seal mechanism (90) when lubricating oil is excessively supplied to the sliding portions ( ⁇ , ⁇ ), the lubricating oil enters the opening of the lip seal (92), and the lip is acted on by the pressure action of the lubricating oil.
  • the opening of the seal (92) is widened.
  • the lip seal (92) comes into close contact with the front head (61) and the rear head (62), and adheres to the bottom surface of the seal groove (91), and the rotary piston (67) ) Is sealed between the upper and lower end faces (67b, 67c), the rear head (62) and the front head (61).
  • the lubricating oil supplied to each sliding portion ( ⁇ , ⁇ ) hardly leaks into the fluid chamber (65) of the cylinder (63)! /.
  • the clearance between the upper end surface (67b) of the rotary piston (67) and the rear head (62) and the clearance between the lower end surface (67c) of the rotary piston (67) and the front head (61) are: Each is set to the dimension of 1Z10000-1Z2000 of the inside diameter of the cylinder (63). In other words, the fit of the rotary piston (67) in the axial direction of the shaft (40) is set to the dimension of 1Z5000-1Z1000 of the inner diameter of the cylinder (63). This is because the seal between the upper and lower end faces (67b, 67c) of the rotary piston (67) and the front head (61) and the rear head (62) can be sealed by the seal mechanism (90).
  • the first four-way switching valve (21) and the second four-way switching valve (22) are switched to the state shown by the broken line in FIG. In this state, when the electric motor (45) of the compression / expansion unit (30) is energized, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit (20) to perform a vapor compression refrigeration cycle.
  • the refrigerant compressed by the compression mechanism (50) is discharged from the compression / expansion unit (30) through the discharge pipe (36). In this state, the pressure of the refrigerant is higher than the critical pressure.
  • the discharged refrigerant is sent to the outdoor heat exchanger (23) through the first four-way switching valve (21). In the outdoor heat exchanger (23), the inflow refrigerant dissipates heat to outdoor air.
  • the refrigerant radiated in the outdoor heat exchanger (23) passes through the second four-way switching valve (22) and flows into the inflow port (34).
  • the expansion mechanism of the compression / expansion unit (30) (60) Flows into In the expansion mechanism (60), the high-pressure refrigerant expands, and its internal energy is converted into rotational power of the shaft (40). Then, the expanded low-pressure refrigerant flows out of the compression / expansion unit (30) through the outflow port (35), and is sent to the indoor heat exchanger (24) through the second four-way switching valve (22).
  • the refrigerant that has flowed in absorbs heat from room air and evaporates, thereby cooling the room air.
  • the low-pressure gas refrigerant that has been subjected to the indoor heat exchange (24) passes through the first four-way switching valve (21) and is sucked into the compression mechanism (50) of the suction port (32) force compression / expansion unit (30). Then, the compression mechanism (50) compresses the sucked refrigerant again and discharges it.
  • the first four-way switching valve (21) and the second four-way switching valve (22) are switched to the state shown by the solid line in FIG. In this state, when the electric motor (45) of the compression / expansion unit (30) is energized, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit (20) to perform a vapor compression refrigeration cycle.
  • the refrigerant compressed by the compression mechanism (50) is discharged from the compression / expansion unit (30) through the discharge pipe (36). In this state, the pressure of the refrigerant is higher than the critical pressure.
  • the discharged refrigerant is sent to the indoor heat exchanger (24) through the first four-way switching valve (21). In the indoor heat exchanger (24), the inflowing refrigerant radiates heat to the indoor air, and the indoor air is heated.
  • the refrigerant radiated by the indoor heat exchanger (24) passes through the second four-way switching valve (22), and flows into the inflow port (34).
  • the expansion mechanism of the compression / expansion unit (30) (60) Flows into With this expansion mechanism (60)
  • the high-pressure refrigerant expands, and its internal energy is converted into rotational power of the shaft (40).
  • the expanded low-pressure refrigerant flows out of the compression / expansion unit (30) through the outflow port (35), and is sent to the outdoor heat exchanger (23) through the second four-way switching valve (22).
  • the inflow refrigerant absorbs heat from the outdoor air and evaporates.
  • the low-pressure gas refrigerant flowing out of the outdoor heat exchanger (23) passes through the first four-way switching valve (21), and flows from the suction port (32) to the compression mechanism (50) of the compression / expansion unit (30). ). Then, the compression mechanism (50) compresses the sucked refrigerant again and discharges it.
  • the rotation angle of the shaft (40) When the rotation angle of the shaft (40) is 0 °, the end of the inflow port (34) is closed by the end face of the large-diameter eccentric part (41). When the shaft (40) slightly rotates from this state, the inflow port (34) communicates with the high-pressure chamber (66a), and the high-pressure refrigerant starts flowing into the high-pressure chamber (66a). Thereafter, as the rotation angle of the shaft (40) gradually increases to 90 °, 180 °, and 270 °, the volume of the high-pressure chamber (66a) gradually increases.
  • the low-pressure chamber (66b) communicates with the outlet port (35), and the refrigerant in the low-pressure chamber (66b) flows out.
  • the rotation angle of the shaft (40) gradually increases to 90 °, 180 °, and 270 °
  • the capacity of the low-pressure chamber (66b) gradually decreases, during which the refrigerant flows out of the outflow port (35). to continue.
  • the outflow port (35) is closed by the rotary piston (67), and the outflow of the refrigerant from the low-pressure chamber (66b) is shut off.
  • the rotary piston (67) and the shaft (40) are driven to rotate by the pressure difference between the high-pressure chamber (66a) and the low-pressure chamber (66b).
  • the lubricating oil in the oil reservoir is supplied from the oil supply groove (49) to a sliding portion such as the expansion mechanism (60) by the rotation of the shaft (40).
  • the expansion mechanism (60 ) Even if excess lubricating oil is generated from the narrow groove (49a) to each sliding part ( ⁇ , ⁇ ), the lubricating oil flows into the fluid chamber (65) with a seal.
  • Mechanism (90) suppresses. Thereby, the lubricating oil mixes with the refrigerant in the fluid chamber (65), and hardly flows out of the compression / expansion unit (30) through the outflow port (35) together with the refrigerant. As a result, oil rise to the refrigerant circuit (20) can be suppressed, and performance degradation of each heat exchange (23, 24) can be suppressed.
  • the compression / expansion unit (30) of the present embodiment has a compression mechanism (50) and is configured in a so-called high-pressure dome shape, the lubricating oil in the oil sump is compressed by the compression mechanism (50). ) Is heated by the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from). Therefore, the lubricating oil supplied to the expansion mechanism (60) has a relatively high temperature. On the other hand, the temperature of the refrigerant flowing into the expansion mechanism (60) is relatively low because the refrigerant circuit (20) performs a refrigerant vapor compression refrigeration cycle.
  • the seal mechanism (90) suppresses the inflow of the lubricating oil into the fluid chamber (65), so that the low-temperature refrigerant in the fluid chamber (65) is replaced with the high-temperature lubricating oil. Since the mixture is not heated, the heat loss in the expansion process can be suppressed.
  • the lip seal (92) is formed of a four-component modified styrene-based resin material having excellent wear resistance and heat resistance, the front head (67) is rotated by the rotation of the rotary piston (67). High sealing performance can be ensured even when sliding with 61) or rear head (62).
  • the provision of (90) makes it possible to prevent the lubricating oil supplied to the sliding portions ( ⁇ , ⁇ ) of the expansion mechanism (60) from leaking into the fluid chamber (65). Thereby, the lubricating oil hardly flows out of the compression / expansion unit (30) together with the refrigerant. Therefore, it is possible to suppress oil rising to the refrigerant circuit (20), to eliminate a shortage of lubricating oil in the expansion mechanism (60), and to suppress a decrease in performance of each heat exchange (23, 24). . As a result, the reliability of the device can be improved.
  • the lubricating oil in the oil reservoir is relatively high.
  • the refrigerant circuit (20) where the vapor compression refrigeration cycle is performed the refrigerant flowing into the expansion mechanism (60) has a relatively low temperature, but the lubrication into the fluid chamber (65) is performed as described above.
  • the lip seal (92) is used as the seal member, the opening of the lip seal (92) is expanded by the pressure action of the lubricating oil, and the lip seal (92) is connected to the front head (
  • the lip seal (92) is made of a four-part modified titanium-based resin material having excellent wear resistance and heat resistance, the front head accompanying the rotational movement of the rotary piston (67) is formed. (61) or high sliding performance can be ensured in sliding with the rear head (62).
  • the fitting tolerance of the rotary piston (67) in the axial direction of the shaft (40) is set to the dimension of 1Z5000—1Z1000 of the inner diameter of the cylinder (63), the processing accuracy of the rotary piston (67) is improved. ⁇ a It is not necessary to strictly control the standing accuracy, and costs can be reduced.
  • the second embodiment uses a tip seal instead of the first embodiment using a lip seal as the seal member (92). That is, in the present embodiment, the seal mechanism (90) includes a seal groove (91) formed on the upper and lower end surfaces (67b, 67c) of the rotary piston (67), and a tip seal fitted into the seal groove (91). (92).
  • the tip seal (92) is a type of mechanical seal, and is formed of a metal material such as copper.
  • the tip seal (92) has a rectangular cross section, and is formed in an annular shape that is discontinuous in plan view. That is, the tip seal (92) One part of the circumference is cut in the radial direction (see D in Fig. 6). This cutting is performed in such a manner that the tip seal (92) is attached to the seal groove (91) with tension applied thereto, and the tip seal (92) is extended radially outward after the attachment. .
  • the tip seal (92) is formed of a metal material, but may be formed of a tetrafluoroplastic styrene-based resin material as in the first embodiment. . In that case, the tip seal (92) is formed in a continuous annular shape without cutting.
  • the third embodiment is different from the second embodiment in that the shapes of the seal groove (91) and the tip seal (92) are changed. That is, the seal groove (91) of the present embodiment is formed in a C shape in which one portion of the annular seal groove (91) in the second embodiment is omitted. Similarly, the tip seal (92) is formed in a C shape in plan view according to the seal groove (91). The seal groove (91) is formed so that the portion (C) corresponding to the C-shaped opening faces the high pressure chamber (66a) side of the fluid chamber (65).
  • the seal groove (91) is formed in a C shape
  • the tip seal (92) is displaced in the seal groove (91) in the circumferential direction due to the sliding caused by the rotation of the shaft (40). Or not.
  • the portion (C) corresponding to the C-shaped opening always faces the high-pressure chamber (66a), Leakage of the lubricating oil into the fluid chamber (65) can be reliably suppressed.
  • Other configurations, operations, and effects are the same as those of the second embodiment.
  • Embodiment 4 is a modification of the cutting mode of the tip seal (92) in Embodiment 2 described above.
  • a force that cuts one portion of the tip seal (92) in a straight line in the radial direction is used.
  • one portion of the tip seal (92) is cut in a step shape (see the section D).
  • a cutting margin (D) is provided with an overlap margin.
  • the tip seal (92) is cut in a step shape.
  • the tip seal (92) may be cut in a straight line inclining with respect to the radial direction. That is, the tip seal (92) may be cut so that the cut shape is tapered.
  • any cutting form may be used so that an overlap margin is formed at the cutting portion (D).
  • Embodiment 5 is different from Embodiment 1 in that the seal mechanism (90) is constituted by a seal groove (91) and a seal member (92).
  • the seal mechanism (90) is constituted by only a plurality of seal grooves (93). That is, the sealing mechanism (90) of the present embodiment is configured as a labyrinth seal.
  • the labyrinth seal (90) is constituted by three seal grooves (93).
  • the three seal grooves (93) are formed on both upper and lower end surfaces (67b, 67c) of the rotary piston (67).
  • the above-mentioned three seal grooves (93) are similar in shape to the seal groove (91) in the first embodiment, have different diameters from each other, and are formed three times in the radial direction of the rotary piston (67). I have.
  • both upper and lower end faces (67b, 67c) of the rotary piston (67) and the rear head (62) are formed by a labyrinth effect such as a friction effect due to the viscosity of the lubricating oil and a contraction effect at the throttle opening.
  • a labyrinth effect such as a friction effect due to the viscosity of the lubricating oil and a contraction effect at the throttle opening.
  • the front head (61) are sealed.
  • the omission of the seal member (92) itself and the step of assembling the seal member (92) can be omitted, so that cost reduction can be achieved.
  • Other configurations, operations, and effects are the same as those of the first embodiment.
  • the labyrinth seal (90) is constituted by three seal grooves (93), and the cross-sectional shape of the seal groove (93) is rectangular. Any number and cross-sectional shape may be used as long as the range can be exhibited.
  • the configuration of the expansion mechanism (60) according to the first embodiment is changed, and the installation position of the seal mechanism (90) is changed.
  • the present embodiment uses a two-cylinder expansion mechanism (60).
  • the shaft (40) has two large-diameter eccentric portions (41, 42) formed on the upper end side.
  • the lower one constitutes the first large-diameter eccentric portion (41)
  • the upper one constitutes the second large-diameter eccentric portion (42)! /
  • the eccentric directions of the main shaft portion (44) with respect to the axis are reversed.
  • the expansion mechanism (60) includes two pairs of a pair of cylinders (71, 81) and rotary pistons (75, 85), a front head (61), an intermediate plate (64), and a rear head ( 62).
  • the front head (61), the first cylinder (71), the intermediate plate (64), the second cylinder (81), and the rear head (62) are stacked in that order in the downward direction as well.
  • the first cylinder (71) has a lower end face closed by a front head (61) and an upper end face closed by an intermediate plate (64).
  • the second cylinder (81) has a lower end face closed by an intermediate plate (64), and an upper end face closed by a rear head (62).
  • the first cylinder (71) and the second cylinder (81) have the same inner diameter.
  • the shaft (40) includes a front head (61), a first cylinder (71), It passes through the plate (64), the second cylinder (81) and the rear head (62).
  • the first large-diameter eccentric portion (41) of the shaft (40) is located in the first cylinder (71), and the second large-diameter eccentric portion (42) of the shaft (40) is located in the second cylinder (81). )
  • a first rotary piston (75) is provided in the first cylinder (71).
  • a second rotary piston (85) is provided in the second cylinder (81).
  • Both the first cylinder (71) and the second cylinder (81) are formed in an annular or cylindrical shape, and have the same outer diameter.
  • a first large-diameter eccentric portion (41) is rotatably fitted to the first rotary piston (75), and a second large-diameter eccentric portion (42) is fitted to the second rotary piston (85).
  • the first rotary piston (75) has an outer peripheral surface slidably in contact with an inner peripheral surface of the first cylinder (71), a lower end surface (75c) of the first rotary piston (75) and the upper end surface (75b) of the front head (61). Are in sliding contact with the intermediate plate (64), respectively.
  • a first fluid chamber (72) is formed between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the first rotary piston (75).
  • the second rotary piston (85) the outer peripheral surface is in sliding contact with the inner peripheral surface of the second cylinder (81), the upper end surface (85b) is in contact with the rear head (62), and the lower end surface (85c) is in the middle. It is in sliding contact with each plate (64).
  • a second fluid chamber (82) is formed between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the second rotary piston (85).
  • the intermediate plate (64) forms an intermediate partition plate for separating the inside of the first cylinder (71) and the inside of the second cylinder (81). .
  • Each of the one-way pistons (75, 85) is connected by one shaft (40) and arranged in order, and the end faces (75b, 85c) of the adjacent rotary pistons (75, 85) are They are arranged to face each other via the intermediate plate (64).
  • the front head (61) has a first inflow port (34a) communicating with the high-pressure chamber of the first fluid chamber (72), and the rear head (62) has a second fluid chamber (82). ), A second inflow port (34b) communicating with the high-pressure chamber is formed.
  • each of the cylinders (71, 81) is formed with an outflow port (35) communicating with the low pressure chamber of each of the fluid chambers (72, 82).
  • Each of the lower end surface (75c) of the first rotary piston (75) and the upper end surface (85b) of the first rotary piston (75) is provided with a seal mechanism (90). That is, the sealing mechanism (90) is provided with a front head (a closing member) of the end faces of the rotary pistons (75, 85). 61) and end faces (75c, 85b) facing the rear head (62).
  • the configuration of the seal mechanism (90) is the same as that of the first embodiment.
  • a seal mechanism (90) is provided when excessive oil is supplied in each cylinder (71, 81), and the seal mechanism (90 ).
  • the pressure higher than the pressure of the lubricating oil acting on the end face (75b, 85c) on the intermediate plate (64) side acts, and the tally pistons (75, 85) at each port
  • the intermediate plate (64) is pushed toward the intermediate plate (64) and becomes almost in close contact with the intermediate plate (64). Thereby, between the front head (61), the rear head (62), and the intermediate plate (64) on the upper and lower end surfaces (75b, 75c, 85b, 85c) of each rotary piston (75, 85) are sealed.
  • the seal mechanism (90) is not provided on the end surface (75b, 85c) on the intermediate plate (64) side of each rotary piston (75, 85), the shaft (40) of the intermediate plate (64) is not provided. ), The lip seal (92) can be prevented from being inserted into the through hole (64a), and the sealing property can be ensured.
  • Other configurations, operations, and effects are the same as those of the first embodiment.
  • the present invention may be configured as follows in each of the above embodiments.
  • a pair of the seal groove (91) and the tip seal (92) are provided on both upper and lower end surfaces (67b, 67c) of the rotary piston (67). As shown in FIG. 13, two pairs may be provided and two seals may be provided. In this case, the sealing performance can be further ensured.
  • a force for providing the seal mechanism (90) on both end faces (67b, 67c) of the rotary piston (67) may be provided on any one of the end faces. .
  • the same sealing effect as in the sixth embodiment can be obtained. That is, in the present invention, the seal mechanism (90) may be provided on at least one of both end faces (67b, 67c) of the rotary piston (67).
  • the seal member (92) may be made of a material other than the tetrafluoroethylene-based resin material.
  • the present invention provides a rotor that generates power by expansion of a high-pressure fluid. Useful as a re-expander.

Landscapes

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Abstract

　ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）には環状のシール溝（91）が円環状の端面（67b,67c）に沿って形成され、該シール溝（91）には環状のリップシール（92）が嵌め込まれている。これにより、シャフト（40）の給油溝（49）から供給された潤滑油がロータリピストン（67）の上限両端面（67b,67c）とフロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）との間からシリンダ（63）の流体室（65）へ流入することはほとんどないので、潤滑油不足が解消される。

Description

明 細 書
ロータリ式膨張機
技術分野
[0001] 本発明は、ロータリ式膨張機に関し、特に、油上がりの防止対策に係るものである。
背景技術
[0002] 従来より、高圧流体の膨張により動力を発生させる膨張機として、例えばロータリ式 膨張機などの容積型膨張機が、例えば特開 2003— 172244号公報に開示されてい る。
[0003] このロータリ式膨張機は、両端がフロントヘッドとリアヘッドとにより閉塞されたシリン ダと、該シリンダに収納されたピストンとを有する膨張機構部を備えている。この膨張 機構部には、ピストンに回転自在に嵌合された偏心部を有するシャフトが貫通されて いる。そして、上記ロータリ式膨張機では、シャフトに設けられた油ポンプによって汲 み上げられた潤滑油が膨張機構部に供給され、膨張機構部の潤滑が行われている
[0004] 解決課題
しかしながら、上述した従来のロータリ式膨張機では、膨張機構部に潤滑油が過剰 に供給されると、潤滑油がピストンの端面とフロントヘッドまたはリアヘッドとの間から シリンダ内の膨張室に過剰に漏れてしまうという問題があった。これにより、潤滑油が 冷媒と共に膨張機力 流出し、いわゆる油上がりが生じ、潤滑油不足が生じるという 問題があった。
[0005] 本発明は、斯カ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、膨張機 構における潤滑油の膨張室内への過剰な流入を防止して潤滑油不足の問題を解消 し、信頼性の向上を図ることである。
発明の開示
[0006] 本発明が講じた解決手段は、以下に示すものである。
[0007] 具体的に、第 1の解決手段は、両端が閉塞部材 (61,62)によって閉塞されたシリン ダ (63)と、該シリンダ (63)内に収納されたロータリピストン (67)とを有する膨張機構（ 60)を備えたロータリ式膨張機を前提としている。そして、上記ロータリピストン (67)の 両端面のうち少なくとも片面には、閉塞部材 (61,62)との間をシールするためのシー ル機構 (90)が設けられている。
[0008] 上記の解決手段では、ロータリピストン (67)の両端面にシール機構 (90)を設けた場 合、膨張機構 (60)の摺動部に供給した潤滑油がロータリピストン (67)の両端面と閉 塞部材 (61,62)との間からシリンダ (63)内の膨張空間に過剰に漏れることはない。ま た、上記ロータリピストン (67)の片面にシール機構 (90)を設けた場合、その片面には シール機構 (90)を設けて 、な 、端面に作用する潤滑油の圧力よりも高 、圧力が作 用し、ロータリピストン (67)がシール機構 (90)を設けて!/、な！/、側の閉塞部材 (61 ,62) に押されてほぼ密着状態となる。これにより、上記両端面にシール機構 (90)を設けた 場合と同様に潤滑油がロータリピストン (67)の両端面と閉塞部材 (61,62)との間から シリンダ (63)内の膨張空間に過剰に漏れることはない。したがって、何れの場合にお いても潤滑油が膨張空間内の流体と共に膨張機構 (60)からほとんど流出することは ないので、油上がりが防止され、潤滑油不足が解消される。
[0009] また、第 2の解決手段は、上記第 1の解決手段において、上記ロータリピストン (67) に回転自在に嵌合された偏心部 (41)を有する 1本の回転軸 (40)を備えて 、る。そし て、該回転軸 (40)には、少なくとも偏心部 (41)と閉塞部材 (61,62)との摺動部および ロータリピストン (67)と偏心部 (41)との摺動部に給油するための給油溝 (49)が形成さ れている。
[0010] 上記の解決手段では、回転軸 (40)の給油溝 (49)力 少なくとも偏心部 (41)と閉塞 部材 (61,62)との摺動部およびロータリピストン (67)と偏心部 (41)との摺動部に供給 された潤滑油の漏れが抑制される。
[0011] また、第 3の解決手段は、上記第 2の解決手段において、上記膨張機構 (60)が口 一タリピストン (75,85)を複数有している。該各ロータリピストン (75,85)は、 1本の回転 軸 (40)で接続され且つ順に並設されると共に、隣り合うロータリピストン (75,85)の端 面が中間仕切板 (64)を介して互いに対向するように配置されている。そして、上記シ ール機構 (90)は、複数のロータリピストン (75,85)の端面のうち閉塞部材 (61,62)に対 向する端面に設けられて 、る。 [0012] 上記の解決手段では、各ロータリピストン（75,85)において、閉塞部材 (61,62)に対 向する端面には中間仕切板 (64)に対向する端面に作用する潤滑油の圧力よりも高 い圧力が作用し、各ロータリピストン (75,85)が中間仕切板 (64)に押されてほぼ密着 状態となる。これにより、複数シリンダ式の膨張機構 (60)においても、各ロータリピスト ン（75,85)の動作中にシール機構 (90)が中間仕切板 (64)に形成された回転軸 (40) 用の貫通孔にラップして損傷等する恐れがなぐ潤滑油の漏れが抑制される。
[0013] また、第 4の解決手段は、上記第 1一 3の何れか 1の解決手段において、上記シー ル機構 (90)が、ロータリピストン (67)の端面に形成されたシール溝 (91)と、該シール 溝 (91)に嵌め込まれたシール部材 (92)とにより構成されている。
[0014] 上記の解決手段では、シール部材 (92)が閉塞部材 (61,62)およびシール溝 (91)に 密着することにより、ロータリピストン (67)の端面と閉塞部材 (61,62)との間がシールさ れる。
[0015] また、第 5の解決手段は、上記第 4の解決手段において、上記シール部材 (92)がリ ップシールまたはチップシールである。
[0016] 上記の解決手段では、リップシールまたはチップシールが潤滑油の圧力作用によ つて閉塞部材 (61,62)およびシール溝 (91)〖こ密着する。これにより、ロータリピストン（
67)の端面と閉塞部材 (61,62)との間がシールされる。
[0017] また、第 6の解決手段は、上記第 1一 3の何れか 1の解決手段において、上記シー ル機構 (90)がラビリンスシールである。
[0018] 上記の解決手段では、潤滑油の粘性による摩擦効果や絞り口における縮流効果な どのラビリンス効果により、ロータリピストン (67)の端面と閉塞部材 (61,62)との間がシ ールされる。
[0019] また、第 7の解決手段は、上記第 4または 5の解決手段にぉ 、て、上記シール部材
(92)が四ふつ化工チレン系（PTFE系）の榭脂材料で形成されている。
[0020] 上記の解決手段では、四ふつ化工チレン系の榭脂材料が耐摩耗性や耐熱性に優 れた材料であるため、ロータリピストン (67)の端面と閉塞部材 (61,62)との間が確実に シールされる。
[0021] また、第 8の解決手段は、上記第 1一 7の何れか 1の解決手段において、上記回転 軸（40)の軸心方向におけるロータリピストン（67)のはめあ!、公差がシリンダ（63)の内 径 Dの 1Z5000— 1Z1000の寸法に設定されて!、る。
[0022] 上記の解決手段では、ロータリピストン (67)の加工精度や組立精度を厳しく管理す る必要がなくなるので、コストダウンが図られる。
[0023] 効果
したがって、第 1の解決手段によれば、ロータリピストン (67)の少なくとも片側の端面 にに閉塞部材 (61,62)との間をシールするためのシール機構 (90)を設けるようにした ので、膨張機構 (60)の摺動部に供給された潤滑油が膨張空間内に漏れるのを抑制 することができる。これにより、潤滑油が膨張した流体と共に膨張機構 (60)力 流出 することはほとんどなくなるので、油上がりを防止し、潤滑油不足を防止することがで きる。この結果、機器の信頼性の向上を図ることができる。
[0024] また、特に圧縮機と一体になりいわゆる高圧ドーム型の膨張機に構成され、例えば 蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる冷媒回路に用いた場合では、潤滑油が高温高 圧のガス冷媒によって加熱されて高温となる一方、膨張機構 (60)に流入する冷媒が 比較的低温であるが、上述したように膨張空間内への潤滑油の漏れを抑制すること により低温の冷媒が高温の潤滑油と混合して加熱されるのを阻止でき、膨張過程に おける熱ロスを防止することができる。この結果、運転効率の向上を図ることができる
[0025] また、第 2の解決手段によれば、回転軸 (40)に形成された給油溝 (49)力も潤滑油 を供給する給油方式を備えた膨張機構 (60)においても、潤滑油の膨張空間への漏 れを抑制することができる。
[0026] また、第 3の解決手段によれば、複数シリンダ式の膨張機構 (60)において、シール 機構 (90)を各ロータリピストン (75,85)における中間仕切板 (64)側の端面には設けず に閉塞部材 (61,62)側の端面に設けるようにしたので、動作中にシール機構 (90)が 中間仕切板 (64)に割と大きめに形成された回転軸 (40)用の貫通孔にラップして損 傷等する恐れがなぐ潤滑油の漏れを抑制することができる。
[0027] また、第 4の解決手段によれば、シール機構 (90)をシール溝 (91)と該シール溝 (91 )に嵌め込まれたシール部材 (92)とにより構成するようにしたので、シール部材 (92) が閉塞部材 (61,62)とシール溝 (91)に密着することにより、ロータリピストン (67)の端 面と閉塞部材 (61,62)との間をシールすることができる。
[0028] また、第 5の解決手段によれば、シール部材 (92)をリップシールまたはチップシー ルとしたので、潤滑油の圧力作用によってリップシールまたはチップシールを閉塞部 材 (61,62)とシール溝 (91)に確実に密着させることができる。これにより、ロータリビス トン (67)の端面と閉塞部材 (61,62)との間を確実にシールすることができる。
[0029] また、第 6の解決手段によれば、シール機構 (90)をラビリンスシールとしたので、ラ ビリンス効果によってロータリピストン (67)の端面と閉塞部材 (61,62)との間を確実に シールすることができる。
[0030] また、第 7の解決手段によれば、シール部材 (92)を耐摩耗性や耐熱性に優れた四 ふつ化工チレン系の榭脂材料で形成するようにしたので、ロータリピストン (67)の回 転に伴う閉塞部材 (61,62)との摺動においても、高いシール性を確保することができ る。
図面の簡単な説明
[0031] [図 1]図 1は、空調機を示す配管系統図である。
[図 2]図 2は、実施形態 1に係る圧縮膨張ユニットを示す縦断面図である。
[図 3]図 3は、実施形態 1に係る膨張機構の要部を模式的に示す横断面図である。
[図 4]図 4は、実施形態 1に係る膨張機構の要部を模式的に示す縦断面図である。
[図 5]図 5は、実施形態 1に係る回転軸の回転角 90° 毎の膨張機構の状態をシール 機構を省略して示す横断面図である。
[図 6]図 6は、実施形態 2に係る膨張機構の要部を模式的に示す横断面図である。
[図 7]図 7は、実施形態 2に係る膨張機構の要部を模式的に示す縦断面図である。
[図 8]図 8は、実施形態 3に係る膨張機構の要部を模式的に示す横断面図である。
[図 9]図 9は、実施形態 4に係る膨張機構の要部を模式的に示す横断面図である。
[図 10]図 10は、実施形態 5に係る膨張機構の要部を模式的に示す横断面図である。
[図 11]図 11は、実施形態 5に係る膨張機構の要部を模式的に示す縦断面図である。
[図 12]図 12は、実施形態 6に係る圧縮膨張ユニットを示す縦断面図である。
[図 13]図 13は、その他の実施形態に係る膨張機構の要部を模式的に示す縦断面図 である。
発明を実施するための最良の形態
[0032] 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。
[0033] 《発明の実施形態 1》
本発明の実施形態 1について説明する。図 1に示すように、本実施形態の空調機（ 10)は、本発明に係るロータリ式膨張機を備えている。
[0034] 〈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。上記室外機（11)には、室外ファン (12)、室外 熱交翻 (23)、第 1四路切換弁 (21)、第 2四路切換弁 (22)および圧縮膨張ユニット (30)が収納されている。一方、上記室内機（13)には、室内ファン（14)および室内熱 交 (24)が収納されている。上記室外機（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、上記室外機（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。尚、上記圧縮膨張ユ ット (30)の詳細は後述する。
[0035] 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 ット (30)や室内熱交翻(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、冷媒として二酸ィ匕炭素 (CO )が充填されている。
2
[0036] 上記室外熱交翻 (23)と室内熱交翻 (24)とは、何れもクロスフィン型のフィン'ァ ンド 'チューブ熱交換器で構成されている。上記室外熱交換器 (23)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。上記室内熱交換器 (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。
[0037] 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ポートが圧縮膨張ユニット (30)の吐出管 (36)に、第 2ポートが連絡配管（ 15)を介して室内熱交換器 (24)の一端に、第 3ポートが室外熱交換器 (23)の一端に 、第 4ポートが圧縮膨張ユニット (30)の吸入ポート (32)にそれぞれ接続されて 、る。 そして、上記第 1四路切換弁 (21)は、第 1ポートと第 2ポートとが連通し且つ第 3ポー トと第 4ポートとが連通する状態（図 1に実線で示す状態)と、第 1ポートと第 3ポートと が連通し且つ第 2ポートと第 4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。
[0038] 上記第 2四路切換弁 (22)は、 4つのポートを備えて 、る。この第 2四路切換弁 (22) は、その第 1ポートが圧縮膨張ユニット (30)の流出ポート (35)に、第 2ポートが室外熱 交換器 (23)の他端に、第 3ポートが連絡配管（16)を介して室内熱交換器 (24)の他 端に、第 4ポートが圧縮膨張ユニット (30)の流入ポート (34)にそれぞれ接続されてい る。そして、上記第 2四路切換弁 (22)は、第 1ポートと第 2ポートとが連通し且つ第 3ポ 一トと第 4ポートとが連通する状態（図 1に実線で示す状態)と、第 1ポートと第 3ポート とが連通し且つ第 2ポートと第 4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。
[0039] 〈圧縮膨張ユニットの構成〉
図 2—図 4に示すように、上記圧縮膨張ユニット (30)は、縦長で円筒形の密閉容器 であるケーシング (31)を備えている。このケーシング (31)の内部には、下から上に向 力つて順に、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。
[0040] 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)の内部空間に連通し ている。
[0041] 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 、る。上記ステータ (46 )は、ケーシング (31)に固定されている。上記ロータ (47)は、ステータ (46)の内側に 配置され、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、 回転軸を構成し、下端側に 2つの下側偏心部（58,59)が形成され、上端側に 1つの 大径偏心部 (41)が形成されて!ヽる。
[0042] 上記 2つの下側偏心部（58,59)は、主軸部（44)よりも大径に且つ主軸部（44)の軸 心よりも偏心して形成されており、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。そして、上記第 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つている
[0043] 上記大径偏心部 (41)は、主軸部 (44)よりも大径に且つ主軸部 (44)の軸心よりも偏 心して形成されている。
[0044] 上記圧縮機構 (50)は、揺動ピストン型のロータリ圧縮機を構成して ヽる。この圧縮 機構 (50)は、シリンダ (51,52)とロータリピストン (57)とを 2つずつ備えている。上記圧 縮機構 (50)では、下力も上へ向力つて順に、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 つている。
[0045] 上記第 1シリンダ (51)および第 2シリンダ (52)の内部には、円筒状のロータリピスト ン（57)が 1つずつ配置されている。このロータリピストン（57)は、図示しないが、側面 に平板状のブレードが突設されており、このブレードが揺動ブッシュを介してシリンダ (51,52)に支持されている。上記第 1シリンダ (51)内のロータリピストン (57)は、シャフ ト (40)の第 1下側偏心部（58)と係合している。一方、上記第 2シリンダ (52)内のロー タリピストン (57)は、シャフト (40)の第 2下側偏心部（59)と係合して 、る。上記各ロー タリピストン (57,57)は、内周面が下側偏心部（58,59)の外周面と摺接し、外周面がシ リンダ（51,52)の内周面と摺接する。そして、各ロータリピストン (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。
[0046] 上記第 1シリンダ (51)および第 2シリンダ (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。この各吸入ポート（32)は、シリンダ (51,52)を半径方向に貫通 し、終端がシリンダ (51,52)内に開口している。また、各吸入ポート（32)は、配管によ つてケーシング (31)の外部へ延長されて!、る。
[0047] 上記フロントヘッド（54)およびリアヘッド（55)には、それぞれ吐出ポートが 1つずつ 形成されている。上記フロントヘッド (54)の吐出ポートは、第 2シリンダ (52)内の圧縮 室 (53)をケーシング (31)の内部空間と連通させる。上記リアヘッド (55)の吐出ポート は、第 1シリンダ (51)内の圧縮室 (53)をケーシング (31)の内部空間と連通させる。ま た、上記各吐出ポートは、終端にリード弁力 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。尚、図 2において、吐出ポートおよび吐出弁の図示は省略す る。そして、上記圧縮機構 (50)力もケーシング (31)の内部空間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。
[0048] 上記ケーシング (31)内の底部には、潤滑油が貯留される油溜りが形成されている。 上記シャフト (40)の下端部には、油溜りに浸漬された遠心式の油ポンプ (48)が設け られている。該油ポンプ (48)は、シャフト (40)の回転により油溜りの潤滑油を汲み上 げるように構成されている。そして、上記シャフト (40)の内部には、下端から上端に亘 つて給油溝 (49)が形成されている。この給油溝 (49)は、油ポンプ (48)によって汲み 上げられた潤滑油が圧縮機構 (50)や膨張機構 (60)の各摺動部に供給されるように 形成されている。
[0049] 上記膨張機構 (60)は、いわゆる揺動ピストン型のものであって、本発明のロータリ 式膨張機を構成している。この膨張機構 (60)は、フロントヘッド (61)と、リアヘッド (62 )と、シリンダ (63)と、ロータリピストン (67)とを備えている。また、上記膨張機構 (60)に は、流入ポート (34)と流出ポート (35)とが設けられて 、る。
[0050] 上記膨張機構 (60)では、下から上へ向力つて順に、フロントヘッド (61)、シリンダ（ 63)およびリアヘッド (62)が積層されている。上記シリンダ (63)は、下側端面がフロン トヘッド (61)により閉塞され、上側端面がリアヘッド (62)により閉塞されている。つまり 、上記フロントヘッド (61)およびリアヘッド (62)は、それぞれがシリンダ (63)の閉塞部 材を構成している。
[0051] 上記シャフト (40)は、積層された状態のフロントヘッド (61)、シリンダ (63)およびリア ヘッド (62)を貫通し、大径偏心部 (41)がシリンダ (63)内に位置している。
[0052] 上記ロータリピストン (67)は、上下両端が閉塞されたシリンダ (63)内に収納されて いる。上記ロータリピストン (67)は、円環状あるいは円筒状に形成され、内径が大径 偏心部 (41)の外径と概ね等しくなつている。そして、上記ロータリピストン (67)には大 径偏心部 (41)が回転自在に嵌合され、ロータリピストン (67)の内周面と大径偏心部（ 41)の外周面とがほぼ全面に亘つて摺接して 、る。
[0053] 上記ロータリピストン (67)は、外周面がシリンダ (63)の内周面に摺接すると共に、上 端面 (67b)がリアヘッド (62)に、下端面 (67c)がフロントヘッド (61)にそれぞれ摺接し ている。上記シリンダ (63)内には、内周面とロータリピストン (67)の外周面との間に流 体室 (65)が形成されている。
[0054] 上記ロータリピストン（67)には、ブレード（67a)がー体に設けられている。このブレー ド (67a)は、ロータリピストン (67)の半径方向に延びる板状に形成されており、ロータリ ピストン (67)の外周面力も外側へ突出している。上記シリンダ (63)内の流体室 (65) は、ブレード (67a)によって高圧側の高圧室 (66a)と低圧側の低圧室 (66b)とに仕切 られている。
[0055] 上記シリンダ (63)には、一対のブッシュ（68)が設けられて!/、る。各ブッシュ（68)は、 内側面が平面となり外側面が円弧面となる半月状に形成され、ブレード (67a)を挟み 込んだ状態で装着されている。上記ブッシュ (68)は、内側面がブレード (67a)と、外 側面がシリンダ (63)と摺動する。そして、上記ロータリピストン (67)と一体のブレード（ 67a)は、ブッシュ (68)を介してシリンダ (63)に支持され、シリンダ (63)に対して回動 自在に且つ進退自在に構成されて！、る。
[0056] 上記流入ポート (34)は、フロントヘッド（61)に形成され、終端がフロントヘッド（61) の内側面に開口して高圧室 (66a)に連通している。一方、上記流出ポート（35)は、シ リンダ (63)に形成され、始端がシリンダ (63)の内周面に開口して低圧室 (66b)に連 通している。
[0057] 上記シャフト (40)の給油溝 (49)は、膨張機構 (60)の各摺動部 (Α,Β)に給油するた めの細溝 (49a)を備えている。この細溝 (49a)は、主として、大径偏心部 (41)の両端 面とリアヘッド（62)およびフロントヘッド (61)との摺動部 (A)と、大径偏心部（41)の外 周面とロータリピストン (67)の内周面との摺動部（B)とに給油するために形成されて いる。
[0058] 上記ロータリピストン（67)の上下両端面（67b,67c)には、リアヘッド（62)およびフロ ントヘッド（61)との間をシールするシール機構（90)が設けられて!/、る。このシール機 構 (90)は、シール溝 (91)と、該シール溝 (91)に嵌め込まれたシール部材 (92)とを備 えている。
[0059] 上記シール溝 (91)は、ロータリピストン (67)の上端面（67b)および下端面（67c)の 両面に設けられている。上記各シール溝 (91)は、断面が凹状に形成され、且つ、平 面視がロータリピストン (67)の端面（67b,67c)の全周に沿って環状に形成されて!、る
[0060] 上記シール部材（92)は、メカ-カルシールであるリップシールに構成されて!、る。こ のリップシール (92)は、内側に開口した略 C形の断面形状に形成され、且つ、平面 視が連続した環状に形成されている。つまり、上記リップシール (92)は、開口側がシ ャフト (40)側に向力 ようにシール溝 (91)に装着されて!、る。
[0061] また、上記リップシール（92)は、四ふつ化工チレン系（PTFE系）の榭脂材料で形 成されている。この四ふつ化工チレン系の榭脂材料は、純粋な四ふつ化工チレン榭 脂（PTFE)にガラス繊維やカーボン繊維などの充填材を添カ卩したものである。この四 ふつ化工チレン系の榭脂材料は、耐摩耗性や耐熱性に優れた材料であるため、高 いシール性が確保される。
[0062] 上記シール機構 (90)では、各摺動部 (Α,Β)へ過剰に給油されると、潤滑油がリップ シール (92)の開口部に入り込み、その潤滑油の圧力作用によってリップシール (92) の開口が拡げられる。このリップシール（92)の開口が拡がると、リップシール（92)がフ ロントヘッド (61)およびリアヘッド (62)〖こ密着すると共に、シール溝 (91)の底面に密 着し、ロータリピストン（67)の上下両端面（67b,67c)とリアヘッド（62)およびフロントへ ッド (61)との間がシールされる。これにより、各摺動部 (Α,Β)に供給された潤滑油がシ リンダ (63)の流体室 (65)に漏洩することはほとんどな！/、。
[0063] また、上記ロータリピストン (67)の上端面 (67b)とリアヘッド (62)とのクリアランス、お よびロータリピストン（67)の下端面（67c)とフロントヘッド（61)とのクリアランスは、それ ぞれがシリンダ（63)の内径の 1Z10000— 1Z2000の寸法に設定されている。つま り、上記シャフト（40)の軸心方向におけるロータリピストン（67)のはめあ!、公差がシリ ンダ（63)の内径の 1Z5000— 1Z1000の寸法に設定されている。これは、上述した シール機構（90)〖こより、ロータリピストン（67)の上下両端面（67b,67c)とフロントヘッド (61)およびリアヘッド（62)との間をシールすることができることから、ロータリピストン（ 67)の端面（67b,67c)とフロントヘッド（61)およびリアヘッド（62)とのクリアランスを従来 ほど小さくする必要はないということである。したがって、上記ロータリピストン (67)の 加工精度や組立精度を厳しく管理する必要がなくなるので、コストダウンを図ることが できる。
[0064] 運転動作
次に、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 転時および暖房運転時の動作にっ 、て説明し、続 、て膨張機構 (60)の動作にっ 、 て説明する。
[0065] 〈冷房運転〉
冷房運転時には、第 1四路切換弁 (21)および第 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式の冷凍サイクルが行われる。
[0066] 上記圧縮機構 (50)で圧縮された冷媒は、吐出管 (36)を通って圧縮膨張ユニット ( 30)から吐出される。この状態で、冷媒の圧力は、臨界圧力よりも高くなつている。この 吐出冷媒は、第 1四路切換弁 (21)を通って室外熱交換器 (23)へ送られる。この室外 熱交換器 (23)では、流入した冷媒が室外空気へ放熱する。
[0067] 上記室外熱交換器 (23)で放熱した冷媒は、第 2四路切換弁 (22)を通り、流入ポー ト (34)力 圧縮膨張ユ ット (30)の膨張機構 (60)へ流入する。この膨張機構 (60)で は、高圧冷媒が膨張し、その内部エネルギがシャフト (40)の回転動力に変換される。 そして、膨張後の低圧冷媒は、流出ポート (35)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)を通って室内熱交換器 (24)へ送られる。
[0068] 上記室内熱交換器 (24)では、流入した冷媒が室内空気から吸熱して蒸発し、室内 空気が冷却される。上記室内熱交 (24)力 出た低圧ガス冷媒は、第 1四路切換 弁 (21)を通り、吸入ポート (32)力 圧縮膨張ユニット (30)の圧縮機構 (50)へ吸入さ れる。そして、この圧縮機構 (50)は、吸入した冷媒を再び圧縮して吐出する。
[0069] 〈暖房運転〉
暖房運転時には、第 1四路切換弁 (21)および第 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 (45)に通電 すると、冷媒回路 (20)で冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。
[0070] 上記圧縮機構 (50)で圧縮された冷媒は、吐出管 (36)を通って圧縮膨張ユニット ( 30)から吐出される。この状態で、冷媒の圧力は、臨界圧力よりも高くなつている。この 吐出冷媒は、第 1四路切換弁 (21)を通って室内熱交換器 (24)へ送られる。この室内 熱交換器 (24)では、流入した冷媒が室内空気へ放熱し、室内空気が加熱される。
[0071] 上記室内熱交換器 (24)で放熱した冷媒は、第 2四路切換弁 (22)を通り、流入ポー ト (34)力 圧縮膨張ユ ット (30)の膨張機構 (60)へ流入する。この膨張機構 (60)で は、高圧冷媒が膨張し、その内部エネルギがシャフト (40)の回転動力に変換される。 そして、膨張後の低圧冷媒は、流出ポート (35)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)を通って室外熱交 (23)へ送られる。
[0072] 上記室外熱交換器 (23)では、流入した冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。上 記室外熱交換器 (23)から出た低圧ガス冷媒は、第 1四路切換弁 (21)を通り、吸入ポ ート (32)から圧縮膨張ユ ット (30)の圧縮機構 (50)へ吸入される。そして、この圧縮 機構 (50)は、吸入した冷媒を再び圧縮して吐出する。
[0073] 〈膨張機構の動作〉
上記膨張機構 (60)の動作について、図 5を参照しながら説明する。この膨張機構（ 60)の高圧室 (66a)へ超臨界状態の高圧冷媒が流入すると、シャフト (40)が図 5の各 図における反時計方向へ回転する。
[0074] 上記シャフト (40)の回転角が 0° の時点では、流入ポート (34)の終端が大径偏心 部 (41)の端面によって塞がれている。この状態から、シャフト (40)が僅かに回転する と、流入ポート (34)と高圧室 (66a)とが連通し、高圧冷媒が高圧室 (66a)へ流入し始 める。その後、上記シャフト (40)の回転角が 90° 、 180° 、 270° と次第に大きくな るに従い、高圧室 (66a)の容積が次第に増加する。そして、上記シャフト (40)の回転 角がほぼ 360° に達すると、流入ポート (34)が大径偏心部 (41)の端面によって再び 塞がれ、高圧室 (66a)への高圧冷媒の流入が遮断される。
[0075] 続、て、上記シャフト（40)の回転角が再び 0° の状態になると、低圧室（66b)が流 出ポート (35)と連通し、低圧室 (66b)の冷媒が流出し始める。その後、上記シャフト（ 40)の回転角が 90° 、 180° 、 270° と次第に大きくなるに従い、低圧室 (66b)の容 積が次第に減少し、その間は冷媒が流出ポート (35)から流出し続ける。そして、上記 シャフト（40)の回転角がほぼ 360° に達すると、流出ポート（35)がロータリピストン（ 67)によって塞がれ、低圧室 (66b)からの冷媒の流出が遮断される。この時、高圧室（ 66a)と低圧室（66b)との圧力差によってロータリピストン（67)およびシャフト（40)が回 転駆動される。
[0076] 上記膨張機構 (60)の動作中には、シャフト (40)の回転によって油溜りの潤滑油が 給油溝 (49)より膨張機構 (60)などの摺動部に供給される。ここで、上記膨張機構 (60 )において、細溝 (49a)から各摺動部 (Α,Β)への給油が過剰に行われて余分な潤滑 油が生じても、その潤滑油の流体室 (65)への流入はシール機構 (90)が抑制する。こ れにより、潤滑油が流体室 (65)内の冷媒と混合し、冷媒と共に流出ポート（35)を通つ て圧縮膨張ユニット (30)から流出することはほとんどなくなる。この結果、冷媒回路（ 20)への油上がりを抑制し、各熱交 (23,24)の性能低下を抑制することができる。
[0077] また、本実施形態の圧縮膨張ユニット (30)は、圧縮機構 (50)を有して 、わゆる高 圧ドーム型に構成されているため、油溜りの潤滑油が圧縮機構 (50)より吐出された 高温高圧のガス冷媒によって加熱される。したがって、上記膨張機構 (60)に供給さ れる潤滑油は比較的高温になっている。一方、上記冷媒回路 (20)では冷媒の蒸気 圧縮式冷凍サイクルが行われることから、膨張機構 (60)に流入する冷媒の温度は比 較的低くなつている。このことから、膨張機構 (60)において、シール機構 (90)が潤滑 油の流体室 (65)への流入を抑制することにより、流体室 (65)内の低温の冷媒が高温 の潤滑油と混合して加熱されることはなくなるので、膨張過程における熱ロスを抑制 することができる。
[0078] また、上記リップシール (92)は、耐摩耗性や耐熱性に優れた四ふつ化工チレン系 の榭脂材料で形成されているので、ロータリピストン (67)の回転に伴うフロントヘッド（ 61)またはリアヘッド (62)との摺動においても、高いシール性を確保することができる
[0079] 一実施形態の効果
以上説明したように、本実施形態 1によれば、ロータリピストン (67)の上下両端面（ 67b,67c)にフロントヘッド（61)およびリアヘッド（62)との間をシールするためのシール 機構 (90)を設けるようにしたので、膨張機構 (60)の各摺動部 (Α,Β)に給油された潤 滑油が流体室 (65)内に漏れるのを抑制することができる。これにより、潤滑油が冷媒 と共に圧縮膨張ユニット (30)から流出することはほとんどなくなる。したがって、冷媒 回路 (20)への油上がりを抑制し、膨張機構 (60)における潤滑油不足を解消すること ができると共に、各熱交翻 (23,24)の性能低下を抑制することができる。この結果、 機器の信頼'性の向上を図ることができる。
[0080] また、特に高圧ドーム型の圧縮膨張ユニット (30)では油溜りの潤滑油が比較的高 温である一方、蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる冷媒回路 (20)においては膨張 機構 (60)に流入する冷媒が比較的低温であるが、上述したように流体室 (65)内への 潤滑油の漏れを抑制することにより低温の冷媒が高温の潤滑油と混合して加熱され るのを阻止でき、膨張過程における熱ロスを抑制することができる。この結果、運転効 率の向上を図ることができる。
[0081] また、上記シール部材としてリップシール (92)を用いるようにしたので、潤滑油の圧 力作用によってリップシール（92)の開口を拡げ、リップシール (92)をフロントヘッド（
61)およびリアヘッド (62)とシール溝 (91)に確実に密着させることができる。これにより 、ロータリピストン (67)の上下両端面（67b,67c)とフロントヘッド（61)およびリアヘッド（
62)との間を確実にシールすることができる。
[0082] また、上記リップシール（92)を耐摩耗性や耐熱性に優れた四ふつ化工チレン系の 榭脂材料で形成するようにしたので、ロータリピストン (67)の回転運動に伴うフロント ヘッド（61)またはリアヘッド（62)との摺動においても、高いシール性を確保することが できる。
[0083] また、上記シャフト（40)の軸心方向におけるロータリピストン (67)のはめあい公差を シリンダ（63)の内径の 1Z5000— 1Z1000の寸法に設定するので、ロータリピストン (67)の加工精度や^ a立精度を厳しく管理する必要がなくなり、コストダウンを図ること ができる。
[0084] 《発明の実施形態 2》
次に、本発明の実施形態 2を図面に基づいて説明する。
[0085] 本実施形態 2は、図 6および図 7に示すように、上記実施形態 1がシール部材 (92) としてリップシールを用いたのに代えて、チップシールを用いたものである。つまり、 本実施形態において、シール機構 (90)は、ロータリピストン (67)の上下両端面（ 67b,67c)に形成されたシール溝 (91)と、該シール溝 (91)に嵌め込まれたチップシー ル (92)とにより構成されて 、る。
[0086] 具体的に、上記チップシール (92)は、メカ-カルシールの一種であり、銅などの金 属材料で形成されている。このチップシール (92)は、断面が矩形状に形成され、且 つ、平面視が不連続な環状に形成されている。つまり、上記チップシール (92)は、全 周のうち一箇所が径方向に切断されている（図 6の D部参照)。この切断は、チップシ ール (92)にテンションをかけた状態でシール溝 (91)に装着し、装着後にチップシー ル (92)が径方向外方へ張るようにするために施されて 、る。
[0087] 上記の場合、各摺動部 (Α,Β)へ過剰に給油されると、チップシール (92)の内周面 に潤滑油の圧力が作用する。この潤滑油の圧力が作用すると、チップシール (92)は 、全体がシール溝 (91)力も僅かに浮き上がると同時に外側に押され、フロントヘッド（ 61)およびリアヘッド (62)〖こ密着すると共にシール溝 (91)の外周面に密着する。これ により、ロータリピストン（67)の上下両端面（67b,67c)とリアヘッド（62)およびフロント ヘッド (61)との間がシールされる。その他の構成、作用および効果は実施形態 1と同 様である。
[0088] なお、本実施形態では、チップシール (92)を金属材料で形成するようにしたが、実 施形態 1と同様に四ふつ化工チレン系の榭脂材料で形成するようにしてもよい。その 場合、チップシール (92)は、切断なしの連続した環状に形成される。
[0089] 《発明の実施形態 3》
次に、本発明の実施形態 3を図面に基づいて説明する。
[0090] 本実施形態 3は、図 8に示すように、上記実施形態 2におけるシール溝 (91)および チップシール (92)の形状を変更したものである。つまり、本実施形態のシール溝 (91) は、上記実施形態 2における環状のシール溝 (91)の一箇所を省略してなる C形状に 形成されている。上記チップシール (92)も同様に、平面視がシール溝 (91)に合わせ た C形状に形成されている。そして、上記シール溝 (91)は、 C形の開口部に相当する 部分 (C)が流体室 (65)の高圧室 (66a)側に臨むように形成されて!、る。
[0091] 上記の場合、ロータリピストン (67)の端面（67b,67c)とフロントヘッド（61)およびリア ヘッド（62)との間のうち、 C形の開口部に相当する部分 (C)がシールされな 、ことに なるが、高圧室 (66a)がチップシール (92)の内側とほぼ同じ圧力であるため、潤滑油 が高圧室 (66a)、すなわち流体室 (65)へ漏れるのを抑制することができる。
[0092] また、上記シール溝 (91)を C形状に形成して 、るので、シャフト (40)の回転に伴う 摺動によってチップシール (92)がシール溝 (91)内を周方向にずれたりしない。これ により、 C形の開口部に相当する部分 (C)が常に高圧室 (66a)側に臨むことになり、 潤滑油の流体室 (65)への漏れを確実に抑制することができる。その他の構成、作用 および効果は実施形態 2と同様である。
[0093] 《発明の実施形態 4》
次に、本発明の実施形態 4を図面に基づいて説明する。
[0094] 本実施形態 4は、図 9に示すように、上記実施形態 2におけるチップシール (92)の 切断形態を変更したものである。具体的に、上記実施形態 2ではチップシール (92) の一箇所を径方向に直線状に切断した力 本実施形態ではチップシール (92)の一 箇所をステップ状に切断した (D部参照)。つまり、本実施形態のチップシール (92)は 、切断部分 (D)に重ね代が設けられている。
[0095] 上記の場合、シャフト（40)の回転に伴う摺動によってチップシール (92)がシール溝
(91)内を周方向に移動しても、重ね代の存在により切断部分 (D)の切断面は相互に 接触したままで離れない。これにより、潤滑油の流体室 (65)への漏れを抑制すること ができる。その他の構成、作用および効果は実施形態 2と同様である。
[0096] なお、本実施形態では、チップシール (92)をステップ状に切断するようにしたが、 例えば、径方向に対して傾斜して直線状に切断するようにしてもよい。つまり、上記チ ップシール (92)を切断形状がテーパ状となるように切断してもよい。要するに、切断 部分 (D)に重ね代が形成されるような切断形態であればよい。
[0097] 《発明の実施形態 5》
次に、本発明の実施形態 5を図面に基づいて説明する。
[0098] 本実施形態 5は、図 10および図 11に示すように、上記実施形態 1がシール機構（ 90)をシール溝 (91)とシール部材 (92)とで構成したのに代えて、シール機構 (90)を 複数のシール溝 (93)のみで構成したものである。すなわち、本実施形態のシール機 構 (90)は、ラビリンスシールに構成されている。
[0099] 具体的に、上記ラビリンスシール (90)は、 3つのシール溝 (93)により構成されて!、る 。このシール溝（93)は、ロータリピストン（67)の上下両端面（67b,67c)に 3つずつ形 成されている。上記 3つのシール溝 (93)は、実施形態 1におけるシール溝 (91)と相 似形状であって互いに径の大きさが異なり、ロータリピストン (67)の径方向に 3重に形 成されている。 [0100] 上記ラビリンスシール (90)では、潤滑油の粘性による摩擦効果や絞り口における縮 流効果などのラビリンス効果により、ロータリピストン (67)の上下両端面 (67b,67c)とリ アヘッド（62)およびフロントヘッド（61)との間がシールされる。この場合、シール部材 (92)自体の省略やそのシール部材（92)の組み込み工程を省略できるので、コストダ ゥンを図ることができる。その他の構成、作用および効果は実施形態 1と同様である。
[0101] なお、本実施形態では、ラビリンスシール (90)を 3つのシール溝 (93)により構成し、 またシール溝 (93)の断面形状を矩形状としたが、これらに限らず、ラビリンス効果を 発揮し得る範囲であれば如何なる数量や断面形状としてもよい。
[0102] 《発明の実施形態 6》
次に、本発明の実施形態 6を図面に基づいて説明する。
[0103] 本実施形態 6は、図 12に示すように、上記実施形態 1に係る膨張機構 (60)の構成 を変更すると共に、シール機構 (90)の設置位置を変更したものである。つまり、上記 実施形態 1が膨張機構 (60)をいわゆる 1シリンダ式としたのに代えて、本実施形態で は膨張機構 (60)を 2シリンダ式としたものである。
[0104] 具体的に、上記シャフト (40)には、上端側に 2つの大径偏心部 (41,42)が形成され ている。この 2つの大径偏心部 (41,42)は、下側のものが第 1大径偏心部 (41)を、上 側のものが第 2大径偏心部 (42)をそれぞれ構成して!/、る。この第 1大径偏心部 (41) と第 2大径偏心部 (42)とでは、主軸部 (44)の軸心に対する偏心方向が逆になつてい る。
[0105] 上記膨張機構 (60)は、対になったシリンダ (71,81)およびロータリピストン（75,85)の 二組と、フロントヘッド (61)と、中間プレート（64)と、リアヘッド (62)とを備えている。上 記膨張機構 (60)では、下力も上へ向力つて順に、フロントヘッド (61)、第 1シリンダ（ 71)、中間プレート (64)、第 2シリンダ (81)、リアヘッド (62)が積層されている。上記第 1シリンダ (71)は、下側端面がフロントヘッド (61)により閉塞され、上側端面が中間プ レート (64)により閉塞されている。一方、上記第 2シリンダ (81)は、下側端面が中間プ レート（64)により閉塞され、上側端面がリアヘッド (62)により閉塞されている。また、上 記第 1シリンダ（71)と第 2シリンダ (81)とは、同じ内径に形成されている。
[0106] 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（64)、第 2シリンダ (81)およびリアヘッド (62)を貫通している。そして、上記シ ャフト (40)の第 1大径偏心部 (41)が第 1シリンダ (71)内に位置し、シャフト (40)の第 2 大径偏心部 (42)が第 2シリンダ (81)内に位置して 、る。
[0107] 上記第 1シリンダ（71)内には第 1ロータリピストン (75)力 第 2シリンダ (81)内には第 2ロータリピストン (85)がそれぞれ設けられている。上記第 1シリンダ（71)と第 2シリン ダ (81)とは、何れも円環状あるいは円筒状に形成され、外径が互いに等しくなつてい る。そして、上記第 1ロータリピストン (75)には第 1大径偏心部 (41)が、第 2ロータリピ ストン (85)には第 2大径偏心部 (42)がそれぞれ回転自在に嵌合されて 、る。
[0108] 上記第 1ロータリピストン (75)は、外周面が第 1シリンダ (71)の内周面に摺接すると 共に、下端面（75c)がフロントヘッド (61)に、上端面（75b)が中間プレート (64)にそれ ぞれ摺接している。上記第 1シリンダ (71)内には、内周面と第 1ロータリピストン (75) の外周面との間に第 1流体室 (72)が形成されている。一方、上記第 2ロータリピストン (85)は、外周面が第 2シリンダ (81)の内周面に摺接すると共に、上端面 (85b)がリア ヘッド (62)に、下端面 (85c)が中間プレート (64)にそれぞれ摺接している。上記第 2 シリンダ (81)内には、内周面と第 2ロータリピストン (85)の外周面との間に第 2流体室 (82)が形成されている。
[0109] つまり、本実施形態の膨張機構 (60)では、中間プレート (64)が第 1シリンダ (71)内 と第 2シリンダ (81)内とを仕切るための中間仕切板を構成している。そして、上記各口 一タリピストン (75,85)は、 1本のシャフト (40)で接続され且つ順に並設されると共に、 隣り合うロータリピストン（75,85)の端面（75b,85c)が中間プレート (64)を介して対向す るように配置されている。
[0110] 上記フロントヘッド (61)には、第 1流体室（72)の高圧室に連通する第 1流入ポート（ 34a)が形成され、上記リアヘッド (62)には、第 2流体室 (82)の高圧室に連通する第 2 流入ポート (34b)が形成されている。一方、上記各シリンダ (71,81)のそれぞれには、 各流体室（72,82)の低圧室に連通する流出ポート（35)が形成されて!、る。
[0111] 上記第 1ロータリピストン（75)の下端面（75c)および第 1ロータリピストン (75)の上端 面（85b)のそれぞれには、シール機構（90)が設けられている。すなわち、このシール 機構 (90)は、各ロータリピストン (75,85)の端面のうち閉塞部材であるフロントヘッド（ 61)およびリアヘッド（62)に対向する端面（75c,85b)に設けられている。なお、上記シ ール機構 (90)の構成は、実施形態 1のそれと同様である。
[0112] 本実施形態の場合、各シリンダ（71,81)において過剰に給油されると、シール機構 ( 90)を設けて!/、る側の端面（75c,85b)にはシール機構 (90)を設けて!/ヽな ヽ中間プレ ート（64)側の端面（75b,85c)に作用する潤滑油の圧力よりも高い圧力が作用し、各口 一タリピストン（75,85)が中間プレート（64)側に押されて中間プレート（64)とほぼ密着 状態になる。これにより、各ロータリピストン（75,85)の上下両端面（75b,75c,85b,85c) におけるフロントヘッド（61)、リアヘッド（62)および中間プレート (64)との間がシーノレ される。このように、シール機構（90)を各ロータリピストン（75,85)における中間プレー ト（64)側の端面（75b,85c)に設けないようにしたので、中間プレート（64)のシャフト（ 40)用の貫通孔（64a)にリップシール（92)が嚙み込まれるのを防止しつつ、シール性 を確保することができる。その他の構成、作用および効果は実施形態 1と同様である
[0113] 《その他の実施形態》
本発明は、上記各実施形態について、以下のような構成としてもよい。
[0114] 例えば、上記実施形態 2— 4では、ロータリピストン (67)の上下両端面 (67b,67c)に シール溝 (91)およびチップシール (92)を 1対ずつ設けるようにしたが、図 13に示す ように、 2対ずつ設けて 2重にシールするようにしてもよい。この場合、一層シール性 を確保することができる。
[0115] また、上記実施形態 1一 5では、ロータリピストン (67)の両端面（67b,67c)にシール 機構 (90)を設けるようにした力 何れか一方の端面に設けるようにしてもよい。この場 合、上記実施形態 6と同様のシール作用を得ることができる。つまり、本発明は、ロー タリピストン (67)の両端面 (67b,67c)のうち少なくとも片面にシール機構 (90)を設けれ ばよい。
[0116] また、上記実施形態 1一 4および 6において、シール部材 (92)の材料は四ふつ化工 チレン系の榭脂材料以外のものを用いてもよいことは勿論である。
産業上の利用可能性
[0117] 以上説明したように、本発明は、高圧流体の膨張によって動力を発生させるロータ リ式膨張機として有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 両端が閉塞部材 (61,62)によって閉塞されたシリンダ (63)と、該シリンダ (63)内に 収納されたロータリピストン (67)とを有する膨張機構 (60)を備えたロータリ式膨張機 であって、
上記ロータリピストン (67)の両端面のうち少なくとも片面には、閉塞部材 (61,62)と の間をシールするためのシール機構（90)が設けられて!/、る
ことを特徴とするロータリ式膨張機。
[2] 請求項 1において、
上記ロータリピストン (67)に回転自在に嵌合された偏心部 (41)を有する 1本の回 転軸 (40)を備え、
該回転軸 (40)には、少なくとも偏心部 (41)と閉塞部材 (61,62)との摺動部および ロータリピストン (67)と偏心部 (41)との摺動部に給油するための給油溝 (49)が形成さ れている
ことを特徴とするロータリ式膨張機。
[3] 請求項 2において、
上記膨張機構 (60)がロータリピストン (75,85)を複数有し、
該各ロータリピストン (75,85)は、 1本の回転軸 (40)で接続され且つ順に並設され ると共に、隣り合うロータリピストン（75,85)の端面が中間仕切板 (64)を介して互いに 対向するように配置され、
上記シール機構 (90)は、複数のロータリピストン (75,85)の端面のうち閉塞部材（ 61,62)に対向する端面に設けられている
ことを特徴とするロータリ式膨張機。
[4] 請求項 1一 3の何れ力 1項において、
上記シール機構 (90)は、ロータリピストン (67)の端面に形成されたシール溝 (91) と、該シール溝 (91)に嵌め込まれたシール部材 (92)とにより構成されている ことを特徴とするロータリ式膨張機。
[5] 請求項 4において、
上記シール部材（92)は、リップシールまたはチップシールである ことを特徴とするロータリ式膨張機。
[6] 請求項 1一 3の何れ力 1項において、
上記シール機構 (90)は、ラビリンスシールである
ことを特徴とするロータリ式膨張機。
[7] 請求項 4または 5において、
上記シール部材 (92)は、四ふつ化工チレン系（PTFE系）の樹脂材料で形成され ている
ことを特徴とするロータリ式膨張機。
[8] 請求項 1一 7の何れ力 1項において、
上記回転軸 (40)の軸心方向におけるロータリピストン (67)のはめあ 、公差がシリ ンダ（63)の内径 Dの 1Z5000— lZ 1000の寸法に設定されて 、る
ことを特徴とするロータリ式膨張機。
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