WO2011121963A1 - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

　圧縮機（20）と冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機（30）とが接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）を備える。運転中に運転停止信号が出力されると、圧縮機（20）の回転数を減少させ且つ膨張機（30）の回転数を増加させて、圧縮機（20）に対する膨張機（30）の回転数比率を高くする圧縮機制御部（111）および膨張機制御部（112）を備える。

Description

冷凍装置

　　本発明は、圧縮機と膨張機を別体で備えた冷凍装置に関し、特に、膨張機の停止制御に係るものである。

　　冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を膨張させる膨張機とを別体で備えた冷凍装置が、例えば特許文献１に開示されている。この冷凍装置は、圧縮機および膨張機が接続され、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えている。圧縮機は、圧縮機構と、該圧縮機構を駆動するための電動機とを有している。膨張機は、冷媒が膨張することで回転動力を発生させる膨張機構と、該膨張機構に出力軸を介して接続される発電機とを有している。発電機は、膨張機構で発生した回転動力によって駆動され発電する。この発電電力は、圧縮機の電動機へ供給されて圧縮機構の駆動に利用される。

特開２００８－２２４０５３号公報

　　ところで、上述したような冷凍装置では、運転停止動作で圧縮機を停止させても、膨張機が高速回転して損壊するおそれがあった。具体的に、圧縮機が停止しても、冷媒回路は直ぐには均圧されないため、膨張機の流入側と流出側との間に差圧が残存した状態となる。この残存した差圧によって膨張機が高速に回転（自由回転）し、最悪の場合、膨張機が損傷してしまうという問題があった。また、膨張機が回転することで発電機は発電するが、圧縮機が停止状態であるため、発電した電力の行き場がなくなり電圧が著しく上昇する。これにより、電子部品等が損壊するおそれもあった。

　　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、運転停止時において膨張機が高速回転するのを防止することにある。

　　上記課題を解決するために、本発明は、運転停止動作において圧縮機（20）を停止させる前に膨張機（30）の入口側圧力と出口側圧力との差圧を低下させるようにしたものである。

　　具体的に、第１の発明は、圧縮機（20）と冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機（30）とが接続され、冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）を備えている冷凍装置を前提としている。そして、本発明の冷凍装置は、所定の条件で運転停止信号を出力する停止指令部（113）と、上記停止指令部（113）による運転停止信号の出力前の運転時には、上記圧縮機（20）に対する上記膨張機（30）の回転数比率を第１比率としたとき、上記停止指令部（113）による運転停止信号が出力されると、上記圧縮機（20）に対する上記膨張機（30）の回転数比率が上記第１比率よりも高い第２比率となるように上記圧縮機（20）および膨張機（30）の少なくとも一方を回転数制御した後停止させる機器制御部（111,112）とを備えているものである。

　　上記第１の発明では、運転停止信号が出力されると、圧縮機（20）に対する膨張機（30）の回転数比率が高くなるため、冷媒回路（11）において高圧が低下し低圧が増大する。これにより、膨張機（30）における入口側と出口側との差圧が低下する。この差圧が低下した後に、圧縮機（20）および膨張機（30）が停止されるため、膨張機（30）が自己の差圧によって加速し高速で回転駆動される状態が回避される。

　　第２の発明は、上記第１の発明において、上記機器制御部（111,112）が、上記停止指令部（113）による運転停止信号が出力されると、上記圧縮機（20）の回転数を減少させる一方、上記膨張機（30）の回転数を維持または増加させる回転数制御を行い、その後、上記圧縮機（20）および膨張機（30）を停止させるように構成されているものである。

　　上記第２の発明では、圧縮機（20）の回転数が減少し且つ膨張機（30）の回転数が維持されることで、または圧縮機（20）の回転数が減少し且つ膨張機（30）の回転数が増加することで、圧縮機（20）に対する膨張機（30）の回転数比率が高くなる。

　　第３の発明は、上記第１の発明において、上記機器制御部（111,112）が、上記停止指令部（113）による運転停止信号が出力されると、上記圧縮機（20）の回転数を維持する一方、上記膨張機（30）の回転数を増加させる回転数制御を行い、その後、上記圧縮機（20）および膨張機（30）を停止させるように構成されているものである。

　　上記第３の発明では、圧縮機（20）の回転数が維持され且つ膨張機（30）の回転数が増加することで、圧縮機（20）に対する膨張機（30）の回転数比率が高くなる。

　　第４の発明は、上記第１乃至第３の何れか１の発明において、上記機器制御部（111,112）が、上記停止指令部（113）による運転停止信号が出力されると、上記圧縮機（20）および膨張機（30）の少なくとも一方を回転数制御し、その後、上記膨張機（30）における冷媒の入口圧力および出口圧力の差圧が所定値以下になると、上記圧縮機（20）および膨張機（30）を停止させるように構成されているものである。

　　上記第４の発明では、圧縮機（20）および膨張機（30）が回転数制御された後、膨張機（30）における差圧が所定の値にまで確実に低下してから、圧縮機（20）および膨張機（30）が停止される。

　　第５の発明は、上記第１乃至第４の何れか１の発明において、上記冷媒回路（11）には、上記膨張機（30）の入口側配管または出口側配管に流量調整弁（48）が設けられている。そして、本発明の冷凍装置は、上記停止指令部（113）による運転停止信号が出力されると、上記流量調整弁（48）の開度を減少させる弁制御部（114）を備えているものである。

　　上記第５の発明において、流量調整弁（48）が膨張機（30）の入口側配管に設けられた場合について説明する。この場合、圧縮機（20）および膨張機（30）の回転数比率が高くなる一方、流量調整弁（48）の開度が絞られることで、冷媒回路（11）における高低差圧の低下度合いよりも、膨張機（30）における入口圧力と出口圧力との差圧が低下する。具体的には、流量調整弁（48）の開度が絞られることで、冷媒回路（11）における高圧はそれ程低下しないが、膨張機（30）の入口圧力は大きく低下する。したがって、膨張機（30）における差圧がいち早く低下する。これにより、冷媒回路（11）における低圧を急激に増大させずに膨張機（30）における差圧を低下させることができるので、蒸発器で蒸発しきれずに圧縮機（20）へ流れる冷媒量の増大が抑制される。よって、圧縮機（20）におけるいわゆる液バックが抑制される。

　　また、上記第５の発明において、流量調整弁（48）が膨張機（30）の出口側配管に設けられた場合について説明する。この場合、図１０に示すように、圧縮機（20）および膨張機（30）の回転数比率が高くなる一方、流量調整弁（48）の開度が絞られることで、冷媒回路（11）における高低差圧の低下度合いよりも、膨張機（30）における入口圧力と出口圧力との差圧が低下する。具体的には、流量調整弁（48）の開度が絞られることで、冷媒回路（11）における低圧はそれ程増大しないが、膨張機（30）出口圧力は大きく増大する。したがって、この場合も膨張機（30）における差圧がいち早く低下する。また、この場合も、冷媒回路（11）における低圧を急激に増大させずに膨張機（30）における差圧を低下させることができるので、蒸発器で蒸発しきれずに圧縮機（20）へ流れる冷媒量の増大が抑制される。よって、圧縮機（20）におけるいわゆる液バックが抑制される。

　　第６の発明は、上記第１乃至第４の何れか１の発明において、上記冷媒回路（11）には、開閉弁（47）を有し、上記膨張機（30）の入口側配管と出口側配管との間に接続されるバイパス管（46）が設けられている。そして、本発明の冷凍装置は、上記停止指令部（113）による運転停止信号が出力されると、上記開閉弁（47）を開く弁制御部（114）を備えているものである。

　　上記第６の発明では、開閉弁（45）が開くと、膨張機（30）の入口側配管（流入側）と出口側配管（流出側）とが連通する。そのため、膨張機（30）の入口側と出口側との差圧がいち早く低下する。

　　第７の発明は、上記第１乃至第４の何れか１の発明において、上記冷媒回路（11）には、開閉弁（45）を有し、上記圧縮機（20）の吐出側配管と吸入側配管との間に接続されるバイパス管（44）が設けられている。そして、本発明の冷凍装置は、上記停止指令部（113）による運転停止信号が出力されると、上記開閉弁（45）を開く弁制御部（114）を備えているものである。

　　上記第７の発明では、開閉弁（45）が開くと、圧縮機（20）の吐出側と吸入側とが、即ち冷媒回路（11）において最も高い圧力部分と最も低い圧力部分とが連通する。そのため、冷媒回路（11）における高低差圧がいち早く低下する。これにより、膨張機（30）における入口側と出口側との差圧もいち早く低下する。

　　第８の発明は、上記第１乃至第７の何れか１の発明において、上記圧縮機（20）は、冷媒を圧縮する圧縮機構（21）と、該圧縮機構（21）を駆動するための電動機（23）とを備えている。また、上記膨張機（30）は、流入した冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機構（31）と、該膨張機構（31）と出力軸（32）によって連結され、上記膨張機構（31）によって発生した動力で駆動される発電機（33）とを備えている。さらに、上記発電機（33）は、発電した電力が上記圧縮機（20）の電動機（23）へ供給されるように構成されている。

　　上記第８の発明では、膨張機構（31）において発生した動力によって発電機（33）が駆動され発電する。この発電電力は、圧縮機（20）の電動機（23）へ供給される。

　　以上説明したように、本発明によれば、運転停止信号の出力前の通常運転時における圧縮機（20）に対する膨張機（30）の回転数比率を第１比率としたとき、運転停止信号が出力されると、上記回転数比率が第１比率よりも高い第２比率となるように、圧縮機（20）および膨張機（30）の少なくとも一方を回転数制御（停止制御）するようにした。これにより、運転停止信号が出力される前と同様の回転数比率のまま停止させる場合に比べて、膨張機（30）における差圧を低下させることができる。したがって、停止時において膨張機（30）が自己の差圧によって高速で回転駆動される状態を回避することができる。よって、膨張機（30）が高速回転によって損壊することを防止することができる。

　　さらに、第２および第３の発明によれば、圧縮機（20）および膨張機（30）の回転数比率を第１比率から第２比率へ増加させる具体的な制御を得ることができる。特に、圧縮機（20）の回転数を減少させ且つ膨張機（30）の回転数を増加させる場合では、圧縮機（20）の回転数の減少のみを行う場合または膨張機（30）の回転数の増加のみを行う場合に比べて、より早く膨張機（30）の差圧を低下させることができる。その結果、停止制御に要する時間を短縮することができる。

　　また、第４の発明によれば、圧縮機（20）および膨張機（30）の少なくとも一方の回転数を制御し、膨張機（30）の差圧が所定値まで低下した後、圧縮機（20）および膨張機（30）を停止させるようにした。したがって、膨張機（30）の差圧を膨張機（30）が加速し高速で回転駆動されない差圧まで確実に低下させることができる。つまり、冷媒回路（11）を確実にほぼ均圧状態にすることができる。よって、停止時において膨張機（30）が差圧によって加速し高速で回転駆動される状態を確実に回避することができる。

　　また、第５の発明によれば、膨張機（30）の入口側配管または出口側配管に流量調整弁（48）を設け、運転停止信号が出力されると、流量調整弁（48）の開度を減少させるようにした。これにより、圧縮機（20）におけるいわゆる液バックを防止しつつ、膨張機（30）における差圧をいち早く低下させることができる。その結果、冷凍装置の信頼性を確保しつつ、運転停止に要する時間を短縮することができる。

　　また、第６の発明によれば、運転停止信号が出力されると、圧縮機（20）および膨張機（30）の回転数比率が第２比率となるように両者を回転数制御すると共に、開閉弁（47）を開くようにした。これによって、膨張機（30）における差圧をいち早く低下させることができる。つまり、冷媒回路（11）において均圧を促進できる。これにより、運転停止に要する時間をより一層短縮することができる。

　　また、第７の発明によれば、運転停止信号が出力されると、圧縮機（20）および膨張機（30）の回転数比率が第２比率となるように両者を回転数制御すると共に、開閉弁（45）を開くようにした。これによって、冷媒回路（11）における高低差圧をいち早く低下させることができ、膨張機（30）における入口側と出口側との差圧もいち早く低下させることができる。つまり、冷媒回路（11）において均圧を促進できる。これにより、運転停止に要する時間をより一層短縮することができる。

　　また、第８の発明によれば、膨張機（30）の高速回転によって発電機（33）が発電した電力が電源回路（100）内で行き場を失うことにより、電源回路（100）内の電圧が上昇して電子機器が損壊するのを防止することができる。よって、信頼性の高い冷凍装置を提供することができる。

図１は、実施形態１に係る空調機の構成を示す回路図である。 図２は、膨張機の要部を示す縦断面図である。 図３は、膨張機構の要部拡大図である。 図４は、膨張機構における出力軸の回転角９０°毎の各ロータリ機構部の状態を示す横断面図である。 図５は、電源回路の構成を示すブロック図である。 図６は、実施形態１に係る停止制御の動作を示すタイムチャートである。 図７は、実施形態２に係る空調機の構成を示す回路図である。 図８は、実施形態３に係る空調機の構成を示す回路図である。 図９は、実施形態３に係る停止制御の動作を示すフローチャートである。 図１０は、実施形態３に係る停止制御の動作を示すタイムチャートである。

　　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

　《実施形態１》
　　本発明の実施形態１について説明する。本実施形態は、本発明に係る冷凍装置によって構成された空調機（10）である。図１に示すように、本実施形態の空調機（10）は、冷媒回路（11）と、電源回路（100）と、コントローラ（110）とを備えている。

　　〈冷媒回路の構成〉
　　冷媒回路（11）の構成について、図１を参照しながら説明する。

　　冷媒回路（11）には、圧縮機（20）と、膨張機（30）と、室外熱交換器（14）と、室内熱交換器（15）と、第１四方切換弁（12）と、第２四方切換弁（13）とが接続されている。また、冷媒回路（11）には、給油用配管（41）と、油戻し用配管（42）と、冷却用熱交換器（43）とが設けられている。冷媒回路（11）は、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ_２）が充填され、その冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。また、この冷媒回路（11）で行われる冷凍サイクルは、その高圧が冷媒である二酸化炭素の臨界圧力よりも高い値に設定されている。

　　圧縮機（20）は、その吐出管（26）が第１四方切換弁（12）の第１のポートに接続され、その吸入管（25）が第１四方切換弁（12）の第２のポートに接続されている。膨張機（30）は、その流出管（36）が第２四方切換弁（13）の第１のポートに接続され、その流入管（35）が第２四方切換弁（13）の第２のポートに接続されている。室外熱交換器（14）は、その一端が第１四方切換弁（12）の第３のポートに接続され、その他端が第２四方切換弁（13）の第４のポートに接続されている。室内熱交換器（15）は、その一端が第２四方切換弁（13）の第３のポートに接続され、その他端が第１四方切換弁（12）の第４のポートに接続されている。この冷媒回路（11）では、圧縮機（20）の吸入管（25）と第１四方切換弁（12）の第２のポートとを繋ぐ配管が吸入側配管（16）を構成している。

　　室外熱交換器（14）は、冷媒を室外空気と熱交換させるための空気熱交換器である。室内熱交換器（15）は、冷媒を室内空気と熱交換させるための空気熱交換器である。第１四方切換弁（12）と第２四方切換弁（13）は、それぞれ、第１のポートと第３のポートが連通し且つ第２のポートと第４のポートが連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１のポートと第４のポートが連通し且つ第２のポートと第３のポートが連通する第２状態（図２に破線で示す状態）とに切り換わるように構成されている。

　　圧縮機（20）は、いわゆる高圧ドームタイプの全密閉型圧縮機である。この圧縮機（20）は、縦長の円筒形に形成された圧縮機ケーシング（24）を備えている。圧縮機ケーシング（24）の内部には、圧縮機構（21）と電動機（23）と駆動軸（22）とが収容されている。圧縮機構（21）は、いわゆるロータリ式の容積型流体機械を構成している。圧縮機ケーシング（24）内では、圧縮機構（21）の上方に電動機（23）が配置されている。駆動軸（22）は、上下方向に延びる状態で配置され、圧縮機構（21）と電動機（23）を連結している。

　　圧縮機ケーシング（24）には、吸入管（25）と吐出管（26）が設けられている。吸入管（25）は、圧縮機ケーシング（24）の胴部の下端付近を貫通しており、その終端が圧縮機構（21）へ直に接続されている。吐出管（26）は、圧縮機ケーシング（24）の頂部を貫通しており、その始端が圧縮機ケーシング（24）内における電動機（23）の上側の空間に開口している。圧縮機構（21）は、電動機（23）によって回転駆動され、吸入管（25）から吸い込んだ冷媒を圧縮して圧縮機ケーシング（24）内へ吐出する。

　　圧縮機ケーシング（24）の底部には、潤滑油としての冷凍機油が貯留されている。本実施形態では、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）が冷凍機油として用いられる。駆動軸（22）の内部には、図示しないが、その軸方向へ延びる給油通路が形成されている。この給油通路は、駆動軸（22）の下端に開口している。駆動軸（22）の下端は、冷凍機油に浸かった状態となっている。圧縮機ケーシング（24）内の冷凍機油は、駆動軸（22）の給油通路を通じて圧縮機構（21）へ供給される。

　　膨張機（30）は、縦長の円筒形に形成された膨張機ケーシング（34）を備えている。膨張機ケーシング（34）の内部には、膨張機構（31）と発電機（33）と出力軸（32）とが収容されている。膨張機構（31）は、いわゆるロータリ式の容積型流体機械を構成している。膨張機構（31）の詳細は後述する。膨張機ケーシング（34）内では、膨張機構（31）の下方に発電機（33）が配置されている。出力軸（32）は、上下方向に延びる状態で配置され、膨張機構（31）と発電機（33）を連結している。

　　膨張機ケーシング（34）には、流入管（35）と流出管（36）が設けられている。流入管（35）と流出管（36）は、何れも膨張機ケーシング（34）の胴部の上端付近を貫通している。流入管（35）は、その終端が膨張機構（31）へ直に接続されている。流出管（36）は、その始端が膨張機構（31）へ直に接続されている。膨張機構（31）は、流入管（35）を通って流入した冷媒を膨張させ、膨張後の冷媒を流出管（36）へ送り出す。つまり、膨張機（30）を通過する冷媒は、膨張機ケーシング（34）の内部空間へは流れ込まずに膨張機構（31）だけを通過する。この膨張機構（31）における冷媒の膨張によって、発電機（33）が回転駆動され発電する。つまり、冷媒の膨張によって発生した動力が発電機（33）の駆動に利用される。また、本実施形態の発電機（33）は、励磁部等のない永久磁石型同期発電機を構成している。この永久磁石型同期発電機の場合、回転子側に励磁部やコイルがないため発電機全体の重量が軽減され、且つ、励磁部等による電力ロスがないため発電効率が高い。

　　給油用配管（41）は、その始端が圧縮機（20）に接続され、その終端が膨張機（30）に接続されている。具体的に、給油用配管（41）の始端部は、圧縮機ケーシング（24）の底部を貫通し、圧縮機ケーシング（24）の内部空間に開口している。この給油用配管（41）の始端部は、圧縮機ケーシング（24）の底部に貯留されている冷凍機油に浸かった状態となっており、駆動軸（22）の下端と概ね同じ高さに開口している。一方、給油用配管（41）の終端部は、膨張機ケーシング（34）内の膨張機構（31）に直に接続されている。膨張機構（31）に対する給油用配管（41）の接続位置については後述する。この給油用配管（41）は、本実施形態の油供給機構を構成している。圧縮機ケーシング（24）の底部に貯留されている冷凍機油は、給油用配管（41）を通って膨張機構（31）へ供給される。

　　冷却用熱交換器（43）は、給油用配管（41）と吸入側配管（16）とに接続されている。この冷却用熱交換器（43）は、給油用配管（41）を流れる冷凍機油と、吸入側配管（16）を流れる冷媒とを熱交換させる。

　　油戻し用配管（42）は、その始端が膨張機（30）に接続され、その終端が吸入側配管（16）に接続されている。具体的に、油戻し用配管（42）の始端部は、膨張機ケーシング（34）の底部を貫通し、膨張機ケーシング（34）の内部空間に開口している。この油戻し用配管（42）の始端部は、膨張機ケーシング（34）の底面付近に開口している。一方、油戻し用配管（42）の終端部は、吸入側配管（16）における冷却用熱交換器（43）の下流側に接続されている。膨張機（30）では、膨張機構（31）から漏れ出た冷凍機油が膨張機ケーシング（34）内に溜まり込む。この膨張機ケーシング（34）内に溜まった冷凍機油は、油戻し用配管（42）を通って吸入側配管（16）へ導入され、吸入側配管（16）を流れる冷媒と共に圧縮機構（21）へ吸入される。

　　また、冷媒回路（11）には各種センサ（51,52,53,54,55）が設けられている。具体的に、圧縮機（20）の吐出管（26）と第１四方切換弁（12）との間の配管には、圧縮機（20）の吐出冷媒の圧力を検出する高圧圧力センサ（51）が設けられている。吸入側配管（16）には、圧縮機（20）の吸入冷媒の圧力および温度をそれぞれ検出する低圧圧力センサ（52）と吸入温度センサ（53）とが設けられている。膨張機（30）の流入管（35）と第２四方切換弁（13）との間の配管には、膨張機（30）の流入冷媒（入口冷媒）の圧力を検出する入口圧力センサ（54）が設けられている。膨張機（30）の流出管（36）と第２四方切換弁（13）との間の配管には、膨張機（30）の流出冷媒（出口冷媒）の圧力を検出する出口圧力センサ（55）が設けられている。

　　〈膨張機構の構成〉
　　膨張機構（31）の構成について、図２～図４を参照しながら詳細に説明する。

　　図２に示すように、出力軸（32）の上端部には、２つの偏心部（79,89）が形成されている。２つの偏心部（79,89）は、出力軸（32）の主軸部（38）よりも大径に形成されており、下側のものが第１偏心部（79）を、上側のものが第２偏心部（89）をそれぞれ構成している。第１偏心部（79）と第２偏心部（89）とは、何れも同じ方向へ偏心している。第２偏心部（89）の外径は、第１偏心部（79）の外径よりも大きくなっている。主軸部（38）の軸心に対する偏心量は、第２偏心部（89）の方が第１偏心部（79）よりも大きくなっている。

　　出力軸（32）には、給油通路（90）が形成されている。給油通路（90）は、出力軸（32）の軸心に沿って延びている。給油通路（90）の一端は、出力軸（32）の上端面に開口している。給油通路（90）の他端は、直角に屈曲して出力軸（32）の径方向へ延びており、出力軸（32）のうち第１偏心部（79）から幾分下がった部分の外周面に開口している。給油通路（90）には、出力軸（32）の径方向へ延びる分岐通路（91,92）が２つ形成されている。第１分岐通路（91）は、第１偏心部（79）の外周面に開口している。第２分岐通路（92）は、第２偏心部（89）の外周面に開口している。

　　膨張機構（31）は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ式流体機械で構成されている。この膨張機構（31）には、対になったシリンダ（71,81）およびピストン（75,85）が二組設けられている。また、膨張機構（31）には、フロントヘッド（61）と、中間プレート（63）と、リアヘッド（62）とが設けられている。

　　膨張機構（31）では、下から上へ向かって順に、フロントヘッド（61）、第１シリンダ（71）、中間プレート（63）、第２シリンダ（81）、リアヘッド（62）、上部プレート（65）が積層された状態となっている。この状態において、第１シリンダ（71）は、その下側端面がフロントヘッド（61）により閉塞され、その上側端面が中間プレート（63）により閉塞されている。一方、第２シリンダ（81）は、その下側端面が中間プレート（63）により閉塞され、その上側端面がリアヘッド（62）により閉塞されている。また、第２シリンダ（81）の内径は、第１シリンダ（71）の内径よりも大きくなっている。

　　出力軸（32）は、積層された状態のフロントヘッド（61）、第１シリンダ（71）、中間プレート（63）、第２シリンダ（81）を貫通している。また、出力軸（32）は、その第１偏心部（79）が第１シリンダ（71）内に位置し、その第２偏心部（89）が第２シリンダ（81）内に位置している。

　　図３および図４にも示すように、第１シリンダ（71）内には第１ピストン（75）が、第２シリンダ（81）内には第２ピストン（85）がそれぞれ設けられている。第１および第２ピストン（75,85）は、何れも円環状あるいは円筒状に形成されている。第１ピストン（75）の外径と第２ピストン（85）の外径とは、互いに等しくなっている。第１ピストン（75）の内径は第１偏心部（79）の外径と、第２ピストン（85）の内径は第２偏心部（89）の外径とそれぞれ概ね等しくなっている。そして、第１ピストン（75）には第１偏心部（79）が、第２ピストン（85）には第２偏心部（89）がそれぞれ貫通している。

　　第１ピストン（75）は、その外周面が第１シリンダ（71）の内周面に、一方の端面がフロントヘッド（61）に、他方の端面が中間プレート（63）にそれぞれ摺接している。第１シリンダ（71）内には、その内周面と第１ピストン（75）の外周面との間に第１流体室（72）が形成される。一方、上記第２ピストン（85）は、その外周面が第２シリンダ（81）の内周面に、一方の端面がリアヘッド（62）に、他方の端面が中間プレート（63）にそれぞれ摺接している。第２シリンダ（81）内には、その内周面と第２ピストン（85）の外周面との間に第２流体室（82）が形成される。

　　第１および第２ピストン（75,85）のそれぞれには、ブレード（76,86）が１つずつ一体に設けられている。ブレード（76,86）は、ピストン（75,85）の半径方向へ延びる板状に形成されており、ピストン（75,85）の外周面から外側へ突出している。第１ピストン（75）のブレード（76）は第１シリンダ（71）のブッシュ孔（78）に、第２ピストン（85）のブレード（86）は第２シリンダ（81）のブッシュ孔（88）にそれぞれ挿入されている。各シリンダ（71,81）のブッシュ孔（78,88）は、シリンダ（71,81）を厚み方向へ貫通すると共に、シリンダ（71,81）の内周面に開口している。

　　各シリンダ（71,81）には、一対のブッシュ（77,87）が一組ずつ設けられている。各ブッシュ（77,87）は、内側面が平面となって外側面が円弧面となるように形成された小片である。各シリンダ（71,81）において、一対のブッシュ（77,87）は、ブッシュ孔（78,88）に挿入されてブレード（76,86）を挟み込んだ状態となる。各ブッシュ（77,87）は、その内側面がブレード（76,86）と摺接し、その外側面がシリンダ（71,81）と摺動する。そして、ピストン（75,85）と一体のブレード（76,86）は、ブッシュ（77,87）を介してシリンダ（71,81）に支持され、シリンダ（71,81）に対して回動自在で且つ進退自在となっている。

　　第１シリンダ（71）内の第１流体室（72）は、第１ピストン（75）と一体の第１ブレード（76）によって仕切られており、図３，図４における第１ブレード（76）の左側が高圧側の第１高圧室（73）となり、その右側が低圧側の第１低圧室（74）となっている。第２シリンダ（81）内の第２流体室（82）は、第２ピストン（85）と一体の第２ブレード（86）によって仕切られており、図３，図４における第２ブレード（86）の左側が高圧側の第２高圧室（83）となり、その右側が低圧側の第２低圧室（84）となっている。

　　第１シリンダ（71）と第２シリンダ（81）とは、それぞれの周方向におけるブッシュ（77,87）の位置が一致する姿勢で配置されている。言い換えると、第２シリンダ（81）の第１シリンダ（71）に対する配置角度が０°となっている。上述のように、第１偏心部（79）と第２偏心部（89）とは、主軸部（38）（44）の軸心に対して同じ方向へ偏心している。したがって、第１ブレード（76）が第１シリンダ（71）の外側へ最も退いた状態になるのと同時に、第２ブレード（86）が第２シリンダ（81）の外側へ最も退いた状態になる。

　　第１シリンダ（71）には、流入ポート（67）が形成されている。流入ポート（67）は、第１シリンダ（71）の内周面のうち、図３，図４におけるブッシュ（77）のやや左側の箇所に開口している。流入ポート（67）は、第１高圧室（73）と連通可能となっている。図示しないが、流入ポート（67）には、流入管（35）が接続されている。

　　第２シリンダ（81）には、流出ポート（68）が形成されている。流出ポート（68）は、第２シリンダ（81）の内周面のうち、図３，図４におけるブッシュ（87）のやや右側の箇所に開口している。流出ポート（68）は、第２低圧室（84）と連通可能となっている。図示しないが、流出ポート（68）には、流出管（36）が接続されている。

　　中間プレート（63）には、連通路（64）が形成されている。この連通路（64）は、中間プレート（63）を厚み方向へ貫通している。中間プレート（63）における第１シリンダ（71）側の面では、第１ブレード（76）の右側の箇所に連通路（64）の一端が開口している。中間プレート（63）における第２シリンダ（81）側の面では、第２ブレード（86）の左側の箇所に連通路（64）の他端が開口している。そして、図２に示すように、連通路（64）は、中間プレート（63）の厚み方向に対して斜めに延びており、第１低圧室（74）と第２高圧室（83）とを互いに連通させている。

　　上述のように、第１ロータリ機構部（70）の第１低圧室（74）と、第２ロータリ機構部（80）の第２高圧室（83）とは、連通路（64）を介して互いに連通している。そして、第１低圧室（74）と連通路（64）と第２高圧室（83）とによって１つの閉空間が形成され、この閉空間が膨張室（66）を構成している。

　　フロントヘッド（61）は、その中央部が下方へ突出した形状となっている。また、フロントヘッド（61）の中央部には貫通孔が形成されており、この貫通孔に出力軸（32）が挿通されている。フロントヘッド（61）は、出力軸（32）における第１偏心部（79）の下側の部分を支持する滑り軸受を構成している。フロントヘッド（61）では、出力軸（32）の主軸部（38）が挿通される貫通孔の下部に、円周溝が形成されている。この円周溝は、出力軸（32）の外周面に開口する給油通路（90）の端部と対向する位置に形成されており、下側油溜め室（94）を構成している。

　　リアヘッド（62）の中央部には貫通孔が形成されており、この貫通孔に出力軸（32）の主軸部（38）が挿通されている。リアヘッド（62）は、出力軸（32）における第２偏心部（89）の上側の部分を支持する滑り軸受を構成している。

　　上部プレート（65）は、やや厚肉の円板状に形成されており、リアヘッド（62）の上に載置されている。上部プレート（65）では、その下面の中央部に円形の凹陥部が形成されている。上部プレート（65）は、その凹陥部が出力軸（32）の上端面と対面する位置に設けられる。上部プレート（65）には、給油用配管（41）の終端が接続されている。給油用配管（41）の終端は、上部プレート（65）を上方から下方へ向かって貫通して凹陥部に開口している。上部プレート（65）の凹陥部は、給油用配管（41）から供給された冷凍機油を溜めるための上側油溜め室（93）を構成している。また、上部プレート（65）では、その下面に凹溝（95）が形成されている。凹溝（95）は、上側油溜め室（93）の周縁から上部プレート（65）の外周方向へ延びている。

　　膨張機構（31）では、リアヘッド（62）に第１油通路（96）が形成され、中間プレート（63）に第２油通路（97）が形成され、フロントヘッド（61）に第３油通路（98）が形成されている。第１油通路（96）は、リアヘッド（62）を厚み方向へ貫通し、凹溝（95）の終端を第２シリンダ（81）のブッシュ孔（88）と連通させている。第２油通路（97）は、中間プレート（63）を厚み方向へ貫通し、第２シリンダ（81）のブッシュ孔（88）を第１シリンダ（71）のブッシュ孔（78）と連通させている。フロントヘッド（61）において、第３油通路（98）の一端は、フロントヘッド（61）の上面のうち第１シリンダ（71）のブッシュ孔（78）に臨む部分に開口している。また、フロントヘッド（61）において、第３油通路（98）の他端は、出力軸（32）が挿通される貫通孔の内周面に開口している。

　　以上のように構成された本実施形態の膨張機構（31）では、第１シリンダ（71）と、そこに設けられたブッシュ（77）と、第１ピストン（75）と、第１ブレード（76）とが第１ロータリ機構部（70）を構成している。また、第２シリンダ（81）と、そこに設けられたブッシュ（87）と、第２ピストン（85）と、第２ブレード（86）とが第２ロータリ機構部（80）を構成している。

　　〈電源回路の構成〉
　　電源回路（100）の構成について、図５も参照しながら説明する。本実施形態の電源回路（100）は、圧縮機（20）の電動機（23）および膨張機（30）の発電機（33）に接続されている。電源回路（100）は、第１コンバータ（101）と、インバータ（102）と、第２コンバータ（103）とを備えている。

　　第１コンバータ（101）は、商用電源からの交流電力を直流電力に変換してインバータ（102）へ供給するものである。第２コンバータ（103）は、膨張機（30）の発電機（33）で発電された交流電力を直流電力に変換してインバータ（102）へ供給するものである。インバータ（102）は、第１コンバータ（101）および第２コンバータ（103）からの直流電力を交流電力に変換して圧縮機（20）の電動機（23）へ供給するものである。また、電源回路（100）は、発電機（33）と第２コンバータ（103）との間に設けられ、発電機（33）からの交流電流の電流値を検出する電流センサ（104）を備えている。

　　〈コントローラの構成〉
　　コントローラ（110）は、圧縮機制御部（111）と、膨張機制御部（112）と、停止指令部（113）とを備えている。圧縮機制御部（111）および膨張機制御部（112）は、本発明に係る機器制御部を構成している。

　　停止指令部（113）は、後述する冷房運転中や暖房運転中に所定の条件を満たすと運転停止信号（停止制御開始信号）を出力するように構成されている。圧縮機制御部（111）および膨張機制御部（112）は、電源回路（100）を制御することによって、それぞれ圧縮機（20）および膨張機（30）の停止制御を含む運転制御を行う。圧縮機制御部（111）および膨張機制御部（112）は、停止指令部（113）による運転停止信号の出力前の冷房運転時や暖房運転時においては、所定の運転状態を満たすように圧縮機（20）および膨張機（30）の回転数をそれぞれ制御する。また、圧縮機制御部（111）および膨張機制御部（112）は、冷房運転中や暖房運転中に停止指令部（113）による運転停止信号が出力されると、圧縮機（20）に対する膨張機（30）の回転数比率がその運転停止信号が出力される直前の回転数比率（第１比率）よりも高い所定の比率（第２比率）となるように圧縮機（20）および膨張機（30）の回転数を制御し、その後、圧縮機（20）および膨張機（30）を停止させる。つまり、圧縮機制御部（111）および膨張機制御部（112）は、運転停止信号が出力されると、停止制御の動作を行う。これら圧縮機制御部（111）および膨張機制御部（112）の詳細な制御動作については後述する。

　　－運転動作－
　　上記空調機（10）の動作について説明する。

　　空調機（10）は、冷房運転と暖房運転を切り換えて行う。冷房運転時には、第１四方切換弁（12）および第２四方切換弁（13）が第１状態（図１に実線で示す状態）に設定される一方、暖房運転時には、第１四方切換弁（12）および第２四方切換弁（13）が第２状態（図１に破線で示す状態）に設定される。

　　冷暖房の何れの運転においても、圧縮機（20）では、電動機（23）によって圧縮機構（21）が回転駆動される。圧縮機構（21）は、吸入管（25）から吸い込んだ冷媒を圧縮して圧縮機ケーシング（24）内へ吐出する。なお、圧縮機構（21）では冷媒が二酸化炭素の臨界圧力よりも高い圧力まで圧縮される。圧縮機ケーシング（24）内の高圧冷媒は、吐出管（26）を通って圧縮機（20）から吐出される。圧縮機（20）から吐出された冷媒は、冷房運転の場合は室外熱交換器（14）へ送られて室外空気へ放熱し、暖房運転の場合は室内熱交換器（15）へ送られて室内空気へ放熱し室内空気が加熱される。室外熱交換器（14）または室内熱交換器（15）で放熱した高圧冷媒は、膨張機（30）へ流入する。

　　冷暖房の何れの運転においても、膨張機（30）では、流入管（35）を通って膨張機構（31）へ流入した高圧冷媒が膨張し、それによって発電機（33）が回転駆動され発電する。発電機（33）で発電した電力は、電源回路（100）を介して圧縮機（20）の電動機（23）へ供給される。これにより、商用電源から供給される電動機（23）に必要な駆動電力を削減することができる。膨張機構（31）で膨張した冷媒は、流出管（36）を通って膨張機（30）から送り出される。膨張機（30）から送り出された冷媒は、暖房運転の場合は室外熱交換器（14）へ送られて室外空気から吸熱して蒸発し、冷房運転の場合は室内熱交換器（15）へ送られて室内空気から吸熱して蒸発し室内空気が冷却される。室外熱交換器（14）または室内熱交換器（15）で蒸発した低圧冷媒は、圧縮機（20）の吸入管（25）へ流入する。

　　〈膨張機構の動作〉
　　膨張機構（31）の詳細な動作について、図４を参照しながら説明する。

　　先ず、第１ロータリ機構部（70）の第１高圧室（73）へ超臨界状態の高圧冷媒が流入する過程について説明する。回転角が０°の状態から出力軸（32）が僅かに回転すると、第１ピストン（75）と第１シリンダ（71）の接触位置が流入ポート（67）の開口部を通過し、流入ポート（67）から第１高圧室（73）へ高圧冷媒が流入し始める。その後、出力軸（32）の回転角が９０°,１８０°,２７０°と次第に大きくなるにつれて、第１高圧室（73）へ高圧冷媒が流入してゆく。この第１高圧室（73）への高圧冷媒の流入は、出力軸（32）の回転角が３６０°に達するまで続く。

　　次に、膨張機構（31）において冷媒が膨張する過程について説明する。回転角が０°の状態から出力軸（32）が僅かに回転すると、第１低圧室（74）と第２高圧室（83）が連通路（64）を介して互いに連通し、第１低圧室（74）から第２高圧室（83）へと冷媒が流入し始める。その後、出力軸（32）の回転角が９０°,１８０°,２７０°と次第に大きくなるにつれ、第１低圧室（74）の容積が次第に減少すると同時に第２高圧室（83）の容積が次第に増加し、結果として膨張室（66）の容積が次第に増加してゆく。この膨張室（66）の容積増加は、出力軸（32）の回転角が３６０°に達する直前まで続く。そして、膨張室（66）の容積が増加する過程で膨張室（66）内の冷媒が膨張し、この冷媒の膨張によって出力軸（32）が回転駆動される。このように、第１低圧室（74）内の冷媒は、連通路（64）を通って第２高圧室（83）へ膨張しながら流入してゆく。

　　続いて、第２ロータリ機構部（80）の第２低圧室（84）から冷媒が流出してゆく過程について説明する。第２低圧室（84）は、出力軸（32）の回転角が０°の時点から流出ポート（68）に連通し始める。つまり、第２低圧室（84）から流出ポート（68）へと冷媒が流出し始める。その後、出力軸（32）の回転角が９０°,１８０°,２７０°と次第に大きくなってゆき、その回転角が３６０°に達するまでの間に亘って、第２低圧室（84）から膨張後の低圧冷媒が流出してゆく。

　　〈圧縮機および膨張機の潤滑動作〉
　　上述した各運転時における圧縮機（20）と膨張機（30）の冷凍機油による潤滑動作について説明する。

　　圧縮機（20）では、圧縮機ケーシング（24）の内圧が、圧縮機構（21）から吐出された冷媒の圧力とほぼ同じになっている。このため、圧縮機ケーシング（24）の底部に溜まった冷凍機油の圧力も、圧縮機構（21）から吐出された冷媒の圧力とほぼ同じになっている。一方、圧縮機構（21）は、吸入管（25）から低圧冷媒を吸入する。したがって、圧縮機構（21）には、圧縮機ケーシング（24）の内圧よりも低圧となる部分が存在する。この圧力差によって、圧縮機ケーシング（24）の底部の冷凍機油は駆動軸（22）内の給油通路を通って圧縮機構（21）へ流入する。圧縮機構（21）に流入した冷凍機油は、圧縮機構（21）の潤滑に利用される。圧縮機構（21）へ供給された冷凍機油は、圧縮された冷媒と共に圧縮機ケーシング（24）内へ吐出され、再び圧縮機ケーシング（24）の底部へ戻ってくる。

　　冷媒回路（11）を循環する冷媒の圧力は、圧縮機（20）から膨張機（30）へ至るまでの間に幾分低下する。このため、膨張機構（31）を通過する冷媒の圧力は、必然的に圧縮機ケーシング（24）の内圧よりも低くなる。つまり、圧縮機ケーシング（24）内と膨張機構（31）内との間に圧力差が生じる。この圧力差によって、圧縮機ケーシング（24）の底部に溜まった冷凍機油は、給油用配管（41）を通って膨張機構（31）へ流入する。その際、給油用配管（41）へ流入した冷凍機油は、冷却用熱交換器（43）で吸入側配管（16）内の冷媒と熱交換して冷却され、その後に膨張機構（31）へ流入する。

　　膨張機構（31）に流入した冷凍機油は、膨張機構（31）の潤滑に利用される。その後、この冷凍機油は、その一部は膨張機構（31）から漏れ出て膨張機ケーシング（34）の底部に溜まり、残りは膨張後の冷媒と共に膨張機（30）から流出する。冷媒と共に膨張機（30）から流出した冷凍機油は、冷媒と共に冷媒回路（11）内を流れて圧縮機（20）へ吸入される。一方、膨張機ケーシング（34）の底部に溜まった冷凍機油は、油戻し用配管（42）を通って吸入側配管（16）へ流入し、冷媒と共に圧縮機（20）へ吸入される。吸入側配管（16）を流れる冷媒の圧力は、冷媒回路（11）内で最も低くなっている。つまり、膨張機ケーシング（34）内と吸入側配管（16）との間に圧力差が生じる。この圧力差によって、膨張機ケーシング（34）内の冷凍機油は、油戻し用配管（42）を通って吸入側配管（16）へ流入する。圧縮機（20）の圧縮機構（21）へ冷媒と共に吸入された冷凍機油は、圧縮後の冷媒と共に圧縮機構（21）から圧縮機ケーシング（24）の内部空間へ吐出され、その後に圧縮機ケーシング（24）の底部へと流れ落ちてゆく。

　　次に、膨張機構（31）における詳細な潤滑動作について説明する。膨張機構（31）では、給油用配管（41）を通じて供給された冷凍機油が上側油溜め室（93）へ導入される。上側油溜め室（93）へ流入した冷凍機油は、出力軸（32）の給油通路（90）と、出力軸（32）とリアヘッド（62）の摺動部分と、凹溝（95）とに分配される。

　　出力軸（32）の給油通路（90）へ流入した冷凍機油は、その一部が各分岐通路（91,92）を通じて偏心部（79,89）とピストン（75,85）の摺動部分に供給され、残りが下側油溜め室（94）へ流入する。下側油溜め室（94）へ流入した冷凍機油は、出力軸（32）とフロントヘッド（61）の摺動部分へ供給される。

　　凹溝（95）へ流入した冷凍機油は、第１油通路（96）を通って第２シリンダ（81）のブッシュ孔（88）へ流入する。このブッシュ孔（88）へ流入した冷凍機油は、その一部が、第２シリンダ（81）とブッシュ（87）の摺動部分や、第２ブレード（86）とブッシュ（87）の摺動部分へ供給される。ブッシュ孔（88）へ流入した冷凍機油の残りは、第２油通路（97）を通って第１シリンダ（71）のブッシュ孔（78）へ流入する。このブッシュ孔（78）へ流入した冷凍機油は、その一部が、第１シリンダ（71）とブッシュ（77）の摺動部分や、第１ブレード（76）とブッシュ（77）の摺動部分へ供給される。ブッシュ孔（78）へ流入した冷凍機油の残りは、第３油通路（98）を通じてフロントヘッド（61）と出力軸（32）の隙間へ供給される。

　　〈圧縮機および膨張機の制御〉
　　上述した各運転時における圧縮機（20）および膨張機（30）の運転制御の動作について、図６を参照しながら説明する。

　　この圧縮機（20）および膨張機（30）の運転制御では、「通常制御」と「停止制御」がある。「通常制御」は運転開始から停止指令部（113）による運転停止信号が出力されるまでの間（例えば、図６のＡ１を含む通常運転の間）行われ、「停止制御」は上記運転停止信号が出力されてから運転停止までの間（図６のＡ２～Ａ５の間）行われる。停止指令部（113）は、上述したように各運転時に所定の条件を満たすと運転停止信号を出力する（図６のＡ２）。所定の条件とは、例えば、リモコンの運転停止ボタンが押されたとき、タイマーによる停止、サーモオフなどの緊急を要しない条件である。

　　（通常制御）
　　上記通常制御について説明する。この通常制御では、圧縮機制御部（111）および膨張機制御部（112）によって、所定の運転状態を満たすように圧縮機（20）および膨張機（30）の回転数をそれぞれ制御する。

　　圧縮機制御部（111）は、電源回路（100）のインバータ（102）をスイッチング制御することにより、電動機（23）の回転数を制御する。これにより、圧縮機（20）の回転数Ｒｃが制御される。膨張機制御部（112）は、電源回路（100）の第２コンバータ（103）をスイッチング制御することにより、発電機（33）の回転数を制御する。さらに具体的に、膨張機制御部（112）は、電流センサ（104）の電流値から発電機（33）の磁極位置を推定し、その推定磁極位置と電流値とに基づいて発電機（33）の回転数を制御する。これにより、膨張機（30）の回転数Ｒｅが制御される。

　　（停止制御）
　　上記停止制御について説明する。この停止制御では、圧縮機（20）の回転数Ｒｃに対する膨張機（30）の回転数Ｒｅの回転数比率（Ｒｅ／Ｒｃ）が、停止制御開始直前の回転数比率である第１比率よりも高い所定の第２比率となるように、圧縮機（20）の回転数Ｒｃおよび膨張機（30）の回転数Ｒｅが制御される。

　　具体的に、運転停止信号が出力されると、圧縮機制御部（111）は圧縮機（20）の回転数Ｒｃを通常制御時よりも低い所定回転数Ｒｃ１（例えば、３０ｒｐｓ）とする信号を出力し、膨張機制御部（112）は膨張機（30）の回転数Ｒｅを通常制御時よりも高い所定回転数Ｒｅ１（例えば、７０ｒｐｓ）とする信号を出力する（図６のＡ２）。そうすると、圧縮機（20）の回転数Ｒｃは徐々に減少し、膨張機（30）の回転数Ｒｅは徐々に増加する。圧縮機（20）の回転数Ｒｃが減少することで、冷媒回路（11）における高圧が低下する一方低圧が増大し、これにより高低差圧が低下する。また、膨張機（30）の回転数Ｒｅが増加することでも、冷媒回路（11）における高圧が低下する一方低圧が増大し、これにより高低差圧が更に低下する。つまり、膨張機（30）における入口圧力と出口圧力との差圧（即ち、入口圧力センサ（54）の検出値と出口圧力センサ（55）の検出値との差）が低下する。ここで、膨張機（30）の回転数Ｒｅが増加するに伴って、膨張機（30）の電圧（即ち、発電機（33）の電圧）は増大する。なお、運転停止信号が出力された時点で、既に圧縮機（20）の回転数Ｒｃが所定回転数Ｒｃ１以下である場合、膨張機（30）の回転数Ｒｅが所定回転数Ｒｅ１以上である場合には、両者の回転数はそのまま維持される。

　　そして、圧縮機（20）は、回転数Ｒｃが所定回転数Ｒｃ１まで減少すると、その回転数で維持される（図６のＡ４）。また、膨張機（30）は、回転数Ｒｅが所定回転数Ｒｅ１まで増加すると、その回転数で維持される（図６のＡ３）。この所定回転数Ｒｃ１に対する所定回転数Ｒｅ１の回転数比率（Ｒｅ１／Ｒｃ１）が上述した第２比率である。この圧縮機（20）および膨張機（30）の回転数Ｒｃ,Ｒｅが維持されている間も、膨張機（30）における差圧は低下し続ける。

　　そして、膨張機（30）における差圧が所定値（例えば、０．５ＭＰａ）まで低下すると、圧縮機制御部（111）および膨張機制御部（112）はそれぞれ圧縮機（20）および膨張機（30）の回転数Ｒｃ,Ｒｅをゼロとする信号を出力する（図６のＡ５）。そうすると、圧縮機（20）は、回転数Ｒｃが徐々に減少して停止する。一方、膨張機（30）は、膨張機（30）の回転数Ｒｅをゼロとする信号が出力された停止時点において、入口圧力と出口圧力の差圧が十分に低下している。ここで、仮に膨張機（30）における入口圧力と出口圧力との差圧がある程度残存していると、図１０の「膨張機回転数」に破線で示すように、膨張機（30）は自己の差圧によって加速し高速で回転駆動される、即ち回転数が急増することとなる。ところが、本実施形態では、膨張機（30）における差圧が十分に低下しているため、膨張機（30）は高速で回転駆動されることなく回転数Ｒｅが徐々に減少して停止する。また、膨張機（30）の電圧（即ち、発電機（33）の電圧）は、膨張機（30）が高速で回転駆動されないことから、増大することなく徐々に低下してゼロとなる。

　　なお、本実施形態の停止制御では、圧縮機（20）の回転数Ｒｃを減少させ且つ膨張機（30）の回転数Ｒｅを増加させることによって両者の回転数比率（Ｒｅ／Ｒｃ）を第２比率にするようにしたが、これに代えて、圧縮機（20）の回転数Ｒｃは通常制御時のまま維持し且つ膨張機（30）の回転数Ｒｅを所定値まで増加させることによって両者の回転数比率（Ｒｅ／Ｒｃ）を第２比率にするようにしてもよい。また、膨張機（30）の回転数Ｒｅは通常制御時のまま維持し、圧縮機（20）の回転数Ｒｃを所定値まで減少させることによって、両者の回転数比率（Ｒｅ／Ｒｃ）を第２比率にするようにしてもよい。このように、本実施形態の停止制御では、圧縮機（20）および膨張機（30）の少なくとも一方を回転数制御して両者の回転数比率（Ｒｅ／Ｒｃ）を第２比率にすればよい。

　　また、本実施形態の停止制御では、膨張機（30）の差圧として入口圧力センサ（54）と出口圧力センサ（55）との検出値の差を用いたが、高圧圧力センサ（51）と低圧圧力センサ（52）との検出値の差を膨張機（30）の差圧として代用してもよい。

　　－実施形態の効果－
　　本実施形態では、運転停止信号の出力前の通常運転時には、所定の運転状態を満たすように圧縮機（20）および膨張機（30）を回転数制御（通常制御）し、運転停止信号が出力されると、圧縮機（20）に対する膨張機（30）の回転数比率が運転停止信号の出力直前の回転数比率（第１比率）よりも高い所定の比率（第２比率）となるように、圧縮機（20）および膨張機（30）を回転数制御（停止制御）するようにした。これにより、停止制御では、通常制御時よりも膨張機（30）の差圧を確実に低下させることができる。したがって、通常制御時の回転数比率のまま圧縮機（20）および膨張機（30）を停止させる場合に比べて、停止時における膨張機（30）の差圧を小さくすることができる。そのため、停止時において膨張機（30）の差圧によって膨張機（30）が加速し高速で回転駆動される状態を抑制することができる。よって、膨張機（30）が高速回転によって損壊することを防止することができる。つまり、膨張機（30）が損壊する程度の著しい高速で回転駆動される状態を防止することができる。また、膨張機（30）の高速回転によって発電機（33）が発電した電力が電源回路（100）内で行き場を失うことにより、電源回路（100）内の電圧が上昇して電子機器が損壊するのを防止することができる。

　　また、本実施形態の停止制御において、圧縮機（20）および膨張機（30）の回転数回Ｒｃ,Ｒｅを制御し、膨張機（30）の差圧が所定値まで低下した後、圧縮機（20）および膨張機（30）を停止させるようにした。したがって、膨張機（30）の差圧を膨張機（30）が高速で回転駆動されない差圧まで確実に低下させることができる。つまり、冷媒回路（11）をほぼ均圧状態にすることができる。よって、停止時において膨張機（30）が差圧によって高速で回転駆動される状態を確実に回避することができる。

　　また、本実施形態の停止制御では、圧縮機（20）の回転数Ｒｃを減少させ且つ膨張機（30）の回転数Ｒｅを増加させるようにしたため、圧縮機（20）の回転数Ｒｃの減少のみを行う場合または膨張機（30）の回転数Ｒｅの増加のみを行う場合に比べて、より早く膨張機（30）の差圧を低下させることができる。その結果、停止制御に要する時間を短縮させることができる。

　《実施形態２》　
　　本発明の実施形態２について説明する。図７に示すように、本実施形態は、上記実施形態１の冷媒回路（11）において２つのバイパス管（44,46）および２つのバイパス弁（45,47）を設けるようにしたものである。また、本実施形態は、上記実施形態１における停止制御について変更したものである。また、本実施形態のコントローラ（110）は、弁制御部（114）を更に備えている。

　　第１バイパス管（44）の一端は、圧縮機（20）の吐出管（26）と第１四方切換弁（12）との間の配管に接続されている。第１バイパス管（44）の他端は、吸入側配管（16）における冷却用熱交換器（43）と油戻し用配管（42）との間に接続されている。第１バイパス弁（45）は、開閉弁を構成し、第１バイパス管（44）の途中に設けられている。第２バイパス管（46）の一端は、膨張機（30）の流入管（35）と第２四方切換弁（13）との間の配管に接続され、他端は、膨張機（30）の流出管（36）と第２四方切換弁（13）との間の配管に接続されている。第２バイパス弁（47）は、流量調整弁を構成し、第２バイパス管（46）の途中に設けられている。第１バイパス弁（45）および第２バイパス弁（47）は弁制御部（114）によって制御される。

　　本実施形態の停止制御では、運転停止信号が出力されると（図６のＡ２）、圧縮機（20）および膨張機（30）の回転数比率（Ｒｅ／Ｒｃ）が第２比率となるように回転数制御されると共に、弁制御部（114）によって第１バイパス弁（45）および第２バイパス弁（47）が開く。第１バイパス弁（45）が開くことによって、圧縮機（20）の吐出側と吸入側とが、即ち冷媒回路（11）において最も高い圧力部分と最も低い圧力部分とが連通する。そのため、冷媒回路（11）における高低差圧がいち早く低下する。また、第２バイパス弁（47）が開くことによって、膨張機（30）の流入側と流出側とが連通する。そのため、膨張機（30）における差圧がいち早く低下する。このように、２つのバイパス弁（45,47）を開くことで、冷媒回路（11）において均圧が促進される。その結果、膨張機（30）における差圧をいち早く所定値まで低下させることができ、これにより、停止制御に要する時間をより一層短縮することができる。その他の構成、作用および効果は上記実施形態１と同様である。

　　なお、本実施形態の停止制御では、２つのバイパス弁（45,47）のうち何れか一方を開くようにしてもよい。また、第２バイパス弁（47）を開く場合、その開度を徐々に大きくするようにしてもよい。こうすることで、膨張機（30）の流入側の液冷媒が第２バイパス管（46）を通って蒸発器である室内熱交換器（15）または室外熱交換器（14）へ一気に流れるのを抑制できる。その結果、液冷媒が蒸発器で蒸発しきれずに圧縮機（20）へ吸入される、いわゆる液バックを回避することができる。

　《実施形態３》　
　　本発明の実施形態３について説明する。図８に示すように、本実施形態は、上記実施形態１の冷媒回路（11）において膨張弁（48）を設けるようにしたものである。また、本実施形態は、上記実施形態１における停止制御について変更したものである。また、本実施形態のコントローラ（110）は、弁制御部（114）を更に備えている。

　　膨張弁（48）は、流量調整弁を構成し、膨張機（30）の流出管（36）と第２四方切換弁（13）との間の配管に設けられている。つまり、膨張弁（48）は出口側配管に設けられている。また、膨張弁（48）は出口圧力センサ（55）よりも下流側に配置されている。

　　本実施形態の停止制御は、圧縮機（20）および膨張機（30）の回転数比率（Ｒｅ／Ｒｃ）が第２比率となるように回転数制御されると共に、膨張弁（48）の開度制御が行われる。具体的には、図９のフローチャートおよび図１０のタイムチャートに示すように行われる。

　　運転停止信号が出力されると、圧縮機制御部（111）は、圧縮機（20）の回転数Ｒｃが所定値Ｒｃ１より高いか否かを判定し（ステップＳＴ１１）、高い場合には圧縮機（20）の回転数Ｒｃを所定値Ｒｃ１まで減少させる（ステップＳＴ１２、図１０のＢ２）。一方、膨張機制御部（112）は、運転停止信号が出力されると、膨張機（30）の回転数Ｒｅが所定値Ｒｅ１より低いか否かを判定し（ステップＳＴ２１）、低い場合には膨張機（30）の回転数Ｒｅを所定値Ｒｅ１まで増加させる（ステップＳＴ２２、図１０のＢ２）。なお、圧縮機（20）の回転数Ｒｃが所定値Ｒｃ１以下の場合、膨張機（30）の回転数Ｒｅが所定値Ｒｅ１以上の場合、圧縮機（20）および膨張機（30）の回転数Ｒｃ,Ｒｅは通常制御時（図１０のＢ１、即ち運転停止信号が出力される直前の回転数Ｒｃ,Ｒｅ）のまま維持される（ステップＳＴ１３、ステップＳＴ２３）。そして、圧縮機（20）の回転数Ｒｃが所定値Ｒｃ１まで減少するとその回転数のまま維持され（図１０のＢ４）、膨張機（30）の回転数Ｒｅが所定値Ｒｅ１まで増加するとその回転数のまま維持される（図１０のＢ３）。この回転数比率Ｒｅ１／Ｒｃ１が第２比率である。また、弁制御部（114）は、運転停止信号が出力されると、膨張弁（48）の開度を所定値まで絞る（ステップＳＴ３１、図１０のＢ２）。つまり、膨張弁（48）は、運転停止信号が出力されると、通常制御時よりも開度が減少される。

　　図１０に示すように、圧縮機（20）の回転数Ｒｃが減少し且つ膨張機（30）の回転数Ｒｅが増加することで、冷媒回路（11）における高圧（高圧圧力センサ（51）の検出値）および膨張機（30）の入口圧力（入口圧力センサ（54）の検出値）はほぼ同じように低下する。一方、膨張弁（48）が絞られることで、冷媒回路（11）における低圧（低圧圧力センサ（52）の検出値）はそれ程増大しないが、膨張機（30）の出口圧力（出口圧力センサ（55）の検出値）は大きく増大する。これにより、膨張機（30）における入口圧力と出口圧力との差圧が大きく低下する。このように、圧縮機（20）の回転数Ｒｃが減少し且つ膨張機（30）の回転数Ｒｅが増加するだけでなく、膨張機（30）の下流側に位置する膨張弁（48）が絞られるため、膨張機（30）の流出側と膨張弁（48）との間では冷媒循環量が大きく増大するが、膨張弁（48）と圧縮機（20）の吸入側との間では冷媒循環量はそれ程増大しない。以上のように、圧縮機（20）および膨張機（30）の回転数制御に加え膨張弁（48）の開度を絞る（減少させる）ことで、膨張機（30）における入口圧力を低下させ且つ出口圧力を大きく増大させることができる。その結果、膨張機（30）における差圧をいち早く低下させることができる。また、膨張弁（48）を絞ることで、冷媒回路（11）における低圧を急激に増大させずに膨張機（30）の差圧を低下させることができるため、冷媒が蒸発器である室内熱交換器（15）または室外熱交換器（14）で蒸発しきれずに圧縮機（20）へ流れるのを抑制することができる。これにより、圧縮機（20）のいわゆる液バックを防止できる。つまり、膨張弁（48）を絞ることなく膨張機（30）の回転数Ｒｅを増大させると、冷媒回路（11）における低圧が急激に増大して蒸発器で冷媒が蒸発しにくくなるが、本実施形態ではそのような状態を抑制することができる。

　　そして、膨張機（30）の入口圧力と出口圧力との差圧が所定値Ｒｅ２（例えば、０．５ＭＰａ）より高いか否かが判定され（ステップＳＴ２４）、所定値Ｒｅ２以下であると、圧縮機制御部（111）および膨張機制御部（112）はそれぞれ圧縮機（20）および膨張機（30）の回転数Ｒｃ,Ｒｅをゼロとする信号を出力する（ステップＳＴ２５、図１０のＢ５）。そうすると、圧縮機（20）は、回転数Ｒｃが徐々に減少して停止する。一方、膨張機（30）においては、入口圧力と出口圧力の差圧が十分に低下しているため、膨張機（30）の回転数Ｒｅをゼロとする信号が出力されても、その差圧によって加速し高速で回転駆動されるおそれはない。したがって、膨張機（30）も、回転数Ｒｅが徐々に減少して停止する。

　　一方、弁制御部（114）は、膨張弁（48）の開度を所定値まで絞った後（ステップＳＴ３１）、膨張機（30）の差圧が所定値Ｒｅ２に低下するまでの間、膨張弁（48）の開度を圧縮機（20）の吸入過熱度ＳＨに応じて制御する。なお、吸入過熱度ＳＨは、吸入温度センサ（53）による吸入冷媒温度から低圧圧力センサ（52）による吸入圧力の相当飽和温度を差し引いた値である。具体的に、弁制御部（114）は、吸入過熱度ＳＨが下限値（例えば、２℃）以下か否かを判定し（ステップＳＴ３２）、下限値以下である場合には膨張弁（48）の開度を更に所定量絞る（ステップＳＴ３３）。これにより、吸入過熱度ＳＨが上昇する。また、弁制御部（114）は、ステップＳＴ３２で吸入過熱度ＳＨが下限値より高いと判定すると、吸入過熱度ＳＨが上限値（例えば、２０℃）以上であるか否かを判定し（ステップＳＴ３４）、上限値以上である場合には膨張弁（48）の開度を所定量開ける（ステップＳＴ３５）。これにより、吸入過熱度ＳＨが低下する。このように、膨張弁（48）は、運転停止信号が出力された際に開度が所定値に絞られた後は、吸入過熱度ＳＨが一定の範囲内となるように開度制御される。こうすることにより、過熱状態のガス冷媒を圧縮機（20）に吸入させることができ、その結果、いわゆる圧縮機（20）における液バックを確実に防止することができる。

　　以上のように、本実施形態の停止制御では、膨張弁（48）の開度を絞ることで、圧縮機（20）の液バックを防止しつつ、膨張機（30）の出口圧力を大きく増大させて膨張機（30）の差圧をいち早く低下させることができる。したがって、圧縮機（20）の損壊を防止しつつ停止制御に要する時間を一層短縮することができる。さらに、吸入過熱度ＳＨが一定範囲内となるように膨張弁（48）の開度を制御するようにしたため、液バックを一層確実に防止することができる。その他の構成、作用および効果は上記実施形態１と同様である。

　　なお、本実施形態では、膨張弁（48）を膨張機（30）の下流側に設けるようにしたが、これに代えて、膨張弁（48）を膨張機（30）の上流側に設けるようにしてもよい。具体的に、膨張弁（48）は膨張機（30）の流入管（35）と第２四方切換弁（13）との間の配管（本発明に係る膨張機（30）の入口側配管）に設けられる。この場合、膨張弁（48）は、運転停止信号が出力されると同様に所定値の開度に絞られる。そうすると、冷媒回路（11）における高圧はそれ程低下しないが、膨張機（30）の入口圧力は大きく低下する。したがって、この場合も、冷媒回路（11）における低圧を急激に増大させずに、膨張機（30）における差圧をいち早く低下させることができる。これにより、液バックを抑制できる。

　　また、本実施形態では、膨張弁（48）の代わりにキャピラリチューブのような減圧機構を設けるようにしてもよい。

　　以上説明したように、本発明は、互いに別体に形成された圧縮機と膨張機を備える冷凍装置について有用である。

10　　　　空調機（冷凍装置）
11　　　　冷媒回路
20　　　　圧縮機
21　　　　圧縮機構
23　　　　電動機
30　　　　膨張機
31　　　　膨張機構
32　　　　出力軸
33　　　　発電機
44　　　　第１バイパス管（バイパス管）
45　　　　第１バイパス弁（開閉弁）
46　　　　第２バイパス管（バイパス管）
47　　　　第２バイパス弁（開閉弁）
48　　　　膨張弁（流量調整弁）
111　　　 圧縮機制御部（機器制御部）
112　　　 膨張機制御部（機器制御部）
113　　　 停止指令部
114　　　 弁制御部

Claims (8)

1. 　　圧縮機（20）と冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機（30）とが接続され、冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）を備えている冷凍装置であって、
   　　所定の条件で運転停止信号を出力する停止指令部（113）と、
   　　上記停止指令部（113）による運転停止信号の出力前の運転時における上記圧縮機（20）に対する上記膨張機（30）の回転数比率を第１比率としたとき、上記停止指令部（113）による運転停止信号が出力されると、上記圧縮機（20）に対する上記膨張機（30）の回転数比率が上記第１比率よりも高い第２比率となるように上記圧縮機（20）および膨張機（30）の少なくとも一方を回転数制御した後停止させる機器制御部（111,112）とを備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
2. 　　請求項１において、
   　　上記機器制御部（111,112）は、上記停止指令部（113）による運転停止信号が出力されると、上記圧縮機（20）の回転数を減少させる一方、上記膨張機（30）の回転数を維持または増加させる回転数制御を行い、その後、上記圧縮機（20）および膨張機（30）を停止させるように構成されている
   ことを特徴とする冷凍装置。
3. 　　請求項１において、
   　　上記機器制御部（111,112）は、上記停止指令部（113）による運転停止信号が出力されると、上記圧縮機（20）の回転数を維持する一方、上記膨張機（30）の回転数を増加させる回転数制御を行い、その後、上記圧縮機（20）および膨張機（30）を停止させるように構成されている
   ことを特徴とする冷凍装置。
4. 　　請求項１乃至３の何れか１項において、
   　　上記機器制御部（111,112）は、上記停止指令部（113）による運転停止信号が出力されると、上記圧縮機（20）および膨張機（30）の少なくとも一方を回転数制御し、その後、上記膨張機（30）における冷媒の入口圧力および出口圧力の差圧が所定値以下になると、上記圧縮機（20）および膨張機（30）を停止させるように構成されている
   ことを特徴とする冷凍装置。
5. 　　請求項１乃至３の何れか１項において、
   　　上記冷媒回路（11）には、上記膨張機（30）の入口側配管または出口側配管に流量調整弁（48）が設けられ、
   　　上記停止指令部（113）による運転停止信号が出力されると、上記流量調整弁（48）の開度を減少させる弁制御部（114）を備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
6. 　　請求項１乃至３の何れか１項において、
   　　上記冷媒回路（11）には、開閉弁（47）を有し、上記膨張機（30）の入口側配管と出口側配管との間に接続されるバイパス管（46）が設けられる一方、
   　　上記停止指令部（113）による運転停止信号が出力されると、上記開閉弁（47）を開く弁制御部（114）を備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
7. 　　請求項１乃至３の何れか１項において、
   　　上記冷媒回路（11）には、開閉弁（45）を有し、上記圧縮機（20）の吐出側配管と吸入側配管との間に接続されるバイパス管（44）が設けられる一方、
   　　上記停止指令部（113）による運転停止信号が出力されると、上記開閉弁（45）を開く弁制御部（114）を備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
8. 　　請求項１乃至３の何れか１項において、
   　　上記圧縮機（20）は、冷媒を圧縮する圧縮機構（21）と、該圧縮機構（21）を駆動するための電動機（23）とを備え、
   　　上記膨張機（30）は、流入した冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機構（31）と、該膨張機構（31）と出力軸（32）によって連結され、上記膨張機構（31）によって発生した動力で駆動される発電機（33）とを備え、
   　　上記発電機（33）は、発電した電力が上記圧縮機（20）の電動機（23）へ供給されるように構成されている
   ことを特徴とする冷凍装置。

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