JP5103952B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機と膨張機を備えた冷凍装置における膨張機への潤滑油の供給方式に関するものである。

従来より、冷媒回路で冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷凍装置が知られており、空調機等の用途に広く利用されている。例えば特許文献１には、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を膨張させる動力回収用の膨張機とを備えた冷凍装置が開示されている。具体的に、特許文献１の図１に記載された冷凍装置では、膨張機が圧縮機と１本の軸で連結され、膨張機で得られた動力が圧縮機の駆動に利用される。また、特許文献１の図６に記載された冷凍装置では、圧縮機には電動機が、膨張機には発電機がそれぞれ連結されている。この冷凍装置は、圧縮機が電動機により駆動されて冷媒を圧縮する一方、発電機が膨張機より駆動されて発電を行っている。

膨張機と圧縮機を１本の軸で連結した流体機械は、例えば特許文献２に開示されている。この特許文献に開示された流体機械では、圧縮機としての圧縮機構と、膨張機としての膨張機構と、両者を連結する軸とが１つのケーシング内に収容されている。また、この流体機械では、軸の内部に給油通路が形成されており、ケーシングの底部に溜まった潤滑油が給油通路を通じて圧縮機構や膨張機構へ供給される。

また、特許文献３には、いわゆる密閉型圧縮機が開示されている。この密閉型圧縮機では、圧縮機構と電動機が１つのケーシング内に収容されている。また、この密閉型圧縮機では、圧縮機構の駆動軸に給油通路が形成されており、ケーシングの底部に溜まった潤滑油が給油通路を通じて圧縮機構へ供給される。
特開２０００−２４１０３３号公報 特開２００５−２９９６３２号公報 特開２００５−００２８３２号公報

上記特許文献１に開示されているような互いに別体の圧縮機と膨張機が冷媒回路に接続された冷凍装置では、特許文献３に開示されているような密閉型圧縮機を用いることができる。その場合、圧縮機では、ケーシング内に溜まった潤滑油を用いて圧縮機構の潤滑が行われる。

ところで、膨張機の膨張機構は、圧縮機の圧縮機構と同様に流体機械で構成される。このため、膨張機構についても、圧縮機構と同様に潤滑油による潤滑が必要となる。しかしながら、従来は、膨張機の膨張機構に対してどの様に潤滑油を供給するかについて、具体的な検討がなされていなかった。

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、別体に形成された圧縮機と膨張機を備える冷凍装置において、圧縮機と膨張機のそれぞれに潤滑油を確実に供給して冷凍装置の信頼性を確保することにある。

第１の発明は、圧縮機（20）と膨張機（30）とが接続された冷媒回路（11）を備え、該冷媒回路（11）で冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷凍装置を対象とする。そして、上記圧縮機（20）は、吸入管（25）が取り付けられた密閉容器状の圧縮機ケーシング（24）と、該圧縮機ケーシング（24）に収容されると共に上記吸入管（25）から吸入した冷媒を圧縮して該圧縮機ケーシング（24）内へ吐出する圧縮機構（21）とを備え、上記圧縮機ケーシング（24）内に貯留された潤滑油を上記圧縮機構（21）へ供給するように構成され、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）を収容する膨張機ケーシング（34）と、上記膨張機ケーシング（34）を貫通し且つ上記膨張機構（31）に接続されて該膨張機構（31）へ冷媒を導入する流入管（35）と、上記膨張機ケーシング（34）を貫通し且つ上記膨張機構（31）に接続されて該膨張機構（31）から冷媒を導出する流出管（36）とを備える一方、上記膨張機ケーシング（34）内に溜まった潤滑油を上記圧縮機（20）の吸入管（25）へ導入するための油戻し配管（42）が設けられ、一端が上記圧縮機ケーシング（24）の底部に接続され、上記膨張機ケーシング（34）を貫通して他端が上記膨張機構（31）に接続され、上記圧縮機ケーシング（24）内に貯留された潤滑油を上記膨張機構（31）へ供給する給油用配管（41）が設けられ、上記膨張機構（31）では、冷媒が膨張する流体室（72）に上記流入管（35）が連通し、潤滑油が流れる油通路（111,112,113）に上記給油用配管（41）が連通しており、上記給油用配管（41）を通じて供給された潤滑油によって上記膨張機構（31）が潤滑されるものである。

第１の発明では、冷媒回路（11）内を冷媒が循環することによって冷凍サイクルが行われる。圧縮機（20）において、圧縮機構（21）は、吸入した冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を圧縮機ケーシング（24）の内部空間へ吐出する。圧縮機ケーシング（24）から導出された高圧冷媒は、空気や水などの対象物へ放熱し、その後に膨張機（30）の膨張機構（31）へ流入して膨張する。膨張機構（31）では、流入した高圧冷媒から動力が回収される。膨張機構（31）で膨張した冷媒は、空気や水などの対象物から吸熱し、その後に圧縮機（20）の圧縮機構（21）へ吸入される。

第１の発明の圧縮機ケーシング（24）では、その内圧が圧縮機構（21）から吐出された直後の冷媒の圧力と等しくなると共に、その内部空間に潤滑油が貯留される。圧縮機ケーシング（24）内に貯留された潤滑油は、圧縮機構（21）へ供給されて圧縮機構（21）の潤滑に利用される。また、圧縮機ケーシング（24）内に貯留された潤滑油は、給油用配管（41）を通じて膨張機構（31）へも供給され、膨張機構（31）の潤滑に利用される。

第１の発明の給油用配管（41）では、その一端に圧縮機ケーシング（24）内の潤滑油が流入し、流入した潤滑油がその他端へ向かって流れる。給油用配管（41）を流れる潤滑油は、給油用配管（41）の他端から膨張機構（31）の油通路（111〜113）へ導入される。

第１の発明では、冷凍装置に油戻し通路（42）が設けられる。膨張機（30）において、給油用配管（41）を通じて膨張機構（31）へ供給された潤滑油は、その一部は膨張機構（31）通過する冷媒と共に膨張機（30）から流出してゆくが、残りは膨張機構（31）から漏れだして膨張機ケーシング（34）内に溜まり込む。この膨張機ケーシング（34）内に溜まった潤滑油は、油戻し通路（42）を通って圧縮機（20）へ送り返される。

第１の発明において、膨張機ケーシング（34）内に溜まった潤滑油は、油戻し通路（42）を通って圧縮機構（21）の吸入管（25）へ流入し、低圧冷媒と共に圧縮機構（21）へ吸入される。圧縮機構（21）へ冷媒と共に吸入された潤滑油は、圧縮された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る。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記給油用配管（41）を流れる潤滑油を上記圧縮機構（21）へ吸入される冷媒と熱交換させて冷却するための冷却用熱交換器（46）を備えるものである。

第２の発明では、冷凍装置に冷却用熱交換器（46）が設けられる。冷却用熱交換器（46）では、給油用配管（41）を流れる潤滑油と、上記圧縮機構（21）へ吸入される冷媒とが互いに熱交換する。圧縮機構（21）へ吸入される冷媒は、給油用配管（41）を流れる潤滑油よりも低温である。このため、冷却用熱交換器（46）では、給油用配管（41）を流れる潤滑油が冷却される。

第３の発明は、上記第１の発明において、上記給油用配管（41）を流れる潤滑油を上記油戻し通路（42）を流れる潤滑油と熱交換させて冷却するための冷却用熱交換器（47）を備えるものである。

第３の発明では、冷凍装置に冷却用熱交換器（47）が設けられる。冷却用熱交換器（47）では、給油用配管（41）を流れる潤滑油と、上記油戻し通路（42）を流れる潤滑油とが互いに熱交換する。油戻し通路（42）を流れる潤滑油は、給油用配管（41）を流れる潤滑油よりも低温である。このため、冷却用熱交換器（47）では、給油用配管（41）を流れる潤滑油が冷却される。

第４の発明は、上記第１の発明において、上記給油用配管（41）を流れる潤滑油を室外空気と熱交換させて冷却するための冷却用熱交換器（48）を備えるものである。

第４の発明では、冷凍装置に冷却用熱交換器（48）が設けられる。冷却用熱交換器（48）では、給油用配管（41）を流れる潤滑油と、室外空気とが互いに熱交換する。室外空気は、給油用配管（41）を流れる潤滑油よりも低温である。このため、冷却用熱交換器（48）では、給油用配管（41）を流れる潤滑油が冷却される。

第５の発明は、上記第１〜第４の何れか１つの発明において、上記冷媒回路（11）には、該冷媒回路（11）の蒸発器と上記膨張機ケーシング（34）の内部空間とを連通させる第１吸入側通路（17）と、該膨張機ケーシング（34）の内部空間と上記圧縮機構（21）の吸入側とを連通させる第２吸入側通路（18）とが設けられており、上記膨張機ケーシング（34）は、上記第１吸入側通路（17）から流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離してガス冷媒を上記第２吸入側通路（18）へ送り込むように構成されるものである。

第５の発明では、冷媒回路（11）に第１吸入側通路（17）と第２吸入側通路（18）とが設けられる。この冷媒回路（11）において、蒸発器から流出した低圧冷媒は、第１吸入側通路（17）を通って膨張機ケーシング（34）の内部空間へ流入する。膨張機ケーシング（34）の内部空間へ流入した冷媒は、第２吸入側通路（18）を通って圧縮機構（21）へ吸入される。つまり、この発明の冷媒回路（11）において、蒸発器から流出した冷媒は、膨張機ケーシング（34）の内部空間を通過してから圧縮機（20）の圧縮機構（21）へ吸入される。

ここで、冷媒回路（11）の蒸発器では、流入した冷媒が完全には蒸発しきらず、一部の冷媒が液冷媒のままで蒸発器から流出してゆく場合がある。このような場合において、蒸発器から流出する液冷媒の量が多いと、液冷媒が圧縮機構（21）へ吸入されて圧縮機構（21）の破損を招くおそれがある。

それに対し、この第５の発明では、第１吸入側通路（17）から膨張機ケーシング（34）の内部空間へ気液二相状態の冷媒が流入したとしても、その冷媒はガス冷媒と液冷媒に分離され、ガス冷媒が第２吸入側通路（18）を通って圧縮機構（21）へ送られる。つまり、この発明の膨張機ケーシング（34）は、いわゆるアキュームレータとして機能する。

第６の発明は、上記第５の発明において、上記膨張機（30）は、上記膨張機ケーシング（34）に収容されて上記膨張機構（31）により駆動される発電機（33）を備える一方、上記膨張機ケーシング（34）の内部空間では、上記発電機（33）の下側の部分に上記第１吸入側通路（17）が連通し、上記発電機（33）の上側の部分に上記第２吸入側通路（18）が連通しているものである。

第６の発明では、膨張機ケーシング（34）内に発電機（33）が収容される。発電機（33）は、膨張機構（31）によって駆動されて発電を行う。この発明において、第１吸入側通路（17）を通って膨張機ケーシング（34）の内部空間へ流入した低圧冷媒は、発電機（33）を下から上に向かって通過してから第２吸入側通路（18）へ流入する。第１吸入側通路（17）から膨張機ケーシング（34）へ流入する冷媒が気液二相状態である場合、ガス冷媒は発電機（33）を通過して第２吸入側通路（18）へ流入する一方、液冷媒は発電機（33）に付着してその後に膨張機ケーシング（34）の底部へ向かって流れ落ちてゆく。

本発明では、内圧が圧縮機構（21）から吐出された直後の冷媒の圧力と等しい圧縮機ケーシング（24）に潤滑油を貯留し、その潤滑油を圧縮機構（21）と膨張機構（31）の両方へ供給している。つまり、本発明では、冷媒回路（11）内において最も高圧となる部分に潤滑油を貯留し、その潤滑油を、圧縮機ケーシング（24）の内圧よりも低圧の部分が存在する圧縮機構（21）や膨張機構（31）へ供給している。このため、潤滑油の供給元がその供給先に比べて高圧となり、圧縮機構（21）や膨張機構（31）に対して確実に潤滑油が供給されることになる。従って、本発明によれば、圧縮機構（21）や膨張機構（31）に対する潤滑油の供給量を確保することができ、圧縮機構（21）や膨張機構（31）の焼き付き等のトラブルを未然に防止して冷凍装置の信頼性を確保することができる。

また、本発明では、膨張機ケーシング（34）内に溜まった潤滑油が油戻し通路（42）を通って圧縮機（20）へと戻される。冷媒回路（11）内に存在する潤滑油の量は一定であるため、膨張機ケーシング（34）内に溜まった潤滑油の量が増えると、その分だけ圧縮機ケーシング（24）における潤滑油の貯留量が減ることになり、圧縮機構（21）や膨張機構（31）へ潤滑油が充分に供給されなくなるおそれがある。それに対し、本発明では、膨張機ケーシング（34）内の潤滑油が油戻し通路（42）を通じて圧縮機構（21）へ送り返される。従って、本発明によれば、圧縮機ケーシング（24）における潤滑油の貯留量を充分に確保することができ、圧縮機構（21）や膨張機構（31）へ潤滑油を一層確実に供給することができる。

また、本発明では、膨張機ケーシング（34）内に溜まった潤滑油が圧縮機構（21）の吸入側へ送られる。圧縮機構（21）の吸入側は、冷媒回路（11）内で最も低圧となる部分である。つまり、本発明では、潤滑油が溜まり込む膨張機ケーシング（34）の内部空間と潤滑油の戻し先との間に確実に圧力差ができる。従って、本発明によれば、膨張機ケーシング（34）内に溜まった潤滑油を確実に圧縮機（20）へ送り返すことができ、圧縮機ケーシング（24）内の潤滑油の貯留量を確保することができる。

ところで、圧縮機ケーシング（24）の内部空間では、潤滑油と圧縮機構（21）から吐出された冷媒とが共存している。このため、圧縮機ケーシング（24）内に貯留された潤滑油の温度は、圧縮機構（21）から吐出された冷媒の温度と同程度となる。圧縮機構（21）から吐出された直後の冷媒は、冷媒回路（11）内を循環する冷媒のうちで最も高温である。このため、圧縮機ケーシング（24）内に貯留された高温の潤滑油をそのまま膨張機構（31）へ供給すると、膨張機構（31）を通過する冷媒が潤滑油によって加熱され、膨張機構（31）から流出する冷媒のエンタルピが増大する。膨張機構（31）から流出する冷媒のエンタルピが増大すると、膨張後の冷媒が空気や水などから吸熱する熱量が減少し、冷凍装置の能力低下を招くおそれがある。

それに対し、上記第２，第３，第４の各発明では、圧縮機ケーシング（24）から流出して給油用配管（41）を流れる潤滑油を、冷却用熱交換器（46,47,48）で冷却してから膨張機構（31）へ供給している。このため、圧縮機ケーシング（24）内に貯留された潤滑油をそのまま膨張機構（31）へ導入する場合に比べ、給油用配管（41）を通じて供給された潤滑油から膨張機構（31）を通過する冷媒へ侵入する熱量を削減することができる。従って、これらの発明によれば、膨張機構（31）から流出する冷媒のエンタルピを低く抑えることができ、冷凍装置の能力低下を抑制することができる。

特に、上記第２の発明では、圧縮機構（21）へ吸入される冷媒（即ち、冷媒回路（11）内を循環する冷媒のうちで最も低温の冷媒）と給油用配管（41）を流れる潤滑油とを熱交換させている。従って、この発明によれば、給油用配管（41）を通じて膨張機構（31）へ導入される潤滑油の温度を確実に低下させることができ、冷凍装置の能力低下を一層確実に抑えることができる。

上記第５の発明において、膨張機ケーシング（34）は、圧縮機（20）へ吸入される冷媒から液冷媒を分離するためのアキュームレータとしても機能する。このため、冷媒回路（11）にアキュームレータを別途設ける必要が無くなり、冷媒回路（11）の構成部品を削減して冷凍装置の構成を簡素ができる。

上記第６の発明では、第１吸入側通路（17）から膨張機ケーシング（34）へ流入した冷媒が発電機（33）を通過した後に第２吸入側通路（18）へ流入する。このため、第１吸入側通路（17）から膨張機ケーシング（34）へ流入した冷媒が気液二相状態となる場合も、第２吸入側通路（18）へ流入する冷媒は、ほぼガス冷媒だけとなる。従って、この発明によれば、液冷媒を吸入することによる圧縮機構（21）の破損を確実に回避することができ、圧縮機（20）の信頼性を確保することができる。

また、この第６の発明では、発電機（33）を冷媒が通過するため、発電機（33）が冷媒によって冷却される。従って、この発明によれば、発電機（33）の温度上昇を抑制することができ、発電機（33）の効率向上を図ることが可能となる。

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。

《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。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。

〈空調機の全体構成〉
図１に示すように、本実施形態の空調機（10）は、冷媒回路（11）を備えている。この冷媒回路（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。冷媒回路（11）には、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ_２）が充填されている。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（46）とが設けられている。

冷媒回路（11）の構成について説明する。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１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、上下方向へ延びる姿勢で配置され、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、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、油溜まり（27）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、上下方向へ延びる姿勢で配置され、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。

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）の底に溜まった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、油供給通路を構成している。圧縮機ケーシング（24）の底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）へ供給される。

冷却用熱交換器（46）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（46）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（46）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。

〈膨張機の構成〉
膨張機（30）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）及びピストン（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及び図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及び第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及び第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）の軸心に対して同じ方向へ偏心している。従って、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３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（102）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（101）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（103）が形成されている。凹溝（103）は、上側油溜め室（101）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（111）が形成され、中間プレート（63）に第２油通路（112）が形成され、フロントヘッド（61）に第３油通路（113）が形成されている。第１油通路（111）は、リアヘッド（62）を厚み方向へ貫通し、凹溝（103）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（112）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（113）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（113）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。

−運転動作−
上記空調機（10）の動作について説明する。

〈冷房運転〉
冷房運転時には、第１四方切換弁（12）及び第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、冷媒回路（11）で冷媒が循環して蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。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）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。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、室外熱交換器（14）へ送られて室外空気へ放熱する。室外熱交換器（14）で放熱した高圧冷媒は、膨張機（30）へ流入する。

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）が回転駆動される。発電機（33）で発生した電力は、圧縮機（20）の電動機（23）へ供給される。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）から送出された冷媒は、室内熱交換器（15）へ送られる。室内熱交換器（15）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。室内熱交換器（15）から出た低圧冷媒は、圧縮機（20）の吸入管（25）へ流入する。

〈暖房運転〉
暖房運転時には、第１四方切換弁（12）及び第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、冷媒回路（11）で冷媒が循環して蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。冷房運転時と同様に、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）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。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、室内熱交換器（15）へ送られる。室内熱交換器（15）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。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。

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）が回転駆動される。発電機（33）で発生した電力は、圧縮機（20）の電動機（23）へ供給される。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）から送出された冷媒は、室外熱交換器（14）へ送られる。室外熱交換器（14）では、流入した冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（14）から出た低圧冷媒は、圧縮機（20）の吸入管（25）へ流入する。

〈圧縮機及び膨張機の潤滑動作〉
圧縮機（20）と膨張機（30）を冷凍機油により潤滑する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。従って、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。このため、圧縮機ケーシング（24）の底に溜まった冷凍機油は、駆動軸（22）内の給油通路（90）を通って圧縮機構（21）へ流入し、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。このため、圧縮機ケーシング（24）の底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（46）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。このため、膨張機ケーシング（34）内の冷凍機油は、油戻し用配管（42）を流れて吸入側配管（16）に流入する。

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。

〈膨張機構の動作〉
膨張機構（31）の動作について、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。

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（101）へ導入される。上側油溜め室（101）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（103）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（102）へ流入する。下側油溜め室（102）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（103）へ流入した冷凍機油は、第１油通路（111）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（112）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（113）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。

−実施形態１の効果−
本実施形態では、内圧が圧縮機構（21）から吐出された直後の冷媒の圧力と等しい圧縮機ケーシング（24）に冷凍機油を貯留し、その冷凍機油を圧縮機構（21）と膨張機構（31）の両方へ供給している。つまり、本実施形態では、冷媒回路（11）内において最も高圧となる部分に冷凍機油を貯留し、その冷凍機油を、圧縮機ケーシング（24）の内圧よりも低圧の部分が存在する圧縮機構（21）や膨張機構（31）へ供給している。このため、冷凍機油の供給元がその供給先に比べて高圧となり、圧縮機構（21）や膨張機構（31）に対して確実に冷凍機油が供給されることになる。従って、本実施形態によれば、圧縮機構（21）や膨張機構（31）に対する冷凍機油の供給量を確保することができ、圧縮機構（21）や膨張機構（31）の焼き付き等のトラブルを未然に防止して空調機（10）の信頼性を確保することができる。

また、本実施形態では、膨張機ケーシング（34）内に溜まった冷凍機油が油戻し用配管（42）を通って圧縮機（20）へと戻される。冷媒回路（11）内に存在する冷凍機油の量は一定であるため、膨張機ケーシング（34）内に溜まった冷凍機油の量が増えると、その分だけ圧縮機ケーシング（24）における冷凍機油の貯留量が減ることになり、圧縮機構（21）や膨張機構（31）へ冷凍機油が充分に供給されなくなるおそれがある。それに対し、この発明では、膨張機ケーシング（34）内の冷凍機油が油戻し用配管（42）を通じて圧縮機構（21）へ送り返される。従って、この本実施形態によれば、圧縮機ケーシング（24）における冷凍機油の貯留量を充分に確保することができ、圧縮機構（21）や膨張機構（31）へ冷凍機油を一層確実に供給することができる。

また、本実施形態では、膨張機ケーシング（34）内に溜まった冷凍機油が吸入側配管（16）へ送られる。圧縮機構（21）の吸入管（25）に接続する吸入側配管（16）は、冷媒回路（11）内で最も低圧となる部分である。つまり、本実施形態では、冷凍機油が溜まり込む膨張機ケーシング（34）の内部空間と冷凍機油の戻し先との間に確実に圧力差ができる。従って、本実施形態によれば、膨張機ケーシング（34）内に溜まった冷凍機油を確実に圧縮機（20）へ送り返すことができ、圧縮機ケーシング（24）内の冷凍機油の貯留量を確保することができる。

ここで、圧縮機ケーシング（24）の内部空間では、冷凍機油と圧縮機構（21）から吐出された冷媒とが共存している。このため、圧縮機ケーシング（24）内に貯留された冷凍機油の温度は、圧縮機構（21）から吐出された冷媒の温度と同程度となる。一方、圧縮機構（21）から吐出された直後の冷媒は、その温度が８０℃〜１００℃程度に達する場合があり、冷媒回路（11）内を循環する冷媒のうちで最も高温である。このため、圧縮機ケーシング（24）内に貯留された高温の冷凍機油をそのまま膨張機構（31）へ供給すると、膨張機構（31）を通過する０℃〜３０℃程度の冷媒が冷凍機油によって加熱され、膨張機構（31）から流出する冷媒のエンタルピが上昇する。膨張機構（31）から流出する冷媒のエンタルピが上昇すると、室内熱交換器（15）や室外熱交換器（14）における冷媒の吸熱量が減少し、空調機（10）の能力低下を招くおそれがある。

それに対し、本実施形態では、圧縮機ケーシング（24）から流出して給油用配管（41）を流れる冷凍機油を、冷却用熱交換器（46）で冷却してから膨張機構（31）へ供給している。このため、圧縮機ケーシング（24）内に貯留された冷凍機油をそのまま膨張機構（31）へ導入する場合に比べ、給油用配管（41）を通じて供給された冷凍機油から膨張機構（31）を通過する冷媒へ侵入する熱量を削減することができる。従って、本実施形態によれば、膨張機構（31）から流出する冷媒のエンタルピを低く抑えることができ、空調機（10）の冷房能力や暖房能力の低下を抑制することができる。

特に、本実施形態では、圧縮機構（21）へ吸入される冷媒（即ち、冷媒回路（11）内を循環する冷媒のうちで最も低温の冷媒）と給油用配管（41）を流れる冷凍機油とを、冷却用熱交換器（46）において互いに熱交換させている。従って、本実施形態によれば、給油用配管（41）を通じて膨張機構（31）へ導入される冷凍機油の温度を確実に低下させることができ、空調機（10）の能力低下を一層確実に抑えることができる。

−実施形態１の変形例１−
本実施形態の空調機（10）では、図５に示すように、給油用配管（41）と吸入側配管（16）に接続する冷却用熱交換器（46）に加えて、給油用配管（41）と油戻し用配管（42）に接続する冷却用熱交換器（47）を設けてもよい。この冷却用熱交換器（47）は、給油用配管（41）を流れる冷凍機油と、油戻し用配管（42）を流れる冷媒とを熱交換させる。

上述したように、膨張機構（31）を通過する冷媒の温度は０℃〜３０℃程度である。このため、この膨張機構（31）から漏れ出て膨張機ケーシング（34）内に溜まる冷凍機油の温度は、膨張機構（31）を通過する冷媒の温度と同程度の比較的低い値となる。冷却用熱交換器（47）では、圧縮機ケーシング（24）から流出して給油用配管（41）を流れる比較的高温の冷凍機油が、膨張機ケーシング（34）から流出して油戻し用配管（42）を流れる比較的低温の冷凍機油と熱交換する。

膨張機構（31）へは、これら２つの冷却用熱交換器（46,47）で順に冷却された冷凍機油が導入される。給油用配管（41）を通じて膨張機構（31）へ導入される冷凍機油の温度を一層低くすることができ、空調機（10）の能力低下を一層確実に抑えることが可能となる。

−実施形態１の変形例２−
本実施形態の空調機（10）では、図６に示すように、給油用配管（41）と吸入側配管（16）に接続する冷却用熱交換器（46）に加えて、給油用配管（41）内の冷凍機油を室外空気と熱交換させる冷却用熱交換器（48）を設けてもよい。給油用配管（41）において、この冷却用熱交換器（48）は、給油用配管（41）と吸入側配管（16）に接続する冷却用熱交換器（46）の上流側に配置される。

上述したように、圧縮機構（21）から吐出された直後の冷媒の温度は８０℃〜１００℃程度に達し、圧縮機ケーシング（24）内に貯留された冷凍機油の温度もそれと同程度となる。一方、室外空気の温度は、夏季でも３０℃〜４０℃程度であるのが通常であり、５０℃を超えることは殆ど無い。つまり、給油用配管（41）を流れる冷凍機油は、室外空気よりも高温となる。このため、冷却用熱交換器（48）では、給油用配管（41）を流れる冷凍機油が室外空気によって冷却される。

膨張機構（31）へは、これら２つの冷却用熱交換器（48,46）で順に冷却された冷凍機油が導入される。このため、給油用配管（41）を通じて膨張機構（31）へ導入される冷凍機油の温度を一層低くすることができ、空調機（10）の能力低下を一層確実に抑えることが可能となる。

《発明の実施形態２》
本発明の実施形態２について説明する。本実施形態は、膨張機ケーシング（34）にアキュームレータとしての機能を持たせたものである。ここでは、本実施形態の空調機（10）について、上記実施形態１と異なる点を説明する。

図７に示すように、本実施形態の冷媒回路（11）では、吸入側配管（16）が第１配管（17）と第２配管（18）とによって構成されている。

第１配管（17）の一端は、第１四方切換弁（12）の第２のポートに接続されている。第１配管（17）の他端は、膨張機ケーシング（34）に接続され、膨張機ケーシング（34）の内部空間における膨張機構（31）と発電機（33）の間に開口している。この第１配管（17）は、室内熱交換器（15）と室外熱交換器（14）のうち蒸発器として動作している方と膨張機ケーシング（34）の内部空間とを連通させる第１吸入側通路を構成している。

第２配管（18）の一端は、膨張機ケーシング（34）に接続され、膨張機ケーシング（34）の内部空間における膨張機構（31）と発電機（33）の間に開口している。第２配管（18）の他端は、圧縮機（20）の吸入管（25）に接続されている。この第２配管（18）は、膨張機ケーシング（34）の内部空間と圧縮機（20）の吸入側とを連通させる第２吸入側通路を構成している。本実施形態において、油戻し用配管（42）は、第２配管（18）における冷却用熱交換器（46）の上流側に接続されている。

ここで、室内熱交換器（15）と室外熱交換器（14）のうち蒸発器として動作している方では、そこへ流入した冷媒が完全には蒸発しきらず、一部の冷媒が液冷媒のままでそこから流出する場合がある。このような場合において、熱交換器（14,15）から流出する液冷媒の量が多いと、液冷媒が圧縮機構（21）へ吸入されて圧縮機構（21）の破損を招くおそれがある。

それに対し、本実施形態では、第１配管（17）から膨張機ケーシング（34）の内部空間へ気液二相状態の冷媒が流入したとしても、その冷媒は膨張機ケーシング（34）内でガス冷媒と液冷媒に分離され、ガス冷媒が第２配管（18）を通って圧縮機構（21）へ送られる。このため、圧縮機構（21）へ吸入される冷媒は、ほぼガス冷媒だけになる。つまり、本実施形態によれば、膨張機ケーシング（34）をアキュームレータとしても機能させ、アキュームレータを別途設けることなく液バックによる圧縮機（20）の損傷を防ぐことができる。

−実施形態２の変形例−
本実施形態では、膨張機ケーシング（34）における第１配管（17）の接続位置を変更してもよい。

図８に示すように、本変形例の第１配管（17）は、膨張機ケーシング（34）の下部に接続され、膨張機ケーシング（34）の内部空間における発電機（33）の下側に開口している。本変形例において、第１配管（17）を通って膨張機ケーシング（34）の内部空間へ流入した冷媒は、発電機（33）におけるロータとステータの隙間などを下から上へ向かって通過し、その後に第２配管（18）へ流入する。

冷媒が発電機（33）を通過する際には、その冷媒中の液冷媒は発電機（33）に付着して下方へ流れ落ちてゆき、主にその冷媒中のガス冷媒が発電機（33）を通過して第２配管（18）へ到達する。従って、本変形例によれば、膨張機ケーシング（34）の内部空間においてガス冷媒と液冷媒を確実に分離することができ、液バックによる圧縮機（20）の損傷を一層確実に防ぐことができる。

また、本変形例では、発電機（33）を冷媒が通過するため、発電機（33）が冷媒によって冷却される。従って、本変形例によれば、発電機（33）の温度上昇を抑制することができ、発電機（33）の効率向上を図ることが可能となる。

《発明の実施形態３》
本発明の実施形態３について説明する。本実施形態の空調機（10）は、上記実施形態１において膨張機（30）の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の膨張機（30）について、上記実施形態１と異なる点を説明する。

図９に示すように、出力軸（32）の上端部には、１つの偏心部（59）が形成されている。この偏心部（59）は、出力軸（32）の主軸部（38）よりも大径に形成されている。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）のうち偏心部（59）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（93）が１つ形成されている。この分岐通路（93）は、偏心部（59）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、フロントヘッド（61）と、シリンダ（51）と、ピストン（55）と、リアヘッド（62）と、上部プレート（65）とが１つずつ設けられている。

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）、シリンダ（51）、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、シリンダ（51）は、その下側端面がフロントヘッド（61）により閉塞され、その上側端面がリアヘッド（62）により閉塞されている。

出力軸（32）は、積層された状態のフロントヘッド（61）、シリンダ（51）、リアヘッド（62）を貫通している。また、出力軸（32）は、その偏心部（59）がシリンダ（51）内に位置している。

図１０にも示すように、シリンダ（51）内にはピストン（55）が設けられている。このピストン（55）は、円環状あるいは円筒状に形成されている。ピストン（55）の内径は偏心部（59）の外径と概ね等しくなっている。そして、ピストン（55）には出力軸（32）の偏心部（59）が貫通している。

ピストン（55）は、その外周面がシリンダ（51）の内周面に、一方の端面がフロントヘッド（61）に、他方の端面がリアヘッド（62）にそれぞれ摺接している。シリンダ（51）内には、その内周面とピストン（55）の外周面との間に流体室（52）が形成される。

ピストン（55）には、ブレード（56）が一体に設けられている。ブレード（56）は、ピストン（55）の半径方向へ延びる板状に形成されており、ピストン（55）の外周面から外側へ突出している。このブレード（56）はシリンダ（51）のブッシュ孔（58）に挿入されている。シリンダ（51）のブッシュ孔（58）は、シリンダ（51）を厚み方向へ貫通すると共に、シリンダ（51）の内周面に開口している。

シリンダ（51）には、一対のブッシュ（57）が設けられている。各ブッシュ（57）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。シリンダ（51）において、一対のブッシュ（57）は、ブッシュ孔（58）に挿入されてブレード（56）を挟み込んだ状態となる。ブッシュ（57）は、その内側面がブレード（56）と摺接し、その外側面がシリンダ（51）と摺動する。そして、ピストン（55）と一体のブレード（56）は、ブッシュ（57）を介してシリンダ（51）に支持され、シリンダ（51）に対して回動自在で且つ進退自在となっている。

シリンダ（51）内の流体室（52）は、ピストン（55）と一体のブレード（56）によって仕切られており、図１０におけるブレード（56）の左側が高圧側の高圧室（53）となり、その右側が低圧側の低圧室（54）となっている。フロントヘッド（61）には流入ポート（67）が形成されている。流入ポート（67）は、フロントヘッド（61）の上面のうち高圧室（53）に臨む部分に開口している。また、流入ポート（67）の開口位置は、シリンダ（51）の内周面の近傍で且つ図１０におけるブレード（56）の左側近傍に設定されている。シリンダ（51）には流出ポート（68）が形成されている。流出ポート（68）は、シリンダ（51）の内周面のうち、図１０におけるブッシュ（57）のやや右側の箇所に開口している。この流出ポート（68）は、低圧室（54）と連通可能となっている。

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）の主軸部（38）が挿通されている。フロントヘッド（61）は、出力軸（32）における偏心部（59）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）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（102）を構成している。フロントヘッド（61）の全体形状や、フロントヘッド（61）に下側油溜め室（102）が形成される点は、上記実施形態１と同様である。

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）における偏心部（59）の上側の部分を支持する滑り軸受を構成している。また、リアヘッド（62）の上面の中央部には、円形の凹陥部が貫通孔と同軸上に形成されている。この凹陥部は、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（101）を構成している。更に、リアヘッド（62）の上面には、凹溝（103）が形成されている。凹溝（103）は、上側油溜め室（101）の周縁からリアヘッド（62）の外周方向へ延びている。

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）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上側油溜め室（101）に開口している。

膨張機構（31）では、リアヘッド（62）に第１油通路（121）が形成され、フロントヘッド（61）に第２油通路（122）が形成されている。第１油通路（121）は、リアヘッド（62）を厚み方向へ貫通し、凹溝（103）の終端をシリンダ（51）のブッシュ孔（58）と連通させている。フロントヘッド（61）において、第２油通路（122）の一端は、フロントヘッド（61）の上面のうちシリンダ（51）のブッシュ孔（58）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２油通路（122）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。

−運転動作−
空調機（10）の冷房運転及び暖房運転や、圧縮機構（21）及び膨張機構（31）へ冷凍機油を供給する動作は、上記実施形態１の場合と同様である。ここでは、本実施形態の膨張機構（31）が冷媒から動力を回収する動作について、図１０を参照しながら説明する。

出力軸（32）が同図(ａ)の状態（回転角が０°の状態）から同図の反時計方向へ僅かに回転すると、流入ポート（67）が高圧室（53）と連通し、流入ポート（67）から高圧室（53）へ高圧冷媒が流入する。この時、低圧室（54）は流出ポート（68）と連通しており、低圧室（54）の圧力は冷凍サイクルの低圧と概ね等しくなっている。このため、ピストン（55）は高圧室（53）へ流入した冷媒によって押し動かされ、出力軸（32）が同図の反時計方向へ回転を続ける。

そして、同図(ｂ)〜(ｄ)に順次示すように、高圧室（53）の容積はピストン（55）が移動するのにつれて拡大する一方、低圧室（54）の容積はピストン（55）が移動するのにつれて縮小してゆく。その後、ピストン（55）は同図(ａ)の状態に戻るが、慣性力によって回転し続け、再び高圧室（53）に流入ポート（67）が連通すると同時に低圧室（54）に流出ポート（68）が連通する状態となり、出力軸（32）が継続的に回転駆動される。

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（101）へ導入される。上側油溜め室（101）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（103）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、その一部が分岐通路（93）を通じて偏心部（59）とピストン（55）の摺動面に供給され、残りが下側油溜め室（102）へ流入する。下側油溜め室（102）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（103）へ流入した冷凍機油は、第１油通路（121）を通ってシリンダ（51）のブッシュ孔（58）へ流入する。このブッシュ孔（58）へ流入した冷凍機油は、その一部が、シリンダ（51）とブッシュ（57）の摺動部分や、ブレード（56）とブッシュ（57）の摺動部分へ供給される。ブッシュ孔（58）へ流入した冷凍機油の残りは、第２油通路（122）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。

−実施形態３の変形例−
本実施形態では、膨張機構（31）のフロントヘッド（61）に給油用配管（41）が接続されていてもよい。

図１１に示すように、本変形例の膨張機構（31）では、フロントヘッド（61）に対してその径方向の外側から給油用配管（41）が接続されている。この給油用配管（41）は、フロントヘッド（61）の第２油通路（122）に連通している。本変形例のフロントヘッド（61）では、出力軸（32）の主軸部（38）が挿通される貫通孔の上端部に円周溝が形成され、この円周溝が下側油溜め室（102）を構成する。また、このフロントヘッド（61）では、第２油通路（122）が下側油溜め室（102）に連通している。

本変形例の出力軸（32）において、給油通路（90）の下端は、出力軸（32）の外周面のうち偏心部（59）の下側近傍に開口し、下側油溜め室（102）に連通している。また、この出力軸（32）には、偏心部（59）の外周面に開口する分岐通路（93）の他に、もう１つの分岐通路（94）が形成されている。この分岐通路（94）は、出力軸（32）の外周面のうち偏心部（59）の上側近傍に開口している。

本変形例の膨張機構（31）では、給油用配管（41）を通じて供給された冷凍機油が第２油通路（122）へ導入される。第２油通路（122）へ流入した冷凍機油は、下側油溜め室（102）と、シリンダ（51）のブッシュ孔（58）とに分配される。

下側油溜め室（102）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）とフロントヘッド（61）の摺動部分とに分配される。出力軸（32）の給油通路（90）へ流入した冷凍機油は、その一部が分岐通路（93）を通って偏心部（59）とピストン（55）の摺動部分に供給され、残りの一部が分岐通路（94）を通って出力軸（32）とリアヘッド（62）の摺動部分に供給され、更にその残りが上側油溜め室（101）へ流入する。

シリンダ（51）のブッシュ孔（58）へ流入した冷凍機油は、その一部が、シリンダ（51）とブッシュ（57）の摺動部分や、ブレード（56）とブッシュ（57）の摺動部分へ供給される。ブッシュ孔（58）へ流入した冷凍機油の残りは、第１油通路（121）を通って上側油溜め室（101）へ流入する。

《その他の実施形態》
上記の各実施形態では、膨張機構（31）がいわゆるローリングピストン型のロータリ式流体機械で構成されていてもよい。この場合、膨張機構（31）では、ブレード（56,76,86）がピストン（55,75,85）と別体に形成される。そして、ブレード（56,76,86）は、シリンダ（51,71,81）に対して進退自在に支持され、その先端がピストン（55,75,85）の外周面に押し付けられる。

また、上記の各実施形態では、膨張機構（31）がスクロール型の流体機械で構成されていてもよい。この場合、膨張機構（31）では、固定スクロールと可動スクロールによって形成された膨張室内で冷媒が膨張し、可動スクロールに係合する出力軸が回転駆動される。

また、上記の各実施形態では冷凍装置によって空調機を構成しているが、冷凍装置によって給湯機を構成し、圧縮機（20）から吐出された冷媒によって水を加熱して温水を生成するようにしてもよい。

また、上記実施形態１の変形例１では、給油用配管（41）の冷凍機油を吸入側配管（16）の冷媒と熱交換させる冷却用熱交換器（46）を省略し、給油用配管（41）の冷凍機油を油戻し用配管（42）の冷凍機油と熱交換させる冷却用熱交換器（47）だけを空調機（10）に設けてもよい。

また、上記実施形態１の変形例２では、給油用配管（41）の冷凍機油を吸入側配管（16）の冷媒と熱交換させる冷却用熱交換器（46）を省略し、給油用配管（41）の冷凍機油を室外空気と熱交換させる冷却用熱交換器（48）だけを空調機（10）に設けてもよい。

なお、以上の実施形態は、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。

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。

実施形態１における空調機の構成を示す冷媒回路図である。 実施形態１における膨張機の要部を示す概略の縦断面図である。 実施形態１における膨張機構の要部拡大図である。 実施形態１の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概略の横断面図である。 実施形態１の変形例１における空調機の構成を示す冷媒回路図である。 実施形態１の変形例２における空調機の構成を示す冷媒回路図である。 実施形態２における空調機の構成を示す冷媒回路図である。 実施形態２の変形例における空調機の構成を示す冷媒回路図である。 実施形態３における膨張機の要部を示す概略の縦断面図である。 実施形態３の膨張機構の状態を出力軸の回転角９０°毎に示した概略の横断面図である。 実施形態３の変形例における膨張機の要部を示す概略の縦断面図である。

10 空調機（冷凍装置）
11 冷媒回路
17 第１配管（第１吸入側通路）
18 第２配管（第２吸入側通路）
20 圧縮機
21 圧縮機構
24 圧縮機ケーシング
30 膨張機
31 膨張機構
33 発電機
34 膨張機ケーシング
41 給油用配管（油供給通路）
42 油戻し用配管（油戻し通路）
46 冷却用熱交換器
47 冷却用熱交換器
48 冷却用熱交換器

Claims (6)

1. 圧縮機（20）と膨張機（30）とが接続された冷媒回路（11）を備え、該冷媒回路（11）で冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、
   上記圧縮機（20）は、吸入管（25）が取り付けられた密閉容器状の圧縮機ケーシング（24）と、該圧縮機ケーシング（24）に収容されると共に上記吸入管（25）から吸入した冷媒を圧縮して該圧縮機ケーシング（24）内へ吐出する圧縮機構（21）とを備え、上記圧縮機ケーシング（24）内に貯留された潤滑油を上記圧縮機構（21）へ供給するように構成され、
   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）を収容する膨張機ケーシング（34）と、
   上記膨張機ケーシング（34）を貫通し且つ上記膨張機構（31）に接続されて該膨張機構（31）へ冷媒を導入する流入管（35）と、
   上記膨張機ケーシング（34）を貫通し且つ上記膨張機構（31）に接続されて該膨張機構（31）から冷媒を導出する流出管（36）とを備える一方、
   上記膨張機ケーシング（34）内に溜まった潤滑油を上記圧縮機（20）の吸入管（25）へ導入するための油戻し配管（42）が設けられ、
   一端が上記圧縮機ケーシング（24）の底部に接続され、上記膨張機ケーシング（34）を貫通して他端が上記膨張機構（31）に接続され、上記圧縮機ケーシング（24）内に貯留された潤滑油を上記膨張機構（31）へ供給する給油用配管（41）が設けられ、
   上記膨張機構（31）では、冷媒が膨張する流体室（72）に上記流入管（35）が連通し、潤滑油が流れる油通路（111,112,113）に上記給油用配管（41）が連通しており、
   上記給油用配管（41）を通じて供給された潤滑油によって上記膨張機構（31）が潤滑される
   ことを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１において、
   上記給油用配管（41）を流れる潤滑油を上記圧縮機構（21）へ吸入される冷媒と熱交換させて冷却するための冷却用熱交換器（46）を備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項１において、
   上記給油用配管（41）を流れる潤滑油を上記油戻し配管（42）を流れる潤滑油と熱交換させて冷却するための冷却用熱交換器（47）を備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
4. 請求項１において、
   上記給油用配管（41）を流れる潤滑油を室外空気と熱交換させて冷却するための冷却用熱交換器（48）を備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１つにおいて、
   上記冷媒回路（11）には、該冷媒回路（11）の蒸発器と上記膨張機ケーシング（34）の内部空間とを連通させる第１吸入側通路（17）と、該膨張機ケーシング（34）の内部空間と上記圧縮機構（21）の吸入側とを連通させる第２吸入側通路（18）とが設けられており、
   上記膨張機ケーシング（34）は、上記第１吸入側通路（17）から流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離してガス冷媒を上記第２吸入側通路（18）へ送り込むように構成されている
   ことを特徴とする冷凍装置。
6. 請求項５において、
   上記膨張機（30）は、上記膨張機ケーシング（34）に収容されて上記膨張機構（31）により駆動される発電機（33）を備える一方、
   上記膨張機ケーシング（34）の内部空間では、上記発電機（33）の下側の部分に上記第１吸入側通路（17）が連通し、上記発電機（33）の上側の部分に上記第２吸入側通路（18）が連通している
   ことを特徴とする冷凍装置。

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