多段ロータリ膨張機およびそれを用いた冷凍サイクル装置
【課題】第２ベーンに適切な差圧力が作用するように改善された２段ロータリ膨張機を提供する。
【解決手段】２段ロータリ膨張機２００は、第１シリンダ２０５と、第１ピストン２０４と、第２シリンダ２１０と、第２ピストン２０９と、第１ピストン２０４および第２ピストン２０９が取り付けられたシャフト２０３と、第１シリンダ２０５と第１ピストン２０４との間の空間を第１吸入空間と第１吐出空間とに仕切るための第１ベーン２０６と、第２シリンダ２１０と第２ピストン２０９との間の空間を第２吸入空間と第２吐出空間とに仕切るための第２ベーン２１１と、第１シリンダ２０５と第２シリンダ２１０とを隔てている中板２０８とを備えている。第２ベーン２１１と第２ピストン２０９との接点Ｅ４の平均位置が、第２ベーン２１１の幅方向ＷＤに関する中心線Ｌ４よりも第２吐出空間側にオフセットしている。
【解決手段】２段ロータリ膨張機２００は、第１シリンダ２０５と、第１ピストン２０４と、第２シリンダ２１０と、第２ピストン２０９と、第１ピストン２０４および第２ピストン２０９が取り付けられたシャフト２０３と、第１シリンダ２０５と第１ピストン２０４との間の空間を第１吸入空間と第１吐出空間とに仕切るための第１ベーン２０６と、第２シリンダ２１０と第２ピストン２０９との間の空間を第２吸入空間と第２吐出空間とに仕切るための第２ベーン２１１と、第１シリンダ２０５と第２シリンダ２１０とを隔てている中板２０８とを備えている。第２ベーン２１１と第２ピストン２０９との接点Ｅ４の平均位置が、第２ベーン２１１の幅方向ＷＤに関する中心線Ｌ４よりも第２吐出空間側にオフセットしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段ロータリ膨張機およびそれを用いた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒の膨張エネルギーを膨張機で回収し、その回収したエネルギーを圧縮機の仕事の一部として利用する冷凍サイクル装置が提案されている（特許文献１参照）。冷媒の膨張エネルギーを回収するための膨張機として、図１４に示す２段ロータリ膨張機が知られている。
【０００３】
図１４は、従来の２段ロータリ膨張機を示す縦断面図である。図１５Ａは、図１４に示す２段ロータリ膨張機のＸ１−Ｘ１線における横断面図である。図１５Ｂは、図１４に示す２段ロータリ膨張機のＸ２−Ｘ２線における横断面図である。
【０００４】
２段ロータリ膨張機１００は、密閉容器１０２と、密閉容器１０２内の上部に配置された発電機１０１と、密閉容器１０２内の下部に配置された膨張機構１３０とを備えている。密閉容器１０２の下部には、膨張機構１３０の周囲が潤滑油で満たされるように、油貯まり１０２ｂが形成されている。発電機１０１は、ステータ１０１ａとロータ１０１ｂとによって構成されている。
【０００５】
膨張機構１３０は、第１シリンダ１０５、第１シリンダ１０５内に配置された第１ピストン１０４、第１シリンダ１０５に対して同心状に配置された第２シリンダ１１０、第２シリンダ１１０内に配置された第２ピストン１０９、第１ピストン１０４が嵌め合わされた偏心部１０３ａと第２ピストン１０９が嵌め合わされた偏心部１０３ｂとを有するシャフト１０３、および、第１シリンダ１０５と第２シリンダ１１０とを隔てている中板１０８を備えている。さらに、第１シリンダ１０５の上部に上軸受１１３が設けられ、第２シリンダ１１０の下部に下軸受１１４が設けられている。
【０００６】
図１５Ａに示すように、第１シリンダ１０５に形成された第１ベーン溝１０５ａには、第１シリンダ１０５と第１ピストン１０４との間の空間を作動室１２４ａと作動室１２４ｂとに仕切るための第１ベーン１０６が摺動可能に配置されている。図１５Ｂに示すように、第２シリンダ１１０に形成された第２ベーン溝１１０ａには、第２シリンダ１１０と第２ピストン１０９との間の空間を作動室１２９ａと作動室１２９ｂとに仕切るための第２ベーン１１１が摺動可能に配置されている。ベーン１０６，１１１は、後述する差圧力により、それぞれ、ピストン１０４，１０９に接している。なお、起動時にはベーンに差圧力が作用しないので、ベーン１０６，１１１の後方に、それぞれ、補助ばね１０７，１１２を設けている。
【０００７】
上軸受１１３に形成された吸入ポート１０５ｂは、作動室１２４ａに連通している。作動室１２４ｂと作動室１２９ａとは、中板１０８を斜めに貫通するように設けられた貫通孔１０８ａによって連通しており、１つの空間（膨張室）を形成している。第２シリンダ１１０に形成された吐出ポート１１０ｂは、作動室１２９ｂに連通している。密閉容器１０２の上部には吸入管１１６が接続されている。吐出ポート１１０ｂには吐出管１１７が接続されている。
【０００８】
高圧の作動流体は、吸入管１１６、密閉容器１０２の内部空間および吸入ポート１０５ｂを通じて第１シリンダ１０５の作動室１２４ａに吸入される。シャフト１０３の回転に伴って作動室１２４ａの容積が拡大する。シャフト１０３がさらに回転すると、作動室１２４ａが作動室１２４ｂへと移行する。これにより、吸入行程が終了する。高圧の作動流体は、作動室１２４ｂおよび作動室１２９ａの合計容積が増加する方向、すなわち、作動室１２４ｂの容積が減少し、作動室１２９ａの容積が増加する方向へとシャフト１０３を回転させ、発電機１０１を駆動する。作動室１２９ａの容積増加が作動室１２４ｂの容積減少よりも大きいので、作動流体が膨張できる。シャフト１０３の回転に伴って作動室１２４ｂが消滅するとともに、作動室１２９ａは作動室１２９ｂへと移行する。これにより、膨張行程が終了する。低圧となった作動流体は、吐出ポート１１０ｂから吐出管１１７へと吐出される。
【０００９】
図１６は、図１４の２段ロータリ膨張機をＣＯ2冷凍サイクルに適用した場合における、シャフトの回転角と作動室の圧力との関係を示すグラフである。シャフト１０３の回転角に関して、ベーン１０６，１１１がベーン溝１０５ａ，１１０ａに最も押し込まれた瞬間を基準角度（＝０°）とする（以下、同様とする）。
【００１０】
２段ロータリ膨張機１００は、作動流体（ＣＯ2）を吸入圧力Ｐｓで吸入し、吐出圧力Ｐｄで吐出する。作動室１２４ａでは吸入行程が行われるので、作動室１２４ａの内圧は吸入圧力Ｐｓで一定である。作動室１２４ｂと作動室１２９ａでは膨張行程が行われ、作動流体は吸入圧力Ｐｓから吐出圧力Ｐｄへと減圧する。その際、初期の単相膨張では圧力が急激に下がり、その後、相変化を伴う膨張では圧力の変化が緩やかになる。作動室１２９ｂでは吐出行程が行われるので、作動室１２９ｂの内圧は吐出圧力Ｐｄで一定である。
【００１１】
図１７Ａは、図１５Ａの部分拡大図である。点Ａ１および点Ｂ１は、第１ベーン１０６の先端面と側面との境界を表している。点Ｅ１は、第１ベーン１０６と第１ピストン１０４との接点を表している。第１ベーン１０６の先端面のＡ１−Ｅ１部分に作用する圧力は、作動室１２４ａの圧力である。同じくＢ１−Ｅ１部分に作用する圧力は、作動室１２４ｂの圧力である。密閉容器１０２の内部空間が吸入圧力Ｐｓを有する作動流体で満たされることから、第１ベーン１０６の背面１０６ｃに作用する圧力は、密閉容器１０２の内圧である吸入圧力Ｐｓに略等しい。したがって、これらの圧力のベクトル和が第１ベーン１０６に作用する差圧力となる。
【００１２】
図１７Ｂは、図１５Ｂの部分拡大図である。点Ａ２および点Ｂ２は、第２ベーン１１１の先端面と側面との境界を表している。点Ｅ２は、第２ベーン１１１と第２ピストン１０９との接点を表している。第２ベーン１１１の先端面のＡ２−Ｅ２部分に作用する圧力は、作動室１２９ａの圧力である。同じくＢ２−Ｅ２部分に作用する圧力は、作動室１２９ｂの圧力である。第２ベーン１１１の背面１１１ｃに作用する圧力は、密閉容器１０２の内圧である吸入圧力Ｐｓである。これらの圧力のベクトル和が第２ベーン１１１に作用する差圧力となる。
【００１３】
図１８Ａは、シャフトの回転角、第１ベーンに作用する差圧力および第１ベーンの位置の関係を示すグラフである。なお、差圧力に関して、第１ベーン１０６がシャフト１０３の回転軸に接近する方向を正としている。第１ベーン１０６の先端面のＡ１−Ｅ１部分に作用する圧力は常に吸入圧力Ｐｓであるから、Ａ１−Ｅ１部分と背面１０６ｃとの間には差圧力が作用しない。他方、Ｂ１−Ｅ１部分と背面１０６ｃとの間には、作動室１２４ｂ（膨張室）の圧力の変化に対応した差圧力が作用する。
【００１４】
図１８Ｂは、シャフトの回転角、第２ベーンに作用する差圧力および第２ベーンの位置の関係を示すグラフである。先端面のＢ２−Ｅ２部分と背面１１１ｃとの間には、一定の差圧力Ｆ２が作用する。他方、Ａ２−Ｅ２部分と背面１１１ｃとの間には、作動室１２９ａ（膨張室）の圧力の変化に対応した差圧力が作用する。第２ベーン１１１に作用する差圧力は、これらの和となる。背面１０６ｃに作用する圧力も密閉容器１０２の内圧である吸入圧力Ｐｓである。
【特許文献１】特開２００５−１０６０４６号公報
【特許文献２】特開２００７−７７９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
図１８Ａと図１８Ｂとの比較から明らかなように、第２ベーン１１１に作用する差圧力（図１８Ｂ）は、第１ベーン１０６に作用する差圧力（図１８Ａ）に比べて相当大きい。言い換えれば、第２ベーン１１１を第２ピストン１０９に向けて押し付ける力は、第１ベーン１０６を第１ピストン１０４に向けて押し付ける力に比べて大きい。第２ベーン１１１に過大な押し付け力が作用すると、第２ベーン１１１と第２ピストン１０９との間の摺動損失が大きくなることはもとより、第２ピストン１０９が第２ベーン１１１に強く押されることに基づいてシャフト１０３が傾くおそれがある。シャフト１０３が傾いた状態で回転すると、シャフト１０３を支える軸受１１３，１１４での摺動損失が増大するだけでなく、第１シリンダ１０５側にもその影響が及び、ひいては２段ロータリ膨張機１００の信頼性や効率の低下を招来する。
【００１６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、第２ベーンに適切な差圧力が作用するように改善された２段ロータリ膨張機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
すなわち、本発明は、
第１シリンダと、
前記第１シリンダ内に回転可能に配置された第１ピストンと、
前記第１シリンダに対して同心状に配置された第２シリンダと、
前記第２シリンダ内に回転可能に配置された第２ピストンと、
前記第１ピストンおよび前記第２ピストンが取り付けられたシャフトと、
前記第１シリンダに形成された第１ベーン溝に摺動可能に設けられ、前記第１シリンダと前記第１ピストンとの間の空間を第１吸入空間と第１吐出空間とに仕切るための第１ベーンと、
前記第２シリンダに形成された第２ベーン溝に摺動可能に設けられ、前記第２シリンダと前記第２ピストンとの間の空間を第２吸入空間と第２吐出空間とに仕切るための第２ベーンと、
前記第１吐出空間と前記第２吸入空間とを連通することによって１つの膨張室を形成するための貫通孔を有するとともに、前記第１シリンダと前記第２シリンダとを隔てている中板と、を備え、
前記第２ベーンと前記第２ピストンとの接点の平均位置が、前記第２ベーンの幅方向に関する中心線よりも前記第２吐出空間側にオフセットしている、多段ロータリ膨張機を提供する。
【００１８】
上記本発明によれば、第２ベーンの先端面のうち第２吸入空間に面する部分の占める割合が、同じく第２吐出空間に面する部分の占める割合よりも大となる。つまり、第２吐出空間（吐出側の作動室）の圧力が作用する部分の面積よりも、第２吸入空間（膨張室）の圧力が作用する部分の面積が大きくなる。そのため、従来の２段ロータリ膨張機（図１４）と比較して、第２ベーンの先端面に作用する圧力と第２ベーンの背面に作用する圧力との差が低減する。すなわち、第２ベーンに作用する差圧力が低減する。
【００１９】
別の側面において、本発明は、前記第２ベーンの幅が前記第１ベーンの幅よりも狭い、多段ロータリ膨張機を提供する。
【００２０】
幅の狭いベーンに作用する差圧力は、幅の広いベーンに作用する差圧力よりも小さい。したがって、幅の狭いベーンを第２ベーンとして用いることによって、第２ベーンに作用する差圧力を従来のものと比較して低減できる。
【００２１】
さらに別の側面において、本発明は、（ａ）前記第２ベーン溝から前記第２ベーンが押し出される方向に進むにつれて前記第２ベーン溝の幅が次第に狭くなっている、または、（ｂ）前記第２ベーン溝から前記第２ベーンが押し出される方向に対して傾斜した面を前記第２ベーンおよび前記第２ベーン溝の各々が有し、それら傾斜面が互いに向かい合っているとともに前記第２ベーン溝から前記第２ベーンが押し出されることに応じて互いの距離が縮小する、多段ロータリ膨張機を提供する。
【００２２】
シリンダに形成されたベーン溝は、通常、潤滑油でシールされている。そうしないと、ベーンとベーン溝との隙間から作動流体が外部に漏れ、効率が悪くなるからである。上記本発明によれば、第２ベーン溝から押し出される方向に第２ベーンが進むにつれて、第２ベーンの所定部分と第２ベーン溝の壁面との距離が縮小する。そのため、ベーン溝が真っ直ぐ形成されている従来例と比較して、第２ベーン溝から第２ベーンが押し出される際に第２ベーンが潤滑油から受ける抵抗が大きくなる。この結果、第２ベーンに作用する差圧力が低減する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、第２ベーンが過大な力で第２ピストンに向けて押されるのを回避できるので、第２ベーンと第２ピストンとの間の摺動損失を低減できるとともに、シャフトが傾いて回転するのを防ぐことができる。これにより、多段ロータリ膨張機の信頼性および効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる２段ロータリ膨張機の縦断面図である。図２Ａは、図１の２段ロータリ膨張機のＸ３−Ｘ３線における拡大横断面図である。図２Ｂは、図１の２段ロータリ膨張機のＸ４−Ｘ４線における拡大横断面図である。
【００２６】
図１に示すように、２段ロータリ膨張機２００は、密閉容器２０２と、密閉容器２０２内の上部に配置された発電機２０１と、密閉容器２０２内の下部に配置された膨張機構２３０とを備えている。密閉容器２０２の下部には、膨張機構２３０の周囲が潤滑油で満たされるように、油貯まり２０２ｂが形成されている。密閉容器２０２の上部には、均圧管２１５が設けられている。密閉容器２０２の内部は、均圧管２１５を通じて導入される圧縮冷媒（圧縮機で圧縮された後かつ放熱器で放熱する前の冷媒）で満たされるため、高圧に保たれる（いわゆる高圧シェル）。
【００２７】
膨張機構２３０は、第１シリンダ２０５、第１シリンダ２０５内に配置された第１ピストン２０４、第１シリンダ２０５に対して同心状に配置された第２シリンダ２１０、第２シリンダ２１０内に配置された第２ピストン２０９、第１ピストン２０４および第２ピストン２０９が取り付けられたシャフト２０３、および、第１シリンダ２０５と第２シリンダ２１０とを隔てている中板２０８を備えている。さらに、第１シリンダ２０５の下部に下軸受２１４（第１軸受）が設けられ、第２シリンダ２１０の上部に上軸受２１３が設けられている。
【００２８】
図２Ａに示すように、第１シリンダ２０５に形成された第１ベーン溝２０５ａには、第１シリンダ２０５の内周面と第１ピストン２０４の外周面との間の空間を作動室２２４ａ（第１吸入空間）と作動室２２４ｂ（第１吐出空間）とに仕切るための第１ベーン２０６が摺動可能に配置されている。図２Ｂに示すように、第２シリンダ２１０に形成された第２ベーン溝２１０ａには、第２シリンダ２１０の内周面と第２ピストン２０９の外周面との間の空間を作動室２２９ａ（第２吸入空間）と作動室２２９ｂ（第２吐出空間）とに仕切るための第２ベーン２１１が摺動可能に配置されている。第１ベーン２０６の後方に第１ばね２０７が設けられ、第２ベーン２１１の後方に第２ばね２１２が設けられている。
【００２９】
図１に示すように、シャフト２０３は、第１シリンダ２０５と第２シリンダ２１０を貫通し、上軸受２１３および下軸受２１４によって回転可能に支持されている。シャフト２０３には、第１偏心部２０３ａと第２偏心部２０３ｂとが設けられている。第１ピストン２０４が第１偏心部２０３ａに嵌合し、第２ピストン２０９が第２偏心部２０３ｂに嵌合している。図２Ａおよび図２Ｂでは、シャフト２０３の回転軸Ｏに対する第１偏心部２０３ａの偏心方向と第２偏心部２０３ｂの偏心方向とが一致しているが、相違していてもよい。
【００３０】
第１シリンダ２０５、第１ピストン２０４、第２シリンダ２１０および第２ピストン２０９の寸法（高さや径）は、適切な膨張比を確保する目的で、作動室２２９ａおよび作動室２２９ｂ（図２Ｂ）の合計容積が、作動室２２４ａおよび作動室２２４ｂ（図２Ａ）の合計容積よりも大きくなるように設定されている。
【００３１】
第１シリンダ２０５には、膨張させるべき作動流体を作動室２２４ａに導くための吸入ポート２０５ｂが形成されている。第２シリンダ２１０には、膨張した作動流体を作動室２２９ｂから外部に導くための吐出ポート２１０ｂが形成されている。作動室２２４ｂと作動室２２９ａとは、中板２０８を斜めに貫通するように設けられた貫通孔２０８ａによって連通しており、１つの空間（膨張室）を形成している。吸入ポート２０５ｂには吸入管２１６が接続され、吐出ポート２１０ｂには吐出管２１７が接続されている。なお、吸入ポート２０５ｂは下軸受２１４に形成されていてもよく、吐出ポート２１０ｂは上軸受２１３に形成されていてもよい。
【００３２】
膨張機構２３０の基本動作は、図１４を参照して説明した従来の２段ロータリ膨張機のものと同じであるから、ここではその説明を省略する。
【００３３】
発電機２０１は、密閉容器２０２に固定されたステータ２０１ａと、シャフト２０３に固定されたロータ２０１ｂを有する。膨張機構２３０で作動流体が膨張するのに伴ってシャフト２０３およびロータ２０１ｂが回転する。これにより、ステータ２０１ａの巻き線に起電力が発生し、電力が得られる。
【００３４】
図２Ｂに示すように、第２ベーン２１１の幅方向ＷＤに関する中心線Ｌ４は、その中心線Ｌ４に平行かつシャフト２０３の回転軸Ｏを含む基準平面Ｈ１からオフセットしている。第２ベーン２１１の中心線Ｌ４が基準平面Ｈ１上にない。基準平面Ｈ１から見て、第２ベーン２１１の中心線Ｌ４は、作動室２２９ａに開口している貫通孔２０８ａのある側にオフセットしている。つまり、第２ベーン２１１の中心線Ｌ４が基準平面Ｈ１からオフセットするように、第２シリンダ２１０に第２ベーン溝２１０ａが形成されている。
【００３５】
なお、幅方向ＷＤとは、第２ベーン２１１の摺動方向（長手方向）およびシャフト２０３の回転軸Ｏに直交する方向である。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、本実施形態では、第１ベーン２０６の幅方向と第２ベーン２１１の幅方向とが一致しているが、このことは必須ではなく、相違していてもよい。
【００３６】
図３に示すように、本実施形態で用いられている第２ベーン２１１は、一定の幅ｔを有する。第２ベーン２１１の先端面２１１ａはＲ形状を有する。先端面２１１ａの曲率中心Ｑは中心線Ｌ４上に位置している。
【００３７】
ここで、第２ベーン２１１と第２ピストン２０９との接点をＥ４、第２ベーン２１１の先端面２１１ａのエッジ（当該先端面と側面との境界）をＡ４，Ｂ４で表す。図２Ｂの構成によると、第２ピストン２０９および第２ベーン２１１の動きに伴う接点Ｅ４の先端面２１１ａ上での揺動運動の平均位置が、中心線Ｌ４よりも吐出ポート２１０ｂ側に位置する。言い換えれば、接点Ｅ４の平均位置が中心線Ｌ４よりも作動室２２９ｂ側にオフセットしている。そのため、先端面２１１ａにおけるＡ４−Ｅ４部分の面積は、同じくＢ４−Ｅ４部分の面積よりも大きくなる。接点Ｅ４の平均位置とは、シャフト２０３が１回転する期間における、中心線Ｌ４から接点Ｅ４までの距離の平均値で特定される位置のことである。
【００３８】
Ａ４−Ｅ４部分には膨張中の作動流体の圧力が作用するので、従来の２段ロータリ膨張機（図１４）に比べ、第２ベーン２１１を第２ばね２１２に向けて押し返す力が大きい。一方、第２ベーン２１１の背面に作用する圧力は、密閉容器２０２の内圧で一定である。したがって、本実施形態によれば、第２ベーン２１１を第２ピストン２０９に押し付ける力（差圧力）を低減できる。これにより、第２ベーン２１１と第２ピストン２０９との間の摺動損失が低減するとともに、過大な押し付け力に基づいてシャフト２０３が傾くのを防止できる。
【００３９】
第２ベーン２１１の中心線Ｌ４と基準平面Ｈ１との距離ｕ４は、第２ベーン２１１の幅ｔを基準として、例えばｔ／３≦ｕ４≦２ｔの範囲にあるとよい。本実施形態では、貫通孔２０８ａの作動室２２９ａに面する開口および中心線Ｌ４が基準平面Ｈ１の一方の側に位置し、吐出ポート２１０ｂが基準平面Ｌ４の他方の側に位置するように設計がなされている。
【００４０】
また、図２Ａに示すように、第１ベーン２０６の幅方向ＷＤに関する中心線Ｌ３は、基準平面Ｈ１からオフセットしている。第１ベーン２０６の中心線Ｌ３が基準平面Ｈ１上にない。基準平面Ｈ１から見て、第１ベーン２０６の中心線Ｌ３は、作動室２２４ｂに開口している貫通孔２０８ａのある側にオフセットしている。つまり、第１ベーン２０６の中心線Ｌ３が基準平面Ｌ３からオフセットするように、第１シリンダ２０５に第１ベーン溝２０５ａが形成されている。
【００４１】
第１ベーン２０６の幅は、第２ベーン２１１の幅ｔ（図３）に等しい。また、第１ベーン２０６の先端面２０６ａの曲率半径も第２ベーン２１１のそれと等しい。
【００４２】
第１ベーン２０６と第１ピストン２０４との接点をＥ３、第１ベーン２０６の先端面２０６ａのエッジ（当該先端面と側面との境界）をＡ３，Ｂ３で表す。図２Ａの構成によると、第１ピストン２０４および第１ベーン２０６の動きに伴う接点Ｅ３の先端面２０６ａ上での揺動運動の平均位置が、中心線Ｌ３よりも吸入ポート２０５ｂ側に位置する。そのため、先端面２０６ａにおけるＢ３−Ｅ３部分の面積は、同じくＡ３−Ｅ３部分の面積よりも大きくなる。
【００４３】
Ｂ３−Ｅ３部分には膨張中の作動流体の圧力が作用するので、従来の２段ロータリ膨張機（図１４）に比べ、第１ベーン２０６を第１ばね２０７に向けて押し返す力が低減する。一方、第１ベーン２０６の背面に作用する圧力は、密閉容器２０２の内圧で一定である。したがって、本実施形態によれば、第１ベーン２０６を第１ピストン２０４に押し付ける力（差圧力）を増大できる。
【００４４】
図１８Ａを参照して説明したように、従来の２段ロータリ膨張機において、第１ベーンに作用する差圧力は比較的小さく、摺動損失の問題は生じにくい。しかし、差圧力が不足すると、第１ベーンと第１ピストンとが離れ、設計通りの性能を発揮できない可能性がある。これに対し、本実施形態によれば、第１ベーン２０６を第１ピストン２０４に押し付ける力（差圧力）が十分に得られるので、第１ベーン２０６の先端が第１ピストン２０４から離れることに基づく作動室２２４ａから作動室２２４ｂへの作動流体の漏れを防止できる。
【００４５】
第１ベーン２０６の中心線Ｌ３と基準平面Ｈ１との距離ｕ３は、第１ベーン２０６の幅ｔを基準として、例えばｔ／３≦ｕ３≦２ｔの範囲にあるとよい。本実施形態では、貫通孔２０８ａの作動室２２４ｂに面する開口および中心線Ｌ３が基準平面Ｈ１の一方の側に位置し、吸入ポート２０５ｂが基準平面Ｈ１の他方の側に位置するように設計がなされている。
【００４６】
また、図１に示すように、第１シリンダ２０５および第２シリンダ２１０を上下から挟むような形で２つの軸受２１３，２１４が配置されており、それぞれがシャフト２０３を支持している。上下両側からシャフト２０３を支持することによって、第２ベーン２１１によって強く押されることに基づくシャフト２０３の傾きを効果的に低減できる。第２ベーン２１１に作用する押し付け力（差圧力）を調整することに基づく効果と相俟って、シャフト２０３の傾きをいっそう小さくすることが可能となる。
【００４７】
さらに、本実施形態では、容積の小さい第１シリンダ２０５が下軸受２１４（第１軸受）側に配置され、容積の大きい第２シリンダ２１０が上軸受２１３（第２軸受）側に隣接して配置されている。上軸受２１３の軸受面（円筒面）の面積は、下軸受２１４の軸受面（円筒面）の面積より大きい。第１ベーン２０６に作用する押し付け力は相対的に小さいので、軸受面の面積が小さい軸受（下軸受２１４）を第１シリンダ２０５側に設けたとしても、シャフト２０３からの荷重を当該下軸受２１４で確実に受けることができ、シャフト２０３と下軸受２１４との間における摺動損失も低減できる。他方、第２ベーン２１１に作用する差圧力は相対的に大きく、第２ベーン２１１によってシャフト２０３は強く押されるが、軸受面の面積が大きい軸受（上軸受２１３）を第２シリンダ２１０側に設けることによって、シャフト２０３が傾くのを確実に防げる。さらに、軸受面の面積が大きい軸受（上軸受２１３）が電動機２０１側にあると、電動機２０１の回転に起因するラジアル荷重を上軸受２１３で受けることができ、軸受面における接触面圧を抑制した信頼性の高い構成を実現しうる。なお、本配置は、他の全ての実施形態に適用しうる。
【００４８】
本実施形態は、ＣＯ2のような超臨界冷媒が作動流体として用いられる冷凍サイクル装置のための２段ロータリ膨張機として特に好適である。ＣＯ2冷凍サイクルでは、膨張前の作動流体の圧力（≒密閉容器２０２の内圧）と膨張後の作動流体の圧力との差が非常に大きく、第２ベーン２１１に作用する力が過大になりやすい。また、作動室２２４ａでの作動流体の状態が超臨界であり、作動室２２４ｂおよび作動室２２９ａ（膨張室）での作動流体の状態が気液二相である。第１ベーン２０６と第１ピストン２０４との間に隙間が生じると、作動室２２４ａから作動室２２４ｂへの作動流体の漏れが顕著となり、設計通りの性能が発揮されない。したがって、第１ベーン２０６および第２ベーン２１１の両者について、押し付け力を最適化することが望ましい。
【００４９】
（変形例）
図２Ｂおよび図３に示す第２ベーン２１１に代えて、図４Ｂに示す第２ベーン３１１を用いることができる。図４Ｂに示す第２ベーン３１１の先端面３１１ａはＲ形状を有する。先端面３１１ａの曲率中心Ｑ2は、第２ベーン３１１の幅方向ＷＤに関する中心線Ｌ４からオフセットした位置にある。この第２ベーン３１１によれば、中心線Ｌ４に関して対称の形状を有するものより、作動室２２９ａに面する部分の面積が大きい。したがって、この第２ベーン３１１を第２ピストン２０９に押し付ける力（差圧力）が効果的に低減されうる。
【００５０】
同様に、図２Ａに示す第１ベーン２０６に代えて、図４Ａに示す第１ベーン３０６を用いることができる。図４Ａに示す第１ベーン３０６の先端面３０６ａはＲ形状を有する。先端面３０６ａの曲率中心Ｑ1は、第１ベーン３０６の幅方向ＷＤに関する中心線Ｌ３からオフセットした位置にある。この第１ベーン３０６によれば、中心線Ｌ３に関して対称の形状を有するものより、作動室２２４ｂに面する部分の面積が大きい。したがって、この第１ベーン３０６を第１ピストン２０４に押し付ける力（差圧力）が効果的に増大されうる。
【００５１】
図４Ｂに示すように、曲率中心Ｑ2と中心線Ｌ４との距離ｓ６は、第２ベーン３１１の幅ｔを基準として、例えばｔ／６≦ｓ６≦ｔ／２の範囲にあるとよい。図４Ａに示すように、曲率中心Ｑ1と中心線Ｌ３との距離ｓ５は、第１ベーン３０６の幅ｔを基準として、例えばｔ／６≦ｓ５≦ｔ／２の範囲にあるとよい。また、曲率中心Ｑ1，Ｑ2が基準平面Ｈ１上に位置していてもよい。
【００５２】
（第２実施形態）
図４Ａおよび図４Ｂに示すベーン３０６，３１１を用いる場合には、それらベーン３０６，３１１の中心線Ｌ３，Ｌ４がシャフト２０３の回転軸Ｏを含む平面上に存在していてもよい。図５Ａは、本発明の第２実施形態にかかる２段ロータリ膨張機の第１シリンダの拡大横断面図であり、図５Ｂは、第２シリンダの拡大横断面図である。図５Ａは、図１のＸ３−Ｘ３線における横断面図に対応し、図５Ｂは、図１のＸ４−Ｘ４線における横断面図に対応している。
【００５３】
図５Ａに示すように、本実施形態では、第１ベーン３０６の中心線Ｌ１は、これに平行かつシャフト２０３の回転軸Ｏを含む基準平面Ｈ１上にある。すなわち、第１ベーン溝３０５ａが従来の２段ロータリ膨張機のものと同じ位置（図１７Ａ）に形成されている。同様に、図５Ｂに示すように、第２ベーン３１１の中心線Ｌ１が基準平面Ｈ１上にあり、第２ベーン溝３１０ａが従来の２段ロータリ膨張機のものと同じ位置（図１７Ｂ）に形成されている。
【００５４】
ベーン３０６，３１１は、それぞれ、図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明したものである。そのため、接点Ｅ５の先端面３０６ａ上での揺動運動の平均位置が、中心線Ｌ１よりも吸入ポート２０５ｂ側に位置する。接点Ｅ５は、第１ベーン３０６と第１ピストン２０４との接点である。同様に、接点Ｅ６の先端面３１１ａ上での揺動運動の平均位置が、中心線Ｌ１よりも吐出ポート２１０ｂ側に位置する。接点Ｅ６は、第２ベーン３１１と第２ピストン２０９との接点である。このことから明らかなように、本実施形態においても、第１実施形態と同じ効果が得られる。
【００５５】
（第３実施形態）
本実施形態の２段ロータリ膨張機では、第１ベーンの幅と第２ベーンの幅とが相違している。具体的には、図６に示すように、幅ｔ1を有する第１ベーン２０６と、幅ｔ2を有する第２ベーン４０１とが用いられており、ｔ1＞ｔ2である。その他の点は、第１実施形態または第２実施形態と共通である。第１ベーン２０６は、第１実施形態で用いているものと同一であってもよい。
【００５６】
一般に、ロータリ膨張機（詳細にはローリングピストン型）において、ベーンをピストンに押し付ける力は、ベーンの背面に作用する圧力と作動室の圧力との差だけでなく、圧力が作用する面の面積に応じて変化する。つまり、狭い幅ｔ2を有する第２ベーン４０１を用いると、第２ベーン４０１に作用する押し付け力の絶対値は必然的に小さくなる。結果として、第２ベーン４０１と第２ピストン２０９との間の摺動損失を低減できる。
【００５７】
ＣＯ2のように高低圧差が大きい作動流体の使用を前提とする場合、強度不足に直結する部品の薄肉化が可能なのかどうかが問題となる。本実施形態の２段ロータリ膨張機によると、作動流体は、第１シリンダの一方の作動室で超臨界、他方の作動室で気液二相であるのに対し、第２シリンダでは両作動室で気液二相状態である。そのため、第１シリンダの作動室間の圧力差に比べると、第２シリンダの作動室間の圧力差は小さい。圧力差が小さいので、第２ベーンの側面に作用する荷重も比較的小さい。ゆえに、第２ベーンの薄肉化を図ったとしても、強度問題には発展せず、信頼性は損なわれない。
【００５８】
他方、先に説明したように、第１ベーンに作用する押し付け力が不足すると、ベーンとピストンとが離れて作動流体が漏れ、効率が悪くなる。本実施形態では、十分な幅ｔ1を有する第１ベーン２０６を用いているので、十分な押し付け力を確保でき、そうした問題の発生を防止できる。また、作動室間の圧力差が大きい第１シリンダ側での強度不足の問題も生じない。
【００５９】
狭い幅ｔ2を有する第２ベーン４０１は、第１実施形態のようにオフセットしていてもよいし、第２実施形態のようにオフセットしていなくてもよい。また、図４Ｂに示す第２ベーン３１１のように、第２ベーン４０１の先端面４０１ａの曲率中心が、幅方向に関する中心線からオフセットしていてもよい。複数の実施形態を組み合わせることによって、各実施形態での効果を重畳的に得ることができる。
【００６０】
（第４実施形態）
図７は、第４実施形態にかかる２段ロータリ膨張機の第２シリンダの拡大横断面図である。図８は、図７の部分拡大図である。本実施形態と次の実施形態では、ベーン溝における潤滑油の抵抗を利用して第２ベーンに作用する押し付け力の最適化が図られている。なお、図１の縦断面図に示すように、ベーン溝には油貯まり２０２ｂに保持された潤滑油が自由に出入りできる。
【００６１】
図７に示すように、本実施形態で用いられている第２ベーン４１１は、第２ピストン２０９に接する先端面４１１ａを含む軸部４１１ｊと、先端面４１１ａとは反対側において軸部４１１ｊに連なっているとともに軸部４１１ｊよりも幅方向ＷＤに突出している鍔部４１１ｋとを含む。軸部４１１ｊの幅は一定である。第２ベーン４１１の先端面４１１ａはＲ形状を有する。第２ベーン４１１の中心線Ｌ１は、回転軸Ｏを含む基準平面Ｈ１上にある。
【００６２】
図８に示すように、鍔部４１１ｋは中心線Ｌ１に対して傾斜した面である前面４１１ｆを有する。具体的には、前面４１１ｆは中心線Ｌ１に略垂直である。第２ベーン溝４１０ａは、軸部４１１ｊを収容している部分の幅が狭く、鍔部４１１ｋおよび第２ばね２１２を収容している部分の幅が広くなっている。つまり、第２ベーン溝４１０ａは、幅が狭い部分と広い部分との境界を構成する面であって、中心線Ｌ１に対して傾斜した面である段付き面４１０ｆを有する。段付き面４１０ｆにおいて、第２ベーン溝４１０ａの拡幅が行われている。この段付き面４１０ｆは、鍔部４１１ｋの前面４１１ｆと向かい合っている。なお、中心線Ｌ１に平行な方向に関して、第２ばね２１２が配置されている側を後方側、第２ピストン２０９が配置されている側を前方側と定義する。
【００６３】
図７および図８に示す構成によると、第２ベーン４１１が第２ベーン溝４１０ａから押し出される方向に進む（前進する）ことに応じて、前面４１１ｆと段付き面４１０ｆとの距離（図示の例では前面４１１ｆを形成している部分ＭＰ1と段付き面４１０ｆとの距離Ｇ1）が縮小する。そのため、進行方向と逆向きの抵抗力が第２ベーン４１１に作用する。進行方向と逆向きの抵抗力は、第２ベーン４１１を第２ピストン２０９に向けて押し付ける力を弱める。結果として、第１〜第３実施形態で説明した効果と同じ効果が得られる。
【００６４】
また、第２ベーン４１１の鍔部４１１ｋは、後方側に向かって凸の形状を有する。このようにすれば、第２ベーン４１１が回転軸Ｏから遠ざかる方向に進む（後退する）際に、第２ベーン４１１の移動に対する潤滑油の流動抵抗を小さくすることができる。
【００６５】
なお、本実施形態を第１〜第３実施形態と組み合わせて実施してもよいことは、本発明の目的および効果から明らかである。このことは、次の第５実施形態についても同様である。
【００６６】
（第５実施形態）
図９は、第５実施形態にかかる２段ロータリ膨張機の第２シリンダの拡大横断面図である。図１０は、図９の部分拡大図である。
【００６７】
図９および図１０に示すように、本実施形態では、幅方向ＷＤに関する第２ベーン溝５１０ａの壁面５１０ｆが中心線Ｌ１に対して傾斜している。すなわち、第２ベーン溝５１０ａの幅が前方側に向かって次第に狭くなっている。中心線Ｌ１に対して傾斜した壁面５１０ｆは、第２ベーン溝５１０ａの前端から始まっているとともに、中心線Ｌ１に平行な方向に関して第２ベーン２１１のストローク以上の長さを有する。他方、第２ベーン２１１は、第１実施形態と同じものであり、一定の幅ｔを有する。
【００６８】
図９および図１０に示す構成によると、第２ベーン２１１と第２ベーン溝５１０ａとの隙間がくさび形状を示す。第２ベーン２１１が前進することに応じて、第２ベーン２１１の所定部分ＭＰ2と第２ベーン溝５１０ａの壁面５１０ｆとの距離Ｇ2が縮小する。そのため、第２ベーン２１１が前進する際における潤滑油の流動抵抗が大きくなる。隙間がくさび形状を有することに基づく流動抵抗は、第２ベーン２１１を後方側に押し戻す方向に作用し、第２ベーン２１１を第２ピストン２０９に向けて押し付ける力を弱める。結果として、第１〜第３実施形態で説明した効果と同じ効果が得られる。なお、所定部分ＭＰ2は、本実施形態では、第２ベーン溝５１０ａの傾斜した壁面５１０ｆに向かい合う、第２ベーン２１１の側面の任意の部分である。
【００６９】
（膨張機一体型圧縮機への適用）
本発明の２段ロータリ膨張機は、膨張機一体型圧縮機に適用できる。図１１に示すように、膨張機一体型圧縮機６００は、密閉容器６０１と、密閉容器６０１内に配置された圧縮機構６０３と、密閉容器６０１内に配置された膨張機構６０５と、圧縮機構６０３と膨張機構６０５との間に配置された電動機６０９と、圧縮機構６０３、電動機６０９および膨張機構６０５を連結しているシャフト６０７とを備えている。膨張機構６０５として、各実施形態の２段ロータリ膨張機を用いることができる。
【００７０】
（冷凍サイクル装置への適用）
図１１に示す膨張機一体型圧縮機６００を用いて、冷凍サイクル装置を構成できる。図１２に示す冷凍サイクル装置７００は、膨張機一体型圧縮機６００と、圧縮機構６０３で圧縮された作動流体を冷却するための放熱器７０１と、膨張機構６０５で膨張した作動流体を蒸発させるための蒸発器７０３とを備えている。
【００７１】
図１３に示す他の冷凍サイクル装置８００は、圧縮機８０１、放熱器７０１、膨張機８０３および蒸発器７０３を備えている。膨張機８０３として、各実施形態の２段ロータリ膨張機を用いることができる。
【００７２】
図１２に示す冷凍サイクル装置７００では、作動流体から回収した動力がシャフト６０７を介して圧縮機構６０３に直接伝達されるのに対し、図１３に示す冷凍サイクル装置８００では、作動流体から回収した動力が回生電力に変換される。これらの冷凍サイクル装置７００，８００は、給湯機や空調機等の機器に用いられる。ＣＯ2などの冷媒が作動流体として用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の２段ロータリ膨張機は、冷凍サイクルにおける冷媒の膨張エネルギーを回収する動力回収手段として有用であるとともに、冷凍サイクルにおける冷媒以外の圧縮性流体からのエネルギー回収手段としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる２段ロータリ膨張機の縦断面図
【図２Ａ】図１の２段ロータリ膨張機のＸ３−Ｘ３線における拡大横断面図
【図２Ｂ】図１の２段ロータリ膨張機のＸ４−Ｘ４線における拡大横断面図
【図３】第２ベーンの拡大平面図
【図４Ａ】他の好適な第１ベーンの拡大平面図
【図４Ｂ】他の好適な第２ベーンの拡大平面図
【図５Ａ】本発明の第２実施形態にかかる２段ロータリ膨張機の第１シリンダの拡大横断面図
【図５Ｂ】本発明の第２実施形態にかかる２段ロータリ膨張機の第２シリンダの拡大横断面図
【図６】本発明の第３実施形態にかかる２段ロータリ膨張機に用いられた第１ベーンおよび第２ベーンの拡大平面図
【図７】本発明の第４実施形態にかかる２段ロータリ膨張機の第２シリンダの拡大横断面図
【図８】図７の部分拡大図
【図９】本発明の第５実施形態にかかる２段ロータリ膨張機の第２シリンダの拡大横断面図
【図１０】図９の部分拡大図
【図１１】膨張機一体型圧縮機の模式図
【図１２】膨張機一体型圧縮機が用いられた冷凍サイクル装置の構成図
【図１３】他の冷凍サイクル装置の構成図
【図１４】従来の２段ロータリ膨張機を示す縦断面図
【図１５Ａ】図１４に示す２段ロータリ膨張機のＸ１−Ｘ１線における横断面図
【図１５Ｂ】図１４に示す２段ロータリ膨張機のＸ２−Ｘ２線における横断面図
【図１６】図１４の２段ロータリ膨張機をＣＯ2冷凍サイクルに適用した場合における、シャフトの回転角と作動室の圧力との関係を示すグラフ
【図１７Ａ】図１５Ａの部分拡大図
【図１７Ｂ】図１５Ｂの部分拡大図
【図１８Ａ】シャフトの回転角、第１ベーンに作用する差圧力および第１ベーンの位置の関係を示すグラフ
【図１８Ｂ】シャフトの回転角、第２ベーンに作用する差圧力および第２ベーンの位置の関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００７５】
２００ ２段ロータリ膨張機
２０１ 電動機
２０２ 密閉容器
２０３ シャフト
２０４ 第１ピストン
２０５ 第１シリンダ
２０５ａ，３０５ａ 第１ベーン溝
２０５ｂ 吸入ポート
２０６，３０６ 第１ベーン
２０６ａ，３０６ａ 先端面
２０８ 中板
２０８ａ 貫通孔
２０９ 第２ピストン
２１０ 第２シリンダ
２１０ａ，３１０ａ，４１０ａ，５１０ａ 第２ベーン溝
２１０ｂ 吐出ポート
２１１，３１１，４０１，４１１ 第２ベーン
２１１ａ，３１１ａ，４０１ａ，４１１ａ 先端面
２１３ 上軸受（第２軸受）
２１４ 下軸受（第１軸受）
２２４ａ，２２４ｂ，２２９ａ，２２９ｂ 作動室
４１０ｆ 段付き面
４１１ｆ 前面（傾斜面）
５１０ｆ 壁面
６００ 膨張機一体型圧縮機
７００，８００ 冷凍サイクル装置
７０１ 放熱器
７０３ 蒸発器
８０１ 圧縮機
８０３ 膨張機
ＷＤ 幅方向
Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４ 中心線
Ｈ１ 基準平面
Ｑ，Ｑ1，Ｑ2 曲率中心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段ロータリ膨張機およびそれを用いた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒の膨張エネルギーを膨張機で回収し、その回収したエネルギーを圧縮機の仕事の一部として利用する冷凍サイクル装置が提案されている（特許文献１参照）。冷媒の膨張エネルギーを回収するための膨張機として、図１４に示す２段ロータリ膨張機が知られている。
【０００３】
図１４は、従来の２段ロータリ膨張機を示す縦断面図である。図１５Ａは、図１４に示す２段ロータリ膨張機のＸ１−Ｘ１線における横断面図である。図１５Ｂは、図１４に示す２段ロータリ膨張機のＸ２−Ｘ２線における横断面図である。
【０００４】
２段ロータリ膨張機１００は、密閉容器１０２と、密閉容器１０２内の上部に配置された発電機１０１と、密閉容器１０２内の下部に配置された膨張機構１３０とを備えている。密閉容器１０２の下部には、膨張機構１３０の周囲が潤滑油で満たされるように、油貯まり１０２ｂが形成されている。発電機１０１は、ステータ１０１ａとロータ１０１ｂとによって構成されている。
【０００５】
膨張機構１３０は、第１シリンダ１０５、第１シリンダ１０５内に配置された第１ピストン１０４、第１シリンダ１０５に対して同心状に配置された第２シリンダ１１０、第２シリンダ１１０内に配置された第２ピストン１０９、第１ピストン１０４が嵌め合わされた偏心部１０３ａと第２ピストン１０９が嵌め合わされた偏心部１０３ｂとを有するシャフト１０３、および、第１シリンダ１０５と第２シリンダ１１０とを隔てている中板１０８を備えている。さらに、第１シリンダ１０５の上部に上軸受１１３が設けられ、第２シリンダ１１０の下部に下軸受１１４が設けられている。
【０００６】
図１５Ａに示すように、第１シリンダ１０５に形成された第１ベーン溝１０５ａには、第１シリンダ１０５と第１ピストン１０４との間の空間を作動室１２４ａと作動室１２４ｂとに仕切るための第１ベーン１０６が摺動可能に配置されている。図１５Ｂに示すように、第２シリンダ１１０に形成された第２ベーン溝１１０ａには、第２シリンダ１１０と第２ピストン１０９との間の空間を作動室１２９ａと作動室１２９ｂとに仕切るための第２ベーン１１１が摺動可能に配置されている。ベーン１０６，１１１は、後述する差圧力により、それぞれ、ピストン１０４，１０９に接している。なお、起動時にはベーンに差圧力が作用しないので、ベーン１０６，１１１の後方に、それぞれ、補助ばね１０７，１１２を設けている。
【０００７】
上軸受１１３に形成された吸入ポート１０５ｂは、作動室１２４ａに連通している。作動室１２４ｂと作動室１２９ａとは、中板１０８を斜めに貫通するように設けられた貫通孔１０８ａによって連通しており、１つの空間（膨張室）を形成している。第２シリンダ１１０に形成された吐出ポート１１０ｂは、作動室１２９ｂに連通している。密閉容器１０２の上部には吸入管１１６が接続されている。吐出ポート１１０ｂには吐出管１１７が接続されている。
【０００８】
高圧の作動流体は、吸入管１１６、密閉容器１０２の内部空間および吸入ポート１０５ｂを通じて第１シリンダ１０５の作動室１２４ａに吸入される。シャフト１０３の回転に伴って作動室１２４ａの容積が拡大する。シャフト１０３がさらに回転すると、作動室１２４ａが作動室１２４ｂへと移行する。これにより、吸入行程が終了する。高圧の作動流体は、作動室１２４ｂおよび作動室１２９ａの合計容積が増加する方向、すなわち、作動室１２４ｂの容積が減少し、作動室１２９ａの容積が増加する方向へとシャフト１０３を回転させ、発電機１０１を駆動する。作動室１２９ａの容積増加が作動室１２４ｂの容積減少よりも大きいので、作動流体が膨張できる。シャフト１０３の回転に伴って作動室１２４ｂが消滅するとともに、作動室１２９ａは作動室１２９ｂへと移行する。これにより、膨張行程が終了する。低圧となった作動流体は、吐出ポート１１０ｂから吐出管１１７へと吐出される。
【０００９】
図１６は、図１４の２段ロータリ膨張機をＣＯ2冷凍サイクルに適用した場合における、シャフトの回転角と作動室の圧力との関係を示すグラフである。シャフト１０３の回転角に関して、ベーン１０６，１１１がベーン溝１０５ａ，１１０ａに最も押し込まれた瞬間を基準角度（＝０°）とする（以下、同様とする）。
【００１０】
２段ロータリ膨張機１００は、作動流体（ＣＯ2）を吸入圧力Ｐｓで吸入し、吐出圧力Ｐｄで吐出する。作動室１２４ａでは吸入行程が行われるので、作動室１２４ａの内圧は吸入圧力Ｐｓで一定である。作動室１２４ｂと作動室１２９ａでは膨張行程が行われ、作動流体は吸入圧力Ｐｓから吐出圧力Ｐｄへと減圧する。その際、初期の単相膨張では圧力が急激に下がり、その後、相変化を伴う膨張では圧力の変化が緩やかになる。作動室１２９ｂでは吐出行程が行われるので、作動室１２９ｂの内圧は吐出圧力Ｐｄで一定である。
【００１１】
図１７Ａは、図１５Ａの部分拡大図である。点Ａ１および点Ｂ１は、第１ベーン１０６の先端面と側面との境界を表している。点Ｅ１は、第１ベーン１０６と第１ピストン１０４との接点を表している。第１ベーン１０６の先端面のＡ１−Ｅ１部分に作用する圧力は、作動室１２４ａの圧力である。同じくＢ１−Ｅ１部分に作用する圧力は、作動室１２４ｂの圧力である。密閉容器１０２の内部空間が吸入圧力Ｐｓを有する作動流体で満たされることから、第１ベーン１０６の背面１０６ｃに作用する圧力は、密閉容器１０２の内圧である吸入圧力Ｐｓに略等しい。したがって、これらの圧力のベクトル和が第１ベーン１０６に作用する差圧力となる。
【００１２】
図１７Ｂは、図１５Ｂの部分拡大図である。点Ａ２および点Ｂ２は、第２ベーン１１１の先端面と側面との境界を表している。点Ｅ２は、第２ベーン１１１と第２ピストン１０９との接点を表している。第２ベーン１１１の先端面のＡ２−Ｅ２部分に作用する圧力は、作動室１２９ａの圧力である。同じくＢ２−Ｅ２部分に作用する圧力は、作動室１２９ｂの圧力である。第２ベーン１１１の背面１１１ｃに作用する圧力は、密閉容器１０２の内圧である吸入圧力Ｐｓである。これらの圧力のベクトル和が第２ベーン１１１に作用する差圧力となる。
【００１３】
図１８Ａは、シャフトの回転角、第１ベーンに作用する差圧力および第１ベーンの位置の関係を示すグラフである。なお、差圧力に関して、第１ベーン１０６がシャフト１０３の回転軸に接近する方向を正としている。第１ベーン１０６の先端面のＡ１−Ｅ１部分に作用する圧力は常に吸入圧力Ｐｓであるから、Ａ１−Ｅ１部分と背面１０６ｃとの間には差圧力が作用しない。他方、Ｂ１−Ｅ１部分と背面１０６ｃとの間には、作動室１２４ｂ（膨張室）の圧力の変化に対応した差圧力が作用する。
【００１４】
図１８Ｂは、シャフトの回転角、第２ベーンに作用する差圧力および第２ベーンの位置の関係を示すグラフである。先端面のＢ２−Ｅ２部分と背面１１１ｃとの間には、一定の差圧力Ｆ２が作用する。他方、Ａ２−Ｅ２部分と背面１１１ｃとの間には、作動室１２９ａ（膨張室）の圧力の変化に対応した差圧力が作用する。第２ベーン１１１に作用する差圧力は、これらの和となる。背面１０６ｃに作用する圧力も密閉容器１０２の内圧である吸入圧力Ｐｓである。
【特許文献１】特開２００５−１０６０４６号公報
【特許文献２】特開２００７−７７９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
図１８Ａと図１８Ｂとの比較から明らかなように、第２ベーン１１１に作用する差圧力（図１８Ｂ）は、第１ベーン１０６に作用する差圧力（図１８Ａ）に比べて相当大きい。言い換えれば、第２ベーン１１１を第２ピストン１０９に向けて押し付ける力は、第１ベーン１０６を第１ピストン１０４に向けて押し付ける力に比べて大きい。第２ベーン１１１に過大な押し付け力が作用すると、第２ベーン１１１と第２ピストン１０９との間の摺動損失が大きくなることはもとより、第２ピストン１０９が第２ベーン１１１に強く押されることに基づいてシャフト１０３が傾くおそれがある。シャフト１０３が傾いた状態で回転すると、シャフト１０３を支える軸受１１３，１１４での摺動損失が増大するだけでなく、第１シリンダ１０５側にもその影響が及び、ひいては２段ロータリ膨張機１００の信頼性や効率の低下を招来する。
【００１６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、第２ベーンに適切な差圧力が作用するように改善された２段ロータリ膨張機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
すなわち、本発明は、
第１シリンダと、
前記第１シリンダ内に回転可能に配置された第１ピストンと、
前記第１シリンダに対して同心状に配置された第２シリンダと、
前記第２シリンダ内に回転可能に配置された第２ピストンと、
前記第１ピストンおよび前記第２ピストンが取り付けられたシャフトと、
前記第１シリンダに形成された第１ベーン溝に摺動可能に設けられ、前記第１シリンダと前記第１ピストンとの間の空間を第１吸入空間と第１吐出空間とに仕切るための第１ベーンと、
前記第２シリンダに形成された第２ベーン溝に摺動可能に設けられ、前記第２シリンダと前記第２ピストンとの間の空間を第２吸入空間と第２吐出空間とに仕切るための第２ベーンと、
前記第１吐出空間と前記第２吸入空間とを連通することによって１つの膨張室を形成するための貫通孔を有するとともに、前記第１シリンダと前記第２シリンダとを隔てている中板と、を備え、
前記第２ベーンと前記第２ピストンとの接点の平均位置が、前記第２ベーンの幅方向に関する中心線よりも前記第２吐出空間側にオフセットしている、多段ロータリ膨張機を提供する。
【００１８】
上記本発明によれば、第２ベーンの先端面のうち第２吸入空間に面する部分の占める割合が、同じく第２吐出空間に面する部分の占める割合よりも大となる。つまり、第２吐出空間（吐出側の作動室）の圧力が作用する部分の面積よりも、第２吸入空間（膨張室）の圧力が作用する部分の面積が大きくなる。そのため、従来の２段ロータリ膨張機（図１４）と比較して、第２ベーンの先端面に作用する圧力と第２ベーンの背面に作用する圧力との差が低減する。すなわち、第２ベーンに作用する差圧力が低減する。
【００１９】
別の側面において、本発明は、前記第２ベーンの幅が前記第１ベーンの幅よりも狭い、多段ロータリ膨張機を提供する。
【００２０】
幅の狭いベーンに作用する差圧力は、幅の広いベーンに作用する差圧力よりも小さい。したがって、幅の狭いベーンを第２ベーンとして用いることによって、第２ベーンに作用する差圧力を従来のものと比較して低減できる。
【００２１】
さらに別の側面において、本発明は、（ａ）前記第２ベーン溝から前記第２ベーンが押し出される方向に進むにつれて前記第２ベーン溝の幅が次第に狭くなっている、または、（ｂ）前記第２ベーン溝から前記第２ベーンが押し出される方向に対して傾斜した面を前記第２ベーンおよび前記第２ベーン溝の各々が有し、それら傾斜面が互いに向かい合っているとともに前記第２ベーン溝から前記第２ベーンが押し出されることに応じて互いの距離が縮小する、多段ロータリ膨張機を提供する。
【００２２】
シリンダに形成されたベーン溝は、通常、潤滑油でシールされている。そうしないと、ベーンとベーン溝との隙間から作動流体が外部に漏れ、効率が悪くなるからである。上記本発明によれば、第２ベーン溝から押し出される方向に第２ベーンが進むにつれて、第２ベーンの所定部分と第２ベーン溝の壁面との距離が縮小する。そのため、ベーン溝が真っ直ぐ形成されている従来例と比較して、第２ベーン溝から第２ベーンが押し出される際に第２ベーンが潤滑油から受ける抵抗が大きくなる。この結果、第２ベーンに作用する差圧力が低減する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、第２ベーンが過大な力で第２ピストンに向けて押されるのを回避できるので、第２ベーンと第２ピストンとの間の摺動損失を低減できるとともに、シャフトが傾いて回転するのを防ぐことができる。これにより、多段ロータリ膨張機の信頼性および効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる２段ロータリ膨張機の縦断面図である。図２Ａは、図１の２段ロータリ膨張機のＸ３−Ｘ３線における拡大横断面図である。図２Ｂは、図１の２段ロータリ膨張機のＸ４−Ｘ４線における拡大横断面図である。
【００２６】
図１に示すように、２段ロータリ膨張機２００は、密閉容器２０２と、密閉容器２０２内の上部に配置された発電機２０１と、密閉容器２０２内の下部に配置された膨張機構２３０とを備えている。密閉容器２０２の下部には、膨張機構２３０の周囲が潤滑油で満たされるように、油貯まり２０２ｂが形成されている。密閉容器２０２の上部には、均圧管２１５が設けられている。密閉容器２０２の内部は、均圧管２１５を通じて導入される圧縮冷媒（圧縮機で圧縮された後かつ放熱器で放熱する前の冷媒）で満たされるため、高圧に保たれる（いわゆる高圧シェル）。
【００２７】
膨張機構２３０は、第１シリンダ２０５、第１シリンダ２０５内に配置された第１ピストン２０４、第１シリンダ２０５に対して同心状に配置された第２シリンダ２１０、第２シリンダ２１０内に配置された第２ピストン２０９、第１ピストン２０４および第２ピストン２０９が取り付けられたシャフト２０３、および、第１シリンダ２０５と第２シリンダ２１０とを隔てている中板２０８を備えている。さらに、第１シリンダ２０５の下部に下軸受２１４（第１軸受）が設けられ、第２シリンダ２１０の上部に上軸受２１３が設けられている。
【００２８】
図２Ａに示すように、第１シリンダ２０５に形成された第１ベーン溝２０５ａには、第１シリンダ２０５の内周面と第１ピストン２０４の外周面との間の空間を作動室２２４ａ（第１吸入空間）と作動室２２４ｂ（第１吐出空間）とに仕切るための第１ベーン２０６が摺動可能に配置されている。図２Ｂに示すように、第２シリンダ２１０に形成された第２ベーン溝２１０ａには、第２シリンダ２１０の内周面と第２ピストン２０９の外周面との間の空間を作動室２２９ａ（第２吸入空間）と作動室２２９ｂ（第２吐出空間）とに仕切るための第２ベーン２１１が摺動可能に配置されている。第１ベーン２０６の後方に第１ばね２０７が設けられ、第２ベーン２１１の後方に第２ばね２１２が設けられている。
【００２９】
図１に示すように、シャフト２０３は、第１シリンダ２０５と第２シリンダ２１０を貫通し、上軸受２１３および下軸受２１４によって回転可能に支持されている。シャフト２０３には、第１偏心部２０３ａと第２偏心部２０３ｂとが設けられている。第１ピストン２０４が第１偏心部２０３ａに嵌合し、第２ピストン２０９が第２偏心部２０３ｂに嵌合している。図２Ａおよび図２Ｂでは、シャフト２０３の回転軸Ｏに対する第１偏心部２０３ａの偏心方向と第２偏心部２０３ｂの偏心方向とが一致しているが、相違していてもよい。
【００３０】
第１シリンダ２０５、第１ピストン２０４、第２シリンダ２１０および第２ピストン２０９の寸法（高さや径）は、適切な膨張比を確保する目的で、作動室２２９ａおよび作動室２２９ｂ（図２Ｂ）の合計容積が、作動室２２４ａおよび作動室２２４ｂ（図２Ａ）の合計容積よりも大きくなるように設定されている。
【００３１】
第１シリンダ２０５には、膨張させるべき作動流体を作動室２２４ａに導くための吸入ポート２０５ｂが形成されている。第２シリンダ２１０には、膨張した作動流体を作動室２２９ｂから外部に導くための吐出ポート２１０ｂが形成されている。作動室２２４ｂと作動室２２９ａとは、中板２０８を斜めに貫通するように設けられた貫通孔２０８ａによって連通しており、１つの空間（膨張室）を形成している。吸入ポート２０５ｂには吸入管２１６が接続され、吐出ポート２１０ｂには吐出管２１７が接続されている。なお、吸入ポート２０５ｂは下軸受２１４に形成されていてもよく、吐出ポート２１０ｂは上軸受２１３に形成されていてもよい。
【００３２】
膨張機構２３０の基本動作は、図１４を参照して説明した従来の２段ロータリ膨張機のものと同じであるから、ここではその説明を省略する。
【００３３】
発電機２０１は、密閉容器２０２に固定されたステータ２０１ａと、シャフト２０３に固定されたロータ２０１ｂを有する。膨張機構２３０で作動流体が膨張するのに伴ってシャフト２０３およびロータ２０１ｂが回転する。これにより、ステータ２０１ａの巻き線に起電力が発生し、電力が得られる。
【００３４】
図２Ｂに示すように、第２ベーン２１１の幅方向ＷＤに関する中心線Ｌ４は、その中心線Ｌ４に平行かつシャフト２０３の回転軸Ｏを含む基準平面Ｈ１からオフセットしている。第２ベーン２１１の中心線Ｌ４が基準平面Ｈ１上にない。基準平面Ｈ１から見て、第２ベーン２１１の中心線Ｌ４は、作動室２２９ａに開口している貫通孔２０８ａのある側にオフセットしている。つまり、第２ベーン２１１の中心線Ｌ４が基準平面Ｈ１からオフセットするように、第２シリンダ２１０に第２ベーン溝２１０ａが形成されている。
【００３５】
なお、幅方向ＷＤとは、第２ベーン２１１の摺動方向（長手方向）およびシャフト２０３の回転軸Ｏに直交する方向である。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、本実施形態では、第１ベーン２０６の幅方向と第２ベーン２１１の幅方向とが一致しているが、このことは必須ではなく、相違していてもよい。
【００３６】
図３に示すように、本実施形態で用いられている第２ベーン２１１は、一定の幅ｔを有する。第２ベーン２１１の先端面２１１ａはＲ形状を有する。先端面２１１ａの曲率中心Ｑは中心線Ｌ４上に位置している。
【００３７】
ここで、第２ベーン２１１と第２ピストン２０９との接点をＥ４、第２ベーン２１１の先端面２１１ａのエッジ（当該先端面と側面との境界）をＡ４，Ｂ４で表す。図２Ｂの構成によると、第２ピストン２０９および第２ベーン２１１の動きに伴う接点Ｅ４の先端面２１１ａ上での揺動運動の平均位置が、中心線Ｌ４よりも吐出ポート２１０ｂ側に位置する。言い換えれば、接点Ｅ４の平均位置が中心線Ｌ４よりも作動室２２９ｂ側にオフセットしている。そのため、先端面２１１ａにおけるＡ４−Ｅ４部分の面積は、同じくＢ４−Ｅ４部分の面積よりも大きくなる。接点Ｅ４の平均位置とは、シャフト２０３が１回転する期間における、中心線Ｌ４から接点Ｅ４までの距離の平均値で特定される位置のことである。
【００３８】
Ａ４−Ｅ４部分には膨張中の作動流体の圧力が作用するので、従来の２段ロータリ膨張機（図１４）に比べ、第２ベーン２１１を第２ばね２１２に向けて押し返す力が大きい。一方、第２ベーン２１１の背面に作用する圧力は、密閉容器２０２の内圧で一定である。したがって、本実施形態によれば、第２ベーン２１１を第２ピストン２０９に押し付ける力（差圧力）を低減できる。これにより、第２ベーン２１１と第２ピストン２０９との間の摺動損失が低減するとともに、過大な押し付け力に基づいてシャフト２０３が傾くのを防止できる。
【００３９】
第２ベーン２１１の中心線Ｌ４と基準平面Ｈ１との距離ｕ４は、第２ベーン２１１の幅ｔを基準として、例えばｔ／３≦ｕ４≦２ｔの範囲にあるとよい。本実施形態では、貫通孔２０８ａの作動室２２９ａに面する開口および中心線Ｌ４が基準平面Ｈ１の一方の側に位置し、吐出ポート２１０ｂが基準平面Ｌ４の他方の側に位置するように設計がなされている。
【００４０】
また、図２Ａに示すように、第１ベーン２０６の幅方向ＷＤに関する中心線Ｌ３は、基準平面Ｈ１からオフセットしている。第１ベーン２０６の中心線Ｌ３が基準平面Ｈ１上にない。基準平面Ｈ１から見て、第１ベーン２０６の中心線Ｌ３は、作動室２２４ｂに開口している貫通孔２０８ａのある側にオフセットしている。つまり、第１ベーン２０６の中心線Ｌ３が基準平面Ｌ３からオフセットするように、第１シリンダ２０５に第１ベーン溝２０５ａが形成されている。
【００４１】
第１ベーン２０６の幅は、第２ベーン２１１の幅ｔ（図３）に等しい。また、第１ベーン２０６の先端面２０６ａの曲率半径も第２ベーン２１１のそれと等しい。
【００４２】
第１ベーン２０６と第１ピストン２０４との接点をＥ３、第１ベーン２０６の先端面２０６ａのエッジ（当該先端面と側面との境界）をＡ３，Ｂ３で表す。図２Ａの構成によると、第１ピストン２０４および第１ベーン２０６の動きに伴う接点Ｅ３の先端面２０６ａ上での揺動運動の平均位置が、中心線Ｌ３よりも吸入ポート２０５ｂ側に位置する。そのため、先端面２０６ａにおけるＢ３−Ｅ３部分の面積は、同じくＡ３−Ｅ３部分の面積よりも大きくなる。
【００４３】
Ｂ３−Ｅ３部分には膨張中の作動流体の圧力が作用するので、従来の２段ロータリ膨張機（図１４）に比べ、第１ベーン２０６を第１ばね２０７に向けて押し返す力が低減する。一方、第１ベーン２０６の背面に作用する圧力は、密閉容器２０２の内圧で一定である。したがって、本実施形態によれば、第１ベーン２０６を第１ピストン２０４に押し付ける力（差圧力）を増大できる。
【００４４】
図１８Ａを参照して説明したように、従来の２段ロータリ膨張機において、第１ベーンに作用する差圧力は比較的小さく、摺動損失の問題は生じにくい。しかし、差圧力が不足すると、第１ベーンと第１ピストンとが離れ、設計通りの性能を発揮できない可能性がある。これに対し、本実施形態によれば、第１ベーン２０６を第１ピストン２０４に押し付ける力（差圧力）が十分に得られるので、第１ベーン２０６の先端が第１ピストン２０４から離れることに基づく作動室２２４ａから作動室２２４ｂへの作動流体の漏れを防止できる。
【００４５】
第１ベーン２０６の中心線Ｌ３と基準平面Ｈ１との距離ｕ３は、第１ベーン２０６の幅ｔを基準として、例えばｔ／３≦ｕ３≦２ｔの範囲にあるとよい。本実施形態では、貫通孔２０８ａの作動室２２４ｂに面する開口および中心線Ｌ３が基準平面Ｈ１の一方の側に位置し、吸入ポート２０５ｂが基準平面Ｈ１の他方の側に位置するように設計がなされている。
【００４６】
また、図１に示すように、第１シリンダ２０５および第２シリンダ２１０を上下から挟むような形で２つの軸受２１３，２１４が配置されており、それぞれがシャフト２０３を支持している。上下両側からシャフト２０３を支持することによって、第２ベーン２１１によって強く押されることに基づくシャフト２０３の傾きを効果的に低減できる。第２ベーン２１１に作用する押し付け力（差圧力）を調整することに基づく効果と相俟って、シャフト２０３の傾きをいっそう小さくすることが可能となる。
【００４７】
さらに、本実施形態では、容積の小さい第１シリンダ２０５が下軸受２１４（第１軸受）側に配置され、容積の大きい第２シリンダ２１０が上軸受２１３（第２軸受）側に隣接して配置されている。上軸受２１３の軸受面（円筒面）の面積は、下軸受２１４の軸受面（円筒面）の面積より大きい。第１ベーン２０６に作用する押し付け力は相対的に小さいので、軸受面の面積が小さい軸受（下軸受２１４）を第１シリンダ２０５側に設けたとしても、シャフト２０３からの荷重を当該下軸受２１４で確実に受けることができ、シャフト２０３と下軸受２１４との間における摺動損失も低減できる。他方、第２ベーン２１１に作用する差圧力は相対的に大きく、第２ベーン２１１によってシャフト２０３は強く押されるが、軸受面の面積が大きい軸受（上軸受２１３）を第２シリンダ２１０側に設けることによって、シャフト２０３が傾くのを確実に防げる。さらに、軸受面の面積が大きい軸受（上軸受２１３）が電動機２０１側にあると、電動機２０１の回転に起因するラジアル荷重を上軸受２１３で受けることができ、軸受面における接触面圧を抑制した信頼性の高い構成を実現しうる。なお、本配置は、他の全ての実施形態に適用しうる。
【００４８】
本実施形態は、ＣＯ2のような超臨界冷媒が作動流体として用いられる冷凍サイクル装置のための２段ロータリ膨張機として特に好適である。ＣＯ2冷凍サイクルでは、膨張前の作動流体の圧力（≒密閉容器２０２の内圧）と膨張後の作動流体の圧力との差が非常に大きく、第２ベーン２１１に作用する力が過大になりやすい。また、作動室２２４ａでの作動流体の状態が超臨界であり、作動室２２４ｂおよび作動室２２９ａ（膨張室）での作動流体の状態が気液二相である。第１ベーン２０６と第１ピストン２０４との間に隙間が生じると、作動室２２４ａから作動室２２４ｂへの作動流体の漏れが顕著となり、設計通りの性能が発揮されない。したがって、第１ベーン２０６および第２ベーン２１１の両者について、押し付け力を最適化することが望ましい。
【００４９】
（変形例）
図２Ｂおよび図３に示す第２ベーン２１１に代えて、図４Ｂに示す第２ベーン３１１を用いることができる。図４Ｂに示す第２ベーン３１１の先端面３１１ａはＲ形状を有する。先端面３１１ａの曲率中心Ｑ2は、第２ベーン３１１の幅方向ＷＤに関する中心線Ｌ４からオフセットした位置にある。この第２ベーン３１１によれば、中心線Ｌ４に関して対称の形状を有するものより、作動室２２９ａに面する部分の面積が大きい。したがって、この第２ベーン３１１を第２ピストン２０９に押し付ける力（差圧力）が効果的に低減されうる。
【００５０】
同様に、図２Ａに示す第１ベーン２０６に代えて、図４Ａに示す第１ベーン３０６を用いることができる。図４Ａに示す第１ベーン３０６の先端面３０６ａはＲ形状を有する。先端面３０６ａの曲率中心Ｑ1は、第１ベーン３０６の幅方向ＷＤに関する中心線Ｌ３からオフセットした位置にある。この第１ベーン３０６によれば、中心線Ｌ３に関して対称の形状を有するものより、作動室２２４ｂに面する部分の面積が大きい。したがって、この第１ベーン３０６を第１ピストン２０４に押し付ける力（差圧力）が効果的に増大されうる。
【００５１】
図４Ｂに示すように、曲率中心Ｑ2と中心線Ｌ４との距離ｓ６は、第２ベーン３１１の幅ｔを基準として、例えばｔ／６≦ｓ６≦ｔ／２の範囲にあるとよい。図４Ａに示すように、曲率中心Ｑ1と中心線Ｌ３との距離ｓ５は、第１ベーン３０６の幅ｔを基準として、例えばｔ／６≦ｓ５≦ｔ／２の範囲にあるとよい。また、曲率中心Ｑ1，Ｑ2が基準平面Ｈ１上に位置していてもよい。
【００５２】
（第２実施形態）
図４Ａおよび図４Ｂに示すベーン３０６，３１１を用いる場合には、それらベーン３０６，３１１の中心線Ｌ３，Ｌ４がシャフト２０３の回転軸Ｏを含む平面上に存在していてもよい。図５Ａは、本発明の第２実施形態にかかる２段ロータリ膨張機の第１シリンダの拡大横断面図であり、図５Ｂは、第２シリンダの拡大横断面図である。図５Ａは、図１のＸ３−Ｘ３線における横断面図に対応し、図５Ｂは、図１のＸ４−Ｘ４線における横断面図に対応している。
【００５３】
図５Ａに示すように、本実施形態では、第１ベーン３０６の中心線Ｌ１は、これに平行かつシャフト２０３の回転軸Ｏを含む基準平面Ｈ１上にある。すなわち、第１ベーン溝３０５ａが従来の２段ロータリ膨張機のものと同じ位置（図１７Ａ）に形成されている。同様に、図５Ｂに示すように、第２ベーン３１１の中心線Ｌ１が基準平面Ｈ１上にあり、第２ベーン溝３１０ａが従来の２段ロータリ膨張機のものと同じ位置（図１７Ｂ）に形成されている。
【００５４】
ベーン３０６，３１１は、それぞれ、図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明したものである。そのため、接点Ｅ５の先端面３０６ａ上での揺動運動の平均位置が、中心線Ｌ１よりも吸入ポート２０５ｂ側に位置する。接点Ｅ５は、第１ベーン３０６と第１ピストン２０４との接点である。同様に、接点Ｅ６の先端面３１１ａ上での揺動運動の平均位置が、中心線Ｌ１よりも吐出ポート２１０ｂ側に位置する。接点Ｅ６は、第２ベーン３１１と第２ピストン２０９との接点である。このことから明らかなように、本実施形態においても、第１実施形態と同じ効果が得られる。
【００５５】
（第３実施形態）
本実施形態の２段ロータリ膨張機では、第１ベーンの幅と第２ベーンの幅とが相違している。具体的には、図６に示すように、幅ｔ1を有する第１ベーン２０６と、幅ｔ2を有する第２ベーン４０１とが用いられており、ｔ1＞ｔ2である。その他の点は、第１実施形態または第２実施形態と共通である。第１ベーン２０６は、第１実施形態で用いているものと同一であってもよい。
【００５６】
一般に、ロータリ膨張機（詳細にはローリングピストン型）において、ベーンをピストンに押し付ける力は、ベーンの背面に作用する圧力と作動室の圧力との差だけでなく、圧力が作用する面の面積に応じて変化する。つまり、狭い幅ｔ2を有する第２ベーン４０１を用いると、第２ベーン４０１に作用する押し付け力の絶対値は必然的に小さくなる。結果として、第２ベーン４０１と第２ピストン２０９との間の摺動損失を低減できる。
【００５７】
ＣＯ2のように高低圧差が大きい作動流体の使用を前提とする場合、強度不足に直結する部品の薄肉化が可能なのかどうかが問題となる。本実施形態の２段ロータリ膨張機によると、作動流体は、第１シリンダの一方の作動室で超臨界、他方の作動室で気液二相であるのに対し、第２シリンダでは両作動室で気液二相状態である。そのため、第１シリンダの作動室間の圧力差に比べると、第２シリンダの作動室間の圧力差は小さい。圧力差が小さいので、第２ベーンの側面に作用する荷重も比較的小さい。ゆえに、第２ベーンの薄肉化を図ったとしても、強度問題には発展せず、信頼性は損なわれない。
【００５８】
他方、先に説明したように、第１ベーンに作用する押し付け力が不足すると、ベーンとピストンとが離れて作動流体が漏れ、効率が悪くなる。本実施形態では、十分な幅ｔ1を有する第１ベーン２０６を用いているので、十分な押し付け力を確保でき、そうした問題の発生を防止できる。また、作動室間の圧力差が大きい第１シリンダ側での強度不足の問題も生じない。
【００５９】
狭い幅ｔ2を有する第２ベーン４０１は、第１実施形態のようにオフセットしていてもよいし、第２実施形態のようにオフセットしていなくてもよい。また、図４Ｂに示す第２ベーン３１１のように、第２ベーン４０１の先端面４０１ａの曲率中心が、幅方向に関する中心線からオフセットしていてもよい。複数の実施形態を組み合わせることによって、各実施形態での効果を重畳的に得ることができる。
【００６０】
（第４実施形態）
図７は、第４実施形態にかかる２段ロータリ膨張機の第２シリンダの拡大横断面図である。図８は、図７の部分拡大図である。本実施形態と次の実施形態では、ベーン溝における潤滑油の抵抗を利用して第２ベーンに作用する押し付け力の最適化が図られている。なお、図１の縦断面図に示すように、ベーン溝には油貯まり２０２ｂに保持された潤滑油が自由に出入りできる。
【００６１】
図７に示すように、本実施形態で用いられている第２ベーン４１１は、第２ピストン２０９に接する先端面４１１ａを含む軸部４１１ｊと、先端面４１１ａとは反対側において軸部４１１ｊに連なっているとともに軸部４１１ｊよりも幅方向ＷＤに突出している鍔部４１１ｋとを含む。軸部４１１ｊの幅は一定である。第２ベーン４１１の先端面４１１ａはＲ形状を有する。第２ベーン４１１の中心線Ｌ１は、回転軸Ｏを含む基準平面Ｈ１上にある。
【００６２】
図８に示すように、鍔部４１１ｋは中心線Ｌ１に対して傾斜した面である前面４１１ｆを有する。具体的には、前面４１１ｆは中心線Ｌ１に略垂直である。第２ベーン溝４１０ａは、軸部４１１ｊを収容している部分の幅が狭く、鍔部４１１ｋおよび第２ばね２１２を収容している部分の幅が広くなっている。つまり、第２ベーン溝４１０ａは、幅が狭い部分と広い部分との境界を構成する面であって、中心線Ｌ１に対して傾斜した面である段付き面４１０ｆを有する。段付き面４１０ｆにおいて、第２ベーン溝４１０ａの拡幅が行われている。この段付き面４１０ｆは、鍔部４１１ｋの前面４１１ｆと向かい合っている。なお、中心線Ｌ１に平行な方向に関して、第２ばね２１２が配置されている側を後方側、第２ピストン２０９が配置されている側を前方側と定義する。
【００６３】
図７および図８に示す構成によると、第２ベーン４１１が第２ベーン溝４１０ａから押し出される方向に進む（前進する）ことに応じて、前面４１１ｆと段付き面４１０ｆとの距離（図示の例では前面４１１ｆを形成している部分ＭＰ1と段付き面４１０ｆとの距離Ｇ1）が縮小する。そのため、進行方向と逆向きの抵抗力が第２ベーン４１１に作用する。進行方向と逆向きの抵抗力は、第２ベーン４１１を第２ピストン２０９に向けて押し付ける力を弱める。結果として、第１〜第３実施形態で説明した効果と同じ効果が得られる。
【００６４】
また、第２ベーン４１１の鍔部４１１ｋは、後方側に向かって凸の形状を有する。このようにすれば、第２ベーン４１１が回転軸Ｏから遠ざかる方向に進む（後退する）際に、第２ベーン４１１の移動に対する潤滑油の流動抵抗を小さくすることができる。
【００６５】
なお、本実施形態を第１〜第３実施形態と組み合わせて実施してもよいことは、本発明の目的および効果から明らかである。このことは、次の第５実施形態についても同様である。
【００６６】
（第５実施形態）
図９は、第５実施形態にかかる２段ロータリ膨張機の第２シリンダの拡大横断面図である。図１０は、図９の部分拡大図である。
【００６７】
図９および図１０に示すように、本実施形態では、幅方向ＷＤに関する第２ベーン溝５１０ａの壁面５１０ｆが中心線Ｌ１に対して傾斜している。すなわち、第２ベーン溝５１０ａの幅が前方側に向かって次第に狭くなっている。中心線Ｌ１に対して傾斜した壁面５１０ｆは、第２ベーン溝５１０ａの前端から始まっているとともに、中心線Ｌ１に平行な方向に関して第２ベーン２１１のストローク以上の長さを有する。他方、第２ベーン２１１は、第１実施形態と同じものであり、一定の幅ｔを有する。
【００６８】
図９および図１０に示す構成によると、第２ベーン２１１と第２ベーン溝５１０ａとの隙間がくさび形状を示す。第２ベーン２１１が前進することに応じて、第２ベーン２１１の所定部分ＭＰ2と第２ベーン溝５１０ａの壁面５１０ｆとの距離Ｇ2が縮小する。そのため、第２ベーン２１１が前進する際における潤滑油の流動抵抗が大きくなる。隙間がくさび形状を有することに基づく流動抵抗は、第２ベーン２１１を後方側に押し戻す方向に作用し、第２ベーン２１１を第２ピストン２０９に向けて押し付ける力を弱める。結果として、第１〜第３実施形態で説明した効果と同じ効果が得られる。なお、所定部分ＭＰ2は、本実施形態では、第２ベーン溝５１０ａの傾斜した壁面５１０ｆに向かい合う、第２ベーン２１１の側面の任意の部分である。
【００６９】
（膨張機一体型圧縮機への適用）
本発明の２段ロータリ膨張機は、膨張機一体型圧縮機に適用できる。図１１に示すように、膨張機一体型圧縮機６００は、密閉容器６０１と、密閉容器６０１内に配置された圧縮機構６０３と、密閉容器６０１内に配置された膨張機構６０５と、圧縮機構６０３と膨張機構６０５との間に配置された電動機６０９と、圧縮機構６０３、電動機６０９および膨張機構６０５を連結しているシャフト６０７とを備えている。膨張機構６０５として、各実施形態の２段ロータリ膨張機を用いることができる。
【００７０】
（冷凍サイクル装置への適用）
図１１に示す膨張機一体型圧縮機６００を用いて、冷凍サイクル装置を構成できる。図１２に示す冷凍サイクル装置７００は、膨張機一体型圧縮機６００と、圧縮機構６０３で圧縮された作動流体を冷却するための放熱器７０１と、膨張機構６０５で膨張した作動流体を蒸発させるための蒸発器７０３とを備えている。
【００７１】
図１３に示す他の冷凍サイクル装置８００は、圧縮機８０１、放熱器７０１、膨張機８０３および蒸発器７０３を備えている。膨張機８０３として、各実施形態の２段ロータリ膨張機を用いることができる。
【００７２】
図１２に示す冷凍サイクル装置７００では、作動流体から回収した動力がシャフト６０７を介して圧縮機構６０３に直接伝達されるのに対し、図１３に示す冷凍サイクル装置８００では、作動流体から回収した動力が回生電力に変換される。これらの冷凍サイクル装置７００，８００は、給湯機や空調機等の機器に用いられる。ＣＯ2などの冷媒が作動流体として用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の２段ロータリ膨張機は、冷凍サイクルにおける冷媒の膨張エネルギーを回収する動力回収手段として有用であるとともに、冷凍サイクルにおける冷媒以外の圧縮性流体からのエネルギー回収手段としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる２段ロータリ膨張機の縦断面図
【図２Ａ】図１の２段ロータリ膨張機のＸ３−Ｘ３線における拡大横断面図
【図２Ｂ】図１の２段ロータリ膨張機のＸ４−Ｘ４線における拡大横断面図
【図３】第２ベーンの拡大平面図
【図４Ａ】他の好適な第１ベーンの拡大平面図
【図４Ｂ】他の好適な第２ベーンの拡大平面図
【図５Ａ】本発明の第２実施形態にかかる２段ロータリ膨張機の第１シリンダの拡大横断面図
【図５Ｂ】本発明の第２実施形態にかかる２段ロータリ膨張機の第２シリンダの拡大横断面図
【図６】本発明の第３実施形態にかかる２段ロータリ膨張機に用いられた第１ベーンおよび第２ベーンの拡大平面図
【図７】本発明の第４実施形態にかかる２段ロータリ膨張機の第２シリンダの拡大横断面図
【図８】図７の部分拡大図
【図９】本発明の第５実施形態にかかる２段ロータリ膨張機の第２シリンダの拡大横断面図
【図１０】図９の部分拡大図
【図１１】膨張機一体型圧縮機の模式図
【図１２】膨張機一体型圧縮機が用いられた冷凍サイクル装置の構成図
【図１３】他の冷凍サイクル装置の構成図
【図１４】従来の２段ロータリ膨張機を示す縦断面図
【図１５Ａ】図１４に示す２段ロータリ膨張機のＸ１−Ｘ１線における横断面図
【図１５Ｂ】図１４に示す２段ロータリ膨張機のＸ２−Ｘ２線における横断面図
【図１６】図１４の２段ロータリ膨張機をＣＯ2冷凍サイクルに適用した場合における、シャフトの回転角と作動室の圧力との関係を示すグラフ
【図１７Ａ】図１５Ａの部分拡大図
【図１７Ｂ】図１５Ｂの部分拡大図
【図１８Ａ】シャフトの回転角、第１ベーンに作用する差圧力および第１ベーンの位置の関係を示すグラフ
【図１８Ｂ】シャフトの回転角、第２ベーンに作用する差圧力および第２ベーンの位置の関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００７５】
２００ ２段ロータリ膨張機
２０１ 電動機
２０２ 密閉容器
２０３ シャフト
２０４ 第１ピストン
２０５ 第１シリンダ
２０５ａ，３０５ａ 第１ベーン溝
２０５ｂ 吸入ポート
２０６，３０６ 第１ベーン
２０６ａ，３０６ａ 先端面
２０８ 中板
２０８ａ 貫通孔
２０９ 第２ピストン
２１０ 第２シリンダ
２１０ａ，３１０ａ，４１０ａ，５１０ａ 第２ベーン溝
２１０ｂ 吐出ポート
２１１，３１１，４０１，４１１ 第２ベーン
２１１ａ，３１１ａ，４０１ａ，４１１ａ 先端面
２１３ 上軸受（第２軸受）
２１４ 下軸受（第１軸受）
２２４ａ，２２４ｂ，２２９ａ，２２９ｂ 作動室
４１０ｆ 段付き面
４１１ｆ 前面（傾斜面）
５１０ｆ 壁面
６００ 膨張機一体型圧縮機
７００，８００ 冷凍サイクル装置
７０１ 放熱器
７０３ 蒸発器
８０１ 圧縮機
８０３ 膨張機
ＷＤ 幅方向
Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４ 中心線
Ｈ１ 基準平面
Ｑ，Ｑ1，Ｑ2 曲率中心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１シリンダと、
前記第１シリンダ内に回転可能に配置された第１ピストンと、
前記第１シリンダに対して同心状に配置された第２シリンダと、
前記第２シリンダ内に回転可能に配置された第２ピストンと、
前記第１ピストンおよび前記第２ピストンが取り付けられたシャフトと、
前記第１シリンダに形成された第１ベーン溝に摺動可能に設けられ、前記第１シリンダと前記第１ピストンとの間の空間を第１吸入空間と第１吐出空間とに仕切るための第１ベーンと、
前記第２シリンダに形成された第２ベーン溝に摺動可能に設けられ、前記第２シリンダと前記第２ピストンとの間の空間を第２吸入空間と第２吐出空間とに仕切るための第２ベーンと、
前記第１吐出空間と前記第２吸入空間とを連通することによって１つの膨張室を形成するための貫通孔を有するとともに、前記第１シリンダと前記第２シリンダとを隔てている中板と、を備え、
前記第２ベーンと前記第２ピストンとの接点の平均位置が、前記第２ベーンの幅方向に関する中心線よりも前記第２吐出空間側にオフセットしている、多段ロータリ膨張機。
【請求項２】
前記第２ベーンの幅方向に関する中心線が、その中心線に平行かつ前記シャフトの回転軸を含む基準平面から前記第２吸入空間側にオフセットした位置にある、請求項１に記載の多段ロータリ膨張機。
【請求項３】
前記第２ベーンの先端面がＲ形状を有し、
Ｒ形状を有する前記先端面の曲率中心が前記中心線から前記第２吐出空間側にオフセットした位置にある、請求項１または２に記載の多段ロータリ膨張機。
【請求項４】
前記第２ベーンの幅が前記第１ベーンの幅よりも狭い、請求項１〜３のいずれか１項に記載の多段ロータリ膨張機。
【請求項５】
第１シリンダと、
前記第１シリンダ内に回転可能に配置された第１ピストンと、
前記第１シリンダに対して同心状に配置された第２シリンダと、
前記第２シリンダ内に回転可能に配置された第２ピストンと、
前記第１ピストンおよび前記第２ピストンが取り付けられたシャフトと、
前記第１シリンダに形成された第１ベーン溝に摺動可能に設けられ、前記第１シリンダと前記第１ピストンとの間の空間を第１吸入空間と第１吐出空間とに仕切るための第１ベーンと、
前記第２シリンダに形成された第２ベーン溝に摺動可能に設けられ、前記第２シリンダと前記第２ピストンとの間の空間を第２吸入空間と第２吐出空間とに仕切るための第２ベーンと、
前記第１吐出空間と前記第２吸入空間とを連通することによって１つの膨張室を形成するための貫通孔を有するとともに、前記第１シリンダと前記第２シリンダとを隔てている中板と、を備え、
前記第２ベーンの幅が前記第１ベーンの幅よりも狭い、多段ロータリ膨張機。
【請求項６】
第１シリンダと、
前記第１シリンダ内に回転可能に配置された第１ピストンと、
前記第１シリンダに対して同心状に配置された第２シリンダと、
前記第２シリンダ内に回転可能に配置された第２ピストンと、
前記第１ピストンおよび前記第２ピストンが取り付けられたシャフトと、
前記第１シリンダに形成された第１ベーン溝に摺動可能に設けられ、前記第１シリンダと前記第１ピストンとの間の空間を第１吸入空間と第１吐出空間とに仕切るための第１ベーンと、
前記第２シリンダに形成された第２ベーン溝に摺動可能に設けられ、前記第２シリンダと前記第２ピストンとの間の空間を第２吸入空間と第２吐出空間とに仕切るための第２ベーンと、
前記第１吐出空間と前記第２吸入空間とを連通することによって１つの膨張室を形成するための貫通孔を有するとともに、前記第１シリンダと前記第２シリンダとを隔てている中板と、を備え、
（ａ）前記第２ベーン溝から前記第２ベーンが押し出される方向に進むにつれて前記第２ベーン溝の幅が次第に狭くなっている、または、
（ｂ）前記第２ベーン溝から前記第２ベーンが押し出される方向に対して傾斜した面を前記第２ベーンおよび前記第２ベーン溝の各々が有し、それら傾斜面が互いに向かい合っているとともに前記第２ベーン溝から前記第２ベーンが押し出されることに応じて互いの距離が縮小する、多段ロータリ膨張機。
【請求項７】
前記シャフトを支持するように前記第１シリンダ側に配置された第１軸受と、
前記シャフトを支持するように前記第２シリンダ側に配置された第２軸受と、をさらに備え、
前記第２軸受の軸受面の面積が前記第１軸受の軸受面の面積よりも大きい、請求項１〜６のいずれか１項に記載の多段ロータリ膨張機。
【請求項８】
作動流体を圧縮するための圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された作動流体を冷却するための放熱器と、
前記放熱器で冷却された作動流体を膨張させるための膨張機と、
前記膨張機で膨張した作動流体を蒸発させるための蒸発器と、を備え、
前記膨張機として、請求項１〜７のいずれか１項に記載の多段ロータリ膨張機が用いられた、冷凍サイクル装置。
【請求項９】
作動流体が二酸化炭素である、請求項８に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１】
第１シリンダと、
前記第１シリンダ内に回転可能に配置された第１ピストンと、
前記第１シリンダに対して同心状に配置された第２シリンダと、
前記第２シリンダ内に回転可能に配置された第２ピストンと、
前記第１ピストンおよび前記第２ピストンが取り付けられたシャフトと、
前記第１シリンダに形成された第１ベーン溝に摺動可能に設けられ、前記第１シリンダと前記第１ピストンとの間の空間を第１吸入空間と第１吐出空間とに仕切るための第１ベーンと、
前記第２シリンダに形成された第２ベーン溝に摺動可能に設けられ、前記第２シリンダと前記第２ピストンとの間の空間を第２吸入空間と第２吐出空間とに仕切るための第２ベーンと、
前記第１吐出空間と前記第２吸入空間とを連通することによって１つの膨張室を形成するための貫通孔を有するとともに、前記第１シリンダと前記第２シリンダとを隔てている中板と、を備え、
前記第２ベーンと前記第２ピストンとの接点の平均位置が、前記第２ベーンの幅方向に関する中心線よりも前記第２吐出空間側にオフセットしている、多段ロータリ膨張機。
【請求項２】
前記第２ベーンの幅方向に関する中心線が、その中心線に平行かつ前記シャフトの回転軸を含む基準平面から前記第２吸入空間側にオフセットした位置にある、請求項１に記載の多段ロータリ膨張機。
【請求項３】
前記第２ベーンの先端面がＲ形状を有し、
Ｒ形状を有する前記先端面の曲率中心が前記中心線から前記第２吐出空間側にオフセットした位置にある、請求項１または２に記載の多段ロータリ膨張機。
【請求項４】
前記第２ベーンの幅が前記第１ベーンの幅よりも狭い、請求項１〜３のいずれか１項に記載の多段ロータリ膨張機。
【請求項５】
第１シリンダと、
前記第１シリンダ内に回転可能に配置された第１ピストンと、
前記第１シリンダに対して同心状に配置された第２シリンダと、
前記第２シリンダ内に回転可能に配置された第２ピストンと、
前記第１ピストンおよび前記第２ピストンが取り付けられたシャフトと、
前記第１シリンダに形成された第１ベーン溝に摺動可能に設けられ、前記第１シリンダと前記第１ピストンとの間の空間を第１吸入空間と第１吐出空間とに仕切るための第１ベーンと、
前記第２シリンダに形成された第２ベーン溝に摺動可能に設けられ、前記第２シリンダと前記第２ピストンとの間の空間を第２吸入空間と第２吐出空間とに仕切るための第２ベーンと、
前記第１吐出空間と前記第２吸入空間とを連通することによって１つの膨張室を形成するための貫通孔を有するとともに、前記第１シリンダと前記第２シリンダとを隔てている中板と、を備え、
前記第２ベーンの幅が前記第１ベーンの幅よりも狭い、多段ロータリ膨張機。
【請求項６】
第１シリンダと、
前記第１シリンダ内に回転可能に配置された第１ピストンと、
前記第１シリンダに対して同心状に配置された第２シリンダと、
前記第２シリンダ内に回転可能に配置された第２ピストンと、
前記第１ピストンおよび前記第２ピストンが取り付けられたシャフトと、
前記第１シリンダに形成された第１ベーン溝に摺動可能に設けられ、前記第１シリンダと前記第１ピストンとの間の空間を第１吸入空間と第１吐出空間とに仕切るための第１ベーンと、
前記第２シリンダに形成された第２ベーン溝に摺動可能に設けられ、前記第２シリンダと前記第２ピストンとの間の空間を第２吸入空間と第２吐出空間とに仕切るための第２ベーンと、
前記第１吐出空間と前記第２吸入空間とを連通することによって１つの膨張室を形成するための貫通孔を有するとともに、前記第１シリンダと前記第２シリンダとを隔てている中板と、を備え、
（ａ）前記第２ベーン溝から前記第２ベーンが押し出される方向に進むにつれて前記第２ベーン溝の幅が次第に狭くなっている、または、
（ｂ）前記第２ベーン溝から前記第２ベーンが押し出される方向に対して傾斜した面を前記第２ベーンおよび前記第２ベーン溝の各々が有し、それら傾斜面が互いに向かい合っているとともに前記第２ベーン溝から前記第２ベーンが押し出されることに応じて互いの距離が縮小する、多段ロータリ膨張機。
【請求項７】
前記シャフトを支持するように前記第１シリンダ側に配置された第１軸受と、
前記シャフトを支持するように前記第２シリンダ側に配置された第２軸受と、をさらに備え、
前記第２軸受の軸受面の面積が前記第１軸受の軸受面の面積よりも大きい、請求項１〜６のいずれか１項に記載の多段ロータリ膨張機。
【請求項８】
作動流体を圧縮するための圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された作動流体を冷却するための放熱器と、
前記放熱器で冷却された作動流体を膨張させるための膨張機と、
前記膨張機で膨張した作動流体を蒸発させるための蒸発器と、を備え、
前記膨張機として、請求項１〜７のいずれか１項に記載の多段ロータリ膨張機が用いられた、冷凍サイクル装置。
【請求項９】
作動流体が二酸化炭素である、請求項８に記載の冷凍サイクル装置。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【公開番号】特開２０１０−２４９９７（Ｐ２０１０−２４９９７Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８７９２２（Ｐ２００８−１８７９２２）
【出願日】平成２０年７月１８日（２００８．７．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１８日（２００８．７．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
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