膨張機
【課題】 圧力センサ、及びこれを制御する制御部、また、逆止弁等を要することなく、簡易且つコストを低減した構成で、過膨張現象を的確に抑制できる膨張機を提供することを目的とする。
【解決手段】 上部軸受８側に上部連通溝６ａを形成し、第一シリンダ１１側に下部連通溝９ａを形成し、これらを膨張室１９の低圧側膨張室１９ｂと冷媒流出孔１５とを湾曲状に結ぶようにするとともに、下部連通溝９ａに冷媒流出孔１５と連通する連通孔９ｂを穿設し、また、前記下部連通溝９ａに前記連通孔９ｂを塞ぐように、樹脂材からなるチップシール２２を収納する。過膨張現象が発生した際、前記冷媒流出孔１５側と低圧側膨張室１９ｂとの差圧が前記チップシール２２に掛かり、冷媒流出孔１５側の冷媒が、前記低圧側膨張室１９ｂに逆流し、圧力を回復させ過膨張現象を的確に抑制する。
【解決手段】 上部軸受８側に上部連通溝６ａを形成し、第一シリンダ１１側に下部連通溝９ａを形成し、これらを膨張室１９の低圧側膨張室１９ｂと冷媒流出孔１５とを湾曲状に結ぶようにするとともに、下部連通溝９ａに冷媒流出孔１５と連通する連通孔９ｂを穿設し、また、前記下部連通溝９ａに前記連通孔９ｂを塞ぐように、樹脂材からなるチップシール２２を収納する。過膨張現象が発生した際、前記冷媒流出孔１５側と低圧側膨張室１９ｂとの差圧が前記チップシール２２に掛かり、冷媒流出孔１５側の冷媒が、前記低圧側膨張室１９ｂに逆流し、圧力を回復させ過膨張現象を的確に抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧流体の膨張力によりエネルギ回収を行う膨張機に係わり、より詳細には、エネルギ回収効率低下の原因となる過膨張現象を防止する構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の膨張機は、例えば図８で示すように、円筒状の内部空間を有するシリンダ５９と、このシリンダ５９の内部空間内周壁に沿って公転運動を行う偏心ロータ６１と、前記シリンダ５９と前記偏心ロータ６１との間に、同偏心ロータ６１の公転運動に伴って、往復的に摺動運動を行うベーン６３とを備え、前記シリンダ５９の円筒状の内部空間に膨張室６２を形成している。
【０００３】
前記シリンダ５９には、開閉弁６９を備え高圧流体を前記膨張室６２に導入する流入ポート６４と、高圧状態から膨張し低圧となった流体を外部に導出する流出ポート６５とが前記ベーン６３を挟むように接続されている。前記偏心ロータ６１はクランク軸を介して動力回収シャフト６０に接続されており、前記偏心ロータ６１が前記流入ポート６４から導入された高圧流体の膨張により公転運動を行うと、クランク軸を介して前記動力回収シャフト６０が回転運動を行い、この回転動力は発電機等に利用されるようになっている。
【０００４】
前記偏心ロータ６１の公転運動に伴い、前記シリンダ５９の内部空間に形成される膨張室６２は膨張側であった部分が排出側に、排出側であった部分が膨張側に順次切り換わるようになっており、前記偏心ロータ６１の吸入過程と、膨張過程の角度範囲は予め設定され、流体の膨張比は一定となるようになっている。そして、吸入過程の角度範囲で高圧流体をシリンダに導入する一方、膨張過程の角度範囲で流体を設定された膨張比で膨張させ、これにより回転動力を回収するようになっている。しかしながら、膨張機が接続された冷凍サイクルでは、冷却対象の温度変化や放熱対象の温度変化により冷凍サイクル内の高圧側圧力と低圧側圧力が変動するので、それに伴ない膨張機への吸入冷媒と、排出冷媒の圧力も変動してしまう。運転条件の変化により冷凍サイクルの実際の膨張比が、膨張機の設計膨張比よりも大きくなると、膨張室の圧力が冷凍サイクルの低圧側圧力よりも低くなる状態が生じ、所謂、膨張機での過膨張現象が発生してしまう。過膨張現象が発生すると、冷凍サイクルの低圧側圧力を回復させる必要が生じ、これに伴って膨張機でのエネルギ回収効率が低下してしまう不具合が生じる。
【０００５】
冷媒の過膨張現象発生を抑制するため、例えば、図８で示すように、前記流出ポート６５と、前記膨張室６２の膨張過程中間位置とを結び、開閉弁６７ａと逆止弁６８とを備えたバイパス路６７を設け、前記開閉弁６７ａが前記流出ポート６５と前記膨張室６２との差圧に応じて開閉するようにした技術が提示されている。前記膨張室６２で過膨張が発生し、同膨張室６２の圧力が前記流出ポート６５の圧力より低くなると、前記開閉弁６７ａが開放され、前記流出ポート６５から前記膨張室６２に冷媒が逆流することにより、同膨張室６２の圧力を冷媒回路の低圧側圧力まで回復させて過膨張現象を抑制するようになっている。また、前記流入ポート６４と前記膨張室６２とを開閉機構６６ａを備えた連絡通路６６で結ぶ方法もある（特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、前記流出ポート６４と前記膨張室６２との差圧を検出する圧力センサ等による検出手段と、前記開閉弁６７ａ及び逆止弁６８と、前記開閉弁６７ａを適宜開閉する制御手段を設けることは、膨張機の製造に多くの工数を要するばかりでなく、製造コストの上昇、惹いては冷凍サイクルの製造コストの上昇を招くこととなり、これに対し、より簡便でコスト上昇を抑制できる過膨張対策が求められていた。また、前記バイパス路６７は、流体の膨張過程における死容積となり、膨張効率の低下を招く虞があった。
【特許文献１】特開２００４−１９０５５９号（７頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、圧力センサ、及びこれを制御する制御手段、また、開閉弁、逆止弁等を要することなく、簡易且つコストを低減した構成で、過膨張現象を的確に抑制できる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】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、密閉容器内に設けられた、内部空間を有するシリンダと、同シリンダの上下端を挟持する上部軸受及び下部軸受と、クランク軸を備え前記上部軸受及び下部軸受に軸支されるシャフトと、前記クランク軸に遊嵌され前記シリンダの内部空間で公転運動するロータと、前記内部空間を区画するベーンと、前記密閉容器と前記シリンダとを貫き、前記内部空間に高圧流体を流入させる冷媒流入孔及び前記内部空間から低圧流体を流出させる冷媒流出孔とからなり、前記冷媒流入孔からの高圧の流体を前記内部空間内で膨張させて前記ロータを公転運動させ、膨張し低圧となった流体を前記冷媒流出孔から流出させてなる膨張機において、
前記上部軸受あるいは下部軸受に、一端を前記内部空間に開口し、他端を前記冷媒流出孔に平面的に交差させた上部連通溝を形成する一方、前記シリンダに前記上部連通溝に相対向するとともに、前記冷媒流出孔に連通する連通孔を備えた下部連通溝を形成し、同下部連通溝内に、前記内部空間と前記冷媒流出孔との差圧により作動して前記連通孔を開閉するチップシールを収容してなる構成となっている。
【０００９】
また、密閉容器内に設けられた、内部空間を有するシリンダと、同シリンダの上下端を挟持する上部軸受及び下部軸受と、クランク軸を備え前記上部軸受及び下部軸受に軸支されるシャフトと、前記クランク軸に遊嵌され前記シリンダの内部空間で、同内部空間の周壁に一端を接触させて公転運動するロータと、前記内部空間を区画するベーンと、前記密閉容器と前記シリンダとを貫き、前記内部空間に高圧流体を流入させる冷媒流入孔及び前記内部空間から低圧流体を流出させる冷媒流出孔とからなり、前記冷媒流入孔からの高圧の流体を前記内部空間内で膨張させて前記ロータを公転運動させ、膨張し低圧となった流体を前記冷媒流出孔から流出させてなる膨張機において、
前記ロータに、同ロータと前記周壁との接触点より公転運動方向に位置して、一端を開放した第一連通孔を設ける一方、前記ロータと前記周壁との接触点より公転運動後方側に位置して、一端を開放した第二連通孔を設け、前記ロータの一側面に、前記第一連通孔の他端と前記第二連通孔の他端とに連通する溝を設けるとともに、同溝に、前記第一連通孔と前記第二連通孔との差圧に応じて作動するチップシールを収容してなる構成となっている。
【００１０】
また、前記ロータが前記冷媒流出孔側に公転駆動した位置において、前記チップシールは、前記第二連通孔の圧力が前記第一連通孔より高い場合、同第一連通孔を閉塞する一方、前記第二連通孔の圧力が前記第一連通孔より低くなった場合、同チップシールに設けられた切欠きを介して前記第二連通孔と前記第一連通孔とを連通させてなる構成となっている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、圧力センサ、及びこれを制御する制御手段、また、開閉弁、逆止弁等を要することなく、樹脂材からなるチップシールを冷媒流出孔側と低圧側膨張室の差圧により作動させることにより、簡易且つコストを低減した構成で、過膨張現象を的確に抑制できる膨張機とすることができるようになっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は膨張機が用いられる冷媒回路であり、図２は本発明による膨張機の断面図である。図３（Ａ）、図３（Ｂ）は膨張機の断面を模式的に示した説明図であり、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は要部断面図である。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は膨張機の動作を示す説明図であり、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は第一実施例でのバイパス路の動作を示す説明図である。また、図７は第二実施例を示す断面図である。
【００１４】
本発明による膨張機４を備えた冷媒回路１は、図１で示すように、圧縮機２と、放熱器３と、膨張機４と、吸熱器５とを順次接続して構成されており、同冷媒回路１には自然冷媒としての二酸化炭素冷媒が循環するようになっている。前記圧縮機２はスクロール圧縮機、あるいはロータリー圧縮機で構成され、前記放熱器３と、前記吸熱器５とは、平行して並べられた多数のフィンと、同フィンに直交するように配設された蛇行状の伝熱管とからなるクロスフィン型の熱交換器で構成されている。
【００１５】
前記圧縮機２で圧縮され、超臨界状態となった二酸化炭素冷媒は、前記放熱器３に流入し、同放熱器３で熱を放出する。熱を放出した二酸化炭素冷媒は、前記膨張機４に流入し、同膨張機４内で膨張して、気相と液相からなる二相状態となる。二相状態の二酸化炭素冷媒は、前記吸熱器５で熱を吸収して気相状態となり前記圧縮機２に還流するようになっている。また、前記膨張機４内で二酸化炭素冷媒は、膨張するエネルギにより後述するシャフト１１を回転駆動させるようになっており、同シャフト１１の回転動力は、例えば、これに接続された発電機等に利用されて発電を行なうようになっている。これにより、冷媒の膨張エネルギは廃棄されることなく有効に利用されるようになっている。
【００１６】
前記膨張機４は、図２の断面図で示すように、厚肉の鋼材からなり両端部にフランジを備え、円筒状に形成されたメインケース４ｂと、同メインケース４ｂの上面に被着される、周縁にフランジを備え、ドーム状に形成されたアッパーカバー４ａと、同メインケース４ａの下面に被着され、周縁にフランジを備えるとともに、シャフト１１の軸受を中央部に備えたロワーカバー４ｃとで密閉容器を構成しており、前記メインケース４ｂ内には、上下二段に膨張機構が設けられている。
【００１７】
前記膨張機４の膨張機構は、図２の断面図、及び図３（Ｂ）の説明図で示すように、軸受を備えた中央部が突出して山形状に形成された上部軸受６と、円環状に形成され、内部に断面円形状の内部空間を備えた第一シリンダ９と、軸受を備えた円筒状の中間板７と、前記第一シリンダ９と同形状に形成された第二シリンダ１０と、前記上部軸受６と相対向する形状に形成された下部軸受８とを上下方向に重ね合わせ、これらの中央部に、前記上部軸受６と中間板７と下部軸受８とにより、クランク軸１１ａ及びクランク軸１１ｂを上下二段に備えたシャフト１１を回動自在に軸支している。また、同シャフト１１の側方には、略コ字状に折曲された潤滑油供給孔１８が上下方向に穿設されており、同潤滑油供給孔１８により、潤滑油が前記上部軸受６と中間板７と下部軸受８との軸受に供給されるようになっている。
【００１８】
前記第一シリンダ９と前記第二シリンダ１０の断面円形状の内部空間には、図３（Ａ）の断面図で示すように、前記シャフト１１の軸芯から偏心した薄型円柱状のクランク軸１１ａ及びクランク軸１１ｂが位置するとともに、これらの外周面には、ベーン１２ａを側面に突設させた円環状のロータ１２及びロータ１３が夫々、クランク軸１１ａ及びクランク軸１１ｂの外周面に対し摺動自在に遊嵌されている。
【００１９】
前記ロータ１２のベーン１２ａは、前記第一シリンダ９の円形状の窪みに回動自在に遊嵌された、左右一対のブッシュ２０に挟みこまれるようにして支持されるとともに、同ブッシュ２０に対し往復的に摺動自在となっている。前記ブッシュ２０が時計方向あるいは反時計方向に回動し、前記ベーン１２ａがブッシュ２０に対し往復的に摺動することにより、前記ロータ１２は前記第一シリンダ９の内部空間内で、前記クランク軸１１ａの外周面と滑りながら、同ロータ１２の外周面一端を内部空間の周壁に接触させて、公転運動を行うことができるようになっている。これは、前記ロータ１３も同様である。また、ロータ１２と内部空間の周壁との間には膨張室１９が形成されるようになっている。
【００２０】
前記メインケース４ｂ及び第一シリンダ９には、図３（Ａ）の断面図で示すように、これらを貫通して冷媒流入孔１４と、冷媒流出孔１５とが相対向するようにＶ字状に穿設されており、同冷媒流入孔１４と冷媒流出孔１５との夫々一端は、前記ベーン１２ａを挟むようにして前記第一シリンダ９の内部空間に接続され、夫々の他端は前記メインケース４ｂの外周壁に設けられた配管接続具１４ａ及び１５ａに夫々接続されている。前記冷媒流入孔１４と連通した配管接続具１４ａは、図１の冷媒回路において前記放熱器３側に配管接続され、前記冷媒流出孔１５と連通した配管接続具１５ａは前記吸熱器５側に配管接続されるようになっている。また、前記冷媒流入孔１４側には、図示しない開閉弁が接続されており、同開閉弁は第一シリンダ９の内部空間に冷媒を吸入する、前記ロータ１２の所定角度範囲内で開放されるようになっている。尚、第二シリンダ１０の構成も第一シリンダ９と同様である。
【００２１】
前記上部軸受６と、前記第一シリンダ９には、図３（Ａ）の点線で示すように、前記膨張室１９と前記冷媒流出孔１５とを湾曲状に結ぶように、断面矩形状の連通部２１が設けられ、同連通部２１は、図４（Ａ）のＡ−Ａ断面図で示すように、前記上部軸受６側に形成された上部連通溝６ａと、前記第一シリンダ９側に形成された下部連通溝９ａとからなっている。また、同下部連通溝９ａは底面に穿設された連通孔９ｂにより、前記前記第一シリンダ９に形成された前記冷媒流出孔１５と接続されており、前記下部連通溝９ａには前記連通孔９ｂを塞ぐように、樹脂材からなり弾力性を有する長尺状のチップシール２２が収納されている。また、前記連通孔２１の前記膨張室１９側は、図４（Ｂ）のＢ−Ｂ断面図で示すように、前記チップシール２２が脱落しないように前記下部連通溝９ａは閉鎖されている。図４（Ｃ）は、上記構成の模式図であり、前記上部連通溝６ａは前記膨張室１９側に延設されて開口部６ｂを、前記膨張室１９に開口している。尚、前記第二シリンダ１０側も同様に形成されている。尚、前記連通部２１は、前記上部軸受６に限られるものではなく、前記中間板７あるいは前記下部軸受８に形成してもよい。
【００２２】
次に、動作について、まず冷媒の膨張過程を説明する。前記第一シリンダ９の内部空間は、図５（Ａ）で示すように、前記ベーン１２ａによって、膨張室１９が高圧側膨張室１９ａと低圧側膨張室１９ｂとに区画されるようになっている。前記高圧側膨張室１９ａは、高圧の冷媒が流入することにより、次第に容積を増加させて前記ロータ１２を反時計方向に公転運動させるとともに、前記クランク軸１１ａ及びこれに連結されたシャフト１１を反時計方向に回動させ、前記低圧側膨張室１９ｂで冷媒が膨張し容積が増加したことにより低圧状態となるようにしている。同低圧側膨張室１９ｂで低圧となった冷媒は、公転運動する前記ロータ１２に押圧されて前記冷媒流出孔１５から流出していくようになっている。
【００２３】
前記放熱器３から流出した高圧の冷媒は、図５（Ａ）で示すように、前記配管接続具１４ａを経て前記冷媒流入孔１４から前記高圧側膨張室１９ａに流入する。この際、前記ロータ１２の公転運動中に、高圧冷媒が前記シリンダ９内に供給される流入過程の前記ロータ１２の角度範囲は予め定められており、一定量流入したら遮断されるようになっている。高圧側膨張室１９ａに流入した高圧の冷媒は、図５（Ｂ）で示すように、高圧力で前記ロータ１２を反時計廻りに公転駆動させる。同ロータ１２の内周面に遊嵌されたクランク軸１１ａはロータ１２の内周面と摺動しながら回動するとともに、これに連結された前記シャフト１１を反時計方向に回動させるようになっている。また、容積が増大した高圧側膨張室１９ａは前記ロータ１２の公転運動に伴い低圧側膨張室１９ｂへと移行し、膨張し低圧となった冷媒は、図５（Ｃ）で示すように、前記ベーン１２ａの近傍に位置し、膨張過程の終点側となる流出孔１５ａから前記冷媒流出孔１５に流出し、これを経て外部に流出するようになっている。また、上記したように、前記シャフト１１は、その一端を発電機等に接続されており、同シャフト１１が回転駆動されると、発電機等が発電作用を行なうことにより、冷媒の膨張エネルギを廃棄することなく有効に回収することができるようになっている
前記第一シリンダ９の下部連通溝９ａに収納された前記チップシール２２は、図６（Ａ）で示すように、通常時は、下部連通溝９ａの底面に押圧されて前記冷媒流出孔１５と連通した前記連通孔９ｂを塞ぐようになっている。これは、低圧側膨張室１９ｂの圧力Ｐ１が、前記冷媒流出孔１５側の圧力Ｐ２より高いと、その差圧が、前記冷媒流出孔１５の流出孔１５ａから約１／４周程度、公転運動後方側に位置する開口部６ｂから、上部連通溝２１を介して前記チップシール２２に掛かり、前記下部連通溝９ａの底面に押圧することによる。
【００２４】
運転環境あるいは運転条件の変化により、前記冷媒回路１での冷媒膨張比が、前記膨張機４の設計膨張比よりも大きくなると、前記低圧側膨張室１９ｂの圧力Ｐ１が冷媒流出孔１５側の圧力Ｐ２より低くなる状態が生じ、所謂、前記膨張機４に過膨張現象が発生して、これにより、エネルギ回収効率が低下してしまう不具合が生じる。過膨張現象が発生した際は、図６（Ｂ）で示すように、前記冷媒流出孔１５側の圧力Ｐ２と低圧側膨張室１９ｂの圧力Ｐ１との差圧が前記連通孔９ｂを介して前記チップシール２２に掛かり、同チップシール２２を前記下部連通溝９ａの底面から離反させるようになっている。
【００２５】
前記チップシール２２が前記下部連通溝９ａの底面から離反すると、冷媒流出孔１５側の冷媒が、図６（Ｂ）で示す矢印のように、前記連通孔９ｂと上部連通溝２１とを介して、前記低圧側膨張室１９ｂの始点側に位置する前記開口部６ｂから逆流し、同低圧側膨張室１９ｂの圧力を回復させるようになっている。これにより、低圧側膨張室１９ｂと冷媒流出孔１５側との圧力を均衡させて過膨張現象を抑制することができるようになっている。また、低圧側膨張室１９ｂの圧力が回復したら、前記チップシール２２が再度、前記連通孔９ｂを塞ぐようになっている。
【実施例２】
【００２６】
次に、第二実施例について説明する。第二実施例は、図７（Ａ）で示すように、ロータ２３の一側面に円弧状に溝２４を形成し、同溝２４に、同溝２４より断面の縦寸法及び横寸法が小さい長尺状のチップシール２５を収容している。また、同ロータ２３には、前記シリンダ９の周壁との接触点より公転運動方向に位置する低圧側膨張室１９ｂに一端を開放した第一連通孔２４ａがシリンダ９の内壁面に直交するように直線状に設けられ、また、図７（Ｃ）で示すように、前記ロータ２３には、同ロータ２３と前記シリンダ９の周壁との接触点より公転運動後方側に位置する高圧側膨張室１９ａに一端を開放し、断面Ｌ字状に形成された第二連通孔２４ｂが設けられており、これら第一連通孔２４ａ及び第二連通孔２４ｂの他端は、夫々前記溝２４の両端部に連通している。また、第二連通孔２４ｂの位置に対応するチップシール２５の部位には、図７（Ｄ）で示すように、略三角形状に切欠き２５ａが形成されており、後述するように、過膨張現象が発生した際には、同切欠き２５ａを介して前記低圧側膨張室１９ｂの冷媒が前記高圧側膨張室１９ａに流入するようになっている。
【００２７】
次に、動作について説明する。前記高圧側膨張室１９ａの冷媒圧力が、前記低圧側膨張室１９ｂより高い場合は、その差圧が、図７（Ｃ）で示すように、前記第一連通孔２４ｂを介して前記チップシール２５に掛かり、同チップシール２５を、図７（Ａ）で示すように、前記第二連通孔２４ａ側に押圧する。この状態では、同第二連通孔２４ａは遮断されるようになっている。
【００２８】
前記ロータ２３が前記冷媒流出孔１５側に公転駆動した位置において、過膨張現象が発生し、前記高圧側膨張室１９ａの冷媒圧力が、前記低圧側膨張室１９ｂよりも低くなった場合は、その差圧が、図７（Ｅ）で示すように、前記第一連通孔２４ａを介して前記チップシール２５に掛かり、同チップシール２５を、図７（Ｆ）で示すように、前記第二連通孔２４ｂ側に押圧する。同第二連通孔２４ｂ側にチップシール２５を押圧した冷媒ガスは、同チップシール２５に形成された前記切欠き２５ａと前記第二連通孔２４ｂとを介して前記高圧側膨張室１９ａに逆流し、これにより高圧側膨張室１９ａの圧力を回復させ、過膨張現象を抑制するようになっている。
【００２９】
以上、説明したように、前記上部軸受６側に上部連通溝２１を形成し、前記第一シリンダ９側に下部連通溝９ａを形成し、これら上部連通溝２１と下部連通溝９ａとが、前記膨張室１９と前記冷媒流出孔１５とを湾曲状に結ぶようにするとともに、下部連通溝９ａに前記冷媒流出孔１５と連通する連通孔９ｂを穿設し、また、前記下部連通溝９ａに前記連通孔９ｂを塞ぐように、樹脂材からなり弾力性を有する長尺状のチップシール２２を収納することにより、過膨張現象が発生した際、前記冷媒流出孔１５側と低圧側膨張室１９ｂの差圧が前記チップシール２２に掛かり、同チップシール２２を前記下部連通溝９ａの底面から離反させるようになっている。前記チップシール２２が前記下部連通溝９ａの底面から離反すると、冷媒流出孔１５側の冷媒が、前記低圧側膨張室１９ｂに逆流し、同低圧側膨張室１９ｂの圧力を回復させることにより、過膨張現象を的確に抑制することができるようになっている。これは前記第二シリンダ１０側も同様である。また、第二実施例でも説明したように、ロータ２３に形成した溝２４にチップシール２５を収容し、過膨張現象が発生した際は、前記低圧側膨張室１９ｂから前記第二連通孔２６ｂ側に冷媒を逆流させることにより、過膨張現象を抑制することもできるようになっている。
【００３０】
圧力センサ、電磁開閉弁及びこれらを制御する制御部、また、逆流弁等を要することなく、樹脂材からなる前記チップシール２２を前記下部連通溝９ａに収容して、前記冷媒流出孔１５側と低圧側膨張室１９ｂの差圧により作動させることにより、簡易且つコストを低減した構成で、過膨張現象を的確に抑制できる膨張機とすることができるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による膨張機が用いられる冷媒回路である。
【図２】本発明による膨張機の断面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は同膨張機の断面を示す説明図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は連通孔の要部断面図及び模式図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は同膨張機の膨張動作を示す説明図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｂ）はバイパス路の動作を示す説明図である。
【図７】第二実施例を示す断面図である。
【図８】従来の膨張機の過膨張抑制手段を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１ 冷媒回路
２ 圧縮機
３ 放熱器
４ 膨張機
４ａ アッパーカバー
４ｂ メインケース
４ｃ ロワーカバー
５ 吸熱器
６ 上部軸受
６ａ 上部連通溝
６ｂ 開口部
７ 中間板
８ 下部軸受
９ 第一シリンダ
９ａ 下部連通溝
９ｂ 連通孔
１０ 第二シリンダ
１１ シャフト
１１ａ、１１ｂ クランク軸
１２ ロータ
１２ａ ベーン
１３ ロータ
１４ 冷媒流入孔
１４ａ 配管接続具
１５ 冷媒流出孔
１５ａ 配管接続具
１６ 冷媒流入孔
１７ 冷媒流出孔
１８ 潤滑油供給孔
１９ 膨張室
１９ａ 高圧側膨張室
１９ｂ 低圧側膨張室
２０ ブッシュ
２１ 連通部
２２ チップシール
２３ ロータ
２４ 溝
２４ａ 第一連通孔
２４ｂ 第二連通孔
２５ チップシール
２５ａ 切欠き
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧流体の膨張力によりエネルギ回収を行う膨張機に係わり、より詳細には、エネルギ回収効率低下の原因となる過膨張現象を防止する構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の膨張機は、例えば図８で示すように、円筒状の内部空間を有するシリンダ５９と、このシリンダ５９の内部空間内周壁に沿って公転運動を行う偏心ロータ６１と、前記シリンダ５９と前記偏心ロータ６１との間に、同偏心ロータ６１の公転運動に伴って、往復的に摺動運動を行うベーン６３とを備え、前記シリンダ５９の円筒状の内部空間に膨張室６２を形成している。
【０００３】
前記シリンダ５９には、開閉弁６９を備え高圧流体を前記膨張室６２に導入する流入ポート６４と、高圧状態から膨張し低圧となった流体を外部に導出する流出ポート６５とが前記ベーン６３を挟むように接続されている。前記偏心ロータ６１はクランク軸を介して動力回収シャフト６０に接続されており、前記偏心ロータ６１が前記流入ポート６４から導入された高圧流体の膨張により公転運動を行うと、クランク軸を介して前記動力回収シャフト６０が回転運動を行い、この回転動力は発電機等に利用されるようになっている。
【０００４】
前記偏心ロータ６１の公転運動に伴い、前記シリンダ５９の内部空間に形成される膨張室６２は膨張側であった部分が排出側に、排出側であった部分が膨張側に順次切り換わるようになっており、前記偏心ロータ６１の吸入過程と、膨張過程の角度範囲は予め設定され、流体の膨張比は一定となるようになっている。そして、吸入過程の角度範囲で高圧流体をシリンダに導入する一方、膨張過程の角度範囲で流体を設定された膨張比で膨張させ、これにより回転動力を回収するようになっている。しかしながら、膨張機が接続された冷凍サイクルでは、冷却対象の温度変化や放熱対象の温度変化により冷凍サイクル内の高圧側圧力と低圧側圧力が変動するので、それに伴ない膨張機への吸入冷媒と、排出冷媒の圧力も変動してしまう。運転条件の変化により冷凍サイクルの実際の膨張比が、膨張機の設計膨張比よりも大きくなると、膨張室の圧力が冷凍サイクルの低圧側圧力よりも低くなる状態が生じ、所謂、膨張機での過膨張現象が発生してしまう。過膨張現象が発生すると、冷凍サイクルの低圧側圧力を回復させる必要が生じ、これに伴って膨張機でのエネルギ回収効率が低下してしまう不具合が生じる。
【０００５】
冷媒の過膨張現象発生を抑制するため、例えば、図８で示すように、前記流出ポート６５と、前記膨張室６２の膨張過程中間位置とを結び、開閉弁６７ａと逆止弁６８とを備えたバイパス路６７を設け、前記開閉弁６７ａが前記流出ポート６５と前記膨張室６２との差圧に応じて開閉するようにした技術が提示されている。前記膨張室６２で過膨張が発生し、同膨張室６２の圧力が前記流出ポート６５の圧力より低くなると、前記開閉弁６７ａが開放され、前記流出ポート６５から前記膨張室６２に冷媒が逆流することにより、同膨張室６２の圧力を冷媒回路の低圧側圧力まで回復させて過膨張現象を抑制するようになっている。また、前記流入ポート６４と前記膨張室６２とを開閉機構６６ａを備えた連絡通路６６で結ぶ方法もある（特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、前記流出ポート６４と前記膨張室６２との差圧を検出する圧力センサ等による検出手段と、前記開閉弁６７ａ及び逆止弁６８と、前記開閉弁６７ａを適宜開閉する制御手段を設けることは、膨張機の製造に多くの工数を要するばかりでなく、製造コストの上昇、惹いては冷凍サイクルの製造コストの上昇を招くこととなり、これに対し、より簡便でコスト上昇を抑制できる過膨張対策が求められていた。また、前記バイパス路６７は、流体の膨張過程における死容積となり、膨張効率の低下を招く虞があった。
【特許文献１】特開２００４−１９０５５９号（７頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、圧力センサ、及びこれを制御する制御手段、また、開閉弁、逆止弁等を要することなく、簡易且つコストを低減した構成で、過膨張現象を的確に抑制できる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】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、密閉容器内に設けられた、内部空間を有するシリンダと、同シリンダの上下端を挟持する上部軸受及び下部軸受と、クランク軸を備え前記上部軸受及び下部軸受に軸支されるシャフトと、前記クランク軸に遊嵌され前記シリンダの内部空間で公転運動するロータと、前記内部空間を区画するベーンと、前記密閉容器と前記シリンダとを貫き、前記内部空間に高圧流体を流入させる冷媒流入孔及び前記内部空間から低圧流体を流出させる冷媒流出孔とからなり、前記冷媒流入孔からの高圧の流体を前記内部空間内で膨張させて前記ロータを公転運動させ、膨張し低圧となった流体を前記冷媒流出孔から流出させてなる膨張機において、
前記上部軸受あるいは下部軸受に、一端を前記内部空間に開口し、他端を前記冷媒流出孔に平面的に交差させた上部連通溝を形成する一方、前記シリンダに前記上部連通溝に相対向するとともに、前記冷媒流出孔に連通する連通孔を備えた下部連通溝を形成し、同下部連通溝内に、前記内部空間と前記冷媒流出孔との差圧により作動して前記連通孔を開閉するチップシールを収容してなる構成となっている。
【０００９】
また、密閉容器内に設けられた、内部空間を有するシリンダと、同シリンダの上下端を挟持する上部軸受及び下部軸受と、クランク軸を備え前記上部軸受及び下部軸受に軸支されるシャフトと、前記クランク軸に遊嵌され前記シリンダの内部空間で、同内部空間の周壁に一端を接触させて公転運動するロータと、前記内部空間を区画するベーンと、前記密閉容器と前記シリンダとを貫き、前記内部空間に高圧流体を流入させる冷媒流入孔及び前記内部空間から低圧流体を流出させる冷媒流出孔とからなり、前記冷媒流入孔からの高圧の流体を前記内部空間内で膨張させて前記ロータを公転運動させ、膨張し低圧となった流体を前記冷媒流出孔から流出させてなる膨張機において、
前記ロータに、同ロータと前記周壁との接触点より公転運動方向に位置して、一端を開放した第一連通孔を設ける一方、前記ロータと前記周壁との接触点より公転運動後方側に位置して、一端を開放した第二連通孔を設け、前記ロータの一側面に、前記第一連通孔の他端と前記第二連通孔の他端とに連通する溝を設けるとともに、同溝に、前記第一連通孔と前記第二連通孔との差圧に応じて作動するチップシールを収容してなる構成となっている。
【００１０】
また、前記ロータが前記冷媒流出孔側に公転駆動した位置において、前記チップシールは、前記第二連通孔の圧力が前記第一連通孔より高い場合、同第一連通孔を閉塞する一方、前記第二連通孔の圧力が前記第一連通孔より低くなった場合、同チップシールに設けられた切欠きを介して前記第二連通孔と前記第一連通孔とを連通させてなる構成となっている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、圧力センサ、及びこれを制御する制御手段、また、開閉弁、逆止弁等を要することなく、樹脂材からなるチップシールを冷媒流出孔側と低圧側膨張室の差圧により作動させることにより、簡易且つコストを低減した構成で、過膨張現象を的確に抑制できる膨張機とすることができるようになっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は膨張機が用いられる冷媒回路であり、図２は本発明による膨張機の断面図である。図３（Ａ）、図３（Ｂ）は膨張機の断面を模式的に示した説明図であり、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は要部断面図である。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は膨張機の動作を示す説明図であり、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は第一実施例でのバイパス路の動作を示す説明図である。また、図７は第二実施例を示す断面図である。
【００１４】
本発明による膨張機４を備えた冷媒回路１は、図１で示すように、圧縮機２と、放熱器３と、膨張機４と、吸熱器５とを順次接続して構成されており、同冷媒回路１には自然冷媒としての二酸化炭素冷媒が循環するようになっている。前記圧縮機２はスクロール圧縮機、あるいはロータリー圧縮機で構成され、前記放熱器３と、前記吸熱器５とは、平行して並べられた多数のフィンと、同フィンに直交するように配設された蛇行状の伝熱管とからなるクロスフィン型の熱交換器で構成されている。
【００１５】
前記圧縮機２で圧縮され、超臨界状態となった二酸化炭素冷媒は、前記放熱器３に流入し、同放熱器３で熱を放出する。熱を放出した二酸化炭素冷媒は、前記膨張機４に流入し、同膨張機４内で膨張して、気相と液相からなる二相状態となる。二相状態の二酸化炭素冷媒は、前記吸熱器５で熱を吸収して気相状態となり前記圧縮機２に還流するようになっている。また、前記膨張機４内で二酸化炭素冷媒は、膨張するエネルギにより後述するシャフト１１を回転駆動させるようになっており、同シャフト１１の回転動力は、例えば、これに接続された発電機等に利用されて発電を行なうようになっている。これにより、冷媒の膨張エネルギは廃棄されることなく有効に利用されるようになっている。
【００１６】
前記膨張機４は、図２の断面図で示すように、厚肉の鋼材からなり両端部にフランジを備え、円筒状に形成されたメインケース４ｂと、同メインケース４ｂの上面に被着される、周縁にフランジを備え、ドーム状に形成されたアッパーカバー４ａと、同メインケース４ａの下面に被着され、周縁にフランジを備えるとともに、シャフト１１の軸受を中央部に備えたロワーカバー４ｃとで密閉容器を構成しており、前記メインケース４ｂ内には、上下二段に膨張機構が設けられている。
【００１７】
前記膨張機４の膨張機構は、図２の断面図、及び図３（Ｂ）の説明図で示すように、軸受を備えた中央部が突出して山形状に形成された上部軸受６と、円環状に形成され、内部に断面円形状の内部空間を備えた第一シリンダ９と、軸受を備えた円筒状の中間板７と、前記第一シリンダ９と同形状に形成された第二シリンダ１０と、前記上部軸受６と相対向する形状に形成された下部軸受８とを上下方向に重ね合わせ、これらの中央部に、前記上部軸受６と中間板７と下部軸受８とにより、クランク軸１１ａ及びクランク軸１１ｂを上下二段に備えたシャフト１１を回動自在に軸支している。また、同シャフト１１の側方には、略コ字状に折曲された潤滑油供給孔１８が上下方向に穿設されており、同潤滑油供給孔１８により、潤滑油が前記上部軸受６と中間板７と下部軸受８との軸受に供給されるようになっている。
【００１８】
前記第一シリンダ９と前記第二シリンダ１０の断面円形状の内部空間には、図３（Ａ）の断面図で示すように、前記シャフト１１の軸芯から偏心した薄型円柱状のクランク軸１１ａ及びクランク軸１１ｂが位置するとともに、これらの外周面には、ベーン１２ａを側面に突設させた円環状のロータ１２及びロータ１３が夫々、クランク軸１１ａ及びクランク軸１１ｂの外周面に対し摺動自在に遊嵌されている。
【００１９】
前記ロータ１２のベーン１２ａは、前記第一シリンダ９の円形状の窪みに回動自在に遊嵌された、左右一対のブッシュ２０に挟みこまれるようにして支持されるとともに、同ブッシュ２０に対し往復的に摺動自在となっている。前記ブッシュ２０が時計方向あるいは反時計方向に回動し、前記ベーン１２ａがブッシュ２０に対し往復的に摺動することにより、前記ロータ１２は前記第一シリンダ９の内部空間内で、前記クランク軸１１ａの外周面と滑りながら、同ロータ１２の外周面一端を内部空間の周壁に接触させて、公転運動を行うことができるようになっている。これは、前記ロータ１３も同様である。また、ロータ１２と内部空間の周壁との間には膨張室１９が形成されるようになっている。
【００２０】
前記メインケース４ｂ及び第一シリンダ９には、図３（Ａ）の断面図で示すように、これらを貫通して冷媒流入孔１４と、冷媒流出孔１５とが相対向するようにＶ字状に穿設されており、同冷媒流入孔１４と冷媒流出孔１５との夫々一端は、前記ベーン１２ａを挟むようにして前記第一シリンダ９の内部空間に接続され、夫々の他端は前記メインケース４ｂの外周壁に設けられた配管接続具１４ａ及び１５ａに夫々接続されている。前記冷媒流入孔１４と連通した配管接続具１４ａは、図１の冷媒回路において前記放熱器３側に配管接続され、前記冷媒流出孔１５と連通した配管接続具１５ａは前記吸熱器５側に配管接続されるようになっている。また、前記冷媒流入孔１４側には、図示しない開閉弁が接続されており、同開閉弁は第一シリンダ９の内部空間に冷媒を吸入する、前記ロータ１２の所定角度範囲内で開放されるようになっている。尚、第二シリンダ１０の構成も第一シリンダ９と同様である。
【００２１】
前記上部軸受６と、前記第一シリンダ９には、図３（Ａ）の点線で示すように、前記膨張室１９と前記冷媒流出孔１５とを湾曲状に結ぶように、断面矩形状の連通部２１が設けられ、同連通部２１は、図４（Ａ）のＡ−Ａ断面図で示すように、前記上部軸受６側に形成された上部連通溝６ａと、前記第一シリンダ９側に形成された下部連通溝９ａとからなっている。また、同下部連通溝９ａは底面に穿設された連通孔９ｂにより、前記前記第一シリンダ９に形成された前記冷媒流出孔１５と接続されており、前記下部連通溝９ａには前記連通孔９ｂを塞ぐように、樹脂材からなり弾力性を有する長尺状のチップシール２２が収納されている。また、前記連通孔２１の前記膨張室１９側は、図４（Ｂ）のＢ−Ｂ断面図で示すように、前記チップシール２２が脱落しないように前記下部連通溝９ａは閉鎖されている。図４（Ｃ）は、上記構成の模式図であり、前記上部連通溝６ａは前記膨張室１９側に延設されて開口部６ｂを、前記膨張室１９に開口している。尚、前記第二シリンダ１０側も同様に形成されている。尚、前記連通部２１は、前記上部軸受６に限られるものではなく、前記中間板７あるいは前記下部軸受８に形成してもよい。
【００２２】
次に、動作について、まず冷媒の膨張過程を説明する。前記第一シリンダ９の内部空間は、図５（Ａ）で示すように、前記ベーン１２ａによって、膨張室１９が高圧側膨張室１９ａと低圧側膨張室１９ｂとに区画されるようになっている。前記高圧側膨張室１９ａは、高圧の冷媒が流入することにより、次第に容積を増加させて前記ロータ１２を反時計方向に公転運動させるとともに、前記クランク軸１１ａ及びこれに連結されたシャフト１１を反時計方向に回動させ、前記低圧側膨張室１９ｂで冷媒が膨張し容積が増加したことにより低圧状態となるようにしている。同低圧側膨張室１９ｂで低圧となった冷媒は、公転運動する前記ロータ１２に押圧されて前記冷媒流出孔１５から流出していくようになっている。
【００２３】
前記放熱器３から流出した高圧の冷媒は、図５（Ａ）で示すように、前記配管接続具１４ａを経て前記冷媒流入孔１４から前記高圧側膨張室１９ａに流入する。この際、前記ロータ１２の公転運動中に、高圧冷媒が前記シリンダ９内に供給される流入過程の前記ロータ１２の角度範囲は予め定められており、一定量流入したら遮断されるようになっている。高圧側膨張室１９ａに流入した高圧の冷媒は、図５（Ｂ）で示すように、高圧力で前記ロータ１２を反時計廻りに公転駆動させる。同ロータ１２の内周面に遊嵌されたクランク軸１１ａはロータ１２の内周面と摺動しながら回動するとともに、これに連結された前記シャフト１１を反時計方向に回動させるようになっている。また、容積が増大した高圧側膨張室１９ａは前記ロータ１２の公転運動に伴い低圧側膨張室１９ｂへと移行し、膨張し低圧となった冷媒は、図５（Ｃ）で示すように、前記ベーン１２ａの近傍に位置し、膨張過程の終点側となる流出孔１５ａから前記冷媒流出孔１５に流出し、これを経て外部に流出するようになっている。また、上記したように、前記シャフト１１は、その一端を発電機等に接続されており、同シャフト１１が回転駆動されると、発電機等が発電作用を行なうことにより、冷媒の膨張エネルギを廃棄することなく有効に回収することができるようになっている
前記第一シリンダ９の下部連通溝９ａに収納された前記チップシール２２は、図６（Ａ）で示すように、通常時は、下部連通溝９ａの底面に押圧されて前記冷媒流出孔１５と連通した前記連通孔９ｂを塞ぐようになっている。これは、低圧側膨張室１９ｂの圧力Ｐ１が、前記冷媒流出孔１５側の圧力Ｐ２より高いと、その差圧が、前記冷媒流出孔１５の流出孔１５ａから約１／４周程度、公転運動後方側に位置する開口部６ｂから、上部連通溝２１を介して前記チップシール２２に掛かり、前記下部連通溝９ａの底面に押圧することによる。
【００２４】
運転環境あるいは運転条件の変化により、前記冷媒回路１での冷媒膨張比が、前記膨張機４の設計膨張比よりも大きくなると、前記低圧側膨張室１９ｂの圧力Ｐ１が冷媒流出孔１５側の圧力Ｐ２より低くなる状態が生じ、所謂、前記膨張機４に過膨張現象が発生して、これにより、エネルギ回収効率が低下してしまう不具合が生じる。過膨張現象が発生した際は、図６（Ｂ）で示すように、前記冷媒流出孔１５側の圧力Ｐ２と低圧側膨張室１９ｂの圧力Ｐ１との差圧が前記連通孔９ｂを介して前記チップシール２２に掛かり、同チップシール２２を前記下部連通溝９ａの底面から離反させるようになっている。
【００２５】
前記チップシール２２が前記下部連通溝９ａの底面から離反すると、冷媒流出孔１５側の冷媒が、図６（Ｂ）で示す矢印のように、前記連通孔９ｂと上部連通溝２１とを介して、前記低圧側膨張室１９ｂの始点側に位置する前記開口部６ｂから逆流し、同低圧側膨張室１９ｂの圧力を回復させるようになっている。これにより、低圧側膨張室１９ｂと冷媒流出孔１５側との圧力を均衡させて過膨張現象を抑制することができるようになっている。また、低圧側膨張室１９ｂの圧力が回復したら、前記チップシール２２が再度、前記連通孔９ｂを塞ぐようになっている。
【実施例２】
【００２６】
次に、第二実施例について説明する。第二実施例は、図７（Ａ）で示すように、ロータ２３の一側面に円弧状に溝２４を形成し、同溝２４に、同溝２４より断面の縦寸法及び横寸法が小さい長尺状のチップシール２５を収容している。また、同ロータ２３には、前記シリンダ９の周壁との接触点より公転運動方向に位置する低圧側膨張室１９ｂに一端を開放した第一連通孔２４ａがシリンダ９の内壁面に直交するように直線状に設けられ、また、図７（Ｃ）で示すように、前記ロータ２３には、同ロータ２３と前記シリンダ９の周壁との接触点より公転運動後方側に位置する高圧側膨張室１９ａに一端を開放し、断面Ｌ字状に形成された第二連通孔２４ｂが設けられており、これら第一連通孔２４ａ及び第二連通孔２４ｂの他端は、夫々前記溝２４の両端部に連通している。また、第二連通孔２４ｂの位置に対応するチップシール２５の部位には、図７（Ｄ）で示すように、略三角形状に切欠き２５ａが形成されており、後述するように、過膨張現象が発生した際には、同切欠き２５ａを介して前記低圧側膨張室１９ｂの冷媒が前記高圧側膨張室１９ａに流入するようになっている。
【００２７】
次に、動作について説明する。前記高圧側膨張室１９ａの冷媒圧力が、前記低圧側膨張室１９ｂより高い場合は、その差圧が、図７（Ｃ）で示すように、前記第一連通孔２４ｂを介して前記チップシール２５に掛かり、同チップシール２５を、図７（Ａ）で示すように、前記第二連通孔２４ａ側に押圧する。この状態では、同第二連通孔２４ａは遮断されるようになっている。
【００２８】
前記ロータ２３が前記冷媒流出孔１５側に公転駆動した位置において、過膨張現象が発生し、前記高圧側膨張室１９ａの冷媒圧力が、前記低圧側膨張室１９ｂよりも低くなった場合は、その差圧が、図７（Ｅ）で示すように、前記第一連通孔２４ａを介して前記チップシール２５に掛かり、同チップシール２５を、図７（Ｆ）で示すように、前記第二連通孔２４ｂ側に押圧する。同第二連通孔２４ｂ側にチップシール２５を押圧した冷媒ガスは、同チップシール２５に形成された前記切欠き２５ａと前記第二連通孔２４ｂとを介して前記高圧側膨張室１９ａに逆流し、これにより高圧側膨張室１９ａの圧力を回復させ、過膨張現象を抑制するようになっている。
【００２９】
以上、説明したように、前記上部軸受６側に上部連通溝２１を形成し、前記第一シリンダ９側に下部連通溝９ａを形成し、これら上部連通溝２１と下部連通溝９ａとが、前記膨張室１９と前記冷媒流出孔１５とを湾曲状に結ぶようにするとともに、下部連通溝９ａに前記冷媒流出孔１５と連通する連通孔９ｂを穿設し、また、前記下部連通溝９ａに前記連通孔９ｂを塞ぐように、樹脂材からなり弾力性を有する長尺状のチップシール２２を収納することにより、過膨張現象が発生した際、前記冷媒流出孔１５側と低圧側膨張室１９ｂの差圧が前記チップシール２２に掛かり、同チップシール２２を前記下部連通溝９ａの底面から離反させるようになっている。前記チップシール２２が前記下部連通溝９ａの底面から離反すると、冷媒流出孔１５側の冷媒が、前記低圧側膨張室１９ｂに逆流し、同低圧側膨張室１９ｂの圧力を回復させることにより、過膨張現象を的確に抑制することができるようになっている。これは前記第二シリンダ１０側も同様である。また、第二実施例でも説明したように、ロータ２３に形成した溝２４にチップシール２５を収容し、過膨張現象が発生した際は、前記低圧側膨張室１９ｂから前記第二連通孔２６ｂ側に冷媒を逆流させることにより、過膨張現象を抑制することもできるようになっている。
【００３０】
圧力センサ、電磁開閉弁及びこれらを制御する制御部、また、逆流弁等を要することなく、樹脂材からなる前記チップシール２２を前記下部連通溝９ａに収容して、前記冷媒流出孔１５側と低圧側膨張室１９ｂの差圧により作動させることにより、簡易且つコストを低減した構成で、過膨張現象を的確に抑制できる膨張機とすることができるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による膨張機が用いられる冷媒回路である。
【図２】本発明による膨張機の断面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は同膨張機の断面を示す説明図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は連通孔の要部断面図及び模式図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は同膨張機の膨張動作を示す説明図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｂ）はバイパス路の動作を示す説明図である。
【図７】第二実施例を示す断面図である。
【図８】従来の膨張機の過膨張抑制手段を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１ 冷媒回路
２ 圧縮機
３ 放熱器
４ 膨張機
４ａ アッパーカバー
４ｂ メインケース
４ｃ ロワーカバー
５ 吸熱器
６ 上部軸受
６ａ 上部連通溝
６ｂ 開口部
７ 中間板
８ 下部軸受
９ 第一シリンダ
９ａ 下部連通溝
９ｂ 連通孔
１０ 第二シリンダ
１１ シャフト
１１ａ、１１ｂ クランク軸
１２ ロータ
１２ａ ベーン
１３ ロータ
１４ 冷媒流入孔
１４ａ 配管接続具
１５ 冷媒流出孔
１５ａ 配管接続具
１６ 冷媒流入孔
１７ 冷媒流出孔
１８ 潤滑油供給孔
１９ 膨張室
１９ａ 高圧側膨張室
１９ｂ 低圧側膨張室
２０ ブッシュ
２１ 連通部
２２ チップシール
２３ ロータ
２４ 溝
２４ａ 第一連通孔
２４ｂ 第二連通孔
２５ チップシール
２５ａ 切欠き
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に設けられた、内部空間を有するシリンダと、同シリンダの上下端を挟持する上部軸受及び下部軸受と、クランク軸を備え前記上部軸受及び下部軸受に軸支されるシャフトと、前記クランク軸に遊嵌され前記シリンダの内部空間で公転運動するロータと、前記内部空間を区画するベーンと、前記密閉容器と前記シリンダとを貫き、前記内部空間に高圧流体を流入させる冷媒流入孔及び前記内部空間から低圧流体を流出させる冷媒流出孔とからなり、前記冷媒流入孔からの高圧の流体を前記内部空間内で膨張させて前記ロータを公転運動させ、膨張し低圧となった流体を前記冷媒流出孔から流出させてなる膨張機において、
前記上部軸受あるいは下部軸受に、一端を前記内部空間に開口し、他端を前記冷媒流出孔に平面的に交差させた上部連通溝を形成する一方、前記シリンダに前記上部連通溝に相対向するとともに、前記冷媒流出孔に連通する連通孔を備えた下部連通溝を形成し、同下部連通溝内に、前記内部空間と前記冷媒流出孔との差圧により作動して前記連通孔を開閉するチップシールを収容してなることを特徴とする膨張機。
【請求項２】
密閉容器内に設けられた、内部空間を有するシリンダと、同シリンダの上下端を挟持する上部軸受及び下部軸受と、クランク軸を備え前記上部軸受及び下部軸受に軸支されるシャフトと、前記クランク軸に遊嵌され前記シリンダの内部空間で、同内部空間の周壁に一端を接触させて公転運動するロータと、前記内部空間を区画するベーンと、前記密閉容器と前記シリンダとを貫き、前記内部空間に高圧流体を流入させる冷媒流入孔及び前記内部空間から低圧流体を流出させる冷媒流出孔とからなり、前記冷媒流入孔からの高圧の流体を前記内部空間内で膨張させて前記ロータを公転運動させ、膨張し低圧となった流体を前記冷媒流出孔から流出させてなる膨張機において、
前記ロータに、同ロータと前記周壁との接触点より公転運動方向に位置して、一端を開放した第一連通孔を設ける一方、前記ロータと前記周壁との接触点より公転運動後方側に位置して、一端を開放した第二連通孔を設け、前記ロータの一側面に、前記第一連通孔の他端と前記第二連通孔の他端とに連通する溝を設けるとともに、同溝に、前記第一連通孔と前記第二連通孔との差圧に応じて作動するチップシールを収容してなることを特徴とする膨張機。
【請求項３】
前記ロータが前記冷媒流出孔側に公転駆動した位置において、前記チップシールは、前記第二連通孔の圧力が前記第一連通孔より高い場合、同第一連通孔を閉塞する一方、前記第二連通孔の圧力が前記第一連通孔より低くなった場合、同チップシールに設けられた切欠きを介して前記第二連通孔と前記第一連通孔とを連通させてなることを特徴とする請求項２に記載の膨張機。
【請求項１】
密閉容器内に設けられた、内部空間を有するシリンダと、同シリンダの上下端を挟持する上部軸受及び下部軸受と、クランク軸を備え前記上部軸受及び下部軸受に軸支されるシャフトと、前記クランク軸に遊嵌され前記シリンダの内部空間で公転運動するロータと、前記内部空間を区画するベーンと、前記密閉容器と前記シリンダとを貫き、前記内部空間に高圧流体を流入させる冷媒流入孔及び前記内部空間から低圧流体を流出させる冷媒流出孔とからなり、前記冷媒流入孔からの高圧の流体を前記内部空間内で膨張させて前記ロータを公転運動させ、膨張し低圧となった流体を前記冷媒流出孔から流出させてなる膨張機において、
前記上部軸受あるいは下部軸受に、一端を前記内部空間に開口し、他端を前記冷媒流出孔に平面的に交差させた上部連通溝を形成する一方、前記シリンダに前記上部連通溝に相対向するとともに、前記冷媒流出孔に連通する連通孔を備えた下部連通溝を形成し、同下部連通溝内に、前記内部空間と前記冷媒流出孔との差圧により作動して前記連通孔を開閉するチップシールを収容してなることを特徴とする膨張機。
【請求項２】
密閉容器内に設けられた、内部空間を有するシリンダと、同シリンダの上下端を挟持する上部軸受及び下部軸受と、クランク軸を備え前記上部軸受及び下部軸受に軸支されるシャフトと、前記クランク軸に遊嵌され前記シリンダの内部空間で、同内部空間の周壁に一端を接触させて公転運動するロータと、前記内部空間を区画するベーンと、前記密閉容器と前記シリンダとを貫き、前記内部空間に高圧流体を流入させる冷媒流入孔及び前記内部空間から低圧流体を流出させる冷媒流出孔とからなり、前記冷媒流入孔からの高圧の流体を前記内部空間内で膨張させて前記ロータを公転運動させ、膨張し低圧となった流体を前記冷媒流出孔から流出させてなる膨張機において、
前記ロータに、同ロータと前記周壁との接触点より公転運動方向に位置して、一端を開放した第一連通孔を設ける一方、前記ロータと前記周壁との接触点より公転運動後方側に位置して、一端を開放した第二連通孔を設け、前記ロータの一側面に、前記第一連通孔の他端と前記第二連通孔の他端とに連通する溝を設けるとともに、同溝に、前記第一連通孔と前記第二連通孔との差圧に応じて作動するチップシールを収容してなることを特徴とする膨張機。
【請求項３】
前記ロータが前記冷媒流出孔側に公転駆動した位置において、前記チップシールは、前記第二連通孔の圧力が前記第一連通孔より高い場合、同第一連通孔を閉塞する一方、前記第二連通孔の圧力が前記第一連通孔より低くなった場合、同チップシールに設けられた切欠きを介して前記第二連通孔と前記第一連通孔とを連通させてなることを特徴とする請求項２に記載の膨張機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２０９７０９（Ｐ２００９−２０９７０９Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５１５０４（Ｐ２００８−５１５０４）
【出願日】平成２０年３月３日（２００８．３．３）
【出願人】（０００００６６１１）株式会社富士通ゼネラル (1,266)
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３日（２００８．３．３）
【出願人】（０００００６６１１）株式会社富士通ゼネラル (1,266)
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