WO2006132053A1

WO2006132053A1 - 多段ロータリ式膨張機およびそれを備えた冷凍サイクル装置

Info

Publication number: WO2006132053A1
Application number: PCT/JP2006/309557
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Hasegawa; Masaru Matsui; Atsuo Okaichi; Tomoichiro Tamura; Takeshi Ogata
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2006-12-14
Also published as: JPWO2006132053A1; JP3904222B2; EP1895093A4; US8251682B2; EP1895093A1; US20090229302A1

Description

明細書

多段ロータリ式膨張機およびそれを備えた冷凍サイクル装置

技術分野

[0001] 本発明は、高圧の圧縮性流体の膨張エネルギーを回収することによって機械力や電力を発生する膨張機に関し、特に、冷凍サイクルにおける絞り機構部と置き換えて冷媒の膨張エネルギーを回収する膨張機に関するものである。また、その膨張機を備えた冷凍サイクル装置に関する。

背景技術

[0002] 冷凍サイクル装置の冷媒が膨張する際の膨張エネルギーを回収する目的で用いられる膨張機として、ロータリ式膨張機が知られている。

[0003] 特開平 8— 338356号公報に示されるような従来のロータリ式膨張機の構成について以下に説明する。ただし、説明を簡略ィ匕するために、 1ピストンタイプとしている。

[0004] 図 14は従来のロータリ式膨張機 100の構成を示す縦断面図であり、図 15は図 14 の膨張機の D1— D1線における横断面図である。発電機 101は、密閉容器 102に固定されたステータ 101aと、シャフト 103に固定されたロータ 101bからなり、ロータ 1 Olbの回転によってステータ 101aの巻き線との間に起電力を発生させて電力を得る。シャフト 103は、シリンダ 104を貫通し、軸受 105、 106によって回転可能に支持されている。シャフト 103には偏心部 103aが設けられ、偏心部 103aにはシリンダ 104 の内部に配置されたピストン 107が嵌合する。また、シャフト 103の中には、シャフト 1 03の軸方向に沿って軸方向流路 103bが、偏心部 103aには、軸方向流路 103bと開口部 103cを結ぶ、径方向流路 103dが設けられている。

[0005] 図 15に示すように、ピストン 107の外周面には係合溝 107aが形成されるとともに、シリンダ 104にはべーン溝 104aが形成されている。ベーン溝 104aにより往復動可能に保持されたべーン 108は、先端が係合溝 107aに係合し、ばね 109による力や、ベーン 108の先端側と背面側の圧力差による力によって、常時、ピストン 107に密着している。シリンダ 104とピストン 107により形成される三日月形状の空間は、ベーン 10 8により 2つの作動室 110a、 110b〖こ区画される。ピストン 107に設けられた吸入孔 10 7bは、作動室 110aに連通しており、シリンダ 104に設けられた吐出孔 104bは、作動室 110bに連通している。

[0006] 高圧の作動流体は、吸入管 111から密閉容器 102の内部に流入した後、シャフト 1 03の軸方向流路 103bと径方向流路 103dを経て開口部 103cに達する。開口部 10 3cはシャフト 103の回転運動とともに回転する力ピストン 107は自転運動を伴わない偏心回転運動、いわゆる揺動運動を行う。このため、ピストン 107に設けられた吸入孔 107bと、偏心部 103aに設けられた開口部 103cは、シャフト 103の回転運動に伴い、連通と非連通を繰り返す。開口部 103cと吸入孔 107bが連通している間に、作動流体は作動室 110aに吸入される。その後、開口部 103cと吸入孔 107bが非連通となると、吸入行程が終了する。作動流体は圧力を下げながら膨張し、作動室 110 aの容積が拡大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。シャフト 103の回転に伴い、作動室 110aは作動室 110bへと移行し、吐出孔 104bに連通すると膨張行程が終了する。そして、低圧となった作動流体は吐出孔 104bから吐出管 112へと吐出される。

[0007] ベーン 108がピストン 107に密着する原理について説明する。図 16は、図 14の膨張機の D1— D1線における拡大横断面図である。図 16において、ピストン 107はいわゆる上死点にあり、ベーン 108はべーン溝 104aの中に最も押し込まれた状態となつている。 A、 Bはべーン 108の先端側の R面と側面から成るエッジ、 C、 Dはべーン 1 08の背面と側面力も成るエッジである。ベーン 108の先端側の R面の半径は、ピストン 107の係合溝 107aの半径よりも小さくしているため、ベーン 108の先端側の R面とピストン 107の係合溝 107aは点 Eで接触し、ベーン 108の先端側の面 AE、 BEは作動室 110aにつながる空間に面している。従って、ベーン 108の先端側の R面（面 AB )に作用する圧力は、作動室 110aの圧力である。作動室 110aの圧力は、作動室 11 Oaが吐出孔 104bに連通しているため、吐出圧力 Pdに等しい。一方、ベーン 108の背面 CDに作用する圧力は、密閉容器 102の内部圧力であり、常に吸入圧力 Psに等しい。従って、これらの圧力差により、ベーン 108はピストン 107に密着する方向に力を受ける。上死点においては、ベーン 108はべーン溝 104aに入る方向から出る方向へと運動方向が逆転するので、ベーン 108に作用する慣性力は、ピストン 107からべーン 108の先端を離す方向に作用する。しかし、圧力差による力によって、十分に余裕を持ってベーン 108をピストン 107に密着させることができる。

[0008] ばね 109は、起動時に吸入圧力 Psと吐出圧力 Pdの差圧が生じるまでの間、ベーン 108をピストン 107に密着させるための補助的なものである。仮に、二酸化炭素を作動流体とする冷凍サイクルに用いる膨張機であって、ベーン 108は鋼製で高さ 10m m、幅 4mm、長さ 20mmとし、吸入圧力 Psを 100kgfZcm²、吐出圧力 Pdを 50kgf Zcm²とすると、差圧によりべーン 108に作用する力は、 20kgfとなる。また、ばね 10 9をコイルばねと仮定し、最大たわみ量を 6mm、ばね 109の外径をべーン 108の幅と同じ 4mmとすると、このクラスのばねのばね定数は、大きく見積もっても高々 0. 05 kgfZmmであり、ばね力は 0. 3kgf程度となる。一方、ベーン 108が振幅 3mmで 90 Hzの単振動する場合の慣性力は、 0. 6kgf程度となる。このように、特に 90Hzのような高速で運転する場合において、ばね 109の力は、ベーン 108の往復運動の慣性力より小さぐ圧力差によりべーン 108をピストン 107に押さえつける力が必須であることがわ力ゝる。

[0009] 次に、 2004年 3月に (独)新エネルギー，産業総合開発機構より発行された成果報告書"エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発 CO空調機用二相流膨張機 ·

2

圧縮機の開発"に示されるような従来のロータリ式膨張機の構成について以下に説明する。なお、上記成果報告書に示されるロータリ式膨張機は、特開 2003— 34346 7号公報に示される圧縮機に対して、冷媒の流れとシャフトの回転方向が逆であるが、基本構成は同じである。

[0010] 図 17は従来のロータリ式膨張機 200の構成を示す縦断面図であり、図 18Aは図 1 7の膨張機の D2— D2線における横断面図、図 18Bは図 17の膨張機の D3— D3線における横断面図である。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力らなる。シャフト 203は、中板 204によつてそれぞれ独立するように仕切られた第 1シリンダ 205と第 2シリンダ 206を貫通し、軸受 207、 208【こよって回転可會【こ支持されて!ヽる。シャフ卜 203【こ ίま、シャフ卜 203 の軸に対する偏心方向が同じである第 1偏心部 203aと第 2偏心部 203bが軸方向に沿った上下に設けられ、第 1偏心部 203aには第 1シリンダ 205の内部に配置された第 1ピストン 209が、第 2偏心部 203bには第 2シリンダ 206の内部に配置された第 2ピストン 210が嵌合する。

[0011] 第 1シリンダ 205と第 1ピストン 209、および第 2シリンダ 206と第 2ピストン 210の高さゃ径は、第 1シリンダ 205と第 1ピストン 209により形成される三日月形状の空間が、第 2シリンダ 206と第 2ピストン 210により形成される三日月形状の空間よりも小さくなるように設定する。図 17の例では、第 1シリンダ 205の内径と第 2シリンダ 206の内径は等しぐ第 1ピストン 209の外径と第 2ピストン 210の外径とが等しぐかつ第 2シリンダ 206の高さが第 1シリンダ 205の高さよりも大となっている。この構成は、本発明の V、くつかの実施の形態でも踏襲されて、る。

[0012] 図 18Aおよび図 18Bに示すように、第 1シリンダ 205および第 2シリンダ 206には、ベーン溝 205aおよび 206a力それぞれ形成されて!ヽる。ベーン溝 205a、 206aにより、それぞれ往復動可能に保持された第 1ベーン 211および第 2ベーン 212は、ばね 213、 214による力や、各べーン 211、 212の先端側と背面側の圧力差による力によつて、各ピストン 209、 210に密着している。第 1シリンダ 205と第 1ピストン 209により形成される三日月形状の空間は、第 1ベーン 211により 2つの作動室 215a、 215bに区画される。また、第 2シリンダ 206と第 2ピストン 210により形成される三日月形状の空間は、第 2ベーン 212により 2つの作動室 216a、 216bに区画される。第 1シリンダ 205に設けられた吸入孔 205b (吸入路）は、作動室 215a (第 1吸入側空間）に連通しており、作動室 215b (第 1吐出側空間）と作動室 216a (第 2吸入側空間）は、中板 204に斜め方向に第 1ベーン 211と第 2ベーン 212の間を通過するように設けられた連通孔 204a (連通路)で連通して一つの空間を形成している。また、第 2シリンダ 20 6に設けられた吐出孔 206b (吐出路）は、作動室 216b (第 2吐出側空間）に連通している。

[0013] 高圧の作動流体は、吸入管 217から密閉容器 202の内部に流入した後、吸入孔 2 05b力ら、第 1シリンダ 205の作動室 215aに吸人される。シャフト 203の回転運動に伴って作動室 215aの容積は拡大し、やがて、第 1シリンダ 205の内部の連通孔 204 aと連通する作動室 215bへと移行し、吸入行程が終了する。作動室 215bは、連通孔 204aを通じて第 2シリンダ 206の作動室 216aと連通して一つの作動室を形成しており、高圧の作動流体は、連通した作動室全体の容積が増加する方向、すなわち、作動室 215bの容積が減少し、作動室 216aの容積が増加する方向へとシャフト 203 を回転させ、発電機 201を駆動する。シャフト 203の回転に伴って作動室 215bは消滅し、作動室 216aは吐出孔 206bと連通する作動室 216bへと移行し、膨張行程が終了する。そして、低圧となった作動流体は吐出孔 206bから吐出管 218へと吐出される。

[0014] 以上の説明で用いた図 18Aおよび図 18Bでは、第 1シリンダ 205と第 2シリンダ 20 6の各べーン溝 205a、 206aの回転方向位置を同じにしていた力必ずしもこの限りではない。図 19は各べーン溝 205a、 206aが異なる回転方向位置になる場合の従来のロータリ式膨張機 400の構成を示す縦断面図であり、図 20Aは図 19の膨張機の D4— D4線における横断面図、図 20Bは図 19の膨張機の D5— D5線における横断面図である。ここでいう回転方向位置とは、シャフト 203の周りにおける角度位置のことである。

[0015] 第 1シリンダ 205のべーン溝 205aの位置は、第 2シリンダ 206のべーン溝 206aに対し、約 30deg回転している。このようにすることにより、中板 204に設ける連通孔 20 4aを中板 204に垂直に設けることができ、かつ、斜めの連通孔 204aのために中板 2 04を厚くする必要が無くなるので、連通孔 204aの容積を大幅に減らすことができ、連通孔 204aの中に残る作動流体の量を低減し、効率低下を抑えることができる。

[0016] 第 1ベーン 211が第 1ピストン 209に、第 2ベーン 212が第 2ピストン 210に密着する原理について説明する。図 21Aは図 17の膨張機の D2— D2線における拡大横断面図、図 21Bは図 17の膨張機の D3— D3線における拡大横断面図である。

[0017] 第 1ピストン 209は、図 21Aにおいていわゆる上死点にあり、第 1ベーン 211は、ベーン溝 205aの中に最も押し込まれた状態となっている。 A、 Bは第 1ベーン 211の先端側の R面と側面力成るエッジ、 C、 Dは第 1ベーン 211の背面と側面力も成るエツジであり、第 1ベーン 211の先端側の R面と第 1ピストン 209は、点 Eで接触している。第 1ベーン 211の先端側の R面に作用する圧力は、作動室 215aの圧力である。作動室 215aの圧力は、作動室 215aが吸入孔 205bに連通しているため、吸入圧力 Ps に等しい。一方、第 1ベーン 211の背面 CDに作用する圧力は、密閉容器 102の内部圧力であり、常に吸入圧力 Psに等しい。従って、第 1ベーン 211の先端側と背面側に圧力差は無ぐ圧力差により第 1ベーン 211を第 1ピストン 209に密着させる力は作用しない。上死点においては、第 1ベーン 211はべーン溝 205aに入る方向から出る方向へと運動方向が逆転するので、第 1ベーン 211に作用する慣性力は、第 1ビストン 209から第 1ベーン 211の先端を離す方向に作用する。しかし、圧力差による力が作用しないために、ばね 213により第 1ベーン 211が第 1ピストン 209から離れないように押さえつける必要がある。図 14〜図 16に示した従来のロータリ式膨張機 100 におけるベーン 108の慣性力とばね 109の力の試算では、ベーン 108の慣性力の方が大きくなつたことから解るように、ばね 213の力は第 1ベーン 211を第 1ピストン 2 09に密着させるのに必ずしも十分とは言えない。このため、第 1ベーン 211の材料を鋼力カーボンに変更したり、形状を小さくすることなどにより質量を小さくし、第 1ベーン 211の慣性力がばね 213の力より小さくなるように設計しなくてはならない。他の方法として、図 22に示すように、ベーンとピストンを一体形成したスウィングピストン 21 9を用いることにより、ベーンがピストン力も離れることのなヽ構成としてもよ!/、。

一方の第 2ピストン 210は、図 21Bにおいて上死点にあり、第 2ベーン 212は、ベーン溝 206aの中に最も押し込まれた状態となっている。 A、 Bは第 2ベーン 212の先端側の R面と側面力も成るエッジ、 C、 Dは第 2ベーン 212の背面と側面力も成るエッジであり、第 2ベーン 212の先端側の R面と第 2ピストン 210は、点 Eで接触している。第 2ベーン 212の先端側 ABに作用する圧力は、作動室 216bの圧力である。作動室 2 16bは、吐出孔 206bに連通しているため、圧力が吐出圧力 Pdに等しい。一方、第 2 ベーン 212の背面 CDに作用する圧力は、密閉容器 202の内部圧力であり、常に吸入圧力 Psに等しい。従って、これらの圧力差により、第 2ベーン 212は第 2ピストン 21 0に密着する方向に力を受ける。上死点においては、第 2ベーン 212はべーン溝 20 6aに入る方向から出る方向へと運動方向が逆転するので、第 2ベーン 212に作用する慣性力は、第 2ピストン 210から第 2ベーン 212の先端を離す方向に作用する。しかし、圧力差による力によって、十分に余裕を持って第 2ベーン 212を第 2ピストン 21 0に密着させることができる。ばね 214は、特開平 8— 338356号公報に示される膨張機と同様、起動時に吸入圧力 Psと吐出圧力 Pdの差圧が生じるまでの間、第 2ベーン 212を第 2ピストン 210に密着させるための補助的なものである。

発明の開示

[0019] し力しながら、図 17〜図 21に示す従来のロータリ式膨張機では、第 1ベーンの先端側と背面側に作用する圧力の差による押し出し力が得られず、アルミやカーボン等の材料により質量を特別に小さくする場合を除いて、ベーンに作用する慣性力によりべーンの先端がピストン力離れてしま、、作動流体が漏れるために著しく性能が低下し、場合によっては、作動室が形成されず、膨張機として機能しないという課題が生じていた。

[0020] また、第 1ベーンを軽量ィ匕の為にアルミ製やカーボン製にした場合、ベーン溝との間の摺動による信頼性の低下と、材料コストの増加という課題が生じていた。

[0021] また、図 22に示すような、スウィングピストンを用いる場合には、従来のピストンやべーンと同等の加工精度に仕上げようとすると、加工コストが高くなるという課題が生じていた。

[0022] 本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ベーンの信頼性の低下ゃ材料コストの増加を伴わず、また、スウィングピストンのように加工コストの増加を伴わずに、第 1ベーンの先端がピストン力離れることを防止することにより、作動流体の漏れを防止し、膨張機としての安定した動作を可能とするとともに、ひいては高効率かつ低コスト、高信頼性である多段ロータリ式膨張機を提供することを目的として!ヽる。併せて、その膨張機を備えた冷凍サイクル装置を提供する。

[0023] すなわち、本発明は、

軸方向に沿った上下に第 1偏心部および第 2偏心部を有するシャフトと、第 1偏心部に取り付けられ、偏心回転運動する第 1ピストンと、

内面の一部が第 1ピストンと接するように配置された第 1シリンダと、

第 1シリンダに設けられた第 1ベーン溝に往復動可能に配置され、先端が第 1ピストンに接することにより、第 1シリンダと第 1ピストンとの間の空間を、第 1吸入側空間と第 1吐出側空間とに区画する第 1ベーンと、

第 2偏心部に取り付けられ、偏心回転運動する第 2ピストンと、

内面の一部が第 2ピストンと接するように配置された第 2シリンダと、第 2シリンダに設けられた第 2ベーン溝に往復動可能に配置され、先端が第 2ピストンに接することにより、第 2シリンダと第 2ピストンとの間の空間を、第 2吸入側空間と第 2吐出側空間とに区画し、かつ第 2シリンダの外部の高圧雰囲気によって第 2ピストンに向力う方向の力が加わる第 2ベーンと、

第 1吸入側空間へ膨張前の作動流体を吸入させる吸入路と、

第 1吐出側空間と第 2吸入側空間を連通し、作動流体を膨張させるための作動室を形成する連通路と、

第 2吐出側空間から膨張後の作動流体を吐出させる吐出路とを備え、

第 2ベーンが第 2ピストン側に移動する際に、第 1ピストンに向力う方向の力を第 2ベ一ンが第 1ベーンに加える、多段ロータリ式膨張機を提供する。

[0024] 上記本発明の多段ロータリ式膨張機 (以下、単に膨張機ともいう）は、図 17で説明したロータリ式膨張機の基本構成を踏襲している。第 1シリンダ内の吐出側の作動室 (第 1吐出側空間）と、第 2シリンダ内の吸入側の作動室 (第 2吸入側空間）とからなる 1つの作動室 (膨張室)で、作動流体を膨張させる。第 2ベーンが第 2ピストン側に移動する際に、第 1ピストンに向力う方向の力を第 2ベーンが第 1ベーンに加えるので、第 1ベーンは第 2ベーンに連動して第 1ピストンに押し付けられる。つまり、第 1ベーンに加わる力の不足分を第 2ベーンに加わる力の余分で補うようにする。これにより、第 1ベーンの先端側と後端側に圧力差が無力つたとしても、第 1ベーンと第 1ピストンとの接触状態を維持できる。

[0025] このように、本発明の膨張機によれば、ベーンの信頼性の低下や材料コストの増加を伴わず、また、スウィングピストンのようにカ卩ェコストの増加を伴わずに、第 1ベーンの先端が第 1ピストン力も離れることを防止できる。これにより、膨張機としての安定した動作を可能とするとともに、高効率かつ低コスト、高信頼性である膨張機を実現することがでさる。

図面の簡単な説明

[0026] [図 1A]本発明の実施の形態 1における膨張機の縦断面図

[図 1B]図 1Aに示すベーンの拡大図

[図 1C]図 1に示す膨張機を好適に採用できる冷凍サイクル装置のブロック図圆 2]本発明の実施の形態 2における膨張機の縦断面図

[図 3A]図 2に示す膨張機の第 1ベーンの正面図および底面図

[図 3B]図 2に示す膨張機の連結部材の斜視図

[図 3C]図 2に示す膨張機の第 2ベーンの平面図および正面図

[図 3D]連結部材の別の例の斜視図

[図 3E]連結部材の別の例の斜視図

圆 4]本発明の実施の形態 3における膨張機の縦断面図

[図 5]図 4に示す膨張機のベーンの拡大図

圆 6]本発明の実施の形態 3における別の膨張機の縦断面図圆 7]本発明の実施の形態 4における膨張機の縦断面図圆 8]本発明の実施の形態 5における膨張機の縦断面図圆 9A]図 8に示す膨張機の D2— D2線における横断面図

[図 9B]図 8に示す膨張機の D3— D3線における横断面図圆 10]本発明の実施の形態 6における膨張機の縦断面図

[図 11A]図 10に示す膨張機の D4— D4線における横断面図

[図 11B]図 10に示す膨張機の D5— D5線における横断面図圆 12A]図 10に示す膨張機の第 1ベーンの斜視図

[図 12B]図 10に示す膨張機の第 2ベーンの斜視図圆 13]本発明の実施の形態 7における膨張機の縦断面図圆 14]従来の膨張機の縦断面図

[図 15]図 14の膨張機の D1— D1線における横断面図圆 16]図 14の膨張機の D1— D1線における拡大横断面図圆 17]従来の膨張機の縦断面図

[図 18A]図 17に示す膨張機の D2— D2線における横断面図 [図 18B]図 17に示す膨張機の D3— D3線における横断面図圆 19]従来の膨張機の縦断面図

[図 20A]図 19に示す膨張機の D4— D4線における横断面図 [図 20B]図 19に示す膨張機の D5— D5線における横断面図 [図 21A]図 17に示す膨張機の D2— D2線における拡大横断面図

[図 21B]図 17に示す膨張機の D3— D3線における拡大横断面図

[図 22]従来の膨張機の膨張機構部における拡大横断面図

発明を実施するための最良の形態

[0027] 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

[0028] (実施の形態 1)

図 1Aは、本発明の実施の形態 1の膨張機 300の構成を示す縦断面図である。本実施の形態 1の膨張機 300の構成は、ベーンおよび中板を除いて図 17、図 18、および図 21を用いて説明した従来のロータリ式膨張機 200と同様の構成である。また、同一機能部品については同一番号を使用し、従来例と同一の構成および作用の説明は省くことにする。

[0029] 膨張機 300は、空調機や給湯機の心臓部をなす冷凍サイクル装置に適用すること力 Sできる。図 1Cに示すように、冷凍サイクル装置 500は、冷媒を圧縮する圧縮機 501 と、圧縮機 501で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器 502と、放熱器 502で放熱した冷媒を膨張させる膨張機 300と、膨張機 300で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器 50 3とを備えている。膨張機 300は、冷媒の膨張エネルギーを電力の形で回収する。回収された電力は、圧縮機 501を作動させるために必要な電力の一部として使用される。ただし、膨張機 300のシャフトと、圧縮機 501のシャフトとを連結することにより、冷媒の膨張エネルギーを電力に変換せずに、機械力の形で圧縮機 501に直接伝達する形態ち採用することがでさる。

[0030] 図 1Aに示すように、本実施の形態 1の膨張機 300では、シャフト 203に対する第 1 ピストン 209と第 2ピストン 210の偏心方向および偏心量を等しくしている。ピストン 20 9、 210の偏心方向は、シャフトの 203の軸力らピストン 209、 210の中心に向力う方向である。ピストン 209、 210の偏心量は、シャフトの 203の中心とピストン 209、 210 の中心との距離に等しい。第 1シリンダ 205のべーン溝 205aと、第 2シリンダ 206のベーン溝 206aには、第 1シリンダ 205用の第 1ベーン咅 301bと第 2シリンダ 206用の第 2ベーン部 301cとが一体ィ匕されたべーン 301が往復動可能 (スライド可能）に配置されている。ベーン 301には、中板 304の厚さに略等しい幅の切欠き 301aが設けられており、切欠き 301aにより、先端側が第 1ピストン 209と接する第 1ベーン部 301b と、第 2ピストン 210と接する第 2ベーン部 301cに分割されている。第 1ベーン 301bと、第 2ベーン 301cの背面側には、それぞれ、ばね 213、 214が配置されている。

[0031] 中板 304には、ベーン 301に対応する位置に、切欠き 304kが形成されて!、る。この切欠き 304kは、ベーン 301の先端がシャフト 203の軸に最も接近したとき、中板 3 04とべーン 301と力干渉しないように、径方向の形成長さが調整されている。中板 30 4のこのような切欠き 304kにより、ベーン 301の背面は、シリンダ 205、 206の外部の高圧雰囲気、具体的には、密閉容器 202内に貯留された潤滑油にさらされる。従つて、ベーン 301の背面には、潤滑油の圧力、言い換えれば、密閉容器 202内を満たす作動流体の圧力が懸かる。

[0032] このような構成とすることにより、シャフト 203の回転〖こ伴って各ピストン 209、 210力 S 上死点から下死点に向力つて移動する際、ベーン 301の一部である第 2ベーン部 30 lcには、ばね 214の力にカ卩えて第 2シリンダ 206の内外の差圧による力が作用し、第 2ベーン部 301cが第 2ピストン 210側に押し出される。第 2ベーン部 301cが押し出されると、差圧による力が作用しない第 1ベーン部 301bも、第 2ベーン部 301cと共に第 1ピストン 209側に押し出される。従って、第 1ベーン部 301bの先端と第 1ピストン 2 09の密着を保つことができ、第 1ベーン部 301bが第 1ピストン 209から離れて膨張機の作動室 215a、 215bが形成されずにシャフト 203の回転が不安定になることや、作動流体が漏れることによる性能低下が防止され、高効率で安定した動作の膨張機を提供することができる。

[0033] また、ベーン 301は切欠き 301aを設けるだけなので力卩ェが容易であり、図 22のスウィングピストン 219よりも低コストで作製できる。また、従来 2部品だったものを 1部品としたので、部品点数減によるコスト削減効果も見込める。

[0034] また、図 1Aに示した例では、 U字状のベーン 301が分離不能な単一部品からなり、第 1ベーン部 301bと第 2ベーン部 301cとは、それぞれ、その U字状のベーン 301 の一端部と他端部とをなしている。すなわち、第 1ベーン部 301bと第 2ベーン部 301 cとの相対位置関係は不変である。このように、第 1ベーン部 301bと第 2ベーン部 30 lcとを有するベーン 301を用いることにより、両ベーン部 301b、 301cを簡単かつ完全にシンクロさせることができる。

[0035] また、第 1ピストン 209と第 2ピストン 210の外径が異なる場合には、第 1ベーン部 30 lbと第 2ベーン部 301cの先端は、それぞれのピストン 209、 210の外周面に接するように長さを変えて加工する必要がある。一方、図 1Aに示すように、第 1シリンダ 205 と第 2シリンダ 206の内径が等しぐかつ第 1ピストン 209と第 2ピストン 210の外径が等しい場合、第 1ベーン部 301bの先端と第 2ベーン部 301cの先端とを、まっすぐ揃える必要がある。具体的には、図 1Bに示すように、第 1ベーン部 301bの先端 E1および第 2ベーン部 301cの先端 E2は、シャフト 203の軸方向と平行な仮想直線 SLに含まれる、すなわち、シャフト 203の軸力もの距離が常に等しい。単一部品であるべ一ン 301は、切欠き 301aを設ける前に、先端側を加工しておき、後から切欠き 301aを設けるだけで、第 1ベーン部 301bと第 2ベーン部 301cの先端を同時に形成できる。従って、加工が容易であり、低コストィ匕を図ることができる。

[0036] また、本実施の形態 1では、第 1ベーン部 301bの背面側にばね 213を、第 2ベーン部 301cの背面側にばね 214を配置した力少なくとも一つのばねがべーン 301の背面側にあれば、膨張機の起動時に第 1ベーン部 301bの先端と第 2ベーン部 301cの先端を、それぞれ第 1ピストン 209と第 2ピストン 210に密着させることができる。

[0037] 実施の形態 1では、単一部品からなるベーンを用いる例を示した力第 1ベーンと第 2ベーンとは、別々の部品で構成することができる。この場合、第 1ベーンと第 2ベーンとは、相対位置関係の変化が許容されるので、組立誤差や部品の加工誤差を吸収しやすくなる。以下の実施形態では、そうした例について説明を行なう。

[0038] (実施の形態 2)

図 2は、本発明の実施の形態 2の膨張機 310の構成を示す縦断面図、図 3Aは図 2 における第 1ベーンの正面図および底面図、図 3Bは図 2における連結部材の斜視図、図 3Cは図 2における第 2ベーンの平面図および正面図である。本実施の形態 2 の膨張機 310の構成は、ベーンおよび中板を除いて図 17、図 18、および図 21を用いて説明した従来のロータリ式膨張機 200と同様の構成である。また、同一機能部品については同一番号を使用し、従来例と同一の構成および作用の説明は省くことにする。 [0039] 本実施の形態 2の膨張機 310は、第 2ベーン 312に加わる力を第 1ベーン 311に伝達し、第 2ベーン 312の動きに第 1ベーン 311の動きを連鎖させる伝達部材を備えている。こうした伝達部材を用いることにより、第 2ベーン 312によって第 1ベーン 311を確実に押すことができる。より具体的には、第 1ベーン 311と第 2ベーン 312とを連結する連結部材 313を、上記伝達部材として採用して、る。

[0040] 本実施の形態 2の膨張機 310では、シャフト 203に対する第 1ピストン 209と第 2ビストン 210の偏心方向および偏心量を等しくしている。第 1シリンダ 205のべーン溝 205 aには第 1ベーン 311力第 2シリンダ 206のべーン溝 206aには第 2ベーン 312力それぞれ前後にスライド可能に配置されている。第 1ベーン 311の下面には、その下面に垂直な方向に延びる長円孔 311aを、第 2ベーン 312の上面には、その上面に垂直な方向に延びる円筒孔 312aを設けている。円筒孔 312aには、円柱形状の連結部材 313の一端部が、微小なクリアランスを介して、回転可能、かつ、円筒孔 312a の深さ方向にスライド可能に挿入されている。長円孔 311aには、連結部材 313の他端部が、短軸方向に小さなクリアランスを介して、回転可能、長円孔 311aの深さ方向にスライド可能、かつ、長円孔 311aの長軸方向にもスライド可能に挿入されている。また、第 1ベーン 311と、第 2ベーン 312の背面側にはそれぞれ、ばね 213、 214が配置されている。

[0041] このような構成とすることにより、シャフト 203の回転〖こ伴って各ピストン 209、 210力 S 上死点から下死点に向かって移動する際、第 2ベーン 312は、ばね 214の力に加えて第 2シリンダ 206の内外の差圧による力により第 2ピストン 210側に押し出され、先端が第 2ピストン 210に接する。このとき、差圧による力が作用しない第 1ベーン 311 も、連結部材 313により、第 2ベーン 312と共に第 1ピストン 209側に押し出される。従つて、第 1ベーン 311の先端と第 1ピストン 209の密着を保つことができ、第 1ベーン 3 11が第 1ピストン 209から離れて膨張機の作動室 215a、 215bが形成されずにシャフト 203の回転が不安定になることや、作動流体が漏れることによる性能低下が防止され、高効率で安定した動作の膨張機を提供することができる。

[0042] また、実施の形態 1の場合、図 1Aにおけるベーン 301の切欠き 301aの幅と中板 3 04の厚さの関係は、ベーン 301を往復動可能であるとともに、クリアランスからの漏れが十分に少なく許容できる範囲（10〜20 m程度)で切欠き 301aの幅を中板 304 の厚みよりも若干大きくする必要がある。従って、中板 304および切欠き 301aの加工精度や、中板 304と切欠き 301aのマッチングが要求される。第 1ベーン部 301bの上面から第 2ベーン 301cの下面までの幅は、第 1シリンダ 205、第 2シリンダ 206、中板 304の各厚みの合計よりもクリアランスからの漏れが十分に少なく許容できる範囲（1 0〜20 /ζ πι程度)で小さくする必要がある。これに対し、本実施の形態 2では、連結部材 313が長円孔 31 laと円筒孔 312aの内部で軸方向にスライド可能なので、中板 30 4の厚みが多少ばらついた場合にでも、第 1ベーン 311の下面と、第 2ベーン 312の上面の間の幅が可変となり、簡単に加工、組立や、クリアランスの設定が可能となる。

[0043] また、本実施の形態 2では、第 1ベーン 311に長円孔 311aを設け、連結部材 313 が長円孔 31 laの長軸方向にスライド可能 (揺動可能）として、る。長円孔 31 laの長軸方向は、シャフト 203の回転方向に沿っている。また、連結部材 313は、第 1ベーン 311の長円孔 311aの底面と、第 2ベーン 312の円筒孔 312aの底面との距離（最短距離)よりも短く調整されているので、円筒孔 312aや長円孔 311aの深さ方向にも動くことができる。つまり、連結部材 313は、第 1ベーン 311や第 2ベーン 312の往復動の方向に対して垂直方向にわずかに動くことができる。言い換えれば、連結部材 3 13は、第 1ベーン 311と第 2ベーン 312との相対位置関係の変化を吸収しつつ、第 2 ベーン 312に加わる力を第 1ベーン 311に伝達している。従って、第 1シリンダ 205のベーン溝 205aと第 2シリンダ 206のべーン溝 206aが、組立誤差により回転方向に微小に距離がずれたり、完全に平行では無力つたりする場合でも、第 1ベーン 311および第 2ベーン 312は、それぞれのベーン溝 205a、 206aの中でねじれることが防止されてスムーズに作動できる。この結果、ベーン 311、 312の損傷ゃ摺動面の異常摩耗が防止され、ひいては高信頼性の膨張機の提供できるようになる。

[0044] なお、本実施の形態 2では、円柱形状の連結部材 313を用いたが、角柱や楕円柱等の他の柱状の連結部材を用いた場合でも、同様の効果が得られる。また、連結部材 313は、ベーン 311、 312と同様の材料である金属だけでなぐセラミックやェンジニアリングプラスチック等の他の硬質材料によっても構成することができる。また、連結部材 313の全部がエラストマ一等の弾性体で構成されていてもよい。 [0045] さらに、一部が弾性体で構成された連結部材を用いることも可能である。例えば、図 3Dに示すように、棒状の本体部 316と、その棒状の本体部 316の端部 316t、 31 6tが揷入されたゴム製の筒体 317、 317とカゝらなる連結部材 315を、図 3Bに示す連結部材 313に代えて用いることができる。本体部 316は、例えば金属、セラミック、ェンジニアリングプラスチックのような硬質材料によって構成することができる。筒体 317 は、例えばイソプレンゴム、スチレンゴム、二トリルゴム、ブタジエンゴム、クロ口プレンゴム、ウレタンゴムのようなエラストマ一によつて構成することができる。筒体 317は、本体部 316の両方の端部 316t、 316tに取り付けられていることが望ましいが、一方の端部 316tにのみ取り付けられていてもよい。このような連結部材 315によれば、ベーン 311、 312の孔との間に特に意識してクリアランスを設けなくても、筒体 317の弹性変形により各種誤差が吸収される。

[0046] また、図 3Eに示すように、第 1ベーン 311の孔 31 laに係合する棒状の第 1本体部 318aと、第 2ベーン 312の孔 312aに係合する棒状の第 2本体部 318bと、それら第 1 本体部 318aと第 2本体部 318bとを接続するゴム製の筒体 318cとからなる連結部材 319を好適に用いることができる。この連結部材 319によれば、シャフト 203の軸と平行な方向に関して、筒体 318cが第 1シリンダ 205と第 2シリンダ 206との間に配置されるので、筒体 318cの伸縮量を比較的大きく設定することが可能である。

[0047] (実施の形態 3)

図 4は、本発明の実施の形態 3の膨張機 320の構成を示す縦断面図、図 5は、図 4 の膨張機における第 2ベーンの正面図、側面図、および平面図である。本実施の形態 3の膨張機 320の構成は、ベーンおよび中板を除いて図 17、図 18、および図 21 を用いて説明した従来のロータリ式膨張機 200と同様の構成である。また、同一機能部品については同一番号を使用し、従来例と同一の構成および作用の説明は省くことにする。

[0048] 本実施の形態 3の膨張機 320では、シャフト 203に対する第 1ピストン 209と第 2ビストン 210の偏心方向および偏心量を等しくしている。第 1シリンダ 205のべーン溝 205 aに ίま第 1ベーン 321力第 2シリンダ 206のべーン溝 206aに ίま第 2ベーン 322力それぞれ往復動可能に配置されている。第 2ベーン 322の第 1ベーン側には突起部 322aが設けられている。その突起部 322aは第 1ベーン 321の背面に接している。図 5に示すように、突起部 322aは第 2ベーン 322に設けた孔 322bに嵌合されて、第 2 ベーン 322と一体化されている。そして、突起部 322aの厚み Wは、第 1ベーン 321 の厚みよりも薄くしている。突起部 322aや第 1ベーン 321の厚みは、ベーン 321、 32 2のスライド方向とシャフト 203の軸方向との双方に垂直な方向の厚みのことである。第 2ベーン 322の背面側には、ばね 214が配置されている。

[0049] このような構成とすることにより、シャフト 203の回転〖こ伴って各ピストン 209、 210力 S 上死点から下死点に向力つて移動する際、第 2ベーン 322は、第 2シリンダ 206の内外の差圧による力により第 2ピストン 210側に押し出され、先端が第 2ピストン 210に接する。このとき、差圧による力が作用しない第 1ベーン 321も、突起部 322aにより、第 2ベーン 322と共に第 1ピストン 209側に押し出される。従って、第 1ベーン 321の先端と第 1ピストン 209の密着を保つことができ、第 1ベーン 321が第 1ピストン 209から離れて膨張機の作動室 215a、 215bが形成されずにシャフト 203の回転が不安定になることや、作動流体が漏れることによる性能低下が防止され、高効率で安定した動作の膨張機を提供することができる。

[0050] また、第 1ベーン 321と、第 2ベーン 322は、別々の部品なので、実施の形態 1のように中板の厚さに依存することは無ぐ簡単に各べーン 321、 322の加工、組立や、クリアランスの設定が可能となる。

[0051] また、第 2ベーン 322とは別部品である突起部 322aを、第 2ベーン 322に形成された孔 322bに嵌合して一体ィ匕する構成としたことにより、第 2ベーン 322の上面を研摩した後に突起部 322aを設けることが可能となり、第 2ベーン 322が高精度に加工でき、かつ、加工が容易になる。ただし、第 2ベーン 322と突起部 322aをはじめ力も一体形成しても機能上の差は無、。

[0052] また、本実施の形態 3では、突起部 322aの厚み Wを、第 1ベーン 321の厚みよりも薄くしている。そのため、第 1シリンダ 205のべーン溝 205aと第 2シリンダ 206のべ一ン溝 206aが、組立誤差により回転方向に微小に距離がずれたり、完全に平行ではな力つたりする場合でも、突起部 322aの厚みと第 1ベーン 321の厚みとの差によって、そうした誤差を相殺することができる。この結果、突起部 322aがべーン溝 205aの中でねじれることが防止され、ベーン 321、 322がスムーズに作動できるようになるので、ベーン 321、 322の損傷ゃ摺動面の異常摩耗が防止され、ひいては高信頼性の膨張機の提供できるようになる。

[0053] なお、本実施の形態 3では、第 2ベーン 322に突起部 322aを設けた力図 6に示す膨張機 325のように、第 1ベーン 326の下面に突起部 326aを設けて、第 2ベーン 32 7に設けた切欠き 327aに引っ掛ける構成としてもよい。このようにしても、第 2ベーン 3 27は、突起部 326aを介して第 1ベーン 326を第 1ピストン 209側にしつ力りと押すので、同様の効果が得られる。

[0054] (実施の形態 4)

図 7は、本発明の実施の形態 4の膨張機 330の構成を示す縦断面図である。本実施の形態 4の膨張機 330の構成は、ベーンおよび中板を除いて図 17、図 18、および図 21を用いて説明した従来のロータリ式膨張機 200と同様の構成である。また、同一機能部品については同一番号を使用し、従来例と同一の構成および作用の説明は省くことにする。

[0055] 本実施の形態 4の膨張機 330では、シャフト 203に対する第 1ピストン 209と第 2ビストン 210の偏心方向および偏心量を等しくしている。第 1シリンダ 205のべーン溝 205 aに ίま第 1ベーン 331力第 2シリンダ 206のべーン溝 206aに ίま第 2ベーン 332力それぞれ往復動可能に配置されている。第 1ベーン 331の背面側には榭脂製の弾性部 331aを設けている。弾性部 331aは、例えばイソプレンゴム、スチレンゴム、二トリルゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴムのようなエラストマ一によつて構成される。また、第 2ベーン 332の第 1ベーン側には突起部 332aがあり、突起部 3 32aは第 1ベーン 331の背面側の弾性部 331aに接している。

[0056] このような構成とすることにより、シャフト 203の回転〖こ伴って各ピストン 209、 210力 S 上死点から下死点に向力つて移動する際、第 2ベーン 332は、第 2シリンダ 206の内外の差圧による力により第 2ピストン 210側に押し出され、先端が第 2ピストン 210に接する。このとき、差圧による力が作用しない第 1ベーン 331も、突起部 332aおよび弾性部 331aにより、第 2ベーン 332と共に第 1ピストン 209側に押し出される。従って、第 1ベーン 331の先端と第 1ピストン 209の密着を保つことができ、第 1ベーン 331 が第 1ピストン 209から離れて膨張機の作動室 215a、 215bが形成されずにシャフト 203の回転が不安定になることや、作動流体が漏れることによる性能低下が防止され、高効率で安定した動作の膨張機を提供することができる。

[0057] また、加工誤差で第 1ベーン 331が短くなり、第 2ベーン 332の突起部 332aと第 1 ベーン 331の背面の間にクリアランスが生じて、第 2ベーン 332の突起部 332aが第 1 ベーン 331を押す度に衝突が生じる場合でも、第 1ベーン 331の背面側に弾性部 33 laを設けたことにより、衝突音の発生が防止され、かつ、衝突によるべーン 331、 32 2の破損を防止することができ、ひ、ては低騒音で高信頼性の膨張機を提供することができる。

[0058] 逆に、加工誤差で第 1ベーン 331が長くなる場合には、第 2ベーン 332の先端側と第 2ピストン 210との間にクリアランスが生じると考えられるが、本実施の形態 4では、第 1ベーン 331の弾性部 331aが変形してクリアランスを吸収するので、第 2ベーン 33 2の先端側と第 2ピストン 210との間にクリアランスは生じない。従って、作動流体の漏れを防止することができるので、高効率な膨張機を提供することができる。

[0059] なお、本実施の形態 4では、第 1ベーン 331に弾性部 331aを設けたが、第 2ベーン 332の突起部 332aに弾性部を設ける力あるいは、第 2ベーン 332の突起部 332a を弾性体で構成しても同様の効果が得られる。

[0060] (実施の形態 5)

図 8は、本発明の実施の形態 5の膨張機 340の構成を示す縦断面図であり、図 9A は図 8の膨張機の D2— D2線における横断面図、図 9Bは図 8の膨張機の D3— D3 線における横断面図である。本実施の形態 5の膨張機 340の構成は、ベーン、中板およびピストンの偏心量を除いて図 17、図 18、および図 21を用いて説明した従来のロータリ式膨張機 200と同様の構成である。また、同一機能部品については同一番号を使用し、従来例と同一の構成および作用の説明は省くことにする。

[0061] 本実施の形態 5の膨張機 340では、シャフト 203に対する第 1ピストン 209と第 2ビストン 210の偏心方向は等しいが、図 9Aに示す第 1ピストン 209の偏心量 elは、図 9B に示す第 2ピストン 210の偏心量 e2よりも小さくしており、第 1シリンダ 205のべーン溝 205aに ίま第 1ベーン 341力第 2シリンダ 206のべーン溝 206aに ίま第 2ベーン 342 力それぞれ往復動可能に配置されている。第 2ベーン 342の第 1ベーン側には突起部 342aが設けられ、第 1ベーン 341の背面と第 2ベーン 342の突起部 342aの間には、第 1ベーン 341のスライド方向に伸縮する弾性体としてのばね 343が配置されている。ばね 343のたわみ量（伸縮長さ）は、第 1ピストン 209の偏心量 elと第 2ピストン 210の偏心量 e2の差の 2倍以上とする。例えば、第 1ピストン 209の偏心量 elが 1 . 5mmで、第 2ピストン 210の偏心量 e2が 2. Ommとすれば、 1. Omm以上たわめば良い。ばね定数は十分に大きく設定しておく。具体的には、第 2ベーン 342に作用する差圧による力の 1Z4程度の力で、最大たわみ量となる程度のばね定数が望ましい。背景技術で説明したように、第 2ベーン 342にはおよそ 20kgfの力が働くので、その 1Z4の力で lmmたわむ場合のばね定数は 5kgfZmmとなる。これを、第 1ベーン 341の背面側と第 2ベーン 342の突起部 342aの間に配置するので、ばね 343は、コィルばねよりも板ばねや皿ばねが望ましい。

このような構成とすることにより、シャフト 203の回転〖こ伴って各ピストン 209、 210力 S 上死点から下死点に向力つて移動する際、第 2ベーン 342は、第 2シリンダ 206の内外の差圧による力により第 2ピストン 210側に押し出され、先端が第 2ピストン 210に接する。このとき、差圧による力が作用しない第 1ベーン 341も、突起部 342aとばね 3 43により、第 2ベーン 342と共に第 1ピストン 209側に押し出される。ここで、第 1ベーン 341の往復運動のストロークは、第 1ピストン 209の偏心量 elの 2倍であり、第 2ベーン 342の往復運動のストロークは、第 2ピストン 210の偏心量 e2の 2倍であるので、上死点を基準に考えると、第 2ベーン 342が第 1ベーン 341を押そうとする距離と、第 1ベーン 341が移動する距離が一致しない。しかし、第 1ピストン 209と第 2ピストン 21 0の偏心量の差の 2倍のストロークを持つばね 343を配置したことにより、その距離の差を吸収することができる。従って、第 1ピストン 209の偏心量 elと、第 2ピストン 210 の偏心量 e2が異なる場合においても、第 1ベーン 341の先端と第 1ピストン 209の密着を保つことができ、第 1ベーン 341が第 1ピストン 209から離れて膨張機の作動室 2 15a、 215bが形成されずにシャフト 203の回転が不安定になることや、作動流体が漏れることによる性能低下が防止され、高効率で安定した動作の膨張機を提供することができる。 [0063] また、第 1シリンダ 205と第 1ベーン 341との間にばね 343を設けても第 1ベーン 34 1を押し出す効果は得られる力第 1ベーン 341の背面と第 2ベーン 342の突起部 34 2aの間にばね 343を設けたことにより、ばね 343のストロークが小さくて済み、上述した 5kgfZmm程度のばねをよりコンパクトにすることができる。従って、ベーン 341の背後の限られたスペースの中に配置することができる。

[0064] また、ばね 343のばね定数を、第 2ベーン 342に作用する差圧による力の 1Z4程度の力とした理由については、第 2ベーン 342に作用する差圧による力は、ばね 343 の反力により 1Z4程度減少する力それでも第 2ベーン 342を押し出す力は十分に残っており、かつ、第 1ベーン 341を押し出す力は、第 2ベーン 342に作用する差圧による力の 1 Z4程度の力があれば十分である力もである。

[0065] (実施の形態 6)

図 10は、本発明の実施の形態 6の膨張機 350の構成を示す縦断面図、図 11Aは図 10の膨張機の D4— D4線における横断面図、図 11Bは図 10の膨張機の D5— D 5線における横断面図、また、図 12Aは図 10の膨張機の第 1ベーンの斜視図、図 12 Bは図 10の膨張機の第 2ベーンの斜視図である。本実施の形態 6の膨張機 350の構成は、ベーンおよび中板を除いて図 19、図 20を用いて説明した、第 1シリンダ 205のベーン溝 205aと、第 2シリンダ 206のべーン溝 206aが異なる回転方向位置になる場合の従来のロータリ式膨張機 400と同様の構成である。また、同一機能部品については同一番号を使用し、従来例と同一の構成および作用の説明は省くことにする。

[0066] 本実施の形態 6の膨張機 350では、第 1シリンダ 205のべーン溝 205aの位置は、第 2シリンダ 206のべーン溝 206aの位置に対し、シャフト 203の回転方向へ 30deg 回転させており、かつ、第 1ピストン 209と第 2ピストン 210の偏心量を等しくしている。第 1シリンダ 205のべーン溝 205aに ίま第 1ベーン 351力第 2シリンダ 206のべーン溝 206aには第 2ベーン 352が、それぞれ往復動可能に配置されている。図 12Aに示すように、第 1ベーン 351の下面側には、突起部 353が、スリット状の溝にはめ込まれた状態で、ピン 354で固定されている。また、図 12Bに示すように、第 2ベーン 352 の上面側には、第 2ベーン 352に加わる力を第 1ベーン 351に伝達する伝達部材としてのリンク部材 355が取り付けられている。リンク部材 355は、台座部 355a、ばね部 355bから構成されている。リンク部材 355は、第 2ベーン 352の上面のスリット状の溝に台座部 355aがはめ込まれた状態で、ピン 356で固定されている。リンク部材 35 5の一部をなすばね部 355bは、図 10に示すように、第 1シリンダ 205と第 2シリンダ 2 06の間に位置し、図 11Aに示すように、第 2ベーン 352側力も第 1ベーン 351の背面側へと円弧状に伸び、第 1ベーンの下面側に設けた突起部 353に接する形状となつている。

[0067] このような構成とすることにより、シャフト 203の回転〖こ伴って各ピストン 209、 210力 S 上死点から下死点に向かって移動する際、第 2ベーン 352は、ばね 214の力に加えて第 2シリンダ 206の内外の差圧による力により第 2ピストン 210側に押し出され、先端が第 2ピストン 210に接する。このとき、第 2ベーン 352に固定されたリンク部材 355 が第 1ベーン 351の突起部 353を押すことにより、差圧による力が作用しない第 1ベーン 351も、第 2ベーン 352と共に第 1ピストン 209側に押し出される。ここで、第 1ベーン 351 ίま、第 2ベーン 352に対して、シャフト 203の軸力ら見て回転方向に約 30de g移動した位置にあるので、第 2ピストン 210が上死点になる位置から、シャフト 203が約 30deg回転した位置で第 1ピストン 209が上死点となる。

[0068] 本実施の形態 6において、第 1ベーン 351は、第 2ベーン 352に対して、シャフト 20 3の軸から見て回転方向に約 30deg移動した位置にある一方、第 1ピストン 209と第 2 ピストン 210の偏心方向は同一としている。したがって、第 2ピストン 210が上死点になる位置から、シャフト 203が約 30deg回転した位置で第 1ピストン 209が上死点となる。第 1ベーン 351と第 2ベーン 352は、ベーン溝 205a、 206aの回転方向位置が異なるだけでなぐ上死点となるタイミング、すなわち、往復運動の位相も異なる。しかし、リンク部材 355は、第 1シリンダ 205と第 2シリンダ 206の間に位置し、第 2ベーン 35 2から第 1ベーン 351の背面側に伸びるばね部 355bが設けられているので、ベーン溝 205a、 206aの回転方向位置が異なっていたとしても、第 1ベーン 351は、第 2ベーン 352から力を受けて押し出される。さらに、ばね部 355bが台座部 355aを支点として、シャフト 203の軸に接近する方向と遠ざ力る方向との双方向に弾性変形することにより、第 1ベーン 351と第 2ベーン 352の往復運動の位相差を吸収することができる。このとき、第 2ベーン 352が第 1ベーン 351よりも先に上死点となるので、第 1ベーン 351は、ばね部 355bによって弾性付勢され、第 2ベーン 352によって押し出される

[0069] また、第 1ベーン 351のべーン溝 205aと第 2ベーン 352のべーン溝 206aの方向が 30deg異なるために、往復運動に伴い第 1ベーン 351のリンク部材 355の台座部 35 5aから、第 2ベーン 352の突起部 353までの距離が変化しても、リンク部材 355のばね部 355bと第 1ベーン 351の突起部 353が滑るので、スムーズに第 2ベーン 352により第 1ベーン 351を押し出すことができる。このように、リンク部材 355は、第 1ベーン 351と第 2ベーン 352との相対位置関係の変化を吸収しつつ、第 2ベーン 352にカロわる力を第 1ベーン 351に伝達する。従って、第 1シリンダ 205のべーン溝 205aと、第 2シリンダ 206のべーン溝 206aが異なる回転方向位置になる場合においても、第 1ベーン 351の先端と第 1ピストン 209の密着を保つことができ、第 1ベーン 351が第 1ピストン 209から離れて膨張機の作動室 215a、 215bが形成されずにシャフト 203 の回転が不安定になることや、作動流体が漏れることによる性能低下が防止され、高効率で安定した動作の膨張機を提供することができる。

[0070] ばね部 355bを有するリンク部材 355は、耐久性の観点力も金属製であることが望まし、。 ί列え ίま、、 ί ねに適した各種ステンレスま岡（SUS 302、 304、 316、 631等） ίま、リンク部材 355の材料として好適である。

[0071] なお、本実施の形態では、第 1シリンダ 205のべーン溝 205aの位置は、第 2シリンダ 206のべーン溝 206aに対し、シャフト 203の回転方向へ 30deg回転させて!/ヽるカ S 、第 1ベーン 351の往復運動のベクトル力第 2ベーン 352の往復運動のベクトルの方向に対して、正の成分を有する角度の範囲、すなわち、 Odegから 90degの間の範囲であれば、同様の効果が得られる。しかし、より顕著な効果を生むには、角度が小さいことが望ましい。

[0072] なお、本実施の形態では、第 1ピストン 209の偏心量と第 2ピストン 210の偏心量が等しいとした力ばね部 355bを有するリンク部材 355を用いたことにより、第 1シリンダ 205のべーン溝 205aと、第 2シリンダ 206のべーン溝 206a力 S異なる方向で、かつ、実施の形態 5のように第 1ピストン 209の偏心量と第 2ピストン 210の偏心量が等しくない場合、具体的には、第 1ピストン 209の偏心量が第 2ピストン 210の偏心量よりも小さい場合においても、同様の効果を発揮する。

[0073] なお、本実施の形態では、第 2ベーン 352にリンク部材 355を設け、リンク部材 355 のばね部 355bが第 1ベーン 351に設けた突起部 353を押す構成とした力第 1ベーン 351にリンク部材を、第 2ベーン 352に突起部を設け、リンク部材のばね部を第 2ベーン 352に設けた突起部が押す構成にしても、同様の効果が得られる。

[0074] (実施の形態 7)

図 13は、本発明の実施の形態 7の膨張機 360の構成を示す縦断面図である。本実施の形態 7の膨張機 360の構成は、ベーンおよび中板を除いて図 17、図 18、および図 21を用いて説明した従来のロータリ式膨張機 200と同様の構成である。また、同一機能部品については同一番号を使用し、従来例と同一の構成および作用の説明は省くことにする。

[0075] 本実施の形態 7の膨張機 360では、シャフト 203に対する第 1ピストン 209と第 2ビストン 210の偏心方向および偏心量を等しくしている。第 1シリンダ 205のべーン溝 205 aに ίま第 1ベーン 361力第 2シリンダ 206のべーン溝 206aに ίま第 2ベーン 362力それぞれ往復動可能に配置されている。第 1ベーン 361の下面には突起部 361aを、第 2ベーン 362の上面【こ ίま突起咅 362aを設 ίナて!ヽる。第 2ベーン 362の突起咅 36 2aが、第 1ベーン 361の突起部 361aを押すことができるように、突起部 361a、 362a を互いに接した状態にする。

[0076] このような構成とすることにより、シャフト 203の回転〖こ伴って各ピストン 209、 210力 S 上死点から下死点に向かって移動する際、第 2ベーン 362は、ばね 214の力に加えて第 2シリンダ 206の内外の差圧による力により第 2ピストン 210側に押し出され、先端が第 2ピストン 210に接する。このとき、突起部 362aにより突起部 361aを介して、差圧による力が作用しない第 1ベーン 361も、第 2ベーン 362と共に第 1ピストン 209 側に押し出される。従って、第 1ベーン 361の先端と第 1ピストン 209の密着を保つことができ、第 1ベーン 361が第 1ピストン 209から離れて膨張機の作動室 215a、 215 bが形成されずにシャフト 203の回転が不安定になることや、作動流体が漏れることによる性能低下が防止され、高効率で安定した動作の膨張機を提供することができる。 [0077] また、第 1ベーン 361の突起部 361aと第 2ベーン 362の突起部 362aの間で力を伝達するので、第 2ベーン 362の突起部 362aの大きさを、実施の形態 1〜6の場合よりも小さくすることができ、突起部 362aが第 1ベーン 361を押す力の反作用により第 2 ベーン 362に生じるモーメントを小さくすることができる。従って、モーメントにより第 2 ベーン 362力 S傾き、第 2シリンダ 206のべーン溝 206aの上下を覆う中板 304と軸受 2 08との間で、第 2ベーン 362がねじれることを防止できる。従って、信頼性の高い膨張機を提供することができる。

[0078] 以上に説明した本発明の多段ロータリ式膨張機は、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装置として有用であるとともに、冷媒以外の圧縮性流体 (例えば蒸気)からのエネルギー回収装置としても有用である。

[0079] また、本明細書は、 2段のシリンダによって 1つの膨張室を形成する構成の膨張機を例にいくつかの実施の形態を説明したが、 3段以上のシリンダによって複数の膨張室を形成し、それら複数の膨張室を用いて冷媒を段階的に膨張させる構成の膨張機にも本発明の要旨を好適に採用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 軸方向に沿った上下に第 1偏心部および第 2偏心部を有するシャフトと、

前記第 1偏心部に取り付けられ、偏心回転運動する第 1ピストンと、

内面の一部が前記第 1ピストンと接するように配置された第 1シリンダと、前記第 1シリンダに設けられた第 1ベーン溝に往復動可能に配置され、先端が前記第 1ピストンに接することにより、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吸入側空間と第 1吐出側空間とに区画する第 1ベーンと、

前記第 2偏心部に取り付けられ、偏心回転運動する第 2ピストンと、

内面の一部が前記第 2ピストンと接するように配置された第 2シリンダと、前記第 2シリンダに設けられた第 2ベーン溝に往復動可能に配置され、先端が前記第 2ピストンに接することにより、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吸入側空間と第 2吐出側空間とに区画し、かつ前記第 2シリンダの外部の高圧雰囲気によって前記第 2ピストンに向力う方向の力が加わる第 2ベーンと、

前記第 1吸入側空間へ膨張前の作動流体を吸入させる吸入路と、

前記第 1吐出側空間と前記第 2吸入側空間を連通し、前記作動流体を膨張させるための作動室を形成する連通路と、

前記第 2吐出側空間力膨張後の前記作動流体を吐出させる吐出路とを備え、前記第 2ベーンが前記第 2ピストン側に移動する際に、前記第 1ピストンに向かう方向の力を前記第 2ベーンが前記第 1ベーンに加える、多段ロータリ式膨張機。

[2] 前記第 1ベーンと前記第 2ベーンとは、それぞれ、単一部品からなる U字状のベーンの一端部と他端部をなし、相対位置関係が不変である、請求項 1に記載の多段口

—タリ式膨張機 ₀

[3] 前記シャフトの軸からの距離が常に等しくなるように、前記第 1ベーンの先端と前記第 2ベーンの先端とが揃っている、請求項 2に記載の多段ロータリ式膨張機。

[4] 前記第 1ベーンと前記第 2ベーンとは、別々の部品で構成され、相対位置関係の変化が許容されて、る、請求項 1に記載の多段ロータリ式膨張機。

[5] 前記第 2ベーンに加わる力を前記第 1ベーンに伝達し、前記第 2ベーンの動きに前記第 1ベーンの動きを連鎖させる、伝達部材をさらに備えた、請求項 4に記載の多段ロータリ式膨張機。

[6] 前記伝達部材が、前記第 1ベーンと前記第 2ベーンとを連結する連結部材である、請求項 5に記載の多段ロータリ式膨張機。

[7] 前記連結部材は、前記第 1ベーンの往復動の方向に対して垂直な方向に可動である、請求項 6に記載の多段ロータリ式膨張機。

[8] 前記連結部材の少なくとも一部は、弾性体である、請求項 6に記載の多段ロータリ式膨張機。

[9] 前記シャフトの軸と平行な方向に関し、前記弾性体が、前記第 1シリンダと前記第 2 シリンダとの間に配置されている、請求項 8に記載の多段ロータリ式膨張機。

[10] 前記第 2ベーンに設けられた突起が、前記第 1ベーンを押す、請求項 4に記載の多段ロータリ式膨張機。

[11] 前記第 2ベーンが、前記第 1ベーンに設けられた突起を押す、請求項 4に記載の多段ロータリ式膨張機。

[12] 前記第 2ベーンが、前記第 1ベーンを、弾性体を介して押す、請求項 4に記載の多段ロータリ式膨張機。

[13] 前記第 1ピストンの偏心量が、前記第 2ピストンの偏心量よりも小さい、請求項 12に記載の多段ロータリ式膨張機。

[14] 前記伝達部材は、前記第 1ベーンと前記第 2ベーンとの相対位置関係の変化を吸収しつつ、前記第 2ベーンに加わる力を前記第 1ベーンに伝達する、請求項 5記載の多段ロータリ式膨張機。

[15] 前記伝達部材の少なくとも一部が弾性変形可能であり、その弾性変形可能な一部によって前記第 1ベーンが弾性付勢される、請求項 14に記載の多段ロータリ式膨張機。

[16] 前記第 1ピストンの偏心量が、前記第 2ピストンの偏心量よりも小さい、請求項 15に記載の多段ロータリ式膨張機。

[17] 前記第 1ベーン溝の回転方向位置と、前記第 2ベーン溝の回転方向位置とが異なる、請求項 15に記載の多段ロータリ式膨張機。

[18] 冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、

前記放熱器で放熱した冷媒を膨張させる膨張機と、

前記膨張機で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、

前記膨張機が、請求項 1記載の多段ロータリ式膨張機力もなる、冷凍サイクル装置