專(zhuān)利名稱(chēng)：旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠利用于空調(diào)及熱水器且能夠在動(dòng)力回收式制冷 循環(huán)裝置中使用的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)。
背景技術(shù)：
作為制冷循環(huán)中的制冷劑從高壓向低壓伴隨膨脹的同時(shí)降低壓力時(shí)， 為了回收內(nèi)部能量而使用的流體機(jī)械已知有膨脹機(jī)。以下，對(duì)使用了現(xiàn)有 膨脹機(jī)的動(dòng)力回收式制冷循環(huán)裝置進(jìn)行說(shuō)明。
圖7A表示現(xiàn)有的動(dòng)力回收式制冷循環(huán)裝置。該制冷循環(huán)裝置由壓縮 機(jī)l、氣體冷卻器2、膨脹機(jī)3、蒸發(fā)器4、旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)5以及直接連接壓 縮機(jī)1和膨脹機(jī)3及旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)5的軸6構(gòu)成，并且作為工作流體的制冷 劑使用了二氧化碳。制冷劑在壓縮機(jī)l中壓縮到高溫高壓后，在氣體冷卻 器2中冷卻。進(jìn)而，制冷劑在膨脹機(jī)3中壓力下降到低溫低壓后，由蒸發(fā) 器4加熱。膨脹機(jī)3回收制冷劑從高壓向低壓伴隨膨脹的同時(shí)壓力下降時(shí) 的內(nèi)部能量，并將其轉(zhuǎn)換成軸6的旋轉(zhuǎn)能量，作為驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)l的能量的 一部分，由此降低旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)5的動(dòng)力。
在以上的動(dòng)力回收式制冷循環(huán)裝置中，壓縮機(jī)1和膨脹機(jī)3用軸6連 接，壓縮機(jī)1的轉(zhuǎn)速和膨脹機(jī)3的轉(zhuǎn)速相等，所以壓縮機(jī)l的吸入制冷劑 的比容積與膨脹機(jī)3的吸入制冷劑的比容積之比、或者壓縮機(jī)1的吸入制 冷劑的密度與膨脹機(jī)3的吸入制冷劑的密度之比固定為各自的吸入容積之 比，產(chǎn)生上述的所謂的密度比恒定的制約。因此，存在無(wú)法進(jìn)行最佳的壓 力溫度控制，制冷循環(huán)的COP (Coefficient of Performance)降低的問(wèn)題。
為了避免上述密度比恒定的制約，在特開(kāi)2004—150748號(hào)公報(bào)中公 開(kāi)了一種進(jìn)行注射的動(dòng)力回收式制冷循環(huán)裝置，圖7B表示其結(jié)構(gòu)。在該 結(jié)構(gòu)中，在氣體冷卻器2的出口，制冷劑的路徑分成兩路，形成吸入路9A 和注射路9B。通過(guò)吸入路9A的制冷劑在通過(guò)了膨脹閥7后吸入到膨脹機(jī)3中，通過(guò)注射路9B的制冷劑在通過(guò)了調(diào)節(jié)閥8后導(dǎo)入到膨脹機(jī)3的膨
脹過(guò)程的工作室(未圖示)中。該動(dòng)力回收式制冷循環(huán)裝置，通過(guò)預(yù)先控
制膨脹閥7和調(diào)節(jié)閥8的開(kāi)度，改變吸入到膨脹機(jī)3中的制冷劑的比容積， 避免密度比恒定的制約。
在特開(kāi)2006—46222號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了一種進(jìn)行注射的動(dòng)力回收式制冷 循環(huán)裝置所使用的1級(jí)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)以及2級(jí)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，圖8A、圖 8B表示其結(jié)構(gòu)。在圖8A所示的1級(jí)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)中，在分支出吸入路 11的注射路12上設(shè)有能夠調(diào)節(jié)開(kāi)度的節(jié)流閥13，并且注射路12相對(duì)于 工作室16的導(dǎo)入口 15設(shè)置在氣缸的內(nèi)周面14上。另外，在圖8B所示的 2級(jí)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)中，在分支出吸入路21的注射路22上設(shè)有能夠調(diào)節(jié)開(kāi) 度的節(jié)流閥23，并且注射路22相對(duì)于工作室28的導(dǎo)入口 27設(shè)置在閉塞 第一氣缸24側(cè)的工作室28的省略圖示的閉塞構(gòu)件的與第一氣缸24的內(nèi) 周面24a相接的位置。
然而，在如上所述的注射路的導(dǎo)入口設(shè)置在氣缸的內(nèi)周面或與內(nèi)周面 相接的位置的現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)中，如圖8A或圖8B所示，活塞位于 上止點(diǎn)附近時(shí)，經(jīng)由工作室16、或者工作室28、 29以及連通路26，注射 路12、 22與排出路17、 30連通，引起從注射路12、 22向壓力低的排出 路17、 30的工作流體的穿過(guò)。由于穿過(guò)的工作流體的膨脹能量無(wú)法由膨 脹機(jī)回收，所以現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)存在效率低下的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題而實(shí)現(xiàn)，目的在于提供一種防止從注射路向排出 路穿過(guò)而高效率的膨脹機(jī)。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，包括氣缸，其具有形 成圓筒面的內(nèi)周面；活塞，其配置在所述氣缸的內(nèi)側(cè)且在與所述內(nèi)周面之 間形成工作室，并且沿著所述內(nèi)周面移動(dòng)；閉塞構(gòu)件，其夾著所述氣缸閉 塞所述工作室；吸入路，其使工作流體流入所述工作室；軸，其具有安裝 所述活塞的偏心部，并且通過(guò)流入所述工作室的工作流體的膨脹而受到旋 轉(zhuǎn)力；排出路，其使膨脹后的工作流體從所述工作室流出；以及注射路， 其在工作流體的膨脹過(guò)程中進(jìn)一步向所述工作室導(dǎo)入工作流體，所述注射路的相對(duì)于所述工作室的導(dǎo)入口設(shè)置在所述閉塞構(gòu)件的比所述氣缸的內(nèi) 周面更靠?jī)?nèi)側(cè)的位置，以免該注射路與所述排出路連通。
在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)中，能夠防止導(dǎo)入到工作室的，工作流體從注 射路向壓力低的排出路穿過(guò)。因而，根據(jù)本發(fā)明能夠獲得高效率的膨脹機(jī)。


圖1是使用了本發(fā)明的實(shí)施方式1的1級(jí)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)的膨脹機(jī)一體 型壓縮機(jī)的縱截面圖2是圖1的II-II截面線(xiàn)的橫截面圖； 圖3是圖1的膨脹機(jī)構(gòu)的工作原理圖4是使用了本發(fā)明的實(shí)施方式2的2級(jí)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)的膨脹機(jī)一體 型壓縮機(jī)的縱截面圖5A是圖4的VA-VA截面線(xiàn)的橫截面圖5B是圖4的VB-VB截面線(xiàn)的橫截面圖6是圖4的膨脹機(jī)構(gòu)的工作原理圖7A是表示現(xiàn)有的動(dòng)力回收式制冷循環(huán)裝置的圖7B是表示現(xiàn)有的進(jìn)行注射的動(dòng)力回收式制冷循環(huán)裝置的圖8A是現(xiàn)有的1級(jí)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)的橫截面圖8B是現(xiàn)有的2級(jí)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
(實(shí)施方式1)
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式l進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是使用了本發(fā)明的實(shí)施方式1的1級(jí)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)的膨脹機(jī)一體
型壓縮機(jī)的縱截面圖，圖2是圖i的n-n截面線(xiàn)的橫截面圖。膨脹機(jī)一體
型壓縮機(jī)包括縱長(zhǎng)的密閉容器31。在該密閉容器31的內(nèi)部，在上側(cè)位置 配置有渦旋式壓縮機(jī)構(gòu)40，在下側(cè)位置配置有旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)構(gòu)60，在壓 縮機(jī)構(gòu)40和膨脹機(jī)構(gòu)60之間配置有由轉(zhuǎn)子32a和定子32b構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)電 動(dòng)機(jī)32，上述各構(gòu)件由軸33連接。并且，通過(guò)膨脹機(jī)構(gòu)60、軸33以及 后述的管67A 67C構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施方式1的1級(jí)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)。再有，壓縮機(jī)構(gòu)40和膨脹機(jī)構(gòu)60預(yù)先獨(dú)立構(gòu)成，在組裝時(shí)用軸33連接。另外， 作為后述的工作流體，使用了二氧化碳。
在密閉容器31的底部，貯存有潤(rùn)滑用的油，在軸33的下端部設(shè)有油 泵34。在軸33的內(nèi)部形成有用于向膨脹機(jī)構(gòu)60以及壓縮機(jī)構(gòu)40的各滑 動(dòng)部供給油的給油路35。軸33在圖2中順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，若軸33旋轉(zhuǎn)，則由 油泵34汲取油，經(jīng)給油路35供給到各滑動(dòng)部，用于膨脹機(jī)構(gòu)60的潤(rùn)滑 及密封以及壓縮機(jī)構(gòu)40的潤(rùn)滑及密封。
渦旋式壓縮機(jī)構(gòu)40由靜渦盤(pán)41、動(dòng)渦盤(pán)42、十字環(huán)43、軸承構(gòu)件 44、消聲器45、吸入管46、排出管47構(gòu)成。與軸33的上端部設(shè)置的偏 心部33a嵌合且由十字環(huán)43約束自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)渦盤(pán)42，在渦旋形狀的巻 板42a與靜渦盤(pán)41的巻板41a嚙合的同時(shí)，隨著軸33的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行回旋運(yùn) 動(dòng)。由此，在巻板41a、 42a之間形成的三日月形狀的工作室48在從外側(cè) 向內(nèi)側(cè)移動(dòng)的同時(shí)縮小容積，由此從吸入管46吸入的工作流體受到壓縮， 從靜渦盤(pán)41的中央部設(shè)置的排出孔41b，依次經(jīng)由消聲器45的內(nèi)側(cè)空間 45a、靜渦盤(pán)41及軸承構(gòu)件44上設(shè)置的流路49，向密閉容器31的內(nèi)部空 間31a排出。排出的工作流體滯留在內(nèi)部空間31a內(nèi)期間，在重力和離心 力等的作用下，分離出混入的潤(rùn)滑用的油，然后從排出管47向密閉容器 31外排出。
旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)構(gòu)60包括氣缸61、配置在氣缸61的內(nèi)側(cè)的活塞62、 配置在氣缸61的上方的上軸承構(gòu)件65、配置在氣缸61的下方的下軸承構(gòu) 件66。
在軸33的下部設(shè)有從該軸33的軸心偏心規(guī)定量的圓盤(pán)狀的偏心部 33b。上軸承構(gòu)件65固定在密閉容器31上，支承軸33的偏心部33b的上 側(cè)附近部分使其能夠旋轉(zhuǎn)，下軸承構(gòu)件66經(jīng)氣缸61固定在上軸承構(gòu)件65 上，支承軸33的偏心部33b的下側(cè)附近部分使其能夠旋轉(zhuǎn)。具體而言， 上軸承構(gòu)件65形成為具有平坦的下表面且將密閉容器31的內(nèi)部上下分割 的大致圓盤(pán)狀的形狀，在其中心具有插通軸33的插通孔。再有，圖中省 略了圖示，不過(guò)，在上軸承構(gòu)件65上，在適當(dāng)?shù)牟课辉O(shè)置有使在上方從 工作流體分離出的油向下方流下的流下路。另一方面，下軸承構(gòu)件66形 成為具有平坦的上表面及下表面的板狀。氣缸61形成為具有形成圓筒面的內(nèi)周面61b、圓筒面的一部分向外側(cè)
伸出的外周面、相互平行的上下兩端面的筒狀。該氣缸61在內(nèi)周面61b 的中心與軸33的軸心一致的狀態(tài)下，夾設(shè)在上軸承構(gòu)件65和下軸承構(gòu)件 66之間，上端面與上軸承構(gòu)件65的下表面抵接，下端面與下軸承構(gòu)件66
的上表面抵接。
活塞62形成為圓形環(huán)狀，通過(guò)與軸33的偏心部33b嵌合而安裝，由 此與氣缸61的內(nèi)周面61b線(xiàn)接觸而在與該內(nèi)周面61b之間形成圓弧狀的 工作室69，并且能夠在氣缸61的內(nèi)側(cè)偏心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即能夠在內(nèi)周面61b 上滑動(dòng)的同時(shí)沿著該內(nèi)周面61b移動(dòng)。該活塞62的厚度設(shè)定成與氣缸61 的厚度同等程度，活塞62的上端面在上軸承構(gòu)件65的下表面上滑動(dòng)，且 活塞62的下端面在下軸承構(gòu)件66的上表面上滑動(dòng)。S卩，工作室69由上 軸承構(gòu)件65和下軸承構(gòu)件66閉塞，上述軸承構(gòu)件65、 66兼作夾著氣缸 61閉塞工作室69的閉塞構(gòu)件。再有，軸33的偏心部33b的厚度也設(shè)定成 與氣缸61的厚度同等程度，偏心部33b的上表面在上軸承構(gòu)件65的下表 面上滑動(dòng)，且偏心部33b的下表面在下軸承構(gòu)件66的上表面上滑動(dòng)。
在氣缸61上，在外周面向外側(cè)伸出的位置上設(shè)有從內(nèi)周面61b向徑 向外側(cè)伸出的槽61a。在該槽61a內(nèi)配置有通過(guò)嵌入該槽61a內(nèi)而由氣缸 61保持為往復(fù)移動(dòng)自如的分割構(gòu)件63和對(duì)分割構(gòu)件63施力的彈簧64。 分割構(gòu)件63通過(guò)被彈簧64施力而與活塞62抵接，由此將工作室69分割 成吸入側(cè)工作室69a和排出側(cè)工作室69b。
接著，對(duì)膨脹機(jī)構(gòu)60用于吸入及排出工作流體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
在上軸承構(gòu)件65上連接有吸入管67A，并且形成有第一通路65a及 第二通路65b。另一方面，在偏心部33b的上表面形成有18(T圓弧狀的槽 部33c。并且，通過(guò)上述65a、 65b、 33c構(gòu)成使工作流體流入吸入側(cè)工作 室69a的吸入路。g卩，高壓的工作流體從吸入管67A經(jīng)第一通路65a流入 槽部33c后，經(jīng)第二通路65b流入吸入側(cè)工作室69a。第一通路65a、槽 部33c和第二通路65b形成流入定時(shí)機(jī)構(gòu)，且形成為只在隨著槽部33c與 軸33 —起旋轉(zhuǎn)，使得槽部33c與第一通路65a和第二通路65b雙方連通 的期間，工作流體流入吸入側(cè)工作室69a的構(gòu)造。更詳細(xì)為，第一通路65a 的開(kāi)口設(shè)置在上軸承構(gòu)件65的下表面的相對(duì)于軸33的軸心與分割構(gòu)件63成90°的位置，第二通路65b在上軸承構(gòu)件65的下表面的分割構(gòu)件63的 附近位置形成為沿著分割構(gòu)件63的往復(fù)方向延伸的槽狀。槽部33c從軸 33的軸心朝向偏心部33c的偏心方向左右對(duì)稱(chēng)。
在氣缸61上連接有排出管67B且形成有排出口 61c。并且，通過(guò)上 述67B、 61c構(gòu)成使工作流體從排出側(cè)工作室69b流出的排出路。排出口 61c的開(kāi)口設(shè)置在氣缸61的內(nèi)周面61b的分割構(gòu)件63的附近。
圖3是軸33的旋轉(zhuǎn)角每旋轉(zhuǎn)90°而表示的膨脹機(jī)構(gòu)60的工作原理圖。 在0° (活塞62相對(duì)于氣缸61的內(nèi)周面61b的接點(diǎn)位于分割構(gòu)件63上的 角度)時(shí)，槽部33c與第一通路65a及第二通路65b同時(shí)連通的吸入行程 開(kāi)始，高壓的工作流體流入吸入側(cè)工作室69a。在稍過(guò)90°時(shí)，槽部33c 和第二通路65b的連通斷開(kāi)，吸入行程結(jié)束。此后，吸入側(cè)工作室69a的 工作流體在減壓的同時(shí)膨脹，在180°、 270°時(shí)，吸入側(cè)工作室69a的容積 增加。此時(shí)，軸33由于工作流體的膨脹而受到旋轉(zhuǎn)力。在軸33旋轉(zhuǎn)一周 即將到達(dá)360°之前，吸入側(cè)工作室69a與排出口 61c連通，膨脹行程結(jié)束。 然后，在360°時(shí)，活塞62相對(duì)于氣缸61的內(nèi)周面61b的接點(diǎn)通過(guò)分割構(gòu) 件63，由此之前的吸入側(cè)工作室切換成排出側(cè)工作室69b，在接點(diǎn)和分割 構(gòu)件63之間重新形成吸入側(cè)工作室69a。然后，在到達(dá)72(T期間，伴隨 排出側(cè)工作室69b的容積減少，膨脹后的工作流體從排出口 61c流出，進(jìn) 行排出行程。
另外，在本實(shí)施方式1中，如圖1及圖2所示，在上軸承構(gòu)件65上 連接有注射管67C，并且形成有注射口65d。并且，通過(guò)上述67C、 65d構(gòu) 成在工作流體的膨脹過(guò)程中(膨脹行程的途中)進(jìn)一步向吸入側(cè)工作室69a 導(dǎo)入工作流體的注射路。注射管67C從省略圖示的工作流體供給管分支出 吸入管67A，在該注射管67C上設(shè)有能夠調(diào)節(jié)開(kāi)度的節(jié)流閥68。再有，盡 管省略了圖示，不過(guò)，在注射口 65d上設(shè)有逆流防止閥。
注射口 65d的開(kāi)口即注射路的相對(duì)于吸入側(cè)工作室69a的導(dǎo)入口 65c 設(shè)置在上軸承構(gòu)件65的下表面的比氣缸61的內(nèi)周面61b更靠?jī)?nèi)側(cè)(偏置) 的位置。更詳細(xì)地說(shuō)，導(dǎo)入口 65c設(shè)置在相對(duì)于軸33的軸心與分割構(gòu)件 63成大約55。的位置。因此，通過(guò)移動(dòng)的活塞62使導(dǎo)入口 65c開(kāi)閉，由 此注射路能夠只向吸入側(cè)工作室69a開(kāi)口。由此，防止注射路與排出路連
9通。
具體而言，如圖3所示，導(dǎo)入口 65c在活塞62相對(duì)于氣缸61的內(nèi)周 面61b的接點(diǎn)即將到達(dá)排出口 61c之前(即，該接點(diǎn)到達(dá)排出口 61c附近 時(shí))，由活塞62的上端面完全封閉，在活塞62相對(duì)于內(nèi)周面61b的接點(diǎn) 從分割構(gòu)件63旋轉(zhuǎn)大約90。后逐漸打開(kāi)。這樣，導(dǎo)入口 65c至少在從排出 行程開(kāi)始到結(jié)束由活塞62的上端面封閉，在吸入行程快要結(jié)束到膨脹行 程打開(kāi)。注射路如圖7B所示，在本實(shí)施方式中也是經(jīng)控制閥8 (節(jié)流閥 68)使工作流體流入吸入側(cè)工作室69a，但由于導(dǎo)入口 65c至少在排出行 程中由活塞62封閉，所以能夠防止從注射口 65d向吸入側(cè)工作室69a流 入的工作流體直接向壓力低的排出口 61c穿過(guò)。
因而，能夠?qū)F(xiàn)有膨脹機(jī)中由于穿過(guò)而無(wú)法動(dòng)力回收的膨脹能量加以 回收，所以能夠提供高效率的膨脹機(jī)，能夠提高使用了膨脹機(jī)一體型壓縮 機(jī)的動(dòng)力回收式制冷循環(huán)的效率。
再有，如果將導(dǎo)入口 65c設(shè)置在比圖3的位置稍向軸33的旋轉(zhuǎn)方向 移動(dòng)的位置，則能夠在來(lái)自吸入路的工作流體向吸入側(cè)工作室69a的流入 結(jié)束后打開(kāi)導(dǎo)入口 65c。這樣一來(lái)，能夠抑制高壓的工作流體進(jìn)入注射口 65d的死區(qū)(從導(dǎo)入口 65c到逆流防止閥的區(qū)間)。
另外，導(dǎo)入口 65c的位置無(wú)需一定是本實(shí)施方式所示的位置，只要是 在軸33的旋轉(zhuǎn)方向上與分割構(gòu)件63成90°的角度范圍內(nèi)即可。只要是這 樣的位置，就能夠在膨脹行程內(nèi)比較長(zhǎng)的期間打開(kāi)導(dǎo)入口 65c。更優(yōu)選的 導(dǎo)入口 65c的位置是在軸33的旋轉(zhuǎn)方向上與分割構(gòu)件63成30°以上70° 以下的角度范圍內(nèi)。
進(jìn)而，也可以將注射口 65d設(shè)置在下軸承構(gòu)件66上，并且將注射路 的導(dǎo)入口 65c設(shè)置在下軸承構(gòu)件66的上表面的比氣缸61的內(nèi)周面61b更 靠?jī)?nèi)側(cè)的位置。
(實(shí)施方式2)
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式2進(jìn)行說(shuō)明。
圖4是使用了本發(fā)明的實(shí)施方式2的2級(jí)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)的膨脹機(jī)一體 型壓縮機(jī)的縱截面圖，圖5A是圖4的VA-VA截面線(xiàn)的橫截面圖，圖5B 是圖4的VB-VB截面線(xiàn)的橫截面圖。本實(shí)施方式2的膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)除了膨脹機(jī)構(gòu)為2級(jí)旋轉(zhuǎn)式以外，與實(shí)施方式1的膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī) 相同，所以對(duì)同一構(gòu)成部分賦予同一符號(hào)，省略其說(shuō)明。
2級(jí)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)構(gòu)80包括:上下排列的第一氣缸81及第二氣缸82、 配置在第一氣缸81的內(nèi)側(cè)的第一活塞84、配置在第二氣缸82的內(nèi)側(cè)的第 二活塞85、配置在第一氣缸81和第二氣缸82之間的中板83、配置在第 一氣缸81的上方的上軸承構(gòu)件90、配置在第二氣缸82的下方的下軸承構(gòu) 件91。
在軸33的下部設(shè)有從該軸33的軸心向同方向偏心規(guī)定量的圓盤(pán)狀的 第一偏心部33d及第二偏心部33e。上軸承構(gòu)件90固定在密閉容器31上， 支承軸33的第一偏心部33d的上側(cè)附近部分使其能夠旋轉(zhuǎn)，下軸承構(gòu)件 91經(jīng)第一氣缸81、中板83及第二氣缸82固定在上軸承構(gòu)件90上，支承 軸33的第二偏心部33e的下側(cè)附近部分使其能夠旋轉(zhuǎn)。具體而言，上軸 承構(gòu)件90形成為具有平坦的下表面且將密閉容器31的內(nèi)部上下分割的大 致圓盤(pán)狀的形狀，在其中心具有插通軸33的插通孔。再有，圖中省略了 圖示，不過(guò)，在上軸承構(gòu)件90上，在適當(dāng)?shù)牟课辉O(shè)置有使在上方從工作 流體分離出的油向下方流下的流下路。另一方面，下軸承構(gòu)91形成為具 有平坦的上表面及下表面的板狀。中板83形成為具有平坦的上表面及下 表面的板狀，不過(guò)，其厚度設(shè)定成與第一偏心部33d和第二偏心部33e之 間的距離同等程度。再有，在中板83的中央設(shè)有用于組裝時(shí)通過(guò)第二偏 心部33e的貫通孔。
第一氣缸81和第二氣缸82形成為具有形成圓筒面的內(nèi)周面81b、82b、 圓筒面的一部分向外側(cè)伸出的外周面、相互平行的上下兩端面的筒狀。第 二氣缸82的厚度設(shè)定成大于第一氣缸81的厚度。第一氣缸81在內(nèi)周面 81b的中心與軸33的軸心一致的狀態(tài)下，夾設(shè)在上軸承構(gòu)件90和中板83 之間，上端面與上軸承構(gòu)件90的下表面抵接，下端面與中板83的上表面 抵接。第二氣缸82在內(nèi)周面82b的中心與軸33的軸心一致的狀態(tài)下，夾 設(shè)在中板83和下軸承構(gòu)91之間，上端面與中板83的下表面抵接，下端 面與下軸承構(gòu)91的上表面抵接。
第一活塞84和第二活塞85形成為圓形環(huán)狀，通過(guò)與軸33的偏心部 33d、 33e嵌合而安裝，由此與第一氣缸81的內(nèi)周面81b或第二氣缸82的內(nèi)周面81b、 82b之間形成圓弧狀的工作室94、 95，并且能夠在氣缸81、 82的內(nèi)側(cè)偏心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即能夠在內(nèi)周面81b、 82b上滑動(dòng)的同時(shí)沿著該內(nèi)周面81b、 82b移動(dòng)。上述活塞84、 85的厚度 設(shè)定成與氣缸81、 82的厚度同等程度，活塞84、 85的上端面在上軸承構(gòu) 件90或中板83的下表面上滑動(dòng)，且活塞62的下端面在中板83或下軸承 構(gòu)件91的上表面上滑動(dòng)。即，第一氣缸81側(cè)的工作室94由上軸承構(gòu)件 90及中板83閉塞，第二氣缸82側(cè)的工作室95由中板83及下軸承構(gòu)件 91閉塞，上述軸承構(gòu)件90、 91及中板83兼作夾著氣缸81、 82閉塞工作 室94、 95的閉塞構(gòu)件。再有，軸33的偏心部33d、 33e的厚度也設(shè)定成 與氣缸81、 82的厚度同等程度，偏心部33d、 33e的上表面在上軸承構(gòu)件 90或中板83的下表面上滑動(dòng)，且偏心部33d、 33e的下表面在中板83或 下軸承構(gòu)件91的上表面上滑動(dòng)。
本實(shí)施方式中，通過(guò)使第一氣缸81和第二氣缸82的內(nèi)周面81b、 82b 的直徑相同，并且使第一活塞84和第二活塞85的外徑相同，使第二氣缸 82的厚度大于第一氣缸81的厚度，由此將第二氣缸82側(cè)的工作室95的 容積設(shè)定成大于第一氣缸81側(cè)的工作室94的容積。但是，也可以使第一 氣缸81和第二氣缸82的厚度相同，使第二氣缸82的內(nèi)周面82b的直徑 大于第一氣缸81的內(nèi)周面81b的直徑，或者使第二活塞85的外徑小于第 一活塞84的外徑。
在第一氣缸81和第二氣缸82上，在外周面向外側(cè)伸出的位置上設(shè)有 從內(nèi)周面81b、 82b向徑向外側(cè)伸出的槽81a、 82a。在上述槽81a、 82a內(nèi) 配置有通過(guò)嵌入該槽81a、 82a內(nèi)而由氣缸81、 82保持為往復(fù)移動(dòng)自如的 第一分割構(gòu)件86及第二分割構(gòu)件87、對(duì)分割構(gòu)件86、 87施力的彈簧88、 89。分割構(gòu)件86、 87通過(guò)被彈簧88、 89施力而與活塞84、 85抵接，由 此將工作室94、 95分割成吸入側(cè)工作室94a、 95a和排出側(cè)工作室94b、 95b。在中板(中間閉塞構(gòu)件)83上設(shè)有連通第一氣缸81側(cè)的排出側(cè)工作 室94b的第一分割構(gòu)件86附近部分和第二氣缸82側(cè)的吸入側(cè)工作室95a 的第二分割構(gòu)件87附近部分的連通路83a，通過(guò)上述94b、 83a、 95a構(gòu)成 膨脹室。
接著，對(duì)膨脹機(jī)構(gòu)80用于吸入及排出工作流體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
12在上軸承構(gòu)件90上連接有吸入管92，并且形成有吸入口90a。并且， 通過(guò)上述92、 90a構(gòu)成使工作流體流入排出側(cè)工作室94a的吸入路。吸入 口 90a的開(kāi)口設(shè)置在上軸承構(gòu)件90的下表面的第一分割構(gòu)件86的附近。
在第二氣缸82上連接有排出管93，并且形成有排出口 82c。并且， 通過(guò)上述93、 82c構(gòu)成使工作流體從排出側(cè)工作室95b流出的排出路。排 出口 82c的開(kāi)口設(shè)置在第二氣缸82的內(nèi)周面82b的第二分割構(gòu)件87的附 近。
圖6是軸33的旋轉(zhuǎn)角每旋轉(zhuǎn)90°而表示的膨脹機(jī)構(gòu)80的工作原理圖。 在0° (第一活塞84相對(duì)于第一氣缸81的內(nèi)周面81b的接點(diǎn)位于第一分割 構(gòu)件86上的角度)時(shí)，吸入行程開(kāi)始，工作流體從第一氣缸81的吸入口 90a向吸入側(cè)工作室94a流入。在軸33旋轉(zhuǎn)到360°時(shí)，吸入行程結(jié)束。 在360°時(shí)，第一活塞84相對(duì)于第一氣缸81的內(nèi)周面81b的接點(diǎn)通過(guò)第一 分割構(gòu)件86，由此之前的吸入側(cè)工作室切換成排出側(cè)工作室94b，在接點(diǎn) 和第一分割構(gòu)件86之間重新形成吸入側(cè)工作室94a。這樣，在工作流體從 排出側(cè)工作室94b通過(guò)連通孔83a向第二氣缸82側(cè)的吸入側(cè)工作室95a 移動(dòng)的同時(shí)開(kāi)始膨脹的膨脹行程。在軸33旋轉(zhuǎn)到720°時(shí)，第一氣缸81 側(cè)的排出側(cè)工作室94b消失，膨脹行程結(jié)束。這期間，軸33由于工作流 體的膨脹而受到旋轉(zhuǎn)力。在720。時(shí)，第二活塞85相對(duì)于第二氣缸82的內(nèi) 周面82b的接點(diǎn)通過(guò)第二分割構(gòu)件87，由此之前的第二氣缸82側(cè)的吸入 側(cè)工作室切換成排出側(cè)工作室95b，在接點(diǎn)和第二分割構(gòu)件87之間重新形 成吸入側(cè)工作室95a。然后，在到達(dá)1080°期間，伴隨排出側(cè)工作室95b 的容積的減少，膨脹的工作流體從排出口 82c流出，進(jìn)行排出行程。
另外，在本實(shí)施方式2中，在下軸承構(gòu)件91上連接有注射管96，并 且形成有注射口91b。并且，通過(guò)上述96、 91b構(gòu)成在工作流體的膨脹過(guò) 程中進(jìn)一步向第二氣缸82側(cè)的吸入側(cè)工作室95a導(dǎo)入工作流體的注射路。 注射管96從省略圖示的工作流體供給管分支出吸入管92，在該注射管96 上設(shè)有能夠調(diào)節(jié)開(kāi)度的節(jié)流閥68。再有，盡管省略了圖示，不過(guò)，在注射 口 91b上設(shè)有逆流防止閥。
注射口 91b的開(kāi)口即注射路的相對(duì)于吸入側(cè)工作室95a的導(dǎo)入口 91a 設(shè)置在下軸承構(gòu)件91的上表面的比第二氣缸82的內(nèi)周面82b更靠?jī)?nèi)側(cè)(偏置)的位置。更詳細(xì)地說(shuō)，導(dǎo)入口 91a設(shè)置在相對(duì)于軸33的軸心與第二 分割構(gòu)件87成大約50°的位置。因此，通過(guò)移動(dòng)的第二活塞85使導(dǎo)入口 91a開(kāi)閉，由此注射路能夠只向吸入側(cè)工作室95a開(kāi)口。由此，防止注射 路與排出路連通。
具體而言，如圖6所示，導(dǎo)入口 91a在第二活塞85相對(duì)于第二氣缸 82的內(nèi)周面82b的接點(diǎn)即將到達(dá)排出口 81c之前(即，該接點(diǎn)到達(dá)排出口 82c附近時(shí))，由第二活塞85的下端面完全封閉，在第二活塞85相對(duì)于內(nèi) 周面82b的接點(diǎn)從第二分割構(gòu)件87旋轉(zhuǎn)大約90。后逐漸打開(kāi)。這樣，導(dǎo)入 口 91a至少在從排出行程開(kāi)始到結(jié)束由第二活塞85的下端面封閉，在膨 脹行程開(kāi)始后不久到快要結(jié)束時(shí)打開(kāi)。注射路如圖7B所示，在本實(shí)施方 式中也是經(jīng)控制閥8 (節(jié)流閥68)使工作流體流入第二氣缸82側(cè)的吸入 側(cè)工作室95a，但由于導(dǎo)入口 91a至少在排出行程中由第二活塞85封閉， 所以能夠防止從注射口 91b向吸入側(cè)工作室95a流入的工作流體直接向壓 力低的排出口82c穿過(guò)。
因而，能夠?qū)F(xiàn)有膨脹機(jī)中無(wú)法動(dòng)力回收的從注射口 91b向排出口 82c穿過(guò)的工作流體的膨脹能量加以回收，所以能夠提供高效率的膨脹機(jī)， 能夠提高使用了膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)的動(dòng)力回收式制冷循環(huán)的效率。
另外，導(dǎo)入口 91a的位置無(wú)需一定是本實(shí)施方式所示的位置，只要是 在軸33的旋轉(zhuǎn)方向上與第二分割構(gòu)件87成90。的角度范圍內(nèi)即可。只要 是這樣的位置，就能夠在膨脹行程內(nèi)比較長(zhǎng)的期間打開(kāi)導(dǎo)入口 91a。更優(yōu) 選的導(dǎo)入口 91a的位置是在軸33的旋轉(zhuǎn)方向上與第二分割構(gòu)件87成30° 以上70°以下的角度范圍內(nèi)。
另外，在避免注射路與排出路連通時(shí)，只要將導(dǎo)入口 91a設(shè)置在通過(guò) 移動(dòng)的第二活塞85或第一活塞84開(kāi)閉，使得注射路只能夠向膨脹室開(kāi)口 的位置即可。例如，也可以將注射口 91b設(shè)置在上閉塞構(gòu)件90上。此時(shí)， 導(dǎo)入口 91a設(shè)置在上閉塞構(gòu)件90的下表面的軸33的旋轉(zhuǎn)方向上與第一分 割構(gòu)件86成一90°的角度范圍內(nèi)的位置，由第一活塞84的上端面開(kāi)閉。 不過(guò)，如本實(shí)施方式所述，如果將注射口 91b設(shè)置在下軸承構(gòu)件91上， 則能夠在膨脹行程的后半部分導(dǎo)入工作流體。另外，由于第二氣缸82側(cè) 的吸入側(cè)工作室95a內(nèi)的壓力小于第一氣缸81側(cè)的排出側(cè)工作室94b內(nèi)的壓力，所以與將導(dǎo)入口 91a設(shè)置在上軸承構(gòu)件90上相比，設(shè)置在下軸 承構(gòu)件91上時(shí)能夠向膨脹室導(dǎo)入更多的工作流體。因而，根據(jù)本實(shí)施方 式的2級(jí)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，能夠大幅度確保注射量的調(diào)節(jié)范圍，增大密度比 的可變幅度，能夠在大范圍的環(huán)境溫度下進(jìn)行最佳的壓力溫度控制。
再有，也可以在中板83上設(shè)置注射口 91b，并且在中板83的上表面 或下表面設(shè)置導(dǎo)入口 91a，不過(guò)，為了確保薄的中板83的厚度，優(yōu)選本實(shí) 施方式那樣構(gòu)成。 (總結(jié))
如上所述，在作為調(diào)節(jié)閥8使用不能配合軸33的旋轉(zhuǎn)周期進(jìn)行控制 的閥、例如只進(jìn)行用于控制工作流體的流量的開(kāi)度調(diào)節(jié)的節(jié)流閥68時(shí)， 調(diào)節(jié)閥8始終保持恒定的開(kāi)度，所以無(wú)法防止工作流體從注射口 65d、 91b 向排出口 61c、 82c的穿過(guò)，不過(guò)，如果使用本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，則 工作流體的穿過(guò)防止效果顯著。另外，調(diào)節(jié)閥8是能夠配合軸33的旋轉(zhuǎn) 周期進(jìn)行開(kāi)閉控制的電磁閥時(shí)，通過(guò)進(jìn)行在吸入過(guò)程或膨脹過(guò)程中打開(kāi)調(diào) 節(jié)閥8，在即將到達(dá)排出行程之前關(guān)閉調(diào)節(jié)閥8的控制，能夠雙重防止工 作流體從本發(fā)明的注射口 65d、 91b向排出口61c、 82c的穿過(guò)。
再有，本發(fā)明的主要目的在于適用于為了避免密度比恒定的制約而進(jìn) 行注射的膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)的膨脹機(jī)，但自然也能夠適用于進(jìn)行注射的 單體膨脹機(jī)。
另外，在實(shí)施方式K 2中，使用了旋轉(zhuǎn)活塞式膨脹機(jī)構(gòu)60、 80進(jìn)行 說(shuō)明，不過(guò)，將膨脹機(jī)構(gòu)置換成分割構(gòu)件和活塞一體構(gòu)成的1級(jí)或2級(jí)擺 動(dòng)式結(jié)構(gòu)，自然也能夠得到同樣的效果。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明的膨脹機(jī)可有效用作將制冷循環(huán)中的工作流體的膨脹能量加 以回收的動(dòng)力回收機(jī)構(gòu)。
權(quán)利要求
1. 一種旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，包括氣缸，其具有形成圓筒面的內(nèi)周面；活塞，其配置在所述氣缸的內(nèi)側(cè)且在與所述內(nèi)周面之間形成工作室，并且沿著所述內(nèi)周面移動(dòng)；閉塞構(gòu)件，其夾著所述氣缸閉塞所述工作室；吸入路，其使工作流體流入所述工作室；軸，其具有安裝所述活塞的偏心部，并且由于流入所述工作室的工作流體的膨脹而受到旋轉(zhuǎn)力；排出路，其使膨脹后的工作流體從所述工作室流出；以及注射路，其在工作流體的膨脹過(guò)程中進(jìn)一步向所述工作室導(dǎo)入工作流體，所述注射路的相對(duì)于所述工作室的導(dǎo)入口設(shè)置在所述閉塞構(gòu)件的比所述氣缸的內(nèi)周面更靠?jī)?nèi)側(cè)的位置，以免該注射路與所述排出路連通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中， 還包括分割構(gòu)件，該分割構(gòu)件保持于所述氣缸，且將所述工作室分割F^口E入411l丁^Mr蟲(chóng)壬n:H仁山^ll丁/f4r會(huì)
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中，所述旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)是具備一個(gè)所述氣缸的1級(jí)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)， 所述導(dǎo)入口設(shè)置在通過(guò)移動(dòng)的所述活塞而開(kāi)閉，使得所述注射路只能 夠向所述吸入側(cè)工作室開(kāi)口的位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中， 所述導(dǎo)入口的位置位于所述軸的旋轉(zhuǎn)方向上與所述分割構(gòu)件成90°的角度范圍內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中， 所述導(dǎo)入口設(shè)置在來(lái)自所述吸入路的工作流體向所述吸入側(cè)工作室的流入結(jié)束后打開(kāi)的位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中， 所述旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)是2級(jí)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，作為所述氣缸具備第一氣缸和第二氣缸，作為所述閉塞構(gòu)件具備配置在所述第一氣缸和所述第二氣缸 之間的中間閉塞構(gòu)件、相對(duì)于所述第一氣缸配置在與所述中間閉塞構(gòu)件相 反側(cè)的第一閉塞構(gòu)件、相對(duì)于所述第二氣缸配置在與所述中間閉塞構(gòu)件相 反側(cè)的第二閉塞構(gòu)件，所述第二氣缸側(cè)的工作室的容積設(shè)定成大于所述第一氣缸側(cè)的工作 室的容積，在所述中間閉塞構(gòu)件上設(shè)置有連通所述第一氣缸側(cè)的排出側(cè)工作室 和所述第二氣缸側(cè)的吸入側(cè)工作室而構(gòu)成膨脹室的連通路，所述導(dǎo)入口設(shè)置在通過(guò)所述活塞的移動(dòng)而開(kāi)閉，使得所述注射路只能 夠向所述膨脹室開(kāi)口的位置
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中，所述導(dǎo)入口設(shè)置在所述第一閉塞構(gòu)件上，該導(dǎo)入口的位置位于所述軸的旋轉(zhuǎn)方向上與所述分割構(gòu)件成一90。的角度范圍內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中，所述導(dǎo)入口設(shè)置在所述第二閉塞構(gòu)件上，該導(dǎo)入口的位置位于所述軸 的旋轉(zhuǎn)方向上與所述分割構(gòu)件成90°的角度范圍內(nèi)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中， 在所述注射路上設(shè)有能夠調(diào)節(jié)開(kāi)度的節(jié)流閥。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中， 所述軸與壓縮所述工作流體的壓縮機(jī)構(gòu)結(jié)合。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中， 所述工作流體是二氧化碳。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，包括氣缸(61)；配置在氣缸(61)的內(nèi)側(cè)的活塞(62)；夾著氣缸(61)配置的閉塞構(gòu)件；在工作流體的膨脹過(guò)程中向工作室(69)進(jìn)一步導(dǎo)入工作流體的注射路。注射路的相對(duì)于工作室(69)的導(dǎo)入口(65c)設(shè)置在閉塞構(gòu)件的比氣缸(61)的內(nèi)周面(61b)更靠?jī)?nèi)側(cè)的位置，以免該注射路與排出路連通。
文檔編號(hào)F04C23/02GK101506471SQ200780030919
公開(kāi)日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2007年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月11日
發(fā)明者和田賢宣, 尾形雄司, 引地巧, 長(zhǎng)谷川寬, 高橋康文 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社