專利名稱：旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)及流體機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)高壓流體的膨脹而產(chǎn)生功率的膨脹機(jī)以及具有膨脹機(jī)的流體機(jī)械。
背景技術(shù)：
以往，所謂的旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械被眾所周知，作為在冷凍裝置中壓縮制冷劑的壓縮機(jī)被廣泛利用。另一方面，在特開(kāi)2000-234814號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的冷凍裝置中，將作為膨脹機(jī)構(gòu)的膨脹機(jī)設(shè)置在制冷劑回路中，從為超臨界狀態(tài)的高壓流體的制冷劑進(jìn)行功率回收。上述旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械，也能夠作為這樣的功率回收用膨脹機(jī)使用。此時(shí)，能夠?qū)⒏邏毫黧w導(dǎo)入作為膨脹機(jī)的旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械，通過(guò)高壓流體的膨脹獲得功率。將象這樣在膨脹機(jī)中回收的功率利用在壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)中。
對(duì)作為膨脹機(jī)的旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械，即旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)的動(dòng)作加以說(shuō)明。在旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)中，膨脹室的容積隨著其旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)而變化。從膨脹室的容積幾乎成為最小的時(shí)刻開(kāi)始，開(kāi)始對(duì)膨脹室導(dǎo)入高壓流體。對(duì)于膨脹室的高壓流體的導(dǎo)入，在旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角成為規(guī)定值的時(shí)刻結(jié)束。并且，之后，制冷劑在密封的膨脹室內(nèi)膨脹，旋轉(zhuǎn)軸因該膨脹而旋轉(zhuǎn)。也就是說(shuō)，在上述旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)中旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一次之間，具有高壓流體流入膨脹室的時(shí)期和不流入的時(shí)期。
如上所述，在上述旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)中，高壓流體被間歇地導(dǎo)入膨脹室。并且，在膨脹室的容積增大的工序途中將朝向膨脹室的高壓流體的流動(dòng)切斷。也就是說(shuō)，在高壓流體的流速較高的狀態(tài)下，將朝向膨脹室的高壓流體的流動(dòng)切斷。因此，存在這樣的問(wèn)題在與旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)連接的管道內(nèi)產(chǎn)生流體的脈動(dòng)，成為振動(dòng)和噪音的原因。特別是存在這樣的問(wèn)題在超臨界狀態(tài)下將液體狀高壓流體向旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)導(dǎo)入時(shí)，因其高壓流體為非壓縮性而產(chǎn)生水錘現(xiàn)象，振動(dòng)和噪音過(guò)大，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致管道等的破損。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述各點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于在通過(guò)高壓流體的膨脹獲得功率的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)、及具有旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)的流體機(jī)械中，降低因流體的脈動(dòng)而引起的振動(dòng)等，使可靠性提高。
第1發(fā)明是以這樣的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)為對(duì)象，包括分別設(shè)置了兩端被堵塞的外殼71、81、用以在上述各外殼71、81內(nèi)形成流體室72、82的活塞75、85以及用以將上述流體室72、82隔離為高壓側(cè)高壓室73、83和低壓側(cè)低壓室74、84的葉片76、86的多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80；和嵌合在上述活塞75、85的偏心部41、42的數(shù)目形成為與上述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80的數(shù)目相同的一根旋轉(zhuǎn)軸40。并且，上述多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80，各自的排量彼此不同，從排量較小的機(jī)構(gòu)部開(kāi)始依次串聯(lián)連接。在上述多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80中的相互連接的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部，流體從前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70的低壓室74流入后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80的高壓室83。
第2發(fā)明是以這樣的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)為對(duì)象，包括分別設(shè)置了兩端被堵塞的外殼71、81、用以在上述各外殼71、81內(nèi)形成流體室72、82的活塞75、85以及用以將上述流體室72、82隔離為高壓側(cè)高壓室73、83和低壓側(cè)低壓室74、84的葉片76、86的多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80；和嵌合在上述活塞75、85的偏心部41、42的數(shù)目形成為與上述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80的數(shù)目相同的一根旋轉(zhuǎn)軸40。并且，上述多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80，各自的排量彼此不同，從排量較小的機(jī)構(gòu)部開(kāi)始依次串聯(lián)連接。在上述多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80中的相互連接的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部，前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70的低壓室74和后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80的高壓室83相互連通，形成一個(gè)膨脹室66。
第3發(fā)明是在上述第1或第2發(fā)明的基礎(chǔ)上，多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80，各自的葉片76、86成為向外殼71、81的外周側(cè)退得最多的狀態(tài)的時(shí)期彼此同期。
第4發(fā)明是在上述第1、第2或第3發(fā)明的基礎(chǔ)上，旋轉(zhuǎn)軸40的各偏心部41、42，各自的偏心方向形成為彼此不同。
第5發(fā)明是在上述第1、第2或第3發(fā)明的基礎(chǔ)上，旋轉(zhuǎn)軸40的各偏心部41、42，各自的偏心方向形成為彼此的角度間隔相等。
第6發(fā)明是在上述第1或第2發(fā)明的基礎(chǔ)上，各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80的外殼71、81，以相互之間夾有中間板63的狀態(tài)疊層。在上述各中間板63形成有朝厚度方向貫通該中間板63的連通路64，該連通路64用以讓鄰接的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80中的前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70的低壓室74和后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80的高壓室83連通。上述各外殼71、81，以上述連通路64的長(zhǎng)度成為最短的形式布置。
第7發(fā)明是在上述第1、第2或第3發(fā)明的基礎(chǔ)上，各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80的外殼71、81，以相互之間夾有中間板63的狀態(tài)疊層。在上述各中間板63形成有朝厚度方向貫通該中間板63的連通路64，該連通路64用以讓鄰接的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80中的前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70的低壓室74和后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80的高壓室83連通。旋轉(zhuǎn)軸40中的各偏心部41、42的偏心方向相互不同，且不同于所規(guī)定的角度，以使上述連通路64的長(zhǎng)度成為最短。
第8發(fā)明是在上述第1、第2或第3發(fā)明的基礎(chǔ)上，在上述多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80中的相互連接的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部，前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70的低壓室74和后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80的高壓室83通過(guò)連通路64連接在一起。在上述連通路64的途中設(shè)置有用以緩和在該連通路64的壓力變動(dòng)的具有規(guī)定容積的中間室65。
第9發(fā)明是在上述第1到第8發(fā)明的任意一個(gè)發(fā)明的基礎(chǔ)上，葉片76、86，不與活塞75、85形成為一體，并且，在其前端被按壓在該活塞75、85的狀態(tài)下由外殼71、81支撐，進(jìn)退自由。
第10發(fā)明是在上述第1到第8發(fā)明的任意一個(gè)發(fā)明的基礎(chǔ)上，葉片76、86，以從活塞75、85的側(cè)面突出的形式與該活塞75、85形成為一體，并且，由外殼71、81支撐，進(jìn)退自由且轉(zhuǎn)動(dòng)自由。
第11發(fā)明是在上述第1到第10發(fā)明的任意一個(gè)發(fā)明的基礎(chǔ)上，向排量最小的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70的高壓室73導(dǎo)入的流體，為大于等于臨界壓力的二氧化碳。
第12發(fā)明是以這樣的流體機(jī)械為對(duì)象，包括上述第1發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60、嵌合在該旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60的旋轉(zhuǎn)軸40的壓縮機(jī)50和收納上述旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60及壓縮機(jī)50的外殼31。將在上述壓縮機(jī)50中壓縮的流體噴出到上述外殼31內(nèi)。并且，上述旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60所具有的多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80，被布置為排量越大的，距離上述壓縮機(jī)50越遠(yuǎn)。
第13發(fā)明是以這樣的流體機(jī)械為對(duì)象，包括上述第2發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60、嵌合在該旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60的旋轉(zhuǎn)軸40的壓縮機(jī)50和收納上述旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60及壓縮機(jī)50的外殼31。將在上述壓縮機(jī)50中壓縮的流體噴出到上述外殼31內(nèi)。并且，上述旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60所具有的多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80，被布置為排量越大的，距離上述壓縮機(jī)50越遠(yuǎn)。
第14發(fā)明在上述第12或第13發(fā)明的基礎(chǔ)上，多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80，各自的葉片76、86成為向外殼71、81的外周側(cè)退得最多的狀態(tài)的時(shí)期彼此同期。
第15發(fā)明是在上述第12或第13發(fā)明的流體機(jī)械的基礎(chǔ)上，在旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60中設(shè)置有阻礙外殼31內(nèi)的流體向通過(guò)該旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60的流體傳熱的絕熱部件100。
-作用-在上述第1及第2發(fā)明中，將排量相互不同的多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80設(shè)置在旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60中。這些多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80，從排量較小的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部開(kāi)始朝著較大的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部依次串聯(lián)連接。也就是說(shuō)，排量較小的前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70的流出側(cè)連接在排量較大的后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80的流入側(cè)。
在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60中，最初，將高壓流體向排量最小的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70導(dǎo)入。具體地說(shuō)，將高壓流體向此旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70中的流體室72的高壓側(cè)，即高壓室73導(dǎo)入。也就是說(shuō)，高壓流體從葉片77朝外殼71的外周側(cè)退得最多的狀態(tài)開(kāi)始，到旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)幾乎一次期間不斷地流入高壓室73。
這里，假設(shè)葉片77朝外殼71的外周側(cè)退得最多的狀態(tài)中的旋轉(zhuǎn)軸40的旋轉(zhuǎn)角為0°的話，則高壓室73的容積增大比例從該旋轉(zhuǎn)角為0°到180°為止逐漸增大，高壓室73的容積增大比例從該旋轉(zhuǎn)角為180°到360°為止逐漸變小。并且，流入高壓室73的流體流速，從旋轉(zhuǎn)軸40的旋轉(zhuǎn)角為0°到180°為止逐漸變快，從該旋轉(zhuǎn)角為180°到360°為止逐漸變慢。因此，在朝向高壓室73的流體的流動(dòng)被切斷的時(shí)刻，該流體的流速幾乎成為0。
接著，充滿了高壓流體的流體室72，成為低壓側(cè)低壓室74，與排量較大的后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80的高壓室83連通。該低壓室74內(nèi)的流體一邊流入后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80的高壓室83，一邊膨脹。也就是說(shuō)，在上述第2發(fā)明中，流體在由前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70的低壓室74和后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80的高壓室83構(gòu)成的膨脹室66的內(nèi)部膨脹。流體，依次重復(fù)這樣的膨脹，最后從排量最大的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80送出。并且，旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60的旋轉(zhuǎn)軸40通過(guò)這樣的流體膨脹而驅(qū)動(dòng)。也就是說(shuō)，將導(dǎo)入旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60的高壓流體的內(nèi)部能量變換成旋轉(zhuǎn)軸40的旋轉(zhuǎn)功率。
在上述第3及第14發(fā)明中，在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80中葉片76、86退得最多的時(shí)期彼此同期。在前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70中低壓室74的容積為最大的時(shí)刻，在后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80中高壓室83的容積為最小。在前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70中低壓室74的容積開(kāi)始減少后，與此相伴，在后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80中高壓室83的容積開(kāi)始增大。并且，在前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70中低壓室74的容積為最小的時(shí)刻，在后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80中高壓室83的容積為最大。
在上述第4及第5發(fā)明中，將旋轉(zhuǎn)軸40的各偏心部41、42形成為向彼此不同的方向偏心。因此，旋轉(zhuǎn)軸40通過(guò)活塞75、85從各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80的高壓室73、83內(nèi)的流體所受到的力，各自的作用方向彼此不同。
而且，在上述第5發(fā)明中，旋轉(zhuǎn)軸40中的各偏心部41、42的偏心方向錯(cuò)開(kāi)一定角度的間隔。例如，當(dāng)形成在旋轉(zhuǎn)軸40的偏心部41、42為兩個(gè)時(shí)，各自的偏心方向間隔180°，當(dāng)為3個(gè)時(shí)，各自的偏心方向間隔120°。并且，旋轉(zhuǎn)軸40從各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80的高壓室73、83內(nèi)的流體所接受的力的各自的作用方向的角度間隔幾乎一定。
在上述第6及第7發(fā)明中，在中間板63形成連通路64，該連通路64連接前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70的低壓室74和后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80的高壓室83。這里，假設(shè)在前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70中在葉片77的右側(cè)形成低壓室74的話，則在后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80中在葉片86的左側(cè)形成高壓室83。并且，如果為了使連通路64的低壓室74側(cè)的開(kāi)口位置和高壓室83側(cè)的開(kāi)口位置大致重疊而讓各外殼71、81的布置角度錯(cuò)開(kāi)的話，則連通路64的伸長(zhǎng)方向和中間板63的厚度方向所成的角度最小，連通路64的長(zhǎng)度最短。
在上述第8發(fā)明中，在連通路64的途中設(shè)置中間室65。將中間室65形成為可降低連通路64中的壓力變動(dòng)的容積。并且，從前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70的低壓室74流出的流體，通過(guò)連通路64及中間室65流入后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80的高壓室83。
在上述第9發(fā)明中，在各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80中，不將葉片76、86與活塞75、85形成為一體。該葉片76、86，其前端被按壓在活塞75、85，隨著活塞75、85的偏心運(yùn)動(dòng)而進(jìn)退。也就是說(shuō)，在此發(fā)明中，各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80，構(gòu)成為所謂的滾動(dòng)活塞型。
在上述第10發(fā)明中，在各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80中，將葉片76、86與活塞75、85形成為一體。該葉片76、86，在由外殼71、81支撐的狀態(tài)下，相對(duì)于外殼71、81進(jìn)退自由且轉(zhuǎn)動(dòng)自由。與該葉片76、86一體的活塞75、85在嵌合在旋轉(zhuǎn)軸40的偏心部41、42的同時(shí)，在外殼71、81內(nèi)進(jìn)行搖動(dòng)運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，在此發(fā)明中，各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80構(gòu)成為所謂的搖動(dòng)活塞型。
在上述第11發(fā)明中，在多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80中的排量最小的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部中，將二氧化碳(CO2)送入它的高壓室73。向該高壓室73導(dǎo)入的二氧化碳的壓力大于等于二氧化碳的臨界壓力。并且，流入該高壓室73的二氧化碳一邊依次通過(guò)串聯(lián)連接的多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80，一邊膨脹。
在上述第12發(fā)明中，將上述第1發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60和壓縮機(jī)50收納在外殼31內(nèi)。并且，在上述第13發(fā)明中，將一上述第2發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60和壓縮機(jī)50收納在外殼31內(nèi)。在這些發(fā)明中，壓縮機(jī)50嵌合在旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60的旋轉(zhuǎn)軸40。該壓縮機(jī)50，被在旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60中獲得的功率驅(qū)動(dòng)，吸入且壓縮流體。在壓縮機(jī)50中壓縮的流體被噴向外殼31內(nèi)的空間，通過(guò)該空間后向外殼31的外部送出。另外，該壓縮機(jī)50，不必是僅通過(guò)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)，也可以是例如通過(guò)電動(dòng)機(jī)和上述旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60兩方而驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)。
在上述第12及第13發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60中，多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80，被布置為排量越大的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部距離上述壓縮機(jī)50越遠(yuǎn)。這里，通過(guò)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60的流體，隨著其膨脹，壓力下降，其溫度也漸漸下降。另一方面，向旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60流入的流體，從排量較小的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70依次通過(guò)排量較大的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80。因此，在該旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60中，排量較大的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80那邊所通過(guò)的流體的溫度較低。并且，在此發(fā)明中，將通過(guò)的流體溫度較低的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80布置在距離噴出高溫高壓的流體的壓縮機(jī)50較遠(yuǎn)的位置上。
在上述第15發(fā)明中，將絕熱部件100設(shè)置在旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60中。一般，通過(guò)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60的流體，與在壓縮機(jī)50中被壓縮且向外殼31內(nèi)噴出的流體相比溫度較低，因來(lái)自壓縮機(jī)50的噴出流體的熱移動(dòng)而在某種程度上被加熱。上述絕熱部件100，阻礙從壓縮機(jī)50的噴出流體向通過(guò)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60的流體的傳熱，削減對(duì)于通過(guò)旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60的流體的加熱量。
-效果-在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60中，最初將所提供的高壓流體向排量最小的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70的高壓室73導(dǎo)入。并且，使朝向該高壓室73的流體的流速與高壓室73的容積變化比例相對(duì)應(yīng)地緩慢增減。
這里，在以往的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60中，在流速較高的狀態(tài)下將所導(dǎo)入的流體的流動(dòng)切斷，隨之產(chǎn)生了急劇的壓力變動(dòng)。而在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60中，由于朝向高壓室73的流體的流速變化緩慢，因此能夠防止所導(dǎo)入的流體的急劇壓力變動(dòng)。所以，使用本發(fā)明，能夠大大地緩和向旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60導(dǎo)入的流體的脈動(dòng)，能夠大大地降低隨之而引起的振動(dòng)和噪音，提高旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60的可靠性。
在上述第3及第14發(fā)明中，在前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70中低壓室74的容積從最大值開(kāi)始減少的時(shí)期、和在后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80中高壓室83的容積從最小值開(kāi)始增大的時(shí)期同期。因此，能夠順利地進(jìn)行向旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60所提供的高壓流體的膨脹，能夠有效地從高壓流體進(jìn)行功率回收。
在上述第4及第5發(fā)明中，旋轉(zhuǎn)軸40的各偏心部41、42彼此朝不同的方向偏心。因此，旋轉(zhuǎn)軸40從各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80的高壓室73、83內(nèi)的流體所接受的力的各自的作用方向彼此不同，在某種程度上互相消除。因此，使用這些各個(gè)發(fā)明，與各偏心部41、42的偏心方向相同，旋轉(zhuǎn)軸40從高壓室73、83內(nèi)的流體接受方向相同的力的情況相比，能夠削減作用在旋轉(zhuǎn)軸40的直徑方向的負(fù)荷，能夠減少旋轉(zhuǎn)軸40和軸承之間的摩擦損失，提高旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60的效率。
特別是在上述第5發(fā)明中，旋轉(zhuǎn)軸40中的各偏心部41、42的偏心方向?yàn)榈冉嵌乳g隔。因此，旋轉(zhuǎn)軸40從各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80的高壓室73、83內(nèi)的流體所接受的力的各自的作用方向?yàn)榈冉嵌乳g隔，相互幾乎完全消除。因此，使用本發(fā)明，能夠大大地降低旋轉(zhuǎn)軸40和軸承之間的摩擦損失，能夠大幅度地提高旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60的效率。
在上述第6及第7發(fā)明中，將各外殼71、81的布置角度錯(cuò)開(kāi)，盡量縮短連通路64的長(zhǎng)度。因此，能夠削減從前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70的低壓室74到后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80的高壓室83為止的流體的壓力損失，能夠增大在旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60中所回收的功率。
在上述第8發(fā)明中，將容積較大的中間室65設(shè)置在連通路64。因此，能夠緩和在連通路64中從前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70的低壓室74向著后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80的高壓室83流動(dòng)的流體的壓力變動(dòng)。
在上述第11發(fā)明中，將超臨界狀態(tài)的二氧化碳導(dǎo)入旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60。也就是說(shuō)，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)適用于所導(dǎo)入的流體實(shí)質(zhì)上為非壓縮性，因流體的脈動(dòng)而造成的危害較大的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)。因此，使用本發(fā)明，在以往因流體的導(dǎo)入時(shí)的脈動(dòng)而造成的危害較大的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)中，能夠確實(shí)地控制那樣的脈動(dòng)的發(fā)生，確實(shí)地提高其可靠性。
在上述第12及第13發(fā)明中，在與壓縮機(jī)50一起收納在一個(gè)外殼31內(nèi)的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60中，將排量較大的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80布置在距離壓縮機(jī)50較遠(yuǎn)的位置。也就是說(shuō)，將通過(guò)的流體溫度較低的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80布置在距離壓縮機(jī)50較遠(yuǎn)的位置，盡量在靠壓縮機(jī)50的地方布置所通過(guò)的流體溫度較高的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70。因此，使用本發(fā)明，與將排量較大的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80朝著與壓縮機(jī)50較近的方向布置的情況相比，能夠削減從壓縮機(jī)50的噴出流體向旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60的流體移動(dòng)的熱量。
在上述第15發(fā)明中，用絕熱部件100阻礙向旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60的流體的傳熱。因此，使用本發(fā)明，能夠更進(jìn)一步地削減從壓縮機(jī)50的噴出流體向著旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)60的流體移動(dòng)的熱量。


圖1為第1實(shí)施例中的空調(diào)機(jī)的管道系統(tǒng)圖。
圖2為第1實(shí)施例中的壓縮·膨脹機(jī)組的概要剖面圖。
圖3為第1實(shí)施例中的膨脹機(jī)構(gòu)部的要部放大圖。
圖4為示出了第1實(shí)施例的膨脹機(jī)構(gòu)部中的軸旋轉(zhuǎn)角每為90°的各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部的狀態(tài)的要部剖面圖。
圖5為示出了第1實(shí)施例的膨脹機(jī)構(gòu)部中的軸旋轉(zhuǎn)角和膨脹室等的容積及膨脹室的內(nèi)壓的關(guān)系的關(guān)系圖。
圖6為示出了第1實(shí)施例的膨脹機(jī)構(gòu)部和以往的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)的軸旋轉(zhuǎn)角與流體的流入流速的關(guān)系的關(guān)系圖。
圖7為第1實(shí)施例的變形例1中的膨脹機(jī)構(gòu)部的要部放大圖。
圖8為第1實(shí)施例的變形例2中的膨脹機(jī)構(gòu)部的要部剖面圖。
圖9為示出了第2實(shí)施例的膨脹機(jī)構(gòu)部中的軸旋轉(zhuǎn)角每為90°的各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部的狀態(tài)的要部剖面圖。
圖10為示出了第3實(shí)施例的膨脹機(jī)構(gòu)部中的軸旋轉(zhuǎn)角每為90°的各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部的狀態(tài)的要部剖面圖。
圖11為第4實(shí)施例中的壓縮·膨脹機(jī)組的概要剖面圖。
圖12為第5實(shí)施例中的壓縮·膨脹機(jī)組的概要剖面圖。
圖13為第5實(shí)施例和比較例所涉及的壓縮·膨脹機(jī)組的概要結(jié)構(gòu)圖。
圖14為第5實(shí)施例的變形例中的壓縮·膨脹機(jī)組的概要剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例加以詳細(xì)說(shuō)明。
(第1實(shí)施例)對(duì)本發(fā)明的第1實(shí)施例加以說(shuō)明。本實(shí)施例的空調(diào)機(jī)10，包括本發(fā)明所涉及的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)。
<空調(diào)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)>
如圖1所示，上述空調(diào)機(jī)10為所謂的分離型空調(diào)機(jī)，包括室外機(jī)11和室內(nèi)機(jī)13。將室外風(fēng)扇12、室外熱交換器23、第1四路切換閥21、第2四路切換閥22及壓縮·膨脹機(jī)組30收納在室外機(jī)11中。將室內(nèi)風(fēng)扇14及室內(nèi)熱交換器24收納在室內(nèi)機(jī)13中。將室外機(jī)11設(shè)置在屋外，將室內(nèi)機(jī)13設(shè)置在屋內(nèi)。并且，室外機(jī)11和室內(nèi)機(jī)13用一對(duì)連接管道15、16連接在一起。另外，以后再對(duì)壓縮·膨脹機(jī)組30的詳細(xì)情況加以說(shuō)明。
將制冷劑回路20設(shè)置在上述空調(diào)機(jī)10中。該制冷劑回路20為連接了壓縮·膨脹機(jī)組30和室內(nèi)熱交換器24等的閉回路。并且，向該制冷劑回路20充填作為制冷劑的二氧化碳(CO2)。
上述室外熱交換器23和室內(nèi)熱交換器24都由交叉散熱片式翅片管型熱交換器構(gòu)成。在室外熱交換器23中，在制冷劑回路20中循環(huán)的制冷劑與室外空氣熱交換。在室內(nèi)熱交換器24中，在制冷劑回路20中循環(huán)的制冷劑與室內(nèi)空氣熱交換。
上述第1四路切換閥21具有4個(gè)接口(port)。該第1四路切換閥21，其第1接口連接在壓縮·膨脹機(jī)組30的噴出接口33上，第2接口通過(guò)連接管道15連接在室內(nèi)熱交換器24的一端，第3接口連接在室外熱交換器23的一端，第4接口連接在壓縮·膨脹機(jī)組30的吸入接口32上。并且，第1四路切換閥21切換成第1接口和第2接口連通且第3接口和第4接口連通的狀態(tài)(圖1用實(shí)線所示的狀態(tài))、以及第1接口和第3接口連通且第2接口和第4接口連通的狀態(tài)(圖1用虛線所示的狀態(tài))。
上述第2四路切換閥22具有4個(gè)接口。該第2四路切換閥22，其第1接口連接在壓縮·膨脹機(jī)組30的流出接口35上，第2接口連接在室外熱交換器23的另一端，第3接口通過(guò)連接管道16連接在室內(nèi)熱交換器24的另一端，第4接口連接在壓縮·膨脹機(jī)組30的流入接口34上。并且，第2四路切換閥22切換成第1接口和第2接口連通且第3接口和第4接口連通的狀態(tài)(圖1用實(shí)線所示的狀態(tài))、以及第1接口和第3接口連通且第2接口和第4接口連通的狀態(tài)(圖1用虛線所示的狀態(tài))。
<壓縮·膨脹機(jī)組的結(jié)構(gòu)>
如圖2所示，壓縮·膨脹機(jī)組30包括為長(zhǎng)方形的圓筒形密封容器的外殼31。在該外殼31的內(nèi)部，從圖2的左邊朝著右邊依次布置有壓縮機(jī)構(gòu)部50、電動(dòng)機(jī)45和膨脹機(jī)構(gòu)部60。另外，在下述說(shuō)明中所用的“右”、“左”都意味著所參照的圖中的位置。
上述電動(dòng)機(jī)45布置在外殼31的長(zhǎng)邊方向的中央部。該電動(dòng)機(jī)45由定子46和轉(zhuǎn)子47構(gòu)成。定子46固定在上述外殼31上。轉(zhuǎn)子47布置在定子46的內(nèi)側(cè)。并且，與該轉(zhuǎn)子47同軸的軸40的主軸部44貫穿轉(zhuǎn)子47。
上述軸40構(gòu)成旋轉(zhuǎn)軸。在該軸40中，在其左端側(cè)形成有一個(gè)小直徑偏心部43，在其右端側(cè)形成有兩個(gè)大直徑偏心部41、42。
小直徑偏心部43，形成為直徑小于主軸部44，從主軸部44的軸心偏離所規(guī)定的量。另一方面，各大直徑偏心部41、42，形成為直徑大于主軸部44。左右排列的兩個(gè)大直徑偏心部41、42中的右側(cè)偏心部構(gòu)成第1大直徑偏心部41，左側(cè)偏心部構(gòu)成第2大直徑偏心部42。第1大直徑偏心部41和第2大直徑偏心部42都朝相同的方向偏心。第2大直徑偏心部42的外徑大于第1大直徑偏心部41的外徑。并且，相對(duì)于主軸部44的軸心的偏心量，是第2大直徑偏心部42大于第1大直徑偏心部41。
上述壓縮機(jī)構(gòu)部50構(gòu)成所謂的渦型壓縮機(jī)。該壓縮機(jī)構(gòu)部50包括固定渦(scroll)51、可動(dòng)渦54和框架57。并且，將吸入接口32和噴出接口33設(shè)置在壓縮機(jī)構(gòu)部50中。
在上述固定渦51中，將漩渦壁狀固定側(cè)渦旋齒部(wrap)53突出設(shè)置在鏡板52。將該固定渦51的鏡板52固定在外殼31。另一方面，在上述可動(dòng)渦54中，將漩渦壁狀可動(dòng)側(cè)渦旋齒部56突出設(shè)置在板狀鏡板55。將固定渦51和可動(dòng)渦54以相互面對(duì)面的形式布置。并且，通過(guò)固定側(cè)渦旋齒部53和可動(dòng)側(cè)渦旋齒部56相互咬合在一起，來(lái)區(qū)劃壓縮室59。
上述吸入接口32，其一端連接在固定側(cè)渦旋齒部53和可動(dòng)側(cè)渦旋齒部56的外周側(cè)。另一方面，上述噴出接口33，連接在固定渦51的鏡板52的中央部，其一端在壓縮室59開(kāi)口。
上述可動(dòng)渦54的鏡板55，在其右側(cè)面的中央部形成有突出部分，軸40的小直徑偏心部43插入該突出部分。并且，上述可動(dòng)渦54通過(guò)十字頭環(huán)58由框架57支撐。該十字頭環(huán)58是用以限制可動(dòng)渦54的自傳的。并且，可動(dòng)渦54不自傳，用規(guī)定的旋轉(zhuǎn)半徑公轉(zhuǎn)。
上述膨脹機(jī)構(gòu)部60，為所謂的搖動(dòng)活塞型流體機(jī)械，構(gòu)成本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)。在該膨脹機(jī)構(gòu)部60設(shè)置有兩組成對(duì)的外殼81、82及活塞75、85。并且，在膨脹機(jī)構(gòu)部60設(shè)置有前頭部61、中間板63和后頭部62。
在上述膨脹機(jī)構(gòu)部60中，為從圖2的左邊朝著右邊依次疊層前頭部61、第2外殼81、中間板63、第1外殼71、后頭部62的狀態(tài)。在該狀態(tài)中，第2外殼81，其左側(cè)端面被前頭部61堵塞，其右側(cè)端面被中間板63堵塞。另一方面，第1外殼71，其左側(cè)端面被中間板63堵塞，其右側(cè)端面被后頭部62堵塞。并且，第2外殼81的內(nèi)徑大于第1外殼71的內(nèi)徑。
上述軸40貫穿疊層的狀態(tài)的前頭部61、第2外殼81、中間板63、第1外殼71及后頭部62。并且，軸40，其第1大直徑偏心部41位于第1外殼71內(nèi)，其第2大直徑偏心部42位于第2外殼81內(nèi)。
如圖3及圖4所示，在第1外殼71內(nèi)設(shè)置有第1活塞75，在第2外殼81內(nèi)設(shè)置有第2活塞85。第1及第2活塞75、85都形成為圓環(huán)狀或圓筒狀。第1活塞75的外徑和第2活塞85的外徑彼此相等。第1活塞75的內(nèi)徑和第1大直徑偏心部41的外徑幾乎相等，第2活塞85的內(nèi)徑和第2大直徑偏心部42的外徑幾乎相等。并且，第1大直徑偏心部41貫穿第1活塞75，第2大直徑偏心部42貫穿第2活塞85。
上述第1活塞75，其外周面滑動(dòng)接觸在第1外殼71的內(nèi)周面，一端面滑動(dòng)接觸在后頭部62，另一端面滑動(dòng)接觸在中間板63。在第1外殼71內(nèi)，在其內(nèi)周面和第1活塞75的外周面之間形成第1流體室72。另一方面，上述第2活塞85，其外周面滑動(dòng)接觸在第2外殼81的內(nèi)周面，一端面滑動(dòng)接觸在前頭部61，另一端面滑動(dòng)接觸在中間板63。在第2外殼81內(nèi)，在其內(nèi)周面和第2活塞85的外周面之間形成第2流體室82。
在上述第1及第2活塞75、85分別設(shè)置有一個(gè)與其成為一體的葉片76、86。葉片76、86形成為朝著活塞75、85的半徑方向延伸的板狀，從活塞75、85的外周面朝外側(cè)突出。
在上述各外殼71、81分別設(shè)置有一組一對(duì)襯套77、87。各襯套77、87為內(nèi)側(cè)面是平面，外側(cè)面是圓弧面的小片。以?shī)A著葉片76、86的狀態(tài)設(shè)置有一對(duì)襯套77、87。各襯套77、87，其內(nèi)側(cè)面與葉片76、86滑動(dòng)接觸，其外側(cè)面與外殼81、82滑動(dòng)接觸。并且，與活塞75、85一體的葉片76、86，通過(guò)襯套77、87支撐在外殼71、81上，相對(duì)于外殼71、81轉(zhuǎn)動(dòng)自由且進(jìn)退自由。
第1外殼71內(nèi)的第1流體室72，被與第1活塞75一體的第1葉片76隔開(kāi)，圖4中的第1葉片76的左側(cè)為高壓側(cè)第1高壓室73，其右側(cè)為低壓側(cè)第1低壓室74。第2外殼81內(nèi)的第2流體室82，被與第2活塞85一體的第2葉片86隔開(kāi)，圖4中的第2葉片86的左側(cè)為高壓側(cè)第2高壓室83，其右側(cè)為低壓側(cè)第2低壓室84。
將上述第1外殼71和第2外殼81以各自的周方向的襯套77、87的位置一致的形式布置著。換句話說(shuō)，第2外殼81對(duì)于第1外殼71的布置角度為0°。如上所述，第1大直徑偏心部41和第2大直徑偏心部42，對(duì)于主軸部44的軸心朝著相同的方向偏心。因此，在第1葉片76成為向第1外殼71的外側(cè)退得最多的狀態(tài)的同時(shí)，第2葉片86成為向第2外殼81的外側(cè)退得最多的狀態(tài)。
在上述第1外殼71形成有流入接口34。流入接口34在第1外殼71的內(nèi)周面中的圖3及圖4的襯套77的稍靠左側(cè)的地方開(kāi)口。流入接口34可與第1高壓室73(即，第1流體室72的高壓側(cè))連通。另一方面，在上述第2外殼81形成有流出接口35。流出接口35在第2外殼81的內(nèi)周面中的圖3及圖4的襯套87的稍靠右側(cè)的地方開(kāi)口。流出接口35可與第2低壓室84(即，第2流體室82的低壓側(cè))連通。
在上述中間板63設(shè)置有連通路64。該連通路64形成為貫穿中間板63。在中間板63中的第1外殼71側(cè)的面中，連通路64的一端在第1葉片76的右側(cè)地方開(kāi)口。在中間板63中的第2外殼81側(cè)的面中，連通路64的另一端在第2葉片86的左側(cè)地方開(kāi)口。并且，如圖3所示，連通路64，相對(duì)于中間板63的厚度方向傾斜延伸，可與第1低壓室74(即，第1流體室72的低壓側(cè))和第2高壓室83(即，第2流體室82的高壓側(cè))兩邊連通。
在上述結(jié)構(gòu)的本實(shí)施例的膨脹機(jī)構(gòu)部60中，第1外殼71、設(shè)置在那里的襯套77、第1活塞75和第1葉片76構(gòu)成第1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70。并且，第2外殼81、設(shè)置在那里的襯套87、第2活塞85和第2葉片86構(gòu)成第2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80。
如上所述，在上述膨脹機(jī)構(gòu)部60中，第1葉片76向第1外殼71的外側(cè)退得最多的時(shí)期、和第2葉片86向第2外殼81的外側(cè)退得最多的時(shí)期同期。也就是說(shuō)，在第1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70中第1低壓室74的容積逐漸減少的過(guò)程、和在第2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80中第2高壓室83的容積逐漸增加的過(guò)程同期(參照?qǐng)D4)。并且，如上所述，第1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70的第1低壓室74和第2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80的第2高壓室83通過(guò)連通路64相互連通。并且，由第1低壓室74、連通路64和第2高壓室83形成一個(gè)閉空間，該閉空間構(gòu)成膨脹室66。參照?qǐng)D5對(duì)此點(diǎn)加以說(shuō)明。
在該圖5中，假設(shè)第1葉片76向第1外殼71的外周側(cè)退得最多的狀態(tài)下的軸40的旋轉(zhuǎn)角為0°。并且，這里，假定第1流體室72的最大容積為3ml(毫升)，第2流體室82的最大容積為10ml，來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。
如圖5所示，在軸40的旋轉(zhuǎn)角為0°的時(shí)刻，第]低壓室74的容積為最大值的3ml，第2高壓室83的容積為最小值的Oml。第1低壓室74的容積隨著軸40的旋轉(zhuǎn)而逐漸減少，在其旋轉(zhuǎn)角到達(dá)360°的時(shí)刻成為最小值的Oml，如同圖一點(diǎn)劃線所示。另一方面，第2低壓室84的容積隨著軸40的旋轉(zhuǎn)而逐漸增加，在其旋轉(zhuǎn)角到達(dá)360°的時(shí)刻成為最大值的10ml，如同圖雙點(diǎn)劃線所示。并且，若無(wú)視連通路64的容積的話，則某旋轉(zhuǎn)角中的膨脹室66的容積為將該旋轉(zhuǎn)角中的第1低壓室74的容積和第2高壓室83的容積加在一起的值。也就是說(shuō)，膨脹室66的容積，在軸40的旋轉(zhuǎn)角為0°的時(shí)刻成為最小值的3ml，隨著軸40的旋轉(zhuǎn)而逐漸增加，在其旋轉(zhuǎn)角到達(dá)360°的時(shí)刻成為最大值的10ml，如同圖實(shí)線所示。
-運(yùn)行動(dòng)作-對(duì)上述空調(diào)機(jī)10的動(dòng)作加以說(shuō)明。這里，對(duì)空調(diào)機(jī)10的制冷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)及暖氣運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)作加以說(shuō)明，接著對(duì)膨脹機(jī)構(gòu)部60的動(dòng)作加以說(shuō)明。
<制冷運(yùn)轉(zhuǎn)>
在制冷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將第1四路切換閥21及第2四路切換閥22切換成圖1用虛線所示的狀態(tài)。在該狀態(tài)下對(duì)壓縮·膨脹機(jī)組30的電動(dòng)機(jī)45通電后，制冷劑在制冷劑回路20中循環(huán)，進(jìn)行蒸氣壓縮式制冷循環(huán)。
在壓縮機(jī)構(gòu)部50中壓縮的制冷劑，通過(guò)噴出接口33從壓縮·膨脹機(jī)組30噴出。在此狀態(tài)下，制冷劑的壓力高于其臨界壓力。該噴出制冷劑通過(guò)第1四路切換閥21送到室外熱交換器23。在室外熱交換器23中，流入的制冷劑向室外空氣放熱。
在室外熱交換器23中放熱的制冷劑，通過(guò)第2四路切換閥22，通過(guò)流入接口34，流入壓縮·膨脹機(jī)組30的膨脹機(jī)構(gòu)部60。在膨脹機(jī)構(gòu)部60中，高壓制冷劑膨脹，其內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換成軸40的旋轉(zhuǎn)功率。膨脹后的低壓制冷劑，通過(guò)流出接口35從壓縮·膨脹機(jī)組30流出，通過(guò)第2四路切換閥22送到室內(nèi)熱交換器24。
在室內(nèi)熱交換器24中，流入的制冷劑從室內(nèi)空氣吸熱且蒸發(fā)，將室內(nèi)空氣冷卻。從室內(nèi)熱交換器24出來(lái)的低壓氣體制冷劑，通過(guò)第1四路切換閥21，通過(guò)吸入接口32，吸入壓縮·膨脹機(jī)組30的壓縮機(jī)構(gòu)部50。壓縮機(jī)構(gòu)部50壓縮吸入的制冷劑，且將其噴出。
<暖氣運(yùn)轉(zhuǎn)>
在暖氣運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將第1四路切換閥21及第2四路切換閥22切換成圖1用實(shí)線所示的狀態(tài)。在該狀態(tài)下對(duì)壓縮·膨脹機(jī)組30的電動(dòng)機(jī)45通電后，制冷劑在制冷劑回路20中循環(huán)，進(jìn)行蒸氣壓縮式制冷循環(huán)。
在壓縮機(jī)構(gòu)部50中壓縮的制冷劑，通過(guò)噴出接口33從壓縮·膨脹機(jī)組30噴出。在此狀態(tài)下，制冷劑壓力高于其臨界壓力。該噴出制冷劑通過(guò)第1四路切換閥21送到室內(nèi)熱交換器24。在室內(nèi)熱交換器24中，流入的制冷劑向室內(nèi)空氣放熱，將室內(nèi)空氣加熱。
在室內(nèi)熱交換器24中放熱的制冷劑，通過(guò)第2四路切換閥22，通過(guò)流入接口34，流入壓縮·膨脹機(jī)組30的膨脹機(jī)構(gòu)部60。在膨脹機(jī)構(gòu)部60中，高壓制冷劑膨脹，其內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換成軸40的旋轉(zhuǎn)功率。膨脹后的低壓制冷劑，通過(guò)流出接口35從壓縮·膨脹機(jī)組30流出，通過(guò)第2四路切換閥22送到室外熱交換器23。
在室外熱交換器23中，流入的制冷劑從室外空氣吸熱且蒸發(fā)。從室外熱交換器23出來(lái)的低壓氣體制冷劑，通過(guò)第1四路切換閥21，通過(guò)吸入接口32，吸入壓縮·膨脹機(jī)組30的壓縮機(jī)構(gòu)部50。壓縮機(jī)構(gòu)部50壓縮吸入的制冷劑，且將其噴出。
<膨脹機(jī)構(gòu)部的動(dòng)作>
對(duì)膨脹機(jī)構(gòu)部60的動(dòng)作加以說(shuō)明。
首先，參照?qǐng)D4及圖6對(duì)超臨界狀態(tài)的高壓制冷劑流入第1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70的第1高壓室73的過(guò)程加以說(shuō)明。在軸40從旋轉(zhuǎn)角為0°的狀態(tài)旋轉(zhuǎn)一點(diǎn)后，第1活塞75和第1外殼71的接觸位置通過(guò)流入接口34的開(kāi)口部，高壓制冷劑開(kāi)始從流入接口34流入第1高壓室73。然后，隨著軸40的旋轉(zhuǎn)角從90°、180°、270°逐漸增大，高壓制冷劑流入第1高壓室73。朝著該第1高壓室73的高壓制冷劑的流入，一直繼續(xù)到軸40的旋轉(zhuǎn)角到達(dá)360°為止。
那時(shí)，流入第1高壓室73的高壓制冷劑的流速，在軸40的旋轉(zhuǎn)角從0°到180°為止時(shí)逐漸增大，在其旋轉(zhuǎn)角從180°到360°為止時(shí)逐漸減少，如圖6(A)所示。并且，在軸40的旋轉(zhuǎn)角成為360°，高壓制冷劑的流速變化比例成為O的時(shí)刻，朝向第1高壓室73的高壓制冷劑的流入結(jié)束。
其次，參照?qǐng)D4及圖5對(duì)在膨脹機(jī)構(gòu)部60中制冷劑膨脹的過(guò)程加以說(shuō)明。在軸40從旋轉(zhuǎn)角為0°的狀態(tài)旋轉(zhuǎn)一點(diǎn)后，第1低壓室74和第2高壓室83兩邊成為與連通路64連通的狀態(tài)，制冷劑開(kāi)始從第1低壓室74流入第2高壓室83。然后，隨著軸40的旋轉(zhuǎn)角從90°、180°、270°逐漸增大，第1低壓室74的容積逐漸減少，同時(shí)，第2高壓室83的容積逐漸增加，其結(jié)果，膨脹室66的容積逐漸增加。該膨脹室66的容積增加一直繼續(xù)到軸40的旋轉(zhuǎn)角即將到達(dá)360°之前。并且，在膨脹室66的容積增加的過(guò)程中膨脹室66內(nèi)的制冷劑膨脹，軸40因該制冷劑的膨脹而旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。這樣一來(lái)，第1低壓室74內(nèi)的制冷劑，通過(guò)連通路64，一邊膨脹一邊流入第2高壓室83。
在制冷劑膨脹的過(guò)程中，膨脹室66內(nèi)的制冷劑壓力，隨著軸40的旋轉(zhuǎn)角變大而逐漸降低，如圖5虛線所示。具體地說(shuō)，滿足第1低壓室74的超臨界狀態(tài)的制冷劑在軸40的旋轉(zhuǎn)角到達(dá)大約55°為止的期間，壓力急劇下降，成為飽和液狀態(tài)。然后，膨脹室66內(nèi)的制冷劑，其一部分一邊蒸發(fā)，壓力一邊緩慢下降。
接著，參照?qǐng)D4對(duì)制冷劑從第2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80的第2低壓室84流出的過(guò)程加以說(shuō)明。第2低壓室84，從軸40的旋轉(zhuǎn)角為0°的時(shí)刻開(kāi)始與流出接口35連通。也就是說(shuō)，制冷劑開(kāi)始從第2低壓室84向流出接口35流出。然后，軸40的旋轉(zhuǎn)角從90°、180°、270°逐漸增大，膨脹后的低壓制冷劑在其旋轉(zhuǎn)角到達(dá)360°為止的整個(gè)期間從第2低壓室84流出。
-第1實(shí)施例的效果-這里，在以往的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)中，在一個(gè)外殼內(nèi)流體室的容積增大的過(guò)程途中讓高壓制冷劑流入，在切斷高壓制冷劑的流動(dòng)之后，讓制冷劑在流體室內(nèi)膨脹。與此相伴，向高壓室流入的高壓制冷劑的流速，隨著軸的旋轉(zhuǎn)而逐漸增大，在軸的旋轉(zhuǎn)角成為規(guī)定值的時(shí)刻急劇下降到0，如圖6(B)所示。因此，在旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)的流入側(cè)產(chǎn)生急劇的壓力變動(dòng)，由此產(chǎn)生的噪音和振動(dòng)過(guò)大。另外，同圖示出了設(shè)置兩個(gè)外殼的情況，交替進(jìn)行向?qū)嵕€所示的第1外殼的制冷劑導(dǎo)入、和向虛線所示的第2外殼的制冷劑導(dǎo)入。
而在本實(shí)施例的膨脹機(jī)構(gòu)部60中，從流入接口34流入第1高壓室73的制冷劑的流速隨著軸40的旋轉(zhuǎn)而緩慢變化(參照?qǐng)D6(A))。并且，在連接在膨脹機(jī)構(gòu)部60的流入接口34的管道中，其內(nèi)部的制冷劑流速也緩慢變化。因此，能夠防止隨著膨脹機(jī)構(gòu)部60的動(dòng)作而產(chǎn)生制冷劑的急劇壓力變動(dòng)的現(xiàn)象。所以，使用本實(shí)施例，能夠大大地緩和向膨脹機(jī)構(gòu)部60導(dǎo)入的制冷劑的脈動(dòng)，能夠大大地降低隨之帶來(lái)的振動(dòng)和噪音，提高膨脹機(jī)構(gòu)部60的可靠性。
-第1實(shí)施例的變形例1-在本實(shí)施例中，也可以如下述那樣構(gòu)成膨脹機(jī)構(gòu)部60。
也就是說(shuō)，如圖7所示，也可以將第2外殼81設(shè)置為與第1外殼71僅錯(cuò)開(kāi)規(guī)定的角度，以使中間板63兩側(cè)面的連通路64的開(kāi)口部互相重疊。在本變形例的軸40中，第1大直徑偏心部41的偏心方向和第2大直徑偏心部42的偏心方向彼此不同。具體地說(shuō)，第1大直徑偏心部41的偏心方向和第2大直徑偏心部42的偏心方向所成的角度，與第2外殼81相對(duì)于第1外殼71的布置角度相等。因此，在本變形例中，第1葉片76朝第1外殼71的外側(cè)退得最多的時(shí)期也和第2葉片86朝第2外殼81的外側(cè)退得最多的時(shí)期同期。
在本變形例中，中間板63的第1外殼71側(cè)和第2外殼81側(cè)的各個(gè)面中的連通路64的開(kāi)口位置，在外殼71、81的周方向上幾乎一致。因此，本變形例的連通路64，形成為大致朝中間板63的厚度方向延伸的樣子，連通路64的長(zhǎng)度最短。因此，使用本變形例，能夠削減從第1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70的第1低壓室74到第2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80的第2高壓室83為止的制冷劑壓力損失，能夠增大可在膨脹機(jī)構(gòu)部60中回收的功率。
-第1實(shí)施例的變形例2-在本實(shí)施例的膨脹機(jī)構(gòu)部60中，如圖8所示，也可以在連通路64的途中設(shè)置中間室65。將該中間室65形成為較大的容積。例如，中間室65的容積大于連通路64自身的容積。在設(shè)置這樣的中間室65后，即使制冷劑開(kāi)始從第1低壓室74流入連通路64時(shí)等，也降低了在連通路64的制冷劑壓力變動(dòng)。并且，抑制了通過(guò)連通路64從第1低壓室74朝向第2高壓室83的制冷劑的脈動(dòng)。
(發(fā)明的第2實(shí)施例)對(duì)本發(fā)明的第2實(shí)施例加以說(shuō)明。本實(shí)施例為在上述第1實(shí)施例中改變了膨脹機(jī)構(gòu)部60的結(jié)構(gòu)的例子。這里，對(duì)于本實(shí)施例的膨脹機(jī)構(gòu)部60與上述第1實(shí)施例的不同之處加以說(shuō)明。
如圖9所示，在本實(shí)施例的膨脹機(jī)構(gòu)部60中，以第2外殼81與第1外殼71朝向相反的形式布置第2外殼81。也就是說(shuō)，第2外殼81相對(duì)于第1外殼71的布置角度為180°。并且，在本實(shí)施例的軸40中，第1大直徑偏心部41的偏心方向和第2大直徑偏心部42的偏心方向有180°的不同。也就是說(shuō)，在該軸40中，第1大直徑偏心部41的偏心方向和第2大直徑偏心部42的偏心方向?yàn)榈冉嵌乳g隔。
因此，在本實(shí)施例中，第1葉片76向第1外殼71的外側(cè)退得最多的時(shí)期、和第2葉片86向第2外殼81的外側(cè)退得最多的時(shí)期也是同期的。另外，在本實(shí)施例中，第1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70的第1低壓室74和第2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80的第2高壓室83也可通過(guò)連通路64連通。
這里，在各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80中，高壓室73、83的內(nèi)壓高于低壓室74、84的內(nèi)壓，因該壓力差而產(chǎn)生的力作用在軸40的各大直徑偏心部41、42上。并且，在本實(shí)施例中，因第1高壓室73和第1低壓室74的內(nèi)壓差而產(chǎn)生的作用在第1大直徑偏心部41的力、以及因第2高壓室83和第2低壓室84的內(nèi)壓差而產(chǎn)生的作用在第2大直徑偏心部42的力，各自的作用方向彼此相反。因此，作用在軸40的這兩個(gè)力彼此消除，作用在軸40的直徑方向的負(fù)荷大大降低。所以，使用本實(shí)施例，能夠降低軸40和其軸承之間的摩擦損失，能夠提高膨脹機(jī)構(gòu)部60的效率。
(第3實(shí)施例)對(duì)本發(fā)明的第3實(shí)施例加以說(shuō)明。本實(shí)施例為在上述第1實(shí)施例中改變了膨脹機(jī)構(gòu)部60的結(jié)構(gòu)的例子。具體地說(shuō)，上述第1實(shí)施例的膨脹機(jī)構(gòu)部60由搖動(dòng)活塞型流體機(jī)械構(gòu)成，而本實(shí)施例的膨脹機(jī)構(gòu)部60由滾動(dòng)活塞型流體機(jī)械構(gòu)成。這里，對(duì)于本實(shí)施例的膨脹機(jī)構(gòu)部60與上述第1實(shí)施例的不同之處加以說(shuō)明。
如圖10所示，在本實(shí)施例的各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80中，不將葉片76、86與活塞75、85形成為一體。也就是說(shuō)，將本實(shí)施例的各活塞75、85形成為單純的圓環(huán)狀或圓筒狀。并且，在本實(shí)施例的各外殼71、81分別形成有一個(gè)葉片槽78、88。
在各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80中，葉片76、86以進(jìn)退自由的狀態(tài)設(shè)置在外殼71、81的葉片槽78、88中。并且，葉片76、86，被圖外的彈簧壓著，其前端(圖10中的下端)被壓在活塞75、85的外周面。如圖10依次所示，即使活塞75、85在外殼71、81內(nèi)移動(dòng)，該葉片76、86沿著葉片槽78、88在同圖上下移動(dòng)，其前端也會(huì)保持為與活塞75、85接觸的狀態(tài)。并且，通過(guò)將葉片76、86的前端壓在活塞75、85的周側(cè)面，來(lái)將各流體室72、82分別隔離為高壓側(cè)高壓室73、83和低壓側(cè)低壓室74、84。
(第4實(shí)施例)對(duì)本發(fā)明的第4實(shí)施例加以說(shuō)明。本實(shí)施例為在上述第1實(shí)施例中改變了膨脹機(jī)構(gòu)部60的結(jié)構(gòu)的例子。這里，對(duì)本實(shí)施例的膨脹機(jī)構(gòu)部60與上述第1實(shí)施例的不同之處加以說(shuō)明。
如圖11所示，在本實(shí)施例的膨脹機(jī)構(gòu)部60中，在靠近于電動(dòng)機(jī)45的地方布置有第1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70，在離電動(dòng)機(jī)45較遠(yuǎn)的地方布置有第2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80。
具體地說(shuō)，在該膨脹機(jī)構(gòu)部60中，為從圖11的左邊朝著右邊依次疊層了前頭部61、第1外殼71、中間板63、第2外殼81、后頭部62的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，第1外殼71，其左側(cè)端面被前頭部61堵塞，其右側(cè)端面被中間板63堵塞。另一方面，第2外殼81，其左側(cè)端面被中間板63堵塞，其右側(cè)端面被后頭部62堵塞。
并且，在本實(shí)施例的軸40中左右排列的兩個(gè)大直徑偏心部41、42中的左側(cè)偏心部構(gòu)成第1大直徑偏心部41，右側(cè)偏心部構(gòu)成第2大直徑偏心部42。并且，第1活塞75嵌合在位于第1外殼71內(nèi)的第1大直徑偏心部41，第2活塞85嵌合在位于第2外殼81內(nèi)的第2大直徑偏心部42。
(第5實(shí)施例)對(duì)本發(fā)明的第5實(shí)施例加以說(shuō)明。這里，對(duì)本實(shí)施例的壓縮·膨脹機(jī)組30與上述第4實(shí)施例的不同之處加以說(shuō)明。
如圖12所示，為流體機(jī)械的上述壓縮·膨脹機(jī)組30構(gòu)成為垂直分型鑄型。具體地說(shuō)，在該壓縮·膨脹機(jī)組30中，外殼31為縱向長(zhǎng)的圓筒形密封容器。在該外殼31內(nèi)從下向上依次布置有壓縮機(jī)構(gòu)部50、電動(dòng)機(jī)45和膨脹機(jī)構(gòu)部60。并且，以沿著外殼31的長(zhǎng)邊方向上下延伸的形式布置有軸40。
壓縮機(jī)構(gòu)部50構(gòu)成搖動(dòng)活塞型旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)。該壓縮機(jī)構(gòu)部50包括各兩個(gè)外殼91、92和活塞97。在壓縮機(jī)構(gòu)部50中，為從下向上依次疊層了后頭部95、第1外殼91、中間板96、第2外殼92和前頭部94的狀態(tài)。
在第1及第2外殼91、92的內(nèi)部分別布置有一個(gè)圓筒狀活塞97。并且，在活塞97、97的外周面和外殼91、92的內(nèi)周面之間形成壓縮室93。并且，平板狀葉片突出設(shè)置在活塞97的側(cè)面，該葉片通過(guò)搖動(dòng)襯套由外殼91、92支撐，圖中沒(méi)有示出。
在第1及第2外殼91、92分別設(shè)置有一個(gè)吸入接口32。各吸入接口32在半徑方向上貫穿外殼91、92，其終端在外殼91、92的內(nèi)周面開(kāi)口。
在前頭部94及后頭部95分別形成有一個(gè)噴出接口。前頭部94的噴出接口使第2外殼92內(nèi)的壓縮室93與外殼31的內(nèi)部空間連通。后頭部95的噴出接口使第1外殼91內(nèi)的壓縮室93與外殼31的內(nèi)部空間連通。并且，各噴出接口，在其終端設(shè)置有由簧片閥構(gòu)成的噴出閥，通過(guò)該噴出閥開(kāi)、關(guān)。另外，在圖12中，省略了噴出接口及噴出閥的圖示。
在軸40的下部形成有兩個(gè)下側(cè)偏心部98、99。這兩個(gè)下側(cè)偏心部98、99的直徑形成為大于主軸部44，下側(cè)的偏心部構(gòu)成第1下側(cè)偏心部98，上側(cè)的偏心部構(gòu)成第2下側(cè)偏心部99。第1下側(cè)偏心部98位于第1外殼91內(nèi)，與活塞97嵌合，第2下側(cè)偏心部99位于第2外殼92內(nèi)，與活塞97嵌合。并且，在第1下側(cè)偏心部98和第2下側(cè)偏心部99中，相對(duì)于主軸部44的軸心的偏心方向相反。
將噴出管36裝在外殼31。該噴出管36，被布置在電動(dòng)機(jī)45和膨脹機(jī)構(gòu)部60之間，與外殼31的內(nèi)部空間連通。從壓縮機(jī)構(gòu)部50噴出到外殼31的內(nèi)部空間的氣體制冷劑通過(guò)噴出管36送到壓縮·膨脹機(jī)組30。
膨脹機(jī)構(gòu)部60的結(jié)構(gòu)與上述第4實(shí)施例的結(jié)構(gòu)一樣。但是，隨著壓縮·膨脹機(jī)組30為垂直分型鑄型，在膨脹機(jī)構(gòu)部60中，為從下朝上依次疊層了前頭部61、第1外殼71、中間板63、第2外殼81和后頭部62的狀態(tài)。也就是說(shuō)，在膨脹機(jī)構(gòu)部60中，將排量較小的第1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70布置在離壓縮機(jī)構(gòu)部50較近的下側(cè)，將排量較大的第2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80布置在離壓縮機(jī)構(gòu)部50較遠(yuǎn)的上側(cè)。
-第5實(shí)施例的效果-在本實(shí)施例的壓縮·膨脹機(jī)組30中，在壓縮機(jī)構(gòu)部50中壓縮的高溫高壓氣體制冷劑通過(guò)外殼31的內(nèi)部空間流入噴出管36。因此，通過(guò)膨脹機(jī)構(gòu)部60的制冷劑在某種程度上被從壓縮機(jī)構(gòu)部50噴出的制冷劑加熱。在通過(guò)膨脹機(jī)構(gòu)部60的制冷劑被加熱后，從膨脹機(jī)構(gòu)部60送出的低壓制冷劑的焓增大，低壓制冷劑的吸熱量就減少所增大的焓的量。并且，在從壓縮機(jī)構(gòu)部50中壓縮的制冷劑奪了熱后，從噴出管36送出的高壓制冷劑的焓降低，高壓制冷劑的放熱量就減少所降低的焓的量。并且，在本實(shí)施例的空調(diào)機(jī)10中，會(huì)導(dǎo)致因低壓制冷劑的吸熱量減少而造成的制冷能力的降低、和因高壓制冷劑的放熱量減少而造成的暖氣能力的降低。
而在本實(shí)施例的膨脹機(jī)構(gòu)部60中，將讓更低溫的制冷劑流動(dòng)的第2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80布置在離壓縮機(jī)構(gòu)部50較遠(yuǎn)的上側(cè)。因此，與將第2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80布置在離壓縮機(jī)構(gòu)部50較近的下側(cè)時(shí)相比，能夠削減通過(guò)膨脹機(jī)構(gòu)部60的制冷劑和從壓縮機(jī)構(gòu)部50噴出的制冷劑之間的熱交換量。
參照?qǐng)D13對(duì)此點(diǎn)加以說(shuō)明。如同圖所示，以將5℃的低壓制冷劑吸入壓縮機(jī)溝部50，將在壓縮機(jī)構(gòu)部50中壓縮的90℃的高壓制冷劑從噴出管36噴出，將30℃的高壓制冷劑導(dǎo)入膨脹機(jī)構(gòu)部60的第1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70，將0℃的低壓制冷劑從膨脹機(jī)構(gòu)部60的第2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80送出的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為例加以說(shuō)明。
如圖13(A)所示，在將第2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80布置在離壓縮機(jī)構(gòu)部50較近的下側(cè)后，被壓縮的90℃的高壓制冷劑與從第2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80送出的0℃的低壓制冷劑熱交換，相互進(jìn)行熱交換的制冷劑溫度差到達(dá)90℃左右。另一方面，如圖13(B)所示，在將第1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70布置在離壓縮機(jī)構(gòu)部50較近的下側(cè)后，被壓縮的90℃的高壓制冷劑與導(dǎo)入第1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70的30℃的高壓制冷劑熱交換，相互進(jìn)行熱交換的制冷劑溫度差被抑制在60℃左右。
因此，如本實(shí)施例所示，若將排量較大的第2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80布置在離壓縮機(jī)構(gòu)部50較遠(yuǎn)的位置上的話，則能夠減少?gòu)膲嚎s機(jī)構(gòu)部50的噴出制冷劑進(jìn)入膨脹機(jī)構(gòu)部60的制冷劑的進(jìn)入熱量。并且，使用本實(shí)施例，能夠抑制因從壓縮機(jī)構(gòu)部50的噴出制冷劑向膨脹機(jī)構(gòu)部60的制冷劑的傳熱而引起的制冷能力和暖氣能力的降低。
-第5實(shí)施例的變形例-如圖14所示，在本實(shí)施例的壓縮·膨脹機(jī)組30中，也可以在膨脹機(jī)構(gòu)部60設(shè)置絕熱部件100。該絕熱部件100，大致形成為圓板狀，設(shè)置為與膨脹機(jī)構(gòu)部60中的前頭部61的下面相接。并且，絕熱部件100由FRP等熱傳導(dǎo)率較低的材料構(gòu)成。通過(guò)設(shè)置絕熱部件100，能夠更進(jìn)一步地削減從壓縮機(jī)構(gòu)部50的噴出制冷劑進(jìn)入膨脹機(jī)構(gòu)部60的制冷劑的進(jìn)入熱量。
(其它實(shí)施例)在上述各實(shí)施例中，也可以如下述那樣構(gòu)成膨脹機(jī)構(gòu)部60。
首先，在上述各實(shí)施例中，在膨脹機(jī)構(gòu)部60設(shè)置有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80，但是旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部的數(shù)目并不限于兩個(gè)，也可以是3個(gè)或3個(gè)以上。此時(shí)，各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部構(gòu)成為各自的排量互不相同，以排量較小的順序連接在一起。
并且，在上述各實(shí)施例中，通過(guò)使各外殼71、81的內(nèi)徑與各大直徑偏心部41、42的偏心量不同，來(lái)使各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80的排量不同，也可以代替它，通過(guò)使各外殼71、81及各活塞75、85的高度不同，來(lái)使各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80的排量不同。而且，也可以通過(guò)使各外殼71、81的內(nèi)徑、各大直徑偏心部41、42的偏心量和各外殼71、81及各活塞75、85的高度都不同，來(lái)使各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70、80的排量不同。
并且，在上述各實(shí)施例中，將第1活塞75和第2活塞85形成為各自的外徑彼此相等，但兩者的外徑也可以不同。也就是說(shuō)，若第2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部80的排量大于第1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部70的排量的話，則第1活塞75和第2活塞85的外徑不必彼此相等，一方的外徑大于另一方的外徑也沒(méi)有關(guān)系。
(實(shí)用性)如上所述，本發(fā)明對(duì)通過(guò)流體的膨脹來(lái)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)、以及包括旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)的流體機(jī)械有用。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)和一根旋轉(zhuǎn)軸(40)，在該多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)分別設(shè)置了兩端被堵塞的外殼(71、81)、用以在上述各外殼(71、81)內(nèi)形成流體室(72、82)的活塞(75、85)以及用以將上述流體室(72、82)隔離為高壓側(cè)高壓室(73、83)和低壓側(cè)低壓室(74、84)的葉片(76、86)，該一根旋轉(zhuǎn)軸(40)，嵌合在上述活塞(75、85)的偏心部(41、42)的數(shù)目形成為與上述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)的數(shù)目相同，其特征在于上述多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)，各自的排量彼此不同，從排量較小的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部開(kāi)始依次串聯(lián)連接；在上述多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)中的相互連接的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部，流體從前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70)的低壓室(74)流入后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(80)的高壓室(83)。
2.一種旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)和一根旋轉(zhuǎn)軸(40)，在該多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)分別設(shè)置了兩端被堵塞的外殼(71、81)、用以在上述各外殼(71、81)內(nèi)形成流體室(72、82)的活塞(75、85)以及用以將上述流體室(72、82)隔離為高壓側(cè)高壓室(73、83)和低壓側(cè)低壓室(74、84)的葉片(76、86)，該一根旋轉(zhuǎn)軸(40)，嵌合在上述活塞(75、85)的偏心部(41、42)的數(shù)目形成為與上述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)的數(shù)目相同，其特征在于上述多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)，各自的排量彼此不同，從排量較小的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部開(kāi)始依次串聯(lián)連接；在上述多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)中的相互連接的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部，前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70)的低壓室(74)和后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(80)的高壓室(83)相互連通，形成一個(gè)膨脹室(66)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其特征在于多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)，各自的葉片(76、86)成為向外殼(71、81)的外周側(cè)退得最多的狀態(tài)的時(shí)期彼此同期。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其特征在于旋轉(zhuǎn)軸(40)的各偏心部(41、42)，各自的偏心方向形成為彼此不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其特征在于旋轉(zhuǎn)軸(40)的各偏心部(41、42)，各自的偏心方向形成為彼此的角度間隔相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其特征在于各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)的外殼(71、81)，以彼此之間夾有中間板(63)的狀態(tài)疊層；在上述各中間板(63)形成有朝厚度方向貫通該中間板(63)的連通路(64)，該連通路(64)用以讓鄰接的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)中的前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70)的低壓室(74)和后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(80)的高壓室(83)連通；上述各外殼(71、81)，以上述連通路(64)的長(zhǎng)度為最短的形式布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其特征在于各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)的外殼(71、81)，以彼此之間夾有中間板(63)的狀態(tài)疊層；在上述各中間板(63)形成有朝厚度方向貫通該中間板(63)的連通路(64)，該連通路(64)用以讓鄰接的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)中的前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70)的低壓室(74)和后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(80)的高壓室(83)連通；旋轉(zhuǎn)軸(40)中的各偏心部(41、42)的偏心方向相互不同，所不同的是一個(gè)規(guī)定角度，以使上述連通路(64)的長(zhǎng)度為最短。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其特征在于在上述多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)中的相互連接的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部，前段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70)的低壓室(74)和后段側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(80)的高壓室(83)通過(guò)連通路(64)連接在一起；在上述連通路(64)的途中設(shè)置有用以緩和在該連通路(64)中的壓力變動(dòng)的具有規(guī)定容積的中間室(65)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其特征在于葉片(76、86)，不與活塞(75、85)形成為一體，并且，以其前端被按壓在該活塞(75、85)的狀態(tài)下由外殼(71、81)支撐，進(jìn)退自由。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其特征在于葉片(76、86)，以從活塞(75、85)的側(cè)面突出的形式與該活塞(75、85)形成為一體，并且，由外殼(71、81)支撐，進(jìn)退自由且轉(zhuǎn)動(dòng)自由。
11.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其特征在于向排量最小的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70)的高壓室(73)導(dǎo)入的流體，為大于等于臨界壓力的二氧化碳。
12.一種流體機(jī)械，包括權(quán)利要求1中所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)(60)、嵌合在該旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)(60)的旋轉(zhuǎn)軸(40)的壓縮機(jī)(50)和收納上述旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)(60)及壓縮機(jī)(50)的外殼(31)，將在上述壓縮機(jī)(50)中壓縮的流體噴出到上述外殼(31)內(nèi)，其特征在于上述旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)(60)所具有的多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)的排量越大的被布置在距離上述壓縮機(jī)(50)越遠(yuǎn)的位置上。
13.一種流體機(jī)械，包括權(quán)利要求2中所述的旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)(60)、嵌合在該旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)(60)的旋轉(zhuǎn)軸(40)的壓縮機(jī)(50)和收納上述旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)(60)及壓縮機(jī)(50)的外殼(31)，將在上述壓縮機(jī)(50)中壓縮的流體噴出到上述外殼(31)內(nèi)，其特征在于上述旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)(60)所具有的多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)的排量越大的被布置在距離上述壓縮機(jī)(50)越遠(yuǎn)的位置上。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的流體機(jī)械，其特征在于多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)，各自的葉片(76、86)成為向外殼(71、81)的外周側(cè)退得最多的狀態(tài)的時(shí)期彼此同期。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的流體機(jī)械，其特征在于在旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)(60)中設(shè)置有阻礙熱從外殼(31)內(nèi)的流體傳向通過(guò)該旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)(60)的流體的絕熱部件(100)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)及流體機(jī)械。在旋轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)(60)中設(shè)置排量彼此不同的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70、80)。排量較小的第1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70)的流出側(cè)連接在排量較大的第2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(80)的流入側(cè)。并且，第1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70)中的第1低壓室(74)的容積減少過(guò)程，與第2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(80)中的第2高壓室(83)的容積增大過(guò)程同期。高壓制冷劑，首先被導(dǎo)入第1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70)的第1高壓室(73)，然后，一邊膨脹一邊通過(guò)連通路(64)從第1低壓室(74)流入第2高壓室(83)。膨脹后的制冷劑從第2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(80)的第2低壓室(84)向流出接口(35)流出。
文檔編號(hào)F01C1/356GK1833093SQ20048002284
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2004年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月8日
發(fā)明者岡本昌和, 森脇道雄, 熊倉(cāng)英二, 岡本哲也, 鉾谷克己 申請(qǐng)人:大金工業(yè)株式會(huì)社