專利名稱：流體機(jī)械的切換閥結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及切換閥結(jié)構(gòu)，用于使流體機(jī)械在泵模式與馬達(dá)模式之間切換，其中在泵模式下對(duì)流體施加壓力和排出流體，而在馬達(dá)模式下，將流體膨脹時(shí)的壓力轉(zhuǎn)換成動(dòng)能并輸出機(jī)械能。
背景技術(shù)：
在構(gòu)成使用蘭金循環(huán)的流體機(jī)械的傳統(tǒng)蒸汽壓縮制冷機(jī)中，蒸汽壓縮制冷機(jī)的壓縮機(jī)能夠兼作膨脹機(jī)，用于從蘭金循環(huán)回收能量，例如日本專利出版物No.2540738中公開的一樣。
在壓縮機(jī)中，機(jī)械能從外部源供給，諸如氣相制冷劑等氣體被吸入工作室，之后工作室的體積減小以壓縮和排放氣體。另一方面，在膨脹機(jī)中，允許高壓氣體進(jìn)入工作室，并且通過氣體壓力使高壓氣體膨脹，從而回收機(jī)械能。因此，為了將壓縮機(jī)用作膨脹機(jī)，制冷劑流動(dòng)必須被反向。
然而，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，用于回收能量的膨脹機(jī)(壓縮機(jī))的制冷劑入口和制冷劑出口與用于顯示蒸汽壓縮制冷機(jī)的制冷能力的壓縮機(jī)(膨脹機(jī))的制冷劑入口和制冷劑出口設(shè)置在相同的一側(cè)。因此，單個(gè)壓縮機(jī)不能被作為膨脹機(jī)操作。事實(shí)上，蘭金循環(huán)和蒸汽壓縮制冷機(jī)中的一個(gè)不能正常運(yùn)行。
具體而言，在壓縮機(jī)中，通過移動(dòng)諸如活塞或可動(dòng)渦旋件等可移動(dòng)件，并減小工作室的體積，由此壓縮氣體。因此，用于工作室與高壓室(排放室)之間的連通的排放口具有止回閥，用于防止氣體從高壓室反向流至工作室。
另一方面，在膨脹機(jī)中，通過允許高壓氣體從高壓室流入工作室來獲得機(jī)械輸出，從而移動(dòng)可移動(dòng)件。因此，考慮到當(dāng)壓縮機(jī)作為膨脹機(jī)運(yùn)行時(shí)止回閥造成障礙的事實(shí)，只是氣體的出口和入口進(jìn)行倒換是不能將高壓氣體供入工作室中的。因此，用于使氣體的入口和出口進(jìn)行倒換的裝置不能使壓縮機(jī)作為膨脹機(jī)運(yùn)行。
考慮到這種情況，本發(fā)明人在早些時(shí)候提出了一種流體機(jī)械(壓縮機(jī))，包括具有閥機(jī)構(gòu)的高壓室，該閥機(jī)構(gòu)能夠被切換以使流體機(jī)械作為壓縮機(jī)使用和作為膨脹機(jī)使用(日本專利申請(qǐng)No.2003-19139)。
具體而言，如圖10所示，流體機(jī)械10包括泵馬達(dá)(pump motor)機(jī)構(gòu)100(與已知的渦旋式壓縮機(jī)構(gòu)類似)，所述泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100包括在工作室V與高壓室104之間的連通路徑106以及打開/關(guān)閉連通路徑106的閥塞107d。在泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100被用作壓縮機(jī)的情況下，連通路徑106被閥塞107d關(guān)閉，從而從低壓端口111流入的制冷劑在工作室V中被壓縮，并且經(jīng)過排放端口105和高壓室104(止回閥107a被打開)從高壓端口110排出。另一方面，在泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100作為膨脹機(jī)運(yùn)行的情況下，連通路徑106被閥塞107d打開，從而允許蒸汽制冷劑從高壓端口110(止回閥107a關(guān)閉)流入，并且通過高壓室104和連通路徑106在工作室V中膨脹。這樣，壓力被減小的制冷劑被允許從低壓端口111流出。
結(jié)果，通過使制冷劑流反向，獲得了能夠被用作壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的流體機(jī)械10。
然而，在上述閥機(jī)構(gòu)中，閥塞107d沿縱向滑動(dòng)，開口于匹配部分的平表面的連通路徑106被閥塞107d前端處的平表面部分密封。因此，在閥塞107d滑動(dòng)的方向與連通路徑106開口的表面之間的垂直度的精度低的情況下，密封性很難保證。低的密封性能將導(dǎo)致從被閥塞107d密封的連通路徑106處的泄漏，并且被泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100壓縮的流體將從高壓室104沿相反方向流入工作室V中。該流體將再次需要壓縮，導(dǎo)致泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100的功率損耗。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種流體機(jī)械的切換閥結(jié)構(gòu)，該切換閥具有作為其組成部件的閥塞，并且能夠確定地保證密封性。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種流體機(jī)械的切換閥結(jié)構(gòu)，所述流體機(jī)械具有在壓力下排放流體的泵模式和通過將膨脹時(shí)的流體壓力轉(zhuǎn)換成動(dòng)能來輸出機(jī)械能的馬達(dá)模式，其中，在執(zhí)行泵模式的情況下，流體機(jī)械的高壓室與工作室之間的連通路徑被關(guān)閉，而在馬達(dá)模式下，連通路徑被閥單元打開。閥單元包括閥塞部分，所述閥塞部分適于沿著與連通路徑的閥單元側(cè)的開口所在表面大致垂直的方向滑動(dòng)；閥部分，所述閥部分設(shè)置在閥塞部分的前端，并且適于與閥塞部分一起滑動(dòng)以打開/關(guān)閉連通路徑。用于使閥部分的滑動(dòng)軸線相對(duì)于閥塞部分的滑動(dòng)軸線以任意角傾斜的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)被設(shè)置在閥塞部分與閥部分之間。
結(jié)果，即使在閥塞部分的滑動(dòng)軸線相對(duì)于連通路徑在其中開口的表面的垂直度的精度低的情況下，閥部分也能夠通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與連通路徑在其中開口的表面相接觸，由此，提高密封性。
根據(jù)本發(fā)明，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)優(yōu)選包括形成在閥塞部分和閥部分中的一個(gè)上且向著另一個(gè)突出的突出部。
根據(jù)本發(fā)明，所述突出部?jī)?yōu)選形成為球形表面，從而閥部分的滑動(dòng)軸線相對(duì)于閥塞部分的滑動(dòng)軸線的傾斜角能夠平滑地被改變。
根據(jù)本發(fā)明，所述突出部的球形形狀能夠通過球形件容易地形成，所述球形件在壓力下被裝配到閥部分和閥塞部分中的一個(gè)部分中。
根據(jù)本發(fā)明，閥塞部分和閥部分中所選擇的沒有突出形成在其上的一個(gè)部分形成有凹陷，突出部的一部分插入所述凹陷中，從而能夠以相對(duì)的位置設(shè)置閥塞部分和閥部分，并且防止閥塞部分和閥部分之間發(fā)生位移。
根據(jù)本發(fā)明，突出部和凹陷能夠形成為具有彼此接觸的球形表面的萬向接頭。
根據(jù)本發(fā)明，密封件優(yōu)選介于閥塞部分與用于引導(dǎo)閥塞部分的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)的引導(dǎo)部分之間。
結(jié)果，能夠防止高壓室中的高壓流體泄漏到引導(dǎo)部分，從而降低流體機(jī)械的功率損耗。
根據(jù)本發(fā)明，閥塞部分和閥部分優(yōu)選通過連接機(jī)構(gòu)彼此連接。
結(jié)果，閥塞和閥部分能夠通過單個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置被滑動(dòng)。
具體而言，根據(jù)本發(fā)明，連接機(jī)構(gòu)優(yōu)選包括設(shè)置在閥塞部分和閥部分中所選出的一個(gè)部分上的凸緣以及設(shè)置在閥部分和閥塞部分中的另一個(gè)部分上的止動(dòng)環(huán)，從而容易地防止閥塞部分和閥部分中所述的一個(gè)部分在凸緣接觸時(shí)脫開。
根據(jù)本發(fā)明，連通路徑的閥單元側(cè)上的開口形成為圓形，閥單元沿與開口的假想面大致垂直的方向滑動(dòng)，閥單元的開口側(cè)形成為直徑大于所述開口的球形表面。
結(jié)果，即使在閥單元的滑動(dòng)軸線相對(duì)于開口的假想面的垂直度的精度低的情況下，開口和閥單元的球形表面在周邊處也能確定地彼此接觸(線性密封接觸)。從而，改善了密封性。
根據(jù)本發(fā)明，在連通路徑相對(duì)于閥單元的滑動(dòng)方向斜向地(diagonally)形成的情況下，開口能夠被形成為帶有襯套的圓形。并且，襯套的材料能夠根據(jù)閥單元的材料進(jìn)行選擇，從而進(jìn)一步提高密封性和耐用性。
并且，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選在開口的周邊上形成斜面，從而進(jìn)一步提高密封性。
通過參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，能夠更完全地理解本發(fā)明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的使用蘭金循環(huán)的蒸汽壓縮制冷機(jī)的示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)的剖視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的閥單元的剖視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的第一變更實(shí)施方式的閥單元的剖視圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的第二變更實(shí)施方式的閥單元的剖視圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的第三變更實(shí)施方式的閥單元的剖視圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的閥單元的剖視圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的另一膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)的剖視圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的另一膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)的剖視圖。
圖10是處于測(cè)試生產(chǎn)階段的膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施例)根據(jù)該實(shí)施例，設(shè)置在具有蘭金循環(huán)的蒸汽壓縮制冷機(jī)中的膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)(流體機(jī)械)10包括根據(jù)本發(fā)明的切換閥結(jié)構(gòu)。
在具有蘭金循環(huán)的蒸汽壓縮制冷機(jī)中，從發(fā)動(dòng)機(jī)中所產(chǎn)生的廢熱回收能量，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)成用于產(chǎn)生車輛驅(qū)動(dòng)力的熱機(jī)20，并且，利用蒸汽壓縮制冷機(jī)所產(chǎn)生的冷和熱進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)。下面將簡(jiǎn)要解釋具有蘭金循環(huán)的蒸汽壓縮制冷機(jī)。
如圖1所示，膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10是具有泵模式和馬達(dá)模式的流體機(jī)械，一方面，在所述泵模式中對(duì)氣相制冷劑加壓并且排放氣相制冷劑，另一方面，在馬達(dá)模式中將過熱蒸汽制冷劑膨脹時(shí)的流體壓力轉(zhuǎn)換成動(dòng)能并輸出機(jī)械能。熱輻射器11是連接至膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10的排放側(cè)(稍后將描述的高壓端口110)的冷卻裝置，以在冷卻制冷劑的同時(shí)輻射熱量。稍后將詳細(xì)描述膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10。
氣-液分離器12是用于將流出熱輻射器11的制冷劑分離成氣相制冷劑和液相制冷劑的容器。減壓器13使通過氣-液分離器12分離的液相制冷劑膨脹并使它的壓力減小。根據(jù)該實(shí)施例，溫度式膨脹閥被使用，其中制冷劑以等熵的方式被減小壓力，在膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10運(yùn)行在泵模式下時(shí)，孔口被控制，以使吸入膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10中的制冷劑的過熱程度達(dá)到預(yù)定的值。
蒸發(fā)器14是具有熱吸收功能的吸熱器，它通過蒸發(fā)被減壓器13減壓的制冷劑來實(shí)現(xiàn)熱吸收功能。止回閥14a在膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10運(yùn)行泵模式下時(shí)只允許制冷劑從蒸發(fā)器14的制冷劑出口流到制冷劑入口(以下將描述的低壓端口111)。
膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10、熱輻射器11、氣-液分離器12、減壓器13和蒸發(fā)器14組成蒸汽壓縮制冷機(jī)，用于將熱從低溫側(cè)移至高溫側(cè)。
加熱器30被設(shè)置在連接膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10和熱輻射器11的制冷劑回路中。加熱器30是熱交換器，其中在制冷劑回路中流動(dòng)的制冷劑和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水彼此進(jìn)行熱交換，從而加熱制冷劑。三通閥21將操作切換至以下模式之一即，流出發(fā)動(dòng)機(jī)20的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水在加熱器30中循環(huán)的模式和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水不這樣循環(huán)的模式。三通閥21受控于未示出的電子控制單元。
第一旁路回路31是將在氣-液分離器12中分離出的液相制冷劑引導(dǎo)至加熱器30的熱輻射器11的制冷劑入口側(cè)的制冷劑路徑。該第一旁路回路31具有設(shè)置在其中的液泵32，用于循環(huán)液相制冷劑；以及止回閥31a，所述止回閥僅允許制冷劑從氣-液分離器12流至加熱器30。根據(jù)該實(shí)施例，液泵32是電力操作泵，并且受未示出的電子控制單元的控制。
第二旁路回路33是當(dāng)膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10運(yùn)行在馬達(dá)模式下時(shí)連接膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10的制冷劑出口(稍后將描述的低壓端口111)和熱輻射器11的制冷劑入口的制冷劑路徑。第二旁路回路33包括止回閥33a，其只允許制冷劑從膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10流至熱輻射器11的制冷劑入口。
操作閥34是打開/關(guān)閉制冷劑路徑的電磁閥，插入在熱輻射器11與加熱器30之間，并且受控于未示出的電子控制單元。
蒸汽壓縮制冷機(jī)的熱輻射器11被氣-液分離器12、液泵32、加熱器30和膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10共用，以構(gòu)成蘭金循環(huán)，以便從發(fā)動(dòng)機(jī)20中所產(chǎn)生的廢熱回收能量。
附加地，水泵22循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水，輻射器23是通過發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水與大氣之間的熱交換冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的熱交換器。水泵22是被來自發(fā)動(dòng)機(jī)20的驅(qū)動(dòng)力操作的機(jī)械泵，但是，可選地，水泵22可以是被電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電力操作泵。
接著，將參考圖2詳細(xì)描述膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10。膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10包括泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100，用于壓縮或膨脹流體(在本實(shí)施例中為氣相制冷劑)；旋轉(zhuǎn)電機(jī)200，用于利用輸入至旋轉(zhuǎn)電機(jī)200的轉(zhuǎn)動(dòng)能來輸出電能以及利用輸入至旋轉(zhuǎn)電機(jī)200的電力來輸出轉(zhuǎn)動(dòng)能；構(gòu)成電力傳輸機(jī)構(gòu)的電磁離合器300，用于將電力可中斷地從發(fā)動(dòng)機(jī)20傳輸至泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100；以及包括行星齒輪機(jī)構(gòu)的變速機(jī)構(gòu)400，用于切換泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100、旋轉(zhuǎn)電機(jī)200和電磁離合器300之間的動(dòng)力傳輸路徑，以及通過增大或減小旋轉(zhuǎn)動(dòng)力的轉(zhuǎn)速來進(jìn)行傳輸。
旋轉(zhuǎn)電機(jī)200包括定子210和在定子210中旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子220，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)200被容納在定子殼體230中。定子210卷繞有定子線圈，轉(zhuǎn)子220是磁體轉(zhuǎn)子，永久磁體嵌入其中。
根據(jù)該實(shí)施例，在電力供至定子210的情況下，旋轉(zhuǎn)電機(jī)200作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，以通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子220來驅(qū)動(dòng)泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100，并且在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子220的扭矩輸入到旋轉(zhuǎn)電機(jī)200的情況下，旋轉(zhuǎn)電機(jī)200作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行以產(chǎn)生電力。
電磁離合器300包括帶輪單元310，用于通過V形帶接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)20的驅(qū)動(dòng)力；激勵(lì)線圈320，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)；以及摩擦板330，在激勵(lì)線圈320感應(yīng)出的磁場(chǎng)的電磁力的作用下，所述摩擦板被移動(dòng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)20連接至膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10的情況下，激勵(lì)線圈320被加電，當(dāng)激勵(lì)線圈320被減活時(shí)，使膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10與發(fā)動(dòng)機(jī)20分離開。
泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100具有與已知渦旋式壓縮機(jī)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)。具體而言，泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100包括通過中間殼體101固定在定子殼體230上的固定渦旋件(殼體)102；構(gòu)成可動(dòng)件的旋轉(zhuǎn)渦旋件103，適于通過在中間殼體101和固定渦旋件102之間的空間中旋轉(zhuǎn)而被移動(dòng)；以及閥機(jī)構(gòu)107，用于打開/關(guān)閉工作室V與高壓室104之間的連通路徑105、106。
固定渦旋件102包括板狀基部102a和螺旋齒部102b，所述螺旋齒部102b從板狀基部102a向旋轉(zhuǎn)渦旋件103突出。另一方面，旋轉(zhuǎn)渦旋件103包括與齒部102b嚙合的螺旋齒部103b和形成有齒部103b的基部103a。在旋轉(zhuǎn)渦旋件103旋轉(zhuǎn)而齒部102b、103b彼此接觸的情況下，由渦旋件102和103形成的工作室V的體積被增加或減小。
軸108是曲柄軸，在其第一縱向末端處具有偏心部分108a，所述偏心部分相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心線是偏心的。該偏心部分108a通過襯套103d和軸承103c連接至旋轉(zhuǎn)渦旋件103。
反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)109使得旋轉(zhuǎn)渦旋件103在軸108的一次旋轉(zhuǎn)過程中圍繞偏心部分108a旋轉(zhuǎn)一次。因此，隨著軸108的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)渦旋件103繞著軸108的旋轉(zhuǎn)中心軸線繞動(dòng)運(yùn)行，而不旋轉(zhuǎn)。隨著旋轉(zhuǎn)渦旋件103從外徑側(cè)向著其中心偏移得越多，工作室V的體積逐漸減小。相反地，隨著旋轉(zhuǎn)渦旋件103從中心向著旋轉(zhuǎn)渦旋件103的外徑側(cè)偏移得越多，工作室V的體積逐漸增加。
并且，連通路徑105是排出端口，通過連通在泵模式下具有最小體積的工作室V與高壓室104來排出被壓縮的制冷劑。另一方面，連通路徑106是流入端口，通過該端口已經(jīng)通過在泵模式下具有最小體積的工作室V與高壓室104之間的連通被引入高壓室中的高溫高壓制冷劑，即，過熱蒸汽制冷劑被引入工作室V。
高壓室104具有作為排放室的功能，用于使從連通路徑105(以下稱為排放端口105)排出的制冷劑的脈動(dòng)變得平滑。高壓室104包括連接至加熱器30和熱輻射器11的高壓端口110。
連接至蒸發(fā)器14和第二旁路回路33的低壓端口111設(shè)置在定子殼體230中，并且通過定子殼體230的內(nèi)部與中間殼體101和固定渦旋件102之間的空間連通。
排放閥107a是類似簧片閥的止回閥，它設(shè)置在排放端口105的高壓室104一側(cè)，用于防止從排放端口105排出的制冷劑沿反向從高壓室104流至工作室V。止動(dòng)件107b是閥擋板，用于限制排放閥107a的最大打開程度。排放閥107a和止動(dòng)件107b通過螺栓107c固定在基部102a上。
閥單元107d是切換閥，通過打開/關(guān)閉連通路徑106(以下稱為流入端口106)來切換泵模式和馬達(dá)模式。電磁閥107e是控制閥，其通過控制低壓端口111與背壓室107f之間的連通來控制背壓室107f的內(nèi)壓。彈簧107g是彈性裝置，用于沿關(guān)閉流入端口106的方向?qū)椓κ┘拥介y單元107d上?？?07h是阻力裝置，用于以預(yù)定的路徑阻力建立背壓室107f與高壓室104之間的連通。
如果電磁閥107e打開，則背壓室107f的壓力被減小至低于高壓室104的壓力，閥單元107d向圖2中的右邊移動(dòng)，同時(shí)在壓力作用下收縮彈簧107g。這樣，流入端口106打開。在孔107h中的壓力損耗如此之大，以致從高壓室104流入背壓室107f中的制冷劑量可以忽略。
相反，如果電磁閥107e關(guān)閉，則背壓室107f的壓力變得等于高壓室104的壓力，并且在彈簧107g的力的作用下，閥單元107d向圖2中的左邊移動(dòng)。這樣，流入端口106關(guān)閉。換言之，閥單元107d、電磁閥107e、背壓室107f、彈簧107g和孔107h構(gòu)成引導(dǎo)型電操作閥，以打開和關(guān)閉流入端口106。
根據(jù)本發(fā)明，閥單元107d的結(jié)構(gòu)具有稍后將詳細(xì)描述的特征。
變速機(jī)構(gòu)400包括設(shè)置在中心部分處的恒星齒輪401；連接至小齒輪402a的行星齒輪架402，小齒輪402a在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿著恒星齒輪401的外圍繞行；以及環(huán)形齒輪403，所述環(huán)形齒輪403設(shè)置在小齒輪402a的外圍上。
恒星齒輪401與旋轉(zhuǎn)電機(jī)200的轉(zhuǎn)子220形成整體。行星齒輪架402與軸331形成整體，軸331適于與電磁離合器300的摩擦板330形成整體。并且，環(huán)形齒輪403與軸108的第二縱向末端(在遠(yuǎn)離偏心部分的一側(cè))形成整體。
單向離合器500只允許軸331沿一個(gè)方向(沿帶輪單元310轉(zhuǎn)動(dòng)的方向)轉(zhuǎn)動(dòng)。軸承332可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐軸331，并且軸承404將恒星齒輪401，即轉(zhuǎn)子220，可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐在軸331上。另一方面，軸承405將軸331(行星齒輪架402)可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐在軸108上。軸承108b將軸108可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐在中間殼體101上。
唇形密封件333是軸密封單元，用于防止制冷劑從軸331與定子殼體230之間的間隙泄漏到定子殼體230的外部。
接著，下面將詳細(xì)說明構(gòu)成本發(fā)明的特征的閥單元107d。如圖3所示，閥單元107d包括閥塞部分117，所述閥塞部分117沿作為引導(dǎo)件的背壓室107f的內(nèi)周表面(對(duì)應(yīng)本發(fā)明的引導(dǎo)部分)縱向地滑動(dòng)；以及在閥塞部分117的前端處的閥部分127，適于打開/關(guān)閉連通路徑106。
圓柱形部分117a設(shè)置在閥塞部分117的前端處，閥接收表面117b形成在圓柱形部分117a中。圓錐形凹陷117c形成在閥接收表面117b上。凹陷117c的深度和斜度設(shè)置成稍后描述的閥部分127的堅(jiān)硬球137的前端的一部分能夠被插入。
環(huán)形凹槽117f形成在閥塞部分117的外周上。活塞環(huán)147(對(duì)應(yīng)本發(fā)明的密封件)固定在環(huán)形凹槽117f中，從而確保與背壓室107f的內(nèi)周表面之間的密封性。
閥部分127是實(shí)心圓柱體部件，凸緣127a形成在閥部分127的閥塞部分117側(cè)的外周端部處。凹陷形成在閥部分127的閥塞部分117側(cè)的端面上。堅(jiān)硬球137在壓力下被裝配到該凹陷中，從而形成朝向閥塞部分117的球形突出部。
閥部分127的凸緣127a插入閥塞部分117的圓柱形部分117a中，閥部分127的堅(jiān)硬球137插入閥塞部分117的凹陷117c中。盡管堅(jiān)硬球137與凹陷117c接觸，然而在閥接收表面117b與凸緣127a之間形成間隙。凹陷117c和堅(jiān)硬球137與構(gòu)成本發(fā)明所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的組成部件相對(duì)應(yīng)。
并且，止動(dòng)環(huán)157安裝在圓柱形部分117a上，與凸緣127a之間形成間隙。凸緣127a與止動(dòng)環(huán)157接觸，從而防止閥部分127與閥塞部分117脫開。凸緣127a和止動(dòng)環(huán)157與構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明所述連接機(jī)構(gòu)的組成部件相對(duì)應(yīng)。
接著，將解釋根據(jù)本實(shí)施例的膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10的操作及操作效果。
1.泵模式該模式是通過向軸108施加轉(zhuǎn)動(dòng)力而使泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100的旋轉(zhuǎn)渦旋件103旋轉(zhuǎn)，從而吸入和壓縮制冷劑的操作模式。
具體而言，操作閥34被打開，同時(shí)液泵32被停止，防止發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水通過三通閥21的運(yùn)行而循環(huán)至加熱器30。并且，在流入端口106被閥單元107d關(guān)閉的同時(shí)，電磁閥107e被關(guān)閉，軸108被旋轉(zhuǎn)。
結(jié)果，與已知的渦旋式壓縮機(jī)相同，膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10從低壓端口111吸入制冷劑，并且在工作室V中壓縮所述制冷劑，在這以后，被壓縮的制冷劑從排放端口105排出到高壓室104中。這樣，被壓縮的制冷劑從高壓端口110排放至熱輻射器11。
在向軸108施加轉(zhuǎn)動(dòng)力時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)20和膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10主要通過電磁離合器300彼此連接，并且通過發(fā)動(dòng)機(jī)20的動(dòng)力來施加轉(zhuǎn)動(dòng)力，或者可選地，發(fā)動(dòng)機(jī)20和膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10通過電磁離合器300彼此分離開，并且通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)200施加轉(zhuǎn)動(dòng)力。
在發(fā)動(dòng)機(jī)20和膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10通過電磁離合器300彼此連接，并且通過發(fā)動(dòng)機(jī)20的動(dòng)力施加轉(zhuǎn)動(dòng)力的情況下，電磁離合器300被激勵(lì)和連接，同時(shí)，激勵(lì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)200以在轉(zhuǎn)子220中產(chǎn)生不至于使恒星齒輪401(即，轉(zhuǎn)子220)旋轉(zhuǎn)的扭矩。
這樣，通過變速機(jī)構(gòu)400使傳遞至帶輪單元310的發(fā)動(dòng)機(jī)20的轉(zhuǎn)動(dòng)力在速度上增加，并且該轉(zhuǎn)動(dòng)力被傳遞至泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100，從而泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100作為壓縮機(jī)操作。
另一方面，在發(fā)動(dòng)機(jī)20和膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10通過電磁離合器300而彼此分離開，并且通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)200施加轉(zhuǎn)動(dòng)力的情況下，電磁離合器300被減活和關(guān)斷，同時(shí)旋轉(zhuǎn)電機(jī)200被激勵(lì)以沿著與帶輪單元310的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向運(yùn)行。這樣，泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100作為壓縮機(jī)操作。
在這個(gè)過程中，軸331(行星齒輪架402)被單向離合器500鎖定，不進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。因此，旋轉(zhuǎn)電機(jī)200的轉(zhuǎn)動(dòng)力在通過變速機(jī)構(gòu)400減速之后被傳遞至泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100。
從高壓端口110排放的制冷劑通過膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10的加熱器30、操作閥34、熱輻射器11、氣-液分離器12、減壓器13、蒸發(fā)器14、止回閥14a和低壓端口111并以這樣的順序循環(huán)(制冷循環(huán))。這樣，冷卻操作(或者通過來自熱輻射器11的熱輻射而進(jìn)行的加熱操作)通過蒸發(fā)器14的熱吸收被實(shí)施。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水不在加熱器30中循環(huán)時(shí)，制冷劑不在加熱器30中被加熱，并且加熱器30只簡(jiǎn)單地被用作制冷劑路徑。
2.馬達(dá)模式在該模式中，被加熱器30加熱的高壓過熱蒸汽制冷劑通過高壓室104被引入泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100并且被膨脹。這樣，旋轉(zhuǎn)渦旋件103被旋轉(zhuǎn)，以使軸108旋轉(zhuǎn)，從而獲得機(jī)械輸出。
根據(jù)該實(shí)施例，通過這樣獲得的機(jī)械輸出使轉(zhuǎn)子220旋轉(zhuǎn)。這樣，旋轉(zhuǎn)電機(jī)200產(chǎn)生電力，并且所產(chǎn)生的電力被儲(chǔ)存在電容器中。
具體而言，液泵32在操作閥34關(guān)閉的狀態(tài)下運(yùn)行，并且通過切換三通閥21，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水被循環(huán)至加熱器30。并且，膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10的電磁離合器300被減活，這樣隨著電磁離合器300的關(guān)斷，電磁閥107e被打開。閥單元107d打開流入端口106，并且在高壓室104中被加熱器30加熱的高壓過熱蒸汽制冷劑通過流入端口106被引入工作室V并且被膨脹。被膨脹并且壓力被減小的制冷劑從低壓端口111流出至熱輻射器11。
結(jié)果，過熱蒸汽的膨脹使旋轉(zhuǎn)渦旋件103沿與執(zhí)行泵模式的方向相反的方向旋轉(zhuǎn)，并且施加到旋轉(zhuǎn)渦旋件103的旋轉(zhuǎn)能量被傳遞至旋轉(zhuǎn)電機(jī)200的轉(zhuǎn)子220。在該過程中，通過單向離合器500鎖定軸331(行星齒輪架402)，因此旋轉(zhuǎn)渦旋件103的轉(zhuǎn)動(dòng)力以被變速機(jī)構(gòu)400增大的速度被傳遞至旋轉(zhuǎn)電機(jī)200。
流出低壓端口111的制冷劑通過第二旁路回路33、止回閥33a、熱輻射器11、氣-液分離器12、第一旁路回路31、止回閥31a、液泵32、加熱器30和膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)(高壓端口110)并以這樣的順序循環(huán)(蘭金循環(huán))。在液泵32中，液相制冷劑被加壓到與通過在加熱器30加熱而產(chǎn)生的過熱蒸汽制冷劑的溫度對(duì)應(yīng)的程度，并且所得的液相制冷劑被送入加熱器30中。
根據(jù)本發(fā)明，閥單元107d被分成閥塞部分117和閥部分127，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(閥部分127的突出部插入到閥塞部分117的凹陷117c中的結(jié)構(gòu))被設(shè)置在閥塞部分117與閥部分127之間，因此，閥部分127的滑動(dòng)軸線能夠相對(duì)于閥塞部分117的滑動(dòng)軸線以任意角度傾斜。因此，即使在閥塞部分117的滑動(dòng)軸線相對(duì)于連通路徑106在其中開口的表面的垂直度精度較低的情況下，閥部分127也能夠與連通路徑106在其中開口的所述表面相接觸，從而提高密封性。
并且，考慮到閥部分127的突出部形成為帶有堅(jiān)硬球137的球形表面的事實(shí)，閥部分127的滑動(dòng)軸線相對(duì)于閥塞部分117的滑動(dòng)軸線的傾斜角能夠被平滑地改變。
堅(jiān)硬球137插入凹陷117c使得能夠?qū)㈤y塞部分117和閥部分127設(shè)置在適當(dāng)?shù)南鄬?duì)位置中，從而防止閥塞部分117和閥部分127彼此發(fā)生位移。
并且，考慮到活塞環(huán)147設(shè)置在閥塞部分117的外周上的事實(shí)，泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100運(yùn)行在泵模式下時(shí)，能夠防止排入高壓室104中的制冷劑通過電磁閥107e從背壓室107f泄漏到低壓端口111，從而減小膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10的功率損耗。
由于通過閥部分127的凸緣127a和閥塞部分117的止動(dòng)環(huán)157防止了閥部分127與閥塞部分117脫開，閥單元107d能夠通過單一的驅(qū)動(dòng)裝置(電磁閥107e、彈簧107g，等等)被滑動(dòng)。
(第二實(shí)施例)本發(fā)明的第二實(shí)施例示出在圖4至6中。根據(jù)第二實(shí)施例，在第一實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)被進(jìn)行了各種改變。
如圖4所示(第一變更實(shí)施方式)，堅(jiān)硬球137設(shè)置在閥塞部分117上，凹陷127b形成在閥部分127上。
作為另一種可選方式(第二變更實(shí)施方式)，如圖5所示，在閥部分127的凸緣127a一側(cè)的端面部分保持平面，同時(shí)，閥塞部分117的閥接收表面117b形成有具有細(xì)的前端的突出部117d。
作為另一個(gè)可選方式(第三變更實(shí)施方式)，如圖6所示，閥塞部分117具有球形部分117e，并且球形凹陷127c形成在閥部分127上，從而球形部分117e和凹陷127c形成為萬向接頭，它們的球形表面彼此接觸。該結(jié)構(gòu)去除了止動(dòng)環(huán)157，并且能夠兼用作連接機(jī)構(gòu)。
(第三實(shí)施例)本發(fā)明的第三實(shí)施例示出在圖7中。根據(jù)第三實(shí)施例，在第二實(shí)施例的第二變更實(shí)施方式中(圖5)，閥部分127的流入端口106一側(cè)的形狀和流入端口106的開口形狀被改變。
流入端口106與閥單元107d的滑動(dòng)方向成對(duì)角線地形成，因此開口是橢圓形狀。在靠近閥部分127一側(cè)的流入端口106的開口處，設(shè)置具有圓孔的襯套106b，以使開口106a為圓形。斜面(chamfer)106c形成在開口106a的圓周上。
直徑大于開口106a的堅(jiān)硬球137在壓力下被裝配到閥部分127的流入端口106一側(cè)。當(dāng)閥單元107d關(guān)閉流入端口106時(shí)，由于突出部117d，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)被操作，同時(shí)堅(jiān)硬球137與開口106a的斜面106c接觸。
結(jié)果，即使在閥單元107d的滑動(dòng)軸線相對(duì)于開口106a的假想面的垂直度精度較低的情況下，開口106a和堅(jiān)硬球137的球形表面也會(huì)在圓周上互相確定地接觸(密封線接觸)，因此，能夠提高密封性。并且，能夠選擇與閥單元107d(具體而言為堅(jiān)硬球137)的材料相同的材料作為襯套106b的材料，從而進(jìn)一步提高密封性和耐用性。
順便說一句，當(dāng)堅(jiān)硬球137被裝配在連通路徑106中時(shí)，被壓縮制冷劑被保留而不被排放的死區(qū)(dead space)能夠被減小，因此，膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10的操作效率被提高。
在開口106a和堅(jiān)硬球137的相對(duì)位置被充分地固定的情況下，不需要旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，并且可以用包括彼此一體形成的閥塞部分117和閥部分127的閥單元107d替換旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
(其他實(shí)施例)圖8和9所示的膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10可以用來替換根據(jù)第一至第三實(shí)施例的膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10。
具體而言，在圖8所示的膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10中，軸108和軸331彼此形成整體(作為軸108)，變速機(jī)構(gòu)400被去除，并且泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100、旋轉(zhuǎn)電機(jī)200和電磁離合器300被連接至軸108。另一方面，在圖9所示的膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10中，電磁離合器300從圖8所示的膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10中被去除。
在上述實(shí)施例中，采用渦旋式泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)100。然而，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，而是可以應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)式、活塞式、葉片式和其他任何類型的泵馬達(dá)機(jī)構(gòu)，其效果是相同的。
并且，根據(jù)上述實(shí)施例，通過膨脹機(jī)-一體壓縮機(jī)10回收的能量被儲(chǔ)存在電容器中。作為可選實(shí)施方式，由飛輪產(chǎn)生的動(dòng)能或者由彈簧產(chǎn)生的彈性能可以作為機(jī)械能被儲(chǔ)存。
并且，盡管根據(jù)本發(fā)明的流體機(jī)械被用于具有蘭金循環(huán)且應(yīng)用于汽車的蒸汽壓縮制冷機(jī)，然而，本發(fā)明的應(yīng)用不限于這種流體機(jī)械。
盡管已經(jīng)參考為進(jìn)行說明而選出的具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，然而，應(yīng)該了解，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在不偏離本發(fā)明的基本構(gòu)思和范圍的情況下，能夠?qū)@些實(shí)施例進(jìn)行各種變型。
權(quán)利要求
1.一種流體機(jī)械的切換閥結(jié)構(gòu)，所述流體機(jī)械具有在壓力下排放流體的泵模式和通過將膨脹時(shí)的流體壓力轉(zhuǎn)換成動(dòng)能來輸出機(jī)械能的馬達(dá)模式，其中，在執(zhí)行泵模式的情況下，流體機(jī)械的高壓室與工作室之間的連通路徑被關(guān)閉，而在執(zhí)行馬達(dá)模式的情況下，所述連通路徑被閥單元打開，其中，所述閥單元包括閥塞部分，所述閥塞部分適于沿著與連通路徑在閥單元側(cè)的開口所在的表面大致垂直的方向滑動(dòng)；閥部分，所述閥部分設(shè)置在閥塞部分的前端，并且適于與閥塞部分一起滑動(dòng)以打開/關(guān)閉連通路徑，其中，用于使閥部分的滑動(dòng)軸線相對(duì)于閥塞部分的滑動(dòng)軸線以任意角傾斜的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)被設(shè)置在閥塞部分與閥部分之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體機(jī)械的切換閥結(jié)構(gòu)，其中，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)優(yōu)選包括形成在從閥塞部分和閥部分中選擇的一個(gè)上且向著另一個(gè)突出的突出部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流體機(jī)械的切換閥結(jié)構(gòu)，其中，所述突出部形成為球形表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流體機(jī)械的切換閥結(jié)構(gòu)，其中，所述突出部的球形表面由球形件形成，所述球形件在壓力下被裝配到從閥部分和閥塞部分中所選擇的一個(gè)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流體機(jī)械的切換閥結(jié)構(gòu)，其中，從閥塞部分和閥部分中選擇的其上沒有形成突出部一個(gè)部分上形成有凹陷，突出部的一部分插入到所述凹陷中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的流體機(jī)械的切換閥結(jié)構(gòu)，其中，所述突出部和凹陷形成為具有彼此接觸的球形表面的萬向接頭。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體機(jī)械的切換閥結(jié)構(gòu)，其中，在閥塞部分與用于引導(dǎo)閥塞部分的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)的引導(dǎo)部分之間插入密封件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體機(jī)械的切換閥結(jié)構(gòu)，其中，所述閥塞部分和閥部分通過連接機(jī)構(gòu)彼此連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的流體機(jī)械的切換閥結(jié)構(gòu)，其中，所述連接機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在從閥塞部分和閥部分中所選擇的一個(gè)上的凸緣以及設(shè)置在閥部分和閥塞部分中的另一個(gè)上的止動(dòng)環(huán)，以防止閥塞部分和閥部分中所述的一個(gè)在凸緣與閥塞部分和閥部分中的另一個(gè)接觸時(shí)脫開。
10.一種流體機(jī)械的切換閥結(jié)構(gòu)，所述流體機(jī)械具有在壓力下排放流體的泵模式和通過將膨脹時(shí)的流體壓力轉(zhuǎn)換成動(dòng)能來輸出機(jī)械能的馬達(dá)模式，其中，在執(zhí)行泵模式的情況下，流體機(jī)械的高壓室與工作室之間的連通路徑被關(guān)閉，而在執(zhí)行馬達(dá)模式的情況下，所述連通路徑被閥單元打開，其中，所述連通路徑的閥單元側(cè)的開口形成為圓形，其中，所述閥單元沿著與開口的假想面大致垂直的方向滑動(dòng)，以及其中，所述閥單元的開口側(cè)形成為具有大于所述開口的直徑的球形表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的流體機(jī)械的切換閥結(jié)構(gòu)，其中，所述連通路徑相對(duì)于閥單元的滑動(dòng)方向斜向形成，其中，所述開口形成為帶有襯套的圓形。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的流體機(jī)械的切換閥結(jié)構(gòu)，其中，在所述開口的周邊上形成斜面。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的流體機(jī)械的切換閥結(jié)構(gòu)，其中，在所述開口的周邊上形成斜面。
全文摘要
公開了一種流體機(jī)械(10)的切換閥結(jié)構(gòu)，所述流體機(jī)械具有作為壓縮機(jī)運(yùn)行的泵模式和作為膨脹機(jī)運(yùn)行的馬達(dá)模式。在泵模式中，高壓室(104)與工作室(V)之間的連通路徑(106)被關(guān)閉，而在馬達(dá)模式下，連通路徑(106)被閥單元(107d)打開。所述閥單元(107d)包括閥塞部分(117)，所述閥塞部分沿著大致垂直于連通路徑(106)開口所在的表面的方向滑動(dòng)；閥部分(127)，所述閥部分設(shè)置在閥塞部分(117)的前端處，并且與閥塞部分(117)一起滑動(dòng)以打開/關(guān)閉連通路徑(106)。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(137)介于閥塞部分(117)與閥部分(127)之間，用于使閥部分(127)的滑動(dòng)軸線相對(duì)于閥塞部分(117)的滑動(dòng)軸線以任意角傾斜。
文檔編號(hào)F01K23/06GK1676883SQ20051006294
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2005年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者宇野慶一, 巖波重樹, 松田三起夫, 小川博史 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝, 株式會(huì)社日本自動(dòng)車部品綜合研究所