专利名称：旋转式膨胀机的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋转式膨胀机，特别地，涉及具有窜油(油上がり)防止对策的旋转式膨胀机。
背景技术：
一直以来，作为通过高压流体的膨胀来产生动力的膨胀机，例如，在日本特开2003-172244号公报中公开有例如旋转式膨胀机等的容积型膨胀机。
该旋转式膨胀机具有膨胀机构部，该膨胀机构部具有气缸，该气缸的两端被前气缸盖和后气缸盖封闭；和活塞，该活塞收纳在该气缸中。在该膨胀机构部中，贯通有具有偏心部的轴，该轴旋转自由地嵌合在活塞上。进而，在上述旋转式膨胀机中，由设置在轴上的油泵汲取的润滑油被供给到膨胀机构部，进行膨胀机构部的润滑。
但是，在上述现有的旋转式膨胀机中，当对膨胀机构部过量地供给润滑油时，存在着下述问题，即，润滑油从活塞的端面与前气缸盖或后气缸盖之间过量地泄漏到气缸内的膨胀室中。从而，润滑油和制冷剂一起从膨胀机流出，产生所谓的窜油，存在着产生润滑油不足的问题。
发明内容
本发明鉴于上述问题点而完成，其目的在于防止膨胀机构中的润滑油向膨胀室内过量地流入，消除润滑油不足的问题，可实现可靠性的提高。
本发明采取的解决手段，是以下所示的手段。
具体地，第1解决手段以具有膨胀机构60的旋转式膨胀机为前提，该膨胀机构60具有气缸63，该气缸63两端被封闭部件61、62封闭；和旋转式活塞67，该旋转式活塞67收纳在该气缸63内。并且，在上述旋转式活塞67的两端面中的至少一个端面上设置有用于对该旋转式活塞67与封闭部件61、62之间进行密封的密封机构90。
在上述解决手段中，当在旋转式活塞67的两端面上设置了密封机构90的情况下，供给到膨胀机构60的滑动部的润滑油不会从旋转式活塞67的两端面与封闭部件61、62之间过量地泄漏到气缸63内的膨胀空间中。此外，当在上述旋转式活塞67的一个端面上设置了密封机构90的情况下，在该一个端面上作用有比作用在没有设置密封机构90的端面上的润滑油的压力高的压力，旋转式活塞67被按压在没有设置密封机构90侧的封闭部件61、62上，基本成为紧贴状态。从而，与在上述两端面上设置了密封机构90的情况相同，润滑油不会从旋转式活塞67的两端面与封闭部件61、62之间过量地泄漏到气缸63内的膨胀空间中。从而，即使在任何情况下，润滑油都几乎不会与膨胀空间内的流体一起从膨胀机构60流出，因此，可以防止窜油，可消除润滑油不足。
此外，第2解决手段是在上述第1解决手段中，具有一根旋转轴40，该旋转轴40具有旋转自由地嵌合在上述旋转式活塞67上的偏心部41。并且，在该旋转轴40中形成有供油槽49，该供油槽49至少用于向偏心部41与封闭部件61、62的滑动部以及旋转式活塞67与偏心部41的滑动部供油。
在上述解决手段中，可以抑制从旋转轴40的供油槽49，至少向偏心部41与封闭部件61、62的滑动部以及旋转式活塞67与偏心部41的滑动部供给的润滑油的泄漏。
此外，第3解决手段是在上述第2解决手段中，上述膨胀机构60具有多个旋转式活塞75、85。该各旋转式活塞75、85用一根旋转轴40连接起来且依次地并列设置，同时，该各旋转式活塞75、85被配置成，相邻的旋转式活塞75、85的端面隔着中间分隔板64相互对置。并且，上述密封机构90被设置在多个旋转式活塞75、85的端面中的与封闭部件61、62对置的端面上。
在上述解决手段中，在各旋转式活塞75、85中，在与封闭部件61、62对置的端面上作用有比作用在与中间分隔板64对置的端面上的润滑油的压力高的压力，从而各旋转式活塞75、85被按压在中间分隔板64上，基本成为紧贴状态。从而，即使在多气缸式的膨胀机构60中，在各旋转式活塞75、85工作中，密封机构90也不会卷到形成在中间分隔板64上的旋转轴40用的贯通孔中而损伤等，可以抑制润滑油的泄漏。
此外，第4解决手段是在上述第1～3的任何一个解决手段中，上述密封机构90由下列部分构成密封槽91，该密封槽91形成在旋转式活塞67的端面上；和密封部件92，该密封部件92嵌入在该密封槽91中。
在上述解决手段中，通过使密封部件92紧贴在封闭部件61、62和密封槽91上，从而，旋转式活塞67的端面与封闭部件61、62之间被密封。
此外，第5解决手段是在上述第4解决手段中，上述密封部件92是唇形密封件(lip seal)或叶端密封件(tip seal)。
在上述解决手段中，唇形密封件或叶端密封件通过润滑油的压力作用，紧贴在封闭部件61、62和密封槽91上。从而，旋转式活塞67的端面与封闭部件61、62之间被密封。
此外，第6解决手段是在上述第1～3的任何一个解决手段中，上述密封机构90是迷宫式密封件(labyrinth seal)。
在上述解决手段中，通过由润滑油的粘性产生的摩擦效果和节流口中的缩流效果等迷宫效果，旋转式活塞67的端面与封闭部件61、62之间被密封。
此外，第7解决手段是在上述第4解决手段中，上述密封部件92由聚四氟乙烯系(PTFE系)的树脂材料形成。
在上述解决手段中，由于聚四氟乙烯系的树脂材料是耐磨性和耐热性优异的材料，因此，旋转式活塞67的端面与封闭部件61、62之间可以被可靠地密封。
此外，第8解决手段是在上述第1～3的任何一个解决手段中，旋转式活塞67在上述旋转轴40的轴心方向上的配合公差被设定为气缸63的内径D的1/5000～1/1000的尺寸。
在上述解决手段中，由于不需要严格地管理旋转式活塞67的加工精度或装配精度，因此可以实现降低成本。
从而，根据第1解决手段，由于在旋转式活塞67的至少一侧的端面上，设置用于对该旋转式活塞67与封闭部件61、62之间进行密封的密封机构90，因此，可以抑制供给到膨胀机构60的滑动部的润滑油泄漏到膨胀空间内。从而，润滑油几乎不会与膨胀后的流体一起从膨胀机构60流出，因此，可以防止窜油，可以防止润滑油不足。其结果，可以实现设备可靠性的提高。
此外，特别地，与压缩机成为一体，构成为所谓高压气室(dome)型的膨胀机，例如在用于进行蒸汽压缩式制冷循环的制冷剂回路中的情况下，润滑油被高温高压的气体制冷剂加热而成为高温，另一方面，流入膨胀机构60的制冷剂是较低的温度，如上所述，通过抑制润滑油向膨胀空间内的泄漏，可以阻止低温的制冷剂与高温的润滑油混合而被加热，可以防止膨胀过程中的热损失。其结果，可以实现运转效率的提高。
此外，根据第2解决手段，即使在具有从形成在旋转轴40中的供油槽49供给润滑油的供油方式的膨胀机构60中，也可以抑制润滑油向膨胀空间内的泄漏。
此外，根据第3解决手段，在多气缸式的膨胀机构60中，将密封机构90不是设置在各旋转式活塞75、85中的中间分隔板64侧的端面上，而是设置在封闭部件61、62侧的端面上，因此，在工作中，密封机构90不会卷到以很大比例形成在中间分隔板64上的旋转轴40用的贯通孔中而损伤等，可以抑制润滑油的泄漏。
此外，根据第4解决手段，由于通过密封槽91以及嵌入该密封槽91中的密封部件92来构成密封机构90，因此，密封部件92紧贴在封闭部件61、62和密封槽91上，可以对旋转式活塞67的端面与封闭部件61、62之间进行密封。
此外，根据第5解决手段，由于将密封部件92形成为唇形密封件或叶端密封件，因此，通过润滑油的压力作用，可以使唇形密封件或叶端密封件可靠地紧贴在封闭部件61、62和密封槽91上。从而，可以可靠地对旋转式活塞67的端面与封闭部件61、62之间进行密封。
此外，根据第6解决手段，由于将密封机构90形成为迷宫式密封件，因此，通过迷宫效果，可以可靠地对旋转式活塞67的端面与封闭部件61、62之间进行密封。
此外，根据第7解决手段，由于用耐磨性和耐热性优异的聚四氟乙烯系的树脂材料形成密封部件92，因此，即使在伴随旋转式活塞67旋转而产生的旋转式活塞67与封闭部件61、62的滑动中，也可以确保很高的密封性。
图1是表示空调机的配管系统图。
图2是表示实施方式1的压缩膨胀单元的纵剖面图。
图3是示意地表示实施方式1的膨胀机构的主要部分的横剖面图。
图4是示意地表示实施方式1的膨胀机构的主要部分的纵剖面图。
图5是省略密封机构来表示实施方式1的旋转轴每旋转90°的旋转角的膨胀机构的状态的横剖面图。
图6是示意地表示实施方式2的膨胀机构的主要部分的横剖面图。
图7是示意地表示实施方式2的膨胀机构的主要部分的纵剖面图。
图8是示意地表示实施方式3的膨胀机构的主要部分的横剖面图。
图9是示意地表示实施方式4的膨胀机构的主要部分的横剖面图。
图10是示意地表示实施方式5的膨胀机构的主要部分的横剖面图。
图11是示意地表示实施方式5的膨胀机构的主要部分的纵剖面图。
图12是表示实施方式6的压缩膨胀单元的纵剖面图。
图13是示意地表示其它实施方式的膨胀机构的主要部分的纵剖面图。
具体实施例方式
以下，根据附图对本发明的实施方式详细进行说明。
《发明实施方式1》
对本发明的实施方式1进行说明。如图1所示，本实施方式的空调机10具有本发明的旋转式膨胀机。
<空调机的整体结构>
如图1所示，上述空调机10是所谓分离型的，具有室外机11和室内机13。在上述室外机11中收纳有室外风扇12、室外热交换器23、第1四路切换阀21、第2四路切换阀22以及压缩膨胀单元30。另一方面，在上述室内机13中收纳有室内风扇14以及室内热交换器24。上述室外机11被设置在室外，室内机13被设置在室内。此外，上述室外机11和室内机13用一对连接配管15、16连接起来。并且，上述压缩膨胀单元30的详细情况将在后面叙述。
在上述空调机10中设置有制冷剂回路20。该制冷剂回路20是连接压缩膨胀单元30和室内热交换器24等的闭合回路。此外，在该制冷剂回路20中填充有二氧化碳(CO2)作为制冷剂。
上述室外热交换器23和室内热交换器24都是由交叉翅片(cross fin)型的翅片管式(fin-and-tube)热交换器构成。在上述室外热交换器23中，在制冷剂回路20中循环的制冷剂与室外空气进行热交换。在上述室内热交换器24中，在制冷剂回路20中循环的制冷剂与室内空气进行热交换。
上述第1四路切换阀21具有4个阀口(port)。该第1四路切换阀21的第1阀口连接到压缩膨胀单元30的排出管36上，第2阀口通过连接配管15连接到室内热交换器24的一端，第3阀口连接到室外热交换器23的一端，第4阀口连接到压缩膨胀单元30的吸入口32上。进而，上述第1四路切换阀21可切换成如下2个状态第1阀口与第2阀口连通且第3阀口与第4阀口连通的状态(图1中用实线表示的状态)；和第1阀口与第3阀口连通且第2阀口与第4阀口连通的状态(图1中用虚线表示的状态)。
上述第2四路切换阀22具有4个阀口。该第2四路切换阀22的第1阀口连接到压缩膨胀单元30的流出口35，第2阀口连接到室外热交换器23的另一端，第3阀口通过连接配管16连接到室内热交换器24的另一端，第4阀口连接到压缩膨胀单元30的流入口34。进而，上述第2四路切换阀22可切换成如下2个状态第1阀口与第2阀口连通且第3阀口与第4阀口连通的状态(图1中用实线表示的状态)；和第1阀口与第3阀口连通且第2阀口与第4阀口连通的状态(图1中用虚线表示的状态)。
<压缩膨胀单元的结构>
如图2～图4所示，上述压缩膨胀单元30具有纵长且为圆筒形的密闭容器的壳体31。在该壳体31的内部，从下向上依次配置有压缩机构50、电动机45以及膨胀机构60。
在上述壳体31中安装有排出管36。该排出管36配置在电动机45与膨胀机构60之间，与壳体31的内部空间连通。
上述电动机45配置在壳体31的长度方向的中央部。该电动机45由定子46和转子47构成。上述定子46固定在壳体31中。上述转子47配置在定子46的内侧，并且上述转子47中同轴地贯通有轴40的主轴部44。上述轴40构成旋转轴，在该轴40的下端侧形成2个下侧偏心部58、59，在该轴40的上端侧形成1个大径偏心部41。
上述2个下侧偏心部58、59比起主轴部44形成为大径，并且从主轴部44的轴心偏心，下侧的部分构成第1下侧偏心部58，上侧的部分构成第2下侧偏心部59。并且，在上述第1下侧偏心部58和第2下侧偏心部59中，主轴部44相对于它们轴心的偏心方向相反。
上述大径偏心部41比起主轴部44形成为大径，并且从主轴部44的轴心偏心。
上述压缩机构50构成摆动活塞型的旋转式压缩机。该压缩机构50具有气缸51、52和旋转式活塞57各2个。在上述压缩机构50中，成为后气缸盖55、第1气缸51、中间板56、第2气缸52、前气缸盖54从下向上依次层叠起来的状态。
在上述第1气缸51和第2气缸52的内部，各配置一个圆筒状的旋转式活塞57。虽然没有图示，但在该旋转式活塞57的侧面突出设置有平板状的叶片(blade)，该叶片通过摆动衬套支承在气缸51、52上。上述第1气缸51内的旋转式活塞57与轴40的第1下侧偏心部58接合。另一方面，上述第2气缸52内的旋转式活塞57与轴40的第2下侧偏心部59接合。上述各旋转式活塞57、57的内周面与下侧偏心部58、59的外周面滑动接触，各旋转式活塞57、57的外周面与气缸51、52的内周面滑动接触。进而，在各旋转式活塞57、57的外周面与气缸51、52的内周面之间形成压缩室53。
在上述第1气缸51和第2气缸52上分别形成一个吸入口32。各吸入口32在半径方向上贯通气缸51、52，末端在气缸51、52中开口。此外，各吸入口32通过配管向壳体31的外部延长。
在上述前气缸盖54和后气缸盖55上分别形成一个排出口。上述前气缸盖54的排出口使第2气缸52内的压缩室53与壳体31的内部空间连通。上述后气缸盖55的排出口使第1气缸51内的压缩室53与壳体31的内部空间连通。此外，在上述各排出口的末端设置有由针簧片阀构成的排出阀，通过该排出阀对上述各排出口进行开闭。并且，在图2中，省略了排出口和排出阀的图示。进而，从压缩机构50向壳体31的内部空间排出的气体制冷剂通过排出管36从压缩膨胀单元30送出。
在上述壳体31内的底部，形成有贮存润滑油的油槽。在上述轴40的下端部，设置有浸渍在油槽中的离心式油泵48。该油泵48构成为通过轴40的旋转来汲取油槽中的润滑油。进而，在上述轴40的内部，从下端起直到上端形成有供油槽49。该供油槽49形成为，将通过油泵48汲取的润滑油供给到压缩机构50和膨胀机构60的各滑动部。
上述膨胀机构60是所谓摆动活塞型的，构成本发明的旋转式膨胀机。该膨胀机构60具有前气缸盖61、后气缸盖62、气缸63以及旋转式活塞67。此外，在上述膨胀机构60中，设置有流入口34和流出口35。
在上述膨胀机构60中，前气缸盖61、气缸63以及后气缸盖62从下向上依次层叠起来。上述气缸63的下侧端面被前气缸盖61封闭，上侧端面被后气缸盖62封闭。即，上述前气缸盖61和后气缸盖62分别构成气缸63的封闭部件。
上述轴40贯通层叠状态下的前气缸盖61、气缸63以及后气缸盖62，大径偏心部41位于气缸63内。
上述旋转式活塞67被收纳在上下两端被封闭的气缸63内。上述旋转式活塞67形成为圆环状或圆筒状，其内径与大径偏心部41的外径大致相等。进而，在上述旋转式活塞67中，旋转自由地嵌合着大径偏心部41，旋转式活塞67的内周面与大径偏心部41的外周面基本遍及整个表面滑动接触。
上述旋转式活塞67的外周面与气缸63的内周面滑动接触，同时，上述旋转式活塞67的上端面67b与后气缸盖62滑动接触，下端面67c与前气缸盖61滑动接触。在上述气缸63内，在该气缸63的内周面与旋转式活塞67的外周面之间形成有流体室65。
在上述旋转式活塞67上，一体地设置有叶片67a。该叶片67a形成为在旋转式活塞67的半径方向上延伸的板状，从旋转式活塞67的外周面向外侧突出。上述气缸63内的流体室65被叶片67a分隔为高压侧的高压室66a和低压侧的低压室66b。
在上述气缸63上设置有一对衬套68。各衬套68形成为内侧面为平面、外侧面为圆弧面的半月状，以夹持叶片67a的状态安装。上述衬套68的内侧面与叶片67a滑动接触，其外侧面与气缸63滑动接触。进而，与上述旋转式活塞67一体的叶片67a通过衬套68被支撑在气缸63上，相对于气缸63构成为可自由转动且可自由进退。
上述流入口34形成在前气缸盖61上，该流入口34的末端在前气缸盖61的内侧面开口并连通到高压室66a。另一方面，上述流出口35形成在气缸63上，该流出口35的起始端在气缸63的内周面开口并连通到低压室66b。
上述轴40的供油槽49具有细槽49a，该细槽49a用于向膨胀机构60的各滑动部A、B供油。该细槽49a主要为了向大径偏心部41的两端面与后气缸盖62和前气缸盖61的滑动部A，以及向大径偏心部41的外周面与旋转式活塞67的内周面的滑动部B供油而形成。
在上述旋转式活塞67的上下两端面67b、67c上设置有对该旋转式活塞67与后气缸盖62和前气缸盖61之间进行密封的密封机构90。该密封机构90具有密封槽91以及嵌入该密封槽91中的密封部件92。
上述密封槽91设置在旋转式活塞67的上端面67b和下端面67c这两个端面上。对于上述各密封槽91，其截面形成为凹状，并且，在俯视时其沿旋转式活塞67的端面67b、67c的整个外周形成为环状。
上述密封部件92构成为作为机械式密封件的唇形密封件。该唇形密封件92形成为在内侧开口的大致C字形的截面形状，并且，在俯视时形成为连续的环状。即，上述唇形密封件92以开口侧朝向轴40侧的方式被安装在密封槽91中。
此外，上述唇形密封件92由聚四氟乙烯系(PTFE系)的树脂材料形成。该聚四氟乙烯系的树脂材料是在纯的聚四氟乙烯树脂(PTFE)中添加了玻璃纤维或碳纤维等填充材料的树脂材料。由于该聚四氟乙烯系的树脂材料是耐磨性和耐热性优异的材料，因此，可确保高的密封性。
在上述密封机构90中，当向各滑动部A、B过量地供油时，润滑油进入唇形密封件92的开口部，通过该润滑油的压力作用，唇形密封件92的开口被扩大。当该唇形密封件92的开口扩大时，唇形密封件92与前气缸盖61和后气缸盖62紧贴，同时，紧贴在密封槽91的底面上，对旋转式活塞67的上下两端面67b、67c与后气缸盖62和前气缸盖61之间进行密封。从而，供给到各滑动部A、B的润滑油几乎不会泄漏到气缸63的流体室65中。
此外，上述旋转式活塞67的上端面67b与后气缸盖62的间隙以及旋转式活塞67的下端面67c与前气缸盖61的间隙分别被设定为气缸63的内径的1/10000～1/2000的尺寸。即，旋转式活塞67在上述轴40的轴心方向上的配合公差被设定为气缸63的内径的1/5000～1/1000的尺寸。这是因为通过上述密封机构90，可以对旋转式活塞67的上下两端面67b、67c与前气缸盖61和后气缸盖62之间进行密封，因此没有必要像现有的那样减小旋转式活塞67的端面67b、67c与前气缸盖61和后气缸盖62的间隙的缘故。从而，没有必要严格管理上述旋转式活塞67的加工精度或装配精度，因此可以实现降低成本。
—运转动作—下面，对上述空调机10的动作进行说明。此处，对空调机10的制冷运转时和供暖运转时的动作进行说明，接着，对膨胀机构60的动作进行说明。
<制冷运转>
在制冷运转时，第1四路切换阀21和第2四路切换阀22被切换为图1中用虚线所示的状态。在该状态下，当对压缩膨胀单元30的电动机45通电时，制冷剂在制冷剂回路20中循环，进行蒸汽压缩式的制冷循环。
在上述压缩机构50中被压缩后的制冷剂通过排出管36，从压缩膨胀单元30排出。在该状态下，制冷剂的压力变为比临界压力高。该排出的制冷剂通过第1四路切换阀21，被输送到室外热交换器23。在该室外热交换器23中，流入的制冷剂向室外空气散热。
在上述室外热交换器23中散热后的制冷剂通过第2四路切换阀22，从流入口34流入到压缩膨胀单元30的膨胀机构60。在该膨胀机构60中，高压制冷剂膨胀，其内部的能量转换为轴40的旋转动力。进而，膨胀后的低压制冷剂通过流出口35从压缩膨胀单元30流出，通过第2四路切换阀22输送到室内热交换器24。
在上述室内热交换器24中，流入的制冷剂从室内空气中吸热并蒸发，室内空气被冷却。从上述室内热交换器24出来的低压气体制冷剂通过第1四路切换阀21，从吸入口32被吸入到压缩膨胀单元30的压缩机构50中。进而，该压缩机构50对吸入的制冷剂再次进行压缩并将其排出。
<供暖运转>
在供暖运转时，第1四路切换阀21和第2四路切换阀22被切换为图1中实线所示的状态。在该状态下，当对压缩膨胀单元30的电动机45通电时，制冷剂在制冷剂回路20中循环，进行蒸汽压缩式的制冷循环。
在上述压缩机构50中被压缩后的制冷剂通过排出管36，从压缩膨胀单元30排出。在该状态下，制冷剂的压力变为比临界压力高。该排出的制冷剂通过第1四路切换阀21，被输送到室内热交换器24。在该室内热交换器24中，流入的制冷剂向室内空气散热，从而室内空气被加热。
在上述室内热交换器24中散热后的制冷剂通过第2四路切换阀22，从流入口34流入到压缩膨胀单元30的膨胀机构60。在该膨胀机构60中，高压制冷剂膨胀，其内部的能量转换为轴40的旋转动力。进而，膨胀后的低压制冷剂通过流出口35从压缩膨胀单元30流出，通过第2四路切换阀22输送到室外热交换器23。
在上述室外热交换器23中，流入的制冷剂从室外空气中吸热并蒸发。从上述室外热交换器23出来的低压气体制冷剂通过第1四路切换阀21，从吸入口32被吸入到压缩膨胀单元30的压缩机构50中。进而，该压缩机构50对吸入的制冷剂再次进行压缩并将其排出。
<膨胀机构的动作>
一边参照图5，一边对上述膨胀机构60的动作进行说明。当超临界状态的高压制冷剂流入到该膨胀机构60的高压室66a时，轴40向图5的各图中的逆时针方向旋转。
在上述轴40的旋转角为0°的时刻，流入口34的末端被大径偏心部41的端面堵塞。当轴40从该状态稍稍旋转时，流入口34与高压室66a连通，高压制冷剂开始向高压室66a流入。此后，随着上述轴40的旋转角按90°、180°、270°逐渐变大，高压室66a的容积逐渐增加。进而，当上述轴40的旋转角基本达到360°时，流入口34再次被大径偏心部41的端面堵塞，隔断高压制冷剂向高压室66a的流入。
接着，当上述轴40的旋转角再次成为0°的状态时，低压室66b与流出口35连通，低压室66b的制冷剂开始流出。此后，随着上述轴40的旋转角按90°、180°、270°逐渐变大，低压室66b的容积逐渐减小，在此期间，制冷剂从流出口35继续流出。进而，当上述轴40的旋转角基本达到360°时，流出口35被旋转式活塞67堵塞，隔断从低压室66b的制冷剂的流出。此时，通过高压室66a与低压室66b的压力差，旋转式活塞67和轴40被旋转驱动。
在上述膨胀机构60的动作中，通过轴40的旋转，油槽中的润滑油从供油槽49被供给到膨胀机构60等的滑动部。此处，在上述膨胀机构60中，即使从细槽49a向各滑动部A、B过量地进行供油，产生多余的润滑油，密封机构90也可以抑制该润滑油向流体室65的流入。从而，几乎不会有润滑油与流体室65的制冷剂混合、与制冷剂一起通过流出口35从压缩膨胀单元30流出的情况。其结果，可以抑制向制冷剂回路20的窜油，可以抑制各热交换器23、24的性能降低。
此外，由于本实施方式的压缩膨胀单元30具有压缩机构50，构成为所谓高压气室型，因此，油槽中的润滑油被从压缩机构50排出后的高温高压气体制冷剂加热。从而，供给上述膨胀机构60的润滑油成为较高的温度。另一方面，在上述制冷剂回路20中，由于进行制冷剂的蒸汽压缩式制冷循环，所以，流入膨胀机构60中的制冷剂的温度变得较低。由此，由于在膨胀机构60中，密封机构90可抑制润滑油向流体室65的流入，从而流体室65内的低温的制冷剂不会与高温的润滑油混合而被加热，因此，可以抑制膨胀过程中的热损失。
此外，由于上述唇形密封件92由耐磨性和耐热性优异的聚四氟乙烯系的树脂材料形成，因此，即使在伴随旋转式活塞67的旋转而产生的旋转式活塞67与前气缸盖61或后气缸盖62的滑动中，也可以确保高的密封性。
—实施方式的效果—如以上说明的那样，根据本实施方式1，由于在旋转式活塞67的上下两端面67b、67c上，设置对旋转式活塞67与前气缸盖61和后气缸盖62之间进行密封的密封机构90，因此，可以抑制供给到膨胀机构60的各滑动部A、B的润滑油泄漏到流体室65内。从而，润滑油几乎不会与制冷剂一起从压缩膨胀单元30流出。从而，可以抑制向制冷剂回路20的窜油，可以消除膨胀机构60中的润滑油不足，同时，可以抑制各热交换器23、24的性能降低。其结果，可以实现设备可靠性的提高。
此外，特别地，在高压气室型的压缩膨胀单元30中，油槽中的润滑油为较高的温度，另一方面，在进行蒸汽压缩式制冷循环的制冷剂回路20中，流入膨胀机构60的制冷剂为较低的温度，但如上所述，通过抑制润滑油向流体室65的泄漏，可以阻止低温的制冷剂与高温的润滑油混合而被加热，可以抑制膨胀过程中的热损失。其结果，可以实现运转效率的提高。
此外，由于使用唇形密封件92作为上述密封部件，因此，通过润滑油的压力作用，使唇形密封件92的开口扩大，可以使唇形密封件92可靠地紧贴在前气缸盖61和后气缸盖62以及密封槽91上。从而，可以可靠地对旋转式活塞67的上下两端面67b、67c与前气缸盖61和后气缸盖62之间进行密封。
此外，由于将上述唇形密封件92用耐磨性和耐热性优异的聚四氟乙烯系的树脂材料形成，因此，即使在伴随旋转式活塞67旋转运动产生的旋转式活塞67与前气缸盖61或后气缸盖62的滑动中，也可以确保高的密封性。
此外，由于将旋转式活塞67在上述轴40的轴心方向上的的配合公差设定为气缸63的内径的1/5000～1/1000的尺寸，因此，不需要严格地管理旋转式活塞67的加工精度或装配精度，可以实现降低成本。
《发明实施方式2》下面，根据附图对本发明的实施方式2进行说明。
本实施方式2如图6和图7所示，使用叶端密封件，来代替上述实施方式1使用唇形密封件作为密封部件92。即，在本实施方式中，密封机构90由下列部分构成密封槽91，该密封槽91形成在旋转式活塞67的上下两端面67b、67c上；和叶端密封件92，该叶端密封件92嵌入在该密封槽91中。
具体地，上述叶端密封件92是一种机械式密封件，由铜等金属材料形成。对于该叶端密封件92，其截面形成为矩形形状，并且，在俯视时形成为不连续的环状。即，上述叶端密封件92的整个圆周上的一个部位沿径向被切断(参照图6的D部)。该切断是为了下述目的而实施的，即，在对叶端密封件92施加张力的状态下将叶端密封件92安装在密封槽91中，安装后，使叶端密封件92向径向外方张开。
在上述情况下，当向各滑动部A、B过量地供油时，润滑油的压力作用在叶端密封件92的内周面上。在该润滑油的压力作用下，叶端密封件92整体稍稍从密封槽91浮起，同时，向外侧被按压，紧贴在前气缸盖61和后气缸盖62上，并且，紧贴在密封槽91的外周面上。从而，旋转式活塞67的上下两端面67b、67c与后气缸盖62和前气缸盖61之间被密封。其它结构、作用和效果，与实施方式1相同。
并且，在本实施方式中，用金属来形成叶端密封件92，但与实施方式1相同，也可以用聚四氟乙烯系的树脂材料形成。在该情况下，叶端密封件92形成为没有切断的连续环状。
《发明实施方式3》下面，根据附图对本发明的实施方式3进行说明。
本实施方式3如图8所示，改变了上述实施方式2中的密封槽91和叶端密封件92的形状。即，本实施方式的密封槽91形成为省略上述实施方式2中的环状的密封槽91的一个部位而形成的C字形状。上述叶端密封件92也同样，俯视时形成为与密封槽91匹配的C字形状。进而，上述密封槽91形成为，相当于C字形开口部的部分C面对流体室65的高压室66a侧。
在上述情况下，旋转式活塞67的端面67b、67c与前气缸盖61和后气缸盖62之间中的、相当于C形开口部的部分C没有被密封，但由于高压室66a与叶端密封件92的内侧基本是相同的压力，因此，可以抑制润滑油向高压室66a、即向流体室65的泄漏。
此外，由于将上述密封槽91形成为C字形状，因此，叶端密封件92不会因伴随轴40的旋转产生的滑动而在密封槽91内沿周方向移动。从而，相当于C字形开口部的部分C就总是面对高压室66a侧，从而可以可靠地抑制润滑油向流体室65的泄漏。其它结构、作用和效果，与实施方式2相同。
《发明实施方式4》下面，根据附图对本发明的实施方式4进行说明。
本实施方式4如图9所示，改变了上述实施方式2中的叶端密封件92的切断方式。具体地，在上述实施方式2中，是在径向上将叶端密封件92的一个部位呈直线状进行切断，但在本实施方式中，是将叶端密封件92的一个部位按阶梯状进行切断(参照D部)。即，本实施方式的叶端密封件92在切断部分D设置有搭接部分。
在上述情况下，即使叶端密封件92因伴随轴40的旋转产生的滑动而沿周方向在密封槽91内移动，由于搭接部分的存在，切断部分D的切断面也能保持相互接触状态而不会分离。从而，可以抑制润滑油向流体室65的泄漏。其它结构、作用和效果，与实施方式2相同。
并且，在本实施方式中，将叶端密封件92切断为阶梯状，但例如也可以相对于径向倾斜地呈直线状进行切断。即，也可以将上述叶端密封件92切断成，切断形状为锥状。总之，只要是在切断部分D上形成搭接部分那样的切断方式即可。
《发明实施方式5》下面，根据附图对本发明的实施方式5进行说明。
本实施方式5如图10和图11所示，只用多条密封槽93构成密封机构90，来代替上述实施方式1中用密封槽91和密封部件92构成密封机构90。即，本实施方式的密封机构90构成为迷宫式密封件。
具体地，上述迷宫式密封件90由3条密封槽93构成。该密封槽93在旋转式活塞67的上下两端面67b、67c上各形成3条。上述3条密封槽93与实施方式1中的密封槽91具有相似的形状，但彼此的直径大小不同，在旋转式活塞67的径向上形成有3层。
在上述迷宫式密封件90中，通过由润滑油的粘性产生的摩擦效果和节流口中的缩流效果等迷宫式效果，旋转式活塞67的上下两端面67b、67c与后气缸盖62和前气缸盖61之间被密封。在该情况下，由于可以省略该密封部件92本身以及省略该密封部件92的装配工序，因此，可以实现降低成本。其它结构、作用和效果，与实施方式1相同。
并且，在本实施方式中，由3条密封槽93构成迷宫式密封件90，此外，密封槽93的截面形状形成为矩形形状，但并不仅限于此，只要是能发挥迷宫式效果的范围，可以是任何数量和截面形状。
《发明实施方式6》下面，根据附图对本发明的实施方式6进行说明。
本实施方式6如图12所示，改变了上述实施方式1的膨胀机构60的结构，同时，改变了密封机构90的设置位置。即，上述实施方式1将膨胀机构60做成所谓单气缸式，取而代之，在本实施方式中，使膨胀机构60形成为双气缸式。
具体地，在上述轴40上，在上端侧形成有2个大径偏心部41、42。该2个大径偏心部41、42中的下侧的部分构成第1大径偏心部41，上侧的部分构成第2大径偏心部42。在该第1大径偏心部41和第2大径偏心部42中，主轴部44相对于它们轴心的偏心方向相反。
上述膨胀机构60具有2组成对的气缸71、81和活塞75、85；前气缸盖61；中间板64；以及后气缸盖62。在上述膨胀机构60中，前气缸盖61、第1气缸71、中间板64、第2气缸81、后气缸盖62从下向上依次层叠起来。上述第1气缸71的下侧端面被前气缸盖61封闭，上侧端面被中间板64封闭。另一方面，上述第2气缸81的下侧端面被中间板64封闭，上侧端面被后气缸盖62封闭。此外，上述第1气缸71和第2气缸81形成为相同的内径。
上述轴40贯通层叠状态下的前气缸盖61、第1气缸71、中间板64、第2气缸81以及后气缸盖62。进而，上述轴40的第1大径偏心部41位于第1气缸71内，轴40的第2大径偏心部42位于第2气缸81内。
在上述第1气缸71内设置有第1旋转式活塞75，在第2气缸81内设置有第2旋转式活塞85。上述第1气缸71和第2气缸81都形成为圆环状或圆筒状，外径彼此相等。进而，第1大径偏心部41旋转自由地嵌合在上述第1旋转式活塞75中，第2大径偏心部42旋转自由地嵌合在第2旋转式活塞85中。
上述第1旋转式活塞75的外周面与第1气缸71的内周面滑动接触，同时，下端面75c与前气缸盖61滑动接触，上端面75b与中间板64滑动接触。在上述第1气缸71内，在该第1气缸71的内周面与第1旋转式活塞75的外周面之间，形成有第1流体室72。另一方面，上述第2旋转式活塞85的外周面与第2气缸81的内周面滑动接触，同时，上端面85b与后气缸盖62滑动接触，下端面85c与中间板64滑动接触。在上述第2气缸81内，在该第2气缸81的内周面与第2旋转式活塞85的外周面之间，形成有第2流体室82。
即，在本实施方式的膨胀机构60中，中间板64构成用于对第1气缸71内和第2气缸81内进行分隔的中间分隔板。进而，上述各旋转式活塞75、85用1根轴40连接起来且依次地并行设置，同时，上述各旋转式活塞75、85被配置成，相邻的旋转式活塞75、85的端面75b、85c隔着中间板64相互对置。
在上述前气缸盖61中形成有第1流入口34a，该第1流入口34a与第1流体室72的高压室连通，在上述后气缸盖62中形成有第2流入口34b，该第2流入口34b与第2流体室82的高压室连通。另一方面，在上述各气缸71、81中分别形成有流出口35，该流出口35与各流体室72、82的低压室连通。
分别在上述第1旋转式活塞75的下端面75c和第1旋转式活塞75的上端面85b上设置有密封机构90。即，该密封机构90被设置在各旋转式活塞75、85的端面中的、与作为封闭部件的前气缸盖61和后气缸盖62对置的端面75c、85b上。并且，上述密封机构90的结构与实施方式1的相同。
在本实施方式的情况下，当在各气缸71、81中过量地供油时，在设置有密封机构90一侧的端面75c、85b上，作用有比作用在没有设置密封机构90的中间板64侧的端面75b、85c上的润滑油的压力高的压力，各旋转式活塞75、85向中间板64侧被按压，基本成为与中间板64紧贴的状态。从而，在各旋转式活塞75、85的上下两端面75b、75c、85b、85c与前气缸盖61、后气缸盖62以及中间板64之间被密封。这样，由于没有将密封机构90设置在各旋转式活塞75、85的中间板64侧的端面75b、85c上，因此，在防止唇形密封件92咬入到中间板64的轴40用的贯通孔64a中的同时，可以确保密封性。其它结构、作用和效果，与实施方式1相同。
《其它实施方式》本发明对上述各实施方式，也可以如下那样构成。
例如，在上述实施方式2～4中，在旋转式活塞67的上下两端面67b、67c上，各设置一对密封槽91和唇形密封件92，但也可以如图13所示，各设置2对，进行双层密封。在此情况下，可以进一步确保密封性。
此外，在上述实施方式1～5中，在旋转式活塞67的两端面67b、67c上设置了密封机构90，但也可以设置在任何一个端面上。在此情况下，可以得到与上述实施方式6同样的密封作用。即，本发明只要在旋转式活塞67的两端面67b、67c中的至少一个端面上设置密封机构90即可。
此外，在上述实施方式1～4和6中，密封部件92的材料当然也可以使用聚四氟乙烯系的树脂材料以外的材料。
产业上利用的可能性如以上说明的那样，本发明对通过高压流体的膨胀来产生动力的旋转式膨胀机很有用。
权利要求
1.一种旋转式膨胀机，该旋转式膨胀机具备膨胀机构(60)，所述膨胀机构(60)具有气缸(63)，该气缸(63)的两端被封闭部件(61、62)封闭；和旋转式活塞(67)，该旋转式活塞(67)收纳在该气缸(63)内，其特征在于，在所述旋转式活塞(67)的两端面中的至少一个端面上，设置有用于对该旋转式活塞(67)与封闭部件(61、62)之间进行密封的密封机构(90)。
2.如权利要求1所述的旋转式膨胀机，其特征在于，该旋转式膨胀机具备一根旋转轴(40)，所述旋转轴(40)具有旋转自由地嵌合在所述旋转式活塞(67)上的偏心部(41)，在该旋转轴(40)中形成有供油槽(49)，该供油槽(49)至少用于向偏心部(41)与封闭部件(61、62)的滑动部以及旋转式活塞(67)与偏心部(41)的滑动部供油。
3.如权利要求2所述的旋转式膨胀机，其特征在于，所述膨胀机构(60)具有多个旋转式活塞(75、85)，该各旋转式活塞(75、85)用一根旋转轴(40)连接起来且依次并列设置，同时，该各旋转式活塞(75、85)被配置成，相邻的旋转式活塞(75、85)的端面隔着中间分隔板(64)相互对置，所述密封机构(90)被设置在多个旋转式活塞(75、85)的端面中的与封闭部件(61、62)对置的端面上。
4.如权利要求1～3的任何一项所述的旋转式膨胀机，其特征在于，所述密封机构(90)由下列部分构成密封槽(91)，该密封槽(91)形成在旋转式活塞(67)的端面上；和密封部件(92)，该密封部件(92)嵌入在该密封槽(91)中。
5.如权利要求4所述的旋转式膨胀机，其特征在于，所述密封部件(92)是唇形密封件或叶端密封件。
6.如权利要求1～3的任何一项所述的旋转式膨胀机，其特征在于，所述密封机构(90)是迷宫式密封件。
7.如权利要求4或5所述的旋转式膨胀机，其特征在于，所述密封部件(92)由聚四氟乙烯系(PTFE系)的树脂材料形成。
8.如权利要求1～7的任何一项所述的旋转式膨胀机，其特征在于，旋转式活塞(67)在所述旋转轴(40)的轴心方向上的配合公差被设定为气缸(63)的内径D的1/5000～1/1000的尺寸。
全文摘要
本发明提供一种旋转式膨胀机，该膨胀机在旋转式活塞(67)的上下两端面(67b、67c)上，沿圆环状的端面(67b、67c)形成有环状的密封槽(91)，在该密封槽(91)中，嵌入环状的唇形密封件(92)。从而，从轴(40)的供油槽(49)供给的润滑油几乎不会从旋转式活塞(67)的上限两端面(67b、67c)与前气缸盖(61)和后气缸盖(62)之间，流入到气缸(63)的流体室(65)中，因此，可以消除润滑油不足。
文档编号F01C11/00GK1934335SQ20058000848
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月15日 优先权日2004年3月16日
发明者冈本昌和, 森胁道雄, 熊仓英二, 冈本哲也, 鉾谷克己 申请人:大金工业株式会社