多级旋转型流体机械以及制冷循环装置的制作方法

专利名称：多级旋转型流体机械以及制冷循环装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以压縮机或膨胀机为代表的多级旋转型流体机械。并 且，本发明还涉及一种使用该多级旋转型流体机械的制冷循环装置。
背景技术：
提出有一种利用膨胀机回收制冷剂的膨胀能量，并将该回收的能量作 为压縮机的一部分功来利用的动力回收式的制冷循环装置。例如，作为适
用于这种制冷循环装置的膨胀机，正在研讨日本特开2005 — 106046号公 报所示的二级旋转型膨胀机。
图IOA、图10B是现有的二级旋转型膨胀机200的横剖面图。图10A 表示第一级的工作缸205 (第一工作缸205)，图10B表示第二级的工作 缸206 (第二工作缸206)。被吸入至第一工作缸205中的制冷剂在膨胀 室内膨胀，而该膨胀室由第一工作缸205的动作室215b、第二工作缸206 的动作室216a、以及连通两动作室215b、 216a的连通孔204a构成。第一 工作缸205和第二工作缸206被中板上下分隔开，以在厚度方向上贯通该 中板的方式形成有连通孔204a。如果采用这种结构，则能够简单地将吸入 制冷剂的动作室215a、使制冷剂膨胀的动作室215b、 216a以及喷出制冷 剂的动作室216b分隔开，同时在吸入侧的动作室215a可以360。连续吸 入，从而能够降低吸入脉动。
在上述这样的二级旋转型膨胀机200中，连通孔204a的开口形状通 常为圆形。以下，参照图11A 图11D的动作说明图，对连通孔204a的 作用进行说明。图11A 图11D以时间序列来表示旋转轴203(参照图IOA、 图10B)逆时针旋转时的动作室215a、 215b、 216a、 216b与连通孔204a 的连通状态。各图的上段都对应于第一工作缸205侧、下段都对应于第二 工作缸206侦lj。动作室215a、 215b、 216a、 216b与连通孔204a的连通部 分用斜线来表示。图11A表示第一工作缸205的动作室215a与连通孔204a开始连通的 瞬间。第一工作缸205的动作室215a与连通孔204a的连通是以伴随旋转 轴203的旋转而使连通孔204a逐渐从关闭状态打开的方式开始的。如果 根据图IIA的例子，则第一工作缸205的动作室215a和连通孔204a开始 连通的瞬间也就是连通孔204a的开口边缘和第一工作缸205的内周面的 接点Ql与第一活塞209和第一工作缸205的接点P1 —致的瞬间。在这一 瞬间，在第二工作缸206侧，连通孔204a、动作室216a以及喷出端口 206b 三者连通。
图IIB表示第一活塞209和第二活塞210都处于上止点的瞬间、即表 示第一叶片211和第二叶片212最大程度地被压入的瞬间。第一工作缸205 和第二工作缸206都只在该瞬间其动作室不会被分隔为两个。连通孔204a 与第一工作缸205的动作室215 (215a+215b)以及第二工作缸206的动作 室216 (216a+216b)连通。但是，如果更细致地观察，则会发现第一工作 缸205的动作室215与吸入端口 205b也连通，并且，第二工作缸206的 动作室216与喷出端口 206b也连通。g卩，从吸入端口 205b吸入的制冷剂 能够依次通过第一工作缸205的动作室215、连通孔204a以及第二工作缸 206的动作室216，从而直接偏流喷出端口 206b。
接下来，如果使旋转轴203旋转至如图11C所示的状态，则连通孔 204a与第二工作缸206的动作室216a、 216b之间的连通暂时结束。根据 图的例子，连通孔204a与第二工作缸206的动作室216a开始连通的 瞬间也就是连通孔204a的开口边缘和第二工作缸206内周面的接点Q2与 第二活塞210和第二工作缸206的接点P2 —致的瞬间。
图11D表示旋转轴203从图11C旋转了 20°的状态。由第一工作缸 205的动作室215b、第二工作缸206的动作室216a以及连通两动作室215b、 216a的连通孔204a构成膨胀室。
如上所述，在这种二级旋转型膨胀机中，在连通孔204a开闭前后， 有时产生制冷剂直接从吸入端口偏流到喷出端口的现象。这种现象从图 11A的状态到图11C的状态为止的期间一直持续，从而成为降低膨胀机的 性能的原因。
进而，再对另一个问题点进行说明。图11B表示活塞209、 210处于上止点的瞬间。第一工作缸205和第 二工作缸206都只在该瞬间其动作室不会被分隔为两个。而且，当伴随旋 转轴203的旋转而叶片211 、212开始前进时，会重新开始形成动作室215a、 216a (参照图IIC、图11D)。
但是，从图11B的状态到图UC的状态为止的期间，不会从连通孔 204a向该新形成的动作室216a供给制冷剂。也就是说，第二工作缸206 的动作室216a不会在没有制冷剂的状态下强行地增大体积，因此，在与 旋转轴203的旋转方向相反的方向上能够产生制动转矩。
这些问题不只在二级旋转型膨胀机中会产生，在二级旋转型压縮机这 样的其他多级旋转型流体机械中也可能会产生。

发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的在于提供一种高效率的多级旋转型流体 机械，该多级旋转型流体机械不会产生从吸入端口吸入的动作流体(例如 制冷剂)在完全不做功的情况下就偏流到喷出端口的现象。同时，其目的 还在于尽可能不产生制动转矩(尽可能縮短产生时间)。
艮P，本发明提供一种多级旋转型流体机械，其具有 第一工作缸；
旋转轴，其贯穿所述第一工作缸的内外；
第一活塞，其安装于所述旋转轴，且在所述第一工作缸内进行偏心旋
转；
第二工作缸，其以共有所述旋转轴的方式与所述第一工作缸同心状配
置；
第二活塞，其安装于所述旋转轴，且在所述第二工作缸内进行偏心旋
转；
第一分隔部件，其安装于形成在所述第一工作缸上的第一槽，并将所 述第一工作缸和所述第一活塞之间的空间分隔为第一吸入侧空间和第一 喷出侧空间；
第二分隔部件，其安装于形成在所述第二工作缸上的第二槽，并将所 述第二工作缸和所述第二活塞之间的空间分隔为第二吸入侧空间和第二喷出侧空间；
中板，其具有使所述第一喷出侧空间和所述第二吸入侧空间连通而形 成一个动作室的连通孔，同时隔开所述第一工作缸和所述第二工作缸； 吸入端口，其用于使动作流体吸入至所述第一吸入侧空间；以及 喷出端口 ，其用于使所述动作流体从所述第二喷出侧空间喷出； 对所述连通孔的开口形状和位置进行设定，使得在所述旋转轴的整个 旋转角度上不会产生所述动作流体从所述吸入端口向所述喷出端口的直 接的偏流。
并且，本发明还提供一种制冷循环装置，其具有 压縮制冷剂的压縮机、
使通过所述压縮机压縮的制冷剂散热的散热器、 使通过所述散热器散热的制冷剂膨胀的膨胀机、以及 使通过所述膨胀机膨胀的制冷剂蒸发的蒸发器， 所述膨胀机由上述的多级旋转型流体机械构成。
根据上述的本发明，因为不会产生制冷剂从吸入端口直接偏流向喷出 端口的现象，所以能够提供一种高效率的多级旋转型流体机械。在将本发 明的多级旋转型流体机械作为制冷循环装置的膨胀机来使用的情况下，由 于可以将制冷剂的膨胀能量毫不浪费地回收，所以能够期望提高制冷系


图1是本发明的一个实施方式的二级旋转型膨胀机的纵剖面图； 图2A是图1所示的二级旋转型膨胀机的X1—X1横剖面图； 图2B是图1所示的二级旋转型膨胀机的X2—X2横剖面图； 图3A是表示第一实施方式中的连通孔和动作室的连通状态的动作说 明图3B是延续图3A的动作说明图； 图3C是延续图3B的动作说明图； 图3D是延续图3C的动作说明图； 图4A是连通孔的纵剖面图；图4B是连通孔的其他例子的纵剖面图5A是表示第二实施方式中的连通孔和动作室的连通状态的动作说 明图5B是延续图5A的动作说明图； 图5C是延续图5B的动作说明图； 图5D是延续图5C的动作说明图6A是表示第三实施方式中的连通孔和动作室的连通状态的动作说 明图6B是延续图6A的动作说明图； 图6C是延续图6B的动作说明图； 图6D是延续图6C的动作说明图7A是表示第四实施方式中的连通孔和动作室的连通状态的动作说 明图7B是延续图7A的动作说明图； 图7C是延续图7B的动作说明图； 图7D是延续图7C的动作说明图8A是表示第五实施方式中的连通孔和动作室的连通状态的动作说 明图-,
图8B是延续图8A的动作说明图； 图8C是延续图8B的动作说明图； 图8D是延续图8C的动作说明图9是表示使用图1所示的膨胀机的制冷循环装置的框图10A是现有的二级旋转型膨胀机的横剖面图10B同样是现有的二级旋转型膨胀机的橫剖面图IIA是明确表示现有的二级旋转型膨胀机的问题点的动作说明图IIB是延续图IIA的动作说明图IIC是延续图11B的动作说明图UD是延续图IIC的动作说明具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。旋转型膨胀机或旋转
型压縮机所代表的旋转型流体机械细分为柱塞(rolling piston)方式和摆 动(swing)方式，本发明可以适用于其中任何一种。在本说明书中对柱 塞方式的实施方式进行说明。 (第一实施方式)
图1是表示本发明的一个实施方式的二级旋转型膨胀机的结构的纵剖 面图。图2A是图1的二级旋转型膨胀机的X1—X1横剖面图，图2B是 X2—X2横剖面图。二级旋转型膨胀机100具有密闭容器102、发电机101 以及膨胀结构120。
发电机101包括固定于密闭容器102上的定子101a和固定于旋转轴 103上的转子101b。旋转轴103为发电机101和膨胀机构120所共用。
膨胀机构120具有上轴承部件107、第一工作缸105、中板104、第二 工作缸106、下轴承部件108、第一活塞109、第二活塞110、第一叶片(vane) 111、第二叶片112、第一弹簧113、第二弹簧114以及旋转轴103，从而 组成所谓的二级旋转型的结构。旋转轴103贯通被中板104互相隔开的第 一工作缸105和第二工作缸106，且被上轴承部件107和下轴承部件108 支承为可以旋转。在旋转轴103上，以朝向半径方向的外侧突出的方式设 有第一偏心部103a和第二偏心部103b。在第一偏心部103a上嵌合有配置 在第一工作缸105内部的环状的第一活塞109。在第二偏心部103b上嵌合 有配置在第二工作缸106内部的第二活塞110。
如图2A所示，在第一工作缸105上形成有第一叶片槽105a。在第一 叶片槽105a上，以可以滑动、换而言之可以沿长边方向进退的方式安装 有第一叶片lll。第一弹簧113配置在第一叶片111的背面侧，其一端接 触于第一工作缸105，另一端接触于第一叶片111，并将第一叶片111按 压在第一活塞109上。另外，如图2B所示，在第二工作缸106上形成有 第二叶片槽106a。在第二叶片槽106a上，以可以滑动、换而言之可以沿 长边方向进退的方式安装有第二叶片112。第二弹簧114配置于第二叶片 112的背面侧，其一端接触于第二工作缸106而另一端接触于第二叶片 112，并将第二叶片112按压在第二活塞110上。
并且，即使是相同的旋转型的流动机械，在摆动方式的流动机械的情况下，叶片111、 112和活塞109、 110也是由一部件构成，相当于叶片111、 112的部分与相当于活塞109、 110的部分一起前后左右摆动。
由第一工作缸105和第一活塞109形成的月牙形状的空间被作为分隔 部件的第一叶片111分隔为作为吸入侧动作室的第一吸入侧空间115a 和作为喷出侧动作室的第一喷出侧空间115b。另外，由第二工作缸106 和第二活塞IIO形成的月牙形状的空间被作为分隔部件的第二叶片112分 隔为作为吸入侧动作室的第二吸入侧空间116a和作为喷出侧动作室的 第二喷出侧空间116b。
形成于第一工作缸105的吸入端口 105b与第一吸入侧空间115a连通。 吸入端口 105b连接于贯通密闭容器102内外的吸入管117。在中板104 上以贯通厚度方向的方式形成有连通孔104a，通过该连通孔104a，第一 工作缸105的第一喷出侧空间115b和第二工作缸106的第二吸入侧空间 116a连通，并形成一个动作室(膨胀室)。形成于第二工作缸106的喷出 端口 106b与第二喷出侧空间116b连通。喷出端口 106b连接于贯通密闭 容器102内外的喷出管118。
并且，吸入端口 105b也可以形成为位于中板104的相反侧且堵塞第 一工作缸105的部件(在本实施方式中为上轴承部件107)。同样地，喷 出端口 106b也可以形成为位于中板104的相反侧且堵塞第二工作缸106 的部件(在本实施方式中为下轴承部件108)。
本实施方式的二级旋转型膨胀机100中，第一工作缸105的内径和第 二工作缸106的内径相等，第一活塞109的外径和第二活塞110的外径相 等，第一工作缸105的高度和第二工作缸106的高度不同。因此，第二吸 入侧空间116a和第二喷出侧空间116b的总计体积比第一吸入侧空间115a 和第一喷出侧空间115b的总计体积要大，且第二工作缸106侧的排开容 积比第一工作缸105侧的要大。但是，排开容积的大小关系只要如本实施 方式那样适当，则工作缸的内径、工作缸的高度以及活塞的外径中也可以 至少有一种不同。
另外，第一工作缸105和第二工作缸106是同心状的配置，而第一叶 片111和第二叶片112是在旋转轴103的回转轴O周围互相错开规定角度 的配置。第一叶片lll和第二叶片112所成角度例如可以是数十度的锐角。并且，旋转轴103的第一偏心部103a和第二偏心部103b在旋转轴103的 回转轴O周围突出的方向(偏心方向)不同。该突出方向的不同与第一叶 片111和第二叶片112所成角度9 (参照图3B) —致。也就是说，第一 活塞109到达上止点(将第一叶片111最大程度地推上去的位置)的时刻 与第二活塞110到达上止点(将第二叶片112最大程度地推上去的位置) 的时刻一致。根据这种结构，能够使由第一工作缸105的第一喷出侧空间 115b和第二工作缸106的第二吸入侧空间116a所形成的膨胀室的体积顺 利地增加，从而使膨胀机100的回收动力最大化。并且，在本说明书中， 将活塞到达上止点的时刻(timing)记为"活塞的上止点时刻"。
另夕卜，在由第一叶片111和第二叶片112夹着的角度区域内，连通孔 104a以从第一工作缸105朝向第二工作缸106延伸的方式形成在中板104 上。通过这样的结构，能够使与旋转轴103的回转轴O平行的方向(轴向) 上的连通孔104a的长度最小，从而能够降低制冷剂通过连通孔104a时的 压力损失。
接下来，对膨胀机100的作用进行说明。
高压的制冷剂从图2A所示的吸入管117经过吸入端口 105b被吸入至 第一工作缸105的第一吸入侧空间U5a。伴随旋转轴103的旋转，第一吸 入侧空间115a的容积扩大。如果旋转轴103进一步旋转，则第一吸入侧 空间115a向第一喷出侧空间115b移动，从而吸入行程结束。高压的制冷 剂通过连通孔104a从第一工作缸105的第一喷出侧空间115b移动向第二 工作缸106的第二吸入侧空间116a。然后，旋转轴103朝向由第一喷出侧 空间115b、连通孔104a以及第二吸入侧空间116a组成的膨胀室整体的容 积增加的方向，即朝向第一工作缸105的第一喷出侧空间115b的容积减 少而第二工作缸106的第二吸入侧空间116a的容积增加的方向旋转，从 而驱动发电机IOI。伴随旋转轴103的旋转，第一工作缸105的第一喷出 侧空间115b消失。第二工作缸106的第二吸入侧空间116a移动向与喷出 端口 106b连通的第二喷出动作室116b，从而膨胀行程结束。然后，变成 低压的制冷剂从喷出端口 106b喷出到喷出管118。
如图2A所示，在第一工作缸105侧，连通孔104a的开口位置和吸入 端口 105b的位置分别以分开到第一叶片111的左右的方式进行设定。另外，在第二工作缸106侧，连通孔104a的开口位置和喷出端口 106b的位 置分别以分开到第二叶片112的左右的方式进行设定。如果这样，则能够 抑制作为膨胀室不能使用的空间产生在工作缸105、 106内，从而能够确 保大的膨胀室的容积。
在本实施方式中，由于在吸入端口 105b没有设置阀，所以通过吸入 管117而被导入至膨胀机构120的制冷剂，在旋转轴103的整个旋转角度 都能被吸入至第一吸入侧空间115a。另外，由于在喷出端口 106b也没有 设置阀，所以通过膨胀机构120膨胀的制冷剂会在旋转轴103的整个旋转 角度上从第二喷出侧空间116b经由喷出端口 106b被喷出向喷出管118。 这样，只要可以360°连续吸入或360°连续喷出，就能够抑制成为噪音 或振动的原因的吸入脉动和喷出脉动。
如在图11A 11D中说明的那样，根据现有的二级旋转型膨胀机，虽 然可以360°连续吸入或360°连续喷出，但是存在制冷剂完全没有膨胀 就能够从吸入端口偏流到喷出端口的期间。相对于此，本实施方式的二级 旋转型膨胀机100为使这种偏流现象(吹§抜"現象)不在旋转轴103的 整个旋转角度上产生，设定了连通孔104a的开口形状(包括大小)以及 位置。以下，利用图3A 图3D来进行说明。图3A 图3D是与先前所 示的图11A 图IID相同的动作说明图。
图3A表示第一工作缸105的第一吸入侧空间115a和连通孔104a开 始连通的瞬间。这一瞬间也是第一工作缸105的第一喷出侧空间115b和 连通孔104a的连通结束的瞬间。第一喷出侧空间115b的容积接近于零。 在第二工作缸106侧，连通孔104a被第二活塞110堵塞而全闭。第二喷 出侧空间116b的容积也接近于零。连通孔104a的开口边缘ABCD的一部 分区间AB与第二活塞110的外形一致。
图3B表示第一活塞109和第二活塞110都处于上止点的瞬间、即表 示第一叶片111和第二叶片112最大程度地被压入的瞬间。第一活塞109 处于上止点的瞬间，第一活塞109和第一工作缸105之间的空间115连成 一个空间。同样，第二活塞110处于上止点的瞬间，第二活塞110和第二 工作缸106之间的空间116连成一个空间。虽然连通孔104a与第一工作 缸105的空间115 (115a+115b)的连通已经开始，但是与第二工作缸106
13的空间116 (116a+116b)的连通还未开始。
图3C表示连通孔104a与第二工作缸106的第二吸入侧空间116a开 始连通的瞬间。
图3D表示旋转轴103从图3C旋转了 20°的瞬间。由第一工作缸105 的第一喷出侧空间115b、第二工作缸106的第二吸入侧空间116a以及连 通孔104a构成膨胀室。
为了防止偏流现象的发生，在吸入端口 105b、第一工作缸105的第一 吸入侧空间115a、连通孔104a连通的期间，只要连通孔104a、第二工作 缸106的第二喷出侧空间116b、喷出端口 106b也可以不连通。为了实现 这种情况，可以设定连通孔104a的开口形状和位置以及第一活塞109和 第二活塞110的相位。
吸入端口 105b和连通孔104a连通的期间就是相当于图3A 图3C的 期间。具体而言，是从连通孔104a的开口边缘和第一工作缸105内周面 的接点Ql与第一活塞109和第一工作缸105的接点Pl —致的瞬间开始， 直到第一活塞109和第一工作缸105的接点Pl通过吸入端口 105b的所形 成的角度范围，换言之，直到整个吸入端口 105b在第一吸入侧空间115a 露出。吸入端口 105b或喷出端口 106b的形成的角度范围对应于吸入管117 或喷出管118的内径。 一方面，在相当于图3A 图3C的期间，连通孔 104a的第二工作缸106侧的开口被第二活塞110堵塞，第二工作缸106的 第二喷出侧空间116b与连通孔104a不连通。因此，不会引起制冷剂从吸 入端口 105b直接偏流到喷出端口 106b的现象，也不存在对动力回收无贡 献的制冷剂，能够改善二级旋转型膨胀机的效率。
如图3A的上段图所示，第一工作缸105侧的连通孔104a的开口形状 为圆形。但是，不限于圆形，也可以采用后述的椭圆形或扇形等其他形状。 另外，为了使连通孔104a的第一工作缸105侧的开口边缘与第一工作缸 105的内周面和第一叶片111的可动区域这两者相接，可以决定连通孔 104a的位置。这样，有利于削减作为膨胀室不工作的空间，也能够抑制与 旋转轴103的旋转方向反向的制动转矩的产生。
另一方面，如图3A的下段图所示，第二工作缸106侧设定连通孔104a 的位置，使得开口缘ABCD的一部分区间AB (第一区间)与一个假想圆重合，所述假想圆的直径与第二活塞110的直径相等，且与第二工作缸106
内接。具体而言，连通孔104a的开口缘ABCD的一部分区间AB变成沿 着该连通孔104a和第一喷出侧空间115b的连通被断开的瞬间(图3A的 瞬间)时的第二活塞110的外形的圆弧状。设定第一活塞109和第二活塞 110的相位，使得第一喷出侧空间115b和连通孔104a的连通断开的瞬间 与第二吸入侧空间116a和连通孔104a的连通断开的瞬间一致。这样，能 够防止在旋转轴103的整个旋转角度上制冷剂从吸入端口 105b直接偏流 到喷出端口 106b，同时也能够尽量减少制冷剂通过连通孔104a时的压力 损失。
但是，在图3A的瞬间，连通孔104a的开口缘ABCD的一部分区间 AB也可以不与第二活塞110的外形重合。g卩，第二工作缸106侧的连通 孔104a的开口缘ABCD整体位于如下位置这个位置是比该连通孔104a 和第一吸入侧空间115a开始连通的图3A的瞬间时的第二活塞110的外形 更靠旋转轴103的中心侧的位置。在这种情况下，也能够起到同样的防止 偏流的效果。
另外，第二工作缸106侧的连通孔104a的开口缘ABCD全部远离第 二工作缸106的内圆周面。这样，在经过吸入端口 105b、第一工作缸105 的第一吸入侧空间105a以及连通孔104a这三者连通的期间之前，都可以 在第二工作缸106侧维持连通孔104a全闭的状态。
并且，在本实施方式中，在第一工作缸105侧和第二工作缸106侧， 使连通孔104a的开口形状不同，而这种开口形状的不同能够通过以下操 作制造出来。如图4A所示，首先，在厚度方向上贯穿中板104，形成横 截面形状为圆形的贯通孔TH。接下来，浅浅地掘削该贯通孔TH的周围 并设置锪孔104p、 104q，从而形成含有该锪孔104p、 104q的连通孔104a。 这样，在中板104的正反面都可以自由地调整连通孔104a的开口形状。 第二工作缸106侧的连通孔104a的开口缘ABCD由锪孔104q形成。由于 锪孔104p、 104q的加工比较容易，所以不会产生成本增加的问题。这样 的锪孔可以只设置于第二工作缸106侧，也可以只设置于第一工作缸105 侧。另外，如图4B所示，形成于中板104的贯通孔TH也可以是横截面 形状表示为椭圆的斜孔。而且，在防止压力损失的增大方面，优选使由锪
15孔104p、 104q所限制的开口面积在第一工作缸105侧和在第二工作缸106 侧一致。
另外，可以设定连通孔104a的开口形状和位置，使得第二工作缸106 侧的开口缘ABCD的一部分区间AD (第二区间)沿着第二叶片112的可 动区域。也就是说，如图3A所示，连通孔104a的开口缘ABCD的一部 分区间AD在第二叶片槽106a的延长线上重合。尽量靠近第二叶片112 来设置连通孔104a有利于作为膨胀室不工作的空间的消减，通过这样， 能够降低在第二吸入侧空间116a没有制冷剂的状态下因旋转轴103旋转 而引起的制动转矩。
另外，可以设定连通孔104a的开口形状和位置，使得开口缘ABCD 全部收容在由第一叶片槽105a和第二叶片槽106a夹着的角度范围内。将 第一叶片槽105a的延长线投影向中板104，能够在该投影的延长线上决定 开口缘ABCD的一部分区间BC (第三区间)。形成开口缘ABCD的一部 分区间CD (第四区间)的点C和点D优选设定成使连通孔104a的开口 面积最终在第一工作缸105侧和在第二工作缸106侧都相等。在本实施方 式中，上述区间CD是曲线，但是并不限于此，也可以是直线。
另外，由图3C可知，在第二工作缸106的第二吸入侧空间116a与连 通孔104a开始连通的瞬间，在第一工作缸105侧，第一活塞109的外圆 周面和第一工作缸105的内圆周面的接点Pl优选位于吸入端口 105b的边 缘(旋转轴103的旋转方向前方侧的边缘)。g卩，可以设定第一活塞109 和第二活塞110的相位，使得吸入端口 105b和第一喷出侧空间115b断开 连通的瞬间与第一喷出侧空间115b和连通孔104a以及第二吸入侧空间 116a开始连通的瞬间一致。
如果在第一喷出侧空间115b和第二吸入侧空间116a开始连通之前， 断开吸入端口 105b和第一喷出侧空间115b的连通，则存在充满该第一喷 出侧空间115b的制冷剂受到压縮作用的可能性。另外，虽然第一喷出侧 空间115b和第二吸入侧空间116a开始连通，可如果要继续吸入端口 105b 和第一喷出侧空间115b的连通，则吸入过程变长，而相应地膨胀过程变 短，从而和工作缸的大小比起来，膨胀比变小。
并且，(1)如果旋转轴103从吸入端口 105b和第一喷出侧空间115b的连通断开的瞬间开始旋转了微小角度(例如1度 3度，优选1度 2
度)，则第一喷出侧空间115b和第二吸入侧空间116a开始连通，(2) 如果在第一喷出侧空间115b和第二吸入侧空间116a开始连通之后，旋转 轴103旋转了微小角度(例如1度 3度，优选1度 2度)，则吸入端 口 105b和第一喷出侧空间115b的连通断开，在这样的情况下，吸入端口 105b和第一喷出侧空间115b的连通断开的瞬间(吸入结束时刻)与第一 喷出侧空间115b和第二吸入侧空间116a开始连通的瞬间(膨胀开始时刻) 可以多少前后有些差异。因为只要不会引起制冷剂的偏流现象，两时刻的 偏差是极短的期间，则对膨胀能量的有效回收几乎不产生影响。 (第二实施方式)
如图5A 图5D所示，在该第二实施方式中，第一叶片111和第二叶 片112绕旋转轴103的回转轴0配置于互相一致的角度位置。而且，以从 一方侧到另一方侧横截包含第一叶片111和第二叶片112的长边方向中心 线与旋转轴103的回转轴0在内的平面、且向相对于旋转轴103的回转轴 O倾斜的方向延伸的方式，在中板104上形成连通孔104b。两叶片lll、 112在轴向上下重合的这种配置有利于减小膨胀机构120 (参照图1)的整 体尺寸。通过采用斜向贯通中板104的板厚方向的连通孔104b (例如图 4B所说明的连通孔)，从而能够采用与第一实施方式相同结构的膨胀机
在之前的第一实施方式中，第一活塞109的偏心方向(=与第一偏心 部103a的偏心方向一致)和第二活塞110的偏心方向(=与第二偏心部103b 的偏心方向一致)不同，其结果是两活塞109、 110的上止点时刻一致。 相对于此，在本实施方式中，第一叶片111的配置角度和第二叶片112的 配置角度一致，第一活塞109的偏心方向(相位)和第二活塞110的偏心 方向一致，这样，两活塞109、 IIO的上止点时刻一致。
图5A表示第一工作缸105的第一吸入侧空间115a和连通孔104b开 始连通的瞬间。这一瞬间也是连通孔104b被第二活塞110堵塞的瞬间。 也就是说，在第二工作缸106侦'j，连通孔104b被第二活塞110堵塞而全 闭。连通孔104b的开口缘ABCD的一部分区间AB与第二活塞110的外 形一致。通过对中板104进行斜向穿孔，形成在第一工作缸105侧呈现的开口形状为椭圆的连通孔104b。但是，通过形成图4A所说明的那样的锪
孔，能够自由调整开口形状。
图5B表示第一活塞109和第二活塞110都处于上止点的瞬间、即第 一叶片111和第二叶片112最大程度地被压入的瞬间。虽然连通孔104b 与第一工作缸105的空间115 (115a+115b)的连通己经开始，但是与第二 工作缸106的空间116 (116a+116b)的连通还未开始。
图5C表示连通孔104b与第二工作缸106的第二吸入侧空间116a开 始连通的瞬间。 一进入该瞬间，首先开始从连通孔104b向第二工作缸106 的第二吸入侧空间116a供给制冷剂。
图5D表示旋转轴103从图5C旋转了 20°的瞬间。由第一工作缸105 的第一喷出侧空间115b、第二工作缸106的第二吸入侧空间116a以及连 通孔104c构成膨胀室。
由图5A 图5D可知，在本实施方式中，也不存在制冷剂能够从吸入 端口 105b偏流向喷出端口 106b的期间。 (第三实施方式)
在第一实施方式中，设定连通孔104a的开口形状和位置，使得开口 缘ABCD远离第二工作缸106的内圆周面。相对于此，在本实施方式中， 如图6A 图6D所示，设定连通孔104c的开口形状和位置，使得开口缘 ABCD与第二工作缸106的内圆周面相接。具体而言，开口缘ABCD上的 一点即点A设定于第二工作缸106的内缘周面上且设定于第二叶片槽106b (参照图2B)的缘上。开口缘ABCD的第一区间AB是与第一实施方式 相同的圆弧状。剩下的区间AD、 BC、 CD也可以与第一实施方式相同地 进行决定。
在本实施方式中，俯视第一叶片111和第二叶片112时，两者呈大致 V字形的配置。这一点与第一实施方式相同。但是，第一活塞109到达上 止点的时刻和第二活塞110到达上止点的时刻不一致。
第一实施方式的连通孔104a(参照图3A)与本实施方式的连通孔104c 的不同点在于开口缘ABCD与第二工作缸106的内圆周面相接还是远离 这一点。如果从整体来看，存在第一活塞109的上止点时刻和第二活塞110 的上止点时刻不同这样的结构上的差异。
18具体而言，如图6B所示，设定各活塞109、 IIO的偏心方向，使得第 二活塞110的上止点时刻比第一活塞109的上止点时刻早些到来。第一叶 片111和第二叶片112所成的角度e与第一偏心部103a的偏心方向和第二 偏心部103b的偏心方向所成的角度a不同。第二活塞106的上止点时刻 比第一活塞105的上止点时刻提前(9 一 a )度。也就是说，第二活塞106 的相位比第一活塞105的相位提前(e — a )度。
图6A表示第一工作缸105的第一吸入侧空间115a和连通孔104c开 始连通的瞬间。在第二工作缸106侧，连通孔104c被第二活塞110堵塞 而全闭。连通孔104c的开口缘ABCD的一部分区间AB与第二活塞110 的外形一致。第一工作缸105和第一活塞109的接点Pl位于第一工作缸 105的内圆周面和连通孔104c的接点Ql上，第一活塞109还差一点就到 达上止点。另一方面，第二工作缸106和第二活塞110的接点P2位于连 通孔104c的开口缘ABCD上的点A上，第二活塞110已经越过上止点。 另外，图6A的瞬间也是第二工作缸106的第二吸入侧空间116a和连通孔 104c开始连通的瞬间。连通孔104c同时与第一工作缸105的第一吸入侧 空间115a和第二工作缸106的第二吸入侧空间116a这两者开始连通。
图6B表示第一活塞109到达上止点的瞬间。连通孔104c虽然与第一 工作缸105的空间115和第二工作缸106的第二吸入侧空间116a这两者 连通，但是由于第二工作缸106和第二活塞110的接点P2切断通向喷出 端口 106b的路径，所以不会产生偏流现象。在第二工作缸106的第二吸 入侧空间116a没有制冷剂的状态下旋转轴103旋转的期间、即产生制动 转矩的期间基本不存在。
图6C表示旋转轴103从图6B旋转了 20°的瞬间，图6D表示旋转轴 103从图6C旋转了 20°的瞬间。连通孔104c与第一工作缸105的第一喷 出侧空间115b和第二工作缸106的第二吸入侧空间116a这两者连通，该 连通面积逐渐扩大。当第一工作缸105和第一活塞109的接点Pl到达旋 转轴103的旋转方向上的吸入端口 105b的缘时，制冷剂开始膨胀。
由图6A 图6D可知，在本实施方式中也不存在制冷剂能够从吸入端 口 105b偏流向喷出端口 106b的期间。
这样，通过对连通孔104c的开口形状和位置进行设定，并对活塞109、110的偏心方向一并进行调整，由此能够提供一种不会引起制冷剂的偏流 现象，而且制动转矩的产生期间极短的二级旋转型膨胀机。 (第四实施方式)
图7A 图7D所示的第四实施方式可以认为是组合了以下两种实施方 式后的实施方式，(i )第一叶片111和第二叶片112以互相一致的角度 配置的第二实施方式；(ii)设定连通孔104c的开口形状和位置使得开 口缘ABCD与第二工作缸106的内圆周面相接的第三实施方式。与第三实 施方式相同，上止点时刻在第一活塞109和在第二活塞110不同。
图7A表示第一工作缸105的第一吸入侧空间115a和连通孔104d开 始连通的瞬间。在第二工作缸106侧，连通孔104d被第二活塞110堵塞 而全闭。连通孔104d的开口缘ABCD的一部分区间AB与第二活塞110 的外形一致。第一工作缸105和第一活塞109的接点Pl位于第一工作缸 105的内圆周面和连通孔104d的接点Ql上，第一活塞109还差一点就到 达上止点。另一方面，第二工作缸106和第二活塞110的接点P2位于连 通孔104d的开口缘ABCD上的点A上，第二活塞110已经越过上止点。 另外，图7A的瞬间也是第二工作缸106的第二吸入侧空间116a和连通孔 104d开始连通的瞬间。连通孔104d同时与第一工作缸105的第一吸入侧 空间115a和第二工作缸106的第二吸入侧空间116a这两者开始连通。
图7B表示第一活塞109到达上止点的瞬间。连通孔104d虽然与第一 工作缸105的空间115和第二工作缸106的第二吸入侧空间116a这两者 连通，但是由于第二工作缸106和第二活塞110的接点P2切断通向喷出 端口106b的路径，所以不会产生偏流现象。
图7C表示旋转轴103从图7B旋转了 20°的瞬间，图7D表示旋转轴 103从图7C旋转了 20°的瞬间。连通孔104d与第一工作缸105的第一喷 出侧空间115b和第二工作缸106的第二吸入侧空间116a这两者连通，从 而该连通面积正在扩大。当第一工作缸105和第一活塞109的接点Pl到 达旋转轴103的旋转方向上的吸入端口 105b的缘时，制冷剂开始膨胀。
由图7A 图7D可知，在本实施方式中也不存在制冷剂能够从吸入端 口 105b偏流向喷出端口 106b的期间。
(第五实施方式)
20第一实施方式 第四实施方式是第一工作缸和第二工作缸的内径相 等、且第一活塞和第二活塞的外径相等的结构，但是这种结构在本发明中
并不是必须的。如图8A 图8D所示，在本实施方式中，采用大径的第一 工作缸105'和小径的第二工作缸106。因为第一活塞109和第二活塞110 的外径相等，所以为了增大第二工作缸106侧的排开容积，而将第二工作 缸106的高度设定得比第一工作缸105'的高度要大。
除了工作缸的内径不同这一点，本实施方式与第三实施方式的结构都 相同。即，图8A 图8D对应于图6A 图6D。在本实施方式中也不存在 制冷剂能够从吸入端口 105b偏流向喷出端口 106b的期间。
而且，也可以使第二工作缸的内径比第一工作缸的内径大，或使活塞 的外径不同。根据情况，也可以使第一工作缸的高度和第二工作缸的高度 一致。
工业上的可利用性
本实施方式的二级旋转型膨胀机IOO可以用作从制冷循环中的制冷剂
这样的压縮性流体回收膨胀能量的动力回收装置。
二级旋转型膨胀机100能够适用于例如构成空调机或热水器的主要部 分的制冷循环装置。如图9所示，制冷循环装置500具有压縮制冷剂的 压縮机501;使压縮机501所压縮的制冷剂散热的散热器502;使通过散 热器502散热的制冷剂膨胀的二级旋转型膨胀机100;以及使通过二级旋 转型膨胀机100膨胀的制冷剂蒸发的蒸发器504。 二级旋转型膨胀机100 以电力的方式回收制冷剂的膨胀能量。回收的电力作为用于使压縮机501 动作所需电力的一部分来使用。但是，通过将二级旋转型膨胀机100的旋 转轴和压縮机501的旋转轴连结起来，能够采用不将制冷剂的膨胀能量变 换为电力，而直接以机械力的方式传递给压缩机501的形态。
并且，在本说明书中，其例示的工作缸是二级旋转型流体机械(膨胀 机)，但是工作缸也可以是三极或三极以上的，也能够得到与本发明相同 的效果。
2权利要求
1. 一种多级旋转型流体机械，其具有第一工作缸；旋转轴，其贯穿所述第一工作缸的内外；第一活塞，其安装于所述旋转轴，且在所述第一工作缸内进行偏心旋转；第二工作缸，其以共有所述旋转轴的方式与所述第一工作缸同心状配置；第二活塞，其安装于所述旋转轴，且在所述第二工作缸内进行偏心旋转；第一分隔部件，其安装于形成在所述第一工作缸上的第一槽，并将所述第一工作缸和所述第一活塞之间的空间分隔为第一吸入侧空间和第一喷出侧空间；第二分隔部件，其安装于形成在所述第二工作缸上的第二槽，并将所述第二工作缸和所述第二活塞之间的空间分隔为第二吸入侧空间和第二喷出侧空间；中板，其具有使所述第一喷出侧空间和所述第二吸入侧空间连通而形成一个动作室的连通孔，同时隔开所述第一工作缸和所述第二工作缸；吸入端口，其用于使动作流体吸入至所述第一吸入侧空间；以及喷出端口，其用于使所述动作流体从所述第二喷出侧空间喷出；对所述连通孔的开口形状和位置进行设定，使得在所述旋转轴的整个旋转角度上不会产生所述动作流体从所述吸入端口向所述喷出端口的直接的偏流。
2. 如权利要求1所述的多级旋转型流体机械，其中， 所述第二工作缸侧的所述连通孔的开口缘整体在所述连通孔和所述第一吸入侧空间开始连通的瞬间位于比所述第二活塞的外形更靠所述旋 转轴的中心侧的位置。
3. 如权利要求1所述的多级旋转型流体机械，其中， 在所述第一工作缸侧，所述连通孔的开口位置和所述吸入端口的位置分别以分开到所述第一分隔部件的左右的方式进行设定，同时在所述第二工作缸侧，所述连通孔的开口位置和所述喷出端口的 位置分别以分开到所述第二分隔部件的左右的方式进行设定。
4. 如权利要求3所述的多级旋转型流体机械，其中，设定所述连通孔的开口形状和位置以及所述第一活塞和所述第二活 塞的相位，使得在所述吸入端口、所述第一工作缸的所述第一吸入侧空间 和所述连通孔连通的期间，使所述连通孔、所述第二工作缸的所述第二喷 出侧空间以及所述喷出端口不连通。
5. 如权利要求1所述的多级旋转型流体机械，其中，所述第二工作缸侧的所述连通孔的开口缘的一部分区间与直径和所 述第二活塞的直径相等且与所述第二工作缸内接的假想圆重合。
6. 如权利要求1所述的多级旋转型流体机械，其中，所述第二工作缸侧的所述连通孔的开口缘的一部分区间是在该连通 孔和所述第一喷出侧空间的连通断开的瞬间沿所述第二活塞的外形的圆
7.如权利要求1所述的多级旋转型流体机械，其中，所述第二工作缸侧的所述连通孔的开口缘整体远离所述第二工作缸 的内圆周面。
8. 如权利要求1所述的多级旋转型流体机械，其中， 所述连通孔包括形成于所述中板的锪孔，由该锪孔形成所述第二工作缸侧的所述连通孔的开口缘。
9. 如权利要求1所述的多级旋转型流体机械，其中， 所述第一分隔部件和所述第二分隔部件配置为绕所述旋转轴的回转轴互相错开规定角度，在由所述第一分隔部件和所述第二分隔部件夹着的角度区域内，在所 述中板上形成了所述连通孔。
10. 如权利要求1所述的多级旋转型流体机械，其中， 所述第一分隔部件和所述第二分隔部件配置于绕所述旋转轴的回转轴互相一致的角度位置，在所述中板上形成有所述连通孔，以横截包含所述第一分隔部件和所述第二分隔部件的长边方向中心线与所述旋转轴的回转轴在内的平面，且 向相对于所述旋转轴的回转轴倾斜的方向延伸。
11. 如权利要求1所述的多级旋转型流体机械，其中，所述第二工作缸侧的所述连通孔的开口缘的一部分区间沿着所述第 二分隔部件的可动区域。
12. —种制冷循环装置，其具有 压縮制冷剂的压縮机、使通过所述压縮机压縮的制冷剂散热的散热器、 使通过所述散热器散热的制冷剂膨胀的膨胀机、以及 使通过所述膨胀机膨胀的制冷剂蒸发的蒸发器， 所述膨胀机由权利要求1所述的多级旋转型流体机械构成。
全文摘要
提供一种多级旋转型流体机械以及制冷循环装置。本发明的多级旋转型流体机械能够构成所谓的二级旋转型膨胀机。其在膨胀室对制冷剂进行膨胀，而该膨胀室由第一工作缸(105)的第一喷出侧空间(115b)、第二工作缸(106)的第二吸入侧空间(116a)、以及连通两空间(115b、116a)的连通孔(104a)构成。第一工作缸(105)和第二工作缸(106)被中板(104)隔开。连通孔(104a)以贯通中板(104)的方式形成。设定连通孔(104a)开口形状和位置使得不会在旋转轴(103)的整个旋转角度上使制冷剂从吸入端口(105b)直接偏流向喷出端口(106b)。
文档编号F01C11/00GK101506470SQ200780030719
公开日2009年8月12日 申请日期2007年8月6日 优先权日2006年8月29日
发明者冈市敦雄, 和田贤宣, 尾形雄司, 松井大, 长谷川宽, 高桥康文 申请人:松下电器产业株式会社