旋轉式膨脹機的製作方法

2023-06-02 16:13:16 1

專利名稱：旋轉式膨脹機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種能夠利用於空調及熱水器且能夠在動力回收式製冷 循環裝置中使用的旋轉式膨脹機。
背景技術：
作為製冷循環中的製冷劑從高壓向低壓伴隨膨脹的同時降低壓力時， 為了回收內部能量而使用的流體機械已知有膨脹機。以下，對使用了現有 膨脹機的動力回收式製冷循環裝置進行說明。
圖7A表示現有的動力回收式製冷循環裝置。該製冷循環裝置由壓縮 機l、氣體冷卻器2、膨脹機3、蒸發器4、旋轉電動機5以及直接連接壓 縮機1和膨脹機3及旋轉電動機5的軸6構成，並且作為工作流體的製冷 劑使用了二氧化碳。製冷劑在壓縮機l中壓縮到高溫高壓後，在氣體冷卻 器2中冷卻。進而，製冷劑在膨脹機3中壓力下降到低溫低壓後，由蒸發 器4加熱。膨脹機3回收製冷劑從高壓向低壓伴隨膨脹的同時壓力下降時 的內部能量，並將其轉換成軸6的旋轉能量，作為驅動壓縮機l的能量的 一部分，由此降低旋轉電動機5的動力。
在以上的動力回收式製冷循環裝置中，壓縮機1和膨脹機3用軸6連 接，壓縮機1的轉速和膨脹機3的轉速相等，所以壓縮機l的吸入製冷劑 的比容積與膨脹機3的吸入製冷劑的比容積之比、或者壓縮機1的吸入制 冷劑的密度與膨脹機3的吸入製冷劑的密度之比固定為各自的吸入容積之 比，產生上述的所謂的密度比恆定的制約。因此，存在無法進行最佳的壓 力溫度控制，製冷循環的COP (Coefficient of Performance)降低的問題。
為了避免上述密度比恆定的制約，在特開2004—150748號公報中公 開了一種進行注射的動力回收式製冷循環裝置，圖7B表示其結構。在該 結構中，在氣體冷卻器2的出口，製冷劑的路徑分成兩路，形成吸入路9A 和注射路9B。通過吸入路9A的製冷劑在通過了膨脹閥7後吸入到膨脹機3中，通過注射路9B的製冷劑在通過了調節閥8後導入到膨脹機3的膨
脹過程的工作室(未圖示)中。該動力回收式製冷循環裝置，通過預先控
制膨脹閥7和調節閥8的開度，改變吸入到膨脹機3中的製冷劑的比容積， 避免密度比恆定的制約。
在特開2006—46222號公報中公開了一種進行注射的動力回收式製冷 循環裝置所使用的1級旋轉式膨脹機以及2級旋轉式膨脹機，圖8A、圖 8B表示其結構。在圖8A所示的1級旋轉式膨脹機中，在分支出吸入路 11的注射路12上設有能夠調節開度的節流閥13，並且注射路12相對於 工作室16的導入口 15設置在氣缸的內周面14上。另外，在圖8B所示的 2級旋轉式膨脹機中，在分支出吸入路21的注射路22上設有能夠調節開 度的節流閥23，並且注射路22相對於工作室28的導入口 27設置在閉塞 第一氣缸24側的工作室28的省略圖示的閉塞構件的與第一氣缸24的內 周面24a相接的位置。
然而，在如上所述的注射路的導入口設置在氣缸的內周面或與內周面 相接的位置的現有的旋轉式膨脹機中，如圖8A或圖8B所示，活塞位於 上止點附近時，經由工作室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。由於穿過的工作流體的膨脹能量無法由膨 脹機回收，所以現有的旋轉式膨脹機存在效率低下的問題。

發明內容
本發明鑑於上述問題而實現，目的在於提供一種防止從注射路向排出 路穿過而高效率的膨脹機。
為了解決上述問題，本發明的旋轉式膨脹機，包括氣缸，其具有形 成圓筒面的內周面；活塞，其配置在所述氣缸的內側且在與所述內周面之 間形成工作室，並且沿著所述內周面移動；閉塞構件，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，並且通過流入所述工作室的工作流體的膨脹而受到旋 轉力；排出路，其使膨脹後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程中進一步向所述工作室導入工作流體，所述注射路的相對於所述工作室的導入口設置在所述閉塞構件的比所述氣缸的內 周面更靠內側的位置，以免該注射路與所述排出路連通。
在本發明的旋轉式膨脹機中，能夠防止導入到工作室的，工作流體從注 射路向壓力低的排出路穿過。因而，根據本發明能夠獲得高效率的膨脹機。


圖1是使用了本發明的實施方式1的1級旋轉式膨脹機的膨脹機一體 型壓縮機的縱截面圖2是圖1的II-II截面線的橫截面圖； 圖3是圖1的膨脹機構的工作原理圖4是使用了本發明的實施方式2的2級旋轉式膨脹機的膨脹機一體 型壓縮機的縱截面圖5A是圖4的VA-VA截面線的橫截面圖5B是圖4的VB-VB截面線的橫截面圖6是圖4的膨脹機構的工作原理圖7A是表示現有的動力回收式製冷循環裝置的圖7B是表示現有的進行注射的動力回收式製冷循環裝置的圖8A是現有的1級旋轉式膨脹機的橫截面圖8B是現有的2級旋轉式膨脹機的橫截面圖。
具體實施例方式
(實施方式1)
以下，參照附圖對本發明的實施方式l進行說明。
圖1是使用了本發明的實施方式1的1級旋轉式膨脹機的膨脹機一體
型壓縮機的縱截面圖，圖2是圖i的n-n截面線的橫截面圖。膨脹機一體
型壓縮機包括縱長的密閉容器31。在該密閉容器31的內部，在上側位置 配置有渦旋式壓縮機構40，在下側位置配置有旋轉式膨脹機構60，在壓 縮機構40和膨脹機構60之間配置有由轉子32a和定子32b構成的旋轉電 動機32，上述各構件由軸33連接。並且，通過膨脹機構60、軸33以及 後述的管67A 67C構成本發明的實施方式1的1級旋轉式膨脹機。再有，壓縮機構40和膨脹機構60預先獨立構成，在組裝時用軸33連接。另外， 作為後述的工作流體，使用了二氧化碳。
在密閉容器31的底部，貯存有潤滑用的油，在軸33的下端部設有油 泵34。在軸33的內部形成有用於向膨脹機構60以及壓縮機構40的各滑 動部供給油的給油路35。軸33在圖2中順時針旋轉，若軸33旋轉，則由 油泵34汲取油，經給油路35供給到各滑動部，用於膨脹機構60的潤滑 及密封以及壓縮機構40的潤滑及密封。
渦旋式壓縮機構40由靜渦盤41、動渦盤42、十字環43、軸承構件 44、消聲器45、吸入管46、排出管47構成。與軸33的上端部設置的偏 心部33a嵌合且由十字環43約束自轉運動的動渦盤42，在渦旋形狀的巻 板42a與靜渦盤41的巻板41a嚙合的同時，隨著軸33的旋轉進行迴旋運 動。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 向內側移動的同時縮小容積，由此從吸入管46吸入的工作流體受到壓縮， 從靜渦盤41的中央部設置的排出孔41b，依次經由消聲器45的內側空間 45a、靜渦盤41及軸承構件44上設置的流路49，向密閉容器31的內部空 間31a排出。排出的工作流體滯留在內部空間31a內期間，在重力和離心 力等的作用下，分離出混入的潤滑用的油，然後從排出管47向密閉容器 31外排出。
旋轉式膨脹機構60包括氣缸61、配置在氣缸61的內側的活塞62、 配置在氣缸61的上方的上軸承構件65、配置在氣缸61的下方的下軸承構 件66。
在軸33的下部設有從該軸33的軸心偏心規定量的圓盤狀的偏心部 33b。上軸承構件65固定在密閉容器31上，支承軸33的偏心部33b的上 側附近部分使其能夠旋轉，下軸承構件66經氣缸61固定在上軸承構件65 上，支承軸33的偏心部33b的下側附近部分使其能夠旋轉。具體而言， 上軸承構件65形成為具有平坦的下表面且將密閉容器31的內部上下分割 的大致圓盤狀的形狀，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，在上軸承構件65上，在適當的部位設置有使在上方從 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周面61b、圓筒面的一部分向外側
伸出的外周面、相互平行的上下兩端面的筒狀。該氣缸61在內周面61b 的中心與軸33的軸心一致的狀態下，夾設在上軸承構件65和下軸承構件 66之間，上端面與上軸承構件65的下表面抵接，下端面與下軸承構件66
的上表面抵接。
活塞62形成為圓形環狀，通過與軸33的偏心部33b嵌合而安裝，由 此與氣缸61的內周面61b線接觸而在與該內周面61b之間形成圓弧狀的 工作室69，並且能夠在氣缸61的內側偏心旋轉運動，即能夠在內周面61b 上滑動的同時沿著該內周面61b移動。該活塞62的厚度設定成與氣缸61 的厚度同等程度，活塞62的上端面在上軸承構件65的下表面上滑動，且 活塞62的下端面在下軸承構件66的上表面上滑動。S卩，工作室69由上 軸承構件65和下軸承構件66閉塞，上述軸承構件65、 66兼作夾著氣缸 61閉塞工作室69的閉塞構件。再有，軸33的偏心部33b的厚度也設定成 與氣缸61的厚度同等程度，偏心部33b的上表面在上軸承構件65的下表 面上滑動，且偏心部33b的下表面在下軸承構件66的上表面上滑動。
在氣缸61上，在外周面向外側伸出的位置上設有從內周面61b向徑 向外側伸出的槽61a。在該槽61a內配置有通過嵌入該槽61a內而由氣缸 61保持為往復移動自如的分割構件63和對分割構件63施力的彈簧64。 分割構件63通過被彈簧64施力而與活塞62抵接，由此將工作室69分割 成吸入側工作室69a和排出側工作室69b。
接著，對膨脹機構60用於吸入及排出工作流體的結構進行說明。
在上軸承構件65上連接有吸入管67A，並且形成有第一通路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。並且，通過上述65a、 65b、 33c構成使工作流體流入吸入側工作 室69a的吸入路。g卩，高壓的工作流體從吸入管67A經第一通路65a流入 槽部33c後，經第二通路65b流入吸入側工作室69a。第一通路65a、槽 部33c和第二通路65b形成流入定時機構，且形成為只在隨著槽部33c與 軸33 —起旋轉，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工作室69a的構造。更詳細為，第一通路65a 的開口設置在上軸承構件65的下表面的相對於軸33的軸心與分割構件63成90°的位置，第二通路65b在上軸承構件65的下表面的分割構件63的 附近位置形成為沿著分割構件63的往複方向延伸的槽狀。槽部33c從軸 33的軸心朝向偏心部33c的偏心方向左右對稱。
在氣缸61上連接有排出管67B且形成有排出口 61c。並且，通過上 述67B、 61c構成使工作流體從排出側工作室69b流出的排出路。排出口 61c的開口設置在氣缸61的內周面61b的分割構件63的附近。
圖3是軸33的旋轉角每旋轉90°而表示的膨脹機構60的工作原理圖。 在0° (活塞62相對於氣缸61的內周面61b的接點位於分割構件63上的 角度)時，槽部33c與第一通路65a及第二通路65b同時連通的吸入行程 開始，高壓的工作流體流入吸入側工作室69a。在稍過90°時，槽部33c 和第二通路65b的連通斷開，吸入行程結束。此後，吸入側工作室69a的 工作流體在減壓的同時膨脹，在180°、 270°時，吸入側工作室69a的容積 增加。此時，軸33由於工作流體的膨脹而受到旋轉力。在軸33旋轉一周 即將到達360°之前，吸入側工作室69a與排出口 61c連通，膨脹行程結束。 然後，在360°時，活塞62相對於氣缸61的內周面61b的接點通過分割構 件63，由此之前的吸入側工作室切換成排出側工作室69b，在接點和分割 構件63之間重新形成吸入側工作室69a。然後，在到達72(T期間，伴隨 排出側工作室69b的容積減少，膨脹後的工作流體從排出口 61c流出，進 行排出行程。
另外，在本實施方式1中，如圖1及圖2所示，在上軸承構件65上 連接有注射管67C，並且形成有注射口65d。並且，通過上述67C、 65d構 成在工作流體的膨脹過程中(膨脹行程的途中)進一步向吸入側工作室69a 導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上設有能夠調節開度的節流閥68。再有，盡 管省略了圖示，不過，在注射口 65d上設有逆流防止閥。
注射口 65d的開口即注射路的相對於吸入側工作室69a的導入口 65c 設置在上軸承構件65的下表面的比氣缸61的內周面61b更靠內側(偏置) 的位置。更詳細地說，導入口 65c設置在相對於軸33的軸心與分割構件 63成大約55。的位置。因此，通過移動的活塞62使導入口 65c開閉，由 此注射路能夠只向吸入側工作室69a開口。由此，防止注射路與排出路連
9通。
具體而言，如圖3所示，導入口 65c在活塞62相對於氣缸61的內周 面61b的接點即將到達排出口 61c之前(即，該接點到達排出口 61c附近 時)，由活塞62的上端面完全封閉，在活塞62相對於內周面61b的接點 從分割構件63旋轉大約90。後逐漸打開。這樣，導入口 65c至少在從排出 行程開始到結束由活塞62的上端面封閉，在吸入行程快要結束到膨脹行 程打開。注射路如圖7B所示，在本實施方式中也是經控制閥8 (節流閥 68)使工作流體流入吸入側工作室69a，但由於導入口 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向吸入側工作室69a流 入的工作流體直接向壓力低的排出口 61c穿過。
因而，能夠將現有膨脹機中由於穿過而無法動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，能夠提高使用了膨脹機一體型壓縮 機的動力回收式製冷循環的效率。
再有，如果將導入口 65c設置在比圖3的位置稍向軸33的旋轉方向 移動的位置，則能夠在來自吸入路的工作流體向吸入側工作室69a的流入 結束後打開導入口 65c。這樣一來，能夠抑制高壓的工作流體進入注射口 65d的死區(從導入口 65c到逆流防止閥的區間)。
另外，導入口 65c的位置無需一定是本實施方式所示的位置，只要是 在軸33的旋轉方向上與分割構件63成90°的角度範圍內即可。只要是這 樣的位置，就能夠在膨脹行程內比較長的期間打開導入口 65c。更優選的 導入口 65c的位置是在軸33的旋轉方向上與分割構件63成30°以上70° 以下的角度範圍內。
進而，也可以將注射口 65d設置在下軸承構件66上，並且將注射路 的導入口 65c設置在下軸承構件66的上表面的比氣缸61的內周面61b更 靠內側的位置。
(實施方式2)
以下，參照附圖對本發明的實施方式2進行說明。
圖4是使用了本發明的實施方式2的2級旋轉式膨脹機的膨脹機一體 型壓縮機的縱截面圖，圖5A是圖4的VA-VA截面線的橫截面圖，圖5B 是圖4的VB-VB截面線的橫截面圖。本實施方式2的膨脹機一體型壓縮機除了膨脹機構為2級旋轉式以外，與實施方式1的膨脹機一體型壓縮機 相同，所以對同一構成部分賦予同一符號，省略其說明。
2級旋轉式膨脹機構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的內側的第一活塞84、配置在第二氣缸82的內側的第 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的上方的上軸承構件90、配置在第二氣缸82的下方的下軸承構 件91。
在軸33的下部設有從該軸33的軸心向同方向偏心規定量的圓盤狀的 第一偏心部33d及第二偏心部33e。上軸承構件90固定在密閉容器31上， 支承軸33的第一偏心部33d的上側附近部分使其能夠旋轉，下軸承構件 91經第一氣缸81、中板83及第二氣缸82固定在上軸承構件90上，支承 軸33的第二偏心部33e的下側附近部分使其能夠旋轉。具體而言，上軸 承構件90形成為具有平坦的下表面且將密閉容器31的內部上下分割的大 致圓盤狀的形狀，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，在上軸承構件90上，在適當的部位設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，其厚度設定成與第一偏心部33d和第二偏心部33e之 間的距離同等程度。再有，在中板83的中央設有用於組裝時通過第二偏 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周面81b、82b、 圓筒面的一部分向外側伸出的外周面、相互平行的上下兩端面的筒狀。第 二氣缸82的厚度設定成大於第一氣缸81的厚度。第一氣缸81在內周面 81b的中心與軸33的軸心一致的狀態下，夾設在上軸承構件90和中板83 之間，上端面與上軸承構件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在內周面82b的中心與軸33的軸心一致的狀態下，夾 設在中板83和下軸承構91之間，上端面與中板83的下表面抵接，下端 面與下軸承構91的上表面抵接。
第一活塞84和第二活塞85形成為圓形環狀，通過與軸33的偏心部 33d、 33e嵌合而安裝，由此與第一氣缸81的內周面81b或第二氣缸82的內周面81b、 82b之間形成圓弧狀的工作室94、 95，並且能夠在氣缸81、 82的內側偏心旋轉運動，即能夠在內周面81b、 82b上滑動的同時沿著該內周面81b、 82b移動。上述活塞84、 85的厚度 設定成與氣缸81、 82的厚度同等程度，活塞84、 85的上端面在上軸承構 件90或中板83的下表面上滑動，且活塞62的下端面在中板83或下軸承 構件91的上表面上滑動。即，第一氣缸81側的工作室94由上軸承構件 90及中板83閉塞，第二氣缸82側的工作室95由中板83及下軸承構件 91閉塞，上述軸承構件90、 91及中板83兼作夾著氣缸81、 82閉塞工作 室94、 95的閉塞構件。再有，軸33的偏心部33d、 33e的厚度也設定成 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件 90或中板83的下表面上滑動，且偏心部33d、 33e的下表面在中板83或 下軸承構件91的上表面上滑動。
本實施方式中，通過使第一氣缸81和第二氣缸82的內周面81b、 82b 的直徑相同，並且使第一活塞84和第二活塞85的外徑相同，使第二氣缸 82的厚度大於第一氣缸81的厚度，由此將第二氣缸82側的工作室95的 容積設定成大於第一氣缸81側的工作室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的內周面82b的直徑 大於第一氣缸81的內周面81b的直徑，或者使第二活塞85的外徑小於第 一活塞84的外徑。
在第一氣缸81和第二氣缸82上，在外周面向外側伸出的位置上設有 從內周面81b、 82b向徑向外側伸出的槽81a、 82a。在上述槽81a、 82a內 配置有通過嵌入該槽81a、 82a內而由氣缸81、 82保持為往復移動自如的 第一分割構件86及第二分割構件87、對分割構件86、 87施力的彈簧88、 89。分割構件86、 87通過被彈簧88、 89施力而與活塞84、 85抵接，由 此將工作室94、 95分割成吸入側工作室94a、 95a和排出側工作室94b、 95b。在中板(中間閉塞構件)83上設有連通第一氣缸81側的排出側工作 室94b的第一分割構件86附近部分和第二氣缸82側的吸入側工作室95a 的第二分割構件87附近部分的連通路83a，通過上述94b、 83a、 95a構成 膨脹室。
接著，對膨脹機構80用於吸入及排出工作流體的結構進行說明。
12在上軸承構件90上連接有吸入管92，並且形成有吸入口90a。並且， 通過上述92、 90a構成使工作流體流入排出側工作室94a的吸入路。吸入 口 90a的開口設置在上軸承構件90的下表面的第一分割構件86的附近。
在第二氣缸82上連接有排出管93，並且形成有排出口 82c。並且， 通過上述93、 82c構成使工作流體從排出側工作室95b流出的排出路。排 出口 82c的開口設置在第二氣缸82的內周面82b的第二分割構件87的附 近。
圖6是軸33的旋轉角每旋轉90°而表示的膨脹機構80的工作原理圖。 在0° (第一活塞84相對於第一氣缸81的內周面81b的接點位於第一分割 構件86上的角度)時，吸入行程開始，工作流體從第一氣缸81的吸入口 90a向吸入側工作室94a流入。在軸33旋轉到360°時，吸入行程結束。 在360°時，第一活塞84相對於第一氣缸81的內周面81b的接點通過第一 分割構件86，由此之前的吸入側工作室切換成排出側工作室94b，在接點 和第一分割構件86之間重新形成吸入側工作室94a。這樣，在工作流體從 排出側工作室94b通過連通孔83a向第二氣缸82側的吸入側工作室95a 移動的同時開始膨脹的膨脹行程。在軸33旋轉到720°時，第一氣缸81 側的排出側工作室94b消失，膨脹行程結束。這期間，軸33由於工作流 體的膨脹而受到旋轉力。在720。時，第二活塞85相對於第二氣缸82的內 周面82b的接點通過第二分割構件87，由此之前的第二氣缸82側的吸入 側工作室切換成排出側工作室95b，在接點和第二分割構件87之間重新形 成吸入側工作室95a。然後，在到達1080°期間，伴隨排出側工作室95b 的容積的減少，膨脹的工作流體從排出口 82c流出，進行排出行程。
另外，在本實施方式2中，在下軸承構件91上連接有注射管96，並 且形成有注射口91b。並且，通過上述96、 91b構成在工作流體的膨脹過 程中進一步向第二氣缸82側的吸入側工作室95a導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 上設有能夠調節開度的節流閥68。再有，儘管省略了圖示，不過，在注射 口 91b上設有逆流防止閥。
注射口 91b的開口即注射路的相對於吸入側工作室95a的導入口 91a 設置在下軸承構件91的上表面的比第二氣缸82的內周面82b更靠內側(偏置)的位置。更詳細地說，導入口 91a設置在相對於軸33的軸心與第二 分割構件87成大約50°的位置。因此，通過移動的第二活塞85使導入口 91a開閉，由此注射路能夠只向吸入側工作室95a開口。由此，防止注射 路與排出路連通。
具體而言，如圖6所示，導入口 91a在第二活塞85相對於第二氣缸 82的內周面82b的接點即將到達排出口 81c之前(即，該接點到達排出口 82c附近時)，由第二活塞85的下端面完全封閉，在第二活塞85相對於內 周面82b的接點從第二分割構件87旋轉大約90。後逐漸打開。這樣，導入 口 91a至少在從排出行程開始到結束由第二活塞85的下端面封閉，在膨 脹行程開始後不久到快要結束時打開。注射路如圖7B所示，在本實施方 式中也是經控制閥8 (節流閥68)使工作流體流入第二氣缸82側的吸入 側工作室95a，但由於導入口 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向吸入側工作室95a流入的工作流體直接向壓 力低的排出口82c穿過。
因而，能夠將現有膨脹機中無法動力回收的從注射口 91b向排出口 82c穿過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， 能夠提高使用了膨脹機一體型壓縮機的動力回收式製冷循環的效率。
另外，導入口 91a的位置無需一定是本實施方式所示的位置，只要是 在軸33的旋轉方向上與第二分割構件87成90。的角度範圍內即可。只要 是這樣的位置，就能夠在膨脹行程內比較長的期間打開導入口 91a。更優 選的導入口 91a的位置是在軸33的旋轉方向上與第二分割構件87成30° 以上70°以下的角度範圍內。
另外，在避免注射路與排出路連通時，只要將導入口 91a設置在通過 移動的第二活塞85或第一活塞84開閉，使得注射路只能夠向膨脹室開口 的位置即可。例如，也可以將注射口 91b設置在上閉塞構件90上。此時， 導入口 91a設置在上閉塞構件90的下表面的軸33的旋轉方向上與第一分 割構件86成一90°的角度範圍內的位置，由第一活塞84的上端面開閉。 不過，如本實施方式所述，如果將注射口 91b設置在下軸承構件91上， 則能夠在膨脹行程的後半部分導入工作流體。另外，由於第二氣缸82側 的吸入側工作室95a內的壓力小於第一氣缸81側的排出側工作室94b內的壓力，所以與將導入口 91a設置在上軸承構件90上相比，設置在下軸 承構件91上時能夠向膨脹室導入更多的工作流體。因而，根據本實施方 式的2級旋轉式膨脹機，能夠大幅度確保注射量的調節範圍，增大密度比 的可變幅度，能夠在大範圍的環境溫度下進行最佳的壓力溫度控制。
再有，也可以在中板83上設置注射口 91b，並且在中板83的上表面 或下表面設置導入口 91a，不過，為了確保薄的中板83的厚度，優選本實 施方式那樣構成。 (總結)
如上所述，在作為調節閥8使用不能配合軸33的旋轉周期進行控制 的閥、例如只進行用於控制工作流體的流量的開度調節的節流閥68時， 調節閥8始終保持恆定的開度，所以無法防止工作流體從注射口 65d、 91b 向排出口 61c、 82c的穿過，不過，如果使用本發明的旋轉式膨脹機，則 工作流體的穿過防止效果顯著。另外，調節閥8是能夠配合軸33的旋轉 周期進行開閉控制的電磁閥時，通過進行在吸入過程或膨脹過程中打開調 節閥8，在即將到達排出行程之前關閉調節閥8的控制，能夠雙重防止工 作流體從本發明的注射口 65d、 91b向排出口61c、 82c的穿過。
再有，本發明的主要目的在於適用於為了避免密度比恆定的制約而進 行注射的膨脹機一體型壓縮機的膨脹機，但自然也能夠適用於進行注射的 單體膨脹機。
另外，在實施方式K 2中，使用了旋轉活塞式膨脹機構60、 80進行 說明，不過，將膨脹機構置換成分割構件和活塞一體構成的1級或2級擺 動式結構，自然也能夠得到同樣的效果。
產業上的可利用性
本發明的膨脹機可有效用作將製冷循環中的工作流體的膨脹能量加 以回收的動力回收機構。
權利要求
1. 一種旋轉式膨脹機，包括氣缸，其具有形成圓筒面的內周面；活塞，其配置在所述氣缸的內側且在與所述內周面之間形成工作室，並且沿著所述內周面移動；閉塞構件，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，並且由於流入所述工作室的工作流體的膨脹而受到旋轉力；排出路，其使膨脹後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程中進一步向所述工作室導入工作流體，所述注射路的相對於所述工作室的導入口設置在所述閉塞構件的比所述氣缸的內周面更靠內側的位置，以免該注射路與所述排出路連通。
2. 根據權利要求1所述的旋轉式膨脹機，其中， 還包括分割構件，該分割構件保持於所述氣缸，且將所述工作室分割F^口E入411l丁^Mr蟲壬n:H仁山^ll丁/f4r會
3. 根據權利要求2所述的旋轉式膨脹機，其中，所述旋轉式膨脹機是具備一個所述氣缸的1級旋轉式膨脹機， 所述導入口設置在通過移動的所述活塞而開閉，使得所述注射路只能 夠向所述吸入側工作室開口的位置。
4. 根據權利要求3所述的旋轉式膨脹機，其中， 所述導入口的位置位於所述軸的旋轉方向上與所述分割構件成90°的角度範圍內。
5. 根據權利要求3所述的旋轉式膨脹機，其中， 所述導入口設置在來自所述吸入路的工作流體向所述吸入側工作室的流入結束後打開的位置。
6. 根據權利要求2所述的旋轉式膨脹機，其中， 所述旋轉式膨脹機是2級旋轉式膨脹機，作為所述氣缸具備第一氣缸和第二氣缸，作為所述閉塞構件具備配置在所述第一氣缸和所述第二氣缸 之間的中間閉塞構件、相對於所述第一氣缸配置在與所述中間閉塞構件相 反側的第一閉塞構件、相對於所述第二氣缸配置在與所述中間閉塞構件相 反側的第二閉塞構件，所述第二氣缸側的工作室的容積設定成大於所述第一氣缸側的工作 室的容積，在所述中間閉塞構件上設置有連通所述第一氣缸側的排出側工作室 和所述第二氣缸側的吸入側工作室而構成膨脹室的連通路，所述導入口設置在通過所述活塞的移動而開閉，使得所述注射路只能 夠向所述膨脹室開口的位置
7. 根據權利要求6所述的旋轉式膨脹機，其中，所述導入口設置在所述第一閉塞構件上，該導入口的位置位於所述軸的旋轉方向上與所述分割構件成一90。的角度範圍內。
8. 根據權利要求6所述的旋轉式膨脹機，其中，所述導入口設置在所述第二閉塞構件上，該導入口的位置位於所述軸 的旋轉方向上與所述分割構件成90°的角度範圍內。
9. 根據權利要求1所述的旋轉式膨脹機，其中， 在所述注射路上設有能夠調節開度的節流閥。
10. 根據權利要求1所述的旋轉式膨脹機，其中， 所述軸與壓縮所述工作流體的壓縮機構結合。
11. 根據權利要求1所述的旋轉式膨脹機，其中， 所述工作流體是二氧化碳。
全文摘要
一種旋轉式膨脹機，包括氣缸(61)；配置在氣缸(61)的內側的活塞(62)；夾著氣缸(61)配置的閉塞構件；在工作流體的膨脹過程中向工作室(69)進一步導入工作流體的注射路。注射路的相對於工作室(69)的導入口(65c)設置在閉塞構件的比氣缸(61)的內周面(61b)更靠內側的位置，以免該注射路與排出路連通。
文檔編號F04C23/02GK101506471SQ200780030919
公開日2009年8月12日 申請日期2007年9月21日 優先權日2006年10月11日
發明者和田賢宣, 尾形雄司, 引地巧, 長谷川寬, 高橋康文 申請人:松下電器產業株式會社