專利名稱：制冷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括膨脹機(jī)并且進(jìn)行制冷循環(huán)的制冷裝置。
背景技術(shù)：
到目前為止，進(jìn)行制冷循環(huán)的制冷裝置已經(jīng)被人們知道，被廣泛利用于空氣調(diào)節(jié)裝置等各種用途。例如，在專利文獻(xiàn)1中，有人公開了屬于這種制冷裝置并且包括膨脹機(jī)的制冷裝置。在該專利文獻(xiàn)1所公開的制冷裝置中，膨脹機(jī)通過一條轉(zhuǎn)軸連結(jié)在壓縮機(jī)上。該制冷裝置，通過使放熱后的高壓制冷劑在膨脹機(jī)中膨脹而回收動力，并將在膨脹機(jī)中回收了的動力利用于壓縮機(jī)的驅(qū)動，來謀求制冷系數(shù)(COPcoefficient ofperformance)的提高。
在此，因?yàn)樵谥评溲b置中，制冷劑在構(gòu)成為封閉回路的制冷劑回路內(nèi)循環(huán)，所以流過膨脹機(jī)的制冷劑的質(zhì)量流量必須總是和流過壓縮機(jī)的制冷劑的質(zhì)量流量相等。然而，在制冷裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，制冷循環(huán)的高壓值或低壓值等運(yùn)轉(zhuǎn)條件會變動，流入膨脹機(jī)或壓縮機(jī)中的制冷劑的密度會隨之變化。如果膨脹機(jī)如專利文獻(xiàn)1那樣通過一條轉(zhuǎn)軸與壓縮機(jī)連結(jié)起來，膨脹機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就總是與壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度相等。因此，若同樣用容積式流體機(jī)械分別構(gòu)成膨脹機(jī)和壓縮機(jī)，流過膨脹機(jī)的制冷劑的質(zhì)量流量與流過壓縮機(jī)的制冷劑的質(zhì)量流量之間會發(fā)生不平衡，有不能繼續(xù)進(jìn)行穩(wěn)定的制冷循環(huán)之虞。
針對該問題，在所述專利文獻(xiàn)1所公開的制冷裝置中，與膨脹機(jī)并列地設(shè)置了旁通路，在該旁通路中設(shè)置有流量控制閥。在能流過膨脹機(jī)的制冷劑的質(zhì)量流量過度小于流過壓縮機(jī)的制冷劑的質(zhì)量流量的情況下，用膨脹機(jī)和旁通路這兩條路徑使制冷劑流過。
專利文獻(xiàn)1日本公開專利公報(bào)特開2001-116371號公報(bào) 如上所述，若在制冷劑回路內(nèi)設(shè)置繞行膨脹機(jī)的旁通路，并且將制冷劑也導(dǎo)入到該旁通路中，就在能流過膨脹機(jī)的制冷劑的質(zhì)量流量過度小于流過壓縮機(jī)的制冷劑的質(zhì)量流量的情況下，也能夠進(jìn)行很穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，若讓制冷劑這樣向旁通路流多少，流過膨脹機(jī)的制冷劑量就減少多少。因此，有下述憂慮，即在膨脹機(jī)中從制冷劑回收的動力會減小，因而應(yīng)該為驅(qū)動壓縮機(jī)從外部提供的功率會增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明，正是為解決所述問題而研究開發(fā)出來的。其目的在于提供一種將在膨脹機(jī)中從制冷劑回收的動力的減小控制為最小限度，并且能在廣泛的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下進(jìn)行穩(wěn)定的工作的制冷裝置。
第一發(fā)明，以包括連接有壓縮機(jī)(50)、散熱器、膨脹機(jī)(60)及蒸發(fā)器的制冷劑回路(20)，并使制冷劑在所述制冷劑回路(20)內(nèi)循環(huán)而進(jìn)行制冷循環(huán)的制冷裝置(10)作為對象。該制冷裝置(10)，包括將在所述制冷劑回路(20)內(nèi)從散熱器流向膨脹機(jī)(60)的制冷劑的一部分導(dǎo)入到所述膨脹機(jī)(60)的處于膨脹過程中的膨脹室(66)內(nèi)的注入流通路(26)，和用于調(diào)節(jié)制冷劑在所述注入流通路(26)中的流量的流量調(diào)節(jié)閥(27)。
第二發(fā)明，是在所述第一發(fā)明中，包括控制機(jī)構(gòu)(90)，該控制機(jī)構(gòu)(90)調(diào)節(jié)所述流量調(diào)節(jié)閥(27)的開度，使制冷劑回路(20)中的制冷循環(huán)的制冷系數(shù)成為在這時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下能得到的最高值。
第三發(fā)明，是在所述第二發(fā)明中，控制機(jī)構(gòu)(90)構(gòu)成為根據(jù)表示運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的實(shí)際測量值，計(jì)算出制冷系數(shù)成為最高值的制冷循環(huán)的高壓值并將該高壓值作為控制目標(biāo)值，再調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥(27)的開度，使制冷循環(huán)的高壓值成為控制目標(biāo)值。
第四發(fā)明，是在所述第二發(fā)明中，控制機(jī)構(gòu)(90)構(gòu)成為根據(jù)使制冷循環(huán)的高壓值增減時(shí)所發(fā)生的制冷系數(shù)的變化，計(jì)算出制冷系數(shù)成為最高值的制冷循環(huán)的高壓值并將該計(jì)算出的高壓值作為控制目標(biāo)值，再調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥(27)的開度，使制冷循環(huán)的高壓值成為控制目標(biāo)值。
第五發(fā)明，是在所述第二、第三或第四發(fā)明中，在制冷劑回路(20)中設(shè)置有旁通路(28)和旁通調(diào)節(jié)閥(29)，該旁通路(28)使膨脹機(jī)(60)的上游側(cè)和下游側(cè)連接起來；該旁通調(diào)節(jié)閥(29)用于調(diào)節(jié)制冷劑在所述旁通路(28)中的流量?？刂茩C(jī)構(gòu)(90)，構(gòu)成為進(jìn)行主控制操作和副控制操作，該主控制操作，是在保持旁通調(diào)節(jié)閥(29)全關(guān)閉的狀態(tài)下調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥(27)的開度的；該副控制操作，是在所述主控制操作的過程當(dāng)中，流量調(diào)節(jié)閥(27)成為全打開狀態(tài)時(shí)，在保持所述流量調(diào)節(jié)閥(27)全打開的狀態(tài)下調(diào)節(jié)旁通調(diào)節(jié)閥(29)的開度的。所述控制機(jī)構(gòu)(90)，還構(gòu)成為若旁通調(diào)節(jié)閥(29)在所述副控制操作的過程當(dāng)中成為全關(guān)閉狀態(tài)，所述控制機(jī)構(gòu)(90)就重新開始進(jìn)行主控制操作。
第六發(fā)明，是在所述第五發(fā)明中，控制機(jī)構(gòu)(90)，根據(jù)表示運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的實(shí)際測量值，計(jì)算出制冷系數(shù)成為最高值的制冷循環(huán)的高壓值并將該高壓值作為控制目標(biāo)值，再作為副控制操作進(jìn)行調(diào)節(jié)旁通調(diào)節(jié)閥(29)的開度，來使制冷循環(huán)的高壓值成為控制目標(biāo)值的操作。
第七發(fā)明，是在所述第五發(fā)明中，控制機(jī)構(gòu)(90)根據(jù)使制冷循環(huán)的高壓值增減時(shí)所發(fā)生的制冷系數(shù)的變化，計(jì)算出制冷系數(shù)成為最高值的制冷循環(huán)的高壓值并將該計(jì)算出的高壓值作為控制目標(biāo)值，再作為副控制操作進(jìn)行調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥(27)的開度，來使制冷循環(huán)的高壓值成為控制目標(biāo)值的操作。
第八發(fā)明，是在所述第一到第七發(fā)明中的任一發(fā)明中，在制冷劑回路(20)內(nèi)作為制冷劑填充有二氧化碳，在制冷劑回路(20)中進(jìn)行的制冷循環(huán)的高壓值，設(shè)定為二氧化碳的臨界壓力以上的壓力值。
-作用-在所述第一發(fā)明中，在制冷劑回路(20)中進(jìn)行制冷循環(huán)。在該制冷劑回路(20)中，從壓縮機(jī)(50)噴出來的制冷劑，在散熱器中放熱后在膨脹機(jī)(60)中減壓，之后在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，再被吸入到壓縮機(jī)(50)中而被壓縮。在膨脹機(jī)(60)中，在散熱器中放熱后的高壓制冷劑進(jìn)行膨脹，從該高壓制冷劑回收動力。在膨脹機(jī)(60)中從制冷劑回收了的動力，利用于驅(qū)動壓縮機(jī)(50)。若陷入失去了流過膨脹機(jī)(60)的制冷劑量與流過壓縮機(jī)(50)的制冷劑量之間的平衡的狀態(tài)，就將制冷劑還從注入流通路(26)導(dǎo)入到膨脹機(jī)(60)的膨脹室(66)中。從注入流通路(26)導(dǎo)入到膨脹室中的制冷劑，與從膨脹機(jī)(60)的流入口導(dǎo)入到膨脹室中的制冷劑一起膨脹。流過注入流通路(26)的制冷劑流量，是通過變更流量調(diào)節(jié)閥(27)的開度來改變的。
在所述第二發(fā)明中，在制冷裝置(10)中設(shè)置控制流量調(diào)節(jié)閥(27)的開度的控制機(jī)構(gòu)(90)。在此，在該發(fā)明的制冷劑回路(20)中，若變更從注入流通路(26)導(dǎo)入到膨脹機(jī)(60)中的制冷劑量，例如制冷循環(huán)的高壓值等就變化，制冷循環(huán)的制冷系數(shù)隨之也變動。因此，該發(fā)明的控制機(jī)構(gòu)(90)，控制流量調(diào)節(jié)閥(27)的開度，使制冷劑回路(20)中的制冷循環(huán)的制冷系數(shù)成為在這時(shí)的制冷裝置(10)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下能得到的最高值。
在所述第三發(fā)明中，控制機(jī)構(gòu)(90)設(shè)定出關(guān)于制冷循環(huán)的高壓值的控制目標(biāo)值。這時(shí)，控制機(jī)構(gòu)(90)根據(jù)表示運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的實(shí)際測量值，計(jì)算出制冷系數(shù)成為在該運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下能得到的值中的最高值的、制冷循環(huán)的高壓值，并將該計(jì)算出的高壓值作為控制目標(biāo)值。之后，控制機(jī)構(gòu)(90)調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥(27)的開度，使實(shí)際制冷循環(huán)的高壓值成為控制目標(biāo)值。
在所述第四發(fā)明中，控制機(jī)構(gòu)(90)設(shè)定出關(guān)于制冷循環(huán)的高壓值的控制目標(biāo)值。這時(shí)，控制機(jī)構(gòu)(90)試著進(jìn)行使制冷循環(huán)的高壓值增減的操作，以設(shè)定出控制目標(biāo)值。若讓制冷循環(huán)的高壓值變化，制冷循環(huán)的制冷系數(shù)隨之也變化。控制機(jī)構(gòu)(90)，根據(jù)這時(shí)的制冷系數(shù)變化計(jì)算出能夠得到最高制冷系數(shù)的、制冷循環(huán)的高壓值，并將該計(jì)算出的高壓值作為控制目標(biāo)值。之后，控制機(jī)構(gòu)(90)調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥(27)的開度，使實(shí)際制冷循環(huán)的高壓值成為控制目標(biāo)值。
在所述第五發(fā)明中，在制冷劑回路(20)中設(shè)置有旁通路(28)和旁通調(diào)節(jié)閥(29)。在打開旁通調(diào)節(jié)閥(29)的狀態(tài)下，在散熱器中放熱后的制冷劑中的一部分流入到旁通路(28)中，其余部分流向膨脹機(jī)(60)。流向膨脹機(jī)(60)的制冷劑中的一部分直接導(dǎo)入到膨脹機(jī)(60)的流入口中，其余部分流過注入流通路(26)，再導(dǎo)入到膨脹機(jī)(60)的膨脹室內(nèi)。流入旁通路(28)中的制冷劑，流過旁通調(diào)節(jié)閥(29)時(shí)減壓，之后與流過了膨脹機(jī)(60)的制冷劑合流，再流向蒸發(fā)器。
在該發(fā)明中，控制機(jī)構(gòu)(90)進(jìn)行主控制操作和副控制操作。主控制操作時(shí)的控制機(jī)構(gòu)(90)，在保持旁通調(diào)節(jié)閥(29)全關(guān)閉的狀態(tài)下調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥(27)的開度，來調(diào)節(jié)制冷劑在注入流通路(26)中的流量。在流量調(diào)節(jié)閥(27)在主控制操作的過程當(dāng)中成為全打開狀態(tài)的情況下，就是說，在不能再增加制冷劑在注入流通路(26)中的流量的狀態(tài)下，控制機(jī)構(gòu)(90)開始進(jìn)行副控制操作。副控制操作時(shí)的控制機(jī)構(gòu)(90)，在保持流量調(diào)節(jié)閥(27)全打開的狀態(tài)下調(diào)節(jié)旁通調(diào)節(jié)閥(29)的開度；來調(diào)節(jié)制冷劑在旁通路(28)中的流量。在旁通調(diào)節(jié)閥(29)在副控制操作的過程當(dāng)中成為全關(guān)閉狀態(tài)的情況下，就是說，在不需要使制冷劑流過旁通路(28)的狀態(tài)下，控制機(jī)構(gòu)(90)開始進(jìn)行主控制操作。
在所述第六發(fā)明中，副控制操作時(shí)的控制機(jī)構(gòu)(90)，設(shè)定出關(guān)于制冷循環(huán)的高壓值的控制目標(biāo)值。這時(shí)，控制機(jī)構(gòu)(90)根據(jù)表示運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的實(shí)際測量值計(jì)算出制冷系數(shù)成為在這時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下能得到的值中的最高值的、制冷循環(huán)的高壓值，并將該計(jì)算出的高壓值作為控制目標(biāo)值。之后，副控制操作過程當(dāng)中的控制機(jī)構(gòu)(90)，在保持注入流通路(26)的流量調(diào)節(jié)閥(27)全打開的狀態(tài)下，調(diào)節(jié)旁通調(diào)節(jié)閥(29)的開度，使實(shí)際制冷循環(huán)的高壓值成為控制目標(biāo)值。
在所述第七發(fā)明中，副控制操作時(shí)的控制機(jī)構(gòu)(90)，設(shè)定出關(guān)于制冷循環(huán)的高壓值的控制目標(biāo)值。這時(shí)，控制機(jī)構(gòu)(90)試著進(jìn)行使制冷循環(huán)的高壓值增減的操作，以設(shè)定出控制目標(biāo)值。若讓制冷循環(huán)的高壓值變化，制冷循環(huán)的制冷系數(shù)隨之也變化。控制機(jī)構(gòu)(90)，根據(jù)這時(shí)的制冷系數(shù)的變化計(jì)算出能夠得到最高制冷系數(shù)的、制冷循環(huán)的高壓值，并將該計(jì)算出的高壓值作為控制目標(biāo)值。之后，副控制操作過程當(dāng)中的控制機(jī)構(gòu)(90)，在保持注入流通路(26)的流量調(diào)節(jié)閥(27)全打開的狀態(tài)下，調(diào)節(jié)旁通調(diào)節(jié)閥(29)的開度，使實(shí)際制冷循環(huán)的高壓值成為控制目標(biāo)值。
在所述第八發(fā)明中，將二氧化碳作為制冷劑填充于制冷劑回路(20)中。在制冷劑回路(20)中，通過使作為制冷劑的二氧化碳循環(huán)，來進(jìn)行制冷循環(huán)。這時(shí)，在制冷劑回路(20)的壓縮機(jī)(50)中，作為制冷劑的二氧化碳被壓縮到該二氧化碳的臨界壓力以上的壓力值。
-發(fā)明的效果- 在本發(fā)明的制冷裝置(10)中，在陷入失去了流過膨脹機(jī)(60)的制冷劑量與流過壓縮機(jī)(50)的制冷劑量之間的平衡的狀態(tài)的情況下，能通過將制冷劑還從注入流通路(26)導(dǎo)入到膨脹機(jī)(60)中，來使流過膨脹機(jī)(60)的制冷劑量和流過壓縮機(jī)(50)的制冷劑量恢復(fù)平衡。因此，雖然在現(xiàn)有技術(shù)中，制冷劑中的一部分不能不繞行膨脹機(jī)(60)，但是在本發(fā)明中，該部分也被導(dǎo)入到膨脹機(jī)(60)中，能夠從制冷劑中的在現(xiàn)有技術(shù)中不能回收動力的部分也回收動力。因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)幾乎讓從制冷劑回收的動力不減小，并且能在廣泛的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下進(jìn)行穩(wěn)定的工作的制冷裝置(10)。
在所述第二發(fā)明中，控制機(jī)構(gòu)(90)調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥(27)的開度，以得到最高制冷系數(shù)。因此，根據(jù)本發(fā)明，不但能使流過膨脹機(jī)(60)的制冷劑量和流過壓縮機(jī)(50)的制冷劑量得到平衡，連續(xù)地進(jìn)行穩(wěn)定的制冷循環(huán)，而且能在得到最高制冷系數(shù)的條件下進(jìn)行制冷循環(huán)。
在所述第五發(fā)明中，在制冷劑回路(20)中設(shè)置有旁通路(28)，從而能用膨脹機(jī)(60)和旁通路(28)這兩條渠道使從散熱器流出來的制冷劑流向蒸發(fā)器。因此，在即使將制冷劑從注入流通路(26)導(dǎo)入到膨脹機(jī)(60)中也不能使流過膨脹機(jī)(60)的制冷劑量和流過壓縮機(jī)(50)的制冷劑量得到平衡的情況下，能通過使制冷劑流過旁通路(28)，來確保制冷劑在制冷劑回路(20)中的循環(huán)量。該發(fā)明的控制機(jī)構(gòu)(90)，設(shè)為只有在注入流通路(26)的流量調(diào)節(jié)閥(27)處于全打開狀態(tài)的情況下，才打開旁通調(diào)節(jié)閥(29)。因此，能將制冷劑在旁通路(28)中的流量控制為所必要的程度中的最小限度，來以最大限度確保流過膨脹機(jī)(60)的制冷劑量，能將在膨脹機(jī)(60)中從制冷劑回收的動力的減小控制為最小限度。


圖1，是表示空氣調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)和制冷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的工作情況的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖2，是表示空氣調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)和供暖運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的工作情況的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖3，是壓縮兼膨脹機(jī)組的概略剖面圖。
圖4，是放大而表示膨脹機(jī)構(gòu)部的主要部分的圖。
圖5，是個(gè)別地表示膨脹機(jī)構(gòu)部的各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部的剖面圖。
圖6，是剖面圖，表示膨脹機(jī)構(gòu)部中的各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部在轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)角度每次變化90°的狀態(tài)。
圖7，是表示膨脹機(jī)構(gòu)部中的轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)角度與膨脹室等的容積及膨脹室的內(nèi)壓力之間的關(guān)系的關(guān)系圖。
圖8，是表示控制器的控制操作情況的流程圖。
圖9，是高壓值為制冷劑的臨界壓力以上的壓力值的制冷循環(huán)中的、高壓與制冷系數(shù)之間的關(guān)系圖。
符號說明 (10)-制冷裝置；(20)-制冷劑回路；(23)-室外熱交換器；(24)-室內(nèi)熱交換器；(26)-注入管道(注入流通路)；(27)-注入閥(流量調(diào)節(jié)閥)；(28)-旁通管道(旁通路)；(29)-旁通閥(旁通調(diào)節(jié)閥)；(50)-壓縮機(jī)構(gòu)部(壓縮機(jī))；(60)-膨脹機(jī)構(gòu)部(膨脹機(jī))；(66)-膨脹室；(90)-控制機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式下面，根據(jù)附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。本實(shí)施例的空氣調(diào)節(jié)裝置(10)，由本發(fā)明所涉及的制冷裝置構(gòu)成。
(空氣調(diào)節(jié)裝置的整體結(jié)構(gòu))如圖1所示，所述空氣調(diào)節(jié)裝置(10)是所謂的分離式空氣調(diào)節(jié)裝置，包括室外機(jī)(11)和室內(nèi)機(jī)(13)。在室外機(jī)(11)中，收納有室外熱交換器(23)、四通換向閥(21)、橋接(bridge)回路(22)、空氣罐(25)及壓縮兼膨脹機(jī)組(30)。在室內(nèi)機(jī)(13)中，收納有室內(nèi)熱交換器(24)。室外機(jī)(11)安裝在屋外，室內(nèi)機(jī)(13)安裝在屋內(nèi)。室外機(jī)(11)和室內(nèi)機(jī)(13)，通過一對連接管道(15、16)連接起來。補(bǔ)充說明一下，關(guān)于壓縮兼膨脹機(jī)組(30)，后面進(jìn)行詳細(xì)說明。
在所述空氣調(diào)節(jié)裝置(10)中，設(shè)置有制冷劑回路(20)。該制冷劑回路(20)，是連接有壓縮兼膨脹機(jī)組(30)和室內(nèi)熱交換器(24)等的封閉回路。在該制冷劑回路(20)中，作為制冷劑填充有二氧化碳(CO2)。
所述室外熱交換器(23)和室內(nèi)熱交換器(24)，都是由交叉鰭片(cross fin)式鰭管型熱交換器構(gòu)成的。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進(jìn)行熱交換；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)空氣進(jìn)行熱交換。
所述四通換向閥(21)，具有四個(gè)閥口。四通換向閥(21)，是第一閥口連接在壓縮兼膨脹機(jī)組(30)的噴出管(36)上，第二閥口通過空氣罐(25)連接在壓縮兼膨脹機(jī)組(30)的吸入口(32)上，第三閥口連接在室外熱交換器(23)的一端，第四閥口通過連接管道(15)連接在室內(nèi)熱交換器(24)的一端。該四通換向閥(21)，切換第一閥口和第三閥口連通，并且第二閥口和第四閥口連通的狀態(tài)(圖1所示的狀態(tài))、以及第一閥口和第四閥口連通，并且第二閥口和第三閥口連通的狀態(tài)(圖2所示的狀態(tài))。
所述橋接回路(22)，是將四個(gè)止回閥(CV-1到CV-4)連接為橋梁狀的。該橋接回路(22)，是第一止回閥(CV-1)及第四止回閥(CV-4)的流入側(cè)連接在壓縮兼膨脹機(jī)組(30)的流出口(35)上，第二止回閥(CV-2)及第三止回閥(CV-3)的流出側(cè)連接在壓縮兼膨脹機(jī)組(30)的流入口(34)上，第一止回閥(CV-1)的流出側(cè)及第二止回閥(CV-2)的流入側(cè)通過連接管道(16)連接在室內(nèi)熱交換器(24)的另一端，第三止回閥(CV-3)的流入側(cè)及第四止回閥(CV-4)的流出側(cè)連接在室外熱交換器(23)的另一端。
在所述制冷劑回路(20)中，設(shè)置有注入管道(26)。該注入管道(26)，構(gòu)成注入流通路。具體而言，注入管道(26)，是一端連接在橋接回路(22)與壓縮兼膨脹機(jī)組(30)的流入口(34)之間，另一端連接在壓縮兼膨脹機(jī)組(30)的注入口(37)上。在注入管道(26)中，設(shè)置有注入閥(27)。該注入閥(27)，是用以調(diào)節(jié)制冷劑在注入管道(26)中的流量的電動閥，構(gòu)成流量調(diào)節(jié)閥。
在所述制冷劑回路(20)中，設(shè)置有旁通管道(28)。該旁通管道(28)構(gòu)成旁通路。具體而言，旁通管道(28)，是一端連接在橋接回路(22)與壓縮兼膨脹機(jī)組(30)的流入口(34)之間，另一端連接在壓縮兼膨脹機(jī)組(30)的流出口(35)與橋接回路(22)之間。在旁通管道(28)中，設(shè)置有旁通閥(29)。該旁通閥(29)，是用以調(diào)節(jié)制冷劑在旁通管道(28)中的流量的電動閥，構(gòu)成旁通調(diào)節(jié)閥。
在所述空氣調(diào)節(jié)裝置(10)的制冷劑回路(20)中，設(shè)置有溫度和壓力的傳感器。具體而言，高壓壓力傳感器(95)，連接在使壓縮兼膨脹機(jī)組(30)的噴出管(36)和四通換向閥(21)連接起來的管道上，檢測從壓縮兼膨脹機(jī)組(30)噴出來的高壓制冷劑的壓力。低壓壓力傳感器(96)，連接在使四通換向閥(21)和壓縮兼膨脹機(jī)組(30)的吸入口(32)連接起來的管道上，檢測要被吸入到壓縮兼膨脹機(jī)組(30)中的低壓制冷劑的壓力。室外側(cè)制冷劑溫度傳感器(97)，安裝在室外熱交換器(23)中的靠近橋接回路(22)的端部附近。室內(nèi)側(cè)制冷劑溫度傳感器(98)，安裝在室內(nèi)熱交換器(24)中的靠近連接管道(16)的端部附近。
在所述空氣調(diào)節(jié)裝置(10)中，設(shè)置有構(gòu)成控制機(jī)構(gòu)的控制器(90)。由高壓壓力傳感器(95)、低壓壓力傳感器(96)、室外側(cè)制冷劑溫度傳感器(97)及室內(nèi)側(cè)制冷劑溫度傳感器(98)得到的檢測值，被輸入到該控制器(90)中。該控制器(90)，構(gòu)成為根據(jù)這些傳感器所得到的檢測值，設(shè)定出關(guān)于制冷循環(huán)的高壓值的控制目標(biāo)值，再對注入閥(27)和旁通閥(29)的開度進(jìn)行控制，使高壓壓力傳感器(95)的檢測值成為控制目標(biāo)值。
(壓縮兼膨脹機(jī)組的結(jié)構(gòu))如圖3所示，壓縮兼膨脹機(jī)組(30)包括殼體(31)，該殼體(31)是縱向長度較長且呈圓筒形的封閉容器。在該殼體(31)內(nèi)部，從下方向上方依次設(shè)置有壓縮機(jī)構(gòu)部(50)、馬達(dá)(45)及膨脹機(jī)構(gòu)部(60)。
在所述殼體(31)，設(shè)置有噴出管(36)。該噴出管(36)，設(shè)置在馬達(dá)(45)與膨脹機(jī)構(gòu)部(60)之間，與殼體(31)的內(nèi)部空間連通。
所述馬達(dá)(45)，設(shè)置在殼體(31)的在長邊方向上的中央部分。該馬達(dá)(45)，由定子(46)和轉(zhuǎn)子(47)構(gòu)成。定子(46)，固定在所述殼體(31)上。轉(zhuǎn)子(47)，設(shè)置在定子(46)的內(nèi)側(cè)。轉(zhuǎn)軸(40)的主軸部(44)，以與轉(zhuǎn)子(47)同軸的方式貫穿了該轉(zhuǎn)子(47)。
在所述轉(zhuǎn)軸(40)的下端側(cè)，形成有兩個(gè)下側(cè)偏心部(58、59)。這兩個(gè)下側(cè)偏心部(58、59)，形成為直徑比主軸部(44)的直徑大的形狀，位于下側(cè)的構(gòu)成第一下側(cè)偏心部(58)，位于上側(cè)的構(gòu)成第二下側(cè)偏心部(59)。第一下側(cè)偏心部(58)和第二下側(cè)偏心部(59)，相對主軸部(44)的軸心偏心的方向相反。
在所述轉(zhuǎn)軸(40)的上端側(cè)，形成有兩個(gè)大直徑偏心部(41、42)。這兩個(gè)大直徑偏心部(41、42)，形成為直徑比主軸部(44)的直徑大的形狀，位于下側(cè)的構(gòu)成第一大直徑偏心部(41)，位于上側(cè)的構(gòu)成第二大直徑偏心部(42)。第一大直徑偏心部(41)和第二大直徑偏心部(42)，都向同一方向偏心。第二大直徑偏心部(42)的外徑，比第一大直徑偏心部(41)的外徑大。對相對主軸部(44)的軸心偏心的偏心量來講，第二大直徑偏心部(42)的偏心量比第一大直徑偏心部(41)的偏心量大。
壓縮機(jī)構(gòu)部(50)，構(gòu)成搖擺活塞式流轉(zhuǎn)壓縮機(jī)。該壓縮機(jī)構(gòu)部(50)，包括兩個(gè)氣缸(51、52)和兩個(gè)活塞(57)。在壓縮機(jī)構(gòu)部(50)中，處于從下方向上方依次疊有后頭部(55)、第一氣缸(51)、中間板(56)、第二氣缸(52)及前頭部(54)的狀態(tài)。
在第一及第二氣缸(51、52)的內(nèi)部，分別設(shè)置有一個(gè)圓筒狀活塞(57)。雖然未示，但是在活塞(57)的側(cè)表面上以突起的方式設(shè)置有平板狀葉片，該葉片被氣缸(51、52)通過搖擺襯套支撐。在第一氣缸(51)內(nèi)的活塞(57)，與轉(zhuǎn)軸(40)的第一下側(cè)偏心部(58)接合。在第二氣缸(52)內(nèi)的活塞(57)，與轉(zhuǎn)軸(40)的第二下側(cè)偏心部(59)接合。各活塞(57、57)，是其內(nèi)表面與下側(cè)偏心部(58、59)的外表面磨著接觸，其外表面與氣缸(51、52)的內(nèi)表面磨著接觸。壓縮室(53)形成在活塞(57、57)的外表面與氣缸(51、52)的內(nèi)表面之間。
在第一及第二氣缸(51、52)，分別形成有一個(gè)吸入口(33)。各吸入口(33)沿氣缸(51、52)半徑方向貫穿氣缸(51、52)，吸入口(33)的末端在氣缸(51、52)的內(nèi)表面上開口。各吸入口(33)，由管道延伸到殼體(31)外部。
在前頭部(54)和后頭部(55)，分別形成有一個(gè)噴出口。前頭部(54)的噴出口，使第二氣缸(52)內(nèi)的壓縮室(53)與殼體(31)的內(nèi)部空間連通。后頭部(55)的噴出口，使第一氣缸(51)內(nèi)的壓縮室(53)與殼體(31)的內(nèi)部空間連通。在各噴出口的末端設(shè)置有由簧片閥構(gòu)成的噴出閥，噴出口由該噴出閥開閉。補(bǔ)充說明一下，在圖3中，省略了噴出口和噴出閥的圖示。從壓縮機(jī)構(gòu)部(50)噴出到殼體(31)的內(nèi)部空間的氣體制冷劑，流過噴出管(36)而從壓縮兼膨脹機(jī)組(30)流出。
所述膨脹機(jī)構(gòu)部(60)，構(gòu)成所謂的搖擺活塞式流轉(zhuǎn)壓縮機(jī)。在該膨脹機(jī)構(gòu)部(60)中，設(shè)置有兩對已配成對的氣缸(71、81)及活塞(75、85)。此外，在膨脹機(jī)構(gòu)部(60)，還設(shè)置有前頭部(61)、中間板(63)及后頭部(62)。
在所述膨脹機(jī)構(gòu)部(60)中，處于從下方向上方依次疊有前頭部(61)、第一氣缸(71)、中間板(63)、第二氣缸(81)及后頭部(62)的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，第一氣缸(71)，是下側(cè)端面被前頭部(61)閉塞，上側(cè)端面被中間板(63)閉塞。第二氣缸(81)，是下側(cè)端面被中間板(63)閉塞，上側(cè)端面被后頭部(62)閉塞。第二氣缸(81)的內(nèi)徑，比第一氣缸(71)的內(nèi)徑大。
所述轉(zhuǎn)軸(40)，貫穿了呈重疊狀態(tài)的前頭部(61)、第一氣缸(71)、中間板(63)、第二氣缸(81)及后頭部(62)。轉(zhuǎn)軸(40)，是第一大直徑偏心部(41)位于第一氣缸(71)內(nèi)，第二大直徑偏心部(42)位于第二氣缸(81)內(nèi)。
如圖4、圖5及圖6所示，在第一氣缸(71)內(nèi)設(shè)置有第一活塞(75)，在第二氣缸(81)內(nèi)設(shè)置有第二活塞(85)。第一及第二活塞(75、85)，都形成為圓環(huán)狀或圓筒狀。第一活塞(75)的外徑和第二活塞(85)的外徑相等。第一活塞(75)的內(nèi)徑大致與第一大直徑偏心部(41)的外徑相等，第二活塞(85)的內(nèi)徑大致與第二大直徑偏心部(42)的外徑相等。第一大直徑偏心部(41)貫穿了第一活塞(75)；第二大直徑偏心部(42)貫穿了第二活塞(85)。
所述第一活塞(75)，是外表面與第一氣缸(71)的內(nèi)表面磨著接觸，一個(gè)端面與前頭部(61)磨著接觸，另一個(gè)端面與中間板(63)磨著接觸。在第一氣缸(71)內(nèi)，第一膨脹室(72)形成在第一氣缸(71)的內(nèi)表面與第一活塞(75)的外表面之間。所述第二活塞(85)，是外表面與第二氣缸(81)的內(nèi)表面磨著接觸，一個(gè)端面與后頭部(62)磨著接觸，另一個(gè)端面與中間板(63)磨著接觸。在第二氣缸(81)內(nèi)，第二膨脹室(82)形成在第二氣缸(81)的內(nèi)表面與第二活塞(85)的外表面之間。
在所述第一及第二活塞(75、85)上，分別以成為一體的方式設(shè)置有一個(gè)葉片(76、86)。葉片(76、86)，形成為沿活塞(75、85)的半徑方向延伸的板狀，從活塞(75、85)的外表面上向外側(cè)突出。
在所述各氣缸(71、81)，分別設(shè)置有一對襯套(77、87)。各襯套(77、87)，是小塊狀部件，形成為內(nèi)表面呈平面狀、并且外表面呈圓弧面狀。一對襯套(77、87)，設(shè)置為夾了葉片(76、86)的狀態(tài)。各襯套(77、87)，是內(nèi)表面與葉片(76、86)磨著移動，外表面與氣缸(71、81)磨著移動。已與活塞(75、85)成為一體的葉片(76、86)，被氣缸(71、81)通過襯套(77、87)支撐，處于相對氣缸(71、81)轉(zhuǎn)動自如且進(jìn)退自如的狀態(tài)。
第一氣缸(71)內(nèi)的第一膨脹室(72)，被已與第一活塞(75)成為一體的第一葉片(76)隔開，圖5中的第一葉片(76)的左側(cè)成為高壓側(cè)即第一高壓室(73)，第一葉片(76)的右側(cè)成為低壓側(cè)即第一低壓室(74)。第二氣缸(81)內(nèi)的第二膨脹室(82)，被已與第二活塞(85)成為一體的第二葉片(86)隔開，圖5中的第二葉片(86)的左側(cè)成為高壓側(cè)即第二高壓室(83)，第二葉片(86)的右側(cè)成為低壓側(cè)即第二低壓室(84)。
所述第一氣缸(71)和第二氣缸(81)，設(shè)置為各自的襯套(77、87)在圓周方向上的位置相互一致的狀態(tài)。換句話說，第二氣缸(81)相對第一氣缸(71)的設(shè)置角度為0°。如上所述，第一大直徑偏心部(41)和第二大直徑偏心部(42)，相對主軸部(44)的軸心向同一方向偏心。因此，與第一葉片(76)成為向第一氣缸(71)外側(cè)的移動量最大的狀態(tài)的同時(shí)，第二葉片(86)成為向第二氣缸(81)外側(cè)的移動量最大的狀態(tài)。
在所述第一氣缸(71)，形成有流入口(34)。流入口(34)，在第一氣缸(71)的內(nèi)表面上的、從圖4及圖5中的襯套(77)向左邊離開一點(diǎn)的部分開口。流入口(34)，能與第一高壓室(73)(即，第一膨脹室(72)的高壓側(cè))連通。在所述第二氣缸(81)，形成有流出口(35)。流出口(35)，在第二氣缸(81)的內(nèi)表面上的、從圖4及圖5中的襯套(87)向右邊離開一點(diǎn)的部分開口。流出口(35)，能與第二低壓室(84)(即，第二膨脹室(82)的低壓側(cè))連通。
在所述中間板(63)中，形成有連通路(64)。該連通路(64)，沿中間板(63)厚度方向貫穿了中間板(63)。在中間板(63)中的靠第一氣缸(71)側(cè)的表面上，連通路(64)的一端在第一葉片(76)右邊的部分開口。在中間板(63)中的靠第二氣缸(81)側(cè)的表面上，連通路(64)的另一端在第二葉片(86)左邊的部分開口。如圖4所示，連通路(64)相對中間板(63)厚度方向傾斜著延伸，使第一低壓室(74)(即，第一膨脹室(72)的低壓側(cè))和第二高壓室(83)(即，第二膨脹室(82)的高壓側(cè))互相連通。
在所述中間板(63)中，形成有注入口(37)(參照圖3)。注入口(37)，形成為大致沿水平方向延伸，注入口(37)的末端在連通路(64)開口。注入口(37)的基端側(cè)，通過管道延伸到殼體(31)外部。如上所述，在該注入口(37)上連接有注入管道(26)。
在如上所述構(gòu)成的、本實(shí)施例的膨脹機(jī)構(gòu)部(60)中，第一氣缸(71)、設(shè)置在該第一氣缸(71)上的襯套(77)、第一活塞(75)及第一葉片(76)構(gòu)成第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70)；第二氣缸(81)、設(shè)置在該第二氣缸(81)上的襯套(87)、第二活塞(85)及第二葉片(86)構(gòu)成第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(80)。
如上所述，在所述膨脹機(jī)構(gòu)部(60)中，第一葉片(76)向第一氣缸(71)外側(cè)移動的移動量最大的時(shí)刻(timing)，與第二葉片(86)向第二氣缸(81)外側(cè)移動的移動量最大的時(shí)刻同步。就是說，第一低壓室(74)的容積在第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70)內(nèi)逐漸減少的過程，與第二高壓室(83)的容積在第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(80)內(nèi)逐漸增加的過程同步(參照圖6)。如上所述，第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70)的第一低壓室(74)和第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(80)的第二高壓室(83)，通過連通路(64)互相連通。第一低壓室(74)、連通路(64)及第二高壓室(83)構(gòu)成一個(gè)封閉空間，該封閉空間構(gòu)成膨脹室(66)。關(guān)于這一點(diǎn)，參照圖7進(jìn)行說明。
在該圖7中，設(shè)第一葉片(76)向第一氣缸(71)外周一側(cè)移動的移動量最大的狀態(tài)下的轉(zhuǎn)軸(40)回轉(zhuǎn)角度為0°。在此，假設(shè)第一膨脹室(72)的最大容積為3ml(毫升)、第二膨脹室(82)的最大容積為10ml，來進(jìn)行說明。
如圖7所示，轉(zhuǎn)軸(40)的回轉(zhuǎn)角度為0°時(shí)，第一低壓室(74)的容積為最大值即3ml，第二高壓室(83)的容積為最小值即0ml。如在圖7中用點(diǎn)劃線表示的那樣，隨著轉(zhuǎn)軸(40)的回轉(zhuǎn)，第一低壓室(74)的容積逐漸減少，轉(zhuǎn)軸(40)的回轉(zhuǎn)角度達(dá)到360°時(shí)成為最小值即0ml。如在圖7中用雙點(diǎn)劃線表示的那樣，隨著轉(zhuǎn)軸(40)的回轉(zhuǎn)，第二高壓室(83)的容積逐漸增加，轉(zhuǎn)軸(40)的回轉(zhuǎn)角度達(dá)到360°時(shí)成為最大值即10ml。在不考慮連通路(64)的容積的情況下，在某個(gè)回轉(zhuǎn)角度時(shí)的膨脹室(66)容積，具有將該回轉(zhuǎn)角度時(shí)的第一低壓室(74)容積和第二高壓室(83)容積加起來的值。就是說，如在圖7中用實(shí)線表示的那樣，膨脹室(66)的容積在轉(zhuǎn)軸(40)的回轉(zhuǎn)角度為0°時(shí)成為最小值即3ml，該容積隨著轉(zhuǎn)軸(40)的回轉(zhuǎn)而逐漸增加，轉(zhuǎn)軸(40)回轉(zhuǎn)角度達(dá)到360°時(shí)成為最大值即10ml。
-運(yùn)轉(zhuǎn)工作-對所述空氣調(diào)節(jié)裝置(10)的工作情況進(jìn)行說明。在此，對空氣調(diào)節(jié)裝置(10)的制冷運(yùn)轉(zhuǎn)和供暖運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的工作情況進(jìn)行說明，接著對膨脹機(jī)構(gòu)部(60)的工作情況進(jìn)行說明。
(制冷運(yùn)轉(zhuǎn))在制冷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)定四通換向閥(21)為圖1所示的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，若使電流流過壓縮兼膨脹機(jī)組(30)的馬達(dá)(45)，制冷劑就在制冷劑回路(20)中循環(huán)，進(jìn)行蒸氣壓縮式制冷循環(huán)。這時(shí)，室外熱交換器(23)成為散熱器，室內(nèi)熱交換器(24)成為蒸發(fā)器。補(bǔ)充說明一下，在此假設(shè)注入閥(27)和旁通閥(29)處于全關(guān)閉狀態(tài)而進(jìn)行說明。
在壓縮機(jī)構(gòu)部(50)中壓縮后的制冷劑，流過噴出管(36)從壓縮兼膨脹機(jī)組(30)噴出來。在該狀態(tài)下，制冷劑的壓力高于該制冷劑的臨界壓力。該噴出來的制冷劑，流過四通換向閥(21)，再流向室外熱交換器(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)放熱后的制冷劑，流過橋接回路(22)的第三止回閥(CV-3)，再流過流入口(34)，流入到壓縮兼膨脹機(jī)組(30)的膨脹機(jī)構(gòu)部(60)中。在膨脹機(jī)構(gòu)部(60)中，高壓制冷劑進(jìn)行膨脹，高壓制冷劑的內(nèi)能變換為轉(zhuǎn)軸(40)的旋轉(zhuǎn)動力。膨脹后的低壓制冷劑，流過流出口(35)而從壓縮兼膨脹機(jī)組(30)流出，再流過橋接回路(22)的第一止回閥(CV-1)，然后流向室內(nèi)熱交換器(24)。
在室內(nèi)熱交換器(24)中，流入了的制冷劑從室內(nèi)空氣吸熱而蒸發(fā)，室內(nèi)空氣冷卻。從室內(nèi)熱交換器(24)流出后的低壓氣體制冷劑，流過四通換向閥(21)，再流過吸入口(32)而被吸收到壓縮兼膨脹機(jī)組(30)的壓縮機(jī)構(gòu)部(50)中。壓縮機(jī)構(gòu)部(50)，對所吸入的制冷劑進(jìn)行壓縮后噴出該壓縮后的制冷劑。
(供暖運(yùn)轉(zhuǎn))在供暖運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，切換四通換向閥(21)為圖2所示的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，若使電流流過壓縮兼膨脹機(jī)組(30)的馬達(dá)(45)，制冷劑就在制冷劑回路(20)中循環(huán)，進(jìn)行蒸氣壓縮式制冷循環(huán)。這時(shí)，室內(nèi)熱交換器(24)成為散熱器，室外熱交換器(23)成為蒸發(fā)器。補(bǔ)充說明一下，在此假設(shè)注入閥(27)和旁通閥(29)處于全關(guān)閉狀態(tài)而進(jìn)行說明。
在壓縮機(jī)構(gòu)部(50)中壓縮后的制冷劑，流過噴出管(36)從壓縮兼膨脹機(jī)組(30)噴出來。在該狀態(tài)下，制冷劑的壓力高于該制冷劑的臨界壓力。該噴出來的制冷劑，流過四通換向閥(21)，再流向室內(nèi)熱交換器(24)。在室內(nèi)熱交換器(24)中，流入的制冷劑向室外空氣放熱，室內(nèi)空氣被加熱。
在室內(nèi)熱交換器(24)中放熱后的制冷劑，流過橋接回路(22)的第二止回閥(CV-2)，再流過流入口(34)，流入到壓縮兼膨脹機(jī)組(30)的膨脹機(jī)構(gòu)部(60)中。在膨脹機(jī)構(gòu)部(60)中，高壓制冷劑進(jìn)行膨脹，高壓制冷劑的內(nèi)能變換為轉(zhuǎn)軸(40)的旋轉(zhuǎn)動力。膨脹后的低壓制冷劑，流過流出口(35)而從壓縮兼膨脹機(jī)組(30)流出，再流過橋接回路(22)的第四止回閥(CV-4)，然后流向室外熱交換器(23)。
在室外熱交換器(23)中，流入了的制冷劑從室外空氣吸熱而蒸發(fā)。從室外熱交換器(23)流出后的低壓氣體制冷劑，流過四通換向閥(21)，再流過吸入口(32)而被吸收到壓縮兼膨脹機(jī)組(30)的壓縮機(jī)構(gòu)部(50)中。壓縮機(jī)構(gòu)部(50)，對所吸入的制冷劑進(jìn)行壓縮后噴出該壓縮后的制冷劑。
(膨脹機(jī)構(gòu)部的工作情況)對膨脹機(jī)構(gòu)部(60)的工作情況進(jìn)行說明。
首先，參照圖6，對處于超臨界狀態(tài)的高壓制冷劑流入第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(70)的第一高壓室(73)中的過程進(jìn)行說明。若在回轉(zhuǎn)角度為0°的狀態(tài)下，轉(zhuǎn)軸(40)稍微回轉(zhuǎn)一點(diǎn)，第一活塞(75)和第一氣缸(71)接觸的位置就通過流入口(34)的開口部分，高壓制冷劑開始從流入口(34)流入到第一高壓室(73)中。之后，轉(zhuǎn)軸(40)的回轉(zhuǎn)角度經(jīng)過90°，再經(jīng)過180°，然后經(jīng)過270°，這樣逐漸變大，高壓制冷劑隨之繼續(xù)流入到第一高壓室(73)中。高壓制冷劑流入到第一高壓室(73)中的情況，持續(xù)到轉(zhuǎn)軸(40)回轉(zhuǎn)角度達(dá)到360°為止。
接著，參照圖6，對制冷劑在膨脹機(jī)構(gòu)部(60)中膨脹的過程進(jìn)行說明。若在回轉(zhuǎn)角度為0°的狀態(tài)下，轉(zhuǎn)軸(40)稍微回轉(zhuǎn)一點(diǎn)，第一低壓室(74)和第二高壓室(83)通過連通路(64)互相連通，制冷劑開始從第一低壓室(74)流入到第二高壓室(83)中。之后，轉(zhuǎn)軸(40)的回轉(zhuǎn)角度經(jīng)過90°，再經(jīng)過180°，然后經(jīng)過270°，這樣逐漸變大，第一低壓室(74)的容積隨之逐漸減少，同時(shí)第二高壓室(83)的容積逐漸增加，其結(jié)果是膨脹室(66)的容積逐漸增加。該膨脹室(66)容積的增加，持續(xù)到轉(zhuǎn)軸(40)回轉(zhuǎn)角度即將達(dá)到360°的時(shí)候?yàn)橹?。在膨脹?66)容積增加的過程當(dāng)中，膨脹室(66)內(nèi)的制冷劑膨脹，該制冷劑的膨脹使轉(zhuǎn)軸(40)進(jìn)行回轉(zhuǎn)驅(qū)動。這樣，第一低壓室(74)內(nèi)的制冷劑，流過連通路(64)，膨脹著流入到第二高壓室(83)中。
如在圖7中用虛線表示的那樣，在制冷劑膨脹的過程當(dāng)中，膨脹室(66)內(nèi)的制冷劑壓力隨著轉(zhuǎn)軸(40)的回轉(zhuǎn)角度變大而逐漸下降。具體而言，充滿在第一低壓室(74)中的、處于超臨界狀態(tài)的制冷劑的壓力，在到轉(zhuǎn)軸(40)回轉(zhuǎn)角度約達(dá)55°為止的那一段時(shí)間內(nèi)急劇下降，該制冷劑成為飽和液狀態(tài)。之后，一邊膨脹室(66)內(nèi)的制冷劑的一部分蒸發(fā)，一邊該制冷劑的壓力緩慢地降低。
接著，參照圖6，對制冷劑從第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部(80)的第二低壓室(84)流出的過程進(jìn)行說明。第二低壓室(84)，在轉(zhuǎn)軸(40)回轉(zhuǎn)角度為0°的時(shí)候開始與流出口(35)連通。就是說，制冷劑開始從第二低壓室(84)向流出口(35)流出。之后，在轉(zhuǎn)軸(40)的回轉(zhuǎn)角度經(jīng)過90°，再經(jīng)過180°，然后經(jīng)過270°，這樣逐漸變大而達(dá)到360°為止的那一段時(shí)間內(nèi)，膨脹后的低壓制冷劑從第二低壓室(84)連續(xù)地流出。
(控制器的控制操作)在所述控制器(90)中，進(jìn)行主控制操作和副控制操作。主控制操作時(shí)的控制器(90)，在保持旁通閥(29)全關(guān)閉的狀態(tài)下，調(diào)節(jié)注入閥(27)的開度。在主控制操作的過程當(dāng)中，注入閥(27)成為全打開狀態(tài)，成為不能再增加制冷劑在注入管道(26)中的流量的狀態(tài)的情況下，控制器(90)開始進(jìn)行副控制操作。副控制操作時(shí)的控制器(90)，在保持注入閥(27)全打開的狀態(tài)下調(diào)節(jié)旁通閥(29)的開度，來調(diào)節(jié)制冷劑在旁通管道(28)中的流量。在副控制操作的過程當(dāng)中，旁通閥(29)成為全關(guān)閉狀態(tài)的情況下，就是說，在不需要使制冷劑在旁通管道(28)內(nèi)流通的狀態(tài)下，控制器(90)重新開始進(jìn)行主控制操作。
參照圖8所示的流程圖，進(jìn)一步對所述控制器(90)的控制操作情況進(jìn)行說明。圖8所示的控制器(90)的控制操作，是在旁通閥(29)全關(guān)閉的狀態(tài)下開始進(jìn)行的。
在步驟ST10中，控制器(90)，測量空氣調(diào)節(jié)裝置(10)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。具體而言，控制器(90)接收來自高壓壓力傳感器(95)、低壓壓力傳感器(96)、室外側(cè)制冷劑溫度傳感器(97)及室內(nèi)側(cè)制冷劑溫度傳感器(98)的輸出信號。在接下來的步驟ST11中，控制器(90)，根據(jù)在步驟ST11中所接收的、各傳感器(95到98)檢測出的值，計(jì)算出制冷循環(huán)的高壓值的控制目標(biāo)值Pd_obj。關(guān)于計(jì)算出該控制目標(biāo)值Pd_obj的過程，后面進(jìn)行詳細(xì)說明。
在下一個(gè)步驟即步驟ST12中，控制器(90)對高壓壓力傳感器(95)的檢測值即制冷循環(huán)的高壓的實(shí)際測量值Pd、和在步驟ST11中計(jì)算出的控制目標(biāo)值Pd_obj進(jìn)行比較。若制冷循環(huán)的高壓的實(shí)際測量值Pd大于或等于控制目標(biāo)值Pd_obj，就進(jìn)入步驟ST13，而若制冷循環(huán)的高壓的實(shí)際測量值Pd小于控制目標(biāo)值Pd_obj，就進(jìn)入步驟ST16。
在Pd≥Pd_obj的情況下，在步驟ST13中，判斷注入閥(27)是否處于全打開狀態(tài)。
在步驟ST13中，在判斷為注入閥(27)已經(jīng)處于全打開狀態(tài)的情況下，就進(jìn)入步驟ST14中。在步驟ST14中，控制器(90)，在保持注入閥(27)全打開的狀態(tài)下使旁通閥(29)的開度變大，開始將制冷劑導(dǎo)入到旁通管道(28)中，或者增加制冷劑在旁通管道(28)內(nèi)的流量。就是說，在所述狀態(tài)下，盡管不能再增加制冷劑在注入管道(26)內(nèi)的流量，但是制冷循環(huán)的高壓的實(shí)際測量值Pd高于或等于控制目標(biāo)值Pd_obj。于是，控制器(90)增加流入到旁通管道(28)中的制冷劑量，以降低制冷循環(huán)的高壓值。
在步驟ST13中，在判斷為注入閥(27)未成為全打開狀態(tài)的情況下，就進(jìn)入步驟ST15。在步驟ST15中，控制器(90)，在保持旁通閥(29)全關(guān)閉的狀態(tài)下使注入閥(27)的開度變大，增加制冷劑在注入管道(26)內(nèi)的流量。就是說，在所述狀態(tài)下，與步驟ST14的狀態(tài)不同，能增加制冷劑在注入管道(26)中的流量。于是，控制器(90)增加流入到注入管道(26)中的制冷劑量，以降低制冷循環(huán)的高壓。
在Pd＜Pd_obj的情況下，在步驟ST16中，判斷旁通閥(29)是否處于全關(guān)閉狀態(tài)。
在步驟ST16中，在判斷為旁通閥(29)處于全關(guān)閉狀態(tài)的情況下，就進(jìn)入步驟ST17中。在步驟ST17中，控制器(90)，在保持旁通閥(29)全關(guān)閉的狀態(tài)下使注入閥(27)的開度變小，來減少制冷劑在注入管道(26)內(nèi)的流量。就是說，所述狀態(tài)，是制冷劑未導(dǎo)入到旁通管道(28)中，并且注入閥(27)未成為全打開狀態(tài)的狀態(tài)。于是，控制器(90)減少流入到注入管道(26)中的制冷劑量，以讓制冷循環(huán)的高壓值上升。
在步驟ST16中，在判斷為旁通閥(29)不處于全關(guān)閉狀態(tài)的情況下，就進(jìn)入步驟ST18中。在步驟ST18中，控制器(90)，在保持注入閥(27)全打開的狀態(tài)下使旁通閥(29)的開度變小，來減少制冷劑在旁通管道(28)內(nèi)的流量，或者停止將制冷劑導(dǎo)入到旁通管道(28)中。就是說，該狀態(tài)，是旁通閥(29)已經(jīng)打開，并且制冷循環(huán)的高壓的實(shí)際測量值Pd低于控制目標(biāo)值Pd_obj的狀態(tài)。于是，控制器(90)減少流入到旁通管道(28)內(nèi)的制冷劑量，以讓制冷循環(huán)的高壓值上升。
對所述控制器(90)來講，從圖8中的步驟ST10、ST11及ST12開始，經(jīng)過步驟ST13到步驟ST15為止的操作、和經(jīng)過步驟ST16到步驟ST17為止的操作是主控制操作。對該控制器(90)來講，從圖8中的步驟ST10、ST11及ST12開始，經(jīng)過步驟ST13到步驟ST14為止的操作、和經(jīng)過步驟ST16到步驟ST18為止的操作是副控制操作。
對在圖8所示的步驟ST11中計(jì)算出制冷循環(huán)的高壓值的控制目標(biāo)值Pd_obj的過程，進(jìn)行說明。
在此，在制冷循環(huán)的高壓值為制冷劑的臨界壓力以上的壓力值的超臨界循環(huán)中，若讓制冷劑的蒸發(fā)溫度(或蒸發(fā)壓力)和制冷劑在散熱器出口處的溫度固定不變，如圖9所示，制冷循環(huán)的制冷系數(shù)(COP)就根據(jù)制冷循環(huán)的高壓值而變化，在制冷循環(huán)的高壓值成為某個(gè)值的情況下，制冷循環(huán)的制冷系數(shù)達(dá)到最高值。
在設(shè)計(jì)空氣調(diào)節(jié)裝置(10)的過程當(dāng)中，進(jìn)行設(shè)定制冷劑蒸發(fā)溫度(或蒸發(fā)壓力)和制冷劑在散熱器出口處的溫度為各種各樣的值而進(jìn)行的性能試驗(yàn)，為每個(gè)所述各值的組合而決定能夠得到最高制冷系數(shù)的、制冷循環(huán)的高壓值。在所述控制器(90)中，以矩陣或相關(guān)式的形式儲存有制冷劑蒸發(fā)溫度(或蒸發(fā)壓力)及制冷劑在散熱器出口處的溫度、與制冷系數(shù)達(dá)到最高值的、制冷循環(huán)的高壓值之間的對應(yīng)關(guān)系。
控制器(90)，若在制冷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，就將低壓壓力傳感器(96)的檢測值和室外側(cè)制冷劑溫度傳感器(97)的檢測值用于已儲存的矩陣或關(guān)系式，來設(shè)定在這時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下能夠得到最高制冷系數(shù)的、制冷循環(huán)的高壓值為控制目標(biāo)值Pd_obj。控制器(90)，若在供暖運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，就將低壓壓力傳感器(96)的檢測值和室內(nèi)側(cè)制冷劑溫度傳感器(98)的檢測值用于已儲存的矩陣或關(guān)系式，來設(shè)定在這時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下能夠得到最高制冷系數(shù)的、制冷循環(huán)的高壓值為控制目標(biāo)值Pd_obj。
這樣，所述控制器(90)來設(shè)定在這時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下能夠得到最高制冷系數(shù)的、制冷循環(huán)的高壓值為控制目標(biāo)值Pd_obj。之后，控制器(90)，調(diào)節(jié)注入閥(27)和旁通閥(29)的開度，使高壓壓力傳感器(95)檢測出的、制冷循環(huán)的高壓的實(shí)際測量值Pd成為控制目標(biāo)值Pd_0bj。
-第一實(shí)施例的效果-在本實(shí)施例的空氣調(diào)節(jié)裝置(10)中，在陷入失去了流過膨脹機(jī)構(gòu)部(60)的制冷劑量與流過壓縮機(jī)構(gòu)部(50)的制冷劑量之間的平衡的狀態(tài)的情況下，能通過將制冷劑還從注入管道(26)導(dǎo)入到膨脹機(jī)構(gòu)部(60)中，來使流過膨脹機(jī)構(gòu)部(60)的制冷劑量和流過壓縮機(jī)構(gòu)部(50)的制冷劑量得到平衡。因此，雖然在現(xiàn)有技術(shù)中，制冷劑中的一部分不能不繞行膨脹機(jī)構(gòu)部(60)，但是在本發(fā)明中，該部分也被導(dǎo)入到膨脹機(jī)構(gòu)部(60)中，能夠從制冷劑中的在現(xiàn)有技術(shù)中不能回收動力的部分也回收動力。因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)幾乎讓從制冷劑回收的動力不減小，并且能在廣泛的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下進(jìn)行穩(wěn)定的工作的空氣調(diào)節(jié)裝置(10)。
在本實(shí)施例中，控制器(90)調(diào)節(jié)注入閥(27)的開度，以得到最高制冷系數(shù)。因此，根據(jù)本實(shí)施例，不但能使流過膨脹機(jī)構(gòu)部(60)的制冷劑量和流過壓縮機(jī)構(gòu)部(50)的制冷劑量得到平衡，連續(xù)地進(jìn)行穩(wěn)定的制冷循環(huán)，而且能在得到最高制冷系數(shù)的條件下進(jìn)行制冷循環(huán)。
在本實(shí)施例中，在制冷劑回路(20)中設(shè)置有旁通管道(28)，從而能用膨脹機(jī)構(gòu)部(60)和旁通管道(28)這兩條渠道使放熱后的高壓制冷劑流向熱交換器(23、24)中成為蒸發(fā)器的那一個(gè)熱交換器。因此，在即使將制冷劑從注入管道(26)導(dǎo)入到膨脹機(jī)構(gòu)部(60)中也不能使流過膨脹機(jī)構(gòu)部(60)的制冷劑量和流過壓縮機(jī)構(gòu)部(50)的制冷劑量得到平衡的情況下，能通過使制冷劑流過旁通管道(28)，來確保制冷劑在制冷劑回路(20)中的循環(huán)量。本實(shí)施例的控制器(90)，設(shè)為只有在注入管道(26)的注入閥(27)處于全打開狀態(tài)的情況下，才打開旁通閥(29)。因此，能將制冷劑在旁通管道(28)中的流量控制為所必要的程度中的最小限度，來以最大限度確保流過膨脹機(jī)構(gòu)部(60)的制冷劑量，能將在膨脹機(jī)構(gòu)部(60)中從制冷劑回收的動力的減小控制為最小限度。
-實(shí)施例的第一變形例-在所述實(shí)施例的控制器(90)中，也可以采用下述方式設(shè)定關(guān)于制冷循環(huán)的高壓值的控制目標(biāo)值Pd_obj。
在設(shè)定出控制目標(biāo)值Pd_obj之際，本變形例的控制器(90)，試著進(jìn)行通過變更注入閥(27)或旁通閥(29)的開度，來使制冷循環(huán)的高壓值增減的操作。該控制器(90)，在旁通閥(29)處于全關(guān)閉狀態(tài)，只有注入閥(27)打開著的狀態(tài)下，通過變更注入閥(27)的開度來使制冷循環(huán)的高壓值增減，而在注入閥(27)處于全打開狀態(tài)，并且旁通閥(29)也打開著的狀態(tài)下，通過變更旁通閥(29)的開度來使制冷循環(huán)的高壓值增減。該控制器(90)，實(shí)際地測量在使制冷循環(huán)的高壓值增減時(shí)的、制冷循環(huán)的制冷系數(shù)。之后，控制器(90)計(jì)算出制冷循環(huán)的高壓值的變化與制冷系數(shù)的變化之間的相關(guān)關(guān)系，并利用該相關(guān)關(guān)系找到能夠得到最高制冷系數(shù)的、制冷循環(huán)的高壓值，再設(shè)定該找到的高壓值為控制目標(biāo)值Pd_obj。
-實(shí)施例的第二變形例-在所述實(shí)施例的控制器(90)中，也可以是這樣的，將從壓縮機(jī)構(gòu)部(50)噴出來的制冷劑溫度(噴吐制冷劑溫度)作為參數(shù)，來控制注入閥(27)和旁通閥(29)的開度。就是說，設(shè)定在這時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下能夠得到最高制冷系數(shù)的噴吐制冷劑溫度為控制目標(biāo)值，再控制注入閥(27)和旁通閥(29)的開度，使噴吐制冷劑溫度的實(shí)際測量值成為控制目標(biāo)值。具體而言，在圖8所示的步驟ST11中，設(shè)定出噴吐制冷劑溫度的控制目標(biāo)值，來代替關(guān)于制冷循環(huán)的高壓值的控制目標(biāo)值，之后在接下來的步驟ST12中，判斷噴吐制冷劑溫度的實(shí)際測量值是否為控制目標(biāo)值以上的值。
-實(shí)施例的第三變形例-在所述實(shí)施例的控制器(90)中，也可以是這樣的，將流過成為散熱器的熱交換器后的空氣溫度作為參數(shù)，來控制注入閥(27)和旁通閥(29)的開度。
本變形例的控制器(90)，被用戶輸入與流過在供暖運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)成為散熱器的室內(nèi)熱交換器(24)后的空氣的溫度，即在供暖運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)從室內(nèi)機(jī)(13)吹來的空氣的溫度有關(guān)的設(shè)定值。該控制器(90)，通過控制注入閥(27)和旁通閥(29)的開度，使在供暖運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)流過室內(nèi)熱交換器(24)后的空氣溫度的實(shí)際測量值成為已被輸入的目標(biāo)值，來調(diào)節(jié)制冷循環(huán)的高壓值。
一實(shí)施例的第四變形例-在所述實(shí)施例中，在制冷劑回路(20)中設(shè)置高壓壓力傳感器(95)，并實(shí)際地檢測了制冷循環(huán)的高壓值。也可以是這樣的，不直接測量制冷循環(huán)的高壓值，而根據(jù)其他傳感器的檢測值推測制冷循環(huán)的高壓值。比如說，若實(shí)際地檢測出壓縮機(jī)構(gòu)部(50)的旋轉(zhuǎn)速度、驅(qū)動壓縮機(jī)構(gòu)部(50)的馬達(dá)(45)的功耗及制冷劑在散熱器出口處的溫度，就能根據(jù)這些實(shí)際測量值推算出制冷循環(huán)的高壓值。
-工業(yè)實(shí)用性- 綜上所述，本發(fā)明，對包括膨脹機(jī)的制冷裝置很有用。
權(quán)利要求
1.一種制冷裝置，包括連接有壓縮機(jī)(50)、散熱器、膨脹機(jī)(60)及蒸發(fā)器的制冷劑回路(20)，并使制冷劑在所述制冷劑回路(20)內(nèi)循環(huán)而進(jìn)行制冷循環(huán)，其特征在于，包括注入流通路(26)，將在所述制冷劑回路(20)內(nèi)從散熱器流向膨脹機(jī)(60)的制冷劑的一部分導(dǎo)入到所述膨脹機(jī)(60)的處于膨脹過程中的膨脹室(66)內(nèi)，和流量調(diào)節(jié)閥(27)，用于調(diào)節(jié)制冷劑在所述注入流通路(26)中的流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷裝置，其特征在于包括控制機(jī)構(gòu)(90)，該控制機(jī)構(gòu)(90)調(diào)節(jié)所述流量調(diào)節(jié)閥(27)的開度，使制冷劑回路(20)中的制冷循環(huán)的制冷系數(shù)成為在這時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下能得到的最高值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制冷裝置，其特征在于控制機(jī)構(gòu)(90)，構(gòu)成為根據(jù)表示運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的實(shí)際測量值，計(jì)算出制冷系數(shù)成為最高值的制冷循環(huán)的高壓值并將該高壓值作為控制目標(biāo)值，再調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥(27)的開度，使制冷循環(huán)的高壓值成為控制目標(biāo)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制冷裝置，其特征在于控制機(jī)構(gòu)(90)，構(gòu)成為根據(jù)使制冷循環(huán)的高壓值增減時(shí)所發(fā)生的制冷系數(shù)的變化，計(jì)算出制冷系數(shù)成為最高值的制冷循環(huán)的高壓值并將該計(jì)算出的高壓值作為控制目標(biāo)值，再調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥(27)的開度，使制冷循環(huán)的高壓值成為控制目標(biāo)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的制冷裝置，其特征在于在制冷劑回路(20)中，設(shè)置有旁通路(28)和旁通調(diào)節(jié)閥(29)，該旁通路(28)使膨脹機(jī)(60)的上游側(cè)和下游側(cè)連接起來；該旁通調(diào)節(jié)閥(29)用于調(diào)節(jié)制冷劑在所述旁通路(28)中的流量；控制機(jī)構(gòu)(90)，構(gòu)成為進(jìn)行主控制操作和副控制操作，該主控制操作，是在保持旁通調(diào)節(jié)閥(29)全關(guān)閉的狀態(tài)下調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥(27)的開度的；該副控制操作，是在所述主控制操作的過程當(dāng)中，流量調(diào)節(jié)閥(27)成為全打開狀態(tài)時(shí)，在保持所述流量調(diào)節(jié)閥(27)全打開的狀態(tài)下調(diào)節(jié)旁通調(diào)節(jié)閥(29)的開度的，若旁通調(diào)節(jié)閥(29)在所述副控制操作的過程當(dāng)中成為全關(guān)閉狀態(tài)，所述控制機(jī)構(gòu)(90)就重新開始進(jìn)行主控制操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制冷裝置，其特征在于控制機(jī)構(gòu)(90)，根據(jù)表示運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的實(shí)際測量值，計(jì)算出制冷系數(shù)成為最高值的制冷循環(huán)的高壓值并將該高壓值作為控制目標(biāo)值，再作為副控制操作進(jìn)行調(diào)節(jié)旁通調(diào)節(jié)閥(29)的開度，來使制冷循環(huán)的高壓值成為控制目標(biāo)值的操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制冷裝置，其特征在于控制機(jī)構(gòu)(90)，根據(jù)使制冷循環(huán)的高壓值增減時(shí)所發(fā)生的制冷系數(shù)的變化，計(jì)算出制冷系數(shù)成為最高值的制冷循環(huán)的高壓值并將該計(jì)算出的高壓值作為控制目標(biāo)值，再作為副控制操作進(jìn)行調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥(27)的開度，來使制冷循環(huán)的高壓值成為控制目標(biāo)值的操作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷裝置，其特征在于在制冷劑回路(20)內(nèi)作為制冷劑填充有二氧化碳，在制冷劑回路(20)中進(jìn)行的制冷循環(huán)的高壓值，設(shè)定為二氧化碳的臨界壓力以上的壓力值。
全文摘要
在制冷劑回路(20)中，連接有室外熱交換器(23)、室內(nèi)熱交換器(24)及壓縮兼膨脹機(jī)組(30)等。在壓縮兼膨脹機(jī)組(30)中，設(shè)置有壓縮機(jī)構(gòu)部(50)、馬達(dá)(45)及膨脹機(jī)構(gòu)部(60)。在制冷劑回路(20)中，設(shè)置有注入管道(26)。在打開了注入閥(27)的情況下，放熱后的高壓制冷劑的一部分流入到注入管道(26)中，再被導(dǎo)入到膨脹機(jī)構(gòu)部(60)的處于膨脹過程中的膨脹室(66)內(nèi)。在膨脹機(jī)構(gòu)部(60)中，從流過流入口(34)導(dǎo)入到膨脹室(66)內(nèi)的高壓制冷劑和流過注入管道(26)導(dǎo)入到膨脹室(66)內(nèi)的高壓制冷劑這兩種高壓制冷劑回收動力。
文檔編號F25B1/10GK1973167SQ200580020728
公開日2007年5月30日 申請日期2005年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月7日
發(fā)明者鉾谷克己, 森脅道雄, 井之口優(yōu)芽, 佐佐木能成 申請人:大金工業(yè)株式會社