專利名稱：二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)、膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)及制冷循環(huán)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)、膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)及制冷循環(huán)裝置。
技術(shù)背景
目前提出有通過(guò)膨脹機(jī)來(lái)回收工作流體的膨脹能量，并將該回收的能量作為壓縮 機(jī)的工作的一部分來(lái)利用的制冷循環(huán)裝置。作為這樣的制冷循環(huán)裝置，已知有使用了膨脹 機(jī)一體型壓縮機(jī)的制冷循環(huán)裝置(參照專利文獻(xiàn)1)。
圖觀中示出使用了膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)的現(xiàn)有的制冷循環(huán)裝置。該制冷循環(huán)裝 置具有壓縮機(jī)201(壓縮機(jī)構(gòu))、散熱器202、膨脹機(jī)203(膨脹機(jī)構(gòu))及蒸發(fā)器204。上述的 設(shè)備通過(guò)配管相互連接從而構(gòu)成主回路208。壓縮機(jī)201與膨脹機(jī)203通過(guò)軸207連結(jié)。 在壓縮機(jī)201與膨脹機(jī)203之間設(shè)置有驅(qū)動(dòng)軸207旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)206。由壓縮機(jī)201、膨脹 機(jī)203、軸207及電動(dòng)機(jī)206構(gòu)成膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)。
該制冷循環(huán)裝置還具備以與膨脹機(jī)203并列的方式連接于主回路208的副回路 209。副回路209在散熱器202的出口與膨脹機(jī)203的入口之間從主回路208分支，在膨脹 機(jī)203的出口與蒸發(fā)器204的入口之間與主回路208合流。在主回路208中流動(dòng)的工作流 體通過(guò)容積式的膨脹機(jī)203膨脹。在副回路209中流動(dòng)的工作流體通過(guò)膨脹閥205膨脹。
工作流體被壓縮機(jī)201壓縮。壓縮后的工作流體輸送到散熱器202，在散熱器202 中被冷卻。并且，在膨脹機(jī)203或膨脹閥205中膨脹后，由蒸發(fā)器204加熱。膨脹機(jī)203將 工作流體的膨脹能量回收而轉(zhuǎn)換成軸207的旋轉(zhuǎn)能量。該旋轉(zhuǎn)能量作為驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)201的 工作的一部分來(lái)利用。其結(jié)果是電動(dòng)機(jī)206的消耗電力降低。
說(shuō)明膨脹閥205全閉時(shí)的制冷循環(huán)裝置的動(dòng)作。
首先，使壓縮機(jī)201的吸入容積為Vcs，膨脹機(jī)203的吸入容積為Ves，軸207的轉(zhuǎn) 速為N。此時(shí)，在壓縮機(jī)201的入口的工作流體的體積流量由(VcsXN)表示。在膨脹機(jī)203 的入口的工作流體的體積流量由(VesXN)表示。由于副回路209的工作流體的質(zhì)量流量 為零，因此壓縮機(jī)201中的質(zhì)量流量與膨脹機(jī)203中的質(zhì)量流量相等。若該質(zhì)量流量為G， 則在壓縮機(jī)201的入口的工作流體的密度由{G/(VcsXN)}表示。在膨脹機(jī)203的入口的 工作流體的密度由{G/(VesXN)}表示。根據(jù)上述的式子，在壓縮機(jī)201的入口的工作流體 的密度與膨脹機(jī)203的入口的工作流體的密度的比由{G/(VcsXN)}/{G/(VesXN)}表示。 即，無(wú)論軸207的轉(zhuǎn)速如何，密度比恒定為(Ves/Vcs)(密度比一定的制約)。
圖四中表示CO2制冷循環(huán)的莫里爾圖。壓縮機(jī)201中的壓縮過(guò)程相當(dāng)于AB，散熱 器202中的散熱過(guò)程相當(dāng)于BC，膨脹機(jī)203中的膨脹過(guò)程相當(dāng)于CD，蒸發(fā)機(jī)204中的蒸發(fā) 過(guò)程相當(dāng)于DA。壓縮機(jī)201的入口(點(diǎn)A)處的工作流體的密度與膨脹機(jī)203的入口(點(diǎn) C)處的工作流體的密度的比為(Ves/Vcs)。若點(diǎn)A處的密度為P ο,則點(diǎn)C處的密度P。為 (Vcs/Ves) P 0O在壓縮機(jī)201的入口(點(diǎn)A)處的工作流體的密度P 0 一定時(shí)，膨脹機(jī)203的 入口(點(diǎn)C)處的工作流體的狀態(tài)沿著始終滿足P。= (Vcs/Ves) P ^的關(guān)系的線變化。艮口， 無(wú)法自由控制點(diǎn)C處的工作流體的溫度及壓力。在制冷循環(huán)中，存在在某一熱源溫度(例如外氣溫)下制冷系數(shù)(coefficient of performance :C0P)為最大的最適高壓。因此，若 無(wú)法自由控制溫度和壓力，則難以高效地運(yùn)轉(zhuǎn)制冷循環(huán)裝置。
提出有多個(gè)用于避免密度比一定的制約的方法。例如，在圖觀所示的制冷循環(huán)裝 置中，通過(guò)打開(kāi)膨脹閥205，并使工作流體的一部分在副回路209中流動(dòng)，能夠避免密度比 一定的制約。但是，在該方法中，無(wú)法回收在副回路209中流動(dòng)的工作流體的膨脹能量，存 在COP的改善效果變小的問(wèn)題。
另外，在專利文獻(xiàn)2中，公開(kāi)了設(shè)置有能夠與膨脹室連通的輔助室的膨脹機(jī)。根據(jù) 該膨脹機(jī)，通過(guò)增減輔助室的容積，能夠增減膨脹室的容積。通過(guò)增減膨脹室的容積，膨脹 機(jī)的吸入容積Ves變化。由此，能夠避免密度比一定的制約。但是，在該膨脹機(jī)中，存在在 輔助室中殘留工作流體的問(wèn)題、用于增減輔助室的容積的活塞的密封的問(wèn)題。
專利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2001-116371號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)2006-46257號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而提出的，其目的在于提供一種能夠避免密度比一定的制 約且能夠進(jìn)行有效的動(dòng)力回收的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)。本發(fā)明的目的還在于提供一種使用了 該二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)的膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)。本發(fā)明的目的還在于提供一種使用了該膨脹 機(jī)一體型壓縮機(jī)的制冷循環(huán)裝置。
S卩，本發(fā)明提供一種二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中，具有
第一工作缸；
第一活塞，其能夠旋轉(zhuǎn)地配置在所述第一工作缸內(nèi)；
第二工作缸，其相對(duì)于所述第一工作缸配置為同心狀；
第二活塞，其能夠旋轉(zhuǎn)地配置在所述第二工作缸內(nèi)；
軸，其上安裝有所述第一活塞及所述第二活塞；
第一葉片，其能夠滑動(dòng)地設(shè)置在形成于所述第一工作缸上的第一葉片槽中，并將 所述第一工作缸與所述第一活塞之間的空間分隔為第一吸入空間和第一噴出空間；
第二葉片，其能夠滑動(dòng)地設(shè)置在形成于所述第二工作缸上的第二葉片槽中，并將 所述第二工作缸與所述第二活塞之間的空間分隔為第二吸入空間和第二噴出空間；
中板，其具有貫通孔且將所述第一工作缸與所述第二工作缸分隔，所述貫通孔用 于通過(guò)將所述第一噴出空間與所述第二吸入空間連通而形成一個(gè)膨脹室；
可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)，其用于控制所述第一葉片的動(dòng)作，以使在所述軸旋轉(zhuǎn)一周期間所 述第一葉片與所述第一活塞相接的期間為P1、所述第一葉片從所述第一活塞離開(kāi)的期間為 P2時(shí)，能夠調(diào)節(jié)所述期間P2相對(duì)于所述期間P1的比率(P2A31)。
本發(fā)明的另一側(cè)面在于提供一種膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)，其中，包括
用于壓縮工作流體的壓縮機(jī)構(gòu)；
用于使工作流體膨脹的膨脹機(jī)構(gòu)；
將所述壓縮機(jī)構(gòu)與所述膨脹機(jī)構(gòu)連結(jié)的軸，
所述膨脹機(jī)構(gòu)由上述本發(fā)明的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)構(gòu)成。
本發(fā)明的又一側(cè)面在于提供一種一種制冷循環(huán)裝置，其中，具有
上述本發(fā)明的膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)；
用于將由所述膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)的所述壓縮機(jī)構(gòu)壓縮的工作流體冷卻的散熱 器；
用于使由所述膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)的所述膨脹機(jī)構(gòu)膨脹的工作流體蒸發(fā)的蒸發(fā)ο
發(fā)明效果
本發(fā)明的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)具有用于控制第一葉片的動(dòng)作的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)。通過(guò) 可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，在軸旋轉(zhuǎn)一周期間的一部分的期間IV第一葉片從第一活塞離開(kāi)，工 作流體能夠從第一吸入空間直接流入第一噴出空間。在通過(guò)控制第一葉片的動(dòng)作而改變比 率(P2A31)時(shí)，膨脹機(jī)的吸入容積(體積流量)也變化。即，能夠避免密度比一定的制約。 此外，由于能夠從工作流體的全量進(jìn)行動(dòng)力回收，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的動(dòng)力回收效率。
在此，期間P2的最小值也可以為零。在期間P2為零時(shí)，第一葉片與第一活塞始終 接觸，二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)的吸入容積變?yōu)樽钚　＜?，可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)控制第一葉片的動(dòng)作，以 使
(a)能夠相互切換第一葉片始終與第一活塞相接的第一模式、第一葉片與第一活 塞相接的期間P1及第一葉片從第一活塞離開(kāi)的期間P2包含于軸旋轉(zhuǎn)一周的期間的第二模 式；
(b)能夠調(diào)節(jié)第一葉片與第一活塞相接的期間P1與第一葉片從第一活塞離開(kāi)的期 間P2包含于軸旋轉(zhuǎn)一周的期間，且期間P2相對(duì)于期間P1的比率(P2A31)。
本發(fā)明的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)能夠適宜作為難以分別控制壓縮機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速和膨脹 機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速的膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)的膨脹機(jī)構(gòu)使用。根據(jù)使用了這樣的膨脹機(jī)一體型壓縮 機(jī)的制冷循環(huán)裝置，通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂瓶勺內(nèi)~片機(jī)構(gòu)，能夠進(jìn)行有效的動(dòng)力回收，因此能夠?qū)?現(xiàn)高的COP。


圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的制冷循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是圖1所示的膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)的縱截面圖。
圖3A是圖2所示的膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)的Dl-Dl橫截面圖。
圖;3B是圖2所示的膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)的D2-D2橫截面圖。
圖4A是表示吸入容積最小時(shí)的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)的、圖3A的局部放大圖。
圖4B是表示與圖4A相比吸入容積更大時(shí)的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)的、圖3A的局部放大 圖。
圖5是吸入容積最小時(shí)的膨脹機(jī)構(gòu)的動(dòng)作原理圖。
圖6是與圖5相比吸入容積更大時(shí)的膨脹機(jī)構(gòu)的動(dòng)作原理圖。
圖7A是表示第一葉片的前端的位置的、與圖5對(duì)應(yīng)的圖表。
圖7B是表示第一葉片的前端的位置的、與圖6對(duì)應(yīng)的圖表。
圖8是本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的制冷循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖9是本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的制冷循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖IOA是表示使用了電動(dòng)致動(dòng)器的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)的局部放大圖。7
圖IOB是表示與圖IOA相比吸入容積更大時(shí)的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)的局部放大圖。
圖11是本發(fā)明的第四實(shí)施方式所涉及的制冷循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖12是圖11所示的膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)的縱截面圖。
圖13A是圖12所示的膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)的D3-D3橫截面圖。
圖1 是圖12所示的膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)的D4-D4橫截面圖。
圖14A是表示困油容積(閉C込力容積)最小時(shí)的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)的、圖13A的局 部放大圖。
圖14B是表示與圖14A相比困油容積更大時(shí)的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)的、圖13A的局部放 大圖。
圖15是困油容積最小時(shí)的膨脹機(jī)構(gòu)的動(dòng)作原理圖。
圖16是與圖15相比困油容積更大時(shí)的膨脹機(jī)構(gòu)的動(dòng)作原理圖。
圖17A是表示相對(duì)于軸的旋轉(zhuǎn)角度的、第一葉片的前端的位置的圖表。
圖17B是表示相對(duì)于軸的旋轉(zhuǎn)角度的、工作流體的壓力的圖表。
圖17C是表示相對(duì)于軸的旋轉(zhuǎn)角度的、工作室的容積的圖表。
圖18是表示第四實(shí)施方式的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)的變形例的橫截面圖。
圖19是本發(fā)明的第五實(shí)施方式所涉及的制冷循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖20是表示通過(guò)電磁力進(jìn)行第一葉片的制動(dòng)的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)的局部放大圖。
圖21是表示通過(guò)電磁力進(jìn)行第一葉片的制動(dòng)的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)的另一例的局部放 大圖。
圖22是通過(guò)施加載荷進(jìn)行第一葉片的制動(dòng)的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)的局部放大圖。
圖23是表示通過(guò)施加載荷進(jìn)行第一葉片的制動(dòng)的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)的另一例的局部 放大圖。
圖M是表示電動(dòng)致動(dòng)器的控制方法的圖。
圖25是表示電動(dòng)致動(dòng)器的控制方法的時(shí)刻圖。
圖沈是本發(fā)明的第六實(shí)施方式所涉及的制冷循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖27是表示發(fā)電機(jī)效率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系的圖表。
圖觀是使用了膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)的現(xiàn)有的制冷循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖四是(X)2制冷循環(huán)的莫里爾圖。
具體實(shí)施方式
以下，參照

本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式。
(第一實(shí)施方式)
如圖1所示，本實(shí)施方式的制冷循環(huán)裝置200A具備壓縮機(jī)構(gòu)2、散熱器101、膨 脹機(jī)構(gòu)3、蒸發(fā)器102及通過(guò)將上述的設(shè)備彼此連接而形成制冷劑回路的多個(gè)配管103a 103d。壓縮機(jī)構(gòu)2及膨脹機(jī)構(gòu)3通過(guò)軸5連結(jié)，構(gòu)成膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)100。制冷循環(huán)裝 置200A的基本動(dòng)作如現(xiàn)有技術(shù)部分說(shuō)明那樣。
在膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)100的膨脹機(jī)構(gòu)3上設(shè)置有可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)60?？勺?nèi)~片機(jī) 構(gòu)60具有在軸5旋轉(zhuǎn)一周期間使吸入到膨脹機(jī)構(gòu)3中的工作流體的體積(體積流量)、換 言之即膨脹機(jī)構(gòu)3的吸入容積變化的功能。通過(guò)根據(jù)制冷循環(huán)裝置200A的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況使膨脹機(jī)構(gòu)3的體積流量變化，能夠避免密度比一定的制約。
在本實(shí)施方式中，作為膨脹機(jī)構(gòu)3的體積流量變化的方法，采用向膨脹室注入高 壓的工作流體的方法。即，可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)60為向膨脹室注入工作流體的機(jī)構(gòu)。
制冷循環(huán)裝置200A還具備用于驅(qū)動(dòng)可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)60的致動(dòng)器的壓力供給回路 110。在本實(shí)施方式中，需要注意的是，該壓力供給回路110并不是用于注入膨脹室的工作 流體的供給回路。壓力供給回路Iio包括節(jié)流閥104、配管105及微細(xì)通路106。通過(guò)壓力 供給回路110調(diào)節(jié)成限定壓力的工作流體供給到可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)60。
配管105具有與制冷劑回路中的散熱器101與膨脹機(jī)構(gòu)3之間的部分(配管103b) 連接的一端、與膨脹機(jī)構(gòu)3的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)60連接的另一端。節(jié)流閥104為能夠調(diào)節(jié)開(kāi)度 的閥(例如電動(dòng)膨脹閥)，設(shè)置在配管105上。通過(guò)微細(xì)通路106將配管105中的節(jié)流閥 104與可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)60之間的部分、與制冷劑回路中的從膨脹機(jī)構(gòu)3的出口到蒸發(fā)器102 的入口的部分(配管103c)連接。微細(xì)通路106的具體例為毛細(xì)管。
如圖2所示，膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)100具備密閉容器1、壓縮機(jī)構(gòu)2、膨脹機(jī)構(gòu)3、電 動(dòng)機(jī)4及軸5。壓縮機(jī)構(gòu)2配置在密閉容器1內(nèi)的上側(cè)。膨脹機(jī)構(gòu)3配置在密閉容器1內(nèi) 的下側(cè)。在壓縮機(jī)構(gòu)2與膨脹機(jī)構(gòu)3之間配置電動(dòng)機(jī)4。壓縮機(jī)構(gòu)2、電動(dòng)機(jī)4及膨脹機(jī)構(gòu) 3以能夠進(jìn)行動(dòng)力傳遞的方式通過(guò)軸5彼此連結(jié)。
通過(guò)電動(dòng)機(jī)4驅(qū)動(dòng)軸5，壓縮機(jī)構(gòu)2進(jìn)行動(dòng)作。膨脹機(jī)構(gòu)3從膨脹的工作流體回收 動(dòng)力并施加到軸5，輔助基于電動(dòng)機(jī)4的軸5的驅(qū)動(dòng)。工作流體的具體例為二氧化碳、氫氟 烴等的制冷劑。
在本實(shí)施方式中，以使軸5的軸向與垂直方向一致的方式來(lái)確定壓縮機(jī)構(gòu)2、電動(dòng) 機(jī)4及膨脹機(jī)構(gòu)3的配置。其中，壓縮機(jī)構(gòu)2與膨脹機(jī)構(gòu)3的位置關(guān)系也可以與本實(shí)施方 式相反。即，壓縮機(jī)構(gòu)2配置在密閉容器1內(nèi)的下側(cè)，膨脹機(jī)構(gòu)3配置在密閉容器1內(nèi)的上 側(cè)。
密閉容器1具有用于收容各構(gòu)成要素的內(nèi)部空間M。密閉容器1的內(nèi)部空間M 充滿由壓縮機(jī)構(gòu)2壓縮的工作流體。密閉容器1的底部用作儲(chǔ)油部25。油用于確保在壓縮 機(jī)構(gòu)2及膨脹機(jī)構(gòu)3的各滑動(dòng)部分的潤(rùn)滑性和密封性。儲(chǔ)油部25的油量以油面位于比電 動(dòng)機(jī)4靠下的位置的方式限定。由此，能夠防止電動(dòng)機(jī)4的轉(zhuǎn)子攪拌油而引起的電動(dòng)機(jī)效 率的下降和向制冷劑回路的油噴出量的增大。
渦旋式的壓縮機(jī)構(gòu)2具備回旋渦盤7、固定渦盤8、歐式環(huán)11、軸承構(gòu)件10、消聲器 16、吸入管13、噴出管15及針簧片閥19。軸承構(gòu)件10通過(guò)焊接或熱裝等方法固定于密閉 容器1，并支承軸5。固定渦盤8通過(guò)螺栓等的緊固構(gòu)件固定于軸承構(gòu)件10。回旋渦盤7在 固定渦盤8與軸承構(gòu)件10之間嵌合于軸5的偏心軸5a，且被歐式環(huán)11限制為不會(huì)自轉(zhuǎn)。
回旋渦盤7在旋渦形狀的卷板7a與固定渦盤8的卷板8a嚙合的狀態(tài)下伴隨軸5 的旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行回旋運(yùn)動(dòng)。在卷板7a與卷板8a之間形成的月牙形狀的工作室12從外側(cè)向 內(nèi)側(cè)移動(dòng)的同時(shí)容積縮小，由此，從吸入管13吸入的工作流體被壓縮。壓縮后的工作流體 壓開(kāi)針簧片閥19而從在固定渦盤8的中央部形成的噴出孔8b向消聲器16的內(nèi)部空間16a 噴出。工作流體進(jìn)而經(jīng)由貫通固定渦盤8及軸承構(gòu)件10的流路17向密閉容器1的內(nèi)部空 間對(duì)噴出。其后，工作流體通過(guò)噴出管15向散熱器101輸送。
在此需要說(shuō)明的是，壓縮機(jī)構(gòu)2也可以由其他的容積式壓縮機(jī)構(gòu)(例如回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)構(gòu))構(gòu)成。
電動(dòng)機(jī)4包括固定于密閉容器1的定子21和固定于軸5的轉(zhuǎn)子22。通過(guò)在密閉 容器1的上部設(shè)置的終端設(shè)備107從電源108向電動(dòng)機(jī)4供給電力(參照?qǐng)D1)。
軸5可以制成為單一的部件，也可以通過(guò)將多個(gè)部件組合(連結(jié))而制成。若軸 5由多個(gè)部件的組合形成，則裝配、尤其是壓縮機(jī)構(gòu)2與膨脹機(jī)構(gòu)3的調(diào)心容易進(jìn)行。
膨脹機(jī)構(gòu)3具有多級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)的結(jié)構(gòu)。具體來(lái)說(shuō)，膨脹機(jī)構(gòu)3具備第一工作 缸42、比第一工作缸42厚的第二工作缸44、分隔第一工作缸42、第二工作缸44的中板43。 第一工作缸42與第二工作缸44配置為彼此呈同心狀。如圖3A及圖;3B所示，膨脹機(jī)構(gòu)3 還具有第一活塞46 (第一輥)、第一葉片48、第一彈簧50、第二活塞47 (第二輥)、第二葉 片49及第二彈簧51。在第一工作缸42中內(nèi)置有可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)60。
如圖3A所示，第一活塞46嵌合于軸5的偏心部5c，在第一工作缸42中進(jìn)行偏心 旋轉(zhuǎn)。第一葉片48設(shè)置為在第一工作缸42上形成的第一葉片槽42a中能夠滑動(dòng)。第一葉 片48的一端(前端)與第一活塞46相接。第一彈簧50與第一葉片48的另一端(后端) 相接，將第一葉片48向第一活塞46按壓。
如圖;3B所示，第二活塞47嵌合于軸5的偏心部5d，在第二工作缸44中進(jìn)行偏心 旋轉(zhuǎn)。第二葉片49設(shè)置為在第二工作缸44上形成的第二葉片槽44a中能夠滑動(dòng)。第二葉 片49的一端與第二活塞47相接。第二彈簧51與第二葉片49的另一端相接，將第二葉片 49向第二活塞47按壓。
如圖2所示，膨脹機(jī)構(gòu)3還具有下軸承構(gòu)件41及上軸承構(gòu)件45。上軸承構(gòu)件45 沒(méi)有間隙地嵌合于密閉容器1。工作缸、中板等構(gòu)件經(jīng)由上軸承構(gòu)件45固定于密閉容器1。 下軸承構(gòu)件41及中板43分別從上下閉塞第一工作缸42。中板43及上軸承構(gòu)件45分別從 上下閉塞第二工作缸44。由此，在第一工作缸42及第二工作缸44內(nèi)分別形成有工作室。 在下軸承構(gòu)件41上形成有用于將工作流體吸入第一工作缸42的工作室的吸入口 42p。在 上軸承構(gòu)件45上形成有用于使工作流體從第二工作缸44的工作室噴出的噴出口 45q。
如圖3A所示，在第一工作缸42的內(nèi)側(cè)形成有吸入側(cè)的工作室5 及噴出側(cè)的工 作室55b。工作室55a與工作室5 通過(guò)第一活塞46及第一葉片48劃分。如圖所示， 在第二工作缸44的內(nèi)側(cè)形成有吸入側(cè)的工作室56a及噴出側(cè)的工作室56b。工作室56a與 工作室56b通過(guò)第二活塞47及第二葉片49劃分。以下，工作室55a、55b、56a、56b還分別 稱為第一吸入空間55a、第一噴出空間55b、第二吸入空間56a及第二噴出空間56b。
第二工作缸44中的工作室56a及工作室56b的合計(jì)容積大于第一工作缸42中的 工作室5 及工作室55b的合計(jì)容積。第一工作缸42的噴出側(cè)的工作室5 與第二工作 缸44的吸入側(cè)的工作室56a經(jīng)由在中板43上形成的貫通孔43a連通。由此，工作室5 及工作室56a作為單一的膨脹室發(fā)揮功能。
此外，在本實(shí)施方式中，為了使工作室56a及工作室56b的合計(jì)容積大于工作室 5 及工作室55b的合計(jì)容積，使第一工作缸42的厚度與第二工作缸44的厚度不同。但 是，也可以采用使工作缸的內(nèi)徑或活塞的外徑不同的結(jié)構(gòu)。另外，第二活塞47及第二葉片 49可以為將兩者一體化的、所謂的擺動(dòng)活塞。
如圖2所示，膨脹機(jī)構(gòu)3還具有用于將膨脹前的工作流體從密閉容器1的外部直 接吸入的吸入管52、用于將膨脹后的工作流體向密閉容器1的外部直接噴出的噴出管53。能夠?qū)⒐ぷ髁黧w從密閉容器1的外部向第一工作缸42的工作室55引導(dǎo)的方 式直接插入下軸承構(gòu)件41并與吸入口 41p連接。噴出管53以能夠?qū)⒐ぷ髁黧w從第二工作 缸44的工作室56向密閉容器1的外部引導(dǎo)的方式直接插入上軸承構(gòu)件45并與噴出口 45q 連接。
膨脹前的工作流體經(jīng)由吸入管52及吸入口 41p流入第一工作缸42的工作室55a。 流入第一工作缸42的工作室5 的工作流體根據(jù)軸5的旋轉(zhuǎn)而向工作室5 移動(dòng)，并在由 工作室55b、貫通孔43a及工作室56a形成的膨脹室中在使軸5旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下膨脹。膨脹后 的工作流體經(jīng)由工作室56b、噴出口 45q及噴出管53向密閉容器1的外部引導(dǎo)。
圖4A放大表示吸入容積最小時(shí)的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)。圖4B放大表示與圖4A相比吸 入容積更大時(shí)的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)。在本說(shuō)明書(shū)中，在軸5旋轉(zhuǎn)一周期間第一葉片48的前端與 第一活塞46相接的期間為P1，第一葉片48的前端從第一活塞46離開(kāi)的期間為P2。在期間 P2中，工作流體能夠從第一吸入空間55a向第一噴出空間5 流通?？勺?nèi)~片機(jī)構(gòu)60控制 第一葉片48的動(dòng)作，以使期間P2相對(duì)于期間P1的比率(P2A31)能夠調(diào)節(jié)。期間P1的長(zhǎng)度 及期間P2的長(zhǎng)度能夠分別由角度(單位deg)表示。若比率(P2ZiP1)變化，則膨脹機(jī)構(gòu)3的 吸入容積(體積流量)變化。即，能夠避免密度比一定的制約。通過(guò)根據(jù)熱源溫度(例如 外氣溫)調(diào)節(jié)比率(P2A31),能夠使動(dòng)力回收效率最適化。
在本實(shí)施方式中，在期間P2 = 0、即第一葉片48與第一活塞46始終相接時(shí)，膨脹 機(jī)構(gòu)3的吸入容積最小。但是，期間I32的最小值大于零也可。
如圖4A及圖4B所示，可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)60具有限動(dòng)器61及致動(dòng)器62。限動(dòng)器61負(fù) 責(zé)限制第一葉片48的可動(dòng)范圍的作用。致動(dòng)器62負(fù)責(zé)使限動(dòng)器61從第一葉片48的可動(dòng) 范圍變長(zhǎng)的位置向變短的位置移動(dòng)或使限動(dòng)器61向與上述方向相反的方向移動(dòng)的作用。 本結(jié)構(gòu)在下述方面優(yōu)越通過(guò)利用致動(dòng)器62使限動(dòng)器61動(dòng)作，能夠機(jī)械地改變第一葉片 48的行程長(zhǎng)。另外，由于沒(méi)有必要根據(jù)軸5的旋轉(zhuǎn)角度來(lái)使限動(dòng)器61動(dòng)作，因此基本無(wú)需 高精度的控制技術(shù)，可靠性也高。
具體來(lái)說(shuō)，致動(dòng)器62由主體部65、配置有主體部65的壓力室67、用于向壓力室67 供給流體的通路69構(gòu)成。主體部65包括與限動(dòng)器61連動(dòng)的部分，根據(jù)流體的壓力來(lái)限定 限動(dòng)器61在第一葉片槽42a的長(zhǎng)度方向上的位置。這樣，在本實(shí)施方式中，作為致動(dòng)器62 使用流體壓致動(dòng)器。作為向壓力室67供給的流體使用制冷循環(huán)裝置200A的工作流體。通 過(guò)使用工作流體作為動(dòng)力源，能夠容許工作流體從壓力室67向第一葉片槽4 少許漏出。 因此，不需要嚴(yán)密的密封。
主體部65包括以分隔壓力室67的方式能夠滑動(dòng)地配置于壓力室67的滑動(dòng)件63、 設(shè)置于被滑動(dòng)件63分隔的壓力室67的一部分67b上的彈簧64。在滑動(dòng)件63上一體化有 限動(dòng)器61。在被滑動(dòng)件63分隔的壓力室67的另一部分67a連接有通路69。壓力室67及 通路69與第一葉片槽42a同樣為形成在第一工作缸42中的空間。在通路69中連接有參 照?qǐng)D1說(shuō)明了的壓力供給回路110的配管105。根據(jù)滑動(dòng)件63受到的來(lái)自通過(guò)配管105及 通路69而供給到壓力室67a的工作流體的力、滑動(dòng)件63受到的來(lái)自彈簧64的力，在第一 葉片槽42a的長(zhǎng)度方向上的限動(dòng)器61的位置被確定。限動(dòng)器61與滑動(dòng)件63 —起沿與第 一葉片槽42a的長(zhǎng)度方向平行的方向移動(dòng)。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，通過(guò)壓力室67a內(nèi)的壓力調(diào) 節(jié)，能夠自由且連續(xù)地改變限動(dòng)器61的位置。即，容易進(jìn)行動(dòng)力回收效率的最適化。11
另外，不僅可以采用限動(dòng)器61的位置連續(xù)變化的結(jié)構(gòu)，還可以采用使限動(dòng)器61的 位置階段性改變的結(jié)構(gòu)。根據(jù)情況，也可以僅使限動(dòng)器61的位置從具有較大比率(P2ZiP1) 的一位置向具有較小比率(P2A31)的另一位置、或與上述相反地切換限動(dòng)器61的位置。
此外，壓力室67及通路69也可以在膨脹機(jī)構(gòu)3的軸承構(gòu)件41 (參照?qǐng)D2)上形成。 即，也可以為可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)60內(nèi)置于軸承構(gòu)件41。另外，限動(dòng)器61與滑動(dòng)件63由不同的 部件構(gòu)成也可。這時(shí)，可以通過(guò)直接嵌合而將滑動(dòng)件63與限動(dòng)器61連結(jié)，也可以經(jīng)由其他 的構(gòu)件將滑動(dòng)件63與限動(dòng)器61連結(jié)。
第一葉片48具有用于接受限動(dòng)器61從橫向進(jìn)入的凹部48k(切口槽)。流體壓 致動(dòng)器62的壓力室67以與第一葉片槽4 相鄰的方式形成于第一工作缸42。在第一葉 片槽42a與壓力室67之間形成有用于供限動(dòng)器61通過(guò)的槽68。限動(dòng)器61的一端固定于 滑動(dòng)件63，限動(dòng)器61的另一端插入凹部48k，從而從壓力室67經(jīng)由槽68朝向第一葉片槽 42a延伸。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，通過(guò)在第一葉片48的凹部48k中卡合限動(dòng)器61，能夠簡(jiǎn)單地 限制第一葉片48的可動(dòng)范圍。
在第一葉片槽42a的長(zhǎng)度方向上的凹部48k的長(zhǎng)度為L(zhǎng)c，該長(zhǎng)度方向上的限動(dòng)器 61的幅為Ws，第一葉片48的最大行程長(zhǎng)為Tmax時(shí)，滿足Lc > ffs+Tmax的關(guān)系。由此，能 夠選擇期間P2 = 0，即，能夠避免第一葉片48與限動(dòng)器61干涉，因此能夠大幅度調(diào)節(jié)吸入 容積。
在圖4A所示的動(dòng)作模式(第一模式)中，壓力室67a中充滿高壓的工作流體，滑 動(dòng)件63及限動(dòng)器61向下方被壓下。在限動(dòng)器61位于該位置時(shí)，限動(dòng)器61與第一葉片48 不干涉，因此第一葉片48的可動(dòng)范圍未被限制。第一葉片48能夠以最大行程Tmax自由動(dòng) 作，始終保持第一葉片48與第一活塞46的接觸狀態(tài)。
另一方面，在圖4B所示的動(dòng)作模式(第二模式)中，壓力室67a中充滿低壓或中 間壓的工作流體，滑動(dòng)件63及限動(dòng)器61向比圖4A所示的位置靠上方的位置移動(dòng)。具體來(lái) 說(shuō)，滑動(dòng)件63及限動(dòng)器61移動(dòng)到下述位置，即，滑動(dòng)件63受到的來(lái)自充滿壓力室67a的工 作流體的力與滑動(dòng)件63受到的來(lái)自彈簧64的力(彈力)平衡的位置。在限動(dòng)器61位于 該位置時(shí)，限動(dòng)器61與第一葉片48干涉，因此第一葉片48的可動(dòng)范圍被限制，第一葉片48 無(wú)法移動(dòng)至最下點(diǎn)。在第一葉片48被限動(dòng)器61限制動(dòng)作的期間IV第一葉片48從第一活 塞46離開(kāi)。這期間，高壓的工作流體直接從由高壓的工作流體充滿的工作室55a(第一吸 入空間)向由中間壓的工作流體充滿的工作室55b(第一噴出空間)流入。
若使壓力室67a內(nèi)的壓力變化，則限動(dòng)器61的位置變化，期間P2 (注入時(shí)間)隨之 變化。由于壓力室67a內(nèi)的壓力越低，限動(dòng)器61越占有上方的位置，故第一葉片48的可動(dòng) 范圍變短。于是，第一葉片48與第一活塞46相接的期間P1逐漸變短，而另一方面期間P2 逐漸變長(zhǎng)，更多的工作流體從工作室5 流入工作室55b。如此，通過(guò)調(diào)節(jié)壓力室67a內(nèi)的 壓力，能夠調(diào)節(jié)工作流體向膨脹室的注入量，換言之即，能夠自由地調(diào)節(jié)膨脹機(jī)構(gòu)3的吸入 容積。
壓力室67a內(nèi)的壓力能夠通過(guò)壓力調(diào)節(jié)回路110的節(jié)流閥104調(diào)節(jié)。S卩，通過(guò)調(diào) 節(jié)節(jié)流閥104的開(kāi)度，能夠控制限動(dòng)器61的位置。在使節(jié)流閥104的開(kāi)度大時(shí)，壓力室67a 內(nèi)的壓力變高，限動(dòng)器61向下方移動(dòng)。由此，注入量變少，或變?yōu)榱?。在?jié)流閥104的開(kāi)度 小時(shí)，壓力室67a內(nèi)的壓力變低，限動(dòng)器61向上方移動(dòng)。由此，注入量變多。
此外，如參照?qǐng)D1說(shuō)明那樣，在節(jié)流閥104與可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)60之間，微細(xì)通路106 將配管105與配管103c架橋連接。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥104的開(kāi)度，能夠使可變?nèi)~片機(jī) 構(gòu)60的壓力室67a內(nèi)的壓力在制冷循環(huán)的高壓與低壓之間變化。通過(guò)在微細(xì)通路106中 流通的工作流體的量微小，幾乎不對(duì)動(dòng)力回收效率造成影響。
接下來(lái)，參照?qǐng)D5說(shuō)明吸入容積最小時(shí)的膨脹機(jī)構(gòu)3的動(dòng)作原理。
如圖5的步驟A1所示，在第一活塞46逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)、吸入口 41p打開(kāi)時(shí)，工作流體 向第一吸入空間55a的吸入開(kāi)始(吸入行程)。接下來(lái)，如圖5的步驟B1及C1所示，隨著 第一活塞46旋轉(zhuǎn)，工作流體進(jìn)一步吸入第一吸入空間55a。如圖5的步驟D1所示，在第一 活塞46進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)而吸入口 41p關(guān)閉時(shí)，工作流體向第一吸入空間55a的吸入結(jié)束。
當(dāng)吸入行程結(jié)束時(shí)，第一吸入空間55a向第一噴出空間5 轉(zhuǎn)移。如參照?qǐng)D3A及 圖3B說(shuō)明那樣，第一噴出空間5 與第二吸入空間56a經(jīng)由貫通孔43a連通。如圖5的步 驟A1 C1所示，充滿第一噴出空間5 的工作流體隨著第一活塞46的旋轉(zhuǎn)通過(guò)貫通孔43a 向第二工作缸44的第二吸入空間56a移動(dòng)。由于伴隨軸5的旋轉(zhuǎn)的第二吸入空間56a的 容積增加量超過(guò)第一噴出空間5 的容積減少量，因此工作流體在第一噴出空間55b、貫通 孔43a及第二吸入空間56a中膨脹(膨脹行程)。在第一活塞46將貫通孔43a完全封閉 時(shí)，工作流體向第二吸入空間56a的移動(dòng)及膨脹結(jié)束。
當(dāng)膨脹行程結(jié)束時(shí)，如參照?qǐng)D:3B說(shuō)明那樣，第二吸入空間56a向第二噴出空間56b 轉(zhuǎn)移。充滿第二噴出空間56b的工作流體通過(guò)噴出口 45q而開(kāi)始向外部噴出(噴出行程)。 在第二活塞47進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)而噴出口 45q關(guān)閉時(shí)，工作流體從第二噴出空間56b向外部的噴 出結(jié)束。通過(guò)反復(fù)進(jìn)行以上的行程，工作流體膨脹，能夠進(jìn)行膨脹能量的回收。
接下來(lái)，參照?qǐng)D6，說(shuō)明與圖5相比吸入容積更大時(shí)的膨脹機(jī)構(gòu)3的動(dòng)作原理。
如圖6的步驟A2所示，在第一活塞46逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，吸入口 41p打開(kāi)時(shí)，工作流體 向第一吸入空間55a的吸入開(kāi)始(吸入行程)。接下來(lái)，如圖6的步驟氏所示，在第一活塞 46進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一葉片48與限動(dòng)器61干涉，妨礙第一葉片48的動(dòng)作(下降)。其結(jié) 果是，第一葉片48從第一活塞46離開(kāi)，形成從第一吸入空間55a向第一噴出空間55b的流 路，高壓的工作流體從第一噴出空間^a向第一噴出空間5 流動(dòng)。高壓的工作流體還流 入與第一噴出空間5 連通的第二吸入空間56a。即，在膨脹室中工作流體最膨脹時(shí)第一葉 片48從第一活塞46離開(kāi)，膨脹前的工作流體注入膨脹室。
如圖6的步驟C2所示，在第一活塞46進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，第一葉片48與第一活塞46再 接觸時(shí)，通過(guò)第一葉片48使第一吸入空間55a與第一噴出空間5 再次分開(kāi)，禁止工作流 體從第一吸入空間^a向第一噴出空間5 的流動(dòng)。如圖6的步驟&所示，在第一活塞46 進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，吸入口 41p關(guān)閉時(shí)，工作流體向第一吸入空間55a的吸入結(jié)束。當(dāng)吸入行程結(jié) 束時(shí)，第一吸入空間55a向第一噴出空間5 轉(zhuǎn)移。經(jīng)由貫通孔43a使第一噴出空間5 與第二吸入空間56a連通，膨脹行程開(kāi)始。如此，反復(fù)進(jìn)行圖6的步驟A2 D2的動(dòng)作。
圖7A是表示第一葉片的前端的位置的、與圖5對(duì)應(yīng)的圖表?？v軸表示第一葉片48 的前端的位置。第一葉片48的前端的位置與從軸5的旋轉(zhuǎn)軸至第一葉片48的前端的距離 對(duì)應(yīng)。橫軸表示以第一活塞46占有上死點(diǎn)的瞬間為基準(zhǔn)的、軸5的旋轉(zhuǎn)角度。具體來(lái)說(shuō)， 為t0 = 0°，、= 180°，t2 = 360°及t3 = 540°。此外，“上死點(diǎn)”是指葉片最大程度壓 入葉片槽內(nèi)的狀態(tài)下的活塞的位置。“下死點(diǎn)”是指“上死點(diǎn)”的180°相反側(cè)的活塞的位置。
在第一活塞46占有上死點(diǎn)的角度tQ及t2，第一葉片48的前端位于距軸5的旋轉(zhuǎn) 軸最遠(yuǎn)的上限位置30a。在第一活塞46占有下死點(diǎn)的角度、及t3，第一葉片48的前端的 位置位于距軸5的旋轉(zhuǎn)軸最近的下限位置30b。第一葉片48的前端與軸5的旋轉(zhuǎn)同步進(jìn)行 單振動(dòng)。
圖7B是表示第一葉片的前端的位置的、與圖6對(duì)應(yīng)的圖表。在角度、及t2，與圖 5同樣地，第一葉片48的前端位于上限位置30a。在角度T1,在通過(guò)限動(dòng)器61妨礙第一葉 片48的下降時(shí)，第一葉片48的前端占有在上限位置30a與下限位置30b之間的位置30c。 在角度T2，在第一葉片48與第一活塞46再次接觸時(shí)，第一葉片48的前端開(kāi)始朝向上限位 置30a變位。在第一葉片48的前端停止于位置30c的期間I52 ( = T2-T1及T4-T3)，工作流體 注入膨脹室。注入量根據(jù)期間P2的長(zhǎng)短、換言之即期間P2相對(duì)于期間P1的比率(P2A31)增 減。期間P2的長(zhǎng)短根據(jù)可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)60的壓力室67a內(nèi)的壓力變化。
比率(P2ZiP1)的范圍沒(méi)有特別的局限，例如為0彡180(單位:deg)且0彡(P2/ P1) ^ 1。即，調(diào)節(jié)限動(dòng)器61的位置，以使在以第一活塞46占有上死點(diǎn)的瞬間的軸5的旋 轉(zhuǎn)角度為0°時(shí)，期間P2收納于90° 270°的范圍內(nèi)即可。
如以上說(shuō)明那樣，根據(jù)具有可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)60的膨脹機(jī)構(gòu)3，能夠在將工作流體吸 入第一吸入空間55a的同時(shí)，將工作流體注入膨脹室。因此，在軸旋轉(zhuǎn)一周期間吸入膨脹機(jī) 構(gòu)3的工作流體的體積能夠變化。并且，通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥104的開(kāi)度，能夠改變注入量。
(第二實(shí)施方式)
圖8中表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的制冷循環(huán)裝置。本實(shí)施方式的制冷循 環(huán)裝置200B在下述方面與第一實(shí)施方式不同代替壓力供給回路110而具有將配管103c 與可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)60連接的配管112，將膨脹機(jī)構(gòu)3的噴出壓力向可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)60的壓力室 76a供給。此外，在后述的實(shí)施方式中，對(duì)同一要件標(biāo)注同一符號(hào)，并省略其說(shuō)明。
根據(jù)制冷循環(huán)裝置200B，限動(dòng)器61的位置根據(jù)膨脹機(jī)構(gòu)3的噴出壓力變化，比率 (P2A31)變化。膨脹機(jī)構(gòu)3的噴出壓力越低限動(dòng)器61越位于上方。其結(jié)果是，第一活塞46 與第一葉片48離開(kāi)的期間P2變長(zhǎng)，注入量增加。相反，膨脹機(jī)構(gòu)3的噴出壓力越高限動(dòng)器 61越位于下方。其結(jié)果是，第一活塞46與第一葉片48離開(kāi)的期間I^2變短，注入量減少。由 此，限動(dòng)器61的位置根據(jù)膨脹機(jī)構(gòu)3的噴出壓力自動(dòng)變化，注入量自動(dòng)增減，因此，無(wú)需進(jìn) 行閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)等而能夠進(jìn)行高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)。
(第三實(shí)施方式)
可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)的致動(dòng)器不局限于流體壓致動(dòng)器。圖9是作為可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)的致動(dòng) 器使用電動(dòng)致動(dòng)器的制冷循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。該制冷循環(huán)裝置200C具有膨脹機(jī)一體型壓 縮機(jī)100C。在膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)100C的膨脹機(jī)構(gòu)3上設(shè)置有包含電動(dòng)致動(dòng)器的可變?nèi)~ 片機(jī)構(gòu)60C?？勺?nèi)~片機(jī)構(gòu)60C的電動(dòng)致動(dòng)器與外部控制器70連接。通過(guò)外部控制器能夠 控制電動(dòng)致動(dòng)器的動(dòng)作。根據(jù)制冷循環(huán)裝置200C，具有能夠省略參照?qǐng)D1說(shuō)明的壓力供給 回路110的優(yōu)點(diǎn)。另外，根據(jù)電動(dòng)致動(dòng)器，容易提高限動(dòng)器的定位精度，因此容易進(jìn)行注入 量的最適化。
如圖IOA及IOB所示，在可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)60C上，使用旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)74來(lái)作為用于使 限動(dòng)器610移動(dòng)的致動(dòng)器。通過(guò)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)74，能夠以改變限動(dòng)器610在第一葉片槽42a的長(zhǎng)度方向上的位置的方式將旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)74與限動(dòng)器610連結(jié)。
具體來(lái)說(shuō)，在旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)74上安裝有在外周面上切出有陽(yáng)螺紋的滑動(dòng)棒75。在第 一工作缸42上形成有經(jīng)由槽68而與第一葉片槽4 連通的槽76。在槽76的內(nèi)周面切有 陰螺紋。通過(guò)螺紋彼此嚙合的形式，滑動(dòng)棒75能夠旋轉(zhuǎn)地配置于槽76。限動(dòng)器610由橫 截面呈T字形的部件構(gòu)成。限動(dòng)器610的前端插入于第一葉片48的凹部48k，限動(dòng)器610 的另一端收容于槽76。在槽76內(nèi)，滑動(dòng)棒75的前端能夠旋轉(zhuǎn)地卡合于限動(dòng)器610的另一 端。若驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)74，則滑動(dòng)棒75在旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下在槽76中前進(jìn)或后退。通過(guò)與滑 動(dòng)棒75連動(dòng)的形式，限動(dòng)器610沿與第一葉片槽42a的長(zhǎng)度方向平行的方向動(dòng)作。限動(dòng)器 610的作用及動(dòng)作與在第一實(shí)施方式中說(shuō)明的限動(dòng)器61基本相同。
如圖IOA所示，在使旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)74正轉(zhuǎn)而將滑動(dòng)棒75及限動(dòng)器610向下方壓下 時(shí)，限動(dòng)器610與第一葉片48不干涉。因此，第一葉片48的可動(dòng)范圍未被限制。第一葉片 48能夠以最大行程Tmax自由動(dòng)作，能夠始終保持第一葉片48與第一活塞46的接觸狀態(tài)。
另一方面，如圖IOB所示，在使旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)74反轉(zhuǎn)而將滑動(dòng)棒75及限動(dòng)器610向 上方壓起時(shí)，限動(dòng)器610與第一葉片48干涉。因此，第一葉片48的可動(dòng)范圍被限制，第一葉 片48無(wú)法移動(dòng)至最下點(diǎn)。在第一葉片48被限動(dòng)器610限制動(dòng)作的期間P2，第一葉片48從 第一活塞46離開(kāi)。這期間，高壓的工作流體從由高壓的工作流體充滿的第一吸入空間5 直接流入由中間壓的工作流體充滿的第一噴出空間55b(膨脹室)。
通過(guò)由外部控制器70 (圖9)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)74的驅(qū)動(dòng)控制，能夠使限動(dòng)器610 動(dòng)作。在限動(dòng)器610動(dòng)作時(shí)，第一葉片48從第一活塞46離開(kāi)的期間I32變化，注入量變化。 由于能夠?qū)⑾迍?dòng)器610完全鎖止，因此容易將注入量保持為某一定值。
此外，也可以代替旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)74使用線性電動(dòng)機(jī)。另外，也可以使用螺線管來(lái)作 為電動(dòng)致動(dòng)器。此外，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)74也可以為伺服電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。根據(jù)上述的電動(dòng) 機(jī)，能夠正確地控制限動(dòng)器610在第一葉片槽4 的長(zhǎng)度方向上的位置。另外，也可以使用 簡(jiǎn)單的定位元件來(lái)檢測(cè)滑動(dòng)棒75及限動(dòng)器610的位置，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果來(lái)控制旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī) 74的驅(qū)動(dòng)。例如，可以在沿著滑動(dòng)棒75的長(zhǎng)度方向的一個(gè)或多個(gè)位置設(shè)置限位開(kāi)關(guān)，并根 據(jù)限位開(kāi)關(guān)的檢測(cè)信號(hào)控制旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)74的驅(qū)動(dòng)。
另外，可以根據(jù)膨脹機(jī)構(gòu)4的噴出壓力或蒸發(fā)器102中的工作流體的蒸發(fā)溫度來(lái) 控制注入量。也可以根據(jù)從由壓縮機(jī)構(gòu)2的噴出溫度、壓縮機(jī)構(gòu)2的吸入溫度及膨脹機(jī)構(gòu)3 的吸入溫度構(gòu)成的組選擇的至少一個(gè)溫度來(lái)控制注入量。這一點(diǎn)與其他的實(shí)施方式通用。
(第四實(shí)施方式)
如圖11所示，本實(shí)施方式的制冷循環(huán)裝置400A的基本構(gòu)成與參照?qǐng)D1說(shuō)明的第 一實(shí)施方式相同。制冷循環(huán)裝置400A具有包括可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130的膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī) 300。在本實(shí)施方式中，作為使膨脹機(jī)構(gòu)3的體積流量變化的方法，采用使膨脹室的困油容 積變化的方法。困油容積是指工作流體開(kāi)始膨脹時(shí)刻的膨脹室的容積。即，可變?nèi)~片機(jī)構(gòu) 130是用于使膨脹開(kāi)始時(shí)刻的膨脹室的容積變化的容積可變機(jī)構(gòu)。
制冷循環(huán)裝置400A還具有用于調(diào)節(jié)可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130中的閥的開(kāi)度的壓力供給 回路110。壓力供給回路110的結(jié)構(gòu)如參照?qǐng)D1說(shuō)明的那樣。
如圖12、13A及1 所示，膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)300的結(jié)構(gòu)除在膨脹機(jī)構(gòu)3上設(shè)置 的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130以外與參照?qǐng)D2說(shuō)明的膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)100基本相同。15
圖14A放大表示控制為使困油容積最小時(shí)的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)。圖14B放大表示與圖 14A相比控制為使困油容積更大時(shí)的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)。在本實(shí)施方式中同樣，在軸5旋轉(zhuǎn)一 周期間第一葉片48的前端與第一活塞46相接的期間為P1，第一葉片48的前端從第一活塞 46離開(kāi)的期間為P2。在期間P2，工作流體能夠從第一吸入空間55a向第一噴出空間5 流 通?？勺?nèi)~片機(jī)構(gòu)130以能夠調(diào)節(jié)期間P2相對(duì)于期間P1的比率(P2A31)的方式來(lái)控制第一 葉片48的動(dòng)作。
在本實(shí)施方式中，將第一活塞46到達(dá)上死點(diǎn)的時(shí)刻定為期間P2的始點(diǎn)。因此，根 據(jù)比率(P2A31),由第一噴出空間55b、貫通孔43a及第二吸入空間56a形成的膨脹室的困油 容積變化。由于若膨脹室的困油容積變化則膨脹機(jī)構(gòu)3的吸入容積(體積流量)變化，因 此能夠避免密度比一定的制約。通過(guò)根據(jù)熱源溫度(例如外氣溫)調(diào)節(jié)比率(P2A31)，能夠 使動(dòng)力回收效率最適化。
在本實(shí)施方式中，在期間P2 = 0，即第一葉片48與第一活塞46始終相接時(shí)，困油 容積變?yōu)樽钚?。?dāng)然，期間P2的最小值大于零也可以。
如圖14A及14B所示，可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130具有油腔142、第一油通路144、第二油通 路146、第一閥148、第二閥149及壓力供給通路147。油腔142以能夠?qū)⒂拖虻谝蝗~片槽 42a供給且能夠?qū)⒂蛷牡谝蝗~片槽4 取出的方式與第一葉片槽4 連通。在本實(shí)施方式 中，第一葉片槽42a的一部分作為油腔142被利用。
在本實(shí)施方式中，在密閉容器1內(nèi)的下側(cè)配置有膨脹機(jī)構(gòu)3，膨脹機(jī)構(gòu)3的周圍被 油充滿。第一油通路144在儲(chǔ)油部25直接開(kāi)口。因此，不需要將油送入第一油通路144的 油泵。
通過(guò)第一油通路144，從儲(chǔ)油部25向油腔142供給油，且從油腔142向儲(chǔ)油部25 排出油。第一閥148是以能夠增減第一油通路144的流通阻力(流入阻力及流出阻力)的 方式設(shè)置于第一油通路144的能夠調(diào)節(jié)開(kāi)度調(diào)節(jié)的閥。通過(guò)增減第一油通路144的流通阻 力，能夠調(diào)節(jié)油向油腔142的流入速度，能夠控制第一葉片48的動(dòng)作。由于無(wú)需根據(jù)軸5 的旋轉(zhuǎn)角度來(lái)調(diào)節(jié)第一閥148的開(kāi)度，因此基本不需要高精度的控制技術(shù)，可靠性也高。
具體來(lái)說(shuō)，第一閥148具有閥體151、彈簧152及壓力室153。閥體151及彈簧152 配置在壓力室153。在閥體151的后方配置有彈簧152，從而向閥體151的后端面施加彈力。 在壓力室153的配置有彈簧152的部分上連接有壓力供給通路147，從而向閥體151的后端 面施加控制用流體的壓力。向閥體151的后端面施加有控制用流體的壓力和彈簧152的彈 力。根據(jù)向壓力室153供給的控制用流體的壓力，閥體151的位置確定。
在閥體151的前端側(cè)，閥體151的可動(dòng)范圍與第一油通路144重疊。如圖14A所 示，在閥體151占有最大程度后退的位置時(shí)，第一油通路144的截面積最大。如圖14B所示， 在閥體151占有最大程度前進(jìn)的位置時(shí)，第一油通路144的截面積最小。第一油通路144 的最小的截面積例如為第一油通路144的最大的截面積的約一半。如此，第一閥148作為 流量調(diào)節(jié)閥而構(gòu)成。
作為用于向第一閥148的壓力室153供給的控制用流體，使用制冷循環(huán)裝置400A 的工作流體。通過(guò)使用工作流體來(lái)作為動(dòng)力源，能夠容許工作流體從壓力室153向第一油 通路144少許漏出。因此，不需要嚴(yán)密的密封。
如圖12及13A所示，在本實(shí)施方式中，第一葉片槽4 被軸承構(gòu)件42及中板43閉塞。因此，僅通過(guò)第一油通路144向油腔142供給油。作為將油從油腔142向儲(chǔ)油部25 排出的油通路而設(shè)置有第二油通路146。第二油通路146通過(guò)與第一油通路144不同的路 徑將油腔142與儲(chǔ)油部25連通。在第二油通路146中設(shè)置有第二閥149。
第二閥149具有閥體155、彈簧156及收容室157。閥體155能夠占有關(guān)閉第二油 通路146的位置和打開(kāi)第二油通路146的位置。在收容室157中配置有彈簧156。為了使 閥體155順利地動(dòng)作，收納室157與儲(chǔ)油部25連通也可。在油從油腔142向儲(chǔ)油部25排 出時(shí)，閥體155被油按壓而將第二油通路146打開(kāi)。相反，在從儲(chǔ)油部25向油腔142供給 油時(shí)，閥體155受到來(lái)自彈簧156的彈力，從而將第二油通路146關(guān)閉。如此，第二油通路 146中的油的流通方向通過(guò)第二閥149實(shí)質(zhì)上被限制為僅從油腔142朝向儲(chǔ)油部25的方 向。即，第二閥149構(gòu)成為方向控制閥?！氨幌拗茷閷?shí)質(zhì)上僅從油腔142朝向儲(chǔ)油部25的 方向”并不意味著將不可避地產(chǎn)生的很小的流動(dòng)都完全排除。
即使假設(shè)省略了第二油通路146及第二閥149，也能夠調(diào)節(jié)比率(P2Z^P1),可變?nèi)~片 機(jī)構(gòu)130正常地動(dòng)作。在從油腔142向儲(chǔ)油部25排出油時(shí)，通過(guò)第一活塞46將第一葉片 48強(qiáng)勢(shì)地按壓。因此，即使在第一油通路144的流出阻力稍高的情況下，也不會(huì)對(duì)油的排出 造成妨礙。但是，因?yàn)楦叩牧鞒鲎枇κ箟毫p失。并且，第一閥148的閥體151變得左右擺 動(dòng)，難以設(shè)定如期望那樣的困油容積。
與此相對(duì)，若設(shè)置有第二油通路146，則能夠通過(guò)第一油通路144及第二油通路 146這兩者進(jìn)行從油腔142向儲(chǔ)油部25的油的排出。尤其是由于通過(guò)第二油通路146而比 較自由地將油向儲(chǔ)油部25排出，因此能夠期待動(dòng)力回收效率的提高。另外，通過(guò)在第二油 通路146中設(shè)置作為方向控制閥的第二閥149，能夠防止油通過(guò)第二油通路146而從儲(chǔ)油 部25向油腔142供給。其結(jié)果是，能夠正確地控制油向油腔142的供給速度，變得容易調(diào) 節(jié)困油容積。
此外，在油能夠自由流通的條件下，也可以在偏離第一葉片槽42a的位置形成油 腔。例如，也可以以與第一葉片槽42a的后方相連的方式形成油腔。另外，第一閥148也可 以設(shè)置在第一油通路144的端部。第二閥149也可以設(shè)置在第二油通路146的端部。
在圖14A所示的動(dòng)作模式(第一模式)中，壓力室153被低壓的工作流體充滿，第 一閥148全開(kāi)。在第一閥148全開(kāi)時(shí)，第一油通路144的流通阻力小，因此能夠順暢地從儲(chǔ) 油部25向油腔142供給油。因此，持續(xù)對(duì)第一葉片48的后端面施加對(duì)于保持第一葉片48 與第一活塞46的接觸來(lái)說(shuō)充分的載荷。第一葉片48能夠追隨第一活塞46，始終保持第一 葉片48與第一活塞46的接觸狀態(tài)。
另一方面，在圖14B所示的動(dòng)作模式(第二模式)中，壓力室153被高壓或中間壓 的工作流體充滿，第一閥148的開(kāi)度變小。具體來(lái)說(shuō)，閥體151移動(dòng)到下述位置閥體151 受到的來(lái)自充滿壓力室153的工作流體及彈簧152的力與閥體151受到的來(lái)自第一油通路 144的油的力平衡的位置。于是，第一油通路144的截面積與第一模式(圖14A)時(shí)相比變 小。若第一油通路144的截面積變小，則妨礙油急速地向油腔142流入。因此，油向油腔 142的流入不追從第一葉片48的下降速度，在從第一活塞46占有上死點(diǎn)的瞬間至經(jīng)過(guò)限定 期間I32為止之間，第一葉片48從第一活塞46離開(kāi)。這期間，高壓的工作流體持續(xù)從第一 吸入空間5 流入第一噴出空間55b。經(jīng)過(guò)期間P2后，在第一葉片48與第一活塞46再接 觸的瞬間，由第一噴出空間^b、貫通孔43a及第二吸入空間56a形成膨脹室，工作流體開(kāi)始膨脹。
在使壓力室153內(nèi)的壓力變化時(shí)，閥體151的位置變化，油向油腔142的流入速度 改變。期間P2的長(zhǎng)短隨之變化。壓力室153內(nèi)的壓力越高第一閥148的開(kāi)度越變小，換言 之即第一油通路144的截面積越變小，因此油難以流入油腔142。于是，第一葉片48與第 一活塞46相接的期間P1逐漸變短，另一方面期間P2逐漸變長(zhǎng)，膨脹室的困油容積變大。如 此，通過(guò)調(diào)節(jié)壓力室153內(nèi)的壓力，能夠調(diào)節(jié)困油容積，換言之即能夠自由調(diào)節(jié)膨脹機(jī)構(gòu)3 的吸入容積。
由于壓力調(diào)節(jié)回路110的配管105與可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130的壓力供給通路147連接， 因此能夠通過(guò)壓力調(diào)節(jié)回路Iio的節(jié)流閥104調(diào)節(jié)壓力室153內(nèi)的壓力。即，通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié) 流閥104的開(kāi)度，能夠控制第一閥148的開(kāi)度。在節(jié)流閥104的開(kāi)度大時(shí)，壓力室153內(nèi)的 壓力變高，第一閥148的開(kāi)度變小。由此，困油容積變大。在節(jié)流閥104的開(kāi)度小時(shí)，壓力 室153內(nèi)的壓力變低，第一閥148的開(kāi)度變大。由此，困油容積變小。
與第一實(shí)施方式同樣地，通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥104的開(kāi)度，壓力室153內(nèi)的壓力能夠在 制冷循環(huán)的高壓與低壓之間變化。
接下來(lái)，說(shuō)明膨脹機(jī)構(gòu)3的動(dòng)作原理。如圖15的步驟A3 D3所示，在困油容積最 小時(shí)，膨脹機(jī)構(gòu)3以與參照?qǐng)D5在第一實(shí)施方式中說(shuō)明的原理相同的原理進(jìn)行動(dòng)作。
接下來(lái)，參照?qǐng)D16說(shuō)明與圖15相比困油容積更大時(shí)的膨脹機(jī)構(gòu)3的動(dòng)作原理。
首先，圖16的步驟A4表示第一活塞46旋轉(zhuǎn)360°而使第一吸入空間5 被高壓 的工作流體充滿的狀態(tài)。接下來(lái)，如圖16的步驟B4所示，在第一活塞46逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，第 一活塞46從第一葉片48離開(kāi)。這是因?yàn)椋瑥牡谝换钊?6占有上死點(diǎn)的瞬間開(kāi)始，第一葉 片48的動(dòng)作由可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130限制。在第一活塞46從第一葉片48離開(kāi)時(shí)，形成從第一 吸入空間55a向第一噴出空間55b的流路，高壓的工作流體從第一噴出空間5 直接向第 一噴出空間5 流入。高壓的工作流體還向與第一噴出空間5 連通的第二吸入空間56a 流入。即，在第一活塞46從第一葉片48離開(kāi)的期間P2,工作流體不膨脹，吸入行程繼續(xù)。
接下來(lái)，如圖16的步驟C4所示，在第一活塞46進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，第一活塞46到達(dá)下 死點(diǎn)附近時(shí)，第一葉片48追從第一活塞46，第一葉片48與第一活塞46再接觸。第一葉片 48使第一吸入空間5 與第一噴出空間5 分開(kāi)，遮斷工作流體從第一吸入空間55a向第 一噴出空間55b的流動(dòng)。從第一葉片48與第一活塞46再接觸的時(shí)刻開(kāi)始，工作流體開(kāi)始 膨脹。
如圖16的步驟D4所示，在第一活塞46進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一噴出空間5 的容積逐 漸減少，工作流體在膨脹的狀態(tài)下向第二吸入空間56a移動(dòng)。如此，反復(fù)圖6的步驟A4 D4的動(dòng)作。
圖17A、17B及17C是分別表示第一葉片的前端的位置、吸入到膨脹機(jī)構(gòu)中工作流 體的壓力、工作室的容積的圖表。各圖的橫軸表示在將第一活塞46占有上死點(diǎn)的瞬間定義 為基準(zhǔn)角度(=0° )時(shí)的軸5的旋轉(zhuǎn)角度。
圖17A的縱軸表示的第一葉片48的前端的位置與從軸5的旋轉(zhuǎn)軸到第一葉片48 的前端的距離對(duì)應(yīng)。實(shí)線表示第一模式中的第一葉片48的前端的位置。虛線表示第二模 式中的第一葉片48的前端的位置。在第二模式中，在0°及360° (上死點(diǎn))第一葉片48 從第一活塞46離開(kāi)，在比180°及討0° (下死點(diǎn))稍靠前的角度θ 2第一葉片4818與第一活塞46再接觸。
圖17B同樣實(shí)線對(duì)應(yīng)第一模式，虛線對(duì)應(yīng)第二模式。在第一模式(實(shí)線)中，在基 準(zhǔn)角度開(kāi)始吸入到膨脹機(jī)構(gòu)中的工作流體在從360°到720°的范圍內(nèi)膨脹。另一方面，在 第二模式(虛線)中，工作流體在比360°靠前的角度92到720°的范圍內(nèi)膨脹。
圖17C的縱軸表示的工作室的容積中，從0°到360°的范圍與第一吸入空間5 的容積對(duì)應(yīng)，從360°到720°的范圍與第一噴出空間5 和第二吸入空間56a的合計(jì)容積 對(duì)應(yīng)。在第一模式中，吸入行程在360°結(jié)束，膨脹行程在從360°到720°的范圍內(nèi)進(jìn)行。 另一方面，在第二模式中，在從比360°靠前的角度92到720°的范圍內(nèi)進(jìn)行膨脹行程。第 二模式中的膨脹行程開(kāi)始時(shí)的第一噴出空間5 與第二吸入空間56a的合計(jì)容積V2(困油 容積)大于第一模式中的該合計(jì)容積V1 (困油容積)。
第一模式與第二模式之間的吸入容積的差Δ V在由吸入行程、膨脹行程及噴出行 程構(gòu)成的一次循環(huán)中由(V2-V1)表示。該容積差Δν根據(jù)期間己的長(zhǎng)短(換言之即比率 (VP1))而增減。期間P2的長(zhǎng)短根據(jù)可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130的壓力室153內(nèi)的壓力變化。比率 (P2A31)的范圍沒(méi)有特定的局限，但例如為0彡(P2ZiP1) ^ 1。即，優(yōu)選在以第一活塞46占有 上死點(diǎn)的瞬間的軸5的旋轉(zhuǎn)角度為0°時(shí)，期間P2位于0° 180°的范圍內(nèi)。此外，在本 實(shí)施方式中，第一活塞46占有上死點(diǎn)的瞬間為期間P2的開(kāi)始時(shí)刻。
如以上說(shuō)明那樣，根據(jù)具備可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130的膨脹機(jī)構(gòu)3，膨脹室的困油容積可 變。因此，在軸旋轉(zhuǎn)一周期間吸入膨脹機(jī)構(gòu)3的工作流體的體積能夠變化。
(第四實(shí)施方式的變形例)
圖18是表示第四實(shí)施方式的變形例的橫截面圖。根據(jù)本變形例，可變?nèi)~片機(jī)構(gòu) 130還具備用于輔助第二模式中的第一葉片48的下降(向接近軸5的旋轉(zhuǎn)軸的方向的移 動(dòng))的加速口 159。加速口 159的一端在沿著第一葉片槽42a的長(zhǎng)度方向的限定位置朝向 第一葉片槽4 開(kāi)口。加速口 159的另一端朝向儲(chǔ)油部25開(kāi)口。在第一葉片48在從油及 第一彈簧50受到的載荷的作用下從第一葉片槽4 被壓出的過(guò)程中，若第一葉片48的后 端面通過(guò)加速口 159的一端的位置，則油通過(guò)加速口 159而從儲(chǔ)油部25流入第一葉片槽 42a。
S卩，通過(guò)加速口 159，即使在第一油通路144(參照?qǐng)D14A)的截面積設(shè)定得小的情 況下，若來(lái)自第一葉片槽42a的第一葉片48的突出量增大到某一程度，則油向第一葉片槽 42a的后部(油腔142)的流入阻力急劇減小。于是，第一葉片48朝向第一活塞46被強(qiáng)勢(shì) 壓出，迅速地與第一活塞46再接觸。
例如，在油向第一葉片槽42a的后部(油腔142)的流入阻力非常大時(shí)，可以認(rèn)為 即使第一活塞46到達(dá)下死點(diǎn)也依然繼續(xù)第一葉片48從第一活塞46離開(kāi)的狀態(tài)。簡(jiǎn)單地 說(shuō)，期間P2超過(guò)180°也能夠繼續(xù)。對(duì)此，若設(shè)置加速口 159，則能夠在第一活塞46到達(dá)下 死點(diǎn)以前使第一葉片48與第一活塞46可靠地再接觸。其結(jié)果是，能夠確保充分的膨脹比， 因此能夠期待動(dòng)力回收效率的提高。
(第五實(shí)施方式)
圖19是使用了用于通過(guò)電學(xué)的方法來(lái)控制第一葉片的動(dòng)作的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)的制 冷循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。該制冷循環(huán)裝置400B具有膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)300B。在膨脹機(jī)一體 型壓縮機(jī)300B的膨脹機(jī)構(gòu)3中設(shè)置有與外部控制器170連接的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130B(、130C、130D或130E)。通過(guò)外部控制器170控制可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130B的動(dòng)作。根據(jù)制冷循環(huán)裝置 400B，具有能夠省略圖11所示的壓力供給回路110的優(yōu)點(diǎn)。另外，可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130B是通 過(guò)電學(xué)的方法來(lái)控制第一葉片48的動(dòng)作的機(jī)構(gòu)，因此容易進(jìn)行困油容積的最適化。
以下說(shuō)明通過(guò)電學(xué)的方法來(lái)控制第一葉片48的動(dòng)作的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130B 130E。此外，在本實(shí)施方式中，第一葉片槽42a的后部(配置有第一彈簧50的部分)向儲(chǔ) 油部25開(kāi)口，油能夠自由地從儲(chǔ)油部25流入該第一葉片槽42a的后部。
圖20所示的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130B由具有線圈174及鐵心172的電磁石構(gòu)成。線圈 174通過(guò)對(duì)第一葉片48作用電磁力來(lái)妨礙第一葉片48追隨第一活塞46動(dòng)作。S卩，若對(duì)線 圈174勵(lì)磁，則鐵心172作為磁石動(dòng)作而吸引第一葉片48。由此，能夠妨礙第一葉片48追 隨第一活塞46動(dòng)作。第一葉片48的典型為由能夠被鑄鐵、碳素鋼等磁石吸引的鐵系金屬 構(gòu)成，因此能夠通過(guò)電磁石限制第一葉片48。
線圈174配置在第一葉片槽42a的后方。鐵心172貫通線圈174，其前端部向第一 葉片槽42a內(nèi)突出。以使在第一葉片48最大程度壓入第一葉片槽4 時(shí)第一葉片48與鐵 心172接觸的方式來(lái)確定在第一葉片槽42a的長(zhǎng)度方向上的鐵心172的長(zhǎng)度。通過(guò)外部控 制器170(參照?qǐng)D19)能夠控制對(duì)線圈172勵(lì)磁的時(shí)刻。在第一活塞46即將到達(dá)上死點(diǎn)前 開(kāi)始對(duì)線圈172的供電。通過(guò)控制供電開(kāi)始時(shí)刻及供電結(jié)束時(shí)刻，能夠調(diào)節(jié)第一葉片48從 第一活塞46離開(kāi)的期間P2的長(zhǎng)短、換言之即膨脹機(jī)構(gòu)3的困油容積。
圖21所示的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130C由配置在第一葉片48的周圍的線圈176構(gòu)成。若 對(duì)線圈176勵(lì)磁，則對(duì)第一葉片48作用向線圈176內(nèi)拉入的方向的力。S卩，第一葉片48本 身作為螺線管的棒芯(plunger)動(dòng)作。與圖20所示的例同樣地，通過(guò)外部控制器170能夠 控制對(duì)線圈176勵(lì)磁的時(shí)刻，由此，能夠調(diào)節(jié)膨脹機(jī)構(gòu)3的困油容積。線圈176配置在第一 葉片48的周圍，因此不易產(chǎn)生空間不足的問(wèn)題。
此外，在第四實(shí)施方式中，第一葉片48的動(dòng)作在上死點(diǎn)附近僅變慢，但在圖20及 21所示的例中，能夠在上死點(diǎn)附近將第一葉片48鎖止(暫時(shí)停止)。若將第一葉片48瞬 間鎖止，則流入截面積(第一活塞46與第一葉片48的隙間的寬度)變大，因此能夠降低壓 力損失。
圖22所示的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130D由以使第一葉片槽4 與第一葉片48之間的滑動(dòng) 摩擦增大的方式對(duì)第一葉片48施加載荷的電動(dòng)致動(dòng)器構(gòu)成。具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)具有線圈181 及棒芯185的螺線管構(gòu)成可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130D。
在第一工作缸42上形成有槽183，該槽183以與第一葉片槽42a的長(zhǎng)度方向大致 成直角的方式延伸。在該槽183中配置棒芯185。線圈181配置為包圍棒芯185。棒芯185 的前端與第一葉片48的側(cè)面對(duì)置。在棒芯185退避到不與第一葉片48干涉的位置的狀態(tài) 下，第一葉片48的動(dòng)作不會(huì)被可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130D妨礙(第一模式)。另一方面，若對(duì)線圈 181勵(lì)磁以使棒芯185從槽183被壓出，則棒芯185的前端與第一葉片48成直角地接觸。 由此，對(duì)第一葉片48的側(cè)面施加朝向第一葉片槽4 的內(nèi)壁的方向的載荷，第一葉片48難 以沿著第一葉片槽42a的長(zhǎng)度方向動(dòng)作。
圖23所示的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130E在由用于從橫向向第一葉片48施加載荷的電動(dòng) 致動(dòng)器構(gòu)成這一點(diǎn)上與參照?qǐng)D22說(shuō)明了的可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130D通用。具體來(lái)說(shuō)，可變?nèi)~片 機(jī)構(gòu)130E由具有壓電元件186及連結(jié)于該壓電元件186的棒芯184的壓電致動(dòng)器構(gòu)成。
在第一工作缸42形成有槽182，該槽182與在第一葉片槽42a的長(zhǎng)度方向上的中 間部分連通。以使棒芯184的前端與第一葉片48對(duì)置的方式在槽182上配置棒芯184及 壓電元件186。棒芯184的后端固定于壓電元件186。以使壓電元件186的變位能夠傳遞 到棒芯184的方式將壓電元件186與棒芯184組合。除了將線圈替代為壓電元件這一點(diǎn)以 外，棒芯184的作用如參照?qǐng)D22說(shuō)明的那樣。
在圖22及23所示的例中，可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130D、130E內(nèi)置于第一工作缸42。但是， 可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)130D、130E也可以內(nèi)置于軸承構(gòu)件41或中板43中，也可以橫跨軸承構(gòu)件41、 第一工作缸42及中板43設(shè)置。
在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻對(duì)圖20 23所示的各可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)供給電流。具體來(lái)說(shuō)，根據(jù)軸5 的旋轉(zhuǎn)角度來(lái)控制向線圈或壓電元件的供電。為了檢測(cè)軸5的旋轉(zhuǎn)角度，也可以如圖M所 示，設(shè)置與軸5 —起旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子191和能夠檢測(cè)轉(zhuǎn)子191的通過(guò)的位置傳感器193。例如， 在軸5的偏心部5c的偏心方向的180°相反側(cè)(或與偏心方向一致地)配置轉(zhuǎn)子191。此 外，在與第一活塞46的下死點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置配置位置傳感器193。
根據(jù)上述這樣的結(jié)構(gòu)，如圖25所示，在第一活塞46到達(dá)上死點(diǎn)(或下死點(diǎn))時(shí)， 從位置傳感器193對(duì)外部控制器170輸送傳感器信號(hào)。外部控制器170根據(jù)從位置傳感器 193取得的傳感器信號(hào)正確地向線圈或壓電元件進(jìn)行供電。供電也可以稍早于第一活塞46 到達(dá)上死點(diǎn)(=0° )進(jìn)行。由此，能夠可靠地使第一葉片48的動(dòng)作停止或變慢?？刂乒?電期間Δ θ以能夠得到期望的困油容積即可。
此外，用于檢測(cè)軸5的旋轉(zhuǎn)角度(基準(zhǔn)位置)的傳感器也可以在膨脹機(jī)構(gòu)3以外 的機(jī)構(gòu)，例如壓縮機(jī)構(gòu)2上設(shè)置。
(第六實(shí)施方式)
本發(fā)明也能夠適用于單體的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)。圖沈表示使用了這樣的二級(jí)回 轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)的動(dòng)力回收式的制冷循環(huán)裝置400C。制冷循環(huán)裝置400C具有壓縮機(jī)123、散熱 器101、膨脹機(jī)120及蒸發(fā)器102。作為膨脹機(jī)120可以使用具有從之前說(shuō)明的各膨脹機(jī)一 體型壓縮機(jī)中省略了壓縮機(jī)構(gòu)2的結(jié)構(gòu)的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)。工作流體的膨脹能量通過(guò)膨 脹機(jī)120的發(fā)電機(jī)121轉(zhuǎn)換為電能量，得到的電能量向壓縮機(jī)123的電動(dòng)機(jī)IM供給。
壓縮機(jī)123的轉(zhuǎn)速能夠通過(guò)電動(dòng)機(jī)IM控制，膨脹機(jī)120的轉(zhuǎn)速能夠通過(guò)發(fā)電機(jī) 121控制。因此，在該制冷循環(huán)裝置400C中，本質(zhì)上不存在密度比一定的制約。但是，通過(guò) 采用具備可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，能夠得到以下的效果。
圖27中表示通常的發(fā)電機(jī)的效率曲線。發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)為在限定的額定轉(zhuǎn)速Nr (例 如60Hz)下發(fā)電效率最高。因此，轉(zhuǎn)速越遠(yuǎn)離額定轉(zhuǎn)速發(fā)電效率越下降。即，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 優(yōu)選即使能夠通過(guò)變換器來(lái)控制也盡量在額定轉(zhuǎn)速Nr的附近。然而，在制冷循環(huán)裝置中， 由于工作流體的循環(huán)量、密度變化，因此在現(xiàn)有的膨脹機(jī)中僅在額定轉(zhuǎn)速Nr的附近運(yùn)轉(zhuǎn)是 困難的。對(duì)此，若使用具有可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，則能夠在維持額定轉(zhuǎn)速Nr 的狀態(tài)下使密度比變化，因此能夠期待更高效率的動(dòng)力回收。
工業(yè)上的可利用性
本發(fā)明能夠適當(dāng)?shù)赜糜谠诳照{(diào)機(jī)或供水機(jī)中使用的制冷循環(huán)裝置。但是，本發(fā)明 的適用對(duì)象部局限于此，可以廣泛適用于蘭肯循環(huán)裝置等其他的裝置。
權(quán)利要求
1.一種二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中，其具有第一工作缸；第一活塞，其能夠旋轉(zhuǎn)地配置在所述第一工作缸內(nèi)； 第二工作缸，其相對(duì)于所述第一工作缸配置為同心狀； 第二活塞，其能夠旋轉(zhuǎn)地配置在所述第二工作缸內(nèi)； 軸，其上安裝有所述第一活塞及所述第二活塞；第一葉片，其能夠滑動(dòng)地設(shè)置在形成于所述第一工作缸上的第一葉片槽中，并用于將 所述第一工作缸與所述第一活塞之間的空間分隔為第一吸入空間和第一噴出空間；第二葉片，其能夠滑動(dòng)地設(shè)置在形成于所述第二工作缸上的第二葉片槽中，并用于將 所述第二工作缸與所述第二活塞之間的空間分隔為第二吸入空間和第二噴出空間；中板，其具有貫通孔且將所述第一工作缸與所述第二工作缸分隔，所述貫通孔用于通 過(guò)將所述第一噴出空間與所述第二吸入空間連通而形成一個(gè)膨脹室；可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)，其用于控制所述第一葉片的動(dòng)作，以使在所述軸旋轉(zhuǎn)一周期間所述第 一葉片與所述第一活塞相接的期間為P1、所述第一葉片從所述第一活塞離開(kāi)的期間為P2 時(shí)，能夠調(diào)節(jié)所述期間P2相對(duì)于所述期間P1的比率即P2Av
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中，在所述膨脹室中工作流體最膨脹的狀態(tài)下，所述第一葉片從所述第一活塞離開(kāi)，膨脹 前的工作流體注入所述膨脹室。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中， 所述可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)包括限動(dòng)器，其用于限制所述第一葉片的可動(dòng)范圍；致動(dòng)器，其使所述限動(dòng)器從所述第一葉片的可動(dòng)范圍變長(zhǎng)的位置向變短的位置移動(dòng)或 使所述限動(dòng)器向與上述相反的方向移動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中， 所述致動(dòng)器為流體壓致動(dòng)器，所述流體壓致動(dòng)器包括主體部，其包括與所述限動(dòng)器連動(dòng)的部分，且根據(jù)流體的壓力來(lái)限定所述限動(dòng)器在所 述第一葉片槽的長(zhǎng)度方向上的位置；壓力室，所述主體部配置于該壓力室中， 通路，其用于將所述流體向所述壓力室供給。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中，所述主體部包括以分隔所述壓力室的方式能夠滑動(dòng)地配置于所述壓力室的滑動(dòng)件、 設(shè)于由所述滑動(dòng)件分隔成的所述壓力室的一部分的彈簧， 在所述滑動(dòng)件上一體化或連結(jié)有所述限動(dòng)器， 所述通路與由所述滑動(dòng)件分隔成的所述壓力室的另一部分連接， 所述限動(dòng)器在所述第一葉片槽的長(zhǎng)度方向上的位置根據(jù)所述滑動(dòng)件受到的來(lái)自通過(guò) 所述通路而被供給的所述流體的力和所述滑動(dòng)件受到的來(lái)自所述彈簧的力來(lái)確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中， 所述第一葉片具有用于接受所述限動(dòng)器進(jìn)入的凹部，所述流體壓致動(dòng)器的所述壓力室與所述第一葉片槽相鄰地形成， 以從所述壓力室朝向所述第一葉片槽延伸的方式，將所述限動(dòng)器的一端固定于所述滑 動(dòng)件，而將所述限動(dòng)器的另一端插入所述凹部。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中， 所述致動(dòng)器為電動(dòng)致動(dòng)器，所述電動(dòng)致動(dòng)器與所述限動(dòng)器連結(jié)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)致動(dòng)器，改變所述限動(dòng)器在所 述第一葉片槽的長(zhǎng)度方向上的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中，在所述第一活塞到達(dá)上死點(diǎn)的時(shí)刻為所述期間I32的始點(diǎn)時(shí)，所述可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)控制所述第一葉片的動(dòng)作，能夠通過(guò)改變所述比率即IViP1來(lái)調(diào)節(jié) 所述膨脹室的困油容積。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中，所述可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)構(gòu)成為妨礙所述第一葉片追隨所述第一活塞而動(dòng)作。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中， 所述二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)還具有用于貯存潤(rùn)滑用的油的儲(chǔ)油部， 所述可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)包括油腔，其與所述第一葉片槽連通，能夠向所述第一葉片槽供給油及從所述第一葉片槽 接受油；油通路，其用于從所述儲(chǔ)油部向所述油腔供給油及用于從所述油腔向所述儲(chǔ)油部排出油；能夠調(diào)節(jié)開(kāi)度的閥，其以能夠增減所述油通路的流通阻力的方式設(shè)置在所述油通路中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中，所述油通路包括設(shè)有所述能夠調(diào)節(jié)開(kāi)度的閥的第一油通路、以與所述第一油通路不 同的路徑將所述油腔與所述儲(chǔ)油部連通的第二油通路，所述可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)還包括設(shè)于所述第二油通路上的第二閥，通過(guò)所述第二閥將所述第二油通路中油的流通方向?qū)嵸|(zhì)上僅限制為從所述油腔朝向 所述儲(chǔ)油部的方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中，所述可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)具有線圈，該線圈用于通過(guò)對(duì)所述第一葉片作用電磁力來(lái)妨礙所述 第一葉片追隨所述第一活塞而動(dòng)作，并且能夠從外部控制在所述線圈中流通電流的時(shí)刻。
13.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中，所述可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)具有電動(dòng)致動(dòng)器，該電動(dòng)致動(dòng)器用于以使所述第一葉片槽與所述第 一葉片之間的滑動(dòng)摩擦增加的方式對(duì)所述第一葉片施加載荷，并且能夠從外部進(jìn)行所述電 動(dòng)致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)控制。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中，所述電動(dòng)致動(dòng)器為具有線圈及棒芯的螺線管，或?yàn)榫哂袎弘娫敖Y(jié)合于所述壓電元 件的棒芯的壓電致動(dòng)器。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或14所述的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)，其中，根據(jù)所述軸的旋轉(zhuǎn)角度來(lái)控制向所述線圈或所述壓電元件的供電。
16.一種膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)，其中，包括 用于壓縮工作流體的壓縮機(jī)構(gòu)；用于使工作流體膨脹的膨脹機(jī)構(gòu)； 將所述壓縮機(jī)構(gòu)與所述膨脹機(jī)構(gòu)連結(jié)的軸，所述膨脹機(jī)構(gòu)由權(quán)利要求1 15中任一項(xiàng)所述的二級(jí)回轉(zhuǎn)式膨脹機(jī)構(gòu)成。
17.一種制冷循環(huán)裝置，其中，具有權(quán)利要求16中所述的膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)；用于將由所述膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)的所述壓縮機(jī)構(gòu)壓縮的工作流體冷卻的散熱器; 用于使由所述膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)的所述膨脹機(jī)構(gòu)膨脹的工作流體蒸發(fā)的蒸發(fā)器。
全文摘要
膨脹機(jī)一體型壓縮機(jī)(100)具有用于壓縮工作流體的壓縮機(jī)構(gòu)(2)、用于使工作流體膨脹的膨脹機(jī)構(gòu)(3)、將壓縮機(jī)構(gòu)(2)與膨脹機(jī)構(gòu)(3)連結(jié)的軸(5)。膨脹機(jī)構(gòu)(3)具有可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)(60)。在軸(5)旋轉(zhuǎn)一周期間中第一葉片(48)與第一活塞(46)相接的期間為P1、第一葉片(48)從第一活塞(46)離開(kāi)的期間為P2時(shí)，可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)(60)控制第一葉片(48)的動(dòng)作，以能夠調(diào)節(jié)期間P2相對(duì)于期間P1的比率即P2/P1。
文檔編號(hào)F01C13/04GK102037216SQ20098011792
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月19日
發(fā)明者岡市敦雄, 尾形雄司, 引地巧, 松井大, 田口英俊, 高橋康文 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社