專利名稱：流體機械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有氣體壓縮、發(fā)電和廢熱收集和利用的多種功能的流體機械，特別涉及一種具有用于收集廢熱的蘭金(Rankine cycle)循環(huán)的機動車輛的制冷循環(huán)用流體機械。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)的流體機械中，諸如日本專利No.2540738中所公開的那樣，用于蒸汽壓縮制冷循環(huán)的壓縮機裝置通常用作膨脹裝置，并且當(dāng)能量通過蘭金循環(huán)所收集時壓縮機裝置被用作膨脹裝置。
在上述的流體機械中，壓縮機裝置被用作空調(diào)操作用的壓縮機，其中壓縮機裝置在制冷循環(huán)中壓縮制冷劑。當(dāng)空調(diào)操作停止時，壓縮機裝置用作膨脹裝置，其中在蘭金循環(huán)中通過使用來自引擎的廢熱所產(chǎn)生的制冷劑的超熱蒸汽被供給到流體機械。制冷劑在流體機械中膨脹以作為膨脹裝置進行操作，并且通過膨脹裝置所產(chǎn)生的能量被供給到引擎。
在上述現(xiàn)有技術(shù)中的流體機械中，其中壓縮機裝置也被用作膨脹裝置，只在其中空調(diào)操作沒有必要的時間周期中，流體機械才可以被用作膨脹裝置。結(jié)果，現(xiàn)有技術(shù)的流體機械不能充分改良引擎的燃料消耗比。
本發(fā)明的發(fā)明人在現(xiàn)有日本專利申請(JP2003-82760)中提出一種流體機械，其中壓縮機裝置140和膨脹裝置150被獨立提供并通過驅(qū)動軸111彼此連接，這樣用于收集和利用廢熱的膨脹裝置150可以被操作，而不管壓縮機裝置140是否操作用于空調(diào)操作。
根據(jù)上述提出的流體機械，壓縮機裝置140是可變電容器類型(旋轉(zhuǎn)斜板(swash plate)類型)壓縮機，并且當(dāng)空調(diào)操作沒有必要時，壓縮機裝置140的排放量被調(diào)整以變成0。相應(yīng)地，當(dāng)膨脹裝置150在其操作狀態(tài)時，壓縮機裝置140的阻力被減小。
在上述提出的流體機械中，盡管壓縮機裝置140的排放量被調(diào)整成變?yōu)?，以通過壓縮機140減小對膨脹裝置150的阻力，由于電容器變化，不能避免機構(gòu)(諸如旋轉(zhuǎn)斜板室140A中的旋轉(zhuǎn)斜板140B、以及靴部140C)的滑動部分的摩擦所導(dǎo)致的機械損耗。結(jié)果，膨脹裝置150不能充分地收集和利用廢熱。

發(fā)明內(nèi)容
因此，有鑒于上述提到的問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種流體機械，其中膨脹裝置可以被經(jīng)常操作以獨立于壓縮機裝置的操作進而收集和利用廢熱，并且廢熱可以被有效地收集和利用，而不導(dǎo)致機械損耗。
根據(jù)本發(fā)明的特征，流體機械具有壓縮機裝置，所述壓縮機裝置用于壓縮機動車輛用制冷循環(huán)中的制冷劑；電動旋轉(zhuǎn)裝置，所述電動旋轉(zhuǎn)裝置操作作為用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力的電機以驅(qū)動壓縮機裝置或者操作作為發(fā)動機；膨脹裝置，所述膨脹裝置用于收集來自引擎的廢熱并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力以驅(qū)動電動旋轉(zhuǎn)裝置和/或者壓縮機裝置；以及開關(guān)裝置，用于將壓縮機裝置連接到膨脹裝置或者從膨脹裝置斷開。
根據(jù)本發(fā)明的上述特征，來自引擎的廢熱可以總是通過膨脹裝置所收集，而不管壓縮機裝置是否作為空調(diào)操作進行操作。在此操作中，壓縮機裝置被連接到膨脹裝置，并且由此壓縮機裝置可以不僅通過來自引擎的驅(qū)動力而且可以通過在膨脹裝置上所產(chǎn)生的驅(qū)動力進行驅(qū)動。
根據(jù)本發(fā)明的上述特征，當(dāng)壓縮機裝置的操作沒有必要時，壓縮機裝置從膨脹裝置斷開。相應(yīng)地，膨脹裝置可以在沒有接收到來自壓縮機裝置的阻力的情況下進行操作。
根據(jù)本發(fā)明的另外的特征，一種流體機械具有壓縮機裝置，所述壓縮機裝置用于壓縮機動車輛用制冷循環(huán)中的制冷劑；電動旋轉(zhuǎn)裝置，所述電動旋轉(zhuǎn)裝置操作作為用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力的電機以驅(qū)動壓縮機裝置或者操作作為發(fā)動機；膨脹裝置，所述膨脹裝置用于收集來自引擎的廢熱并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力，以驅(qū)動電動旋轉(zhuǎn)裝置和/或者壓縮機裝置；以及開關(guān)裝置，用于將膨脹裝置與電動旋轉(zhuǎn)裝置相連接或者從電動旋轉(zhuǎn)裝置斷開。此流體機械的壓縮機裝置具有膨脹裝置的進一步的功能，這樣當(dāng)不需要空調(diào)操作時，壓縮機裝置可以作為膨脹裝置進行操作。
流體機械還具有傳動裝置，所述傳動裝置設(shè)置在壓縮機裝置和電動旋轉(zhuǎn)裝置之間。當(dāng)驅(qū)動力從壓縮機裝置傳送到電動旋轉(zhuǎn)裝置時，或者反過來，通過傳動裝置改變旋轉(zhuǎn)速度，這樣電動旋轉(zhuǎn)裝置的尺寸可以變得更小，可以從電動旋轉(zhuǎn)裝置獲得更高的電動率輸出。
根據(jù)本發(fā)明的另外的特征，所述設(shè)置在膨脹裝置和電動旋轉(zhuǎn)裝置之間的開關(guān)裝置允許來自膨脹裝置的驅(qū)動力傳送到電動旋轉(zhuǎn)裝置，并阻止驅(qū)動力從電動旋轉(zhuǎn)裝置傳動到膨脹裝置。結(jié)果，當(dāng)電動旋轉(zhuǎn)裝置通過在壓縮機裝置(操作作為膨脹裝置)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力所旋轉(zhuǎn)時，電動旋轉(zhuǎn)裝置可以在沒有接收到來自膨脹裝置的阻力的情況下旋轉(zhuǎn)。


本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點將從顯示的詳細說明并參照附圖而詳細了解到。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例顯示了用于制冷循環(huán)和廢熱收集循環(huán)的總系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的流體機械的橫截面示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例顯示了用于制冷循環(huán)和廢熱收集循環(huán)的總系統(tǒng)的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的流體機械的橫截面示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的流體機械的操作曲線；以及圖6是本發(fā)明的發(fā)明人在現(xiàn)有的日本專利申請中所提出的流體機械的橫截面示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的第一實施例將參照附圖1、2進行說明。在此實施例中，本發(fā)明的流體機械100被用于諸如具有用于機動車輛的蘭金循環(huán)30的制冷循環(huán)20，其中引擎10根據(jù)車輛的允許狀況而臨時制動(閑置停止操作)，或者設(shè)有混合驅(qū)動電機。具有蘭金循環(huán)30的制冷循環(huán)20收集在引擎10上所產(chǎn)生的廢熱用于驅(qū)動車輛，并利用在制冷循環(huán)20上所產(chǎn)生的冷和熱能來執(zhí)行空調(diào)操作。具有蘭金循環(huán)30的制冷循環(huán)將被說明。
如圖1中所示，散熱器回路11被提供到引擎10(外部驅(qū)動源)，其中引擎冷卻水被通過散熱器泵12來循環(huán)。加熱器裝置13被設(shè)置到散熱器回路11中，用于通過與來自引擎10的廢氣進行熱交換而加熱引擎冷卻水。當(dāng)制冷劑流經(jīng)設(shè)置在蘭金循環(huán)30中的制冷劑加熱裝置33時、在冷卻水加熱制冷循環(huán)中的制冷劑之后，在加熱器裝置13所加熱的引擎冷卻水通過散熱器14冷卻下來。散熱器泵12是一種通過來自引擎10的驅(qū)動力所操作的機械類型泵。但是，其可以通過由電機所驅(qū)動的電動泵所替換。
流體機械100包括壓縮機裝置140和膨脹裝置150。散熱裝置21被連接到壓縮機裝置140的排放側(cè)(較高壓力端口149a)，如后所述，在其上制冷劑通過散熱而被冷卻下來。流體機械100的更為詳細的結(jié)構(gòu)將在后面進行說明。
氣液分離器22、減壓裝置23和蒸發(fā)器24以次順序在散熱裝置21的下游側(cè)連接，然后連接到壓縮機裝置140的入口側(cè)(低壓端口149b)。
氣液分離器22是一種用于將來自散熱裝置21的制冷劑分為氣相制冷劑和液相制冷劑的接收器。減壓裝置23是一種溫度依賴型膨脹閥，用于膨脹和減小來自氣液分離器22的液相制冷劑的壓力，更為具體地以等焓的方式用于減小制冷劑的壓力并控制用于制冷劑的通道的打開程度，這樣將被吸入到壓縮機裝置140中的制冷劑的過熱程度將保持在預(yù)定的值上。由于通過蒸發(fā)由膨脹閥23減壓的所述制冷劑而從空氣吸收熱的緣故，蒸發(fā)器24是一種用于冷卻下來用于空調(diào)操作的空氣的熱交換器。
壓縮機裝置140、散熱裝置21、氣液分離器22、減壓裝置23和蒸發(fā)器24形成了用于將來自低溫側(cè)的熱傳送到高溫側(cè)的制冷循環(huán)。
第一旁路通道31被設(shè)置在氣液分離器22和膨脹裝置150(入口端口156將在后面說明)之間。制冷劑泵32被設(shè)置在第一旁路通道31中，用于循環(huán)制冷劑到膨脹裝置150。制冷劑加熱裝置33也設(shè)置在第一旁路通道31中，其中制冷劑通過引擎冷卻水被加熱。制冷劑泵32在此實施例中是一種電動泵，并且其利用控制單元進行操作和控制(未示出)。
第二旁路通道35被設(shè)置在膨脹裝置150(出口端口157將在后面進行說明)和散熱裝置21之間。止回閥35a設(shè)置在第二旁路通道35中，用于只允許制冷劑從膨脹裝置150流動到散熱裝置21。
蘭金循環(huán)30通過散熱裝置21、氣液分離器22、制冷劑泵32、制冷劑加熱裝置33和膨脹裝置150所形成，這樣在引擎10所產(chǎn)生的熱被收集。
流體機械的結(jié)構(gòu)將參照圖2進行說明。流體機械100包括滑輪110、電磁離合器120、電機(電動旋轉(zhuǎn)裝置)130、壓縮機裝置140、膨脹裝置150。上述元件被串聯(lián)安置，并容納在殼體101中。
滑輪110(外部驅(qū)動部分)通過殼體101由固定到殼體101的滑輪軸承可旋轉(zhuǎn)支撐并通過由引擎10所驅(qū)動的帶15(圖1)所旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動軸111被設(shè)置在滑輪110的中心并延伸到壓縮機裝置140，如后所述。驅(qū)動軸通過固定到殼體101的軸承114和115可旋轉(zhuǎn)支撐。此后，滑輪110(驅(qū)動軸111)的旋轉(zhuǎn)方向被稱為前向方向，而反向方向被稱為向后方向。軸密封119被設(shè)置在軸承114上，用于密封軸承114。
電磁離合器120(開關(guān)裝置)包括固定到殼體101的電磁線圈121，以及設(shè)置在驅(qū)動軸111的端部上的摩擦板122。如公知的那樣，當(dāng)電動功率通過控制單元被供給到電磁線圈121時，摩擦板122被移動并連接到滑輪110，這樣滑輪110的旋轉(zhuǎn)力被傳輸?shù)津?qū)動軸111(離合器開狀態(tài))。當(dāng)電動功率對線圈121的供給被切斷時，摩擦板122從滑輪110分離，驅(qū)動力的傳送被切斷(離合器的關(guān)狀態(tài))。
電機130具有兩個功能，即，作為電動機和發(fā)電機，并包括轉(zhuǎn)子部分132和定子部分133。電機130被容納在位于滑輪110側(cè)面上的殼體中。轉(zhuǎn)子部分132被連接到驅(qū)動軸111(也稱為電機軸)，并且永久磁鐵132a設(shè)置在轉(zhuǎn)子部分132的外周上。
定子部分133具有線圈部分133a并擠壓配合到殼體101的內(nèi)表面中。當(dāng)電功率從電池(未示出)通過逆變器(未示出)供給到線圈部分133a時，轉(zhuǎn)子部分132在前向方向上旋轉(zhuǎn)。另一方面，當(dāng)轉(zhuǎn)子部分132通過滑輪110或者通過膨脹裝置150(將在后面說明)旋轉(zhuǎn)時，并且由此當(dāng)電機130作為發(fā)電機進行操作時，在線圈部分133a上所產(chǎn)生的電功率通過逆變器對電池充電，或者供給到氣體的電動部分(載荷)。
此實施例中的壓縮機裝置140是葉片型壓縮機，具有固定的容量，并安置在與滑輪110相對的側(cè)面上的殼體101中。壓縮機軸141設(shè)置在驅(qū)動軸111的外周上，這樣壓縮機軸141相對于驅(qū)動軸111可旋轉(zhuǎn)。壓縮機軸141由驅(qū)動軸111上的軸承141a和141b支撐。
轉(zhuǎn)子140a被固定到壓縮機軸141，多個葉片140b被插入到轉(zhuǎn)子140a中，其方式使得葉片140b在轉(zhuǎn)子140a的徑向方向上可滑動移動。葉片140b容納在橢圓形圓柱孔140c中，并且轉(zhuǎn)子140a、葉片140b和圓柱孔140c形成多個工作室140d。
高壓端口149a和低壓端口149b設(shè)置在殼體101上，其中低壓端口149b與工作室140d相連通。工作室140d與高壓端口149a通過排放閥(未示出)可操作地連通。低壓端口149b與蒸發(fā)器24相連接，高壓端口149a與散熱裝置21相連接。
在壓縮機裝置140中，當(dāng)來自滑輪110、電機130或者膨脹裝置150(將在后面說明)的驅(qū)動力被施加到壓縮機軸141(當(dāng)開關(guān)裝置被連接，將在后面說明)，轉(zhuǎn)子140a以及葉片140b在前向方向上旋轉(zhuǎn)。制冷劑然后從低壓端口149b抽吸到工作室，在所述工作室制冷劑被壓縮，并且通過排放閥從高壓端口149a排放。
膨脹裝置150是與壓縮機裝置140相似的葉片型裝置，并且安置在電機130和壓縮機裝置140之間的殼體101中。具有多個葉片153的轉(zhuǎn)子152被連接到驅(qū)動軸111。轉(zhuǎn)子152和葉片153容納在橢圓形圓柱孔154中，其中轉(zhuǎn)子152、葉片153和圓柱孔154形成多工作室155。
單向離合器151a被設(shè)置在轉(zhuǎn)子152和驅(qū)動軸111之間，其中裝置152與驅(qū)動軸111在轉(zhuǎn)子152在前向方向上旋轉(zhuǎn)時配合。換言之，當(dāng)轉(zhuǎn)子152沒有旋轉(zhuǎn)或者在前向方向上以比驅(qū)動軸111更低的速度旋轉(zhuǎn)時，驅(qū)動軸1111可以在其前向方向上相對于轉(zhuǎn)子152旋轉(zhuǎn)。
入口端口156和出口端口157設(shè)置在殼體101中，其中入口和出口端口156和157分別與工作室155相連通。入口端口156被連接到制冷劑加熱裝置33，并且入口端口157被連接到散熱裝置21。
當(dāng)在制冷劑加熱裝置33所加熱的制冷劑的過熱蒸汽通過入口端口156供給到膨脹裝置150時，制冷劑在工作室150中膨脹以在前向方向上旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子152。結(jié)果，驅(qū)動力被傳送到驅(qū)動軸111。在膨脹之后的低壓制冷劑從出口端口157所釋放。
為了連接或者斷開壓縮機裝置140和膨脹裝置150，開關(guān)裝置140e設(shè)置在壓縮機裝置140和膨脹裝置150之間。開關(guān)裝置140e包括電磁離合器，所述電磁離合器具有固定到驅(qū)動軸111的相對端部的可移動板111a和壓縮機軸141的電磁線圈141c。當(dāng)電磁離合器140e被打開，驅(qū)動軸111和壓縮機軸141被彼此連接，而它們在電磁離合器140e被關(guān)閉時斷開。電磁離合器140e通過控制單元(未示出)所控制。
下面將說明上述流體機械的操作。
(1.當(dāng)執(zhí)行空調(diào)操作時的操作)蘭金循環(huán)30的制冷劑泵32首先通過控制單元所操作。在引擎10被操作的情況下，電磁離合器120和140e被接通，這樣引擎10的驅(qū)動力通過滑輪110和驅(qū)動軸111被傳送到壓縮機軸141，并且壓縮機進行操作，以在制冷循環(huán)20中壓縮制冷劑。
制冷劑以壓縮機裝置140、散熱裝置21、氣液分離器22、減壓裝置23、蒸發(fā)器24和壓縮機裝置140的順序被循環(huán)。用于空氣調(diào)節(jié)操作(冷卻操作)的空氣在蒸發(fā)器24所冷卻下來。在此操作中，電機130的轉(zhuǎn)子132同時旋轉(zhuǎn)，這樣電功率也在電機130上產(chǎn)生。
由于制冷劑泵32的操作，在制冷劑加熱裝置33上加熱的制冷劑的過熱蒸汽通過入口端口156被供給到膨脹裝置150的工作室155中。轉(zhuǎn)子152由此在前向方向上旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子152的旋轉(zhuǎn)速度比驅(qū)動軸111的速度高時，單向離合器151a與驅(qū)動軸111相配合，這樣在膨脹裝置150上所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力被施加到壓縮機裝置140和電機130。在膨脹裝置150中的膨脹之后的低壓的制冷劑從出口端口157通過第二旁路通道35、止回閥35a、散熱裝置21、氣液分離器22、第一旁路通道31回流到制冷劑泵32。
當(dāng)轉(zhuǎn)子152的旋轉(zhuǎn)速度低于驅(qū)動軸111的速度時，單向離合器151a與驅(qū)動軸111脫離配合，這樣膨脹裝置150沒有負面影響驅(qū)動軸111的旋轉(zhuǎn)(壓縮機裝置140和電機130的操作)。
在引擎操作由于閑置停止操作或者在車輛(具有混合引擎)的較低速度運行的情況下而停止時，電磁離合器120通過控制單元所斷開，而電磁離合器140e保持在其“接通”的條件下。然后，電機130作為電動機來操作，這樣壓縮機裝置140通過來自電機130的驅(qū)動力操作。如上，即使在引擎臨時制動的情況下，壓縮機裝置140的操作以及由此空調(diào)的操作將繼續(xù)。在此操作中，膨脹裝置150通過制冷劑的過熱蒸汽所操作(旋轉(zhuǎn))，膨脹裝置150的旋轉(zhuǎn)力被施加到壓縮機裝置140和電機130。
在廢熱從引擎10被充分收集以及可以在膨脹裝置150上獲得充分的驅(qū)動力的情況下，電磁離合器120通過控制單元斷開，而不管引擎10是否操作。在這樣的情況下，壓縮機裝置140只通過來自膨脹裝置140的驅(qū)動力進行操作。膨脹裝置150的驅(qū)動力也施加到電機130，以將其作為發(fā)電機操作。
(2.當(dāng)停止空調(diào)操作時的操作)制冷劑泵32通過控制單元進行操作，獨立于引擎10是否操作或者停止。電磁離合器120和140e斷開。膨脹裝置150的轉(zhuǎn)子152通過制冷劑的過熱蒸汽所旋轉(zhuǎn)。單向離合器151與驅(qū)動軸111配合，這樣在膨脹裝置150上所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力被施加到電機130(操作作為發(fā)電機)。由于電磁離合器140e也被斷開，在膨脹裝置150上所產(chǎn)生的驅(qū)動力沒有傳送到壓縮機裝置140。
根據(jù)本發(fā)明的上述的實施例，流體機械具有下述優(yōu)點。
膨脹裝置150被設(shè)置在流體機械100中，并可操作地連接到壓縮機裝置140和電機130，電磁離合器140e被設(shè)置在膨脹裝置150和壓縮機裝置140之間。結(jié)果，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力可以在膨脹裝置150上通過收集來自引擎10的廢熱來獲得，而不管壓縮機裝置140是否操作。
在壓縮機裝置140的操作用于空調(diào)操作時，膨脹裝置150通過電磁離合器140e與壓縮機裝置140相連接。結(jié)果，在膨脹裝置150上所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力可以施加到壓縮機裝置140和/或者電機130。
在壓縮機裝置140沒有操作的情況下，壓縮機裝置140從膨脹裝置150通過電磁離合器140e所斷開，這樣膨脹裝置150可以在沒有被壓縮機裝置140的負面影響的情況下進行旋轉(zhuǎn)。由此，膨脹裝置150可以有效地產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力并將所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力施加到電機130(作為發(fā)電機進行操作)。
由于在膨脹裝置150上所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力被施加到壓縮機裝置140或者電機130，引擎10的驅(qū)動力可以被減小，以改良燃料消耗比。
此外，由于具有電磁離合器120的滑輪110被連接到壓縮機裝置140，來自引擎10的驅(qū)動力可選擇地施加到壓縮機裝置140，除了膨脹裝置150和電機130的旋轉(zhuǎn)力之外。
由于電機130、膨脹裝置150和壓縮機裝置140被串聯(lián)安置并一體容納在殼體101中，它們之中的連接可以很容易被獲得。流體機械可以變得尺寸更小，并可以簡單安裝在車輛中。
傳動裝置(速度改變齒輪裝置)可以設(shè)置在壓縮機裝置140和膨脹裝置150之間，這樣齒輪比可以根據(jù)膨脹裝置150的旋轉(zhuǎn)速度而被改變，并且由此壓縮機裝置140可以有效地在所需的旋轉(zhuǎn)速度上操作。
(第二實施例)本發(fā)明的第二實施例顯示在圖3-5中，其與第一實施例不同在于下述各點。流體機械100的壓縮機裝置140具有膨脹裝置的功能。壓縮機裝置140和膨脹裝置150被連接到電機130，并且開關(guān)裝置158被設(shè)置在電機130和膨脹裝置150之間。并且傳動裝置160進一步設(shè)置成用于在滑輪110、電機130和壓縮機裝置140之中改變功率傳動路徑，并且也用于改變(增加或者減小)將被傳送的驅(qū)動力的旋轉(zhuǎn)速度。這些裝置以滑輪110、膨脹裝置150、電機130、傳動裝置160和壓縮機裝置140的順序被安置，并且容納在具有前部殼體101a、中間殼體101b和后部殼體101c的殼體101中。
在顯示了總系統(tǒng)的圖3中，制冷循環(huán)20包括設(shè)置在散熱裝置21和壓縮機裝置140之間的開關(guān)閥25(由電磁閥所形成)，其中制冷劑通道通過開關(guān)閥25接通或者斷開。開關(guān)閥通過控制單元(未示出)所控制。止回閥24a設(shè)置在蒸發(fā)器24的出口側(cè)上，這樣制冷劑被允許只流到壓縮機裝置140的入口側(cè)。第三旁路通道36設(shè)置成用于將壓縮機裝置140的入口側(cè)(低壓端口)與散熱裝置21的入口側(cè)相連接。止回閥36a設(shè)置在第三旁路通道36中，這樣制冷劑被允許只從壓縮機裝置140流動到散熱裝置21。
在蘭金循環(huán)30中，開關(guān)閥34被設(shè)置第一旁路通道31中，這樣在制冷劑加熱裝置33上被加熱的制冷劑的過熱蒸汽可選擇地供給到壓縮機裝置140或者膨脹裝置150。開關(guān)閥通過控制單元(未示出)進行控制。
如圖4中所示，流體機械100包括前部殼體101a、中間殼體101b和后部殼體101c。壓縮機裝置140包括將被等同于卷軸式壓縮機的結(jié)構(gòu)，包括通過中間殼體101b固定到前部殼體101a的被固定卷軸142；在通過中間殼體101b和被固定卷軸142所限定的空間中可移動的可移動卷軸143；由固定和可移動卷軸142和143形成的工作室V；形成在被固定卷軸和后殼體101c之間的高壓室14；，用于可操作地將工作室V和高壓室145相連通的連通端口146和147，以及用于打開和關(guān)閉連通端口146和147的閥裝置148(包括排放閥148a、線軸148d等，如后面所述)。
各個被固定和可移動卷軸142、143具有基板部分142a和143a，以及分別從基板部分朝向其它的卷軸延伸的螺旋卷軸套(scroll wrap)142b和143b，其中螺旋卷軸套接觸以形成多個工作室V，其體積在可移動卷軸143旋轉(zhuǎn)時增加或者減小。
壓縮機軸141是在壓縮機軸141的端部上具有偏心部分141d的曲柄軸，其中偏心部分141d對壓縮機軸141的旋轉(zhuǎn)軸線偏心。偏心部分141d通過襯套141e和軸承141fa連接到可移動卷軸143。
參考標(biāo)記144指示用于防止可移動卷軸143自動旋轉(zhuǎn)并允許軌道運動的自動旋轉(zhuǎn)防止機構(gòu)。當(dāng)壓縮機軸141通過旋轉(zhuǎn)一圈時，可移動卷軸143圍繞壓縮機軸141以軌道運動而移動，并且工作室V的體積將隨著工作室從外部位置移動到內(nèi)部位置而被減小。另一方面，工作室V的體積將隨著工作室從內(nèi)部位置移動到外部位置而增加。
連通端口146操作作為出口端口，用于通過將工作室V和高壓室145相連通而排放被加壓的制冷劑，這將在壓縮操作的過程中達到其最小的體積。連通端口147作為用于從高壓室145引入高溫高壓制冷劑(即制冷劑的過熱蒸汽)至工作室V的入口端口而進行操作，其體積在膨脹操作的過程中變?yōu)槠渥钚≈怠?br> 高壓室145具有通過使得通過連通通道145(也稱為排放端口145)所排放的制冷劑的脈動平穩(wěn)而均衡制冷劑的壓力的功能。連接到散熱裝置21的高壓端口149a被形成在后部殼體101c中。油分離器(未示出)設(shè)置在高壓端口149a中，用于從制冷劑分離油(潤滑油)。
低壓端口149b形成在前部殼體101a中，用于將利用中間殼體101b和固定卷軸142所限定的空間與蒸發(fā)器24和第三旁路通道36通過前部殼體101a的內(nèi)部空間相連通。
排放閥148a和閥制動器148b通過螺栓148c被固定到被固定卷軸142的基板142a，其中釋放閥148a是用于防止被釋放的制冷劑從高壓室145流回到工作室V的簧片閥類型的止回閥，并且制動器148是用于限制簧片閥148a運動的板。
線軸148d是用于打開和關(guān)閉連通端口147(也稱為入口端口147)的開關(guān)閥，這樣壓縮機裝置140的操作從壓縮操作到膨脹操作或者反過來切換。線軸148d以滑動的方式被安置在形成在后殼體101c的后壓室148e。彈簧148f被設(shè)置在后壓室148e內(nèi)，以在靠近入口端口147的方向上推動線軸148d。
控制閥(電磁閥，未示出)設(shè)置在后部殼體101c內(nèi)，用于通過將后壓室148e與低壓端口149b的側(cè)面上的空間或者與高壓室145相連通而控制后壓室148e中的壓力?？刂崎y通過控制單元(未示出)進行控制。
當(dāng)電磁閥通過控制單元打開時，后壓室148e中的壓力被減小低于高壓室145中的壓力。然后，線軸148d用彈簧148f的彈簧力在打開入口端口147的方向上(在圖4中的向右方向)移動。
當(dāng)電磁閥被關(guān)閉時，后壓室148e中的壓力變得等于高壓室145中的壓力，并且線軸148d通過彈簧148f在關(guān)閉入口端口147的方向上(圖4中的向左的方向上)的彈簧力而移動，以關(guān)閉入口端口147。如上所述，線軸148d、后壓室148e、彈簧148f和電磁閥構(gòu)成了用于打開和關(guān)閉入口端口147的引導(dǎo)類型電動閥。
傳動裝置160包括設(shè)置在所述裝置160的中心的中心齒輪161、具有多個圍繞中心齒輪161移動并在它們的自己的軸線上旋轉(zhuǎn)的小齒輪162a的行星齒輪架162，以及設(shè)置在小齒輪162a的外周上的環(huán)形內(nèi)齒輪(環(huán)齒輪)163。
單向離合器111b設(shè)置在驅(qū)動軸111上，這樣驅(qū)動軸111的旋轉(zhuǎn)只在單個方向上被允許(前向方向上)。軸承116和117相對驅(qū)動軸111可旋轉(zhuǎn)地支撐中心齒輪161，即轉(zhuǎn)子部分132，軸承118可旋轉(zhuǎn)地相對壓縮機軸141支撐驅(qū)動軸111(行星齒輪架162)，以及軸承141g可旋轉(zhuǎn)地相對中間殼體101b支撐壓縮機軸141。
軸密封119是用于防止制冷劑通過驅(qū)動軸111和前部殼體101a之間的間隙流出前部殼體101a的密封件。
膨脹裝置150是與第一實施例相同的葉片型裝置，并且在電機130的側(cè)面上安置到滑輪110。膨脹裝置的轉(zhuǎn)子152安置成在向后的方向上通過制冷劑的過熱蒸汽進行旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子152相對驅(qū)動軸111可旋轉(zhuǎn)并通過開關(guān)裝置158(反向輸入切斷離合器)連接到電機130的轉(zhuǎn)子部分132。開關(guān)裝置158是允許功率從一側(cè)傳輸?shù)搅硗庖粋?cè)的離合器，但是防止功率從另外一側(cè)傳輸?shù)揭粋?cè)。具體而言，在膨脹裝置150(轉(zhuǎn)子152)上所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力可以傳輸?shù)诫姍C130(轉(zhuǎn)子部分132)，而不管旋轉(zhuǎn)方向是向前方向還是向后方向。另一方面，電機130(轉(zhuǎn)子部分132)的旋轉(zhuǎn)力可以不傳輸?shù)脚蛎浹b置150(轉(zhuǎn)子152)。
現(xiàn)在，將說明流體機械100的操作。
(1.當(dāng)執(zhí)行空調(diào)操作時的操作)制冷循環(huán)20的開關(guān)閥通過控制單元(未示出)打開，用于蘭金循環(huán)30的制冷泵32被操作，并且切換閥34被切換到膨脹裝置150。在后部殼體101c中的電磁閥被閉合并且由此輸入端口147通過線軸148d關(guān)閉。當(dāng)引擎10運行時，電磁閥120被打開。
引擎10的驅(qū)動力通過滑輪110、驅(qū)動軸111、傳動裝置160(旋轉(zhuǎn)速度增加)和壓縮機軸141(此操作對應(yīng)圖5中的線“a”)被傳送到壓縮機裝置140。壓縮機裝置140作為序數(shù)卷軸壓縮機進行操作。壓縮機裝置140從低壓端口149b抽吸制冷劑，在工作室V中壓縮制冷劑，將被壓縮的制冷劑通過排放端口146釋放到高壓室145，并且最后將高壓制冷劑通過高壓端口149a釋放。
被釋放的制冷劑從壓縮機裝置140通過開關(guān)閥25、散熱裝置21、氣液分離器22、減壓裝置23、蒸發(fā)器24和止回閥24a循環(huán)并回到壓縮機裝置140?？諝庠谡舭l(fā)器24冷卻下來。
特定量的油包括在制冷劑中，并且油冷卻下來并在制冷劑(包括油)通過低壓端口149b流入流體機械100并通過膨脹裝置150、電機130和傳動裝置160流入到壓縮機裝置140時潤滑流體機械中的各部件。當(dāng)制冷劑通過高壓端口149a釋放時，油從制冷劑通過設(shè)置在后部殼體101c中的油分離器而從制冷劑分離，這樣抑制油流出到制冷循環(huán)中。
在膨脹裝置150中，通過制冷劑加熱裝置33所加熱的制冷劑的過熱蒸汽由于制冷劑泵32的操作而被供給到膨脹裝置150的入口端口156。過熱的制冷劑被引入到工作室V并在其中膨脹，這樣轉(zhuǎn)子152在向后的方向上旋轉(zhuǎn)。
在膨脹裝置150上所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力從轉(zhuǎn)子15通過切換裝置(反向輸入切斷離合器)158而傳送到電機130的轉(zhuǎn)子132。電機130的轉(zhuǎn)子132由此在向后的方向上旋轉(zhuǎn)并作為發(fā)電機操作。(但是電機130在上述的操作過程中作為電動機操作)。由于在膨脹裝置150和傳送裝置160的發(fā)電，壓縮機裝置140可以在更高的速度上被驅(qū)動(此操作對應(yīng)圖5中的線“b”)。
膨脹裝置150上的在膨脹之后，低壓的制冷劑流出出口端口157。制冷劑通過第二旁路通道35、止回閥35a、散熱裝置21、氣液分離器22和第一旁路通道31而流回到制冷劑泵32。
在引擎操作由于閑置停止操作或者車輛(具有混合引擎)的低速運行的緣故而停止的情況下，電磁離合器120通過控制單元關(guān)閉，并且電機130作為序數(shù)電機進行操作，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。在此操作中，電機130在向后的方向上旋轉(zhuǎn)。當(dāng)驅(qū)動軸111通過傳動裝置160在向后的方向上趨于旋轉(zhuǎn)時，通過單向離合器111b防止驅(qū)動軸111的旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，電機130的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力通過傳動裝置160被傳送到壓縮機裝置140，其中電機130的旋轉(zhuǎn)速度由于傳動裝置160而被減小。如上，壓縮機裝置140可以連續(xù)操作并且由此可以連續(xù)空調(diào)操作，即使在引擎操作臨時停止的情況下。在上述的操作中，膨脹裝置150通過過熱的制冷劑連續(xù)操作，并且在膨脹裝置150上所產(chǎn)生的驅(qū)動力被連續(xù)地施加到電機130和壓縮機裝置140。(此操作對應(yīng)圖5中的線“c”)。
在廢熱被充分從引擎10收集的情況下，充分的驅(qū)動力可以在膨脹裝置150上獲得，電磁離合器120通過控制單元斷開，不管引擎10是否操作。在這樣的情況下，壓縮機裝置140只通過來自膨脹裝置140的驅(qū)動力來操作。膨脹裝置150的驅(qū)動力也施加到電機130以將其操作為發(fā)電機。
(2.當(dāng)停止空調(diào)操作時的操作)
開關(guān)閥25被關(guān)閉，制冷劑泵32也被操作，并且切換閥34通過控制單元(未示出)被切換到壓縮機裝置240，其獨立于引擎10是否操作。后部殼體101c中的電磁閥被打開，這樣入口端口147通過線軸148d打開。電磁離合器120被關(guān)閉。
通過制冷劑加熱裝置33所加熱的制冷劑的過熱高壓蒸汽通過切換閥34、高壓端口149a、高壓室145以及入口端口147而被供給到壓縮機裝置140的工作室V中。由于制冷劑的過熱蒸汽沒有從制冷劑加熱裝置33供給到膨脹裝置150，膨脹裝置150沒有被操作。
由于壓縮機裝置140作為膨脹裝置進行操作，可移動卷軸143在向后的方向上被旋轉(zhuǎn)。在壓縮機裝置140上所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力趨于在向后的方向上通過傳動裝置160旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸111。但是，向后方向上的驅(qū)動軸111的旋轉(zhuǎn)通過單向離合器111b而被防止。結(jié)果，在壓縮機裝置140上所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力通過傳動裝置160被傳輸?shù)诫姍C130，其中旋轉(zhuǎn)速度增加。電機130由此作為發(fā)電機(此操作對應(yīng)圖5中的線“d”)進行操作。在此操作中，電機130可以在不被膨脹裝置150影響的情況下旋轉(zhuǎn)，因為在壓縮機裝置140上所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力由于切換裝置158而沒有被傳送到膨脹裝置150。
壓縮機裝置140上(作為膨脹裝置進行操作)的在膨脹后低壓的制冷劑流出低壓端口149b。制冷劑流經(jīng)低壓端口149b、第三旁路通道36、止回閥36a、散熱裝置21、氣液分離器22、第一旁路通道31、制冷劑泵32、制冷劑加熱裝置33、切換閥34并回到壓縮機裝置140(操作作為膨脹裝置)。
根據(jù)上述的第二實施例，流體機械具有下述優(yōu)點。
流體機械100的壓縮機裝置140具有壓縮操作和膨脹操作的功能。電機130被連接到壓縮機裝置140和膨脹裝置150，切換裝置158被設(shè)置在電機130和膨脹裝置150之間，用于切斷旋轉(zhuǎn)力從電機130傳輸?shù)脚蛎浹b置150。
相應(yīng)地，來自引擎10的廢熱可以總是通過膨脹裝置150或者壓縮機裝置140的膨脹操作來收集，而不管通過壓縮機裝置140的壓縮操作是否被執(zhí)行。
當(dāng)壓縮機裝置140作為壓縮機被操作時，膨脹裝置150通過切換裝置158被連接到電機130，這樣在膨脹裝置150上所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力可以傳輸?shù)诫姍C130，或者電機130和壓縮裝置140兩者。
當(dāng)壓縮機裝置140作為膨脹裝置被操作時，膨脹裝置150由于切換裝置158的緣故而從電機斷開，這樣壓縮機裝置140可以作為膨脹裝置進行操作，而不接收來自膨脹裝置150的阻力。相應(yīng)地，通過壓縮機裝置140的膨脹操作可以在沒有能量損耗的情況下有效地執(zhí)行，并且所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力可以被施加到電機130。
此外，由于傳動裝置160被設(shè)置在壓縮機裝置140和電機130之間，將被傳送到壓縮機裝置140的電機130的旋轉(zhuǎn)速度可以被較小。結(jié)果，更高的速度和較低的扭距電機可以被用作電機130，并且由此電機130可以尺寸變得更小。此外，在壓縮機裝置140(操作作為膨脹裝置)上所產(chǎn)生的驅(qū)動力的旋轉(zhuǎn)速度可以被增加。結(jié)果，在電機130上所產(chǎn)生的電功率量可以被增加。
由于將被抽吸到壓縮機裝置140中的制冷劑從低壓端口149b通過殼體101的內(nèi)部流入到壓縮機裝置140，即通過膨脹裝置150、電機130以及傳動裝置160，這些裝置可以通過制冷劑冷卻下來，以由此改良這些裝置的壽命持續(xù)期。
此外，所述裝置150、130、160和140通過包括在制冷劑中的潤滑劑所潤滑并提高這些裝置的滑動部分的壽命。
電磁離合器可以被用作切換裝置158(反向輸入切斷離合器)。
(其它實施例)電機130、壓縮機140和殼體101中的膨脹裝置150的布置不限于上述實施例中所示出的順序。
在上述實施例中，電機130、壓縮機140和膨脹裝置150在殼體中一體形成。但是，可供選擇地，電機130和膨脹裝置150可以一體形成，并且傳統(tǒng)裝置的壓縮機可以連接到電機和膨脹裝置。
可以使用其它類型的壓縮機裝置或膨脹裝置。例如，可以使用旋轉(zhuǎn)斜板類型或者旋轉(zhuǎn)類型的壓縮機。
本發(fā)明的上述實施例作為使用在具有閑置停止功能或者混合引擎的機動車輛中的示例。本發(fā)明可以用于其它類型的車輛。
權(quán)利要求
1.一種流體機械，包括壓縮機裝置(140)，所述壓縮機裝置(140)用于壓縮工作流體；膨脹裝置(150)，所述膨脹裝置(150)用于通過收集來自外部驅(qū)動源(10)的廢熱而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力；電動旋轉(zhuǎn)裝置(130)，所述電動旋轉(zhuǎn)裝置(130)具有電動機和發(fā)電機的功能，其中膨脹裝置(150)可操作地連接到電動旋轉(zhuǎn)裝置(130)和壓縮機裝置(140)；以及設(shè)置在壓縮機裝置(140)和膨脹裝置(150)之間的開關(guān)裝置(140e)，用于將壓縮機裝置(140)連接到膨脹裝置(150)或者從膨脹裝置(150)斷開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體機械，還包括傳動裝置，所述傳動裝置設(shè)置在壓縮機裝置(140)和電動旋轉(zhuǎn)裝置(150)之間，用于將驅(qū)動力從膨脹裝置(150)傳送到壓縮機裝置(140)，其中被傳送的驅(qū)動力的旋轉(zhuǎn)速度被改變。
3.一種流體機械，包括壓縮機裝置(140)，所述壓縮機裝置(140)具有用于壓縮工作流體的功能和膨脹工作流體的功能；膨脹裝置(150)，所述膨脹裝置(150)用于通過收集來自外部驅(qū)動源(10)的廢熱而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力；電動旋轉(zhuǎn)裝置(130)，所述電動旋轉(zhuǎn)裝置(130)具有電動機和發(fā)電機的功能，其中電動旋轉(zhuǎn)裝置(150)可操作地連接到壓縮機裝置(140)和膨脹裝置(150)；以及設(shè)置在電動旋轉(zhuǎn)裝置(130)和膨脹裝置(150)之間的切換裝置(158)，用于將電動旋轉(zhuǎn)裝置(130)連接到膨脹裝置(150)或者從膨脹裝置(150)斷開。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流體機械，還包括壓縮機裝置(140)和電動旋轉(zhuǎn)裝置(130)之間的傳動裝置(160)，其中當(dāng)其作為膨脹裝置進行操作時，傳動裝置(160)傳送在壓縮機裝置(140)上所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力至電動旋轉(zhuǎn)裝置(130)，并且將被傳送到電動旋轉(zhuǎn)裝置(130)的旋轉(zhuǎn)速度被改變，以及傳動裝置(160)還將在膨脹裝置上所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力通過電動旋轉(zhuǎn)裝置(130)傳送到壓縮機裝置(140)，而且將被傳送到壓縮機裝置(140)的旋轉(zhuǎn)速度被改變。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體機械，還包括外驅(qū)動部分(110)，用于通過外部驅(qū)動源(10)驅(qū)動，其中外驅(qū)動部分(110)連接到壓縮機裝置(140)、膨脹裝置(150)和電動旋轉(zhuǎn)裝置(130)中的其中之一；以及外驅(qū)動部分(110)具有切換裝置(120)，用于可選擇地將來自外驅(qū)動源(10)的驅(qū)動力傳送到壓縮機裝置(140)、膨脹裝置(150)和電動旋轉(zhuǎn)裝置(130)中的其中之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體機械，其特征在于，切換裝置(140e)包括電磁閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流體機械，其特征在于，切換裝置(158)包括反向輸入切斷離合器，用于將來自膨脹裝置(150)的驅(qū)動力傳送到電動旋轉(zhuǎn)裝置(130)，切換裝置(158)防止來自電動旋轉(zhuǎn)裝置(130)的旋轉(zhuǎn)力被傳送到膨脹裝置(150)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體機械，其特征在于，壓縮機裝置(140)、電動旋轉(zhuǎn)裝置(130)和膨脹裝置(150)在殼體(101)中一體形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體機械，其特征在于，壓縮機裝置(140)、電動旋轉(zhuǎn)裝置(130)和膨脹裝置(150)串聯(lián)設(shè)置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的流體機械，其特征在于，工作流體在殼體(101)內(nèi)流動。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體機械，其特征在于，工作流體包括潤滑油。
全文摘要
一種流體機械(100)包括壓縮機裝置(140)，用于壓縮機動車輛用制冷循環(huán)(20)中的制冷劑；電動旋轉(zhuǎn)裝置(130)，用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力的電機，以驅(qū)動壓縮機裝置或者作為發(fā)動機進行操作；膨脹裝置(150)，用于收集來自引擎的廢熱并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力，以驅(qū)動電動旋轉(zhuǎn)裝置和/或者壓縮機裝置(140)；以及開關(guān)裝置(140e)，用于將壓縮機裝置(140)連接到膨脹裝置(150)或者從膨脹裝置(150)斷開。在所述流體機械中，來自引擎的廢熱可以總是通過膨脹裝置所收集，而不管壓縮機裝置的操作是否用于空調(diào)操作。
文檔編號F04C18/02GK1690362SQ20051006766
公開日2005年11月2日 申請日期2005年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月26日
發(fā)明者武內(nèi)康浩, 巖波重樹, 麻弘知, 山中康司, 稻葉淳, 小川博史 申請人:株式會社電裝, 株式會社日本自動車部品綜合研究所