CN100445667C - 制冷装置 - Google Patents

Abstract

在制冷剂回路(20)中，连接有室外热交换器(23)、室内热交换器(24)及压缩兼膨胀机组(30)等。在压缩兼膨胀机组(30)中，设置有压缩机构部(50)、马达(45)及膨胀机构部(60)。在制冷剂回路(20)中，设置有注入管道(26)。在打开了注入阀(27)的情况下，放热后的高压制冷剂的一部分流入到注入管道(26)中，再被导入到膨胀机构部(60)的处于膨胀过程中的膨胀室(66)内。在膨胀机构部(60)中，从流过流入口(34)导入到膨胀室(66)内的高压制冷剂和流过注入管道(26)导入到膨胀室(66)内的高压制冷剂这两种高压制冷剂回收动力。

Description

制冷装置

技术领域

本发明涉及一种包括膨胀机并且进行制冷循环的制冷装置。

背景技术

到目前为止，进行制冷循环的制冷装置已经被人们知道，被广泛利用于空气调节装置等各种用途。例如，在专利文献1中，有人公开了属于这种制冷装置并且包括膨胀机的制冷装置。在该专利文献1所公开的制冷装置中，膨胀机通过一条转轴连结在压缩机上。该制冷装置，通过使放热后的高压制冷剂在膨胀机中膨胀而回收动力，并将在膨胀机中回收了的动力利用于压缩机的驱动，来谋求制冷系数COP：coefficient of performance)的提高。

在此，因为在制冷装置中，制冷剂在构成为封闭回路的制冷剂回路内循环，所以流过膨胀机的制冷剂的质量流量必须总是和流过压缩机的制冷剂的质量流量相等。然而，在制冷装置的运转过程中，制冷循环的高压值或低压值等运转条件会变动，流入膨胀机或压缩机中的制冷剂的密度会随之变化。如果膨胀机如专利文献1那样通过一条转轴与压缩机连结起来，膨胀机的旋转速度就总是与压缩机的旋转速度相等。因此，若同样用容积式流体机械分别构成膨胀机和压缩机，流过膨胀机的制冷剂的质量流量与流过压缩机的制冷剂的质量流量之间会发生不平衡，有不能继续进行稳定的制冷循环之虞。

针对该问题，在所述专利文献1所公开的制冷装置中，与膨胀机并列地设置了旁通路，在该旁通路中设置有流量控制阀。在能流过膨胀机的制冷剂的质量流量过度小于流过压缩机的制冷剂的质量流量的情况下，用膨胀机和旁通路这两条路径使制冷剂流过。

专利文献1：日本公开专利公报特开2001-116371号公报

如上所述，若在制冷剂回路内设置绕行膨胀机的旁通路，并且将制冷剂也导入到该旁通路中，就在能流过膨胀机的制冷剂的质量流量过度小于流过压缩机的制冷剂的质量流量的情况下，也能够进行很稳定的运转。然而，若让制冷剂这样向旁通路流多少，流过膨胀机的制冷剂量就减少多少。因此，有下述忧虑，即：在膨胀机中从制冷剂回收的动力会减小，因而应该为驱动压缩机从外部提供的功率会增大。

发明内容

本发明，正是为解决所述问题而研究开发出来的。其目的在于：提供一种将在膨胀机中从制冷剂回收的动力的减小控制为最小限度，并且能在广泛的运转条件下进行稳定的工作的制冷装置。

第一发明，以包括连接有压缩机、散热器、膨胀机及蒸发器的制冷剂回路，并使制冷剂在所述制冷剂回路内循环而进行制冷循环的制冷装置作为对象。该制冷装置，包括：将在所述制冷剂回路内从散热器流向膨胀机的制冷剂的一部分导入到所述膨胀机的处于膨胀过程中的膨胀室内的注入流通路，和用于调节制冷剂在所述注入流通路中的流量的流量调节阀。

还包括控制机构，该控制机构调节所述流量调节阀的开度，使制冷剂回路中的制冷循环的制冷系数成为在这时的运转状态下能得到的最高值。

在制冷剂回路中设置有旁通路和旁通调节阀，该旁通路使膨胀机的上游侧和下游侧连接起来；该旁通调节阀用于调节制冷剂在所述旁通路中的流量。控制机构，构成为：进行主控制操作和副控制操作，该主控制操作，是在保持旁通调节阀全关闭的状态下调节流量调节阀的开度的；该副控制操作，是在所述主控制操作的过程当中，流量调节阀成为全打开状态时，在保持所述流量调节阀全打开的状态下调节旁通调节阀的开度的。所述控制机构，还构成为：若旁通调节阀在所述副控制操作的过程当中成为全关闭状态，所述控制机构就重新开始进行主控制操作。

第二发明，是在所述第一发明中，控制机构，根据表示运转状态的实际测量值，计算出制冷系数成为最高值的制冷循环的高压值并将该高压值作为控制目标值，再作为副控制操作进行调节旁通调节阀的开度，来使制冷循环的高压值成为控制目标值的操作。

第三发明，是在所述第一发明中，控制机构根据使制冷循环的高压值增减时所发生的制冷系数的变化，计算出制冷系数成为最高值的制冷循环的高压值并将该计算出的高压值作为控制目标值，再作为副控制操作进行调节旁通调节阀的开度，来使制冷循环的高压值成为控制目标值的操作。

-作用-

在所述第一发明中，在制冷剂回路中进行制冷循环。在该制冷剂回路中，从压缩机喷出来的制冷剂，在散热器中放热后在膨胀机中减压，之后在蒸发器中蒸发，再被吸入到压缩机中而被压缩。在膨胀机中，在散热器中放热后的高压制冷剂进行膨胀，从该高压制冷剂回收动力。在膨胀机中从制冷剂回收了的动力，利用于驱动压缩机。若陷入失去了流过膨胀机的制冷剂量与流过压缩机的制冷剂量之间的平衡的状态，就将制冷剂还从注入流通路导入到膨胀机的膨胀室中。从注入流通路导入到膨胀室中的制冷剂，与从膨胀机的流入口导入到膨胀室中的制冷剂一起膨胀。流过注入流通路的制冷剂流量，是通过变更流量调节阀的开度来改变的。

在制冷装置中设置控制流量调节阀的开度的控制机构。在此，在该发明的制冷剂回路中，若变更从注入流通路导入到膨胀机中的制冷剂量，例如制冷循环的高压值等就变化，制冷循环的制冷系数随之也变动。因此，该发明的控制机构，控制流量调节阀的开度，使制冷剂回路中的制冷循环的制冷系数成为在这时的制冷装置10运转状态下能得到的最高值。

在制冷剂回路中设置有旁通路和旁通调节阀。在打开旁通调节阀的状态下，在散热器中放热后的制冷剂中的一部分流入到旁通路中，其余部分流向膨胀机。流向膨胀机的制冷剂中的一部分直接导入到膨胀机的流入口中，其余部分流过注入流通路，再导入到膨胀机的膨胀室内。流入旁通路中的制冷剂，流过旁通调节阀时减压，之后与流过了膨胀机的制冷剂合流，再流向蒸发器。

在该发明中，控制机构进行主控制操作和副控制操作。主控制操作时的控制机构，在保持旁通调节阀全关闭的状态下调节流量调节阀的开度，来调节制冷剂在注入流通路中的流量。在流量调节阀在主控制操作的过程当中成为全打开状态的情况下，就是说，在不能再增加制冷剂在注入流通路中的流量的状态下，控制机构开始进行副控制操作。副控制操作时的控制机构，在保持流量调节阀全打开的状态下调节旁通调节阀的开度，来调节制冷剂在旁通路中的流量。在旁通调节阀在副控制操作的过程当中成为全关闭状态的情况下，就是说，在不需要使制冷剂流过旁通路的状态下，控制机构开始进行主控制操作。

在所述第二发明中，副控制操作时的控制机构，设定出关于制冷循环的高压值的控制目标值。这时，控制机构根据表示运转状态的实际测量值计算出制冷系数成为在这时的运转状态下能得到的值中的最高值的、制冷循环的高压值，并将该计算出的高压值作为控制目标值。之后，副控制操作过程当中的控制机构，在保持注入流通路的流量调节阀全打开的状态下，调节旁通调节阀的开度，使实际制冷循环的高压值成为控制目标值。

在所述第三发明中，副控制操作时的控制机构，设定出关于制冷循环的高压值的控制目标值。这时，控制机构试着进行使制冷循环的高压值增减的操作，以设定出控制目标值。若让制冷循环的高压值变化，制冷循环的制冷系数随之也变化。控制机构，根据这时的制冷系数的变化计算出能够得到最高制冷系数的、制冷循环的高压值，并将该计算出的高压值作为控制目标值。之后，副控制操作过程当中的控制机构，在保持注入流通路的流量调节阀全打开的状态下，调节旁通调节阀的开度，使实际制冷循环的高压值成为控制目标值。

-发明的效果-

在本发明的制冷装置中，在陷入失去了流过膨胀机的制冷剂量与流过压缩机的制冷剂量之间的平衡的状态的情况下，能通过将制冷剂还从注入流通路导入到膨胀机中，来使流过膨胀机的制冷剂量和流过压缩机的制冷剂量恢复平衡。因此，虽然在现有技术中，制冷剂中的一部分不能不绕行膨胀机，但是在本发明中，该部分也被导入到膨胀机中，能够从制冷剂中的在现有技术中不能回收动力的部分也回收动力。因此，根据本发明，能够实现几乎让从制冷剂回收的动力不减小，并且能在广泛的运转条件下进行稳定的工作的制冷装置。

在所述第一发明中，控制机构调节流量调节阀的开度，以得到最高制冷系数。因此，根据本发明，不但能使流过膨胀机的制冷剂量和流过压缩机的制冷剂量得到平衡，连续地进行稳定的制冷循环，而且能在得到最高制冷系数的条件下进行制冷循环。

在所述第一发明中，在制冷剂回路中设置有旁通路，从而能用膨胀机和旁通路这两条渠道使从散热器流出来的制冷剂流向蒸发器。因此，在即使将制冷剂从注入流通路导入到膨胀机中也不能使流过膨胀机的制冷剂量和流过压缩机的制冷剂量得到平衡的情况下，能通过使制冷剂流过旁通路，来确保制冷剂在制冷剂回路中的循环量。该发明的控制机构，设为只有在注入流通路的流量调节阀处于全打开状态的情况下，才打开旁通调节阀。因此，能将制冷剂在旁通路中的流量控制为所必要的程度中的最小限度，来以最大限度确保流过膨胀机的制冷剂量，能将在膨胀机中从制冷剂回收的动力的减小控制为最小限度。

附图说明

图1，是表示空气调节装置的结构和制冷运转时的工作情况的概略结构图。

图2，是表示空气调节装置的结构和供暖运转时的工作情况的概略结构图。

图3，是压缩兼膨胀机组的概略剖面图。

图4，是放大而表示膨胀机构部的主要部分的图。

图5，是个别地表示膨胀机构部的各旋转机构部的剖面图。

图6，是剖面图，表示膨胀机构部中的各旋转机构部在转轴回转角度每次变化90°的状态。

图7，是表示膨胀机构部中的转轴回转角度与膨胀室等的容积及膨胀室的内压力之间的关系的关系图。

图8，是表示控制器的控制操作情况的流程图。

图9，是高压值为制冷剂的临界压力以上的压力值的制冷循环中的、高压与制冷系数之间的关系图。

符号说明

10-制冷装置；20-制冷剂回路；23-室外热交换器；24-室内热交换器；26-注入管道(注入流通路)；27-注入阀(流量调节阀)；28-旁通管道(旁通路)；29-旁通阀(旁通调节阀)；50-压缩机构部(压缩机)；60-膨胀机构部(膨胀机)；66-膨胀室；90-控制机构。

具体实施方式

下面，根据附图，详细说明本发明的实施例。本实施例的空气调节装置10，由本发明所涉及的制冷装置构成。

(空气调节装置的整体结构)

如图1所示，所述空气调节装置10是所谓的分离式空气调节装置，包括室外机11和室内机13。在室外机11中，收纳有室外热交换器23、四通换向阀21、桥接(bridge)回路22、空气罐25及压缩兼膨胀机组30。在室内机13中，收纳有室内热交换器24。室外机11安装在屋外，室内机13安装在屋内。室外机11和室内机13，通过一对连接管道15、16连接起来。补充说明一下，关于压缩兼膨胀机组30，后面进行详细说明。

在所述空气调节装置10中，设置有制冷剂回路20。该制冷剂回路20，是连接有压缩兼膨胀机组30和室内热交换器24等的封闭回路。在该制冷剂回路20中，作为制冷剂填充有二氧化碳CO₂。

所述室外热交换器23和室内热交换器24，都是由交叉鳍片Cross fin)式鳍管型热交换器构成的。在室外热交换器23中，在制冷剂回路20中循环的制冷剂与室外空气进行热交换；在室内热交换器24中，在制冷剂回路20中循环的制冷剂与室内空气进行热交换。

所述四通换向阀21，具有四个阀口。四通换向阀21，是第一阀口连接在压缩兼膨胀机组30的喷出管36上，第二阀口通过空气罐25连接在压缩兼膨胀机组30的吸入口32上，第三阀口连接在室外热交换器23的一端，第四阀口通过连接管道15连接在室内热交换器24的一端。该四通换向阀21，切换第一阀口和第三阀口连通，并且第二阀口和第四阀口连通的状态(图1所示的状态)、以及第一阀口和第四阀口连通，并且第二阀口和第三阀口连通的状态(图2所示的状态)。

所述桥接回路22，是将四个止回阀CV-1到CV-4连接为桥梁状的。该桥接回路22，是第一止回阀CV-1及第四止回阀CV-4的流入侧连接在压缩兼膨胀机组30的流出口35上，第二止回阀CV-2及第三止回阀CV-3的流出侧连接在压缩兼膨胀机组30的流入口34上，第一止回阀CV-1的流出侧及第二止回阀CV-2的流入侧通过连接管道16连接在室内热交换器24的另一端，第三止回阀CV-3的流入侧及第四止回阀CV-4的流出侧连接在室外热交换器23的另一端。

在所述制冷剂回路20中，设置有注入管道26。该注入管道26，构成注入流通路。具体而言，注入管道26，是一端连接在桥接回路22与压缩兼膨胀机组30的流入口34之间，另一端连接在压缩兼膨胀机组30的注入口37上。在注入管道26中，设置有注入阀27。该注入阀27，是用以调节制冷剂在注入管道26中的流量的电动阀，构成流量调节阀。

在所述制冷剂回路20中，设置有旁通管道28。该旁通管道28构成旁通路。具体而言，旁通管道28，是一端连接在桥接回路22与压缩兼膨胀机组30的流入口34之间，另一端连接在压缩兼膨胀机组30的流出口35与桥接回路22之间。在旁通管道28中，设置有旁通阀29。该旁通阀29，是用以调节制冷剂在旁通管道28中的流量的电动阀，构成旁通调节阀。

在所述空气调节装置10的制冷剂回路20中，设置有温度和压力的传感器。具体而言，高压压力传感器95，连接在使压缩兼膨胀机组30的喷出管36和四通换向阀21连接起来的管道上，检测从压缩兼膨胀机组30喷出来的高压制冷剂的压力。低压压力传感器96，连接在使四通换向阀21和压缩兼膨胀机组30的吸入口32连接起来的管道上，检测要被吸入到压缩兼膨胀机组30中的低压制冷剂的压力。室外侧制冷剂温度传感器97，安装在室外热交换器23中的靠近桥接回路22的端部附近。室内侧制冷剂温度传感器98，安装在室内热交换器24中的靠近连接管道16的端部附近。

在所述空气调节装置10中，设置有构成控制机构的控制器90。由高压压力传感器95、低压压力传感器96、室外侧制冷剂温度传感器97及室内侧制冷剂温度传感器98得到的检测值，被输入到该控制器90中。该控制器90，构成为：根据这些传感器所得到的检测值，设定出关于制冷循环的高压值的控制目标值，再对注入阀27和旁通阀29的开度进行控制，使高压压力传感器95的检测值成为控制目标值。

(压缩兼膨胀机组的结构)

如图3所示，压缩兼膨胀机组30包括壳体31，该壳体31是纵向长度较长且呈圆筒形的封闭容器。在该壳体31内部，从下方向上方依次设置有压缩机构部50、马达45及膨胀机构部60。

在所述壳体31，设置有喷出管36。该喷出管36，设置在马达45与膨胀机构部60之间，与壳体31的内部空间连通。

所述马达45，设置在壳体31的在长边方向上的中央部分。该马达45，由定子46和转子47构成。定子46，固定在所述壳体31上。转子47，设置在定子46的内侧。转轴40的主轴部44，以与转子47同轴的方式贯穿了该转子47。

在所述转轴40的下端侧，形成有两个下侧偏心部58、59。这两个下侧偏心部58、59，形成为直径比主轴部44的直径大的形状，位于下侧的构成第一下侧偏心部58，位于上侧的构成第二下侧偏心部59。第一下侧偏心部58和第二下侧偏心部59，相对主轴部44的轴心偏心的方向相反。

在所述转轴40的上端侧，形成有两个大直径偏心部41、42。这两个大直径偏心部41、42，形成为直径比主轴部44的直径大的形状，位于下侧的构成第一大直径偏心部41，位于上侧的构成第二大直径偏心部42。第一大直径偏心部41和第二大直径偏心部42，都向同一方向偏心。第二大直径偏心部42的外径，比第一大直径偏心部41的外径大。对相对主轴部44的轴心偏心的偏心量来讲，第二大直径偏心部42的偏心量比第一大直径偏心部41的偏心量大。

压缩机构部50，构成摇摆活塞式流转压缩机。该压缩机构部50，包括两个气缸51、52和两个活塞57。在压缩机构部50中，处于从下方向上方依次叠有后头部55、第一气缸51、中间板56、第二气缸52及前头部54的状态。

在第一及第二气缸51、52的内部，分别设置有一个圆筒状活塞57。虽然未示，但是在活塞57的侧表面上以突起的方式设置有平板状叶片，该叶片被气缸51、52通过摇摆衬套支撑。在第一气缸51内的活塞57，与转轴40的第一下侧偏心部58接合。在第二气缸52内的活塞57，与转轴40的第二下侧偏心部59接合。各活塞57、57，是其内表面与下侧偏心部58、59的外表面磨着接触，其外表面与气缸51、52的内表面磨着接触。压缩室53形成在活塞57、57的外表面与气缸51、52的内表面之间。

在第一及第二气缸51、52，分别形成有一个吸入口33。各吸入口33沿气缸51、52半径方向贯穿气缸51、52，吸入口33的末端在气缸51、52的内表面上开口。各吸入口33，由管道延伸到壳体31外部。

在前头部54和后头部55，分别形成有一个喷出口。前头部54的喷出口，使第二气缸52内的压缩室53与壳体31的内部空间连通。后头部55的喷出口，使第一气缸51内的压缩室53与壳体31的内部空间连通。在各喷出口的末端设置有由簧片阀构成的喷出阀，喷出口由该喷出阀开闭。补充说明一下，在图3中，省略了喷出口和喷出阀的图示。从压缩机构部50喷出到壳体31的内部空间的气体制冷剂，流过喷出管36而从压缩兼膨胀机组30流出。

所述膨胀机构部60，构成所谓的摇摆活塞式流转压缩机。在该膨胀机构部60中，设置有两对已配成对的气缸71、81及活塞75、85。此外，在膨胀机构部60，还设置有前头部61、中间板63及后头部62。

在所述膨胀机构部60中，处于从下方向上方依次叠有前头部61、第一气缸71、中间板63、第二气缸81及后头部62的状态。在该状态下，第一气缸71，是下侧端面被前头部61闭塞，上侧端面被中间板63闭塞。第二气缸81，是下侧端面被中间板63闭塞，上侧端面被后头部62闭塞。第二气缸81的内径，比第一气缸71的内径大。

所述转轴40，贯穿了呈重叠状态的前头部61、第一气缸71、中间板63、第二气缸81及后头部62。转轴40，是第一大直径偏心部41位于第一气缸71内，第二大直径偏心部42位于第二气缸81内。

如图4、图5及图6所示，在第一气缸71内设置有第一活塞75，在第二气缸81内设置有第二活塞85。第一及第二活塞75、85，都形成为圆环状或圆筒状。第一活塞75的外径和第二活塞85的外径相等。第一活塞75的内径大致与第一大直径偏心部41的外径相等，第二活塞85的内径大致与第二大直径偏心部42的外径相等。第一大直径偏心部41贯穿了第一活塞75；第二大直径偏心部42贯穿了第二活塞85。

所述第一活塞75，是外表面与第一气缸71的内表面磨着接触，一个端面与前头部61磨着接触，另一个端面与中间板63磨着接触。在第一气缸71内，第一膨胀室72形成在第一气缸71的内表面与第一活塞75的外表面之间。所述第二活塞85，是外表面与第二气缸81的内表面磨着接触，一个端面与后头部62磨着接触，另一个端面与中间板63磨着接触。在第二气缸81内，第二膨胀室82形成在第二气缸81的内表面与第二活塞85的外表面之间。

在所述第一及第二活塞75、85上，分别以成为一体的方式设置有一个叶片76、86。叶片76、86，形成为沿活塞75、85的半径方向延伸的板状，从活塞75、85的外表面上向外侧突出。

在所述各气缸71、81，分别设置有一对衬套77、87。各衬套77、87，是小块状部件，形成为内表面呈平面状、并且外表面呈圆弧面状。一对衬套77、87，设置为夹了叶片76、86的状态。各衬套77、87，是内表面与叶片76、86磨着移动，外表面与气缸71、81磨着移动。已与活塞75、85成为一体的叶片76、86，被气缸71、81通过衬套77、87支撑，处于相对气缸71、81转动自如且进退自如的状态。

第一气缸71内的第一膨胀室72，被已与第一活塞75成为一体的第一叶片76隔开，图5中的第一叶片76的左侧成为高压侧即第一高压室73，第一叶片76的右侧成为低压侧即第一低压室74。第二气缸81内的第二膨胀室82，被已与第二活塞85成为一体的第二叶片86隔开，图5中的第二叶片86的左侧成为高压侧即第二高压室83，第二叶片86的右侧成为低压侧即第二低压室84。

所述第一气缸71和第二气缸81，设置为各自的衬套77、87在圆周方向上的位置相互一致的状态。换句话说，第二气缸81相对第一气缸71的设置角度为0°。如上所述，第一大直径偏心部41和第二大直径偏心部42，相对主轴部44的轴心向同一方向偏心。因此，与第一叶片76成为向第一气缸71外侧的移动量最大的状态的同时，第二叶片86成为向第二气缸81外侧的移动量最大的状态。

在所述第一气缸71，形成有流入口34。流入口34，在第一气缸71的内表面上的、从图4及图5中的衬套77向左边离开一点的部分开口。流入口34，能与第一高压室73(即，第一膨胀室72的高压侧)连通。在所述第二气缸81，形成有流出口35。流出口35，在第二气缸81的内表面上的、从图4及图5中的衬套87向右边离开一点的部分开口。流出口35，能与第二低压室84(即，第二膨胀室82的低压侧)连通。

在所述中间板63中，形成有连通路64。该连通路64，沿中间板63厚度方向贯穿了中间板63。在中间板63中的靠第一气缸71侧的表面上，连通路64的一端在第一叶片76右边的部分开口。在中间板63中的靠第二气缸81侧的表面上，连通路64的另一端在第二叶片86左边的部分开口。如图4所示，连通路64相对中间板63厚度方向倾斜着延伸，使第一低压室74(即，第一膨胀室72的低压侧)和第二高压室83(即，第二膨胀室82的高压侧)互相连通。

在所述中间板63中，形成有注入口37(参照图3。注入口37，形成为大致沿水平方向延伸，注入口37的末端在连通路64开口。注入口37的基端侧，通过管道延伸到壳体31外部。如上所述，在该注入口37上连接有注入管道26。

在如上所述构成的、本实施例的膨胀机构部60中，第一气缸71、设置在该第一气缸71上的衬套77、第一活塞75及第一叶片76构成第一旋转机构部70；第二气缸81、设置在该第二气缸81上的衬套87、第二活塞85及第二叶片86构成第二旋转机构部80。

如上所述，在所述膨胀机构部60中，第一叶片76向第一气缸71外侧移动的移动量最大的时刻(timing)，与第二叶片86向第二气缸81外侧移动的移动量最大的时刻同步。就是说，第一低压室74的容积在第一旋转机构部70内逐渐减少的过程，与第二高压室83的容积在第二旋转机构部80内逐渐增加的过程同步(参照图6。如上所述，第一旋转机构部70的第一低压室74和第二旋转机构部80的第二高压室83，通过连通路64互相连通。第一低压室74、连通路64及第二高压室83构成一个封闭空间，该封闭空间构成膨胀室66。关于这一点，参照图7进行说明。

在该图7中，设第一叶片76向第一气缸71外周一侧移动的移动量最大的状态下的转轴40回转角度为0°。在此，假设第一膨胀室72的最大容积为3ml(毫升)、第二膨胀室82的最大容积为10ml，来进行说明。

如图7所示，转轴40的回转角度为0°时，第一低压室74的容积为最大值即3ml，第二高压室83的容积为最小值即0ml。如在图7中用点划线表示的那样，随着转轴40的回转，第一低压室74的容积逐渐减少，转轴40的回转角度达到360°时成为最小值即0ml。如在图7中用双点划线表示的那样，随着转轴40的回转，第二高压室83的容积逐渐增加，转轴40的回转角度达到360°时成为最大值即10ml。在不考虑连通路64的容积的情况下，在某个回转角度时的膨胀室66容积，具有将该回转角度时的第一低压室74容积和第二高压室83容积加起来的值。就是说，如在图7中用实线表示的那样，膨胀室66的容积在转轴40的回转角度为0°时成为最小值即3ml，该容积随着转轴40的回转而逐渐增加，转轴40回转角度达到360°时成为最大值即10ml。

-运转工作-

对所述空气调节装置10的工作情况进行说明。在此，对空气调节装置10的制冷运转和供暖运转时的工作情况进行说明，接着对膨胀机构部60的工作情况进行说明。

(制冷运转)

在制冷运转时，设定四通换向阀21为图1所示的状态。在该状态下，若使电流流过压缩兼膨胀机组30的马达45，制冷剂就在制冷剂回路20中循环，进行蒸气压缩式制冷循环。这时，室外热交换器23成为散热器，室内热交换器24成为蒸发器。补充说明一下，在此假设注入阀27和旁通阀29处于全关闭状态而进行说明。

在压缩机构部50中压缩后的制冷剂，流过喷出管36从压缩兼膨胀机组30喷出来。在该状态下，制冷剂的压力高于该制冷剂的临界压力。该喷出来的制冷剂，流过四通换向阀21，再流向室外热交换器23。在室外热交换器23中，流入的制冷剂向室外空气放热。

在室外热交换器23放热后的制冷剂，流过桥接回路22的第三止回阀CV-3，再流过流入口34，流入到压缩兼膨胀机组30的膨胀机构部60中。在膨胀机构部60中，高压制冷剂进行膨胀，高压制冷剂的内能变换为转轴40的旋转动力。膨胀后的低压制冷剂，流过流出口35而从压缩兼膨胀机组30流出，再流过桥接回路22的第一止回阀CV-1，然后流向室内热交换器24。

在室内热交换器24中，流入了的制冷剂从室内空气吸热而蒸发，室内空气冷却。从室内热交换器24流出后的低压气体制冷剂，流过四通换向阀21，再流过吸入口32而被吸收到压缩兼膨胀机组30的压缩机构部50中。压缩机构部50，对所吸入的制冷剂进行压缩后喷出该压缩后的制冷剂。

(供暖运转)

在供暖运转时，切换四通换向阀21为图2所示的状态。在该状态下，若使电流流过压缩兼膨胀机组30的马达45，制冷剂就在制冷剂回路20中循环，进行蒸气压缩式制冷循环。这时，室内热交换器24成为散热器，室外热交换器23成为蒸发器。补充说明一下，在此假设注入阀27和旁通阀29处于全关闭状态而进行说明。

在压缩机构部50中压缩后的制冷剂，流过喷出管36从压缩兼膨胀机组30喷出来。在该状态下，制冷剂的压力高于该制冷剂的临界压力。该喷出来的制冷剂，流过四通换向阀21，再流向室内热交换器24。在室内热交换器24中，流入的制冷剂向室外空气放热，室内空气被加热。

在室内热交换器24中放热后的制冷剂，流过桥接回路22的第二止回阀CV-2，再流过流入口34，流入到压缩兼膨胀机组30的膨胀机构部60中。在膨胀机构部60中，高压制冷剂进行膨胀，高压制冷剂的内能变换为转轴40的旋转动力。膨胀后的低压制冷剂，流过流出口35而从压缩兼膨胀机组30流出，再流过桥接回路22的第四止回阀CV-4，然后流向室外热交换器23。

在室外热交换器23中，流入了的制冷剂从室外空气吸热而蒸发。从室外热交换器23流出后的低压气体制冷剂，流过四通换向阀21，再流过吸入口32而被吸收到压缩兼膨胀机组30的压缩机构部50中。压缩机构部50，对所吸入的制冷剂进行压缩后喷出该压缩后的制冷剂。

(膨胀机构部的工作情况)

对膨胀机构部60的工作情况进行说明。

首先，参照图6，对处于超临界状态的高压制冷剂流入第一旋转机构部70的第一高压室73中的过程进行说明。若在回转角度为0°的状态下，转轴40稍微回转一点，第一活塞75和第一气缸71接触的位置就通过流入口34的开口部分，高压制冷剂开始从流入口34流入到第一高压室73中。之后，转轴40的回转角度经过90°，再经过180°，然后经过270°，这样逐渐变大，高压制冷剂随之继续流入到第一高压室73中。高压制冷剂流入到第一高压室73中的情况，持续到转轴40回转角度达到360°为止。

接着，参照图6，对制冷剂在膨胀机构部60中膨胀的过程进行说明。若在回转角度为0°的状态下，转轴40稍微回转一点，第一低压室74和第二高压室83通过连通路64互相连通，制冷剂开始从第一低压室74流入到第二高压室83中。之后，转轴40的回转角度经过90°，再经过180°，然后经过270°，这样逐渐变大，第一低压室74的容积随之逐渐减少，同时第二高压室83的容积逐渐增加，其结果是膨胀室66的容积逐渐增加。该膨胀室66容积的增加，持续到转轴40回转角度即将达到360°的时候为止。在膨胀室66容积增加的过程当中，膨胀室66内的制冷剂膨胀，该制冷剂的膨胀使转轴40进行回转驱动。这样，第一低压室74内的制冷剂，流过连通路64，膨胀着流入到第二高压室83中。

如在图7中用虚线表示的那样，在制冷剂膨胀的过程当中，膨胀室66内的制冷剂压力随着转轴40的回转角度变大而逐渐下降。具体而言，充满在第一低压室74中的、处于超临界状态的制冷剂的压力，在到转轴40回转角度约达55°为止的那一段时间内急剧下降，该制冷剂成为饱和液状态。之后，一边膨胀室66内的制冷剂的一部分蒸发，一边该制冷剂的压力缓慢地降低。

接着，参照图6，对制冷剂从第二旋转机构部80的第二低压室84流出的过程进行说明。第二低压室84，在转轴40回转角度为0°的时候开始与流出口35连通。就是说，制冷剂开始从第二低压室84向流出口35流出。之后，在转轴40的回转角度经过90°，再经过180°，然后经过270°，这样逐渐变大而达到360°为止的那一段时间内，膨胀后的低压制冷剂从第二低压室84连续地流出。

(控制器的控制操作)

在所述控制器90中，进行主控制操作和副控制操作。主控制操作时的控制器90，在保持旁通阀29全关闭的状态下，调节注入阀27的开度。在主控制操作的过程当中，注入阀27成为全打开状态，成为不能再增加制冷剂在注入管道26中的流量的状态的情况下，控制器90开始进行副控制操作。副控制操作时的控制器90，在保持注入阀27全打开的状态下调节旁通阀29的开度，来调节制冷剂在旁通管道28中的流量。在副控制操作的过程当中，旁通阀29成为全关闭状态的情况下，就是说，在不需要使制冷剂在旁通管道28内流通的状态下，控制器90重新开始进行主控制操作。

参照图8所示的流程图，进一步对所述控制器90的控制操作情况进行说明。图8所示的控制器90的控制操作，是在旁通阀29全关闭的状态下开始进行的。

在步骤ST10中，控制器90，测量空气调节装置10的运转状态。具体而言，控制器90接收来自高压压力传感器95、低压压力传感器96、室外侧制冷剂温度传感器97及室内侧制冷剂温度传感器98的输出信号。在接下来的步骤ST11中，控制器90，根据在步骤ST11中所接收的、各传感器95到98检测出的值，计算出制冷循环的高压值的控制目标值Pd_obj。关于计算出该控制目标值Pd_obj的过程，后面进行详细说明。

在下一个步骤即步骤ST12中，控制器90对高压压力传感器95的检测值即制冷循环的高压的实际测量值Pd、和在步骤ST11中计算出的控制目标值Pd_obj进行比较。若制冷循环的高压的实际测量值Pd大于或等于控制目标值Pd_obj，就进入步骤ST13，而若制冷循环的高压的实际测量值Pd小于控制目标值Pd_obj，就进入步骤ST16。

在Pd≥Pd_obj的情况下，在步骤ST13中，判断注入阀27是否处于全打开状态。

在步骤ST13中，在判断为注入阀27已经处于全打开状态的情况下，就进入步骤ST14中。在步骤ST14中，控制器90，在保持注入阀27全打开的状态下使旁通阀29的开度变大，开始将制冷剂导入到旁通管道28中，或者增加制冷剂在旁通管道28内的流量。就是说，在所述状态下，尽管不能再增加制冷剂在注入管道26内的流量，但是制冷循环的高压的实际测量值Pd高于或等于控制目标值Pd_obj。于是，控制器90增加流入到旁通管道28中的制冷剂量，以降低制冷循环的高压值。

在步骤ST13中，在判断为注入阀27未成为全打开状态的情况下，就进入步骤ST15。在步骤ST15中，控制器90，在保持旁通阀29全关闭的状态下使注入阀27的开度变大，增加制冷剂在注入管道26内的流量。就是说，在所述状态下，与步骤ST14的状态不同，能增加制冷剂在注入管道26中的流量。于是，控制器90增加流入到注入管道26中的制冷剂量，以降低制冷循环的高压。

在Pd＜Pd_obj的情况下，在步骤ST16中，判断旁通阀29是否处于全关闭状态。

在步骤ST16中，在判断为旁通阀29处于全关闭状态的情况下，就进入步骤ST17中。在步骤ST17中，控制器90，在保持旁通阀29全关闭的状态下使注入阀27的开度变小，来减少制冷剂在注入管道26内的流量。就是说，所述状态，是制冷剂未导入到旁通管道28中，并且注入阀27未成为全打开状态的状态。于是，控制器90减少流入到注入管道26中的制冷剂量，以让制冷循环的高压值上升。

在步骤ST16中，在判断为旁通阀29不处于全关闭状态的情况下，就进入步骤ST18中。在步骤ST18中，控制器90，在保持注入阀27全打开的状态下使旁通阀29的开度变小，来减少制冷剂在旁通管道28内的流量，或者停止将制冷剂导入到旁通管道28中。就是说，该状态，是旁通阀29已经打开，并且制冷循环的高压的实际测量值Pd低于控制目标值Pd_obj的状态。于是，控制器90减少流入到旁通管道28内的制冷剂量，以让制冷循环的高压值上升。

对所述控制器90来讲，从图8中的步骤ST10、ST11及ST12开始，经过步骤ST13到步骤ST15为止的操作、和经过步骤ST16到步骤ST17为止的操作是主控制操作。对该控制器90来讲，从图8中的步骤ST10、ST11及ST12开始，经过步骤ST13到步骤ST14为止的操作、和经过步骤ST16到步骤ST18为止的操作是副控制操作。

对在图8所示的步骤ST11中计算出制冷循环的高压值的控制目标值Pd_obj的过程，进行说明。

在此，在制冷循环的高压值为制冷剂的临界压力以上的压力值的超临界循环中，若让制冷剂的蒸发温度(或蒸发压力)和制冷剂在散热器出口处的温度固定不变，如图9所示，制冷循环的制冷系数COP就根据制冷循环的高压值而变化，在制冷循环的高压值成为某个值的情况下，制冷循环的制冷系数达到最高值。

在设计空气调节装置10的过程当中，进行设定制冷剂蒸发温度(或蒸发压力)和制冷剂在散热器出口处的温度为各种各样的值而进行的性能试验，为每个所述各值的组合而决定能够得到最高制冷系数的、制冷循环的高压值。在所述控制器90中，以矩阵或相关式的形式储存有制冷剂蒸发温度(或蒸发压力)及制冷剂在散热器出口处的温度、与制冷系数达到最高值的、制冷循环的高压值之间的对应关系。

控制器90，若在制冷运转时，就将低压压力传感器96的检测值和室外侧制冷剂温度传感器97的检测值用于已储存的矩阵或关系式，来设定在这时的运转状态下能够得到最高制冷系数的、制冷循环的高压值为控制目标值Pd_obj。控制器90，若在供暖运转时，就将低压压力传感器96的检测值和室内侧制冷剂温度传感器98的检测值用于已储存的矩阵或关系式，来设定在这时的运转状态下能够得到最高制冷系数的、制冷循环的高压值为控制目标值Pd_obj。

这样，所述控制器90来设定在这时的运转状态下能够得到最高制冷系数的、制冷循环的高压值为控制目标值Pd_obj。之后，控制器90，调节注入阀27和旁通阀29的开度，使高压压力传感器95检测出的、制冷循环的高压的实际测量值Pd成为控制目标值Pd_obj。

-第一实施例的效果-

在本实施例的空气调节装置10中，在陷入失去了流过膨胀机构部60的制冷剂量与流过压缩机构部50的制冷剂量之间的平衡的状态的情况下，能通过将制冷剂还从注入管道26导入到膨胀机构部60中，来使流过膨胀机构部60的制冷剂量和流过压缩机构部50的制冷剂量得到平衡。因此，虽然在现有技术中，制冷剂中的一部分不能不绕行膨胀机构部60，但是在本发明中，该部分也被导入到膨胀机构部60中，能够从制冷剂中的在现有技术中不能回收动力的部分也回收动力。因此，根据本发明，能够实现几乎让从制冷剂回收的动力不减小，并且能在广泛的运转条件下进行稳定的工作的空气调节装置10。

在本实施例中，控制器90调节注入阀27的开度，以得到最高制冷系数。因此，根据本实施例，不但能使流过膨胀机构部60的制冷剂量和流过压缩机构部50的制冷剂量得到平衡，连续地进行稳定的制冷循环，而且能在得到最高制冷系数的条件下进行制冷循环。

在本实施例中，在制冷剂回路20中设置有旁通管道28，从而能用膨胀机构部60和旁通管道28这两条渠道使放热后的高压制冷剂流向热交换器23、24中成为蒸发器的那一个热交换器。因此，在即使将制冷剂从注入管道26导入到膨胀机构部60中也不能使流过膨胀机构部60的制冷剂量和流过压缩机构部50的制冷剂量得到平衡的情况下，能通过使制冷剂流过旁通管道28，来确保制冷剂在制冷剂回路20中的循环量。本实施例的控制器90，设为只有在注入管道26的注入阀27处于全打开状态的情况下，才打开旁通阀29。因此，能将制冷剂在旁通管道28中的流量控制为所必要的程度中的最小限度，来以最大限度确保流过膨胀机构部60的制冷剂量，能将在膨胀机构部60中从制冷剂回收的动力的减小控制为最小限度。

-实施例的第一变形例-

在所述实施例的控制器90中，也可以采用下述方式设定关于制冷循环的高压值的控制目标值Pd_obj。

在设定出控制目标值Pd_obj之际，本变形例的控制器90，试着进行通过变更注入阀27或旁通阀29的开度，来使制冷循环的高压值增减的操作。该控制器90，在旁通阀29处于全关闭状态，只有注入阀27打开着的状态下，通过变更注入阀27的开度来使制冷循环的高压值增减，而在注入阀27处于全打开状态，并且旁通阀29也打开着的状态下，通过变更旁通阀29的开度来使制冷循环的高压值增减。该控制器90，实际地测量在使制冷循环的高压值增减时的、制冷循环的制冷系数。之后，控制器90计算出制冷循环的高压值的变化与制冷系数的变化之间的相关关系，并利用该相关关系找到能够得到最高制冷系数的、制冷循环的高压值，再设定该找到的高压值为控制目标值Pd_obj。

-实施例的第二变形例-

在所述实施例的控制器90中，也可以是这样的，将从压缩机构部50喷出来的制冷剂温度(喷吐制冷剂温度)作为参数，来控制注入阀27和旁通阀29的开度。就是说，设定在这时的运转条件下能够得到最高制冷系数的喷吐制冷剂温度为控制目标值，再控制注入阀27和旁通阀29的开度，使喷吐制冷剂温度的实际测量值成为控制目标值。具体而言，在图8所示的步骤ST11中，设定出喷吐制冷剂温度的控制目标值，来代替关于制冷循环的高压值的控制目标值，之后在接下来的步骤ST12中，判断喷吐制冷剂温度的实际测量值是否为控制目标值以上的值。

-实施例的第三变形例-

在所述实施例的控制器90中，也可以是这样的，将流过成为散热器的热交换器后的空气温度作为参数，来控制注入阀27和旁通阀29的开度。

本变形例的控制器90，被用户输入与流过在供暖运转时成为散热器的室内热交换器24后的空气的温度，即在供暖运转时从室内机13吹来的空气的温度有关的设定值。该控制器90，通过控制注入阀27和旁通阀29的开度，使在供暖运转时流过室内热交换器24后的空气温度的实际测量值成为已被输入的目标值，来调节制冷循环的高压值。

-实施例的第四变形例-

在所述实施例中，在制冷剂回路20中设置高压压力传感器95，并实际地检测了制冷循环的高压值。也可以是这样的，不直接测量制冷循环的高压值，而根据其他传感器的检测值推测制冷循环的高压值。比如说，若实际地检测出压缩机构部50的旋转速度、驱动压缩机构部50的马达45的功耗及制冷剂在散热器出口处的温度，就能根据这些实际测量值推算出制冷循环的高压值。

-工业实用性-

综上所述，本发明，对包括膨胀机的制冷装置很有用。

Claims (3)

1.一种制冷装置，包括连接有压缩机(50)、散热器、膨胀机(60)及蒸发器的制冷剂回路(20)，并使制冷剂在所述制冷剂回路(20)内循环而进行制冷循环，其特征在于，包括：

注入流通路(26)，将在所述制冷剂回路(20)内从散热器流向膨胀机(60)的制冷剂的一部分导入到所述膨胀机(60)的处于膨胀过程中的膨胀室(66)内，和

流量调节阀(27)，用于调节制冷剂在所述注入流通路(26)中的流量，

包括控制机构(90)，该控制机构(90)调节所述流量调节阀(27)的开度，使制冷剂回路(20)中的制冷循环的制冷系数成为在这时的运转状态下能得到的最高值，

在所述制冷剂回路(20)中，设置有旁通路(28)和旁通调节阀(29)，该旁通路(28)使膨胀机(60)的上游侧和下游侧连接起来；该旁通调节阀(29)用于调节制冷剂在所述旁通路(28)中的流量；

所述控制机构(90)，构成为：

进行主控制操作和副控制操作，该主控制操作，是在保持旁通调节阀(29)全关闭的状态下调节流量调节阀(27)的开度的；该副控制操作，是在所述主控制操作的过程当中，流量调节阀(27)成为全打开状态时，在保持所述流量调节阀(27)全打开的状态下调节旁通调节阀(29)的开度的，

若旁通调节阀(29)在所述副控制操作的过程当中成为全关闭状态，所述控制机构(90)就重新开始进行主控制操作。

2.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于：

控制机构(90)，根据表示运转状态的实际测量值，计算出制冷系数成为最高值的制冷循环的高压值并将该高压值作为控制目标值，再作为副控制操作进行调节旁通调节阀(29)的开度，来使制冷循环的高压值成为控制目标值的操作。

3.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于：

控制机构(90)，根据使制冷循环的高压值增减时所发生的制冷系数的变化，计算出制冷系数成为最高值的制冷循环的高压值并将该计算出的高压值作为控制目标值，再作为副控制操作进行调节旁通调节阀(29)的开度，来使制冷循环的高压值成为控制目标值的操作。

Images