CN101163861A - 涡旋膨胀机 - Google Patents

Abstract

本发明提供以简单的构造来抑制泄漏损失及回收动力的降低、在广泛运转条件下效率好的涡旋膨胀机。本发明的涡旋膨胀机备有膨胀机构(5)和副压缩机构(6)；膨胀机构(5)由摆动涡旋件(52)和第1固定涡旋件(51)构成，使制冷剂膨胀，回收动力；副压缩机构(6)由摆动涡旋件(62)和第2固定涡旋件(61)构成，用被膨胀机构(5)回收的动力来压缩制冷剂；只在膨胀机构(5)或副压缩机构(6)的任一方的摆动涡旋件和固定涡旋件的涡卷齿上，安装端部密封件。

Description

涡旋膨胀机

技术领域

本发明涉及使制冷剂膨胀来回收动力、并用于压缩的涡旋膨胀机。

背景技术

在已往的涡旋膨胀机中，由第1固定涡旋件和公转涡旋件形成压缩机构的压缩室，由第2固定涡旋件和公转涡旋件形成膨胀机构的膨胀室。公转涡旋件与曲柄轴连接，由安装在曲柄轴上的马达驱动而公转(例如参见专利文献1)。

专利文献1：日本特公平07-037857号公报(第3页～第4页，图1)

发明内容

但是，在上述的涡旋膨胀机中，必须与马达等的驱动源构成为一体，所以构造复杂。另外，在偏离了设计点的运转条件下，为了使膨胀机构和压缩机构的转速一致，必须减少膨胀机构的流量或压差，这样，存在着回收动力减少的问题。另外，由于膨胀室和压缩室设在公转涡旋件(摆动涡旋件)的两面，所以，不能抑制涡卷齿前端的泄漏。

本发明是为了解决上述问题而作出的，其目的是提供以简单的构造来抑制泄漏损失及回收动力的减少，在广泛的运转条件下效率高的涡旋膨胀机。

本发明的涡旋膨胀机备有膨胀机构和副压缩机构；上述膨胀机构由摆动涡旋件和第1固定涡旋件构成，使制冷剂膨胀，回收动力；上述副压缩机构由摆动涡旋件和第2固定涡旋件构成，用被上述膨胀机构回收的动力来压缩制冷剂；只在膨胀机构或副压缩机构的任一方的摆动涡旋件和固定涡旋件的涡卷齿上，安装端部密封件。

另外，本发明的涡旋膨胀机备有膨胀机构和副压缩机构；上述膨胀机构由摆动涡旋件和第1固定涡旋件构成，使制冷剂膨胀，回收动力；上述副压缩机构由摆动涡旋件和第2固定涡旋件构成，用被上述膨胀机构回收的动力来压缩制冷剂，承担制冷循环中的一部分压缩过程；只在膨胀机构或副压缩机构的任一方的摆动涡旋件和固定涡旋件的涡卷齿上，安装端部密封件。

根据本发明，能提供以简单的构造、抑制泄漏损失及回收动力的减少，在广泛的运转条件下效率高的涡旋膨胀机。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1的涡旋膨胀机的构造的纵剖面图。

图2是本发明实施方式1的涡旋膨胀机的膨胀机构的横剖面图。

图3是表示本发明实施方式1的涡旋膨胀机的副压缩机构的俯视图。

图4是表示采用了本发明实施方式1的涡旋膨胀机的、制冷循环的基本构成的回路图。

图5是表示采用了本发明实施方式1的涡旋膨胀机的、制冷循环中的制冷剂状态量变化的莫里尔图。

图6是说明一般的膨胀、压缩机构的流量与转速的关系的示意图。

图7是本发明实施方式1的涡旋膨胀机的膨胀机构和副压缩机构的示意剖面图。

图8是说明一般的端部密封件的接触密封功能的剖面图。

图9是表示本发明实施方式2的涡旋膨胀机的构造的纵剖面图。

图10是表示采用了本发明实施方式2的涡旋膨胀机的、制冷循环的基本构成的回路图。

图11是表示采用了本发明实施方式2的涡旋膨胀机的、制冷循环中的制冷剂状态量变化的莫里尔图。

图12是本发明实施方式2的涡旋膨胀机的膨胀机构和副压缩机构的示意剖面图。

具体实施方式

实施方式1

图1是表示本发明实施方式1的涡旋膨胀机的构造的纵剖面图。图中，同一部件或与之相当的部件注以相同标记，在说明书全文中也同样。

图1中，在涡旋膨胀机1的密闭容器10内的下方，设置着膨胀机构5，在膨胀机构5的上方，设置着副压缩机构6。膨胀机构5包括在基板51a上形成了涡卷齿51c的固定涡旋件51(第1固定涡旋件)、和在基板52a上形成了涡卷齿52c的摆动涡旋件52。固定涡旋件51的涡卷齿51c与摆动涡旋件52的涡卷齿52c相互咬合地配置。另外，副压缩机构6包括在基板61a上形成了涡卷齿61c的固定涡旋件61(第2固定涡旋件)、和在基板62a上形成了涡卷齿62c的摆动涡旋件62。固定涡旋件61的涡卷齿61c与摆动涡旋件62的涡卷齿62c相互咬合地配置。

轴8可自由旋转地由轴承部51b、61b进行双支承，该轴承部51b、61b分别形成在膨胀机构5的固定涡旋件51和副压缩机构6的固定涡旋件61的中央。在膨胀机构5的摆动涡旋件52和副压缩机构6的摆动涡旋件62的各自中央形成偏心轴承部52b、62b，该偏心轴承部52b、62b由嵌合在轴8上曲柄部8b贯通支承、可以摆动运动。

在膨胀机构5的外周、密闭容器10的侧面，设置了吸入制冷剂的膨胀吸入管13和将膨胀后的制冷剂排出的膨胀排出管15。另一方面，在副压缩机构6的上方、密闭容器10的上面，设置了吸入制冷剂的副压缩吸入管12，在副压缩机构6的外周、密闭容器10的侧面，设置了将压缩后的制冷剂排出的副压缩排出管14。

在副压缩机构6中，在固定涡旋件61和摆动涡旋件62的各涡卷齿61c、62c的前端安装着端部密封件21。该端部密封件21把由固定涡旋件61的涡卷齿61c和摆动涡旋件62的涡卷齿62c形成的副压缩室6a分隔开。另外，在摆动涡旋件62的与固定涡旋件61相向的面、偏心轴承部62b的外周，设有密封摆动涡旋件62和固定涡旋件61的内周密封件22a。在固定涡旋件61的与摆动涡旋件52相向的面、涡卷齿61c的外周，设有密封摆动涡旋件62和固定涡旋件61的外周密封件23。

而在膨胀机构5中，与副压缩机构6同样地，在摆动涡旋件52的与固定涡旋件51相向的面、偏心轴承部52b的外周，设有密封摆动涡旋件52和固定涡旋件51的内周密封件22b。但是，在固定涡旋件51和摆动涡旋件52的涡卷齿51c、52c的前端，没有安装端部密封件21。另外，在固定涡旋件51的与摆涡旋件52相向的面、涡卷齿51c的外周，没有设置外周密封件23。

膨胀机构5的摆动涡旋件52和副压缩机构6的摆动涡旋件62由销等结合元件形成为一体化，由设在副压缩机构6上的十字环7调整其自转。另外，为了抵消摆动涡旋件52、62摆动运动产生的离心力，在轴8的两端安装了平衡配重9a、9b。另外，膨胀机构5的摆动涡旋件52和副压缩机构6的摆动涡旋件62，也可以以共用基板52a、62a的方式形成为一体。

在膨胀机构5中，在由固定涡旋件51的涡卷齿51c和摆动涡旋件52的涡卷齿52c形成的膨胀室5a内，从膨胀吸入管13吸入的高压制冷剂因膨胀而产生动力。在膨胀室5a内膨胀减压后的制冷剂，从膨胀排出管15排出到密闭容器10外。利用在膨胀机构5产生的动力，在由副压缩机构6的固定涡旋件61的涡卷齿61c和摆动涡旋件62的涡卷齿62c形成的副压缩室6a内，从副压缩吸入管12吸入的制冷剂被压缩升压。在副压缩室6a内被压缩升压后的制冷剂从副压缩排出管14排出到密闭容器10外。

图2是图1所示本发明实施方式1的涡旋膨胀机中的膨胀机构的A-A剖面图。

在摆动涡旋件52的涡卷齿52c的内端部，设有厚壁部52d。在厚壁部52d上，贯通形成了供曲柄部8b插入的偏心轴承部52b。在摆动涡旋件52的基板51a上、偏心轴承部52b的外周，形成了内周密封件槽52g，在内周密封件槽52g内安装着内周密封件22b。

在固定涡旋件51的基板51c上，开设了吸入制冷剂用的吸入口51d和排出制冷剂用的排出口51e。吸入口51d，为了确保其开口面积而形成为大致长孔的形状，与膨胀吸入管13相连。另外，为了减小在摆动运动中吸入口51d被闭塞的面积，在厚壁部52d上设置了缺口部52e。排出口51e开设在不与摆动涡旋件52的涡卷齿52c的外端部干扰的位置，与膨胀排出管15相连。

图3是表示本发明实施方式1的副压缩机构的俯视图，图3(a)是副压缩机构的固定涡旋件的俯视图，图3(b)是副压缩机构的摆动涡旋件的俯视图。如图3所示，副压缩机构6的涡卷齿61c、62c的卷绕方向与膨胀机构5相同，当摆动涡旋件62与膨胀机构5的摆动涡旋件52背面相接一体地摆动运动时，在一方可压缩、在另一方可膨胀。

与膨胀机构5的摆动涡旋件52同样地，在摆动涡旋件62的厚壁部62d上贯通形成了供曲柄部8b插入的偏心轴承部62b。在固定涡旋件61的基板61a上，开设了吸入制冷剂用的吸入口61d和排出制冷剂用的排出口61e。排出口61e，为了确保其开口面积而形成为大致长孔的形状，与副压缩排出管14相连。另外，为了减小在摆动运动中排出口61e被闭塞的面积，在厚壁部62d上设置了缺口部62e。吸入口61d开设在不与摆动涡旋件62的涡卷齿62c的外端部干扰的位置，与副压缩吸入管12相连。

在涡卷齿61c、62c的前端面，形成了用于安装端部密封件的端部密封件槽61f、62f。在摆动涡旋件62的基板62a上、偏心轴承部62b的外周，形成了用于安装内周密封件22a的内周密封件槽62g。在固定涡旋件61的基板61a上、涡卷齿61c的外周，形成了用于安装外周密封件23的外周密封件槽61g。

图4是表示采用本发明实施方式1的涡旋膨胀机的、制冷循环的基本构成的回路图。在本发明的实施方式1中，假定制冷剂是采用二氧化碳那样的高压侧是超临界的制冷剂。

在图4中，在涡旋膨胀机1的膨胀机构5驱动的副压缩机构6的前段，设置了主压缩机11的电动机构11b驱动的主压缩机构11a。在主压缩机构11a的前段，设置了加热制冷剂用的蒸发器4。而在副压缩机构6的后段，设置了冷却制冷剂用的气体冷却器2，在气体冷却器2的后段，并联地设置了涡旋膨胀机1的膨胀机构5和膨胀阀3。

被主压缩机构11的主压缩机构11a升压后的制冷剂，由涡旋膨胀机1的副压缩机构6进一步升压。被副压缩机构6升压后的制冷剂在由气体冷却器2冷却后，一部分被送到涡旋膨胀机1的膨胀机构5、被膨胀减压。为了调节通过膨胀机构5的流量和确保起动时的压差，与涡旋膨胀机1的膨胀机构5并联地设置了膨胀阀3，其余的制冷剂被送到膨胀阀3、被膨胀减压。在膨胀机构5中，制冷剂等熵地膨胀，所以，膨胀动力从膨胀机构5通过主轴8传递给副压缩机构6，供副压缩用。在膨胀机构5中膨胀了的制冷剂被蒸发器4加热后，再返回到主压缩机11的主压缩机构11a。

图5是表示采用了本发明实施方式1的涡旋膨胀机的、制冷循环中的制冷剂状态量变化的莫里尔图。图5中，纵轴表示压力P，横轴表示焓h。

如图5所示，经过气体冷却器2的热交换而从点d冷却到点c的制冷剂，经过膨胀阀那样的节流减压机构，像点c→点b′那样地等焓膨胀。但是，在膨胀机构5中，借助等熵地膨胀，成为从点c到点b的状态。因此，点b′的热函h_b′与点b的焓h_b的差是h_b′_h_b，只有与该差相当量的膨胀动力被回收。膨胀后，在蒸发器4进行热交换、从点b被加热到点a的制冷剂气体，在主压缩机11的主压缩机构11a，从点a被压缩到点d′后，在涡旋膨胀机1的副压缩机构6从点d′被压缩到点d。如上所述，在本发明的实施方式1中，由主压缩机11的压缩机构11b承担制冷循环中的一部分压缩过程，由涡旋膨胀机1的副压缩机构6承担其余的压缩过程。副压缩机构6中的相当于热函差h_d-h_d′的压缩动力，由相当于h_b′-h_b的回收动力提供。

图6是说明一般的膨胀、压缩机构的流量与转速的关系的示意图。

如图6所示，存在着由膨胀机构5驱动的副压缩机构6时，设制冷剂通过膨胀机构5的重量流量为Ge、副压缩机构6的通过流量为Gc、膨胀机构5的吸入行程容积为Vei、副压缩机构6的吸入行程容积为Vcs、膨胀机构5的入口的制冷剂比容积为v_ei、压缩机构Cs入口的制冷剂比容积为v_cs时，膨胀机构5侧所决定的转速N_E如式(1)所示。

[算式1] $N_E=\frac{{\mathrm{Gev}}_{\mathrm{ei}}}{\mathrm{Vei}}---\left(1\right)$

另外，副压缩机构6侧的转速N_C如式(2)所示。

[算式2] $N_C=\frac{{\mathrm{Gcv}}_{\mathrm{cs}}}{\mathrm{Vcs}}---\left(2\right)$

因此，根据使膨胀机构5和副压缩机构6的转速匹配的条件即N_E＝N_C，必须满足式(3)。

[算式3] $\frac{{\mathrm{Gev}}_{\mathrm{ei}}}{{\mathrm{Gcv}}_{\mathrm{cs}}}=\frac{\mathrm{Vei}}{\mathrm{Vcs}}={\mathrm{\σ}}_{\mathrm{vec}}---\left(3\right)$

式(3)所示的膨胀机构5与副压缩机构6的行程容积的比σ_vec，在相对于设计条件决定了机器尺寸的情况下是常数。在设计条件以外运转时，为了满足式(3)，必须要调节体积流量的比(Gev_ei/Gcv_cs)。在由副压缩机构6承担制冷循环的全部压缩过程时(这时，副压缩机构6不仅使用从膨胀机构5回收的动力，还必须同时使用别的驱动源)，由于膨胀机构5和副压缩机构6的各入口的比容积v_ei、v_cs是根据运转条件决定的，所以，通常用膨胀阀3那样的旁通等机构来调节重量流量Ge。这时，旁通的流量成为不能回收膨胀动力的非回收流量，从而动力回收效果降低，所以，必须极力抑制旁通流量。

如图5所示，在由电动机构11b驱动的主压缩机构11a来承担制冷循环中的一部分压缩过程(点a→点d′)、由回收动力驱动的副压缩机构6来承担其余的压缩过程(点d′→点d)时，与点d′的压力相关地、副压缩机构6入口的比容积v_cs发生变化。因此，即使点c和点a的比容积由运转条件决定，为了转速匹配，仍能调节副压缩机构6入口的比容积v_cs。但是，由于副压缩机构6的驱动仅由膨胀机构5进行，所以，用回收动力提供压缩动力、即所谓的动力匹配也是必要的。图5中的点b′的压力有下限，由点b′的压力进行的副压缩机构6入口的比容积V_cs的调节也有限度。因此，在膨胀机构5侧和副压缩机构6侧的动力平衡后，为了满足式(3)的转速匹配的条件，从与膨胀机构5并联设置着的膨胀阀3等中将制冷剂旁通，这样，进行膨胀机构5的通过流量Ge的调节。

如上所述，与用涡旋膨胀机1的副压缩机构6承担制冷循环的全部压缩过程时相比，在用电动机构11b驱动的主压缩机构11b承担制冷循环的一部分压缩过程、用回收动力驱动的涡旋膨胀机1的副压缩机构6承担其余的压缩过程时，由于同时进行基于副压缩机构6入口的比容积v_cs的转速调节、和基于副压缩机构6的升压幅度的压缩动力的调节，所以，可以抑制因旁通引起的回收效果降低。

图7是本发明实施方式1的涡旋膨胀机的膨胀机构和副压缩机构的示意剖面图。

在副压缩机构6的涡卷齿61c、62c上，安装着分隔副压缩室6a的端部密封件21。在副压缩机构6的固定涡旋件61的基板61a上即涡卷齿61c的外周，设有外周密封件23。另外，内周密封件22a、22b设在摆动涡旋件52、62的偏心轴承部52b、62b的外周。另外，在膨胀机构5中，固定涡旋件51的基板51a的外周部和摆动涡旋件52的基板52a的外周部相互接触。

图8是为了说明端部密封件的接触密封功能而放大端部密封件周边的剖面图。

图8中，端部密封件21，如箭头所示，在分隔着的两侧副压缩室6a的压差作用下，被从高压侧即左方及下方推压。因此，在为了安装端部密封件21而设置的端部密封件槽62f内，端部密封件21被推压在右方的壁和上方的基板上，进行与摆动涡旋件62和固定涡旋件61之间的接触密封。内周密封件22a、22b及外周密封件23的接触密封作用，也与端部密封件21的接触密封作用相同。

在本发明的实施方式1中，膨胀机构5承担从高压Ph(点c的压力)到低压Pl(点b的压力)的膨胀过程；副压缩机构6承担从中间压Pm(点d′的压力)到高压Ph(点d的压力≈点c的压力)的压缩过程。因此，在摆动涡旋件52、62中，高压Ph作用在中央的膨胀室5a和中央的副压缩室6a两者上，低压Pl作用在外周的膨胀室5a上，中间压Pm作用在外周的副压缩室6a上。由于密封容器10内是低压Pl，所以，为了密封外周的副压缩室6a(Pm)与密封容器10内(Pl)的压差，在副压缩机构6的固定涡旋件61的基板61a上即涡卷齿61c的外周，设置了外周密封件23。另外，为了密封中央的膨胀室5a(Ph)及中央的副压缩室6a(Ph)与密封容器10内(Pl)的压差，在摆动涡旋件52、62的偏心轴承部52b、62b的外周，设置了内周密封件22a、22b。

在使密封容器10内成为高压Ph时，在低压Pl的膨胀机构5的外周部及中间压Pm的副压缩机构6的外周部，设置外周密封件23。另外，在使密封容器10内成为中间压Pm时，在低压Pl的膨胀机构5的外周部设置外周密封件23，在高压Ph的膨胀机构5的中央部及副压缩机构6的中央部设置内周密封件22a、22b。在使密闭容器10内成为高压Ph和成为中间压Pm时，密封件的个数与使密闭容器10内成为低压Pl时相同或减少。但是，在使密闭容器10内成为高压Ph时或成为中间压Pm时，为了确保密闭容器10对高压Ph或接近高压Ph的中间压Pm的耐压性，必须把密闭容器10的壁厚做得比使密闭容器10内成为低压Pl时厚。因此，由于在膨胀机构5的中央部和副压缩机构6的中央部设置内周密封件22a、22b、并且在副压缩机构6的外周部设置外周密封件23，所以，可以将密闭容器10内形成为低压Pl，可以降低涡旋膨胀机1的制造成本。

如图3(a)所示，外周密封件23把成为低压Pl的外侧膨胀室5a与成为中间压Pm的外周副压缩室6a隔离，使该外周密封件23的外周密封件槽61g的中心从固定涡旋件61的涡卷齿61c的座标中心朝外接圆中心接近。因此，外周密封件槽61g的直径减小，可抑制副压缩机构6承受中间压Pm的面积，避免膨胀机构5的涡卷齿51c、52c的前端面及基板51a、52a外周部的推压力过大。

图7中，箭头表示作用在以低压Pl为基准的摆动涡旋件52、62上的轴方向压差力的分布。摆动涡旋件52、62的中央部的压差力，在膨胀机构5侧和在副压缩机构6侧都相等，为Ph-Pl。但是，对于摆动涡旋件52、62外周部的压差力，在膨胀机构5侧是0，在副压缩机构6侧是Pm-Pl。将该压差力积分的结果，摆动涡旋件52、62受到沿轴8方向向下的推压力(从副压缩机构6侧朝向膨胀机构5侧的力)F，推压力F由膨胀机构5的涡卷齿51c、52c的前端面和基板51a、52a承受。

在涡旋型流体机械中，无论是压缩机还是膨胀机，另外，无论是只在摆动涡旋件的一面备有涡卷齿的单面涡卷构造、还是在摆动涡旋件的两面备有涡卷齿的双面涡卷构造，摆动涡旋件的轴方向位置都是由承受制冷剂压力所形成的轴方向力的点决定，在摆动涡旋件的与推压侧相反的面上产生了相当于组装余隙的间隙。因此，在压力不同的膨胀室5a之间或副压缩室6a之间，产生了泄漏。

在该实施方式1的涡旋膨胀机中，摆动涡旋件52、62被推压力F一体地推压在膨胀机构5的固定涡旋件51上，所以，膨胀机构5的涡卷齿51c、52c的前端几乎没有间隙。因此，在膨胀机构5中，可以减少从涡卷齿51c、52c前端的泄漏。尤其是在二氧化碳那样的、高压Ph为非常高的压力的情况下，由于中间压Pm和低压Pl的压差也大，所以，用于得到所需推压力F的外周密封件23的直径调节量小即可，不必扩大外径尺寸即可获得。另一方面，在副压缩机构6中，在摆动涡旋件62的涡卷齿62c的前端面与固定涡旋件61的基板61a之间、以及在副压缩机构6的摆动涡旋件62的基板62a与固定涡旋件61的涡卷齿61c的前端面之间，产生间隙。但是，由于在涡卷齿61c、62c的前端安装了端部密封件21，所以，几乎没有从涡卷齿61c、62c前端的涡卷内侧朝外侧的径方向泄漏，可以只抑制成端部密封件21侧的、沿涡卷齿61c、62c的周方向的泄漏。

另外，在膨胀机构5中，由于固定涡旋件51的基板51a的外周部与摆动涡旋件52的基板52a的外周部相互接触，所以，可用更大的面积承受推压力F，可以抑制作用在涡卷齿51c、51c的齿尖上的面压绝对值，同时也可以抑制操作压力变动时的变动幅度。

在此，当设涡卷齿的齿距为p、涡卷齿的厚度为t时，膨胀机构5和副压缩机构6的摆动半径r是式(4)所示的关系。

[算式4] $r=\frac{p}{2}-t---\left(4\right)$

在本发明的实施方式1中，膨胀机构5和副压缩机构6的摆动半径r相等。但是，膨胀机构5的涡卷齿51c、52c的厚度t比副压缩机构6的涡卷齿61c、62c厚。与之相应地，膨胀机构5的涡卷齿51c、52c的齿距p比副压缩机构6的涡卷齿61c、62c的大。由于膨胀机构5的涡卷齿51c、52c的厚度t比副压缩机构6的涡卷齿61c、62c厚，所以，可以确保膨胀前后的压差比副压缩机构6的压缩前后的压差大的、膨胀机构5的涡卷齿51c、52c的强度。

根据上述构造，由于涡旋膨胀机1的副压缩机构6承担制冷循环中的一部分压缩过程，所以，能抑制因旁通引起的回收效果降低，能得到在更广泛的运转条件下效率高的涡旋膨胀机。另外，由于摆动涡旋件52、62被推压在膨胀机构5的固定涡旋件51上，在副压缩机构6的固定涡旋件61和摆动涡旋件62的涡卷齿61c、62c上安装着端部密封件21，所以，能减低泄漏损失。

另外，通过在副压缩机构6中从中间压Pm压缩到高压Ph来推压膨胀机构5的涡卷齿51c、52c的前端面和基板51a、52a的外周部，所以，副压缩机构6中的升压是在起动后产生，在起动前，副压缩机构6的外周部～中央部全部区域是高压Ph，膨胀机构5的齿尖推压更加切实，所以能得到起动性好的涡旋膨胀机1。

实施方式2

图9是表示本发明实施方式2的涡旋膨胀机的构造的纵剖面图。

在实施方式1中，在副压缩机构6的涡卷齿61c、62c的前端安装了端部密封件21，摆动涡旋件52、62被推压在膨胀机构5的固定涡旋件51上。在本发明实施方式2所示的涡旋膨胀机1A中，如图9所示，在膨胀机构5的涡卷齿51c、52c的前端安装了端部密封件21，摆动涡旋件52、62被推压在副压缩机构6的固定涡旋件61上。另外，在副压缩机构6的涡卷齿61c、62c的前端不安装端部密封件21。本发明实施方式2所示的涡旋膨胀机1A的其它构造和功能，与实施方式1所示的涡旋膨胀机1相同。

图10是表示采用了本发明实施方式2的涡旋膨胀机的、制冷循环的基本构成的回路图。在本发明的实施方式2中，假定制冷剂是采用二氧化碳那样的高压侧为超临界的制冷剂。

图10中，在涡旋膨胀机1A的膨胀机构5驱动的副压缩机构6的后段，设置了主压缩机11的电动机构11b驱动的主压缩机构11a。在主压缩机构11a的后段，设置了冷却制冷剂用的气体冷却器2，在气体冷却器2的后段，并联地设置了涡旋膨胀机1A的膨胀机构5和膨胀阀3。而在副压缩机构6的前段，设置了加热制冷剂的蒸发器4。

被涡旋膨胀机1A的膨胀机构5驱动的副压缩机构6升压后的制冷剂，由主压缩机11的电动机构11b驱动的主压缩机构11a进一步升压。被主压缩机构11a升压后的制冷剂，由气体冷却器2冷却后，一部分再被送到涡旋膨胀机1A的膨胀机构5、被膨胀减压。为了调节通过膨胀机构5的流量和确保起动时的压差，与涡旋膨胀机1A的膨胀机构5并联地设置了膨胀阀3，其余的制冷剂送到膨胀阀3、被膨胀减压。在膨胀机构5中，由于制冷剂等熵地膨胀，膨胀动力从膨胀机构5通过主轴8传递到副压缩机构6、供副压缩用。被膨胀机构5膨胀了的制冷剂由蒸发器4加热后，再返回涡旋膨胀机1A的副压缩机构6。

图11是表示采用了本发明实施方式2的涡旋膨胀机的、制冷循环中的制冷剂状态量变化的莫里尔图。图11中，纵轴表示压力，横轴表示焓。

如图11所示，经过气体冷却器2的热交换而从点d冷却到点c的制冷剂，经过在膨胀机构5中等熵地膨胀，从点c成为点b。膨胀后，由蒸发器4进行热交换而从点b加热到点a的制冷剂气体，被涡旋膨胀机1A的副压缩机构6从点a压缩到点a′后，再被主压缩机11的主压缩机构11a从点a′压缩到点d。如上所述，在本发明的实施方式2中，由主压缩机11的压缩机构11b承担制冷循环中的一部分压缩过程，由涡旋膨胀机1A的副压缩机构6承担其余的压缩过程。副压缩机构6中的相当于热焓h_a′-h_a量的压缩动力，由相当于h_b′-h_b量的回收动力提供。

在本发明的实施方式2中也同样地，由电动机构11b驱动的主压缩机构11a承担制冷循环中的一部分压缩过程，由回收动力驱动的涡旋膨胀机1A的副压缩机构6承担其余的压缩过程。因此，与由涡旋膨胀机1A的副压缩机构6承担制冷循环的全部压缩过程时相比，在可用副压缩机构6的升压幅度调节压缩动力的情况下，可以抑制旁通引起的回收效果的降低。

图12是本发明实施方式2的涡旋膨胀机的膨胀机构和副压缩机构的示意剖面图。

在膨胀机构5的涡卷齿51c、52c上，安装着分隔膨胀室5a的端部密封件21。在摆动涡旋件52、62的偏心轴承部52b、62b的外周，设置着内周密封件22a、22b。另外，在副压缩机构6中，固定涡旋件61的基板61a的外周部和摆动涡旋件62的基板62a的外周部相互接触。

在本发明的实施方式2中，膨胀机构5承担从高压Ph(点c的压力)到低压Pl(点b的压力)的膨胀过程，副压缩机构6承担从低压Pl(点a的压力≈点b的压力)到中间压Pm(点a′的压力)的压缩过程。因此，在中央的膨胀室5a作用着高压Ph，在中央的副压缩室6a作用着中间压Pm，在外周的膨胀室5a和外周的副压缩室6a都作用着低压Pl。由于在摆动涡旋件52、62的偏心轴承部52b、62b的外周设置着内周密封件22a、22b，所以可在中央的膨胀室5a和中央的副压缩室6a隔离不同的压力。另外，在外周的膨胀室5a和外周的副压缩室6a作用的压力相同，都是低压Pl，所以，不必将压力隔离，在膨胀机构5侧和副压缩机构6侧不设置外周密封件23。另外，由于在摆动涡旋件52、62的偏心轴承部52b、62b的外周设置了内周密封件22a、22b，所以，可以使密闭容器10内成为低压Pl，不必像密闭容器10内为高压Ph或中间压Pm时那样要加厚密闭容器10的壁厚，可以降低涡旋膨胀机1A的制造成本。

图12中，箭头表示作用在以低压Pl为基准的摆动涡旋件52、62上的轴方向压差力的分布。摆动涡旋件52、62的外周部的压差力，在膨胀机构5侧和在副压缩机构6侧都是0。但是，内周部的压差力，在膨胀机构5侧是Ph-Pl，在副压缩机构6侧是Pm-Pl。将该压差力积分的结果，摆动涡旋件52、62受到沿轴8方向向上的推压力(从膨胀机构5侧朝向副压缩机构6侧的力)F，推压力F由副压缩机构6的涡卷齿61c、62c的前端面和基板61a、62a承受。尤其是，在副压缩机构6中，由于固定涡旋件61的基板61a的外周部与摆动涡旋件62的基板62a的外周部接触，所以，可以用更大的面积承受推压力F，可以防止作用在涡卷齿61c、62c的齿尖上的面压过大。

在该实施方式2的涡旋膨胀机中，由于摆动涡旋件52、62一体地被推压在副压缩机构6的固定涡旋件61上，所以，副压缩机构6的涡卷齿61c、62c的前端几乎没有间隙。因此，在副压缩机构6中，可以减少从涡卷齿61c、62c前端的泄漏。尤其是在二氧化碳那样的高压Ph为非常高的压力时，在中央部，膨胀机构5侧和副压缩机构6侧的压差增大，所以，即使两者的受压面积大的外周部都是低压Pl、没有压差，也能切实地推压涡卷齿61c、62c的齿尖。另一方面，在膨胀机构5的摆动涡旋件52的涡卷齿52c的前端面与固定涡旋件51的基板51a之间、以及膨胀机构5的摆动涡旋件52的基板52a与固定涡旋件51的涡卷齿51c的前端面之间，产生间隙。但是，由于在涡卷齿51c、52c的前端安装了端部密封件21，所以，几乎没有涡卷齿51c、52c前端的径方向泄漏。可以只抑制成端部密封件21侧的、沿涡卷齿51c、52c的周方向泄漏，也可确保起动性。

根据上述构造，由于用涡旋膨胀机1A的副压缩机构6承担制冷循环中的一部分压缩过程，所以，可以抑制因旁通引起的回收效果降低，可以得到在广泛的运转条件下效率好的涡旋膨胀机。另外，由于摆动涡旋件52、62被推压在副压缩机构6的固定涡旋件61上，并且在膨胀机构5的固定涡旋件51和摆动涡旋件52的涡卷齿51c、52c上安装了端部密封件21，所以，能减少泄漏损失。

另外，由于膨胀机构5和副压缩机构6两侧的涡卷齿51c、52c、61c、62c的外周部都是低压Pl，所以，不需要大直径的外周密封件23，可以减低涡旋膨胀机1A的制造成本。

Claims (6)

1.一种涡旋膨胀机，备有膨胀机构和副压缩机构；上述膨胀机构由摆动涡旋件和第1固定涡旋件构成，使制冷剂膨胀，回收动力；上述副压缩机构由摆动涡旋件和第2固定涡旋件构成，用被上述膨胀机构回收的动力来压缩制冷剂；只在上述膨胀机构或上述副压缩机构的任一方的摆动涡旋件和固定涡旋件的涡卷齿上，安装端部密封件。

2.一种涡旋膨胀机，备有膨胀机构和副压缩机构；上述膨胀机构由摆动涡旋件和第1固定涡旋件构成，使制冷剂膨胀，回收动力；上述副压缩机构由摆动涡旋件和第2固定涡旋件构成，用被上述膨胀机构回收的动力来压缩制冷剂，承担制冷循环中的一部分压缩过程；只在上述膨胀机构或上述副压缩机构的任一方的摆动涡旋件和固定涡旋件的涡卷齿上，安装端部密封件。

3.如权利要求1或2所述的涡旋膨胀机，其特征在于，膨胀机构的涡卷齿的厚度比副压缩机构的涡卷齿的厚度厚。

4.如权利要求1或2所述的涡旋膨胀机，其特征在于，未安装端部密封件的摆动涡旋件的外周部与固定涡旋件的外周部接触。

5.如权利要求1或2所述的涡旋膨胀机，其特征在于，在膨胀机构或压缩机构的任一方的摆动涡旋件的外周部或固定涡旋件的外周部，设有外周密封件。

6.如权利要求1或2所述的涡旋膨胀机，其特征在于，制冷剂是二氧化碳。

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