CN101627181B - 二级旋转式膨胀机、膨胀机一体型压缩机及冷冻循环装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种二级旋转式膨胀机、膨胀机一体型压缩机及冷冻循环装置。膨胀机一体型压缩机(10)具有二级旋转式膨胀机(3)，其中所述二级旋转式膨胀机(3)具有第一工作缸(41)及第二工作缸(42)。在膨胀机构(3)形成有与第一工作缸(41)内的上游侧的工作室相邻的吸入孔(71)和与第二工作缸(42)内的下游侧的工作室相邻的排出孔。在第一工作缸(41)与第二工作缸(42)之间设置有中板(43)。在中板(43)形成有使第一工作缸(41)内的下游侧的工作室与第二工作缸(42)内的上游侧的工作室连通的连通路(43a)。连通路(43a)在吸入过程期间与第一工作缸(41)内的工作室为非连通状态，而在吸入过程结束时刻或之后与第一工作缸(41)内的下游侧的工作室连通。

Description

二级旋转式膨胀机、膨胀机一体型压缩机及冷冻循环装置
技术领域
本发明涉及二级旋转式膨胀机、具有二级旋转式的膨胀机构的膨胀机一体型压缩机及冷冻循环装置。 
背景技术
以往，众所周知有，用膨胀机回收工作流体的膨胀能量，并将回收的能量作为压缩机的输入的一部分等而利用的动力回收式的冷冻循环装置(例如，参照(日本)特开2001-116371号公报)。 
此外，作为膨胀机的一种，众所周知有旋转式膨胀机，其具有工作缸和在工作缸内进行偏心旋转运动的活塞，在这些工作缸与活塞之间形成有伴随活塞的偏心旋转运动而容积变化的工作室。在旋转式膨胀机中，通过活塞的偏心旋转运动，依次进行从吸入孔将工作流体吸入到工作室的吸入过程、在工作室内使工作流体膨胀的膨胀过程、通过排出孔排出工作流体的排出过程。在吸入过程中，在吸入孔与工作室连通的状态下工作室的容积增加。在膨胀过程中，在吸入孔及排出孔与工作室不连通的状态下工作室的容积增加。在排出过程中，在工作室与排出孔连通的状态下工作室的容积减少。 
但是，在只有一个工作缸的所谓单级式的旋转式膨胀机的情况下，活塞在工作缸内旋转一周期间，必须进行上述吸入过程、膨胀过程及排出过程。此时，相对于工作室的工作流体的流入速度在打开吸入孔后随着工作缸内的活塞的旋转而逐渐地增加，但是在吸入过程结束时瞬间为零，急剧下降。因此，在吸入孔中容易产生工作流体的急剧的压力变动即所谓脉动。 
因此，提出有具有两组工作缸及活塞的二级旋转式膨胀机(例如，参照(日本)特开2005-106046号公报)。特开2005-106046号公报公开的二级旋转式膨胀机具备第一工作缸及第二工作缸，且第一工作缸内的下游侧的工作室与第二工作缸内的上游侧的工作室经由连通路连接。并且，工作流体的吸入过程、膨胀过程及排出过程在第一工作缸内、连通路及第二工作缸内的整体进行。根据特开2005-106046号公报的记载，在该二级旋转式膨胀机中，相对于工作室的工作流体的流入速度在打开吸入孔后随着第一工作缸内的活塞的旋转而逐渐增加，然后慢慢地下降，成为零。因此，考虑了能够抑制工作流体的流入速度的急剧的变化，并抑制工作流体的脉动。
但是，本申请的发明者专心研究的结果，发现了即使在该种二级旋转式膨胀机中，在吸入工作流体时，也仍然产生脉动。 
发明内容
本发明鉴于所涉及的点，其目的在于，在二级旋转式膨胀机或者具有二级旋转式的膨胀机构的装置等中，进一步抑制工作流体的吸入时的脉动。 
本发明涉及的二级旋转式膨胀机具有：第一工作缸；第一闭塞部件，其闭塞所述第一工作缸的一端侧；中间闭塞部件，其闭塞所述第一工作缸的另一端侧；第二工作缸，其利用所述中间闭塞部件闭塞一端侧；第二闭塞部件，其闭塞所述第二工作缸的另一端侧；第一活塞，其配置在所述第一工作缸内，并与所述第一闭塞部件及所述中间闭塞部件在所述第一工作缸内划分第一工作室，并在所述第一工作缸内进行偏心旋转运动；第二活塞，其配置在所述第二工作缸内，并与所述中间闭塞部件及所述第二闭塞部件在所述第二工作缸内划分第二工作室，并在所述第二工作缸内进行偏心旋转运动；第一分隔部件，其将所述第一工作室分隔为上游侧第一工作室和下游侧第一工作室；第二分隔部件，其将所述第二工作室分隔为上游侧第二工作室和下游侧第二工作室；吸入孔，其面临所述上游侧第一工作室；连通路，其形成于所述中间闭塞部件，且一端面临所述下游侧第一工作室，而另一端面临所述上游侧第二工作室；排出孔，其面临所述下游侧第二工作室，并且所述连通路的一端设置在比所述第一工作缸的内周面靠内侧的位置，且以使所述吸入孔与所述连通路的一端不相连。 
在从所述连通路的一端被所述第一活塞关闭至所述第一工作缸与所述第一活塞的接点通过所述吸入孔为止的期间，优选所述连通路的一端被 所述第一活塞堵塞。 
此外，所述连通路的一端也可以成为沿所述第一工作缸的内周面的方向延伸的大致椭圆状。 
所述吸入孔也可以形成在所述第一工作缸。 
此外，所述吸入孔也可以形成在所述第一闭塞部件或所述中间闭塞部件。 
此外，所述吸入孔也可以横跨所述第一工作缸及所述第一闭塞部件形成，或者横跨所述第一工作缸及所述中间闭塞部件形成。 
本发明涉及的膨胀机一体型压缩机具有：由所述旋转式膨胀机构成的膨胀机构；压缩工作流体的压缩机构；联结所述膨胀机构与所述压缩机构的旋转轴；收容所述膨胀机构、所述压缩机构及所述旋转轴的密闭容器。 
所述旋转轴也可以具有：第一旋转轴，其安装于所述压缩机构；第二旋转轴，其与所述第一旋转轴结合，并安装于所述膨胀机构。 
本发明涉及的冷冻循环装置具有所述旋转式膨胀机。 
此外，本发明涉及的冷冻循环装置具有所述膨胀机一体型压缩机。 
在所述冷冻循环装置，作为工作流体也可以填充二氧化碳。 
根据本发明，在二级旋转式膨胀机或具有二级旋转式的膨胀机构的装置等中，能够抑制吸入工作流体时的脉动。 
附图说明
图1是实施方式涉及的膨胀机一体型压缩机的纵向剖面图。 
图2是图1的II-II线剖面图。 
图3是图1的III-III线剖面图。 
图4是实施方式一涉及的冷冻循环装置的制冷剂回路图。 
图5A是表示膨胀机一体型压缩机的膨胀机构的动作原理的图。 
图5B是表示膨胀机一体型压缩机的膨胀机构的动作原理的图。 
图5C是表示膨胀机一体型压缩机的膨胀机构的动作原理的图。 
图6A是表示膨胀机一体型压缩机的膨胀机构的动作原理的图。 
图6B是表示膨胀机一体型压缩机的膨胀机构的动作原理的图。 
图6C是表示膨胀机一体型压缩机的膨胀机构的动作原理的图。 
图7A是表示膨胀机一体型压缩机的膨胀机构的动作原理的图。 
图7B是表示膨胀机一体型压缩机的膨胀机构的动作原理的图。 
图8A是实施方式一涉及的膨胀机构的一部分的纵向剖面图。 
图8B是实施方式一涉及的膨胀机构的一部分的横向剖面图。 
图9是表示膨胀机一体型压缩机的膨胀机构中的旋转轴的旋转角与工作室的各行程的关系的图。 
图10是表示膨胀机一体型压缩机的膨胀机构中的旋转轴的旋转角与工作室容积的关系的图。 
图11A是实施方式二涉及的膨胀机构的一部分的纵向剖面图。 
图11B是实施方式二涉及的膨胀机构的一部分的横向剖面图。 
图12A是实施方式三涉及的膨胀机构的一部分的纵向剖面图。 
图12B是实施方式三涉及的膨胀机构的一部分的横向剖面图。 
图13A是说明工作室内的闭塞空间的图。 
图13B是说明工作室内的闭塞空间的图。 
图14是变形例涉及的膨胀机构的一部分的纵向剖面图。 
图15是变形例涉及的膨胀机构的一部分的纵向剖面图。 
图16是变形例涉及的膨胀机构的一部分的纵向剖面图。 
图17是变形例涉及的冷冻循环装置的制冷剂回路图。 
具体实施方式
《各实施方式的概要》 
本申请发明者专心研究的结果，发现了二级旋转式膨胀机中的工作流体的吸入时的脉动主要由以下的原因产生。即，在二级旋转式膨胀机设置有使第一工作缸内的下游侧的工作室与第二工作缸内的上游侧的工作室连通的连通路，且该连通路也作为工作室的一部分起作用。但是，由于连通路由活塞瞬间开闭，因此如果瞬间打开连通路，则工作室的容积阶梯状地增加。由于连通路内的压力由之前进行的膨胀过程降低，因此如果在工作流体的吸入过程中瞬间打开连通路，则工作流体从吸入孔急速地流入工作室。其结果，膨胀机内的工作流体的压力急剧地变化，从而产生脉动。 
因此，在以下说明的各实施方式中，在吸入过程期间关闭连通路，在 吸入过程结束时刻或之后打开连通路。以下，详述本发明的实施方式。此外，在以下的各实施方式中，将工作流体称为制冷剂。 
(实施方式一) 
《膨胀机一体型压缩机的结构》 
如图1所示，本实施方式涉及的膨胀机一体型压缩机10具有：密闭容器11；配置在密闭容器11内的上侧的涡旋式的压缩机构1；配置在密闭容器11内的下侧的二级旋转式的膨胀机构3。在压缩机构1与膨胀机构3之间配置有具备转子6a及定子6b的旋转电动机6。上述压缩机构1、旋转电动机6的转子6a及膨胀机构3通过旋转轴7联结。 
压缩机构1具有：固定涡管21、旋转涡管22、欧氏环23、轴承部件24、消声器25。在密闭容器11连接有吸入管26、排出管27。旋转涡管22与旋转轴7的偏心轴7a嵌合，并由欧氏环23限制自转运动。在旋转涡管22设置有涡旋形状的盖板22a，在固定涡管21也设置有涡旋形状的盖板21a。这些盖板22a与盖板21a通过相互咬合形成横截面为月牙形状的工作室28。 
旋转涡管22的盖板22a与固定涡管21的盖板21a咬合的同时随着旋转轴7的旋转进行旋转运动。其结果，在盖板21a与盖板22a之间形成的月牙形状的工作室28通过从半径方向的外侧向内侧移动的同时缩小容积，从而压缩从吸入管26吸入的制冷剂。受压缩的制冷剂依次经由形成在固定涡管21的中央部的排出孔21b、消声器25的内侧空间25a、以及贯通固定涡管21及轴承部件24的流路29，向密闭容器11的内部空间11a排出。排出到内部空间11a的制冷剂在内部空间11a滞留期间，通过重力或离心力等对混入该制冷剂的润滑用的油进行分离之后，从排出管27排出。 
《膨胀机构的结构》 
膨胀机构3具有：第一工作缸41、具有比第一工作缸41厚的厚度的第二工作缸42、分隔这些工作缸41、42的中板(中间闭塞部件)43。第一工作缸41与第二工作缸42都形成为具有形成圆筒面的内周面的筒状，并以内周面的中心相互一致的方式沿上下配置为一直线状。 
膨胀机构3还具有：圆筒状的第一活塞44、第一叶片(第一分隔部件)46、将第一叶片46向第一活塞44侧施力的第一弹簧48。在第一活塞44 的内部插入有旋转轴7的偏心部7b，第一活塞44随着偏心部7b的旋转而在第一工作缸41的内部进行偏心旋转运动。在第一工作缸41形成有沿半径方向延伸的叶片槽41a(参照图2)。第一叶片46由叶片槽41a保持为往复运动自如。第一叶片46的一侧的端部与第一活塞44相接，而第一叶片46的另一侧的端部与第一弹簧48相接。 
此外，膨胀机构3具有：圆筒状的第二活塞45、第二叶片(第二分隔部件)47、将第二叶片47向第二活塞45侧施力的第二弹簧49。在第二活塞45的内部插入有旋转轴7的偏心部7c，第二活塞45随着偏心部7c的旋转而在第二工作缸42的内部进行偏心旋转运动。在第二工作缸42形成有沿半径方向延伸的叶片槽42a(参照图3)。第二叶片47由叶片槽42a保持为往复自如。第二叶片47的一侧的端部与第二活塞45相接，而第二叶片47的另一侧的端部与第二弹簧49连接。 
膨胀机构3还具有：以夹持第一工作缸41、中板43及第二工作缸42的方式配置的上侧端板(第一闭塞部件)50及下侧端板(第二闭塞部件)51。上侧端板50及中板43从上下夹持第一工作缸41，中板43及下侧端板51从上下夹持第二工作缸42。即，上侧端板50闭塞第一工作缸41的上端侧(一端侧)，中板43闭塞第一工作缸41的下端侧(另一端侧)及第二工作缸42的上端侧(一端侧)，下侧端板51闭塞第二工作缸的下端侧(另一端侧)。并且，通过上侧端板50及中板43以及配置在第一工作缸41内的第一活塞在第一工作缸41内划分第一工作室，通过中板43及下侧端板51以及配置在第二工作缸42内的第二活塞在第二工作缸42内划分第二工作室。此外，上侧端板50及下侧端板51与压缩机构1的轴承部件24作为旋转自如地支承旋转轴7的轴承部件而起作用。膨胀机构3也与压缩机构1同样地具有消声器52。在膨胀机构3连接有吸入管53和排出管58(在图1中未图示，参照图2)。 
如图2所示，在第一工作缸41的内侧且第一活塞44的外侧形成有上游侧第一工作室55a和下游侧第一工作室55b。上述工作室55a、55b通过由第一叶片46分隔所述第一工作室而构成。如图3所示，在第二工作缸42的内侧且第二活塞45的外侧也形成有上游侧第二工作室56a和下游侧第二工作室56b。上述工作室56a、56b通过由第二叶片47分隔所述第二 工作室而构成。由于第二工作缸42比第一工作缸41的厚度(即，上下方向的长度)厚，因此第二工作缸42中的两个工作室56a、56b的合计容积比第一工作缸41中的两个工作室55a、55b的合计容积大。 
如图1所示，在上侧端板50形成有在半径方向向内延伸后向下弯曲的吸入路90。在吸入路90的半径方向外侧端连接有吸入管53。如图2所示，在第一工作缸41的内周面形成有由在半径方向向外凹陷的纵向槽构成的吸入孔71。吸入孔71面向第一工作缸41内的上游侧第一工作室55a而在半径方向向内开口，并面临上游侧第一工作室55a。吸入孔71位于吸入路90的下游端并与吸入路90连接。由此，从吸入管53吸入的制冷剂在流过吸入路90后通过吸入孔71向工作室55a供给。 
如图1所示，在中板43形成有连通路43a。连通路43a的一端(上游侧开口)面临第一工作缸41的下游侧第一工作室55b(参照图2)，连通路43a的另一端(下游侧开口)面临第二工作缸42的上游侧第二工作室56a(参照图3)。由此，第一工作缸41的下游侧第一工作室55b与第二工作缸42的上游侧第二工作室56a通过连通路43a连通。上述下游侧第一工作室55b、连通路43a及上游侧第二工作室56a作为一个工作室起作用。以下，将由下游侧第一工作室55b、连通路43a及上游侧第二工作室56a形成的工作室称为膨胀室。 
本实施方式的膨胀机构3具有保持吸入孔71与连通路43a的一端的不相连状态的构造。详细情况在下面叙述，但是连通路43a的一端设置在比第一工作缸41的内周面靠内侧的位置，并以仅与下游侧第一工作室55b连通的方式通过第一活塞44进行开闭，其中所述下游侧第一工作室55b为与吸入孔71不连通的状态。在本实施方式中，制冷剂的吸入过程、膨胀过程及排出过程通过第一工作缸41内的工作室55a、55b、连通路43a、第二工作缸42内的工作室56a、56b的整体进行，但是在连通路43a中不进行吸入过程，进行膨胀过程的一部分。 
如图3所示，在下侧端板51形成有朝向下游侧第二工作室56b而向上开口并面临下游侧第二工作室56b的排出孔51a。第二工作缸42内的下游侧第二工作室56b通过排出孔51a与消音器52的内部空间52a(参照图1)连通。此外，在第一工作缸41及第二工作缸42形成有贯通这些第一 工作缸41及第二工作缸42的流路57。流路57的下游侧与排出管58连接。通过如此结构，下游侧第二工作室56b内的膨胀后的制冷剂通过排出孔51a暂且排出到内部空间52a，并在经由流路57后，从排出管58排出。 
如图3所示，在设置在下侧端板51的排出孔51a配置有排出阀82a。排出阀82a例如由金属薄板构成，并配置为从消音器52的内部空间52a侧堵塞排出孔51a。排出阀82a是上游侧(第二工作缸42的下游侧第二工作室56b侧)的压力比下游侧(消音器52的内部空间52a侧)的压力高时打开的差压阀。排出阀82a具有防止膨胀机构3中的制冷剂的过膨胀的功能。但是，排出阀82a不是必需，也可以省略排出阀82a。 
如图1所示，在本实施方式中，旋转轴7由压缩机构1侧的旋转轴7f和膨胀机构3侧的旋转轴7g形成。这些旋转轴7f和旋转轴7g在结合部7h处结合。此外，结合部7h的结构未受任何限定，可以优选利用例如花键、锯齿等。 
《冷冻循环装置的结构》 
如图4所示，本实施方式涉及的冷冻循环装置9具有：膨胀机一体型压缩机10、散热器(气体冷却器)2、蒸发器4。冷冻循环装置9具有主制冷剂回路80，该主制冷剂回路80依次环状连接膨胀机一体型压缩机10的压缩机构1、散热器2、膨胀机一体型压缩机10的膨胀机构3、蒸发器4而成。而且，冷冻循环装置9具有旁通路83。旁通路83是将来自散热器2的制冷剂不通过膨胀机构3而向蒸发器4供给的通路。在旁通路83设置有开闭自如的阀93。此外，在阀93中能够优选使用开度调整自如的电磁阀等。 
在冷冻循环装置9中，作为制冷剂填充有二氧化碳。在本实施方式中，制冷剂在制冷剂回路的高压侧(具体来说，从压缩机构1经由散热器2到膨胀机构3的部分)中处于超临界状态。但是，并不是特别限定制冷剂的种类。 
《膨胀机构的动作》 
接下来，参照图5A～图7B说明膨胀机一体型压缩机10的膨胀机构3的动作。在图5A～图7B中表示旋转轴7的旋转角θ每45°的活塞44、45的状态。在此，将第一工作缸41和第一活塞44的接点与第一叶片46 接触的位置作为所谓的上止点(θ＝0°)，将旋转轴7的旋转方向即顺时针方向作为旋转角θ的正方向。膨胀机构3在旋转轴7旋转三周期间进行从吸入过程到排出过程的一个循环。因此，在图5A～图7B中，使用整数n(n＝0，1，2)表示旋转角θ。 
首先，循环从活塞44、45的第一周(n＝0)的θ＝0°开始，如果在θ＝10°(未图示)时第一工作缸41与第一活塞44的接点通过吸入孔71的圆周方向的一端71a(参照图8B)，则上游侧第一工作室55a与吸入孔71连通而开始吸入过程。如图8B所示，如果活塞44、45进一步旋转，变为θ＝30°，则第一工作缸41与第一活塞44的接点通过吸入孔71的圆周方向的另一端71b，吸入孔71成为全开状态。 
这样，由于吸入孔71具有圆周方向的长度，因此严格来说，随着活塞44的旋转而逐渐打开。但是，由于活塞44在高速下旋转，因此事实上吸入孔71瞬间打开。以下为了简化说明，只要没有特别否定，第一工作缸41与第一活塞44的接点通过吸入孔71的圆周方向的中央(θ＝20°)时，吸入孔71瞬间地从闭状态变化为开状态。关于连通路43a及排出孔51a也相同。 
在吸入过程开始后，旋转角θ随着活塞44、45的旋转而增大，上游侧第一工作室55a的容积随着旋转角θ的增加而增加。不久之后，如果第一工作缸41与第一活塞44的接点超过第二周(n＝1)开始的θ＝360°，则上游侧第一工作室55a变化为下游侧第一工作室55b。 
如果旋转轴7进一步旋转，当θ＝380°(正确为θ＝390°)时，第一工作缸41与第一活塞44的接点通过吸入孔71，下游侧第一工作室55b与吸入孔71的连通断开。此刻吸入过程结束，膨胀过程开始。 
这样，在本实施方式中，吸入孔71形成在θ＝20°的位置，活塞44的旋转方向上的吸入孔71与第一叶片46的位置仅偏离少许。因此，即使在上游侧第一工作室55a变化为下游侧第一工作室55b之后，在关闭吸入孔71之前，吸入过程继续。即，将作为分隔部件的第一叶片46作为边界来限定上游侧的工作室55a与下游侧的工作室55b时，虽然为稍许期间，但是存在有将制冷剂吸入下游侧的工作室55b的期间。因此，在本说明书中，上游侧的工作室55a与下游侧的工作室55b中，与吸入孔71连通的工作 室称为“吸入侧第一工作室”，与吸入孔71不连通的工作室称为“排出侧第一工作室”。此外，若活塞44的旋转方向中的第一叶片46与吸入孔71的位置相同，则上游侧第一工作室55a与吸入侧第一工作室一致，下游侧第一工作室55b与排出侧第一工作室一致。 
如上所述，在本实施方式中，连通路43a的一端设置在比第一工作缸41的内周面靠内侧的位置，并以仅与下游侧第一工作室55b连通的方式通过第一活塞44进行开闭，其中所述下游侧第一工作室55b为与吸入孔71不连通的状态。具体来说，连通路43a的一端为沿第一工作缸41的内周面延伸的大致椭圆状。并且，连通路43a的一端例如在旋转轴7的旋转角θ超过30°后开始慢慢地打开，并在旋转角θ成为120°时完全地打开。而且，连通路43a的一端例如在旋转轴7的旋转角θ超过210°后逐渐地关闭，并在旋转角θ成为330°时完全地关闭。换言之，连通路43a的一端在从第一工作缸41与第一活塞44的接点接近该一端时开始至通过吸入孔71为止的期间成为堵塞状态。因此，连通路43a的一端不仅与上游侧第一工作室55a而且与吸入孔71为连通状态的下游侧第一工作室55b也不连通，并保持吸入孔71与连通路43a的一端的不连接状态。 
此外，连通路43a的一端开闭的角度并不局限于上述的角度。即连通路43a的一端也可以形成在如下的位置，即，连通路43a的一端在吸入过程期间与吸入孔71所连通的上游侧第一工作室55a或下游侧第一工作室55b成为非连通状态，在吸入孔71与下游侧第一工作室55b的连通被断开的吸入过程结束时刻或之后，与下游侧第一工作室55b连通。 
第一工作缸41与第一活塞44的接点通过吸入孔71的瞬间或之后，如果连通路43a与下游侧第一工作室55b连通，则下游侧第一工作室55b经由连通路43a与第二工作缸42的上游侧第二工作室56a连通，从而形成一个工作室(＝膨胀室)。 
如果旋转轴7进一步旋转，则下游侧第一工作室55b的容积减少，但是如上所述，由于第二工作缸42比第一工作缸41的厚度(上下方向的长度)厚，因此上游侧第二工作室56a的容积以其以上的比例增加。其结果，膨胀室(＝下游侧第一工作室55b+连通路43a+上游侧第二工作室56a)的容积增加，制冷剂膨胀。 
如果旋转轴7进一步旋转，并达到θ＝700°(未图示)，则第二工作缸42与第二活塞45的接点通过排出孔51a，膨胀室(详细来说，工作室56a)与排出孔51a连通。此刻，膨胀过程结束，排出过程开始。 
当第三周(n＝2)的开始的θ＝720°时，第一工作缸41的下游侧第一工作室55b消失，第二工作缸42的上游侧第二工作室56a变化为下游侧第二工作室56b，进而，随着旋转轴7旋转，下游侧第二工作室56b的容积减少，从排出孔51a排出制冷剂。此后，当θ＝1080°时，下游侧第二工作室56b消失，排出过程结束。 
《旋转角与工作室容积的关系》 
图9表示旋转轴7的旋转角θ与各过程的关系。图10表示旋转轴7的旋转角θ与工作室容积的关系。如图10所示，在吸入过程中，工作室容积正弦波曲线状连续地增加。另一方面，由于吸入过程结束且下游侧第一工作室55b与连通路43a连通，且连通路43a也成为工作室的一部分，因此在吸入过程结束后，工作室容积马上阶梯状地增加(V1→V2)。即，工作室容积非连续性地增加连通路43a的容积ΔV的量。此后，工作室56a增加的同时，工作室容积再次连续性地增加。并且，在排出过程中，在解除连通路43a与上游侧第二工作室56a的连通状态时(例如，θ＝740°)，工作室容积阶梯状地减少连通路43a的容积ΔV的量(V4→V3)，此后工作室容积正弦波曲线状地减少。 
《本实施方式的效果》 
如上所述，根据本实施方式，在具有第一工作缸41和第二工作缸42的二级旋转式的膨胀机构3中，使第一工作缸41的下游侧第一工作室55b与第二工作缸42的上游侧第二工作室56a连通的连通路43a成为在吸入过程期间不与吸入孔71所连通的上游侧第一工作室55a或下游侧第一工作室55b连通，而在吸入过程结束时刻或之后与下游侧第一工作室55b连通。因此，能够避免吸入过程中工作室容积阶梯状地增加。因此，能够防止吸入动作不连续的情况，并能够抑制制冷剂流动的急剧的紊乱。其结果，能够抑制吸入时的制冷剂的脉动。 
在此，连通路43a的一端例如也可以成为圆形。但是，如果与本实施方式相同地，连通路43a的一端成为沿第一工作缸41的内周面的方向延 伸的大致椭圆状，则能够减少在通过第一活塞完全地关闭连通路43a之后马上产生的闭塞空间，因此能够防止在闭塞空间的制冷剂的压缩损失或伴随与此的叶片跳跃。 
在本实施方式涉及的膨胀机一体型压缩机10中，安装于压缩机构1的第一旋转轴7f与安装于膨胀机构3的第二旋转轴7g排列成直线状并相互结合。因此，在结合部7h，在第一旋转轴7f与第二旋转轴7g之间存在产生一些松动的情况。因此，如果吸入时产生制冷剂的脉动，则有在第二旋转轴7g产生转距变动且给第一旋转轴7f甚至压缩机构1带来坏影响的担心。例如，有在结合部7h中产生一些冲击且旋转轴7的动作不稳定的担心。但是，根据本实施方式，由于抑制吸入时的制冷剂的脉动，因此能够使旋转轴7的动作稳定化。因此，能够使膨胀机构3及压缩机构1的动作稳定化，并能够提高它们的可靠性。 
此外，与本实施方式相同地，通过由压缩机构1侧的第一旋转轴7f与膨胀机构3侧的第二旋转轴7g形成旋转轴7，使压缩机构1及膨胀机构3对密闭容器11的组装变得容易。 
此外，在本实施方式中，膨胀机构3的吸入孔71由第一工作缸41的内周面的纵向槽形成。即，吸入孔71形成在第一工作缸41。因此，能够增大吸入孔71的开口面积。即，在吸入孔71形成在第一工作缸41时，能够使吸入孔71的上下方向长度延伸到与第一工作缸41的上下方向长度大致相等的长度为止。因此，可以增大吸入孔71的开口面积。因此，能够减少吸入时的制冷剂的压力损失。 
在本实施方式中，作为制冷剂使用二氧化碳。如果作为制冷剂使用二氧化碳，则增大冷冻循环中的高压侧压力与低压侧压力的差。因此，使膨胀机构3中的动力回收的效果更显著。而且，如果冷冻循环中的高压侧压力与低压侧压力的差大，则吸入时的制冷剂脉动的影响变大。因此，能够更显著地发挥所谓抑制脉动的本实施方式的效果。 
(实施方式二) 
实施方式二是在实施方式一中对膨胀机构3的吸入孔71施加变更的方式。除吸入孔71之外与实施方式1相同，因此省略这些说明。 
如图11A及图11B所示，在实施方式二中，膨胀机构3的吸入孔71 形成在上侧端板50。即，在实施方式二中，形成在上侧端板50的吸入路90的下游端面临第一工作缸41内的工作室，该吸入路90的下游端(图11A中的下端)成为吸入孔71。吸入孔71朝向第一工作缸41内的工作室并向下开口。 
在本实施方式中，连通路43a在吸入过程期间成为与吸入孔71所连通的上游侧第一工作室55a或下游侧第一工作室55b为非连通状态，在吸入过程结束时刻或之后与下游侧第一工作室55b连通。因此，能够得到与实施方式一大致相同的效果。 
但是，如图13A所示，如果吸入孔71形成在第一工作缸41，则关闭吸入孔71时的旋转角θ增大，因此，需要将连通路43a的一端形成在从第一工作缸41的内周面沿半径方向内侧离开的位置。其结果，关闭连通路43a的一端时残留在下游侧第一工作室55b的空间，即闭塞空间Ds增大。该闭塞空间Ds成为所谓死区容积，成为降低膨胀机构3的效率的主要原因。与此相对，在本实施方式中，由于吸入孔71形成在上侧端板50，因此在旋转轴7的旋转角θ处于360°(上止点)或其附近时，能够关闭连通路43a的一端(参照图11B)。而且，在上止点或其附近，能够打开吸入孔71。因此，能够缩小或削减闭塞空间。其结果，能够提高膨胀机构3的效率。而且，能够更圆滑地吸入制冷剂，并将旋转轴7的转距变动抑制为较小。 
此外，本实施方式时，如果使吸入孔71的位置从图11B所示的位置更靠近半径方向内侧，则即使将连通路43a的一端设置在与第一工作缸41的内周面相接的位置，也能够保持吸入孔71与连通路43a的一端不连接的状态。 
(实施方式三) 
实施方式三也是在实施方式一中对膨胀机构3的吸入孔71进行变更的方式。由于除吸入孔71之外与实施方式一相同，因此省略这些说明。 
如图12A及图12B所示，在实施方式三中，膨胀机构3的吸入孔71横跨第一工作缸41及上侧端板50形成。即，在实施方式三中，吸入孔71由形成在第一工作缸41的内周面的纵向槽构成的孔71d和形成在上侧端板50的孔71c形成。孔71d朝向第一工作缸41内的工作室而在半径方向 向内开口，孔71c朝向第一工作缸41内的工作室而向下开口。 
在本实施方式中，连通路43a也形成为，在吸入过程期间与工作室55a、55b为非连通状态，在吸入过程结束时刻或之后与工作室55b连通。因此，能够得到与实施方式一大致相同的效果。 
此外，在本实施方式中，吸入孔71的一部分形成在第一工作缸41，而吸入孔71的其它部分形成在上侧端板50。因此，能够增大吸入孔71的开口面积，并且能够将闭塞空间Ds′(参照图13B)抑制为较小。因此，能够同时实现吸入制冷剂的压力损失的减少和膨胀机构3的效率提高。 
《其它的变形例》 
在所述各实施方式中，吸入路90形成在上侧端板50。但是，如图14所示，在实施方式一中，吸入路90也可以形成在中板43。而且，如图15所示，在实施方式二中，吸入路90也可以形成在中板43。此时，吸入孔71形成在中板43并面向第一工作缸41内的工作室而向上开口。而且，如图16所示，在实施方式三中，吸入路90也可以形成在中板43。此时，吸入孔71横跨第一工作缸41及中板43形成。 
在所述各实施方式中，旋转式膨胀机是被装入膨胀机一体型压缩机10的膨胀机构3。旋转式膨胀机经由旋转轴7与压缩机构1联结。但是，本发明涉及的旋转式膨胀机可以从压缩机分离，也可以不与压缩机联结。例如，如图17所示，冷冻循环装置9也可以具有：分离型的压缩机61、分离型的旋转式膨胀机63。此外，旋转式膨胀机63的膨胀机构与所述实施方式的膨胀机构3相同。虽然该冷冻循环装置9具有与实施方式一涉及的冷冻循环装置9大致相同的结构，但取代膨胀机一体型压缩机10而具有：相互分离的压缩机61与膨胀机63；经由旋转轴7d与压缩机61连接的旋转电动机66；以及经由旋转轴7e与膨胀机63连接的发电机67。压缩机61由旋转电动机66驱动，在膨胀机63中通过发电机67将制冷剂的膨胀能量变换为电能量。该电能量利用于旋转电动机66的输入的一部分。 
工业上的可利用性 
如上所述，本发明关于二级旋转式膨胀机、膨胀机一体型压缩机及冷冻循环装置有用。 

Claims (11)

1.一种二级旋转式膨胀机，其中，具有：
第一工作缸；
第一闭塞部件，其闭塞所述第一工作缸的一端侧；
中间闭塞部件，其闭塞所述第一工作缸的另一端侧；
第二工作缸，其利用所述中间闭塞部件闭塞一端侧；
第二闭塞部件，其闭塞所述第二工作缸的另一端侧；
第一活塞，其配置在所述第一工作缸内，并与所述第一闭塞部件及所述中间闭塞部件在所述第一工作缸内划分第一工作室，并在所述第一工作缸内进行偏心旋转运动；
第二活塞，其配置在所述第二工作缸内，并与所述中间闭塞部件及所述第二闭塞部件在所述第二工作缸内划分第二工作室，并在所述第二工作缸内进行偏心旋转运动；
第一分隔部件，其将所述第一工作室分隔为上游侧第一工作室和下游侧第一工作室；
第二分隔部件，其将所述第二工作室分隔为上游侧第二工作室和下游侧第二工作室；
吸入孔，其面临所述上游侧第一工作室；
连通路，其形成于所述中间闭塞部件，且一端面临所述下游侧第一工作室，而另一端面临所述上游侧第二工作室；
排出孔，其面临所述下游侧第二工作室，并且
所述连通路的一端设置在比所述第一工作缸的内周面靠内侧的位置，且以使所述吸入孔与所述连通路的一端不相连。
2.根据权利要求1所述的二级旋转式膨胀机，其中，
在从所述连通路的一端被所述第一活塞关闭至所述第一工作缸与所述第一活塞的接点通过所述吸入孔为止的期间，所述连通路的一端被所述第一活塞堵塞。
3.根据权利要求2所述的二级旋转式膨胀机，其中，
所述连通路的一端为沿所述第一工作缸的内周面的方向延伸的椭圆状。
4.根据权利要求1所述的二级旋转式膨胀机，其中，
所述吸入孔形成在所述第一工作缸。
5.根据权利要求1所述的二级旋转式膨胀机，其中，
所述吸入孔形成在所述第一闭塞部件或所述中间闭塞部件。
6.根据权利要求1所述的二级旋转式膨胀机，其中，
所述吸入孔横跨所述第一工作缸及所述第一闭塞部件形成，或者横跨所述第一工作缸及所述中间闭塞部件形成。
7.一种膨胀机一体型压缩机，其中，具有：
由权利要求1所述的二级旋转式膨胀机构成的膨胀机构；
压缩工作流体的压缩机构；
联结所述膨胀机构与所述压缩机构的旋转轴；
收容所述膨胀机构、所述压缩机构及所述旋转轴的密闭容器。
8.根据权利要求7所述的膨胀机一体型压缩机，其中，
所述旋转轴具有：第一旋转轴，其安装于所述压缩机构；第二旋转轴，其与所述第一旋转轴结合，并安装于所述膨胀机构。
9.一种冷冻循环装置，
具有权利要求1所述的二级旋转式膨胀机。
10.一种冷冻循环装置，
具有权利要求7所述的膨胀机一体型压缩机。
11.根据权利要求9所述的冷冻循环装置，其中，
作为工作流体填充有二氧化碳。
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