CN102037216A - 二级回转式膨胀机、膨胀机一体型压缩机及制冷循环装置 - Google Patents

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Abstract

膨胀机一体型压缩机(100)具有用于压缩工作流体的压缩机构(2)、用于使工作流体膨胀的膨胀机构(3)、将压缩机构(2)与膨胀机构(3)连结的轴(5)。膨胀机构(3)具有可变叶片机构(60)。在轴(5)旋转一周期间中第一叶片(48)与第一活塞(46)相接的期间为P1、第一叶片(48)从第一活塞(46)离开的期间为P2时，可变叶片机构(60)控制第一叶片(48)的动作，以能够调节期间P2相对于期间P1的比率即P2/P1。

Description

二级回转式膨胀机、膨胀机一体型压缩机及制冷循环装置
技术领域
本发明涉及二级回转式膨胀机、膨胀机一体型压缩机及制冷循环装置。
背景技术
目前提出有通过膨胀机来回收工作流体的膨胀能量，并将该回收的能量作为压缩机的工作的一部分来利用的制冷循环装置。作为这样的制冷循环装置，已知有使用了膨胀机一体型压缩机的制冷循环装置(参照专利文献1)。
图28中示出使用了膨胀机一体型压缩机的现有的制冷循环装置。该制冷循环装置具有压缩机201(压缩机构)、散热器202、膨胀机203(膨胀机构)及蒸发器204。上述的设备通过配管相互连接从而构成主回路208。压缩机201与膨胀机203通过轴207连结。在压缩机201与膨胀机203之间设置有驱动轴207旋转的电动机206。由压缩机201、膨胀机203、轴207及电动机206构成膨胀机一体型压缩机。
该制冷循环装置还具备以与膨胀机203并列的方式连接于主回路208的副回路209。副回路209在散热器202的出口与膨胀机203的入口之间从主回路208分支，在膨胀机203的出口与蒸发器204的入口之间与主回路208合流。在主回路208中流动的工作流体通过容积式的膨胀机203膨胀。在副回路209中流动的工作流体通过膨胀阀205膨胀。
工作流体被压缩机201压缩。压缩后的工作流体输送到散热器202，在散热器202中被冷却。并且，在膨胀机203或膨胀阀205中膨胀后，由蒸发器204加热。膨胀机203将工作流体的膨胀能量回收而转换成轴207的旋转能量。该旋转能量作为驱动压缩机201的工作的一部分来利用。其结果是电动机206的消耗电力降低。
说明膨胀阀205全闭时的制冷循环装置的动作。
首先，使压缩机201的吸入容积为Vcs，膨胀机203的吸入容积为Ves，轴207的转速为N。此时，在压缩机201的入口的工作流体的体积流量由(Vcs×N)表示。在膨胀机203的入口的工作流体的体积流量由(Ves×N)表示。由于副回路209的工作流体的质量流量为零，因此压缩机201中的质量流量与膨胀机203中的质量流量相等。若该质量流量为G，则在压缩机201的入口的工作流体的密度由{G/(Vcs×N)}表示。在膨胀机203的入口的工作流体的密度由{G/(Ves×N)}表示。根据上述的式子，在压缩机201的入口的工作流体的密度与膨胀机203的入口的工作流体的密度的比由{G/(Vcs×N)}/{G/(Ves×N)}表示。即，无论轴207的转速如何，密度比恒定为(Ves/Vcs)(密度比一定的制约)。
图29中表示CO2制冷循环的莫里尔图。压缩机201中的压缩过程相当于AB，散热器202中的散热过程相当于BC，膨胀机203中的膨胀过程相当于CD，蒸发机204中的蒸发过程相当于DA。压缩机201的入口(点A)处的工作流体的密度与膨胀机203的入口(点C)处的工作流体的密度的比为(Ves/Vcs)。若点A处的密度为ρ0，则点C处的密度ρc为(Vcs/Ves)ρ0。在压缩机201的入口(点A)处的工作流体的密度ρ0一定时，膨胀机203的入口(点C)处的工作流体的状态沿着始终满足ρc＝(Vcs/Ves)ρ0的关系的线变化。即，无法自由控制点C处的工作流体的温度及压力。在制冷循环中，存在在某一热源温度(例如外气温)下制冷系数(coefficient of performance：COP)为最大的最适高压。因此，若无法自由控制温度和压力，则难以高效地运转制冷循环装置。
提出有多个用于避免密度比一定的制约的方法。例如，在图28所示的制冷循环装置中，通过打开膨胀阀205，并使工作流体的一部分在副回路209中流动，能够避免密度比一定的制约。但是，在该方法中，无法回收在副回路209中流动的工作流体的膨胀能量，存在COP的改善效果变小的问题。
另外，在专利文献2中，公开了设置有能够与膨胀室连通的辅助室的膨胀机。根据该膨胀机，通过增减辅助室的容积，能够增减膨胀室的容积。通过增减膨胀室的容积，膨胀机的吸入容积Ves变化。由此，能够避免密度比一定的制约。但是，在该膨胀机中，存在在辅助室中残留工作流体的问题、用于增减辅助室的容积的活塞的密封的问题。
专利文献1：日本特开2001-116371号公报
专利文献2：日本特开2006-46257号公报
发明内容
本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种能够避免密度比一定的制约且能够进行有效的动力回收的二级回转式膨胀机。本发明的目的还在于提供一种使用了该二级回转式膨胀机的膨胀机一体型压缩机。本发明的目的还在于提供一种使用了该膨胀机一体型压缩机的制冷循环装置。
即，本发明提供一种二级回转式膨胀机，其中，具有：
第一工作缸；
第一活塞，其能够旋转地配置在所述第一工作缸内；
第二工作缸，其相对于所述第一工作缸配置为同心状；
第二活塞，其能够旋转地配置在所述第二工作缸内；
轴，其上安装有所述第一活塞及所述第二活塞；
第一叶片，其能够滑动地设置在形成于所述第一工作缸上的第一叶片槽中，并将所述第一工作缸与所述第一活塞之间的空间分隔为第一吸入空间和第一喷出空间；
第二叶片，其能够滑动地设置在形成于所述第二工作缸上的第二叶片槽中，并将所述第二工作缸与所述第二活塞之间的空间分隔为第二吸入空间和第二喷出空间；
中板，其具有贯通孔且将所述第一工作缸与所述第二工作缸分隔，所述贯通孔用于通过将所述第一喷出空间与所述第二吸入空间连通而形成一个膨胀室；
可变叶片机构，其用于控制所述第一叶片的动作，以使在所述轴旋转一周期间所述第一叶片与所述第一活塞相接的期间为P1、所述第一叶片从所述第一活塞离开的期间为P2时，能够调节所述期间P2相对于所述期间P1的比率(P2/P1)。
本发明的另一侧面在于提供一种膨胀机一体型压缩机，其中，包括：
用于压缩工作流体的压缩机构；
用于使工作流体膨胀的膨胀机构；
将所述压缩机构与所述膨胀机构连结的轴，
所述膨胀机构由上述本发明的二级回转式膨胀机构成。
本发明的又一侧面在于提供一种一种制冷循环装置，其中，具有：
上述本发明的膨胀机一体型压缩机；
用于将由所述膨胀机一体型压缩机的所述压缩机构压缩的工作流体冷却的散热器；
用于使由所述膨胀机一体型压缩机的所述膨胀机构膨胀的工作流体蒸发的蒸发器。
发明效果
本发明的二级回转式膨胀机具有用于控制第一叶片的动作的可变叶片机构。通过可变叶片机构的动作，在轴旋转一周期间的一部分的期间P2，第一叶片从第一活塞离开，工作流体能够从第一吸入空间直接流入第一喷出空间。在通过控制第一叶片的动作而改变比率(P2/P1)时，膨胀机的吸入容积(体积流量)也变化。即，能够避免密度比一定的制约。此外，由于能够从工作流体的全量进行动力回收，因此，能够实现良好的动力回收效率。
在此，期间P2的最小值也可以为零。在期间P2为零时，第一叶片与第一活塞始终接触，二级回转式膨胀机的吸入容积变为最小。即，可变叶片机构控制第一叶片的动作，以使
(a)能够相互切换第一叶片始终与第一活塞相接的第一模式、第一叶片与第一活塞相接的期间P1及第一叶片从第一活塞离开的期间P2包含于轴旋转一周的期间的第二模式；
(b)能够调节第一叶片与第一活塞相接的期间P1与第一叶片从第一活塞离开的期间P2包含于轴旋转一周的期间，且期间P2相对于期间P1的比率(P2/P1)。
本发明的二级回转式膨胀机能够适宜作为难以分别控制压缩机构的转速和膨胀机构的转速的膨胀机一体型压缩机的膨胀机构使用。根据使用了这样的膨胀机一体型压缩机的制冷循环装置，通过适当地控制可变叶片机构，能够进行有效的动力回收，因此能够实现高的COP。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式所涉及的制冷循环装置的结构图。
图2是图1所示的膨胀机一体型压缩机的纵截面图。
图3A是图2所示的膨胀机一体型压缩机的D1-D1横截面图。
图3B是图2所示的膨胀机一体型压缩机的D2-D2横截面图。
图4A是表示吸入容积最小时的可变叶片机构的、图3A的局部放大图。
图4B是表示与图4A相比吸入容积更大时的可变叶片机构的、图3A的局部放大图。
图5是吸入容积最小时的膨胀机构的动作原理图。
图6是与图5相比吸入容积更大时的膨胀机构的动作原理图。
图7A是表示第一叶片的前端的位置的、与图5对应的图表。
图7B是表示第一叶片的前端的位置的、与图6对应的图表。
图8是本发明的第二实施方式所涉及的制冷循环装置的结构图。
图9是本发明的第三实施方式所涉及的制冷循环装置的结构图。
图10A是表示使用了电动致动器的可变叶片机构的局部放大图。
图10B是表示与图10A相比吸入容积更大时的可变叶片机构的局部放大图。
图11是本发明的第四实施方式所涉及的制冷循环装置的结构图。
图12是图11所示的膨胀机一体型压缩机的纵截面图。
图13A是图12所示的膨胀机一体型压缩机的D3-D3横截面图。
图13B是图12所示的膨胀机一体型压缩机的D4-D4横截面图。
图14A是表示困油容积(閉じ込め容積)最小时的可变叶片机构的、图13A的局部放大图。
图14B是表示与图14A相比困油容积更大时的可变叶片机构的、图13A的局部放大图。
图15是困油容积最小时的膨胀机构的动作原理图。
图16是与图15相比困油容积更大时的膨胀机构的动作原理图。
图17A是表示相对于轴的旋转角度的、第一叶片的前端的位置的图表。
图17B是表示相对于轴的旋转角度的、工作流体的压力的图表。
图17C是表示相对于轴的旋转角度的、工作室的容积的图表。
图18是表示第四实施方式的可变叶片机构的变形例的横截面图。
图19是本发明的第五实施方式所涉及的制冷循环装置的结构图。
图20是表示通过电磁力进行第一叶片的制动的可变叶片机构的局部放大图。
图21是表示通过电磁力进行第一叶片的制动的可变叶片机构的另一例的局部放大图。
图22是通过施加载荷进行第一叶片的制动的可变叶片机构的局部放大图。
图23是表示通过施加载荷进行第一叶片的制动的可变叶片机构的另一例的局部放大图。
图24是表示电动致动器的控制方法的图。
图25是表示电动致动器的控制方法的时刻图。
图26是本发明的第六实施方式所涉及的制冷循环装置的结构图。
图27是表示发电机效率与转速的关系的图表。
图28是使用了膨胀机一体型压缩机的现有的制冷循环装置的结构图。
图29是CO2制冷循环的莫里尔图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的多个实施方式。
(第一实施方式)
如图1所示，本实施方式的制冷循环装置200A具备：压缩机构2、散热器101、膨胀机构3、蒸发器102及通过将上述的设备彼此连接而形成制冷剂回路的多个配管103a～103d。压缩机构2及膨胀机构3通过轴5连结，构成膨胀机一体型压缩机100。制冷循环装置200A的基本动作如现有技术部分说明那样。
在膨胀机一体型压缩机100的膨胀机构3上设置有可变叶片机构60。可变叶片机构60具有在轴5旋转一周期间使吸入到膨胀机构3中的工作流体的体积(体积流量)、换言之即膨胀机构3的吸入容积变化的功能。通过根据制冷循环装置200A的运转状況使膨胀机构3的体积流量变化，能够避免密度比一定的制约。
在本实施方式中，作为膨胀机构3的体积流量变化的方法，采用向膨胀室注入高压的工作流体的方法。即，可变叶片机构60为向膨胀室注入工作流体的机构。
制冷循环装置200A还具备用于驱动可变叶片机构60的致动器的压力供给回路110。在本实施方式中，需要注意的是，该压力供给回路110并不是用于注入膨胀室的工作流体的供给回路。压力供给回路110包括节流阀104、配管105及微细通路106。通过压力供给回路110调节成限定压力的工作流体供给到可变叶片机构60。
配管105具有与制冷剂回路中的散热器101与膨胀机构3之间的部分(配管103b)连接的一端、与膨胀机构3的可变叶片机构60连接的另一端。节流阀104为能够调节开度的阀(例如电动膨胀阀)，设置在配管105上。通过微细通路106将配管105中的节流阀104与可变叶片机构60之间的部分、与制冷剂回路中的从膨胀机构3的出口到蒸发器102的入口的部分(配管103c)连接。微细通路106的具体例为毛细管。
如图2所示，膨胀机一体型压缩机100具备密闭容器1、压缩机构2、膨胀机构3、电动机4及轴5。压缩机构2配置在密闭容器1内的上侧。膨胀机构3配置在密闭容器1内的下侧。在压缩机构2与膨胀机构3之间配置电动机4。压缩机构2、电动机4及膨胀机构3以能够进行动力传递的方式通过轴5彼此连结。
通过电动机4驱动轴5，压缩机构2进行动作。膨胀机构3从膨胀的工作流体回收动力并施加到轴5，辅助基于电动机4的轴5的驱动。工作流体的具体例为二氧化碳、氢氟烃等的制冷剂。
在本实施方式中，以使轴5的轴向与垂直方向一致的方式来确定压缩机构2、电动机4及膨胀机构3的配置。其中，压缩机构2与膨胀机构3的位置关系也可以与本实施方式相反。即，压缩机构2配置在密闭容器1内的下侧，膨胀机构3配置在密闭容器1内的上侧。
密闭容器1具有用于收容各构成要素的内部空间24。密闭容器1的内部空间24充满由压缩机构2压缩的工作流体。密闭容器1的底部用作储油部25。油用于确保在压缩机构2及膨胀机构3的各滑动部分的润滑性和密封性。储油部25的油量以油面位于比电动机4靠下的位置的方式限定。由此，能够防止电动机4的转子搅拌油而引起的电动机效率的下降和向制冷剂回路的油喷出量的增大。
涡旋式的压缩机构2具备回旋涡盘7、固定涡盘8、欧式环11、轴承构件10、消声器16、吸入管13、喷出管15及针簧片阀19。轴承构件10通过焊接或热装等方法固定于密闭容器1，并支承轴5。固定涡盘8通过螺栓等的紧固构件固定于轴承构件10。回旋涡盘7在固定涡盘8与轴承构件10之间嵌合于轴5的偏心轴5a，且被欧式环11限制为不会自转。
回旋涡盘7在旋涡形状的卷板7a与固定涡盘8的卷板8a啮合的状态下伴随轴5的旋转而进行回旋运动。在卷板7a与卷板8a之间形成的月牙形状的工作室12从外侧向内侧移动的同时容积缩小，由此，从吸入管13吸入的工作流体被压缩。压缩后的工作流体压开针簧片阀19而从在固定涡盘8的中央部形成的喷出孔8b向消声器16的内部空间16a喷出。工作流体进而经由贯通固定涡盘8及轴承构件10的流路17向密闭容器1的内部空间24喷出。其后，工作流体通过喷出管15向散热器101输送。
在此需要说明的是，压缩机构2也可以由其他的容积式压缩机构(例如回转式压缩机构)构成。
电动机4包括固定于密闭容器1的定子21和固定于轴5的转子22。通过在密闭容器1的上部设置的终端设备107从电源108向电动机4供给电力(参照图1)。
轴5可以制成为单一的部件，也可以通过将多个部件组合(连结)而制成。若轴5由多个部件的组合形成，则装配、尤其是压缩机构2与膨胀机构3的调心容易进行。
膨胀机构3具有多级回转式膨胀机的结构。具体来说，膨胀机构3具备第一工作缸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与第二工作缸44配置为彼此呈同心状。如图3A及图3B所示，膨胀机构3还具有：第一活塞46(第一辊)、第一叶片48、第一弹簧50、第二活塞47(第二辊)、第二叶片49及第二弹簧51。在第一工作缸42中内置有可变叶片机构60。
如图3A所示，第一活塞46嵌合于轴5的偏心部5c，在第一工作缸42中进行偏心旋转。第一叶片48设置为在第一工作缸42上形成的第一叶片槽42a中能够滑动。第一叶片48的一端(前端)与第一活塞46相接。第一弹簧50与第一叶片48的另一端(后端)相接，将第一叶片48向第一活塞46按压。
如图3B所示，第二活塞47嵌合于轴5的偏心部5d，在第二工作缸44中进行偏心旋转。第二叶片49设置为在第二工作缸44上形成的第二叶片槽44a中能够滑动。第二叶片49的一端与第二活塞47相接。第二弹簧51与第二叶片49的另一端相接，将第二叶片49向第二活塞47按压。
如图2所示，膨胀机构3还具有下轴承构件41及上轴承构件45。上轴承构件45没有间隙地嵌合于密闭容器1。工作缸、中板等构件经由上轴承构件45固定于密闭容器1。下轴承构件41及中板43分别从上下闭塞第一工作缸42。中板43及上轴承构件45分别从上下闭塞第二工作缸44。由此，在第一工作缸42及第二工作缸44内分别形成有工作室。在下轴承构件41上形成有用于将工作流体吸入第一工作缸42的工作室的吸入口42p。在上轴承构件45上形成有用于使工作流体从第二工作缸44的工作室喷出的喷出口45q。
如图3A所示，在第一工作缸42的内侧形成有吸入侧的工作室55a及喷出侧的工作室55b。工作室55a与工作室55b通过第一活塞46及第一叶片48划分。如图3B所示，在第二工作缸44的内侧形成有吸入侧的工作室56a及喷出侧的工作室56b。工作室56a与工作室56b通过第二活塞47及第二叶片49划分。以下，工作室55a、55b、56a、56b还分别称为第一吸入空间55a、第一喷出空间55b、第二吸入空间56a及第二喷出空间56b。
第二工作缸44中的工作室56a及工作室56b的合计容积大于第一工作缸42中的工作室55a及工作室55b的合计容积。第一工作缸42的喷出侧的工作室55b与第二工作缸44的吸入侧的工作室56a经由在中板43上形成的贯通孔43a连通。由此，工作室55b及工作室56a作为单一的膨胀室发挥功能。
此外，在本实施方式中，为了使工作室56a及工作室56b的合计容积大于工作室55a及工作室55b的合计容积，使第一工作缸42的厚度与第二工作缸44的厚度不同。但是，也可以采用使工作缸的内径或活塞的外径不同的结构。另外，第二活塞47及第二叶片49可以为将两者一体化的、所谓的摆动活塞。
如图2所示，膨胀机构3还具有用于将膨胀前的工作流体从密闭容器1的外部直接吸入的吸入管52、用于将膨胀后的工作流体向密闭容器1的外部直接喷出的喷出管53。吸入管52以能够将工作流体从密闭容器1的外部向第一工作缸42的工作室55引导的方式直接插入下轴承构件41并与吸入口41p连接。喷出管53以能够将工作流体从第二工作缸44的工作室56向密闭容器1的外部引导的方式直接插入上轴承构件45并与喷出口45q连接。
膨胀前的工作流体经由吸入管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55a的工作流体根据轴5的旋转而向工作室55b移动，并在由工作室55b、贯通孔43a及工作室56a形成的膨胀室中在使轴5旋转的状态下膨胀。膨胀后的工作流体经由工作室56b、喷出口45q及喷出管53向密闭容器1的外部引导。
图4A放大表示吸入容积最小时的可变叶片机构。图4B放大表示与图4A相比吸入容积更大时的可变叶片机构。在本说明书中，在轴5旋转一周期间第一叶片48的前端与第一活塞46相接的期间为P1，第一叶片48的前端从第一活塞46离开的期间为P2。在期间P2中，工作流体能够从第一吸入空间55a向第一喷出空间55b流通。可变叶片机构60控制第一叶片48的动作，以使期间P2相对于期间P1的比率(P2/P1)能够调节。期间P1的长度及期间P2的长度能够分别由角度(单位：deg)表示。若比率(P2/P1)变化，则膨胀机构3的吸入容积(体积流量)变化。即，能够避免密度比一定的制约。通过根据热源温度(例如外气温)调节比率(P2/P1)，能够使动力回收效率最适化。
在本实施方式中，在期间P2＝0、即第一叶片48与第一活塞46始终相接时，膨胀机构3的吸入容积最小。但是，期间P2的最小值大于零也可。
如图4A及图4B所示，可变叶片机构60具有限动器61及致动器62。限动器61负责限制第一叶片48的可动范围的作用。致动器62负责使限动器61从第一叶片48的可动范围变长的位置向变短的位置移动或使限动器61向与上述方向相反的方向移动的作用。本结构在下述方面优越：通过利用致动器62使限动器61动作，能够机械地改变第一叶片48的行程长。另外，由于没有必要根据轴5的旋转角度来使限动器61动作，因此基本无需高精度的控制技术，可靠性也高。
具体来说，致动器62由主体部65、配置有主体部65的压力室67、用于向压力室67供给流体的通路69构成。主体部65包括与限动器61连动的部分，根据流体的压力来限定限动器61在第一叶片槽42a的长度方向上的位置。这样，在本实施方式中，作为致动器62使用流体压致动器。作为向压力室67供给的流体使用制冷循环装置200A的工作流体。通过使用工作流体作为动力源，能够容许工作流体从压力室67向第一叶片槽42a少许漏出。因此，不需要严密的密封。
主体部65包括以分隔压力室67的方式能够滑动地配置于压力室67的滑动件63、设置于被滑动件63分隔的压力室67的一部分67b上的弹簧64。在滑动件63上一体化有限动器61。在被滑动件63分隔的压力室67的另一部分67a连接有通路69。压力室67及通路69与第一叶片槽42a同样为形成在第一工作缸42中的空间。在通路69中连接有参照图1说明了的压力供给回路110的配管105。根据滑动件63受到的来自通过配管105及通路69而供给到压力室67a的工作流体的力、滑动件63受到的来自弹簧64的力，在第一叶片槽42a的长度方向上的限动器61的位置被确定。限动器61与滑动件63一起沿与第一叶片槽42a的长度方向平行的方向移动。根据这样的结构，通过压力室67a内的压力调节，能够自由且连续地改变限动器61的位置。即，容易进行动力回收效率的最适化。
另外，不仅可以采用限动器61的位置连续变化的结构，还可以采用使限动器61的位置阶段性改变的结构。根据情况，也可以仅使限动器61的位置从具有较大比率(P2/P1)的一位置向具有较小比率(P2/P1)的另一位置、或与上述相反地切换限动器61的位置。
此外，压力室67及通路69也可以在膨胀机构3的轴承构件41(参照图2)上形成。即，也可以为可变叶片机构60内置于轴承构件41。另外，限动器61与滑动件63由不同的部件构成也可。这时，可以通过直接嵌合而将滑动件63与限动器61连结，也可以经由其他的构件将滑动件63与限动器61连结。
第一叶片48具有用于接受限动器61从横向进入的凹部48k(切口槽)。流体压致动器62的压力室67以与第一叶片槽42a相邻的方式形成于第一工作缸42。在第一叶片槽42a与压力室67之间形成有用于供限动器61通过的槽68。限动器61的一端固定于滑动件63，限动器61的另一端插入凹部48k，从而从压力室67经由槽68朝向第一叶片槽42a延伸。根据这样的结构，通过在第一叶片48的凹部48k中卡合限动器61，能够简单地限制第一叶片48的可动范围。
在第一叶片槽42a的长度方向上的凹部48k的长度为Lc，该长度方向上的限动器61的幅为Ws，第一叶片48的最大行程长为Tmax时，满足Lc＞Ws+Tmax的关系。由此，能够选择期间P2＝0，即，能够避免第一叶片48与限动器61干涉，因此能够大幅度调节吸入容积。
在图4A所示的动作模式(第一模式)中，压力室67a中充满高压的工作流体，滑动件63及限动器61向下方被压下。在限动器61位于该位置时，限动器61与第一叶片48不干涉，因此第一叶片48的可动范围未被限制。第一叶片48能够以最大行程Tmax自由动作，始终保持第一叶片48与第一活塞46的接触状态。
另一方面，在图4B所示的动作模式(第二模式)中，压力室67a中充满低压或中间压的工作流体，滑动件63及限动器61向比图4A所示的位置靠上方的位置移动。具体来说，滑动件63及限动器61移动到下述位置，即，滑动件63受到的来自充满压力室67a的工作流体的力与滑动件63受到的来自弹簧64的力(弹力)平衡的位置。在限动器61位于该位置时，限动器61与第一叶片48干涉，因此第一叶片48的可动范围被限制，第一叶片48无法移动至最下点。在第一叶片48被限动器61限制动作的期间P2，第一叶片48从第一活塞46离开。这期间，高压的工作流体直接从由高压的工作流体充满的工作室55a(第一吸入空间)向由中间压的工作流体充满的工作室55b(第一喷出空间)流入。
若使压力室67a内的压力变化，则限动器61的位置变化，期间P2(注入时间)随之变化。由于压力室67a内的压力越低，限动器61越占有上方的位置，故第一叶片48的可动范围变短。于是，第一叶片48与第一活塞46相接的期间P1逐渐变短，而另一方面期间P2逐渐变长，更多的工作流体从工作室55a流入工作室55b。如此，通过调节压力室67a内的压力，能够调节工作流体向膨胀室的注入量，换言之即，能够自由地调节膨胀机构3的吸入容积。
压力室67a内的压力能够通过压力调节回路110的节流阀104调节。即，通过调节节流阀104的开度，能够控制限动器61的位置。在使节流阀104的开度大时，压力室67a内的压力变高，限动器61向下方移动。由此，注入量变少，或变为零。在节流阀104的开度小时，压力室67a内的压力变低，限动器61向上方移动。由此，注入量变多。
此外，如参照图1说明那样，在节流阀104与可变叶片机构60之间，微细通路106将配管105与配管103c架桥连接。因此，通过调节节流阀104的开度，能够使可变叶片机构60的压力室67a内的压力在制冷循环的高压与低压之间变化。通过在微细通路106中流通的工作流体的量微小，几乎不对动力回收效率造成影响。
接下来，参照图5说明吸入容积最小时的膨胀机构3的动作原理。
如图5的步骤A1所示，在第一活塞46逆时针旋转、吸入口41p打开时，工作流体向第一吸入空间55a的吸入开始(吸入行程)。接下来，如图5的步骤B1及C1所示，随着第一活塞46旋转，工作流体进一步吸入第一吸入空间55a。如图5的步骤D1所示，在第一活塞46进一步旋转而吸入口41p关闭时，工作流体向第一吸入空间55a的吸入结束。
当吸入行程结束时，第一吸入空间55a向第一喷出空间55b转移。如参照图3A及图3B说明那样，第一喷出空间55b与第二吸入空间56a经由贯通孔43a连通。如图5的步骤A1～C1所示，充满第一喷出空间55b的工作流体随着第一活塞46的旋转通过贯通孔43a向第二工作缸44的第二吸入空间56a移动。由于伴随轴5的旋转的第二吸入空间56a的容积增加量超过第一喷出空间55b的容积减少量，因此工作流体在第一喷出空间55b、贯通孔43a及第二吸入空间56a中膨胀(膨胀行程)。在第一活塞46将贯通孔43a完全封闭时，工作流体向第二吸入空间56a的移动及膨胀结束。
当膨胀行程结束时，如参照图3B说明那样，第二吸入空间56a向第二喷出空间56b转移。充满第二喷出空间56b的工作流体通过喷出口45q而开始向外部喷出(喷出行程)。在第二活塞47进一步旋转而喷出口45q关闭时，工作流体从第二喷出空间56b向外部的喷出结束。通过反复进行以上的行程，工作流体膨胀，能够进行膨胀能量的回收。
接下来，参照图6，说明与图5相比吸入容积更大时的膨胀机构3的动作原理。
如图6的步骤A2所示，在第一活塞46逆时针旋转，吸入口41p打开时，工作流体向第一吸入空间55a的吸入开始(吸入行程)。接下来，如图6的步骤B2所示，在第一活塞46进一步旋转时，第一叶片48与限动器61干涉，妨碍第一叶片48的动作(下降)。其结果是，第一叶片48从第一活塞46离开，形成从第一吸入空间55a向第一喷出空间55b的流路，高压的工作流体从第一喷出空间55a向第一喷出空间55b流动。高压的工作流体还流入与第一喷出空间55b连通的第二吸入空间56a。即，在膨胀室中工作流体最膨胀时第一叶片48从第一活塞46离开，膨胀前的工作流体注入膨胀室。
如图6的步骤C2所示，在第一活塞46进一步旋转，第一叶片48与第一活塞46再接触时，通过第一叶片48使第一吸入空间55a与第一喷出空间55b再次分开，禁止工作流体从第一吸入空间55a向第一喷出空间55b的流动。如图6的步骤D2所示，在第一活塞46进一步旋转，吸入口41p关闭时，工作流体向第一吸入空间55a的吸入结束。当吸入行程结束时，第一吸入空间55a向第一喷出空间55b转移。经由贯通孔43a使第一喷出空间55b与第二吸入空间56a连通，膨胀行程开始。如此，反复进行图6的步骤A2～D2的动作。
图7A是表示第一叶片的前端的位置的、与图5对应的图表。纵轴表示第一叶片48的前端的位置。第一叶片48的前端的位置与从轴5的旋转轴至第一叶片48的前端的距离对应。横轴表示以第一活塞46占有上死点的瞬间为基准的、轴5的旋转角度。具体来说，为t0＝0°，t1＝180°，t2＝360°及t3＝540°。此外，“上死点”是指叶片最大程度压入叶片槽内的状态下的活塞的位置。“下死点”是指“上死点”的180°相反侧的活塞的位置。
在第一活塞46占有上死点的角度t0及t2，第一叶片48的前端位于距轴5的旋转轴最远的上限位置30a。在第一活塞46占有下死点的角度t1及t3，第一叶片48的前端的位置位于距轴5的旋转轴最近的下限位置30b。第一叶片48的前端与轴5的旋转同步进行单振动。
图7B是表示第一叶片的前端的位置的、与图6对应的图表。在角度t0及t2，与图5同样地，第一叶片48的前端位于上限位置30a。在角度T1，在通过限动器61妨碍第一叶片48的下降时，第一叶片48的前端占有在上限位置30a与下限位置30b之间的位置30c。在角度T2，在第一叶片48与第一活塞46再次接触时，第一叶片48的前端开始朝向上限位置30a变位。在第一叶片48的前端停止于位置30c的期间P2(＝T2-T1及T4-T3)，工作流体注入膨胀室。注入量根据期间P2的长短、换言之即期间P2相对于期间P1的比率(P2/P1)增减。期间P2的长短根据可变叶片机构60的压力室67a内的压力变化。
比率(P2/P1)的范围没有特别的局限，例如为0≤P2≤180(单位：deg)且0≤(P2/P1)≤1。即，调节限动器61的位置，以使在以第一活塞46占有上死点的瞬间的轴5的旋转角度为0°时，期间P2收纳于90°～270°的范围内即可。
如以上说明那样，根据具有可变叶片机构60的膨胀机构3，能够在将工作流体吸入第一吸入空间55a的同时，将工作流体注入膨胀室。因此，在轴旋转一周期间吸入膨胀机构3的工作流体的体积能够变化。并且，通过调节节流阀104的开度，能够改变注入量。
(第二实施方式)
图8中表示本发明的第二实施方式所涉及的制冷循环装置。本实施方式的制冷循环装置200B在下述方面与第一实施方式不同：代替压力供给回路110而具有将配管103c与可变叶片机构60连接的配管112，将膨胀机构3的喷出压力向可变叶片机构60的压力室76a供给。此外，在后述的实施方式中，对同一要件标注同一符号，并省略其说明。
根据制冷循环装置200B，限动器61的位置根据膨胀机构3的喷出压力变化，比率(P2/P1)变化。膨胀机构3的喷出压力越低限动器61越位于上方。其结果是，第一活塞46与第一叶片48离开的期间P2变长，注入量增加。相反，膨胀机构3的喷出压力越高限动器61越位于下方。其结果是，第一活塞46与第一叶片48离开的期间P2变短，注入量减少。由此，限动器61的位置根据膨胀机构3的喷出压力自动变化，注入量自动增减，因此，无需进行阀的开度调节等而能够进行高效率的运转。
(第三实施方式)
可变叶片机构的致动器不局限于流体压致动器。图9是作为可变叶片机构的致动器使用电动致动器的制冷循环装置的结构图。该制冷循环装置200C具有膨胀机一体型压缩机100C。在膨胀机一体型压缩机100C的膨胀机构3上设置有包含电动致动器的可变叶片机构60C。可变叶片机构60C的电动致动器与外部控制器70连接。通过外部控制器能够控制电动致动器的动作。根据制冷循环装置200C，具有能够省略参照图1说明的压力供给回路110的优点。另外，根据电动致动器，容易提高限动器的定位精度，因此容易进行注入量的最适化。
如图10A及10B所示，在可变叶片机构60C上，使用旋转电动机74来作为用于使限动器610移动的致动器。通过驱动旋转电动机74，能够以改变限动器610在第一叶片槽42a的长度方向上的位置的方式将旋转电动机74与限动器610连结。
具体来说，在旋转电动机74上安装有在外周面上切出有阳螺纹的滑动棒75。在第一工作缸42上形成有经由槽68而与第一叶片槽42a连通的槽76。在槽76的内周面切有阴螺纹。通过螺纹彼此啮合的形式，滑动棒75能够旋转地配置于槽76。限动器610由横截面呈T字形的部件构成。限动器610的前端插入于第一叶片48的凹部48k，限动器610的另一端收容于槽76。在槽76内，滑动棒75的前端能够旋转地卡合于限动器610的另一端。若驱动旋转电动机74，则滑动棒75在旋转的状态下在槽76中前进或后退。通过与滑动棒75连动的形式，限动器610沿与第一叶片槽42a的长度方向平行的方向动作。限动器610的作用及动作与在第一实施方式中说明的限动器61基本相同。
如图10A所示，在使旋转电动机74正转而将滑动棒75及限动器610向下方压下时，限动器610与第一叶片48不干涉。因此，第一叶片48的可动范围未被限制。第一叶片48能够以最大行程Tmax自由动作，能够始终保持第一叶片48与第一活塞46的接触状态。
另一方面，如图10B所示，在使旋转电动机74反转而将滑动棒75及限动器610向上方压起时，限动器610与第一叶片48干涉。因此，第一叶片48的可动范围被限制，第一叶片48无法移动至最下点。在第一叶片48被限动器610限制动作的期间P2，第一叶片48从第一活塞46离开。这期间，高压的工作流体从由高压的工作流体充满的第一吸入空间55a直接流入由中间压的工作流体充满的第一喷出空间55b(膨胀室)。
通过由外部控制器70(图9)进行旋转电动机74的驱动控制，能够使限动器610动作。在限动器610动作时，第一叶片48从第一活塞46离开的期间P2变化，注入量变化。由于能够将限动器610完全锁止，因此容易将注入量保持为某一定值。
此外，也可以代替旋转电动机74使用线性电动机。另外，也可以使用螺线管来作为电动致动器。此外，旋转电动机74也可以为伺服电动机或步进电动机。根据上述的电动机，能够正确地控制限动器610在第一叶片槽42a的长度方向上的位置。另外，也可以使用简单的定位元件来检测滑动棒75及限动器610的位置，并根据检测结果来控制旋转电动机74的驱动。例如，可以在沿着滑动棒75的长度方向的一个或多个位置设置限位开关，并根据限位开关的检测信号控制旋转电动机74的驱动。
另外，可以根据膨胀机构4的喷出压力或蒸发器102中的工作流体的蒸发温度来控制注入量。也可以根据从由压缩机构2的喷出温度、压缩机构2的吸入温度及膨胀机构3的吸入温度构成的组选择的至少一个温度来控制注入量。这一点与其他的实施方式通用。
(第四实施方式)
如图11所示，本实施方式的制冷循环装置400A的基本构成与参照图1说明的第一实施方式相同。制冷循环装置400A具有包括可变叶片机构130的膨胀机一体型压缩机300。在本实施方式中，作为使膨胀机构3的体积流量变化的方法，采用使膨胀室的困油容积变化的方法。困油容积是指工作流体开始膨胀时刻的膨胀室的容积。即，可变叶片机构130是用于使膨胀开始时刻的膨胀室的容积变化的容积可变机构。
制冷循环装置400A还具有用于调节可变叶片机构130中的阀的开度的压力供给回路110。压力供给回路110的结构如参照图1说明的那样。
如图12、13A及13B所示，膨胀机一体型压缩机300的结构除在膨胀机构3上设置的可变叶片机构130以外与参照图2说明的膨胀机一体型压缩机100基本相同。
图14A放大表示控制为使困油容积最小时的可变叶片机构。图14B放大表示与图14A相比控制为使困油容积更大时的可变叶片机构。在本实施方式中同样，在轴5旋转一周期间第一叶片48的前端与第一活塞46相接的期间为P1，第一叶片48的前端从第一活塞46离开的期间为P2。在期间P2，工作流体能够从第一吸入空间55a向第一喷出空间55b流通。可变叶片机构130以能够调节期间P2相对于期间P1的比率(P2/P1)的方式来控制第一叶片48的动作。
在本实施方式中，将第一活塞46到达上死点的时刻定为期间P2的始点。因此，根据比率(P2/P1)，由第一喷出空间55b、贯通孔43a及第二吸入空间56a形成的膨胀室的困油容积变化。由于若膨胀室的困油容积变化则膨胀机构3的吸入容积(体积流量)变化，因此能够避免密度比一定的制约。通过根据热源温度(例如外气温)调节比率(P2/P1)，能够使动力回收效率最适化。
在本实施方式中，在期间P2＝0，即第一叶片48与第一活塞46始终相接时，困油容积变为最小。当然，期间P2的最小值大于零也可以。
如图14A及14B所示，可变叶片机构130具有油腔142、第一油通路144、第二油通路146、第一阀148、第二阀149及压力供给通路147。油腔142以能够将油向第一叶片槽42a供给且能够将油从第一叶片槽42a取出的方式与第一叶片槽42a连通。在本实施方式中，第一叶片槽42a的一部分作为油腔142被利用。
在本实施方式中，在密闭容器1内的下侧配置有膨胀机构3，膨胀机构3的周围被油充满。第一油通路144在储油部25直接开口。因此，不需要将油送入第一油通路144的油泵。
通过第一油通路144，从储油部25向油腔142供给油，且从油腔142向储油部25排出油。第一阀148是以能够增减第一油通路144的流通阻力(流入阻力及流出阻力)的方式设置于第一油通路144的能够调节开度调节的阀。通过增减第一油通路144的流通阻力，能够调节油向油腔142的流入速度，能够控制第一叶片48的动作。由于无需根据轴5的旋转角度来调节第一阀148的开度，因此基本不需要高精度的控制技术，可靠性也高。
具体来说，第一阀148具有阀体151、弹簧152及压力室153。阀体151及弹簧152配置在压力室153。在阀体151的后方配置有弹簧152，从而向阀体151的后端面施加弹力。在压力室153的配置有弹簧152的部分上连接有压力供给通路147，从而向阀体151的后端面施加控制用流体的压力。向阀体151的后端面施加有控制用流体的压力和弹簧152的弹力。根据向压力室153供给的控制用流体的压力，阀体151的位置确定。
在阀体151的前端侧，阀体151的可动范围与第一油通路144重叠。如图14A所示，在阀体151占有最大程度后退的位置时，第一油通路144的截面积最大。如图14B所示，在阀体151占有最大程度前进的位置时，第一油通路144的截面积最小。第一油通路144的最小的截面积例如为第一油通路144的最大的截面积的约一半。如此，第一阀148作为流量调节阀而构成。
作为用于向第一阀148的压力室153供给的控制用流体，使用制冷循环装置400A的工作流体。通过使用工作流体来作为动力源，能够容许工作流体从压力室153向第一油通路144少许漏出。因此，不需要严密的密封。
如图12及13A所示，在本实施方式中，第一叶片槽42a被轴承构件42及中板43闭塞。因此，仅通过第一油通路144向油腔142供给油。作为将油从油腔142向储油部25排出的油通路而设置有第二油通路146。第二油通路146通过与第一油通路144不同的路径将油腔142与储油部25连通。在第二油通路146中设置有第二阀149。
第二阀149具有阀体155、弹簧156及收容室157。阀体155能够占有关闭第二油通路146的位置和打开第二油通路146的位置。在收容室157中配置有弹簧156。为了使阀体155顺利地动作，收纳室157与储油部25连通也可。在油从油腔142向储油部25排出时，阀体155被油按压而将第二油通路146打开。相反，在从储油部25向油腔142供给油时，阀体155受到来自弹簧156的弹力，从而将第二油通路146关闭。如此，第二油通路146中的油的流通方向通过第二阀149实质上被限制为仅从油腔142朝向储油部25的方向。即，第二阀149构成为方向控制阀。“被限制为实质上仅从油腔142朝向储油部25的方向”并不意味着将不可避地产生的很小的流动都完全排除。
即使假设省略了第二油通路146及第二阀149，也能够调节比率(P2/P1)，可变叶片机构130正常地动作。在从油腔142向储油部25排出油时，通过第一活塞46将第一叶片48强势地按压。因此，即使在第一油通路144的流出阻力稍高的情况下，也不会对油的排出造成妨碍。但是，因为高的流出阻力使压力损失。并且，第一阀148的阀体151变得左右摆动，难以设定如期望那样的困油容积。
与此相对，若设置有第二油通路146，则能够通过第一油通路144及第二油通路146这两者进行从油腔142向储油部25的油的排出。尤其是由于通过第二油通路146而比较自由地将油向储油部25排出，因此能够期待动力回收效率的提高。另外，通过在第二油通路146中设置作为方向控制阀的第二阀149，能够防止油通过第二油通路146而从储油部25向油腔142供给。其结果是，能够正确地控制油向油腔142的供给速度，变得容易调节困油容积。
此外，在油能够自由流通的条件下，也可以在偏离第一叶片槽42a的位置形成油腔。例如，也可以以与第一叶片槽42a的后方相连的方式形成油腔。另外，第一阀148也可以设置在第一油通路144的端部。第二阀149也可以设置在第二油通路146的端部。
在图14A所示的动作模式(第一模式)中，压力室153被低压的工作流体充满，第一阀148全开。在第一阀148全开时，第一油通路144的流通阻力小，因此能够顺畅地从储油部25向油腔142供给油。因此，持续对第一叶片48的后端面施加对于保持第一叶片48与第一活塞46的接触来说充分的载荷。第一叶片48能够追随第一活塞46，始终保持第一叶片48与第一活塞46的接触状态。
另一方面，在图14B所示的动作模式(第二模式)中，压力室153被高压或中间压的工作流体充满，第一阀148的开度变小。具体来说，阀体151移动到下述位置：阀体151受到的来自充满压力室153的工作流体及弹簧152的力与阀体151受到的来自第一油通路144的油的力平衡的位置。于是，第一油通路144的截面积与第一模式(图14A)时相比变小。若第一油通路144的截面积变小，则妨碍油急速地向油腔142流入。因此，油向油腔142的流入不追从第一叶片48的下降速度，在从第一活塞46占有上死点的瞬间至经过限定期间P2为止之间，第一叶片48从第一活塞46离开。这期间，高压的工作流体持续从第一吸入空间55a流入第一喷出空间55b。经过期间P2后，在第一叶片48与第一活塞46再接触的瞬间，由第一喷出空间55b、贯通孔43a及第二吸入空间56a形成膨胀室，工作流体开始膨胀。
在使压力室153内的压力变化时，阀体151的位置变化，油向油腔142的流入速度改变。期间P2的长短随之变化。压力室153内的压力越高第一阀148的开度越变小，换言之即第一油通路144的截面积越变小，因此油难以流入油腔142。于是，第一叶片48与第一活塞46相接的期间P1逐渐变短，另一方面期间P2逐渐变长，膨胀室的困油容积变大。如此，通过调节压力室153内的压力，能够调节困油容积，换言之即能够自由调节膨胀机构3的吸入容积。
由于压力调节回路110的配管105与可变叶片机构130的压力供给通路147连接，因此能够通过压力调节回路110的节流阀104调节压力室153内的压力。即，通过调节节流阀104的开度，能够控制第一阀148的开度。在节流阀104的开度大时，压力室153内的压力变高，第一阀148的开度变小。由此，困油容积变大。在节流阀104的开度小时，压力室153内的压力变低，第一阀148的开度变大。由此，困油容积变小。
与第一实施方式同样地，通过调节节流阀104的开度，压力室153内的压力能够在制冷循环的高压与低压之间变化。
接下来，说明膨胀机构3的动作原理。如图15的步骤A3～D3所示，在困油容积最小时，膨胀机构3以与参照图5在第一实施方式中说明的原理相同的原理进行动作。
接下来，参照图16说明与图15相比困油容积更大时的膨胀机构3的动作原理。
首先，图16的步骤A4表示第一活塞46旋转360°而使第一吸入空间55a被高压的工作流体充满的状态。接下来，如图16的步骤B4所示，在第一活塞46逆时针旋转时，第一活塞46从第一叶片48离开。这是因为，从第一活塞46占有上死点的瞬间开始，第一叶片48的动作由可变叶片机构130限制。在第一活塞46从第一叶片48离开时，形成从第一吸入空间55a向第一喷出空间55b的流路，高压的工作流体从第一喷出空间55a直接向第一喷出空间55b流入。高压的工作流体还向与第一喷出空间55b连通的第二吸入空间56a流入。即，在第一活塞46从第一叶片48离开的期间P2，工作流体不膨胀，吸入行程继续。
接下来，如图16的步骤C4所示，在第一活塞46进一步旋转，第一活塞46到达下死点附近时，第一叶片48追从第一活塞46，第一叶片48与第一活塞46再接触。第一叶片48使第一吸入空间55a与第一喷出空间55b分开，遮断工作流体从第一吸入空间55a向第一喷出空间55b的流动。从第一叶片48与第一活塞46再接触的时刻开始，工作流体开始膨胀。
如图16的步骤D4所示，在第一活塞46进一步旋转时，第一喷出空间55b的容积逐渐减少，工作流体在膨胀的状态下向第二吸入空间56a移动。如此，反复图6的步骤A4～D4的动作。
图17A、17B及17C是分别表示第一叶片的前端的位置、吸入到膨胀机构中工作流体的压力、工作室的容积的图表。各图的横轴表示在将第一活塞46占有上死点的瞬间定义为基准角度(＝0°)时的轴5的旋转角度。
图17A的纵轴表示的第一叶片48的前端的位置与从轴5的旋转轴到第一叶片48的前端的距离对应。实线表示第一模式中的第一叶片48的前端的位置。虚线表示第二模式中的第一叶片48的前端的位置。在第二模式中，在0°及360°(上死点)第一叶片48从第一活塞46离开，在比180°及540°(下死点)稍靠前的角度θ1及θ2第一叶片48与第一活塞46再接触。
图17B同样实线对应第一模式，虚线对应第二模式。在第一模式(实线)中，在基准角度开始吸入到膨胀机构中的工作流体在从360°到720°的范围内膨胀。另一方面，在第二模式(虚线)中，工作流体在比360°靠前的角度θ2到720°的范围内膨胀。
图17C的纵轴表示的工作室的容积中，从0°到360°的范围与第一吸入空间55a的容积对应，从360°到720°的范围与第一喷出空间55b和第二吸入空间56a的合计容积对应。在第一模式中，吸入行程在360°结束，膨胀行程在从360°到720°的范围内进行。另一方面，在第二模式中，在从比360°靠前的角度θ2到720°的范围内进行膨胀行程。第二模式中的膨胀行程开始时的第一喷出空间55b与第二吸入空间56a的合计容积V2(困油容积)大于第一模式中的该合计容积V1(困油容积)。
第一模式与第二模式之间的吸入容积的差ΔV在由吸入行程、膨胀行程及喷出行程构成的一次循环中由(V2-V1)表示。该容积差ΔV根据期间P2的长短(换言之即比率(P2/P1))而增减。期间P2的长短根据可变叶片机构130的压力室153内的压力变化。比率(P2/P1)的范围没有特定的局限，但例如为0≤(P2/P1)≤1。即，优选在以第一活塞46占有上死点的瞬间的轴5的旋转角度为0°时，期间P2位于0°～180°的范围内。此外，在本实施方式中，第一活塞46占有上死点的瞬间为期间P2的开始时刻。
如以上说明那样，根据具备可变叶片机构130的膨胀机构3，膨胀室的困油容积可变。因此，在轴旋转一周期间吸入膨胀机构3的工作流体的体积能够变化。
(第四实施方式的变形例)
图18是表示第四实施方式的变形例的横截面图。根据本变形例，可变叶片机构130还具备用于辅助第二模式中的第一叶片48的下降(向接近轴5的旋转轴的方向的移动)的加速口159。加速口159的一端在沿着第一叶片槽42a的长度方向的限定位置朝向第一叶片槽42a开口。加速口159的另一端朝向储油部25开口。在第一叶片48在从油及第一弹簧50受到的载荷的作用下从第一叶片槽42a被压出的过程中，若第一叶片48的后端面通过加速口159的一端的位置，则油通过加速口159而从储油部25流入第一叶片槽42a。
即，通过加速口159，即使在第一油通路144(参照图14A)的截面积设定得小的情况下，若来自第一叶片槽42a的第一叶片48的突出量增大到某一程度，则油向第一叶片槽42a的后部(油腔142)的流入阻力急剧减小。于是，第一叶片48朝向第一活塞46被强势压出，迅速地与第一活塞46再接触。
例如，在油向第一叶片槽42a的后部(油腔142)的流入阻力非常大时，可以认为即使第一活塞46到达下死点也依然继续第一叶片48从第一活塞46离开的状态。简单地说，期间P2超过180°也能够继续。对此，若设置加速口159，则能够在第一活塞46到达下死点以前使第一叶片48与第一活塞46可靠地再接触。其结果是，能够确保充分的膨胀比，因此能够期待动力回收效率的提高。
(第五实施方式)
图19是使用了用于通过电学的方法来控制第一叶片的动作的可变叶片机构的制冷循环装置的结构图。该制冷循环装置400B具有膨胀机一体型压缩机300B。在膨胀机一体型压缩机300B的膨胀机构3中设置有与外部控制器170连接的可变叶片机构130B(、130C、130D或130E)。通过外部控制器170控制可变叶片机构130B的动作。根据制冷循环装置400B，具有能够省略图11所示的压力供给回路110的优点。另外，可变叶片机构130B是通过电学的方法来控制第一叶片48的动作的机构，因此容易进行困油容积的最适化。
以下说明通过电学的方法来控制第一叶片48的动作的可变叶片机构130B～130E。此外，在本实施方式中，第一叶片槽42a的后部(配置有第一弹簧50的部分)向储油部25开口，油能够自由地从储油部25流入该第一叶片槽42a的后部。
图20所示的可变叶片机构130B由具有线圈174及铁心172的电磁石构成。线圈174通过对第一叶片48作用电磁力来妨碍第一叶片48追随第一活塞46动作。即，若对线圈174励磁，则铁心172作为磁石动作而吸引第一叶片48。由此，能够妨碍第一叶片48追随第一活塞46动作。第一叶片48的典型为由能够被铸铁、碳素钢等磁石吸引的铁系金属构成，因此能够通过电磁石限制第一叶片48。
线圈174配置在第一叶片槽42a的后方。铁心172贯通线圈174，其前端部向第一叶片槽42a内突出。以使在第一叶片48最大程度压入第一叶片槽42a时第一叶片48与铁心172接触的方式来确定在第一叶片槽42a的长度方向上的铁心172的长度。通过外部控制器170(参照图19)能够控制对线圈172励磁的时刻。在第一活塞46即将到达上死点前开始对线圈172的供电。通过控制供电开始时刻及供电结束时刻，能够调节第一叶片48从第一活塞46离开的期间P2的长短、换言之即膨胀机构3的困油容积。
图21所示的可变叶片机构130C由配置在第一叶片48的周围的线圈176构成。若对线圈176励磁，则对第一叶片48作用向线圈176内拉入的方向的力。即，第一叶片48本身作为螺线管的棒芯(plunger)动作。与图20所示的例同样地，通过外部控制器170能够控制对线圈176励磁的时刻，由此，能够调节膨胀机构3的困油容积。线圈176配置在第一叶片48的周围，因此不易产生空间不足的问题。
此外，在第四实施方式中，第一叶片48的动作在上死点附近仅变慢，但在图20及21所示的例中，能够在上死点附近将第一叶片48锁止(暂时停止)。若将第一叶片48瞬间锁止，则流入截面积(第一活塞46与第一叶片48的隙间的宽度)变大，因此能够降低压力损失。
图22所示的可变叶片机构130D由以使第一叶片槽42a与第一叶片48之间的滑动摩擦增大的方式对第一叶片48施加载荷的电动致动器构成。具体来说，通过具有线圈181及棒芯185的螺线管构成可变叶片机构130D。
在第一工作缸42上形成有槽183，该槽183以与第一叶片槽42a的长度方向大致成直角的方式延伸。在该槽183中配置棒芯185。线圈181配置为包围棒芯185。棒芯185的前端与第一叶片48的侧面对置。在棒芯185退避到不与第一叶片48干涉的位置的状态下，第一叶片48的动作不会被可变叶片机构130D妨碍(第一模式)。另一方面，若对线圈181励磁以使棒芯185从槽183被压出，则棒芯185的前端与第一叶片48成直角地接触。由此，对第一叶片48的侧面施加朝向第一叶片槽42a的内壁的方向的载荷，第一叶片48难以沿着第一叶片槽42a的长度方向动作。
图23所示的可变叶片机构130E在由用于从横向向第一叶片48施加载荷的电动致动器构成这一点上与参照图22说明了的可变叶片机构130D通用。具体来说，可变叶片机构130E由具有压电元件186及连结于该压电元件186的棒芯184的压电致动器构成。
在第一工作缸42形成有槽182，该槽182与在第一叶片槽42a的长度方向上的中间部分连通。以使棒芯184的前端与第一叶片48对置的方式在槽182上配置棒芯184及压电元件186。棒芯184的后端固定于压电元件186。以使压电元件186的变位能够传递到棒芯184的方式将压电元件186与棒芯184组合。除了将线圈替代为压电元件这一点以外，棒芯184的作用如参照图22说明的那样。
在图22及23所示的例中，可变叶片机构130D、130E内置于第一工作缸42。但是，可变叶片机构130D、130E也可以内置于轴承构件41或中板43中，也可以横跨轴承构件41、第一工作缸42及中板43设置。
在适当的时刻对图20～23所示的各可变叶片机构供给电流。具体来说，根据轴5的旋转角度来控制向线圈或压电元件的供电。为了检测轴5的旋转角度，也可以如图24所示，设置与轴5一起旋转的转子191和能够检测转子191的通过的位置传感器193。例如，在轴5的偏心部5c的偏心方向的180°相反侧(或与偏心方向一致地)配置转子191。此外，在与第一活塞46的下死点对应的位置配置位置传感器193。
根据上述这样的结构，如图25所示，在第一活塞46到达上死点(或下死点)时，从位置传感器193对外部控制器170输送传感器信号。外部控制器170根据从位置传感器193取得的传感器信号正确地向线圈或压电元件进行供电。供电也可以稍早于第一活塞46到达上死点(＝0°)进行。由此，能够可靠地使第一叶片48的动作停止或变慢。控制供电期间Δθ以能够得到期望的困油容积即可。
此外，用于检测轴5的旋转角度(基准位置)的传感器也可以在膨胀机构3以外的机构，例如压缩机构2上设置。
(第六实施方式)
本发明也能够适用于单体的二级回转式膨胀机。图26表示使用了这样的二级回转式膨胀机的动力回收式的制冷循环装置400C。制冷循环装置400C具有压缩机123、散热器101、膨胀机120及蒸发器102。作为膨胀机120可以使用具有从之前说明的各膨胀机一体型压缩机中省略了压缩机构2的结构的二级回转式膨胀机。工作流体的膨胀能量通过膨胀机120的发电机121转换为电能量，得到的电能量向压缩机123的电动机124供给。
压缩机123的转速能够通过电动机124控制，膨胀机120的转速能够通过发电机121控制。因此，在该制冷循环装置400C中，本质上不存在密度比一定的制约。但是，通过采用具备可变叶片机构的二级回转式膨胀机，能够得到以下的效果。
图27中表示通常的发电机的效率曲线。发电机设计为在限定的额定转速Nr(例如60Hz)下发电效率最高。因此，转速越远离额定转速发电效率越下降。即，发电机的转速优选即使能够通过变换器来控制也尽量在额定转速Nr的附近。然而，在制冷循环装置中，由于工作流体的循环量、密度变化，因此在现有的膨胀机中仅在额定转速Nr的附近运转是困难的。对此，若使用具有可变叶片机构的二级回转式膨胀机，则能够在维持额定转速Nr的状态下使密度比变化，因此能够期待更高效率的动力回收。
工业上的可利用性
本发明能够适当地用于在空调机或供水机中使用的制冷循环装置。但是，本发明的适用对象部局限于此，可以广泛适用于兰肯循环装置等其他的装置。

Claims (17)

1.一种二级回转式膨胀机，其中，其具有：
第一工作缸；
第一活塞，其能够旋转地配置在所述第一工作缸内；
第二工作缸，其相对于所述第一工作缸配置为同心状；
第二活塞，其能够旋转地配置在所述第二工作缸内；
轴，其上安装有所述第一活塞及所述第二活塞；
第一叶片，其能够滑动地设置在形成于所述第一工作缸上的第一叶片槽中，并用于将所述第一工作缸与所述第一活塞之间的空间分隔为第一吸入空间和第一喷出空间；
第二叶片，其能够滑动地设置在形成于所述第二工作缸上的第二叶片槽中，并用于将所述第二工作缸与所述第二活塞之间的空间分隔为第二吸入空间和第二喷出空间；
中板，其具有贯通孔且将所述第一工作缸与所述第二工作缸分隔，所述贯通孔用于通过将所述第一喷出空间与所述第二吸入空间连通而形成一个膨胀室；
可变叶片机构，其用于控制所述第一叶片的动作，以使在所述轴旋转一周期间所述第一叶片与所述第一活塞相接的期间为P1、所述第一叶片从所述第一活塞离开的期间为P2时，能够调节所述期间P2相对于所述期间P1的比率即P2/P1。
2.根据权利要求1所述的二级回转式膨胀机，其中，
在所述膨胀室中工作流体最膨胀的状态下，所述第一叶片从所述第一活塞离开，膨胀前的工作流体注入所述膨胀室。
3.根据权利要求1或2所述的二级回转式膨胀机，其中，
所述可变叶片机构包括：
限动器，其用于限制所述第一叶片的可动范围；
致动器，其使所述限动器从所述第一叶片的可动范围变长的位置向变短的位置移动或使所述限动器向与上述相反的方向移动。
4.根据权利要求3所述的二级回转式膨胀机，其中，
所述致动器为流体压致动器，
所述流体压致动器包括：
主体部，其包括与所述限动器连动的部分，且根据流体的压力来限定所述限动器在所述第一叶片槽的长度方向上的位置；
压力室，所述主体部配置于该压力室中，
通路，其用于将所述流体向所述压力室供给。
5.根据权利要求4所述的二级回转式膨胀机，其中，
所述主体部包括：以分隔所述压力室的方式能够滑动地配置于所述压力室的滑动件、设于由所述滑动件分隔成的所述压力室的一部分的弹簧，
在所述滑动件上一体化或连结有所述限动器，
所述通路与由所述滑动件分隔成的所述压力室的另一部分连接，
所述限动器在所述第一叶片槽的长度方向上的位置根据所述滑动件受到的来自通过所述通路而被供给的所述流体的力和所述滑动件受到的来自所述弹簧的力来确定。
6.根据权利要求4或5所述的二级回转式膨胀机，其中，
所述第一叶片具有用于接受所述限动器进入的凹部，
所述流体压致动器的所述压力室与所述第一叶片槽相邻地形成，
以从所述压力室朝向所述第一叶片槽延伸的方式，将所述限动器的一端固定于所述滑动件，而将所述限动器的另一端插入所述凹部。
7.根据权利要求3所述的二级回转式膨胀机，其中，
所述致动器为电动致动器，
所述电动致动器与所述限动器连结，通过驱动所述电动致动器，改变所述限动器在所述第一叶片槽的长度方向上的位置。
8.根据权利要求1所述的二级回转式膨胀机，其中，
在所述第一活塞到达上死点的时刻为所述期间P2的始点时，
所述可变叶片机构控制所述第一叶片的动作，能够通过改变所述比率即P2/P1来调节所述膨胀室的困油容积。
9.根据权利要求8所述的二级回转式膨胀机，其中，
所述可变叶片机构构成为妨碍所述第一叶片追随所述第一活塞而动作。
10.根据权利要求8或9所述的二级回转式膨胀机，其中，
所述二级回转式膨胀机还具有用于贮存润滑用的油的储油部，
所述可变叶片机构包括：
油腔，其与所述第一叶片槽连通，能够向所述第一叶片槽供给油及从所述第一叶片槽接受油；
油通路，其用于从所述储油部向所述油腔供给油及用于从所述油腔向所述储油部排出油；
能够调节开度的阀，其以能够增减所述油通路的流通阻力的方式设置在所述油通路中。
11.根据权利要求10所述的二级回转式膨胀机，其中，
所述油通路包括：设有所述能够调节开度的阀的第一油通路、以与所述第一油通路不同的路径将所述油腔与所述储油部连通的第二油通路，
所述可变叶片机构还包括设于所述第二油通路上的第二阀，
通过所述第二阀将所述第二油通路中油的流通方向实质上仅限制为从所述油腔朝向所述储油部的方向。
12.根据权利要求8或9所述的二级回转式膨胀机，其中，
所述可变叶片机构具有线圈，该线圈用于通过对所述第一叶片作用电磁力来妨碍所述第一叶片追随所述第一活塞而动作，并且能够从外部控制在所述线圈中流通电流的时刻。
13.根据权利要求8或9所述的二级回转式膨胀机，其中，
所述可变叶片机构具有电动致动器，该电动致动器用于以使所述第一叶片槽与所述第一叶片之间的滑动摩擦增加的方式对所述第一叶片施加载荷，并且能够从外部进行所述电动致动器的驱动控制。
14.根据权利要求13所述的二级回转式膨胀机，其中，
所述电动致动器为具有线圈及棒芯的螺线管，或为具有压电元件及结合于所述压电元件的棒芯的压电致动器。
15.根据权利要求12或14所述的二级回转式膨胀机，其中，
根据所述轴的旋转角度来控制向所述线圈或所述压电元件的供电。
16.一种膨胀机一体型压缩机，其中，包括：
用于压缩工作流体的压缩机构；
用于使工作流体膨胀的膨胀机构；
将所述压缩机构与所述膨胀机构连结的轴，
所述膨胀机构由权利要求1～15中任一项所述的二级回转式膨胀机构成。
17.一种制冷循环装置，其中，具有：
权利要求16中所述的膨胀机一体型压缩机；
用于将由所述膨胀机一体型压缩机的所述压缩机构压缩的工作流体冷却的散热器；
用于使由所述膨胀机一体型压缩机的所述膨胀机构膨胀的工作流体蒸发的蒸发器。
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