CN1690362A - 流体机械 - Google Patents

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Abstract

一种流体机械(100)包括：压缩机装置(140)，用于压缩机动车辆用制冷循环(20)中的制冷剂；电动旋转装置(130)，用于产生旋转驱动力的电机，以驱动压缩机装置或者作为发动机进行操作；膨胀装置(150)，用于收集来自引擎的废热并产生旋转驱动力，以驱动电动旋转装置和/或者压缩机装置(140)；以及开关装置(140e)，用于将压缩机装置(140)连接到膨胀装置(150)或者从膨胀装置(150)断开。在所述流体机械中，来自引擎的废热可以总是通过膨胀装置所收集，而不管压缩机装置的操作是否用于空调操作。

Description

流体机械
技术领域
本发明涉及一种具有气体压缩、发电和废热收集和利用的多种功能的流体机械，特别涉及一种具有用于收集废热的兰金(Rankine cycle)循环的机动车辆的制冷循环用流体机械。
背景技术
在现有技术的流体机械中，诸如日本专利No.2540738中所公开的那样，用于蒸汽压缩制冷循环的压缩机装置通常用作膨胀装置，并且当能量通过兰金循环所收集时压缩机装置被用作膨胀装置。
在上述的流体机械中，压缩机装置被用作空调操作用的压缩机，其中压缩机装置在制冷循环中压缩制冷剂。当空调操作停止时，压缩机装置用作膨胀装置，其中在兰金循环中通过使用来自引擎的废热所产生的制冷剂的超热蒸汽被供给到流体机械。制冷剂在流体机械中膨胀以作为膨胀装置进行操作，并且通过膨胀装置所产生的能量被供给到引擎。
在上述现有技术中的流体机械中，其中压缩机装置也被用作膨胀装置，只在其中空调操作没有必要的时间周期中，流体机械才可以被用作膨胀装置。结果，现有技术的流体机械不能充分改良引擎的燃料消耗比。
本发明的发明人在现有日本专利申请(JP2003-82760)中提出一种流体机械，其中压缩机装置140和膨胀装置150被独立提供并通过驱动轴111彼此连接，这样用于收集和利用废热的膨胀装置150可以被操作，而不管压缩机装置140是否操作用于空调操作。
根据上述提出的流体机械，压缩机装置140是可变电容器类型(旋转斜板(swash plate)类型)压缩机，并且当空调操作没有必要时，压缩机装置140的排放量被调整以变成0。相应地，当膨胀装置150在其操作状态时，压缩机装置140的阻力被减小。
在上述提出的流体机械中，尽管压缩机装置140的排放量被调整成变为0，以通过压缩机140减小对膨胀装置150的阻力，由于电容器变化，不能避免机构(诸如旋转斜板室140A中的旋转斜板140B、以及靴部140C)的滑动部分的摩擦所导致的机械损耗。结果，膨胀装置150不能充分地收集和利用废热。
发明内容
因此，有鉴于上述提到的问题，本发明的一个目的是提供一种流体机械，其中膨胀装置可以被经常操作以独立于压缩机装置的操作进而收集和利用废热，并且废热可以被有效地收集和利用，而不导致机械损耗。
根据本发明的特征，流体机械具有：压缩机装置，所述压缩机装置用于压缩机动车辆用制冷循环中的制冷剂；电动旋转装置，所述电动旋转装置操作作为用于产生旋转驱动力的电机以驱动压缩机装置或者操作作为发动机；膨胀装置，所述膨胀装置用于收集来自引擎的废热并产生旋转驱动力以驱动电动旋转装置和/或者压缩机装置；以及开关装置，用于将压缩机装置连接到膨胀装置或者从膨胀装置断开。
根据本发明的上述特征，来自引擎的废热可以总是通过膨胀装置所收集，而不管压缩机装置是否作为空调操作进行操作。在此操作中，压缩机装置被连接到膨胀装置，并且由此压缩机装置可以不仅通过来自引擎的驱动力而且可以通过在膨胀装置上所产生的驱动力进行驱动。
根据本发明的上述特征，当压缩机装置的操作没有必要时，压缩机装置从膨胀装置断开。相应地，膨胀装置可以在没有接收到来自压缩机装置的阻力的情况下进行操作。
根据本发明的另外的特征，一种流体机械具有：压缩机装置，所述压缩机装置用于压缩机动车辆用制冷循环中的制冷剂；电动旋转装置，所述电动旋转装置操作作为用于产生旋转驱动力的电机以驱动压缩机装置或者操作作为发动机；膨胀装置，所述膨胀装置用于收集来自引擎的废热并产生旋转驱动力，以驱动电动旋转装置和/或者压缩机装置；以及开关装置，用于将膨胀装置与电动旋转装置相连接或者从电动旋转装置断开。此流体机械的压缩机装置具有膨胀装置的进一步的功能，这样当不需要空调操作时，压缩机装置可以作为膨胀装置进行操作。
流体机械还具有传动装置，所述传动装置设置在压缩机装置和电动旋转装置之间。当驱动力从压缩机装置传送到电动旋转装置时，或者反过来，通过传动装置改变旋转速度，这样电动旋转装置的尺寸可以变得更小，可以从电动旋转装置获得更高的电动率输出。
根据本发明的另外的特征，所述设置在膨胀装置和电动旋转装置之间的开关装置允许来自膨胀装置的驱动力传送到电动旋转装置，并阻止驱动力从电动旋转装置传动到膨胀装置。结果，当电动旋转装置通过在压缩机装置(操作作为膨胀装置)所产生的旋转驱动力所旋转时，电动旋转装置可以在没有接收到来自膨胀装置的阻力的情况下旋转。
附图说明
本发明的上述和其它目的、特征和优点将从显示的详细说明并参照附图而详细了解到。在附图中：
图1是根据本发明的第一实施例显示了用于制冷循环和废热收集循环的总系统的示意图；
图2是根据本发明的第一实施例的流体机械的横截面示意图；
图3是根据本发明的第二实施例显示了用于制冷循环和废热收集循环的总系统的示意图；
图4是根据本发明的第二实施例的流体机械的横截面示意图；
图5是根据本发明的第二实施例的流体机械的操作曲线；以及
图6是本发明的发明人在现有的日本专利申请中所提出的流体机械的横截面示意图。
具体实施方式
本发明的第一实施例将参照附图1、2进行说明。在此实施例中，本发明的流体机械100被用于诸如具有用于机动车辆的兰金循环30的制冷循环20，其中引擎10根据车辆的允许状况而临时制动(闲置停止操作)，或者设有混合驱动电机。具有兰金循环30的制冷循环20收集在引擎10上所产生的废热用于驱动车辆，并利用在制冷循环20上所产生的冷和热能来执行空调操作。具有兰金循环30的制冷循环将被说明。
如图1中所示，散热器回路11被提供到引擎10(外部驱动源)，其中引擎冷却水被通过散热器泵12来循环。加热器装置13被设置到散热器回路11中，用于通过与来自引擎10的废气进行热交换而加热引擎冷却水。当制冷剂流经设置在兰金循环30中的制冷剂加热装置33时、在冷却水加热制冷循环中的制冷剂之后，在加热器装置13所加热的引擎冷却水通过散热器14冷却下来。散热器泵12是一种通过来自引擎10的驱动力所操作的机械类型泵。但是，其可以通过由电机所驱动的电动泵所替换。
流体机械100包括压缩机装置140和膨胀装置150。散热装置21被连接到压缩机装置140的排放侧(较高压力端口149a)，如后所述，在其上制冷剂通过散热而被冷却下来。流体机械100的更为详细的结构将在后面进行说明。
气液分离器22、减压装置23和蒸发器24以次顺序在散热装置21的下游侧连接，然后连接到压缩机装置140的入口侧(低压端口149b)。
气液分离器22是一种用于将来自散热装置21的制冷剂分为气相制冷剂和液相制冷剂的接收器。减压装置23是一种温度依赖型膨胀阀，用于膨胀和减小来自气液分离器22的液相制冷剂的压力，更为具体地以等焓的方式用于减小制冷剂的压力并控制用于制冷剂的通道的打开程度，这样将被吸入到压缩机装置140中的制冷剂的过热程度将保持在预定的值上。由于通过蒸发由膨胀阀23减压的所述制冷剂而从空气吸收热的缘故，蒸发器24是一种用于冷却下来用于空调操作的空气的热交换器。
压缩机装置140、散热装置21、气液分离器22、减压装置23和蒸发器24形成了用于将来自低温侧的热传送到高温侧的制冷循环。
第一旁路通道31被设置在气液分离器22和膨胀装置150(入口端口156将在后面说明)之间。制冷剂泵32被设置在第一旁路通道31中，用于循环制冷剂到膨胀装置150。制冷剂加热装置33也设置在第一旁路通道31中，其中制冷剂通过引擎冷却水被加热。制冷剂泵32在此实施例中是一种电动泵，并且其利用控制单元进行操作和控制(未示出)。
第二旁路通道35被设置在膨胀装置150(出口端口157将在后面进行说明)和散热装置21之间。止回阀35a设置在第二旁路通道35中，用于只允许制冷剂从膨胀装置150流动到散热装置21。
兰金循环30通过散热装置21、气液分离器22、制冷剂泵32、制冷剂加热装置33和膨胀装置150所形成，这样在引擎10所产生的热被收集。
流体机械的结构将参照图2进行说明。流体机械100包括滑轮110、电磁离合器120、电机(电动旋转装置)130、压缩机装置140、膨胀装置150。上述元件被串联安置，并容纳在壳体101中。
滑轮110(外部驱动部分)通过壳体101由固定到壳体101的滑轮轴承可旋转支撑并通过由引擎10所驱动的带15(图1)所旋转。驱动轴111被设置在滑轮110的中心并延伸到压缩机装置140，如后所述。驱动轴通过固定到壳体101的轴承114和115可旋转支撑。此后，滑轮110(驱动轴111)的旋转方向被称为前向方向，而反向方向被称为向后方向。轴密封119被设置在轴承114上，用于密封轴承114。
电磁离合器120(开关装置)包括固定到壳体101的电磁线圈121，以及设置在驱动轴111的端部上的摩擦板122。如公知的那样，当电动功率通过控制单元被供给到电磁线圈121时，摩擦板122被移动并连接到滑轮110，这样滑轮110的旋转力被传输到驱动轴111(离合器开状态)。当电动功率对线圈121的供给被切断时，摩擦板122从滑轮110分离，驱动力的传送被切断(离合器的关状态)。
电机130具有两个功能，即，作为电动机和发电机，并包括转子部分132和定子部分133。电机130被容纳在位于滑轮110侧面上的壳体中。转子部分132被连接到驱动轴111(也称为电机轴)，并且永久磁铁132a设置在转子部分132的外周上。
定子部分133具有线圈部分133a并挤压配合到壳体101的内表面中。当电功率从电池(未示出)通过逆变器(未示出)供给到线圈部分133a时，转子部分132在前向方向上旋转。另一方面，当转子部分132通过滑轮110或者通过膨胀装置150(将在后面说明)旋转时，并且由此当电机130作为发电机进行操作时，在线圈部分133a上所产生的电功率通过逆变器对电池充电，或者供给到气体的电动部分(载荷)。
此实施例中的压缩机装置140是叶片型压缩机，具有固定的容量，并安置在与滑轮110相对的侧面上的壳体101中。压缩机轴141设置在驱动轴111的外周上，这样压缩机轴141相对于驱动轴111可旋转。压缩机轴141由驱动轴111上的轴承141a和141b支撑。
转子140a被固定到压缩机轴141，多个叶片140b被插入到转子140a中，其方式使得叶片140b在转子140a的径向方向上可滑动移动。叶片140b容纳在椭圆形圆柱孔140c中，并且转子140a、叶片140b和圆柱孔140c形成多个工作室140d。
高压端口149a和低压端口149b设置在壳体101上，其中低压端口149b与工作室140d相连通。工作室140d与高压端口149a通过排放阀(未示出)可操作地连通。低压端口149b与蒸发器24相连接，高压端口149a与散热装置21相连接。
在压缩机装置140中，当来自滑轮110、电机130或者膨胀装置150(将在后面说明)的驱动力被施加到压缩机轴141(当开关装置被连接，将在后面说明)，转子140a以及叶片140b在前向方向上旋转。制冷剂然后从低压端口149b抽吸到工作室，在所述工作室制冷剂被压缩，并且通过排放阀从高压端口149a排放。
膨胀装置150是与压缩机装置140相似的叶片型装置，并且安置在电机130和压缩机装置140之间的壳体101中。具有多个叶片153的转子152被连接到驱动轴111。转子152和叶片153容纳在椭圆形圆柱孔154中，其中转子152、叶片153和圆柱孔154形成多工作室155。
单向离合器151a被设置在转子152和驱动轴111之间，其中装置152与驱动轴111在转子152在前向方向上旋转时配合。换言之，当转子152没有旋转或者在前向方向上以比驱动轴111更低的速度旋转时，驱动轴1111可以在其前向方向上相对于转子152旋转。
入口端口156和出口端口157设置在壳体101中，其中入口和出口端口156和157分别与工作室155相连通。入口端口156被连接到制冷剂加热装置33，并且入口端口157被连接到散热装置21。
当在制冷剂加热装置33所加热的制冷剂的过热蒸汽通过入口端口156供给到膨胀装置150时，制冷剂在工作室150中膨胀以在前向方向上旋转转子152。结果，驱动力被传送到驱动轴111。在膨胀之后的低压制冷剂从出口端口157所释放。
为了连接或者断开压缩机装置140和膨胀装置150，开关装置140e设置在压缩机装置140和膨胀装置150之间。开关装置140e包括电磁离合器，所述电磁离合器具有固定到驱动轴111的相对端部的可移动板111a和压缩机轴141的电磁线圈141c。当电磁离合器140e被打开，驱动轴111和压缩机轴141被彼此连接，而它们在电磁离合器140e被关闭时断开。电磁离合器140e通过控制单元(未示出)所控制。
下面将说明上述流体机械的操作。
(1.当执行空调操作时的操作)
兰金循环30的制冷剂泵32首先通过控制单元所操作。在引擎10被操作的情况下，电磁离合器120和140e被接通，这样引擎10的驱动力通过滑轮110和驱动轴111被传送到压缩机轴141，并且压缩机进行操作，以在制冷循环20中压缩制冷剂。
制冷剂以压缩机装置140、散热装置21、气液分离器22、减压装置23、蒸发器24和压缩机装置140的顺序被循环。用于空气调节操作(冷却操作)的空气在蒸发器24所冷却下来。在此操作中，电机130的转子132同时旋转，这样电功率也在电机130上产生。
由于制冷剂泵32的操作，在制冷剂加热装置33上加热的制冷剂的过热蒸汽通过入口端口156被供给到膨胀装置150的工作室155中。转子152由此在前向方向上旋转。当转子152的旋转速度比驱动轴111的速度高时，单向离合器151a与驱动轴111相配合，这样在膨胀装置150上所产生的旋转力被施加到压缩机装置140和电机130。在膨胀装置150中的膨胀之后的低压的制冷剂从出口端口157通过第二旁路通道35、止回阀35a、散热装置21、气液分离器22、第一旁路通道31回流到制冷剂泵32。
当转子152的旋转速度低于驱动轴111的速度时，单向离合器151a与驱动轴111脱离配合，这样膨胀装置150没有负面影响驱动轴111的旋转(压缩机装置140和电机130的操作)。
在引擎操作由于闲置停止操作或者在车辆(具有混合引擎)的较低速度运行的情况下而停止时，电磁离合器120通过控制单元所断开，而电磁离合器140e保持在其“接通”的条件下。然后，电机130作为电动机来操作，这样压缩机装置140通过来自电机130的驱动力操作。如上，即使在引擎临时制动的情况下，压缩机装置140的操作以及由此空调的操作将继续。在此操作中，膨胀装置150通过制冷剂的过热蒸汽所操作(旋转)，膨胀装置150的旋转力被施加到压缩机装置140和电机130。
在废热从引擎10被充分收集以及可以在膨胀装置150上获得充分的驱动力的情况下，电磁离合器120通过控制单元断开，而不管引擎10是否操作。在这样的情况下，压缩机装置140只通过来自膨胀装置140的驱动力进行操作。膨胀装置150的驱动力也施加到电机130，以将其作为发电机操作。
(2.当停止空调操作时的操作)
制冷剂泵32通过控制单元进行操作，独立于引擎10是否操作或者停止。电磁离合器120和140e断开。膨胀装置150的转子152通过制冷剂的过热蒸汽所旋转。单向离合器151与驱动轴111配合，这样在膨胀装置150上所产生的旋转力被施加到电机130(操作作为发电机)。由于电磁离合器140e也被断开，在膨胀装置150上所产生的驱动力没有传送到压缩机装置140。
根据本发明的上述的实施例，流体机械具有下述优点。
膨胀装置150被设置在流体机械100中，并可操作地连接到压缩机装置140和电机130，电磁离合器140e被设置在膨胀装置150和压缩机装置140之间。结果，旋转驱动力可以在膨胀装置150上通过收集来自引擎10的废热来获得，而不管压缩机装置140是否操作。
在压缩机装置140的操作用于空调操作时，膨胀装置150通过电磁离合器140e与压缩机装置140相连接。结果，在膨胀装置150上所产生的旋转驱动力可以施加到压缩机装置140和/或者电机130。
在压缩机装置140没有操作的情况下，压缩机装置140从膨胀装置150通过电磁离合器140e所断开，这样膨胀装置150可以在没有被压缩机装置140的负面影响的情况下进行旋转。由此，膨胀装置150可以有效地产生旋转力并将所产生的旋转力施加到电机130(作为发电机进行操作)。
由于在膨胀装置150上所产生的旋转驱动力被施加到压缩机装置140或者电机130，引擎10的驱动力可以被减小，以改良燃料消耗比。
此外，由于具有电磁离合器120的滑轮110被连接到压缩机装置140，来自引擎10的驱动力可选择地施加到压缩机装置140，除了膨胀装置150和电机130的旋转力之外。
由于电机130、膨胀装置150和压缩机装置140被串联安置并一体容纳在壳体101中，它们之中的连接可以很容易被获得。流体机械可以变得尺寸更小，并可以简单安装在车辆中。
传动装置(速度改变齿轮装置)可以设置在压缩机装置140和膨胀装置150之间，这样齿轮比可以根据膨胀装置150的旋转速度而被改变，并且由此压缩机装置140可以有效地在所需的旋转速度上操作。
(第二实施例)
本发明的第二实施例显示在图3-5中，其与第一实施例不同在于下述各点。流体机械100的压缩机装置140具有膨胀装置的功能。压缩机装置140和膨胀装置150被连接到电机130，并且开关装置158被设置在电机130和膨胀装置150之间。并且传动装置160进一步设置成用于在滑轮110、电机130和压缩机装置140之中改变功率传动路径，并且也用于改变(增加或者减小)将被传送的驱动力的旋转速度。这些装置以滑轮110、膨胀装置150、电机130、传动装置160和压缩机装置140的顺序被安置，并且容纳在具有前部壳体101a、中间壳体101b和后部壳体101c的壳体101中。
在显示了总系统的图3中，制冷循环20包括设置在散热装置21和压缩机装置140之间的开关阀25(由电磁阀所形成)，其中制冷剂通道通过开关阀25接通或者断开。开关阀通过控制单元(未示出)所控制。止回阀24a设置在蒸发器24的出口侧上，这样制冷剂被允许只流到压缩机装置140的入口侧。第三旁路通道36设置成用于将压缩机装置140的入口侧(低压端口)与散热装置21的入口侧相连接。止回阀36a设置在第三旁路通道36中，这样制冷剂被允许只从压缩机装置140流动到散热装置21。
在兰金循环30中，开关阀34被设置第一旁路通道31中，这样在制冷剂加热装置33上被加热的制冷剂的过热蒸汽可选择地供给到压缩机装置140或者膨胀装置150。开关阀通过控制单元(未示出)进行控制。
如图4中所示，流体机械100包括前部壳体101a、中间壳体101b和后部壳体101c。压缩机装置140包括将被等同于卷轴式压缩机的结构，包括通过中间壳体101b固定到前部壳体101a的被固定卷轴142；在通过中间壳体101b和被固定卷轴142所限定的空间中可移动的可移动卷轴143；由固定和可移动卷轴142和143形成的工作室V；形成在被固定卷轴和后壳体101c之间的高压室14；，用于可操作地将工作室V和高压室145相连通的连通端口146和147，以及用于打开和关闭连通端口146和147的阀装置148(包括排放阀148a、线轴148d等，如后面所述)。
各个被固定和可移动卷轴142、143具有基板部分142a和143a，以及分别从基板部分朝向其它的卷轴延伸的螺旋卷轴套(scroll wrap)142b和143b，其中螺旋卷轴套接触以形成多个工作室V，其体积在可移动卷轴143旋转时增加或者减小。
压缩机轴141是在压缩机轴141的端部上具有偏心部分141d的曲柄轴，其中偏心部分141d对压缩机轴141的旋转轴线偏心。偏心部分141d通过衬套141e和轴承141fa连接到可移动卷轴143。
参考标记144指示用于防止可移动卷轴143自动旋转并允许轨道运动的自动旋转防止机构。当压缩机轴141通过旋转一圈时，可移动卷轴143围绕压缩机轴141以轨道运动而移动，并且工作室V的体积将随着工作室从外部位置移动到内部位置而被减小。另一方面，工作室V的体积将随着工作室从内部位置移动到外部位置而增加。
连通端口146操作作为出口端口，用于通过将工作室V和高压室145相连通而排放被加压的制冷剂，这将在压缩操作的过程中达到其最小的体积。连通端口147作为用于从高压室145引入高温高压制冷剂(即制冷剂的过热蒸汽)至工作室V的入口端口而进行操作，其体积在膨胀操作的过程中变为其最小值。
高压室145具有通过使得通过连通通道145(也称为排放端口145)所排放的制冷剂的脉动平稳而均衡制冷剂的压力的功能。连接到散热装置21的高压端口149a被形成在后部壳体101c中。油分离器(未示出)设置在高压端口149a中，用于从制冷剂分离油(润滑油)。
低压端口149b形成在前部壳体101a中，用于将利用中间壳体101b和固定卷轴142所限定的空间与蒸发器24和第三旁路通道36通过前部壳体101a的内部空间相连通。
排放阀148a和阀制动器148b通过螺栓148c被固定到被固定卷轴142的基板142a，其中释放阀148a是用于防止被释放的制冷剂从高压室145流回到工作室V的簧片阀类型的止回阀，并且制动器148是用于限制簧片阀148a运动的板。
线轴148d是用于打开和关闭连通端口147(也称为入口端口147)的开关阀，这样压缩机装置140的操作从压缩操作到膨胀操作或者反过来切换。线轴148d以滑动的方式被安置在形成在后壳体101c的后压室148e。弹簧148f被设置在后压室148e内，以在靠近入口端口147的方向上推动线轴148d。
控制阀(电磁阀，未示出)设置在后部壳体101c内，用于通过将后压室148e与低压端口149b的侧面上的空间或者与高压室145相连通而控制后压室148e中的压力。控制阀通过控制单元(未示出)进行控制。
当电磁阀通过控制单元打开时，后压室148e中的压力被减小低于高压室145中的压力。然后，线轴148d用弹簧148f的弹簧力在打开入口端口147的方向上(在图4中的向右方向)移动。
当电磁阀被关闭时，后压室148e中的压力变得等于高压室145中的压力，并且线轴148d通过弹簧148f在关闭入口端口147的方向上(图4中的向左的方向上)的弹簧力而移动，以关闭入口端口147。如上所述，线轴148d、后压室148e、弹簧148f和电磁阀构成了用于打开和关闭入口端口147的引导类型电动阀。
传动装置160包括设置在所述装置160的中心的中心齿轮161、具有多个围绕中心齿轮161移动并在它们的自己的轴线上旋转的小齿轮162a的行星齿轮架162，以及设置在小齿轮162a的外周上的环形内齿轮(环齿轮)163。
单向离合器111b设置在驱动轴111上，这样驱动轴111的旋转只在单个方向上被允许(前向方向上)。轴承116和117相对驱动轴111可旋转地支撑中心齿轮161，即转子部分132，轴承118可旋转地相对压缩机轴141支撑驱动轴111(行星齿轮架162)，以及轴承141g可旋转地相对中间壳体101b支撑压缩机轴141。
轴密封119是用于防止制冷剂通过驱动轴111和前部壳体101a之间的间隙流出前部壳体101a的密封件。
膨胀装置150是与第一实施例相同的叶片型装置，并且在电机130的侧面上安置到滑轮110。膨胀装置的转子152安置成在向后的方向上通过制冷剂的过热蒸汽进行旋转。转子152相对驱动轴111可旋转并通过开关装置158(反向输入切断离合器)连接到电机130的转子部分132。开关装置158是允许功率从一侧传输到另外一侧的离合器，但是防止功率从另外一侧传输到一侧。具体而言，在膨胀装置150(转子152)上所产生的旋转驱动力可以传输到电机130(转子部分132)，而不管旋转方向是向前方向还是向后方向。另一方面，电机130(转子部分132)的旋转力可以不传输到膨胀装置150(转子152)。
现在，将说明流体机械100的操作。
(1.当执行空调操作时的操作)
制冷循环20的开关阀通过控制单元(未示出)打开，用于兰金循环30的制冷泵32被操作，并且切换阀34被切换到膨胀装置150。在后部壳体101c中的电磁阀被闭合并且由此输入端口147通过线轴148d关闭。当引擎10运行时，电磁阀120被打开。
引擎10的驱动力通过滑轮110、驱动轴111、传动装置160(旋转速度增加)和压缩机轴141(此操作对应图5中的线“a”)被传送到压缩机装置140。压缩机装置140作为序数卷轴压缩机进行操作。压缩机装置140从低压端口149b抽吸制冷剂，在工作室V中压缩制冷剂，将被压缩的制冷剂通过排放端口146释放到高压室145，并且最后将高压制冷剂通过高压端口149a释放。
被释放的制冷剂从压缩机装置140通过开关阀25、散热装置21、气液分离器22、减压装置23、蒸发器24和止回阀24a循环并回到压缩机装置140。空气在蒸发器24冷却下来。
特定量的油包括在制冷剂中，并且油冷却下来并在制冷剂(包括油)通过低压端口149b流入流体机械100并通过膨胀装置150、电机130和传动装置160流入到压缩机装置140时润滑流体机械中的各部件。当制冷剂通过高压端口149a释放时，油从制冷剂通过设置在后部壳体101c中的油分离器而从制冷剂分离，这样抑制油流出到制冷循环中。
在膨胀装置150中，通过制冷剂加热装置33所加热的制冷剂的过热蒸汽由于制冷剂泵32的操作而被供给到膨胀装置150的入口端口156。过热的制冷剂被引入到工作室V并在其中膨胀，这样转子152在向后的方向上旋转。
在膨胀装置150上所产生的旋转驱动力从转子15通过切换装置(反向输入切断离合器)158而传送到电机130的转子132。电机130的转子132由此在向后的方向上旋转并作为发电机操作。(但是电机130在上述的操作过程中作为电动机操作)。由于在膨胀装置150和传送装置160的发电，压缩机装置140可以在更高的速度上被驱动(此操作对应图5中的线“b”)。
膨胀装置150上的在膨胀之后，低压的制冷剂流出出口端口157。制冷剂通过第二旁路通道35、止回阀35a、散热装置21、气液分离器22和第一旁路通道31而流回到制冷剂泵32。
在引擎操作由于闲置停止操作或者车辆(具有混合引擎)的低速运行的缘故而停止的情况下，电磁离合器120通过控制单元关闭，并且电机130作为序数电机进行操作，以产生旋转力。在此操作中，电机130在向后的方向上旋转。当驱动轴111通过传动装置160在向后的方向上趋于旋转时，通过单向离合器111b防止驱动轴111的旋转。结果，电机130的旋转驱动力通过传动装置160被传送到压缩机装置140，其中电机130的旋转速度由于传动装置160而被减小。如上，压缩机装置140可以连续操作并且由此可以连续空调操作，即使在引擎操作临时停止的情况下。在上述的操作中，膨胀装置150通过过热的制冷剂连续操作，并且在膨胀装置150上所产生的驱动力被连续地施加到电机130和压缩机装置140。(此操作对应图5中的线“c”)。
在废热被充分从引擎10收集的情况下，充分的驱动力可以在膨胀装置150上获得，电磁离合器120通过控制单元断开，不管引擎10是否操作。在这样的情况下，压缩机装置140只通过来自膨胀装置140的驱动力来操作。膨胀装置150的驱动力也施加到电机130以将其操作为发电机。
(2.当停止空调操作时的操作)
开关阀25被关闭，制冷剂泵32也被操作，并且切换阀34通过控制单元(未示出)被切换到压缩机装置240，其独立于引擎10是否操作。后部壳体101c中的电磁阀被打开，这样入口端口147通过线轴148d打开。电磁离合器120被关闭。
通过制冷剂加热装置33所加热的制冷剂的过热高压蒸汽通过切换阀34、高压端口149a、高压室145以及入口端口147而被供给到压缩机装置140的工作室V中。由于制冷剂的过热蒸汽没有从制冷剂加热装置33供给到膨胀装置150，膨胀装置150没有被操作。
由于压缩机装置140作为膨胀装置进行操作，可移动卷轴143在向后的方向上被旋转。在压缩机装置140上所产生的旋转驱动力趋于在向后的方向上通过传动装置160旋转驱动轴111。但是，向后方向上的驱动轴111的旋转通过单向离合器111b而被防止。结果，在压缩机装置140上所产生的旋转驱动力通过传动装置160被传输到电机130，其中旋转速度增加。电机130由此作为发电机(此操作对应图5中的线“d”)进行操作。在此操作中，电机130可以在不被膨胀装置150影响的情况下旋转，因为在压缩机装置140上所产生的旋转驱动力由于切换装置158而没有被传送到膨胀装置150。
压缩机装置140上(作为膨胀装置进行操作)的在膨胀后低压的制冷剂流出低压端口149b。制冷剂流经低压端口149b、第三旁路通道36、止回阀36a、散热装置21、气液分离器22、第一旁路通道31、制冷剂泵32、制冷剂加热装置33、切换阀34并回到压缩机装置140(操作作为膨胀装置)。
根据上述的第二实施例，流体机械具有下述优点。
流体机械100的压缩机装置140具有压缩操作和膨胀操作的功能。电机130被连接到压缩机装置140和膨胀装置150，切换装置158被设置在电机130和膨胀装置150之间，用于切断旋转力从电机130传输到膨胀装置150。
相应地，来自引擎10的废热可以总是通过膨胀装置150或者压缩机装置140的膨胀操作来收集，而不管通过压缩机装置140的压缩操作是否被执行。
当压缩机装置140作为压缩机被操作时，膨胀装置150通过切换装置158被连接到电机130，这样在膨胀装置150上所产生的旋转驱动力可以传输到电机130，或者电机130和压缩装置140两者。
当压缩机装置140作为膨胀装置被操作时，膨胀装置150由于切换装置158的缘故而从电机断开，这样压缩机装置140可以作为膨胀装置进行操作，而不接收来自膨胀装置150的阻力。相应地，通过压缩机装置140的膨胀操作可以在没有能量损耗的情况下有效地执行，并且所产生的旋转驱动力可以被施加到电机130。
此外，由于传动装置160被设置在压缩机装置140和电机130之间，将被传送到压缩机装置140的电机130的旋转速度可以被较小。结果，更高的速度和较低的扭距电机可以被用作电机130，并且由此电机130可以尺寸变得更小。此外，在压缩机装置140(操作作为膨胀装置)上所产生的驱动力的旋转速度可以被增加。结果，在电机130上所产生的电功率量可以被增加。
由于将被抽吸到压缩机装置140中的制冷剂从低压端口149b通过壳体101的内部流入到压缩机装置140，即通过膨胀装置150、电机130以及传动装置160，这些装置可以通过制冷剂冷却下来，以由此改良这些装置的寿命持续期。
此外，所述装置150、130、160和140通过包括在制冷剂中的润滑剂所润滑并提高这些装置的滑动部分的寿命。
电磁离合器可以被用作切换装置158(反向输入切断离合器)。
(其它实施例)
电机130、压缩机140和壳体101中的膨胀装置150的布置不限于上述实施例中所示出的顺序。
在上述实施例中，电机130、压缩机140和膨胀装置150在壳体中一体形成。但是，可供选择地，电机130和膨胀装置150可以一体形成，并且传统装置的压缩机可以连接到电机和膨胀装置。
可以使用其它类型的压缩机装置或膨胀装置。例如，可以使用旋转斜板类型或者旋转类型的压缩机。
本发明的上述实施例作为使用在具有闲置停止功能或者混合引擎的机动车辆中的示例。本发明可以用于其它类型的车辆。

Claims (11)

1.一种流体机械，包括：
压缩机装置(140)，所述压缩机装置(140)用于压缩工作流体；
膨胀装置(150)，所述膨胀装置(150)用于通过收集来自外部驱动源(10)的废热而产生旋转驱动力；
电动旋转装置(130)，所述电动旋转装置(130)具有电动机和发电机的功能，其中膨胀装置(150)可操作地连接到电动旋转装置(130)和压缩机装置(140)；以及
设置在压缩机装置(140)和膨胀装置(150)之间的开关装置(140e)，用于将压缩机装置(140)连接到膨胀装置(150)或者从膨胀装置(150)断开。
2.根据权利要求1所述的流体机械，还包括：
传动装置，所述传动装置设置在压缩机装置(140)和电动旋转装置(150)之间，用于将驱动力从膨胀装置(150)传送到压缩机装置(140)，其中被传送的驱动力的旋转速度被改变。
3.一种流体机械，包括：
压缩机装置(140)，所述压缩机装置(140)具有用于压缩工作流体的功能和膨胀工作流体的功能；
膨胀装置(150)，所述膨胀装置(150)用于通过收集来自外部驱动源(10)的废热而产生旋转驱动力；
电动旋转装置(130)，所述电动旋转装置(130)具有电动机和发电机的功能，其中电动旋转装置(150)可操作地连接到压缩机装置(140)和膨胀装置(150)；以及
设置在电动旋转装置(130)和膨胀装置(150)之间的切换装置(158)，用于将电动旋转装置(130)连接到膨胀装置(150)或者从膨胀装置(150)断开。
4.根据权利要求3所述的流体机械，还包括：
压缩机装置(140)和电动旋转装置(130)之间的传动装置(160)，其中
当其作为膨胀装置进行操作时，传动装置(160)传送在压缩机装置(140)上所产生的旋转驱动力至电动旋转装置(130)，并且将被传送到电动旋转装置(130)的旋转速度被改变，以及
传动装置(160)还将在膨胀装置上所产生的旋转驱动力通过电动旋转装置(130)传送到压缩机装置(140)，而且将被传送到压缩机装置(140)的旋转速度被改变。
5.根据权利要求1所述的流体机械，还包括：
外驱动部分(110)，用于通过外部驱动源(10)驱动，其中
外驱动部分(110)连接到压缩机装置(140)、膨胀装置(150)和电动旋转装置(130)中的其中之一；以及
外驱动部分(110)具有切换装置(120)，用于可选择地将来自外驱动源(10)的驱动力传送到压缩机装置(140)、膨胀装置(150)和电动旋转装置(130)中的其中之一。
6.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，
切换装置(140e)包括电磁阀。
7.根据权利要求3所述的流体机械，其特征在于，
切换装置(158)包括反向输入切断离合器，用于将来自膨胀装置(150)的驱动力传送到电动旋转装置(130)，切换装置(158)防止来自电动旋转装置(130)的旋转力被传送到膨胀装置(150)。
8.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，
压缩机装置(140)、电动旋转装置(130)和膨胀装置(150)在壳体(101)中一体形成。
9.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，
压缩机装置(140)、电动旋转装置(130)和膨胀装置(150)串联设置。
10.根据权利要求8所述的流体机械，其特征在于，
工作流体在壳体(101)内流动。
11.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，
工作流体包括润滑油。
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