专利名称：膨胀机一体型压缩机及使用该压缩机的制冷循环装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及膨胀机一体型压缩机及使用该压缩机的制冷循环装置。
背景技术：
近来，随着资源问题和地球暖化问题的深刻化，关于供热水机或空调机中应用的 制冷循环装置的省能量化的研究开发活跃地进行。例如，现有的制冷循环装置是通过膨胀 阀使制冷剂膨胀的结构，但是进行了如下的尝试取代膨胀阀而采用容积式的膨胀机，由 此，回收制冷剂的膨胀能量而利用在压缩机的辅助动力中。通过制冷剂的膨胀能量的回收 及利用，可以在理论上期待20%左右而实际上10%左右的省电力化。作为实现此种尝试的 流体机械，日本特开2005-299632号公报中公开的流体机械(膨胀机一体型压缩机)的开 发迅速进展。图11是具有代表性的膨胀机一体型压缩机的纵向剖面图。膨胀机一体型压缩机 200具备两级旋转型的压缩机构121、电动机122、两级旋转型的膨胀机构123及收容它们的 密闭容器120。压缩机构121、电动机122及膨胀机构123通过轴124连结。密闭容器120的底部成为用于积存油(制冷机用润滑油)的积油处125。为了汲 取积油处125中积存的油，而在轴124的下端部安装有油泵126。通过油泵126汲取的油经 由轴124内形成的供油路127向压缩机构121及膨胀机构123供给。由此，能够确保压缩 机构121及膨胀机构123的各滑动部分的润滑性和密封性。另外，膨胀机构123的上部配置有回油管128。回油管128的一端与轴124内形成 的供油路127连通，另一端朝膨胀机构123的下方开口。通常，为了确保膨胀机构123的可 靠性而过量地供给油。多余的油经由回油管128返回到积油处125。通过将压缩机构121和膨胀机构123配置在共通的密闭容器120内，而具有能够 通过积油处125中积存的油来润滑压缩机构121及膨胀机构123这两者的优点。根据图11所示的膨胀机一体型压缩机200，从积油处125汲取的油经过高温的压 缩机构121，从而被压缩机构121加热。被压缩机构121加热后的油被电动机122进一步加 热，而到达膨胀机构123。到达了膨胀机构123的油在低温的膨胀机构123中被冷却，然后， 经由回油管128，向膨胀机构123的下方排出。从膨胀机构123或回油管128排出的油在经 过电动机122的侧面时再次被加热，而且在经过压缩机构121的侧面时也被加热，然后，返 回到密闭容器120的积油处125。如上所述，油在压缩机构121与膨胀机构123之间循环，从而产生从压缩机构121 向膨胀机构123的热移动。在此种热移动的作用下，从压缩机构121喷出的制冷剂的温度 下降，而从膨胀机构123喷出的制冷剂的温度上升。当考虑为空调机时，这表示在取暖时室 内加热能力下降或在制冷时室内冷却能力下降的情况。为了提高循环效率，极力减少上述的热移动很重要。尤其是当以高输出来运转系 统时，膨胀机一体型压缩机的转速也变高，由油泵126产生的送油量，甚至由油移动的热量 也变大。
发明内容
本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于，抑制从压缩机构向膨胀机构的热移动。即，本发明提供一种膨胀机一体型压缩机，具备压缩机构，其用于压缩工作流体；膨胀机构，其用于从工作流体回收动力；轴，其将所述压缩机构和所述膨胀机构连结，以将所述膨胀机构回收的动力向所 述压缩机构传递；密闭容器，其以使所述压缩机构及所述膨胀机构上下排列的方式收容所述压缩机 构、所述膨胀机构及所述轴，底部被利用作为积油处，并由压缩后的工作流体充满内部空 间；油泵，其设置在所述轴的下部；供油路，其以沿轴向延伸的方式形成在所述轴的内部，以通过所述油泵将所述积 油处的油向位于所述密闭容器内上侧的所述压缩机构或所述膨胀机构供给；供油量调节机构，其设置在比位于所述密闭容器内上侧的所述压缩机构或所述膨 胀机构靠下方，并用于调节通过所述供油路向位于所述密闭容器内上侧的所述压缩机构或 所述膨胀机构供给的油量。另一方面，本发明提供一种制冷循环装置，具备上述本发明的膨胀机一体型压缩机；散热器，其用于对所述膨胀机一体型压缩机的所述压缩机构压缩的制冷剂进行散执.
y 、人 蒸发器，其用于使利用所述膨胀机一体型压缩机的所述膨胀机构进行膨胀后的制 冷剂蒸发。再一方面，本发明提供一种膨胀机一体型压缩机，具备压缩机构，其用于压缩工作流体；膨胀机构，其用于从工作流体回收动力；轴，其将所述压缩机构和所述膨胀机构连结，以将所述膨胀机构回收的动力向所 述压缩机构传递；密闭容器，其收容所述压缩机构、所述膨胀机构及所述轴，底部被利用作为积油 处，并由压缩后的工作流体充满内部空间；油泵，其设置在所述轴的端部；供油路，其以沿轴向延伸的方式形成在所述轴的内部，以通过所述油泵将所述积 油处的油向所述轴的轴向上的从所述油泵观察时位于远侧的所述压缩机构或所述膨胀机 构供给；供油量调节机构，其用于调节通过所述供油路向所述压缩机构或所述膨胀机构供 给的油量。根据上述本发明的膨胀机一体型压缩机，由于设置有供油量调节机构，因此能够 与轴的转速无关地将适当的量的油向压缩机构或膨胀机构供给。其结果是，能够抑制基于 油循环的从压缩机构向膨胀机构的热移动。
图1是本发明的第一实施方式的膨胀机一体型压缔■机的纵向剖面图。
图2A是膨胀机构的IIA-IIA横向剖面图。
图2B是膨胀机构的IIB-IIB横向剖面图。
图3是图1的局部放大图。
图4是示出供油量调节机构的变形例的图。
图5是本发明的第二实施方式的膨胀机一体型压缔■机的纵向剖面图。
图6是图5的局部放大图。
图7是本发明的第三实施方式的膨胀机一体型压缔■机的纵向剖面图。
图8是图7的局部放大图。
图9是本发明的第四实施方式的膨胀机一体型压缔■机的纵向剖面图。
图10是使用了膨胀机一体型压缩机的制冷循环装置的结构图。
图11是现有的膨胀机一体型压缩机的纵向剖面图O
具体实施例方式(第一实施方式)图1是本发明的第一实施方式的膨胀机一体型压缩机的纵向剖面图。膨胀机一体 型压缩机100A具备密闭容器1、压缩机构2、膨胀机构3、电动机4、轴5、油泵6及供油量调 节机构30。压缩机构2配置在密闭容器1内下侧。膨胀机构3配置在密闭容器1内上侧。 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通过轴 5连结以进行动力传递。油泵6设置在轴5的下部。供油量调节机构30用于调节向膨胀 机构3供给的油量。在本实施方式中，作为供油量调节机构30，采用调节阀(典型的是针 阀)。电动机4通过对轴5进行驱动而使压缩机构2工作。膨胀机构3从膨胀的工作流 体回收动力而施加给轴5，来辅助由电动机4进行的轴5的驱动。工作流体是例如二氧化碳 或氢氟碳化合物等制冷剂。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，也可以是将压缩机构2配置在密闭容器1内上侧而将膨胀机构3配置在密闭 容器1内下侧。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 由被压缩机构2压缩后的制冷剂充满。密闭容器1的底部被利用作为积油处25。为了确保 压缩机构2及膨胀机构3的滑动部分的润滑性和密封性而使用油。积油处25的油量被限 定为油面位于比电动机4靠下方。由此，能够防止基于电动机4的转子对油进行搅拌而电 动机效率下降或向制冷剂回路的油喷出量的增大。在膨胀机一体型压缩机100A动作时，由 于压缩机构2成为高温，因此积油处25中积存的油的温度也变高。压缩机构2具有工作缸17、18、活塞7、8、轴承部件10、11，与现有的两级旋转压缩 机具有相同结构。吸入管13与工作缸17连接，吸入管14与工作缸18连接。通过吸入管
613及吸入管14，将制冷剂向各工作缸17、18内形成的压缩室19、20引导。由压缩室19、20 压缩后的制冷剂向密闭容器1的内部空间24喷出。以使开口部位于电动机4与膨胀机构 3之间的方式将喷出管15与密闭容器1连接。喷出到内部空间24中的制冷剂在电动机4 的周围朝上方流动，从喷出管15被导向密闭容器1的外部的流路。此时，在重力或离心力 的影响下，制冷剂与油分离。在本实施方式中，采用旋转型流体机构作为压缩机构2。“旋转型”中不仅包含叶片 在活塞的外周面上滑动的旋转活塞型或叶片在工作缸的内周面上滑动的滑动叶片型，而且 也包含活塞与叶片一体化的摆动活塞型。此外，压缩机构2的型式并不局限于旋转型。作 为压缩机构2，也可以采用涡旋型、往复型、螺旋型等其他型式的流体机构。这在后述的膨胀 机构3中也相同。电动机4具备固定在密闭容器1上的定子21和固定在轴5上的转子22。经由密 闭容器1的上部设置的接线(未图示)向电动机4供给电力。与膨胀机构3的滑动部分相通的供油路29以沿轴向延伸的方式形成在轴5的内 部。通过在轴5的内部形成供油路29，不会新产生部件个数的增加或布局的问题，因此优 选。油通过供油路29向膨胀机构3的滑动部分供给。在本实施方式中，供油路29在轴5的上端面未开口。如此，如图11中说明的现有 例所示，油不会向膨胀机构3的上部流出。由此，油难以被膨胀机构3冷却。换言之，能够 更有效地抑制从压缩机构2向膨胀机构3的热移动。其中，供油路29也可以在轴5的上端 面开口。轴5可以由单一部件制作，也可以通过组合(连结)多个部件来制作。具体来说， 轴5也可以包含压缩机构2侧的第一轴和膨胀机构3侧的第二轴。第一轴和第二轴可以通 过嵌合直接连结，也可以通过其他部件(连结器)连结。通过组合多个部件形成轴5时，容 易进行组装，尤其是容易进行压缩机构2与膨胀机构3的调心。膨胀机构3具备第一工作缸42 ；具有比第一工作缸42的内径大的内径的第二工 作缸44 ；将第一工作缸42与第二工作缸44分隔的中板43。第一工作缸42及第二工作缸 44相互配置成同心状。如图2A及图2B所示，膨胀机构3还具备第一活塞46、第一叶片48、 第一弹簧50、第二活塞47、第二叶片49及第二弹簧51。如图2A所示，第一活塞46与轴5的偏心部5c嵌合，而在第一工作缸42中进行偏 心旋转运动。第一叶片48由第一工作缸42上形成的叶片槽42a保持成往复移动自如。第 一叶片48的一端部与第一活塞46相接。第一弹簧50与第一叶片48的另一端部相接，对 第一叶片48朝第一活塞46施力。如图2B所示，第二活塞47与轴5的偏心部5d嵌合，而在第二工作缸44中进行偏 心旋转运动。第二叶片49由第二工作缸44上形成的叶片槽44a保持为往复移动自如。第 二叶片49的一端部与第二活塞47相接。第二弹簧51与第二叶片49的另一端部相接，对 第二叶片49朝第二活塞47施力。膨胀机构3还具备轴承部件45及轴承部件41。轴承部件41无间隙地与密闭容 器1嵌合。工作缸或中板等部件经由轴承部件41固定在密闭容器1上。轴承部件41及中 板43从上下夹持第一工作缸42，中板43及轴承部件45从上下夹持第二工作缸44。通过 轴承部件45、中板43及轴承部件41的夹持，而在第一工作缸42及第二工作缸44内分别形
7成工作室55、56。如图2A所示，第一工作缸42的内侧形成有吸入侧的工作室55a(第一吸入侧空 间)及喷出侧的工作室55b (第一喷出侧空间)。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2B所示，第二工作缸44的内侧形成有吸入侧的工作室56a(第 二吸入侧空间)及喷出侧的工作室56b (第二喷出侧空间)。工作室56a与工作室56b通 过第二活塞47及第二叶片49划分。第二工作缸44中的两个工作室56a、56b的总计容积 大于第一工作缸42中的两个工作室55a、55b的总计容积。第一工作缸42的喷出侧的工作 室55b和第二工作缸44的吸入侧的工作室56a经由中板43上形成的贯通孔43a连通，从 而工作室55b及工作室56a作为一个工作室(膨胀室)发挥作用。此外，作为使工作室56a、56b的总计容积大于工作室55a、55b的总计容积的方法， 不仅可以采用使第一工作缸42的内径与第二工作缸44的内径不同的方法，而且可以采用 适当地设定工作缸42、44的厚度或活塞46、47的外径的方法。另外，膨胀机构3具备吸入管52，其作为用于从密闭容器1的外部的流路直接吸 入膨胀前的制冷剂的吸入路；喷出管53，其作为用于将膨胀后的制冷剂向密闭容器1的外 部的流路直接喷出的喷出路。具体来说，吸入管52直接插入到第一工作缸42，从而能够将 制冷剂从密闭容器1的外部的流路向第一工作缸42的工作室55引导。喷出管53直接插 入到第二工作缸44，从而能够将制冷剂从第二工作缸44的工作室56向密闭容器1的外部 的流路引导。也可以将吸入管52插入轴承部件41，并将喷出管53插入轴承部件45。膨胀前的制冷剂经过吸入管52流入第一工作缸42的工作室55a。流入到第一工 作缸42的工作室55a内的工作流体对应于轴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构成的膨胀室中使轴5旋转并进行膨胀而成为低压。膨胀后 的制冷剂经过工作室56b及喷出管53而被向密闭容器1的外部引导。设有油泵6的位置是轴5的下部。具体来说，轴5的下部的供油路29上配置有油 泵6。通过在供油路29上配置油泵6，无需另外设置供油管。油泵6由轴5施加动力而进行动作。在本实施方式中，采用速度型泵(涡轮型泵) 作为油泵6。具体来说，油泵6具有泵叶片6a及叶片固定件6b。泵叶片6a通过叶片固定 件6b固定在轴5上。泵叶片6a与轴5—起旋转，从而朝上方加压输送油。通常，由于油泵 6的转速与轴5的转速相等，因此随着轴5的转速增大，油泵6的输出容积及输出压力也增 大。其中，由于随着油泵6的输出压力增大而供油量调节机构30的效力增强，因此并不是 将与轴5的转速成比例的量的油向膨胀机构3供给。此外，油泵的种类并不局限于速度型泵，也可以使用容积型泵。作为容积型泵，列 举有旋转型油泵或余摆线泵(日本油泵社的登录商标)。其中，就与本实施方式中的供油量 调节机构30的相合性来说，速度型泵优于容积型泵。在本实施方式中，是因为没有后述的 第二及第三实施方式那样的排油路的缘故。供油量调节机构30具有阻碍通过供油路29向膨胀机构3供给的油量追随轴5的 转速增大的结构。如上说明所示，极力减小基于油循环的从压缩机构2向膨胀机构3的热 移动，这对于使用了膨胀机一体型压缩机100A的制冷循环装置(参照图10)的效率提高很 重要。轴5的转速增大时，油泵6的输出容积及输出压力也有增大的倾向，但是在供油量调 节机构30的作用下，防止油的过量供给。根据情况，能够与轴5的转速无关地将向膨胀机
8构3的供油量维持成大致恒定。其结果是，能够抑制基于油的循环的从压缩机构2向膨胀 机构3的热移动。在本实施方式中，供油量调节机构30设置在供油路29内。因此，无需确保供油量 调节机构30用的专用的空间。应该设置供油量调节机构30的位置比位于密闭容器1内上 侧的膨胀机构3靠下方即可。典型的是在轴5的轴向上的压缩机构2的工作室20与电动 机4之间设置供油量调节机构30。图3是图1的局部放大图。如图3所示，供油量调节机构30具备阀座31、针32 (阀 芯)、弹簧33及针止动件34。阀座31具有越接近膨胀机构3而内径越缩小的节流孔的形 状。以面对阀座31的方式配置针32。针32具有圆锥状的前端部。为了在阀座31与针32 之间形成油能够流通的间隙而在阀座31与针32之间配置有弹簧33。对应于供油路29中 的油的压力变动，而弹簧33进行伸缩，从而能调节阀座31与针32之间的间隙的宽度。隔 着针32在阀座31的相反侧配置限定针32的可动范围的针止动件34。此外，阀座31或针 止动件34也可以通过轴5的一部分形成。根据供油量调节机构30，应该送往膨胀机构3的油在供油路29中流动，而与针32 的背面接触。然后，油通过针32的周围而朝阀座31流动。油与针32的背面接触，从而以 与油的流量相对应的力将针32朝阀座31按压。而且，针32被与弹簧33的位移成比例的 力压回。S卩，阀座31与针32之间的间隙的宽度(间隙的截面积)与油的流量相对应地进 行变化。与轴5的转速增大相对应地，油泵6的送油能力提高，另一方面，由于阀座31与针 32的间隙缩小，而对应于油流动的阻力增大。结果是限制(最优化)油的供给量。即使在轴5成为高转速时，在供油量调节机构30的作用下，也不会向膨胀机构3 供给必要以上的油。换言之，能向膨胀机构3供给适当量的油。其结果是，能够抑制基于油 循环的从压缩机构2向膨胀机构3的热移动。而且，由于不会向膨胀机构3过量地供给油， 因此在膨胀机构3中，能够防止油多量地混入到工作流体中的情况。因此，能够防止基于油 过量地流入蒸发器102 (参照图10)的热交换效率的显著下降。此外，如图4所示，仅在供 油路29上设置阀座31，就能够得到使供油量最优化的效果。即，仅在供油路29上设置节 流孔，由于节流孔的压力损失随着油流量的增加而增大，因此这样就能够抑制向膨胀机构3 过量地供给油的情况。在本实施方式中，仅将供油路29的油向膨胀机构3供给，但是也可以将供油路29 的油向压缩机构2供给。(第二实施方式)图5是本发明的第二实施方式的膨胀机一体型压缩机的纵向剖面图。如图5所示， 本实施方式的膨胀机一体型压缩机100B与第一实施方式的膨胀机一体型压缩机100A的主 要不同点在于供油量调节机构。对与图1所示的实施方式共通的部件附加共通的符号，省 略说明。图6是图5的局部放大图。在本实施方式中，从供油路29沿径向分支而在轴5的 外周面开口的分支通路29s形成在轴5上。并且，供油量调节机构60设置在该分支通路 29s内。如此，由于能够从轴5的外部进行供油量调节机构60的安装，因此比第一实施方式 组装容易。而且，分支通路29s作为排油路进行动作，因此油泵也适合于容积型泵的情况。如图6所示，供油量调节机构60具备阀座61、针62、弹簧63及针止动件64。阀
9座61具有越接近供油路29而内径越缩小的节流孔的形状，配置在分支通路29s中的面向 供油路29的部分。以面向阀座61的方式配置圆锥状的针62。针62能够沿接近阀座61的 方向及离开阀座61的方向(轴5的径向)位移。针止动件64配置在分支通路29s中的面 向轴5外部的部分。通过针止动件64限定针62的可动范围。弹簧63配置在针62与针止 动件64之间。轴承部件10具由对轴5进行支承的轴承部10a。轴承部IOa在形成有分支通路 29s的位置覆盖轴5的外周面。轴承部IOa的内周面上形成有环状的室67。分支通路29s 朝室67开口。在轴承部IOa上以沿径向贯通该轴承部IOa的方式形成有将室67和密闭容 器1的内部空间24连结的油排出路66。通过分支通路29s、室67及油排出路66，油能够从 供油路29向密闭容器1的内部空间24流通。供油路29的内压小于规定压力时，供油量调节机构60成为闭状态。所谓闭状态 是通过使针62嵌入阀座61而堵塞分支通路29s的状态。在闭状态下，油不会流通分支通 路29s。另一方面，随着轴5的转速增大而供油路29的内压高于规定压力时，供油量调节机 构60成为开状态。所谓开状态是通过使针62离开阀座61而在阀座61与针62之间产生 间隙的状态。在成为开状态时，油能够流通分支通路29s。供油路29的内压高于规定压力时，油压开针62并通过阀座61而进入分支通路 29s。油压开针62的力与供油路29的内压成比例。以供油路29内的油等(详细来说是油 的压力及离心力)施加给针62的向外的载荷超过供油量调节机构60为闭状态时弹簧63 按压针62的力为条件，将供油量调节机构60从闭状态向开状态切换。S卩，轴5的转速增大而必要以上的油被送入供油路29时，供油路29的内压上升， 从而供油量调节机构60成为开状态。供油量调节机构60成为开状态时，流通供油路29的 油的一部分通过分支通路29s而被导向轴5的外部。流出到轴5外部的油通过轴承部件10 的轴承部IOa上形成的室67及油排出路66向密闭容器1的内部空间24排出。其结果是， 向膨胀机构3的供油量被最优化。如此，在本实施方式中，供油量调节机构60由溢流阀构 成。另外，在本实施方式中，油通过分支通路29s向轴5的外部逃散。因此，在供油量 调节机构60成为开状态时，供油路29中的油的流量在设置供油量调节机构60的位置前后 产生差异。具体来说，流量在供油量调节机构60与油泵6之间变多，而在膨胀机构3与供 油量调节机构60之间变少。从抑制基于油循环的从压缩机构2向膨胀机构3的热移动的 观点出发，优选使油流量多的部分离开膨胀机构3的情况。因此，在电动机4与压缩机构2 之间，优选在轴5上形成分支通路29s。(第三实施方式)图7是本发明的第三实施方式的膨胀机一体型压缩机的纵向剖面图。如图7所示， 本实施方式的膨胀机一体型压缩机100C与第一实施方式的膨胀机一体型压缩机100A(图 1)的主要不同点在于供油量调节机构。图8是图7的局部放大图。在本实施方式中，从供油路29沿径向分支而在轴5的 外周面开口的分支通路29t形成在轴5上。并且，在轴5的外部设置供油量调节机构70，以 使多余的油通过分支通路29t而被导入密闭容器1的内部空间24。供油量调节机构70位 于轴5的外部，因此与前面的两个实施方式相比，由于供油量调节机构70而能够确保大空
10间。关于在轴5上形成分支通路29t作为排油路的方面，本实施方式与第二实施方式 共通。另一方面，在供油量调节机构70不与轴5 —起旋转的方面，本实施方式与第二实施 方式不同。由于分支通路29t作为排油路进行动作，因此油泵优选为容积型泵。如图8所示，在本实施方式中，供油量调节机构70设置在轴承部件10的内部。轴 承部件10具有对轴5进行支承的轴承部10a。轴承部IOa在形成有分支通路29t的位置 覆盖轴5的外周面。轴承部IOa的内周面上形成有环状的室77。分支通路29t朝室77开 口。轴承部IOa上还形成有油排出路76作为将室77与密闭容器1的内部空间24连结的 通路。并且，该油排出路76上设有供油量调节机构70。供油量调节机构70具备阀座71、阀芯72、弹簧73及阀芯止动件74。油排出路76 包含沿油的流通方向的截面为T字形的部分，该T字形的部分上配置有阀座71。以面向阀 座71的方式配置具有球的形状的阀芯72。阀芯止动件74隔着阀芯72配置在阀座71的相 反侧。通过阀芯止动件74来限定阀芯72的可动范围。弹簧73配置在阀芯72与阀芯止动 件74之间。此外，供油量调节机构70的结构也可与第二实施方式相同。供油路29的内压小于规定压力时，供油量调节机构70成为闭状态。所谓闭状态 是通过使阀芯72嵌入阀座71而堵塞油排出路76的状态。在闭状态下，油无法流通油排出 路76。另一方面，由于轴5的转速增大而供油路29的内压高于规定压力时，供油量调节机 构70成为开状态。所谓开状态是通过使阀芯72离开阀座71而在阀座71与阀芯72之间 产生间隙的状态。在成为开状态时，油能够流通油排出路76。供油路29的内压高于规定压力时，阀芯72被油压开，油排出路76开通。油压开 阀芯72的力与供油路29的内压成比例。以供油路29内的油施加给阀芯72的载荷超过供 油量调节机构70为闭状态时弹簧73按压阀芯72的力为条件，将供油量调节机构70从闭 状态向开状态切换。S卩，轴5的转速增大而必要以上的油被送入供油路29时，供油路29的内压上升， 从而供油量调节机构70成为开状态。供油量调节机构70成为开状态时，流通供油路29的 油的一部分通过分支通路29t而被导向轴5的外部。流出到轴5外部的油通过轴承部件10 的轴承部IOa上形成的室77及油排出路76，排出到密闭容器1的内部空间24。其结果是， 向膨胀机构3的供油量被最优化。如此，在本实施方式中，供油量调节机构70也由溢流阀 构成。此外，供油量调节机构70可以配置在油排出路76的出口，也可以配置在室77。另外，在本实施方式中，油通过分支通路29t向轴5的外部逃散。因此，在电动机 4与位于密闭容器1内下侧的压缩机构2之间，优选在轴5上形成分支通路29t。(第四实施方式)如图9所示，本实施方式的膨胀机一体型压缩机100D的轴5的轴向与水平方向平 行。沿密闭容器1的长度方向形成有积油处25。在膨胀机构3与电动机4之间设有隔壁 27。隔壁27将内部空间24分隔成膨胀机构3侧的空间和压缩机构2侧的空间。压缩机构 2侧的空间中也配置有电动机4。该隔壁27也具有抑制从压缩机构2及电动机4向膨胀机 构3的热移动的功能。隔壁27具有容许油流通的通路27h。轴5的端部设有容积型的油泵26。沿轴5的轴向依次排列有油泵26、膨胀机构3、
11电动机4及压缩机构2。供油量调节机构60与参照图6在第三实施方式中说明的机构相 同。油泵26的喷嘴26k朝积油处25延伸，以能够吸入积油处25的油。由油泵26吸入的 油通过供油路29向轴5的轴向上的从油泵26观察时位于远侧的压缩机构2供给。在本实 施方式中，来自油泵26的油也向从油泵26观察时位于近侧的膨胀机构3供给。从供油路 29排出的油通过供油量调节机构60返回到膨胀机构3侧的空间。与前面说明的实施方式相同地，能够通过供油量调节机构60防止油的过量供给。 由此，来抑制从压缩机构2向膨胀机构3的热移动。此外，在图9所示的例中，在膨胀机构 3侧设置了油泵26，但是也可以在压缩机构2侧设置油泵26。而且，也可以取代供油量调 节机构60而设置供油量调节机构30 (第一实施方式)或供油量调节机构70 (第三实施方 式)O工业实用性本发明的膨胀机一体型压缩机能够适合于采用在例如空气调和装置、供热水装 置、干燥机或制冷冷藏库用的制冷循环装置(加热泵)。如图10所示，制冷循环装置110具 备膨胀机一体型压缩机100A(、100B、100C、100D)；用于对压缩机构2压缩的制冷剂进行散 热的散热器101 ；用于使利用膨胀机构3进行膨胀的制冷剂蒸发的蒸发器114。通过配管将 压缩机构2、散热器101、膨胀机构3及蒸发器102连接，形成制冷剂回路。例如，制冷循环装置110适用于空气调和装置时，通过抑制从压缩机构2向膨胀机 构3的热移动，能够防止取暖运转时的压缩机构2的喷出温度的下降引起的取暖能力的下 降，并能够防止制冷运转时的膨胀机构3的喷出温度的上升引起的制冷能力的下降。作为 结果，空气调和装置的效率系数提高。
1权利要求
一种膨胀机一体型压缩机，具备压缩机构，其用于压缩工作流体；膨胀机构，其用于从工作流体回收动力；轴，其将所述压缩机构和所述膨胀机构连结，以将所述膨胀机构回收的动力向所述压缩机构传递；密闭容器，其以使所述压缩机构及所述膨胀机构上下排列的方式收容所述压缩机构、所述膨胀机构及所述轴，底部被利用作为积油处，并由压缩后的工作流体充满内部空间；油泵，其设置在所述轴的下部；供油路，其以沿轴向延伸的方式形成在所述轴的内部，以通过所述油泵将所述积油处的油向位于所述密闭容器内上侧的所述压缩机构或所述膨胀机构供给；供油量调节机构，其设置在比位于所述密闭容器内上侧的所述压缩机构或所述膨胀机构靠下方，并用于调节通过所述供油路向位于所述密闭容器内上侧的所述压缩机构或所述膨胀机构供给的油量。
2.根据权利要求1所述的膨胀机一体型压缩机，其中，从所述供油路沿径向分支而在所述轴的外周面开口的分支通路形成在所述轴上， 所述供油量调节机构设置在所述分支通路内。
3.根据权利要求2所述的膨胀机一体型压缩机，其中，还具备配置在所述压缩机构与所述膨胀机构之间并用于驱动所述轴的电动机， 在所述电动机与位于所述密闭容器内下侧的所述压缩机构或所述膨胀机构之间，在所 述轴上形成有所述分支通路。
4.根据权利要求1所述的膨胀机一体型压缩机，其中，所述供油量调节机构具有阻碍通过所述供油路向所述压缩机构或所述膨胀机构供给 的油量追随所述轴的转速增大的结构。
5.根据权利要求1所述的膨胀机一体型压缩机，其中， 所述供油量调节机构包括节流孔、针阀或溢流阀。
6.根据权利要求1所述的膨胀机一体型压缩机，其中， 所述供油量调节机构设置在所述供油路内。
7.根据权利要求1所述的膨胀机一体型压缩机，其中，从所述供油路沿径向分支而在所述轴的外周面开口的分支通路形成在所述轴上， 在所述轴的外部设置所述供油量调节机构，以使油通过所述分支通路而被向所述密闭 容器的内部空间引导。
8.根据权利要求1所述的膨胀机一体型压缩机，其中，所述供油量调节机构具备阀座；阀芯，其配置在面向所述阀座的位置上；弹簧，其用 于根据所述供油路中的油的压力变动而进行伸缩，从而调节所述阀座与所述阀芯的间隙的宽度。
9.根据权利要求8所述的膨胀机一体型压缩机，其中， 所述阀芯的形状为球状。
10.根据权利要求7所述的膨胀机一体型压缩机，其中，还具备室，该室设置成在形成有所述分支通路的位置面向所述轴，2所述供油量调节机构配置在所述室内或将该室与所述密闭容器的内部空间连结的路 径上。
11.根据权利要求1所述的膨胀机一体型压缩机，其中， 所述油泵为速度型泵。
12.—种制冷循环装置，具备权利要求1所述的膨胀机一体型压缩机；散热器，其用于对所述膨胀机一体型压缩机的所述压缩机构压缩的制冷剂进行散热； 蒸发器，其用于使利用所述膨胀机一体型压缩机的所述膨胀机构进行膨胀后的制冷剂 蒸发。
13.一种膨胀机一体型压缩机，具备 压缩机构，其用于压缩工作流体；膨胀机构，其用于从工作流体回收动力；轴，其将所述压缩机构和所述膨胀机构连结，以将所述膨胀机构回收的动力向所述压 缩机构传递；密闭容器，其收容所述压缩机构、所述膨胀机构及所述轴，底部被利用作为积油处，并 由压缩后的工作流体充满内部空间； 油泵，其设置在所述轴的端部；供油路，其以沿轴向延伸的方式形成在所述轴的内部，以通过所述油泵将所述积油处 的油向所述轴的轴向上的从所述油泵观察时位于远侧的所述压缩机构或所述膨胀机构供供油量调节机构，其用于调节通过所述供油路向所述压缩机构或所述膨胀机构供给的油量。
全文摘要
本发明提供一种膨胀机一体型压缩机(100)，具备压缩机构(2)、膨胀机构(3)、轴(5)、油泵(6)及供油量调节机构(30)。压缩机构(2)及膨胀机构(3)通过轴(5)连结，以进行动力传递。压缩机构(2)及膨胀机构(3)在密闭容器(1)内上下排列。油泵(6)设置在轴(5)的下部。在轴(5)的内部以沿轴向延伸的方式形成有供油路(29)。供油量调节机构(30)调节通过油泵(6)向膨胀机构(3)供给的油量。
文档编号F04B39/02GK101910563SQ200980102029
公开日2010年12月8日 申请日期2009年1月27日 优先权日2008年1月29日
发明者长谷川宽, 高桥康文 申请人:松下电器产业株式会社
技术领域：
本发明涉及膨胀机一体型压缩机及使用该压缩机的制冷循环装置。
背景技术：
近来，随着资源问题和地球暖化问题的深刻化，关于供热水机或空调机中应用的 制冷循环装置的省能量化的研究开发活跃地进行。例如，现有的制冷循环装置是通过膨胀 阀使制冷剂膨胀的结构，但是进行了如下的尝试取代膨胀阀而采用容积式的膨胀机，由 此，回收制冷剂的膨胀能量而利用在压缩机的辅助动力中。通过制冷剂的膨胀能量的回收 及利用，可以在理论上期待20%左右而实际上10%左右的省电力化。作为实现此种尝试的 流体机械，日本特开2005-299632号公报中公开的流体机械(膨胀机一体型压缩机)的开 发迅速进展。图11是具有代表性的膨胀机一体型压缩机的纵向剖面图。膨胀机一体型压缩机 200具备两级旋转型的压缩机构121、电动机122、两级旋转型的膨胀机构123及收容它们的 密闭容器120。压缩机构121、电动机122及膨胀机构123通过轴124连结。密闭容器120的底部成为用于积存油(制冷机用润滑油)的积油处125。为了汲 取积油处125中积存的油，而在轴124的下端部安装有油泵126。通过油泵126汲取的油经 由轴124内形成的供油路127向压缩机构121及膨胀机构123供给。由此，能够确保压缩 机构121及膨胀机构123的各滑动部分的润滑性和密封性。另外，膨胀机构123的上部配置有回油管128。回油管128的一端与轴124内形成 的供油路127连通，另一端朝膨胀机构123的下方开口。通常，为了确保膨胀机构123的可 靠性而过量地供给油。多余的油经由回油管128返回到积油处125。通过将压缩机构121和膨胀机构123配置在共通的密闭容器120内，而具有能够 通过积油处125中积存的油来润滑压缩机构121及膨胀机构123这两者的优点。根据图11所示的膨胀机一体型压缩机200，从积油处125汲取的油经过高温的压 缩机构121，从而被压缩机构121加热。被压缩机构121加热后的油被电动机122进一步加 热，而到达膨胀机构123。到达了膨胀机构123的油在低温的膨胀机构123中被冷却，然后， 经由回油管128，向膨胀机构123的下方排出。从膨胀机构123或回油管128排出的油在经 过电动机122的侧面时再次被加热，而且在经过压缩机构121的侧面时也被加热，然后，返 回到密闭容器120的积油处125。如上所述，油在压缩机构121与膨胀机构123之间循环，从而产生从压缩机构121 向膨胀机构123的热移动。在此种热移动的作用下，从压缩机构121喷出的制冷剂的温度 下降，而从膨胀机构123喷出的制冷剂的温度上升。当考虑为空调机时，这表示在取暖时室 内加热能力下降或在制冷时室内冷却能力下降的情况。为了提高循环效率，极力减少上述的热移动很重要。尤其是当以高输出来运转系 统时，膨胀机一体型压缩机的转速也变高，由油泵126产生的送油量，甚至由油移动的热量 也变大。
发明内容
本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于，抑制从压缩机构向膨胀机构的热移动。即，本发明提供一种膨胀机一体型压缩机，具备压缩机构，其用于压缩工作流体；膨胀机构，其用于从工作流体回收动力；轴，其将所述压缩机构和所述膨胀机构连结，以将所述膨胀机构回收的动力向所 述压缩机构传递；密闭容器，其以使所述压缩机构及所述膨胀机构上下排列的方式收容所述压缩机 构、所述膨胀机构及所述轴，底部被利用作为积油处，并由压缩后的工作流体充满内部空 间；油泵，其设置在所述轴的下部；供油路，其以沿轴向延伸的方式形成在所述轴的内部，以通过所述油泵将所述积 油处的油向位于所述密闭容器内上侧的所述压缩机构或所述膨胀机构供给；供油量调节机构，其设置在比位于所述密闭容器内上侧的所述压缩机构或所述膨 胀机构靠下方，并用于调节通过所述供油路向位于所述密闭容器内上侧的所述压缩机构或 所述膨胀机构供给的油量。另一方面，本发明提供一种制冷循环装置，具备上述本发明的膨胀机一体型压缩机；散热器，其用于对所述膨胀机一体型压缩机的所述压缩机构压缩的制冷剂进行散执.
y 、人 蒸发器，其用于使利用所述膨胀机一体型压缩机的所述膨胀机构进行膨胀后的制 冷剂蒸发。再一方面，本发明提供一种膨胀机一体型压缩机，具备压缩机构，其用于压缩工作流体；膨胀机构，其用于从工作流体回收动力；轴，其将所述压缩机构和所述膨胀机构连结，以将所述膨胀机构回收的动力向所 述压缩机构传递；密闭容器，其收容所述压缩机构、所述膨胀机构及所述轴，底部被利用作为积油 处，并由压缩后的工作流体充满内部空间；油泵，其设置在所述轴的端部；供油路，其以沿轴向延伸的方式形成在所述轴的内部，以通过所述油泵将所述积 油处的油向所述轴的轴向上的从所述油泵观察时位于远侧的所述压缩机构或所述膨胀机 构供给；供油量调节机构，其用于调节通过所述供油路向所述压缩机构或所述膨胀机构供 给的油量。根据上述本发明的膨胀机一体型压缩机，由于设置有供油量调节机构，因此能够 与轴的转速无关地将适当的量的油向压缩机构或膨胀机构供给。其结果是，能够抑制基于 油循环的从压缩机构向膨胀机构的热移动。
图1是本发明的第一实施方式的膨胀机一体型压缔■机的纵向剖面图。
图2A是膨胀机构的IIA-IIA横向剖面图。
图2B是膨胀机构的IIB-IIB横向剖面图。
图3是图1的局部放大图。
图4是示出供油量调节机构的变形例的图。
图5是本发明的第二实施方式的膨胀机一体型压缔■机的纵向剖面图。
图6是图5的局部放大图。
图7是本发明的第三实施方式的膨胀机一体型压缔■机的纵向剖面图。
图8是图7的局部放大图。
图9是本发明的第四实施方式的膨胀机一体型压缔■机的纵向剖面图。
图10是使用了膨胀机一体型压缩机的制冷循环装置的结构图。
图11是现有的膨胀机一体型压缩机的纵向剖面图O
具体实施例方式(第一实施方式)图1是本发明的第一实施方式的膨胀机一体型压缩机的纵向剖面图。膨胀机一体 型压缩机100A具备密闭容器1、压缩机构2、膨胀机构3、电动机4、轴5、油泵6及供油量调 节机构30。压缩机构2配置在密闭容器1内下侧。膨胀机构3配置在密闭容器1内上侧。 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通过轴 5连结以进行动力传递。油泵6设置在轴5的下部。供油量调节机构30用于调节向膨胀 机构3供给的油量。在本实施方式中，作为供油量调节机构30，采用调节阀(典型的是针 阀)。电动机4通过对轴5进行驱动而使压缩机构2工作。膨胀机构3从膨胀的工作流 体回收动力而施加给轴5，来辅助由电动机4进行的轴5的驱动。工作流体是例如二氧化碳 或氢氟碳化合物等制冷剂。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，也可以是将压缩机构2配置在密闭容器1内上侧而将膨胀机构3配置在密闭 容器1内下侧。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 由被压缩机构2压缩后的制冷剂充满。密闭容器1的底部被利用作为积油处25。为了确保 压缩机构2及膨胀机构3的滑动部分的润滑性和密封性而使用油。积油处25的油量被限 定为油面位于比电动机4靠下方。由此，能够防止基于电动机4的转子对油进行搅拌而电 动机效率下降或向制冷剂回路的油喷出量的增大。在膨胀机一体型压缩机100A动作时，由 于压缩机构2成为高温，因此积油处25中积存的油的温度也变高。压缩机构2具有工作缸17、18、活塞7、8、轴承部件10、11，与现有的两级旋转压缩 机具有相同结构。吸入管13与工作缸17连接，吸入管14与工作缸18连接。通过吸入管
613及吸入管14，将制冷剂向各工作缸17、18内形成的压缩室19、20引导。由压缩室19、20 压缩后的制冷剂向密闭容器1的内部空间24喷出。以使开口部位于电动机4与膨胀机构 3之间的方式将喷出管15与密闭容器1连接。喷出到内部空间24中的制冷剂在电动机4 的周围朝上方流动，从喷出管15被导向密闭容器1的外部的流路。此时，在重力或离心力 的影响下，制冷剂与油分离。在本实施方式中，采用旋转型流体机构作为压缩机构2。“旋转型”中不仅包含叶片 在活塞的外周面上滑动的旋转活塞型或叶片在工作缸的内周面上滑动的滑动叶片型，而且 也包含活塞与叶片一体化的摆动活塞型。此外，压缩机构2的型式并不局限于旋转型。作 为压缩机构2，也可以采用涡旋型、往复型、螺旋型等其他型式的流体机构。这在后述的膨胀 机构3中也相同。电动机4具备固定在密闭容器1上的定子21和固定在轴5上的转子22。经由密 闭容器1的上部设置的接线(未图示)向电动机4供给电力。与膨胀机构3的滑动部分相通的供油路29以沿轴向延伸的方式形成在轴5的内 部。通过在轴5的内部形成供油路29，不会新产生部件个数的增加或布局的问题，因此优 选。油通过供油路29向膨胀机构3的滑动部分供给。在本实施方式中，供油路29在轴5的上端面未开口。如此，如图11中说明的现有 例所示，油不会向膨胀机构3的上部流出。由此，油难以被膨胀机构3冷却。换言之，能够 更有效地抑制从压缩机构2向膨胀机构3的热移动。其中，供油路29也可以在轴5的上端 面开口。轴5可以由单一部件制作，也可以通过组合(连结)多个部件来制作。具体来说， 轴5也可以包含压缩机构2侧的第一轴和膨胀机构3侧的第二轴。第一轴和第二轴可以通 过嵌合直接连结，也可以通过其他部件(连结器)连结。通过组合多个部件形成轴5时，容 易进行组装，尤其是容易进行压缩机构2与膨胀机构3的调心。膨胀机构3具备第一工作缸42 ；具有比第一工作缸42的内径大的内径的第二工 作缸44 ；将第一工作缸42与第二工作缸44分隔的中板43。第一工作缸42及第二工作缸 44相互配置成同心状。如图2A及图2B所示，膨胀机构3还具备第一活塞46、第一叶片48、 第一弹簧50、第二活塞47、第二叶片49及第二弹簧51。如图2A所示，第一活塞46与轴5的偏心部5c嵌合，而在第一工作缸42中进行偏 心旋转运动。第一叶片48由第一工作缸42上形成的叶片槽42a保持成往复移动自如。第 一叶片48的一端部与第一活塞46相接。第一弹簧50与第一叶片48的另一端部相接，对 第一叶片48朝第一活塞46施力。如图2B所示，第二活塞47与轴5的偏心部5d嵌合，而在第二工作缸44中进行偏 心旋转运动。第二叶片49由第二工作缸44上形成的叶片槽44a保持为往复移动自如。第 二叶片49的一端部与第二活塞47相接。第二弹簧51与第二叶片49的另一端部相接，对 第二叶片49朝第二活塞47施力。膨胀机构3还具备轴承部件45及轴承部件41。轴承部件41无间隙地与密闭容 器1嵌合。工作缸或中板等部件经由轴承部件41固定在密闭容器1上。轴承部件41及中 板43从上下夹持第一工作缸42，中板43及轴承部件45从上下夹持第二工作缸44。通过 轴承部件45、中板43及轴承部件41的夹持，而在第一工作缸42及第二工作缸44内分别形
7成工作室55、56。如图2A所示，第一工作缸42的内侧形成有吸入侧的工作室55a(第一吸入侧空 间)及喷出侧的工作室55b (第一喷出侧空间)。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2B所示，第二工作缸44的内侧形成有吸入侧的工作室56a(第 二吸入侧空间)及喷出侧的工作室56b (第二喷出侧空间)。工作室56a与工作室56b通 过第二活塞47及第二叶片49划分。第二工作缸44中的两个工作室56a、56b的总计容积 大于第一工作缸42中的两个工作室55a、55b的总计容积。第一工作缸42的喷出侧的工作 室55b和第二工作缸44的吸入侧的工作室56a经由中板43上形成的贯通孔43a连通，从 而工作室55b及工作室56a作为一个工作室(膨胀室)发挥作用。此外，作为使工作室56a、56b的总计容积大于工作室55a、55b的总计容积的方法， 不仅可以采用使第一工作缸42的内径与第二工作缸44的内径不同的方法，而且可以采用 适当地设定工作缸42、44的厚度或活塞46、47的外径的方法。另外，膨胀机构3具备吸入管52，其作为用于从密闭容器1的外部的流路直接吸 入膨胀前的制冷剂的吸入路；喷出管53，其作为用于将膨胀后的制冷剂向密闭容器1的外 部的流路直接喷出的喷出路。具体来说，吸入管52直接插入到第一工作缸42，从而能够将 制冷剂从密闭容器1的外部的流路向第一工作缸42的工作室55引导。喷出管53直接插 入到第二工作缸44，从而能够将制冷剂从第二工作缸44的工作室56向密闭容器1的外部 的流路引导。也可以将吸入管52插入轴承部件41，并将喷出管53插入轴承部件45。膨胀前的制冷剂经过吸入管52流入第一工作缸42的工作室55a。流入到第一工 作缸42的工作室55a内的工作流体对应于轴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构成的膨胀室中使轴5旋转并进行膨胀而成为低压。膨胀后 的制冷剂经过工作室56b及喷出管53而被向密闭容器1的外部引导。设有油泵6的位置是轴5的下部。具体来说，轴5的下部的供油路29上配置有油 泵6。通过在供油路29上配置油泵6，无需另外设置供油管。油泵6由轴5施加动力而进行动作。在本实施方式中，采用速度型泵(涡轮型泵) 作为油泵6。具体来说，油泵6具有泵叶片6a及叶片固定件6b。泵叶片6a通过叶片固定 件6b固定在轴5上。泵叶片6a与轴5—起旋转，从而朝上方加压输送油。通常，由于油泵 6的转速与轴5的转速相等，因此随着轴5的转速增大，油泵6的输出容积及输出压力也增 大。其中，由于随着油泵6的输出压力增大而供油量调节机构30的效力增强，因此并不是 将与轴5的转速成比例的量的油向膨胀机构3供给。此外，油泵的种类并不局限于速度型泵，也可以使用容积型泵。作为容积型泵，列 举有旋转型油泵或余摆线泵(日本油泵社的登录商标)。其中，就与本实施方式中的供油量 调节机构30的相合性来说，速度型泵优于容积型泵。在本实施方式中，是因为没有后述的 第二及第三实施方式那样的排油路的缘故。供油量调节机构30具有阻碍通过供油路29向膨胀机构3供给的油量追随轴5的 转速增大的结构。如上说明所示，极力减小基于油循环的从压缩机构2向膨胀机构3的热 移动，这对于使用了膨胀机一体型压缩机100A的制冷循环装置(参照图10)的效率提高很 重要。轴5的转速增大时，油泵6的输出容积及输出压力也有增大的倾向，但是在供油量调 节机构30的作用下，防止油的过量供给。根据情况，能够与轴5的转速无关地将向膨胀机
8构3的供油量维持成大致恒定。其结果是，能够抑制基于油的循环的从压缩机构2向膨胀 机构3的热移动。在本实施方式中，供油量调节机构30设置在供油路29内。因此，无需确保供油量 调节机构30用的专用的空间。应该设置供油量调节机构30的位置比位于密闭容器1内上 侧的膨胀机构3靠下方即可。典型的是在轴5的轴向上的压缩机构2的工作室20与电动 机4之间设置供油量调节机构30。图3是图1的局部放大图。如图3所示，供油量调节机构30具备阀座31、针32 (阀 芯)、弹簧33及针止动件34。阀座31具有越接近膨胀机构3而内径越缩小的节流孔的形 状。以面对阀座31的方式配置针32。针32具有圆锥状的前端部。为了在阀座31与针32 之间形成油能够流通的间隙而在阀座31与针32之间配置有弹簧33。对应于供油路29中 的油的压力变动，而弹簧33进行伸缩，从而能调节阀座31与针32之间的间隙的宽度。隔 着针32在阀座31的相反侧配置限定针32的可动范围的针止动件34。此外，阀座31或针 止动件34也可以通过轴5的一部分形成。根据供油量调节机构30，应该送往膨胀机构3的油在供油路29中流动，而与针32 的背面接触。然后，油通过针32的周围而朝阀座31流动。油与针32的背面接触，从而以 与油的流量相对应的力将针32朝阀座31按压。而且，针32被与弹簧33的位移成比例的 力压回。S卩，阀座31与针32之间的间隙的宽度(间隙的截面积)与油的流量相对应地进 行变化。与轴5的转速增大相对应地，油泵6的送油能力提高，另一方面，由于阀座31与针 32的间隙缩小，而对应于油流动的阻力增大。结果是限制(最优化)油的供给量。即使在轴5成为高转速时，在供油量调节机构30的作用下，也不会向膨胀机构3 供给必要以上的油。换言之，能向膨胀机构3供给适当量的油。其结果是，能够抑制基于油 循环的从压缩机构2向膨胀机构3的热移动。而且，由于不会向膨胀机构3过量地供给油， 因此在膨胀机构3中，能够防止油多量地混入到工作流体中的情况。因此，能够防止基于油 过量地流入蒸发器102 (参照图10)的热交换效率的显著下降。此外，如图4所示，仅在供 油路29上设置阀座31，就能够得到使供油量最优化的效果。即，仅在供油路29上设置节 流孔，由于节流孔的压力损失随着油流量的增加而增大，因此这样就能够抑制向膨胀机构3 过量地供给油的情况。在本实施方式中，仅将供油路29的油向膨胀机构3供给，但是也可以将供油路29 的油向压缩机构2供给。(第二实施方式)图5是本发明的第二实施方式的膨胀机一体型压缩机的纵向剖面图。如图5所示， 本实施方式的膨胀机一体型压缩机100B与第一实施方式的膨胀机一体型压缩机100A的主 要不同点在于供油量调节机构。对与图1所示的实施方式共通的部件附加共通的符号，省 略说明。图6是图5的局部放大图。在本实施方式中，从供油路29沿径向分支而在轴5的 外周面开口的分支通路29s形成在轴5上。并且，供油量调节机构60设置在该分支通路 29s内。如此，由于能够从轴5的外部进行供油量调节机构60的安装，因此比第一实施方式 组装容易。而且，分支通路29s作为排油路进行动作，因此油泵也适合于容积型泵的情况。如图6所示，供油量调节机构60具备阀座61、针62、弹簧63及针止动件64。阀
9座61具有越接近供油路29而内径越缩小的节流孔的形状，配置在分支通路29s中的面向 供油路29的部分。以面向阀座61的方式配置圆锥状的针62。针62能够沿接近阀座61的 方向及离开阀座61的方向(轴5的径向)位移。针止动件64配置在分支通路29s中的面 向轴5外部的部分。通过针止动件64限定针62的可动范围。弹簧63配置在针62与针止 动件64之间。轴承部件10具由对轴5进行支承的轴承部10a。轴承部IOa在形成有分支通路 29s的位置覆盖轴5的外周面。轴承部IOa的内周面上形成有环状的室67。分支通路29s 朝室67开口。在轴承部IOa上以沿径向贯通该轴承部IOa的方式形成有将室67和密闭容 器1的内部空间24连结的油排出路66。通过分支通路29s、室67及油排出路66，油能够从 供油路29向密闭容器1的内部空间24流通。供油路29的内压小于规定压力时，供油量调节机构60成为闭状态。所谓闭状态 是通过使针62嵌入阀座61而堵塞分支通路29s的状态。在闭状态下，油不会流通分支通 路29s。另一方面，随着轴5的转速增大而供油路29的内压高于规定压力时，供油量调节机 构60成为开状态。所谓开状态是通过使针62离开阀座61而在阀座61与针62之间产生 间隙的状态。在成为开状态时，油能够流通分支通路29s。供油路29的内压高于规定压力时，油压开针62并通过阀座61而进入分支通路 29s。油压开针62的力与供油路29的内压成比例。以供油路29内的油等(详细来说是油 的压力及离心力)施加给针62的向外的载荷超过供油量调节机构60为闭状态时弹簧63 按压针62的力为条件，将供油量调节机构60从闭状态向开状态切换。S卩，轴5的转速增大而必要以上的油被送入供油路29时，供油路29的内压上升， 从而供油量调节机构60成为开状态。供油量调节机构60成为开状态时，流通供油路29的 油的一部分通过分支通路29s而被导向轴5的外部。流出到轴5外部的油通过轴承部件10 的轴承部IOa上形成的室67及油排出路66向密闭容器1的内部空间24排出。其结果是， 向膨胀机构3的供油量被最优化。如此，在本实施方式中，供油量调节机构60由溢流阀构 成。另外，在本实施方式中，油通过分支通路29s向轴5的外部逃散。因此，在供油量 调节机构60成为开状态时，供油路29中的油的流量在设置供油量调节机构60的位置前后 产生差异。具体来说，流量在供油量调节机构60与油泵6之间变多，而在膨胀机构3与供 油量调节机构60之间变少。从抑制基于油循环的从压缩机构2向膨胀机构3的热移动的 观点出发，优选使油流量多的部分离开膨胀机构3的情况。因此，在电动机4与压缩机构2 之间，优选在轴5上形成分支通路29s。(第三实施方式)图7是本发明的第三实施方式的膨胀机一体型压缩机的纵向剖面图。如图7所示， 本实施方式的膨胀机一体型压缩机100C与第一实施方式的膨胀机一体型压缩机100A(图 1)的主要不同点在于供油量调节机构。图8是图7的局部放大图。在本实施方式中，从供油路29沿径向分支而在轴5的 外周面开口的分支通路29t形成在轴5上。并且，在轴5的外部设置供油量调节机构70，以 使多余的油通过分支通路29t而被导入密闭容器1的内部空间24。供油量调节机构70位 于轴5的外部，因此与前面的两个实施方式相比，由于供油量调节机构70而能够确保大空
10间。关于在轴5上形成分支通路29t作为排油路的方面，本实施方式与第二实施方式 共通。另一方面，在供油量调节机构70不与轴5 —起旋转的方面，本实施方式与第二实施 方式不同。由于分支通路29t作为排油路进行动作，因此油泵优选为容积型泵。如图8所示，在本实施方式中，供油量调节机构70设置在轴承部件10的内部。轴 承部件10具有对轴5进行支承的轴承部10a。轴承部IOa在形成有分支通路29t的位置 覆盖轴5的外周面。轴承部IOa的内周面上形成有环状的室77。分支通路29t朝室77开 口。轴承部IOa上还形成有油排出路76作为将室77与密闭容器1的内部空间24连结的 通路。并且，该油排出路76上设有供油量调节机构70。供油量调节机构70具备阀座71、阀芯72、弹簧73及阀芯止动件74。油排出路76 包含沿油的流通方向的截面为T字形的部分，该T字形的部分上配置有阀座71。以面向阀 座71的方式配置具有球的形状的阀芯72。阀芯止动件74隔着阀芯72配置在阀座71的相 反侧。通过阀芯止动件74来限定阀芯72的可动范围。弹簧73配置在阀芯72与阀芯止动 件74之间。此外，供油量调节机构70的结构也可与第二实施方式相同。供油路29的内压小于规定压力时，供油量调节机构70成为闭状态。所谓闭状态 是通过使阀芯72嵌入阀座71而堵塞油排出路76的状态。在闭状态下，油无法流通油排出 路76。另一方面，由于轴5的转速增大而供油路29的内压高于规定压力时，供油量调节机 构70成为开状态。所谓开状态是通过使阀芯72离开阀座71而在阀座71与阀芯72之间 产生间隙的状态。在成为开状态时，油能够流通油排出路76。供油路29的内压高于规定压力时，阀芯72被油压开，油排出路76开通。油压开 阀芯72的力与供油路29的内压成比例。以供油路29内的油施加给阀芯72的载荷超过供 油量调节机构70为闭状态时弹簧73按压阀芯72的力为条件，将供油量调节机构70从闭 状态向开状态切换。S卩，轴5的转速增大而必要以上的油被送入供油路29时，供油路29的内压上升， 从而供油量调节机构70成为开状态。供油量调节机构70成为开状态时，流通供油路29的 油的一部分通过分支通路29t而被导向轴5的外部。流出到轴5外部的油通过轴承部件10 的轴承部IOa上形成的室77及油排出路76，排出到密闭容器1的内部空间24。其结果是， 向膨胀机构3的供油量被最优化。如此，在本实施方式中，供油量调节机构70也由溢流阀 构成。此外，供油量调节机构70可以配置在油排出路76的出口，也可以配置在室77。另外，在本实施方式中，油通过分支通路29t向轴5的外部逃散。因此，在电动机 4与位于密闭容器1内下侧的压缩机构2之间，优选在轴5上形成分支通路29t。(第四实施方式)如图9所示，本实施方式的膨胀机一体型压缩机100D的轴5的轴向与水平方向平 行。沿密闭容器1的长度方向形成有积油处25。在膨胀机构3与电动机4之间设有隔壁 27。隔壁27将内部空间24分隔成膨胀机构3侧的空间和压缩机构2侧的空间。压缩机构 2侧的空间中也配置有电动机4。该隔壁27也具有抑制从压缩机构2及电动机4向膨胀机 构3的热移动的功能。隔壁27具有容许油流通的通路27h。轴5的端部设有容积型的油泵26。沿轴5的轴向依次排列有油泵26、膨胀机构3、
11电动机4及压缩机构2。供油量调节机构60与参照图6在第三实施方式中说明的机构相 同。油泵26的喷嘴26k朝积油处25延伸，以能够吸入积油处25的油。由油泵26吸入的 油通过供油路29向轴5的轴向上的从油泵26观察时位于远侧的压缩机构2供给。在本实 施方式中，来自油泵26的油也向从油泵26观察时位于近侧的膨胀机构3供给。从供油路 29排出的油通过供油量调节机构60返回到膨胀机构3侧的空间。与前面说明的实施方式相同地，能够通过供油量调节机构60防止油的过量供给。 由此，来抑制从压缩机构2向膨胀机构3的热移动。此外，在图9所示的例中，在膨胀机构 3侧设置了油泵26，但是也可以在压缩机构2侧设置油泵26。而且，也可以取代供油量调 节机构60而设置供油量调节机构30 (第一实施方式)或供油量调节机构70 (第三实施方 式)O工业实用性本发明的膨胀机一体型压缩机能够适合于采用在例如空气调和装置、供热水装 置、干燥机或制冷冷藏库用的制冷循环装置(加热泵)。如图10所示，制冷循环装置110具 备膨胀机一体型压缩机100A(、100B、100C、100D)；用于对压缩机构2压缩的制冷剂进行散 热的散热器101 ；用于使利用膨胀机构3进行膨胀的制冷剂蒸发的蒸发器114。通过配管将 压缩机构2、散热器101、膨胀机构3及蒸发器102连接，形成制冷剂回路。例如，制冷循环装置110适用于空气调和装置时，通过抑制从压缩机构2向膨胀机 构3的热移动，能够防止取暖运转时的压缩机构2的喷出温度的下降引起的取暖能力的下 降，并能够防止制冷运转时的膨胀机构3的喷出温度的上升引起的制冷能力的下降。作为 结果，空气调和装置的效率系数提高。
1权利要求
一种膨胀机一体型压缩机，具备压缩机构，其用于压缩工作流体；膨胀机构，其用于从工作流体回收动力；轴，其将所述压缩机构和所述膨胀机构连结，以将所述膨胀机构回收的动力向所述压缩机构传递；密闭容器，其以使所述压缩机构及所述膨胀机构上下排列的方式收容所述压缩机构、所述膨胀机构及所述轴，底部被利用作为积油处，并由压缩后的工作流体充满内部空间；油泵，其设置在所述轴的下部；供油路，其以沿轴向延伸的方式形成在所述轴的内部，以通过所述油泵将所述积油处的油向位于所述密闭容器内上侧的所述压缩机构或所述膨胀机构供给；供油量调节机构，其设置在比位于所述密闭容器内上侧的所述压缩机构或所述膨胀机构靠下方，并用于调节通过所述供油路向位于所述密闭容器内上侧的所述压缩机构或所述膨胀机构供给的油量。
2.根据权利要求1所述的膨胀机一体型压缩机，其中，从所述供油路沿径向分支而在所述轴的外周面开口的分支通路形成在所述轴上， 所述供油量调节机构设置在所述分支通路内。
3.根据权利要求2所述的膨胀机一体型压缩机，其中，还具备配置在所述压缩机构与所述膨胀机构之间并用于驱动所述轴的电动机， 在所述电动机与位于所述密闭容器内下侧的所述压缩机构或所述膨胀机构之间，在所 述轴上形成有所述分支通路。
4.根据权利要求1所述的膨胀机一体型压缩机，其中，所述供油量调节机构具有阻碍通过所述供油路向所述压缩机构或所述膨胀机构供给 的油量追随所述轴的转速增大的结构。
5.根据权利要求1所述的膨胀机一体型压缩机，其中， 所述供油量调节机构包括节流孔、针阀或溢流阀。
6.根据权利要求1所述的膨胀机一体型压缩机，其中， 所述供油量调节机构设置在所述供油路内。
7.根据权利要求1所述的膨胀机一体型压缩机，其中，从所述供油路沿径向分支而在所述轴的外周面开口的分支通路形成在所述轴上， 在所述轴的外部设置所述供油量调节机构，以使油通过所述分支通路而被向所述密闭 容器的内部空间引导。
8.根据权利要求1所述的膨胀机一体型压缩机，其中，所述供油量调节机构具备阀座；阀芯，其配置在面向所述阀座的位置上；弹簧，其用 于根据所述供油路中的油的压力变动而进行伸缩，从而调节所述阀座与所述阀芯的间隙的宽度。
9.根据权利要求8所述的膨胀机一体型压缩机，其中， 所述阀芯的形状为球状。
10.根据权利要求7所述的膨胀机一体型压缩机，其中，还具备室，该室设置成在形成有所述分支通路的位置面向所述轴，2所述供油量调节机构配置在所述室内或将该室与所述密闭容器的内部空间连结的路 径上。
11.根据权利要求1所述的膨胀机一体型压缩机，其中， 所述油泵为速度型泵。
12.—种制冷循环装置，具备权利要求1所述的膨胀机一体型压缩机；散热器，其用于对所述膨胀机一体型压缩机的所述压缩机构压缩的制冷剂进行散热； 蒸发器，其用于使利用所述膨胀机一体型压缩机的所述膨胀机构进行膨胀后的制冷剂 蒸发。
13.一种膨胀机一体型压缩机，具备 压缩机构，其用于压缩工作流体；膨胀机构，其用于从工作流体回收动力；轴，其将所述压缩机构和所述膨胀机构连结，以将所述膨胀机构回收的动力向所述压 缩机构传递；密闭容器，其收容所述压缩机构、所述膨胀机构及所述轴，底部被利用作为积油处，并 由压缩后的工作流体充满内部空间； 油泵，其设置在所述轴的端部；供油路，其以沿轴向延伸的方式形成在所述轴的内部，以通过所述油泵将所述积油处 的油向所述轴的轴向上的从所述油泵观察时位于远侧的所述压缩机构或所述膨胀机构供供油量调节机构，其用于调节通过所述供油路向所述压缩机构或所述膨胀机构供给的油量。
全文摘要
本发明提供一种膨胀机一体型压缩机(100)，具备压缩机构(2)、膨胀机构(3)、轴(5)、油泵(6)及供油量调节机构(30)。压缩机构(2)及膨胀机构(3)通过轴(5)连结，以进行动力传递。压缩机构(2)及膨胀机构(3)在密闭容器(1)内上下排列。油泵(6)设置在轴(5)的下部。在轴(5)的内部以沿轴向延伸的方式形成有供油路(29)。供油量调节机构(30)调节通过油泵(6)向膨胀机构(3)供给的油量。
文档编号F04B39/02GK101910563SQ200980102029
公开日2010年12月8日 申请日期2009年1月27日 优先权日2008年1月29日
发明者长谷川宽, 高桥康文 申请人:松下电器产业株式会社
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