回转式压缩的制造方法

回转式压缩的制造方法
【专利摘要】本发明的回转式压缩机（100）包括压缩机构（3）、发动机（2）、吸入路径（14）、联络通路（16）和作为控制机构（30）的开闭阀（32），并且设置有与密闭容器（1）的内部和工作室（25）分隔的内部空间（28）、阻止制冷剂从内部空间（28）流向工作室（25）的第一止回阀（35a）、和阻止制冷剂从密闭容器（1）的内部流向内部空间（28）的第二止回阀（35b），当开闭阀（32）打开时，伴随着工作室（25）的容积的减少，第一止回阀（35a）打开，工作室（25）的压力不上升，此时，回转式压缩机（100）在实质上零吸入容积下运转，当开闭阀（32）关闭时，回转式压缩机（100）在通常的吸入容积下运转。
【专利说明】回转式压缩机
【技术领域】
[0001]本发明涉及回转式压缩机。
【背景技术】
[0002]压缩机的发动机通常由逆变器和微型计算机来控制。如果降低发动机的转速，则能够令使用压缩机的冷冻循环装置(制冷循环装置)以比额定能力充分低的能力运转。专利文献I和专利文献2提供了一种用于利用与逆变器控制不同的方法使冷冻循环装置以低能力运转的技术。
[0003]图8是专利文献I所示的压缩机的局部截面结构图。压缩机601具有分隔叶片(vane) 615、分隔叶片用弹簧616、排出口 617、排出管618、开口部619。分隔叶片615将缸体608内分隔为低压室和高压室。开口部619在缸体608的中间部开口，与设置于开口部619的开闭机构620连通。开闭机构620包括柱塞(plunger)621和柱塞用弹簧622。在高压气体没有从高压导入管623导入柱塞621的状态下，开口部619与吸入口 612由旁通路624连结。
[0004]压缩机601经由排出管618与四通阀625连接，进而与利用侧热交换器626、减压器627、热源侧热交换器628、蓄积器(accumulator)611、吸入管629连接。另外,排出管618与四通阀625的中间和高压导入管623经由电磁阀630连接。活塞607在箭头A的方向旋转。
[0005]当电磁阀630开放时，高压导入管623被导入高压气体，因此柱塞621克服柱塞用弹簧622，封闭缸体608的开口部610。此时从吸入口 617被吸入缸体608内的大部分的制冷剂通过排出口 617向排出管618排出。
[0006]另一方面，当电磁阀630关闭时,压缩机601内的差压减少,柱塞621借助于柱塞用弹簧622的恢复力而返回到图6所示的位置。然后，当再次使压缩机I运转时，高压气体不会被导入高压导入管623。设置于缸体608的中间部的开口部619经由旁通路624与吸入口 612连通。其结果是，缸体608内的制冷剂的一部分在压缩途中经由旁通路624返回吸入口 612，从排出管618排出的制冷剂大幅度减少。由此能够实现更低能力下的运转。
[0007]图9是专利文献2中记载的压缩机的纵截面图。在缸体710形成有第一排出口714，在主轴承720与该第一排出口 714连通地形成有第二排出口 723，使得压缩气体排出到外罩701，主轴承720形成有在第一排出口 714与第二排出口 723之间具有旁通阀(bypassvalve) 780的旁通孔722，使得压缩后的制冷剂返回吸入口 712。
[0008]当旁通孔722封闭时，从吸入口 712被吸入到缸体710内的大部分的制冷剂通过第一排出口 714和第二排出口 723排出到外罩701。
[0009]另一方面，当将高压导入旁通阀780而使旁通孔722开放时，从吸入口 712被吸入到缸体710内的制冷剂通过第一排出口 714和旁通孔722，返回到吸入口 712，因此制冷剂不会被排出到外罩701。由此，能够实现更低能力下的运转。
[0010]现有技术文献[0011]专利文献
[0012]专利文献1:日本特开昭61-93285号公报
[0013]专利文献2:日本特表2008-509325号公报

【发明内容】

[0014]发明所要解决的技术问题
[0015]然而，用于提高冷冻循环装置的效率的一个方法是提高压缩机的效率。压缩机的效率很大程度上依赖于所使用的发动机的效率。大部分发动机在额定转速(例如60Hz)附近的转速下发挥最高的效率。因此，使用逆变器等在低转速(例如30Hz)下驱动发动机是无法期待压缩机效率的提高的。另外，当使冷冻循环装置以比额定能力低的能力(例如额定能力的30%以下)运转时，伴随着回转式压缩机的转速降低，扭矩变动所带来的振动增强，进而无法在低转速下(例如20Hz以下)使回转式压缩机运转。结果是，回转式压缩机进行反复运转和停止的断续运转，导致冷冻循环装置的效率大幅下降。
[0016]在专利文献I中，当开放电磁阀630时，高压导入管623中导入有高压气体，因此柱塞621克服柱塞用弹簧622，封闭缸体608的开口部619。然而，开口部619的体积成为死区容积(dead volume、闭死容积),从而使得压缩机601的效率下降。
[0017]在专利文献2中，在缸体710形成有第一排出口 714，因此在想要减少排出口的死区容积时，缸体710的强度下降，运转时的压力或温度所致的变形所引起的部件彼此的磨损或异常磨耗成为问题。另外，若提高缸体710的强度，则排出口的死区容积就会增大，压缩机的效率下降。另外，为了构成防止制冷剂从第一排出口 714回流到压缩室的第一排出阀，需要在一定程度上确保缸体710的高度，特别是在作为工作流体的制冷剂采用高密度制冷剂，例如R410A或二氧化碳的情况下，由于轴或叶片的负载增大所致的机械损耗的增加或压缩途中的泄漏损失的增加，使得压缩机的效率下降。
[0018]鉴于如上所述的情况，本发明的目的在于提供一种在冷冻循环的高能力至低能力的所有能力区域均能够发挥高效率的回转式压缩机。
[0019]用于解决问题的技术方案
[0020]S卩，本发明提供一种回转式压缩机，其发动机经由轴使活塞工作，其中，压缩机构包括:缸体；配置在上述缸体的内部的上述活塞；机壳，以使上述轴旋转自如的方式保持上述轴，覆盖上述缸体的上下两侧，在与上述缸体的内周面之间形成工作室；和将上述工作室分隔为吸入室和压缩排出室的叶片，该回转式压缩机的特征在于，包括:收纳上述压缩机构和上述发动机的密闭容器；将应压缩的工作流体导入上述吸入室内的吸入路径；设置于上述机壳并且使压缩后的工作流体从上述工作室流出的排出口 ；与上述密闭容器的内部和上述工作室相分隔的内部空间；上述内部空间与上述吸入路径之间的联络通路；上述排出口与上述内部空间之间的第一通路；禁止通过上述第一通路的工作流体从上述内部空间返回上述排出口的第一止回阀；上述内部空间与上述密闭容器的内部之间的第二通路；禁止通过上述第二通路的工作流体从上述密闭容器的内部返回上述内部空间的第二止回阀；和设置于上述联络通路并且控制上述内部空间的压力的控制机构。
[0021]发明效果
[0022]根据本发明，使用联络通路使工作流体从工作室返回吸入路径，由此能够使回转式压缩机在相对较小的吸入容积下运转。另一方面，如果禁止工作流体从工作室返回吸入路径，则能够使回转式压缩机在相对较大的吸入容积下，即在通常的吸入容积下运转。另夕卜，当控制机构和逆变器经控制，利用发动机的转速的增加来补偿吸入容积的减少时，减少吸入容积，而不是在低转速下驱动发动机。因此，能够提供一种在冷冻循环的高能力至低能力的所有能力区域内均能够发挥高效率的回转式压缩机。
[0023]另外，根据本发明，不存在向缸体的开口部，因此能够防止死区容积所致的压缩机的效率下降。另外，能够确保缸体的强度而防止运转时的压力或温度所致的变形所引起的部件彼此的磨损或异常磨耗。另外，能够降低缸体的高度，因此特别是在作为工作流体的制冷剂采用高密度制冷剂，例如R410A 二氧化碳、R32、R407C、HF0-1234yf或R134a的情况下，能够防止轴或叶片的负载增大所致的机械损耗的增加或压缩途中的泄漏损失的增加，因此能够提供能够发挥高效率的回转式压缩机。
【专利附图】

【附图说明】
[0024]图1是第一实施方式的回转式压缩机的纵截面图。
[0025]图2是第二实施方式的回转式压缩机的纵截面图。
[0026]图3A是控制部(开闭阀)和逆变器的控制流程图。
[0027]图3B是控制部(开闭阀)和逆变器的其他的控制流程图。
[0028]图4是表示回转式压缩机的能力、压缩机构的吸入容积、开闭阀的状态和发动机的转速的关系的曲线图。
[0029]图5是表示回转式压缩机的能力与回转式压缩机的效率的关系的曲线图。
[0030]图6是第三实施方式的回转式压缩机的纵截面图。
[0031]图7是利用本实施方式的回转式压缩机的冷冻循环装置的结构图。
[0032]图8是现有技术的压缩机的控制装置中使用的回转式压缩机的局部截面结构图。
[0033]图9是现有技术的容量可变型回转式压缩机和其运转方法中使用的回转式压缩机的纵截面图。
[0034]附图标记
[0035]I密闭容器
[0036]2发动机
[0037]3压缩机构
[0038]4 轴
[0039]5 缸体
[0040]6上机壳
[0041]7下机壳
[0042]8 活塞
[0043]9 叶片
[0044]12 蓄存器(蓄积器、accumulator)
[0045]14吸入路径
[0046]16联络通路
[0047]22贮油部[0048]25工作室
[0049]28内部空间
[0050]29 排出口
[0051]30控制机构
[0052]32开闭阀
[0053]34a 第一通路
[0054]34b 第二通路
[0055]35a第一止回阀
[0056]35b第二止回阀
[0057]40压缩机主体
[0058]42逆变器
[0059]44控制部
[0060]90三通阀
[0061]92高压路径
[0062]100,200,300回转式压缩机
【具体实施方式】
[0063](第一实施方式)
[0064]如图1所示，本实施方式的回转式压缩机100包括压缩机主体40、蓄存器(蓄积器、accumulator)12、排出路径11、吸入路径14、联络通路16、控制机构30、逆变器42和控制部44。
[0065]压缩机主体40包括密闭容器1、发动机(马达)2、压缩机构3和轴4。压缩机构3配置在密闭容器I内的下方。发动机2在密闭容器I内配置在压缩机构3的上方。压缩机构3与发动机2通过轴4连结。在密闭容器I的上部设置有用于对发动机2供给电力的端子21。在密闭容器I的底部，形成有用于保持润滑油的贮油部22。压缩机主体40具有所谓的密闭型压缩机的结构。
[0066]排出路径11、吸入路径14和联络通路16分别由制冷剂管构成。
[0067]排出路径11贯通密闭容器I的上部，并且在密闭容器I的内部开口。排出路径11将压缩后的工作流体(典型的例如为制冷剂)导出压缩机主体40的外部。吸入路径14具有与压缩机构3连接的一端和与蓄存器12连接的另一端，其贯通密闭容器I的躯干部。
[0068]吸入路径14将应压缩的制冷剂(有待压缩的制冷剂)从蓄存器12引导至压缩机构3的工作室25。联络通路16具有在与吸入路径14不同的位置而与压缩机构3连接的一端和与蓄存器12连接的另一端，其贯通密闭容器I的躯干部。
[0069]联络通路16使暂时被吸入压缩机构3的工作室25的制冷剂在压缩前返回吸入路径14。
[0070]压缩机构3是容积式的流体机构，通过发动机2而被驱动，以此压缩制冷剂。如图1所示，压缩机构3包括缸体5、活塞8、叶片(vane) 9、弹簧10、上机壳(机架(frame)) 6和下机壳7。在缸体5的内部配置有与轴4的偏心部4a嵌合的活塞8。在活塞8的外周面与缸体5的内周面之间形成有工作室25。在缸体5，形成有叶片槽(未图示)。在叶片槽，收纳有具有与活塞8的外周面接触的前端的叶片9。弹簧10被配置在叶片槽。并且将叶片9压向活塞8。
[0071]上机壳6和下机壳7以夹着缸体5而将其覆盖的方式分别设置在缸体5的上侧和下侧。缸体5与活塞8之间的工作室25被叶片9所分隔，由此形成有工作室25 (吸入室)和工作室25 (压缩排出室)。应压缩的制冷剂通过吸入路径14被导入工作室25 (吸入室)。压缩后的制冷剂从工作室25 (压缩排出室)于形成在上机壳6的排出口 29流出。另外，在上机壳6的与工作室25相反侧，设置有与密闭容器I的内部和工作室25相分隔的内部空间28，在排出口 29与内部空间28之间形成有第一通路34a，内部空间28与排出口 29连通。另外，在第一通路34a，设置有第一止回阀35a，阻止制冷剂从内部空间28流向工作室25。另外，在内部空间28与密闭容器I的内部之间形成有第二通路34b，内部空间28与密闭容器I的内部连通。另外，在第二通路34b设置有第二止回阀35b，阻止制冷剂从密闭容器I的内部流向内部空间28。
[0072]其中，叶片9也可以与活塞8—体化。即，即可以由摆式活塞(SWING PISTON TYPE)构成活塞8和叶片9，也可以将叶片9和活塞8接合。
[0073]发动机2包括定子17和转子18。定子17固定在密闭容器I的内周面。转子18固定在轴4且与轴4 一起旋转。经发动机2驱动，活塞8在缸体5的内部移动。作为发动机 2,能够使用 IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor:内置式永磁同步电机)和 SPMSM (Surface Permanent Magnet Synchronous Motor:表面永磁同步电机)等能够改变转速的发动机。
[0074]控制部44控制逆变器42来调节发动机2的转速，即回转式压缩机100的转速。作为控制部44，能够使用包含A/D转换电路、输入输出电路、运算电路、存储装置等的DSP(Digital Signal Processor:数字信号处理器)。
[0075]蓄存器12包括蓄存容器12a和导入管12b。蓄存容器12a具有能够保持液体制冷剂和气体制冷剂的内部空间。导入管12b贯通蓄存容器12a的上部，并且朝向蓄存容器12a的内部空间开口。吸入路径14的另一端和联络通路16的另一端分别与蓄存器12连接。吸入路径14的另一端和联络通路16的另一端贯通蓄存容器12a的底部，从蓄存容器12a的底部延伸至上方，以固定高度在蓄存容器12a的内部空间开口。即，联络通路16经由蓄存器12的内部空间与吸入路径14连接。另外，为了可靠防止液体制冷剂直接从导入管12b流到吸入路径14，也可以在蓄存容器12a的内部设置缓冲器等其他部件。另外，也可以将联络通路16与吸入路径14或导入管12b直接连接。
[0076]控制机构30在压缩机主体40的外部设置于联络通路16。本实施方式中，控制机构30包括开闭阀32。另外，联络通路16的与压缩机构3连接的一端与内部空间28连通。控制机构30改变回转式压缩机100的吸入容积。
[0077]在开闭阀32打开的情况下，伴随着工作室25的容积的减少，第一止回阀35a打开，制冷剂被排出到工作室25的外部。所排出的制冷剂通过联络通路16返回吸入路径14。因此，工作室25的压力不上升。此时，制冷剂不会从内部空间28被排出到密闭容器I的内部，因此回转式压缩机100在实质上零吸入容积下运转。
[0078]在开闭阀32关闭的情况下，制冷剂无法通过联络通路16从工作室25返回吸入路径14。因此，吸入冲程结束后立刻开始压缩冲程。此时，由第一止回阀35a防止制冷剂从内部空间28向工作室25回流，因此内部空间28的压力上升。进而，当内部空间28的压力上升到比密闭容器I的内部的压力高的压力时，第二止回阀35b打开，制冷剂被排出到密闭容器I的内部。此时，回转式压缩机100在通常的吸入容积下运转。
[0079]本实施方式的回转式压缩机100控制逆变器42来调节发动机2的转速，即回转式压缩机100的转速。但是，当使冷冻循环装置以比额定能力低的能力(例如，额定能力的30%以下)运转时，伴随着回转式压缩机100的转速的降低，扭矩变动所致的振动增大，进而无法在低的转速(例如20Hz以下)下使回转式压缩机100运转。结果是，回转式压缩机100进行反复运转和停止的断续运转，从而使冷冻循环装置的效率大幅下降。
[0080]此处，广泛已知一种所谓“利用吸入容积切换的能力可变技术”(以下称为吸入容积切换技术)，即，将由缸体5压缩后的制冷剂的一部分旁通到缸体5的外部而使工作室25的吸入容积变化的技术。本实施方式的回转式压缩机100能够实现所谓的数字式压缩机技术作为这种吸入容积切换技术，在该技术中将通过打开开闭阀32而在实质上零吸入容积下进行运转的情况和通过关闭开闭阀32而在通常的吸入容积下进行运转的情况相组合来控制能力。
[0081]在本实施方式的回转式压缩机100中，打开和关闭开闭阀32。例如，将开闭阀32打开5秒钟并关闭5秒钟，由此能够将共10秒钟的运转所带来的能力设为50%。结果是，在使冷冻循环装置以比额定能力低的能力运转的情况下，也能够使回转式压缩机100连续运转，因此能够使冷冻循环装置以高效率运转。
[0082]另外，在本实施方式的回转式压缩机100中，通过关闭开闭阀32而在通常的吸入容积下进行运转时，不存在朝向缸体5的开口部，因此能够防止死区容积所致的压缩机的效率下降。S卩，在通常的回转式压缩机100中，缸体5与活塞8之间的工作室25被叶片9分隔，由此，形成有工作室25 (吸入室)和工作室25 (压缩排出室)。应压缩的制冷剂通过吸入路径14被导入工作室25(吸入室)。此处，当缸体5存在开口部时，开口部与工作室25(压缩排出室)连通，工作室25内的制冷剂就会被保持在开口部内，而如果开口部与工作室25 (吸入室)连通，则由于开口部内的制冷剂的压力高于工作室25 (吸入室)的制冷剂的压力，开口部内的制冷剂就会回流(逆流)到工作室25 (吸入室)。此时，工作室25 (吸入室)的制冷剂减少，体积效率降低。另外，开口部内的制冷剂不会被排出到密闭容器I的内部，因此与此相应地损失压缩能力，增大压缩机的输入。将这一系列的损失称作死区容积所致的压缩机的效率下降。
[0083]另外，在本实施方式的回转式压缩机100中，通过关闭开闭阀32，在通常的吸入容积下进行运转时，在上机壳6形成有使压缩后的工作流体从工作室25流出的排出口 29。根据该结构，能够确保缸体5的强度，因此能够防止运转时的压力或温度所致的变形所引起的部件彼此的磨损或异常磨耗。另外，缸体5的高度不受止回阀的结构所带来的制约。结果是，当作为工作流体的制冷剂使用高密度制冷剂，例如使用R410A或二氧化碳时，能够将缸体5的高度抑制得较低，因此能够减小轴4或叶片9的负载增大所致的机械损耗的增加、以及在缸体5的内周与活塞8的外周形成的间隙，因此能够防止压缩途中的泄露损失的增力口。结果是，能够提供能够发挥高效率的回转式压缩机100。
[0084]另外，在本实施方式的回转式压缩机100中，通过关闭开闭阀32，在通常的吸入容积下进行运转时，在端面方向形成第一止回阀35a和第二止回阀35b。根据该结构，从排出口 29流出的制冷剂能够顺畅地流向内部空间29和密闭容器I的内部，因此，从工作室25排出制冷剂的工序中的损失得以抑制，能够提供能够发挥高效率的回转式压缩机100。
[0085]另外，在本实施方式的回转式压缩机100中，通过关闭开闭阀32，在通常的吸入容积下进行运转时，第二通路34b的截面积构成为大于第一通路34a的截面积。根据该结构，第一通路34a在缸体5开口，因此当增大第一通路34a的截面积时，导致死区容积所致的压缩机的效率下降。另一方面，当减小第一通路34a的截面积时，由于从工作室25通过排出口29流出的制冷剂的阻力，工作室25内的压力上升到高于排出压力的压力，导致压缩动力的增加。因此，第一通路34a的截面积需要确定为使回转式压缩机100的效率达到最大。然而，第二通路34b设置在内部空间29与密闭容器I的内部之间，因此不会发生死区容积所致的压缩机的效率下降。亦即，借助于通过第二通路34b流出的制冷剂的阻力，抑制内部空间29的压力上升，由此提高回转式压缩机100的性能。结果是，通过将第二通路34b的截面积设定得比第一通路34a的截面积大，而能够提供能够发挥高效率的回转式压缩机100。
[0086]另外,第一止回阀35a和第二止回阀35b能够由簧片阀(reed valve)构成,该簧片阀由簧片部36a、36b和阀止部(阀挡部(valve stopper)) 37a、37b。构成作为其他方式的止回阀，有自由阀(free-valve)(未图示)，该自由阀包括阀体、导向部和弹簧。作为其他方式的止回阀，还能够由柱塞和柱塞用弹簧构成(未图示)。使用柱塞和柱塞用弹簧时，能够常时开放(敞开)，因此能够减少止回阀中发生的压力损失。此处，自由阀与簧片阀相比具有能够减小工作流体通过时的压力损失的特征。但是，在本实施方式的回转式压缩机100中，存在如下问题，即，当将开闭阀32从打开的状态关闭时，阀体与导向部碰撞而发生噪声，直至内部空间29的压力升高，阀体关闭通路为止。因此，在本实施方式的回转式压缩机100中，优选使用簧片阀。
[0087]接着,对利用吸入容积切换的能力可变技术与以任意的转速驱动发动机2的逆变器42的关系进行说明。
[0088]首先，以70%的能力下运转冷冻循环装置的情况为例进行说明。
[0089]使用“利用吸入容积切换的能力可变技术”(以下称为吸入容积切换技术)，即，将由缸体5压缩后的制冷剂的一部分旁通到缸体5的外部而使工作室25的吸入容积变化的技术。此时，在本实施方式的回转式压缩机100中，打开和关闭开闭阀32。例如，将开闭阀32打开3秒钟并关闭7秒钟，由此，能够将共10秒钟的运转所带来的能力设为70%。
[0090]这样，反复进行开闭阀32的开闭动作，通过改变开闭动作中的打开时间和关闭时间，而能够改变冷冻循环装置的能力。即，在开闭阀32的开闭动作的反复中，通过使打开时间的比例增多，能够降低冷冻循环装置的能力。
[0091]如上所述，利用基于吸入容积切换的能力可变技术来控制能力时，需要将通过打开开闭阀32使回转式压缩机100在实质上零吸入容积下进行运转的时间设定为30%。此时，由于回转式压缩机100继续运转，即使压缩制冷剂的动力为零，也会发生为驱动压缩机构3而产生的机械损耗。
[0092]另一方面，当由逆变器42以任意的转速驱动发动机2时，通过使发动机2的转速相对于额定转速(例如60Hz)为70% (例如42Hz)而进行运转，能够将能力设为70%。大部分发动机2都设计为在额定转速(例如60Hz)的附近的转速下发挥最高的效率，但是只要是在70%左右的转速(例如42Hz)下进行运转的情况，则能够维持高效率。结果是，使用以任意的转速驱动发动机2的逆变器42能够使冷冻循环装置在高效率下运转。
[0093]接着，以50%的能力下运转冷冻循环装置的情况为例进行说明。
[0094]利用所谓“利用吸入容积切换的能力可变技术”的情况下，本实施方式的回转式压缩机100中，打开和关闭开闭阀32。例如，将开闭阀32打开5秒钟并关闭5秒钟，由此，能够将共10秒钟的运转所带来的能力设为50%。
[0095]另一方面，当由逆变器42以任意的转速驱动发动机2时，通过使发动机2的转速相对于额定转速(例如60Hz)为50% (例如30Hz)而进行运转，能够将能力设为50%。然而，大部分发动机2都设计为在额定转速(例如60Hz)的附近的转速下发挥最高的效率，但是在50%左右的转速(例如30Hz)下进行运转时，效率大幅下降。结果是，使用利用吸入容积切换的能力可变技术更能够使冷冻循环装置在高效率下运转。
[0096]因此，对于利用吸入容积切换的能力可变技术与以任意的转速驱动发动机2的逆变器42的关系而言，通过选择能够使冷冻循环装置以高效率运转的一方，而能够使冷冻循环装置以高效率运转。
[0097]其中，在本实施方式中，区分了使用吸入容积切换的能力可变技术和以任意的转速驱动发动机2的逆变器42。当使冷冻循环装置以70%的能力运转时，选择了利用吸入容积切换的能力可变技术，当使冷冻循环装置以50%的能力运转时，选择了以任意的转速驱动发动机2的逆变器42，但是本实施方式不限于此。对于利用上述哪种方式来控制冷冻循环的能力而言，优选选择能够使冷冻循环装置以高效率运转的一方。
[0098](第二实施方式)
[0099]如图2所示，本实施方式的回转式压缩机200除了第一实施方式中说明的压缩机构3以外还包括第二压缩机构33。以下，对第一实施方式中说明过的压缩机构3的部件标注“第一”。例如，将缸体5标记为第一缸体5,将活塞8标记为第一活塞8,将叶片9标记为第一叶片9,将工作室25标记为第一工作室25,将压缩机构3标记为第一压缩机构3。
[0100]第二压缩机构33包括第二缸体55、第二活塞58、第二叶片59和第二弹簧60。第二缸体55相对于第一缸体5配置为同心状。在第二缸体55的内部配置有与轴4的第二偏心部4b嵌合的第二活塞58。在第二活塞58的外周面与第二缸体55的内周面之间形成有第二工作室75。在第二缸体55，形成有第二叶片槽(未图示)。在第二叶片槽，收纳有具有与第二活塞58接触的前端的第二叶片槽59。第二弹簧60被配置在第二叶片槽。而且，第二弹簧60将第二叶片59压向第二活塞58。第二缸体55与第二活塞58之间的第二工作室75被第二叶片59分隔，由此，形成第二工作室75 (第二吸入室)和第二工作室75 (第二压缩排出室)。应压缩的制冷剂通过第二吸入路径15被导入第二工作室75 (第二吸入室)。在上机壳6形成有第二排出口 79。由此，在压缩后的制冷剂从第二工作室75 (第二压缩排出室)被导入密闭容器I的内部的第二排出口 79，设置有排出阀35c。由此，制冷剂不从密闭容积I的内部回流至第二工作室75。
[0101]第一压缩机构3中，应压缩的制冷剂通过第一吸入路径14而被导入第一工作室25(吸入室)。压缩后的制冷剂从第一工作室25 (压缩排出室)于形成在下机壳7的第一排出口 29流出。另外，在下机壳7的与第一工作室25相反侧，设置有与密闭容器I的内部、第一工作室25和第二工作室75分隔的内部空间28，在第一排出口 29与内部空间28之间形成有第一通路34a，内部空间28与第一排出口 29连通。另外，在第一通路34a，设置有第一止回阀35a，阻止制冷剂从内部空间28流向第一工作室25。另外，在内部空间28与密闭容器I的内部之间形成有第二通路34b，内部空间28与密闭容器I的内部连通。另外，在第二通路34b设置有第二止回阀35b，阻止制冷剂从密闭容器I的内部流向内部空间28。
[0102]此处，优选使第一工作室25相对于第二工作室75位于铅垂(铅直)下方。这是因为在低能力运转的情况下，第一工作室25中只有吸入制冷剂通过，因此缸体温度降低。另夕卜，原因还在于，出于温度分层的观点，温度较低的缸体位于下方更能够抑制从排出制冷剂至吸入制冷剂的受热。
[0103]另外，下机壳7被具有能够接收被第一压缩机构3压缩后的制冷剂的空间的消声器(围挡、muffIer) 23所覆盖。流路26贯通下机壳7、第一缸体5、中板53、第二缸体55和上机壳6。由此，制冷剂从消声器23的空间移动至密闭容器I的内部。
[0104]第一偏心部4a的突出方向与第二偏心部4b的突出方向错开180度。亦即，第一活塞8的相位与第二活塞58的相位按轴4的旋转角度错开180度。
[0105]制冷剂通过第一吸入路径14被供给至第一压缩机构3。制冷剂通过第二吸入路径15被供给至第二压缩机构33。制冷剂被第一压缩机构3或第二压缩机构33压缩，被排出至密闭容器I的内部。第一吸入路径14和第二吸入路径15分别与蓄存器12连接。其中，在蓄存器12的内部或外部，吸入路径14和15中的一方从另一方分叉(分支)也可以。
[0106]如图2所示，第二压缩机构33未与联络通路16连接，因此第二压缩机构33的吸入容积始终是恒定的。联络通路16仅与第一压缩机构3连接，以便能够只改变第一压缩机构3的吸入容积。由此，能够抑制回转式压缩机200的生产成本。当然，也可以是联络通路16分别与第一压缩机构3和第二压缩机构33连接，以便能够改变第一压缩机构3和第二压缩机构33的各吸入容积。
[0107]在本实施方式中，第一压缩机构3配置在远离发动机2的一侧，第二压缩机构33配置在靠近发动机2的一侧。S卩，沿着轴4的轴方向依次排列有发动机2、第二压缩机构33和第一压缩机构3。第二压缩机构33具有固定的吸入容积，因此与能够在实质上零吸入容积下运转的第一压缩机构3相比，需要设为大的扭矩。因此，当第二压缩机构33配置在靠近发动机2的一侧时，在使第一压缩机3在实质上零吸入容积下运转时施加于轴4的负载减轻，由此，能够减少上机壳6和下机壳7等的机械损耗。另外，当能够在实质上零吸入容积下运转的第一压缩机构3配置在下侧时，能够减少由于压缩后的制冷剂通过消声器23流向密闭容器I的内部空间28而产生的压力损失。但是，第一压缩机构3和第二压缩机构33的位置关系不限于上述关系。
[0108]另外，在本实施方式中，第一压缩机构3的通常的吸入容积与第二压缩机构33的吸入容积相等。此处，令第一压缩机3在实质上零吸入容积下运转的情形为低容积模式，令第一压缩机构3在通常的吸入容积下运转的情形为高容积模式。此时，当令回转式压缩机200的高容积模式下的吸入容积为V时，低容积模式下的吸入容积为V/2。
[0109]接着，参照图3A，说明以任意的转速驱动发动机2的逆变器42、基于控制逆变器42的控制部44的控制机构30 (开闭阀32)和逆变器42的控制步骤。
[0110]在步骤1，根据所需求的能力调节发动机2的转速。具体而言，将发动机2的转速调节为能够得到需要的制冷剂流量。接着，在步骤2和步骤6中，判断是降低了发动机2的转速还是提升了发动机2的转速。当在步骤2中判断为进行了降低转速的处理时，进入步骤3，判断现在的转速是否为30Hz以下。如果现在的转速为30Hz以下，则在步骤4，判断开闭阀32是否处于关闭状态。当开闭阀32处于关闭状态时，在步骤5中，执行打开开闭阀32的处理和将发动机2的转速提升至现在转速的两倍的转速的处理。步骤5中的各处理的顺序没有特别限制，但能够与打开开闭阀32大致同时提升发动机2的转速。
[0111]另一方面，当在步骤2中判断为进行提升转速的处理时，进入步骤7，判断现在的转速是否为70Hz以上。如果现在的转速为70Hz以上，则在步骤8，判断开闭阀32是否处于打开状态。当开闭阀32处于打开状态时，在步骤9中，执行关闭开闭阀32的处理和将发动机2的转速下降至现在的转速的1/2倍的转速的处理。步骤9中的各处理的顺序没有特别限制，但是能够与关闭开闭阀32大致同时降低发动机2的转速。
[0112]依照图3A的流程图进行控制，由此开闭阀32的状态与发动机2的转速的关系如图4所示，具有滞后现象。根据这种控制，能够防止压缩机构3的振荡(hunting)。
[0113]本实施方式的回转式压缩机200在关闭开闭阀32的状态下，S卩，已禁止制冷剂通过联络通路16从工作室25回到吸入路径14的高容积模式下的压缩机构3的吸入容积为“V”。在高容积模式下运转期间，发动机2的转速从高旋转侧降低至第一转速(例如，30Hz)以下时，控制部44执行用于减少吸入容积的与开闭阀32有关的处理和用于提升发动机2的转速的与逆变器42有关的处理。用于减少吸入容积的与开闭阀32有关的处理是指打开开闭阀32的处理。用于提升发动机2的转速的与逆变器42有关的处理是指将发动机2的目标转速设定为最近的转速的两倍。
[0114]另外，控制部44控制开闭阀32和逆变器42，以发动机2的转速的减少来补偿吸入容积的增加。打开开闭阀32的状态下，即允许制冷剂从工作室25通过联络通路16回到吸入路径14的低容积模式下的压缩机构3的吸入容积为“V/2”。在低容积模式下运转期间，发动机2的转速上升至第二转速(例如，70Hz)以上时，控制部44执行用于增加吸入容积的与开闭阀32有关的处理和用于降低发动机2的转速的与逆变器42有关的处理。用于增加吸入容积的与开闭阀32有关的处理是指关闭开闭阀32的处理。用于降低发动机2的转速的与逆变器42有关的处理是指将发动机2的目标转速设定为最近的转速的1/2倍。
[0115]如图4所示，在关闭开闭阀32的状态下，发动机2的转速下降至30Hz以下时，打开开闭阀32，将发动机2的转速提升至60Hz。在打开开闭阀32的状态下，发动机2的转速上升至70Hz以上时，关闭开闭阀32，将发动机2的转速降低至35Hz。当令打开开闭阀32提升发动机2的转速时的该转速为第三转速，令关闭开闭阀32降低发动机2的转速时的该转速为第四转速时，(第一转速)<(第四转速)、(第三转速)<(第二转速)的关系成立。例如，通过将第一转速设定为30Hz以下的转速，能够使回转式压缩机200在更广范围的能力下运转。第一转速的下限没有特别限制，例如为20Hz。
[0116]当控制控制机构30，使第一压缩机构3实质上零吸入容积下运转时，逆变器42经控制以发动机2的转速的增加来补偿吸入容积的减少。由此，当使冷冻循环装置以比额定能力低的能力运转时，也不必使发动机2的转速降到极低。即，当以低能力运转时，也能够在能够发挥高效率的转速下驱动发动机2。因此，回转式压缩机200的效率也提高。
[0117]具体而言，本实施方式的回转式压缩机200如图5中以实线表示的那样，在以低能力运转时，也能够发挥高效率。图5中，回转式压缩机200的额定能力设为“100%”。回转式压缩机200的效率在以额定能力为基准时，伴随着有待发挥的能力的减少，即发动机2的转速的降低而降低。如以虚线表示的那样，当在额定转速的50%的转速以下驱动发动机2时，效率的下降显著。在本实施方式中，需要相对低的能力时，在吸入容积V/2的低容积模式下进行运转。由此，能够在尽量接近额定转速的转速下驱动发动机2。因此，在所需能力为额定能力的50%以下的区域也能够提供能够发挥高效率的回转式压缩机200。
[0118]另外，利用发动机2的转速增加所致的回转式压缩机200的能力增加来100% (百分之百)补偿吸入容积的减少所致的回转式压缩机200的能力减少不是必须的。例如，打开开闭阀32将吸入容积减少到1/2时，只要将发动机2的转速增加至两倍，回转式压缩机200的能力就不会因模式切换而变化。但是，即使由于模式切换的原因，回转式压缩机200的能力有增减，也无多大问题。
[0119]另外，也可以根据有待改变(应改变)的吸入容积的比例，使第一缸体5和第二缸体55的高度不同，从而使第一压缩机构3的通常的吸入容积和第二压缩机构33的吸入容积改变。具体而言，当令第一压缩机构3的吸入容积为VI，令第二压缩机构的吸入容积为V2时，高容积模式下的吸入容积VH为V1+V2，低容积模式下的吸入容积VL为V2。通常优选低容积模式下的吸入容积VL相对于高容积模式下的吸入容积VH的比例(VL/VH)处于0.2至
0.8的范围。
[0120]考虑根据有待改变的吸入容积的比例，使第一缸体5和第二缸体55的高度不同，从而使第一压缩机构3的通常的吸入容积和第二压缩机构33的吸入容积改变的情况，具体而言，考虑当令第一压缩机构3的吸入容积为VI，令第二压缩机构的吸入容积为V2时，高容积模式下的吸入容积VH为V1+V2，低容积模式下的吸入容积VL为V2的情形。此时，进行高容积模式与低容积模式的切换时，发动机2的转速能够根据低容积模式下的吸入容积VL相对于高容积模式下的吸入容积VH的比例(VL/VH)调节。当从高容积模式切换为低容积模式时，发动机2的转速(目标转速)被设定为即将切换模式前的发动机2的转速除以比例(VL/VH)的转速。同样，当从低容积模式切换为高容积模式时，发动机2的转速被设定为即将切换模式前的发动机2的转速乘以比例(VL/VH)的转速。这样，就能够流畅地进行高容积模式与低容积模式之间的运转模式的切换。
[0121]另外，在本实施方式中，控制机构30不具有使制冷剂减压的能力。被吸入的制冷剂实质上不会在压缩排出室压缩，而是通过联络通路16返回至第一吸入路径14。因此，压力损失所致的效率下降极小。但是，只要是不对回转式压缩机200的效率带来很大影响的范围，控制机构30也可以具有使制冷剂减压的能力。
[0122]接着，对开闭阀32和逆变器42的其他的控制步骤将进行说明。
[0123]在高容积模式下即使将发动机2的转速降低至第一转速(例如30Hz)，制冷剂的流量还是过剩时，控制部44也可以执行用于减少吸入容积的与开闭阀32有关的处理和用于提升发动机2的转速的与逆变器42有关的处理。即，控制部44在实际上将发动机2的转速降低至第一转速前判断是否需要进行模式切换。同样，在低容积模式下，即使将发动机2的转速提升至第二转速(例如70Hz)，制冷剂的流量也不足时，控制部44也可以执行用于减少吸入容积的与开闭阀32有关的处理和用于提升发动机2的转速的与逆变器42有关的处理。即，控制部44在实际上将发动机2的转速提升至第二转速前判断是否需要进行模式切换。参照图3B，对这种控制例进行说明。
[0124]如图3B所示，首先，在步骤11，计算发动机2的所需的转速。“所需的转速”例如指用于得到所需的制冷剂流量的转速。接着，在步骤12，判断所需的转速是否为第一转速(例如30Hz)以下。当所需的转速为第一转速以下时，在步骤13，判断开闭阀32是否处于关闭状态。当开闭阀32处于关闭状态时，在步骤15，打开开闭阀32，并且将发动机2的转速调节至能够得到所需的制冷剂流量的转速。当开闭阀32处于打开状态时，在步骤14仅调节发动机2的转速。
[0125]另一方面，当所需的转速大于第一转速时，在步骤16判断所需的转速是否为第二转速(例如70Hz)以上。当所需的转速为第二转速以上时，在步骤17，判断开闭阀32是否处于打开状态。当开闭阀32处于打开状态时，在步骤18，关闭开闭阀32，并且将发动机2的转速调节至能够得到所需的制冷剂流量的转速。当开闭阀32处于关闭状态时，在步骤19仅调节发动机2的转速。
[0126]通过进行参照图3A和图3B说明的控制，回转式压缩机100如图5中以实线表示的那样，即使在需要低能力时(负载小时)，也能够发挥高效率。图5中，回转式压缩机100的额定能力设为“100%”。回转式压缩机100的效率在以额定能力为基准时，伴随着有待发挥的能力的减少，即发动机2的转速的下降而下降。如以虚线表示的那样，当在额定转速的50%的转速以下驱动发动机2时，效率的下降显著。在本实施方式中，需要相对低的能力时，在吸入容积V/2的低容积模式下进行运转。由此，能够在尽量接近额定转速的转速下驱动发动机2。因此，在所需能力为额定能力的50%以下的区域也能够提供能够发挥高效率的回转式压缩机100。
[0127](第三实施方式)
[0128]如图6所示，本实施方式的回转式压缩机300具有与第一实施方式的回转式压缩机100不同的结构的控制机构30。其他的结构与第一实施方式中说明一样。
[0129]回转式压缩机300，作为控制机构30具有联络通路16、三通阀90、高压路径92。联络通路16包括将三通阀90和内部空间28连通的上游部分16h和将三通阀90和吸入路径14连通的下游部分。高压路径92具有与三通阀90连接的一端和与贮油部22连接的另一端。高压路径92是用于将与压缩后的制冷剂的压力相等的压力供给至内部空间28的路径。本实施方式的回转式压缩机300是以压缩后的制冷剂充满密闭容器I的内部的所谓的高压壳(shell)型压缩机。在贮油部22，保持有具有与压缩后的制冷剂的压力大致相等的压力的油。三通阀90使吸入路径14和高压路径92之任意者与联络通路16的上游部分16h连接。通过控制三通阀90，能够使回转式压缩机300在高容积模式和低容积模式中的任一模式下运转。
[0130]在低容积模式下，控制三通阀90，使得吸入路径14与联络通路16的上游部分16h连通。此时，伴随着工作室25的容积减少，第一止回阀35a打开，制冷剂排出到工作室25的外部。所排出的制冷剂通过联络通路16返回吸入路径14。因此，工作室25的压力不上升。此时，制冷剂不会从内部空间28排出到密闭容器I的内部，因此回转式压缩机300在实质上零吸入容积下运转。
[0131]在高容积模式下，控制三通阀90，使得高压路径92与联络通路16的上游部分连通。这样，制冷剂无法通过联络通路16从工作室25返回吸入路径14，因此，贮油部22的油的压力被导入内部空间28。因此，制冷剂在吸入冲程结束后立刻开始压缩冲程。此时，压缩后的制冷剂通过第一通路34a排出到内部空间28。进而，当内部空间28的压力上升到比密闭容器I的内部的压力高的压力时，第二止回阀35b打开，制冷剂排出到密闭容器I的内部。此时，回转式压缩机300在通常的吸入容积下运转。
[0132]在本实施方式中，优选由与联络通路16相比截面积相对较小的毛细管等构成三通阀90与高压路径92之间(未图示)。压缩后的制冷剂通过第一通路34a被排出到内部空间28，但如果高压路径92的制冷剂的通路阻力大，则第二止回阀35b就会顺畅地打开，内部空间28的制冷剂被排出到密闭容器I的内部。
[0133]在本实施方式中，高压路径92具有与贮油部22连接(开口的)一端。为了实现将高压供给至内部空间28的目的，高压路径92的一端也可以与密闭容器I的内部的某一部分连接。另外，当冷冻循环装置中使用回转式压缩机300时，高压路径92也可以与制冷剂回路的高压部分(例如，回转式压缩机300与散热器之间的部分)连接。但是，根据本实施方式，当封闭内部空间时，能得到由油带来的密封效果。这在防止制冷剂泄露所致的效率下降方面考虑，予以优选。
[0134]另外，根据本实施方式，使用三通阀90作为控制机构30，但是也可以使用四通阀。具体而言，将四通阀的三个端与高压路径92、连通至内部空间28的联络通路16的上游部分16h、连通至吸入路径14的联络通路16连接，并将剩余的一个端始终封闭，这样也能够得到与本实施方式同等的效果。
[0135](应用实施方式)
[0136]如图7所示，能够使用回转式压缩机100构建冷冻循环装置500。冷冻循环装置500包括回转式压缩机100、散热器502、膨胀机构504和蒸发器506。这些设备按上述的顺序通过制冷剂管连接而形成制冷剂回路。散热器502例如包括空气-制冷剂热交换器，用于冷却由回转式压缩机100压缩后的制冷剂。膨胀机构504例如包括膨胀阀，用于使由散热器502冷却后的制冷剂膨胀。蒸发器506例如包括空气-制冷剂热交换器，用于加热由膨胀机构504膨胀后的制冷剂。也可以使用第二和第三实施方式的回转式压缩机200、300来替代第一实施方式的回转式压缩机100。
[0137]本说明书中说明的几个实施方式在不脱离本发明的宗旨的范围内能够互相组合。例如，将第二实施方式中说明的开闭阀30与第三实施方式中说明的三通阀90组合，也能够得到第二实施方式中说明的效果。
[0138]产业上的可利用性
[0139]本发明适合应用于能够用于热水器、温水供暖装置和空气调节装置等的冷冻循环装置的压缩机。本发明特别适合应用于要求广范围能力的空气调节装置的压缩机。
【权利要求】
1.一种回转式压缩机，其发动机经由轴使活塞工作，其中， 压缩机构包括: 缸体； 配置在所述缸体的内部的所述活塞； 机壳，以使所述轴旋转自如的方式保持所述轴，覆盖所述缸体的上下两侧，在与所述缸体的内周面之间形成工作室；和 将所述工作室分隔为吸入室和压缩排出室的叶片， 该回转式压缩机的特征在于，包括: 收纳所述压缩机构和所述发动机的密闭容器； 将应压缩的工作流体导入所述吸入室内的吸入路径； 设置于所述机壳并且使压缩后的工作流体从所述工作室流出的排出口； 与所述密闭容器的内部和所述工作室相分隔的内部空间； 所述内部空间与所述吸入路径之间的联络通路； 所述排出口与所述内部空间之间的第一通路； 禁止通过所述第一通路的工作流体从所述内部空间返回所述排出口的第一止回阀； 所述内部空间与所述密闭容器的内部之间的第二通路； 禁止通过所述第二通路的工作流体从所述密闭容器的内部返回所述内部空间的第二止回阀；和 设置于所述联络通路并且控制所述内部空间的压力的控制机构。
2.如权利要求1所述的回转式压缩机，其特征在于: 使用开闭阀作为所述控制机构；
3.如权利要求1所述的回转式压缩机，其特征在于: 作为所述控制机构，包含三通阀和供给与压缩后的工作流体的压力相等的压力的高压路径，所述三通阀将所述吸入路径和所述高压路径中的任意者与所述内部空间连接。
4.如权利要求1~3中任一项所述的回转式压缩机，其特征在于: 所述第一止回阀和所述第二止回阀在所述活塞的端面方向形成。
5.如权利要求1~4中任一项所述的回转式压缩机，其特征在于: 所述第二通路的截面积大于所述第一通路的截面积。
6.如权利要求1~5中任一项所述的回转式压缩机，其特征在于: 所述第一止回阀和所述第二止回阀由簧片阀构成。
7.如权利要求1~5中任一项所述的回转式压缩机，其特征在于: 所述第二止回阀由柱塞和柱塞用弹簧构成。
8.如权利要求1~7中任一项所述的回转式压缩机，其特征在于: 当将所述缸体定义为第一缸体，将所述活塞定义为第一活塞，将所述叶片定义为第一叶片，将所述工作室定义为第一工作室，将所述压缩机构定义为第一压缩机构时， 该回转式压缩机还具有第二缸体、第二活塞、第二叶片和第二工作室，并且还包括利用与所述第一压缩机构共用的所述发动机驱动所述第二活塞的第二压缩机构， 所述内部空间分隔所述密闭容器的内部、所述第一工作室和所述第二工作室。
9.如权利要求8所述的回转式压缩机，其特征在于:所述第一工作室相对于所述第二工作室位于铅垂下方。
10.如权利要求1~9中任一项所述的回转式压缩机，其特征在于，包括: 以任意的转速驱动所述发动机的逆变器；和 控制所述逆变器的控制部。
11. 如权利要求1~10中任一项所述的回转式压缩机，其特征在于: 作为所述工作流体的制冷剂采用高密度制冷剂，例如采用R410A、二氧化碳、R32、R407C、HFO-1234yf 或 R134a。
【文档编号】F04C23/00GK103620224SQ201280028329
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年6月6日 优先权日:2011年6月7日
【发明者】鶸田晃, 尾形雄司 申请人:松下电器产业株式会社