[发明专利]制冷设备及用于该设备的流体机械

说明书

本申请是于2005年10月31日向知识产权局提交的、申请号为200510118770.7、发明名称为“制冷设备及用于该设备的流体机械”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及具有用于执行冷却操作的制冷循环和用于从例如内燃机等生热装置收集废热的兰金循环的制冷设备。本发明进一步涉及将应用于制冷设备的复合流体机械，其中流体机械具有用于压缩和泵出工作流体的压缩机装置的作用以及用于通过使在兰金循环中工作的工作流体膨胀输出机械能的膨胀装置的作用。本发明进一步涉及用于控制制冷设备的操作的方法，尤其涉及停止兰金循环的操作的方法。

背景技术

其中压缩机装置、膨胀装置、驱动电机和泵一体形成的复合流体机械在本领域中是已知的，例如日本专利出版物No.H8-86289(示出卷轴式活塞的旋转机械)中所示。在上述复合流体机械中，各个部件串联布置，且彼此同轴(压缩机装置通过磁性联轴节装置或直接连接至膨胀装置)。压缩机装置用于压缩制冷循环中的制冷剂，而膨胀装置由兰金循环中的工作流体操纵。

根据上述流体机械，在膨胀装置的初始(开始)阶段，膨胀装置由驱动电机驱动一段时间，直到膨胀装置的操作变得稳定。接着，膨胀装置通过使兰金循环中的工作流体(由燃烧器加热，以转变成高压高温工作流体)膨胀被驱动，从而它通过其自身的驱动力旋转。驱动力直接或间接(通过磁性联轴节)传递到压缩机装置，以对其进行操作，使得工作流体被压缩。泵也由在膨胀装置处产生的驱动力操纵，以使兰金循环中的工作流体循环。

如上所述，生热装置(例如燃烧器)在上述现有技术设备中是特别需要的。本发明的发明人已经研制出用于机动车的制冷设备，其中来自内燃机的废热被收集，并用于操纵兰金循环，从而考虑到grovel加热(grovelwarming)，可减少能耗。

在上述现有技术设备用于机动车的情形下，其中来自发动机的废热被用作热源(代替燃烧器)，当来自发动机的废热量较少时不能通过膨胀装置获得驱动力。在此期间，压缩机装置可由驱动电机操纵。然而，在此情形下，泵也与压缩机装置一起由驱动电机操纵，降低了驱动电机操作压缩机的效率。

另一方面，在压缩机装置的操作不是必需(不要求制冷循环的冷却操作)的情形下，即使在可充分获得来自发动机的废热时，也可停止膨胀装置的操作。结果，废热不能有效用于收集膨胀装置产生的能量。

根据另一现有技术的流体机械，例如如日本专利出版物No.2004-232492中所示的，流体机械同样具有压缩机的功能和膨胀装置的功能。根据此现有技术流体机械，其中在作为压缩机装置工作的情形下的工作流体的流向与在作为膨胀装置工作的情形下的工作流体的流向相反。第一流体(排放)口和第一(排放)阀装置被设置在流体机械中，使得被压缩的工作流体通过第一流体(排放)口被泵出。并且，第二流体口(入口)和第二(入口)阀装置被设置在流体机械中，使得高压高温工作流体被供给膨胀装置中。在流体机械作为压缩机装置操作时，第二流体口(入口)通过第二阀装置(电动操作的开关阀装置)关闭。

然而，根据上述流体装置，第二流体口的体积不可避免地变成用于流体机械的压缩操作的死体积(死体积：在压缩操作期间不能被泵出从而留在工作室中的工作流体的体积)。这是一个问题，特别是，当为了允许大量工作流体流入膨胀装置的工作室而将第二流体口的内径设计为较大时，或当对于每个旋转从压缩机装置泵出的工作流体的量设计为较小时。

根据另一现有技术制冷设备，例如如日本专利出版物No.S56-43018中所示的，制冷设备用于机动车，其中压缩机装置与膨胀装置连接，以使压缩机装置由驱动力驱动，其中所述驱动力由利用来自发动机的废热操纵的膨胀装置产生。然而，在这种制冷设备中，当废热不能在发动机的预热操作期间被收集时，不能执行冷却操作。具体而言，即使在车辆在夏天的烈日下停放后，为了快速冷却车辆内部而要求大的冷却能力的情形下，只要不能从发动机收集充分的废热，则冷却操作就是不可能的。

因此，本发明的发明人已经在其日本专利申请No.2004-227006中提出了一种用于机动车的制冷设备，其中，压缩机装置与膨胀装置分离，压缩机装置由发动机或驱动电机驱动，且来自膨胀装置的能量用于产生电力和/或驱动用于使兰金循环中的工作流体循环的泵。根据上面提出的制冷设备，即使在不存在废热时冷却操作也变得可能，而当存在充分的废热量时，可由兰金循环有效地收集能量。

然而，根据上面提出的制冷设备，考虑到环境保护，如果制冷设备应用于具有怠速停止操作的车辆，则在发动机操作临时停止时不能执行冷却操作。