CN101344091A - 旋转式压缩机的冷媒充注装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种旋转式压缩机的冷媒充注装置，包括设置在密封的壳体内的电机以及和电机连接的压缩机泵体，压缩机泵体包括气缸、分别设置在气缸上、下部的主、副轴承、与电机连接的曲轴、收纳了可自由旋转的活塞的气缸压缩腔、其前端被压接在活塞外圆上的滑片，以及收纳滑片的滑片槽，压缩机泵体的气缸、主或副轴承上设有冷媒充注装置，该装置至少具备开孔于气缸压缩腔的充注孔和随着气缸压缩腔的压力变动而响应的开关阀，冷媒充注装置入口与壳体上部空间和/或室内热交换器的出口连接，以向气缸压缩腔里充注气体和/或液态冷媒。本发明通过向气缸压缩腔充注冷媒，设计了根据气缸压缩腔压力变动自动控制冷媒充注量的开关阀，构造简单合理，具有可靠性和成本优势。

Description

旋转式压缩机的冷媒充注装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种旋转式压缩机，特别是一种旋转式压缩机的冷媒充注装置及其控制方法。

背景技术

为防止搭载在空调上的旋转式压缩机过热，并且为了改善制热量和效率，应用往压缩机的气缸压缩腔内充注(喷射)冷媒的技术。该充注方式一般采用这样的方法：设置在主轴承或副轴承上的冷媒充注孔利用活塞的上部或下部运动面来达到随着活塞转动而开闭的目的。因此，充注的开始和停止取决于活塞的转动角度。原理上运行中充注孔不能与活塞内径侧连通，所以一般充注孔的直径限制在3mm以下。而且随着活塞的转动，充注孔连续进行开和关，所以有效孔面积大约是上述直径的1/2左右，因此该充注方式无法对应在大量充注冷媒的系统中。并且，充注孔的开关取决于活塞的转动角度，所以存在开关的时机总是固定的缺点。所以，气缸压缩腔变动较大的冷暖兼用空调上会出现压缩机和系统效率降低的课题。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、冷媒充注量可调节、压缩机效率高、造价成本低、适用范围广的旋转式压缩机的冷媒充注装置及其控制方法，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种旋转式压缩机的冷媒充注装置，包括设置在密封的壳体内的电机以及和电机连接的压缩机泵体，压缩机泵体包括气缸、分别设置在气缸上、下部的主轴承和副轴承、与电机连接的曲轴、收纳了与曲轴连接可自由旋转的活塞的气缸压缩腔、其前端被压接在活塞外圆上的滑片，以及收纳滑片的滑片槽，其结构特征是压缩机泵体的气缸、主轴承或副轴承上设置有冷媒充注装置，该装置至少具备开孔于气缸压缩腔的充注孔和随着气缸压缩腔的压力变动而响应的开关阀，冷媒充注装置入口与壳体上部空间和/或室内热交换器的出口连接，以向气缸压缩腔里充注气体和/或液态冷媒。

所述冷媒充注装置设置有一个或以上，设置在气缸的外径与位于气缸中心部的气缸压缩腔之间，其前端最接近滑片的位置。通过将冷媒充注装置的前端部跟滑片相近的间隙设置得很小，可以增加冷媒充入量。

所述冷媒充注装置包括气缸横孔和阀座组件，气缸横孔的前端由开孔于气缸压缩腔的充注孔和升程限位器组成，阀座组件由阀座体和固定于阀座体上的充注管组成；阀座体的中心部设置有贯穿孔，前端有阀座，开关阀设置在阀座和升程限位器之间，充注管通过压入接合到气缸横孔的内径来固定，充注管固定在壳体上，形成从壳体外部充注冷媒的入口。

所述开关阀呈圆形，具有往复运动方向的弹力，冷媒充注装置的气压大于气缸压缩腔的气压时，开关阀会随着压力差变化而变形，从而调整开关阀和充注孔之间的间隙大小；开关阀外围设置有缺口或过流孔。开关阀设计成圆形阀，气体从其外周部分环绕空间流向充注孔。阀容易向往复运动方向变形，也就是说，气缸压缩腔突然切换成低压时，压力差最大，所以开关阀停在升程限位器的瞬间会变形，跟充注孔之间的间隙就减小，高压气体的流量就迅速减少，可以防止高压气体逆流到吸气孔，同样可以降低开关阀的刚性(如通过减薄开关阀的厚度)来达到上述目的。

所述充注孔设置在气缸压缩腔的内径圆上，气缸横孔与充注孔连接的一端为圆锥形状的圆锥部；气缸横孔内设置有一个或两个相互独立的冷媒充注回路，与充注孔相接，冷媒充注回路入口与壳体上部空间和/或室内热交换器的出口连接。压缩机壳体内部的冷媒气体从其中一个或两个冷媒充注回路一起充注到气缸压缩腔里。气缸横孔的前端为圆锥形状的圆锥部，减小与滑片槽的间隙，从而获得加长冷媒充注时间的效果。

所述阀座体端部压入设置有阀盖，阀盖具有升程限位器的功能。该设计使气缸横孔的加工简单化，并且还具有可以预先正确调整阀行程s的优点。并且也能更准确地把冷媒充注装置安装到气缸横孔上。

所述气缸压缩腔通过活塞和滑片被分隔为低压腔和高压腔，气缸对应低压腔设置有带吸气孔的吸气管，冷媒充注装置与高压腔相通，滑片的侧边上设置有位于主轴承的排气孔和排气阀片，气缸上方对应排气孔设置有排气消音器，电机设置在排气消音器上方，与壳体顶部之间保留有壳体上部空间，壳体上部空间与排气管连通。充注孔到吸气孔间的距离最大化，使得充注到气缸压缩腔的高压冷媒就不容易从低压腔的吸气孔逆流流出。

一种旋转式压缩机的冷媒充注装置的控制方法，其特征是将注入冷媒充注装置的气体的流速减慢，稍微加长充注时间，防止高压气体在充注孔跟吸气孔连通时流入到吸气孔；并且，阀行程s跟单位时间内可以注入气缸压缩腔的充注量有关，阀行程s增加，加长了充注时间，充注量随阀行程s增加而增加，减小而减小，阀座和升程限位器之间的间隙c是开关阀往复动作范围，间隙c减去开关阀板厚t的值，得出阀行程s；充注孔跟贯穿孔的孔径也同样具有调整充注量大小的作用，充注孔跟贯穿孔的孔径与充注量成正比。

本发明通过向气缸压缩腔充注冷媒，设计了根据气缸压缩腔的压力自动控制冷媒充注量的开关阀，优势如下：

(1)可以大大改善冷媒充注孔大小的设计自由度，这样可以注入大量的冷媒气体，喷气循环的使用的领域也拓宽了。

(2)各种工况变化带来的气缸压缩腔压力变化中都可以保持阀常关，所以可以防止压缩机效率降低。

(3)可以合用喷气和喷液循环。

(4)可以根据阀行程的变化，很容易的实现冷媒充注量的变更。

(5)压缩机机型变更时也无须进行冷媒充注装置的设计变更，具有标准化、通用化的优点。

(6)构造简单，具有可靠性和成本优势。

附图说明

图1为本发明一实施例结构示意图。

图2为图1中气缸横向截面结构示意图。

图3为竖向截面局部结构示意图。

图4为开关阀工作原理结构示意图。

图5为冷媒充注装置使用状态结构示意图。

图6为冷媒充注装置另一使用状态结构示意图。

图7为开关阀结构示意图。

图8为开关阀另一实施方式结构示意图。

图9为开关阀又一实施方式结构示意图。

图10为冷媒充注装置另一实施方式结构示意图。

图中：1为旋转式压缩机、2为壳体、3为压缩机泵体、4为电机、5为气缸、6为活塞、7为主轴承、8为副轴承、9为曲轴、10为滑片槽、11为滑片、12为气缸压缩腔、13为冷媒充注装置、21为低压腔、22为高压腔、24为吸气孔、25为排气消音器、26为电机绕组、27为壳体上部空间、28为排气管、29为吸气管、31为充注孔、32为气缸横孔、34为升程限位器、35为阀座、36为开关阀、36.1为过流孔、37为阀座体、38为充注管、39为贯穿孔、42为室内热交换器、43为膨胀阀、44为室外热交换器、45为四通阀、46为圆锥部、51为高压气体回路、52为气体注入阀、53为液态冷媒回路、54为自动膨胀阀、55为阀盖。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

第一实施例

参见图1、图2，旋转式压缩机的冷媒充注装置，包括设置在密封的壳体2内的电机4以及和电机连接的压缩机泵体3，压缩机泵体包括气缸5、分别设置在气缸上、下部的主轴承7和副轴承8、与电机连接的曲轴9、收纳了与曲轴连接可自由旋转的活塞6的气缸压缩腔12、其前端被压接在活塞外圆上的滑片11，以及收纳滑片的滑片槽10。压缩机泵体3的气缸5、主轴承7或副轴承8上设置有冷媒充注装置，该装置至少具备开孔于气缸压缩腔12的充注孔31和随着气缸压缩腔的压力变动而响应的开关阀36，冷媒充注装置入口与壳体上部空间27和/或室内热交换器42(见图5和图6)的出口连接，以向气缸压缩腔12里充注气体和/或液态冷媒。气缸压缩腔12通过活塞6和滑片11被分隔为低压腔21和高压腔22，气缸5对应低压腔设置有带吸气孔24的吸气管29，冷媒充注装置与高压腔相通，滑片11的侧边上设置有位于主轴承7的排气孔和排气阀片(图中未示出)，气缸5上方对应排气孔设置有排气消音器25，电机4设置在排气消音器上方，与壳体顶部之间保留有壳体上部空间27，壳体上部空间与排气管28连通。

参见图2-图4，冷媒充注装置13设置在气缸5的外径与位于气缸中心部的气缸压缩腔12之间，其前端最接近滑片的位置。通过将冷媒充注装置的前端部跟滑片相近的间隙b设置得很小，可以增加冷媒充入量。冷媒充注装置13包括气缸横孔32和阀座组件，气缸横孔32的前端由开孔于气缸压缩腔12的充注孔31和升程限位器34组成，阀座组件由阀座体37和焊接固定于阀座体上的充注管38组成。阀座体37的中心部设置有贯穿孔39，前端有阀座35，开关阀36设置在阀座和升程限位器34之间，充注管38通过压入接合到气缸横孔32的内径来固定，充注管38焊接固定在壳体2上，形成从壳体外部充注冷媒的入口。开关阀36呈圆形，外围设置有过流孔36.1，见图7。开关阀36打开的瞬间，注入的气体在阀的两侧呈U字状环绕或从过流孔36.1穿过，再流入充注孔31，见图4。充注孔31设置在气缸压缩腔12的内径圆上，气缸横孔与充注孔连接的一端为圆锥形状的圆锥部46；气缸横孔内设置有一个或两个相互独立的冷媒充注回路，与充注孔相接，冷媒充注回路入口与壳体上部空间和/或室内热交换器42的出口连接。

上述开关阀36’、36”外围设置有多个缺口36.1’、36.1”，分别见图8和图9，其中，图9的开关阀36”容易向往复运动方向变形。充注孔31的直径和开关阀36运动的空间的容量之间的关系会因形成共鸣腔效果而达到减弱特定频率噪音的效果，关注此效果可以进行减噪音的设计。

参见图5，为应用在制热模式的冷冻循环实例。气缸横孔内设置有一个冷媒充注回路，从旋转式压缩机1的排气管28排出的高压冷媒气体在室内热交换器42里变成液态冷媒，再经由膨胀阀43到达室外热交换器44。室外热交换器44中蒸发的低压冷媒气体从四通阀45进入吸气管29，再回到压缩机的吸气孔24。连接到压缩机壳体2上方的壳体上部空间27的高压气体回路51的另一个出口连接着充注管38。高压气体回路51的中间配置了气体充注阀52，实现高压喷气循环。

参见图6，也是制热运转时的冷冻循环实例，在图5的冷冻循环的基础上追加了充注液态冷媒到压缩机的功能，气缸横孔内设置有两个相互独立的冷媒充注回路，室内热交换器42的出口和压缩机1的充注管38之间用液态冷媒回路53连接。这样，在室内热交换器42里冷凝、液化的冷媒就可以注入压缩机，实现喷液循环。高压气体回路51和液态冷媒回路5 3连接着充注管38，液态冷媒回路53上可连接自动膨胀阀54，实现在高压喷气循环上增加喷液循环。

其控制方法是：将注入冷媒充注装置的气体的流速减慢，稍微加长充注时间，防止高压气体在充注孔跟吸气孔连通时流入到吸气孔；并且，阀行程s跟单位时间内可以注入气缸压缩腔的充注量有关，阀行程s增加，加长了充注时间，充注量随阀行程s增加而增加，减小而减小，阀座和升程限位器之间的间隙c是开关阀往复动作范围，间隙c减去开关阀板厚t的值，得出阀行程s；充注孔跟贯穿孔的孔径也同样具有调整充注量大小的作用，充注孔跟贯穿孔的孔径与充注量成正比。

其工作原理是：参见图2，随着活塞6的顺时针方向转动，低压气体经过吸气管29，从吸气孔24吸入到低压腔21内，在活塞6的外周与吸气孔24闭合的同时被压缩。其后，随着活塞6继续转动，低压气体压缩变成高压气体，其压力高于壳体内压力时就从排气孔排出。然后如图1所示，到达消音器25。从排气消音器25出来的高压气体主要冷却电机绕组26，同时到达壳体的上部空间27，然后从排气管28排出到系统。

参见图2和图3，一般冷媒充注装置的压力稍低于气缸压缩腔1 2出来的排气压力，但通常高于吸气孔24的低压侧压力。因此，活塞外周部经过充注孔31的瞬间，开关阀36动作离开阀座35，停于升程限位器34的地方，这时候开始注入冷媒。然后，气缸压缩腔12的压力高于冷媒充注装置压力的一瞬间，开关阀36离开升程限位器34，停在阀座35上，这瞬间冷媒停止注入。这样开关阀36就能敏锐地跟活塞的转动和气缸压缩腔压力响应，实现对阀座35的开关，从而实现冷媒有效充注。但由于活塞外周部经过充注孔31的一瞬间里，在很短的时间内充注孔跟吸气孔24是连通的，如果高压气体从冷媒充注装置13流入到吸气孔24，就会造成压缩机的制冷量跟流出量成比例降低的问题。

针对上述问题，参见图4所示，开关阀36打开的瞬间，注入的气体在开关阀的两侧呈U形环绕，再流入充注孔31。可以把气体的流速减慢，稍微加长了充注时间，可以防止充注孔跟吸气孔24是连通的很短时间内，冷媒充注装置的高压气体流入到吸气孔24。并且，阀行程s跟单位时间内可以注入气缸压缩腔12的充注量有关。阀行程s增大，充注量增加，阀行程s减少，充注量减小。充注孔31跟贯穿孔39的孔径也同样具有调整充注量大小的作用。因此，如果阀行程和充注孔太大，也就是形成了所谓的顶部间隙，再膨胀损失有增加的倾向，如果是应用在喷液循环，阀行程小一点也就足够了。

如图1、图5所示，从高压气体回路51注入到气缸压缩腔12的高压、高温气体与从吸入孔24吸入的气体混合，瞬间变成高温气体，在气缸压缩腔压缩后，温度进一步上升，然后从气缸排出。在那期间，因为压缩机的功耗增加了，所以电机绕组26的温度进一步升高。从气缸排出的气体跟高温的电机绕组26进行热交换后，温度越发上升，再到达壳体上部空间27。然后，高压、高温气体从排气管28排出到系统侧，同时，流进高压气体回路51的气体再次在气缸压缩腔12里压缩。这样，通过旁通高压气体并使之循环，最终可以加快从压缩机排气管28排出的气体温度上升，缩短制热开始的时间。另外，因为是给气缸压缩腔12注入气体的，所以通过高压气体的旁通循环，从排气管28流向系统侧的冷媒循环量不变。

如图1、图6所示，室外温度为0℃以下的低温时制热建立的时间非常长。针对这个课题，压缩机启动的同时完全打开气体注入阀52，加速从排气管28排出的气体温度的上升。此时，如果电机绕组26的温度过热的话，只要减小气体注入阀52的打开程度，或者打开自动膨胀阀54，同时注入液态冷媒来控制温度就可以了。然后，室内温度达到目标值的话，停下高压气体回路51，切换到液态冷媒回路53。一般喷液循环具有提高制热量和效率两者的效果。

第二实施例

参见图10，阀座体37端部压入设置有阀盖55。另外，阀盖55具有升程限位器34的功能。充注管38跟阀座体37的接合部分用焊接接合。该设计使气缸横孔32的加工简单化，并且还具有可以预先正确调整阀行程s的优点。并且也能更准确地把冷媒充注装置13安装到气缸横孔32上。其它未述部分同第一实施例。

Claims (8)

1.一种旋转式压缩机的冷媒充注装置，包括设置在密封的壳体(2)内的电机(4)以及和电机连接的压缩机泵体(3)，压缩机泵体包括气缸(5)、分别设置在气缸上、下部的主轴承(7)和副轴承(8)、与电机连接的曲轴(9)、收纳了与曲轴连接可自由旋转的活塞(6)的气缸压缩腔(12)、其前端被压接在活塞外圆上的滑片(11)，以及收纳滑片的滑片槽(10)，其特征是压缩机泵体的气缸、主轴承或副轴承上设置有冷媒充注装置，该装置至少具备开孔于气缸压缩腔的充注孔(31)和随着气缸压缩腔的压力变动而响应的开关阀(36)，冷媒充注装置入口与壳体上部空间(27)和/或室内热交换器(42)的出口连接，以向气缸压缩腔里充注气体和/或液态冷媒。

2.根据权利要求1所述旋转式压缩机的冷媒充注装置，其特征是所述冷媒充注装置设置有一个或以上，设置在气缸的外径与位于气缸中心部的气缸压缩腔之间，其前端最接近滑片的位置。

3.根据权利要求1或2所述旋转式压缩机的冷媒充注装置，其特征是所述冷媒充注装置包括气缸横孔(32)和阀座组件，气缸横孔的前端由开孔于气缸压缩腔的充注孔和升程限位器(34)组成，阀座组件由阀座体(37)和固定于阀座体上的充注管(38)组成；阀座体的中心部设置有贯穿孔(39)，前端有阀座(35)，开关阀设置在阀座和升程限位器之间，充注管通过压入接合到气缸横孔的内径来固定，充注管固定在壳体上，形成从壳体外部充注冷媒的入口。

4.根据权利要求3所述旋转式压缩机的冷媒充注装置，其特征是所述开关阀呈圆形，具有往复运动方向的弹力，冷媒充注装置的气压大于气缸压缩腔的气压时，开关阀会随着压力差变化而变形，从而调整开关阀和充注孔之间的间隙大小；开关阀外围设置有缺口或过流孔。

5.根据权利要求3所述旋转式压缩机的冷媒充注装置，其特征是所述充注孔设置在气缸压缩腔的内径圆上，气缸横孔与充注孔连接的一端为圆锥形状的圆锥部(46)；气缸横孔内设置有一个或两个相互独立的冷媒充注回路，与充注孔相接，冷媒充注回路入口与壳体上部空间和/或室内热交换器(42)的出口连接。

6.根据权利要求3所述旋转式压缩机的冷媒充注装置，其特征是所述阀座体端部压入设置有阀盖(55)。

7.根据权利要求1所述旋转式压缩机的冷媒充注装置，其特征是所述气缸压缩腔通过活塞和滑片被分隔为低压腔(21)和高压腔(22)，气缸对应低压腔设置有带吸气孔(24)的吸气管(29)，冷媒充注装置与高压腔相通，滑片的侧边上设置有位于主轴承的排气孔和排气阀片，气缸上方对应排气孔设置有排气消音器(25)，电机设置在排气消音器上方，与壳体顶部之间保留有壳体上部空间(27)，壳体上部空间与排气管(28)连通。

8.根据权利要求1所述旋转式压缩机的冷媒充注装置的控制方法，其特征是将注入冷媒充注装置的气体的流速减慢，稍微加长充注时间，防止高压气体在充注孔跟吸气孔连通时流入到吸气孔；并且，阀行程s跟单位时间内可以注入气缸压缩腔的充注量有关，阀行程s增加，加长了充注时间，充注量随阀行程s增加而增加，减小而减小，阀座和升程限位器之间的间隙c是开关阀往复动作范围，间隙c减去开关阀板厚t的值，得出阀行程s；充注孔跟贯穿孔的孔径也同样具有调整充注量大小的作用，充注孔跟贯穿孔的孔径与充注量成正比。

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