CN101624985A - 气体冷媒喷射式旋转压缩机 - Google Patents

Abstract

一种气体冷媒喷射式旋转压缩机，包括设置在密封壳体内的电机组件以及和电机组件连接的压缩组件，压缩组件包括气缸、分别设置在气缸上下部的主轴承和副轴承、与电机组件连接的曲轴、与曲轴连接可自由旋转的活塞、以及前端压接在活塞外圆上的滑片，压缩机上设置有冷媒注入装置，冷媒注入装置包括设置在压缩组件上的阀座体和第二气体注入孔，阀座体的中心设置有贯通的第一气体注入孔，第一气体注入孔的另一端与第二气体注入孔的一端之间通过扩张室相通，第二气体注入孔的另一端与气缸压缩腔相通，扩张室内设置有在扩张室内作往复运动的止回阀。本发明具有结构简单合理、能效比高、可靠性好、制作成本低和应用广泛的特点。

Description

气体冷媒喷射式旋转压缩机

技术领域

本发明涉及一种旋转式压缩机，特别是一种选择性地参与系统循环的气液分离器发生的气体冷媒注入压缩机气缸的气体冷媒喷射式旋转压缩机。

背景技术

在空调系统中，一般设置有冷凝器和蒸发器，在冷凝器和蒸发器之间通常配备有气液分离器，从冷凝器出来的冷媒在气液分离器中分离为液体冷媒与气体冷媒，而后选择性的只把气体冷媒注入压缩机的气缸压缩腔，这就是所谓的气体冷媒喷射方式，其目的是为了大幅度地提高空调系统能力等性能。

在以上空调系统中运用的压缩机，多是通过活塞回转角来进行开闭实现气缸压缩腔的冷媒注入，其注入孔通常设置在主轴承或者副轴承与活塞上下面接触的平面上，由于结构固有的缺陷，导致注入孔的开孔面积很小以及开孔喷射的时间很短等多方面不足，而开孔面积和喷射时间直接决定了注入的冷媒量，决定了压缩机的工作能力。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、能效比高、可靠性好、制作成本低、以提高气体冷媒喷射式空调机的制热性能为主、应用广泛的的气体冷媒喷射式旋转压缩机，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种气体冷媒喷射式旋转压缩机，包括设置在密封壳体内的电机组件以及和电机组件连接的压缩组件，压缩组件包括气缸、分别设置在气缸上下部的主轴承和副轴承、与电机组件连接的曲轴、与曲轴连接可自由旋转的活塞、以及前端压接在活塞外圆上的滑片，其特征是压缩机上设置有冷媒注入装置，冷媒注入装置包括设置在压缩组件上的阀座体和第二气体注入孔，阀座体的中心设置有贯通的第一气体注入孔，第一气体注入孔的另一端与第二气体注入孔的一端之间通过扩张室相通，第二气体注入孔的另一端与气缸压缩腔相通，扩张室内设置有在扩张室内作往复运动的止回阀，第二气体注入孔的一端外侧间隔的设置有二个以上的挡块，止回阀的最大外径比挡块的内径大，当止回阀压接在挡块上时，止回阀和第二气体注入孔的一端之间保持一定的间距。

所述冷媒注入装置设置在气缸的外径上。

所述冷媒注入装置设置在主轴承或副轴承上，主轴承或副轴承上设置有纵孔，纵孔的一端与第二气体注入孔的另一端相通，纵孔的另一端与气缸压缩腔相通。

所述气缸位于纵孔的另一端所在部位设置有排气切口，排气切口连通纵孔的另一端和气缸压缩腔。

所述压缩组件包括二个以上的气缸，气缸之间设置有中间分隔板，冷媒注入装置设置在中间分隔板上，中间分隔板上设置有纵孔，纵孔的一端与第二气体注入孔的另一端相通，纵孔的另一端与位于中间分隔板上面或下面的气缸压缩腔相通。

所述气缸上设置有与气缸压缩腔相通的压缩机吸入管，冷媒注入装置的安装位与压缩机吸入管的安装位分列于滑片的左右二侧。

所述旋转压缩机外设置有气液分离器，第一气体注入孔的一端通过气管与气液分离器的上部空腔相通。

所述气液分离器设置在室内换热器和室外换热器之间。

本发明把冷媒注入装置安装在气缸的侧面，内藏于开孔在气缸压缩腔的气体注入孔的止回阀，可以根据气缸压缩腔的压力进行开闭。开孔在气缸压缩腔的气体注入孔的开孔面积不会根据活塞回转角而变动，而且，内藏于该注入孔的止回阀根据气缸压缩腔的压力变化而开闭，因此根据压缩腔的压力进行变化，注入时间也能达到最大，另外，由于开孔在气缸内侧，孔径相对增大很多，结果在气缸压缩腔能注入大量的气体冷媒，达到提升空调能力等性能的最佳效果。

本发明把旋转式压缩机的气体冷媒喷射装置最适化的同时，把该压缩机搭载在气体冷媒喷射式空调机上，其公开的技术容易引进工业，且可进行批量生产。

本发明具有结构简单合理、能效比高、可靠性好、制作成本低和应用广泛的特点。

附图说明

图1为本发明第一实施例搭载有气体喷射式旋转压缩机的空调系统图。

图2为本发明第一实施例气体喷射式旋转式压缩机的结构示意图。

图3为图2中的Y-Y向剖视结构示意图。

图4为本发明第一实施例活塞回转角度θ与气缸压缩腔中的气体压力P(θ)以及注入压力为Pi的气体冷媒的注入角度、时间的变化关系图。

图5为本发明第二实施例气体喷射式旋转压缩机的结构示意图。

图6为本发明第三实施例气体喷射式旋转压缩机的结构示意图。

图中：1为压缩机，2为密封壳体，3为吐出管，4为四通切换阀，5为室内换热器，6为室外换热器，7为气液分离器，8a为第一毛细管，8b为第二毛细管，8c为第三毛细管，13为储液罐，14为压缩机吸入管，15为气体冷媒出口管，16为气管，17为气体冷媒注入管，18a为第一单向阀，18b为第二单向阀，21为压缩组件，22为电机组件，23为气缸，23a为上气缸，23b为下气缸，24为气缸压缩腔，25为主轴承，26为副轴承，27为曲轴，28为活塞，29为滑片，30为偏心轴，31为冷媒注入装置，32为气缸横孔，33为阀座体，34为阀座，35为挡块，36为止回阀，37为第一气体注入孔，38为第二气体注入孔，39为压入管，40为吐出孔，41为吐出阀，42为轴承法兰，43为纵孔，44为凸起部，45为排气切口，46为中间分隔板。

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，显示了搭载有气体冷媒喷射式旋转式压缩机1的空调系统的制热循环周期。压缩机1的密封壳体2的内部压力为与排出压力相等的高压侧，排出的高温高压气体冷媒通过焊接在上端的排出管3排出，经四通切换阀4进入连接在室内换热器5的入口。在室内换热器5的出口与室内换热器6之间配备气液分离器7，室内换热器5的出口和气液分离器7之间连接有第一毛细管8a，气液分离器7和与室外换热器6之间连接有第二毛细管8b和第一单向阀18a。

室外换热器6的出口经四通切换阀4，进入压缩机1侧面邻接的储液罐13的入口。储液罐13的下部连接压缩机的吸入管14，气液分离器7上部的气体冷媒出口管15，经气管16连接到配置在压缩机1侧面的气体冷媒注入管17。以上构成的空调系统的暖房制热周期，压缩机1运转中、冷媒如箭形符号所示流动，构成密封的制冷周期。反之，在制冷循环周期中，四通切换阀4反向切换，从压缩机1吐出的高温高压气体冷媒经室外换热器6，通过第二单向阀18b和第三毛细管8c后，成为低压冷媒，从室内换热器5，经过四通切换阀4，经储液罐13被吸入进压缩机1。综上所述，如图1所示，空调系统暖房周期中使用气液分离器7，冷房周期中不使用气液分离器7。

下面，以暖房周期为主进行说明。

室内换热器5向室内放热，液体冷媒被冷凝，通过第一毛细管8a节流减压，流入气液分离器7，分离为过冷却的液体冷媒与气体冷媒；过冷却的液体冷媒从气液分离器7的底部经第二毛细管8b，在室外换热器6蒸发变为低压冷媒；然后，从储液罐13被吸入进压缩机1。

在气液分离器7发生的气体的冷媒压力Pi，比压缩机1的吐出压力Pd低，比吸入压力Ps高得多。因此，在气液分离器7中发生的气体冷媒，通过气管16，从压缩机1的气体冷媒注入管17，被喷射注入进压缩机1的气缸压缩腔，见图2所示。注入进气缸压缩腔的气体冷媒，混合压缩中的气体，变为与压缩机1的吐出压力Pd相当的高压气体，释放到密封壳体2的内部。

压缩机1通过在吸入气液分离器7中发生的气体冷媒，起着使气液分离器7中的液体冷媒过冷却的作用，因此，室外换热器6能增加吸热量。而且，压缩机1吸入的气体冷媒也一同参与室内换热器5循环，因此，室内换热器5的放热量增加。因此，系统吸热量与放热量增加，可以实现通过把在气液分离器7中发生的气体冷媒最大限度地注入压缩机1，使得系统吸热量与放热量增加能达到最大。

参见图2-图3，图2是喷射式压缩机1的内部构造结构示意图，图3是图2中Y-Y剖视结构示意图。旋转式压缩机1由安装在密封壳体2内径的压缩组件21和配置在该上部的电机组件22构成。压缩组件21由气缸23、主轴承25、副轴承26、曲轴27、内藏于气缸压缩腔24的活塞28和滑片29构成。曲轴27被电机组件22驱动，偏心轴30使活塞28在气缸压缩腔24中公转。滑片29压接于活塞28的外径作往复运动，在气缸压缩腔24中和活塞28一起将压缩的气体分隔和密封。

从安装在气缸23的压缩机吸入管14吸入的压力为Ps的低压气体，在气缸压缩腔24被压缩后，变为压力为Pd的高压气体，通过配置在主轴承25上的排出阀41的张开，从吐出孔40排出到密封壳体2的内部。其后，高压气体从排出管3流出到室内换热器5。该排出气体冷媒量是，吸入进气缸压缩腔24的低压气体量和通过冷媒注入装置31喷射到气缸压缩腔24的气体冷媒量的和。

如图2所示，本发明的冷媒注入装置31被配置在气缸23的侧面。而且，如图3所示，冷媒注入装置31相对于滑片29，大致位于与吸入管14的相反侧，尽可能地不与滑片29设计的干涉的范围内与滑片29尽量接近，这样设计，冷媒注入装置31的第二气体注入孔38大致就开孔在吐出孔40的附近。冷媒注入装置31由在气缸横孔32的先端、中心凸起44、开孔在气缸压缩腔24的第二气体注入孔38、以及挡块35构成。

另外，在气缸横孔32中设置插入有阀座体33，在其中心部设置有贯通的第一气体注入孔37，在阀座体33的端面被加工形成阀座34，配置在该阀座34和挡块35之间的止回阀36，压入管39被压接固定于气缸横孔32的内径。止回阀36在阀座34与挡块35之间形成的一定间隙中，沿第一气体注入孔37与第二气体注入孔38的方向作往复运动。因此，从该间隙减去止回阀36的板厚的值，成为止回阀36的升程，也就是往复运动的距离。

由于冷媒注入装置31和气体冷媒注入管17内的气体冷媒的压力，基本与气管16和气液分离器7内的气体冷媒压力Pi相等，因此，气缸压缩腔24的压力为吸入压力Ps的瞬间，止回阀36从阀座34脱离、停止于挡块35上，由于止回阀36的最大外径设置比挡块35的内径大，在止回阀36的外周和挡块35的内径之间，部分空间形成气体冷媒能通过的通路。比如，较为简单的方法是在止回阀36的外径处设置有很多缺口，正是因为这些缺口形成气体冷媒能通过的通路，亦或是将此处的挡块35沿周向间隔设置等等方法都可以实现部分空间形成气体冷媒能通过的通路。

因此，经过气体冷媒注入管17的气体冷媒，经第一气体注入孔37，通过止回阀36的上述通路，从第二气体注入孔38被注入进气缸压缩腔24。其后，伴随着活塞28的回转，气缸压缩腔24的压力上升，与气体冷媒压力Pi相等后，止回阀36从挡块35脱离，停止在阀座34上，使第一气体注入孔37关闭。此时，停止气体冷媒的注入。然后当气缸压缩腔24的压力变为排出压力Pd后，排出气体通过排出阀41张开，排出到密封壳体2的内部。

如以上描述，从冷媒注入装置31注入的气体冷媒，从气缸压缩腔24的压力变为吸入压力Ps的瞬间开始喷射注入气缸，到气缸压缩腔24的压力变为Pi的瞬间停止。

如此，止回阀36往复运动控制气体冷媒的注入，而且止回阀36由于功能也是相当一个逆止阀，因此起到阻止在气缸压缩腔24发生的高压气体经第二气体注入孔38逆流进冷媒注入管17的作用，有效地防止了压缩效率的损失。

参见图4，显示了随着活塞28的回转角度θ变化，气缸压缩腔24中的气体压力P(θ)的变化关系图，以及和从冷媒注入装置31注入的压力为Pi的气体冷媒的注入角度、时间的关系图。图4中，把活塞28的上死点当作0°点，即滑片29的伸出量为零的位置。在第一实施例中，气体冷媒喷射注入经常在活塞28的回转角度0°附近开始，在Pi和Pd相等的回转角度时冷媒注入停止。

例如，压缩机1的运转条件为标准条件(ASHRAE/GB条件)情况下，大约θ＝210°时冷媒注入停止。另外要说明的是，从冷媒注入开始到停止的角度也随压缩机1的运转条件而变化，但本专利的技术都是在该运转条件下气体冷媒喷射注入时间为最大。

以下简要说明现有技术的特点，即注入开孔在主轴承或者副轴承，通过活塞转动来控制开闭给气缸压缩腔的冷媒注入孔，因此活塞回转角θ决定开孔与闭孔的位置。也就是说，从冷媒注入孔的打开到关闭的角度与压缩机的运转条件没有关系，Ps与Pd的变化通常情况下是固定的。因此，如果注入角度变得过大后，会发生冷媒注入孔的关闭延迟，本身在气缸压缩腔压缩中会产生到冷媒注入孔的高压气体逆流。即在Pi＜Pd的条件下，因为冷媒注入孔不能完全关闭，产生的高压气体逆流使得压缩机压缩损失严重，所以效率降低。

现有技术中的冷媒注入孔是通过活塞转动面开闭来进行设计，由于旋转式压缩机结构固有的缺陷，在冷媒注入孔的位置和大小设置方面都有限制，冷媒注入孔的有效开孔面积随着活塞回转角θ变化，冷媒注入孔的有效面积实际只有注入孔面积的50％以下。正是因为以上的理由，在现有技术的冷媒注入方式中，存在结构设计自由度小、冷媒注入时间短、注入孔的有效面积有限等的缺点。

图4中，也把本发明的第一实施例与现有技术的效果进行简单的对比，本发明的第一实施例中冷媒注入角度为约θc＝0～210°，用注入时间Tc表示。在现有技术的方式中，冷媒注入角度为约θc＝70～190°，即130°±60°，用注入时间Tr表示。且考虑到冷媒注入孔的有效面积，第一实施例的冷媒注入量为现有技术的方式的5倍以上。

因此，本发明的冷媒注入装置31的特点是，通过压缩机1的运转条件即吸入压力Ps与排出压力Pd的变动，能自动实现使冷媒注入时间或冷媒注入角度达到最大。而且，第二气体注入孔38的实际有效面积大小不变化，因此从气液分离器7到压缩机1的气体冷媒注入量达到最大，采用本发明技术的气体冷媒喷射的空调系统，实现系统暖房能力等提升达到最大。

并且，通过改变第一气体注入孔37和第二气体注入孔38的孔径、甚至止回阀36的升程变化，扩大或缩小气体通路面积，也能容易实现增减单位时间内的冷媒注入量。

第二实施例

在第一实施例中将冷媒注入装置31设置在气缸23上，本第二实施例将冷媒注入装置31设置在主轴承25或副轴承26。

参见图5，在主轴承25的轴承法兰42中配置冷媒注入装置31的实施例。连通于冷媒注入装置31先端的第二气体注入孔38的纵孔43，为了回避与活塞28的滑动面的上端面之间的干涉，纵孔43设计在气缸压缩腔24的排气切口45处。因此，在止回阀36打开时，气体冷媒从第二气体注入孔38，经纵孔43和排气切口45，注入到气缸压缩腔24内。

其余未述部分见第一实施例，不在重复。

第三实施例

在第三实施例中，冷媒注入装置31也可以应用在双缸压缩机上，其冷媒注入装置31可以设置在上气缸23a上，或者下气缸23b上，或者在主轴承25上，或者副轴承26上，或者中间分隔板46上。

参见图6，显示的是在中间分隔板46上配置冷媒注入装置31的实施例。

其余未述部分见第一实施例，不在重复。

Claims (8)

1.一种气体冷媒喷射式旋转压缩机，包括设置在密封壳体(2)内的电机组件(22)以及和电机组件连接的压缩组件(21)，压缩组件包括气缸(23)、分别设置在气缸上下部的主轴承(25)和副轴承(26)、与电机组件连接的曲轴(27)、与曲轴连接可自由旋转的活塞(28)、以及前端压接在活塞外圆上的滑片(29)，其特征是压缩机(1)上设置有冷媒注入装置(31)，冷媒注入装置包括设置在压缩组件上的阀座体(33)和第二气体注入孔(38)，阀座体的中心设置有贯通的第一气体注入孔(37)，第一气体注入孔的另一端与第二气体注入孔的一端之间通过扩张室相通，第二气体注入孔的另一端与气缸压缩腔(24)相通，扩张室内设置有在扩张室内作往复运动的止回阀(36)，第二气体注入孔的一端外侧间隔的设置有二个以上的挡块(35)，止回阀的最大外径比挡块的内径大，当止回阀压接在挡块上时，止回阀和第二气体注入孔的一端之间保持一定的间距。

2.根据权利要求1所述的气体冷媒喷射式旋转压缩机，其特征是所述冷媒注入装置(31)设置在气缸(23)的外径上。

3.根据权利要求1所述的气体冷媒喷射式旋转压缩机，其特征是所述冷媒注入装置(31)设置在主轴承(25)或副轴承(26)上，主轴承或副轴承上设置有纵孔(43)，纵孔的一端与第二气体注入孔(38)的另一端相通，纵孔的另一端与气缸压缩腔(24)相通。

4.根据权利要求3所述的气体冷媒喷射式旋转压缩机，其特征是所述气缸(23)位于纵孔(43)的另一端所在部位设置有排气切口(45)，排气切口连通纵孔的另一端和气缸压缩腔(24)。

5.根据权利要求1所述的气体冷媒喷射式旋转压缩机，其特征是所述压缩组件(21)包括二个以上的气缸，气缸之间设置有中间分隔板(46)，冷媒注入装置(31)设置在中间分隔板上，中间分隔板上设置有纵孔，纵孔的一端与第二气体注入孔(38)的另一端相通，纵孔的另一端与位于中间分隔板上面或下面的气缸压缩腔相通。

6.根据权利要求1所述的气体冷媒喷射式旋转压缩机，其特征是所述气缸(23)上设置有与气缸压缩腔(24)相通的压缩机吸入管(14)，冷媒注入装置(31)的安装位与压缩机吸入管的安装位分列于滑片(29)的左右二侧。

7.根据权利要求1所述的气体冷媒喷射式旋转压缩机，其特征是所述旋转压缩机外设置有气液分离器(7)，第一气体注入孔(37)的一端通过气管(16)与气液分离器的上部空腔相通。

8.根据权利要求7所述的气体冷媒喷射式旋转压缩机，其特征是所述气液分离器(7)设置在室内换热器(5)和室外换热器(6)之间。

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