CN101749247B - 冷缸压缩循环的全封闭转子式制冷压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明的冷缸压缩良性循环的实现：1、冷缸压缩：热缸冷却排除压缩放热而降低压缩净功和冷凝负荷。2、冷缸吸气：吸气室低温特性由连续低温吸气和热缸的低温冷却实现而增大冷量。3、油路改进：增强吸气抽吸力。4、排气过热和电机放热用于加热具有吸收性的润滑油：吸收剂在冷却的气室表面分压较低有强吸收性而进一步增大冷量和降低压缩净功。效能：电机功率降低＞30％而冷量增大1倍。

Description

冷缸压缩循环的全封闭转子式制冷压缩机

技术领域

一种蒸汽压缩式制冷压缩机，尤其是一种全封闭转子式制冷压缩机。 

技术背景 

全封闭转子式制冷压缩机，已被广泛应用，但是其产业技术存在着影响效率的两大技术故障：热缸效应和冷害。 

电机绕组工作温度130℃左右，有外壳辅助冷却，而电机转子没有外壳辅助冷却，工作温度应在150℃左右，直接通过主轴传导至汽缸内，形成强热缸效应，压缩放热也形成热缸效应，热缸效应使汽缸壁面工作温度上升，一方面吸气受热膨胀损失冷量，另一方面也进一步强化了压缩放热，这就是热缸效应的恶性循环。因此可以定义为热缸机，电机功率转化为排气过热而浪费，并且提高了压缩机的工作温度和冷凝负荷。 

因为设计原因，低压侧冷缸和低温吸气管路处于高温高压环境中，壳体腔内的压缩排气和润滑油在接触低于冷凝温度的低温物体时，压缩排气首先溶解于润滑油中而稀释润滑油，被稀释的润滑油被吸入汽缸蒸发吸热进一步降低冷缸温度，这也是一个恶性循环过程，定义为冷害，表现为冷量损失。当回气温度降低时，冷害程度加剧，而只有降低回气温度时，才能提高蒸发器效率和输汽的质量流量。冷害的好处是可以降低压缩机工作温度，减缓热缸效应，因而其危害性易于被忽略，而冷量则是流失了。 

由于热缸效应和冷害的双重作用，冷量损失较大，只能获得50％左右的冷量。 

发明内容

一种冷缸压缩循环的全封闭转子式制冷压缩机(以下简称M₁)，其冷缸压缩循环由冷缸压缩、冷缸吸气、油路改进、电机放热和排气过热的回收利用四个主要方面构成。 

全封闭转子式制冷压缩机的冷缸压缩循环由包含以下几个方面来实现。 

1、在高温、高压的壳体内实现冷缸压缩、冷缸吸气的必要条件是：冷缸的建立和冷害的防止。 

a、汽缸的隔热和冷却： 

低压吸气侧汽缸壁面定义为冷缸，冷缸与缸体之间有冷缸隔热层隔热。 

高压排气侧汽缸壁面定义为热缸，为排除压缩放热，热缸需要冷却，冷却块是配置冷却流道的热缸。 

冷却块与缸体之间有冷却块隔热层隔热。 

当冷缸隔热层、冷却块隔热层中不填充隔热材料时，即为隔热缝隔热。 

冷却块的冷却流道：包括分别各自连接一根冷却导管的入口孔和出口孔，冷却流道分布于入口孔和出口孔之间的圆弧中心线上，冷却导管从壳体外分别引入和引出冷却流体，冷却导管外有隔热层与壳体腔内物体隔热、并与壳体隔热和密封连接，冷却流体为机组的分流制冷剂或其他冷却流体。 

b、工作气室的隔热： 

汽缸上、下盖的气室壁面分别有气室隔热圈隔热。气室隔热圈的外圆由汽缸壁面向外延伸，以覆盖冷却块为限，内圆以覆盖气室内圆为限。 

气室运动部件的表面隔热：滚动转子外圆和滑片表面有耐磨的隔热材料隔热。 

c、吸气管的隔热： 

吸气管外壁有吸气隔热管与缸体和壳体隔热。 

d、冷却导管的隔热： 

冷却导管外壁有隔热层与壳体腔内物体隔热、有隔热管与壳体隔热。 

冷缸压缩：将压缩放热推向被低温冷却的冷却块汽缸壁面，以抑止排气过热的形成而降低压缩净功和冷凝负荷。 

冷缸吸气：吸气过程中吸气室的低温特性，由连续低温吸气和热缸低温冷却来保持，以充分提高吸气的质量流量。 

2、油路的改进： 

a、汽缸上盖主轴承孔油槽出口处连接螺纹油槽，汽缸下盖副轴承孔油槽出口处连接螺纹油槽；主轴中心油孔在上方位置由轴塞封闭，主轴的上部油孔在主轴承孔螺纹油槽以下位置；螺纹油槽的深度控制油的循环量、增加供油压力、提高滚动转子上、下端面与气室间的密封性和主轴承孔和副轴承孔的供油压力。 

b、在弹簧右侧的壳体上设U形油管通向底部浸油室，以减缓滑片高速往复运动引起的油路冲击，避免滑片供油欠压。 

3、电机放热和排气过热的回收利用： 

包括采用对制冷剂有较强吸收性的润滑油组成制冷剂——吸收剂工质对，在壳体腔内底部的浸油室设排气回热器，壳体顶部排气管连接排气回热器的入口管，压缩排气在排气回热器内加热润滑油放热后，从排气回热器的出口管引出壳体；主轴油泵的吸油嘴伸向浸油室的底部。 

附图说明

图1是汽缸俯视图。 

图2是图1中冷却块8的后视图。 

图3是图2沿圆弧中心线展开的剖视图。 

图4是M₁的局部剖视图。 

图5是滚动转子31的放大剖视图。 

图6是汽缸上盖27的主剖视图。 

图7是汽缸上盖27的俯视图。 

图8是图7中排气阀槽41的放大剖视图。 

图9是M₁的剖视图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。 

参见附图1、图2、图3：吸气孔1、弹簧孔2、滑片油孔3、滑片槽4、缸体5、定位孔6、螺孔7、冷却块8、冷却块隔热层9、排气斜槽10、外隔热层11、冷缸12、冷缸隔热层13、入口螺孔14、出口螺孔15、流道插片16、焊缝17。 

冷缸的建立和冷害的防止： 

低压吸气侧汽缸壁面定义为冷缸12，冷缸12与缸体5之间有冷缸隔热层(或隔热缝)13隔热。 

高压排气侧汽缸壁面定义为热缸，冷却块8是配置冷却流道的热缸，冷却块8与缸体5之间有冷却块隔热层(或隔热缝)9隔热。 

冷却块隔热层(或隔热缝)9在滑片槽4处向左下方倾斜，以减小冷却块8所占滑片槽4的面积，减小冷害的形成。冷缸12、冷却块8与缸体5连接处的外侧，等距离分布一段圆弧形外隔热层(或隔热缝)11，以减少连接处与缸体5的热交换量，减小冷害的形成。 

冷却块8的冷却流道：包括分别是引入冷却流体的冷却导管26a和引出冷却流体的冷却导管26b的接口的入口螺孔14和出口螺孔15，冷却流道分布在入口螺孔14和出口螺孔15之间的圆弧中心线上，上、下对应的两个流道插片16构成多个U形相互串联的连续通道，上、下端面两条焊缝17固定和密封冷却流道，冷却流体c₁从入口螺孔14进入在冷却流道内吸热后以c₂态从出口螺孔15流出。 

参见附图4、5、6、7、8：主轴承孔油槽18、汽缸上盖19、主轴20、消音罩21、螺钉22、壳体23、隔热管24、壳体导管25、冷却导管26b、气室隔热圈27、副轴承孔油槽28、汽缸下盖29、偏心轮30、滚动转子31、气室隔热圈32、吸气导管33、吸气隔热管34、吸气管35、弯管36、螺纹油槽37、螺丝孔38、半圆孔39、排气孔40、排气阀槽41、阀片固定螺孔42、滚动转子外圆表面43、金属边缘44、排气孔套管45、冷却块隔热圈46、陶瓷气室隔热圈47、环形凹槽65。 

工作气室的隔热： 

汽缸上、下盖19、29的气室壁面分别有气室隔热圈27、32隔热。气室隔热圈27、32的外圆由汽缸壁面向外延伸以覆盖冷却块8为限，内圆以覆盖气室内圆为限，滚动转子31的外圆与主轴中心线的最近距离为R，则内圆的半径≤R。 

气室的运动部件滚动转子外圆表面43、滑片表面有耐磨的隔热材料隔热。 

吸气管35和冷却导管26(包括26a、26b)的隔热： 

吸气导管33的外壁连接于壳体23，吸气管35外壁有吸气隔热管34与缸体5上的吸气孔1、吸气导管33内孔密封和隔热，避免吸气b在吸气管35中的受热膨胀，弯管36连接液汽分离罐和吸气管35。 

壳体导管25的外壁连接于壳体23，冷却导管26a、26b外壁与壳体导管25内孔之间由隔热管24密封和隔热。 

冷却导管26a、26b是螺管接口，分别与冷却块8的入口、出口螺孔14、15带胶密封连接，冷却导管26a、26b外壁有隔热层与壳体23腔内物体隔热、与壳体导管25内孔密封和隔热连接，防止冷害形成。 

冷缸压缩：压缩过程中所形成的压缩放热被推向低温冷却的冷却块8的汽缸壁面排除压缩放热，以充分抑止排气过热的形成，而降低压缩净功和冷凝负荷。 

冷缸吸气：吸气过程中吸气室的低温特性，由连续低温吸气和热缸低温冷 却来保持，目的是充分提高吸气的质量流量。 

汽缸上盖19或下盖29的阀片固定螺孔42向外圆移动，以避开气室隔热圈27或32，在滑片油孔3的上、下方分别有半圆孔39，以贯通滑片油孔3的油路。气室隔热圈27、32的耐磨隔热材料：在实施案例中可以表面涂耐磨隔热陶瓷，也可以粘贴塑料王(聚四氟乙烯)薄片。 

参见附图4、6、8：在气室隔热圈27、32采用陶瓷材料时，汽缸上盖19和或汽缸下盖29的排气孔镶金属套管45。在实施案例中，气室隔热圈27、32由陶瓷气室隔热圈47和冷却块隔热圈46合成，陶瓷气室隔热圈47的外圆以汽缸壁面为限、内圆以覆盖汽室内圆为限，而冷却块隔热圈46采用柔性隔热材料，如塑料王，其内圆是以汽缸壁面为限、外圆则由汽缸壁面向外延伸以覆盖冷却块8为限，相应于冷却块隔热圈46的外侧面设环形凹槽65，以分散变形应力。 

气室运动部件滚动转子外圆表面43和滑片表面的耐磨隔热材料：在实施案例中可以采用表面涂耐磨隔热陶瓷，滚动转子外圆表面43涂耐磨隔热陶瓷时，两端面处外圆留少量金属边缘44。 

参见附图4。 

在吸气隔热管34用柔性隔热材料(如塑料王)制成时：吸气管35用硬质金属管制成，过盈推入吸气隔热管34内孔，使吸气隔热管34外壁与吸气孔1、吸气导管33内孔胀紧，吸气导管33为铜管、在其外壁用尖角钝口滚轮施加向心力

旋转滚压勒管密封，避免焊接。 

在隔热管24用柔性隔热材料制成时：隔热管24过盈推入壳体导管25内孔和冷却导管26a、26b外壁之间，壳体导管25为铜管、在其外壁用尖角钝口滚轮施加向心力

旋转滚压勒管密封，避免焊接。冷却导管26a和冷却导管26b也可以从壳体23底盖分别引入和引出冷却流体。 

油路的改进： 

参见附图6、9：排气管48、电机绕组49、轴塞50、定子铁芯51、定子冷却孔52、转子铁芯53、主轴上油孔54、滑片55、弹簧56、U形油管57、排气回热器入口管58、螺纹油槽59、吸油嘴60、排气回热器出口管61、U形支管62、翅片63、油位线64。 

汽缸上盖的主轴承孔油槽18在上端口处连接一段螺纹油槽37，与其对应，汽缸下盖的副轴承孔油槽28在下端口处连接一段螺纹油槽59；主轴20的中心油孔在螺纹油槽37的上方位置用轴塞50封闭，主轴20的上部油孔是主轴上油孔54位于螺纹油槽37的下方处。螺纹油槽37、59的深度控制油的循环量，增加了主轴承孔和副轴承孔的供油压力，同时也提高了滚动转子31上、下端面与气室之间的供油压力，强化了气室的密封性，。 

在弹簧56的右侧壳体23上设U形油管57通向底部浸油室，以减缓滑片55高速往复运动引起的油路冲击，防止滑片55供油欠压(缺油)，以提高滑片55的密封性。 

滑片55可以采用表面涂耐磨隔热陶瓷，也可以全部用耐磨隔热材料制成。 

图4是一个简易的M₁油路实施方案：主轴20的中心油孔不用轴塞50，主轴承孔油槽18和副轴承孔油槽28不设螺纹油槽37、59；也没有设U形油管57，壳体23腔内底部的浸油室也没有设排气回热器；仅满足冷缸吸气、冷缸压缩的必要条件。 

电机放热和排气过热的利用和回收： 

电机转子的放热通过主轴20传导限止在循环油路内，由于滚动转子外圆表面43隔热，汽缸上、下盖19、29也在气室表面隔热，油路向气室的热传导途径已经被切断，不形成热缸效应，因此电机转子的热量只能用以加热循环油路。 

在缸体5的侧面和壳体23腔内底部的浸油室设置管片式排气回热器，浸油室的油位线64位于消音罩21上端面以下位置。排气回热器由多根U形支管62和翅片63构成，分布在缸体5与壳体23内壁之间的空隙中，翅片63设置在油位线64以下，每根U形支管62下部的出口和入口分别并联于入口管58和出口管61。主轴油泵的吸油嘴60伸向浸油室底部，以抽吸底部较冷的润滑油。压缩排气a₁从顶部排气管48引入排气回热器入口管58，在排气回热器内加热润滑油放热后，以a₂态从排气回热器出口管61排出，完成从b吸入到a₂排出的循环过程。壳体23外壁有保温层，防止电机放热和排气热量散失。 

冷缸压缩循环的构成：采用对制冷剂有较强吸收性的润滑油组成制冷剂——吸收剂工质对，电机放热和排气过热被用来加热和浓缩吸收剂——润滑油。浓度较高的润滑油在气室的冷却状态下，以油膜形式分布于气室表面(冷缸12、冷却块8、气室隔热圈27、32、滚动转子外圆表面43和滑片55表面)，表面分压较低具有强吸收性，在吸气过程中可以进一步提高输汽量(排量)，在压缩过程中可以进一步降低压缩净功和冷凝负荷。在机组运行过程中冷量增大时，吸气温度和P_O低压会随之下降，进一步增大冷量……，直至新的平衡状态，机组运行趋向于冷量增大和压缩净功、冷凝负荷降低的方向运行，即为良性循环，这就是能量被充分利用的循环——冷缸压缩循环。 

Claims (3)

1.一种冷缸压缩循环的全封闭转子式制冷压缩机，其特征在于： 

低压吸气侧汽缸壁面定义为冷缸(12)，冷缸(12)与缸体(5)之间有冷缸隔热层(13)隔热；高压排气侧汽缸壁面定义为热缸，热缸在配置冷却流道后成为冷却块(8)，冷却块(8)与缸体(5)之间有冷却块隔热层(9)隔热；冷却块(8)的冷却流道包括分别各自连接冷却导管(26a、26b)的入口孔和出口孔，冷却流道分布于入口孔和出口孔之间，冷却导管(26a、26b)在壳体(23)外分别引入和引出冷却流体，冷却导管(26a、26b)外壁与壳体导管(25)内孔之间由隔热管(24)隔热，冷却流体为机组的分流制冷剂； 

汽缸上、下盖(19、29)的气室壁面分别有气室隔热圈(27、32)隔热，气室隔热圈(27、32)的外圆由汽缸壁面向外延伸以覆盖冷却块(8)为限、内圆以覆盖气室内圆为限；在气室运动部件滚动转子(31)的外圆与主轴(20)中心线的最近距离为R时，气室隔热圈(27、32)的内圆半径≤R；滚动转子外圆表面(43)和滑片(55)表面有耐磨的隔热材料，气室隔热圈(27、32)采用耐磨隔热材料； 

冷缸(12)、冷却块(8)与缸体(5)连接处的外侧，分别等距离分布一段圆弧形外隔热层(11)，冷却块隔热层(9)在滑片槽(4)处向左下方倾斜以减小冷却块(8)在滑片槽(4)的面积；所述入口孔为入口螺孔(14)，所述出口孔为出口螺孔(15)，各自为冷却导管(26a、26b)的接口，位于冷却流道上、下对应的两个流道插片(16)构成多个U形相互串联的连续通道，上、下端面的两条焊缝(17)固定和密封冷却流道； 

汽缸上盖(19)的主轴承孔油槽(18)在上端口处连接一段螺纹油槽(37)，与其对应的汽缸下盖的副轴承孔油槽(28)在下端口处连接一段螺纹油槽(59)；主轴(20)的中心油孔在螺纹油槽(37)的上方位置用轴塞(50)封闭，主轴(20)上部的主轴上油孔(54)在螺纹油槽(37)的下方位置；在弹簧(56)右侧的壳体(23)上设U形油管(57)通向底部的浸油室；汽缸上、下盖(19、29)在滑片油孔(3)的上、下方分别有半圆孔(39)，以贯通滑片油孔(3)的油路。 

2.根据权利要求1所述的一种冷缸压缩循环的全封闭转子式制冷压缩机，其特征在于：吸气隔热管(34)用柔性隔热材料制成，吸气管(35)用硬质金属管制成，过盈推入吸气隔热管(34)内，使吸气隔热管(34)外壁与缸体(5)上的吸气孔(1)、吸气导管(33)内孔胀紧，吸气导管(33)为铜管、在其外壁用尖角钝口滚轮施加向心力

使勒管密封。 

3.根据权利要求1或2所述的一种冷缸压缩循环的全封闭转子式制冷压缩机，其特征在于：气室隔热圈(27、32)具有耐磨隔热陶瓷的涂层，汽缸上盖(19)和／或汽缸下盖(29)的排气孔镶金属套管(45)。 

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