CN102168667B - 运转速度可变的压缩机 - Google Patents

Abstract

本文披露了一种变速压缩机，根据本发明的方面，提出了一种变速压缩机，包括：压缩单元，所述压缩单元具有构造成压缩工作流体的压缩空间；驱动单元，所述驱动单元构造成驱动压缩单元；以及机壳，所述机壳包括设置为从外部吸入工作流体的吸入管以及设置为排出被压缩的工作流体的排出管，其中，机壳内形成有用于使吸入管与压缩空间连通的第一空间以及用于使压缩空间与排出管连通的第二空间，第一空间的有效容积是第二空间的有效容积的9至10倍。

Description

运转速度可变的压缩机

技术领域

本发明涉及一种变速压缩机，更具体地，涉及一种能够基于系统负载改变运转速度的压缩机。

背景技术

总的来说，压缩机可依据运转速度是否变化而分为恒速压缩机和变速压缩机，所述恒速压缩机以恒速运转而不管压缩机的负荷如何，所述变速压缩机能够基于压缩机负荷来改变压缩机的运转速度。

在恒速压缩机的情况下，运转速度由提供的电源频率决定，电源频率可能因各国家而不同，但在大约50至60Hz的范围内工作。

例如，当在诸如空调或冰箱的制冷系统中使用恒速压缩机时，恒速压缩机可能效率低下，因为即使在环境温度与设定温度略微不同的情况下，压缩机提供的制冷功率大于所需的制冷功率，而且恒速压缩机可能具有需要很长时间才能达到设定温度的问题，因为在环境温度与设定温度显著不同的情况下，压缩机提供的制冷功率小于所需的制冷功率。

在变速压缩机的情况下，压缩机所提供的制冷功率可根据压缩机的负载、通过例如变频器等控制器来改变，由此解决了恒速压缩机的上述问题。换言之，在低载情况下可减小运转速度以使能量消耗最少，而在高载情况下可增大运转速度以快速达到设定温度。

当采用前述变速压缩机的制冷系统被安装在例如极地区域或寒冷区域的场所或者被用于制冷负荷较小的应用场合时，将在运转速度低于恒定运转速度的情况下增大运转频率。因此，需要附加的设计来提供在这种运转速度低的情况下的最优效率和最大制冷功率，但是对于生产过程的效率而言，重新设计整个压缩机是低效的。

发明内容

本发明致力于克服现有技术中的前述缺陷，本发明的技术任务是提供一种低速运转下具有最优效率的变速压缩机，同时对压缩机的组成要素改变最少。

根据本发明方面，为了实现前述技术任务，提出一种变速压缩机，包括：压缩单元，所述压缩单元具有构造成压缩工作流体的压缩空间；驱动单元，所述驱动单元构造成驱动压缩单元；以及机壳，所述机壳包括构造成从外部吸入工作流体的吸入管和构造成排出被压缩的工作流体的排出管，其中，在机壳内形成有用于使吸入管与压缩空间连通的第一空间以及用于使压缩空间与排出管连通的第二空间，第一空间的有效容积是第二空间的有效容积的9至10倍。

为了提高压缩机的性能或改变特定区域中的性能，可考虑的方法是改变形成压缩空间的结构的形状(例如，汽缸、活塞等的形式)，或改变构成驱动单元的构成要素。然而，对于改变结构形状和构成要素是否能够实现所需性能进行检查的过程可能非常复杂，并由此可能耗费大量资金。即使通过上述过程使压缩机实现了所需性能，也要制造具有不同构造的压缩机来配合各种应用场合，因此，在生产效率方面这是非常不利的。

作为解决上述问题的研究成果，发明人已证明：除上述因素以外，可通过调节位于压缩机内的吸入空间与排出空间的容积比率来实现预期的性能。更具体地，在用于吸入工作流体的吸入管与用于在压缩机的内部压缩工作流体的压缩空间之间存在独立的空间，并且在压缩空间与用于将被压缩的工作流体排到压缩机外部的排出管之间也存在空间。

这些空间通常是用作减小在压缩过程中可能产生的噪声的噪声控制空间，或者用作将工作流体通畅地吸入压缩空间或排出压缩空间的缓冲空间。然而，作为研究结果，发明人已证明：如果位于压缩机的吸入侧的空间的有效容积是位于排出侧的空间的有效容积的9至10倍，则在低于50Hz的低速范围内运转可实现优化效率。

这里，有效容积表示能够储存工作流体的净有效容积，如果空间的一部分被其它构成要素占据，则应该从有效空间中去除该部分被占据的容积。

可根据压缩机的类型以各种形式设置前述容积。

根据本发明的另一方面，提出一种压缩机，包括：机壳，所述机壳包括用于从外部吸入工作流体的吸入管和用于排出被压缩的工作流体的排出管；压缩单元，所述压缩单元具有用于吸入工作流体的吸入孔和用于排出被压缩的工作流体的排出孔，所述压缩单元包括汽缸和活塞，所述汽缸提供用于压缩工作流体的压缩腔室，所述活塞在汽缸内前后运动；驱动单元，所述驱动单元机械地连接到活塞用以使活塞前后运动；吸入消音器，所述吸入消音器安装成与吸入孔连通并具有暂时储存流经吸入管的工作流体的第一空间；以及排出消音器，所述排出消音器安装成与排出孔连通并具有暂时储存经由排出管排出的工作流体的第二空间，其中，第一空间的容积是第二空间的容积的9至10倍。

本发明的前述方面涉及的是往复式压缩机，第一空间可包括吸入消音器的内部空间以及吸入消音器与汽缸的连接部内的空间，第二空间可相当于排放室的内部空间，所述排放室构造成与汽缸的排出孔连通。

这里，吸入消音器可包括：消音器本体，所述消音器本体连接到从外部吸入工作流体的吸入管；以及连接部，所述连接部连接消音器本体和吸入孔，其中，第一空间的容积可以是消音器本体的内部容积和连接部的内部容积的总和。

根据情况，还可包括与排放室连通的排出消音器，但在这种情况下，排出消音器的内部空间未被包括在第二空间中。

根据本发明的又一方面，提出一种压缩机，包括：机壳，所述机壳包括用于从外部吸入工作流体的吸入管和用于排出被压缩的工作流体的排出管；吸入消音器，所述吸入消音器具有用于暂时储存被吸入的工作流体的内部空间；活塞，所述活塞形成有吸入消音器安装在其中的吸入孔；汽缸，活塞安装成能够在汽缸中前后运动；排出阀，所述排出阀用以打开/关闭汽缸的一端；排放室，所述排放室安装成覆盖排出阀并具有用于排出被压缩的工作流体的排出孔；排放盖，所述排放盖安装成覆盖排放室并连接到排出管；以及驱动单元，所述驱动单元机械地连接到活塞用以使活塞前后运动，其中，吸入消音器和活塞的净有效内部容积的总和是排放室和排放盖的净有效内部容积的9至10倍。

本发明的前述方面涉及的是线性压缩机，并且流经吸入消音器的工作流体经由活塞的内部空间被吸入到汽缸中。因此，吸入消音器和活塞的有效内部容积的总和可相当于前述第一空间，吸入消音器和活塞的净有效内部容积的总和可相当于第二空间。

这里，可想到从排放室移除排放盖的情况，在这种情况下，吸入消音器和活塞的有效内部容积可设定为排放室的有效内部容积的9至10倍。

根据情况，工作流体可被直接从吸入消音器吸入到汽缸中，这时，第一空间可相当于吸入消音器的内部空间。在这种情况下，吸入消音器的至少一部分可设置在活塞内。这时，第一空间的有效容积的数值可相当于从活塞的内部空间中去除被吸入消音器占据的空间。

此外，吸入消音器可被直接连接到吸入管，而且可被设置为与吸入管隔开。

根据具有前述构造的本发明的多个方面，可仅替换在压缩机的所有构成要素之中相对较容易替换的吸入消音器、排放室等，由此允许压缩机的性能得以很容易地优化以适于低速运转。

附图说明

附图被并入以提供对本发明的进一步理解，同时被并入到本文中并构成本文的一部分，附图与用于阐述本发明理念的描述一起说明本发明实施例。

在附图中：

图1是示出根据本发明实施例的变速压缩机的剖视图；

图2是示出效率基于图1所示实施例中的第一空间与第二空间的容积比率而发生改变的曲线图；

图3是示出制冷功率基于图1所示实施例中的第一空间与第二空间的容积比率而发生改变的曲线图；

图4是示出根据本发明另一实施例的变速压缩机的剖视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图更详细地描述根据本发明实施例的变速压缩机。

图1是示出根据本发明实施例的变速压缩机的剖视图，第一实施例实质上涉及的是往复式压缩机。参照图1，前述实施例可包括：驱动单元100，所述驱动单元被设置在机壳1内以沿正反方向(向前或向后)旋转；以及压缩单元200，所述压缩单元设置在驱动单元100的上侧，用以接收由驱动单元100产生的旋转力，从而使所述压缩单元被驱动以压缩制冷剂。

能够正转和反转的恒速马达或变频马达可应用于驱动单元100。而且，驱动单元100可包括：定子110，所述定子由汽缸座300支撑并弹性安装在机壳1的内部；转子120，所述转子可旋转地安装在定子110的内侧；曲柄轴130，所述曲柄轴与转子120的中心联结并由汽缸座300支撑，用以将旋转力传递到压缩单元200。曲柄轴130形成为偏心式的，使得定位在其上端的销部在轴中心具有恒定的偏心量，套筒240与销部联结，油道132以沿曲柄轴130的轴向贯穿的方式形成于该曲柄轴的内部。

压缩单元200可包括：汽缸210，所述汽缸一体地形成于汽缸座300处，用以形成预定的压缩空间(V1)；活塞220，所述活塞用于在汽缸210的压缩空间(V1)的内部沿径向前后移动的同时压缩制冷剂；连接杆230，所述连接杆的一端与活塞220可旋转地联结，其另一端与曲柄轴130的销部可旋转地联结，用以将驱动单元100的旋转运动转化为活塞220的线性运动；套筒240，所述套筒插入在曲柄轴130的销部与连接杆230之间，用以起到支承件(bearing)的作用；阀组件250，所述阀组件与汽缸210的前端联结，用以提供吸入阀和排出阀；吸入消音器260，所述吸入消音器与阀组件250的吸入侧联结；排放室270，所述排放室与阀组件250的排出侧联结，用以容纳该阀组件；以及排出消音器280，所述排出消音器与排放室270连通，用以减小排出的制冷剂的排放噪声。

在这里，汽缸210、活塞220以及阀组件250确定了用于压缩制冷剂的压缩空间(V1)，阀组件250分别形成有吸入孔和排出孔(图未示)，所述吸入孔和排出孔由吸入阀和排出阀打开或关闭。

另一方面，吸入消音器260连接到安装在机壳1上的吸入管(SP)，具有消音空间的消音器本体262以及用于连接消音器本体262和阀组件250的连接管264被包括在吸入消音器260中。这时，消音器本体262的内部空间的有效容积和连接管264的内部空间的有效容积的总和可被设定为排放室270的内部空间(V2)的9至10倍，在所示实例中，该容积的总和被设定为10倍。

图2是示出通过改变图1所示实施例中的容积比率而测到的制冷功率的曲线图。参照图2，可看出制冷功率的绝对数值随运转速度的提高而增大。然而，通过观察针对同一运转速度改变前述容积比率时制冷功率变化的过程，可看出当在29Hz的最小运转速度下容积比率为10时，制冷功率显示为最大数值，并且在容积比率为9和10之前或之后，曲线的斜率最大。

即使在运转速度为37Hz的情况下也具有相似的趋势，但是在运转速度为37Hz的情况下，与运转速度为29Hz的情况相比的不同之处在于，最大值与最小值之间的差距变得更小。而且，可看出因容积比率的改变而引起的制冷功率的改变不再那么显著，当在超过正常运转速度的上限60Hz而达到66Hz的运转速度下、容积比率为6至8时，制冷功率具有最大数值，并且在容积比率为6至8之前和之后，曲线的斜率最大。

图3是示出通过改变图1所示实施例中的容积比率而测到的效率的曲线图。图3中所示的曲线图整体上示出了与图2中所示的制冷功率的曲线图相似的趋势。

换言之，作为在针对同一运转速度改变容积比率时的效率的测量结果，可看出当在29Hz的最小运转速度下容积比率为9至10时，效率显示为最大数值，并且在容积比率为9至10之前或之后，曲线是陡的。同样地，尽管在运转速度为37Hz的情况下容积比率为9至10时，效率显示为最大数值，但是即使当在接近正常速度的下限50Hz而达到48Hz的运转速度下对容积比率进行改变时，效率的改变不再那么大。

而且，可看出当运转速度超过正常速度的上限60Hz而达到66Hz、在6至8的范围内时，效率显示为最大数值，并且在该范围之前和之后，效率急剧改变，相反地，在9至10的范围内，效率显示为最大数值。

因此，可看出当运转速度减小时，在容积比率为9至10的情况下以同一运转速度可提供最大的效率和制冷功率，相反地，在超过正常运转速度上限60Hz的情况下，容积比率在6至8的范围内时可提供最大的效率和制冷功率。因此，在压缩机的制造过程中，采用原有的压缩机的压缩单元和驱动单元，而仅替换吸入消音器和排放室，由此即可优化压缩机低速或高速运转的性能。

因此，当压缩机被用于制冷负载比上述典型情况的制冷负载更小的场合或应用中时，可考虑下面的实例，其中，吸入消音器或排放室的尺寸被控制为使得它们的容积比率为9至10，或者多个吸入消音器或排放室被设置在一起，从而在安装压缩机时或者在使用压缩机一段时间之后，对使用类型进行分析，随后改变容积比率以配合各种情况。

本发明的精神不一定局限于往复式压缩机，还可应用于任何类型的压缩机。

图4是示出根据本发明第二实施例的变速压缩机的剖视图。参照图4，第二实施例涉及的是线性压缩机，线性压缩机可包括：机壳10，所述机壳10分别设有吸入管(SP)和排出管(DP)；框架单元20，所述框架单元被弹性支撑在机壳10的内部；线性马达30，所述线性马达由框架单元20支撑，用以使运动件33线性往复运动；压缩单元40，所述压缩单元设置在线性马达30处，用以吸入和压缩制冷剂；以及谐振弹簧单元50，所述谐振弹簧单元弹性地支撑线性马达30以产生谐振运动。

框架单元20可包括：前部框架21，所述前部框架与压缩单元40一起支撑线性马达30的一侧；中部框架22，所述中部框架与前部框架21联结，用以支撑线性马达30的另一侧；以及后部框架23，所述后部框架与中部框架22联结，用以支撑稍后描述的后侧谐振弹簧53。

线性马达30可包括：外定子31，所述外定子被固定和安装在前部框架21与中部框架22之间；内定子32，所述内定子在外定子31的内部以预定的空隙固定到前部框架21；以及运动件33，所述运动件通过插置在外定子31与内定子32之间的空隙中而与压缩单元40的活塞42联结，从而使运动件33与活塞42一起线性往复运动。

压缩单元40可包括：汽缸41，所述汽缸固定到前部框架21；活塞42，所述活塞插入在汽缸41中并与线性马达30的运动件33联结以进行线性往复运动；吸入阀43，所述吸入阀安装在活塞42的顶端表面上，用以打开或关闭吸入通道(F)；排出阀44，所述排出阀安装在汽缸41的排出侧，用以在打开或关闭压缩空间(P)时限制压缩气体排出；阀弹簧45，所述阀弹簧弹性地支撑排出阀44；以及排放室46，所述排放室容纳排出阀44和阀弹簧45以覆盖汽缸41的排出侧。

谐振弹簧单元50可包括：弹簧支撑部51，所述弹簧支撑部与运动件33及活塞42的连接部联结；前侧谐振弹簧52和后侧谐振弹簧53，所述前侧谐振弹簧和后侧谐振弹簧设置在弹簧支撑部51的前侧和后侧并形成有压缩卷簧，用于弹性支撑运动件33和活塞42。

另一方面，吸入消音器安装在吸入管(SP)附近，吸入消音器的一侧端部设置为与吸入管隔开以面向吸入管，吸入消音器的另一侧端部设置在活塞42的内部空间。因此，经由吸入管被吸入的制冷剂在被吸入压缩空间(P)之前停留在吸入消音器和活塞42的内部空间中，完成压缩的制冷剂被排出到排放室46的内部，随后经由排出管被排到外部。

因此，根据第二实施例，吸入消音器的内部空间的有效容积和活塞的内部空间的有效容积的总和可被设定为排放室的内部空间的有效容积的9至10倍。

根据情况，可考虑另外添加用于覆盖排放室外侧的排放盖。在这种情况下，排放室被安装成与排放盖连通，并且排出管与排放盖连通。在这种情况下，吸入消音器的内部空间的有效容积和活塞的内部空间的有效容积的总和可被设定为排放室和排放盖的内部空间的有效容积的9至10倍。

Claims (8)

1.一种压缩机，包括：

机壳，所述机壳包括用于从外部吸入工作流体的吸入管和用于排出被压缩的工作流体的排出管；

压缩单元，所述压缩单元具有用于吸入工作流体的吸入孔和用于排出被压缩的工作流体的排出孔，所述压缩单元包括汽缸和活塞，所述汽缸提供用于压缩工作流体的压缩腔室，所述活塞在所述汽缸内前后运动；

驱动单元，所述驱动单元机械地连接到所述活塞用以驱动所述活塞；

吸入消音器，所述吸入消音器安装成与所述吸入孔连通用以减小在吸入工作流体时产生的吸入噪声，所述吸入消音器包括吸入消音器本体以及用于连接所述吸入消音器本体和所述吸入孔的连接管；以及

排放室，所述排放室安装成与所述排出孔连通用以暂时储存经由所述排出孔排出的工作流体；

其中，所述吸入消音器本体的净有效内部容积和所述连接管的净有效内部容积的总和是所述排放室的净有效内部容积的9至10倍。

2.如权利要求1所述的压缩机，其中，所述吸入消音器的吸入消音器本体连接到所述吸入管；并且

其中，所述吸入消音器的净有效内部容积相当于所述吸入消音器本体和所述连接管的净有效内部容积的总和。

3.如权利要求1所述的压缩机，还包括：分别连接到所述排出管和所述排放室的排放消音器。

4.一种压缩机，包括：

机壳，所述机壳包括用于从外部吸入工作流体的吸入管和用于排出被压缩的工作流体的排出管；

吸入消音器，所述吸入消音器提供暂时储存被吸入的工作流体的内部空间；

活塞，所述活塞具有所述吸入消音器安装在其中的吸入孔；

汽缸，所述活塞安装成能够在所述汽缸中前后运动；

排出阀，所述排出阀用于打开/关闭所述汽缸的一端；

排放室，所述排放室安装成覆盖所述排出阀并具有用于排出被压缩的工作流体的排出孔；以及

驱动单元，所述驱动单元机械地连接到所述活塞用以驱动所述活塞；

其中，所述吸入消音器和所述活塞的净有效内部容积的总和是所述排放室的净有效内部容积的9至10倍。

5.如权利要求4所述的压缩机，其中，所述吸入消音器的至少一部分设置在所述活塞内。

6.如权利要求4所述的压缩机，其中，所述吸入消音器直接连接到所述吸入管。

7.如权利要求4所述的压缩机，其中，所述吸入消音器与所述吸入管隔开。

8.一种压缩机，包括：

机壳，所述机壳包括用于从外部吸入工作流体的吸入管和用于排出被压缩的工作流体的排出管；

吸入消音器，所述吸入消音器提供暂时储存被吸入的工作流体的内部空间；

活塞，所述活塞具有所述吸入消音器安装在其中的吸入孔；

汽缸，所述活塞安装成能够在所述汽缸中前后运动；

排出阀，所述排出阀用于打开/关闭所述汽缸的一端；

排放室，所述排放室安装成覆盖所述排出阀并具有用于排出被压缩的工作流体的排出孔；

排放盖，所述排放盖安装成覆盖所述排放室并连接到所述排出管；以及

驱动单元，所述驱动单元机械地连接到所述活塞用以驱动所述活塞；

其中，所述吸入消音器和所述活塞的净有效内部容积的总和是所述排放室和所述排放盖的净有效内部容积的9至10倍。

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