CN102472533A - 制冷循环装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种制冷循环装置，其具有不易由滑动热加热至高温并因此可靠性较高的压缩机。提供了一种具有高成本效益的压缩机的制冷循环装置，该压缩机具有以下结构：由轴4驱动的偏心旋转的活塞9放置于气缸6中，并且将气缸6分隔成吸入室12和压缩室13的叶片10的圆形末端区域10a与活塞9的外表面以面接触方式可滑动地连接，其能够减少滑动热并因此防止由工作制冷剂的反应引起的可靠性的恶化。

Description

制冷循环装置

技术领域

本发明涉及使用主要含有不含氯原子的全球变暖潜势低的具有碳-碳双键的氢氟烯烃的制冷剂作为工作制冷剂，并采用旋转式压缩机作为压缩机的高可靠性的制冷循环装置，例如室内空调器、冰箱或空气调节装置。

背景技术

在常规的制冷循环装置中使用的工作制冷剂正在转向具有零臭氧消耗潜势的HFC(氢氟烃)化合物，但是因为这些HFC基制冷剂具有非常高的全球变暖潜势，所以近来HFC基制冷剂也在造成问题。因此，已对使用主要含有不含氯原子的全球变暖潜势低的具有碳-碳双键的氢氟烯烃的制冷剂的制冷循环装置进行了研究。已经以各种方式对使用常规的HFC基制冷剂的这种旋转式压缩机的润滑材料进行了改变，以确保可靠性(例如，参见专利文献1)。

图5是专利文献1中所述的使用常规HFC(氢氟烃)基制冷剂的旋转式压缩机的横截面图。在该结构中，活塞43沿气缸41的内表面插入并随轴42的旋转而旋转，并且在由叶片44分隔的吸入室45和压缩室46中分别吸入和压缩制冷剂气体。由其机械结构明显的是，旋转式压缩机磨损最强烈的区域是叶片44的末端区域与活塞43的外表面相互接触的位置，并且高排出压力施加于叶片44的背面，通过排出压力与气缸内压力之间的压差强烈地将叶片44的端部通过线接触按压到活塞43的外表面上，导致表面压力和边界润滑的增加。此外，叶片进行氮化处理或者在表面上进行CrN或TiN离子镀，以提高其耐磨性并确保可靠性。

图6是示出专利文献2中所述的使用常规HFC(氢氟烃)基制冷剂的摇动型旋转式压缩机的横截面图。其为具有活塞53的摇动型旋转式压缩机，活塞53由滚子53a和与滚子53a一体形成的叶片54构成。在该结构中，叶片54在气缸51的内表面的外侧形成的圆筒形孔部51a中可滑动地保持在两个半圆筒形滑动部件57之间；活塞53从内表面插入气缸51中，以便通过轴52的旋转而移动，并且在由叶片54分隔的吸入室55和压缩室56中分别吸入和压缩制冷剂气体。

因为在摇动型旋转式压缩机中滚子53a和叶片54形成为整体结构，所以不同于专利文献1中所述的旋转式压缩机，叶片末端区域与活塞外表面不相互接触，并且半圆筒形滑动部件与形成在气缸51中的圆筒形孔部51a相互面接触，因此滑动状态缓和。

引用列表

专利文献1：日本特开平11-236890号公报

专利文献2：日本特开2003-106692号公报

发明内容

技术问题

然而，当考虑使用主要含有不含氯原子的全球变暖潜势低的具有碳-碳双键的氢氟烯烃的制冷剂的制冷装置的旋转式压缩机时，存在如下问题：特别是因为由于叶片末端区域与活塞外表面以线接触被按压而使表面压力提高，因为边界润滑所引起的滑动热而处于高温的恶劣环境下，在与制冷剂的反应中产生氟化氢，因此叶片末端区域和活塞外表面的磨损加速并且冷冻机油被分解，从而导致可靠性降低。当采用摇动式压缩机的结构时，接触由线接触改变成面接触，从而导致滑动的缓和，但是，因为活塞具有滚子和叶片的整体结构，所以高精度加工活塞是非常昂贵的。因为另外需要两个要求严格加工精度的滑动部件，所以部件数目的增加也导致制造成本的增加。

为解决传统技术的问题而做出的本发明的目的在于，提供一种具有成本效益的压缩机，由于通过将叶片末端区域与活塞外表面之间的接触由线接触改变成面接触而减少滑动热，该压缩机抑制了制冷剂的分解，因此确保了压缩机的可靠性，而又尽可能地保持常规旋转式压缩机的结构。

解决问题的方案

实现上述目的的根据本发明的制冷循环装置具有旋转式压缩机，其使用具有碳-碳双键的氢氟烯烃的单一制冷剂或者含有作为主要组分的氢氟烯烃和不具有双键的氢氟烃的混合制冷剂作为工作制冷剂，并且在气缸中具有通过轴的驱动而偏心旋转的活塞，将气缸分隔成吸入室和压缩室的叶片的末端区域与活塞的外表面可滑动地连接。

以此方式，因为在旋转式压缩机中，叶片末端区域与活塞外表面可滑动地连接，从而导致从线接触的严重的边界润滑状态改变成面接触润滑状态，并且不显著加热滑动部件，所以能够减少在制冷剂与水和氧反应时发生的氟化氢的产生。

因为在旋转式压缩机中，叶片末端区域与活塞外表面可滑动地连接，从而导致从线接触的严重的边界润滑状态改变成面接触润滑状态，并且不显著加热滑动部件，所以在根据本发明的制冷循环装置中能够减少在制冷剂与水和氧反应时发生的氟化氢的产生，并且通过使用主要含有不含氯原子的全球变暖潜势低的具有碳-碳双键的氢氟烯烃的制冷剂能够提供高可靠性的制冷循环装置。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1中的制冷循环装置的系统配置的图。

图2是本发明的实施方式1中的旋转式压缩机的纵截面图。

图3是同一旋转式压缩机中的压缩机构部的横截面图。

图4是示出双组分混合制冷剂的全球变暖潜势与混合比例之间的关系的图。

图5是示出传统的旋转式压缩机的压缩机构部的横截面图。

图6是示出传统的摇动型旋转式压缩机的压缩机构部的横截面图。

具体实施方式

本发明的第一方面涉及一种制冷循环装置，包括：旋转式压缩机，其使用具有碳-碳双键的氢氟烯烃的单一制冷剂或者含有作为主要组分的氢氟烯烃和不具有双键的氢氟烃的混合制冷剂作为工作制冷剂，并且在密闭容器内具有电机和包含由电机的转子驱动的轴的压缩机构部，压缩机构部在气缸中具有通过轴的驱动而偏心旋转的活塞，将气缸分隔成吸入室和压缩室的叶片的末端区域与活塞的外表面可滑动地连接，使通过压缩机压缩的加压制冷剂气体冷却的冷凝器，使通过冷凝器液化的高压制冷剂减压的节流机构，以及使减压的液体制冷剂气化的蒸发器，由管道相互连接。因为旋转式压缩机的叶片末端区域与活塞外表面之间的接触由严重的线接触改变成可滑动的连接，所以能够减少滑动面的加热并抑制通过制冷剂的分解的氟化氢的产生。通过抑制氟化氢的产生，还能够抑制叶片和活塞的磨损并提供更高可靠性的制冷循环装置。

本发明的第二方面涉及本发明的第一方面的制冷循环装置，其中通过叶片的圆形末端区域和活塞的外表面上的弧形槽，旋转式压缩机叶片的末端区域和活塞的外表面可滑动地相互连接，因为连接部件均为弧形且接触变为面接触，所以能够减少由滑动引起的温度上升。

本发明的第三方面涉及本发明的第二方面的制冷循环装置，其中活塞的外表面上的弧形槽与叶片的圆形末端区域的连接角为180°以上，因此能够抑制连接部件的分离，并且还可扩大接触面积，由此减小表面压力和由滑动引起的温度上升。

本发明的第四方面涉及本发明的第一至第三方面的制冷循环装置，其中氢氟烯烃是含有作为主要组分的四氟丙烯和例如二氟甲烷、五氟乙烷和四氟乙烷的两种或三种不具有双键的氢氟烃的混合制冷剂，以提供5以上且750以下优选地350以下的全球变暖潜势的比率将氢氟烃加入主要组分中，因此能够提高效率并且即使在将未回收的制冷剂排放到大气中时也能够尽可能最小化对全球变暖的影响。

本发明的第五方面涉及本发明的第一至第四方面的制冷循环装置，其中冷冻机油是合成油，其含有选自聚亚氧烷基乙二醇、聚乙烯醚、聚亚(氧)烷基乙二醇或其单醚和聚乙烯醚的共聚物、多元醇酯和聚碳酸酯的含氧有机化合物作为主要组分，或者含有烷基苯或α-烯烃作为主要组分，因此能够提供高可靠性的制冷循环装置。

以下将参照附图说明本发明的优选实施方式。然而，应该理解的是，本发明不受这些实施方式所限制。

(实施方式1)

图1是示出本发明的第一实施方式中的制冷循环装置的系统配置的图。

如图1中所示，本实施方式的制冷循环装置当例如作为主要用于空气调节的制冷循环进行说明时，主要具有压缩机61、冷凝器62、节流机构63和蒸发器64，并且这些装置经由一组管道相互连接以使制冷剂在系统中循环。

此外，制冷循环装置含有密封于其中的制冷剂，该制冷剂主要含有不含氯原子的全球变暖潜势低的具有碳-碳双键的氢氟烯烃。密封在制冷装置中的制冷剂是含有氢氟烯烃的双组分或三组分混合制冷剂，例如含有作为主要组分的四氟丙烯(HFO1234yf)和附加的一种或多种选自二氟甲烷(HFC32)、五氟乙烷(HFC125)和四氟乙烷(R134a)的氢氟烃，氢氟烃以提供4以上且750以下优选地4以上且300以下的全球变暖潜势(GWP)的比率加入主要组分中。其可以是氢氟烯烃的单一制冷剂(GWP＝4)。

图4是示出四氟丙烯和二氟甲烷或五氟乙烷的双组分混合制冷剂的全球变暖潜势与混合比例之间的关系的图。具体地如图4中所示，在双组分混合物的情况下，当混合四氟丙烯和二氟甲烷时，二氟甲烷的混合比例应为44wt％以下，以提供300以下的GWP；或者，当混合四氟丙烯和五氟乙烷时，五氟乙烷的混合比例应为21.3wt％以下，以提供750以下的GWP；并且五氟乙烷的共混比例应为8.4wt％以下，以提供300以下的GWP。

当制冷剂是四氟丙烯的单一制冷剂时，其具有相当有利的GWP值4。然而，其具有比与氢氟烃混合的制冷剂更大的比容和因此更低的制冷能力，并且出于此原因，需要更大型的冷却循环装置。换言之，通过使用含有作为主要组分的具有碳-碳双键的氢氟烯烃和不具有双键的氢氟烃的混合制冷剂，与氢氟烯烃的单一制冷剂相比，能够改善例如制冷能力的某些特性并使制冷剂更容易使用。因此，所封入的制冷剂中的四氟丙烯的量，包括单一制冷剂的情况，可以根据例如包括有压缩机的冷却循环装置等应用和例如上述对GWP的限制等条件而任意地选择。

以此方式，即使在将未回收的制冷剂排放到大气中时，也能够尽可能最小化对全球变暖的影响。上述比例的混合制冷剂即使为非共沸混合制冷剂，也具有较小的温差和与假共沸混合制冷剂较接近的行为，因此，能够改善冷却循环装置的冷却性能和冷却性能系数(COP)。

在上述结构的制冷循环装置中，通过加压和冷却将制冷剂转化为液体并通过减压和加热将其转化为气体。由电机驱动的压缩机61将低温低压的气体制冷剂加压成高温高压的气体制冷剂，并将气体送入冷凝器62中。气体由于被例如从风扇吹送的空气冷却而在冷凝器62中冷凝，且成为低温高压的液体制冷剂。液体制冷剂由节流机构63减压，部分地成为低温低压的气体制冷剂和低温低压的液体制冷剂，并且液体制冷剂被送入蒸发器64中。液体制冷剂由于被例如从风扇吹送的空气加热而在蒸发器64中蒸发，从而成为低温低压的气体制冷剂，然后被吸入压缩机61中并被加压。以此方式，在上述循环中重复液化和气化。

尽管在上述实施方式中将制冷装置说明为主要用于空气调节的制冷循环装置，当然也可例如通过使用四通阀而将其作为加热循环装置运行。

图2是图1中所示的制冷循环装置中使用的旋转式压缩机的纵截面图。电机2的定子2a与密闭容器1的上部区域连接，并且具有由转子2b驱动的轴4的压缩机构部5与密闭容器1的下部区域连接。例如用螺栓将上轴承7与压缩机构部5的气缸6的上端连接，并且将下轴承8与其下端连接。在气缸6中，活塞9插入轴4的偏心区域4a中以进行偏心旋转。此外，冷冻机油储存在密闭容器1的底部区域中，并且冷冻机油优选为可与制冷剂混溶的油且含有至少一种含氧有机化合物作为主要组分，含氧有机化合物选自聚亚氧烷基乙二醇、聚乙烯醚、聚亚(氧)烷基乙二醇或其单醚和聚乙烯醚的共聚物、多元醇酯和聚碳酸酯，并且如需要还加入各种添加剂，例如极压润滑剂、油、抗氧化剂、除酸剂和消泡剂。然而，在例如家用空调器的小型冷却循环装置中，如果管道中的制冷剂的流量足够高，则实际上可以使用不可与制冷剂混溶的冷冻机油，例如烷基苯或α-烯烃。

图3是图2中所示的旋转式压缩机的压缩机构部的横截面图。如图3中所示，叶片10插入气缸6的叶片槽6a中，并且叶片10的圆形末端区域10a与活塞9的外表面上的弧形槽9a可滑动地连接。

以下将说明上述结构的旋转式压缩机的操作和作用。

首先，通过形成在气缸6中的吸入孔11，将含有作为主要组分的具有碳-碳双键的氢氟烯烃和不具有双键的氢氟烃的混合制冷剂气体或者具有碳-碳双键的氢氟烯烃的单一制冷剂气体吸入到吸入室12中。压缩室13中的气体制冷剂通过活塞9的左向旋转(箭头方向)被压缩，并通过排出槽14从排出口(图中未示出)排出。排放到密闭容器1中的压缩气体制冷剂随后通过电机2的间隙被运送，并与周围区域中存在的冷冻机油雾一起，从形成在密闭容器1的上部区域的排出管15排出。

尽管在本发明中高压排出压力和由与气缸内压力的压差所引起的大的力施加于叶片10的背面10b，然而因为叶片10的圆形末端区域10a与形成在活塞9的外表面上的弧形槽9a可滑动地连接，所以叶片与活塞是面接触而不是常规的线接触，因此不暴露于由滑动摩擦引起的高温的恶劣环境。因为滑动面不容易暴露于高温，所以能够减少通过混合制冷剂气体或单一制冷剂气体的分解引起的氟化氢的产生，所述混合制冷剂气体含有作为主要组分的具有碳-碳双键的氢氟烯烃和不具有双键的氢氟烃，所述单一制冷剂气体为具有碳-碳双键的氢氟烯烃的单一制冷剂气体。

当叶片10的圆形末端区域10a与活塞9的外表面上的弧形槽9a之间的连接角是180°以上时，能够抑制连接部件的分离，并且还可扩大接触面积，由此减小表面压力和由滑动引起的温度上升。

此外，因为根据本发明的制冷循环装置的旋转式压缩机与常规的旋转式压缩机仅主要在叶片和活塞的形状上不同，因此，能够节约成本地制造旋转式压缩机，而无需生产设备的大的改动。

工业适用性

如上所述，根据本发明的旋转式压缩机即使在使用含有作为主要组分的具有碳-碳双键的氢氟烯烃和不具有双键的氢氟烃的混合制冷剂时，也能够确保制冷循环装置的可靠性，因此可用于例如水加热装置、汽车空调装置、制冷循环和除湿系统等应用中。

Claims (5)

1.一种制冷循环装置，包括：

旋转式压缩机，其使用具有碳-碳双键的氢氟烯烃的单一制冷剂或者至少含有所述氢氟烯烃和附加的不具有双键的氢氟烃的混合制冷剂作为工作制冷剂，并且在密闭容器中具有电机和由所述电机的转子驱动的压缩机构部，所述压缩机构部在气缸中具有由轴驱动的偏心旋转的活塞，将所述气缸分隔成吸入室和压缩室的叶片的末端区域与所述活塞的外表面可滑动地连接；

冷凝器，其冷却通过所述压缩机压缩的加压的制冷剂气体；

节流机构，其使通过所述冷凝器液化的高压制冷剂减压；和

蒸发器，其使减压的液体制冷剂气化，其中

所述旋转式压缩机、所述冷凝器、所述节流机构和所述蒸发器由管道相互连接。

2.根据权利要求1所述的制冷循环装置，其中通过所述叶片的圆形末端区域和所述活塞的外表面上的弧形槽，使所述旋转式压缩机叶片的末端区域与所述活塞的外表面可滑动地相互连接。

3.根据权利要求2所述的制冷循环装置，其中所述弧形槽的连接角是180°以上。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的制冷循环装置，其中所述工作制冷剂是双组分或三组分混合制冷剂，其含有作为主要组分的氢氟烯烃四氟丙烯(HFO1234yf)和一种或多种不具有双键且选自二氟甲烷、五氟乙烷和四氟乙烷的氢氟烃，所述氢氟烃以提供5以上且750以下的全球变暖潜势的比率添加。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的制冷循环装置，其中冷冻机油是合成油，其含有选自聚亚氧烷基乙二醇、聚乙烯醚、聚亚(氧)烷基乙二醇或其单醚和聚乙烯醚的共聚物、多元醇酯和聚碳酸酯的含氧化合物作为主要组分，或者含有烷基苯或α-烯烃作为主要组分。

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