CN103382854A - 自然工质二氧化碳跨临界循环膨胀压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自然工质二氧化碳跨临界循环膨胀压缩机，包括缸体，与缸体前后端密封连接的前盖和后盖，与前盖的另一端连接的罩壳。与前盖呈轴孔动配合的曲轴，叶片，平动盘；平动盘贯穿叶片，密封在前盖、后盖与缸体之内，平动盘呈圆柱状，其两端面，分别与前盖和后盖呈滑动密封配合；曲轴设置偏心轴，曲轴轴穿过前盖，与前盖呈轴孔动配合；叶片与平动盘上沿中心线布置的叶片槽互成滑动密封配合；叶片将缸体分成两个密封的工作腔，是对称双作用机构。两个密封的工作腔各设置两组进排气控制装置，可用于膨胀机。本发明适用于热泵热水器系统，家用空调，小汽车、电动汽车空调使用，大客车、甚至扩大用于动车、高速列车、舰船，码头冷库也可应用。

Description

自然工质二氧化碳跨临界循环膨胀压缩机

技术领域

本发明涉及一种自然工质二氧化碳跨临界循环膨胀压缩机，属于压缩机技术领域。

背景技术

自从上世纪五十年代起，氟里昂类制冷剂为人类创造了舒适的生活和工作环境。但到90年代，人们认识到：尽管它本身性质很稳定，但破坏了自然界的平衡就会危及人类生存。所以国际商定，禁用氟里昂类制冷剂。二十多年来，世界各国科学家共同得出结论，自然物质CO₂是最合适的替代制冷剂。但它必须在跨临界条件下运行，而且最好配用膨胀机回收膨胀功以提高能效比。这就带来新的问题：1.原有的压缩机难以适应CO₂跨临界循环要求的高压力，2.膨胀机的研究和生产近乎空白。

膨胀机以往很少使用，国际上对于二氧化碳膨胀机的研究很少，至今很少有公开的文献描述膨胀机原型机的研究和制造。目前，所见到的正在开发和研究的CO₂膨胀机主要有两种，一种是德国Dresden大学P．Heyl教授和H．Quack博士开发的自由活塞膨胀压缩机，另外一种是英国Driver技术中心W．Ronald提出的铰链滑片容积式压缩膨胀机。国内天津大学对旋转活塞式和摆动活塞式膨胀机进行开发实验，已取得一定成果。

发明内容

本发明是基于本人在先申请的两个中国专利，名称为“平动贯穿叶片式空调压缩机”（专利号201010215440.4）、“可变排量平动贯穿叶片式压缩机”（专利号201110154168.4）机构的逆向应用。在原机构的基础上，增加进、排气口控制装置，以满足膨胀机的工作要求。旨在提供一种体积小、结构简单、制造方便、性能可靠、成本低亷的膨胀机。

本发明的主要技术内容如下：

一种自然工质二氧化碳跨临界循环膨胀压缩机，包括缸体（7），与缸体（7）前后端密封连接的前盖（6）和后盖（10），与前盖（6）的另一端连接的罩壳（2），与前盖（6）呈轴孔动配合的曲轴（1），叶片（9），平动盘（8）；

所述缸体，其型线是由圆和两段与圆相切，且对称又互相平行的直线段组成；线段的长度等于2倍偏心距加叶片厚度；

所述平动盘（8）贯穿叶片（9），密封在前盖（6）、后盖（10）与缸体（7）之内，所述平动盘（6）呈圆柱状，其两端面，分别与前盖（6）和后盖（10）呈滑动密封配合； 

所述曲轴（1）设置偏心轴（15），所述曲轴（1）穿过前盖（6），与前盖（6）呈轴孔动配合；所述偏心轴（15）与平动盘（8）呈轴孔动配合，形成驱动联接；

所述叶片（9）与平动盘（8）上沿中心线布置的叶片槽互成滑动密封配合；叶片（9）宽度等于平动盘（8）轴向长度，而其高度等于缸体（7）内径的直径,叶片与平行的直线线段成滑动密封配合；所述叶片（9）将缸体（7）分成两个密封的工作腔，两个密封的工作腔设置两组进排气控制装置，一组进气控制装置为左进气阀杆（5）与右进气阀杆（14）及进气凸轮（4）组成；另一组排气控制装置为左排气阀杆（13），与右排气阀杆（12）及排气凸轮（3）组成，所述进气凸轮（4）和排气凸轮（3）是圆柱槽型的，安装在曲轴（1）上。

上述左进气阀杆（5）采用阀滑结构，有凸块（51），所述凸块（51）上的突起与进气凸轮（4）的第一槽形面（41）相配合，由凸轮型线控制阀杆作轴向移动，启、闭进气口。

上述左进气阀杆（5），与右进气阀杆（14）；左排气阀杆（13）与右排气阀杆（12）的结构相同，所述左进气阀杆（5）和右进气阀杆（14）共用一个进气凸轮（4）；右排气阀杆（12）、左排气阀杆（13）共用一个排气凸轮（3），所述排气凸轮（3）设置与进气凸轮（4）同样的第二槽型面（31），所述左右排气阀杆的位移通过排气凸轮（3）控制。

上述叶片（9）有两种结构形式：

第一种结构是叶片（9）由两个呈T型结构的叶片组成工字型，所述叶片（9）组合的总高度等于缸体（7）的内径；叶片槽中心相应部位，须开贯通槽。

第二种结构是叶片（9）呈凹字形结构，平动盘（8）的一端相应切贯通槽。

借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

本发明发挥了原机构的固有特点，零件形状简单加工方便精度高、强度有保证，密封可靠、摩擦磨损问题小。逆向使用受力合理，没有死点，任何位置都可以起动。扩展了应用范围，能够解决当今急需克服的技术难点。可以保证CO₂循环制冷系统性能，促使其早日在社会上普及推广应用。

因采用平动贯穿叶片式压缩机相同机构，组合方便，满足部分流量或全流量膨胀。组成膨胀机——电动机——压缩机组合机更紧凑，更因为能设计成大排量，不仅适用于电动汽车空调使用，小汽车、大客车、热泵热水器系统，甚至扩大用于动车、高速列车、舰船，码头冷库也可应用。

本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

图1为本发明的正视图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为T型叶片的结构图；

图4为凹字形结构叶片的结构图；

图5为本发明的工作原理图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

如图1、图2所示，一种自然工质二氧化碳跨临界循环膨胀压缩机，包括缸体7，与缸体7前后端密封连接的前盖6和后盖10，与前盖6的另一端密封连接的罩壳2，与前盖6呈轴孔动配合的曲轴1，叶片9，平动盘8；

缸体,其型线是由圆和两段与圆相切，且对称又互相平行的直线段组成；线段的长度等于2倍偏心距加叶片厚度；

平动盘8贯穿叶片9，密封在前盖6、后盖10与缸体7之内，平动盘6呈圆柱状，其两端面，分别与前盖6和后盖10呈滑动密封配合； 

曲轴1设置偏心轴15，曲轴1穿过前盖6，与前盖6呈轴孔动配合；偏心轴15与平动盘8呈轴孔动配合，形成驱动联接；

叶片9与平动盘8上沿中心线布置的叶片槽互成滑动密封配合；叶片9宽度等于平动盘8轴向长度，而其高度等于缸体7内径的直径,叶片与平行的直线线段成滑动密封配合；两个密封的工作腔各设置进、排气口，并设置两组进、排气控制装置；一组进气控制装置为左进气阀杆5与右进气阀杆14及进气凸轮4组成；另一组排气控制装置为左排气阀杆13，与右排气阀杆12及排气凸轮3组成，进气凸轮4和排气凸轮3是圆柱槽型的，安装在曲轴1上。

左进气阀杆5采用阀滑结构，有凸块51，凸块51上的突起与进气凸轮4的第一槽形面41相配合，由凸轮型线控制阀杆作轴向移动，启、闭进气口。

左进气阀杆5，与右进气阀杆14；左排气阀杆13与右排气阀杆12的结构相同，左进气阀杆5和右进气阀杆14共用一个进气凸轮4；右排气阀杆12、左排气阀杆13共用一个排气凸轮3，排气凸轮3设置与进气凸轮4同样的第二槽型面31，左右排气阀杆的位移通过排气凸轮3控制。

本发明中的叶片9有两种结构形式，由于在“平动贯穿叶片式空调压缩机”（专利号201010215440.4）、“可变排量平动贯穿叶片式压缩机”（专利号201110154168.4）有对叶片9结构的详细描述，所以在此只简单描述。

如图3所示,第一种结构是叶片9由两个呈T型结构的叶片组成工字型，叶片9组合的总高度等于缸体7的内径；相应平动盘上的叶片槽，中心位置有一定宽度与对面贯通。

如图4所示,第二种结构是叶片9呈凹字形结构，平动盘8的一端相应切贯通槽。

如图5所示为本发明的工作原理，本发明采用平动贯穿叶片式机构的逆向使用，即原低压进气口接高压气。本机构是双作用机构。有两个进气口和两个排气口，为保证膨胀过程按要求充份进行，进、排气口必须加以必要的控制。平动盘在上极限位置时，左上进气口打开，高压进气，平动盘向下向左平动。左下排气口打开排气，此时右下进气口是关闭的，右腔气体处于膨胀阶段，也是推动平动盘向下向左运动(1)位置。左上可变容积逐歩增大(2)位置，到达(3)位置，平动盘到达左极限位置。此时右腔膨胀过程结束，右上排气口打开，右腔排气过程开始。按设定的膨胀比，平动盘转到一定角度位置时(本例膨胀比为2.7时，圆周角为150度)，左上进气口关闭，进入膨胀阶段，推动平动盘继续向下向右平移运动，经(4)位置到达(5)位置。平动盘处于下极限位置，此时右上排气口打开排气，右下进气口打开，右腔开始进高压气。平动盘向上向右运动，左腔气体继续膨胀，平动盘受力、运动方向与右腔一致。经(6)至(7)，平动盘到达右极限位置，左腔膨胀过程结束。右下进气口在平动盘到达一定位置(从下极限位置起算，圆周角150度)，实际圆心角330°右进气口关闭，进入膨胀阶段。继续推动平动盘向上、向左运动，当平动盘到达到上极限位置 (1)位置时，右上排气口关闭，此时回复到(1)位置，运动循环进行。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种自然工质二氧化碳跨临界循环膨胀压缩机，其特征在于：包括缸体（7），与缸体（7）前后端密封连接的前盖（6）和后盖（10），与前盖（6）的另一端连接的罩壳（2），与前盖（6）呈轴孔动配合的曲轴（1），叶片（9），平动盘（8）；

所述缸体，其型线是由圆和两段与圆相切，且对称又互相平行的直线段组成；线段的长度等于2倍偏心距加叶片厚度；

所述平动盘（8）贯穿叶片（9），密封在前盖（6）、后盖（10）与缸体（7）之内，所述平动盘（6）呈圆柱状，其两端面，分别与前盖（6）和后盖（10）呈滑动密封配合； 

所述曲轴（1）设置偏心轴（15），所述曲轴（1）穿过前盖（6），与前盖（6）呈轴孔动配合；所述偏心轴（15）与平动盘（8）呈轴孔动配合，形成驱动联接；

所述叶片（9）与平动盘（8）上沿中心线布置的叶片槽互成滑动密封配合；叶片（9）宽度等于平动盘（8）轴向长度，而其高度等于缸体（7）内径的直径；叶片与平行的直线线段成滑动密封配合；所述平动盘（8）由偏心轴（15）贯穿叶片（9）组成平动机构；所述叶片（9）将缸体（7）分成两个密封的工作腔，两个密封的工作腔各设置进、排气口，并设置两组进、排气控制装置；一组进气控制装置为左进气阀杆（5）与右进气阀杆（14）及进气凸轮（4）组成；另一组排气控制装置为左排气阀杆（13），与右排气阀杆（12）及排气凸轮（3）组成，所述进气凸轮（4）和排气凸轮（3）是圆柱槽型的，安装在曲轴（1）上。

2.根据权利要求1所述的一种自然工质二氧化碳跨临界循环膨胀压缩机，其特征在于：所述左进气阀杆（5）采用阀滑结构，有凸块（51），所述凸块（51）上的突起与进气凸轮（4）的第一槽形面（41）相配合，由凸轮型线控制阀杆作轴向移动，启、闭进气口。

3.根据权利要求1所述的一种自然工质二氧化碳跨临界循环膨胀压缩机，其特征在于：所述左进气阀杆（5），与右进气阀杆（14）；左排气阀杆（13）与右排气阀杆（12）的结构相同，所述左进气阀杆（5）和右进气阀杆（14）共用一个进气凸轮（4）；右排气阀杆（12）、左排气阀杆（13）共用一个排气凸轮（3），所述排气凸轮（3）设置与进气凸轮（4）同样的第二槽型面（31），所述左右排气阀杆的位移通过排气凸轮（3）控制。

4.根据权利要求1所述的一种自然工质二氧化碳跨临界循环膨胀压缩机，其特征在于：所述叶片（9）有两种结构形式：

第一种结构是叶片（9）由两个呈T型结构的叶片组成工字型，所述叶片（9）组合的总高度等于缸体（7）的内径；相应平动盘上的叶片槽，中心位置有一定宽度与对面贯通；

第二种结构是叶片（9）呈凹字形结构，平动盘（8）的一端相应切贯通槽。

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