CN103883527A - 旋转式压缩机及具有其的制冷循环装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转式压缩机及具有其的制冷循环装置。旋转式压缩机包括：壳体；电机，电机设在所述壳体内，其中，在电机旋转得到的最大制冷能力40%以下的范围内，电机的任意两个转速的差值为ΔR，以两个转速获得的制冷量的差值为ΔH，本发明的旋转式压缩机的tanθb=ΔHb/ΔRb，以往技术旋转式压缩机的tanθa=ΔHa/ΔRa，Y=tanθa／tanθb，比值Y的取值范围为1.10-1.30。根据本发明实施例的旋转式压缩机，通过降低排量和提升压缩机的运行转速范围实现压缩机的小型化，降低滑动损失，降低成本。

Description

旋转式压缩机及具有其的制冷循环装置

技术领域

本发明涉及制冷领域，尤其是涉及一种旋转式压缩机及具有其的制冷循环装置。

背景技术

通过变频电机的使用，转速可以自由转换从而控制制冷量的变频旋转式压缩机，不需要象定速机那样频繁地开关压缩机。因此，不但是APF(年度能效)可以提高，还可以维持稳定的室温，舒适性也有利，所以变频旋转式压缩机在全球得到了普及。其中，APF＝制冷期间＋制热期间发挥的能力（KWH）／冷房期间＋暖房期间的耗电量（又称消费电力量）（KWH），由此决定了APF的值。

变频旋转式压缩机的特点是根据电机转速，压缩机效率（COP）会产生变化。而变频压缩机的转速通过变频控制器调节来实现，一般来说、转速为50～60rPs的COP最高、比其更低或更高的时候，COP有下降的趋势。主要原因是为了保证旋转式压缩机的高速或高负荷时的可靠性，优先考虑高速运行区域滑动部件和电机的设计。即，偏心轴和轴承等需要进行高刚性和最大运转力矩的设计，所以低速度和低负荷运转区域的机械效率和电机效率就要被牺牲了。

参考空调器的例子，根据一年间变动的气象条件或者是温度条件、通过空调负荷的分类和各自的运行时间确定了APF。根据该空调负荷和运行时间，推定变频旋转式压缩机的运行负荷和运行时间的话，在压缩机的的最大制冷量的40％以下、运行比率占绝对优势，而且运行负荷比较小。而且，最大制冷量40～80％的范围、80～100％的范围运行比率急剧下降。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种旋转式压缩机，降低滑动损失且降低成本。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述旋转式压缩机的制冷循环装置。

根据本发明实施例的旋转式压缩机，包括：壳体；电机，所述电机设在所述壳体内，其中，在所述电机旋转得到的最大制冷能力40%以下的范围内，所述电机的任意两个转速的差值为ΔR，以所述两个转速获得的制冷量的差值为ΔH，本发明的旋转式压缩机的tanθb=ΔHb/ΔRb，以往技术旋转式压缩机的tanθa=ΔHa/ΔRa，Y=tanθa／tanθb，比值Y的取值范围为1.10-1.30。

根据本发明实施例的旋转式压缩机，通过降低排量和提升压缩机的运行转速范围实现压缩机的小型化，降低滑动损失，降低成本。

另外，根据本发明上述实施例的旋转式压缩机还可以具有如下附加的技术特征：

优选地，所述比值Y为1.25。

优选地，本发明的所述电机的最高转速取值范围为132rPs～156rPs。

根据本发明实施例的制冷循环装置，包括根据本发明上述实施例的旋转式压缩机。

根据本发明实施例的制冷循环装置，通过设有上述的旋转式压缩机，改善了年度能效。

附图说明

图1表示旋转式压缩机的内部的纵截面图和制冷循环图。

图2表示压缩机构的细节的纵截面图。

图3表示旋转式压缩机的特性图。

附图标记：

旋转式压缩机1、壳体2、电机4、定子4a、转子4b、排气管3

压缩机构5、吸气管6、气缸10、压缩腔15、偏心轴30、

活塞32、滑片33、润滑油7、消声器35、主轴承20、

副轴承25、四通阀F、储液器A、室内换热器H1、室外换热器H2、膨胀阀V

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的旋转式压缩机1，该旋转式压缩机1可应用在制冷旋转装置如空调器中。

根据本发明实施例的旋转式压缩机1，包括：壳体2和电机4，电机4设在壳体2内，其中，在电机4旋转得到的最大制冷能力40%以下的范围内，电机4的任意两个转速的差值为ΔR，以所述两个转速获得的制冷量的差值为ΔH，本发明的旋转式压缩机的tanθb=ΔHb/ΔRb，以往技术旋转式压缩机的tanθa=ΔHa/ΔRa，Y=tanθa／tanθb，比值Y的取值范围为1.10-1.30。也就是说，ΔRa为现有旋转式压缩机的任意两个转速的差值，ΔHa为现有旋转式压缩机以上述两个转速获得的制冷量的差值。

优选地，比值Y为1.25。本发明的电机的最高转速取值范围为132rPs～156rPs。

根据本发明实施例的旋转式压缩机，通过降低排量和提升压缩机的运行转速范围实现压缩机的小型化，降低滑动损失，降低成本。

下面参考图1-图3对根据本发明实施例的旋转式压缩机1进行详细描述。

图1是本发明的旋转式压缩机1的构造，以及与其连接的空调器的冷冻循环装置。旋转式压缩机1由密封壳体2中收纳的电机4和压缩机构5、壳体2的底部封入的润滑油7组成。另外，制冷装置中封入所需要的冷媒。

本发明的电动式电机4是电机速度可变的变频电机，由壳体2的内径上固定的定子4a和与偏心轴30一体固定的在定子4a的内径面进行旋转的转子4b构成。偏心轴30与转子4b按相同速度旋转。

从壳体2的连接的排气管3排出的高压冷媒通过四通阀F从室内换热器H1通过膨胀阀Ｖ成为低压冷媒，在室外换热器H2蒸发。其后，通过储液器A从壳体2中具备的吸气管6被吸入到气缸10中。低圧冷媒在气缸10中具备的压缩腔15(图2)中压缩成为高压冷媒，从消声器35向电机4的下部排出。另外，图1的制冷循环为制热运行模式。但是四通阀反转的时候，冷媒的流向会切换，形成制冷运行模式。另外，制冷专用空调器和冷冻冷藏机器、热水器等可以省略四通阀F。

图2表示压缩机构5的详细情况。旋转式的压缩机构5由固定在壳体2的内径上的气缸10、其内部具备的压缩腔15中公转的活塞32、与活塞32同步进行往复运动的滑片33、驱动活塞32的偏心轴30、对偏心轴30进行滑动支撑的主轴承20和副轴承25等构成。另外，压缩腔15中连接了吸气管6（图1）。

通过电机4驱动偏心轴30后，压缩腔15中活塞进行公转，进行低压冷媒的吸入和压缩，与壳体2的高压相同后排出到消声器35中。因此，与偏心轴30的转速成比例，制冷量有增减。另外，图1和图2表示单缸旋转式压缩机，但双缸的旋转式压缩机和2级压缩式也可以。

图3表示标准的家用空调器(冷房2.8KW、暖房3.6KW能力)，搭载的一般变频旋转式压缩机的转速和制冷量的关系。横轴表示1秒间的电机或者偏心轴的转速（rPs）、纵轴为旋转式压缩机1秒间的吸入或者排除的冷媒量、它们与转速（rPs）成正比。该吸入或者排出冷媒量与压缩机冷冻能力成比例，所以图3的纵轴表示制冷量（％）、压缩机最大转速的制冷量为100％。另外，以往的旋转式压缩机的运行特性用符号（A）表示、本发明的旋转式压缩机1的运行特性用符号（B）来表示。

为了方便说明，以往旋转式压缩机（A）的排量为11cc。另外，电机最大转速一般为120rPs、最小转速为15rPs。另一方面，旋转式压缩机（B）的排量为8.8cc。11cc／8.8cc＝1.25，所以、相对于旋转式压缩机（A）的排量，旋转式压缩机（B）的排量少25％。但是，旋转式压缩机（B）的电机最大频率为150rPs，所以，最大制冷量为相当的。另外，旋转式压缩机（B）的最小转速也是15rPs。最小转速是这些旋转式压缩机可以顺利运行的最小旋转速度。

纵轴的制冷量（％）进行3等分，H域的制冷量在100～80％的范围、M域在80～40％的范围、L域在40～0％的范围。将它们用旋转式压缩机（A）的转速换算后，各为120～96rPs、96～48rPs、48～0rPs。另一方面，上述3个区域中，旋转式压缩机（B）的转速相对于旋转式压缩（A）的转速，各增加25％。

在空调器中，H域主要是在制热模式运行中，室外温度较低启动制热时使用的运转区域，M域是在室温接近目标温度的过渡时间使用的运行区域，L域是室温基本达到目标温度、对室温进行微调的时候，或者补充通过室内和室外的热泄漏产生的热损失时使用的运转区域。另外，即使在制冷制热模式运转，3个区域也有同样的特点。

各领域的运行时间方面可以通过预先定好的APF运行条件得到。根据结果显示的趋势，L域（40～0％）占绝大多数的运行时间，L域中在30～20％的范围中，运行时间最多。另一方面，从M域向H域方向运行时间急减。因此，为了提高APF，L域的压缩机效率COP最重要。

图3的效率曲线COPa是与理论COP的比率、表示转速和COP的关系。如「背景技术」所述，旋转式压缩机，在理论以及经验方面50～60rPs附近的COP最高。图3将L域的2个旋转式压缩机的运行范围用（La）和（Lb）的三角形来表示，从视觉上比较清晰。其结果，相对于旋转式压缩机（A）、旋转式压缩机（B）会朝转速高的方向和制冷量低的方向分别扩大25％的运转范围。对该差别用面积进行比较的话，1.25Ｘ1.25＝1.56、即，扩大56％。

在此，关注下L域中旋转式压缩机（A）的最大转速的话，在制冷量40％中为48rPs。该值为L域中旋转式压缩机（A）的COP上限、在效率曲线COPa中，显示为C48。其它的转速较小的运转区域中的COP比C48低。同样，制冷量40％的旋转式压缩机（B）的最大转速为60rPs、COPa的最高范围60rPs到50rPs都包括在运转区域中。因此，与L域中的COP进行比较的话，就很清楚旋转式压缩机（B）是比较有利的了。

进一步关注下15rPs的最小制冷量、相对于旋转式压缩机（A）为12.5％、旋转式压缩机（B）为10.0％。旋转式压缩机（B）通过扩大最小制冷量，压缩机继续运行的比率会增加。因此，该最小制冷量的扩大不但可以改善On／Off带来多余的电力消费，而且具有改善空调舒适性的效果。

除了在L域的运行区域的扩大和提高COP、旋转式压缩机（B）的排量少25％，所以压缩腔15的容积要减少25％、缩小活塞32和偏心轴30等的尺寸，减少滑动损失。该滑动损失效果不但是L域、在M域、H域也可以享受。而且，排量减少可以减少电机和驱动电机的变频装置的容量，所以压缩机和系统的综合成本可以降低。

接下来，L域的三角形（La）和（Lb）中，根据转速和制冷量的关系，tanθa=ΔHa/ΔRa，tanθb=ΔHb/ΔRb，可以知道相对于旋转式压缩机（A）的角度θa的角度，旋转式压缩机（B）的角度θb较小。即，tanθa＝40－12.5／48－15＝0.83、tanθb＝40－10／60－15＝0.67。其比值Y=tanθa／tanθb＝1.25、与旋转式压缩机（A）和旋转式压缩机（B）的排量比率1.25相当。

在此，排量降低比率从上述的1.25改为1.10时的角度θa和θb。首先，根据排量容积比率的差，L域的最大转速从旋转式压缩机（A）的48移到52.8rPs。其结果，比率虽然没有象1.25时那么高、但可以确认是朝COPa高的方向移动的。此时，Y=tanθa／tanθc＝1.10、在15rPs的旋转式压缩机（B）的最小能力为11.4％。另外，确保与旋转式压缩机（A）相当的最大制冷量的电机转速为132rPs。

相反排量的降低比率从上述的1.25增加到1.30的话，L域的最大转速会从以往的48增加到62.4rPs、结果会超过COPa最大的60rPs、与排量比率1.25相比，APF改善方面效果相反。但是，降低比率增加到1.30的话，压缩机的运行范围可以包括COPa的最大范围的全区域（50～60rPs）、所以相对于排量比率1.25APF的改善效果增加了一点。另外，15rPs的旋转式压缩机（B）的最小能力是9.6％，所以结果比较理想。

但是，确保与旋转式压缩机（A）相当的最大冷量的电机转速为156rPs、从兼顾压缩机的可靠性和COP的观点来看，是旋转式压缩机的设计极限。超过该设计极限的话，由于偏心轴和轴承的强度和刚性的强化，滑动损失会增加，并且，由于冷媒的吸气效率的降低，COP会明显下降。其结果，特别是在制冷量少的L域的COP损失会变大。即，作为排量的降低率1.30是边界值。

换言之，将电机的最高转速120rPs获得的最大制冷量40％以下定义为压缩机运转最多的区域（L域）。相对于以往的压缩机（A）本发明的压缩机（B）、可以在排量减少25％的同时，将电机最高转速增加到150rPs得到与以往相当的最大制冷量。

L区域中任意选择的2个转速的差（ΔR）、和这些转速得到的制冷量的差（ΔH）得到的Y＝ΔH／ΔR，相对于压缩机（A）的tanθa，压缩机（B）的tanθb会变小。因此，L区域的压缩机（B）的运转范围向高效的方向扩大（从C48到C60）、15rPs的最小制冷量会减小（从12.5到10.0％）。通过L区域的压缩机COP改善提高APF。

通过L区域的压缩机COP改善提高APF。另外、通过压缩机的排量降低压缩机可以实现小型化（Down Sizing）、所以压缩机的滑动损失会变小。因此，不但是L区域、全区域的压缩机COP都有改善。而且压缩机和系统成本可以减小。

本发明不但是在变频旋转式压缩机的空调中，在冷冻冷藏设备、热水器等的制冷装置的能效或者APF改善中也可以得到活用。另外，不但是双缸的旋转式压缩机和摇摆旋转式压缩机、还有壳体内部压力为高压的旋转式压缩机，壳体内部为低压的旋转式压缩机上的应用也是可行的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种旋转式压缩机，其特征在于，包括：

壳体；

电机，所述电机设在所述壳体内，其中，在所述电机旋转得到的最大制冷能力40%以下的范围内，所述电机的任意两个转速的差值为ΔR，以所述两个转速获得的制冷量的差值为ΔH，本发明的旋转式压缩机的tanθb=ΔHb/ΔRb，以往技术旋转式压缩机的tanθa=ΔHa/ΔRa，Y=tanθa／tanθb，比值Y的取值范围为1.10-1.30。

2.根据权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述比值Y为1.25。

3.根据权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，本发明的所述电机的最高转速取值范围为132rPs～156rPs。

4.一种制冷循环装置，其特征在于，包括根据权利要求1-3中任一项所述的旋转式压缩机。

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