CN105545749B - 旋转式压缩机及具有其的制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转式压缩机及具有其的制冷系统。旋转式压缩机的密封的壳体内收纳了电动式的电机、旋转式的压缩机构和润滑油，壳体上设有与壳体内连通的吸入管，电机包括定子和转子。压缩机构包括：固定转子的偏心轴、对偏心轴进行滑动支撑的主轴承和副轴承、与主轴承和副轴承连接的气缸、设在主轴承上的吸气消声器。转子的邻近主轴承的一侧固定有旋转筒，旋转筒与吸气消声器连通。从吸入管吸入的低压冷媒从旋转筒的外侧到达旋转筒的内侧并经过吸气消声器流入到气缸的压缩腔中。根据本发明的旋转式压缩机，旋转筒可以起到气液分离作用，保证了压缩效率且规避了压缩腔的液压缩。

Description

旋转式压缩机及具有其的制冷系统

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系统。

背景技术

为了实现避免地球温暖化等环保理念，碳酸气体和碳化氢气体等自然冷媒的采用很受关注，可燃性冷媒R290还有超高压冷媒的CO₂在旋转式压缩机中采用的研究和实用化导入正在推进。碳化氢气体因为是强可燃性，所以对冷冻循环的冷媒封入量需要进行限制。

另一方面，CO₂气体的动作压力非常高、高压式壳体的话需要10Mpa以上的常用耐压力。出于这样的背景，冷媒封入量小，或者壳体壁厚薄的壳体低压式旋转式压缩机的正式的实用化得到强烈期待。

与以往的壳体低压式往复式压缩机同等制冷能力的旋转式压缩机相比较，相对于往复式压缩机，旋转式压缩机的实际壳体内容积大概是50％、旋转式压缩机的内容积大幅度减小。现有的壳体低压式旋转式压缩机在连通压缩腔的吸入回路中具备储液器，虽然可以规避液体冷媒吸入，但是由于储液器的追加带来的成本增加以及破坏紧凑性则不能接受。

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，本发明提出一种旋转式压缩机，保证了压缩效率且规避了压缩腔的液压缩。

本发明提出一种具有上述旋转式压缩机的制冷系统。

根据本发明实施例的旋转式压缩机，密封的壳体内收纳了电动式的电机、旋转式的压缩机构和润滑油，所述壳体上设有与所述壳体内连通的吸入管，所述电机包括定子和绕所述定子中心旋转的转子；所述压缩机构包括：固定所述转子的偏心轴、对所述偏心轴进行滑动支撑的主轴承和副轴承、与所述主轴承和所述副轴承连接的气缸、设在所述主轴承上的吸气消声器；所述转子的邻近所述主轴承的一侧固定有旋转筒，所述旋转筒与所述吸气消声器连通；从所述吸入管吸入的低压冷媒从所述旋转筒的外侧到达所述旋转筒的内侧并经过所述吸气消声器流入到所述气缸的压缩腔中。

根据本发明实施例的旋转式压缩机，旋转筒可以起到气液分离作用，使得吸入到压缩腔内的冷媒为气体冷媒，保证了压缩效率且规避了压缩腔的液压缩，无需在壳体外侧设置储液器，降低了成本且使得旋转式压缩机结构紧凑。

在本发明的一些实施例中，所述偏心轴内具备的油泵腔与连通所述吸气消声器和所述压缩腔的低压气体通道之间通过低压注油孔连通。

在本发明的一些实施例中，所述偏心轴和所述主轴承的滑动面上具备的润滑槽的一端不与所述主轴承的转子侧端部连通。

在本发明的一些实施例中，所述旋转式压缩机为所述偏心轴水平放置的卧式机。

根据本发明实施例的制冷系统，包括根据本发明上述实施例的旋转式压缩机，所述制冷系统采用以碳酸氢或者碳酸气体为主成分的冷媒。

根据本发明实施例的制冷系统，通过设置上述的旋转式压缩机，可以降低成本。

附图说明

图1为根据本发明实施例的旋转式压缩机应用在制冷系统时的示意图；

图2为根据本发明实施例的旋转式压缩机的局部剖面图；

图3为根据本发明实施例的旋转式压缩机中的压缩机构的部分示意图。

附图标记：

壳体2、储油腔7、油8、吸入管3、

压缩机构5、气缸10、压缩腔10a、主轴承25、副轴承30、偏心轴15、活塞22、滑片23、低压消声器26、高压消声器32、低压注油孔28、主轴承吸入孔27、油泵腔16、吸油管21、螺旋板19、油孔18、润滑槽17、横槽20、高压注油孔29、

电机50、定子51、转子55、电机线圈52、定子外周槽53、线圈端部52a、

油分离器40、高压供油管41、

旋转筒60、气窗60a、

冷凝器70。

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。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。

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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。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。

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，其中旋转式压缩机可以应用在空调器、制冷装置、热水器等制冷系统中。

根据本发明实施例的旋转式压缩机，密封的壳体2内收纳了电动式的电机50、旋转式的压缩机构5和润滑油8，壳体2上设有与壳体2内连通的吸入管3，由此可知，壳体2内的压力为低压侧，旋转式压缩机为壳体低压式旋转式压缩机。

电机50包括定子51和绕定子51中心旋转的转子55。压缩机构5包括：固定转子55的偏心轴15、对偏心轴15进行滑动支撑的主轴承25和副轴承30、与主轴承25和副轴承30连接的气缸10、设在主轴承25上的吸气消声器26。其中气缸10可以为一个或者多个，当气缸10为一个时，旋转式压缩机为单缸压缩机；当气缸10为多个时，相邻的两个气缸10之间设有中隔板，旋转式压缩机为多缸压缩机。

转子55的邻近主轴承25的一侧固定有旋转筒60，旋转筒60与吸气消声器26连通。旋转筒60随转子55转动，旋转筒60的周壁上设有气窗60a，旋转筒60的下端外罩在吸气消声器26上。

从吸入管3吸入的低压冷媒从旋转筒60的外侧到达旋转筒60的内侧并经过吸气消声器26流入到气缸10的压缩腔10a中。也就是说，低压冷媒从吸入管3吸入到壳体2内，低压冷媒经过电机50后从气窗60a进入到旋转筒60内，旋转筒60内的低压冷媒经过吸气消声器26进入到气缸10的压缩腔10a内。

旋转筒60随转子55转动的过程中起到气液分离的作用，气体冷媒通过气窗60a进入到旋转筒60内，比重大的液体冷媒和油8落到壳体2内的储油腔7内。

根据本发明实施例的旋转式压缩机，通过在转子55上固定有旋转筒60，从吸入管3吸入的低压冷媒从旋转筒60的外侧到达旋转筒60的内侧并经过吸气消声器26流入到气缸10的压缩腔10a中，从而旋转筒60可以起到气液分离作用，使得吸入到压缩腔10a内的冷媒为气体冷媒，保证了压缩效率且规避了压缩腔的液压缩，无需在壳体2外侧设置储液器，降低了成本且使得旋转式压缩机结构紧凑。

在本发明的一些实施例中，偏心轴15内具备的油泵腔16与连通吸气消声器26和压缩腔10a的低压气体通道之间通过低压注油孔28连通。也就是说，低压气体通道连通吸气消声器26和压缩腔10a，偏心轴15内设有油泵腔16，低压气体通道和油泵腔16通过低压注油孔28连通，从而进入到油泵腔16内的油8可以通过低压注油孔28进入到低压气体通道内，最后油8进入到压缩腔10a内进行润滑。

在本发明的一些实施例中，偏心轴15和主轴承25的滑动面上具备的润滑槽的一端不与主轴承25的转子侧端部连通。从而可以避免润滑槽内的润滑油8进入到吸气消声器26内，可以减少进入到压缩腔10a内的润滑油8的油量以降低旋转式压缩机的吐油量。从而对压缩腔的供油量、对制冷系统的吐油量可以控制在1％以下。

在本发明的一些具体示例中，旋转式压缩机为偏心轴15水平放置的卧式机。

根据本发明实施例的制冷系统，包括根据本发明上述实施例的旋转式压缩机，制冷系统采用以碳酸氢或者碳酸气体为主成分的冷媒。

根据本发明实施例的制冷系统，通过设置上述的旋转式压缩机，可以降低成本。

下面参考图1-图3详细描述根据本发明实施例的壳体低压式旋转式压缩机。

图1表示本发明的壳体低压式旋转式压缩机以及连接该旋转式压缩机的冷冻循环。图2表示压缩机构5的详细结构、气液冷媒分离技术以及对压缩腔的供油技术。图3为图2中供油技术的替代设计例。

如图1和图2所示，旋转式压缩机由壳体2中收纳的压缩机构5和电动式电机50、储油腔7中封入的油8组成。在壳体2的外部具备油分离器40。压缩机构5由壳体2中焊接固定的气缸10、与气缸10的中心具备的压缩腔10a的开孔端连接的主轴承25和副轴承30、被它们滑动支撑的偏心轴15、压缩腔10a内具备的通过偏心轴15驱动进行偏心旋转的活塞22、与活塞22的偏心旋转共同往复运动的滑片23、固定在主轴承25上的低压消声器26(即为上述的吸气消声器)、固定在副轴承30底部的高压消声器32等组成。电机50的转子55固定在偏心轴15。

电机50由壳体2的内周固定的定子51和转子55组成，定子51中具备电机线圈52。定子51的外周有4个定子外周槽53，定子外周槽53成为吸入气体或油的移动通道。电机50采用了可以改变旋转速度的直流(DC)变频电机。但是，本发明与电机形态无关，采用交流(AC)的定速电机或者变频电机等也可以。

在图2中，利用转子55的组装中所需的4个铆钉57，在转子55的下端固定了旋转筒60。旋转筒60的外周有数个气窗60a，旋转筒60的下侧开孔端与板金成型的低压消声器26的上部外周通过很小的间隙连通。由于活塞22的旋转，压缩腔10a的吸入压力降低后，旋转筒60内部的气体冷媒经过低压消声器26流到压缩腔10a中。

通常空调器中搭载的旋转式压缩机启动后，到冷冻循环温度稳定大约需要15～20分的过渡运行或者不稳定时间。另外，稳定运行中发生的除霜运行以及其后的大约10分钟是最不稳定的运转条件。这样的不稳定运行中，从吸入管3开始流入到壳体2内部的冷媒过热度变小，为气液混合冷媒。另外，在冷冻循环内、进行循环的油混入到冷媒中。

没有具备储液器且壳体压力为低压侧的旋转式压缩机在壳体内部进行气液冷媒的分离，压缩腔必须选择性地吸入气体冷媒。因为，压缩腔吸入液体冷媒后，①不能从不稳定运行转入到稳定运行，或者转入到稳定运行需要较长的时间。②压缩腔吸入的液冷媒进行压缩的话，由于会产生过大的压力，偏心轴会在瞬间产生故障等。③对压缩腔的供油量会不稳定，由于对冷冻循环的吐油，冷冻循环效率下降的话，会带来温度控制的不稳定现象。

本发明采用下述方法改善这些问题：(1)配备利用转子55的旋转具备气液分离功能的旋转筒60；(2)通过主轴承25中具备的低压注油孔28对主轴承吸入孔27和偏心轴15的油泵腔16进行短路、提高对压缩腔的供油量精度。接下来，对这些技术进行说明。

从外部的冷冻循环向壳体2上端具备的吸入管3流入的气液冷媒和油组成的混合冷媒分流到电机线圈52和定子外周槽53后流到电机50的下部空间。这之间，混合冷媒通过电机线圈52等被加热，大多数气液冷媒成为气体冷媒。

气体冷媒从线圈端部52a的外周穿过电机线圈52后从旋转的气窗60a流入旋转筒60，从低压消声器26经过主轴承吸入孔27流到压缩腔10a中。不能流到旋转筒60中的比重大的液体冷媒和油落到储油腔7中与油8混合。其结果，储油腔7的油面上升，可以到达低压消声器26的底部。油8中有大量的液体冷媒稀释的话，油8的粘度有下降的问题。

但是，由于有气液冷媒通过高温的电机，电机温度会下降、同时气液冷媒的气体化被促进。压缩腔10a只是选择性地吸入气体冷媒、可以回避比重大的液体冷媒和油的吸入。另外，即使油面上升，也不会到达旋转筒60。假设压缩腔10a吸入液冷媒的话，在压缩行程中会产生液体压缩，会损伤偏心轴15。另外，从冷冻循环回来的油被压缩腔10a吸入的话，后述的吐油量控制的精度会下降。

壳体高压式旋转式压缩机的储油腔在高压侧所以对压缩腔的供油可以通过压缩腔内外的压差自动供油。但是，壳体低压式的储油腔7在低压侧，所以，对压缩腔10a的压差供油不成立。因此，采用的方法是：利用比壳体2的压力低的吸入冷媒回路将储油腔7的油8供给到压缩腔内。例如设置喷射管，喷射管的两端分别与储油腔和压缩腔连通，利用压缩腔内的活塞的往复运动将储油腔内的油带入压缩腔内。

壳体低压式旋转式压缩机中，利用吸入冷媒回路从储油腔7向压缩腔10a供给的一部分油量通过油分离器40，成为在制冷系统中循环的油循环量(OCR)。壳体高压式旋转式压缩机与壳体低压式旋转式压缩机的区别点在于：壳体高压式压缩机中压缩腔的油排出到同压力的壳体内以积存在储油腔中，但壳体低压式压缩机不经过壳体内部而向制冷系统中吐油。另外、OCR＝冷冻循环的循环吐油量/循环冷媒量。

另一方面、对冷冻循环的油循环量(OCR)如果超过冷媒循环量的1％的话，会招致换热器的性能恶化，所以制冷系统运行中的吐油量需要管理到1％以下、这会成为壳体低压式旋转式压缩机的商品化的大问题。因此，需要对压缩腔供油进行管理，使其不容易随着运行条件变化而变动。

在图2中、偏心轴15的轴中具备的圆柱的油泵腔16的下侧开孔端具备了吸油管21，油泵腔16的上端在偏心轴15的中间附近闭孔。插入油泵腔16的螺旋板19使得泵油量会增加。

由于偏心轴15的旋转，吸油管21从储油腔7吸入的油8会在油泵腔16中上升，油8从偏心轴15的外周壁具备的油孔18向润滑槽17流出，油8从润滑槽17流出到活塞22的内周壁。在油8流动的过程中，偏心轴15和主轴承25的滑动部可以润滑。另外、为了防止对低压消声器26流出油，润滑槽17不对主轴承25的上端开孔。

油向活塞22的内周壁流动的途中，偏心轴15的每转中，润滑槽17与低压注油孔28连通，所以，朝着压力低的低压注油孔28，油可以进行间接性的分流。朝低压注油孔28分流的总油量供应到压缩腔10a中、从压缩腔10a的润滑以及活塞22等的滑动间隙出来的气体泄漏可以得到防止。如上所述，对压缩腔10a的供油量为冷冻循环的循环油量(OCR)。

为了将OCR控制在大约1％或者1％以下、以往是使用长的细管，通过壳体和压缩腔的压差来吸引储油腔的油。针对这一点，本发明从偏心轴15中具备的油泵腔16开始间接地对压缩腔10a进行供油，所以没有必要使用细管，可以通过低压注油孔28的孔径等对供油量进行优化。因此，由于运行条件不同对压缩腔10a的供油量的波动会少，而且，调整也容易。另外，本发明具备规避对压缩腔10a产生液体冷媒吸入的功能，不但使冷冻循环的循环油量稳定，也有使循环冷媒量稳定的效果。

接下来、图3为从油泵腔16向低压注油孔28进行油分流的替代技术。偏心轴15的主轴下部设置的横槽20中配置了油孔18。油孔18对油泵腔16开孔，所以随着偏心轴15的旋转，油泵腔16的油会流入到低压注油孔28中。

横槽20具有W的宽度，所以与图2的设计相比较，对低压注油孔28的供油时间会变长。另外，通过调整W的值，可以容易地进行供油量调整。在图3的设计中，图2使用的润滑槽17可以任意配置在偏心轴15或者主轴承25中。

另外，图1所示的油分离器40捕获了从压缩腔10a排出的1％的油并储存。同时，从高压供油管41出来并经过高压注油孔29的比如3～4％的油向压缩腔10a供油。高压注油孔29对压缩腔开孔的开口的位置位于如下角度范围内：使得压缩腔10a的压力为中间压力时的活塞22的旋转角度，例如40°～150°之间。

通过从油分离器40开始的供油，压缩腔10a的总供油量包括从低压注油孔28出来的1％在内，为了确保压缩效率需要4～5％的油。这4～5％的油与从压缩腔10a出来的排出冷媒一起，排出到油分离器40中，再次在油分离器40中被捕获。

但是、油分离器40的容积是有限定的，所以与油分离器40的容积和油分离效率无关，从低压注油孔28开始供给压缩腔10a的1％的油，从油分离器40向冷凝器70排出，成为对制冷系统的循环吐油量。即，油分离器40通过在压缩腔10a之间反复利用捕获的油，防止压缩机效率降低。可以反复利用的油量由油分离器40的分离效率等来决定。

本发明的旋转式压缩机不但可以是立式单缸旋转式压缩机，也可以是壳体内压为低压侧的多缸旋转式压缩机或者偏心轴15为水平方向放置的卧式旋转式压缩机，另外，旋转式压缩机还可以是活塞22和滑片23一体化的摇摆型旋转式压缩机。

本发明的旋转式压缩机、最好是在碳化氢或者碳酸气体为冷媒的机器中应用，可以作为现有的壳体高压式旋转式压缩机的替代品。

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 (5)

1.一种旋转式压缩机，其特征在于，密封的壳体内收纳了电动式的电机、旋转式的压缩机构和润滑油，所述壳体上设有与所述壳体内连通的吸入管，所述电机包括定子和绕所述定子中心旋转的转子；

所述压缩机构包括：固定所述转子的偏心轴、对所述偏心轴进行滑动支撑的主轴承和副轴承、与所述主轴承和所述副轴承连接的气缸、设在所述主轴承上的吸气消声器；

所述转子的邻近所述主轴承的一侧固定有旋转筒，所述旋转筒与所述吸气消声器连通；

从所述吸入管吸入的低压冷媒从所述旋转筒的外侧到达所述旋转筒的内侧并经过所述吸气消声器流入到所述气缸的压缩腔中。

2.根据权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述偏心轴内具备的油泵腔与连通所述吸气消声器和所述压缩腔的低压气体通道之间通过低压注油孔连通。

3.根据权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述偏心轴和所述主轴承的滑动面上具备的润滑槽的一端不与所述主轴承的转子侧端部连通。

4.根据权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述旋转式压缩机为所述偏心轴水平放置的卧式机。

5.一种制冷系统，其特征在于，包括根据权利要求1-4中任一项所述的旋转式压缩机，所述制冷系统采用以碳酸氢或者碳酸气体为主成分的冷媒。