CN106499630B - 食品冷冻柜用co2滑片式压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种食品冷冻柜用CO2滑片式压缩机。要解决的技术问题是现有食品冷冻场合CO2制冷系统效率低下，能源消耗量极大，本发明包括气缸体、气缸前端盖、气缸后端盖、转子和滑片，所述气缸体、气缸前端盖、气缸后端盖组成气缸内腔体，气缸内腔体的上侧为压缩腔、下侧为膨胀腔，转子与滑片活动连接，转子转动时，滑片顶部与气缸内腔体的内壁接触，若干个滑片将压缩腔和膨胀腔均分割成若干个容积腔单元；与压缩腔相连通设有压缩侧入口和压缩侧出口，与膨胀腔相连通设有膨胀侧入口和膨胀侧出口。采用上述结构的本发明通过压缩腔及膨胀腔的对称布置，回收了CO2制冷剂运行过程中节流所产生的膨胀功，降低了节流损失。

Description

食品冷冻柜用CO2滑片式压缩机
技术领域
本发明涉及机械工程技术领域，具体涉及一种食品冷冻柜用CO2滑片式压缩机。
背景技术
随着人们对环境问题日益关注，氟利昂制冷剂的替代问题也显得越来越突出，随着CO2跨临界制冷循环的提出，CO2作为制冷剂开始重新得到重视，并且在热泵热水器、汽车空调等领域取得了突出的进展。与此同时经将CO2技术从这些领域应用到食品的冷冻冷藏，研究开发了应用于食品冷冻冷藏的CO2制冷系统，并取得了良好的效果。CO2压缩机作为系统关键部件之一成为研发热点，
CO2属于惰性气体，无毒无刺激，良好的安全性和化学稳定性，安全无毒，不可燃，即便在高温下也不分解产生有害气体；其对全球变暖潜力指数GWP为1，CO2不需要工业合成，只需要在大气中提取就可以，使用方便；同时，它对大气臭氧层无任何破环作用，ODP为0。并且，CO2本身优越的热物理特性以及良好的迁移特性也适合其作为制冷工质，导热系数以及定压比热高，蒸汽密度小，动力粘度小，表面张力小，这些特点为机组的小型化以及成本节省提供了前提。CO2临界温度为30.98℃，临界压力为7.38MPa，在跨临界区与外部介质换热时不发生相变，因此跨临界CO2循环不存在潜热交换和冷凝过程。
CO2由于其自身的物性特定，在运行过程中存在着以下问题：运行压力高，循环效率低下。在循环过程中，冷凝侧压力与蒸发侧压力差较大，但压力比较小。对CO2系统采用直接节流的方式，其节流损失较大，造成CO2循环整体效率的降低。特别是在食品冷冻场合，由于该场合所需温度较低，制冷系统蒸发温度约为-30℃，导致应用于该场合的制冷系统效率较低，能源消耗量极大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有食品冷冻场合CO2制冷系统效率低下，能源消耗量极大，提供一种食品冷冻柜用CO2滑片式压缩机。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种食品冷冻柜用CO2滑片式压缩机，包括气缸体、气缸前端盖、气缸后端盖、转子和滑片，所述气缸体、气缸前端盖、气缸后端盖组成气缸内腔体，气缸内腔体的上侧为压缩腔、下侧为膨胀腔，转子与滑片活动连接，转子转动时，滑片顶部与气缸内腔体的内壁接触，若干个滑片将压缩腔和膨胀腔均分割成若干个容积腔单元；与压缩腔相连通设有压缩侧入口和压缩侧出口，与膨胀腔相连通设有膨胀侧入口和膨胀侧出口；压缩侧出口和膨胀侧入口设置在气缸内腔体的左侧，压缩侧入口和膨胀侧出口均设置在气缸内腔体的右侧。
所述转子为圆柱体，转子外侧设有卡槽，滑片设置在卡槽内。
压缩腔和膨胀腔之间的内壁型线为圆弧，圆弧弧度为π/45。
所述膨胀腔的膨胀侧出口至少有两个。
所述滑片的数量为偶数个。
所述膨胀侧入口、压缩侧出口与膨胀侧出口设置在气缸体上，压缩侧入口设置在气缸前端盖上。
气缸体上还设置与气缸内腔体连通的过液孔。
采用上述结构的本发明针对食品冷冻柜设计，通过压缩腔及膨胀腔的对称布置，回收了CO2制冷剂运行过程中节流所产生的膨胀功，降低了节流损失，可用于提升CO2制冷系统的循环效率。
附图说明
图1为本发明内部结构示意图；
图2为本发明气缸前端盖结构示意图；
图3为本发明气缸体剖视结构示意图。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明包括气缸体2、气缸前端盖1、气缸后端盖4、转子5和滑片3，所述气缸体2、气缸前端盖1、气缸后端盖4组成气缸内腔体21，气缸内腔体21的上侧为压缩腔24、下侧为膨胀腔25，转子5与滑片3活动连接；转子5转动时，在离心力的作用下，滑片3顶部与气缸内腔体21的内壁22接触，若干个滑片3将压缩腔24和膨胀腔25均分割成若干个容积腔单元23，每个容积腔单元23由相邻的滑片、转子、滑片、气缸前端盖1、气缸后端盖4共同构成单个容积腔单元23，多个滑片将压缩腔分为多个容积腔单元；与压缩腔24相连通设有压缩侧入口9和压缩侧出口6，与膨胀腔25相连通设有膨胀侧入口7和膨胀侧出口8；压缩侧出口6和膨胀侧入口7设置在气缸内腔体21的左侧，压缩侧入口9和膨胀侧出口8均设置在气缸内腔体21的右侧。压缩侧出口6处和膨胀侧入口7处均为高压，压缩侧入口9处和膨胀侧出口8处均为低压，高、低压力同侧布置减小压缩腔24与膨胀腔25相邻容积腔单元23的泄漏量。为了保证压缩机运行效率，防止不同压力之间的制冷剂气体串通及泄露，将该压缩机压缩腔的高压与膨胀腔的高压配置在气缸体2的同侧。为了增强压缩腔与膨胀腔之间密封的效果，在压缩腔及膨胀腔之间的转子与气缸接触段，该段气缸内壁型线为圆弧，其弧度为π/45，该段圆弧可提供有效密封，进一步降低压缩腔与膨胀腔之间的泄漏量。
所述转子5为圆柱体，转子5外侧设有卡槽51，滑片3设置在卡槽51内。整个压缩机结构布置对称
所述气缸内腔体21为多曲线组合曲面，圆弧29位于压缩侧出口6和膨胀侧入口7之间的气缸内腔体21上，圆弧29位于压缩侧出口6和膨胀侧入口7之间的气缸内腔体21内壁上。压缩机的压缩腔24与膨胀腔25之间的密封由转子5与气缸体2的内壁22接触实现。为了增强压缩腔与膨胀腔之间密封的效果，在压缩腔及膨胀腔之间的转子与气缸接触段，该段气缸内腔体21内壁型线为圆弧29，其弧度为π/45，该段圆弧可提供有效密封，进一步降低压缩腔与膨胀腔之间的泄漏量。
所述膨胀腔25的膨胀侧出口8至少有两个。本发明膨胀侧出口8有三个，采用电磁阀分别控制膨胀侧出口8开关状态，以满足膨胀腔25气体不同膨胀比要求。随着制冷系统工况的改变，需调整制冷系统的冷凝压力及蒸发压力，通过在膨胀侧出口处设置多路排气出口，每一路排气出口均配置电磁阀，并由电磁阀依据工况的改变决定单个排气出口的通断。通过多路排气出口及电磁阀控制的方式，满足膨胀侧气体不同膨胀比要求。
所述滑片3的数量为偶数个。可以是2个、4个、8个、10个、12个，膨胀腔25及压缩腔24的容积腔单元23数量相等，平衡膨胀腔25及压缩腔24气体力，保证膨胀腔25及压缩腔24气体对滑片3作用力的平衡。压缩机多个容积腔单元23对称布置，实际使用过程中分为气体压缩腔24与膨胀腔25，通过膨胀腔25回收CO2气体的膨胀功，推动滑片与转子做功转动，降低CO2压缩机运行功耗。
所述膨胀侧入口7、压缩侧出口6与膨胀侧出口8设置在气缸体2上，压缩侧入口9设置在气缸前端盖1上。
气缸体2上还设置与气缸内腔体21连通的过液孔10。压缩机压缩腔为无润滑油状态，滑片3与气缸内腔体21的密封通过过液孔10喷入压缩腔中的液态CO2保证其密封。
转子5负责带动滑片转动，滑片在转子5的齿槽内做伸缩运动，转子5顶部与气缸内壁始终接触，滑动过程中，其组成的容积，在内壁面不同的弧线段，组成的容积不断变化的。来自蒸发器的制冷剂气体由位于气缸体前端盖27上的压缩侧入口9进入压缩机的容积腔单元23中，随着转子5的转动，该容积腔单元的容积减小，压缩机的压缩腔24压力升高，当该容积腔单元的滑片运动至压缩侧出口6时，压缩腔的该容积腔单元与冷凝器联通，压缩过程结束。经过冷凝器冷凝的制冷剂气体从位于气缸体2上的膨胀侧入口7进入另一侧膨胀腔的容积腔单元中，随着转子5的转动，该容积腔单元中容积增大，高压的制冷剂气体在该容积腔单元中膨胀，并伴随压力的降低。此时，在该容积腔单元中，随着气体压力的减小，气体推动该容积腔中的滑片，此时，气体的膨胀功转化为转子的动能，辅助电机对压缩腔的气体做功。
气缸体内壁22圆弧型线根据滑片运动过程中，处于压缩腔及膨胀腔时受力的不同，调整气缸内壁22型线组成曲线，降低气缸内壁对运动滑片的支反力，降低滑片运行中的磨损情况。该压缩机为无油压缩机设计，在压缩腔及膨胀腔中均无润滑油的存在，使得制冷剂中不含润滑油，提升冷凝器中CO2气体与环境换热效率，可大幅度提升制冷系统能效比。为保证密封及提供滑片与气缸内壁的润滑，采用向压缩腔中喷入液态CO2的方式，保证滑片与气缸体内壁之间的密封与润滑。

Claims (6)

1.一种食品冷冻柜用CO2滑片式压缩机，其特征在于：包括气缸体（2）、气缸前端盖（1）、气缸后端盖（4）、转子（5）和滑片（3），所述气缸体（2）、气缸前端盖（1）、气缸后端盖（4）组成气缸内腔体（21），气缸内腔体（21）的上侧为压缩腔（24）、下侧为膨胀腔（25），转子（5）与滑片（3）活动连接，转子（5）转动时，滑片（3）顶部与气缸内腔体（21）的内壁（22）接触，若干个滑片（3）将压缩腔（24）和膨胀腔（25）均分割成若干个容积腔单元（23）；与压缩腔（24）相连通设有压缩侧入口（9）和压缩侧出口（6），与膨胀腔（25）相连通设有膨胀侧入口（7）和膨胀侧出口（8）；压缩侧出口（6）和膨胀侧入口（7）设置在气缸内腔体（21）的左侧，压缩侧入口（9）和膨胀侧出口（8）均设置在气缸内腔体（21）的右侧；气缸体（2）上还设置与气缸内腔体（21）连通的过液孔（10）；来自蒸发器的制冷剂气体由位于气缸体前端盖（27）上的压缩侧入口（9）进入压缩机的容积腔单元（23）中，随着转子（5）的转动，该容积腔单元的容积减小，压缩机的压缩腔（24）压力升高，当该容积腔单元的滑片运动至压缩侧出口（6）时，压缩腔的该容积腔单元与冷凝器联通，压缩过程结束；经过冷凝器冷凝的制冷剂气体从位于气缸体（2）上的膨胀侧入口（7）进入另一侧膨胀腔的容积腔单元中，随着转子（5）的转动，该容积腔单元中容积增大，高压的制冷剂气体在该容积腔单元中膨胀，并伴随压力的降低。
2.根据权利要求1所述的食品冷冻柜用CO2滑片式压缩机，其特征在于：所述转子（5）为圆柱体，转子（5）外侧设有卡槽（51），滑片（3）设置在卡槽（51）内。
3.根据权利要求1所述的食品冷冻柜用CO2滑片式压缩机，其特征在于：压缩腔（24）和膨胀腔（25）之间的内壁型线为圆弧（29），圆弧（29）弧度为π/45。
4.根据权利要求1所述的食品冷冻柜用CO2滑片式压缩机，其特征在于：所述膨胀腔（25）的膨胀侧出口（8）至少有两个。
5.根据权利要求1所述的食品冷冻柜用CO2滑片式压缩机，其特征在于：所述滑片（3）的数量为偶数个。
6.根据权利要求1所述的食品冷冻柜用CO2滑片式压缩机，其特征在于：所述膨胀侧入口（7）、压缩侧出口（6）与膨胀侧出口（8）设置在气缸体（2）上，压缩侧入口（9）设置在气缸前端盖（1）上。
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