CN107476971A - 一种兼具补气和中间排气功能的涡旋式压缩机及热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于涡旋压缩机技术领域，公开了一种兼具补气和中间排气功能的涡旋式压缩机及热泵系统，涡旋式压缩机包括静涡旋盘和动涡旋盘，静涡旋盘起密封作用的端板上设置中间排气孔和中间补气孔；热泵系统包括涡旋式压缩机、蒸发器、闪发器、冷凝器、第一截止阀、第二截止阀、第一膨胀阀、第二膨胀阀、中间排气管。本发明的涡旋式压缩机兼具有中间排气与补气功能，很好的解决了当环境温度发生变化时，背压发生变化，造成过压缩或欠压缩的情况，缓解浪费能量的问题，提高了涡旋式压缩机的工作效率；热泵系统能够在低环境温度和高环境温度下均有较高的压缩机工作效率，提升热泵系统性能，扩大热泵系统的应用温度范围。

Description

一种兼具补气和中间排气功能的涡旋式压缩机及热泵系统

技术领域

本发明属于涡旋压缩机技术领域，更具体的说，是涉及一种兼具补气和中间排气功能的涡旋式压缩机，以及应用该涡旋式压缩机的热泵系统。

背景技术

随着石油资源日渐枯竭和环境问题日益严重，绿色消费、低碳环保等理念正逐渐深入人心，新型能源的开发和利用已经成为当今世界能源行业发展的一个方向，而热泵系统由于具有清洁、环保、节能的特点，已经成为最具有发展前景的项目，而热泵系统中压缩机能耗占了整个系统能耗的绝大部分，因此，促进压缩机高效率、低能耗在当前显得尤为重要。实践表明，涡旋压缩机的应用可以有效的提高效率以及降低能耗。

涡旋压缩机是20世纪80年代才新近发展起来的一种压缩过程单向连续进行的容积式压缩机，其原理最早出现在1886年意大利的专利文献。直到1905年，法国工程师LeonCreux正式提出涡旋式压缩机原理及结构，并申请美国专利。20世纪70年代开始，能源危机加剧，同时高精度数控铣床也被制造并使用，加速了涡旋机械的发展。1973年美国ADL.公司首先解决了涡旋盘端部磨损补偿的密封技术，并在此基础上与瑞士合作开发了多种工质的涡旋式压缩机样机，之后又首次提出了涡旋氮气压缩机的研究报告，并证明了涡旋压缩机所具有其他压缩机无法比拟的优点，自此涡旋压缩机的大规模工程开发和研制开始了迅速的发展。1982年，日本三电公司拉开了汽车空调涡旋式压缩机批量生产的序幕，1983年日立公司开始生产2～5Hp用于房间空调的涡旋式压缩机，其后日本的三菱电气、大金、松下相继投入生产。1987年美国的谷轮公司建立了涡旋压缩机生产线并推出其产品后，开利、特灵、泰康也开始了涡旋压缩机的批量生产。

21世纪之后，各大涡旋压缩机公司相继进行一系列涡旋压缩机的研究与生产。日立公司于1995年开始关注结构方面的研究，并提出了一种通轴式涡旋压缩机，通过减小排放通道的阻力提高效率，该公司于1996年开始涉足于无油涡旋式压缩机的研究；2012年申请了在低压力比条件下仍能够向背压室进行供油且可靠性高的涡旋式压缩机。艾默生公司则侧重于压缩机容量调节的研究，其于2003年提出一种双容积比的涡旋式压缩机；该涡旋压缩机具有多个固有的容积比连同其各自的设计压力，通过容量的调节，可以达到提高工作效率，减少能耗的目的。与其他公司相比，格力公司则更加注重润滑和冷却方面的研究；于2009年提出了一种涡旋压缩机，其电机转子和定子上下端面具有通孔；2010年提出在静涡卷及支架上开设作为冷媒流路的折形槽，延长冷媒流路，同时，折形槽又可以改变冷媒与冷冻油的混合气体的流向，大大减缓流速，提高了冷媒与冷冻油的分离效率。2012年提出一种具有折流板的涡旋压缩机，实现了油气分离效率的提高，并达到改善空间流场的目的，减少折流板附近的折流损失。

涡旋压缩机具有高容积效率，高可靠性以及振动小等特点，因此越来越得到各大空调行业的青睐。涡旋压缩机由于其自身结构的特点，通常为定内容积比，即定压缩，导致变工况情况下出现过压缩和欠压缩，工作效率较低。如今已研发并投入使用中间补气涡旋压缩机，虽然能够使其在低温环境下的工作性能得到显著提升，但当环境温度较高时仍然没有实现较好的处理方法。在环境温度发生变化时，效率下降。

发明内容

本发明要解决的是当环境温度及工况发生改变时涡旋压缩机工作效率低下，易产生欠压缩或者过压缩的情况，浪费能量的技术问题，提供了一种兼具补气和中间排气功能的涡旋式压缩机及热泵系统。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种兼具补气和中间排气功能的涡旋式压缩机，包括在机体内依次连接的控制部分、电机部分和压缩部分，所述压缩部分设置有一对对称设置的涡旋盘，分别为静涡旋盘和动涡旋盘，所述静涡旋盘设置有吸气口和排气口，所述静涡旋盘起密封作用的端板上设置中间排气孔和中间补气孔。

所述中间排气孔的数量为四个，四个所述中间排气孔分为两组分别设置在1/3压缩行程的端板上和2/3压缩行程的端板上，每组的两个所述中间排气孔以压缩机横轴为对称轴对称设置。

所述中间排气孔设有弹簧片；当涡旋式压缩机内压力较低时，所述弹簧片处于关闭状态，中间排气孔不起作用；当涡旋式压缩机内压力高于其正常工作压力时，所述弹簧片处于开启状态，部分工质通过所述中间排气孔排出涡旋式压缩机直至当压力达到正常时，所述中间排气孔关闭。

所述中间补气孔的数量为两个，两个所述中间补气孔均设置在1/2压缩行程的端板上，并以压缩机横轴为对称轴对称设置。

一种应用上述兼具补气和中间排气功能的涡旋式压缩机的热泵系统，包括所述涡旋式压缩机、蒸发器、闪发器、冷凝器、第一截止阀、第二截止阀、第一膨胀阀、第二膨胀阀、中间排气管；

所述涡旋式压缩机的所述排气口连接所述冷凝器的入口，所述涡旋式压缩机的所述中间排气孔均通过所述第一截止阀连接所述冷凝器的入口，所述涡旋式压缩机的所述中间补气孔均通过所述第二截止阀连接所述闪发器的上部出口，所述冷凝器的出口通过所述第一膨胀阀连接所述闪发器的入口，所述闪发器的下部出口通过所述第二膨胀阀连接所述蒸发器的入口，所述蒸发器的出口连接所述涡旋式压缩机的所述吸气口。

本发明的有益效果是：

本发明所提出的涡旋式压缩机兼具有中间排气与补气功能，很好的解决了当环境温度发生变化时，背压发生变化，造成过压缩或欠压缩的情况，缓解浪费能量的问题，使该涡旋式压缩机能够适应多种工况，提高了涡旋式压缩机的工作效率，进而提高了涡旋压缩机的可靠性和耐用性，使其工作条件更为灵活，改善了涡旋压缩机的工作性能。

本发明所提出的热泵系统能够在低环境温度和高环境温度下均有较高的压缩机工作效率，提升热泵系统性能，扩大热泵系统的应用温度范围。

附图说明

图1是本发明所提供的涡旋式压缩机的结构示意图；

图2是本发明所提供的涡旋式压缩机的剖视图；

图3是弹簧片的细节图；

图4是本发明所提供的热泵系统的结构示意图。

图中：1、涡旋式压缩机，101、控制部分，102、电机部分，103、压缩部分，104、吸气口，105、中间排气孔，106、排气口，107、中间补气孔；2、蒸发器；3、闪发器；4、冷凝器；5、第一截止阀；6、第二截止阀；7、第一膨胀阀；8、第二膨胀阀；9、中间排气管；10、弹簧片。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1和图2所示，本实施例公开了一种兼具补气和中间排气功能的涡旋式压缩机1，包括在机体内依次连接的控制部分101、电机部分102和压缩部分103，压缩部分103设置有一对对称设置的涡旋盘，分别为静涡旋盘109和动涡旋盘108，其中静涡旋盘109固定，动涡旋盘108在预定范围做圆周平动。静涡旋盘109的最外侧开有吸气口104，并在静涡旋盘109的顶部端面中心部位开有排气口106。

涡旋压缩机1在静涡旋盘109起密封作用的端板上设置中间排气孔105和中间补气孔107。中间排气孔105的数量为四个，四个中间排气孔105分为两组分别设置在1/3压缩行程的端板上和2/3压缩行程的端板上，并且每组的两个中间排气孔105以压缩机横轴为对称轴对称设置。中间补气孔107的数量为两个，两个中间补气孔107均设置在1/2压缩行程的端板上，并以压缩机横轴为对称轴对称设置。中间排气孔105和中间补气孔107的形状无特殊要求，如圆形、半圆形、椭圆形均可。

当环境温度远低于涡旋式压缩机1的设计适用温度时，压缩机吸气比容增加，制冷剂质量流量下降。在压缩时会产生过压缩现象，通过中间补气孔107进行中间补气可缓解此现象。当环境温度远高于涡旋式压缩机1的设计适用温度时，吸气温度、吸气压力高于正常温度、正常压力，压缩过程结束后，涡旋式压缩机1内压力也会高于正常压力范围，产生过压缩现象，此时通过中间排气孔105进行中间排气可缓解此现象。

如图3所示，中间排气孔105与中间排气管9连接端口处均设有弹簧片10。当涡旋式压缩机1内压力低于设定压力时，弹簧片10处于关闭状态，中间排气孔105不发挥作用；当涡旋式压缩机1内压力高于其正常工作压力时，因压力作用使弹簧片10处于开启状态，部分工质通过中间排气孔105排出涡旋式压缩机1，当压力达到正常时，中间排气孔105关闭，其余工质继续进行压缩。同时，弹簧片10的设置可避免欠压缩现象，当压力不够时，涡旋式压缩机1内压低于背压，弹簧片10不能打开，不能完成排气过程，进而避免实际排气压力低于额定排气压力造成的欠压缩情况。

如图4所示，本实施例还公开了一种利用上述兼具补气和中间排气功能的涡旋式压缩机1的热泵系统，主要包括兼具补气和中间排气功能的涡旋式压缩机1、蒸发器2、闪发器3、冷凝器4、第一截止阀5、第二截止阀6、第一膨胀阀7、第二膨胀阀8、中间排气管9。

涡旋式压缩机1的排气口106连接冷凝器4的入口，排气口106与冷凝器4通过主排气管连接。涡旋式压缩机1的所有中间排气孔105均通过中间排气管9连接冷凝器4的入口，中间排气管9上安装有第一截止阀5。主排气管和中间排气管9相汇于冷凝器4的入口前。涡旋式压缩机1的所有中间补气孔107均通过第二截止阀6连接闪发器3的上部出口。冷凝器4的出口通过第一膨胀阀7连接闪发器3的入口，闪发器3的下部出口通过第二膨胀阀8连接蒸发器2的入口，蒸发器2的出口连接涡旋式压缩机1的吸气口104。

上述利用上述兼具补气和中间排气功能的涡旋式压缩机1的热泵系统，其工作过程如下：

当热泵系统工作环境温度降低时，压缩机吸气比容增加，制冷剂质量流量下降，排气温度升高，影响系统的正常运行，此时关闭第一截止阀5，打开第二截止阀6，实行中间补气功能。经过冷凝器4冷凝之后的工质，首先经过第一膨胀阀7进行节流，然后进入闪发器3进行气液分离，气体工质流经第二截止阀6，通过补气口108再次进入涡旋式压缩机1，增加了工质流量，降低排气温度，保障热泵系统的正常运行，液体工质则通过第二膨胀阀8进行二次节流，之后进入蒸发器2实现热交换，再由涡旋式压缩机1吸入，实现热泵循环。

当热泵系统环境温度升高时，吸气温度上升，排气温度升高，影响系统的正常运行，此时关闭第二截止阀6，打开第一截止阀5，实行中间排气功能。当压缩过程中中间排气孔105处的工作腔压力大于中间排气管9的压力时，中间排气孔105与中间排气管9连接处的弹簧片10由于压力而打开，实现提前排气，部分工质流通过中间排气管9进入冷凝器4，直到工作腔内压力与中间排气管9压力平衡，弹簧片10闭合，使涡旋式压缩机1内压力与排气压力保持平衡。当一次中间排气结束，直至压缩过程结束后，不再出现排气压力过高情况时，只开启设置在1/3压缩行程的端板上的中间排气孔即可。当一次中间排气结束后，在继续压缩的过程中，仍出现压力过高情况时，2/3压缩行程的端板上中间排气孔开始工作，进行中间排气过程。通过提前排气，保证涡旋式压缩机1内压力始终不大于排气压力的目的，避免过压缩的情况出现，提升压缩机效率。冷凝器4后的工质经过第一膨胀阀7和第二膨胀阀8节流，进入蒸发器2，实现热交换，再由涡旋式压缩机1吸入，实现热泵循环。

尽管上面结合附图和优选实施例对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种兼具补气和中间排气功能的涡旋式压缩机，包括在机体内依次连接的控制部分、电机部分和压缩部分，所述压缩部分设置有一对对称设置的涡旋盘，分别为静涡旋盘和动涡旋盘，所述静涡旋盘设置有吸气口和排气口，其特征在于，所述静涡旋盘起密封作用的端板上设置中间排气孔和中间补气孔。

2.根据权利要求1所述的一种兼具补气和中间排气功能的涡旋式压缩机，其特征在于，所述中间排气孔的数量为四个，四个所述中间排气孔分为两组分别设置在1/3压缩行程的端板上和2/3压缩行程的端板上，每组的两个所述中间排气孔以压缩机横轴为对称轴对称设置。

3.根据权利要求1或2所述的一种兼具补气和中间排气功能的涡旋式压缩机，其特征在于，所述中间排气孔设有弹簧片；当涡旋式压缩机内压力较低时，所述弹簧片处于关闭状态，中间排气孔不起作用；当涡旋式压缩机内压力高于其正常工作压力时，所述弹簧片处于开启状态，部分工质通过所述中间排气孔排出涡旋式压缩机直至当压力达到正常时，所述中间排气孔关闭。

4.根据权利要求1所述的一种兼具补气和中间排气功能的涡旋式压缩机，其特征在于，所述中间补气孔的数量为两个，两个所述中间补气孔均设置在1/2压缩行程的端板上，并以压缩机横轴为对称轴对称设置。

5.一种应用如权利要求1-4中任一项所述兼具补气和中间排气功能的涡旋式压缩机的热泵系统，其特征在于，包括所述涡旋式压缩机、蒸发器、闪发器、冷凝器、第一截止阀、第二截止阀、第一膨胀阀、第二膨胀阀、中间排气管；

所述涡旋式压缩机的所述排气口连接所述冷凝器的入口，所述涡旋式压缩机的所述中间排气孔均通过所述第一截止阀连接所述冷凝器的入口，所述涡旋式压缩机的所述中间补气孔均通过所述第二截止阀连接所述闪发器的上部出口，所述冷凝器的出口通过所述第一膨胀阀连接所述闪发器的入口，所述闪发器的下部出口通过所述第二膨胀阀连接所述蒸发器的入口，所述蒸发器的出口连接所述涡旋式压缩机的所述吸气口。