CN110608555A - 气缸、冷却回路、控制方法、压缩机及空调系统 - Google Patents

气缸、冷却回路、控制方法、压缩机及空调系统 Download PDF

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CN110608555A CN201910942325.4A CN201910942325A CN110608555A CN 110608555 A CN110608555 A CN 110608555A CN 201910942325 A CN201910942325 A CN 201910942325A CN 110608555 A CN110608555 A CN 110608555A
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cooling
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inlet
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刘喜兴
梁社兵
徐嘉
杜忠诚
邓丽颖
郭婷婷
刘国良
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Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
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    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems

Abstract

本发明提供一种气缸、冷却回路、控制方法、压缩机及空调系统，气缸的气缸本体上设有气缸吸气口；冷却结构设置在气缸本体上，冷却结构包括依次连通的流道入口、冷却流道、流道出口；流道入口、流道出口设置在靠近气缸吸气口的气缸外壁本体上。本发明的具有冷却结构的气缸使压缩机压缩终了点接近于等温压缩点，减低压缩机的功耗。泵体能够工作在较低的温度下，有利于提高冷冻油的密封性能，降低泄漏；提升泵体吸气量，从而增大排气流量，进而增大通过冷凝器中的制冷剂流量，提升了系统的制热能力；接近等温压缩使得排气温度降低，降低电机退磁风险，提升电机可靠性，电机效率可以进一步提升。

Description

气缸、冷却回路、控制方法、压缩机及空调系统
技术领域
本发明属于压缩机技术领域，具体涉及一种气缸、冷却回路、控制方法、压缩机及空调系统。
背景技术
根据理想气体状态方程，压缩机在吸气状态下，吸气压力与冷媒摩尔质量及吸气温度的乘机成正比，由于压缩过程中势必伴随着温度的升高，温度升高又反向作用于吸气过程，导致吸气温度升高、吸气密度降低，从而导致吸气量降低，进而压缩机吸气容积效率远远小于100％。如果压缩机压缩过程保持为等熵压缩，即压缩过程温度不变，那么压缩机吸气状态可保证为设定的吸气状态，压缩机吸气容积利用率可达到100％。吸气容积利用率，指泵腔吸气量与理论容积的比值。
根据以上分析，让压缩机压缩过程温度不变或尽可能减低温升是提高压缩机吸气利用率的有效途径。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是压缩机压缩过程温度升高导致吸气容积效率低，从而提供一种气缸、冷却回路、控制方法、压缩机及空调系统。
为了解决上述问题，本发明提供一种气缸，包括：
气缸本体，气缸本体上设有气缸吸气口；
冷却结构，冷却结构设置在气缸本体上，冷却结构包括依次连通的流道入口、冷却流道、流道出口；流道入口、流道出口设置在靠近气缸吸气口的气缸外壁本体上。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选地，冷却流道包括第一冷却流道、第二冷却流道、连接通道，第一冷却流道设置在气缸本体的第一端面，第二冷却流道设置在气缸本体的第二端面，第一冷却流道、第二冷却流道通过连接通道连通。
优选地，第一冷却流道包括入口段、第一环形段，入口段的宽度为l1，流道入口的直径为d1，l1/d1≥1.1，和/或第二冷却流道包括出口段、第二环形段，出口段的宽度为l2，流道出口的直径为d2，l2/d2≥1.1。
优选地，第一冷却流道的深度为h1，h1/H＝0.35；和/或第二冷却流道的深度为h2，h2/H＝0.35。
优选地，连接通道的直径为d3，第一环形段的内径为D2，第一环形段的外径为D3，d3≥0.55(D3-D2)，和/或第二环形段的内径为D4，第二环形段的外径为D5，d3≥0.55(D5-D4)。
一种采用气缸的冷却回路，包括：第一管路，第一管路一端连通至流道入口，第一管路的另一端连通至制冷系统中的冷凝器的出口；第二管路，第二管路一端连通至流道出口，第二管路的另一端连通至制冷系统中的冷凝器的入口。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选地，第一管路上设有第一截止阀，第二管路上设有第二截止阀。
优选地，第一管路上设有第一截止阀，第二管路的另一端连通至制冷系统中的蒸发器的入口，第二管路依次连通有辅助换热器、毛细管、第二截止阀。
优选地，辅助换热器设置在制冷系统中的冷凝器上，用于冷凝器的除霜。
优选地，第一管路设有第一截止阀，第一管路的另一端连通至制冷系统中的节流阀的出口，第二管路的另一端分为两路，一路通过第二截止阀连通至蒸发器的入口，另一路通过第三截止阀连通至蒸发器的出口。
优选地，制冷系统中的蒸发器的出口设有第一温度检测装置，第一温度检测装置用于检测蒸发器流出冷媒的温度T1，第二管路上设有第二温度检测装置，第二温度检测装置用于检测流道出口流出的冷媒的温度T2。
优选地，第一管路上还设有第一单向阀，第二管路上还设有第二单向阀。
一种采用冷却回路的控制方法，包括：运行冷却模式时，打开第一截止阀、第二截止阀，高压低温的冷媒通过第一截止阀进入冷却结构，经与气缸换热，冷媒变为高压高温状态，通过第二截止阀进入冷凝器的入口。
一种冷却回路的控制方法，包括：运行冷却模式时，打开第一截止阀、第二截止阀，高压低温的冷媒通过第一截止阀进入冷却结构，经与气缸换热，冷媒变为高压高温状态，依次通过辅助换热器、毛细管、第二截止阀进入蒸发器的入口。
一种采用冷却回路的控制方法，包括：运行冷却模式时，打开第一截止阀、第二截止阀，低压低温的冷媒通过第一截止阀进入冷却结构，经与气缸换热，冷媒变为低压高温状态，并分别通过第二截止阀进入蒸发器的入口，通过第三截止阀进入蒸发器的出口。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选地，当T2＞T1时，关闭第三截止阀，第二截止阀保持打开，低压高温的冷媒通过第二截止阀进入蒸发器的入口；
当T2＜T1时，关闭第二截止阀，第三截止阀保持打开，低压高温的冷媒通过第三截止阀进入蒸发器的出口。
一种压缩机，采用上述气缸，或采用上述的冷却回路，或采用上述的冷却回路的控制方法。
优选地，压缩机还包括活塞及活塞套，活塞安装在活塞套内，活塞套安装在气缸内，气缸连接有曲轴，气缸本体的第一端面上安装有第一法兰，第二端面上安装有限位板及第二法兰。
一种空调系统，采用上述气缸，或采用上述的冷却回路，或采用上述的冷却回路的控制方法。
本发明提供的气缸、冷却回路、控制方法、压缩机及空调系统至少具有下列有益效果：
本发明的具有冷却结构的气缸使压缩机压缩终了点接近于等温压缩点，减低压缩机的功耗。泵体能够工作在较低的温度下，有利于提高冷冻油的密封性能，降低泄漏；提升泵体吸气量，从而增大排气流量，进而增大通过冷凝器中的制冷剂流量，提升了系统的制热能力；接近等温压缩使得排气温度降低，降低电机退磁风险，提升电机可靠性，电机效率可以进一步提升。
附图说明
图1为本发明实施例的气缸的结构示意图；
图2为本发明实施例的气缸第一端面及流道入口透视图；
图3为本发明实施例的气缸第二端面及流道出口透视图；
图4为本发明实施例与现有技术运行的压-焓图；
图5为本发明实施例一的气缸冷却回路示意图；
图6为本发明实施例二的气缸冷却回路示意图；
图7为本发明实施例三的气缸冷却回路示意图；
图8为本发明实施例的压缩机结构爆炸图。
附图标记表示为：
1、气缸本体；1-1、第一端面；1-2、第二端面；1-3、气缸吸气口；2、冷却结构；3、流道入口；4、流道出口；5、压缩机；6、节流阀；7、连接通道；8、入口段；9、第一环形段；10、第二环形段；11、出口段；12、第一管路；13、第二管路；14、冷凝器；15、第一截止阀；16、第二截止阀；17、辅助换热器；18、毛细管；19、第三截止阀；20、蒸发器；21、第一单向阀；22、第二单向阀；23、第一温度检测装置；24、第二温度检测装置；26、活塞；27、活塞套；28、曲轴；30、制冷系统；31、第一法兰；32、限位板；33、第二法兰。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1至图3所示，本发明实施例提供了一种气缸，包括：气缸本体1，气缸本体1上设有气缸吸气口1-3；冷却结构2，冷却结构2设置在气缸本体1上，冷却结构2包括依次连通的流道入口3、冷却流道、流道出口4；流道入口3、流道出口4设置在靠近气缸吸气口1-3的气缸外壁本体上。
本实施例的气缸使压缩机压缩终了点接近于等温压缩点，减低压缩机的功耗。泵体能够工作在较低的温度下，有利于提高冷冻油的密封性能，降低泄漏；提升泵体吸气量，从而增大排气流量，进而增大通过冷凝器中的制冷剂流量，提升了系统的制热能力；接近等温压缩使得排气温度降低，降低电机退磁风险，提升电机可靠性，电机效率可以进一步提升。
本实施例中，冷却流道包括第一冷却流道、第二冷却流道、连接通道7，第一冷却流道设置在气缸本体1的第一端面1-1，第二冷却流道设置在气缸本体1的第二端面1-2，第一冷却流道、第二冷却流道通过连接通道7连通。冷媒由流道入口3流入，先沿第一冷却流道流动，流至第一冷却流道的末端沿连接通道7流至第二冷却流道，沿第二冷却流道流至流道出口4。连接通道7沿轴向设置，也可以为倾斜设置。
本实施例中，为了达到较好冷却效果，第一冷却流道包括入口段8、第一环形段9，入口段8的宽度为l1，流道入口3的直径为d1，l1/d1≥1.1，和/或第二冷却流道包括出口段11、第二环形段10，出口段11的宽度为l2，流道出口4的直径为d2，l2/d2≥1.1。第一冷却流道的深度为h1，h1/H＝0.35；和/或第二冷却流道的深度为h2，h2/H＝0.35。
为了保证气缸具备合理的强度要求，连接通道7的直径为d3，第一环形段9的内径为D2，第一环形段9的外径为D3，d3≥0.55(D3-D2)，和/或第二环形段10的内径为D4，第二环形段10的外径为D5，d3≥0.55(D5-D4)。
图4为本申请与常规系统运行的压-焓图对比，a点为本发明能够达到的压缩终了点焓值，b点为常规系统压缩终了点焓值，a点与理论等温压缩点c更为接近，根据理想气体状态方程，PV＝nRT，可求得:
式(1)中，P为吸气压力，M为冷媒摩尔质量，R气体常数，T为吸气温度。可知，吸气密度与吸气温度成反比，由于吸气体积是固定的，则吸气密度越大吸气质量就越大，提升系统制热量，同时排气温度更靠近饱和蒸汽线，温度更低，有效降低了制热大压比运行时的排气温度，提升了压缩机可靠性。
结合图5所示，本发明实施例一提供了一种采用气缸的冷却回路，冷媒则采用制冷系统30中高压低温冷媒，包括：第一管路12，第一管路12一端连通至流道入口3，第一管路12的另一端连通至制冷系统30中的冷凝器14的出口；第二管路13，第二管路13一端连通至流道出口4，第二管路13的另一端连通至制冷系统30中的冷凝器14的入口，第一管路12上设有第一截止阀15，第二管路13上设有第二截止阀16。通过两个截止阀的开闭可以实现冷却结构2的通断控制。同时第一管路12上还设有第一单向阀21，第二管路13上还设有第二单向阀22。
整个冷却流路在两个单向阀之间可看成是定容过程，冷媒经过泵体升温，导致压力升高，因此泵体降温循环可看成理想气体的定容过程，循环内存在压差，可实现冷媒流动。
基于实施例一的冷却回路，制冷系统30中的冷媒沿箭头A所示方向流动；气缸的冷却控制方法包括：
当运行冷却模式时，打开第一截止阀15、第二截止阀16，高压低温的冷媒通过第一截止阀15进入冷却结构2，经与气缸换热，冷媒变为高压高温状态，通过第二截止阀16进入冷凝器14的入口；
当不需要冷却模式时，关闭第一截止阀15、第二截止阀16，断开冷却流路。
运行泵体冷却模式能够保证空调运行在高排气温度工况下的压缩机可靠性及系统性能。
结合图6所示，本发明实施例二提供的一种采用气缸的冷却回路，冷媒也采用制冷系统30中高压低温冷媒，第一管路12一端连通至流道入口3，第一管路12的另一端连通至制冷系统30中的冷凝器14的出口，第一管路12上设有第一截止阀15，第二管路13一端连通至流道出口4，第二管路13的另一端连通至制冷系统30中的蒸发器20的入口，第二管路13依次连通有辅助换热器17、毛细管18、第二截止阀16。第一管路12上还设有第一单向阀21，第二管路13上还设有第二单向阀22。毛细管18用于液流的节流。
在实施例一的基础上，实施例二优化了泵体冷却流出流路，在第二单向阀22后依次安装辅助换热器17和毛细管18，第二管路13与冷凝器14并联布置，通过第一截止阀15和第二截止阀16的开闭实现泵体冷却管路的通断控制。
基于实施例二的冷却回路，制冷系统30中的冷媒沿箭头A所示方向流动；气缸的冷却控制方法包括：
当运行冷却模式时，打开第一截止阀15、第二截止阀16，高压低温的冷媒通过第一截止阀15进入冷却结构2，经与气缸换热，冷媒变为高压高温状态，依次通过辅助换热器17、毛细管18、第二截止阀16进入蒸发器20的入口，高压高温冷媒与经过节流阀6流出的低温低压冷媒混合进入蒸发器20。
当运行常规模式时，关闭第一截止阀15和第二截止阀16，断开冷却流路。
本实施例中，辅助换热器17设置在制冷系统30中的冷凝器14上，用于冷凝器14的除霜。当系统运行制热模式时，冷凝器14作为蒸发器使用，出现结霜问题，此时辅助换热器17仍然如高压高温冷媒，通过与冷凝器14配合，达到除霜目的，系统不必在额外运行除霜模式，简化系统逻辑，提升系统能效。
结合图7所示，本发明实施例三提供了一种采用气缸的冷却回路，冷媒则采用制冷系统30中低压低温冷媒，第一管路12设有第一截止阀15，第一管路12的另一端连通至制冷系统30中的蒸发器20的入口，第二管路13的另一端分为两路，一路通过第二截止阀16连通至蒸发器20的入口，另一路通过第三截止阀19连通至蒸发器20的出口，第一管路12上还设有第一单向阀21，第二管路13上还设有第二单向阀22。制冷系统30中的蒸发器20的出口设有第一温度检测装置23，第一温度检测装置23用于检测蒸发器20流出冷媒的温度T1，第二管路13上设有第二温度检测装置24，第二温度检测装置24用于检测流道出口4流出的冷媒的温度T2。
基于实施例三的冷却回路，制冷系统30中的冷媒沿箭头A所示方向流动；气缸的冷却控制方法包括：
运行冷却模式时，打开第一截止阀15、第二截止阀16、第三截止阀19，低压低温的冷媒通过第一截止阀15进入冷却结构2，经与气缸换热，冷媒变为低压高温状态，并分别通过第二截止阀16进入蒸发器20的入口，通过第三截止阀19进入蒸发器20的出口。
当T2＞T1时，关闭第三截止阀19，第二截止阀16保持打开，低压高温的冷媒通过第二截止阀16进入蒸发器20的入口；
当T2＜T1时，关闭第二截止阀16，第三截止阀19保持打开，低压高温的冷媒通过第三截止阀19进入蒸发器20的出口。
当运行泵体常规模式时，关闭第一截止阀15、第二截止阀16、第三截止阀19，断开冷却流路。
结合图8所示，一种压缩机5，采用上述气缸，或采用上述的冷却回路，或采用上述的冷却回路的控制方法。
本实施例中，压缩机5还包括活塞26及活塞套27，活塞26安装在活塞套27内，活塞套27安装在气缸内，气缸连接有曲轴28，气缸本体1的第一端面1-1上安装有第一法兰31，第二端面1-2上安装有限位板32及第二法兰33。
本发明冷却方案可应用于单缸转子压缩机结构，尤其适用于大缸高、大排量的单缸转子压缩机，提升压缩机可靠性及性能；还可应用于双缸或多缸转子压缩机结构，冷却方案可应用在单独一个气缸上，也可采用并联方式应用于多个气缸上，亦可采用串联结构应用于多个气缸上。
一种空调系统，采用上述的气缸，或采用上述的冷却回路，或采用上述的冷却回路的控制方法。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种气缸，其特征在于，包括：
气缸本体(1)，所述气缸本体(1)上设有气缸吸气口(1-3)；
冷却结构(2)，所述冷却结构(2)设置在所述气缸本体(1)上，所述冷却结构(2)包括依次连通的流道入口(3)、冷却流道、流道出口(4)；所述流道入口(3)、流道出口(4)设置在靠近所述气缸吸气口(1-3)的气缸本体(1)外壁上。
2.根据权利要求1所述的气缸，其特征在于，所述冷却流道包括第一冷却流道、第二冷却流道、连接通道(7)，所述第一冷却流道设置在所述气缸本体(1)的第一端面(1-1)，所述第二冷却流道设置在所述气缸本体(1)的第二端面(1-2)，所述第一冷却流道、第二冷却流道通过所述连接通道(7)连通。
3.根据权利要求2所述的气缸，其特征在于，所述第一冷却流道包括入口段(8)、第一环形段(9)，所述入口段(8)的宽度为l1，所述流道入口(3)的直径为d1，l1/d1≥1.1，和/或所述第二冷却流道包括出口段(11)、第二环形段(10)，所述出口段(11)的宽度为l2，所述流道出口(4)的直径为d2，l2/d2≥1.1。
4.根据权利要求3所述的气缸，其特征在于，所述第一冷却流道的深度为h1，h1/H＝0.35；和/或所述第二冷却流道的深度为h2，h2/H＝0.35。
5.根据权利要求3所述的气缸，其特征在于，所述连接通道(7)的直径为d3，所述第一环形段(9)的内径为D2，第一环形段(9)的外径为D3，d3≥0.55(D3-D2)，和/或所述第二环形段(10)的内径为D4，第二环形段(10)的外径为D5，d3≥0.55(D5-D4)。
6.一种采用权利要求1-5任一所述的气缸的冷却回路，其特征在于，包括：第一管路(12)，所述第一管路(12)一端连通至所述流道入口(3)，所述第一管路(12)的另一端连通至制冷系统(30)中的冷凝器(14)的出口；第二管路(13)，所述第二管路(13)一端连通至所述流道出口(4)，所述第二管路(13)的另一端连通至制冷系统(30)中的冷凝器(14)的入口。
7.根据权利要求6所述的冷却回路，其特征在于，所述第一管路(12)上设有第一截止阀(15)，所述第二管路(13)上设有第二截止阀(16)。
8.根据权利要求6所述的冷却回路，其特征在于，所述第一管路(12)上设有第一截止阀(15)，所述第二管路(13)的另一端连通至制冷系统(30)中的蒸发器(20)的入口，所述第二管路(13)依次连通有辅助换热器(17)、毛细管(18)、第二截止阀(16)。
9.根据权利要求8所述的冷却回路，其特征在于，所述辅助换热器(17)设置在制冷系统(30)中的冷凝器(14)上，用于所述冷凝器(14)的除霜。
10.根据权利要求6所述的冷却回路，其特征在于，所述第一管路(12)设有第一截止阀(15)，所述第一管路(12)的另一端连通至制冷系统(30)中的节流阀(6)的出口，所述第二管路(13)的另一端分为两路，一路通过第二截止阀(16)连通至蒸发器(20)的入口，另一路通过第三截止阀(19)连通至蒸发器(20)的出口。
11.根据权利要求10所述的冷却回路，其特征在于，制冷系统(30)中的蒸发器(20)的出口设有第一温度检测装置(23)，所述第一温度检测装置(23)用于检测所述蒸发器(20)流出冷媒的温度T1，第二管路(13)上设有第二温度检测装置(24)，第二温度检测装置(24)用于检测所述流道出口(4)流出的冷媒的温度T2。
12.根据权利要求6-11任一所述的冷却回路，其特征在于，所述第一管路(12)上还设有第一单向阀(21)，所述第二管路(13)上还设有第二单向阀(22)。
13.一种采用权利要求7的冷却回路的控制方法，其特征在于，包括：运行冷却模式时，打开第一截止阀(15)、第二截止阀(16)，高压低温的冷媒通过第一截止阀(15)进入所述冷却结构(2)，经与所述气缸本体(1)换热，冷媒变为高压高温状态，通过第二截止阀(16)进入所述冷凝器(14)的入口。
14.一种采用权利要求8或9所述的冷却回路的控制方法，其特征在于，包括：运行冷却模式时，打开第一截止阀(15)、第二截止阀(16)，高压低温的冷媒通过第一截止阀(15)进入所述冷却结构(2)，经与所述气缸本体(1)换热，冷媒变为高压高温状态，依次通过辅助换热器(17)、毛细管(18)、第二截止阀(16)进入所述蒸发器(20)的入口。
15.一种采用权利要求11所述的冷却回路的控制方法，其特征在于，包括：运行冷却模式时，打开第一截止阀(15)、第二截止阀(16)，低压低温的冷媒通过第一截止阀(15)进入所述冷却结构(2)，经与所述气缸本体(1)换热，冷媒变为低压高温状态，并分别通过第二截止阀(16)进入蒸发器(20)的入口，通过第三截止阀(19)进入蒸发器(20)的出口。
16.根据权利要求15所述的冷却回路的控制方法，其特征在于，
当T2＞T1时，关闭第三截止阀(19)，第二截止阀(16)保持打开，低压高温的冷媒通过第二截止阀(16)进入蒸发器(20)的入口；
当T2＜T1时，关闭第二截止阀(16)，第三截止阀(19)保持打开，低压高温的冷媒通过第三截止阀(19)进入蒸发器(20)的出口。
17.一种压缩机(5)，其特征在于，采用权利要求1-5任一所述的气缸，或采用权利要求6-12任一所述的冷却回路，或采用权利要求13-16任一所述的冷却回路的控制方法。
18.根据权利要求17所述的压缩机(5)，其特征在于，所述压缩机(5)还包括活塞(26)及活塞套(27)，所述活塞(26)安装在所述活塞套(27)内，所述活塞套(27)安装在所述气缸内，所述气缸连接有曲轴(28)，所述气缸本体(1)的第一端面(1-1)安装有第一法兰(31)，第二端面(1-2)安装有限位板(32)及第二法兰(33)。
19.一种空调系统，其特征在于，采用权利要求1-5任一所述的气缸，或采用权利要求6-12任一所述的冷却回路，或采用权利要求13-16任一所述的冷却回路的控制方法。
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