CN112940682B - 一种适用于Linde-Hampson型节流制冷机的压缩机 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种制冷剂组合物、混合工质及压缩机，涉及制冷技术领域，由乙烯和丁烷在常温下进行物理混合，组分一：乙烯，其含量基于组合物重量为20wt％～50wt％；组分二：丁烷，其含量基于组合物重量为50wt％～80wt％；所述组分二为正丁烷、异丁烷中的至少一种。得到相应的制冷剂组合物，在单级压缩机中能够使得系统的沸点温度更低，从而能够达到较低的制冷温度。

Description

一种适用于Linde-Hampson型节流制冷机的压缩机
技术领域
本公开涉及制冷技术领域，特别涉及一种制冷剂组合物、混合工质及压缩机。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
随着社会和科学技术的发展，特别是近两年，通过两级复叠制冷温度在-70℃～-86℃的设备比较多，实现更低温度的设备较为少见。两级复叠的基本原理是利用一个高温级制冷系统，其蒸发器用来冷却低温级制冷系统的冷凝器，以实现低温级的冷凝压力达到合理的水平(1.0～1.5MPa)，从而获得较低的制冷温度。其中每一级均是一个独立的制冷循环。
发明人发现，通常高温级一般采用R401、R4O4A、R22、R290等制冷剂，其蒸发温度在-30℃～-45℃之间。低温级通常采用R13、R508B、R23、R170等一个标准大气压下蒸发温度在-78℃～-90℃之间的制冷剂。所采用的压缩机的压缩比在为12以下，而要达到-90℃～-100℃的低温，采用R13、R508B、R23、R170等制冷剂通常无法实现。如果采用R1150(乙烯)，其在-40℃时的冷凝压力为1.45MPa，如果此时系统中的蒸发温度为-100℃，则蒸发压力为0.11MPa，压缩机此时的压缩比为13。实际情况下，高温级的蒸发器带负载时往往在-40℃以上，且热交换过程中有3～5℃温度差，低温级的冷凝压力远远超过1.45MPa，这样压缩机的压缩比往往要求达到14以上，通常的低温型压缩机难以承受。所以，在使用两级复叠系统及普通低温型压缩机的情况下，在现有的常规的低温制冷剂中较难找到满足需求的制冷剂。而要达到这个温度区域，要通过三级制冷系统、自动复叠制冷系统或其它方式来实现，成本将大大增加。
发明内容
本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种制冷剂组合物、混合工质及压缩机，由乙烯和丁烷在常温下进行物理混合，得到相应的制冷剂组合物，在单级压缩机中能够使得系统的沸点温度更低，从而能够达到较低的制冷温度。
本公开的第一目的是提供一种制冷剂组合物，采用以下技术方案：
由以下组分组成:
组分一：乙烯，其含量基于组合物重量为20wt％～50wt％；
组分二：丁烷，其含量基于组合物重量为50wt％～80wt％。
进一步地，所述组分二为正丁烷、异丁烷中的至少一种。
进一步地，基于组合物的重量，所述组分二的重量为55wt％～65wt％。
进一步地，基于组合物的重量，所述组分一的重量为50wt％。
本公开的第二目的是提供一种混合工质，利用如上所述的制冷剂组合物。
本公开的第三目的是提供一种压缩机，所述压缩机内采用如上所述的制冷剂组合物。
进一步地，包括壳体、汽缸和驱动电机，驱动电机通过曲柄连杆机构连接汽缸，汽缸、驱动电机和曲柄连杆机构均布置在壳体内。
进一步地，所述壳体内设有支架，驱动电机、汽缸均安装在支架上，曲柄连杆机构包括曲柄和连杆，曲柄一端连接驱动电机输出端，连杆远离曲柄的一端连接汽缸活塞。
进一步地，所述曲柄远离驱动电机的一端为曲柄副轴，曲柄副轴通过轴承安装在支架上，曲柄副轴上设有两个油孔，两个油孔均连通储油孔。
进一步地，所述汽缸配合有汽缸盖，汽缸盖为一体成型结构。
与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：
(1)由乙烯和丁烷在常温下进行物理混合，得到相应的制冷剂组合物，在单级压缩机中能够使得系统的沸点温度更低，从而能够达到较低的制冷温度。
(2)当压缩机运行时，曲轴副轴旋转，冷冻机油会从主级油孔和次级油孔进入曲轴副轴与外轴承配合面，起到润滑的作用。
(3)当压缩机再次启动时，储油孔中的冷冻机油会直接润滑副轴与外轴承，而无需等待底壳底部冷冻机油上升至副轴，缩短副轴出油时间，降低压缩机启动时的无油摩擦风险，提高压缩机可靠性。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例1、2、3中利用制冷剂组合物的制冷剂的原理示意图；
图2为本公开实施例3中压缩机的结构示意图；
图3为本公开实施例3中压缩机剖面示意图；
图4是本公开实施例3中压缩机内部的结构示意图；
图5是本公开实施例3中压缩机内部的俯视结构示意图。
图中，1.上壳，2.下壳，3.继电器支架，4.机脚，5.外轴承，6.转子，7.定子，8.密封接线柱，9.活塞，10.连杆，11.活塞销，12.汽缸盖，13.吸气消音器，14.储油孔，15.次级油孔，16.曲轴副轴，17.主级油孔，18.下支撑，19.内排气管
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅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设备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公开的限制。
正如背景技术中所介绍的，现有技术中在使用两级复叠系统及普通低温型压缩机的情况下，在现有的常规的低温制冷剂中较难找到满足需求的制冷剂；针对上述问题，本公开提出了一种制冷剂组合物、混合工质及压缩机。
实施例1
本公开的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供一种制冷剂组合物。
适用于Linde-Hampson型节流制冷机(简称LHR)，适用于单机压缩制冷系统，不需要采用两级压缩。
异丁烷\丁烷的加入，可以有效降低系统排气压力。单机压缩制冷系统的能效系数更高，制造更加简单。
包含多种制冷剂，且通过发挥各制冷剂之间的协同作用，使得制冷剂具有较低的蒸发温度、较低的排气压力、较低的排气温度以及较高的单位体积制冷量。
制冷剂组合物包括乙烯和第二种组分，第二种组分选用正丁烷和异丁烷中的至少一种。
具体的，由以下组分组成:
组分一：乙烯，其含量基于组合物重量为20wt％～50wt％；
组分二：丁烷，其含量基于组合物重量为50wt％～80wt％。
上述组分均为碳氢制冷剂，臭氧消耗潜能值(ODP)为0，具有极低的GWP值，且在制冷过程中不会产生对环境不利的物质，因而具有优良的环保性。
其中，对于各个组分的基本参数如表1所示：
表1
Figure GDA0003354442290000051
对于丁烷的选择，按照重量份计，制冷剂组合物包括20～50份乙烯及80～50份正丁烷。相比于其他范围，将正丁烷的用量限制在上述范围内有利于进一步降低混合工质的排气温度，降低混合工质排气压力，提升混合工质单位体积制冷量。
或者，按照重量份计，制冷剂组合物包括20～50份乙烯及80～50份异丁烷。相比于其他范围，将异丁烷的用量限制在上述范围内有利于进一步降低混合工质的排气温度，降低混合工质的排气压力，提升混合工质单位体积制冷量。
或者，按照重量份计，制冷剂组合物包括20～50份乙烯及80～50份丁烷，其中丁烷为正丁烷与异丁烷的混合物。相比于其他范围，将丁烷的整体用量限制在上述范围内有利于进一步降低混合工质的排气温度，降低混合工质的排气压力，提升混合工质单位体积制冷量。
进一步地，基于组合物的重量，所述组分二的重量为55wt％～65wt％。
进一步地，基于组合物的重量，所述组分一的重量为50wt％。
具体的，采用如图1中的LHR型制冷装置，进行测试：
取65％的异丁烷，35％的乙烯，在常温下均匀混合后作为制冷剂，其冷凝压力为1.59MPa，拉温深度为-82℃；
取65％的丁烷，35％的乙烯，在常温下均匀混合后作为制冷剂，其冷凝压力为1.42MPa,拉温深度为-85℃；
取55％的异丁烷，45％的乙烯，在常温下均匀混合后作为制冷剂，器冷凝压力为2.01MPa,拉温深度为-84℃。
实施例2
本公开的另一典型实施方式，提出了一种混合工质。
所述混合工质包括如实施例1中所述的制冷剂组合物，并将混合工质充入制冷系统中作为制冷工质。
在其他的实施方式中，还可以根据需求在混合工质中增加其他添加剂，以适应不同压缩机的运行需求，提高压缩机运行的稳定性等。
实施例3
本公开的再一实施方式中，如图1-图5所示，提出了一种压缩机，采用如实施例1中所述的制冷剂组合物。
包括壳体、汽缸和驱动电机，驱动电机通过曲柄连杆机构连接汽缸，汽缸、驱动电机和曲柄连杆机构均布置在壳体内。
所述壳体内设有支架，驱动电机、汽缸均安装在支架上，曲柄连杆机构包括曲柄和连杆10，曲柄一端连接驱动电机输出端，驱动电机的另一端连接下支撑18，连杆远离曲柄的一端连接汽缸活塞。
壳体包括上壳1和下壳2，上壳和下壳组合形成腔体，用于容纳其他元件；下壳底部设有机脚4，用于配合螺栓将壳体固定在外部结构上；下壳侧面设有继电器支架3，用于安装继电器。
电动机的接线端连接密封接线柱8，通过密封接线柱与外部电源电连。
驱动电机包括转子6和定子7，转子输出端连接曲柄，另一端转动连接下支撑18；通过设计更优的电机启动力矩与效率，提高电机效率，降低压缩机电机温度。提升压缩机可靠性。
汽缸包括活塞9、缸体，活塞滑动安装在缸体内，连杆一端通过活塞销11连接活塞；所述汽缸配合有汽缸盖12，汽缸盖为一体成型结构；气缸连接有内排气管19。
汽缸盖采用一体式压铸成型方式，高强度结构形式可满足超高压力工况；对汽缸盖配合面采用精磨加工工艺，使得汽缸盖密封性更强，从而提升阀组气密性，降低压缩机泄露，提高压缩机的容积效率，降低压缩机的摩擦功，降低压缩机排气温度。
壳体内部还安装有吸气消音器13，材料选用PPS材料，可满足缸头高温环境；所述曲柄远离驱动电机的一端为曲柄副轴16，曲柄副轴通过外轴承5安装在支架上，曲柄副轴上设有两个油孔，分别为主级油孔17和次级油孔15，两个油孔均连通储油孔14。
当压缩机运行时，曲轴副轴旋转，冷冻机油会从主级油孔和次级油孔进入曲轴副轴与外轴承配合面，起到润滑的作用；冷冻机油通过次级油孔时有会先将储油孔底部填满，再润滑副轴和外轴承；当压缩机再次启动时，储油孔中的冷冻机油会直接润滑副轴与外轴承，而无需等待底壳底部冷冻机油上升至副轴，这样可缩短副轴出油时间，降低压缩机启动时的无油摩擦风险，提高压缩机可靠性。
实施例4
基于实施例1的技术方案，将正丁烷(R600)和乙烯(R1150)两种组分以在常温液相下按照80:20的质量百分比进行物理混合作为制冷剂。
实施例5：
基于实施例1的技术方案，将正丁烷(R600)和乙烯(R1150)两种组分以在常温液相下按照70:30的质量百分比进行物理混合作为制冷剂。
实施例6：
基于实施例1的技术方案，将正丁烷(R600)和乙烯(R1150)两种组分以在常温液相下按照60:40的质量百分比进行物理混合作为制冷剂。
实施例7：
基于实施例1的技术方案，将将正丁烷(R600)和乙烯(R1150)两种组分以在常温液相下按照50:50的质量百分比进行物理混合作为制冷剂。
实施例8：
基于实施例1的技术方案，将异丁烷(R600a)和乙烯(R1150)两种组分以在常温液相下按照80:20的质量百分比进行物理混合作为制冷剂。
实施例9：
基于实施例1的技术方案，将异丁烷(R600a)和乙烯(R1150)两种组分以在常温液相下按照70:30的质量百分比进行物理混合作为制冷剂。
实施例10：
基于实施例1的技术方案，将异丁烷(R600a)和乙烯(R1150)两种组分以在常温液相下按照60:40的质量百分比进行物理混合作为制冷剂。
实施例11：
基于实施例1的技术方案，将异丁烷(R600a)和乙烯(R1150)两种组分以在常温液相下按照50:50的质量百分比进行物理混合作为制冷剂。
实施例4至11中制得的混合工质性能参数见表2。
表2
Figure GDA0003354442290000091
注：滑移温度为标准大气压下泡点温度与露点温度差值
由表2可知，本公开提供的混合工质沸点低，能达到较低的制冷温度。
在制冷工况下(即蒸发温度为-80℃，冷凝温度为40℃，过冷温度为32.2℃，吸气温度为32.2℃)，上述实施例4至11热力参数的对比结果见表3。
表3
Figure GDA0003354442290000101
由表3可知，本发明提供的混合工质排气压力小，排气温度低，具有较高的单位体积制冷量。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种适用于Linde-Hampson型节流制冷机的压缩机，包括一种制冷剂组合物,由以下组分组成:
组分一：乙烯，其含量基于组合物重量为20wt％～50wt％；
组分二：丁烷，其含量基于组合物重量为50wt％～80wt％；
其特征在于，所述压缩机为单级压缩机，包括壳体、汽缸和驱动电机，驱动电机通过曲柄连杆机构连接汽缸，汽缸、驱动电机和曲柄连杆机构均布置在壳体内，所述壳体内设有支架，驱动电机、汽缸均安装在支架上，曲柄连杆机构包括曲柄和连杆，所述曲柄远离驱动电机的一端为曲柄副轴，曲柄副轴通过轴承安装在支架上，曲柄一端连接驱动电机输出端，驱动电机的另一端连接下支撑，连杆远离曲柄的一端连接汽缸活塞，曲柄副轴上设有两个油孔，两个油孔均连通储油孔，驱动电机包括转子和定子，转子输出端连接曲柄，另一端转动连接下支撑，汽缸盖采用一体式压铸成型方式。
2.如权利要求1所述的一种适用于Linde-Hampson型节流制冷机的压缩机，其特征在于，所述制冷剂组合物的组分二为正丁烷、异丁烷中的至少一种。
3.如权利要求1所述的一种适用于Linde-Hampson型节流制冷机的压缩机，其特征在于，基于组合物的重量，所述组分二的重量为55wt％～65wt％。
4.如权利要求1所述的一种适用于Linde-Hampson型节流制冷机的压缩机，其特征在于，基于组合物的重量，所述组分一的重量为50wt％。
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