CN113187727B - 单级压缩机构、转子压缩机和空调装置 - Google Patents

单级压缩机构、转子压缩机和空调装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种单级压缩机构、转子压缩机和空调装置。该单级压缩机构包括壳体，所述壳体上设有第一吸气管、第二吸气管、第一排气管和第二排气管；所述壳体内设有第一气缸和第二气缸，所述第一气缸的第一吸气口与所述第一吸气管连通，第一排气口与所述第一排气管连通；所述第二气缸的第二吸气口与所述第二吸气管连通，所述第二排气口与所述第二排气管连通；所述第一气缸包括压缩缸，所述第二气缸包括气泵缸；所述压缩缸的压缩比大于所述气泵缸的压缩比。在单级压缩机构的壳体内设置作用不同的压缩缸和气泵缸，进行一体化设置，能节省单独设置气泵所需空间，有利于设备的小型化设计，还能减低成本。

Description

单级压缩机构、转子压缩机和空调装置
技术领域
本申请属于数据中心空调设备技术领域，具体涉及一种单级压缩机构、转子压缩机和空调装置。
背景技术
应用于数据中心的冷却设备需要全年不间断运行，除了夏季室外温度较高时必须运行制冷外，在过渡季节及冬季，可以直接利用室外低温冷源给数据中心冷却。利用自然冷源有多种方案，其中热管方案被广泛关注并应用。
现有技术中公开了一种将压缩机和气泵进行并联的机房空调系统，并根据不同室外温度控制压缩机或气泵运行，可以充分利用昼夜、过渡季节和冬季的室外自然冷源，大幅度降低运行能耗，达到节能减排效果。
在过渡季节及冬季，采用气泵驱动替代压缩机运行是一种公认的节能技术方案。但是由于增加独立设置的气泵，增加冷却设备成本的同时，因增设气泵而必须加大设备的整体尺寸，冷却设备的成本进一步增加。另外，由于压缩机和气泵并联设置，系统中润滑油的回油及均油控制变得复杂，如控制不好，将大幅度降低设备的可靠性。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种单级压缩机构、转子压缩机和空调装置，能够将压缩结构和气泵结构一体化设计。
为了解决上述问题，本申请提供一种单级压缩机构，包括：
壳体，所述壳体上设有第一吸气管、第二吸气管、第一排气管和第二排气管；
所述壳体内设有第一气缸和第二气缸，所述第一气缸设有第一吸气口和第一排气口，所述第一吸气口与所述第一吸气管连通，所述第一排气口与所述第一排气管连通；所述第二气缸设有第二吸气口和第二排气口，所述第二吸气口与所述第二吸气管连通，所述第二排气口与所述第二排气管连通；
所述第一气缸包括压缩缸，所述第二气缸包括气泵缸；所述压缩缸的压缩比大于所述气泵缸的压缩比。
可选地，所述第一气缸的压缩比为1.2～12，和/或，所述第二气缸的压缩比为1～1.5。
可选地，所述第一气缸和所述第二气缸的容积比为0.1～10。
可选地，所述单级压缩机构还包括有第一换向装置，所述壳体上还设有进气管和排气管，所述第一换向装置能调控所述第一排气管和所述第二排气管中一个的排气依次流经所述第一换向装置、所述进气管和所述排气管。
可选地，所述单级压缩机构还包括有第二换向装置，所述第一吸气管和所述第二吸气管均与所述第二换向装置连接；所述第二换向装置能调控所述单级压缩机构的进气进入所述第一吸气管或所述第二吸气管。
可选地，所述第一换向装置包括第一四通阀，所述第一四通阀包括第一管、第二管、第三管和第四管，所述第一排气管与所述第一管连通，所述第二排气管与所述第三管连通，所述第四管与所述进气管连通；
所述第二换向装置包括第二四通阀，所述第二四通阀包括第五管、第六管、第七管和第八管，所述第五管与所述第二吸气管连通，所述第六管与所述第二管连通，所述第七管与所述第一吸气管连通。
可选地，所述第一四通阀内所述第一管和所述第二管导通，所述第三管和所述第四管导通时，所述第二四通阀内所述第五管与所述第八管导通，所述第六管和所述第七管导通；或，
所述第一四通阀内所述第一管和所述第四管导通，所述第二管和所述第三管导通时，所述第二四通阀内所述第五管与所述第六管导通，所述第七管和所述第八管导通。
可选地，所述第一排气管和所述第二排气管为一体化设置。
可选地，所述单级压缩机构还包括有控制装置，用于调控所述第一气缸和所述第二气缸中的一个运行，另一个空载。
根据本申请的另一方面，提供了一种转子压缩机，包括如上所述的单级压缩机构。
可选地，所述转子压缩机包括有曲轴，所述第一气缸和所述第二气缸均设在所述曲轴上。
根据本申请的再一方面，提供了一种空调装置，包括如上所述的单级压缩机构或如上所述的转子压缩机。
可选地，所述空调装置还包括有冷凝器、节流装置和蒸发器，所述冷凝器、节流装置、蒸发器和单级压缩机构或转子压缩机为循环连接；所述空调装置还包括有控制阀，所述控制阀与所述节流装置并联连接；在仅由所述第二气缸运行排气时，开启所述节流装置和所述控制阀中的一个；在仅由所述第一气缸运行排气时，开启所述节流装置且关闭所述控制阀。
本申请提供的一种单级压缩机构，包括：壳体，所述壳体上设有第一吸气管、第二吸气管、第一排气管和第二排气管；所述壳体内设有第一气缸和第二气缸，所述第一气缸设有第一吸气口和第一排气口，所述第一吸气口与所述第一吸气管连通，所述第一排气口与所述第一排气管连通；所述第二气缸设有第二吸气口和第二排气口，所述第二吸气口与所述第二吸气管连通，所述第二排气口与所述第二排气管连通；所述第一气缸包括压缩缸，所述第二气缸包括气泵缸；所述压缩缸的压缩比大于所述气泵缸的压缩比。
在单级压缩机构的壳体内设置作用不同的压缩缸和气泵缸，使得单级压缩机构能输出两种不同压缩比的气体，其中压缩缸输出的气体压力大于气泵缸输出的气体压力；由于在压缩缸和气泵缸组合设在同一壳体内，进行一体化设置，能节省单独设置气泵所需空间，有利于设备的小型化设计，还能减低成本。
附图说明
图1为本申请实施例的单级压缩机构的结构示意图；
图2为本申请实施例的空调装置的第一结构示意图；
图3为本申请实施例的单级压缩机构的另一结构原理图；
图4为本申请实施例的空调装置的第二结构示意图。
附图标记表示为：
1、转子压缩机；101、第二吸气管；102、第一吸气管；103、排气管；104、第二排气管；105、第一排气管；106、进气管；11、第一换向装置；111、第一管；112、第二管；113、第三管；114、第四管；12、第二换向装置；121、第五管；122、第六管；123、第七管；124、第八管；13、第一气缸；14、第二气缸；2、冷凝器；3、储油器；4、节流装置；5、电磁阀；6、蒸发器。
具体实施方式
结合参见图1至图4所示，根据本申请的实施例，一种单级压缩机构，包括：
壳体，所述壳体上设有第一吸气管102、第二吸气管101、第一排气管105和第二排气管104；
所述壳体内设有第一气缸13和第二气缸14，所述第一气缸13设有第一吸气口和第一排气口，所述第一吸气口与所述第一吸气管102连通，所述第一排气口与所述第一排气管105连通；所述第二气缸14设有第二吸气口和第二排气口，所述第二吸气口与所述第二吸气管101连通，所述第二排气口与所述第二排气管104连通；
所述第一气缸13包括压缩缸，所述第二气缸14包括气泵缸；所述压缩缸的压缩比大于所述气泵缸的压缩比。
在单级压缩机构的壳体内设置两个不同压缩比的气缸，其中压缩比较大的第一气缸13作为压缩缸，主要起压缩作用，实现压缩机的功能，而压缩比较小的第二气缸14作为气泵缸，主要起泵送气体的作用，实现气泵的功能，将两者组合在同一壳体内，能减少占用空间，能节省单独设置气泵所需空间，有利于设备的小型化设计，还能减低成本。
在一些实施例中，所述第一气缸13的压缩比为1.2～12，和/或，所述第二气缸14的压缩比为1～1.5。
优选采用上述特定范围的压缩比，来实现不同的性能，第一气缸13实现压缩机性能，而第二气缸14实现气泵性能。
常规压缩机的压缩比，最小值一般为1.5～2，最大值为10～11；本申请压缩机构应用于需要全年制冷运行的环境中，室外工况变化范围宽，极端条件下室外冷凝温度可达80℃以上，而室内环境温度保持不变，因此压缩比远高于常规空调用压缩机。
第二气缸起到气泵作用，主要是给系统中制冷剂提供驱动力，在系统负荷小，流动阻力小的情况下，压缩比略大于1即可驱动制冷剂正常流动并换热。在过渡季节，此时室外环境温度高于冬季，制冷剂在室外换热器换热时需要的换热温差大于冬季，因此所需气泵的压力提升较大。1.5是兼顾了极端过渡季节，此时可以是气泵，也可以压缩机运行。
在一些实施例中，第一气缸13和所述第二气缸14的容积比为0.1～10。
在合适的压缩比范围内，优选采用合适的第一气缸13和第二气缸14的容积比，能实现较宽泛环境条件的压缩排气。
采用上述的第一气缸13和第二气缸14的容积比，主要考虑的是房间负荷的变化，夏季房间冷负荷高于冬季，在蒸发压力保持不变的情况下，冬季运行气泵运行所需制冷剂流量小，即气泵容积小；但是如果不能控制冬季运行时的蒸发压力，则随着蒸发压力的降低，吸气比容增大，则气泵所需比容增加，0.5～5是考虑了房间维护结构部分占比。
在一些实施例中，单级压缩机构还包括有第一换向装置11，所述壳体上还设有进气管106和排气管103，所述第一换向装置11能调控所述第一排气管105和所述第二排气管104中一个的排气依次流经所述第一换向装置11、所述进气管106和所述排气管103。
采用第一换向装置11，对第一排气管105或第二排气管104的排气进行选择性地经由壳体上排气管103排出，实现压缩机的高压压缩排气和低压气泵排气的两种功能。
在一些实施例中，单级压缩机构还包括有第二换向装置12，所述第一吸气管102和所述第二吸气管101均与所述第二换向装置12连接；所述第二换向装置12能调控所述单级压缩机构的进气进入所述第一吸气管102或所述第二吸气管101。
为方便调整同一壳体内第一排气管105或第二排气管104中的一个完成排气，也即第一气缸13和第二气缸14虽然同步运转，但其中一个处于空载运转，本申请采用在第一吸气管102或第二吸气管101的上游端设置第二换向装置12，选择性地将进气输送至非空载运转的气缸内。
在一些实施例中，第一换向装置11包括第一四通阀，所述第一四通阀包括第一管111、第二管112、第三管113和第四管114，所述第一排气管105与所述第一管111连通，所述第二排气管104与所述第三管113连通，所述第四管114与所述进气管106连通；
所述第二换向装置12包括第二四通阀，所述第二四通阀包括第五管121、第六管122、第七管123和第八管124，所述第五管121与所述第二吸气管101连通，所述第六管122与所述第二管112连通，所述第七管123与所述第一吸气管102连通。
在对第一换向装置11和第二换向装置12的具体结构上，本申请采用四通阀结构模式，优选为非压差驱动型，利用每个四通阀的四个连接管，与第一气缸13和第二气缸14的吸气排气进行连接，再结合四通阀本身可选择性调控管路的导通作用，可实现第一气缸13和第二气缸14的运行或空载状态。
在一些实施例中，第一四通阀内所述第一管111和所述第二管112导通，所述第三管113和所述第四管114导通时，所述第二四通阀内所述第五管121与所述第八管124导通，所述第六管122和所述第七管123导通；或，
所述第一四通阀内所述第一管111和所述第四管114导通，所述第二管112和所述第三管113导通时，所述第二四通阀内所述第五管121与所述第六管122导通，所述第七管123和所述第八管124导通。
对第一四通阀和第二四通阀的控制过程中，对每个四通阀的内部导通情况进行具体限定，使得气缸能选择地处于两种状态：运行、空载。
在一些实施例中，第一排气管105和所述第二排气管104为一体化设置。
还可在结构上，对两个气缸的排气管进行优化，具体为将第一排气管105和第二排气管104设为一体化结构，具体为第一排气管105和第二排气管104形成一个管道，或设为并排的两管结构，在其中一个气缸处于运行状态时即可实现对应的排气压力，如第一吸气管102进气到第一气缸13的压缩作用，经由第一排气管105排出高压气；第二吸气管101进气到第二气缸14的气泵作用，经由第二排气管104排出低压气；在整个单级压缩机构中，可将一体化排气结构直接作为单级压缩机构的排气管103。
在一些实施例中，单级压缩机构还包括有控制装置，用于调控所述第一气缸13和所述第二气缸14中的一个运行，另一个空载。
为方便控制单级压缩机构内第一气缸13或第二气缸14的稳定运行，采用控制装置对第一气缸13和第二气缸14进行有效控制；控制装置可单独设置，也可设在单级压缩机构本身的控制器中。
根据本申请的另一方面，提供了一种转子压缩机1，包括如上所述的单级压缩机构。
传统转子压缩机1中，尤其是单级压缩结构，具备两个气缸的结构很常见；但本申请对两个气缸的输出进行限定，使得转子压缩机1能方便实现压缩和气泵的两种不同功能，增加其使用范围。
在一些实施例中，转子压缩机1包括有曲轴，所述第一气缸13和所述第二气缸14均设在所述曲轴上。
将第一气缸13和第二气缸14均设在同一曲轴上，能简化整体结构，无需额外增加更加机构，即可实现压缩和气泵的功能。
根据本申请的再一方面，提供了一种空调装置，包括如上所述的单级压缩机构或如上所述的转子压缩机1。
空调装置中，尤其是对于长期运行的数据中心空调装置，采用上述能实现不同运行功能的压缩机，能适应不同外部环境变化进行选择使用，达到节能的目的。
在一些实施例中，空调装置还包括有冷凝器2、节流装置4和蒸发器6，所述冷凝器2、节流装置4、蒸发器6和单级压缩机构或转子压缩机1为循环连接；所述空调装置还包括有控制阀，所述控制阀与所述节流装置4并联连接；在仅由所述第二气缸14运行排气时，开启所述节流装置4和所述控制阀中的一个；在仅由所述第一气缸13运行排气时，开启所述节流装置4且关闭所述控制阀。
在空调装置的具体结构中，节流装置4并联设置有控制阀，增加空调装置循环路径，进一步节省能源，降低成本。
下面结合具体的图形，对空调装置的结构和运行进行详细描述。
实施例1
一种空调装置，包括压缩机、冷凝器2、储液器、节流装置4、电磁阀5、蒸发器6、第一换向装置11和第二换向装置12，压缩机具有两个独立吸气和独立排气的第一气缸13和第二气缸14，第一气缸13分别与设置于壳体上的第一吸气管102和第一排气管105相连，第二气缸14分别与设置于壳体上的第二吸气管101和第二排气管104相连，第一气缸13的压缩比范围为1.2～12，第二气缸14的压缩比范围为1～1.5，第一气缸13和第二气缸14的容积比为0.1～10。
第一气缸13和第二气缸14设置于压缩机壳体内中下部，共用曲轴及电机，电机设置在壳体内上部，进气管106设置于电机下部位置，壳体顶部设置排气管103。排气管103依次通过管路与冷凝器2、储液器、节流装置4、蒸发器6相连，电磁阀5与节流装置4并联连接；蒸发器6与第二换向装置12相连，第二换向装置12分别经第一吸气管102、第二吸气管101和第一换向装置11相连，第一换向装置11一端与第一排气管105、第二排气管104相连，另一端和排气管103相连。
第一换向装置11和第二换向装置12均为四通阀结构，第一换向装置11具有第一管111、第二管112、第三管113和第四管114，第二换向装置12具有第五管121、第六管122、第七管123和第八管124。第一管111与第二排气管104相连，第六管122与第二管112连通，第三管113与第一排气管105相连，第四管114与设置于压缩机壳体上的进气管106相连，第五管121与第一吸气管102相连，第七管123与第二吸气管101相连，第八管124与蒸发器6相连。
空调装置具有多种运行模式：
第一换向装置11有两种模式：第一模式时第一换向装置11内第一管111和第二管112导通，第三管113和第四管114导通；第二模式时，第一换向装置11内第一管111和第四管114导通，第三管113和第二管112导通；
第二换向装置12也有两种模式：第一模式时第二换向装置12内第五管121和第六管122导通，第七管123和第八管124导通；第二模式时，第二换向装置12内第五管121和第八管124导通，第六管122和第七管123导通。
空调装置的压缩机中仅运行气泵，此时第一换向装置11处于第一模式，第二换向装置12处于第二模式，第一气缸13空载，第二气缸14工作；在此状态下可调控节流装置4工作和电磁阀5关闭，或节流装置4关闭和电磁阀5开启。由压缩机排气管103排出的制冷剂气体经冷凝器2放热后经节流装置4或电磁阀5后进入蒸发器6中蒸发吸热，变为气体后经第二吸气管101进入第二气缸14，压力提升后经第二排气管104、第一换向装置11和进气管106后进入压缩机壳体内部，冷却上部电机后经排气管103排出，完成一个循环。
第一换向装置11处于第二模式，第二换向装置12处于第一模式，第一气缸13工作、第二气缸14空载，空调装置运行为压缩制冷模式。由压缩机排气管103排出的制冷剂气体经冷凝器2放热后经节流装置4后进入蒸发器6中蒸发吸热，变为气体后经第一吸气管102进入第一气缸13，压缩后经第一排气管105、第一换向装置11和进气管106后进入压缩机壳体内部，冷却上部电机后经排气管103排出，完成一个循环。
实施例2
一种空调装置，包括压缩机、冷凝器2、储液器、节流装置4、电磁阀5和蒸发器6，压缩机具有两个独立的第一气缸13和第二气缸14，第一气缸13分别与设置于壳体上的吸气管和排气管103相连，第二气缸14分别与设置于壳体上的吸气管和排气管103相连，第一气缸13的压缩比范围为1.2～12，第二气缸14的压缩比范围为1～1.5，第一气缸13和第二气缸14的容积比为0.1～10。
空调装置具有多种运行模式。
第一气缸13空载、第二气缸14工作，空调装置运行为气泵模式：此时存在两种工作模式，分别是节流装置4工作、电磁阀5关闭和节流装置4关闭、电磁阀5开启。由压缩机排气管103排出的制冷剂气体经冷凝器2放热后经节流装置4或电磁阀5后进入蒸发器6中蒸发吸热，变为气体后经吸气口进入第二气缸14，压力提升后经排气口排出，完成一个循环。
第一气缸13工作、第二气缸14空载，系统运行压缩制冷模式。由压缩机排气管103排出的制冷剂气体经冷凝器2放热后经节流装置4后进入蒸发器6中蒸发吸热，变为气体后经吸气管进入第一气缸13，压缩后经排气管103排出，完成一个循环。
本申请空调装置可以切换制冷循环模式和气泵循环模式，尤其是用于室外数据中心，实现在低温季节利用室外自然冷源使用气泵循环模式替代压缩制冷循环模式，降低了空调装置的机组成本，简化了装置的结构，降低维护难度，同时有效利用昼夜、过渡季节和冬季的室外自然冷源，大幅度降低运行能耗，具有优异的节能减排效果。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各实施方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (12)

1.一种单级压缩机构，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体上设有第一吸气管(102)、第二吸气管(101)、第一排气管(105)和第二排气管(104)；
所述壳体内设有第一气缸(13)和第二气缸(14)，所述第一气缸(13)设有第一吸气口和第一排气口，所述第一吸气口与所述第一吸气管(102)连通，所述第一排气口与所述第一排气管(105)连通；所述第二气缸(14)设有第二吸气口和第二排气口，所述第二吸气口与所述第二吸气管(101)连通，所述第二排气口与所述第二排气管(104)连通；
所述第一气缸(13)包括压缩缸，所述第二气缸(14)包括气泵缸；所述压缩缸的压缩比大于所述气泵缸的压缩比；
所述单级压缩机构还包括有第一换向装置(11)，所述壳体上还设有进气管(106)和排气管(103)，所述第一换向装置(11)能调控所述第一排气管(105)和所述第二排气管(104)中一个的排气依次流经所述第一换向装置(11)、所述进气管(106)和所述排气管(103)。
2.根据权利要求1所述的单级压缩机构，其特征在于，所述第一气缸(13)的压缩比为1.2～12，和/或，所述第二气缸(14)的压缩比为1～1.5。
3.根据权利要求1或2所述的单级压缩机构，其特征在于，所述第一气缸(13)和所述第二气缸(14)的容积比为0.1～10。
4.根据权利要求1所述的单级压缩机构，其特征在于，所述单级压缩机构还包括有第二换向装置(12)，所述第一吸气管(102)和所述第二吸气管(101)均与所述第二换向装置(12)连接；所述第二换向装置(12)能调控所述单级压缩机构的进气进入所述第一吸气管(102)或所述第二吸气管(101)。
5.根据权利要求4所述的单级压缩机构，其特征在于，所述第一换向装置(11)包括第一四通阀，所述第一四通阀包括第一管(111)、第二管(112)、第三管(113)和第四管(114)，所述第一排气管(105)与所述第一管(111)连通，所述第二排气管(104)与所述第三管(113)连通，所述第四管(114)与所述进气管(106)连通；
所述第二换向装置(12)包括第二四通阀，所述第二四通阀包括第五管(121)、第六管(122)、第七管(123)和第八管(124)，所述第五管(121)与所述第二吸气管(101)连通，所述第六管(122)与所述第二管(112)连通，所述第七管(123)与所述第一吸气管(102)连通。
6.根据权利要求5所述的单级压缩机构，其特征在于，所述第一四通阀内所述第一管(111)和所述第二管(112)导通，所述第三管(113)和所述第四管(114)导通时，所述第二四通阀内所述第五管(121)与所述第八管(124)导通，所述第六管(122)和所述第七管(123)导通；或，
所述第一四通阀内所述第一管(111)和所述第四管(114)导通，所述第二管(112)和所述第三管(113)导通时，所述第二四通阀内所述第五管(121)与所述第六管(122)导通，所述第七管(123)和所述第八管(124)导通。
7.根据权利要求1所述的单级压缩机构，其特征在于，所述第一排气管(105)和所述第二排气管(104)为一体化设置。
8.根据权利要求7所述的单级压缩机构，其特征在于，所述单级压缩机构还包括有控制装置，用于调控所述第一气缸(13)和所述第二气缸(14)中的一个运行压缩过程，另一个空载。
9.一种转子压缩机(1)，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的单级压缩机构。
10.根据权利要求9所述的转子压缩机(1)，其特征在于，所述转子压缩机(1)包括有曲轴，所述第一气缸(13)和所述第二气缸(14)均设在所述曲轴上。
11.一种空调装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的单级压缩机构或如权利要求9-10所述的转子压缩机(1)。
12.根据权利要求11所述的空调装置，其特征在于，所述空调装置还包括有冷凝器(2)、节流装置(4)和蒸发器(6)，所述冷凝器(2)、节流装置(4)、蒸发器(6)和单级压缩机构或转子压缩机(1)为循环连接；所述空调装置还包括有控制阀，所述控制阀与所述节流装置(4)并联连接；在仅由所述第二气缸(14)运行排气时，开启所述节流装置(4)和所述控制阀中的一个；在仅由所述第一气缸(13)运行排气时，开启所述节流装置(4)且关闭所述控制阀。
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