CN113833658A - 压缩机气缸、压缩机和空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压缩机气缸、压缩机和空调系统,该压缩机气缸包括气缸本体;上缸盖和下缸盖,分别固定于气缸本体的轴向两端,用以封装气缸本体形成沿轴向的气缸工作腔;以及吸气通道,吸气通道包括设置于气缸本体内的第一空腔、上缸盖内的第二空腔或/和下缸盖内的第三空腔,吸气通道的第一端为与储液器相连通的吸气口,第二端与气缸工作腔相连通;吸气通道在气缸工作腔的内径面上的环形投影面积为T,气缸工作腔的表面积为S,且T/S≥0.35。本发明的气缸的吸气通道具有吸气回热结构,可以使低过热度甚至带液状态的制冷剂进入压缩机,在压缩机内部完成热交换后以过热气体状态进入气缸工作腔,进而提高空调系统的能效。
Description
技术领域
本发明涉及压缩机领域,具体地说,涉及一种具有吸气回热结构的压缩机气缸、压缩机和空调系统。
背景技术
在节能减排的世界性主题之下,家用空调能效标准也越来越高,各大空调厂家和空调零部件制造商都在积极寻求提高空调的全年能源消耗效率(Annual PerformanceFactor,APF)的方法。传统的方法是提高空调各个零部件的能效或者通过调节使空调运行工况达到较优的状态。但传统方法能够带来的能效提升已经达到瓶颈,因此,需要另辟蹊径,寻求突破性的技术来达到空调APF的提升。
图1是传统的制冷循环图理论循环与实际循环对比,制冷剂以低温低压的过热气体状态进入压缩机,被压缩成为高温高压的制冷剂气体后,从压缩机排出,直接进入冷凝器,冷凝后以高温高压的过冷液体状态进入节流装置,经节流后,以低温低压的气液混合物状态进入蒸发器,后以低温低压的过热气体状态进入压缩机。自此,完成一个完整的制冷循环。实际循环越接近于理论循环,则系统能效越高。
采用传统压缩机的空调系统,为了系统以及零部件的稳定性和可靠性,必须在蒸发器出口保证一定的过热度,制冷剂以过热气体状态进入压缩机。
众所周知,液体的传热系数比气体高出一个数量级,在蒸发器中,制冷剂以气液两相状态流入,以过热气体状态流出,在冷凝器中,制冷剂以过热气体状态流入,以过冷液体状态流出,在换热器中存在一定长度的气-气换热段,因此换热器的整体换热系数较低,换热效率低。
在换热器换热面积固定的情况下,提高换热器的平均换热系数,就能提高换热器的换热效率。
另一方面,传统的压缩机的压缩过程,近似于等熵压缩,但实际在高背压压缩机中,压缩过程起始温度低于环境温度,是吸热熵增压缩过程,当压缩腔内温度高于环境温度时,进入放热熵减压缩过程。整个压缩过程近似于等熵压缩,但实际压缩功大于等于等熵压缩功。
需要说明的是,在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解,因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
针对现有技术中的问题,本发明的目的在于提供一种压缩机气缸、压缩机和空调系统,该压缩机气缸具有吸气回热结构的吸气通道,让制冷剂进入压缩机到达气缸工作腔时,其温度低于传统压缩机的吸气温度,进而提高空调系统的能效。
本发明的实施例提供一种压缩机气缸,包括:
气缸本体;
上缸盖和下缸盖,分别固定于所述气缸本体的轴向两端,用以封装所述气缸本体形成沿轴向的气缸工作腔;以及
吸气通道,所述吸气通道包括设置于所述气缸本体的侧壁内的第一空腔、所述上缸盖内的第二空腔或/和所述下缸盖内的第三空腔,所述吸气通道的第一端为与储液器相连通的吸气口,第二端与所述气缸工作腔相连通;
所述吸气通道在所述气缸工作腔的内径面上的环形投影面积为T,所述气缸工作腔的表面积为S,且T/S≥0.35。
根据本发明的一示例,所述吸气通道的长度≥压缩机壳体外壁至曲轴壁的径向距离。
根据本发明的一示例,所述第一空腔为设置于所述气缸本体内且环绕所述气缸工作腔的一圆弧空腔,所述圆弧空腔对应的圆心角≥270°。
根据本发明的一示例,所述第一空腔为环绕所述气缸工作腔的螺旋形空腔,螺旋圈数≥1。
根据本发明的一示例,所述吸气口设置于所述气缸本体时,所述吸气通道包括
第一空腔;
或第一空腔和第二空腔,所述第一空腔和所述第二空腔相连通;
或第一空腔和第三空腔,所述第一空腔和所述第三空腔相连通;
或第一空腔、第二空腔和第二空腔,所述第一空腔分别与所述第二空腔和所述第三空腔相连通。
根据本发明的一示例,所述吸气口设置于所述上缸盖时,所述吸气通道包括
第二空腔和第一空腔,所述第二空腔和所述第一空腔相连通;
或第二空腔、第一空腔和第三空腔,所述第二空腔与所述第一空腔和所述第三空腔相连通。
根据本发明的一示例,所述吸气口设置于所述下缸盖时,所述吸气通道包括
第三空腔和第一空腔,所述第三空腔和所述第一空腔相连通;
或第三空腔、第一空腔和第二空腔,所述第三空腔与所述第一空腔和所述第二空腔相连通。
根据本发明的一示例,所述第一空腔在垂直于所述吸气通道的延伸方向上的截面为圆形、椭圆形或四边形。
根据本发明的一示例,所述第一空腔在垂直于所述吸气通道的延伸方向上的截面为椭圆形时,椭圆形的长轴与所述气缸本体的轴向相平行。
本发明的实施例还提供一种压缩机,包括所述的压缩机气缸。
本发明的实施例还提供一种空调系统,包括所述的压缩机。
本发明的压缩机气缸设置有环绕气缸工作腔的吸气通道,具有吸气回热功能,使制冷剂进入气缸工作腔前,先与气缸工作腔进行热交换,可以使制冷剂经过吸气回热后到达气缸工作腔的温度与传统压缩机的吸气温度相当,放热压缩过程可实现压缩机功率的降低,同时可提高压缩机的运行可靠性;采用上述压缩机的制冷系统,可以减少蒸发器与冷凝器中纯气体段占用的面积,使得蒸发器与冷凝器中液体段占用面积增加,由于液体的换热系数比气体的换热系数高出一个数量级,综合换热系数提高,从而可实现提高蒸发器与冷凝器换热效率,进而达到提高系统能效的目的。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本申请的实施例,并与说明书一起用于解释本申请的原理,通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是传统的制冷循环图理论循环与实际循环对比图;
图2为一种压缩机的结构示意图;
图3为本发明的一实施例的气缸本体的结构示意图;
图4为图3的AA方向上的截面图;
图5为空调系统能效随T/S值的变化图。
附图标记
100 气缸本体
110 吸气通道
111 第一端
112 第二端
200 上缸盖
300 下缸盖
400 气缸工作腔
700 曲轴
800 壳体
900 储液器
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而,示例实施方式能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的范例;相反,提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整,并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
此外,附图仅为本公开的示意性图解,并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分,因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体,不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。
图2为一种压缩机的结构示意图,其中,压缩机气缸包括:
气缸本体100;
上缸盖200和下缸盖300,分别固定于所述气缸本体100的轴向两端,用以封装所述气缸本体100形成沿轴向的气缸工作腔400;气缸工作腔400用于压缩制冷剂的空间;以及
吸气通道110,所述吸气通道110包括设置于所述气缸本体100的侧壁内的第一空腔、所述上缸盖200内的第二空腔或/和所述下缸盖300内的第三空腔,所述吸气通道110的第一端111为与储液器相连通的吸气口,第二端112与所述气缸工作腔400相连通;
所述吸气通道110在所述气缸工作腔400的内径面上的环形投影面积为T,所述气缸工作腔的表面积为S,且T/S≥0.35。
在一实施例中,所述吸气口设置于所述气缸本体100,所述吸气通道110可以包括第一空腔,即所述吸气通道110只设置于的气缸本体100的侧壁内。所述第一空腔为设置于所述气缸本体100内且环绕所述气缸工作腔的一圆弧空腔,所述第一空腔在垂直于所述吸气通道110的延伸方向上的截面可以为圆形、椭圆形或四边形。
图3本发明的一实施例的气缸本体的结构示意图,所述第一空腔在垂直于所述吸气通道110的延伸方向上的截面为椭圆形,椭圆形的长轴与所述气缸本体100的轴向相平行。
在此实施例中,假设气缸本体的高度为H,内径为r,则气缸工作腔的表面积满足如下公式:
S=2πrH+s1+s2;
其中s1和s2分别为气缸工作腔在上缸处和下缸盖处的表面积;
则所述吸气通道在所述气缸工作腔的内径面上的环形投影面积满足如下公式:
T=2πrh;
其中,h为第一空腔沿轴向的高度,在此实施例中,为椭圆形空腔的长轴的长度,见图3的AA方向上的截面图图4。
在本发明中,要求T/S≥0.35,优选的,T/S=0.4、T/S=0.5、T/S=0.6。
从图3中可知,设置于所述气缸本体100内且环绕所述气缸工作腔的圆弧空腔对应的圆心角越大,其空腔沿轴向的高度越大,T/S值越大。优选地,设置于所述气缸本体100内且环绕所述气缸工作腔的圆弧空腔对应的圆心角≥270°。
上述提到了第一空腔沿轴向的高度h,其影响吸气通道在气缸工作腔的内径面上的环形投影面积T,在h相等的情况下,T相同,即T/S值相同。在一些实施例中,还可将第一空腔设置为环绕所述气缸工作腔的螺旋形空腔,螺旋圈数≥1。螺旋形空腔可增加制冷剂通过吸气通道的时间,从而进一步加大制冷剂在吸气通道中与气缸工作腔发生热交换,同时起到降气缸工作腔(排气)温度、提高制冷剂温度从而制冷剂以气体状态进入气缸工作腔的作用。
同样地,当所述吸气口设置于所述气缸本体100,所述吸气通道110还可以设置成包括第一空腔和第二空腔,所述第一空腔和所述第二空腔相连通;
或包括第一空腔和第三空腔,所述第一空腔和所述第三空腔相连通;
或包括第一空腔、第二空腔和第二空腔,所述第一空腔分别与所述第二空腔和所述第三空腔相连通。
即在图3包括第一空腔的基础上,第一空腔延伸至上缸盖、下缸盖、甚至上缸盖和下缸盖,实际中,吸气通道的路径可以是任意的,但其形成的空腔在环绕气缸工作腔,相较于现有的吸气通道(当吸气口设置于所述气缸本体时,吸气通道的长度一般为壳体外壁至气缸工作腔的距离;当吸气口设置于所述上缸盖或下缸盖时,吸气通道的长度小于壳体外壁至曲轴壁的径向距离),在本发明中,优选的,所述吸气通道的长度≥压缩机壳体外壁至曲轴壁的径向距离。
本发明的压缩机气缸具有吸气回热结构,可以使制冷剂通过吸气口进入压缩机后但在进入气缸工作腔之前,在该吸气通道中与气缸工作腔发生热交换,因此,可以使制冷剂在低过热度甚至带液状态进入压缩机,在压缩机内部完成热交换后以过热气体状态进入气缸工作腔,此过程可以使制冷剂经过吸气回热后到达气缸工作腔的温度与传统压缩机的吸气温度相当,放热压缩过程可实现压缩机功率的降低。
在一些实施例中,所述吸气口设置于所述上缸盖200,所述吸气通道110可以包括:
第二空腔和第一空腔,所述第二空腔和所述第一空腔相连通;
或第二空腔、第一空腔和第三空腔,所述第二空腔与所述第一空腔和所述第三空腔相连通。
在一些实施例中,所述吸气口设置于所述下缸盖300时,所述吸气通道110包括
第三空腔和第一空腔,所述第三空腔和所述第一空腔相连通;
或第三空腔、第一空腔和第二空腔,所述第三空腔与所述第一空腔和所述第二空腔相连通。上述技术方案均可增大(加长)吸气通道,从而使制冷剂在吸气通道中与气缸工作腔发生充分的热交换,制冷剂以气体状态进入气缸工作腔的作用。
本发明的实施例还提供一种压缩机,包括上述压缩机气缸。具体地,压缩机为旋转式,可以包括压缩机本体和储液器900,压缩机本体包括壳体800、容置于800所述壳体内的电机和泵体(未在图上显示)。包括气缸本体100、上缸盖200以及下缸盖300的压缩机气缸,上缸盖200和下缸盖300分别设置于气缸本体100的两端,形成一用于压缩制冷剂的压缩空间。壳体内还设有曲轴700,曲轴700的上部通过支撑组件定位于壳体的中轴线,曲轴700的下部穿设于上缸盖100和下缸盖200的中心,以使得整个曲轴700位于壳体800的中轴线处。在上缸盖200、下缸盖300以及气缸本体100所形成的压缩空间内设有活塞(未在图上显示),活塞固定于曲轴700的下部,与曲轴700同步转动,曲轴700将电机的旋转力传递给气缸本体100,以压缩制冷剂。
本发明的压缩机设置有环绕气缸工作腔的吸气通道,其第一端与储液器的吸气管相连通,第二端与气缸工作腔相连通,具有吸气回热功能。由于制冷剂在压缩机内部会完成部分换热过程,因此制冷剂可以以较低的过热度甚至于带液状态进入压缩机,在进入气缸工作腔之前在压缩机内部完成热交换,是制冷剂可以以气体状态进入压缩机工作腔,这样既保证了压缩机的可靠性。
本发明的实施例还提供一种空调系统,包括所述的压缩机。实施列中的空调系统可以包括依次串联并形成回路的压缩机、冷凝器、节流阀以及蒸发器等,压缩机的上排气口与冷凝器相连通,蒸发器与压缩机的储液器相连通;但不仅限于上述连接结构。本发明的空调系统,可以实现在蒸发器内制冷剂大部分或者全部以两相状态存在,缩短了气体段所占据的蒸发器面积,从而提高了蒸发器制冷剂侧的传热系数;同时,可以降低压缩机的排气温度,使制冷剂在冷凝器中更快的液化,同样减少了冷凝器中气体所占据的冷凝器面积,从而提高了冷凝器侧的传热系数。
在一些实施例中,可以在压缩机和冷凝器、冷凝器和节流阀、节流阀和蒸发器之间增加功能器件,以提高整个空调系统的性能。比如可设置两个蒸发器等,两个蒸发器分别设置不同的蒸发温度,达到除湿、降温的目的。
本发明的空调系统,可以减少蒸发器与冷凝器中纯气体段占用的面积,使得蒸发器与冷凝器中液体段占用面积增加,由于液体的换热系数比气体的换热系数高出一个数量级,综合换热系数提高,从而可实现提高蒸发器与冷凝器换热效率,降低冷凝温度,提高蒸发温度,使实际循环更接近于理论循环,进而达到提高空调系统能效的目的。图5为空调系统能效随T/S值的变化图,可以看出,当空调系统采用吸气通道的T/S≥0.35的压缩机时,空调系统能效提高
综上所述,本发明提供了一种压缩机气缸、压缩机和空调系统,该压缩机气缸设置有环绕气缸工作腔的吸气通道,具有吸气回热功能,使制冷剂进入气缸工作腔前,先与气缸工作腔进行热交换,可以使制冷剂经过吸气回热后到达气缸工作腔的温度与传统压缩机的吸气温度相当,放热压缩过程可实现压缩机功率的降低,同时可提高压缩机的运行可靠性;采用上述压缩机的制冷系统,可以减少蒸发器与冷凝器中纯气体段占用的面积,使得两器中液体段占用面积增加,由于液体的换热系数比气体的换热系数高出一个数量级,综合换热系数提高,从而可实现提高两器换热效率,进而提高系统能效的目的。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本领域技术人员而言,显然本申请不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本申请。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外,显然“包括”一词不排除其他单元或步骤,单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。应当理解的是,“下”或“上”,“向下”或“向上”等用语用来参照示例性实施例的特征在图中显示的位置描述这些特征;第一、第二等词语用来表示名称,而并不表示任何特定的顺序。
Claims (11)
1.一种压缩机气缸,其特征在于,包括:
气缸本体;
上缸盖和下缸盖,分别固定于所述气缸本体的轴向两端,用以封装所述气缸本体形成沿轴向的气缸工作腔;以及
吸气通道,所述吸气通道包括设置于所述气缸本体的侧壁内的第一空腔、所述上缸盖内的第二空腔或/和所述下缸盖内的第三空腔,所述吸气通道的第一端为与储液器相连通的吸气口,第二端与所述气缸工作腔相连通;
所述吸气通道在所述气缸工作腔的内径面上的环形投影面积为T,所述气缸工作腔的表面积为S,且T/S≥0.35。
2.根据权利要求1所述的压缩机气缸,其特征在于,所述吸气通道的长度≥压缩机壳体外壁至曲轴壁的径向距离。
3.根据权利要求2所述的压缩机气缸,其特征在于,所述第一空腔为设置于所述气缸本体内且环绕所述气缸工作腔的一圆弧空腔,所述圆弧空腔对应的圆心角≥270°。
4.根据权利要求2所述的压缩机气缸,其特征在于,所述第一空腔为环绕所述气缸工作腔的螺旋形空腔,螺旋圈数≥1。
5.根据权利要求1所述的压缩机气缸,其特征在于,所述吸气口设置于所述气缸本体时,所述吸气通道包括
第一空腔;
或第一空腔和第二空腔,所述第一空腔和所述第二空腔相连通;
或第一空腔和第三空腔,所述第一空腔和所述第三空腔相连通;
或第一空腔、第二空腔和第二空腔,所述第一空腔分别与所述第二空腔和所述第三空腔相连通。
6.根据权利要求1所述的压缩机气缸,其特征在于,所述吸气口设置于所述上缸盖时,所述吸气通道包括
第二空腔和第一空腔,所述第二空腔和所述第一空腔相连通;
或第二空腔、第一空腔和第三空腔,所述第二空腔与所述第一空腔和所述第三空腔相连通。
7.根据权利要求1所述的压缩机气缸,其特征在于,所述吸气口设置于所述下缸盖时,所述吸气通道包括
第三空腔和第一空腔,所述第三空腔和所述第一空腔相连通;
或第三空腔、第一空腔和第二空腔,所述第三空腔与所述第一空腔和所述第二空腔相连通。
8.根据权利要求1所述的压缩机气缸,其特征在于,所述第一空腔在垂直于所述吸气通道的延伸方向上的截面为圆形、椭圆形或四边形。
9.根据权利要求8所述的压缩机气缸,其特征在于,所述第一空腔在垂直于所述吸气通道的延伸方向上的截面为椭圆形时,椭圆形的长轴与所述气缸本体的轴向相平行。
10.一种压缩机,其特征在于,包括如权利要求1至9任意一项所述的压缩机气缸。
11.一种空调系统,其特征在于,包括如权利要求10所述的压缩机。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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