CN1704595A - 齿轮式压缩机 - Google Patents

Abstract

一种齿轮式压缩机。其包括驱动部；设置在驱动部的上方，可利用驱动部的动力将从蒸发器流入的冷媒进行压缩的齿轮式压缩部；以及设置在齿轮式压缩部的上方，可将从齿轮式压缩部流出且经过冷凝器后重新流入的冷媒进行膨胀的齿轮式膨胀部。本发明提供的齿轮式压缩机可以提高制冷系统的性能系数，且可以用二氧化碳等冷媒来代替传统的冷媒，从而利于保护环境。另外，本发明提供的齿轮式压缩机中的内部齿轮和外部齿轮的力和力矩比较均衡，因此可以减少压缩机运行时产生的振动和噪音。

Description

齿轮式压缩机

技术领域

本发明涉及一种压缩机，特别是涉及一种齿轮式压缩机。

背景技术

通常，压缩机是一种利用驱动部或汽轮机的动力对空气、冷媒等工作流体施压，从而提高工作流体压力的装置。这种压缩机广泛应用于空调、冰箱等家电领域以及生产领域。按压缩类型来划分，压缩机可分为容积式压缩机和涡轮式压缩机。其中，广泛应用于生产领域的压缩机是容积式压缩机，其采用通过减少体积来增加压力的压缩方式。这种容积式压缩机可分为往复式压缩机和旋转式压缩机。往复式压缩机是利用缸体内部活塞的往复运动来压缩流体，其优点是可以用较小的机械构造来产生较高的压缩效率。但是，这种往复式压缩机会因活塞的往复运动而存在速度受限的问题，同时，还存在因活塞的惯性会产生较大振动的问题。旋转式压缩机是利用缸体内部偏心转子的公转来压缩工作流体。与往复式压缩机相比，旋转式压缩机可以用较低的速度来得到较高的压缩效率。而且，旋转式压缩机还具有振动低及噪音小的优点。为了在一定的旋转速度下变化流量，旋转式压缩机需要将剩余的空气进行排放，因而为了减少排出剩余空气时的压力增大而需要设置稳定装置，因此，其结构比较复杂。另外，如果旋转式压缩机中各部件之间的缝隙高度保持不一致的话，就容易产生压缩气体的泄漏，从而导致其性能下降。而产生磨损时，也会使其性能急剧下降。因此，加工时需要保证很高的精密度。此外，在急剧的压力变化下还容易产生轴承破坏的现象。总之，上述的旋转式压缩机和往复式压缩机各自具有不同的性能以及优缺点。

制冷回路作为一种热力学定义上的回路，其目的在于通过做功来降低低温部的温度。形成这种制冷回路的系统称为制冷系统。制冷系统主要应用于冰箱、空调等装置。图1为已有技术的制冷系统构成图。如图1所示，这种已有技术的制冷系统由压缩机30、冷凝器50、膨胀阀40和蒸发器60组成。压缩机30可将冷媒压缩成高温高压状态。从压缩机30中流出的冷媒可在冷凝器50中向外放出热量而后冷凝成液态。膨胀阀40可将冷凝器50排出的冷媒隔热膨胀，以急剧降低冷媒的压力。流过膨胀阀40的冷媒可在蒸发器60中从外部吸收热量而蒸发成气态。图2为图1中的制冷系统p-h关系示意图。如图2所示，这种制冷系统中的压缩机30利用外部功Wc来压缩冷媒，即1→2；经压缩机30压缩的冷媒通过冷凝器50向外放出热量，即2→3；流过冷凝器50后的冷媒经过膨胀阀40时被隔热膨胀，即3→4；然后流过蒸发器60时从外部吸收热量，即4→1。从蒸发器60流出的冷媒重新流入压缩机30中。制冷系统的性能系数定义为低温部从蒸发器60吸收的热量Q_H与压缩机的功Wc之比。为了组成高效的制冷系统，需要选择适当的冷媒，同时使压缩机具有更有效的结构。最近，因为发现传统的氟利昂对臭氧层具有破坏作用，所以二氧化碳等替代冷媒受到重视。因此需要使用替代冷媒时也能确保冷媒不发生泄漏且机械结构可靠的压缩机。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种结构新颖且可提高制冷系统性能系数的齿轮式压缩机。

为了达到上述目的，本发明提供的齿轮式压缩机包括驱动部；设置在驱动部的上方，可利用驱动部的动力将从蒸发器流入的冷媒进行压缩的齿轮式压缩部；以及设置在齿轮式压缩部的上方，可将从齿轮式压缩部流出且经过冷凝器后重新流入的冷媒进行膨胀的齿轮式膨胀部。

所述的驱动部是由定子以及设置在定子中心部位的转子组成的电机，当定子接通电源后转子可进行旋转。

所述的齿轮式压缩部包括主轴承、压缩缸体、外部齿轮、内部齿轮和压缩板；主轴承固定在电机的上方；环形压缩缸体与主轴承相连接，并设置在其顶面；外部齿轮以可旋转的方式设置在压缩缸体的内侧空间内；内部齿轮设置在外部齿轮的内侧，其可从驱动部接收动力而进行旋转，并与外部齿轮相啮合来压缩冷媒；压缩板与压缩缸体相连接，并设置在其顶面。

所述的压缩板的一侧连接有压缩部副吸入管，其用于将冷媒送入外部齿轮的内侧空间。

所述的压缩板的另一侧设有压缩部排出管，其用于将压缩后的冷媒送往冷凝器。

所述的压缩板的特定位置上分别形成有吸入口和排出口。

所述的齿轮式膨胀部包括膨胀板、膨胀缸体、外部齿轮、内部齿轮和副轴承；膨胀板设置在压缩板的顶面；环形膨胀缸体设置在膨胀板的顶面，并与之相连接；外部齿轮以可旋转的方式设置在膨胀缸体的内侧空间内；内部齿轮设置在外部齿轮的内侧，其可从驱动部接收动力而进行旋转，并与外部齿轮相啮合而使冷媒膨胀；副轴承设置在膨胀缸体的顶面，并与之相连接。

所述的副轴承的一侧设有膨胀部吸入管，其用于将流过冷凝器的冷媒吸入到膨胀缸体的内侧。

所述的副轴承的另一侧设有膨胀部排出管，其用于将膨胀后的冷媒送往蒸发器。

所述的副轴承的特定位置上分别形成有吸入口和排出口。

所述的外部齿轮具有齿槽，而结合在电机旋转轴上进行旋转的内部齿轮具有齿顶，齿槽的数量要比齿顶的数量多。

所述的齿轮式膨胀部的外形尺寸要比齿轮式压缩部的外形尺寸小。

所述的齿轮式压缩机还具有可围住齿轮式压缩部和齿轮式膨胀部的外壳。

本发明提供的齿轮式压缩机可以提高制冷系统的性能系数，且可以用二氧化碳等冷媒来代替传统的冷媒，从而利于保护环境。由于二氧化碳的使用期比较长，而且没有毒性，并具有不可燃的特点，而且其价格也非常低，资源非常丰富，且没有回收的必要。二氧化碳容易溶解在润滑油中，而且单位体积比制冷量是CFC系列R-22的5倍。因此，在同一功率下进行制冷时，其工作体积非常小，压缩比率也很小。另外，本发明提供的齿轮式压缩机中的内部齿轮和外部齿轮的力和力矩比较均衡，因此可以减少压缩机运行时产生的振动和噪音。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的齿轮式压缩机进行详细说明。

图1为已有技术的制冷系统构成图。

图2为图1中的制冷系统p-h关系示意图。

图3为本发明提供的齿轮式压缩机纵向结构剖视图。

图4A为图3中的I-I线剖视图。

图4B为图3中的II-II线剖视图。

图5为采用本发明提供的压缩机的制冷系统构成图。

图6为本发明提供的压缩机与已有技术压缩机产生的力矩变化比较图。

附图标号：

1：外壳                      100：吸入管

110：电源端子                120：底座板

2：驱动部                    200：定子

210：转子                    220：电机旋转轴

3：齿轮式压缩部              300：主轴承

340a：吸入口           310：压缩缸体

320：外部齿轮          320a：齿槽

330：内部齿轮          330a：齿顶

340：压缩板            340b：排出口

350：压缩部副吸入管    360：压缩部排出管

4：齿轮式膨胀部        400：膨胀板

410：膨胀缸体          420：外部齿轮

420a：齿槽             430：内部齿轮

430a：齿顶             440：副轴承

440a：吸入口           440b：排出口

450：膨胀部吸入管      460：膨胀部排出管

5：冷凝器              6：蒸发器

具体实施方式

如图3至图5所示，本发明提供的齿轮式压缩机包括外壳1、驱动部2、齿轮式压缩部3和齿轮式膨胀部4。外壳1具有一定的内部空间。驱动部2设置在外壳1的内部。齿轮式压缩部3是利用驱动部2提供的动力对蒸发器6排出的冷媒进行压缩。齿轮式压缩部3排出的冷媒流过冷凝器5后重新流入压缩机内部的齿轮式膨胀部4进行膨胀。驱动部2是由设置在外壳1内壁上的定子200以及设置在定子200中心部位的转子210组成的电机。通过电源端子110接通电源后，转子210可进行旋转。齿轮式压缩部3包括主轴承300、压缩缸体310、外部齿轮320、内部齿轮330和压缩板340。主轴承300固定在外壳1内的电机上方。环形压缩缸体310与主轴承300相连接，并设置在其顶面。外部齿轮320以可旋转的方式设置在压缩缸体310的内侧空间内。内部齿轮330设置在外部齿轮320的内侧，其可从驱动部2接收动力而进行旋转，并与外部齿轮320相啮合来压缩冷媒。压缩板340与压缩缸体310相连接，并设置在其顶面。外壳1的顶部设有用于向其内部吸入冷媒的吸入管100。而外壳1的下部具有用于设置压缩机的底座板120。压缩板340的一侧连接有压缩部副吸入管350，其可将流入外壳1内部的冷媒通过压缩缸体310送至外部齿轮320的内侧空间。压缩板340的另一侧设有压缩部排出管360，其用于将压缩后的冷媒送往冷凝器5。齿轮式膨胀部4包括膨胀板400、膨胀缸体410、外部齿轮420、内部齿轮430和副轴承440。膨胀板400设置在齿轮式压缩部3的压缩板340顶面。环形膨胀缸体410设置在膨胀板400的顶面，并与之相连接。外部齿轮420以可旋转的方式设置在膨胀缸体410的内侧空间内。内部齿轮430设置在外部齿轮420的内侧，其可从驱动部2接收动力而进行旋转，并与外部齿轮420相啮合以使冷媒膨胀。副轴承440设置在膨胀缸体410的顶面，并与之相连接。副轴承440的一侧设有膨胀部吸入管450，其用于将流过冷凝器5的冷媒吸入到膨胀缸体410的内侧。副轴承440的另一侧设有膨胀部排出管460，其用于将膨胀后的冷媒送往蒸发器6。在压缩板340的特定位置上分别形成有吸入口340a和排出口340b。而在副轴承440的特定位置上分别形成有吸入口440a和排出口440b。齿轮式膨胀部4的外形尺寸要比齿轮式压缩部3的外形尺寸小。即，副轴承440和膨胀缸体410以及膨胀板400的外形尺寸比主轴承300和压缩缸体310以及压缩板340的外形尺寸小为宜，从而在齿轮式压缩部3的压缩板340上容易连接副吸入管350和压缩部排出管360。可以将齿轮式膨胀部4的外形尺寸设计成比齿轮式压缩部3的外形尺寸小的原因是齿轮式膨胀部4的齿轮尺寸小于齿轮式压缩部3的齿轮尺寸。这是因为与通过吸入口440a流入齿轮式膨胀部4的冷媒相比，通过吸入口340a流入齿轮式压缩部3中的冷媒具有更小的密度，因而在质量相同时齿轮式压缩部3内的冷媒体积更大。因此，为使膨胀过程和压缩过程的质量流量相同，需要使膨胀过程的工作体积小于压缩过程中的工作体积，所以齿轮式膨胀部4的齿轮尺寸要小于齿轮式压缩部3的齿轮尺寸。但是，齿轮尺寸之间的差异与压缩缸体310和膨胀缸体410之间的外形尺寸差并没有直接的关联。下面，参照图3至图6对本发明的齿轮式压缩机的作用进行说明。如图3至图5所示，随着驱动部2的工作，在齿轮式压缩部3中进行冷媒的压缩。经齿轮式压缩部3压缩的冷媒通过管路流入冷凝器5中，并在流过冷凝器5时向外放出热量Q_L。流过冷凝器5后的冷媒通过管路流入本发明压缩机的齿轮式膨胀部4中。冷媒流过齿轮式膨胀部4时进行膨胀。流过齿轮式膨胀部4后的冷媒将流入蒸发器6中。冷媒流过蒸发器6时可从外部吸收热量Q_H。流过蒸发器6后的冷媒重新流入齿轮式压缩部3中。当反复进行上述一连串的流动时就形成了制冷回路。下面将参照图3和图5对在上述制冷回路中利用本发明提供的齿轮式压缩机进行冷媒的压缩以及膨胀的过程进行详细说明。首先，将安装在外壳1内壁上的驱动部2接通电源，使定子200和转子210之间产生电磁作用，从而使转子210进行旋转。这时，通过设置在外壳1上端部的吸入管100向外壳1的内部吸入冷媒。流入外壳1内部的冷媒将通过连接在压缩板340上的副吸入管350流入外部齿轮320的内侧空间。这时，流过压缩部副吸入管350的冷媒将通过与外部齿轮320内侧空间相连通的压缩板340上的吸入口340a流进外部齿轮320的内侧空间。流进外部齿轮320内侧空间的冷媒可在与电机旋转轴220结合的内部齿轮330旋转作用下逐渐被压缩，然后流过形成在压缩板340上的排出口340b并通过与排出口340b相连接的压缩部排出管360流出，最后被送往冷凝器5。这里，齿轮式压缩部3的排出口340b截面积要比吸入口340a截面积小。在冷凝器5中进行热交换后的冷媒将重新流进本发明提供的齿轮式压缩机的齿轮式膨胀部4中。即，在冷凝器5中进行热交换后的冷媒经连接在副轴承440一侧的膨胀部吸入管450并通过副轴承440上的吸入口440a流入外部齿轮420的内侧空间。冷媒流进外部齿轮420内侧空间后，在与电机旋转轴220结合的内部齿轮430的旋转作用下逐渐膨胀。之后，通过形成在副轴承440另一侧的排出口440b及与排出口440b相连的膨胀部排出管460排至蒸发器6。齿轮式膨胀部4的排出口440b截面积要比吸入口440a截面积大。与上述实施例的情况相同，齿轮式压缩部3和齿轮式膨胀部4最好设置在同一外壳的内部，但也可以分别设置在不同的外壳内。另外，驱动部2也可以设置在外壳1的外部。本发明中驱动部2是采用可利用电能来产生旋转力的电机，但只要能产生动力也可采用任何其它驱动装置。

图4A显示出组成齿轮式压缩部3的内部齿轮330和外部齿轮320的几何形状。外部齿轮320的齿槽320a数量要比内部齿轮330的齿顶330a数量多。与电机旋转轴220结合在一起而进行旋转的内部齿轮330的旋转中心处于偏心位置，外部齿轮320的旋转中心也处于偏心位置。通常，内部齿轮330的齿顶330a个数要比外部齿轮320的齿槽320a个数少，且齿顶330a以具有圆滑的弯曲形状为宜。

图4B显示出组成齿轮式膨胀部4的内部齿轮430和外部齿轮420的几何形状。齿轮式膨胀部4的内部齿轮430和外部齿轮420的结构与齿轮式压缩部3的内部齿轮330和外部齿轮320结构相同，只是大小不同。

图6为本发明提供的压缩机与已有技术压缩机产生的力矩变化比较图。其中纵轴为旋转时产生的各力矩T与力矩平均值Tm之比，而横轴表示旋转角度。如图6所示，与具有其它结构的压缩机相比，本发明提供的齿轮式压缩机压缩冷媒时产生的力矩变化量被显著降低。在本发明提供的齿轮式压缩机压缩及膨胀冷媒时，内部齿轮330，430和外部齿轮320，420一起旋转，从而可以保证力矩上的均衡，因而振动和噪音比较低。在本发明提供的齿轮式压缩机中，内部齿轮330，430的多个齿顶330a，430a和外部齿轮320，420的多个齿槽320a，420a相接触，从而可以防止内部齿轮向外部齿轮传送的力集中在某一点。另外，在本发明提供的齿轮式压缩机中，内部齿轮330，430的齿顶330a，430a和外部齿轮320，420的齿槽320a，420a之间在接触点上的速度差非常小。

本发明提供的齿轮式压缩机可以利用二氧化碳作为冷媒使用。由于二氧化碳的使用期比较长，而且没有毒性，并具有不可燃的特点，而且其价格也非常低，资源非常丰富，且没有回收的必要。二氧化碳容易溶解在润滑油中，而且单位体积比制冷量是CFC系列R-22的5倍。因此，在同一功率下进行制冷时，其工作体积非常小，压缩比率也很小。本发明提供的齿轮式压缩机可以通过采用二氧化碳作为冷媒使上述优点得以充分发挥。

Claims (13)

1、一种齿轮式压缩机，其特征在于：所述的齿轮式压缩机包括驱动部(2)；设置在驱动部(2)的上方，可利用驱动部(2)的动力将从蒸发器(6)流入的冷媒进行压缩的齿轮式压缩部(3)；以及设置在齿轮式压缩部(3)的上方，可将从齿轮式压缩部(3)流出且经过冷凝器(5)后重新流入的冷媒进行膨胀的齿轮式膨胀部(4)。

2、根据权利要求1所述的齿轮式压缩机，其特征在于：所述的驱动部(2)是由定子(200)以及设置在定子(200)中心部位的转子(210)组成的电机，当定子(200)接通电源后转子(210)可进行旋转。

3、根据权利要求1所述的齿轮式压缩机，其特征在于：所述的齿轮式压缩部(3)包括主轴承(300)、压缩缸体(310)、外部齿轮(320)、内部齿轮(330)和压缩板(340)；主轴承(300)固定在电机的上方；环形压缩缸体(310)与主轴承(300)相连接，并设置在其顶面；外部齿轮(320)以可旋转的方式设置在压缩缸体(310)的内侧空间内；内部齿轮(330)设置在外部齿轮(320)的内侧，其可从驱动部(2)接收动力而进行旋转，并与外部齿轮(320)相啮合来压缩冷媒；压缩板(340)与压缩缸体(310)相连接，并设置在其顶面。

4、根据权利要求3所述的齿轮式压缩机，其特征在于：所述的压缩板(340)的一侧连接有压缩部副吸入管(350)，其用于将冷媒送入外部齿轮(320)的内侧空间。

5、根据权利要求3所述的齿轮式压缩机，其特征在于：所述的压缩板(340)的另一侧设有压缩部排出管(360)，其用于将压缩后的冷媒送往冷凝器(5)。

6、根据权利要求3所述的齿轮式压缩机，其特征在于：所述的压缩板(340)的特定位置上分别形成有吸入口(340a)和排出口(340b)。

7、根据权利要求1所述的齿轮式压缩机，其特征在于：所述的齿轮式膨胀部(4)包括膨胀板(400)、膨胀缸体(410)、外部齿轮(420)、内部齿轮(430)和副轴承(440)；膨胀板(400)设置在压缩板(340)的顶面；环形膨胀缸体(410)设置在膨胀板(400)的顶面，并与之相连接；外部齿轮(420)以可旋转的方式设置在膨胀缸体(410)的内侧空间内；内部齿轮(430)设置在外部齿轮(420)的内侧，其可从驱动部(2)接收动力而进行旋转，并与外部齿轮(420)相啮合而使冷媒膨胀；副轴承(440)设置在膨胀缸体(410)的顶面，并与之相连接。

8、根据权利要求7所述的齿轮式压缩机，其特征在于：所述的副轴承(440)的一侧设有膨胀部吸入管(450)，其用于将流过冷凝器(5)的冷媒吸入到膨胀缸体(410)的内侧。

9、根据权利要求7所述的齿轮式压缩机，其特征在于：所述的副轴承(440)的另一侧设有膨胀部排出管(460)，其用于将膨胀后的冷媒送往蒸发器(6)。

10、根据权利要求7所述的齿轮式压缩机，其特征在于：所述的副轴承(440)的特定位置上分别形成有吸入口(440a)和排出口(440b)。

11、根据权利要求3至7中任一项所述的齿轮式压缩机，其特征在于：所述的外部齿轮(320，420)具有齿槽(320a，420a)，而结合在电机旋转轴(220)上进行旋转的内部齿轮(330，430)具有齿顶(330a，430a)，齿槽(320a，420a)的数量要比齿顶(330a，430a)的数量多。

12、根据权利要求1所述的齿轮式压缩机，其特征在于：所述的齿轮式膨胀部(4)的外形尺寸要比齿轮式压缩部(3)的外形尺寸小。

13、根据权利要求7所述的齿轮式压缩机，其特征在于：所述的齿轮式压缩机还具有可围住齿轮式压缩部(3)和齿轮式膨胀部(4)的外壳(1)。

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