CN1800647A - 带有蒸汽喷射的涡旋式压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制冷系统，所述制冷系统具有压缩机，所述压缩机包含一个或多个流体腔的流体喷射。将用于喷射到腔中的流体源直接附属于压缩机的外壳上，以便于消除流体源与压缩机之间的流体管线的需要。流体源可为闪蒸罐，所述闪蒸罐增加了系统的容量和效率，或者流体源可为热交换器，所述热交换器同样增加了系统的容量和效率。

Description

带有蒸汽喷射的涡旋式压缩机
本发明是中国专利申请号为02142844.1、发明名称为“带有蒸汽喷射的涡旋式压缩机”、申请日为2002年9月18日的分案申请。
技术领域
本发明涉及涡旋类型的机器。更具体地，本发明涉及一种密封的涡旋式压缩机，该涡旋式压缩机包含一个利用热交换器或闪蒸罐的蒸气喷射系统，所述热交换器或闪蒸罐直接安装于所述涡旋式压缩机的外壳。
背景技术
制冷和空气调节系统通常包括：压缩机、冷凝器、膨胀阀或等效物，以及蒸发器。这些组件依次连接在连续的流动通道内。工作流体或制冷剂流过所述系统并在液相和蒸汽或气相之间交替变换。
在制冷和空气调节系统中已使用各种各样类型的压缩机，包括(但不局限于)往复式压缩机、螺杆式压缩机和旋转式压缩机。旋转式压缩机可包括叶片式压缩机和涡旋式压缩机。用两个涡旋部件构成涡旋式压缩机，其中每个涡旋部件具有一个端板和一个涡卷，所述涡卷通常垂直于相应的端部缠绕延伸。以相对的方式布置所述涡卷，并且两个涡卷相互交错或配合。将涡旋部件安装得使它们相互之间可进行相对的沿轨道运动。在该沿轨道运动期间，所述涡卷限定了一连串封闭腔或空间，当所述封闭空间从处于吸入压力较低的径向外部位置向处于压力较高或排放压力的中心位置向内移动时，其中每个封闭空间在尺寸上逐渐地减小。压缩气体从中心位置处的封闭空间通过排出通道排出，所述排出通道是穿过一个涡旋部件的端板形成的。
制冷和空气调节系统现包括蒸气喷射系统，在该蒸气喷射系统中气态形式的制冷剂的一部分被喷射到处于较低吸入压力和较高排放压力之间的一个压力下的封闭腔或空间中。通过一个或多个喷射口将气态制冷剂喷射到封闭腔或空间中，所述喷射口贯穿两个涡旋部件中的一个。这种气态制冷剂的喷射具有增加制冷或空气调节系统的系统容量和效率的作用。在包含蒸气喷射以使最大容量和最大效率增加的制冷或空气调节系统中，开发工程师试图提供一种使喷射到封闭腔中的制冷剂气体的量达到最大同时使制冷剂气体喷射到封闭腔中时的中间压力最大的系统。通过使喷射的制冷剂气体的量和制冷剂气体喷射时的中间压力达到最大，能够使所述制冷或空气调节系统的系统容量和系统效率最大化。
当开发这种蒸气喷射系统时，开发工程师必须考虑用于喷射到腔中的蒸气的来源。一般来说，蒸气制冷剂来源通过制冷回路和装置(诸如闪蒸罐或节能器)中的一个位置处的接头，所述接头用来从气态制冷剂中分离出蒸气制冷剂，以确保只有气态或蒸气制冷剂被喷射到封闭腔或空间中。当接近来自于制冷回路内的一个位置的液态制冷剂时，一般通过流体管线将蒸气或气态制冷剂用管道输送到压缩机，所述液体管线在制冷回路内的一个位置和压缩机之间延伸。在蒸气或气态制冷剂来源与压缩机之间的流体管道输送的使用提供了一个系统，在该系统中由于液体管线损耗和/或温度耗损可产生气态制冷剂的压降。虽然为了限制温度耗损可使液体管线绝缘，但是这种绝缘增加了附加费用，而且使得所述制冷或空气调节系统复杂了，并在系统的服务过程中出现问题。
因此，蒸气喷射系统的继续开发集中到增加可喷射到封闭空间中的中间加压蒸气的量和压力上。
发明内容
本发明提供一种涡旋式压缩机，包括：一个外壳；非沿轨道运行的涡旋部件，所述非沿轨道运行的涡旋部件位于所述外壳内，并且所述非沿轨道运行的涡旋部件具有从非沿轨道运行的端板延伸的非沿轨道运行的涡卷；沿轨道运行的涡旋部件，所述沿轨道运行的涡旋部件位于所述外壳内，并且所述沿轨道运行的涡旋部件具有从沿轨道运行的端板延伸的沿轨道运行的涡卷，所述沿轨道运行的涡卷与所述非沿轨道运行的涡卷互相交错以限定出至少两个流体腔，当所述流体腔相对于所述涡卷的沿轨道的运行从径向外部位置移动到径向向内位置时，所述流体腔的尺寸减小；由反相器控制的电动机，所述电动机用于供给所述涡旋部件动力；热交换器，所述热交换器与涡旋式压缩机所压缩的流体相通，所述热交换器紧固于所述外壳；所述反相器与所述热交换器进行热传递接触。
本发明提供了具有喷射系统的这种技术，其中闪蒸罐或热交换器被直接安装于压缩机的密封外壳。闪蒸罐或热交换器的直接安装消除了中间加压气态制冷剂所需的所有外部管道。闪蒸罐或热交换器的直接安装提供了以下优点，即，结构更加紧凑的单一组件、产生的压降更小、安装更容易、无需将蒸气喷射液体管线隔离或绝缘、在安装过程中只有较少的组件需要连接以及将降低所述制冷或空气调节系统的成本。
从下文中所作的详细描述中，可以明显地看出本发明的其它适用性。应该理解的是，详细描述和具体实施例(指本发明的优选实施例)只是出于解释的目的而不是限制本发明的保护范围。
附图说明
从以下详细描述和附图中，我们将能够更充分地理解本发明，其中：
图1是本发明所涉及的涡旋式压缩机的垂直截面图；
图2是在图1的隔板下方所得到的涡旋式压缩机的水平剖视图；
图3是图1中所示的带有本发明所涉及的附着式闪蒸罐的涡旋式压缩机的垂直侧面图；
图4是本发明的另一个实施例所涉及的用于制冷系统的蒸气喷射系统的热交换器的示意图；
图5是图1中所示的涡旋式压缩机的垂直侧面图，该涡旋式压缩机与图4示意图所涉及的热交换器结合；
图6是图1中所示的涡旋式压缩机的透视图，该涡旋式压缩机与本发明另一个实施例所涉及的热交换器结合；以及
图7是图5中所示的涡旋式压缩机的垂直侧面图，该涡旋式压缩机与本发明另一个实施例所涉及的热交换器和反相器(inverter)结合。
优选实施例的详细描述
下面对优选实施例的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本发明、发明应用或用法的限制。
现在参考附图，其中在这几个附图中，相同的附图标记表示相同或相应的零件，在附图1中示出了本发明所涉及的包含独特的蒸气喷射系统的涡旋式压缩机，所述涡旋式压缩机用附图标记10表示。下面对优选实施例的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本发明、发明应用或用法的限制。
涡旋式压缩机10包括一般为圆柱形的密封外壳12，所述密封外壳12在其上端焊接有盖罩14，在其下端有基底16，在所述基底16上整体形成有多个固定支架(未示出)。盖罩14装配有制冷剂排放接头18，在制冷剂排放接头18中可具有普通排出阀(未示出)。固定于外壳12的其它主要部件包括：横向伸展隔板20，该隔板20在盖罩14与外壳12焊接的同一点上被焊接在外壳12的边缘上；入口接头22；适当地紧固于外壳12的主轴承壳24；以及具有多个径向向外的延伸支腿的下轴承壳26，所述每个延伸支腿适当地紧固于外壳12。将马达定子28压配合在外壳12中，所述马达定子28的横截面一般是四方形的但是将其角部倒圆。马达定子28上的圆角之间的平面提供了马达定子28和外壳12之间的通路，所述通路有助于润滑剂从外壳12的顶部回流到其底部。
在其上端有个偏心曲柄销32的主动轴或曲柄轴30可转动地轴接在主轴承壳24中的轴承34中和下轴承壳26中的轴承36中。曲柄轴30在其下端具有一个直径较大的同心孔38，所述同心孔38与处于径向向外位置上的较小直径的孔40相通，所述孔40从那里向上延伸到曲柄轴30的顶部。在孔38中布置有搅拌器42。在内壳12的下部充满润滑油，孔38和40起到泵的作用以将润滑油向上泵送到曲柄轴30并最终泵送到涡旋式压缩机10的需要润滑的各个部分。
由电动机相对地驱动曲柄轴30，所述电动机包括具有电动机绕组44穿过其上的电动机定子28和压配合在曲柄轴30上的电动机转子46，所述转子46分别具有上配重48和下配重50。在靠近电动机绕组44处装有普通型的马达保护装置52，这样如果电动机超过了其正常温度范围，电动机保护装置52将使电动机断电。
主轴承壳24的上表面装配有环形平推力轴承表面54，在所述环形平推力轴承表面54上布置有沿轨道运行的涡旋部件56。涡旋部件56包括端板58，在所述端板58的上表面有普通螺旋瓣(valve)或涡卷60，在其下表面有环形平推力表面62。从下表面向下突出的是其中有轴颈轴承66的圆柱形毂部64，并且在所述圆柱形毂部64中旋转地设有驱动轴衬68，所述驱动轴衬68具有内孔，曲柄销32被驱动地设置于该内孔中。曲柄销32在一个表面(未示出)上具有一个平面，该平面驱动地与在驱动轴衬68的内孔的一部分中的平表面啮合以提供径向从动布置，诸如本受让人的美国专利No.4,877,382中所示的，该文献所披露的内容在这里作为参考。
涡卷60与非沿轨道运行的涡卷72啮合，所述非沿轨道运行的涡卷72构成非沿轨道运行的涡旋部件74的一部分。在沿轨道运行的涡旋部件56相对于非沿轨道运行的涡旋部件74的沿轨道运行期间形成了流体腔，当所述流体腔从径向外部位置向涡旋部件56和74的中心位置移动时，所述流体腔被压缩。以任何期望的将提供非沿轨道运行的涡旋部件74受到限制的轴向移动的方式，将非沿轨道运行的涡旋部件74安装于主轴承壳24上。对于本发明来说这种安装的具体方式不是关键性的。
非沿轨道运行的涡旋部件74具有一个中心布置的排出口76，该排出口76通过隔板20中的开口78与由盖罩14和隔板20所限定的排放消音器80流体连通。由涡卷60和72之间的流体腔压缩的流体通过排出口76和开口78排出到排放消音器80中。非沿轨道运行的涡旋部件74在其上表面中具有环形槽82，该环形槽82具有平行同轴侧壁，在其中密封放置有趋向于轴向移动的环形密封组件84，所述环形密封组件84用于隔离所述环形槽82的底部，以便可通过通路86使其与中间流体压力源流体连通。因此，由作用在非沿轨道运行的涡旋部件74的中心部分上的排放压所产生的力和作用在环形槽82底部上的中间流体压力所产生的力使得非沿轨道运行的涡旋部件74被轴向偏压到沿轨道运行的涡旋部件56上。该轴向偏压以及用于支撑非沿轨道运行的涡旋部件74以限制轴向移动的各种技术，在本受让人的美国专利No.4,877,382中都有更详细的披露。
利用普通十字联轴器88阻止涡旋部件56和74的相对旋转，所述十字联轴节88具有一对可滑动地放置于非沿轨道运行的涡旋部件74中在直径方向上相对的狭缝中的键和第二对可滑动地放置于沿轨道运行的涡旋部件56中在直径方向上相对的狭缝中的键。
涡旋式压缩机10最好是其中允许吸入气体部分地进入外壳12以有助于冷却电动机的“低侧”型的。只要有足够的回吸气流，电动机就会保持在期望的温度限度内。然而当该气流中断时，冷却的损失将使得电动机保护装置52跳闸并断开涡旋式压缩机10。
这种概括地描述的涡旋式压缩机，是本领域已知的或者是申请的受让人的其他未审定专利申请的主题。包含本发明原理的结构的细节是一般用附图标记100表示的独特蒸气喷射系统涉及的细节。蒸气喷射系统100被用于喷射蒸气或气态制冷剂以增加涡旋式压缩机10的容量和效率。
现在参照图1到3，蒸气喷射系统100包括：贯穿非沿轨道运行的涡旋部件74的端板90的蒸气喷射通道102、通向封闭的流体腔的单一蒸气喷射口104、连接管106、穿过外壳12延伸到外壳12外部的流体喷射口108。
蒸气喷射通道102是交叉钻导孔，该交叉钻导孔通常从非沿轨道运行的涡旋部件74的外部上的一个位置水平地穿过非沿轨道运行的涡旋部件74延伸到与蒸气喷射口104相通的一个位置。蒸气喷射口104通常从通道102垂直地穿过非沿轨道运行的涡旋部件74以通向由缠绕60和72所形成的封闭空间或腔。连接管106从蒸气喷射通道102向流体喷射口108延伸，其中它密封地紧固于流体喷射口108，所述流体喷射口108依次地与下面所述的制冷系统的闪蒸罐或热交换器连接。
现在参照图3，其中示出了作为制冷系统120的部分所装配的涡旋式压缩机10。制冷系统120包括：涡旋式压缩机10、冷凝器122、膨胀阀或固定节流孔形式的第一膨胀装置124、闪蒸罐126、膨胀阀形式的第二膨胀装置128以及蒸发器130。
在运转中，涡旋式压缩机10所压缩的制冷剂流经液体管线到冷凝器122中，在所述冷凝器122中通过去除其中的热量将制冷剂冷却和冷凝。来自于冷凝器122中的液态制冷剂流过膨胀阀或固定节流孔124。所述膨胀阀或固定节流孔124降低所述制冷剂的压力。来自于膨胀阀或固定节流孔124的制冷剂流入闪蒸罐126。在闪蒸罐126中，由于降低的压力，部分制冷剂被蒸发，从聚集在闪蒸罐126底部的保持液态的制冷剂中带走蒸发热。来自于闪蒸罐126的过冷的液态制冷剂流过膨胀阀128并进而流过蒸发器130，在所述蒸发器130中通过吸收热量将其蒸发。然后蒸发的制冷剂流入涡旋式压缩机10的吸入室中，在所述吸入室中将制冷剂再压缩然后继续循环。在闪蒸罐126中产生的闪蒸或气态制冷剂直接流入贯穿外壳12的流体喷射口108。如上所述，密封地紧固于流体喷射口108的连接管106向蒸气喷射通道102延伸，所述蒸气喷射通道102与蒸气喷射口104相通，所述蒸气喷射口104通向由缠绕60和72所形成的封闭空间或腔。通过到达蒸发器130之前的上述系统所获得的闪蒸罐126中的过冷的液态制冷剂增加了蒸发器130的制冷容量(也就是说，可得到穿过蒸发器130的较大的焓(enthalpy)差)。
现在参照图4和图5，其中示出了作为制冷系统220的部分的涡旋式压缩机10。制冷系统220包括：涡旋式压缩机10、冷凝器222、膨胀阀或固定节流孔形式的第一膨胀装置224、热交换器226、膨胀阀形式的第二膨胀装置228以及蒸发器230。
运转中，涡旋式压缩机10所压缩的制冷剂流经液体管线到冷凝器222中，在所述冷凝器222中通过去除其中的热量将制冷剂冷却和冷凝。来自于冷凝器222中的液态制冷剂通过孔232和膨胀阀或固定节流孔224流入热交换器226中。所述膨胀阀或固定节流孔224降低所述制冷剂的压力和温度，然后所述制冷剂回复到气态阶段。蒸发的制冷剂通过孔234流入热交换器226中，在所述热交换器226中从液态制冷剂中去除了附加热，以便于使液态制冷剂过度冷却，从冷凝器222中通过孔232将所述液态制冷剂直接供给热交换器226。气态制冷剂通过孔236离开热交换器226并直接流入贯穿外壳12的流体喷射口108。如上所述，密封地紧固于流体喷射口108的连接管106向蒸气喷射通道102延伸，所述蒸气喷射通道102与蒸气喷射口104相通，所述蒸气喷射口104通向由缠绕60和72所限定的一个和多个封闭空间或腔。
过冷的液态制冷剂通过孔238离开热交换器226并流过膨胀阀228并进而流过蒸发器230，在所述蒸发器230中通过吸收热量将其蒸发。然后蒸发的制冷剂流入涡旋式压缩机10的吸入室中，在所述吸入室中将制冷剂再压缩然后继续循环。通过到达蒸发器230之前的上述系统所获得的热交换器226中的过冷的液态制冷剂增加了蒸发器230的制冷容量(也就是说，可得到穿过蒸发器230的较大的焓(enthalpy)差)。
现在参照图6，其中示出了与热交换器326相结合的涡旋式压缩机10。将热交换器326设计为位于基底16内的涡旋式压缩机10的下面。用环形凸缘340增加基底16的高度，以便为热交换器326的底部安装提供空间。热交换器326包括冷凝器222的孔232，对于热交换器326来说膨胀阀或固定节流孔224以及孔234是位于内部的。将流体喷射口108复位以贯穿基底16而不是贯穿外壳12，并且热交换器326包括内部孔236，所述内部孔236与贯穿基底16的流体喷射口108紧密配合。连接管106将被重新装配以与喷射口108紧密配合。热交换器326还包括孔328，所述孔328用于将过冷的液态制冷剂发送到蒸发器230。如上所述的带有热交换器226的制冷系统220的操作、功能和优点与装配有用热交换器326取代热交换器226的制冷系统220的操作、功能和优点是相同的。
现在参照图7，其中示出了带有制冷系统220的涡旋式压缩机10，所述制冷系统220包括：冷凝器222、膨胀阀或固定节流孔224、热交换器226、膨胀阀228、蒸发器230以及反相器400，所述反相器400安装于热交换器226的外部冷却板上。因此，图7与图5是相同的，只是图7中多了反相器400。
反相器400通过电力线402与涡旋式压缩机10电力相通。反相器400包括输入端404，所述输入端404与电源连接，所述电源供给反相器400进而供给涡旋式压缩机10电能。在反相器400的运行过程中，产生巨大的热量。利用穿过热交换器326的气态制冷剂足以使热交换器326的容量对反相器400和液态制冷剂进行冷却。包括反相器400的制冷系统220的操作、功能和优点与上述的不包括反相器400的制冷系统220的操作、功能和优点是相同的。
所有的上述系统都提供了没有外部蒸气喷射管线的优点。这为压缩机和流体源提供了结构紧凑的一个单元、它降低了流体的压降、它简化了安装、它消除了蒸气喷射管线的隔离、它减少了安装所需连接件的数量，以及它降低了系统的成本。另外，上述系统允许第一伸缩调整器124、224是电子膨胀阀、热膨胀阀或固定节流孔。
对于本发明的描述仅仅是示范性的，因此，不脱离本发明的要旨的变化都包括在本发明的保护范围内。不认为所述这些变化脱离本发明的精神和保护范围。

Claims (5)

1.一种涡旋式压缩机，包括：
一个外壳；
非沿轨道运行的涡旋部件，所述非沿轨道运行的涡旋部件位于所述外壳内，并且所述非沿轨道运行的涡旋部件具有从非沿轨道运行的端板延伸的非沿轨道运行的涡卷；
沿轨道运行的涡旋部件，所述沿轨道运行的涡旋部件位于所述外壳内，并且所述沿轨道运行的涡旋部件具有从沿轨道运行的端板延伸的沿轨道运行的涡卷，所述沿轨道运行的涡卷与所述非沿轨道运行的涡卷互相交错以限定出至少两个流体腔，当所述流体腔相对于所述涡卷的沿轨道的运行从径向外部位置移动到径向向内位置时，所述流体腔的尺寸减小；
由反相器控制的电动机，所述电动机用于供给所述涡旋部件动力；
热交换器，所述热交换器与涡旋式压缩机所压缩的流体相通，所述热交换器紧固于所述外壳；
所述反相器与所述热交换器进行热传递接触。
2.如权利要求1所述的涡旋式压缩机，其特征在于，
蒸气喷射通道，所述蒸气喷射通道贯穿所述非沿轨道运行的涡旋部件和沿轨道运行的涡旋部件中的一个，所述蒸气喷射通道在所述喷射口和一个所述流体腔之间延伸；以及
蒸气源，所述蒸气源通过所述喷射口与所述蒸气喷射通道相通，所述蒸气源直接固定于所述外壳，用于直接向所述喷射口提供蒸气。
3.如权利要求1所述的涡旋式压缩机，其特征在于，所述蒸气源是热交换器。
4.如权利要求3所述的涡旋式压缩机，其特征在于，所述热交换器紧固于所述外壳的侧部。
5.如权利要求3所述的涡旋式压缩机，其特征在于，由反相器控制的电动机驱动所述压缩机，所述反相器与所述热交换器处于热传递接触。
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