CN201285183Y - 二氧化碳制冷循环系统两级滚动活塞式膨胀机 - Google Patents

Abstract

二氧化碳制冷循环系统两级滚动活塞式膨胀机，具有气缸、偏心轮、活塞、滑板等。用中间隔板将两个活塞式膨胀机在中间隔开再构成一个整体。第一级和第二级气缸排、进气口的连接方式可以有两种，一种为第一级气缸排气口设在中间隔板上，通过连通管路到达二级气缸进气口；另一种为第一级气缸排气口在气缸壁上，通过连通管路到达二级气缸进气口。偏心轮位于滚动活塞内；滚动活塞与气缸之间装有膨胀机滑板。本实用新型结构简单，一级膨胀机的吸气口直接与吸气管道相连，二级膨胀机的排气口始终与排气管道相连，不需要额外的吸气控制装置。结构简化，同时免除了吸气控制装置(如凸轮阀杆结构)造成的摩擦损失等问题。提高了膨胀机的效率。

Description

二氧化碳制冷循环系统两级滚动活塞式膨胀机

技术领域

本实用新型属于制冷机械设备，具体涉及一种以二氧化碳为工质的制冷循环系统代替节流阀回收功的装置。

背景技术

制冷循环系统节流过程造成很大的能量损失，采用膨胀机代替节流阀进行能量回收，不仅可以减小不可逆损失，而且可以增大制冷量，能够提高循环的效率。目前CO₂制冷循环系统采用的滚动活塞式膨胀机为单级滚动活塞式膨胀机，吸气控制可以采用机械方式和电磁式两种吸气控制方案。电磁式吸气控制方案的原理是采用高压高频电磁阀控制，其特点是可以根据工况变化调节流体的吸入时间，从而调节膨胀比。根据工况计算膨胀机的膨胀比，根据工作腔的工作容积计算出膨胀机的主要结构参数，进一步确定膨胀机的膨胀起始角度，从而得出阀杆往复运动规律。由于膨胀机的转动速度很快(n＝1500rpm，有的达到3000rpm)，所以电磁控制器的工作相应频率很高。CO₂制冷循环系统中膨胀机吸入口为10MPa的高压流体，为了减小吸入口流动损失，吸入口直径不能太小，约为8mm，所以设计耐高压、高频、较粗管径的电磁控制器比较困难。目前单级滚动活塞式膨胀机采用的一种机械控制方式为凸轮阀杆控制结构，根据膨胀规律确定凸轮的型线，凸轮转动带动阀杆往复运动，来控制吸气关闭角度。凸轮的型线为平滑曲线，吸气关闭不是在一个角度下立刻关闭，而是通过一段过程来实现关闭，使吸气量出现偏差。凸轮与阀杆之间以及阀杆与气缸壁之间存在摩擦损失等问题。单级膨胀机的机械式控制结构使结构复杂、能量损失增大。所以开发一种两级的CO₂滚动活塞式膨胀机势在必行。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种适于二氧化碳制冷循环系统的两级滚动活塞式膨胀机。

以下参照附图对本实用新型的结构原理进行说明。二氧化碳制冷循环系统两级滚动活塞式膨胀机具有：气缸、偏心轮、活塞、滑板等，由于是用隔板在两个活塞式膨胀机中间隔开再构成一个整体，所以具有的部件均是两套。具体结构是，第一级膨胀机气缸1-1与第二级气缸1-2之间设有中间隔板3，第一级气缸1-1的吸气口4位于第一级气缸1-1壁上，第二级气缸1-2的排气口2设于第二级气缸1-2壁上。具体地说，第一级膨胀机排气口5与第一级气缸吸气口4分别设在第一级滑板9-1的两侧，第二级膨胀机进气口6与第二级气缸排气口2分别设在第二级滑板9-2的两侧。根据需要第一级气缸与第二级气缸进、排气口的连接方式有两种，第一种为：第一级气缸排气口5设在中间隔板3上，通过连通管路到达第二级气缸进气口6；第二种为：第一级气缸排气口5设在气缸壁上，通过连通管路到达第二级气缸进气口6。第一级偏心轮7-1位于第一级滚动活塞8-1内；第二级偏心轮7-2位于第二级滚动活塞8-2内。在第一级滚动活塞8-1与第一级膨胀机气缸1-1之间装有第一级膨胀机滑板9-1；在第二级滚动活塞8-2与第二级膨胀机气缸1-2之间装有第二级膨胀机滑板9-2。为实现膨胀机滑板与滚动活塞之间的密封，在第一、第二级膨胀机滑板与第一、第二级滚动活塞之间均装有密封元件10。两级膨胀机的的工作过程为，CO₂流体首先进入第一级膨胀机，第一级膨胀机吸气口直接与进气管道相连，不需要额外的进气控制装置；一级气缸与二级膨胀机连通，流体在膨胀机内膨胀后，通过二级膨胀机的排气口排出，排气口直接与排气管道相连。即两级膨胀机之间也不需要额外的吸气控制结构和排气控制结构，减少了机械控制的摩擦损失等不利影响，可以提高系统的效率。

附图说明

图1为两级滚动活塞式膨胀机的结构原理图；图2为图1的主视剖面图。

具体实施方式

二氧化碳制冷循环系统两级滚动活塞式膨胀机主要由两个膨胀机和中间隔板等组成，膨胀机均由气缸、滚动活塞和偏心轮等组成。首先进行第二级膨胀机的安装。将滚动活塞装于偏心轮轴上，将滑板嵌入气缸中，再将嵌有滑板的气缸与滚动活塞相切安装。然后搁置中间隔板3，再进行第一级膨胀机的安装。气缸的吸气口和排气口设在滑板的两侧，调整第一、第二级膨胀机滑板的位置，使两滑板的夹角成0°～60°。第一级气缸排气通过在气缸壁上的连通管路15到达第二级气缸进气口6。上端盖11穿过主轴14紧靠高压密封垫13，使密封垫10紧固在气缸1-1和上端盖11之间。

本实施例的具体工作流程为：超临界的二氧化碳流体自吸气口4进入第一级膨胀机，推动活塞转动至排气孔5，二氧化碳由连通管道15通过第二级气缸进气口6进入第二级气缸1-2。高压的二氧化碳在两级膨胀机中推动滚动活塞转动，输出功，膨胀做功后的气液两相流体(压力为3～4MPa)通过第二级气缸上的排气口2排出。本实施例吸气口直接与进气管道相连，排气口直接与排气管道相连。省却了单级膨胀机的吸气控制装置。减小了摩擦等损失，提高了膨胀机的效率。

二氧化碳超临界制冷循环的过程为：低压的二氧化碳在蒸发器内吸热蒸发，进入压缩机压缩，工质压力由(3～4MPa)压缩至高压(约10MPa)，压缩机排出的超临界二氧化碳进入一个气体冷却器，放热冷却，然后进入本发明即两级滚动活塞式膨胀机。二氧化碳工质在膨胀机中膨胀做功，高压流体(约10MPa)降压为低压的气液两相流体(3～4MPa)，进入蒸发器吸热蒸发，如此循环往复。

本实用新型的特点和有益效果是：具有较高的机械效率，免除了吸气控制装置(如凸轮阀杆结构)造成的摩擦损失等问题。而且具有结构简单清晰、耐高压、工作状态稳定的特点。经计算分析以及实验运行测定，本实用新型可以用于CO₂制冷循环系统代替节流阀回收膨胀功。

Claims (3)

1.二氧化碳制冷循环系统两级滚动活塞式膨胀机，具有气缸、偏心轮、活塞、滑板，其特征是用隔板在两个活塞式膨胀机中间隔开再构成一个整体，第一级膨胀机气缸(1-1)与第二级气缸(1-2)之间设有中间隔板(3)，第一级气缸(1-1)的吸气口(4)位于第一级气缸(1-1)壁上，第二级气缸(1-2)的排气口(2)设于第二级气缸(1-2)壁上；第一级气缸与第二级气缸进、排气口的连接方式有两种，第一种为：第一级气缸排气口(5)设在中间隔板(3)上，通过连通管路到达第二级气缸进气口(6)；第二种为：第一级气缸排气口(5)设在气缸壁上，通过连通管路到达第二级气缸进气口(6)，第一级偏心轮(7-1)位于第一级滚动活塞(8-1)内；第二级偏心轮(7-2)位于第二级滚动活塞(8-2)内，在第一级滚动活塞(8-1)与第一级膨胀机气缸(1-1)之间装有第一级膨胀机滑板(9-1)，在第二级滚动活塞(8-2)与第二级膨胀机气缸(1-2)之间装有第二级膨胀机滑板(9-2)。

2.按照权利要求1所述的二氧化碳制冷循环系统两级滚动活塞式膨胀机，其特征是所述第一、第二级膨胀机滑板与第一、第二级滚动活塞之间均装有密封元件(10)。

3.按照权利要求1所述的二氧化碳制冷循环系统两级滚动活塞式膨胀机，其特征是所述第一级膨胀机排气口(5)与第一级气缸吸气口(4)分别设在第一级滑板(9-1)的两侧，第二级膨胀机进气口(6)与第二级气缸排气口(2)分别设在第二级滑板(9-2)的两侧。

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