CN219412959U - 一种基于气浮离心压缩机的汽车空调装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于气浮离心压缩机的汽车空调装置，包括：通过空调管路首尾依次连接并形成循环回路的气浮离心压缩机、冷凝器、节流元件及换热装置，其中：所述气浮离心压缩机被配置为压缩制冷剂；所述换热装置被配置为在制冷剂与空气之间传递热量；所述空调管路被配置为流通制冷剂。

Description

一种基于气浮离心压缩机的汽车空调装置

技术领域

本实用新型涉及热量管理技术领域，尤其涉及一种基于气浮离心压缩机的汽车空调装置。

背景技术

目前，空调系统是汽车驾乘舒适的重要保证。目前用于新能源汽车的空调系统采用传统电动涡旋压缩机。但是电动涡旋压缩机存在诸多缺点：电动涡旋压缩机总成体积大、重量高；电动涡旋压缩机动静涡盘在运行时要求配合间隙小，对系统其他零件的清洁度要求高，系统运行的可靠性差，为了提升可靠性，此类压缩机需要用到压缩机油来进行润滑和密封，增加压缩机油成本，而且开发过程需要避免压缩机油在内部进行沉积，进而影响系统润滑；压缩机油进入制冷系统后，与制冷剂进行互溶，影响制冷剂的换热，直接导致系统制冷量下降5％以上；由于压缩机油的存在，系统更换部件时，需要对系统进行准确的补油，不利于售后维修。因此，需要一种新的汽车空调装置，该汽车空调装置所用的压缩机能够避免上述问题。

实用新型内容

为解决现有技术中的上述问题中的至少一部分问题，本实用新型提供了一种基于气浮离心压缩机的汽车空调装置，包括：

通过空调管路首尾依次连接并形成循环回路的气浮离心压缩机、冷凝器、节流元件及换热装置，其中：所述气浮离心压缩机被配置为压缩制冷剂；所述换热装置被配置为在制冷剂与空气之间传递热量；所述空调管路被配置为流通制冷剂。

进一步地，所述气浮离心压缩机包括：

电机，其包括：

壳体，其内部的两端分别设置有第一腔室及第二腔室；以及转子，其上设置有径向轴承，所述径向轴承为气浮轴承并且被配置为在径向上支承转子；

叶轮，布置于所述转子的端部，且位于所述第一腔室和/或第二腔室内；

进气口，其与所述第一腔室的进气口连通；

排气口，其与所述第二腔室的出气口连通；

连接管，其两端分别与所述第一腔室的出气口以及第二腔室的进气口连通；

进一步地，所述气浮离心压缩机还包括：

推力盘，其设置于所述转子的端部；以及

推力轴承，其设置于所述推力盘的一侧或两侧，且为气浮轴承。

进一步地，所述电机为高速永磁同步电机；和/或

所述径向轴承为箔片式动压气浮轴承；和/或

所述叶轮为闭式叶轮。

进一步地，所述叶轮通过锁紧螺母固定于所述转子的端部；和/或

所述第一腔室及第二腔室的出气口处还设置有端盖；和/或

所述第一腔室或第二腔室内包括多级叶轮；和/或

所述叶轮的轮盖侧设置有密封结构。

进一步地，所述气浮离心压缩机还包括级间补气口，所述级间补气口设置于所述连接管上。

进一步地，所述换热装置包括第一流体入口和第一流体出口以供制冷剂流过，以及第二流体入口和第二流体出口以供空气流过。

进一步地，还包括：

电子风扇，其安装在所述冷凝器上；

鼓风机，其与所述换热装置连通。

进一步地，从气浮离心压缩机中出来的高温高压的气体制冷剂经过冷凝器被冷凝为中温高压的液体，然后被节流元件节流后成为低温低压液体进入换热装置，在换热装置中，制冷剂吸收空气的热量，成为低温低压的气体，并回到气浮离心压缩机；

鼓风机吸入空气，并输送至换热装置，空气在换热装置中被制冷剂吸收热量，空气温度下降到预期温度，之后从换热装置的第二流体出口排出。

进一步地，还包括：

温度传感器，其连接在换热装置的第一流体出口与气浮离心压缩机的进气口和/或气浮离心压缩机的出气口与冷凝器的入口之间；

压力传感器，其连接在换热装置的第一流体出口与气浮离心压缩机的进气口和/或气浮离心压缩机的出气口与冷凝器的入口之间。

本实用新型至少具有下列有益效果：本实用新型公开的一种基于气浮离心压缩机的汽车空调装置，包括通过空调管路首尾依次连接并形成循环回路的气浮离心压缩机、冷凝器、节流元件及换热装置。气浮离心压缩机采用气浮轴承，因此不需要油润滑，省去了回油管路，节省了压缩机油的成本；同时，由于气浮轴承工作时转轴不与轴承接触，而是靠气膜悬浮电机转子，因此可以将轴承寿命提高至少1倍，提升了压缩机与热管理系统的可靠性；采用气浮轴承，不使用压缩机油，制冷剂的换热效率得到提升，相对传统带压缩机油的系统，系统制冷量提升5％以上；售后市场维修进行部件维修更换时不再需要对压缩机油进行补充；相同冷量下，基于高速永磁同步电机的气浮离心压缩机相比涡旋压缩机，体积下降约30％，重量下降约50％，可以为新能源汽车节省更多的布置空间，也有利于新能源汽车进行轻量化。

附图说明

为了进一步阐明本实用新型的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本实用新型的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本实用新型的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出了根据本实用新型一个实施例的一种基于气浮离心压缩机的空调装置的示意图；以及

图2示出本实用新型一个实施例的一种气浮离心压缩机的构型示意图；

图3a-3d分别示出本实用新型其他实施例的气浮离心压缩机的构型示意图；

图4a-4d分别示出本实用新型实施例的气浮离心压缩机中不同转子系统的构型示意图；

图5示出本实用新型一个实施例的一种小冷量气浮离心压缩机的结构示意图；以及

图6示出本实用新型一个实施例的一种小冷量气浮离心压缩机的剖面示意图。

具体实施方式

应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。

在本实用新型中，各实施例仅仅旨在说明本实用新型的方案，而不应被理解为限制性的。

在本实用新型中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。

在此还应当指出，在本实用新型的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本实用新型的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。

在此还应当指出，在本实用新型的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。

在此还应当指出，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性。

另外，本实用新型的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本实用新型的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

在本实用新型中，高温＞中温＞低温，高压＞低压。

图1示出了根据本实用新型一个实施例的一种基于气浮离心压缩机的汽车空调装置的示意图。

如图1所示，一种基于气浮离心压缩机的汽车空调装置包括空调管路10，用于流通制冷剂；通过空调管路10首尾依次连接并形成循环回路的气浮离心压缩机11、冷凝器12、节流元件13及换热装置14。

气浮离心压缩机11用于压缩制冷剂。冷凝器12与气浮离心压缩机11连通，用于冷凝制冷剂。气浮离心压缩机11排出的高温高压气体经过冷凝器冷凝成中温高压液体。节流元件12与冷凝器12以及换热装置14连通。节流元件12的作用是对制冷剂进行节流，将中温高压的制冷剂变为低温低压的制冷剂，所述节流元件12包括电子膨胀阀、毛细管、节流管等。

换热装置14与气浮离心压缩机11以及节流元件13连通，且被配置为在制冷剂与空气之间传递热量。在换热装置14中，经过节流膨胀的制冷剂吸收空气中的热量，从而使空气降温。换热装置14包括第一流体入口和第一流体出口以供制冷剂流过，以及第二流体入口和第二流体出口以供空气流过。换热装置14包括蒸发器。

基于气浮离心压缩机的汽车空调系统还包括电子风扇15，其安装在冷凝器12上；鼓风机16，其与换热装置14的第二流体入口连通。

基于气浮离心压缩机的汽车空调系统还包括：温度传感器17，其连接在换热装置14的第一流体出口与气浮离心压缩机11的进气口和/或气浮离心压缩机11的出气口与冷凝器12的入口之间；压力传感器18，其连接在换热装置14的第一流体出口与气浮离心压缩机11的进气口和/或气浮离心压缩机11的出气口与冷凝器12的入口之间。温度传感器17检测制冷剂的温度，压力传感器18检测制冷剂的压力，用于制冷需求的计算以及压缩机运行的保护。

上述汽车热管理系统中各部件之间的连接关系如下：

气浮离心压缩机11的排气口与冷凝器12的入口连通；冷凝器12的出口与节流元件13的入口连通；节流元件13的出口与换热装置14的第一流体入口连通，换热装置14的第一流体出口与气浮离心压缩机11的进气口连通；鼓风机16的出气口与换热装置14的第二流体入口连通。

上述基于气浮离心压缩机的汽车空调系统工作时，气浮离心压缩机11作为制冷剂循环的动力源，对制冷剂采用离心的方式进行压缩，压缩后的制冷剂以高温高压的气体形式从气浮离心压缩机11中排出到达冷凝器12，电子风扇15将常温的空气吸入冷凝器翅片，冷凝器12将内部的高温高压制冷剂的热量与空气进行热交换，制冷剂冷凝成中温高压液体，然后制冷剂进入节流元件13，节流元件13对制冷剂进行节流，节流后的制冷剂迅速膨胀，变成低温低压液体，进入换热装置14，同时鼓风机16将空气吸入，并输送至换热装置14，在换热装置14中，制冷剂吸收空气的热量，制冷剂变成低温低压的气体，并回到气浮离心压缩机11。空气在换热装置14中被制冷剂吸收热量，空气温度降到预期温度，从换热装置14的第二流体出口排出。在换热装置14中，空气流入方向和制冷剂流入方向相反，提升了换热效率。

在本实用新型的实施例中，术语“主气路”是指气体沿进气口进入压缩机压缩后，再经由排气口排出这一气体流路。术语“高压侧”是指压缩机内部气压较高的一侧，即末级叶轮所在的一侧，术语“低压侧”则是指压缩机内部相对于高压侧的一侧。在正常情况下，气体从高压侧经气浮轴承流向低压侧后回到主气路中。

图2及图3a-3d分别示出本实用新型不同实施例的气浮离心压缩机的构型示意图。如图所示，在实用新型的实施例中，气浮离心压缩机包括电机及叶轮200。其中电机的转子系统包含有径向的气浮轴承111，当电机转轴旋转时，所述径向的气浮轴承吸入气体，形成气膜支撑转子高速旋转，同时推力轴承(若有)也形成气膜，使得推力转轴与轴承无接触，轴承几乎无磨损，且能大幅地降低甚至消除机械损失及噪声。如图所示，叶轮200设置于转子101的端部处，用于压缩来自蒸发器的低温低压制冷剂气体，以形成高温高压的制冷剂气体排入冷凝器。在此，术语“径向”和“轴向”是指转子或其旋转轴的径向和轴向。

图4a-4d分别示出本实用新型实施例的气浮离心压缩机中不同转子系统的构型示意图。如图所示，在本实用新型的实施例中，转子系统101中包含两个径向轴承，两个径向轴承之间存在一定间距，且可对称地分布于所述转子上。在本实用新型的一个实施例中，径向轴承采用箔片式动压气浮轴承，当有气体引入轴承位置时，可形成气膜，进而达到气浮效果。

为了承受在压缩机工作过程中产生的轴向推力，在本实用新型的一个实施例中，转子系统中还设置有推力盘112及推力轴承113。推力盘112及推力轴承113是可选的。如图4a-4d所示，推力盘112可以设置于转子的任意一端，也可以在转子的两端分别设置一个推力盘112。当仅设置一个推力盘时，可在推力盘112的两侧分别设置一个推力轴承113，如图所示，两个推力轴承113的作用面均朝向推力盘112，因此可分别承受不同方向的轴向推力，具体而言，两个推力轴承113可承受的轴向推力方向相反。当设置有两个推力盘时，可在两个推力盘112相对的两侧，或者相远离的两侧分别设置一个推力轴承113，如图所示，两个推力轴承113的作用面均朝向所述推力盘112，因此可分别承受不同方向的轴向推力，具体而言，两个推力轴承113可承受的轴向推力方向相反。在本实用新型的一个实施例中，推力轴承采用箔片式动压气浮轴承，当有气体引入轴承位置时，可形成气膜，进而达到气浮效果。

如图2及图3a-3d所述，在本实用新型的不同实施例中，可根据实际需求，设置单级、双级或多级叶轮。具体而言，仅设置单级叶轮时，如图2及图3a所示，叶轮200可设置于所述转子的任意一端，则可将设置有叶轮的一侧记为高压侧，而未设置叶轮的一侧记为低压侧。当设置有两级叶轮时，如图3b及3c所示，两个叶轮可以分别设置于转子的两端，也可以全部设置于转子的任意一端，当分别设置于转子的两端时，可将设置有前一级叶轮的一侧记为低压侧，而设置有后一级叶轮的一侧记为高压侧，当全部设置于转子的一端时，则可将设置有叶轮的一侧记为高压侧，而未设置叶轮的一侧记为低压侧。类似地，如图3d所示，当设置有多级叶轮时，多个叶轮可以等分或不等分地分别设置于转子的两端，也可以全部设置于转子的任意一端，当分别设置于转子的两端时，可将设置有前一级叶轮的一侧记为低压侧，而设置有后一级叶轮的一侧记为高压侧，当全部设置于转子的一端时，则可将设置有叶轮的一侧记为高压侧，而未设置叶轮的一侧记为低压侧。基于此，如图2及3a-3d所示，当转子转动时，主气路中经叶轮压缩过的高压气体的一部分会在压力作用下，进入高压侧的径向轴承，然后经过电机定子与转子之间的气隙进入低压侧的径向轴承，并回到主气路中。当设置有推力盘及推力轴承时，高压气体还会经过推力轴承形成气膜，承受轴向推力。为了有效降低推力轴承所受到的轴向推力，在本实用新型的一个实施例中，低压侧的叶轮与高压侧的叶轮采用背靠背的方式设置，进而使得高压侧与低压侧的叶轮的轴向推力方向相反，以互相抵消。在本实用新型的一个实施例中，叶轮采用闭式叶轮。在本实用新型的一个实施例中，叶轮通过锁紧螺母固定于所述转子上。

下面以如图3b所示的构型为例，详细介绍本实用新型实施例中气浮离心压缩机的具体结构及工作原理。应当理解的是，采用其他构型的气浮离心压缩机的结构及工作原理与该实施例基本相同，区别仅在于叶轮的数量、位置和/或推力盘的数量、位置，在此不再赘述。该实施例中的气浮离心压缩机适用于热管理，为小冷量气浮离心压缩机。

图5及图6分别示出本实用新型一个实施例的一种小冷量气浮离心压缩机的结构示意图及剖面示意图。如图所示，一种小冷量气浮离心压缩机，包括电机100、叶轮、进气口301、排气口302以及连接管303。

电机100包括转子101、定子102以及壳体103。定子102固定于壳体103内部，转子101的中心轴与所述定子102的中心轴重合。转子101上设置有两个径向的气浮轴承111，同时在靠近所述进气口301的一侧设置有推力盘112，且推力盘的两侧分别设置有一个气浮的推力轴承113，两个推力轴承相对设置，以分别承受指向低压侧或高压侧的轴向推力。

如图所示，壳体103的内部的两端分别设置有第一腔室及第二腔室。其中，第一腔室的进气口与压缩机的进气口301连通，也可理解为，进气口301即为所述第一腔室的进气口，第一腔室内设置有第一叶轮201，第一叶轮201固定于转子101的第一端。第一腔室与第二腔室之间设置有连接管303，经第一叶轮201压缩后的气体从第一腔室的出气口流出进入连接管303后，经第二腔室的进气口进入第二腔室内。第二腔室内设置有第二叶轮202，第二叶轮202固定于转子101的第二端，经第二叶轮202压缩后的气体大部分从第二腔室的出气口流出，第二腔室的出气口与压缩机的排气口302连通，也可理解为，排气口302即为第二腔室的出气口。如图所示，在本实用新型的实施例中，第一腔室及第二腔室的出气口处还分别设置有第一端盖135及第二端盖136，第一端盖135及第二端盖136与转子101之间存在间隙，同时，第一端盖135与第一叶轮201之间存在一定间隙，流经气浮轴承的气体可经由这一间隙回到主气路中，第二端盖136与第二叶轮202之间同样存在一定间隙，经第二叶轮202压缩后的气体中的一部分在压力作用下可经由这一间隙进入到气浮轴承中。在本实用新型的一个实施例中，第一叶轮201及第二叶轮202均采用闭式叶轮，相对于开式叶轮，闭式叶轮能够有效消除叶尖间隙引起的叶片压力面到吸力面的二次流动，进而可以有效提升压缩机气动效率。在本实用新型的一个实施例中，如前所示，第一叶轮201及第二叶轮202采用背靠背的设计方式，使得第一、第二叶轮的轴向推力方向相反，互相抵消，进而有效降低推力轴承所受到的轴向推力。在本实用新型的一个实施例中，第一叶轮201及第二叶轮202分别通过第一锁紧螺母211及第二锁紧螺母221固定于转子101上。

如图所示，电机的两端的外侧还分别设置有第一压壳131及第二压壳132，第一压壳131与第一叶轮201之间设置有第一密封圈133，以及第二压壳132与第二叶轮202之间设置有第二密封圈134，第一、第二密封圈可显著降低第一、第二叶轮出口到进口的回流效应，可进一步提升压缩机效率。

为了降低第二叶轮202的压缩功耗，在本实用新型的一个实施例中，在连接管303上还设置有级间补气孔331，以接入来自经济器的排气，对第一叶轮压缩后的气体进行冷却，进而达到降低高压叶轮的压缩功耗、提升系统的效率的目的。

在本实用新型的一个实施例中，电机100采用高速永磁同步电机，其轴承工作时为非接触式轴承，因此可以承受比通常的球轴承更高的转速，根据压缩机欧拉公式Δh＝U₂Cu₂-U₁Cu₁可知，同样做功能力的压缩机，转速越大，径向尺寸越小，因此采用永磁同步电机能够提升压缩机的功率密度。

如前所述的气浮离心压缩机其工作原理在于：经第二叶轮压缩后的气体经由第二叶轮与第二端盖之间空隙、第二端盖与转子之间的间隙进入高压侧的第二径向轴承，然后经过定子与转子之间的气隙进入低压侧的第一径向轴承，随后通过推力盘与电机壳体之间的间隙以及推力盘与第一端盖之间的间隙依次经过两个推力轴承，最后依次经过第一端盖与转子之间的间隙、第一叶轮与第一端盖之间的间隙进入第一腔室，即第一叶轮的排气口，回到主气路中实现内循环。相对于静压气浮轴承，所述气浮离心压缩机可以省略外接的补气通道，简化系统结构，提高可靠性。

虽然本实用新型的一些实施方式已经在本申请文件中予以了描述，但是本领域技术人员能够理解，这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员在本实用新型的教导下可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本实用新型的范围。所附权利要求书旨在限定本实用新型的范围，并借此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。

Claims (9)

1.一种基于气浮离心压缩机的汽车空调装置，其特征在于，包括：

通过空调管路首尾依次连接并形成循环回路的气浮离心压缩机、冷凝器、节流元件及换热装置以及与所述换热装置连通的鼓风机，其中：所述气浮离心压缩机被配置为压缩制冷剂；所述换热装置被配置为在制冷剂与空气之间传递热量；所述空调管路被配置为流通制冷剂；所述鼓风机被配置为将空气输送至所述换热装置。

2.根据权利要求1所述的基于气浮离心压缩机的汽车空调装置，其特征在于，所述气浮离心压缩机包括：

电机，其包括：

壳体，其内部的两端分别设置有第一腔室及第二腔室；以及

转子，其上设置有径向轴承，所述径向轴承为气浮轴承并且被配置为在径向上支承转子；

叶轮，布置于所述转子的端部，且位于所述第一腔室和/或第二腔室内；

进气口，其与所述第一腔室的进气口连通；

排气口，其与所述第二腔室的出气口连通；

连接管，其两端分别与所述第一腔室的出气口以及第二腔室的进气口连通。

3.根据权利要求2所述的基于气浮离心压缩机的汽车空调装置，其特征在于，所述气浮离心压缩机还包括：

推力盘，其设置于所述转子的端部；以及

推力轴承，其设置于所述推力盘的一侧或两侧，且为气浮轴承。

4.根据权利要求2所述的基于气浮离心压缩机的汽车空调装置，其特征在于，所述电机为高速永磁同步电机；和/或

所述径向轴承为箔片式动压气浮轴承；和/或

所述叶轮为闭式叶轮。

5.根据权利要求2所述的基于气浮离心压缩机的汽车空调装置，其特征在于，所述叶轮通过锁紧螺母固定于所述转子的端部；和/或

所述第一腔室及第二腔室的出气口处还设置有端盖；和/或

所述第一腔室或第二腔室内包括多级叶轮；和/或

所述叶轮的轮盖侧设置有密封结构。

6.根据权利要求2所述的基于气浮离心压缩机的汽车空调装置，其特征在于，所述气浮离心压缩机还包括级间补气口，所述级间补气口设置于所述连接管上。

7.根据权利要求1所述的基于气浮离心压缩机的汽车空调装置，其特征在于，所述换热装置包括第一流体入口和第一流体出口以供制冷剂流过，以及第二流体入口和第二流体出口以供空气流过。

8.根据权利要求7所述的基于气浮离心压缩机的汽车空调装置，其特征在于，还包括：

电子风扇，其安装在所述冷凝器上。

9.根据权利要求7所述的基于气浮离心压缩机的汽车空调装置，其特征在于，还包括：

温度传感器，其连接在换热装置的第一流体出口与气浮离心压缩机的进气口和/或气浮离心压缩机的出气口与冷凝器的入口之间；

压力传感器，其连接在换热装置的第一流体出口与气浮离心压缩机的进气口和/或气浮离心压缩机的出气口与冷凝器的入口之间。