專利名稱：二氧化碳跨臨界制冷循環(huán)擺動轉(zhuǎn)子式膨脹節(jié)能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于制冷空調(diào)與供暖機械設(shè)備中的節(jié)能裝置。
背景技術(shù)：
開發(fā)二氧化碳膨脹機的研究雖然已得到共識，但研究表明二氧化碳系統(tǒng)的COP(性能系數(shù))對二氧化碳膨脹機的效率很敏感，而且只有CO2系統(tǒng)獲得60％以上的理想膨脹功才可能超過傳統(tǒng)工質(zhì)系統(tǒng)的能效比。關(guān)鍵問題是如何提高膨脹機效率，獲得較高的回收功。不同形式的膨脹機機械效率不同，由于CO2系統(tǒng)膨脹過程壓力高，而且膨脹前后壓差大。因此控制泄漏，減小摩擦是提高膨脹機機械效率的根本途徑。在轉(zhuǎn)子式膨脹機中，滾動活塞的滑板在高壓下易變形，導(dǎo)致間隙增大使泄漏量增大，而且滑板在滑槽內(nèi)的摩擦很大，會影響膨脹功的回收效率。因此有必要設(shè)計更高效率的轉(zhuǎn)子式膨脹機，選擇新型的活塞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種直接應(yīng)用于CO2跨臨界循環(huán)系統(tǒng)中且具有較高機械效率的節(jié)能裝置，在實際的制冷、熱泵設(shè)備中有效提高系統(tǒng)的COP，使CO2膨脹機更具有實際應(yīng)用的價值。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理如附圖1、附圖2所示。二氧化碳跨臨界制冷循環(huán)擺動轉(zhuǎn)子式膨脹節(jié)能器，具有機殼(1)，底座(2)，偏心輪軸(3)，兩個氣缸體(4、10)、兩個擺動轉(zhuǎn)子(5、9)，主、副軸承(6、8)，中間隔板(7)，膨脹氣缸進氣管(11)，壓縮氣缸吸氣管(12)，電磁閥(13)，氣液分離器(14)，絕熱層(15)，兩個導(dǎo)軌(16、17)，膨脹氣缸排氣口(18)，壓縮氣缸排氣閥(19)，壓縮氣缸排氣口(20)組成。機殼(1)與底座(2)之間密封，組成一個總內(nèi)腔，由主、副軸承(6、8)和中間隔板(7)將總內(nèi)腔隔開，形成兩個高壓腔和兩個低壓腔。機殼(1)與主軸承(6)之間為低壓腔A，主軸承(6)與中間隔板(7)之間為高壓腔B，中間隔板(7)與副軸承(8)之間為高壓腔C，副軸承(8)與底座(2)之間為低壓腔D，兩個低壓腔(A、D)由偏心輪軸(3)相連通。兩個高壓腔(B、C)同軸。擺動轉(zhuǎn)子(5、9)由滾環(huán)和擺桿兩部分組成，擺動轉(zhuǎn)子(5)置于主軸承(6)與中間隔板(7)之間的高壓腔B，擺動轉(zhuǎn)子(9)置于中間隔板(7)與副軸承(8)之間的高壓腔C，滾環(huán)套在主軸(3)的偏心輪上。擺桿在圓柱形導(dǎo)軌(16、17)中能自由上下滑動，并隨導(dǎo)軌左右擺動。擺動轉(zhuǎn)子(5)將主軸承(6)與中間隔板(7)之間的高壓腔體分成兩部分，一側(cè)吸入來自膨脹氣缸進氣管(11)的高壓高溫流體，并在高壓腔(B)中進行膨脹，推動滾環(huán)沿氣缸內(nèi)表面滾動，即推動擺動轉(zhuǎn)子(5)運動。另一側(cè)進行排氣。由于擺桿與滾環(huán)為一體，因此擺動轉(zhuǎn)子繞軸心平動。擺桿在圓柱形導(dǎo)軌(16、17)中能自由上下滑動，并隨導(dǎo)軌左右擺動。由于擺動轉(zhuǎn)子(5)帶動偏心輪軸(3)旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動壓縮氣缸高壓腔(C)中的擺動轉(zhuǎn)子(9)運動。擺動轉(zhuǎn)子(9)將中間隔板(7)與副軸承(8)之間的高壓腔體(C)也分成兩部分，一側(cè)吸入低溫低壓的氣體，另一側(cè)對吸入的氣體進行壓縮。擺動轉(zhuǎn)子(9)與擺動轉(zhuǎn)子(5)作相同的運動。為避免兩個氣缸間進行傳熱，在中間隔板(7)之間有絕熱層(15)，絕熱材料為聚四氟乙烯。
本發(fā)明的有益效果在于由于活塞的擺桿與滾環(huán)為一體，二者不存在密封和潤滑問題，減少了泄漏通道，消除了滾環(huán)和擺桿間的摩擦損失，而且擺桿變成兩側(cè)的支撐，可以承受較大的壓力差，同時導(dǎo)軌又能轉(zhuǎn)動，減小了擺桿的側(cè)向力。因此在CO2膨脹過程中，在高壓、大壓差條件下，活塞的變形小，泄漏量減小，使機械效率提高。


圖1為CO2跨臨界制冷循環(huán)擺動轉(zhuǎn)子式膨脹節(jié)能器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中的E-E剖面結(jié)構(gòu)圖。圖3為帶膨脹節(jié)能器的CO2跨臨界循環(huán)系統(tǒng)流程圖。
附圖序號明細表


具體實施方式
本發(fā)明在系統(tǒng)的布置上如附圖3中的虛線框部分。
安裝時，將本實用新型膨脹氣缸的進氣管口(11)與氣體冷卻器(23)的出口相連，將排氣口(18)與蒸發(fā)器(22)的入口相連，而壓縮缸的入口為氣液分離器，分離來自蒸發(fā)器的氣體，壓縮氣缸出口氣體與主壓縮機的排氣混和，進入氣體冷卻器。
工作時，超臨界高壓二氧化碳流體(通常壓力為10Mpa左右)由進氣管道(11)進入缸體(B)內(nèi)，此時電磁閥(13)處于開啟狀態(tài)，高壓流體進入缸體后推動擺動轉(zhuǎn)子(5)轉(zhuǎn)動，并驅(qū)動偏心輪軸(3)按附圖2所示方向旋轉(zhuǎn)。當旋轉(zhuǎn)到結(jié)束的角度時，電路控制發(fā)出信號使得電磁閥(13)關(guān)閉，停止進氣，流體開始自發(fā)膨脹。此膨脹過程中，由于壓差的作用，高壓二氧化碳繼續(xù)推動偏心輪軸和擺動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，當擺動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到缸體排氣口位置時，壓力降低到排氣壓力(30～40MPa)，高壓二氧化碳變?yōu)闅庖簝上嗔黧w，由排氣口(18)排出，上述的所有旋轉(zhuǎn)部件均旋轉(zhuǎn)一周。下一循環(huán)中，電磁閥打開使得高壓二氧化碳再次由進氣管進入缸體，此時氣缸被分為兩個腔，一側(cè)進氣膨脹，一側(cè)排氣。與此同時，低壓的蒸氣進入壓縮氣缸，當旋轉(zhuǎn)一周時，整個壓縮氣缸全部吸滿蒸氣，在旋轉(zhuǎn)下一周時，氣缸也被分成兩個腔，隨著偏心輪軸(3)和擺動轉(zhuǎn)子(9)繼續(xù)轉(zhuǎn)動，一側(cè)氣缸容積變小，對氣體進行壓縮，當達到設(shè)計壓力，推開排氣閥，排氣，完成壓縮過程，另一側(cè)則進行吸氣。兩個偏心輪軸和擺動轉(zhuǎn)子在兩個氣缸內(nèi)如此反復(fù)運動，達到輸出軸功的目的。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，運行安全可靠，可有效提高功回收裝置的的效率，從而提高整個系統(tǒng)的COP，達到節(jié)能的目的。
權(quán)利要求
1.二氧化碳跨臨界制冷循環(huán)擺動轉(zhuǎn)子式膨脹節(jié)能器，具有機殼(1)，底座(2)，偏心輪軸(3)，兩個氣缸體(4、10)、兩個擺動轉(zhuǎn)子(5、9)，主、副軸承(6、8)，中間隔板(7)，膨脹氣缸進氣管(11)，壓縮氣缸進氣管(12)，電磁閥(13)，氣液分離器(14)，絕熱層(15)，兩個導(dǎo)軌(16、17)，膨脹氣缸排氣口(18)，壓縮氣缸排氣閥(19)，壓縮氣缸排氣口(20)等組成，擺動轉(zhuǎn)子(5、9)由滾環(huán)和擺桿組成，其特征是擺動轉(zhuǎn)子(5)置于主軸承(6)與中間隔板(7)之間，擺動轉(zhuǎn)子(9)置于中間隔板(7)與副軸承(8)之間，滾環(huán)套在主軸(3)的偏心輪上。
2.按照權(quán)利要求1所述的二氧化碳跨臨界制冷循環(huán)擺動轉(zhuǎn)子式膨脹節(jié)能器，其特征是擺動轉(zhuǎn)子(5)將主軸承(6)與中間隔板(7)之間的腔體分成兩部分，一側(cè)吸入高壓高溫流體并進行膨脹，推動擺動轉(zhuǎn)子(5)運動，同時帶動偏心輪軸(3)旋轉(zhuǎn)，另一側(cè)進行排氣，同時偏心輪軸(3)帶動擺動轉(zhuǎn)子(9)運動，擺動轉(zhuǎn)子(9)將中間隔板(7)與副軸承(8)之間的腔體也分成兩部分，一側(cè)吸入低溫低壓氣體，另一側(cè)對吸入的氣體進行壓縮。
全文摘要
二氧化碳跨臨界制冷循環(huán)擺動轉(zhuǎn)子式膨脹節(jié)能器，由缸體，擺動轉(zhuǎn)子，偏心輪軸，底座及電磁閥等組成。主要是將氣缸中的活塞設(shè)計為擺動轉(zhuǎn)子，一個擺動轉(zhuǎn)子置于主軸承與中間隔板之間，另一個擺動轉(zhuǎn)子置于中間隔板與副軸承之間。滾環(huán)套在主軸的偏心輪上，擺桿在圓柱形導(dǎo)軌中能自由上下滑動，并隨導(dǎo)軌左右擺動。由于活塞的擺桿與滾環(huán)為一體，二者不存在密封和潤滑問題，減少了泄漏通道，消除了滾環(huán)和擺桿間的摩擦損失，而且擺桿變成兩側(cè)的支撐，可以承受較大的壓力差，可減少設(shè)備的內(nèi)泄漏，提高節(jié)能器的效率。其回收的功占壓縮機耗功的20％左右，具有環(huán)保、節(jié)能的雙重效果。
文檔編號F25B9/00GK1419088SQ0215391
公開日2003年5月21日 申請日期2002年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月5日
發(fā)明者馬一太, 楊昭, 李敏霞, 張云憲, 涂銘海, 李麗新 申請人:天津大學