專(zhuān)利名稱(chēng)：一種跨臨界co的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓縮機(jī)，特別是一種用于跨臨界CO2制冷循環(huán)的往復(fù)活塞壓縮機(jī)，并給出了該往復(fù)活塞壓縮機(jī)的吸、排氣閥板及其吸、排氣通道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以解決CO2壓縮機(jī)氣缸吸、排氣處的安裝空間狹小問(wèn)題，使該壓縮機(jī)能具有足夠大的吸、排氣通流面積及緩沖腔，從而減小壓縮機(jī)的氣流脈動(dòng)，并提高容積效率。
背景技術(shù)：
自20世紀(jì)80年代末以來(lái)，由于CFCs和HCFCs對(duì)臭氧層的破壞作用和溫室效應(yīng)，以它們?yōu)橹评鋭┑目照{(diào)行業(yè)正面臨著開(kāi)發(fā)替代物的挑戰(zhàn)，鑒于新型化合物替代物同樣會(huì)隱含著不可預(yù)知的危害，人們將注意力集中在自然制冷工質(zhì)上，CO2由于其優(yōu)良的環(huán)保特性和良好的流動(dòng)、傳熱性能的成為全球范圍內(nèi)最受重視的熱點(diǎn)。
相比于傳統(tǒng)的CFCs和HCFCs，CO2的臨界點(diǎn)溫度(31.1℃)低而臨界點(diǎn)壓力(7.37MPa)高，當(dāng)作為制冷工質(zhì)時(shí)，多數(shù)情況下需要采用跨臨界循環(huán)。在跨臨界循環(huán)中，與常規(guī)工質(zhì)相比，CO2壓縮機(jī)工作在更高的壓力、更大的單位容積制冷量、壓差以及更小的壓縮比的情況下。據(jù)目前樣機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，吸入口壓力達(dá)3.5～4.0MPa，出口壓力高達(dá)8.0～11.0MPa，是傳統(tǒng)工質(zhì)工作壓力的5～10倍，吸排氣壓差可達(dá)5～8MPa，在此高壓力和大壓差下工況下運(yùn)行，對(duì)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生諸多要求，如確定小流量、大制冷量的工況下，高壓及大壓差導(dǎo)致的零件的變形，小空間對(duì)壓縮機(jī)吸、排氣通道及氣缸和壓縮機(jī)尺寸設(shè)計(jì)的要求等。同時(shí)當(dāng)CO2其單位容積制冷量遠(yuǎn)高于常規(guī)制冷劑，在0℃為22.6MJ/m3，分別為NH3的1.58倍，R12和R22的8.25倍與5.12倍，故而CO2制冷系統(tǒng)的容積流量顯著減小，使得壓縮機(jī)的尺寸、閥門(mén)與管道的流通面積比常規(guī)制冷系統(tǒng)小得多，同樣制冷流量下，氣缸尺寸也要小很多，吸、排氣閥及其吸、排氣通道的布置空間就非常有限，造成CO2壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)。
CO2作為環(huán)保制冷劑被提出后，國(guó)際上各大研究機(jī)構(gòu)和制冷設(shè)備公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多應(yīng)用于不同場(chǎng)合的CO2制冷系統(tǒng)，以歐洲與日本為主，其中日本基于節(jié)省能源的角度開(kāi)發(fā)出的許多小型家用CO2熱泵熱水器上，其CO2壓縮機(jī)主要以小型為主。但CO2壓縮機(jī)作為制冷系統(tǒng)的核心部件，對(duì)CO2制冷系統(tǒng)的性能的起關(guān)鍵性作用，國(guó)際上目前對(duì)CO2壓縮機(jī)的研究仍在持續(xù)中，尤其是中大型的還沒(méi)有成熟機(jī)型，其核心技術(shù)一直沒(méi)有公開(kāi)。而我國(guó)目前有一些高校在進(jìn)行CO2作為制冷工質(zhì)的相關(guān)研究，對(duì)于CO2壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)還沒(méi)有實(shí)際的開(kāi)發(fā)成果，仍是一個(gè)空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種適用于跨臨界CO2制冷循環(huán)的半封閉往復(fù)活塞壓縮機(jī)，以解決循環(huán)要求的高壓力、高壓差及小流量等問(wèn)題。同時(shí)為該壓縮機(jī)提供一種新型的的吸、排氣通道與吸、排氣閥板的設(shè)計(jì)，解決CO2壓縮機(jī)氣缸吸、排氣處的安裝空間狹小問(wèn)題，使該壓縮機(jī)能具有足夠大的吸、排氣通流面積及緩沖腔，從而減小壓縮機(jī)的氣流脈動(dòng)，并提高容積效率。通過(guò)吸入氣體經(jīng)電機(jī)側(cè)加熱的設(shè)計(jì)，避免吸入制冷劑對(duì)氣缸及閥片的液擊，提高了吸、排氣閥片壽命及壓縮機(jī)的可靠性。通過(guò)新型閥板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效解決CO2壓縮機(jī)的主要開(kāi)發(fā)難點(diǎn)，使壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、加工及安裝簡(jiǎn)便。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種跨臨界CO2制冷循環(huán)用往復(fù)活塞壓縮機(jī)，其特征在于，該壓縮機(jī)為單級(jí)雙缸立式半封閉結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)一體化的殼體，該殼體由氣缸體、電動(dòng)機(jī)殼體及曲軸箱三部分構(gòu)成；
電動(dòng)機(jī)殼體中安裝有電動(dòng)機(jī)定子與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，該電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與曲軸箱中的一根180度錯(cuò)角曲柄軸連接，用于對(duì)曲軸箱中的連桿進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；同時(shí)連接固緊在曲軸箱上的油泵組件并進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；連桿與活塞通過(guò)滑動(dòng)活塞銷(xiāo)連接，活塞與閥板組件圍成氣缸，構(gòu)成壓縮機(jī)的工作腔；兩個(gè)集成在氣缸體上的氣缸，各個(gè)氣缸在氣缸體上的中心與曲軸垂直并上下延伸，兩個(gè)氣缸相互對(duì)稱(chēng)，幾何尺寸相同；兩個(gè)布置在氣缸中的活塞，上述活塞能夠在氣缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，用于吸入低壓力的CO2制冷劑、對(duì)其進(jìn)行壓縮并排出高壓CO2制冷劑；上述閥板組件安裝在氣缸體的頂部，與氣缸及該壓縮機(jī)進(jìn)氣腔、排氣腔相通，隨著活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)安裝在閥板組件上的吸氣閥片、排氣閥片開(kāi)啟和關(guān)閉該閥板組件上的吸、排氣孔口，完成對(duì)壓縮機(jī)的吸、排氣控制的要求，兩個(gè)開(kāi)在電動(dòng)機(jī)殼體內(nèi)壁面上的弧形槽，該弧形槽與固緊在電動(dòng)機(jī)殼體內(nèi)的電動(dòng)機(jī)定子圍成兩進(jìn)氣通道，并且上述進(jìn)氣通道沿軸向延伸，以便在上述壓縮機(jī)機(jī)體的吸氣腔與氣缸體的進(jìn)氣腔之間提供流體通道；在電動(dòng)機(jī)殼體與曲軸箱中間開(kāi)一通孔，將電動(dòng)機(jī)殼體與曲軸箱相互連通，其位置在電動(dòng)機(jī)殼體內(nèi)圓柱形空間的底部，而曲軸箱體內(nèi)油位高度略低于孔的底部，使得電動(dòng)機(jī)殼體與曲軸箱內(nèi)的氣體壓力平衡，電動(dòng)機(jī)殼體內(nèi)的潤(rùn)滑油能回流入曲軸箱。
本發(fā)明較佳的技術(shù)方案還在于可調(diào)節(jié)氣缸余隙容積的活塞設(shè)計(jì)以及緊湊空間、高強(qiáng)度要求下的滑動(dòng)活塞銷(xiāo)設(shè)計(jì)。在活塞4頂部設(shè)計(jì)小凸臺(tái)，直徑小于排氣孔，可自由進(jìn)出排氣孔，高度在小于吸氣閥板厚度下根據(jù)氣缸余隙容積調(diào)整需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，將發(fā)明涉及的CO2壓縮機(jī)余隙容積調(diào)整至要求的范圍。
活塞與連桿直接通過(guò)滑動(dòng)活塞銷(xiāo)直接進(jìn)行連接，滑動(dòng)活塞銷(xiāo)可在活塞的銷(xiāo)孔中軸向滑動(dòng)，活塞銷(xiāo)的兩端球面銷(xiāo)蓋為球面設(shè)計(jì)，采用柔性材料制作，并在兩球面上向活塞銷(xiāo)軸向開(kāi)小孔，使活塞銷(xiāo)體內(nèi)部空間與外部連通。
本發(fā)明的有益效果在于使用了結(jié)構(gòu)緊湊的閥板組件設(shè)計(jì)，在滿(mǎn)足CO2壓縮機(jī)高強(qiáng)度與緊湊空間的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了最大的吸、排氣流通面積，良好地滿(mǎn)足壓縮機(jī)吸、排氣的要求，提高了吸氣容積效率，降低了因吸、排氣腔氣流脈動(dòng)引起的壓縮機(jī)噪音與振動(dòng)。同時(shí)本發(fā)明涉及的活塞頂部凸臺(tái)設(shè)計(jì)，有效地降低了該發(fā)明涉及的新型閥板組件引起的余隙容積的增加，提高了壓縮機(jī)的容積系數(shù)與壓縮機(jī)效率?；瑒?dòng)活塞銷(xiāo)的設(shè)計(jì)良好解決了緊湊空間下活塞與連桿的連接問(wèn)題。電動(dòng)機(jī)側(cè)進(jìn)氣通道的設(shè)計(jì)避免了氣缸內(nèi)及閥片處可能產(chǎn)生的液擊現(xiàn)象，提高了壓縮機(jī)的可靠性，滿(mǎn)足常規(guī)制冷要求。


圖1是本發(fā)明壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)示意剖面圖，反映壓縮機(jī)的整體結(jié)構(gòu)；圖2是殼體2的左視圖，反映進(jìn)氣通道27、28的結(jié)構(gòu)；圖3是圖1在殼體2與殼體1連接處的局部視圖，反映了壓縮機(jī)連通殼體1處的吸氣腔30與殼體2處的進(jìn)氣腔29的進(jìn)氣通道31的機(jī)構(gòu)；圖4是閥板組件吸氣側(cè)I的結(jié)構(gòu)圖；圖5是閥板組件排氣側(cè)II的結(jié)構(gòu)圖；圖6是圖4的A-A的剖面圖；圖7是圖5的B-B的剖面圖；圖8是滑動(dòng)活塞銷(xiāo)5的結(jié)構(gòu)圖；上述圖中的標(biāo)號(hào)分別表示1.氣缸體，2.電動(dòng)機(jī)殼體，3.曲軸箱，4.活塞，5.滑動(dòng)活塞銷(xiāo)，6.連桿，7.曲軸，8.軸瓦，9.第一滑動(dòng)軸承，10.第二滑動(dòng)軸承，11.油泵蓋，12.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，13.電動(dòng)機(jī)定子，14.鍵，15.螺栓，16.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子壓板，17.軸承墊片，18.軸承墊片，19.油泵組件，20.氣缸蓋，21.吸氣端蓋，22.油過(guò)濾器，23.電加熱器，24.曲軸箱底板，25.吊環(huán)螺釘，26.通孔，27.進(jìn)氣通道，28.進(jìn)氣通道，29.進(jìn)氣腔，30.吸氣腔，31進(jìn)氣通道，32.加強(qiáng)筋，33.吸氣蓋板，34.吸氣閥板，35.進(jìn)氣通道，36.吸氣閥片，37.進(jìn)氣腔，38.進(jìn)氣口，39.進(jìn)氣口，40A、40B.氣缸，41.排氣腔，42.排氣閥片，43.排氣簧片，44.排氣孔，45.活塞銷(xiāo)孔，46.過(guò)濾網(wǎng)，47.凸臺(tái)，48.排氣孔，49.進(jìn)氣孔，50.閥板組件，81.銷(xiāo)體，82.通孔，83.球面銷(xiāo)蓋。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作原理作詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)附圖，本發(fā)明所涉及的一種跨臨界CO2制冷循環(huán)用壓縮機(jī)，型式為半封閉往復(fù)活塞式。該壓縮機(jī)殼體由氣缸體1，電動(dòng)機(jī)殼體2及曲軸箱3三部分組成。氣缸體1分別與活塞4A與活塞4B的頂部及閥板組件50構(gòu)成兩個(gè)密封工作氣缸40A、40B，兩工作氣缸為立式且相互平行，其設(shè)計(jì)參數(shù)相同；活塞銷(xiāo)5將活塞4A、4B與連桿6A、6B連成連桿組件，曲柄軸7為180度曲柄軸，兩個(gè)連桿6(6A與6B)與曲柄軸7連接，之間加裝軸瓦8(8A與8B)以滿(mǎn)足摩擦要求。曲柄軸7通過(guò)第一、第二滑動(dòng)軸承9、10兩處支撐，徑向被約束在電動(dòng)機(jī)殼體2與油泵蓋11上，油泵蓋11通過(guò)螺栓固定在曲軸箱3上。電動(dòng)機(jī)與兩個(gè)連桿6(6A與6B)采用共軸驅(qū)動(dòng)，同用一根曲柄軸7，電機(jī)轉(zhuǎn)子12與曲柄軸7之間采用鍵14緊配合連接，電機(jī)定子13固定安裝在電動(dòng)機(jī)殼體2上。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子12側(cè)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子壓板16通過(guò)旋入曲柄軸的螺栓15將其壓在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子12上，保證電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子12的軸向定位。油泵組件19固定連接在油泵蓋11上，氣缸蓋20與閥板組件50固定連接在氣缸體1上，吸氣端蓋21與吊環(huán)螺釘25固定連接在殼體2上，曲軸箱底板23固定連接在殼體3上，電加熱器23內(nèi)嵌安裝在曲軸箱底板24內(nèi)部，油過(guò)濾器22安裝在殼體3上，油泵組件19從曲軸箱內(nèi)的進(jìn)油通道經(jīng)過(guò)油過(guò)濾器22后油泵組件19。電動(dòng)機(jī)殼體2與曲軸箱3之間通過(guò)孔26互相連通，弧形通道27、28由電動(dòng)機(jī)殼體2與電動(dòng)機(jī)定子13之間的空隙構(gòu)成，連通壓縮機(jī)的進(jìn)氣腔29與壓縮機(jī)的吸氣腔30，進(jìn)氣通道31連通吸氣腔30與殼體2處的進(jìn)氣腔29，32為氣缸體1上的加強(qiáng)筋。
上述吸、排氣閥板組件50結(jié)構(gòu)中，其主要由氣缸蓋板33與吸氣閥板34構(gòu)成。以左側(cè)結(jié)構(gòu)為例，在閥板組件50的吸氣側(cè)，吸氣閥片36上方的進(jìn)氣腔37通過(guò)閥板上的進(jìn)氣通道35與吸氣腔30連通，進(jìn)氣通道35從38A、38B、38C、38D四個(gè)進(jìn)氣口給進(jìn)氣腔37進(jìn)氣，吸氣閥板34密封配合在氣缸蓋板33上。吸氣閥片36通過(guò)銷(xiāo)釘定位夾裝在吸氣閥板34與活塞4之間，控制進(jìn)氣腔37與氣缸40之間的進(jìn)氣通道的開(kāi)閉。氣缸蓋板33上排氣孔48與氣缸40同心，連通氣缸40與排氣腔41，排氣閥片42安裝在排氣孔48上方，控制氣缸40與排氣腔41之間吸氣通道的開(kāi)閉，排氣閥片42與其上方的排氣簧片43被固定安裝在氣缸蓋板的上底面?zhèn)?。閥板組件50的下底面活塞4B側(cè)的結(jié)構(gòu)與活塞4A側(cè)的結(jié)構(gòu)沿氣缸40A與氣缸40B之間的中心對(duì)稱(chēng)相同。排氣孔44連通排氣腔41與壓縮機(jī)外部系統(tǒng)管路。
本發(fā)明的跨臨界CO2制冷循環(huán)用往復(fù)活塞壓縮機(jī)，為單級(jí)雙缸式設(shè)計(jì)，使用180度錯(cuò)角的曲柄軸進(jìn)行動(dòng)力傳輸，使曲軸箱壓力與電動(dòng)機(jī)側(cè)壓力相同，避免了CO2的高壓力帶來(lái)的曲軸軸封處的泄漏，同時(shí)可以將從進(jìn)氣孔進(jìn)入進(jìn)氣腔的低溫制冷劑帶回的潤(rùn)滑油流回曲軸箱。將氣缸直接設(shè)計(jì)在壓縮機(jī)殼體上，避免了常規(guī)往復(fù)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中的氣缸與殼體連接處的泄漏。一體化的殼體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了壓縮機(jī)殼體結(jié)構(gòu)量，提高了高壓力狀況下壓縮機(jī)的密封性。
本發(fā)明的工作原理是從系統(tǒng)中回來(lái)的低溫CO2制冷劑從壓縮機(jī)的吸氣端蓋21上的進(jìn)氣孔49進(jìn)入電動(dòng)機(jī)殼體2內(nèi)，并經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)46過(guò)濾，在進(jìn)氣腔29處形成低溫吸氣空腔，低溫制冷劑通過(guò)在殼體2上開(kāi)出的兩弧形槽的進(jìn)氣通道27、28沿電動(dòng)機(jī)定子壁面進(jìn)入吸氣腔30，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行散熱后形成過(guò)熱制冷劑，使CO2低溫制冷劑完全氣化，避免了可能低溫制冷中可能存在的液體成分對(duì)氣缸及閥片的液擊，增加了壓縮機(jī)的可靠性。此后通過(guò)氣缸體1與電動(dòng)機(jī)殼體2之間的進(jìn)氣通道3 1進(jìn)入壓縮機(jī)的吸氣腔30，在吸氣腔30內(nèi)形成足夠大的吸氣緩沖腔。
以左側(cè)活塞4處的結(jié)構(gòu)為例對(duì)壓縮機(jī)的工作過(guò)程進(jìn)行描述。在吸氣腔30中的低壓氣體，通過(guò)閥板組件50上的進(jìn)氣通道35由38A、38B、38C及38D四個(gè)進(jìn)氣口進(jìn)入進(jìn)氣腔37，等待吸氣閥片36的打開(kāi)，準(zhǔn)備進(jìn)入氣缸。當(dāng)活塞4從上止點(diǎn)開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)后，壓縮機(jī)膨脹過(guò)程開(kāi)始，氣缸40A內(nèi)的壓力迅速降低，當(dāng)進(jìn)氣腔37的壓力大于氣缸40的壓力后，吸氣閥片36打開(kāi)，膨脹過(guò)程結(jié)束，吸氣過(guò)程開(kāi)始，低壓氣體開(kāi)始進(jìn)入氣缸40A，當(dāng)活塞4A運(yùn)行至下止點(diǎn)時(shí)，完成最大吸氣量，活塞4A開(kāi)始向回運(yùn)動(dòng)，氣缸40A內(nèi)氣體被壓縮，壓力升高，當(dāng)氣缸40A內(nèi)的壓力大于進(jìn)氣腔37壓力后，吸氣閥片36關(guān)閉，吸氣過(guò)程結(jié)束，壓縮過(guò)程開(kāi)始。隨著活塞4A向上運(yùn)動(dòng)，氣缸40A壓力逐漸增大，當(dāng)壓力大于排氣腔41內(nèi)的壓力后，排氣閥片42打開(kāi)，壓縮過(guò)程結(jié)束，排氣過(guò)程開(kāi)始，隨著活塞4A到達(dá)上止點(diǎn)再次向下運(yùn)動(dòng)后，氣缸40A內(nèi)的壓力低于排氣腔41內(nèi)的壓力，排氣閥片關(guān)閉，排氣過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入下一循環(huán)。曲柄軸7為180度錯(cuò)角設(shè)計(jì)，在曲柄軸7的驅(qū)動(dòng)下，活塞4A與活塞4B進(jìn)行180度相位差的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
閥板組件50將緊湊的吸、排其空間進(jìn)行了充分的利用，最大程度的使用氣缸截面通流面積，采用環(huán)裝進(jìn)氣，中間排氣的吸、排氣方式。在左側(cè)氣缸40A處的結(jié)構(gòu)，采用環(huán)狀的進(jìn)氣通道35，通過(guò)進(jìn)氣孔口38A、38B、38C和38D四個(gè)孔口對(duì)吸氣閥片36上的進(jìn)氣腔37進(jìn)行供氣，使通流面積增大，減小因進(jìn)氣不足引起的壓縮機(jī)效率損失，同時(shí)有效降低該處的壓縮機(jī)噪聲和振動(dòng)。吸氣閥板37是為了加工吸氣蓋板33上的內(nèi)部通道設(shè)計(jì)的，當(dāng)內(nèi)部通道35、37及進(jìn)氣口38A、38B、38C和38D加工完成后，密封配合在吸氣蓋板33上，其加工方便，密封性良好。氣缸40B處在閥板組件上的結(jié)構(gòu)部分與氣缸40A處的結(jié)構(gòu)部分以?xún)蓺飧字行牡闹悬c(diǎn)對(duì)稱(chēng)。閥板組件50的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)合使用了舌簧閥作為吸、排氣閥，較好完成了本發(fā)明涉及的CO2壓縮機(jī)在閥板與氣缸處的密封，解決了CO2作為制冷劑引起的高壓力和小安裝空間的難題，提高了壓縮機(jī)的吸氣指數(shù)，優(yōu)化了壓縮機(jī)效率。
由于氣缸排氣孔口48位于閥板組件50的上方，由于閥板組件50的高度與排氣孔48的面積產(chǎn)生一定的余隙容積，在活塞4A的頂部設(shè)計(jì)圓柱形凸臺(tái)47，凸臺(tái)47的直徑小于排氣孔48的直徑，通過(guò)對(duì)高度的合理選擇可將余隙容積進(jìn)行降低，提高壓縮機(jī)的容積系數(shù)。
由于活塞尺寸很小，強(qiáng)度要求又很高，在活塞內(nèi)部難以使用常規(guī)活塞連桿裝置中的固定活塞銷(xiāo)的結(jié)構(gòu)，所以活塞4A中設(shè)計(jì)使用了滑動(dòng)活塞銷(xiāo)5，其可在氣缸40A的圓形壁面內(nèi)軸向移動(dòng)，徑向被銷(xiāo)孔約束，滿(mǎn)足連桿6A對(duì)活塞4A的驅(qū)動(dòng)要求。為減小滑動(dòng)活塞銷(xiāo)5對(duì)氣缸40A的圓形壁面產(chǎn)生的接觸磨損，將其兩端面設(shè)計(jì)為球面結(jié)構(gòu)，并且使用柔性材料，使其具有良好的使用性能，解決了發(fā)明涉及的CO2壓縮機(jī)的這一難題。
本發(fā)明的跨臨界CO2制冷循環(huán)用往復(fù)活塞壓縮機(jī)在絕大部分場(chǎng)合可替代現(xiàn)有常規(guī)制冷劑壓縮機(jī)，并且在許多常規(guī)制冷劑CFCs和HCFCs不能良好使用或性能不能滿(mǎn)足要求時(shí)，它都有良好的性能表現(xiàn)。
本發(fā)明的跨臨界CO2制冷循環(huán)用往復(fù)活塞壓縮機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域有在壓縮-冷凝式制冷方法中，以其自然工質(zhì)的特性替代現(xiàn)有的壓縮機(jī)，達(dá)到優(yōu)秀的環(huán)保要求，其COP指標(biāo)在制冷工況下與常規(guī)工質(zhì)如R134a相當(dāng)，制熱工況下優(yōu)于R134a；在高溫?zé)岜孟到y(tǒng)中，跨臨界CO2壓縮機(jī)由于CO2作為制冷劑時(shí)自身良好的熱物理性質(zhì)，可產(chǎn)生90℃以上的高溫，某些場(chǎng)合最高溫度可達(dá)到130℃以上，匹配合適的制冷系統(tǒng)可應(yīng)用于小區(qū)及商業(yè)供熱、商用烘干裝置及原油加熱領(lǐng)域；與常規(guī)制熱方式相比，如電加熱、太陽(yáng)能加熱、煤炭、天然氣等燃燒方式相比，CO2壓縮機(jī)將環(huán)境中的低位能的轉(zhuǎn)化為高位能，大量利用環(huán)境熱量，具有優(yōu)異的能效比，能被廣泛應(yīng)用在現(xiàn)有家庭制熱、浴場(chǎng)熱水制造等領(lǐng)域；跨臨界CO2壓縮機(jī)在低蒸發(fā)溫度的制熱性能良好，在寒冷地區(qū)，采用常規(guī)制冷劑壓縮機(jī)的制冷系統(tǒng)不能完成制熱的要求，而本發(fā)明的跨臨界CO2制冷循環(huán)用往復(fù)活塞壓縮機(jī)可完成這一需求。
權(quán)利要求
1.一種跨臨界CO2制冷循環(huán)用往復(fù)活塞壓縮機(jī)，其特征在于，該壓縮機(jī)為單級(jí)雙缸立式半封閉結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)一體化的殼體，該殼體由氣缸體(1)、電動(dòng)機(jī)殼體(2)及曲軸箱(3)三部分構(gòu)成；電動(dòng)機(jī)殼體(2)中安裝有電動(dòng)機(jī)定子(13)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子(12)，該電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子(12)與曲軸箱(3)中的一根180度錯(cuò)角曲柄軸(7)連接，用于對(duì)曲軸箱(3)中的兩個(gè)連桿(6)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；同時(shí)連接固緊在曲軸箱(3)上的油泵組件(19)并進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；兩個(gè)連桿(6)與活塞(4)通過(guò)滑動(dòng)活塞銷(xiāo)(5)連接，活塞(6)與閥板組件(50)圍成兩個(gè)氣缸(40)，構(gòu)成壓縮機(jī)的工作腔；兩個(gè)集成在氣缸體(1)上的氣缸(40)，上述各個(gè)氣缸(4)在氣缸體(1)上的中心與曲軸垂直并上下延伸，兩個(gè)氣缸(40)相互對(duì)稱(chēng)，幾何尺寸相同；兩個(gè)布置在氣缸(40)中的活塞(4)，活塞(4)能夠在氣缸(40)中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，用于吸入低壓力的CO2制冷劑、對(duì)其進(jìn)行壓縮并排出高壓CO2制冷劑；上述閥板組件(50)安裝在氣缸體(1)的頂部，與氣缸(4)及該壓縮機(jī)進(jìn)氣腔(30)、排氣腔(41)相通，隨著上述活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)安裝在閥板組件上的吸氣閥片(34)、排氣閥片(42)開(kāi)啟和關(guān)閉該閥板組件(50)上的吸、排氣孔口，完成對(duì)壓縮機(jī)的吸、排氣控制的要求；兩個(gè)開(kāi)在電動(dòng)機(jī)殼體(2)內(nèi)壁面上的弧形槽，該弧形槽與固緊在電動(dòng)機(jī)殼體(2)內(nèi)的電動(dòng)機(jī)定子(13)圍成兩進(jìn)氣通道(27，28)，并且上述進(jìn)氣通道沿軸向延伸，以便在上述壓縮機(jī)機(jī)體的吸氣腔(30)與氣缸體(1)的進(jìn)氣腔(29)之間提供流體通道；在電動(dòng)機(jī)殼體(2)與曲軸箱(3)中間開(kāi)一通孔(26)，將電動(dòng)機(jī)殼體(2)與曲軸箱(3)相互連通，其位置在電動(dòng)機(jī)殼體(2)內(nèi)圓柱形空間的底部，而曲軸箱體(3)內(nèi)油位高度略低于孔(26)的底部，使得電動(dòng)機(jī)殼體(2)與曲軸箱(3)內(nèi)的氣體壓力平衡，電動(dòng)機(jī)殼體(2)內(nèi)的潤(rùn)滑油能回流入曲軸箱(3)。
2.如權(quán)利要求1所述的跨臨界CO2制冷循環(huán)用往復(fù)活塞壓縮機(jī)，其特征在于，所述的閥板組件在吸氣蓋板(33)的與氣缸(4)接觸一側(cè)，沿吸氣閥板(34)的外圓側(cè)加工一圓環(huán)形凹槽，為進(jìn)氣腔(37)的進(jìn)氣通道(35)，上述凹槽具有一定寬度，連通兩個(gè)氣缸(40)的進(jìn)氣通道，該進(jìn)氣通道(35)通過(guò)四個(gè)進(jìn)氣口(38A、38B、38C、38D)與四個(gè)進(jìn)氣口(39A、39B、39C、39D)分別呈放射狀與兩個(gè)氣缸(40)的吸氣腔(37)連通，允許氣體在吸氣閥片(36)打開(kāi)時(shí)而進(jìn)入氣缸；以及排氣孔口(48)與氣缸同心，位于閥板組件(50)上，并與上述閥板組件(50)上密封安裝的吸氣閥板(34)同心，排氣孔口(48)外圓與吸氣閥板(34)之間的環(huán)狀通道為氣缸(40)的進(jìn)氣通道，被吸氣閥片(36)封閉。
3.如權(quán)利要求1所述的跨臨界CO2制冷循環(huán)用往復(fù)活塞壓縮機(jī)，其特征在于，所述的活塞(4)的頂部有一圓柱形凸臺(tái)(47)，其圓柱中心與活塞同心，直徑小略于排氣孔(48)，高度按照余隙容積設(shè)計(jì)要求進(jìn)行控制，隨活塞(4)一起進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，能順利進(jìn)出排氣孔(48)。
4.如權(quán)利要求1所述的跨臨界CO2制冷循環(huán)用往復(fù)活塞壓縮機(jī)，其特征在于，所述的活塞(4)與連桿(6)直接通過(guò)滑動(dòng)活塞銷(xiāo)(5)進(jìn)行連接，活塞(4)徑向被約束，可沿其中心線自由轉(zhuǎn)動(dòng)，軸向具有一定的自由度，軸向滑動(dòng)的約束為氣缸(40)的圓柱形內(nèi)壁面，活塞銷(xiāo)(5)兩端采用球面設(shè)計(jì)，并使用柔性材料制作后使用過(guò)盈配合套入活塞銷(xiāo)圓柱內(nèi)，活塞銷(xiāo)(5)兩端球面各鉆一小孔，與活塞銷(xiāo)(5)內(nèi)孔相通。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種跨臨界CO
文檔編號(hào)F04B39/00GK1995751SQ200610105259
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者邢子文, 馬元, 何志龍, 彭學(xué)院 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)