本發(fā)明屬于空調(diào)制冷技術(shù)領(lǐng)域,更具體的說,是涉及一種二氧化碳四級轉(zhuǎn)子式壓縮膨脹機,用于回收膨脹功,減少冷量損失,提升工作效率。
背景技術(shù):
隨著全球變暖以及臭氧層破壞引起人們極大重視,cfcs和hcfcs制冷劑正在逐步被淘汰。關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書基加利修正案指出:減少強有力的溫室氣體,即氫氟碳化物(hfcs)的排放,從而將在本世紀末防止全球變暖達0.5℃。其中的最核心內(nèi)容是:發(fā)達國家將在2019年前開始逐步減少hfcs;發(fā)展中國家將在2024年起凍結(jié)hfcs的消費量,其中一些發(fā)展中國家則需在2028年凍結(jié)消費。至2040年代后期,預(yù)計所有締約方國家的消費量不超過各自基準量的15-20%。
為達到緩解全球變暖現(xiàn)象,減少臭氧層破壞的目的,目前,制冷劑的發(fā)展方向主要有兩個:一是繼續(xù)開發(fā)新的人工合成的制冷劑;二是采用自然界本來就存在的物質(zhì)作為制冷劑,如氨、二氧化碳、水等。新的人工合成制冷劑被接受以及推廣應(yīng)用尚需要相當長的時間,且成本較高;使用自然工質(zhì),可減少對環(huán)境的破壞,且造價相對低廉。自20世紀80年代以來,前國際制冷主席lorentzen一直提倡使用自然工質(zhì),提出使用二氧化碳作為制冷劑并采用跨臨界循環(huán),同時采用膨脹機回收膨脹功來提高二氧化碳跨臨界循環(huán)的性能系數(shù)。時至今日,自然工質(zhì)作為制冷劑的研究越來越多,提高自然制冷劑的系統(tǒng)效率以接近甚至在某些條件下超過人工合成制冷劑。其中,二氧化碳作為制冷劑在近十幾年逐漸成為研究的熱點。二氧化碳作為制冷劑的優(yōu)勢在于:二氧化碳對環(huán)境無害,是天然存在的物質(zhì);來源廣,價格低;化學(xué)穩(wěn)定性、安全性好;單位容積制冷量高;有良好的輸運和傳熱性質(zhì)。同時采用轉(zhuǎn)子式壓縮機,輸氣系數(shù)較高,體積小,重量輕。
但是二氧化碳在跨臨界循環(huán)存在幾個問題:1.二氧化碳臨界溫度低,臨界區(qū)附近的節(jié)流存在很大的能量損失循環(huán)效率低,為減少因節(jié)流造成的節(jié)流損失,在二氧化碳系統(tǒng)中,多采用膨脹機代替節(jié)流閥的舉措,但如何實際利用回收的膨脹功,是一個需要解決的問題;2.在膨脹機入口需要通過凸輪及閥桿控制進氣量,系統(tǒng)需要安裝凸輪閥桿,復(fù)雜性提升,凸輪閥桿控制結(jié)構(gòu)存在一定的空隙容積,可能損失一部分膨脹功,損失增大;3.通過凸輪及閥桿控制進氣量,工質(zhì)流動存在停頓,產(chǎn)生壓力脈動。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
基于1.回收膨脹功,降低冷量損失;2.減少空隙容積,降低膨脹功損失;3.控制膨脹機吸氣量,減少冷量損失的目的,本發(fā)明提供了一種二氧化碳四級轉(zhuǎn)子式壓縮膨脹機。
為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實現(xiàn):
一種二氧化碳四級轉(zhuǎn)子式壓縮膨脹機,包括殼體,所述殼體內(nèi)部設(shè)置有電機部分、壓縮部分、膨脹部分;
所述電機部分包括主軸和纏繞在所述主軸上的線圈;
所述壓縮部分包括結(jié)構(gòu)相同的第一壓縮氣缸和第二壓縮氣缸,所述第一壓縮氣缸和所述第二壓縮氣缸均為轉(zhuǎn)子式且均安裝在所述主軸上;
所述第一壓縮氣缸內(nèi)設(shè)置有第一壓縮偏心輪、第一壓縮滑片、第一壓縮滾環(huán)、第一壓縮滾珠;所述第一壓縮偏心輪外部通過所述第一壓縮滾珠安裝所述第一壓縮滾環(huán),所述第一壓縮滑片安裝于所述第一壓縮氣缸且端部壓緊在所述第一壓縮滾環(huán)外部;由此,所述第一壓縮滾環(huán)與所述第一壓縮氣缸內(nèi)壁形成的月牙形空間被所述第一壓縮滑片分隔為壓縮腔和排氣腔;所述第一壓縮氣缸的壓縮腔連通第一壓縮氣缸吸氣口,用于連接熱泵系統(tǒng)中蒸發(fā)器的出口;所述第一壓縮氣缸的排氣腔連通第一壓縮氣缸排氣口,用于連接熱泵系統(tǒng)中氣體冷卻器的入口;
所述第二壓縮氣缸內(nèi)設(shè)置有第二壓縮偏心輪、第二壓縮滑片、第二壓縮滾環(huán)、第二壓縮滾珠;所述第二壓縮偏心輪外部通過所述第二壓縮滾珠安裝所述第二壓縮滾環(huán),所述第二壓縮滑片安裝于所述第二壓縮氣缸且端部壓緊在所述第二壓縮滾環(huán)外部;由此,所述第二壓縮滾環(huán)與所述第二壓縮氣缸內(nèi)壁形成的月牙形空間被所述第二壓縮滑片分隔為壓縮腔和排氣腔;所述第二壓縮氣缸的壓縮腔連通第二壓縮氣缸吸氣口,用于連接熱泵系統(tǒng)中氣體冷卻器的出口;所述第二壓縮氣缸的排氣腔連通第二壓縮氣缸排氣口,用于連接熱泵系統(tǒng)中氣體冷卻器的入口;
所述膨脹部分包括結(jié)構(gòu)相同的第一膨脹氣缸和第二膨脹氣缸,所述第一膨脹氣缸和所述第二膨脹氣缸均為轉(zhuǎn)子式且均安裝在所述主軸上;所述第一膨脹氣缸和所述第二膨脹氣缸之間設(shè)置有隔板,所述隔板上設(shè)置有中間通道,所述中間通道連通所述第一膨脹氣缸的膨脹腔與所述第二膨脹氣缸的膨脹腔;
所述第一膨脹氣缸內(nèi)設(shè)置有第一膨脹偏心輪、第一膨脹滑片、第一膨脹滾環(huán)、第一膨脹滾珠;所述第一膨脹偏心輪外部通過所述第一膨脹滾珠安裝所述第一膨脹滾環(huán),所述第一膨脹滑片安裝于所述第一膨脹氣缸且端部壓緊在所述第一膨脹滾環(huán)外部;由此,所述第一膨脹滾環(huán)與所述第一膨脹氣缸內(nèi)壁形成的月牙形空間被所述第一膨脹滑片分隔為吸氣腔和膨脹腔;所述第一膨脹氣缸的吸氣腔連通有第一膨脹氣缸吸氣口,用于連接熱泵系統(tǒng)中氣體冷卻器的出口;所述第一膨脹氣缸的膨脹腔連通于所述隔板的所述中間通道;
所述第二膨脹氣缸內(nèi)設(shè)置有第二膨脹偏心輪、第二膨脹滑片、第二膨脹滾環(huán)、第二膨脹滾珠;所述第二膨脹偏心輪外部通過所述第二膨脹滾珠安裝所述第二膨脹滾環(huán),所述第二膨脹滑片安裝于所述第二膨脹氣缸且端部壓緊在所述第二膨脹滾環(huán)外部;由此,所述第一膨脹滾環(huán)與所述第一膨脹氣缸內(nèi)壁形成的月牙形空間被所述第一膨脹滑片分隔為膨脹腔和排氣腔;所述第二膨脹氣缸的膨脹腔連通于所述隔板的所述中間通道;所述第二膨脹氣缸的排氣腔連通有第二膨脹氣缸排氣口,用于連接熱泵系統(tǒng)中蒸發(fā)器的入口。
優(yōu)選地,所述電機部分、所述壓縮部分、所述膨脹部分在所述殼體內(nèi)部由上到下設(shè)置,并且彼此之間由擋板分隔。
優(yōu)選地,所述第一壓縮滑片端部表面為與所述第一壓縮滾環(huán)外周弧度一致的內(nèi)凹弧面。
優(yōu)選地,所述第二壓縮滑片端部表面為與所述第二壓縮滾環(huán)外周弧度一致的內(nèi)凹弧面。
優(yōu)選地,所述第一膨脹滑片端部表面為與所述第一膨脹滾環(huán)外周弧度一致的內(nèi)凹弧面。
優(yōu)選地,所述第一膨脹滑片端部表面為與所述第一膨脹滾環(huán)外周弧度一致的內(nèi)凹弧面。
本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明分為壓縮部分和膨脹部分,因壓縮部分和膨脹部分在同一機構(gòu)中,回收的膨脹功可通過主軸直接作用于壓縮部分,代替電機驅(qū)動壓縮部分進行一定的壓縮,減少功的輸入,解決膨脹功難以利用的問題,因此不僅對膨脹功進行有效的回收而減少冷量損失,而且還對膨脹功進行充分的利用而減少了耗電量,達到節(jié)省更多能量的目的。
壓縮部分采用雙級壓縮中間冷卻提升壓縮比,膨脹部分采用雙級膨脹氣缸充分回收膨脹功。更重要的是,雙級膨脹氣缸可通過第一級膨脹氣缸控制進入第二級膨脹氣缸的進氣量,以代替凸輪閥桿等機構(gòu),減少摩擦,提升效率;不存在因凸輪閥桿機構(gòu)在控制進氣過程中開啟和關(guān)閉造成的管道中二氧化碳的暢通與停頓,保證二氧化碳始終持續(xù)流動,降低壓力脈動。另外,雙級膨脹氣缸可以平衡慣性力,避免了單缸膨脹氣缸的偏心輪重心與主軸旋轉(zhuǎn)重心不重合的問題,不需要額外安裝平衡塊平衡慣性力。
本發(fā)明分為壓縮氣缸和膨脹氣缸均在偏心輪外部通過滾珠安裝有滾環(huán),滾環(huán)與氣缸內(nèi)壁相切的接觸點為滾動摩擦,和常規(guī)的滑動摩擦相比,可大幅降低摩擦力,減少摩擦生熱等情況。同時,壓縮氣缸和膨脹氣缸的滑片采用內(nèi)凹弧面設(shè)計,可保證滑片和滾環(huán)始終為面接觸,增大接觸面積,變滑動摩擦為滾動摩擦,減小摩擦。
附圖說明
圖1是本發(fā)明所提供的二氧化碳四級轉(zhuǎn)子式壓縮膨脹機的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是壓縮部分的剖面示意圖;
圖3是膨脹部分的剖面示意圖;
圖4是圖2中第一壓縮滑片端部的局部放大圖。
圖中:1,殼體,101,第一壓縮氣缸吸氣口,102,第一壓縮氣缸排氣口,103,第二壓縮氣缸吸氣口,104,第二壓縮氣缸排氣口,105,第一膨脹氣缸吸氣口,106,第二膨脹氣缸排氣口;2,主軸;3,線圈;4,第一壓縮氣缸,401,第一壓縮偏心輪,402,第一壓縮滑片,403,第一壓縮滾環(huán),404,第一壓縮滾珠;5,第二壓縮氣缸,501,第二壓縮偏心輪,502,第二壓縮滑片,503,第二壓縮滾環(huán),504,第二壓縮滾珠;6,第一膨脹氣缸,601,第一膨脹偏心輪,602,第一膨脹滑片,603,第一膨脹滾環(huán),604,第一膨脹滾珠;7,第二膨脹氣缸,701,第二膨脹偏心輪,702,第二膨脹滑片,703,第二膨脹滾環(huán),704,第二膨脹滾珠;8,第二隔板;9,中間通道;10,第一隔板。
具體實施方式
為能進一步了解本發(fā)明的內(nèi)容、特點及效果,茲例舉以下實施例,并配合附圖詳細說明如下:
如圖1所示,本實施例公開了一種二氧化碳四級轉(zhuǎn)子式壓縮膨脹機,包括殼體1,殼體1內(nèi)部設(shè)置有電機部分、壓縮部分、膨脹部分,電機部分、壓縮部分、膨脹部分在殼體1內(nèi)部由上到下設(shè)置,并且彼此之間由擋板分隔。
電機部分設(shè)置在殼體1內(nèi)的頂部,包括主軸2和線圈3,線圈3纏繞在主軸2上,主軸2上依次安裝有壓縮部分的第二壓縮氣缸5、第一壓縮氣缸4和膨脹部分的第一膨脹氣缸6、第二膨脹氣缸7。
結(jié)合圖2所示,壓縮部分包括結(jié)構(gòu)相同的第一壓縮氣缸4和第二壓縮氣缸5,第一壓縮氣缸4和第二壓縮氣缸5均選用轉(zhuǎn)子式壓縮氣缸。第一壓縮氣缸4和第二壓縮氣缸5均安裝在主軸2上。第二壓縮氣缸5安裝在電機部分下方的殼體1內(nèi),第一壓縮氣缸4安裝在第二壓縮氣缸5下方的殼體1內(nèi),第一壓縮氣缸4和第二壓縮氣缸5之間設(shè)置有第一隔板10。壓縮部分采用雙級壓縮中間冷卻提升壓縮比。
第一壓縮氣缸4內(nèi)設(shè)置有第一壓縮偏心輪401、第一壓縮滑片402、第一壓縮滾環(huán)403、第一壓縮滾珠404。第一壓縮偏心輪401外部加裝有第一壓縮滾環(huán)403,第一壓縮滾環(huán)403通過第一壓縮滾珠404安裝于第一壓縮偏心輪401。第一壓縮滑片402通過彈簧安裝于第一壓縮氣缸4,其端部壓緊在第一壓縮滾環(huán)403外部。第一壓縮滑片402端部表面為與第一壓縮滾環(huán)403外周弧度一致的內(nèi)凹弧面,以使第一壓縮氣缸4工作時第一壓縮滑片402始終以曲面與第一壓縮滾環(huán)403相接觸,如圖4所示。這樣,第一壓縮偏心輪401及第一壓縮滾環(huán)403與第一壓縮氣缸4內(nèi)壁形成的月牙形空間被第一壓縮滑片402分隔為壓縮腔和排氣腔。第一壓縮氣缸4的第一壓縮氣缸吸氣口101開設(shè)在殼體1側(cè)壁,與第一壓縮氣缸4的壓縮腔連通,用于連接熱泵系統(tǒng)中蒸發(fā)器的出口。第一壓縮氣缸4的第一壓縮氣缸排氣口102開設(shè)在殼體1側(cè)壁,與第一壓縮氣缸4的排氣腔連通,用于連接熱泵系統(tǒng)中氣體冷卻器的入口。
第二壓縮氣缸5內(nèi)設(shè)置有第二壓縮偏心輪501、第二壓縮滑片502、第二壓縮滾環(huán)503、第二壓縮滾珠504。第二壓縮偏心輪501外部加裝有第二壓縮滾環(huán)503,第二壓縮滾環(huán)503通過第二壓縮滾珠504安裝于第二壓縮偏心輪501。第二壓縮滑片502通過彈簧安裝于第二壓縮氣缸5,其端部壓緊在第二壓縮滾環(huán)503外部。第二壓縮滑片502端部表面為與第二壓縮滾環(huán)503外周弧度一致的內(nèi)凹弧面,以使第二壓縮氣缸5工作時第二壓縮滑片502始終以曲面與第二壓縮滾環(huán)503相接觸,如圖4所示。這樣,第二壓縮偏心輪501及第二壓縮滾環(huán)503與第二壓縮氣缸5內(nèi)壁形成的月牙形空間被第二壓縮滑片502分隔為壓縮腔和排氣腔。第二壓縮氣缸5的第二壓縮氣缸吸氣口103開設(shè)在殼體1側(cè)壁,與第二壓縮氣缸5的壓縮腔連通,用于連接進行中間冷卻的氣體冷卻器的出口。第二壓縮氣缸5的第二壓縮氣缸排氣口104開設(shè)在殼體1頂部,與第二壓縮氣缸5的排氣腔連通,用于連接熱泵系統(tǒng)中氣體冷卻器的入口;排氣時,二氧化碳工質(zhì)通過電機部分與壓縮部分之間擋板上的通道進入電機部分的腔體后,通過第二壓縮氣缸排氣口104排出。
結(jié)合圖3所示,膨脹部分包括結(jié)構(gòu)相同的第一膨脹氣缸6和第二膨脹氣缸7,第一膨脹氣缸6和第二膨脹氣缸7均選用轉(zhuǎn)子式膨脹氣缸。第一膨脹氣缸6和第二膨脹氣缸7均安裝在主軸2上。第一膨脹氣缸6安裝在第二壓縮氣缸5下方的殼體1內(nèi),第二膨脹氣缸7安裝在第一膨脹氣缸6下方的殼體1內(nèi),第一膨脹氣缸6和第二膨脹氣缸7之間設(shè)置有第二隔板8,可起到隔離隔熱效果,減小第一膨脹氣缸6和第二膨脹氣缸7之間的傳熱損失。第二隔板8上設(shè)置有用于連接第一膨脹氣缸6和第二膨脹氣缸7的中間通道9,中間通道9為傾斜設(shè)置,以使中間通道9由第一膨脹氣缸6的膨脹腔通向第二膨脹氣缸7的膨脹腔。
第一膨脹氣缸6內(nèi)設(shè)置有第一膨脹偏心輪601、第一膨脹滑片602、第一膨脹滾環(huán)603、第一膨脹滾珠604。第一膨脹偏心輪601外部加裝有第一膨脹滾環(huán)603,第一膨脹滾環(huán)603通過第一膨脹滾珠604安裝于第一膨脹偏心輪601。第一膨脹滑片602通過彈簧安裝于第一膨脹氣缸6,其端部壓緊在第一膨脹滾環(huán)603外部。第一膨脹滑片602端部表面為與第一膨脹滾環(huán)603外周弧度一致的內(nèi)凹弧面,以使第一膨脹氣缸6工作時第一膨脹滑片602始終以曲面與第一膨脹滾環(huán)603相接觸,如圖4所示。這樣,第一膨脹偏心輪601及第一膨脹滾環(huán)603與第一膨脹氣缸6內(nèi)壁形成的月牙形空間被第一膨脹滑片602分隔為吸氣腔和膨脹腔。第一膨脹氣缸6的第一膨脹氣缸吸氣口105開設(shè)在殼體1側(cè)壁,與第一膨脹氣缸6的吸氣腔連通,用于連接熱泵系統(tǒng)中氣體冷卻器的出口。第一膨脹氣缸6的膨脹腔連通于第二隔板8上的中間通道9。
第二膨脹氣缸7內(nèi)設(shè)置有第二膨脹偏心輪701、第二膨脹滑片702、第二膨脹滾環(huán)703、第二膨脹滾珠704。第二膨脹偏心輪701外部加裝有第二膨脹滾環(huán)703,第二膨脹滾環(huán)703通過第二膨脹滾珠704安裝于第二膨脹偏心輪701。第二膨脹滑片702通過彈簧安裝于第二膨脹氣缸7,其端部壓緊在第二膨脹滾環(huán)703外部。第二膨脹滑片702端部表面為與第二膨脹滾環(huán)703外周弧度一致的內(nèi)凹弧面,以使第二膨脹氣缸7工作時第二膨脹滑片702始終以曲面與第二膨脹滾環(huán)703相接觸,如圖4所示。這樣,第二膨脹偏心輪701及第二膨脹滾環(huán)703與第二膨脹氣缸7內(nèi)壁形成的月牙形空間被第二膨脹滑片702分隔為膨脹腔和排氣腔。第二膨脹氣缸7的膨脹腔連通于第二隔板8上的中間通道9;第二膨脹氣缸7的的第二膨脹氣缸排氣口106開設(shè)在殼體1側(cè)壁,與第二膨脹氣缸7的排氣腔連通,用于連接熱泵系統(tǒng)中蒸發(fā)器的入口。
本發(fā)明的二氧化碳四級轉(zhuǎn)子式壓縮膨脹機,其工作過程如下:
通電后,線圈3內(nèi)產(chǎn)生電磁力,帶動主軸2轉(zhuǎn)動。二氧化碳工質(zhì)在蒸發(fā)器吸熱后變?yōu)槎趸硷柡蜌?,之后通過第一壓縮氣缸吸氣口101進入第一壓縮氣缸4,第一壓縮氣缸4的第一壓縮偏心輪401隨主軸2帶動第一壓縮滾環(huán)403緊貼于第一壓縮氣缸4內(nèi)壁回轉(zhuǎn),形成壓縮腔和排氣腔容積周期性變化,完成吸氣、壓縮、排氣過程。二氧化碳工質(zhì)在第一壓縮氣缸4進行壓縮后,通過第一壓縮氣缸排氣口102進入熱泵系統(tǒng)中氣體冷卻器進行中間冷卻,隨后通過第二壓縮氣缸吸氣口103進入第二壓縮氣缸5,第二壓縮氣缸5的第二壓縮偏心輪501隨主軸2帶動第二壓縮滾環(huán)503緊貼于第二壓縮氣缸5內(nèi)壁回轉(zhuǎn),形成壓縮腔和排氣腔容積周期性變化,完成吸氣、壓縮、排氣過程。二氧化碳工質(zhì)在第二壓縮氣缸5進行壓縮后,通過第二壓縮氣缸排氣口104進入熱泵系統(tǒng)中氣體冷卻器進行中間冷卻,隨后進入第一膨脹氣缸6。
第一膨脹氣缸6內(nèi)設(shè)置有第一膨脹偏心輪601、第一膨脹滑片602、第一膨脹滾環(huán)603、第一膨脹滾珠604。
第二膨脹氣缸7內(nèi)設(shè)置有第二膨脹偏心輪701、第二膨脹滑片702、第二膨脹滾環(huán)703、第二膨脹滾珠704。
二氧化碳工質(zhì)通過第一膨脹氣缸吸氣口105進入第一膨脹氣缸6,高壓的二氧化碳氣體推動第一膨脹偏心輪601轉(zhuǎn)動,第一膨脹氣缸6回收膨脹功。當二氧化碳工質(zhì)隨著第一膨脹偏心輪601轉(zhuǎn)動至中間通道9時,工質(zhì)進入并通過中間通道9,由第一膨脹氣缸6進入第二膨脹氣缸7,隨后在高壓二氧化碳的驅(qū)動下,第二膨脹氣缸7中的第二膨脹偏心輪701也會發(fā)生轉(zhuǎn)動。當?shù)谝慌蛎浧妮?01轉(zhuǎn)過第一膨脹氣缸吸氣口105所處角度時吸氣停止,開始膨脹過程,當?shù)谝慌蛎浧妮?01繼續(xù)轉(zhuǎn)動,通過第二隔板8上的中間通道9時,第一膨脹氣缸6內(nèi)的膨脹過程結(jié)束,工質(zhì)通過中間通道9進入第二壓縮氣缸7。當?shù)诙蛎浧妮?01轉(zhuǎn)過中間通道9所處角度時,第二膨脹氣缸7內(nèi)吸氣過程結(jié)束,開始第二膨脹氣缸7內(nèi)的膨脹過程。當?shù)诙蛎浧妮?01轉(zhuǎn)到第二膨脹氣缸排氣口106時,二氧化碳膨脹結(jié)束,開始排氣,完成完整的吸氣、膨脹、排氣過程。
二氧化碳在第一膨脹氣缸6和第二膨脹氣缸7中回收膨脹功,帶動主軸2運動,將膨脹功進行利用,可減少輸入的電能;同時,因采用第一膨脹氣缸6和第二膨脹氣缸7代替節(jié)流閥的措施,可減少節(jié)流閥因振動摩擦生熱,避免冷量損失。第一膨脹氣缸6和第二膨脹氣缸7還可避免使用凸輪閥桿機構(gòu),工質(zhì)流動連續(xù),降低壓力脈動。
盡管上面結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述,但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式,上述的具體實施方式僅僅是示意性的,并不是限制性的,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下,在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下,還可以做出很多形式的具體變換,這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。