用於熱泵的壓縮機及其操作方法

2023-05-06 10:41:11

專利名稱：用於熱泵的壓縮機及其操作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於熱泵型空調機或類似裝置的熱泵中的壓縮機，還進一步涉及操作這種壓縮機的方法。
圖6所示為可讓常規的熱泵型空調機的冷卻介質循環流動的迴路示意圖。
在空調機加熱運轉期間，從壓縮機01排出的高壓/高溫氣態冷卻介質通過四通閥02流入設置在房間內的熱交換器03中，如帶虛線的箭頭所示。氣態冷卻介質通過向房間內部散發熱量而冷凝成液態。
此後，高壓液態冷卻介質流入膨脹閥04。在膨脹閥04中，液態冷卻介質通過絕熱膨脹而轉化成氣態/液態雙元介質流。
接著，冷卻介質流入設置在房間外部的另一個熱交換器05。在熱交換器05中，冷卻介質由於從外界空氣吸收熱量蒸發而轉變成低溫/低壓氣態冷卻介質。然後，氣態冷卻介質通過四通閥02返回到壓縮機01，從而再以上述方式沿著迴路循環。
另一方面，在空調機冷卻運轉或除霜運轉期間，冷卻介質依次通過壓縮機01、四通閥02、設置在房間外部的熱交換器05、膨脹閥04、設置在房間內的熱交換03和四通閥02沿著迴路循環流動。
圖7為Moriere曲線圖，它表示了上述冷卻循環過程。
此時，假定輸入壓縮機01的功率是Pi(千卡/小時)，冷卻能力由△i1×Gr(千卡/小時)表示，加熱能力由△i2×Gr(千卡/小時)表示。其中△i1表示冷卻介質蒸發前、後的焓差(千卡/小時)，△i2表示冷卻介質冷凝前、後的焓差(千卡/小時)，而Gr表示待循環的冷卻介質的量(千克/小時)。
圖8是示例性地表示壓縮機01的內部結構的垂直剖面圖。
壓縮機01是這樣構成的，它包括一個位於封閉殼體8的上部的渦型壓縮機構C，和一個位於殼體8下部的電動機4。壓縮機構C通過一根轉軸5與電動機4有效地連接。
具體地說，渦型壓縮機構C主要包括一個定渦卷1、一個動渦卷2、一個轉動抑制機構3、一個支架6、轉軸5的上部支承軸承71、轉軸5的下部支承軸承72、動渦卷2的支承軸承73和止推軸承74。其中轉動抑制機構3能允許動渦卷2運轉，但阻止其繞偏心銷軸53轉動，下面還將對此加以說明。
定渦卷1包括一個端板11和多個螺旋件12。端板11上有一個排放口13以及一個用於打開和關閉排放口13的排放閥門17。
動渦卷21包括一個端板21和多個螺旋件22。端板21上伸出一個軸套23。
在殼體8的底部盛裝有一定量的潤滑劑81。潤滑劑81在轉軸5轉動所產生的離心力的作用下，通過位於轉軸5中輸送孔52最下端的進口51向上提升。由此，潤滑劑81可對下部支承軸承72、偏心銷軸53、上部支承軸承71、轉動抑制機構3、支承軸承73、止推軸承74和其它重要組成元件進行適當的潤滑。在完成潤滑以後，潤滑劑81通過腔室61和排洩口62向下流到殼體8的底部。
當壓縮機01工作時，低溫/低壓的氣態冷卻介質通過吸口82引入殼體8內部，並對電動機4進行冷卻。此後，氣態冷卻介質通過定渦卷1上的吸取通道15和吸取腔16引入由螺旋件12和22限定的壓縮腔24內。隨著動渦卷2的運轉，壓縮腔24的容積減小，使得氣態冷卻介質在被壓縮的同時進入中央部分。受壓縮的氣態冷卻介質上升到排放口13，以便通過排放口13排入排放腔14，然後再通過排放管83排出。在圖8中，參考標號84表示一個緊固在轉軸5頂端的配重。
然而，對於具有上述結構的壓縮機01來說，當要使它在更高效率下運轉時，就會發現它不能正常工作，即輸入到壓縮機01的輸入功率降低到Pi′(千卡/小時)，而冷卻介質在冷凝前後的焓差△i2降低到△i2′，因此在加熱運轉期間，加熱能力△i2′×Gr(千卡/小時)也就下降了。
附帶要說明的是，在冷卻運轉期間，該壓縮機能提供與壓縮機在高效運轉之前完全相同的冷卻能力△i1×Gr(千卡/小時)，從而可以降低一部分能耗。
本發明的目的就是要克服當常規壓縮機高效運轉時而導致加熱能力降低的缺陷，其旨意在於提供一種用於熱泵的壓縮機，該壓縮機帶有一條旁路通道，以此使壓縮機的高壓側與進行壓縮行程的壓縮腔連通;該壓縮機還具有用於打開和關閉所述旁路通道的開/閉機構。
另外，根據本發明的另一方面，還提供一種操作用於熱泵的壓縮機的方法。其中，在壓縮機高效冷卻運轉期間，將旁路通道關閉，這條旁路通道的用途在於，將從壓縮機排出的氣體引入到進行壓縮行程的壓縮腔中;而在壓縮機以高加熱能力進行加熱運轉期間，將旁路通道打開，以便使壓縮機能以高能力運轉。
對於具有上述結構的壓縮機來說，在壓縮機高效運轉時，旁路通道保持關閉狀態。與上述情況相反，當壓縮機以高能力運轉時，旁路通道被打開，以便將高壓氣體引入進行壓縮行程的壓縮腔中，由此再次對高壓氣體進行壓縮。
因此，當旁路通道在冷卻運轉期間關閉時，冷卻運轉便能以高效進行。在加熱運轉期間，在加熱運轉起動時或在除霜運轉過程中，如希望獲得高的加熱能力，則將旁路通道打開，以此提高加熱能力。
旁路通道可以設置在導入排氣的排放腔和進行壓縮行程的壓縮腔之間。
開/閉機構可由一個旁路活塞構成，可以通過改變控制壓力來控制該活塞的動作。
另外，也可以設計成僅當要求壓縮機以高能力運轉時(例如在加熱運轉開始時，在除霜或類似運轉期間)使旁路通道打開。


圖1至圖5分別表示了本發明的一個實施例。
圖1是一個壓縮機的部分剖視圖;
圖2和圖3分別是圖1所示壓縮機的部分放大剖視圖，其中圖2表示了處於加熱運轉狀態的壓縮機，而圖3表示了處於冷卻運轉狀態的壓縮機;
圖4為一個曲線圖，表示了壓縮腔的容積和其中壓力相對於動渦卷轉動角度的變化關係;
圖5為一個曲線圖，表示了壓縮腔的容積和其中壓力的相互關係;
圖6為冷卻介質通過熱泵型空調器循環的迴路圖;
圖7為Moriere曲線圖;
圖8為常規壓縮機的垂直剖面圖。
現在，結合表示本發明的一個最佳實施例的附圖，對本發明給予詳細說明。
如圖1至3所示，定渦卷1具有一個端板11，在端板11上有一個氣缸30，一個可滑動的杯形旁路活塞31密封地裝在氣缸30中。基本上在氣缸30的中部加工有一個孔32，以此使得由旁路活塞31左側限定的氣缸腔30a與排放腔14連通。另外，氣缸30上還加工有一個孔33，以此使氣缸腔30a與進行壓縮行程的壓縮腔24連通。孔32、33和氣缸腔30a構成一條旁路通道，由此使排放腔14與進行壓縮行程的壓縮腔24連通，如圖所示。
氣缸30具有一條與其右端連接的壓力輸入管34，此壓力輸入管與由旁路活塞31右側限定的氣缸腔30b連通。在壓力輸入管34的中部設置有一個壓力控制閥35。
旁路活塞31通常由裝在氣缸腔30b中的螺旋彈簧43向左側偏壓。
附帶指出的是，標號36表示一個塞頭，該塞頭限定了氣缸腔30b的右端;標號37表示一個裝配在旁路活塞31周圍的密封件。
除了上述所說的以外，本實施例的其它結構與圖6和圖8所示的常規壓縮機是相同的，其中與之相同或相似的元件在圖中採用了相同的標號。
在空調機加熱運轉期間，由壓縮機產生的低壓LP通過壓力輸入管34傳遞到氣缸腔30b。
隨著低壓LP的傳遞，旁路活塞34在此低壓LP引起的吸力作用下，反抗螺旋彈簧43的彈力向右移動到圖1和圖2所示的位置，由此將孔32和33打開，從而使旁路通道打開。
這樣使排放腔14中的排氣通過孔32、氣缸腔30a和孔33流入壓縮腔24。應該注意，壓縮行程是在壓縮腔24中進行的。
其結果是，壓縮腔24中的壓力增加，而且壓縮腔24中的排氣被重新壓縮，從而使用於壓縮機的驅動動力，即輸入壓縮機的輸入功率增加。
另一方面，在壓縮機冷卻運轉期間，由壓縮機產生的高壓HP通過壓力輸入管34傳遞到氣缸腔30b中，如圖3所示。
隨著高壓HP的傳遞，旁路活塞31在高壓HP和彈簧43的彈力作用下向左移動，由此將孔32和33關閉，從而阻斷了旁路通道。
這樣就可允許壓縮機以一個高的正常效率運轉。
在空調機進行冷卻運轉時，即當旁路通道保持阻斷狀態時，在動渦卷2通過抽吸關斷點以後，壓縮腔24的容積隨著動渦卷2的迴轉角度的增加而成比例地減小，如圖4所示。這導致壓縮腔24中的壓力升高，如圖4中上側實線所示。這樣，空調機的運轉是按照圖5中實線所示的循環進行的，其結果是，壓縮機是以小輸入功率而高效運轉的。
另一方面，在空調機進行加熱運轉時，即在旁路通道保持開通狀態時，當動渦卷2到達壓縮行程(如圖4所示)中途點a時，排氣便被引入壓縮腔24，從而使壓縮腔24中壓力如圖4中虛線所示發生變化。那麼，空調機的運轉就按照圖5中虛線所示的循環進行。因此，用於壓縮所需的功，即壓縮機所需的驅動動力要增加一個數值，該數值與圖5中陰影線所示區域的面積相等並比在冷卻運轉期間所需的要大得多。
下面結合圖7中的Moriere圖對這種性能加以解釋。其中，在壓縮機加熱運轉期間，輸入壓縮機的輸入功率由Pi″(千卡/小時)表示，而加熱運轉的能力由△i2″×Gr(千卡/小時)表示。
另一方面，在壓縮機冷卻運轉期間，輸入壓縮機的輸入功率由Pi′(千卡/小時)表示，而冷卻運轉的能力由△i2′×Gr(千卡/小時)表示。
應附帶說明的是，在加熱運轉期間，在壓縮機通過抽吸關斷點以後，旁路通道與壓縮腔連通，從而沒有排氣流入抽吸側。因此，不必擔心由於設置旁路通道而使壓縮機的容積效率降低。
在上述的實施例中，在加熱運轉期間，旁路通道保持開通狀態。不過，也可以使旁路通道僅當需要壓縮機以高工作能力運轉時才打開，例如在加熱運轉開始時或在除霜運轉期間。
另外，在上述實施例中，旁路通道由旁路活塞打開或關閉，也可以利用獨立的機構以取代旁路活塞來打開或關閉旁路通道。
上面已經對本發明用於渦型壓縮機的實施例進行了說明。然而，本發明並不僅限於此。也就是說，本發明可用於其它類型的壓縮機中，例如放置活塞式壓縮機、螺杆式壓縮機、往復活塞式壓縮機或類似型式的壓縮機。
權利要求
1.一種用於熱泵的壓縮機，其特徵是所述壓縮機裝設有一條旁路通道，以此使壓縮機的高壓側與進行壓縮行程的壓縮腔連通，所述壓縮機還設置有用於打開或關閉所述旁路通道的開/閉機構。
2.根據權利要求1的壓縮機，其特徵是所述旁路通道設置在引入排氣的排放腔和進行壓縮行程的壓縮腔之間。
3.根據權利要求1的壓縮機，其特徵是所述開/閉機構包括一個適於通過改變控制壓力而受到致動的旁路活塞。
4.一種操作用於熱泵的壓縮機的方法，其特徵是在需要所述壓縮機以高效進行冷卻運轉期間，將所述旁路通道關閉，這條旁路通道用於將從壓縮機排出的氣體引入進行壓縮行程的壓縮腔中，而在需要壓縮機以高能力進行加熱運轉期間，將所述旁路通道打開，以使得壓縮機能以高能力運轉。
5.根據權利要求4的方法，其特徵是僅當需要壓縮機以高能力運轉時，例如在加熱運轉開始時和在進行除霜或類似運轉時，才將所述旁路通道打開。
全文摘要
一種用於熱泵的壓縮機，例如渦型壓縮機，具有一條旁路通道，以此使壓縮機的高壓側與進行壓縮行程的壓縮腔連通。該壓縮機還具有一個開/閉機構，以便當需要壓縮機高效運轉時，將旁路通道關閉；而當需要壓縮機以高能力運轉時，將旁路通道打開，以使得高壓氣體能被引入進行壓縮行程的壓縮腔，由此對該氣體再進行壓縮。
文檔編號F04C28/12GK1045291SQ90100590
公開日1990年9月12日 申請日期1990年2月6日 優先權日1989年3月2日
發明者平野隆久 申請人:三菱重工業株式會社