旋转式压缩机、热泵及家用器具的制作方法

本发明涉及一种旋转式压缩机，其包括：具有第一纵向轴线的圆筒形壳体；具有第二纵向轴线的圆筒形滚子，所述滚子容纳在壳体中，使得第二纵向轴线布置成相对于所述第一纵向轴线平行并间隔开；穿过所述滚子的可转动的马达轴，所述马达轴具有凸轮，以用于使所述滚子沿壳体的侧壁滚动；穿过底盖的排出口。本发明还涉及一种用于家用器具的热泵，所述热泵包括这种压缩机、冷凝器、限流器和蒸发器。本发明还涉及包括这种热泵的家用器具、特别是衣物处理器具。

背景技术：

具有热泵的衣物烘干机通常包括制冷剂回路和空气路径。制冷剂回路包括通过制冷剂管路串联地连接的压缩机、冷凝器、限流器和蒸发器。制冷剂按顺序流过压缩机、冷凝器、限流器和蒸发器。制冷剂借助于冷凝器将热量释放至流经空气路径的处理空气，并借助于蒸发器从流经空气路径的处理空气提取热量和湿气。压缩机吸收功率，并在制冷剂回路中压缩制冷剂。

在空气路径或处理空气回路内，处理空气从滚筒流至蒸发器。在滚筒出口处，空气处于中等温度并且相当地潮湿。在蒸发器处，空气被冷却和除湿，然后流至冷凝器，在冷凝器处被加热。然后将热且干燥的空气再次引入滚筒中，在滚筒中，所述空气可从容纳在滚筒中的衣物吸收水分。蒸发器和冷凝器由此用作具有制冷剂侧和处理空气侧的热交换器。如在文件ep2132370b1、ep2212463b1、us8,356,423b2、ep1632736a2、ep1593770b1、wo2013/060626a1、wo2013/023958a1、wo2012/065916a1、wo2011/080045a1、us2010/0154248a1和us2011/0209484a1中所示，热泵在衣物烘干机中的应用及其总体布局是本领域公知的。

与仅使用电加热器的传统衣物烘干机相比，包括热泵的衣物烘干机具有提高的能量使用效率(例如，以kwh/kg计)。因此，原则上，由于其较低的电消耗，包括热泵的衣物烘干机的相关的操作的二氧化碳排放低于传统烘干机的相关的操作的二氧化碳排放。然而，热泵中使用的制冷剂必须考虑其gwp(“全球变暖潜能”)。目前，热泵中使用的典型制冷剂是氟化烃化合物(hfc)、如r407c和r134a，其gwp高于1300。

减少这些系统的tewi(“变暖影响总当量”，包括直接排放和间接排放)的一种可能方案是使用具有低gwp的碳氢制冷剂、如r-290(丙烷)和r-1270(丙烯)。这些制冷剂的主要缺点是它们是可燃的，因此iec60335-2-11标准将其最大装载量限制为每个衣物烘干机150g。众所周知，对于特定系统可找到最佳制冷剂装载量，但是由iec60335-2-11标准施加的150g的制冷剂限制通常低于制冷剂的用于衣物烘干机的传统热泵的最佳装料量。

效率也受压缩机的影响。例如，旋转压缩机的效率受其部件的几何形状的影响。这些几何形状的变化意味着压缩机内的机械摩擦和制冷剂的热力学行为的差异。更具体地，压缩机中的决定其效率的损耗包括以下：源于马达损耗的能量损耗、摩擦损耗、由于不理想压缩引起的压缩损耗、由于气体脉动和过压缩引起的阀损耗、润滑剂泵送损耗、源于由阀和气缸盖尺寸导致的间隙体积损耗的质量流量损耗、泄漏损耗、回流损耗、由于气缸入口处的气体密度导致的吸入气体加热损耗，以及由于润滑剂流动导致的损耗。

例如在文件us7,029,251b2、us6,796,779b1、us6,672,852b1和us6,413,060b1中描述了旋转式压缩机或“涡旋式”压缩机。

技术实现要素：

本发明的目的在于至少部分地克服本领域的尤其关于用于家用器具、尤其是衣物处理器具的热泵的问题，尤其在于提供一种用于或属于热泵的能够降低gwp并提高效率的旋转式压缩机，所述热泵用于家用器具、尤其是衣物处理器具。

根据本发明，该目的通过独立权利要求的特征来实现。优选实施例尤其通过从属权利要求提出、通过下述说明加以描述并在附图中示出。

因此，该目的通过一种旋转式压缩机来实现，所述旋转式压缩机包括：具有第一纵向轴线的圆筒形壳体；具有第二纵向轴线的圆筒形滚子，所述滚子容纳在壳体中，使得第二纵向轴线布置成相对于所述第一纵向轴线平行并间隔开；穿过所述滚子的可转动的马达轴，所述马达轴具有凸轮，以用于使所述滚子沿壳体的侧壁滚动；以及穿过底盖的排出口，其中，滚子的高度半径比在1.6与1.2之间，马达轴的半径为8mm或8mm以下，凸轮的高度为14mm或14mm以下，排出口的有效面积为17mm²或17mm²以上，并且排出口的厚度为2.5mm或2.5mm以下。

所述高度半径比、轴半径和凸轮高度在其功能性相互作用中使得摩擦损耗明显减小，并且因此提高压缩机的运行效率。这例如可用于达到与已知的旋转式压缩机相同的冷却能力，但以较低的功率输入来实现。特别地，高度半径比的减小使得滚子的摩擦损耗减小。轴半径的减小由于较小的接触或摩擦表面以及由于在该摩擦表面处的较低的线速度而使得摩擦损耗减小。凸轮高度的减小由于较小的摩擦面积而使得摩擦损耗减少。

在功能性相互作用或组合中，利用这些减小摩擦的尺寸，排出口的现在相当大的面积减小了制冷剂通过阀时的压降。这减少了能量损耗并进一步提高了压缩机的运行效率。在与其它特征的功能性组合中，排出口的相当小的厚度由于较小的死体积而减小体积损失，从而进一步提高压缩机的体积效率。

在组合中，通过利用可燃制冷剂、如r290和r1270来运行该压缩机，可实现明显提高的效率和/或较低的tewi值(变暖影响总当量)。通过利用标准hfc制冷剂、如r407c来运行，也可实现效率的提高。

壳体还可被视为曲轴箱。

滚子的下端面或底面尤其可在壳体的底盖的底壁之上滑动。滚子的上端面或顶面尤其可相对于壳体的顶盖滑动并与顶盖接触。滚子的顶面与壳体的顶盖，以及滚子的底面与顶盖由此构成相应的相关联的摩擦表面。顶盖可具有用于轴的衬套。

凸轮可被视为轴的凸轮部分或偏心部分。凸轮可将滚子按压到壳体的侧壁上。凸轮的14mm的高度可在凸轮的侧壁处测量，该侧壁还用作与壳体的内侧壁的接触或摩擦表面。在这方面，凸轮的高度等于凸轮与滚子的内侧壁之间的接触/摩擦线或接触/摩擦区域的高度。

排出口可穿过底盖。排出口的厚度等于底盖的在排出口周围的高度。

滚子的半径和轴的半径尤其可分别被测量至滚子和轴的外表面。

排出口的有效面积尤其可以是未被壳体覆盖的面积。如果排出口未被覆盖，那么有效面积等于整个面积。特别地，排出口可通过从壳体切除相应的区域来提供。

下述是一有利实施例：压缩机包括位于凸轮(轴的一部分)与滚子之间的轴承。这可进一步减少摩擦损耗。下述也是一有利实施例：压缩机包括位于轴与滚子之间的轴承。轴进而不再需要具有凸轮部分，或者该轴承用作凸轮。这也可减少摩擦损失。

下述是一有利实施例：压缩机的排量在6cc至9.5cc的范围内、尤其在7.9cc至8.3cc的范围内、尤其为8.1cc。如果压缩机排量被确定为大于9.5cc，则可能需要增大冷凝器处的热容量，以便能够适当地耗散从压缩机传递的能量。然而，为了增大热容量，冷凝器可能需要更大的面积和体积。进而，将需要增大制冷剂装载量，以便使制冷剂能够在冷凝器中冷凝。但这通常是不可能的，因为对于可燃制冷剂的150g的规定的烘干机安全标准限制。另一方面，如果压缩机排量小于6cc，那么制冷剂质量流率可能会降低，这可能负面地影响热交换器内的能量传递。

下述是一有利实施例：凸轮的高度为12.8mm或12.8mm以下。这惊人地大大降低了摩擦损耗。

下述是一有利实施例：排出口的有效面积为17mm²或17mm²以上。这尤其有力地减小了压降。

一般来说，制冷剂的最多的部分位于冷凝器和压缩机(在此作为制冷剂与油的混合物)中。制冷剂的在压缩机内溶解在油中的部分不能在热交换器中用于能量传递的目的。因此，在压缩机内溶解在油中的制冷剂的量越多，在热交换器(冷凝器、蒸发器)中可用于达到最佳工作点的制冷剂的量就越少，这是因为可燃制冷剂的根据烘干机标准iec60335-2-11的150g的限制。由此，制冷剂在油中的溶解度影响压缩机和热泵的效力。

对于不具有油分离能力的系统，从压缩机转移至蒸发器中的润滑剂/油必须是在蒸发温度下与制冷剂可充分混溶的，使得制冷剂-油混合物在蒸发器中在膨胀之后保持为单相，并且保持其粘度低至能够沿着热交换器回到压缩机。如果油在蒸发器中由于与制冷剂流体的差的混溶性而分离，或者如果混合物粘度太高，那么油或油与制冷剂的混合物可能在蒸发器中被捕捉。这对热泵的冷却能力和效率产生不利的影响。

此外，即使在压缩机温度下吸收气态制冷剂之后，油的运动粘度也应足以用于压缩机的有效润滑，以便保持低的摩擦损耗。已经发现：尤其对于低密度制冷剂、如r290，由于压缩机体积效率的提高，可通过增加运动粘度获得总体效益，总体上产生惊人地更高的压缩机效率。

聚烷撑二醇(polyalkyleneglycol)(“pag”)和多元醇酯油(polyolesteroil)(“poe”)用于压缩机中是优选的。下述是一尤其优选的实施例：用于压缩机中的pag型油的40℃下的运动粘度在95cst至105cst之间。下述是另一特别的实施例：用于压缩机中的poe型油的40℃下的运动粘度为60cst至105cst。

下述是一有利的实施方案：旋转式压缩机包括以下种类的油：pagpz100s(来自idemitsukosan有限公司)，对于纯油而言，该油在40℃下的运动粘度为100mm²/s或cst；poerb-p68ep(来自jxnipponoil&energycorporation)，其运动粘度为68cst；或poerp-100ep(来自jxnipponoil&energycorporation)，其运动粘度为100cst；或前述油的等同物。它们支持压缩机的长寿命以及与制冷剂(例如r290)的有利混合，以实现热泵的高效工作点。这些油还具有下述优点：它们显示出优选的有利的油运动粘度值，以便确保良好的内部泄漏密封，从而提高压缩机体积效率，并且从而提高压缩机效率。它们具有附加的优点：与通常在热泵烘干机压缩机中使用的其它相同类型的油(例如poerb-68ep)相比，它们具有相对低的与制冷剂的溶解性。

为了同样地实现或支持本发明的上述优点，考虑油的混合物粘度。尤其在热泵烘干机工作点处，1.5mm²/s(cst)至4mm²/s之间的混合物粘度是优选的。热泵烘干机工作点可在压缩机中具有约26bar的压力(即，70℃下的冷凝压力)以及油与制冷剂的80℃的混合温度。优选与先前使用的油的粘度相比具有更高值的粘度范围，以便确保压缩机中的良好的内部泄漏密封(由于r290的低密度，这是特别优选的)，并由此提高压缩机体积效率。

表1示出了上述油之间的对比，所述油在此与r290混合：

这些值适用于大约26bar的压力和压缩机中的与制冷剂r290的80℃的混合温度。

下述是一有利实施例：压缩机中的油量在150cc至210cc之间、尤其为180cc或180cc以下。

尤其对于使用r290作为制冷剂，下述是一有利实施例：压缩机的排量在7.9cc至8.3cc的范围内、尤其为8.1cc。

所述目的还通过一种用于家用器具、尤其是衣物处理器具的热泵来实现，所述热泵包括压缩机、冷凝器、限流器和蒸发器，其中，压缩机为如上所述的旋转式压缩机。热泵像所述压缩机那样实现相同的目的和相同的优势。

下述是一有利实施例：在热泵中使用可燃的制冷剂。特别地，r290可以以150g或150g以下的量用作制冷剂。作为替代方案，r1270也可以以上述量用作制冷剂。

下述是一替代的有利实施例：将r407c或r134a用作制冷剂。

所述目的还通过一种包括热泵的家用器具来实现，其中，所述热泵是如上所述的热泵。所述家用器具像上述热泵和压缩机那样实现了相同的目的和相同的优势。特别地，所述家用器具可以以较高的功率实现热泵的操作，从而实现烘干过程中的较短的烘干时间以及总体上较低的能量消耗。家用器具可以是衣物处理器具。衣物处理器具可以是衣物烘干机、尤其是滚筒式烘干机(作为独立式机器或与洗衣机组合)。家用器具还可以是洗衣机、冷却机(制冷器具等)等。

在可燃的制冷剂的情况下，由于150g的限制，因此，不能再增大制冷剂量来提高系统效率。因此，在(i)油与制冷剂的溶解性与(ii)该混合物的运动粘度之间的适当的关系下使用相当少的量的油，可使得在给定的压缩机功率消耗下，包括压缩机的热泵中的制冷剂的质量流率更高。由此，因更多的量的可用的制冷剂(有效制冷剂)经过热交换器而提高这种热泵的效率，并且增强了热交换特性，并使得烘干时间更短。

下述是一有利实施例：衣物处理器具包括滚筒烘干功能。

结合下述情况使用丙烷(r290)作为制冷剂是一有利实施例：旋转式压缩机的排量小于9.5cc且大于6cc，滚子的高度半径比在1.6至1.2之间，轴半径小于8.0mm，凸轮高度小于14mm，排出口的有效面积大于17mm²，排出口厚度小于2.5mm，使用pagpz100s或poerb-p68ep或poerp-100ep或这些油中的一个的等同物作为油，并且油的量少于210cc。

下述是另一有利实施例：尤其在热泵中，尤其在家用器具中、尤其在滚筒式烘干机中，使用另外的可燃的制冷剂、尤其是r1270，而不是r290。

下述是另一有利实施例：尤其在热泵中，尤其在家用器具中、尤其在滚筒式烘干机中，使用hfc制冷剂r407c，而不是r290。

附图说明

附图中，借助于示意性示出的示例性实施例突出了本发明，然后，将参照该示例性实施例进一步说明本发明。特别地：

图1示出了使用热泵的家用滚筒式烘干机的示意图；

图2示出了打开的旋转式压缩机的俯视图；以及

图3示出了图2的打开的旋转式压缩机的侧视剖视图。

具体实施方式

图1示出了呈家用滚筒式烘干机h形式的衣物处理器具。滚筒式烘干机h包括热泵p，所述热泵p至少具有作为元件的压缩机1、(例如管翅式的)冷凝器2、限流器3(例如阀)和(例如管翅式的)蒸发器4。元件1至4通过制冷剂管5以所示顺序串联地连接，以形成制冷剂回路或路径。

滚筒式烘干机h还包括处理空气回路或路径6，处理空气a在所述处理空气回路或路径中流动。空气回路6包括用于容纳待加工的衣物的可转动的滚筒7。中等温度且潮湿的空气a离开滚筒7。空气a然后流动至蒸发器4，所述蒸发器4在空气回路6中布置在滚筒7下游，并且用作热交换器。在蒸发器4处，空气a被冷却并冷凝。产生的冷凝物被收集在水容器w中。在蒸发器4处，空气a还冷却并将其热能的一部分传递到蒸发器4上，进而传递到位于蒸发器4内的制冷剂r上。这使得蒸发器4能够使制冷剂r从液态转变成蒸气态。

在空气回路6的更下游处，现在干燥且冷却的空气a经过冷凝器2，在冷凝器2处，实现分别从冷凝器2和制冷剂r至空气a的热传递，以便加热空气a并将制冷剂r冷却至其液体状态。然后将温暖的且除湿/干燥的空气a再引入滚筒7中，以加热衣服并带起水分。制冷剂r通过压缩机1在制冷剂回路1至5内移动。制冷剂r是可燃制冷剂、尤其是r290。可燃的制冷剂r的量为150g或150g以下。

蒸发器4和冷凝器2由此用作热交换器。

这种滚筒式烘干机h利用其热泵p(包括制冷剂回路1至5)及其空气回路6的工作是公知的，不需要更详细的解释。

图2示出了家用滚筒式烘干机h的打开的旋转式压缩机1的俯视图。图3示出了图2的打开的旋转式压缩机的侧视剖视图。

压缩机1包括具有腔9的中空的圆筒形壳体8，所述腔9容纳中空的圆筒形滚子10。滚子10的下端面11由底盖12支撑。滚子10的下端面11可沿着底盖12的内侧移动或滑动。壳体8的纵向轴线l1与滚子9的纵向轴线l2平行而间隔开地布置。滚子10通过轴13在壳体8内滚动地转动，所述马达轴13连接至马达(未示出)。轴13与壳体8同心地布置，并由此相对于滚子10偏心。为了使滚子10能够在壳体8内旋转，轴13具有侧向定位的凸轮14或凸轮部分(仅在图3中示出)，所述凸轮14或凸轮部分将滚子10压到壳体8的侧壁15的内表面上。滚子10由此具有与侧壁15的接触线k。当轴13转动时，轴13使滚子10沿着侧壁15滚动。

接触线k在内侧壁15处的路径在此描绘出闭合的环。压缩机1的用于滚子10的一个完整转动的排量在6cc至9.5cc之间、尤其在7.9cc至8.3cc的范围内、尤其是8.1cc。接触线k的长度对应于滚子10在侧壁15处的高度hr。

轴13形成为中空圆筒，从而可连接至油泵(未示出)，以将油供给至压缩机1中。压缩机1内的油量为150cc至210cc之间、优选为180cc或180cc以下。所述油尤其可以是pagpz100s、poerb-p68ep或poerp-100ep或等同物。

叶片16伸至壳体8的腔9中，所述叶片16接触滚子10的外侧面。壳体8还具有吸入口17和排出口18，所述吸入口17穿过壳体8的壁以将制冷剂r吸入腔9中，所述排出口18穿过底盖12以排出制冷剂r。壳体8的侧壁15具有邻近排出口18并位于排出口18上方的凹部20，以避免排出口18被覆盖。排出口18的横截面积q为23mm²或23mm²以上、优选地大于28mm²、优选为34mm²或34mm²以上。排出口18的厚度d(对应于其沿纵向轴线l1的高度)为2.5mm或2.5mm以下。

为了运行压缩机，罩盖或顶盖19(如虚线所示)布置在壳体8的开口侧上。顶盖19可具有用于轴13的衬套。

图3中，滚子10的高度hr与半径rr的比hr/rr(“高度半径比”hr/rr)在1.6与1.2之间、优选地小于1.6。

轴13(不包括凸轮14)的半径rs为8.0mm或8.0mm以下。

压缩机1的内部元件8、10-14、16和19在压缩机1的运行期间以不同的转速运动。速度方面的该差异使这些元件8、10-14、16和19之间产生摩擦。

与这种摩擦相关的摩擦损失通过两种润滑：(i)流体动力润滑和(ii)边界润滑产生。在流体动力润滑的情况下，运动接触表面之间存在完整的油膜。对于流体动力润滑，可把油看作牛顿流体来计算摩擦力，即利用f＝μ·a·u/y，其中f是使间隔距离y的面积a的两个平行表面以恒定速度u运动所需的力。μ表示所述表面(“接触表面”或“摩擦表面”)之间的油的动态粘度。在边界润滑的情况下，油的薄膜位于运动表面之间。在这种情况下，表面之间产生直接接触。为了计算相应的摩擦力f，可利用根据f＝μ·n的公知的线性摩擦定律，其中μ是摩擦系数，n是法向力。对压缩机1的计算确定了压缩机1具有明显较低的摩擦损耗，特别是因为滚子10与凸轮14之间以及马达轴13与壳体8的底壁12之间的摩擦减小。这是由压缩机1的摩擦表面之间的较小的摩擦区域以及较低的线速度引起的。

当然，本发明不限于示出的实施例。

附图标记列表

1压缩机

2冷凝器

3限流器

4蒸发器

5制冷剂管

6空气回路

7可转动的滚筒

8壳体

9腔

10滚子

11滚子的下端面

12底盖的底壁

13轴

14凸轮

15壳体的侧壁

16叶片

17吸入口

18排出口

19顶盖

20壳体的凹部

a空气

d排出口的厚度

h滚筒式烘干机

hc凸轮的高度

hr滚子的高度

k接触线

l1壳体的纵向轴线l1

l2滚子的纵向轴线l2

p热泵

q排出口的面积

r制冷剂

rr滚子的半径

rs轴的半径

w水容器