具有绝缘高强度分隔组件的涡旋压缩机的制作方法

文档序号:11128705
具有绝缘高强度分隔组件的涡旋压缩机的制造方法与工艺

本公开涉及在涡旋压缩机中使用的改进的高强度隔热分隔装置或消声板组件。



背景技术:

该部分提供了关于本公开的不必是现有技术的背景信息。

涡旋压缩机包括:壳体,该壳体容置具有两个互相啮合涡旋部件的涡旋压缩机构;马达,该马达用于驱动涡旋压缩机构;入口,该入口用于接收待压缩的制冷剂;以及排放口,该排放口用于从壳体排出经加压的处理的制冷剂。特定的涡旋压缩机设计可以是在高压侧设计下被密闭地或半密闭地密封,该高压侧设计包括位于壳体内的高压侧区域和低压侧区域。高压区域或高压侧对应于涡旋压缩机的暴露于与排放气体条件(例如,在涡旋压缩机构中处理制冷剂之后)对应的高压和高温条件的区域。低压区域或低压侧对应于涡旋压缩机的在涡旋压缩机构中充分地处理制冷剂之前具有低压的区域。

在密闭地或半密闭地密封式马达压缩机中,制冷剂气体——作为蒸汽在位于低压侧上的入口处进入壳体——穿过压缩机构并且在压缩机构中被处理,其中,制冷剂气体形成穿过高压侧排放口的经压缩的加压制冷剂气体。在这种涡旋压缩机中,消声板或分离分隔板将高压侧(处于高温和高压的排放制冷剂)与低压侧(处于低温和低压的入口制冷剂或吸入制冷剂)分隔开。当对制冷剂(例如,气体)进行压缩时,需要做功,从而产生了热。因此与预备处理的吸入制冷剂相比,经处理的排放气体具有显著较高的温度和压力。

热会不理想地从高压排放气体传递至低压侧,因此增大了吸入气体温度并且不理想地减小了吸入气体密度。通过对位于低压吸入侧或入口侧上的制冷剂气体进行加热,制冷剂气体的体积增大,因此,进入压缩机构的制冷剂的质量流率低于另外地在制冷剂处于较低温度的情况下进入压缩机构的气体的质量流率。因此,这种制冷剂加热会致使将较少量的入口制冷剂气体引入至压缩机构,从而导致制冷剂循环的效率损失。相应地,增大制冷剂气体温度并且因此减小制冷剂气体的密度会不利地影响压缩机冷却性能和功率损耗。如果从高压力排放侧传递至低压吸入/入口侧的热被减小,这会改进压缩机性能并且提高排放管线温度。期望的是具有改进的高强度稳固的分隔件或消声板,高强度稳固的分隔件或消声板有利地减少从高压侧至低压力的热传递以提高压缩机性能和效率。



技术实现要素:

该部分提供了本公开的总体概述,并非是本公开的全部范围或本公开的所有特征的全面公开。

本公开提供用于涡旋压缩机的高强度隔热分隔组件。在特定的变型中,高强度隔热分隔组件包括金属板和与金属板成一体的绝缘区域。在特定的方面中,绝缘区域具有在标准温度和压力条件下的小于或等于大约300mW/m·K的热导率(K)。在特定的其他方面,高强度隔热分隔组件具有大于或等于大约35,000磅/每平方英寸(大约241兆帕)的抗拉强度。

高强度隔热分隔组件可以可选地具有大于等于大约0.5mW/m·K并且小于等于大约60mW/m·K的热导率。

在特定的方面,高强度隔热分隔组件的金属板可以可选地是第一金属板,同时组件还包括第二金属板。绝缘区域可以被夹置在所述第一金属板与所述第二金属板之间。在特定的方面,绝缘区域包括绝缘材料。在特定的其他方面,绝缘材料可以选自:聚合物、聚合物复合物、泡沫、乳浊粉末、真空粉末,及其组合。在另一些方面,绝缘材料可选地选自:聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯、聚酰胺、尼龙、橡胶、弹性体、二氧化硅、玻璃、充气粉末、充气纤维、气凝胶、珍珠岩、蛭石、岩棉、炭黑、真空硅酸钙、乳浊粉末、真空粉末,及其组合。

在特定的其他方面,绝缘区域是低压室或真空室。

在另一些方面,高强度隔热分隔组件包括形成为位于金属板的表面上的绝缘涂层的绝缘区域。在金属板的与焊接区域对应的边缘区域上可以没有绝缘涂层(例如,被移除)。

在其他方面,高强度隔热分隔组件的绝缘区域是不同的膜部件,不同的膜部件经由机械互锁装置或模内(mold-in)特征紧固至金属板。膜部件可以可选地限定第一排放部。金属板可以限定第二排放部。膜部件的第一排放部限定坐置部并且包括多个突片,所述多个突片在第一位置中径向地压缩以用于与位于金属板上的第二排放部滑动接合。在多个突片膨胀至第二位置之后第二排放部被紧固在第一排放部的坐置部中。

在其他方面,膜能够是模内特征或嵌件模制特征,该模内特征或嵌件模制特征可以不是单独的附接件。

在其他方面,膜部件可选地包括位于第一接合表面上的多个突出部,并且金属板包括位于第二接合表面上的多个切口。因此,多个突出部和多个切口——多个突出部与多个切口彼此互补——限定机械互锁装置。当第一接合表面和第二接合表面被滑动或以另外的方式使其彼此接触时,多个突出部将金属板紧固至膜部件。

在特定的其他变型中,本公开提供一种涡旋压缩机。该涡旋压缩机包括具有排放口和第一螺旋涡卷的第一涡旋构件。涡旋压缩机还包括具有第二螺旋涡卷的第二涡旋构件。第一螺旋涡卷与第二螺旋涡卷彼此地互相啮合以限定与用以接纳低压制冷剂的入口流体连通的周边吸入区域。涡旋压缩机还包括高强度隔热分隔组件,该高强度隔热分隔组件包括金属板和绝缘区域,该高强度隔热分隔组件布置在第一涡旋构件和排放室之间,排放室与排放口流体连通。绝缘区域可以具有在标准温度和压力条件下的小于或等于大约300mW/m·K的热导率(K)。在特定的方面,高强度隔热分隔组件具有大于或等于大约35,000磅/每平方英寸(大约241兆帕)的抗拉强度。涡旋压缩机还包括马达,该马达使第二涡旋构件相对于第一涡旋构件绕动。以这种方式,第一螺旋涡卷与第二螺旋涡卷在周边吸入区域与排放口之间形成具有逐渐变化的体积的至少一个封闭的空间以产生高压制冷剂。高强度隔热分隔组件使位于排放室中的高压制冷剂与位于周边吸入区域中的低压制冷剂之间热传递最少或防止位于排放室中的高压制冷剂与位于周边吸入区域中的低压制冷剂之间的热传递。

在特定的方面,高强度隔热分隔组件使位于排放室中的高压制冷剂与位于周边吸入区域中的低压制冷剂之间的热传递最少或防止位于排放室中的高压制冷剂与位于周边吸入区域中的低压制冷剂之间的热传递,使得低压制冷剂的温度从入口到进入周边吸入区域之间由于热传递而升高了小于或等于大约30%。在其他方面,高强度隔热分隔组件的绝缘区域具有在标准温度和压力条件下的小于或等于大约300mW/m·K的热导率(K)。高强度隔热分隔组件可选地具有大于或等于大约35,000磅/每平方英寸(大约241兆帕)的抗拉强度。

高强度隔热分隔组件的金属板可以可选地是第一金属板并且组件还包括第二金属板。绝缘区域可以可选地被夹置在第一金属板与第二金属板之间。在特定的方面,绝缘区域可选地是低压室、真空室或包括绝缘材料。

在特定的方面,绝缘区域包括绝缘材料。在特定的其他方面,该绝缘材料可以选自:聚合物、聚合物复合物、泡沫,及其组合。在另外的其他方面,该绝缘材料可选地选自:聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯、聚酰胺、尼龙、橡胶、弹性体、二氧化硅、玻璃、充气粉末、充气纤维、气凝胶、珍珠岩、蛭石、岩棉、炭黑、真空硅酸钙,及其组合。

在特定的其他方面,绝缘区域是低压室或真空室。

在另外其他的方面,高强度隔热分隔组件包括形成为位于金属板的表面上的绝缘涂层的绝缘区域。在金属板的与焊接区域对应的边缘区域上可以没有绝缘涂层(被移除)。

在其他方面,第一金属板与第二金属在周缘区域处通过角焊接头、搭接焊接头、对接焊接头、插入焊接头或电阻焊熔核被连结至彼此以及涡旋压缩机的壳体的一部分。

在另外的变型中,提供了操作涡旋压缩机的方法。该方法可以包括:将低压制冷剂引入至压缩机构的周边吸入区域中,压缩机构包括具有排放口和第一螺旋涡卷的第一涡旋构件和具有第二螺旋涡卷的第二涡旋构件。第一螺旋涡卷与第二螺旋涡卷彼此地互相啮合以在周边吸入区域与排放口之间形成具有逐渐地变化的压缩体积的至少一个封闭的空间从而产生高压制冷剂。该方法还包括:通过使第二涡旋构件相对于第一涡旋构件绕动而在压缩机构中对低压制冷剂进行压缩,以产生高压制冷剂,该高压制冷剂通过第一涡旋构件的排放口排出至排放室中。在第一涡旋构件与排放室之间布置有高强度隔热分隔组件。高强度隔热分隔组件包括金属板和绝缘区域,该绝缘区域具有在标准温度和压力条件下的小于或等于大约300mW/m·K的热导率(K)。高强度隔热分隔组件具有大于或等于大约35,000磅/每平方英寸(大约241兆帕)的抗拉强度。

根据文中提供的描述,其他的应用领域将变得明显。在该发明内容中的描述和特定示例仅出于说明的目的并且不意在限制本公开的范围。

附图说明

文中描述的附图仅是出于说明选择的各实施方式而不是所有可能的实施例的目的,并且文中描述的附图不意在限制本公开的范围。

图1为穿过涡旋压缩机的上部的中央的部分截面图。

图2示出了横穿常规消声板的传热机构的示意图。

图3为根据本公开的特定变型的具有作为高强度隔热分隔组件的消声板的涡旋压缩机的上部的部分截面图,该高强度隔热分隔组件包括具有至少一个绝缘区域的金属结构件。

图4为沿图3的线4-4截取的细部图。

图5示出了用于根据本公开的特定方面的高强度隔热分隔组件的周缘区域的角焊设计;

图6示出了用于根据本公开的特定的其他方面的高强度隔热分隔组件的周缘区域的搭焊设计;

图7示出了用于根据本公开的其他方面的高强度隔热分隔组件的周缘区域的对接焊设计;

图8示出了用于根据本公开的特定方面的高强度隔热分隔组件的周缘区域的插入焊设计;

图9示出了用于根据本公开的特定的其他方面的高强度隔热分隔组件的周缘区域的电阻焊设计;

图10为根据本公开的特定变型的高强度隔热分隔组件的各个部件的分解图,该高强度隔热分隔组件包括金属板结构件和预成型的绝缘部件膜,该预成型的绝缘部件膜经由机械互锁装置附接至金属板结构件。

图11为根据本公开的特定的其他变型的高强度隔热分隔组件的各个部件的分解图,该高强度隔热分隔组件包括金属板结构件和预成型的绝缘部件膜,该预成型的绝缘部件膜经由另一不同的机械互锁装置附接至金属板结构件。在特定的其他变型中,绝缘部件膜可以是模制成型特征或经由嵌件模制而成型为单件。

图12示出了根据本公开的特定的其他变型的高强度隔热分隔组件,该高强度隔热分隔组件包括金属板结构件和在金属板结构件的上表面和下表面上形成为涂层的两个绝缘区域。

图13示出了横穿根据图3至图4中所示的本公开的特定实施方式的高强度隔热分隔组件的传热机构的示意图。

图14示出了横穿根据图10中所示的本公开的特定实施方式的高强度隔热分隔组件的传热机构的示意图。

图15示出了根据本公开的特定的变型的高强度隔热分隔组件的另一变型,其中,高强度隔热分隔组件包括夹置绝缘低压室或真空室的金属结构件。

图16为示出了根据本公开制备的消声分隔板的各实施方式的涡旋压缩机性能改进的能量效率比(EER)的曲线图,该消声分隔板具有不同的绝缘材料(夹置绝缘区域的TEFLONTM PTFE和通过以不同厚度(分别为1毫米、1.5毫米以及2毫米)的尼龙-66形成的绝缘膜)。

图17为用于计算在空气调节和制冷(ARI)标准操作条件(45°/130°/65°F)下操作的涡旋压缩机的效率改变百分比的模型,其中,包括将结合有常规消声板的比较涡旋压缩机与结合有根据本公开的各实施方式的具有不同绝缘材料的消声板的涡旋压缩机进行比较。

图18是用于计算在CHEER标准操作条件(45°/100°/65°F)下操作的涡旋压缩机的效率改变百分比的模型,其中,包括将结合有常规消声板的比较涡旋压缩机与结合有根据本公开的各实施方式的具有不同绝缘材料的消声板的涡旋压缩机进行比较。

图19是用于计算在正常操作条件下的涡旋压缩机的效率改变百分比的模型,其中,包括将结合有常规消声板的比较涡旋压缩机与结合有根据本公开的各实施方式的具有不同绝缘材料的消声板的涡旋压缩机进行比较。

图20示出了根据本公开的特定的其他变型的高强度隔热消声分隔组件,该高强度隔热消声分隔组件包括金属板结构件和形成为位于金属板结构件的上表面和下表面上的涂层的两个绝缘区域,其中,在焊接之前在金属板结构件的将与金属板的焊接区域对应的边缘区域中已经移除了下表面绝缘涂层。

贯穿附图中的若干附图,对应的附图标记指示对应的部件。

具体实施方式

现在将参照附图对示例性实施方式进行更全面地描述。

提供了示例性实施方式使得本公开将会是充分的,并且将充分地将范围传达给本领域技术人员。提出了诸如具体组分、部件、设备和方法的示例之类的许多具体细节以提供对本公开的各实施方式的详尽理解。对于本领域技术人员而言将明显的是,不必使用具体细节,示例性实施方式可以以许多不同的形式实施,并且不应当理解为是对本公开的范围的限制。在某些示例性实施方式中,并未对公知的过程、公知的设备结构和公知的技术进行详细地描述。

在此使用的术语仅用于描述特定的示例性实施方式而并非意在进行限制。如在本文中使用的,单数形式“一”、“一个”以及“所述”可以意在也包括复数形式,除非上下文中另外有明确的指示。术语“包括”、“包括有”、“包含”以及“具有”为包含性的并且因而指明了所述特征、元件、组分、步骤、整体、操作和/或部件的存在,但不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或附加。尽管开放式术语“包括”应当理解为用于描述文中所阐述和要求保护的各种实施方式的非限制性术语,在特定的方面,术语可以替代性地理解为作为替代一种更具有限制和局限性的术语,比如“由……组成”或“基本上由……组成”。因此,对于引述组分、材料、成分、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤的任意给定的实施方式,本公开还特别地包括由所引述的组分、材料、成分、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤组成或基本上组成。在“由……组成”的情况下,替代性的实施方式排除了任何附加的组分、材料、成分、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤,而在“基本上由……组成”的情况下,实质上影响基本特征和新颖特征的任意附加的组分、材料、成分、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤被排除在这种实施方式之外,但实质上不影响基本特征和新颖特征的任意组分、材料、成分、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤可以被包括在实施方式中。

在此描述的任何方法步骤、过程和操作不应理解为必须需要其以所描述或示出的特定顺序执行,除非具体说明为执行顺序。还应理解的是,可以使用附加或替代的步骤,除非另有指示。

当部件、元件或层被提及为处于“在另一元件或层上”、“接合至另一元件或层”、“连接至另一元件或层”、或“联接至另一元件或层”时,其可以直接地在其他部件、元件或层上,直接地接合至、连接至或联接至其他部件、元件或层,或者,可以存在中介元件或层。相反,当元件被提及为“直接地在另一元件或层上”、“直接地接合至另一元件或层”、“直接地连接至另一元件或层”或“直接地联接至另一元件或层”时,可以不存在中介元件或层。用来描述元件之间的关系的其他词语(例如“之间”与“直接之间”、“相邻”与“直接相邻”等等)应当以相似的方式理解。如在此使用的,术语“和/或”包括相关联的列举项目中的一个或更多个的任意和所有组合。

尽管可以在此使用第一、第二、第三等术语对各个步骤、元件、部件、区域、层和/或部分进行描述,但是这些步骤、元件、部件、区域、层和/或部分不应当被这些术语所限制,除非上下文另有指示。这些术语可以仅用来区别一个步骤、元件、部件、区域、层或部分与另一步骤、元件、部件、区域、层或部分。除非上下文明确地说明,比如“第一”、“第二”和其他数字术语之类的术语在此使用时意图不是指次序或顺序。因此,下面描述的第一步骤、元件、部件、区域、层或部分在不脱离示例性实施方式的教示的前提下可以被称作第二步骤、元件、部件、区域、层或部分。

出于易于说明的目的,本文中会使用比如“前”、“后”、“内”、“外”、“在……下面”、“在……下方”、“下”、“在……上方”、“上”等空间或时间相对术语以描述附图中所示的一个元件或特征与另一元件(多个元件)或特征(多个特征)的关系。空间上或时间上的相对术语意在涵盖设备或系统在使用或操作中的除图中所描绘的定向之外的不同定向。

在整个本公开中,数值代表了近似的测量值或范围的极限,以包括给定值的微小偏差和具有与所述值近似的值的实施方式以及那些具有确切的所述值的实施方式。除了在具体实施方式的末尾处提供的可行示例之外,在本说明书(包括所附权利要求)中的参数(例如,数量或条件)的所有数值均应理解为在所有情况下通过术语“大约”而变化,无论“大约”是否实际地存在于该数值之前。“大约”表明所陈述的数值允许一些轻微的不精确(在某种程度上逼近准确的值;大致地或适当地接近该值;近似地)。如果另外地在本领域中不以该一般意义来理解通过“大约”提供的不精确性,则如在本文中使用的“大约”至少表示因参数的常规测量方法和使用这些参数而可能引起的偏差。

另外,范围的公开包括所有值的公开以及在整个范围内的进一步划分的范围的公开,包括给出的所述范围的端点和子范围。

在各方面,本公开涉及压缩机,比如涡旋压缩机,该涡旋压缩机结合有改进的高强度稳固的分离器或消声板组件以有利地减少从高压侧至低压侧的热传递,并且因此提高了压缩机效率。示例性涡旋压缩机20示出在图1中。涡旋压缩机20包括大致筒状密闭壳体或壳22。壳22包括盖24和下壳部25,盖24和下壳部25被焊接在一起。盖24在开口26处设置有制冷剂排放接头28,在开口26中可以具有通常的排放阀。入口接头30布置在位于壳22的中间区域处的开口32上。

附接至壳22的其他主要元件包括横向延伸分隔件40,在盖24焊接至壳22的下壳部25的相同位置处围绕壳22的周缘焊接该横向延伸分隔件40。因此,由盖24和分隔件40限定排放室42。横向延伸分隔件40和排放室42可以基本上形成用于压缩机20的排放消声器。

压缩机构46可以由马达组件48驱动并且可以由主轴承座50支承。压缩机构46可以包括第一定涡旋构件70和第二动涡旋构件80。定涡旋构件70具有附接至定涡旋构件70的螺旋涡旋叶片或涡卷72,螺旋涡旋叶片或涡卷72定位成与动涡旋80的螺旋涡旋叶片或涡卷82以啮合的方式接合。螺旋涡旋叶片82从基板部84延伸。定涡旋70具有由基板部76限定的中央布置的排放通道74。定涡旋70还包括环绕排放通道74的环形毂部77。在定涡旋70中还形成有环形凹部88,在环形凹部88中布置有浮动密封组件90。因此,浮动密封组件90由定涡旋70支承并且浮动密封组件90与坐置部92接合,该坐置部92安装至分隔件40的一部分或形成分隔件40的一部分以用于将进入室94与排放室42密封地分开。

压缩机构46的动涡旋80由电动马达组件48驱动。曲柄轴52——该曲柄轴52在其上端处具有偏心曲柄销54——可旋转地轴颈连接在布置于动涡旋80的筒形毂60中的驱动衬套/上轴承组件56中。曲柄轴52的旋转驱动动涡旋80。因此,曲柄轴52由按压配合在曲柄轴52的下部分(未示出)上的电动马达组件48可旋转地驱动。

主轴承座50可以紧固至壳22。主轴承座50的上表面设置有平面推力支承表面62,动涡旋80布置在平面推力支承表面62上。如上所指出的,动涡旋80的螺旋叶片82定位成与定涡旋70的螺旋叶片72以啮合的方式接合。

进入室94与布置在入口开口32上的压缩机入口接头30流体连通,待压缩的流体(例如,制冷剂)通过入口开口32被抽吸至限定在互相啮合的螺旋叶片72、82之间的腔中。在螺旋叶片72、82中处理和压缩流体之后,流体随后通过排放通道74释放。分隔件40包括开口44,经压缩的流体(从定涡旋70排出)能够穿过开口44而进入排放室42。排放通道74中可以设置有簧片阀组件78或其他已知的阀组件以调节从排放通道74通过开口44至排放室42(例如,排放消声室)中的流动,该排放室42与开口26和制冷剂排放接头28流体连通。

浮动密封组件90由定涡旋70的环形凹部88支承,并且浮动密封组件90接合坐置部92,该坐置部92安装至分隔件40或安装在分隔件40上以用于使进入室94与排放室42密封地分开。凹部88和浮动密封组件90配合以限定轴向压力偏置室,该轴向压力偏置室接收由螺旋叶片72和82压缩的加压流体,以在定涡旋70上施加轴向偏压力从而迫使相对应的螺旋叶片72、82的梢端与相对的基板表面(定涡旋70的基板部76和动涡旋80的基板部84)密封接合。因此,进入室94和具有低压的其他区域(在对流体或制冷剂进行压缩之前)对应于压缩机20的低压侧或低压部。排放室42包含在压缩机构46中处理之后的高压的经压缩的流体,并且排放室42被认为是高压侧或高压部。

如上文讨论的,在具有高压侧设计的涡旋压缩机中,将高压侧与低压侧分隔开的能力能够提高压缩机性能,高压侧的情况对应于处于高温(例如,排放管线温度)和高压的排放制冷剂,低压侧的情况对应于处于低温和低压的吸入制冷剂。来自高压侧的排放制冷剂流体的热能够传递至吸入侧或低压侧,因此增大了吸入流体的温度。例如,在涡旋压缩机吸入侧上的制冷剂的质量流率能够被表示为当待压缩的制冷剂或流体的温度被加热时,该制冷剂或流体具有减小的密度(ρsuction),用于减小质量流率并且不利地影响压缩机冷却容量和功率消耗。通过根据本公开的原理减小从排放侧或高压侧传递至吸入侧或低压侧的潜在的热,能够提高涡旋压缩机的性能和排放管线温度。

更具体地,在特定的常规的密闭地密封的涡旋压缩机,吸入(输入或入口)部和排放(出口)部由分离分隔件或消声板分开。该分隔件通常为由金属材料形成的单个板部件。这种分隔件40需要呈现高强度水平,因为,分隔件40限定了排放室与吸入压力之间的分隔件,并且因此分隔件40必须在物理上是稳固的并且能够经受高压和高的温度差。当制冷剂进入吸入室或进入室94时,该制冷剂处于相当低的温度和饱和压力水平。在经受压缩机构46中的压缩过程之后,制冷剂进入排放室42,该排放室42由盖24和消声板/分隔件40封闭和限定。这种经处理的制冷剂通常处于相当高的压力和温度。由于该压缩过程(例如,通过在压缩机构46中处理),压缩产生的热被添加至制冷剂。因此,与吸入室或进入室94相比排放室42具有较高的热承载区域。该热通过热传导和热对流现象被直接地通过分隔件40朝向进入室94散逸。

在文中未图示的其他常规的密闭地密封的涡旋压缩机设计中,该定涡旋自身将吸入(输入或入口)侧和排放(输出)侧进行了分隔。这种设计试图取消分离分隔件或消声板并且因此一起省略了厚的分离器/消声板。在这种设计中,可以使用附接在定涡旋的排放侧的薄的屏蔽件以防止排放室中的制冷剂与排放侧的定涡旋直接地接触。这种屏蔽件被直接附接至定涡旋而不是附接至壳体,例如,该屏蔽件作为盖,因此,该屏蔽件仅经受一侧上(以及介于屏蔽件与位于另一侧上的定涡旋之间的中性区域)的高排放压力。这些屏蔽件设计依赖于定涡旋,该定涡旋用作介于排放侧与吸入侧之间的物理分隔件和屏障件,而不是用作联接至对排放室进行限定的压缩机壳体的不同的分隔分离板。该屏蔽件不暴露于通过与高压排放侧和低压吸入侧相接触所产生的极端压力差;因此,该屏蔽件不需要在其他设计中使用的分离分隔件或消声板所需要的高物理强度或大的厚度。

通过进一步引用背景技术,图2示出了横穿很少或不绝热的常规的消声板或分隔件40的传热机构的示意图。如示出的,Td是排放室42内的排放温度。Ts是与入口室94的温度对应的吸入温度。T1是沿着上表面(参见图1中的分隔件40的上表面96)的制冷剂温度以及T2是沿着下表面(参见图1中的分隔件40的下表面98)的制冷剂温度。如可以看到的,分隔件40的热导率越大,通过传导的热传递和热传递更大,从而导致了温度T2和Ts的增加程度更大。该传递的热量使吸入气体温度Ts升高。因此,吸入气体在进入压缩机构46中之前进一步过热。这种效应导致了压缩功率的不必要的增加。此外,更高的吸入气体温度(Ts)给予了更高的排放管线温度(DLT)。更高的DLT需要使制冷系统的下游冷凝器具有更大的尺寸。

根据本公开的各个方面,消声板或分隔件40设计成通过具有低的热传递系数使从压缩机中的高压侧至低压侧的热传递最少或者防止压缩机中的高压侧至低压侧的热传递。然而,在过去,由于这样的部件在功能上需要高强度,所以通过不导热材料、比如塑料代替现有金属消声器或者分隔板一直是技术挑战。因此,先前尝试引入塑料分离器或者消声板导致了过早失效,因为该材料在承受分离器或者消声板所暴露的高温、高压以及热循环的同时不能呈现出充足的长时间强度。

根据本发明的特定的方面,提供了一种用于涡旋压缩机的高强度隔热分隔组件。高强度隔热分隔组件包括金属结构和至少一个绝缘区域。高强度隔热分隔组件被用作分离器或分隔件,比如消声板,其可以布置在具有排放口的第一定涡旋构件与同排放口流体连通的排放室之间。

根据本公开的各个方面的高强度隔热分隔组件使排放室中的高压制冷剂与周缘吸入区域中的低压制冷剂之间的热传递最少或者防止排放室中的高压制冷剂与周缘吸入区域中的低压制冷剂之间的热传递。在特定的方面,使热传递最小或者防止热传递意在指的是与入口室94的温度对应的吸入温度(Ts)的温度由于从压缩机的排放室或者高压侧传递(例如,通过传导或对流热传递)的热而升高了小于或等于约30%,由于从压缩机的排放室或者高压侧传递的热,所述温度升高可选地小于或等于约25%,可选地小于或等于约20%,可选地小于或等于约15%,可选地小于或等于约10%,可选地小于或等于约5%,可选地小于或等于约4%,可选地小于或等于约3%,可选地小于或等于约2%,以及可选地小于或等于约1%。

所谓的“高强度”,在特定的变型中,指的是该分隔组件呈现出大于或等于约35,000磅每平方英寸(约241兆帕)的拉伸强度,可选地大于或等于约40,000磅每平方英寸(约276兆帕),以及在特定的方面,可选地大于或等于约45,000磅每平方英寸(约310兆帕)。

所谓的“绝热”,在特定的变型中,指的是在分隔组件的绝缘区域(多个区域)中使用的材料在标准温度和压力条件(约32°F或0℃和约1标准大气压或100千帕的绝对压强)下呈现出小于或等于约0.5W/m·K(瓦/米·度)的热导率(K),可选地小于或等于约0.3W/m·K,可选地小于或等于约0.1W/m·K,可选地小于或等于约90mW/m·K(毫瓦/米·开),可选地小于或等于约80mW/m·K,可选地小于或等于约70mW/m·K,任选小于或等于约60mW/m·K,可选地小于或等于约50mW/m·K,可选地小于或等于约40mW/m·K,可选地小于或等于约30mW/m·K,可选地小于或等于约20mW/m·K,可选地小于或等于约10mW/m·K,可选地小于或等于约5mW/m·K,并且在特定的方面,可选地小于或等于约1mW/m·K。

在特定的变型中,热导率为大于等于约0.3mW/m·K且小于等于约0.5W/m·K。在特定的变型中,分隔组件的整体热导率与由于将这样的材料结合到分隔组件的绝缘区域(多个区域)中的绝缘材料的热导率水平类似或者相同。

在特定的方面,高强度隔热分隔组件包括金属结构件。该组件可以包括多个绝缘区域和/或多个金属结构件。金属结构件提供了具有在分隔件或消声板暴露至的苛刻的压力和温度条件中使用的强度和坚固性的高强度隔热分隔组件。在特定的变型中,金属结构件的厚度为大于等于约1mm且小于等于约15mm。合适的金属可以包括钢和任何其等同物。在组件具有多个金属结构件时,金属结构件可以由相同的金属或者由不同的金属形成。

因此,在一个变型中,用于涡旋压缩机的高强度隔热分隔组件(例如,消声板)包括金属板结构件和与金属板结构件一体的绝缘区域,其中,绝缘区域在标准温度和压力条件下具有小于或等于约300mW/m·K的平均热导率(K)并且高强度隔热分隔组件具有大于或等于约35,000磅/平方英寸(约241兆帕)的拉伸强度。绝缘区域可以包括绝缘材料或者绝缘区域在其它变型中可以限定低压室或真空室。与金属板结构件一体的绝缘区域可以指的是限定了绝缘区域的金属板结构件,例如,将绝缘材料夹置在核心区域中或者在核心区域中产生低压室或真空室。在其它方面,一体的绝缘区域附接至或者联接至金属板结构件,例如,通过将绝缘区域涂敷在金属板的一个或更多个表面上或者在位于排放区域的两个部件之间具有物理特征或机械互锁特征或模制成型特征使得绝缘区域以可滑动的方式接纳并紧固至金属板结构件。

金属结构件在特定的变型中可以夹置绝缘区域。在其它方面,高强度隔热分隔组件具有第一金属结构件和第二不同的金属结构件,其中,绝缘区域是布置在第一金属结构件与第二金属结构件之间的室或区域。第一金属结构件和第二金属结构件可以是接合在一起以夹置限定绝缘区域的核心区域或内部区域的板。在其它方面,单个的金属结构件可以具有形成于其间的限定绝缘区域的核心区域或内部区域。替代性地,单个的金属结构件可以具有形成在金属结构件(多个结构件)的一个或更多个外部表面上的绝缘区域。例如,在特定的方面,绝热材料可以是涂层,涂层可以布置在金属结构件或分隔组件的其它结构的上表面和下表面上。在其它变型中,绝缘区域可以是空隙,例如,低压室或真空室,绝缘区域还可以填充有惰性气体或多种气体。在分隔组件具有多个绝缘区域时,绝缘区域可以包含相同的绝缘材料或不同的绝缘材料(或者替代性地,可以以组合的方式实现,即在一个区域中可以包括低压室或真空室,在另一区域中包括绝热材料)。

在其它变型中,绝缘区域可以填充有绝热材料。合适的示例的绝热材料具有如以上所描述的热导率水平。在特定的变型中,绝热材料可以是层,比如聚合涂层。在其它变型中,绝缘材料可以是复合物,该复合物包括树脂和包含绝热材料的增强相。这样的复合物可以是涂层或结构材料(比如通过模制技术)。在其它变型中,绝缘材料可以是泡沫,例如具有其中吹入且分布有气体的聚合物基质材料。在特定的变型中,绝热材料可以是具有通过在泡沫制造期间将气体引出而形成的蜂窝结构的膨胀泡沫绝缘物。泡沫也可以是包括聚合物基质材料的复合泡沫,该聚合物基质材料包括一个或更多个加强相和分布在其中的吹入的气体。泡沫绝缘物的热导率取决于用于使绝缘材料发泡的气体以及内部辐射传热和固体传导的贡献。

在特定的变型中,根据本公开的用于绝缘区域的绝热材料包括膨胀泡沫材料(例如,橡胶、二氧化硅、玻璃、聚氨酯),气体填充粉末或纤维绝缘材料(例如,二氧化硅气凝胶、玻璃纤维、岩棉),乳浊粉末和/或真空粉末(例如,硅酸钙、炭黑)。用于玻璃填充粉末或纤维材料中的主要绝缘机制是因为材料内的小尺寸空隙的而使对流减少或消除。然而其它合适的绝热材料包括真空粉末和纤维绝缘材料。气态传导是粉末和纤维绝缘材料内的热传递的主要模式中的一种。下面在表1中列出了具有热导率水平的一些示例的合适的绝缘材料。

表格1

在特定的方面,绝缘材料选自:聚合物、聚合物复合材料、泡沫,及其组合。在特定的其他变型中,用于根据本公开的绝缘区域的绝热材料包括选自下列的材料:比如包括可商业上购自DuPont的PTFE的聚四氟乙烯(PTFE)之类的含氟聚合物、聚氨酯、比如尼龙、橡胶和弹性体之类的聚酰胺、二氧化硅、玻璃、气体填充的粉末或纤维,比如气凝胶,珍珠岩,包括细珍珠岩、蛭石、岩棉、炭黑、真空硅酸钙、其他真空粉末、乳浊粉末、以及这些材料的组合。

在又一变型中,提供了一种操作涡旋压缩机的方法。该方法可以包括将低压制冷剂引入压缩机构的周边吸入区域,压缩机构包括具有排放口和第一螺旋涡卷的第一涡旋构件和具有第二螺旋涡卷的第二涡旋构件。第一螺旋涡卷和第二螺旋涡卷彼此地相互啮合以在周边吸入区域与排放口之间产生压缩的体积逐渐改变的至少一个封闭空间以用于产生高压制冷剂。该方法还包括通过使第二涡旋构件相对于第一涡旋构件绕动而在压缩机构中对低压制冷剂进行压缩以产生高压制冷剂,该高压制冷剂通过第一涡旋构件的排放口排放到排放室中。在第一涡旋构件与排放室之间布置有高强度隔热分隔组件。高强度隔热分隔组件包括金属板和绝缘区域,该绝缘区域具有在标准温度和压力条件下小于或等于约300mW/m·K的热导率(K)。高强度隔热分隔组件具有大于或等于约35,000磅/每平方英寸(约241兆帕)的拉伸强度(抗拉强度)。虽然所防止的或所减少的热传递的总量的变化取决于压缩机的容量和尺寸,但是在一个示例实施方式中,高强度隔热分隔组件在空调和制冷协会(ARI)标准操作条件下使在排放室中的高压制冷剂与在周边吸入区域的低压制冷剂之间的热传递最小或防止排放室中的高压制冷剂与周边吸入区域的低压制冷剂之间的热传递至小于或等于约350W。该ARI标准在45°/130°/65°F的工作条件下进行测试。在特定的方面,高强度隔热分隔组件在这种压缩机中使热传递最小或防止热传递至小于或等于约500W,可选地小于或等于约750瓦。在特定的其它方面,涡旋压缩机中的高强度隔热分隔组件与具有常规的消声器分离板的相同的涡旋压缩机相比可以为涡旋压缩机提供从大于等于约2%高达至大于9%的增大的容量增益。此外,在特定的变型中,与具有常规的消声器分离板的相同的涡旋压缩机相比,具有高强度隔热分隔组件的涡旋压缩机在标准操作条件(例如,ARI条件或CHEER条件,下文将进一步讨论)下可以使功率消耗降低了大于或等于约功率消耗的3%,可选地大于或等于约功率消耗的4%,可选地大于或等于约功率消耗的5%。

图3和4示出了包括根据本公开的特定的方面的高强度隔热分离器或分隔组件的涡旋压缩机100。为简略起见,除非本文另有讨论,在某种程度上,以下实施方式和附图中的部件与在图1的上下文中描述的相同,可以假定部件具有相同的构型和功能并且将不会本文中明确地讨论。分离器或分隔组件110(例如,消声板)将高压侧排放室42与低压侧入口室94划分开。在螺旋叶片72、82中处理并压缩流体之后,接着,流体通过排放通道74(排放通道74具有簧片阀组件78)释放。分隔组件110包括开口112,压缩流体(排出定涡旋70)可以穿过该开口112而进入排放室42中。分隔组件110包括第一金属结构件或上板120和第二金属结构件或下板122。上板120和下板122将绝缘材料130夹置在其间以限定绝缘区域132。绝缘材料130可以是前文所讨论的任何材料。因此,绝缘材料130可以预成型并且接着夹置在上板120与下板122之间以形成绝缘区域132。替代性地,可以将上板120和下板122放置在一起以形成与绝缘区域132对应的打开的腔室。接着,绝缘材料130可以被引入到与绝缘区域132对应的打开的腔室中。

在特定的方面,任选的环134被用于将绝缘区域132相对于外部环境密封。环134可以在上板120与下板122之间沿围绕开口112的各自的内周缘布置。环134可以由与绝缘材料130不同的材料形成,并且可以用来将绝缘区域132相对于制冷剂或其它材料密封。在特定的方面,该环可以是聚合物、比如弹性体,或者该环可以是金属。在其它方面,该环可以是将上板120与下板122熔接的金属材料(例如,钎焊材料、焊料等)。

上板120可以在周缘区域136处接合和密封至下板122。如以上提出的,壳22包括接合或焊接至下壳部25的上盖24。分隔组件110的至少一部分可以在周缘区域136处接合和焊接至上盖24和下壳部25。如在图4中最佳示出的,周缘区域具有使分隔组件110的下板122横向地延伸超出上板120的端接端部138的设计。因此,下板122接合(例如,通过焊接)至上盖24和下壳部25。

其它周缘区域焊接设计可以与根据本公开的分隔组件一起使用。例如,在图5中示出了用于分隔组件110A的周缘区域136A的角焊设计的一个变型。分隔组件110A具有上板120A、下板122A和内部绝缘区域132A,该内部绝缘区域132A具有布置在其中的绝缘材料130A。上板120A具有端接边缘138A。下板122A侧向地延伸以限定超出端接边缘138A的凸出部140,端接边缘138A坐靠于下板122A使得上板120A与下板122A相互正交。角式焊接头142形成在下板122A与上板120A的外表面144之间。这种角式焊接头142可以围绕周缘区域136A的圆周延伸,从而使得周缘区域136A被焊接并被密封。这样的角式焊接头142可以预成型,并且随后接着分隔组件110A附接至壳22(如在图1至图3中示出的),或者角式焊接头142可以同时将分隔组件110A焊接至壳22的一个或更多个部分。

另一种焊接设计可以是用于在图6中示出的分隔组件110B的周缘区域136B的搭接焊设计。分隔组件110B具有上板120B、下板122B和内部绝缘区域132B,内部绝缘区域132B具有布置在其中的绝缘材料130B。上板120B具有端接边缘138B。绝缘材料130B在周缘区域136B中更薄,使得绝缘材料130B在下板122B与上板120B的外表面144B之间靠近端接边缘138B的厚度变窄。下板122B侧向地延伸以限定延伸超过端接边缘138B的凸出部140B。下板122B的凸出部140B完全卷绕在上板120B的端接边缘138B的周围并且限定了唇状部146。凸出部140B以这样的方式弯曲使得搭接式焊接头142B因此形成在上板120B的外表面144B与凸出部140B的邻近于唇状部146的弯曲部之间。

又一种焊接设计可以是用于在图7中示出的分隔组件110C的周缘区域136C的对接焊设计。分隔组件110C具有上板120C、下板122C和内部绝缘区域132C,内部绝缘区域132C具有布置在其中的绝缘材料130C。上板120C具有端接边缘138C,而下板122C具有端接边缘148。绝缘材料130C在周缘区域136C中更薄,使得绝缘材料130C在接近下板122C的端接边缘148和上板120C的端接边缘138C时厚度变窄。上板120C和下板122C这两者在周缘区域136C中侧向地并且平行于彼此延伸。因此,上板120C的内表面150和下板122C的内表面152在周缘区域136C处彼此接触。因此,对接式焊接头142C跨越下板122C的端接边缘148和上板120C的端接边缘138C的至少一部分形成。

图8示出了涉及插入焊接的另一焊接设计。分隔组件110D限定了周缘区域136D。分隔组件110D具有上板120D、下板122D和内部绝缘区域132D,该内部绝缘区域132D具有布置在其中的绝缘材料130D。上板120D具有端接边缘138D,而下板122D具有端接边缘148D。绝缘材料130D在周缘区域136D中更薄,使得绝缘材料130D在接近下板122D的端接边缘148D和上板120D的端接边缘138D时厚度变窄。上板120D和下板122D这两者在周缘区域136D中侧向地并且平行于彼此延伸。因此,上板120D的内表面150D和下板122D的内表面152D在周缘区域136D处彼此接触。上板120D可以限定开口154,开口154用于接纳可消耗的焊接插入件156。开口154可以包括连续的环形结构或凹槽结构,或者替代性地可以包括在分隔组件110D的圆周周围均匀分布并且呈等间隔的多个开口154。可消耗的焊接插入件156可以是被熔接的预成型金属材料并且变成了焊接接头142D的一部分。因此,可消耗的焊接插入件156可以是连续的结构(例如,坐置在周向凹槽开口154中的环)或离散插入件(例如,坐置在布置的离散开口154中的钉)。

又一种焊接设计可以是用于在图9中示出的分隔组件110E的周缘区域136E的搭接焊设计。分隔组件110E具有上板120E、下板122E和内部绝缘区域132E,内部绝缘区域132E具有布置在其中的绝缘材料130E。上板120E具有端接边缘138E。绝缘材料130E在周缘区域136E中更薄,使得绝缘材料130E在接近下板122E的端接边缘148E和上板120E的端接边缘138E时厚度变窄。上板120E和下板122E这两者在周缘区域136E中侧向地并且平行于彼此延伸。因此,上板120E的内表面150E和下板122E的内表面152E在周缘区域136E处彼此接触。电阻焊接技术可以被用于通过上板120E和下板122E传递电流以形成限定焊接接头的电阻焊点熔核160。在特定的方面,电阻焊点熔核160可以是连续的并且在周缘区域136E的圆周周围形成线或环,或者替代性地可以包括在周缘区域136E的圆周周围以等间隔分布的多个离散焊点熔核160。

在图10中示出的高强度隔热分离器或分隔组件200的另一变型具有用于将金属结构件接合至聚合物绝缘部件的机械互锁系统的变型。组件200包括呈绝缘部件形式或者作为模制的板的膜210形式的绝缘区域。绝缘膜210与金属板230附接或接合。绝缘膜210包括本体部212,该本体部212坐靠于金属板230的本体部232。本体部212包括倾斜侧部214和平坦的上区域216。平坦的上区域216具有第一中央布置的孔口218。如示出的,第一中央布置的孔口218坐置在同中心的凹陷部220中,同中心的凹陷部220从平坦的上区域216的平面凹陷。绝缘膜210包括与第一中央布置的孔口218对应的延伸的管状区域222。延伸的管状区域222因此朝向金属板230延伸并终止于突出凸缘224,该突出凸缘朝向倾斜侧部214径向向外延伸。因此,坐置部226沿着延伸的管状区域222被限定在突出凸缘224与同中心的凹陷部220之间。

金属板230的本体部232同样限定了倾斜侧部234、平坦的上区域236和端接边缘242。端接边缘242可以具有突出环244,突出环244可以如以上所描述的经由周缘区域焊接附接压缩机的壳体或壳。第二中央布置的孔口238形成在平坦的上区域236中。第二中央布置的孔口238终止于唇状部240。平坦的上区域236同样具有同中心的凹陷部242。本体部232的形状与绝缘膜210的本体部212的形状大致共形。

绝缘膜210的延伸的管状区域222可以终止于柔性板条或突片228,该柔性板条或突片228在组装过程期间在延伸的管状区域222被迫使向下穿过第二中央布置的孔口238时允许径向压缩。绝缘膜210尽管如在图10中示出的在形状上与金属板230到倾斜侧部234相符合,但是在可以物理上附接至压缩机的壳体或壳的端接边缘242之前终止。当绝缘膜210坐靠于金属板230时,唇状部240具有的高度和尺寸使得唇状部240沿着延伸的管状区域222在绝缘膜210的突出凸缘224与同中心的凹陷部220之间牢固地坐置在坐置部226内。以此方式,机械互锁装置形成在绝缘膜210与金属板230之间以形成高强度隔热分离器或分隔组件200。因此,绝缘区域在排放区域中经由机械互锁装置以可滑动的方式被接纳并固定至金属板结构,允许快速的配装组装技术。粘合剂可以被用来将绝缘膜和金属板230进一步固定在一起。值得注意的是,同样可以考虑额外的或其他的机械互锁装置。此外,也可以使用形成单件的模制特征或嵌入模制技术。此外,绝缘膜210可以设计成配装在金属板230的相反侧。本领域的技术人员应该理解的是,绝缘膜210和金属板230可以具有与示出的那些不同的互补形状或表面轮廓。

绝缘膜210因此预成型并且可以由绝缘材料形成,比如具有期望的热导率水平、在排放温度和压力下的期望的坚固性和强度以及允许突片228在径向压缩和组装期间被弯曲的柔性的聚合材料。这样的预成型部件提供了高强度。一种特别合适的材料是如尼龙-66的脂肪族聚酰胺,尽管同样可以考虑具有大于或等于至约45兆帕的最小强度的任何其他制冷剂相容的聚合物。这种预成型的绝缘膜210可以例如通过注射成型被模制成期望的形状。在特定的变型中,尽管厚度可以在本体部212的不同区域中变化,但是预成型的绝缘膜210的最大厚度可以大于等于约0.5mm且小于等于约10mm,可选地大于等于约0.75mm且小于等于约5mm,并且在特定的方面,大于等于约1mm且小于等于约3mm。金属板230同样可以例如通过铸造、压铸、锻压、烧结粉末金属等预成型成期望的形状。这样的形成过程还可以包含金属结构件的加工。

在图11中示出的高强度隔热分离器或分隔组件300的另一变型具有与图10中的用于将金属结构件接合至聚合物绝缘部件的机械互锁系统的不同的变型。组件300包括呈绝缘部件形式或者形成为模制板的膜310形式的绝缘区域。绝缘膜310与金属板330附接或接合。绝缘膜310包括本体部312,本体部312坐靠于金属板330的本体部332。本体部312包括倾斜侧部314和平坦的上区域316。平坦的上区域316具有第一中央布置的孔口318。如示出的,第一中央布置的孔口318坐置在同中心的凹陷部320内,同中心的凹陷部320从平坦的上区域316的平面凹陷。多个切边突出部322形成在绝缘膜310的内表面324上。绝缘膜310的内表面324坐靠于金属板330的上表面333。

金属板330的本体部332类似地限定倾斜侧部334、平坦的上区域336以及端接边缘340。端接边缘340可以具有突出环342,该突出环342能够经由周缘区域焊接而附接至压缩机的壳体或壳,如上文描述的。在平坦的上区域336中形成有第二中央布置的孔口338。第二中央布置的孔口338在唇缘部344中终止。平坦的上区域336类似地具有同中心的凹陷部350。多个切边槽352形成在绝缘膜310的上表面334上。本体部332的形状与绝缘膜310的本体部312的形状大致互补。因此,绝缘膜310沿着倾斜侧部334与金属板330相符合。如图11中所示,绝缘膜310在金属板330的端接边缘342之前终止,该端接边缘342能够物理上附接至压缩机的壳体或壳。在这种变型中,当绝缘膜310坐靠于金属板330时,唇缘部344向下突出。绝缘膜310的同中心的凹陷部320平齐地坐置抵靠金属板330的同中心的凹陷部350。如本领域的技术人员理解的,绝缘膜310和金属板330可以具有与所示的那些不同的互补形状或表面轮廓。

因此,多个切边突出部322与切边槽352配合并且坐置和锁定在切边槽352中,绝缘膜310的内表面324能够通过使用呈切边突出部322和切边槽352的形式的机械互锁装置而抵靠于金属板330的上表面333被锁定或紧固到位。以这种方式,形成了高强度隔热分离器或分隔组件300。因此,绝缘膜310经由金属互锁装置而可滑动地被接收并且紧固至金属板330,从而允许快速配装组件的技术。粘合剂可以用于进一步将绝缘膜310和金属板330紧固在一起。特别地,同样可以设想其他的机械互锁装置和物理连接装置。此外,绝缘膜310可以设计成具有配装在金属板330的相对的侧部上的形状。绝缘膜310和金属板330可以通过与如上文所述在关于图10的上下文中的绝缘膜210和金属板230相同的材料和相同的过程形成。

在图12中示出了高强度隔热分离器或分隔组件600的另一变型具有金属板结构件,其中,金属板结构件具有呈表面涂层的形式的两个绝缘区域。组件600包括金属板602、第一绝缘区域610以及第二绝缘区域612。在这种变型中,第一绝缘区域610和第二绝缘区域612是形成在金属板602的上表面604和下表面606上的涂层并且是附接至金属板602的上表面604和下表面606的涂层。第一绝缘区域610和第二绝缘区域612由绝缘材料形成。绝缘材料可以是在排放温度和压力下具有期望的导热水平、期望的稳固性和强度的聚合物材料,比如那些包括如先前描述的聚合物。一种特别地合适的材料是聚四氟乙烯(PTFE),该聚四氟乙烯(PTFE)在商业上可获得的为TEFLONTM。可以类似地设想任意其他的制冷剂可兼容的聚合物。例如,绝缘材料还可以是复合聚合物涂层。金属板602的不同的选择区域可以由这种第一绝缘区域610和第二绝缘区域612来涂覆;然而,涂层布置在使组件600(在涡旋压缩机内从高压侧至低压侧)两侧的热传递最少的区域中。第一绝缘区域610和第二绝缘区域612可以由相同的绝缘材料组分形成或可以由不同的绝缘材料组分形成。此外,第一绝缘区域610和第二绝缘区域612可以在替代性的变型中是延伸横过中央布置的孔口630的表面的单个连续的涂层。

如所示的,金属板602限定倾斜侧部634、平坦的上区域636以及端接边缘640。中央布置的孔口630坐置在同中心的凹陷部620中,同中心的凹陷部620从平坦的上区域636的平面凹陷。端接边缘640可以具有突出环642,突出环642能够经由周缘区域焊接附接压缩机的壳体或壳,如上文所述。第一绝缘区域610和第二绝缘区域612附接至金属板602并且与金属板602的形状相符合。如同其他实施方式,金属板602可以具有与所示出的不同的形状或表面轮廓。第一绝缘区域610和第二绝缘区域612从中央布置的孔口630延伸至倾斜侧部634,尽管如图12中所示,第一绝缘区域610和第二绝缘区域612两者在端接边缘240之前终止,该端接边缘240能够物理上附接至压缩机的壳体或壳。第一绝缘区域610和第二绝缘区域612可以涂覆至作为绝缘聚合物涂层的母体的表面。例如,这种绝缘区域涂层的母体可以经由涂漆、液体喷涂、静电喷涂、铸造、浸染等来涂覆。随后,母体可以例如通过使用光化学辐射、电子束固化或升高温度被干燥(以移除一个或更多个液体载体)并且可选地被固化或交联。在特定的变型中,尽管第一绝缘区域610和第二绝缘区域612的厚度可以略微变化,第一绝缘区域和第二绝缘区域的最大厚度可以大于等于大约10微米(μm)且小于等于大约100μm,可选地大于等于大约25μm且小于等于大约75μm,并且在特定的方面中,第一绝缘区域和第二绝缘区域的最大厚度可以大于等于大约40微米(μm)且小于等于大约60μm。在特定的变型中,对于每个相对应的绝缘涂层的合适的厚度可以是大约50μm。由于对涂层厚度的上限范围和整体强度的限制,与像图10至图11中的结构绝缘部件相比较,或与具有更高强度的其他设计(例如,像在图3至图4中夹置绝缘区域)相比较,通过非限制性示例的方式,金属板上的绝缘区域涂层可以在一定程度上被限制在特定的应用中。因此,具有绝缘区域涂层的这种变型可以特别地适用于经受相对较低的温度和较低压力条件的涡旋压缩机应用。

如同在图20中所示的特定的变型中,根据本公开的特定变型的分隔组件650设置成避免将绝缘区域沿着边缘放置。因此,第一绝缘区域660和/或第二绝缘区域662可以从靠近端接边缘672的边缘区域670省略(例如,在涂覆涂层的母体期间通过掩蔽)或在涂覆之后从边缘区域670移除。由于在焊接期间的加热,在绝缘区域660、662中的绝缘材料可以被损坏,因为在进行焊接之后热从焊接区域扩散。因此,在特定的变型中,第一绝缘区域660和/或第二绝缘区域662可以在将分隔组件650焊接至涡旋压缩机壳体或壳之前从边缘区域670移除。

图13和图14示出了传热机构的示意图。图13示出了横过如同图3至图4中的根据本公开的一种实施方式的高强度隔热分离器或分隔组件110的传热机构。图14示出了横过如同图10中的高强度隔热分离器或分隔组件200的另一变型的传热机构。如所示的,Td是排放室内的排放温度。Ts是与入口室中的温度对应的吸入温度。TF-1是分别沿着组件110和组件200的上表面(图13中的表面400和图14中的表面410)的制冷剂温度。TF-2是分别沿着组件110和组件200的下表面(图13中的表面402和图14中的表面412)的制冷剂温度。如能够观察到的,组件(例如,100或200)的热导率越低,通过传导和热传递发生的热传递越少,从而使TF-2和Ts温度的任何增加程度最小。减小所传递的热量能够使吸入气体温度Ts的任何增大程度最小。

图15示出了根据本公开的特定变型的高强度隔热分离器或分隔组件500的另一变型,该高强度隔热分离器或分隔组件500包括夹置绝缘真空室的金属结构件。分隔组件500包括开口512,经压缩的流体能够在被压缩之后穿过开口512。分隔组件500包括第一金属结构件或上板520和第二金属结构件或下板522。上板520和下板522在其之间限定了绝缘区域530。可选环534用于将绝缘区域530相对于外部环境密封。环534可以在上板520与下板522之间沿围绕开口512的相对应的内周边缘布置。在特定的方面,环可以是聚合物比如弹性体,或者环可以是金属。在其他方面,环可以是将上板520熔接至下板522的金属材料(例如,钎焊材料、焊料等)。

在这种变型中,绝缘区域530可以是低压室或真空室。低压室可以填充有处于低压的惰性气体或绝缘气体,比如氩、氪、氙及其混合物。合适的真空水平压力可以小于或等于大约10-2托尔(torr)。绝缘材料130可以是前述讨论的任何材料。上板520和下板522可以放置在一起以形成与绝缘区域132对应的敞开的腔室。绝缘区域132可以填充有惰性绝缘气体,或可以抽吸成真空以形成真空室。在减小绝缘区域132中的压力之后,口或孔口532可以被密封以形成真空密封。

通过文中包含的特定示例可以进一步理解本公开的各实施方式。提供特定示例仅出于说明根据本教示如何制造和使用组分、装置和方法的目的,除非另有清楚地陈述,并且其不意在表示该发明的给出的实施方式已经或还未制成或测试。

示例

比较示例1-热流计算:常规的不具有绝缘件的消声分隔板

比较示例1是常规的金属消声板两侧的从排放侧至吸入侧的估计的热损失。理论的热传递被计算并且基于传导和对流的基本的热传递过程。这种用于常规的分隔或消声板的传热机构还基于图2A中所示的机构。

在该测试模型中,用于涡旋压缩机(ZP21K5E-PFV)的在ARI条件(45°/130°/65°F)下对R410A制冷剂(包括二氟甲烷(HFC-32)和五氟乙烷(HFC-125)的近共沸的混合物的氢氟烃制冷剂)进行处理的输入参数用于执行模拟计算。常规的钢消声板的热导率为65.2W/m·K。基于涡旋压缩机中的部件尺寸和参数,对消声板的传热阻(R消声器)被计算为等于0.001242K/W。总传热阻——包括R消声器和对流——被计算为0.091K/W。因此,总热传导(Q)被计算为807.2W。该结果指的是常规的非绝缘消声器或分隔板中两侧传递了807.2瓦特(watt)的热。

示例2-热流计算:本发明的具有PTFE绝缘材料的消声分隔板

类似于上文对于比较示例1讨论的计算,如下估算出相同ZP21K5E-PFV涡旋压缩机的根据本公开的特定方面制备的具有聚四氟乙烯(PTFE)绝缘区域的绝缘消声板(在文中称为示例2)两侧的从排放侧至吸入侧的热损失,其中,ZP21K5E-PFV涡旋压缩机处于ARI条件下使用R410A制冷剂。所使用的PTFE是商业上购自DuPont的TEFLONTM。该PTFE与关于图3至图4的上下文中描述的设计类似的方式夹置在上板与下板之间。

在该测试模型中,用于涡旋压缩机(ZP21K)的在ARI条件下对R410A制冷剂(包括二氟甲烷(HFC-32)和五氟乙烷(HFC-125)的近共沸的混合物的氢氟烃制冷剂)进行处理的输入参数包括TEFLONTM涂层的0.30W/m·K的热导率。总传热阻是0.10K/W。总的热传导(Q)被计算为706.5W。该结果指的是对于示例2,仅706.5瓦特的热在包括PTFE涂层的绝缘分隔组件两侧传递,而比较示例中的常规的非绝缘消声板具有807.2瓦特的热传递。因此,与比较示例1的常规消声板相比,示例2的本发明的消声组件板提供了在热传递方面的大约12.5%的近似减小。

压缩机的另外的试验测试被执行以确认推荐的设计和上文理论的计算。压缩机(型号ZP21K5E-PFV)被测试以核实效益增益。测试在关键操作点处被完成以评估根据不同标准的涡旋压缩机的性能,例如测量在预定的饱和的蒸发温度、预定的饱和的冷凝温度以及预定的吸入气体温度下的压缩机性能。一个这种标准为空气调节和制冷协会(ARI)标准(45°/130°/65°F)。另一评价标准是CHEER(45°/100°/65°F),该标准更紧密地接近压缩机将更频繁地操作的条件。另一实证性能评价(OP)用于评估更典型的压缩机操作条件以评估效率获益。

在不同的ARI、CHEER和OP条件下的各种测试的汇总结果如下在表格2中所示。

表格2

基于该试验测试,本发明的示例2表示相对于比较示例1的当前EER在ARI条件下的3.9%能效比(EER)增益。与比较示例1相比,对于示例2而言,容量已经增大了3.6%,同时消耗的功率保持不变。除了容量和EER增益之外,示例2的上壳温度显著地被减小了大约6°F。在更典型的操作条件下,观察到示例2相对于比较示例1具有高达8%的性能增益。然而,在低压差(CHEER)条件下,在示例2与比较示例1之间仍然存在性能获益,但该性能获益不如OP和ARI条件下的性能获益大。

因此,根据本公开的特定的方面,这些比较结果表明当使用较高压力和较高温度排放气体时将具有更大的获益。随着吸入气体过度加热的程度增大,绝缘的TEFLONTM PTFE涂层在消声板两侧传导热的热阻更大。由于此,对于特定的压缩机操作条件,已经观察到10W的总功率节省。吸入气体的主要指示是中间壳(Mid-Shell)温度,通过根据本公开的特定的设计该中间壳温度被观察到减小了至少13°F。

示例3-热流计算:具有尼龙-66绝缘件的本发明的消声分隔板

类似于上文对于比较示例1和示例2讨论的计算,如下估算出根据本公开的特定方面制备的如图10中的具有尼龙-66膜绝缘区域的绝缘消声板组件(在文中称为示例3)两侧的从排放侧至吸入侧的热损失。尼龙-66绝缘膜形成为1毫米的厚度。在该测试模型中,用于涡旋压缩机(ZP21K5E-PFV)的在ARI条件下对R410A制冷剂(包括二氟甲烷(HFC-32)和五氟乙烷(HFC-125)的近共沸的混合物的氢氟烃制冷剂)进行处理的输入参数。未列出的变量或参数可以被假设为与上述示例2中的变量或参数相同。尼龙-66的热导率是0.25W/m·K。总传热阻被计算为0.22K/W。总导热(Q)是333W。因此,示例3中的具有尼龙-66膜绝缘区域的绝缘消声板组件的所计算的传热量是333瓦特。该结果意味着,对于示例3,在具有尼龙-66膜的绝缘分隔组件两侧仅传热333瓦特,而比较示例中的常规的未绝缘的消声板具有807.2瓦特的热传递。这种设计的本发明的消声组件板与常规消声板相比提供了在传热方面大约59%的近似的减小。此外,下文的表格3提供了对于示例3在不同的测试条件下的传热结果的汇总。

表格3

类似的压缩机性能测试如在比较示例1和示例2中的情况下的上文描述的方式来执行。在下文中比较结果(计算的和试验所得)示出在表格4中。为了比较,还包括具有两个金属板的稳固的高强度消声板组件,所述两个金属板夹置包括TEFLONTM PTFE的绝缘区域。另一稳固的高强度消声板组件具有金属板,其中在金属板的上表面和下表面上均具有TEFLONTM PTFE涂层,如同图12和图20中所示的设计。

表格4

因此,包括布置在金属板的顶部上的具有1毫米厚度的尼龙-66绝缘膜的分隔消声板组件能够提供特别期望的传热减少和改进的性能。

图16中包括示出了用于具有这种高强度隔热分隔组件的压缩机的EER改进的曲线图。在图16中,TEFLONTM PTFE(示例2)与具有不同厚度(厚度分别为1毫米(示例3)、1.5毫米以及2毫米)的绝缘尼龙-66膜进行比较。如能够观察到的,针对2毫米厚的尼龙-66膜,在ARI、CHEER和OP条件下的性能发生最大的改进。

在图17至图19中,针对在单个类型的涡旋压缩机中具有不同绝缘材料的分隔或消声板组件,示出处于不同的性能等级条件(图17处于ARI条件、图18处于CHEER条件,并且图19处于OP或正常操作条件)下的效率变化百分比的模型。如由本领域的技术人员所理解的,这种条件可以针对具有不同容量或设计的不同的涡旋压缩机而变化。现有的技术指的是常规的金属消声板,与根据本公开形成的分隔组件——该分隔组件具有夹置如下不同的绝缘材料的金属板:TEFLONTM PTFE、二氧化硅、橡胶、玻璃、岩棉、聚氨酯、纤维玻璃、二氧化硅气凝胶以及真空硅酸钙——相比较,针对这些消声板还示出了吸入气体温度。表格5还提供了通过根据本公开的特定的方面包括绝缘材料的本发明的消声板的平均传热、以及在ARI条件下针对1毫米厚的材料的减小百分比。

表格5

如能够观察到的,模型预测到膨胀的泡沫和以空气填充的粉末具有较低的热导率并且因此通过减小所传递的热量而提供了改进的性能。EER的1%至19%的增大示出在图17至图19中。除了EER增益之外,通过根据本公开的不同的绝缘类型,吸气温度已经被显著地减小了10°F至20°F。在经受最大压差条件的OP操作条件下提供了最大获益。此外,作为绝缘材料的真空硅酸钙提供了在所有条件——包括CHEER测试——下的特别有效的改进。

如此,通过具有TEFLONTM PTFE涂层——该TEFLONTM PTFE涂层作为焊接的压缩机中的金属板上的绝缘区域——的消声板组件而提供了显著的性能益处。更具体地,在特定的变型中观察到2%至9%的容量增益。类似地,除了在OP条件下之外,观察到在功率消耗中高达3%的减小。EER增益是显著的,例如当在涡旋压缩机中使用这种变型时EER增益是大约3%至7%。

出于说明和描述的目的已经提供各实施方式的上文描述。各实施方式的上文描述不意在是排他性的或限制本公开。特定的实施方式的各个元件或特征通常不局限于该特定的实施方式,但在可适用的情况下,其可互换并且可以使用在选定的实施方式中,即使未具体地示出或描述。特定的实施方式的各个元件或特征还可以以许多方式变化。这些变型不被认为偏离于本公开,并且所有这种修改意在包括在本公开的范围内。

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