回转式压缩机、制冷剂循环系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种回转式压缩机、制冷剂循环系统及其控制方法，所述回转式压缩机包括壳体、第一法兰、气缸、第二法兰和盖板，气缸上设置有与其内腔相连通的吸气口和排气口，在气缸面对第二法兰的端面上设置有与其内腔相连通的旁通口，在第二法兰上设置有旁通流道和用于开闭该旁通流道的旁通阀组件，该旁通流道的一端与旁通口相连通，另一端经位于壳体外部的旁通管与压缩机的低压吸气侧管路相连通，且在旁通管上设置有用于调节旁通管开闭的控制阀。由于旁通循环流路的部分位于压缩机壳体外部，避免了旁通气体在机体内部循环产生的温升，最终可避免气体旁通到吸气口处的吸气过热问题，使得压缩机旁通开启时的能效获得提高。
【专利说明】回转式压缩机、制冷剂循环系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及压缩机，特别是涉及一种回转式压缩机，具有该回转式压缩机的制冷剂循环系统，及制冷剂循环系统的控制方法。
【背景技术】
[0002]现有技术中，有的压缩机通过控制压缩机的转速来改变压缩机的容量，但是这需要具备复杂的变频系统，因此制造费用相当昂贵。为了降低制造成本，有的压缩机利用旁通阀组件来改变压缩机容量，这种可调的旁通阀组件可以把所需要的排出气体自动旁通到低压一侧，以维持低的蒸发压力。
[0003]图1所示为其中一种容量调节机构的结构示意图，该旁通阀组件主要由设置于第二法兰上的阀孔35、可滑动地插入阀孔35内的滑阀和用于弹性支撑滑阀的阀簧82组成，其中，滑阀包括第一压力单元81a、第二压力单元81b及连接单元81c，背压孔83a经公共连接管94与切换阀组件91的公共侧出口 95c连接，切换阀组件91的高压侧入口 95a经高压连接管92与压缩机的排气口连接，切换阀组件91的低压侧入口 95b经低压连接管93与压缩机的吸气口连接。在满负荷运行情况下，切换阀组件91的公共侧出口 95c与低压侧入口95b相连通，压力单元81a的切换阀弹簧98的弹簧移至附图的左侧，第一压力单元81a关闭高压侧旁通孔33。当高压侧旁通孔33闭合，压缩机满负荷运行。相反，在空载运行情况下，切换阀组件91的公共侧出口 95c与高压侧入口 95a相连通，压力单元81a的切换阀弹簧98的弹簧移至附图的右侧，滑阀81的连接单元81c位于高压侧旁通孔33与低压侧旁通孔34之间，从而将旁通孔33和34彼此连接，压缩机满空载运行。这种容量调节机构存在以下缺陷:
[0004](I)旁通气体通过滑阀开闭，气体从高压腔旁通到低压腔，旁通循环过程全部在压缩机壳体内部完成。由于泵体浸在压缩机油池当中，油温在机体工作时处于高温状态，气体旁通始终处于高温环境下循环，因此旁通到吸气口处的气体温度非常高，从而导致吸气过热，泵体内部最终会平衡在一个较高的温度范围，润滑油性能下降，泵体磨损加剧，压缩机整体性能下降明显。
[0005](2)为保证滑阀的正常移动工作，滑阀与阀道应设计有一定的间隙值，因此处于高压腔的气体不可避免的通过圆弧切口向低压腔方向泄露。高压气体泄漏到低压腔后膨胀，导致低压腔吸气量的减少，从而使其非旁通状态下的工作效率也受到影响。
[0006](3)用于控制旁通口开闭的滑阀结构，需要通过精度极高的位移传感器控制，才能获得精确的控制。控制方式复杂，成本高。
【发明内容】
[0007]针对上述现有技术现状，本发明所要解决的第一个技术问题在于，提供一种排量可变的回转式压缩机，其性能高、结构简单、可靠性高、可行性强。
[0008]本发明所要解决的第二个技术问题在于，提供一种具有上述回转式压缩机的制冷剂循环系统。
[0009]本发明所要解决的第三个技术问题在于，提供一种上述制冷剂循环系统的控制方法。
[0010]本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为:一种回转式压缩机，包括壳体，顺次设置于该壳体内的第一法兰、气缸、第二法兰和盖板，所述气缸上设置有与其内腔相连通的吸气口和排气口，在所述气缸面对所述第二法兰的端面上设置有与其内腔相连通的旁通口，在所述第二法兰上设置有旁通流道和用于开闭该旁通流道的旁通阀组件，该旁通流道的一端与所述旁通口相连通，另一端经位于所述壳体外部的旁通管与压缩机的低压吸气侧管路相连通，且在所述旁通管上设置有用于调节旁通管开闭的控制阀。
[0011]在其中一个实施例中，所述旁通口为斜切口。[0012]在其中一个实施例中，所述旁通口和所述排气口在所述气缸的圆周方向上错开布置。
[0013]在其中一个实施例中，所述旁通口与所述吸气口沿压缩机的旋转方向的夹角α为20至340度。
[0014]在其中一个实施例中，所述旁通流道包括设置于所述第二法兰面对所述盖板的端面上的旁通腔、沿轴向设置于所述第二法兰上的连通该旁通腔与所述旁通口的旁通孔及沿径向设置于所述第二法兰上的连通该旁通腔与所述旁通管的旁通侧孔，所述旁通腔的开口由所述盖板密封。
[0015]在其中一个实施例中，所述旁通阀组件包括设置于所述旁通腔内的旁通阀片，该旁通阀片具有固定端和自由端，旁通阀片的固定端固定在所述第二法兰上，旁通阀片的自由端覆盖在所述旁通孔的孔口上。
[0016]在其中一个实施例中，所述旁通阀组件还包括用于限制所述旁通阀片开启幅度的挡板。
[0017]在其中一个实施例中，所述旁通腔的密封宽度L大于或者等于2mm。
[0018]在其中一个实施例中，在所述第一法兰上设置有与所述排气口相连通的排气孔和用于开闭该排气孔的排气阀。
[0019]在其中一个实施例中，所述排气阀包括排气阀片，该排气阀片具有固定端和自由端，排气阀片的固定端固定在所述第一法兰上，排气阀片的自由端覆盖在所述排气孔上。
[0020]在其中一个实施例中，所述排气孔的直径R2小于所述旁通孔Rl的直径。
[0021]在其中一个实施例中，所述排气阀片的厚度大于所述旁通阀片的厚度。
[0022]在其中一个实施例中，所述排气阀片的刚度大于所述旁通阀片的刚度。
[0023]本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为:一种制冷剂循环系统，包括压缩机、四通阀、蒸发器、冷凝器和节流元件，所述压缩机为上述的回转式压缩机。
[0024]在其中一个实施例中，所述的制冷剂循环系统还包括分液器，该分液器的吸气口与所述四通阀相连通，该分液器的出气口与所述气缸的吸气口相连通，所述旁通管的出口端连接在该分液器的进气口与所述四通阀之间的管路上。
[0025]本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为:一种制冷剂循环系统的控制方法，包括如下步骤，当待调节物体的温度Tl与设定温度T2的差△ T的绝对值小于或等于20°时，打开所述控制阀。[0026]与现有技术相比，本发明所提供的回转式压缩机、制冷剂循环系统及其控制方法，由于旁通循环流路的部分位于压缩机壳体外部，避免了旁通气体在机体内部循环产生的温升，最终可避免气体旁通到吸气口处的吸气过热问题，使得压缩机旁通开启时的能效获得提高；而且，旁通管采用控制阀控制，不需要在第二法兰内设计复杂的传感器，也不需要通过非常精确的位移进行控制，通过温度传感器控制控制阀的开启即可达到控制旁通流道开闭的目的，因此具有结构简单、成本低、结构可靠性及可行性更高的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为现有技术中的容量调节机构的结构示意图；
[0028]图2为本发明其中一个实施例中的回转式压缩机的泵体的结构示意图；
[0029]图3为图2中的气缸的主视结构示意图；
[0030]图4为图2中的第二法兰的主视结构示意图；
[0031]图5为图2中的旁通阀片的结构示意图；
[0032]图6为图2中的旁通阀组件的结构示意图；
[0033]图7为图2中的第一法兰的主视结构示意图；
[0034]图8为具有图2所示回转式压缩机的制冷剂循环系统的原理图；
[0035]图9为图2所示回转式压缩机与具有图1所示容量调节机构的回转式压缩机在旁通调节工作时的吸气温度变化图；
[0036]图10为图2所示回转式压缩机与具有图1所示容量调节机构的回转式压缩机在旁通调节工作时的排气温度变化图；
[0037]图11为图2所示回转式压缩机与具有图1所示容量调节机构的回转式压缩机在旁通孔关闭时的制冷能力图；
[0038]图12为图2所示回转式压缩机与具有图1所示容量调节机构的回转式压缩机的COP测试结果图。
[0039]以上各图中，10-压缩机，11-曲轴，12-第一法兰，121-排气孔，13-气缸，131-吸气口，132-排气口，133-旁通口，14-滚子，15-第二法兰，151-旁通腔，152-旁通孔，153-旁通侧孔，16-滑片，17-盖板，18-芳通阀片，181-固定端，182-自由端，19-挡板,20-四通阀，30-蒸发器，40-节流元件，50-冷凝器，60-分液器，70-控制阀，80-旁通管。
【具体实施方式】
[0040]下面参考附图并结合实施例对本发明进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下各实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0041]本发明其中一个实施例中的回转式压缩机10包括壳体和设置于壳体底部的泵体，如图2所示，泵体主要由曲轴11、第一法兰12、气缸13、滚子14、第二法兰15、滑片16和盖板17组成，其中第一法兰12、气缸13、第二法兰15和盖板17按照由上至下的顺序顺次设置。
[0042]如图3所示，本实施例的气缸13除具有现有气缸相同的吸气口 131和排气口 132之外，还在气缸13面对第二法兰15的端面上设置有与其内腔相连通的旁通口 133。优选地，所述旁通口 133为斜切口。优选地，所述旁通口 133和所述排气口 132在所述气缸13的圆周方向上错开布置。因为假如旁通口 133和排气口 132位置相同，压缩机10泵体只能进行满载和空载之间的切换，不能体现出变容压缩机的优势。优选地，所述旁通口 133与所述吸气口 131沿压缩机10的旋转方向的夹角α为20至340度。根据旁通效果及不同空调工况变化分析得到，针对不同型号空调系统当α为120至270度时获得的效果更佳。
[0043]如图4所示，在第二法兰15上设置有旁通流道。优选地，旁通流道包括设置于所述第二法兰15面对所述盖板17的端面上的旁通腔151、沿轴向设置于所述第二法兰15上的连通该旁通腔151与所述旁通口 133的旁通孔152及沿径向设置于所述第二法兰15上的与旁通腔151相连通的旁通侧孔153，由于旁通腔151的体积过小时，旁通气体流通时产生较大的截留损失，因此为降低旁通腔151的损失，其容积应大于气缸旁通气体的体积。由于现有的压缩机的第二法兰用于排除高压气体，第二法兰排除的气体与泵体环境气体压力均为高压，故对密封性要求不高。而本实施例的旁通气体为低压气，与泵体环境中的高压气体存在较大的压差，因此本实施例中的第二法兰15采用凹结构与盖板17配合，使旁通腔151获得最佳的密封效果，避免气体泄露。优选地，旁通腔151的密封宽度L要大于或等于2mm。所述旁通侧孔153经位于所述壳体外部的旁通管80与压缩机10的低压吸气侧管路相连通(如图8所示)，且在所述旁通管80上设置有用于调节旁通管80开闭的控制阀70，控制阀70优选采用电磁阀。旁通调节工作时，一部分气体从旁通口 133流入第二法兰15的旁通孔152，进入第二法兰15的旁通腔151，流入第二法兰15的旁通侧孔153，通过外接旁通管80路最终流入分液器60。由于，旁通循环流路的部分位于压缩机10壳体外部，避免旁通气体在机体内部循环产生的温升，最终可避免气体旁通到吸气口 131处的吸气过热问题，使得压缩机10旁通开启时的能效获得提高。而且，旁通管80采用电磁阀控制，与现有方案相比，不需要在第二法兰15内设计复杂的传感器，也不需要通过非常精确的位移进行控制，通过温度传感器控制电磁阀的开启即可达到控制旁通流道开闭的目的，因此具有结构简单、成本低的优点。
[0044]旁通阀组件用于控制旁通孔152的开闭。如图5、图6所示,本实施例的所述旁通阀组件包括设置于所述旁通腔151内的旁通阀片18，该旁通阀片18具有固定端181和自由端182，旁通阀片18的固定端181固定在所述第二法兰15上，旁通阀片18的自由端12覆盖在所述旁通孔152的孔口上。当旁通孔152的孔口处的气体压力高于旁通阀片18背部压力时，旁通阀片18弹起，旁通气体可通过旁通孔152向第二法兰15的旁通腔151内排放。反之，当旁通孔152压力小于旁通阀片18背部压力时，旁通阀片18无法弹开。旁通孔152采用弹性旁通阀片18的控制方案，避免非旁通工作时的泄露损失。而且，由于旁通阀片18是一种单向阀，即气体只可从气缸13内部向旁通腔151流动，旁通阀片18自由端12与旁通孔152的孔口的充分闭合可彻底解决气体倒流问题。优选地，所述旁通阀组件还包括挡板19，挡板19和旁通阀片18通过铆钉固定在第二法兰15处，挡板19用于限制旁通阀片18的开启幅度，以防止旁通阀片18过度开启导致零件断裂。
[0045]第一法兰12用于排除高压气体。如图7所示，在第一法兰12上设置有与所述排气口 132相连通的排气孔121和用于开闭该排气孔121的排气阀(图上未示出)，所述排气阀包括排气阀片，该排气阀片具有固定端和自由端，排气阀片的固定端固定在所述第一法兰上，排气阀片的自由端覆盖在所述排气孔上。为避免出现旁通阀片18和排气阀片同时开启的情况，所述旁通孔152的直径Rl大于所述排气孔121的直径R2。由于旁通阀片18所受的旁通气体压力较小，所受冲击载荷较排气阀片小，因此为提高结构性能、减少旁通阀片18产生的旁通气体阻力损失，旁通阀片18的厚度小于排气阀片的厚度，同样，所述排气阀片的刚度大于所述旁通阀片18的刚度。
[0046]本发明另一个实施例中，提供一种制冷剂循环系统(如空调、热泵热水器等)，如图8所示，制冷剂循环系统包括压缩机10、四通阀20、蒸发器30、冷凝器50和节流元件40，所述压缩机10采用上述实施例的回转式压缩机10。压缩机10还包括分液器60，该分液器60具有进气口和出气口，分液器60的出气口与所述气缸13的吸气口 131相连通，所述旁通管80的出口端与该分液器60的进气口相连通。
[0047]本发明另一个实施例中，提供一种上述制冷剂循环系统的控制方法，当待调节物体的温度Tl (当制冷剂循环系统为空调时，Tl为室内环境温度；当制冷剂循环系统为热泵热水器时，Tl为水箱内待加热水的温度)与设定温度T2的差Λ T的绝对值小于或等于20°时，打开所述控制阀70，从而打开旁通流路。
[0048]本发明实施例所提供的回转式压缩机10 (以下简称本实施例)与【背景技术】中所述的现有回转式压缩机(以下简称现有技术)相比，具有以下有益效果:
[0049](I)对比本实施例和现有技术两种技术方案旁通气体过热导致吸气温度的变化，结果如图9所示。从图中可以看出，本实施例导致吸气过度温度远小于现有技术，因此有利于提高泵体的运行寿命(图中，方形连线为本实施例的温度变化曲线；三角形连线为现有技术的温度变化曲线；菱形连线为正常运行时的温度变化曲线)。
[0050](2)对比本实施例和现有技术两种方案吸气过热导致的排气温度升高量，结果如图10所示。从图中可以看出，本实施例的排气温度小于现有技术，可以降低压缩机内部整体环境的温度，从而提高压缩机电机可靠性(图中，方形连线为本实施例的温度变化曲线；三角形连线为现有技术的温度变化曲线；菱形连线为正常运行时的温度变化曲线)。
[0051](3)从图11可以看出，由于现有技术方案存在较严重的泄露损失，而本实施例方案在旁通口关闭时性能基本与正常样机完成一致，表现在旁通阀关闭时的制冷能力上高于现有技术方案(图中，从左向右数，第一组和第二组柱状图为本实施例在阀门关和阀门开时的制冷和制热能力，第三组柱状图为现有技术在阀门关和阀门开时的制冷和制热能力)。
[0052](4)最终，如图12所示，本实施例的COP优于现有技术方案(图中，从左向右数，第一个和第二个柱体表示本实施例的COP值，第三个柱体表示现有技术的COP值。
[0053]由此可见，本发明实施例所提供的回转式压缩机，具有性能高、结构简单、可靠性高、可行性强的优点。
[0054]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种回转式压缩机，包括壳体，顺次设置于该壳体内的第一法兰、气缸、第二法兰和盖板，所述气缸上设置有与其内腔相连通的吸气口和排气口，其特征在于，在所述气缸面对所述第二法兰的端面上设置有与其内腔相连通的旁通口，在所述第二法兰上设置有旁通流道和用于开闭该旁通流道的旁通阀组件，该旁通流道的一端与所述旁通口相连通，另一端经位于所述壳体外部的旁通管与压缩机的低压吸气侧管路相连通，且在所述旁通管上设置有用于调节旁通管开闭的控制阀。
2. 根据权利要求1所述的回转式压缩机，其特征在于，所述旁通口为斜切口。
3.根据权利要求1所述的回转式压缩机，其特征在于，所述旁通口和所述排气口在所述气缸的圆周方向上错开布置。
4.根据权利要求3所述的回转式压缩机，其特征在于，所述旁通口与所述吸气口沿压缩机的旋转方向的夹角α为20至340度。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的回转式压缩机，其特征在于，所述旁通流道包括设置于所述第二法兰面对所述盖板的端面上的旁通腔、沿轴向设置于所述第二法兰上的连通该旁通腔与所述旁通口的旁通孔及沿径向设置于所述第二法兰上的连通该旁通腔与所述旁通管的旁通侧孔，所述旁通腔的开口由所述盖板密封。
6.根据权利要求5所述的回转式压缩机，其特征在于，所述旁通阀组件包括设置于所述旁通腔内的旁通阀片，该旁通阀片具有固定端和自由端，旁通阀片的固定端固定在所述第二法兰上，旁通阀片的自由端覆盖在所述旁通孔的孔口上。
7.根据权利要求6所述的回转式压缩机，其特征在于，所述旁通阀组件还包括用于限制所述旁通阀片开启幅度的挡板。
8.根据权利要求5所述的回转式压缩机，其特征在于，所述旁通腔的密封宽度L大于或者等于2_。
9.根据权利要求5所述的回转式压缩机，其特征在于，在所述第一法兰上设置有与所述排气口相连通的排气孔和用于开闭该排气孔的排气阀。
10.根据权利要求9所述的回转式压缩机，其特征在于，所述排气阀包括排气阀片，该排气阀片具有固定端和自由端，排气阀片的固定端固定在所述第一法兰上，排气阀片的自由端覆盖在所述排气孔上。
11.根据权利要求10所述的回转式压缩机，其特征在于，所述排气孔的直径R2小于所述旁通孔Rl的直径。
12.根据权利要求10所述的回转式压缩机，其特征在于，所述排气阀片的厚度大于所述旁通阀片的厚度。
13.根据权利要求10所述的回转式压缩机，其特征在于，所述排气阀片的刚度大于所述旁通阀片的刚度。
14.一种制冷剂循环系统，包括压缩机、四通阀、蒸发器、冷凝器和节流元件，其特征在于，所述压缩机为如权利要求1至13中任意一项所述的回转式压缩机。
15.根据权利要求14所述的制冷剂循环系统，其特征在于，还包括分液器，该分液器的吸气口与所述四通阀相连通，该分液器的出气口与所述气缸的吸气口相连通，所述旁通管的出口端连接在该分液器的进气口与所述四通阀之间的管路上。
16.一种如权利要求14所述的制冷剂循环系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤，当待调节物体的温度Tl与 设定温度T2的差Λ T的绝对值小于或等于20°时，打开所述控制阀。
【文档编号】F25B31/00GK103541900SQ201210242109
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年7月12日 优先权日:2012年7月12日
【发明者】刘靖, 魏会军, 朱红伟, 蒋家俊, 欧进, 王湛文 申请人:珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司