专利名称：交替型压缩机及用于交替型压缩机的冷却系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于压缩机的冷却系统，更具体地，本发明涉及用于交替型压缩机的 冷却系统。本发明还涉及具有冷却系统的交替型压缩机。
背景技术：
压缩机的功能是将一定容积的流体的压力增大至做功所需的压力。对于制冷工 业，用得较多的压缩机是交替型压缩机。这些压缩机的功能是在低压下吸入冷却流体，并且 在高压和高温下朝向冷凝器压缩该冷却流体。交替型压缩机是这样的压缩机，其中某一驱动机构向气缸内的活塞提供交替运动 (这种机构可以包括例如杆-杠杆系统)。从而，活塞在气缸内交替地运动，并且设置有吸 入和排出阀，以便允许吸入和排出冷却流体。压缩机的冷却对于压缩机的热力学性能具有显著的影响。压缩机低效率的主要原 因与沿着吸入路径(位于吸入传送器与压缩气缸之间)发生的冷却流体过热相关。同样重 要的是，压缩机低效率的另一原因与冷却流体在其压缩机过程中的加热相关。冷却剂在吸入路径中的加热是通过具有温度比冷却流体高的压缩机组件的换热 器而引起的。另一方面，在压缩过程中，主要由于活塞的做功以及还由于压缩开始时通过气 缸和活塞壁的热传递而发生冷却流体的加热。因为吸入路径中的过热增大了允许进入压缩室的冷却流体的比容，所以吸入路径 中的过热降低了压缩机的容积效率。此外，压缩过程开始时的较高温度还意味着主要是特 定压缩功，从而降低了压缩机的能量效率。除了在压缩期间由冷却剂的加热所引起的低效率之外，在压缩期间被加热的冷却 剂是用于压缩机的热的主要来源，并且其是加热压缩机其它组件的主要原因，结果，该其它 组件将沿着吸入路径加热冷却剂。考虑到上述问题，显然，在压缩过程中冷却所述冷却剂将对压缩效率具有积极的 影响，因此，将允许降低由于吸入期间冷却剂过热而导致的损失。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的一个目的是提供一种用于交替型压缩机的冷却系统， 该冷却系统能够在压缩过程中从压缩机冷却流体吸热，降低冷却流体的温度及其比容。本发明的另一个目的是提供一种用于交替型压缩机的冷却系统，该冷却系统允许 压缩机在其操作期间降低温度范围。本发明的另一个目的是提供一种用于压缩机的冷却系统，该冷却系统提高压缩机 的容积效率和能量效率。本发明通过一种用于交替型压缩机的冷却系统来实现这些和其它的目的，所述压 缩机包括壳体和所述壳体内的压缩室，所述冷却系统包括雾化喷嘴，其在压缩机气缸内供应雾化的润滑流体；
换热器，其设计成冷却将在所述喷嘴处被雾化的润滑流体；流体分离器，其分离制冷流体和润滑流体的混合物，并且将润滑流体从所述冷却 系统引回；以及隔断元件，其防止润滑流体聚集在所述气缸中。所述隔断元件可以布置在例如所述雾化喷嘴与所述换热器之间，或者甚至与所述 雾化喷嘴成一体。在本发明的优选实施例中，所述隔断元件是在压缩操作期间保持打开并且在压缩 操作停止之后关闭的隔断阀。然而，所述隔断元件可以是其它类型的装置，例如电隔断元件 或电子隔断元件。此外，所述隔断元件布置在所述压缩机壳体内，非常靠近压缩机气缸。在本发明的优选实施例中，所述流体分离器接收从所述压缩室排出的冷却流体和 润滑流体的混合物，并且将润滑流体引回至所述换热器。然而，在本发明的一个实施例中，所述润滑流体分离器和所述换热器可以处于相 互相反的位置，其中所述流体分离器接收来自所述换热器的冷却流体和润滑流体的混合 物。此外，在本发明的另一个实施例中，所述润滑流体分离器和所述换热器可以构成 为单个组件，并且该组件可以布置在所述压缩机壳体内部或外部。在本发明的一个实施例中，所述润滑流体分离器和所述换热器布置在所述壳体外 部。在本发明的另一个实施例中，所述润滑流体分离器和所述换热器布置在所述壳体 内部，使得组装更加紧凑。所述喷射喷嘴可以布置成其分配端轻微地接触所述压缩机气缸体的侧壁，或者使 得所述喷射喷嘴的分配端布置在所述压缩机的阀板中。
附图示出了图1-图1示出了本发明的制冷系统的第一实施例；图2-图2示出了本发明的制冷系统的第二实施例；图3-图3示出了本发明的制冷系统的第三实施例；图4-图4示出了本发明的制冷系统的第四实施例；图5-图5示出了本发明的制冷系统的第五实施例；以及图6-图6示出了本发明的制冷系统的第六实施例。
具体实施例方式以下将基于附图中示出的优选例子更加详细地说明本发明。附图示出了本发明的 制冷系统的六个可替换实施例。在附图所示的实施例中，制冷系统应用于交替型压缩机，该交替型压缩机包括壳 体11和布置在该壳体内的压缩室2。压缩机10的主要组件是传统交替型压缩机中那些被本 领域技术人员公知的组件，因此，将会说明这些组件的操作和具体构造，只要这些说明对于理解本发明的冷却系统是必需的。虽然附图示出了活塞驱动机构为杆-杠杆型的压缩机， 但是任何本领域技术人员将会理解，在本发明的发明概念范围内也可以采用提供活塞交替 运动的其它装置。本发明的冷却系统设计的是，润滑流体在气缸内雾化，并且该流体必须在可能的 最低温度下雾化。从而，本发明的系统主要包括雾化喷嘴1，其向压缩机的气缸内供应雾化的润滑 流体；换热器6，其设计成冷却将要在喷嘴1处雾化的润滑流体；润滑流体分离器5，其接收 从压缩机排出的冷却流体和润滑流体的混合物，并且将分离的润滑流体引回到换热器；以 及隔断元件7，其功能是防止当压缩机关闭时润滑流体聚集在气缸中。在本发明的优选实施 例中，隔断元件7是隔断阀，然而，同样也可以采用其它合适类型的隔断元件，例如机械或 机电驱动的隔断元件、电驱动的隔断系统、电子驱动的隔断系统或者磁性驱动的隔断系统。在这点上，电驱动或电子驱动的隔断元件可以设计成使用来自压缩机电动机的信 息，例如驱动电流。类似地，在应用机载电子器件的压缩机中(如在可变速压缩机中)控制 隔断元件所需的电子器件可以与压缩机电子器件结合成一体。本发明的系统的隔断元件可以位于例如雾化喷嘴1与换热器6之间，或者其可以 与喷射喷嘴1成一体。在后一种情况下，具有一体的隔断元件的雾化喷嘴自身可以在需要 时阻止流动。此外，虽然在图1至6中隔断元件显示为在压缩机壳体11外部的部件，但是该元 件可以位于该壳体内部。这种特别有利的可能性允许隔断元件被布置成非常靠近压缩机气 缸，从而减小气缸与隔断元件之间的油容积。因为当关闭压缩机时该容积中容纳的油停止 流向气缸，所以该容积的减小具有非常积极的影响。本发明的系统允许降低压缩机的整体加热，并且实现整个压缩循环期间冷却剂温 度的降低。从而，在本发明的第一实施例中，连接到润滑流体进给管路8上的雾化喷嘴1定位 在壳体11内，喷嘴的孔(或其分配端)轻轻接触气缸内壁，使得润滑流体在压缩循环期间 在气缸内雾化，活塞在压缩循环期间不覆盖该孔。当雾化的润滑流体滴具有大的表面积时，在压缩期间与冷却流体进行热交换的可 能性很大，从而减小了压缩期间冷却剂蒸发温度的提高。为了确保润滑流体以可能的最低温度雾化，雾化喷嘴1连接至换热器6，在图1所 示的实施例中，换热器6位于壳体11外部。在雾化喷嘴1与换热器6之间是隔断元件7，例如隔断阀7，其在压缩操作期间保 持打开，并且在关闭压缩操作之后关闭。在达到排出压力之后，润滑流体与冷却流体一起通过排出阀3和接下来的排出管 路4从压缩室排出。润滑流体分离器5连接至排出管路4和换热器6，使得来自排出管路的润滑流体与 冷却流体分离，并且被引向换热器，再次开始循环。图2提供了与图1类似的一个实施例，润滑流体分离器5布置在压缩机10的壳 体11内。从而，在这个实施例中，冷却流体与润滑流体一起通过排出阀3、接下来的排出管 路4、定位在压缩机10的内排出管路中的润滑流体分离器5从压缩室排出。除了提供比图1所示更紧凑的结构之外，该实施例使得分离器5用作压力衰减器，过滤在冷却剂排出期间 产生的压力脉冲。此外，因为换热器6仍保留在压缩机外部，所以保持了换热器的效率。图3示出了本发明的第三可替代实施例，其中润滑油分离器5和换热器6均位于 压缩机10的壳体11内。在这个实施例中，润滑流体进给管路8和隔断元件7也保留在压缩机10内，布置 在壳体11内。应当注意到，这个实施例使得压缩机构造极为紧凑。在图3所示的实施例中，换热器6浸在压缩机曲轴箱油中。这种构造增大了曲轴 箱中的油温度，这可对压缩机效率的提高起到额外的作用。产生这种情况的原因在于，利用 冷油滴在气缸中的喷射以及接下来压缩气体的冷却，预期的结果是压缩机温度水平的整体 降低。温度的降低将导致油粘性的增大，从而增大了机械损失。在将换热器放置到油中的 情况下，通过将从压缩气体直接去除的热的一部分供应给曲轴箱中的油来部分地补偿这个 问题，从而，恢复由于粘性增大而增加的损失的一部分。图4示出了本发明的第四实施例，其中喷射喷嘴1定位在压缩机10阀板上。这 个构造允许油在压缩机压缩循环中在任何时刻被雾化，并且不仅仅是在一个压缩机循环期 间，如图1至3所示的实施例所述。当冷却流体在润滑流体中的溶解度低时，或者当采用高 效分离器来将润滑流体从冷却流体分离时，这个实施例是特别便利的。应当理解，虽然图4示出了分离器5和换热器6位于壳体11外部的实施例，但是 与图2和图3所示的实施例一样，该实施例中的喷射喷嘴的布置可以与压缩机内的这些部 件一起使用。图5示出了本发明的第五实施例，其中分离器5和换热器6构成为单个组件，该组 件具有分离器和换热器两者的功能。从而，如该图所示，该单个组件可包括具有散热元件(例如，叶片)的热分离器，该 散热元件从油中去除在压缩过程中获得的热。当然，同样可以使用其它构造，例如，布置在 分离器周围的线圈形换热器。此外，虽然单个组件显示为位于压缩机壳体11外部，但是该部件也可以容纳在壳 体11内，如图3和4所示的实施例中所述。图6示出了本发明的另一个实施例，其中，考虑到形成回路，换热器6和分离器5 以于前述实施例所示的相反的方式定位，该相反的布置允许在分离前去除热。当然，考虑到雾化喷嘴位置以及将组件部件定位在壳体11内的可能性，图6中所 示的相反布置可以与前述实施例中所述的各种情况组合。借助所述的系统，本发明能够实现压缩机的可靠性和性能的改进。关于可靠性，由于压缩室中的润滑流体的雾化所引起的压缩机热分布下降避免了 压缩机中在油可能承受降解和热物理特性方面不可逆的变化的点处出现临界温度。对于下 降的压缩机热分布，还可能减弱产品鉴定、磨损和牢固性测试的严格程度。继而对于性能来说，本发明提供的优点与压缩机的容积效率和能量效率的提高相 关。对于下降的压缩机温度水平，降低了吸入路径中气体的过热，增大了压缩过程开 始时的冷却剂密度，从而增大了由压缩机压缩和泵送的物质的量。从而，提高了压缩机容积 效率，并且对于相同的泵送能力，其能够构造成具有更小的尺寸。
除了对沿着吸入路径的过热所产生的作用，压缩室内雾化的油在压缩过程中从冷 却流体吸热，从而降低了其温度和比容。从而，降低了压缩功并且提高了压缩机效率。因此，随着泵送量的增大和比功的降低，压缩机能量效率(通常以压缩机性能系 数(PCO)为代表)提高。压缩过程中降低过热的另一个好处在于，降低了压缩机阀门中的流体流量，减小 了由于粘性摩擦导致的能量损失，从而有助于增大PC0。应当指出，在用于制冷应用的低容量压缩机中，在压缩过程结束时气缸内存在有 油提供了额外的好处，因为这减小了死区中冷却剂的量，提高了容积效率。另一个补充优点在于，通过油在活塞和气缸之间具有较好的间隙密封，这可有助 于减少气体从压缩室中泄露所导致的固有损失。实际上，要理解的是，以上基于附图提供的说明仅仅涉及本发明的系统可能的实 施例，本发明的目的的真正范围由所附的权利要求限定。
权利要求
1.一种用于交替型压缩机(10)的冷却系统，所述压缩机包括壳体(11)和在所述壳体 (11)内的压缩室O)，其特征在于，所述冷却系统包括雾化喷嘴(1)，该雾化喷嘴向压缩机的气缸内供应雾化的润滑流体；换热器(6)，该换热器设计成冷却将在所述喷嘴(1)处被雾化的润滑流体；流体分离器(5)，该流体分离器用于分离制冷流体和润滑流体的混合物，并且将润滑流 体从所述冷却系统引回；以及隔断元件(7)，该隔断元件用于防止润滑流体在所述气缸中聚集。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述隔断元件(7)布置在所述雾化喷 嘴⑴与所述换热器(6)之间。
3.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述隔断元件(7)与喷射喷嘴⑴成 一体。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述隔断元件(7)是隔 断阀。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述隔断元件是电隔断 元件。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述隔断元件是电子隔 断元件。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述隔断元件(7)布置 在所述壳体(11)内。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述流体分离器(5)接 收从所述压缩室( 排出的冷却流体和润滑流体的混合物，并且将润滑流体引回至所述换 热器(6)。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述流体分离器(5)接 收来自所述换热器(6)的冷却流体和润滑流体的混合物，并且将润滑流体引回至所述隔断 元件(7)。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的冷却系统，其特征在于，润滑流体分离器(5) 和所述换热器(6)构成为单个组件。
11.根据权利要求9所述的冷却系统，其特征在于，所述单个组件布置在所述壳体(11)内。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的冷却系统，其特征在于，润滑流体分离器(5) 布置在所述壳体(11)内。
13.根据权利要求1至8中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述换热器(6)布置 在所述壳体(11)内。
14.根据权利要求1至8中任一项所述的冷却系统，其特征在于，润滑流体分离器(5) 和所述换热器(6)布置在所述壳体(11)内。
15.根据权利要求13或14所述的冷却系统，其特征在于，所述换热器布置在所述壳体 (11)的用于存储润滑流体的空间中，所述换热器(6)浸在润滑流体中。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的冷却系统，其特征在于，喷射喷嘴(1)的分配 端轻微地接触所述压缩机(10)的气缸体的侧壁。
17.根据权利要求1至15中任一项所述的冷却系统，其特征在于，喷射喷嘴(1)的分配 端布置在所述压缩机(10)的阀板上。
18.一种交替型压缩机(10)，其特征在于，所述交替型压缩机包括根据权利要求1至17 中任一项限定的冷却系统。
全文摘要
本发明涉及一种用于交替型压缩机的冷却系统，更具体地，本发明涉及一种冷却系统，其包括雾化喷嘴(1)，其向压缩机(10)的气缸(2)内供应雾化的润滑流体；换热器(6)，用于冷却将在所述喷嘴(1)处被雾化的润滑流体；流体分离器(5)，其用于分离制冷流体和润滑流体的混合物，并且将润滑流体从所述冷却系统引回；以及隔断元件(7)，其布置在所述雾化喷嘴(1)与所述换热器(6)之间，以便防止润滑流体聚集在所述气缸中。本发明还涉及具有上述冷却系统的交替型压缩机。
文档编号F04B39/06GK102052281SQ20101052078
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月27日 优先权日2009年10月30日
发明者C·J·德尚, D·E·B·里利, F·A·R·朱尼尔, J·E·施莱纳, R·克雷默, 小J·R·巴博萨 申请人:圣卡塔琳娜州联邦大学, 惠而浦股份有限公司