專利名稱：一種制冷系統(tǒng)用轉子壓縮－膨脹機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高效空調與制冷系統(tǒng)，特別涉及一種制冷系統(tǒng)用轉子壓縮-膨脹機。
二氧化碳作為制冷劑其優(yōu)點在于，曾經作為制冷劑使用較長時間，無毒，沒有可燃性(事實上是性能優(yōu)良的滅火劑)，價格便宜、來源豐富、無須回收，能與普通潤滑油相溶，容積制冷量約是氟利昂22的5倍，因此，相同制冷量時，壓縮機的氣缸容積減小很多，而且壓縮比小。二氧化碳作為制冷劑的缺點是系統(tǒng)的工作壓力高，最高壓力達到100bar，甚至更高。由于二氧化碳的臨界溫度低，因此，制冷循環(huán)采用跨臨界制冷循環(huán)(trans-critical cycle)。目前關于二氧化碳制冷劑的研究主要集中在采用跨臨界制冷循環(huán)的汽車空調系統(tǒng)(顧兆林，壓縮式制冷技術的新進展一制冷工質的環(huán)境效應及其特點，流體機械，Vol.29(10)，2001)。
由于二氧化碳跨臨界制冷系統(tǒng)中冷卻器與蒸發(fā)器之間的壓力差很大，可以利用一個膨脹機回收其壓力能，進一步提高制冷性能，例如相同的蒸發(fā)溫度下，兩級壓縮、一級膨脹的系統(tǒng)其性能COP達到3.97，高于現(xiàn)有氟利昂22的COP(3.88)，而兩級壓縮直接膨脹的系統(tǒng)其性能COP只有2.89(M.S.Zhu，L.Shi，Researches on the CO2transcritical R/AC/HP systems inChina，Proceedings of the 5thIIR-Gustav Lorentzen conference on naturalworking fluids at Guangzhou，China，September 17-20，2002)將二氧化碳兩級壓縮、一級膨脹的系統(tǒng)推向實用，關鍵是壓縮機與膨脹機的結構問題，一般的方案可以是往復式壓縮機與往復式膨脹機，也可以有采用渦旋式壓縮機與渦旋式膨脹機，但上述兩種結構方案整體結構與技術要求均比較復雜，工程應用難度很大，必須有新的壓縮機與膨脹機的一體化結構，才能解決目前的二氧化碳兩級壓縮、一級膨脹制冷系統(tǒng)的關鍵問題為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是包括與電機相連接的旋轉軸，在旋轉軸上依次設置有封裝在筒體內的軸承座和端蓋，其特點是，在旋轉軸上的軸承座和端蓋之間還設置有花瓣形內轉子和外轉子，軸承座與內轉子、外轉子、端蓋以及筒體共同組成了一級壓縮機、二級壓縮機和膨脹機，內轉子與外轉子嚙合且構成了吸氣區(qū)和排氣區(qū)，吸氣區(qū)和排氣區(qū)分別為一級壓縮機、二級壓縮機和膨脹機的吸氣孔和排氣孔，且在筒體上開設有與吸氣孔的排氣孔相對應的通孔，一級壓縮機的吸氣孔經管道與蒸發(fā)器的出口相連通，一級壓縮機的排氣孔經管道與中間冷卻器的進氣端相連通，中間冷卻器的排氣端經管道與二級壓縮機的吸氣孔相連通，二級壓縮機的排氣孔經管道與冷卻器的進氣端相連通，冷卻器的排出端經管道與膨脹機的吸入孔相連通，膨脹機的排出孔經管道與中間冷卻器另一進氣端相連通，中間冷卻器另一排氣端經管道與蒸發(fā)器的吸入口相連通。
本發(fā)明的另一特點是壓縮機可以采用一級壓縮，也可以采用兩級壓縮或多級壓縮；內轉子型線由短幅外擺線的等距線構成，外轉子由三段圓弧構成；一級壓縮機、二級壓縮機和膨脹機的徑向尺寸相同、軸向尺寸不同；一級壓縮機的吸氣孔、排氣孔分別設置在軸承座上；二級壓縮機及膨脹機的吸氣孔、排氣孔分別設置在端蓋上。
由于本發(fā)明采用壓縮機與膨脹機同軸安裝，徑向尺寸一致，主要零部件相同，因此，整個壓縮機—膨脹機結構加工、安裝工藝簡單、結構緊湊，同時該結構力平衡性能好，能夠承受高壓，很好地滿足了二氧化碳兩級壓縮、一級膨脹的制冷系統(tǒng)的要求。
參見

圖1，2，本發(fā)明包括與電機1相連接的旋轉軸15，在旋轉軸15上依次設置有封裝在筒體16內的軸承座18、端蓋17、端蓋19和端蓋20，在旋轉軸15上的軸承座18、端蓋17、端蓋19和端蓋20之間還設置有花瓣形內轉子11和外轉子12，軸承座18與內轉子11、外轉子12、端蓋17以及筒體16共同組成了一級壓縮機21，端蓋17與內轉子11、外轉子12、端蓋19以及筒體16共同構成了二級壓縮機22，端蓋19、內轉子11、外轉子12、端蓋20以及筒體16共同構成了膨脹機23，內轉子11與外轉子12嚙合且構成了吸氣區(qū)13和排氣區(qū)14，吸氣區(qū)13和排氣區(qū)14分別為一級壓縮機21、二級壓縮機22和膨脹機23的吸氣孔和排氣孔，且在筒體16上開設有與吸氣孔的排氣孔相對應的通孔，一級壓縮機的吸氣孔2經管道與蒸發(fā)器10的出口相連通，壓縮機I級的排氣孔3經管道與中間冷卻器4一進氣端相連通，中間冷卻器4一排氣端經管道與壓縮機II級的吸氣孔5相連通，壓縮機II級的排氣孔6經管道與冷卻器7進氣端相連通，冷卻器7排出端經管道與膨脹機的吸入孔8相連通，膨脹機的排出孔9經管道與中間冷卻器4另一進口相連通，中間冷卻器4另一排出口經管道與蒸發(fā)器10的吸入口相連通。
參見圖2，本發(fā)明徑向尺寸相同、不同軸向尺寸的一級壓縮機21、二級壓縮機22和膨脹機23，它們的內轉子11共同安裝在旋轉軸15上，旋轉軸15與電機1相連接，而外轉子12封裝在筒體16內，端部有端蓋和軸承座18，一級壓縮機21的吸氣孔2、排氣孔3分別設置在軸承座18上，二級壓縮機22的吸氣孔5、排氣孔6分別設置在端蓋17和端蓋19上，膨脹機23的吸入孔8和排出孔9分別設置在端蓋19和端蓋20上參見圖3，本發(fā)明的內轉子11為花瓣形，內轉子11與外轉子12嚙合，構成工作腔以及吸氣區(qū)13與排氣區(qū)14，內轉子11型線由短幅外擺線的等距線構成，外轉子12由三段圓弧構成。
本發(fā)明的工作原理如下內轉子11與外轉子12嚙合，裝在筒體16內、并與端蓋17、19、20和軸承座18相互固定連接共同構成一級壓縮機21、二級壓縮機22和膨脹機23，內轉子11與軸15及電機1相連，電機1驅動內轉子11轉動，內轉子11帶動外轉子12轉動，完成一級壓縮機21和二級壓縮機22的吸氣一壓縮一排氣的連續(xù)過程；膨脹機23的作功通過軸15傳遞給一級壓縮機21和二級壓縮機22，減少電機1驅動功率。
一級壓縮機21、二級壓縮機22和膨脹機23組合在一起，控制整個制冷系統(tǒng)工質的流動，實現(xiàn)制冷目的。具體的工質流動過程如下蒸發(fā)器10的低溫低壓蒸汽，經管道與吸氣孔2被一級壓縮機21吸入，經過壓縮，溫度與壓力升高，由一級壓縮機21的排氣孔3經管道進入中間冷卻器4冷卻，冷卻后的氣體經管道與二級壓縮機22的吸氣孔5被二級壓縮機22吸入，再次經過壓縮，變成高壓氣體，由二級壓縮機22的排氣孔6經管道進入冷卻器7冷卻，變成高壓液體，高壓液體由冷卻器7排出端經管道與膨脹機23的吸入孔8相連進入膨脹機23膨脹作功，變成中間溫度、壓力的氣液兩相混合物由膨脹機23的排出孔9經管道與中間冷卻器4的另一進氣端進入中間冷卻器4，并冷卻一級壓縮機的排氣，氣液兩相混合物的液相在進一步降低壓力后，經管道進入蒸發(fā)器10，吸收熱量成為低溫低壓蒸汽。
一級壓縮機21與二級壓縮機22壓縮需要的動力一部分來自膨脹機23的膨脹功，其余由電機1輸入。
權利要求
1.一種制冷系統(tǒng)用轉子壓縮-膨脹機，包括與電機[1]相連接的旋轉軸[15]，在旋轉軸[15]上依次設置有封裝在筒體[16]內的軸承座[18]、端蓋[17]、端蓋[19]和端蓋[20]，其特征在于在旋轉軸[15]上的軸承座[18]、端蓋[17]、端蓋[19]和端蓋[20]之間還設置有花瓣形內轉子[11]和外轉子[12]，軸承座[18]與內轉子[11]、外轉子[12]、端蓋[17]以及筒體[16]共同組成了一級壓縮機[21]，端蓋[17]與內轉子[11]、外轉子[12]、端蓋[19]以及筒體[16]共同構成了二級壓縮機[22]，端蓋[19]、內轉子[11]、外轉子[12]、端蓋[20]以及筒體[16]共同構成了膨脹機[23]，內轉子[11]與外轉子[12]嚙合且構成了吸氣區(qū)[13]和排氣區(qū)[14]，吸氣區(qū)[13]和排氣區(qū)[14]分別為一級壓縮機[21]、二級壓縮機[22]和膨脹機[23]的吸氣孔和排氣孔，且在筒體[16]上開設有與吸氣孔的排氣孔相對應的通孔，一級壓縮機[21]的吸氣孔[2]經管道與蒸發(fā)器[10]的出口相連通，一級壓縮機[21]的排氣孔[3]經管道與中間冷卻器[4]的進氣端相連通，中間冷卻器[4]的排氣端經管道與二級壓縮機[22]的吸氣孔[5]相連通，二級壓縮機[22]的排氣孔[6]經管道與冷卻器[7]的進氣端相連通，冷卻器[7]的排出端經管道與膨脹機[23]的吸入孔[8]相連通，膨脹機[23]的排出孔[9]經管道與中間冷卻器[4]另一進氣端相連通，中間冷卻器[4]另一排氣端經管道與蒸發(fā)器[10]的吸入口相連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的制冷系統(tǒng)用轉子壓縮-膨脹機，其特征在于所說的壓縮機可以采用一級壓縮，也可以采用兩級壓縮或多級壓縮。
3.根據(jù)權利要求1所述的制冷系統(tǒng)用轉子壓縮-膨脹機，其特征在于所說的內轉子[11]型線由短幅外擺線的等距線構成，外轉子[12]由三段圓弧構成。
4.根據(jù)權利要求1所述的制冷系統(tǒng)用轉子壓縮-膨脹機，其特征在于所說的一級壓縮機[21]、二級壓縮機[22]和膨脹機[23]的徑向尺寸相同、軸向尺寸不同。
5.根據(jù)權利要求1所述的制冷系統(tǒng)用轉子壓縮-膨脹機，其特征在于所說的一級壓縮機[21]的吸氣孔[2]、排氣孔[3]分別設置在軸承座[18]上。
6.根據(jù)權利要求1所述的制冷系統(tǒng)用轉子壓縮-膨脹機，其特征在于所說的二級壓縮機[22]的吸氣孔[5]、排氣孔[6]分別設置在端蓋[17]和端蓋[19]上。
7.根據(jù)權利要求1所述的制冷系統(tǒng)用轉子壓縮-膨脹機，其特征在于所說的膨脹機[23]的吸入孔[8]和排出孔[9]分別設置在端蓋[19]和端蓋[20]上。
全文摘要
一種制冷系統(tǒng)用轉子壓縮－膨脹機，其工作腔由內轉子與外轉子組成，內轉子驅動外轉子運動，外轉子安裝在一個筒形殼體內，壓縮機與膨脹機的內轉子安裝在同一軸上，進、排氣孔設在筒體或端蓋上，壓縮機與膨脹機的內外轉子徑向尺寸相同，軸向尺寸根據(jù)壓縮機與膨脹機的容量特性或優(yōu)化設計確定，壓縮機可根據(jù)需要設計成一級壓縮或兩級壓縮。整個壓縮機—膨脹機結構加工、安裝工藝簡單、結構緊湊，同時該結構力平衡性能好，能夠承受高壓，滿足二氧化碳兩級壓縮、一級膨脹的制冷系統(tǒng)的要求，提高二氧化碳跨臨界制冷循環(huán)的熱力性能。
文檔編號F25B9/00GK1417478SQ0214552
公開日2003年5月14日 申請日期2002年12月16日 優(yōu)先權日2002年12月16日
發(fā)明者顧兆林, 郁永章, 高秀峰, 馮詩愚, 張旭東 申請人:西安交通大學