專利名稱：無油潤滑的螺旋式膨脹-壓縮器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種封閉式制冷系統(tǒng)中的螺旋式膨脹器-壓縮器。
背景技術(shù)：
所有的封閉式制冷系統(tǒng)依次地包括壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹裝置、和蒸發(fā)器。膨脹裝置包括固定的孔口、毛細(xì)管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥、透平、和膨脹器-壓縮器或壓出器。在每一種膨脹裝置中，隨著高壓液體制冷劑經(jīng)受壓力降低，該高壓液體制冷劑發(fā)生閃發(fā)，其中該液體制冷劑中的至少一部分變成蒸氣，從而導(dǎo)致比容增大。在壓出器中，容積的增大用于向配裝的壓縮器提供動力，該壓縮器將高壓制冷劑蒸氣輸送到系統(tǒng)壓縮機(jī)的排出口，由此增加系統(tǒng)能力。因為發(fā)生在該壓出器中的壓縮過程不由電動機(jī)來提供動力，而是由閃發(fā)的液體制冷劑來提供動力，所以制冷的總效率提高的量與系統(tǒng)能力提高的量相同。
螺桿式膨脹器-壓縮器在軸向和徑向上基本上不平衡。由共同轉(zhuǎn)讓的美國專利No.6185956描述的帶有單個低壓口的具有三個端口的螺旋式壓出器在徑向上仍不平衡。

發(fā)明內(nèi)容
一種無油潤滑的螺旋式膨脹器-壓縮器(或壓出器)單元用于相變的空調(diào)系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。該膨脹器作為一組同步傳動裝置，以便控制陽轉(zhuǎn)子和陰轉(zhuǎn)子的相對角位置并且驅(qū)動壓出器的配裝的壓縮器。因為該膨脹器具有至少70％的液體制冷劑成分，以形成有效的動態(tài)液膜以便分離該陽轉(zhuǎn)子和陰轉(zhuǎn)子。該制冷劑潤滑的膨脹器轉(zhuǎn)子成為一對幾乎與干式螺桿壓縮機(jī)中的常規(guī)同步傳動裝置類似的同步傳動裝置。該壓出器的壓縮器部分的陽轉(zhuǎn)子和陰轉(zhuǎn)子確定成具有更大的間隙，并且因此彼此不接觸。該特征使得對于壓出器的壓縮器部分進(jìn)行無油潤滑的干式壓縮器運(yùn)行，這正如同步傳動裝置使得常規(guī)壓縮機(jī)的無油潤滑地運(yùn)行。常規(guī)的干式壓縮器與壓出器中的兩相流螺旋式膨脹器的同步傳動裝置之間的差別在于前者是用于傳遞來自于機(jī)械驅(qū)動裝置的扭矩的常規(guī)的傳動裝置，而后者本身是膨脹器。壓出器的膨脹器和壓縮器的轉(zhuǎn)子是無油潤滑的，其中膨脹器轉(zhuǎn)子由兩相的工作流體的液體部分來潤滑，并且動態(tài)液膜分離膨脹器的陽轉(zhuǎn)子和陰轉(zhuǎn)子。
本發(fā)明的一目的是平衡壓出器中的的徑向和軸向氣體力。
本發(fā)明的另一目的是限制轉(zhuǎn)子的變形，由此減小壓出器轉(zhuǎn)子之間的間隙。
本發(fā)明的另一目的是降低壓出器中的軸承載荷。
本發(fā)明的又一目的是改進(jìn)壓出器的性能。
本發(fā)明的另一目的是使用膨脹器的轉(zhuǎn)子相對于壓出器的壓縮器轉(zhuǎn)子作為同步傳動裝置。結(jié)合以下的對本發(fā)明的描述，本發(fā)明的這些和其它的目的是明顯的。
本質(zhì)上，在制冷系統(tǒng)或空調(diào)系統(tǒng)中的膨脹裝置是一種壓出器。該壓出器由配對的螺旋式膨脹器和配對的螺旋式壓縮器形成，其中膨脹器的轉(zhuǎn)子作為同步傳動裝置。


參照以下的詳細(xì)描述并結(jié)合以下附圖，將更好地理解本發(fā)明，在附圖中圖1是使用本發(fā)明的制冷系統(tǒng)或空調(diào)系統(tǒng)的示意圖；圖2是圖1所示的系統(tǒng)的壓出器的簡化示意圖；圖3是平行于圖2所示的壓出器的轉(zhuǎn)子的軸線的簡化圖。
圖4是沿圖3中的線4-4截取的壓出器的膨脹器部段的截面圖；圖5是沿圖3中的線5-5截取的壓出器的壓縮器部段的截面圖；圖6是使用本發(fā)明的變型的制冷系統(tǒng)或空調(diào)系統(tǒng)的示意圖；和圖7是圖6所示的系統(tǒng)的壓出器的簡化示意圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，附圖標(biāo)記10總體上表示制冷系統(tǒng)或空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)10從壓縮機(jī)12開始依次地包括排出管路14、冷凝器16、管路18、形式為壓出器20的膨脹裝置、管路22、蒸發(fā)器24和吸入管路26，以使完成該回路。參照圖2-5，壓出器20包括兩對螺旋轉(zhuǎn)子，其中每一對中的每個螺旋轉(zhuǎn)子與另一對的轉(zhuǎn)子處于一共用軸上。參照圖1和圖2，應(yīng)當(dāng)注意，來自冷凝器16的高壓液體制冷劑經(jīng)由管路18供給到壓出器20的膨脹器120的入口120-1。如圖3和4清晰所示，膨脹器具有一對螺旋轉(zhuǎn)子121、122。供給到膨脹器120的入口120-1的高壓液體制冷劑導(dǎo)致轉(zhuǎn)子121和122旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子121和122旋轉(zhuǎn)時，該轉(zhuǎn)子共同作用以便作為膨脹器，該膨脹器使得制冷劑的受限容積的壓力降低，以使它們閃發(fā)。因為從液體到氣體的相變需要能量轉(zhuǎn)移，該液體制冷劑的一部分閃發(fā)。通常15％的液體制冷劑閃發(fā)，但是在適當(dāng)?shù)臓顩r下，多達(dá)30％的液體制冷劑閃發(fā)是可能的。名義上處于蒸發(fā)器壓力下的氣態(tài)和液態(tài)制冷劑的低壓混合物從膨脹器排出口120-2經(jīng)由管路130進(jìn)入分離器140。
分離器140可以如圖所示地位于壓出器20內(nèi)，或位于壓出器的外部。分離器140將液相和蒸氣相的制冷劑分離，并將液相和一部分蒸氣相經(jīng)由管路22供給到蒸發(fā)器24。經(jīng)由管路141從分離器140供給的制冷劑的蒸氣相部分由特定制冷劑、循環(huán)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來規(guī)定。例如，對于制冷劑134a，對于水冷式制冷機(jī)該蒸氣相部分為6％，對于風(fēng)冷式制冷機(jī)該蒸氣相部分為10％。通常該蒸氣相部分至少為5％。假設(shè)在制冷劑為134a以及水冷式制冷機(jī)的情況下，在分離后的制冷劑的蒸氣相中，數(shù)量級為6％的該制冷劑的一部分經(jīng)由管路141從分離器140供給到壓縮器220的壓縮器吸入口220-1。參照圖3，膨脹器120的螺旋轉(zhuǎn)子121的旋轉(zhuǎn)通過共用軸121-1使得壓縮器220的螺旋轉(zhuǎn)子221旋轉(zhuǎn)。類似地，膨脹器120的螺旋轉(zhuǎn)子122的旋轉(zhuǎn)通過共用軸122-1使得壓縮器220的螺旋轉(zhuǎn)子222旋轉(zhuǎn)。借助于壓縮器220的轉(zhuǎn)子221和222分別由膨脹器120的轉(zhuǎn)子121和122驅(qū)動，供給到壓縮器吸入口220-1的低壓氣態(tài)制冷劑由于轉(zhuǎn)子221和222的共同作用而被壓縮。名義上處于壓縮機(jī)12的排出壓力下的高壓制冷劑蒸氣輸送到壓縮器排出口220-2并經(jīng)由管路150流至排出管路14，在該排出管路中該高壓制冷劑蒸氣與由主壓縮機(jī)12供給的高壓制冷劑氣體混合。因此，例如給定的示例，數(shù)量級為106％的壓縮機(jī)12的輸出供給到冷凝器16。
如上所述，螺旋轉(zhuǎn)子221與帶有螺旋轉(zhuǎn)子121的單元成一體并作為一單元一起旋轉(zhuǎn)，并且螺旋轉(zhuǎn)子222與帶有螺旋轉(zhuǎn)子122的單元成一體并作為一單元一起旋轉(zhuǎn)。比較圖4和圖5，應(yīng)當(dāng)注意到，膨脹器120的轉(zhuǎn)子121和122相接觸，而壓縮器220的轉(zhuǎn)子221和222如圖5夸張所示的間隙。由此可見，螺旋轉(zhuǎn)子221和222不是以制冷工業(yè)中所使用的浸有油的螺旋式壓縮機(jī)的方式來共同作用，在這種螺旋式壓縮機(jī)中，一個螺旋轉(zhuǎn)子與另一個螺旋轉(zhuǎn)子接合并驅(qū)動該另一個轉(zhuǎn)子。因此，轉(zhuǎn)子121和122的共同作用相對于螺旋轉(zhuǎn)子221和222是同步傳動的。因為，轉(zhuǎn)子221和222不接觸，所以它們不需要潤滑。因為主要是液體制冷劑作用于轉(zhuǎn)子121和122，所以該液體制冷劑提供了通常由潤滑劑來提供的密封和潤滑功能。因為轉(zhuǎn)子221和222不接觸，所以轉(zhuǎn)子的型面是為它們的密封功能而設(shè)計的，而不是為驅(qū)動/傳動關(guān)系而設(shè)計的。轉(zhuǎn)子121和122與轉(zhuǎn)子221和222相比具有更緊密的突齒之間的間隙。轉(zhuǎn)子121和122由在兩相工作流體中的液體制冷劑來潤滑，并且動態(tài)的液膜分離并密封轉(zhuǎn)子121和122。用于轉(zhuǎn)子121、122、221、222的轉(zhuǎn)子型面設(shè)計成，以使膨脹器120和壓縮器220中的每對轉(zhuǎn)子之間的所產(chǎn)生的扭矩是單向的。此外，膨脹器120的轉(zhuǎn)子121和122的轉(zhuǎn)子型面在傳動接合處具有較大的相對半徑，以便使轉(zhuǎn)子之間的接觸應(yīng)力減至最小。相對于如現(xiàn)有技術(shù)所示的常規(guī)的螺旋式膨脹-壓縮器或具有三個端口的壓出器結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子121、122、221、222的變形減小，這使得端部間隙減小，由此提高性能。
冷凝器16名義上處于壓縮機(jī)12的排出口相同的壓力下，該排出口經(jīng)由排出管路14連接到冷凝器16。壓縮器220的排出壓力名義上與壓縮機(jī)12的排出壓力相同。因此，經(jīng)由管路18在端口120-1處供給的壓力與在排出口220-2處經(jīng)由管路150供給到排出管路14的壓力是相同的。在端口120-1和220-2處的壓力沿相反的方向作用在整體轉(zhuǎn)子121和221上，以及作用在整體轉(zhuǎn)子122和222上，并且由此該壓力是平衡的。排出口120-2經(jīng)由管路130、分離器140和管路141與入口220-1在流體上連通，并且名義上處于相同的壓力。在排出口120-2和吸入口220-1處的壓力沿相反的方向作用在整體轉(zhuǎn)子121和221上，以及作用在整體轉(zhuǎn)子122和222上，并且由此該壓力是平衡的。因此，作用在轉(zhuǎn)子121和221以及轉(zhuǎn)子122和222上的軸向載荷即使不能消除的話也可顯著地減小。
通過使用如上所述和所示的吸入口和排出口，作用在壓出器20的膨脹器120和壓縮器220上的軸向和徑向氣體力減至最小。因為軸承載荷主要由不平衡的力偶造成，所以上述端口減小了軸向和徑向的軸承載荷。
在運(yùn)行中，來自壓縮機(jī)12的高壓制冷劑蒸氣經(jīng)由排出管路14供給到冷凝器16，在該冷凝器中該制冷劑氣體冷凝成液體，該液體經(jīng)由管路18供給到壓出器20。該高壓液體制冷劑經(jīng)由管路18供給到配對的螺旋式膨脹器120，該膨脹器導(dǎo)致制冷劑閃發(fā)并降低壓力，同時驅(qū)動膨脹器120轉(zhuǎn)子121和122以及壓縮器220的配對的螺旋轉(zhuǎn)子221和222。低壓制冷劑蒸氣/液體混合物從膨脹器流入分離器140，該分離器將純的蒸氣經(jīng)由管路141供給到壓出器20的壓縮器部段并將液體含量較大的兩相流混合物經(jīng)由管路22供給到蒸發(fā)器24，在該蒸發(fā)器中，該液體制冷劑蒸發(fā)，并且所形成的氣態(tài)制冷劑經(jīng)由吸入管路26供給到壓縮機(jī)12以完成該循環(huán)。來自分離器140的制冷劑蒸氣供給到配對的螺旋式壓縮器220的吸入口220-1。膨脹器120的轉(zhuǎn)子121與壓縮器220的轉(zhuǎn)子221成一體并與其作為一單元而旋轉(zhuǎn)。相似地，膨脹器120的轉(zhuǎn)子122與壓縮器220的轉(zhuǎn)子222成一體并與其作為一單元而旋轉(zhuǎn)。因此，供給到吸入口220-1的氣態(tài)制冷劑通過轉(zhuǎn)子221和222的共同作用而被壓縮，并且所形成的壓縮后的氣態(tài)制冷劑名義上處于與壓縮機(jī)12的排出壓力相同的壓力，該氣態(tài)制冷劑由壓縮器220經(jīng)由排出口220-2和管路150輸送到管路14，在該管路中該氣態(tài)制冷劑有效地增加輸送到冷凝器16的熱的高壓制冷劑的量，并且由此增大了系統(tǒng)10的能力。
參照圖6和7，系統(tǒng)10’和壓出器20’與圖1-5所示的系統(tǒng)10和壓出器20的區(qū)別在于省去了分離器140和管路130、141。因為分離器140省去了，所以吸入口220-1與蒸發(fā)器24相連或經(jīng)由管路141’與在蒸發(fā)器24的下游的管路26相連。管路141和管路141’供給名義上處于蒸發(fā)器壓力的制冷劑。除了省去了分離器140及其功能之外，系統(tǒng)10和10’以及壓出器20和20’的運(yùn)行大致相同。
雖然示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說可進(jìn)行其它變型。因此，本發(fā)明的范圍僅由后附的權(quán)利要求的范圍來限定。
權(quán)利要求
1.一種封閉式制冷系統(tǒng)，其包含制冷劑并且依次地包括主壓縮機(jī)、排出管路、冷凝器、壓出器、蒸發(fā)器、和吸入管路，其中所述壓出器包括螺旋式膨脹器和螺旋式壓縮器，該膨脹器具有一對轉(zhuǎn)子，每一轉(zhuǎn)子具有一對端部，該壓縮器具有一對轉(zhuǎn)子，每一轉(zhuǎn)子具有一對端部，其中所述螺旋式膨脹器的每一轉(zhuǎn)子具有與所述螺旋式壓縮器的所述轉(zhuǎn)子中的相應(yīng)一個轉(zhuǎn)子共用的軸；所述螺旋式膨脹器和所述螺旋式壓縮器均具有出口和入口，其中所述螺旋式膨脹器的所述出口和所述螺旋式壓縮器的所述入口分別位于所述螺旋式膨脹器和所述螺旋式壓縮器的所述轉(zhuǎn)子的第一相對端部處；所述螺旋式膨脹器的所述出口連接到所述蒸發(fā)器；用于向所述螺旋式壓縮器的所述入口供給處于蒸發(fā)器壓力的制冷劑蒸氣的裝置；所述螺旋式膨脹器的所述入口和所述螺旋式壓縮器的所述出口分別位于所述螺旋式膨脹器和所述螺旋式壓縮器的所述轉(zhuǎn)子的第二相對端部處；所述螺旋式膨脹器的所述入口連接到所述冷凝器；所述螺旋式壓縮器的所述出口連接到所述排出管路。
2.如權(quán)利要求1所述的封閉式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述螺旋式壓縮器的所述轉(zhuǎn)子具有間隙，以使得所述螺旋式膨脹器的所述轉(zhuǎn)子相對于所述螺旋式壓縮器的所述轉(zhuǎn)子作為同步傳動裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的封閉式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述分離器分離液相和蒸氣相的制冷劑并將蒸氣相的該制冷劑的至少5％供給到所述螺旋式壓縮器，以便輸送到所述排出管路。
4.如權(quán)利要求1所述的封閉式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子的所述第一相對端部位于遠(yuǎn)端，而所述第二相對端部位于近端。
5.一種封閉式制冷系統(tǒng)，其包含制冷劑并且依次地包括主壓縮機(jī)、排出管路、冷凝器、壓出器、蒸發(fā)器、和吸入管路，其中所述壓出器包括螺旋式膨脹器和螺旋式壓縮器，該膨脹器具有一對轉(zhuǎn)子，每一轉(zhuǎn)子具有一對端部，該壓縮器具有一對轉(zhuǎn)子，每一轉(zhuǎn)子具有一對端部，其中所述螺旋式膨脹器的每一轉(zhuǎn)子具有與所述螺旋式壓縮器的所述轉(zhuǎn)子中的相應(yīng)一個轉(zhuǎn)子共用的軸；所述螺旋式膨脹器和所述螺旋式壓縮器均具有出口和入口，其中所述螺旋式膨脹器的所述出口和所述螺旋式壓縮器的所述入口分別位于所述螺旋式膨脹器和所述螺旋式壓縮器的所述轉(zhuǎn)子的第一相對端部處；分離器；所述螺旋式膨脹器的所述出口經(jīng)所述分離器連接到所述螺旋式壓縮器的所述入口和所述蒸發(fā)器；所述螺旋式膨脹器的所述入口和所述螺旋式壓縮器的所述出口分別位于所述螺旋式膨脹器和所述螺旋式壓縮器的所述轉(zhuǎn)子的第二相對端部處；所述螺旋式膨脹器的所述入口連接到所述冷凝器；所述螺旋式壓縮器的所述出口連接到所述排出管路。
6.如權(quán)利要求5所述的封閉式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述螺旋式壓縮器的所述轉(zhuǎn)子具有間隙，以使得所述螺旋式膨脹器的所述轉(zhuǎn)子相對于所述螺旋式壓縮器的所述轉(zhuǎn)子作為同步傳動裝置。
7.如權(quán)利要求5所述的封閉式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述分離器分離液相和蒸氣相的制冷劑并將蒸氣相的該制冷劑的至少5％供給到所述螺旋式壓縮器，以便輸送到所述排出管路。
8.如權(quán)利要求5所述的封閉式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子的所述第一相對端部位于遠(yuǎn)端，而所述第二相對端部位于近端。
全文摘要
在制冷系統(tǒng)或空調(diào)系統(tǒng)中的膨脹裝置是一種壓出器。該壓出器由配對的螺旋式膨脹器和配對的螺旋式壓縮器形成，其中膨脹器的轉(zhuǎn)子作為同步傳動裝置。
文檔編號F25B1/04GK1469092SQ0314876
公開日2004年1月21日 申請日期2003年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月25日
發(fā)明者湯炎, J·J·布拉斯茲, 布拉斯茲, 湯 炎 申請人:開利公司