一种制冷系统用转子压缩-膨胀机技术方案

一种制冷系统用转子压缩－膨胀机，其工作腔由内转子与外转子组成，内转子驱动外转子运动，外转子安装在一个筒形壳体内，压缩机与膨胀机的内转子安装在同一轴上，进、排气孔设在筒体或端盖上，压缩机与膨胀机的内外转子径向尺寸相同，轴向尺寸根据压缩机与膨胀机的容量特性或优化设计确定，压缩机可根据需要设计成一级压缩或两级压缩。整个压缩机—膨胀机结构加工、安装工艺简单、结构紧凑，同时该结构力平衡性能好，能够承受高压，满足二氧化碳两级压缩、一级膨胀的制冷系统的要求，提高二氧化碳跨临界制冷循环的热力性能。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高效空调与制冷系统，特别涉及一种制冷系统用转子压缩-膨胀机。二氧化碳作为制冷剂其优点在于，曾经作为制冷剂使用较长时间，无毒，没有可燃性(事实上是性能优良的灭火剂)，价格便宜、来源丰富、无须回收，能与普通润滑油相溶，容积制冷量约是氟利昂22的5倍，因此，相同制冷量时，压缩机的气缸容积减小很多，而且压缩比小。二氧化碳作为制冷剂的缺点是系统的工作压力高，最高压力达到100bar，甚至更高。由于二氧化碳的临界温度低，因此，制冷循环采用跨临界制冷循环(trans-critical cycle)。目前关于二氧化碳制冷剂的研究主要集中在采用跨临界制冷循环的汽车空调系统(顾兆林，压缩式制冷技术的新进展一制冷工质的环境效应及其特点，流体机械，Vol.29(10)，2001)。由于二氧化碳跨临界制冷系统中冷却器与蒸发器之间的压力差很大，可以利用一个膨胀机回收其压力能，进一步提高制冷性能，例如相同的蒸发温度下，两级压缩、一级膨胀的系统其性能COP达到3.97，高于现有氟利昂22的COP(3.88)，而两级压缩直接膨胀的系统其性能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)将二氧化碳两级压缩、一级膨胀的系统推向实用，关键是压缩机与膨胀机的结构问题，一般的方案可以是往复式压缩机与往复式膨胀机，也可以有采用涡旋式压缩机与涡旋式膨胀机，但上述两种结构方案整体结构与技术要求均比较复杂，工程应用难度很大，必须有新的压缩机与膨胀机的一体化结构，才能解决目前的二氧化碳两级压缩、一级膨胀制冷系统的关键问题为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是包括与电机相连接的旋转轴，在旋转轴上依次设置有封装在筒体内的轴承座和端盖，其特点是，在旋转轴上的轴承座和端盖之间还设置有花瓣形内转子和外转子，轴承座与内转子、外转子、端盖以及筒体共同组成了一级压缩机、二级压缩机和膨胀机，内转子与外转子啮合且构成了吸气区和排气区，吸气区和排气区分别为一级压缩机、二级压缩机和膨胀机的吸气孔和排气孔，且在筒体上开设有与吸气孔的排气孔相对应的通孔，一级压缩机的吸气孔经管道与蒸发器的出口相连通，一级压缩机的排气孔经管道与中间冷却器的进气端相连通，中间冷却器的排气端经管道与二级压缩机的吸气孔相连通，二级压缩机的排气孔经管道与冷却器的进气端相连通，冷却器的排出端经管道与膨胀机的吸入孔相连通，膨胀机的排出孔经管道与中间冷却器另一进气端相连通，中间冷却器另一排气端经管道与蒸发器的吸入口相连通。本专利技术的另一特点是压缩机可以采用一级压缩，也可以采用两级压缩或多级压缩；内转子型线由短幅外摆线的等距线构成，外转子由三段圆弧构成；一级压缩机、二级压缩机和膨胀机的径向尺寸相同、轴向尺寸不同；一级压缩机的吸气孔、排气孔分别设置在轴承座上；二级压缩机及膨胀机的吸气孔、排气孔分别设置在端盖上。由于本专利技术采用压缩机与膨胀机同轴安装，径向尺寸一致，主要零部件相同，因此，整个压缩机—膨胀机结构加工、安装工艺简单、结构紧凑，同时该结构力平衡性能好，能够承受高压，很好地满足了二氧化碳两级压缩、一级膨胀的制冷系统的要求。参见附图说明图1，2，本专利技术包括与电机1相连接的旋转轴15，在旋转轴15上依次设置有封装在筒体16内的轴承座18、端盖17、端盖19和端盖20，在旋转轴15上的轴承座18、端盖17、端盖19和端盖20之间还设置有花瓣形内转子11和外转子12，轴承座18与内转子11、外转子12、端盖17以及筒体16共同组成了一级压缩机21，端盖17与内转子11、外转子12、端盖19以及筒体16共同构成了二级压缩机22，端盖19、内转子11、外转子12、端盖20以及筒体16共同构成了膨胀机23，内转子11与外转子12啮合且构成了吸气区13和排气区14，吸气区13和排气区14分别为一级压缩机21、二级压缩机22和膨胀机23的吸气孔和排气孔，且在筒体16上开设有与吸气孔的排气孔相对应的通孔，一级压缩机的吸气孔2经管道与蒸发器10的出口相连通，压缩机I级的排气孔3经管道与中间冷却器4一进气端相连通，中间冷却器4一排气端经管道与压缩机II级的吸气孔5相连通，压缩机II级的排气孔6经管道与冷却器7进气端相连通，冷却器7排出端经管道与膨胀机的吸入孔8相连通，膨胀机的排出孔9经管道与中间冷却器4另一进口相连通，中间冷却器4另一排出口经管道与蒸发器10的吸入口相连通。参见图2，本专利技术径向尺寸相同、不同轴向尺寸的一级压缩机21、二级压缩机22和膨胀机23，它们的内转子11共同安装在旋转轴15上，旋转轴15与电机1相连接，而外转子12封装在筒体16内，端部有端盖和轴承座18，一级压缩机21的吸气孔2、排气孔3分别设置在轴承座18上，二级压缩机22的吸气孔5、排气孔6分别设置在端盖17和端盖19上，膨胀机23的吸入孔8和排出孔9分别设置在端盖19和端盖20上参见图3，本专利技术的内转子11为花瓣形，内转子11与外转子12啮合，构成工作腔以及吸气区13与排气区14，内转子11型线由短幅外摆线的等距线构成，外转子12由三段圆弧构成。本专利技术的工作原理如下内转子11与外转子12啮合，装在筒体16内、并与端盖17、19、20和轴承座18相互固定连接共同构成一级压缩机21、二级压缩机22和膨胀机23，内转子11与轴15及电机1相连，电机1驱动内转子11转动，内转子11带动外转子12转动，完成一级压缩机21和二级压缩机22的吸气一压缩一排气的连续过程；膨胀机23的作功通过轴15传递给一级压缩机21和二级压缩机22，减少电机1驱动功率。一级压缩机21、二级压缩机22和膨胀机23组合在一起，控制整个制冷系统工质的流动，实现制冷目的。具体的工质流动过程如下蒸发器10的低温低压蒸汽，经管道与吸气孔2被一级压缩机21吸入，经过压缩，温度与压力升高，由一级压缩机21的排气孔3经管道进入中间冷却器4冷却，冷却后的气体经管道与二级压缩机22的吸气孔5被二级压缩机22吸入，再次经过压缩，变成高压气体，由二级压缩机22的排气孔6经管道进入冷却器7冷却，变成高压液体，高压液体由冷却器7排出端经管道与膨胀机23的吸入孔8相连进入膨胀机23膨胀作功，变成中间温度、压力的气液两相混合物由膨胀机23的排出孔9经管道与中间冷却器4的另一进气端进入中间冷却器4，并冷却一级压缩机的排气，气液两相混合物的液相在进一步降低压力后，经管道进入蒸发器10，吸收热量成为低温低压蒸汽。一级压缩机21与二级压缩机22压缩需要的动力一部分来自膨胀机23的膨胀功，其余由电机1输入。权利要求1.一种制冷系统用转子压缩-膨胀机，包括与电机相连接的旋转轴，在旋转轴上依次设置有封装在筒体内的轴承座、端盖、端盖和端盖，其特征在于在旋转轴上的轴承座、端盖、端盖和端盖之间还设置有花瓣形内转子和外转子，轴承座与内转子、外转子、端盖以及筒体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制冷系统用转子压缩－膨胀机，包括与电机［１］相连接的旋转轴［１５］，在旋转轴［１５］上依次设置有封装在筒体［１６］内的轴承座［１８］、端盖［１７］、端盖［１９］和端盖［２０］，其特征在于：在旋转轴［１５］上的轴承座［１８］、端盖［１７］、端盖［１９］和端盖［２０］之间还设置有花瓣形内转子［１１］和外转子［１２］，轴承座［１８］与内转子［１１］、外转子［１２］、端盖［１７］以及筒体［１６］共同组成了一级压缩机［２１］，端盖［１７］与内转子［１１］、外转子［１２］、端盖［１９］以及筒体［１６］共同构成了二级压缩机［２２］，端盖［１９］、内转子［１１］、外转子［１２］、端盖［２０］以及筒体［１６］共同构成了膨胀机［２３］，内转子［１１］与外转子［１２］啮合且构成了吸气区［１３］和排气区［１４］，吸气区［１３］和排气区［１４］分别为一级压缩机［２１］、二级压缩机［２２］和膨胀机［２３］的吸气孔和排气孔，且在筒体［１６］上开设有与吸气孔的排气孔相对应的通孔，一级压缩机［２１］的吸气孔［２］经管道与蒸发器［１０］的出口相连通，一级压缩机［２１］的排气孔［３］经管道与中间冷却器［４］的进气端相连通，中间冷却器［４］的排气端经管道与二级压缩机［２２］的吸气孔［５］相连通，二级压缩机［２２］的排气孔［６］经管道与冷却器［７］的进气端相连通，冷却器［７］的排出端经管道与膨胀机［２３］的吸入孔［８］相连通，膨胀机［２３］的排出孔［９］经管道与中间冷却器［４］另一进气端相连通，中间冷却器［４］另一排气端经管道与蒸发器［１０］的吸入口相连通。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾兆林，郁永章，高秀峰，冯诗愚，张旭东，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]