二氧化碳四级转子式压缩膨胀机的制作方法

本发明属于空调制冷技术领域，更具体的说，是涉及一种二氧化碳四级转子式压缩膨胀机，用于回收膨胀功，减少冷量损失，提升工作效率。

背景技术：

随着全球变暖以及臭氧层破坏引起人们极大重视，cfcs和hcfcs制冷剂正在逐步被淘汰。关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书基加利修正案指出：减少强有力的温室气体，即氢氟碳化物(hfcs)的排放，从而将在本世纪末防止全球变暖达0.5℃。其中的最核心内容是：发达国家将在2019年前开始逐步减少hfcs；发展中国家将在2024年起冻结hfcs的消费量，其中一些发展中国家则需在2028年冻结消费。至2040年代后期，预计所有缔约方国家的消费量不超过各自基准量的15-20％。

为达到缓解全球变暖现象，减少臭氧层破坏的目的，目前，制冷剂的发展方向主要有两个：一是继续开发新的人工合成的制冷剂；二是采用自然界本来就存在的物质作为制冷剂，如氨、二氧化碳、水等。新的人工合成制冷剂被接受以及推广应用尚需要相当长的时间，且成本较高；使用自然工质，可减少对环境的破坏，且造价相对低廉。自20世纪80年代以来，前国际制冷主席lorentzen一直提倡使用自然工质，提出使用二氧化碳作为制冷剂并采用跨临界循环，同时采用膨胀机回收膨胀功来提高二氧化碳跨临界循环的性能系数。时至今日，自然工质作为制冷剂的研究越来越多，提高自然制冷剂的系统效率以接近甚至在某些条件下超过人工合成制冷剂。其中，二氧化碳作为制冷剂在近十几年逐渐成为研究的热点。二氧化碳作为制冷剂的优势在于：二氧化碳对环境无害，是天然存在的物质；来源广，价格低；化学稳定性、安全性好；单位容积制冷量高；有良好的输运和传热性质。同时采用转子式压缩机，输气系数较高，体积小，重量轻。

但是二氧化碳在跨临界循环存在几个问题：1.二氧化碳临界温度低，临界区附近的节流存在很大的能量损失循环效率低，为减少因节流造成的节流损失，在二氧化碳系统中，多采用膨胀机代替节流阀的举措，但如何实际利用回收的膨胀功，是一个需要解决的问题；2.在膨胀机入口需要通过凸轮及阀杆控制进气量，系统需要安装凸轮阀杆，复杂性提升，凸轮阀杆控制结构存在一定的空隙容积，可能损失一部分膨胀功，损失增大；3.通过凸轮及阀杆控制进气量，工质流动存在停顿，产生压力脉动。

技术实现要素：

基于1.回收膨胀功，降低冷量损失；2.减少空隙容积，降低膨胀功损失；3.控制膨胀机吸气量，减少冷量损失的目的，本发明提供了一种二氧化碳四级转子式压缩膨胀机。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种二氧化碳四级转子式压缩膨胀机，包括壳体，所述壳体内部设置有电机部分、压缩部分、膨胀部分；

所述电机部分包括主轴和缠绕在所述主轴上的线圈；

所述压缩部分包括结构相同的第一压缩气缸和第二压缩气缸，所述第一压缩气缸和所述第二压缩气缸均为转子式且均安装在所述主轴上；

所述第一压缩气缸内设置有第一压缩偏心轮、第一压缩滑片、第一压缩滚环、第一压缩滚珠；所述第一压缩偏心轮外部通过所述第一压缩滚珠安装所述第一压缩滚环，所述第一压缩滑片安装于所述第一压缩气缸且端部压紧在所述第一压缩滚环外部；由此，所述第一压缩滚环与所述第一压缩气缸内壁形成的月牙形空间被所述第一压缩滑片分隔为压缩腔和排气腔；所述第一压缩气缸的压缩腔连通第一压缩气缸吸气口，用于连接热泵系统中蒸发器的出口；所述第一压缩气缸的排气腔连通第一压缩气缸排气口，用于连接热泵系统中气体冷却器的入口；

所述第二压缩气缸内设置有第二压缩偏心轮、第二压缩滑片、第二压缩滚环、第二压缩滚珠；所述第二压缩偏心轮外部通过所述第二压缩滚珠安装所述第二压缩滚环，所述第二压缩滑片安装于所述第二压缩气缸且端部压紧在所述第二压缩滚环外部；由此，所述第二压缩滚环与所述第二压缩气缸内壁形成的月牙形空间被所述第二压缩滑片分隔为压缩腔和排气腔；所述第二压缩气缸的压缩腔连通第二压缩气缸吸气口，用于连接热泵系统中气体冷却器的出口；所述第二压缩气缸的排气腔连通第二压缩气缸排气口，用于连接热泵系统中气体冷却器的入口；

所述膨胀部分包括结构相同的第一膨胀气缸和第二膨胀气缸，所述第一膨胀气缸和所述第二膨胀气缸均为转子式且均安装在所述主轴上；所述第一膨胀气缸和所述第二膨胀气缸之间设置有隔板，所述隔板上设置有中间通道，所述中间通道连通所述第一膨胀气缸的膨胀腔与所述第二膨胀气缸的膨胀腔；

所述第一膨胀气缸内设置有第一膨胀偏心轮、第一膨胀滑片、第一膨胀滚环、第一膨胀滚珠；所述第一膨胀偏心轮外部通过所述第一膨胀滚珠安装所述第一膨胀滚环，所述第一膨胀滑片安装于所述第一膨胀气缸且端部压紧在所述第一膨胀滚环外部；由此，所述第一膨胀滚环与所述第一膨胀气缸内壁形成的月牙形空间被所述第一膨胀滑片分隔为吸气腔和膨胀腔；所述第一膨胀气缸的吸气腔连通有第一膨胀气缸吸气口，用于连接热泵系统中气体冷却器的出口；所述第一膨胀气缸的膨胀腔连通于所述隔板的所述中间通道；

所述第二膨胀气缸内设置有第二膨胀偏心轮、第二膨胀滑片、第二膨胀滚环、第二膨胀滚珠；所述第二膨胀偏心轮外部通过所述第二膨胀滚珠安装所述第二膨胀滚环，所述第二膨胀滑片安装于所述第二膨胀气缸且端部压紧在所述第二膨胀滚环外部；由此，所述第一膨胀滚环与所述第一膨胀气缸内壁形成的月牙形空间被所述第一膨胀滑片分隔为膨胀腔和排气腔；所述第二膨胀气缸的膨胀腔连通于所述隔板的所述中间通道；所述第二膨胀气缸的排气腔连通有第二膨胀气缸排气口，用于连接热泵系统中蒸发器的入口。

优选地，所述电机部分、所述压缩部分、所述膨胀部分在所述壳体内部由上到下设置，并且彼此之间由挡板分隔。

优选地，所述第一压缩滑片端部表面为与所述第一压缩滚环外周弧度一致的内凹弧面。

优选地，所述第二压缩滑片端部表面为与所述第二压缩滚环外周弧度一致的内凹弧面。

优选地，所述第一膨胀滑片端部表面为与所述第一膨胀滚环外周弧度一致的内凹弧面。

优选地，所述第一膨胀滑片端部表面为与所述第一膨胀滚环外周弧度一致的内凹弧面。

本发明的有益效果是：

本发明分为压缩部分和膨胀部分，因压缩部分和膨胀部分在同一机构中，回收的膨胀功可通过主轴直接作用于压缩部分，代替电机驱动压缩部分进行一定的压缩，减少功的输入，解决膨胀功难以利用的问题，因此不仅对膨胀功进行有效的回收而减少冷量损失，而且还对膨胀功进行充分的利用而减少了耗电量，达到节省更多能量的目的。

压缩部分采用双级压缩中间冷却提升压缩比，膨胀部分采用双级膨胀气缸充分回收膨胀功。更重要的是，双级膨胀气缸可通过第一级膨胀气缸控制进入第二级膨胀气缸的进气量，以代替凸轮阀杆等机构，减少摩擦，提升效率；不存在因凸轮阀杆机构在控制进气过程中开启和关闭造成的管道中二氧化碳的畅通与停顿，保证二氧化碳始终持续流动，降低压力脉动。另外，双级膨胀气缸可以平衡惯性力，避免了单缸膨胀气缸的偏心轮重心与主轴旋转重心不重合的问题，不需要额外安装平衡块平衡惯性力。

本发明分为压缩气缸和膨胀气缸均在偏心轮外部通过滚珠安装有滚环，滚环与气缸内壁相切的接触点为滚动摩擦，和常规的滑动摩擦相比，可大幅降低摩擦力，减少摩擦生热等情况。同时，压缩气缸和膨胀气缸的滑片采用内凹弧面设计，可保证滑片和滚环始终为面接触，增大接触面积，变滑动摩擦为滚动摩擦，减小摩擦。

附图说明

图1是本发明所提供的二氧化碳四级转子式压缩膨胀机的结构示意图；

图2是压缩部分的剖面示意图；

图3是膨胀部分的剖面示意图；

图4是图2中第一压缩滑片端部的局部放大图。

图中：1，壳体，101，第一压缩气缸吸气口，102，第一压缩气缸排气口，103，第二压缩气缸吸气口，104，第二压缩气缸排气口，105，第一膨胀气缸吸气口，106，第二膨胀气缸排气口；2，主轴；3，线圈；4，第一压缩气缸，401，第一压缩偏心轮，402，第一压缩滑片，403，第一压缩滚环，404，第一压缩滚珠；5，第二压缩气缸，501，第二压缩偏心轮，502，第二压缩滑片，503，第二压缩滚环，504，第二压缩滚珠；6，第一膨胀气缸，601，第一膨胀偏心轮，602，第一膨胀滑片，603，第一膨胀滚环，604，第一膨胀滚珠；7，第二膨胀气缸，701，第二膨胀偏心轮，702，第二膨胀滑片，703，第二膨胀滚环，704，第二膨胀滚珠；8，第二隔板；9，中间通道；10，第一隔板。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1所示，本实施例公开了一种二氧化碳四级转子式压缩膨胀机，包括壳体1，壳体1内部设置有电机部分、压缩部分、膨胀部分，电机部分、压缩部分、膨胀部分在壳体1内部由上到下设置，并且彼此之间由挡板分隔。

电机部分设置在壳体1内的顶部，包括主轴2和线圈3，线圈3缠绕在主轴2上，主轴2上依次安装有压缩部分的第二压缩气缸5、第一压缩气缸4和膨胀部分的第一膨胀气缸6、第二膨胀气缸7。

结合图2所示，压缩部分包括结构相同的第一压缩气缸4和第二压缩气缸5，第一压缩气缸4和第二压缩气缸5均选用转子式压缩气缸。第一压缩气缸4和第二压缩气缸5均安装在主轴2上。第二压缩气缸5安装在电机部分下方的壳体1内，第一压缩气缸4安装在第二压缩气缸5下方的壳体1内，第一压缩气缸4和第二压缩气缸5之间设置有第一隔板10。压缩部分采用双级压缩中间冷却提升压缩比。

第一压缩气缸4内设置有第一压缩偏心轮401、第一压缩滑片402、第一压缩滚环403、第一压缩滚珠404。第一压缩偏心轮401外部加装有第一压缩滚环403，第一压缩滚环403通过第一压缩滚珠404安装于第一压缩偏心轮401。第一压缩滑片402通过弹簧安装于第一压缩气缸4，其端部压紧在第一压缩滚环403外部。第一压缩滑片402端部表面为与第一压缩滚环403外周弧度一致的内凹弧面，以使第一压缩气缸4工作时第一压缩滑片402始终以曲面与第一压缩滚环403相接触，如图4所示。这样，第一压缩偏心轮401及第一压缩滚环403与第一压缩气缸4内壁形成的月牙形空间被第一压缩滑片402分隔为压缩腔和排气腔。第一压缩气缸4的第一压缩气缸吸气口101开设在壳体1侧壁，与第一压缩气缸4的压缩腔连通，用于连接热泵系统中蒸发器的出口。第一压缩气缸4的第一压缩气缸排气口102开设在壳体1侧壁，与第一压缩气缸4的排气腔连通，用于连接热泵系统中气体冷却器的入口。

第二压缩气缸5内设置有第二压缩偏心轮501、第二压缩滑片502、第二压缩滚环503、第二压缩滚珠504。第二压缩偏心轮501外部加装有第二压缩滚环503，第二压缩滚环503通过第二压缩滚珠504安装于第二压缩偏心轮501。第二压缩滑片502通过弹簧安装于第二压缩气缸5，其端部压紧在第二压缩滚环503外部。第二压缩滑片502端部表面为与第二压缩滚环503外周弧度一致的内凹弧面，以使第二压缩气缸5工作时第二压缩滑片502始终以曲面与第二压缩滚环503相接触，如图4所示。这样，第二压缩偏心轮501及第二压缩滚环503与第二压缩气缸5内壁形成的月牙形空间被第二压缩滑片502分隔为压缩腔和排气腔。第二压缩气缸5的第二压缩气缸吸气口103开设在壳体1侧壁，与第二压缩气缸5的压缩腔连通，用于连接进行中间冷却的气体冷却器的出口。第二压缩气缸5的第二压缩气缸排气口104开设在壳体1顶部，与第二压缩气缸5的排气腔连通，用于连接热泵系统中气体冷却器的入口；排气时，二氧化碳工质通过电机部分与压缩部分之间挡板上的通道进入电机部分的腔体后，通过第二压缩气缸排气口104排出。

结合图3所示，膨胀部分包括结构相同的第一膨胀气缸6和第二膨胀气缸7，第一膨胀气缸6和第二膨胀气缸7均选用转子式膨胀气缸。第一膨胀气缸6和第二膨胀气缸7均安装在主轴2上。第一膨胀气缸6安装在第二压缩气缸5下方的壳体1内，第二膨胀气缸7安装在第一膨胀气缸6下方的壳体1内，第一膨胀气缸6和第二膨胀气缸7之间设置有第二隔板8，可起到隔离隔热效果，减小第一膨胀气缸6和第二膨胀气缸7之间的传热损失。第二隔板8上设置有用于连接第一膨胀气缸6和第二膨胀气缸7的中间通道9，中间通道9为倾斜设置，以使中间通道9由第一膨胀气缸6的膨胀腔通向第二膨胀气缸7的膨胀腔。

第一膨胀气缸6内设置有第一膨胀偏心轮601、第一膨胀滑片602、第一膨胀滚环603、第一膨胀滚珠604。第一膨胀偏心轮601外部加装有第一膨胀滚环603，第一膨胀滚环603通过第一膨胀滚珠604安装于第一膨胀偏心轮601。第一膨胀滑片602通过弹簧安装于第一膨胀气缸6，其端部压紧在第一膨胀滚环603外部。第一膨胀滑片602端部表面为与第一膨胀滚环603外周弧度一致的内凹弧面，以使第一膨胀气缸6工作时第一膨胀滑片602始终以曲面与第一膨胀滚环603相接触，如图4所示。这样，第一膨胀偏心轮601及第一膨胀滚环603与第一膨胀气缸6内壁形成的月牙形空间被第一膨胀滑片602分隔为吸气腔和膨胀腔。第一膨胀气缸6的第一膨胀气缸吸气口105开设在壳体1侧壁，与第一膨胀气缸6的吸气腔连通，用于连接热泵系统中气体冷却器的出口。第一膨胀气缸6的膨胀腔连通于第二隔板8上的中间通道9。

第二膨胀气缸7内设置有第二膨胀偏心轮701、第二膨胀滑片702、第二膨胀滚环703、第二膨胀滚珠704。第二膨胀偏心轮701外部加装有第二膨胀滚环703，第二膨胀滚环703通过第二膨胀滚珠704安装于第二膨胀偏心轮701。第二膨胀滑片702通过弹簧安装于第二膨胀气缸7，其端部压紧在第二膨胀滚环703外部。第二膨胀滑片702端部表面为与第二膨胀滚环703外周弧度一致的内凹弧面，以使第二膨胀气缸7工作时第二膨胀滑片702始终以曲面与第二膨胀滚环703相接触，如图4所示。这样，第二膨胀偏心轮701及第二膨胀滚环703与第二膨胀气缸7内壁形成的月牙形空间被第二膨胀滑片702分隔为膨胀腔和排气腔。第二膨胀气缸7的膨胀腔连通于第二隔板8上的中间通道9；第二膨胀气缸7的的第二膨胀气缸排气口106开设在壳体1侧壁，与第二膨胀气缸7的排气腔连通，用于连接热泵系统中蒸发器的入口。

本发明的二氧化碳四级转子式压缩膨胀机，其工作过程如下：

通电后，线圈3内产生电磁力，带动主轴2转动。二氧化碳工质在蒸发器吸热后变为二氧化碳饱和气，之后通过第一压缩气缸吸气口101进入第一压缩气缸4，第一压缩气缸4的第一压缩偏心轮401随主轴2带动第一压缩滚环403紧贴于第一压缩气缸4内壁回转，形成压缩腔和排气腔容积周期性变化，完成吸气、压缩、排气过程。二氧化碳工质在第一压缩气缸4进行压缩后，通过第一压缩气缸排气口102进入热泵系统中气体冷却器进行中间冷却，随后通过第二压缩气缸吸气口103进入第二压缩气缸5，第二压缩气缸5的第二压缩偏心轮501随主轴2带动第二压缩滚环503紧贴于第二压缩气缸5内壁回转，形成压缩腔和排气腔容积周期性变化，完成吸气、压缩、排气过程。二氧化碳工质在第二压缩气缸5进行压缩后，通过第二压缩气缸排气口104进入热泵系统中气体冷却器进行中间冷却，随后进入第一膨胀气缸6。

第一膨胀气缸6内设置有第一膨胀偏心轮601、第一膨胀滑片602、第一膨胀滚环603、第一膨胀滚珠604。

第二膨胀气缸7内设置有第二膨胀偏心轮701、第二膨胀滑片702、第二膨胀滚环703、第二膨胀滚珠704。

二氧化碳工质通过第一膨胀气缸吸气口105进入第一膨胀气缸6，高压的二氧化碳气体推动第一膨胀偏心轮601转动，第一膨胀气缸6回收膨胀功。当二氧化碳工质随着第一膨胀偏心轮601转动至中间通道9时，工质进入并通过中间通道9，由第一膨胀气缸6进入第二膨胀气缸7，随后在高压二氧化碳的驱动下，第二膨胀气缸7中的第二膨胀偏心轮701也会发生转动。当第一膨胀偏心轮601转过第一膨胀气缸吸气口105所处角度时吸气停止，开始膨胀过程，当第一膨胀偏心轮601继续转动，通过第二隔板8上的中间通道9时，第一膨胀气缸6内的膨胀过程结束，工质通过中间通道9进入第二压缩气缸7。当第二膨胀偏心轮701转过中间通道9所处角度时，第二膨胀气缸7内吸气过程结束，开始第二膨胀气缸7内的膨胀过程。当第二膨胀偏心轮701转到第二膨胀气缸排气口106时，二氧化碳膨胀结束，开始排气，完成完整的吸气、膨胀、排气过程。

二氧化碳在第一膨胀气缸6和第二膨胀气缸7中回收膨胀功，带动主轴2运动，将膨胀功进行利用，可减少输入的电能；同时，因采用第一膨胀气缸6和第二膨胀气缸7代替节流阀的措施，可减少节流阀因振动摩擦生热，避免冷量损失。第一膨胀气缸6和第二膨胀气缸7还可避免使用凸轮阀杆机构，工质流动连续，降低压力脉动。

尽管上面结合附图和优选实施例对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。