阅读说明：本技术 一种用于混合制冷剂单级往复式活塞压缩机 (Single-stage reciprocating piston compressor for mixed refrigerant ) 是由 邓妮 孙海滨 王慧楠 王燕霞 胡滨 张豪杰 黄守帅 孙文 兰同宇 于 2020-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于混合制冷剂单级往复式活塞压缩机,属于压缩机技术领域,可以提高使用混合制冷剂情况下压缩机的效率和可靠性,包括壳体、电机、泵体和变频控制器,壳体、电机和泵体构成密封的机体,所述泵体包括汽缸；汽缸内设有活塞,电机带动活塞往复运动,汽缸顶部设有阀板,汽缸末端通过设于阀板的吸气阀片连接消音器,在活塞做往复运动时,阀板能够完成对应的吸气和排气；汽缸包括两部分,两部分汽缸的连接处设有涂层。(The invention discloses a single-stage reciprocating piston compressor for mixed refrigerants, which belongs to the technical field of compressors and can improve the efficiency and reliability of the compressor under the condition of using the mixed refrigerants, and comprises a shell, a motor, a pump body and a variable frequency controller, wherein the shell, the motor and the pump body form a sealed machine body, and the pump body comprises a cylinder; a piston is arranged in the cylinder, the motor drives the piston to reciprocate, a valve plate is arranged at the top of the cylinder, the tail end of the cylinder is connected with the silencer through a suction valve plate arranged on the valve plate, and the valve plate can finish corresponding suction and exhaust when the piston reciprocates; the cylinder comprises two parts, and the joint of the two parts of the cylinder is provided with a coating.)

一种用于混合制冷剂单级往复式活塞压缩机

技术领域

本发明属于压缩机技术领域，具体的，涉及一种用于混合制冷剂单级往复式活塞压缩机。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

在制冷循环装置中，通过压缩机、毛细管或膨胀阀等减压器、冷凝器和蒸发器等进行配管连接，而构成制冷循环回路。作为这些制冷装置中的制冷剂，有氟利昂类、氢氯氟烃、氢氟烃等。由于臭氧层空洞和大气的温室效应，上述制冷剂受到各国的限制，并逐步被淘汰。碳氢制冷剂的ODP为零，GWP极低，无毒，近年来受到越来越多的应用。

若压缩机采用iC4H10，C3H8的混合制冷剂作为工作流体，最高排气压力可达到15Bar，最高压差可达到14.5Bar，最高压比可达到27。压差越大，压缩机泄露率就越大，这对压缩机的设计、制造、装配都提出了很高的要求。压比越大，压缩机排气温度越高，系统的材料强度、密封和电机都需要为其专门设计。

发明人发现，现有各个压缩机厂商使用单组份的制冷剂作为工作流体。当工作流体更换为2种或多种的混合制冷剂作为工作流体后。由于制冷剂的物性变化，导致压缩机的压缩效率、输气系数、压力损失等均有所变化，所以可能会降低压缩机的效率和可靠性。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于混合制冷剂单级往复式活塞压缩机，可以提高压缩机的效率和可靠性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的技术方案提供了一种用于混合制冷剂单级往复式活塞压缩机，包括壳体、电机、泵体和变频控制器，壳体、电机和泵体构成密封的机体，所述泵体包括汽缸；汽缸内设有活塞，电机带动活塞往复运动，汽缸顶部设有阀板，汽缸末端通过设于阀板的吸气阀片连接消音器，在活塞做往复运动时，阀板能够完成对应的吸气和排气；汽缸包括两部分，两部分汽缸的连接处设有涂层。变频控制器采用180°矢量控制技术，可以根据转子位置实时改变控制电流，使电流产生的作用力随转子的旋转而实时变化，从而可以对压缩机的运行状态进行更准确的控制，从而实现转速可调。

第二方面，本发明的技术方案还提供了一种制冷机组，包括如第一方面所述的一种用于混合制冷剂单级往复式活塞压缩机；还包括蒸发器和冷凝器，蒸发器和冷凝器均连通所述用于混合制冷剂单级往复式活塞压缩机。

上述本发明的技术方案的有益效果如下：

1)本发明中，采用往复式的压缩方式，以便于适应混合制冷剂，混合制冷剂在制冷的过程中，通过壳体的连通的内外腔，能够充分地混合；同时，由于采用的了往复式的压缩方式，针对制冷剂的种类，通过减小压缩机余隙以及提升主要部件性能的方法，本发明能够充分适应混合制冷剂的压缩需求。

2)本发明中，汽缸盖垫片采用金属材料涂层，使得汽缸盖密封性更强，从而，降低压缩机的内泄露；活塞采用凸头结构，从而，能够获得更小余隙容积；提高压缩机的容积效率，降低压缩机的摩擦功，降低压缩机排气温度。

3)本发明中，通过对活塞、连杆使用耐磨工艺制造处理，寿命更长，使用体验更佳。

4)本发明中，通过设计更优的电机启动力矩与效率，提高电机效率，降低压缩机电机温度.

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的压缩机外观正视图，

图2是本发明根据一个或多个实施方式的压缩机内部平行于正视图的竖向剖切示意图，

图3是本发明根据一个或多个实施方式的压缩机内部垂直于正视图的竖向剖切示意图，

图4是本发明根据一个或多个实施方式的压缩机控制电路示意图，

图5是本发明根据一个或多个实施方式的阀板示意图。

图中：1.壳体，2.电机，3.泵体，4.变频控制器，5.内腔，6.曲轴箱，7.曲轴，8.连杆，9.转子，10.定子，11.活塞销，12.连杆大头，13.连杆小头，14.活塞，15.汽缸盖，16.汽缸座，17.吸气消音器，18.阀板，19.密封接线柱，20.曲拐，21.排气阀簧片，22.吸气阀片，23.低压腔，24.排气阀片。

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于混合制冷剂单级往复式活塞压缩机，可以提高压缩机的效率和可靠性。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图1～图4所示，本实施例中，公开了一种用于混合制冷剂单级往复式活塞14压缩机，适用于冰箱、冷柜等小型制冷系统，可以满足蒸发温度≤-40℃的要求，包括壳体1、电机2、泵体3和变频控制器4，壳体1、电机2和泵体3构成密封的机体；电机2连接泵体3以带动泵体3，电机2连接变频控制器4。

电机2包括定子和转子9。

泵体3内具有内腔5，由于其作用是压缩，因此本实施例中将其命名为压缩腔，泵体3内还具有曲轴箱6，曲轴箱6的内部设有曲轴7和连杆8，曲轴箱6通过曲轴7与电机2的转子9连接，转子9带动曲轴7做回转运动，曲轴7与连杆8传动连接，具体为铰接，连杆8通过活塞销11与活塞14连接，带动活塞14做往复运动；

压缩腔包括汽缸座16、活塞14和阀板18，活塞14在汽缸座16内做往复运动，阀板18设置在汽缸座16的顶部，在活塞14做往复运行时，完成对应的吸气和排气。壳体1的外部设有密封接线柱19，电机2通过密封接线柱19与变频控制器插接连接，变频控制器4采用180°矢量控制技术，可以根据转子位置实时改变控制电流，使电流产生的作用力随转子的旋转而实时变化，从而可以对压缩机的运行状态进行更准确的控制，从而实现转速可调。曲轴7与转子9过盈配合。

由此，本实施例中所提供的压缩机，其内部包括一个汽缸座16和一个活塞14，本单级往复活塞14式压缩机在混合制冷剂大压差和大压比的工作条件下，比其他压缩机效率和可靠性更高。

汽缸座顶部设有汽缸盖15，汽缸盖15实现了隔离高低压混合工质气体的作用。汽缸盖15垫片采用金属材料涂层，使得汽缸盖15密封性更强。汽缸座16内部设有活塞14，活塞14由粉末冶金制成，且表面采用磷化处理工艺，使得活塞14更耐磨，提高汽缸座16的使用寿命，而且也间接提高本压缩机的使用寿命。

金属材料涂层，可以是碳化钨金属表面耐磨涂层，或者高分子陶瓷聚合物涂层，或者耐磨陶瓷涂料。

由于压缩机结构、制造、装配、运转等方面的需要，气缸中某些部位留有一定的空间或间隙，将这部分空间或间隙称为余隙容积。余隙容积是压缩行程结束时，处于活塞14顶部至气缸头之间的空间。余隙容积的存在对压缩过程不利，使压缩机的吸气量减小、气缸工作容积的利用率降低。

本实施例中，通过活塞14采用凸头结构，使得活塞14顶部至汽缸头之间的空间更小，从而获得更小余隙容积，提高压缩机的容积效率，降低压缩机的摩擦功，降低压缩机排气温度。

阀板18的顶部设有排气阀片24和排气阀簧片21，排气阀片24和排气阀簧片21的开启对应汽缸的排气，排气阀片24和排气阀簧片21的厚度为0.1-0.3mm；优选0.152mm；阀板18的底部设有吸气阀片22，吸气阀片22的开启对应汽缸的吸气，吸气阀片22的厚度为0.1-0.3mm。优选0.178mm。

壳体1的外部设有接线盒，曲轴7与转子9过盈配合，转子9与定子10转动连接；本实施例中，通过设计更优的电机2启动力矩与效率，提高电机2效率，降低压缩机电机2温度。

曲轴7还具有曲拐20，曲拐20又名连杆8颈，曲拐20与连杆8传动连接，具体为铰接，连杆8的一端连接有连杆大头12，连杆大头12与曲轴7传动连接，具体为铰接，连杆8的另一端连接有连杆小头13，连杆小头13通过活塞14销11与活塞14传动连接，具体为铰接。

更为具体的，连杆大头12厚度为11-12mm，连杆小头13厚度为12-13mm。

连杆8采用粉末冶金制成，且表面采用磷化处理工艺，有效的提高耐磨性。

可以理解的是，通过连杆8，曲轴7与活塞14连接。

汽缸座16的连通位于壳体1内的高压腔；汽缸座16的一侧设有连通高压腔与汽缸盖15的排气阀片24，汽缸盖15和汽缸座16的内部形成低压腔23，低压腔23通过吸气阀片22与吸气消音器17连通，减小了余隙容积，提高压缩机效率；同时需要保证吸气阀片22的强度，确保在高压差下吸气阀片22不会弯曲变形甚至断裂，同时也提高的阀片密封性，提高压缩机的容积效率。

本实施例公开的压缩机，转速可调，采用变频控制器控制电机2转速，转速范围为1200-4500转。根据混合制冷剂压缩特性以及电机功率设计变频板，确保在低转速和高转速下压机机能稳定运行。

本实施例中，活塞14外径为23-24mm；活塞销11外径为7-9mm，且表面采用制成渗氮处理。

本实施例中，压缩机的最大工作压力为15Bar，所以其汽缸座16压缩腔直径为23-24mm，材料为铸铁。曲轴7直径为14-16mm，材料为球墨铸铁，且表面采用磷化处理工艺。

本实施例中，针对当作为工作流体的制冷剂为2种或多种的混合制冷剂时，由于制冷剂的物性变化，导致压缩机的压缩效率、输气系数、压力损失等均有所变化，所以可能会降低压缩机的效率和可靠性的问题，做出如下具体设置：

首先，本实施例中，通过汽缸盖15垫片采用金属材料涂层，使得汽缸盖15密封性更强，从而减少压缩机内泄露，提高压缩机的容积效率，降低压缩机的摩擦功，降低压缩机排气温度；

其次，本实施例中，通过活塞14、连杆8使用耐磨工艺制造处理，寿命更长，使用体验更佳。

第三，本实施例中，通过设计更优的电机2启动力矩与效率，提高电机2效率，降低压缩机电机2温度。

第四，本实施例中，汽缸座16的低压腔23通过吸气阀片22与吸气消音器17连通，减小了余隙容积，提高压缩机效率；同时需要保证吸气阀片22的强度，确保在高压差下吸气阀片22不会弯曲变形甚至断裂，保证吸气阀片22的强度还能提高阀片密封性，提高压缩机的容积效率。

本实施例完成一个工作循环的过程为：

1)膨胀：当活塞14向右边移动时，内腔5的容积增大，压力下降，原先残留在内腔5中的余气不断膨胀；

2)吸入：当压力降到稍小于进气管中的气体压力时，进气管中的气体便推开吸气阀片22进入内腔5；随着活塞14向右移动，气体继续进入内腔5，直到活塞14移至死点为止；

3)压缩：当活塞14调转方向向左移动时，内腔5的容积逐渐缩小，这样便开始了压缩气体的过程，由于吸气阀片22有止逆作用，故缸内气体不能倒回进口管中，而出口管中气体压力又高于内腔5的气体压力，内腔5内的气体也无法从排气阀24跑到缸外，出口管中的气体因排出气阀有止逆作用，也不能流入缸内，因此缸内的气体数量保持一定，只因活塞14继续向左移动，缩小了内腔5的容积，使气体的压力不断升高；

4)排出：随着活塞14右移，压缩气体的压力升高到稍大于出口管中的气体压力时，内腔5内气体便顶开排出气阀的弹簧进入出口管中，并不断排出，直到活塞14移至又称死点为止，然后，活塞14又开始反向移动，重复上述动作；活塞14在气缸内不断的往复运动，使气缸往复循环的吸入和排出气体，活塞14的每一次往复成为一个工作循环，活塞14每来或回一次所经过的距离叫做冲程。

实施例2

本发明的一种典型的实施方式中，实施例2提速了一种制冷机组，包括如实施例1所述的一种用于混合制冷剂单级往复式活塞14压缩机；还包括蒸发器和冷凝器，蒸发器和冷凝器均连通所述用于混合制冷剂单级往复式活塞14压缩机。

制冷机组的制冷循环原理是，压缩机通过从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，压缩机通过电机2运转带动泵体3的活塞14对其气体进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力。在这个过程中，制冷剂本身是在制冷机组中不断循环，然后通过本身的状态变化来实现制冷，制冷剂在蒸发器内吸收被冷却介质的热量而汽化，在冷凝器中将热量传递给周围空气或水而冷凝。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。