具有散热系统的密闭压缩机转让专利

申请号 : CN200680028274.5

文献号 : CN101258328B

文献日 :

基本信息:

PDF:

法律信息:

相似专利:

发明人 : 法夫里西奥·C·波萨马伊伦纳德·L·瓦西利弗

申请人 : 惠而浦股份有限公司

摘要 :

一种具有散热系统的密闭压缩机,包括:外壳(1),其中限定油槽(7);气缸体(2),其安装在外壳(1)内并限定用于压缩制冷剂的气缸(3),该气缸(3)具有被气缸盖(10)封闭的端部,气缸盖(10)中限定排放室,并且该压缩机包括至少一个热能输送管(20),该热能输送管(20)具有吸热端(21)和放热端(22);所述吸热端(21)安装到气缸体(2)上,以便吸收由于压缩气缸(3)内的制冷剂所产生的热量,所述放热端(22)设置成远离气缸体(2)以便将从此处吸收的热量传导并释放到另一装置。

权利要求 :

1.一种具有散热系统的密闭压缩机,所述压缩机包括:外壳(1),在该外壳(1)中限定有油槽(7);气缸体(2),其安装在外壳(1)内并限定用于压缩制冷剂的气缸(3),该气缸(3)具有被气缸盖(10)封闭的端部,在气缸盖(10)中限定有排放室,其特征在于,该压缩机包括至少一个热能输送管(20),该热能输送管(20)具有吸热端(21)和放热端(22),所述吸热端(21)安装到气缸体(2)上,以便吸收由在气缸(3)内压缩制冷剂所产生的热量,所述放热端(22)远离气缸体(2)设置,以便在温度低于发生吸热的装置的温度下,将被吸收的热量传导并释放到另一装置,所述热能输送管(20)具有吸热的相应蒸发器部分(20a)、传输部分(20b)或绝热部分、冷凝器部分(20c)以及散热部分(20d)。

2.根据权利要求1所述的密闭压缩机,其特征在于,热能输送管(20)的放热端(22)将热量释放到位于外壳(1)内并由装在外壳(1)里面的油限定的装置。

3.根据权利要求2所述的密闭压缩机,其特征在于,热能输送管(20)的放热端(22)浸入到油槽(7)的油中,以便将热量释放到该油槽(7)的油中。

4.根据权利要求3所述的密闭压缩机,其特征在于,该压缩机包括附加的热能输送管(30),该热能输送管(30)具有浸入油槽(7)的油中的相应吸热端(31)和设置有管部(33)的放热端(32),该管部(33)密闭地侵入外壳(1)中以便从外壳(1)向外伸出,并将热量释放到外壳(1)外部的装置。

5.根据权利要求2所述的密闭压缩机,其特征在于,热能输送管(20)的放热端(22)将热量释放到在外壳(1)内部循环的润滑油流中。

6.根据权利要求3所述的密闭压缩机,其中,气缸盖(10)安装在阀板(5)的表面上,阀板(5)设有吸入孔和排放孔,这些孔选择性地被相应的吸入阀和排放阀关闭,其特征在于,热能输送管(20)的吸热端(21)在邻近阀板(5)的安装区内连接到气缸体(2)上。

7.根据权利要求6所述的密闭压缩机,其特征在于,热能输送管(20)的吸热端(21)连接到气缸盖(10)上。

8.根据权利要求7所述的密闭压缩机,其特征在于,气缸盖(10)设有至少一个壳体(11),以接收热能输送管(20)的相应吸热端(21)。

9.根据权利要求8所述的密闭压缩机,其特征在于,热能输送管(20)的吸热端(21)通过由壳体(11)承载的保持装置固定到相应的壳体(11)上。

10.根据权利要求9所述的密闭压缩机,其特征在于,保持装置被结合到壳体(11)上。

11.根据权利要求10所述的密闭压缩机,其特征在于,热能输送管(20)的吸热端(21)紧密地装配到壳体(11)中。

12.根据权利要求11所述的密闭压缩机,其特征在于,气缸盖(10)装有其内限定通道(15)的突起部(14),该通道(15)具有第一端(15a),该第一端(15a)是敞开的且被定尺寸以接收热能输送管(20)的吸热端(21)。

13.根据权利要求12所述的密闭压缩机,其特征在于,通道(15)设有第二端(15b),该第二端(15b)是敞开的且被设定尺寸以选择性地接收热能输送管(20)的吸热端(21),所述热能输送管(20)可以设置成与另一热能输送管(20)的设置无关;而另一热能输送管(20)的吸热端(21)安装到通道(15)的第一端(15a)上。

14.根据权利要求1所述的密闭压缩机,其特征在于,热能输送管(20)的放热端(22)具有端部,该端部密闭侵入外壳(1)以便从外壳(1)向外伸出,并将热量释放到外壳(1)外部的装置。

说明书 :

技术领域

本发明涉及一种密闭式压缩机,这种压缩机用在制冷器具,比如冰箱和冷冻器中,并且在压缩机内部设有散热系统,所述系统特别用于将热能从压缩机内部的发热部分传递到位于其气缸体外部并有距离的周围环境中。

背景技术

用在制冷系统中的密闭式压缩机通常包括外壳内部的电动机-压缩机组件,该组件具有其中限定气缸的气缸体,气缸的一端被气缸盖封闭,其中气缸盖限定一排放室,与限定在气缸内的压缩室选择性的流体连通,并且被设置在气缸的封闭端与气缸盖之间的阀板封闭,所述流体连通通过设置在所述阀板中的吸入孔和排放孔被限定,并且这些孔通常被阀板所装的吸入阀和排放阀选择性地分别关闭。
在压缩气体期间,热量由于不同的过程而产生,比如:气体在压缩期间变热;由于轴承上的摩擦引起的损失,这里,通过粘滞摩擦产生的能量被转化为热能和热量;以及电动机中的损失也被转化为热量。
在其结构形式中,压缩机安装在连接到制冷系统的外壳中,除了压缩机之外,该制冷系统还包括冷凝器、蒸发器和膨胀装置。该回路被密封,不将物质传送到外部环境中。
由压缩机产生的一部分热能随着制冷剂被送到排放管线,并分散在制冷系统的冷凝器中。其它部分被传送到制冷剂以及装在外壳内部的润滑油中。在其转变中,制冷剂和润滑油将其它部分的热转移到外壳,外壳再将产生的所述其它部分的热量分散到外部环境中。
当一定的条件,例如象外部环境的温度和压缩机的操作条件被保持恒定时,该系统达到热平衡,从而将蒸发和冷凝压力以及通风特征认为是恒定。
在这种热平衡的情况下,可以确定温度分布,这种温度分布与压缩机的能效直接相关,一方面是因为外壳的周围环境变热导致润滑油变热,从而降低其粘性以及通过粘滞摩擦而损失的能量。考虑到这种粘性降低,设定流体动力轴承的负荷能力尺度。另一方面,由于外壳内变热导致许多消极情况,比如:被吸入的制冷剂温度升高;由于气缸的高温导致压缩能量增加;以及在压缩机结构内需要采用特殊的材料以耐高温。
目前,热量从压缩机内部转移到外部的常见过程如下:压缩制冷剂产生的热量传递到气缸体和排放消音器,并随后通过对流转移到压缩机的内部环境中的气体并还转移到落在所述变热表面的油上。气体和油将随外壳的内壁而改变热量,而热量将不得不通过传导而侵入外壳壁,最终通过自然或强迫的对流,从压缩机主体分散到外部环境中。在该过程中存在一系列的热阻,这种热阻削弱了热交换和散热。
从现有技术中还知道下面的传热过程:通过在内部组件与润滑油之间以及压缩机主体与其外壳外部的周围环境之间进行强制通风;和通过冷却流过冷却管的润滑油,压缩机所属的制冷系统的冷凝器的制冷剂流过该冷却管偏离到浸入在压缩机内油中的热交换器,从而将热量从压缩机中排出。
已知现有技术具有不同的替换方案来促进传热,比如:采用带斯特林机的热交换器,如专利US 6,347,523指出的那样;在气缸盖和辅助空气循环系统中设置散热片;采用热管;使用流体泵送系统,该系统采用由摆动、机械或电动等驱动的泵。
然而,这种已知解决方案具有某些缺陷。在使用带散热片的气缸盖和与空气进行热交换的已知解决方案中,存在的缺陷在于,不可能获得高传热能力的事实。在所述系统中,易于获得与传热能力相关的饱和极限。通过增加散热片的长度和/或减小散热片之间的距离,或者空气运动设备出现不可能具有足够的能力使压力和流率能达到确定的传热能力所需的水平而随着散热片效率的饱和发生上述情况。此外,这种解决方案导致制冷系统中振动和噪音的增加,并且由于系统设有大量的活动件而导致可靠性更差。
在专利US 6,499,977中公开的已知解决方案中,螺旋压缩机在其外部装有采用热管的制冷系统。在该解决方案中,压缩机外壳中的热量通过热管系统排出。这仅从外壳的外表面到外部环境中改善了传热,从而将其它热阻保持恒定。这种压缩机的结构特征在于,气缸直接暴露于外部环境中,并因此内部环境的气体的高热阻不会导致所述压缩机有任何损坏。然而,这种往复式密闭压缩机最好是将气体这种内部热阻最小化或消除。
专利US 6,412,479中公开了通过采用热管进行传热的另一解决方案,其中,热管设置在内燃机内部,以从气缸盖排出热量。然而,所述解决方案涉及这样一种内燃机(而不是密闭压缩机),其目的是重新利用排放在供给系统中的未燃气体。
专利US 5,651,258和US 5,695,004中描述的另一些已知的解决方案同样提出一种热管系统,用于从压缩机的内部排出热量、重新使用或不重新使用与压缩机相关联的制冷系统中的所述热量。然而,这种解决方案不涉及密闭压缩机的能效问题,因为热管应用到系统,以利用所述热量,并且不从密闭压缩机的热的部件排出热量。

发明内容

因此,本发明的一个目的是在压缩机外壳内提供一种具有散热系统的密闭压缩机,特别用于从其气缸体排出热量,从而减小其中的总热阻,并使其内部温度更加均匀,没有已知解决方案中出现的问题,比如较高的能耗和需要采用特殊的材料来耐高温。
本发明的另一目的是提供一种如上面提到的压缩机,这种压缩机使从其零部件散失的热量能传递到压缩机外壳的外面。
通过具有散热系统的密闭压缩机达到这些和其它目的,所述压缩机包括:外壳,一油槽限定在其中;气缸体,其安装在外壳内并限定用于压缩制冷剂的气缸,气缸具有被气缸盖封闭的端部,气缸盖中限定一排放室,所述散热系统包括热能输送管,该热能输送管具有吸热端和放热端,所述吸热端安装到气缸体上,以便吸收由于压缩气缸内的制冷剂所产生的热量,所述放热端设置成远离气缸体,以便在温度低于发生吸收的装置的温度下,将被吸收的热量传导并释放到另一装置,所述热能输送管具有吸热的相应蒸发器部分、传输部分或绝热部分、冷凝器部分以及散热部分。
本解决方案考虑到使用热交换器,比如热管,这种热管极有效地实现热交换,并使大量热量能从压缩机的特定区域排出,更具体地说,从与气缸体相关联的热的部件排出,从而将所述热量传导到位于外壳内部或外部的另一装置。

附图说明

将参照作为优选实施例的示例而给出的附图来描述本发明,并且其中:
图1示意示出制冷压缩机的横截面图,举例说明本发明第一实施例的制冷系统;
图2示意示出图1所示实施例的顶部平面图;
图3如图1那样示意示出第二实施例的制冷系统的横截面图;
图4示意示出图1所示制冷系统的第二实施例的变型横截面图;
图5示意示出图4所示结构的透视图;
图6示意示出图5所示气缸盖的结构的底部平面图;
图7示意示出图6所示气缸盖的结构的立面侧视图;
图8示意示出图6和7所示气缸盖的结构的竖直截面图,该截面图系根据图7中线VIII-VIII截取的;
图9示意示出本发明气缸盖的另一结构的底部平面图;
图10示意示出图9所示气缸盖的结构的立面侧视图;
图11示意示出本发明的热能输送管的结构的侧视图;
图11a、11b和11c示意示出图11所示热能输送管的每一部分的横截面图;
图12示意示出本发明的热能输送管的另一结构的侧视图;
图13和13a示意示出图11所示热能输送管的性能曲线图;以及
图14和14a示意示出图12所示热能输送管的性能的曲线图。

具体实施方式

本发明的散热系统设计成应用在制冷器具的制冷系统中所使用的这类压缩机中,所述压缩机包括在密闭外壳1内的电动机-压缩机组件;该组件具有气缸体2,在该气缸体中限定气缸3;该气缸在一端装有活塞(未示出),该活塞压缩制冷剂并具有被气缸罩或气缸盖10封闭的相对端4,在气缸罩或气缸盖10中限定吸入室和排放室(未示出),这些室保持与在活塞顶部与阀板5之间的限定在气缸3内的压缩室(未示出)选择性地流体连通,所述阀板5通过设在所述阀板5中的吸入孔和排放孔(未示出)而设置在气缸3的相对端与气缸盖10之间,并且所述孔选择性地且分别地被吸入阀和排放阀(未示出)关闭。
被压缩机吸入的并来自连接压缩机的制冷系统的吸入管线(未示出)的气体通过吸气消音器6到达外壳1的内部,吸气消音器6通常设置在所述外壳1内,并被保持与压缩机的吸入室的内部流体连通。
在外壳1内部靠近其下部1a处限定油槽7,该油槽7装有用于润滑电动机-压缩机组件呈现彼此相对运动的零部件的油,存放在所述油槽7中的润滑油通过未示出的泵被泵送到电动机-压缩机组件中。尽管附图示出具有位于电动机上方气缸体的压缩机,但应当理解的是,本发明所包括的密闭压缩机在气缸体上设置有电动机。
根据本发明,在外壳1内部设置热能输送管20,该输送管20例如为柔性(热管)并由具有良好导热性的材料,比如铜制成,而且具有吸热端21和放热端22,所述吸热端21安装到气缸体2的某一区域内,在作为活塞的运动造成压缩制冷剂的压缩的函数的高温下,以便吸收通过气缸3内部所述制冷剂的压缩所产生的热,所述放热端22与气缸体2间隔开,以便在温度低于发生吸收的装置的温度下,将从此处吸收的热量传导并释放到另一装置。
图1和2示出本发明的一种结构选项,其中,热能输送管20的吸热端21连接到位于靠近阀板5的安装区域内的气缸体2上。在该结构选项中,热能输送管20的吸热端21连接到气缸体2的相对端4的突起部4a上。
在另一结构选项中,热能输送管20的吸热端21连接到气缸盖10上,如图3-5中所示出。在该结构中,气缸盖10设有至少一个壳体11,以接收热能输送管20的吸热端21,所述壳体11设有用于固定吸热端21的保持装置,该装置例如被装到壳体11上。
在图6-8所示的气缸盖10的结构中,气缸盖10从与将支撑靠在阀板5上的安装面13相对的表面12装有突起部14,该突出部14内部限定通道15,该通道15例如为直线的,并沿着所述气缸盖10的纵向延长部设置,所述通道15限定壳体11。
根据本发明,通道15具有第一端15a,其为敞开的并设定尺寸,以接收热能输送管20的吸热端21。在所示出的结构中,通道15还设有第二端15b,其为敞开的并设定尺寸,以选择性地接收热能输送管20的吸热端21,所述热能输送管20可以设置成与另一热能输送管20无关,而另一热能输送管20的吸热端21安装到通道15的第一端15a上。
在另一未示出的结构选项中,第一和第二端15a、15b中的每一个可以同时或不同时接收相应热能输送管20的吸热端21。
在所示的实施例中,通道15具有第一端15a和第二端15b,所述两端按照轴线相互对准,所述轴线相对于将支撑靠在阀板5上的所述气缸盖10的表面的平面倾斜。通道15的轴线的倾斜角被限定,使得第一端15a相对于第二端15b更远地与将支撑到阀板5的所述表面间隔开,以便于通过通道15的所述第一和第二端15a,15b中的任何一个方便安装热能输送管20的吸热端21,如图3和4分别示出的那样。
在图1、4和5所示的气缸盖10的结构选项中,热能输送管20的吸热端21紧密地直接装配到壳体11中。
图9和10示出用于发明气缸盖10的一种结构选项,其中,所述气缸盖10具有一对从气缸盖10的表面12横向设置的平行通道15、15′,使得每一个通道都接收热能输送管20的相应吸热端21,如对图6-8所示气缸盖10所论述的那样。
应当理解的是,热能输送管20的吸热端21可以安装到气缸体2直接与气缸体2相关联的任何压缩机部件上,以便接收从气缸体2通过压缩制冷剂而产生的热量。
根据图4和5所示本发明的结构选项,热能输送管20的放热端22将热量释放到位于外壳1内并由装在外壳1里面的油限定的装置,例如通过将所述放热端22浸入在外壳1内限定的油槽7中,以便将热量释放到所述油槽7。在这种结构中,放热端22可以松散地浸入到油槽7里,或者通过适当的保持装置保持在其中。在图4所示该结构的变型中,本散热系统包括附加的热能输送管30,该管30具有浸入油槽7的油中的相应吸热端31,以及具有所述油槽7外面的放热端32以将来自所述油中的至少部分热量传送到与其间隔开的区域。
在所示的结构中,附加热能输送管30的放热端32设有密闭侵入外壳1的管部33,以便从外壳1向外伸出并经由放热端32将热量释放到所述外壳1外部的装置,该装置通常由外部环境本身限定。
在未示出的另一结构选项中,热能输送管20的放热端22将热量释放到在外壳1内循环的润滑油流中,例如将用于润滑彼此相对运动的压缩机零部件的油。
根据本发明,从气缸体除去的热量也可以导入外壳1的外面,而不通过其中所装的油,如图3所示。在这种情况下,热能输送管20的所述放热端22使端部23密闭地侵入外壳1内,以便从外壳1向外伸出并将热量释放到所述外壳1外面的装置,如上面论述的那样。
图11和12举例说明本发明的两种结构形式的热能输送管20(或者附加的热能输送管30),其中,所述输送管中的每一个都具有吸热的相应蒸发器部分20a、传输部分20b或绝热部分、冷凝器部分20c以及散热部分20d,例如,包括至少一个沿着所述散热部分20d设置的散热片20e,如图所示。
在图11所示的结构中,冷凝器部分20c与沿着所述冷凝器部分20c的延长部设置的散热片20e相关联。在图12所示的结构中,热能输送管20包括两个散热部分20d,其中的一个是沿着热能输送管20的蒸发器部分(吸热)20a的延长部设置的散热片20e,并且所述散热部分的另一个包括多个散热片20e,这些散热片20e设置成相互平行并且横向于冷凝器部分20c的延长部,所述散热片横向或纵向被设置在热能输送管20上,以增加该热能输送管20的散热面积。设置散热片20e以及散热片20e的布置和数量是所述热能输送管20的参数,比如所处位置的面积、温度和通风的函数。
如图11a、11b和11c所示,在本发明的结构选项中,组成热能输送管20的蒸发器部分20a表现的横截面不同于所述热能输送管的其它部分的横截面,该蒸发器部分20a的横截面是按照该部分所需的吸热参数的函数计算出的。这种方法也可以应用到确定热能输送管的其它部分的横截面。
对于图11和12所示的热能输送管结构,在图13、13a、14、14a中示出在热能输送管20的传输部分20b(或绝热部分)中热量-温度的数量的结果和在热能输送管20每一结构的热能输送管(冷凝器部分20c的)中热量-长度有效单位的数量的结果。
在图13a和14a所示的曲线图中考虑的有效长度表示传输部分20b(Ladb)的长度与蒸发器部分20a(Levap)和冷凝器部分20c(Lcond)的长度的和的一半之和,即:
Lef=Ladb+(Lcond+Levap)/2。
为获得所述结果,这些热能输送管结构的外径例如大约为6mm,而铜壁的厚度大约为0.5mm。如图13、13a、14和14a所示,获得被表示的曲线用于4mm和6mm的热能输送管的外径(Dext)。
采用本发明的解决方案,从气缸体2的变热的区排出热量使压缩机内部的温度允许下降,从而提高压缩机的能效。
尽管仅举例说明实施本发明的一些方式,但应当理解的是,在不偏离附属权利要求书限定的发明概念条件下可以对压缩机部件的形式和布置进行改变。