制冷系统及其旋转式压缩机
阅读：1029发布：2020-12-21
专利汇可以提供制冷系统及其旋转式压缩机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种制冷系统及其旋转式 压缩机 ，所述 旋转式压缩机 包括： 气缸 ，气缸内限定出气缸腔； 活塞 ，活塞设在气缸腔内；上 轴承 ，上轴承设在气缸的上端面；下轴承，下轴承设在气缸的下端面；活塞的外周面的面积为S1，气缸的内壁面的面积为S2，气缸和活塞围成的月牙形压缩腔与上轴承的 接触 面积为S3，气缸和活塞围成的月牙形压缩腔与下轴承的接触面积为S4，气缸腔的容积为V，旋转式压缩机满足如下关系式：0.37mm-1≤S/V≤0.51mm-1，其中S为压缩腔的气体接触面积之和并且S＝S1+S2+S3+S4。该旋转式压缩机通过将压缩腔的气体接触面积之和S控制在一定的范围内，从而可以获得最优的性能系数。，下面是制冷系统及其旋转式压缩机专利的具体信息内容。
1.一种旋转式压缩机，其特征在于，包括：
气缸，所述气缸内限定出气缸腔；
活塞，所述活塞设在所述气缸腔内；
上轴承，所述上轴承设在所述气缸的上端面；
下轴承，所述下轴承设在所述气缸的下端面；
所述活塞的外周面的面积为S1，所述气缸的内壁面的面积为S2，所述气缸和所述活塞围成的月牙形压缩腔与所述上轴承的接触面积为S3，所述气缸和所述活塞围成的月牙形压缩腔与所述下轴承的接触面积为S4，所述气缸腔的容积为V，
-1 -1
所述旋转式压缩机满足如下关系式：0.37mm ≤S/V≤0.51mm ，其中S为所述压缩腔的气体接触面积之和并且S＝S1+S2+S3+S4。
2.根据权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述旋转式压缩机满足如下关-1 -1
系式：0.37mm ≤S/V≤0.40mm 。
3.根据权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述旋转式压缩机满足如下关-1 -1
系式：0.48mm ≤S/V≤0.51mm 。
4.一种制冷系统，其特征在于，包括根据权利要求1-3中任一项所述的旋转式压缩机。
制冷系统及其旋转式压缩机
技术领域
背景技术
[0002] 相关技术中，旋转式压缩机的气缸内由活塞在气缸内的转动来对制冷剂进行压缩。其中由活塞、气缸和上下轴承围成的压缩腔的壁面对制冷剂的加热效应会影响压缩机
的制冷量、功耗等，最终影响制冷系统的性能系数(COP)。
实用新型内容
的制冷量、功耗等，最终影响制冷系统的性能系数(COP)。
实用新型内容
[0003] 本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型需要提出一种旋转式压缩机，该旋转式压缩机通过将压缩腔的气体接触面积之和S
控制在一定的范围内，从而可以获得最优的性能系数。
控制在一定的范围内，从而可以获得最优的性能系数。
[0004] 本实用新型还需提出一种具有该旋转式压缩机的制冷系统。
[0005] 根据本实用新型第一方面实施例的旋转式压缩机，包括：气缸，所述气缸内限定出气缸腔；活塞，所述活塞设在所述气缸腔内；上轴承，所述上轴承设在所述气缸的上端面；
下轴承，所述下轴承设在所述气缸的下端面；所述活塞的外周面的面积为S1，所述气缸的
内壁面的面积为S2，所述气缸和所述活塞围成的月牙形压缩腔与所述上轴承的接触面积为
S3，所述气缸和所述活塞围成的月牙形压缩腔与所述下轴承的接触面积为S4，所述气缸腔
-1 -1
的容积为V，所述旋转式压缩机满足如下关系式：0.37mm ≤S/V≤0.51mm ，其中S为所述
压缩腔的气体接触面积之和并且S＝S1+S2+S3+S4。
下轴承，所述下轴承设在所述气缸的下端面；所述活塞的外周面的面积为S1，所述气缸的
内壁面的面积为S2，所述气缸和所述活塞围成的月牙形压缩腔与所述上轴承的接触面积为
S3，所述气缸和所述活塞围成的月牙形压缩腔与所述下轴承的接触面积为S4，所述气缸腔
-1 -1
的容积为V，所述旋转式压缩机满足如下关系式：0.37mm ≤S/V≤0.51mm ，其中S为所述
压缩腔的气体接触面积之和并且S＝S1+S2+S3+S4。
[0006] 根据本实用新型实施例的旋转式压缩机，通过将压缩腔的气体接触面积之和S与-1 -1
气缸腔的容积V的比值S/V设定在如下范围内，即当0.37mm ≤S/V≤0.51mm 时，制冷系
统的损失小，制冷系统的性能系数COP高，可以使制冷系统的性能系数COP保持在最优的范
围内。
气缸腔的容积V的比值S/V设定在如下范围内，即当0.37mm ≤S/V≤0.51mm 时，制冷系
统的损失小，制冷系统的性能系数COP高，可以使制冷系统的性能系数COP保持在最优的范
围内。
[0007] 另外，根据本实用新型的旋转式压缩机还可具有如下附加技术特征：
[0008] 优选地，所述旋转式压缩机满足如下关系式：0.37mm-1≤S/V≤0.40mm-1。
[0009] 优选地，所述旋转式压缩机满足如下关系式：0.48mm-1≤S/V≤0.51mm-1。
[0010] 根据本实用新型第二方面实施例的制冷系统，包括根据本实用新型第一方面所述的旋转式压缩机。
[0011] 由于根据本实用新型第一方面实施例的旋转式压缩机具有上述优点，因此，通过应用该旋转式压缩机，从而可以提高制冷系统的性能系数COP。
[0013] 本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0014] 图1是根据本实用新型实施例的旋转式压缩机的结构示意图；
[0015] 图2是图1所示的气缸和活塞的俯视图；
[0016] 图3是压缩腔的气体接触面积之和S与气缸腔的容积之比与制冷系统的性能系数的关系图。
[0017] 附图标记：
[0018] 旋转式压缩机100；
[0019] 气缸1；气缸腔11；
[0020] 活塞2；上轴承3；下轴承4；
[0021] 壳体5；主壳体51；上壳体52；下壳体53；
[0024] 压缩腔8；滑片9。
具体实施方式
[0025] 下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参
考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的
限制。
考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的
限制。
[0026] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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实用新型的限制。此外，术语“第一”、
“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术
特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多
个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的
限定。
方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、
“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术
特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多
个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的
限定。
[0027] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地
连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个
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
在本实用新型中的具体含义。
连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个
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
在本实用新型中的具体含义。
[0028] 下面参考图1和图2描述根据本实用新型第一方面实施例的旋转式压缩机100。根据本实用新型实施例的旋转式压缩机100，包括：气缸1、活塞2、上轴承3和下轴承4。
[0029] 具体地，如图1所示，旋转式压缩机100还包括壳体5，壳体5包括主壳体51、上壳体52和下壳体53，主壳体51构造成上下均敞开的环形桶状结构，上壳体52设在主壳体51
上端以封闭主壳体51的上端开口，下壳体53设在主壳体51的下端以封闭主壳体51的下
端开口，由此可以使壳体5内限定出相对外界封闭的空腔。
上端以封闭主壳体51的上端开口，下壳体53设在主壳体51的下端以封闭主壳体51的下
端开口，由此可以使壳体5内限定出相对外界封闭的空腔。
[0030] 气缸1设在壳体5内部，气缸1内限定出气缸腔11，活塞2设在气缸腔11内且在气缸腔11内可转动，通过活塞2在气缸腔11内的转动，可以对吸入到气缸腔11内的制冷
剂进行压缩。其中需要说明的是，气缸1构造成上下均敞开的环形结构，气缸腔11为气缸
1内壁所环绕形成的空间，气缸腔11的高度为气缸1的高度。
剂进行压缩。其中需要说明的是，气缸1构造成上下均敞开的环形结构，气缸腔11为气缸
1内壁所环绕形成的空间，气缸腔11的高度为气缸1的高度。
[0031] 当然，旋转式压缩机100还包括电机6、曲轴7，电机6设在气缸1上方，曲轴7与电机6的转子61固定连接，转子61相对于电机6的定子62转动过程中带动曲轴7旋转。
曲轴7具有主轴部71和偏轴部72，活塞2套设在偏轴部72上，曲轴7转动的过程中进而可
以带动活塞2在气缸腔11内转动。
曲轴7具有主轴部71和偏轴部72，活塞2套设在偏轴部72上，曲轴7转动的过程中进而可
以带动活塞2在气缸腔11内转动。
[0032] 如图1所示，上轴承3设在气缸1的上端面，下轴承4设在气缸1的下端面，上轴承3的下端面封堵气缸1的上端开口，下轴承4的上端面封堵气缸1的下端开口。
[0033] 制冷剂气体从气缸1的进气口进入到气缸腔11内，会与活塞2的外周面、气缸1的内壁面、上轴承3的下端面和下轴承4的上端面接触，当工作一定时间后，活塞2的外周
面、气缸1的内壁面、上轴承3的下端面和下轴承4的上端面的温度升高，此时会对制冷剂
产生加热效应，会使得制冷剂气体的温度升高，当制冷剂气体的排气温度过高时，会影响压
缩机的制冷量、功耗等，最终影响制冷系统的性能系数(COP)。
面、气缸1的内壁面、上轴承3的下端面和下轴承4的上端面的温度升高，此时会对制冷剂
产生加热效应，会使得制冷剂气体的温度升高，当制冷剂气体的排气温度过高时，会影响压
缩机的制冷量、功耗等，最终影响制冷系统的性能系数(COP)。
[0034] 首先需要解释的是，上述的活塞2的外周面、气缸1的内壁面、上轴承3的下端面和下轴承4的上端面与制冷剂气体的接触面积之和称为压缩腔的气体接触面积之和S。
[0035] 具体地，活塞2的外周面的面积为S1，气缸1的内壁面的面积为S2，气缸1和活塞2围成的月牙形压缩腔8与上轴承3的接触面积为S3，气缸1和活塞2围成的月牙形压缩
腔8与下轴承4的接触面积为S4，S＝S1+S2+S3+S4。
腔8与下轴承4的接触面积为S4，S＝S1+S2+S3+S4。
[0036] 需要说明的是，“月牙形的压缩腔8”是指气缸1的内壁面、活塞2的外周面、上轴承3的下端面和下轴承4的上端面共同围成的压缩空间，该空间随着活塞2的转动而变化，
但是该压缩腔8的水平投影的面积不会改变，即气缸1和活塞2围成的月牙形压缩腔8与
上轴承3的接触面积S3为气缸1的内壁面的水平投影面积减去活塞2外周缘所在圆的面
积，气缸1和活塞2围成的月牙形压缩腔8与下轴承4的接触面积S4与S3相等。
但是该压缩腔8的水平投影的面积不会改变，即气缸1和活塞2围成的月牙形压缩腔8与
上轴承3的接触面积S3为气缸1的内壁面的水平投影面积减去活塞2外周缘所在圆的面
积，气缸1和活塞2围成的月牙形压缩腔8与下轴承4的接触面积S4与S3相等。
[0037] 本申请的发明人在研究过程中发现，在旋转式压缩机100的排量一定的情况下，如果压缩腔的气体接触面积之和S过小，即当活塞2外径、气缸1高度或者气缸1的内径等
尺寸过小时，会使得曲轴7的偏心量增大，活塞2壁厚变薄。曲轴7的偏心量增大会导致滑
片9侧面受力增大，并且滑片9行程增大，从而会导致滑片9侧面摩擦损失增大，同时滑片
9端面泄露增大。而且当活塞2外径过小时，活塞2壁厚变薄，增加了活塞2端面的泄漏损
失，最终使得制冷系统的性能系数COP恶化。
尺寸过小时，会使得曲轴7的偏心量增大，活塞2壁厚变薄。曲轴7的偏心量增大会导致滑
片9侧面受力增大，并且滑片9行程增大，从而会导致滑片9侧面摩擦损失增大，同时滑片
9端面泄露增大。而且当活塞2外径过小时，活塞2壁厚变薄，增加了活塞2端面的泄漏损
失，最终使得制冷系统的性能系数COP恶化。
[0038] 在旋转式压缩机100的排量一定的情况下，如果压缩腔的气体接触面积之和S过大，即当活塞2外径、气缸1高度或者气缸1的内径等尺寸过大时，会增大气缸1内制冷剂
的受热的效应，制冷剂气体的吸气过热度会增加，且压缩腔8压力上升，冷量降低；而且若
气缸1的内径过大时，会导致活塞2的径向受力增大，曲轴7的偏心部摩擦损失增大，最终
导致月牙形的压缩腔8在相同压缩角度下更狭长，排气阻力增大。
的受热的效应，制冷剂气体的吸气过热度会增加，且压缩腔8压力上升，冷量降低；而且若
气缸1的内径过大时，会导致活塞2的径向受力增大，曲轴7的偏心部摩擦损失增大，最终
导致月牙形的压缩腔8在相同压缩角度下更狭长，排气阻力增大。
[0039] 为了解决上述问题，本申请的发明人通过不断的实验和研究，发现当压缩腔的气体接触面积之和S与气缸1的气缸腔11的容积V的比值S/V控制在一定的范围内时，会使
得压缩机的制冷量和功耗控制在最优的范围内，从而可以提高制冷系统的性能系数COP。
得压缩机的制冷量和功耗控制在最优的范围内，从而可以提高制冷系统的性能系数COP。
[0040] 需要解释的是，气缸腔11是指气缸1的内壁面、上轴承3的下端面和下轴承4的上端面共同围成的空间，气缸腔11的容积V是指气缸1的内壁面、上轴承3的下端面和下
轴承4的上端面共同围成的空间的容积。
轴承4的上端面共同围成的空间的容积。
[0041] 参见图3，根据本实用新型实施例的旋转式压缩机100，通过将压缩腔的气体接-1
触面积之和S与气缸腔11的容积V的比值S/V设定在如下范围内，即当0.37mm ≤S/
-1
V≤0.51mm 时，制冷系统的损失小，制冷系统的性能系数COP高，可以使制冷系统的性能系
-1 -1
数COP保持在最优的范围内。例如图3所示，当0.37mm ≤S/V≤0.51mm 时，COP＞310。
这种结构设计将压缩腔8在气体接触面对冷媒的加热效应、运动部件的受力、压缩阻力、泄
漏等各因素间获得了最佳的平衡点，从而达到了最优的能效。
触面积之和S与气缸腔11的容积V的比值S/V设定在如下范围内，即当0.37mm ≤S/
-1
V≤0.51mm 时，制冷系统的损失小，制冷系统的性能系数COP高，可以使制冷系统的性能系
-1 -1
数COP保持在最优的范围内。例如图3所示，当0.37mm ≤S/V≤0.51mm 时，COP＞310。
这种结构设计将压缩腔8在气体接触面对冷媒的加热效应、运动部件的受力、压缩阻力、泄
漏等各因素间获得了最佳的平衡点，从而达到了最优的能效。
[0042] 参见图3，根据本实用新型的一个优选实施例，当0.37mm-1≤S/V≤0.40mm-1，可以-1 -1
进一步使制冷系统的性能系数COP保持在最优的范围内，即当0.37mm ≤S/V≤0.40mm
时，COP＞315。
进一步使制冷系统的性能系数COP保持在最优的范围内，即当0.37mm ≤S/V≤0.40mm
时，COP＞315。
[0043] 参见图3，根据本实用新型的另一个优选实施例，当0.48mm-1≤S/V≤0.51mm-1，可-1 -1
以进一步使制冷系统的性能系数COP保持在最优的范围内，即当0.48mm ≤S/V≤0.51mm
时，COP＞315。
以进一步使制冷系统的性能系数COP保持在最优的范围内，即当0.48mm ≤S/V≤0.51mm
时，COP＞315。
[0044] 结合图3，进一步举例解释压缩腔的气体接触面积之和S与气缸腔11的容积V的比值S/V对应的制冷系统的性能系数COP的关系。
[0045] 例如当气缸腔11的容积V为17400mm3、气体接触面积之和S为8891mm2时，S/V值3
为0.51，这时制冷系统的性能系数COP为316；当气缸腔11的容积V为17400mm、气体接
3
触面积之和S为9980mm时，S/V值为0.57，这时制冷系统的性能系数COP为288。相比之
下，当气缸腔11的容积一定时，压缩腔的气体接触面积之和S过大时，制冷系统的性能系数
COP下降显著。这是由于压缩腔的气体接触面积之和S过大，即当活塞2外径、气缸1高度
或者气缸1的内径等尺寸过大时，会增大气缸1内制冷剂的受热的效应，制冷剂气体的吸气
过热度会增加，且压缩腔8压力上升，冷量降低；而且若气缸1的内径过大时，会导致活塞2
的径向受力增大，曲轴7的偏心部摩擦损失增大，最终导致月牙形的压缩腔8在相同压缩角
度下更狭长，排气阻力增大，最终制冷系统的性能系数COP恶化。
为0.51，这时制冷系统的性能系数COP为316；当气缸腔11的容积V为17400mm、气体接
3
触面积之和S为9980mm时，S/V值为0.57，这时制冷系统的性能系数COP为288。相比之
下，当气缸腔11的容积一定时，压缩腔的气体接触面积之和S过大时，制冷系统的性能系数
COP下降显著。这是由于压缩腔的气体接触面积之和S过大，即当活塞2外径、气缸1高度
或者气缸1的内径等尺寸过大时，会增大气缸1内制冷剂的受热的效应，制冷剂气体的吸气
过热度会增加，且压缩腔8压力上升，冷量降低；而且若气缸1的内径过大时，会导致活塞2
的径向受力增大，曲轴7的偏心部摩擦损失增大，最终导致月牙形的压缩腔8在相同压缩角
度下更狭长，排气阻力增大，最终制冷系统的性能系数COP恶化。
[0046] 例如当气缸腔11的容积V为43800mm3、气体接触面积之和S为16200mm2时，S/V3
值为0.37，这时制冷系统的性能系数COP为317；当气缸腔11的容积V为43800mm、气体接
2
触面积之和S为15330mm时，S/V值为0.35，这时制冷系统的性能系数COP为290。相比之
下，当气缸腔11的容积一定时，压缩腔的气体接触面积之和S过小时，制冷系统的性能系数
COP下降显著。
值为0.37，这时制冷系统的性能系数COP为317；当气缸腔11的容积V为43800mm、气体接
2
触面积之和S为15330mm时，S/V值为0.35，这时制冷系统的性能系数COP为290。相比之
下，当气缸腔11的容积一定时，压缩腔的气体接触面积之和S过小时，制冷系统的性能系数
COP下降显著。
[0047] 这是由于压缩腔的气体接触面积之和S过小，即当活塞2外径、气缸1高度或者气缸1的内径等尺寸过小时，会使得曲轴7的偏心量增大，活塞2壁厚变薄。曲轴7的偏心量
增大会导致滑片9侧面受力增大，并且滑片9行程增大，从而会导致滑片9侧面摩擦损失增
大，同时滑片9端面泄露增大。而且当活塞2外径过小时，活塞2壁厚变薄，增加了活塞2
端面的泄漏损失，最终使得制冷系统的性能系数COP恶化。
增大会导致滑片9侧面受力增大，并且滑片9行程增大，从而会导致滑片9侧面摩擦损失增
大，同时滑片9端面泄露增大。而且当活塞2外径过小时，活塞2壁厚变薄，增加了活塞2
端面的泄漏损失，最终使得制冷系统的性能系数COP恶化。
[0048] 本实用新型还提出了一种制冷系统，该制冷系统包括根据本实用新型第二方面实施例的旋转式压缩机100。具体地，制冷系统还包括蒸发器、冷凝器和节流装置，冷凝器的入
口与旋转式压缩机100的出口相连，冷凝器的出口与节流装置的入口相连，节流装置的出
口与蒸发器的入口相连，蒸发器的出口与旋转式压缩机100的入口相连。
口与旋转式压缩机100的出口相连，冷凝器的出口与节流装置的入口相连，节流装置的出
口与蒸发器的入口相连，蒸发器的出口与旋转式压缩机100的入口相连。
[0049] 由于根据本实用新型第一方面实施例的旋转式压缩机100具有上述优点，因此，通过应用该旋转式压缩机100，从而可以提高制冷系统的性能系数COP。
[0050] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结
构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术
语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或
者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术
语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或
者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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