AIR INJECTION ENTHALPY-INCREASING SCROLL COMPRESSOR AND REFRIGERATION SYSTEM

本发明涉及压缩机领域，尤其时涉及一种喷气增焓涡旋压缩机及制冷系统。

涡旋压缩机因其效率高、体积小、质量轻、运行平稳而被广泛应用在空调和热泵等系统中。在涡旋压缩机中，由动涡旋盘和静涡旋盘上的型线相互啮合形成一系列的月牙形压缩腔，伴随着动涡旋盘的偏心运转，月牙形压缩腔由外围不断的向中心移动，同时腔内的冷媒压力也不断升高，直至与中心排气孔相通，冷媒成为高压气体被排出压缩腔，完成压缩过程。

相关技术中，为使涡旋压缩机在高压比工况下(如低温制热或高温制冷)仍具有较好的性能，随之出现了喷气增焓涡旋压缩机，即将进入蒸发器或冷凝器之前的部分冷媒导入到压缩腔中形成准二级压缩，以提高压缩比，从而提高了高压比工况下压缩机的性能。在压缩过程中，动涡旋盘将受到向下的轴向分离力，易发生倾覆引起动静涡旋盘间产生泄漏，容积效率下降。通常，为抑制动涡旋盘的倾覆，在动盘端板中开设有引流通道，将压缩腔的压力引到动盘端板与主机架形成的背压空间，从而抑制动涡旋盘的倾覆。

然而，在开启喷气增焓功能时，压缩腔内压力快速上升，而动涡旋盘的引流通道与喷气时的压缩腔并不是一直连通的状态，因此背压空间的压力不会随之上升，从而出现背压力不足的情况，导致喷气时动涡旋盘发生倾覆，压缩机效率下降。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种喷气增焓涡旋压缩机，所述喷气增焓涡旋压缩机在运行过程可以抑制动涡旋盘发生倾覆，从而提高了喷气增焓涡旋压缩机的性能。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述喷气增焓涡旋压缩机的制冷系统。

根据本发明第一方面的喷气增焓涡旋压缩机，包括：压缩机壳体；主机架，所述主机架设在所述压缩机壳体内；动涡旋盘，所述动涡旋盘设在所述主机架上，所述动涡旋盘包括动盘端板和设在所述动盘端板的远离所述主机架的一侧端面上的动涡旋齿，所述动盘端板与所述主机架之间限定出背压室；静涡旋盘，所述静涡旋盘设在所述动涡旋盘的远离所 述主机架的一侧，所述静涡旋盘包括静盘端板和设在所述静盘端板的邻近所述主机架的一侧端面上的静涡旋齿，所述静涡旋齿和所述动涡旋齿相互啮合形成月牙形的压缩腔；其中所述动涡旋盘和所述静涡旋盘中的至少一个上设有中压通道，在所述动涡旋盘的旋转过程中所述中压通道适于将所述压缩腔与所述背压室连通。

根据本发明的喷气增焓涡旋压缩机，通过设置中压通道，中压通道可以连通压缩腔和背压室，在喷气增焓涡旋压缩机的工作过程中，可通过中压通道将压缩腔的中间压力引导至背压室，从而抑制动涡旋盘和静涡旋盘的分离，保证了动涡旋盘和静涡旋盘之间的轴向密封性。另外，通过中压通道的压力引导，使得背压室的压力上升更快，从而缩短了喷气增焓涡旋压缩机启动时到达稳定状态的时间。

根据本发明的其中一个示例，所述中压通道包括第一中压通道和第二中压通道中的至少一个，所述第一中压通道设在所述动涡旋盘上，所述第二中压通道设在所述静涡旋盘上，在所述动涡旋盘的旋转过程中所述第一中压通道和所述第二中压通道中的至少一个适于将所述压缩腔与所述背压室连通。

根据本发明的其中一个示例，所述第一中压通道包括：第一通道，所述第一中压通道从所述动盘端板的外周壁向内延伸形成；第一中压孔，所述第一中压孔的一端与所述第一通道连通，所述第一中压孔的另一端贯穿所述动盘端板的邻近所述静涡旋盘的一侧端面且与所述压缩腔连通。

根据本发明的其中一个示例，所述静盘端板上固定连接有盖板，且所述盖板与所述静盘端板之间限定出密闭空间，所述第二中压通道包括：第二通道，所述第二通道沿轴向贯穿所述静盘端板，所述第二通道与所述压缩腔连通；第三通道，所述第三通道沿轴向贯穿所述静盘端板和所述静涡旋齿，且所述第三通道与所述背压室连通，所述第三通道和所述第二通道通过所述密闭空间连通。

根据本发明的其中一个示例，所述第一中压孔开设在靠近所述动涡旋齿内侧型线的位置；所述静盘端板上形成有增焓孔，当所述静涡旋齿和所述动涡旋齿啮合时，所述第一中压孔与所述增焓孔之间具有相位差。

根据本发明的其中一个示例，所述第二通道的端口位于靠近所述静涡旋齿内侧型线的位置，且相对于所述第一中压孔位于所述增焓孔的另一侧。

根据本发明的其中一个示例，所述第三通道位于所述第二通道的外侧。

根据本发明的其中一个示例，所述密闭空间内设有防逆流装置，所述防逆流装置根据所述压缩腔与所述背压室之间的压差封堵或释放所述第二通道。

根据本发明的其中一个示例，所述防逆流装置包括弹性阀片，且所述弹性阀片的一端 固定在所述静盘端板上，所述弹性阀片的另一端在所述压缩腔与所述背压室之间的压差作用下封堵或释放所述第二通道。

根据本发明的其中一个示例，所述防逆流装置还包括限位挡板，所述限位挡板的一端固定在所述静盘端板上，且所述限位挡板位于所述弹性阀片和所述静盘端板之间。

根据本发明的其中一个示例，所述盖板与所述静盘端板的端面接触的位置处设有密封件。

根据本发明的其中一个示例，所述第一通道的形成在所述动盘端板的外周壁上的端口处通过密封件进行密封，所述动盘端板上设有与所述第一通道连通且自由端贯穿所述动盘端板的邻近所述静涡旋盘的一侧端面的第二中压孔；所述静涡旋齿的自由端的端面上设有随所述动涡旋盘的旋转可与所述第二中压孔断续连通的环形导气槽，所述环形导气槽与所述背压室连通。

根据本发明第二方面的制冷系统，包括压缩机、冷凝器、蒸发器，以及连通所述压缩机、所述冷凝器及所述蒸发器的冷媒回路，所述压缩机为根据本发明上述第一方面的喷气增焓涡旋压缩机。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

本发明的上述和/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：

图1为根据本发明实施例的喷气增焓涡旋压缩机的第一实施例的截面结构示意图；

图2为喷气增焓涡旋压缩机中动涡旋盘与静涡旋盘啮合的压缩过程示意图；

图3为图1中所示的喷气增焓涡旋压缩机的部分截面结构示意图；

图4为根据本发明实施例的喷气增焓涡旋压缩机的第二实施例的部分截面结构示意图；

图5为根据本发明实施例的喷气增焓涡旋压缩机中动涡旋盘和静涡旋盘啮合时一位置的俯视图；

图6为根据本发明实施例的喷气增焓涡旋压缩机中动涡旋盘和静涡旋盘啮合时另一位置的俯视图；

图7为根据本发明实施例的喷气增焓涡旋压缩机的第三实施例的部分截面结构示意图；

图8为根据本发明实施例的喷气增焓涡旋压缩机的第三实施例中动涡旋盘和静涡旋盘的啮合结构示意图。

附图标记：

下面详细描述本发明的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，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”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。

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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，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；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明主要提出一种喷气增焓涡旋压缩机，通过设置连通压缩腔和背压室的中压通道，在喷气增焓涡旋压缩机的工作过程中，可以通过中压通道将压缩腔的中间压力引导至背压室，从而抑制动涡旋盘和静涡旋盘的分离，保证了动涡旋盘和静涡旋盘之间的轴向密封性。另外，通过中压通道的压力引导，使得背压室的压力上升更快，从而缩短了喷气增焓涡旋压缩机启动时到达稳定状态的时间。

上述喷气增焓涡旋压缩机可应用于制冷系统中，例如空调、冰箱、冷库等等。喷气增焓涡旋压缩机从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，从而为制冷循环提供动力。同时，该喷气增焓涡旋压缩机还具有喷气增焓的功能，具体而言，在静涡旋盘上开设喷气通道，将经过一次换热的部分冷媒导入压缩腔中形成准二级压缩，从而可以提高压缩比，提高高压比工况下喷气增焓涡旋压缩机的性能。

参照图1及图2所示，该喷气增焓涡旋压缩机包括由机壳101、上盖102和下盖103形成的密闭的收容空间，即压缩机壳体。该收容空间内设有静涡旋盘11、动涡旋盘12、主机架13、曲轴14、电机15、油池16、副机架17、十字滑环18。

其中，机壳101可以形成为圆柱形的缸体，且该缸体两端呈开口状。上盖102与该缸体的一开口端固定连接，且上盖102的中部朝向远离缸体的方向拱起设置。下盖103与该缸体的另一开口端固定连接，且下盖103的中部朝向远离缸体的方向呈拱起设置。拱起的下盖103与上述缸体围合形成位于喷气增焓涡旋压缩机底部的油池16，油池16用于装设润滑 油。缸体的侧壁上还连接有吸气管20、排气管21和喷气增焓连接管22。

上述主机架13设置于缸体内。该主机架13整体呈柱状，且主机架13的外周壁与缸体的内周壁之间具有间隙。静涡旋盘11可以固定设置在主机架13上。该静涡旋盘11包括静盘端板111和静涡旋齿112。动涡旋盘12位于静涡旋盘11的下方，且由主机架13支撑。该动涡旋盘12包括动盘端板121、动涡旋齿122和轮毂。静涡旋齿112和动涡旋齿122相互啮合，形成一系列的月牙形压缩腔。另外，主机架13内还设有储油部，储油部的底部设有回油孔131。主机架13的中心位置还设有供曲轴14穿过的贯穿孔。

上述电机15设置于缸体内，且电机15位于主机架13的下方。该电机15可包括定子151和转子152。副机架17位于电机15的下方。电机15与主机架13之间的空间、以及电机15与副机架17之间的空间共同构成高压腔。上述排气管21的一端穿过机壳102并延伸至高压腔。

上述曲轴14一端依次穿过转子152、主机架13，并与动涡旋盘12的轮毂123连接。曲轴14的另一端穿过副机架17，并与伸入油池16的导油部件19连接。该曲轴14上设有中心油孔141。

上述喷气增焓涡旋压缩机在运行过程中，自吸气管20将冷媒吸入压缩腔进行压缩，压缩完成后经由静盘端板111上设置的排气孔排至排气腔，并向下排至电机15所在的高压腔中，最后由排气管21排出。喷气增焓涡旋压缩机运行的同时，润滑油在曲轴14下部的导油部件19的作用下，从油池16沿着曲轴14的中心油孔141向缸体的上部供油，在润滑压缩机的轴承后进入到主机架13的储油部中，并由回油孔131流出返回底部油池16。

如图2所示，上述动涡旋盘12以一定的偏心距绕着静盘中心O平转，静涡旋齿112与动涡旋齿122相互啮合形成多个月牙形空间。喷气增焓涡旋压缩机启动并进行顺时针旋转，当喷气增焓涡旋压缩机旋转至图2a所示的位置时，静涡旋齿112的内侧型线1121与动涡旋齿122的外侧型线形1221共同构成封闭的空间(如图2a中的阴影部分)，即吸气空间，此时完成吸气过程；随着喷气增焓涡旋压缩机顺时针旋转，当喷气增焓涡旋压缩机旋转至图2b所示的位置时，月牙形空间的位置发生改变，且阴影部分的面积在不断缩小，此时成为了压缩空间，该压缩空间内冷媒被压缩，压力升高；当喷气增焓涡旋压缩机旋转至图2c的位置时，压缩空间的容积继续缩小，并开始与静盘端板111上的排气孔连通，此时冷媒的压力也基本达到了排气的压力，阴影部分成为排气空间，进而从排气口排出，完成一个压缩周期。

在上述压缩过程中，动涡旋盘12容易受到向下的轴向分离力而产生倾覆，造成动涡旋盘12和静涡旋盘11之间产生泄漏，容积效率下降。因此本发明实施例的喷气增焓涡旋压 缩机采用中压通道，将压缩腔中的中间压力引导至背压室，以增加背压室的压力，使动涡旋盘12背部受到向上的背压力作用，从而抑制动涡旋盘12的倾覆。背压室由动涡旋盘12背面与主机架13的上部围合形成。

具体地，再参照图1及图3，该中压通道包括设置在动涡旋盘12上的第一中压通道30和设置在静涡旋盘11上的第二中压通道40。其中，第一中压通道30包括自动盘端板121的外周壁向内延伸形成的第一通道31和与第一通道31连通且贯穿动盘端板121一端面的第一中压孔32。通过该第一中压孔32和第一通道31，将压缩腔和背压室连通。

第二中压通道40包括设置在静涡旋盘11上且轴向贯穿静盘端板111的第二通道41、设置在静涡旋盘11上且轴向贯穿静盘端板111及静涡旋齿112的第三通道42。而且，第三通道42位于静涡旋盘11的外周侧，并与压缩机的背压室连通，第二通道41位于静涡旋盘11的邻近中心侧，并与压缩腔连通。第二通道41和第三通道42通过盖板43形成的密闭空间连通。具体地，该盖板43可以呈凹状，并固定在静盘端板111上，以形成密闭空间。通过第二通道41、第三通道42以及盖板43形成的密闭空间，将压缩腔与背压室连通。为了形成密闭空间，盖板43与静盘端板111的端面接触的位置可以设置密封件，例如密封垫片，并通过螺钉或螺栓固定。

进一步地，如图4所示，为了防止背压室的气体逆流至压缩腔中，盖板43内可以设有防逆流装置50，防逆流装置50根据压缩腔与背压室之间的压差封堵或释放第二通道41。具体而言，当压缩腔的压力大于背压室的压力时，防逆流装置50释放第二通道41，从而压缩腔的气体可以沿第二通道41、第三通道42进入背压室。当压缩腔的压力小于背压室的压力时，防逆流装置50封堵第二通道41，从而背压室的气体无法沿第三通道42、第二通道41进入压缩腔。

具体地，该防逆流装置50可以包括弹性阀片51以及限位挡板52，其中弹性阀片51的一端固定在静盘端板111上，弹性阀片51的另一端在压力的作用下，可对第二通道41进行封堵或释放。限位挡板52固定在静盘端板111上，限位挡板52位于弹性阀片51和静盘端板111之间，主要用于限制弹性阀片51的形变行程，如此，可以确保弹性阀片51发生的形变不会超过其自身的弹性限度。可以理解的是，若弹性阀片51的弹性性能比较好，也可以仅通过弹性阀片51实现。另外，上述限位挡板52可以设置在弹性阀片51的上方，也可以设置在弹性阀片51的下方。

需要说明的是，该弹性阀片51优选采用弹性性能和密封性能均较好的材料制成，例如：山特维克的7C钢，该弹性阀片51可以呈长条状设置，也可以呈扇形设置，当然还可以为其他形状，在此，不做具体的限定。

可以理解的是，上述第二中压通道40的结构设计也可以为其他结构，只要能连通第二通道41和第三通道43，且与排气腔隔离开的连接结构，均在本发明的保护范围内。

根据本发明实施例的喷气增焓涡旋压缩机，通过设置第一中压通道30和第二中压通道40，连通喷气增焓涡旋压缩机的压缩腔和背压室，在喷气增焓涡旋压缩机工作过程中，可通过第一中压通道30和第二中压通道40将压缩腔的中间压力引导至背压室，从而抑制了动涡旋盘12和静涡旋盘11的分离，保证了动涡旋盘12和静涡旋盘11之间的轴向密封性。另外，通过第一中压通道30和第二中压通道40的压力引导，使得背压室的压力上升更快，从而缩短了喷气增焓涡旋压缩机启动时到达稳定状态的时间。

结合参照图3、图5及图6所示，第一中压孔32开设在靠近动涡旋齿内侧型线的位置，且动涡旋盘12与所述静涡旋盘11啮合时，所述第一中压孔与所述静盘端板上设置的增焓孔60形成一定的相位差。该增焓孔60自静盘端板111设置静涡旋齿112的端面沿轴向方向向内开设形成，而且自静盘端板的外周壁向内开设形成增焓通道并与增焓孔60连通。该增焓通道延伸至静盘端板111外周壁并与喷气增焓连接管22连通。第二通道41的端口411位于靠近静涡旋齿内侧型线的位置，且相对于第一中压孔32处于增焓孔60另一侧的位置。当动涡旋盘与静涡旋盘处于图5所示的位置时，第一中压孔32与增焓孔60处于同一压缩腔，该压缩腔由动涡旋齿内侧型线与静涡旋齿外侧型线啮合形成，称之为B腔。当动涡旋盘与静涡旋盘处于图6所示的位置时，第二通道41的端口411与增焓孔60处于同一压缩腔，该压缩腔由动涡旋齿外侧型线与静涡旋齿内侧型线啮合形成，称之为A腔。因此，当喷气增焓功能开启时，此时压缩腔内压力上升，若增焓孔处于B腔，则该B腔内压力可通过第一中压孔32引导至背压室中，使动盘端板121背面压力随之上升，抑制了动涡旋盘12的倾覆；若增焓孔60处于A腔，则该A腔内压力通过第二通道41的端口411引导至背压室中，使动盘端板121背面压力随之上升，抑制了动涡旋盘12的倾覆。

因此，在本发明实施例中，通过第一中压通道30和第二中压通道40的设置位置，使得无论何时开启喷气增焓，动盘端板121的背面压力都能随之升高，从而保证了动涡旋盘12和静涡旋盘11之间的轴向密封性。

可以理解的是，上述第一中压通道30的第一中压孔32的位置以及第二中压通道40中第二通道41的端口411的位置并不限定于上述实施例的结构。凡是能够实现在喷气增焓涡旋压缩机旋转时，第一中压通道30的第一中压孔32以及第二通道42的端口421中之一与压缩腔连通，从而连通压缩腔与背压室，保证动涡旋盘和静涡旋盘之间的轴向密封性即可。

进一步地，如图7和8所示，上述第一中压通道30中，动盘端板121中的第一通道31 在动盘端板121外周壁上的端口可以通过密封件34进行密封。同时，动盘端板121上还可以设有与第一通道31连通且贯穿动盘端板121的第二中压孔33。而且，静涡旋齿112的端面上还开设有可与第二中压孔33连通的环形导气槽113。环形导气槽113的开口端与背压室连通，且第二中压孔33随动涡旋盘12旋转时进行运动的轨迹为轨迹S。由此可知，导气槽113在动涡旋盘12的旋转时与第二中压孔33断续的连通。

随着动涡旋盘12的旋转，第一中压孔31、第二通道41的端口411所处压缩腔中的压力是不断变化的，因此背压室中的背压力也不断变化，若背压室的压力大于压缩腔的压力，则背压室气体可能逆流至压缩腔中重复压缩，存在脉动损失，会降低喷气增焓涡旋压缩机的效率，因此通过第一中压通道30与环形导气槽113断续连通，第二中压通道40的防逆流装置50，可以避免背压空间的大量气体在压缩腔与背压室中来回流动，因此防止了喷气增焓涡旋压缩机效率的降低。另外，随着运行工况的改变，如由高负荷工况转变到低负荷工况，过大的背压力可通过第一中压通道30断续连通时进行缓慢的释放，使背压力逐渐达到稳定的状态。

此外，在喷气增焓涡旋压缩机刚启动时，压缩的压力大于背压室的压力，动涡旋盘12与静涡旋盘11是有一定分离的，喷气增焓涡旋压缩机运转不平稳，此时，压缩腔中的气体可通过第一中压通道30、第二中压通道40进入到背压室中，由于可同时从这两个通道(即第一中压通道30和第二中压通道40)进入背压室，能够快速地建立起背压，达到设计的背压值，使喷气增焓涡旋压缩机可以快速地达到稳定状态，缩短了启动时间。

根据本发明实施例的制冷系统，包括压缩机、冷凝器、蒸发器，以及连通上述压缩机、上述冷凝器及上述蒸发器的冷媒回路，上述压缩机为根据本发明上述实施例的喷气增焓涡旋压缩机。

根据本发明实施例的制冷系统，通过设置上述的喷气增焓涡旋压缩机，可以提升制冷系统的整体性能。

根据本发明实施例的制冷系统的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

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发明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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱 离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。