КОМПРЕССОР И УСТРОЙСТВО КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЕ ЕГО
COMPRESSOR AND AIR-CONDITIONING DEVICE, USING IT

Область техники, к которой относится изобретение
Варианты осуществления настоящего раскрытия относятся к компрессору, использующего хладагент R32, и устройству кондиционирования воздуха, использующему его.
Предпосылки изобретения
Устройство кондиционирования воздуха включает в себя наружный блок, в котором происходит теплообмен между наружным воздухом и хладагентом, и внутренний блок, в котором происходит теплообмен между воздухом помещения и хладагентом. Устройство кондиционирования воздуха является устройством, которое отводит тепловую энергию, содержащуюся в воздухе помещения, на наружную сторону за счет хладагента или поглощает тепловую энергию из наружного воздуха за счет хладагента и отводит ее в помещение.
Известное устройство кондиционирования воздуха использует хладагент на основе хлорфторуглерода (CFC), который известен как фреон, как хладагент для передачи тепловой энергии из помещения в открытое пространство или наоборот.
Поскольку хлорфторуглероды (CFC) имеют недостаток в том, что они являются основной причиной разрушения озонового слоя, использование хладагентов на основе CFC подвергалось строгому контролю во всем мире. Напротив хладагенты на основе гидрохлорфторуглеродов (HCFC) использовались в качестве альтернативы.
В последнее время потенциал глобального потепления сформировал основу регулирований хладагента вместо потенциала озонного истощения. Поскольку хладагенты на основе HCFC были идентифицированы как основная причина глобального потепления, хладагентам на основе гидрофторуглеродов (HFC) уделяется внимание в качестве альтернативы.
Однако при использовании хладагента на основе HFC в компрессоре температура на выходе может составлять 20-25°C, которая выше, чем при использовании хладагента на основе HCFC. Вследствие такой высокой температуры элементы компрессора могут быть повреждены, таким образом уменьшая надежность и эффективность компрессора.
Раскрытие изобретения
Техническая проблема
Аспектом настоящего раскрытия является создание компрессора, надежность и эффективность которого может поддерживаться даже при использовании хладагента на основе гидрофторуглерода (HFC), и устройства кондиционирования воздуха, использующего его.
Решение проблемы
В соответствии с одним аспектом настоящего раскрытия устройство кондиционирования воздуха включает в себя компрессор для сжатия хладагента, наружный теплообменник для осуществления теплообмена между наружным воздухом и хладагентом, внутренний теплообменник для осуществления теплообмена между воздухом помещения и хладагентом и расширительный клапан для снижения давления хладагента, причем хладагент образован из гидрофторуглерода (HFC), компрессор включает в себя компрессорный узел для сжатия хладагента, узел электродвигателя для передачи вращающей силы компрессорному узлу через вращающийся вал, соединенный с компрессорным узлом, и участок для вмещения масла для содержания масла с целью уменьшения трения между вращающимся валом и компрессорным узлом и уменьшения температуры компрессора, и масло содержит углеродную наночастицу.
Хладагент может включать в себя фтористый метилен, причем процентное содержание фтористого метилена составляет, по меньшей мере, 40%.
Хладагент может дополнительно включать в себя одно из пентафторэтана и тетрафторэтана.
Массовая доля углеродной наночастицы, содержащейся в масле, может составлять около 0,01-0,3% от массы масла.
Размер углеродной наночастицы, содержащейся в масле, может составлять около 3-10 нм.
Углеродная наночастица может включать в себя фуллерен, образованный в сферической или эллипсоидной форме.
Фуллерен может включать в себя C60, имеющий сферическую форму за счет соединения ковалентной связью шестидесяти атомов углерода.
Объем масла может составлять около 35-45% от эффективного объема внутренней части компрессора, причем эффективный объем представляет собой объем, полученный путем вычитания объемов узла электродвигателя и компрессорного узла из общего объема компрессора.
Температура хладагента, вышедшего из компрессора, может составлять 8°C, которая ниже температуры хладагента, вышедшего из компрессорного узла.
Узел электродвигателя может включать в себя статор, закрепленный во внутренней части компрессора, и ротор, соединенный с вращающимся валом и установленный с возможностью вращения, причем статор может включать в себя катушку для генерации вращающегося магнитного поля и крепежный элемент для катушки для закрепления катушки.
Изоляционный элемент для изоляции катушки может быть выполнен из материала из термического класса E, допускающего температуру до 155°C.
Изоляционным элементом может быть силиконо-алкидная смола или силиконовая смола.
Крепежный элемент для катушки может быть выполнен из изоляционного материала, имеющего допустимую температуру 140°C.
Крепежный элемент для катушки может быть выполнен из, по меньшей мере, одного из слюды, асбеста и стекловолокна.
Компрессор может дополнительно включать в себя участок для вмещения хладагента для содержания хладагента, вышедшего из компрессорного узла.
Компрессорный узел может включать в себя цилиндр для образования области сжатия для сжатия хладагента, катящийся поршень, соединенный с вращающимся валом, для вращения с эксцентриситетом в цилиндре, и лопатку, выступающую от внутренней периферийной поверхности цилиндра к вращающемуся валу, для разделения области сжатия на камеру сжатия для сжатия хладагента и камеру всасывания для всасывания хладагента.
Катящийся поршень может сжимать хладагент в камере сжатия за счет вращения с эксцентриситетом относительно вращающегося вала.
Компрессорный узел может выпускать хладагент из камеры сжатия на участок для вмещения хладагента, когда давление хладагента в камере сжатия равно или больше заданного давления.
Компрессорный узел может дополнительно включать в себя множество опорных пластин для закрепления вращающегося вала и закрытия верхнего и нижнего участков цилиндра с целью уплотнения области сжатия.
В соответствии с другим аспектом настоящего раскрытия компрессор включает в себя компрессорный узел для сжатия хладагента, узел электродвигателя для передачи вращающей силы компрессорному узлу через вращающийся вал, соединенный с компрессорным узлом, и участок для вмещения масла для содержания масла с целью уменьшения трения между вращающимся валом и компрессорным узлом и уменьшения температуры компрессора, причем компрессорный узел включает в себя цилиндр для образования области сжатия для сжатия хладагента, катящийся поршень, соединенный с вращающимся валом, для вращения с эксцентриситетом в цилиндре, и лопатку, выступающую от внутренней периферийной поверхности цилиндра к вращающемуся валу, для разделения области сжатия на камеру сжатия для сжатия хладагента и камеру всасывания для всасывания хладагента, хладагент образован из гидрофторуглерода (HFC), и масло содержит углеродную наночастицу.
Кроме того, хладагент может включать в себя фтористый метилен, причем процентное содержание фтористого метилена составляет, по меньшей мере, 40%.
Хладагент может дополнительно включать в себя одно из пентафторэтана и тетрафторэтана.
Массовая доля углеродной наночастицы, содержащейся в масле, может составлять около 0,01-0,3% от массы масла.
Размер углеродной наночастицы, содержащейся в масле, может составлять около 3-10 нм.
Углеродная наночастица может включать в себя фуллерен, образованный в сферической или эллипсоидной форме.
Фуллерен может включать в себя C60, имеющий сферическую форму за счет соединения ковалентной связью шестидесяти атомов углерода.
Объем масла может составлять около 35-45% от эффективного объема внутренней части компрессора, причем эффективный объем представляет собой объем, полученный путем вычитания объемов узла электродвигателя и компрессорного узла из общего объема компрессора.
Температура хладагента, вышедшего из компрессора, может составлять 8°C, которая ниже температуры хладагента, вышедшего из компрессорного узла.
Узел электродвигателя может включать в себя статор, закрепленный во внутренней части компрессора, и ротор, соединенный с вращающимся валом и установленный с возможностью вращения в статоре, причем статор может включать в себя катушку для генерации вращающегося магнитного поля и крепежный элемент для катушки для закрепления катушки.
Изоляционный элемент для изоляции катушки может быть выполнен из материала из термического класса E, допускающего температуру до 155°C.
Изоляционным элементом может быть силиконо-алкидная смола или силиконовая смола.
Крепежный элемент для катушки может быть выполнен из изоляционного материала, имеющего допустимую температуру 140°C.
Крепежный элемент для катушки может быть выполнен из, по меньшей мере, одного из слюды, асбеста и стекловолокна.
Положительные результаты изобретения
В соответствии с аспектами одного или более примеров осуществления можно создать компрессор, надежность и эффективность которого могут поддерживаться даже при использовании хладагента на основе гидрофторуглерода (HFC), и устройство кондиционирования воздуха, использующий данный его.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты раскрытия станут явными и более легко понятными из нижеследующего описания вариантов осуществления вместе с сопроводительными чертежами, на которых:
фиг.1 - вид, иллюстрирующий внешний вид устройства кондиционирования воздуха в соответствии с вариантом осуществления;
фиг.2 - вид, изображающий элементы, включенные в поток хладагента в устройстве кондиционирования воздуха в соответствии с одним вариантом осуществления;
фиг.3 - блок-схема, иллюстрирующая передачу сигналов управления в наружном блоке, включенном в устройстве кондиционирования воздуха в соответствии с одним вариантом осуществления;
фиг.4 - блок-схема передачи сигналов управления во внутреннем блоке, включенном в устройстве кондиционирования воздуха, в соответствии с одним вариантом осуществления;
фиг.5 - вид в разрезе компрессора и аккумулятора, включенных в устройствах кондиционирования воздуха, в соответствии с одним вариантом осуществления;
фиг.6 - перспективный вид узла электродвигателя компрессора, включенного в устройство кондиционирования воздуха, в соответствии с одним вариантом осуществления;
фиг.7 - перспективный вид с пространственным разделением элементов компрессорного узла компрессора, включенного в устройство кондиционирования воздуха, в соответствии с одним вариантом осуществления;
фиг.8 - вид в разрезе по линии A-A' на фиг.5;
фиг.9-11 - виды, иллюстрирующие работу компрессора, включенного в устройство кондиционирования воздуха, в соответствии с одним вариантом осуществления;
фиг.12 - вид, изображающий хладагент, включенный в устройство кондиционирования воздуха, в соответствии с одним вариантом осуществления;
фиг.13 - вид, изображающий типичные вещества соответствующих термических классов;
фиг.14 - вид участка для вмещения компрессорного масла компрессора, включенного в устройство кондиционирования воздуха, в соответствии с одним вариантом осуществления; и
фиг.15 - увеличенный вид, показывающий область B на фиг.5.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Следует понимать, что варианты осуществления, раскрытые в данном описании, и элементы, изображенные на сопроводительных чертежах, являются только иллюстративными и существует много различных вариантов, которые могут заменить варианты осуществления и чертежи в этом описании во время подачи этой заявки.
Ссылка будет подробно сделана на варианты осуществления настоящего раскрытия, примеры которых проиллюстрированы на сопроводительных чертежах, на которых подобные ссылочные позиции обозначают подобные элементы.
Фиг.1 - внешний вид устройства кондиционирования воздуха в соответствии с вариантом осуществления.
Ссылаясь на фиг.1, устройство 1 кондиционирования воздуха включает в себя наружный блок 100, расположенный в открытом пространстве, для осуществления теплообмена между наружным воздухом и хладагентом, и внутренний блок 200, расположенный в помещении, для осуществления теплообмена между воздухом помещения и хладагентом.
Наружный блок 100 включает в себя корпус 110, образующий внешний вид наружного блока 100, и выпускное отверстие 111, образованное на одной стороне корпуса 110 наружного блока для выпуска воздуха, подвергнутого теплообмену.
Внутренний блок 200 включает в себя корпус 210, образующий внешний вид внутреннего блока 100, выпускное отверстие 211, образованное на передней поверхности корпуса 210 внутреннего блока, для выпуска воздуха, подвергнутого теплообмену, панель 212 управления, через которую пользователь вводит рабочую команду для устройства кондиционирования воздуха 1, и панель 213 отображения для отображения рабочей информации об устройстве кондиционирования воздуха 1.
Ниже будут соответственно описаны поток хладагента и передача сигналов в устройстве кондиционирования воздуха. После описания потока хладагента в устройстве кондиционирования воздуха будет описана передача сигналов в устройство кондиционирования воздуха.
Фиг.2 - вид, изображающий элементы, включенные в поток хладагента в устройстве кондиционирования воздуха в соответствии с одним вариантом осуществления.
Ссылаясь на фиг.2, устройство кондиционирования воздуха 1 включает в себя наружный блок 100, внутренний блок 200 и газовую трубу P1, соединяющую наружный блок 100 с внутренним блоком 200 и выполняющую функцию канала, через который проходит газообразный хладагент, и трубу P2 для жидкости, выполняющую функцию канала, через который проходит жидкий хладагент. Газовая труба P1 и труба P2 для жидкости проходят в наружный блок 100 и внутренний блок 200.
Наружный блок 100 включает в себя компрессор 300 для сжатия хладагента, наружный теплообменник 122 для осуществления теплообмена между наружным воздухом и хладагентом, четырехходовой клапан 123 для селективного направления хладагента, сжатого в компрессоре 300, в один из наружного теплообменника 122 и внутреннего блока 200 в соответствии с режимом нагрева или режимом охлаждения, наружный расширительный клапан 124 для уменьшения давления хладагента, направленного в наружный теплообменник 122, в режиме нагрева, и аккумулятор 125 для предотвращения прохождения жидкого хладагента, который не испарился, в компрессор 300.
Компрессор 300 сжимает газообразный хладагент при низком давлении до высокого давления, используя силу вращения электродвигателя компрессора (не показан), который вращает за счет получения электрической энергии от внешнего источника питания. Подробное описание компрессора 300 будет дано ниже.
В режиме охлаждения четырехходовой клапан 123 направляет хладагент, сжатый в компрессоре 300, в наружный теплообменник 122. В режиме нагрева четырехходовой клапан 123 направляет хладагент, сжатый в компрессоре 300, во внутренний блок 200.
Наружный теплообменник 122 конденсирует хладагент, сжатый в компрессоре 300, в режиме охлаждения и испаряет хладагент, не находящийся под давлением во внутреннем блоке 200, в режиме нагрева. Наружный теплообменник 122 может включать в себя трубопровод хладагента (не показан), через который проходит хладагент, охлаждающее ребро (не показано) для увеличения площади поверхности контакта между трубопроводом хладагента (не показан) наружного теплообменника и наружным воздухом для повышения эффективности теплообмена между хладагентом и наружным воздухом и охлаждающий вентилятор 122a для подачи наружного воздуха в наружный теплообменник.
В режиме нагрева наружный расширительный клапан 124 может не только снижать давление хладагента, но также регулировать количество хладагента, подаваемого в наружный теплообменник 122, для обеспечения достаточного теплообмена в наружном теплообменнике 122. Конкретно, наружный расширительный клапан 124 снижает давление хладагента, используя дроссельный эффект хладагента, который относится к снижению давления хладагента, возникающему без теплообмена с любым наружным элементом при прохождении хладагента через узкий канал потока. Наружный расширительный клапан 124 может использовать электронный клапан, степень открытия которого регулируется для регулировки количества хладагента, проходящего через наружный расширительный клапан 124.
Внутренний блок 200 включает в себя внутренний теплообменник 222 для осуществления теплообмена между воздухом помещения и хладагентом и внутренний расширительный клапан 224 для снижения давления хладагента, подаваемого во внутренний теплообменник 222 в режиме охлаждения.
Внутренний теплообменник 222 испаряет жидкий хладагент низкого давления в режиме охлаждения и конденсирует газообразный хладагент высокого давления в режиме нагрева. Подобно наружному теплообменнику 122 наружного блока 100 внутренний теплообменник 222 может включать в себя трубопровод хладагента (не показан), через который проходит хладагент, охлаждающее ребро (не показано) для повышения эффективности теплообмена между хладагентом и воздухом помещения и охлаждающий вентилятор 222a для подачи воздуха помещения, который осуществил теплообмен с хладагентом во внутреннем теплообменнике 222, в помещение.
Внутренний расширительный клапан 224 может не только снижать давление хладагента, используя дроссельный эффект, но также регулировать количество хладагента, подаваемого в наружный теплообменник 122, для обеспечения достаточного теплообмена во внутреннем теплообменнике 222. Внутренний расширительный клапан 224 может использовать электронный клапан, который обеспечивает регулировку степени открытия для регулировки количества хладагента, проходящего через внутренний расширительный клапан 224.
Ниже будет описан поток хладагента в соответствии с рабочими режимами устройства кондиционирования воздуха 1, т.е., режимом охлаждения и режимом нагрева.
Когда устройство кондиционирования воздуха 1 работает в режиме охлаждения, хладагент сжимается до высокого давления компрессором 300 наружного блока 100. При сжатии хладагента давление и температура хладагента одновременно повышаются.
Сжатый хладагент направляется в наружный теплообменник 122 четырехходовым клапаном 123. Хладагент, направленный в наружный теплообменник 122, конденсируется в наружном теплообменнике 122. Во время конденсации хладагента происходит теплообмен между хладагентом и наружным воздухом. Конкретно, когда фаза хладагента изменяется от газообразной в жидкую, хладагент выделяет энергию, соответствующую разности между внутренней энергией газообразного хладагента и внутренней энергией жидкого хладагента (скрытая теплота), в открытое пространство.
После прохождения через наружный расширительный клапан 124 сконденсированный жидкий хладагент подается во внутренний блок 200 через трубу P2 для жидкости.
Жидкий хладагент, поданный во внутренний блок 200, не находится под давлением во внутреннем расширительном клапане 224, установленном в трубе P2 для жидкости, в то время как его температура уменьшается. Конкретно, внутренний расширительный клапан 224 снижает давление хладагента, используя дроссельный эффект хладагента, который относится к снижению давления хладагента, возникающему без теплообмена с любым наружным элементом при прохождении текучей среды через узкий канал потока.
Внутренний расширительный клапан 224 может использовать электронный клапан, который обеспечивает регулировку степени открытия для регулировки количества хладагента, подаваемого во внутренний теплообменник 222, который будет описан ниже.
Не находящийся под давлением жидкий хладагент испаряется во внутреннем теплообменнике 222. Во время испарения хладагента происходит теплообмен между хладагентом и воздухом помещения. Конкретно, когда фаза хладагента изменяется из газообразной в жидкую, хладагент поглощает энергию, соответствующую разности между внутренней энергией газообразного хладагента и внутренней энергией жидкого хладагента (скрытая теплота) из воздуха помещения. В режиме охлаждения устройство кондиционирования воздуха 1 может охлаждать воздух помещения за счет теплообмена между хладагентом и воздухом помещения, происходящего во внутреннем теплообменнике 222, т.е., за счет поглощения скрытой теплоты из воздуха помещения хладагентом.
Испаренный газообразный хладагент подается в наружный блок 100 через газовую трубу P1 и затем подается в аккумулятор 15 через четырехходовой клапан 123. В аккумуляторе 125 жидкий хладагент, который не испарился, отделяется от испаренного газообразного хладагента, и газообразный хладагент подается обратно в компрессор 300.
Так как газообразный хладагент, поданный в компрессор 300, сжимается компрессором 300, циркуляция хладагента повторяется, как упомянуто выше.
Таким образом, во время теплообмена, осуществляемого хладагентом в устройстве кондиционирования воздуха 1, работающем в режиме охлаждения, хладагент поглощает тепловую энергию из воздуха помещения во внутреннем теплообменнике 222 внутреннего блока 200 и выделяет тепловую энергию в открытое пространство из наружного теплообменника 122 наружного блока 100, таким образом, передавая тепловую энергию помещения открытому пространству.
Когда устройство кондиционирования воздуха 1 работает в режиме нагрева, хладагент сжимается до высокого давления компрессором 300 наружного блока 100. Таким образом, давление и температура хладагента одновременно повышаются.
После прохождения через четырехходовой клапан 123 сжатый хладагент направляется во внутренний блок 200 по газовой трубе P1.
Хладагент конденсируется во внутреннем теплообменнике 222. Во время конденсации хладагента теплообмен происходит между хладагентом и воздухом помещения. Конкретно, когда фаза хладагента изменяется из газообразной в жидкую, хладагент выделяет энергию, соответствующую разности между внутренней энергией газообразного хладагента и внутренней энергией жидкого хладагента (скрытая теплота) в открытое пространство. В режиме нагрева устройство кондиционирования воздуха 1 может нагревать воздух помещения за счет теплообмена между хладагентом и воздухом помещения, происходящего во внутреннем теплообменнике 222, т.е., за счет выделения скрытой теплоты из хладагента.
После прохождения через расширительный клапан 224 сконденсированный жидкий хладагент подается в наружный блок 100 по трубе P2 для жидкости.
Жидкий хладагент, поданный в наружный блок 100, не находится под давлением в наружном расширительном клапане 124, установленном в трубе P2 для жидкости, в то время как его температура и давление одновременно понижаются. Наружный расширительный клапан 124, как упомянуто выше, может использовать электронный клапан, степень открытия которого регулируется для регулировки количества хладагента, подаваемого в наружный теплообменник 122, как будет описано ниже.
Не находящийся под давлением жидкий хладагент испаряется в наружном теплообменнике 122. Во время испарения хладагента происходит теплообмен между хладагентом и наружным воздухом. Конкретно, когда фаза хладагента изменяется из жидкой в газообразную, хладагент поглощает энергию, соответствующую разности между внутренней энергией газообразного хладагента и внутренней энергией жидкого хладагента (скрытая теплота), из наружного воздуха.
Газообразный хладагент, испаренный в наружном теплообменнике 122, подается в аккумулятор 125 через четырехходовой клапан 123. В аккумуляторе 125 жидкий хладагент, который не испарился, отделяется от испаренного газообразного хладагента, и газообразный хладагент подается обратно в компрессор 300.
Так как газообразный хладагент, поданный в компрессор 300, сжимается компрессором 300, циркуляция хладагента повторяется.
Таким образом, во время теплообмена, осуществляемого хладагентом в устройстве кондиционирования воздуха 1, работающем в режиме нагрева, хладагент поглощает тепловую энергию из наружного воздуха в наружном теплообменнике 122 наружного блока 100 и выделяет тепловую энергию в открытое пространство из внутреннего теплообменника 222 внутреннего блока 200, таким образом, передавая тепловую энергию открытого пространства помещению.
Поток хладагента между элементами, включенными в устройство кондиционирования воздуха, описан выше. Ниже будет описана передача сигналов между элементами, включенными в устройство кондиционирования воздуха.
Фиг.3 - блок-схема, иллюстрирующая передачу сигналов управления в наружном блоке, включенном в устройство кондиционирования воздуха в соответствии с одним вариантом осуществления.
Ссылаясь на фиг.3, наружный блок 100 включает в себя блок 132 манипуляции, позволяющий пользователю вводить рабочую команду в наружный блок 100, дисплей 133 для отображения рабочей информации о наружном блоке 100, компрессор 300, включенный в наружный блок 100, приводной узел 136 для генерации тока возбуждения для приведения в действие охлаждающего вентилятора 122a и четырехходового клапана 123, блок 137 памяти для сохранения программ и данных, связанных с работой наружного блока 100, устройство 138 связи для связи с внутренним блоком 200 и контроллер 131 для управления соответствующими элементами, включенными в наружный блок 100.
Фиг.4 - блок-схема передачи сигналов управления во внутреннем блоке, включенном в устройство кондиционирования воздуха, в соответствии с одним вариантом осуществления.
Ссылаясь на фиг.4, внутренний блок 200 включает в себя блок 232 манипуляции, позволяющий пользователю вводить рабочую команду для внутреннего блока 200, дисплей 233 для отображения рабочей информации о внутреннем блоке 200, детектор 234 температуры для определения температуры помещения, в котором расположен внутренний блок 200, приводной узел 236 для приведения в действие воздуходувного вентилятора 222a внутреннего блока 200, блок 237 памяти для сохранения программ и данных, связанных с работой внутреннего блока 200, устройство 138 связи для связи с наружным блоком 100 и контроллер 231 для управления соответствующими элементами, включенными во внутренний блок 200.
Описание элементов устройства кондиционирования воздуха было дано выше. Ниже, будет описан компрессор, включенный в устройство кондиционирования воздуха.
Фиг.5 - вид в разрезе компрессора и аккумулятора, включенных в устройство кондиционирования воздуха, в соответствии с одним вариантом осуществления.
Ссылаясь на фиг.5, компрессор 300 может содержать кожух 310, расположенный рядом с аккумулятором 125, имеющим впускное отверстие 397, и образующий внешний вид компрессора 300, и узел 320 электродвигателя, установленный на внутреннем верхнем участке кожуха 310, и компрессорный узел 330, установленный на внутреннем нижнем участке кожуха 310, соединенный с узлом 320 электродвигателя через вращающийся вал 321 узла 320 электродвигателя. Кроме того, в кожухе 310 расположены участок 311 для вмещения хладагента для вмещения газообразного хладагента высокого давления, сжатого в компрессорном узле 330, и участок 313 для вмещения компрессорного масла для вмещения компрессорного масла, которое обеспечивает плавное вращение узла 320 электродвигателя и понижает температуру в кожухе 310. Кроме того, отверстие 313a для подачи компрессорного масла образовано в верхней части участка 313 для вмещения компрессорного масла для обеспечения подачи компрессорного масла в компрессорный узел 330.
Фиг.6 - перспективный вид узла электродвигателя компрессора, включенного в устройство кондиционирования воздуха, в соответствии с одним вариантом осуществления.
Ссылаясь на фиг.6, узел 320 электродвигателя включает в себя цилиндрический статор 323, закрепленный на внутренней поверхности кожуха 310, и ротор 322, установленный с возможностью вращения в статоре 323 и имеющий центральный участок, соединенный с вращающимся валом 321.
Статор 323 включает в себя множество катушек 323a для генерации вращающегося магнитного поля и крепежный элемент 323b для катушки для закрепления катушек 323a.
Форма ротора 322 может изменяться в зависимости от типа узла 320 электродвигателя. То есть, в случае, когда узел 320 электродвигателя содержит синхронный электродвигатель, ротор 322 может включать в себя множество постоянных магнитов (не показаны), расположенных по наружной периферийной поверхности вращающегося вала 321. В случае, когда узел 320 электродвигателя содержит асинхронный электродвигатель, ротор 322 может включать в себя множество катушек для создания магнитного поля.
Узел 320 электродвигателя может вращать ротор 322 за счет взаимодействия между магнитным полем, созданным статором 322, и магнитным полем, созданным ротором 322, таким образом, передавая вращение ротора 322 компрессорному узлу 330 через вращающийся вал 321 для приведения в действие компрессорного узла 330 за счет вращения.
Фиг.7 - перспективный вид с пространственным разделением элементов компрессорного узла компрессора, включенного в устройство кондиционирования воздуха, в соответствии с одним вариантом осуществления, и фиг.8 - вид в разрезе по линии A-A' на фиг.5.
Ссылаясь на фиг.7 и 8, компрессорный узел 330 может включать в себя множество цилиндров 332 и 334, расположенных в кожухе 310 и соответственно обеспечивающих секционированные области 350 и 352 сжатия, и множество опорных пластин 340, 342 и 344 для закрытия верхних частей и нижних частей цилиндров 332 и 344 для образования областей 350 и 352 сжатия совместно с цилиндрами 332 и 334.
Цилиндры 332 и 334 соответственно включают в себя области 350 и 352 сжатия, образованные в них, катящиеся поршни 360 и 362 для вращения вокруг разных центров в областях 350 и 352 сжатия, лопатки 371 и 381 для соответствующего контакта наружных окружностей катящихся поршней 360 и 362 и разделения каждой из областей 350 и 352 сжатия на камеру 354 всасывания и камеру 355 сжатия, и лопаточные камеры 370 и 380, образованные углубленными наружу от областей 350 и 352 сжатия, для обеспечения перемещения лопаток 371 и 381 вперед и назад.
Цилиндры 332 и 334 могут включать в себя первый цилиндр 332, содержащий первую область 350 сжатия, и второй цилиндр 334, расположенный на нижней стороне первого цилиндра 332 и содержащий вторую область 352 сжатия. Хотя компрессор 300 изображен на фиг.7 и 8 с двумя цилиндрами 332 и 334, варианты осуществления настоящего раскрытия не ограничиваются этим. Компрессор 300 может включать в себя один, три или более цилиндров.
Опорные пластины 340, 342 и 344 закрывают верхние и нижние части цилиндров 332 и 334 для образования областей 350 и 352 сжатия совместно с цилиндрами 332 и 334. Опорные пластины 340, 342 и 344 могут включать в себя вторую опорную пластину 342, расположенную между первым цилиндром 332 и вторым цилиндром 334, первую опорную пластину 340, расположенную на верхней стороне первого цилиндра 332, для закрытия верхнего отверстия первой области 350 сжатия, и третью опорную пластину 344, расположенную на нижней стороне второго цилиндра 334, для закрытия нижнего отверстия второй области 352 сжатия. Кроме того, опорные пластины 340, 342 и 344 поддерживают вращающийся вал 321 узла 320 электродвигателя.
Первый цилиндр 332 и второй цилиндр 334 соответственно содержат первое всасывающее отверстие 391 и второе всасывающее отверстие 393, которые соответственно соединены с первой всасывающей трубой 390 и второй всасывающей трубой 392 для обеспечения подачи газообразного хладагента в первую область 350 сжатия и во вторую область 352 сжатия. Первая опорная пластина 340 и третья опорная пластина 344 соответственно содержат первое выпускное отверстие 394 и второе выпускное отверстие 395 для выпуска газообразного хладагента, сжатого в первой области 350 сжатия и второй области 352 сжатия во внутреннюю часть кожуха 310. Соответственно, когда компрессор 300 работает, внутренняя часть кожуха 310 поддерживается при высоком давлении за счет газообразного хладагента, вышедшего через выпускные отверстия 394 и 395. Сжатый газообразный хладагент в кожухе 310 выпускается в открытое пространство через выпускную трубу 396, расположенную в верхней части кожуха 310.
Вращающийся вал 321 проходит через центры первой области 350 сжатия и второй области 352 сжатия и соединен с первым катящимся поршнем 360 и вторым катящимся поршнем 362, соответственно, расположенными в первой области 350 сжатия и второй области 352 сжатия.
Первый катящийся поршень 360 и второй катящийся поршень 362 могут быть соединены с вращающимся валом 321. Более конкретно, первый катящийся поршень 360 и второй катящийся поршень 362 могут быть соединены с вращающимся валом 321, причем их центры не совмещены. Вследствие такой конфигурации первый катящийся поршень 360 и второй катящийся поршень 362 могут вращаться с эксцентриситетом внутри областей 350 и 352 сжатия, сжимая газообразный хладагент.
Лопатки 371 и 381 включают в себя первую лопатку 371, расположенную в первом цилиндре 332, и вторую лопатку 381, расположенную во втором цилиндре 334. Лопатки 371 и 381 выполнены с возможностью соответствующего контакта с наружными окружностями катящихся поршней 360 и 362 для разделения каждой из областей 350 и 352 сжатия на камеру 354 всасывания и камеру 355 сжатия.
Лопаточные камеры 370 и 380 выполнены углубленными наружу от областей 350 и 352 сжатия. Лопаточные камеры 370 и 380 включают в себя первую лопаточную камеру 370, образованную в первом цилиндре 332, и вторую лопаточную камеру 380, образованную во втором цилиндре 334.
Первая лопаточная камера 370 включает в себя направляющую 372 первой лопатки для направления первой лопатки 371, которая выполнена с возможностью контакта с первым катящимся поршнем 360, так что первая лопатка 371 перемещается вперед и назад одновременно с вращением первого катящегося поршня 360, и участок 373 для вмещения пружины первой лопатки, содержащий первую пружину 374 лопатки для прижатия первой лопатки 371 к первому катящемуся поршню 360, для обеспечения разделения на части первой лопаткой 371 первой области 350 сжатия.
Кроме того, вторая лопаточная камера 380 включает в себя направляющую 382 второй лопатки, выполненную углубленной на наружную сторону второй области 352 сжатия, для направления второй лопатки 381, и участок 383 для вмещения пружины второй лопатки, содержащий пружину 384 второй лопатки для прижатия второй лопатки 381 ко второму катящемуся поршню 362 для обеспечения разделения на части второй лопаткой 381 второй области 350 сжатия.
Описание элементов компрессора 300 было дано выше. Ниже, будет описана работа компрессора 300 вместе с первым цилиндром в качестве примера.
Фиг.9-11 - виды, иллюстрирующие работу компрессора, включенного в устройство кондиционирования воздуха, в соответствии с одним вариантом осуществления. Конкретно, на фиг.9-11 изображен вид в разрезе первого цилиндра 332 на фиг.8 для обеспечения понимания работы компрессора 300.
Ссылаясь на фиг.9, точка P контакта, в которой наружная периферийная поверхность первого катящегося поршня 360 контактирует с внутренней периферийной поверхностью первого цилиндра 332, расположена на первом всасывающем отверстии 391. Камера 355 сжатия образована наружной периферийной поверхностью первого катящегося поршня 360, внутренней периферийной поверхностью первого цилиндра 332 и правой боковой поверхностью первой лопатки 371. Газообразный хладагент, всасываемый вследствие вращения вращающегося вала 321 и первого катящегося поршня 360, заполняет камеру 355 сжатия.
При вращении вращающегося вала 321 против часовой стрелки точка P контакта, в которой наружная периферийная поверхность первого катящегося поршня 360 контактирует с внутренней периферийной поверхностью первого цилиндра 332, вращается против часовой стрелки по внутренней периферийной поверхности первого цилиндра 332, и первая лопатка 371 выступает к вращающемуся валу 321 вдоль наружной периферийной поверхности первого катящегося поршня 360. Таким образом, область камеры 355 сжатия постепенно сужается, и газообразный хладагент в камере 355 сжатия сжимается.
Одновременно область камеры 354 всасывания, образованной наружной периферийной поверхностью первого катящегося поршня 360, внутренней периферийной поверхностью первого цилиндра 332 и левой боковой стороной первой лопатки 371 постепенно расширяется. Газообразный хладагент в аккумуляторе 125 всасывается в камеру 354 всасывания через первое всасывающее отверстие 391.
Ссылаясь на фиг.10, на котором изображена точка P контакта между наружной периферийной поверхностью первого катящегося поршня 360 и внутренней периферийной поверхностью первого цилиндра 332, перемещенная из положения, изображенного на фиг.9, к противоположной стороне, обращенной к первой лопатке 371, вследствие вращения вращающегося вала 321, область камеры 355 сжатия уменьшается примерно до половины размера области камеры 355 сжатия, изображенной на фиг.9. Таким образом, давление газообразного хладагента в камере 355 сжатия увеличивается примерно в два раза.
Кроме того, когда область камеры 355 сжатия ссужается, область камеры 354 всасывания постепенно расширяется, и газообразный хладагент из аккумулятора 125 непрерывно всасывается в камеру 354 всасывания через первое всасывающее отверстие 391.
Ссылаясь на фиг.11, на котором изображена точка P контакта между наружной периферийной поверхностью первого катящегося поршня 360 и внутренней периферийной поверхностью первого цилиндра 332, перемещенная из положения, изображенного на фиг.10, в положение, близкое к первому всасывающему отверстию вследствие дополнительного вращения вращающегося вала 321, область камеры 355 сжатия постепенно уменьшается от размера области камеры 355 сжатия, изображенной на фиг.10. Таким образом, газообразный хладагент в камере 355 сжатия сжимается до очень высокого давления.
Когда давление газообразного хладагента, расположенного в камере 355 сжатия, становится равным или выше заданного давления, клапан давления (не показан), удерживающий первое выпускное отверстие 394 первого цилиндра 322 в закрытом положении, открывается, и газообразный хладагент высокого давления из камеры 355 сжатия выпускается на участок 311 для вмещения хладагента компрессора 300 через первое выпускное отверстие 394.
Кроме того, когда область камеры 355 сжатия ссужается, область камеры 354 всасывания постепенно расширяется, занимая большую часть внутренней области первого цилиндра 332.
После этого, когда первый катящийся поршень 360 перемещается обратно в положение, изображенное на фиг.9, вследствие дополнительного вращения против часовой стрелки вращающегося вала 321, область камеры 354 всасывания, имеющая всосанный газообразный хладагент, изменяется на область камеры 355 сжатия для сжатия газообразного хладагента. Таким образом, газообразный хладагент в новой камере 355 сжатия сжимается в соответствии с вращением вращающегося вала 321.
Описание элементов устройства кондиционирования воздуха и конструкции компрессора, включенного в устройство кондиционирования воздуха, было дано выше.
Ниже, будет описан хладагент, включенный в устройство кондиционирования воздуха.
В широком смысле хладагент представляет собой все вещества, которые имеют охлаждающий эффект, особенно текучая среда, которая принудительно циркулирует в теплообменном цикле, таком как в холодильном устройстве, тепловом насосе и устройстве кондиционирования воздуха, для поглощения тепла из окружающей среды за счет испарения на стороне низкой температуры и выделяет тепло в окружающую среду за счет конденсации на стороне высокой температуры.
Хладагентом является обычно одно из четырех типов соединений, т.е. галоидоуглеводородное соединение, углеводородное соединение, органическое соединение и неорганическое соединение. Галоидоуглеводородные соединения широко используются в качестве хладагентов.
Галоидоуглеводородным соединением является соединение, полученное путем замены атома водорода метана (CH4) или этана (C2H6) атомом галогена, таким как атом фтора, атом хлора или атом брома. Здесь, поскольку физические и химические свойства галоидоуглеводородного соединения последовательно изменяются в соответствии с типом и числом атомов галогена, соответственно может быть выбран хладагент, подходящий для рабочих условий.
Поскольку стандартные названия хладагентов являются сложными и неудобными для обозначения хладагентов, каждый хладагент представлен символом, полученным путем добавления числа, данного в соответствии с формулой, определенной Международной организацией по стандартизации (ISO), к "R", обозначающей слово «хладагент».
Фиг.12 - вид, изображающий хладагент, включенный в устройство кондиционирования воздуха, в соответствии с одним вариантом осуществления. Конкретно, на фиг.12 схематично изображена конфигурация углеводородного хладагента на основе метана с метаном (CH4), четыреххлористым углеродом (CC14) и четырехфтористым углеродом (CF4), расположенными в вершинах.
Ссылаясь на фиг.12, так как атомы водорода, содержащиеся в метане (CH4, R50), заменяются атомами хлора, хладагент последовательно изменяется из хладагента R40 (CH3C) в хладагент R30 (CH2C12), в хладагент R20 (CHC13) и в хладагент R10 (CC14). Так как количество атомов хлора увеличивается, точка кипения и критическая температура хладагента также увеличиваются. Кроме того, так как атомы хлора, содержащиеся в четыреххлористом углероде (CC14), заменяются атомами фтора, хладагент последовательно изменяется из хладагента R11 (CC13F) в хладагент R12 (CC12F2), в хладагент R13 (CC1F33) и в хладагент R14 (CF4). Так как число атомов хлора увеличивается, точка кипения и критическая температура хладагента также увеличиваются. Кроме того, так как атомы водорода, содержащиеся в метане (CH4, R50), заменяются атомами фтора, хладагент последовательно изменяется из хладагента R41 (CH3F) в хладагент R32 (CH2F2), в хладагент R23 (CHF3) и в хладагент R14 (CF4). Точка кипения и критическая температура хладагента R32 являются самыми высокими.
Кроме того, хладагент R50, содержащий наибольшее число атомов водорода, имеет наивысшую степень воспламеняемости. Так как число атомов водорода уменьшается, воспламеняемость хладагента уменьшается. Что касается токсичности хладагента, хладагент R10, содержащий наибольшее число атомов хлора, имеет наибольшую степень токсичности. Так как число атомов хлора уменьшается, токсичность хладагента уменьшается. Что касается стабильности хладагентов в процессе термодеструкции, R14, содержащий наибольшее число атомов фтора, имеет наибольшую стабильность. Так как число содержащихся атомов фтора уменьшается, стабильность уменьшается.
Кроме того, хладагент R10, хладагент R11, хладагент R12, хладагент R13 и хладагент R14, которые не содержат атом водорода, являются полностью галогенированными хладагентами. Эти хладагенты не являются легкоразлагаемыми в атмосфере, таким образом, вызывая разрушение озонового слоя. То есть, так как число атомов водорода, содержащихся в хладагенте, уменьшается, хладагент не является легкоразлагаемым в атмосфере, таким образом, вызывая разрушение озонового слоя.
В известных случаях хладагент R12 (CC12F2, дихлордифторметан), хлорфторуглерод (CFC), также известный как фреон, использовался широко. Однако, поскольку хладагент R12 был идентифицирован как основная причина разрушения озонового слоя, хладагент R22 (CHC1F2, хлордифторметан), гидрохлорфторуглерод (HCFC), начал широко использоваться, и после этого использование хладагента R12 было полностью запрещено.
После этого потенциал глобального потепления, которое в последнее время стало социальным вопросом, был сформирован на основании регулирования подачи хладагента вместо коэффициента потенциального истощения озонового слоя. Поскольку хладагент R22, потенциал глобального потепления которого составляет 2090, был идентифицирован как причина глобального потепления, использование хладагента R22 начали регулировать.
Соответственно, в качестве альтернативного вещества R22 привлек внимание гидрофторуглерод (HFC), хладагент R32 (CH2F2, фтористый метилен), потенциал глобального потепления которого составляет 675. В дополнении к R32 смешанный хладагент R32, полученный путем смешивания R32 с R125 (CHF2CF3, пентафлорэтан) или R134a (CHF2FCF3, тетрафлорэтан), который является HFC, также привлекает внимание.
Среди двойных смешанных хладагентов R32, содержащих хладагент R32, можно упомянуть R410A, который получен путем смешивания R32 и R125 в массовом отношении 50:50, и R410B, который получен путем смешивания R32 и R125 в массовом отношении 45:50. Среди двойных смешанных хладагентов R32, содержащих R32, можно упомянуть R407A, который получен путем смешивания R32, R123 и R134a в массовом отношении 20:40:40, R407B, который получен путем смешивания R32, R123 и R134a в массовом отношении 10:70:20, R407C, который получен путем смешивания R32, R123 и R134a в массовом отношении 23:25:52, и R407D, который получен путем смешивания R32, R123 и R134a в массовом отношении 15:15:70.
Однокомпонентный хладагент R32 и смешанные хладагенты R32 (в дальнейшем, однокомпонентный хладагент R32 и смешанные хладагенты R32 называются хладагентом R32) имеют высокие точки кипения и высокую критическую температуру. Теоретически температура на выходе компрессора, использующего один из этих хладагентов, составляет 17,6°C, которая выше, чем в случае, когда используется R22. В соответствии с действительной оценкой температура на выходе составляет 20-25°C, которая выше, чем в случае, когда используется хладагент R22. В результате температура компрессора повышается, которая может повредить компрессор. Конкретно, в известных случаях компрессор выполнен с использованием материала, выбранного со ссылкой на допустимую температуру 120°C (термический класс E). При использовании R32 температура на выходе, при которой хладагент выпускается из компрессора, превышает 120°C, и, следовательно, известный компрессор может деформироваться вследствие высокой температуры. В частности, поскольку покрывающий элемент для изоляции катушки узла электродвигателя, включенного в компрессор, и крепежный элемент для катушки выполнены из изоляционного материала, такого как пластмасса, они подвержены нагреву.
Ниже будет описано тепловое сопротивление компрессора.
Фиг.13 - вид, изображающий типичные вещества соответствующих термических классов.
Ссылаясь на фиг.13, термические классы определены в японских промышленных стандартах (JIS) для классификации изоляторов в соответствии с допустимой температурой. Более конкретно, каждый класс представляет наивысшую допустимую температуру для крепежного элемента для катушки. Например, изолятор из термического класса A должен выдерживать температуру до 105°C. То есть, изолятор из термического класса A не деформируется при, по меньшей мере, 85°C. Кроме того, изолятор из термического класса E должен выдерживать температуру до 120°C, изолятор из термического класса B должен выдерживать температуру до 130°C, и изолятор из термического класса F должен выдерживать температуру до 155°C.
Как показано на фиг.13, веществами, относящимися к термическому классу E, являются неорганические материалы, такие как слюда, асбест и стекловолокно. Клеящиеся материалы из термического класса E включают в себя силиконо-алкидные смолы.
В случае компрессора, включенного в устройство кондиционирования воздуха, использующего R32 в качестве хладагента, может использоваться изоляционный материал, допустимая температура которого равна или выше 140°C . В частности, в качестве изоляционного материала может использоваться материал из термического класса F (допустимая температура 155°C).
Ссылаясь на фиг.6, на котором изображен узел электродвигателя компрессора, большинство частей компрессора 300 выполнены из металлического материала, в то время как катушка 323b и крепежный элемент 323a для катушки, расположенные в узле 320 электродвигателя компрессора 300, включают в себя изоляционный материал, тепловое сопротивление которого определено в соответствии с температурой, при которой работает компрессор 300. Конкретно, катушка 323b включает в себя проводящий материал, такой как медь, который является электропроводящим, и покрывающий элемент, нанесенный на поверхность проводящего материала. Покрывающий элемент выполнен из изоляционного материала для изоляции соседних частей катушки 323b. Кроме того, крепежный элемент 323b для катушки для закрепления катушки 323b выполнен из изоляционного материала для изоляции соседних частей катушки 323a. Тепловое сопротивление покрывающего элемента, включенного в катушку 323a, и крепежный элемент 323b для катушки для закрепления катушки 323b, определены в соответствии с температурой, при которой работает компрессор 300.
Как описано выше, при использовании R32 температура на выходе устройства кондиционирования воздуха 1 составляет 20-25°C, которая выше, чем при использовании R22 в устройстве кондиционирования воздуха 1. Соответственно, катушки 323a и крепежный элемент 323b для катушки компрессора 300, включенного в устройство кондиционирования воздуха 1, использующее R32, выполнены из изоляционного материала, допустимая температура которого составляет 140°C, в частности, изоляционного материала из термического класса E, так что компрессор 300 работает при, по меньшей мере, 140°C. Конкретно, покрывающий материал, нанесенный на поверхность катушки 323a, использует покрывающий материал из термического класса E, такой как силиконо-алкидная смола или силиконовая смола, и крепежный элемент 323b для катушки для закрепления катушки 323a использует неорганический материал, такой как слюда, асбест и стекловолокно.
Так как вещества из термического класса E используются для покрывающего элемента катушки 323a и крепежного элемента 323b для катушки, катушки 323a и крепежный элемент 323b для катушки узла 320 электродвигателя могут не деформироваться при температуре на выходе R32 140°C.
Ниже, будет дано описание компрессорного масла компрессора для уменьшения температуры на выходе хладагента.
Ссылаясь на фиг.5, на котором изображен вид в разрезе компрессора 300, компрессор 300 включает в себя участок 311 для вмещения хладагента для вмещения хладагента высокого давления в кожухе 310, и участок 313 для вмещения компрессорного масла для вмещения компрессорного масла.
Компрессорное масло выполняет функции, включающие в себя смазку элементов компрессора 300 для уменьшения трения между элементами, теплоотдачу поглощенного тепла, полученного в компрессоре 300, и отвод тепла в открытое пространство и уплотнение компрессора 300 для предотвращения утечки хладагента. Компрессорные масла подразделяются на минеральное масло, которое получено путем добавления присадки в сырое масло, подвергнутое процессу очистки, и синтетическое масло, которое синтезировано из сырой нефти для получения соответствующей химической структуры. Период замены минерального масла составляет около 1000 часов, в то время как период замены синтетического масла составляет около 4000 часов, который значительно длиннее, чем период замены минерального масла.
Компрессорное масло содержится на участке 313 для вмещения компрессорного масла и подается в компрессорный узел 330 через отверстие 313a для подачи компрессорного масла, образованное на нижнем участке компрессорного узла 330. Компрессорное масло, поданное в компрессорный узел 330, уменьшает трение между вращающимся валом 321 узла 320 электродвигателя и опорными пластинами 340, 342 и 344 компрессорного узла 330, так что вращающийся вал 321 узла 320 электродвигателя вращается плавно. Кроме того, компрессорное масло уменьшает трение между цилиндрами 332 и 334 и катящимися поршнями 360 и 362, так что катящиеся поршни 360 и 362 вращаются плавно в цилиндрах 332 и 334.
Кроме того, при сжатии хладагента компрессорное масло предотвращает подачу хладагента высокого давления, расположенного в камере 355 сжатия, в камеру 354 всасывания. То есть, компрессорное масло уплотняет узкий зазор между катящимися поршнями 360 и 362 и лопатками 371 и 381, таким образом, предотвращая подачу хладагента высокого давления из камеры 355 сжатия в камеру 354 всасывания низкого давления через зазор между катящимися поршнями 360 и 362 и лопатками 371 и 381.
Для осуществления смазки и предотвращения утечки хладагента компрессорное масло расположено в цилиндрах 332 и 334. При выпуске хладагента из компрессорного узла 330 на участок 311 для вмещения хладагента компрессорное масло, расположенное в цилиндрах 332 и 334, также выпускается из компрессорного узла 330 на участок 313 для вмещения хладагента. Кроме того, при выпуске компрессорного масла и хладагента на участок 313 для вмещения хладагента компрессорное масло поглощает тепло из хладагента, понижая температуру на выходе хладагента. Другими словами, компрессорное масло может понижать рабочую температуру компрессора 300.
Для соответствующего выполнения функции теплоотдачи изменение температуры компрессорного масла должно быть небольшим, даже если компрессорное масло поглощает большое количество тепла из хладагента. То есть, компрессорное масло, имеющее большую теплоемкость, выполняет отличную теплоотдачу.
В данном документе теплоемкостью является величина, которая точно определяет количество тепла, необходимого для повышения температуры объекта на 1°C (K). Теплоемкость объекта описывается уравнением 1.
Уравнение 1
C = Q/Δt
(C - теплоемкость, Q - количество тепла и Δt - изменение температуры).
В соответствии с уравнением 1 теплоемкость объекта пропорциональна приложенному количеству тепла и обратно пропорциональна изменению температуры. То есть, при приложении одного и того же количества тепла объект, имеющий небольшое изменение температуры, имеет высокую теплоемкость, и объект, имеющий большое изменение температуры, имеет низкую теплоемкость.
Теплоемкость объекта пропорциональна его массе и удельной теплоемкости.
То есть, отношение между теплоемкостью, массой и удельной теплоемкостью объекта описано уравнением 2.
Уравнение 2
C = c × m
(C - теплоемкость объекта, c - удельная теплоемкость объекта и m - масса объекта).
В соответствии с уравнением 2 теплоемкость объекта может быть увеличена путем увеличения удельной теплоемкости или массы объекта.
Сначала будет дано описание случая увеличения удельной теплоемкости для увеличения теплоемкости компрессорного масла.
Удельной теплоемкостью вещества является отношение количества тепла, необходимого для увеличения температуры единицы массы (1 кг) вещества на 1°C (K) к количеству тепла, необходимого для увеличения температуры единицы массы (1 кг) воды на 1°C (K). Удельная теплоемкость вещества может быть определена с использованием уравнения 3.
Уравнение 3
C = Q/mΔt
(С - теплоемкость, Q - количество тепла, m - масса и Δt - изменение температуры.)
Удельная теплоемкость является уникальным свойством вещества. Разные вещества имеют разную удельную теплоемкость. Соответственно, чтобы компрессорное масло поглощало большое количество тепла из компрессора с небольшим изменением температуры, вещество с высокой удельной теплоемкостью может быть необходимым для использования в качестве компрессорного масла. То есть, разное вещество может быть необходимым для использования в качестве компрессорного масла. То есть, разное вещество может быть необходимым для использования в качестве компрессорного масла.
Затем будет дано описание случая увеличения массы для увеличения теплоемкости компрессорного масла.
Фиг.14 - вид участка для вмещения компрессорного масла компрессора, включенного в устройство кондиционирования воздуха, в соответствии с одним вариантом осуществления.
Ссылаясь на фиг.14, часть (a) иллюстрирует случай увеличения размера участка 313 для вмещения компрессорного масла, включенного в компрессор 300, для вмещения большого количества компрессорного масла, участок 313 для вмещения компрессорного масла образован глубоким для обеспечения вмещения компрессором 300 большого количества компрессорного масла. То есть, путем увеличения глубины участка 313 для вмещения компрессорного масла при сохранении постоянной глубины остальных участков компрессора 300 количество компрессорного масла, вмещенного в компрессор 300, может быть увеличено.
Ниже будут описаны объемное содержание и разность температур на выходе компрессорного масла в соответствии с размером участка 313 для вмещения компрессорного масла со ссылкой на фиг.14, часть (b).
На фиг.14, часть (b), вертикальная ось обозначает глубину участка 313 для вмещения компрессорного масла. Так как участок 313 для вмещения компрессорного масла расположен дальше вниз вдоль вертикальной оси, глубина участка 313 для вмещения компрессорного масла увеличивается. Таким образом, компрессор 300 может вмещать большее количество компрессорного масла.
На фиг.14, часть (b), нижняя горизонтальная ось обозначает объемное содержание компрессорного масла. Объемное содержание компрессорного масла (O.V.F.) определяется уравнением 4.
Уравнение 4
O.V.F. = C.O.V./E.V.C.
в данном документеC.O.V. (объем компрессорного масла) обозначает объем компрессорного масла, т.е., объем участка 313 для вмещения компрессорного масла и E.V.C. (эффективный объем внутренней части компрессора) означает объем компрессора 300 за исключением объема узла 320 электродвигателя и компрессорного узла 330, т.е., объем пустой области в компрессоре 300.
Ссылаясь на фиг.14, часть (b), сплошная линия обозначает объемное содержание компрессорного масла в соответствии с глубиной участка 313 для вмещения компрессорного масла. Так как глубина участка 313 для вмещения компрессорного масла увеличивается, объемное содержание компрессорного масла экспоненциально увеличивается. Другими словами, так как глубина участка 313 для вмещения компрессорного масла увеличивается, скорость увеличения объемного содержания компрессорного масла увеличивается.
На фиг.14, часть (b), верхняя горизонтальная ось обозначает разность температур на выходе. Разностью температур на выходе является разность температур между хладагентом, вышедшим через выпускные отверстия 394 и 395 (см. фиг.5) цилиндров 332 и 334 (см. фиг.5), включенных в компрессор 300, и хладагентом, вышедшим из выпускной трубы 396 (см. фиг.5) компрессора 300.
Большая разность температур на выходе указывает на то, что высокотемпературный хладагент высокого давления, вышедший из цилиндров 332 и 334 (см. фиг.5), был охлажден на участке 311 для вмещения хладагента (см. фиг.5) и выпущен в выпускную трубу 396 (см. фиг.5) компрессора 300. Другими словами, это указывает на то, что температура компрессора 300 была понижена.
На фиг.14, часть (b), пунктирная линия обозначает изменение разности температур на выходе в соответствии с глубиной участка 313 для вмещения компрессорного масла. Ссылаясь на эту пунктирную линию, так как глубина участка 313 для вмещения компрессорного масла увеличивается, разность температур на выходе увеличивается по логарифмическому закону. Другими словами, так как глубина участка 313 для вмещения компрессорного масла увеличивается, скорость увеличения разности температур на выходе уменьшается.
Кроме того, после достижения разностью температур на выходе конкретного уровня, она больше не увеличивается, и остается предельной. В соответствии с кривой, изображенной на фиг.14, часть (b), после достижения разностью температур на выходе 8°C (K), она больше не увеличивается, и остается предельной.
Объемное содержание компрессорного масла, при котором разность температур на выходе является предельной и, таким образом, больше не увеличивается, составляет 35-45%. Другими словами, после того, как объемное содержание компрессорного масла становится 35-45%, рабочая температура компрессора 300 больше не понижается, или изменение рабочей температуры компрессора 300 является незначительным.
Следовательно, истинная температура на выходе хладагента может быть получена, когда размер участка 313 для вмещения компрессорного масла установлен таким, что объемное содержание компрессорного масла составляет 35-45%.
Выше было дано описание понижения температуры на выходе хладагента, т.е., рабочей температуры компрессора, путем увеличения теплоемкости компрессорного масла.
Ниже будет дано описание понижения температуры на выходе хладагента, вышедшего из цилиндра, путем понижения температуры внутри цилиндра.
Повышение температуры на выходе хладагента, вышедшего из цилиндра, в основном вызвано двумя факторами.
То есть, температура хладагента повышается за счет увеличения столкновений между частицами хладагента и передачи теплоты рассеивания при трении компрессора хладагенту, которые возникают во время сжатия хладагента.
Во-первых, повышение температуры хладагента за счет увеличения столкновений между частицами хладагента во время сжатия хладагента относится к физическим свойствам хладагента и может быть устранено путем использования разного типа хладагента.
Во-вторых, повышение температуры хладагента за счет передачи теплоты рассеивания при трении хладагенту, возникающее во время сжатия хладагента, может быть устранено путем уменьшения теплоты рассеивания при трении компрессора. Конкретно, теплота рассеивания при трении может быть уменьшена путем улучшения функции смазки компрессорного масла.
Компрессорное масло, включенное в компрессор устройства кондиционирования воздуха, в соответствии с одним вариантом осуществления, включает в себя углеродные наночастицы. Конкретно, компрессорное масло включает в себя наночастицы, размер которых составляет 3-10 нм, так что массовое отношение углеродных наночастиц становится около 0,01- 0,3 % масс.
Углеродные наночастицы представляют углеродные частицы, размер которых колеблется от нескольких нанометров (нанометр - одна миллиардная часть метра) до нескольких сотен нанометров. Характерным типом углеродных наночастиц является фуллерен, который имеет сферическую или эллипсоидальную форму.
Фуллерен относится к любым углеродным частицам нанометрического размера, включающего в себя C60, имеющий форму футбольного мяча за счет соединения ковалентной связью 60 атомов углерода, C70 в форме эллипсоида, C76, C78, C82, C90, C94 и C96. Среди фуллеренов C60 получен за счет соединения ковалентной связью 60 атомов углерода и содержит 12 пятиэлементных колец и 20 шестиэлементных колец. C60, размер которого составляет около 1 нм, является типичной углеродной наночастицей.
Фуллерены являются более прочными, чем алмаз, и скользящими. Вследствие прочного соединения ковалентной связью углеродных атомов фуллерены имеют низкую реакционную способность и не являются токсичными для людей. Кроме того, фуллерены поглощают свет и легко захватывают электрон.
Путем добавления углеродных наночастиц, представленных фуллеренами, в компрессорное масло, функция смазки компрессорного масла может быть улучшена. Конкретно, углеродные наночастицы являются инертными веществами, которые не вступают в химическую реакцию с компрессорным маслом при высокой температуре. Кроме того, углеродная наночастица имеет сферическую форму. Соответственно, она не прилипает к поверхностям объекта, подвергаемого смазке, а катится по поверхностям, в значительной степени уменьшая трение между объектами.
Фиг.15 - увеличенный вид, показывающий область B на фиг.5. Конкретно, фиг.5 - вид, иллюстрирующий контакт между опорными пластинами 340, 342 и 344 компрессорного узла 330 и вращающимся валом 321 узла 320 электродвигателя, вставленного в опорные пластины 340. 342 и 344.
Ссылаясь на фиг.5 и 15, вращающийся вал 321, вставленный в опорные пластины 340, 342 и 344, контактирует и закреплен с помощью опорных пластин 340, 342 и 344. Кроме того, при вращении вращающегося вала 321 создается трение между наружной периферийной поверхностью вращающегося вала 321 и внутренней периферийной поверхностью опорных пластин 340, 342 и 344.
При вращении вращающегося вала 321 со своей наружной периферийной поверхностью, контактирующей с опорными пластинами 340, 342 и 344, сферические углеродные наночастицы выполняют функцию подшипников в катящемся контакте с наружной периферийной поверхностью вращающегося вала 321 и внутренней периферийной поверхностью опорных пластин 340, 342 и 344, таким образом, уменьшая трение между вращающимся валом 321 и опорными пластинами 340, 342 и 344.
Кроме того, углеродные наночастицы заполняют шипообразную трещину, которая может быть образована на наружной периферийной поверхности вращающегося вала 321 и внутренней периферийной поверхности опорных пластин 340, 342 и 344, уменьшая трение.
Даже когда трение между вращающимся валом 321 и опорными пластинами 340, 342 и 344 уменьшено за счет углеродных наночастиц, выполняющих функцию подшипников качения, узкая трещина могут быть образована на наружной периферийной поверхности вращающегося вала 321 и внутренней периферийной поверхности опорных пластин 340, 342 и 344 под действием внешней силы, заставляющей вращающийся вал 321 контактировать с опорными пластинами 340, 342 и 344, как показано на фиг.15, часть (a). Шипообразная трещина увеличивает трение между вращающимся валом 321 и опорными пластинами 340, 342 и 344.
В известных случаях компрессорное масло просто наносят на наружную периферийную поверхность вращающегося вала 321 и внутреннюю периферийную поверхность опорных пластин 340, 342 и 344 для образования конкретной толщины, как показано на фиг.15, часть (b). Соответственно, трение между вращающимся валом 321 и опорными пластинами 340, 342 и 344, возникающее из-за шипообразной трещины, не может быть уменьшено.
Однако в случае, когда углеродные наночастицы добавлены в компрессорное масло, углеродные наночастицы, содержащиеся в компрессорном масле, заполняют шипообразную трещину, образованную на наружной периферийной поверхности вращающегося вала 321 и внутренней периферийной поверхности опорных пластин 340, 342 и 344, как показано на фиг.15, часть (c), таким образом, уменьшая трение между вращающимся валом 321 и опорными пластинами 340, 342 и 344, вызванное шипообразной трещиной.
По существу, компрессорное масло, содержащее углеродные наночастицы, уменьшает трение между вращающимся валом 321 и опорными пластинами 340, 342 и 344, таким образом, уменьшая теплоту рассеяния при трении. За счет уменьшения теплоты рассеяния при трении, образуемой между вращающимся валом 321 и опорными пластинами 340, 342 и 344, температура в цилиндрах 350 и 352 понижена, и температура на выходе хладагента, вышедшего из цилиндров 350 и 352, также понижена.
Как описано выше, в случае компрессора, использующего R32, надежность и эффективность компрессора могут быть обеспечены при высокой рабочей температуре компрессора за счет использования изоляционного материала из термического класса F для катушек и крепежного элемента для катушки, включенных в узел электродвигателя компрессора.
Кроме того, за счет увеличения вместимости участка 313 для вмещения компрессорного масла для вмещения компрессорного масла, теплоемкость компрессорного масла может быть увеличена. Кроме того, за счет добавления углеродных наночастиц в компрессорное масло трение между элементами, включенными в компрессор, может быть уменьшено, и рабочая температура компрессора может быть понижена. Таким образом, надежность и эффективность компрессора могут быть обеспечены.
Как понятно из вышеприведенного описания, в соответствии с одним аспектом настоящего раскрытия, даже когда используется хладагент на основе HFC (гидрофторуглерода), создающий высокую температуру на выходе в компрессоре, повреждение компрессора вследствие высокой температуры предотвращено. Кроме того, за счет понижения рабочей температуры компрессора надежность и эффективность компрессора, использующего хладагент на основе HFC (гидрофторуглерода), и устройства кондиционирования воздуха, использующего его, могут быть повышены.
Хотя было показано и описано несколько вариантов осуществления настоящего раскрытия, специалисты в данной области техники должны понимать, что возможны изменения в этих вариантах осуществления без отхода от принципов и сущности настоящего изобретения, объем которого определен в формуле изобретения и ее эквивалентах.