[发明专利]高性能压缩机和蒸汽压缩系统

说明书

本公开涉及一种新型的高性能压缩机和相关联的蒸汽压缩系统，高性能压缩机和相关联的蒸汽压缩系统可以用于广泛的制冷、冷却和加热应用，具有显著提高的压缩机等熵效率；马达效率；作为整体的马达、压缩机泵和系统的可靠性和寿命；以及使用新的高性能压缩机的新的蒸汽压缩系统的COP、加热能力和SEER。关于滚动活塞旋转压缩机的当前构型的用以达到相同类型的高性能版本的设计理念和改型只需稍作改动就将很容易适用于其他类型的蒸汽压缩压缩机，从而为整个压缩机行业采用的新设计理念开辟了道路，从而大大减少了全球空调、热泵和冰箱的碳足迹。

相关申请

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求于2019年1月3日提交的题为“COMPRESSORSWITH IMPROVED EFFICIENCY(具有改善的效率的压缩机)”的美国临时申请序列No.62/787,943的优先权，该申请通过整体参引并入本文。

技术领域

所公开的各实施方式涉及高效压缩机和蒸汽压缩系统。

背景技术

各种类型的压缩机、比如旋转压缩机或涡旋式压缩机被用在各种应用、比如空调或热泵中。在所谓的高侧压缩机设计中，压缩机的壳体的内部空间暴露于排放气体。在这些压缩机中，由马达产生的大部分热由在系统内处于最高温度下且具有相对较差的热传递性能的排放气体移除，这使马达的操作温度远远高于已经很高的排放温度。由此产生的高的马达操作温度导致低的马达效率，低的马达效率进而导致马达产生更多的热，从而形成恶性循环。另外，代替被冷却，泵本体由于暴露在高温排放气体而被加热，其不利后果是压缩的等熵效率降低且压缩的轴功率增大、并且容积效率降低且容量降低。

其他现有的压缩机设计使用低侧布置，在低侧布置中，马达产生的热大部分由相对低温的但具有相对较差的热传递性能的吸入气体移除，这使马达操作温度远高于吸入温度。因此，即使使用吸入气体作为冷却剂，马达的操作温度也不会那么低。泵本体也被吸入气体冷却。马达和泵本体这两个热源增加了吸入气体的温度。不幸的是，吸入气体在进入压缩室之前的加热具有降低容积效率和等熵效率的严重不利影响，这在低侧壳体涡旋式压缩机或低侧壳体往复式压缩机中发生。

发明内容

发明人已经认识到并理解现有技术的压缩机设计——包括上述高侧壳体和低侧壳体设计——的现有状态还有很多不足之处，因为它们没有利用使马达和泵本体在低温下运行以提高效率的好处。替代地，现有技术的压缩机的现有状态使用如上所述的对马达和泵本体进行冷却的适得其反的方法。当前的公开内容描述了新的设计方法，通过遵循许多设计准则，使压缩机更有效地操作，包括：(1)显著降低马达的工作温度，以实现从电能输入到机械轴动力输出的更高转换效率，降低压缩机中处理的单位质量的输入功率，并且提高马达的可靠性；(2)提供经济实惠且简单的压缩室的有效冷却的装置，以实现压缩过程的更高的等熵效率，从而降低每单位质量的压缩过程所需的机械能；以及(3)实现以上两个目标，而不会对制冷能力、加热能力、冷却性能系数(以下简称“COP”)和制热中的季节性能效比(“SEER”，以下简称“SEER”)产生不利影响，并且不会实质性增加压缩机的成本。

这些设计原理可以应用于多种密封式、半密封式以及甚至一些开轴式压缩机，只要这些压缩机的马达或压缩机泵组件可以被封围在压力密封壳体中以结合本公开中所描述的特征从而提供有效的冷却即可。可以被修改的压缩机将包括下述压缩机但不排除本文中未提及的其他压缩机：滚柱活塞/叶片型旋转压缩机，比如滚动活塞压缩机、同心叶片压缩机、以及摆动式压缩机等；高壳体涡旋式压缩机；低壳体涡旋式压缩机、螺杆式压缩机；线性压缩机；双转子压缩机；往复式压缩机；和斜盘式压缩机。

根据一些方面，根据当前公开的压缩机的马达可以设置在其自身独立的壳体内部，比如在开轴构型或磁驱动构型的情况下，设置在压缩机壳体内的单独隔室内或者设置在压缩机的单个连续壳体内。马达包括基于永磁体的BLDC马达、开关磁阻马达、感应马达、横向磁通马达和可以用于这些压缩机的其他马达，其特点是所述马达的性能随着马达的操作温度的降低而提高。这基本上涵盖了所有所使用的电动马达。