旋轉式壓縮機、熱泵及家用器具的制作方法

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本發明涉及一種旋轉式壓縮機，其包括：具有第一縱向軸線的圓筒形殼體；具有第二縱向軸線的圓筒形滾子，所述滾子容納在殼體中，使得第二縱向軸線布置成相對于所述第一縱向軸線平行并間隔開；穿過所述滾子的可轉動的馬達軸，所述馬達軸具有凸輪，以用于使所述滾子沿殼體的側壁滾動；穿過底蓋的排出口。本發明還涉及一種用于家用器具的熱泵，所述熱泵包括這種壓縮機、冷凝器、限流器和蒸發器。本發明還涉及包括這種熱泵的家用器具、特別是衣物處理器具。

背景技術：

具有熱泵的衣物烘干機通常包括制冷劑回路和空氣路徑。制冷劑回路包括通過制冷劑管路串聯地連接的壓縮機、冷凝器、限流器和蒸發器。制冷劑按順序流過壓縮機、冷凝器、限流器和蒸發器。制冷劑借助于冷凝器將熱量釋放至流經空氣路徑的處理空氣，并借助于蒸發器從流經空氣路徑的處理空氣提取熱量和濕氣。壓縮機吸收功率，并在制冷劑回路中壓縮制冷劑。

在空氣路徑或處理空氣回路內，處理空氣從滾筒流至蒸發器。在滾筒出口處，空氣處于中等溫度并且相當地潮濕。在蒸發器處，空氣被冷卻和除濕，然后流至冷凝器，在冷凝器處被加熱。然后將熱且干燥的空氣再次引入滾筒中，在滾筒中，所述空氣可從容納在滾筒中的衣物吸收水分。蒸發器和冷凝器由此用作具有制冷劑側和處理空氣側的熱交換器。如在文件ep2132370b1、ep2212463b1、us8,356,423b2、ep1632736a2、ep1593770b1、wo2013/060626a1、wo2013/023958a1、wo2012/065916a1、wo2011/080045a1、us2010/0154248a1和us2011/0209484a1中所示，熱泵在衣物烘干機中的應用及其總體布局是本領域公知的。

與僅使用電加熱器的傳統衣物烘干機相比，包括熱泵的衣物烘干機具有提高的能量使用效率(例如，以kwh/kg計)。因此，原則上，由于其較低的電消耗，包括熱泵的衣物烘干機的相關的操作的二氧化碳排放低于傳統烘干機的相關的操作的二氧化碳排放。然而，熱泵中使用的制冷劑必須考慮其gwp(“全球變暖潛能”)。目前，熱泵中使用的典型制冷劑是氟化烴化合物(hfc)、如r407c和r134a，其gwp高于1300。

減少這些系統的tewi(“變暖影響總當量”，包括直接排放和間接排放)的一種可能方案是使用具有低gwp的碳氫制冷劑、如r-290(丙烷)和r-1270(丙烯)。這些制冷劑的主要缺點是它們是可燃的，因此iec60335-2-11標準將其最大裝載量限制為每個衣物烘干機150g。眾所周知，對于特定系統可找到最佳制冷劑裝載量，但是由iec60335-2-11標準施加的150g的制冷劑限制通常低于制冷劑的用于衣物烘干機的傳統熱泵的最佳裝料量。

效率也受壓縮機的影響。例如，旋轉壓縮機的效率受其部件的幾何形狀的影響。這些幾何形狀的變化意味著壓縮機內的機械摩擦和制冷劑的熱力學行為的差異。更具體地，壓縮機中的決定其效率的損耗包括以下：源于馬達損耗的能量損耗、摩擦損耗、由于不理想壓縮引起的壓縮損耗、由于氣體脈動和過壓縮引起的閥損耗、潤滑劑泵送損耗、源于由閥和氣缸蓋尺寸導致的間隙體積損耗的質量流量損耗、泄漏損耗、回流損耗、由于氣缸入口處的氣體密度導致的吸入氣體加熱損耗，以及由于潤滑劑流動導致的損耗。

例如在文件us7,029,251b2、us6,796,779b1、us6,672,852b1和us6,413,060b1中描述了旋轉式壓縮機或“渦旋式”壓縮機。

技術實現要素：

本發明的目的在于至少部分地克服本領域的尤其關于用于家用器具、尤其是衣物處理器具的熱泵的問題，尤其在于提供一種用于或屬于熱泵的能夠降低gwp并提高效率的旋轉式壓縮機，所述熱泵用于家用器具、尤其是衣物處理器具。

根據本發明，該目的通過獨立權利要求的特征來實現。優選實施例尤其通過從屬權利要求提出、通過下述說明加以描述并在附圖中示出。

因此，該目的通過一種旋轉式壓縮機來實現，所述旋轉式壓縮機包括：具有第一縱向軸線的圓筒形殼體；具有第二縱向軸線的圓筒形滾子，所述滾子容納在殼體中，使得第二縱向軸線布置成相對于所述第一縱向軸線平行并間隔開；穿過所述滾子的可轉動的馬達軸，所述馬達軸具有凸輪，以用于使所述滾子沿殼體的側壁滾動；以及穿過底蓋的排出口，其中，滾子的高度半徑比在1.6與1.2之間，馬達軸的半徑為8mm或8mm以下，凸輪的高度為14mm或14mm以下，排出口的有效面積為17mm²或17mm²以上，并且排出口的厚度為2.5mm或2.5mm以下。

所述高度半徑比、軸半徑和凸輪高度在其功能性相互作用中使得摩擦損耗明顯減小，并且因此提高壓縮機的運行效率。這例如可用于達到與已知的旋轉式壓縮機相同的冷卻能力，但以較低的功率輸入來實現。特別地，高度半徑比的減小使得滾子的摩擦損耗減小。軸半徑的減小由于較小的接觸或摩擦表面以及由于在該摩擦表面處的較低的線速度而使得摩擦損耗減小。凸輪高度的減小由于較小的摩擦面積而使得摩擦損耗減少。

在功能性相互作用或組合中，利用這些減小摩擦的尺寸，排出口的現在相當大的面積減小了制冷劑通過閥時的壓降。這減少了能量損耗并進一步提高了壓縮機的運行效率。在與其它特征的功能性組合中，排出口的相當小的厚度由于較小的死體積而減小體積損失，從而進一步提高壓縮機的體積效率。

在組合中，通過利用可燃制冷劑、如r290和r1270來運行該壓縮機，可實現明顯提高的效率和/或較低的tewi值(變暖影響總當量)。通過利用標準hfc制冷劑、如r407c來運行，也可實現效率的提高。

殼體還可被視為曲軸箱。

滾子的下端面或底面尤其可在殼體的底蓋的底壁之上滑動。滾子的上端面或頂面尤其可相對于殼體的頂蓋滑動并與頂蓋接觸。滾子的頂面與殼體的頂蓋，以及滾子的底面與頂蓋由此構成相應的相關聯的摩擦表面。頂蓋可具有用于軸的襯套。

凸輪可被視為軸的凸輪部分或偏心部分。凸輪可將滾子按壓到殼體的側壁上。凸輪的14mm的高度可在凸輪的側壁處測量，該側壁還用作與殼體的內側壁的接觸或摩擦表面。在這方面，凸輪的高度等于凸輪與滾子的內側壁之間的接觸/摩擦線或接觸/摩擦區域的高度。

排出口可穿過底蓋。排出口的厚度等于底蓋的在排出口周圍的高度。

滾子的半徑和軸的半徑尤其可分別被測量至滾子和軸的外表面。

排出口的有效面積尤其可以是未被殼體覆蓋的面積。如果排出口未被覆蓋，那么有效面積等于整個面積。特別地，排出口可通過從殼體切除相應的區域來提供。

下述是一有利實施例：壓縮機包括位于凸輪(軸的一部分)與滾子之間的軸承。這可進一步減少摩擦損耗。下述也是一有利實施例：壓縮機包括位于軸與滾子之間的軸承。軸進而不再需要具有凸輪部分，或者該軸承用作凸輪。這也可減少摩擦損失。

下述是一有利實施例：壓縮機的排量在6cc至9.5cc的范圍內、尤其在7.9cc至8.3cc的范圍內、尤其為8.1cc。如果壓縮機排量被確定為大于9.5cc，則可能需要增大冷凝器處的熱容量，以便能夠適當地耗散從壓縮機傳遞的能量。然而，為了增大熱容量，冷凝器可能需要更大的面積和體積。進而，將需要增大制冷劑裝載量，以便使制冷劑能夠在冷凝器中冷凝。但這通常是不可能的，因為對于可燃制冷劑的150g的規定的烘干機安全標準限制。另一方面，如果壓縮機排量小于6cc，那么制冷劑質量流率可能會降低，這可能負面地影響熱交換器內的能量傳遞。

下述是一有利實施例：凸輪的高度為12.8mm或12.8mm以下。這驚人地大大降低了摩擦損耗。

下述是一有利實施例：排出口的有效面積為17mm²或17mm²以上。這尤其有力地減小了壓降。

一般來說，制冷劑的最多的部分位于冷凝器和壓縮機(在此作為制冷劑與油的混合物)中。制冷劑的在壓縮機內溶解在油中的部分不能在熱交換器中用于能量傳遞的目的。因此，在壓縮機內溶解在油中的制冷劑的量越多，在熱交換器(冷凝器、蒸發器)中可用于達到最佳工作點的制冷劑的量就越少，這是因為可燃制冷劑的根據烘干機標準iec60335-2-11的150g的限制。由此，制冷劑在油中的溶解度影響壓縮機和熱泵的效力。

對于不具有油分離能力的系統，從壓縮機轉移至蒸發器中的潤滑劑/油必須是在蒸發溫度下與制冷劑可充分混溶的，使得制冷劑-油混合物在蒸發器中在膨脹之后保持為單相，并且保持其粘度低至能夠沿著熱交換器回到壓縮機。如果油在蒸發器中由于與制冷劑流體的差的混溶性而分離，或者如果混合物粘度太高，那么油或油與制冷劑的混合物可能在蒸發器中被捕捉。這對熱泵的冷卻能力和效率產生不利的影響。

此外，即使在壓縮機溫度下吸收氣態制冷劑之后，油的運動粘度也應足以用于壓縮機的有效潤滑，以便保持低的摩擦損耗。已經發現：尤其對于低密度制冷劑、如r290，由于壓縮機體積效率的提高，可通過增加運動粘度獲得總體效益，總體上產生驚人地更高的壓縮機效率。

聚烷撐二醇(polyalkyleneglycol)(“pag”)和多元醇酯油(polyolesteroil)(“poe”)用于壓縮機中是優選的。下述是一尤其優選的實施例：用于壓縮機中的pag型油的40℃下的運動粘度在95cst至105cst之間。下述是另一特別的實施例：用于壓縮機中的poe型油的40℃下的運動粘度為60cst至105cst。

下述是一有利的實施方案：旋轉式壓縮機包括以下種類的油：pagpz100s(來自idemitsukosan有限公司)，對于純油而言，該油在40℃下的運動粘度為100mm²/s或cst；poerb-p68ep(來自jxnipponoil&energycorporation)，其運動粘度為68cst；或poerp-100ep(來自jxnipponoil&energycorporation)，其運動粘度為100cst；或前述油的等同物。它們支持壓縮機的長壽命以及與制冷劑(例如r290)的有利混合，以實現熱泵的高效工作點。這些油還具有下述優點：它們顯示出優選的有利的油運動粘度值，以便確保良好的內部泄漏密封，從而提高壓縮機體積效率，并且從而提高壓縮機效率。它們具有附加的優點：與通常在熱泵烘干機壓縮機中使用的其它相同類型的油(例如poerb-68ep)相比，它們具有相對低的與制冷劑的溶解性。

為了同樣地實現或支持本發明的上述優點，考慮油的混合物粘度。尤其在熱泵烘干機工作點處，1.5mm²/s(cst)至4mm²/s之間的混合物粘度是優選的。熱泵烘干機工作點可在壓縮機中具有約26bar的壓力(即，70℃下的冷凝壓力)以及油與制冷劑的80℃的混合溫度。優選與先前使用的油的粘度相比具有更高值的粘度范圍，以便確保壓縮機中的良好的內部泄漏密封(由于r290的低密度，這是特別優選的)，并由此提高壓縮機體積效率。

表1示出了上述油之間的對比，所述油在此與r290混合：

這些值適用于大約26bar的壓力和壓縮機中的與制冷劑r290的80℃的混合溫度。

下述是一有利實施例：壓縮機中的油量在150cc至210cc之間、尤其為180cc或180cc以下。

尤其對于使用r290作為制冷劑，下述是一有利實施例：壓縮機的排量在7.9cc至8.3cc的范圍內、尤其為8.1cc。

所述目的還通過一種用于家用器具、尤其是衣物處理器具的熱泵來實現，所述熱泵包括壓縮機、冷凝器、限流器和蒸發器，其中，壓縮機為如上所述的旋轉式壓縮機。熱泵像所述壓縮機那樣實現相同的目的和相同的優勢。

下述是一有利實施例：在熱泵中使用可燃的制冷劑。特別地，r290可以以150g或150g以下的量用作制冷劑。作為替代方案，r1270也可以以上述量用作制冷劑。

下述是一替代的有利實施例：將r407c或r134a用作制冷劑。

所述目的還通過一種包括熱泵的家用器具來實現，其中，所述熱泵是如上所述的熱泵。所述家用器具像上述熱泵和壓縮機那樣實現了相同的目的和相同的優勢。特別地，所述家用器具可以以較高的功率實現熱泵的操作，從而實現烘干過程中的較短的烘干時間以及總體上較低的能量消耗。家用器具可以是衣物處理器具。衣物處理器具可以是衣物烘干機、尤其是滾筒式烘干機(作為獨立式機器或與洗衣機組合)。家用器具還可以是洗衣機、冷卻機(制冷器具等)等。

在可燃的制冷劑的情況下，由于150g的限制，因此，不能再增大制冷劑量來提高系統效率。因此，在(i)油與制冷劑的溶解性與(ii)該混合物的運動粘度之間的適當的關系下使用相當少的量的油，可使得在給定的壓縮機功率消耗下，包括壓縮機的熱泵中的制冷劑的質量流率更高。由此，因更多的量的可用的制冷劑(有效制冷劑)經過熱交換器而提高這種熱泵的效率，并且增強了熱交換特性，并使得烘干時間更短。

下述是一有利實施例：衣物處理器具包括滾筒烘干功能。

結合下述情況使用丙烷(r290)作為制冷劑是一有利實施例：旋轉式壓縮機的排量小于9.5cc且大于6cc，滾子的高度半徑比在1.6至1.2之間，軸半徑小于8.0mm，凸輪高度小于14mm，排出口的有效面積大于17mm²，排出口厚度小于2.5mm，使用pagpz100s或poerb-p68ep或poerp-100ep或這些油中的一個的等同物作為油，并且油的量少于210cc。

下述是另一有利實施例：尤其在熱泵中，尤其在家用器具中、尤其在滾筒式烘干機中，使用另外的可燃的制冷劑、尤其是r1270，而不是r290。

下述是另一有利實施例：尤其在熱泵中，尤其在家用器具中、尤其在滾筒式烘干機中，使用hfc制冷劑r407c，而不是r290。

附圖說明

附圖中，借助于示意性示出的示例性實施例突出了本發明，然后，將參照該示例性實施例進一步說明本發明。特別地：

圖1示出了使用熱泵的家用滾筒式烘干機的示意圖；

圖2示出了打開的旋轉式壓縮機的俯視圖；以及

圖3示出了圖2的打開的旋轉式壓縮機的側視剖視圖。

具體實施方式

圖1示出了呈家用滾筒式烘干機h形式的衣物處理器具。滾筒式烘干機h包括熱泵p，所述熱泵p至少具有作為元件的壓縮機1、(例如管翅式的)冷凝器2、限流器3(例如閥)和(例如管翅式的)蒸發器4。元件1至4通過制冷劑管5以所示順序串聯地連接，以形成制冷劑回路或路徑。

滾筒式烘干機h還包括處理空氣回路或路徑6，處理空氣a在所述處理空氣回路或路徑中流動。空氣回路6包括用于容納待加工的衣物的可轉動的滾筒7。中等溫度且潮濕的空氣a離開滾筒7。空氣a然后流動至蒸發器4，所述蒸發器4在空氣回路6中布置在滾筒7下游，并且用作熱交換器。在蒸發器4處，空氣a被冷卻并冷凝。產生的冷凝物被收集在水容器w中。在蒸發器4處，空氣a還冷卻并將其熱能的一部分傳遞到蒸發器4上，進而傳遞到位于蒸發器4內的制冷劑r上。這使得蒸發器4能夠使制冷劑r從液態轉變成蒸氣態。

在空氣回路6的更下游處，現在干燥且冷卻的空氣a經過冷凝器2，在冷凝器2處，實現分別從冷凝器2和制冷劑r至空氣a的熱傳遞，以便加熱空氣a并將制冷劑r冷卻至其液體狀態。然后將溫暖的且除濕/干燥的空氣a再引入滾筒7中，以加熱衣服并帶起水分。制冷劑r通過壓縮機1在制冷劑回路1至5內移動。制冷劑r是可燃制冷劑、尤其是r290。可燃的制冷劑r的量為150g或150g以下。

蒸發器4和冷凝器2由此用作熱交換器。

這種滾筒式烘干機h利用其熱泵p(包括制冷劑回路1至5)及其空氣回路6的工作是公知的，不需要更詳細的解釋。

圖2示出了家用滾筒式烘干機h的打開的旋轉式壓縮機1的俯視圖。圖3示出了圖2的打開的旋轉式壓縮機的側視剖視圖。

壓縮機1包括具有腔9的中空的圓筒形殼體8，所述腔9容納中空的圓筒形滾子10。滾子10的下端面11由底蓋12支撐。滾子10的下端面11可沿著底蓋12的內側移動或滑動。殼體8的縱向軸線l1與滾子9的縱向軸線l2平行而間隔開地布置。滾子10通過軸13在殼體8內滾動地轉動，所述馬達軸13連接至馬達(未示出)。軸13與殼體8同心地布置，并由此相對于滾子10偏心。為了使滾子10能夠在殼體8內旋轉，軸13具有側向定位的凸輪14或凸輪部分(僅在圖3中示出)，所述凸輪14或凸輪部分將滾子10壓到殼體8的側壁15的內表面上。滾子10由此具有與側壁15的接觸線k。當軸13轉動時，軸13使滾子10沿著側壁15滾動。

接觸線k在內側壁15處的路徑在此描繪出閉合的環。壓縮機1的用于滾子10的一個完整轉動的排量在6cc至9.5cc之間、尤其在7.9cc至8.3cc的范圍內、尤其是8.1cc。接觸線k的長度對應于滾子10在側壁15處的高度hr。

軸13形成為中空圓筒，從而可連接至油泵(未示出)，以將油供給至壓縮機1中。壓縮機1內的油量為150cc至210cc之間、優選為180cc或180cc以下。所述油尤其可以是pagpz100s、poerb-p68ep或poerp-100ep或等同物。

葉片16伸至殼體8的腔9中，所述葉片16接觸滾子10的外側面。殼體8還具有吸入口17和排出口18，所述吸入口17穿過殼體8的壁以將制冷劑r吸入腔9中，所述排出口18穿過底蓋12以排出制冷劑r。殼體8的側壁15具有鄰近排出口18并位于排出口18上方的凹部20，以避免排出口18被覆蓋。排出口18的橫截面積q為23mm²或23mm²以上、優選地大于28mm²、優選為34mm²或34mm²以上。排出口18的厚度d(對應于其沿縱向軸線l1的高度)為2.5mm或2.5mm以下。

為了運行壓縮機，罩蓋或頂蓋19(如虛線所示)布置在殼體8的開口側上。頂蓋19可具有用于軸13的襯套。

圖3中，滾子10的高度hr與半徑rr的比hr/rr(“高度半徑比”hr/rr)在1.6與1.2之間、優選地小于1.6。

軸13(不包括凸輪14)的半徑rs為8.0mm或8.0mm以下。

壓縮機1的內部元件8、10-14、16和19在壓縮機1的運行期間以不同的轉速運動。速度方面的該差異使這些元件8、10-14、16和19之間產生摩擦。

與這種摩擦相關的摩擦損失通過兩種潤滑：(i)流體動力潤滑和(ii)邊界潤滑產生。在流體動力潤滑的情況下，運動接觸表面之間存在完整的油膜。對于流體動力潤滑，可把油看作牛頓流體來計算摩擦力，即利用f＝μ·a·u/y，其中f是使間隔距離y的面積a的兩個平行表面以恒定速度u運動所需的力。μ表示所述表面(“接觸表面”或“摩擦表面”)之間的油的動態粘度。在邊界潤滑的情況下，油的薄膜位于運動表面之間。在這種情況下，表面之間產生直接接觸。為了計算相應的摩擦力f，可利用根據f＝μ·n的公知的線性摩擦定律，其中μ是摩擦系數，n是法向力。對壓縮機1的計算確定了壓縮機1具有明顯較低的摩擦損耗，特別是因為滾子10與凸輪14之間以及馬達軸13與殼體8的底壁12之間的摩擦減小。這是由壓縮機1的摩擦表面之間的較小的摩擦區域以及較低的線速度引起的。

當然，本發明不限于示出的實施例。

附圖標記列表

1壓縮機

2冷凝器

3限流器

4蒸發器

5制冷劑管

6空氣回路

7可轉動的滾筒

8殼體

9腔

10滾子