[发明专利]活塞式膨胀机和空调器

说明书

本申请实施例提供一种活塞式膨胀机和空调器，涉及空调技术领域。本申请实施例提供的活塞式膨胀机包括膨胀管、活塞组件以及曲柄连杆机构。通过在对活塞组件进行改进，实现了一种新的吸气、排气方式。该活塞式膨胀机结构合理、紧凑，实现了高压气体向低压气体的转变，能够应用在空调器中，满足低负荷情况下运行。并且该活塞式膨胀机的活塞部往复运动的机械能可通过曲柄连杆机构向外输出为转矩，使得气体膨胀做功能够被有效地利用起来。本申请实施例提供的空调器包括上述的活塞式膨胀机。

技术领域

本申请涉及空调技术领域，具体而言，涉及一种活塞式膨胀机和空调器。

背景技术

目前在空调或制冷系统中使用的膨胀机多为转子式和涡旋式膨胀机，其结构是在转子及涡旋压缩机上改进而来，其回收能量的方式主要有两种，一是将膨胀机主轴与压缩机主轴相连即膨胀-压缩一体机，冷媒在膨胀机中膨胀，驱动膨胀机主轴，膨胀机主轴与压缩机主轴相连，将功直接输出到压缩机轴上，为压缩机提供动力；二是将膨胀机的主轴与发电机轴相连，带动发电机发电，将发电机发出的交流电整流成直流电，再逆变为交流电供压缩机使用。但现有的膨胀机在结构上不够合理，导致在空调系统低负荷运行时，压缩机吸排气压差小，不足以驱动膨胀机运转。

发明内容

本申请解决的问题是现有的膨胀机在空调系统低负荷状态下难以运行的问题。

为解决上述问题，第一方面，本申请提供一种活塞式膨胀机，包括膨胀管、活塞组件以及曲柄连杆机构；膨胀管的一端设置有第一封堵部，活塞组件包括活塞部、导管、传动杆、第一阀芯和第二阀芯，活塞部设置于膨胀管内并将膨胀管的内腔分隔为膨胀腔和排气腔，排气腔与膨胀管的外部连通，膨胀腔位于第一封堵部与活塞部之间，导管、活塞部以及传动杆依次轴向连接，导管贯穿第一封堵部从而穿出膨胀腔，传动杆与曲柄连杆机构传动连接；

活塞部设置有第一气道、第二气道、进气口、第一排气口和第二排气口，第一气道的一端连通导管，另一端通过进气口连通膨胀腔，第二气道的两端分别通过第一排气口、第二排气口连通膨胀腔和排气腔，第一阀芯可活动地插设于活塞部，第一阀芯具有阻断第一气道的第一位置和打开第一气道的第二位置，在活塞部移动以扩大膨胀腔的过程中，第一阀芯能够被膨胀管内壁挤压而从第二位置移动至第一位置；第二阀芯设置于第二气道内并可沿第二气道移动，第二阀芯上开设有流道，第二气道中的气流可通过流道穿过第二阀芯，第二阀芯具有封堵第二排气口的第三位置和打开第二排气口的第四位置，第二阀芯能够在膨胀腔的气压作用下移动至第三位置，第二气道内还设置有弹性件，第二阀芯在弹性件作用下具有向第四位置移动的趋势。

本申请实施例提供了一种新型的活塞式膨胀机，通过对活塞组件的改进，能够在使用时按以下流程运行：在膨胀腔开始扩张时，气体从导管进入，经由第一气道进入至膨胀腔，膨胀腔气压增加使得活塞部移动、膨胀腔扩大；此时第二阀芯由于膨胀腔的压力作用克服弹性件的力而保持在第三位置，封堵第二排气口，令膨胀腔的气体无法通过第二气道流向排气腔；当膨胀腔扩张到一定程度，第一阀芯会从第二位置移动到第一位置，从而阻断第一气道，导管的气体无法继续进入膨胀腔；活塞部会在气压、惯性(或曲柄连杆机构的惯性)等作用下继续扩大膨胀腔，直到活塞部运动到第一极限位置(此时膨胀腔最大)。当活塞部到达第一极限位置时，膨胀腔的气压降到足够低，弹性件会克服气压，将第一阀芯推动到第二位置，从而打开第二排气口。而之后曲柄连杆机构的曲柄则会继续转动，活塞部从第一极限位置返回，膨胀腔逐渐减小，在该过程中由于第二阀芯在弹性件的作用下始终处于第二位置，因此第二气道始终连通膨胀腔和排气腔，膨胀腔的气体排向排气腔，直至活塞部运动到第二极限位置(此时膨胀腔最小)。接下来膨胀腔再通过导管吸入气体，如此往复运行。该活塞式膨胀机结构合理、紧凑，实现了高压气体向低压气体的转变，能够应用在空调器中，满足低负荷情况下运行。并且该活塞式膨胀机的活塞部往复运动的机械能可通过曲柄连杆机构向外输出为转矩，使得气体膨胀做功能够被有效地利用起来。