微型壓縮機是指製冷量小於1KW的製冷壓縮機，具有迷你的體積、輕巧的重量和超強的耐久力；工作安靜，幾乎沒有振動；能耗很低，可以使用電池、車載電源、民用電網、太陽能等供電；具有穩定的輸出、精確的控制以及優越的適應性，能夠很好滿足各類要求移動便攜的微型熱管理系統的需求。 壓縮機是製冷系統的核心，其能力和特徵決定了製冷系統的能力和特徵。微型壓縮機具有體積小、重量輕、高功率、低能耗、工作安靜無振動、可變頻和易於精確控制等特點，可以說是專為尖端製冷系統量身定做的，也是極為理想的移動或者便攜的小型熱管理系統的首選。微型壓縮機可廣泛用於空氣調節裝置、水冷裝置、商業冷藏裝置的製冷單元，目前，其主要套用範圍包括攜帶型製冷系統、食品冷卻系統、微型冷藏系統、溫控裝運容器、電子製冷系統、醫療成像系統、迷你冷卻水系統等。
基本介紹
- 中文名：微型壓縮機
- 類型：製冷壓縮機
- 特點：迷你的體積、輕巧的重量等
- 優勢：運行平穩、效率高
研究進展,基本原理,優勢,套用,
研究進展
壓縮機是熱泵製冷循環微型化的核心部件，一般來說，微型壓縮機是指製冷量小於1kW的製冷壓縮機，其類型主要有活塞式、轉子式、線性和隔膜式4種。活塞式壓縮機具有增壓比大、熱效率較高、運行穩定性好、適應性強的特點，但作為容積式設備，其結構複雜，周期性進排氣引起振動，產生噪聲並增加變頻難度。
Elbel和Ernst等對微型活塞式壓縮機作了詳細的描述。轉子式壓縮機是通過偏心圓筒狀轉子在汽缸內迴轉運動來改變工作容積，從而實現製冷劑壓縮的。與活塞式壓縮機相比，轉子式壓縮機沒有往復的傳動結構，不需要吸氣閥，結構簡單，體積小，質量輕，性能較好。
Wu、楊宇飛、桑岱和Sathe等都是採用美國Aspen公司開發的一款型號為14-24-000X的微型轉子式壓縮機，壓縮機在24V直流電源下驅動，選用製冷劑R134a為工質，其體積為206cm3，質量約0.6kg。
Sathe等通過實驗得出當增壓比在2～3.5變化時，該壓縮機容積效率73%～90%、絕熱效率44%～70%，可製取163～489W冷量，COP在2.1～7.4變化。
Trutassanawin等採用型號XL0623D1日立轉子式壓縮機，製冷工質R134a，體積為941.48cm3，環境溫度為25～35℃，增壓比在1.9～3.2變化時，容積效率與絕熱效率分別為50%～80%、25%～60%，製冷量121～268W，COP為2.8～4.7。鐘曉暉等自主設計研發了微型三角轉子壓縮機，其製冷工質R22，體積為137.38cm3，質量（包含電動機）僅有0.55kg，在40℃環境下可產生300W的製冷量，COP可以達到2.0以上。
微型線性壓縮機是通過線性電動機以電磁共振方式驅動的，不是像轉子式壓縮機那樣的機械連線方式，且線性電動機比旋轉電動機結構簡單。與活塞式相比，摩擦損失小，效率高，可靠性高，只需少量或無須使用潤滑油。Ribeiro採用了Embraco公司生產的微型線性壓縮機，製冷工質R134a，其體積為452.16cm3，質量為1.2kg，被一塊體積為15mm×50mm×70mm的電路板控制，在環境溫度為35.1℃、中衝程條件下，COP為1.45，可產生72.68W的製冷量。另外，Unger、Bailey、Wang和Bradshaw等都對微型線性壓縮機進行了較為詳細的描述。
近年來，微型隔膜式壓縮機引起了部分學者的關注，這種壓縮機是靠隔膜在汽缸中作往復運動來壓縮和輸送氣體的，壓縮比大，體積很小，無須潤滑油，密封性好。Sathe等針對製冷量為80W、理論COP為12.0的製冷系統設計最佳化了靜電驅動的R134a微型隔膜式壓縮機組，整體體積約32cm3，每個單體壓縮腔半徑8.5mm，最大深度85µm，最大增壓35.6k Pa，體積流量97mL/min，工作電壓387V，最小功耗30.1mW，但未對壓縮機的泄露、穩定性、可靠性及噪聲等方面進行分析。此外，與其他類型的微型壓縮機相比，該壓縮機排量很小，工作電壓高，加工比較困難，成本較高，不過隨著矽片精細加工技術的進步，微型隔膜式壓縮機有望在微型製冷系統中得到套用。
基本原理
是微型壓縮機的基本構成，由滾動活塞、氣缸體、滑板及其背部的彈簧、偏心輪軸和氣缸兩端蓋等主要零件組成。從圖中可以看出，汽缸內缸與滾動活塞均呈圓形，氣缸體上開有吸氣、排氣孔口。排氣孔口之上裝有簧片排氣閥，氣缸內安裝有帶心拐的偏心輪軸（即壓縮機的主軸）。偏心輪軸的旋轉中心與氣缸內孔的圓心重合，滾動活塞安裝在偏心拐上，即滾動活塞與偏心拐同心，使得滾動活塞外表面與氣缸內表面相切（實際上由於間隙的存在，在相切處兩者並未接觸），於是氣缸內表面與滾動活塞外表面之間形成一個月牙形空間，它的兩端被氣缸蓋封著，構成壓縮機的工作腔。在氣缸的吸氣、排氣孔口之間開一個徑向槽，槽內裝有能來回滑動的擋板（簡稱滑板），滑板背部裝有彈簧，靠彈簧力（有時還作用有氣體或潤滑油的壓力）滑板端部緊緊壓在滾動活塞外表面上，將月牙形空間分成兩部分：與吸氣孔口相通的部分成為吸氣腔：在排氣孔口一側的部分成為壓縮腔，排氣孔口設定有排氣閥，在壓縮工質達到一定壓力時，排氣閥打開，實現壓縮完畢的工質的排出，至此，一個完整的壓縮循環完成。
圖 2 微型壓縮機的基本結構
圖 2 微型壓縮機的基本結構圖 3是微型壓縮機的工作原理，當偏心輪軸由原動機驅動繞氣缸中心連續旋轉時，吸氣腔、壓縮腔的容積周期變化，於是就實現了吸氣、壓縮、排氣及余隙膨脹等工作過程。具體如下：當滾動活塞位於a所示位置，同時左側工作腔開始吸氣，右側工作腔開始壓縮；位於b所示位置，左側工作腔吸氣行程完成一半，右側工作腔壓縮行程完成大半；位於c所示位置，左側工作腔吸氣行程繼續，右側工作腔壓縮工質壓力達到要求，開始排氣；位於d所示位置，左側工作腔吸氣行程繼續，右側工作腔排氣結束；位於e位置，左側工作腔吸氣行程結束，即將進入壓縮行程，右側工作腔即將與左側連通，進入吸氣行程；至此，微型壓縮機完成一個完整的壓縮循環，期間各個位置的左、右工作腔狀態說明詳細見表1。
表1微型壓縮機工作過程狀態說明。
位置 | a | b | c | d | e |
左側狀態 | 吸氣 | 吸氣 | 吸氣 | 吸氣 | 吸氣結束 |
右側狀態 | 壓縮 | 壓縮 | 排氣開始 | 排氣結束 | 與左側連通 |
優勢
運行平穩：微型壓縮機中，對於某一個工作腔而言，氣體工質的吸入、壓縮和排除是在偏心輪軸轉動兩周內完成的，但是由於滾動活塞和滑板組成左右兩側的工作腔，吸氣、壓縮及排氣過程是同時進行的，那么對於整個壓縮機而言，偏心輪軸每轉中仍完成一個有效的工作循環，可以使得運行平穩。
效率較高：微型壓縮機中，吸氣、壓縮及排氣過程是在滑板兩邊的工作腔中同時進行，不需要吸氣閥門，也不需要額外的吸排氣消聲器，降低了吸排氣過程中的流動阻力損失，其指示效率一般比往復式活塞壓縮機高30%-40%。
結構緊湊：微型壓縮機是由圓筒形氣缸和作迴轉運動的滾動活塞相互配合而直接進行旋轉壓縮，不需要將旋轉運動轉化為往復運動的運動轉換機構，其零部件少，尤其是易損件少，結構簡單，體積小，重量輕，比一般往復活塞壓縮機的零件少1/3，體積小40%-50%，重量約輕一半。
圖 3 微型壓縮機的工作原理
圖 3 微型壓縮機的工作原理無刷電機驅動：微型壓縮機由直流無刷電機作為原動機，無刷直流電機具有回響快速、較大的起動轉矩、從零轉速至額定轉速具備可提供額定轉矩的性能，易於實現微型壓縮機的變轉速變頻控制，並且可以使用電池、車載電源、民用電網、太陽能等供電，增強了系統的適應性。
套用
壓縮機是製冷系統的核心，其能力和特徵決定了製冷系統的能力和特徵。微型壓縮機具有體積小、重量輕、高功率、低能耗、工作安靜無振動、可變頻和易於精確控制等特點，可以說是專為尖端製冷系統量身定做的，也是極為理想的移動或者便攜的小型熱管理系統的首選。微型壓縮機可廣泛用於空氣調節裝置、水冷裝置、商業冷藏裝置的製冷單元，目前，其主要套用範圍包括攜帶型製冷系統、食品冷卻系統、微型冷藏系統、溫控裝運容器、電子製冷系統、醫療成像系統、迷你冷卻水系統等。
Aspen微型壓縮機