CN100498119C - 冷媒循环装置 - Google Patents

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Abstract

一种冷媒循环装置，用以执行冷却运转与加热运转。在冷媒循环装置中，压缩机(10)的密闭容器(12)内具有第一旋转压缩组件(32)与第二旋转压缩组件(34)。被第一旋转压缩组件(32)压缩而排放的冷媒是被导入到第二旋转压缩组件(34)。此外，冷媒循环装置更具备中间冷却回路(150)，用以使被第一旋转压缩组件压缩而排放的冷媒放热；以及三通阀(162)，用以在冷却运转时，开放中间冷却回路(150)。借此，在冷却运转时的成绩系数便得以改善。

Description

冷媒循环装置
技术领域
本发明是有关于一种冷媒循环装置，其高压侧会成为超临界压力。
背景技术
在习知的此种冷媒循环装置中，例如在被装置于空调机的冷媒循环装置中，利用切换作为流路切换手段的四通阀，在冷房运转(冷却运转)时，压缩机所排出的冷媒经过四通阀，而排放到室外侧热交换器(热源侧热交换器)，冷媒在该室外侧热交换器放热后，以减压机构来节流，再提供给室内侧热交换器(利用侧热交换器)。冷媒在此处蒸发，并且在此时借由从周围吸热，来发挥冷却作用，以冷却室内。之后，冷媒通过四通阀，回到压缩机，并且反复地进行上述循环。另一方面，在暖房运转(加热运转)时，压缩机所排出的冷媒经过四通阀，而排放到室内侧热交换器(利用侧热交换器)，冷媒在此处放热，并且在此时借由对周围放热，以加热室内。之后，冷媒以减压机构来节流，再排放到室外侧热交换器(热源侧热交换器)。冷媒在室外侧热交换器从周遭吸热后，通过四通阀，回到压缩机，并且反复地进行上述循环(例如参考日本专利公开公报的特开平11-173682号公报)。
此外，因为近年来对地球环境问题的重视，在此种冷媒循环中，也不使用传统的氟利昂冷媒，而使用自然冷媒的二氧化碳(CO2)来作为冷媒，而高压侧以超临界压力来运转的冷媒循环所使用的装置也被开发。
当在高压侧以超临界压力来运转时，在暖房运转时的暖房效率会显著提升是一般皆知的事实。
然而，如上所述当在高压侧以超临界压力运转时，冷房运转时的成绩系数(COP)非常地差。因此，为了要提升冷房能力，必须要填入大量的冷媒填充量，而导致压缩机的耗电量大增等问题的产生。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种冷媒循环装置，用以解决前述的技术课题，以达到提升在冷房运转时的成绩系数。
为达成上述与其它目的，本发明提出一种冷媒循环装置，包括压缩机，连接热交换器与减压机构，使冷媒循环装置进行冷却运转与加热运转，其中压缩机包括第一旋转压缩组件与第二旋转压缩组件，被第一旋转压缩组件压缩而排放的冷媒是被导入到第二旋转压缩组件；中间冷却回路，用以使被第一旋转压缩组件压缩而排放的冷媒放热；以及阀装置，用以在冷却运转时，开放中间冷却回路。因此，在冷却运转时，使从第一旋转压缩组件排放出来的冷媒在中间冷却回路放热，而可以达到冷却作用，进而可以抑制密闭容器内的温度上升。
在上述的冷媒循环装置中，前述热交换器系由利用侧热交换器与热源侧热交换器所构成。冷媒循环装置更具备内部热交换器，在冷却运转时，使从压缩机排出的冷媒经由热源侧热交换器、减压机构与利用侧热交换器进行循环；而在加热运转时，使从压缩机排出的冷媒经由利用侧热交换器、减压机构与热源侧热交换器进行循环，并且使流过热源侧热交换器与减压机构之间的冷媒以及流过利用侧热交换器与该压缩机之间的冷媒进行热交换。因此，冷媒的温度可以更降低。
此外，由于以二氧化碳来作为冷媒之用，则可以对环境问题有所贡献。
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
本发明的这些以及其它特征、方面和优点会结合下面的描述、权利要求和附图变得更加容易理解，附图中的相应部件具有相同的数字标识。
图1绘示构成本发明的冷媒循环装置的内部中间压型多段压缩式旋转压缩机的纵剖面图。
图2绘示本发明的冷媒循环装置的冷媒回路图。
符号说明
10：压缩机；
12：密闭容器；         12A：容器本体；
12B：盖体；            12D：安装孔；
14：电动组件；         16：旋转轴；
18：旋转压缩机构部；   20：端子；
22：定子；             24：转子；
26：积层体；           28：定子线圈；
30：积层体；
32/34：第一/第二旋转压缩组件；
36：中间分隔板；       38：上汽缸；
40：下汽缸；           42/44：上下偏心部；
46、48：上下滚轮；     50、52：阀；
54/56：上下支撑部材；  60：吸入通路；
62、64：排出消音室；   66/68：上、下盖；
92/94：冷媒导入管；    96：冷媒排出管；
100：冷媒循环装置；
121：中间排出管；
141、142、143、144：衬管；
150：中间冷却回路；
154：室外侧热交换器；  157：室内侧热交换器
160：内部热交换器；
161：四通阀；          162：三通阀
具体实施方式
接着，依据图式来说明本发明的实施例。图1是使用本发明的冷媒循环装置作为压缩机的实施例，为具备第一与第二旋转压缩组件32、34的内部中间压型多段(两段)压缩式旋转压缩机10的纵剖面示意图。图2是绘示本发明的冷媒循环装置应用于用来将室内冷却或加热(冷暖房)的空调机100的冷媒回路图。此外，除了空调机外，本发明冷媒循环装置也适用于自动贩卖机、可以加热与冷却运转的展示柜与冷温藏柜等。
在各图中，内部中间压型多段压缩式旋转压缩机10是由包括密闭容器12、电动组件14、旋转压缩机构部18等所构成。密闭容器12为钢板所构成的圆筒状。电动组件14是配置收纳在密闭容器12的内部空间的上侧，并做为驱动组件。旋转压缩机构部18是由被电动组件14的旋转轴16所驱动的第一旋转压缩组件32与第二旋转压缩组件34所构成。
密闭容器12的底部作为蓄油器，并且密闭容器12由容器本体12A与盖体12B所构成，其中容器本体12A用来收纳电动组件14与旋转压缩机构部18，盖体12B用来将容器本体12A的上部开口密闭并且略成碗状。在盖体12B的上面中心部上，形成圆形的安装孔12D。用来供应电力给电动组件14的端子(配线省略)20是安装于安装孔12D。
电动组件14是所谓的磁极集中卷式直流(DC)马达，并且由定子22与转子24所构成。定子22是沿着密闭容器12上部空间的内周面配置且安装成环状，转子24则以些微间隔插入设置于定子22内。定子22具有积层体26与定子线圈28，积层体26为圈状(doughnut shape)的电磁钢板堆栈而成，定子线圈28则以直卷(集中卷)方式卷绕于积层体26的齿部。此外，转子24也具有与定子相同构造，以电磁钢板的积层板30来构成，并且将永久磁铁MG插入该积层体30中。
中间分隔板36被挟持于前述第一旋转压缩组件32与第二旋转压缩组件34之间。换句话说，第一旋转压缩组件32与第二旋转压缩组件34是由中间分隔板36；上汽缸38与下汽缸40，配置在中间分隔板36上下位置上；上下滚轮46、48，具有180度的相位差并且借由设置在旋转轴16上的上下偏心部42、44在上下汽缸38、48内做偏心旋转；阀50、52，与上下滚轮46、48接触，将上下汽缸38、40内分别分割成低压室侧与高压室侧；以及上支撑部材54与下支撑部材56用以将上汽缸38上侧开口面与下汽缸40下侧开口面封起来，并兼做旋转轴16的轴承且做为支撑部材。
另一方面，吸入通路60(上侧吸入通路未绘出)与凹陷的排出消音室62、64形成于上支撑部材54与下支撑部材56中。吸入通路58、60分别以吸入埠(未绘出)连通到上下汽缸38、40，而两排出消音室62、64的个别与各汽缸38、40反对侧的开口部是分别被盖体封起来。即，排出消音室62被作为盖体的上盖66封起来，而排出消音室66被作为盖体的下盖68封起来。
此外，排出消音室64与密闭容器12是以贯通上下汽缸38、40与中间分隔板36的连通路来加以连通。中间排出管121是立设于连通路的上端。被第一旋转压缩组件32压缩的中间压冷媒从该中间排出管被排放到密闭容器12内。
在对应上支撑部材54与下支撑部材56的吸入通路60(上侧未绘出)、排出消音室62、上盖66上侧(约略对应电动组件14的下端的位置)的位置上，衬管141、142、143、144分别溶接固定于密闭容器12的容器本体12A的侧面上。将冷媒导入上汽缸38的冷媒导入管92的一端插入连接至衬管141内，此冷媒导入管92的一端则连通于上汽缸38的吸收通路(未绘出)。冷媒导入管92经过后述的设置于中间冷却回路150上的室外侧热交换器154(热源侧热交换器)后到达衬管144，另一端则插入连接于衬管144内而连通至密闭容器12内。
此外，用来将冷媒导入下汽缸40的冷媒导入管94的一端插入连接至衬管142内，而此冷媒导入管94的一端则连通至下汽缸40的吸入通路60。冷媒导入管94的另一端则连接到第二内部热交换器。此外，冷媒排出管96是插入连接至衬管143内，而此冷媒排出管96的一端再连接到排出消音室62。
接着，如图2所示，空调机100是由配置在室内且用来对室内空调的室内机(未绘出)以及装设在屋外的室外机(未绘出)所构成。作为利用侧热交换器的室内侧热交换器157是内藏于室内机中。此外，本实施例是使用二氧化碳作为冷媒来加以说明。
另一方面，在室外机内设置作为使冷媒循环手段的前述压缩机10、在冷防运转(冷却运转)时开放前述中间冷却回路150的阀装置的三通阀162、作为流路切换手段的四通阀161、室外侧热交换器154、内部热交换器160与作为减压机构的膨胀阀156等。此外，前述中间冷却回路150是用来使被第一旋转压缩组件32压缩且排放到密闭容器12内的冷媒放热，而此回路150的一部分已通过室外侧热交换器154的方式来形成。
其次，压缩机10的冷媒排放管96经由四通阀161，以配管连接到室外侧热交换器154，室外侧热交换器154出来的配管通过内部热交换器160。内部热交换器160是使在室外侧热交换器154与膨胀阀156间流动的冷媒以及在室内侧热交换器157与压缩机10间流动的冷媒进行热交换。
从内部热交换器160出来的配管则通过膨胀阀156连接到室内侧热交换器157。室内侧热交换器157通过内部热交换器160，经由四通阀161而连接到冷媒导入管94。
接着，以上述的架构来说明本发明的冷媒回路装置。此外，在冷房运转时，利用未绘出的控制装置，将四通阀161与三通阀162切换成如实线所示的路径，冷媒便如图2所示的实线流动。接着，经由端子20以及未绘出的配线，当压缩机10的电动组件14的定子线圈28通电后，电动组件14便起动而转子24也随之转动起来。借由此转动，与旋转轴16一体设置的上下偏心部42、44嵌合的上下滚轮46、48便在上下汽缸内偏心旋转。
借此，经由形成于冷媒导入管94与下支撑部材56中的吸入通路60，从未绘出的吸入埠吸入到汽缸40的低压室侧的低压冷媒气体，会借由滚轮48与阀52的动作，被压缩成中间压，再从下汽缸40的高压室侧，经由未绘出的连通路，从中间排出管121排放到密闭容器12内。借此，密闭容器12便成中间压状态。
接着，密闭容器12内的中间压冷媒气体进入冷媒导入管92，再从衬管144出来，经图标的实线路径从三通阀162流入中间冷却回路150。接着，中间冷却回路150在通过室外侧热交换器154的过程中，以空冷的方式进行放热。如上所述一般，借由使被第一旋转压缩组件32压缩的中间压冷媒气体通过中间冷却回路150，冷媒气体可以被室外侧热交换器154有效地冷却，所以密闭容器12内的温度上升可以被抑制，且第二旋转压缩组件34的压缩效率也可以提升。
此外，借由被吸入到第二旋转压缩组件34的冷媒气体在中间冷却回路150的室外侧热交换器154被冷却，被第二旋转压缩组件34压缩且排出的冷媒气体的温度可以被抑制而不上升。
借此，因为在膨胀阀156前的冷媒的过冷却度变大，在室内侧热交换器157的冷媒气体的冷房能力(冷却能力)可以提升。再者，在不增加冷媒循环量的情形下，也可以很容易地达到所要的蒸发温度，而压缩机10的耗电量也可以被降低。因此，在冷房运转时的成绩系数(COP)也可以获得改善。
接着，被冷却的中间压冷媒气体经由形成于上支撑部材54中的吸入通路(未绘出)，从未绘出的吸入埠被吸入到第二旋转压缩组件34的上汽缸38的低压室侧。借由滚轮46与阀50的动作，进行第二段压缩而成为高温高压冷媒气体。接着，从高压室侧，通过未绘出的排出埠，再经过形成于上支撑部材54中的排出消音室62，而从冷媒排出管96被排放到外部。此时，冷媒被压缩到适当的超临界压力。
从冷媒排出管96排出的冷媒气体则如图中的实线所示，从四通阀161流入至室外侧热交换器154，并于该处以空冷方式放热，然后再通过内部热交换器160。冷媒于此处被低压侧冷媒夺取热，而更进一步地被冷却。借此，因为在膨胀阀156前的冷媒的过冷却度变大，在室内侧热交换器157的冷媒气体的冷房能力可以更进一步地提升。
被内部热交换器160冷却的高压侧冷媒气体到达膨胀阀156。此外，在膨胀阀156的入口处，冷媒气体仍然是气体状态。由于在膨胀阀156处的压力下降，冷媒变成气体/液体的两相混合体，并且以此状态流入室内侧热交换器。冷媒于该处蒸发，且利用从空气吸热来发挥冷却作用，以冷却室内空间。
随后，冷媒从室内侧热交换器157流出，通过内部热交换器160。在该处，从高压侧冷媒夺取热而受到加热作用。因此，从室内侧热交换器157出来的冷媒可以被确实地气化。以此方式，可以确实地防止液体冷媒被吸入到压缩机10内的液体回流，而不需要设置接收槽。因此，可以防止压缩机10因为液体压缩所造成的损伤等的缺点。
此外，在内部热交换器160被加热的冷媒则从冷媒导入管94被吸入到压缩机10的第一旋转压缩组件32内，并且反复地进行上述循环。
另一方面，在暖房运转(加热运转)时，利用未绘出的控制装置，将四通阀161与三通阀162切换成如虚线所示的路径，冷媒便如图2所示的虚线流动。接着，经由端子20以及未绘出的配线，当压缩机10的电动组件14的定子线圈28通电后，电动组件14便起动而转子24也随之转动起来。借由此转动，与旋转轴16一体设置的上下偏心部42、44嵌合的上下滚轮46、48便在上下汽缸内偏心旋转。
借此，经由形成于冷媒导入管94与下支撑部材56中的吸入通路60，从未绘出的吸入埠吸入到汽缸40的低压室侧的低压冷媒气体，会借由滚轮48与阀52的动作，被压缩成中间压，再从下汽缸40的高压室侧，经由未绘出的连通路，从中间排出管121排放到密闭容器12内。借此，密闭容器12便成中间压状态。
接着，密闭容器12内的中间压冷媒气体进入冷媒导入管92，如图中虚线所示的路径，经由形成于第二旋转压缩组件34的上支撑部材54中的吸入通路(未绘出)，从未绘出的吸入埠被吸入到第二旋转压缩组件34的上汽缸38的低压室侧。在该处，借由滚轮46与阀50的动作来进行第二段压缩，成为高压高温的冷媒气体。接着，从高压室侧，通过未绘出的排出埠，再经由形成于上支撑部材54内的排放消音室62，从冷媒排出管96排放到外部。此时，冷媒被适当地压缩成超临界压力。
从冷媒排出管96排出的冷媒气体则如图中的虚线所示，从四通阀161通过内部热交换器160。冷媒在此处被低压侧冷媒夺取热后而被冷却。随后，冷媒流入室内侧热交换器157，并于该处放热。此时，冷媒对周围环境放热，借此来达到对室内加温。此外，在室内侧热交换器157的冷媒仍然是气体状态。之后，由于在膨胀阀156处的压力下降，冷媒变成气体/液体的两相混合体，并且经过内部热交换器160，而流入室外侧热交换气154。冷媒于该处蒸发，且从空气中吸热。
之后，冷媒从室外侧热交换器154流出，经过前述四通阀161，从冷媒导入管94被吸入到压缩机10的第一旋转压缩组件32内，并且反复地进行上述循环。
如上所述，在暖房运转时，利用前述三通阀162，冷媒不会流入到中间冷却回路150，且因为被第一旋转压缩组件32压缩的冷媒没有被冷却便被吸入到第二旋转压缩组件34中，故被第二旋转压缩组件34压缩且排出的冷媒便不会降低温度，而可以较高温的状态提供给室内侧热交换器157。借此，在暖房运转时，室内侧热交换器的冷媒气体的暖房能力(加热能力)便可以被维持。
总之，可以一边维持在暖房运转时在室内侧热交换器157的冷媒气体的暖房能力，而一方面在冷房运转时，由可以改善提升在室内侧热换器157的冷媒气体的冷房能力。
此外，在本实施例中，作为减压机构的膨胀阀156可以在冷房运转与暖房运转的两种运转中使用，但是并不局限于此架构。例如，可以设置两个膨胀阀，可以在冷房运转与暖房运转时切换使用。
此外，在本实施例中，中间冷却回路150的一部分是以通过室外侧热交换器154来形成，并且将通过中间冷却回路150的冷媒以室外侧热换器154来冷却之物，但是本发明并不局限于此结构。例如，在中间冷却回路150中，也可以设置额外的热交换器来冷却通过中间冷却回路150的冷媒。
其次，在本实施例是使用二氧化碳作为冷媒，但是本发明并不限定于此范畴。例如，在高压侧成为超临界压力的冷媒循环装置中可以被使用的各种冷媒均适用。
如上所述，依据本发明所教示的话，在冷却运转时，可以使被第一旋转压缩组件排出的冷媒在中间冷却回路内放热而达到冷却作用，因此可以抑制密闭容器内的温度上升。
借此，在冷却运转时，在热交换器的冷媒气体的冷却能力提升，且在冷却运转时，不需要增加冷媒循环量便可以轻易地达到所要的蒸发温度，而压缩机的耗电量也可以降低。因此，可以达到改善冷房运转时的成绩系数的效果。
因此，在加热运转时，热交换器的冷媒气体的加热能力可以维持，而另一方面在冷却运转时，热交换器的冷媒气体的冷却能力也可以有提升的效果。
再者，依据本发明的另一观点，在热源侧热交换器与减压机构之间流动的冷媒被利用侧热交换器与压缩机之间流动的冷媒夺走热，借以冷媒的温度可以更降低。此外在冷却运转时，利用侧热交换器的冷媒气体的冷却能力的改善可以获得更进一步的效果。
此外，依据本发明的话，以二氧化碳作为冷媒，因而对环境议题能够有所贡献。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视上述的权利要求所界定的范围为准。

Claims (3)

1.一种冷媒循环装置，热交换器、减压机构与压缩机连接一起，以进行冷却运转与加热运转，前述冷媒循环装置的特征在于：
前述压缩机，包括第一旋转压缩组件与第二旋转压缩组件，被前述第一旋转压缩组件压缩而排放的冷媒是被导入到前述第二旋转压缩组件；且
前述冷媒循环装置更具备：
中间冷却回路，用以使被前述第一旋转压缩组件压缩而排放的冷媒放热；以及
阀装置，用以在前述冷却运转时，开放前述中间冷却回路。
2.如权利请求1所述的冷媒循环装置，其特征在于前述热交换器是由利用侧热交换器与热源侧热交换器所构成，前述冷媒循环装置更具备内部热交换器，在前述冷却运转时，使从前述压缩机排出的冷媒经由前述热源侧热交换器、前述减压机构与前述利用侧热交换器进行循环，而在前述加热运转时，使从前述压缩机排出的冷媒经由前述利用侧热交换器、前述减压机构与前述热源侧热交换器进行循环，并且使流过前述热源侧热交换器与前述减压机构之间的冷媒以及流过前述利用侧热交换器与前述压缩机之间的冷媒进行热交换。
3.如权利请求1或2所述的冷媒循环装置，其特征在于前述冷媒是使用二氧化碳。
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