CN100580340C - 热泵式空调器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热泵式空调器，包括旋转式压缩机、储液器、四通换向阀、室外热交换器、膨胀装置和室内热交换器，旋转式压缩机的高压出口通过排气管与四通换向阀的第一接管相通，四通换向阀的第二接管连接到室外热交换器的一端，室外热交换器的另一端通过膨胀装置连接到室内热交换器的一端，室内热交换器的另一端连接到四通换向阀的第三接管，四通换向阀的第四接管连接到储液器的上部，储液器的下部通过吸气管与旋转式压缩机的气缸相通，热泵式空调器上设置有将冷冻循环中的冷媒的压力导入到所述密闭滑片腔的配管，在所述四通换向阀切换的同时，该滑片腔的压力在冷冻循环的高压侧压力和低压侧压力之间切换，最后实现热泵式空调器的空调冷量控制。

Description

热泵式空调器

技术领域

本发明涉及一种热泵式空调器，特别是一种搭载有双缸旋转式压缩机的热泵式空调器。

背景技术

近年来，通过搭载采用变频技术的双缸旋转式压缩机，来控制热泵式空调器的冷量的技术已很普及。而不依靠变频技术，通过中止气缸的压缩作用来控制压缩机的制冷量，其结果是可以控制空调制冷量的方法也已公开。后一种技术方案是在两个气缸中，通过压力操作来中止以及解除中止其中一个气缸的滑片动作，来达到压缩机的制冷量控制。在这种冷量控制方案中，要控制压缩机的滑片动作，就需要压力换向阀和控制该压力换向阀的方法。

例如日本专利文献，专利公开平成15-31114号，以下简称专利文献1，记载的作为双缸旋转式压缩机的冷量控制技术方案，提供了一种通过把气缸腔切换成高压侧来中止气缸腔压缩作用的方法。并且，其使用热泵循环的四通换向阀来控制压缩机制冷量的技术方案，也是使用那种技术方案。另外，其强调一定要在两个气缸上都配备独立的吸气管。

关于使用热泵循环的四通换向阀来控制压缩制冷量的技术，按照以往的方式，例如专利文献1中公开的技术是将连接到四通换向阀和热交换器之间的吸气管接到第二气缸腔的方法。

通过四通换向阀的切换，当上述热交换器成为冷凝器时，吸气管的压力变成高压侧，第二气缸腔的压缩作用中止，冷媒气体不会流入到吸气管。但是，当上述热换器变成蒸发器时，吸气管的压力变成低压侧，低压的冷媒气体从四通换向阀和热交换器之间流入，第二气缸重新开始压缩作用。当第二气缸开始通常的压缩运转时，为了防止低压液体冷媒直接从蒸发器流到气缸腔，需要一个储液器。因此，加上第一气缸的储液器，整个压缩机共需要两个独立的储液器。

此时，上述的吸气管变成冷媒气体的吸气回路，故有必要扩大该相关配管的直径，并且还存在配管长度过长的缺点。也就是说，按照以往的方式进行操作时，需要连接到两个气缸腔的独立的吸气回路和两个储液器，其结果是：存在压缩机和空调器的尺寸变大、制造成本上升的问题。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、体积小、制作成本低、实现空调冷量或热量控制的热泵式空调器，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种热泵式空调器，包括旋转式压缩机、储液器、四通换向阀、室外热交换器、膨胀装置和室内热交换器，旋转式压缩机的高压出口通过排气管与四通换向阀的第一接管相通，四通换向阀的第二接管连接到室外热交换器的一端，室外热交换器的另一端通过膨胀装置连接到室内热交换器的一端，室内热交换器的另一端连接到四通换向阀的第三接管，四通换向阀的第四接管连接到储液器的上部，储液器的下部通过吸气管与旋转式压缩机的气缸相通，其中，旋转式压缩机的高压壳体内设置有压缩组件和电机组件，压缩组件包括第一气缸和第二气缸及中隔板，各气缸里均设置有气缸腔和滑片腔，气缸腔容纳进行偏心转动的圆形活塞，滑片腔容纳滑片的背侧端部，滑片受压，其前端部与活塞的外周滑动接触，至少其中一个气缸的滑片腔被密封，其结构特征是热泵式空调器上设置有将冷冻循环中的冷媒的压力导入到所述密闭滑片腔的配管，在所述四通换向阀切换的同时，该滑片腔的压力在冷冻循环的高压侧压力和低压侧压力之间切换。

所述配管为第二压力切换管，第二压力切换管一端与第二滑片腔的后部相通，其另一端通过第二连接管连接到四通换向阀和室内热交换器之间，或者，其另一端通过第二连接管连接在从室内热交换器到膨胀装置之间的范围内；吸气管为第一吸气管和第二吸气管，第一吸气管与第一气缸相通，第二吸气管与第二气缸相通，第一滑片腔中设置有线圈弹簧，第一滑片的前端抵靠在第一活塞的外径上。

所述配管为第二压力切换管，第二压力切换管一端与第二滑片腔的后部相通，其另一端通过第一连接管连接在四通换向阀和室外热交换器之间，或者，其另一端通过第一连接管连接在从室外热交换器到膨胀装置之间的范围内；吸气管为第一吸气管和第二吸气管，第一吸气管与第一气缸相通，第二吸气管与第二气缸相通，第一滑片腔中设置有线圈弹簧，第一滑片的前端抵靠在第一活塞的外径上。

所述配管为第一压力切换管和第二压力切换管；第一压力切换管通过第一连接管连接在四通换向阀和室内热交换器之间，或者，连接在从室内热交换器到膨胀装置之间的范围内；第二压力切换管通过第二连接管连接在四通换向阀和室外热交换器之间，或者，连接在从室外热交换器到膨胀装置之间的范围内；第一滑片腔和第二滑片腔中至少有一个设置有线圈弹簧。

所述中隔板上设置有分别连通第一吸气腔和第二吸气腔的分流孔，吸气管为第一吸气管，第一吸气管与第一吸气腔相通。

所述第二气缸的排量比第一气缸的排量小。第二气缸的排量，与第一气缸的排量和第二气缸的排量的总和相比，小于等于0.35。

所述电机组件与变频机构相接。

本发明在使用热泵循环的四通换向阀来控制压缩机制冷量的技术中，提供不使用双缸旋转式压缩机的吸气回路，而达到中止和解除中止气缸腔压缩作用的技术，其结果是，具有本发明的冷量控制技术的双缸旋转式压缩机不需要追加储液器和吸气回路。也就是说，本发明的压缩机搭载到热泵式空调器，实施冷量控制时，只需追加一根细径配管就可实现应用，对已有的空调器来说具有优越的适应性。

本发明中，使用本技术提供的双缸旋转式压缩机的热泵循环空调器里需要追加的零件，只是从四通换向阀连接到压缩机滑片腔的连接管，具有简单应用于已有的空调器的特点。也就是说，可以简单增减制冷和制热的空调能力比率，而且可以提供高效的热泵式空调器。

附图说明

图1为本发明第一实施例的热泵循环结构示意图。

图2为第一实施例中的旋转式压缩机纵向剖视结构示意图。

图3为图2中的A-A局部剖视结构示意图。

图4为本发明第二实施例的热泵循环结构示意图。

图5为本发明第四实施例中的旋转式压缩机纵向剖视结构示意图。

图6为本发明第四实施例的热泵循环结构示意图。

图7为本发明第五实施例中的旋转式压缩机纵向剖视结构示意图。

图中：1为旋转式压缩机，2为密封壳体，3为排气管，4为四通换向阀，5为室外热交换器，6为膨胀装置，7为室内热交换器，11为储液器，12a为第一吸气管，12b为第二吸气管，13a为第一压力切换管，13b为第二压力切换管，14为第一连接管，15为第二连接管，21为压缩组件，22为电机组件，23a为第一气缸，23b为第二气缸，24为中隔板，25a为第一气缸腔，25b为第二气缸腔，26为螺钉，27为主轴承，28为副轴承，29a为第一消声器，29b为第二消声器，31a为第一滑片，31b为第二滑片，32a为第一活塞，32b为第二活塞，33a为第一偏心部，33b为第二偏心部，34a为第一滑片腔，34b为第二滑片腔，35为线圈弹簧，36为曲轴，41a为第一吸气腔，41b为第二吸气腔，42为分流孔。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

第一实施例

参见图1，显示了搭载旋转式压缩机1的空调器的热泵循环。焊接在旋转式压缩机1的密闭壳体2上端的排气管3，连接到四通换向阀4的四接管中的第一接管上。四通换向阀4的第二接管连到室外热交换器5，该室外热交换器5的另一端连到膨胀装置6，膨胀装置6连接到室内热交换器7。而且，将室内热交换器7连接到四通换向阀4的第三接管上，再将四通换向阀4的第四接管连接到储液器11的上部。配置在储液器11下部的第一吸气管12a和第二吸气管12b通过密封壳体2，分别连到图2所显示的第一气缸23a和第二气缸23b上。并且，安装在密封壳体2侧面下部的第二压力切换管13b，由第二连接管15连接到四通换向阀4和室内热交换器7之间。

图1中的箭头表示热泵循环的冷媒气体流向。实线箭头表示制冷模式中的气体流向，虚线箭头表示制热模式中的气体流向。四通换向阀4的作用是切换气体流向，可以通过电信号使循环在制冷模式和制热模式间自由转换。

图2和图3是旋转式压缩机1的内部构造。旋转式压缩1的下部设置有压缩组件21，上部设置有电机组件22，它们的外径部固定于壳体内径。压缩组件21有两个气缸：第一气缸23a和第二气缸23b，它们之间用中隔板24隔开，分别形成第一气缸腔25a和第二气缸腔25b。第二气缸23b的排量比第一气缸23a小，实现该设计的方法是改变气缸的高度尺寸。

在各气缸的上面和下面，中隔板24和第一气缸23a和第二气缸23b分别用螺钉26安装在主轴承27和副轴承28上。主轴承27和副轴承28分别安有第一消声器29a和第二消声器29b，该两个消声器的内部均装有排气阀片，图中无显示。

第一气缸23a中设置有第一滑片31a，第一气缸腔25a中的第一活塞32a安装在曲轴36的第一偏心部33a上，能自由转动，并收容在第一气缸腔25a内部。第二气缸23b中设置有第二滑片31b。第二气缸腔25b中的第二活塞32b安装在曲轴36的第二偏心部33b上，能自由转动，并收容在第二气缸腔25b内部。各气缸里滑片后部的空腔称为第一滑片腔34a和第二滑片腔34b。第一滑片腔34a中插入了线圈弹簧35，第一滑片31a的前端部推压着第一活塞32a的外径。

在第二气缸23b中，第二滑片腔34b的上开口和下开口被中隔板24和副轴承28密封。第二滑片腔34b的后部设置有第二压力切换管13b，第二压力切换管13b如图1所说明的那样，通过第二连接管15连接到四通换向阀4和室内热交换器7之间。因此，第二滑片腔34b的压力通过第二压力切换管13b来进行切换。如后所述，当第二滑片腔34b为高压侧时，第二滑片31b的前端可以压向并贴附在第二活塞32b的外径上，第二气缸腔25b继续压缩作用。

但是，当第二滑片腔34b切换为低压侧时，第二滑片31b的前端就离开活塞外径，收纳并停留在第二滑片腔34b内，停止工作。此时，第二气缸腔25b的压缩作用中止。因此，第二滑片腔34b里一般不插入线圈弹簧。另外，关于如何让收纳于第二滑片腔34b的第二滑片31b更稳定，已有各种各样的公开方法，此处不再在复述。

下面说明搭载上述旋转式压缩机的热泵式空调器的作用。

(1)选择制冷模式时(减能力运转)

图1中，冷媒气体如实线箭头所示方向流动，室外热交换器5为冷凝器，室内热交换器7为蒸发器。因此，四通换向阀4和室内热交换器7之间为低压侧，与此部分相连通的第二连接管15，以及与第二连接管15相连的第二压力切换管13b的压力，均为低压侧。当第二滑片腔34b的压力为低压时，第二气缸腔25b的压缩作用中止。当第一气缸腔25a总是持续压缩作用时，第二气缸腔25b的压缩停止将导致旋转式压缩机1的制冷量减少，最后导致空调器的制冷量也会减少。

(2)选择制热模式时(全能力运转)

图1中，当四通换向阀4切换时，冷媒气体如虚线箭头所示方向流动，流经两个热交换器的冷媒气体流向与制冷模式时相反，此时，室内热交换器7为冷凝器，室外热交换器5为蒸发器。因此，四通换向阀4和室内热交换器7之间为高压侧，第二连接管15和第二压力切换管13b的压力均为高压侧。当第二滑片腔34b的压力为高压时，第二气缸腔25b的压缩作用从中止状态下解除，开始压缩。与此同时，第一气缸腔25a持续压缩作用，旋转式压缩机1切换为全能力运转。于是，空调器在切换四通换向阀4，成为制热模式的同时，可以自动进行高制热量运转。故在选择运转模式的同时可以自动切换能力，不需要特别的控制。

一般在温暖地区，热泵式空调器的制热模式的能力至少在制冷模式的能力的1.2倍以上。但在寒冷地区，其比率需要进一步扩大。本发明中，要调整这样的制冷模式和制热模式的能力比率，只需要改变两个气缸的排量比率就可以了。

例如，当第一气缸23a和第二气缸23b的排量共为100％，其中第一气缸23a是80％，第二气缸23b是20％，那么制热模式和制冷模式的能力比率是100/80，即1.25倍。但是，当第一气缸23a是20％，第二气缸23b中是80％，制热模式和制冷模式的能力比率就是100/20，即5倍。

如上文所说明的，本发明是将密闭第二滑片腔34b的内压力在热泵循环系统的高压侧压力和低压侧压力之间切换，从而控制第二气缸腔25b压缩作用的方法，因此不需要改变压缩机的吸气回路。并且，由于第二连接管15的配管里没有冷媒气体流过，所以具备无需扩大配管直径的特点。

在实施例1中，第二连接管15连接在四通换向阀4和室内热交换器7之间，但是，也可以连接在从室内热交换器7到膨胀装置6之间的范围内。其理由是：该范围内的压力，与四通换向阀4和室内交换器7之间的压力是相等的。

第二实施例

参见图4，其循环结构和图1相同，但是，第二压力切换管13b通过第一连接管14，连接在四通换向阀4和室外热交换器5之间。或者如第一实施例所说明的那样，连接在从经过室外热交换器5到膨胀装置6之间的范围内也是可以的。其结果是，作用于第二压力切换管13b的压力，在制冷模式和制热模式与图1的情况相反。因此，选择制冷模式时是全能力运转，选择制热模式时是减能力运转。于是，在热泵式空调器中，通过改变压力切换管的连接位置，就可以使两个运转模式的能力比率逆反。

第三实施例

在第一实施例中，当旋转式压缩机1的电机组件22通过变频技术等可以改变转速时，可以追加以下优点。

在制热模式下，可以通过增加电机组件22的转速来进一步提高制热量。例如，当室外温度为低温时，可以大幅度缩短制热开始的时间，达到规定的室温后再减少转速，从而保持舒适的空调温度。

在制冷模式下，可以通过减少电机组件22的转速进一步减低制冷量。例如，在深夜时段，当制冷负荷是最小时，也可以保持舒适的空调温度。

在第一实施例中，通过追加变频技术等控制电机组件22的转速，可以加大制热量与制冷量的比率。并且，在运行率最高的空调能力中，要使压缩机效率为最大，可以通过两个气缸的排量比率以及基于电动机转速的最大效率点间的优化来实现。其结果是可以取得这样的效果：空调器的一年运转效率为最大。

第四实施例

参见图5，旋转压缩机1在第一气缸23a里追加了与第二气缸23b同样的中止压缩作用的功能。该设计中第一滑片腔34a是密封的同时，也在第二滑片31b上追加了线圈弹簧35。

图6所示的热泵循环使用了图5中说明的旋转式压缩机1。第一压力切换管13a通过第一连接管14连接在四通换向阀4和室内热交换器7之间，第二压力切换管13b通过第二连接管15连接在四通换向阀4和室外热交换器5之间。当选择制冷模式时，第一压力切换管13a是低压侧，第二压力切换管13b是高压侧，因此，第一气缸腔25a的压缩作用中止，而第二气缸腔25b的压缩作用持续。当选择制热模式时，第一压力切换管13a和第二压力切换管13b的压力与制冷模式下的情况相反，因此，第一气缸腔25a的压缩作用持续进行，但第二气缸腔25b的压缩作用中止。

在第四实施例中，通过制冷模式和制热模式来选择两个气缸的其中一个来运转。在第一实施例中，第一气缸腔23a总是运转，第二气缸腔23b在制冷模式下总是中止运转，两个气缸的运转时间差异很大。关于这方面的问题，在第四实施例中，两个气缸的运转时间是由制冷模式和制热模式的运转时间来决定的，其时间差异没有第一实施例中的那么大。

由于一般压缩机的寿命由较长的运转时间来决定，所以从压缩机的寿命来看，第四实施例更有利。而且，在第四实施例中，譬如在噪音发生源的两个气缸之间更改噪音对策一样，在制冷模式和制热模式之间变更压缩机的噪音级别和音色的应用也是可行的。

第五实施例

在本发明实施中，如果要设计成第一气缸腔23a和第二气缸腔23b的排量比率较大，就没有必要如图1所示在两个气缸上分别配备独立的吸气管。也就是说，在大排量的气缸上配置吸气管，而小排量的气缸可以不配置吸气管。其结果是可以在提高制造性的同时，降低成本。

由于专利文献1中所公开的方法是强调一定要在两个气缸上都配备独立的吸气管，所以第五实施例是本发明的一个大特色。

下面具体说明第五实施例。

参见图7，第一气缸腔25a和第二气缸腔25b内分别设置有第一吸气腔41a和第二吸气腔41b，中隔板24里设置有一个开口于两个吸气腔的分流孔42。当经过储液器11、由第一吸气管12a吸入的低压冷媒气体流入到第一吸气腔41a时，冷媒气体分别流入第一气缸腔25a和第二气缸腔25b。

比起第一气缸23a，第二气缸23b的排量足够小，流入第二气缸腔25b的气体的阻力损失比第一气缸23a的要小得多。因此，即使只设置一根吸气管也不会造成很大的阻力损失，低压气体能吸入到两个气缸内。

根据上述原理做实验，可以得到如下的数据，由此可以证明上述论点。

相对于两个气缸：第一气缸23a和第二气缸23b的排量总和，如果小排量的第二气缸23b占气缸总排量35％以下，即，第二气缸的排量/(第一气缸腔的排量+第二气缸腔的排量)小于或等于0.35时，与两个气缸分别配备独立吸气管的设计方案比起来，其制冷量和效率等基本性能都没有差别。

Claims (8)

1.一种热泵式空调器，包括旋转式压缩机(1)、储液器(11)、四通换向阀(4)、室外热交换器(5)、膨胀装置(6)和室内热交换器(7)，旋转式压缩机的高压出口通过排气管(3)与四通换向阀的第一接管相通，四通换向阀的第二接管连接到室外热交换器的一端，室外热交换器的另一端通过膨胀装置连接到室内热交换器的一端，室内热交换器的另一端连接到四通换向阀的第三接管，四通换向阀的第四接管连接到储液器的上部，储液器的下部通过吸气管与旋转式压缩机的气缸相通，其中，旋转式压缩机的高压壳体内设置有压缩组件(21)和电机组件(22)，压缩组件包括第一气缸(23a)和第二气缸(23b)及中隔板(24)，各气缸里均设置有气缸腔和滑片腔，气缸腔容纳进行偏心转动的圆形活塞，滑片腔容纳滑片的背侧端部，滑片受压，其前端部与活塞的外周滑动接触，至少其中一个气缸的滑片腔被密封，其特征是热泵式空调器上设置有将冷冻循环中的冷媒的压力导入到所述密闭滑片腔的配管，在所述四通换向阀切换的同时，该滑片腔的压力在冷冻循环的高压侧压力和低压侧压力之间切换。

2.根据权利要求1所述热泵式空调器，其特征是所述配管为第二压力切换管(13b)，第二压力切换管一端与第二滑片腔(34b)的后部相通，其另一端通过第二连接管(15)连接到四通换向阀(4)和室内热交换器(7)之间，或者，其另一端通过第二连接管(15)连接在从室内热交换器到膨胀装置(6)之间的范围内；吸气管为第一吸气管(12a)和第二吸气管(12b)，第一吸气管与第一气缸(23a)相通，第二吸气管与第二气缸(23b)相通，第一滑片腔(34a)中设置有线圈弹簧(35)，第一滑片(31a)的前端抵靠在第一活塞(32a)的外径上。

3.根据权利要求1所述热泵式空调器，其特征是所述配管为第二压力切换管(13b)，第二压力切换管一端与第二滑片腔(34b)的后部相通，其另一端通过第一连接管(14)连接在四通换向阀(4)和室外热交换器(5)之间，或者，其另一端通过第一连接管(14)连接在从室外热交换器到膨胀装置之间的范围内；吸气管为第一吸气管(12a)和第二吸气管(12b)，第一吸气管与第一气缸(23a)相通，第二吸气管与第二气缸(23b)相通，第一滑片腔(34a)中设置有线圈弹簧(35)，第一滑片(31a)的前端抵靠在第一活塞(32a)的外径上。

4.根据权利要求1所述热泵式空调器，其特征是所述配管为第一压力切换管(13a)和第二压力切换管(13b)；第一压力切换管通过第一连接管(14)连接在四通换向阀(4)和室内热交换器(7)之间，或者，连接在从室内热交换器到膨胀装置之间的范围内；第二压力切换管通过第二连接管(15)连接在四通换向阀和室外热交换器之间，或者，连接在从室外热交换器到膨胀装置之间的范围内；第一滑片腔(34a)和第二滑片腔(34b)中至少有一个设置有线圈弹簧(35)。

5.根据权利要求1所述热泵式空调器，其特征是所述中隔板(24)上设置有分别连通第一吸气腔(41a)和第二吸气腔(41b)的分流孔(42)，吸气管为第一吸气管(12a)，第一吸气管与第一吸气腔相通。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述热泵式空调器，其特征是所述第二气缸(23b)的排量比第一气缸(23a)的排量小。

7.根据权利要求5所述热泵式空调器，其特征是所述第二气缸(23b)的排量，与第一气缸(23a)的排量和第二气缸的排量的总和相比，小于等于0.35。

8.根据权利要求1至5任一权利要求所述热泵式空调器，其特征是所述电机组件(22)与变频机构相接。

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