CN101371083B - 冷冻装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷冻装置。在具有低级侧压缩机(21)的室外机组(20)和室内机组(40)之间，设置了具有高级侧压缩机(31)及气液分离器(33)的选择机组(30)。在除霜运转中，利用低级侧压缩机(21)的喷出制冷剂对室外热交换器(22)进行除霜，并且气液分离器(33)的制冷剂被吸入高级侧压缩机(31)后向低级侧压缩机(21)的吸入侧喷出。在选择机组(30)中设置有在除霜运转时使高级侧压缩机(31)的喷出制冷剂的一部分向该高级侧压缩机(31)的吸入侧返回的注入管(36)。因此，从气液分离器(33)流向高级侧压缩机(31)的制冷剂由于高温的喷出制冷剂而气化。

Description

冷冻装置
技术领域
本发明涉及一种冷冻装置，特别是关于一种使用中间压力制冷剂的气液分离器并进行双级压缩双级膨胀制冷循环的冷冻装置。
背景技术
迄今为止，在制冷剂回路中进行制冷循环的冷冻装置和热水供给设备等已为众所周知。例如，作为在制冷剂回路中使制冷剂进行可逆循环来对室内进行制冷及供暖的冷冻装置，在专利文献1中公开了一种空调机。
具体来说，在专利文献1的空调机中，通过切换四通转换阀，从而能够进行在制冷时使压缩机的喷出制冷剂流向室外热交换器的制冷循环，还能够进行在供暖时使压缩机的喷出制冷剂流向室内热交换器的供暖循环。而且，在该空调机中，当在供暖运转中室外热交换器结霜时，则进行从供暖循环切换到制冷循环后用高温的热气对室外热交换器进行除霜的所谓逆循环除霜运转。
专利文献1：日本专利公开平10-253207号公报
(发明所要解决的课题)
此外，近年来从保护地球环境等角度出发，作为制冷剂使用了二氧化碳等自然制冷剂。不过，当使用了二氧化碳时，由于将二氧化碳压缩到其临界压力，因此致使压缩机的压缩比提高，并且压缩机的负担显著增加。于是，迄今为止，为了在减轻压缩机负担的同时提高压缩机的运转效率，将低级侧压缩机和高级侧压缩机进行串联设置，同时还设置了中间压力制冷剂的气液分离器，并使该气液分离器的气态制冷剂注入高级侧压缩机的吸入侧的所谓双级压缩双级膨胀制冷循环已为众所周知。
在此，在原有的所述空调机中，当将制冷剂换成二氧化碳后，为了在例如供暖循环时能够进行双级压缩双级膨胀制冷循环，而考虑到增加设置高级侧压缩机及气液分离器的情况。此时，高级侧压缩机被设置在四通转换阀和室内热交换器之间的连接气体管道上，以便在供暖循环时吸入原有低级侧压缩机的喷出制冷剂。气液分离器被设置在室内热交换器和室外热交换器之间的连接液体管道上，在该气液分离器上连接有将气态制冷剂向高级侧压缩机的吸入侧注入的管道。从气态制冷剂的注入量和高级侧压缩机的吸入制冷剂量之间的关系来看，一般将高级侧压缩机的容积设定得比低级侧压缩机的容积小。
在所述状态下，当处于供暖循环时低级侧压缩机的喷出制冷剂经由四通转换阀被高级侧压缩机吸入并进行了双级压缩后，流向室内热交换器并凝结，并且气液分离器的气态制冷剂流向高级侧压缩机的吸入侧。气液分离器的液态制冷剂向室外热交换器流动并蒸发以后，被低级侧压缩机吸入后再次喷出。当处于制冷循环时，原有的低级侧压缩机的喷出制冷剂经由四通转换阀流向室外热交换器并凝结，该液态制冷剂经由气液分离器向室内热交换器流动并蒸发。也就是，在该制冷循环时，高级侧压缩机的吸入侧与低级侧压缩机不连通，该高级侧压缩机的吸入侧仅与气液分离器连通。因此，在制冷循环时，当使高级侧压缩机也一并运转时则产生下记问题，即：有出现气液分离器的液态制冷剂被高级侧压缩机吸入的所谓液体回流(back)之虞。
从所述情况来看，当处于制冷循环时，将难于使高级侧压缩机进行运转。这样一来，在逆循环除霜运转中，不论是否具有高级侧压缩机，都只能运转低级侧压缩机，所以除霜能力无法充分发挥，致使除霜时间增长。其结果是破坏了供暖运转时的舒适性。
发明内容
本发明是鉴于所述问题点的发明，其目的在于：在为了当供暖运转时能进行双级压缩双级膨胀制冷循环而增加设置了高级侧压缩机及气液分离器的冷冻装置中，当利用制冷循环来进行除霜运转时，可以防止液体从气液分离器向高级侧压缩机回流，从而使两台压缩机都能够进行运转。
(解决课题的方法)
第一发明以下记所述的冷冻装置作为前提，即：该冷冻装置包含制冷剂回路15，该制冷剂回路15具有低级侧压缩机21、高级侧压缩机31和中间压力制冷剂的气液分离器33，在该制冷剂回路15中进行双级压缩双级膨胀制冷循环，此外在所述制冷剂回路15中能够使供暖循环和除霜循环之间进行切换，在该供暖循环中，低级侧压缩机21的喷出制冷剂在高级侧压缩机31中被压缩，并且凝结了的制冷剂流经气液分离器33，同时该气液分离器33的气态制冷剂被吸入高级侧压缩机31，制冷剂进行双级压缩双级膨胀，在该除霜循环中，使从低级侧压缩机21喷出后凝结了的制冷剂绕过气液分离器33而流动，并且使蒸发了的制冷剂绕过高级侧压缩机31而流动，制冷剂进行单级压缩单级膨胀。
并且，在本发明中，所述制冷剂回路15具有将高级侧压缩机31的喷出制冷剂的一部分向该高级侧压缩机31的吸入侧注入并使该喷出制冷剂的一部分与来自气液分离器33的制冷剂混合的注入管36。
在所述发明中，当处于供暖运转时，在制冷剂回路15中，中间压力制冷剂在气液分离器33中被分离成液态制冷剂和气态制冷剂，并且进行双级压缩双级膨胀的制冷循环。还有，当处于除霜运转(逆循环除霜运转)时，在制冷剂回路15中进行单级压缩单级膨胀的制冷循环。
具体来说，当处于供暖运转时，在高级侧压缩机31中被压缩成高压的制冷剂在作为利用侧热交换器的例如室内热交换器中凝结，然后减压至中间压力后流入气液分离器33。在该气液分离器33中，中间压力制冷剂被分离为液态制冷剂和气态制冷剂。分离出来的液态制冷剂被减压至低压以后，在作为热源侧热交换器的例如室外热交换器中蒸发。该蒸发了的制冷剂在低级侧压缩机21中被压缩至中间压力后，被高级侧压缩机31吸入并再次喷出，反复进行该制冷剂循环。另一方面，在所述气液分离器33中分离出来的气态制冷剂与低级侧压缩机21的喷出制冷剂混合后被高级侧压缩机31吸入。
另一方面，当处于除霜运转时，在例如使高级侧压缩机31停止的状态下使低级侧压缩机21进行运转。此时，在低级侧压缩机21中被压缩至高压的制冷剂在室外热交换器中凝结，进行室外热交换器的除霜。凝结了的制冷剂在不通过气液分离器33的情况下进行流动，并且在被减压至低压后，在室内热交换器中蒸发。该蒸发了的制冷剂在不通过高级侧压缩机31的情况下被低级侧压缩机21吸入后再次喷出，反复进行该制冷剂循环。高级侧压缩机31的喷出侧与低级侧压缩机21的吸入侧连通，不过高级侧压缩机31的吸入侧与低级侧压缩机21的喷出侧及吸入侧都不连通，该高级侧压缩机31的吸入侧与气液分离器33连通。
在此，当为了提高除霜能力而使高级侧压缩机31也一起运转时，气态制冷剂从气液分离器33被吸入高级侧压缩机31，并且该高级侧压缩机31的喷出制冷剂与在室内热交换器中蒸发了的制冷剂混合后被低级侧压缩机21吸入。由此，在制冷剂回路15中，由于制冷剂的焓值(enthalpy)增大且增大的量等于高级侧压缩机31的作功量(被供给的电量)，因而除霜能力提高。
此外，在所述除霜运转中，有出现不仅是气液分离器33中的气态制冷剂就连液态制冷剂也被高级侧压缩机31吸入之虞。并且，当吸入液态制冷剂时，有可能使压缩机受到损坏。于是，在本发明中使高级侧压缩机31的喷出制冷剂的一部分通过注入管36返回高级侧压缩机31的吸入侧。由此，因为从气液分离器33流出的液态制冷剂与注入管36中的高温喷出制冷剂混合，所以液态制冷剂被加热而气化。因此，能够防止液态制冷剂被吸入高级侧压缩机31。
第二发明以下记所述的冷冻装置作为前提，该冷冻装置包含制冷剂回路15；该制冷剂回路15包括具有低级侧压缩机21及热源侧热交换器22的热源机组20、具有利用侧热交换器41的利用机组40和中间机组30；中间机组30具有连接在所述热源机组20及利用机组40之间的气体管线3G和连接在所述热源机组20及利用机组40之间的液体管线3L，在该气体管线3G上设置有高级侧压缩机31，在该液体管线3L上设置有通过气体流出管33c与所述高级侧压缩机31的吸入侧连接的中间压力制冷剂的气液分离器33；在所述制冷剂回路15中能够使供暖循环和除霜循环之间进行切换，在该供暖循环中，所述低级侧压缩机21的喷出制冷剂在气体管线3G的高级侧压缩机31中被压缩，并且利用机组40的液态制冷剂流经液体管线3L的气液分离器33，制冷剂进行双级压缩，在该除霜循环中，使从所述低级侧压缩机21流向了热源侧热交换器22的制冷剂绕过液体管线3L的气液分离器33而流动，并且使利用机组40的气态制冷剂绕过气体管线3G的高级侧压缩机31及气体流出管33c而流动，制冷剂进行单级压缩。
并且，在本发明中，所述中间机组30具有设置在气体管线3G上并使高级侧压缩机31的喷出制冷剂的一部分向该高级侧压缩机31的吸入侧和气体流出管33c之间注入的注入管36。
在所述发明中，通过在热源机组20和利用机组40之间连接中间机组30从而构成了制冷剂回路15。并且，中间机组30构成了在供暖时为了使制冷剂进行双级压缩双级膨胀来使供暖能力提高而在例如原有的热源机组20及利用机组40的基础上增设的机组。
在供暖运转时，在高级侧压缩机31中被压缩至高压的制冷剂经由气体管线3G流向利用机组40，在利用侧热交换器41中凝结。该凝结了的制冷剂流向中间机组30的液体管线3L并被减压至中间压力以后，流入气液分离器33。在该气液分离器33中，中间压力制冷剂被分离为液态制冷剂和气态制冷剂。分离出来的液态制冷剂经由液体管线3L流向热源机组20，在被减压至低压后，在热源侧热交换器22中蒸发。该蒸发了的制冷剂在低级侧压缩机21中被压缩至中间压力后，流向中间机组30的气体管线3G并在高级侧压缩机31中被再次压缩至高压，反复进行该制冷剂循环。另一方面，在所述气液分离器33中被分离出来的气态制冷剂通过气体流出管33c而流向气体管线3G，在与低级侧压缩机21的喷出制冷剂混合后被高级侧压缩机31吸入。也就是，当处于该供暖运转时，在制冷剂回路15中进行双级压缩双级膨胀制冷循环。
另一方面，当处于除霜运转时，在例如使高级侧压缩机31停止的状态下使低级侧压缩机21进行运转。此时，在低级侧压缩机21中被压缩至高压的制冷剂在热源侧热交换器22中凝结，进行热源侧热交换器22的除霜。凝结了的制冷剂流向中间机组30的液体管线3L，在不通过气液分离器33的情况下流向利用机组40。该制冷剂被减压至低压后，在室内热交换器中蒸发，并流向中间机组30的气体管线3G。该气体管线3G的制冷剂绕过高级侧压缩机31及气体流出管33c而流向热源机组20。该流入热源机组20的制冷剂在低级侧压缩机21中被再次压缩至高压，反复进行该制冷剂循环。也就是，在该除霜循环中，高级侧压缩机31的喷出侧与低级侧压缩机21的吸入侧连通，不过高级侧压缩机31的吸入侧与低级侧压缩机21的喷出侧及吸入侧都不连通，该高级侧压缩机31的吸入侧与气液分离器33连通。
在此，当为了提高除霜能力而使高级侧压缩机31也一起运转时，气态制冷剂从气液分离器33被吸入高级侧压缩机31，并且该高级侧压缩机31的喷出制冷剂在气体管线3G中与来自利用侧热交换器41的蒸发制冷剂混合后被低级侧压缩机21吸入。由此，在制冷剂回路15中，由于制冷剂的焓值增大且增大的量等于高级侧压缩机31的作功量(被供给的电量)，因而除霜能力提高。
此外，在所述除霜运转中，有出现不仅是气液分离器33的气态制冷剂就连液态制冷剂也被高级侧压缩机31吸入之虞。并且，当吸入液态制冷剂时，有可能使压缩机受到损坏。于是，在本发明中使高级侧压缩机31的喷出制冷剂的一部分通过注入管36流向高级侧压缩机31的吸入侧。由此，因为从气体流出管33c流出的液态制冷剂与注入管36中的高温喷出制冷剂混合，所以液态制冷剂被加热气化。因此，能够防止液态制冷剂被吸入高级侧压缩机31。
第三发明是在所述第二发明的基础上的发明，其特征在于：所述中间机组30具有设置在液体管线3L上并对流入气液分离器33的制冷剂进行加热的加热部件38。
在所述发明中，当处于使高级侧压缩机31及低级侧压缩机21都运转的除霜运转时，从热源机组20流入中间机组30的液体管线3L的液态制冷剂的一部分流向气液分离器33，剩余的制冷剂流向利用机组40。也就是，因为气态制冷剂从所述气液分离器33被高级侧压缩机31吸入，所以液体管线3L中的制冷剂的一部分被补充到气液分离器33，且该补充的制冷剂量与该吸入的制冷剂量相等。
在所述状态中，流向气液分离器33的制冷剂被加热部件38加热，从而成为气液两相状态的制冷剂。也就是，制冷剂的干燥度提高。由此，在气液分离器33中，气态制冷剂量在整个制冷剂中所占的比例提高。因此，能够抑制液态制冷剂从气液分离器33流向高级侧压缩机31。其结果是能够确实地防止液态制冷剂被吸入高级侧压缩机31。
第四发明是在所述第二发明的基础上的发明，其特征在于：所述中间机组30具有设置在气体流出管33c上并对来自气液分离器33的制冷剂进行加热的加热部件38。
在所述发明中，当处于使高级侧压缩机31及低级侧压缩机21都运转的除霜运转时，即使液态制冷剂通过气体流出管33c从气液分离器33流出时，也可以使该液态制冷剂被加热部件38加热而气化。因此，能够确实地防止液态制冷剂被吸入高级侧压缩机31。
第五发明是在所述第二发明的基础上的发明，其特征在于：所述中间机组30具有设置在气液分离器33处并对该气液分离器33的制冷剂进行加热的加热部件39。
在所述发明中，当处于使高级侧压缩机31及低级侧压缩机21都运转的除霜运转时，气液分离器33内的制冷剂被加热部件39加热，所以气液分离器33内的气态制冷剂量所占的比例提高。因此，能够抑制液态制冷剂从气液分离器33流向高级侧压缩机31。其结果是能够确实地防止液态制冷剂被吸入高级侧压缩机31。
第六发明是在所述第四发明的基础上的发明，其特征在于：所述中间机组30具有液体分支管33e，该液体分支管33e的一端连接在液体管线3L上，另一端连接在气体流出管33c上的加热部件38的上游。
在所述发明中，当处于使高级侧压缩机31及低级侧压缩机21都运转的除霜运转时，从热源机组20流入中间机组30的液体管线3L的液态制冷剂的一部分流向气液分离器33，剩余的制冷剂流向利用机组40。而且，该向利用机组40流动的制冷剂的一部分流向液体分支管33e，剩余的制冷剂流向利用机组40。所述流经液体分支管33e的制冷剂在气体流出管33c与来自气液分离器33的制冷剂汇合以后，被管道用加热器(heater)38加热。
根据所述，因为流入利用侧热交换器41的制冷剂量减少，所以该利用侧热交换器41中的制冷剂温度升高。因此，被低级侧压缩机21吸入的制冷剂的温度上升，该喷出制冷剂的温度也升高。由此，除霜能力得以提高。
第七发明是在所述第一或第二发明的基础上的发明，其特征在于：所述制冷剂是二氧化碳。
在所述发明中，当处于供暖运转时，虽然二氧化碳被压缩至其临界压力，不过因为用低级侧压缩机21和高级侧压缩机31进行双级压缩，所以能够减轻压缩机的负担。
(发明的效果)
因此，根据本发明，当处于高级侧压缩机31从气液分离器33吸入气态制冷剂后向低级侧压缩机21的吸入侧喷出的除霜运转中，将高级侧压缩机31的喷出制冷剂的一部分注入该吸入侧。因此，即使液态制冷剂从气液分离器33流向高级侧压缩机31时，也能够利用高温的喷出制冷剂使该液态制冷剂气化。由此，能够防止液态制冷剂被高级侧压缩机31吸入。其结果是在除霜运转中，能够使低级侧压缩机21及高级侧压缩机31都进行运转，从而能够提高除霜能力。
而且，根据第三发明，因为在液体管线3L上设置了对流入气液分离器33的制冷剂进行加热的加热部件38，所以能够提高流入气液分离器33的制冷剂的干燥度。由此，因为能够提高气液分离器33中的气态制冷剂量所占的比例，所以能够确实防止液态制冷剂被吸入高级侧压缩机31。
还有，根据第四发明，因为在气体流出管33c上设置了对来自气液分离器33的制冷剂进行加热的加热部件38，所以能够使流经气体流出管33c的液态制冷剂气化。由此，能够确实地防止液态制冷剂被吸入高级侧压缩机31。
还有，根据第五发明，因为设置了对气液分离器33内的制冷剂进行加热的加热部件39，所以能够提高气液分离器33中的气态制冷剂量所占的比例。因此，由于能够抑制液态制冷剂从气液分离器33流出，所以能够确实防止液态制冷剂被高级侧压缩机31吸入。
还有，根据第六发明，因为使向利用机组40流动的液体管线3L中的制冷剂的一部分流向气体流出管33c，所以能够使流入利用侧热交换器41的制冷剂量减少，并能够使该利用侧热交换器41中的制冷剂的温度升高。由此，能够使低级侧压缩机21中的吸入制冷剂及喷出制冷剂的温度上升，并能进一步提高除霜能力。
还有，根据第七发明，虽然将二氧化碳用作制冷剂，并将二氧化碳压缩至其临界压力，不过因为用低级侧压缩机21和高级侧压缩机31进行了双级压缩，所以能够减轻各压缩机的负担。
附图说明
图1是实施方式一所涉及的空调装置的制冷剂回路图。图2是表示实施方式一所涉及的空调装置的制冷运转动作的制冷剂回路图。图3是表示实施方式一所涉及的空调装置的供暖运转动作的制冷剂回路图。图4是表示实施方式一所涉及的空调装置的除霜运转动作的制冷剂回路图。图5是表示实施方式二所涉及的空调装置的除霜运转动作的制冷剂回路图。图6是表示实施方式二的变形例一所涉及的空调装置的除霜运转动作的制冷剂回路图。图7是表示实施方式二的变形例二所涉及的空调装置的除霜运转动作的制冷剂回路图。图8是表示实施方式二的变形例三所涉及的空调装置的除霜运转动作的制冷剂回路图。
(符号说明)
10  空调装置(冷冻装置)15     制冷剂回路20     室外机组(热源机组)21     低级侧压缩机22     室外热交换器(热源侧热交换器)30     选择机组(中间机组)31     高级侧压缩机33     气液分离器33c    气体流出管33e    液体分支管36     注入管38     管道用加热器(加热部件)39     气液分离器用加热器(加热部件)40     室内机组(利用机组)41     室内热交换器(利用侧热交换器)3G     气体管线3L     液体管线
具体实施方式
下面，根据附图对本发明的实施方式进行详细说明。
《发明的实施方式一》本实施方式一的冷冻装置构成了能够进行制冷运转、供暖运转以及除霜运转的热泵式空调装置10。如图1所示，该空调装置10包含设置在室外的室外机组20、构成增设用中间机组的选择机组30和设置在室内的室内机组40。
所述室外机组20经由第一连接管道11及第二连接管道12连接在选择机组30上。还有，所述室内机组40经由第三连接管道13及第四连接管道14连接在选择机组30上。这样一来，将各机组20、30、40连接起来，构成了制冷剂回路15。该制冷剂回路15被构成为使制冷剂循环来进行蒸汽压缩式制冷循环。
此外，所述选择机组30构成了原有的分体型空调装置的增能(power up)机组。具体来说，原有的空调装置是在由室外机组20和室内机组40构成的制冷剂回路中进行单级压缩式制冷循环的装置。并且，如上所述，由于在所述的室外机组20及室内机组40之间连接了选择机组30，所以在该空调装置10的制冷剂回路15中，进行后述的双级压缩双级膨胀制冷循环。
<室外机组>所述室外机组20具有低级侧压缩机21、室外热交换器22、室外侧膨胀阀25以及四通转换阀23。
所述低级侧压缩机21由高压圆顶型的可变容量式涡旋压缩机构成。所述室外热交换器22由横向肋片管(cross fin and tube)式热交换器构成。在该室外热交换器22的附近设置有室外风扇24。该室外风扇24将室外空气送入室外热交换器22。所述室外侧膨胀阀25由能够进行开度调节的电子膨胀阀构成。
所述四通转换阀23具有四个端口(port)，即第一至第四端口。在该四通转换阀23的第一端口上连接有低级侧压缩机21的喷出管21a，在第二端口上连接有低级侧压缩机21的吸入管21b。还有，在该四通转换阀23的第三端口上经由室外热交换器22及室外侧膨胀阀25连接有第二连接管道12，在第四端口上连接有第一连接管道11。并且，所述四通转换阀23构成为能够在使第一端口和第三端口连通并使第二端口和第四端口连通的状态、以及使第一端口和第四端口连通并使第二端口和第三端口连通的状态之间进行切换。
<室内机组>所述室内机组40具有室内热交换器41以及室内侧膨胀阀42。该室内热交换器41的一端连接在第三连接管道13上，另一端经由室内侧膨胀阀42连接在第四连接管道14上。所述室内热交换器41由横向肋片管式热交换器构成。在该室内热交换器41的附近设置有室内风扇43。该室内风扇43将室内空气送入室内热交换器41。所述室内侧膨胀阀42由能够进行开度调节的电子膨胀阀构成。
<选择机组>所述选择机组30具有高级侧压缩机31、三通转换阀32、气液分离器33以及选择侧膨胀阀34。
所述高级侧压缩机31由高压圆顶型的可变容量式涡旋压缩机构成。该高级侧压缩机31的喷出管31a连接在从室内机组40延伸出来的第三连接管道13上。该高级侧压缩机31的吸入管31b连接在所述三通转换阀32上。还有，在本实施方式中，高级侧压缩机31的容积被设定为比低级侧压缩机21的容积小。
所述三通转换阀32具有三个端口，即第一至第三端口。在该三通转换阀32的第一端口上连接有气体旁通管31c，在第二端口上连接有高级侧压缩机31的吸入管31b，在第三端口上连接有气体连接管31d。并且，所述三通转换阀32被构成为能够在使第一端口和第三端口连通的状态、以及使第二端口和第三端口连通的状态之间进行切换。所述气体旁通管31c连接在高级侧压缩机31的喷出管31a的中途。所述气体连接管31d连接在从室外机组20延伸出来的第一连接管道11上。在该选择机组30中，高级侧压缩机31的喷出管31a及吸入管31b和气体连接管31d构成了气体管线3G。
所述气液分离器33是将气液两相状态的制冷剂分离为液态制冷剂和气态制冷剂的装置。具体来说，该气液分离器33由圆筒状的密封容器构成，该容器的下部形成了液态制冷剂储存部，在其上侧形成了气态制冷剂储存部。
在该气液分离器33上分别连接有贯通该气液分离器33的壳体部且面向液态制冷剂储存部的液体流入管33a及液体流出管33b。所述液体流入管33a连接在从室内机组40延伸出来的第四连接管道14上，所述液体流出管33b连接在从室外机组20延伸出来的第二连接管道12上。在所述液体流入管33a及液体流出管33b之间连接有液体旁通管33d。在该选择机组30中，液体流入管33a及液体流出管33b构成了液体管线3L。
还有，在所述气液分离器33上连接有贯通该气液分离器33的顶部并面向气态制冷剂储存部的气体流出管33c。该气体流出管33c连接在高级侧压缩机31的吸入管31b的中途。
所述选择侧膨胀阀34被设置在液体流入管33a上的比该液体流入管33a和液体旁通管33d之间的连接部更为靠近气液分离器33一侧。该选择侧膨胀阀34由能够进行开度调节的电子膨胀阀构成。
在所述选择机组30中设置有作为开关阀的电磁阀、和限制制冷剂流动的止回阀。具体来说，在所述液体旁通管33d上设置有第一电磁阀SV-1。还有，在所述液体流出管33b上设置有第一止回阀CV-1，在高级侧压缩机31的喷出管31a上的比该喷出管31a和气体旁通管31c之间的连接部更为靠近高级侧压缩机31一侧设置有第二止回阀CV-2。此外，上述这些止回阀CV-1、CV-2分别仅容许图1箭头所示方向的制冷剂流过。
还有，本发明的特征为选择机组30具有注入管36。
该注入管36的作为流入端的一端连接在高级侧压缩机31和第二止回阀CV-2之间的喷出管31a上，作为流出端的另一端连接在高级侧压缩机31和气体流出管33c之间的吸入管31b上。还有，在该注入管36上从流入端一侧开始依次设置有作为开关阀的第三电磁阀SV-3和毛细管37。
所述注入管36被构成为在除霜运转时将高级侧压缩机31的喷出气态制冷剂注入高级侧压缩机31的吸入侧。由此，当进行除霜运转时，通过驱动高级侧压缩机31，而使得通过气体流出管33c从气液分离器33抽出的气液两相制冷剂被所注入的喷出气态制冷剂加热。
一运转动作-下面，关于本实施方式一所涉及的空调装置10的运转动作进行说明。
<制冷运转>在该制冷运转中，四通转换阀23及三通转换阀32设定成图2所示的状态，第一电磁阀SV-1被设定为打开状态，第三电磁阀SV-3被设定为关闭状态。还有，所述室外侧膨胀阀25被设定为全开状态，选择侧膨胀阀34被设定为全闭状态，并且室内侧膨胀阀42的开度根据运转条件被适当调节。而且，在该制冷运转中，低级侧压缩机21运转，高级侧压缩机31处于停止状态。也就是，在该制冷运转时的制冷剂回路15中，制冷剂仅在低级侧压缩机21中被压缩，进行单级压缩式制冷循环。
所述室外机组20的低级侧压缩机21的高压喷出制冷剂流向室外热交换器22。在该室外热交换器22中，高压制冷剂向室外空气放热后凝结。在该室外热交换器22中凝结了的制冷剂经由选择机组30的液体流出管33b、液体旁通管33d以及液体流入管33a被送向室内机组40。也就是，流入所述选择机组30的制冷剂绕过气液分离器33而流经液体管线3L。
流入所述室内机组40的制冷剂在通过室内侧膨胀阀42时被减压至低压。该减压后的低压制冷剂流向室内热交换器41，并从室内空气中吸热后蒸发。其结果是室内空气被冷却，进行室内的制冷。在所述室内热交换器41中蒸发了的制冷剂经由选择机组30的喷出管31a、气体旁通管31c以及气体连接管31d被送向室外机组20。该流入室外机组20的制冷剂被低级侧压缩机21吸入。
<供暖运转>在该供暖运转中，四通转换阀23及三通转换阀32设定成图3所示的状态，第一电磁阀SV-1及第三电磁阀SV-3被设定为关闭状态。还有，所述室内侧膨胀阀42、选择侧膨胀阀34及室外侧膨胀阀25的开度根据运转条件而被适当调节。还有，在该供暖运转中，低级侧压缩机21及高级侧压缩机31都运转。
所述选择机组30的高级侧压缩机31的高压喷出制冷剂流向室内机组40的室内热交换器41。在该室内热交换器41中，高压制冷剂向室内空气放热后凝结。其结果是室内空气被加热，能够进行室内的供暖。在该室内热交换器41中凝结了的制冷剂在室内侧膨胀阀42被减压后流向选择机组30的液体流入管33a，并在选择侧膨胀阀34被进一步减压而成为中间压力的制冷剂，并流入气液分离器33。
在所述气液分离器33中，中间压力的气液两相状态的制冷剂被分离为气态制冷剂和液态制冷剂。分离出来的饱和状态的气态制冷剂通过气体流出管33c流向高级侧压缩机31的吸入侧。另一方面，离出来的液态制冷剂从液体流出管33b被送向室外机组20。该流入室外机组20的制冷剂在室外侧膨胀阀25被减压至低压。该低压制冷剂流向室外热交换器22，从室外空气中吸热后蒸发。该在室外热交换器22中蒸发了的制冷剂被低级侧压缩机21吸入。
在所述低级侧压缩机21中，低压制冷剂被压缩后成为中间压力的制冷剂。该中间压力的制冷剂被再次送往选择机组30。该流入选择机组30的制冷剂经由气体连接管31d及三通转换阀32流向高级侧压缩机31的吸入管31b，与来自气体流出管33c的气态制冷剂汇合后被高级侧压缩机31吸入。
如上所述，在供暖运转中进行双级压缩双级膨胀制冷循环，即：分两个阶段使高压制冷剂膨胀(减压)并且分两个阶段对低压制冷剂进行压缩。而且，在该供暖运转中，用气液分离器33将中间压力的气液两相状态的制冷剂分离为气态制冷剂和液态制冷剂，使分离后的气态制冷剂返回高级侧压缩机31。其结果是由于只有液态制冷剂被送往室外热交换器22，所以从气液分离器33到室外热交换器22的液体管道的压力损失减少，并且液态制冷剂一部分蒸发的所谓闪蒸(flash)现象的发生得到抑制。
还有，由于用所述气液分离器33分离出来的气态制冷剂没有被送往室外热交换器22及低级侧压缩机21，所以气态制冷剂没有在低级侧压缩机21中被压缩，因此压缩机整体的作功量减少。其结果是空调装置10的COP提高。而且，由于使高级侧压缩机31吸入由所述气液分离器33分离出来的中间压力的气态制冷剂，因而使得高级侧压缩机31的吸入制冷剂被冷却。其结果是可以防止高级侧压缩机31的喷出制冷剂温度异常升高。
<除霜运转>该除霜运转是在所述供暖运转中当在室外热交换器22中结霜时用来使霜融化的运转。本实施方式的除霜运转是使制冷剂按照与供暖运转时相反的方向进行流动的所谓逆循环除霜运转。还有，该除霜运转能够在使高级侧压缩机31停止且仅使低级侧压缩机21运转的第一除霜运转、和使高级侧压缩机31及低级侧压缩机21都进行运转的第二除霜运转之间进行切换。
首先，在第一除霜运转中，与所述制冷运转相同，四通转换阀23、三通转换阀32及第一电磁阀SV-1等被设定为图2所示的状态。并且，当低级侧压缩机21运转时，制冷剂进行与制冷运转相同的流动。也就是，所述低级侧压缩机21的高温喷出制冷剂流向室外热交换器22。在该室外热交换器22中，利用高温的制冷剂来进行除霜。
在所述第二除霜运转中，四通转换阀23及三通转换阀32被设定为图4所示的状态，第一电磁阀SV-1及第三电磁阀SV-3被设定为打开状态。还有，所述室外侧膨胀阀25及选择侧膨胀阀34被设定为全开状态，并且室内侧膨胀阀42的开度被设定为规定开度。也就是，当处于该第二除霜运转时，在所述的第一除霜运转时的制冷剂回路15的状态下，第三电磁阀SV-3被设定为打开状态，选择侧膨胀阀34被设定为全开状态。在这一状态下，低级侧压缩机21及高级侧压缩机31进行运转。
所述低级侧压缩机21的喷出制冷剂流往室外热交换器22并进行除霜后，流向选择机组30的液体流入管33a。该制冷剂的一部分流向室内机组40，剩余的制冷剂流向气液分离器33。
所述流入室内机组40的制冷剂在通过室内热交换器41后，经由选择机组30的喷出管31a、气体旁通管31c及气体连接管31d被送往室外机组20。该流入室外机组20的制冷剂被低级侧压缩机21吸入。所述流入气液分离器33的制冷剂被分离为气态制冷剂和液态制冷剂，该气态制冷剂通过气体流出管33c流向高级侧压缩机31的吸入管31b。
另一方面，所述高级侧压缩机31的喷出制冷剂的一部分在气体旁通管31c与来自室内机组40的制冷剂汇合，剩余的制冷剂流向注入管36。所述在气体旁通管31c中汇合的制冷剂如上所述被低级侧压缩机21吸入。与第一除霜运转时的吸入制冷剂相比，该吸入制冷剂的焓值增大且增大的量等于高级侧压缩机31的作功量(被供给的电量)。因此，所述低级侧压缩机21的喷出制冷剂的焓值也增大，室外热交换器22的除霜能力提高。
所述流向注入管36的高温制冷剂通过毛细管37，在吸入管31b中与来自气液分离器33的气态制冷剂汇合后被高级侧压缩机31吸入。在此，不仅是气态制冷剂，液态制冷剂也有从气液分离器33流向吸入管31b之虞。此时，向吸入管31b流出的液态制冷剂由于与来自注入管36的高温制冷剂混合而被气化。因此，能够防止液态制冷剂流入所述高级侧压缩机31，还能避免使高级侧压缩机31受到损坏。
-实施方式一的效果一根据本实施方式，当处于除霜运转时，在具有吸入来自气液分离器33的制冷剂并使喷出制冷剂混入到低级侧压缩机21的吸入制冷剂中的高级侧压缩机31的选择机组30中，设置了将高级侧压缩机31的喷出制冷剂的一部分注入吸入侧的注入管36。由此，即使万一液态制冷剂从气液分离器33流向高级侧压缩机31的吸入侧时，也能够利用注入管36中的高温制冷剂使该液态制冷剂气化。因此，能够防止液态制冷剂向所述高级侧压缩机31流入，并能够避免使高级侧压缩机31受到损坏。
另一方面，因为在所述低级侧压缩机21的吸入制冷剂中混有高级侧压缩机31的喷出制冷剂的一部分，所以低级侧压缩机21的吸入制冷剂的焓值增大。由此，因为低级侧压缩机21的喷出制冷剂的焓值也增大，所以室外热交换器22的除霜能力提高。也就是，根据本实施方式，因为与以往相比在除霜运转时能够在不使高级侧压缩机31受到损坏的情况下来驱动高级侧压缩机31，所以能够在不破坏装置可靠性的情况下提高除霜能力。
《发明的实施方式二》如图5所示，本实施方式二的冷冻装置是在所述实施方式一的空调装置10的基础上使选择机组30具备管道用加热器38的装置。
具体来说，所述管道用加热器38设置在液体流入管33a上的比选择侧膨胀阀34更为靠近气液分离器33一侧。该管道用加热器38构成了在第二除霜运转时对流经液体流入管33a的制冷剂进行加热的加热部件。
此时，在第二除霜运转时，从室外机组20朝液体流入管33a流动并向气液分离器33一侧分流的液态制冷剂被管道用加热器38加热，成为气液两相状态的制冷剂。该气液两相状态的制冷剂流向气液分离器33。由此，气液分离器33内的气态制冷剂量相对于液态制冷剂量的比例增大。因此，能够抑制液态制冷剂从所述气液分离器33流向高级侧压缩机31的吸入管31b。其结果是能够确实防止液态制冷剂流入高级侧压缩机31。其他的构成、作用以及效果与实施方式一相同。
-实施方式二的变形例一-如图6所示，本变形例一是对所述实施方式二中的管道用加热器38的设置位置进行改变的示例。具体来说，在本变形例中，将管道用加热器38设置在气体流出管33c的中途。
此时，在第二除霜运转时，从气液分离器33向气体流出管33c流出的制冷剂被管道用加热器38加热后，流向高级侧压缩机31的吸入管31b。因此，即使液态制冷剂从所述气液分离器33流出时，该液态制冷剂也可以在被管道用加热器38加热而成为气液两相状态的制冷剂以后，与注入管36的高温制冷剂进行混合。由此，来自气液分离器33的液态制冷剂在确实气化后被高级侧压缩机31吸入。
-实施方式二的变形例二-如图7所示，本变形例二是设置了气液分离器用加热器39以代替所述实施方式二中所设置的管道用加热器38的示例。具体来说，该气液分离器用加热器39设置在气液分离器33处，构成为对气液分离器33内的制冷剂进行加热的加热部件。
此时，在第二除霜运转时，气液分离器33内的制冷剂被加热，从而该气液分离器33内的液态制冷剂的一部分气化。由此，在气液分离器33中与液态制冷剂量相比气态制冷剂量所占的比例增大，所以可以抑制液态制冷剂从气液分离器33流出。其结果是能够确实地防止液态制冷剂流入高级侧压缩机31。
-实施方式二的变形例三-如图8所示，本变形例三是在所述实施方式二的变形例二的基础上在选择机组30中设置了液体分支管33e的示例。具体来说，该液体分支管33e的作为流入端的一端连接在液体流入管33a上的比选择侧膨胀阀34更为靠近室内机组40一侧，作为流出端的另一端连接在气体流出管33c上的比管道用加热器38更为靠近气液分离器33一侧。在该液体分支管33e上设置有作为开关阀的第四电磁阀SV-4。该第四电磁阀SV-4仅在第二除霜运转时被设定为打开状态。
在该变形例中，当处于第二除霜运转时，从液体旁通管33d向室内机组40一侧流动的制冷剂的一部分流向液体流入管33a和液体分支管33e，剩余的制冷剂流向室内机组40。流经所述液体分支管33e的制冷剂在气体流出管33c中与来自气液分离器33的制冷剂汇合后，被管道用加热器38加热并流向吸入管31b。
此时，因为流入室内热交换器41的制冷剂量减少，所以室内热交换器41中的制冷剂温度升高。还有，流经所述液体分支管33e的制冷剂也在被加热后温度上升，所以高级侧压缩机31的吸入制冷剂的温度提高，该喷出制冷剂的温度也升高。由此，被低级侧压缩机21吸入的制冷剂的温度升高，其喷出制冷剂的温度也升高。其结果是能够使室外热交换器22的除霜能力提高。
《其他的实施方式》在所述各实施方式中，除了二氧化碳以外，当然也可以使用其它的制冷剂。
还有，在所述各实施方式中，虽然就空调装置的理想示例进行了说明，不过本发明所涉及的冷冻装置也可以是在利用侧热交换器中使制冷剂和水进行热交换后生成温水的例如热水供给设备等。
此外，所述实施方式是本质上理想的示例，但并没有意图对本发明、本发明的适用物或者它的用途范围加以限制。
(产业上的利用可能性)
如上述说明所示，本发明对于包含具有高级侧压缩机及中间压力制冷剂的气液分离器的增设用选择机组的冷冻装置来说是有用的。

Claims (7)

1.一种冷冻装置，包含制冷剂回路(15)，该制冷剂回路(15)具有低级侧压缩机(21)、高级侧压缩机(31)和中间压力制冷剂的气液分离器(33)，在该制冷剂回路(15)中进行制冷循环，
在所述制冷剂回路(15)中能够使供暖循环和除霜循环之间进行切换，在该供暖循环中，低级侧压缩机(21)的喷出制冷剂在高级侧压缩机(31)中被压缩，并且凝结了的制冷剂向气液分离器(33)流动，该气液分离器(33)的气态制冷剂被吸入高级侧压缩机(31)，并且，该气液分离器(33)的液态制冷剂向热源侧热交换器(22)流动，制冷剂进行双级压缩双级膨胀，在该除霜循环中，使得从低级侧压缩机(21)喷出的制冷剂凝结，并且使蒸发了的制冷剂绕过高级侧压缩机(31)而流动，制冷剂进行单级压缩单级膨胀，其特征在于：
所述除霜循环包括使所述高级侧压缩机(31)停止且仅使低级侧压缩机(21)运转的第一除霜循环，和使高级侧压缩机(31)及低级侧压缩机(21)都进行运转的第二除霜循环，
在所述第一除霜循环中，使得从所述低级侧压缩机(21)喷出后凝结了的制冷剂绕过气液分离器(33)向利用侧热交换器(41)流动，在所述第二除霜循环中，使得从所述低级侧压缩机(21)喷出后凝结了的制冷剂的一部分向气液分离器(33)流动，另一部分向利用侧热交换器(41)流动，所述气液分离器(33)的气态制冷剂被吸入高级侧压缩机(31)，
所述制冷剂回路(15)具有在所述第二除霜循环中将高级侧压缩机(31)的喷出制冷剂的一部分向该高级侧压缩机(31)的吸入侧注入，并使该喷出制冷剂的一部分与来自气液分离器(33)的气态制冷剂混合的注入管(36)，在所述第二除霜循环中的高级侧压缩机(31)的喷出制冷剂的另一部分向低级侧压缩机(21)流动。
2.一种冷冻装置，包含制冷剂回路(15)，
该制冷剂回路(15)，包括：
热源机组(20)，具有低级侧压缩机(21)及热源侧热交换器(22)，
利用机组(40)，具有利用侧热交换器(41)，和
中间机组(30)，具有连接在所述热源机组(20)及利用机组(40)之间的气体管线(3G)和连接在所述热源机组(20)及利用机组(40)之间的液体管线(3L)，在该气体管线(3G)上设置有高级侧压缩机(31)，在该液体管线(3L)上设置有通过气体流出管(33c)与所述高级侧压缩机(31)的吸入侧连接的中间压力制冷剂的气液分离器(33)；
在所述制冷剂回路(15)中能够使供暖循环和除霜循环之间进行切换，在该供暖循环中，所述低级侧压缩机(21)的喷出制冷剂在气体管线(3G)的高级侧压缩机(31)中被压缩，并且利用机组(40)的液态制冷剂向液体管线(3L)的气液分离器(33)流动，所述气液分离器(33)的气态制冷剂被吸入高级侧压缩机(31)，并且，所述气液分离器(33)的液态制冷剂向热源侧热交换器(22)流动，制冷剂进行双级压缩，在该除霜循环中，使制冷剂从所述低级侧压缩机(21)流向热源侧热交换器(22)，并且使利用机组(40)的气态制冷剂绕过气体管线(3G)的高级侧压缩机(31)及气体流出管(33c)而流动，制冷剂进行单级压缩，其特征在于：
所述除霜循环包括使所述高级侧压缩机(31)停止且仅使低级侧压缩机(21)运转的第一除霜循环，和使高级侧压缩机(31)及低级侧压缩机(21)都进行运转的第二除霜循环，
在所述第一除霜循环中，从所述低级侧压缩机(21)流向热源侧热交换器(22)的制冷剂绕过液体管线(3L)的气液分离器(33)，向利用侧热交换器(41)流动，在所述第二除霜循环中，使得从所述低级侧压缩机(21)流向热源侧热交换器(22)的制冷剂的一部分向液体管线(3L)的气液分离器(33)流动，另一部分向利用侧热交换器(41)流动，所述气液分离器(33)的气态制冷剂被吸入高级侧压缩机(31)，
所述中间机组(30)具有设置在气体管线(3G)上并在所述第二除霜循环中将高级侧压缩机(31)的喷出制冷剂的一部分向该高级侧压缩机(31)的吸入侧和气体流出管(33c)之间注入的注入管(36)，在所述第二除霜循环中的高级侧压缩机(31)的喷出制冷剂的另一部分向低级侧压缩机(21)流动。
3.根据权利要求2所述的冷冻装置，其特征在于：
所述中间机组(30)具有设置在液体管线(3L)上并对流入气液分离器(33)的制冷剂进行加热的加热部件(38)。
4.根据权利要求2所述的冷冻装置，其特征在于：
所述中间机组(30)具有设置在气体流出管(33c)上并对来自气液分离器(33)的制冷剂进行加热的加热部件(38)。
5.根据权利要求2所述的冷冻装置，其特征在于：
所述中间机组(30)具有设置在气液分离器(33)处并对该气液分离器(33)的制冷剂进行加热的加热部件(39)。
6.根据权利要求4所述的冷冻装置，其特征在于：
所述中间机组(30)具有液体分支管(33e)，该液体分支管(33e)的一端连接在液体管线(3L)上，另一端连接在气体流出管(33c)上的加热部件(38)的上游。
7.根据权利要求1或2所述的冷冻装置，其特征在于：
所述制冷剂是二氧化碳。
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