CN101441006A - 冷冻装置及压缩机 - Google Patents

Abstract

一种冷冻装置，即使在使用R32制冷剂的情况下，也能够降低压缩机的排出气体温度，能够确保压缩机的耐热性及耐磨损性，实现可靠性及运转能力的提高。该冷冻装置具有：密闭容器内为排出压力气体环境的压缩机(1)、室外热交换器(3)、气液分离器(5)、第一膨胀阀(7)、和室内热交换器(9)，使用R32或至少含有60％质量以上的R32制冷剂的混合制冷剂作为制冷剂，该冷冻装置还具有从所述气液分离器出口将所述制冷剂的一部分作为气液两相为饱和制冷剂的急骤蒸发气体而注入到所述压缩机(1)的喷射回路(40)。

Description

冷冻装置及压缩机

技术领域

[01]本发明涉及使用R32制冷剂的冷冻装置及用于该冷冻装置的压缩机。

背景技术

[02]以往有的冷冻装置具有由制冷剂配管顺次连接压缩机、冷凝器、膨胀阀、及蒸发器的冷冻循环。在该种冷冻装置中，在作为制冷剂使用R32制冷剂的情况下，与R22制冷剂和R410A制冷剂相比，具有因其热物性导致的压缩时的排出气体温度高10～20℃的特征。这样，如果排出气体温度升高，在外部空气低的制暖时等过负荷运转时，存在着压缩机的温度上升，超过电机绝缘材料的耐热温度，导致可靠性下降的问题。

[03]另外，作为冷冻装置的压缩机，使用了在密闭容器内封入润滑油的密闭型压缩机，但在该种压缩机中，是在向压缩机内部的压缩元件的滑动部位供给润滑油的同时进行运转。即，通过向滑动部位供给润滑油，在防止磨损的同时进行压缩动作。但是，因为如果排出气体温度高，则压缩机整体的内部温度也上升，所以润滑油的温度也上升，其结果，存在着润滑油的粘度降低、发生润滑不良、导致磨损这样的可靠性方面的问题。进而，存在着导致运转能力下降的问题。

[04]因此，近年来，在具有由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器构成的制冷剂回路、配设在冷凝器和膨胀阀之间的过冷却热交换器、经由过冷却热交换器使所述制冷剂回路的气体侧和液体侧分流的旁通管、配设在所述旁通管的所述过冷却热交换器的上游侧的过冷却用减压机构的使用R32制冷剂的冷冻装置中，具有以下的工作方式，即，当压缩机的排出温度达到某个规定温度以上时，通过控制所述过冷却用减压机构，使冷凝器出口的一部分的制冷剂经过旁通配管向蒸发器出口侧流动，由此降低压缩机的排出温度(例如，参照专利文献1)。

[05]专利文献1：日本特开2001-227823号公报

发明内容

发明所要解决的课题

[06]但是，在专利文献1的技术中，存在着经过过冷却热交换器并被减压的液制冷剂以液制冷剂状态不变的状态被喷射到蒸发器出口侧的气体制冷剂的情况。在此情况下存在着在压缩机中将液制冷剂以原状态进行压缩，对压缩元件部施加过大的负荷，可靠性降低的问题。

[07]本发明是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种冷冻装置及用于该冷冻装置的压缩机，所述冷冻装置即使在使用R32制冷剂的情况下，也能够使压缩机的排出气体温度降低，能够确保压缩机的耐热性及耐磨损性，实现可靠性及运转能力的提高。

为了解决课题的手段

[08]本发明的冷冻装置，具有：密闭容器内为排出压力气体环境的压缩机、冷凝器、气液分离器、膨胀阀、和蒸发器，使用R32或至少含有60％质量以上的R32制冷剂的混合制冷剂作为制冷剂，其特征在于，具有从气液分离器出口将制冷剂的一部分作为气液两相为饱和制冷剂的急骤蒸发气体注入到压缩机的喷射回路。

发明的效果

[09]根据本发明，由于能够使得作为气液两相的饱和制冷剂的急骤蒸发气体向压缩机喷射注入，所以能够降低压缩机的内部温度，能够使排出温度下降。结果，与未进行喷射注入的情况相比，能够实现压缩机的可靠性的提高及运转能力的提高。

附图说明

[45]

图1是表示本发明的实施方式1的冷冻装置的概略构成图。

图2是表示图1的空调机的电气构成的方框图。

图3是图1的密闭型旋转式制冷剂压缩机的排出温度为规定温度以上，第二膨胀阀处于打开状态的莫里尔线图。

图4是表示图1的密闭型旋转式制冷剂压缩机的剖面结构的图。

图5是表示图1的密闭型旋转式制冷剂压缩机的压缩室内部的剖面结构的图。

图6是表示图1的密闭型旋转式制冷剂压缩机的压缩室和喷射孔之间的配设位置关系的详细图。

符号说明

[46]

1：密闭型旋转式制冷剂压缩机  3：室外热交换器  4：桥回路  4a：止回阀  4b：止回阀  4c：止回阀  4d：止回阀  5：气液分离器  6：内部热交换器  7：第一膨胀阀  8：第二膨胀阀9：室内热交换器  10：储液器  11：排出温度传感器  12：温度传感器  13：温度传感器  14：控制部  20：密闭容器  21：电动元件部  21a：定子  21b：转子  23：压缩元件部  24：缸体25：上轴承  26：下轴承  27：压缩室  27a：无效容积空间  28：曲轴销  29：滚筒  30：叶片用槽  31：叶片  32：吸入管  33：吸入口  34：喷射管  35：喷射孔  36：排出管  37：排出消声器  38：曲轴  40：喷射回路

具体实施方式

[10]以下，在参照附图的同时，对本发明的冷冻装置进行说明。

[11]实施方式1

图1，是表示作为本发明的实施方式1的冷冻装置的空调机的概略结构图。

图1所示的空调机，是使用R32制冷剂(也包括至少含R32制冷剂60％质量以上的混合制冷剂)作为工作制冷剂的，用制冷剂配管顺次连接密闭型旋转式制冷剂压缩机1、四通阀2、室外热交换器3、桥回路4、气液分离器5、内部热交换器6、第一膨胀阀7、室内热交换器9、及储液器10，构成了冷冻循环。密闭型旋转式制冷剂压缩机1，是以密闭容器内成为排出压力气体环境构成的，成为高压状态。而且还具有使从气液分离器5流向内部热交换器6的制冷剂的一部分经由作为节流部的第二膨胀阀8及内部热交换器6向密闭型旋转式制冷剂压缩机1分流的喷射回路40。桥回路4具有四个止回阀4a、4b、4c、4d，另外，具有两个输入输出口及输入口、输出口各一个。

[12]另外，在空调机内部设置有检测密闭型旋转式制冷剂压缩机1的排出侧的温度的排出温度传感器11、检测室外热交换器的制冷剂温度的温度传感器12、和检测室内热交换器的制冷剂温度的温度传感器13。

[13]图2是表示图1的空调机的电气构成的方框图。另外，在图2中表示了为说明本发明的特征部分所必需的部分，省略了必需部分以外的图示。

空调机具有由微型计算机构成的控制部14，在此控制部14上电连接着排出温度传感器11、温度传感器12、温度传感器13、第一膨胀阀7、第二膨胀阀8、及四通阀2。控制部14包括：CPU、存储各种数据的RAM、存储用于进行后述的各运转模式的运转控制的程序等的ROM(均未图示)，基于来自各温度传感器11～13的温度信息，按照ROM内的程序适当控制第一膨胀阀7、第二膨胀阀8、及四通阀2，进行包含后述的制冷运转及制暖运转的各种运转控制。

[14]下面依次对以上那样构成的空调机中的制冷运转及制暖运转进行说明。

[15]<制冷运转>

在进行制冷运转的情况下，将四通阀2切换到由图1的实线所示的切换位置。之后，如果起动密闭型旋转式制冷剂压缩机1，则高温高压的制冷剂从密闭型旋转式制冷剂压缩机1排出，顺次经过四通阀2、室外热交换器3、桥回路4的止回阀4a，流入到气液分离器5，在此被分离成气相与液相。

[16]在通常的制冷运转时，由气液分离器5分离的液制冷剂，以原状态流入到内部热交换器6，此后，由第一膨胀阀7从高压减成低压。然后，经过桥回路4的止回阀4d，在室内热交换器9中与室内空气进行了热交换吸热，进行制冷作用。此后，制冷剂再经过四通阀2，经由密闭型旋转式制冷剂压缩机1的储液器10，返回到密闭型旋转式制冷剂压缩机1的主体内。反复进行此循环，室内被冷却。

[17]在此，在继续制冷运转中，在密闭型旋转式制冷剂压缩机1的排出温度为预先设定的规定温度以上的情况下，控制部14打开第二膨胀阀8，使流出气液分离器5的制冷剂的一部分经由第二膨胀阀8及内部热交换器6内向密闭型旋转式制冷剂压缩机1分流。由此，流出气液分离器5的制冷剂的一部分由第二膨胀阀8从高压减压成中间压，流入到内部热交换器6内，与从正常的循环流路已流入到内部热交换器6内的高压制冷剂在内部热交换器6内进行热交换。其结果，已流入到内部热交换器6的中间压的制冷剂成为气液两相为饱和制冷剂状态的急骤蒸发气体(flash gas)，被注入到密闭型旋转式制冷剂压缩机1内。

[18]在密闭型旋转式制冷剂压缩机1中，有正常进行冷冻循环的制冷剂经由储液器10流入，并在压缩室(参照后述的图4的压缩室27)内被压缩成高温高压状态，但是在此，还将注入气液两相的急骤蒸发气体。由此，与急骤蒸发气体未被抽入的情况相比，能够使密闭型旋转式制冷剂压缩机1的排出温度降低。排出温度的控制，可通过进行第二膨胀阀8的开度调整，调整从气液分离器5的出口分流的制冷剂量来进行。

[19]在此，被喷射到密闭型旋转式制冷剂压缩机1的急骤蒸发气体的干度(气体的比例)，根据以下的理由最好为0.2～0.8。即，在干度0～0.2的范围内，因为液体的比例过大，在密闭型旋转式制冷剂压缩机1内产生液压缩，会产生与现有技术同样的可靠性降低的问题。另一方面，在0.8～1的范围内，因为急骤蒸发气体具有的潜热减小，所以不能有效地降低排出气体的温度。因此，采用0.2～0.8是理想的。干度是基于温度传感器12检测到的作为冷凝器发挥作用的室外热交换器3的温度的温度信息由控制部14算出的，控制部14调整第二膨胀阀8的开度，以便算出的干度处于上述范围内。由此，能够更有效地降低排出温度。

[20]<制暖运转>

在进行制暖运转的情况下，将四通阀2切换到由图1的虚线表示的切换位置。然后，如果起动密闭型旋转式制冷剂压缩机1，则高温高压的制冷剂从密闭型旋转式制冷剂压缩机1排出，经由四通阀2流入到室内热交换器9。然后，在室内热交换器9中与室内空气进行热交换放热，执行制暖作用。然后，制冷剂顺次经过桥回路4的止回阀4b，流入到气液分离器5内，在此，制冷剂被分离成气相和液相。

[21]在通常的制暖运转时，由气液分离器5分离的液制冷剂以原状态流入到内部热交换器6，此后，由第一膨胀阀7从高压减压到低压。然后，经过桥回路4的止回阀4c，在室外热交换器3中与室外空气进行了热交换后，再次经过四通阀2，流入到密闭型旋转式制冷剂压缩机1的储液器10中。

[22]在此，在继续制暖运转中，在密闭型旋转式制冷剂压缩机1的排出温度为预先设定的规定温度以上的情况下，与制冷运转时同样，控制部14打开第二膨胀阀8，使气液分离器5出口后的制冷剂的一部分经由第二膨胀阀8及内部热交换器6向密闭型旋转式制冷剂压缩机1分流。由此，流出了气液分离器5的制冷剂的一部分由第二膨胀阀8从高压减压成中间压，流入到内部热交换器6内，与从正常的循环流路流入到内部热交换器6内的高压制冷剂在内部热交换器6内进行热交换。其结果，已流入到内部热交换器6中的中间压的制冷剂成为气液两相为饱和制冷剂状态的急骤蒸发气体，被注入到密闭型旋转式制冷剂压缩机1内。另外，此制暖运转的情况也和制冷运转的情况一样，被注入到密闭型旋转式制冷剂压缩机1的急骤蒸发气体，其干度最好为0.2～0.8。

[23]在密闭型旋转式制冷剂压缩机1中，虽然有正常地进行了冷冻循环的制冷剂经由储液器10流入，在压缩室内被压缩成高温高压状态，但是在此，还将注入气液两相的急骤蒸发气体。由此，与未抽入急骤蒸发气体的情况相比，能够降低密闭型旋转式制冷剂压缩机1的排出温度。排出温度的控制，能够通过进行第二膨胀阀8的开度调整，调整从气液分离器5的出口分流的制冷剂量来进行。

[24]图3是在图1的空调机中将横轴作为焓h，将纵轴作为压力P的莫里尔线图。另外，图3表示密闭型旋转式制冷剂压缩机1的排出温度为规定温度以上、第二膨胀阀8处于已被打开的状态的莫里尔线图。

密闭型旋转式制冷剂压缩机1的入口侧的状态A的制冷剂，通过密闭型旋转式制冷剂压缩机1变化成高压的状态B，此后，通过在室外热交换器3中的冷凝，在压力保持一定的不变状态下焓下降。而且，在经过室外热交换器3后，在被分支成正常的循环回路和喷射回路40之前，成为状态E。然后，经过正常循环回路的制冷剂，经由第二膨胀阀8而流入到内部热交换器6。这里，在内部热交换器6内，因为状态E的制冷剂的一部分是经由第二膨胀阀8而流入的，所以经过正常循环回路的制冷剂通过与经过第二膨胀阀8后的中间压的制冷剂进行热交换，成为焓更低的状态C。此后，经过第一膨胀阀7，在焓保持一定的不变状态下，压力下降而变成了状态D，此后，通过在室内热交换器9中的蒸发，在压力保持一定的不变状态下焓增加，成为状态A。

[25]另一方面，状态E的制冷剂的一部分，经过第二膨胀阀8，由此在焓保持一定的不变状态下压力下降，成为状态F，流入到内部热交换器6。然后在内部热交换器6中，和经过正常循环回路的制冷剂进行热交换，在压力保持一定的不变状态下，焓上升，成为状态G。通过使此状态G、即气液两相的急骤蒸发气体流入到密闭型旋转式制冷剂压缩机1，在密闭型旋转式制冷剂压缩机1内，从状态A向高压的状态B变化而成为状态B1的制冷剂的焓下降，从状态B1变成状态G。然后，在密闭型旋转式制冷剂压缩机1的出口，成为焓比状态B小的状态H。即成为排出温度下降的状态。

[26]在此，根据图3来考察通过向密闭型旋转式制冷剂压缩机1喷射气液两相的急骤蒸发气体产生的效果。如图3所示，状态E的制冷剂通过与经过第二膨胀阀8后的中间压的制冷剂在内部热交换器6内进行热交换，成为状态C。从此状态E到状态C之间的焓的变化的量成为运转能力增加的量。

[27]这样，根据本实施方式1，由于能够向密闭型旋转式制冷剂压缩机1喷射注入作为气液两相的饱和制冷剂的急骤蒸发气体，所以能够降低密闭型旋转式制冷剂压缩机1的内部温度，能够使排出温度下降。其结果，与不进行喷射注入的情况相比，能够实现运转能力的提高。

[28]另外，因为能够防止密闭型旋转式制冷剂压缩机1的电动机绝缘件的劣化，同时，能够防止伴随内部温度上升的润滑油粘度的降低，所以能够防止压缩元件部23的滑动部位(压缩室内的滑动部及轴承部等)磨损，能够提高可靠性。

[29]另外，因为向密闭型旋转式制冷剂压缩机1喷射注入的制冷剂是气液两相的急骤蒸发气体，所以能够避免如现有技术的那样由于向密闭型旋转式制冷剂压缩机1注入液制冷剂而产生的液压缩。其结果，能够提高密闭型旋转式制冷剂压缩机1的可靠性，进而能够实现冷冻装置的可靠性的提高。

[30]另外，由于使急骤蒸发气体的干度成为0.2～0.8，所以能够有效地降低排出温度。

[31]另外，虽然过去有的密闭型旋转式制冷剂压缩机具有液喷射循环，但是根据本实施方式1，因为不像它们那样直接向压缩室注入干度0的液制冷剂，所以能够解决由于液制冷剂压缩而发生的过大压力导致滑动部位(压缩室内的滑动部及轴承部等)损伤的课题。

[32]实施方式2

在上述实施方式1中，虽然没有特别地对向密闭型旋转式制冷剂压缩机1注入气液两相的急骤蒸发气体的时机进行说明，但是在实施方式2中，是对有效的注入时机及用于在该时机注入的具体的密闭型旋转式制冷剂压缩机结构进行说明。

[33]首先，以下对密闭型旋转式制冷剂压缩机1的具体的结构进行说明。

图4及图5是表示实施方式1的图1的密闭型旋转式制冷剂压缩机1的剖面结构及压缩室内部的剖面结构的图。

密闭型旋转式制冷剂压缩机1在密闭容器20内具有由定子21a及转子21b构成的电动元件部21、由与此转子21b一体安装着的旋转轴(曲轴)38驱动的压缩元件部23、被收容在密闭容器20内的冷冻机油(未图示)。涡旋压缩元件23包括具有曲轴38贯穿的圆柱状的开口的缸体24、在从上下关闭缸体24的开口的同时支承曲轴38的上轴承25及下轴承26。由缸体24的开口的内周侧壁、上轴承25及下轴承26围成的的空间构成了进行制冷剂的压缩的压缩室27。

[34]在曲轴38的外周，偏心地形成了曲轴销28，在此曲轴销28的外周嵌合着滚筒29。而且，如果曲轴38旋转，则滚筒29与压缩室27的内周面接触而进行偏心旋转运动，进行压缩作用。另外，在缸体24，叶片31出入自由地被插入在叶片用槽30内，在跟随滚筒29运动的同时，叶片31与滚筒29抵接，将压缩室27内划分成高压空间和低压空间。在图5的例中，从压缩室27的叶片31起左侧的室为高压空间，从叶片31起右侧的室为吸入空间，在吸入空间中开设有吸入口33。

[35]另外，在密闭型旋转式制冷剂压缩机1的侧面，连接着连通储液器10和压缩室27的吸入管32，经由吸入管32，从吸入口33向压缩室27的吸入空间内注入制冷剂。在密闭型旋转式制冷剂压缩机1的侧面，还连接着喷射管34，从此喷射管34经由喷射孔35，成为气液两相为饱和制冷剂的急骤蒸发气体能够被注入到压缩室27内。另外，在密闭型旋转式制冷剂压缩机1的上部，连接着向密闭型旋转式制冷剂压缩机1外排出制冷剂的排出管36。另外，下轴承26由排出消声器37覆盖着。

[36]图6(a)、图6(b)、图6(c)、图6(d)是表示由缸体24、曲轴38、滚筒29、叶片31构成的压缩室与喷射孔35之间的配设位置的关系的详细图。

图6(a)、图6(b)、图6(c)、图6(d)是分别顺次表示在曲轴38的旋转角为0°、150°、180°、270°的情况下从下轴承26侧看到的压缩元件部23的剖面图。

[37]如图6(a)所示，在曲轴38的旋转角为0°的状态下，在压缩室27内存在着低压的制冷剂。而且，曲轴38旋转，如图6(b)～(d)所示，随着其旋转角变大，压缩室27的高压空间内的制冷剂的压力变高。

[38]在此，作为向密闭型旋转式制冷剂压缩机1内注入气液两相的急骤蒸发气体的时机，最好是压缩室内的制冷剂压力在低压到中间压之间(中间压阶段)。这是因为，例如在压缩室内的制冷剂压力为高压的状态下，压缩室、进而密闭型旋转式制冷剂压缩机1的内部温度已成为高温状态，不能防止成为高温状态于未然。因此，最好在成为高温高压状态之前注入。另外，在压缩室内的制冷剂压力处于比急骤蒸发气体的压力低的状态的期间，也需要开始注入急骤蒸发气体。这是因为，当压缩室内的制冷剂压力为比急骤蒸发气体压力高的状态时，若要注入急骤蒸发气体，则压缩室内的制冷剂有可能向喷射管34侧逆流。

[39]在以上那样的时机，作为用于向压缩室内注入急骤蒸发气体的结构，在本实施方式中，当由连接曲轴38和叶片31的直线A和与此直线A正交的直线B(参照图6(a))将压缩室27内分割成四份时，在按曲轴38的旋转方向的顺序成为第三个的区域(在将叶片31的位置为0时的曲轴38的旋转角为180°～270°的区域)，在由滚筒29进行开闭的位置配置喷射孔35。另外，喷射孔35被配置在与滚筒29的内侧的无效容积空间27a(参照图4)不连通的位置，急骤蒸发气体能够可靠地被注入到压缩室内，有效地使排出温度降低。

[40]由于配置在这样的位置，所以在压缩室内的制冷剂从低压变成中间压时，能够注入急骤蒸发气体。如果以图6的例子进行说明，则图6(a)～图6(d)的各自的压缩室内的制冷剂顺次为低压、中压、高压、高压的状态，在图6(a)的状态下，因为喷射孔35打开着，所以从喷射孔35向压缩室内注入急骤蒸发气体。此后，在图6(b)的状态下，因为也还有一部分打开着，所以继续注入急骤蒸发气体。此后，在图6(c)及图6(d)的高压的状态下，喷射孔35完全被堵塞，不向压缩室内注入急骤蒸发气体。另外，在曲轴38从图6(d)的位置进一步旋转，制冷剂成为更高的压力状态，直到从压缩室被排出的期间，也不会向压缩室内注入急骤蒸发气体。

[41]这样，根据实施方式2，在能够获得与实施方式1同样的作用效果的同时，由于能够在压缩室内的制冷剂压力为低压到中间压的期间注入气液两相的急骤蒸发气体，所以能够使压缩室内的温度在有效的时机下降。

[42]另外，注入气液两相的急骤蒸发气体的时机，如上所述，上述时机是最好的，但是不一定局限于上述时机及构造。例如，作为在其它的时机注入的例子，在密闭型旋转式制冷剂压缩机1中，也可以使得急骤蒸发气体注入到来自储液器10的制冷剂的入口部分中。在此情况下，也能够获得压缩室内的温度降低的效果。

[43]另外，在所述各实施方式中，虽然主要对具有一级密闭型旋转式制冷剂压缩机构的密闭型旋转式制冷剂压缩机进行了阐述，但是向二级压缩的压缩机喷射上述急骤蒸发气体也能够获得同样的效果。

[44]另外，在所述实施方式中，虽然以将冷冻装置适用空调机的情况为例进行了说明，但是也能够适用于冰箱等。

Claims (5)

1.一种冷冻装置，具有：密闭容器内为排出压力气体环境的压缩机、冷凝器、气液分离器、膨胀阀、和蒸发器，使用R32或至少含有60％质量以上的R32制冷剂的混合制冷剂作为制冷剂，其特征在于，

具有从所述气液分离器出口将所述制冷剂的一部分作为气液两相为饱和制冷剂的急骤蒸发气体注入到所述压缩机的喷射回路。

2.一种压缩机，用于权利要求1所述的冷冻装置中，其特征在于，

所述压缩机在压缩元件的吸入侧具有储液器，将所述急骤蒸发气体注入到所述储液器入口部。

3.一种压缩机，用于权利要求1所述的冷冻装置中，其特征在于，

所述压缩机的压缩元件具有：压缩室；出入自由地被插入到设置在所述压缩室的侧壁上的叶片用槽中的叶片；曲轴；在与所述叶片抵接的同时，伴随所述曲轴的旋转而与所述压缩室内的内周面接触并且进行偏心旋转运动以进行制冷剂压缩的滚筒，

将所述压缩室内的所述叶片的位置作为0°，在所述压缩室内的所述曲轴的旋转角为180°～270°之间的位置注入所述急骤蒸发气体。

4.如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于，使液制冷剂通过设置在所述冷凝器出口的所述气液分离器分流，经由节流部，使所述急骤蒸发气体的干度为0.2～0.8，将此急骤蒸发气体注入到所述压缩机内。

5.如权利要求4所述的冷冻装置，其特征在于，在所述节流部的出口侧设有内部热交换器。

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