CN101449116A - 制冷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制冷装置(10)。该制冷装置(10)包括由压缩机(20)、散热器(14)、膨胀机(30)及冷却器(15)通过制冷剂管道依次连接而成的制冷剂回路(11)，电动机的旋转轴(22)连结到该压缩机(20)所具有的压缩机构(21)上，发电机(33)的旋转轴(32)连结到该膨胀机(30)所具有的膨胀机构(31)上。在所述制冷装置(10)中设置有用来使发电机(33)作为电动机工作的电输入机构(41、43)，以便能够当启动装置时使膨胀机(30)确实地工作来保证系统启动，确实地控制启动时的起动性能。

Description

制冷装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种包括动力回收用膨胀机作为制冷循环的膨胀机构，该膨胀机和压缩机不通过轴机械连结起来，并且发电机连结到膨胀机上的类型的制冷装置。
背景技术
[0002]迄今为止，使制冷剂在制冷剂回路内循环来进行制冷循环的制冷装置已为人所知，这种制冷装置广泛用于空调机等用途。例如在专利文献1中公开了包括对制冷剂进行压缩的压缩机、和使制冷剂膨胀的动力回收用膨胀机的制冷装置。在该专利文献1的图1所记载的制冷装置中，膨胀机通过一条轴机械连结到压缩机上，将用膨胀机得到的动力用于压缩机的驱动。
[0003]此外，在专利文献1的图6所记载的制冷装置中，压缩机和膨胀机未机械连结起来，而电动机连结到压缩机上，并且发电机连结到膨胀机上，压缩机和膨胀机互相独立。在该制冷装置中，压缩机由电动机驱动而对制冷剂进行压缩，发电机由膨胀机驱动而进行发电。
专利文献1：日本公开专利公报特开2000-241033号公报。
[0004]在此，在压缩机和膨胀机通过一条轴机械连结起来的情况下，当启动装置时，由于连结到压缩机上的电动机的驱动力，膨胀机同时也开始工作。然而，在压缩机和膨胀机未通过轴连结起来的情况下，当启动装置时，虽然一用电动机使压缩机工作就在膨胀机的前后两侧产生压差，但是在有些情况下，膨胀机的起动转矩会不足，膨胀机会不工作。在压缩机和膨胀机如上所述互相机械独立的系统中，在有些情况下不能够正常地启动装置，不能够确实地控制启动时的起动性能。这是一个问题。
发明内容
[0005]本发明，正是为解决所述问题而研究开发出来的。其目的在于：设为能够在膨胀机不通过轴机械连结到压缩机上而连接到发电机上的制冷装置中，当启动装置时使膨胀机确实地工作来保证系统启动，确实地控制启动时的起动性能。
[0006]第一发明，以下述制冷装置10作为前提，即：包括由压缩机20、散热器14、膨胀机30及冷却器15通过制冷剂管道依次连接而成的制冷剂回路11，电动机23的旋转轴22连结到该压缩机20所具有的压缩机构21上，发电机33的旋转轴32连结到该膨胀机30所具有的膨胀机构31上的制冷装置10。
[0007]所述制冷装置10还包括用来使所述发电机33作为电动机23工作的电输入机构41、43。
[0008]在该第一发明中，能够例如当启动时用电输入机构41、43使发电机33作为电动机23工作。若发电机33当启动时作为电动机23工作，膨胀机30就以与膨胀机30前后的压差无关的方式独自旋转。因此，装置正常地启动。
[0009]第二发明，是在第一发明中，所述制冷装置10还包括当启动所述膨胀机30时使所述发电机33的电输入机构41、43工作的控制机构45。
[0010]在该第二发明中，通过设置控制机构45，当启动膨胀机30时将发电机33用作电动机23，就能够当启动时使膨胀机30更为确实地工作。此外，在启动后，通过利用膨胀机30的旋转以发电机33进行发电，就能够回收动力。
[0011]第三发明，是在第一或第二发明中，制冷剂回路11的制冷剂由二氧化碳构成。
[0012]在该第三发明中，在用膨胀机30在以二氧化碳作为制冷剂的制冷剂回路11中回收动力的制冷装置10中，能够当启动时将连接到膨胀机30上的发电机33用作电动机23进行关于启动的控制，并且当通常运转时将发电机33用作发电机33回收动力。
—发明的效果—
[0013]根据本发明，能够用电输入机构41、43使发电机33作为电动机23工作。例如在发电机33当启动时作为电动机23工作的情况下，因为膨胀机30以与膨胀机30前后的压差无关的方式独自旋转，所以装置正常地启动，能够确实地控制启动时的起动性能。
[0014]根据所述第二发明，通过设置当启动所述膨胀机30时使所述发电机33的电输入机构41、43工作的控制机构45，就能够当启动时使膨胀机30更为确实地工作。因此，能够更为确实地控制启动时的起动性能。
[0015]根据所述第三发明，在用膨胀机30在以二氧化碳作为制冷剂的制冷剂回路11中回收动力的制冷装置10中，能够当启动时将连接到膨胀机30上的发电机33用作电动机23进行关于启动的控制，并且当通常运转时将发电机33用作发电机33回收动力。
附图说明
[0016]图1是本发明的实施方式所涉及的制冷装置的制冷剂回路图。
图2是显示压缩机的电动机和膨胀机的发电机的电控制情况的方框图。
符号说明
[0017]10—制冷装置；11—制冷剂回路；14—散热器；15—冷却器；20—压缩机；21—压缩机构；22—驱动轴(旋转轴)；23—电动机；30—膨胀机；31—膨胀机构；32—输出轴(旋转轴)；33—发电机；41—第一变换器(电输入机构)；42—第二变换器；43—第三变换器(电输入机构)；45—控制器(控制机构)。
具体实施方式
[0018]下面，参照附图对本发明的实施方式加以详细的说明。
[0019]如图1所示，本实施方式的制冷装置10包括制冷剂回路11。该制冷剂回路11是由压缩机20、散热器14、膨胀机30及冷却器15通过制冷剂管道依次连接而成的。在制冷剂回路11中填充有二氧化碳(CO2)作为制冷剂。压缩机20和膨胀机30配置在高度大致相等的位置上。
[0020]压缩机20是所谓的全封闭式高压圆顶型压缩机。该压缩机20包括形成为纵向长度比较长的圆筒形的压缩机壳体24。在压缩机壳体24的内部收纳有压缩机构21、电动机23及驱动轴(旋转轴)22。压缩机构21由所谓的旋转型容积式流体机械构成。在压缩机壳体24内，在压缩机构21的上方配置有电动机23。驱动轴22配置成沿上下方向延伸的状态，该驱动轴22将压缩机构21和电动机23连结起来。
[0021]在压缩机壳体24中设置有吸入管25和喷出管26。吸入管25贯通压缩机壳体24的主体部的下端附近，该吸入管25的前端直接连接到压缩机构21上。喷出管26贯通压缩机壳体24的上端附近，该喷出管26的基端向压缩机壳体24内的比电动机23还靠上侧的空间开口。压缩机构21对从吸入管25吸入后的制冷剂进行压缩，再向压缩机壳体24内喷出该压缩后的制冷剂。
[0022]在压缩机壳体24的底部积存有作为润滑油的冷冻机油。就是说，在压缩机壳体24内形成有积油部27。
[0023]驱动轴22包括将冷冻机油从积油部27提供给压缩机构21的供油机构。虽然在附图中未示，但是在驱动轴22的内部形成有沿该驱动轴22的轴向延伸的供油通路。该供油通路在驱动轴22的下端开口，并构成所谓的离心泵。驱动轴22的下端处于浸在积油部27中的状态。驱动轴22一旋转，冷冻机油就由于离心泵的工作而从积油部27被吸入到供油通路中。被吸入到供油通路中后的冷冻机油提供给压缩机构21，用于压缩机构21的润滑。
[0024]膨胀机30包括形成为纵向长度比较长的圆筒形的膨胀机壳体34。在膨胀机壳体34的内部收纳有膨胀机构31、发电机33及输出轴(旋转轴)32。膨胀机构31由所谓的旋转型容积式流体机械构成。在膨胀机壳体34内，在膨胀机构31的下方配置有发电机33。输出轴32配置成沿上下方向延伸的状态，该输出轴32将膨胀机构31和发电机33连结起来。
[0025]在膨胀机壳体34中设置有流入管35和流出管36。流入管35和流出管36都贯通膨胀机壳体34的主体部的上端附近。流入管35的前端直接连接到膨胀机构31上。流出管36的基端直接连接到膨胀机构31上。膨胀机构31使流过流入管35流入到膨胀机构31中后的的制冷剂膨胀，再将膨胀后的制冷剂送向流出管36。就是说，流过膨胀机30的制冷剂不流入到膨胀机壳体34的内部空间内，而仅流过膨胀机构31。
[0026]在膨胀机壳体34的底部积存有作为润滑油的冷冻机由。就是说，在膨胀机壳体34内形成有积油部37。
[0027]输出轴32包括将冷冻机油从积油部37提供给膨胀机构31的供油机构。虽然在附图中未示，但是在输出轴32的内部形成有沿该输出轴32的轴向延伸的供油通路。该供油通路在输出轴32的下端开口，并构成所谓的离心泵。输出轴32的下端处于浸在积油部37中的状态。输出轴32一旋转，冷冻机油就由于离心泵的工作而从积油部37被吸入到供油通路中。被吸入到供油通路中后的冷冻机油提供给膨胀机构31，用于膨胀机构31的润滑。
[0028]接着，对制冷剂回路11的结构加以说明。在压缩机20的喷出管26上连接有第一高压管道P1的一端，该第一高压管道P1的另一端连接在膨胀机壳体34中比发电机33还靠上方的位置上。在膨胀机壳体34中比发电机33还靠下方的位置上连接有第二高压管道P2的一端，该第二高压管道P2的另一端连接在散热器14的一端。
[0029]在散热器14的另一端连接有第三高压管道P3的一端，第三高压管道P3的另一端连接到膨胀机30的流入管35上。在膨胀机30的流出管36上连接有第一低压管道P4的一端，第一低压管道P4的另一端连接到冷却器15的一端。在冷却器15的另一端连接有第二低压管道P5的一端，第二低压管道P5的另一端连接到压缩机20的吸入管25上。
[0030]散热器14是用来使制冷剂与第一空气流(例如是室外空气)进行热交换的空气热交换器(例如是室外热交换器)。冷却器15是用来使制冷剂与第二空气流(例如是室内空气)进行热交换的空气热交换器(例如是室内热交换器)。
[0031]补充说明一下，在压缩机壳体24与膨胀机壳体34之间设置有将压缩机壳体24内的积油部27和膨胀机壳体34内的积油部37连接起来的均油管38。此外，在膨胀机30中设置有油面传感器39。
[0032]在该制冷装置10中设置有配电盘40。该配电盘40与外部交流电源50、压缩机20的电动机23及膨胀机30的发电机33连接。所述配电盘40具有作为用来使发电机33作为电动机也工作的电输入机构41、43的功能。此外，所述配电盘40包括当启动所述压缩机20时使所述发电机33的电输入机构41、43工作的控制器(控制机构)45。
[0033]用图2的方框图对该配电盘40的结构加以说明。在配电盘40中设置有第一变换器41、第二变换器42及第三变换器43。第一变换器41具有将交流电流变换成直流电流的A/D转换器(converter)CON1的功能。第二变换器42具有将直流电流变换成控制了频率的交流电流的逆变器(inverter)INV1的功能。第三变换器43同时具有A/D转换器CON2的功能和逆变器INV2的功能。
[0034]外部交流电源50连接为：将交流电流提供给第一变换器41。第一变换器41连接为：将直流电流提供给第二变换器42。第二变换器42连接为：将控制了频率的交流电流提供给压缩机20的电动机23。这样，就能够控制电动机23的转速，调整压缩机构21的运转容量。
[0035]在第一变换器41上，还以与第二变换器42并联的方式连接有第三变换器43。第三变换器43与膨胀机30的发电机33电连接。在通常运转时，由发电机33产生的交流电流通过第三变换器43的A/D转换器CON2变换成直流电流，再与来自第一变换器41的直流电流一起提供给第二变换器42。在第二变换器42的逆变器INV1中，将来自第三变换器43的直流电流与来自外部交流电源50并且由第一变换器41处理后的直流电流一起变换成交流电流，再将该变换成交流电流后的电流提供给压缩机20的电动机23。
[0036]当启动装置10时，外部交流电源50的交流电流提供给压缩机20的电动机23，也提供给膨胀机30的发电机33。此时，由第一变换器41的A/D转换器CON1变换后的直流电流在第二变换器42的逆变器INV1和第三变换器43的逆变器INV2中都变换成控制了频率的交流电流。这些交流电流提供给压缩机20的电动机23和膨胀机30的发电机33。
[0037]此时，压缩机20的转速指令输入给第二变换器42，膨胀机30的转速指令输入给第三变换器43。根据这些输入指令对提供给电动机23及发电机33的交流电流的频率进行控制。
[0038]—运转动作—
接着，对所述制冷装置10的动作加以说明。
[0039]<通常运转>
当运转所述制冷装置10时，制冷剂在制冷剂回路11中循环，来进行蒸气压缩式制冷循环。在该制冷剂回路11中所进行的制冷循环设定为：该制冷循环的高压压力的值高于制冷剂即二氧化碳的临界压力的值。
[0040]在压缩机20中，电动机23驱动压缩机构21，来使该压缩机构21旋转。压缩机构21将从吸入管25吸入后的制冷剂压缩并喷向压缩机壳体24内。压缩机壳体24内的高压制冷剂流过喷出管26而从压缩机20中喷出。从压缩机20中喷出后的制冷剂在充满于膨胀机壳体34内后被送向散热器14，向第一空气流(室外空气)放热。在散热器14中放热后的高压制冷剂流入膨胀机30的膨胀机构31中。
[0041]在膨胀机30中，流过流入管35而流入了膨胀机构31中的高压制冷剂膨胀，发电机33由此被驱动而旋转。由发电机33产生的电力提供给压缩机20的电动机23。在膨胀机构31中膨胀后的制冷剂流过流出管36从膨胀机30中被送出。从膨胀机30中被送出后的制冷剂送向冷却器15。在冷却器15中，流入后的制冷剂从第二空气流(室内空气)吸热而蒸发，该第二空气流被冷却。从冷却器15中流出后的低压制冷剂流入压缩机20的吸入管25中。
[0042]此外，当该通常运转时，外部交流电源50的交流电流由第一变换器41及第二变换器42变换频率而提供给压缩机20的电动机23，并且，用膨胀机30的发电机33产生的交流电流由第二变换器42变换频率，也提供给压缩机20的电动机23。因此，能够抑制来自外部交流电源50的供电量。
[0043]<启动时的动作>
当启动时，控制器45输出用来将连接到膨胀机30上的发电机33用作电动机23的指令。根据该指令，外部交流电源50的交流电流在第一变换器41及第二变换器42中被变换频率而提供给压缩机20的电动机23，并且，所述外部交流电源50的交流电流在第一变换器41及第三变换器43中也被变换频率而还被提供给此时成为电动机的、膨胀机30的发电机33。
[0044]因此，能够在启动压缩机20的同时，还确实地启动膨胀机30。
[0045]—实施方式的效果—
根据本实施方式，能够用电输入机构41、43使膨胀机30的发电机33作为电动机工作。若发电机33当启动时作为电动机工作，膨胀机30就以与膨胀机30前后的压差无关的方式独自旋转。因此，装置10正常地启动，能够确实地控制启动时的起动性能。
[0046]<其他实施方式>
也可以将所述实施方式设为下述结构。
[0047]例如，在所述实施方式中说明的是制冷剂仅沿一个方向循环的制冷剂回路。不过，也可以将本发明用于能够转换制冷剂循环方向的制冷剂回路。此外，实施方式中的制冷剂回路是只显示基本回路结构的。而当设计产品时，用各种各样的辅助机器构成回路。
[0048]补充说明一下，上述实施方式基本上是适当的例子，没有对本发明、采用本发明的对象及其用途范围加以限制的意图。
—工业实用性—
[0049]如上所述，对于包括动力回收用膨胀机作为制冷循环的膨胀机构，该膨胀机和压缩机不通过轴机械连结起来，并且发电机连结到膨胀机上的类型的制冷装置，本发明很有用。

Claims (3)

1.一种制冷装置，包括由压缩机(20)、散热器(14)、膨胀机(30)及冷却器(15)通过制冷剂管道依次连接而成的制冷剂回路(11)，电动机(23)的旋转轴(22)连结到该压缩机(20)所具有的压缩机构(21)上，发电机(33)的旋转轴(32)连结到该膨胀机(30)所具有的膨胀机构(31)上，其特征在于：
所述制冷装置还包括用来使所述发电机(33)作为电动机(23)工作的电输入机构(41、43)。
2.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于：
所述制冷装置还包括当启动所述膨胀机(30)时使所述发电机(33)的电输入机构(41、43)工作的控制机构(45)。
3.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于：
制冷剂回路(11)的制冷剂由二氧化碳构成。
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