CN103954064A - 制冷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制冷装置，包括：依次相连通的第一压缩机单元、室内换热器和室外换热器，第一压缩机单元包括两个串联的压缩腔；第一节流装置和第二节流装置，依次串联设置在室内换热器的出口与室外换热器的进口之间；补气装置，设置在第一节流装置与第二节流装置之间，补气装置的进口与第一节流装置相连通，补气装置的第一出口与第一压缩机单元的补气口相连通，补气装置的第二出口与第二节流装置相连通；还包括第二压缩机单元，第二压缩机单元的进气口与室外换热器的出口相连通，第二压缩机单元的出口通过三通阀分别与与第一压缩机单元的补气口和第一压缩机单元的排气口相连通。本制冷装置在较宽的运行工况下达到高能效和高能力兼得的目的。

Description

制冷装置
技术领域
本发明涉及空调领域，特别地，涉及一种制冷装置。
背景技术
空气源热泵制热能力随室外环境温度下降迅速衰减而无法满足用户需求。现有采用双级或准二级压缩中间补气增焓技术，包括两级节流中间不完全冷却和一级节流中间不完全冷却循环，可以提高低温制热量和COP，同时对降低压缩机排气温度有一定帮助，无法满足寒冷地区实际应用。但现有技术对制热量和COP提高幅度有限，对降低压缩机排气温度也有限。另外现有技术补气增焓比例受制于高低压级排量比，应用于热泵型空调导致能力和能效在设计上不能兼得。
发明内容
本发明目的在于提供一种制冷装置，以解决现有制冷装置在超低温条件下能效或能力低的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种制冷装置，包括依次相连通的第一压缩机单元、室内换热器和室外换热器，第一压缩机单元的出口与室内换热器的进口相连通，室内换热器的出口与室外换热器的进口相连通，室外换热器的出口与第一压缩机单元的进气口相连通；第一压缩机单元包括两个串联的压缩腔；第一节流装置和第二节流装置，依次串联设置在室内换热器的出口与室外换热器的进口之间；补气装置，设置在第一节流装置与第二节流装置之间，补气装置的进口与第一节流装置相连通，补气装置的第一出口与第一压缩机单元的补气口相连通，补气装置的第二出口与第二节流装置相连通；还包括第二压缩机单元，第二压缩机单元的进气口与室外换热器的出口相连通，第二压缩机单元的出口通过三通阀分别与第一压缩机单元的补气口和第一压缩机单元的排气口相连通。
进一步地，补气装置的第一出口与第一压缩机单元的补气口之间设置电磁阀。
进一步地，还包括气液分离器，设置在室外换热器的出口与第一压缩机单元的进气口或者第二压缩机单元的进气口之间。
进一步地，补气装置为闪发器。
进一步地，补气装置为中间换热器。
进一步地，中间换热器设置有第一制冷剂流路和第二制冷剂流路，第一制冷剂流路的进口和第二制冷剂流路的进口与室内换热器的出口相连通，第一节流装置设置在第一制冷剂流路的进口与室内换热器的出口之间；第一制冷剂流路的出口与第一压缩机单元的补气口相连通，第二制冷剂流路的出口与室外换热器的进口相连通。
进一步地，制冷装置包括多个并联的室内换热器。
进一步地，多个并联的室内换热器的支路中均设置有节流装置。
进一步地，第一压缩机单元的低压压缩腔的排量为VA，第一压缩机单元的高压压缩腔的排量为VB；
VB/VA的比值范围为0.65～1.0。
进一步地，VB/VA的比值范围为0.7～0.9。
进一步地，第一压缩机单元的低压压缩腔的排量为VA，第一压缩机单元的高压压缩腔的排量为VB，第二压缩机单元的辅压缩腔的排量为VC；
VB/（VA+VC）的比值范围为0.2～0.9。
进一步地，当用于超低温热泵型空调时，VB/（VA+VC）的比值范围为0.4～0.7。
进一步地，用于超低温型空气源热泵热水器时，VB/（VA+VC）的比值范围为0.25～0.6。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述制冷装置增加辅助压缩机并与主压缩机的低压压缩腔并联或与主压缩机并联，通过选择性切换形成多种变容量模式，用于热泵场合能够显著提高超低温制热量和/或制热性能系数，用于空调场合可以显著提高制冷量和能效比，优于双级压缩或准二级压缩制冷装置，在较宽的运行工况下达到高能效和高能力兼得的目的。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明的制冷装置的第一实施例示意图；
图2是根据本发明的制冷装置的第二实施例示意图；
图3是根据本发明的制冷装置的第三实施例示意图；
图4是根据本发明的制冷装置的压缩机单元第一运行模式示意图；
图5是根据本发明的制冷装置的压缩机单元第二运行模式示意图；
图6是根据本发明的制冷装置的压缩机单元第三运行模式示意图；
图7是根据本发明的制冷装置的压缩机单元第四运行模式示意图；
图8是根据本发明的制冷装置的压缩机单元第五运行模式示意图；
图9是根据本发明的制冷装置的压缩机单元第六运行模式示意图；以及
图10是根据本发明的制冷装置的压缩机单元第七运行模式示意图。
附图中的附图标记如下：101、第一压缩机单元；102、第二压缩机单元；2、室外换热器；3、室内换热器；301、第一室内换热器；302、第二室内换热器；401、第一节流装置；402、第二节流装置；5、补气装置；6、气液分离器；7、室外单元；8、室内单元；801、第一室内单元；802、第二室内单元；9、电磁阀；10、三通阀。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图1至图10，根据本发明的制冷装置，包括依次相连通的第一压缩机单元101、室内换热器3和室外换热器2，第一压缩机单元101的出口与室内换热器3的进口相连通，室内换热器3的出口与室外换热器2的进口相连通，室外换热器2的出口与第一压缩机单元101的进气口A相连通；第一压缩机单元101包括两个串联的压缩腔；第一节流装置401和第二节流装置402，依次串联设置在室内换热器3的出口与室外换热器2的进口之间；补气装置5，设置在第一节流装置401与第二节流装置402之间，补气装置5的进口与第一节流装置401相连通，补气装置5的第一出口与第一压缩机单元101的补气口相连通，补气装置5的第二出口与第二节流装置402相连通；还包括第二压缩机单元102，第二压缩机单元102的进气口B与室外换热器2的出口相连通，第二压缩机单元102的出口E通过三通阀10分别与第一压缩机单元101的补气口C和第一压缩机单元101的排气口D相连通。室内单元8包括室内换热器3等相关部件，室外单元7包括压缩机1、室外换热器2和气液分离器6等相关部件。
参见图1至图3，补气装置5的第一出口与第一压缩机单元101的补气口之间设置电磁阀9。制冷装置还包括气液分离器6，设置在室外换热器2的出口与第一压缩机单元101的进气口或者第二压缩机单元102的进气口B之间。本发明所述制冷装置的闪发器可以是单向闪发器或双向闪发器，也可以是其他具有补气带液功能的闪发器。本发明所述制冷装置的第一和第二节流装置可以是毛细管、节流短管、热力膨胀阀、电子膨胀阀、节流孔板或前述任意合理组合。本发明所述制冷装置可以加上必要的四通换向阀等部件以适应制冷、制热或制热水等应用场合。本发明所述的三通阀和二通阀也可以采用其他具有等同切换效果的技术方案进行替换。
参见图1至图3，补气装置5为闪发器或中间换热器。当补气装置5为中间换热器时。中间换热器设置有两个进口，中间换热器的第一进口和第二进口与室内换热器3的出口相连通，第一节流装置401设置在中间换热器的第一进口与室内换热器3的出口之间。
参见图2，制冷装置包括多个并联的室内换热器3。多个并联的室内换热器3支路均设置有节流装置。
图1为本发明的一种系统循环方案，对应的压缩机单元组由第一压缩机单元（主路压缩机）101和第二压缩机单元（辅路助压缩机）102组成，第一压缩机单元101为具有双级或准二级压缩带中间补气增焓功能的压缩机，其主压缩腔为低压压缩腔和高压压缩腔串联组成，第二压缩机单元102可以为任何形式的用于制冷剂气体压缩功能的压缩机，具有一个辅压缩腔。第二压缩机单元的辅压缩腔与第一压缩机单元的主压缩腔的低压压缩腔并联或与第一压缩机单元的主压缩腔并联。本发明所述的压缩机单元组通过选择性切换可以具有图4至图10所示的七种运行模式，具体实现方案如下：
图1中的三通阀10切换并连通第一压缩机单元101的C口（补气口）和第二压缩机单元的E口（排气口），维持电磁阀9导通，第一压缩机单元和第二压缩机单元同时运行，实现图4所示的第二压缩机单元102的辅压缩腔与第一压缩机单元101的低压压缩腔并联增容双级压缩中间补气的运行模式。
图1中的三通阀10切换并连通第一压缩机单元101的D口（排气口）和第二压缩机单元的E口（排气口），维持电磁阀9导通，第一压缩机单元和第二压缩机单元同时运行，实现图5所示的第二压缩机单元102的辅压缩腔与第一压缩机单元101的主压缩腔并联增容且主压缩腔双级压缩中间补气的运行模式。
图1中的三通阀10切换并连通第一压缩机单元101的C口（补气口）或D口（排气口）和第二压缩机单元的E口（排气口），维持电磁阀9导通，第一压缩机单元运行，第二压缩机单元停止运行，形成图6所示的第一压缩机单元的主压缩腔双级压缩中间补气的运行模式。
图1中的三通阀10切换并连通第一压缩机单元101的C口（补气口）和第二压缩机单元的E口（排气口），关闭电磁阀9，第一压缩机单元和第二压缩机单元同时运行，形成图7所示的第二压缩机单元102的辅压缩腔与第一压缩机单元101的低压压缩腔并联增容双级压缩中间无补气的运行模式。
图1中的三通阀10切换并连通第一压缩机单元101的D口（排气口）和第二压缩机单元的E口（排气口），关闭电磁阀9，第一压缩机单元和第二压缩机单元同时运行，形成图8所示的第二压缩机单元102的辅压缩腔与第一压缩机单元101的主压缩腔并联增容但主压缩腔双级压缩中间无补气的运行模式。
图1中的三通阀10切换并连通第一压缩机单元101的C口（补气口）或D口（排气口）和第二压缩机单元的E口（排气口），关闭电磁阀9，第一压缩机单元运行，第二压缩机单元停止运行，形成图9所示的第一压缩机单元101的主压缩腔双级压缩中间无补气的运行模式。
图1中的三通阀10切换并连通第一压缩机单元101的D口（排气口）和第二压缩机单元的E口（排气口），关闭电磁阀9，第一压缩机单元停止运行，第二压缩机单元运行，形成图10所示的第二压缩机单元102的辅压缩腔单级压缩运行模式。
图1所述发明的系统图连接关系如下：第一压缩机单元101的排气口D与冷凝器3的入口相连，并经第一节流装置401与闪发器的进口相连，闪发器具有气体出口和液体出口，闪发器的气体出口通过电磁阀9与第一压缩机单元101的补气口C相连，闪发器的液体出口经第二节流装置402与室外换热器2的入口相连，蒸发器出口与第一压缩机单元101的气液分离器6入口相连，气液分离器6的出口分两个支路，第一支路与第一压缩机单元101的吸气口A口相连，第二支路与第二压缩机单元102的吸气口B口相连。三通阀10的三个端口中两个互不连通的端口分别与第一压缩机单元101的排气口D口和补气口C口相连，三通阀10的另外一个端口也是公共端口与第二压缩机单元102的排气口E口相连。
图1所述发明通过电磁阀9、三通阀10的切换以及两个压缩机单元的启停实现图4～图10所示的七种变容量运行模式，结合两个压缩机单元的变频调节可实现宽工况范围的能力调节，在满足舒适性的前提下可有效发挥两个压缩机单元的电机效率以及该制冷装置的系统运行效率。相比同壳体的三个压缩腔有以下明显优势：1）通过两个压缩机单元的频率调节实现高低压级排量比的宽范围调节，从而更有利于提高制冷装置在变工况下的COP；2）利用第二压缩机单元独自运行模式提高第二压缩机的电机效率从而提高制冷装置在低负荷工况下的COP，同时利用第一级节流装置401和第二级节流装置402调节闪发器中的制冷剂量从而进一步提高制冷装置在低负荷工况下的COP。
超低温制热时运行图4或图5所示运行模式可以显著提高制热量，高、低压级制冷剂循环流量显著增加从而提高了管内传热性能，同时利用了补气增焓的技术效果，与现有技术相比在相同低温制热量下COP也相应得到提高。图5所示运行模式下，两个压缩机单元均高频运转时会导致第二压缩机单元的的排气温度过高，此时可以选用图4的运行模式以利用中间补气增焓技术降低排气温度。
中低温制热时运行图6所示的运行模式，能够正常发挥出现有技术的效果；低温制热结霜工况下利用必要的四通换向阀进行除霜运行时运行图7或8所示的运行模式，可以加速除霜速度从而提高低温制热效果和舒适性。中高温制热时运行图9所示的运行模式，通过合理设计第一压缩机单元的排量可以提高第一压缩机单元的电机效率从而提高制冷装置在中高温制热时的COP；当高温制热室内温度接近或达到设定温度或舒适温度时运行图10所示的运行模式，相对现有技术压缩机运行频率过低导致电机效率下降，本发明通过合理设计第二压缩机排量提高第二压缩机运行频率从而达到提升电机运行效率的效果。
因此，本发明所述的第一和第二压缩机单元及使用其的制冷装置相对现有技术具有明显的技术优势，包括宽工况运行COP相对提高，超低温制热量显著提高，在满足寒冷地区热舒适性需求的情况下可以取消辅助电加热器，COP相对大幅提升的同时因辅助电加热器导致的电器安全隐患也得到根本解决。
图2所述发明为图1所述发明的一种变形形式，与图1所述发明的区别如图2所示有两个或多个并联的室内单元，每个室内单元由冷凝器及其下游串联的第一节流装置组成。图2所述发明的两个压缩机单元与图1类似，经过切换实现图4～图10所示的七种运行模式，具有图1所述发明类似效果。图2所述发明的连接关系除具有多个并联室内单元外，其余与图1所述发明类似，例如具有两个室内单元，第一室内单元801和第二室内单元802，同时具有两个室内换热器301、302，还有与室内换热器串联的第一节流装置401a和401b。
图3所述发明为图1所述发明的一种变形形式，与图1所述发明的区别在于图3采用中间换热器替换了图1中的闪发器。图3中的中间换热器具有两个制冷剂通道，第二制冷剂通道（主流路）连通冷凝器3的出口和第二节流装置402，第一制冷剂通道（补气路）连通压缩机单元的补气口C和冷凝器3的出口，第一节流装置401串联在冷凝器3的出口和中间换热器5的第一制冷剂通道的入口之间，电磁阀9串联在第一压缩机单元1的补气口C口和中间换热器5的第一制冷剂通道的出口之间。图3所述发明采用中间换热器替换图1所述发明的闪发器后可以达到或接近图1所述发明的类似技术效果。图3所述发明的两个压缩机单元同图1所述发明具有七种运行模式。
本发明所述的第一压缩机单元的低压压缩腔的排量为VA，第一压缩机单元的高压压缩腔的排量为VB，第二压缩机单元的辅压缩腔的排量为VC。对于使用R410A、R290、R32制冷剂或含R32与R1234yf的混合制冷剂或含R32与R1234ze的混合制冷剂的制冷装置，本发明所述的各压缩腔的排量比如下：VB/VA介于0.65～1.0，进一步优化范围为0.7～0.9，VB/（VA+VC）介于0.2～0.9，用于超低温热泵型空调时进一步优化范围为0.4～0.7，用于超低温型空气源热泵热水器时进一步优化范围为0.25～0.6。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明所述制冷装置用于热泵场合能够显著提高超低温制热量和/或制热性能系数，用于空调场合可以显著提高制冷量和能效比，且优于双级压缩或准二级压缩制冷装置，在较宽的运行工况下达到高能效和高能力兼得的目的。同时可以取消辅助电加热装置，避免了电加热装置带来的电器安全隐患和制热性能系数下降问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种制冷装置，其特征在于，包括：
依次相连通的第一压缩机单元（101）、室内换热器（3）和室外换热器（2），所述第一压缩机单元（101）的出口与所述室内换热器（3）的进口相连通，所述室内换热器（3）的出口与所述室外换热器（2）的进口相连通，所述室外换热器（2）的出口与所述第一压缩机单元（101）的进气口（A）相连通；所述第一压缩机单元（101）包括两个串联的压缩腔；
第一节流装置（401）和第二节流装置（402），依次串联设置在所述室内换热器（3）的出口与所述室外换热器（2）的进口之间；
补气装置（5），设置在所述第一节流装置（401）与所述第二节流装置（402）之间，所述补气装置（5）的进口与第一节流装置（401）相连通，补气装置（5）的第一出口与所述第一压缩机单元（101）的补气口相连通，补气装置（5）的第二出口与所述第二节流装置（402）相连通；
还包括第二压缩机单元（102），所述第二压缩机单元（102）的进气口（B）与所述室外换热器（2）的出口相连通，所述第二压缩机单元（102）的出口（E）通过三通阀（10）分别与与所述第一压缩机单元（101）的补气口（C）和所述第一压缩机单元（101）的排气口（D）相连通。
2.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，
所述补气装置（5）的第一出口与所述第一压缩机单元（101）的补气口之间设置有电磁阀（9）。
3.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，
还包括气液分离器（6），设置在所述室外换热器（2）的出口与所述第一压缩机单元（101）的进气口（A）或者所述第二压缩机单元（102）的进气口（B）之间。
4.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，
所述补气装置（5）为闪发器。
5.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，
所述补气装置（5）为中间换热器。
6.根据权利要求5所述的制冷装置，其特征在于，
所述中间换热器设置有第一制冷剂流路和第二制冷剂流路，所述第一制冷剂流路的进口和所述第二制冷剂流路的进口与所述室内换热器（3）的出口相连通，第一节流装置（401）设置在所述第一制冷剂流路的进口与所述室内换热器（3）的出口之间；所述第一制冷剂流路的出口与所述第一压缩机单元（101）的补气口（C）相连通，所述第二制冷剂流路的出口所述室外换热器（2）的进口相连通。
7.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，
所述制冷装置包括多个并联的所述室内换热器（3）。
8.根据权利要求7所述的制冷装置，其特征在于，
多个所述并联的室内换热器（3）的支路中均设置有节流装置。
9.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，
所述第一压缩机单元的低压压缩腔的排量为VA，所述第一压缩机单元的高压压缩腔的排量为VB；
VB/VA的比值范围为0.65～1.0。
10.根据权利要求9所述的制冷装置，其特征在于，
VB/VA的比值范围为0.7～0.9。
11.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，
所述第一压缩机单元的低压压缩腔的排量为VA，所述第一压缩机单元的高压压缩腔的排量为VB，第二压缩机单元的辅压缩腔的排量为VC；
VB/（VA+VC）的比值范围为0.2～0.9。
12.根据权利要求11所述的制冷装置，其特征在于，
当用于超低温热泵型空调时，VB/（VA+VC）的比值范围为0.4～0.7。
13.根据权利要求11所述的制冷装置，其特征在于，
用于超低温型空气源热泵热水器时，VB/（VA+VC）的比值范围为0.25～0.6。
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