CN104101124B - 空调器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空调器，包括压缩机和与压缩机连接的主路循环和辅路循环，压缩机包括第一压缩腔、第二压缩腔和第三压缩腔，第一压缩腔和第二压缩腔设置在主路循环中，第三压缩腔串联在辅路循环中；主路循环还包括冷凝器、蒸发器以及连接在冷凝器与蒸发器之间以对压缩机补气的补气装置；辅路循环还包括对进入补气装置的制冷剂供热的辅路冷凝器和对进入蒸发器的制冷剂制冷的辅路蒸发器。本发明由于压缩机具有三个压缩腔，第一和第二压缩腔设置在主路循环中，第三压缩腔串联在辅路循环中，压缩机工作时，同时压缩主路循环和辅路循环中的制冷剂，从而减少一个压缩机，进而降低成本、体积以及控制的复杂程度。

Description

空调器

技术领域

本发明涉及空调领域，具体而言，涉及一种空调器。

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，以提高低温制热量和COP，同时降低压缩机排气温度。但现有技术补气增焓比例并不高，导致补气增焓对提高制热性能系数的效果不明显；寒冷冬季室外环境温度很低时，制热量仍无法满足要求。

利用机械过冷循环可以显著提高空调或热泵机组的能力、能效比以及性能系数，同时可以取消室内辅助电加热装置。机械过冷循环需要在主路循环的基础上耦合一个辅路循环，但现有双级压缩一般采用两台压缩机串联或单台压缩机的双缸串联，需要增加一个辅路循环压缩机，增加了成本、体积和控制的复杂度。

发明内容

本发明旨在提供一种控制简单且能够有效提高制热量和制热性能的空调器。

本发明提供了一种空调器，包括压缩机和与压缩机连接的主路循环和辅路循环，压缩机包括第一压缩腔、第二压缩腔和第三压缩腔，第一压缩腔和第二压缩腔设置在主路循环中，第三压缩腔串联在辅路循环中；主路循环还包括冷凝器、蒸发器以及连接在冷凝器与蒸发器之间以对压缩机补气的补气装置；辅路循环还包括对进入补气装置的制冷剂供热的辅路冷凝器和对进入蒸发器的制冷剂制冷的辅路蒸发器。

进一步地，压缩机为双转子压缩机，包括第一气缸和第二气缸，其中，第一气缸具有第一压缩腔，第二气缸中设置有第一滑片和第二滑片以使第二气缸分隔为第二压缩腔和第三压缩腔；第二气缸上设置与第二压缩腔连通的第一吸气口和第一排气口，以及与第三压缩腔连通的第二吸气口和第二排气口，第二压缩腔通过第一吸气口与第一压缩腔串联并设置在主路循环中，第三压缩腔通过第二吸气口和第二排气口串联在辅路循环中。

进一步地，第一滑片与第二滑片之间的夹角为α，其中，85°≤α≤135°。

进一步地，压缩机为三转子压缩机，包括第一气缸、第二气缸和第三气缸，其中，第一气缸具有第一压缩腔，第二气缸具有第二压缩腔，第三气缸具有第三压缩腔；第一气缸和第二气缸相互串联并设置在主路循环中，第三压缩腔串联在辅路循环中。

进一步地，第一压缩腔的容量为VA，第二压缩腔的容量为VB，第三压缩腔的容量为VC，其中，1.0≤VA/VB≤1.35，0.1≤VC/VB≤0.4。

进一步地，辅路冷凝器包括相互隔离并换热的辅路冷凝腔和主路制热腔；辅路蒸发器包括相互隔离并换热的辅路蒸发腔和主路制冷腔；辅路循环还包括辅路节流装置，辅路冷凝腔、辅路节流装置、辅路蒸发腔和第三压缩腔依次串联连接在辅路循环中；主路制冷腔和主路制热腔接入主路循环中。

进一步地，补气装置为经济器，包括相互隔离并换热的第一制冷剂腔和第二制冷剂腔；第一制冷剂腔串联在辅路冷凝器的主路制热腔与压缩机的补气口之间，辅路冷凝器的主路制热腔串联在冷凝器与第一制冷剂腔之间，并在冷凝器与主路制热腔之间串联设置第一节流装置；第二制冷剂腔串联在冷凝器与辅路蒸发器的主路制冷腔之间，辅路蒸发器的主路制冷腔串联在蒸发器与第二制冷剂腔之间，并在主路制冷腔与蒸发器之间串联设置第二节流装置。

进一步地，补气装置为闪发器；闪发器包括与冷凝器的相连通的第一制冷剂端口、与压缩机的补气口相连通的气相出口和与蒸发器相连通的第二制冷剂端口；辅路冷凝器的主路制热腔串联设置在闪发器的第一制冷剂端口与冷凝器之间，并在主路制热腔与冷凝器之间串联设置第一节流装置；辅路蒸发器的主路制冷腔串联设置在闪发器的第二制冷剂端口和蒸发器之间，并在主路制冷腔与蒸发器之间串联设置第二节流装置。

根据本发明的空调器，由于压缩机具有三个压缩腔，压缩机的第一和第二压缩腔设置在主路循环中，第三压缩腔串联在辅路循环中，即压缩机工作时，同时压缩主路循环和辅路循环中的制冷剂。相比普通的机械过冷循环系统需要两个压缩机分别设置在主路循环和辅路循环中，本发明可以减少一个辅路压缩机，从而降低成本、体积以及控制的复杂程度。通过设置与主路循环耦合的辅路循环，辅路冷凝器对进入补气装置的制冷剂供热，有效地提高了补气装置的补气量，辅路蒸发器对进入第二节流装置的制冷剂制冷，能够提高制冷剂的过冷度。通过提高补气量和制冷剂过冷度，能够有效地提高空调器制冷工况时的制冷量和能效比，以及制热工况时的制热量和制热性能系数。

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是根据本发明的空调器的第一实施例的系统示意图；

图2是根据本发明的空调器的第二实施例的系统示意图；

图3是根据本发明的空调器的压缩机的第一实施例的第二气缸的结构示意图；

图4是根据本发明的空调器的压缩机的第一实施例的结构示意图；以及

图5是根据本发明的空调器的压缩机的第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至2所示，根据本发明的空调器，包括压缩机1和与压缩机1连接的主路循环和辅路循环，压缩机包括第一压缩腔A、第二压缩腔B和第三压缩腔C，第一压缩腔A和第二压缩腔B设置在主路循环中，第三压缩腔C串联在辅路循环中；主路循环还包括冷凝器3、蒸发器2以及连接在冷凝器3与蒸发器2之间以对压缩机1补气的补气装置5；辅路循环还包括对进入补气装置5的制冷剂供热的辅路冷凝器901和对进入蒸发器2的制冷剂制冷的辅路蒸发器902。

本发明采用具有三个压缩腔的压缩机1，压缩机1的第一和第二压缩腔设置在主路循环中，第三压缩腔串联在辅路循环中。压缩机1工作时，同时压缩主路循环和辅路循环中的制冷剂。相比普通的机械过冷循环系统需要两个压缩机分别设置在主路循环和辅路循环中，本发明可以减少一个辅路压缩机，从而降低成本、体积以及控制的复杂程度。通过设置与主路循环耦合的辅路循环，辅路冷凝器901对进入补气装置5的制冷剂供热，有效地提高了补气装置5的补气量，辅路蒸发器902对进入第二节流装置402的制冷剂制冷，能够提高制冷剂的过冷度。通过提高补气量和制冷剂过冷度，能够有效地提高空调器制冷工况时的制冷量和能效比，以及制热工况时的制热量和制热性能系数，还能够降低压缩机的排气温度。

具体地，如图3和图4所示，在本发明的空调器的压缩机的第一实施例中，压缩机1采用双转子压缩机，即包括第一气缸10和第二气缸20，但是与普通的双转子压缩机不同的是，本发明的双转子压缩机的第二气缸20具有两个滑片、对应两个滑片具有两个吸气口和两个排气口。即第二气缸20通过设置第一滑片21和第二滑片22将第二气缸20分隔为第二压缩腔B和第三压缩腔C，第一气缸10具有第一压缩腔A。

第一压缩腔A和第二压缩腔B串联形成两级压缩，并设置在主路循环中，对主路循环的制冷剂压缩。第三压缩腔C具有独立的吸气口和排气口，吸气口和排气口与辅路循环的管路连接。

更具体地，如图3所示，第二气缸20中，第一滑片21与第二滑片22之间的夹角为α，其中，85°≤α≤135°。通过合理选择第一滑片21和第二滑片22的设置位置，即第一滑片21与第二滑片22之间的夹角α，可以调节第二压缩腔B和第三压缩腔C的容量相对大小，第三压缩腔C的容量大小直接影响着辅路循环的制冷量，从而影响空调器的效率。较优选地，第一压缩腔A的容量VA，第二压缩腔B的容量VB，第三压缩腔C的容量VC，在满足1.0≤VA/VB≤1.35，0.1≤VC/VB≤0.4的范围时，能够使主路循环量和辅路循环量达到最优，从而实现较优的空调器性能。

如图5所示的本发明的空调器的压缩机的第二实施例，压缩机1采用三转子压缩机，即压缩机包括如图5中所示的第一气缸10、第二气缸20和第三气缸30，对应地，第一气缸10具有第一压缩腔A，第二气缸20具有第二压缩腔B，第三气缸30具有第三压缩腔C，第一气缸10和第二气缸20相互串联，从而对主路制冷剂形成两级压缩。第三气缸30具有独立的进气口和排气口，并串联在辅路循环中，对辅路循环的制冷剂压缩。与第一实施例类似的，第一压缩腔A的容量VA，第二压缩腔B的容量VB，第三压缩腔C的容量VC，在满足1.0≤VA/VB≤1.35，0.1≤VC/VB≤0.4的范围时，能够使主路循环量和辅路循环量达到最优，从而实现较优的空调器性能。

主路循环和辅路循环通过辅路冷凝器901和辅路蒸发器902耦合。辅路冷凝器901和辅路蒸发器902均具有两个相互隔离并相互换热的制冷剂腔，即辅路冷凝器901包括相互隔离并换热的辅路冷凝腔和主路制热腔，辅路蒸发器902包括相互隔离并换热的辅路蒸发腔和主路制冷腔。辅路冷凝腔和辅路蒸发腔串联在辅路循环中，分别使辅路循环的制冷剂冷凝和蒸发；主路制热腔和主路制冷腔位于主路循环中。工作时，辅路冷凝腔中的辅路制冷剂与主路制热腔中的主路制冷剂换热，从而使辅路制冷剂冷凝，主路制冷剂吸热，而使部分蒸发，从而使进入补气装置5的制冷剂的干度提高；主路制冷腔中的主路制冷剂与辅路蒸发腔中的辅路制冷剂换热，辅路制冷剂蒸发吸热，从而使进入第二节流装置402的制冷剂过冷。

如图1所示，在本发明的空调器的第一实施例中，补气装置5为经济器，包括相互隔离并换热的第一制冷剂腔和第二制冷剂腔；第一制冷剂腔串联在辅路冷凝器901的主路制热腔与压缩机1的补气口之间，辅路冷凝器901的主路制热腔串联在冷凝器3与第一制冷剂腔之间，并在冷凝器3与主路制热腔之间串联设置第一节流装置401；第二制冷剂腔串联在冷凝器3与辅路蒸发器902的主路制冷腔之间，辅路蒸发器902的主路制冷腔串联在蒸发器2与第二制冷剂腔之间，并在主路制冷腔与蒸发器2之间串联设置第二节流装置402。

空调器制热工作时，压缩机1的排气经冷凝器3(室内换热器)后分为第一支路和第二支路(补气路)，第一支路的制冷剂进入补气装置5(经济器的第二制冷剂腔)被过冷后再经辅路蒸发器902的主路制冷腔被进一步过冷，经过两次过冷的第一支路制冷剂经第二节流装置402节流降压后经蒸发器2(室外换热器)进入压缩机1的低压吸气口，第二支路(补气路)的制冷剂经第一节流装置401节流降压后进入辅路冷凝器吸热部分蒸发，再经补气装置5(经济器的第一制冷剂腔)吸热完全蒸发后进入压缩机1的补气口并与从低压吸气口进入经第一次压缩至中间压力的制冷剂混合后再经第二次压缩从排气口排出，形成主路循环。压缩机的第三压缩腔C的排气进入辅路冷凝器901的辅路冷凝腔散热后经辅路节流装置403节流降压，再进入辅路蒸发器902的辅路蒸发腔吸热蒸发后进入第三压缩腔C经压缩后排出，形成辅路循环。

在第一实施例中，经过第二节流装置402的制冷剂被经济器和辅路蒸发器902两次过冷，比焓显著下降，从而使蒸发器2(室外换热器)进出口比焓差显著升高，蒸发器吸热量增加而压缩机比功降低。经过第一节流装置401之后的制冷剂被辅路冷凝器901和经济器两次加热，补气路制冷剂质量流量增加，从而增加补气量，进而降低压缩机1的排气温度。因辅路循环的冷源和热源温差几乎为零，因此辅路循环的性能系数相对很高，空调器的制热量和制热性能系数均得到显著提高，同时压缩机排气温度下降。

如图2所示，在本发明的空调器的第二实施例中，补气装置5为闪发器；闪发器包括与冷凝器3的相连通的第一制冷剂端口、与压缩机1的补气口相连通的气相出口和与蒸发器2相连通的第二制冷剂端口；辅路冷凝器901的主路制热腔串联设置在闪发器的第一制冷剂端口与冷凝器3之间，并在主路制热腔与冷凝器3之间串联设置第一节流装置401；辅路蒸发器902的主路制冷腔串联设置在闪发器的第二制冷剂端口和蒸发器2之间，并在主路制冷腔与蒸发器2之间串联设置第二节流装置402。

在该实施例中，空调器制热工作时，压缩机1的排气经冷凝器3(室内换热器)、第一节流装置401后进入辅路冷凝器901的主路制热腔蒸发吸热后进入补气装置5(闪发器)，并在闪发器中气液分离，分离后的气体制冷剂进入压缩机补气口，分离后的液体制冷剂进入辅路蒸发器902的主路制冷腔被冷却降温后经第二节流装置402节流降压进入蒸发器2(室外换热器)吸热蒸发后进入压缩机1的吸气口，经压缩至中间压力后与从补气口进入的制冷剂气体混合并进一步被压缩后从排气口排出，形成主路循环。第三压缩腔C的排气进入辅路冷凝器901的辅路冷凝腔散热后经辅路节流装置403节流降压，再进入辅路蒸发器902的辅路蒸发腔吸热蒸发后进入第三压缩腔C经压缩后排出，形成辅路循环。

在该实施例中，经过第二节流装置402的制冷剂经过辅路蒸发器902过冷，比焓显著下降，从而使蒸发器2(室外换热器)进出口比焓差显著升高，蒸发器吸热量增加而压缩机比功降低。经过第一节流装置401之后的制冷剂被辅路冷凝器901加热，使制冷剂气化的量增加，从而增加闪发器对压缩机1的补气量，进而降低压缩机1的排气温度。因辅路循环的冷源和热源温差几乎为零，因此辅路循环的性能系数相对很高，空调器的制热量和制热性能系数均得到显著提高，同时压缩机排气温度下降。

本发明的空调器的经济器、辅路冷凝器901和辅路蒸发器902的结构可以是套管换热器、板式换热器，也可以是微通道换热器和微型壳管换热器。在本发明的空调器中，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。第一节流装置401和第二节流装置402和辅路节流装置403可以是毛细管、节流短管、热力膨胀阀、电子膨胀阀或前述任意合理组合。在本发明的空调器中，主路循环和辅路循环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。

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：

根据本发明的空调器，由于压缩机具有三个压缩腔，压缩机的第一和第二压缩腔设置在主路循环中，第三压缩腔串联在辅路循环中，即压缩机工作时，同时压缩主路循环和辅路循环中的制冷剂。相比普通的机械过冷循环系统需要两个压缩机分别设置在主路循环和辅路循环中，本发明可以减少一个辅路压缩机，从而降低成本、体积以及控制的复杂程度。通过设置与主路循环耦合的辅路循环，辅路冷凝器对进入补气装置的制冷剂供热，有效地提高了补气装置的补气量，辅路蒸发器对进入第二节流装置的制冷剂制冷，能够提高制冷剂的过冷度。通过提高补气量和制冷剂过冷度，能够有效地提高空调器制冷工况时的制冷量和能效比，以及制热工况时的制热量和制热性能系数，还能够降低压缩机的排气温度。

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 (8)

1.一种空调器，包括压缩机(1)和与所述压缩机(1)连接的主路循环和辅路循环，其特征在于，

所述压缩机包括第一压缩腔(A)、第二压缩腔(B)和第三压缩腔(C)，所述第一压缩腔(A)和第二压缩腔(B)设置在所述主路循环中，所述第三压缩腔(C)串联在所述辅路循环中；

所述主路循环还包括冷凝器(3)、蒸发器(2)以及连接在所述冷凝器(3)与所述蒸发器(2)之间以对所述压缩机(1)补气的补气装置(5)；

所述辅路循环还包括对进入所述补气装置(5)的制冷剂供热的辅路冷凝器(901)和对进入所述蒸发器(2)的制冷剂制冷的辅路蒸发器(902)。

2.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于，

所述压缩机(1)为双转子压缩机，包括第一气缸(10)和第二气缸(20)，其中，所述第一气缸(10)具有所述第一压缩腔(A)，所述第二气缸(20)中设置有第一滑片(21)和第二滑片(22)以使所述第二气缸(20)分隔为所述第二压缩腔(B)和所述第三压缩腔(C)；

所述第二气缸(20)上设置与所述第二压缩腔(B)连通的第一吸气口和第一排气口，以及与所述第三压缩腔(C)连通的第二吸气口和第二排气口，所述第二压缩腔(B)通过所述第一吸气口与所述第一压缩腔(A)串联并设置在所述主路循环中，所述第三压缩腔(C)通过所述第二吸气口和第二排气口串联在所述辅路循环中。

3.根据权利要求2所述的空调器，其特征在于，

所述第一滑片(21)与所述第二滑片(22)之间的夹角为α，其中，85°≤α≤135°。

4.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于，

所述压缩机(1)为三转子压缩机，包括第一气缸(10)、第二气缸(20)和第三气缸(30)，其中，所述第一气缸(10)具有所述第一压缩腔(A)，所述第二气缸(20)具有所述第二压缩腔(B)，所述第三气缸(30)具有所述第三压缩腔(C)；

所述第一气缸(10)和所述第二气缸(20)相互串联并设置在所述主路循环中，所述第三压缩腔(C)串联在所述辅路循环中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的空调器，其特征在于，

所述第一压缩腔(A)的容量为VA，所述第二压缩腔(B)的容量为VB，所述第三压缩腔(C)的容量为VC，其中，1.0≤VA/VB≤1.35，0.1≤VC/VB≤0.4。

6.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于，

所述辅路冷凝器(901)包括相互隔离并换热的辅路冷凝腔和主路制热腔；

所述辅路蒸发器(902)包括相互隔离并换热的辅路蒸发腔和主路制冷腔；

所述辅路循环还包括辅路节流装置(403)，所述辅路冷凝腔、辅路节流装置(403)、辅路蒸发腔和所述第三压缩腔(C)依次串联连接在所述辅路循环中；

所述主路制冷腔和主路制热腔接入所述主路循环中。

7.根据权利要求6所述的空调器，其特征在于，

所述补气装置(5)为经济器，包括相互隔离并换热的第一制冷剂腔和第二制冷剂腔；

所述第一制冷剂腔串联在所述辅路冷凝器(901)的主路制热腔与所述压缩机(1)的补气口之间，所述辅路冷凝器(901)的主路制热腔串联在所述冷凝器(3)与所述第一制冷剂腔之间，并在所述冷凝器(3)与所述主路制热腔之间串联设置第一节流装置(401)；

所述第二制冷剂腔串联在所述冷凝器(3)与所述辅路蒸发器(902)的主路制冷腔之间，所述辅路蒸发器(902)的主路制冷腔串联在所述蒸发器(2)与所述第二制冷剂腔之间，并在所述主路制冷腔与所述蒸发器(2)之间串联设置第二节流装置(402)。

8.根据权利要求6所述的空调器，其特征在于，

所述补气装置(5)为闪发器；

所述闪发器包括与所述冷凝器(3)的相连通的第一制冷剂端口、与所述压缩机(1)的补气口相连通的气相出口和与所述蒸发器(2)相连通的第二制冷剂端口；

所述辅路冷凝器(901)的主路制热腔串联设置在所述闪发器的第一制冷剂端口与所述冷凝器(3)之间，并在所述主路制热腔与所述冷凝器(3)之间串联设置第一节流装置(401)；

所述辅路蒸发器(902)的主路制冷腔串联设置在所述闪发器的第二制冷剂端口和所述蒸发器(2)之间，并在所述主路制冷腔与所述蒸发器(2)之间串联设置第二节流装置(402)。