CN104676935B - 制冷循环装置 - Google Patents

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    • F25B31/002Lubrication
    • F25B31/004Lubrication oil recirculating arrangements

Abstract

本发明提供一种制冷循环装置,在抑制压缩机的排出气体温度的同时抑制性能系数的降低。制冷循环装置(1)具有:设置在压缩机(2)的排出侧和冷凝器(4)之间,将从高段侧压缩部(2b)排出的制冷剂与包含于制冷剂的冷冻机油分离的油分离器(3);使在油分离器中分离而得到的冷冻机油返回到低段侧压缩部(2a)以及高段侧压缩部的返油流路(20);将从冷凝器流出的制冷剂喷射到中间压室的喷射流路(10);以及在流经返油流路的冷冻机油与流经喷射流路的制冷剂之间进行热交换的油冷却器(30)。喷射流路具有:使制冷剂从冷凝器直接向中间压室(2c)喷射的第一分支配管(11)、以及使制冷剂从冷凝器经由油冷却器向中间压室喷射的第二分支配管(12)。

Description

制冷循环装置
技术领域
[0001]本发明涉及具有压缩机的制冷循环装置,该压缩机具有低段侧压缩部以及高段侧 压缩部。
背景技术
[0002]以往,使用具有低段侧压缩部和高段侧压缩部的二段螺旋式压缩机的制冷循环装 置是已知的。该多段压缩机在低段侧压缩部压缩制冷剂之后,进而在高段侧压缩部压缩制 冷剂。如上所述的二段螺旋式压缩机所使用的零件存在温度制约,排出气体温度设置有上 限。于是,为了使排出气体温度降低而提出有各种方法(例如参照专利文献U2)。
[0003]在专利文献1中公开有如下的二段压缩冷冻机:具有在冷冻机油和制冷剂之间进 行热交换的油冷却器,该冷冻机油是在油分离器中分离而得到的冷冻机油,该制冷剂是在 冷凝器中被冷凝了的制冷剂,在油冷却器中被冷却了的冷冻机油被注入到低段侧压缩部, 并且,流过了油冷却器的制冷剂被喷射到中间压室。在专利文献2中公开有如下的制冷循环 回路:在蒸发器和膨胀阀之间配置有节热器(economizer ),蒸气状态的制冷剂或液体状态 的制冷剂从节热器向压缩机的中间压室或低段侧压缩机的吸入侧喷射。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献1:日本特许第39〇3409号公报(图1以及0007段)
[0006]专利文献2:日本特表2010-525292号公报(图1以及0026段)
发明内容
[0007]发明要解决的课题
[0008]如专利文献1那样,在为了抑制排出气体温度而将由制冷剂冷却了的冷冻机油注 入低段侧压缩部的情况下,需要降低被注入到低段侧压缩部的冷冻机油的温度。为了降低 冷冻机油的温度,需要增加向油冷却器流入的制冷剂流量,制冷剂向中间压室的喷射量增 多。其结果是,中间压室的中间压上升,低段侧压缩部的压缩比(=低段排出压力(即中间 压)/(低段吸入压力))增大。随着该低段侧压缩部的压缩比的上升,导致低段侧压缩部的体 积效率恶化且制冷循环的冷却量降低。另外,若制冷剂向中间压室的喷射量增多,则在高段 侧压力部吸入的制冷剂量增大,因此,压缩动力增大。其结果是,导致性能系数(C0P =冷却 能力/压缩机动力)降低。
[0009]于是,本发明是为了解决上述那样的问题而作出的,其目的在于提供一种制冷循 环装置,可以在抑制性能系数降低的同时抑制从高段侧压缩部排出的排出气体温度。
[0010]用于解决课题的方案
[0011]本发明的制冷循环装置具有制冷循环回路,该制冷循环回路具有压缩机、冷凝器、 以及膨胀阀,压缩机具有低段侧压缩部、中间压室、以及高段侧压缩部,所述低段侧压缩部 压缩制冷剂,在低段侧压缩部中被压缩了的制冷剂被排出到所述中间压室,所述高段侧压 缩部吸引并压缩中间压室的制冷剂,所述制冷循环装置的特征在于,具有:油分离器,所述 油分离器设置在压缩机的排出侧和冷凝器之间,将从高段侧压缩部排出的制冷剂与包含于 制冷剂的冷冻机油分离;返油流路,所述返油流路使在油分离器中分离而得到的冷冻机油 返回到低段侧压缩部以及高段侧压缩部;喷射流路,所述喷射流路将从冷凝器流出的制冷 剂喷射到中间压室;以及油冷却器,所述油冷却器在流经返油流路的冷冻机油与流经喷射 流路的制冷剂之间进行热交换,喷射流路具有:第一分支配管,所述第一分支配管从冷凝器 直接向中间压室喷射制冷剂;以及第二分支配管,所述第二分支配管从冷凝器经由油冷却 器向中间压室喷射制冷剂。
[0012]发明的效果
[0013]根据本发明的制冷循环装置,在油冷却器中被冷却了的冷冻机油被注入低段侧压 缩部,并且,向中间压室喷射的喷射路径具有经由油冷却器的路径和从冷凝器直接进行喷 射的路径,由此,在使从高段侧压缩部排出的排出气体温度降低时,不增加制冷剂向油冷却 器的流量而增加从冷凝器直接喷射的制冷剂量就能够使排出气体温度降低,因此,可以在 抑制随着喷射量的增加而产生的性能系数降低的同时将排出气体温度抑制得低。
附图说明
[0014]图1是表示本发明的实施方式1的制冷循环装置的制冷剂回路图。
[0015]图2是表示本发明的实施方式1的制冷循环装置的制冷剂回路图。
[0016]图3是表示以往的制冷循环装置的一例的制冷剂回路图。
[0017]图4是表示以往的制冷循环装置的一例的制冷剂回路图。
[0018]图5是表示本发明的实施方式2的制冷循环装置的制冷剂回路图。
[0019]图6是表示本发明的实施方式3的制冷循环装置的制冷剂回路图。
[0020]附图标记说明
[0021] 1、100、200制冷循环装置、2压缩机、2a低段侧压缩部、2b高段侧压缩部、2c中间压 室、3油分尚器、4冷凝器、5主膨胀阀、6蒸发器、10喷射流路、11第一分支配管、12第二分支配 管、13第一流量调节器、14第二流量调节器、20、120返油流路、21低段侧返油配管、22高段侧 返油配管、3〇油冷却器、40开度控制部、122高段侧返油配管、 2〇1节热器、202副膨胀阀。
具体实施方式 [0022]实施方式1.
[0023]以下,参照附图说明本发明的制冷循环装置的室外机的实施方式。图丨以及图2是 表示本发明的实施方式1的制冷循环装置的制冷剂回路图。在图1的制冷循环装置1中,制冷 循环装置1形成有由配管连接压缩机 2、冷凝器4、主膨胀阀5、蒸发器6而构成的制冷循环。作 为在该制冷循环装置1中流动的制冷剂,例如使用R32制冷剂的单一制冷剂或包含 R32制冷 剂在内的混合制冷剂、或R410A那样的绝热压缩中的焓差大的制冷剂、即排出气体温度容易 成为高温的制冷剂。
[0024]压缩机2吸入制冷剂并将该制冷剂压缩成高温、高压的状态后排出。压缩机2是具 有低段侧压缩部2a以及高段侧压缩部2b且低段侧压缩部2a以及高段侧压缩部2b由共用的 电机旋转驱动的二段螺旋式压缩机,电机由倒相电路驱动。在低段侧压缩部2a和高段侧压 缩部2b之间设置有中间压室此,低段侧压缩部 2a将被压缩了的制冷剂向中间压室2c排出, 并且,高段侧压缩部2b吸引并压缩中间压室2c的制冷剂。另外,在中间压室2c设置有喷射 口,制冷剂从喷射口向中间压室2c喷射。 、
[0025]油分离器3用于从自压缩机2的高段侧压缩部此排出的制冷剂分离冷冻机油。而 且,油分离器3将分离了冷冻机油的制冷剂向冷凝器4侧供给,并且,使冷冻机油向压缩机2 侧返回。冷凝器4用于在自压缩机2排出的制冷剂与空气或水之间进行热交换,例如具有如 下结构:具有使制冷剂通过的传热管、以及用于增大流经传热管的制冷剂与外部空气之间 的传热面积的散热片。主膨胀阀 5用于调节通过蒸发器6的制冷剂的压力,例如由电子膨胀 阀等构成。蒸发器6用于在制冷剂与外部空气、水或载冷剂之间进行热交换,例如具有如下 结构:具有使制冷剂通过的传热管、以及用于增大流经传热管的制冷剂与外部空气之间的 传热面积的散热片。
[0026]并且,制冷循环装置1具有:将自冷凝器4流出的制冷剂喷射到中间压室2c的喷射 流路10、以及使在油分离器3中分离而得到的冷冻机油返回到低段侧压缩部2a以及高段侧 压缩部2b的返油流路20。喷射流路10具有从冷凝器4与主膨胀阀5之间分别分支的第一分支 配管11以及第二分支配管I 2。第一分支配管11将冷凝器4与中间压室2c直接连接,第二分支 配管12经由油冷却器30将冷凝器4与中间压室2c连接。在该第一分支配管11中设置有第一 流量调节器13,在第二分支配管12中设置有第二流量调节器14。该第一流量调节器13以及 第二流量调节器14例如由电子膨胀阀构成,通过调节第一流量调节器13以及第二流量调节 器14的开度,来调节在第一分支配管11以及第二分支配管12中流动的制冷剂流量(喷射 量)。
[0027]返油流路20具有将油分离器3中的冷冻机油的出口侧与低段侧压缩部2a以及高段 侧压缩部2b分别连接的低段侧返油配管21以及高段侧返油配管22。低段侧返油配管21用于 使冷冻机油从油分离器3经由油冷却器30返回到低段侧压缩部2a,高段侧返油配管22用于 使冷冻机油从油分离器3直接返回到高段侧压缩部2b。
[0028]另外,在制冷循环装置1中设置有油冷却器30,该油冷却器30在流经第二分支配管 12的制冷剂与返油流路20中的向低段侧压缩部2a流入的冷冻机油之间进行热交换。即,油 冷却器30将第二分支配管12和低段侧返油配管21结合,使用向中间压室2c喷射的制冷剂对 冷冻机油进行冷却。因此,冷冻机油以由油冷却器30冷却后的状态返回到高段侧压缩部2b。 [00 29]第一流量调节器13以及第二流量调节器14的开度由开度控制部40控制。开度控制 部40控制第一流量调节器13以及第二流量调节器14的开度,以使从高段侧压缩部2b排出的 制冷剂的排出气体温度达到目标排出温度(例如85°C)。即,第一流量调节器13的开度越增 大,则从冷凝器4向中间压室2c直接喷射的制冷剂量越增加。另外,第二流量调节器14的开 度越增大,则返回的冷冻机油的温度越降低并且向中间压室2c喷射的制冷剂量越增加。例 如在高段侧压缩部2b的排出侧设置有检测排出气体温度的未图示的温度传感器,在开度控 制部40中存储有使排出气体温度与第一流量调节器13以及第二流量调节器14的开度相关 联的表格,开度控制部40基于排出气体温度控制第一流量调节器13以及第二流量调节器14 的开度。
[0030]接着,参照图1以及图2说明制冷循环装置1的动作例。另外,第一流量调节器13以 及第二流量调节器14在压缩机2运转的同时打开。首先,对于从高段侧压缩部2b排出的高压 的制冷剂气体,首先使低压气体的制冷剂在压缩机2中被压缩而成为高温高压的气体状态。 高压气体状态的制冷剂在冷凝器4中与外部空气或水进行热交换,将制冷剂的能量传递到 热源(空气或水),从而冷凝成高压液体制冷剂。此后,制冷剂在主膨胀阀5中减压成低压二 相状态并进入蒸发器6。
[0031]在蒸发器6中,制冷剂吸收外部空气或水等的能量而蒸发成低压气体。此时,与制 冷剂进行了热交换的外部空气或水等被冷却。此后,从蒸发器6流出的低温低压的制冷剂气 体被吸入到压缩机2的低段侧压缩部2a,进行第一段的压缩。进而,在低段侧压缩部2a中被 压缩了的制冷剂气体向中间压室2c排出。在该中间压室2c中,所排出的制冷剂气体向高段 侧压缩部2b被吸入并进行第二段的压缩。
[0032] 此时,高压低温的液体制冷剂的一部分从冷凝器4和主膨胀阀5之间,经由第一分 支配管11以及第二分支配管12向中间压室2c进行液体喷射。另一方面,油分离器3的冷冻机 油从高段侧返油配管22直接返回到高段侧压缩部2b侧,从低段侧返油配管21经由油冷却器 30返回到低段侧压缩部2a。在该油冷却器30中,流经第二分支配管12的制冷剂与流经低段 侧返油配管21的冷冻机油进行热交换,冷冻机油以被冷却了的状态返回到低段侧压缩部 2a。此时,由开度控制部40控制第一流量调节器13以及第二流量调节器14的开度,以使从高 段侧压缩部2b排出的制冷剂的排出气体温度达到目标排出温度(例如85°C)。
[0033]这样,由于排出气体温度被控制为达到目标排出温度,因此,可以抑制从高段侧压 缩部2b排出的制冷剂的排出气体温度,以免超过零件的温度上限制约。此时,冷冻机油在被 冷却后返回到低段侧压缩部2a,因此,可以使消耗动力降低,可以抑制性能系数(C0P)的降 低。另外,即便在冷冻机油以温度高的状态流入油冷却器30的情况下,也并非像图3以及图4 所示的以往的制冷循环装置那样仅增加在油冷却器30中流通的制冷剂量来降低排出气体 温度,而被控制为也考虑从第一分支配管11侧向中间压室2c的喷射以使排出气体温度达到 目标排出温度。因此,可以抑制由喷射量的增大引起的冷却能力的降低并抑制性能系数 (COP)的降低。
[0034]即,不需要像以往那样为了进行冷冻机油的冷却而增加向中间压室2c的喷射量, 中间压室2c的中间压被抑制得低,因此,可以将低段侧压缩部2a的压缩比抑制得低,压缩过 程中的泄漏损失降低。即,低段侧压缩部2a的体积效率提高,冷却能力提高。并且,对在中间 压室2c中汇合的冷冻机油量进行了冷却的制冷剂的量减少,因此,高段侧压缩部2b的压缩 动力降低,因此,可以谋求降低压缩机动力。
[0035]尤其是,在压缩机2的电机由变频器(inverter)驱动的情况下,在以低于50Hz的频 率进行运转的减速区域,泄漏损失降低的效果增大,可以大幅提高性能系数。
[0036]并且,在作为制冷剂而使用以R32或R410A为代表的绝热压缩中的焓差大的制冷 剂、即排出气体温度容易成为高温的制冷剂的情况下,以上述的排出气体温度达到目标排 出温度的方式进行了控制时的性能系数(C0P)的降低效果增大。
[0037] 实施方式2.
[0038] 图5是表示本发明的制冷循环装置的实施方式2的制冷剂回路图,参照图5说明制 冷循环装置100。另外,在图5的制冷循环装置100中,对于具有与图丨以及图2的制冷循环装 置1相同的结构的部位,标注相同的附图标记并省略其说明。图 5的制冷循环装置100与图i 以及图2的制冷循环装置1的不同之处在于:返油流路120使在油冷却器 3〇中被冷却了的冷 冻机油也返回到高段侧压缩部2b。 _9]图5的返油流路120在油冷却器30的出口侧分支为低段侧返油配管21以及高段侧 返油配管I22,使冷冻机油分别向低段侧压缩部2a以及高段侧压缩部2b返回。即,在油冷却 器30中被冷却了的冷冻机油也从高段侧返油配管 122返回到高段侧压缩部2b。即便在该情 况下,由于被冷却了的冷冻机油也被注入到高段侧压缩部2b侧,因此,可以降低排出气体温 度,可以在降低排出气体温度的同时抑制性能系数(COP)的降低。
[0040] 实施方式3.
[0041]图6是表示本发明的制冷循环装置的实施方式3的制冷剂回路图,参照图6说明制 冷循环装置200。另外,在图6的制冷循环装置200中,对于具有与图1以及图2的制冷循环装 置1相同的结构的部位,标注相同的附图标记并省略其说明。图6的制冷循环装置200与图1 以及图2的制冷循环装置1的不同之处在于:制冷循环装置200具有节热器(中间热交换器) 201,构成有节热器循环。
[0042]图6的制冷循环装置200具有:使在冷凝器4中进行了冷凝的制冷剂的一部分膨胀 的副膨胀阀202、以及使在冷凝器4中进行了冷凝的液体制冷剂与在副膨胀阀202中膨胀了 的制冷剂之间进行热交换的节热器201。节热器201以从冷凝器4流出的制冷剂向主膨胀阀5 和第一分支配管11及第二分支配管12分支的方式连接。因此,过冷却度大的液体制冷剂流 到第一分支配管11以及第二分支配管12中。
[0043]即便在该情况下,由于被冷却了的冷冻机油也被注入到高段侧压缩部2b侧,因此, 可以降低排出气体温度,可以在降低排出气体温度的同时抑制性能系数(COP)的降低。尤其 是,由于可以借助节热器201使过冷却的制冷剂流到第一分支配管11以及第二分支配管12 中,因此,可以减小向中间压室2c喷射的制冷剂量,可以进一步抑制性能系数(COP)的降低。 另外,在图6的制冷循环装置200中,例示了具有图1的返油流路20的情况,但也可以具有图5 所示那样的返油流路120。
[0044] 本发明的实施方式并不限于上述实施方式1~3。例如,在上述实施方式1~3中,例 示了第一流量调节器13以及第二流量调节器14的双方由电子膨胀阀构成的情况,但第一流 量调节器13以及第二流量调节器14的任一方或双方也可以由温度式膨胀阀构成。由此,可 以简单地进行开度控制。另外,第一流量调节器13以及第二流量调节器14的任一方或双方 也可以由开度被设定为排出气体温度达到目标排出温度那样的开度的固定节流阀构成。由 此,可以廉价地实现排出气体温度的降低以及抑制性能系数的降低。
[0045] 此时,第一流量调节器13以及第二流量调节器14也可以由电子膨胀阀、温度式膨 胀阀或固定节流阀的任意组合来构成。例如在第一流量调节器 13以及第二流量^节器14为 电子膨胀阀或温度式膨胀阀与固定节流阀的组合的情况下,可以廉价地实现高精度的控 制。

Claims (8)

1. 一种制冷循环装置,具有制冷循环回路,该制冷循环回路具有压缩机、冷凝器、以及 膨胀阀,所述压缩机具有低段侧压缩部、中间压室、以及高段侧压缩部,所述低段侧压缩部 压缩制冷剂,在所述低段侧压缩部中被压缩了的制冷剂被排出到所述中间压室,所述高段 侧压缩部吸引并压缩所述中间压室的制冷剂,所述制冷循环装置的特征在于,具有 : 油分离器,所述油分离器设置在所述压缩机的排出侧和所述冷凝器之间,将从所述高 段侧压缩部排出的制冷剂与包含于制冷剂的冷冻机油分离; 返油流路,所述返油流路使在所述油分离器中分离而得到的冷冻机油返回到所述低段 侧压缩部以及所述高段侧压缩部; 喷射流路,所述喷射流路将从所述冷凝器流出的制冷剂喷射到所述中间压室;以及 油冷却器,所述油冷却器在流经所述返油流路的冷冻机油与流经所述喷射流路的制冷 剂之间进行热交换, 所述喷射流路具有: 第一分支配管,所述第一分支配管从所述冷凝器直接向所述中间压室喷射制冷剂;以 及 第二分支配管,所述第二分支配管从所述冷凝器经由所述油冷却器向所述中间压室喷 射制冷剂。
2. 如权利要求1所述的制冷循环装置,其特征在于,还具有: 第一流量调节器,所述第一流量调节器设置于所述第一分支配管,调节流经所述第一 分支配管内的制冷剂流量;以及 第二流量调节器,所述第二流量调节器设置于所述第二分支配管,调节流经所述第二 分支配管内的制冷剂流量。
3. 如权利要求2所述的制冷循环装置,其特征在于,还具有开度控制部,所述开度控制 部控制所述第一流量调节器或所述第二流量调节器的开度,以使从所述高段侧压缩部排出 的制冷剂的排出气体温度达到所设定的目标排出温度。
4. 如权利要求1所述的制冷循环装置,其特征在于, 所述返油流路具有:使冷冻机油从所述油分离器直接返回到所述高段侧压缩部的高段 侧返油配管、以及使冷冻机油从所述油分离器经由所述油冷却器返回到所述低段侧压缩部 的低段侧返油配管。
5. 如权利要求1所述的制冷循环装置,其特征在于, 所述返油流路具有:使从所述油分离器经过了所述油冷却器的冷冻机油分支而分别返 回到所述低段侧压缩部以及所述高段侧压缩部的低段侧返油配管以及高段侧返油配管。
6. 如权利要求1所述的制冷循环装置,其特征在于,还具有: 副膨胀阀,所述副膨胀阀使从所述冷凝器流出的一部分制冷剂膨胀;以及 节热器,所述节热器使由所述副膨胀阀膨胀后的制冷剂在与从所述冷凝器流出的制冷 剂之间进行热交换之后流出到所述第一分支配管以及所述第二分支配管, 所述节热器以从所述冷凝器流出的制冷剂向所述膨胀阀和所述第一分支配管及所述 第二分支配管分支的方式连接。
7. 如权利要求1所述的制冷循环装置,其特征在于, 所述压缩机由变频器驱动。
8.如权利要求1所述的制冷循环装置,其特征在于, 制冷剂由R32或R410A构成。
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