CN105358918B - 制冷剂回路和空调装置 - Google Patents

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Abstract

本发明具备：将气液两相制冷剂(51)分离成制冷剂蒸气(52)和制冷剂液体(53)的多个气液分离装置(1)；与气液分离装置(1)的上游侧连接并通过开闭切换气液两相制冷剂(51)的流路的流路切换阀(11)；在气液分离装置(1)中被分离的制冷剂液体(53)或气液两相制冷剂(51)流入的蒸发换热器(3)；相对于蒸发换热器(3)垂直或倾斜地设置于蒸发换热器(3)的上游侧的集管(2)；设置于蒸发换热器(3)的下游侧的压缩机(7)；以及与各个气液分离装置(1)连接并供制冷剂蒸气(52)通过的多个旁通路径(6)，通过多个旁通路径(6)之后的制冷剂蒸气(52)与通过蒸发换热器(3)之后的制冷剂蒸气(52)在蒸发换热器(3)与压缩机(7)之间的第一汇合点α汇合。

Description

制冷剂回路和空调装置
技术领域
本发明涉及搭载了气液分离装置的制冷剂回路和空调装置。
背景技术
在空调装置的冷冻循环中，在冷凝器中被冷凝了的制冷剂液体由膨胀阀减压，成为制冷剂蒸气和制冷剂液体混合存在的气液两相状态并流入蒸发器。当制冷剂以气液两相状态流入蒸发器时，在是垂直集管或倾斜集管的情况下，由于向换热器分配的分配特性变差等原因，空调装置的能量效率降低。另外，由于高流量条件和低流量条件等流量条件的变化而无法维持稳定的分配特性。
因此，在以往的换热器的垂直集管或倾斜集管中，有的集管在集管内部设置分隔件或是设置带状的紊流促进体或小孔，来谋求改善分配特性(例如，参照专利文献1)。
先行技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平5－203286号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在专利文献1记载的换热器的垂直集管或倾斜集管中，几乎看不到分配特性的提高，在换热器入口产生了压力损失。另外，由于集管内部的构造变得复杂，因此存在制造变得更加困难、成本增加等课题。
本发明是为了解决上述那样的课题而做出的，目的在于提供提高分配特性、减少压力损失并抑制成本的增加的制冷剂回路和空调装置。
用于解决课题的手段
本发明的制冷剂回路具备：多个气液分离装置，所述多个气液分离装置将气液两相制冷剂分离成制冷剂蒸气和制冷剂液体；流路切换阀，所述流路切换阀与所述气液分离装置的上游侧连接，通过开闭来切换所述气液两相制冷剂的流路；蒸发换热器，在所述气液分离装置中被分离了的所述制冷剂液体或所述气液两相制冷剂流入所述蒸发换热器；集管，所述集管相对于所述蒸发换热器垂直或倾斜地设置于所述蒸发换热器的上游侧；压缩机，所述压缩机设置于所述蒸发换热器的下游侧；以及多个旁通路径，所述多个旁通路径与各个所述气液分离装置连接，并供所述制冷剂蒸气通过，在制冷剂回路中，通过多个所述旁通路径之后的所述制冷剂蒸气和通过所述蒸发换热器之后的制冷剂蒸气在所述蒸发换热器与所述压缩机之间的第一汇合点汇合。
发明的效果
根据本发明的制冷剂回路，通过调整流入换热器的垂直集管或倾斜集管中的气液两相制冷剂的干度(或孔隙率)，从而能够提高分配特性并减少压力损失，另外，由于不改变垂直集管或倾斜集管的结构，因此能够抑制成本的增加。此外，在使用微燃性制冷剂(例如R32、HFO制冷剂和使用这些种制冷剂的混合物等)或可燃性制冷剂(丙烷、异丁烷、二甲醚和使用这些种制冷剂的混合物等)作为制冷剂的情况下，能够减少每一台气液分离装置的容积。
附图说明
图1是本实施方式1的分配系统的制冷剂回路图。
图2是本实施方式1的分配系统的莫里尔图。
图3是本实施方式1的分配系统的低流量条件下的回路图。
图4是本实施方式2的分配系统的制冷剂回路图。
图5是本实施方式2的分配系统的低流量条件下的回路图。
图6是本实施方式3的分配系统的低流量条件下的回路图。
图7是本实施方式4的分配系统的低流量条件下的回路图。
图8是本实施方式5的分配系统的低流量条件下的回路图。
具体实施方式
以下，根据附图，以搭载了2台气液分离装置的分配系统为例说明本实施方式。此外，本发明不被以下说明的实施方式所限定。另外，在以下的附图中，存在各构成部件的大小关系与实际不同的情况。
实施方式1.
图1是本实施方式1的分配系统100的制冷剂回路图，图2是本实施方式1的分配系统100的莫里尔图。此外，图1中使用的附图标记的后缀a、b是指通过气液分离装置1a和气液分离装置1b的路径上的各要素的名称，这在后述的图3～图7中也是同样的。
本实施方式1的分配系统100是如下的系统：利用气液分离装置1(1a、1b)将气液两相制冷剂51分离成制冷剂蒸气52和制冷剂液体53，在使制冷剂液体53(或气液两相制冷剂51)流入蒸发换热器3之后，在蒸发换热器3的下游侧使制冷剂蒸气52与在蒸发换热器3中成为气相状态的制冷剂汇合。
空调装置具有制冷剂回路，该制冷剂回路将压缩机7、蒸发换热器3、省略图示的冷凝换热器和膨胀阀用配管连接，并使制冷剂循环。
分配系统100构成空调装置的制冷剂回路的一部分，具备：气液分离装置1(1a、1b)，该气液分离装置1(1a、1b)将流入了的气液两相制冷剂51分离成制冷剂蒸气52和制冷剂液体53；流路切换阀11(11a、11b)，该流路切换阀11(11a、11b)通过开闭来切换向气液分离装置1(1a、1b)的流路；蒸发换热器3，制冷剂液体53(或气液两相制冷剂51)流入该蒸发换热器3；集管2，该集管2相对于蒸发换热器3垂直或倾斜地设置于蒸发换热器3的流入侧；蒸发换热器3的流出侧的汇流器4；旁通路径6(6a、6b)，该旁通路径6(6a、6b)供制冷剂蒸气52从气液分离装置1向蒸发换热器3的下游旁通；以及流量调整阀5(5a、5b)，该流量调整阀5(5a、5b)设置于该旁通路径6上，通过开闭来调整制冷剂蒸气52的流量。
气液分离装置1(1a、1b)是将气液两相制冷剂51分离成制冷剂蒸气52和制冷剂液体53的部件，气液分离装置1(1a、1b)的一端与流入配管1c的另一端连接，一端与气体侧流出配管1d的另一端连接，还有一端与液体侧流出配管1e的另一端连接，所述流入配管1c与外部回路连接，供气液两相制冷剂51流入过来；所述气体侧流出配管1d与旁通路径6连接，供制冷剂蒸气52流动；所述液体侧流出配管1e与蒸发换热器3的流入侧(上游侧)的集管2连接，供制冷剂液体53(或气液两相制冷剂51)流动。此外，与流入的制冷剂的流量相应地，气液分离装置1的气液分离效率进行变化。另外，气液分离装置1的形状和大小等不受限定，流路切换阀11是能够利用电信号进行开闭的切换的电磁阀。
蒸发换热器3是在制冷剂和空气之间进行换热的空气换热器，供低压的制冷剂液体53(或气液两相制冷剂51)流入并与空气进行换热，使制冷剂蒸发。蒸发换热器3的流入侧的树枝状的传热管与作为分流器的集管2的一端连接，流出侧与汇流器4的一端连接。
在这里，如果想要提高蒸发换热器3的传热管的性能，就要使用内部带槽的管或扁平管、细管等传热管，但与此同时压力损失增大，因此采取多分支(树枝状)的结构。因此，如果不采用如本实施方式1那样的集管2等比较的简易的结构，则与蒸发换热器3的树枝状的传热管的连接变得困难。
供被气液分离出的制冷剂蒸气52通过的旁通路径6由调整旁通路径6上的制冷剂的流量的流量调整阀5和配管构成，一端与气体侧流出配管1d连接，另一端在第二汇合点β与蒸发换热器下游侧配管1f连接。并且，通过了各旁通路径6的制冷剂蒸气52在第二汇合点β汇合。另外，通过了蒸发换热器3的制冷剂蒸发，成为气相状态并在蒸发换热器3和压缩机7之间的第一汇合点α处，与在第二汇合点β汇合了的制冷剂蒸气52汇合。
此外，使用电子膨胀阀或电磁阀等作为流量调整阀5。另外，在使用电磁阀作为流量调整阀5的情况下，需要在旁通路径6上设置成为流动阻力的毛细管等，来事先调整制冷剂蒸气52的流量。
接下来，用图1和图2说明分配系统100的动作，在将蒸发换热器3作为室外机内的换热器的情况下，空调装置进行制热运转，因此，列举制热运转时的分配系统100的动作为例进行说明。
在气液分离装置1不发挥功能(不进行气液分离)的情况下，设置于气液分离装置1的上游侧的流路切换阀11成为全开状态，旁通路径6上的流量调整阀5成为全闭状态，制冷剂蒸气52不向旁通路径6流动。因此，制冷剂以制冷剂蒸气52和制冷剂液体53的气液两相状态(图2的E’点)通过流入配管1c，全部的制冷剂通过液体侧流出配管1e，向蒸发换热器3流入。然后，通过了蒸发换热器3的制冷剂蒸发，成为气相状态并向压缩机7的吸入侧流入(图2的A’点)。然后，在压缩机7中被压缩，作为高温高压的排出制冷剂向室内机侧流出(图2的B点)。
另一方面，在气液分离装置1发挥功能(进行气液分离)的情况下，设置于气液分离装置1的上游侧的流路切换阀11成为全开状态，旁通路径6上的流量调整阀5成为(全)开状态。因此，制冷剂以制冷剂蒸气52和制冷剂液体53的气液两相状态(图2的D点)流入流入配管1c，进入气液分离装置1内并被气液分离。被气液分离出的制冷剂蒸气52通过气体侧流出配管1d，向旁通路径6流入，在通过流量调整阀5之后，在第二汇合点β汇合(图2的F点)。
另一方面，被气液分离了的制冷剂液体53(或气液两相制冷剂51)的一部分的制冷剂蒸气52被旁通，因此干度(或孔隙率)降低(图2的E点)。以干度(或孔隙率)降低了的状态向集管2流入，并向蒸发换热器3流入。然后，在蒸发换热器3中蒸发而成为了气相状态的制冷剂在与被旁通了的制冷剂蒸气52在第一汇合点α汇合后，向压缩机7的吸入侧流入(图2的A点)。然后，在压缩机7中被压缩，作为高温高压的排出制冷剂向室内机侧流出(图2的B点)。
此时，通过降低集管2的入口处的干度(或孔隙率)，从而能够得到通过减少向蒸发换热器3流入的气体流量而产生的蒸发换热器3的低压损效果，因此，集管2中的制冷剂的分配特性提高，在蒸发换热器3中均衡地进行换热。
像这样，在通过气液分离装置1的制冷剂中，在额定条件(高流量条件)的情况下，通过使流路切换阀11a、11b都成为全开状态，并共同地使用气液分离装置1a、1b，从而能够将大量的制冷剂蒸气52气液分离并向旁通路径6流出，能够将集管2的入口处的干度(或孔隙率)调整得低，因此集管2的分配特性提高。这是因为，在额定条件(高流量条件)的情况下，制冷剂流量原本就很多，即使只有制冷剂液体53，集管2内的流动形态也能成为均匀流，制冷剂液体53能够流入到达集管2的上部空间。因此，最好使换热所不需要的制冷剂蒸气52少。
图3是本实施方式1的分配系统100的低流量条件下的回路图。
此外，图3中的涂黑的部分表示全闭状态，流路切换阀11b和流量调整阀5b成为全闭状态。
另一方面，在中间条件(低流量条件)等情况下，由于与额定条件相比流量变少，因此，为了进行最适当的气液分离(使气液分离效率良好)，如图3所示地使流路切换阀11b成为全闭状态。并且，需要使制冷剂不流入气液分离装置1b，调整(增加)流入气液分离装置1a的制冷剂量，并调整旁通的制冷剂蒸气52。通过这样做，能够将更多的制冷剂蒸气52气液分离并向旁通路径6流出，因此，能够降低集管2的入口处的干度(或孔隙率)。因此，能够使制冷剂液体53到达至集管2的上部空间，能够提高分配特性。
也就是说，如果气液分离装置1a、1b的制冷剂流量超过适当的范围，则气液分离效率下降。因此，当在额定条件(高流量条件)下超过了制冷剂流量的适当的范围(上限)的情况下，共同地使用气液分离装置1a、1b并分别减少气液分离装置1a、1b的制冷剂流量，使制冷剂流量在适当的范围内，而当在中间条件(低流量条件)下超过了制冷剂流量的适当的范围(下限)的情况下，仅使用气液分离装置1a，增加气液分离装置1a的制冷剂流量，使制冷剂流量在适当的范围内，由此，来调整集管2的入口处的干度(或孔隙率)，提高分配特性。
如上所述，与在空调装置的制冷剂回路中流动的(流入分配系统100的)制冷剂的流量相应地，开闭流路切换阀11，改变制冷剂所流入的气液分离装置1的数量，调整流入气液分离装置1的制冷剂的流量，从而能够进行最适当的气液分离。通过这样做，能够将集管2的入口处的干度(或孔隙率)调整得低，因此，在集管2中，能够在制冷剂宽广的流量范围得到稳定的分配特性，所以能够减少蒸发换热器3入口处的压力损失。另外，由于没有改变集管2的构造，因此能够抑制成本的增加。
此外，在本实施方式1中，是使蒸发换热器3成为制热运转时的室外换热器，但对于制冷运转时的室外换热器也能够适用。另外，在与1台室外机相对地具有1台室内机的系统之外，同样也能够适用于与1台室外机相对地具有多台室内机的系统，也能够适用于多台室外机的情况。并且，这对于以下说明的实施方式2～4也是同样的。另外，在本分配系统中，所使用的制冷剂的种类没有特别的限定，但在使用例如微燃性制冷剂(R32、HFO制冷剂和使用这些种制冷剂的混合物等)或可燃性制冷剂(丙烷、异丁烷、二甲醚、氨和使用这些种制冷剂的混合物等)的情况下，通过使用多个气液分离装置，能够减少每一台气液分离装置的容积，能够将可燃性的危险分散。
实施方式2.
图4是本实施方式2的分配系统200的制冷剂回路图，图5是本实施方式2的分配系统200的低流量条件下的回路图。
以下，说明本实施方式2，但省略了与本实施方式1重复的部分。
本实施方式2的分配系统200的特征在于，与分配系统100相比，蒸发换热器3被分割成与气液分离装置1的台数相同的数量，即2个。并且，蒸发换热器3a的一端与连接于气液分离装置1a的集管2a连接，蒸发换热器3b的一端与连接于气液分离装置1b的集管2b连接。
另外，蒸发换热器3a的另一端与汇流器4a的一端连接，蒸发换热器3b的另一端与汇流器4b的一端连接，汇流器4a和汇流器4b的另一端与蒸发换热器下游侧配管1f的一端连接。并且，蒸发换热器下游侧配管1f的另一端与气体侧流出配管1d连接，因此，制冷剂在通过汇流器4a或汇流器4b之后汇合，并且也与旁通路径6汇合。
通过构成上述结构，在中间条件等低流量条件时，通过如图5所示地使流路切换阀11b成为全闭状态，使制冷剂不流入气液分离装置1b，这样，制冷剂也不再向集管2b和蒸发换热器3b流动。因此，全部制冷剂通过气液分离装置1a，被气液分离出的制冷剂蒸气52a通过旁通路径6a，被气液分离出的制冷剂液体53a通过集管2a和蒸发换热器3a而蒸发，与被旁通了的制冷剂蒸气52a汇合，向压缩机7流出。
在这里，蒸发换热器3的传热性能与在蒸发换热器3中流动的制冷剂流速成比例，制冷剂流速慢则传热性能低。另外，如果在单位体积的蒸发换热器3中流动的制冷剂的流量变少，则流速变慢。
因此，通过构成为本实施方式2那样的结构，低流量条件下的全部制冷剂在被气液分离之后，向被分割了的蒸发换热器3a流入，因此，与本实施方式1那样没有被分割的蒸发换热器3的情况相比，能够将在单位体积的蒸发换热器3a中流动的制冷剂的制冷剂流速维持得较高。其结果是，能够不降低传热性能地提高分配性能，因此能够效率更好地换热。另外，在由两个风扇构成的室外机等中，仅使被分割了的蒸发换热器3a、3b中的制冷剂流动的一方的风扇转动等，能够实现能量效率更高的冷冻循环。
实施方式3.
图6是本实施方式3的分配系统300的低流量条件下的回路图。
以下，说明本实施方式3，但省略了与本实施方式1和2重复的部分。
与本实施方式2同样地，以使用将蒸发换热器3分割了的系统的回路为例来说明。
分配系统300的特征在于，流量调整阀5不是设置在旁通路径6a、6b上，而是设置在旁通路径6汇合之后的蒸发换热器下游侧配管1f上。此外，其它部分是与分配系统200相同的回路结构。
通过构成为上述那样的结构，能够将原来具有与气液分离装置1相同数量(在本实施方式1和2中是2个)的流量调整阀5的数量减少为1个，在制造和成本方面有利。
实施方式4.
图7是本实施方式4的分配系统400的低流量条件下的回路图。
以下，说明本实施方式4，但省略了与本实施方式1～3重复的部分。
分配系统400的特征在于，设置有储存剩余制冷剂的储液器10，储液器10以位于第一汇合点α和压缩机7之间或是与第一汇合点α相同的位置的方式设置。此外，其它部分是与分配系统200相同的回路结构。
通过构成为上述结构，即使万一由于流量调整阀5的控制不良等，制冷剂液体53向旁通路径6中流出，也能够将制冷剂液体53积存在储液器10中，因此，不会发生使制冷剂液体53返回压缩机7的情况，能够防止压缩机7的故障。另外，设置在从气液分离装置(干度调整装置)1到储液器10为止的路径中的蒸发换热器3、其它省略图示的四通阀和阀部件等的阻力成为使制冷剂蒸气52旁通的对象的路径，因此能够减少冷冻循环整体的压力损失。此外，例如在像R32制冷剂那样压缩机7的排出温度高的情况下，能够将多个气液分离器回路的一部分作为液体喷射用替代使用，使制冷剂液体53返回储液器10，由此，能够抑制压缩机7的排出温度的上升。在进行液体喷射的情况下，例如将制冷剂蒸气52a作为液体喷射使用的情况下，通过增加流量调整阀5a的开度，从而(将制冷剂蒸气52a作为液体喷射来使用)成为可能。
实施方式5.
图8是实施方式5的分配系统500的回路图。
以下，说明本实施方式5，但省略了与本实施方式1～4重复的部分。
分配系统500的特征在于，设置有内部换热器55，该内部换热器55使在室外机出口配管57中流动的制冷剂与在室内机出口配管56中流动的制冷剂之间进行换热。
室内机(冷凝换热器)58设置于压缩机7的下游侧，并与连接于压缩机7的压缩机排出配管59以及连接于内部换热器55的室内机出口配管56连接。另外，内部换热器55通过内部换热器出口配管60与流路切换阀11的上游侧连接。此外，其它部分是与分配系统200相同的回路结构。
并且，在内部换热器55中，在第一汇合点α汇合后的制冷剂蒸气与从室内机58流出的制冷剂液体之间进行换热，制冷剂蒸气吸热，制冷剂液体放热。在换热后，制冷剂蒸气向压缩机7的吸入侧流入，制冷剂液体在流路切换阀11的上游侧与气液两相制冷剂51汇合。
通过构成为上述结构，即使万一由于流量调整阀5的控制不良等，制冷剂液体53向旁通路径6中流出，也能够利用内部换热器55使该制冷剂液体53气化。因此，不会发生制冷剂液体53返回压缩机7的情况，能够防止压缩机7的故障。
另外，设置在从气液分离装置(干度调整装置)1到内部换热器55为止的路径中的蒸发换热器3、其它省略图示的四通阀和阀部件等的阻力成为使制冷剂蒸气52旁通的对象的路径，因此能够减少冷冻循环整体的压力损失。另外，通过使用内部换热器55，流入气液分离装置(干度调整装置)1的制冷剂气体量变少，因此能够使气液分离装置1相应地变小型。另外，在室外机出口配管57中流动的制冷剂液体53由内部换热器55气化，因此，能够减少压缩机7所需要的输入功，能够提高系统性能。
附图标记的说明
1气液分离装置、1c流入配管、1d气体侧流出配管、1e液体侧流出配管、1f蒸发换热器下游侧配管、2集管、3蒸发换热器、4汇流器、5流量调整阀、6旁通路径、7压缩机、10储液器、11流路切换阀、51气液两相制冷剂、52制冷剂蒸气、53制冷剂液体、55内部换热器、56室内机出口配管、57室外机出口配管、58室内机、59压缩机排出配管、60内部换热器出口配管、100(使用了多台气液分离装置的)分配系统、200(分割了蒸发换热器的)分配系统、300(使流量调整阀成为1个的)分配系统、400(搭载了储液器的)分配系统、500(搭载了内部换热器的)分配系统、α第一汇合点、β第二汇合点。

Claims (9)

1.一种制冷剂回路，其特征在于，具备：
多个气液分离装置，所述多个气液分离装置将气液两相制冷剂分离成制冷剂蒸气和制冷剂液体；
流路切换阀，所述流路切换阀与所述气液分离装置的上游侧连接，通过开闭来切换所述气液两相制冷剂的流路；
蒸发换热器，在所述气液分离装置中被分离了的所述制冷剂液体或所述气液两相制冷剂流入所述蒸发换热器；
集管，所述集管相对于所述蒸发换热器垂直或倾斜地设置于所述蒸发换热器的上游侧；
压缩机，所述压缩机设置于所述蒸发换热器的下游侧；以及
多个旁通路径，所述多个旁通路径与各个所述气液分离装置连接，并供所述制冷剂蒸气通过，
通过多个所述旁通路径之后的所述制冷剂蒸气和通过所述蒸发换热器之后的制冷剂蒸气在所述蒸发换热器与所述压缩机之间的第一汇合点汇合。
2.根据权利要求1所述的制冷剂回路，其特征在于，
作为在回路内循环的制冷剂，使用微燃性制冷剂或可燃性制冷剂。
3.根据权利要求1或2所述的制冷剂回路，其特征在于，
调整所述制冷剂蒸气的流量的流量调整阀分别设置于所述旁通路径上。
4.根据权利要求1或2所述的制冷剂回路，其特征在于，
所述蒸发换热器被分割成与所述气液分离装置的数量相同的数量，
设置有按照每个被分割了的蒸发换热器而不同的所述集管，
连接有按照每个所述气液分离装置而不同的所述集管。
5.根据权利要求3所述的制冷剂回路，其特征在于，
多个所述旁通路径在第二汇合点汇合，
所述流量调整阀设置于所述第二汇合点的下游侧。
6.根据权利要求1或2所述的制冷剂回路，其特征在于，
具备储存剩余制冷剂的储液器，
所述储液器以位于所述第一汇合点与所述压缩机之间或是与所述第一汇合点相同的位置的方式设置。
7.根据权利要求1或2所述的制冷剂回路，其特征在于，
具备内部换热器和冷凝换热器，
所述内部换热器设置于所述第一汇合点与所述压缩机之间或是与所述第一汇合点相同的位置，
所述冷凝换热器设置于所述压缩机的下游侧，
所述内部换热器使在所述第一汇合点汇合后的制冷剂蒸气与从所述冷凝换热器流出的制冷剂液体之间进行换热。
8.根据权利要求1或2所述的制冷剂回路，其特征在于，
与制冷剂流量相应地开闭所述流路切换阀，来改变所述气液两相制冷剂流入的所述气液分离装置的数量，
在高流量条件下，使所述气液两相制冷剂流入的所述气液分离装置的数量比在低流量条件下多。
9.一种空调装置，其特征在于，
搭载了权利要求1～8中任一项所述的制冷剂回路。
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