CN105485976A - 空调器、制冷系统及其压缩机组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调器、制冷系统及其压缩机组件，所述压缩机组件包括：压缩机和储液器，压缩机包括壳体、电机和压缩机构，电机和压缩机构均设在壳体内，电机与压缩机构相连；储液器设在壳体外部，且储液器的出口与压缩机构内部连通，储液器的容积为V，其中V满足：其中，h0为制冷系统在房间内的安装高度，v为采用的制冷剂为R290的压缩机的排气量。根据本发明的压缩机组件，可以保证当R290制冷系统满足标准要求的制冷剂充注量的限制要求时，储液器能够满足气液分离的使用要求，从而不会出现压缩机压缩液态制冷剂的情况，提高了压缩机组件的可靠性。

Description

空调器、制冷系统及其压缩机组件

技术领域

本发明涉及制冷设备领域，尤其是涉及一种空调器、制冷系统及其压缩机组件。

背景技术

作为HCFC(氢氯氟化碳)例如R22、以及HFC(氢氟化碳)例如R410A或R407C的替代制冷剂，碳氢制冷剂R290(丙烷)得到业界的广泛关注。然而，将R290用于制冷系统时，有一个很重要的课题就是其具有高可燃性，中国国家标准GB4706.32-2012中均有限制制冷系统的制冷剂充注量的要求。

与传统的R410A及R22制冷剂相比，相同能力的R290制冷系统的制冷剂充注量大幅降低。在旋转式压缩机上，一般会安装有用于气液分离作用的储液器。对于R410A及R22制冷剂，当制冷系统的能力和制冷剂充注量确定后，可以根据经验数据和经验公式，计算得到合适的储液器的容积大小，从而可以很快选择合适的储液器，缩短压缩机开发周期，并减少压缩机试制评价此时，成本较低。

然而，由于R290的液态密度与R410A、R22差异很大，并且，对于相同排量的压缩机，采用R290制冷剂时的制冷能力与R410A、R22相比相对变化很大，再加上制冷系统的制冷剂充注量有限制要求，因此，无法根据现有的技术来帮助R290压缩机的开发，从而带来了压缩机开发周期长，研发成本高的问题，并且，如果储液器选择不合适，可能会导致压缩机出现压缩液态冷媒的情况发生，极端情况下会导致压缩机的失效。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于制冷系统的压缩机组件，所述用于空调器的压缩机组件的储液器的选择准确性高，从而提高了采用R290制冷剂的压缩机组件的开发效率。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述压缩机组件的制冷系统。

本发明的再一个目的在于提出一种具有上述制冷系统的空调器。

根据本发明第一方面实施例的用于制冷系统的压缩机组件，包括：压缩机，所述压缩机包括壳体、电机和压缩机构，所述电机和压缩机构均设在所述壳体内，所述电机与所述压缩机构相连；和储液器，所述储液器设在所述壳体外部，且所述储液器的出口与所述压缩机构内部连通，所述储液器的容积为V，其中所述V满足： 其中，所述h₀为所述制冷系统在房间内的安装高度，所述v为采用的制冷剂为R290的所述压缩机的排气量。

根据本发明实施例的用于制冷系统的压缩机组件，可以保证当R290制冷系统满足标准要求的制冷剂充注量的限制要求时，储液器能够满足气液分离的使用要求，从而不会出现压缩机压缩液态制冷剂的情况，提高了压缩机组件的可靠性。另外，采用上述公式可以帮助压缩机开发人员快速准确地选择合适的储液器，提高了压缩机的开发效率。

进一步地，所述V进一步满足：

可选地，所述h₀为0.6m、1.0m、1.8m或2.2m。

根据本发明第二方面实施例的制冷系统，包括根据本发明上述第一方面实施例的用于制冷系统的压缩机组件。

根据本发明第三方面实施例的空调器，包括根据本发明上述第二方面实施例的制冷系统。

可选地，所述空调器为落地式空调器、挂壁式空调器、窗式空调器或吊顶式空调器。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的用于制冷系统的压缩机组件的示意图；

图2是根据本发明另一个实施例的压缩机组件的示意图；

图3是根据本发明实施例的不同的制冷系统与其收集的液态制冷剂占制冷系统总充注的制冷剂的比例的示意图，其中每个制冷系统中充注的制冷剂为R290；

图4是根据本发明实施例的制冷系统的示意图；

图5是根据本发明另一个实施例的制冷系统的示意图。

附图标记：

100：压缩机组件；

1：压缩机；

2：储液器；21：出气管；

3：低压侧换热器；4：高压侧换热器；

5：节流装置；6：换向阀。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图5描述根据本发明实施例的用于制冷系统的压缩机组件100。

如图1和图2所示，根据本发明第一方面实施例的用于制冷系统的压缩机组件100，包括压缩机1和储液器2。其中，压缩机1可以为旋转式压缩机1，但不限于此。

压缩机1例如旋转式压缩机1包括壳体、电机和压缩机构，电机和压缩机构均设在壳体内，电机与压缩机构相连。当压缩机1运行时，可以对进入到压缩机构的压缩腔内的制冷剂例如R290进行压缩。储液器2设在壳体外部，且储液器2的出口与压缩机构内部连通。

参照图1和图2，储液器2固定在壳体的外周壁上，也就是说，储液器2相对于壳体是固定不动的，储液器2的入口适于与制冷系统的回气口相连，储液器2的出口与压缩机构的压缩腔连通，从而制冷系统中的制冷剂可以通过储液器2的入口进入储液器2内部，储液器2可以对进入到其内的制冷剂进行气液分离以防止液击，并将气态制冷剂通过储液器2的出口送至压缩机1内部进行压缩。

其中，储液器2可以通过一个出气管21与压缩腔连通，如图1所示；当然，储液器2也可以通过两个出气管21与压缩腔连通，此时压缩机1可以为双缸压缩机1，如图2所示。

储液器2的容积为V，其中V满足：

$V\≥16.7\×h_0\×\sqrt{v}\left(\mathrm{ml}\right)$

其中，h₀为制冷系统在房间内的安装高度，v为采用的制冷剂为R290的压缩机1的排气量。这里，需要说明的是，当制冷系统用于空调器内、且空调器为空调一体机时，h₀为该空调一体机在房间内的安装高度；当空调器为空调分体机时，空调器包括空调器室内机和空调器室外机，此时h0为空调器室内机在房间内的安装高度。其中，压缩机1的排气量v(单位：cm³/rev)为压缩机构的活塞每转动一圈，排出的制冷剂的体积。由于安装高度h₀、压缩机1的排气量v对于本领域的技术人员是可以理解，在此不再详细描述。

从而，只要知道压缩机1的排气量v，就可以根据上述公式计算出储液器2的容积V，从而缩短了压缩机组件100的开发周期，降低了研发成本。

进一步地，V进一步满足：由此，采用尺寸较大的储液器2，可以有效保证压缩机组件100的安全性。

可选地，h₀为0.6m、1.0m、1.8m或2.2m等。例如当空调器为落地式空调器时，h₀可以为0.6m；当空调器为窗式空调器时，h₀可以为1.0m；当空调器为壁挂式空调器时，h₀可以为1.8m；当空调器为吊顶式空调器时，h₀可以为2.2m。可以理解，h₀的具体数值可以根据不同类型的空调器而适应性改变，本发明对此不作特殊限定。

根据本发明实施例的用于空调器的压缩机组件100，可以保证当R290制冷系统满足标准要求的制冷剂充注量的限制要求时，储液器2能够满足气液分离的使用要求，从而不会出现压缩机1压缩液态制冷剂的情况，提高了压缩机组件100的可靠性。另外，采用上述公式可以帮助压缩机1开发人员快速准确地选择合适的储液器2，提高了压缩机组件100的开发效率。

本发明通过实验数据和理论计算，推导出适合采用R290制冷剂的压缩机组件100的储液器2的选择方法，以提高压缩机组件100的开发效率。具体过程介绍如下：

第一点、在中国国家标准GB4706.32-2012中，R290制冷系统的制冷剂充注量是根据下面的公式来计算得到的：

m_max＝2.5×(LFL)^(5/4)×h₀×(A)^1/2(1)

式中：

m_max：制冷系统中的制冷剂允许最大封入量(kg)；

A：房间面积(m²)；

LFL：R290制冷剂的最低燃烧极限(kg/m³)；

h₀：空调器在房间内的安装高度(m)。

由此得出，使用R290制冷剂的制冷系统，在不同面积的房间里使用，制冷系统的最大制冷剂封入量，如下表1所示。表中，安装高度h₀根据不同类型的制冷系统分为四种：落地式(h₀＝0.6m)、挂壁式(h₀＝1.8m)、窗式(h₀＝1m)、吊顶式(h₀＝2.2m)。

表1标准允许的R290制冷系统制冷剂充注量

第二点、根据空调行业的经验，用户在选择制冷系统时，可以根据房间的朝向和房间的面积初步确定所需要的制冷系统的大小，经验数据如下表2所示。

表2制冷系统大小(制冷量)选择经验数据

根据表2，不同朝向的房间由于受到光照时间等因素的差异，单位面积所需要的制冷量不同，考虑到本发明所提出的是一种近似方法，目的是为了提高储液器2选择时的准确率，因此，在本发明中，可以采用平均值来近似计算推导。

需要说明的是，表2中的数据是实际使用时对制冷量的需要状况，与使用何种制冷剂无关，属于广泛适合的经验值。也就是说，表2中的每平米制冷量及其平均值F适用于R290制冷剂，也适用于R22、R410A等制冷剂。

第三点、试制出R290压缩机1样机，并将其搭载到R290制冷系统中进行匹配试验，以了解R290在制冷系统中的性能表现。得到的压缩机1样机的排气量v(cm³/rev)与制冷系统的制冷能力Q(W)的数据，计算得到单位排量的R290压缩机1对应的制冷量K，如下表3所示。

表3R290压缩机排量与系统制冷量的关系

根据试验结果，R290压缩机1单位排量的制冷量K约为143W。这里，需要说明的是，本试验的数据是具有代表性的结果，即在大多数应用情况下，上表3中的数据均适用，这与本发明所提供的选择方法的目的一致。

第四点、需要确定在采用R290制冷剂的制冷系统中，明确在特殊工况下会有多少制冷剂需要利用储液器2进行气液分离。其中，可以利用带有刻度的收集装置，确认在不同能力的制冷系统中，收集到的液态制冷剂占制冷系统总充注的制冷剂的比例。图3列出了五种不同的制冷系统的最大收集到的液态制冷剂量占对应的制冷系统的总充注的制冷剂量的比值H的结果数据。

在图3中，横坐标1-5分别表示五台不同能力大小和能效级别的制冷系统，纵坐标表示每台制冷系统在使用的各工况下，收集到的最多的液态制冷剂的占比，图中按从小到大的顺序以由左至右的方式表示。其中，5系统(即图3中位于最右侧的制冷系统)中收集到的最大的液态制冷剂占系统总充注量的比例H达到了53％，而1系统(即图3中位于最左侧的制冷系统)中收集到的最大制冷剂占比H为28％。

也就是说，压缩机1所需要的储液器2容积根据制冷系统的不同而不同，最小的储液器2容积需要能够容纳总充注量在液态时的28％的容量，最大时只要有53％的容量比例即可。这样，可以大幅减小储液器2的容积选择范围，提高开发效率。

根据以上试验数据和理论分析，特别是第四点中，已经提出了储液器2容积与系统总充注量的关系。但是，要能够得到更为准确的关系式，还需要研究例如液态制冷剂的密度变化情况、制冷系统的安装高度变化等因素的影响，从而综合采用更准确的估算公式。

下面确定使用的房间面积与压缩机1的排气量v的关系：

假定某房间所需要的制冷量为P(W)，使用的压缩机1排气量v(cm³/rev)，则根据上表3中得到的R290压缩机1单位排量的制冷量K的关系可以得到：

P＝K×v(2)

由于K的范围相对较小，在计算时可以直接按平均值K＝143W/(cm³/rev)计算。

根据上表2，每平米需要的制冷量F最大值为220W，最小值为150W，F的平均值为190W，则房间的面积A(m²)为：

$\frac{K\×v}{220}\≤A=\frac{P}{F}\≤\frac{K\×v}{150}---\left(3\right)$

根据公式(1)、(2)、(3)，则得到R290制冷系统允许的制冷剂充注量为：

$2.5\×{\left(\mathrm{LFL}\right)}^{(5/4)}\×h_0\×{\left(\frac{K\×v}{220}\right)}^{1/2}\≤m_{\max }\≤2.5\×{\left(\mathrm{LFL}\right)}^{(5/4)}\×h_0\×{\left(\frac{K\×v}{150}\right)}^{1/2}---\left(4\right)$

若R290制冷剂的饱和液体密度为ρ(kg/m³)，则充注到制冷系统的制冷剂体积为T(m³)，有：

$\frac{(2.5\×{\left(\mathrm{LFL}\right)}^{(5/4)}\×h_0\×{\left(\frac{K\×v}{220}\right)}^{1/2})}{\mathrm{\ρ}}\≤T_{\max }\≤\frac{(2.5\×{\left(\mathrm{LFL}\right)}^{(5/4)}\×h_0\×{\left(\frac{K\×v}{150}\right)}^{1/2})}{\mathrm{\ρ}}---\left(5\right)$

根据图3中的回到储液器22的制冷剂与系统充注的制冷剂的比例关系范围，当充注的制冷剂体积最大时，以最大的比例H计算时，得到需要的储液器2最大容积V(ml)如下式：

$V\≥T_{\max }\×H=\left[\frac{(2.5\×{\left(\mathrm{LFL}\right)}^{(5/4)}\×h_0\×{\left(\frac{K\×v}{150}\right)}^{1/2})}{\mathrm{\ρ}}\right]\×53\%---\left(6\right)$

当充注的制冷剂体积最小时，以最小的比例H计算时，得到需要的储液器2最小容积V(ml)如下式：

$V\≥T_{\max }\×H=\left[\frac{(2.5\×{\left(\mathrm{LFL}\right)}^{(5/4)}\×h_0\×{\left(\frac{K\×v}{220}\right)}^{1/2})}{\mathrm{\ρ}}\right]\×28\%---\left(7\right)$

根据制冷剂性质表，查到R290制冷剂饱和液体密度如下表4所示：

表4不同温度下R290饱和液体密度

温度(℃)	-30	-15	0	15	30	45	65
								饱和液体密度(kg/m3)	567.2	548.5	528.7	507.4	484.1	458.0	416.3

在常见的压缩机1的使用温度范围内，当ρ越大时，根据上式(5)，则充注的制冷剂的液体体积越小，那么，在相同的回液比例下，储液器2的容积需求也就越小。以保守的思路来考虑，应选择相对较大的储液器2，以确保安全性；而选择较小的储液器2，则可以降低成本，减小压缩机1的体积，此时，则应以最大的密度来计算。

因此，根据式(6)，当充注的制冷剂体积最大时，以最小的密度ρ计算时，得到需要的储液器2最大容积V(ml)：

$V\≥T_{\max }\×H=[\frac{(2.5\×{\left(\mathrm{LFL}\right)}^{(5/4)}\×h_0\×{\left(\frac{K\×v}{150}\right)}^{1/2})}{416.3}\×{10}^6]\×53\%---\left(8\right)$

当充注的制冷剂体积最小时，以最大的密度ρ计算时，得到需要的储液器2最小容积V(ml)：

$V\≥T_{\max }\×H=[\frac{(2.5\×{\left(\mathrm{LFL}\right)}^{(5/4)}\×h_0\×{\left(\frac{K\×v}{220}\right)}^{1/2})}{567.2}\×{10}^6]\×28\%---\left(9\right)$

综合以上分析，当R290压缩机1应用于制冷系统中，且该制冷系统满足上述标准关于制冷剂的充注量限制要求时，可以根据式(8)、(9)分别得到储液器2容积V(ml)的选择范围。

将相关数据分别代入式(8)、(9)中，分别得到式(10)、(11)：

$V\≥16.7\×h_0\×\sqrt{v}\left(\mathrm{ml}\right)$

$V\≥16.7\×h_0\×\sqrt{v}---\left(11\right)$

在式(10)、(11)中，可以得到储液器2容积V与制冷系统安装高度h₀及压缩机1排量v的关系式。式(10)表示具有安全性的储液器2选择方案，而式(11)则表示对储液器2的大小有严格要求时的选择方案。

通过进一步分析，根据GB4706.32-2012中对制冷系统安装高度h₀的定义，如表1中所示，安装高度h₀分为4种，分别为落地式(h₀＝0.6m)、窗式(h₀＝1m)、挂壁式(h₀＝1.8m)、吊顶式(h₀＝2.2m)。

相应地，针对更具体的使用R290压缩机1的制冷系统的安装方式不同，根据式(10)，可以得到不同安装方式下具有安全性的储液器2容积选择方案：

根据式(11)，可以得到较小使用储液器2的选择方案，从而降低压缩机1成本：

在式(10)、(11)及式(12)、(13)中，式(10)和(12)给出了具有较大安全性的储液器2选择方案，而式(11)和(13)则给出了最小储液器2时的选择方案，可应用于低成本要求或对压缩机1的储液器2占用空间有严格要求时的情况，也可以应用于当制冷系统的充注量低于标准要求的限制值时的情况。

下面参照图1和图2对根据本发明多个实施例的用于空调器的压缩机组件100进行详细描述。

实施例一、

如图1所示，旋转式压缩机1包括壳体及其围成的内部空间，在壳体的外部设置有储液器2，储液器2的入口与制冷系统的低压侧换热器3(图未示出)相连，储液器2的出口与设置在旋转式压缩机1壳体上的吸气路径相连。

由于R290为可燃制冷剂，根据中国国家标准GB4706.32-2012的规定，使用R290的制冷系统有制冷剂充注量限制要求，其限制值由公式(1)计算得到。由此，使用R290制冷剂的制冷系统，在不同的面积房间里使用，制冷系统根据公式(1)可计算出最大制冷剂充注量限制要求。

在本实施例中，储液器2具有内部容积V(ml)，压缩机1的排量为v(cm3/rev)，则储液器2的设计容积可根据公式来选择。可以保证当制冷系统满足标准要求的制冷剂充注量限制要求时，储液器2能够满足气液分离的使用要求，压缩机1不会压缩过量液态冷媒，从而保证压缩机1的可靠性。

在标准GB4706.32-2012中，安装高度h₀根据不同类型的制冷系统分为四种：落地式(h₀＝0.6m)、窗式(h₀＝1m)、挂壁式(h₀＝1.8m)、吊顶式(h₀＝2.2m)。因此，本实施例根据制冷系统的不同类型设计储液器2的容积要求为：

实施例二、

在本实施例中，储液器2的设计容积按照公式来选择，此时，储液器2相对较小，当对压缩机1的储液器2尺寸有严格要求时，或当制冷系统的制冷剂充注量较限制值低时，更能满足使用要求，并具有成本低的优点。

其中，储液器2的设计容积按照公式选择：

由于本实施例中的旋转式压缩机1的其它结构与实施例一中的旋转式压缩机1的相应结构相同，这里不再赘述。

在上述实施例中，仅列出了典型的实施方案，其它易于扩展的实施方案，如系统可以是安装有四通阀的冷暖两用系统(如图5)，压缩机1也可以是储液器2有两个出口的形式(如图2)等等，未完全列举说明。只要是采用了本发明根据压缩机1排量和制冷系统的安装高度进行储液器2容积设计的实施例，均不再赘述。

如图4和图5所示，根据本发明第二方面实施例的制冷系统，包括根据本发明上述第一方面实施例的用于制冷系统的压缩机组件100。

具体而言，参照图4，制冷系统由上述压缩机组件100、低压侧换热器3、高压侧换热器4和节流装置5等组成。旋转式压缩机1包括壳体及其围成的内部空间，在壳体的外部设置有储液器2，储液器2的入口与制冷系统的低压侧换热器3相连，储液器2的出口与设置在压缩机1壳体上的吸气路径相连。

如图5所示，制冷系统还可以进一步包括换向阀6，可选地，换向阀6为四通阀，四通阀的四个阀口分别与压缩机1的排气口、储液器2的入口、低压侧换热器3、高压侧换热器4相连，以实现制冷和制热功能。

根据本发明第三方面实施例的空调器(图未示出)，包括根据本发明上述第二方面实施例的制冷系统。其中，空调器可以为落地式空调器、挂壁式空调器、窗式空调器或吊顶式空调器等，但不限于此。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种用于制冷系统的压缩机组件，其特征在于，包括：

压缩机，所述压缩机包括壳体、电机和压缩机构，所述电机和压缩机构均设在所述壳体内，所述电机与所述压缩机构相连；和

储液器，所述储液器设在所述壳体外部，且所述储液器的出口与所述压缩机构内部连通，所述储液器的容积为V，其中所述V满足：

$V\≥16.7\×h_0\×\sqrt{v}\left(\mathrm{ml}\right)$

其中，所述h₀为所述制冷系统在房间内的安装高度，所述v为采用的制冷剂为R290的所述压缩机的排气量。

2.根据权利要求1所述的用于制冷系统的压缩机组件，其特征在于，所述V进一步满足： $V\≥52.1\×h_0\×\sqrt{v}\left(\mathrm{ml}\right).$

3.根据权利要求1或2所述的用于制冷系统的压缩机组件，其特征在于，所述h₀为0.6m、1.0m、1.8m或2.2m。

4.一种制冷系统，其特征在于，包括根据权利要求1-3中任一项所述的用于制冷系统的压缩机组件。

5.一种空调器，其特征在于，包括根据权利要求4所述的制冷系统。

6.根据权利要求5所述的空调器，其特征在于，所述空调器为落地式空调器、挂壁式空调器、窗式空调器或吊顶式空调器。