CN110476024A - 冷冻循环装置 - Google Patents

Abstract

本发明在低负荷区域内也能够实现高效率化且能够全年节省电力。冷冻循环装置(1)具备：具有能够使制冷剂流出以及流入且与压缩室(4c)连通的流出流入口(4d)的压缩机(4)；设于压缩机(4)的吸入侧的配管(21、22)；与压缩机(4)的流出预定流入口(4d)连接的配管(25)；一端与配管(25)连接且另一端与配管(21)连接的配管(27)；以及开闭配管(27)的流路的第二电磁阀(13)。

Description

冷冻循环装置

技术领域

本发明涉及冷冻循环装置。

背景技术

在热泵装置的控制装置中，为了利用节能回路的旁通路径的膨胀阀并以流向旁通路径的制冷剂流量来调整负荷侧换热器的加热能力，而由旁通路径的膨胀阀控制排出侧的温度使之成为目标(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-243880号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在专利文献1的节能回路中，在高负荷区域内获得能力增加并可实现高效率化，但在低负荷区域内无法实现高效率化。

因此，本发明涉及在低负荷区域内也能够实现高效率化、并且能够全年节省电力的技术。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明的一个方式的冷冻循环装置具备：压缩机，其具有与压缩室连通并能够使制冷剂流出的口；吸入侧配管，其设于上述压缩机的吸入侧；第一配管，其与上述压缩机的上述口连接；第二配管，其一端与上述第一配管连接，并且另一端与上述吸入侧配管连接；以及第二配管开闭阀，其开闭上述第二配管的流路。

发明的效果如下。

根据本发明，在低负荷区域内也能够实现高效率化，并且能够全年节省电力。

附图说明

图1是实施方式的冷冻循环装置的结构图。

图2是说明压缩机的工作状态的一个例子的图。

图3是在莫里尔线图(P-h线图)上示出气体注入时的冷冻循环以及旁通运转时的冷冻循环的图。

图4的(a)是示出压缩机的最大频率比(％)与压缩机效率(％)的关系的图，(b)是示出额定能力比(％)与压缩机效率(％)的关系的图。

图5是示出额定能力比(％)与压力比(Pd/Ps)的关系的图。

图6是示出额定能力比(％)与COP的关系的图。

图7是示出无释放阀的情况下的压缩工序的p-v线图(压力与容积的关系)。

图8是示出有释放阀的情况下的压缩工序的p-v线图。

图9是示出无释放阀的情况下的实施INJ旁通时的p-v线图。

图10是有释放阀的情况下的实施INJ旁通时的p-v线图。

图11是无释放阀的情况下的实施INJ时的p-v线图。

图12是有释放阀的情况的实施INJ时的p-v线图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式的冷冻循环装置1进行说明。

图1是实施方式的冷冻循环装置1的结构图。图2是说明压缩机4的工作状态的一个例子的图。图3是在莫里尔线图(P-h线图)上示出气体注入时的冷冻循环以及旁通运转时的冷冻循环的图。

如图1所示，冷冻循环装置1具备室外机2和室内机3。

在室外机2的箱体内具备压缩机4、四通阀5、室外换热器6、室外膨胀阀7、过冷却器8、储存器9、气体截止阀10、液体截止阀11、第一电磁阀12、第二电磁阀13、旁通膨胀阀14、控制部15、消声器16、以及配管20～27。

压缩机4与四通阀5由配管20连接，四通阀5与储存器9由配管21连接，储存器9与压缩机4由配管22连接，四通阀5与室外换热器6由配管23连接，并且室外换热器6与液体截止阀11由配管24连接。在配管24设有室外膨胀阀7。配管24的一部分通过过冷却器8的一部分。通过切换四通阀5，来使制冷剂的流动变化，从而切换供冷运转和供暖运转。

并且，配管25连接于压缩机4与配管26以及配管27之间的连接部C。配管26连接于配管24和连接部C。配管27连接于连接部C和配管21。在配管26设有旁通膨胀阀14，并且一部分通过过冷却器8。配管25相当于第一配管，配管26相当于第二配管，配管27相当于第三配管。

第一电磁阀12设于配管25，开闭第一电磁阀12的流路。第一电磁阀12可以构成为能够控制成全开、中间开度等并具有泄放口，也可以构成为在全闭的状态下使仅少的制冷剂从压缩机4侧向连接部C侧流动。第二电磁阀13设于配管26，开闭第二电磁阀13的流路。旁通膨胀阀14设于配管27，对从配管24分支出的制冷剂进行减压并冷却。第一电磁阀相当于第一配管开闭阀，第二电磁阀相当于第二配管开闭阀。并且，配管24相当于液体配管，配管21、22相当于吸入侧配管。

控制部15基于来自设于室外机2内的未图示的温度传感器以及压力传感器的温度以及压力，来控制压缩机的转速、室外膨胀阀7以及旁通膨胀阀14的开度、第一电磁阀12以及第二电磁阀13的开闭。

压缩机4是涡旋式压缩机，并如图2的(a)～(d)所示地构成为，利用由固定涡盘4A和回旋涡盘4B形成的压缩室4c来压缩制冷剂。在固定涡盘4A形成有与配管25连通的流出流入口4d。该流出流入口4d形成为：在形成压缩室4c后直至从排出口4e排出压缩室4c内的制冷剂为止之间的位置开口。此外，流出流入口4d的位置优选是压缩室4c的容积比(Vr、压缩室的吸入容积(压缩室的最大密闭空间容积)/压缩室4c的容积)满足1.0＜Vr≤1.4的位置，更优选是满足1.0＜Vr≤1.3的位置。

在上述的容积比的位置设置流出流入口4d的理由如下：因为在最小位置，若在关闭吸入室后不设置口，则即使开口，在气体注入时也无法流入，并且因为在最大的位置，以理论压力比为1.41或者1.56(制冷剂是R410A的情况)，能够为空调机的最低压力比以下，是能够最低限度地进行气体注入的上限。

此外，流出流入口4d构成为能够使制冷剂流入压缩室4c、或者使制冷剂从压缩室4c流出，并未设置止回阀。

并且，在固定涡盘4A形成有释放口4f，并在释放口4f设有用于在压缩室4c内的压力比排出压力高时从压缩室4c向压缩机4的排出空间排出制冷剂的释放阀4G。释放口4f形成为：在与形成有流出流入口4d的位置相比压缩室4c内的制冷剂成为高压的位置开口。

在室内机3的箱体内具备室内换热器17和室内膨胀阀30。室外机2与室内机3由液体连接配管28和气体连接配管29而相互连接。

冷冻循环装置1的控制部15根据室内机3的吸入温度或者制冷剂温度与各房间的设定温度之差来控制室内机3的未图示的流量控制阀的开度或者压缩机2的频率，使任意的制冷剂量从室外机2向室内机3循环，从而进行温度控制。

接下来，对冷冻循环装置1的供冷运转进行说明。图1的实线箭头示出冷冻循环装置1的供冷运转中的制冷剂的流动。并且，不是容量控制状态的通常的供冷运转是第一电磁阀12打开且第二电磁阀13关闭的状态。

在供冷运转时，制冷剂沿图1的实线所示的箭头方向流动。此时，四通阀5将压缩机4的排出侧(高压侧)连接于室外换热器6的气体侧，并将气体连接配管29连接于压缩机4的吸入侧(低压侧)。

由压缩机4压缩且从配管20排出后的气体制冷剂通过四通阀5，并经由配管23流入室外换热器6。进入室外换热器6后的气体制冷剂由未图示的鼓风机释放冷凝潜热而液化，冷凝后的液体制冷剂通过室外膨胀阀7并流经配管24。

而且，流经配管24的液体制冷剂在过冷却器8的上游分支。分支出的一支液体制冷剂流向液体截止阀11，另一支液体制冷剂流入配管26而流向旁通膨胀阀14。

朝向液体截止阀11的液体制冷剂在通过过冷却器8而成为过冷却状态之后，经由液体截止阀11而由液体连接配管28输送至室内机3。在室内机3中，液体制冷剂由室内膨胀阀30减压，成为低温的气液二相状态，并由室内换热器17使之蒸发。由室内换热器17以液体制冷剂的蒸发潜热的量从由未图示的鼓风机输送至室内换热器17的环境空气吸热，从而向各房间输送冷风，进行供冷运转。

另一方面，分支出的另一支液体制冷剂由旁通膨胀阀14减压，并流入过冷却器8。在过冷却器8中，液体制冷剂与从室外膨胀阀7朝向液体截止阀11的液体制冷剂之间进行换热，气化而成为气体制冷剂，通过配管25、第一电磁阀12而向压缩机4注入气体。这样，制冷剂在过冷却器8的前后可确保预定的过热度，以气体状态经由流出流入口4d向压缩机4的压缩室4c注入。由此，能够增加压缩机4的排出侧的制冷剂循环量，并且能够缩小蒸发器入口的比焓，因而供冷能力增加。

接下来，对冷冻循环装置1的供暖运转进行说明。图1的虚线箭头示出冷冻循环装置1的供暖运转中的制冷剂的流动。高负荷时或者通常时的供暖运转是第一电磁阀12打开且第二电磁阀13关闭的状态。

在供暖运转时，制冷剂沿图1所示的虚线所示的箭头方向流动。此时，四通阀5将压缩机4的排出侧(高压侧)连接于气体连接配管29，并将室外换热器6的气体侧连接于压缩机4的吸入侧(低压侧)。

由压缩机4压缩且向配管20排出后的气体制冷剂通过四通阀5，并经由气体截止阀10而由气体连接配管29输送至室内机3。

在室内机3中，气体制冷剂在室内换热器17内冷凝，释放制冷剂的冷凝潜热，从而向各房间输送暖风，进行供暖运转。冷凝后的液体制冷剂通过液体连接配管28，并经由液体截止阀11流入室外机2。

返回至室外机2的液体制冷剂流经配管24，并通过过冷却器8，在过冷却器8的下游处分支。分支出的一支液体制冷剂流向室外换热器6，另一支液体制冷剂流入配管26而流向旁通膨胀阀14。

朝向室外换热器6的液体制冷剂根据室外膨胀阀7的任意节流量而减压，成为低温的气液二相状态，并由室外换热器6使之蒸发。蒸发出的气体制冷剂经由配管23、四通阀5、以及配管21，由储存器9调整至适当的吸入干度，并经由配管22向压缩机1的吸入侧返回。

另一方面，分支出的另一支液体制冷剂由旁通膨胀阀14减压，并流入过冷却器8。在过冷却器8中，液体制冷剂与从室外膨胀阀7朝向液体截止阀11的液体制冷剂之间进行换热，气化而成为气体制冷剂，通过配管25、第一电磁阀12而经由流出流入口4d向压缩机4的压缩室4c注入气体。

这样，通过进行气体注入，从压缩机4的吸入至中间压为止的循环量能够保持原样，而仅从中间压之后至排出为止的制冷剂循环量增加。其结果，如图3的线A所示，获得过冷却器8的过冷却效果，因而获得比动力增加量大的能力增加。该节能循环使以额定能力、最大能力的能力增加量与压缩机4的转速的减少关联，因而当产生较大的能力时能够实现节省电力。另一方面，就冷冻循环装置1的产生能力而言公知为：能力较低的所谓的局部负荷运转(低负荷运转)的时间较长，在现有的具有节能循环的冷冻循环装置中，并未充分考虑这样的状态下的节省电力。

因此，在本实施方式的冷冻循环装置1中，在局部负荷运转中，进行以下所记载的旁通运转。该旁通运转在供冷运转以及供暖运转的局部负荷运转时进行。在旁通运转时，是第一电磁阀12以及第二电磁阀13打开且旁通膨胀阀14关闭的状态。

由于第一电磁阀12以及第二电磁阀13为打开状态，且配管21为低压侧，所以在压缩机4的压缩室4c压缩后的制冷剂的一部分从流出流入口4d流出，并流向配管25。流入配管25后的制冷剂经由第一电磁阀12流入配管27，并经由第二电磁阀13流入配管21。这样，能够使处于压缩过程的中间压的制冷剂旁通至压缩机4的低压侧。

由此，成为图3的线B所示的冷冻循环，从压缩机4向配管20排出的制冷剂量减少，因而制冷剂循环量减少，能力降低。此外，相当于旁通后的制冷剂循环量的压缩动力的损失与将压缩至高压的制冷剂进行旁通比较能够变小。

因此，必要能力较低的情况下的最小能力能够较低，因而能够缩小因压缩机4的断续而引起的电力损失，并且COP(Coefficient of Performance：供冷供暖平均能量消耗效率)也不会降低，进而能够进一步提高APF(Annual Performance Factor：通年能量消耗效率)。

作为切换气体注入运转和旁通运转的时机，优选为压缩机4的转速的最大频率的1/2以下，或者压缩机4的吸入压力(Ps)与排出压力(Pd)之比(压力比：Pd/Ps)为1.8以下。

根据以上的冷冻循环装置1，具备：压缩机4，其具有能够供制冷剂流出以及流入且与压缩室4c连通的流出流入口4d；配管21、22，它们设于压缩机4的吸入侧；配管25，其与压缩机4的流出流入口4d连接；配管27，其一端与配管25连接，另一端与配管21连接；以及第二电磁阀13，其开闭配管27的流路。

根据这样的结构，通过使第二电磁阀13为打开状态、或者在关闭状态下能够逆流的状态，从而使由压缩机4的压缩室4c压缩后的制冷剂的一部分经由流出流入口4d向配管25流出。而且，流入第一配管25后的制冷剂经由配管27以及敞开状态下的第二电磁阀13流入配管21。这样，能够使处于压缩过程的中间压的制冷剂旁通至压缩机4的低压侧。

由此，由于压缩机4向配管20排出的制冷剂量减少，因而制冷剂循环量减少，能力变低。此外，相当于旁通后的制冷剂循环量的压缩动力的损失与将压缩至高压的制冷剂进行旁通比较能够变小。因此，必要能力较低的情况下的最小能力能够较低，因而能够缩小因压缩机4的断续而引起的电力损失，并且COP也不会降低，进而能够进一步提高APF。

并且，由于具备开闭配管25的流路的第一电磁阀12，所以在起动时、停止时或者除霜时等，制冷剂状态在过渡性较大地变化的状态下，通过关闭第一电磁阀12，能够防止向压缩机4注入液体，能够防止因大量液体向压缩机4返回而引起的润滑不良、因液体压缩而引起的压缩机4的故障，能够确保可靠性。

另外，在第一电磁阀12处于关闭状态且反压作用的状态下，若具有能够逆流的特性，则能够调整至对应于需要的逆流旁通流量。

并且，具备：用于在室外换热器6与室内换热器17之间使液体制冷剂流动的配管24；从配管24分支且与配管25以及配管27连接的配管26；在流经配管26的制冷剂与流经配管24的制冷剂之间进行换热的过冷却器8；以及对流经配管26的制冷剂进行减压的旁通膨胀阀14。

根据这样的结构，通过对压缩机4进行气体注入，从压缩机4的吸入至中间压为止的循环量能够保持原样，而仅从中间压之后至排出为止的制冷剂循环量增加。其结果，获得过冷却器8的过冷却效果，获得比动力增加量大的能力增加。该节能循环使以额定能力、最大能力的能力增加量与压缩机4的转速的减少关联，因而当产生较大的能力时能够实现节省电力。

并且，流出流入口4d形成为：在形成压缩室4c后直至从排出口排出上述压缩室的制冷剂为止之间的位置开口，所以能够将伴随制冷剂的旁通而产生的压缩动力的损失抑制得较低。

并且，由于释放口4f形成为：在与形成有流出流入口4d的位置相比压缩室4c内的制冷剂成为高压的位置开口，所以在压缩机4并以在与形成有流出流入口4d的位置相比压缩室4c内的制冷剂成为高压的位置开口的方式形成有释放口4f，并且在释放口4f设有用于在压缩室4c内的压力比排出压力高时从压缩室4c排出制冷剂的释放阀4G。

由此，如在图7～图12所示的压缩工序所示，能够减少如压缩室内部的压力比排出压力高那样的在低负荷运转中产生的低压力比运转时的过压缩损失，进一步能够提高压缩机4的效率。

更详细地说明，可知在图7和图8中，在没有注入动作的情况且低负荷、低压力比的运转状态下，与无释放阀的状态(图7)相比，在有释放阀的情况(图8)下能够抑制过压缩损失。

图9和图10的状态是从注入口4d实施了旁通的情况，减少了压缩室4c内的过压缩，而且利用与释放阀的组合，复合地减少过压缩，更加抑制了效率降低。

图11和图12的状态是实施了气体注入的情况，由于内压上升了注入流量的量，所以在图11的无释放阀的情况下，过压缩损失变大，但在有释放阀的情况下，能够抑制过压缩损失变大。

此外，图7～图12中，Pinjave示出注入平均压力，vinjave示出注入平均压力部的容积，vinjH示出注入口闭口时的容积，vinjL示出注入口开口时的容积。

并且，在配管25且在流出流入口4d与第一电磁阀12之间设有消声器16。消声器16的构造是固定容积的容器，连接有流入、流出这两处配管。在该容器的内部，使来自流入出口4d的压缩机4的压力脉动衰减，由此能够防止第一电磁阀12的内部的阀芯因电路的脉动而振动所引起的损伤。

并且，在压缩机4的转速为其最大频率的1/2以下的情况下，控制部15使第一电磁阀12以及第二电磁阀13为打开状态，或者在第一电磁阀12为关闭状态下能够逆流的电磁阀中，控制部15将其调整为这样的旁通流量调整状态，并且使制冷剂从压缩机4流向配管25以及配管27。

图4的(a)是示出压缩机4的最大频率比(％)与压缩机效率(％)的关系的图，图4的(b)是示出额定能力比(％)与压缩机效率(％)的关系的图。

如图4的(a)所示，在最大频率比为50％以下的情况下，从气体注入切换至旁通运转，从而虽然同一转速下的压缩效率降低，但如图4的(b)所示，以同一能力比较的情况下的压缩机效率变高。

作为其理由，由于能力因旁通而减少，所以通过在同一能力时提高压缩机转速，能够避免效率容易降低的低速侧的运转。尤其，在最低频率附近，压缩机4内部的压缩室4c的泄漏损失或热损失、马达损失、逆变器损失等各种损失比例容易变大，因而能够不过度降低转速地运转的本实施方式的来自注入口的逆流旁通的效率提高是有效果的。

另外，如图6所示，若以作为空调机的效率的COP来示出，则能力降低还与换热器的效率提高相关联，从而与进行气体注入相比，能够提高低负荷区域的压缩机效率，并且能够扩大高能力区域。

并且，在压缩机4的吸入压力与排出压力的比(Pd/Ps)为1.8以下的情况下，控制部15也可以使第一电磁阀12以及第二电磁阀13为打开状态，使制冷剂从压缩机4流向配管25以及配管27。

图5是示出额定能力比(％)与压力比(Pd/Ps)的关系的图。图6是示出额定能力比(％)与COP的关系的图。

如图5所示，压力比为1.8时，额定能力比为50％。而且，如图6所示，额定能力比为50％以下时，通过从气体注入切换至旁通运转，与进行气体注入相比，能够提高低负荷区域的COP，并且通过在高能力区域侧切换至气体注入，能够提高COP，从而能够实现整个区域的COP的提高。

此外，本实施方式不限定于上述的实施例。若是本领域技术人员，则在本实施方式的范围内能够进行各种追加、变更等。

例如，第一电磁阀12也可以是具有泄放口(微小流路)的阀。通过具有泄放口，来使第一电磁阀12保持为关闭状态，从而能够将旁通流的量设定为适当的预定量，能够适当地提高低负荷区域的效率。

并且，第一电磁阀12也可以是膨胀阀。通过作为膨胀阀，能够将旁通流的量调整至适当的流量，从而能够适当地提高低负荷区域的效率。

并且，在上述的冷冻循环装置1中，具备第一电磁阀12，但也可以不设置第一电磁阀12。并且，配管27与配管21连接，但也可以与配管22连接。

符号的说明

1—冷冻循环装置，2—室外机，3—室内机，4—压缩机，4c—压缩室，4d—流出流入口，4f—释放口，4G—释放阀，6—室外换热器，8—过冷却器，12—第一电磁阀，13—第二电磁阀，14—旁通膨胀阀，15—控制部，16—消声器，17—室内换热器，21、22—配管(吸入侧配管)，25—配管(第一配管)，26—配管(第二配管)，27—配管(第三配管)。

Claims (10)

1.一种冷冻循环装置，其特征在于，具备：

压缩机，其具有与压缩室连通并能够使制冷剂流出的口；

吸入侧配管，其设于上述压缩机的吸入侧；

第一配管，其与上述压缩机的上述口连接；

第二配管，其一端与上述第一配管连接，并且另一端与上述吸入侧配管连接；以及

第二配管开闭阀，其开闭上述第二配管的流路。

2.根据权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于，

具备开闭上述第一配管的流路的第一配管开闭阀。

3.根据权利要求1或2所述的冷冻循环装置，其特征在于，具备：

液体配管，其用于使液体制冷剂在室外换热器与室内换热器之间流动；

第三配管，其从上述液体配管分支，并与上述第一配管以及上述第二配管连接；

过冷却器，其在流经上述第三配管的制冷剂与流经上述液体配管的制冷剂之间进行换热；以及

膨胀阀，其对流经上述第三配管的制冷剂进行减压。

4.根据权利要求1～3任一项中所述的冷冻循环装置，其特征在于，

上述第一配管开闭阀具有泄放口。

5.根据权利要求1～3任一项中所述的冷冻循环装置，其特征在于，

上述第一配管开闭阀是电磁阀。

6.根据权利要求1～5任一项中所述的冷冻循环装置，其特征在于，

上述口形成为：在形成上述压缩室后直至从排出口排出上述压缩室的制冷剂为止之间的位置开口。

7.根据权利要求6所述的冷冻循环装置，其特征在于，

在上述压缩机以在与形成有上述口的位置相比上述压缩室内的制冷剂成为高压的位置开口的方式形成有释放口，并且在上述释放口设有用于在上述压缩室内的压力比预定压力高时从上述压缩室排出制冷剂的释放阀。

8.根据权利要求2～7任一项中所述的冷冻循环装置，其特征在于，

在上述第一配管且在上述口与上述第一配管开闭阀之间设有消声器。

9.根据权利要求1～8任一项中所述的冷冻循环装置，其特征在于，

具备控制部，在上述压缩机的转速为上述压缩机的转速的最大频率的1/2以下的情况下，上述控制部使上述第一配管开闭阀以及上述第二配管开闭阀为打开状态，使制冷剂从上述压缩机流向上述第一配管以及上述第二配管。

10.根据权利要求1～8任一项中所述的冷冻循环装置，其特征在于，

具备控制部，在上述压缩机的吸入压力与排出压力的比(排出压力/吸入压力)为1.8以下的情况下，上述控制部使上述第一配管开闭阀以及上述第二配管开闭阀为打开状态，使制冷剂从上述压缩机流向上述第一配管以及上述第二配管。