CN1111689C - 制冷装置 - Google Patents

Abstract

一种制冷装置带有一个具有一个位于冷凝器3和主膨胀机构9之间的过冷热交换器15的过冷回路8，以及一个用于将气体制冷剂从过冷热交换器15注入压缩机1的中压部分1a的注入回路10。一个电动膨胀阀16位于一根在过冷热交换器15的上游P1侧从主流中分叉出来并伸到过冷热交换器15中的过冷管中。通过完全关闭电动膨胀阀16，注入回路10的注入操作就可以关断。过冷回路8的过冷程度和注入回路10的注入量过通过将电动膨胀阀16控制至规定开度而得以设置成所需的值。过冷回路和注入回路可以低噪声、低成本地进行控制。

Description

制冷装置

发明领域

本发明涉及一种带有一个注入回路的制冷装置。

背景技术

按照常规，一种该类型的制冷装置如图8中所示。这种制冷装置具有一个主回路57，压缩机51、冷凝器52、过冷热交换器53、主膨胀阀54、蒸发器55和积贮器56串联于该主回路57中。

一根支管60在冷凝器52与过冷热交换器53之间从主回路57中分出，它与过冷热交换器53的一根内管53A相连。

内管53A在一根外管61内部从上游侧向下游侧延伸，并与一根注入管62相连。支管60具有一个机械式膨胀阀63，而该机械式膨胀阀63的开度根据来自于与注入管62相连接的热敏管65的信号而改变。

注入管62与压缩机51的一个中压部分51A相连。注入管62具有一个电磁阀66。通过打开或关闭电磁阀66。就可以接通或断开气体制冷剂向压缩机51中的注入过程。

通过利用一种过冷回路使从冷凝器52导往主膨胀阀54的制冷剂过冷，这种制冷装置的制冷效率得以提高，其中过冷回路由过冷热交换器53、支管60和机械式膨胀阀63构成。通过从注入管62将支路制冷剂注入压缩机51的中压部分51A中，制冷效率可进一步提高，其中支路制冷剂在过冷热交换器53中吸热，来自于支管60。

在主流的制冷剂不会分流至支管60中的情况下提高将所全部制冷剂送往蒸发器中的效率有时会更好。在这种情况中，电磁阀66被关闭以便使过冷回路和注入回路停止操作。应当指出由于其机构方面的原因，机械式膨胀阀63不能完全关闭。

然而，根据上述常规型制冷装置，由于为接通或关断注入回路而打开或关闭电磁阀66，就会产生噪声，而且这会导致特别的问题，即压力变化时的振动会产生噪声。

此外，仅仅为接通或关断注入回路而安装电磁阀66会使成本增加。

下面，图10示出了另一种常规型制冷装置的制冷回路。这种制冷回路带有一个主制冷回路210，压缩机201，四通控制阀202、外部热交换器203、第一膨胀阀205、气体液体分离器206、第二膨胀阀207和内部热交换器208串联于该主制冷回路210中。这种制冷回路还带有一个旁路回路211，它用于将气体液体分离器206的顶板与压缩机201的中压部分201a连接起来。该旁路回路211具有一个电磁阀212。在该现有技术的实例中，在加热以便利用作为冷凝器的内部热交换器208执行加热操作的过程中，四通控制阀212形成了一个由虚线所示的通路。如果在该加热过程中电磁阀212被打开，气体制冷剂就从气体液体分离器206通过旁路回路211并被注入至压缩机201的中压部分201a中。如上所述，有时为提高效率，通过绕过第一膨胀阀205和外部热交换器203并使来自旁路回路211的气体制冷剂返回至压缩机201中，而增加流过起到冷凝器作用的内部热交换器208的制冷剂的数量。

图9利用莫里尔图示出了以上加热过程。如该莫里尔图所示，起冷凝器作用的内部热交换器208中的流动速率Gc为起蒸发器作用的外部热交换器203中的流动速率Ge与通过旁路回路211的流动速率Gi的和(Ge+Gi)。如果所有气体都从气体液体分离器206注入至压缩机201中，气体注入的流动速率Gi就是(Gc×X)。在这种情况下，X代表膨胀阀207的出口处的制冷剂的干燥度(例如从0.2至0.3)。因此，内部热交换器208中的流动速率Gc就变为Gc＝Ge/(1-x)。

如果在该加热过程中在外部热交换器203上产生霜，就要进行逆循环除霜操作。也就是说，四通控制阀202就被转换以形成实线所示的通路，由此外部热交换器起到冷凝器的作用以便使霜融化。然后，同样在这个逆循环除霜操作过程中通过打开电磁阀212，就可以使气体制冷剂从旁路回路211返回至压缩机201中，从而使从压缩机201循环至外部热交换器203的制冷剂数量增加并迅速使外部热交换器203上的霜融化。

然而，在这个逆循环除霜操作过程中，如图11中所示，当制冷剂中的气体组分很少时，膨胀阀205的出口处的干燥度就会很小(例如，X＝0.1或者更小)。由于这个原因，即使在除霜操作过程中进行了气体注入，循环制冷剂的增加量也会比较小，并且这对缩短除霜时间所起的作用也会很小。

发明公开内容

因此，本发明的第一个目的是提供一种能控制过冷回路和注入回路的低噪声、低成本制冷装置。本发明的第二个目的是提供一种能缩短除霜时间的制冷装置。

为了实现以上目的，本发明提供了一种制冷装置，它包括一个压缩机、一个冷凝器、一个主膨胀机构、一个蒸发器以及一个具有一个位于冷凝器与主膨胀机构之间的过冷热交换器的过冷回路，并且包括一个用于将气体制冷剂从过冷热交换器注入至压缩机的中压部分的注入回路，该装置包括：

一个位于一根过冷管中的电动膨胀阀，该过冷管在过冷热交换器的上游侧从主流中分叉出来并伸到过冷热交换器中。

在这种制冷装置中，注入回路的注入操作可通过完全关闭电动膨胀阀而关断。过冷回路的过冷程度和注入回路的注入量可通过将电动膨胀阀的开度调整至所需的开度而得以设置成所需的值。

也就是说，根据这种制冷装置，电动膨胀阀起到现有技术的电磁阀和现有技术的机械式膨胀阀的作用。这就可以不需使用电磁阀，从而可以消除打开或关闭电磁阀时产生的噪声或者特别是振动噪声。此外，由于不需要电磁阀，因而可以降低成本。因此，根据本发明，可以低噪声、低成本地对过冷回路和注入回路进行线性地控制。

一个实施方案包括一个第一开度控制部分，它用于在注入回路基本停止工作时将电动膨胀阀设置为接近于完全关闭状态的较小开度。

在这个实施方案的制冷装置中，通过即使在注入操作并未进行的时候也将注入用的电动膨胀阀稍稍打开，就可以防止余隙容积死区产生的可能性从而可以防止压缩机的容积效率下降。

另一个实施方案包括一个整流回路，用于在冷却操作及加热操作过程中使制冷剂顺序地流入冷凝器、过冷热交换器和主膨胀机构。

在这种制冷装置中，在冷却操作和加热操作过程中，都可以利用整流回路来使制冷剂顺序地流入冷凝器、过冷热交换器和主膨胀机构。因此，在冷却操作和加热操作中，都可以进行过冷过程和气体制冷剂注入过程，从而可以提高效率。

一个实施方案包括一个第二开度控制部分，用于控制电动膨胀阀的开度以便根据注入回路的制冷剂温度增大或减小开度。

在这种制冷装置中，当注入流动速率较小时，通过增大注入用电动膨胀阀的开度可以使注入流动速率增大，而当注入流动速率很大时通过减小注入用电动膨胀阀的开度可以使注入流动速率减小，由此注入流动速率可以不变地保持所需的值。

本发明的一个方面提供了一种制冷装置，它包括一个压缩机、一个四通控制阀、一个外部热交换器、一个主膨胀机构以及一个内部热交换器，并且可进行逆循环除霜操作，该装置包括：

一个液体注入回路，用于通过绕过主膨胀机构和内部热交换器，而在逆循环除霜操作过程中将液体制冷剂从外部热交换器注入压缩机中。

在这种制冷装置中，利用液体注入回路在除霜操作过程中将液体制冷剂注入压缩机中。相应地，压缩机的循环量可以比气体注入时更大。因此，霜可以在短时间内融化，从而可缩短除霜时间。

本发明的另一个方面提供了一种制冷装置，它包括一个压缩机、一个冷凝器、一个主膨胀机构；一个蒸发器以及一个位于冷凝器与主膨胀机构之间的过冷回路，并且包括一个用于将气体制冷剂从过冷回路注入压缩机的中压部分的注入回路，该装置包括：

一个位于一根过冷管中的电动膨胀阀，该过冷管在过冷回路的上游侧从主流中分叉出来并伸到过冷回路中。

在这种制冷装置中，注入回路的注入操作可通过完全关闭电动膨胀阀而关断。过冷回路的过冷程度和注入回路的注入量可通过将电动膨胀阀的开度调整至所需开度而得以设置成所需的值。也就是说，根据这种制冷装置，电动膨胀阀起到现有技术的电磁阀和现有技术的机械式膨胀阀的作用。这就可以不需要使用电磁阀，从而可以消除打开或关闭电磁阀时产生的噪声或特别是振动噪声。此外，由于不需要电磁阀，因而可以降低成本。因此，根据本发明，可以低噪声、低成本地对过冷回路和注入回路进行线性地控制。

一个实施方案包括一个控制装置，它用于在压缩机达到不低于一个规定工作频率的工作频率时，通过打开电动膨胀阀而接通注入回路的注入操作。

在这种制冷装置中，当压缩机的工作频率不低于规定工作频率时，注入操作被接通。因此，由于循环制冷剂增大至规定量或更多，因而可以实现高效率地注入操作。

附图简述

图1A是根据本发明的制冷装置的一个第一实施方案的一种空气调节器制冷回路的回路图；

图1B是第一实施方案的整流回路的一个改型实施例；

图2是用于说明以上空气调节器的操作过程的莫里尔图；

图3是用于说明以上空气调节器的注入用电动膨胀阀的控制操作的流程图；

图4是根据本发明的制冷装置的一个第二实施方案的一种空气调节器制冷回路的回路图；

图5是在以上第二实施方案中进行液体注入时的莫里尔图；

图6是根据以上第二实施方案进行逆循环除霜操作时的时间图；

图7是根据本发明的制冷装置的一个第三实施方案的一种空气调节器制冷回路的回路图；

图8是一种常规型制冷装置的制冷回路的回路图；

图9是以上常规型制冷装置的气体注入循环的莫里尔图；

图10是进行气体注入的另一种常规型制冷装置的制冷回路的回路图；而

图11是在以上常规型制冷装置中的除霜过程中进行气体注入时的莫里尔图。

本发明的最佳实施方式

在下文中根据图中所示的实施方案对本发明进行详细描述。

(第一实施方案)

图1A示出了本发明的制冷装置的第一实施方案的一种空气调节器。第一实施方案具有一个制冷回路、压缩机1、四通控制阀2、外部热交换器3、整流回路5和内部热交换器6依次连接于该制冷回路中。内部热交换器6通过积贮器7与压缩机1的入口端相连。

在整流回路5中，第一和第二止回阀11和12的串联回路与第三和第四止回阀13和14的串联回路彼此并联相连。第一止回阀11和第二止回阀12彼此相连以便使其前进方向指向其接点P1，而第三止回阀13和第四止回阀14彼此相连以便其相反方向指向它们的接点P2。

在整流回路5的接点P1和P2之间连接着过冷回路8、主电动阀9和注入回路10。

过冷回路8由一个过冷热交换器15和一个注入用电动膨胀阀16构成。过冷热交换器15连接于接点P1和主电动阀9之间。注入用电动膨胀阀16位于从接点P1分出的管上，与位于过冷热交换器15内的内管21的入口21a相连。此外，该内管21具有一个与注入管22相连的出口21b。该注入管22与压缩机1的中压部分1a相连。

下面将对具有以上结构的空气调节器的基本操作进行描述。应当指出图2通过莫尔里图示出了图1A的制冷回路在点Q1至Q8处的各种状态。首先，如果四通控制阀2位于如图1A中的实线所示的冷却位置，从压缩机1排出的制冷剂就会由外部热交换器3进行冷凝并流入整流回路5的第一止回阀11中，从而在接点P1处分流成流向注入用电动膨胀阀16的支流和流向过冷热交换器15的主流。主流由过冷热交换器15进行过冷，并且在主动阀9中膨胀以后，主流通过接点P2和第四止回阀14到达内部热交换器6。然后，在内部热交换器6中蒸发过的主流通过四通控制阀2和积贮器7返回压缩机1的入口端。

另一方面，支流在注入用电动膨胀阀16中膨胀，并且在经过过冷热交换器15的内管21时吸收热量后，支流通过注入管22喷入压缩机1的中压部分1a中。

如果四通控制阀2位于图1A中虚线所示的加热位置，那么从压缩机1排出的制冷剂就会由内部热交换器6进行冷凝并流入整流回路5的第二止回阀12中，从而在接点P1处分流成流向注入用电动膨胀阀16的支流和流向过冷热交换器15的主流。主流由过冷热交换器15进行过冷并随后在主电动阀9中膨胀，通过点P2和第三止回阀13到达外部热交换器3。然后，在外部热交换器3中蒸发过的主流通过四通控制阀2和积贮器7返回压缩机1的入口端。另一方面，支流在注入用电动膨胀阀16中膨胀，并且在经过过冷热交换器15的内管21时吸收热量后，支流通过注入管22注入压缩机1的中压部分1a中。

如上所述，根据该第一实施方案，使气体制冷剂过冷并注入压缩机1的中压部分1a中的操作通过操作整流回路5在冷却操作和加热操作过程中都可进行。因此，由于在冷却和加热过程中都可进行过冷和气体注入，因而效率能够提高。

此外，根据该第一实施方案，通过完全关闭注入用电动膨胀阀16，注入回路10的注入操作就可被关断。此外，过冷回路8的过冷程度和注入回路10的注入量可通过将电动膨胀阀16的开度调整至所需的开度而得以设置为所需的值。

也就是说，根据该第一实施方案，电动膨胀阀16起到了现有技术的电磁阀的作用和现有技术的机械式膨胀阀的作用。这就可以不需要使用电磁阀，从而可以消除打开或关闭电磁阀时产生的噪声或者特别是振动噪声。此外，由于不需要电磁阀，因而可以降低成本。因此，根据该实施方案，可以低噪声、低成本地对过冷回路8和注入回路10进行线性控制。通过线性地控制过冷程度和气体注入量，可以使效率最大化。

下面将参照图3的流程图对该第一实施方案的注入用电动膨胀阀16的控制操作进行描述。应当指出利用的是一台微机(未示出)来作为进行这种控制的设备。

首先，在步骤S1中确定压缩机1是否已停止。如果已经确定压缩机1已停止运行，那么程序流程就会进行至步骤S10以完全关闭注入用电动膨胀阀16。如上所述，通过在压缩机1已停止运行时完全关闭电动膨胀阀16，就可以防止压缩机1停止运行时制冷剂停留于压缩机1中并分解成制冷机油(所谓的制冷剂分解)，从而可以便于重新启动。

如果已经确定压缩机1正在运行，程序流程就会进行至步骤S2以确定压缩机1的工作频率是否高于规定频率。如果已确定工作频率较高，程序流程就会进行至步骤S5以便打开注入用电动膨胀阀16并使过冷回路8和注入回路10工作。通过这种操作，就可以达到有效的注入状态，在这种状态下循环制冷剂数量增大至规定数量或更多。

然后，程序流程进行至步骤S6，以利用来自于安装在位于注入用电动膨胀阀16和内管21的入口21a之间的制冷剂管上的热敏电阻31的信号，来测定流向注入管22的交流制冷剂的中间温度。应当指出，这种中间温度可由安装于注入管22上内管21的出口21b附近的热敏电阻32来测定。然后，程序流程进行至步骤S7以确定中间温度是否高于规定温度。如果确定中间温度高于指定温度，程序流程就进行至步骤S8以减小注入用电动膨胀阀16的开度并返回起点。如果确定中间温度并未高于规定温度，程序流程就会进行至步骤S9以使注入用电动膨胀阀16的开度增大规定的开度值并返回起点。以上步骤S6、S7、S8和S9构成了第二开度控制部分。

对于这种结构，当注入流动速率较小时(中间温度较低时)，注入用电动膨胀阀16的开度就增大以便提高注入流动速率，而当注入流动速率较大时(中间温度较高时)，注入用电动膨胀阀16的开度就减小以便降低注入流动速率。通过这种操作，可使注入流动速率不变地保持于所需的值。

如果在步骤S2中确定压缩机1的工作频率并未高于规定频率，程序流程就会进行至步骤S3以关闭注入用电动膨胀阀16从而使过冷回路8和注入回路10停止工作。然后，程序流程进行至步骤S4以将注入用电动膨胀阀16的开度设置成规定开度并返回起点。以上步骤S2、S3和S4构成了第一开度控制部分。如上所述，通过即使在注入操作并未进行的时候也将注入用电动膨胀阀16稍稍打开，就可以防止余隙容积(死区)产生的可能性从而可以防止压缩机的容积效率下降。

尽管在该第一实施方案中整流回路5由四个止回阀构成，该回路可由如图1B中所示的四通控制阀40构成。在这种情况下，应当使四通控制阀40的第一端40a与外部热交换器3相连，使第二端40b与接点P1相连，使第三端40c与内部热交换器6相连，并使第四端40d与接点P2相连。这样，在冷却操作中，如图1B所示，形成由实线41和43所示的四通控制阀40的通路，而在加热操作中，如图1B所示，形成由虚线42和44所示的四通控制阀40的通路。通过这种操作，就可使来自冷凝器的制冷剂在冷却操作和加热操作过程中都能顺序地从过冷热交换器15流至主电动阀9。

尽管在以上第一实施方案中，过冷回路8带有过冷热交换器15，但也可以接受的是利用一块热交换板来代替过冷热交换器15将两根大致彼此平行延伸的制冷剂管连接起来，使一根制冷剂管与主流回路相连，而使另一根制冷剂管与支流电流相连。

(第二实施方案)

随后，图4示出了根据本发明的制冷装置的第二实施方案的制冷回路。该第二实施方案具有与图1中所示第一实施方案的制冷回路相同的制冷回路，不同之处在于带有一个用于控制压缩机1的输出的变频器101和一个用于控制该变频器101的控制部分102。因此对该第二实施方案的描述将重点放在与第一实施方案的不同点上，其中与前述第一实施方案相同的部分参考数字也相同。

参照图4中所示的制冷回路和图6中所示的时间图，将对因在外部热交换器3上产生霜而通过中断加热操作过程而进行的逆循环除霜操作进行描述。并且还将对这种逆循环除霜操作过程中通过打开注入用电动膨胀阀16而使液体制冷剂从注入管22注入压缩机1中的操作过程进行描述。

在加热操作过程中，四通控制阀2的通路如虚线所示。在本第二实施方案中，假定四通控制阀2在关闭时具有如虚线所示的通路，而在打开时具有如实线所示的通路。在这种加热操作过程中，位于外部热交换器3一侧的外部风扇103和位于内部热交换器6一侧的内部风扇105都在运转。在这个阶段，主电动阀9的开度被减小。注入用电动膨胀阀16关闭。

如果控制部分102通过一个外部温度传感器106的温度信号测定在这个加热操作过程中在外部热交换器3上产生霜，四通控制阀2就会首先转换至具有如实线所示的通路以设定冷却位置中的通路。在完成这种操作后，外部风扇103和内部风扇105立即停止运转并且主电动阀9和注入用电动膨胀阀16的开度立即增大，从而设置成除霜操作所用的规定开度。与此同时，控制部分102增大变换器101的频率以便增大压缩机1的输出。通过这种操作，制冷装置启动逆循环除霜操作过程。

在这个逆循环除霜操作过程中，从压缩机1排出的制冷剂由外部热交换器3进行冷凝以便融化外部交换器3上的霜，随后制冷剂通过整流回路5的止回阀11从接点P1流入过冷热交换器15。流入过冷热交换器15的主流制冷剂与流过内管21的支流制冷剂进行热交换，然后流入主电动阀9中。随后，在该主电动阀9中进行膨胀之后，主流制冷剂通过内部热交换器6返回压缩机1的入口端。在这种逆循环除霜操作过程中主流制冷剂的状态变化由图5中所示的莫里尔图的线段G1、G2、G3、G4和G5来表示。

另一方面，支流制冷剂通过开度较大的注入用电动膨胀阀16从接点P1经过，流过内管21和处于含有大量液体制冷剂的较小干燥度状态的注入管22，以便喷入压缩机1的中压部分1a中。在这种逆循环除霜操作过程中支流制冷剂的状态变化由图5中所示的莫尔里图的线段H1和H2来表示。如上所述，通过将注入用电动膨胀阀16的开度设置为较大值，线段H2的长度就可以缩短以便使含有大量液体制冷剂因而具有较小干燥度的制冷剂注入压缩机1中。

如上所述，根据这种第二实施方案，绕过主电动阀9和内部热交换器6的支流制冷剂在含有大量液体制冷剂的状态下从注入管22返回至压缩机1中。因此，可以增大逆循环除霜操作过程中从压缩机1循环至外部热交换器3的制冷剂流量以使除霜操作在短时间内完成。因此，加热操作中断的时间可通过逆循环除霜操作过程而缩短，从而可以提高加热的舒适性。

(第三实施方案)

随后，图7示出了根据本发明的制冷装置的第三实施方案的制冷回路。这种第三实施方案具有一个制冷回路，压缩机81、四通控制阀82、外部热交换器83、主膨胀阀85和内部热交换器86串联于其中。这种制冷回路具有一个与压缩机81的中压部分81a相连的旁路管90和一个用于连接外部热交换器83与主膨胀阀85的制冷剂管88。这个旁路管90带有一个电磁阀91。该电磁阀91与旁路管90构成了一个液体注入回路93。

在具有以上结构的第三实施方案中，当通过使四通控制阀82具有如虚线所示的通路而进行加热操作的过程中在外部热交换器83上产生霜时，通过使四通控制阀82转换至具有如实线所示的通路，就可以进行逆循环除霜操作。然后，在这个逆循环除霜操作过程中，通过打开电磁阀91，从外部热交换器83流向主膨胀阀85的液体制冷剂就可从旁路管90注入压缩机81的中压部分81a中而绕过主膨胀阀85和内部热交换器86。通过这种操作，就可以增大逆循环除霜操作过程中从压缩机81循环至外部热交换器83的制冷剂流量。因此，除霜操作可在短时间内完成。因此，通过逆循环除霜操作过程，加热操作中断的时间可以缩短，从而可以提高加热的舒适性。

工业适用性

如上所述，本发明的制冷装置可以适用于带有一个注入回路的制冷装置，并且特别适用于低成本地消除注入回路的噪声。这种制冷装置还适用于通过利用注入回路而缩短逆循环除霜操作时间并提高舒适性。

Claims (3)

1.一种制冷装置，它包括一个压缩机(1)、一个冷凝器(3、6)、一个主膨胀机构(9)、一个蒸发器(6、3)以及一个具有一个位于冷凝器(3、6)和主膨胀机构(9)之间的过冷热交换器(15)的过冷回路(8)，并且包括一个用于将气体制冷剂从过冷热交换器(15)注入压缩机(1)的中压部分(1a)中的注入回路(10)，该装置包括：

一个位于一根过冷管中的电动膨胀阀(16)，该过冷管在过冷热交换器(15)的上游(P1)侧从主流中分叉出来并伸到过冷热交换器(15)中；

一个第一开度控制部分(S2、S3、S4)，它用于在注入回路(10)基本停止工作时，将电动膨胀阀(16)设置为接近于完全关闭状态的较小开度。

2.根据权利要求1的制冷装置，其特征在于，它还包括：

一个第二开度控制部分(S6，S7，S8，S9)，它用于控制电动膨胀阀(16)的开度以便根据注入回路(10)的制冷剂温度增大或减小开度。

3.根据权利要求1的制冷装置，其特征在于，该装置用于通过一个变频器控制压缩机(1)的输出，该装置还包括：

一个控制装置(S2、S3、S4)，它用于在压缩机(1)达到不低于一个规定工作频率的工作频率时，通过打开电动膨胀阀(16)而接通注入回路(10)的注入操作。

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