CN113692517A

CN113692517A - 室外单元、制冷循环装置及制冷机

Info

Publication number: CN113692517A
Application number: CN201980094860.7A
Authority: CN
Inventors: 石川智隆; 有井悠介; 早坂素
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2021-11-23
Anticipated expiration: 2039-04-10
Also published as: WO2020208752A1; EP3954947A4; EP3954947A1; JP7150148B2; JPWO2020208752A1; EP3954947B1; CN113692517B

Abstract

室外单元(2)具备压缩机(10)、冷凝器(20)、热交换器(30)、以及第二膨胀阀(40)，所述热交换器在第一通路(H1)中流动的制冷剂与第二通路(H2)中流动的制冷剂之间进行热交换。室外单元(2)还具备：第一制冷剂流路(91～94)，使制冷剂从循环流路的第一通路(H1)的出口与第二膨胀阀(40)之间的部分向第二通路(H2)的入口流动；第二制冷剂流路(96～98)，使制冷剂从第二通路(H2)的出口向压缩机(10)的吸入端口(G1)或中间压端口(G3)流动；以及流路切换部(74)，配置于第二制冷剂流路，将从第二通路(H2)的出口流出的制冷剂的目的地切换为吸入端口(G1)及中间压端口(G3)中的任意一方。

Description

室外单元、制冷循环装置及制冷机

技术领域

本发明涉及室外单元、制冷循环装置及制冷机。

背景技术

在日本特开2017-187189号公报(专利文献1)中公开了一种制冷装置，其通过对内置于压缩机的电动机控制转矩来防止从压缩机排出的制冷剂的温度过度地成为高温。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-187189号公报

发明内容

发明要解决的课题

近年来，作为制冷剂的CO₂等自然制冷剂受到关注。由于CO₂的临界温度为31℃较低，因此使用了CO₂的制冷循环装置的冷凝过程在外部气体为高温的夏天等在超临界压力状态下进行。因此，存在系统整体成为高压的问题。若将系统整体设计为耐受高压，则成本比以往的氟利昂或代替氟利昂的系统上升。为了降低成本，希望仅使用负载装置也能够直接使用以往使用的装置。

但是，若降低负载装置的设计压力，则需要在从室外单元向负载装置输送液体制冷剂的液管中预先利用膨胀阀进行减压。此时，若气体制冷剂在负载装置的膨胀阀的近前混入于液体制冷剂，则膨胀阀的流量显著降低，因此为了避免能力降低而需要确保充分的过冷度(SC：Subcool)。

另外，为了提高性能，也考虑设置内部热交换器来提高过冷度，采用使冷却侧的制冷剂返回压缩机的中间压端口的中间压注入回路，但在蒸发温度高的情况下，中间压也高，因此难以利用内部热交换器确保过冷度。因此，制冷循环装置的能力也有可能降低。

本发明的目的在于，提供即使在蒸发温度高的情况下也能够确保负载装置的入口部分的制冷剂的过冷度的室外单元、制冷循环装置以及制冷机。

用于解决课题的手段

本公开的室外单元是构成为与包括第一膨胀阀以及蒸发器的负载装置连接的制冷循环装置的室外单元。室外单元具备压缩机、冷凝器、热交换器、以及第二膨胀阀，所述压缩机具有吸入端口、排出端口、中间压端口。热交换器具有第一通路以及第二通路，以在流动于所述第一通路的制冷剂与流动于所述第二通路的制冷剂之间进行热交换的方式构成。从压缩机到冷凝器、热交换器的第一通路、第二膨胀阀的流路与负载装置一起形成供制冷剂循环的循环流路。室外单元还具备：第一制冷剂流路，其使制冷剂从循环流路的第一通路的出口与第二膨胀阀之间的部分向第二通路的入口流动；第三膨胀阀，其配置于第一制冷剂流路；第二制冷剂流路，其使制冷剂从第二通路的出口向压缩机的吸入端口或者中间压端口流动；以及流路切换部，其配置于第二制冷剂流路，将从第一通路的出口流出的制冷剂的目的地切换为吸入端口以及中间压端口中的任意一方。

发明效果

根据本公开的室外单元以及具备该室外单元的制冷循环装置、制冷机，即使在蒸发温度变化了的情况下，也能够确保从室外单元向负载装置送出的液体制冷剂的过冷度，因此能够防止制冷能力的降低。

附图说明

图1是根据本公开的实施方式1的制冷循环装置的整体结构图。

图2是用于说明流路切换部74的控制的流程图。

图3是用于说明第三膨胀阀71的控制的流程图。

图4是用于说明第四膨胀阀72的控制的流程图。

图5是用于说明第二膨胀阀40的控制的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。以下，对多个实施方式进行说明，但从申请最初开始预定将各实施方式中说明的结构适当组合。另外，对图中相同或相当的部分标注相同的附图标记并不重复其说明。

图1是根据本公开的实施方式的制冷循环装置的整体结构图。另外，在图1中，功能性地表示制冷循环装置中的各设备的连接关系及配置结构，并不一定表示物理空间中的配置。

参照图1，制冷循环装置1具备室外单元2、负载装置3、以及延长配管84、88。

室外单元2是构成为与负载装置3连接的制冷循环装置1的室外单元。室外单元2具备压缩机10、冷凝器20、风扇22、热交换器30、第二膨胀阀40、以及配管80～83、89，所述压缩机10具有吸入端口G1、排出端口G2、以及中间压端口G3。热交换器30具有第一通路H1及第二通路H2，以在流动于第一通路H1的制冷剂与流动于第二通路H2的制冷剂之间进行热交换的方式构成。

负载装置3包括第一膨胀阀50、蒸发器60以及配管85、86、87。第一膨胀阀50例如是与室外单元2独立地控制的温度膨胀阀。

压缩机10对从配管89及97吸入的制冷剂进行压缩并向配管80排出。压缩机10构成为按照来自控制装置100的控制信号来调整旋转速度。通过调整压缩机10的旋转速度来调整制冷剂的循环量，能够调整制冷循环装置1的能力。压缩机10可以采用各种类型的压缩机，例如可以采用涡旋型、旋转型、螺杆型等的压缩机。

冷凝器20使从压缩机10排出到配管80的制冷剂冷凝并流向配管81。冷凝器20构成为从压缩机10排出的高温高压的气体制冷剂与外部气体进行热交换(散热)。通过该热交换，制冷剂被冷凝而变化为液相。风扇22将在冷凝器20中与制冷剂进行热交换的外部气体向冷凝器20供给。通过调整风扇22的转速，能够调整压缩机10的排出侧的制冷剂压力(高压侧压力)。

另外，在本说明书中，为了便于说明，将超临界状态的制冷剂冷却的情况也称为冷凝器20。另外，在本说明书中，为了便于说明，超临界状态的制冷剂的从基准温度起的降低量也称为过冷度。

从压缩机10到冷凝器20、热交换器30的第一通路H1、第二膨胀阀40的流路与配置有负载装置3的第一膨胀阀50、蒸发器60的流路一起形成供制冷剂循环的循环流路。以下，也将该循环流路称为制冷循环的“主回路”。

室外单元2还具备：第一制冷剂流路(91～94)，其使制冷剂从循环流路的第一通路H1的出口与第二膨胀阀40之间的部分向第二通路H2的入口流动；第二制冷剂流路(96～98)，其使制冷剂从第二通路H2的出口向压缩机10的吸入端口G1或中间压端口G3流动；以及流路切换部74，其配置于第二制冷剂流路，将从第二通路H2的出口流出的制冷剂的目的地切换为吸入端口G1及中间压端口G3中的任意一方。以下，将从主回路分支并经由第二通路H2向压缩机10输送制冷剂的该流路称为“注入流路”。

室外单元2还具备：受液器(receiver)73，其配置于第一制冷剂流路，贮存制冷剂；第三膨胀阀71，其配置于循环流路的第一通路H1的出口与第二膨胀阀40之间的部分和受液器73的入口之间的配管91；排气通路93，其设置于受液器73的出口的配管94与受液器73的气体排出口之间，排出受液器73内的制冷剂气体；以及第四膨胀阀72，其配置于排气通路93。

通过这样在注入流路中设置受液器73，容易确保作为液管的配管82、83中的过冷度。这是因为，在受液器73中通常存在气体制冷剂，因此制冷剂温度成为饱和温度，因此若在配管82配置受液器73，则无法确保过冷度。

另外，若在中间压部分设置受液器73，则即使在主回路的高压部为超临界状态的情况下，也能够在受液器73的内部贮存中间压的液体制冷剂。因此，能够使受液器73的容器的设计压低于高压部，也能够实现容器的薄壁化带来的成本减少。

室外单元2还具备压力传感器110、111、112、温度传感器120、121、122以及控制流路切换部74的控制装置100。

压力传感器110检测压缩机10的吸入压力PL，并将其检测值向控制装置100输出。压力传感器111检测压缩机10的排出压力PH，并将其检测值向控制装置100输出。压力传感器112检测第二膨胀阀40的出口的配管83的压力P1，并将其检测值向控制装置100输出。

室外单元2通过在液管具备第二膨胀阀40，能够在将制冷剂压力减压至负载装置3的设计压(例如4MPa)以下后向负载装置3送出。由此，即使使用CO₂等利用超临界的制冷剂，作为负载装置3也能够使用与以往相同的设计压的通用产品。

温度传感器120检测压缩机10的排出温度TH，并将其检测值向控制装置100输出。温度传感器121检测冷凝器20的出口的配管81的制冷剂温度T1，并将其检测值向控制装置100输出。温度传感器122检测热交换器30的被冷却侧的第一通路H1的出口的制冷剂温度T2，并将其检测值向控制装置100输出。

第二制冷剂流路构成为包括配管96和流路切换部74，所述配管96将热交换器30的第二通路H2的出口与流路切换部74之间连接。流路切换部74包括配管96分支为2个而成的配管97、98和分别配置于配管97、98的开闭阀75、76。配管97连接在配管96与中间压端口G3之间。配管98连接在配管96与吸入端口G1之间。通过选择性地打开开闭阀75、76中的一方，来切换在注入流路中流动的制冷剂的目的地。

控制装置100构成为包含CPU(Central Processing Unit:中央处理单元)102、存储器104(ROM(Read Only Memory：只读存储器)以及RAM(Random Access Memory：随机可存取存储器)、以及用于输入输出各种信号的输入输出缓冲器(未图示)等。CPU102将保存在ROM中的程序在RAM等中展开并执行。保存在ROM中的程序是记录有控制装置100的处理步骤的程序。控制装置100按照这些程序来执行室外单元2中的各设备的控制。关于该控制，并不限定于基于软件的处理，也能够通过专用的硬件(电子电路)进行处理。

图2是用于说明流路切换部74的控制的流程图。参照图1、图2，控制装置100在步骤S1中判断开闭阀75是否为打开状态且开闭阀76是否为关闭状态。若开闭阀75为打开状态且开闭阀76为关闭状态(S1中为是)，则作为在注入流路中流动的制冷剂的目的地，选择中间压端口G3。相反，在选择吸入端口G1作为在注入流路中流动的制冷剂的目的地的情况下，开闭阀75为关闭状态且开闭阀76为打开状态。

在开闭阀75为打开状态的情况下(S1中为是)，在步骤S2中，控制装置100判断热交换器30的第一通路H1的出口的制冷剂温度T2是否为第一温度Tth1以上。

控制装置100在热交换器30的第一通路H1的出口的制冷剂温度T2比第一温度Tth1高的情况下(S2中为是)，在步骤S3～S7的处理中，以将制冷剂的目的地设为吸入端口G1的方式控制流路切换部74。控制装置100在热交换器30的第一通路H1的出口的制冷剂温度T2＝第一温度Tth1的情况下(S2中为是)，在步骤S3～S7的处理中，以将制冷剂的目的地设为吸入端口G1的方式控制流路切换部74。

具体而言，控制装置100在压缩机10的吸气温度TL为阈值TLth1以上的情况下(S3中为是)依次执行步骤S4～S7的处理，以将制冷剂的目的地设为吸入端口G1的方式控制流路切换部74。另外，压缩机10的吸气温度TL能够根据由压力传感器110检测出的吸入压力PL换算得到。在步骤S4中停止压缩机10的运转，在步骤S5中关闭开闭阀75，在步骤S6中打开开闭阀76，在步骤S7中再次开始压缩机10的运转。

另外，在制冷剂温度T2比第一温度Tth1低的情况下(S2中为否)，能够确保过冷度，另外，在压缩机10的吸气温度TL比阈值TLth1低的情况下(S3中为否)，由于蒸发温度低，因此中间压也变低，因此控制装置100不进行步骤S4～S7的流路切换部74的切换。

另一方面，在开闭阀75为关闭状态的情况下(S1中为否)，在热交换器30的第一通路H1的出口的制冷剂温度T2比第二温度Tth2低的情况下(S8中为是)，在步骤S9～S13的处理中，控制装置100以将制冷剂的目的地设为中间压端口G3的方式控制流路切换部74。控制装置100在制冷剂温度T2＝第二温度Tth2的情况下(S2中为是)，也以将制冷剂的目的地设为中间压端口G3的方式控制流路切换部74。另外，Tth1＞Tth2。

具体而言，控制装置100在压缩机10的吸气温度TL为阈值TLth1以下的情况下(S9中为是)依次执行步骤S10～S13的处理，以将制冷剂的目的地设为中间压端口G3的方式控制流路切换部74。另外，TLth1＞TLth2。在步骤S10中，停止压缩机10的运转，在步骤S11中关闭开闭阀76，在步骤S12中打开开闭阀75，在步骤S13中再次开始压缩机10的运转。

另外，在制冷剂温度T2比第二温度Tth2高的情况下(S8中为否)，无法确保过冷度，另外，在压缩机10的吸气温度TL比阈值TLth2高的情况下(S9中为否)，由于蒸发温度高，因此中间压也变高，因此控制装置100将流路切换部74维持成制冷剂的目的地为吸入端口G1不变，不进行流路切换。

如以上说明的那样，控制装置100在配管82与配管94的压力差小的情况下，控制流路切换部74而将制冷剂的送达目的地从中间压端口G3切换为吸入端口G1，以扩大压力差。因此，能够确保第三膨胀阀71中的减压量，因此第三膨胀阀71中的温度降低量增加。由此，能够确保热交换器30的第一通路H1的制冷剂温度与第二通路H2的制冷剂温度的温度差。因此，热交换器30中的热交换量增加，能够降低制冷剂温度T2。

另外，如图2的流程图所示，在运转停止中进行流路的切换的一方的动作稳定，因此优选，但也可以使流程图变形为不进行步骤S4～S7的处理中的步骤S4以及S7的处理地在运转中进行流路的切换。同样地，也可以使流程图变形为不进行步骤S10～S13的处理中的步骤S10以及S13的处理地在运转中进行流路的切换。

图3是用于说明第三膨胀阀71的控制的流程图。参照图1、图3，第三膨胀阀71被反馈控制以便压缩机10的排出温度TH与目标温度一致。具体而言，在步骤S21中，控制装置100在压缩机10的排出温度TH比目标温度高的情况下(S21中为是)，在步骤S22中使第三膨胀阀71的开度增加。由此，经由受液器73流入中间压端口G3或吸入端口G1的制冷剂增加，因此排出温度TH降低。

另一方面，在压缩机10的排出温度TH比目标温度低的情况下(S21中为否且S23中为是)，控制装置100在步骤S24中使第三膨胀阀71的开度减少。由此，经由受液器73流入中间压端口G3或吸入端口G1的制冷剂减少，因此排出温度TH上升。

若排出温度TH＝目标温度(S21中为否且S23中为否)，则第三膨胀阀71的开度维持当前的状态。

这样，控制装置100以压缩机10的排出温度TH接近目标温度的方式控制第三膨胀阀71的开度。

另外，使步骤S21的目标温度＞步骤S23的目标温度，减少第三膨胀阀71的开度的变更的频率也可以。

图4是用于说明第四膨胀阀72的控制的流程图。参照图1、图4，为了确保冷凝器20的出口的制冷剂的过冷度，第四膨胀阀72被反馈控制以便冷凝器20的出口的制冷剂温度T1与目标温度一致。具体而言，在步骤S31中，在由冷凝器20的出口的制冷剂温度T1和冷凝器20的压力(PH近似)确定的过冷度SC比目标值大的情况下(S31中为是)，控制装置100在步骤S32中使第四膨胀阀72的开度增加。由此，气体制冷剂从受液器73排出，液体制冷剂量增加，因此在主回路中循环的制冷剂量减少，因此制冷剂温度整体上升，制冷剂温度T1上升，因此过冷度SC减小。

另一方面，在由冷凝器20的出口的制冷剂温度T1和冷凝器20的压力(PH近似)确定的过冷度SC比目标值小的情况下(S33中为是)，控制装置100在步骤S34中使第四膨胀阀72的开度减少。由此，受液器73的气体制冷剂量增加，液体制冷剂量减少，因此在主回路中循环的制冷剂量增加，因此制冷剂温度整体降低，制冷剂温度T1降低，因此过冷度SC增加。

若过冷度SC＝目标值(S31中为否且S33中为否)，则第四膨胀阀72的开度维持当前的状态。

这样，控制装置100以冷凝器20的出口的制冷剂温度T1接近目标温度的方式控制第四膨胀阀72的开度。

另外，使步骤S31的目标值＞步骤S33的目标值，减少第四膨胀阀72的开度的变更的频率也可以。

控制装置100进行压缩机10和第二膨胀阀40的控制，以使用制冷剂的超临界区域。例如，在夏季等外部气体温度比制冷剂的超临界温度高的情况下，控制装置100使压缩机10的旋转速度高于春季或秋季而使高压部的压力上升。在该情况下，主回路的高压部的压力变高。为了能够与使用通常制冷剂的装置共用负载装置3，利用第二膨胀阀40进行减压。此时，以如下方式控制第二膨胀阀40。

图5是用于说明第二膨胀阀40的控制的流程图。参照图1、图5，第二膨胀阀40被反馈控制以便使压力P1与目标压力一致。具体而言，在步骤S41中，在压力P1比目标压力高的情况下(S41中为是)，控制装置100在步骤S42中使第二膨胀阀40的开度减少。由此，第二膨胀阀40导致的减压量增加，因此压力P1降低。

另一方面，在压力P1比目标压力低的情况下(S41中为否且S43中为是)，在步骤S44中，控制装置100使第二膨胀阀40的开度增加。由此，第二膨胀阀40导致的减压量减少，因此压力P1上升。

若压力P1＝目标压力(S41中为否且S43中为否)，则第二膨胀阀40的开度维持当前的状态。

由于这样控制压力P1，因此能够使负载装置3内的压力为使用通常制冷剂的装置的设计压力以下，能够实现使用R410A等制冷剂的以往设备的负载装置的共用化。

以上，例示具备制冷循环装置1的制冷机对本实施方式进行了说明，但制冷循环装置1也可以利用于空调机等。

应该认为本次公开的实施方式在所有方面都是例示而不是限制性的。本发明的范围不是由上述实施方式的说明表示，而是由权利要求书示出，意在包括与权利要求书等同的意思及范围内的所有变更。

附图标记说明

1制冷循环装置；2室外单元；3负载装置；10压缩机；20冷凝器；22风扇；30热交换器；40第二膨胀阀；50第一膨胀阀；60蒸发器；71第三膨胀阀；72第四膨胀阀；73受液器；74流路切换部；75、76开闭阀；80、81、82、83、85、89、91、94、96、97、98配管；84、88延长配管；93排气通路；100控制装置；102CPU；104存储器；110、111、112压力传感器；120、121、122温度传感器；G1吸入端口；G2排出端口；G3中间压端口；H1第一通路；H2第二通路。

Claims

1.一种室外单元，该室外单元是制冷循环装置的室外单元，所述制冷循环装置构成为与包括第一膨胀阀以及蒸发器的负载装置连接，其中，所述室外单元具备：

压缩机，具有吸入端口、排出端口、中间压端口；

冷凝器；

热交换器，具有第一通路以及第二通路，以在流动于所述第一通路的制冷剂与流动于所述第二通路的制冷剂之间进行热交换的方式构成；以及

第二膨胀阀，

从所述压缩机到所述冷凝器、所述热交换器的所述第一通路、所述第二膨胀阀的流路与所述负载装置一起形成供制冷剂循环的循环流路，

所述室外单元还具备：

第一制冷剂流路，使制冷剂从所述循环流路的所述第一通路的出口与所述第二膨胀阀之间的部分向所述第二通路的入口流动；

第三膨胀阀，配置于所述第一制冷剂流路；

第二制冷剂流路，使制冷剂从所述第二通路的出口向所述压缩机的所述吸入端口或者所述中间压端口流动；以及

流路切换部，配置于所述第二制冷剂流路，将从所述第二通路的出口流出的制冷剂的目的地切换为所述吸入端口以及所述中间压端口中的任意一方。

2.根据权利要求1所述的室外单元，其中，还具备：

受液器，配置于所述第一制冷剂流路，贮存制冷剂；

排气通路，设置于所述受液器的出口与所述受液器之间，将所述受液器内的制冷剂气体排出；以及

第四膨胀阀，配置于所述排气通路，

所述第三膨胀阀配置于所述循环流路的所述第一通路的出口与所述第二膨胀阀之间的部分和所述受液器的入口之间。

3.根据权利要求2所述的室外单元，其中，

还具备控制所述流路切换部的控制装置，

在所述热交换器的第一通路的出口的温度比第一温度高的情况下，所述控制装置以将制冷剂的目的地设为所述吸入端口的方式控制所述流路切换部。

4.根据权利要求3所述的室外单元，其中，在所述热交换器的第一通路的出口的温度比第二温度低的情况下，所述控制装置以将制冷剂的目的地设为所述中间压端口的方式控制所述流路切换部。

5.根据权利要求3所述的室外单元，其中，所述控制装置以使所述压缩机的排出端口的制冷剂温度接近目标温度的方式控制所述第三膨胀阀的开度。

6.根据权利要求3所述的室外单元，其中，所述控制装置以使所述冷凝器的出口的制冷剂温度接近目标温度的方式控制所述第四膨胀阀的开度。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的室外单元，其中，所述控制装置进行所述压缩机及所述第二膨胀阀的控制，以使用所述制冷剂的超临界区域。

8.一种制冷循环装置，其中，具备权利要求1至7中任一项所述的室外单元以及所述负载装置。

9.一种制冷机，其中，具备权利要求8所述的制冷循环装置。