CN1333220C - 制冷剂循环装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供既可加快压缩机停止后的制冷剂回路内的均压、又可降低生产成本的制冷剂循环装置，本发明的制冷剂循环装置具有：连通制冷剂回路中的中间压区域与低压侧的旁通回路(170)；作为设于该旁通回路(170)上的阀装置的电磁阀(174)；用于控制该电磁阀(174)的开闭的控制装置(100)，该控制装置(100)常使电磁阀(174)关闭，在与压缩机(100)停止的同时打开电磁阀(174)，而使旁通回路(170)的流路导通。

Description

制冷剂循环装置
技术领域
本发明涉及顺序连接压缩机、气体冷却器、节流装置及蒸发器而构成制冷剂回路的制冷剂循环装置。
背景技术
现有的这种制冷剂循环装置，由配管顺序环状连接压缩机(例如中间压的多级压缩式旋转式压缩机)、气体冷却器、节流装置(膨胀阀等)及蒸发器等构成制冷剂循环(制冷剂回路)。从旋转压缩机的旋转压缩部件的吸入口吸入的制冷剂气体进入气缸的低压室侧，由转子与叶片的工作进行压缩后变成高温高压的制冷剂气体，再从高压室侧经排出口、排出消音室排出到气体冷却器。制冷剂由该气体冷却器散热后，由节流装置节流供入蒸发器。在这里，制冷剂进行蒸发，这时从周围吸热可产生冷却作用。
近年来，由于要应对地球环境问题，在这种制冷剂循环中，不用现有的氟里昂而采用作为自然制冷剂的二氧化碳(CO2)作为制冷剂，开发了采用使高压侧为超临界压力进行运转的跨临界制冷剂循环的装置。
在这样的制冷剂循环装置中，为防止液状制冷剂返回到压缩机内进行液体压缩，在蒸发器的出口侧与压缩机的吸入侧之间的低压侧配设了储液器，液体制冷剂滞存于该储液器中，仅将气体吸入压缩机。对节流装置进行调整，以使储液器内的液状制冷剂不回到压缩机中(例如，参照专利文献1)。
专利文献1
特公平7-18602号公报
但是，在制冷剂循环的低压侧设储液器，因此需要较多的制冷剂充填量。另外，为了防止液体返回，必须要减小节流装置的开度，或者扩大储液器的容量，这就导致冷却能力的降低或设置空间的扩大。因此，为不设置所述的储液器，又可消除在压缩机中的液体压缩，本申请人试着开发了现有图3中所示的制冷剂循环装置。
在图3中，10表示了内部中间压型多级(二级)压缩式旋转式压缩机，它由密闭容器12内的电动部件14、由该电动部件14的旋转轴16驱动的第一旋转压缩部件32及第二旋转压缩部件34构成。
下边对这种情况下的制冷剂循环装置的工作进行说明。从压缩机10的制冷剂导入管94吸入的低压制冷剂，经第一旋转压缩部件32压缩后变成中间压，排出到密闭容器12内。而后，从制冷剂导入管92排出流入中间冷却回路150A。中间冷却回路150A以穿过气体冷却器154的方式被设置，在这里，制冷剂由空气冷却方式散热。在此处，中间压的制冷剂被气体冷却器夺取热。
而后，吸入第二旋转压缩部件34进行第二级压缩而变成高温高压制冷剂气体，从制冷剂排出管96排出到外部。这时，制冷剂被压缩到适当的超临界压力。
从制冷剂排出管96排出的制冷剂气体流入气体冷却器154，在这里以空气冷却方式散热后，通过内部热交换器160。制冷剂在这里被从蒸发器157出来的低压侧制冷剂吸取热量而被进一步冷却。而后，制冷剂由膨胀阀156减压，在该过程中变成气/液混合状态，之后流入蒸发器157进行蒸发。从蒸发器157流出的制冷剂通过内部热交换器160，在那里从前述高压侧而制冷剂吸热而被加热。
而后，在内部热交换器160中被加热的制冷剂从制冷剂导入管94吸入旋转式压缩机10的第一旋转压缩部件32内，反复进行这种循环。这样，由内部热交换器160以高压侧的制冷剂对从蒸发器157排出的制冷剂加热、可获得过热度，在低压侧不设储液器等，就可防止液状制冷剂被吸入的液体反回压缩机10，压缩机10可避免因液体压缩而受到损伤的不良情况。
在这样的制冷剂循环装置中，当停止压缩机10时，在高压制冷剂从气缸38的间隙流入密闭容器12内，高压与中间压达到平衡压之后，由于其和低压达到平衡压，制冷剂回路内的压力达到平均压力需要较多的时间。
这种情况下，在停止后再起动时，如存在旋转压缩部件的高低压差，则具有起动性能恶化、同时引起损伤的危险。
另外，密闭容器内的中间压，由于首先与高压侧压力达到平衡压力，与通常运转时相比，停止后压力上升。因此，考虑到停止后的压力上升，必须进行压缩机密闭容器的耐压设计，导致生产成本提高。
本发明即是为了解决所述技术课题，其目的在于提供压缩机停止后制冷剂回路尽快达到均压、同时可降低生产成本的制冷剂循环装置。
发明内容
在本发明的制冷剂循环装置中，具有连通制冷剂回路的中间压区域与低压侧、或连通高压侧与中间压区域的旁通回路、设于该旁通回路上的阀装置以及控制该阀装置开关的控制装置，由于该控制装置平常使阀装置关闭，在压缩机停止时打开，使旁通回路的流路导通，故可加快压缩机停止后的制冷剂回路的均压。
第二项发明的特征在于，在第一项发明基础上，控制装置在和压缩机停止的同时打开阀装置。
第三项发明的特征在于，在第一项发明基础上，控制装置从压缩机即将停止时到停止后打开装置。
第四项发明的特征在于，在第一项发明基础上，控制装置在从压缩机停止时刻起经过的规定时间之后打开阀装置。
第五项发明的特征在于，在上述各项发明的基础上，作为制冷剂使用二氧化碳。
附图说明
图1是本发明的制冷剂循环装置中使用的实施例之内部中间压多级压缩式旋转式压缩机的纵断面图。
图2是本发明的制冷剂循环装置的制冷剂回路图。
图3是现有制冷剂循环装置的制冷剂回路图。
具体实施方式
下边借附图详细说明本发明的实施形式。图1是作为使用于本发明的制冷剂循环装置的压缩机的实施例，具有第一旋转压缩部件(第一压缩部件)32与第二旋转压缩部件(第二压缩部件)34的内部中间压型多级(2级)压缩式旋转式压缩机10的纵断面图，图2是本发明的制冷剂循环装置的制冷剂回路图。
在各图中，10是以二氧化碳(CO2)作为制冷剂使用的内部中间压型多级压缩式旋转压缩机，该压缩机10由钢板构成的圆筒状密闭容器12、配置收纳于该密闭容器12内部空间上侧的作为驱动部件的电动部件14以及配置于该电动部件14的下侧并由电动部件14的旋转轴16驱动的第一旋转压缩部件(第一级)32与第二旋转压缩部件(第二级)34构成的旋转压缩机构部18构成。而且，压缩机10的电动部件14是所谓磁极集中卷绕式的DC马达，由变换器进行转速与转矩控制。
密闭容器12由以底部作贮油池、收纳了电动部件14和旋转压缩机构部18的容器本体12A，和闭塞了该容器本体12A的上部开口的大致呈碗状的端盖(盖体)12B构成，且在该端盖12B的上面中心形成圆形安装孔12D，在该安装孔12D中安装着用于向电动部件14供电的端子(省略了配线)20。
前述电动部件14由沿密闭容器12上部空间的内周面环状安装的定子22、和在该定子22的内侧设若干间隔地插入设置的转子24构成。该转子24固定于通过其中心沿铅垂方向延伸的旋转轴16上。定子22具有层叠环状电磁钢板而成的层叠体26和由直卷(集中卷绕)方式卷装于该层叠体26的齿部的定子线圈28。另外，转子24与定子22同样是由电磁钢板层叠体30形成，在该层叠体30内插入永久磁铁MG而形成。
在前述第一旋转压缩部件32与第二旋转压缩部件34之间夹持着中间隔板36。即，第一旋转压缩部件32与第二旋转压缩部件34由中间隔板36、配置于该中间隔板36的上下的上气缸38与下气缸40、在该上下气缸38、40内，由具有180的相位差并设于旋转轴16上的上下偏心部42、44偏心旋转的上下滚子46与48、抵接于该上下滚子46与48并将上下气缸38与40内分别划分成低压室侧与高压室侧的叶片50与52、闭塞上气缸38的上侧开口面与下气缸40的下侧开口面并作为兼用作旋转轴16的轴承的支承构件的上部支承构件54与下部支承构件56构成。
另一方面，在上部支承构件54与下部支承构件56上设有以图中未示出的吸入口分别与上下气缸38、40内部连通的吸入通路60(图中未示出上侧吸入通路)、和使一部凹陷并由上部盖66与下部盖68闭塞该凹陷部而形成的排出消音室62与64。
而且以贯穿上下气缸38、40与中间隔板36的连通路连通排出消音室64与密闭容器12内，在连通路的上端立设中间排出管121，以第一旋转压缩部件32压缩的中间压的制冷剂气体从上述中间排出管121排出到密闭容器12内。
作为制冷剂，要考虑到对地球环境损害小，并考虑到其可燃性与毒性等，使用作为自然制冷剂的前述二氧化碳(CO2)；作为润滑油的油比如可使用矿物油、烷基苯油、乙醚油、酯油、PAG(聚二醇油)等的已有的油。
在密闭容器12的容器本体12A的侧面上，在对应于上部支承构件54与下部支承构件56的吸入通路60(上侧图中未示出)、排出消音室62、上部盖66的上侧(大致与电动部件14的下侧对应的位置)的位置，分别焊接固定着套筒141、142、143与144。在套筒141内插入连接着用于向上气缸38导入制冷剂气体的制冷剂导入管92的一端，该制冷剂导入管92的一端与上气缸38的图中未示出的吸入通路连通。该制冷剂导入管92经后述的设于中间冷却回路150的气体冷却器154到达套筒144，其另一端插入连接套筒144内而与密闭容器12内连通。
在套筒142内插入连接用于向下气缸40内导入制冷剂气体的制冷剂导入管94的一端，该制冷剂导入管94的一端与下气缸40的吸入通路60连通。另外，在套筒143内插入连接制冷剂排出管96，该制冷剂排出管96的一端与排出消音室62连通。
在图2中，上述压缩机10构成了图2所示的制冷剂回路的一部分。即，压缩机10的制冷剂排出管96连接于气体冷却器154的入口。而连接于该气体冷却器154的出口的配管通过内部热交换器160。该内部热交换器160用于使从气体冷却器154出来的高压侧的制冷剂与从蒸发器157出来的低压侧的制冷剂进行热交换。
通过内部热交换器160的配管到达作为节流装置的膨胀阀156。而后，膨胀阀156的出口与蒸发器157的入口连接，从蒸发器157出来的配管经过内部热交换器160连接到制冷剂导入管94。
另外，在制冷剂回路中设置连通本发明的中间压区域与低压侧的旁通回路170。即，从作为中间压区域的中间冷却回路150的制冷剂导入管92的中途部分支出旁通回路170(图1中未示出)。旁通回路170连接到作为制冷剂回路的低压侧的制冷剂导入管94。在该旁通回路170中设作为用于开闭旁通回路170的流路的阀装置的电磁阀174，由控制装置100控制该电磁阀174的开闭。
这里，控制装置100是用于进行制冷剂回路的控制的控制装置，用来控制前述电磁阀174的开闭与膨胀阀156的节流调整，以及压缩机10的转速。该控制装置100平常使电磁阀174关闭，在压缩机10停止时打开，并敞开旁通回路170的流路。即，在本实施例中，控制装置100，在压缩机10运转中关闭电磁阀174，而与压缩机10停止的同时打开电磁阀174，使旁通回路170的流路导通。
而且，前述中间压区域是相当于由第一旋转压缩部件32压缩的制冷剂到被吸入第二旋转压缩部件34的路径的全部的部分；旁通回路170并不局限于实施例的位置，只要是连通中间压制冷剂气体通过的路径与低压制冷剂气体通过的路径，则连接位置并没有什么特别限定。
下边来说明上述构成的本发明的制冷剂循环装置的动作。在压缩机10起动前、前述旁通回路170的电磁阀174是由控制装置100打开的。当由控制装置100通过端子20与图中未示出的配线向压缩机10的电动部件14的定子线圈28通电时，控制装置100使电磁阀174关闭，电动部件174即由前述变换器起动。
由此，转子24开始旋转，配合于与旋转轴16一体设置的上下偏心部42、44上的上下滚子46、48在上下气缸38、40内偏心旋转。经由制冷剂导入管94与形成于下部支承构件56上的吸入通路60、从图中未示出的吸入口吸入气缸40的低压室侧的低压(在通常运转状态下是4MPa左右)的制冷剂气体，由滚子48与叶片52的动作被压缩成中间压(在通常状态下为8MPa左右)，从下气缸40的高压室侧经图中未示出的连通路从中间排出管121排出到密闭容器12内。由此，在密闭容器12内成了中间压。
密闭容器12内的中间压制冷剂气体进入制冷剂导入管92，从套筒144流出并流入中间冷却回路150。在这里，在压缩机10的运转中，由于由控制装置100关闭了电磁阀124，从套筒144出来并流入中间冷却回路150的中间压制冷剂气体全部通过气体冷却器154。而且流入该中间冷却回路150的制冷剂气体在通过气体冷却器154的过程中，以空气冷却方式散热。这样，通过使由第一旋转压缩部件32压缩的中间压的制冷剂气体通过中间冷却回路150，可由气体冷却器154有效进行冷却，故可抑制密闭容器12内的温度上升，也可提高第二旋转压缩部件34的压缩效率。
由气体冷却器154冷却过的中间压制冷剂气体，经由形成于上部支承构件54上的图中未示出的吸入通路后从图中未示出的吸入口吸入到第二旋转压缩部件34的上气缸38的低压室侧。
被吸入到第二旋转压缩部件34的上气缸38的低压室侧的制冷剂气体，由滚子46与叶片50的动作进行第二级压缩而变成高温高压(在通常运转状态下为12MPa左右)的制冷剂气体，从高压室侧通过图中未示出的排出口经由形成在上部支承构件54上的排出消音室62从制冷剂排出管96排出到外部。这时，制冷剂被压缩到适当的超临界压力，从该制冷剂排出管96排出的制冷剂气体流入到气体冷却器154。
流入到气体冷却器154的制冷剂气体由空气冷却方式散热之后，通过内部热交换器160。制冷剂在这里被低压侧的制冷剂吸取热量而被进一步冷却。由此，由于制冷剂的过冷却度变大的效果，提高了蒸发器157的制冷剂的冷却能力。
由内部热交换器160冷却的高压侧制冷剂气体到达膨胀阀156。而且，在膨胀阀156的入口制冷剂气体仍然是气体状态。制冷剂，由膨胀阀156的压力降低，成气体/液体二相混合体，在该状态下流入蒸发器157内。在这里，制冷剂蒸发，从空气中吸热、产生冷却作用。
而后，制冷剂从蒸发器157流出，通过内部热交换器160。在这里从前述高压侧的制冷剂吸热、受到加热作用。这样，在蒸发器157中蒸发而变成低温，也有从蒸发器157出来的制冷剂不完全是气体状态而是混合着液体的状态的情况，但通过使其通过内部热交换器160与高压侧的制冷剂进行热交换，制冷剂取得过热度完全变成气体。由此，在低压侧不设储液器就可确实防止液体制冷剂吸入压缩机10的液体返回，并可避免压缩机10因液体压缩而受到损伤的不良情况。
在内部热交换器160被加热的制冷剂被从制冷剂导入管94吸入到压缩机10的第一旋转压缩部件32内，反复进行这种循环。
其次，来说明压缩机10停止时的动作。在蒸发器157上产生附着霜等情况下，控制装置100在停止压缩机100的运转的同时，打开设于旁通回路170的电磁阀174，使旁通回路170的流路导通。由此，制冷剂回路的中间压区域与低压侧被连通。
即，压缩机10的运转一停止，高压制冷剂气体从气缸38的间隙流入，如后所述，密闭容器12内的中间压上升，中间压区域与高压侧达到平衡压力。而后，低压侧与它们达平衡压力，制冷剂回路内被均压。这样，到制冷剂回路内达到均压需用较长的时间，在停止后再起动时，如旋转压缩部件存在高低压差，则起动性能恶化。
另外，当这样地在存在有高低压差状态再起动时，容易产生中间压与高压的压力逆转或高压侧压力异常上升，有引起机器损伤的危险。
因此，在本发明中，由于压缩机10一停止即打开电磁阀174、使旁通回路170导通，而使中间压区域与低压侧连通，可加快中间压区域与低压侧的均压。
由此，可显著缩短制冷剂回路内达到均压的时间，并可改善停止后再起动时的起动性能。
另外，在现有技术中，如前所述，由于开始密闭容器12内的中间压与高压侧的压力达到平衡，由于从压缩机运转状态到停止后压力增高，考虑到这种停止后的压力上升，必须进行密闭容器12的耐压设计。但是，在本发明中，由于压缩机10停止后使中间压区域与低压侧连通，在停止后，压缩机10的密闭容器12内的压力不会比运转状态的压力上升，故可降低密闭容器12的设计压力。
由此，可减薄密闭容器12的壁厚，并可望降低压缩机10的制造成本。
另一方面，当由控制装置100使压缩机10再起动时，控制装置100将电磁阀174全闭。由此，旁通回路170被关闭，由第一旋转压缩部件32压缩的中间压的制冷剂气体全部被吸入到第二旋转压缩部件34。
在本实施例中，在制冷剂回路中设置了连通中间压区域与低压侧的旁通回路170，但也不限于此，也可以使旁通回路连通制冷剂回路的高压侧与中间压区域。在这种情况下，由于也可以加快制冷剂回路内的均压，故可缩短制冷剂回路内达到均压需要的时间。
在本实施例中，控制装置100在与压缩机10停止的同时打开电磁阀174，敞开旁通回路；但本发明不限于此，控制装置100也可从压缩机10即将停止时到停止后打开阀装置。
另外，控制装置100也可在从压缩机10停止时刻起规定时间后，例如，在压缩机10停止后，密闭容器12内的压力达到临界点以前的时间内打开电磁阀174。在这种情况下也可加快达到制冷剂回路内的均压，可降低压缩机10的设计压力。
再者，在本实施例中，控制装置100在与压缩机10起动的同时关闭电磁阀174，但也不限于此，控制装置100也可在制冷剂回路内均压完成时刻关闭电磁阀174。
在本实施例中，压缩机10以内部中间压型多级(2级)压缩式旋转压缩机进行了说明，但本发明中可使用的压缩机10并不仅限于此，只要是具有2级以上的压缩部件的密闭容器的压力成中间压的压缩机10，则本发明都有效。
如上所详述，如依本发明的制冷剂循环装置，该装置具有：连通制冷剂回路的中间压区域与低压侧、或连通高压侧与中间压区域的旁通回路；设于该旁通回路上的阀装置；用于控制该阀装置的开闭的控制装置，控制装置常将阀装置关闭，在压缩机停止时将阀装置打、而使旁通回路的流路导通，比如像第二-第四项发明所述，如控制装置在与压缩机停止同时，或从压缩机即将停止时到停止后，或以压缩机停止时刻起规定时间之后打开阀装置，可加快实现压缩机停止后制冷剂回路内的中间压区域与低压侧的均压。
由此，可显著缩短制冷剂回路内达到均压的时间，可改善停止后再起动时的起动性能。
另外，如上述第二项-第三项发明所述，如控制装置在与压缩机停止同时、或从压缩机即将停止时到停止后打开阀装置，可较早使制冷剂回路内的压力成为平衡压力，可提高起动性能。
另一方面，如前述第四项发明所述，如控制装置可在从压缩机停止时刻起规定时间后打开阀装置，可降低密闭容器内的设计压力，可望降低制造成本。
特别是，如第五项发明所述，作为制冷剂在使用二氧化碳的情况下，则上述各发明更有效，同时也有助于环境问题。

Claims (4)

1.一种制冷剂循环装置，在该制冷剂循环装置中依次连接压缩机、气体冷却器、节流装置及蒸发器而构成制冷剂回路，并且前述压缩机在密闭容器内具有由驱动部件驱动的第一和第二压缩部件，从前述制冷剂回路的低压侧将制冷剂吸入到前述第一压缩部件并进行压缩，排出到前述密闭容器内，同时将该密闭容器内的中间压的制冷剂吸入到前述第二压缩部件并进行压缩后排出到前述制冷剂回路的高压侧，其特征在于，
该制冷剂循环装置具有：连通前述制冷剂回路的中间压区域与低压侧、或连通高压侧与中间压区域的旁通回路，设于该旁通回路上的阀装置，用于控制该阀装置的开闭的控制装置；
该控制装置平常使前述阀装置关闭，而在前述压缩机停止时打开阀装置而使前述旁通回路的流路导通。
2.按权利要求1所述的制冷剂循环装置，其特征在于，前述控制装置在前述压缩机停止的同时打开前述阀装置。
3.按权利要求1所述的制冷剂循环装置，其特征在于，前述控制装置在从前述压缩机停止时刻经过规定时间之后打开前述阀装置。
4.按权利要求1、2或3项所述的制冷剂循环装置，其特征在于，前述制冷剂使用的是二氧化碳。
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