TWI310075B - Refrigerant cycline device - Google Patents

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TWI310075B
TWI310075B TW092122195A TW92122195A TWI310075B TW I310075 B TWI310075 B TW I310075B TW 092122195 A TW092122195 A TW 092122195A TW 92122195 A TW92122195 A TW 92122195A TW I310075 B TWI310075 B TW I310075B
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compression element
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Kenzo Matsumoto
Yamanaka Masaji
Yamasaki Haruhisa
Kazuya Sato
Yamaguchi Kentaro
Fujiwara Kazuaki
Akifumi Tomiuka
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Sanyo Electric Co
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Description

/月P日修(更)正替換頁 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於-種冷媒循環袭置，其高壓侧會成為 超臨界壓力。 【先前技術】 在習知的此種冷媒循環裝置中，例如在被裝置於空調 機之冷媒循環裝置中，利用切換做為流路切換手段的四方 閥，在冷房運轉(冷卻運轉)時，壓縮機所排出的冷媒經過 四方閥，而排放到室外侧熱交換器（熱源侧熱交換器”冷 媒在該室外側熱交換器放熱後，以減壓手段來節流，再供 給給室内側熱交換器（利用侧熱交換器）。冷媒在此處蒸 發，並且在此時藉由從周圍吸熱，來發揮冷卻作用，以冷 卻室内。之後，冷媒通過四方閥，回到壓縮機，並且反覆 地進行上述循環。另一方面，在暖房運轉(加熱運轉）時， 壓縮機所排出的冷媒經過四方閥，而排放到室内側熱交換 器（利用側熱交換器），冷媒在此處放熱，並且在此時藉由 對周圍放熱’以加熱室内。之後，冷媒以減壓手段來節流， 再排放到室外侧熱交換器（熱源侧熱交換器）。冷媒在室外 侧熱交換器從週遭吸熱後，通過四方閥，回到壓縮機，並 且反覆地進行上述循環(例如參考日本專利公開公報之特 131 -—_ '择,月/。曰修便)正替換頁 開平11-173682號公報）。 此外，因為近年來對地球環境問題的著墨，在此種冷 媒循環中，也不使用傳統的氟利昂冷媒，而使用自然冷媒 之二氧化碳(C〇2)來做為冷媒’而高壓侧以超臨界壓力來運 轉之冷媒循環所使用的裝置也被開發。 當在高壓侧以超臨界壓力來運轉時，在暖房運轉時之 暖房效率會顯著提升是一般皆知的事實。 然而，如上所述當在高壓側以超臨界壓力運轉時，冷 房運轉時之成績係數(COP)非常地差。因此，為了要提^ 冷房能力’必須要填人大量的冷媒填充量，而導致壓縮機 之耗電量大增等的問題產生。 【發明内容】 因此’本發明之目的係提出一種冷媒循環裝置，用以 解決前述的技術課題，錢到提升在冷房運轉時的成績係 為達成上述與其他目的，本發明接屮 ♦赞月私出一種冷媒循環裳 ’ο括壓縮機’連接熱交換器域料段，使冷媒循環 裳置進行冷卻運轉與加熱運轉，其中壓縮機包括第一 壓縮元件與第二旋轉壓縮元件，第一 罘奴轉壓縮元件與第二 疋轉壓縮元件被容置在密閉容器中。 ” 诋乐叙轉壓縮元件 _ /月β曰修(更)正替换頁 壓縮的冷媒，排放到該密閉容器内，並由該密閉容器排出 到外部，之後被導入到第二旋轉壓縮元件；中間冷卻回路， 用以使被第一旋轉壓縮元件壓縮而排放的冷媒放熱；以及 三方閥，用以在冷卻運轉時’開放中間冷卻回路，且在該 加熱運轉時，關閉該中間冷卻回路。因此，在冷卻運轉時， 使k第一旋轉壓縮元件排放出來的冷媒在中間冷卻回路放 熱，而可以達到冷卻作用，進而可以抑制密閉容器内之溫 度上升。 1 在上述之冷媒循環裝置中’前述熱交換器係由利用側 熱交換輯麟賴交換H所構成。冷_縣置更具備 内部熱交換器，在冷卻運轉時，使從I縮機排出的冷媒經 由熱源侧熱交換H、減壓手段與利削雜交換器進行循 t而在加熱運轉時，使從壓縮機排出的冷媒經由利用侧 …父換器、減壓手段與熱源侧熱交換ϋ進行循環，並且使 咖纖徽叫流過利用 因此，冷 …父、盗與該壓縮機之間的冷媒進行埶 媒的溫度可以更降低。 …、 此外 ，由於以二氧化碳來做為冷媒之用， 境問題有所貢獻。 共可以對環 下文特 :、、、讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易僅， 月/°日修(更)正替換頁 舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。 【實施方式】 接著，依據圖式來說明本發明之實施例。第1圖係使 用於本發明知冷媒循環裝置之壓縮機的實施例，為具傷第 一與第二旋轉壓縮元件32、34之内部中間壓型多段(兩段） 壓縮式旋轉壓縮機之10的縱剖面示意圖。第2圖係綠示本 發明之冷媒循環襞置應用於用來將室内冷卻或加熱（冷暖 房)之空調機100的冷媒回路圖。此外，除了空調機外，本 發明冷媒循環裝置也適用於自動販賣機、可以加熱與冷卻 運轉知展示櫃與冷溫藏櫃等。 在各圖中，内部中間壓型多段壓縮式旋轉壓縮機1〇 係由包括密閉容器12、電動元件14、旋轉壓縮機構部18 等所構成。密閉容器12為鋼板所構成之圓筒狀。電動元件 14係配置收納在密閉容器12之内部空間的上側，並做為 驅動元件。旋轉壓縮機構部18係由被電動元件14之旋轉 轴16所驅動之第-旋轉壓縮元件32與第二旋轉壓縮元件 34所構成。 密閉容器12的底部做為蓄油器，並且密閉容器} 容器本體12A與蓋體12B所構成，其中容器本體^用 來收納電動元件U與旋轉麗縮機構部18，蓋體⑽用來 月/ %修(更)正替換頁 將容器本體12A之上部開口密閉並且略成碗狀。在蓋體 12B之上面中心部上，形成圓形的安裝孔12D。用來供應 電力給電動元件14之端子(配線省略)2〇係安裝於安裝孔 12D。 電動元件14係所謂的磁極集中卷式直流(DC)馬達， 並且由定子22與轉子24所構成。定子22係沿著密閉容器 12上部空間的内周面配置且安裝成環狀’轉子24則以些 微間隔插入設置於定子22内。定子22具有積層體26與定 子線圈28 ’積層體26為圈狀(doughnut shape)之電磁鋼板 堆疊而成，定子線圈28則以直卷(集中卷)方式卷繞於積層 體26之齒部。此外，轉子24也具有與定子相同構造，以 電磁鋼板之積層體30來構成，並且將永久磁鐵MG插入 該積層體30中。 中間分隔板36被挾持於前述第一旋轉壓縮元件32與 第二旋轉壓縮元件34之間。換句話說，第一旋轉壓縮元件 32與第二旋轉壓縮元件34係由中間分隔板36;上汽缸38 與下汽缸40，配置在中間分隔板36上下位置上；上下滾 輪46、48,具有180度的相位差並且藉由設置在旋轉轴16 上之上下偏心部42、44在上下汽缸38、4〇内做偏心旋轉； 閥50、52 ’與上下滾輪46、48接觸，將上下汽缸％、40 13100； 降/月/( 同修(更)正替換頁 ^刀別分割成低Μ室側與高塵室側；以及上切部材54 ^切騎56用簡上汽缸38上_ 口面與下汽缸40 貝,扣面封起來，並兼做旋轉軸16之轴承且做為支撐部 材0 吸入通路6〇(上側吸入通路未緣出）與凹陷 561室62、64形成於上支料材54與下支撐部材 。吸入通路58、60分別以吸入埠(未繪出)連通到上下 ^排㈣音室62、64之個別與各汽缸％、 室62 Γ之開口部係分別被蓋體封起來。亦即，排出消音 ^皮做為蓋體之上蓋66封起來，而排出消音室64被做 马盍體之下蓋68封起來。 此外’排出消音室64與密閉容器⑴系以貫通上下汽 、40與中間分隔板％之連通路來加以連通。 於連通路的上端。被第-旋轉壓縮元㈣ 内中_冷媒從該中間排出管被排放到密器12 應上支撐部材54與下支禮部材56之吸入通路 (上側未繪出）、排出消音室 電動 上盍66上侧（約略對應 144動Γ之下端的位置)的位置上，襯管⑷、⑷、M3、 刀別洛接固定於密閉容器12的容器本體Μ的側面 ’換'’月’ °日修(更)正替換買 墨 上。將冷媒導入上汽缸38之冷媒導入管92的一端插入連 接至襯管141内’此冷媒導入管92的一端則連通於上汽紅 38之吸收通路(未緣出）^冷媒導入管％經過後述之設置於 中間冷卻回路150上之室外侧熱交換器154(熱源側熱交換 器)後到達襯管144 ’另-端赌人連接於姆144内而連 通至密閉容器12内。 此外，用來將冷媒導入下汽缸4〇之冷媒導入管94的 -端插入連接域管142内，而此冷媒導人管94的一端則 連通至下放4G的吸人通路⑼。此外，冷媒排出管％係 插入連接至襯管143内，而此冷媒排出管％的_端再連接 到排出消音室62。 接者，如第2圖所示，空調機100係由配置在室内且 用來對室内空調的室内機(未繪出）以及裝設在屋外的室外 機(未繪出）所構成。做為利用侧熱交換器之室内侧熱交換 以57係内藏於室内機中。此外，本實施例係使用二氧化 石反做為冷媒來加以說明。 、另-方面，在室外機内設置做為使冷媒循環手段的前 Ί缩機1G在冷房運轉(冷卻運轉)時開放前述中間冷卻 ⑽1^_置的三方閥162、做為流路切換手段的四 方_、室外側熱交換器154、内部熱交換器·與做為
月/曰修(更)正替換頁 13100 減壓手段之膨脹閥156等。此外，前述中間冷卻回路15〇 係用來使被第一旋轉壓縮元件32壓縮且排放到密閉容器 12内之冷媒放熱’而此回路15〇的一部分已通過室外侧熱 交換器154的方式來形成。 其次’壓縮機10的冷媒排放管96經由四方閥161， 以配管連接到室外側熱交換器154,室外側熱交換器154 出來的配管通過内部熱交換器160。内部熱交換器16〇係 使在室外側熱交換器154與膨脹閥156間流動的冷媒以及 在室内側熱交換器157與壓縮機1〇間流動的冷媒進行熱交 換0 從内部熱交換器160出來的配管則通過膨脹閥156連 接到室内側熱交換器157。室内侧熱交換器157通過内部 熱交換器160，經由四方閥161而連接到冷媒導入管94。 接者’以上述的架構來說明本發明的冷媒回路裝置。 此外’在冷房運轉時，利用未繪出的控制襞置，將四方闕 161與三方閥162切換成如實線所示的路徑，冷媒便如第2 圖所示之實線流動。接著’經由端子20以及未缘出的配 線’當壓縮機10之電動元件14的定子線圈28通電後，電 動元件14便起動而轉子24也隨之轉動起來。藉由此轉動， 與旋轉軸16 —體設置的上下偏心部42、44嵌合之上下滾 11 I310(p-- |^捧/月/13曰修(更)正替換頁 輪46、48便在上下汽缸内偏心旋轉。 藉此，經由形成於冷媒導入管94與下支撐部材％中 的吸入通路60 ’從未繪出之吸入埠吸入到汽紅4〇之低壓 室侧的低壓冷媒氣體，會藉由滾輪48與閥52的動作，被 壓縮成中間壓，再從下汽缸4 0之高壓室側，經由未纷出的 連通路，從中間排出管121排放到密閉容器12内。藉此， 密閉容器12便成中間壓狀態。 接者，ίδ閉谷盗12内之中間壓冷媒氣體進入冷媒導入 管92,再從襯管144出來，經圖示之實線路徑從三方閥162 流入中間冷卻回路15〇。接著，中間冷卻回路15〇在通過 室外側熱父換器154的過程中，以空冷的方式進行放熱。 如上所述一般，藉由使被第一旋轉壓縮元件32壓縮的中間 壓冷媒氣體通過中間冷卻回路150,冷媒氣體可以被室外 侧熱交換器154有效地冷卻，所以密閉容器12内的溫度上 升可以被抑制，且第二旋轉壓縮元件34之壓縮效率也可以 提升。 此外，藉由被吸入到第二旋轉壓縮元件34之冷媒氣體 在中間冷卻回路150之室外侧熱交換器154被冷卻，被第 二旋轉壓縮元件34壓縮且排出的冷媒氣體的溫度可以被 抑制而不上升。 12 1310 月’°^修(更)正替換頁 藉此，因為在膨脹閥156前之冷媒的過冷卻度變大， 在室内侧熱交鋪157之冷職體的冷絲力（冷卻能力) 可以提升。再者，在不增加冷媒循環量的情形下，也可以 很容易地達騎要的蒸發溫度，而_機1G的耗電量也可 以被降低。因此’在冷房運轉時之成績餘(CGp)也可以 獲得改善。
接著，被冷卻的中間壓冷媒氣體經由形成於上支撐部 材54中之吸入通路(未繪出），從未繪出的吸入埠被吸入到 第二旋轉壓縮元件34之上汽缸38的低壓室側。藉由滾輪 46與閥50的動作’進行第二段壓縮而成為高溫高壓冷媒 氣體。接著，從高壓室侧，通過未繪出的排出埠，再經過 形成於上支撐部材54中的排出消音室62，而從冷媒排出 管96被排放到外部。此時，冷媒被壓縮到適當的超臨界壓 力。
從冷媒排出管96排出的冷媒氣體則如圖中的實線所 示，從四方閥161流入至室外侧熱交換器154，並於該處 以空冷方式放熱，之後再通過内部熱交換器160。冷媒於 此處被低壓侧冷媒奪取熱，而更進一步地被冷卻。藉此， 因為在膨脹閥156前之冷媒的過冷卻度變大，在室内侧熱 交換器157之冷媒氣體的冷房能力可以更進一步地提升。 13 1310095- Μ /月Θ曰修(更)正替換頁 被内部熱交換器160冷卻的高壓側冷媒氣體到達膨脹 閱156。此外，在膨脹閥156的入口處，冷媒氣體仍然是 氣體狀態。由於在膨脹閥156處的壓力下降，冷媒變成氣 體/液體的兩相混合體，並且以此狀態流入室内側熱交換 器。冷媒於該處蒸發，且利用從空氣吸熱來發揮冷卻作用， 以冷卻室内空間。 之後’冷媒從室内侧熱交換器157流出，通過内部熱 交換器160。於該處，從高壓側冷媒奪取熱而受到加熱作 用。因此’從室内侧熱交換器157出來的冷媒可以被確實 地氣化。以此方式，可以確實地防止液體冷媒被吸入到壓 縮機10内之液體回流，而不需要設置接收槽。因此，可以 防止壓縮機10因為液體壓縮所造成的損傷等之缺點。 此外’在内部熱交換器160被加熱的冷媒則從冷媒導 入管94被吸入到壓縮機1〇之第一旋轉壓縮元件32内，並 且反覆地進行上述循環。 另一方面，在暖房運轉(加熱運轉)時，利用未繪出的 控制裝置’將四方閥161與三方閥162切換成如虛線所示 的路從’冷媒便如第2圖所不之虛線流動。接著，經由端 子20以及未繪出的配線’當壓縮機1〇之電動元件14的定 子線圈28通電後’電動元件14便起動而轉子24也隨之轉 !310β2^ 呢/月/ 〇日修(更)正替換頁 ;-——一. 由此轉動’與旋轉轴16一體設置的上下偏心部 之上下滾輪46、48便在上下紅内偏心旋轉。 糟此’㈣軸於冷94訂切
Γ及入通路⑹’從树出之吸人埠吸人顺之低I =獅冷媒氣體，會藉由滚輪，2的… 縮成_，再從下汽㈣之高壓室侧，㈣松出的 ^通^，從中間排出管121排放到密閉容器η内。藉此， 达閉谷器12便成中間壓狀態。 其接著，密閉容器12内之中間壓冷媒氣體進入冷媒導入 二=如圖中虛線所示的路徑，經由形成於第二旋轉壓縮 2之上支樓部材M中的吸入通路(未纷出），從未繪 出之吸入埠被吸入到第二旋轉壓縮元件34之上汽紅38的 低壓室側。於該處’藉由滾輪46與閥5〇的動作來進行第 二段壓縮’成為高壓高溫的冷媒氣體。接著，從高壓室側， 通過未縿出的排出槔，再經由形成於上支撐部材Μ内的排 放消音室62 ’從冷媒排出管96排放到外部。此時，冷媒 被適當地壓縮成超臨界壓力。 從冷媒排出管96排出的冷媒氣體則如圖中 示’從四方間⑹通過内部熱交換器16〇。冷媒在:處被 低壓側冷媒奪取熱後而被冷卻。之後，冷媒流入室内侧熱 15 1310075 • ~~ ·'" III III _·_|||____·-_ΙΤ /^/月〜修⑻正替换頁 8.............................................. I. . , - 交換器157 ’並於該處放熱。此時’冷媒對周圍環境放熱，· 藉此已達到對室内加溫。此外’在室内側熱交換器157之 冷媒仍然是氣體狀態。之後，由於在膨脹閥156處的壓力 下降’冷媒變成氣體/液體的兩相混合體，並且經過内部熱 父換器160，而流入室外側熱交換氣154。冷媒於該處蒸 發，且從空氣中吸熱。 之後’冷媒從室外侧熱交換器154流出，經過前述四 方閥161，從冷媒導入管94被吸入到壓縮機1〇之第一旋 轉壓縮元件32内，並且反覆地進行上述循環。 如上所述，在暖房運轉時，利用前述三方閥162，冷 媒不會流入到中間冷卻回路15〇，且因為被第一旋轉壓縮 元件32壓縮的冷媒沒有被冷卻便被吸入到第二旋轉壓縮 元件34中，故被第二旋轉壓縮元件34壓縮且排出的冷媒 便不會降低溫度’而可以較高溫的狀態供給給室内側熱交 換器157。藉此’在暖房運轉時，室内側熱交換器之冷媒 氣體的暖房能力（加熱能力）便可以被維持。 總之’可以-邊維持在暖房運轉時在室内侧熱交換器 157之冷媒氣體的暖房能力，而—方面在冷房運轉時，由 可以改善提升在室内側熱換器157之冷媒氣體的冷房能 力。 16 I31Q075——-~~___ —/月’。日修(更)正替換頁 L________ —— 此外，在本實施例中，做為減壓手段之膨脹閥156可 以在冷房運轉與暖房運轉的兩種運轉中使用，但是並不侷 限於此架構。例如，可以設置兩個膨脹閥，可以在冷房運 — 轉與暖房運轉時切換使用。 此外，在本實施例中，中間冷卻回路15〇的一部分係 以通過室外侧熱交換器154來形成，並且將通過中間冷卻 回路150的冷媒以室外側熱換器154來冷卻之物但是本 鲁 發明並不侷限於此結構。例如，在中間冷卻回路15〇中， 也可以設置額外的熱交換n來冷卻^冷相路15〇 的冷媒。 其次，在本實施例係使用二氧化碳做為冷媒，但是本 發明並不限定於此範_。例如’在高壓側成為超臨界壓力 的冷媒循環裝置中可以被使用的各種冷媒均適用。 如上所述，依據本發明所教示的話，在冷卻運轉時， # 可以使被第-旋轉壓縮元件排出的冷媒在中間冷卻回路内 放熱而達到冷卻作用，因此可以抑制密閉容器内的溫度上 升。 藉此，在冷卻㈣時，在熱域器之冷媒氣體的料 能力提升’且在冷卻運轉時，不需要增加冷媒循環量便可 以輕易地達到所要的条發溫度，而麗縮機的耗電量也可以 17 !310025_ QQ , — 一----------- ________ 降低。ΚΙ w_ -U此’可以達到改善冷房運轉時之成績係數的效果_ 因此’在加熱運轉時，熱交換器之冷媒氣體的加熱能 —、維持，而另一方面在冷卻運轉時，熱交換器之冷媒 氣體的冷卻能力也可以有提升的效果。 、再者，依據本發明的另一觀點，在熱源側熱交換器與 ;、壓手段之間流動的冷媒被利用側熱交換器與壓縮機之間 二動的冷媒奪走熱，藉以冷媒的溫度可以更降低。此外在 、部運轉時，利用侧熱交換器之冷媒氣體之冷卻能力的改 善可以獲得更進一步的效果。 此外’依據本發明的話，以二氧化碳做為冷媒 對環境議魏财所貢獻。 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在 本發明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，故本 發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所 【圖式簡單說明】 者為準。 第1圖緣示構成本發明之冷媒循環裝置之内部中門壓 型多段塵縮式旋轉麼縮機的縱剖面圖。 第2圖緣示本發明之冷媒循縣置的冷媒回 【主要元件符號說明】 18 1310075 月修(£)正替換頁 10壓縮機 12密閉容器 12A容器本體 12B蓋體 12D安裝孔 14電動元件 16旋轉軸 18旋轉壓縮機構部 20端子 22定子 24轉子 26積層體 28定子線圈 30積層體 32/34第一/第二旋轉壓縮元件 36中間分隔板 38上汽缸 40下汽缸 42/44上下偏心部 46、48上下滾輪 50、52 閥 54/56上下支撐部材 60吸入通路 62、64排出消音室 66/68上、下蓋 92/94冷媒導入管 96冷媒排出管 100冷媒循環裝置 121中間排出管 141、142、143、144 襯管 150中間冷卻回路 154室外側(熱源測)熱交換器
19 1310075___ ^泰/月’ 修(更)正替換頁 157室内侧(利用侧）熱交換器 156膨脹閥（減壓手段） 160内部熱交換器 161四方閥 162三方閥
20

Claims (1)

1310075 「一一…______ ,, 修(史)正替換j 七、申請專利範圍·· 1.一種冷媒循環裝置，包括·· -壓縮機’連接-熱交換n與—減料段，使該冷媒 循環裝置進行-冷卻運轉與—加熱，其中該壓縮機包 括-第-旋轉壓縮元件與-第二旋轉麼縮元件，該第一旋 轉塵縮元件與該第二旋轉壓縮元件被容置在—密閉容器 中，被該第-旋觀縮元件壓_冷媒，排相該密閉容 器内’並由該密閉容器排出到外部，之後被導人到該第二 旋轉壓縮元件； -中間冷卻回路，用以使被該第_旋轉壓縮元件壓縮 而排放的冷媒放熱；以及 -三方閥’用以在該冷卻運轉時，開放該中間冷卻回 路，且在該加熱運轉時，關閉該中間冷卻回路。 如申β月專利範圍第丨項所述之冷媒循環裝置，其中 該熱交換祕由—_織交換賴—熱_熱交換器所 構成^冷媒循環裝置更減衫換器，在該冷卻 運轉時’、使錢壓縮機排出的冷媒經由該熱源側熱交換 器該減壓手段與該利用侧熱交換器進行循環而在該加 ，運轉時’使從該壓縮機排出的冷媒經由該姻側熱交換 益該減漫手段與該熱源側熱交換器進行循環，並且使流 21 1310075 _________ 使)正替換頁 . 過該熱源侧熱交換器與該減壓手段之間的冷媒以及流過該 利用側熱交換器與該壓縮機之間的冷媒進行熱交換。 3.如申請專利範圍第1項或第2項所述之冷媒循環裝 置，其中該冷媒係使用二氧化碳。
22 I31Q 『5________— 月/°0修(更)正替換頁 四、指定代表圖： (一） 本案之指定代表圖：圖2 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： 10壓縮機 12密閉容器 12A容器本體 14電動元件 16旋轉軸 20端子 32/34第一/第二旋轉壓縮元件 92/94冷媒導入管 96冷媒排出管 100冷媒循環裝置 150中間冷卻回路 156膨脹閥 154室外侧熱交換器 160内部熱交換器 157室内侧熱交換器 161四方閥 162三方閥 五、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化 學式： 無
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