TWI564524B - Refrigeration cycle - Google Patents

Description

冷凍循環裝置

本發明係關於具備有低段側壓縮部及高段側壓縮部之壓縮機的冷凍循環裝置。

過去已知具有低段側壓縮部及高段側壓縮部之2段螺旋式壓縮機的冷凍循環裝置。此多段壓縮機，冷媒在低段側壓縮部中被壓縮之後，再於高段側壓縮部將冷媒進一步壓縮。在此種2段螺旋式壓縮機中使用的元件有溫度限制，對吐出氣體溫度設有上限。所以為了降低吐出氣體的溫度而提出了各種的手法(例如參照專利文獻1、2)。

在專利文獻1中揭露了2段壓縮冷凍機，其具有油冷卻器，其進行在油分離器中分離出的冷凍機油、和在冷凝器中冷凝的冷媒之間的熱交換。在油冷卻器中冷卻的冷凍機油被注入低段側壓縮部，流過油冷卻器的冷媒注入中間壓室。在專利文獻2中揭露了冷凍循環回路，其在蒸發器和膨脹閥之間配置節熱器(economizer)，將蒸氣狀態的冷媒或者液體狀態的冷媒從節熱器注入壓縮機的中間壓室或低段側壓縮機的吸入側。

先行技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利第3903409號公報(第1圖及段落0007)

專利文獻2：日本特表2010-525292號公報(第1圖及段落0026)

如專利文獻1，為了抑制吐出氣體溫度，而將用冷媒冷卻後的冷凍機油注入低段側壓縮部時，注入低段側壓縮部的冷凍機油的溫度必須要低。為了使冷凍機油的溫度低，必須使流入油冷卻器的冷媒流量大，並使注入中間壓室的冷媒量大。其結果為，中間壓室的中間壓上升，低段側壓縮部的壓縮比(=低段吐出壓力(亦即中間壓)/(低段吸入壓力))變大。隨著此低段側壓縮部的壓縮比的上升，低段側壓縮部的體積效率惡化而使得冷凍循環的冷卻量降低。另外，當注入中間壓室的冷媒量大時，在高段側壓縮部中吸入冷媒量增加而使得壓縮動力增大。其結果為成績係數(COP=冷卻能力/壓縮機動力)降低。

因此，本發明係為了解決上述的問題，目的在於提供一種冷凍循環裝置，其能夠抑制成績係數降低，同時抑制從高段側壓縮部的吐出氣體溫度。

本發明的冷凍循環裝置，其包括具有壓縮機、冷凝器、膨脹閥的冷凍循環回路，該壓縮機具有壓縮冷媒的低段側壓縮部、吐出在該低段側壓縮部中被壓縮的冷媒的中間壓室、及吸入該中間壓室的冷媒並加以壓縮的高段側壓縮部，該 冷凍循環裝置包括：油分離器，其設置於該壓縮機的吐出側和該冷凝器之間，將從該高段側壓縮部吐出的冷媒和冷媒中含有的冷凍機油分離；返油流路，使該油分離器中分離的冷凍機油返回至該低段側壓縮部及該高段側壓縮部；注入流路，將從該冷凝器流出的冷媒注入該中間壓室；油冷卻器，在流過該返油流路的冷凍機油和流過該注入流路的冷媒之間進行熱交換；其中該注入流路包含：第1分歧配管，將冷媒從該冷凝器直接注入該中間壓室；及第2分歧配管，將冷媒從該冷凝器透過該油冷卻器注入該中間壓室。

依據本發明的冷凍循環裝置，在油冷卻器中冷卻的冷凍機油被注入低段側壓縮部，並且向中間壓室的注入路徑有透過油冷卻器的路徑、及從冷凝器直接進行的路徑，藉此，降低從高段側壓縮部吐出的吐出氣體溫度時，不會增加向油冷卻器的冷媒的流量，而能夠藉由增加從冷凝器直接注入的冷媒量，使得吐出氣體溫度降低，因此，能夠抑制伴隨著注入量的增加的成績係數的降低，同時抑制吐出氣體溫度。。

1‧‧‧冷凍循環裝置

2‧‧‧壓縮機

2a‧‧‧低段側壓縮部

2b‧‧‧高段側壓縮部

2c‧‧‧中間壓室

3‧‧‧油分離器

4‧‧‧冷凝器

5‧‧‧主膨脹閥

6‧‧‧蒸發器

10‧‧‧注入流路

11‧‧‧第1分歧配管

12‧‧‧第2分歧配管

13‧‧‧第1流量調整器

14‧‧‧第2流量調整器

20‧‧‧返油流路

21‧‧‧低段側返油配管

22‧‧‧高段側返油配管

30‧‧‧油冷卻器

40‧‧‧開度控制部

100‧‧‧冷凍循環裝置

120‧‧‧返油流路

122‧‧‧高段側返油配管

200‧‧‧冷凍循環裝置

201‧‧‧節熱器

202‧‧‧副膨脹閥

第1圖為顯示本發明實施形態1的冷凍循環裝置的冷媒回路圖。

第2圖為顯示本發明實施形態1的冷凍循環裝置的冷媒回路圖。

第3圖為顯示過去的冷凍循環裝置之一例的冷媒回路圖。

第4圖為顯示過去的冷凍循環裝置之一例的冷媒回路圖。

第5圖為顯示本發明實施形態2的冷凍循環裝置的冷媒回路圖。

第6圖為顯示本發明實施形態3的冷凍循環裝置的冷媒回路圖。

實施形態1

以下參照圖式說明本發明冷凍循環裝置的室外機的實施形態。第1圖和第2圖為顯示本發明實施形態1的冷凍循環裝置的冷媒回路圖。第1圖的冷凍循環裝置1，形成將壓縮機2、冷凝器4、主膨脹閥5、和蒸發器6藉由配管連接的冷凍循環。在冷凍循環裝置1流動的冷媒係使用，例如R32冷媒的單一冷媒或包含R32冷媒的混合冷媒、或者如R410A那樣的在隔熱壓縮中焓差大的冷媒，亦即，容易使吐出氣體為高溫的冷媒。

壓縮機2為，吸入冷媒，將該冷媒壓縮使其成為高溫高壓的狀態並將之吐出的裝置。壓縮機2，為具備低段側壓縮部2a和高段側壓縮部2b，且低段側壓縮部2a和高段側壓縮部2b由共通的馬達轉動驅動的2段螺旋式壓縮機，而馬達則由變換器(inverter)回路驅動。在低段側壓縮部2a和高段側壓縮部2b之間設置中間壓室2c，低段側壓縮部2a將已被壓縮的冷媒向中間壓室2c吐出，且高段側壓縮部2b吸引中間壓室2c的冷媒並將其壓縮。另外，在中間壓室2c設置注入口，冷媒由注入口向中間壓室2c注入。

油分離器3，為將冷凍機油從壓縮機2的高段側壓 縮部2b吐出的冷媒分離的裝置。而且，油分離器3，將與冷凍機油分離的冷媒向冷凝器4側供給，並且使冷凍機油返回壓縮機2側。冷凝器4，為在壓縮機2所吐出的冷媒和空氣或水之間進行熱交換的裝置，其具有包含例如讓冷媒通過的傳熱管、及用以增加流過傳熱管的冷媒和外部氣體之間的傳熱面積的散熱片的構造。主膨脹閥5，為調整通過蒸發器6的冷媒之壓力的裝置，係由例如電子膨脹閥等構成。蒸發器6，為在冷媒和外部氣體或水或鹵水(brine)之間進行熱交換的裝置，其具有包含例如讓冷媒通過的傳熱管、及用以增加流過傳熱管的冷媒和外部氣體之間的傳熱面積的散熱片的構造。

而且，冷凍循環裝置1包括：注入流路10，將從冷凝器4流出的冷媒注入中間壓室2c；返油流路20，使油分離器3中分離的冷凍機油返回至低段側壓縮部2a及高段側壓縮部2b。注入流路10具有從冷凝器4和主膨脹閥5之間分別分歧的第1分歧配管11和第2分歧配管12。第1分歧配管11為將冷凝器4和中間壓室2c直接連接的裝置，第2分歧配管12則透過油冷卻器30連接冷凝器4和中間壓室2c。在第1分歧配管11設置第1流量調整器13，在第2分歧配管12設置第2流量調整器14。第1流量調整器13和第2流量調整器14係由例如電子膨脹閥等構成，藉由調整第1流量調整器13及第2流量調整器14的開度，以調整流到第1分歧配管11及第2分歧配管12的冷媒流量(注入量)。

返油流路20包含分別和油分離器3的冷凍機油的出口側和低段側壓縮部2a及高段側壓縮部2b連接的低段側返油配管21及高段側返油配管22。低段側返油配管21，為使冷凍 機油從油分離器3透過油冷卻器30返回低段側壓縮部2a之裝置，高段側返油配管22，為使冷凍機油從油分離器3直接返回高段側壓縮部2b的裝置。

另外，在冷凍循環裝置1設置油冷卻器30，在流過第2分歧配管12的冷媒和在返油流路20流入低段側壓縮部2a的冷凍機油之間進行熱交換。亦即，油冷卻器30，為將第2分歧配管12和低段側返油配管21結合，使用向中間壓室2c注入的冷媒以將冷凍機油冷卻的裝置。因此，冷凍機油在被油冷卻器30冷卻的狀態下，返回高段側壓縮部2b。

第1流量調整器13和第2流量調整器14的開度，係由開度控制部40控制。開度控制部40，其控制第1流量調整器13或第2流量調整器14的開度，以使得從高段側壓縮部2b吐出的冷媒的吐出氣體溫度為目標吐出溫度(例如85℃)。亦即，若第1流量調整器13的開度越大，則從冷凝器4直接注入中間壓室2c的冷媒量增加。另外，若第2流量調整器14的開度越大，則返回的冷凍機油的溫度越低，同時注入中間壓室2c的冷媒量增加。例如在高段側壓縮部2b的吐出側設置檢出吐出氣體溫度的圖未顯示的溫度感測器，在開度控制部40事先記憶將吐出氣體溫度和第1流量調整器13及第2流量調整器14的開度關聯的表格，使得開度控制部40基於吐出氣體溫度控制第1流量調整器13和第2流量調整器14的開度。

繼之，參照第1圖及第2圖說明冷凍循環裝置1的動作例。另外，第1流量調整器13和第2流量調整器14在壓縮機2運轉的同時打開。首先，從高段側壓縮部2b吐出的高壓的冷媒 氣體，為低壓氣體的冷媒先在壓縮機2中被壓縮成為高溫高壓的氣體狀態。高溫氣體狀態的冷媒，在冷凝器4中和外部氣體或水熱交換，冷媒的能量傳遞給熱源(空氣或水)而冷凝成為高壓液冷媒。繼之，冷媒由主膨脹閥5減壓成為低壓二相狀態並進入蒸發器6。

在蒸發器6中，冷媒吸收外部氣體或水等的能量並蒸發成為低壓氣體。此時，和冷媒熱交換後的外部氣體或水等被冷卻。之後，從蒸發器6流出的低溫低壓的冷媒氣體被吸入壓縮機2的低段側壓縮部2a，進行第1段的壓縮。然後，在低段側壓縮部2a中被壓縮的冷媒氣體被吐出到中間壓室2c。在此中間壓室2c中，被吐出的冷媒氣體被吸入高段側壓縮部2b並進行第2段的壓縮。

此時，高壓低溫的液冷媒的一部份從冷凝器4和主膨脹閥5之間透過第1分歧配管11和第2分歧配管12被液體注入中間壓室2c。另一方面，油分離器3的冷凍機油，從高段側返油配管22直接返回高段側壓縮部2b側，並透過油冷卻器30從低段側返油配管21返回低段側壓縮部2a。在此油冷卻器30中，流過第2分歧配管12的冷媒和流過低段側返油配管21的冷凍機油進行熱交換，在冷凍機油被冷卻的狀態下返回低段側壓縮部2a。此時，開度控制部40控制第1流量調整器13及第2流量調整器14的開度，使得由高段側壓縮部2b吐出的冷媒的吐出氣體溫度為目標吐出溫度(例如85℃)。

如上述，由於控制為使得吐出氣體溫度為目標吐出溫度，能夠抑制從高段側壓縮部2b吐出的冷媒的吐出氣體溫 度，使得元件的溫度不超過溫度上限限制。此時，在冷凍機油被冷卻後，即返回低段側壓縮部2a而能夠降低消費動力，而能夠抑制成績係數(COP)降低。另外，即使在冷凍機油的溫度高的狀態下就流入油冷卻器30的情況下，也不會如第3圖及第4圖所示的過去的冷凍循環裝置那樣，僅增加流通到油冷卻器30的冷媒量以降低吐出氣體溫度，而是控制為加上從第1分歧配管11側向中間壓室2c的注入使得吐出氣體溫度為目標吐出溫度。因此，能夠抑制由於注入量的增加而造成冷卻能力降低及成績係數(COP)的降低。

亦即，不需要如過去那樣為了冷卻冷凍機油而增加向中間壓室2c的注入量就可以降低中間壓室2c的中間壓，所以能夠將低段側壓縮部2a的壓縮比控制在低的值，降低在壓縮過程中的漏出損失。亦即，提高低段側壓縮部2a的體積效率，並提高冷卻能力。再者，因為冷卻在中間壓室2c中合流的冷凍機油量的冷媒的量減少，高段側壓縮部2b的壓縮動力降低，所以能夠達到壓縮機動力的降低。

尤其是，在壓縮機2的馬達是由變換器驅動的情況下，以低於50Hz的頻率運轉的減速區域中，漏出損失降低的效果越大，能夠大幅提高成績係數。

再者，冷媒係使用由R32或R410A代表的在隔熱壓縮中焓差大的冷媒，亦即，在使用容易使吐出氣體溫度為高溫的冷媒的情況下，在如上述的控制以使得吐出氣體溫度為目標吐出溫度時的成績係數(COP)的降低效果變大。

實施形態2

第5圖為顯示本發明實施形態2的冷凍循環裝置的冷媒回路圖，茲參照第5圖說明冷凍循環裝置100。另外，在第5圖的冷凍循環裝置100中和第1圖及第2圖的冷凍循環裝置1具有同樣構成的部位，係標示以相同的符號並省略其說明。第5圖的冷凍循環裝置100和第1圖及第2圖的冷凍循環裝置1的相異點，為返油流路120使得在油冷卻器30中冷卻的冷凍機油也返回高段側壓縮部2b。

第5圖的返油流路120，在油冷卻器30的出口側分歧為低段側返油配管21和高段側返油配管122，使冷凍機油分別返回低段側壓縮部2a和高段側壓縮部2b。亦即，在油冷卻器30中冷卻的冷凍機油也從高段側返油配管122返回高段側壓縮部2b。在此情況下，已冷卻的冷凍機油也注入高段側壓縮部2b，所以能夠降低吐出氣體溫度，能夠降低吐出氣體溫度，同時抑制成績係數(COP)降低。

實施形態3

第6圖為顯示本發明實施形態3的冷凍循環裝置的冷媒回路圖，茲參照第6圖說明冷凍循環裝置200。另外，在第6圖的冷凍循環裝置200中和第1圖及第2圖的冷凍循環裝置1具有同樣構成的部位，係標示以相同的符號並省略其說明。第6圖的冷凍循環裝置200和第1圖及第2圖的冷凍循環裝置1的相異點，為冷凍循環裝置200具有節熱器(中間熱交換器)201，構成節熱器循環。

第6圖的冷凍循環裝置200包括：使得在冷凝器4中已冷凝的冷媒的一部份膨脹的副膨脹閥202、以及在冷凝器4中 已冷凝的液冷媒和在副膨脹閥202中已膨脹的冷媒之間進行熱交換的節熱器201。節熱器201連接以使得從冷凝器4旁分(bypass)的冷媒向主膨脹閥5流出，並使從主膨脹閥5離開並分歧的冷媒流出到第1分歧配管11及第2分歧配管12。因此，過冷卻度大的液冷媒流到第1分歧配管11及第2分歧配管12中。

在此情況下，已冷卻的冷凍機油也注入高段側壓縮部2b，所以能夠降低吐出氣體溫度，能夠降低吐出氣體溫度，同時抑制成績係數(COP)降低。尤其是，能夠藉由節熱器201使得過冷卻的冷媒流入第1分歧配管11及第2分歧配管12，所以能夠減少注入中間壓室2c的冷媒量減少，並能夠進一步抑制成績係數(COP)的降低。另外，在第6圖的冷凍循環裝置200中，雖例示具有第1圖的返油流路20的情況，但也可以具有如第5圖所示的返油流路120。

本發明的實施形態不限定於上述的實施形態1~3。例如，在上述實施形態1~3中，例示了第1流量調整器13及第2流量調整器14兩者都是由電子膨脹閥構成的情況，但第1流量調整器13及第2流量調整器14當中的任一者或兩者為溫度式膨脹閥亦可。藉此，能夠簡便地執行開度控制。另外，第1流量調整器13及第2流量調整器14當中的任一者或兩者可以為設定為使得吐出氣體溫度為目標吐出溫度的開度之固定口孔構成。藉此，能夠以低價實現吐出氣體溫度的降低以及成績係數的降低。

此時，第1流量調整器13及第2流量調整器14也可以由電子膨脹閥、溫度式膨脹閥、或者固定口孔中任一種的組 合構成。例如，在第1流量調整器13及第2流量調整器14為電子膨脹閥或溫度式膨脹閥和固定口孔的組合的情況，能夠以低價實現高精度的控制。

1‧‧‧冷凍循環裝置

2‧‧‧壓縮機

2a‧‧‧低段側壓縮部

2b‧‧‧高段側壓縮部

2c‧‧‧中間壓室

3‧‧‧油分離器

4‧‧‧冷凝器

5‧‧‧主膨脹閥

6‧‧‧蒸發器

10‧‧‧注入流路

11‧‧‧第1分歧配管

12‧‧‧第2分歧配管

13‧‧‧第1流量調整器

14‧‧‧第2流量調整器

20‧‧‧返油流路

21‧‧‧低段側返油配管

22‧‧‧高段側返油配管

30‧‧‧油冷卻器

40‧‧‧開度控制部

Claims (8)

1. 一種冷凍循環裝置，其包括具有壓縮機、冷凝器、膨脹閥的冷凍循環回路，該壓縮機具有壓縮冷媒的低段側壓縮部、吐出在該低段側壓縮部中被壓縮的冷媒的中間壓室、及吸入該中間壓室的冷媒並加以壓縮的高段側壓縮部，該冷凍循環裝置包括：油分離器，其設置於該壓縮機的吐出側和該冷凝器之間，將從該高段側壓縮部吐出的冷媒和冷媒中含有的冷凍機油分離；返油流路，使該油分離器中分離的冷凍機油返回至該低段側壓縮部及該高段側壓縮部；注入流路，將從該冷凝器流出的冷媒注入該中間壓室；油冷卻器，在流過該返油流路的冷凍機油和流過該注入流路的冷媒之間進行熱交換；其中該注入流路包含：第1分歧配管，將冷媒從該冷凝器直接注入該中間壓室；及第2分歧配管，將冷媒從該冷凝器透過該油冷卻器注入該中間壓室。
2. 如申請專利範圍第1項所述之冷凍循環裝置，其更包括：。 第1流量調整器，其設置於第1分歧配管，調整流過該第1分歧配管的冷媒流量；及第2流量調整器，其設置於第2分歧配管，調整流過該第2分歧配管的冷媒流量。
3. 如申請專利範圍第2項所述之冷凍循環裝置，其更包括開度 控制部，其控制該第1流量調整器或該第2流量調整器的開度，以使得從該高段側壓縮部吐出的冷媒的吐出氣體溫度為已設定的目標吐出溫度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之冷凍循環裝置，其中該返油流路包含：高段側返油配管，使冷凍機油從該油分離器直接返回該高段側壓縮部；及低段側返油配管，使冷凍機油從該油分離器透過該油冷卻器返回該低段側壓縮部。
5. 如申請專利範圍第1至3項任一項中所述之冷凍循環裝置，其中該返油流路包含使得從該油分離器通過該油冷卻器的冷凍機油分歧並分別返回該低段側壓縮部及該高段側壓縮部的低段側返油配管及高段側返油配管。
6. 如申請專利範圍第1項所述之冷凍循環裝置，更包括：副膨脹閥，使得從該冷凝器流出的冷媒的一部份膨脹；節熱器，使得由該副膨脹閥膨脹的冷媒在與從冷凝器流出的冷媒之間進行熱交換後，流出到該第1分歧配管和該第2分歧配管。
7. 如申請專利範圍第1項所述之冷凍循環裝置，該壓縮機由變換器(inverter)驅動。
8. 如申請專利範圍第1項所述之冷凍循環裝置，冷媒由R32或R410A構成。