CN100387907C

CN100387907C - 空调装置

Info

Publication number: CN100387907C
Application number: CNB2004100312029A
Authority: CN
Inventors: 山本敏浩
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Carrier Japan Corp
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2024-03-03
Also published as: JP4295530B2; CN1526994A; JP2004263995A

Abstract

本发明提供一种空调装置，该装置即使在蓄液槽内的液态制冷剂和冷冻机油发生二层分离的状态下也能可靠地使液态制冷剂与油混合，从而提高向压缩机回油的效率，使可靠性更高。本发明包括设置在构成制冷循环的压缩机1吸气侧上、使在热交换器中蒸发后进入的制冷剂气液分离，并引导分离的气态制冷剂进入所述压缩机的蓄液槽；设置在将从压缩机排出的热气体的一部分分流到蓄液的底部的热气体旁通回路G，该热气体旁通回路的一端与所述蓄液槽的底部连接；及设置在所述热气体旁通回路上并根据设定条件进行开关控制的开关阀。

Description

空调装置

技术领域

本发明涉及一种具有设置在压缩机吸气侧的蓄液槽的空调装置。

背景技术

设置在制冷循环中的蓄液槽包括壳体、连接在壳体上部并将蒸发制冷剂导入到壳体内的导入管、从具有大致呈U字形的弯曲部的壳体上部开口端将气液分离的气态制冷剂引向压缩机的导出管、导出管弯曲部分上使聚集在壳体底部的冷冻机油回流到压缩机内的回油孔。

在作为现有技术的特开平11-14201号公报中，公开了如下技术：除导出管底部的回油孔外，还在导出管的开口侧管壁上设有沿上下方向延伸的至少一个辅助回油孔，不管是否有液态制冷剂，即使在冷冻机油和液态制冷剂分二层的情况下，也能使油通过辅助回油孔返回到压缩机。

因此，在室外空气温度很低的情况下进行供热运行时，在起动时，蓄液槽内部临时保存较多的制冷剂。在这种条件下，液态制冷剂不只从回油孔，而且也从多个辅助回油孔被吸入，使流向压缩机的液态部分增加，从而在压缩机的可靠性上不能令人满意。

另外，回转式压缩机由于直接将制冷剂吸入压缩室，所以危险性特别大。由于设置在压缩机吸气部的吸气罩的回油量(孔径)是规定的，所以容易使过多的液态制冷剂和油聚集有吸气罩内，因而存在由于液态压缩和油压缩而使压缩机损坏的危险性。

而且，空调装置使用R32和R410A等使用压力较高的制冷剂，因此在耐压设计上就必须采用较厚的蓄液槽壳体壁。由于增大了壳体的壁厚而使成本增加，所以壳体的直径减小而使尺寸加大，而工作容量则相同。

即使是这样的蓄液槽，由于回油孔设置在导入管弯曲部分的最下部，所以当发生冷冻机油和液态制冷剂的分二层时，油位于液态制冷剂的液面上部，使油不能回流到压缩机。

在液态制冷剂和油滞留在蓄液槽底部的情况下，由于壳体顶部的差使回油特征变差。特别是，油的粘度在低温时较高等因素，使这种倾向更加明显。

为了改善这种不利情况，可考虑通过提高流到导出管内的制冷剂流速、增大通过回油孔的导出管内部与外部的压差来提高回油特性，但相反，这样就产生增加了在导出管处的压力损失和转换(成绩)系数降低的问题。

发明内容

本发明就是针对上述问题，因此本发明的目的是提供一种空调装置，该装置即使在蓄液槽内产生液态制冷剂和冷冻机油二层分离的状态下，也能确保液态制冷剂与油的混合，并提高向压缩机的回油效率，因而提高了可靠性。，

为了实现解决上述问题的目的，本发明的空调装置包括设置在构成制冷循环的压缩机的吸气侧的蓄液槽，该蓄液槽使在热交换器中蒸发后进入的制冷剂气液分离，并引导分离的气态制冷剂进入所述压缩机，其还包括：将从所述压缩机排出的热气体的一部分分流到所述蓄液槽中的热气体旁通回路，所述热气体旁通回路的一端与所述蓄液槽的底部连接；设置在所述热气体旁通回路中并根据运行条件进行开关控制的开关阀。

按照为解决这种问题所采用的手段，即使在蓄液槽内的制冷剂和油发生二层分离的状态，也能确保液态制冷剂与油的混合。

附图说明

图1是按照本发明实施例的空调装置的制冷剂循环的系统图。

图2是相同实施例的蓄液槽的剖视图；

图3是表示相同实施例的蓄液槽内部不同状态的视图；

图4是相同实施例的、表示蓄液槽内的制冷剂和冷冻机油的混合状态的曲线图；

图5是按照另一个实施例的蓄液槽的剖视图和制冷循环系统图；

图6是按照另一个实施例的、对热气体旁通回路的开关阀进行控制的控制方框图。

图7是按照另一个实施例的制冷循环系统图和控制热气体旁通回路的开关阀的控制方框图；

图8是按照另一个实施例的制冷循环的系统图；

图9是按照另一个实施例的、在室外机侧的制冷循环系统图。

具体实施方式

下面将根据附图描述本发明的实施例。

图1是空调器的制冷循环系统图，图2是表示用在制冷循环中的蓄液槽结构的剖视图。

四通阀2一侧的接口与制冷剂管P相连接，该制冷剂管P与压缩机1的排气部分相连，四通阀2的另一侧的接口连接在制冷剂管P上，该管与室外热交换器3相连，室外热交换器3再顺次与作为节流装置的电子膨胀阀4和室内热交换器5相连，室内热交换器5再连接在四通阀2另外的接口上。

连接在四通阀2的其余接口上的制冷剂管作为蓄液槽6(后面将进行描述)的一次侧的导入管Pa插在蓄液槽6内。蓄液槽6二次侧作为导出管Pb与设置在压缩机1的吸气部分的吸气罩相连。

因此，在空调装置中具有热泵式制冷剂循环回路K，而且压缩机1的排气侧制冷剂管P通过后面将描述的热气体旁通回路G与上述蓄液槽6相连。

构成上述热气体旁通回路G的旁通管11的一端连接在压缩机排气侧制冷剂管P上，另一端连接在蓄液槽壳体10的底部。

在旁通管11的中途部分上串联地连接有开关阀12和毛细管13。特别是，上述开关阀12具有与控制部件(控制装置)15电连接的电磁线圈部分，并根据来自控制部件15控制信号进行开关控制。

上述蓄液槽6包括密闭结构的壳体10；从壳体10的上部插入其内部、并且开口端位于壳体上部位置的导入管Pa；从壳体10的上部插入其内部、具有在靠近壳体底部附近的大致弯曲成U字形的弯曲部分b并且开口端c位于壳体10的上部位置的导出管Pb。

上述导入管Pa与导出管Pb的前端部分可选择为处于不相互对置的位置。虽然上述导入管Pa的前端开口部分被封堵板16封堵，但可通过设置在前端附近的开孔17将制冷剂引导到壳体10内。

另外，上述导出管Pb在壳体10内的弯曲部分b上设有回油孔18。该回油孔18的位置设置在弯曲部分c的最下部，以在不积存制冷剂的通常运行状态下，使油的滞留量最小。

如上所述，构成蓄液槽6的壳体10的底部连接有由热气体旁通回路构成的旁通管11，在该旁通管11上设有上述开关阀12和毛细管13。

在按上述方式构成的空调装置中，如果选择制冷运行，则从压缩机1排出的高温高压气态制冷剂按图中的实线箭头所示的方向流动。制冷剂在室内热交换器5中蒸发，并从室内空气中吸收蒸发热，从而实现对空内空气进行除湿和降温的供冷作用。

如果选择供热运行，则从压缩机1的排出的高温高压气态制冷剂按图中的虚线箭头所示的方向流动。制冷剂在室内热交换器5中向室内空气放出冷凝热，从而实现提高室内空气温度的供热作用。

不管在供冷运行还是在供热运行时，蒸发的制冷剂通过导入管Pa进入蓄液槽壳体10内后产生气液分离作用。分离的气态制冷剂从导出管Pb被吸入压缩机1。分离的液态制冷剂滞留在壳体10的底部，并随着时间的推移逐渐蒸发气化，然后被压缩机吸入。

图3(A)表示在极低的温度条件下起动供热运行时蓄液槽6内部的状态。

为进行供热运行而起动压缩机1时，在液态制冷循环中的某些制冷剂在短时间内较多地滞留在蓄液槽内。这时，有较多的制冷循环中的油成分从压缩机1中排出，该油成分与液态制冷剂一起滞留在蓄液槽6内。

也就是说，由于比重的关系，构成蓄液槽6的壳体10的下侧形成液态制冷剂层R，该液态制冷剂层R的上部为冷冻机油的层L，这样就形成所谓的二层分离状态。

在这种情况下，由于流动压差使液态制冷剂和冷冻机油被吸入回油孔18，特别是在低温时，由于蓄液槽10较高的压头和冷冻机油的粘度增大，使回油特性变差。

图3(B)表示在上述条件下，设置在上述热气体旁通回路G中的开关阀12被打开时，蓄液槽6内部状态的视图。

将连接在压缩机1的排气侧的热气体旁通回路G上的开关阀12打开，使从压缩机1排出的热气体的一部分通过旁通管11流入蓄液槽6。

流入旁通管11中的热气体从蓄液槽壳体10的底部以向上吹送的状态被注入壳体内部。在壳体10内形成的液态制冷剂层R和冷冻机油层L被注入的热气体有效地扰动，使其快速蒸发气化，并通过导出管Pb流入压缩机1。

也就是说，通过引导热气体在蓄液槽壳体10内旁流，使壳体10内的液态制冷剂迅速排出而使回流特性提高，从而确保了压缩机1的可靠性。

图4表示酯油系的冷冻机油的油/制冷剂浓度与制冷剂/冷冻机油的气液分离特性。另外，图中的“不溶”表示油和液态制冷剂完全不相溶的状态，“相溶”表示油和液态制冷剂呈基本上完全相溶的大致透明的状态。“悬浊”表示油对于液态制冷剂的溶合程度来说，不溶合部分较多，并由于温度高、油起泡而呈混浊状态。

在某些区域，蓄液槽6中的冷冻机油与液态制冷剂发生二层分离，冷冻机油位于液态制冷剂的上部。在这种情况下，吸引全部的液态制冷剂时就不能吸收冷冻机油。在吸引液态制冷剂期间，冷冻机油不全部返回到压缩机中，这就存在由于压缩机1的油不足而造成损坏的危险。

由于具有热气体旁通回路G，即使在有过多的液体回流的蓄液槽6中发生冷冻机油与液态制冷剂的二层分离，但利用热气体的扰动作用可促使液态制冷剂蒸发，从而提高了压缩机1的回油性。

另外，由于不必像现有技术那样设置多个回油孔，所以不会在增大压缩机的回油量的同时和增大回液量，因而不会降低压缩机的可靠性。

图5(A)是表示另一个实施例的蓄液槽6A的结构图。图5(B)是装有上述蓄液槽6A的空调器的制冷循环系统图。

由于制冷循环回路K本身没有特别的变动，所以这里省略了对具有相同附图标记的部件描述。构成热气体旁通回路G的旁通管11连接在蓄液槽壳体10的侧下部。

上述蓄液槽6A包括壳体10、导入管Pa、具有弯曲部分b的导出管Pb、开在该导出管Pb的弯曲部分b上的回油孔18。

现在再对上述旁通管11在壳体10的连接位置和与之相对的回油孔18的位置进行说明。回油孔18设置在旁通管11相对于壳体10的连接位置有180度的位置上

也就是说，如图所示，假如旁通管11连接在壳体10的左侧下部，则回油孔18开在导出管Pb的沿左右方向弯曲的弯曲部分b的右侧部分上。

另外，如图中点划线所示，假如旁通管11连接在壳体10的后侧，则回油孔18开在弯曲部分b的眼前侧。总之，旁通管11的连接高度位置Ha选择比导出管Pb的弯曲部分b内侧的高度Hb更高的位置。

利用这种结构，打开热气体旁通回路G的开关阀12，将热气体引导到蓄液槽壳体10，热气体由于浮力的作用流动到比旁通管11的连接位置更高的地方。

由此，从旁通管11流出的热气体不会直接进入回油孔18(短路)，这样，对液态制冷剂进行高效率的扰动就可避免发生二层分离。

另外，用在制冷循环中的制冷剂如果是像R32和R410A这样的高压制冷剂，则必须进行耐压设计，结果增大了蓄液槽6的壳体10的壁厚，从而使成本提高。

为了避免这个问题，最简单的方法是减小壳体的直径和增加高度，以提高工作容量，提高壳体10的高度造成的压头使回液特性和回油特性变差。

为了改善这种不利缺陷，可考虑提高在导出管内流动的制冷剂的流速、通过回油孔增大流到管内和管外的压差，从而提高回油特性。相反就会产生增大导出管的压力损失和降低成绩系统的问题。

由于具有上述热气体旁通回路G，因此，即使增加了壳体10的高度，也能将热气体吹上方(即高度方向)，并高效地扰动液态制冷剂和冷冻机油，从而可实现与壳体高度有关的效果。

虽然在较高的蓄液槽壳体10的压头增加方向上使回油特性变差，但由于注入热气体时的扰动作用，使油的粘性降低，从而确保回油特性。

图6表示控制设置在热气体旁通回路G中的开关阀12的控制部件15的实施例的方框图。

在步骤S1中，起动压缩机，在步骤2中，将温度传感器检测出的室外空气温度T₀与预先储存在控制部件15中的室外空气设定温度T₀₁进行比较。在T₀比T₀₁高的情况下(YES)进行步骤S3，控制部件15继续使开关阀12保持在关闭状态。

在T₀比T₀₁低的情况下(NO)，当判断出蓄液槽6内的制冷剂滞留较多时进行步骤4，控制部件15打开开关阀12。也就是说，打开开关阀12，使热气体旁流到蓄液槽6中，从而可获得上述效果。

不论是步骤S3还是步骤S4，都进行到步骤S5，使动作时间等待规定的经过时间t1。经过时间t1后进行步骤S6，将检测出的连接在压缩机1排气侧的制冷剂P的温度Td与预先储存在控制部件15中的制冷剂管P的设定温度Td1进行比较

在Td比Td1低的情况下(YES)，进行步骤S8，控制部件15将开关阀12转换到关的位置。也就是说，判断压缩机1的排气温度比设定值高，并且制冷剂温度整体提高，这样就不必使热气体在蓄液槽6内旁流，并将开关阀12关闭。

在Td比Td1高的情况下(YES)，进行步骤S7，计算在单位时间内压缩机1排气侧的制冷剂管P的温度ΔTd，然后，与预先储存在控制部件15中的在单位时间内排气侧的制冷剂管P的设定温度ΔTd1进行比较。

计算出的在单位时间内压缩机1的排气侧制冷剂管P的温度ΔTd比预先储存在控制部件15内的单位时间的设定温度ΔTd1高的情况下(YES)，回到步骤S7，控制部件15使开关阀12继续保持在关的状态。

计算出的在单位时间内压缩机1的排气侧制冷剂管P的温度ΔTd比预先储存在控制部件15内的单位时间的设定温度ΔTd1低的情况下(NO)，进行步骤S9，控制部件15使开关阀12转换到开的位置，使释放出的热气体在蓄液槽6内旁流

通过进行这种控制，可确实地判断蓄液槽6内的制冷剂或冷冻机油处于容易滞留的状态，从而有效地利用热气体旁通。

图7(A)是另一实施例的具有对热气体旁通回路G进行控制的控制装置的空调器的制冷循环系统图，图7(B)是实际控制的方框图。

制冷循环回路K与前述的热气体旁通回路G完全相同，因而省略对相同附图标记的部件的说明。

作为一种控制方法，在作为蓄液槽6的一次侧的导入管Pa上安装第一温度传感器21，在作为二次侧的导出管Pb上安装第二温度传感器22，各温度传感器21，22电连接到控制部件(图中未示出)上。

当在步骤U1压缩机1起动时，在步骤U2，第一温度传感器21向控制部件发送检测的蓄液槽6一次侧的温度的信号。另外，第二温度传感器232向控制部件发送检测的蓄液槽6二次侧的温度的信号。

控制部件将一次侧的温度T1和二次侧的温度T2的温度差(T1-T2)与预先储存在控制部件内的设定温度差值ΔTa相比较。如果T1与T2的差高于设定温度差值ΔTa(YES)，则判断在蓄液槽6内的液态制冷剂或冷冻机油发生滞留，然后进行步骤U3，打开开关阀12，使释放出的热气体在蓄液槽6内旁流。

另外，在步骤U2，当T1与T1的差小于设定温度差值ΔTa时(NO)，判断在蓄液槽6内不需要使热气体旁流，然后进行步骤U3，关闭开关阀12。

在步骤U3，使热气体在蓄液槽6内旁流后，第一温度传感器21和第二温度传感器22连续进行温度检测，并将检测信号传送给控制部件。

在步骤U5，与在控制部件另一种设定的温度差值ΔTb进行比较。该设定的温度差值ΔTb刚大于0，设问上述T1和T2之间是否存在某种程度的温差。

如果T1与T2的温度差低于设定温度差值ΔTb(YES)，则判断蓄液槽6中的液态制冷剂和冷冻机油完全排出，并只剩下气态制冷剂，这时进行步骤U6，将开关阀12关闭。

如果在步骤U5，T1与T2的差大于设定温度差值ΔTb(NO)，则判断蓄液槽6中残存的液态制冷剂和油较多，然后进行步骤U3，将开关阀12打开。

利用设置这种控制装置，不必提供热气体，这样就可防止成绩系统降低。而且使开关阀12能迅速地根据蓄液槽6内的状态变化动作，并通过扰动和蒸发来提高回油特性并防止回液。

另外，在上述控制装置中，在作为蓄液槽6一次侧的导入管Pa上设置检测制冷剂过热度的检测装置(例如压力传感器23)，最好在蓄液槽6一次侧的过热度达到目标值，并且T1与T2的差高于设定值Δta时，打开开关阀12。

总之，由于在蓄液槽6一次侧的温度与二次侧的温度差只在大于设定温度差值时只打开开关阀12，所以利用蓄液槽6前后的温度差，检测其内部的液体滞留状态，从而只在保存液态制冷剂时，获得由于热气体的旁流造成的扰动作用。

图8为结构完全不同的具有热气体旁通回路Ga的空调器的制冷剂循环系统图。制冷循环回路K本身与前述的相同，因而省略对相同附图标记的部件的描述

从压缩机1排气侧制冷剂管P分出旁通管11，在该旁通管11上设有开关阀12和连接在蓄液槽壳体10底部的第一毛细管25。

另外，在开关阀12与第一毛细管25之间的旁通管11的中途分出另一旁通管11a，在该旁通管11a上设有第二毛细管26，它连接在上述蓄液槽6二次侧的导出管Pb的中途。

也就是说，上述热气体旁通回路Ga并联地设有分流从压缩机1排出的热气体中一部分并引入蓄液槽6的底部的回路和分流从压缩机1排出的热气体中一部分并引入蓄液槽6的二次侧的回路。

在各回路的上游设置开关阀12，并在各回路上设置毛细管(节流装置)25，26。这些毛细管25，26起到制冷剂的噪音抑制措施的同时对流量进行调整。

利用这种结构，使制冷剂和冷冻机油滞留在蓄液槽6内时，打开开关阀12，使热气体旁流，以在蓄液槽6内进行扰动、蒸发，从而提高回流和蒸发特性。

另外，即使通过作为蓄液槽6二次侧的导出管Pb回流到压缩机1的气态制冷剂冷却后，来自具有第二毛细管26的回路的热气体也能对制冷剂进行加热。

也就是说，由于既维持了蓄液槽6内的旁通效果，又向压缩机1的吸气侧注入了热气体，所以开始低温起动和除霜运行后，以及在落差配管时可显著地防止出现低压异常。

利用对蓄液槽6的扰动作用来处理液态制冷剂蒸发和二层分离的同时，可获得加热压缩机1的吸气的效果，而且可改善起动性(防止低压断电)和防止由于吸气温度低而使压缩机1变冷，从而可确保可靠性。

图9是由多个室外单元M1，M2和图中未示出的室内单元组合成的所谓复式空调装置的制冷循环的系统图。

在各室外单元M1，M2中，包括多台压缩机1、单体的油分离器30、四通换向阀2、室外侧热交换器3、贮液箱31和蓄液槽6。

而且，利用平衡回路B使室外单元M1与M2相互连通。该平衡回路B将配置在室外单元M1，M2上的压缩机1直接连通，同时具有分流回路，该分流回路连接在压缩机1的吸气侧、油分离器30和贮液槽31的二次侧上。

在上述室外单元M1，M2中，设有从油分离器30和四通换向阀2之间的制冷剂管P分流并连接在蓄液槽6上的旁通管11，该旁通管11上设有包括开关阀12和毛细管13的热气体旁通回路G。

室外单元M1，M2通过主气态制冷剂管PG和主液态制冷剂管PL连接在图中未示出的多个室内单元上。各室内单元内容纳有室内热交换器，由此构成复式制冷循环。

根据运行条件继续运行多个室外单元中的至少一个室外单元(例如M1)，并停止运行其余的室外单元(例如M2)。

这时，通过供热时(如图中点划线的箭头所示)的平衡回路B，回收来自停止侧的室外单元M2处于低压平衡的供冷时的主气态制冷剂管PG的制冷剂。

但是，停止的室外单元M2经过气体平衡后，低压管线中的制冷剂滞留大量仍处于液态的制冷剂，特别是滞留在停止的室外单元M2的蓄液槽6中。

根据运行条件，当再次起动停止的室外单元M2时，控制部件打开热气体旁通回路G的开关阀12。压缩机1排出的热气体的一部分通过热气体旁通回路G流入蓄液槽6，并使滞留的液态制冷剂快速蒸发。

因此，对于所用的压缩机1全部停止运行的室外单元M1所处的状态下，当停止的室外单元M2起动时，在预定时间将热气体旁通回路G打开，使热气体进入蓄液槽6内，这样可避免起动后的液体压缩。

根据上述的本发明，即使蓄液槽6内的液态制冷剂和冷冻机油性发生二层分离，该液态制冷剂也能可靠地与油混合，从而提高压缩机的回油率，并更好地提高了可靠性。

附图标记说明：

1...压缩机，6...蓄液槽，G...热气体旁通回路，12...开关阀，10...壳体，Pa...导入管，b...弯曲部分，Pb...导出管，18...回油孔，15...控制部件(控制装置)。

Claims

1.一种空调装置，它包括设置在构成制冷循环的压缩机的吸气侧的蓄液槽，该蓄液槽使在热交换器中蒸发后进入的制冷剂气液分离，并引导分离的气态制冷剂进入所述压缩机，其特征在于还包括：

将从所述压缩机排出的热气体的一部分分流到所述蓄液槽中的热气体旁通回路，所述热气体旁通回路的一端与所述蓄液槽的底部连接；

设置在所述热气体旁通回路中并根据运行条件进行开关控制的开关阀。

2.按照权利要求1的空调装置，其中所述蓄液槽包括壳体；连接在所述壳体上并用于将蒸发的制冷剂导入壳体内的导入管；具有在壳体内的底部附近弯曲成大致U字形的弯曲部分、并从壳体上部开口的开口端使气液分离后的气态制冷剂引导到压缩机的导出管；和在该导出管的弯曲部分处开口并引导滞留在壳体底部的润滑油回流到压缩机的回油孔；

所述回油孔设置在所述导出管的相对于所述热气体旁通回路在所述蓄液槽壳体上的连接位置的另一侧，并且所述连接位置比所述导出管弯曲部分的内侧高。

3.按照权利要求2的空调装置，其中所述制冷循环用的制冷剂为高压制冷剂。

4.按照权利要求1或3的空调装置，其中还包括控制装置，所述控制装置在供热运行起动时室外空气温度比设定温度低的情况下，或在起动后的压缩机排气侧的制冷剂管的温度变化比设定温度变化小的情况下，将设置在所述热气体旁通回路上的所述开关阀打开。

5.按照权利要求1或3的空调装置，其中还包括控制装置，所述控制装置在蓄液槽一次侧的温度与二次侧的温度差大于设定温度值时，打开设置在所述热气体旁通回路上的所述开关阀。

6.按照权利要求1或5的空调装置，其中所述热气体旁通回路上并联地设有将从所述压缩机排出的热气体的一部分分流到所述蓄液槽底部的回路、将从压缩机排出的热气体的一部分分流到蓄液槽二次侧的回路；并在各回路的上游侧设置所述开关阀，在各回路上设置节流装置。

7.按照权利要求3的空调装置，其中所述高压制冷剂为R410或R32。