专利名称：冷冻装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于空调等的冷冻装置。
背景技术：
现有的冷冻装置如图4所示(例如参照专利文献1)。图4中，1是压缩机，2是室外热交换器，3是室内热交换器，4是储能器，5是四通阀。另外，室外热交换器2和室内热交换器3通过致冷剂通道17连接，该致冷剂通道17上串联设置有第一膨胀阀11、第二膨胀阀12和第三膨胀阀13。
在第一膨胀阀11和第二膨胀阀12之间的致冷剂通道17上设置有气液分离用的储蓄罐7。内部热交换器8具有高压侧导热部8a和低压侧导热部8b，在第二膨胀阀12和第三膨胀阀13之间的致冷剂通道17上设置有内部热交换器8的高压侧导热部8a。并且，该内部热交换器8的低压侧导热部8b是其一端与致冷剂通道14、另一端与致冷剂通道15分别连接。并且，致冷剂通道14是四通阀5的出口侧配管，致冷剂通道15是向储能器4的入口侧配管。另外，储蓄罐7的气相部通过具有控制阀10的致冷剂通道16与压缩机1的压缩室连接。并且，现有的冷冻装置的致冷剂使用二氧化碳。
利用图5所示的「p(压力)-h(热函)线图」，就冷冻装置的制冷运转时的动作进行说明。
制冷运转时，从压缩机1排出的CO2致冷剂(气体致冷剂)通过四通阀5被导入室外热交换器2，在室外热交换器2中，在超临界区域内散热(图5的点D～点E的区域)。从室外热交换器2流出的超临界状态的CO2致冷剂在第一膨胀阀11上被第一次膨胀(点E～点F的区域)，在气液二相状态下被导入储蓄罐7，在此被气液分离(点G及点H)。
并且，在储蓄罐7分离的液体致冷剂通过处于全开状态的第二膨胀阀12，流入内部热交换器8的高压侧导热部8a，从高压侧导热部8a的入口(点H)向出口(点I)流动期间，与从低压侧导热部8b的入口(点K)向出口(点A)流动的气体致冷剂进行内部热交换后，在第三膨胀阀13上被第二次膨胀(点I～点J的区域)。然后被送入室内热交换器3，在从室内热交换器3的入口(点J)流动到出口(点K)期间蒸发，形成气体致冷剂。另外，该气体致冷剂再次被压缩机1吸入、压缩，但是该吸入温度是比室内热交换器3的出口温度(对应点K的温度)仅高出在内部热交换器8中由于内部热交换产生的升温部分(用「d」表示)的温度(即对应点A的温度)。另外，在储蓄罐7分离的气体致冷剂通过致冷剂通道16被喷射到压缩机1的压缩冲程中的压缩室内(参照点G)。
这样，气体致冷剂被喷射到压缩机1的压缩室内，通过该气体致冷剂与该压缩室内的气体致冷剂混合，可以促进该压缩室内的气体致冷剂的冷却以及高密度化，因此如上所述，通过内部热交换压缩机1的吸入温度升高，尽管从该高的吸入温度开始压缩，但压缩室内的气体致冷剂的温度暂时从气体喷射时的对应点B的温度降低到对应点C的温度，从该降低的温度被再次升压升温，对应点D的温度成为排出温度。因此，该排出温度由于受到随着气体喷射而产生的温度降低的影响，不进行气体喷射，可以降低到比从点A压缩到点D0时的温度(对应点D0的温度)要低的温度，使压缩机1的高可靠性成为可能。
专利文献1特开2001-296067号公报(第8页，图4、图5)但是，现有的方式中，外部气温低时的制暖运转中，压缩机1的压缩比，即图5的点D的排出压力与点A的吸入压力的比大的情况下，从作为致冷剂的二氧化碳的特性上，排出温度异常升高，因此即使将在储蓄罐7分离的气体致冷剂向压缩机1内喷射，排出温度也不能充分降低，压缩机1的可靠性不完全。
另外，为了避免该问题，若更加开放控制阀10、增加致冷剂的喷射流量，在储蓄罐7内分离的液体致冷剂也被喷射，因此，液体致冷剂流入压缩机1的压缩冲程中的压缩室内，由于是压缩非压缩性的液体致冷剂，促进了形成压缩室的汽缸以及轴承等的磨损，不能保证可靠性。
本发明为了解决上述现有的问题，以提供以下冷冻装置为目的，即使用二氧化碳作为致冷剂，即使以高压缩比进行运转，也可以确实地、安全地降低压缩机的排出温度。
发明内容
为了解决上述现有问题，本发明由于具有向压缩机的汽缸内喷射散热器出口的超临界状态的致冷剂的喷射配管，将从散热器出来的低热函的超临界状态的致冷剂直接向压缩机喷射，因此即使用少量的致冷剂，也可以有使压缩机的排出温度降低的好的效果，并且由于喷射超临界状态的致冷剂，而不是液体致冷剂，因此不产生液体压缩等而使可靠性提高。
另外，由于本发明的构成是，即使通过四通阀的切换进行制冷制暖运转的情况下，通过使用止回阀，向压缩机的汽缸内喷射室外热交换器出口或室内热交换器出口的超临界状态的致冷剂，可以将低热函的超临界状态的致冷剂直接向压缩机喷射，可以大大降低压缩机的排出温度的同时，由于是超临界状态的致冷剂，因此不产生液体压缩等而使可靠性提高。
图1是表示本发明第一实施方式的冷冻装置的构成2是表示本发明的实施方式的冷冻循环的P-h线3是表示本发明第二实施方式的构成4是表示现有的冷冻装置中的冷冻装置的构成5是表示现有的冷冻装置中的冷冻循环的P-h线图具体实施方式
以下利用具体实施例就本发明的冷冻装置进行说明。
(第一实施方式)
图1是表示本发明第一实施方式的冷冻装置的构成图。
图1中21是压缩机、22是散热器、23是第一节流装置、24是蒸发器。25是散热器22用的风扇、26是蒸发器24用的风扇。该冷冻装置的构成是，将从散热器22的出口侧的配管分岔的配管与压缩机21的汽缸内(无图示)连接，分岔的配管的中途设置第二节流装置27，散热器22的出口侧的致冷剂被向压缩机21的汽缸内喷射。
温度传感器28检测压缩机21的排出气体温度。控制装置29比较其排出气体温度和设定值以控制第二节流装置27的开度。
本实施方式中，冷冻装置用二氧化碳作为致冷剂。
利用图2所示的「P(压力)-h(热函)线图」，就该冷冻装置的动作进行说明。
在压缩机21中被压缩成高压、排出的致冷剂(二氧化碳)被导入散热器22中，通过风扇25与空气进行热交换，在超临界区域内散热(图2的点D～点E的区域)。从散热器22流出的超临界状态的二氧化碳致冷剂在第一节流装置23被膨胀(点E～点F的区域)，在蒸发器24中，通过风扇26与空气进行热交换、蒸发，成为气体致冷剂(点F～点A的区域)。
该气体致冷剂再次被压缩机21(点A)吸入、压缩。
一方面，温度传感器28检测的压缩机21的排出气体温度比事先设定在控制装置29上的温度高的情况下，控制装置29加大第二节流装置27的开度、发出使致冷剂流动的指令。
此时，从散热器22流出的超临界状态的致冷剂(点E)的一部分通过第二节流装置27，被向压缩机21的汽缸内喷射。
并且，在汽缸内被压缩的吸入气体(点A)被压缩到点B，在此，与被喷射的致冷剂混合，温度下降到点C的状态，进一步被压缩成高压状态(点D)。
本实施方式中，由于直接喷射热函低的点E的超临界状态的致冷剂，与不喷射时的排出气体温度(点D′)相比较，点D的状态可以使温度大幅度降低，可以防止由于温度上升而引起的压缩机21的可靠性降低。
另外，喷射后的超临界状态的致冷剂由于不是液体致冷剂，因此具有压缩性。即，例如温度为20℃、压力为6MPa的致冷剂被断热压缩、压力到达超临界的30MPa时，密度只增加大约10％，几乎没有被压缩，但是温度为35℃、压力为8MPa的超临界状态的二氧化碳致冷剂，压力同样被断热压缩成30MPa时，其密度增加60％，压缩性大。
因此，万一即使一时大量的超临界状态的致冷剂被喷射，混入汽缸内或轴承内时，不容易发生由于内部容量减少等引起的异常的压力上升，可以避免发生压缩机21内部的各滑动部的磨损，提高了可靠性。
另外，本实施方式中，第二节流装置27的开度与由温度传感器28检测到的压缩机21的排出气体温度与预先设定在控制装置29上的温度的温度差相关联、进行开关控制，也可以检测高压或低压，与该压力相关联进行开关控制，这也是本发明的一个实施方式。
(第二实施方式)图3是表示本发明第二实施方式的冷冻装置的构成图。
图3中，与图1具有同样功能的用同一符号，在此省略说明。
本实施方式中的冷冻装置是，设置有切换制冷制暖运转的四通阀30，连接室外热交换器31、第一节流装置23、室内热交换器32，构成冷冻循环的主回路。
并且，将从室外热交换器31和第一节流装置23之间的配管分岔的配管与压缩机21的汽缸内(无图示)连接，在分岔的配管的中途连接止回阀33，只向压缩机21的方向(图3的实线箭头方向)流动。另外，将从室内热交换器32和第一节流装置23之间的配管分岔的配管与压缩机21的汽缸内(无图示)连接，在分岔的配管的中途连接止回阀34，只向压缩机21的方向(图3的虚线箭头方向)流动。
并且，止回阀33出口侧的配管与止回阀34出口侧的配管汇合、用共同的配管构成，第二节流装置27被连接在该配管上。
这样，本实施方式中的冷冻装置构成是，制冷运转时室外热交换器31和第一节流装置23之间的致冷剂被向压缩机21的汽缸内喷射，制暖运转时，室内热交换器32和第一节流装置23之间的致冷剂被向压缩机21的汽缸内喷射。
本实施方式中，冷冻装置使用二氧化碳作为致冷剂。
利用第一实施方式中说明的图2所示的「P(压力)-h(热函)线图」，就该冷冻装置的动作进行说明。
制冷运转时，在压缩机21中被压缩成高压、排出的致冷剂(二氧化碳)通过四通阀30向实线箭头方向流动、被导入室外热交换器31中，与通过风扇25送入的室外空气进行热交换，在超临界区域内散热(图2的点D～点E的区域)。从室外热交换器31流出的超临界状态的二氧化碳致冷剂在第一节流装置23被膨胀(点E～点F的区域)，在室内热交换器32中，与通过风扇26送入的室内空气进行热交换、进行制冷运转，蒸发、成为气体致冷剂(点F～点A的区域)。
该气体致冷剂通过四通阀30被压缩机21再次吸入(点A)、压缩。
一方面，由于止回阀33、34的方向性，第二节流装置27封闭时，不会将第一节流装置23作为旁路使冷却剂流动。
一方面，温度传感器28检测出的压缩机21的排出气体温度比事先设定在控制装置29上的温度高的情况下，控制装置29加大第二节流装置27的开度、发出使致冷剂流动的指令。
此时，从室外热交换器31流出的超临界状态的致冷剂(点E)的一部分通过止回阀33以及第二节流装置27被向压缩机21的汽缸内喷射。
并且，在汽缸内被压缩的吸入气体(点A)被压缩到点B，在此与被喷射的致冷剂混合，温度降低到点C的状态，被再次压缩成高压(点D)的状态。
本实施方式中，由于直接喷射热函低的点E的超临界状态的致冷剂，点D的状态是，与不喷射时的排出气体温度(点D′)相比较，可以使温度大幅度降低，可以防止由于温度上升引起的压缩机21的可靠性降低。
另外，如第一实施方式中所述，由于喷射的超临界状态的致冷剂不是液体致冷剂，所以具有压缩性。因此，即使万一一时大量的超临界状态的致冷剂被喷射、混入汽缸内或轴承内时，也不容易发生由于内部容量减少等引起的异常的压力上升，可以避免发生压缩机21内部的各滑动部的磨损，提高可靠性。
一方面，制暖运转时，在压缩机21中被压缩成高压、排出的致冷剂(二氧化碳)通过四通阀30向虚线箭头方向流动、被导入室内热交换器32中，与通过风扇26送入的室内空气进行热交换，进行制暖运转，在超临界区域内散热(图2的点D～点E的区域)。从室内热交换器32流出的超临界状态的二氧化碳致冷剂在第一节流装置23上被膨胀(点E～点F的区域)，在室外热交换器31中，与通过风扇25送入的室外空气进行热交换，蒸发、成为气体致冷剂(点F～点A的区域)。
该气体致冷剂通过四通阀30被压缩机21再次吸入(点A)、压缩。
一方面，由于止回阀33、34的方向性，第二节流装置27封闭时，不会将第一节流装置23作为旁路使冷却剂流动。
一方面，温度传感器28检测出的压缩机21的排出气体温度比事先设定在控制装置29上的温度高的情况下，控制装置29加大第二节流装置27的开度、发出使致冷剂流动的指令。
此时，从室内热交换器32流出的超临界状态的致冷剂(点E)的一部分通过止回阀34以及第二节流装置27被向压缩机21的汽缸内喷射。
并且，表示这种情况下的致冷剂状态的「P(压力)-h(热函)线图」，与冷却装置运转时相同，在此省略说明。
这种情况下，特别是外部气温低时的制暖运转等需要温度高的暖风时，排出压力上升、吸入压力降低，由于排出温度异常上升，利用本发明可以确实降低排出温度，可以避免发生压缩机21内部的各滑动部的磨损，提高了可靠性。
并且，本实施方式中，制冷制暖运转中，第二节流装置27的开度与温度传感器28检测到的压缩机21的排出气体温度与预先设定在控制装置29上的温度的温度差相关联、进行开关控制，也可以检测高压或低压，与该压力相关联进行开关控制，这也是本发明的一个实施方式。
如上所述，由于本发明的冷冻装置将超临界状态的致冷剂直接向压缩机喷射，因此即使是少量的，使压缩机的排出温度降低的效果也好，并且由于是比液体致冷剂更具有压缩性的超临界状态的致冷剂，即使超临界状态的致冷剂混入汽缸内或轴承内，也很难发生象现有的液体压缩那样的异常的压力上升，可以避免发生各滑动部的损耗，提高可靠性。
权利要求
1.一种冷冻装置，其特征在于，至少将压缩机、散热器、第一节流装置以及蒸发器连接成环状，构成冷冻循环的主回路，具有喷射配管，该喷射配管将运转时在上述散热器中能达到超临界状态的致冷剂封入上述冷冻循环、将上述散热器的出口侧的处于超临界状态的致冷剂向上述压缩机的汽缸内喷射。
2.如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于，在上述喷射配管的中途设置第二节流装置，在上述压缩机的排出温度超过规定值的情况下，打开上述第二节流装置。
3.一种冷冻装置，其特征在于，至少将压缩机、四通阀、室外热交换器、第一节流装置以及室内热交换器作为构成要素构成冷冻循环的主回路，在运转时，将在上述室外热交换器或上述室内热交换器中能达到超临界状态的致冷剂封入上述冷冻循环，在从上述室外热交换器和上述第一节流装置之间的配管分岔的配管上设置第一止回阀，在从上述室内热交换器和上述第一节流装置之间的配管分岔的配管上设置第二止回阀，使上述第一止回阀的下游侧配管与上述第二止回阀的下游侧配管汇合、与上述压缩机的汽缸内连接，上述第一止回阀和上述第二止回阀设置成致冷剂只分别向着上述压缩机的汽缸内流动，从上述室外热交换器和上述第一节流装置之间的配管或上述室内热交换器和上述第一节流装置之间的配管向上述压缩机的汽缸内喷射处于超临界状态的致冷剂。
4.如权利要求3所述的冷冻装置，其特征在于，在上述第一止回阀的下游侧配管和上述第二止回阀的下游侧配管汇合点、与上述压缩机的汽缸之间的配管上设置第二节流装置，在上述压缩机的排出温度超过规定值的情况下，打开上述第二节流装置。
5.如权利要求1至4中任一项所述的冷冻装置，其特征在于，作为上述致冷剂使用二氧化碳。
6.一种冷冻装置，其特征在于，至少将压缩机、散热器、第一节流装置以及蒸发器连接成环状构成冷冻循环的主回路，运转时将能达到超临界状态的致冷剂封入上述冷冻循环，向上述压缩机的汽缸内喷射处于超临界状态的致冷剂。
全文摘要
本发明的课题是气体喷射的排出温度不能充分降低，如果增加喷射量，液体致冷剂流入汽缸内、被进行液体压缩，不能保证可靠性。本发明的冷冻装置，其特征在于，至少将压缩机、散热器、第一节流装置以及蒸发器连接成环状，构成冷冻循环的主回路，具有将运转时在上述散热器中能达到超临界状态的致冷剂封入、将上述散热器的出口侧的超临界状态的致冷剂向上述压缩机的汽缸内喷射的喷射配管。
文档编号F25B13/00GK1517635SQ20041000225
公开日2004年8月4日 申请日期2004年1月16日 优先权日2003年1月16日
发明者中谷和生, 川边义和, 井上雄二, 冈座典穗, 二, 和, 穗 申请人:松下电器产业株式会社