本发明涉及制冷系统领域，具体而言，涉及一种制冷循环系统及具有其的空调器。
背景技术：
随着臭氧层消耗和全球变暖趋势的加剧，环境友好型制冷剂的应用得到广泛关注与发展。其中，CO2制冷剂属于自然工质，大气臭氧层损耗指数(ODP)为零，温室效应指数(GWP)为1，对人类生态环境无害。同时，CO2具有十分优良的热力性能，粘度低、潜热大等，具有良好的应用前景。
CO2由于临界温度仅为31℃，在制冷/热泵循环中多采用跨临界循环形式。CO2跨临界循环主要存在运行压力高、节流和过热损失大的缺点。例如在空调领域，在典型应用工况下，排气压力一般达到10MPa，吸气压力约为1-4MPa，巨大的压差对压缩机零部件的可靠性产生不利的影响。节流和过热损失大导致CO2循环效率低，性能系数低下严重制约着CO2大范围的应用。
如何降低CO2制冷/热泵循环中压缩机的运行压差和过热损失，如何减小节流损失从而提高CO2制冷系统性能系数，这是CO2制冷循环研究的重点和亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种制冷循环系统及具有其的空调器，以解决现有技术中的制冷循环系统节能效果较差的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种制冷循环系统，包括：蒸发器；压缩机，压缩机的吸气口与蒸发器的出口相连通，其中，压缩机具有补气口；补气结构，补气结构的出气口与补气口相连通；气体冷却器，气体冷却器的进口与压缩机的出口相连通；膨胀机，膨胀机的进口与气体冷却器的出口相连通，膨胀机的出口与蒸发器的进口相连通。
进一步地，补气结构为闪蒸器，闪蒸器的进口与膨胀机的出口相连通，闪蒸器的出液口与蒸发器的进口相连通。
进一步地，压缩机还包括：节流装置，节流装置设置在闪蒸器的出液口与蒸发器的进口之间的管路上。
进一步地，压缩机包括：第一级压缩机，第一级压缩机的吸气口与蒸发器的出口相连通；第二级压缩机，第二级压缩机的进气口与第一级压缩机的排气口相连通，第二级压缩机的出口与气体冷却器的进口相连通；其中，补气口设置在第二级压缩机的进气口与第一级压缩机的排气口之间。
进一步地，第一级压缩机的工作容积为VA，第二级压缩机的工作容积为VB，其中，0.7≤VB/VA≤1.4。
进一步地，第一级压缩机的工作容积为VA，膨胀机的工作容积为VC，其中，0.05≤VC/VA≤0.4。
进一步地，膨胀机的工作容积为VC，膨胀机的排气容积为VD，其中，1.5≤VD/VC≤4.5。
进一步地，第一级压缩机和第二级压缩机为一体式压缩机。
进一步地，第一级压缩机和第二级压缩机同轴设置。
进一步地，第一级压缩机、第二级压缩机和膨胀机同轴设置。
进一步地，压缩机为准二级压缩机。
进一步地，压缩机为离心式压缩机、螺杆式压缩机或涡旋式压缩机。
根据本发明的另一方面，提供了一种空调器，包括制冷循环系统，制冷循环系统为上述的制冷循环系统。
本发明的制冷循环系统通过蒸发器、压缩机、补气结构、气体冷却器以及膨胀机能够有效减少制冷循环系统中的能量损失。其中，压缩机的吸气口与蒸发器的出口相连通，补气结构的出气口与压缩机的补气口相连通，气体冷却器的进口与压缩机的出口相连通，膨胀机的进口与气体冷却器的出口相连通，膨胀机的出口与蒸发器的进口相连通。
在具体运行过程中，蒸发器中的低温低压制冷剂经压缩机压缩至高温高压制冷剂，在压缩机压缩过程中，补气结构向压缩机内补入气态制冷剂。由于膨胀机的存在，在实现制冷剂膨胀过程中，可有效回收制冷剂膨胀过程中损失的做功能力，从而降低制冷循环系统的输入功率，提升了制冷循环系统的性能系数，从而可以提高了制冷循环系统的节能效果，解决了现有技术中的制冷循环系统节能效果较差的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的制冷循环系统的第一个实施例的结构示意图；
图2示出了根据本发明的制冷循环系统的第二个实施例的结构示意图；
图3示出了根据本发明的制冷循环系统的第三个实施例的结构示意图；
图4示出了根据本发明的制冷循环系统的第四个实施例的结构示意图；
图5示出了本发明的制冷循环系统的压焓图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、蒸发器；20、压缩机；21、第一级压缩机；22、第二级压缩机；30、补气结构；40、膨胀机；50、气体冷却器；60、节流装置。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明提供了一种制冷循环系统，请参考图1至图4，制冷循环系统包括：蒸发器10；压缩机20，压缩机20的吸气口与蒸发器10的出口相连通，其中，压缩机20具有补气口；补气结构30，补气结构30的出气口与补气口相连通；气体冷却器50，气体冷却器50的进口与压缩机20的出口相连通；膨胀机40，膨胀机40的进口与气体冷却器50的出口相连通，膨胀机40的出口与蒸发器10的进口相连通。
本发明的制冷循环系统通过蒸发器10、压缩机20、补气结构30、气体冷却器50以及膨胀机40能够有效减少制冷循环系统中的能量损失。其中，压缩机20的吸气口与蒸发器10的出口相连通，补气结构30的出气口与压缩机20的补气口相连通，气体冷却器50的进口与压缩机20的出口相连通，膨胀机40的进口与气体冷却器50的出口相连通，膨胀机40的出口与蒸发器10的进口相连通。
在具体运行过程中，蒸发器10中的低温低压制冷剂1经压缩机20压缩至高温高压制冷剂4，在压缩机压缩过程中，补气结构30向压缩机20内补入气态制冷剂7。由于膨胀机40的存在，在实现制冷剂膨胀过程中，可有效回收制冷剂膨胀过程中损失的做功能力，从而降低制冷循环系统的输入功率，提升了制冷循环系统的性能系数，从而可以提高了制冷循环系统的节能效果，解决了现有技术中的制冷循环系统节能效果较差的问题。
在本实施例中，膨胀机40利用气态制冷剂在膨胀机40内进行绝热膨胀对外做功消耗气体本身的内能，使气体的压力和温度大幅度降低达到制冷与降温的目的。
为了能够实现对膨胀机40中形成的气液两相的中压制冷剂6进行气液分离，补气结构30为闪蒸器，闪蒸器的进口与膨胀机40的出口相连通，闪蒸器的出液口与蒸发器10的进口相连通。
在本实施例中，通过将补气结构30设置为闪蒸器，其中，闪蒸器的进口与膨胀机40的出口相连通，闪蒸器的出液口与蒸发器10的进口相连通。从而将闪蒸器内的气态制冷剂7送入到了补气口，而液态制冷剂8进入了蒸发器10中。
优选地，如图1至图4所示，压缩机20还包括：节流装置60，节流装置60设置在闪蒸器的出液口与蒸发器10的进口之间的管路上。
在本实施例中，液态制冷剂8经过节流装置60节流形成低温低压的气液两相制冷剂9。
针对压缩机的具体形式，如图1至图3所示，压缩机20包括：第一级压缩机21，第一级压缩机21的吸气口与蒸发器10的出口相连通；第二级压缩机22，第二级压缩机22的进气口与第一级压缩机21的排气口相连通，第二级压缩机22的出口与气体冷却器50的进口相连通；其中，补气口设置在第二级压缩机22的进气口与第一级压缩机21的排气口之间。
在本实施例中，低温低压制冷剂1经第一级压缩机21压缩后形成中压排气2，中压排气2与蒸发器10中分离出的气态制冷剂7混合为中压制冷剂3，再经第二级压缩机22压缩至高温高压制冷剂4，在气体冷却器50的作用下释放热量形成高压制冷剂5，膨胀机40实现制冷剂膨胀，形成气液两相的中压制冷剂6，两相制冷剂在闪蒸器中实现气液分离，气态制冷剂7补入两级压缩机之间，液态制冷剂8经节流装置60进一步节流形成低温低压的气液两相制冷剂9，进而在蒸发器10中吸热制冷，形成低压气态制冷剂1。
优选地，第一级压缩机21的工作容积为VA，第二级压缩机22的工作容积为VB，其中，0.7≤VB/VA≤1.4。
优选地，第一级压缩机21的工作容积为VA，第二级压缩机22的工作容积为VB，其中，0.9≤VB/VA≤1.2。
在本实施例中，通过合理分配第一级压缩机21和第二级压缩机22的压力差，使压缩效率更高，运转更平稳。
优选地，第一级压缩机21的工作容积为VA，膨胀机40的工作容积为VC，其中，0.05≤VC/VA≤0.4。
优选地，第一级压缩机21的工作容积为VA，膨胀机40的工作容积为VC，其中，0.1≤VC/VA≤0.25。
在本实施例中，通过合理分配第一级压缩机21和膨胀机40的工作容积，使得第一级压缩机21和膨胀机40的流量配合效果更佳，有利于提高循环能效。
优选地，膨胀机40的工作容积为VC，膨胀机40的排气容积为VD，其中，1.5≤VD/VC≤4.5。
优选地，膨胀机40的工作容积为VC，膨胀机40的排气容积为VD，其中，2≤VD/VC≤4。
在本实施例中，通过合理分配膨胀机40的工作容积和排气容积，使膨胀机40排出冷媒状态与补气结构30的出气、出液状态匹配效果更佳，提高膨胀效率、改善循环能效。
为了合理的分配压力差，提高补气増焓效果，实现膨胀机对膨胀功的高效回收，第一级压缩机21的工作容积为VA，第二级压缩机22的工作容积为VB，其中，0.7≤VB/VA≤1.4，进一步地，0.9≤VB/VA≤1.2。膨胀机40的工作容积为VC，其中，0.05≤VC/VA≤0.4，进一步地，0.1≤VC/VA≤0.25。膨胀机40的排气容积为VD，其中，1.5≤VD/VC≤4.5，进一步地，2≤VD/VC≤4。
针对本制冷循环系统的第一个实施例，如图1所示，第一级压缩机21和第二级压缩机22为独立的压缩机。
针对本制冷循环系统的第二个实施例，如图2所示，第一级压缩机21和第二级压缩机22为一体式压缩机。
在本实施例中，第一级压缩机21和第二级压缩机22为一体式压缩机，从而提高第一级压缩机21和第二级压缩机22的整体运行效率，并降低成本、节约空间。
优选地，第一级压缩机21和第二级压缩机22同轴设置。
针对本制冷循环系统的第三个实施例，如图3所示，第一级压缩机21、第二级压缩机22以及膨胀机40为一体式压缩机。
在本实施例中，第一级压缩机21、第二级压缩机22以及膨胀机40为一体式结构，从而提高第一级压缩机21、第二级压缩机22以及膨胀机40的整体运行效果，并大幅解决空间，使循环系统结构更简单、更节能。
优选地，第一级压缩机21、第二级压缩机22和膨胀机40同轴设置。
针对本制冷循环系统的第四个实施例，如图4所示，压缩机20为准二级压缩机。
可选地，压缩机20为离心式压缩机、螺杆式压缩机或涡旋式压缩机。
本发明还提供了一种空调器，包括制冷循环系统，制冷循环系统为上述的制冷循环系统。
图5中，横坐标为制冷循环制冷剂的比焓h，纵坐标为压力p。1-2为第一级压缩，将低压制冷剂1压缩至中压排气2；第一级压缩排气2与中压气体7混合形成中压制冷剂3。3-4为第二级压缩，将中压制冷剂3压缩机至高压制冷剂4。4-5为高压气体冷却过程，制冷剂放热，即对外界制热。5-6为膨胀机40的膨胀过程，回收膨胀功。两相态制冷剂在闪蒸器中实现分离为液态制冷剂8和气态制冷剂7。液态制冷剂8经第二次节流后形成低温低压制冷剂9，9在蒸发器内蒸发吸热，即对外界制冷，形成低压气态制冷剂1。
其中，h5-h6为本发明制冷循环单位质量制冷剂在膨胀机40中回收的膨胀功，h5-h8为本发明制冷循环单位质量制冷剂增加的制冷量。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明的制冷循环系统通过蒸发器10、压缩机20、补气结构30、气体冷却器50以及膨胀机40能够有效减少制冷循环系统中的能量损失。其中，压缩机20的吸气口与蒸发器10的出口相连通，补气结构30的出气口与压缩机20的补气口相连通，气体冷却器50的进口与压缩机20的出口相连通，膨胀机40的进口与气体冷却器50的出口相连通，膨胀机40的出口与蒸发器10的进口相连通。
在具体运行过程中，蒸发器10中的低温低压制冷剂1经压缩机20压缩至高温高压制冷剂4，在压缩机压缩过程中，补气结构30向压缩机20内补入气态制冷剂7。由于膨胀机40的存在，在实现制冷剂膨胀过程中，可有效回收制冷剂膨胀过程中损失的做功能力，从而降低制冷循环系统的输入功率，提升了制冷循环系统的性能系数，从而可以提高了制冷循环系统的节能效果，解决了现有技术中的制冷循环系统节能效果较差的问题。
本发明的制冷循环系统实现了“双级压缩+补气増焓+膨胀机“的制冷循环，可有效解决款临界循环(CO2)中存在的三大问题：双级压缩结构可有效分解压缩机运行压力差，降低每一级压缩机的负荷，并可提升运行效率；补气増焓结构通过对低压级压缩机的排气补入较低温的制冷剂，降低第二级压缩机的吸气温度，从而降低压缩机的排气温度，有效防止压缩机非金属部件的老化问题，改善过热损失对压缩机效率的不利影响，同时补气使得进入蒸发器的制冷剂干度降低，增大了蒸发焓差，提升了制冷量；膨胀机结构可有效回收制冷剂节流过程中损失的做功能力，从而降低制冷循环系统的输入功率，提升性能系数。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。