[发明专利]容量可调涡旋压缩机制冷系统

说明书

技术领域

本发明涉及含涡旋压缩机的制冷系统，更具体的说，涉及一种通过制冷剂泄出或/和喷射改变含涡旋压缩机制冷系统容量和性能的系统形式及其控制方法。

背景技术

涡旋压缩机是制冷空调用压缩机的一种。由于具有高效、低噪音等优点，涡旋压缩机在中小容量制冷空调系统中得以广泛应用。涡旋压缩机具有一对对称设置的涡旋盘，即静盘和动盘，静盘固定在压缩机的机体上，动盘在一定范围内绕静盘做圆周平动。压缩初期，低压制冷剂气体被涡旋盘的外侧壁面卷入压缩腔，而后随着涡旋盘的平动被封闭于压缩腔中。随后，压缩腔的容积随着动盘的平动逐渐变小并向涡旋盘中心运动，此过程中密封于压缩腔的制冷剂气体逐渐被压缩。当压缩腔到达涡旋盘中心并与设于静盘中心的排气通道接通时，压缩制冷剂气体穿过静盘排气通道到达排气腔，完成压缩过程。

由上述分析可以看出，涡旋压缩机的排气状态只受压缩机固有排气位置的影响。因此，一般而言，涡旋压缩机属于固定容积比压缩机。对于某一确定的涡旋压缩机和制冷剂，其压缩比基本确定。然而，在实际的制冷空调应用中，特别是空调器这类一侧换热器与室外空气直接接触的系统中，室外空气温度随天气和气候的大幅度变化将导致室外换热器内的蒸发压力(制热工况)或者冷凝压力(制冷工况)大范围变化，由此导致系统运行需要的压缩比(冷凝压力/蒸发压力)在很大范围发生变化。所以，当涡旋压缩机安装于此类变工况制冷系统中时，压缩机在非设计工况均会出现过压缩和欠压缩损失，降低了压缩机的效率，这也限制了涡旋压缩机制冷系统能效比的进一步提高。

对于风冷热泵机组或者热泵空调器而言，欠压缩一般出现在室外温度较低的制热工况。随着室外温度的降低，系统蒸发压力迅速降低，导致系统的需求压缩比快速增加，远超涡旋压缩机提供的压缩比。此时，压缩机在排气过程中将出现排出气体回灌的现象，增加压缩机的功耗，降低了压缩机的效率；而且由于系统的蒸发温度低，吸气比容大，导致系统中制冷剂的循环量较非低温工况显著下降，极大地降低了系统的制热量，同时导致压缩机电机的冷却不足，排气温度过高，严重影响压缩机的安全运行和寿命。对于涡旋压缩机提供压缩比小于系统需求压缩比而导致的热泵系统性能下降的情况，已有技术可以解决其中的一项或几项问题，如：增加油冷可以有效降低压缩机的排气温度；采用压缩机变容技术可以增加系统的制冷剂流量，从而增大系统的制冷/制热量；采用液态制冷剂喷射技术可以有效降低压缩机的排气温度，提高运行的可靠性。此外，气态制冷剂喷射技术(以下简称制冷剂喷射)是一项既能提高压缩机效率，降低压缩机排气温度，并能有效增加系统制冷/制热量的技术。

制冷剂喷射可分为两类：换热式制冷剂喷射系统和闪发式制冷剂喷射系统。图1所示为换热式制冷剂喷射系统，图2所示为闪发式制冷剂喷射系统。

对于图1所示的换热式制冷剂喷射系统，冷凝器出口的制冷剂分为两路，一路经节流成为中间压力两相制冷剂，与主回路中未被节流制冷剂换热，使主回路制冷剂过冷，而自身成为过热蒸气经喷射孔进入压缩腔与经压缩机吸气口进入压缩腔的制冷剂混合，随后进行压缩。

闪发式制冷剂喷射系统则是将冷凝器出口制冷剂一级节流送入闪蒸罐中，中压制冷剂在闪蒸罐中分离为中间压力下的饱和液态和饱和气态制冷剂，饱和液态制冷剂再进行二级节流进入蒸发器，饱和气态制冷剂则经喷射孔进入压缩机与经压缩机吸气口进入压缩腔的制冷剂混合，随后进行压缩。

由制冷喷射系统的原理可以看出，喷射回路制冷剂将自身所带部分冷量传递给流入蒸发器制冷剂，同时自身保持了较高的压力，减少了节流损失。利用自身较高的压力，喷射回路在压缩机压缩腔封闭后可以向压缩机再注入制冷剂，提高压缩机的排气压力，减少甚至消除排气过程的制冷剂的回灌现象，提高压缩机效率。由于喷入制冷剂比焓较压缩机腔内制冷剂比焓要低，压缩机的排气温度得以降低，保证了压缩机的安全运行。另一方面，蒸发器入口制冷剂比焓的降低提高了蒸发器的换热量，同时提高了系统的制冷/制热能力。