CN107576096A - 压缩机单元及空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种压缩机单元及空调系统，所述压缩机单元包括液态冷媒输送组件，所述液态冷媒输送组件包括用于自所述贮液器向压缩机输送液态冷媒的毛细管，所述毛细管的一端与所述贮液器相连通；所述液态冷媒输送组件包括可实现所述气态冷媒和液态冷媒相混合并雾化所述液态冷媒以防止所述压缩机液击的气液混合器，所述气液混合器分别与所述压缩机入口、气态冷媒出口，以及所述毛细管背离所述贮液器的另一端相连通以使所述气液混合冷媒经所述压缩机入口进入所述压缩机；所述空调系统设置有前述的压缩机单元。本发明的压缩机单元及空调系统，减小了所述压缩机的能耗，提高了空调系统的性能系数，并且有利于提高所述压缩机的使用寿命。

Description

压缩机单元及空调系统

技术领域

本发明属于空气调节技术领域，尤其涉及一种压缩机单元及空调系统。

背景技术

随着经济的发展和能源的不断消耗，追求节能减排和降低能耗成为各个技 术领域内技术人员不断努力的目标，对于家庭电能消耗主要组成部分的空调电 耗来说，在满足空气调节能力的前提下进一步降低空调系统的电耗成为空调用 户的普遍需求。因此，如何提高空调系统的性能系数成为本领域技术人员亟需 解决的技术问题，也是国内外空调技术发展的重点。

对于卡诺制冷循环来说，卡诺制冷循环的性能系数的计算公式为：

其中，Q₀为制冷量，W为压缩机的功耗，T_H为高温热汇 的温度(即理想状态的冷凝温度)，T_L为低温热源的温度(即理想状态下的蒸发 温度)，有上式可知，COP_C的大小与T_H/T_L的大小有关，T_H/T_L越大，则COP_C越小； T_H/T_L越小，则COP_C越大。目前提高空调系统的性能系数的方法主要通过降低高 温热汇和低温热源之间的温度差，即降低T_H/T_L的方式，比如增加换热器的面积 等。但是，采用上述方式所能提高空调系统的性能系数的幅度有限。

工程热物理学报第37卷第6期(2016年6月)发表的论文《不完全湿压 缩特性研究》中，提出了压缩机不完全湿压缩的理论，压缩机的不完全湿压缩 过程是指压缩机的吸气为气液混合状态，圧缩过程的终点为过热蒸汽状态或者 饱和蒸气状态；该论文经过研究分析后得出：针对温熵图上饱和气相线的坡度 系数为负值的冷媒，包括氨、R32、R22和R134a，与干压缩相比，进行不完全 湿压缩时，不仅能够降低压缩机的能耗，而且能够提高压缩机的性能系数。

因此，提出一种能够进行不完全湿压缩的压缩机单元，降低压缩机的能耗， 并且提高空调系统的性能系数，对于本领域技术人员来说是非常必要的。

发明内容

本发明针对上述不足，提出一种压缩机单元，能够降低压缩机的能耗，从 而提高空调系统的性能系数；本发明进一步提出一种空调系统，具有较低的压 缩机能耗和较高的性能系数。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种压缩机单元，包括压缩机和贮液器，所述压缩机包括压缩机入口，所 述贮液器包括气态冷媒出口，所述压缩机入口和气态冷媒出口相连通，其特征 在于：所述压缩机单元包括液态冷媒输送组件，所述液态冷媒输送组件包括用 于自所述贮液器向压缩机输送液态冷媒的毛细管，所述毛细管的一端与所述贮 液器相连通；所述液态冷媒输送组件包括可实现所述气态冷媒和液态冷媒相混 合并雾化所述液态冷媒以防止所述压缩机液击的气液混合器，所述气液混合器 分别与所述压缩机入口、气态冷媒出口，以及所述毛细管背离所述贮液器的另 一端相连通以使所述气液混合冷媒经所述压缩机入口进入所述压缩机。

作为优选，所述气液混合器内部设置有射流器，所述气液混合器包括气态 冷媒入口、液态冷媒入口和气液混合冷媒出口，所述气态冷媒入口与气态冷媒 出口相连通，所述液态冷媒入口与毛细管背离所述贮液器的另一端相连通以便 气体冷媒与液体冷媒在所述射流器内部进行气液混合并雾化，所述气液混合冷 媒出口与所述压缩机入口相连通以便气液混合冷媒进入所述压缩机。

作为优选，所述气液混合器包括与所述气态冷媒出口相连通的所述气态冷 媒入口、与所述毛细管背离所述贮液器的另一端相连通的液态冷媒入口和与所 述压缩机入口相连通的气液混合冷媒出口，所述气液混合器包括设于其内部的 文丘里管，所述文丘里管内部形成有气液混合腔，所述液态冷媒入口与所述文 丘里管的气液混合腔连通。

作为优选，所述液态冷媒输送组件包括控制阀，所述控制阀设置于所述毛 细管上位于所述贮液器和气液混合器之间。

作为优选，所述气态冷媒出口设置于所述贮液器的底端，所述贮液器包括 可输送气态冷媒的排气管，所述排气管的一端穿过所述气态冷媒出口并伸入至 所述贮液器的顶端，所述排气管的相对另一端与所述气液混合器的气态冷媒入 口相连通；所述毛细管与所述贮液器相连通的一端设置于所述贮液器上靠近所 述气态冷媒出口的底部。

作为优选，所述毛细管与所述贮液器相连通的一端伸入至所述贮液器的内 部底面。

作为优选，包括保温件，所述保温件包裹于所述毛细管外周并位于所述贮 液器外部。

作为优选，所述排气管设置为多个，每个所述排气管和压缩机入口之间均 设置有气液混合器，所述毛细管背离所述贮液器的另一端分别与多个所述气液 混合器的液态冷媒入口相连通。

一种空调系统，包括冷媒管路，以及通过所述冷媒管路依次连接的冷凝器、 节流部件和蒸发器，其特征在于：包括前述的压缩机单元，所述压缩机单元设 置于所述蒸发器和冷凝器之间并通过所述冷媒管路分别与所述蒸发器和冷凝器 连接。

作为优选，所述压缩机包括压缩机出口，所述贮液器包括贮液器入口，所 述压缩机出口通过所述冷媒管路与所述冷凝器的入口相连通，所述贮液器入口 通过所述冷媒管路与所述蒸发器的出口相连通。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明的压缩机单元，其通过设置液态冷媒输送组件，将所述贮液器中 的液态冷媒和气态冷媒在所述气液混合器中混合并将液态冷媒雾化，以防止所 述压缩机发生液击，从而使所述压缩机中的压缩过程为不完全湿压缩过程，不 仅降低了所述压缩机的能耗，有利于提高制冷循环的性能系数，而且降低了所 述压缩机的排气温度，有利于提高所述压缩机的使用寿命。

2、本发明的空调系统，其通过设置可进行不完全湿压缩的压缩机单元，在 所述空调系统运行稳定时，所述压缩机进行不完全湿压缩，减小了所述压缩机 的能耗，提高了空调系统的性能系数，并且有利于提高所述压缩机的使用寿命。

附图说明

图1为本发明压缩机单元的结构示意图；

图2为本发明气液混合器的结构示意图。

以上各图中：1、压缩机；11、压缩机入口；12、压缩机出口；2、贮液器； 21、气态冷媒出口；22、贮液器入口；3、液态冷媒输送组件；31、毛细管；32、 气液混合器；321、气态冷媒入口；322、液态冷媒入口；323、气液混合冷媒出 口；33、控制阀；4、排气管；5、保温件。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在 没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地 结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、 “前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为 了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有 特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此 外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示 或暗示相对重要性。

如图1所示，本发明提出一种压缩机单元，包括压缩机1、贮液器2和液 态冷媒输送组件3。所述压缩机1包括压缩机入口11，所述贮液器2包括气态 冷媒出口21，所述压缩机入口11和气态冷媒出口21相连通。本发明压缩机单 元所在空调系统因工况的变化会对冷媒量的需求发生变化，因此所述贮液器2 的底部贮存有液态冷媒以应对空调系统对冷媒量需求的变化要求。所述液态冷 媒输送组件3包括毛细管31和气液混合器32，所述毛细管31的一端与所述贮 液器2相连通，所述毛细管31的相对另一端与所述压缩机入口11相连通，所述毛细管31可利用所述贮液器2和压缩机1之间的压差将所述贮液器2中的液 态冷媒输送至压缩机入口11；所述气液混合器32设置于所述压缩机入口11处， 所述气液混合器32分别与所述压缩机入口11、气态冷媒出口21，以及所述毛 细管31背离所述贮液器2的另一端相连通，所述贮液器2的气态冷媒出口21 排出的冷媒气体进入所述气液混合器32中，所述贮液器2中贮存的液态冷媒通 过所述毛细管31进入所述气液混合器32中与所述气态冷媒相混合并被所述雾 化为微小颗粒，所述气态冷媒和液态冷媒混合成为气液混合冷媒并进入所述压 缩机入口11，以使所述压缩机1中的压缩过程为不完全湿压缩。

本发明的压缩机单元，其通过设置液态冷媒输送组件，将所述贮液器2中 的液态冷媒和气态冷媒在所述气液混合器32中混合并将液态冷媒雾化，以防止 所述压缩机1发生液击，从而使所述压缩机1中的压缩过程为不完全湿压缩过 程，即压缩过程的起点为气液混合冷媒状态，压缩过程的终点为饱和蒸气冷媒 状态或者过热蒸气冷媒状态，不仅降低了所述压缩机1的能耗，有利于提高制 冷循环的性能系数，而且降低了所述压缩机1的排气温度，有利于提高所述压 缩机的使用寿命。

在本发明的一个实施例中，所述气液混合器32包括气态冷媒入口321、液 态冷媒入口322和气液混合冷媒出口323，所述气态冷媒入口321与贮液器2的 气态冷媒出口21相连通，所述液态冷媒入口322与毛细管31背离所述贮液器2 的另一端相连通，所述气液混合冷媒出口323与所述压缩机入口11相连通。所 述气液混合器32内部设置有射流器，以便所述气体冷媒与液体冷媒在所述射流 器内部进行混合形成气液混合冷媒并使所述液态冷媒雾化为微小颗粒(防止所 述压缩机1发生液击现象)，所述气液混合冷媒出口323与所述压缩机入口11 相连通以便气液混合冷媒经过所述压缩机入口11并最终进入所述压缩机1进行 不完全湿压缩。

在本发明的另一个实施例中，参见图2，所述气液混合器32包括与所述气 态冷媒出口21相连通的气态冷媒入口321，与所述毛细管31背离所述贮液器2 的另一端相连通的液态冷媒入口322，以及与所述压缩机入口11相连通的气液 混合冷媒出口323。所述气液混合器32包括设于其内部的文丘里管，所述文丘 里管内部形成有气液混合腔，所述液态冷媒入口322与所述文丘里管的气液混 合腔连通；所述贮液器2内的气态冷媒经过所述气态冷媒入口321进入所述气 液混合腔后速度升高压力降低，从而使所述毛细管31与液态冷媒入口322连通 一端的压力低于所述毛细管31与所述贮液器2连通一端的压力，从而使所述贮液器2内的液态冷媒在前述压差的作用下经过所述毛细管31流入所述气液混合 器内，所述液态冷媒进入所述气液混合器内的气液混合腔中并被高速的气态冷 媒冲击雾化为微小的颗粒，以防止所述气态冷媒和液态冷媒混合形成的气液混 合冷媒进入所述压缩机1后使所述压缩机1发生液击现象，所述气液混合冷媒 经过所述气液混合冷媒出口323进入所述压缩机入口11并最终进入所述压缩机 1进行不完全湿压缩。

具体地，所述液态冷媒入口322位于所述气态冷媒入口321和气液混合冷 媒出口323之间，并且所述气态冷媒入口321的流通面积自所述气态冷媒入口 321的起始端至所述液态冷媒入口322处逐渐减小。所述贮液器2的气态冷媒 出口21排出的冷媒气体通过所述气态冷媒入口321进入所述气液混合器32的 气液混合腔中，随着所述气液混合腔的流通面积逐渐减小，所述气态冷媒的流 速逐渐增加压力逐渐降低，同时在所述液态冷媒入口322处压力降至最低，从 而使所述毛细管31的相对两端形成压力差，进而在上述压力差的作用下使所述 贮液器2中贮存的液态冷媒通过所述毛细管31流入所述液态冷媒入口322，液 态冷媒进入液态冷媒入口322后与流速较高的气态冷媒相混合并被所述气态冷 媒撕裂破碎形成微小的雾状颗粒，所述液态冷媒雾状颗粒与所述气态冷媒中相 混合并在所述气态冷媒中均匀分布以形成气液混合冷媒，并通过所述气液混合 冷媒出口323进入所述压缩机入口11，以使所述压缩机1中的圧缩过程为不完 全湿压缩。

为了实现对所述液态冷媒输送组件3启闭的控制，所述毛细管31上设置有 控制阀33，所述控制阀33设置于所述贮液器2和气液混合器32之间，以控制 所述贮液器2中的液态冷媒是否经过所述毛细管31和气液混合器32进入所述 压缩机1，即控制所述压缩机1中的压缩过程为干压缩或者不完全湿压缩。

作为优选，所述控制阀33为电磁阀。

进一步地，所述贮液器2竖向放置，所述贮液器2的顶端设置有贮液器入 口22，上部贮存的冷媒为气体状态，底部贮存的冷媒为液体状态，所述毛细管31与所述贮液器2相连通的一端位于所述贮液器2底部贮存液态冷媒的部分， 以使所述贮液器2中的液态冷媒经过所述毛细管31流入所述气液混合器232中。 所述气态冷媒出口21设置于所述贮液器2的底端，所述贮液器2进一步包括可 输送气态冷媒的排气管4，所述排气管4的一端穿过所述气态冷媒出口21并伸 入至所述贮液器2的顶端，所述排气管4的相对另一端与所述气液混合器32的 气态冷媒入口321相连通，以使所述贮液器2中的气态冷媒经过所述排气管4 与所述气液混合器32相连通。

为了进一步确保所述毛细管31从所述贮液器2中吸入的冷媒均为液态，所 述毛细管31与所述贮液器2相连通的一端伸入至所述贮液器2的内部底面。

进一步地，所述贮液器2中的液态冷媒为低压低温状态，为了避免所述毛 细管31中从所述贮液器2中吸入的液态冷媒与外界环境发生热量交换，本发明 压缩机单元进一步包括保温件5，所述保温件5包裹于所述毛细管31位于所述 贮液器2外部部分的外周。

进一步参见图1，所述排气管4设置为多个，每个所述排气管4和压缩机 入口11之间均设置有气液混合器32，即所述气液混合器31也设置为多个并与 所述排气管4的数量一一对应。所述毛细管31背离所述贮液器2的一端通过三 通管分别与多个所述气液混合器32的液态冷媒入口322相连通。

需要说明的是，本发明压缩机单元中，所述冷媒选择为温熵图中饱和气相 线的坡度系数为负值的冷媒，包括氨、R32、R22和R134a等；进行不完全湿压 缩时，所述压缩机入口11处气液混合冷媒的干度需大于或者等于0.9；对所述 压缩机1的形式并不作限定，可为活塞式、滚动转子式、涡旋式、螺杆式等， 只要能够实现不完全湿压缩即可。

本发明进一步提出一种空调系统，包括冷媒管路，以及通过所述冷媒管路 依次连接的冷凝器、节流部件和蒸发器，本发明的空调系统进一步包括前述的 压缩机单元，所述压缩机单元设置于所述蒸发器的出口和冷凝器的入口之间并 通过所述冷媒管路分别与所述蒸发器的出口和冷凝器的入口连接。

具体地，所述压缩机1包括压缩机出口12，所述压缩机出口12通过所述 冷媒管路与所述冷凝器的入口相连通，所述贮液器2的贮液器入口22通过所述 冷媒管路与所述蒸发器的出口相连通。

本发明空调系统的工作过程如下：

当本发明空调系统开始启动至运行稳定过程中，所述液态冷媒输送组件3 关闭，所述蒸发器出口的冷媒(一般为低压的过热蒸气状态)通过所述冷媒管 路和贮液器入口22进入所述贮液器2中并位于所述贮液器2的顶部；所述贮液 器2顶部的气态冷媒通过所述排气管4进入所述气液混合器32进而进入所述压 缩机入口11；所述压缩机1内吸入的冷媒均为气态，所述压缩机1内进行干压 缩过程；所述压缩机1将低压的过热蒸气压缩为高温高压的过热蒸气并通过所 述压缩机出口12和冷媒管路输送至冷凝器，冷媒气体在冷凝器内冷凝放热成为 高温高压的饱和液体(或者过冷液体)，液态冷媒进入节流元件8并节流成为低温低压的气液混合冷媒，最后进入蒸发器吸热蒸发再次成为低压的过热蒸气 并再次进入所述压缩机1压缩。

当本发明空调系统运行稳定后，所述液态冷媒输送组件3打开，所述贮液 器2底部的液态冷媒通过所述毛细管31流入所述气液混合器32中，并和所述 排气管4排出的气态冷媒相互混合，经过所述气液混合器32中的压力变化，所 述液态冷媒雾化成为微小颗粒并和气态冷媒一起进入所述压缩机入口11，所述 压缩机1进行不完全湿压缩过程。

本发明的空调系统，其通过设置可进行不完全湿压缩的压缩机单元，在所 述空调系统运行稳定时，所述压缩机1进行不完全湿压缩，减小了所述压缩机1 的能耗，提高了空调系统的性能系数，并且有利于提高所述压缩机1的使用寿 命。

需要说明的是，空调系统的稳定状态是指所述冷媒的蒸发压力和冷凝压力 的压力差值稳定的状态，一般空调系统启动后运行大于或者等于10分钟即可进 入稳定状态。

本发明的空调系统进一步包括控制单元，所述控制单元根据所述压缩机的 启动时间、蒸发压力和冷凝压力之间的压力差控制所述控制阀33的开启和关闭。 所述控制单元包括控制器、时间计数器、蒸发压力传感器和冷凝压力传感器， 所述时间计数器计算所述压缩机启动后运行的时间并形成时间信号发送至所述 控制器，所述蒸发压力传感器监测所述蒸发器内冷媒的蒸发压力并形成蒸发压 力信号发送至所述控制器，所述冷凝压力传感器监测所述冷凝器内冷媒的冷凝 压力并形成冷凝压力信号发送至所述控制器；所述控制器接收所述时间信号、 蒸发压力信号和冷凝压力信号并计算蒸发和冷凝压力差值，并根据时间信号、 蒸发和冷凝压力差值控制所述控制阀33的开闭。当所述压缩机1启动后运行时 间小于10分钟时，所述控制器控制所述控制阀33处于关闭状态；当所述压缩 机1启动后运行时间大于10分钟且所述蒸发和冷凝压力差稳定时，所述控制器 控制所述控制阀33开启，以使所述压缩机1进行不完全湿压缩。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域 技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特 定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上 述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征 与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的 技术方案。

Claims (10)

1.一种压缩机单元，包括压缩机(1)和贮液器(2)，所述压缩机(1)包括压缩机入口(11)，所述贮液器(2)包括气态冷媒出口(21)，所述压缩机入口(11)和气态冷媒出口(21)相连通，其特征在于：所述压缩机单元包括液态冷媒输送组件(3)，所述液态冷媒输送组件(3)包括用于自所述贮液器(2)向压缩机(1)输送液态冷媒的毛细管(31)，所述毛细管(31)的一端与所述贮液器(2)相连通；所述液态冷媒输送组件(3)包括可实现所述气态冷媒和液态冷媒相混合并雾化所述液态冷媒以防止所述压缩机(1)液击的气液混合器(32)，所述气液混合器(32)分别与所述压缩机入口(11)、气态冷媒出口(21)，以及所述毛细管(31)背离所述贮液器(2)的另一端相连通以使所述气液混合冷媒经所述压缩机入口(11)进入所述压缩机(1)。

2.根据权利要求1所述的压缩机单元，其特征在于：所述气液混合器(32)内部设置有射流器，所述气液混合器(32)包括气态冷媒入口(321)、液态冷媒入口(322)和气液混合冷媒出口(323)，所述气态冷媒入口(321)与气态冷媒出口(21)相连通，所述液态冷媒入口(322)与毛细管(31)背离所述贮液器(2)的另一端相连通以便气体冷媒与液体冷媒在所述射流器内部进行气液混合并雾化，所述气液混合冷媒出口(323)与所述压缩机入口(11)相连通以便气液混合冷媒进入所述压缩机(1)。

3.根据权利要求1所述的压缩机单元，其特征在于：所述气液混合器(32)包括与所述气态冷媒出口(21)相连通的所述气态冷媒入口(321)，与所述毛细管(31)背离所述贮液器(2)的另一端相连通的液态冷媒入口(322)，以及与所述压缩机入口(11)相连通的气液混合冷媒出口(323)，所述气液混合器(32)包括设于其内部的文丘里管，所述文丘里管内部形成有气液混合腔，所述液态冷媒入口(322)与所述文丘里管的气液混合腔连通。

4.根据权利要求1所述的压缩机单元，其特征在于：所述液态冷媒输送组件(3)包括控制阀(33)，所述控制阀(33)设置于所述毛细管(31)上位于所述贮液器(2)和气液混合器(32)之间。

5.根据权利要求1-4任一项所述的压缩机单元，其特征在于：所述气态冷媒出口(21)设置于所述贮液器(2)的底端，所述贮液器(2)包括可输送气态冷媒的排气管(4)，所述排气管(4)的一端穿过所述气态冷媒出口(21)并伸入至所述贮液器(2)的顶端，所述排气管(4)的相对另一端与所述气液混合器(32)的气态冷媒入口(321)相连通；所述毛细管(31)与所述贮液器(2)相连通的一端设置于所述贮液器(2)上靠近所述气态冷媒出口(21)的底部。

6.根据权利要求5所述的压缩机单元，其特征在于：所述毛细管(31)与所述贮液器(2)相连通的一端伸入至所述贮液器(2)的内部底面。

7.根据权利要求6所述的压缩机单元，其特征在于：包括保温件(5)，所述保温件(5)包裹于所述毛细管(31)外周并位于所述贮液器(2)外部。

8.根据权利要求5所述的压缩机单元，其特征在于：所述排气管(4)设置为多个，每个所述排气管(4)和压缩机入口(11)之间均设置有气液混合器(32)，所述毛细管(31)背离所述贮液器(2)的另一端分别与多个所述气液混合器(32)的液态冷媒入口(322)相连通。

9.一种空调系统，包括冷媒管路，以及通过所述冷媒管路依次连接的冷凝器、节流部件和蒸发器，其特征在于：包括如权利要求1-8任一项所述的压缩机单元，所述压缩机单元设置于所述蒸发器和冷凝器之间并通过所述冷媒管路分别与所述蒸发器和冷凝器连接。

10.根据权利要求9所述的空调系统，其特征在于：所述压缩机(1)包括压缩机出口(12)，所述贮液器(2)包括贮液器入口(22)，所述压缩机出口(12)通过所述冷媒管路与所述冷凝器的入口相连通，所述贮液器入口(22)通过所述冷媒管路与所述蒸发器的出口相连通。