一种具有双喷射机构的涡旋压缩机及一种热泵循环系统

摘要

本发明提出一种具有双喷射机构的涡旋压缩机，其内的压缩腔依次分为吸气腔、中压腔和排气腔，特别地，固定涡旋盘上中压腔的起始部具有依次连接通的喷气管沉孔和喷气孔、并连接通有喷气管；固定涡旋盘上中压腔的结束部具有依次连接通的喷液管沉孔和喷液孔、并连接通有喷液管。又提出一种热泵循环系统，其包括有上述涡旋压缩机、及通过第一/二管路依次连接的第一热交换器、主电子膨胀阀和第二热交换器；特别地，涡旋压缩机通过四通阀连接第一/二热交换器，以及还包括有将喷气管和第一管路连通的喷气回路机构、将喷液管和第一管路连通的喷液回路机构。本发明能提高制热量、改善机组能效比，有效确保机组在超高温和超低温使用条件下的运行可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及热泵技术领域，具体是一种具有同时喷气和喷液机构的涡旋压缩机、以及配制有该涡旋压缩机的热泵循环系统。

背景技术

目前传统喷射涡旋压缩机及热泵循环系统，在实际使用领域，单独具有一个喷射回路、或者单独具备喷气增焓功能、或者单独具备喷液降低排气温度功能，难以应对热泵循环系统在各种极端工况运行的控制的需求。但是随着热泵循环系统适用的范围扩大，比如两联供系统，既要在高温天气下制冷运行，也要在极低环境温度条件下制热运行，尤其是在极低环境温度供暖时，既要提供足够的制热量，对采暖用的水温要求能满足传统的暖气片高供水温度的要求，甚至面对一些烘干设备应用，具有超高出风温度或超高水温的要求。

现行技术分别单独具有以下控制方法：

1.喷液循环

往涡旋压缩腔里喷入液态制冷剂，降低压缩中的气体温度。那就可以防止压缩机过热、主要是电机绕组(卷线)温度为主的过热。

(1)热泵循环系统用于制冷运转时，室外温度高的热带地区。

(2)采用高排气温度的冷媒场合，比如R32，需要抑制排气温度过高。

(3)热泵循环系统要提高制热量而给压缩机围上绝热材料时，喷液用于防止压缩机过热。并且，室外温度低于-20℃甚至更低时，蒸发温度低于环境温度，以增加热交换量，这样吸气压力(Ps)就会降低，冷媒循环量就会减少。另一方面，又要提高室内温度或采暖出水温度，就势必要提高冷凝器的温度，因而排气压力(Pd)就会更高。也即系统在高压缩比条件下运转，压缩机过热。此时，喷液循环就可以防止压缩机过热。

(4)低温热泵循环，使用R404A等冷媒，在低蒸发温度范围运转时需要喷液，避免高压比运行时压缩机过热。

2.喷气循环

往涡旋压缩腔里喷入气态制冷剂。

冷凝器出口的液态制冷剂，经过喷射电子膨胀阀调节喷射流量，经经济器与主路制冷剂进行热交换为过热蒸汽，经喷气回路喷入涡旋压缩机中压腔，与压缩腔中正在压缩的气体汇合。另外，主路液态制冷剂在经济器再次过冷却。与一般的不进行喷气的热泵循环相比，蒸发侧的焓差变大，因而可以提高制热量、制冷量及COP。

以上单一的喷射循环，在这些特殊设备同时应用于高环温和低环温条件下，无法满足既要提供足够的制冷量、制热量的同时又要保证机组运行的可靠性。

目前涡旋压缩机构成的热泵循环系统尚无耦合技术，实现同一热泵循环系统中既可喷气又可喷液控制，使热泵循环系统可以应对特殊场合，特别是兼具制冷、制热要求的低温热泵系统应用场合，既能提供足够的制冷量、制热量的同时又要保证机组运行的可靠性。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有双喷射机构的涡旋压缩机，其具有同时进行喷液和喷气控制功能；又提出一种热泵循环系统，尤其是低温热泵系统和热泵烘干系统，既能保证机组提高制热量，改善机组能效比，同时可以为机组在超高温和超低温使用条件下，有效保证机组中涡旋压缩机运行的可靠性。

本发明的目的可通过以下技术方案实现：

一种具有双喷射机构的涡旋压缩机，其包括有壳体和安装于壳体内的涡旋盘组件，涡旋盘组件包括有机架、固定涡旋盘和运动涡旋盘；固定涡旋盘上的固定涡旋齿和运动涡旋盘的运动涡旋齿对插并安装于机架上构成压缩腔，压缩腔由其尾端的起始部向中心的结束部依次分为吸气腔、中压腔和排气腔，固定涡旋盘的边部上具有连通吸气腔的吸气孔、中部具有连通排气腔的排气孔，所述排气孔将压缩腔的排气腔与壳体的内空间连通，吸气管穿过壳体、其内端口连接固定涡旋盘的吸气孔；壳体上位于机架的下方设有排气口并外连接有排气管。

所述固定涡旋盘上位于中压腔的起始部具有依次连接通的喷气管沉孔和喷气孔，一喷气管的内端插于喷气管沉孔内通过喷气孔连通中压腔的起始部、其外端穿出壳体。

所述固定涡旋盘上位于中压腔的结束部具有依次连接通的喷液管沉孔和喷液孔，一喷液管的内端插于喷液管沉孔内通过喷液孔连通中压腔的结束部、其外端穿出壳体。

优化方案，本发明中，固定涡旋盘上喷气孔及喷液孔均靠近固定涡旋齿的内侧型线设置。

进一步优化方案，本发明还包括有2套喷射止回阀机构，所述喷射止回阀机构包括有止回阀挡板、止回阀片和止回阀弹簧，所述止回阀挡板具有止回阀挡头及位于止回阀挡头中部的插孔，止回阀片和止回阀弹簧依次活动置于止回阀挡板的插孔下方，止回阀弹簧端抵接止回阀片使止回阀片常贴靠止回阀挡板的插孔，止回阀片的边部对应止回阀挡板的止回阀挡头具有多个阀片边孔，止回阀片受压可远离止回阀挡板的插孔使止回阀挡板的插孔开启，止回阀弹簧复位又可将止回阀片贴靠并封闭止回阀挡板的插孔。

喷气管的内端通过一套喷射止回阀机构安装于喷气管沉孔内，其止回阀挡板由其插孔套装于喷气管的内端，止回阀挡板安装于固定涡旋盘上、且止回阀挡头插于喷气管沉孔内上部，止回阀片和止回阀弹簧依次安装于喷气管沉孔内下部，止回阀挡板的插孔开启可使喷气管依次通过止回阀片的阀片边孔和固定涡旋盘的喷气孔连通压缩腔的中压腔，止回阀挡板的插孔封闭实现喷气管不连通压缩腔的中压腔。

喷液管的内端通过另一套喷射止回阀机构安装于喷液管沉孔内，其止回阀挡板由其插孔套装于喷液管的内端，止回阀挡板安装于固定涡旋盘上、且止回阀挡头插于喷液管沉孔内上部，止回阀片和止回阀弹簧依次安装于喷液管沉孔内下部，止回阀挡板的插孔开启可使喷液管依次通过止回阀片的阀片边孔和固定涡旋盘的喷液孔连通压缩腔的中压腔，止回阀挡板的插孔封闭实现喷液管不连通压缩腔的中压腔。

一种热泵循环系统，其包括有涡旋压缩机、第一热交换器、主电子膨胀阀和第二热交换器，主电子膨胀阀一端通过第一管路连接通第一热交换器的一端口、另一端通过第二管路连接通第二热交换器的一端口；其特征在于：所述涡旋压缩机为上述具有双喷射机构的涡旋压缩机，涡旋压缩机通过1个四通阀分别连接通第一热交换器及第二热交换器。

涡旋压缩机的排气管通过管路连接通四通阀的第一阀口，四通阀的第二阀口连接通第二热交换器的另一端口，涡旋压缩机的吸气管通过管路连接通四通阀的第三阀口，四通阀的第四阀口连接通第一热交换器的另一端口。

制冷运行时，四通阀的第一阀口和第四阀口连通、第二阀口和第三阀口连通，分别使涡旋压缩机的排气管连通第一热交换器、使涡旋压缩机的吸气管连通第二热交换器。

制热运行时，四通阀的第一阀口和第二阀口连通、第三阀口和第四阀口连通，分别使涡旋压缩机的排气管连通第二热交换器、使涡旋压缩机的吸气管连通第一热交换器。

还包括有喷气回路机构和喷液回路机构；喷气回路机构包括有喷气回路和串接于喷气回路上的喷气回路电子膨胀阀，喷气回路的一端连接通涡旋压缩机的喷气管、另一端连接通第一管路；喷液回路机构包括有喷液回路和串接于喷液回路上的喷液回路电磁阀，喷液回路的一端连接通涡旋压缩机的喷液管、另一端连接通第一管路。

优化方案，本发明中，所述喷气回路机构还包括有喷气回路换热器，喷气回路换热器中1根换热管的两端串接于第一管路上、另1根换热管的两端串接于喷气回路上涡旋压缩机的喷气管与喷气回路电子膨胀阀之间。

进一步优化方案，本发明中，所述喷液回路机构的喷液回路上位于涡旋压缩机的喷液管与喷液回路电磁阀之间还串接有喷液回路毛细管。

再进一步优化方案，本发明中，所述喷气回路机构中喷气回路端连通至第一管路靠近主电子膨胀阀的一端，所述喷液回路机构中喷液回路端连通至第一管路靠近第一热交换器的一端。

又进一步优化方案，本发明中，所述涡旋压缩机的吸气管与四通阀的第三阀口之间的管路上还串接有汽液分离器。

本发明具有以下突出的实质性特点和显著的进步：

1.本发明的涡旋压缩机具有同时进行喷液和喷气控制功能；进一步通过将喷液孔和喷气孔设于固定涡旋盘的内侧型线附近，有效确保喷液孔和喷气孔与中压腔的连通性；又进一步通过喷射止回阀机构起到缓冲喷液和喷气过程中的压力脉动，避免喷液管和喷气管产生振动，有效确保涡旋压缩机自身运行的可靠性和稳定性。

2、本发明的热泵循环系统既能保证机组提高制热量、改善机组能效比，同时可以为机组在超高温和超低温使用条件下、有效保证机组中涡旋压缩机运行的可靠性，尤其适用于低温热泵系统和热泵烘干系统。

3、本发明的热泵循环系统可以根据热泵系统的实际运行需求选择喷气提高制热量、及选择喷液扩展热泵系统运行范围，并降低排气温度，避免压缩机过热，特别是避免电机卷线温度过热，有效提高热泵循环系统的制热量和保证极端环境温度条件下压缩机工作的可靠性。

附图说明

图1为本发明的具有双喷射机构的涡旋压缩机的结构示意图。

图2为本发明的具有双喷射机构的涡旋压缩机的局部结构示意图。

图3为本发明的具有双喷射机构的涡旋压缩机中压缩腔的结构示意图。

图4和图5为本发明的具有双喷射机构的涡旋压缩机中喷射止回阀机构的结构示意图。

图6为本发明的热泵循环系统在制冷运行时的结构示意图。

图7为本发明的热泵循环系统在制热运行时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

参考图1至图5，一种具有双喷射机构的涡旋压缩机，其包括有壳体1和安装于壳体1内的涡旋盘组件，涡旋盘组件包括有机架11、固定涡旋盘2、运动涡旋盘3和2套喷射止回阀机构。

固定涡旋盘2上的固定涡旋齿20和运动涡旋盘3的运动涡旋齿30对插并安装于机架11上构成压缩腔，压缩腔由其尾端的起始部向中心的结束部依次分为吸气腔、中压腔101和排气腔102，固定涡旋盘2的边部上具有连通吸气腔的吸气孔23、中部具有连通排气腔102的排气孔24，所述排气孔24将压缩腔的排气腔102与壳体1的内空间连通，吸气管13穿过壳体1、其内端口连接固定涡旋盘2的吸气孔23；壳体1上位于机架11的下方设有排气口并外连接有排气管12。

所述固定涡旋盘2上位于中压腔101的起始部具有依次连接通的喷气管沉孔和喷气孔26，一喷气管4的内端插于喷气管沉孔内通过喷气孔26连通中压腔101的起始部、其外端穿出壳体1。

所述固定涡旋盘2上位于中压腔101的结束部具有依次连接通的喷液管沉孔和喷液孔27，一喷液管5的内端插于喷液管沉孔内通过喷液孔27连通中压腔101的结束部、其外端穿出壳体1。

所述固定涡旋盘2上喷气孔26及喷液孔27均靠近固定涡旋齿20的内侧型线设置。

所述喷射止回阀机构包括有止回阀挡板6、止回阀片61和止回阀弹簧62，所述止回阀挡板6具有止回阀挡头60及位于止回阀挡头60中部的插孔63，止回阀片61和止回阀弹簧62依次活动置于止回阀挡板6的插孔63下方，止回阀弹簧62端抵接止回阀片61使止回阀片61常贴靠止回阀挡板6的插孔63，止回阀片61的边部对应止回阀挡板6的止回阀挡头60具有多个阀片边孔，止回阀片61受压可远离止回阀挡板6的插孔63使止回阀挡板6的插孔63开启，止回阀弹簧62复位又可将止回阀片61贴靠并封闭止回阀挡板6的插孔63。

喷气管4的内端通过一套喷射止回阀机构安装于喷气管沉孔内，其止回阀挡板6由其插孔63套装于喷气管4的内端，止回阀挡板6安装于固定涡旋盘2上、且止回阀挡头60插于喷气管沉孔内上部，止回阀片61和止回阀弹簧62依次安装于喷气管沉孔内下部，止回阀挡板6的插孔63开启可使喷气管4依次通过止回阀片61的阀片边孔和固定涡旋盘2的喷气孔26连通压缩腔的中压腔101，止回阀挡板6的插孔63封闭实现喷气管4不连通压缩腔的中压腔101。

喷液管5的内端通过另一套喷射止回阀机构安装于喷液管沉孔内，其止回阀挡板6由其插孔63套装于喷液管5的内端，止回阀挡板6安装于固定涡旋盘2上、且止回阀挡头60插于喷液管沉孔内上部，止回阀片61和止回阀弹簧62依次安装于喷液管沉孔内下部，止回阀挡板6的插孔63开启可使喷液管5依次通过止回阀片61的阀片边孔和固定涡旋盘2的喷液孔2722连通压缩腔的中压腔101，止回阀挡板6的插孔63封闭实现喷液管5不连通压缩腔的中压腔101。

本实施例的涡旋压缩机的运行原理为：

参考图4和图5，在固定涡旋盘2背侧设置有喷气孔26和喷液孔27、及分别进行喷气和喷液的机构，其中，喷气管4结合其内端的一套喷射止回阀机构，与设置在固定涡旋盘2的固定涡旋齿20和运动涡旋盘3的运动涡旋齿30啮合形成的中压腔101的起始部设置的喷气孔26相连，在喷气开启时，止回阀弹簧62因喷气制冷剂压力与中压腔101内制冷剂压力的压力差而被压缩，止回阀片61离开止回阀挡板6，形成喷气回路通路，制冷剂气体经喷气回路进入中压腔101进行再压缩。当喷气关闭时，止回阀片61的上下两侧不存在压力差，止回阀弹簧62升起将止回阀片61抬升与止回阀挡板6贴合，关闭喷气回路，避免压缩腔内的制冷剂气体反向进入喷气回路管路，造成压力脉动和形成余隙容积。

另外，喷液管5结合其内端的一套喷射止回阀机构，与设置在固定涡旋盘2的固定涡旋齿20和运动涡旋盘3的运动涡旋齿30啮合形成的中压腔101的结束部设置的喷液孔27相连，在喷液开启时，止回阀弹簧62因喷液制冷剂压力与中压腔101内制冷剂压力的压力差而被压缩，止回阀片61离开止回阀挡板6，形成喷液回路通路，制冷剂液体经喷液回路进入中压腔101汽化后进行再压缩。当喷液关闭时，止回阀片61上下两侧不存在压力差，止回阀弹簧62升起将止回阀片61抬升与止回阀挡板6贴合，关闭喷液回路，避免压缩腔内的制冷剂气体反向进入喷液回路管路，造成压力脉动和形成余隙容积。

本实施例的涡旋压缩机具有同时进行喷液和喷气控制功能，其喷液孔和喷气孔与中压腔的连通性好，且设有喷射止回阀机构配合喷液管和喷气管的开启或关闭，使本实施例的涡旋压缩机具有更好的可靠性和稳定性。

实施例2

参考图6和图7，一种热泵循环系统，其包括有涡旋压缩机7、第一热交换器71、主电子膨胀阀72、第二热交换器73、喷气回路机构和喷液回路机构。

主电子膨胀阀72一端通过第一管路74连接通第一热交换器71的一端口、另一端通过第二管路75连接通第二热交换器73的一端口；所述涡旋压缩机7为实施例1的具有双喷射机构的涡旋压缩机，涡旋压缩机7通过1个四通阀76分别连接通第一热交换器71及第二热交换器73。

涡旋压缩机7的排气管12通过管路连接通四通阀76的第一阀口761，四通阀76的第二阀口762连接通第二热交换器73的另一端口，涡旋压缩机7的吸气管13通过管路连接通四通阀76的第三阀口763，且吸气管13与第三阀口763之间的管路上还串接有汽液分离器77，四通阀76的第四阀口764连接通第一热交换器71的另一端口。

制冷运行时，四通阀76的第一阀口761和第四阀口764连通、第二阀口762和第三阀口763连通，分别使涡旋压缩机7的排气管12连通第一热交换器71、使涡旋压缩机7的吸气管13连通第二热交换器73。

制热运行时，四通阀76的第一阀口761和第二阀口762连通、第三阀口763和第四阀口764连通，分别使涡旋压缩机7的排气管12连通第二热交换器73、使涡旋压缩机7的吸气管13连通第一热交换器71。

喷气回路机构包括有喷气回路8、喷气回路换热器82和串接于喷气回路8上的喷气回路电子膨胀阀81，喷气回路8的一端连接通涡旋压缩机7的喷气管4、另一端连接通第一管路74靠近主电子膨胀阀72的一端，喷气回路换热器82中1根换热管的两端串接于第一管路74上、另1根换热管的两端串接于喷气回路8上涡旋压缩机7的喷气管4与喷气回路电子膨胀阀81之间。

喷液回路机构包括有喷液回路9、及串接于喷液回路9上的喷液回路电磁阀91和喷液回路毛细管92，喷液回路9的一端连接通涡旋压缩机7的喷液管5、另一端连接通第一管路74靠近第一热交换器71的一端，喷液回路毛细管92串接于喷液回路9上位于涡旋压缩机7的喷液管5与喷液回路电磁阀91之间。

图6和图7是本实施例的热泵循环系统的两种基本运行方式。在喷射运转时，制冷剂气体经本发明的涡旋压缩机7压缩由其排气管12排出。

具体参考图6，制冷运行时，经排气管12排出的高温高压气体经四通阀76分配进入第一热交换器71中，在第一热交换器71中冷凝为液体，冷凝后的制冷剂液体根据系统控制可分为三路，分别为主路冷媒、喷气回路8和喷液回路9。

主路冷媒经主电子膨胀阀72节流后进入第二热交换器73，在第二热交换器73中汽化后经四通阀76分流进入汽液分离器24，然后，制冷剂气体经吸气管13进入压缩机7进行压缩完成主路制冷剂循环。

喷气回路8和喷液回路9作为辅路制冷剂回路。

制冷运行时，第一热交换器71出口的制冷剂液体区别于主路回路，因控制需要有由喷气回路8和喷液回路9构成的辅路循环制冷剂流路，其喷气回路8附加有喷气回路换热器82和喷气回路电子膨胀阀81组成，该喷气回路制冷剂从制冷剂主路取出经喷气回路换热器82与第一管路74内的主路制冷剂热交换后，吸热汽化为制冷剂气体，经与压缩机7的喷气管4相连的固定涡旋盘2的喷气孔26连通进入涡旋压缩机7的中压腔101再压缩。另外，其喷液回路9附加有喷液回路电磁阀91和喷液回路毛细管92组成，该喷液回路制冷剂从制冷剂主路取出经喷液回路电磁阀91和喷液回路毛细管92调节流量，经与喷液管5相连的固定涡旋盘2的喷液孔27连通进入涡旋压缩机7内的中压腔101后，液体制冷剂吸热汽化为制冷剂气体后，与中压腔101内的制冷剂气体一起被再压缩后从涡旋压缩机7内被排出。

具体参考图7，制热运行时，经排气管12排出的高温高压气体经四通阀76分配进入第二热交换器73中，在第二热交换器73中冷凝为液体，冷凝后的制冷剂液体根据系统控制可分为三路。

主路冷媒经主电子膨胀阀72节流后进入第一热交换器71，在第一热交换器71中汽化后经四通阀76分流进入汽液分离器24，然后，制冷剂气体经本发明的涡旋压缩机7吸气管13进入压缩机进行压缩完成主路制冷剂循环。

喷气回路8和喷液回路9作为辅路制冷剂回路。

制热运行时，第二热交换器73出口制冷剂液体区别于主路回路，因控制需要有由喷气回路8和喷液回路9构成的辅路循环制冷剂流路，其喷气回路8附加有喷气回路换热器82和喷气回路电子膨胀阀81组成，该喷气回路制冷剂从制冷剂主路取出、经喷气回路换热器82与主路制冷剂热交换后，吸热汽化为制冷剂气体，经与压缩机7的喷气管4相连的固定涡旋盘2的喷气孔26连通、进入压缩机7内的中压腔101再压缩。另外，其喷液回路9附加有喷液回路电磁阀91和喷液回路毛细管92组成，该喷液回路制冷剂从制冷剂主路取出经喷液回路电磁阀91和喷液回路毛细管92调节流量，经与喷液管5相连的固定涡旋盘2的喷液孔27连通进入涡旋压缩机7内的中压腔101后，液体制冷剂吸热汽化为制冷剂气体后，与中压腔101内的制冷剂气体一起被再压缩后从涡旋压缩机7内被排出。

本实施例的热泵循环系统中，因为喷射控制和特殊应用的要求，喷气回路8和喷液回路9也有以下通常的控制方式。

喷气回路8和喷液回路9构成的辅路制冷剂回路可以同时进行开/关控制、以及可以单独进行开/关控制，根据实际热泵循环系统运行的需要，通过控制喷气回路电子膨胀阀81实现向喷气回路8内注入制冷剂气体；通过控制喷液回路电磁阀91实现向喷液回路9内注入制冷剂液体。或者，根据实际热泵循环系统运行的需要，喷气回路8内注入制冷剂状态为汽液两相制冷剂，以达到降低喷射过热度的控制要求。