CN101029785A - 冷却加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冷却加热装置，其包括：室外热交换器(6)，其一端经由膨胀阀(EV1)与散热器(3)的制冷剂出口侧管道(9)连接，并且另一端连接于压缩机(2)的吸入侧管道(14)及喷出侧管道(7)，与外部气体进行热交换；切换阀(SV1～SV5)，其控制从压缩机喷出的制冷剂是流向散热器还是流向室外热交换器、以及是从室外热交换器向压缩机供给制冷剂还是从蒸发器向压缩机供给制冷剂；和控制装置，其根据与冷却对象的冷却负载对应的冷却运转信号及与加热对象的加热负载对应的加热运转信号，控制压缩机、膨胀阀及切换阀。因此，通过进行与冷却负载和加热负载的变动协调的最佳运转，从而可以削减能量的消耗量。

Description

冷却加热装置

技术领域

本发明涉及借助蒸汽压缩式制冷循环的蒸发器中的制冷剂的吸热，对冷却对象进行冷却，借助散热器中的制冷剂的散热，对加热对象进行加热的冷却加热装置。

背景技术

一般，如冷气设备或制冷等，作为对冷却对象进行冷却的方法，广泛利用使用了蒸汽压缩式制冷循环的制冷装置。在这种制冷装置中，借助蒸发器中的制冷剂的蒸发作用，对冷却对象进行冷却，将因冷凝器中的制冷剂冷凝而产生的热释放到大气等中。

再有，如暖气设备或供给热水等，作为对加热对象进行加热的方法，也利用使用了蒸汽压缩式制冷循环的热泵装置。在这种热泵装置中，借助冷凝器中制冷剂散热冷凝时的散热作用，对加热对象进行加热，借助蒸发器中的制冷剂的蒸发，从大气等热源吸热。

在上述的制冷装置中，在进行冷却运转时，将在冷凝器中制冷剂散热、冷凝而产生的热释放到大气中，因此不仅不能实现能量的有效利用，而且还存在导致周围温度上升的问题。

另一方面，在上述的热泵装置中，热泵运转中在蒸发器中由于制冷剂蒸发而产生的吸热作用一点也没有被有效利用，仅从大气吸收热量。

因此，开发了一种冷却加热装置，其即使在冷却运转时也可以有效利用制冷循环高压侧的散热，实现节能(例如参照专利文献1或专利文献2)。这样，在构成为利用制冷循环可以同时进行冷却与加热的冷却加热装置中，由于借助制冷循环的蒸发器中的制冷剂的蒸发作用能够对冷却对象进行冷却，并且借助散热器中的制冷剂的散热能够对加热对象进行加热，故可以有效利用以往不被利用而释放到大气中的、冷却过程中产生的制冷循环高温侧的热量，可以期待削减能量的消耗量。

【专利文献1】特开2004-309093号公报

【专利文献2】特开2004-340470号公报

然而，如上所述可以削减能量的消耗量是在同时进行冷却和加热的情况下，而在进行伴随室外空气热交换器的散热的冷却运转(仅利用冷却的运转)、或伴随空气热交换器的加热运转(仅利用加热的运转)时不能说有效地利用了能量。

特别是，所要求的冷却负载与加热负载未必在热循环方面平衡，各自的负载产生的时序也未必同时，因此即使在构成为可以同时进行冷却和加热的冷却加热装置中，进行冷却与加热的同时运转的频率也较低，因此进行有效运转在实际上是困难的。

发明内容

本发明正是为了解决上述问题而进行的发明，其目的在于提供一种通过进行与冷却负载和加热负载的变动协调的优选运转，从而可以削减能量的消耗量的冷却加热装置。

本发明的冷却加热装置，其具备依次连接压缩机、散热器、节流机构及蒸发器而构成制冷剂回路的蒸汽压缩式制冷循环，能够利用散热器中的制冷剂的散热作用对加热对象进行加热，且能够利用蒸发器中的制冷剂的吸热作用对冷却对象进行冷却，其特征在于，该冷却加热装置包括：辅助热交换器，其一端经由节流机构与散热器的制冷剂出口侧管道连接，并且另一端连接于压缩机的吸入侧管道及喷出侧管道，与加热对象及冷却对象以外的热源进行热交换；流路切换机构，其控制从压缩机喷出的制冷剂是流向散热器还是流向辅助热交换器、以及是从辅助热交换器向压缩机供给制冷剂还是从蒸发器向压缩机供给制冷剂；和控制机构，其根据与冷却对象的冷却负载对应的冷却运转信号及与加热对象的加热负载对应的加热运转信号，控制压缩机、各节流机构及流路切换机构。

技术方案2的发明的冷却加热装置，其特征在于，在上述发明中还包括：加热侧泵机构，其为了使散热器与构成加热对象的加热侧传热介质进行热交换而使该加热侧传热介质循环；加热侧流量调节机构，其调节加热侧传热介质的流量；加热侧温度检测机构，其检测与散热器进行热交换后的加热侧传热介质的温度；和加热侧连接端口，其用于连接加热侧传热介质的循环路径。

技术方案3的发明的冷却加热装置，其特征在于，在上述各发明中还包括：冷却侧泵机构，其为了使蒸发器与构成冷却对象的冷却侧传热介质进行热交换而使该冷却侧传热介质循环；冷却侧流量调节结构，其调节冷却侧传热介质的流量；冷却侧温度检测机构，其检测与蒸发器进行热交换后的冷却侧传热介质的温度；和冷却侧连接端口，其用于连接冷却侧传热介质的循环路径。

技术方案4的发明的冷却加热装置，其特征在于，在上述各发明中，冷却运转信号是表示蒸发器中的冷却对象需要冷却的状态、可冷却的状态及不可冷却的状态中的任一种状态的信号。

技术方案5的发明的冷却加热装置，其特征在于，在上述各发明中加热运转信号是表示散热器中的加热对象需要加热的状态、可加热的状态及不可加热的状态中的任一种状态的信号。

(发明效果)

根据本发明，由于可以借助蒸汽压缩式制冷循环的蒸发器中的制冷剂的吸热作用，对冷却对象进行冷却，并且借助散热器中的制冷剂的散热作用，对加热对象进行加热，故可以有效利用以往未被利用而释放到大气中的、冷却过程中产生的制冷循环高温侧热量，可以削减能量的消耗量。

特别是，通过利用流路切换机构来切换制冷剂的流向，从而能够实现仅进行冷却对象的冷却的冷却运转、仅进行加热对象的加热的加热运转、以及同时进行冷却对象的冷却与加热对象的加热的冷却加热同时运转的所有运转，因此可以广泛应对冷却负载或加热负载的平衡变动，能够进行可靠的冷却对象的冷却与加热对象的加热。

进而，根据本发明，若根据与冷却负载对应的冷却运转信号及与加热负载对应的加热运转信号来控制压缩机或各节流机构、流路切换机构，以便优先进行冷却加热同时运转，则可以缩短仅进行冷却的运转或仅进行加热的运转的时间，使从压缩机喷出的制冷剂流向散热器，将来自蒸发器的制冷剂吸入压缩机，增长进行冷却加热同时运转的时间，可以有效利用能量，可以提高冷却加热装置的效率。

还有，根据本发明，由于能够容易地连接各种冷却负载设备、加热负载设备，故在节能性方面优越，进一步移动或设置工程容易，在通用性方面优越。特别是，由于不需要与冷却负载设备及/或加热负载设备的制冷剂管道连接，故还能在预先封入了适当量的制冷剂的状态下搬入设置场所。

附图说明

图1是表示本发明实施例1的冷却加热装置的制冷剂回路图。

图2是判断图1的冷却加热装置的运转模式的控制流程图。

图3是表示图1的冷却加热装置的运转模式的判断动作的图。

图4是表示图1的冷却加热装置的按照运转模式分类的切换阀的状态的图。

图5是表示本发明实施例2的冷却加热装置的概略装置构成图。

图6是图5的冷却加热装置的回路构成图。

图7是本发明实施例3的冷却加热装置的回路构成图。

图8是本发明实施例4的冷却加热装置的回路构成图。

图中：1-冷却加热装置，2-压缩机，3-散热器，4-蒸发器，6-室外热交换器(辅助热交换器)，7-喷出侧管道，14-吸入侧管道，22-冷却负载装置，23-加热负载装置，24-冷却加热单元，26-加热侧热交换器，27-循环泵(加热侧泵机构)，28-流量调节阀(加热侧流量调节机构)，31-加热侧管道连接口，32、33-加热侧管道(循环路径)，46-冷却侧热交换器，47-循环泵(冷却侧泵机构)，48-流量调节阀(冷却侧流量调节机构)，51-低温侧管道连接口，52、53-冷却侧管道(循环路径)，C1～C3-控制装置，EV1、EV2-膨胀阀(节流机构)，SV1～SV5-切换阀(流路切换机构)。

具体实施方式

以下，根据附图详细叙述本发明的实施方式。

【实施例1】

图1是本发明实施例1的冷却加热装置1的制冷剂回路。实施例的冷却加热装置1包括蒸汽压缩制冷循环，该制冷循环由压缩机2、借助制冷剂的散热作用对加热对象进行加热的散热器3、以基于制冷剂的蒸发的吸热作用对冷却对象进行冷却的蒸发器4、作为用于进行制冷剂和外部气体(加热对象和冷却对象以外的热源)的热交换并进行制冷剂的散热或吸热的辅助热交换器的室外热交换器6等构成制冷剂回路。

此时，压缩机2的喷出侧管道7经由切换阀SV1，连接到散热器3的制冷剂入口侧管道8，并在散热器3的制冷剂出口侧管道9中介设切换阀SV5，该制冷剂出口侧管道9与作为节流机构的膨胀阀EV1连接。而且，蒸发器4的制冷剂入口侧管道11与该膨胀阀EV1的出口连接，蒸发器4的制冷剂出口侧管道12与切换阀SV2连接，进而该切换阀SV2的出口侧连接介设了蓄能器(accumulator)13的压缩机2的吸入侧管道14，构成了制冷剂回路。

上述室外热交换器6是例如所谓tube-and-fin式热交换器，由铜管和设于该铜管的促进传热散热片构成，将上述铜管的内部作为制冷剂的流路。再有，还设置有用于将与流经上述铜管内的制冷剂进行热交换的空气(外部气体)通到室外热交换器6的风扇16与风扇电动机17。

在此，室外热交换器6的形式不限于此，例如也可以采用铝挤出多孔扁平管，将设置在上述扁平管的孔作为制冷剂的流路(所谓的微通道热交换器)。

该室外热交换器6一端的制冷剂管道18经由膨胀阀EV2，与散热器3的制冷剂出口侧管道9连接，室外热交换器6另一端的制冷剂管道19分支，一方的分支管道19A经由切换阀SV3而与压缩机2的喷出侧管道7连接，另一方的分支管道19B经由切换阀SV4而与压缩机2的吸入侧管道14连接。

压缩机2的喷出侧管道7中安装有检测在压缩机2中被压缩并被喷出的制冷剂的温度的喷出温度传感器T1(喷出温度检测机构)。再有，蒸发器4的制冷剂入口侧管道11(或者蒸发器4内的制冷剂管道)中安装有检测制冷剂的蒸发温度的蒸发温度传感器T2(蒸发温度检测机构)，蓄能器13入口侧的吸入侧管道14中安装有检测被吸入压缩机2的制冷剂的温度的吸入温度传感器T3(吸入温度检测机构)，进而室外热交换器6与膨胀阀EV2之间的制冷剂管道18中安装有温度传感器T4(温度检测机构)。

在此，作为制冷剂，该蒸汽压缩制冷循环的制冷剂回路中封入了二氧化碳。因此，由于散热器3内部等的高压侧的制冷剂压力有时超过临界压力，故有时制冷循环成为跨临界循环。再有，作为压缩机2的润滑油，例如使用矿物油(mineral oil)、烷基苯(alkylbenzene)油、醚(ether)油、酯(ester)油、PAG(聚亚烷基二醇polyalkylene glycol)、POE(多元醇醚polyol ether)等。

再有，实施例的冷却加热装置1包括控制装置(在此未图示)，其根据表示冷却对象的冷却负载的状态的冷却运转信号、和表示加热对象的加热负载的状态的加热运转信号，控制制冷剂回路内的制冷剂流通的切换、或压缩机2的运转开始及停止。冷却运转信号是以下三种信号中的任一种信号：表示需要进行冷却对象的冷却的状态的“需要冷却”信号；表示虽然不需要马上对冷却对象进行冷却，但即使进行冷却也可以的状态的“可冷却”信号；表示不能进行冷却对象的冷却的状态的“不可冷却”信号。还有，加热运转信号是以下三种信号中的任一种信号：表示需要进行加热对象的加热的状态的“需要加热”信号；表示虽然不需要马上对加热对象进行加热，但即使进行加热也可以的状态的“可加热”信号；表示不能进行加热对象的加热的状态的“不可加热”信号。

上述冷却运转信号及上述加热运转信号可以以负载设备(冷却负载设备及加热负载设备)的温度检测值等为基础，由冷却加热装置1的控制装置判断而确定，也可以采取从冷却负载设备或加热负载设备的控制装置获取这些信号的方式。

接着，根据图2～图4，对实施例的冷却加热装置1的动作进行说明。首先，检测表示冷却负载的状态的冷却运转信号(图2、S01)。如上所述，冷却运转信号表示“需要冷却”、“可冷却”或“不可冷却”三种状态内的任一状态。

所谓“需要冷却”表示例如在冷却对象的温度比应该保冷的规定温度高的情况下需要马上进行冷却的状态。“不可冷却”表示例如冷却对象的温度非常低、达到了作为目标的冷却温度时，或者为了避免冷却对象的冻结或质量劣化而不能再对此进行冷却的状态。在现有的制冷装置中，为了将冷却对象维持在规定的温度范围内，进行了制冷机的接通/断开控制，而上述信号“需要冷却”相当于现有制冷机的接通信号，“不可冷却”相当于断开信号。

“可冷却”表示虽然无需马上进行冷却对象的冷却，但即使进行冷却也是可以的状态。例如在冷却对象的温度比出于维持质量等的目的而确定的规定下限温度高，比上限值低的情况等。再有，作为其他的例子，在由冰蓄热等蓄热要素构成冷却负载的情况下，蓄热量并未减少到需要马上进行冷却的程度，且也没有达到蓄热容量的上限的状态等。

接着，检测表示加热负载的状态的加热运转信号(图2、S02)。如上所述，加热运转信号表示“需要加热”、“可加热”或“不可加热”三种状态内的任一状态。

所谓“需要加热”表示例如作为加热负载设备具备贮存热水罐的供给热水系统中，贮存热水量减少，有可能引起热水中断的情况等下，需要马上进行加热的状态。“不可加热”表示例如在贮存热水量超过根据贮存热水罐的容量而确定的最大贮存热水量或者根据热水使用量等而设定的需要热水量的情况等下，无需再进行加热的状态。在现有的热泵供给热水装置中，在考虑了热水的使用状况或时间段的基础上，对具备制冷循环的室外机发送室外机运转的接通/断开信号。上述加热运转信号“需要加热”相当于现有的热泵供给热水机的接通信号，“不可加热”相当于断开信号。

“可加热”表示无需马上进行加热对象的加热，但即使加热也是可以的状态。例如由于热水量没有减少到引起热水中断的程度，故无需立即进行供给热水，但由于也不是贮存热水罐内充满热水的状态，故即使进行加热也是可以的。

接着，如图2所示的步骤S03～S06所述，根据冷却运转信号及加热运转信号，确定冷却加热装置的运转模式。图3是以表形式来表示图2所示的步骤S03～S06的运转模式判断的图。仅在冷却运转信号或加热运转信号的其中一个为“需要”的情况下进行冷却加热装置1的运转，在其他情况下不进行运转。冷却运转(仅进行冷却的运转)仅在冷却运转信号为“需要”且加热运转信号为“不可”的情况下进行。加热运转(仅进行加热的运转)仅在冷却运转信号为“不可”且加热运转信号为“需要”的情况下进行。冷却加热同时运转在冷却运转信号或加热运转信号的其中一个为“需要”且另一个不是“不可”(“需要”或“可”)的情况下进行。

在此，在同时进行冷却与加热的冷却加热装置中，如现有的冷却装置或热泵装置等以与各自的负载状态对应的冷却侧及加热侧各自的接通/断开信号(相当于实施例中的“需要”信号与“不可”信号)为基础来确定装置的运转模式，进行回路的切换和压缩机的启动及停止，未必能实现高效率的运转。

即，能有效利用能量的冷却加热同时运转仅在冷却侧及加热侧都为接通信号时进行，在一方为接通信号、另一方为断开信号的情况下，即使假定另一方的负载状态为进行冷却或加热也可以的状态，也不能进行冷却加热同时运转。列出具体的例子，在加热侧负载设备是具备贮存热水罐的供给热水设备，冷却负载侧需要进行冷却的情况下，例如即使贮存热水罐内没有充满热水而能够追加热水，只要自加热侧负载设备不发出要求加热的接通信号就不进行加热，进行只有冷却的运转，冷却运转中的制冷剂回路的高压侧的散热未被有效利用，从室外热交换器向外部气体排出。

另一方面，在本实施例的冷却加热装置1中，在冷却运转信号或加热运转信号中的任一方为“需要”时，即使在假设另一方不是“需要”的情况下，只要为“可”就优先进行冷却加热同时运转。由此，可以削减能量消耗量。特别是，在冷却或加热负载设备中具备蓄热要素的构成的情况下可以期待显著的效果。

接着，若通过上述步骤根据冷却运转信号及加热运转信号确定运转模式，则依据该运转模式进行冷却加热装置1的制冷循环的运转。各运转模式下的各切换阀的开闭状态如图4所示。

(冷却运转)

在冷却运转信号为“需要”且加热运转信号为“不可”的情况下，上述控制装置进行冷却加热装置1的冷却运转。在该冷却运转中，控制装置打开切换阀SV2、切换阀SV3、膨胀阀EV1和膨胀阀EV2，关闭切换阀SV1、切换阀SV4及切换阀SV5。由此，构成依次经过压缩机2、喷出侧管道7、切换阀SV3、室外热交换器6、膨胀阀EV2、膨胀阀EV1、蒸发器4、切换阀SV2、蓄能器13及吸入侧管道14，返回到压缩机2的制冷循环。

若开始冷却运转，则制冷剂被压缩机2压缩，成为高温高压并喷出到喷出侧管道7。然后，制冷剂到达室外热交换器6，向空气(外部气体)释放热量而变为低温。另外，作为制冷剂，制冷剂回路中封入了二氧化碳，在外部气体温度高的情况下，室外热交换器6内的制冷剂压力达到临界压力以上。因此，该情况下室外热交换器6内不会引起制冷剂的冷凝，从室外热交换器6的入口向出口，制冷剂的温度随着向外部气体的散热一起降低。另一方面，在外部气体温度低的情况下，也有时制冷剂回路的高压侧压力为临界压力以下，此时制冷剂在室外热交换器6内冷凝。

而且，离开室外热交换器6的低温高压的制冷剂被膨胀阀EV2或膨胀阀EV1节流，膨胀后成为低压，到达蒸发器4。此处的制冷剂的状态为液态制冷剂与蒸汽制冷剂混合存在的二相混合状态。在蒸发器4中液相制冷剂蒸发后变成蒸汽制冷剂。借助伴随于该制冷剂的蒸发的吸热作用，对冷却对象进行冷却。冷却对象例如考虑需要进行冷却或保冷的食品及饮料、进行空气调节时的空气、或者利用了热传输或蓄热的系统中的水、盐水(brine)及冰等。

然后，制冷剂从蒸发器4经吸入侧管道14而被再次吸入压缩机2。通过以上连续的制冷循环的作用，冷却对象被冷却。

冷却运转中，控制膨胀阀EV1或膨胀阀EV2的开度，以便由安装在位于蓄能器13入口侧的吸入侧管道14上的吸入温度传感器T3检测出的吸入制冷剂温度、和由安装在蒸发器4的制冷剂入口侧管道11或蒸发器4内的制冷剂管道上的蒸发温度传感器T2检测出的制冷剂的蒸发温度之差，即所谓的过热度为规定的值。具体是，在过热度大于规定值的情况下，增大膨胀阀的开度，相反在过热度小于规定值的情况下减小膨胀阀的开度。由此，可以适当调节蒸发器4内部的制冷剂量，结果可以提高蒸发器4内的传热性能，可以进行高效率的冷却运转。

(加热运转)

接着，在冷却运转信号为“不可”且加热运转信号为“需要”的情况下，控制装置进行冷却加热装置1的加热运转。在该加热运转中，控制装置打开切换阀SV1、切换阀SV4、切换阀SV5及膨胀阀EV2，关闭切换阀SV2、切换阀SV3及膨胀阀EV1。由此，构成依次经过压缩机2、喷出侧管道7、切换阀SV1、散热器3、切换阀SV5、膨胀阀EV2、室外热交换器6、切换阀SV4、蓄能器13及吸入侧管道14，返回到压缩机2的制冷循环。

若开始加热运转，则制冷剂被压缩机2压缩而成为高温高压，被喷到喷出侧管道7。在该加热运转中，由于加热对象需要加热到高温，故通常该状态下的制冷剂为超临界。然后，制冷剂到达散热器3，在此向加热对象释放热量，制冷剂自身变为低温。通常此处的制冷剂的状态为临界压力以上的液相。以该散热器3中的制冷剂的散热作用对加热对象进行加热。加热对象例如为供给热水负载设备中的水、或暖气装置中的室内空气、或热传输用的传热介质等。

另外，作为制冷剂，制冷剂回路中封入了二氧化碳，散热器3内的制冷剂压力多为临界压力以上。因此，在散热器3内不会引起制冷剂的冷凝，从散热器3的入口向出口，制冷剂的温度随着向加热对象的散热一起降低。另一方面，在散热器3中，加热对象的温度从加热对象的流路的入口向出口，随着来自制冷剂的吸热一起上升。由此，通过构成为散热器3中的制冷剂与加热对象的流动方向相对，从而与在温度一定的基础上进行冷凝散热的HFC系制冷剂相比，能进行高效率的热交换，且能进行高温的加热。

而且，离开散热器3的低温高压的制冷剂被膨胀阀EV2节流，膨胀后变为低压，到达室外热交换器6。此处的制冷剂的状态为液态制冷剂与蒸汽制冷剂混合存在的二相混合状态。在室外热交换器6中，液相制冷剂蒸发而成为蒸汽制冷剂。借助该制冷剂的蒸发作用，制冷剂从外部气体吸热。

然后，制冷剂从室外热交换器6经吸入侧管道14而被再次吸入压缩机2。通过以上连续的制冷循环的作用，加热对象被加热。

加热运转中，控制装置调节膨胀阀EV2的开度，以便由安装在压缩机2的喷出侧管道7中的喷出温度传感器T1检测出的喷出制冷剂的温度为规定值。具体是，在由喷出温度传感器T1检测出的制冷剂温度高于规定值时，增大膨胀阀EV2的开度，相反在由喷出温度传感器T1检测出的制冷剂温度低于规定值时减小膨胀阀EV2的开度。由此，可以进行以加热对象的加热为目的的加热运转中的最佳条件下的高效率的运转。

(冷却加热同时运转)

在冷却运转信号或加热运转信号中的其中一个为“需要”且另一个不是“不可”的情况下进行冷却加热同时运转。在该冷却加热同时运转中，控制装置打开切换阀SV1、切换阀SV2、切换阀SV5及膨胀阀EV1，关闭切换阀SV3、切换阀SV4及膨胀阀EV2。由此，构成依次经过压缩机2、喷出侧管道7、切换阀SV1、散热器3、切换阀SV5、膨胀阀EV1、蒸发器4、切换阀SV2、蓄能器13及吸入侧管道14，返回到压缩机2的制冷循环。

若开始该冷却加热同时运转，则制冷剂被压缩机2压缩，变为高温高压，喷出到喷出侧管道7。在冷却加热同时运转中，由于需要将加热对象加热到高温，故通常该状态下的制冷剂为超临界。然后，制冷剂到达散热器3，在此向加热对象释放热量而变为低温。通常此处的制冷剂的状态为临界压力以上的液相。以该散热器3内的制冷剂的散热作用对加热对象进行加热。加热对象例如是供给热水负载设备中的水、或暖气装置中的室内控制、或者用于热传输的传热介质等。

另外，作为制冷剂，在制冷剂回路中封入了二氧化碳，散热器3内的制冷剂压力多为临界压力以上。因此，在散热器3内不会引起制冷剂的冷凝，从散热器3的入口向出口，制冷剂的温度随着向加热对象的散热而降低。另一方面，在散热器3中，加热对象的温度从加热对象的流路的入口向出口，随着来自制冷剂的吸热一起上升。由此，与上述同样，通过构成为使散热器3中的制冷剂与加热对象的流动方向相对，从而与在温度恒定的前提下进行冷凝散热的HFC系制冷剂相比，能够进行高效率的热交换，且能进行高温的加热。

而且，离开散热器3的低温高压的制冷剂被膨胀阀EV1节流，膨胀后变为低压，到达蒸发器4。此处的制冷剂的状态为液态制冷剂与蒸汽制冷剂混合存在的二相混合状态。在蒸发器4中，液相制冷剂蒸发而变为蒸汽制冷剂。借助伴随该制冷剂的蒸发的吸热作用，冷却对象被冷却。冷却对象例如考虑需要进行冷却或保冷的食品及饮料、进行空气调节时的空气、或者利用了M热传输或蓄热的系统中的水、盐水及冰等。

然后，制冷剂从蒸发器4经吸入侧管道14而再次被吸入压缩机2。通过以上连续的制冷循环的作用，在冷却对象被冷却的同时加热对象被加热。

该冷却加热同时运转中，调节膨胀阀EV1的开度，以便由安装在压缩机2的喷出侧管道7的喷出温度传感器T1检测出的喷出制冷剂的温度为规定值。具体是，在由喷出温度传感器T1检测出的制冷剂温度高于规定值时增大膨胀阀EV1的开度，相反在由喷出温度传感器T1检测出的制冷剂温度低于规定值时减小膨胀阀EV1的开度。由此，可以进行需要加热对象的加热的冷却加热同时运转中的最佳条件下的高效率的运转。

在以上说明的各运转模式中，运转中的压缩机2的转速可以是一定的，但也可以根据冷却负载、加热负载或者外部气体条件而由逆变器等来调节频率。再有，在实施例中，将冷却运转信号分为三种，即“需要冷却”、“可冷却”及“不可冷却”，并且将加热运转信号也分为三种，即“需要加热”、“可加热”及“不可加热”，但不限于此，也可以仅将冷却运转信号或加热运转信号的其中一个分为三种，将另一个分为两种(现有的接通/断开信号)。此时，关于被分为两种的运转信号，接通信号相当于“需要”信号，断开信号相当于“不可”信号，在图3中忽略“可”信号一栏，确定运转模式。

如上所述，在该实施例中，可以借助伴随于制冷剂回路的蒸发器4中的制冷剂蒸发的吸热作用，对冷却对象进行冷却，同时借助散热器3中的制冷剂的散热作用，对加热对象进行加热，因此可以有效利用以往未被利用而释放到大气中的、冷却过程中产生的制冷循环高温侧的热量，可以削减能量的消耗量。

进而，通过由各切换阀来切换制冷剂回路，从而可以进行：仅进行冷却对象的冷却的冷却运转、仅进行加热对象的加热的加热运转、或同时进行冷却对象的冷却与加热对象的加热的冷却加热同时运转，因此可以广泛应对冷却负载或加热负载的变化，可以进行可靠的冷却及加热。

还有，本实施例的冷却加热装置1的控制装置根据与冷却负载对应的冷却运转信号及与加热负载对应的加热运转信号，确定最佳的运转模式，以便优先进行冷却加热同时运转，因此可以提高能量消耗效率，实现能量的有效利用。

【实施例2】

接着，利用图5及图6对本发明的冷却加热装置1的实施例2进行说明。该实施例示出冷却加热装置1中的单元构成的一例。该实施例的冷却加热装置1在很多方面都与上述实施例1共通，故对于与实施例1的冷却加热装置1相同、或者起到同样的作用或效果的构成省略详细说明。

图5示出该实施例的概略的装置构成。该实施例的冷却加热装置1在一个台架上设置蒸汽压缩制冷循环的制冷回路(其中除去蒸发器4)和控制装置C1，构成冷却加热单元24，该制冷回路进行冷却及加热；控制装置C1根据来自冷却负载设备22的冷却运转信号及来自加热负载设备23的加热运转信号，控制冷却加热装置1的运转。

图6中示出实施例2的冷却加热装置1的回路图。该实施例的冷却加热装置1构成设置在一个台架上的一个冷却加入单元24，包括：压缩机2；作为节流机构的膨胀阀EV1及膨胀阀EV2；在制冷剂与加热侧传热介质(实施例中为水)流经的循环路径29的该加热侧传热介质之间进行热交换的加热侧热交换器26；在制冷剂与作为热源的外部气体之间进行热交换的室外热交换器6；设置在循环路径29中，向加热侧热交换器26输送加热侧传热介质的、作为加热侧泵机构的循环泵27；调节加热侧传热介质流量的、作为加热侧流量调节机构的流量调节阀28；检测加热侧热交换器26中与制冷剂进行了热交换后的加热侧传热介质的温度的加热侧温度传感器T5(加热侧温度检测机构)；根据与冷却负载对应的冷却运转信号及与加热负载对应的加热运转信号，进行包含压缩机2的冷却加热装置1的运转及停止、以及基于切换阀的制冷剂循环回路的切换控制的控制装置C1。

加热侧热交换器26相当于实施例1中的散热器3，制冷剂的流路26A与加热侧传热介质的流路26B以交换热量且流动方向相对的方式接合。例如，为对流式的双管式热交换器或铜管接合式的热交换器等。

在冷却加热单元24中，在循环路径29的两端设置了加热侧管道连接口31、31(加热侧连接端口)，该加热侧管道连接口31、31连接：从加热负载设备23供给加热侧传热介质用的加热侧管道32(加热侧传热介质的循环路径)；用于将由冷却加热装置1加热后的传热介质输送到加热负载设备23的加热侧管道33(加热侧传热介质的循环路径)。在该实施例中，作为加热负载设备23，连接有具备贮存热水罐34的供给热水设备。因此，上述的加热侧传热介质为水。

再有，加热负载设备23包括加热侧控制装置C2(加热侧信号输出机构)，其检测加热负载的状态，输出表示“需要加热”、“可加热”或“不可加热”中的任一状态的加热运转信号。冷却加热单元24中设置有加热运转信号连接端子36，该端子36上连接有来自加热负载设备23的加热运转信号布线37。

进而，冷却加热单元24中设置了制冷剂管道连接口38、38，该制冷剂管道连接口38、38上连接：用于将由膨胀阀EV1节流膨胀后的制冷剂供给到冷却负载设备22的制冷剂管道39；用于将设置在冷却负载设备22的蒸发器4中与冷却对象进行热交换而蒸发的制冷剂返回到冷却加热装置1的制冷剂管道41。这些虽然未包含于该实施例的冷却加热单元24中，但构成冷却加热装置1的一部分。

还有，在本实施例中，作为冷却负载设备22，内部连接有对冷却对象进行储存、冷却及保冷的冷却容器42。冷却对象例如是牛奶或其他的饮料等。该冷却容器42中以热交换的关系配设蒸发器4，借助在蒸发器4中蒸发的制冷剂的吸热作用对冷却容器42进行冷却。

再有，冷却负载设备22中包括冷却侧控制装置C3(冷却侧信号输出机构)，其检测冷却负载的状态，输出表示“需要冷却”、“可冷却”或“不可冷却”中的任一状态的冷却运转信号。冷却加热单元24中设置冷却运转信号连接端子43，该端子43上连接来自冷却负载设备22的冷却运转信号布线44。

关于该实施例的冷却加热装置1的动作、即基于冷却运转信号及加热运转信号的运转模式的确定、制冷剂回路的切换、制冷剂的流动与吸热作用及散热作用等，与上述实施例1共通，因此省略详细说明，仅对作为加热对象的加热侧传热介质的动作进行说明。

加热运转及冷却加热运转时，控制装置C1驱动循环泵27。由此，作为加热侧传热介质的水从贮存热水罐34的下部被取出，送至加热侧热交换器26。在加热侧热交换器26中，借助来自制冷剂的散热作用而被升温的水(热水)从贮存热水罐34的上部返回到贮存热水罐34内。

在此，控制装置C1利用加热侧温度传感器T5检测用加热侧热交换器26进行过热交换后的水温，控制流量调节阀28的开度，以便该检测出的温度为规定值。具体是：在所检测出的热水温度低于规定值时减小流量调节阀28的开度，相反在所检测出的热水温度高于规定值时增大流量调节阀28的开度。由此，可以在贮存热水罐34中储存需要温度的热水。

如上所述，在该实施例的冷却加热装置1中，由于在一个台架上设置蒸发器4以外的制冷剂回路、根据来自冷却负载设备22的冷却运转信号及来自加热负载设备23的加热运转信号来控制冷却加热装置1的运转的控制装置C1，以构成一个冷却加热单元24，故可以容易地连接各种冷却负载设备及加热负载设备。由此，本实施例的冷却加热装置1也具有与上述实施例1同样的特征，即在节能性方面优越、进而移动或设置工程容易、通用性方面优越。

【实施例3】

接着，图7中示出本发明的实施例3的冷却加热装置1的回路图。该实施例是冷却加热装置1的单元构成的其他形态的一例。该实施例的冷却加热装置1在很多方面都与上述实施例2共通，故对于与实施例2的冷却加热装置1相同、或者起到同样的作用或效果的构成省略详细说明。

在实施例3的冷却加热单元24中，除了实施例2的单元构成以外，还包括：在制冷剂与冷却侧传热介质流经的循环路径49的该冷却侧传热介质之间进行热交换的冷却侧热交换器46；输送冷却侧传热介质的作为冷却侧泵机构的循环泵47；调节冷却侧传热介质流量的作为冷却侧流量调节机构的流量调节阀48；检测在冷却侧热交换器46中与制冷剂进行过热交换后的冷却侧传热介质的温度的冷却侧温度传感器T6(冷却侧温度检测机构)。

在制冷剂回路上，冷却侧热交换器46相当于实施例1及实施例2中的蒸发器4，制冷剂的流路46A与冷却侧传热介质流路46B以交换热量且流动的方向相对的方式接合。例如，为对流式的双管式热交换器、铜管接合式的热交换器、或者平板式热交换器等。在该实施例中，到此为止构成设置在一个台架上的一个冷却加热单元24。

在此时的冷却加热单元24中，循环路径49的两端设置了冷却侧管道连接口51、51(冷却侧连接端口)，该冷却侧管道连接口51、51上连接：用于从冷却负载设备22供给冷却侧传热介质的冷却侧管道52(冷却侧传热介质的循环路径)；用于将由冷却加热装置1冷却后的传热介质向冷却负载设备22输送的冷却侧管道53(冷却侧传热介质的循环路径)。而且，这些管道52、53之间连接有和冷却容器42配设为热交换关系的冷却器54。另外，作为冷却侧传热介质例如考虑水、盐水等。

在由控制装置C1进行的冷却运转及冷却加热运转时，驱动循环泵47。由此，冷却侧传热介质被送至冷却侧热交换器46。冷却侧传热介质在冷却侧热交换器46的流路46B中，借助伴随流经流路46A的制冷剂的蒸发的吸热作用而被冷却，然后被返回到冷却负载设备22。

控制装置C1利用冷却侧温度传感器T6检测用冷却侧热交换器46进行热交换后的冷却侧传热介质的温度，控制流量调节阀48的开度，以便所检测出的温度为规定值。具体是，在所检测出的温度低于规定值时增大流量调节阀48的开度，相反在所检测出的温度高于规定值时减小流量调节阀48的开度。由此，可以将冷却侧传热介质冷却到所需要的温度。冷却后的冷却侧传热介质在冷却器54中发挥吸热作用，对冷却容器42进行冷却。由此，可以将冷却容器42冷却到所希望的温度。

如上所述，在该实施例的冷却加热装置1中，在一个台架上设置构成制冷剂回路的所有设备、根据来自冷却负载设备22的冷却运转信号及来自加热负载设备23的加热运转信号来控制冷却加热装置1的运转的控制装置C1，构成了一个冷却加热单元24，故可以容易地连接各种冷却负载设备22及加热负载设备23。特别是，无需与负载设备的制冷剂管道连接，所以，能够在制冷剂回路内预先封入了适当量的制冷剂的状态下将冷却加热单元1搬入设置场所，比实施例2的冷却加热装置还容易进行移动或设置工程，在通用性方面优越。

【实施例4】

接着，图8中示出本发明实施例4的冷却加热装置1的回路图。在该实施例的冷却加热装置1中，构成与上述实施例2同样的冷却加热单元24。在该实施例中，作为冷却负载设备22，将冷却保冷牛奶或其他饮料等(实施例中为牛奶)的冷却容器42连接到冷却加热单元24，作为加热负载设备23，将具备贮存热水罐34的供给热水设备连接到冷却加热单元24。

在该图中，56是该情况下的冷却负载设备22所具备的冷却容器清洗装置，由导入洗涤剂或经由开闭阀71导入城市供水的清洗用缓冲罐57、清洗用泵58、排水阀59、循环切换阀61等构成，进而构成为可以从供给热水设备的贮存热水罐34将用于清洗冷却容器42的高温的热水，经介设了止回阀62、开闭阀63、69的高温热水供给管道64向冷却容器清洗装置56的清洗用缓冲罐57供给。

挤出的牛奶经过开闭阀66，从未图示的挤奶机导入冷却容器42，在搅拌机67中进行搅拌。如上所述，借助在蒸发器4中蒸发的制冷剂的吸热作用而被冷却的牛奶通过开放取出阀68(此时循环切换阀61关闭)而被取出。在清洗冷却容器42之际，运转清洗用泵58，打开循环用切换阀61，使清洗用缓冲罐57内的温度高的清洗用水在冷却容器42内循环。清洗用水的排出是通过打开排水阀59而进行的。

另一方面，此时的加热负载设备(供给热水设备)23的贮存热水罐34中，上下多处安装了贮存热水罐温度传感器T8，进而从贮存热水罐34的上部经由止回阀73，将高温的热水取出到混合阀72，从下部经止回阀74，将低温的热水取出到混合阀72。用混合阀72混合这些热水，经由止回阀76取出，但此时的混合比可以根据出热水温度传感器T9检测出的温度调整为所希望的出热水温度(从低温到高温)。此外，78是放掉贮存热水罐34内的压力的放出阀，77是贮存热水罐34的排水阀。

根据本实施例，在冷却作为冷却对象的冷却容器42内的牛奶的同时，可以有效利用冷却过程中产生的制冷循环的高温侧的热量使热水沸腾，储存在贮存热水罐34内，且利用使用了二氧化碳制冷剂的跨临界循环，从而能产生适于清洗的高温热水，因此可以将该热水用于冷却容器42的清洗。因此，与以往为了清洗冷却容器42而用锅炉等将热水煮沸后供给的情况相比，可以大幅度削减所消耗的能量。再有，由于还可以削减从制冷循环的高温侧释放到大气中的热量，故还可以抑制周围温度的上升。

还有，由于本实施例与实施例1同样地具备室外热交换器6，故在仅用冷却容器42的冷却时产生的热水无法满足清洗用途或其他用途所需的供给热水负载时，通过进行以大气为热源的供给热水运转，从而可以产生所缺少的热水。由此，不需要用于进行追加供给热水的辅助锅炉等，且进行高效率的热泵供给热水，因此可以实现能量消耗的进一步削减。

另一方面，即使在由于作为冷却对象的牛奶的量的变动或供给热水负载的变动等，导致贮存热水罐34内的热水量过剩的情况下，也可以将室外热交换器6作为制冷剂的散热器进行利用，因此可以可靠地进行冷却运转，可以防止由于冷却不良而导致的冷却对象的质量劣化。

再有，本实施例的冷却加热装置1与上述同样，是控制装置C1根据与冷却负载对应的冷却运转信号及与加热负载对应的加热运转信号来确定合适的运转模式，以便优先进行冷却加热同时运转，因此可以提高能量消耗效率，可以实现能量的有效利用。

进而，由于将冷却加热单元24构成为设置在一个台架上，故与上述同样，可以容易地进行设备设置工程或向各负载设备的连接工程，例如不但新设置时，而且还可以容易地进行经过耐用年限后的加热负载设备23或冷却负载设备22等的一部分设备的改变等。

还有，作为在以上说明中可以把握的发明，除了发明内容部分的各技术方案以外，还可以考虑以下方案。即：

在技术方案4或技术方案5所述的冷却加热装置中，其特征在于，上述控制机构在上述冷却运转信号或加热运转信号中的任一个为需要冷却或需要加热的状态、另一个为可加热或可冷却的状态的情况下，利用上述流路切换机构切换流路，以使从上述压缩机喷出的制冷剂流向上述散热器，从上述蒸发器将制冷剂吸入上述压缩机。

在各技术方案所述的冷却加热装置中，其特征在于，上述制冷剂回路将二氧化碳作为制冷剂封入，高压侧为超临界压力。

一种冷却负载设备，其作为技术方案4所述的冷却加热装置的上述冷却对象而被连接，其特征在于，具备输出上述冷却运转信号的冷却侧信号输出机构。

一种加热负载设备，其作为技术方案5所述的冷却加热装置的上述加热对象而被连接，其特征在于，具备输出上述加热运转信号的加热侧信号输出机构。

(产业上的可利用性)

本发明即使在牛奶或其他饮料等的冷却保冷装置与用于其清洗的供给热水装置、或与食品等的加工关联的冷却加热装置、自动售货机、空调机、其他需要冷却及加热的产业领域中也可以利用。

Claims (5)

1.一种冷却加热装置，其具备依次连接压缩机、散热器、节流机构及蒸发器而构成制冷剂回路的蒸汽压缩式制冷循环，能够利用所述散热器中的制冷剂的散热作用对加热对象进行加热，且能够利用所述蒸发器中的制冷剂的吸热作用对冷却对象进行冷却，

该冷却加热装置的特征在于，包括：

辅助热交换器，其一端经由节流机构与所述散热器的制冷剂出口侧管道连接，并且另一端连接于所述压缩机的吸入侧管道及喷出侧管道，与所述加热对象及冷却对象以外的热源进行热交换；

流路切换机构，其控制从所述压缩机喷出的制冷剂是流向所述散热器还是流向所述辅助热交换器、以及是从所述辅助热交换器向所述压缩机供给制冷剂还是从所述蒸发器向所述压缩机供给制冷剂；和

控制机构，其根据与所述冷却对象的冷却负载对应的冷却运转信号及与所述加热对象的加热负载对应的加热运转信号，控制所述压缩机、各节流机构及流路切换机构。

2.根据权利要求1所述的冷却加热装置，其特征在于，包括：

加热侧泵机构，其为了使所述散热器与构成所述加热对象的加热侧传热介质进行热交换而使该加热侧传热介质循环；

加热侧流量调节机构，其调节所述加热侧传热介质的流量；

加热侧温度检测机构，其检测与所述散热器进行热交换后的所述加热侧传热介质的温度；和

加热侧连接端口，其用于连接所述加热侧传热介质的循环路径。

3.根据权利要求1或2所述的冷却加热装置，其特征在于，包括：

冷却侧泵机构，其为了使所述蒸发器与构成所述冷却对象的冷却侧传热介质进行热交换而使该冷却侧传热介质循环；

冷却侧流量调节结构，其调节所述冷却侧传热介质的流量；

冷却侧温度检测机构，其检测与所述蒸发器进行热交换后的所述冷却侧传热介质的温度；和

冷却侧连接端口，其用于连接所述冷却侧传热介质的循环路径。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的冷却加热装置，其特征在于，

所述冷却运转信号是表示所述蒸发器中的冷却对象的需要冷却的状态、可冷却的状态及不可冷却的状态中的任一种状态的信号。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的冷却加热装置，其特征在于，

所述加热运转信号是表示所述散热器中的加热对象的需要加热的状态、可加热的状态及不可加热的状态中的任一种状态的信号。

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