CN102072559B - 热泵式供热水装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热泵式供热水装置，其包括级联循环单元，其包括：使低温冷冻循环的第一制冷剂与高温冷冻循环的第二制冷剂进行热交换的级联热交换器；上述高温冷冻循环的第二制冷剂被冷凝时对水进行加热的水制冷剂热交换器，上述水制冷剂热交换器连接到需要供热水处和水循环流路上，该热泵式供热水装置包括：制冷剂注入流路，其在上述级联热交换器和低温冷冻循环的蒸发器之间被分支而向低温冷冻循环的低压侧压缩机注入制冷剂，或在上述水制冷剂热交换器和级联热交换器之间被分支而向高温冷冻循环的高压侧压缩机注入制冷剂；气体制冷剂调节阀，其设置在制冷剂注入流路上，并根据上述需要供热水处的负荷进行调节。从而，能够有效地向需要供热水处供应高温水，在寒冷地区也能够有效防止因室外低温引起的制热效率的减少。

Description

热泵式供热水装置
技术领域
本发明涉及热泵式供热水装置，尤其涉及利用制冷剂循环装置对室内进行制热的热水进行加热的热泵式供热水装置。
背景技术
一般来说，热泵为利用制冷剂的发热或冷凝热将热从低温传递至高温或将热从高温传递至低温的制冷制热装置。
热泵包括压缩机、冷凝器、膨胀机构以及蒸发器，近年来为实现化石燃料的消耗最小化，利用制冷剂加热水并对室内地板等进行供暖的热泵式供热水装置成为被开发的趋势。
但是，根据现有技术的热泵式供热水装置，无法在室外温度低或室外平均气温低的地区，例如寒冷地区时，制热性能不能对应室外气温，尤其蒸发器在低温而结冰时，产生无法制热或因频繁的除霜运转而性能降低的问题。
发明内容
本发明是为解决上述以往的技术问题而提出的，其提供一种有效供应高温热水的热泵式供热水装置。
本发明的另一个目的在于，提供一种能够在寒冷地带防止效率降低，且能够提高制热能力的热泵式供热水装置。
为解决上述问题，本发明为一种热泵式供热水装置，其包括级联循环单元，其包括：使低温冷冻循环的第一制冷剂和高温冷冻循环的第二制冷剂进行热交换的级联热交换器；上述高温冷冻循环的第二制冷剂被冷凝时对上述水进行加热的水制冷剂热交换器，上述水制冷剂热交换器连接到需要供热水处和水循环流路上，该供热水装置还包括：制冷剂注入流路，其在上述级联热交换器和上述低温冷冻循环的蒸发器之间被分支而向低温冷冻循环的低压侧压缩机注入制冷剂，或者在上述水制冷剂热交换器和上述级联热交换器之间被分支而向高温冷冻循环的高压侧压缩机注入制冷剂；气体制冷剂调节阀，其设置在上述制冷剂注入流路上，并根据需要供热水处的负荷进行调节。
根据上述热泵式供热水装置的一实施例，还包括：气液分离器，其分离上述级联热交换器中被冷凝的制冷剂中的液体制冷剂和气体制冷剂；辅助膨胀机构，其设置在上述级联热交换器和气液分离器之间，并使制冷剂膨胀。
上述低温冷冻循环由低压侧压缩机、上述级联热交换器、第一膨胀机构和蒸发器形成闭合回路；上述高温冷冻循环由高压侧压缩机、上述水制冷剂热交换器、第二膨胀机构和上述级联热交换器形成闭合回路；上述气液分离器设置在上述级联热交换器和第一膨胀机构之间。
根据上述热泵式供热水装置的另一实施例，还包括：气液分离器，其分离上述水制冷剂热交换器中被冷凝的制冷剂中的液体制冷剂和气体制冷剂；辅助膨胀机构，其设置在上述水制冷剂热交换器和气液分离器之间，并使制冷剂膨胀。
上述低温冷冻循环由低压侧压缩机、上述级联热交换器、第一膨胀机构和蒸发器形成闭合回路；上述高温冷冻循环由高压侧压缩机、上述水制冷剂热交换器、第二膨胀机构和上述级联热交换器形成闭合回路；上述气液分离器设置在上述水制冷剂热交换器和第二膨胀机构之间。
上述低压侧压缩机、级联热交换器、第一膨胀机构、蒸发器、高压侧压缩机、第二膨胀机构、水制冷剂热交换器、制冷剂注入流路、气体制冷剂调节阀、气液分离器和辅助膨胀机构设置在一个单元上。
上述低压侧压缩机和第一膨胀机构和蒸发器设置在室外机上；上述级联热交换器、高压侧压缩机、第二膨胀机构和水制冷剂热交换器设置在级联单元上；上述制冷剂注入流路、气体制冷剂调节阀、气液分离器和辅助膨胀机构设置在室外机和级联单元中的一个上。
上述级联单元设置在上述室外机上，其与上述室外机形成一体。
上述级联单元与上述室外机分隔设置。
上述热泵式供热水装置还包括：负荷检测传感器，其检测上述需要供热处的负荷；控制部，其根据上述负荷检测传感器的检测结果调节上述气体制冷剂调节阀。
上述负荷检测传感器设置在上述水循环流路上。
在上述负荷检测传感器检测到的温度为设定值以下时，上述控制部打开上述气体制冷剂调节阀；在上述负荷检测传感器检测到的温度为设定值以上时，上述控制部关闭上述气体制冷剂调节阀。
上述需要供热水处包括：与上述水循环流路连接的制热单元；与上述水循环流路连接的供热水单元。
上述低压侧压缩机和高压侧压缩机中与上述制冷剂注入流路连接的压缩机是两级式多级压缩机、螺旋压缩机、涡旋压缩机中的一个。
上述低压侧压缩机和高压侧压缩机中与上述制冷剂注入流路连接的压缩机是旋转式双气缸压缩机。
根据上述本发明的热泵式供热水装置，具有如下优点，即：能够使利用低温冷冻循环和高温冷冻循环的级联热交换器向热泵式供热水装置供应的水的出水温度高于单一冷冻循环时的温度，向低温循环区域的压缩机或高温循环区域的压缩机注入气体制冷剂，而提高制热性能。
本发明还具有如下优点，即：向低温冷冻循环的低压侧压缩机注入气体制冷剂，因此能够使室外温度低下时低温冷冻循环侧蒸发器的体积流量的减少达到最小化，并提高级联热交换器的冷凝容量，可实现在寒冷地带的有效供暖，且除霜性能也高。
本发明还具有如下优点，即：向低温冷冻循环的压缩机注入气体制冷剂，因此能够降低低温冷冻循环的压缩机的最大管理温度，并提高低温冷冻循环的压缩机可靠性。
本发明还具有如下优点，即：向高温冷冻循环的高压侧压缩机注入气体制冷剂，因此能够提高水制冷剂热交换器的冷凝容量，并提高需要供热水处的制热性能，实现高温出水。
本发明的特征及优点将通过后述的本发明实施例的详细说明及所附的附图而变得更加易于理解。
附图说明
图1是根据本发明的热泵式供热水装置一个实施例的简略图；
图2是根据本发明的热泵式供热水装置一个实施例的控制流程图；
图3是表示图1所示的级联循环单元的制冷剂流动的主要部分放大图；
图4是根据本发明的热泵式供热水装置一个实施例的P-H线图；
图5是根据本发明的热泵式供热水装置另一个实施例的简略图；
图6是根据本发明的热泵式供热水装置又一实施例的结构图；
图7是根据本发明的热泵式供热水装置另一个实施例的级联单元与室外机为分离设置时的主视图；
图8是根据本发明的热泵式供热水装置又一个实施例的级联单元设置在室外机上时的主视图。
具体实施方式
以下，参照附图说明能够具体实现上述目的的本发明的实施例。
图1为根据本发明的热泵式供热水装置一实施例的简略结构图。
如图1所示，根据本实施例的热泵式供热水装置包括：利用制冷剂加热水并供应到需要供热水处1、2的冷冻循环装置3。
需要供热水处1、2可以包括：由制冷剂加热的水对室内制热的制热单元1；由制冷剂加热的水对从淋浴器等热水排出器具排出的热水进行加热的供热水单元2。其中，关于制热单元1和供热水单元2在后面进行详细说明。
冷冻循环装置3可以包括级联循环单元4和气体注入机构5。
级联循环单元4可以包括：低温冷冻循环A的第一制冷剂和高温冷冻循环B的第二制冷剂进行热交换的级联热交换器；高温冷冻循环B的第二制冷剂加热水的同时被冷凝的水制冷剂热交换器。
第一制冷剂和第二制冷剂是冷凝温度及蒸发温度相互不同的制冷剂，例如第一制冷剂是冷凝温度及蒸发温度较低的R410A时，第二制冷剂可以为比第一制冷剂的冷凝温度及蒸发温度高的R134a。
气体注入机构5在低温冷冻循环A和高温冷冻循环B的一个冷冻循环中被冷凝的制冷剂膨胀后分离气体制冷剂，并将被分离的气体制冷剂向设置有气体注入机构5的冷冻循环的压缩机注入，该气体注入机构5可以设置在低温冷冻循环A和高温冷冻循环B的至少一个中。
以下，对于低温冷冻循环A、高温冷冻循环B、气体注入机构5详细说明，并以气体注入机构5设置在低温冷冻循环A上来进行说明。
低温冷冻循环A由低压侧压缩机6、级联热交换器10、第一膨胀机构12、蒸发器14形成闭合回路，第一制冷剂在低压侧压缩机6被压缩，在级联热交换器10被冷凝，在第一膨胀机构12被膨胀，在蒸发器14被蒸发，第一制冷剂反复压缩、冷凝、膨胀、蒸发的过程，从而蒸发第二制冷剂。
低压侧压缩机6压缩第一制冷剂，并通过低压侧压缩机排出管7与级联热交换器10连接，通过低压侧压缩机吸入管8与蒸发器14连接。
在气体注入机构5设置在低温冷冻循环A中时，低压侧压缩机6可以由两级式多级压缩机，或双气缸旋转压缩机，或涡旋压缩机，或螺旋压缩机构成，以使气体制冷剂注入到低压侧压缩机6。
两级式多级压缩机是，制冷剂流路串联连接且制冷剂在第一压缩部被压缩后在第二压缩部再次被压缩的压缩机，在蒸发器14蒸发的制冷剂被吸入到第一压缩部压缩后排出，气体注入机构5连接于将第一压缩部和第二压缩部连接的连接流路上，从气体注入机构5注入的气体制冷剂与在第一压缩部压缩后排出的制冷剂被混合后，在第二压缩部被压缩后排出。
双气缸旋转压缩机是第一、二压缩部通过一个电机进行压缩的压缩机，在蒸发器14蒸发的制冷剂被吸入到第一压缩部压缩后排出，气体注入机构5连接到第二压缩部，在蒸发器14蒸发的制冷剂在第一压缩部被压缩后排出，从气体注入机构5注入的气体制冷剂在第二压缩部被压缩后排出。
涡旋压缩机为相互吻合的一对雌雄涡旋转子之间压缩制冷剂的旋转式容积型压缩机，在蒸发器14蒸发的制冷剂被吸入到涡旋压缩机的压缩室而被压缩，气体注入机构5连接到与涡旋压缩机的压缩室一侧连通的注入口，从气体注入机构5注入的气体制冷剂和在涡旋压缩机内部被压缩的制冷剂被混合并压缩，然后排出。
涡旋压缩机是动涡盘在压缩室内旋转的同时压缩制冷剂的压缩机，在蒸发器14蒸发的制冷剂被吸入到螺旋压缩机的压缩室而被压缩，气体注入机构5连接到与螺旋压缩机的压缩室一侧连通的注入口，从气体注入机构5注入的气体制冷剂在螺旋压缩机内部被压缩的制冷剂被混合并压缩，然后排出。
级联热交换器10形成有第一制冷剂通过的同时被冷凝的冷凝流路和第二制冷剂通过的同时被蒸发的蒸发流路，在冷凝流路和蒸发流路之间可以设置使第一制冷剂和第二制冷剂进行热交换的传热部件。
级联热交换器10可以由冷凝流路与蒸发流路相隔传热部件而置于内、外的二重热交换器形成，也可以由交替配置的板型热交换器形成，其冷凝流路与蒸发流路之间具有传热部件。
级联热交换器10可以通过气体注入机构5与第一膨胀机构12连接。
第一膨胀机构12是对从蒸发器14吸入的第一制冷剂进行膨胀的机构，且可以由能够调节开度的电子膨胀阀构成，以控制低温冷冻循环A的吸入过热度。
第一膨胀机构12可以通过第一膨胀机构-蒸发器连接配管13与第一蒸发器14连接。
第一蒸发器14由空冷式热交换器构成，其将室外空气向蒸发器14送风而使制冷剂因室外空气蒸发，级联循环单元4还可以包括将室外空气向蒸发器14送风的室外风扇15。
高温冷冻循环B由高压侧压缩机16、水制冷剂热交换器20、第二膨胀机构22、级联热交换器10形成闭合回路，第二制冷剂在高压侧压缩机16压缩，在水制冷剂热交换器20与水进行热交换而冷凝，并在第二膨胀机构22膨胀，在级联热交换器10中与第一制冷剂进行热交换而蒸发，在第二制冷剂反复压缩、冷凝、膨胀、蒸发的过程中对水进行加热。
高压侧压缩机16是压缩第二制冷剂的压缩机，并可以通过高压侧压缩机排气管17与水制冷剂热交换器20连接，通过高压侧压缩机吸入管18与级联热交换器10连接。
水制冷剂热交换器20与制热单元1及供热水单元2形成闭合回路的水循环流路，关于水循环流路将在后面进行详细说明。
水制冷剂热交换器20形成有制冷剂通过并被冷凝的冷凝流路和水通过并被加热的水加热流路，并由冷凝流路和水加热流路相隔传热部件而置于内、外的二重热交换器构成，也可以形成交替配置的板型热交换器。
水制冷剂热交换器20可以通过水制冷剂热交换器-第二膨胀机构连接配管21与第二膨胀机构22连接。
第二膨胀机构22是将从级联热交换器10吸入的第二制冷剂膨胀的机构，且可以由能够调节开度的电子膨胀阀构成，以控制高温冷冻循环B的吸入过热度。
第二膨胀机构22可以通过第二膨胀机构-级联连接配管23与级联热交换器10连接。
气体注入机构5将在级联热交换器10中冷凝的第一制冷剂膨胀后分离成液体制冷剂和气体制冷剂，并仅将气体制冷剂向低压侧压缩机6喷射。
气体注入机构5可以包括：气液分离器24，其将在级联热交换器10中冷凝的制冷剂分离为气体制冷剂和液体制冷剂；制冷剂注入流路26，其向低压侧压缩机6喷射在气液分离器24中分离的气体制冷剂；辅助膨胀机构28，其使从级联热交换器10向气液分离器24流动的制冷剂膨胀；气体制冷剂调节阀30，其设置在制冷剂注入流路24上。
气液分离器24可以设置在级联热交换器10和第一膨胀机构12之间。
气液分离器24通过气液分离器吸入管25与辅助膨胀机构28连接，并通过液体配管27与第一膨胀机构12连接，通过制冷剂注入流路26与低压侧压缩机6连接。通过辅助膨胀机构28的制冷剂通过气液分离器吸入管25流路到气液分离器24中，并在气液分离器24内部被分离为气体制冷剂和液体制冷剂，气体制冷剂通过制冷剂注入流路26被喷射到低压侧压缩机6，液体制冷剂通过液体配管27流动到第一膨胀机构12。
制冷剂注入流路26的一端可以与气液分离器24连接，另一端与低压侧压缩机6连接。
制冷剂注入流路26可以由多个气体注入配管26A、26B形成制冷剂注入流路26。气体注入配管26A、26B可以包括：第一气体注入配管26A，其连接气液分离器24和气体制冷剂调节阀30；第二气体注入配管26B，其连接气体制冷剂调节阀30和低压侧压缩机6。
辅助膨胀机构28可以在级联热交换器10中冷凝的制冷剂被吸入到气液分离器24之前使制冷剂膨胀，且设置在级联热交换器10和气液分离器24之间。
辅助膨胀机构28可以由能够调节开度的电子膨胀阀形成，以使气液分离器24内部的液体制冷剂不会向制冷剂注入流路26流动。
辅助膨胀机构28可以通过级联热交换器-辅助膨胀机构连接配管29与级联热交换器10连接。
气体制冷剂调节阀30是调节从气液分离器22流出的气体制冷剂的阀，且可以由控制开/关而实现开放/闭锁的开闭阀构成，也可以由控制开度而调节开度的电子膨胀阀构成。
水制冷剂热交换器20连接制热单元1、供热水单元2和水循环流路，其中，水循环流路可以连接水制冷剂20和制热单元1和供热水单元2，以使在水制冷剂热交换器20中加热的水通过制热单元1和供热水单元2中的至少一个后被水制冷剂热交换器20回收。
水循环流路可以包括：位于级联循环单元3内部的级联循环单元配管32；使水通过供热水单元2的供热水配管33；使水通过制热单元1的制热配管34；将级联循环单元配管32连接到供热水配管33及制热配管34的连接配管35。
在连接配管35上设置有热水调节阀36，其将在水制冷剂热交换器20中加热的水引导至供热水配管33和制热配管34中的至少一个，供热水配管33和制热配管34可以通过连接配管35与水制冷剂热交换器20连接。
以下，对于级联冷冻循环单元3、制热单元1以及供热水单元2进行详细说明。
级联循环单元4可以包括：检测通过级联循环单元配管32的水的流动的流量开关(flow switch)37；设置在级联循环单元配管32上并抽吸水而使水循环的循环泵38。
制热单元1可以包括：对室内地板进行制热的地板供暖单元41；对室内空气进行制热的空气制热单元42。
地板供暖单元41可以以蜿蜒(meander line)形状埋设到室内地面中。
空气制热单元42可以由风机盘管单元(fan coil unit)或散热器(radiator)等来构成。
在制热配管34上设置有向地板供暖单元41和空气制热单元42中至少一个引导水的供暖热水调节阀43、44，地板供暖单元41通过空气制热配管45与供暖热水调节阀43、44连接，地板供暖单元52通过地板供暖配管46与供暖热水调节阀53连接。
供热水单元2是供应洗漱、洗澡、刷碗等时所需的热水的单元，可以包括盛水的供热水槽51、设置在供热水槽51的供热水辅助加热器52。
在供热水槽51上可以连接有向供热水槽51供应冷水的冷水引入部56和排出供热水槽51的热水的热水排出部54。
供热水槽51上可以设置有供热水配管33。
在热水排出部54上可以连接淋浴头等热水排出机构55。
在热水排出部54上可以连接冷水引入部56，以能够向热水排出机构55排出冷水。
上述的级联循环单元4、制热单元1以及供热水单元2，在循环泵39驱动时，热水调节阀36为供热模式下，在水制冷剂热交换器20中加热的水依次通过级联循环单元配管32和连接配管35，流入到供热水配管33，并加热供热水槽51内的水后依次通过连接配管35和级联循环单元配管32，而由水制冷剂热交换器20回收。
此外，在循环泵39驱动时，热水调节阀36为制热模式下，在水制冷剂热交换器20中与第二制冷剂进行热交换而被加热的水依次通过级联循环单元配管32和连接配管35流入到制热配管34中，从而加热地板供暖单元41和空气制热单元42中至少一个，然后依次通过制热配管34和连接配管35以及级联循环单元32，而由水制冷剂热交换器20回收。
此时，若供暖热水调节阀43、44为空气制热模式，则水依次通过空气制热配管45、空气制热单元42和空气制热配管45，从制热配管34排出水，若为地板供暖模式，则水依次通过地板供暖配管46、地板供暖单元41以及地板供暖配管46，从制热配管34排出水。
根据本实施例的热泵式供热水装置中，低压侧压缩机6、级联热交换器10、第一膨胀机构12、蒸发器14、高压侧压缩机16、水制冷剂热交换器20、第二膨胀机构22、制冷剂注入流路26、气体制冷剂调节阀30、气液分离器24、辅助膨胀机构28可以设置在一个单元上而形成冷冻循环装置3。
图2为根据本发明的热泵式供热水装置一个实施例的控制流程图，图3为图1所示的级联循环单元的制冷剂流动的主要部分放大图，图4为根据本发明的热泵式供热水装置一个实施例的P-H线图。
根据本实施例的热泵式供热水装置还可以包括：输入热泵式供热水装置的运转/停止等命令的操作部60；检测热泵式供热水装置的负荷的负荷检测传感器70；根据操作部60的操作和负荷检测传感器70的检测结果控制低压侧压缩机6、第一膨胀机构12、室外风扇15、高压侧压缩机16、第二膨胀机构22、辅助膨胀机构28以及制冷剂调节阀30等的制御部120。
负荷检测传感器70可以包括检测制热单元1和供热水单元2的负荷的热水温度传感器。
热水温度传感器可以设置在水循环流路的一侧，以使其检测在制热单元1和供热水单元2中至少一个与水制冷剂热交换器20中循环的水的温度。
热水温度传感器优选为设置在级联循环单元配管32，以使其检测在制热单元1和供热水单元2中至少一个中被冷却后由水制冷剂热交换器20回收的水的温度。
负荷检测传感器70可以包括检测室外温度低与否的室外温度传感器。
室外温度传感器可以设置在蒸发器14上，以使其检测从室外向蒸发器14送风的室外空气的温度。
在负荷检测传感器70检测到的负荷为设定值以上时，制御部80按照通过气体注入机构5注入气体制冷剂的注入模式运转，在负荷检测传感器检测的负荷不足设定值时，制御部80按照通过气体注入机构5非注入气体制冷剂的通常模式运转。
制御部80根据通常运转模式/气体注入运转模式控制制冷剂调节阀30，在通常运转模式时，密闭制冷剂调节阀30，在气体注入运转模式时，打开制冷剂调节阀30。
在热水温度传感器检测到的热水温度不足设定温度时，控制部80判断负荷为设定值以上，并使热泵式供热水装置，尤其冷冻循环装置3按照气体注入模式运转；在热水温度传感器检测到的热水温度在设定温度以上时，控制部80判断负荷不足设定值，并使热泵式供热水装置，尤其冷冻循环装置3按照通常模式运转。
在室外温度传感器检测到的室外温度在设定温度以下时，控制部80判断负荷在设定值以上，并使热泵式供热水装置，尤其是冷冻循环装置3按照气体注入模式运转；在室外温度传感器检测到的室外温度超过设定温度时，控制部80判断负荷不足设定值，并使热泵式供热水装置，尤其是冷冻循环装置3按照通常模式运转。
在通过操作部60输入热泵式供热水装置的运转时，控制部80驱动低压侧压缩机6和高压侧压缩机16，并控制第一膨胀机构12和第二膨胀机构22，以使第一膨胀机构12和第二膨胀机构22对制冷剂进行膨胀。此外，还可以驱动室外风扇15。
在负荷检测传感器70检测到的温度超过设定值时，控制部80可以关闭制冷剂调节阀30。此时，控制部80可以完全关闭辅助膨胀机构28。
在如上述的控制时，低压侧压缩机6压缩第一制冷剂，第一制冷剂在级联热交换器10被冷凝后依次通过辅助膨胀机构28和气液分离器22，然后通过第一膨胀机构12的同时进行膨胀。在第一膨胀机构12中膨胀的第一制冷剂通过蒸发器14的同时，与室外空气进行热交换而蒸发，然后由低压侧压缩机6回收。
如上所述，高压侧压缩机16在低压侧压缩机6压缩第一制冷剂的过程中压缩第二制冷剂，第二制冷剂在水制冷剂热交换器20中加热水的同时被冷凝后在第二膨胀机构22中膨胀，然后通过级联热交换器10，与第一制冷剂进行热交换而蒸发，然后由高压侧压缩机16回收。
冷冻循环装置3与低温冷冻循环A和高温冷冻循环B单独构成时相比，其加热的水的温度更高。
另外，在负荷检测传感器70检测到的温度低于设定值时，控制部80可以打开气体制冷剂调节阀80。此时，控制部80控制辅助膨胀机构28为设定开度，以使辅助膨胀机构28膨胀第一制冷剂，气体制冷剂调节阀30和辅助膨胀机构28的控制以外的其他控制可以与通常模式的情况一样地进行控制。
在如上述的控制下，低压侧压缩机6压缩第一制冷剂，第一制冷剂在级联热交换器10中被冷凝后在辅助膨胀机构28中膨胀，然后流入到气液分离器22中。第一制冷剂在气液分离器22内部被分离为气体制冷剂和液体制冷剂，液体制冷剂流动到第一膨胀机构12后膨胀，然后在蒸发14蒸发，再后被吸入到低压侧压缩机6而压缩。另外，气液分离器22的气体制冷剂通过制冷剂注入流路26和气体制冷剂调节阀30，而喷射到低压侧压缩机6，并在低压侧压缩机6中压缩。
冷冻循环装置3在通常模式状态下，第一制冷剂经过通常的压缩、冷凝、膨胀、蒸发过程，并如图4中虚线所示，按照a-＞b-＞c-＞f-＞a顺序进行其过程，在气体注入状态下，第一制冷剂经过压缩、冷凝、膨胀、蒸发过程，并如图4中实线所示，按照a-＞b-＞c-＞d-＞e-＞f-＞a顺序进行其过程，从级联热交换器10流出的制冷剂中的一部分经过膨胀、压缩过程，并按照如图4所示的c-＞d-＞g-＞b顺序进行其过程，级联热交换器10的冷凝容量可以比通常模式的情况增大。
另外，如上所述，高压侧压缩机16可以在低压侧压缩机6压缩第一制冷剂的过程中对第二制冷剂进行压缩。第二制冷剂在水制冷剂热交换器20中加热水的同时被冷凝，然后在第二膨胀机构22中膨胀，之后通过级联热交换器10的同时与第一制冷剂进行热交换而蒸发，再后由高压侧压缩机16回收。冷冻循环装置3中，第二制冷剂以h-＞i-＞j-＞k-＞h的顺序进行其过程，从而被压缩、冷凝、膨胀、蒸发。
即，冷冻循环装置3，在气体注入模式实施的状态下，比通常模式实施的情况压缩功减少，即使室外气温低或寒冷地带也能够由制热单元3供应高温的水。
图5为根据本发明的热泵式供热水装置的另一个实施例的简略结构图。
根据本实施例的热泵式供热水装置中，气体注入机构5′可以设置在高温冷冻循环B中。
气体注入机构5′可以设置在高温冷冻循环B的水制冷剂热交换器20和第二膨胀机构22之间，并连接到高温冷冻循环B的高压侧压缩机16′。
低温冷冻循环A中，低压侧压缩机6′通过低压侧压缩机排气管7与级联热交换器10连接，并通过低压侧压缩机吸入管8与蒸发器14连接。
低温冷冻循环A中，第一膨胀机构12通过级联热交换器-第一膨胀机构连接配管11与级联热交换器10连接，并通过第一膨胀机构连接配管13与第一蒸发器14连接。
为使通过气体注入机构5′的气体制冷剂注入到高压侧压缩机16′中，高温冷冻循环B中的高压侧压缩机16′可以由双气缸压缩机、或涡旋压缩机、或涡旋压缩机组成。
在此，高压侧压缩机16′与本发明实施例中的气体注入机构5′连接到低压侧压缩机6′的情况相同，故省略对此的详细说明。
高压侧压缩机16′，如本发明实施例所述，可以通过高压侧压缩机排气管17与水制冷剂热交换器20连接，并通过高压侧压缩机吸入管18与级联热交换器10连接。
气体注入机构5′膨胀水制冷剂热交换器20中被冷凝的第二制冷剂后，分离液体制冷剂和气体制冷剂，并只将气体制冷剂喷射到高压侧压缩机16′。
气体注入机构5′可以包括：分离水制冷剂热交换器20中冷凝的制冷剂中的气体制冷剂和液体制冷剂的气液分离器24′；将在气液分离器24′中分离的气体制冷剂喷射到高压侧压缩机16′的制冷剂注入流路26′；膨胀从水制冷剂热交换器20向气液分离器24′流动的制冷剂的辅助膨胀机构28′；设置在制冷剂注入流路24′中的气体制冷剂调节阀30′。
气液分离器24′可以设置在水制冷剂热交换器20和第二膨胀机构22之间。
气液分离器24′可以通过气液分离器吸入配管25′与辅助膨胀机构28′连接，并通过液体配管27′与第二膨胀机构22连接，通过制冷剂注入流路26′与高压侧压缩机16′连接。通过辅助膨胀机构28′的制冷剂通过气液分离器吸入配管25′流入到气液分离器24′中，在气液分离器24′内部分离气体制冷剂和液体制冷剂，气体制冷剂通过制冷剂注入流路26′喷射到高压侧压缩机16′，液体制冷剂通过液体配管27′流动到第二膨胀机构22。
制冷剂注入流路26′的一端可以连接于气液分离器24′，另一端可以连接于高压侧压缩机16′。
制冷剂注入流路26′可以由多个气体注入配管26A、26B形成。气体注入配管26A、26B可以包括：连接气液分离器24′和气体制冷剂调节阀30′的第一气体注入配管26A′；连接气体制冷剂调节阀30′和高压侧压缩机16′的第二气体注入配管26B′。
辅助膨胀机构28′是在水制冷剂热交换器20中冷凝的制冷剂被吸入到气液分离器24′之前膨胀制冷剂的机构，且可以设置在水制冷剂热交换器20和气液分离器24′之间。
辅助膨胀机构28′可以由能够调节开度的电子膨胀阀构成，以控制气液分离器24′内部的液体制冷剂不会向制冷剂注入流路26′流动。
辅助膨胀机构28′可以由水制冷剂热交换器20和水制冷剂热交换器-辅助膨胀机构连接配管29′连接。
气体制冷剂调节阀30′调节从气液分离器22′流出的气体制冷剂，并可以由开/关控制而打开/关闭的开闭阀构成，也可以由通过开度控制而调节开度的电子膨胀阀构成。
图6为根据本发明的热泵式供热水装置另一个实施例的简略图，图7为根据本发明的热泵式供热水装置又一个实施例的级联单元与室外机分离设置时的主视图，图8为根据本发明的热泵式供热水装置另一个实施例的级联单元设置在室外机时的主视图。
根据本实施例的热泵式供热水装置可以有包括室外机O和级联单元C。
室外机O可以包括低压侧压缩机6、第一膨胀机构12、蒸发器14和室外风扇15。
级联单元C可以包括级联热交换器10、高压侧压缩机16、水制冷剂热交换器20和第二膨胀机构22。
气体注入机构5设置在低温冷冻循环A时可以设置在室外机O上，设置在高温冷冻循环B时可以设置在级联单元C上。
级联单元C如图7所示，与室外机O隔离设置，可以使冷冻循环装置3构成为分离型，如图8所示，可以与室外机O一体地设置在室外机O上，而使冷冻循环装置3构成为一体型。
级联单元C可以选择性地设置在室外机O上。
另外，本发明不限定于上述的实施例，在本发明所属的技术范围内可实施多种方式。

Claims (15)

1.一种热泵式供热水装置，包括级联循环单元，其包括：使低温冷冻循环的第一制冷剂和高温冷冻循环的第二制冷剂进行热交换的级联热交换器；上述高温冷冻循环的第二制冷剂被冷凝时对上述水进行加热的水制冷剂热交换器，上述水制冷剂热交换器连接到需要供热水处与水循环流路上，其特征在于，还包括：
制冷剂注入流路，其在上述级联热交换器和低温冷冻循环的蒸发器之间被分支而向低温冷冻循环的低压侧压缩机注入制冷剂，或者在上述水制冷剂热交换器和级联热交换器之间被分支而向高温冷冻循环的高压侧压缩机注入制冷剂；
气体制冷剂调节阀，其设置在上述制冷剂注入流路上，并根据需要供热水处的负荷进行调节。
2.根据权利要求1所述的热泵式供热水装置，其特征在于，还包括：
气液分离器，其分离上述级联热交换器中被冷凝的制冷剂中的液体制冷剂和气体制冷剂；
辅助膨胀机构，其设置在上述级联热交换器和气液分离器之间，并使制冷剂膨胀。
3.根据权利要求2所述的热泵式供热水装置，其特征在于，
上述低温冷冻循环由低压侧压缩机、上述级联热交换器、第一膨胀机构和蒸发器形成闭合回路；
上述高温冷冻循环由高压侧压缩机、上述水制冷剂热交换器、第二膨胀机构和上述级联热交换器形成闭合回路；
上述气液分离器设置在上述级联热交换器和第一膨胀机构之间。
4.根据权利要求1所述的热泵式供热水装置，其特征在于，还包括：
气液分离器，其分离上述水制冷剂热交换器中被冷凝的制冷剂中的液体制冷剂和气体制冷剂；
辅助膨胀机构，其设置在上述水制冷剂热交换器和气液分离器之间，并使制冷剂膨胀。
5.根据权利要求4所述的热泵式供热水装置，其特征在于，
上述低温冷冻循环由低压侧压缩机、上述级联热交换器、第一膨胀机构和蒸发器形成闭合回路；
上述高温冷冻循环由高压侧压缩机、上述水制冷剂热交换器、第二膨胀机构和上述级联热交换器形成闭合回路；
上述气液分离器设置在上述水制冷剂热交换器和第二膨胀机构之间。
6.根据权利要求3或5所述的热泵式供热水装置，其特征在于，上述低压侧压缩机、级联热交换器、第一膨胀机构、蒸发器和高压侧压缩机、第二膨胀机构、水制冷剂热交换器、制冷剂注入流路、气体制冷剂调节阀、气液分离器和辅助膨胀机构设置在一个单元上。
7.根据权利要求3或5所述的热泵式供热水装置，其特征在于，
上述低压侧压缩机和第一膨胀机构和蒸发器设置在室外机上；
上述级联热交换器和高压侧压缩机、第二膨胀机构、水制冷剂热交换器设置在级联单元上；
上述制冷剂注入流路、气体制冷剂调节阀、气液分离器、辅助膨胀机构设置在室外机和级联单元中的一个上。
8.根据权利要求7所述的热泵式供热水装置，其特征在于，上述级联单元设置在上述室外机上，且与上述室外机形成一体。
9.根据权利要求7所述的热泵式供热水装置，其特征在于，上述级联单元与上述室外机分隔设置。
10.根据权利要求1所述的热泵式供热水装置，其特征在于，还包括：
负荷检测传感器，其检测上述需要供热处的负荷；
控制部，其根据上述负荷检测传感器的检测结果来调节上述气体制冷剂调节阀。
11.根据权利要求10所述的热泵式供热水装置，其特征在于，上述负荷检测传感器设置在上述水循环流路上。
12.根据权利要求11所述的热泵式供热水装置，其特征在于，当上述负荷检测传感器检测到的温度为设定值以下时，上述控制部打开上述气体制冷剂调节阀；当上述负荷检测传感器检测到的温度为设定值以上时，上述控制部关闭上述气体制冷剂调节阀。
13.根据权利要求1至5中任一项所述的热泵式供热水装置，其特征在于，上述需要供热水处包括：与上述水循环流路连接的制热单元；与上述水循环流路连接的供热水单元。
14.根据权利要求1所述的热泵式供热水装置，其特征在于，上述低压侧压缩机和高压侧压缩机中，与上述制冷剂注入流路连接的压缩机是两级式多级压缩机、螺旋压缩机、涡旋压缩机中的一种。
15.根据权利要求1所述的热泵式供热水装置，其特征在于，上述低压侧压缩机和高压侧压缩机中与上述制冷剂注入流路连接的压缩机是旋转式双气缸压缩机。
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