CN102884384A - 供热水系统 - Google Patents

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Abstract

由需要四通切换阀(11)的低温侧制冷循环(Rb)和不需要四通切换阀(11)的高温侧制冷循环(Ra)构成复叠式制冷循环，并在设于各制冷循环的中间热交换器(5)中进行热交换。在高温侧制冷循环(Ra)的水热交换器(2)中配置温水配管(H)，并将水或温水制成高温的温水朝利用侧供给。旁通回路(B)的一端与高温侧制冷循环(Ra)的高温侧压缩机(1)和水热交换器之间的制冷剂配管(P)连接，另一端与高温侧膨胀装置(4)和中间热交换器之间的制冷剂配管连接，并在中途部设置流体控制阀(8)。在对低温侧制冷循环(Rb)的空气热交换器(12)进行除霜运转时，控制部(S)进行控制以打开流体控制阀(8)并关闭高温侧膨胀装置，在对低温侧制冷循环(Rb)的蒸发器进行除霜运转时，控制部(S)进行特有的控制，从而能实现零件费用的降低和效率较佳的除霜运转。

Description

供热水系统
技术领域
本发明的实施方式涉及使用复叠式制冷循环来供给温水的供热水系统。
背景技术
复叠式制冷循环处于被经常使用的倾向，这种复叠式制冷循环经由中间热交换器将高温侧制冷循环和低温侧制冷循环连接，以使高温侧制冷循环中循环的制冷剂和低温侧制冷循环中循环的制冷剂在中间热交换器中进行热交换，从而获得高压缩比(例如，日本专利特开2000－320914号公报)。
此外，作为构成高温侧制冷循环的冷凝器，包括水热交换器，并经由温水配管来将水或温水引导至水热交换器。水或温水转变成高温的温水，并朝温水配管目的地的利用侧进行供给。因此，在寒冷地区也能进行效率较佳的供热水运转。
然而，在该供热水系统中，在供热水运转时使构成低温侧制冷循环的空气热交换器作为蒸发器起作用，因此，特别是在低外部气体温度条件下进行运转时，无法避免在空气热交换器上结霜的情况。在该状态下，随着时间的流逝，空气热交换器的热交换效率会降低，因此，需要进行除霜运转。
发明内容
除霜运转时，相反地切换高温侧制冷循环的四通切换阀及低温侧制冷循环的四通切换阀，以使制冷剂的循环方向相反。由于将除霜时的热源设为被引导至高温侧制冷循环的水热交换器的温水，因此能实现除霜运转时的高压维持和排出温度维持。由于高温的气体制冷剂被直接引导至低温侧制冷循环的空气热交换器，因此可高效率地进行空气热交换器的除霜。
另一方面，由于从被引导至水热交换器的温水进行吸热，因此也会产生温水的温度降低这样的缺点。
另外，四通切换阀价格昂贵，若可能的话，则想去除四通切换阀及与四通切换阀连接的配管类来降低零件费用以实现成本降低。同时，存在以下期望：省去四通切换阀和连接配管用的配置空间，以实现配管施工的作业性的提高。
然而，在去除低温侧制冷循环和高温侧制冷循环的两个四通切换阀的情况下，由于用于除霜的热源不足，因此不能实现除霜运转中的高压维持和排出温度维持，就这样的话，或许不能进行效率较佳的除霜运转或不能使除霜完成。因此，需与除霜运转中的热源的确保一起研究四通切换阀的去除。
本实施方式根据上述情况而作，其提供一种包括复叠式制冷循环，在对低温侧制冷循环的蒸发器进行除霜运转时进行特有的控制，以能实现零件费用的降低和效率较佳的除霜运转的供热水运转。
为了满足上述目的，本发明的供热水系统包括：复叠式制冷循环，该复叠式制冷循环由经由制冷剂配管将低温侧压缩机、四通切换阀、中间热交换器、低温侧膨胀装置、蒸发器连通的低温侧制冷循环和经由制冷剂配管将高温侧压缩机、水热交换器、高温侧膨胀装置、中间热交换器连通的高温侧制冷循环构成，并在上述中间热交换器中使被引导至上述低温侧制冷循环的制冷剂与被引导至上述高温侧制冷循环的制冷剂进行热交换；温水配管，该温水配管配置于上述高温侧制冷循环的水热交换器，使流通的水或温水与被引导至高温侧制冷循环的制冷剂进行热交换并朝利用侧进行供给；旁通回路，该旁通回路的一端与上述高温侧制冷循环的高温侧压缩机和水热交换器之间的制冷剂配管连接，另一端与高温侧制冷循环的高温侧膨胀装置和中间热交换器之间的制冷剂配管连接，并在中途部具有流体控制阀；以及控制元件，该控制元件在对上述低温侧制冷循环的蒸发器进行除霜运转时进行控制，以打开上述旁通回路的流体控制阀，并关闭上述高温制冷循环的高温侧膨胀装置。
附图说明
图1是本实施方式的供热水系统的制冷循环结构图。
具体实施方式
图1是供热水系统的制冷循环结构图，特别地，示出了除霜运转时的制冷循环切换状态。
该供热水系统由高温侧制冷循环Ra、温水配管H、低温侧制冷循环Rb及控制部(控制元件)S构成。
下面由上述高温侧制冷循环Ra进行说明，高温侧压缩机1的排出部a、水热交换器2、贮液器3、高温侧膨胀装置4、中间热交换器5的吸热部5a、气液分离器6依次经由制冷剂配管P而连接，气液分离器6与高温侧压缩机1的吸入部b连通。
无论是在后述供热水运转时还是在除霜运转时，在高温侧压缩机1中被压缩并排出的制冷剂均按照－水热交换器2－贮液器3－高温侧膨胀装置4－中间热交换器5的吸热部5a－气液分离器6－高温侧压缩机1－的顺序被引导。因此，水热交换器2作为冷凝器起作用，中间热交换器5的吸热部5a作为蒸发器起作用。
在上述高温侧制冷循环Ra中设有旁通回路B。该旁通回路B由旁通管9构成，该旁通管9的一端与高温侧压缩机1的排出部a和水热交换器2之间的制冷剂配管P连接，另一端与高温侧膨胀装置4和中间热交换器5的吸热部5a之间的制冷剂配管P连接，并在中途部具有流体控制阀8。
上述温水配管H的一端部与温水返回配管或回水侧缓冲罐连接，另一端部与温水出口配管或进水侧缓冲罐(以上均未图示)连接。
温水配管H的中途部配置于构成上述高温侧制冷循环Ra的水热交换器2，使得被引导至温水配管H的水或温水与被引导至水热交换器2的制冷剂能进行热交换。
在上述低温侧制冷循环Rb中，低温侧压缩机10的排出部c与四通切换阀11的第一端口d1经由制冷剂配管P连接，中间热交换器5的散热部5b经由制冷剂配管P与四通切换阀11的第二端口d2连接。另外，四通切换阀11的第三端口d3在此经由从中途部分支为两根的制冷剂配管P而与两个空气热交换器12、12连接。
四通切换阀11的第四端口d4经由气液分离器13通过制冷剂配管P与低温侧压缩机10的吸入部e连接。另一方面，中间热交换器5的散热部5b经由制冷剂配管P与贮液器14连接，贮液器14和两个空气热交换器12经由从中途部被分支为两根并分别包括低温侧膨胀装置15的制冷剂配管P而连接。
在上述低温侧制冷循环中，在供热水运转时，低温侧压缩机10中被压缩并排出的制冷剂按照－四通切换阀11－中间热交换器5的散热部5b－贮液器14－两个低温侧膨胀装置15－两个空气热交换器12－四通切换阀11－气液分离器13－低温侧压缩机10－的顺序被引导。
因此，中间热交换器5的散热部5b作为冷凝器起作用，空气热交换器12作为蒸发器起作用。
在后述对空气热交换器12的除霜运转时，四通切换阀11被切换至图示的方向，低温侧压缩机10中被压缩并排出的制冷剂按照－四通切换阀11－两个空气热交换器12－两个低温侧膨胀装置15－贮液器14－中间热交换器5的散热部5b－四通切换阀11－气液分离器13－低温侧压缩机10－的顺序被引导。
此时，空气热交换器12作为冷凝器起作用，中间热交换器5的散热部作为蒸发器起作用。
上述控制部S由设于高温侧压缩机1和低温侧压缩机10的排出部a、c和吸入部b、e的温度传感器、设于排出部a、c和吸入部b、e的压力传感器、设于水热交换器2的温度传感器、设于中间热交换器5的吸热部5a和散热部5b的温度传感器、设于空气热交换器12的温度传感器(全都未图示)等接收检测信号。
此外，控制部S接收来自远程控制器(遥控器)的指示信号来进行运算，并与存储的基准值(加热能力或中间热交换器5的温度)进行比较，以控制高温侧压缩机1和低温侧压缩机10的运转频率。
此外，由热交换器的制冷剂温度与压缩机的吸入侧制冷剂温度之差算出热交换器的过热量(以下称为“SH量”)，以控制高温侧膨胀装置4和低温侧膨胀装置15的调节量。此外，还控制旁通回路B的流体控制阀8打开关闭。
在这样构成的供热水系统中，供热水运转时，控制部S对高温侧制冷循环Ra和低温侧制冷循环Rb进行控制以如上所述那样引导制冷剂并使其循环。
在上述中间热交换器5中，制冷剂在低温侧制冷循环Rb侧的散热部5b中冷凝并释放冷凝热，制冷剂在高温侧制冷循环Ra侧的吸热部5a中一边吸收冷凝热一边蒸发。
因此，作为供热水系统整体，空气热交换器12中的蒸发温度与水热交换器2中的冷凝温度之间的温度差变大，能获得高压缩比。在高温侧制冷循环Ra中进行冷凝作用的水热交换器2中，被引导至温水配管H的水或温水吸收高热的冷凝热，以高效率地使温度上升。
水热交换器2中，水或温水变为高温化的温水，按照水热交换器2－温水进水侧的缓冲罐－负载侧回水侧缓冲罐－水热交换器2的顺序循环。
特别地，当在外部气体温度为低温的条件下继续供热水运转时，低温侧制冷循环Rb中的空气热交换器12进行制冷剂的蒸发作用，因此，此处生成的冷凝水冻结而变为霜，并就这样附着。霜的厚度随着时间经过而变厚，使空气热交换器12的热交换效率降低。
控制部S接收来自安装于空气热交换器12的温度传感器的检测信号，并接收来自其它传感器类的检测信号，以判断对空气热交换器12进行除霜运转的必要性。其结果是，进行除霜运转，但实际上控制部S从即将开始除霜运转的时刻起进行以下所述的控制。
即，控制部S在除霜运转即将开始的时间点对设于高温侧制冷循环Ra的高温侧膨胀装置4进行节流控制。因此，在高温侧制冷循环Ra中，使从高温侧膨胀装置4引导至中间热交换器5的吸热部5a的制冷剂的流量降低。
因此，中间热交换器5的吸热部5a的吸热量减小，吸热部5a和散热部5b的温度上升，使中间热交换器5整体的温度也上升。此时，无需改变高温侧制冷循环Ra中的高温侧压缩机1和低温侧制冷循环Rb中的低温侧压缩机10的运转频率。
经由制冷剂配管P与中间热交换器5的吸热部5a连通的高温侧压缩机1的吸入温度和吸入压力也上升，但在高温侧制冷循环Ra中制冷剂循环量降低，因此，排出压力几乎不上升，使高温侧压缩机1的压缩比降低。
然而，高温侧压缩机1的吸入温度上升，其与进行蒸发作用的中间热交换器吸热部5a的蒸发温度的差变大，所谓的SH量变得过大，使高温侧压缩机1的排出温度上升。在低温侧制冷循环Rb中，伴随着中间热交换器散热部5b的温度上升，压缩比增加，低温侧压缩机10的排出温度上升。
这样，上述控制部S在即将开始对空气热交换器12进行除霜运转的时间点对高温侧制冷循环Ra的高温侧膨胀装置4进行节流控制。因此，不用改变高温侧压缩机1和低温侧压缩机10的运转频率，就能在短时间内获得中间热交换器5的吸热部5a的蒸发温度上升及散热部5b的冷凝温度上升、高温侧压缩机1及低温侧压缩机10的排出温度上升。
在高温侧制冷循环Ra中，从高温侧膨胀装置4经由中间热交换器5到达高温侧压缩机1的低压侧配管零件的温度上升，并且高温侧压缩机1的压缩机主体和从高温侧压缩机1到达水热交换器2的高压侧配管零件的温度也上升，从而能实现蓄热化。
同时，在低温侧制冷循环Rb中，低温侧压缩机1及从低温侧压缩机10经由四通切换阀11和中间热交换器5到达低温侧膨胀装置15的高压侧配管零件的温度上升，从而能实现蓄热化。
使以上的蓄热作用持续了规定时间后，控制部S对实际开始空气热交换器12的除霜运转进行控制。此时，打开旁通回路B的流体控制阀8，并切换低温侧制冷循环Rb的四通切换阀11，以使制冷剂朝与低温侧制冷循环Rb中的至此为止的制冷剂循环方向相反的方向循环。
然而，在低温侧制冷循环Rb中，当在持续低温侧压缩机10的驱动的状态下瞬时切换四通切换阀11时，制冷剂会在四通切换阀11内发生碰撞而产生噪声。当上述四通切换阀11的切换噪声变大而泄漏至外部时，会损害安静运转。
因此，控制部S暂时停止低温侧压缩机10的运转(数十秒～数分钟)，并进行打开均压管等必要的控制，在短时间内使低温侧制冷循环Rb中的高压侧和低压侧的压力平衡。此后，通过切换四通切换阀11，切换阀内部的制冷剂流动降低，碰撞变得安静，从而能抑制切换声。
此外，作为必要的控制，控制部S在持续高温侧制冷循环Ra中的高温侧压缩机1的运转的状态下将高温侧膨胀装置4完全关闭。因此，高温侧制冷循环Ra的高压得以维持，从中间热交换器5的吸热部5a回收并从高温侧压缩机1排出的制冷剂作为高温的液体制冷剂积存于冷凝器即水热交换器2及贮液器3，从而能进行蓄热。
另外，通过不朝中间热交换器5供给制冷剂，能抑制自吸热部5a的吸热量，从而能维持蓄热效果。
另外，在高温侧制冷循环Ra中形成抽空(制冷剂回收)运转，因此，最好根据需要使高温侧压缩机1的运转频率降低并延长运转持续时间，以避免因低压压力降低而引起的运转停止。
在使以上的控制持续规定时间之后，控制部S在使高温侧制冷循环Ra的高温侧压缩机1的运转持续的状态下控制旁通回路B的流体控制阀8打开。此外，切换低温侧制冷循环Rb的四通切换阀11，并再次开始低温侧压缩机10的运转。
此时，在低温侧制冷循环Rb中，高压侧和低压侧的压力平衡，因此，四通切换阀11的切换声几乎不产生。
从高温侧压缩机1排出的高温高压的制冷剂气体即热气被引导至旁通回路B，并经由流体控制阀8被引导至中间热交换器5的吸热部5a而释放出高热。另外，在高温侧制冷循环Ra的高压降低的过程中，作为冷凝器的水热交换器2和贮液器3中的液体制冷剂减压沸腾、气体化并在制冷循环中逆流。
此外，该气体化的制冷剂被引导至旁通回路B，并经由流体控制阀8而被引导至中间热交换器5。由此，也自利用侧的温水进行吸热，能提供除霜运转所需的一部分热源。
在低温侧制冷循环Rb中，以中间热交换器5作为热源，在供热水运转时制冷剂朝相反方向循环，制冷剂在各空气热交换器12中冷凝而释放出冷凝热。因此，附着于空气热交换器12的霜逐渐溶化，变为排泄水而滴下。霜的厚度迅速减小，使空气热交换器12的表面露出。
因之前说明的在除霜运转即将开始的时间点进行的控制而积存于从高温侧制冷循环Ra的高温侧膨胀装置4经由中间热交换器5而到达高温侧压缩机1的低压侧配管零件、高温侧制冷循环Ra的高温侧压缩机1及从高温侧压缩机1到达水热交换器2的高压侧配管零件、低温侧制冷循环Rb的低温侧压缩机10及从低温侧压缩机10经由中间热交换器5而到达低温侧膨胀装置15的高压侧配管零件的热量此时释放出。
上述蓄热全都为了对空气热交换器12进行除霜而被消耗，因此，进一步促进了除霜作用。
另外，在对空气热交换器12进行的除霜运转需要较长时间而导致蓄热源全部用完的情况下，高温侧制冷循环Ra和低温侧制冷循环Rb的高压降低，高温侧压缩机1和低温侧压缩机10的输入极少，有时会产生不能将压缩机输入用作热源的状况。
因此，在检测出高温侧制冷循环Ra的高压降低到规定压力以下的状态下，控制部S将旁通回路B的流体控制阀8控制成完全关闭，并将高温侧膨胀装置4控制成完全打开或最佳的开度。
藉此，能以引导至水热交换器2的温水的热量对高温侧制冷循环Ra的低温的排出气体进行加热，以确保对空气热交换器12进行除霜运转的热源。此时的被引导至水热交换器2的温水的温度降低只要低于1℃即可。
在未将高温侧膨胀装置4调节成完全打开而是将其调节成最佳开度的情况下，能使高温侧制冷循环Ra的高压稍许上升，因此，能利用高温侧压缩机1的输入来确保热量并调节朝中间热交换器5的热气供给量。
由于这样对空气热交换器12进行除霜运转，因此不需要高温侧制冷循环Ra的四通切换阀，并且不需要应与四通切换阀连接的配管零件，从而能实现零件费的降低和因不需要配管时间而产生的作业性提高及成本削减，并因它们的设置空间减少而有助于装置的小型化。
虽然需要构成旁通回路B的旁通管9和流体控制阀8作为不需要高温侧制冷循环Ra的四通切换阀的替换条件，但旁通管9的两端部只要与构成高温侧制冷循环Ra的制冷剂配管P的中途部连接即可，也能将流体控制阀8设为简单的开闭阀，因此，能将对成本的影响抑制到最小限度。
在除霜运转即将开始之前，只需进行使高温侧膨胀装置4节流的较简单的控制，就能实现伴随着高温侧制冷循环Ra的低压上升和SH量的增大的排出温度上升，此外，还能实现低温侧制冷循环Rb的高压上升和排出温度上升。
其结果是，能将除霜运转时所需的热量以内部蓄热方式积存于高温侧制冷循环Ra中的低压侧配管零件、高温侧压缩机1及高压侧配管零件和低温侧制冷循环Rb中的低压侧压缩机10及高压侧配管零件，从而能实现除霜效率的提高。
当内部蓄热完成、实际开始除霜运转时，将低温侧制冷循环Rb中的低温侧压缩机10的运转停止规定时间以获得高压侧和低压侧的压力平衡，然后切换四通切换阀11，因此，能实现切换声的降低以进行安静运转。
此外，在持续高温侧压缩机1的运转的状态下进行控制，以打开旁通回路B的流体控制阀8，并关闭高温侧膨胀装置4。因此，几乎不使用温水作为除霜时的热源，能抑制被引导至温水配管H的温水的温度降低。维持高温侧制冷循环Ra的高压以实现蓄热状态的维持，从而有助于除霜时间的缩短。
若持续除霜运转使高温侧制冷循环Ra的高压低于阈值，则关闭旁通回路B的流体控制阀8，并将高温侧膨胀装置4控制成完全打开或最佳的开度。因此，即便使用完内部蓄热而处于高温侧压缩机1和低温侧压缩机10的输入极小的状态下，也能用温水配管H的温水加热高温侧压缩机1的排出气体以确保热源，因此，能降低除霜未完成这样的危险性。
以上，对本实施方式进行了说明，但上述实施方式仅作为例示，其并不意为对发明的范围进行了限定。这些新的实施方式能通过其它各种方式加以实施，其能在不脱离主旨的范围内进行各种省略、置换、改变。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明及与其等同的范围内。

Claims (4)

1.一种供热水系统，其特征在于，包括：
复叠式制冷循环，该复叠式制冷循环由经由制冷剂配管将低温侧压缩机、四通切换阀、中间热交换器、低温侧膨胀装置、蒸发器连通的低温侧制冷循环和经由制冷剂配管将高温侧压缩机、水热交换器、高温侧膨胀装置、中间热交换器连通的高温侧制冷循环构成，并在所述中间热交换器中使被引导至所述低温侧制冷循环的制冷剂与被引导至所述高温侧制冷循环的制冷剂进行热交换；
温水配管，该温水配管配置于所述高温侧制冷循环的水热交换器，使流通的水或温水与被引导至高温侧制冷循环的制冷剂进行热交换并朝利用侧进行供给；
旁通回路，该旁通回路的一端连接于所述高温侧制冷循环的高温侧压缩机和水热交换器之间的制冷剂配管，另一端连接于高温侧制冷循环的高温侧膨胀装置和中间热交换器之间的制冷剂配管，并在中途部具有流体控制阀；以及
控制元件，该控制元件在对所述低温侧制冷循环的蒸发器进行除霜运转时进行控制，以打开所述旁通回路的流体控制阀，并关闭所述高温制冷循环的高温侧膨胀装置。
2.如权利要求1所述的供热水系统，其特征在于，
在供热水运转时，所述控制元件在所述低温侧制冷循环中按照低温侧压缩机－四通切换阀－中间热交换器－低温侧膨胀装置－蒸发器－低温侧压缩机－的顺序控制制冷剂循环，并在所述高温侧制冷循环中按照高温侧压缩机－水热交换器－高温侧膨胀装置－中间热交换器的顺序控制制冷剂循环，
在对所述蒸发器进行的除霜运转即将开始之前，所述控制元件进行以下控制：使高温侧制冷循环的高温侧膨胀装置节流，使制冷循环量降低来进行运转，
在对所述蒸发器进行除霜运转时，所述控制元件切换所述低温侧制冷循环的四通切换阀，以按照低温侧压缩机－四通切换阀－蒸发器－低温侧膨胀装置－中间热交换器－低温侧压缩机－的顺序控制制冷剂循环。
3.如权利要求2所述的供热水系统，其特征在于，
所述控制元件在对所述蒸发器进行的除霜运转开始的时间点切换低温侧制冷循环的四通切换阀时，在使高温侧制冷循环的高温侧压缩机的运转持续的状态下，将高温侧膨胀装置控制成完全关闭，且进行将低温侧制冷循环的低温侧压缩机的运转暂时停止的控制。
4.如权利要求2所述的供热水系统，其特征在于，
在对所述蒸发器进行的除霜运转中，当高温侧制冷循环的高压处于规定压力以下时，所述控制元件进行控制，以关闭所述旁通回路的流体控制阀，并打开高温侧制冷循环的高温侧膨胀装置。
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