CN107429948B - 热泵系统 - Google Patents

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Abstract

热泵系统具备：压缩机，其对制冷剂进行压缩；第一热交换器，其在由压缩机压缩的制冷剂与热介质之间交换热量；第二热交换器，其在由压缩机压缩的制冷剂与热介质之间交换热量；第一管，其供从压缩机向第一热交换器供给的制冷剂通过；第二管，其供从第一热交换器向压缩机返回的制冷剂通过；第三管，其供在从第一热交换器返回之后从压缩机向第二热交换器供给的制冷剂通过；以及切换装置，其将热介质的流动切换为第一模式或第二模式，在第一模式下，热介质先后流过第一热交换器以及第二热交换器，在第二模式下，热介质并列地流过第一热交换器以及第二热交换器。

Description

热泵系统
技术领域
本发明涉及热泵系统。
背景技术
在下述专利文献1中，公开了一种热水供给循环装置，所述热水供给循环装置具备气体冷却器和热水供给用压缩机，所述气体冷却器具有高温侧制冷剂配管、低温侧制冷剂配管以及水配管，所述热水供给用压缩机具有密闭容器、压缩部、电动机、吸入管、排出管、制冷剂再导入管以及制冷剂再排出管。在该装置中，吸入管将低压制冷剂直接引入到压缩部，并将由压缩部压缩的高压制冷剂不释放到密闭容器内地从排出管向密闭容器外直接排出，使该高压制冷剂通过高温侧制冷剂配管，将进行了热交换后的制冷剂从制冷剂再导入管引入到密闭容器内，并将在密闭容器内通过了电动机后的制冷剂从制冷剂再排出管再次排出到密闭容器外，向低温侧制冷剂配管输送。
在下述专利文献2中，公开了如下装置：所述装置具备第1压缩部、第1热交换器、第2压缩部以及第2热交换器，使从供水配管供给的水分支，并使水并列地流过第1热交换器和第2热交换器而进行热交换。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006－132427号公报
专利文献2：日本特开2009－270747号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1的装置中，在气体冷却器中制冷剂先后流过高温侧制冷剂配管以及低温侧制冷剂配管，水按低温侧制冷剂配管以及高温侧制冷剂配管的顺序先后进行热交换。对于热水储备运转而言，例如在冬季的条件下，供水温度为9℃，排出的热水温度为65℃。这样，气体冷却器的水的出口与入口的温度差大，水流量小。在该情况下，为了提高水侧的热传递率，需要使用水的流路截面面积小的热交换器。假设利用与之相同的装置来实施制热运转，则气体冷却器的水的出口与入口的温度差例如为5℃～10℃左右。在设为与热水储备运转相同的加热能力时，水流量变得极大。因此，在将设计为热水储备运转用的气体冷却器用于制热运转时，水的流速变高，水的压力损失变大。另外，在导热管有可能会发生腐蚀(侵蚀)。
在专利文献2的装置中，使水并列地流过第1热交换器以及第2热交换器而进行热交换，所以易于增大水流量。但是，由于使水并列地流过，所以难以提高排出的热水温度。另外，将压缩过程分为第1压缩部和第2压缩部这两段来进行压缩，制冷剂由第1热交换器进行中间冷却。因此，流入到第1热交换器以及第2热交换器的制冷剂的温度比专利文献1的装置低。
本发明是为了解决如上所述的课题而作出的，其目的在于提供一种能够良好地应对热介质的流量高的运转和热介质的流量低的运转这两者的热泵系统。
用于解决课题的手段
本发明的热泵系统具备：压缩机，所述压缩机对制冷剂进行压缩；第一热交换器，所述第一热交换器在由压缩机压缩的制冷剂与热介质之间交换热量；第二热交换器，所述第二热交换器在由压缩机压缩的制冷剂与热介质之间交换热量；第一管，所述第一管供从压缩机向第一热交换器供给的制冷剂通过；第二管，所述第二管供从第一热交换器向压缩机返回的制冷剂通过；第三管，所述第三管供在从第一热交换器返回之后从压缩机向第二热交换器供给的制冷剂通过；以及切换装置，所述切换装置将热介质的流动切换为第一模式或第二模式，在第一模式下，热介质先后流过第一热交换器以及第二热交换器，在第二模式下，热介质并列地流过第一热交换器以及第二热交换器。
发明效果
根据本发明的热泵系统，具备将热介质的流动切换为第一模式或第二模式的切换装置，在第一模式下，热介质先后流过第一热交换器以及第二热交换器，在第二模式下，热介质并列地流过第一热交换器以及第二热交换器，从而能够提供能够良好地应对热介质的流量高的运转和热介质的流量低的运转这两者的热泵系统。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的热泵系统的结构图。
图2是表示本发明的实施方式1的热水供给制热系统的结构图。
图3是表示本发明的实施方式1的热泵系统的第一模式的状态的图。
图4是第一模式(蓄热运转)下的热泵系统的制冷剂回路的P－h线图即莫里尔线图。
图5是表示第一模式(蓄热运转)下的热泵系统的制冷剂以及水的温度的变化的曲线图。
图6是表示本发明的实施方式1的热泵系统的第二模式的状态的图。
图7是第二模式(制热运转)下的热泵系统的制冷剂回路的P－h线图即莫里尔线图。
图8是表示第二模式(制热运转)下的热泵系统的制冷剂以及水的温度的变化的曲线图。
图9是表示本实施方式1中的控制装置的控制动作的流程图。
图10是表示本发明的实施方式2的热泵系统的结构图。
图11是表示本发明的实施方式3的热泵系统的第一模式的状态的图。
图12是表示本发明的实施方式3的热泵系统的第二模式的状态的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。此外，在各图中，对共用的元件标注相同的附图标记，省略重复的说明。在本说明书中，“水”是如下概念，即包括从低温的冷水到高温的热水的、所有温度的液体的水。
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1的热泵系统的结构图。如图1所示，本实施方式1的热泵系统1具备制冷剂回路，所述制冷剂回路包括压缩机3、第一热交换器4、第二热交换器5、膨胀阀6以及蒸发器7。第一热交换器4以及第二热交换器5是利用制冷剂的热量对热介质进行加热的热交换器。第一热交换器4具有制冷剂通路4a以及热介质通路4b。在流经制冷剂通路4a的制冷剂与流经热介质通路4b的热介质之间进行热交换。第二热交换器5具有制冷剂通路5a以及热介质通路5b。在流经制冷剂通路5a的制冷剂与流经热介质通路5b的热介质之间进行热交换。在本实施方式1中，对热介质为水的情况进行说明，但本发明中的热介质例如也可以是载冷剂、防冻液等除了水以外的流体。
膨胀阀6是对制冷剂进行减压的减压装置。蒸发器7是使制冷剂蒸发的热交换器。在本实施方式1中，蒸发器7是进行空气与制冷剂的热交换的空气制冷剂热交换器。热泵系统1还具备向蒸发器7送风的送风机8、以及进行高压制冷剂与低压制冷剂的热交换的高低压热交换器9。在本实施方式1中，使用二氧化碳作为制冷剂。本发明中的蒸发器7不限于对空气与制冷剂进行热交换的蒸发器，例如，也可以是对地下水、太阳能热水等与制冷剂进行热交换的蒸发器。高低压热交换器9具有高压通路9a以及低压通路9b。在流经高压通路9a的高压制冷剂与流经低压通路9b的低压制冷剂之间进行热交换。
压缩机3具有密闭容器31、压缩部32以及电动机33。压缩部32以及电动机33被配置在密闭容器31的内部。在电动机33的下侧配置有压缩部32。在密闭容器31的内部有内部空间38和内部空间39，所述内部空间38位于压缩部32与电动机33之间，所述内部空间39位于电动机33的上侧。低压制冷剂由压缩部32压缩而成为高压制冷剂。压缩部32由电动机33驱动。电动机33具有定子33a以及转子33b。在压缩机3连接有第一管35、第二管36、第三管37以及第四管34。由压缩部32压缩的高压制冷剂向第一管35排出。该高压制冷剂不向密闭容器31的内部空间38、39释放地通过第一管35而向第一热交换器4的制冷剂通路4a供给。高压制冷剂在通过第一热交换器4的制冷剂通路4a的期间被水冷却。通过第一热交换器4后的高压制冷剂通过第二管36而从第一热交换器4返回到压缩机3。
第二管36的出口位于电动机33与压缩部32之间的内部空间38。通过第二管36而被再次吸入到压缩机3的高压制冷剂未被压缩就向电动机33与压缩部32之间的内部空间38释放。第三管37的入口位于电动机33的上侧的内部空间39。内部空间38的高压制冷剂通过电动机33的转子33b与定子33a的间隙等而到达电动机33的上侧的内部空间39。此时，变为高温的电动机33被高压制冷剂冷却，高压制冷剂被电动机33的热量加热。电动机33的上侧的内部空间39的高压制冷剂未被压缩就通过第三管37而向第二热交换器5的制冷剂通路5a供给。
高压制冷剂在通过第二热交换器5的制冷剂通路5a的期间被水冷却。通过第二热交换器5后的高压制冷剂流入到高低压热交换器9的高压通路9a。通过高压通路9a后的高压制冷剂到达膨胀阀6。高压制冷剂通过在膨胀阀6膨胀而被减压，成为低压制冷剂。该低压制冷剂流入到蒸发器7。在蒸发器7，低压制冷剂通过与由送风机8引入的外部气体进行热交换，从而被加热而蒸发。通过蒸发器7后的低压制冷剂流入到高低压热交换器9的低压通路9b。通过低压通路9b后的低压制冷剂通过第四管34而被吸入到压缩机3。通过第四管34后的低压制冷剂不向密闭容器31的内部空间38、39释放地被引入到压缩部32。此外，通过高低压热交换器9的热交换，高压通路9a的高压制冷剂被冷却，低压通路9b的低压制冷剂被加热。
在以下的说明中，将从压缩部32排出的制冷剂的压力称为“压缩部排出压力”，将被吸入到压缩部32的制冷剂的压力称为“压缩部吸入压力”，将从压缩部32排出的制冷剂的温度称为“压缩部排出温度”，将被吸入到压缩部32的制冷剂的温度称为“压缩部吸入温度”。第一管35内的高压制冷剂的压力与压缩部排出压力相等。通过第一管35后的高压制冷剂由于经由第一热交换器4而到达第二管36之前的压力损失，其压力会下降。因此，密闭容器31的内部空间38的高压制冷剂的压力比第一管35内的高压制冷剂的压力即压缩部排出压力略低。
热泵系统1具备将热介质的流动切换为第一模式或第二模式的切换装置。在第一模式下，热介质先后流过第一热交换器4以及第二热交换器5。在第二模式下，热介质并列地流过第一热交换器4以及第二热交换器5。
热泵系统1具备热介质入口10、热介质出口11、四通阀12以及止回阀13。四通阀12是具有第一端口12a、第二端口12b、第三端口12c以及第四端口12d的流路切换阀(方向切换阀)。四通阀12能够对使第一端口12a与第二端口12b连通并使第三端口12c与第四端口12d连通的第一状态、和使第一端口12a与第四端口12d连通并使第二端口12b与第三端口12c连通的第二状态进行切换。
第一通路14将第一端口12a与热介质出口11之间连结。第二通路15将第二端口12b与第一热交换器4的热介质通路4b之间连结。第三通路16将分支部17与第三端口12c之间连结，所述分支部17在第二模式时将加热前的水分支。第四通路18将合流部19与第四端口12d之间连结，所述合流部19在第二模式时供被第一热交换器4加热的水和被第二热交换器加热的热介质合流。止回阀13阻止第四通路18的倒流。第五通路20将热介质入口10与第二热交换器5的热介质通路5b之间连结。在第五通路20的中途有分支部17。第六通路21将第一热交换器4的热介质通路4b与第二热交换器5的热介质通路5b之间连结。在第二通路15与第六通路21之间有热介质通路4b。在第六通路21的中途有合流部19。在第五通路20与第六通路21之间有热介质通路5b。止回阀13允许从合流部19向第四端口12d的方向的流动，并阻止其反方向的流动。在本实施方式1中，四通阀12、止回阀13、第一通路14、第二通路15、第三通路16、分支部17、第四通路18、合流部19、第五通路20以及第六通路21相当于将热介质的流动切换为第一模式或第二模式的切换装置。
图2是表示本发明的实施方式1的热水供给制热系统的结构图。在图2所示的本实施方式1的热水供给制热系统100中，热水供给制热系统100具备热泵单元2、蓄热槽22、循环泵23、控制装置50、终端装置60以及室内制热设备90。热泵单元2内置有图1所示的热泵系统1。在蓄热槽22内存积有水。在蓄热槽22内，能够利用因温度的不同而导致的水的密度差来形成上侧为高温而下侧为低温的温度分层。在蓄热槽22的下部连接有供水管30。从自来水管等水源供给的水通过供水管30而供给到蓄热槽22内。在蓄热槽22的上部连接有热水供给管25。热水供给制热系统100能够进行将由热泵单元2的热泵系统1生成的热量储备于蓄热槽22的蓄热运转。在本实施方式1中，将由热泵系统1加热的热水存积于蓄热槽22。在本发明中，代替上述这样的结构，也可以设置对由热泵系统1加热的热介质与水进行热交换的热交换器(省略图示)，并将由该热交换器加热的热水存积于蓄热槽22。在向外部供给热水时，储备于蓄热槽22的热水向热水供给管25送出。
蓄热槽22具有第一出水口26以及第一入水口27。蓄热槽22的内部的水从第一出水口26排出。由热泵单元2的热泵系统1加热的热水从第一入水口27进入到蓄热槽22的内部。第一出水口26位于蓄热槽22的下部。第一入水口27位于蓄热槽22的上部。三通阀24是具有第一端口24a、第二端口24b以及第三端口24c的流路切换阀(方向切换阀)。三通阀24能够对使第三端口24c与第一端口24a连通而切断第二端口24b的状态、和使第三端口24c与第二端口24b连通而切断第一端口24a的状态进行切换。
下部管28将蓄热槽22的第一出水口26与第一共用管29的上游端之间连接。第一共用管29的下游端连接于热泵单元2的热泵系统1的热介质入口10。在第一共用管29的中途连接有循环泵23。循环泵23优选为其输出可变。作为循环泵23，例如能够优选使用具备能够根据来自控制装置50的速度指令电压来改变输出的脉冲宽度调制控制(PWM控制)型的直流马达的循环泵。第二共用管40将热泵单元2的热泵系统1的热介质出口11与三通阀24的第三端口24c之间连接。上部管41将三通阀24的第一端口24a与蓄热槽22的第一入水口27之间连接。在本实施方式1中，将循环泵23连接在第一共用管29的中途，但在本发明中，也可以将循环泵23连接在第二共用管40的中途。或者，也可以将循环泵23内置于热泵单元2。另外，在本发明中，也可以设置多台使水等热介质循环的循环泵23，通过改变驱动的循环泵23的台数来改变热介质的循环流量。
热水供给制热系统100通过将由热泵单元2的热泵系统1加热的热水供给到室内制热设备90，从而能够进行使室内的空气温度上升的制热运转。作为室内制热设备90，例如能够使用设置于地板下的地暖板、设置于室内墙面的暖气片或者板式加热器、以及扇式对流器(日文：ファンコンベクター)中的至少一种。扇式对流器具备室内空气循环用的送风机、以及在被加热的水等液体与室内空气之间交换热量的热交换器，利用强制对流进行制热。也可以设置多个室内制热设备90。设置多个室内制热设备90时的连接方法可以是先后、并列、先后与并列的组合中的任意一种。在设置多个室内制热设备90的情况下，它们的种类既可以相同，也可以不同。
蓄热槽22与室内制热设备90之间经由往流管42以及回流管43连接。往流管42将三通阀24的第二端口24b与室内制热设备90的入水口之间连结。回流管43将室内制热设备90的出水口与第一共用管29的上游端之间连接。
控制装置50与终端装置60能够相互通信地连接。用户能够从终端装置60输入与热水供给制热系统100的运转有关的指令以及设定值的变更等。控制装置50具有：包括ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)以及非易失性存储器等的存储部、基于存储于存储部的程序来执行运算处理的CPU(中央处理单元)、以及对CPU输入输出外部的信号的输入输出端口。包括热泵系统1在内的热水供给制热系统100所具备的执行器类以及传感器类电连接于控制装置50。控制装置50基于传感器类的检测值以及来自终端装置60的信号等，控制包括热泵系统1在内的热水供给制热系统100的动作。在终端装置60搭载有对热水供给制热系统100的状态等信息进行显示的显示部、供用户操作的开关等操作部、扬声器、麦克风等。
也可以在蓄热槽22的表面沿在铅垂方向隔开间隔地安装多个温度传感器(省略图示)。控制装置50利用这些温度传感器来检测蓄热槽22内的铅垂方向的温度分布，从而能够算出蓄热槽22内的热水储备量、蓄热量、热水余量等。也可以在第二共用管40安装对从热泵系统1的热介质出口11流出的水的温度(以下，称为“热泵出口温度”)进行检测的温度传感器(省略图示)。也可以在第一共用管29安装对流入到热泵系统1的热介质入口10的水的温度(以下，称为“热泵入口温度”)进行检测的温度传感器(省略图示)。
接下来，对热水供给制热系统100的蓄热运转进行说明。在蓄热运转下，三通阀24被控制为使第三端口24c与第一端口24a连通而切断第二端口24b的状态，使热泵系统1以及循环泵23运转。在蓄热运转下，蓄热槽22的下部的低温水通过第一出水口26、下部管28以及第一共用管29而被输送到热泵单元2。然后，通过被热泵单元2的热泵系统1加热而变为高温的水通过第二共用管40、三通阀24的第三端口24c、第一端口24a、上部管41以及第一入水口27而流入到蓄热槽22的上部。在蓄热运转下，通过使水如上述那样循环，从而在蓄热槽22的内部从上向下地储备高温水，蓄热槽22的蓄热量增加。将上述蓄热运转时的水的循环回路称为“蓄热回路”。
控制装置50也可以在蓄热槽22内的热水余量或者蓄热量成为预先设定的低水平以下的情况下，自动地开始蓄热运转。在蓄热槽22内的热水储备量以及蓄热量由于蓄热运转而增加并达到预先设定的高水平的情况下，控制装置50也可以自动地结束蓄热运转。
接下来，对热水供给制热系统100的制热运转进行说明。在制热运转下，三通阀24被控制为使第三端口24c与第二端口24b连通而切断第一端口24a的状态，使热泵系统1以及循环泵23运转。在制热运转下，由热泵单元2的热泵系统1加热的水通过第二共用管40、三通阀24的第三端口24c、第二端口24b、往流管42而被输送到室内制热设备90。该水在通过室内制热设备90的期间被室内空气或者地板等夺取热量而温度下降。该温度下降了的水通过回流管43、第一共用管29而返回到热泵单元2。返回到热泵单元2的水被再次加热，并再次循环。将上述制热运转时的水的循环回路称为“制热回路”。在本实施方式1中，能够由三通阀24来切换蓄热回路和制热回路。
也可以在设置有室内制热设备90的房间配置内置有室温传感器的室内遥控器(省略图示)。室内遥控器与控制装置50可以构成为能够利用无线进行通信。室内遥控器也可以将由室温传感器检测到的室温的信息向控制装置50发送。控制装置50也可以在进行制热运转时，在从室内遥控器发送的室温达到预先设定的目标温度时，结束制热运转。另外，也可以通过用户操作室内遥控器来向控制装置50发出制热运转开始以及结束的指令。
在蓄热运转以及制热运转时，优选控制装置50控制成使热泵出口温度与目标值一致。控制装置50能够通过调整循环泵23的输出来控制热泵出口温度。控制装置50在热泵出口温度比目标值高的情况下提高循环泵23的输出，使水的循环流量上升，从而能够控制成使热泵出口温度与目标值一致。控制装置50在热泵出口温度比目标值低的情况下降低循环泵23的输出，使水的循环流量下降，从而能够控制成使热泵出口温度与目标值一致。控制装置50也可以通过调整热泵系统1的制冷剂回路的动作来控制热泵出口温度。
在蓄热运转时，控制装置50将热泵出口温度的目标值设定为第一目标温度。在制热运转时，控制装置50将热泵出口温度的目标值设定为比第一目标温度低的第二目标温度。第一目标温度例如优选为65℃至90℃左右的范围所包含的温度。第二目标温度例如优选为30℃至50℃左右的范围所包含的温度。通过使第一目标温度比第二目标温度高，从而能够提高可积蓄于蓄热槽22的热量。通过使第二目标温度比第一目标温度低，从而能够提高制热运转时的热泵系统1的运转效率。
(第一模式以及蓄热运转)
在蓄热运转时，热泵系统1使热介质的流动为第一模式。以下，对第一模式以及蓄热运转进行说明。图3是表示热泵系统1的第一模式的状态的图。如图3所示，四通阀12被控制为使第一端口12a与第二端口12b连通并使第三端口12c与第四端口12d连通的第一状态。从热介质入口10流入的水按顺序依次经由第五通路20、第二热交换器5的热介质通路5b、第六通路21、第一热交换器4的热介质通路4b、第二通路15、四通阀12、第一通路14而从热介质出口11流出。这样的热介质的流动相当于第一模式。使用第一模式而被加热的热水储备于蓄热槽22。第三通路16与第四通路18经由四通阀12连通。由于通过第二热交换器5的水的压力损失，所以第四通路18的压力比第三通路16低。由于该情形以及在第四通路18有止回阀13，所以水不会在第三通路16以及第四通路18流通。
图4是第一模式(蓄热运转)下的热泵系统1的制冷剂回路的P－h线图即莫里尔线图。图4中的曲线是作为制冷剂的二氧化碳的饱和蒸气线以及饱和液体线。图4中的A至H对应于图3中的A至H的位置处的制冷剂的压力以及比焓。在压缩机3的压缩部32，制冷剂被压缩至超临界状态(A→B)。该高压制冷剂向第一管35排出，在被第一热交换器4冷却后，返回到密闭容器31内(C)。该高压制冷剂通过在密闭容器31内冷却电动机33而被加热，之后，从第三管37排出(D)。该高压制冷剂被第二热交换器5冷却(E)。之后，该高压制冷剂被高低压热交换器9进一步冷却(F)。高压制冷剂被膨胀阀6减压而成为低压制冷剂(G)。该低压制冷剂由蒸发器7蒸发(H)。之后，该低压制冷剂被高低压热交换器9加热(A)。
图5是表示第一模式(蓄热运转)下的热泵系统1的制冷剂以及水的温度的变化的曲线图。图5的横轴是制冷剂的比焓。图5中的B至E对应于图3中的B至E的位置处的制冷剂的温度以及比焓。水先后流过第二热交换器5以及第一热交换器4。因此，水温在从第一热交换器4排出的位置处达到最高。在第一模式下，制冷剂以及水的流动在第二热交换器5以及第一热交换器4均为对流。
通过在蓄热运转时设为第一模式，从而使在第二热交换器5变为中温的水在第一热交换器4进一步变为高温，所以能够高效地提高热泵出口温度。因此，能够高效地提高蓄热槽22的蓄热量。在蓄热运转下，需要增大热泵出口温度与热泵入口温度之差，所以需要降低水的流量。通过在蓄热运转时设为第一模式，从而能够抑制第一热交换器4以及第二热交换器5中的水的流速变低。其结果为，能够抑制第一热交换器4以及第二热交换器5中的水侧的热传递率的下降。在第一模式下，第一热交换器4以及第二热交换器5的制冷剂以及水的流动均为对流，所以即使热泵出口温度与热泵入口温度之差大，也能够高效地对制冷剂与水进行热交换。因此，能够进一步高效地提高热泵出口温度。
制冷剂的压力以及温度在第一管35(B)最高。第二管36的制冷剂(D)的温度比第一管35的制冷剂(B)的温度低。在这样的制冷剂回路结构中，通过使第二热交换器5的热介质通路5b与第一热交换器4的热介质通路4b先后连结，并使第二热交换器5以及第一热交换器4的制冷剂与水的流动均为对流，从而能够以制冷剂与水的温度变化的关系来高效地提高热泵出口温度。另外，通过使制冷剂按压缩部32、第一热交换器4、电动机33、第二热交换器5的顺序流过，从而能够冷却电动机33。其结果为，能够提高电动机33的效率，所以能够进一步高效地增大热泵出口温度。
(第二模式以及制热运转)
在制热运转时，热泵系统1使热介质的流动为第二模式。以下，对第二模式以及制热运转进行说明。图6是表示热泵系统1的第二模式的状态的图。如图6所示，四通阀12被控制为使第一端口12a与第四端口12d连通并使第二端口12b与第三端口12c连通的第二状态。从热介质入口10流入的水在分支部17被分成去往第三通路16的流动和直接进入到第五通路20的流动。第三通路16的水经由四通阀12以及第二通路15而流入到第一热交换器4的热介质通路4b。第五通路20的水流入到第二热交换器5的热介质通路5b。通过第一热交换器4的热介质通路4b后的水和通过第二热交换器5的热介质通路5b后的水在第六通路21的合流部19合流。该合流后的水经由第四通路18、止回阀13、四通阀12、第一通路14而从热介质出口11流出。这样的热介质的流动相当于第二模式。使用第二模式而被加热的温水流入到室内制热设备90。这样，在第二模式下，水并列地流过第一热交换器4和第二热交换器5。
图7是第二模式(制热运转)下的热泵系统1的制冷剂回路的P－h线图即莫里尔线图。图7中的曲线是作为制冷剂的二氧化碳的饱和蒸气线以及饱和液体线。图7中的A至H对应于图6中的A至H的位置处的制冷剂的压力以及比焓。第二模式时的制冷剂回路的动作基本上与第一模式时的制冷剂回路的动作相同，但在以下方面不同。第二模式时的压缩部排出压力比第一模式时的压缩部排出压力低。在第二模式时从第二热交换器5排出的制冷剂(E)的比焓比第一模式时高。
图8是表示第二模式(制热运转)下的热泵系统1的制冷剂以及水的温度的变化的曲线图。图8的横轴是制冷剂的比焓。图8中的B至E对应于图6中的B至E的位置处的制冷剂的温度以及比焓。水并列地流过第一热交换器4以及第二热交换器5。第二热交换器5的制冷剂与水的流动为对流。从第二热交换器5排出的水的温度比从第二热交换器5排出的制冷剂(E)的温度高。第一热交换器4的制冷剂与水的流动为顺流。从第一热交换器4排出的水的温度比从第一热交换器4排出的制冷剂(C)的温度低。
在制热运转下，热泵出口温度与热泵入口温度之差小，所以需要增大水的流量。通过在制热运转时设为第二模式，从而能够抑制第一热交换器4以及第二热交换器5中的水侧的压力损失的增加，能够充分地增大水流量。为了提高蓄热运转下的水侧的热传递率，有时将第一热交换器4的热介质通路4b以及第二热交换器5的热介质通路5b的流路截面面积设计得小。即使在这样的情况下，也能够抑制制热运转时的压力损失的增加，能够充分地增大水流量。另外，能够抑制第一热交换器4以及第二热交换器5中的水的流速变高。其结果为，能够防止热介质通路4b以及热介质通路5b的腐蚀(侵蚀)。另外，由于制冷剂先后流过第一热交换器4以及第二热交换器5，所以制冷剂流速不会下降，能够防止制冷剂侧的热传递率的下降。
在本实施方式1中，由于在第二模式时第一热交换器4的制冷剂与水的流动为顺流，所以能够防止第一热交换器4中的制冷剂的冷却量变得过大。由此，有如下优点。冷冻机油与制冷剂一起从压缩机3的压缩部32排出。在第一热交换器4的热介质通路4b以及第二管36，冷冻机油与制冷剂一起流过。制冷剂以及冷冻机油从第二管36流入到密闭容器31的内部，并被相互分离。当在第一热交换器4过度地冷却制冷剂时，流入到压缩机3的内部空间38的制冷剂变为低温，并成为高密度。其结果为，制冷剂的密度与冷冻机油的密度之差缩小，制冷剂与冷冻机油的分离效率下降。在第二模式下，由于未被第二热交换器5加热的水进入到第一热交换器4，所以进入到第一热交换器4的水的温度比第一模式低。因此，在第二模式下，从第一热交换器4排出的制冷剂的温度易于下降。通过在第二模式时使第一热交换器4的制冷剂与水的流动为顺流，从而能够防止从第一热交换器4排出的制冷剂(C)的温度变得过低，能够抑制制冷剂与冷冻机油的分离效率的下降。其结果为，能够抑制冷冻循环的油循环率的增加，并能够提高冷冻循环的可靠性。
在第一热交换器4中，制冷剂与水的温度差比第二热交换器5大。当在第一热交换器4使制冷剂与水为对流时，热交换量变大，从第一热交换器4排出的水的温度变高，从第一热交换器4排出的制冷剂的温度变低。由于被第一热交换器4冷却的制冷剂流入到第二热交换器5，所以在从第一热交换器4排出的制冷剂的温度变低时，从第二热交换器5排出的水的温度变低。由于以上情形，若在第二模式时在第一热交换器4使制冷剂与水为对流，则从第一热交换器4排出的温度较高的水与从第二热交换器5排出的温度较低的水混合，会产生混合损失。相对于此，通过在第二模式时使第一热交换器4的制冷剂与水为顺流，从而能够使从第一热交换器4排出的水的温度与从第二热交换器5排出的水的温度变得相近，能够抑制混合损失。
在本实施方式1中，第二热交换器5的制冷剂与水在第一模式时和第二模式时这两种情况下均为对流。从第二热交换器5排出的制冷剂的温度越低，包括第一热交换器4以及第二热交换器5在内的整体的焓的变化越大，COP(Coefficient Of Performance，制冷系数)越高。通过使第二热交换器5始终为对流，从而能够降低从第二热交换器5排出的制冷剂的温度，能够增大COP。在第二热交换器5中，制冷剂与水的温度差比第一热交换器4小。因此，优选使第二热交换器5的导热面积比第一热交换器4的导热面积大，从而提高第二热交换器5的热交换量。
图9是表示本实施方式1中的控制装置50的控制动作的流程图。控制装置50首先判断热水供给制热系统100的运转状态是蓄热运转还是制热运转(步骤S1)。在热水供给制热系统100的运转状态为蓄热运转的情况下，控制装置50转移到步骤S2。在步骤S2中，控制装置50选择第一模式，使热介质的流动为第一模式。相对于此，在热水供给制热系统100的运转状态为制热运转的情况下，控制装置50转移到步骤S3。在步骤S3中，控制装置50选择第二模式，使热介质的流动为第二模式。
根据上述流程图，通过使热水供给制热系统100具备与运转状态相应地控制第一模式与第二模式的切换的控制装置50，从而能够与运转状态相应地自动地切换第一模式或第二模式，能够可靠地进行适当的运转。
在本实施方式1中，使用1个四通阀12以及1个止回阀13来构成切换第一模式或第二模式的切换装置。止回阀13通过流动和压力差而自动地切换开与闭。因此，在切换装置中，需要进行操作的执行器仅为1个四通阀12。因此，能够容易地实施第一模式与第二模式的切换。
实施方式2.
接下来，参照图10，对本发明的实施方式2进行说明，但以与上述实施方式1的区别点为中心进行说明，对相同部分或者相当部分标注相同的附图标记，并省略说明。图10是表示本发明的实施方式2的热泵系统1的结构图。图10所示的本实施方式2的热泵系统1除了具备实施方式1的结构之外，还具备三通阀44、温度传感器45以及温度传感器46。
三通阀44具有入口44a、第一出口44b以及第二出口44c。入口44a与热介质入口10连通。第一出口44b经由第五通路20而与第二热交换器5的热介质通路5b连通。第二出口44c与第三通路16连通。三通阀44能够改变第一出口44b的流路截面面积与第二出口44c的流路截面面积之比。通过在第二模式时改变第一出口44b的流路截面面积与第二出口44c的流路截面面积之比，从而能够改变第一热交换器4的水的流量与第二热交换器5的水的流量之比。在本实施方式2中，三通阀44相当于在第二模式时对第一热交换器4的水的流量与第二热交换器5的水的流量之比进行调整的调整装置。
温度传感器45对在第二模式时从第一热交换器4排出的水的温度进行检测。温度传感器46对在第二模式时从第二热交换器5排出的水的温度进行检测。在第二模式(制热运转)时，控制装置50优选对三通阀44的第一出口44b的流路截面面积与第二出口44c的流路截面面积之比进行调整，以使由温度传感器45检测的温度与由温度传感器46检测的温度相等或者相近。根据本实施方式2，即使制冷剂的压力以及温度例如因外部气温、热泵入口温度等运转条件的变化而变化，也能够维持使从第一热交换器4排出的水的温度与从第二热交换器5排出的水的温度相等或者相近的状态。因此，能够更为可靠地抑制因温度不同的水混合而造成的损失，能够进一步高效地运转。
实施方式3.
接下来，参照图11以及图12，对本发明的实施方式3进行说明，以与上述实施方式1以及2的区别点为中心进行说明，对相同部分或者相当部分标注相同的附图标记，并省略说明。图11是表示本发明的实施方式3的热泵系统1的第一模式的状态的图。图12是表示本发明的实施方式3的热泵系统1的第二模式的状态的图。这些图所示出的本实施方式3的热泵系统1具备对流路进行开闭的二通阀47、二通阀48以及二通阀49这三个二通阀，来代替实施方式1的四通阀12以及止回阀13。
第一通路14将二通阀47的一方的端口与热介质出口11之间连结。第二通路15的一端连接于第一热交换器4的热介质通路4b。第三通路16的一端连接于分支部17。第二通路15的另一端以及第三通路16的另一端合而为一，连接于二通阀47的另一方的端口。在第三通路16的中途连接有二通阀48。第四通路18将合流部19与第一通路14的中途连结。在第四通路18的中途连接有二通阀49。
如图11所示，通过打开二通阀47并关闭二通阀48以及二通阀49，从而成为第一模式。如图12所示，通过关闭二通阀47并打开二通阀48以及二通阀49，从而成为第二模式。在本实施方式3中，二通阀47、二通阀48、二通阀49、第一通路14、第二通路15、第三通路16、分支部17、第四通路18、合流部19、第五通路20以及第六通路21相当于将热介质的流动切换为第一模式或第二模式的切换装置。根据本实施方式3，能够由使用多个构造简单的二通阀的切换装置来切换第一模式或第二模式，所以能够降低成本。
二通阀48优选为能够改变开度。在第二模式时，通过改变二通阀48的开度，从而能够改变第一热交换器4的水的流量与第二热交换器5的水的流量之比。若增大二通阀48的开度，则第一热交换器4的水的流量增加，若减小二通阀48的开度，则第一热交换器4的水的流量减少。在该情况下，二通阀48相当于在第二模式时对第一热交换器4的水的流量与第二热交换器5的水的流量之比进行调整的调整装置。在第二模式(制热运转)时，控制装置50优选对二通阀48的开度进行调整，以使由温度传感器45检测的温度与由温度传感器46检测的温度相等或者相近。由此，能够得到与实施方式2同样的效果。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于这些实施方式。本发明中的制冷剂不限定于二氧化碳。在本发明中，也可以使用第一热交换器以及第二热交换器的内部的制冷剂的压力小于临界压力的制冷剂。另外，本发明也能够应用于使用如下的压缩机的热泵系统，所述压缩机将通过第二管而被吸入的制冷剂进一步压缩而向第三管排出。
附图标记说明
1：热泵系统；2：热泵单元；3：压缩机；4：第一热交换器；4a：制冷剂通路；4b：热介质通路；5：第二热交换器；5a：制冷剂通路；5b：热介质通路；6：膨胀阀；7：蒸发器；8：送风机；9：高低压热交换器；9a：高压通路；9b：低压通路；10：热介质入口；11：热介质出口；12：四通阀；12a：第一端口；12b：第二端口；12c：第三端口；12d：第四端口；13：止回阀；14：第一通路；15：第二通路；16：第三通路；17：分支部；18：第四通路；19：合流部；20：第五通路；21：第六通路；22：蓄热槽；23：循环泵；24：三通阀；24a：第一端口；24b：第二端口；24c：第三端口；25：热水供给管；26：第一出水口；27：第一入水口；28：下部管；29：第一共用管；30：供水管；31：密闭容器；32：压缩部；33：电动机；33a：定子；33b：转子；34：第四管；35：第一管；36：第二管；37：第三管；38、39：内部空间；40：第二共用管；41：上部管；42：往流管；43：回流管；44：三通阀；44a：入口；44b：第一出口；44c：第二出口；45、46：温度传感器；47、48、49：二通阀；50：控制装置；60：终端装置；90：室内制热设备；100：热水供给制热系统。

Claims (17)

1.一种热泵系统，其中，所述热泵系统具备：
压缩机，所述压缩机对制冷剂进行压缩；
第一热交换器，所述第一热交换器在由所述压缩机压缩的所述制冷剂与热介质之间交换热量；
第二热交换器，所述第二热交换器在由所述压缩机压缩的所述制冷剂与所述热介质之间交换热量；
第一管，所述第一管供从所述压缩机向所述第一热交换器供给的所述制冷剂通过；
第二管，所述第二管供从所述第一热交换器向所述压缩机返回的所述制冷剂通过；
第三管，所述第三管供在从所述第一热交换器返回之后从所述压缩机向所述第二热交换器供给的制冷剂通过；以及
切换装置，所述切换装置将所述热介质的流动切换为第一模式或第二模式，
在所述第一模式下，所述热介质先后流过所述第一热交换器以及所述第二热交换器，在所述第二模式下，所述热介质并列地流过所述第一热交换器以及所述第二热交换器，
在所述第二模式时，所述第一热交换器的制冷剂与热介质的流动为顺流，所述第二热交换器的制冷剂与热介质的流动为对流。
2.根据权利要求1所述的热泵系统，其中，
所述压缩机具备：压缩部，所述压缩部压缩所述制冷剂；电动机，所述电动机驱动所述压缩部；以及密闭容器，所述密闭容器容纳所述压缩部以及所述电动机，
由所述压缩部压缩的制冷剂不向所述密闭容器的内部空间释放地通过所述第一管而向所述第一热交换器供给，
通过所述第二管后的制冷剂向所述密闭容器的内部空间释放，
所述密闭容器的内部空间的制冷剂通过所述第三管而向所述第二热交换器供给。
3.根据权利要求1或2所述的热泵系统，其中，
在所述第一模式时，所述第一热交换器以及所述第二热交换器的制冷剂与热介质的流动为对流。
4.根据权利要求1或2所述的热泵系统，其中，
所述热泵系统具备调整装置，所述调整装置在所述第二模式时调整所述第一热交换器的热介质的流量与所述第二热交换器的热介质的流量之比。
5.根据权利要求1或2所述的热泵系统，其中，
所述切换装置具备：四通阀，所述四通阀具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；以及止回阀，所述止回阀阻止倒流，
所述四通阀对使所述第一端口与所述第二端口连通并使所述第三端口与所述第四端口连通的第一状态、和使所述第一端口与所述第四端口连通并使所述第二端口与所述第三端口连通的第二状态进行切换。
6.根据权利要求5所述的热泵系统，其中，
所述切换装置还具备：
第一通路，所述第一通路将所述热泵系统的热介质出口与所述第一端口之间连结；
第二通路，所述第二通路将所述第一热交换器的热介质通路与所述第二端口之间连结；
第三通路，所述第三通路将分支部与所述第三端口之间连结，所述分支部在所述第二模式时将加热前的热介质分支；以及
第四通路，所述第四通路将合流部与所述第四端口之间连结，所述合流部在所述第二模式时供被所述第一热交换器加热的热介质和被所述第二热交换器加热的热介质合流，
所述止回阀阻止所述第四通路的倒流。
7.根据权利要求1或2所述的热泵系统，其中，
所述切换装置具备多个对流路进行开闭的二通阀。
8.根据权利要求1或2所述的热泵系统，其中，
所述热泵系统具备控制装置，所述控制装置对所述第一模式与所述第二模式的切换进行控制。
9.根据权利要求8所述的热泵系统，其中，
所述控制装置在对蓄热槽进行蓄热的蓄热运转时，选择所述第一模式，在使所述热介质流过室内制热设备的制热运转时，选择所述第二模式。
10.一种热泵系统，其中，所述热泵系统具备：
压缩机，所述压缩机对制冷剂进行压缩；
第一热交换器，所述第一热交换器在由所述压缩机压缩的所述制冷剂与热介质之间交换热量；
第二热交换器，所述第二热交换器在由所述压缩机压缩的所述制冷剂与所述热介质之间交换热量；
第一管，所述第一管供从所述压缩机向所述第一热交换器供给的所述制冷剂通过；
第二管，所述第二管供从所述第一热交换器向所述压缩机返回的所述制冷剂通过；
第三管，所述第三管供在从所述第一热交换器返回之后从所述压缩机向所述第二热交换器供给的制冷剂通过；以及
切换装置，所述切换装置将所述热介质的流动切换为第一模式或第二模式，
在所述第一模式下，所述热介质先后流过所述第一热交换器以及所述第二热交换器，在所述第二模式下，所述热介质并列地流过所述第一热交换器以及所述第二热交换器，
所述切换装置具备：四通阀，所述四通阀具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；以及止回阀，所述止回阀阻止倒流，
所述四通阀对使所述第一端口与所述第二端口连通并使所述第三端口与所述第四端口连通的第一状态、和使所述第一端口与所述第四端口连通并使所述第二端口与所述第三端口连通的第二状态进行切换。
11.根据权利要求10所述的热泵系统，其中，
所述压缩机具备：压缩部，所述压缩部压缩所述制冷剂；电动机，所述电动机驱动所述压缩部；以及密闭容器，所述密闭容器容纳所述压缩部以及所述电动机，
由所述压缩部压缩的制冷剂不向所述密闭容器的内部空间释放地通过所述第一管而向所述第一热交换器供给，
通过所述第二管后的制冷剂向所述密闭容器的内部空间释放，
所述密闭容器的内部空间的制冷剂通过所述第三管而向所述第二热交换器供给。
12.根据权利要求10或11所述的热泵系统，其中，
在所述第二模式时，所述第一热交换器的制冷剂与热介质的流动为顺流，所述第二热交换器的制冷剂与热介质的流动为对流。
13.根据权利要求10或11所述的热泵系统，其中，
在所述第一模式时，所述第一热交换器以及所述第二热交换器的制冷剂与热介质的流动为对流。
14.根据权利要求10或11所述的热泵系统，其中，
所述热泵系统具备调整装置，所述调整装置在所述第二模式时调整所述第一热交换器的热介质的流量与所述第二热交换器的热介质的流量之比。
15.根据权利要求10或11所述的热泵系统，其中，
所述切换装置还具备：
第一通路，所述第一通路将所述热泵系统的热介质出口与所述第一端口之间连结；
第二通路，所述第二通路将所述第一热交换器的热介质通路与所述第二端口之间连结；
第三通路，所述第三通路将分支部与所述第三端口之间连结，所述分支部在所述第二模式时将加热前的热介质分支；以及
第四通路，所述第四通路将合流部与所述第四端口之间连结，所述合流部在所述第二模式时供被所述第一热交换器加热的热介质和被所述第二热交换器加热的热介质合流，
所述止回阀阻止所述第四通路的倒流。
16.根据权利要求10或11所述的热泵系统，其中，
所述热泵系统具备控制装置，所述控制装置对所述第一模式与所述第二模式的切换进行控制。
17.根据权利要求16所述的热泵系统，其中，
所述控制装置在对蓄热槽进行蓄热的蓄热运转时，选择所述第一模式，在使所述热介质流过室内制热设备的制热运转时，选择所述第二模式。
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