CN108027175A - 热泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热泵，其利用机油分离器对从压缩机排出的制冷剂内的机油进行回收、并利用机油返回流路而使得该回收的机油返回至压缩机，该热泵能以高精度且在早期检测出机油返回流路的异常。热泵(10)具有：压缩机(16A、16B)，其将制冷剂排出；机油分离器(30)，其将机油从压缩机所排出的制冷剂中分离出来；机油返回流路(80)，其使得利用机油分离器而分离出的机油返回至压缩机；压力传感器(86A、86B)，其对机油返回流路内的压力进行检测；第一压力损失部件(84A、84B)和第二压力损失部件(88A、88B)，它们设置于相对于压力传感器而处于机油分离器侧以及压缩机侧的机油返回流路的部分；以及控制装置，在压力传感器的检测压力为超过压缩机的吸入压力、且小于排出压力的压力的情况下，该控制装置提高压缩机的输出。

Description

热泵

技术领域

本发明涉及一种热泵。

背景技术

以往，已知如下热泵：利用机油分离器对从压缩机排出的制冷剂中所含有的冷冻机油(机油)进行回收，并使该回收的机油返回至压缩机。例如，专利文献1所记载的热泵具备机油返回流路，该机油返回流路用于使由机油分离器回收的机油返回至压缩机。在该机油返回流路设置有开闭阀以及毛细管。另外，在相对于毛细管而处在机油分离器侧的机油返回流路的部分设置有对机油的压力进行检测的压力传感器。专利文献1所记载的热泵构成为：对压力传感器的检测压力和压缩机的排出压力或吸入压力进行比较，由此检测出破损、堵塞等机油返回流路的异常。

专利文献

专利文献1：日本特开2012-82992号公报

发明内容

但是，在专利文献1所记载的热泵的情况下，当机油在机油返回流路内正常流动时、以及毛细管堵塞时，压力传感器均能够检测出与压缩机的排出压力接近的压力。因此，机油返回流路的异常的检测精度较低。

取而代之地，基于机油返回流路内的机油的温度和压缩机的排出温度之间的比较而执行对机油返回流路的异常的检测。当机油返回流路内的机油的温度与压缩机的排出温度接近时，判定为机油返回流路正常。

但是，在该情况下，在热泵启动时若大量机油贮存于机油分离器，则直至机油返回流路内的机油的温度达到与压缩机的排出温度接近的温度为止，需花费时间。因此，在热泵启动之后的短暂期间内，无论机油是否在机油返回流路内正常流动，均判定为机油返回流路异常。因此，在热泵启动之后的短暂期间内，无法执行机油返回流路的异常判定。

另外，存在如下结构的热泵，该热泵具有多台压缩机，使得从多台压缩机分别排出的制冷剂汇合，并且一台机油分离器从该汇合后的制冷剂中对机油进行回收。在该情况下，机油返回流路从机油分离器开始分支为多条流路而分别与多台压缩机连接。另外，在多条分支流路分别设置有开闭阀以及温度传感器。在这种结构中，基于机油返回流路的多条分支流路各自的机油温度之差而对机油返回流路的异常进行检测。

例如，在具有两台压缩机、且机油返回流路分支为两条流路的情况下，基于两条分支流路内的机油的温差而对机油返回流路的异常进行检测。例如，在只有一台压缩机进行驱动的情况下，即，在与停止过程中的压缩机连接的分支流路上的开闭阀关闭、且与驱动过程中的压缩机连接的分支流路上的开闭阀打开的情况下，在两条分支流路内的机油之间产生温差。此时，若未产生温差，则产生如下异常：与停止过程中的压缩机对应的开闭阀未正常关闭、或者与驱动过程中的压缩机对应的开闭阀未正常打开。

但是，该压缩机附近的机油的温度因刚刚停止之后的压缩机的余热而在短时间内不会下降。因此，在温度传感器设置于压缩机附近的分支流路的部分的情况下，在与驱动过程中的压缩机对应的温度传感器的检测温度、和与刚刚停止之后的压缩机对应的温度传感器的检测温度之间，在短时间内不会产生温差。因此，在多台压缩机的任意压缩机停止的短暂期间内，无法执行对机油返回流路的异常的判定。

因此，本发明的课题在于：在利用机油分离器对从压缩机排出的制冷剂内的机油进行回收、并利用机油返回流路而使得该回收的机油返回至压缩机的热泵中，以高精度且在早期检测出机油返回流路的异常。

为了解决上述技术课题，根据本发明的一个方式，提供一种热泵，该热泵具有：

压缩机，其对制冷剂进行压缩并将该制冷剂排出；

机油分离器，其将机油从压缩机所排出的制冷剂中分离出来；

机油返回流路，其使得利用机油分离器而分离出的机油返回至压缩机；

压力传感器，其对机油返回流路内的压力进行检测；

第一压力损失部件和第二压力损失部件，它们设置于相对于压力传感器而处于机油分离器侧以及压缩机侧的机油返回流路的部分；以及

控制装置，在压力传感器的检测压力为超过压缩机的吸入压力、且小于排出压力的压力的情况下，该控制装置对压缩机进行控制并提高该压缩机的输出。

根据本发明的热泵，即，利用机油分离器对从压缩机排出的制冷剂内的机油进行回收，并利用机油返回流路而使得该回收的机油返回至压缩机，能够以高精度且在早期检测出机油返回流路的异常。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的热泵的结构的回路图。

图2是机油返回流路周围的回路图。

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。

图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的热泵的结构的回路图。在本实施方式的情况下，热泵是组装于空调机的热泵。在图1中，实线表示制冷剂流路(制冷剂管)，其中，制冷剂在该制冷剂流路中流动，虚线表示机油流路(机油管)，其中，冷冻机油(机油)在该机油流路中流动。另外，在图1所示的回路图中，为了简化说明，将过滤器等热泵的结构要素省略。

如图1所示，热泵10具有：与外部空气进行热交换的室外机12；以及与室内空气进行热交换的至少一台室内机14。此外，在本实施方式的情况下，热泵10具有两台室内机14。

室外机12具有：压缩机16A、16B，它们对制冷剂进行压缩并将制冷剂排出；热交换器18，其使得制冷剂和外部空气进行热交换；以及四通阀20。另一方面，室内机14具有热交换器22，该热交换器22使得制冷剂和室内空气进行热交换。

压缩机16A、16B由燃气发动机24驱动。在本实施方式的情况下，两台压缩机16A、16B以及一台燃气发动机24搭载于室外机12。另外，利用一台燃气发动机24选择性地对压缩机16A、16B的至少一方进行驱动。此外，对压缩机16A、16B进行驱动的驱动源并不局限于燃气发动机24，例如也可以是马达、汽油发动机等。

利用四通阀20，使从压缩机16A、16B的排出端口16aa、16ba的至少一方排出的高温、高压的气态制冷剂流向室外机12的热交换器18或者室内机14的热交换器22。在制热运转的情况下，从压缩机16A、16B排出的气态制冷剂被向室内机14的热交换器22输送。另一方面，在制冷运转的情况下，气态制冷剂被向室外机12的热交换器18输送。

在压缩机16A、16B的排出路径上、即压缩机16A、16B的排出端口16aa、16ba与四通阀20之间的制冷剂流路上，设置有对制冷剂中所含有的机油进行分离的机油分离器30。

在制热运转的情况下，从压缩机16A、16B的至少一方排出、且从四通阀20(实线)通过的高温、高压的气态制冷剂，在至少一台室内机14的热交换器22与室内空气(温度调节对象)进行热交换。即，热经由热交换器22而从制冷剂向室内空气移动。其结果，制冷剂形成为低温、高压的液体状态。

此外，室内机14分别具有能够调节开度的膨胀阀32。膨胀阀32以在制冷剂流路上位于室内机14的热交换器22与室外机12的热交换器18之间的方式设置于室内机14。当膨胀阀32处于打开状态时，制冷剂能够从室内机14的热交换器22通过。当室内机14停止时，膨胀阀32关闭。另外，在制热运转时，膨胀阀32处于完全打开状态。

储液器(receiver)34设置于室外机12。在制热运转时，储液器34是供在室内机14的热交换器22与室内空气进行了热交换之后的低温、高压的液态制冷剂暂时蓄积的缓冲容器(buffer tank)。从室内机14的热交换器22流出的液态制冷剂通过止回阀36而流入至储液器34内。

在制热运转时，储液器34内的低温、高压的液态制冷剂被向室外机12的热交换器18输送。在储液器34与热交换器18之间的制冷剂流路设置有止回阀38以及膨胀阀40。膨胀阀40是能够调节开度的膨胀阀。在制热运转时，将膨胀阀40的开度控制为：使得压缩机16A或16B的吸入端口16ab或16bb的制冷剂过热度达到规定温度以上。此外，吸入端口16ab或16bb的制冷剂过热度是：根据压力传感器68的检测压力而规定的饱和蒸汽压力温度与温度传感器66的检测温度之间的温差，将检测温度控制为比饱和蒸汽压力温度高出规定温度(例如5℃)以上。利用膨胀阀40使从储液器34流出的低温、高压的液态制冷剂膨胀(减压)而形成为低温、低压的液体状态(雾的状态)。此外，与运转状态相应地取代温度传感器66的检测温度而使用如下(未图示的)温度传感器的检测温度来计算出制冷剂过热度，其中，所述温度传感器设置于比与从蒸发辅助用热交换器64通过的制冷剂汇合的部位更靠下游的制冷剂路径。

在制热运转时，从膨胀阀40通过的低温、低压的液态制冷剂在室外机12的热交换器18与外部空气进行热交换。即，热经由热交换器18而从外部空气向制冷剂移动。其结果，制冷剂形成为低温、低压的气体状态。

蓄积器(accumulator)42设置于室外机12。在制热运转时，蓄积器42用于供利用室外机12的热交换器18与外部空气进行热交换之后的低温、低压的气态制冷剂暂时蓄积。蓄积器42设置于压缩机16A、16B的吸入路径(压缩机16A、16B的吸入端口16ab、16bb与四通阀20之间的制冷剂流路)。

蓄积器42内的低温、低压的气态制冷剂被吸入至压缩机16A、16B的至少一方的内部并被压缩。其结果，制冷剂形成为高温、高压的气体状态，并在制热运转时再次被朝向室内机14的热交换器22输送。

另外，流入至蓄积器42的制冷剂通常因上述膨胀阀40或者后述的膨胀阀32的开度控制而仅为气态制冷剂，因此，在通常的空调运转中将开闭阀62打开。而且，在停止过程中以及启动初期、空调负荷骤减时等存在液态制冷剂的期间内，将开闭阀62关闭，使得液态制冷剂贮存于蓄积器42内。

并且，热泵10具有：关于制热运转时的制冷剂流动而与热交换器18并联连接的蒸发辅助用热交换器64。

在仅通过热交换器18的热交换而无法使吸入端口16ab或16bb的制冷剂过热度达到规定温度以上的情况下，例如，在外部空气温度小于0℃的情况下，使储液器34中的液态制冷剂向蒸发辅助用热交换器64流动。为此，在储液器34与蒸发辅助用热交换器64之间设置有能够调节开度的膨胀阀70。

在吸入端口16ab或16bb的制冷剂过热度为规定温度以下的情况下，热泵10的控制装置(未图示)将膨胀阀70打开。

若膨胀阀70打开，则从储液器34流向蒸发辅助用热交换器64的液态制冷剂的至少一部分在膨胀阀70流动而形成为低温、低压的雾状。

从膨胀阀70通过的雾状的制冷剂在蒸发辅助用热交换器64，例如由燃气发动机24的高温的废气、冷却水等(即燃气发动机24的废热)被加热。由此，从膨胀阀70通过并流入至蒸发辅助用热交换器64的雾状的制冷剂形成为高温、低压的气体状态。在该蒸发辅助用热交换器64被加热的高温的气态制冷剂的过热度比从热交换器18通过的制冷剂的过热度大，并且该气态制冷剂在四通阀20与蓄积器42之间的制冷剂流路汇合。由此，从四通阀20通过并返回至压缩机16的气态制冷剂中所含有的液态制冷剂，被来自蒸发辅助用热交换器64的高温的气态制冷剂加热而蒸发(气化)。其结果，流入至蓄积器42的制冷剂大致形成为气体状态。

另一方面，在制冷运转的情况下，从压缩机16A、16B的至少一方排出的高温、高压的气态制冷剂经由四通阀20(双点划线)而向室外机12的热交换器18移动。制冷剂利用该热交换器18与外部空气进行热交换而形成为低温、高压的液体状态。

从热交换器18流出的制冷剂通过开闭阀50以及止回阀52而流入至储液器34内。此外，该开闭阀50在制热运转时关闭。

另外，在制冷运转时，从热交换器18流出的制冷剂仅经由开闭阀50以及止回阀52、或者根据情况的不同而在此基础上还经由膨胀阀40以及止回阀54而流入至储液器34内。

在制冷运转时，流入至储液器34内的制冷剂从止回阀56通过、且从室内机14的膨胀阀32通过。由于从膨胀阀32通过，从而制冷剂减压而形成为低温、低压的液体状态(雾的状态)。

从膨胀阀32通过的制冷剂，进一步从室内机14的热交换器22通过并在此处与室内空气进行热交换。由此，制冷剂从室内空气夺取热(对室内空气进行冷却)。其结果，制冷剂形成为低温、低压的气体状态。而且，从热交换器22流出的制冷剂通过四通阀20、蓄积器42而返回至压缩机16A、16B的至少一方。

另外，为了提高制冷效率，热泵10具有冷却用热交换器58，该冷却用热交换器58用于对从储液器34流向止回阀56的制冷剂进行冷却。

冷却用热交换器58构成为：使得从储液器34流向止回阀56的液态制冷剂与雾状制冷剂之间进行热交换，即，利用雾状制冷剂对液态制冷剂进行冷却。该雾状制冷剂是利用膨胀阀60而使从冷却用热交换器58流向止回阀56的液态制冷剂的一部分形成为雾状的(减压后的制冷剂)。该膨胀阀60是为了选择性地使冷却用热交换器58进行对液态制冷剂的冷却而能够调节开度的阀。

若通过热泵10的控制装置(未图示)对膨胀阀60进行控制而使得该膨胀阀60的至少一部分打开，则从冷却用热交换器58通过并从止回阀56通过之前的液态制冷剂的一部分通过膨胀阀60而形成为雾状(减压)。利用膨胀阀60而形成为雾状的制冷剂流入至冷却用热交换器58内，并从如下的液态制冷剂夺取热而气化，其中，所述液态制冷剂是从储液器34流出且从止回阀56通过之前的液态制冷剂。其结果，与膨胀阀60关闭的状态时相比，温度更低的液态制冷剂流入至室内机14的热交换器22。

另一方面，从自储液器34流出且通过止回阀56之前的液态制冷剂夺取了热之后的气态制冷剂，从冷却用热交换器58直接返回至压缩机16A、16B。另外，为了使贮存于蓄积器42的液态制冷剂蒸发而使用该气态制冷剂。即，将开闭阀62打开，由此使得蓄积器42内的液态制冷剂与从冷却用热交换器58返回至压缩机16A、16B的气态制冷剂混合而气化、并返回至压缩机16A、16B。

至此，对与制冷剂相关的热泵10的结构要素进行了概要说明。此后参照图2对与机油相关的热泵10的结构进行说明。

如上所述，机油分离器30将机油从压缩机16A、16B的至少一方所排出的制冷剂中分离(回收)出。利用机油分离器30回收的机油经由机油返回流路80而返回至压缩机16A、16B。例如，机油直接返回至压缩机16A、16B的机油贮存部、或者在与流入至压缩机16A、16B的吸入端口16ab、16bb的制冷剂混合之后而返回。

在本实施方式的情况下，热泵10具有两台压缩机16A、16B。因此，机油返回流路80分支而形成有：分支流路80A，其与压缩机16A连接；以及分支流路80B，其与压缩机16B连接。

在与压缩机16A连接的机油返回流路80的分支流路80A，从机油分离器30侧开始按顺序设置有开闭阀82A、毛细管84A、压力传感器86A、毛细管88A。另一方面，在与压缩机16B连接的机油返回流路80的分支流路80B，从机油分离器30侧开始按顺序设置有开闭阀82B、毛细管84B、压力传感器86B、毛细管88B。

开闭阀82A、82B分别在所对应的压缩机16A、16B处于驱动过程中的期间内被维持为打开的状态，并在所对应的压缩机16A、16B处于停止过程中的期间内被维持为关闭的状态。由此，不会出现过量或不足地，仅对驱动过程中的压缩机供给机油。

毛细管84A、84B、88A、88B是使从机油分离器30向压缩机16A、16B返回的机油减压的压力损失部件。即，毛细管84A、84B、88A、88B使以与压缩机16A、16B的排出压力大致相等的压力在机油返回流路80内流动的机油减压。此外，只要能产生压力损失即可，并不局限于毛细管，例如也可以是膨胀阀。

压力传感器86A、86B对所对应的机油返回流路80的分支流路80A、80B内的机油的压力进行检测。热泵10的控制装置基于压力传感器86A、86B的检测压力而对机油返回流路80的异常进行检测。针对该机油返回流路80的异常的检测方法进行说明。

如图2所示，压力传感器86A在毛细管84A与88A之间的分支流路80A的部分对机油的压力进行检测。同样，压力传感器86B在毛细管84B与88B之间的分支流路80B的部分对机油的压力进行检测。

在压缩机16A、16B处于运转过程中、且机油返回流路80无异常的情况下，相对于毛细管84A、84B靠近上游侧的机油返回流路80的部分(毛细管84A、84B与机油分离器30之间的部分)内的压力大致为压缩机16A、16B的排出压力P_OUT。

另一方面，在压缩机16A、16B处于运转过程中、且机油返回流路80无异常的情况下，相对于毛细管88A、88B靠近下游侧的机油返回流路80的部分(毛细管88A与压缩机16A之间的分支流路80A的部分以及毛细管88B与压缩机16B之间的分支流路80B的部分)内的压力大致为压缩机16A、16B的吸入压力P_IN。

因此，在压缩机16A、16B处于运转过程中、且机油返回流路80无异常的情况下(正常的情况下)，压力传感器86A、86B检测出：超过压缩机16A、16B的吸入压力P_IN且小于排出压力P_OUT的正常压力值P_N。具体而言，检测出：基于毛细管84A、84B、88A、88B的压力损失的正常压力值P_N。

例如，在毛细管84A、84B、88A、88B相同的情况下，在机油返回流路80正常时由压力传感器86A、86B检测出的正常压力值P_N是：大致处于压缩机16A、16B的排出压力P_OUT和吸入压力P_IN的中间的值。

另外，例如在机油分离器30侧的毛细管84A、84B的压力损失比压缩机16A、16B侧的毛细管88A、88B的压力损失大的情况下，在机油返回流路80正常时由压力传感器86A、86B检测出的正常压力值P_N是：与吸入压力P_IN接近的值。

在由压力传感器86A、86B检测出的压力并非正常压力值P_N、而是与排出压力P_OUT或者吸入压力P_IN接近的压力的情况下，这就有可能表示机油返回流路80产生某种异常。

例如，在毛细管88A堵塞的情况下，压力传感器86A检测出与压缩机16A、16B的排出压力P_OUT大致相等的压力。另外，例如，在毛细管84B堵塞或者开闭阀82B未打开的情况下，压力传感器86B检测出与压缩机16A、16B的吸入压力P_IN大致相等的压力。

因此，基于压力传感器86A、86B的检测压力，不仅能够检测出机油返回流路80的正常或异常，在异常的情况下还能够在某种程度上确定该异常的原因。

此外，关于压缩机16A、16B的排出压力P_OUT的数据，例如由对压缩机16A、16B的排出端口16aa、16ba与机油分离器30之间的制冷剂流路内的压力进行检测的压力传感器90来提供。

另一方面，关于压缩机16A、16B的吸入压力P_IN的数据，例如由对四通阀20与蓄积器42之间的制冷剂流路内的压力进行检测的压力传感器68来提供。

热泵10的控制装置基于压力传感器86A、86B的检测压力而判定机油返回流路80的异常的有无。即，判定：压力传感器86A、86B的检测压力是否为超过压缩机16A、16B的吸入压力P_IN、且小于排出压力P_OUT的压力。

在机油返回流路80正常的情况下(压力传感器86A、86B的检测压力为超过压缩机16A、16B的吸入压力P_IN、且小于排出压力P_OUT的压力的情况下)，热泵10的控制装置根据需要而提高压缩机16A、16B的输出(允许输出增大)。

另一方面，在检测出机油返回流路80的异常的期间(压力传感器86A、86B的检测压力并非超过压缩机16A、16B的吸入压力P_IN、且小于排出压力P_OUT的压力的情况下)，热泵10的控制装置限制压缩机16A、16B的输出的增大而将运转过程中的压缩机16A、16B维持为原样不变。而且，若持续规定的时间而检测出异常，则使压缩机16A、16B停止并作为警告而通报：机油返回流路80的异常。

根据这样的本实施方式的热泵10，利用机油分离器30对从压缩机16A、16B排出的制冷剂内的机油进行回收、且利用机油返回流路80而使得该回收的机油返回至压缩机16A、16B，能够以高精度且在早期检测出机油返回流路80的异常。

即，如上所述，基于机油返回流路80内的机油的压力而对该机油返回流路80的异常进行检测，因此，与基于机油的温度而对异常进行检测的情况相比，能够以高精度且在早期检测出机油返回流路80的异常。

以上列举上述实施方式对本发明进行了说明，但本发明的实施方式并不局限于此。

例如，在上述实施方式的情况下，热泵10具有两台压缩机16A、16B，但并不局限于此。例如，热泵的压缩机也可以是一台。在该情况下，可以将机油返回流路上的开闭阀省略。即，在具有多台压缩机的情况下，为了使机油选择性地返回至运转过程中的压缩机而需要开闭阀，但由于是一台压缩机则无需开闭阀。

另外，例如，在上述实施方式的情况下，热泵10是将室内空气作为温度调节对象而进行温度控制的空调机，但本发明的实施方式并不局限于此。本发明的实施方式所涉及的热泵例如也可以是利用制冷剂而进行水的温度调整的冷却装置(chiller)。即，本发明所涉及的热泵在广义上具有：压缩机，其对制冷剂进行压缩并将该制冷剂排出；机油分离器，其使得机油从压缩机所排出的制冷剂中分离出来；机油返回流路，其使得利用机油分离器而分离出的机油返回至压缩机；压力传感器，其对机油返回流路内的压力进行检测；第一压力损失部件和第二压力损失部件，它们相对于压力传感器而设置于机油分离器侧以及压缩机侧的机油返回流路的部分；以及控制装置，在压力传感器的检测压力为超过压缩机的吸入压力、且小于排出压力的压力的情况下，该控制装置对压缩机进行控制并提高该压缩机的输出。

本发明能够应用于具有机油分离器的热泵，其中，所述机油分离器对从压缩机排出的制冷剂中所含有的机油进行回收、且使得该回收的机油返回至压缩机。

参照附图并与优选的实施方式相关联地对本发明的内容进行了充分的记载，对于熟悉该技术的人员而言，各种变形、修改是显而易见的。应当理解为，只要未脱离附件的权利要求书中的本发明的范围，则上述变形、修改也包含在本发明的范围中。

参照2015年3月17日申请的日本专利申请第2015-53178号的说明书、附图以及权利要求书的公开内容并将其公开内容全部并入本说明书中。

附图标记说明

10 热泵

16 压缩机

30 机油分离器

80 机油返回流路

84A 第一压力损失部件(毛细管)

84B 第一压力损失部件(毛细管)

86A 压力传感器

86B 压力传感器

88A 第二压力损失部件(毛细管)

88B 第二压力损失部件(毛细管)

Claims (1)

1.一种热泵，其中，

所述热泵具有：

压缩机，其对制冷剂进行压缩并将该制冷剂排出；

机油分离器，其将机油从压缩机所排出的制冷剂中分离出来；

机油返回流路，其使得利用机油分离器而分离出的机油返回至压缩机；

压力传感器，其对机油返回流路内的压力进行检测；

第一压力损失部件和第二压力损失部件，它们设置于相对于压力传感器而处于机油分离器侧以及压缩机侧的机油返回流路的部分；以及

控制装置，在压力传感器的检测压力为超过压缩机的吸入压力、且小于排出压力的压力的情况下，该控制装置对压缩机进行控制并提高该压缩机的输出。