CN108027178A - 热泵 - Google Patents

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Abstract

热泵具有：压缩机，其对制冷剂进行压缩并将压缩后的制冷剂排出；第一热交换器，其使得来自压缩机的制冷剂冷凝；流量调节阀，其对借助第一热交换器而冷凝后的制冷剂的流量进行调节；能够调节开度的膨胀阀，其对从流量调节阀通过的制冷剂进行减压；第二热交换器，其利用借助膨胀阀而减压后的制冷剂对温度调节对象进行冷却；以及控制装置，其基于流入至第二热交换器的制冷剂的温度与从第二热交换器流出的制冷剂的温度之间的温差而对膨胀阀的开度进行控制，并且基于对第二热交换器供给的制冷剂流量而控制流量调节阀的开度。

Description

热泵
技术领域
本发明涉及热泵。
背景技术
目前为止，已知如下热泵，为了调节制冷剂的流量，该热泵在冷凝器(第一热交换器)和蒸发器(第二热交换器)之间的制冷剂流路具有能够调节开度的膨胀阀。例如，专利文献1所记载的热泵具有温度式自动膨胀阀。温度式自动膨胀阀基于即将进入压缩机的制冷剂的温度(过热度)而调节其开度。由此，将从膨胀阀通过的制冷剂的流量维持恒定。另外，专利文献1还公开了如下内容：可以将温度式自动膨胀阀置换为电子控制的膨胀阀。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平4-20749号公报
发明内容
不过，在连接有多个蒸发器的热泵的情况下，存在以下问题：如果以额定容量为基准而设定冷凝器出口侧路径的流量系数，则在一部分负载运转时流量阻力较小，因此在冷凝器中的滞留时间不足而导致制冷剂的冷凝作用下降。
但是，在专利文献1所记载的热泵的情况下，并未公开以下结构：在压缩机的排出流量根据蒸发器所需的制冷剂流量的变化而发生变化时(即使压缩机的转速发生变化)，对膨胀阀的开度进行控制而将冷凝器出口侧路径的流量系数调整为与制冷剂流量匹配的值。
因此，本发明的课题在于：在热泵中，在蒸发器所需的制冷剂流量发生变化时，将冷凝器出口侧路径的流量系数调整为与制冷剂流量匹配的值，由此保持最佳的冷凝压力而提高制冷剂的冷凝作用。
为了解决上述课题，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压缩后的制冷剂排出；第一热交换器，其使得来自压缩机的制冷剂冷凝；流量调节阀，其对借助第一热交换器而冷凝后的制冷剂的流量进行调节；能够调节开度的膨胀阀，其对从流量调节阀通过的制冷剂进行减压；第二热交换器，其利用借助膨胀阀而减压后的制冷剂对温度调节对象进行冷却；以及控制装置，其基于流入至第二热交换器的制冷剂的温度与从第二热交换器流出的制冷剂的温度之间的温差而对膨胀阀的开度进行控制，并且基于对第二热交换器供给的制冷剂流量而控制流量调节阀的开度。
根据本发明，在热泵中，当蒸发器所需的制冷剂流量发生变化时，通过将冷凝器出口侧路径的流量系数调整为与制冷剂流量匹配的值，能够保持最佳的冷凝压力而提高制冷剂的冷凝作用。另外，能够利用运转条件而对冷凝器的过冷却度进行调整，从而能提高制冷循环的效率。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式所涉及的热泵的结构的回路图。
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是示出本发明的一实施方式所涉及的热泵的结构的回路图。本实施方式的情况下，热泵是组装于空调机的热泵。图1中，实线表示供制冷剂流通的制冷剂流路(制冷剂管)。此外，在图1所示的回路图中，为了简化说明而省略了过滤器等热泵的结构要素。
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。另外，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16，其对制冷剂进行压缩并将压缩后的制冷剂排出；热交换器(第一热交换器)18，其使制冷剂与外部空气进行热交换；以及四通阀20。另外，室内机14具有热交换器22，该热交换器22使制冷剂与室内空气进行热交换。
压缩机16由燃气发动机(gas engine)24驱动。本实施方式的情况下，两台压缩机16和一台燃气发动机24搭载于室外机12。另外，由一台燃气发动机24选择性地对压缩机16的至少一方进行驱动。此外，对压缩机16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而使得从压缩机16的排出端口16a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或室内机14的热交换器22。制热运转的情况下，从压缩机16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，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16的排出路径上、即在压缩机16的排出端口16a和四通阀20之间的制冷剂流路上设置有使得制冷剂中所含有的机油分离的机油分离器32。
制热运转的情况下，从压缩机16排出、且从四通阀20(实线)通过的高温高压的气态制冷剂至少在一台室内机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，制冷剂变成低温高压的液态。
另外，室内机14分别具有能够调节开度的膨胀阀32。膨胀阀32在制冷剂流路上以位于室内机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。
储液器34设置于室外机12。制热运转时，储液器34是供在室内机14的热交换器22与室内空气进行热交换之后的低温高压的液态制冷剂暂时蓄积的缓存容器(buffertank)。从室内机14的热交换器22流出的液态制冷剂从止回阀36通过并向储液器34内流入。
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和膨胀阀40。膨胀阀40是能够调节开度的膨胀阀。制热运转时，将膨胀阀40的开度控制为：使得压缩机16的吸入端口16b处的制冷剂过热度达到规定温度以上。另外，吸入端口16b处的制冷剂过热度是与由压力传感器68检测出的压力对应的饱和蒸汽温度和例如由温度传感器66检测出的制冷剂温度的温差，将检测出的制冷剂温度控制为比饱和蒸汽温度高出规定温度(例如、5℃)。从储液器34流出的低温高压的液态制冷剂借助膨胀阀40而膨胀(减压)、进而变为低温低压的液态(雾状)。
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，制冷剂变成低温低压的气态。
气液分离器42设置于室外机12。制热运转时，气液分离器42供在室外机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。气液分离器42设置于压缩机16的吸入路径(压缩机16的吸入端口16b和四通阀20之间的制冷剂流路)。
气液分离器42内的低温低压的气态制冷剂被吸入至压缩机16内并被压缩。其结果，制冷剂变成高温高压的气态，并在制热运转时被再次向室内机14的热交换器22输送。
另外，向气液分离器42流入的制冷剂通常因上述膨胀阀40或后述的膨胀阀32的开度控制而仅为气态制冷剂，因此，在通常的空调运转时将开闭阀62打开。而且，在停止过程中以及启动初期或空调负载骤减时等存在液态制冷剂的期间，将开闭阀62关闭，使得液态制冷剂贮存于气液分离器42内。
并且，热泵10在制热运转时的制冷剂流中具有与热交换器18并联的辅助蒸发用热交换器64。
在仅通过基于热交换器18的热交换而未使得吸入端口16b处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不足0℃的情况下，使储液器34的液态制冷剂流向辅助蒸发用热交换器64。因此，在储液器34和辅助蒸发用热交换器64之间，设置有能够调节开度的膨胀阀70。
热泵10的控制装置(未图示)在吸入端口16b处的制冷剂过热度为规定温度以下的情况下将膨胀阀70打开。
当膨胀阀70打开时，从储液器34流向辅助蒸发用热交换器64的液态制冷剂的至少一部分流经膨胀阀70而变为低温低压的雾状。
从膨胀阀70通过的雾状的制冷剂在辅助蒸发用热交换器64例如被燃气发动机24的高温废气、冷却液等(即，燃气发动机24的废热)加热。由此，从膨胀阀70通过并流入至辅助蒸发用热交换器64的雾状制冷剂变成高温低压的气态。由该辅助蒸发用热交换器64加热后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与气液分离器42之间的制冷剂流路汇合。由此，从四通阀20通过并向压缩机16返回的气态制冷剂中含有的液态制冷剂被来自辅助蒸发用热交换器64的高温的气态制冷剂加热而蒸发(气化)。其结果，向气液分离器42流入的制冷剂大致变成气态。
另一方面，制冷运转的情况下，从压缩机16的排出端口16a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。制冷剂因在该热交换器18与外部空气进行热交换而变成低温高压的液态。
从热交换器18流出的制冷剂从开闭阀50和止回阀52通过并向储液器34内流入。另外，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流出的制冷剂根据情况的不同而仅从开闭阀50和止回阀52通过，或者进一步还从膨胀阀40和止回阀54通过并向储液器34内流入，对此在后文中进行详细叙述。
在制冷运转时，流入至储液器34内的制冷剂从止回阀56通过并从室内机14的膨胀阀32通过。在制冷运转时，如后述那样对膨胀阀32的开度进行控制，以使得热交换器22出口处的制冷剂过热度达到规定值以上。制冷剂从膨胀阀32通过而被减压，从而变成低温低压的液态(雾状)。
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，制冷剂变为低温低压的气态。然后，从热交换器22流出的制冷剂进一步从四通阀20、气液分离器42通过并向压缩机16返回。
另外，为了提高制冷效率，热泵10具有用于对从储液器34流向止回阀56的制冷剂进行冷却的冷却用热交换器58。
冷却用热交换器58构成为使得从储液器34流向止回阀56的液态制冷剂和雾状制冷剂之间进行热交换，即，由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而得到的(进行了减压)。为了由冷却用热交换器58选择性地对液态制冷剂进行冷却，该膨胀阀60是能够调节开度的阀。
如果因热泵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通过且从止回阀56通过之前的液态制冷剂的一部分从膨胀阀60通过而变为雾状(被减压)。借助膨胀阀60而变成雾状的制冷剂向冷却用热交换器58内流入，并从自储液器34流出且从止回阀56通过之前的液态制冷剂夺取热，由此实现了气化。其结果，温度比膨胀阀60关闭的状态时的温度低的液态制冷剂向室内机14的热交换器22流入。
另一方面，从自储液器34流出、且从止回阀56通过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直接向压缩机16返回。
至此为止，对与制冷剂相关的热泵10的结构要素进行了概要说明。接下来，对制冷运转时进行的热泵10的控制进行进一步说明。
如图1所示，多个室内机14分别具有对制冷剂的温度进行检测的温度传感器82。温度传感器82在制冷运转时的室内机14的热交换器22的下游侧对制冷剂的温度进行检测，即，对从热交换器22流出的制冷剂的温度进行检测。
热泵10的控制装置将室内机14的膨胀阀32的开度控制为：使得由温度传感器82检测出的制冷剂温度相对于与由压力传感器68检测出的压力对应的饱和蒸汽温度而高出规定温度(例如、5℃)以上。
另外，对以下情况进行说明：在制冷运转时，热泵10的控制装置基于向室内机14的热交换器22供给的制冷剂的流量而进行膨胀阀40的开度控制。
在此，选定流量系数适合于额定制冷运转的制冷剂流量的膨胀阀40。所谓额定制冷运转是指：例如所连接的室内机14全部都在外部空气温度为35℃时要求制冷运转的状况。
在这样选定了膨胀阀40时外部空气温度为低于额定运转时的设定温度的温度(例如、30℃)的情况下、以及要求制冷运转的室内机14的台数少于总台数的情况下，与额定运转时相比，热泵10的控制装置相应地减小了压缩机16的运转台数和转速，从而减少了制冷剂流量。
此时，如果膨胀阀40保持完全打开的状态不变，则由于流路阻力较小，因此有时无法保持最佳的冷凝压力而导致冷凝不足。因此，热泵10的控制装置根据压缩机16的运转台数和转速来减小膨胀阀40的开度。例如，如果额定运转时的膨胀阀40的开度为100％，则伴随着制冷剂循环量的下降而无法保持最合适的冷凝压力，从而性能会降低，因此，将膨胀阀开度减小至最适合于与压缩机16的运转台数及转速相应的制冷剂流量的膨胀阀开度。
这样，在制冷运转时，基于对室内机14的热交换器22供给的制冷剂流量(即，基于压缩机16的运转台数和转速)来控制膨胀阀40的开度，即，使膨胀阀40作为流量调节阀而发挥功能，由此能够保持最合适的冷凝压力而提高制冷剂的冷凝作用。另外，能够根据运转条件而调整冷凝器的过冷却度，从而能够提高热泵10的制冷效率。
以上虽然列举上述实施方式对本发明进行了说明，但是，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，膨胀阀40在制热运转时作为对制冷剂进行减压的减压阀而发挥功能，在制冷运转时作为对制冷剂流量进行调节的流量调节阀而发挥功能。但是，本发明的实施方式并不局限于此。
例如，也可以设置绕过膨胀阀40的制冷剂流路、且将流量调节阀和开闭阀设置于该旁通流路。由此，在制冷运转时，能够不使用膨胀阀40地利用旁通流路的流量调节阀来调节针对多个室内机14供给的制冷剂流量。
另外，例如在上述实施方式的情况下，热泵10是对作为温度调节对象的室内空气的温度进行控制的空调机，但是，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对水的温度进行调整的冷却装置(chiller)。在该情况下，取代室内机14的热交换器22而设置水/制冷剂热交换器。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压缩后的制冷剂排出；第一热交换器，其使得来自压缩机的制冷剂冷凝；流量调节阀，其对借助第一热交换器而冷凝的制冷剂的流量进行调节；能够调节开度的膨胀阀，其使得从流量调节阀通过的制冷剂减压；第二热交换器，其利用借助膨胀阀而减压后的制冷剂对温度调节对象进行冷却；以及控制装置，其基于流入至第二热交换器的制冷剂的温度与从第二热交换器流出的制冷剂的温度之间的温差而对膨胀阀的开度进行控制，并且基于对第二热交换器供给的制冷剂流量而控制流量调节阀的开度。
本发明能够应用于如下热泵，该热泵在2个热交换器之间具有能够调节开度的膨胀阀。
参照附图并与优选实施方式相关联地对本发明进行了充分的记载，对于熟悉该技术的人员而言，显然可以进行各种变形、修改。只要不脱离权利要求书所限定的本发明的范围，则应当理解为这样的变形、修改也包含于本发明的范围中。
通过参照而将2015年3月17日申请的日本专利申请第2015-53176号的说明书、附图以及权利要求书的公开内容全部都并入本说明书中。
附图标记说明
10 热泵
16 压缩机
18 第一热交换器
22 第二热交换器
32 膨胀阀
40 流量调节阀(膨胀阀)

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压缩后的制冷剂排出；
第一热交换器，其使得来自压缩机的制冷剂冷凝；
流量调节阀，其对借助第一热交换器而冷凝后的制冷剂的流量进行调节；
能够调节开度的膨胀阀，其对从流量调节阀通过的制冷剂进行减压；
第二热交换器，其利用借助膨胀阀而减压后的制冷剂对温度调节对象进行冷却；以及
控制装置，其基于流入至第二热交换器的制冷剂的温度与从第二热交换器流出的制冷剂的温度之间的温差而对膨胀阀的开度进行控制，并且基于对第二热交换器供给的制冷剂流量而控制流量调节阀的开度。
CN201680007055.2A 2015-03-17 2016-03-11 热泵 Active CN108027178B (zh)

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