CN110050160B

CN110050160B - 热泵装置

Info

Publication number: CN110050160B
Application number: CN201680091184.4A
Authority: CN
Inventors: 南迫博和; 铃木康巨; 铃木一隆; 服部太郎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2021-08-24
Anticipated expiration: 2036-12-09
Also published as: JPWO2018105102A1; US20190346191A1; EP3351868A1; EP3351868B1; WO2018105102A1; CN110050160A; EP3351868A4

Abstract

本发明的热泵装置具有：制冷剂回路，其通过配管将压缩机、热源热交换器、膨胀机构以及中间热交换器依次连接并供制冷剂循环；和流体回路，其通过配管将中间热交换器、负荷热交换器以及止回阀依次连接并供流体循环，在该热泵装置设置压力调整阀。压力调整阀在流体回路中与将中间热交换器的输出口和负荷热交换器的输入口连接的配管连接。压力调整阀构成为：若制冷剂泄漏至流体且流体的压力上升，则切断流体的流路。

Description

热泵装置

技术领域

本发明涉及热泵装置，特别是涉及热泵装置的制冷剂泄漏。

背景技术

以往公知有空调机和制冷装置等所使用的热泵装置。专利文献1记载的热泵装置具备供制冷剂循环的制冷剂回路和供流体循环的流体回路。制冷剂回路通过配管将压缩机、热源热交换器、膨胀机构以及中间热交换器依次连接并构成为环状。流体回路通过配管将中间热交换器、第一阀、负荷热交换器以及第二阀依次连接并构成为环状。此外，为了应对制冷剂泄漏，专利文献1记载的热泵装置具备：泄漏检测装置，其检测在制冷剂回路循环的制冷剂从中间热交换器向流体泄漏的情况；和控制装置，其在泄漏检测装置检测到制冷剂泄漏的情况下，将连接于流体回路的第一阀和第二阀关闭。在该热泵装置中，若制冷剂从制冷剂回路向流体回路泄漏，则通过控制装置关闭第一阀和第二阀，因此防止泄漏的制冷剂向第一阀或第二阀处流动。

专利文献1：国际公开第2013/038577号

在引用文献1的热泵装置中，泄漏检测装置、关闭第一阀和第二阀的控制装置都是以电力为动力源的装置，在不供给电力的状态下无法动作。然而，即使在没有电力供给从而这些设备停止运转的状态下，也有可能因腐蚀引起的中间热交换器的破损、因气温降低引起的冻结而引起中间热交换器的破损。在这样的情况下无法检测出制冷剂的泄漏，另外，有可能无法防止泄漏的制冷剂向第一阀和第二阀处流动。其结果，制冷剂可能泄漏至配设有流体回路的负荷热交换器的室内。

发明内容

本发明是为了解决上述课题所做出的，目的在于提供一种即使在没有电力供给的状态下发生了制冷剂泄漏的情况下，也能够防止制冷剂向室内泄漏的热泵装置。

本发明的热泵装置具备：制冷剂回路，其通过配管将压缩机、热源热交换器、膨胀机构以及中间热交换器依次连接并供制冷剂循环；流体回路，其通过配管将所述中间热交换器、负荷热交换器以及止回阀依次连接并供流体循环；以及压力调整阀，其在所述流体回路中与将所述中间热交换器的输出口和所述负荷热交换器的输入口连接的配管连接，所述压力调整阀构成为：若所述制冷剂泄漏至所述流体且所述流体的压力上升，则切断所述流体的流路。

根据本发明的热泵装置，压力调整阀构成为若制冷剂泄漏至在流体回路循环的流体并且流体的压力上升，则切断流体的流路，并且与将中间热交换器的输出口和负荷热交换器的输入口连接的配管连接。因此，即使在对热泵装置不供给电源的状态下，也能够防止在中间热交换器内泄漏至流体的制冷剂到达负荷热交换器。其结果能够防止制冷剂向室内泄漏。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的空调机的构成图。

图2是实施方式1的压力调整阀的构成图。

图3是表示实施方式1的空调机的制热运转时的制冷剂和水的流动的图。

图4是表示实施方式1的压力调整阀的制热运转时的动作的图。

图5是表示实施方式1的空调机的制冷运转时的制冷剂和水的流动的图。

图6是表示在实施方式1的空调机的制热运转时发生了制冷剂泄漏时的制冷剂和水的流动的图。

图7是表示在实施方式1的压力调整阀的制热运转时发生了制冷剂泄漏时的动作的图。

图8是本发明的实施方式2的空调机的构成图。

图9是表示在实施方式2的空调机的制热运转时发生了制冷剂泄漏时的制冷剂和水的流动的图。

具体实施方式

以下基于附图对本发明的热泵装置的实施方式进行详细地说明。另外，本发明被以下说明的实施方式限定。另外，在以下的附图中存在各构成部件的大小与实际的装置不同的情况。

实施方式1

图1是本发明的实施方式1的空调机的构成图。空调机1具备制冷剂回路20，该制冷剂回路20通过配管将压缩机2、四通阀3、热源热交换器6、膨胀阀5以及中间热交换器4依次连接并构成为环状。另外，空调机1具备水回路30，该水回路30通过配管将中间热交换器4、压力调整阀7、负荷热交换器8、泵9以及止回阀10依次连接并构成为环状。R32制冷剂、丙烷等可燃性制冷剂在制冷剂回路20循环，水在水回路30循环。在水回路30，空气抽出阀11与从将压力调整阀7和负荷热交换器8连接的配管分支的配管连接，负荷安全阀12与从将负荷热交换器8和泵9连接的配管分支的配管连接。

负荷热交换器8设置于进行空气调节的对象的室内空间。压力调整阀7在水回路30中与将中间热交换器4的输出口和负荷热交换器8的输入口连接的配管连接。止回阀10是用于在水回路30容许水从泵9向中间热交换器4流动、并抑制水从中间热交换器4向泵9流动的阀。

止回阀10在水回路30中与将负荷热交换器8的输出口和中间热交换器4的输入口连接的配管连接。空气抽出阀11是用于将在水回路30内产生或混入的空气向外部排出，从而防止泵9空转的阀。为了有效地排出空气，空气抽出阀11在水回路30中与从最上层的配管分支的配管连接。负荷安全阀12是在水回路30内的压力上升后进行排水来抑制压力上升的阀。因此，负荷安全阀12与从泵9的流入侧附近分支的配管连接，以便不受泵9升压的影响而进行动作。即，空气抽出阀11和负荷安全阀12设置于室内空间。热源热交换器6为了使空气与制冷剂进行热交换而收纳在设置于室外的室外机。

(压力调整阀7的结构)

图2是实施方式1的压力调整阀的构成图。一边参照图2、一边对实施方式1的压力调整阀7的构成进行说明。压力调整阀7是仅能够在一个方向使用的阀，具有一个入口和一个出口，并具有水不流入的空间即机械空间7A和供水流动的通水部7B。另外，压力调整阀7具有隔膜71、轴72、螺旋弹簧73、遮蔽板74以及内壁75。

内壁75将通水部7B的流入侧亦即入口侧通水部7BA与流出侧亦即出口侧通水部7BB隔开。在内壁75形成有开口部75A。隔膜71配设于入口侧通水部7BA，将机械空间7A与通水部7B隔开。隔膜71是能够根据压力在图2中的上下方向位移的部件。轴72是支承于隔膜71并且插通内壁75的开口部75A的长条部件。轴72配设为一方的前端位于出口侧通水部7BB，另一方的前端位于机械空间7A内。在轴72的位于出口侧通水部7BB的端部配设有遮蔽板74。轴72的位于机械空间7A内的端部由在机械空间7A形成的承受部7C承受。遮蔽板74具有比开口部75A的开口面积大的面积。

在机械空间7A内在轴72卷绕有作为弹簧部件的螺旋弹簧73。螺旋弹簧73的一方的端部固定于在压力调整阀7形成机械空间7A的内周面，另一方的端部固定于隔膜71。螺旋弹簧73对隔膜71向下方向施力。使轴72克服螺旋弹簧73的作用力而向上方向移动，由此内壁75的开口部75A被遮蔽板74遮蔽，从而连接入口侧通水部7BA与出口侧通水部7BB的流路被切断。在本实施方式1中，轴72和遮蔽板74相当于遮蔽机构。

当水在水回路30的内部循环时，水从压力调整阀7的入口朝向出口流动。此时，借助水压对隔膜71施加向上方向的作用力。即，水在水回路30的内部循环时，对隔膜71施加螺旋弹簧73的向下方向的作用力，并且施加水压的向上方向的作用力。因此，隔膜71向水压的作用力和螺旋弹簧73的作用力中更强的作用力作用的方向位移。在本实施方式1中，针对螺旋弹簧73选定具有能够克服水压向下方向按下轴72的弹簧系数的弹簧，以便在未发生制冷剂向水回路30泄漏的正常的制热运转时、制冷运转时以及除霜运转时，遮蔽板74不遮蔽内壁75的开口部75A从而不切断水的流路。因此如图2所示，隔膜71借助螺旋弹簧73的作用力克服水压而成为向下方向、即接近内壁75的开口部75A的方向位移后的状态，轴72与该隔膜71的位移联动地向下方向移动，从而使遮蔽板74定位于从开口部75A离开的位置。

(制热运转)

一边参照图3、一边对与实施方式1相关的制热运转的动作进行说明。图3是表示实施方式1的空调机的制热运转时制冷剂和水的流动的图。在图3中，实线的箭头表示制冷剂的流动，虚线的箭头表示水的流动。在空调机1的制热运转时，在制冷剂回路20中通过压缩机2而成为高温、高压的制冷剂经过四通阀3而流入中间热交换器4。流入到中间热交换器4的制冷剂与在水回路30循环的水进行热交换，并冷凝而成为液体制冷剂。此时，在水回路30循环的水被加热。液体制冷剂经过膨胀阀5而膨胀成为低温低压的气液两相制冷剂。气液两相制冷剂流入热源热交换器6，并与外部空气进行热交换，蒸发而成为气体制冷剂。气体制冷剂经过四通阀3再次被吸入压缩机2，并成为高温、高压。

另一方面，在水回路30中被中间热交换器4加热后的高温的水经过压力调整阀7，流入负荷热交换器8。流入到负荷热交换器8的高温的水与室内空气进行热交换而被冷却。此时，室内空气被加热。冷却后的水依次通过泵9和止回阀10，并再次流入中间热交换器4。

对制热运转中的压力调整阀7的动作进行说明。图4是表示实施方式1的压力调整阀的制热运转时的动作的图。如上述的那样，压力调整阀7的螺旋弹簧73具有能够克服水压而向下方向按下轴72的弹簧系数，以使遮蔽板74不会因为经过压力调整阀7的水的压力而切断水的流路。因此，在制热运转中，压力调整阀7的螺旋弹簧73按下隔膜71，并按下轴72和遮蔽板74。其结果，在压力调整阀7中在入口侧通水部7BA与出口侧通水部7BB之间形成流路，从而使从入口流入的高温的水从出口流出。

(制冷运转)

一边参照图5、一边对与实施方式1相关的制冷运转的动作进行说明。图5是表示实施方式1的空调机的制冷运转时的制冷剂和水的流动的图。在图5中，实线的箭头表示制冷剂的流动，虚线的箭头表示水的流动。在制冷运转时，在制冷剂回路20中借助压缩机2而成为高温、高压的制冷剂，经过四通阀3流入热源热交换器6。流入到热源热交换器6的制冷剂与空气进行热交换而成为液体制冷剂。液体制冷剂经过膨胀阀5并膨胀而成为低温低压的气液两相制冷剂。气液两相制冷剂流入中间热交换器4，与水进行热交换并蒸发而成为气体制冷剂。此时，在水回路30循环的水被冷却。气体制冷剂经过四通阀3再次被吸入压缩机2，并成为高温、高压。

另一方面，在水回路30中被中间热交换器4冷却后的低温的水，经过压力调整阀7流入负荷热交换器8。流入到负荷热交换器8的低温的水与室内空气进行热交换而被加热。此时，室内空气被冷却。加热后的水依次通过泵9和止回阀10，并再次流入中间热交换器4。

对制冷运转中的压力调整阀7的动作进行说明。与制热运转中同样，如图4所示在压力调整阀7中在机械空间7A与通水部7B之间形成流路，从入口流入的低温的水从出口流出。

(除霜运转)

对实施方式1的空调机1的除霜运转时的动作进行说明。除霜运转在热源热交换器6结霜的情况下通过制热运转来执行。除霜运转与制冷运转动作相同。即，如图5所示，在制冷剂回路20中，借助压缩机2而成为高温高压的制冷剂经过四通阀3而流入热源热交换器6。利用流入到热源热交换器6的高温高压的制冷剂，溶化并去除在热源热交换器6结的霜。其他动作与制冷运转时的动作相同。

(制冷剂泄漏时)

如上述那样，在制冷运转时和除霜运转时，低温制冷剂流入中间热交换器4，对在中间热交换器4流动的水进行冷却。因此根据情况的不同，在中间热交换器4流动的水有可能冻结，并因由冻结引起的水的体积膨胀而导致中间热交换器4破损。另外，在中间热交换器4有可能由制冷剂压力的异常上升引起的破损、反复进行运转的结果而产生由压力上升引起的疲劳破坏。另外，由中间热交换器4的构成部件的腐蚀引起的薄壁化也可能引起强度降低，从而促进破坏。

若中间热交换器4破损，则制冷剂因在制冷剂回路20流动的制冷剂的压力与在水回路30流动的水的压力之差而混入水回路30。在混入水回路30时，制冷剂因减压效果而气体化，从而引起水回路30内的压力上升。若水回路30内的压力上升，则通过搭载于水回路30的负荷安全阀12进行排水。此时，混入水回路30内的水的制冷剂通过排水而向室内空间排出。其结果，在形成可燃区域并遭遇到点火源的情况下，有能够会着火。同样地混入到水回路30的气体化后的制冷剂通过空气抽出阀11排出，并形成可燃区域而有可能着火。然而，在本实施方式1中，通过设置压力调整阀7，由此防止制冷剂向室内空间排出并形成可燃区域。

在此，对本实施方式1中的制冷剂泄漏时的压力调整阀7的动作进行说明。图6是表示在实施方式1的空调机的制热运转时发生制冷剂泄漏时的制冷剂和水的流动的图。图7是表示在实施方式1的压力调整阀的制热运转时发生制冷剂泄漏时的动作的图。在制冷剂泄漏时，制冷剂向在水回路30循环的水泄漏，由此从压力调整阀7的入口流入的水的水压变得比压力调整阀7的螺旋弹簧73的作用力强。其结果，隔膜71克服螺旋弹簧73的作用力而向上方即向从内壁75的开口部75A离开的方向位移。轴72与该隔膜71的位移联动地移动，由此如图7所示，使遮蔽板74定位于遮蔽开口部75A的位置。若由遮蔽板74遮蔽内壁75的开口部75A，则在压力调整阀7切断从入口侧通水部7BA向出口侧通水部7BB的流路，从而抑制从压力调整阀7的入口流入了的水从出口流出。而且，通过切断流路，施加于压力调整阀7的入口的水压进一步上升，通过隔膜71和轴72将遮蔽板74按压于内壁75的开口部75A的周缘的压力也上升。其结果，制冷剂向在水回路30循环的水的泄漏量减少。

如以上那样，在本实施方式1中，压力调整阀7构成为：若因制冷剂向在水回路30循环的水泄漏而水压上升，则进行动作。因此，即使在未向空调机1供给电力的状态下在发生了制冷剂泄漏的事态的情况下，通过压力调整阀7切断水回路30的流路，从而防止制冷剂泄漏至室内空间。

另外，在专利文献1公开的空调装置中，由于从泄漏检测装置开始检测后，直到切断第一阀和第二阀为止需要时间，因此泄漏的制冷剂有可能流向第一阀和第二阀处。其结果，制冷剂有可能泄漏至配设有流体回路的负荷热交换器的室内。相对于此，根据本实施方式1，压力调整阀7借助伴随着制冷剂泄漏的水压的上升而进行动作，因而能够在短时间内切断流路。因此能够抑制制冷剂向水回路30泄漏的泄漏量。

压力调整阀7在连接中间热交换器4的输出口和负荷热交换器8的输入口的配管处，夹设在中间热交换器4的输出口与空气抽出阀11之间。因此防止泄漏到水回路30的水的制冷剂到达空气抽出阀11。其结果，防止制冷剂泄漏至室内。

此外，通过在压力调整阀7切断水的流路，水回路30中的水的流动停止，止回阀10也成为关闭状态。其结果，防止从中间热交换器4泄漏并流入的制冷剂从压力调整阀7和止回阀10向负荷热交换器8侧流动，并防止制冷剂到达空气抽出阀11和制冷剂到达负荷安全阀12。因此，能够抑制制冷剂向室内空间的泄漏。另外，能够抑制在负荷热交换器8、遍布室内的配管以及配管彼此的焊接部流动的水的压力上升。因此，能够抑制超过负荷热交换器8、室内的配管以及配管的焊接部的耐压导致的包含制冷剂的水泄漏。

实施方式2

图8是本发明的实施方式2的空调机的构成图。在本实施方式2中与实施方式1的不同点在于：将室外安全阀13与从将中间热交换器4和压力调整阀7连接的配管分支的配管连接。该室外安全阀13的工作压力即开阀压力与压力调整阀7的遮蔽板74的工作压力即压力调整阀7的流体切断压力相同，或比压力调整阀7的流体切断压力高。换言之，压力调整阀7的流体切断压力为室外安全阀13的工作压力以下。另外，优选室外安全阀13的开阀压力比遮蔽板74的工作压力高。另外，优选室外安全阀13和从室外安全阀13延伸的排水口设置于室外等开放空间、地面面积较大的房间。

在本实施方式2中，制热运转、制冷运转以及除霜运转分别以与上述的实施方式1相同的方式实行，因此省略说明。对制冷剂从中间热交换器4向水回路30泄漏的情况的实施方式2的空调机1的动作进行说明。图9是表示在实施方式2的空调机的制热运转时发生制冷剂泄漏时的制冷剂和水的流动的图。在图9中，实线的箭头表示制冷剂的流动，虚线表示水的流动。若制冷剂从中间热交换器4向水回路30泄漏，并且在水回路30循环的水的压力上升，则压力调整阀7动作，切断水的流路的方式与上述的实施方式1的方式相同。在本实施方式2中，在制冷剂泄漏后，若水回路30中的水的压力持续上升，并超过室外安全阀13的工作压力，则室外安全阀13将水和制冷剂向开放空间排放。这样，水回路30的压力会逐渐下降。因水回路30的压力下降室外安全阀13关闭，从而停止水和制冷剂向开放空间的排放。

根据本实施方式2，将室外安全阀13设置于从将中间热交换器4和压力调整阀7连接的配管分支出的配管。因此，防止从中间热交换器4的破损部分流入的制冷剂到达室内空间，并且能够抑制对连接止回阀10和中间热交换器4的配管、和连接中间热交换器4和压力调整阀7的配管施加的压力的上升。此外，在制冷剂泄漏时会抑制对这些配管施加的压力的上升，因此能够对压力调整阀7、止回阀10以及将这些与中间热交换器4连接的配管使用对背压的耐力较低的部件。即，对压力调整阀7、止回阀10以及将这些与中间热交换器4连接的配管无需准备特别规格的部件，比较经济。

附图标记说明：1…空调机；2…压缩机；3…四通阀；4…中间热交换器；5…膨胀阀；6…热源热交换器；7…压力调整阀；7A…机械空间；7B…通水部；7BA…入口侧通水部；7BB…出口侧通水部；7C…承受部；8…负荷热交换器；9…泵；10…止回阀；11…空气抽出阀；12…负荷安全阀；13…室外安全阀；20…制冷剂回路；30…水回路；71…隔膜；72…轴；73…螺旋弹簧；74…遮蔽板；75…内壁；75A…开口部。

Claims

1.一种热泵装置，其特征在于，具备：

制冷剂回路，其通过配管将压缩机、热源热交换器、膨胀机构以及中间热交换器依次连接并供制冷剂循环；

流体回路，其通过配管将所述中间热交换器、负荷热交换器以及止回阀依次连接并供流体循环；

压力调整阀，其在所述流体回路中与将所述中间热交换器的输出口和所述负荷热交换器的输入口连接的配管连接；以及

空气抽出阀，其将所述流体回路内的空气向所述流体回路内的外部排出，并与从将所述中间热交换器的输出口和所述负荷热交换器的输入口连接的配管分支的配管连接，

所述压力调整阀构成为：若所述制冷剂泄漏至所述流体且所述流体的压力上升，则切断所述流体的流路，并且该压力调整阀夹设在所述中间热交换器的输出口与所述空气抽出阀之间，

所述热泵装置还具备：

负荷安全阀和室外安全阀，若所述流体回路内的压力上升，则该负荷安全阀和室外安全阀开放，将所述流体向所述流体回路的外部排出，来抑制所述流体回路内的压力上升，

在从所述止回阀输入至所述中间热交换器的输入口、并从所述中间热交换器的输出口至所述压力调整阀的所述流体的循环方向上，所述负荷安全阀与从所述热泵装置的流入侧附近分支的配管连接，

在所述循环方向上，所述室外安全阀与从所述止回阀和所述压力调整阀之间分支的配管连接，并且工作压力即开阀压力与所述压力调整阀的流体切断压力相同、或者比所述压力调整阀的流体切断压力高，

若所述制冷剂泄漏至所述流体而所述流体回路内的压力上升，在所述压力调整阀切断所述流体的流路后，若所述流体回路内的压力持续上升，并超过所述室外安全阀的工作压力，则将包含所述制冷剂的所述流体从所述室外安全阀排出。

2.根据权利要求1所述的热泵装置，其特征在于，

所述压力调整阀具有：

流通部，其供所述流体流动；

所述流体不流入的空间；

内壁，其将所述流通部的流入侧与流出侧隔开；

隔膜，其配设于所述流入侧，将所述空间与所述流路隔开，并且根据压力进行位移；

遮蔽机构，其与所述隔膜的位移联动地移动，以便对形成于所述内壁的开口部进行开放和遮蔽；以及

弹簧，其对所述隔膜施加作用力而使所述隔膜位移，以使所述遮蔽机构向不遮蔽所述开口部的位置移动，

设定所述弹簧的所述作用力，以便在所述制冷剂未泄漏的状态下，所述隔膜借助所述作用力克服所述流体的压力而位移，以使所述开口部不被所述遮蔽机构遮蔽，在所述制冷剂泄漏的状态下，所述隔膜借助因所述制冷剂泄漏而上升的所述流体的压力克服所述作用力而位移，以使所述开口部被所述遮蔽机构遮蔽。

3.根据权利要求2所述的热泵装置，其特征在于，

所述遮蔽机构具有：长条部件的轴，其配设为被所述隔膜支承并且插通所述开口部，且一方的前端位于所述流出侧，另一方的前端位于所述空间内；和遮蔽板，其配设于所述轴的所述一方的前端，

所述弹簧在所述空间内卷绕于所述轴，

在所述制冷剂未泄漏的状态下，所述隔膜借助所述弹簧的作用力克服所述流体的压力而向接近所述开口部的方向位移，并且所述轴与所述隔膜的位移联动地移动，由此使所述遮蔽板定位于离开所述开口部的位置，

在所述制冷剂泄漏的状态下，所述隔膜借助因所述制冷剂泄漏而上升的所述流体的压力，克服所述弹簧的作用力而向离开所述开口部的方向位移，所述轴与所述隔膜的位移联动地移动，由此使所述遮蔽板定位于遮蔽所述开口部的位置。

4.根据权利要求1所述的热泵装置，其特征在于，

所述压力调整阀的流体切断压力设定为所述室外安全阀的工作压力以下。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的热泵装置，其特征在于，

在所述制冷剂回路循环的制冷剂是可燃性的，在所述流体回路循环的流体是不可燃的。