CN111819404A - 制冷制热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的制冷制热系统具备：制冷用热交换部(50)，其在制冷时，使从压缩机(21)排出并且在热源侧热交换器(22)液化的制冷剂在到达减压装置(32)前呈螺旋状地旋转，利用制冷剂的加速现象使该制冷剂过冷却；以及制热用热交换部(60)，其在制热时，使从压缩机(21)排出并且在用户侧热交换器(31)液化的制冷剂在经过减压装置(32)后且是在到达热源侧热交换器(22)前呈螺旋状地旋转，利用制冷剂的加速现象使该制冷剂局部气化，制热用热交换部的制热用螺旋细管(61)以使其流路比制冷用热交换部的制冷用螺旋细管(52)的流路粗的方式形成。

Description

制冷制热系统
技术领域
本发明涉及一种制冷制热系统，该制冷制热系统使用螺旋细管和螺旋粗管，来改善能量效率。
背景技术
以往，公知有一种制冷制热系统，其将具备压缩机、四通阀、热源侧热交换器的热源侧单元和具备用户侧热交换器的用户侧单元借助单元间配管连接为环状，从而能够制冷制热。
在这种结构中，提出在单元间配管将两根螺旋管串联地连接，从而改善能量效率的提案(例如，参照专利文献1。)
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-122363号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，上述以往的技术只能改善制冷时的能量效率，制热时的能量效率的改善并不充分。
因此，本发明的目的在于，解决上述以往的技术具有的问题，并且提供一种高效的制冷制热系统。
用于解决问题的方案
本发明的制冷制热系统包括：具备压缩机、热源侧热交换器的热源侧单元；和具备用户侧热交换器的用户侧单元的制冷制热系统，其特征在于，所述制冷制热系统具备：制冷用热交换部，其在制冷时，使自所述压缩机排出并且在所述热源侧热交换器液化的制冷剂在到达减压装置前呈螺旋状地旋转，利用制冷剂的加速现象使该制冷剂过冷却；以及制热用热交换部，其在制热时，使自所述压缩机排出并且在所述用户侧热交换器液化的制冷剂在经过所述减压装置后且是在到达所述热源侧热交换器前呈螺旋状地旋转，利用制冷剂的加速现象使该制冷剂局部气化，所述制热用热交换部的制热用螺旋细管以使其流路比所述制冷用热交换部的制冷用螺旋细管的流路粗的方式形成。
本发明也可以是，所述制冷用热交换部具备制冷用螺旋粗管，该制冷用螺旋粗管使到达制冷用螺旋细管前的制冷剂呈螺旋状地旋转，利用制冷剂的加速现象使该制冷剂过冷却。
本发明也可以是，所述制热用热交换部具备制热用螺旋粗管，该制热用螺旋粗管使经过制热用螺旋细管的制冷剂呈螺旋状地旋转，利用制冷剂的加速现象使该制冷剂局部气化。
在本发明中，在制冷时，自压缩机排出的制冷剂在热源侧热交换器液化，并且向制冷用热交换部流入。制冷用热交换部例如是串联地连接两个螺旋管而构成的，具有螺旋状的制冷剂流路，在该两个流路内，制冷剂受到自转旋转，增加流速地流动，由此被过冷却。
进行了各种验证试验，结果发现在本结构的制冷用热交换部中流动的过程中，制冷剂自转旋转并且加速，从而被过冷却。
即，明确了经过制冷用热交换部的制冷剂与在不包含制冷用热交换部的以往的循环中在液管中流动的制冷剂相比，几乎完全液化。几乎完全液化的制冷剂在减压装置被减压，并且向用户侧热交换器流入。在本发明中，制冷剂被过冷却，几乎完全液化并被减压，与其相应地，与以往相比，能量效率显著提高。与以往相比能够实现例如16％的节能化。
在本发明中，在制热时，自压缩机排出的制冷剂在用户侧热交换器中被液化，在减压装置中被减压，并且向制热用热交换部流入。
制热用热交换部例如是串联地连接两个螺旋管而构成的，并且具有螺旋状的制冷剂流路，在该两个流路内，制冷剂受到自转旋转，增加流速地流动。此时，制冷剂局部气化。制热用螺旋细管以使其流路比制冷用螺旋细管的流路粗的方式形成，因此在制热用螺旋细管的内部的温度降低被抑制，保持比较高的温度向热源侧热交换器流入。因此，热源侧热交换器的出口的制冷剂温度比较高，以该状态被吸入压缩机，因此能量效率改善。
本发明也可以是，所述制冷用热交换部的流速被设定为所述热源侧热交换器的流速的2倍以上，所述制热用热交换部的流速被设定为所述用户侧热交换器的流速的2倍以上。
本发明也可以是，所述制冷用热交换部和所述制热用热交换部是将具有与所述压缩机的排出容量相对应地设定的内径的管路卷绕为螺旋状而构成的。
本发明也可以具备热交换单元，该热交换单元一体地容纳所述制冷用热交换部和所述制热用热交换部。
发明的效果
本发明的制冷制热系统在制冷时和制热时都能够进行高效的运转。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的回路结构图。
图2是表示本发明的另一实施方式的回路结构图。
图3是表示本发明的又一实施方式的回路结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。
在图1中，附图标记10表示制冷制热系统。该制冷制热系统10具备热源侧单元20和用户侧单元30，各单元20、30之间通过供制冷剂循环的单元间配管40连接起来。
热源侧单元20包含压缩机21、四通阀24、热源侧热交换器22，并且这些各个设备21、22、24和连接各设备21、22、24的配管配置于单元20内。用户侧单元30包含用户侧热交换器31，并且设备31和配管配置于单元30内。
在本实施方式中，热源侧单元20配置于屋外，用户侧单元30配置于建筑物的墙壁上部(或屋顶)。这些各个单元20、30通过单元间配管40连接起来，并且单元间配管40具备液管41和气管42。在液管41，在位于热源侧热交换器22与减压装置32之间的管路，并联地连接有制冷用热交换部50和制热用热交换部60。
制冷用热交换部50在制冷运转时供制冷剂流动。制冷用热交换部50具备：制冷用螺旋粗管51，其对于在制冷时从压缩机21排出并且在热源侧热交换器22液化的制冷剂，在该制冷剂到达减压装置32前，利用制冷剂的加速现象使该制冷剂冷却；以及制冷用螺旋细管52，其利用制冷剂的加速现象使经过制冷用螺旋粗管51的制冷剂过冷却。附图标记53是开闭阀。
该制冷用热交换部50具备通过向制冷剂赋予自转旋转从而增加制冷剂的流速来使制冷剂过冷却的功能。
因此，如果是能够对制冷剂赋予自转旋转从而增加制冷剂的流速的结构，则只要具有螺旋状的制冷剂流路即可，例如，也可以设为在内部具备螺旋状的制冷剂流路的块状构造体。
制热用热交换部60在制热运转时供制冷剂流动。制热用热交换部60具备：制热用螺旋细管61，其对于在制热时从压缩机21排出并且在用户侧热交换器31液化的制冷剂，在该制冷剂经过减压装置32后到达热源侧热交换器22前，利用制冷剂的加速现象使该制冷剂局部气化；以及制热用螺旋粗管62，其利用制冷剂的加速现象使经过制热用螺旋细管61的制冷剂局部气化。附图标记63是开闭阀。
该制热用热交换部60具备通过向制冷剂赋予自转旋转从而增加制冷剂的流速来使制冷剂局部气化的功能。
因此，如果是能够对制冷剂赋予自转旋转从而增加制冷剂的流速的结构，则只要具有螺旋状的制冷剂流路即可，例如，也可以设为在内部具备螺旋状的制冷剂流路的块状构造体。
制冷用螺旋粗管51和制热用螺旋粗管62是将粗管卷绕为螺旋状的形态，设定为流路面积相等且长度也相等。其内径、卷绕圈数根据压缩机21的排出容量、制冷制热系统的冷冻能力等各种规格来决定，但内径允许达到2～150mm，内径优选为2～50mm。
在本实施方式中，单独地设置制冷用螺旋粗管51和制热用螺旋粗管62，但也可以设为，这些粗管共用1根螺旋粗管。在该情况下，在制冷时、制热时，制冷剂都在1根螺旋粗管中流动。在设为1根螺旋粗管的情况下，能够使制冷剂回路的结构简化。
制冷用螺旋细管52和制热用螺旋细管61是将细管卷绕为螺旋状的形态，设定为长度相等。
其内径、卷绕圈数根据压缩机21的排出容量、制冷制热系统的冷冻能力等各种规格来决定，但螺旋细管52、61的内径设定得比螺旋粗管51、62的内径细。例如，在将减压装置32的节流直径设为1mm左右的情况下，制冷用螺旋细管52的内径优选为8～12mm，制热用螺旋细管61的内径优选为15～33mm。
在本实施方式中，制热用螺旋细管61的内径设定得比制冷用螺旋细管52的内径大。
其内径、卷绕圈数根据压缩机21的排出容量、制冷制热系统的冷冻能力等各种规格来决定，但例如，在制冷用螺旋细管52的内径设定为8～12mm的情况下，制热用螺旋细管61的内径为15～33mm。
在本实施方式中，制冷用螺旋细管52和制热用螺旋细管61各有1根，但螺旋细管52、61也可以是将卷绕为螺旋状的2根螺旋细管并联地连接的形态。另外，也可以是将3根以上螺旋细管并联地连接的形态。
螺旋细管52、61也可以是将卷绕方向不同而卷绕为螺旋状的2根螺旋细管串联地连接的形态，也可以是将其进一步并联地连接的形态。螺旋细管52、61的供制冷剂经过的部分的截面面积(多根并联地连接的情况下，是多根的截面面积的合计)比螺旋粗管51、62的截面面积小。
接下来，对本实施方式的作用进行说明。
<制冷时>
在制冷时，将四通阀24切换为用虚线表示的制冷位置，并且将开闭阀63关闭，将开闭阀53打开。当驱动压缩机21时，制冷剂如虚线的箭头所示的那样，按照四通阀24、热源侧热交换器22、将两根螺旋管串联地连接而成的制冷用热交换部50的顺序流动，在经过用户侧热交换器31后，返回压缩机21。
在制冷时，从压缩机21排出高温(40℃以上)、高压(0.6MPa以上)的气体状的制冷剂，制冷剂到达热源侧热交换器22，并且在此处液化。在热源侧热交换器22液化的制冷剂由于制热用热交换部60的开闭阀63被关闭，制冷用热交换部50的开闭阀53被打开，因此进入制冷用螺旋粗管51。从制冷剂流路的截面面积来看，以热源侧热交换器22为基准，制冷用螺旋粗管51的截面面积比热源侧热交换器22的截面面积小。
当制冷剂进入制冷用热交换部50的制冷用螺旋粗管51时，由于压缩机21的吸引作用等，制冷剂加速(称为制冷剂的加速现象)，伴随着减压以及焓减少，液化量增加而几乎都被液化。
在制冷用螺旋粗管51的排出侧成为中压的液态制冷剂。在制冷用螺旋粗管51内温度降低的主要原因是，在制冷用螺旋粗管51内，作为热能量的制冷剂的焓向速度能量转换，制冷剂的焓减少，导致静温降低的现象的发生。
制冷用螺旋粗管51内的流速在本制冷制热系统的设计上优选设定为热源侧热交换器22内的流速的2倍以上。
在制冷用螺旋粗管51成为中压的液态制冷剂的制冷剂进入制冷用螺旋细管52。当几乎都被液化的制冷剂进入制冷用螺旋细管52时，由于压缩机21的吸引作用等，制冷剂加速(称为制冷剂的加速现象)，伴随着减压以及焓减少，液化制冷剂被过冷却。在制冷用螺旋细管52的排出侧，被减压并且被冷却而成为低温的液体，并且压力也降低而成为低压液。
制冷用螺旋细管52内的温度降低的主要原因与制冷用螺旋粗管51内的温度降低相同，也是作为热能量的制冷剂的焓向速度能量转换，焓减少，导致静温降低的现象的发生。制冷用螺旋细管52内的流速在本制冷制热系统的设计上优选为热源侧热交换器22内的流速的2倍以上，并且为制冷用螺旋粗管51内的流速以上。
被制冷用螺旋细管52过冷却而成为低温液体的制冷剂到达减压装置32，在此处减压，并且被送向用户侧热交换器31。在用户侧热交换器31，通过等压、等温膨胀的吸热，制冷剂蒸发，由此制冷循环完成。
在本实施方式中，在制冷时，在制冷用螺旋粗管51、制冷用螺旋细管52内，制冷剂受到自转旋转，增加流速地流动，由此被过冷却。
进行了各种验证试验，结果发现在本结构的制冷用热交换部50中流动的过程中，制冷剂自转旋转并且加速，从而被过冷却。即，明确了经过制冷用热交换部50的制冷剂与在不包含制冷用热交换部50的以往的循环中在液管41中流动的制冷剂相比，几乎完全液化。几乎完全液化的制冷剂在减压装置32被减压，并且向用户侧热交换器31流入。
在本实施方式中，在制冷用热交换部50中，制冷剂被过冷却，几乎完全液化并被减压，与其相应地，与以往相比，能量效率显著提高。与以往相比能够实现例如16％的节能化。
制冷用热交换部50的螺旋状的流路优选为从上游朝向下游慢慢地形成为细径。但是，慢慢地成为细径在生产技术上是困难的。因此，在本实施方式中，在生产技术上，为了成为容易制造的形态，采用两根串联的螺旋管51、52，在该情况下，下游的螺旋管52由比上游的螺旋管51的直径细的螺旋管构成。
在该构造中，下游的螺旋管52起到节流的功能，产生使制冷剂减压的缺点。例如，当下游的螺旋管52的内径成为上游的螺旋管51的50％以下的内径时，由于过于节流而产生的缺点变大。下游的螺旋管52的内径优选为上游的螺旋管51的内径的50％以上。
<制热时>
在制热时，将四通阀24切换为实线的制热位置，并且将开闭阀63打开，将开闭阀53关闭。当驱动压缩机21时，制冷剂如实线的箭头所示的那样，按照四通阀24、用户侧热交换器31、减压装置32、将两个螺旋管串联地连接而成的制热用热交换部60的顺序流动，在经过热源侧热交换器22后，返回压缩机21。
在制热时，当从压缩机21排出高温(40℃以上)、高压(0.6MPa以上)的气体状的制冷剂时，在用户侧热交换器31，制冷剂液化。
在用户侧热交换器31液化的制冷剂经过减压装置32而进入制热用螺旋细管61。从制冷剂流路的截面面积来看，以用户侧热交换器31为基准，制热用螺旋细管61的截面面积比用户侧热交换器31的截面面积小。
当进入制热用螺旋细管61时，由于压缩机21的吸引作用等，制冷剂加速(称为制冷剂的加速现象)，伴随着减压以及焓减少，制冷剂局部气化。
此时，制热用螺旋细管61的内径设定得比制冷用螺旋细管52的内径大，因此与将制热用螺旋细管61的内径和制冷用螺旋细管52的内径相等地设置的情况相比较，在不会过多地降低温度的情况下局部气化。
在制热用螺旋细管61的排出侧，成为中压的局部气化的制冷剂。制热用螺旋细管61内的温度降低的主要原因是，在制热用螺旋细管61内作为热能量的制冷剂的焓向速度能量转换，制冷剂的焓减少，导致静温降低的现象的发生。
制热用螺旋细管61内的流速在本制冷制热系统的设计中优选设定为用户侧热交换器31内的流速的2倍以上。
在制热用螺旋细管61局部气化的制冷剂进入制热用螺旋粗管62。当进入制热用螺旋粗管62时，由于压缩机21的吸引作用等，制冷剂加速(称为制冷剂的加速现象)，伴随着减压以及焓减少，制冷剂局部气化。在制热用螺旋粗管62的排出侧，压力降低而成为低压的气体制冷剂。
制热用螺旋粗管62内的温度降低的主要原因与制热用螺旋细管61内的温度降低相同，也是作为热能量的制冷剂的焓向速度能量转换，焓减少，导致静温降低的现象的发生。
利用制热用螺旋粗管62而成为低温的气体制冷剂被送向热源侧热交换器22。在该热源侧热交换器22，通过等压、等温膨胀的吸热，制冷剂蒸发，由此制热循环完成。
在本实施方式中，制热用螺旋细管61的内径形成为比作为基准的制冷用螺旋细管52的内径粗。
在将各热交换部50、60并联地设置的情况下，首先，以将制冷运转时的过冷却设为何种程度为基准，来决定制冷用螺旋细管52的内径。接下来，制热用螺旋细管61的内径以上述决定的制冷用螺旋细管52的内径为基准，比该内径粗地形成。
在以往的制冷制热系统(例如，参照专利文献1。)中存在如下问题，制热用螺旋细管61的内径和制冷用螺旋细管52的内径相等地设定，因此即使在制冷时能够进行高效的运转，在制热时在制热用螺旋细管61内减压时制冷剂的温度也会过多地降低。这是由于制冷制热系统的设计是考虑制冷时的过冷却的程度而设计的。
在本实施方式中，在制热时，在两个螺旋管61、62内，制冷剂受到自转旋转，增加流速地流动。此时，在螺旋管61、62内制冷剂局部气化。
在此，制热用螺旋细管61以使其流路比制冷用螺旋细管52的流路粗的方式形成，因此在制热用螺旋细管61的内部的温度降低被抑制，保持比较高的温度向热源侧热交换器22流入。因此，热源侧热交换器22的出口的制冷剂温度比较高，以该状态被吸入压缩机21，因此制热运转时的能量效率改善。
图2表示另一实施方式。在图2中，对与图1相同的结构的部分标注相同的附图标记来表示，并且省略说明。
在本实施方式中，制冷制热系统10被分割为热源侧单元20、用户侧单元30、以及热交换单元70。在该热交换单元70，一体地容纳有制冷用热交换部50和制热用热交换部60。
并且，热源侧单元20和用户侧单元30通过上述单元间配管40连接起来，热源侧单元20和热交换单元70通过连结配管71、72连接起来。
在本实施方式中，例如，在已经设置由热源侧单元20和用户侧单元30构成的以往的制冷制热系统的情况下，能够利用后安装工程简单地构筑本制冷制热系统10。
作为后安装工程，切断以往的制冷制热系统中的热源侧热交换器22与减压装置32之间的配管，新准备热交换单元70，利用连结配管71、72，连接热源侧单元20和热交换单元70即可。该后安装工程能够极其简单地进行。
在本实施方式中，在热交换单元70一体地容纳有制冷用热交换部50和制热用热交换部60，但不限定于此，也可以是，制冷用热交换部50和制热用热交换部60不容纳于热交换单元70，而是以暴露于外部的状态配置于热源侧单元20的外部。
在图1的实施方式中，制冷用热交换部50由2根螺旋管51、52构成，制热用热交换部60由2根螺旋管61、62构成，但不限定于此。
图3表示又一实施方式。在图3中，对与图1相同的结构的部分标注相同的附图标记来表示，并且省略说明。
在该实施方式中，制冷用热交换部50由1根制冷用螺旋细管52构成。另外，制热用热交换部60由1根制热用螺旋细管61构成。并且，制热用螺旋细管61的内径形成为比制冷用螺旋细管52的内径粗。例如，螺旋细管52的内径优选为8～12mm，在制冷用螺旋细管52的内径设定为8～12mm的情况下，制热用螺旋细管61的内径是15～33mm。
在本实施方式中，在制冷时，当制冷剂进入制冷用螺旋细管52时，由于压缩机21的吸引作用等，制冷剂加速(称为制冷剂的加速现象)，伴随着减压以及焓减少，液化制冷剂被过冷却。在制冷用螺旋细管52的排出侧，被减压并且被冷却而成为低温的液体，并且压力也降低而成为低压液。因此，制冷运转的能量效率提高。
另外，在制热时，当制冷剂进入制热用螺旋细管61时，由于压缩机21的吸引作用等，制冷剂加速(称为制冷剂的加速现象)，伴随着减压以及焓减少，制冷剂局部气化。此时，制热用螺旋细管61的内径设定为比制冷用螺旋细管52的内径大，因此与使制热用螺旋细管61的内径与制冷用螺旋细管52的内径相等的情况相比较，在不会过多地降低温度的情况下局部气化。
因此，向压缩机21返回的气体制冷剂的温度比较高，因此使制热循环的效率提高。
在本实施方式中，能够确保制冷时的效率，在制热时也能确保效率，无论在制冷、制热时，都能够进行高效的运转。
此外，在该又一实施方式中，也可以如图2所示那样通过后安装工程构筑，但省略了图示。
以上基于一个实施方式，对本发明进行了说明，但本发明不限定于此，能够实施各种变更。本发明能够应用于例如空调装置、冷却装置、家庭用冰箱等所有制冷制热系统。
附图标记说明
10、制冷制热系统；20、热源侧单元；30、用户侧单元；40、单元间配管；21、压缩机；24、四通阀；22、热源侧热交换器；31、用户侧热交换器；41、液管；50、制冷用热交换部；60、制热用热交换部；51、制冷用螺旋粗管；52、制冷用螺旋细管；61、制热用螺旋细管；62、制热用螺旋粗管。

Claims (6)

1.一种制冷制热系统，包括：具备压缩机、热源侧热交换器的热源侧单元；和具备用户侧热交换器的用户侧单元，其特征在于，
所述制冷制热系统具备：
制冷用热交换部，其在制冷时，使自所述压缩机排出并且在所述热源侧热交换器液化的制冷剂在到达减压装置前呈螺旋状地旋转，利用制冷剂的加速现象使该制冷剂过冷却；以及
制热用热交换部，其在制热时，使自所述压缩机排出并且在所述用户侧热交换器液化的制冷剂在经过所述减压装置后且是在到达所述热源侧热交换器前呈螺旋状地旋转，利用制冷剂的加速现象使该制冷剂局部气化，
所述制热用热交换部的制热用螺旋细管以使其流路比所述制冷用热交换部的制冷用螺旋细管的流路粗的方式形成。
2.根据权利要求1所述的制冷制热系统，其特征在于，
所述制冷用热交换部具备制冷用螺旋粗管，该制冷用螺旋粗管使到达所述制冷用螺旋细管前的制冷剂呈螺旋状地旋转，利用制冷剂的加速现象使该制冷剂过冷却。
3.根据权利要求1或2所述的制冷制热系统，其特征在于，
所述制热用热交换部具备制热用螺旋粗管，该制热用螺旋粗管使经过所述制热用螺旋细管的制冷剂呈螺旋状地旋转，利用制冷剂的加速现象使该制冷剂局部气化。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的制冷制热系统，其特征在于，
所述制冷用热交换部的流速设定为所述热源侧热交换器的流速的2倍以上，所述制热用热交换部的流速设定为所述用户侧热交换器的流速的2倍以上。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的制冷制热系统，其特征在于，
所述制冷用热交换部和所述制热用热交换部是将具有与所述压缩机的排出容量相对应地设定的内径的管路卷绕为螺旋状而构成的。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的制冷制热系统，其特征在于，
该制冷制热系统具备热交换单元，该热交换单元一体地容纳所述制冷用热交换部和所述制热用热交换部。
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