CN113498468B - 制冷循环装置 - Google Patents

Abstract

本发明具备：压缩器，其具有注入口，并排出压缩后的制冷剂；空气热交换器，其使空气与制冷剂进行热交换；第一膨胀阀；水热交换器，其使水与制冷剂进行热交换；流路切换装置，其设置于压缩机的制冷剂的排出侧，能够切换为使从压缩机排出的制冷剂流入水热交换器的第一状态、和使从压缩机排出的制冷剂流入空气热交换器的第二状态；注入配管，其从位于将水热交换器与第一膨胀阀连接起来的制冷剂配管的分支部分支，并与注入口连接；第二膨胀阀，其设置于注入配管；以及内部热交换器，其使在水热交换器与分支部之间流动的制冷剂、与在注入配管中从第二膨胀阀流出的制冷剂进行热交换，分支部在流路切换装置以第一状态运转时的制冷剂的流动方向上，设置于内部热交换器的下游侧、且在第一膨胀阀的上游侧。

Description

制冷循环装置

技术领域

本发明涉及具备水热交换器的制冷循环装置。

背景技术

以往，公知有具备使在制冷循环回路中循环的制冷剂与水进行热交换的水热交换器的制冷循环装置。例如，在专利文献1中公开有将压缩机、四通阀、水热交换器、第一减压装置、空气热交换器通过配管连接而成的制冷循环回路。在该专利文献1的制冷循环回路中，在水热交换器与第一减压装置之间设置有作为第一内部热交换器的中压储液器。而且，在中压储液器中，在水热交换器与第一减压装置之间流动的制冷剂、与在空气热交换器与压缩机之间流动的制冷剂进行热交换。另外，设置有注入回路，该注入回路从中压储液器与第一减压装置之间分支，经由第二减压装置向压缩机注入制冷剂。还设置有第二内部热交换器，该第二内部热交换器使在中压储液器与第一减压装置之间流动的制冷剂、与注入回路中在第二减压装置与压缩机之间流动的制冷剂进行热交换。这样，在专利文献1中，通过使流入作为第一内部热交换器的中压储液器的气液两相制冷剂与压缩机的吸入侧的制冷剂进行热交换，从而成为液体制冷剂。之后，使该液体制冷剂分支到注入回路。

专利文献1：日本特许第5042058号公报

在专利文献1中，为了使由中压储液器液化后的制冷剂流入注入回路，而调整构成第二减压装置的电子膨胀阀的开度，能够稳定地控制流入压缩机的注入口的制冷剂量。但是，为了简化制冷循环装置的构造，期望不使用中压储液器，就能够稳定地进行对流入压缩机的注入口的制冷剂量的控制的制冷循环装置。

发明内容

本发明是以上述课题为背景的，提供一种不使用中压储液器，就能够使流入压缩机的注入口的制冷剂量的控制的稳定性提高的制冷循环装置。

本发明所涉及的制冷循环装置具备：压缩机，其具有注入口，并排出压缩后的制冷剂；空气热交换器，其使空气与上述制冷剂进行热交换；第一膨胀阀；水热交换器，其使水与上述制冷剂进行热交换；流路切换装置，其设置于上述压缩机的上述制冷剂的排出侧，能够切换为使从上述压缩机排出的制冷剂流入上述水热交换器的第一状态、和使从上述压缩机排出的制冷剂流入上述空气热交换器的第二状态；注入配管，其从位于将上述水热交换器与上述第一膨胀阀连接起来的制冷剂配管的分支部分支，并与上述注入口连接；第二膨胀阀，其设置于上述注入配管；以及内部热交换器，其使在上述水热交换器与上述分支部之间流动的上述制冷剂、与在上述注入配管中从上述第二膨胀阀流出的上述制冷剂进行热交换，上述分支部在上述流路切换装置以上述第一状态运转时的制冷剂的流动方向上，设置于上述内部热交换器的下游侧、且在上述第一膨胀阀的上游侧。

根据本发明，在使从压缩机排出的制冷剂流入水热交换器的运转状态下的制冷剂的流动方向上，使从内部热交换器的下游侧分支的制冷剂流入注入配管。即，在内部热交换器中从水热交换器朝向第一膨胀阀流动的制冷剂与在注入配管的第二膨胀阀被减压后的制冷剂进行热交换而液化，该液化后的制冷剂流入注入配管。由于能够使液体制冷剂流入注入配管，所以能够使用第二膨胀阀来稳定地控制向压缩机的注入口流入的制冷剂量。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的制冷循环装置100的构成图。

图2是说明实施方式1所涉及的制冷循环装置100的运转控制的流程图。

图3是比较例所涉及的制冷循环装置100R的构成图。

图4是比较例所涉及的制冷循环装置100R的制热运转时的莫里尔图。

图5是比较例所涉及的制冷循环装置100R的制冷剂量不足的状态下的制热运转时的莫里尔图。

图6是说明实施方式1所涉及的制冷循环装置100的制热运转时的制冷剂的状态的莫里尔图。

图7是说明实施方式1所涉及的制冷循环装置100的制冷剂量不足的状态下的制热运转时的制冷剂的状态的莫里尔图。

图8是实施方式1所涉及的制冷循环装置100的延长配管9、10较长的情况下的制热运转时的制冷剂的状态的莫里尔图。

图9是实施方式2所涉及的制冷循环装置100的构成图。

图10是说明实施方式2所涉及的目标排出过热度SHdm的调整控制的流程图。

具体实施方式

以下，对将本发明所涉及的制冷循环装置应用于空调装置的实施方式进行说明。本发明并不限定于以下实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变形。另外，本发明包含以下各实施方式所示的结构中的可组合的结构的所有的组合。另外，在各附图中，标注相同的附图标记的部分是相同的或相当的部分，这在说明书的全文中是通用的。此外，在各附图中，有时各构成部件的相对的尺寸关系或形状等与实际情况不同。

实施方式1

图1是实施方式1所涉及的制冷循环装置100的构成图。制冷循环装置100具备压缩机1、流路切换装置2、空气热交换器3、第一膨胀阀6、内部热交换器5以及水热交换器4，并通过制冷剂配管7将这些连接起来。压缩机1具有注入口16。在注入口16连接有从位于内部热交换器5与第一膨胀阀6之间的分支部15分支的注入配管17。在注入配管17设置有第二膨胀阀18。另外，制冷循环装置100具有控制压缩机1、流路切换装置2、第一膨胀阀6以及第二膨胀阀18的控制装置24，温度传感器21以及压力传感器22。

水热交换器4收容于室内机102并设置于空调对象空间。压缩机1、流路切换装置2、空气热交换器3、第一膨胀阀6以及内部热交换器5收容于室外机101。将在制冷循环装置100中供制冷剂流动的整个配管总称为制冷剂配管7。将制冷剂配管7中的将水热交换器4与第一膨胀阀6连接起来的配管称作第一制冷剂配管8来进行区别。存在设置于室内等空调对象空间的具有水热交换器4的室内机102与室外机101设置在分开的场所的情况。将制冷剂配管7中的将室内机102与室外机101之间连接起来的配管称为延长配管9以及延长配管10。延长配管9是制冷剂配管7中的将流路切换装置2与水热交换器4连接起来的配管的一部分。延长配管10是制冷剂配管7中的将水热交换器4与内部热交换器5连接起来的配管的一部分。延长配管9经由接头11与室内机102连接，并经由接头12与室外机101连接。延长配管10经由接头13与室内机102连接，并经由接头14与室外机101连接。

压缩机1通过由控制装置24输出的驱动频率的信号来控制旋转速度，压缩并排除吸入后的制冷剂。压缩机1具有与压缩室内连通的注入口16。

流路切换装置2是组合多个阀而构成的装置，根据多个阀的开闭状态，切换制冷剂流动的方向。流路切换装置2能够切换为使从压缩机1排出的制冷剂流入水热交换器4的第一状态、和使从压缩机1排出的制冷剂流入空气热交换器3的第二状态。在流路切换装置2处于第一状态时，形成将从空气热交换器3流出的制冷剂吸入压缩机1的流路。在流路切换装置2处于第二状态时，形成将从水热交换器4流出的制冷剂吸入压缩机1的流路。在图1中，以实线箭头显示第一状态时的制冷剂的流动，以虚线箭头显示第二状态时的制冷剂的流动。

空气热交换器3使制冷剂与空气进行热交换。从设置于空气热交换器3的附近的送风机对空气热交换器3输送空气。空气热交换器3在流路切换装置2处于第一状态时作为制冷剂的蒸发器发挥功能，在流路切换装置2处于第二状态时作为制冷剂的冷凝器发挥功能。

第一膨胀阀6使制冷剂膨胀而减压。第一膨胀阀6的阀开度能够调节。第一膨胀阀6例如为电子控制式膨胀阀。

水热交换器4使在水配管30中流动的水与制冷剂进行热交换。水配管30例如是用于供地暖等间接式的空调的水进行流动的配管。本实施方式的水热交换器4作为向间接式的空调供给热能或冷能的热源发挥功能。水热交换器4在流路切换装置2处于第一状态时作为制冷剂的冷凝器发挥功能，在流路切换装置2处于第二状态时作为制冷剂的蒸发器发挥功能。

内部热交换器5使在第一制冷剂配管8中流动的制冷剂、与在注入配管17中在第二膨胀阀18的下游侧中流动的制冷剂进行热交换。

注入配管17是从第一制冷剂配管8中的位于内部热交换器5与第一膨胀阀6之间的分支部15分支的配管。注入配管17与压缩机1的注入口16连接。分支部15在流路切换装置2处于第一状态时，即在水热交换器4作为制冷剂的冷凝器发挥功能的运转状态下，位于比内部热交换器5靠下游侧，且比第一膨胀阀6靠上游侧的位置。在流路切换装置2处于第二状态时，即在空气热交换器3作为制冷剂的冷凝器发挥功能的运转状态下，分支部15位于第一膨胀阀6的下游侧且内部热交换器5的上游侧的位置。

第二膨胀阀18使制冷剂膨胀而减压。第二膨胀阀18的阀开度能够调节。第二膨胀阀18例如为电子控制式膨胀阀。第二膨胀阀18在注入配管17中，设置于比内部热交换器5靠制冷剂的流动方向的上游侧，即内部热交换器5与分支部15之间。

温度传感器21设置于压缩机1的排出侧的制冷剂配管7，检测从压缩机1排出的制冷剂的温度。

压力传感器22设置于压缩机1的排出侧的制冷剂配管7，检测从压缩机1排出的制冷剂的压力。

控制装置24控制压缩机1的驱动频率，第一膨胀阀6的开度以及第二膨胀阀18的开度。控制装置24由专用的硬件、或具有存储程序以及控制数据的存储器以及执行程序的CPU(Central Processing Unit)的微型计算机构成。在控制装置24为专用的硬件的情况下，控制装置24相当于例如单一回路、复合回路、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、或组合这些而成的装置。控制装置24所实现的各功能部既可以分别由单独的硬件实现，也可以由一个硬件实现各功能部。

向控制装置24输入温度传感器21的检测值和压力传感器22的检测值。控制装置24基于压力传感器22检测到的压缩机1的排出制冷剂的压力，得到制冷剂的高压饱和温度。而且，取得根据高压饱和温度、与由温度传感器21检测到的压缩机1的排出制冷剂的温度之差而计算出的制冷剂的排出过热度SHd。控制装置24基于排出过热度SHd来控制第二膨胀阀18的开度。

接下来，对制冷循环装置100的动作的概要进行说明。制冷循环装置100进行制热运转和除霜运转。更优选的是，制冷循环装置100进行制冷运转。

＜制热运转＞

制热运转时的制冷剂的流动在图1中由实线箭头显示。流路切换装置2在制热运转时被切换为第一状态。以下，对向压缩机1注入制冷剂时的动作进行说明。

从压缩机1排出的高温高压的气体制冷剂经由流路切换装置2以及延长配管9而流入水热交换器4的制冷剂流路。在制热运转时，水热交换器4作为冷凝器发挥功能。即，在水热交换器4中，进行在制冷剂流路中流动的制冷剂、与在水配管30中流动的水的热交换，制冷剂的冷凝热向水散热。由此，在水热交换器4的制冷剂流路中流动的制冷剂冷凝而成为高压的液体制冷剂。另外，在水热交换器4的水流路中流动的水被来自制冷剂的散热加热。

在水热交换器4冷凝后的高压的制冷剂经由延长配管10流入内部热交换器5。这里，从在制热运转时的制冷剂的流动方向上位于内部热交换器5的下游侧的第一制冷剂配管8的分支部15分支出注入配管17。流入注入配管17的制冷剂被第二膨胀阀18减压，成为气液两相制冷剂并流入内部热交换器5。在内部热交换器5中，在第一制冷剂配管8中朝向分支部15流动的制冷剂与在第二膨胀阀18被减压的气液两相制冷剂进行热交换，被过冷却而成为液体状态。即，在从水热交换器4流出并流入内部热交换器5的第一制冷剂配管8中流动的制冷剂与在内部热交换器5中在第二膨胀阀18被减压的制冷剂进行热交换，由此成为液体状态，液体状态的制冷剂流入注入配管17。

由于能够使液体状态的制冷剂流入注入配管17的第二膨胀阀18，所以能够稳定地控制从第二膨胀阀18排出的制冷剂量。例如，在从注入配管17流入第二膨胀阀18的制冷剂为气液两相状态的情况下，从第二膨胀阀18排出的制冷剂量会根据气相和液相的比例而变动。但是，根据本实施方式，由于液体状态的制冷剂流入第二膨胀阀18，所以能够使与第二膨胀阀18的开度对应的所期望的制冷剂量从第二膨胀阀18排出。

从第二膨胀阀18排出的气液两相的制冷剂在内部热交换器5与制冷剂进行热交换，由此干燥度上升。在注入配管17中流动并流出内部热交换器5的气液两相的制冷剂从注入口16流入压缩机1的压缩室。压缩机1被从注入口16流入的两相制冷剂冷却，但由于所注入的制冷剂是干燥度较高的制冷剂，所以能够抑制压缩机1的排出温度的过度降低，并且使在水热交换器4中循环的制冷剂量增加。由此，能够得到较高的制热能力。

在第一制冷剂配管8中不向注入配管17流入而朝向第一膨胀阀6流动的制冷剂被第一膨胀阀6减压而成为低压的两相制冷剂，并向空气热交换器3流入。在制热运转时，空气热交换器3作为蒸发器发挥功能。在空气热交换器3内流通的制冷剂与空气热交换器3的周围的空气进行热交换，制冷剂的蒸发热从空气吸热。由此，流入空气热交换器3的制冷剂蒸发而成为低压的气体制冷剂。低压的气体制冷剂经由流路切换装置2被吸入压缩机1。

被吸入压缩机1的制冷剂与从注入口16流入的制冷剂合流，被压缩而成为高温高压的气体制冷剂。在制热运转中，连续地重复以上循环。

例如，在－15℃左右的较低的外部空气温度的环境下，进行目标水温50℃左右的高负荷制热运转的情况下，从压缩机1排出的制冷剂的温度变高。若排出制冷剂的温度变高，例如超过120℃，则会导致构成压缩机1以及其周边的部件的树脂部件以及金属部件的强度降低。为了避免这样的现象而确保制冷循环装置100的可靠性，优选使干燥度小于1的制冷剂向压缩机1的吸入侧返回。在本实施方式中，在内部热交换器5中，利用在注入配管17的第二膨胀阀18被减压后的制冷剂，对在第一制冷剂配管8中朝向空气热交换器3流动的制冷剂进行过冷却。即，被过冷却后的制冷剂被供给至作为蒸发器发挥功能的空气热交换器3。因此，能够改善作为蒸发器发挥功能的空气热交换器3的温度效率。通过向压缩机1注入制冷剂，能够抑制压缩机1的制冷剂的排出温度的过度的上升，使干燥度为1左右的制冷剂向压缩机1的吸入侧返回。

＜除霜运转＞

在制热运转时作为蒸发器发挥功能的空气热交换器3的表面可能附着有霜。特别是，在空气热交换器3配置于室外的情况下，若外部空气温度较低，则霜容易附着于空气热交换器3。若霜附着于空气热交换器3，则导致制热能力的降低以及性能系数的降低。为了避免这样的现象，用于融化附着于空气热交换器3的表面的霜的运转是除霜运转。除霜运转时的制冷剂的流动在图1中由虚线箭头所示。在除霜运转时，流路切换装置2被切换为第二状态，进行所谓的反向循环的运转。以下，对向压缩机1注入制冷剂时的动作进行说明。

从压缩机1排出的高温高压的气体制冷剂经由流路切换装置2流入空气热交换器3。在除霜运转时，空气热交换器3作为冷凝器发挥功能。即，在空气热交换器3中，在内部流通的制冷剂的冷凝热向附着于空气热交换器3的表面的霜散热。由此，在空气热交换器3的内部流通的制冷剂冷凝而成为高压的液体制冷剂。另外，附着于空气热交换器3的表面的霜通过来自制冷剂的散热而熔融。

在空气热交换器3冷凝后的高压的液体制冷剂向第一膨胀阀6流入。流入第一膨胀阀6的制冷剂被减压而作为低压的两相制冷剂从第一膨胀阀6排出。

从第一膨胀阀6排出的低压的制冷剂的一部分在第一制冷剂配管8中流动，并向内部热交换器5流入。从第一膨胀阀6排出的低压的制冷剂的剩余部分从分支部15向注入配管17流入，并通过第二膨胀阀18进一步减压。在内部热交换器5中，在第一制冷剂配管8中流动的制冷剂与在第二膨胀阀18被减压后的制冷剂进行热交换，被过冷却而成为液体状态。作为液体制冷剂，从内部热交换器5流出而在第一制冷剂配管8中流动的制冷剂经由延长配管10而流入水热交换器4的制冷剂流路。另一方面，在第二膨胀阀18被减压后的两相制冷剂在内部热交换器5与制冷剂进行热交换后，从注入口16流入压缩机1的压缩室。

在除霜运转时，水热交换器4作为蒸发器发挥功能。即，在水热交换器4中，进行在制冷剂流路中流动的制冷剂、与在水配管30中流动的水的热交换，制冷剂的蒸发热从水被吸热。由此，在水热交换器4的制冷剂流路中流动的制冷剂蒸发而成为低压的气体制冷剂。该气体制冷剂经由延长配管9以及流路切换装置2，被吸入压缩机1。

被吸入压缩机1的制冷剂与从注入口16流入的制冷剂合流，被压缩而成为高温高压的气体制冷剂。在除霜运转中，连续地重复以上循环。

＜制冷运转＞

在制冷运转时，第二膨胀阀18的开度为0，即被控制为全闭状态。因此，制冷剂不在注入配管17中流动，制冷剂不被注入到压缩机1。其他制冷剂的流动与除霜运转时相同。

＜运转控制＞

接下来，对制冷循环装置100的运转控制进行说明。图2是说明实施方式1所涉及的制冷循环装置100的运转控制的流程图。在本实施方式中，图2所示的运转控制由控制装置24执行。

在步骤S1中，判定制冷循环装置100的运转状态。若为制热运转，则进入到步骤S2，若为除霜运转，则进入到步骤S12，若为制冷运转，则进入到步骤S14。

在制热运转的情况下(步骤S2)，在步骤S3中，计算排出过热度SHd。排出过热度SHd通过从由压缩机1排出的制冷剂的温度减去高压饱和温度来计算。在本实施方式中，排出制冷剂的温度由温度传感器21检测。在控制装置24中，例如将排出制冷剂的压力和与其对应的高压饱和温度相关联地存储，与由压力传感器22检测到的排出制冷剂的压力对应的高压饱和温度的值用于排出过热度SHd的计算。

在步骤S4中，判定第二膨胀阀18的当前的开度是否大于0，即第二膨胀阀18是否打开。在第二膨胀阀18的当前的开度大于0的情况下(在步骤S4；是)，进入到步骤S5。在第二膨胀阀18的当前的开度不大于0的情况下，即在第二膨胀阀18为全闭状态的情况下(步骤S4；否)，进入到步骤S6。

在步骤S5中，计算第二膨胀阀18的开度目标值。第二膨胀阀18的开度目标值通过下式(1)计算。

开度目标值＝当前的开度+(SHd－SHdm)×α···(1)

这里，目标排出过热度SHdm为排出过热度SHd的目标值。α为修正系数。修正系数α根据制冷循环装置100的规格而设定。

目标排出过热度SHdm未必是一个值，可以取某个范围的值。例如，在制冷剂为R32或R410A的情况下，能够取10℃～40℃的范围的值。并且，也可以是由压缩机1的压力传感器22检测出的排出制冷剂的压力越大，则将目标排出过热度SHdm的值设为越大。若这样将目标排出过热度SHdm的值设为较大，则参照式(1)可知，第二膨胀阀18的开度目标值成为较小的值。通过缩小第二膨胀阀18的开度，能够在内部热交换器5中增大在第一制冷剂配管8中流动的制冷剂的过冷却度，因此能够增大空气热交换器3的制冷剂的入口与出口之间的比焓差。此外，随着由压力传感器22检测出的排出制冷剂的压力越大，既可以将目标排出过热度SHdm的值设为直线地增大的值，也可以将目标排出过热度SHdm的值设为阶段性地增大的值。

在步骤S6中，将第二膨胀阀18的开度目标值设定为初始值。制热运转开始时的第二膨胀阀18的开度为0。因此，在开始制热运转后的第一次的步骤S4中的判定为否，在步骤S6中设定第二膨胀阀18的开度目标值作为初始值(大于0)。

在步骤S7中，判定与上次执行步骤S7时相比压缩机1的频率是否产生变动。在压缩机1产生变动的情况下(步骤S7；是)，进入到步骤S8，在未产生变动的情况下(步骤S7；否)，进入到步骤S9。此外，在开始制热运转后第一次执行步骤S7时，并不存在成为比较对象的频率，因此步骤S7为否。

在步骤S8中，修正在步骤S5或步骤S6中设定的第二膨胀阀18的开度目标值。第二膨胀阀18的开度目标值例如通过下式(2)修正。

修正后的开度目标值＝修正前的开度目标值+(1－上次的频率/当前的频率)×β···(2)

这里，β为修正系数。修正系数β根据制冷循环装置100的规格而设定。

在步骤S9中，将第二膨胀阀18的开度控制为开度目标值，并保持该状态X秒。X秒的具体的值不限定，例如为60秒。在维持第二膨胀阀18的开度的X秒期间，如图1所示，制冷剂在注入配管17中流动，向注入口16注入制冷剂。在步骤S5中设定了第二膨胀阀18的开度目标值的情况下，在步骤S9的执行中，排出过热度SHd接近目标排出过热度SHdm。另外，在步骤S8中修正了第二膨胀阀18的开度目标值的情况下，在步骤S9的执行中，更稳定地控制排出过热度SHd的值。若经过了X秒，则进入到步骤S10。

在步骤S10中，判定是否运转结束，若运转未结束(步骤S10；否)，则返回到步骤S1。若运转结束(步骤S10；是)，则进入到步骤S11。

在步骤S11中，将第二膨胀阀18的开度设定为0。即，第二膨胀阀18被控制为全闭状态。这样，成为制冷剂在注入配管17中不流动的状态。接着，停止运转。

在除霜运转的情况下(步骤S12)，在步骤S13中，第二膨胀阀18的开度目标值设定为除霜运转用的值。第二膨胀阀18的开度的除霜运转用的值设为比制热运转时的第二膨胀阀18的开度目标值的大的值。这样，由于除霜运转时的高压制冷剂的饱和温度与水的融解温度相等，所以与制热运转时相比，高压制冷剂(排出制冷剂)的压力较低，伴随于此，注入口16的压力也进一步降低。

此外，为了确保压缩机1的可靠性，也可以将第二膨胀阀18的开度目标值设为排出过热度SHd不低于10℃的值。具体而言，例如，接着步骤S13，与步骤S3同样地计算排出过热度SHd。而且，根据该排出过热度SHd的值，修正第二膨胀阀18的开度目标值。

若在步骤S13中设定了第二膨胀阀18的开度目标值，则进入到步骤S9。步骤S9以后的处理如上所述。

在制冷运转的情况下(步骤S14)，在步骤S15中，将第二膨胀阀18的开度设定为0。即，第二膨胀阀18被控制为全闭状态。制冷剂不在注入配管17中流动，制冷剂不被注入到压缩机1。这样在制冷运转时，不进行向压缩机1的注入，由此抑制由压缩机1的压力脉动而引起的输入增加，因此能够改善制冷循环装置100的性能系数。

此外，在图2中，说明了在制热运转时进行向压缩机1的制冷剂的注入。但在，在低负荷状态下进行制热运转时，也可以使第二膨胀阀18为全闭状态而不进行向压缩机1的制冷剂的注入。这样，通过不进行向压缩机1的注入，从而抑制由压缩机1的压力脉动而引起的输入增加，因此能够改善制冷循环装置100的性能系数。

＜制冷循环装置100的作用＞

接下来，对本实施方式的制冷循环装置100的作用进行说明。在本实施方式中，如上述那样，使在制热运转时的制冷剂的流动方向从内部热交换器5的下游侧分支的制冷剂流入注入配管17。为了对本实施方式的作用进行说明，首先，对比较例所涉及的制冷循环装置100R以及其莫里尔图进行说明。

图3是比较例所涉及的制冷循环装置100R的构成图。对构成制冷循环装置100R的部件中的与图1所示的部件对应的结构标注由与图1相同的数字和下标R构成的附图标记。另外，在图3中，由实线箭头显示制热运转时的制冷剂的流动。制冷循环装置100R在制热运转时的制冷剂的流动方向上，在水热交换器4R的下游侧且是内部热交换器5R的上游侧，设置有分支部15R。在水热交换器4R的下游侧且是分支部15R的上游侧，设置有第三膨胀阀19R。

图4是比较例所涉及的制冷循环装置100R的制热运转时的莫里尔图。在图4中，点A、B、C、D、E、F分别显示图3中的点A、B、C、D、E、F的制冷剂的状态。从压缩机1R排出的制冷剂(点A)在水热交换器4R中在高压状态下冷凝(点B)。从水热交换器4R流出的高压低温的制冷剂在第三膨胀阀19R被减压(点C)。从第三膨胀阀19R排出的制冷剂中的一部分在第一制冷剂配管8R中流动而流入内部热交换器5R，剩余部分流入注入配管17R而被第二膨胀阀18R减压(点E)。在内部热交换器5R中在第一制冷剂配管8R中流动的制冷剂通过与在注入配管17R中流动的制冷剂的热交换而被过冷却，从而比焓减少。在图4中，在内部热交换器5R中在第一制冷剂配管8R中流动的制冷剂的状态变化表现为从点C向点D的状态变化。另一方面，在内部热交换器5R中在注入配管17R中流动的制冷剂通过与在第一制冷剂配管8R中流动的制冷剂的热交换，从而比焓增加。在图4中，在内部热交换器5R中在注入配管17R中流动的制冷剂的状态变化表现为从点E向点F的状态变化。

在比较例所涉及的制冷循环装置100R的情况下，若为理想的运转状态，则如图4所示那样，制冷剂的状态转变。但是，在制冷剂量不足的情况下，不能稳定地进行图4所示的状态的运转。制冷循环装置100R所需的制冷剂量因延长配管9R以及延长配管10R的长度而不同。而且，延长配管9R以及延长配管10R的长度因设置有制冷循环装置100R的环境而不同，所封入的制冷剂量也可以在制冷循环装置100R的设置时任意地设定。这样，也考虑到制冷循环装置100R的制冷剂量不足的情况。

图5是比较例所涉及的制冷循环装置100R的制冷剂量不足的状态下的制热运转时的莫里尔图。在制冷剂量不足的情况下，流入注入配管17R的制冷剂(点C)成为两相状态，经由注入配管17R流入注入口16R的制冷剂量不稳定。因此，点E-F间以及点C-D间的制冷剂量不稳定，伴随于此，点A-B间的制冷剂量也不稳定。这里，在点A-B间的比焓差以及作为冷凝器的水热交换器4R的制冷剂循环量是制热能力。这样，在比较例的制冷循环装置100R中，若成为图5所示的运转状态，则空调对象空间的舒适性降低，并且能量效率降低。

图6是说明实施方式1所涉及的制冷循环装置100的制热运转时的制冷剂的状态的莫里尔图。在图6中，点A、B、C、D、E分别显示图1中的点A、B、C、D、E的制冷剂的状态。在紧接着开始注入而打开第二膨胀阀18之后，在内部热交换器5中，在第一制冷剂配管8中流动的制冷剂、与在注入配管17中流动的制冷剂的热交换并不充分，因此实质上点C与点B的制冷剂的状态相同的。但是，若继续注入，则如图6所示，从水热交换器4流出并朝向分支部15而在内部热交换器5中流动的制冷剂成为被过冷却的点C的状态。使过冷却后的点C的制冷剂流入注入配管17，能够使注入到压缩机1的制冷剂量稳定。由此，能够使作为冷凝器的水热交换器4的制冷剂循环量稳定。

图7是说明实施方式1所涉及的制冷循环装置100的制冷剂量不足的状态下的制热运转时的制冷剂的状态的莫里尔图。即使在制冷循环装置100的制冷剂量不足的情况下，如上述那样，流出水热交换器4并朝向分支部15而在内部热交换器5中流动的制冷剂成为被过冷却后的点C的状态，并向注入配管17流入。因此，即使在制冷剂量不足的情况下，制冷循环装置100也能够发挥稳定的制热能力，能够抑制舒适性以及能量效率的降低。

图8是说明实施方式1所涉及的制冷循环装置100的延长配管9、10较长的情况下的制热运转时的制冷剂的状态的莫里尔图。在图8中，对具备比图6，7所示的例子长的延长配管9、10的情况下的作用进行说明。

若延长配管9、10变长，则在延长配管9、10中流动的过程中的制冷剂的压力损失也变大。若对流出水热交换器4而进入延长配管10之前的点B的制冷剂的压力、和经由延长配管10通过内部热交换器5后的点C的制冷剂的压力进行比较，则点C的制冷剂的压力变低。这里，在由图3～图5所示的比较例所涉及的结构的情况下，如上述那样，流入注入配管17R的制冷剂为两相状态。因此，难以用第二膨胀阀18R稳定地控制供给至注入口16R的制冷剂量。但是，根据本实施方式，在制热运转时的制冷剂的流动方向上，在内部热交换器5的下游侧且是第一膨胀阀6的上游侧，设置有使注入配管17从第一制冷剂配管8分支的分支部15。因此，如图8所示，能够使从分支部15流入注入配管17的制冷剂成为液体状态。因此，即使在延长配管9、10较长的情况下，也难以产生从注入口16注入到压缩机1的制冷剂量的稳定性的降低，能够使作为冷凝器的水热交换器4的制冷剂循环量稳定。

另外，图1中的点A的排出过热度SHd受到延长配管9、10的长度的影响。因此，通过调整第二膨胀阀18的开度来控制目标排出过热度SHdm的值，能够确保压缩机1的可靠性，供给稳定的制热能力，并且能够实现稳定度较高的制冷循环。

接下来，对除霜运转时的作用进行说明。如图1所示，在除霜运转时的制冷剂的流动方向上，从位于比内部热交换器5靠上游侧的位置的分支部15分支出注入配管17。因此，能够使在内部热交换器5被过冷却之前的两相状态的制冷剂经由注入配管17流入压缩机1的注入口16。若使通过了内部热交换器5之后的制冷剂流入注入配管17，则在通过内部热交换器5的过程中产生了压力损失的制冷剂流入注入配管17，被注入的制冷剂量也降低。但是，在本实施方式中，能够使未产生因通过内部热交换器5而引起的压力损失的制冷剂流入注入配管17。由此，能够使在作为除霜对象的空气热交换器3中循环的制冷剂量增加，从而缩短除霜时间。若除霜时间延长，则在水热交换器4中与低温的制冷剂进行热交换的水配管30的水温降低，水配管30冻结，有可能导致冷循环装置100的故障。但是，根据本实施方式，在除霜运转时，能够增加在空气热交换器3中循环的制冷剂量而缩短除霜时间，因此能够抑制水热交换器4的冻结。

如以上说明那样，本实施方式所涉及的制冷循环装置100具有：压缩机1，其具有注入口16，并排出压缩后的制冷剂；空气热交换器3，其使空气与制冷剂进行热交换；第一膨胀阀6；以及水热交换器4，其使水与制冷剂进行热交换。在压缩机1的制冷剂的排出侧设置有流路切换装置2，该流路切换装置2能够切换为使从压缩机1排出的制冷剂流入水热交换器4的第一状态、和使从压缩机1排出的制冷剂流入空气热交换器3的第二状态。另外，设置有注入配管17，该注入配管17从位于将水热交换器4与第一膨胀阀6连接起来的第一制冷剂配管8的分支部15分支，并与注入口16连接。在注入配管17设置有第二膨胀阀18。另外，设置有内部热交换器5，该内部热交换器5使在水热交换器4与分支部15之间流动的制冷剂、与在注入配管17中流动并在第二膨胀阀18膨胀后的制冷剂进行热交换。并且，从第一制冷剂配管8向注入配管17分支的分支部15在流路切换装置2以第一状态运转时的制冷剂的流动方向上，设置于内部热交换器5的下游侧且是第一膨胀阀6的上游侧。

根据本实施方式，在使从压缩机1排出的制冷剂流入水热交换器4的运转状态下的制冷剂的流动方向上，使从内部热交换器5的下游侧分支的制冷剂流入注入配管17。即，能够使在内部热交换器5中从水热交换器4朝向第一膨胀阀6流动时与在注入配管17的第二膨胀阀18被减压后的制冷剂热交换而液化后的制冷剂流入注入配管17。由于能够使液体制冷剂流入注入配管17，所以能够使用第二膨胀阀18稳定地控制向压缩机1的注入口16流入的制冷剂量。

另外，控制装置24控制第二膨胀阀18的开度，使得在流路切换装置2以第一状态运转的制热运转时，通过温度传感器21的检测值以及压力传感器22的检测值而得到的排出过热度SHd接近目标排出过热度SHdm。因此，无论是在延长配管9、10的长度因制冷循环装置100的设置环境而不同的情况下，还是在制冷循环装置100的制冷剂量不同的情况下，都能够得到稳定的制热能力。

实施方式2

在本实施方式中，对在实施方式1中说明的目标排出过热度SHdm的其他控制方法进行说明。另外，在本实施方式中，除目标排出过热度SHdm的其他控制方法之外，也对除霜运转时的第二膨胀阀18的开度控制的其他例子进行说明。本实施方式可以与实施方式1组合使用。在本实施方式中，以与实施方式1的不同点为中心进行说明。

图9是实施方式2所涉及的制冷循环装置100的构成图。在本实施方式的制冷循环装置100设置有第一水温传感器25。第一水温传感器25设置于水配管30的水热交换器4的出口侧。第一水温传感器25检测从水热交换器4流出的水的温度。即，第一水温传感器25检测在水热交换器4中，与制冷剂热交换后的水的温度。第一水温传感器25检测到的值被输入到控制装置24。控制装置24基于输入的第一水温传感器25的检测值，如后述那样调整目标排出过热度SHdm。

并且，在本实施方式的制冷循环装置100设置有第二水温传感器26。第二水温传感器26设置于水配管30的水热交换器4的入口侧。第二水温传感器26检测向水热交换器4流入的水的温度。即，第二水温传感器26检测在水热交换器4中与制冷剂进行热交换之前的水的温度。第二水温传感器26检测到的值被输入到控制装置24。控制装置24基于被输入的第二水温传感器26的检测值，如后述那样控制除霜运转时的第二膨胀阀18的开度。

＜目标排出过热度SHdm的调整＞

在上述的实施方式1中，在制热运转中，对在图2的步骤S5计算第二膨胀阀18的开度目标值的情况进行说明。而且，在式子(1)例示有在第二膨胀阀18的开度目标值的计算时，使用目标排出过热度SHdm的情况。在本实施方式中，对使用从水热交换器4流出的水的温度来调整该目标排出过热度SHdm的情况进行说明。图10是对实施方式2所涉及的目标排出过热度SHdm的调整控制进行说明的流程图。

在步骤S20中，设定目标排出过热度SHdm的初始值，并进入到步骤S21。

在步骤S21中，判定流出水热交换器4的水的温度的目标值亦即目标水温的值、与第一水温传感器25的检测值之差是否为第一阈值以上。第一阈值的具体的值不限定，但例如为3℃。若差为第一阈值以上(步骤S21；是)，则进入到步骤S22，若差小于第一阈值(步骤S21；否)，则进入到步骤S25。

在步骤S22中，将目标排出过热度SHdm向下修正。但是，需要使目标排出过热度SHdm不低于下限值。因此，在步骤S23中，对在步骤S22中设定的目标排出过热度SHdm与下限值进行比较，若目标排出过热度SHdm低于下限值(步骤S23；是)，则在步骤S24将目标排出过热度SHdm变更为下限值。若目标排出过热度SHdm不低于下限值(步骤S23；否)，则进入到步骤S29。目标排出过热度SHdm的下限值例如为10℃。

这样，通过在步骤S22～S24中使目标排出过热度SHdm降低，从而参照实施方式1所示的式子(1)可知，能够增大第二膨胀阀18的开度目标值。若增大第二膨胀阀18的开度，则压缩机1的排出过热度SHd降低，因此压缩机1的输入增加。这里，在步骤S21中，所谓目标水温与第一水温传感器25的检测值之差大于第一阈值的情况，可以说是通过水配管30从水热交换器4向空调对象空间供给的水的温度远低于目标值的状况。即，是制冷循环装置100所需求的制热能力不足的状况。因此，通过增大第二膨胀阀18的开度来增加注入到压缩机1的制冷剂量，能够增加制热能力。由此，能够向空调对象空间供给所希望的温度的水。

在步骤S25中，判定目标水温的值与第一水温传感器25的检测值之差是否低于第二阈值。第二阈值是小于第一阈值的值。第二阈值的具体的值不限定，例如，在第一阈值为3℃的情况下第二阈值为1.5℃。若差小于第二阈值(步骤S25；是)，则进入到步骤S26，若差为第二阈值以上(步骤S25；否)，则进入到步骤S29。

在步骤S26中，将目标排出过热度SHdm向上修正。但是，需要使目标排出过热度SHdm不超过上限值。因此，在步骤S27中，若在步骤S26设定的目标排出过热度SHdm超过上限值(步骤S27；是)，则在步骤S28将目标排出过热度SHdm变更为上限值。若目标排出过热度SHdm未超过上限值(步骤S27；否)，则进入到步骤S29。目标排出过热度SHdm的上限值例如为35℃。

这样，通过在步骤S26～S28中使目标排出过热度SHdm上升，从而参照实施方式1所示的式子(1)可知，能够减小第二膨胀阀18的开度目标值。若减小第二膨胀阀18的开度，则注入到压缩机1的制冷剂量减少。这里，所谓在步骤S25中目标水温与第一水温传感器25的检测值之差小于第二阈值的情况下，可以说是通过水配管30从水热交换器4向空调对象空间供给的水的温度接近目标值的状况。即，制冷循环装置100的制热能力满足或接近所需求的制热能力的状况。因此，通过减小第二膨胀阀18的开度而使注入到压缩机1的制冷剂量减少，能够使制冷循环装置100的性能系数提高。

在步骤S29中，当前的目标排出过热度SHdm的值被保持Y秒。在该Y秒期间，使用在步骤S29保持的目标排出过热度SHdm的值，进行图2所示的步骤S5的第二膨胀阀18的开度的目标值的计算。

在步骤S30中，判定运转是否结束，若运转未结束(步骤S30；否)，则向步骤S21返回。若运转结束(步骤S30；是)，则停止运转。

此外，在图10所示的目标排出过热度SHdm的调整处理中，不使用图9所示的第二水温传感器26的检测值。因此，在以目标排出过热度SHdm的调整为目的的情况下，也可以不设置第二水温传感器26。

＜除霜运转时的第二膨胀阀18的开度控制＞

在上述的实施方式1中，对在除霜运转中，在图2的步骤S13中将第二膨胀阀18的开度目标值设定为除霜运转用的值的情况进行了说明。以下，对进一步使用第二水温传感器26的检测值来控制除霜运转时的第二膨胀阀18的开度目标值的例子进行说明。

接着图2的步骤S13，将第二水温传感器26的检测值与阈值进行比较。若第二水温传感器26的检测值比阈值低，则控制装置24增大第二膨胀阀18的开度。在第二水温传感器26的检测值比阈值低的情况下，在水热交换器4中与低温制冷剂进行了热交换的水低温化，若除霜时间延长，则水在水配管30内容易冻结。因此，增大第二膨胀阀18的开度，增加向压缩机1注入的制冷剂量，从而增加在空气热交换器中流动的制冷剂量。由此，能够提高除霜能力来缩短除霜时间。因此，能够抑制水热交换器4中的水的冻结。

此外，在实施方式1、2中，对将本发明的制冷循环装置应用于空调装置的例子进行了说明，但本发明的制冷循环装置也可以应用于将在水热交换器4由制冷剂加热的温水供给到使用者的热水供给装置。

附图标记说明

1...压缩机；1R...压缩机；2...流路切换装置；3...空气热交换器；4...水热交换器；4R...水热交换器；5...内部热交换器；5R...内部热交换器；6...第一膨胀阀；7...制冷剂配管；8...第一制冷剂配管；8R...第一制冷剂配管；9...延长配管；9R...延长配管；10...延长配管；10R...延长配管；11...接头；12...接头；13...接头；14...接头；15...分支部；15R...分支部；16...注入口；16R...注入口；17...注入配管；17R...注入配管；18...第二膨胀阀；18R...第二膨胀阀；19R...第三膨胀阀；21...温度传感器；22...压力传感器；24...控制装置；25...第一水温传感器；26...第二水温传感器；30...水配管；100...制冷循环装置；100R...制冷循环装置；101...室外机；102...室内机。

Claims (3)

1.一种制冷循环装置，其特征在于，具备：

压缩机，其具有注入口，并排出压缩后的制冷剂；

空气热交换器，其使空气与所述制冷剂进行热交换；

第一膨胀阀；

水热交换器，其使水与所述制冷剂进行热交换；

流路切换装置，其设置于所述压缩机的所述制冷剂的排出侧，能够切换为使从所述压缩机排出的制冷剂流入所述水热交换器的第一状态、和使从所述压缩机排出的制冷剂流入所述空气热交换器的第二状态；

注入配管，其从位于将所述水热交换器与所述第一膨胀阀连接起来的制冷剂配管的分支部分支，并与所述注入口连接；

第二膨胀阀，其设置于所述注入配管；

内部热交换器，其使在所述水热交换器与所述分支部之间流动的所述制冷剂、与在所述注入配管中从所述第二膨胀阀流出的所述制冷剂进行热交换；

室外机，其收容所述空气热交换器以及所述内部热交换器；

室内机，其收容所述水热交换器；

延长配管，其连接所述室外机与所述室内机，为连接所述水热交换器与所述内部热交换器的制冷剂配管的一部分；

温度传感器，其检测从所述压缩机排出的所述制冷剂的温度；

压力传感器，其检测从所述压缩机排出的所述制冷剂的压力；

控制装置，在所述流路切换装置以所述第一状态运转时，所述控制装置基于所述温度传感器的检测值以及所述压力传感器的检测值，来控制所述第二膨胀阀的开度；以及

水温传感器，该水温传感器检测从所述水热交换器流出的水的温度，

所述分支部在所述流路切换装置以所述第一状态运转时的制冷剂的流动方向上，设置于所述内部热交换器的下游侧、且在所述第一膨胀阀的上游侧，

所述控制装置以使根据所述温度传感器的检测值以及所述压力传感器的检测值而得到的排出过热度接近目标排出过热度的方式来控制所述第二膨胀阀的开度，

在所述水温传感器的检测值、与从所述水热交换器流出的水的温度的目标值之差为第一阈值以上的情况下，所述控制装置使所述目标排出过热度的值降低，在所述差小于所述第一阈值的情况下，所述控制装置使所述目标排出过热度的值上升，

所述控制装置对应于所述第一状态和所述第二状态来设定所述第二膨胀阀的开度目标值，

所述第二状态下的所述开度目标值被设定为比所述第一状态下的所述开度目标值大的值。

2.根据权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于，

所述压力传感器的检测值的值越大，所述控制装置将所述目标排出过热度的值设为越大的值。

3.权利要求1或2所述的制冷循环装置，其特征在于，

所述控制装置将所述流路切换装置在所述第一状态下、且所述水热交换器作为所述制冷剂的冷凝器发挥功能的制热运转时的所述第二膨胀阀的开度控制为比所述流路切换装置在所述第二状态下、且所述空气热交换器作为所述制冷剂的冷凝器发挥功能的除霜运转时的所述第二膨胀阀的开度小的值。

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