DE102009014607A1

DE102009014607A1 - Kältemittelkreislaufvorrichtung

Info

Publication number: DE102009014607A1
Application number: DE102009014607A
Authority: DE
Inventors: Makoto Kariya Ikegami; Hiroshi Kariya Oshitani; Yoshiaki Kariya Takano
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2029-03-25
Also published as: JP4803199B2; CN101545690B; US20090241573A1; DE102009014607B4; US8250874B2; CN101545690A; JP2009236404A

Abstract

Ein Unterkühlungskondensator mit einem Kondensationswärmeaustauschabschnitt (283a), einem Sammelabschnitt (286) und einem Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt (283b) wird als ein Außenwärmetauscher (28) verwendet, der in einer Kühlbetriebsart als ein Strahler wirkt, so dass der COP in der Kühlbetriebsart erhöht wird. Im Gegensatz dazu ist in einer Heizbetriebsart eine Kältemittelumleitungsvorrichtung (29) bereitgestellt, die bewirkt, dass das Kältemittel derart strömt, dass es den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt umgeht, so dass der Druckabfall, der in dem Kältemittel, das den Außenwärmetauscher durchläuft, erzeugt wird, verringert wird. Dabei kann die Antriebskraft eines Kompressors verringert werden, und der COP in der Heizbetriebsart kann verbessert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kältemittelkreislaufvorrichtung, die aufgebaut ist, um fähig zu sein, zwischen einer Kühlbetriebsart zum Kühlen eines Fluids, das Wärme austauschen soll, und einer Heizbetriebsart zum Heizen eines Fluids, das Wärme austauschen soll, umzuschalten.
Eine herkömmliche Kältemittelkreislaufvorrichtung ist aufgebaut, um fähig zu sein, zwischen einer Kühlbetriebsart für ein Fluid, das Wärme austauschen soll, und einer Heizbetriebsart zum Heizen eines Fluids, das Wärme austauschen soll, umzuschalten.
Zum Beispiel ist eine für eine Fahrzeugklimaanlage verwendete Kältemittelkreislaufvorrichtung in JP-A-2005-306300 beschrieben. Die Kältemittelkreislaufvorrichtung umfasst einen nutzungsseitigen Wärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen einem Kältemittel und Luft, die als das Fluid, das Wärme austauschen soll, in einen Fahrzeugraum geblasen werden soll, einen Außenwärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft und ein Vierwegeventil als einen Strömungsdurchgangsumschaltabschnitt zum Schalten eines Kältemittelströmungsdurchgangs. Das Vierwegeventil schaltet den Kältemittelströmungsdurchgang, so dass sowohl die Kühlbetriebsart als auch die Heizbetriebsart erzielt werden können.
Insbesondere wird der Kältemittelströmungsdurchgang in der Kühlbetriebsart zum Kühlen der Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, derart geschaltet, dass der nutzungsseitige Wärmetauscher als ein Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels wirkt und der Außenwärmetauscher als ein Strahler zum Abstrahlen von Wärme des Kältemittels wirkt. In der Heizbetriebsart zum Heizen der Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, wird der Kältemittelströmungsdurchgang derart geschaltet, dass der nutzungsseitige Wärmetauscher als der Strahler wirkt und der Außenwärmetauscher als der Verdampfer wirkt.
Um den Leistungskoeffizient, das heißt, den COP, eines Kreislaufs durch Erhöhen der Kältekapazität der Kältemittelkreislaufvorrichtung zu verbessern, kann ein sogenannter Unterkühlungskondensator, der als der Strahler wirkt, für den Wärmetauscher verwendet werden.
Wie zum Beispiel in JP-A-2001-108331 beschrieben, ist der Unterkühlungskondensator ein Wärmetauscher, der einen Kondensationswärmeaustauschabschnitt zum Kondensieren des Kältemittels, einen Sammelabschnitt zum Abscheiden des aus dem Kondensationswärmetauschabschnitt strömenden Kältemittels in gasförmige und flüssige Phasen und einen Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt zum Unterkühlen von gesättigtem flüssigphasigen Kältemittel, das aus dem Sammelabschnitt strömt, umfasst. Dabei wird die Enthalpie des Kältemittels, das in den Verdampfer strömt, verringert, und die durch den Verdampfer erhaltene Kältemittelkapazität kann erhöht werden.
Wenn daher in der Kältemittelkreislaufvorrichtung von JP-A2005-306300 zum Beispiel der Unterkühlungskondensator als der Außenwärmetauscher verwendet wird, der in der Kühlbetriebsart als der Strahler wirkt, kann die Kältekapazität, die durch den nutzungsseitigen Wärmetauscher, der als der Verdampfer wirkt, erhalten wird, erhöht werden, und der COP kann verbessert werden kann.
In der Kältemittelkreislaufvorrichtung wirkt der Außenwärmetauscher in der Heizbetriebsart, in der der nutzungsseitige Wärmetauscher als der Strahler wirkt, jedoch als der Verdampfer. Wenn folglich der Unterkühlungskondensator in der Heizbetriebsart als der Außenwärmetauscher verwendet wird, kann der COP verschlechtert sein.
Der Grund wird unter Bezug auf 9 und 10 im Detail beschrieben. 9 ist ein Schemadiagramm, das einen Gesamtaufbau einer allgemeinen Kältemittelkreislaufvorrichtung zeigt, die aufgebaut ist, um fähig zu sein, zwischen der Kühlbetriebsart und der Heizbetriebsart umzuschalten. Auf die allgemeine Kältemittelkreislaufvorrichtung wird hier nachstehend als eine Testkältemittelkreislaufvorrichtung Bezug genommen. Die in 9 gezeigten jeweiligen Bezugsnummern entsprechen jeweiligen Elementen in nachstehend beschriebenen Ausführungsformen.
10 ist ein Mollierdiagramm, das einen Zustand eines Kältemittels der Testkältemittelkreislaufvorrichtung zeigt. Die Kühlbetriebsart ist durch eine durchgezogene Linie gezeigt, und die Heizbetriebsart ist durch eine gestrichelte Linie und eine Strichpunktlinie gezeigt.
In der Testkältemittelkreislaufvorrichtung schaltet, wie durch die durchgezogene Linie gezeigt, in der Kühlbetriebsart ein Vierwegeventil 41 als der Strömungsdurchgangsschaltabschnitt auf einen Kältemittelströmungsdurchgang, in dem das Kältemittel durch einen Kompressor 21, einen Außenwärmetauscher 28, eine Druckverringerungsvorrichtung 44, einen nutzungsseitigen Wärmetauscher 42 und den Kompressor 21 in dieser Reihenfolge zirkuliert wird. Im Gegensatz dazu schaltet das Vierwegeventil 41, wie durch die gestrichelte Linie gezeigt, in der Heizbetriebsart auf einen Kältemittelströmungsdurchgang, in dem das Kältemittel durch den Kompressor 21, den nutzungsseitigen Wärmetauscher 42, die Druckverringerungsvorrichtung 44, den Außenwärmetauscher 28 und den Kompressor 21 in dieser Reihenfolge zirkuliert wird.
In der Testkältemittelkreislaufvorrichtung wird der Unterkühlungskondensator mit einem Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a, einem Sammelabschnitt 286 und einem Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b als der Außenwärmetauscher 28 verwendet.
Daher kann in der Kühlbetriebsart, wie durch die durchgezogene Linie in 10 gezeigt, der Unterkühlungsgrad des Kältemittels, das aus dem Außenwärmetauscher 28 strömt, erhöht werden (ΔE), und die Enthalpiedifferenz zwischen der Enthalpie des Kältemittels auf einer Einlassseite und der Enthalpie des Kältemittels auf einer Auslassseite in dem nutzungsseitigen Wärmetauscher 42, das heißt die Kältekapazität in dem nutzungsseitigen Wärmetauscher 42 kann erhöht werden. Als ein Ergebnis kann der COP in der Kühlbetriebsart verbessert werden.
Da der Unterkühlungswärmetauscher wirkt, um das Kältemittel in der Kühlbetriebsart zu kondensieren, nimmt die Dichte des Kältemittels, das dessen Inneres durchläuft, von der Einlassseite des Unterkühlungskondensators allmählich in Richtung der Auslassseite zu. Dabei durchläuft ein flüssigphasiges Kältemittel, dessen Dichte im Vergleich zu denen eines gasphasigen Kältemittels oder eines gasförmig-flüssigen Kältemittels drastisch erhöht wird, den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b.
Daher ist die Kältemitteldurchgangsfläche in dem Unterkühlungskondensator von der Einlassseite allmählich in Richtung der Auslassseite verkleinert, und die Kältemitteldurchgangsfläche des Unterkühlungswärmetauschabschnitts 283b wird am kleinsten festgelegt. Dadurch kann eine passende Wärmeaustauschfläche erhalten werden, und die Leistung als der Kondensator selbst kann erhalten werden. Außerdem kann die Miniaturisierung des gesamten Unterkühlungskondensators erreicht werden.
In der Heizbetriebsart wird der Unterkühlungskondensator jedoch als der Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels verwendet, und das Kältemittel strömt in einem Fall, in dem der Unterkühlungskondensator als der Strahler, das heißt der Kondensator, verwendet wird, von der Auslassseite zu der Einlassseite des Kondensators. Das heißt, die Strömungsrichtung des in der Heizbetriebsart durch den Unterkühlungskondensator strömenden Kältemittels wird in Bezug auf die Strömungsrichtung des Kältemittels, das in der Kühlbetriebsart durch den Unterkühlungskondensator strömt, umgekehrt.
Daher strömt das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel in der Heizbetriebsart in den Unterkühlungswärmetauscher 283b, dessen Kältemitteldurchgang in dem Unterkühlungskondensator am kleinsten wird. Dabei kann, wie durch die gestrichelte Linie in 10 gezeigt, in der Kühlbetriebsart der Druckabfall in dem Außenwärmetauscher 28 in Bezug auf den nutzungsseitigen Wärmetauscher 42 drastisch erhöht werden.
Eine derartige Zunahme des Druckabfalls kann die Antriebskraft des Kompressors erhöhen, und der COP in der Heizbetriebsart kann verschlechtert sein.
Selbst wenn die Strömungsrichtung des in der Heizbetriebsart durch den Unterkühlungskondensator strömenden Kältemittels die gleiche wie die Strömungsrichtung des in der Kühlbetriebsart durch den Unterkühlungskondensator strömenden Kältemittels ist, kann die Verschlechterung des COP aufgrund der vorstehend beschriebenen Zunahme des Druckabfalls erzeugt werden.
Der Grund ist wie folgt. Da der Verdampfer wirkt, um das Kältemittel zu verdampfen, nimmt die Dichte des Kältemittels, das dessen Inneres durchläuft, allmählich von der Einlassseite in Richtung der Auslassseite ab. Da die Kältemitteldurchgangsfläche von der Einlassseite in Richtung der Auslassseite allmählich vergrößert ist, kann der Druckabfall im Gegensatz dazu, wie durch die Strichpunktlinie in 10 gezeigt, in dem Unterkühlungskondensator, wie vorstehend beschrieben, von der Einlassseite in Richtung der Auslassseite erhöht werden.
Angesichts der vorstehenden Punkte ist es in einer Kältemittelkreislaufvorrichtung, die aufgebaut ist, um fähig zu sein, zwischen einer Kühlbetriebsart und einer Heizbetriebsart umzuschalten, und die einen Unterkühlungskondensator verwendet, eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den COP in beiden Betriebsarten zu verbessern.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Kältemittelkreislaufvorrichtung einen Kompressor, der aufgebaut ist, um ein Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen, einen nutzungsseitigen Wärmetauscher, der aufgebaut ist, um Wärme zwischen dem Kältemittel und einem Fluid, das Wärme austauschen soll, auszutauschen, einen Außenwärmetauscher, der aufgebaut ist, um Wärme zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft auszutauschen, und einen Strömungsdurchgangsschaltabschnitt, der aufgebaut ist, um einen Kältemittelströmungsdurchgang umzuschalten. Der Strömungsdurchgangsschaltabschnitt schaltet in einer Kühlbetriebsart zum Kühlen des Fluids auf einen Kältemittelströmungsdurchgang, in dem die Wärme des von dem Kompressor ausgestoßenen Kältemittels von dem Außenwärmetauscher abgestrahlt wird und das von dem nutzungsseitigen Wärmetauscher verdampfte Kältemittel in eine Kältemittelansaugseite des Kompressors strömt, und schaltet in einer Heizbetriebsart zum Heizen des Fluids auf einen Kältemittelströmungsdurchgang, in dem die Wärme des von dem Kompressor ausgestoßenen Kältemittels von dem nutzungsseitigen Wärmetauscher abgestrahlt wird und das von dem Außenwärmetauscher verdampfte Kältemittel in die Kältemittelansaugseite des Kompressors strömt. Der Außenwärmetauscher ist derart aufgebaut, dass er einen Kondensationswärmeaustauschabschnitt zum Kondensieren des Kältemittels, einen Sammelabschnitt zum Abscheiden das aus dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt strömenden Kältemittels in Gas und Flüssigkeit und einen Unterkühlungswärmetauschabschnitt zum Unterkühlen eines aus dem Sammelabschnitt strömenden gesättigten flüssigphasigen Kältemittels, durch den das Kältemittel in der Kühlbetriebsart strömt, umfasst. Die Kältemittelkreislaufvorrichtung umfasst ferner einen Kältemittelumleitungsabschnitt, der derart aufgebaut ist, dass das Kältemittel in der Heizbetriebsart wenigstens einen Teil des Unterkühlungswärmetauschabschnitts umgeht.
Dabei wird der Außenwärmetauscher in der Kühlbetriebsart, in der der Außenwärmetauscher als der Strahler wirkt, als der Unterkühlungskondensator verwendet, und der COP kann in der Kühlbetriebsart verbessert werden.
In der Heizbetriebsart, in der der Außenwärmetauscher als der Verdampfer wirkt, bewirkt der Kältemittelumleitungsabschnitt, dass das Kältemittel derart strömt, dass es wenigstens einen Abschnitt umgeht, der in der Kühlbetriebsart als der Unterkühlungswärmetauschabschnitt wirkt. Folglich wird der Druckabfall des Kältemittels erzeugt, wenn das Kältemittel den Abschnitt durchläuft.
Daher kann in der Heizbetriebsart die Druckverringerung des Kältemittels, das in den Kompressor eingesaugt werden soll, unterdrückt werden, und der Energieverbrauch des Kompressors kann verringert werden. Als ein Ergebnis kann der COP in der Heizbetriebsart verbessert werden. Das heißt, der COP kann in beiden Betriebsarten, d. h. der Kühlbetriebsart und der Heizbetriebsart, verbessert werden.
Zum Beispiel ist eine Strömungsrichtung des Kältemittels, das in der Kühlbetriebsart durch den Außenwärmetauscher strömt, die gleiche wie eine Strömungsrichtung des Kältemittels, das in der Heizbetriebsart durch den Außenwärmetauscher strömt, und der Kältemittelumleitungsabschnitt bewirkt, dass das in den Kondensationswärmeaustauschabschnitt strömende Kältemittel in der Heizbetriebsart aus dem Sammelabschnitt strömt.
Selbst wenn der Kreislaufaufbau verwendet wird, in dem die Strömungsrichtung des Kältemittels, das in der Kühlbetriebsart durch den Außenwärmetauscher strömt, die gleiche wie die Strömungsrichtung des Kältemittels ist, die in der Heizbetriebsart durch den Außenwärmetauscher strömt, kann dabei der COP in beiden Betriebsarten verbessert werden.
Außerdem kann der Kältemittelumleitungsabschnitt eine Umleitungsrohrleitung, durch die das aus dem Sammelabschnitt strömende Kältemittel strömt, und ein Steuerventil zum Steuern eines Strömungszustands des durch die Umleitungsrohrleitung strömenden Kältemittels umfassen.
Die Bedeutung von „Steuern eines Strömungszustands des Kältemittels” umfasst einen Strömungszustand und einen Absperrzustand. Das Kältemittel strömt in dem Strömungszustand durch die Umleitungsrohrleitung und das Kältemittel in der Umleitungsrohrleitung wird in dem Absperrzustand abgesperrt.
Zum Beispiel umfasst das Steuerventil ein Umleitungsrohreitungs-Öffnungs-Schließventil zum Öffnen und Schließen der Umleitungsrohrleitung. Dabei kann der Strömungszustand des durch die Umleitungsrohrleitung strömenden Kältemittels leicht gesteuert werden.
Außerdem kann das Steuerventil ein Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil zum Öffnen und Schließen einer Hauptrohrleitung umfassen, und das Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil kann in der Hauptrohrleitung zwischen einem Endabschnitt der Umleitungsrohrleitung, der entgegengesetzt zu deren anderem mit dem Sammelabschnitt verbundenen Endabschnitt ist, und dem Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt bereitgestellt sein.
Dadurch kann es verhindern, dass das Kältemittel in der Heizbetriebsart unter Verwendung der Hauptrohrleitung zwischen dem Endabschnitt der Umleitungsrohrleitung, der entgegengesetzt zu deren anderem mit dem Sammelabschnitt verbundenen Endabschnitt ist, und dem Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt in den Unterkühlungswärmetauscher strömt.
Zum Beispiel ist eine Strömungsrichtung des Kältemittels, das in der Kühlbetriebsart durch den Außenwärmetauscher strömt, entgegengesetzt zu einer Strömungsrichtung des Kältemittels, das in der Heizbetriebsart durch den Außenwärmetauscher strömt, und der Kältemittelumleitungsabschnitt bewirkt in der Heizbetriebsart, dass das Kältemittel in den Sammelabschnitt strömt, und bewirkt, dass das in den Sammelabschnitt strömende Kältemittel aus dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt strömt.
Dabei kann, selbst wenn der Kreislaufaufbau verwendet wird, in dem die Strömungsrichtung des durch den Außenwärmetauscher strömenden Kältemittels in der Kühlbetriebsart entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung des Kältemittels ist, das in der Heizbetriebsart durch den Außenwärmetauscher strömt, der COP in beiden Betriebsarten verbessert werden.
Außerdem kann der Kältemittelumleitungsabschnitt eine Umleitungsrohrleitung, durch die das Kältemittel in den Sammelabschnitt strömt, und ein Steuerventil zum Steuern eines Strömungszustands des durch die Umleitungsrohrleitung strömenden Kältemittels umfassen.
Zum Beispiel kann das Steuerventil ein Umleitungsrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil zum Öffnen und Schließen der Umleitungsrohrleitung umfassen. Alternativ kann das Steuerventil ein Rückschlagventil umfassen, das erlaubt, dass das durch die Umleitungsrohrleitung strömende Kältemittel nur in Richtung des Sammelabschnitts strömt. Dabei kann der Strömungszustand des durch die Umleitungsrohrleitung strömenden Kältemittels leicht gesteuert werden.
Außerdem kann das Steuerventil ein Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil zum Öffnen und Schließen einer Hauptrohrleitung umfassen, und das Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil kann in der Hauptrohrleitung zwischen einem Endabschnitt der Umleitungsrohrleitung, der entgegengesetzt zu ihrem anderen mit dem Sammelabschnitt verbundenen Endabschnitt ist, und dem Unterkühlungswärmetauscher bereitgestellt sein.
Dabei kann es verhindern, dass das Kältemittel in der Heizbetriebsart unter Verwendung der Hauptrohrleitung zwischen dem Endabschnitt der Umleitungsrohrleitung, der entgegengesetzt zu ihrem anderen mit dem Sammelabschnitt verbundenen Endabschnitt ist, und dem Unterkühlungswärmetauschabschnitt in den Unterkühlungswärmetauscher strömt.
Außerdem kann wenigstens ein Teil des Kältemittelumleitungsabschnitts entlang einer Außenoberfläche des Außenwärmetauschers bereitgestellt sein oder kann integral mit einem Aufbauelement des Außenwärmetauschers aufgebaut sein. Dabei können die Miniaturisierung und die Montagefähigkeit des Außenwärmetauschers und des Kältemittelumleitungsabschnitts verbessert werden.
Alternativ kann wenigstens ein Teil des Kältemittelumleitungsabschnitts integral mit dem Außenwärmetauscher aufgebaut sein, so dass eine Temperaturänderung des Kältemittels, das den Kältemittelumleitungsabschnitt durchläuft, unterdrückt wird.
Dabei kann unterdrückt werden, dass das durch den Kältemittelumleitungsabschnitt strömende Kältemittel aufgrund der Umgebungstemperatur, in der der Kältemittelumleitungsabschnitt bereitgestellt ist, geheizt wird, und der Druckabfall, der in dem Kältemittel erzeugt wird, das durch den Kältemittelumleitungsabschnitt strömt, kann verringert werden. Daher kann der COP in der Heizbetriebsart weiter verbessert werden.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gegeben wird, deutlicher, wobei:
1 ein Schemadiagramm ist, das einen Gesamtaufbau einer Kältemittelkreislaufvorrichtung mit einer Kühlbetriebsart und einer Heizbetriebsart gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
2 eine Querschnittansicht ist, die einen Außenwärmetauscher gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ein schematisches Diagramm ist, das einen Gesamtaufbau einer Kältemittelkreislaufvorrichtung mit einer Kühlbetriebsart und einer Heizbetriebsart gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
4 ein Schemadiagramm ist, das einen Gesamtaufbau einer Kältemittelkreislaufvorrichtung zeigt, die als eine Klimaanlage gemäß einer dritten Ausführungsform verwendet wird;
5 eine Querschnittansicht ist, die einen Außenwärmetauscher gemäß der dritten Ausführungsform zeigt;
6 ein Schemadiagramm ist, das einen Gesamtaufbau einer Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt, die als eine Klimaanlage verwendet wird;
7 ein Schemadiagramm ist, das einen Gesamtaufbau einer Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt, die als eine Klimaanlage für ein Fahrzeug verwendet wird;
8 eine Querschnittansicht ist, die einen Außenwärmetauscher gemäß anderen Ausführungsformen zeigt;
9 ein Schemadiagramm ist, das einen Gesamtaufbau einer Kältemittelkreislaufvorrichtung für die Bewertung zeigt; und
10 ein Mollierdiagramm ist, das einen Zustand eines Kältemittels der Kältemittelkreislaufvorrichtung für die Bewertung zeigt.
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 1 und 2 beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Kältemittelkreislaufvorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung für eine Zimmerklimaanlage und eine Wasserheizung in einem Wohnhaus oder ähnlichem verwendet. 1 ist ein Schemadiagramm, das einen Gesamtaufbau der Kältemittelkreislaufvorrichtung 1 zeigt. In 1 zeigen durchgezogene Pfeile einen Kältemittelstrom in einer nachstehend beschriebenen Klimaanlagenbetriebsart, und gestrichelte Pfeile zeigen den Kältemittelstrom in einer nachstehend beschriebenen Heißwasserbetriebsart.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Kältemittelkreislaufvorrichtung 1 einen Wasserkreis 10, in dem Wasser, das in einem Heißwasserbehälter 11 gelagert wird, zirkuliert wird, und einen Dampfkompressionskreislauf 20, der aufgebaut ist, um fähig zu sein, zwischen einer Kühlbetriebsart, d. h. der Klimaanlagenbetriebsart zum Kühlen eines Fluids, das Wärme austauschen soll, und einer Heizbetriebsart, d. h. der Heißwasserbetriebsart, zum Heizen eines Fluids, das Wärme austauschen soll, umzuschalten.
Der mit dem Wasserkreis 10 verbundene Heißwasserbehälter 11 ist ein Behälter mit einer wärmeisolierten Struktur, um das heiße Wasser für eine lange Zeit warm zu halten, und ist aus einem hoch korrosionsbeständigen Metall, wie etwa rostfreiem Material, gefertigt.
Das in dem Heißwasserbehälter 11 gelagerte Wasser strömt aus einer Auslassöffnung, die an einem oberen Abschnitt des Heißwasserbehälters 11 bereitgestellt ist. Das Wasser wird unter Verwendung eines Temperatursteuerventils, der in der Zeichnung nicht gezeigt ist, mit Leitungswasser von der Wasserversorgung vermischt, so dass die Wassertemperatur eingestellt wird, und dann wird das eingestellte Wasser an eine Küche, ein Bad oder ähnliches geliefert. Außerdem wird Leitungswasser von einer Einlassöffnung geliefert, die an einem unteren Abschnitt des Heißwasserbehälters 11 bereitgestellt ist.
Eine elektrische Wasserpumpe 12 zum Zirkulieren des Wassers ist in dem Wasserkreis 10 bereitgestellt. Der Betrieb der elektrischen Wasserpumpe 12 wird von Steuersignalen, die von einer Steuervorrichtung ausgegebenen werden, die in der Zeichnung nicht gezeigt ist, gesteuert. Wenn die elektrische Wasserpumpe 12 von der Steuervorrichtung betrieben wird, wird das Wasser durch die elektrische Wasserpumpe 12, einen Wasserdurchgang 24a eines nachstehend beschriebenen Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 24, den Heißwasserbehälter 11 und die elektrische Wasserpumpe 12 in dieser Reihenfolge zirkuliert.
Der Kältemittelkreislauf 20 umfasst einen Kompressor 21, den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 24 und einen Verdampfer 37 als nutzungsseitige Wärmetauscher, eine feste Drossel 25, einen Außenwärmetauscher 28, ein Expansionsventil 36, Strömungsdurchgangsschaltabschnitte, wie etwa ein erstes Solenoidventil 26, ein zweites Solenoidventil 33, ein drittes Solenoidventil 35 und ähnliches.
In dem Kältemittelkreislauf 20 wird gewöhnliches Fluorkohlenwasserstoffkältemittel als das Kältemittel verwendet. Der Kältemittelkreislauf 20 bat einen unterkritischen Kältemittelkreislauf auf, in dem der Kältemitteldruck auf einer Hochdruckseite den kritischen Druck des Kältemittels nicht übersteigt. Außerdem wird Kältemittelöl zum Schmieren des Kompressors 21 in das Kältemittel gemischt, und das Kältemittelöl wird mit dem Kältemittel in dem Kreislauf zirkuliert.
In dem Kältemittelkreislauf 20 saugt der Kompressor 21 das Kältemittel an und komprimiert das angesaugte Kältemittel zum Ausstoßen. Der Kompressor 21 ist ein elektrischer Kompressor, in dem ein Kompressionsabschnitt 21a mit fester Kapazität, der derart aufgebaut ist, dass er eine feste Ausstoßkapazität hat, von einem Elektromotor 21b angetrieben wird. Insbesondere können verschiedene Kompressionsmechanismen, wie etwa ein Spiralkompressionsmechanismus und ein Schieberkompressionsmechanismus als der Kompressionsabschnitt 21a mit fester Kapazität verwendet werden.
Die Drehfrequenz des Elektromotors 21b wird von den Steuersignalen, die von der Steuervorrichtung ausgegeben werden, gesteuert. Ein Wechselstrommotor oder ein Gleichstrommotor können für den Elektromotor 21b verwendet werden. Das Kältemittelausstoßvermögen des Kompressors 21 wird durch die Drehfrequenzsteuerung geändert. Daher baut der Elektromotor 21b einen Änderungsabschnitt für das Ausstoßvermögen des Kompressors 21 auf.
Eine Ausstoßseite des Kompressors 21 ist mit einem ersten Verzweigungsabschnitt 22 zum Trennen der Strömungsrichtung des von dem Kompressor 21 ausgestoßenen Kältemittels in zwei Ströme verbunden. Der erste Verzweigungsabschnitt 22 ist durch ein Dreiwegeventil mit drei Öffnungsabschnitten aufgebaut. Einer der Öffnungsabschnitte ist ein Kältemitteleinlassabschnitt, und zwei der Öffnungsabschnitte sind Kältemittelauslassabschnitte. Um die Dreiwegeverbindung zu bilden, können Rohrleitungen mit verschiedenen Durchmessern verbunden werden, oder mehrere Kältemitteldurchgänge mit verschiedenen Durchmessern können in einem Metallblock oder einem Harzblock bereitgestellt werden.
Einer der Kältemittelauslassabschnitte in dem ersten Verzweigungsabschnitt 22 ist über eine erste Kältemittelrohrleitung 23a mit einer Einlassseite eines Kältemitteldurchgangs 24b des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 24 verbunden. Der Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 24 ist der nutzungsseitige Wärmetauscher, der durch den Wasserdurchgang 24a, in dem das Wasser strömt, und den Kältemitteldurchgang 24b, in dem das von dem Kompressor 21 ausgestoßene Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel strömt, aufgebaut ist. Der Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 24 wirkt als ein Strahler, so dass die Wärmemenge des von dem Kompressor 21 ausgestoßenen Kältemittels in der Heißwasserbetriebsart an das Wasser abgestrahlt wird.
Daher ist das Wasser das Fluid, das in der Heißwasserbetriebsart der vorliegenden Ausführungsform Wärme austauschen soll. Außerdem sind die Strömungsrichtung des Wassers in dem Wasserdurchgang 24a des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 24 und die Strömungsrichtung des Kältemittels in dem Kältemitteldurchgang 24b des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 24 entgegengesetzt zueinander. Dabei wird die Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser, das in dem Wasserdurchgang 24a strömt, und dem Kältemittel, das in dem Kältemitteldurchgang 24b strömt, sichergestellt, so dass der Wärmeaustauschwirkungsgrad verbessert wird.
Die feste Drossel 245 ist mit einer Auslassseite des Kältemitteldurchgangs 24b des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 24 verbunden. Die feste Drossel 25 ist ein erster Druckherabsetzungsabschnitt zum Herabsetzen des Drucks und Expandieren des Kältemittels, das von dem Kältemitteldurchgang 24b in der Heißwasserbetriebsart ausgestoßen wird. Ein Kapillarrohr, eine Mündung und ähnliches können für die feste Drossel 25 verwendet werden.
Im Gegensatz dazu ist ein anderer Kältemittelauslassabschnitt in dem ersten Verzweigungsabschnitt 22 über eine zweite Kältemittelrohrleitung 23b mit dem ersten Solenoidventil 26 verbunden. Das erste Solenoidventil 26 ist der Strömungswegschaltabschnitt zum Umschalten eines Kältemittelströmungsdurchgangs durch Öffnen und Schließen der zweiten Kältemittelrohrleitung 23b. Der Betrieb des ersten Solenoidventils 26 wird von den Steuersignalen, die von der Steuervorrichtung ausgegeben werden, gesteuert.
Wenn die Steuervorrichtung bewirkt, dass das erste Solenoidventil 26 geschlossen wird, strömt das gesamte in den ersten Verzweigungsabschnitt 22 strömende Kältemittel in die erste Kältemittelrohrleitung 23a. Wenn die Steuervorrichtung bewirkt, dass das erste Solenoidventil 26 geöffnet wird, strömt fast das gesamte Kältemittel, das in den ersten Verzweigungsabschnitt 22 strömt, in die zweite Kältemittelrohrleitung 23b, die einen niedrigeren Druck als die erste Kältemittelrohrleitung 23a hat.
Kältemittelauslassseiten der festen Drossel 25 und des ersten Solenoidventils 26 sind jeweils mit Kältemitteleinlassabschnitten eines ersten Zusammenflussabschnitts 27 verbunden. Ein grundlegender Aufbau des ersten Zusammenflussabschnitts 27 ist der gleiche wie der des ersten Verzweigungsabschnitts 22. Das heißt, in dem ersten Zusammenflussabschnitt 27 werden zwei von drei Öffnungsabschnitten als Kältemitteleinlassabschnitte verwendet, und einer der drei Öffnungsabschnitte wird als ein Kältemittelauslassabschnitt verwendet.
Der Kältemittelauslassabschnitt des ersten Zusammenflussabschnitts 27 ist mit einem Einlassabschnitt 285a eines Kondensationswärmeaustauschabschnitts 283a des Außenwärmetauschers 28 verbunden. Der Außenwärmetauscher 28 ist außerhalb des Zimmers bereitgestellt und tauscht Wärme zwischen dem Kältemittel, das im Inneren des Außenwärmetauschers 28 strömt, und Umgebungsluft aus, die von einem Gebläseventilator 28a geschickt wird. Der Gebläseventilator 28a ist ein elektrischer Gebläseventilator, und die Drehfrequenz, d. h. die Menge der geblasenen Luft, wird von der Steuerspannung gesteuert, die von der Steuervorrichtung ausgegeben wird.
Details des Außenwärmetauschers 28 werden unter Bezug auf 2 beschrieben. 2 ist eine schematische Querschnittansicht des Außenwärmetauschers 28. In 2 zeigt ein durchgezogener Pfeil den Strom des Kältemittels in der Klimaanlagenbetriebsart, und ein gestrichelter Pfeil zeigt den Strom des Kältemittels in der Heißwasserbetriebsart. Ein Pfeil, der eine Oben-Unten-Richtung zeigt, ist eine Richtung des Außenwärmetauschers 28 beim Montieren an der Kältemittelkreislaufvorrichtung 1.
Wie in 2 gezeigt, sind in dem Außenwärmetauscher 28 mehrere Rohre 281, in deren Innerem das Kältemittel strömt, laminiert, und Lamellen 282 zum Fördern des Wärmeaustauschs zwischen dem Kältemittel und Luft sind zwischen den jeweiligen benachbarten Rohren 281 bereitgestellt. Als das Rohr 281 kann ein Flachrohr mit einem einzigen Loch oder mehreren Löchern darin, das durch Formen oder ähnliches ausgebildet wird, verwendet werden. Außerdem kann als die Lamelle 282 eine gewellte Lamelle verwendet werden, die in einer wellenähnlichen Weise gefaltet ist.
Ein Wärmeaustauschkernabschnitt 283 mit einer im Wesentlichen rechteckigen Form ist durch die laminierte Struktur der Rohre 281 und der Lamellen 282 aufgebaut. Seitenplatten 284, die Verstärkungselemente zum Verstärken des Wärmeaustauschkernabschnitts 283 sind, sind auf beiden Seiten des Wärmeaustauschkernabschnitts 283 in der Laminierrichtung der Rohre 281 und der Lamellen 282 bereitgestellt. Die Seitenplatten 284 erstrecken sich parallel zu den Rohren 281.
Ein Paar von Sammelrohrbehältern 285 zum Verteilen des Kältemittels in die Rohre 281 und Vereinigen des Kältemittels aus den Rohren 281 ist in der Längsrichtung der Rohre 281 mit beiden Seiten der Rohre 281 verbunden. Die Sammelrohrbehälter 285 sind bereitgestellt, um sich in der Laminierrichtung der Rohre 281 zu erstrecken. Mehrere Schlitze, deren Anzahl gleich der der Rohre 281 ist, sind an den jeweiligen Sammelrohrbehältern 285 ausgebildet, und die jeweiligen Sammelrohrbehälter 285 sind durch die Schlitze mit allen Rohren 281 verbunden.
Der Einlassabschnitt 285a, der das aus dem ersten Zusammenflussabschnitt 27 strömende Kältemittel einleitet, und ein Auslassabschnitt 285b, der bewirkt, dass das Kältemittel ausströmt, sind an einem der Sammelrohrbehälter 285 bereitgestellt. Ein Sammelabschnitt 286, d. h. ein Modulatorabschnitt zum Abscheiden von Gas und Flüssigkeit des Kältemittels und Lagern von überschüssigem Kältemittel ist benachbart zu einem anderen Sammelrohrbehälter 285 bereitgestellt, so dass der Modulatorabschnitt 286 mit einem Inneren eines anderen Sammelrohbehälters 285 in Verbindung steht.
Mehrere Trennelemente 287 zum Trennen eines Innenraums der jeweiligen Sammelrohrbehälter 285 sind in jedem der Sammelrohrbehälter 285 bereitgestellt. Unter Verwendung der mehreren Trennelemente 287 strömt das von dem Einlassabschnitt 285a strömende Kältemittel, wie durch den Pfeil gezeigt, gewunden in dem Wärmeaustauschkernabschnitt 283, und der Wärmeaustauschkernabschnitt 283 ist in zwei Wärmetauschabschnitte getrennt.
Der Wärmeaustauschabschnitt der zwei Wärmeaustauschabschnitte, der sich auf einer Seite des Einlassabschnitts 285a befindet, baut den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a auf, der in der Klimaanlagenbetriebsart das Kältemittel durch Austauschen von Wärme zwischen dem von dem Einlassabschnitt 285a strömenden Kältemittel und der Umgebungsluft, die von dem Gebläseventilator 28a geschickt wird, kondensiert. Das aus dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a strömende Kältemittel strömt durch einen anderen Sammelrohrbehälter 285 in den Sammelabschnitt 286.
Der Wärmeaustauschabschnitt, der sich auf einer Seite des Auslassabschnitts 285b befindet, baut einen Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b auf, der das Kältemittel in der Klimaanlagenbetriebsart durch Austauschen von Wärme zwischen dem aus dem Sammelabschnitt 286 strömenden gesättigten flüssigphasigen Kältemittel und der Umgebungsluft, die von dem Gebläseventilator geschickt wird, unterkühlt. Das Kältemittel, das den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283 durchlaufen hat, strömt aus dem Auslassabschnitt 285b.
Daher ist der Außenwärmetauscher 28 der vorliegenden Ausführungsform ein sogenannter Unterkühlungswärmetauscher mit dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a, dem Sammelabschnitt 286 und dem Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b. Der Außenwärmetauscher 28 ist derart aufgebaut, dass in der Klimaanlagenbetriebsart der Kondensationswärmetaustauschabschnitt 283a das Kältemittel kondensiert, der Sammelabschnitt 286 gasförmige und flüssige Phasen des aus dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a strömenden Kältemittels abscheidet und der Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b das aus dem Sammelabschnitt 286 strömende gesättigte flüssigphasige Kältemittel unterkühlt.
Da der Außenwärmetauscher 28 außerdem wirkt, um das Kältemittel in der Klimaanlagenbetriebsart zu kondensieren, steigt die Dichte des Kältemittels, welches das Innere des Außenwärmetauschers 28 durchläuft, von dem Einlassabschnitt 285a allmählich in Richtung des Auslassabschnitts 285b. Daher sind in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 2 gezeigt, die Trennelemente 287 derart bereitgestellt, dass die Kältemitteldurchgangsfläche von dem Einlassabschnitt 285a in Richtung des Auslassabschnitts 285b allmählich verkleinert ist.
Außerdem ist der Außenwärmetauscher 28 der vorliegenden Ausführungsform mit einer Kältemittelumleitungsvorrichtung 29 verbunden. Die Kältemittelumleitungsvorrichtung 29 ist derart aufgebaut, dass das Kältemittel den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b in der Heißwasserbetriebsart umgeht. Die Kältemittelumleitungsvorrichtung 29 ist durch eine Umleitungsrohrleitung 29a, durch die das aus dem Sammelabschnitt 286 strömende Kältemittel direkt strömt, ohne den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b zu durchlaufen, und ein Umleitungsrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29b, das ein Steuerventil zum Steuern des Strömungszustands des Kältemittels, das durch die Umleitungsrohrleitung 29a strömt, aufgebaut.
Die Umleitungsrohrleitung 29a ist eine Kältemittelrohrleitung, die Ober das Umleitungsrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29b mit einem Verbindungsloch verbunden ist, das an einem stromaufwärtigsten Abschnitt des Sammelabschnitts 286 bereitgestellt ist, und erstreckt sich entlang des Sammelabschnitts 286 und der Seitenplatte 284 auf der unteren Oberflächenseite des Unterkühlungswärmeaustauschabschnitts 283b. Außerdem ist die Umleitungsrohrleitung 29a durch einen Befestigungsklauenabschnitt 284, der an der Seitenplatte 284 auf der unteren Oberflächenseite des Unterkühlungswärmetauschers 283b bereitgestellt ist, befestigt, so dass die Umleitungsrohrleitung 29a integral mit dem Außenwärmetauscher 28 kombiniert ist.
Das Umleitungsrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29b ist ein Solenoidventil zum Öffnen und Schließen der Umleitungsrohrleitung 29a, und der Betrieb des Umleitungsrohrleitungs-Öffnungs-Schließventils 29b wird von der Steuerspannung gesteuert, die von der Steuervorrichtung ausgegeben wird. Die Kältemitteldurchgangsfläche der Umleitungsrohrleitung 29a und des Umleitungsrohrleitungs-Öffnungs-Schließventils 29b wird derart festgelegt, dass der Druckabfall, der in dem Kältemittel, das in der Umleitungsrohrleitung 29a strömt, erzeugt wird, wenn das Umleitungs-Öffnungs-Schließventil 29b geöffnet ist, ausreichend niedriger als der Druckabfall wird, der in dem Kältemittel erzeugt wird, das in dem Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b strömt.
Wie in 1 gezeigt, ist der Auslassabschnitt 285b des Außenwärmetauschers 28 mit einem zweiten Verzweigungsabschnitt 30 zum Trennen der Strömungsrichtung des von dem Außenwärmetauscher 28 ausgestoßenen Kältemittels in zwei Ströme verbunden. Ein grundlegender Aufbau des zweiten Verzweigungsabschnitts 30 ist der gleiche wie der des ersten Verzweigungsabschnitts 22.
Einer der Kältemittelauslassabschnitte in dem zweiten Verzweigungsabschnitt 30 ist über eine dritte Kältemittelrohrleitung 31a mit einem der Kältemitteleinlassabschnitte eines zweiten Zusammenflussabschnitts 32 verbunden. Ein grundlegender Aufbau des zweiten Zusammenflussabschnitts 32 ist der gleiche wie der des ersten Zusammenflussabschnitts 27. Der andere Kältemitteleinlassabschnitt des zweiten Zusammenflussabschnitts 32 ist mit der Umleitungsrohrleitung 29a der Kältemittelumleitungsvorrichtung 29 verbunden.
Außerdem ist ein Kältemittelauslassabschnitt des zweiten Zusammenflussabschnitts 32 mit dem zweiten Solenoidventil 33 verbunden, das den gleichen Aufbau wie das erste Solenoidventil 26 hat. Das zweite Solenoidventil 33 ist der Strömungsdurchgangsschaltabschnitt zum Umschalten des Kältemittelströmungsdurchgangs durch Öffnen und Schließen der dritten Kältemittelrohrleitung 31a.
Eine Kältemittelauslassseite des zweiten Solenoidventils 33 ist mit einem Akkumulator 34 verbunden. Der Akkumulator 34 ist ein niederdruckseitiger Gas-Flüssigkeitsabscheider, der gasförmige und flüssige Phasen des Kältemittels, welches das zweite Solenoidventil 33 durchlaufen hat, abscheidet, und das überschüssige Kältemittel darin lagert. Ein Kältemittelauslass des Akkumulators 34 für gasphasiges Kältemittel ist mit einem Ansaugabschnitt des Kompressors 21 verbunden.
Im Gegensatz dazu ist der andere Kältemittelauslassabschnitt in dem zweiten Verzweigungsabschnitt 30 über eine vierte Kältemittelrohrleitung 31b mit dem dritten Solenoidventil 35 verbunden. Die vierte Kältemittelrohrleitung 31b hat den gleichen Aufbau wie das erste Solenoidventil 26 und das zweite Solenoidventil 33. Das dritte Solenoidventil 35 ist der Strömungsdurchgangsschaltabschnitt zum Umschalten des Kältemittelströmungsdurchgangs durch Öffnen und Schließen der vierten Kältemittelrohrleitung 31b.
Eine Kältemittelauslassseite des dritten Solenoidventils 35 ist mit einem elektrischen Expansionsventil 36 verbunden. Das elektrische Expansionsventil 36 ist ein zweiter Druckherabsetzungsabschnitt, um den Druck des Kältemittels, welches das dritte Solenoidventil 35 durchlaufen hat, herabzusetzen und es zu expandieren, indem der Drosselöffnungsgrad geändert wird, und ist ein Strömungsmengeneinstellabschnitt zum Einstellen der Strömungsmenge des Kältemittels, das in die Richtung stromabwärtig von dem elektrischen Expansionsventil 36 strömt.
Insbesondere ist das elektrische Expansionsventil 36 durch einen elektrischen Aktuatormechanismus, der aus einem Schrittmotor gefertigt ist, und einem Ventilmechanismus, der von dem elektrischen Aktuatormechanismus angetrieben wird, aufgebaut. Der Drosselöffnungsgrad kann durch einen Arbeitswinkel des elektrischen Aktuatormechanismus fein eingestellt werden.
Eine Kältemittelauslassseite des elektrischen Expansionsventils 36 ist mit dem in dem Zimmer bereitgestellten Verdampfer 37 verbunden. Der Verdampfer 37 ist der nutzungsseitige Wärmetauscher, der in der Klimaanlagenbetriebsart als ein endothermer Wärmetauscher zum Verdampfen des Niederdruckkältemittels wirkt, um die endotherme Funktion durch Austauschen von Wärme zwischen dem Niederdruckkältemittel, dessen Druck von dem elektrischen Expansionsventil 36 herabgesetzt und von ihm expandiert wurde, und der Innenblasluft, die von einem Gebläseventilator 37a geschickt wird.
Daher ist die Innenblasluft in der Klimaanlagenbetriebsart der vorliegenden Ausführungsform das Fluid, das Wärme austauschen soll. Der Gebläseventilator 37a ist in dem Zimmer mit dem Verdampfer 37 bereitgestellt. Der Gebläseventilator 37a ist ein elektrischer Gebläseventilator, und die Drehfrequenz, d. h. die Menge der Blasluft wird von der Steuerspannung gesteuert, die von der Steuervorrichtung ausgegeben wird. Außerdem ist eine Kältemittelauslassseite des Verdampfers 37 mit einer Kältemitteleinlassseite des Kompressors 21 verbunden.
Als nächstes wird ein Überblick eines elektrischen Steuerabschnitts der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die Steuervorrichtung ist durch einen Mikrocomputer, dessen periphere Schaltung und ähnliches aufgebaut. Eine Ausgangsseite der Steuervorrichtung ist mit der elektrischen Wasserpumpe 12 des Wasserkreises 10, dem Elektromotor 21b des Kompressors 21, dem Umleitungsrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29b der Kältemittelumleitungsvorrichtung 29, dem ersten Solenoidventil 26, dem zweiten Solenoidventil 33, dem dritten Solenoidventil 35, dem elektrischen Expansionsventil 36 und ähnlichen verbunden. Die Steuervorrichtung steuert die Betriebe der Komponenten.
Außerdem ist eine Eingangsseite der Steuervorrichtung mit einem Wassertemperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Wassers, das aus dem Wasserdurchgang 24a des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 24 strömt, einem Kältemitteltemperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Kältemittels, das aus dem Verdampfer 37 strömt, einem Kältemitteldrucksensor zum Erfassen des Drucks des Kältemittels, das aus dem Verdampfer 37 strömt, einem Umgebungstemperatursensor zum Erfassen der Umgebungstemperatur, einem Zimmertemperatursensor zum Erfassen der Zimmertemperatur und ähnlichem verbunden. Erfassungssignale der Sensoren werden in die Steuervorrichtung eingegeben.
Außerdem ist die Eingangsseite der Steuervorrichtung mit einem Bedienfeld verbunden, das in der Zeichnung nicht gezeigt ist. Ein Betätigungsschalter der Kältemittelkreislaufvorrichtung 1, ein Auswahlschalter für die Klimaanlagenbetriebsart und die Heißwasserbetriebsart, ein Zimmertemperaturfestlegungsschalter für die Zimmertemperatur, ein Wassertemperaturfestlegungsschalter der Wasserheizung und ähnliches sind in dem Bedienfeld bereitgestellt. Dessen Bediensignale werden in die Steuervorrichtung ausgegeben.
Als nächstes wird der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform in dem vorstehenden Aufbau beschrieben. Wie vorstehend beschrieben, können in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform die zwei Betriebsarten, wie etwa die Klimaanlagenbetriebsart zum Kühlen der Innenblasluft und die Heißwasserbetriebsart zum Heizen des Wassers, umgeschaltet werden.
A. Klimaanlagenbetriebsart (Kühlbetriebsart)
Wenn durch den Auswahlschalter in dem Zustand, in dem der Betätigungsschalter der Kältemittelkreislaufvorrichtung 1 in dem Bedienfeld eingeschaltet ist, die Klimaanlagenbetriebsart ausgewählt wird, wird die Klimaanlagenbetriebsart durchgeführt. In der Klimaanlagenbetriebsart stoppt die Steuervorrichtung die elektrische Wasserpumpe 12 des Wasserkreises 10, öffnet das erste Solenoidventil 26 und das dritte Solenoidventil 35 und schließt das zweite Solenoidventil 33 und das Umleitungsrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29b.
Daher strömt fast alles des in den ersten Verzweigungsabschnitt 22 strömenden Kältemittels in die zweite Kältemittelrohrleitung 23b, die einen niedrigeren Druckabfall als die erste Kältemittelrohrleitung 23a hat. Außerdem dreht die Steuervorrichtung ansprechend auf die Erfassungssignale der vorstehenden Sensoren den Elektromotor 21b des Kompressors 21 und ändert den Drosselöffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 36.
Insbesondere steuert die Steuervorrichtung die Drehfrequenz des Elektromotors 21b ansprechend auf die Erfassungswerte des Kältemitteltemperatursensors, des Umgebungstemperatursensors und des Zimmertemperatursensors und einer Zieltemperatur der Innenblasluft, die aus der Festlegungstemperatur des Zimmertemperaturfestlegungsschalters berechnet wird, und steuert den Drosselöffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 36 basierend auf den Erfassungswerten des Kältemitteltemperatursensors und des Kältemitteldrucksensors, so dass der Überhitzungsgrad des aus dem Verdampfer 37 strömenden Kältemittels innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Dabei ist der Dampfkompressionskältemittelkreislauf, wie in den durchgezogenen Pfeilen in 1 gezeigt, derart aufgebaut, dass das Kältemittel durch den Kompressor 21, den ersten Verzweigungsabschnitt 22, das erste Solenoidventil 26, den ersten Zusammenflussabschnitt 27, den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a des Außenwärmetauschers 28, den Sammelabschnitt 286, den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b, den zweiten Verzweigungsabschnitt 30, das dritte Solenoidventil 35, das elektrische Expansionsventil 36, den Verdampfer 37 und den Kompressor 21 in dieser Reihenfolge strömt.
Daher wird das von dem Kompressor 21 komprimierte Kältemittel durch Austauschen von Wärme mit der Umgebungsluft an dem Außenwärmetauscher 28 gekühlt, und sein Druck wird von dem elektrischen Expansionsventil 36 herabgesetzt und es wird von ihm expandiert. Außerdem strömt das Niederdruckkältemittel, dessen Druck von dem elektrischen Expansionsventil 36 herabgesetzt wurde, in den Verdampfer 37 und nimmt Wärme aus der Luft auf, die von dem Gebläseventilator 37a in das Zimmer geblasen wird, um zu verdampfen. Dadurch wird die Innenblasluft gekühlt. Das aus dem Verdampfer 37 strömende Kältemittel wird in den Kompressor 21 gesaugt und erneut komprimiert.
In der Klimaanlagenbetriebsart der vorliegenden Ausführungsform kann das Kältemittel den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a, den Sammelabschnitt 286 und den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b in dieser Reihenfolge durchlaufen, während es den Außenwärmetauscher 28 durchläuft. Dabei kann die Enthalpie des Kältemittels, das in den Verdampfer 37 strömt, gesenkt werden, und die Kältekapazität durch den Verdampfer 37 kann erhöht werden. Daher kann der COP des Kreislaufs verbessert werden.
B. Heißwasserbetriebsart (Heizbetriebsart)
Wenn in dem Zustand, in dem der Betätigungsschalter der Kältemittelkreislaufvorrichtung 1 in dem Bedienfeld eingeschaltet ist, die Heißwasserbetriebsart ausgewählt wird, wird die Heißwasserbetriebsart durchgeführt. In der Heißwasserbetriebsart schließt die Steuervorrichtung das erste Solenoidventil 26 und das dritte Solenoidventil 35 und öffnet das Umleitungsrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29b und das zweite Solenoidventil 33.
Daher strömt fast alles des Kältemittels, das von dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a des Außenwärmetauschers 28 in den Sammelabschnitt 286 strömt, in die Umleitungsrohrleitung 29a der Kältemittelumleitungsvorrichtung 29, die einen geringeren Druckabfall als der Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b hat.
Außerdem dreht die Steuervorrichtung ansprechend auf die Erfassungssignale der vorstehenden Sensoren den Elektromotor 21b des Kompressors 21 und betätigt die elektrische Wasserpumpe 12 des Wasserkreises 10. Insbesondere steuert die Steuervorrichtung die Betätigung der elektrischen Wasserpumpe 12 derart, dass der Erfassungswert des Wassertemperatursensors sich der Festlegungstemperatur des Wassertemperaturfestlegungsschalters nähert.
Dabei ist der Dampfkompressionskältemittelkreislauf, wie in den gestrichelten Pfeilen in 1 gezeigt, derart aufgebaut, dass das Kältemittel durch den Kompressor 21, den ersten Verzweigungsabschnitt 22, den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 24, die feste Drossel 25, den ersten Zusammenflussabschnitt 27, den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a des Außenwärmetauschers 28, den Sammelabschnitt 286, die Umleitungsrohrleitung 29a, den zweiten Zusammenflussabschnitt 32, das zweite Solenoidventil 33, den Akkumulator 34 und den Kompressor 21 in dieser Reihenfolge strömt.
Daher tauscht das von dem Kompressor 21 komprimierte Kältemittel Wärme mit dem Wasser in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 24 aus, um Wärme abzustrahlen. Dadurch wird das Wasser geheizt. Der Druck des aus dem Kältemitteldurchgang 24b des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 24 strömenden Kältemittels wird durch die feste Drossel 25 herabgesetzt und es wird expandiert, strömt in den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a des Außenwärmetauschers 28 und nimmt Wärme aus von dem Gebläseventilator 28a geblasener Luft auf.
Das Kältemittel, das von dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a des Außenwärmetauschers 28 in den Sammelabschnitt 286 strömt, strömt über die Umleitungsrohrleitung 29a in den Akkumulator 24. Außerdem wird das von dem flüssigphasigen Kältemittel in dem Akkumulator 34 abgeschiedene gasphasige Kältemittel in den Kompressor 21 gesaugt und erneut komprimiert.
In der Heißwasserbetriebsart der vorliegenden Ausführungsform durchläuft das in den Außenwärmetauscher 28 strömende Kältemittel den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a, den Sammelabschnitt 286 und die Umleitungsrohrleitung 29a in dieser Reihenfolge. Dabei kann der Druckabfall, der erzeugt wird, wenn das Kältemittel den Außenwärmetauscher 28 durchläuft, im Vergleich zu dem Fall, in dem das Kältemittel den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a, den Sammelabschnitt 286 und den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b durchläuft, drastisch verringert werden.
Auf diese Weise kann die Druckverringerung des Kältemittels, das in den Kompressor 21 gesaugt werden soll, unterdrückt werden, und der Energieverbrauch des Kompressors 21 kann gesenkt werden. Daher kann der COP verbessert werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Kältemittelkreislaufvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform aufgebaut, um fähig zu sein, zwischen der Kühlbetriebsart und der Heizbetriebsart umzuschalten. Außerdem kann in der Kältemittelkreislaufvorrichtung, die den Unterkühlungskondensator verwendet, selbst wenn der Kreislaufaufbau verwendet wird, in dem die Strömungsrichtung des Kältemittels, das in der Kühlbetriebsart durch den Außenwärmetauscher 28 strömt, gleich wie die Strömungsrichtung des Kältemittels wird, das in der Heizbetriebsart durch den Außenwärmetauscher 28 strömt, der COP in beiden Betriebsarten verbessert werden.
Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform die Umleitungsrohrleitung 29a der Kältemittelumleitungsvorrichtung 29 integral mit dem Außenwärmetauscher 28 kombiniert. Dabei können die Miniaturisierung und die Montagefähigkeit des Außenwärmetauschers 28 und der Kältemittelumleitungsvorrichtung 29 verbessert werden.
Außerdem kann durch integrales Aufbauen der Umleitungsrohrleitung 29a und des Außenwärmetauschers 28 das Heizen des Kältemittels, das die Umleitungsrohrleitung 29a durchläuft, aufgrund der Temperatur einer Umgebung, in der die Kältemittelumleitungsvorrichtung 29 bereitgestellt ist, unterdrückt werden. Dadurch kann der Druckabfall aufgrund der Volumenausdehnung des Kältemittels, das die Umleitungsrohrleitung 29a durchläuft, verringert werden. Daher kann der COP in der Heizbetriebsart weiter verbessert werden.
(Zweite Ausführungsform)
Wie in dem Gasamtaufbaudiagramm von 3 gezeigt, ist in der vorliegenden Ausführungsform in Bezug auf die Kältemittelkreislaufvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform ein Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29c als ein Steuerventil für die Kältemittelumleitungsvorrichtung 29 hinzugefügt. In den Ausführungsformen, die auf die vorliegende Ausführungsform folgen, ist die gleiche Bezugsnummer für einen Abschnitt angegeben, der der gleiche oder äquivalent zu dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen Abschnitt ist, und seine Beschreibung wird übergangen.
Das Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29c ist in einer Hauptrohrleitung zwischen einem Endabschnitt der Umleitungsrohrleitung 29a auf einer Seite des zweiten Zusammenflussabschnitts 32 und dem Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b, das heißt, in der Hauptrohrleitung, die zwischen den zweiten Zusammenflussabschnitt 32 und den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b gekoppelt ist, bereitgestellt und ist ein Solenoidventil zum Öffnen und Schließen der Hauptrohrleitung. Außerdem wird der Betrieb des Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventils 29c von der Steuerspannung gesteuert, die von der Steuervorrichtung ausgegeben wird.
Insbesondere ist das Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29c der vorliegenden Ausführungsform in einer Rohrleitung bereitgestellt, die zwischen den zweiten Verzweigungsabschnitt 30 und den Unterkühlungswärmetauschabschnitt 283 in der Hauptrohrleitung gekoppelt ist. Außerdem bewirkt die Steuervorrichtung, dass das Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29c in der Klimaanlagenbetriebsart geöffnet wird, und bewirkt, dass das Hauptleitungs-Öffnungs-Schließventil 29c in der Heißwasserbetriebsart geschlossen wird. Daher wird der Betrieb in der Klimaanlagenbetriebsart der vorliegenden Ausführungsform ähnlich dem der ersten Ausführungsform.
Da das Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29c im Gegensatz dazu in der Heißwasserbetriebsart geschlossen ist, strömt das gesamte Kältemittel, das von dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a des Außenwärmetauschers 28 in den Sammelabschnitt 286 strömt, in die Umleitungsrohrleitung 29a.
Daher kann in der vorliegenden Ausführungsform die ähnliche Wirkung wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden. Außerdem kann verhindert werden, dass das Kältemittel in der Heißwasserbetriebsart unumschränkt in den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283 strömt. Dabei kann ein Phänomen, dass das Kältemittel sich in dem Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b ansammelt, d. h. ein Ölverweilphänomen oder ein Schmierfehler des Kompressors 21 durch Ansammeln des Kältemittelöls in dem Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b verhindert werden.
(Dritte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf 4 und 5 beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Kältemittelkreislaufvorrichtung 2 der vorliegenden Erfindung für eine Klimatisierungsvorrichtung für eine Zimmerklimaanlage verwendet. 4 ist ein Schemadiagramm, das einen Gesamtaufbau der Kältemittelkreislaufvorrichtung 2 zeigt. In 4 zeigen durchgezogene Pfeile einen Kältemittelstrom in einer nachstehend beschriebenen Kühlbetriebsart, und gestrichelte Pfeile zeigen den Kältemittelstrom in einer Entfeuchtungsbetriebsart und einer Heizbetriebsart, die nachstehend beschrieben sind.
Die Kältemittelkreislaufvorrichtung 2 umfasst einen Dampfkompressionskältemittelkreislauf 40, der aufgebaut ist, um fähig zu sein, zwischen der Kühlbetriebsart zum Kühlen einer Innenblasluft, die ein Fluid ist, das Wärme austauschen soll, und der Heizbetriebsart oder der Entfeuchtungsbetriebsart zum Heizen der Innenblasluft und ähnlichem umzuschalten.
In dem Kältemittelkreislauf 40 ist eine Kältemittelausstoßseite des Kompressors 21 mit einem elektrischen Vierwegeventil 41 verbunden. Das elektrische Vierwegeventil 41 ist ein Strömungsdurchgangsschaltabschnitt, und der Betrieb des elektrischen Vierwegeventils 41 wird von den Steuersignalen gesteuert, die von der Steuervorrichtung ausgegeben werden.
Insbesondere schaltet das elektrische Vierwegeventil 41 einen durch die durchgezogenen Pfeile in 4 gezeigten Strömungskreis und einen durch die gestrichelten Pfeile in 4 gezeigten Strömungskreis um. Der durch die durchgezogenen Pfeile gezeigte Strömungskreis ist ein Kältemittelströmungsdurchgang, der die Ausstoßseite des Kompressors 21 mit dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a des Außenwärmetauschers 28 verbindet und gleichzeitig einen zweiten Wärmeaustauschabschnitt 42b des nachstehend beschriebenen nutzungsseitigen Wärmetauschers 42 mit dem Akkumulator 34 verbindet. Der durch die gestrichelten Pfeile gezeigte Strömungskreis ist ein Kältemittelströmungsdurchgang, der die Ausstoßseite des Kompressors 21 mit dem zweiten Wärmeaustauschabschnitt 42b verbindet und gleichzeitig den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a mit dem Akkumulator 34 verbindet.
Wie der durch die durchgezogenen Pfeile in 4 gezeigte Kältemittelströmungsdurchgang ist die Ausstoßseite des Kompressors 21 in der Kühlbetriebsart über das elektrische Vierwegeventil 41 mit dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a des Außenwärmetauschers 28 verbunden. Ein grundlegender Aufbau des Außenwärmetauschers 28 ist der gleiche wie der in der ersten Ausführungsform beschriebene. Der Außenwärmetauscher 28 ist wie in der ersten Ausführungsform mit einer Kältemittelumleitungsvorrichtung 29 verbunden.
In dem Kältemittelkreislauf 40, wie nachstehend beschrieben, ist eine Strömungsrichtung des Kältemittels, das in der Kühlbetriebsart durch den Außenwärmetauscher 28 strömt, entgegengesetzt zu einer Strömungsrichtung des Kältemittels, das in der Entfeuchtungsbetriebsart und der Heizbetriebsart durch den Außenwärmetauscher 28 strömt. Daher kann eine Umleitungsrohrleitung 29a der Kältemittelumleitungsvorrichtung 29 derart wirken, dass das Kältemittel direkt von einer Dreiwegeverbindung 43 in den nachstehend beschriebenen Sammelabschnitt 286 strömt, ohne den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b zu durchlaufen.
Außerdem wird in der vorliegenden Ausführungsform das Umleitungsrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29b nicht verwendet, und ein Rückschlagventil 29d, das erlaubt, dass das durch die Umleitungsrohrleitung 29a strömende Kältemittel von der Dreiwegeverbindung 43 in Richtung des' Sammelabschnitts 286 strömt, wird als ein Steuerventil zum Steuern des Strömungszustands des Kältemittels, das durch die Umleitungsrohrleitung 29a strömt, verwendet.
Der Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b des Außenwärmetauschers 28 ist mit einem der Öffnungsabschnitte der Dreiwegeverbindung 43 verbunden. Ein grundlegender Aufbau der Dreiwegeverbindung 43 ist der gleiche wie der des ersten Verzweigungsabschnitts 22 und der des ersten Zusammenflussabschnitts 27 in der ersten Ausführungsform. Außerdem sind die anderen Öffnungsabschnitte der Dreiwegeverbindung 43 mit der Umleitungsrohrleitung 29a und einem Ende eines elektrischen Expansionsventils 44 verbunden. Ein grundlegender Aufbau des elektrischen Expansionsventils 44 ist der gleiche wie der des elektrischen Expansionsventils 36 in der ersten Ausführungsform.
Ein anderes Ende des elektrischen Expansionsventils 44 ist mit einem ersten Wärmeaustauschabschnitt 42a des nutzungsseitigen Wärmetauschers 42 verbunden. Der nutzungsseitige Wärmetauscher 42 umfasst den ersten Wärmeaustauschabschnitt 42a und den zweiten Wärmeaustauschabschnitt 42b, die in dem Zimmer bereitgestellt sind und hintereinander verbunden sind. Der nutzungsseitige Wärmetauscher 42 ist ein Wärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel, das durch den nutzungsseitigen Wärmetauscher 42 strömt, und der Innenblasluft, die von einem Gebläseventilator 42c geschickt wird.
Der erste Wärmeaustauschabschnitt 42a und der zweite Wärmeaustauschabschnitt 42b sind in Bezug auf die Strömungsrichtung der in das Zimmer geblasenen Luft hintereinander bereitgestellt, so dass die Innenblasluft durch den ersten Wärmeaustauschabschnitt 42a und den zweiten Wärmeaustauschabschnitt 42b in dieser Reihenfolge strömt. Das heißt, der erste Wärmeaustauschabschnitt 42a ist auf der windseitigen Seite der Strömungsrichtung der Innenblasluft bereitgestellt, und der zweite Wärmeaustauschabschnitt 42b ist auf der leewärtigen Seite der Strömungsrichtung der Innenblasluft bereitgestellt.
Ein elektrisches Expansionsventil 45 mit einer vollständigen Öffnungsfunktion ist zwischen dem ersten Wärmeaustauschabschnitt 42a und dem zweiten Wärmeaustauschabschnitt 42b in dem Kältemittelstrom bereitgestellt. Obwohl ein grundlegender Aufbau des elektrischen Expansionsventils 45 der gleiche wie der des elektrischen Expansionsventils 44 ist, wirkt das elektrische Expansionsventil 45 in dem vollständig offenen Zustand nicht als ein Druckherabsetzungsabschnitt und wirkt lediglich als ein Kältemitteldurchgang.
Eine Ausgangsseite der Steuervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist mit dem Elektromotor 21b des Kompressors 21, den elektrischen Expansionsventilen 44, 45, dem elektrischen Vierwegeventil 41 und ähnlichen verbunden. Die Steuervorrichtung steuert Betriebe der Komponenten. Im Gegensatz dazu ist eine Eingangsseite der Steuervorrichtung mit einem Bedienfeld verbunden, in dem außer den verschiedenen Sensoren zum Steuern einer Klimaanlage ein Betätigungsschalter der Kältemittelkreislaufvorrichtung 2, ein Auswahlschalter für die Kühlbetriebsart, die Entfeuchtungsbetriebsart und die Heizbetriebsart, ein Zimmertemperaturfestlegungsschalter für die Zimmertemperatur und ähnliches ebenfalls bereitgestellt sind.
Als nächstes wird der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform in dem vorstehenden Aufbau beschrieben. Wie vorstehend beschrieben, können in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 2 der vorliegenden Ausführungsform die drei Betriebsarten, d. h. die Kühlbetriebsart zum Kühlen der Innenblasluft, die Entfeuchtungsbetriebsart zum Entfeuchten und Heizen der Innenblasluft und die Heizbetriebsart zum Heizen der Innenblaslust selektiv umgeschaltet werden.
A. Kühlbetriebsart
Wenn in dem Zustand, in dem der Betätigungsschalter der Kältemittelkreislaufvorrichtung 2 in dem Bedienfeld eingeschaltet ist, von dem Auswahlschalter die Kühlbetriebsart ausgewählt wird, wird die Kühlbetriebsart durchgeführt. In der Kühlbetriebsart schaltet die Steuervorrichtung das elektrische Vierwegeventil 41 derart, dass die Ausstoßseite des Kompressors 21 mit dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a des Außenwärmetauschers 28 verbunden ist und gleichzeitig der zweite Wärmeaustauschabschnitt 42b des nutzungsseitigen Wärmetauschers 42 mit dem Akkumulator 34 verbunden ist.
Daher strömt das gesamte Kältemittel, das von dem Kompressor 21 über den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a in den Sammelabschnitt 286 strömt, durch den Betrieb des Rückschlagventils 29d in den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b. Außerdem bewirkt die Steuervorrichtung, dass das elektrische Expansionsventil 44 in dem Drosselzustand ist, bewirkt, dass das elektrische Expansionsventil 45 in dem vollständig offenen Zustand ist, und dreht den elektrischen Motor 21b des Kompressors 21.
Dabei ist der Dampfkompressionskältekreislauf, wie in den durchgezogenen Pfeilen in 4 gezeigt, derart aufgebaut, dass das Kältemittel durch den Kompressor 21, das elektrische Vierwegeventil 41, den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a des Außenwärmetauschers 28, den Sammelabschnitt 286, den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b, die Dreiwegeverbindung 43, das elektrische Expansionsventil 44, den ersten Wärmeaustauschabschnitt 42a des nutzungsseitigen Wärmetauschers 42, das elektrische Expansionsventil 45, den zweiten Wärmeaustauschabschnitt 42b, das elektrische Vierwegeventil 41, den Akkumulator 34 und den Kompressor 21 in dieser Reihenfolge strömt.
Daher wird das von dem Kompressor 21 komprimierte Kältemittel durch Austauschen von Wärme mit der Umgebungsluft an dem Außenwärmetauscher 28 gekühlt, und sein Druck wird von dem elektrischen Expansionsventil 44 herabgesetzt und es wird von ihm expandiert. Außerdem strömt das Niederdruckkältemittel, dessen Druck von dem elektrischen Expansionsventil 44 herabgesetzt wurde, in den ersten Wärmeaustauschabschnitt 42a des nutzungsseitigen Wärmetauschers 42 und nimmt Wärme aus der von dem Gebläseventilator 42c geblasenen Luft auf, um zu verdampfen. Dabei wird die Innenblasluft gekühlt.
Außerdem strömt das Kältemittel, das aus dem ersten Wärmeaustauschabschnitt 42a strömt, in den zweiten Wärmeaustauschabschnitt 42b und nimmt Wärme aus der von dem ersten Wärmeaustauschabschnitt 42a gekühlten Innenblasluft auf, um zu verdampfen. Dabei wird die Innenblasluft weiter gekühlt. Das aus dem nutzungsseitigen Wärmetauscher 42 strömende Kältemittel strömt über das elektrische Vierwegeventil 41 in den Akkumulator 34. Das gasphasige Kältemittel, das von dem flüssigphasigen Kältemittel in dem Akkumulator abgeschieden wurde, wird in den Kompressor 21 gesaugt und erneut komprimiert.
In der Kühlbetriebsart der vorliegenden Ausführungsform durchläuft das Kältemittel den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a, den Sammelabschnitt 286 und den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b 28 in dieser Reihenfolge, während es den Außenwärmetauscher durchläuft. Dabei kann die Enthalpie des Kältemittels, das in den nutzungsseitigen Wärmetauscher 42 strömt, verringert werden und die Kältekapazität durch den nutzungsseitigen Wärmetauscher 42 kann erhöht werden. Daher kann der COP verbessert werden.
B. Entfeuchtungsbetriebsart
Wenn in dem Zustand, in dem der Betätigungsschalter der Kältemittelkreislaufvorrichtung 2 in dem Bedienfeld eingeschaltet ist, die Entfeuchtungsbetriebsart ausgewählt wird, wird die Entfeuchtungsbetriebsart durchgeführt. In der Entfeuchtungsbetriebsart schaltet die Steuervorrichtung das elektrische Vierwegeventil 41 derart, dass die Ausstoßseite des Kompressors 21 mit dem zweiten Wärmeaustauschabschnitt 42b des nutzungsseitigen Wärmetauschers 42 verbunden ist und gleichzeitig der Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a des Außenwärmetauschers 28 mit dem Akkumulator 34 verbunden ist.
Außerdem bewirkt die Steuervorrichtung, dass das elektrische Expansionsventil 44 und das elektrische Expansionsventil 45 in dem Drosselzustand sind, und dreht den Elektromotor 21b des Kompressors 21. Daher strömt fast das gesamte aus dem elektrischen Expansionsventil 44 strömende Kältemittel in die Umleitungsrohrleitung 29a der Kältemittelumleitungsvorrichtung 29, die einen geringeren Druckabfall als der Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b hat.
Dabei ist der Dampfkompressionskältemittelkreislauf, wie in den gestrichelten Pfeilen in 4 gezeigt, derart aufgebaut, dass das Kältemittel durch den Kompressor 21, das elektrische Vierwegeventil 41, den zweiten Wärmeaustauschabschnitt 42b des nutzungsseitigen Wärmetauschers 42, das elektrische Expansionsventil 45, den ersten Wärmeaustauschabschnitt 42a, das elektrische Expansionsventil 44, die Dreiwegeverbindung 43, die Umleitungsrohrleitung 29a, das Rückschlagventil 29d, den Sammelabschnitt 286 des Außenwärmetauschers 28, den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a, das elektrische Vierwegeventil 41, den Akkumulator 34 und den Kompressor 21 in dieser Reihenfolge zirkuliert.
Daher tauscht das von dem Kompressor 21 komprimierte Kältemittel an dem zweiten Wärmeaustauschabschnitt 42b des nutzungsseitigen Wärmetauschers Wärme mit der Innenblasluft, die den ersten Wärmeaustauschabschnitt 42a durchlaufen hat, aus, um Wärme abzustrahlen. Dabei wird die Innenblasluft geheizt. Der Druck des aus dem zweiten Wärmeaustauschabschnitt 42b strömenden Kältemittels Mrd von dem elektrischen Expansionsventil 45 herabgesetzt und es wird von ihm expandiert, strömt in den Wärmeaustauschabschnitt 42a und nimmt Wärme aus der von dem Gebläseventilator 44c geblasenen Luft auf, um zu verdampfen.
Wie vorstehend beschrieben, ist der erste Wärmeaustauschabschnitt 42a in Bezug auf den zweiten Wärmeaustauschabschnitt 42b auf der windseitigen Seite der Innenblasluft bereitgestellt. Dabei wird die Innenblasluft an dem ersten Wärmeaustauschabschnitt 42a entfeuchtet, und dann wird die Innanblasluft an dem zweiten Wärmeaustauschabschnitt 42b geheizt. Dabei wird der Entfeuchtungsheizbetrieb durchgeführt.
Außerdem wird der Druck Kältemittels, das aus dem ersten Wärmeaustauschabschnitt 42a strömt, von dem elektrischen Expansionsventil 44 weiter herabgesetzt und es wird von ihm expandiert und strömt von der Dreiwegeverbindung 43 über die Umleitungsrohrleitung 29a in den Sammelabschnitt 286 des Außenwärmetauschers 28. Das in den Sammelabschnitt 286 strömende Kältemittel nimmt an dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a Wärme aus Umgebungsluft, die von dem Gebläseventilator 28a geschickt wird, auf, um weiter zu verdampfen.
Das aus dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a strömende Kältemittel strömt über das elektrische Vierwegeventil 41 in den Akkumulator 34. Außerdem wird das gasphasige Kältemittel, das in dem Akkumulator 34 von dem flüssigphasigen Kältemittel abgeschieden wurde, in den Kompressor 21 gesaugt und erneut komprimiert.
In der Entfeuchtungsbetriebsart der vorliegenden Ausführungsform durchläuft das Kältemittel, während es den Außenwärmetauscher 28 durchläuft, die Umleitungsrohrleitung 29a, den Sammelabschnitt 286 und den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a in dieser Reihenfolge. Dabei kann der Druckabfall, der erzeugt wird, wenn das Kältemittel den Außenwärmetauscher 28 durchläuft, im Vergleich zu dem Fall, in dem das Kältemittel den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b, den Sammelabschnitt 286 und den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a in dieser Reihenfolge durchläuft, drastisch verringert sein.
Folglich kann die Druckverringerung des Kältemittels, das in den Kompressor 21 gesaugt werden soll, unterdrückt werden, und der Energieverbrauch des Kompressors 21 kann gesenkt werden. Daher kann der COP verbessert werden.
C. Heizbetriebsart
Wenn in dem Zustand, in dem der Betätigungsschalter der Kältemittelkreislaufvorrichtung 2 in dem Bedienfeld eingeschaltet ist, von dem Auswahlschalter die Heizbetriebsart ausgewählt wird, wird die Heizbetriebsart durchgeführt. In der Heizbetriebsart schaltet die Steuervorrichtung das elektrische Vierwegeventil 41 gemäß der Entfeuchtungsbetriebsart. Die Steuervorrichtung bewirkt, dass das elektrische Expansionsventil 44 in dem Drosselzustand ist, bewirkt, dass das elektrische Expansionsventil 445 in dem vollständig offenen Zustand ist, und dreht den Elektromotor 21b des Kompressors 21.
Dadurch wird der Dampfkompressionskältemittelkreislauf, in dem das Kältemittel, wie in den gestrichelten Pfeilen in 4 gezeigt, gemäß der Entfeuchtungsbetriebsart zirkuliert, aufgebaut.
Daher tauscht das von dem Kompressor 21 komprimierte Kältemittel an dem zweiten Wärmeaustauschabschnitt 42b und dem ersten Wärmeaustauschabschnitt 42a des nutzungsseitigen Wärmetauschers 42 Wärme mit der Innenblasluft aus, um Wärme abzustrahlen. Dabei wird die Innenblasluft geheizt. Das aus dem ersten Wärmeaustauschabschnitt 42a strömende Kältemittel strömt wie in der Entfeuchtungsbetriebsart und wird in den Kompressor 21 gesaugt und erneut komprimiert.
In der Heizbetriebsart der vorliegenden Ausführungsform durchläuft das Kältemittel wie in der Entfeuchtungsbetriebsart die Umleitungsrohrleitung 29a, den Sammelabschnitt 286 und den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283 in dieser Reihenfolge. Dabei kann eine Verringerung des Drucks des Kältemittels, das in den Kompressor 21 gesaugt werden soll, unterdrückt werden, und der Energieverbrauch des Kompressors 21 kann gesenkt werden. Daher kann der COP verbessert werden.
Die Strömung des Kältemittels in dem Außenwärmetauscher in jeweiligen Betriebsarten wird unter Bezug auf 5 beschrieben. In 5 zeigt ein durchgezogener Pfeil die Strömung des Kältemittels in der Kühlbetriebsart, und ein gestrichelter Pfeil zeigt die Strömung des Kältemittels in der Entfeuchtungsbetriebsart und der Heizbetriebsart.
Wie aus 5 deutlich wird, ist die Strömungsrichtung des Kältemittels, das in der Kühlbetriebsart durch den Außenwärmetauscher 28 strömt, in der vorliegenden Ausführungsform entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung des Kältemittels, das in der Entfeuchtungsbetriebsart und der Heizbetriebsart durch den Außenwärmetauscher 28 strömt.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufgebaut, um fähig zu sein, zwischen der Kühlbetriebsart und der Heizbetriebsart umzuschalten. Außerdem kann in der Kältemittelkreislaufvorrichtung, die den Unterkühlungskondensator verwendet, selbst wenn der Kreislaufaufbau verwendet wird, in dem die Strömungsrichtung des Kältemittels, das in der Kühlbetriebsart durch den Außenwärmetauscher 28 strömt, entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung des Kältemittels ist, das in der Heizbetriebsart durch den Außenwärmetauscher 28 strömt, der COP in beiden Betriebsarten verbessert werden, und die ähnliche Wirkung wie in der ersten Ausführungsform kann erzielt werden.
(Vierte Ausführungsform)
In der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in dem Gesamtaufbaudiagramm von 6 gezeigt, in Bezug auf die Kältemittelkreislaufvorrichtung 2 der dritten Ausführungsform das Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29c, welches das gleiche wie eines in der zweiten Ausführungsform ist, als ein Steuerventil für die Kältemittelumleitungsvorrichtung 29 hinzugefügt.
Das Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29c ist in einer Hauptrohrleitung zwischen einem Endabschnitt der Umleitungsrohrleitung 29a auf einer Seite der Dreiwegeverbindung 43 und dem Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b, das heißt in der Rohrleitung, die zwischen die Dreiwegeverbindung 43 und den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b gekoppelt ist, bereitgestellt und ist ein Solenoidventil zum Öffnen und Schließen der Hauptrohrleitung. Außerdem wird der Betrieb des Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventils 29c von der Steuerspannung gesteuert, die von der Steuervorrichtung ausgegeben wird.
Außerdem bewirkt die Steuervorrichtung, dass das Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29c in der Kühlbetriebsart geöffnet ist, und bewirkt, dass das Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29c in der Entfeuchtungsbetriebsart und der Heizbetriebsart geschlossen ist. Daher wird der Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2 in der Kühlbetriebsart ähnlich dem der dritten Ausführungsform.
Da das Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29c im Gegensatz dazu in der Entfeuchtungsbetriebsart und der Heizbetriebsart geschlossen ist, strömt das gesamte Kältemittel, das aus dem elektrischen Expansionsventil 44 strömt, in die Umleitungsrohrleitung 29a der Kältemittelumleitungsvorrichtung 29.
Daher kann in der vorliegenden Ausführungsform die ähnliche Wirkung wie in der dritten Ausführungsform erzielt werden. Außerdem kann das Kältemittel davon abgehalten werden, in der Entfeuchtungsbetriebsart und der Heizbetriebsart unumschränkt in den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b zu strömen. Dabei kann wie in der zweiten Ausführungsform das Ölverweilphänomen oder ein Schmierfehler des Kompressors 21 verhindert werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf 7 beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Kältemittelkreislaufvorrichtung 3 der vorliegenden Erfindung für eine Klimatisierungsvorrichtung für ein Fahrzeug, wie etwa ein Elektrofahrzeug oder ein Brennstoffzellenfahrzeug, das keinen Verbrennungsmotor zum Betreiben des Fahrzeugs hat, und ein Hybridfahrzeug, das den Verbrennungsmotor zur Zeit des Anhaltens ausschaltet, verwendet.
7 ist ein Schemadiagramm, das einen Gesamtaufbau der Kältemittelkreislaufvorrichtung 3 zeigt. In 7 zeigen durchgezogene Pfeile einen Kältemittelstrom in einer nachstehend beschriebenen Kühlbetriebsart, und gestrichelte Pfeile zweigen den Kältemittelstrom in einer nachstehend beschriebenen Heizbetriebsart.
Die Kältemittelkreislaufvorrichtung 3 umfasst einen Dampfkompressionskältemittelkreislauf 50, der aufgebaut ist, um fähig zu sein, zwischen der Kühlbetriebsart zum Kühlen einer Innenblasluft, die ein Fluid ist, das Wärme austauschen soll, und der Heizbetriebsart zum Heizen der Innenblasluft umzuschalten.
In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Kältemittelausstoßseite des Kompressors 21 mit einem Strahler 51 verbunden. Der Strahler 51 ist in einem Fahrzeug bereitgestellt und ist ein nutzungsseitiger Wärmetauscher zum Heizen von Luft, die in einen Fahrzeugraum geblasen werden soll, durch Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel, das durch das Innere des Strahlers 51 strömt, und gekühlter Luft nach dem Durchlaufen des Verdampfers 37. Eine Kältemittelauslassseite des Strahlers 51 ist mit einem elektrischen Dreiwegeventil 52 verbunden. Das elektrische Dreiwegeventil 52 ist ein Strömungsdurchgangsschaltabschnitt, und der Betrieb des elektrischen Dreiwegeventils 52 wird von den Steuersignalen gesteuert, die von der Steuervorrichtung ausgegeben werden.
Insbesondere schaltet das elektrische Dreiwegeventil 52 selektiv auf einen Kältemittelströmungsdurchgang, der einen Auslass des Strahlers 51 mit einer ersten Dreiwegeverbindung 53 verbindet, d. h. einen durch die durchgezogenen Pfeile in 7 gezeigten Strömungskreis, und einen Kältemitteldurchgang, der den Auslass des Strahlers 51 mit einem elektrischen Expansionsventil 54 verbindet, d. h. einen in 7 durch die gestrichelten Pfeile gezeigten Strömungskreis. Außerdem ist ein grundlegender Aufbau der jeweiligen Dreiwegeverbindungen der vorliegenden Ausführungsform der gleiche wie der des ersten Verzweigungsabschnitts 22 der ersten Ausführungsform oder ähnlich, und ein grundlegender Aufbau des elektrischen Expansionsventils 54 ist der gleiche wie der des elektrischen Expansionsventils 36 der ersten Ausführungsform.
Unter den Öffnungsabschnitten der ersten Dreiwegeverbindung 53 außer dem mit dem Strahler 51 verbundenen Öffnungsabschnitt, ist einer der Öffnungsabschnitte der ersten Dreiwegeverbindung 53 über ein viertes Solenoidventil 55 als einem Strömungsdurchgangsschaltabschnitt mit dem Akkumulator 34 verbunden, und ein anderer der Öffnungsabschnitte der ersten Dreiwegeverbindung 53 ist mit dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a des Außenwärmetauschers 28 verbunden. Ein grundlegender Aufbau der jeweiligen Solenoidventile der vorliegenden Ausführungsform ist der gleiche wie der des ersten Solenoidventils 26, des zweiten Solenoidventils 33 und des dritten Solenoidventils 35 der ersten Ausführungsform oder ähnlicher. Außerdem ist der Außenwärmetauscher 28 der vorliegenden Ausführungsform mit der Kältemittelumleitungsvorrichtung 29 verbunden, die ähnlich der der dritten Ausführungsform ist.
Der Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b des Außenwärmetauschers 28 ist mit einer zweiten Dreiwegeverbindung 56 verbunden. Einer der Öffnungsabschnitte der zweiten Dreiwegeverbindung 56 ist über eine dritte Dreiwegeverbindung 57 mit der Umleitungsrohrleitung 29a der Kältemittelumleitungsvorrichtung 29 und dem elektrischen Expansionsventil 54 verbunden. Außerdem ist ein anderer der Öffnungsabschnitte der zweiten Dreiwegeverbindung 56 über eine vierte Dreiwegeverbindung 58 mit einem Ende eines fünften Solenoidventils 59 und einem Ende eines sechsten Solenoidventils 60, die Strömungsdurchgangsschaltabschnitte sind, verbunden.
Ein anderes Ende des fünften Solenoidventils 59 ist über ein thermisches Expansionsventil 61 mit dem Verdampfer 37 verbunden. Das thermische Expansionsventil 61 umfasst einen temperaturempfindlichen Abschnitt 61a zum Erfassen des Überhitzungsgrads des Kältemittels auf einer Auslassseite des Verdampfers 37 basierend auf der Temperatur und dem Druck des Kältemittels auf der Auslassseite des Verdampfers 37 und einen variablen mechanischen Drosselabschnitt 61b zum Einstellen einer Drosseldurchgangsfläche, d. h. einer Strömungsmenge des Kältemittels, so dass der Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Auslassseite des Verdampfers 37 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Das thermische Expansionsventil 61 ist ein wohlbekanntes Innendruckausgleichsexpansionsventil mit dem temperaturempfindlichen Abschnitt 61a und dem variablen mechanischen Drosselabschnitt 61b in einem Gehäuse.
Ein anderes Ende des sechsten Solenoidventils 60 ist mit dem Verdampfer 37 verbunden. Die Auslassseite des Verdampfers 37 ist über den temperaturempfindlichen Abschnitt 61a des thermischen Expansionsventils 61 mit dem Akkumulator 34 verbunden.
Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Luftmischklappe 62 stromabwärtig von dem Luftstrom des in dem Fahrzeugraum bereitgestellten Verdampfers 37 und stromaufwärtig von dem Luftstrom des Strahlers 51 bereitgestellt. Die Luftmischklappe 62 ist ein Klappenabschnitt zum Ändern des Luftströmungsverhältnisses, das den Strahler 51 durchläuft, zwischen der von dem Verdampfer 37 gekühlten Luft. Durch Ändern des Öffnungsgrads der Luftmischklappe 62 wird die Temperatur der Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, eingestellt.
Die Luftmischklappe 62 wird von einem Aktuator für den Antrieb, der in der Zeichnung nicht gezeigt ist, angetrieben. Die Drehposition, das heißt, der Öffnungsgrad der Luftmischklappe 62, kann kontinuierlich eingestellt werden. Der Betrieb der Luftmischklappe 62 wird von den Steuersignalen gesteuert, die von der Steuervorrichtung ausgegeben werden.
Außerdem ist eine Ausgangsseite der Steuervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform mit dem Elektromotor 21b des Kompressors 21, dem Umleitungsrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29b, dem elektrischen Dreiwegeventil 52, dem elektrischen Expansionsventil 54, dem vierten Solenoidventil 55, dem fünften Solenoidventil 59, dem sechsten Solenoidventil 60, dem Aktuator zum Antreiben der Luftmischklappe 62 und ähnlichen verbunden. Die Steuervorrichtung steuert die Betriebe der Komponenten.
Im Gegensatz dazu ist eine Eingangsseite der Steuervorrichtung mit einem Bedienfeld verbunden, in dem neben verschiedenen Sensoren zum Steuern einer Klimaanlage ein Betätigungsschalter der Kältemittelkreislaufvorrichtung 3, ein Auswahlschalter für die Kühlbetriebsart und die Heizbetriebsart, ein Fahrzeuginnentemperaturfestlegungsschalter und ähnliche bereitgestellt sind.
Als nächstes wird der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform in dem vorstehenden Aufbau beschrieben. Wie vorstehend beschrieben, können in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 3 der vorliegenden Ausführungsform die Kühlbetriebsart zum Kühlen der Innenblasluft und die Heizbetriebsart zum Heizen der Innenblasluft umgeschaltet werden.
A. Kühlbetriebsart
Wenn in dem Zustand, in dem der Betätigungsschalter der Kältemittelkreislaufvorrichtung 3 in dem Bedienfeld eingeschaltet ist, die Kühlbetriebsart ausgewählt wird, wird die Kühlbetriebsart durchgeführt. In der Kühlbetriebsart schaltet die Steuervorrichtung das Dreiwegeventil 52 derart, dass die Auslassseite des Strahlers 51 mit der Dreiwegeverbindung 53 verbunden ist, schließt das Umleitungsrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29b, das vierte Solenoidventil 55 und das sechste Solenoidventil 60 und öffnet das fünfte Solenoidventil 59.
Daher strömt das gesamte Kältemittel, das in die erste Dreiwegeverbindung 53 strömt, in den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a des Außenwärmetauschers 28. Außerdem dreht die Steuervorrichtung den Elektromotor 21b des Kompressors 21 und gibt die Steuersignale an den Aktuator zum Antrieben der Luftmischklappe 62 aus, so dass die Temperatur der Innenblasluft sich der Festlegungstemperatur nähert, die von dem Fahrzeuginnentemperaturfestlegungsschalter festgelegt ist.
Dadurch ist der Dampfkompressionskältemittelkreislauf, wie in 7 in durchgezogenen Pfeilen gezeigt, derart aufgebaut, dass das Kältemittel durch den Kompressor 21, den Strahler 51, das elektrische Dreiwegeventil 52, die erste Dreiwegeverbindung 53, den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a des Außenwärmetauschers 28, den Sammelabschnitt 286, den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b, die zweite Dreiwegeverbindung 56, die vierte Dreiwegeverbindung 58, das fünfte Solenoidventil 59, das thermische Expansionsventil 61, den Verdampfer 37, den temperaturempfindlichen Abschnitt 61a des thermischen Expansionsventils 61, den Akkumulator 34 und den Kompressor 21 in dieser Reihenfolge zirkuliert.
Daher wird das von dem Kompressor 21 komprimierte Kältemittel an dem Strahler 51 gekühlt, indem es Wärme mit der Innenblasluft, die durch Durchlaufen des Verdampfers 37 gekühlt wurde, austauscht, und wird weiter gekühlt, indem es an dem Außenwärmetauscher 28 Wärme mit der Umgebungsluft austauscht, und sein Druck wird von dem thermischen Expansionsventil 61 herabgesetzt und es wird von ihm expandiert. Das Niederdruckkältemittel, dessen Druck von dem thermischen Expansionsventil 61 herabgesetzt wurde, strömt in den Verdampfer 37 und nimmt Wärme aus der von dem Gebläseventilator 37a geschickten Innenblasluft auf, um zu verdampfen.
Da der Öffnungsgrad der Luftmischklappe 62 in diesem Fall, wie vorstehend beschrieben, eingestellt wird, wird ein Teil der Innenblasluft, die von dem Verdampfer 37 gekühlt wird, von dem Strahler 51 geheizt, so dass die Temperatureinstellung der Innenblasluft durchgeführt wird. Außerdem strömt das aus dem Verdampfer 37 strömende Kältemittel über den temperaturempfindlichen Abschnitt 61a des thermischen Expansionsventils 61 in den Akkumulator 34. Das gasförmige Kältemittel, das durch den Akkumulator 34 von dem flüssigphasigen Kältemittel abgeschieden wird, wird in den Kompressor 21 gesaugt und erneut komprimiert.
In der Kühlbetriebsart der vorliegenden Ausführungsform kann das Kältemittel, während es den Außenwärmetauscher 28 durchläuft, den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a, den Sammelabschnitt 286 und den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b in dieser Reihenfolge durchlaufen. Dabei kann die Enthalpie des Kältemittels, das in den Verdampfer 37 strömt, verringert werden, und die Kältekapazität durch den Verdampfer 37 kann erhöht werden. Daher kann der COP verbessert werden.
B. Heizbetriebsart
Wenn in dem Zustand, in dem der Betätigungsschalter der Kältemittelkreislaufvorrichtung 3 in dem Bedienfeld eingeschaltet ist, durch den Auswahlschalter die Heizbetriebsart ausgewählt wird, wird die Heizbetriebsart durchgeführt. In der Heizbetriebsart schaltet die Steuervorrichtung das Dreiwegeventil 52 derart, dass die Kältemittelauslassseite des Strahlers 51 mit dem elektrischen Expansionsventil 54 verbunden ist, öffnet das Umleitungsrohrleitungsöffnungs-Schließventil 29b und das vierte Solenoidventil 55 und schließt das fünfte Solenoidventil 59 und das sechste Solenoidventil 60.
Außerdem bewirkt die Steuervorrichtung, dass das elektrische Expansionsventil 54 in dem Drosselzustand ist, und dreht den Elektromotor 21b des Kompressors 21. Daher strömt fast das gesamte Kältemittel, das in die dritte Dreiwegeverbindung 57 strömt, in die Umleitungsdurchgangsrohrleitung 29a der Kältemittelumleitungsvorrichtung 29, die einen geringeren Druckabfall als der Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b hat.
Dabei ist der Dampfkompressionskältekreislauf, wie in den gestrichelten Pfeilen in 7 gezeigt, derart aufgebaut, dass das Kältemittel durch den Kompressor 21, den Strahler 51, das elektrische Dreiwegeventil 52, das elektrische Expansionsventil 54, das Dreiwegeventil 57, die Umleitungsrohrleitung 29a, den Sammelabschnitt 286 des Außenwärmetauschers 28, den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a, die erste Dreiwegeverbindung 53, das vierte Solenoidventil 55, den Akkumulator 34 und den Kompressor 21 in dieser Reihenfolge zirkuliert.
Daher tauscht das von dem Kompressor 21 komprimierte Kältemittel an dem Strahler 51 Wärme mit der Innenblasluft aus. Dabei wird die Innenblasluft geheizt. Der Druck des aus dem Strahler 51 strömenden Kältemittels wird von dem elektrischen Expansionsventil 54 herabgesetzt und es wird von ihm expandiert und strömt in den Sammelabschnitt 286 des Außenwärmetauschers 28. Das in den Sammelabschnitt 286 strömende Kältemittel nimmt an dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a Wärme aus der Umgebungsluft, die von dem Gebläseventilator 28a geschickt wird, auf, um zu verdampfen.
Das aus dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a strömende Kältemittel strömt über die erste Dreiwegeverbindung 53 und das vierte Solenoidventil 55 in den Akkumulator 34. Außerdem wird das gasphasige Kältemittel, das in dem Akkumulator von dem flüssigphasigen Kältemittel abgeschieden wurde, in den Kompressor 21 gesaugt und erneut komprimiert.
In der Heizbetriebsart der vorliegenden Ausführungsform durchläuft das Kältemittel, während es den Außenwärmetauscher 28 durchläuft, die Umleitungsrohrleitung 29a, den Sammelabschnitt 286 und den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a in dieser Reihenfolge. Dabei kann der Druckabfall, der erzeugt wird, wenn das Kältemittel den Außenwärmetauscher 28 durchläuft, im Vergleich zu dem Fall, in dem das Kältemittel den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b, den Sammelabschnitt 286 und den Kondensationswärmeaustauschabschnitt 283a in dieser Reihenfolge durchläuft, drastisch verringert werden.
Folglich kann die Verringerung des Drucks des Kältemittels, das in den Kompressor 21 gesaugt werden soll, unterdrückt werden, und der Energieverbrauch des Kompressors 21 kann verringert werden. Daher kann der COP verbessert werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufgebaut, um fähig zu sein, zwischen der Kühlbetriebsart und der Heizbetriebsart umzuschalten. Außerdem kann in der Kältemittelkreislaufvorrichtung, die den Unterkühlungskondensator verwendet, selbst wenn der Kreislaufaufbau verwendet wird, in dem die Strömungsrichtung des Kältemittels, das in der Kühlbetriebsart durch den Außenwärmetauscher 28 strömt, entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung des Kältemittels ist, das in der Heizbetriebsart durch den Außenwärmetauscher 28 strömt, der COP in beiden Betriebsarten verbessert werden, und die gleiche Wirkung wie die der ersten Ausführungsform kann erzielt werden.
Wenngleich in der Kühlbetriebsart und der Heizbetriebsart, die vorstehend beschrieben sind, das sechste Solenoidventil 60 nicht geöffnet ist, ist das sechste Solenoidventil 60 in einer Entfechtungsheizbetriebsart geöffnet.
Die Entfeuchtungsheizbetriebsart wird in der vorstehend beschriebenen Kühlbetriebsart durchgeführt. Jedoch ist die Umgebungstemperatur im Allgemeinen in der Entfeuchtungsheizbetriebsart niedrig. Dabei kann der temperaturempfindliche Abschnitt 61a des thermischen Expansionsventils 61 aufgrund des Einflusses der Umgebungstemperatur einen niedrigeren Überhitzungsgrad als den tatsächlichen Überhitzungsgrad des aus dem Verdampfer 37 strömenden Kältemittels erfassen. Daher kann der variable mechanische Drosselabschnitt 61b ganz geschlossen werden und das Kältemittel kann nicht an den Verdampfer 37 geliefert werden.
Der Überhitzungsgrad des aus dem Verdampfer 37 strömenden Kältemittels wird zwangsweise erhöht, indem das sechste Solenoidventil 60 in einer im Voraus festgelegten Zeit geöffnet wird, so dass die Temperatur des temperaturempfindlichen Abschnitts 61a selbst erhöht wird. Dabei wird verhindert, dass der temperaturempfindliche Abschnitt 61a von der Umgebungstemperatur beeinflusst wird, und das thermische Expansionsventil 61 wird normal betrieben, wenn der Entfeuchtungsheizbetrieb durchgeführt wird.
(Andere Ausführungsformen)
Die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt und kann wie folgt vielfältig modifiziert werden.

(1) Die Anwendung der Kältemittelkreislaufvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den Kreislaufaufbau beschränkt, der in den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben ist, und kann für vielfältige Kreislaufaufbauten verwendet werden. Zum Beispiel kann die Kältemittelkreislaufvorrichtung der vorliegenden Erfindung für die Testkältemittelkreislaufvorrichtung verwendet werden.
(2) In der vorstehenden zweiten Ausführungsform ist das Beispiel beschrieben, dass zwei Öffnungs-Schließventile, wie etwa das Umleitungsdurchgangs-Öffnungs-Schließventil 29b und das Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29c, als das Steuerventil der Kältemittelumleifungsvorrichtung 29 verwendet werden. Das Steuerventil der Kältemittelumleitungsvorrichtung 29 ist jedoch nicht auf dieses verschränkt.

Zum Beispiel können das Umleitungsdurchgangs-Öffnungs-Schließventil 29b, das Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29c und der zweite Zusammenflussabschnitt 32 der zweiten Ausführungsform nicht verwendet werden, und ein elektrisches Dreiwegeventil mit dem gleichen Aufbau wie das elektrische Dreiwegeventil 52 der fünften Ausführungsform kann an einem Abschnitt, an dem in der zweiten Ausführungsform der zweite Zusammenflussabschnitt bereitgestellt ist, bereitgestellt werden. Ebenso können das Rückschlagventil 29d, das Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29c und die Dreiwegeverbindung 43 der vorstehenden vierten Ausführungsform nicht verwendet werden, und ein elektrisches Dreiwegeventil kann an einem Abschnitt bereitgestellt werden, an dem in der vierten Ausführungsform die Dreiwegeverbindung 43 bereitgestellt ist.

(3) In der vorstehenden fünften Ausführungsform ist das Beispiel beschrieben, dass das Umleitungsrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29b als das Steuerventil der Kältemittelumleitungsvorrichtung 29 verwendet wird. Das Umleitungsrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29b kann jedoch nicht verwendet werden, und das Rückschlagventil 29d, das ähnlich der dritten Ausführungsform ist, kann verwendet werden.

Wenn außerdem wie in der zweiten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform das Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil 29c hinzugefügt wird, kann verhindert werden, dass das Kältemittel in der Heizbetriebsart unumschränkt in den Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283b strömt, und das Ölverweilphänomen oder ein Schmierfehler des Kompressors 21 kann verhindert werden.

(4) In den vorstehenden Ausführungsformen ist das Beispiel beschrieben, in dem das Kältemittel in dem Kältemittelumleitungsabschnitt 29 derart strömt, dass das Kältemittel in der Heizbetriebsart den gesamten Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt 283 umgeht. Das Kältemittel kann jedoch einen Teil des Unterkühlungswärmeaustauschabschnitts 283b umgehen. In diesem Fall ist die Umleitungsrohrleitung 29a mit der Strömungsmitte des Unterkühlungswärmeaustauschabschnitts 283b verbunden.
(5) In den vorstehenden Ausführungsformen ist das Beispiel beschrieben, in dem die Umleitungsrohrleitung 29a an der unteren Oberflächensite des Unterkühlungswärmeaustauschabschnitts 283b befestigt ist, so dass der Außenwärmetauscher 28 und die Kältemittelumleitungsvorrichtung 29 integral aufgebaut sind. Die Integration des Außenwärmetauschers 28 und der Kältemittelumleitungsvorrichtung 29 ist jedoch nicht auf dieses beschränkt.

Zum Beispiel sind, wie in 8 gezeigt, in einem Körperabschnitt, der eine Außenschale des Sammelabschnitts 286, der ein Aufbauelement des Außenwärmetauschers 28 ist, bildet, Durchgangslöcher bereitgestellt, und der Körperabschnitt mit den Durchgangslöchern wird als ein Teil der Umleitungsrohrleitung 29a verwendet. Dadurch können die Miniaturisierung und Montagefähigkeit des Außenwärmetauschers 28 und der Kältemittelumleitungsvorrichtung 29 verbessert werden. Außerdem wird die Temperaturänderung des Kältemittels, das die Umleitungsrohrleitung 29a durchläuft, unterdrückt, und der Druckabfall aufgrund der Volumenexpansion des Kältemittels, das die Umleitungsrohrleitung 29a durchläuft, kann verringert werden.

(6) Obwohl in den vorstehenden Ausführungsformen das Beispiel beschrieben ist, dass der elektrische Kompressor verwendet wird, ist der Kompressor nicht auf dieses beschränkt. Zum Beispiel kann ein Kompressor verwendet werden, an den die Antriebskraft von dem Verbrennungsmotor übertragen wird. Außerdem kann ein Kompressor mit variabler Kapazität, der das Kältemittelausstoßvermögen basierend auf der Änderung der Ausstoßmenge einstellen kann, verwendet werden.
(7) Obwohl in der vorstehenden Ausführungsform das Beispiel beschrieben ist, dass der gewöhnliche Fluorkohlenwasserstoff als das Kältemittel verwendet wird, ist die Art des Kältemittels nicht auf dieses beschränkt. Zum Beispiel kann Kohlenwasserstoffkältemittel und ähnliches verwendet werden, vorausgesetzt, dass der Kreislauf derart aufgebaut ist, dass das Kältemittel auf der Hochdruckseite des Kreislaufs kondensiert wird.
(8) Wenngleich das Beispiel beschrieben ist, dass die Kältemittelkreislaufvorrichtung der vorliegenden Erfindung für die Klimaanlagenwasserheizung, die Klimaanlage und ähnliches verwendet wird, ist die Anwendung der Kältemittelkreislaufvorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht auf dieses beschränkt. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung auf Kältemittelkreislaufvorrichtungen, wie etwa eine gewerbliche Kühlvorrichtung, eine Kühlvorrichtung für Verkaufsautomaten, einen gekühlten Schaukasten und ähnliches, angewendet werden.

Während die Erfindung unter Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, muss sich verstehen, dass die Erfindung nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen und Aufbauten beschränkt ist. Die Erfindung soll verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken. Außerdem liegen neben den verschiedenen Kombinationen und Aufbauten, die bevorzugt sind, andere Kombinationen und Aufbauten, die mehr oder weniger oder nur ein einziges Element umfassen, ebenfalls innerhalb des Geistes und Bereichs der Erfindung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2005-306300 A [0003, 0007]
- JP 2001-108331 A [0006]

Claims

Kaltemittelkreislaufvorrichtung (1, 2, 3), die umfasst: einen Kompressor (21), der aufgebaut ist, um ein Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen; einen nutzungsseitigen Wärmetauscher (24, 37, 42, 51), der aufgebaut ist, um Wärme zwischen dem Kältemittel und einem Fluid, das Wärme austauschen soll, auszutauschen; einen Außenwärmetauscher (28), der aufgebaut ist, um Wärme zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft auszutauschen; und einen Strömungsdurchgangsschaltabschnitt (26, 33, 35, 41, 52, 55, 59), der aufgebaut ist, um einen Kältemittelströmungsdurchgang umzuschalten, wobei der Strömungsdurchgangsschaltabschnitt (26, 33, 35, 41, 52, 55, 59) in einer Kühlbetriebsart zum Kühlen des Fluids auf einen Kältemittelströmungsdurchgang schaltet, in dem die Wärme des von dem Kompressor (21) ausgestoßenen Kältemittels von dem Außenwärmetauscher (28) abgestrahlt wird und das von dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (37, 42) verdampfte Kältemittel in eine Kältemittelansaugseite des Kompressors (21) strömt, und in einer Heizbetriebsart zum Heizen des Fluids auf einen Kältemittelströmungsdurchgang schaltet, in dem die Wärme des von dem Kompressor (21) ausgestoßenen Kältemittels von dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (24, 42, 51) abgestrahlt wird und das von dem Außenwärmetauscher (28) verdampfte Kältemittel in die Kältemittelansaugseite des Kompressors (21) strömt, und der Außenwärmetauscher (28) derart aufgebaut ist, dass er einen Kondensationswärmeaustauschabschnitt (283a) zum Kondensieren des Kältemittels, einen Sammelabschnitt (286) zum Abscheiden das aus dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt (283a) strömenden Kältemittels in Gas und Flüssigkeit und einen Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt (283b) zum Unterkühlen eines aus dem Sammelabschnitt (286) strömenden gesättigten flüssigphasigen Kältemittels, durch den das Kältemittel in der Kühlbetriebsart strömt, umfasst, wobei die Kältemittelkreislaufvorrichtung (1, 2, 3) ferner umfasst einen Kältemittelumleitungsabschnitt (29), der derart aufgebaut ist, dass das Kältemittel in der Heizbetriebsart wenigstens einen Teil des Unterkühlungswärmetauschabschnitts (283b) umgeht.
Kältemittelkreislaufvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei eine Strömungsrichtung des Kältemittels, das in der Kühlbetriebsart durch den Außenwärmetauscher (28) strömt, die gleiche wie eine Strömungsrichtung des Kältemittels ist, das in der Heizbetriebsart durch den Außenwärmetauscher (28) strömt, und der Kältemittelumleitungsabschnitt (29) bewirkt, dass das in den Kondensationswärmeaustauschabschnitt (283a) strömende Kältemittel in der Heizbetriebsart aus dem Sammelabschnitt (286) strömt.
Kältemittelkreislaufvorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, wobei der Kältemittelumleitungsabschnitt (29) eine Umleitungsrohrleitung (29a), durch die das aus dem Sammelabschnitt (286) strömende Kältemittel strömt, und ein Steuerventil (29b, 29c) zum Steuern eines Strömungszustands des Kältemittels, das durch die Umleitungsrohrleitung (29a) strömt, umfasst.
Kältemittelkreislaufvorrichtung (1) gemäß Anspruch 3, wobei das Steuerventil ein Umleitungsrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil (29b) zum Öffnen und Schließen der Umleitungsrohrleitung (29a) umfasst.
Kältemittelkreislaufvorrichtung (1) gemäß Anspruch 4, wobei das Steuerventil ferner ein Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil (29c) zum Öffnen und Schließen einer Hauptrohrleitung umfasst und das Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil (29c) in der Hauptrohrleitung zwischen einem Endabschnitt der Umleitungsrohrleitung (29a), der entgegengesetzt zu ihrem mit dem Sammelabschnitt (286) verbundenen anderen Endabschnitt ist, und dem Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt (286b) bereitgestellt ist.
Kältemittelkreislaufvorrichtung (2, 3) gemäß Anspruch 1, wobei eine Strömungsrichtung des Kältemittels, das in der Kühlbetriebsart durch den Außenwärmetauscher (28) strömt, entgegengesetzt zu einer Strömungsrichtung des Kältemittels ist, das in der Heizbetriebsart durch den Außenwärmetauscher (28) strömt, und der Kältemittelumleitungsabschnitt (29) bewirkt, dass das Kältemittel in den Sammelabschnitt (286) strömt, und bewirkt, dass das in der Heizbetriebsart in den Sammelabschnitt (286) strömende Kältemittel aus dem Kondensationswärmeaustauschabschnitt (283a) strömt.
Kältemittelkreislaufvorrichtung (2, 3) gemäß Anspruch 6, wobei der Kältemittelumleitungsabschnitt (29) eine Umleitungsrohrleitung (29a), durch die das Kältemittel in den Sammelabschnitt (286) strömt, und ein Steuerventil (29b, 29c, 29d) zum Steuern eines Strömungszustands des durch die Umleitungsrohrleitung (29a) strömenden Kältemittels umfasst.
Kältemittelkreislaufvorrichtung (3) gemäß Anspruch 7, wobei das Steuerventil ein Umleitungsrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil (29b) zum Öffnen und Schließen der Umleitungsrohrleitung (29a) umfasst.
Kältemittelkreislaufvorrichtung (2) gemäß Anspruch 7, wobei das Steuerventil ein Rückschlagventil (29d) umfasst, das dem Kältemittel, das durch die Umleitungsrohrleitung (29a) strömt, nur erlaubt, in Richtung des Sammelabschnitts (286) zu strömen.
Kältemittelkreislaufvorrichtung (2, 3) gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei das Steuerventil ferner ein Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil (29c) zum Öffnen und Schließen einer Hauptrohrleitung umfasst und das Hauptrohrleitungs-Öffnungs-Schließventil (29c) in der Hauptrohrleitung zwischen einem Endabschnitt der Umleitungsrohrleitung (29a), der entgegengesetzt zu ihrem mit dem Sammelabschnitt (2876) verbundenen anderen Endabschnitt ist, und dem Unterkühlungswärmeaustauschabschnitt (283b) bereitgestellt ist.
Kältemittelkreislaufvorrichtung (1, 2, 3) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, wobei wenigstens ein Teil des Kältemittelumleitungsabschnitts (29) entlang einer Außenoberfläche des Außenwärmetauschers (28) bereitgestellt ist.
Kältemittelkreislaufvorrichtung (1, 2, 3) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, wobei wenigstens ein Teil des Kältemittelumleitungsabschnitts (29) integral mit einem Aufbauelement des Außenwärmetauschers (28) aufgebaut ist.
Kältemittelkreislaufvorrichtung (1, 2, 3) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, wobei wenigstens ein Teil des Kältemittelumleitungsabschnitts (29) integral mit dem Außenwärmetauscher (28) aufgebaut ist, so dass eine Temperaturänderung des Kältemittels, das den Kältemittelumleitungsdurchgang (29) durchläuft, unterdrückt wird.