DE112013002162T5

DE112013002162T5 - Kältekreislaufsystem

Info

Publication number: DE112013002162T5
Application number: DE112013002162.5T
Authority: DE
Inventors: c/o Mitsubishi Electric Corporat Yanachi Satoru; c/o Mitsubishi Electric Corporati Kato Yohei
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2015-01-08
Anticipated expiration: 2033-04-20
Also published as: DE112013002162B4; WO2013160929A1; US20150075196A1; CN203421870U; CN104246393A; CN104246393B; JP5901750B2; US9822994B2; WO2013161725A1; JPWO2013161725A1

Abstract

In einem Kältekreislaufsystem wird ein Umschalten zwischen einem parallelen Operationsmodus und einem Reihenoperationsmodus ermöglicht. In dem parallelen Operationsmodus strömt ein Kältemittel, nachdem es einen lastseitigen Wärmetauscher (3) verlassen hat, parallel durch einen hochdruckseitigen Durchgang von jeweils einem ersten internen Wärmetauscher (7) und einem zweiten internen Wärmetauscher (8) und strömt dann in ein Expansionsventil (5). In dem Reihenoperationsmodus strömt das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher (3) verlassen hat, durch den hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers (7), strömt weiterhin durch den hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers (8) und strömt dann durch eine hochdruckseitige Umgehungsleitung (13) in das Expansionsventil (5).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kältekreislaufsystem enthaltend einen internen Wärmetauscher, der ermöglicht, dass ein Hochdruck-Kältemittel von dem Auslass eines Kondensators zu Expansionsmitteln strömt, um Wärme mit einem Niedrigdruck-Kältemittel, das von dem Auslass eines Verdampfers zu dem Saugeinlass eines Kompressors strömt, auszutauschen.
Stand der Technik
Es wurde ein Kältekreislaufsystem vorgeschlagen, das einen internen Wärmetauscher enthält, der ermöglicht, dass ein Hochdruck-Kältemittel von dem Auslass eines Kondensators zu Expansionsmitteln strömt, um Wärme mit einem Niedrigdruck-Kältemittel, das von dem Auslass eines Verdampfers zu dem Saugeinlass eines Kompressors strömt, auszutauschen. Der Wärmetausch zwischen dem Hochdruck- und dem Niedrigdruck-Kältemittel in dem internen Wärmetauscher ermöglicht eine Verdampfung eines flüssigen Kältemittels, das von dem Auslass des Verdampfers wegströmt, wodurch sowohl die Rückkehr einer übermäßigen Menge von flüssigem Kältemittel zu dem Kompressor (nachfolgend als ”Rückflüssigkeit” bezeichnet) als auch eine Beschädigung des Kompressors aufgrund einer Konzentrationsverringerung von Schmieröl verhindert wird. Zusätzlich reduziert die Zunahme der Differenz zwischen der Enthalpie an dem Auslass des Verdampfers und der an dem Einlass des Verdampfers die Menge von zirkulierendem Kältemittel, wodurch der COP (der Quotient der Kühlkapazität oder Heizkapazität geteilt durch einen Eingangswert) verbessert wird (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
Zitatliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: Veröffentlichung Nr. 2010-282384 einer ungeprüften japanischen Patentanmeldung

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Jedoch ist gemäß einer derartigen, im Patentdokument 1 offenbarten Technik die in dem internen Wärmetauscher ausgetauschte Wärmemenge konstant. Daher ist es unmöglich, wenn beispielsweise eine transiente Lastveränderung zu einer Zunahme von zirkulierendem Kältemittel führt und somit eine Rückflüssigkeit bewirkt oder wenn ein flüssiges Kältemittel sich in einem Entfrostungsvorgang in einem Kompressor sammelt, die in dem internen Wärmetauscher ausgetauschte Wärmemenge zu erhöhen. Wenn dieses auftritt, verringert unerwünschterweise die Rückflüssigkeit bei der transienten Lastveränderung die Konzentration von Öl für die Zirkulation in dem Kompressor, was zu einer niedrigeren Zuverlässigkeit führt.
Um die sich aus einer derartigen transienten Rückflüssigkeit ergebenden Probleme zu überwinden, kann die Wärmeaustauschfläche vergrößert werden durch Vergrößern der Länge oder des Durchmessers jedes Rohrs des internen Wärmetauschers. Es ist jedoch zu beachten, dass in dem Kältekreislaufsystem ein Druckverlust in einem Bereich zwischen dem Auslass des Verdampfers und dem Saugeinlass des Kompressors beträchtlich zu einer Verringerung des COP beiträgt. Eine Vergrößerung der Länge jedes Rohrs in dem internen Wärmetauscher ist wirksam für die Rückflüssigkeit. Wenn keine Rückflüssigkeit auftritt, nimmt jedoch der Druckverlust zu, wodurch sich eine Herabsetzung des COP ergibt. Andererseits verringert eine Zunahme des Durchmessers jedes Rohrs des internen Wärmetauschers die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels, so dass es dem Kältemaschinenöl nicht gelingt, zu dem Kompressor zurückzukehren, wenn es der Strömung des Kältemittels folgt, was zu einer Beschädigung des Kompressors führt.
Wenn die Ausgabetemperatur des von dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels übermäßig ansteigt, wird ein Magnet eines Motors, der den Kompressor antreibt, entmagnetisiert, so dass das Leistungsvermögen des Kompressors sich verschlechtern oder dieser unwirksam werden kann. In einem derartigen Fall ist es erforderlich, die Qualität des Kältemittels an dem Saugeinlass des Kompressors zu verringern, um einen Anstieg der Ausgabetemperatur zu unterdrücken. Unter der Annahme, dass die Kapazität des internen Wärmetauschers festgelegt ist, wie bei dem im Patentdokument 1 offenbarten Stand der Technik, ermöglicht, selbst wenn die Ausgabetemperatur anomal ansteigt, der interne Wärmetauscher einen Wärmeaustausch. Nachteiligerweise ist es schwierig, die Qualität des Kältemittels an dem Saugeinlass des Kompressors zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorbeschriebenen Probleme zu überwinden, und sie sieht ein Kältekreislaufsystem vor, das in der Lage ist, gleichzeitig sowohl eine erhöhte Zuverlässigkeit als auch eine hocheffiziente Operation bei Rückflüssigkeit oder einer anomalen Zunahme der Ausgabetemperatur zu erzielen.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung sieht ein Kältekreislaufsystem vor, enthaltend einen Kältemittel-Kreislauf, der einen Kompressor (1), einen lastseitigen Wärmetauscher (3), einen internen Wärmetauscher (4), Expansionsmittel (5) und einen wärmequellenseitigen Wärmetauscher (6) enthält, die durch Leitungen verbunden sind und durch die ein Kältemittel zirkuliert. Der interne Wärmetauscher (4) enthält einen ersten internen Wärmetauscher (7), in welchem das durch einen hochdruckseitigen Durchgang strömende Kältemittel Wärme mit dem durch einen niederdruckseitigen Durchgang strömenden Kältemittel austauscht, einen zweiten internen Wärmetauscher (8), in welchem das durch einen hochdruckseitigen Durchgang strömende Kältemittel mit dem durch einen niederdruckseitigen Durchgang strömenden Kältemittel Wärme austauscht, eine erste hochdruckseitige Strömungsschaltvorrichtung (11a), die sich zwischen dem Auslass des lastseitigen Wärmetauschers (3) und einem Ende des hochdruckseitigen Durchgangs sowohl des ersten internen Wärmetauschers (7) als auch des zweiten internen Wärmetauschers (8) befindet, eine zweite hochdruckseitige Strömungsschaltvorrichtung (12a), die sich zwischen den Expansionsmitteln (5) und dem anderen Ende des hochdruckseitigen Durchgangs sowohl des ersten internen Wärmetauschers (7) als auch des zweiten internen Wärmetauschers (8) befindet, eine hochdruckseitige Umgehungsleitung (13), die von einer Leitung, die die erste hochdruckseitige Strömungsschaltvorrichtung (11a) und den hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers (8) verbindet, abzweigt und mit den Expansionsmitteln (5) verbunden ist, und eine dritte hochdruckseitige Strömungsschaltvorrichtung (12b), die für hochdruckseitige Umgehungsleitung (13) vorgesehen ist. Das Schalten ist möglich zwischen einem parallelen Operationsmodus, in welchem das Kältemittel beim Verlassen des lastseitigen Wärmetauschers (3) parallel durch die hochdruckseitigen Durchgänge des ersten internen Wärmetauschers (7) und des zweiten internen Wärmetauschers (8) strömt und dann in die Expansionsmittel (5) strömt, und einem Reihenoperationsmodus, in welchem das Kältemittel beim Verlassen des lastseitigen Wärmetauschers (3) durch den hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers (7) strömt, weiterhin durch den hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers (8) strömt und dann durch die hochdruckseitige Umgehungsleitung (13) in die Expansionsmittel (5) strömt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Umschalten zwischen dem parallelen Operationsmodus und dem Reihenoperationsmodus möglich, wodurch gleichzeitig sowohl eine erhöhte Zuverlässigkeit als auch eine hocheffiziente Operation bei Rückflüssigkeit oder einer anomalen Erhöhung der Ausgabetemperatur erzielt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines Kältekreislaufsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
2 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Kältemittel-Kreislaufs in einem ”parallelen Operationsmodus” gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
3 ist ein Druck/Enthalpie-Diagramm, das Zykluscharakteristiken in dem ”parallelen Operationsmodus” gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
4 ist ein Diagramm, das die Konfiguration des Kältemittel-Kreislaufs in einem ”Reihenoperationsmodus” gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
5 ist ein Druck/Enthalpie-Diagramm, das Kreislaufcharakteristiken in dem ”Reihenoperationsmodus” gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
6 ist ein Flussdiagramm, das die Reihenfolge der Steuerung bei Rückflüssigkeit in dem ”Reihenoperationsmodus” gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 zeigt.
7 ist ein Flussdiagramm, das die Reihenfolge der Steuerung für den ”Reihenoperationsmodus” gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 beim Starten des Systems oder bei einer Rückführung aus einem Entfrostungsvorgang zeigt.
8 ist ein Diagramm, das die Konfiguration des Kältemittel-Kreislaufs in einem ”Umgehungsoperationsmodus” gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
9 ist ein Druck/Enthalpie-Diagramm, das Kreislaufcharakteristiken in dem ”Umgehungsoperationsmodus” gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
10 ist ein Flussdiagramm, das die Reihenfolge der Steuerung für den ”Umgehungsoperationsmodus” gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 zeigt.
11 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines Kältekreislaufsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 illustriert.
12 ist ein Diagramm, das eine andere beispielhafte Konfiguration des Kältekreislaufsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
13 ist ein Diagramm, das eine andere beispielhafte Konfiguration des Kältekreislaufsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
14 ist ein Diagramm, das noch eine andere beispielhafte Konfiguration des Kältekreislaufsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Ausführungsbeispiel 1
1 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Kältekreislaufsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
Wie in 1 illustriert ist, enthält das Kältekreislaufsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 einen Kältemittel-Kreislauf, der einen Kompressor 1, ein Vierwegeventil 2, einen lastseitigen Wärmetauscher 3, einen internen Wärmetauscher 4, ein Expansionsventil 5 und einen wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 enthält, die durch Kältemittelleitungen verbunden sind und durch die ein Kältemittel zirkuliert.
Der Kompressor 1 saugt das Kältemittel an und komprimiert das Kältemittel in einen Hochtemperatur-Hochdruck-Zustand.
Das Vierwegeventil 2 ist mit dem Kompressor 1, dem lastseitigen Wärmetauscher 3, dem internen Wärmetauscher 4 und dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 verbunden. Das Vierwegeventil 2 schaltet den Strömungspfad des von dem Kompressor 1 ausgegebenen Kältemittels und den Strömungspfad des in den internen Wärmetauscher 4 strömenden Kältemittels um
Der lastseitige Wärmetauscher 3 hat die Funktion eines Kondensators (Radiators) oder eines Verdampfers, um Wärme zwischen dem Kältemittel und einem Wärmemedium (zum Beispiel Luft oder Wasser) so auszutauschen, dass das Kältemittel kondensiert und sich verflüssigt oder verdampft und zu Gas wird. Der lastseitige Wärmetauscher 3 ist beispielsweise unter Verwendung eines Rippe-und-Rohr-Wärmetauschers vom Kreuzrippentyp, enthaltend Wärmeübertragungsrohre und eine große Anzahl von Rippen, realisiert und tauscht Wärme zwischen dem Kältemittel und Luft (Wärmemedium), die beispielsweise von einem Ventilator (nicht illustriert) geliefert wird, aus.
Das Expansionsventil 5 reduziert den Druck des Kältemittels, um es auszudehnen. Das Expansionsventil 5 ist beispielsweise unter Verwendung eines elektronischen Expansionsventils mit einem variabel steuerbaren Öffnungsgrad realisiert. Das Expansionsventil 5 entspricht den ”Expansionsmitteln” bei der vorliegenden Erfindung.
Der wärmequellenseitige Wärmetauscher 6 hat die Funktion eines Verdampfers oder eines Kondensators (Radiators) und tauscht Wärme zwischen dem Kältemittel und einem Wärmemedium (zum Beispiel Luft oder Wasser) so aus, dass das Kältemittel verdampft und zu Gas wird oder kondensiert und sich verflüssigt. Der wärmequellenseitige Wärmetauscher 6 wird durch Verwendung beispielsweise eines Rippe-und-Rohr-Wärmetauschers vom Kreuzrippentyp, enthaltend Wärmeübertragungsrohre und eine große Anzahl von Rippen, realisiert und tauscht Wärme zwischen dem Kältemittel und Luft (Wärmemedium), die beispielsweise von einem Ventilator (nicht illustriert) geliefert wird, aus.
Der interne Wärmetauscher 4 enthält einen ersten internen Wärmetauscher 7, einen zweiten internen Wärmetauscher 8, ein erstes niederdruckseitiges Dreiwegeventil 9, ein zweites niederdruckseitiges Dreiwegeventil 10, ein erstes hochdruckseitiges Dreiwegeventil 11, ein zweites hochdruckseitiges Dreiwegeventil 12, eine zweite hochdruckseitige Umgehungsleitung 13, eine zweite niederdruckseitige Umgehungsleitung 14, eine erste niederdruckseitige Umgehungsleitung 15 und eine erste hochdruckseitige Umgehungsleitung 16.
Der erste interne Wärmetauscher 7 enthält einen hochdruckseitigen Durchgang und einen niederdruckseitigen Durchgang und tauscht Wärme zwischen dem durch den hochdruckseitigen Durchgang strömenden Kältemittel und dem durch den niederdruckseitigen Durchgang strömenden Kältemittel aus.
Der zweite interne Wärmetauscher 8 enthält einen hochdruckseitigen Durchgang und einen niederdruckseitigen Durchgang und tauscht Wärme zwischen dem durch den hochdruckseitigen Durchgang strömenden Kältemittel und dem durch den niederdruckseitigen Durchgang strömenden Kältemittel aus.
Das erste hochdruckseitige Dreiwegeventil 11 befindet sich zwischen dem Auslass des lastseitigen Wärmetauschers 3 und einem Ende (Stromaufwärtsende) des hochdruckseitigen Durchgangs von jeweils dem ersten und dem zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8. Das erste hochdruckseitige Dreiwegeventil 11 verbindet den hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7, den hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 und eine Leitung, die mit dem Auslass des lastseitigen Wärmetauschers 3 verbunden ist, um den Strömungspfad des Kältemittels umzuschalten.
Die erste hochdruckseitige Umgehungsleitung 16 zweigt von einer Leitung, die die hochdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 verbindet, ab und ist mit dem zweiten hochdruckseitigen Dreiwegeventil 12 verbunden.
Das zweite hochdruckseitige Dreiwegeventil 12 befindet sich zwischen dem Expansionsventil 5 und dem anderen Ende (Stromabwärtsende) des hochdruckseitigen Durchgangs von jeweils dem ersten und dem zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8. Das zweite hochdruckseitige Dreiwegeventil 12 verbindet die erste hochdruckseitige Umgehungsleitung 16, die zweite hochdruckseitige Umgehungsleitung 13 und das Expansionsventil 5, um den Strömungspfad des Kältemittels umzuschalten.
Die zweite hochdruckseitige Umgehungsleitung 13 zweigt von einer Leitung, die das erste hochdruckseitige Dreiwegeventil 11 und den hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 verbinde, ab und verbindet den hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 und das zweite hochdruckseitige Dreiwegeventil 12.
Das erste hochdruckseitige Dreiwegeventil 11 entspricht einer ”ersten hochdruckseitigen Strömungsumschaltvorrichtung” und einer ”vierten hochdruckseitigen Strömungsumschaltvorrichtung” beider vorliegenden Erfindung. Das zweite hochdruckseitige Dreiwegeventil 12 entspricht einer ”zweiten hochdruckseitigen Strömungsumschaltvorrichtung” und einer ”dritten hochdruckseitigen Strömungsumschaltvorrichtung” bei der vorliegenden Erfindung. Die zweite hochdruckseitige Umgehungsleitung 13 entspricht einer ”hochdruckseitigen Umgehungsleitung” bei der vorliegenden Erfindung.
Das erste niederdruckseitige Dreiwegeventil 9 befindet sich zwischen dem Auslass des wärmequellenseitigen Wärmetauschers 6 und einem Ende (Stromaufwärtsende) des niederdruckseitigen Durchgangs von jeweils dem ersten und dem zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8. Das erste niederdruckseitige Dreiwegeventil 9 verbindet den niederdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7, den niederdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 und die mit dem Auslass des lastseitigen Wärmetauschers 3 verbundene Leitung, um den Strömungspfad des Kältemittels umzuschalten.
Die erste niederdruckseitige Umgehungsleitung 15 zweigt von einer Leitung, die die niederdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 verbindet, ab und ist mit dem zweiten niederdruckseitigen Dreiwegeventil 10 verbunden.
Das zweite niederdruckseitige Dreiwegeventil 10 befindet sich zwischen dem Kompressor 1 und dem anderen Ende (Stromabwärtsende) des niederdruckseitigen Durchgangs von jeweils dem ersten und dem zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8. Das zweite niederdruckseitige Dreiwegeventil 10 verbindet die erste niederdruckseitige Umgehungsleitung 15, die zweite niederdruckseitige Umgehungsleitung 14 und den Kompressor 1, um den Strömungspfad des Kältemittels umzuschalten.
Die zweite niederdruckseitige Umgehungsleitung 14 zweigt von einer Leitung, die das erste niederdruckseitige Dreiwegeventil 9 und den niederdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 verbindet, ab und verbindet den niederdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 und das zweite niederdruckseitige Dreiwegeventil 10.
Das erste niederdruckseitige Dreiwegeventil 9 entspricht einer ”ersten niederdruckseitigen Strömungsumschaltvorrichtung” und einer ”vierten niederdruckseitigen Strömungsumschaltvorrichtung” bei der vorliegenden Erfindung. Das zweite niederdruckseitige Dreiwegeventil 10 entspricht einer ”zweiten niederdruckseitigen Strömungsumschaltvorrichtung” und einer ”dritten niederdruckseitigen Strömungsumschaltvorrichtung” bei der vorliegenden Erfindung. Die zweite niederdruckseitige Umgehungsleitung 14 entspricht einer ”niederdruckseitigen Umgehungsleitung” bei der vorliegenden Erfindung.
Jeweils das erste hochdruckseitige Dreiwegeventil 11, das zweite hochdruckseitige Dreiwegeventil 12, das erste niederdruckseitige Dreiwegeventil 9 und das zweite niederdruckseitige Dreiwegeventil 10 sind nicht auf ein Dreiwegeventil beschränkt und können jede Komponente sein, die in der Lage ist, den Strömungspfad des Kältemittels umzuschalten. Beispielsweise können mehrere Komponenten, wie Ein/Aus-Ventile, zum Öffnen oder Schließen eines Zweiwegedurchgangs kombiniert verwendet werden, um den Strömungspfad des Kältemittels umzuschalten.
Eine Steuervorrichtung (nicht illustriert) enthält einen Mikrocomputer und steuert beispielsweise die Antriebsfrequenz des Kompressors 1, das Umschalten des Vierwegeventils 2 und den Öffnungsgrad des Expansionsventils 5. Die Steuervorrichtung steuert das erste hochdruckseitige Dreiwegeventil 11, das zweite hochdruckseitige Dreiwegeventil 12, das erste niederdruckseite Dreiwegeventil 9 und das zweite niederdruckseitige Dreiwegeventil 10, um den Strömungspfad des Kältemittels umzuschalten, wodurch jeder der Operationsmodi ausgeführt wird, wie später beschrieben wird.
Die Operation des Kältekreislaufsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 wird nun beschrieben.
In dem Kältekreislaufsystem nach dem Ausführungsbeispiel 1 ist ein Umschalten zwischen einem parallelen Operationsmodus, einem Reihenoperationsmodus und einem Umgehungsoperationsmodus möglich.
Der ”parallele Operationsmodus” wird nun zuerst beschrieben.
2 ist ein Diagramm, das die Konfiguration des Kältemittel-Kreislaufs in dem ”parallelen Operationsmodus” gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
In dem parallelen Operationsmodus ist das erste hochdruckseitige Dreiwegeventil 11 so eingestellt, dass das Kältemittel beim Verlassen des lastseitigen Wärmetauschers 3 in beide hochdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 strömt.
Das zweite hochdruckseitige Dreiwegeventil 12 ist so eingestellt, dass das Kältemittel, das durch die hochdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 hindurchgeht und weiterhin durch die erste hochdruckseitige Umgehungsleitung 16 hindurchgeht, in das Expansionsventil 5 strömt und das Kältemittel, das durch die zweite hochdruckseitige Umgehungsleitung 13 hindurchgeht, nicht in das Expansionsventil 5 strömt.
Das erste niederdruckseitige Dreiwegeventil 9 ist so eingestellt, dass das Kältemittel beim Verlassen des wärmequellenseitigen Wärmetauschers 6, das durch das Vierwegeventil 2 hindurchgeht, in die beiden niederdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 strömt.
Das zweite niederdruckseitige Dreiwegeventil 10 ist so eingestellt, dass das Kältemittel, das durch die niederdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 hindurchgeht und weiterhin durch die erste niederdruckseitige Umgehungsleitung 15 hindurchgeht, in den Kompressor 1 strömt und das durch die zweite niederdruckseitige Umgehungsleitung 14 hindurchgehende Kältemittel nicht in den Kompressor 1 strömt.
Durch diese Operation strömt das Kältemittel, wenn es den lastseitigen Wärmetauscher 3 verlässt, parallel durch die hochdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 und strömt dann in das Expansionsventil 5. Das Kältemittel strömt nach Verlassen des wärmequellenseitigen Wärmetauschers 6 parallel durch die niederdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 und strömt dann in den Kompressor 1.
Die Funktionen der Komponenten und die Zustände des Kältemittels werden nun gemäß der Strömung des Kältemittels bei einem Heizvorgang mit Bezug auf 3 beschrieben.
3 ist ein Druck/Enthalpie-Diagramm, das Kreislaufcharakteristiken in dem ”parallelen Operationsmodus” gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
Das aus dem Kompressor ausgegebene Kältemittel ist ein gasförmiges Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel (Punkt A). Das gasförmige Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel geht durch das Vierwegeventil 2 hindurch und tauscht dann Wärme mit einem Wärmemedium (zum Beispiel Luft oder Wasser) in dem lastseitigen Wärmetauscher 3 aus und kondensiert in ein flüssiges Hochdruck-Kältemittel (Punkt B). In dem internen Wärmetauscher 4 strömt das Kältemittel parallel durch den ersten und den zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8, derart, dass das flüssige Hochdruck-Kältemittel Wärme mit einem gasförmigen Niederdruck-Kältemittel austauscht, wodurch das flüssige Hochdruck-Kältemittel abgekühlt wird (Punkt C). Das flüssige Hochdruck-Kältemittel wird durch ein Expansionsventil 5 im Druck in ein Niederdruck-Zweiphasen-Kältemittel reduziert (Punkt D). Das Niederdruck-Zweiphasen-Kältemittel tauscht Wärme mit einem Wärmemedium (zum Beispiel Luft oder Wasser) in dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 aus und verdampft hierdurch (Punkt E). In dem internen Wärmetauscher 4 strömt das Kältemittel parallel durch den ersten und den zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8, derart, dass das flüssige Hochdruck-Kältemittel Wärme mit dem gasförmigen Niederdruck-Kältemittel austauscht, wodurch es überhitzt wird (Punkt F). Das Kältemittel kehrt zu dem Saugeinlass des Kompressors 1 zurück.
Um den Wärmeaustausch in dem lastseitigen Wärmetauscher 3 und dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 zu fördern und zu steuern, kann ein Ventilator verwendet werden, um die Strömungsrate von Luft zu erhöhen, wenn das Wärmemedium Luft ist. Alternativ kann, wenn das Wärmemedium eine Flüssigkeit, wie Wasser, ist, eine Pumpe oder dergleichen verwendet werden, um die Strömungsrate des Wassers zu erhöhen. Dasselbe gilt für andere Operationsmodi, die später beschrieben werden.
Wenn transiente Rückflüssigkeit durch Laständerungen oder einen Entfrostungsvorgang in dem Kältekreislaufsystem bewirkt wird, wird die Konzentration von Schmieröl (nachfolgend als ”Kältemaschinenöl” bezeichnet) für den Kompressor 1 verringert, wodurch sich eine Überhitzung des Kompressors aufgrund nicht ausreichender Schmierung ergibt.
Um das Problem mit einer derartigen transienten Rückflüssigkeit zu vermeiden, kann die Wärmeübertragungsfläche vergrößert werden durch Vergrößern der Länge oder des Durchmessers jeder Leitung des internen Wärmetauschers 4, wie bei dem im Patentdokument 1 beschriebenen Stand der Technik. Es ist jedoch festzustellen, dass in dem Kältekreislaufsystem ein Druckverlust in einem Bereich zwischen dem Auslass des Verdampfers und dem Ansaugeinlass des Kompressors beträchtlich zu einer Herabsetzung des COP beiträgt. Das Vergrößern der Länge jeder Leitung des internen Wärmetauschers 4 ist wirksam für die Rückflüssigkeit. Wenn keine Rückflüssigkeit auftritt, steigt jedoch der Druckverlust an, was zu einer Herabsetzung des COP führt. Andererseits reduziert ein zunehmender Durchmesser jeder Leitung des internen Wärmetauschers 4 die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels, so dass der Fall eintreten kann, dass Kältemaschinenöl nicht zu dem Kompressor 1 zurückkehrt, wenn es der Strömung des Kältemittels folgt, wodurch sich eine Überhitzung des Kompressors 1 ergibt.
In dem ”parallelen Operationsmodus” nach dem Ausführungsbeispiel 1 sind die Querschnittsflächen des ersten internen Wärmetauschers 7 und des zweiten internen Wärmetauschers 8 so eingestellt, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels erzielt wird, bei der das Kältemaschinenöl zu dem Kompressor 1 zurückkehren kann, wenn es der Strömung des Kältemittels folgt. Mit diesen Einstellungen kann der Wärmeaustausch erzielt werden, während der Druckverlust niedrig gehalten wird. Vorteilhafterweise kann eine Operation mit hohem COP und mit hoher Zuverlässigkeit erzielt werden.
Wenn transiente Rückflüssigkeit durch Laständerungen oder dergleichen in dem ”parallelen Operationsmodus” bewirkt wird, muss die Menge von flüssigem Kältemittel, das zu dem Saugeinlass des Kompressors 1 zurückkehrt, so schnell wie möglich reduziert werden.
In diesem Fall wird das Kältekreislaufsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 in den ”Reihenoperationsmodus” umgeschaltet.
Der ”Reihenoperationsmodus” wird als Nächstes beschrieben.
4 ist ein Diagramm, das die Konfiguration des Kältemittel-Kreislaufs in dem ”Reihenoperationsmodus” gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
In dem Reihenoperationsmodus wird das erste hochdruckseitige Dreiwegeventil 11 so eingestellt, dass das Kältemittel nach Verlassen des lastseitigen Wärmetauschers 3 in den hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7 strömt und nicht in den hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 strömt.
Das zweite hochdruckseitige Dreiwegeventil 12 ist so eingestellt, dass das Kältemittel, das durch den hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7 hindurchgeht, nicht durch die erste hochdruckseitige Umgehungsleitung 16 in das Expansionsventil 5 strömt und das Kältemittel, das durch die zweite hochdruckseitige Umgehungsleitung 13 geht, in das Expansionsventil 5 strömt.
Das erste niederdruckseitige Dreiwegeventil 9 ist so eingestellt, dass das Kältemittel, nach Verlassen des wärmequellenseitigen Wärmetauschers 6 und durch das Vierwegeventil 2 hindurchgehend, in den niederdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7 strömt und nicht in den niederdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 strömt.
Das zweite niederdruckseitige Dreiwegeventil 10 ist so eingestellt, dass das durch den niederdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7 hindurchgehende Kältemittel nicht durch die erste niederdruckseitige Umgehungsleitung 15 in den Kompressor 1 strömt und das durch die zweite niederdruckseitige Umgehungsleitung 14 hindurchgehende Kältemittel in den Kompressor 1 strömt.
Durch diese Operation strömt das Kältemittel nach Verlassen des lastseitigen Wärmetauschers 3 durch den hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7, strömt weiterhin durch den hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 und strömt dann durch die zweite hochdruckseitige Umgehungsleitung 13 in das Expansionsventil 5. Das Kältemittel strömt nach Verlassen des wärmequellenseitigen Wärmetauschers 6 durch den niederdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7, strömt weiterhin durch den niederdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 und strömt dann durch die zweite niederdruckseitige Umgehungsleitung 14 in den Kompressor 1.
Die Funktionen der Komponenten und die Zustände des Kältemittels werden nun gemäß der Strömung des Kältemittels in dem Erwärmungsvorgang mit Bezug auf 5 beschrieben.
5 ist ein Druck/Enthalpie-Diagramm, das Kreislaufcharakteristiken in dem ”Reihenoperationsmodus” gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
Das von dem Kompressor 1 ausgegebene Kältemittel ist ein gasförmiges Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel (Punkt G). Das gasförmige Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel geht durch das Vierwegeventil 2 hindurch und tauscht Wärme mit einem Wärmemedium (zum Beispiel Luft oder Wasser) in dem lastseitigen Wärmetauscher 3 aus und kondensiert in ein flüssiges Hochdruck-Kältemittel (Punkt H). In dem internen Wärmetauscher 4 strömt das Kältemittel in Reihe durch den ersten und den zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8, derart, dass das flüssige Hochdruck-Kältemittel Wärme mit einem gasförmigen Niederdruck-Kältemittel austauscht. Folglich wird das flüssige Hochdruck-Kältemittel in zwei Stufen abgekühlt (Punkte I und J), nämlich in dem ersten internen Wärmetauscher 7 und dem zweiten internen Wärmetauscher 8. Das flüssige Hochdruck-Kältemittel wird durch das Expansionsventil 5 im Druck in ein Niederdruck-Zweiphasen-Kältemittel herabgesetzt (Punkt K). Das Niederdruck-Zweiphasen-Kältemittel tauscht Wärme mit einem Wärmemedium (zum Beispiel Luft oder Wasser) in dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 aus und verdampft hierdurch (Punkt 1). In dem internen Wärmetauscher 4 strömt das Kältemittel in Reihe durch den ersten und den zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8, derart, dass das flüssige Hochdruck-Kältemittel Wärme mit dem gasförmigen Niederdruck-Kältemittel austauscht. Folglich wird das Kältemittel in zwei Stufen überhitzt (Punkte M und N), nämlich in dem ersten internen Wärmetauscher 7 und dem zweiten internen Wärmetauscher 8. Das Kältemittel kehrt dann zu dem Saugeinlass des Kompressors 1 zurück.
Vorteile in dem ”Reihenoperationsmodus” werden nun beschrieben.
Der Unterschied zwischen dem ”parallelen Operationsmodus” und dem ”Reihenoperationsmodus” liegt darin, dass in dem erstgenannten Modus der erste interne Wärmetauscher 7 und der zweite interne Wärmetauscher 8 parallel mit der Richtung, in der das Kältemittel in dem internen Wärmetauscher 4 strömt, sind, während in dem letztgenannten Modus der erste interne Wärmetauscher 7 und der zweite interne Wärmetauscher 8 in Reihe mit der Richtung, in der das Kältemittel in dem internen Wärmetauscher 4 strömt, sind. Die Wärmetauscherfläche für den Wärmeaustausch zwischen dem Hochdruck- und dem Niederdruck-Kältemittel ist in der Anordnung, in der der erste und der zweite interne Wärmetauscher 7 und 8 in Reihe mit der Richtung, in der das Kältemittel strömt, angeordnet sind, dieselbe wie in der Anordnung, in der der erste und der zweite interne Wärmetauscher 7 und 8 parallel mit der Richtung, in der das Kältemittel strömt, angeordnet sind, während der Wärmeübertragungskoeffizient in der erstgenannten Reihenanordnung höher als in der letztgenannten parallelen Anordnung ist. Demgemäß ist, wenn Rückflüssigkeit auftritt, die Zuverlässigkeit in dem ”Reihenoperationsmodus” höher als die in dem ”parallelen Operationsmodus”, da in dem erstgenannten Modus der interne Wärmetauscher 4 ein höheres Wärmeübertragungsvermögen zeigt und somit ermöglicht, dass das flüssige Kältemittel beim Zurückkehren zu dem Saugeinlass des Kompressors 1 stärker verdampft.
Im Allgemeinen haben eine Wärmeaustauschmenge Q, eine Wärmeübertragungsfläche A eines Wärmetauschers, ein Wärmeübertragungskoeffizient K und eine Temperaturdifferenz dT zwischen Hochdruck- und Niederdruck-Kältemittel eine durch den Ausdruck (1) ausgedrückte Beziehung.
[Math. 1]

Q = A·K·dT (1)

Die Wärmeübertragungsfläche A ist, wenn das Kältemittel parallel durch den ersten und den zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8 strömt, dieselbe wie die, wenn das Kältemittel in Reihe durch den ersten und den zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8 strömt. Auch ist die Temperaturdifferenz dT, wenn das Kältemittel parallel durch den ersten und den zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8 strömt, im Wesentlichen dieselbe wie die, wenn das Kältemittel in Reihe durch den ersten und den zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8 strömt. Demgemäß wird die Wärmeaustauschmenge Q in dem internen Wärmetauscher 4 beträchtlich durch den Wärmeübertragungskoeffizienten K beeinflusst.
Der Wärmeübertragungskoeffizient K wird durch die bekannte Dittus-Boelter-Gleichung gemäß Ausdruck (2) ausgedrückt, die eine Funktion typisiert, die eine turbulente Einzelphasenströmung beschreibt.
[Math. 2]

Nu = 0,023·Re^0,8·Pr^0,4 Nu = α·d/λ Re = u·d/v Pr = v/a K = (1/α_i + δ/λ' + 1/α_o) (2) worin α der Wärmeübertragungskoeffizient ist, d die repräsentative Länge ist, λ der Koeffizient der kinematischen Viskosität ist, u die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels ist, v der Koeffizient der kinematischen Viskosität ist, a die Temperaturleitfähigkeit ist, δ die Dicke einer Platte ist, die eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite trennt, λ' die thermische Leitfähigkeit der Platte, die die Hochdruckseite und die Niederdruckseite trennt, ist, α_i der Wärmeübertragungskoeffizient der inneren Seite eines Rohrs ist und α_o der Wärmeübertragungskoeffizient auf der äußeren Seite des Rohrs ist.

In der Dittus-Boelter-Gleichung ist Nu eine dimensionslose Zahl, die die Größe der Wärmeübertragung darstellt, Pr ist eine dimensionslose Zahl, die den Einfluss von körperlichen Eigenschaften darstellt, und Re ist eine dimensionslose Zahl, die den Einfluss der Turbulenz der Strömung darstellt.
Unter der Annahme, dass die körperlichen Eigenschaften in dem Fall, in welchem das Kältemittel parallel durch den ersten und den zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8 strömt, dieselben sind wie diejenigen in dem Fall, in welchem das Kältemittel in Reihe durch den ersten und den zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8 strömt, ist Pr in dem ersten Fall dieselbe wie diejenige in dem zweiten Fall. Demgemäß wird Nu am stärksten durch Re beeinflusst.
In dem parallelen Operationsmodus wird das Kältemittel in zwei Ströme geteilt: einen Kältemittelstrom, der durch den ersten internen Wärmetauscher 7 strömt, und den anderen Kältemittelstrom, der durch den zweiten internen Wärmetauscher 8 strömt. Andererseits geht in dem Reihenoperationsmodus das Kältemittel durch den ersten internen Wärmetauscher 7 hindurch und dann durch den zweiten internen Wärmetauscher 8 hindurch. Durch diese Operation ist die Strömungsrate des durch den ersten und den zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8 in dem Reihenoperationsmodus strömenden Kältemittels zweimal so groß wie die in dem parallelen Operationsmodus. In dem Reihenoperationsmodus erhöht daher die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels Re, wodurch die Wärmeübertragung gefördert wird. Eine größere Wärmeaustauschmenge kann erhalten werden.
Insbesondere wird, wenn Rückflüssigkeit auftritt, der Reihenoperationsmodus so durchgeführt, dass das Kältemittel in Reine durch den ersten internen Wärmetauscher 7 und den zweiten internen Wärmetauscher 8 strömt. Durch diese Operation kann die Wärmeaustauschmenge in dem internen Wärmetauscher 4 erhöht werden, was ermöglicht, dass mehr flüssiges Kältemittel in den gasförmigen Zustand übergeht und zu dem Saugeinlass des Kompressors 1 zurückgeführt wird. Demgemäß kann die Verdünnung des Kältemaschinenöls mit dem flüssigen Kältemittel herabgesetzt werden, wodurch die Zuverlässigkeit erhöht wird.
Hinsichtlich weiterer Vorteile des Reihenoperationsmodus kann die Rate des Anstiegs der Erwärmungskapazität nach dem Start des Systems oder während eines Übergangs von der Entfrostungsoperation zu einer normalen Operation (oder nach einer Rückführung von der Entfrostungsoperation) erhöht werden. Nach dem Start des Systems oder der Rückführung von der Entfrostungsoperation sind die Leitungen und Wärmetauscher, die in dem Kältekreislaufsystem enthalten sind, kalt. Demgemäß müssen die kalten Leitungen und Wärmetauscher nach dem Start des Systems oder der Rückführung von der Entfrostungsoperation vorübergehend erwärmt werden. Es dauert eine gewisse Zeit, um Luft oder Wasser hoher Temperatur zu der Lastseite zu liefern. Nachteiligerweise bewirkt dies, dass sich ein Benutzer unbehaglich fühlt.
Der ”Reihenoperationsmodus” wird nach dem Start des Systems oder der Rückführung von der Entfrostungsoperation durchgeführt, so dass die Qualität des Kältemittels an dem Saugeinlass des Kompressors 1 erhöht werden kann. Folglich steigt die Ausgabetemperatur des von dem Kompressor 1 ausgegebenen Kältemittels an, so dass die kalten Leitungen und Wärmetauscher wirksam erwärmt werden können. Somit kann Luft oder Wasser hoher Temperatur schnell zu der Lastseite geliefert werden.
Eine Steueroperation zum Umschalten der Operation zu dem Reihenoperationsmodus, wenn das Auftreten von Rückflüssigkeit zu dem Kompressor 1 in dem parallelen Operationsmodus erfasst wird, wird nun beschrieben.
6 ist ein Flussdiagramm, das die Reihenfolge der Steuerung bei einer Rückflüssigkeit in dem ”Reihenoperationsmodus” gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 zeigt. Diese Reihenfolge der Steuerung wird mit Bezug auf 6 beschrieben.
Im SCHRITT 1 bestimmt die Steuervorrichtung, ob Rückflüssigkeit aufgetreten ist. Hinsichtlich der Bestimmung von Rückflüssigkeit sind beispielsweise ein Drucksensor und ein Temperatursensor an dem Ausgabeauslass des Kompressors 1 angebracht. Wenn der Grad der Ausgabeüberhitzung, das heißt die Differenz zwischen einer von dem Temperatursensor gemessenen Temperatur und einer Kältemittel-Sättigungstemperatur, die von einem von dem Drucksensor gemessenen Druck erhalten wird, geringer als ein vorbestimmter Wert ist, bestimmt die Steuervorrichtung, dass Rückflüssigkeit aufgetreten ist. Alternativ sind beispielsweise ein Drucksensor und ein Temperatursensor an dem Saugeinlass des Kompressors 1 angebracht. Wenn der Grad der Saugüberhitzung, das heißt, die Differenz zwischen einer von dem Temperatursensor gemessenen Temperatur und einer Kältemittel-Sättigungstemperatur, die von einem von dem Drucksensor gemessenen Druck erhalten wurde, niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, bestimmt die Steuervorrichtung, dass Rückflüssigkeit aufgetreten ist.
Wenn die Steuervorrichtung im SCHRITT 1 bestimmt, dass Rückflüssigkeit nicht aufgetreten ist, schaltet sie die Operation zu dem ”parallelen Operationsmodus” um und fährt fort, zu bestimmen, ob Rückflüssigkeit aufgetreten ist.
Wenn die Steuervorrichtung im SCHRITT 1 bestimmt, dass Rückflüssigkeit aufgetreten ist, schaltet sie im SCHRITT 2 die Operation zu dem ”Reihenoperationsmodus” um.
Im SCHRITT 3 bestimmt die Steuervorrichtung, ob Rückflüssigkeit kontinuierlich auftritt, nachdem die Operation zu dem ”Reihenoperationsmodus” umgeschaltet wurde. Wenn Rückflüssigkeit kontinuierlich auftritt, wird die Operation im ”Reihenoperationsmodus” fortgesetzt.
Wenn die Steuervorrichtung im SCHRITT 3 bestimmt, dass die Rückflüssigkeit eliminiert wurde, schaltet sie die Operation im SCHRITT 4 zu dem ”parallelen Operationsmodus” um und kehrt zum SCHRITT 1 zurück, um die vorbeschriebenen Operationen zu wiederholen.
Wenn die Operation zwischen dem ”parallelen Operationsmodus” und dem ”Reihenoperationsmodus” umgeschaltet wird, unmittelbar nachdem bestimmt wurde, ob Rückflüssigkeit aufgetreten ist, können die Vorrichtungen instabil werden aufgrund häufiger Umschaltung, wenn das System vor und nach der Bestimmung, ob Rückflüssigkeit aufgetreten ist, arbeitet. Daher enthält die Dauer, während derer Rückflüssigkeit fortgesetzt wird, oder der Schwellenwert vorteilhaft eine Toleranz, um ein Differential vorzusehen.
Eine Operation zum Steuern des Umschaltens in den Reihenoperationsmodus, wenn die Operation des Kältekreislaufsystems gestartet ist (nach dem Start des Systems) oder der Entfrostungsvorgang beendet ist (nach der Rückkehr von der Entfrostungsoperation), wird nun beschrieben.
7 ist ein Flussdiagramm, das die Reihenfolge der Steuerung für den ”Reihenoperationsmodus” gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 nach dem Start des Systems oder nach der Rückführung von der Entfrostungsoperation zeigt.
Im SCHRITT 1 bestimmt die Steuervorrichtung, ob das Kältekreislaufsystem gestartet ist oder das System von dem Entfrostungsvorgang zurückgeführt wird. Hinsichtlich der Bestimmung des Starts des Systems bestimmt, wenn die Operation des Kältekreislaufsystems gemäß einem Operationsbefehl von beispielsweise einer Fernsteuervorrichtung gestartet ist, die Steuervorrichtung, dass das System gestartet ist. Hinsichtlich der Bestimmung der Rückführung von der Entfrostungsoperation bestimmt, wenn beispielsweise angenommen wird, dass die Entfrostungsoperation unter Verwendung von heißem Gas durchgeführt wird, wenn das Vierwegeventil 2 vorübergehend in die Entfrostungsoperation geschaltet wird, so dass heißes Gas von dem Kompressor 1 zu dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 geliefert wird, der in der Erwärmungsoperation als ein Verdampfer wirkt, und das Vierwegeventil 2 dann so geschaltet wird, dass der wärmequellenseitige Wärmetauscher 6 wieder als ein Verdampfer wirkt, die Steuervorrichtung, dass das System aus der Entfrostungsoperation zurückgeführt wird.
Wenn weder der Start des Systems noch die Rückführung aus der Entfrostungsoperation im SCHRITT 1 erfasst wird, schaltet die Steuervorrichtung die Operation in den ”parallelen Operationsmodus” und fährt fort, zu bestimmen, ob das System gestartet ist oder das System aus der Entfrostungsoperation zurückgeführt wird.
Wenn der Start des Systems oder die Rückführung aus der Entfrostungsoperation im SCHRITT 1 erfasst wird, schaltet die Steuervorrichtung im SCHRITT 2 die Operation in den ”Reihenoperationsmodus”.
Im SCHRITT 3 bestimmt die Steuervorrichtung, ob eine vorbestimmte Zeit nach der Freigabe des ”Reihenoperationsmodus” verstrichen ist. Wenn die vorbestimmte Zeit noch nicht verstrichen ist, setzt die Steuervorrichtung die Operation in dem ”Reihenoperationsmodus” fort. Hinsichtlich der vorbestimmten Zeit wird beispielsweise eine Zeitperiode, die zum ausreichenden Erwärmen der Vorrichtung erforderlich ist, eingestellt.
Wenn die Steuervorrichtung im SCHRITT 3 bestimmt, dass die Rückflüssigkeit eliminiert wurde, schaltet sie die Operation im SCHRITT 4 in den ”parallelen Operationsmodus” um und kehrt zum SCHRITT 1 zurück, um die vorbeschriebenen Operationen zu wiederholen.
Wenn die Steuervorrichtung im SCHRITT 3 bestimmt, dass die vorbestimmte Zeit verstrichen ist, schaltet sie die Operation im SCHRITT 4 in den ”parallelen Operationsmodus” um und kehrt zum SCHRITT 1 zurück, um die vorbeschriebenen Operationen zu wiederholen.
Obgleich das Umschalten in den parallelen Operationsmodus in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Bestimmung im SCHRITT 3, ob die vorbestimmte Zeit verstrichen ist, erfolgt, kann dies unter Verwendung eines anderen Kriteriums für die Bestimmung durchgeführt werden. Beispielsweise kann, wenn der Grad der Überhitzung oder die Temperatur des Kältemittels an dem Ausgabeauslass des Kompressors 1 gleich einem oder höher als ein vorbestimmter Wert ist, die Operation in den parallelen Operationsmodus umgeschaltet werden.
Der ”Umgehungsoperationsmodus” wird nun beschrieben.
Wenn die Ausgabetemperatur des von dem Kompressor 1 ausgegebenen Kältemittels übermäßig ansteigt, wird ein Magnet eines Motors, der den Kompressor antreibt, entmagnetisiert, so dass das Leistungsvermögen des Kompressors verschlechtert wird oder dieser unwirksam wird. In einem derartigen Fall ist es erforderlich, die Qualität des Kältemittels an dem Saugeinlass des Kompressors 1 zu verringern, um eine Zunahme der Ausgabetemperatur zu unterdrücken. Unter der Annahme, dass die Kapazität des internen Wärmetauschers fest ist, wie bei dem im Patentdokument 1 offenbarten Stand der Technik, selbst wenn die Ausgabetemperatur anomal ansteigt, ermöglicht der interne Wärmetauscher einen Wärmeaustausch. Nachteiligerweise ist es schwierig, die Qualität des Kältemittels an dem Saugeingang des Kompressors zu reduzieren.
In dem ”Umgehungsoperationsmodus” des Kältekreislaufsystems nach dem Ausführungsbeispiel 1 kann die Wärmeaustauschmenge in dem internen Wärmetauscher 4 auf null gehalten werden, wodurch einer anomalen Zunahme der Ausgabetemperatur unmittelbar begegnet wird. Dies führt zu einer erhöhten Zuverlässigkeit.
8 ist ein Diagramm, das die Konfiguration des Kältemittel-Kreislaufs in dem ”Umgehungsoperationsmodus” gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
In dem Umgehungsoperationsmodus wird das erste hochdruckseitige Dreiwegeventil 11 so eingestellt, dass das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher 3 verlassen hat, nicht in den hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7 strömt und in die zweite hochdruckseitige Umgehungsleitung 13 strömt.
Das zweite hochdruckseitige Dreiwegeventil 12 wird so eingestellt, dass das Kältemittel, das durch den hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 hindurchgeht, nicht durch die erste hochdruckseitige Umgehungsleitung 16 in das Expansionsventil 5 strömt und das Kältemittel, das durch die zweite hochdruckseitige Umgehungsleitung 13 hindurchgeht, in das Expansionsventil 5 strömt.
Das erste niederdruckseitige Dreiwegeventil 9 ist so eingestellt, dass das Kältemittel, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 verlassen hat und durch das Vierwegeventil 2 hindurchgeht, nicht in den niederdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7 strömt und in die zweite niederdruckseitige Umgehungsleitung 14 strömt.
Das zweite niederdruckseitige Dreiwegeventil 10 ist so eingestellt, dass das Kältemittel, nachdem es durch den niederdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 hindurchgegangen ist, nicht in den Kompressor 1 durch die erste niederdruckseitige Umgehungsleitung 15 strömt und das Kältemittel, nachdem es durch die zweite niederdruckseitige Umgehungsleitung 14 gegangen ist, in den Kompressor 1 strömt.
Durch diese Operation strömt das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher 3 verlassen hat, durch die zweite hochdruckseitige Umgehungsleitung 13 in das Expansionsventil 5, ohne durch den ersten und den zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8 hindurchzugehen. Das Kältemittel strömt, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 verlassen hat, durch die zweite niederdruckseitige Umgehungsleitung 14 in den Kompressor 1, ohne durch den ersten und den zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8 hindurchzugehen.
Die Funktionen der Komponenten und die Zustände des Kältemittels werden nun gemäß der Strömung des Kältemittels in der Erwärmungsoperation mit Bezug auf 9 beschrieben.
9 ist ein Druck/Enthalpie-Diagramm, das Kreislaufcharakteristiken in dem ”Umgehungsoperationsmodus” gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
Das von dem Kompressor 1 ausgegebene Kältemittel ist ein gasförmiges Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel (Punkt O). Das gasförmige Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel geht durch das Vierwegeventil 2 hindurch und tauscht Wärme mit einem Wärmemedium (zum Beispiel Luft oder Wasser) in dem lastseitigen Wärmetauscher 3 aus und kondensiert in ein flüssiges Hochdruck-Kältemittel (Punkt P). Das flüssige Hochdruck-Kältemittel, das den lastseitigen Wärmetauscher 3 verlässt, umgeht den internen Wärmetauscher 4 und strömt das Expansionsventil 5 (Punkt P). Das flüssige Hochdruck-Kältemittel wird durch das Expansionsventil 5 im Druck in ein Niederdruck-Zweiphasen-Kältemittel reduziert (Punkt Q). Das Niederdruck-Zweiphasen-Kältemittel tauscht Wärme mit einem Wärmemedium (zum Beispiel Luft oder Wasser) in dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 aus und verdampft hierdurch (Punkt R). Das den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 verlassende Kältemittel umgeht den internen Wärmetauscher 4 (Punkt R) und kehrt zum Saugeinlass des Kompressors 1 zurück.
In dem Kältemittel-Kreislauf mit der vorbeschriebenen Konfiguration kann die Wärmeaustauschmenge in dem internen Wärmetauscher 4 auf null gehalten werden. Wenn die Ausgabetemperatur des von dem Kompressor 1 ausgegebenen Kältemittels anomal ansteigt, kann die Qualität des Kältemittels an dem Saugeinlass des Kompressors 1 reduziert werden, wodurch die Zuverlässigkeit erhöht wird.
Eine Operation zum Steuern des Umschaltens zwischen dem parallelen Operationsmodus und dem Umgehungsoperationsmodus wird nun beschrieben.
10 ist ein Flussdiagramm, das die Reihenfolge der Steuerung des ”Umgehungsoperationsmodus” gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 zeigt. Die Reihenfolge der Steuerung wird mit Bezug auf 10 beschrieben.
Im SCHRITT 1 bestimmt die Steuervorrichtung, ob die Temperatur (Ausgabetemperatur) des Kältemittels an dem Ausgabeauslass des Kompressors 1 einen vorbestimmten Wert oder darüber annimmt. Ein Temperatursensor befindet sich bevorzugt an dem Ausgabeauslass des Kompressors 1, um die Ausgabetemperatur zu erfassen.
Wenn die Steuervorrichtung im SCHRITT 1 bestimmt, dass die Ausgabetemperatur nicht den vorbestimmten Wert oder darüber annimmt, schaltet sie die Operation in den ”parallelen Operationsmodus” und setzt die Bestimmung, ob die Ausgabetemperatur den vorbestimmten Wert oder darüber annimmt, fort.
Wenn die Steuervorrichtung im SCHRITT 1 bestimmt, dass die Ausgabetemperatur den vorbestimmten Wert oder darüber annimmt, schaltet sie die Operation in den ”Umgehungsoperationsmodus” im SCHRITT 2.
Nach dem Schalten der Operation in den ”Umgehungsoperationsmodus” bestimmt die Steuervorrichtung im SCHRITT 3, ob die Ausgabetemperatur einen Wert unterhalb des vorbestimmten Werts annimmt. Wenn die Steuervorrichtung bestimmt, dass die Ausgabetemperatur nicht einen Wert unterhalb des vorbestimmten Werts annimmt, setzt sie die Operation in dem ”Umgehungsoperationsmodus” fort.
Wenn die Steuervorrichtung im SCHRITT 3 bestimmt, dass die Ausgabetemperatur einen Wert unterhalb des vorbestimmten Werts annimmt, schaltet sie die Operation im SCHRITT 4 in den ”parallelen Operationsmodus” und kehrt zum SCHRITT 1 zurück, um die vorbeschriebenen Operationen zu wiederholen.
Wenn das Kältekreislaufsystem arbeitet, während die Ausgabetemperatur einen Wert um den vorbestimmten Wert herum annimmt, was als ein Kriterium für die Bestimmung, ob die Operation in den ”Umgehungsoperationsmodus” zu schalten ist, dient, können die Vorrichtungen instabil werden aufgrund des häufigen Umschaltens zwischen dem ”Umgehungsoperationsmodus” und dem ”parallelen Operationsmodus”. Daher enthält die Dauer oder der Schwellenwert vorzugsweise eine Toleranz, um ein Differential vorzusehen.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung strömen ein Kältemittelstrom, der durch den hochdruckseitigen Durchgang hindurchgeht, und ein Kältemittelstrom, der durch den niederdruckseitigen Durchgang hindurchgeht, parallel in jeweils dem ersten und dem zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8. Jedoch können ein Kältemittelstrom, der durch den hochdruckseitigen Durchgang hindurchgeht, und ein Kältemittelstrom, der durch den niederdruckseitigen Durchgang hindurchgeht, im Gegenstrom in jeweils dem ersten und dem zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8 strömen. Die Verwendung eines derartigen Gegenstroms kann weiterhin die Wärmeaustauschmenge erhöhen.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird gemäß dem Ausführungsbeispiel 1, wenn Rückflüssigkeit aufgrund von transienten Laständerungen aufgetreten ist, der Reihenoperationsmodus eingestellt. Somit kann das Wärmeaustauschvermögen des internen Wärmetauschers erhöht werden, und ein Rückflusszustand kann demgemäß eliminiert werden. Dies führt zu einer erhöhten Zuverlässigkeit.
Wenn Rückflüssigkeit nicht aufgetreten ist oder die Ausgabetemperatur normal ist, wird der parallele Operationsmodus eingestellt. Folglich kann die Wärmeaustauschmenge in dem internen Wärmetauscher 4 erhöht werden, oder der Druckverlust kann in Abhängigkeit von den jeweiligen Umständen reduziert werden. Somit können sowohl die Zuverlässigkeit als auch der Wirkungsgrad erhöht werden.
Zusätzlich wird, wenn die Ausgabetemperatur des aus dem Kompressor 1 ausgegebenen Kältemittels übermäßig ansteigt, der Umgehungsoperationsmodus eingestellt. Folglich kann die Wärmeaustauschmenge in dem internen Wärmetauscher 4 auf null gehalten werden. Somit kann die Ausgabetemperatur schnell herabgesetzt werden.
Das erste hochdruckseitige Dreiwegeventil 11, das eine einzelne Komponente ist, enthält eine ”erste hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung” und eine ”vierte hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung. Das zweite hochdruckseitige Dreiwegeventil 12, das eine einzelne Komponente ist, enthält eine ”zweite hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung” und eine ”dritte hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung. Das erste niederdruckseitige Dreiwegeventil 9, das eine einzelne Komponente ist, enthält eine ”erste niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung” und eine ”vierte niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung. Das zweite niederdruckseitige Dreiwegeventil 10, das eine einzelne Komponente ist, enthält eine ”zweite niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung” und eine ”dritte niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung. Demgemäß ist die Anzahl von Ventilen kleiner als die bei einer Konfiguration, bei der ein Ventil für jede Umschaltvorrichtung vorgesehen ist. Dies vermeidet die Notwendigkeit einer komplizierten Anordnung von Leitungen, wodurch eine Einheit kleiner wird.
In der vorstehenden Beschreibung enthält das erste hochdruckseitige Dreiwegeventil 11, das eine einzelne Komponente ist, die ”erste hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung” und die ”vierte hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung, das zweite hochdruckseitige Dreiwegeventil 12, das eine einzelne Komponente ist, enthält die ”zweite hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung” und die ”dritte hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung, das erste niederdruckseitige Dreiwegeventil 9, das eine einzelne Komponente ist, enthält die ”erste niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung” und die ”vierte niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung, und das zweite niederdruckseitige Dreiwegeventil 10, das eine einzelne Komponente ist, enthält die ”zweite niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung” und die ”dritte niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Zweiwegeventil kann anstelle jedes Dreiwegeventils verwendet werden. 12 illustriert eine beispielhafte Konfiguration.
12 ist ein Diagramm, das eine andere beispielhafte Konfiguration des Kältekreislaufsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
Der in 12 gezeigte interne Wärmetauscher 4 enthält anstelle des ersten niederdruckseitigen Dreiwegeventils 9 ein erstes niederdruckseitiges Zweiwegeventil 9a und ein viertes niederdruckseitiges Zweiwegeventil 9b. Der interne Wärmetauscher 4 enthält auch anstelle des zweiten niederdruckseitigen Dreiwegeventils 10 ein zweites niederdruckseitiges Zweiwegeventil 10a und ein drittes niederdruckseitiges Zweiwegeventil 10b. Der interne Wärmetauscher 4 enthält darüber hinaus anstelle des ersten hochdruckseitigen Dreiwegeventils 11 ein erstes hochdruckseitiges Zweiwegeventil 11a und ein viertes hochdruckseitiges Zweiwegeventil 11b. Weiterhin enthält der interne Wärmetauscher 4 anstelle des zweiten hochdruckseitigen Dreiwegeventils 12 ein zweites hochdruckseitiges Zweiwegeventil 12a und ein drittes hochdruckseitiges Zweiwegeventil 12b.
Das erste niederdruckseitige Zweiwegeventil 9a entspricht der ”ersten niederdruckseitigen Strömungsumschaltvorrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung. Das vierte niederdruckseitige Zweiwegeventil 9b entspricht der ”vierten niederdruckseitigen Strömungsumschaltvorrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung. Das zweite niederdruckseitige Zweiwegeventil 10a entspricht der ”zweiten niederdruckseitigen Strömungsumschaltvorrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung. Das dritte niederdruckseitige Zweiwegeventil 10b entspricht der ”dritten niederdruckseitigen Strömungsumschaltvorrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung. Das erste hochdruckseitige Zweiwegeventil 11a entspricht der ”ersten hochdruckseitigen Strömungsumschaltvorrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung. Das vierte hochdruckseitige Zweiwegeventil 11b entspricht der ”vierten hochdruckseitigen Strömungsumschaltvorrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung. Das zweite hochdruckseitige Zweiwegeventil 12a entspricht der ”zweiten hochdruckseitigen Strömungsumschaltvorrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung. Das dritte hochdruckseitige Zweiwegeventil 12b entspricht der ”dritten hochdruckseitigen Strömungsumschaltvorrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das erste niederdruckseitige Zweiwegeventil 9a befindet sich zwischen dem Einlass des niederdruckseitigen Durchgangs des zweiten internen Wärmetauschers 8 und einer Gabelung, an der eine Leitung, die mit dem Auslass des wärmequellenseitigen Wärmetauschers 6 verbunden ist, sich in eine Leitung, die mit dem niederdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7 verbunden ist, und eine Leitung, die mit dem niederdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 verbunden ist, verzweigt.
Das vierte niederdruckseitige Zweiwegeventil 9b befindet sich zwischen dem Einlass des niederdruckseitigen Durchgangs des ersten internen Wärmetauschers 7 und der Gabelung, an der die Leitung, die mit dem Auslass des wärmequellenseitigen Wärmetauschers 6 verbunden ist, sich in die Leitung, die mit dem niederdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7 verbunden ist, und die Leitung, die mit dem niederdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 verbunden ist, verzweigt.
Das zweite niederdruckseitige Zweiwegeventil 10a befindet sich zwischen dem Kompressor 1 und einer Verbindung, an der eine Leitung, die mit dem niederdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7 verbunden ist, auf eine Leitung trifft, die mit dem niederdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 verbunden ist.
Das dritte niederdruckseitige Zweiwegeventil 10b ist für die zweite niederdruckseitige Umgehungsleitung 14 vorgesehen.
Das erste hochdruckseitige Zweiwegeventil 11a befindet sich zwischen dem Einlass des hochdruckseitigen Durchgangs des zweiten internen Wärmetauschers 8 und einer Gabelung, an der sich die Leitung, die mit dem Auslass des lastseitigen Wärmetauschers 3 verbunden ist, in eine Leitung, die mit dem hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7 verbunden ist, und eine Leitung, die mit dem hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 verbunden ist, verzweigt.
Das vierte hochdruckseitige Zweiwegeventil 11b befindet sich zwischen dem Einlass des hochdruckseitigen Durchgangs des ersten internen Wärmetauschers 7 und der Gabelung, an der sich die Leitung, die mit dem Auslass des lastseitigen Wärmetauschers 3 verbunden ist, in die Leitung, die mit dem hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7 verbunden ist, und die Leitung, die mit dem hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 verbunden ist, verzweigt.
Das zweite hochdruckseitige Zweiwegeventil 12a befindet sich zwischen dem Expansionsventil 5 und einer Verbindung, an der eine Leitung, die mit dem hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7 verbunden ist, auf eine Leitung trifft, die mit dem hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 verbunden ist.
Das dritte hochdruckseitige Zweiwegeventil 12b ist für die zweite hochdruckseitige Umgehungsleitung 13 vorgesehen.
In dem parallelen Operationsmodus sind das erste hochdruckseitige Zweiwegeventil 11a und das vierte hochdruckseitige Zweiwegeventil 11b so eingestellt, dass sie geöffnet sind. Das zweite hochdruckseitige Zweiwegeventil 12a ist geöffnet, und das dritte hochdruckseitige Zweiwegeventil 12b ist geschlossen. Das erste niederdruckseitige Zweiwegeventil 9a und das vierte niederdruckseitige Zweiwegeventil 9b sind geöffnet. Das zweite niederdruckseitige Zweiwegeventil 10a ist geöffnet, und das dritte niederdruckseitige Zweiwegeventil 10b ist geschlossen.
Durch diese Operation strömt das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher 3 verlassen hat, parallel durch die hochdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 und strömt dann in das Expansionsventil 5. Das Kältemittel strömt, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 verlassen hat, durch die niederdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 und strömt dann in den Kompressor 1.
In dem Reihenoperationsmodus ist das erste hochdruckseitige Zweiwegeventil 11a so eingestellt, dass es geschlossen ist, und das vierte hochdruckseitige Zweiwegeventil 11b ist so eingestellt, dass es geöffnet ist. Das zweite hochdruckseitige Zweiwegeventil 12a ist geschlossen, und das dritte hochdruckseitige Zweiwegeventil 12b ist geöffnet. Das erste niederdruckseitige Zweiwegeventil 9a ist geschlossen, und das vierte niederdruckseitige Zweiwegeventil 9b ist geöffnet. Das zweite niederdruckseitige Zweiwegeventil 10a ist geschlossen, und das dritte niederdruckseitige Zweiwegeventil 10b ist geöffnet.
Durch diese Operation strömt das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher 3 verlassen hat, durch den hochdruckseitigen Durchgang des dritten internen Wärmetauschers 7, strömt weiterhin durch den hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 und strömt dann durch die zweite hochdruckseitige Umgehungsleitung 13 in das Expansionsventil 5. Das Kältemittel strömt, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 verlassen hat, durch den niederdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7, strömt weiterhin durch den niederdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 und strömt dann durch die zweite niederdruckseitige Umgehungsleitung 14 in den Kompressor 1.
In dem Umgehungsoperationsmodus ist das erste hochdruckseitige Zweiwegeventil 11a geöffnet, und das vierte hochdruckseitige Zweiwegeventil 11b ist geschlossen. Das zweite hochdruckseitige Zweiwegeventil 12a ist geschlossen, und das dritte hochdruckseitige Zweiwegeventil 12b ist geöffnet. Das erste niederdruckseitige Zweiwegeventil 9a ist geöffnet, und das vierte niederdruckseitige Zweiwegeventil 9b ist geschlossen. Das zweite niederdruckseitige Zweiwegeventil 10a ist geschlossen, und das dritte niederdruckseitige Zweiwegeventil 10b ist geöffnet.
Durch diese Operation strömt das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher 3 verlassen hat, durch die zweite hochdruckseitige Umgehungsleitung 13 in das Expansionsventil 5, ohne durch den ersten und den zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8 hindurchzugehen. Das Kältemittel strömt, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 verlassen hat, durch die zweite niederdruckseitige Umgehungsleitung 14 in den Kompressor 1, ohne durch den ersten und den zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8 hindurchzugehen.
Obgleich die hochdruckseitigen Durchgänge und die niederdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 in dem vorstehend beschriebenen Umgehungsoperationsmodus umgangen werden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein derartiges Beispiel beschränkt.
Die Operation kann in einen Hochdruck-Umgehungsoperationsmodus umgeschaltet werden, in welchem nur die hochdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 umgangen werden. Stattdessen kann die Operation in einen Niederdruck-Umgehungsoperationsmodus umgeschaltet werden, in welchem nur die niederdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 umgangen werden.
In dem Hochdruck-Umgehungsoperationsmodus ist das erste hochdruckseitige Zweiwegeventil 11a geöffnet und das vierte hochdruckseitige Zweiwegeventil 11b ist geschlossen. Das zweite hochdruckseitige Zweiwegeventil 12a ist geschlossen, und das dritte hochdruckseitige Zweiwegeventil 12b ist offen. Das erste niederdruckseitige Zweiwegeventil 9a, das vierte niederdruckseitige Zweiwegeventil 9b, das zweite niederdruckseitige Zweiwegeventil 10a und das dritte niederdruckseitige Zweiwegeventil 10b sind jeweils in derselben Weise eingestellt wie entweder in dem Reihenoperationsmodus oder dem parallelen Operationsmodus.
Mit dieser Operation strömt das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher 3 verlassen hat, durch die zweite hochdruckseitige Umgehungsleitung 13 in das Expansionsventil 5, ohne durch die hochdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 hindurchgegangen zu sein. Das Kältemittel geht, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 verlassen hat, durch die niederdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 hindurch und strömt durch die zweite niederdruckseitige Umgehungsleitung 14 in den Kompressor 1.
In dem Niederdruck-Umgehungsoperationsmodus ist das erste niederdruckseitige Zweiwegeventil 9a geöffnet, und das vierte niederdruckseitige Zweiwegeventil 9b ist geschlossen. Das zweite niederdruckseitige Zweiwegeventil 10a ist geschlossen, und das dritte niederdruckseitige Zweiwegeventil 10b ist geöffnet. Das erste hochdruckseitige Zweiwegeventil 11a, das vierte hochdruckseitige Zweiwegeventil 11b, das zweite hochdruckseitige Zweiwegeventil 12a und das dritte hochdruckseitige Zweiwegeventil 12b sind jeweils in derselben Weise eingestellt wie entweder in dem Reihenoperationsmodus oder dem parallelen Operationsmodus.
Durch diese Operation geht das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher 3 verlassen hat, durch die hochdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 hindurch und strömt durch die zweite hochdruckseitige Umgehungsleitung 13 in das Expansionsventil 5. Das Kältemittel strömt, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 verlassen hat, durch die zweite niederdruckseitige Umgehungsleitung 14 in den Kompressor 1, ohne durch die niederdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 hindurchzugehen.
Wenn von dem Umgehungsoperationsmodus, dem Hochdruck-Umgehungsoperationsmodus und dem Niederdruck-Umgehungsoperationsmodus nur der Hochdruck-Umgehungsoperationsmodus ausgeführt wird, kann das vierte niederdruckseitige Zweiwegeventil 9b weggelassen werden.
Wenn von dem Umgehungsoperationsmodus, dem Hochdruck-Umgehungsoperationsmodus und dem Niederdruck-Umgehungsoperationsmodus nur der Niederdruck-Umgehungsoperationsmodus ausgeführt wird, kann das vierte hochdruckseitige Zweiwegeventil 11b weggelassen werden.
In der in 12 gezeigten Konfiguration kann die Operation in einen Einzelwärmetauscher-Operationsmodus umgeschaltet werden, in welchem Wärme nur in dem ersten internen Wärmetauscher 7 von dem ersten und dem zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8 ausgetauscht wird.
In dem Einzelwärmetauscher-Operationsmodus ist das erste hochdruckseitige Zweiwegeventil 11a geschlossen, und das vierte hochdruckseitige Zweiwegeventil 11b ist geöffnet. Das zweite hochdruckseitige Zweiwegeventil 12a ist geöffnet, und das dritte hochdruckseitige Zweiwegeventil 12b ist geschlossen. Das erste niederdruckseitige Zweiwegeventil 9a ist geschlossen, und das vierte niederdruckseitige Zweiwegeventil 9b ist geöffnet. Das zweite niederdruckseitige Zweiwegeventil 10a ist geöffnet, und das dritte niederdruckseitige Zweiwegeventil 10b ist geschlossen.
Durch diese Operation geht das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher 3 verlassen hat, durch den hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7 hindurch und strömt dann in das Expansionsventil 5, ohne durch den zweiten internen Wärmetauscher 8 hindurchzugehen. Das Kältemittel strömt, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 verlassen hat, durch den niederdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7 in den Kompressor 1, ohne durch den zweiten internen Wärmetauscher 8 hindurchzugehen.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann, da Wärme nur in dem ersten internen Wärmetauscher 7 von dem ersten und dem zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8 ausgetauscht wird, die Wärmeaustauschmenge auf dem halben Wert desjenigen bei der Verwendung sowohl des ersten als auch des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 gehalten werden. Der Einzelwärmetauscher-Operationsmodus ist effektiv, wenn die Wärmeaustauschmenge bei der Verwendung von beiden von dem ersten und dem zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8 zu groß ist und für null in dem Umgehungsmodus zu klein ist.
In der vorbeschriebenen, in 12 gezeigten Konfiguration werden zwei Zweiwegeventile anstelle jedes Dreiwegeventils in 1 verwendet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein derartiges Beispiel beschränkt. Die 13 und 14 illustrieren beispielhafte Konfigurationen, in denen einige der Zweiwegeventile weggelassen sind.
13 ist ein Diagramm, das eine andere beispielhafte Konfiguration des Kältekreislaufsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
Wie in 13 illustriert ist, können das vierte niederdruckseitige Zweiwegeventil 9b und das vierte hochdruckseitige Zweiwegeventil 11b aus der vorbeschriebenen, in 12 gezeigten Konfiguration weggelassen werden. Bei einer derartigen Konfiguration kann die Operation ebenfalls zwischen dem parallelen Operationsmodus und dem Reihenoperationsmodus umgeschaltet werden.
In dem parallelen Operationsmodus ist das erste hochdruckseitige Zweiwegeventil 11a geöffnet. Das zweite hochdruckseitige Zweiwegeventil 12a ist geöffnet, und das dritte hochdruckseitige Zweiwegeventil 12b ist geschlossen. Das erste niederdruckseitige Zweiwegeventil 9a ist geöffnet. Das zweite niederdruckseitige Zweiwegeventil 10a ist geöffnet, und das dritte niederdruckseitige Zweiwegeventil 10b ist geschlossen.
Durch diese Operation strömt das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher 3 verlassen hat, parallel durch die hochdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 und strömt dann in das Expansionsventil 5. Das Kältemittel strömt, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 verlassen hat, parallel durch die niederdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 und strömt dann in den Kompressor 1.
In dem Reihenoperationsmodus ist das erste hochdruckseitige Zweiwegeventil 11a geschlossen. Das zweite hochdruckseitige Zweiwegeventil 12a ist geschlossen, und das dritte hochdruckseitige Zweiwegeventil 12b ist geöffnet. Das erste niederdruckseitige Zweiwegeventil 9a ist geschlossen. Das zweite niederdruckseitige Zweiwegeventil 10a ist geschlossen, und das dritte niederdruckseitige Zweiwegeventil 10b ist geöffnet.
Durch diese Operation strömt das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher 3 verlassen hat, durch den hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7, strömt weiterhin durch den hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 und strömt dann durch die zweite hochdruckseitige Umgehungsleitung 13 in das Expansionsventil 5. Das Kältemittel strömt, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 verlassen hat, durch den niederdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7, strömt weiterhin durch den niederdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 und strömt dann durch die zweite niederdruckseitige Umgehungsleitung 14 in den Kompressor 1.
Wie vorstehend beschrieben ist, werden der in 13 gezeigten Konfiguration die Strömung des Kältemittels durch den hochdruckseitigen Durchgang und den niederdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7 und die des Kältemittels durch den hochdruckseitigen Durchgang und den niederdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 zwischen einem parallelen Strömungsmuster und einem Reihenströmungsmuster umgeschaltet, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels durch die hochdruckseitigen Durchgänge und die niederdruckseitigen Durchgänge geändert werden kann. Vorteilhafterweise kann die Wärmeaustauschmenge in jedem von dem ersten und dem zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8 beträchtlich gesteuert werden.
14 ist ein Diagramm, das eine andere beispielhafte Konfiguration des Kältekreislaufsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 illustriert.
Wie in 14 illustriert ist, können das erste niederdruckseitige Zweiwegeventil 9a, das vierte niederdruckseitige Zweiwegeventil 9b, das zweite niederdruckseitige Zweiwegeventil 10a, das dritte niederdruckseitige Zweiwegeventil 10b, das vierte hochdruckseitige Zweiwegeventil 11b und die zweite niederdruckseitige Umgehungsleitung 14 aus der vorbeschriebenen, in 12 gezeigten Konfiguration weggelassen werden. Auch bei dieser Konfiguration kann die Operation zwischen dem parallelen Operationsmodus und dem Reihenoperationsmodus umgeschaltet werden.
In dem parallelen Operationsmodus ist das erste hochdruckseitige Zweiwegeventil 11a geöffnet, das zweite hochdruckseitige Zweiwegeventil 12a ist geöffnet, und das dritte hochdruckseitige Zweiwegeventil 12b ist geschlossen.
Durch diese Operation strömt das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher 3 verlassen hat, parallel durch die hochdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 und strömt dann in das Expansionsventil 5.
In dem Reihenoperationsmodus ist das erste hochdruckseitige Zweiwegeventil 11a geschlossen, das zweite hochdruckseitige Zweiwegeventil 12a ist geschlossen, und das dritte hochdruckseitige Zweiwegeventil 12b ist geöffnet.
Durch diese Operation strömt das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher 3 verlassen hat, durch den hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7, strömt weiterhin durch den hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 und strömt dann durch die zweite hochdruckseitige Umgehungsleitung 13 in das Expansionsventil 5.
In jeweils dem parallelen Operationsmodus und dem Reihenoperationsmodus strömt bei der in 14 gezeigten Konfiguration das Kältemittel, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 verlassen hat, durch die niederdruckseitigen Durchgänge des ersten und des zweiten internen Wärmetauschers 7 und 8 und strömt dann in den Kompressor 1.
Wie vorstehend beschrieben ist, werden bei der in 14 gezeigten Konfiguration die Strömung des Kältemittels durch den hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7 und die des Kältemittels durch den hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 zwischen einem parallelen Strömungsmuster und einem Reihenströmungsmuster umgeschaltet, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels geändert werden kann. Somit kann die Wärmeaustauschmenge in jedem von dem ersten und dem zweiten internen Wärmetauscher 7 und 8 gesteuert werden. Zusätzlich kann, da die Strömung des Kältemittels durch den niederdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers 7 und die des Kältemittels durch den niederdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers 8 immer in dem parallelen Strömungsmuster eingestellt sind, eine Zunahme des niederdruckseitigen Druckverlusts unterdrückt werden, was zu einem erhöhten Wirkungsgrad führt.
Ausführungsbeispiel 2
11 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines Kältekreislaufsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 illustriert.
Das Kältekreislaufsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 enthält eine Brückenschaltung 17 zusätzlich zu den Komponenten bei dem Ausführungsbeispiel 1. Die Brückenschaltung 17 ist mit dem lastseitigen Wärmetauscher 3, dem ersten hochdruckseitigen Dreiwegeventil 11, dem Expansionsventil 5 und dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 verbunden. Die Brückenschaltung 17 enthält Absperrventile 17a bis 17d, die in einer Brückenanordnung miteinander verbunden sind.
Bei dem Erwärmungsvorgang ist das Vierwegeventil 2 so gestaltet, dass das von dem Kompressor 1 ausgegebene Kältemittel in den lastseitigen Wärmetauscher 3 strömt und das Kältemittel, wenn es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 verlässt, in das erste niederdruckseitige Dreiwegeventil 9 strömt. Dies ermöglicht, dass der lastseitige Wärmetauscher 3 als ein Kondensator wirkt und der wärmequellenseitige Wärmetauscher 6 als ein Verdampfer wirkt.
Bei diesem Erwärmungsvorgang strömt das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher 3 verlassen hat, durch das Absperrventil 17b der Brückenschaltung 17 zu dem internen Wärmetauscher 4. Das Kältemittel strömt, nachdem es den internen Wärmetauscher 4 verlassen hat und durch das Expansionsventil 5 hindurchgegangen ist, durch das Absperrventil 17d der Brückenschaltung 17 zu dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6.
Bei dem Kühlvorgang wird das Vierwegeventil 2 so geschaltet, dass das von dem Kompressor 1 ausgegebene Kältemittel in den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 strömt und das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher 3 verlassen hat, in das erste niederdruckseitige Dreiwegeventil 9 strömt. Dies ermöglicht, dass der lastseitige Wärmetauscher 3 als ein Verdampfer wirkt, und ermöglicht auch, dass der wärmequellenseitige Wärmetauscher 6 als ein Kondensator wirkt.
Bei dieser Kühloperation strömt das Kältemittel, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 verlassen hat, durch das Absperrventil 17a der Brückenschaltung 17 zu dem internen Wärmetauscher 4. Das Kältemittel strömt, nachdem es den internen Wärmetauscher 4 verlassen hat und durch das Expansionsventil 5 hindurchgegangen ist, durch das Absperrventil 17c der Brückenschaltung 17 zu dem lastseitigen Wärmetauscher 3.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 ermöglicht in jeweils der Erwärmungsoperation und der Kühloperation die Brückenschaltung 17 dem Kältemittel, nachdem es den Wärmetauscher, der einer von dem lastseitigen Wärmetauscher 3 und dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 ist und der als ein Kondensator wirkt, verlassen hat, in das erste hochdruckseitige Dreiwegeventil 11 zu strömen, und dem Kältemittel, nachdem es das Expansionsventil 5 verlassen hat, in den Wärmetauscher zu strömen, der der andere von dem lastseitigen Wärmetauscher 3 und dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher 6 ist und der als ein Verdampfer wirkt. Demgemäß ist der interne Wärmetauscher 4 sowohl bei der Kühloperation als auch der Erwärmungsoperation wirksam. Vorteilhafterweise kann die Kühloperation mit hohem Wirkungsgrad und erhöhter Zuverlässigkeit erzielt werden.
Bezugszeichenliste

1 Kompressor, 2 Vierwegeventil, 3 lastseitiger Wärmetauscher, 4 interner Wärmetauscher, 5 Expansionsventil, 6 wärmequellenseitiger Wärmetauscher, 7 erster interner Wärmetauscher, 8 zweiter interner Wärmetauscher, 9 erstes niederdruckseitiges Dreiwegeventil, 10 zweites niederdruckseitiges Dreiwegeventil, 11 erstes hochdruckseitiges Dreiwegeventil, 12 zweites hochdruckseitiges Dreiwegeventil, 9a erstes niederdruckseitiges Zweiwegeventil, 9b viertes niederdruckseitiges Zweiwegeventil, 10a zweites niederdruckseitiges Zweiwegeventil, 10b drittes niederdruckseitiges Zweiwegeventil, 11a erstes hochdruckseitiges Zweiwegeventil, 11b viertes hochdruckseitiges Zweiwegeventil, 12a zweites hochdruckseitiges Zweiwegeventil, 12b drittes hochdruckseitiges Zweiwegeventil, 13 zweite hochdruckseitige Umgehungsleitung, 14 zweite niederdruckseitige Umgehungsleitung, 15 erste niederdruckseitige Umgehungsleitung, 16 erste hochdruckseitige Umgehungsleitung, 17 Brückenschaltung, 17a Absperrventil, 17b Absperrventil, 17c Absperrventil, 17d Absperrventil.

Claims

Kältekreislaufsystem, welches aufweist: einen Kältemittel-Kreislauf, der einen Kompressor (1), einen lastseitigen Wärmetauscher (3), einen internen Wärmetauscher (4), Expansionsmittel (5) und einen wärmequellenseitigen Wärmetauscher (6), die durch Leitungen verbunden sind, enthält und durch den ein Kältemittel zirkuliert, wobei der interne Wärmetauscher (4) enthält: einen ersten internen Wärmetauscher (7), in welchem das Kältemittel, wenn es durch einen hochdruckseitigen Durchgang strömt, Wärme mit dem Kältemittel austauscht, wenn es durch einen niederdruckseitigen Durchgang strömt, einen zweiten internen Wärmetauscher (8), in welchem das Kältemittel, wenn es einen hochdruckseitigen Durchgang strömt, Wärme mit dem Kältemittel austauscht, wenn es durch einen niederdruckseitigen Durchgang strömt, eine erste hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (11a), die sich zwischen einem Auslass des lastseitigen Wärmetauschers (3) und einem Ende des hochdruckseitigen Durchgangs von einem von dem ersten internen Wärmetauscher (7) und dem zweiten internen Wärmetauscher (8) befindet, eine zweite hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (12a), die sich zwischen den Expansionsmitteln (5) und dem anderen Ende des hochdruckseitigen Durchgangs von jedem von dem ersten internen Wärmetauscher (7) und dem zweiten internen Wärmetauscher (8) befindet, eine hochdruckseitige Umgehungsleitung (13), die von einer Leitung, die die erste hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (11a) und den hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers (8) verbindet und mit den Expansionsmitteln (5) verbunden ist, abzweigt, und eine dritte hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (12b), die für die hochdruckseitige Umgehungsleitung (13) vorgesehen ist, wobei ein Umschalten möglich ist zwischen einem parallelen Operationsmodus, in welchem das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher (3) verlassen hat, parallel durch die hochdruckseitigen Durchgänge des ersten internen Wärmetauschers (7) und des zweiten internen Wärmetauschers (8) strömt und dann in die Expansionsmittel (5) strömt, und einem Reihenoperationsmodus, in welchem das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher (3) verlassen hat, durch den hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers (7) strömt, weiterhin durch den hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers (8) strömt und dann durch die hochdruckseitige Umgehungsleitung (13) in die Expansionsmittel (5) strömt.
Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1, in welchem der interne Wärmetauscher (4) weiterhin enthält: eine erste niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (9a), die sich zwischen einem Auslass des wärmequellenseitigen Wärmetauschers (6) und einem Ende des niederdruckseitigen Durchgangs von jedem von dem ersten internen Wärmetauscher (7) und dem zweiten internen Wärmetauscher (8) befindet; eine zweite niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (10a), die sich zwischen dem Kompressor (1) und dem anderen Ende des niederdruckseitigen Durchgangs von jedem von dem ersten internen Wärmetauscher (7) und dem zweiten internen Wärmetauscher (8) befindet; eine niederdruckseitige Umgehungsleitung (14), die von einer Leitung, die die erste niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (9a) und den niederdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers (8) verbindet, abzweigt und mit dem Kompressor (1) verbunden ist; und eine dritte niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (12b), die für die niederdruckseitige Umgehungsleitung (14) vorgesehen ist, und wobei eine Umschaltung möglich ist zwischen einem parallelen Operationsmodus, in welchem das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher (3) verlassen hat, parallel durch die hochdruckseitigen Durchgänge des ersten internen Wärmetauschers (7) und des zweiten internen Wärmetauschers (8) strömt und dann in die Expansionsmittel (5) strömt, und das Kältemittel, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher (6) verlassen hat, parallel durch die niederdruckseitigen Durchgänge des ersten internen Wärmetauschers (7) und des zweiten internen Wärmetauschers (8) strömt und dann in den Kompressor (1) strömt, und einem Reihenoperationsmodus, in welchem das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher (3) verlassen hat, durch den hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers (7) strömt, weiterhin durch den hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers (8) strömt und dann durch die hochdruckseitige Umgehungsleitung (13) in die Expansionsmittel (5) strömt, und das Kältemittel, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher (6) verlassen hat, durch den niederdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers (7) strömt, weiterhin durch den niederdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers (8) strömt und dann durch die niederdruckseitige Umgehungsleitung (14) in den Kompressor (1) strömt.
Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1 oder 2, in welchem der interne Wärmetauscher (4) weiterhin enthält: eine vierte hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (11b), die sich zwischen einem Einlass des hochdruckseitigen Durchgangs des ersten internen Wärmetauschers (7) und einer Gabelung befindet, an der sich eine Leitung, die mit dem Auslass des lastseitigen Wärmetauschers (3) verbunden ist, in eine Leitung, die mit dem hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers (7) verbunden ist, und eine Leitung, die mit dem hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers (8) verbunden ist, verzweigt, und wobei das Umschalten in einen Hochdruck-Umgehungsoperationsmodus möglich ist, in welchem das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher (3) verlassen hat, durch die hochdruckseitige Umgehungsleitung (13) in die Expansionsmittel (5) strömt, ohne durch den ersten internen Wärmetauscher (7) und den zweiten internen Wärmetauscher (8) hindurchzugehen.
Kältekreislaufsystem nach Anspruch 2 oder 3, in welchem der interne Wärmetauscher (4) weiterhin enthält: eine vierte niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (9b), die sich zwischen einem Einlass des niederdruckseitigen Durchgangs des ersten internen Wärmetauschers (7) und einer Gabelung befindet, an der eine Leitung, die mit dem Auslass des wärmequellenseitigen Wärmetauschers (6) verbunden ist, sich in eine Leitung, die mit dem niederdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers (7) verbunden ist, und eine Leitung, die mit dem niederdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers (8) verbunden ist, verzweigt, und wobei das Umschalten in einen Niederdruck-Umgehungsoperationsmodus möglich ist, in welchem das Kältemittel, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher (6) verlassen hat, durch die niederdruckseitige Umgehungsleitung (14) in den Kompressor (1) strömt, ohne durch den ersten internen Wärmetauscher (7) und den zweiten internen Wärmetauscher (8) hindurchzugehen.
Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1 oder 2, in welchem der interne Wärmetauscher (4) weiterhin enthält: eine vierte hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (11b), die sich zwischen einem Einlass des hochdruckseitigen Durchgangs des ersten internen Wärmetauschers (7) und einer Gabelung befindet, an der sich eine Leitung, die mit dem Auslass des lastseitigen Wärmetauschers (3) verbunden ist, in eine Leitung, die mit dem hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers (7) verbunden ist, und eine Leitung, die mit dem hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers (8) verbunden ist, verzweigt, und eine vierte niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (9b), die sich zwischen einem Einlass des niederdruckseitigen Durchgangs des ersten internen Wärmetauschers (7) und einer Gabelung befindet, an der sich eine Leitung, die mit dem Auslass des wärmequellenseitigen Wärmetauschers (6) verbunden ist, in eine Leitung, die mit dem niederdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers (7) verbunden ist, und eine Leitung, die mit dem niederdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers (8) verbunden ist, verzweigt, und wobei das Umschalten in einen Umgehungsoperationsmodus möglich ist, in welchem das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher (3) verlassen hat, durch die hochdruckseitige Umgehungsleitung (13) in die Expansionsmittel (5) strömt, ohne durch den ersten internen Wärmetauscher (7) und den zweiten internen Wärmetauscher (8) hindurchzugehen, und das Kältemittel, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher (6) verlassen hat, durch die niederdruckseitige Umgehungsleitung (14) in den Kompressor (1) strömt, ohne durch den ersten internen Wärmetauscher (7) und den zweiten internen Wärmetauscher (8) hindurchzugehen.
Kältekreislaufsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in welchem der interne Wärmetauscher (4) weiterhin enthält: eine vierte hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (11b), die sich zwischen einem Einlass des hochdruckseitigen Durchgangs des ersten internen Wärmetauschers (7) und einer Gabelung befindet, an der sich eine Leitung, die mit dem Auslass des lastseitigen Wärmetauschers (3) verbunden ist, sich in eine Leitung, die mit dem hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers (7) verbunden ist, und eine Leitung, die mit dem hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers (8) verbunden ist, verzweigt, und eine vierte niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (9b), die sich zwischen einem Einlass des niederdruckseitigen Durchgangs des ersten internen Wärmetauschers (7) und einer Gabelung befindet, an der sich eine Leitung, die mit dem Auslass des wärmequellenseitigen Wärmetauschers (6) verbunden ist, in eine Leitung, die mit dem niederdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers (7) verbunden ist, und eine Leitung, die mit dem niederdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers (8) verbunden ist, verzweigt, und wobei ein Umschalten in einen Einzelwärmetauscher-Operationsmodus möglich ist, in welchem das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher (3) verlassen hat, durch den hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers (7) strömt und dann in die Expansionsmittel (5) strömt, ohne durch den zweiten internen Wärmetauscher (8) hindurchzugehen, und das Kältemittel, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher (6) verlassen hat, durch den niederdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers (7) strömt und dann in den Kompressor (1) strömt, ohne durch den zweiten internen Wärmetauscher (8) hindurchzugehen.
Kältekreislaufsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, in welchem in dem parallelen Operationsmodus das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher (3) verlassen hat, parallel durch die hochdruckseitigen Durchgänge des ersten internen Wärmetauschers (7) und des zweiten internen Wärmetauschers (8) strömt und dann in die Expansionsmittel (5) strömt, und das Kältemittel, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher (6) verlassen hat, parallel durch die niederdruckseitigen Durchgänge des ersten internen Wärmetauschers (7) und des zweiten internen Wärmetauschers (8) strömt und dann in den Kompressor (1) strömt, und wobei in dem Reihenoperationsmodus das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher (3) verlassen hat, durch den hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers (7) strömt, weiterhin durch den hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers (8) strömt und dann durch die hochdruckseitige Umgehungsleitung (13) in die Expansionsmittel (5) strömt, und das Kältemittel, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher (6) verlassen hat, durch den niederdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers (7) strömt, weiterhin durch den niederdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers (8) strömt und dann durch die niederdruckseitige Umgehungsleitung (14) in den Kompressor (1) strömt.
Kältekreislaufsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, in welchem die erste niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (9a) und die vierte niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (9b) als ein einzelnes Dreiwegeventil gebildet sind, in welchem die zweite niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (10a) und die dritte niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (10b) als ein einzelnes Dreiwegeventil gebildet sind, in welchem die erste hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (11a) und die vierte hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (11b) als ein einzelnes Dreiwegeventil gebildet sind, und in welchem die zweite hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (12a) und die dritte hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (12b) als ein einzelnes Dreiwegeventil gebildet sind.
Kältekreislaufsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem, wenn das Auftreten von Rückflüssigkeit zu dem Kompressor (1) in dem parallelen Operationsmodus erfasst wird, ein Umschalten in den Reihenoperationsmodus erfolgt.
Kältekreislaufsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, in welchem, wenn eine Operation des Kältekreislaufsystems gestartet wird oder wenn eine Entfrostungsoperation beendet ist, ein Umschalten in den Reihenoperationsmodus erfolgt, und in welchem, wenn eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, nachdem der Reihenoperationsmodus eingeschaltet ist, oder wenn ein Grad von Überhitzung oder eine Temperatur des Kältemittels an einem Ausgabeauslass des Kompressors (1) einen Wert annimmt, der nicht niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, eine Umschaltung zu dem parallelen Operationsmodus erfolgt.
Kältekreislaufsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 10, in welchem die erste hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (11), die zweite hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (12), die erste niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (9) und die zweite niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (10) einen Strömungspfad des Kältemittels so umschalten, dass ein Umschalten in einen Umgehungsoperationsmodus möglich ist, in welchem das Kältemittel, nachdem es den lastseitigen Wärmetauscher (3) verlassen hat, durch die hochdruckseitige Umgehungsleitung (13) in die Expansionsmittel (5) strömt, ohne durch den ersten internen Wärmetauscher (7) und den zweiten internen Wärmetauscher (8) hindurchzugehen, und das Kältemittel, nachdem es den wärmequellenseitigen Wärmetauscher (6) verlassen hat, durch die niederdruckseitige Umgehungsleitung (14) in den Kompressor (1) strömt, ohne durch den ersten internen Wärmetauscher (7) und den zweiten internen Wärmetauscher (8) hindurchzugehen.
Kältekreislaufsystem nach Anspruch 11, in welchem, wenn eine Temperatur des Kältemittels an einem Ausgabeauslass des Kompressors (1) einen Wert annimmt, der nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, ein Umschalten in den Umgehungsoperationsmodus erfolgt, und in welchem, wenn die Temperatur des Kältemittels an dem Ausgabeauslass des Kompressors (1) einen Wert annimmt, der unter dem vorbestimmten Wert liegt, ein Umschalten in den parallelen Operationsmodus erfolgt.
Kältekreislaufsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, in welchem ein Strom des Kältemittels, der durch den hochdruckseitigen Durchgang des ersten internen Wärmetauschers (7) strömt, und ein Strom des Kältemittels, der durch den niederdruckseitigen Durchgang hiervon strömt, im Gegenstrom strömen, und in welchem ein Strom des Kältemittels, das durch den hochdruckseitigen Durchgang des zweiten internen Wärmetauschers (8) strömt, und ein Strom des Kältemittels, das durch den niederdruckseitigen Durchgang hiervon strömt, im Gegenstrom strömen.
Kältekreislaufsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 13, weiterhin aufweisend: ein Vierwegeventil (2), das einen Strömungspfad des Kältemittels, das von dem Kompressor (1) ausgegeben wurde, von einem Strömungspfad, der zu dem lastseitigen Wärmetauscher (3) führt, zu einem Strömungspfad, der zu dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher (6) führt, umschaltet, und einen Strömungspfad des Kältemittels, das in die erste niederdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (9) strömt, von einem Strömungspfad, der von dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher (6) führt, zu einem Strömungspfad, der von dem lastseitigen Wärmetauscher (3) führt, umschaltet; und eine Brückenschaltung (17), die mit dem lastseitigen Wärmetauscher (3), der ersten hochdruckseitigen Strömungsumschaltvorrichtung (11), den Expansionsmitteln (5) und dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher (6) verbunden ist, wobei die Brückenschaltung (17) dem Kältemittel ermöglicht, nachdem es den Wärmetauscher, der einer von dem lastseitigen Wärmetauscher (3) und dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher (6) ist und der als ein Kondensator wirkt, verlassen hat, in die erste hochdruckseitige Strömungsumschaltvorrichtung (11) zu strömen, und dem Kältemittel ermöglicht, nachdem es die Expansionsmittel (5) verlassen hat, in den Wärmetauscher zu strömen, der der andere von dem lastseitigen Wärmetauscher (3) und dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher (6) ist und der als ein Verdampfer wirkt.