DE112018004555T5 - Wärmepumpenkreislauf - Google Patents

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DE112018004555T5
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Abstract

Ein Wärmepumpenkreislauf enthält einen Verdichter (11), einen Wärmetauscher (12), einen Gas-Flüssig-Abscheider (17) und einen Außenwärmetauscher (15). Der Wärmepumpenkreislauf enthält einen Hauptkreislauf (10), der den Verdichter, den Wärmetauscher, den Gas-Flüssig-Abscheider und den Außenwärmetauscher derart verbindet, dass das Kältemittel durch ihn hindurchströmt, einen Abwärmerückgewinnungswärmetauscher (31) und einen Abwärmerückgewinnungskreislauf (30), der einen Strömungsweg ausbildet, der nicht durch den Außenwärmetauscher, sondern durch den Abwärmerückgewinnungswärmetauscher zum Verdichter führt. Der Wärmepumpenkreislauf enthält ein Expansionsventil (32), das im Wärmerückgewinnungskreislauf stromaufwärts vom Abwärmerückgewinnungswärmetauscher angeordnet ist und das Kältemittel derart expandiert, dass das Kältemittel im Abwärmerückgewinnungswärmetauscher von Flüssigphase zu Gasphase wechselt. Dementsprechend kann eine Wärmetauscheffizienz des Wärmepumpenkreislaufs gesteigert werden.

Description

  • QUERVERWEIS ZU VERWANDTER ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung basiert auf der am 16. Oktober 2017 eingereichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-200416 und schließt sie hier durch Bezugnahme ein.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Offenbarung in dieser Spezifikation bezieht sich auf einen Wärmepumpenkreislauf.
  • HINTERGRUND
  • Patentliteratur 1 offenbart einen Wärmepumpenkreislauf, der eine Gaseindüsung durchführt, bei der ein durch einen Gas-Flüssig-Abscheider abgetrenntes Gasphasenkältemittel in einen Mitteldruckanschluss eines Verdichters eingeleitet wird, sodass der Energieverbrauch des elektrischen Verdichters reduziert wird. Der Wärmepumpenkreislauf soll mit geringem Energieverbrauch eine Wärmequelle zur Klimatisierung versorgen.
  • ENTGEGENHALTUNGEN
  • PATENTLITERATUR
  • Patentdokument 1: JP 2012 - 181 005 A
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Bei der Konfiguration des Stands der Technik wird das durch den Gas-Flüssig-Abscheider abgetrennte Gasphasenkältemittel zum Verdichter zurückgeführt. Somit wird der Energieverbrauch reduziert und die Wärmetauscheffizienz erhöht. In diesem Fall ist das Gasphasenkältemittel, das zum Verdichter zurückgeführt werden kann, auf das Gasphasenkältemittel beschränkt, das durch den Gas-Flüssig-Abscheider abgetrennt wird. Bei den obigen Ausgestaltungen oder bei anderen nicht erwähnten Ausgestaltungen besteht beim Wärmepumpenkreislauf ein Bedarf an weiteren Verbesserungen.
  • Eine offenbarte Aufgabe ist, einen Wärmepumpenkreislauf zur Verfügung zu stellen, der eine hohe Wärmetauscheffizienz hat.
  • Ein hier offenbarter Wärmepumpenkreislauf enthält Folgendes: einen Verdichter, der Kältemittel verdichtet; einen Wärmetauscher, der zwischen dem Kältemittel, das vom Verdichter abgegeben wird, und Innenluft Wärme tauscht; einen Gas-Flüssig-Abscheider, der das aus dem Wärmetauscher herausströmende Kältemittel in Gasphase und Flüssigphase trennt; einen Außenwärmetauscher, der einen Wärmetausch zwischen dem aus dem Gas-Flüssig-Abscheider herausströmenden Kältemittel und Außenluft durchführt; einen Hauptkreislauf, der einen Strömungsweg ausbildet, der das Kältemittel durch ihn hindurchströmen lässt und den Verdichter, den Wärmetauscher, den Gas-Flüssig-Abscheider und den Außenwärmetauscher verbindet; einen Abwärmerückgewinnungswärmetauscher, der einen Wärmetausch zwischen einer Wärmequelle, die Wärme abgibt, und dem Kältemittel in Flüssigphase durchführt, das durch den Gas-Flüssig-Abscheider abgetrennt wird; einen Abwärmerückgewinnungskreislauf, der einen Strömungsweg ausbildet, in dem das Kältemittel in Flüssigphase, das aus dem Gas-Flüssig-Abscheider herausströmt, nicht durch den Außenwärmetauscher, sondern durch den Abwärmerückgewinnungswärmetauscher zum Verdichter strömt; und ein Expansionsventil, das im Abwärmerückgewinnungskreislauf stromaufwärts vom Abwärmerückgewinnungswärmetauscher angeordnet ist und das Kältemittel derart expandiert, dass das Kältemittel im Abwärmerückgewinnungswärmetauscher von Flüssigphase zu Gasphase wechselt.
  • Gemäß dem offenbarten Wärmepumpenkreislauf kann das Kältemittel unter Nutzung von Abwärme, die durch den Abwärmerückgewinnungswärmetauscher von der Wärmequelle rückgewonnen wird, von Flüssigphase zu Gasphase wechseln, bevor es zum Verdichter zurückkehrt. Das heißt, dass eine Menge des Kältemittels, die zum Verdichter zurückgeführt werden kann, verglichen mit einem Fall, in dem eine Gaseindüsung unter Nutzung nur des Gasphasenkältemittels durchgeführt wird, das durch den Gas-Flüssig-Abscheider abgetrennt wird, erhöht werden kann. Daher kann verhindert werden, dass die Dampfqualität eines zweiphasigen Gas-Flüssig-Kältemittels im Gas-Flüssig-Abscheider hoch ist. Da das Kältemittel im Wärmepumpenkreislauf mit geringer Dampfqualität zirkuliert werden kann, kann die Wärmetauscheffizienz des Wärmepumpenkreislaufs gesteigert werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Schaubild, das eine Konfiguration eines Wärmepumpenkreislaufs darstellt.
    • 2 ist ein Blockschaubild, das sich auf die Steuerung eines Wärmepumpenkreislaufs bezieht.
    • 3 ist ein Schaubild, das eine Konfiguration eines Wärmepumpenkreislaufs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt.
    • 4 ist ein Schaubild, das eine Konfiguration eines Wärmepumpenkreislaufs gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel darstellt.
    • 5 ist ein Schaubild, das gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel eine Konfiguration eines Wärmepumpenkreislaufs in einem Heizbetrieb darstellt.
    • 6 ist ein Schaubild, das gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel eine Konfiguration des Wärmepumpenkreislaufs in einem Kühlbetrieb darstellt.
    • 7 ist ein Schaubild, das eine Konfiguration eines Wärmepumpenkreislaufs gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel darstellt.
  • AUSFÜRHLICHE BESCHFREIBUNG
  • Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele zur Realisierung der vorliegenden Offenbarung beschrieben. In jedem Ausführungsbeispiel werden Abschnitte, die denen in den vorherigen Ausführungsbeispielen beschriebenen Elementen entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und es können überflüssige Erläuterungen weggelassen werden. Wenn in einem Ausführungsbeispiel nur ein Teil einer Konfiguration beschrieben wird, kann ein anderes vorheriges Ausführungsbeispiel auf die anderen Teile der Konfiguration angewandt werden. Neben den in den jeweiligen Ausführungsbeispielen spezifisch gezeigten Kombinationen an Teilen können die Ausführungsbeispiele, auch wenn dies nicht explizit vorgeschlagen wird, teilweise kombiniert werden, solange solche Kombinationen nicht widersprüchlich sind.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Vielzahl von Ausführungsbeispielen beschrieben. In einigen Ausführungsbeispielen sind Teile, die sich funktional und/oder strukturell entsprechen und/oder zugehörig sind, mit den gleichen Bezugszahlen oder mit Bezugszahlen mit anderen Hunderterstellen oder höheren Stellen versehen. Für entsprechende Teile und/oder zugehörige Teile kann auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele Bezug genommen werden.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • In 1 enthält ein Wärmepumpenkreislauf 1 einen Verdichter 11, einen Heizwärmetauscher 12, einen Kühlwärmetauscher 13, einen Außenwärmetauscher 15 und einen Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31. Der Wärmepumpenkreislauf 1 verbindet den Verdichter 11 und jeden der Wärmetauscher 12, 13, 15, 31, um für einen Kältemittelkreislauf zu sorgen, durch den Kältemittel strömt. Der Wärmepumpenkreislauf 1 ist auf einer Klimaanlage montiert, die einen Raum klimatisiert. Der Wärmepumpenkreislauf 1 wird zum Beispiel für eine Fahrzeugklimaanlage 2 genutzt, die in einem Fahrzeug eingebaut ist und in einem Fahrzeuginnenraum eine Klimatisierung durchführt. Der Wärmepumpenkreislauf 1 ist dazu imstande, Klimatisierungsbetriebe wie einen Kühlbetrieb, einen Heizbetrieb und einen Entfeuchtungsbetrieb durchzuführen. Der Heizwärmetauscher 12 stellt ein Beispiel eines Wärmetauschers dar.
  • Der Kältemittelkreislauf enthält einen Hauptkreislauf 10, einen Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 und einen Umgehungskreislauf 40. Der Hauptkreislauf 10 macht eine Schleife, in der der Verdichter 11, der Heizwärmetauscher 12, der Außenwärmetauscher 15 und der Kühlwärmetauscher 13 im Strom des Kältemittels stromaufwärts in Reihe verbunden sind.
  • Der Verdichter 11 ist ein zweistufiger Verdichter. Das heißt, dass der Verdichter 11 darin zwei Verdichtungsmechanismen umfasst: einen niedrigerer Stufe und einen höherer Stufe. Der Verdichter 11 hat drei Anschlüsse: einen Abgabeanschluss 11a, einen Mitteldruckanschluss 11b und einen Sauganschluss 11c. Der Verdichter 11 saugt vom Sauganschluss 11c Gasphasenkältemittel an und verdichtet das Gasphasenkältemittel im Verdichtungsmechanismus niedrigerer Stufe. Danach wird das Gas weiter im Verdichtungsmechanismus höherer Stufe verdichtet und das Gasphasenkältemittel wird aus dem Abgabeanschluss 11a abgegeben. Dementsprechend wird das Kältemittel durch den Verdichter 11 so verdichtet, dass das Gasphasenkältemittel niedriger Temperatur und niedrigen Drucks das Gasphasenkältemittel hoher Temperatur und hohen Drucks wird.
  • Wenn in dem Verdichter 11 eine Gaseindüsung erfolgt, wird vom Mitteldruckanschluss 11b das Gasphasenkältemittel vor dem Außenwärmetauscher 15 aufgenommen. Somit werden das vom Verdichtungsmechanismus niedrigerer Stufe verdichtete Gasphasenkältemittel und das vom Mitteldruckanschluss 11b aufgenommene Gasphasenkältemittel kombiniert und durch den Verdichtungsmechanismus höherer Stufe verdichtet. Daher kann die Menge an Kältemittel erhöht werden, die durch den Verdichter 11 zirkuliert, und es kann eine Heizleistung des Heizwärmetauschers 12 erhöht werden.
  • In dem Hauptkreislauf 10 ist zwischen dem Heizwärmetauscher 12 und dem Außenwärmetauscher 15 ein Gas-Flüssig-Abscheider 17 vorgesehen. In dem Hauptkreislauf 10 ist zwischen dem Kühlwärmetauscher 13 und dem Verdichter 11 ein Sammler 18 vorgesehen. Der Gas-Flüssig-Abscheider 17 ist eine Vorrichtung, in der ein Kältemittel, das Flüssigphasenkältemittel und Gasphasenkältemittel enthält, in ein Flüssigphasenkältemittel und ein Gasphasenkältemittel getrennt wird. Der Sammler 18 ist eine Vorrichtung, in der das Kältemittel ähnlich wie im Gas-Flüssig-Abscheider 17 in ein Flüssigphasenkältemittel und ein Gasphasenkältemittel getrennt wird, wobei nur das abgetrennte Gasphasenkältemittel zum Verdichter 11 strömt.
  • Der Heizwärmetauscher 12, der Kühlwärmetauscher 13 und der Außenwärmetauscher 15 sind Wärmetauscher, die mit Luft Wärme tauschen. Der Heizwärmetauscher 12 und der Kühlwärmetauscher 13 heizen oder kühlen zur Klimatisierung Innenluft über einen Wärmetausch zwischen der Innenluft und dem Kältemittel. Der Außenwärmetauscher 15 kühlt oder heizt das Kältemittel über einen Wärmetausch zwischen Außenluft und dem Kältemittel. Jeder Wärmetauscher 12, 13, 15 ist ein Parallelstromwärmetauscher, in dem parallel zwischen zwei Sammelleitungen mehrere Kältemittelströmungskanäle bereitgestellt sind. Die Wärmetauscher 12, 13, 15 weisen flache Kältemittelrohre auf, die kleine Durchgangsbereiche haben und die Strömungskanäle für das Kältemittel ausbilden. Die Wärmetauscher 12, 13, 15 weisen Innenrippen zur Erhöhung der Kontaktfläche mit dem Kältemittel innerhalb der Kältemittelrohre auf, in denen das Kältemittel zirkuliert. Die Wärmetauscher 12, 13, 15 sind nicht auf den Parallelstromwärmetauscher beschränkt. Zum Beispiel kann ein Rippen- und Rohrwärmetauscher oder ein Schlangenwärmetauscher verwendet werden.
  • In dem Hauptkreislauf 10 ist zwischen dem Heizwärmetauscher 12 und dem Gas-Flüssig-Abscheider 17 ein Expansionsventil höheren Drucks 22 vorgesehen. In dem Hauptkreislauf 10 ist zwischen dem Außenwärmetauscher 15 und dem Kühlwärmetauscher 13 ein Kühlexpansionsventil 23 vorgesehen. Das Expansionsventil höheren Drucks 22 und das Kühlexpansionsventil 23 sind Vorrichtungen, die einen großen Druckverlust im Kältemittelstrom verursachen, indem sie das Kältemittel durch einen engen Durchgang strömen lassen, wodurch ein Druckabfall erzeugt wird. Und zwar wird der Strömungsweg in dem Kältemittelrohr eingeengt, wenn das Expansionsventil 22, 23 in einen Drosselungszustand versetzt wird, um einen Druck stromabwärts vom Expansionsventil 22, 23 zu reduzieren. Die Expansionsventile 22 und 23 sind Ventilvorrichtungen, die dazu imstande sind, einen Drosselungsgrad beliebig von einem vollständig geöffneten Zustand zu einem vollständig geschlossenen Zustand einzustellen. Das Expansionsventil höheren Drucks 22 ist eine Ventilvorrichtung, die eine Temperatur von Abluft für den Heizbetrieb, das heißt eine Kältemittelkondensationstemperatur, steuert, die durch einen hochdruckseitigen Druck im Heizwärmetauscher 12 bestimmt wird. Das Expansionsventil höheren Drucks 22 ist ein Expansionsventil, das sich dadurch auszeichnet, dass es variabel einen Drosselungsgrad eines Ventilströmungswegs steuert, sodass hoher Druck, der von einem Hochdrucksensor 39 erfasst wird, ein Zielhochdruck wird. Das Kühlexpansionsventil 23 ist ein allgemeines Expansionsventil, das den Druck und die Temperatur erfasst, die einen Zustand des Kältemittels an einem Auslass des Kühlwärmetauschers 13 angeben, und seinen Ventilöffnungsgrad steuert. Das Kühlexpansionsventil 23 ist ein elektronisches Steuerventil, das auf einen beliebigen Ventilöffnungsgrad eingestellt werden kann. Das Kühlexpansionsventil 23 kann ein in sich geschlossenes, mechanisches Expansionsventil sein, das keinen Temperatursensor oder Drucksensor benötigt. Als das mechanische Expansionsventil kann ein extern ausgeglichenes Expansionsventil oder ein intern ausgeglichenes Expansionsventil verwendet werden.
  • In dem Hauptkreislauf 10 ist zwischen dem Gas-Flüssig-Abscheider 17 und dem Außenwärmetauscher 15 ein Drosselventil niedrigeren Drucks 25 vorgesehen. Das Drosselventil niedrigeren Drucks 25 ist eine Vorrichtung, die einen Strömungsweg in dem Kältemittelkreislauf verengt, um einen Druck stromabwärts vom Drosselventil niedrigeren Drucks 25 zu reduzieren. Das Drosselventil niedrigeren Drucks 25 ist eine Ventilvorrichtung, bei der ein Drosselungsgrad feststeht. Das heißt, dass das Drosselventil niedrigeren Drucks 25 eine Ventilvorrichtung ist, die den Drosselungsgrad nicht beliebig steuern kann.
  • In dem Hauptkreislauf 10 ist in einem Kreislauf, der dazu imstande ist, das Kühlexpansionsventil 23 und den Kühlwärmetauscher 13 zu umgehen, ein Kühl-Auf-Zu-Ventil 24 vorgesehen. In dem Hauptkreislauf 10 ist in einem Kreislauf, der dazu imstande ist, das Drosselventil niedrigeren Drucks 25 zu umgehen, ein Auf-Zu-Ventil niedrigeren Drucks 26 vorgesehen. Das Kühl-Auf-Zu-Ventil 24 und das Auf-Zu-Ventil niedrigeren Drucks 26 sind Ventilvorrichtungen, die eine Öffnungs- und Schließsteuerung des Kältemittelkreislaufs durchführen, um einen Strömungsweg des Kältemittels zu ändern. Wenn die Auf-Zu-Ventile 24 und 26 vollständig geöffnet sind, geht das Kältemittel durch die Auf-Zu-Ventile 24 und 26. Wenn die Auf-Zu-Ventile 24 und 26 dagegen vollständig geschlossen sind, kann das Kältemittel nicht durch die Auf-Zu-Ventile 24 und 26 gehen. Die Auf-Zu-Ventile 24 und 26 können so gesteuert werden, dass sie sich in Drosselungszuständen befinden, um etwas von dem Kältemittel durch die Auf-Zu-Ventile 24 und 26 gehen zu lassen, wobei das Kältemittel durch mehrere Strömungswege gleichzeitig strömen kann.
  • Der Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 verbindet den Gas-Flüssig-Abscheider 17 und den Verdichter 11, ohne durch den Außenwärmetauscher 15 zu gehen. Der Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 ist mit einem Flüssigphasenspeicherabschnitt des Gas-Flüssig-Abscheiders 17 verbunden, in dem das Kältemittel in Flüssigphase gespeichert wird. Der Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 enthält in der Strömung des Kältemittels von stromaufwärts aus ein Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32, ein Abwärmerückgewinnungs-Auf-Zu-Ventil 33 und den Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31. Was den Lagezusammenhang zwischen dem Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 und dem Abwärmerückgewinnungs-Auf-Zu-Ventil 33 betrifft, kann jedoch jedes von ihnen stromaufwärts angeordnet werden.
  • Das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 ist eine Ventilvorrichtung, die das durch den Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 strömende Flüssigphasenkältemittel expandiert, indem es den Druck des Flüssigphasenkältemittels reduziert, wodurch eine Verdampfung des Kältemittels gefördert wird. Das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 ist eine Ventilvorrichtung, die das aus dem Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 herausströmende Kältemittel bei einem bestimmten Überhitzungsgrad hält. Mit anderen Worten wird, indem ein Öffnungsgrad des Abwärmerückgewinnungsexpansionsventils 32 eingestellt wird, ein Überhitzungsgrad des aus dem Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 herausströmenden Kältemittels im Wesentlichen konstant gehalten. Daher wird das Kältemittel daran gehindert, in einem flüssigen Zustand zum Mitteldruckanschluss 11b des Verdichters 11 zurückzukehren. Das heißt, dass das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 im Verdichter 11 das Auftreten des Füssigkeitsrückflussphänomens reduziert. Außerdem reduziert das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 ein Einströmen des einen übermäßigen Überhitzungsgrad habenden Kältemittels in den Mitteldruckanschluss 11b des Verdichters 11. Das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 ist eine Ventilvorrichtung, die so gesteuert wird, dass sie einen Betrieb hoher Effizienz durchführt, während sie eine Flüssigkeitsverdichtung des Verdichters 11 und einen anormalen Temperaturanstieg vermeidet. Das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 ist ein elektronisches Steuerventil, das auf eine beliebige Ventilöffnung eingestellt werden kann. Das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 kann anstelle des elektronischen Steuerventils ein mechanisches Expansionsventil sein und unter Nutzung eines in sich geschlossenen physikalischen Phänomens, das keinen Abwärmerückgewinnungstemperatursensor 36 oder Abwärmerückgewinnungsdrucksensor 35 benötigt, eine mechanische Kraft umwandeln. Es kann entweder ein extern ausgeglichenes Expansionsventil oder ein intern ausgeglichenes Expansionsventil verwendet werden. Das Abwärmerückgewinnungs-Auf-Zu-Ventil 33 ist eine Ventilvorrichtung, die den Durchlass und die Sperrung einer Strömung des Flüssigphasenkältemittels durch den Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 steuert. Das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 stellt ein Beispiel eines Expansionsventils dar.
  • Der Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 ist ein Wärmetauscher, der Wärme, die von einer Wärmequelle abgegeben wird, zurückgewinnt. Der Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 führt zwischen einem Wärmetauschmedium, das durch die Wärmequelle erwärmt wird, und dem Kältemittel, das innerhalb des Abwärmerückgewinnungswärmetauschers 31 strömt, einen Wärmetausch durch. Das Wärmetauschmedium ist zum Beispiel Luft. Allerdings ist das Wärmetauschmedium, zu dem von der Wärmequelle Wärme übertragen wird, nicht auf Luft beschränkt, sondern es kann Wasser, Öl oder Kältemittel sein. Alternativ kann die Wärme der Wärmequelle unter Nutzung einer eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Metallplatte zum Wärmetauschmedium übertragen werden.
  • Zum Beispiel kann als die Wärmequelle, die mit dem Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 Wärme tauscht, der Verdichter 11 verwendet werden. Darüber hinaus kann, wenn der Wärmepumpenkreislauf auf einem benzinbetriebenen Fahrzeug montiert ist, als die Wärmequelle eine wärmeerzeugende Komponente wie ein Motor verwendet werden. Alternativ kann als die Wärmequelle Hochtemperaturabgas, das von dem Motor abgegeben wird, verwendet werden. Wenn der Wärmepumpenkreislauf 1 auf einem Hybridfahrzeug oder einem Elektrofahrzeug montiert ist, kann als die Wärmequelle eine wärmeerzeugende Komponente wie eine Batterie, ein Antriebsmotor, ein Generator, ein Wandler, oder ein Hochleistungsreglermodul (PCU) verwendet werden. Die Anzahl an Wärmequellen ist nicht auf eine beschränkt und die Abwärme kann von mehreren Wärmequellen zurückgewonnen werden.
  • Der Umgehungskreislauf 40 verbindet den Gas-Flüssig-Abscheider 17 und den Abwärmerückgewinnungskreislauf 30, ohne durch den Außenwärmetauscher 15 zu gehen, und er bildet einen Strömungsweg aus, der zum Verdichter 11 führt. Der Umgehungskreislauf 40 ist mit einem Gasphasenspeicherabschnitt des Gas-Flüssig-Abscheiders 17 verbunden, in dem das Kältemittel in der Gasphase gespeichert wird. Der Umgehungskreislauf 40 und der Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 sind an einer Verbindungsstelle 42 verbunden, sodass sich die Gasphasenkältemittel vereinen. Die Verbindungsstelle 42 ist in dem Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 zwischen dem Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 und dem Verdichter 11 vorgesehen. Als ein Abschnitt, an dem der Umgehungskreislauf 40 und der Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 verbunden sind, können sich alternativ das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 stromaufwärts und das Abwärmerückgewinnungs-Auf-Zu-Ventil 33 stromabwärts befinden. Der Umgehungskreislauf 40 kann mit einem Teil des Abwärmerückgewinnungskreislaufs 30 dazwischen verbunden werden, sodass sich das Flüssigphasenkältemittel und das Gasphasenkältemittel vereinen. In diesem Fall kann die Gaseindüsung unterbrochen werden, indem das Abwärmerückgewinnungs-Auf-Zu-Ventil 33 vollständig geschlossen wird. Daher ist dies für ein System geeignet, das einen Betriebsmodus benötigt, der die Gaseindüsungsbetriebsfunktion ausschließt. In dem Umgehungskreislauf 40 ist ein Umgehungsdrosselventil 41 vorgesehen. Das Umgehungsdrosselventil 41 ist eine Ventilvorrichtung, die eine große Menge an Gasphasenkältemittel reduziert, die auf einmal durch den Umgehungskreislauf 40 strömt. Das Umgehungsdrosselventil 41 stellt ein Umgehungsdekomprimierungsventil.
  • In dem Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 sind zwischen der Verbindungsstelle 42 und dem Verdichter 11 ein Abwärmerückgewinnungsdrucksensor 35 und ein Abwärmerückgewinnungstemperatursensor 36 vorgesehen. Der Abwärmerückgewinnungsdrucksensor 35 ist ein Sensor, der einen Druck des durch den Kältemittelkreislauf strömenden Kältemittels misst. Der Abwärmerückgewinnungstemperatursensor 36 ist ein Sensor, der eine Temperatur des durch den Kältemittelkreislauf strömenden Kältemittels misst. Mit anderen Worten sind der Abwärmerückgewinnungsdrucksensor 35 und der Abwärmerückgewinnungstemperatursensor 36 Sensoren, die eine Zustandsgröße des Kältemittels messen. Der Abwärmerückgewinnungsdrucksensor 35 und der Abwärmerückgewinnungstemperatursensor 36 sind unmittelbar vor dem Mitteldruckanschluss 11b vorgesehen. Der Abwärmerückgewinnungsdrucksensor 35 und der Abwärmerückgewinnungstemperatursensor 36 stellen ein Beispiel eines Sensors dar.
  • In 2 empfängt eine Steuerung (ECU) 50 ein Signal von zum Beispiel einem Sensor des Wärmepumpenkreislaufs 1. Die Steuerung 50 führt einen arithmetischen Prozess aus, um einen Steuerungsinhalt des Wärmepumpenkreislaufs 1 festzulegen. Die Steuerung 50 gibt Signale zur Steuerung des Wärmepumpenkreislaufs 1 aus. Der Abwärmerückgewinnungsdrucksensor 35 und der Abwärmerückgewinnungstemperatursensor 36 sind mit der Steuerung 50 verbunden. Das heißt, dass die Zustandsgrößen Druck und Temperatur des Gasphasenkältemittels, das durch den Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 gegangen ist, in die Steuerung 50 eingegeben werden. Der Hochdrucksensor 39 ist mit der Steuerung 50 verbunden. Das heißt, dass der Druck des Kältemittels, das durch den Heizwärmetauscher 12 gegangen ist, in die Steuerung 50 eingegeben wird.
  • Mit der Steuerung 50 sind der Verdichter 11, die Expansionsventile 22, 23, 32 und die Auf-Zu-Ventile 24, 26, 33 verbunden. Das heißt, dass durch die Steuerung 50 der Antrieb des Verdichters 11 gesteuert wird. Mit anderen Worten führt die Steuerung 50 eine An-Aus-Steuerung und eine Steuerung der Ausgangsintensität des Verdichters 11 durch. Durch die Steuerung 50 werden die Öffnungen der Expansionsventile 22, 23 und 32 gesteuert. Durch die Steuerung 50 werden die Öffnungs-/Schließzustände der Auf-Zu-Ventile 24, 26 und 33 gesteuert.
  • In 1 strömt ein Hochtemperatur- und Hochdruckgasphasenkältemittel, das vom Verdichter 11 abgegeben wird, durch den Hauptkreislauf 10, der mit dem Abgabeanschluss 11a verbunden ist, und dann in den Heizwärmetauscher 12. Im Heizwärmetauscher 12 wird das Hochtemperatur- und Hochdruckgasphasenkältemittel über einen Wärmetausch mit der Innenluft Flüssigphasenkältemittel. Das heißt, dass die Energie des Kältemittels an die Innenluft abgegeben wird, sodass die Innenluft, während das Kältemittel durch den Heizwärmetauscher 12 strömt, erwärmt wird. Der Heizwärmetauscher 12 ist ein Kondensator, der Gasphasenkältemittel zu Flüssigphasenkältemittel kondensiert.
  • Das Flüssigphasenkältemittel, das aus dem Heizwärmetauscher 12 herausströmt, wird durch die Einstellung des Ventilöffnungsgrads des Expansionsventils höheren Drucks 22 auf einen hohen Druck gesteuert, das heißt die Kondensationstemperatur in dem Heizwärmetauscher 12 wird gesteuert. Stromabwärts vom Expansionsventil höheren Drucks 22 wird das Flüssigphasenkältemittel durch einen Drosselungseffekt dekomprimiert und expandiert. Somit wird das aus dem Heizwärmetauscher 12 herausströmende Hochdruckflüssigphasenkältemittel dekomprimiert und ändert sich zu einem zweiphasigen Mitteldruck-Gas-Flüssig-Kältemittel. Das Expansionsventil höheren Drucks 22 ist eine druckreduzierende Vorrichtung, die den Druck des Hochdruckkältemittels auf einen Mitteldruck reduziert.
  • Das Kältemittel, das durch das Expansionsventil höheren Drucks 22 dekomprimiert worden ist und in den zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Zustand übergegangen ist, strömt in den Gas-Flüssig-Abscheider 17. Der Gas-Flüssig-Abscheider 17 trennt das Kältemittel in zwei Zustände: ein Flüssigphasenkältemittel und ein Gasphasenkältemittel. Allerdings befindet sich in dem Gas-Flüssig-Abscheider 17 eine Flüssigkeitsoberfläche des Flüssigphasenkältemittels mit dem Gasphasenkältemittel in Kontakt. Da das Gasphasenkältemittel in das Flüssigphasenkältemittel eindringt und sich mit ihm mischt, nimmt eine Dampfqualität des zweiphasigen Gas-Flüssig-Kältemittels zu. Der Gas-Flüssig-Abscheider 17 ist mit drei Strömungswegen versehen: einem Strömungsweg, der zum Hauptkreislauf 10 führt, einem Strömungsweg, der zum Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 führt; und einem Strömungsweg, der zum Umgehungskreislauf 40 führt. Der Fall, dass das Kältemittel zum Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 strömt, und der Fall, dass das Kältemittel zum Umgehungskreislauf 40 strömt, werden später beschrieben.
  • Das durch den Gas-Flüssig-Abscheider 17 abgetrennte Flüssigphasenkältemittel strömt durch den Hauptkreislauf 10 in Richtung des Außenwärmetauschers 15. Der Strömungsweg in Richtung des Außenwärmetauschers 15 spaltet sich in zwei Strömungswege auf: einen Strömungsweg, der durch das Drosselventil niedrigeren Drucks 25 geht, und einen Strömungsweg, der durch das Auf-Zu-Ventil niedrigeren Drucks 26 geht. Im Kühlbetrieb oder Entfeuchtungsbetrieb ist das Auf-Zu-Ventil niedrigeren Drucks 26 vollständig geöffnet. Im Heizbetrieb ist das Auf-Zu-Ventil niedrigeren Drucks 26 vollständig geschlossen. Wenn dabei das Auf-Zu-Ventil niedrigeren Drucks 26 vollständig geöffnet ist, strömt das Flüssigphasenkältemittel durch das Auf-Zu-Ventil niedrigeren Drucks 26 in den Außenwärmetauscher 15. Wenn das Auf-Zu-Ventil niedrigeren Drucks 26 dagegen vollständig geschlossen ist, strömt das Flüssigphasenkältemittel durch das Drosselventil niedrigeren Drucks 25 in den Außenwärmetauscher 15. Das Flüssigphasenkältemittel wird, wenn es durch das Drosselventil niedrigeren Drucks 25 geht, dekomprimiert. Das heißt, dass das Drosselventil niedrigeren Drucks 25 eine druckreduzierende Vorrichtung ist, die den Druck des Kältemittels reduziert, um das Kältemittel zu expandieren.
  • Im Kühlbetrieb tauscht das Flüssigphasenkältemittel, das in den Außenwärmetauscher 15 strömt, mit der Außenluft Wärme aus, während es durch den Außenwärmetauscher 15 strömt, sodass der flüssige Zustand des Kältemittels beibehalten wird und seine Temperatur abnimmt. Im Heizbetrieb wird das Flüssigphasenkältemittel andererseits durch die Außenluft im Außenwärmetauscher 15 erwärmt und verdampft, sodass es ein Gasphasenkältemittel wird. Es kann ein Gebläse vorgesehen werden, um die Außenluft zum Außenwärmetauscher 15 zu blasen, damit der Wärmetausch zwischen dem Kältemittel und der Außenluft gefördert wird.
  • Das Kältemittel, das durch den Außenwärmetauscher 15 geströmt ist und ein Kältemittel niedriger Temperatur geworden ist, strömt in Richtung des Kühlwärmetauschers 13. Im Kühlbetrieb oder Entfeuchtungsbetrieb ist das Kühl-Auf-Zu-Ventil 24 vollständig geschlossen und das Flüssigphasenkältemittel strömt durch das Kühlexpansionsventil 23 und den Kühlwärmetauscher 13. Das Flüssigphasenkältemittel, das im Außenwärmetauscher 15 etwas dekomprimiert worden ist und dessen Temperatur abgesenkt worden ist, wird durch das Kühlexpansionsventil 23 weiter dekomprimiert und expandiert. Dadurch wird der Druck des Flüssigphasenkältemittels reduziert, sodass es leicht verdampft. Danach strömt das Niedertemperatur- und Niederdruckflüssigphasenkältemittel, das aus dem Kühlexpansionsventil 23 herausströmt, in den Kühlwärmetauscher 13. Im Kühlwärmetauscher 13 wird das Niedertemperatur- und Niederdruckflüssigphasenkältemittel über einen Wärmetausch mit der Innenluft zu Gasphasenkältemittel. Das heißt, dass das Kältemittel Energie von der Innenluft absorbiert, sodass die Innenluft, während das Kältemittel durch den Kühlwärmetauscher 13 strömt, gekühlt wird. Der Kühlwärmetauscher 13 ist ein Verdampfer, der Flüssigphasenkältemittel zu Gasphasenkältemittel verdampft. Das im Kühlwärmetauscher 13 verdampfte Gasphasenkältemittel strömt in den Sammler 18. Im Heizbetrieb ist andererseits das Kühl-Auf-Zu-Ventil 24 vollständig geöffnet und strömt das Gasphasenkältemittel durch das Kühl-Auf-Zu-Ventil 24 in den Sammler 18, ohne durch das Kühlexpansionsventil 23 und den Kühlwärmetauscher 13 zu strömen.
  • Das in den Sammler 18 strömende Gasphasenkältemittel wird durch den Sammler 18 in ein Flüssigphasenkältemittel und ein Gasphasenkältemittel getrennt, und es wird nur das Gasphasenkältemittel in den Sauganschluss 11c gesaugt und durch den Verdichter 11 verdichtet. Im Wärmepumpenkreislauf 1 zirkuliert das Kältemittel wie oben beschrieben im Hauptkreislauf 10 und wiederholt eine Reihe von Kreisläufen.
  • Die Strömung des Kältemittels vom Gas-Flüssig-Abscheider 17 zum Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 wird unten beschrieben. Das durch den Gas-Flüssig-Abscheider 17 abgetrennte Flüssigphasenkältemittel strömt durch den Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 in das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32. Das Flüssigphasenkältemittel wird durch das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 dekomprimiert und expandiert. Mit anderen Worten ist das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 eine Dekomprimierungsvorrichtung, die das Flüssigphasenkältemittel dekomprimiert, damit es leicht verdampft. Das durch das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 dekomprimierte Flüssigphasenkältemittel strömt zum Abwärmerückgewinnungs-Auf-Zu-Ventil 33.
  • Das Abwärmerückgewinnungs-Auf-Zu-Ventil 33 öffnet und schließt den Strömungsweg des Abwärmerückgewinnungskreislaufs 30. Das heißt, dass das Flüssigphasenkältemittel in einem vollständig geöffneten Zustand zum Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 strömen gelassen wird und dass das Flüssigphasenkältemittel in einem vollständig geschlossenen Zustand nicht zum Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 strömen gelassen wird. Wenn die Menge der im Verdichter 11 vorgenommenen Gaseindüsung reduziert wird, ist das Abwärmerückgewinnungs-Auf-Zu-Ventil 33 vollständig geschlossen. Wenn das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 den vollständig geschlossenen Zustand realisieren kann, kann das Abwärmerückgewinnungs-Auf-Zu-Ventil 33 weggelassen werden.
  • Das Flüssigphasenkältemittel, das durch das Abwärmerückgewinnungs-Auf-Zu-Ventil 33 gegangen ist, strömt in den Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31. Der Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 führt das Flüssigphasenkältemittel über einen Wärmetausch zwischen dem Flüssigphasenkältemittel und Wärme, die von der Wärmequelle abgegeben wird, in ein Gasphasenkältemittel über. Das heißt, dass der Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 ein Verdampfer ist, der Energie aus Abwärme entnimmt und das Kältemittel verdampft. Mit anderen Worten gewinnt der Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 die Abwärme von der Wärmequelle zurück, während der Außenwärmetauscher 15 Wärme von der Außenluft zurückgewinnt. Zu diesem Zeitpunkt gewinnt das Kältemittel die Abwärme zurück, das heißt eine große Menge latenter Wärme aufgrund einer Phasenänderung von einer flüssigen Phase zu einer gasförmigen Phase und eine kleine Menge fühlbarer Wärme aufgrund einer Temperaturänderung des Kältemittels. Das verdampfte Gasphasenkältemittel geht durch die Verbindungsstelle 42 und wird in den Mitteldruckanschluss 11b aufgenommen.
  • Das Kältemittel ist nach der Verbindungsstelle 42 zwischen dem Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 und dem Umgehungskreislauf 40 unmittelbar vor der Aufnahme in den Mitteldruckanschluss 11b ein gemischtes Gasphasenkältemittel. Die Zustandsgrößen des Drucks und der Temperatur des Gasphasenkältemittels werden durch den Abwärmerückgewinnungsdrucksensor 35 und den Abwärmerückgewinnungsdrucksensor 36 gemessen. Wenn die Steuerung 50 einen anormal hohen Kältemitteldruck erfasst, der durch den Abwärmerückgewinnungsdrucksensor 35 gemessen wird, schließt die Steuerung 50 das Abwärmerückgewinnungs-Auf-Zu-Ventil 33 vollständig und es wird nur das Gasphasenkältemittel des Gas-Flüssig-Abscheiders 17 in den Mitteldruckanschluss 11b eingedüst. Wenn die Steuerung 50 eine anormal hohe Kältemitteltemperatur erfasst, die durch den Abwärmerückgewinnungstemperatursensor 36 gemessen wird, bestimmt die Steuerung 50, dass die Menge des zum Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 strömenden Flüssigphasenkältemittels unzureichend ist. In diesem Fall wird der Öffnungsgrad des Abwärmerückgewinnungsexpansionsventils 32 so gesteuert, dass er erhöht wird, sodass die Menge des durch den Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 zirkulierenden Flüssigphasenkältemittels zunimmt.
  • Bei normaler Steuerung, also nicht in solchen anormalen Zuständen, wird unter Verwendung der erfassten Werte des Drucks und der Temperatur konstant ein Zustand des Gasphasenkältemittels, das heißt ein Überhitzungsgrad, berechnet und erkannt. Ein Öffnungsgrad des Abwärmerückgewinnungsexpansionsventils 32 wird gesteuert, damit er so eingestellt ist, dass der Überhitzungsgrad innerhalb eines vorbestimmten Bereichs des passenden Zielüberhitzungsgrads fällt.
  • In Übereinstimmung mit dem gemessenen Druck und der gemessenen Temperatur wird beruhend auf Informationen, die den Steuer-Zielwert des Überhitzungsgrads einschließen, der im Voraus als ein Kennfeld gespeichert wurde, der Öffnungsgrad des Abwärmerückgewinnungsexpansionsventils 32 und des Abwärmerückgewinnungs-Auf-Zu-Ventils 33 gesteuert. Da diese Steuerung es ermöglicht, eine passende Menge des Gasphasenkältemittels zum Mitteldruckanschluss 11b des Verdichters 11 zurückzuführen, kann eine Verdichtung flüssigen Kältemittels im Verdichter 11 ausgeschlossen werden. Außerdem wird kein Kältemittel mit übermäßigem Überhitzungsgrad in den Verdichter 11 gesaugt. Daher kann die Effizienz des Verdichters 11 verbessert werden und eine Zirkulationsrate des Kältemittels erhöht werden. Das Kennfeld kann hier erzielt werden, indem gesteuerte Inhalte eines von der Steuerung 50 gesteuerten Steuerziels in Bezug auf Informationen, zum Beispiel einen Betriebsmodus wie den Heizbetrieb und Kühlbetrieb, einen Kältemitteldruck, eine Kältemitteltemperatur und eine Wärmequellentemperatur abgebildet werden. Das heißt, dass das Kennfeld erzielt werden kann, indem die gesteuerten Inhalte wie ein Eingangssignal in den Verdichter 11, die Öffnungsgrade der Expansionsventile 22, 23, 32 und die Öffnungsgrade der Auf-Zu-Ventile 24, 26, 33 in Bezug auf die Informationen wie den Betriebsmodus und die Zustandsgröße des Kältemittels abgebildet werden. Die Steuerung 50 steuert beruhend auf ihren derzeitigen Einsatzbedingungen ein Ausgangssignal automatisch und optimal. Außerdem kann ein Außenlufttemperatursensor vorgesehen werden, um die Außenlufttemperatur zu erfassen, und die Steuerung kann beruhend auf der Außenlufttemperatur durchgeführt werden. Insbesondere dann, wenn die Außenlufttemperatur hoch ist und im Sommer oder dergleichen der Heizbetrieb unnötig ist, kann das Abwärmerückgewinnungs-Auf-Zu-Ventil 33 vollständig geschlossen werden.
  • Unten wird nun die Strömung des Kältemittels vom Gas-Flüssig-Abscheider 17 zum Umgehungskreislauf 40 beschrieben. Das durch den Gas-Flüssig-Abscheider 17 abgetrennte Gasphasenkältemittel geht durch das Umgehungsdrosselventil 41 im Umgehungskreislauf 40. Das Gasphasenkältemittel wird, während es durch das Umgehungsdrosselventil 41 geht, dekomprimiert. Das Umgehungsdrosselventil 41 ist ein Mittel, um einen Druck des Gasphasenkältemittels zu reduzieren und eine Durchflussmenge des Gasphasenkältemittels einzustellen.
  • Das Gasphasenkältemittel, das durch das Umgehungsdrosselventil 41 gegangen ist, wird an der Verbindungsstelle 42 mit dem Kältemittel, das im Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 41 zum Gasphasenkältemittel geworden ist, vereint und gemischt. Das gemischte Gasphasenkältemittel wird aus dem Mitteldruckanschluss 11b in den Verdichter 11 eingebracht.
  • Da das Gasphasenkältemittel im Gas-Flüssig-Abscheider 17 zum Verdichter 11 zurückgeführt wird, ohne durch den Außenwärmetauscher 15 zu gehen, kann sich die Dampfqualität des zweiphasigen Gas-Flüssig-Kältemittels im Gas-Flüssig-Abscheider 17 verringern. Und zwar kann das Kältemittel, weil sich die Dampfqualität verringern kann, wenn das Gasphasenkältemittel aus dem Gas-Flüssig-Abscheider 17 entfernt wird, damit es zum Umgehungskreislauf 40 strömt, in Flüssigphase zu dem Außenwärmetauscher 15 und dem Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 gesandt werden.
  • Daher nimmt im Heizbetrieb, wenn das Kältemittel im Außenwärmetauscher 15 des Hauptkreislaufs 10 verdampft, die spezifische Enthalpie des Kältemittels auf einer Einlassseite des Außenwärmetauschers 15 ab. Somit nimmt eine Enthalpiedifferenz zwischen dem Einlass und Auslass des Außenwärmetauschers 15 zu und es kann eine Wärmemenge, die von einer Außenluftwärmequelle wie der Außenluft absorbiert werden kann, erhöht und daher eine Heizleistung verbessert werden. Folglich kann das Einströmen von Kältemittel mit einer geringen spezifischen Enthalpie in den Außenwärmetauscher 15 eine Wärmetauscheffizienz des Wärmepumpenkreislaufs 1 erhöhen. Da außerdem das Gasphasenkältemittel daran gehindert werden kann, in den Außenwärmetauscher 15 einzudringen, kann die Wärmetauschleistung des Außenwärmetauschers 15 stabilisiert werden.
  • Andererseits kann in dem Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 das Kältemittel, das in das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 strömt, ein Flüssigphasenkältemittel sein, was den Einschluss von Gasblasen reduzieren kann. Daher kann das Kältemittel erst einmal mit einer großen Durchflussmenge zugeführt werden, und es kann als eine große Wärmequelle für den Heizbetrieb eine große Menge Abwärme wiederverwendet werden. Zudem wird die Durchflussmenge des in den Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 einströmenden Kältemittels stabilisiert. So wird die Leistung beim Erfassen des Kältemitteldrucks und der Kältemitteltemperatur am Auslass des Abwärmerückgewinnungswärmetauschers 31 verbessert. Daher wird unter der Steuerung des Abwärmerückgewinnungsexpansionsventils 32 der Wert des Überhitzungsgrads des Gasphasenkältemittels, das in den Mitteldruckanschluss 11b des Verdichters 11 strömt, stabilisiert.
  • Im Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 kann eine große Wärmequelle für den Heizbetrieb erzielt werden. Dementsprechend kann eine Wärmequellenmenge für den Heizbetrieb, die aus der Außenluft erzielt wird, reduziert werden. Daher kann die Durchflussmenge des im Hauptkreislauf 10 zirkulierenden Kältemittels reduziert werden. Daher kann ein Druckverlust im Kältemittelströmungswegabschnitt vom Außenwärmetauscher 15 zum Sauganschluss 11c des Verdichters 11 verringert werden. Das heißt, dass dadurch, dass der Saugdruck des Verdichters 11 zunimmt, die Menge des vom Verdichter 11 abgegebenen Kältemittels auch dann zunimmt, wenn der Verdichter 11 mit der gleichen Eingangsleistung angetrieben wird. Mit anderen Worten kann die Eingangsleistung des Verdichters 11 reduziert werden. Somit zeigt sich ein Synergieeffekt aus der Kombination eines solchen Effekts der Energieeinsparung des Verdichters 11 und der Verbesserung der Heizleistung durch die Gaseindüsung, ohne dass sie sich gegenseitig aufheben.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel strömt ein Teil des Flüssigphasenkältemittels des Gas-Flüssig-Abscheiders 17 in Richtung des Abwärmerückgewinnungswärmetauschers 31 und es wird gleichzeitig das im Gas-Flüssig-Abscheider 17 gesammelte Gasphasenkältemittel dem Umgehungskreislauf 40 zugeführt und zum Verdichter 11 zurückgeführt. Somit kann die Menge des im Gas-Flüssig-Abscheider 17 angesammelten Flüssigphasenkältemittels verringert werden, und es können ein internes Fassungsvermögen und eine Größe des Gas-Flüssig-Abscheiders 17 verringert werden. Außerdem wird das Flüssigphasenkältemittel aktiv zum Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 strömen gelassen und in den Zustand des Gasphasenkältemittels überführt, sodass latente Wärme zur Verfügung gestellt wird, durch die ein überwältigend großer Wärmetausch erfolgen kann. Daher kann der Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 unter Nutzung der latenten Wärme und effizienter Rückgewinnung von Abwärme verkleinert werden. Mit anderen Worten kann der Wärmepumpenkreislauf 1 verkleinert werden.
  • Die Verbindungsstelle 42 befindet sich im Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 stromabwärts vom Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31. Daher dringt das Gasphasenkältemittel nicht in die Einlassseite des Abwärmerückgewinnungswärmetauschers 31 ein. Mit anderen Worten kann eine Zunahme der Dampfqualität des in den Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 strömenden Kältemittels verringert werden. Daher kann die Wärmetauscheffizienz im Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 erhöht werden, und es kann die Abwärme von der Wärmequelle effizient rückgewonnen werden. Mit anderen Worten kann die Wärmequelle effizient gekühlt werden.
  • Der Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 ist mit dem Mitteldruckanschluss 11b verbunden. Daher kann der Druck des Gasphasenkältemittels, das im Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 in die Gasphase überführt worden ist, zu einem Mitteldruck zurückgeführt werden und erneut verdichtet werden. Das heißt, dass eine im Heizwärmetauscher 12 zirkulierende Kältemittelmenge durch einen Synergieeffekt der Kombination des Abwärmerückgewinnungseffekts und des Gaseindüsungseffekts erhöht werden kann, ohne dass das Kältemittel durch Komponenten mit einem hohen Druckverlust wie den Außenwärmetauscher 15 und den Kühlwärmetauscher 13 geht. Daher kann die Heizleistung des Heizwärmetauschers 12 erhöht werden.
  • Die Steuerung 50 steuert den Öffnungsgrad des Abwärmerückgewinnungsexpansionsventils 32 beruhend auf Erfassungsergebnissen des Abwärmerückgewinnungsdrucksensors 35 und des Abwärmerückgewinnungstemperatursensors 36. Deswegen kann die Menge des durch den Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 strömenden Flüssigphasenkältemittels entsprechend den derzeitigen Zustandsgrößen wie dem Druck und der Temperatur gesteuert werden. Daher können Fehlfunktionen des Wärmepumpenkreislaufs 1 aufgrund eines anormalen Drucks, der auf den Mitteldruckanschluss 11b aufgebracht wird, reduziert werden. Außerdem kann auch dann, wenn die Abwärme von der Wärmequelle sehr groß ist und eine große Menge des Kältemittels durch den Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 strömen muss, dort eine passende Menge des Kältemittels hindurchströmen. Das heißt, dass die Wärmequelle angemessen gekühlt werden kann.
  • Es kann ein Klimatisierungsbetrieb durchgeführt werden, der die Abwärme von wärmeerzeugenden Komponenten wie einer Batterie und eines Antriebsmotors nutzt. Wenn der Wärmepumpenkreislauf 1 bei einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug angewandt wird, kann daher eine Energiemenge, die von einer elektrischen Heizung für den Heizbetrieb verbraucht wird, reduziert werden. Das heißt, dass elektrische Energie, die im Heizbetrieb verbraucht wird, reduziert werden kann und die Fahrzeugreichweite erhöht werden kann. Außerdem fällt es auch im Winter oder in kalten Gegenden, wo die Außentemperatur gering ist, leicht, stabil ein hohes Heizvermögen zu erreichen.
  • Zweites Ausführungsbeispiel Dieses Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung, die auf dem vorherigen Ausführungsbeispiel beruht. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 derart mit einem Verdichter 221 verbunden, dass Kühlmittel vom Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 durch einen Sammler 18 in einen Sauganschluss 211c des Verdichters 211 gesaugt wird. Außerdem weist ein Gas-Flüssig-Abscheider 17 einen Flüssigkeitspegelsensor 261 auf.
  • In 3 ist der Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 so vorgesehen, dass er den Gas-Flüssig-Abscheider 17 und den Sammler 18 des Hauptkreislaufs 10 verbindet. Das heißt, dass der Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 mit einem oberen Bereich des Sammlers 18 verbunden ist, der ein Gasspeicherabschnitt ist. Daher wird das Kältemittel, dass aus dem Gas-Flüssig-Abscheider 17 zum Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 herausströmt, über den Sammler 18 in den Verdichter 211 gesaugt, um verdichtet zu werden. Das Kältemittel, das aus dem Gas-Flüssig-Abscheider 17 zum Umgehungskreislauf 40 herausströmt, verbindet sich mit dem Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 und wird dann über den Sammler 18 in den Verdichter 211 gesaugt und verdichtet. Der Verdichter 211 ist ein einstufiger Verdichter ohne einen an einem Mitteldruck befindlichen Anschluss. Das heißt, dass der Verdichter 211 eine Verdichtungsvorrichtung ist, die die Verdichtung durch einen einzelnen Verdichtungsmechanismus durchführt. Der Verdichter 211 stellt einen einstufigen Verdichter.
  • In dem Umgehungskreislauf 40 ist ein Umgehungsdekomprimierungsventil 241 vorgesehen. Das Umgehungsdekomprimierungsventil 241 ist eine Vorrichtung, die in der Kältemittelströmung einen großen Druckverlust verursacht, indem sie das Kältemittel durch einen engen Strömungsweg strömen lässt, wodurch ein Druckabfall erzeugt wird. Das heißt, dass der Strömungsweg im Kältemittelrohr, wenn das Umgehungsdekomprimierungsventil 241 so eingestellt wird, dass es sich in einem Drosselungszustand befindet, verengt wird, um einen Druck stromabwärts vom Umgehungsdekomprimierungsventil 241 zu reduzieren. Das Umgehungsdekomprimierungsventil 241 ist eine Ventilvorrichtung, die dazu imstande ist, einen Drosselungsgrad beliebig von einem vollständig geöffneten Zustand zu einem vollständig geschlossenen Zustand einzustellen.
  • Der Gas-Flüssig-Abscheider 17 weist den Flüssigkeitspegelsensor 261 auf. Der Flüssigkeitspegelsensor 261 ist ein Sensor, der innerhalb des Gas-Flüssig-Abscheiders 17 vorgesehen ist und die Höhe einer Flüssigkeitsoberfläche des Flüssigkeitskältemittels misst. Und zwar befindet sich umso mehr Flüssigphasenkältemittel in dem Gas-Flüssig-Abscheider 17, je höher der Flüssigkeitspegel ist. Andererseits befindet sich umso weniger Flüssigphasenkältemittel in dem Gas-Flüssig-Abscheider 17, je niedriger der Flüssigkeitspegel ist. Der Flüssigkeitspegelsensor 261 ist mit der Steuerung 50 verbunden. Das heißt, dass ein vom Flüssigkeitspegelsensor 261 gemessener Flüssigkeitspegel in die Steuerung 50 eingegeben wird.
  • Wenn der Flüssigkeitspegel hoch ist, strömt das Flüssigphasenkältemittel leicht in den Hauptkreislauf 10 und den Abwärmerückgewinnungskreislauf 30. Allerdings ist es auch wahrscheinlich, dass das Flüssigphasenkältemittel in den Umgehungskreislauf 40 strömt. Um eine Verdichtung von Flüssigkeitskältemittel aufgrund einer Rückführung des Flüssigkeitskältemittels zum Verdichter 211 zu vermeiden, verengt die Steuerung 50 einen Strömungsweg des Umgehungskreislaufs 40, indem sie den Drosselungsgrad des Umgehungsdekomprimierungsventils 241 verengt, dessen Ventilöffnungsgrad beliebig eingestellt werden kann. Dadurch kann eine Flüssigkeitsverdichtung in dem Verdichter 211 vermieden werden, und das Kältemittel, das in den Sauganschluss 211c des Verdichters 211 gesaugt wird, kann stets Gasphasenkältemittel sein. Mit anderen Worten kann der Verdichter 211 einen hocheffizienten Betrieb aufrechterhalten, da ein Überhitzungsgrad des Kältemittels gesteuert wird, bevor es in den Verdichter 211 gesaugt wird.
  • Wenn der Flüssigkeitspegel niedrig ist, strömt leicht zweiphasiges Gas-Flüssig-Kältemittel, das Gasblasen enthält, in den Hauptkreislauf 10 und den Abwärmerückgewinnungskreislauf 30. Die Steuerung 50 weitet den Strömungsweg des Umgehungskreislaufs 40, indem sie den Drosselungsgrad des Umgehungsdekomprimierungsventils 241 reduziert. Dadurch wird eine große Menge Gasphasenkältemittel aus dem Inneren des Gas-Flüssig-Abscheiders 17 entfernt. Mit anderen Worten strömt das Gasphasenkältemittel in den Umgehungskreislauf 40 und wird in den Verdichter 211 gesaugt. Dadurch nimmt der Flüssigkeitspegel des Flüssigphasenkältemittels innerhalb des Gas-Flüssig-Abscheiders 17 zu, und es nimmt die Dampfqualität des Kältemittels, das zu dem Hauptkreislauf 10 und dem Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 strömt, ab. Dementsprechend nimmt die Kältemitteldurchflussmenge in jedem Kältemittelkreislauf zu, die Außenluftwärmequelle und die Abwärmerückgewinnungswärmequelle nehmen zu, und es verbessert sich dadurch die Heizleistung.
  • Die Steuerung 50 steuert das Umgehungsdekomprimierungsventil 241 beruhend auf dem Flüssigkeitspegel, der wie oben beschrieben durch den Flüssigkeitspegelsensor 261 gemessen wird. Dadurch kann verhindert werden, dass der Flüssigkeitspegel anormal hoch oder anormal niedrig wird. Mit anderen Worten steuert die Steuerung 50 das Umgehungsdekomprimierungsventil 241 so, dass der Flüssigkeitspegel in einen passenden Bereich fällt. Die Steuerung 50 kann neben der Steuerung des Umgehungsdekomprimierungsventils 241 gemäß dem Flüssigkeitspegel das Expansionsventil höheren Drucks 22 und das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 steuern. Alternativ kann eine Höhe der Eingangsleistung des Verdichters 211 so gesteuert werden, dass der Flüssigkeitspegel in einen passenden Bereich fällt. Des Weiteren kann der Öffnungsgrad des Umgehungsdekomprimierungsventils 241 beruhend auf der Zustandsgröße des Kältemittels gesteuert werden, die durch den Abwärmerückgewinnungsdrucksensor 35 oder den Abwärmerückgewinnungstemperatursensor 36 gemessen wird.
  • Der Abwärmerückgewinnungsdrucksensor 35 und der Abwärmerückgewinnungstemperatursensor 36 sind zwischen der Verbindungsstelle 42 und dem Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 vorgesehen. Das heißt, dass anhand der Zustandsgrößen Druck und Temperatur erfasst wird, ob das Kältemittel, das aus dem Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 herausgeströmt ist, in Flüssigphase hindurchgeht und ob ein Gasphasenkältemittel geringer Dichte, das einen übermäßig hohen Überhitzungsgrad hat und zu heiß geworden ist, hindurchgeht.
  • Falls die Steuerung 50 bestimmt, dass das Flüssigkeitskältemittel mit einem zu geringen Überhitzungsgrad durch den Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 geht und das Flüssigkeitskältemittel in den Verdichter 211 strömt, drosselt die Steuerung 50 das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32, um den Strömungsweg zu verkleinern. Die Steuerung 50 reduziert die Menge des Flüssigphasenkältemittels, das in den Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 strömt, sodass das Flüssigphasenkältemittel im Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 vollständig in das Gasphasenkältemittel überführt werden kann. Mit anderen Worten steuert die Steuerung 50 den Öffnungsgrad des Abwärmerückgewinnungsexpansionsventils 32 so, dass kein Flüssigkeitsrückflussphänomen hervorgerufen wird, bei dem das Flüssigphasenkältemittel durch das Flüssigphasenkältemittel, das durch den Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 hindurchgeht, in den Verdichter 211 gesaugt wird.
  • Falls andererseits festgestellt wird, dass das Gasphasenkältemittel geringer Dichte, das einen übermäßig hohen Überhitzungsgrad hat und dessen Temperatur hoch geworden ist, in den Verdichter 211 geströmt ist, wird das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 geöffnet, um den Strömungsweg zu vergrößern. Dementsprechend wird die Menge des Flüssigphasenkältemittels, die in den Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 strömt, so gesteuert, dass sie erhöht wird, und es wird dadurch der Überhitzungsgrad reduziert.
  • Bei normaler Steuerung wird unter Verwendung der erfassten Werte des Drucks und der Temperatur konstant ein Zustand des Gasphasenkältemittels, das heißt ein Überhitzungsgrad, berechnet und erkannt. Ein Öffnungsgrad des Abwärmerückgewinnungsexpansionsventils 32 wird gesteuert, damit er so eigestellt ist, dass der Überhitzungsgrad der passende Zielüberhitzungsgrad wird. Da das passend gesteuerte Gasphasenkältemittel zum Sauganschluss 211c des Verdichters 211 zurückkehrt, kann die Verdichtung flüssigen Kältemittels im Verdichter 211 ausgeschlossen werden. Außerdem können Haltbarkeitsfehlfunktionen aufgrund eines anormal hohen Temperaturbetriebs, bei dem das Kältemittel mit einer übermäßig hohen Überhitzung in den Verdichter 211 gesaugt wird, ausgeschlossen werden. Außerdem kann die Effizienz des Verdichters 211 verbessert werden und es wird eine Zirkulationsrate des Kältemittels erhöht.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die durch den Umgehungskreislauf 40 strömende Kältemittelmenge durch das Öffnen des Umgehungsdekomprimierungsventils 241 umso größer, je geringer der durch den Flüssigkeitspegelsensor 261 gemessene Flüssigkeitspegel ist. Andererseits ist die durch den Umgehungskreislauf 40 strömende Kältemittelmenge durch die Verringerung des Öffnungsgrads des Umgehungsdekomprimierungsventils 241 umso kleiner, je geringer der durch den Flüssigkeitspegelsensor 261 gemessene Flüssigkeitspegel ist. Somit wird die durch den Umgehungskreislauf 40 strömende Kältemittelmenge entsprechend dem Pegel des Flüssigkeitspegels gesteuert. Im Wärmepumpenkreislauf schwanken im Allgemeinen aufgrund von Unterschieden bei Wärmelastbedingungen wie der Lufttemperatur der Einsatzumgebung stets eine Durchflussmenge des zirkulierenden Kältemittels und ein Gleichgewichtsdruck des Kältemittels zwischen höheren und tieferen Drücken. Die Schwankung führt zu einer Schwankung beim Kältemittelflüssigkeitspegel im Gas-Flüssig-Abscheider 17 und der Breite eines Blasenbereichs, in dem Gas und Flüssigkeit gemischt sind. Bei einem Umgebungsdrosselventil 41 mit einem Kältemitteldurchlass fester Größe ist es daher notwendig, entsprechend der Einsatzumgebung einen passenden Drosselungsbetrag einzustellen. Anstelle dessen sorgt die Steuerung der durch den Umgehungskreislauf 40 strömenden Menge des Kältemittels im Ansprechen auf Änderungen der Einsatzumgebung für eine stabile Gas-Flüssigkeit-Trennleistung und eine konstante Flüssigkeitspegelsteuerung. Daher kann ein Kältemittel mit einem geringen Grad an Dampfqualität dazu gebracht werden, über einen weiten Bereich von Einsatzumgebungen durch den Hauptkreislauf 10 und den Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 zu strömen, und es können eine hohe Abwärmerückgewinnungsleistung und eine hohe Heizleistung erzielt werden. Außerdem ist keine individuelle Einstellung von Drosselungsgraden bei Ventilen notwendig, und es wird die Vielseitigkeit erhöht. Des Weiteren kann die Größe des Gas-Flüssig-Abscheiders 17 verringert werden.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Dieses Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung, die auf dem vorherigen Ausführungsbeispiel beruht. In diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen einem Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 und einem Abwärmerückgewinnungs-Auf-Zu-Ventil 33 eine Verbindungsstelle 342 vorgesehen. Der Verdichter 311 umfasst einen Verdichter niedrigerer Stufe 311a und einen Verdichter höherer Stufe 311b.
  • In 4 ist die Verbindungsstelle 342 zwischen dem Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 und dem Abwärmerückgewinnungs-Auf-Zu-Ventil 33 vorgesehen. Daher strömt das Kältemittel in einem Zustand eines Gas-Flüssig-Mischkältemittels, das heißt in einem Zustand eines zweiphasigen Gas-Flüssig-Kältemittels, in dem Flüssigphasenkältemittel und Gasphasenkältemittel gemischt sind, in den Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31. Das zweiphasige Gas-Flüssig-Kältemittel wird durch den Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 erwärmt, in ein Gasphasenkältemittel überführt und zum Verdichter 311 zurückgeführt.
  • Die Verbindungsstelle 342 befindet sich stromaufwärts vom Abwärmerückgewinnungs-Auf-Zu-Ventil 33. Wenn das Abwärmerückgewinnungs-Auf-Zu-Ventil 33 vollständig geschlossen ist, kann daher ein Strom an Kältemittel in sowohl dem Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 als auch dem Umgehungskreislauf 40 abgesperrt werden. Das heißt, dass die Gaseindüsung in dem Verdichter 311 gestoppt werden kann und der Wärmepumpenkreislauf 1 in einem normalen Kreislauf betrieben werden kann.
  • Der Verdichter 311 weist den Verdichter niedrigerer Stufe 311a und den Verdichter höherer Stufe 311b auf, die in Reihe angeordnet sind. Der Verdichter niedrigerer Stufe 311a verdichtet ein Niederdruckgasphasenkältemittel, das durch den Sammler 18 gegangen ist, damit es ein Mitteldruckkältemittel wird. Der Verdichter höherer Stufe 311b verdichtet das durch den Verdichter niedrigerer Stufe 311a verdichtete Mitteldruckgasphasenkältemittel, damit es ein Hochdruckkältemittel wird. Das heißt, dass der Verdichter 311 eine Vorrichtung ist, die Gasphasenkältemittel in zwei Stufen verdichtet, um Hochtemperatur- und Hochdruckgasphasenkältemittel zu erzeugen. Der Auslass des Verdichters niedrigerer Stufe 311a und der Einlass des Verdichters höherer Stufe 311b sind durch ein Kältemittelrohr verbunden.
  • Der Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 ist mit dem Kältemittelrohr verbunden, das den Verdichter niedrigerer Stufe 311a und den Verdichter höherer Stufe 311b verbindet. Somit vereint sich das Gasphasenkältemittel, das vom Gas-Flüssig-Abscheider 17 aus durch den Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 oder den Umgehungskreislauf 40 gegangen ist, zwischen dem Verdichter niedrigerer Stufe 311a und dem Verdichter höherer Stufe 311b mit einem Gasphasenkältemittel, das einen mittleren Druck hat. Dann wird das Kältemittel durch den Verdichter höherer Stufe 311b bei hohem Druck verdichtet und strömt in den Heizwärmetauscher 12.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel befindet sich die Verbindungsstelle 342 in dem Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 zwischen dem Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 32 und dem Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31. Deswegen kann zweiphasiges Gas-Flüssig-Kältemittel über einen Wärmetausch im Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 in Gasphasenkältemittel überführt werden. Mit anderen Worten kann das Flüssigphasenkältemittel auch dann, wenn das Gasphasenkältemittel, während es durch den Umgehungskreislauf 40 geht, in Flüssigphasenkältemittel überführt wird, im Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 in das Gasphasenkältemittel überführt werden. Das heißt, dass es möglich ist, ein Flüssigkeitsrückflussphänomen aufgrund dessen, dass das Kältemittel im Gas-Flüssig-Abscheider 17 in Flüssigphase in den Mitteldruckanschluss 11b aufgenommen wird, zu verhindern.
  • Der Verdichter 311 umfasst den Verdichter niedrigerer Stufe 311a und den Verdichter höherer Stufe 311b. Somit können der Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 und der Umgehungskreislauf 40 leicht verbunden werden, sodass das Kältemittel zum Mitteldruckteil des Verdichters 311 zurückgeführt wird, ohne die Kreisläufe 30 und 40 zu verbinden. Das heißt, dass es für die Gaseindüsung in dem Verdichter 311 möglich ist, einen hohen Freiheitsgrad beim Layout der mit dem Mitteldruckkältemittelrohr verbundenen Kältemittelrohre zu gewährleisten.
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • Dieses Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung, die auf dem vorherigen Ausführungsbeispiel beruht. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Strömungsrichtung von Kältemittel, das durch einen Hauptkreislauf 10 strömt, in einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb unter Verwendung eines Vier-WegeVentils 471 umgekehrt.
  • In 5 ist das Vier-Wege-Ventil 471 mit einem Auslass eines Verdichters 11, einem Einlass eines Innenwärmetauschers 412, einem Auslass eines Außenwärmetauschers 15 und einem Einlass eines Sammlers 18 verbunden. Das Vier-Wege-Ventil 471 ist eine Ventilvorrichtung, die Strömungswege des Kältemittels umschaltet. Das Vier-Wege-Ventil 471 ist mit der Steuerung 50 verbunden. Das Vier-Wege-Ventil 471 ist ein Umschaltventil, bei dem das Umschalten der Strömungswege durch die Steuerung 50 gesteuert wird.
  • Der Innenwärmetauscher 412 ist ein Wärmetauscher, der einen Wärmetausch zwischen Kältemittel, das innerhalb des Innenwärmetauschers 421 strömt, und Innenluft durchführt. Der Innenwärmetauscher 412 erwärmt die Innenluft während des Heizbetriebs des Wärmepumpenkreislaufs 1. Andererseits kühlt der Innenluftwärmetauscher 412 die Innenluft während des Kühlbetriebs des Wärmepumpenkreislaufs 1. Der Innenluftwärmetauscher 412 bildet ein Beispiel eines Wärmetauschers.
  • Ein Gas-Flüssig-Abscheider 17 hat einen oberen Bereich, in dem Gasphasenkältemittel gespeichert wird, und einen unteren Bereich, in dem Flüssigphasenkältemittel gespeichert wird. Der Hauptkreislauf 10 weist auf jeweils einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite des Gas-Flüssig-Abscheiders 17 einen mit dem oberen Bereich verbundenen Kältemittelkreislauf und einen mit dem unteren Bereich verbundenen Kältemittelkreislauf auf. Der Kältemittelkreislauf, der sich in dem Hauptkreislauf 10 nahe am Innenwärmetauscher 412 befindet und mit dem oberen Bereich des Gas-Flüssig-Abscheiders 17 verbunden ist, ist ein erstes Kältemittelrohr 480a. Der Kältekreislauf, der sich in dem Hauptkreislauf 10 nahe am Innenwärmetauscher 412 befindet und mit dem unteren Bereich des Gas-Flüssig-Abscheiders 17 verbunden ist, ist ein zweites Kältemittelrohr 480b. Der Kältemittelkreislauf, der sich in dem Hauptkreislauf 10 nahe am Außenwärmetauscher 15 befindet und mit dem oberen Bereich des Gas-Flüssig-Abscheiders 17 verbunden ist, ist ein drittes Kältemittelrohr 480c. Der Kältemittelkreislauf, der sich in dem Hauptkreislauf 10 nahe am Außenwärmetauscher 15 befindet und mit dem unteren Bereich des Gas-Flüssig-Abscheiders 17 verbunden ist, ist ein viertes Kältemittelrohr 480d.
  • Das erste Kältemittelrohr 480a ist mit einem ersten Rückschlagventil 481a versehen, das ein Kältemittel absperrt, das in einer Richtung vom Gas-Flüssig-Abscheider 17 zum Innenwärmetauscher 412 strömt. Das zweite Kältemittelrohr 480b ist mit einem zweiten Rückschlagventil 480b versehen, das Kältemittel absperrt, das in einer Richtung vom Innenwärmetauscher 412 zum Gas-Flüssig-Abscheider 17 strömt. Das dritte Kältemittelrohr 480c ist mit einem dritten Rückschlagventil 481c versehen, das Kältemittel absperrt, das in einer Richtung vom Gas-Flüssig-Abscheider 17 zum Außenwärmetauscher 15 strömt. Das vierte Kältemittelrohr 480d ist mit einem vierten Absperrventil 481d versehen, das Kältemittel absperrt, das in der Richtung vom Außenwärmetauscher 15 zum Gas-Flüssig-Abscheider 17 strömt.
  • Zwischen dem Innenwärmetauscher 412 und dem Gas-Flüssig-Abscheider 17 sind ein Hochdrucksensor 439 und ein Innenexpansionsventil 422 vorgesehen. Zwischen dem Gas-Flüssig-Abscheider 17 und dem Außenwärmetauscher 15 ist ein Außenexpansionsventil 425 vorgesehen. Das Innenexpansionsventil 422 und das Außenexpansionsventil 425 sind Ventilvorrichtungen, die zwischen einem vollständig geöffneten Zustand, einem gedrosselten Zustand, in dem ein Strömungsweg verengt ist, und einem vollständig geschlossenen Zustand umgeschaltet werden können.
  • Im Heizbetrieb kommuniziert der Auslass des Verdichters 11 mit einem Kältemittelrohr, das sich vom Innenwärmetauscher 412 aus durch das Vier-Wege-Ventil 471 erstreckt. Außerdem kommuniziert ein Kältemittelrohr, das sich vom Außenwärmetauscher 15 aus erstreckt, durch das Vier-Wege-Ventil 471 hindurch mit dem Einlass des Sammlers 18. Der Öffnungsgrad des Innenexpansionsventils 422 ist gegenüber dem vollständig geöffneten Zustand leicht verengt. Und zwar ist der Öffnungsgrad des Innenexpansionsventils 422 gegenüber dem vollständig geöffneten Zustand verengt, um einen Kältemitteldruck unmittelbar nach dem Durchgang durch den Innenwärmetauscher 412 auf einen hohen Zieldruck einzustellen. Das Außenexpansionsventil 425 befindet sich in einem gedrosselten Zustand, in dem ein Öffnungsgrad von ihm derart verengt ist, dass das Kältemittel im Außenwärmetauscher 15 leicht verdampft.
  • Unten wird der Strom des Kältemittels beschrieben, das im Heizbetrieb im Hauptkreislauf 10 strömt. Das vom Verdichter 11 abgegebene Kältemittel strömt durch das Vier-Wege-Ventil 471 in den Innenwärmetauscher 412. Zu diesem Zeitpunkt wird das Hochtemperatur- und Hochdruckgasphasenkältemittel im Innenwärmetauscher 412 kondensiert und es gibt Wärme an die zu erwärmende Innenluft um den Innenwärmetauscher 412 herum ab. Dieses Erwärmen ermöglicht dem Wärmepumpenkreislauf 1, einen Innenraum zu heizen. Das Flüssigphasenkältemittel geht durch das Innenexpansionsventil 422, dessen Öffnungsgrad gegenüber dem vollständig geöffneten Zustand leicht verengt ist. Das Kältemittel wird durch das Innenexpansionsventil 422 leicht druckbefreit und wird in ein zweiphasiges Gas-Flüssig-Kältemittel überführt, und dann geht das Kältemittel durch das erste Kältemittelrohr 480a und strömt in den Gas-Flüssig-Abscheider 17. Da die Strömung des Kältemittels durch das zweite Rückschlagventil 481b gesperrt wird, kann das Kältemittel nicht durch das zweite Kältemittelrohr 480b strömen.
  • Gasphasenkältemittel des druckbefreiten zweiphasigen Gas-Flüssig-Kältemittels, das in den Gas-Flüssig-Abscheider 17 strömt, wird aus seinem obersten Teil entnommen und strömt durch den Umgehungskreislauf 40 und wird dann als Gaseindüsung zum Verdichter 11 zurückgeführt. Dadurch nehmen die Dampfqualität und spezifische Enthalpie des in einem unteren Bereich des Gas-Flüssig-Abscheiders 17 gespeicherten Kältemittels ab. Das heißt, dass das Kältemittel durch das vierte Kältemittelrohr 480d in einem Zustand hindurchgeht, in dem es dazu imstande ist, einen großen Kühleffekt auszuüben. Da die Strömung des Kältemittels durch das dritte Rückschlagventil 481c gesperrt wird, kann das Kältemittel nicht durch das dritte Kältemittelrohr 480c strömen. Das Flüssigphasenkältemittel, dessen spezifische Enthalpie sich verringert hat und das aus dem Gas-Flüssig-Abscheider 17 herausgeströmt ist, geht in einem gedrosselten Zustand, in dem der Druck des Kältemittels reduziert wird, damit es leicht verdampft, durch das Außenexpansionsventil 425 hindurch. Dann verdampft das Flüssigphasenkältemittel im Außenwärmetauscher 15, indem ihm von Außenluft über einen Wärmetausch mit der Außenluft Wärme entzogen wird. In dem Außenwärmetauscher 15 nimmt aufgrund des Gaseindüsungseffekts eine von der Außenluft absorbierte Wärmemenge zu.
  • Das im Außenwärmetauscher 15 verdampfte Gasphasenkältemittel geht durch das Vier-Wege-Ventil 471 hindurch und wird zum Sammler 18 geführt. Das Gasphasenkältemittel wird vom Sammler 18 aus in den Sauganschluss 11c gesaugt und erneut durch den Verdichter 11 verdichtet. Im Heizbetrieb wiederholt das Kältemittel den oben beschriebenen Kreislauf, und ein Teil des Kältemittels wird in den Mitteldruckanschluss 11b eingedüst, ohne durch den Außenwärmetauscher 15 zu gehen. Diese Gaseindüsung führt zu einer Verringerung der Dampfqualität des Kältemittels, das durch den Außenwärmetauscher 15 strömt, und zu einer Verbesserung der Wärmetauscheffizienz des Wärmepumpenkreislaufs 1 als Ganzes.
  • Im Kühlbetrieb von 6 kommuniziert der Auslass des Verdichters 11 mit dem Kältemittelrohr, das sich vom Außenwärmetauscher 15 aus durch das Vier-Wege-Ventil 471 erstreckt. Außerdem kommuniziert das Kältemittelrohr, das sich vom Innenwärmetauscher 512 aus erstreckt, durch das Vier-Wege-Ventil 471 hindurch mit dem Einlass des Sammlers 18. Das Innenexpansionsventil 422 befindet sich in einem gedrosselten Zustand. Der Öffnungsgrad des Außenexpansionsventils 425 ist gegenüber dem vollständig geöffneten Zustand leicht verengt.
  • Unten wird die Strömung des Kältemittels beschrieben, das im Kühlbetrieb im Hauptkreislauf 10 strömt. Das vom Verdichter 11 abgegebene Kältemittel strömt durch das Vier-Wege-Ventil 471 in den Außenwärmetauscher 15. Zu diesem Zeitpunkt wird das Hochtemperatur- und Hochdruckgasphasenkältemittel im Außenwärmetauscher 15 kondensiert und gibt Wärme an die Außenluft um den Außenwärmetauscher 15 herum ab. Das kondensierte Flüssigphasenkältemittel geht durch das Außenexpansionsventil 425 hindurch, dessen Öffnungsgrad gegenüber dem vollständig geöffneten Zustand leicht verengt ist. Das Kältemittel wird leicht druckbefreit und in ein zweiphasiges Gas-Flüssig-Kältemittel überführt, und dann geht das Kältemittel durch das dritte Kältemittelrohr 480c und strömt in den Gas-Flüssig-Abscheider 17. Gasphasenkältemittel des zweiphasigen Gas-Flüssig-Kältemittels, das in den Gas-Flüssig-Abscheider 17 strömt, wird aus seinem obersten Teil entnommen und strömt durch den Umgehungskreislauf 40 und wird dann zum Verdichter 11 zurückgeführt. Entsprechend dieser Gaseinsprühung nehmen die Dampfqualität und die spezifische Enthalpie des in einem unteren Bereich des Gas-Flüssig-Abscheiders 17 gespeicherten Kältemittels ab. Mit anderen Worten wird das im unteren Bereich des Gas-Flüssig-Abscheiders 17 gesammelte Kältemittel in ein Kältemittel überführt, das dazu imstande ist, eine größere Kühlwirkung auszuüben. Da die Strömung des Kältemittels durch das vierte Rückschlagventil 481d gesperrt wird, kann das Kältemittel nicht durch das vierte Kältemittelrohr 480d strömen.
  • Das Flüssigphasenkältemittel, dessen spezifische Enthalpie im Gas-Flüssig-Abscheider 17 abgenommen hat, geht durch das zweite Kältemittelrohr 480b. Da die Strömung des Kältemittels durch das erste Rückschlagventil 481a gesperrt wird, kann das Kältemittel nicht durch das erste Kältemittelrohr 480a strömen. Das aus dem Gas-Flüssig-Abscheider 17 herausgeströmte Flüssigphasenkältemittel geht im gedrosselten Zustand, in dem der Druck des Kältemittels reduziert wird, durch das Innenexpansionsventil 422, damit es leicht verdampft. Dann verdampft das Flüssigphasenkältemittel im Innenwärmetauscher 412, indem zur Klimatisierung von Innenluft über einen Wärmetausch mit der Innenluft Wärme entzogen wird. In dem Innenwärmetauscher 412 nimmt aufgrund des Gaseinsprüheffekts eine von der Außenluft absorbierte Wärmemenge zu. Eine solche Kühlung ermöglicht dem Wärmepumpenkreislauf 1, den Innenraum zu kühlen.
  • Das im Innenraumwärmetauscher 412 verdampfte Gasphasenkältemittel geht durch das Vier-Wege-Ventil 471 und wird zum Sammler 18 geführt. Das Gasphasenkältemittel wird vom Sammler 18 aus in den Sauganschluss 11c gesaugt und durch den Verdichter 11 verdichtet. Im Kühlbetrieb wiederholt das Kältemittel den oben beschriebenen Kreislauf, und ein Teil des Kältemittels wird in den Mitteldruckanschluss 11b eingedüst, ohne durch den Innenwärmetauscher 412 zu gehen. Diese Gaseindüsung führt zu einer Verringerung der Dampfqualität des Kältemittels, das durch den Innenwärmetauscher 412 strömt, und zu einer Verbesserung der Wärmetauscheffizienz des Wärmepumpenkreislaufs 1 als Ganzes.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Vier-Wege-Ventil 471 so gesteuert, dass die Strömungsrichtung des durch den Hauptkreislauf 10 strömenden Kältemittels zwischen dem Heizbetrieb und dem Kühlbetrieb umgeschaltet wird. Daher kann der Heizbetrieb oder der Kühlbetrieb unter Verwendung nur eines Innenwärmetauschers 412 als eine Heizvorrichtung oder eine Kühlvorrichtung durchgeführt werden. Das heißt, dass die Größe des Wärmepumpenkreislaufs 1 verglichen mit einem Fall, in dem zwei Wärmetauscher verwendet werden, und zwar ein Wärmetauscher eigens für den Kühlbetrieb und ein Wärmetauscher eigens für den Heizbetrieb, verringert werden kann.
  • Fünftes Ausführungsbeispiel
  • Dieses Ausführungsbeispiels ist eine Abwandlung, die auf dem vorherigen Ausführungsbeispiel beruht. In diesem Ausführungsbeispiel wird als ein Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 532 ein mechanisches Expansionsventil verwendet. Außerdem sind ein Hauptverdichter 511a und ein Abwärmerückgewinnungsverdichter 511b vorgesehen.
  • In 7 weist ein Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 532 auf. Das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 532 ist eine mechanische Ventilvorrichtung, die eine Membran verwendet, die ein druckempfindliches Bauteil ist. Die Membran unterteilt einen Innenraum in zwei Räume, einen ersten Raum und einen zweiten Raum. Der erste Raum umschließt ein Medium, dessen Druck sich entsprechend der Temperatur ändert. Der erste Raum kommuniziert mit einem temperaturempfindlichen Zylinder 535, der sich mit einem Kältemittelrohr auf einer stromabwärtigen Seite eines Abwärmerückgewinnungswärmetauschers 31 in Kontakt befindet. Und zwar wird die Temperatur von Kältemittel, das aus dem Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 herausströmt, zum Medium innerhalb des ersten Raums übertragen. Daher ändert sich entsprechend der Temperatur des aus dem Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 herausströmenden Kältemittels ein Volumen des Mediums und der Druck innerhalb des ersten Raums. Der zweite Raum kommuniziert mit dem Kältemittelrohr auf der stromabwärtigen Seite des Abwärmerückgewinnungswärmetauschers 31. Daher ändert sich der Druck innerhalb des zweiten Raums entsprechend einem Druck des aus dem Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 herausströmenden Kältemittels.
  • Die Membran ist mit einem Ventilstab verbunden, der ein Ventilelement des Abwärmerückgewinnungsexpansionsventils 532 antreibt. Daher wird ein Drosselungsgrad des Abwärmerückgewinnungsexpansionsventils 532 automatisch entsprechend einem Differenzdruck zwischen einem Verdampfungsdruck in dem Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 und einem Druck eingestellt, der der Temperatur des Kältemittels am Auslass des Abwärmerückgewinnungswärmetauschers 31 entspricht. Mit anderen Worten wird der Drosselungsgrad des Abwärmerückgewinnungsexpansionsventils 532 automatisch beruhend auf der Druckdifferenz zwischen dem ersten Raum und dem zweiten Raum der Membran eingestellt. Das heißt, dass das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 532 ein mechanisches Expansionsventil ist, das mechanisch einen Ventilöffnungsgrad einstellt, indem es eine Volumenänderung des Mediums nutzt. Das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 532 stellt ein Expansionsventil.
  • Der Verdichter 511 umfasst den Hauptverdichter 511a und den Abwärmerückgewinnungsverdichter 511b. Der Hauptverdichter 511a ist ein Verdichter, der Kältemittel ansaugt und verdichtet, das durch einen Außenwärmetauscher 15 gegangen ist. Mit anderen Worten ist der Hauptverdichter 511a eine Verdichtungsvorrichtung, die das Kältemittel durch den Hauptkreislauf 10 zirkuliert. Der Abwärmerückgewinnungsverdichter 511b ist eine Verdichtungsvorrichtung, die Kältemittel, das durch den Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 gegangen ist, und Kältemittel, das durch den Umgehungskreislauf 40 gegangen ist, ansaugt und verdichtet. Mit anderen Worten ist der Abwärmerückgewinnungsverdichter 511b ein Verdichter, der Kältemittel durch den Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 und den Umgehungskreislauf 40 zirkuliert.
  • Wenn der Wärmepumpenkreislauf 1 betrieben wird, werden der Hauptverdichter 511a und der Abwärmerückgewinnungsverdichter 511b unabhängig gesteuert. Das heißt, dass die Ausgangsleistung des Hauptverdichters 511a entsprechend der Last des Klimatisierungsbetriebs eingestellt wird, während der Abwärmerückgewinnungsverdichter 511b während des Heizbetriebs auf einen Hochleistungsbetrieb eingestellt wird und während des Kühlbetriebs auf einen Niedrigleistungsbetrieb eingestellt wird. Dementsprechend werden eine Menge des Kältemittels, die durch den Heizwärmetauscher 12 strömt, und eine Menge des Kältemittels, die durch den Kühlheiztauscher 13 strömt, gesteuert. Und zwar wird, wenn der Abwärmerückgewinnungsverdichter 511b auf den Hochleistungsbetrieb eingestellt wird, eine Zirkulationsmenge an Kühlmittel, ohne durch den Kühlwärmetauscher 13 zu gehen, erhöht und ein Heizvermögen verbessert. Andererseits wird, wenn der Abwärmerückgewinnungsverdichter 511b auf den Niedrigleistungsbetrieb eingestellt ist, die Zirkulationsmenge an Kältemittel erhöht, das durch den Kühlwärmetauscher 13 geht, und eine Kühlleistung verbessert.
  • Wenn von der Wärmequelle eine große Menge Abwärme abgegeben wird, wird eine Laufrate des Abwärmerückgewinnungsverdichters 511 erhöht, indem zum Beispiel eine Betriebszeit verlängert wird, um die große Menge an Abwärme von der Wärmequelle zurückzugewinnen. Wenn andererseits die von der Wärmequelle abgegebene Abwärme gering ist, wird die Betriebsrate reduziert, indem zum Beispiel die Betriebsdauer des Abwärmerückgewinnungsverdichters 511b verkürzt wird.
  • Während des Heizbetriebs kann der Abwärmerückgewinnungsverdichter 511b angetrieben werden, während der Hauptverdichter 511a angehalten wird, sodass das Kältemittel nur durch einen Kreislauf zirkuliert, der nicht durch den Außenwärmetauscher 15 oder dergleichen geht. Da in diesem Fall das Kältemittel durch einen kurzen Weg zirkulieren kann, ohne durch den Außenwärmetauscher 15 oder dergleichen zu gehen, kann der bei der Kältemittelzirkulation erzeugte Druckverlust reduziert werden. Dieser Betrieb ist besonders effektiv, wenn eine Wärmemenge, die im Außenwärmetauscher 15 von der Außenluft erhalten wird, klein ist, etwa wenn die Außenlufttemperatur äußerst niedrig ist. Er ist besonders effektiv, wenn die Wärmetauscheffizienz des Außenwärmetauschers 15 aufgrund von zum Beispiel Frostbildung auf dem Außenwärmetauscher 15 reduziert ist. In diesem Fall kann eine Zeitdauer sichergestellt werden, während der das Kältemittel nicht durch den Außenwärmetauscher 15 strömt, sodass Frost auf dem Außenwärmetauscher 15 durch die Wärme der Außenluft geschmolzen werden kann. Dadurch wird die Abnahme der Wärmetauscheffizienz des Außenwärmetauschers 15 beseitigt.
  • In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird als das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 532 das mechanische Expansionsventil verwendet. Mit anderen Worten stellt das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 532 den Ventilöffnungsgrad ohne ein Steuersignal von außen ein. Es ist daher für die Steuerung 50 nicht notwendig, eine Druckreduzierung des Kältemittels zu steuern, das in den Abwärmerückgewinnungswärmetauscher 31 strömt. Das heißt, dass das Abwärmerückgewinnungsexpansionsventil 532 beruhend auf der Temperatur und dem Druck des Kältemittels auf der stromabwärtigen Seite des Abwärmerückgewinnungswärmetauschers 31 automatisch einen passenden Drosselungsgrad einstellen kann. Daher kann ein Steuerziel der Steuerung 50 weggelassen werden und der Steuerungsinhalt vereinfacht werden. Außerdem kann eine Signalleitung zum Übertragen und Empfangen des Steuersignals weggelassen werden.
  • Der Verdichter 511 umfasst neben dem Hauptverdichter 511a, der das Kältemittel im Hauptkreislauf 10 durch den Außenwärmetauscher 15 zirkuliert, den Abwärmerückgewinnungsverdichter 511b. Daher kann der Abwärmerückgewinnungsverdichter 511b, der das Kältemittel durch den Abwärmerückgewinnungskreislauf 30 und den Umgehungskreislauf 40 zirkuliert, unabhängig vom Hauptverdichter 511a gesteuert werden. Daher ist es leicht, den Verdichter 511 so zu steuern, dass er entsprechend Unterschieden bei den Klimatisierungsbedingungen wie den Klimatisierungsmodi die optimalen Bedingungen erfüllt.
  • Weitere Ausführungsbeispiele
  • Die Offenbarung in dieser Spezifikation ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Offenbarung umfasst die dargestellten Ausführungsbeispiele und auf den Ausführungsbeispielen beruhende Abwandlungen durch den Fachmann. Zum Beispiel ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die Kombinationen von Komponenten und/oder Elementen beschränkt, die in den Ausführungsbeispielen gezeigt sind. Die vorliegende Offenbarung kann in verschiedenen Kombinationen umgesetzt werden. Die vorliegende Offenbarung kann zusätzliche Teile haben, die zu diesen Ausführungsbeispielen hinzugefügt werden. Die Offenbarung umfasst die Weglassung von Komponenten und/oder Elementen der Ausführungsbeispiele. Die Offenbarung umfasst den Austausch oder die Kombination von Komponenten und/oder Elementen zwischen einem Ausführungsbeispiel und einem anderen.
  • Die vorliegende Offenbarung ist zwar unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben worden, doch versteht sich, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die offenbarten Beispiele und oben beschriebenen Strukturen beschränkt ist. Vielmehr umfasst die vorliegende Offenbarung verschiedene Abwandlungen und Änderungen innerhalb des Äquivalenzbereichs. Darüber hinaus sind die verschiedenen Elemente zwar in verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen gezeigt worden, die exemplarisch sind, doch liegen auch andere Kombinationen und Konfigurationen mit mehr, weniger oder nur einem einzelnen Element innerhalb des Grundgedankens und Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • JP 181005 A [0004]

Claims (12)

  1. Wärmepumpenkreislauf, mit: einem Verdichter (11; 211; 311; 511), der Kühlmittel verdichtet; einem Wärmetauscher (12; 412), der zwischen dem Kältemittel, das vom Verdichter abgegeben wird, und Innenluft Wärme tauscht; einem Gas-Flüssig-Abscheider (17), der das aus dem Wärmetauscher herausströmende Kältemittel in Gasphase und Flüssigphase trennt; einem Außenwärmetauscher (15), der einen Wärmetausch zwischen dem aus dem Gas-Flüssig-Abscheider herausströmenden Kältemittel und Außenluft durchführt; einem Hauptkreislauf (10), der einen Strömungsweg ausbildet, der das Kältemittel durch ihn hindurchströmen lässt und den Verdichter, den Wärmetauscher, den Gas-Flüssig-Abscheider und den Außenwärmetauscher verbindet; einem Abwärmerückgewinnungswärmetauscher (31), der einen Wärmetausch zwischen einer Wärmequelle, die Wärme abgibt, und dem Kältemittel in Flüssigphase durchführt, das durch den Gas-Flüssig-Abscheider abgetrennt wird; einem Abwärmerückgewinnungskreislauf (30), der einen Strömungsweg ausbildet, in dem das Kältemittel in Flüssigphase, das aus dem Gas-Flüssig-Abscheider herausströmt, nicht durch den Außenwärmetauscher, sondern durch den Abwärmerückgewinnungswärmetauscher zum Verdichter strömt; und einem Expansionsventil (32; 532), das im Abwärmerückgewinnungskreislauf stromaufwärts vom Abwärmerückgewinnungswärmetauscher angeordnet ist und das Kältemittel derart expandiert, dass das Kältemittel im Abwärmerückgewinnungswärmetauscher von Flüssigphase zu Gasphase wechselt.
  2. Wärmepumpenkreislauf nach Anspruch 1, mit: einem Umgehungskreislauf (40), der einen Strömungsweg ausbildet, in dem das Kältemittel in Gasphase, das aus dem Gas-Flüssig-Abscheider herausströmt, zum Verdichter strömt; und einem Umgehungsdekomprimierungsventil (41; 241), das in dem Umgehungskreislauf angeordnet ist und das durch den Umgehungskreislauf gehende Kältemittel dekomprimiert.
  3. Wärmepumpenkreislauf nach Anspruch 2, mit: einer Verbindungsstelle (42), an der der Umgehungskreislauf und der Abwärmerückgewinnungskreislauf verbunden sind, wobei die Verbindungsstelle im Abwärmerückgewinnungskreislauf stromabwärts vom Abwärmerückgewinnungswärmetauscher liegt.
  4. Wärmepumpenkreislauf nach Anspruch 2, mit: einer Verbindungsstelle (342), an der der Umgehungskreislauf und der Abwärmerückgewinnungskreislauf verbunden sind, wobei die Verbindungsstelle im Abwärmerückgewinnungskreislauf zwischen dem Expansionsventil und dem Abwärmerückgewinnungswärmetauscher liegt.
  5. Wärmepumpenkreislauf nach einem der Ansprüche 2 bis 4, mit: einem Flüssigkeitspegelsensor (261), der einen Flüssigkeitspegel im Gas-Flüssig-Abscheider erfasst, wobei das Umgehungsdekomprimierungsventil (241) seinen Ventilöffnungsgrad in Übereinstimmung mit einem Anstieg des durch den Flüssigkeitspegelsensor erfassten Flüssigkeitspegels verringert, um eine durch den Umgehungskreislauf strömende Menge des Kältemittels zu reduzieren, und seinen Ventilöffnungsgrad in Übereinstimmung mit einem Fallen des Flüssigkeitspegels erhöht, um die durch den Umgehungskreislauf strömende Kältemittelmenge zu erhöhen.
  6. Wärmepumpenkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verdichter ein zweistufiger Verdichter (11) ist und der Abwärmerückgewinnungskreislauf mit einem Mitteldruckanschluss (11b) des zweistufigen Verdichters verbunden ist.
  7. Wärmepumpenkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verdichter (311) einen Verdichter niedrigerer Stufe (311a) und einen Verdichter höherer Stufe (311b) umfasst und der Abwärmerückgewinnungskreislauf mit einem Kältemittelrohr verbunden ist, das den Verdichter niedrigerer Stufe und den Verdichter höherer Stufe verbindet.
  8. Wärmepumpenkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verdichter Folgendes umfasst: einen Hauptverdichter (511a), der das Kältemittel im Hauptkreislauf zirkuliert; und einen Abwärmerückgewinnungsverdichter (511b), der das Kältemittel im Abwärmerückgewinnungskreislauf zirkuliert.
  9. Wärmepumpenkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verdichter ein einstufiger Verdichter (211) ist und der Abwärmerückgewinnungskreislauf dem durch ihn hindurchströmenden Kältemittel erlaubt, von einem Sauganschluss (211c) des einstufigen Verdichters aus in den einstufigen Verdichter gesaugt zu werden.
  10. Wärmepumpenkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit: einem Sensor (35; 36), der im Abwärmerückgewinnungskreislauf zwischen dem Abwärmerückgewinnungswärmetauscher und dem Verdichter angeordnet ist und eine Zustandsgröße des Kältemittels erfasst; und einer Steuerung (50), die beruhend auf einem Erfassungsergebnis des Sensors einen Öffnungsgrad des Expansionsventils steuert.
  11. Wärmepumpenkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Expansionsventil (532) ein mechanisches Expansionsventil ist, bei dem sein Ventilöffnungsgrad ohne ein externes Steuersignal eingestellt wird.
  12. Wärmepumpenkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit: einem Vier-Wege-Ventil (471), das eine Strömungsrichtung des im Hauptkreislauf strömenden Kältemittels abhängig davon ändert, ob ein Heizbetrieb oder ein Kühlbetrieb durchgeführt wird.
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