DE112019006968T5

DE112019006968T5 - Kältemittelkreislaufvorrichtung

Info

Publication number: DE112019006968T5
Application number: DE112019006968.3T
Authority: DE
Inventors: Kohei Kasai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2021-11-11
Also published as: CN113498468A; WO2020179005A1; JP7183381B2; JPWO2020179005A1; CN113498468B; US20220057122A1

Abstract

Eine Kältemittelkreislaufvorrichtung umfasst einen Kompressor, welcher einen Einspeisungsanschluss aufweist und konfiguriert ist, komprimiertes Kältemittel auszugeben; einen Luftwärmetauscher, welcher konfiguriert ist, zu bewirken, dass Luft und das Kältemittel miteinander Wärme austauschen; ein erstes Expansionsventil; einen Wasserwärmetauscher, welcher konfiguriert ist, zu bewirken, dass Wasser und das Kältemittel miteinander Wärme austauschen; ein Strömungswegumschaltgerät, welches an einem Ausgabeanschluss des Kompressors bereitgestellt ist und konfiguriert ist, zwischen einem ersten Zustand, in welchem das von dem Kompressor ausgegebene Kältemittel dazu veranlasst wird, in den Wasserwärmetauscher zu strömen, und einem zweiten Zustand, in welchem das von dem Kompressor ausgegebene Kältemittel dazu veranlasst wird, zu dem Luftwärmetauscher zu strömen, umgeschaltet zu werden; ein Einspeisungsrohr, welches von einem Verzweigungsabschnitt eines Kältemittelrohrs abzweigt, welches den Wasserwärmetauscher mit dem ersten Expansionsventil verbindet, wobei das Einspeisungsrohr mit dem Einspeisungsanschluss verbunden ist; ein zweites Expansionsventil, welches an dem Einspeisungsrohr bereitgestellt ist; und einen internen Wärmetauscher, welcher konfiguriert ist, zu bewirken, dass das Kältemittel, das zwischen dem Wasserwärmetauscher und dem Verzweigungsabschnitt strömt, und das Kältemittel, das aus dem zweiten Expansionsventil strömt und durch das Einspeisungsrohr strömt, miteinander Wärme austauschen. Der Verzweigungsabschnitt ist in einer Strömungsrichtung des Kältemittels, wenn das Strömungswegumschaltgerät in dem ersten Zustand betrieben wird, stromabwärts des internen Wärmetauschers und stromaufwärts des ersten Expansionsventils angeordnet.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kältemittelkreislaufvorrichtung, welche einen Wasserwärmetauscher umfasst.
Hintergrund
Es ist eine Kältemittelkreislaufvorrichtung bekannt, welche einen Wasserwärmetauscher umfasst, welcher bewirkt, dass Wasser und ein Kältemittel, welches durch einen Kältemittelkreislauf zirkuliert, miteinander Wärme austauschen. Zum Beispiel offenbart Patentliteratur 1 einen Kältemittelkreislauf, bei welchem ein Kompressor, ein Vierwegeventil, ein Wasserwärmetauscher, ein erstes Druckminderungsgerät und ein Luftwärmetauscher durch ein Rohr verbunden sind. Bei diesem Kältemittelkreislauf der Patentliteratur 1 ist ein Mitteldruckaufnehmer, welcher als ein erster interner Wärmetauscher verwendet wird, zwischen dem Wasserwärmetauscher und dem ersten Druckminderungsgerät bereitgestellt. In dem Mitteldruckaufnehmer wird ein Wärmetausch zwischen einem Kältemittel, welches zwischen dem Wasserwärmetauscher und dem ersten Druckminderungsgerät strömt, und einem Kältemittel, welches zwischen dem Luftwärmetauscher und dem Kompressor strömt, durchgeführt. Der Kältemittelkreislauf umfasst eine Einspeisungsverbindung, welche zwischen dem Mitteldruckaufnehmer und dem ersten Druckminderungsgerät abzweigt, um ein Kältemittel in den Kompressor über ein zweites Druckminderungsgerät einzuspeisen. Der Kältemittelkreislauf umfasst ferner einen zweiten internen Wärmetauscher, welcher bewirkt, dass ein Kältemittel, welches zwischen dem Mitteldruckaufnehmer und dem ersten Druckminderungsgerät strömt, und ein Kältemittel, welches zwischen dem zweiten Druckminderungsgerät und dem Kompressor in der Einspeisungsverbindung strömt, miteinander Wärme austauschen. Wie oben beschrieben ist, wird in Patentliteratur 1 ein zweiphasiges gasförmig-flüssiges Kältemittel, welches in den Mitteldruckaufnehmer strömt, der als der erste interne Wärmetauscher verwendet wird, dazu gebracht, mit einem Kältemittel an einem Sauganschluss des Kompressors Wärme auszutauschen und wird daher zu einem flüssigen Kältemittel geändert. Dieses flüssige Kältemittel wird in die Einspeisungsverbindung abgezweigt.
Zitierungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: japanisches Patent Nummer 5042058
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In Patentliteratur 1 wird das durch den Mitteldruckaufnehmer verflüssigte Kältemittel dazu gebracht, in die Einspeisungsverbindung zu strömen, und daher wird die Menge von Kältemittel, die dazu gebracht wird, in den Einspeisungsanschluss des Kompressors zu strömen, stabil durch Regeln des Öffnungsgrades eines elektronischen Expansionsventils gesteuert, welches das zweite Druckminderungsgerät ist. Um jedoch die Struktur der Kältemittelkreislaufvorrichtung zu vereinfachen, besteht Bedarf nach einer Kältemittelkreislaufvorrichtung, welche die Menge von Kältemittel, die dazu gebracht wird, in den Einspeisungsanschluss des Kompressors zu strömen, stabil zu steuern, ohne den Mitteldruckaufnehmer zu verwenden.
Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine Kältemittelkreislaufvorrichtung bereitzustellen, welche die Stabilität der Steuerung der Menge von Kältemittel, welches dazu gebracht wird, in den Einspeisungsanschluss des Kompressors zu strömen, zu verbessern, ohne den Mitteldruckaufnehmer zu verwenden.
Lösung des Problems
Eine Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Kompressor, welcher einen Einspeisungsanschluss aufweist und konfiguriert ist, komprimiertes Kältemittel auszugeben; einen Luftwärmetauscher, welcher konfiguriert ist, zu bewirken, dass Luft und das Kältemittel miteinander Wärme austauschen; ein erstes Expansionsventil; einen Wasserwärmetauscher, welcher konfiguriert ist, zu bewirken, dass Wasser und das Kältemittel miteinander Wärme austauschen; ein Strömungswegumschaltgerät, welches an einem Ausgabeanschluss des Kompressors bereitgestellt ist und konfiguriert ist, zwischen einem ersten Zustand, in welchem das von dem Kompressor ausgegebene Kältemittel dazu gebracht wird, in den Wasserwärmetauscher zu strömen, und einem zweiten Zustand, in welchem das von dem Kompressor ausgegebene Kältemittel dazu gebracht wird, in den Luftwärmetauscher zu strömen, umgeschaltet zu werden; ein Einspeisungsrohr, welches von einem Verzweigungsabschnitt eines Kältemittelrohrs abzweigt, welches den Wasserwärmetauscher mit dem ersten Expansionsventil verbindet, wobei das Einspeisungsrohr mit dem Einspeisungsanschluss verbunden ist; ein zweites Expansionsventil, welches an dem Einspeisungsrohr bereitgestellt ist; und einen internen Wärmetauscher, welcher konfiguriert ist, zu bewirken, dass das zwischen dem Wasserwärmetauscher und dem Verzweigungsabschnitt strömende Kältemittel und das aus dem zweiten Expansionsventil ausströmende und durch das Einspeisungsrohr strömende Kältemittel miteinander Wärme austauschen. Der Verzweigungsabschnitt ist in einer Strömungsrichtung des Kältemittels, die vorliegt, wenn das Strömungswegumschaltgerät in dem ersten Zustand betrieben wird, stromabwärts des internen Wärmetauschers und stromaufwärts des ersten Expansionsventils bereitgestellt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Kältemittel, welches von einer Position stromabwärts des internen Wärmetauschers in der Strömungsrichtung des Kältemittels in dem Betriebszustand, in welchem von dem Kompressor ausgegebenes Kältemittel dazu gebracht wird, in den Wasserwärmetauscher zu strömen, abzweigt, dazu gebracht, in das Einspeisungsrohr zu strömen. D. h., von dem Wasserwärmetauscher zu dem ersten Expansionsventil durch den internen Wärmetauscher strömendes Kältemittel wird dazu gebracht, mit einem Kältemittel, dessen Druck durch das zweite Expansionsventil reduziert ist, des Einspeisungsrohrs Wärme auszutauschen, und wird daher verflüssigt, und dieses verflüssigte Kältemittel strömt in das Einspeisungsrohr. Das flüssige Kältemittel wird dazu gebracht, in das Einspeisungsrohr zu strömen, und daher ist es möglich, die Menge von Kältemittel, welches dazu gebracht wird, in den Einspeisungsanschluss des Kompressors zu strömen, unter Verwendung des zweiten Expansionsventils stabil zu steuern.
Figurenliste

1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1.
2 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben einer Betriebssteuerung der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1.
3 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Kältemittelkreislaufvorrichtung 100R gemäß einem Vergleichsbeispiel.
4 ist ein Mollier-Diagramm eines Heizbetriebs der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100R gemäß dem Vergleichsbeispiel.
5 ist ein Mollier-Diagramm des Heizbetriebs der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100R gemäß dem Vergleichsbeispiel in einem Zustand, in welchem die Menge von Kältemittel unzureichend ist.
6 ist ein Mollier-Diagramm zum Beschreiben des Zustands des Kältemittels während eines Heizbetriebs der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1.
7 ist ein Mollier-Diagramm zum Beschreiben des Zustands des Kältemittels während des Heizbetriebs der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 in einem Zustand, in welchem die Menge von Kältemittel unzureichend ist.
8 ist ein Mollier-Diagramm zum Beschreiben des Zustands des Kältemittels während des Heizbetriebs der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 in einem Zustand, in welchem Verlängerungsrohre 9, 10 große Längen haben.
9 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 gemäß Ausführungsform 2.
10 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben einer Regelungssteuerung eines Ausgabeüberhitzungssollgrads SHdm gemäß Ausführungsform 2.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen beschrieben, bei denen eine Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf eine Klimaanlage angewendet ist. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen begrenzt, und diverse Abwandlungen sind anwendbar, sofern nicht eine derart abgewandelte Kältemittelkreislaufvorrichtung von dem Geist der vorliegenden Offenbarung abweicht. Ferner umfasst die vorliegende Offenbarung jede Kombination von kombinierbaren Konfigurationen aus den in den folgenden Ausführungsformen gezeigten Konfigurationen. In den Zeichnungen sind Elemente, denen die selben Bezugszeichen gegeben sind, identisch oder sind entsprechende Elemente, und die selben Bezugszeichen sind innerhalb der gesamten Beschreibung gleich. In den Zeichnungen können die Relativgrößen-Verhältnisse, Formen und andere Aspekte von Elementen von jenen von tatsächlichen Elementen unterschiedlich sein.
Ausführungsform 1
1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1. Die Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 umfasst einen Kompressor 1, ein Strömungswegumschaltgerät 2, einen Luftwärmetauscher 3, ein erstes Expansionsventil 6, einen internen Wärmetauscher 5 und einen Wasserwärmetauscher 4, und diese Komponenten sind durch ein Kältemittelrohr 7 verbunden. Der Kompressor 1 hat einen Einspeisungsanschluss 16. Ein Einspeisungsrohr 17 ist mit dem Einspeisungsanschluss 16 verbunden. Das Einspeisungsrohr 17 zweigt von einem Verzweigungsabschnitt 15 ab, welcher zwischen dem internen Wärmetauscher 5 und dem ersten Expansionsventil 6 angeordnet ist. Ein zweites Expansionsventil 18 ist an dem Einspeisungsrohr 17 bereitgestellt. Die Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 umfasst ferner eine Steuerung 24, einen Temperatursensor 21 und einen Drucksensor 22. Die Steuerung 24 ist konfiguriert, den Kompressor 1, das Strömungswegumschaltgerät 2, das erste Expansionsventil 6 und das zweite Expansionsventil 18 zu steuern.
Der Wasserwärmetauscher 4 ist in einem klimatisierten Raum in einem Zustand installiert, in welchem der Wasserwärmetauscher 4 in einer Innenraumeinheit 102 untergebracht ist. Der Kompressor 1, das Strömungswegumschaltgerät 2, der Luftwärmetauscher 3, das erste Expansionsventil 6 und der interne Wärmetauscher 5 sind in einer Außenraumeinheit 101 untergebracht. Das gesamte Rohr, durch welches Kältemittel in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 strömt, wird kollektiv als das Kältemittelrohr 7 bezeichnet. Von dem Kältemittelrohr 7 wird ein Rohr, welches den Wasserwärmetauscher 4 und das erste Expansionsventil 6 miteinander verbindet, unterschieden und wird als ein erstes Kältemittelrohr 8 bezeichnet. Die Außenraumeinheit 101 kann an einem Ort installiert sein, der von der Innenraumeinheit 102 separiert ist, welche den Wasserwärmetauscher 4 umfasst, welche in einem klimatisierten Raum, beispielsweise einem Zimmer, installiert ist. Von dem Kältemittelrohr 7 werden Rohre, welche die Innenraumeinheit 102 und die Außenraumeinheit 101 miteinander verbinden, als ein Verlängerungsrohr 9 und ein Verlängerungsrohr 10 bezeichnet. Das Verlängerungsrohr 9 ist ein Abschnitt des Kältemittelrohrs 7 und verbindet das Strömungswegumschaltgerät 2 und den Wasserwärmetauscher 4 miteinander. Das Verlängerungsrohr 10 ist ein Abschnitt des Kältemittelrohrs 7 und verbindet den Wasserwärmetauscher 4 und den internen Wärmetauscher 5 miteinander. Das Verlängerungsrohr 9 ist mit der Innenraumeinheit 102 über einen Anschluss 11 verbunden und ist mit der Außenraumeinheit 101 über einen Anschluss 12 verbunden. Das Verlängerungsrohr 10 ist mit der Innenraumeinheit 102 über einen Anschluss 13 verbunden und ist mit der Außenraumeinheit 101 über einen Anschluss 14 verbunden.
Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Kompressors 1 wird durch ein Signal mit einer Antriebsfrequenz gesteuert, welches von der Steuerung 24 ausgegeben wird. Der Kompressor 1 komprimiert eingesaugtes Kältemittel und gibt dieses aus. Der Kompressor 1 weist den Einspeisungsanschluss 16 auf, welcher mit dem Inneren einer Kompressionskammer in Verbindung steht.
Das Strömungswegumschaltgerät 2 ist ein Gerät, welches durch Kombinieren einer Vielzahl von Ventilen gebildet ist, und schaltet eine Richtung, in welche Kältemittel strömt, indem die Öffnungs- und Schließzustände der Vielzahl von Ventilen geändert werden. Das Strömungswegumschaltgerät 2 ist zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand umschaltbar. Der erste Zustand ist ein Zustand, in welchem von dem Kompressor 1 ausgegebenes Kältemittel dazu gebracht wird, in den Wasserwärmetauscher 4 zu strömen, und der zweite Zustand ist ein Zustand, in welchem das von dem Kompressor 1 ausgegebene Kältemittel dazu gebracht wird, in den Luftwärmetauscher 3 zu strömen. Wenn das Strömungswegumschaltgerät 2 in dem ersten Zustand ist, ist ein Strömungsweg gebildet, durch welchen Kältemittel, welches von dem Luftwärmetauscher 3 ausströmt, in den Kompressor 1 gesaugt wird. Wenn das Strömungswegumschaltgerät 2 in dem zweiten Zustand ist, ist ein Strömungsweg gebildet, durch welchen Kältemittel, welches aus dem Wasserwärmetauscher 4 ausströmt, in den Kompressor 1 gesaugt wird. In 1 ist die Strömung von Kältemittel in dem ersten Zustand durch Pfeile mit durchgezogener Linie gezeigt, und die Strömung von Kältemittel in dem zweiten Zustand ist durch Pfeile mit gestrichelter Linie gezeigt.
Der Luftwärmetauscher 3 bewirkt, dass Kältemittel und Luft miteinander Wärme austauschen. In der Nähe des Luftwärmetauschers 3 ist ein Gebläse bereitgestellt und von dem Gebläse wird Luft zu dem Luftwärmetauscher 3 blasen. Wenn das Strömungswegumschaltgerät 2 in dem ersten Zustand ist, wird der Luftwärmetauscher 3 als ein Verdampfer für Kältemittel verwendet. Wenn das Strömungswegumschaltgerät 2 in dem zweiten Zustand ist, wird der Luftwärmetauscher 3 als ein Verflüssiger für Kältemittel verwendet.
Das erste Expansionsventil 6 bewirkt, dass Kältemittel expandiert, um den Druck des Kältemittels zu reduzieren. Der Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 6 ist einstellbar. Das erste Expansionsventil 6 kann beispielsweise ein elektronisch gesteuertes Expansionsventil sein.
Der Wasserwärmetauscher 4 bewirkt, dass durch ein Wasserrohr 30 strömendes Wasser und Kältemittel miteinander Wärme austauschen. Das Wasserrohr 30 ist ein Rohr, durch welches Wasser strömt, welches zur indirekten Klimatisierung, wie beispielsweise einer Bodenheizung, verwendet wird. Der Wasserwärmetauscher 4 in Ausführungsform 1 wird als eine Wärmequelle verwendet, welche Wärmeenergie oder Kühlenergie zur indirekten Klimatisierung bereitstellt. Wenn das Strömungswegumschaltgerät 2 in dem ersten Zustand ist, wird der Wasserwärmetauscher 4 als ein Verflüssiger für Kältemittel verwendet. Wenn das Strömungswegumschaltgerät 2 in dem zweiten Zustand ist, wird der Wasserwärmetauscher 4 als ein Verdampfer für Kältemittel verwendet.
Der interne Wärmetauscher 5 bewirkt, dass Kältemittel, welches durch das erste Kältemittelrohr 8 strömt, und Kältemittel, welches durch einen Abschnitt des Einspeisungsrohrs 17 stromabwärts des zweiten Expansionsventils 18 strömt, miteinander Wärme austauschen.
Das Einspeisungsrohr 17 ist ein Rohr, welches von dem Verzweigungsabschnitt 15 abzweigt, welcher an dem ersten Kältemittelrohr 8 und zwischen dem internen Wärmetauscher 5 und dem ersten Expansionsventil 6 angeordnet ist. Das Einspeisungsrohr 17 ist mit dem Einspeisungsanschluss 16 des Kompressors 1 verbunden. Wenn das Strömungswegumschaltgerät 2 in dem ersten Zustand ist, d. h., in dem Betriebszustand, in welchem der Wasserwärmetauscher 4 als der Verflüssiger für Kältemittel verwendet wird, ist der Verzweigungsabschnitt 15 stromabwärts des internen Wärmetauschers 5 und stromaufwärts des ersten Expansionsventils 6 angeordnet. Wenn das Strömungswegumschaltgerät 2 in dem zweiten Zustand ist, d. h., in dem Betriebszustand, in welchem der Luftwärmetauscher 3 als der Verflüssiger für Kältemittel verwendet wird, ist der Verzweigungsabschnitt 15 stromabwärts des ersten Expansionsventils 6 und stromaufwärts des internen Wärmetauschers 5 angeordnet.
Das zweite Expansionsventil 18 bewirkt, dass Kältemittel expandiert, um den Druck des Kältemittels zu reduzieren. Der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 ist einstellbar. Das zweite Expansionsventil 18 kann beispielsweise ein elektronisch gesteuertes Expansionsventil sein. Das zweite Expansionsventil 18 ist an dem Einspeisungsrohr 17 und stromaufwärts des internen Wärmetauschers 5 in der Strömungsrichtung des Kältemittels bereitgestellt, d. h. an einer Position zwischen dem internen Wärmetauscher 5 und dem Verzweigungsabschnitt 15.
Der Temperatursensor 21 ist an dem Kältemittelrohr 7 bereitgestellt und ist an einem Ausgabeanschluss des Kompressors 1 bereitgestellt. Der Temperatursensor 21 detektiert die Temperatur von Kältemittel, welches von dem Kompressor 1 ausgegeben wird.
Der Drucksensor 22 ist an dem Kältemittelrohr 7 bereitgestellt und ist an dem Ausgabeanschluss des Kompressors 1 bereitgestellt. Der Drucksensor 22 detektiert den Druck von Kältemittel, welches von dem Kompressor 1 ausgegeben wird.
Die Steuerung 24 steuert die Antriebsfrequenz des Kompressors 1, den Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 6 und den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18. Die Steuerung 24 ist dedizierte Hardware oder ein Mikrocomputer, welcher einen Speicher, der ein Programm und Steuerungsdaten speichert, und eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), welche das Programm ausführt, umfasst. Wenn die Steuerung 24 eine dedizierte Hardware ist, entspricht die Steuerung 24 beispielsweise einer einzigen Schaltung, einer zusammengesetzten Schaltung, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), einem FPGA (field-programmable gate array) oder der Kombination dieser Schaltungen. Funktionseinheiten, die in der Steuerung 24 enthalten sind, können jeweils individuelle Hardware sein oder die Funktionseinheiten können in einer Hardware enthalten sein.
Ein Detektionswert aus dem Temperatursensor 21 und ein Detektionswert aus dem Drucksensor 22 werden in die Steuerung 24 eingegeben. Die Steuerung 24 bezieht die Hochdrucksättigungstemperatur des Kältemittels basierend auf dem von dem Drucksensor 22 detektierten Druck von aus dem Kompressor 1 ausgegebenen Kältemittel. Dann bezieht die Steuerung 24 den Ausgabeüberhitzungsgrad SHd des Kältemittels, welcher als die Differenz zwischen der Hochdrucksättigungstemperatur und der von dem Temperatursensor 21 detektierten Temperatur des von dem Kompressor 1 ausgegebenen Kältemittels berechnet wird. Die Steuerung 24 steuert den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 basierend auf dem Ausgabeüberhitzungsgrad SHd.
Als Nächstes wird eine Zusammenfassung der Betriebsarten der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 beschrieben. Die Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 führt einen Heizbetrieb und einen Abtaubetrieb durch. Es ist weiter bevorzugt, dass die Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 auch einen Kühlbetrieb durchführt.
Heizbetrieb
Die Strömung von Kältemittel während des Heizbetriebs ist in 1 durch Pfeile mit durchgezogener Linie gezeigt. Während des Heizbetriebs ist das Strömungswegumschaltgerät 2 auf den ersten Zustand geschaltet. Nachfolgend wird ein Betrieb beschrieben, welcher durchgeführt wird, wenn Kältemittel in den Kompressor 1 eingespeist wird.
Gasförmiges Kältemittel hoher Temperatur und hohen Drucks, welches von dem Kompressor 1 ausgegeben wird, durchströmt das Strömungswegumschaltgerät 2 und das Verlängerungsrohr 9 und strömt dann in einen Kältemittelströmungsweg des Wasserwärmetauschers 4. Während des Heizbetriebs wird der Wasserwärmetauscher 4 als der Verflüssiger verwendet. D. h., in dem Wasserwärmetauscher 4 wird zwischen einem Kältemittel, welches den Kältemittelströmungsweg durchströmt, und Wasser, welches das Wasserrohr 30 durchströmt, Wärme ausgetauscht und Kondensationswärme des Kältemittels wird auf das Wasser übertragen. Mit einer solchen Übertragung von Wärme verflüssigt sich das Kältemittel, welches den Kältemittelströmungsweg des Wasserwärmetauschers 4 durchströmt, und wird daher zu einem flüssigen Kältemittel hohen Drucks. Ferner wird das Wasser, welches einen Wasserströmungsweg des Wasserwärmetauschers 4 durchströmt, durch von dem Kältemittel übertragener Wärme erhitzt.
Das Kältemittel hohen Drucks, welches in dem Wasserwärmetauscher 4 verflüssigt wurde, durchströmt das Verlängerungsrohr 10 und strömt dann in den internen Wärmetauscher 5. In Ausführungsform 1 ist der Verzweigungsabschnitt 15 des ersten Kältemittelrohrs 8 stromabwärts des internen Wärmetauschers 5 in der Strömungsrichtung von Kältemittel im Heizbetrieb angeordnet, und das Einspeisungsrohr 17 zweigt von dem Verzweigungsabschnitt 15 ab. Der Druck des Kältemittels, welches in das Einspeisungsrohr 17 strömt, wird durch das zweite Expansionsventil 18 reduziert, wodurch das Kältemittel ein zweiphasiges gasförmig-flüssiges Kältemittel wird und in den internen Wärmetauscher 5 strömt. In dem internen Wärmetauscher 5 tauscht Kältemittel, welches durch das erste Kältemittelrohr 8 zu dem Verzweigungsabschnitt 15 strömt, Wärme mit dem zweiphasigen gasförmig-flüssigen Kältemittel aus, dessen Druck durch das zweite Expansionsventil 18 reduziert wurde, und wird daher abgekühlt und daher in einen flüssigen Zustand gebracht. D. h., das von dem Wasserwärmetauscher 4 ausgegebene und durch das erste Kältemittelrohr 8 in den internen Wärmetauscher 5 strömende Kältemittel tauscht mit dem Kältemittel, dessen Druck durch das zweite Expansionsventil 18 reduziert wurde, in dem internen Wärmetauscher 5 Wärme aus und wird daher in einen flüssigen Zustand gebracht, und das Kältemittel in dem flüssigen Zustand strömt in das Einspeisungsrohr 17.
Es ist möglich, zu bewirken, dass das Kältemittel in dem flüssigen Zustand in das zweite Expansionsventil 18 an dem Einspeisungsrohr 17 strömt, und daher kann die Menge von Kältemittel, welches von dem zweiten Expansionsventil 18 ausgegeben wird, stabil gesteuert werden. Wenn beispielsweise Kältemittel, welches in das zweite Expansionsventil 18 von dem Einspeisungsrohr 17 einströmt, in einem zweiphasigen gasförmig-flüssigen Zustand ist, kann die Menge von Kältemittel, welches von dem zweiten Expansionsventil 18 ausgegeben wird, in Abhängigkeit des Verhältnisses zwischen der Gasphase und der Flüssigphase fluktuieren. Gemäß Ausführungsform 1 strömt jedoch Kältemittel in dem flüssigen Zustand in das zweite Expansionsventil 18, und hierdurch wird ermöglicht, dass eine erwartete Menge von Kältemittel, welche dem Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 entspricht, aus dem zweiten Expansionsventil 18 ausgegeben wird.
Das zweiphasige gasförmig-flüssige Kältemittel, welches von dem zweiten Expansionsventil 18 ausgegeben wird, tauscht mit Kältemittel in dem internen Wärmetauscher 5 Wärme aus, und daher erhöht sich die Qualität des Kältemittels. Das zweiphasige gasförmig-flüssige Kältemittel strömt durch das Einspeisungsrohr 17 und strömt aus dem internen Wärmetauscher 5 aus und strömt durch den Einspeisungsanschluss 16 in die Kompressionskammer des Kompressors 1. Der Kompressor 1 wird durch das zweiphasige Kältemittel, welches durch den Einspeisungsanschluss 16 in den Kompressor 1 strömt, gekühlt. Jedoch ist das eingespeiste Kältemittel ein Kältemittel hoher Qualität, und daher ist es möglich, die Menge von Kältemittel zu erhöhen, welche durch den Wasserwärmetauscher 4 zirkuliert, während die starke Verringerung der Ausgabetemperatur des Kompressors 1 reduziert wird. Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, eine hohe Heizleistung zu erhalten.
Der Druck des Kältemittels, welches durch das erste Kältemittelrohr 8 zu dem ersten Expansionsventil 6 strömt, ohne in das Einspeisungsrohr 17 zu strömen, wird durch das erste Expansionsventil 6 reduziert, wodurch es ein zweiphasiges Kältemittel geringen Drucks wird und in den Luftwärmetauscher 3 strömt. Der Luftwärmetauscher 3 wird während des Heizbetriebs als ein Verdampfer verwendet. Das Kältemittel, welches den Luftwärmetauscher 3 durchströmt, tauscht mit Luft um den Luftwärmetauscher 3 Wärme aus und Verdampfungswärme des Kältemittels wird aus der Luft entfernt. Mit einem derartigen Entfernen von Verdampfungswärme verdampft das Kältemittel, welches in den Luftwärmetauscher 3 strömt, und wird daher zu einem gasförmigen Kältemittel geringen Drucks. Das gasförmige Kältemittel geringen Drucks durchströmt das Strömungswegumschaltgerät 2 und wird dann in den Kompressor 1 gesaugt.
Das in den Kompressor 1 gesaugte Kältemittel wird mit Kältemittel zusammengeführt, welches durch den Einspeisungsanschluss 16 in den Kompressor 1 strömt, und das Kältemittel wird komprimiert und wird daher ein gasförmiges Kältemittel hoher Temperatur und hohen Drucks. Während des Heizbetriebs wird der oben beschriebene Zyklus kontinuierlich wiederholt.
Zum Beispiel, wenn ein Heizbetrieb mit hoher Last mit einer Wassersolltemperatur von etwa 50 °C in einer Umgebung mit einer geringen Außenlufttemperatur von etwa -15 °C durchgeführt wird, wird die Temperatur des von dem Kompressor 1 ausgegebenen Kältemittels erhöht. Wenn die Temperatur des ausgestoßenen Kältemittels erhöht wird und beispielsweise 120 °C übersteigt, können sich die Haltbarkeit des Kompressors 1 und die Haltbarkeit von Harzkomponenten und Metallkomponenten, die um den Kompressor 1 herum angeordnete Teile bilden, verringern. Um die Zuverlässigkeit der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 durch Verhindern eines solchen Phänomens sicherzustellen, ist es bevorzugt, ein Kältemittel mit einer Qualität kleiner 1 zu einem Sauganschluss des Kompressors 1 zurückzuführen. In Ausführungsform 1 wird in dem internen Wärmetauscher 5 ein Kältemittel, welches durch das erste Kältemittelrohr 8 zu dem Luftwärmetauscher 3 strömt, durch ein Kältemittel abgekühlt, dessen Druck durch das zweite Expansionsventil 18 des Einspeisungsrohrs 17 reduziert ist. D. h., das abgekühlte Kältemittel wird dem Luftwärmetauscher 3 zugeführt, welcher als der Verdampfer verwendet wird. Es ist daher möglich, die Temperatureffizienz des Luftwärmetauschers 3 zu verbessern, welcher als der Verdampfer verwendet wird. Das Kältemittel wird in den Kompressor 1 eingespeist, und daher ist eine starke Erhöhung der Ausgabetemperatur von Kältemittel aus dem Kompressor 1 reduziert, und es ist möglich, ein Kältemittel mit einer Qualität von näherungsweise 1 zu dem Sauganschluss des Kompressors 1 zurückzuführen.
Abtaubetrieb
Frost kann sich an die Oberfläche des Luftwärmetauschers 3 anhaften, welcher im Heizbetrieb als der Verdampfer verwendet wird. Insbesondere wenn der Luftwärmetauscher 3 außen angeordnet ist und die Temperatur der Außenluft gering ist, ist es wahrscheinlich, dass Frost an dem Luftwärmetauscher 3 anhaftet. Das Anhaften von Frost an dem Luftwärmetauscher 3 verursacht die Verringerung der Heizleistung und die Verringerung des Leistungskoeffizienten. Der Abtaubetrieb ist ein Betrieb, welcher durchgeführt wird, um Frost zu schmelzen, welcher an der Oberfläche des Luftwärmetauschers 3 anhaftet, um ein solches Phänomen zu verhindern. Die Strömung von Kältemittel im Abtaubetrieb ist in 1 durch Pfeile mit gestrichelten Linien gezeigt. Im Abtaubetrieb ist das Strömungswegumschaltgerät 2 auf den zweiten Zustand geschaltet und es wird ein Betrieb in einem Kreislauf durchgeführt, welcher als Rückwärtskreislauf bezeichnet wird. Nachfolgend wird ein Betrieb beschrieben, welcher durchgeführt wird, wenn Kältemittel in den Kompressor 1 eingespeist wird.
Gasförmiges Kältemittel hoher Temperatur und hohen Drucks, welches aus dem Kompressor 1 ausgegeben wird, strömt durch das Strömungswegumschaltgerät 2 und strömt dann in den Luftwärmetauscher 3. Der Luftwärmetauscher 3 wird im Abtaubetrieb als der Verflüssiger verwendet. D. h., in dem Luftwärmetauscher 3 wird Kondensationswärme von Kältemittel, welches durch den Luftwärmetauscher 3 strömt, auf Frost übertragen, welcher an der Oberfläche des Luftwärmetauschers 3 anhaftet. Mit einer solchen Übertragung von Kondensationswärme verflüssigt sich Kältemittel, welches durch den Luftwärmetauscher 3 strömt, und wird daher ein flüssiges Kältemittel hohen Drucks. Zudem wird Frost, welcher an der Oberfläche des Luftwärmetauschers 3 anhaftet, durch von dem Kältemittel übertragener Wärme geschmolzen.
Das flüssige Kältemittel hohen Drucks, welches in dem Luftwärmetauscher 3 verflüssigt wurde, strömt in das erste Expansionsventil 6. Der Druck des Kältemittels, welches in das erste Expansionsventil 6 strömt, wird reduziert und es wird aus dem ersten Expansionsventil 6 als zweiphasiges Kältemittel geringen Drucks ausgegeben.
Ein Teil des Kältemittels geringen Drucks, welches vom ersten Expansionsventil 6 ausgegeben wird, strömt durch das erste Kältemittelrohr 8 und strömt dann in den internen Wärmetauscher 5. Der übrige Teil des Kältemittels geringen Drucks, welches von dem ersten Expansionsventil 6 ausgegeben wird, strömt von dem Verzweigungsabschnitt 15 in das Einspeisungsrohr 17 und dessen Druck wird durch das zweite Expansionsventil 18 weiter reduziert. In dem internen Wärmetauscher 5 tauscht das Kältemittel, welches durch das erste Kältemittelrohr 8 strömt, mit dem Kältemittel, dessen Druck durch das zweite Expansionsventil 18 reduziert wurde, Wärme aus und wird daher abgekühlt und wird daher in einen flüssigen Zustand gebracht. Das Kältemittel wird aus dem internen Wärmetauscher 5 als flüssiges Kältemittel ausgegeben und strömt durch das erste Kältemittelrohr 8 und strömt dann durch das Verlängerungsrohr 10 und strömt in den Kältemittelströmungsweg des Wasserwärmetauschers 4. Im Gegensatz dazu tauscht das zweiphasige Kältemittel, dessen Druck durch das zweite Expansionsventil 18 reduziert wurde, mit dem Kältemittel in dem internen Wärmetauscher 5 Wärme aus und strömt anschließend durch den Einspeisungsanschluss 16 in die Kompressionskammer des Kompressors 1.
Im Abtaubetrieb wird der Wasserwärmetauscher 4 als der Verdampfer verwendet. D. h., in dem Wasserwärmetauscher 4 wird ein Wärmeaustausch zwischen Kältemittel, welches durch den Kältemittelströmungsweg strömt, und Wasser, welches durch das Wasserrohr 30 strömt, durchgeführt, und Verdampfungswärme des Kältemittels wird aus dem Wasser entfernt. Mit einem solchen Entfernen von Verdampfungswärme wird das Kältemittel, welches durch den Kältemittelströmungsweg des Wasserwärmetauschers 4 strömt, verdampft und wird daher ein gasförmiges Kältemittel geringer Temperatur. Dieses gasförmige Kältemittel strömt durch das Verlängerungsrohr 9 und das Strömungswegumschaltgerät 2 und wird dann in den Kompressor 1 gesaugt.
Das in den Kompressor 1 gesaugte Kältemittel wird mit Kältemittel zusammengeführt, welches durch den Einspeisungsanschluss 16 in den Kompressor 1 strömt, und wird komprimiert, wodurch es ein gasförmiges Kältemittel hoher Temperatur und hohen Drucks wird. Im Abtaubetrieb wird der oben beschriebene Zyklus kontinuierlich wiederholt.
Kühlbetrieb
Im Kühlbetrieb wird der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 auf 0 gesteuert, d. h., auf einen voll geschlossenen Zustand. Daher strömt Kältemittel nicht durch das Einspeisungsrohr 17 und daher wird das Kältemittel nicht in den Kompressor 1 eingespeist. Die anderen Ströme des Kältemittels sind im Wesentlichen gleich denen im Abtaubetrieb.
Betriebssteuerung
Als Nächstes wird die Betriebssteuerung der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 beschrieben. 2 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben der Betriebssteuerung der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1. In Ausführungsform 1 wird die in 2 gezeigte Betriebssteuerung durch die Steuerung 24 ausgeführt.
In Schritt S1 wird der Betriebszustand der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 bestimmt. Wenn der Betriebszustand der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 der Heizbetrieb ist, wird die Verarbeitung mit Schritt S2 fortgesetzt. Wenn der Betriebszustand der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 der Abtaubetrieb ist, wird die Verarbeitung mit Schritt S12 fortgesetzt. Wenn der Betriebszustand der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 der Kühlbetrieb ist, wird die Verarbeitung mit Schritt S 14 fortgesetzt.
Im Heizbetrieb (Schritt S2), wird der Ausgabeüberhitzungsgrad SHd in Schritt S3 berechnet. Der Ausgabeüberhitzungsgrad SHd wird berechnet durch Subtrahieren einer Hochdrucksättigungstemperatur von der Temperatur des von dem Kompressor 1 ausgegebenen Kältemittels. In Ausführungsform 1 wird die Temperatur des ausgegebenen Kältemittels durch den Temperatursensor 21 detektiert. Die Steuerung 24 speichert beispielsweise die Werte der Drücke des ausgegebenen Kältemittels und die Werte von Hochdrucksättigungstemperaturen, die den Drücken des ausgegebenen Kältemittels entsprechen, auf eine assoziierte Weise. Der Wert einer Hochdrucksättigungstemperatur, welcher dem Druck eines ausgestoßenen Kältemittels entspricht, welcher durch den Drucksensor 22 detektiert wird, wird zum Berechnen des Ausgabeüberhitzungsgrads SHd verwendet.
In Schritt S4 wird bestimmt, ob der aktuelle Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 größer 0 ist, d. h., ob das zweite Expansionsventil 18 in einem geöffneten Zustand ist. Wenn der aktuelle Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 größer als 0 ist (Ja in Schritt S4), wird die Verarbeitung mit Schritt S5 fortgesetzt. Wenn der aktuelle Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 nicht größer als 0 ist, d. h., das zweite Expansionsventil 18 ist in einem voll geschlossenen Zustand (Nein in Schritt S4), wird die Verarbeitung mit Schritt S6 fortgesetzt.
In Schritt S5 wird der Sollwert für den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 berechnet. Der Sollwert für den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 wird durch die folgende Formel (1) berechnet. $¨ ¨ ¨ () \times α$

In der Formel (1) ist der Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm ein Sollwert für den Ausgabeüberhitzungsgrad SHd. Das Zeichen „α“ bezeichnet einen Korrekturkoeffizienten. Der Korrekturkoeffizient α ist gemäß den Spezifikationen der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 eingestellt.
Der Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm muss nicht notwendigerweise (genau) ein Wert sein und kann Werte innerhalb eines bestimmten Bereichs sein. In dem Fall, in welchem das Kältemittel R32 oder R410A ist, kann der Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm beispielsweise Werte innerhalb eines Bereichs von 10 °C bis 40 °C haben. Ferner kann der Wert des Ausgabeüberhitzungssollgrads SHdm auf einen größeren Wert eingestellt werden, wenn der Druck des ausgegebenen Kältemittels, welcher durch den Drucksensor 22 des Kompressors 1 detektiert wird, größer wird. Wenn der Wert des Ausgabeüberhitzungssollgrads SHdm auf diese Weise auf den größeren Wert eingestellt ist, ist der Sollwert des Öffnungsgrades des zweiten Expansionsventils 18 ein kleinerer Wert, wie aus der Formel (1) zu verstehen ist. Wenn der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 reduziert wird, ist es möglich, den Grad der Abkühlung des Kältemittels zu erhöhen, welches durch das erste Kältemittelrohr 8 in dem internen Wärmetauscher 5 strömt, und daher ist es möglich, die Differenz der spezifischen Enthalpie zwischen einem Einlass und einem Auslass des Luftwärmetauschers 3 für das Kältemittel zu erhöhen. Der Wert des Ausgabeüberhitzungssollgrades SHdm kann so eingestellt werden, dass bei steigendem Druck des ausgegebenen Kältemittels, welcher durch den Drucksensor 22 detektiert wird, der Wert des Ausgabeüberhitzungssollgrades SHdm linear zunimmt oder der Wert des Ausgabeüberhitzungssollgrades SHdm schrittweise zunimmt.
In Schritt S6 wird der Sollwert für den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 auf einen Anfangswert eingestellt. Der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 zum Zeitpunkt des Startens des Heizbetriebs ist 0. Dementsprechend ist die erstmalige Bestimmung in Schritt S4 nach dem Start des Heizbetriebs „Nein“ und der Anfangswert (größer als 0) wird als der Sollwert für den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 in Schritt S6 eingestellt.
In Schritt S7 wird bestimmt, ob die Frequenz des Kompressors 1 im Vergleich zu der in Schritt S7 des vorherigen Zyklus fluktuiert. Wenn die Frequenz des Kompressors 1 fluktuiert hat (Ja in Schritt S7), wird die Verarbeitung in Schritt S8 fortgesetzt. Wenn die Frequenz des Kompressors 1 nicht fluktuiert hat (Nein in Schritt S7), wird die Verarbeitung mit Schritt S9 fortgesetzt. Wenn Schritt S7 das erste Mal nach dem Start des Heizbetriebs ausgeführt wird, ist kein Frequenzwert für das Vergleichsziel verfügbar und daher ist die Bestimmung in Schritt S7 „Nein“.
In Schritt S8 wird der in Schritt S5 oder Schritt S6 eingestellte Sollwert für den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 korrigiert. Der Sollwert für den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 wird beispielsweise durch die folgende Formel (2) korrigiert. $\begin{array}{l} Korrigierter Sollwert f \ddot{u} r \ddot{O} ffnungsgard = Sollwert f \ddot{u} r \ddot{O} ffnungsgard vor der \\ Korrektur + (1 - Frequenzin vorherigem Zykus/aktuelle Frequenz) \times β \end{array}$

In der Formel (2) bezeichnet das Zeichen „β“ einen Korrekturkoeffizienten. Der Korrekturkoeffizient β ist gemäß den Spezifikationen der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 eingestellt.
In Schritt S9 wird der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 auf den Sollwert für den Öffnungsgrad gesteuert und ein solcher Zustand wird für X Sekunden gehalten. Ein Wert der X Sekunden ist nicht besonders begrenzt. Jedoch können die X Sekunden beispielsweise 60 Sekunden sein. Während einer Dauer von X Sekunden, in welcher der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 beibehalten wird, strömt, wie in 1 gezeigt ist, Kältemittel durch das Einspeisungsrohr 17 und das Kältemittel wird in den Einspeisungsanschluss 16 eingespeist. Wenn der Sollwert des Öffnungsgrads des zweiten Expansionsventils 18 in Schritt S5 eingestellt wurde, strebt der Ausgabeüberhitzungsgrad SHd während der Ausführung von Schritt S9 den Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm an. Wenn der Sollwert für den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 in Schritt S8 korrigiert wurde, wird der Wert des Ausgabeüberhitzungsgrads SHd während der Ausführung von Schritt S9 stabiler gesteuert. Nach dem Verstreichen von X Sekunden wird die Verarbeitung mit Schritt S10 fortgesetzt.
In Schritt S10 wird bestimmt, ob der Betrieb zu beenden ist. Wenn der Betrieb nicht zu beenden ist (Nein in Schritt S10), kehrt die Verarbeitung zu Schritt S1 zurück. Wenn der Betrieb zu beenden ist (Ja in Schritt S10), wird die Verarbeitung mit Schritt S11 fortgesetzt.
In Schritt S11 wird der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 auf 0 eingestellt. D. h., das zweite Expansionsventil 18 wird auf einen voll geschlossenen Zustand gesteuert. Mit einem solchen Betrieb wird ein Zustand erreicht, in welchem das Kältemittel nicht durch das Einspeisungsrohr 17 strömt. Dann wird der Betrieb beendet.
Im Abtaubetrieb (Schritt 12), wird in Schritt S13 der Sollwert für den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 auf einen Wert für den Abtaubetrieb eingestellt. Der Wert des Öffnungsgrads des zweiten Expansionsventils 18 für den Abtaubetrieb ist auf einen Wert eingestellt, der größer als der Sollwert für den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 im Heizbetrieb ist. Der Grund für eine solche Einstellung ist wie folgt. Die Sättigungstemperatur des Kältemittels hohen Drucks im Abtaubetrieb ist gleich der Schmelztemperatur von Wasser, und daher ist der Druck des Kältemittels hohen Drucks (ausgegebenes Kältemittel) geringer als der im Heizbetrieb, und dementsprechend ist der Druck am Einspeisungsanschluss 16 weiter reduziert.
Um die Zuverlässigkeit des Kompressors 1 sicherzustellen, kann der Sollwert für den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 auf einen Wert eingestellt werden, bei welchem der Ausgabeüberhitzungsgrad SHd nicht geringer als 10 °C ist. Insbesondere wird nach Schritt S13 der Ausgabeüberhitzungsgrad SHd beispielsweise auf die gleiche Weise wie in Schritt S3 berechnet. Dann wird der Sollwert für den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 basierend auf dem Wert dieses Ausgabeüberhitzungsgrads SHd korrigiert.
Wenn der Sollwert für den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 in Schritt S13 eingestellt wurde, wird die Verarbeitung mit Schritt S9 fortgesetzt. Die Verarbeitung nach Schritt S9 ist wie oben beschrieben.
Im Kühlbetrieb (Schritt S14) wird in Schritt S15 der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 auf 0 eingestellt. D. h., das zweite Expansionsventil 18 wird auf einen voll geschlossenen Zustand gesteuert. Kältemittel strömt nicht durch das Einspeisungsrohr 17 und daher wird das Kältemittel nicht in den Kompressor 1 eingespeist. Wie oben beschrieben ist, wird im Kühlbetrieb das Einspeisen in den Kompressor 1 nicht durchgeführt und daher wird eine Erhöhung einer Eingabe, die durch Druckpulsierung des Kompressors 1 verursacht wird, reduziert und der Leistungskoeffizient der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 wird daher verbessert.
In 2 wurde der Fall beschrieben, in welchem im Heizbetrieb Kältemittel in den Kompressor 1 eingespeist wird. In dem Fall, in welchem der Heizbetrieb in einem Zustand niedriger Last durchgeführt wird, kann jedoch das zweite Expansionsventil 18 auf einen voll geschlossenen Zustand eingestellt werden, sodass das Kältemittel nicht in den Kompressor 1 eingespeist wird. Indem in den Kompressor 1 wie oben beschrieben nicht eingespeist wird, wird eine Erhöhung der Eingabe, die durch Druckpulsierung des Kompressors 1 erzeugt wird, reduziert und daher wird der Leistungskoeffizient der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 verbessert.
Betriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100
Als Nächstes wird die Betriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 beschrieben. Wie oben beschrieben ist, wird in Ausführungsform 1 ein Kältemittel an einer Position stromabwärts des internen Wärmetauschers 5 in der Strömungsrichtung des Kältemittels im Heizbetrieb abgezweigt und das Kältemittel wird dazu gebracht, in das Einspeisungsrohr 17 zu strömen. Um die Betriebsweise in Ausführungsform 1 zu beschreiben, werden zuerst eine Kältemittelkreislaufvorrichtung 100R gemäß einem Vergleichsbeispiel und ein Mollier-Diagramm der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100R beschrieben.
3 ist ein Konfigurationsdiagramm der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100R gemäß dem Vergleichsbeispiel. Von den Komponenten, welche die Kältemittelkreislaufvorrichtung 100R bilden, sind Komponenten, die den in 1 gezeigten Komponenten entsprechen, Bezugszeichen mit dem Suffix R gegeben, die die gleiche Nummer haben wie jene, die in 1 verwendet sind. In 1 ist die Strömung von Kältemittel im Heizbetrieb durch Pfeile mit durchgezogener Linie gezeigt. In der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100R ist stromabwärts eines Wasserwärmetauschers 4R und stromaufwärts eines internen Wärmetauschers 5R in der Strömungsrichtung von Kältemittel im Heizbetrieb ein Verzweigungsabschnitt 15R bereitgestellt. Ein drittes Expansionsventil 19R ist stromabwärts des Wasserwärmetauschers 4R und stromaufwärts des Verzweigungsabschnitt 15R bereitgestellt.
4 ist ein Mollier-Diagramm des Heizbetriebs der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100R gemäß dem Vergleichsbeispiel. In 4 geben Punkte A, B, C, D, E, F jeweils einen Zustand des Kältemittels an Punkten A, B, C, D, E, F in 3 an. Von dem Kompressor 1 ausgegebenes Kältemittel (Punkt A) wird in dem Wasserwärmetauscher 4R verflüssigt, während hoher Druck beibehalten wird (Punkt B). Der Druck des Kältemittels hohen Drucks und geringer Temperatur, welches von dem Wasserwärmetauscher 4 ausgegeben wird, wird durch das dritte Expansionsventil 19R reduziert (Punkt C). Von dem Kältemittel, welches von dem dritten Expansionsventil 19R ausgegeben wird, strömt ein Teil des Kältemittels durch ein erstes Kältemittelrohr 8R und strömt in den internen Wärmetauscher 5R. Der übrige Teil des Kältemittels strömt in ein Einspeisungsrohr 17R und dessen Druck wird durch ein zweites Expansionsventil 18R reduziert (Punkt E). Das Kältemittel, welches durch das erste Kältemittelrohr 8R in den internen Wärmetauscher 5R strömt, wird aufgrund eines Wärmetauschs mit dem Kältemittel, welches durch das Einspeisungsrohr 17R strömt, abgekühlt und daher wird die spezifische Enthalpie reduziert. In 3 ist die Zustandsänderung des Kältemittels, welches durch das erste Kältemittelrohr 8R in den internen Wärmetauscher 5R strömt, als eine Zustandsänderung vom Punkt C zum Punkt D ausgedrückt. Im Gegensatz dazu nimmt die spezifische Enthalpie des Kältemittels, welches durch das Einspeisungsrohr 17R in den internen Wärmetauscher 5R strömt, aufgrund eines Wärmetauschs mit dem Kältemittel zu, welches durch das erste Kältemittelrohr 8R strömt. In 3 ist die Zustandsänderung des Kältemittels, welches durch das Einspeisungsrohr 17R in den internen Wärmetauscher 5R strömt, durch eine Zustandsänderung vom Punkt E zum Punkt F ausgedrückt.
Im Fall der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100R gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt 4 den Zustand von Kältemittelübergängen in dem idealen Betriebszustand. Wenn jedoch die Menge von Kältemittel unzureichend ist, wird der Betrieb gemäß dem in 4 gezeigten Zustand nicht stabil durchgeführt. Die Menge von Kältemittel, welches die Kältemittelkreislaufvorrichtung 100R benötigt, ist je nach Längen des Verlängerungsrohres 9 und des Verlängerungsrohres 10 unterschiedlich. Die Längen des Verlängerungsrohrs 9 und des Verlängerungsrohrs 10 sind in jeder Umgebung, in welcher die Kältemittelkreislaufvorrichtung 100R installiert ist, unterschiedlich und die Menge von dicht eingeschlossenem Kältemittel kann zum Zeitpunkt der Installation der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100R geeignet eingestellt werden. Es ist daher auch möglich, zu berücksichtigen, dass die Menge von Kältemittel in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100R unzureichend sein kann.
5 ist ein Mollier-Diagramm des Heizbetriebs der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100R gemäß dem Vergleichsbeispiel in einem Zustand, in welchem die Menge von Kältemittel unzureichend ist. Wenn die Menge von Kältemittel unzureichend ist, wird das Kältemittel, welches in das Einspeisungsrohr 17R strömt (Punkt C), in einen zweiphasigen Zustand gebracht und daher ist die Menge von Kältemittel, welches über das Einspeisungsrohr 17R in einen Einspeisungsanschluss 16R strömt, instabil. Dementsprechend ist die Menge von Kältemittel zwischen Punkt E und Punkt F instabil und zwischen Punkt C und Punkt D und die Menge von Kältemittel ist auch zwischen Punkt A und Punkt B dementsprechend instabil. Die Differenz der spezifischen Enthalpie zwischen Punkt A und Punkt B und der Kreislaufmenge von Kältemittel in dem Wasserwärmetauscher 4R, welcher der Verflüssiger ist, repräsentiert die Heizleistung. Wenn die Kältemittelkreislaufvorrichtung 100R des Vergleichsbeispiels in den in 5 gezeigten Betriebszustand gebracht ist, ist daher ein Komfort in einem klimatisierten Raum reduziert und auch die Energieeffizienz ist reduziert.
6 ist ein Mollier-Diagramm zum Beschreiben des Zustands von Kältemittel während des Heizbetriebs der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1. In 6 geben Punkte A, B, C, D, E jeweils Zustände eines Kältemittels an Punkten A, B, C, D, E in 1 an. Unmittelbar nachdem das Einspeisen begonnen hat und das zweite Expansionsventil 18 geöffnet ist, wird ein Wärmetausch in dem internen Wärmetauscher 5 zwischen Kältemittel, welches durch das erste Kältemittelrohr 8 strömt, und Kältemittel, welches durch das Einspeisungsrohr 17 strömt, nicht ausreichend durchgeführt, und daher ist der Zustand des Kältemittels an Punkt C im Wesentlichen gleich dem Zustand des Kältemittels an Punkt B. Wenn jedoch das Einspeisen fortgesetzt wird, wird, wie in 5 gezeigt ist, das Kältemittel, welches aus dem Wasserwärmetauscher 4 ausgegeben wird und durch den internen Wärmetauscher 5 zu dem Verzweigungsabschnitt 15 strömt, in einen abgekühlten Zustand an Punkt C gebracht. Das abgekühlte Kältemittel an Punkt C wird dazu gebracht, in das Einspeisungsrohr 17 zu strömen, und daher ist es möglich, die Menge von Kältemittel, welches in den Kompressor 1 eingespeist wird, zu stabilisieren. Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, die Kreislaufmenge des Kältemittels in dem Wasserwärmetauscher 4, welcher der Verflüssiger ist, zu stabilisieren.
7 ist ein Mollier-Diagramm zum Beschreiben des Zustands von Kältemittel im Heizbetrieb der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 in einem Zustand, in welchem die Menge von Kältemittel unzureichend ist. Selbst wenn die Menge von Kältemittel in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 unzureichend ist, wird, wie oben beschrieben ist, Kältemittel, welches von dem Wasserwärmetauscher 4 ausgegeben wird und durch den internen Wärmetauscher 5 zu dem Verzweigungsabschnitt 15 strömt, in einen abgekühlten Zustand an Punkt C gebracht und strömt in das Einspeisungsrohr 17. Selbst wenn die Menge von Kältemittel unzureichend ist, zeigt die Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 daher eine stabile Heizleistung und reduziert die Verringerung des Komforts und der Energieeffizienz.
8 ist ein Mollier-Diagramm zum Beschreiben des Zustands von Kältemittel im Heizbetrieb der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 in einem Zustand, in welchem die Verlängerungsrohre 9, 10 eine große Länge haben. Mit Bezug zu 8 wird die Betriebsweise für den Fall beschrieben, in welchem die Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 die Verlängerungsrohre 9, 10 umfasst, deren Längen größer sind als die Verlängerungsrohre 9, 10 des in den 6, 7 gezeigten Beispiels.
Wenn die Längen der Verlängerungsrohre 9, 10 größer sind, ist auch der Druckverlust des Kältemittels beim Strömen durch die Verlängerungsrohre 9, 10 größer. Wenn ein Vergleich zwischen dem Druck von Kältemittel an Punkt B, welches das Kältemittel nach Ausgabe aus dem Wasserwärmetauscher 4 und vor dem Eintreten in das Verlängerungsrohr 10 ist, und dem Druck von Kältemittel an Punkt C, welches das Kältemittel ist, welches das Verlängerungsrohr 10 und den internen Wärmetauscher 5 durchströmt hat, gemacht wird, hat das Kältemittel an Punkt C den geringeren Druck als es bei Punkt B der Fall ist. In dem Fall der Konfiguration gemäß dem Vergleichsbeispiel, welches in 3 bis 5 gezeigt ist, ist Kältemittel, welches in das Einspeisungsrohr 17R strömt, in dem zweiphasigen Zustand, wie es oben beschrieben ist. Es ist daher schwierig, die Menge von Kältemittel, welche dem Einspeisungsanschluss 16R durch das zweite Expansionsventil 17R zugeführt wird, stabil zu steuern. Gemäß Ausführungsform 1 ist jedoch der Verzweigungsabschnitt 15 stromabwärts des internen Wärmetauschers 5 und stromaufwärts des ersten Expansionsventils 6 in der Strömungsrichtung von Kältemittel im Heizbetrieb angeordnet. An dem Verzweigungsabschnitt 15 zweigt das Einspeisungsrohr 17 von dem ersten Kältemittelrohr 8 ab. Wie in 8 gezeigt ist, ist es daher möglich, Kältemittel, welches von dem Verzweigungsabschnitt 15 in das Einspeisungsrohr 17 strömt, in einen flüssigen Zustand zu bringen. Selbst wenn die Verlängerungsrohre 9, 10 eine große Länge haben, wird daher die Stabilität der Menge von Kältemittel, welche durch den Einspeisungsanschluss 16 in den Kompressor 1 eingespeist wird, nicht einfach gemindert, und daher ist es möglich, die Kreislaufmenge von Kältemittel in dem Wasserwärmetauscher 4, welcher der Verflüssiger ist, zu stabilisieren.
Der Ausgabeüberhitzungsgrad SHd an Punkt A in 1 wird durch die Längen der Verlängerungsrohre 9, 10 beeinflusst. Durch Steuern des Wertes des Ausgabeüberhitzungssollgrades SHdm durch Regeln des Öffnungsgrades des zweiten Expansionsventils 18 ist es daher möglich, die Zuverlässigkeit des Kompressors 1 sicherzustellen und die Heizleistung stabil bereitzustellen. Es ist ferner möglich, einen Kältemittelkreislauf mit hoher Stabilität zu erreichen.
Als Nächstes wird die Betriebsweise während des Abtaubetriebs beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, zweigt das Einspeisungsrohr 17 von dem Verzweigungsabschnitt 15 ab, welcher stromaufwärts des internen Wärmetauschers 5 in der Strömungsrichtung von Kältemittel im Abtaubetrieb angeordnet ist. Daher kann Kältemittel in einem zweiphasigen Zustand, welches Kältemittel vor dem Abkühlen in dem internen Wärmetauscher 5 ist, dazu gebracht werden, durch das Einspeisungsrohr 17 in den Einspeisungsanschluss 16 des Kompressors 1 zu strömen. Wenn Kältemittel, welches den internen Wärmetauscher 5 durchströmt hat, dazu gebracht wird, in das Einspeisungsrohr 17 zu strömen, strömt Kältemittel, welches aufgrund des Durchströmens des internen Wärmetauschers 5 Druck verloren hat, in das Einspeisungsrohr 17, sodass die Menge des eingespeisten Kältemittels ebenfalls reduziert ist. In Ausführungsform 1 kann jedoch das Kältemittel, welches durch das Durchströmen des internen Wärmetauschers 5 keinen Druckverlust erlitten hat, dazu gebracht werden, in das Einspeisungsrohr 17 zu strömen. Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, die Menge von Kältemittel zu erhöhen, welche durch den Luftwärmetauscher 3 zirkuliert, welcher ein abzutauender Gegenstand ist, und daher ist die Abtaudauer verkürzt. Wenn die Abtaudauer lang ist, nimmt die Temperatur von Wasser in dem Wasserrohr 30, welches mit Kältemittel bei geringer Temperatur in dem Wasserwärmetauscher 4 Wärme austauscht, ab und daher gefriert das Wasserrohr 30, was zum Versagen der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 führt. Gemäß Ausführungsform 1 ist jedoch im Abtaubetrieb die Abtaudauer durch Erhöhung der Menge von Kältemittel verkürzt, welches durch den Luftwärmetauscher 3 zirkuliert, und daher ist es möglich, das Einfrieren des Wasserwärmetauschers 4 zu reduzieren.
Wie oben beschrieben wurde, umfasst die Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 den Kompressor 1, welcher den Einspeisungsanschluss 16 aufweist und komprimiertes Kältemittel ausgibt, den Luftwärmetauscher 3, welcher bewirkt, dass Luft und Kältemittel miteinander Wärme austauschen, das erste Expansionsventil 6 und den Wasserwärmetauscher 4, welcher bewirkt, dass Wasser und Kältemittel miteinander Wärme austauschen. Das Strömungswegumschaltgerät 2 ist an einem Ausgabeanschluss des Kompressors 1 bereitgestellt und wird zwischen dem ersten Zustand, in welchem von dem Kompressor 1 ausgegebenes Kältemittel dazu gebracht wird, in den Wasserwärmetauscher 4 zu strömen, und dem zweiten Zustand, in welchem von dem Kompressor 1 ausgegebenes Kältemittel dazu gebracht wird, in den Luftwärmetauscher 3 zu strömen, umgeschaltet. Ferner ist das Einspeisungsrohr 17 bereitgestellt. Das Einspeisungsrohr 17 zweigt von dem Verzweigungsabschnitt 15 des ersten Kältemittelrohrs 8 ab, welches den Wasserwärmetauscher 4 mit dem ersten Expansionsventil 6 verbindet, und das Einspeisungsrohr 17 ist mit dem Einspeisungsanschluss 16 verbunden. Das zweite Expansionsventil 18 ist an dem Einspeisungsrohr 17 bereitgestellt. Der interne Wärmetauscher 5 ist ebenfalls bereitgestellt. Der interne Wärmetauscher 5 bewirkt, das Kältemittel, welches zwischen dem Wasserwärmetauscher 4 und dem Verzweigungsabschnitt 15 strömt, und Kältemittel, welches durch das Einspeisungsrohr 17 strömt und in dem zweiten Expansionsventil 18 expandiert wird, miteinander Wärme austauschen. An dem Verzweigungsabschnitt 15 zweigt das Einspeisungsrohr 17 von dem ersten Kältemittelrohr 8 ab, und der Verzweigungsabschnitt 15 ist stromabwärts des internen Wärmetauschers 5 und stromaufwärts des ersten Expansionsventils 6 in der Strömungsrichtung von Kältemittel angeordnet, wenn das Strömungswegumschaltgerät 2 in dem ersten Zustand betrieben wird.
Gemäß Ausführungsform 1 wird Kältemittel an einer Position stromabwärts des internen Wärmetauschers 5 in der Strömungsrichtung von Kältemittel in dem Betriebszustand abgezweigt, in welchem von dem Kompressor 1 ausgegebenes Kältemittel dazu gebracht wird, in den Wasserwärmetauscher 4 zu strömen, und das abgezweigte Kältemittel wird dazu gebracht, in das Einspeisungsrohr 17 zu strömen. D. h., wenn Kältemittel durch den internen Wärmetauscher 5 von dem Wasserwärmetauscher 4 zu dem ersten Expansionsventil 6 strömt, wird das Kältemittel dazu gebracht, mit Kältemittel, dessen Druck durch das zweite Expansionsventil 18 des Einspeisungsrohrs 17 reduziert wurde, Wärme auszutauschen und daher wird das Kältemittel, welches durch den internen Wärmetauscher 5 strömt, verflüssigt, und es wird ermöglicht, dass das verflüssigte Kältemittel dazu gebracht wird, in das Einspeisungsrohr 17 zu strömen. Es wird ermöglicht, dass das flüssige Kältemittel dazu gebracht wird, in das Einspeisungsrohr 17 zu strömen, und daher ist es möglich, unter Verwendung des zweiten Expansionsventils 18 die Menge von Kältemittel stabil zu steuern, welche dazu gebracht wird, in den Einspeisungsanschluss 16 des Kompressors 1 zu strömen.
Während des Heizbetriebs, in welchem das Strömungswegumschaltgerät 2 in dem ersten Zustand betrieben wird, steuert die Steuerung 24 zudem den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 so, dass der Ausgabeüberhitzungsgrad SHd, welcher aus dem Detektionswert von dem Temperatursensor 21 und dem Detektionswert von dem Drucksensor 22 erhalten wird, den Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm anstrebt. Selbst wenn die Verlängerungsrohre 9, 10 aufgrund der Installationsumgebung der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 unterschiedliche Längen haben oder selbst wenn die Menge von Kältemittel in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 variiert, ist es daher möglich, die Heizleistung stabil zu erhalten.
Ausführungsform 2
In Ausführungsform 2 wird ein anderes Verfahren zum Steuern des Ausgabeüberhitzungssollgrads SHdm beschrieben, welches von dem in Ausführungsform 1 beschriebenen Verfahren verschieden ist. In Ausführungsform 2 wird ein weiteres Beispiel einer Steuerung des Öffnungsgrads des zweiten Expansionsventils 18 während des Abtaubetriebs zusätzlich zu einem weiteren Verfahren zum Steuern des Ausgabeüberhitzungssollgrads SHdm beschrieben. Ausführungsform 2 kann in Kombination mit Ausführungsform 1 verwendet werden. In Ausführungsform 2 werden hauptsächlich Aspekte beschrieben, die Ausführungsform 2 von Ausführungsform 1 unterscheiden.
9 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 gemäß Ausführungsform 2. Die Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 der Ausführungsform 2 ist mit einem ersten Wassertemperatursensor 25 ausgestattet. Der erste Wassertemperatursensor 25 ist an dem Wasserrohr 30 und an einem Auslassanschluss des Wasserwärmetauschers 4 bereitgestellt. Der erste Wassertemperatursensor 25 detektiert die Temperatur von Wasser, welches aus dem Wasserwärmetauscher 4 ausströmt. D. h., der erste Wassertemperatursensor 25 detektiert die Temperatur von Wasser, welches mit Kältemittel in dem Wasserwärmetauscher 4 Wärme ausgetauscht hat. Ein von dem ersten Wassertemperatursensor 25 detektierter Wert wird in die Steuerung 24 eingegeben. Die Steuerung 24 regelt den Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm, wie später beschrieben wird, basierend auf dem eingegebenen Detektionswert von dem ersten Wassertemperatursensor 25.
Die Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 der Ausführungsform 2 ist ebenfalls mit einem zweiten Wassertemperatursensor 26 ausgestattet. Der zweite Wassertemperatursensor 26 ist an dem Wasserrohr 30 und an einem Einspeisungsanschluss des Wasserwärmetauschers 4 bereitgestellt. Der zweite Wassertemperatursensor 26 detektiert die Temperatur von Wasser, welches in den Wasserwärmetauscher 4 einströmt. D. h., der zweite Wassertemperatursensor 26 detektiert die Temperatur von Wasser, bevor das Wasser mit Kältemittel in dem Wasserwärmetauscher 4 Wärme austauscht. Ein von dem zweiten Wassertemperatursensor 26 detektierter Wert wird in die Steuerung 24 eingegeben. Die Steuerung 24 steuert den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 im Abtaubetrieb, wie später beschrieben wird, basierend auf dem eingegebenen Detektionswert von dem zweiten Wassertemperatursensor 26.
Regelung des Ausgabeüberhitzungssollgrads SHdm
In der oben beschriebenen Ausführungsform 1 wurde der Fall beschrieben, in welchem im Heizbetrieb der Sollwert für den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 in dem in 2 gezeigten Schritt S5 berechnet wird. Ferner wurde durch die Formel (1) beispielhaft angegeben, dass der Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm zum Berechnen des Sollwerts für den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 verwendet wird. In Ausführungsform 2 wird der Fall beschrieben, in welchem dieser Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm unter Verwendung der Temperatur von Wasser geregelt wird, welches aus dem Wasserwärmetauscher 4 ausströmt. 10 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben einer Regelungsteuerung des Ausgabeüberhitzungssollgrads SHdm gemäß Ausführungsform 2.
Der Anfangswert des Ausgabeüberhitzungssollgrads SHdm wird in Schritt S20 eingestellt und dann wird die Verarbeitung mit Schritt S21 fortgesetzt.
In Schritt S21 wird bestimmt, ob die Differenz zwischen dem Wert einer Wassersolltemperatur, welcher der Sollwert für die Temperatur von Wasser ist, welches aus dem Wasserwärmetauscher 4 ausströmt, und dem Detektionswert von dem ersten Wassertemperatursensor 25 größer oder gleich einem ersten Schwellwert ist. Der Wert des ersten Schwellwerts ist nicht besonders begrenzt, kann jedoch beispielsweise 3 °C sein. Wenn die Differenz größer oder gleich dem ersten Schwellwert ist (Ja in S21), wird die Verarbeitung mit Schritt S22 fortgesetzt. Wenn die Differenz kleiner als der erste Schwellwert ist (Nein in S21), wird die Verarbeitung mit Schritt S25 fortgesetzt.
In Schritt S22 wird der Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm nach unten überarbeitet. Es ist jedoch notwendig, sicherzustellen, dass der Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm nicht kleiner als der untere Grenzwert ist. Daher wird in Schritt S23 ein Vergleich zwischen dem Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm, der in Schritt S22 eingestellt wurde, und dem unteren Grenzwert gemacht. Wenn der Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm kleiner als der untere Grenzwert ist (Ja in Schritt S23), wird der Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm in Schritt S24 auf den unteren Grenzwert geändert. Wenn der Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm nicht kleiner als der untere Grenzwert ist (Nein in Schritt S23), wird die Verarbeitung mit Schritt S29 fortgesetzt. Der untere Grenzwert des Ausgabeüberhitzungssollgrads SHdm kann beispielsweise 10 °C sein.
Durch Reduzieren des Ausgabeüberhitzungssollgrads SHdm in den Schritten S22 bis S24, wie es oben beschrieben ist, ist es möglich, den Sollwert für den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 zu erhöhen, wie aus der in Ausführungsform 1 gezeigten Formel (1) verstanden werden kann. Wenn der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 erhöht wird, reduziert sich der Ausgabeüberhitzungsgrad SHd des Kompressors 1 und daher erhöht sich eine Eingabe in den Kompressor 1. Der Fall, in welchem die Differenz zwischen der Wassersolltemperatur und dem Detektionswert von dem ersten Wassertemperatursensor 25 in Schritt S21 größer als der erste Schwellwert ist, ist eine Situation, in welcher die Temperatur von Wasser, welche einem klimatisierten Raum von dem Wasserwärmetauscher 4 durch das Wasserrohr 30 zugeführt wird, signifikant kleiner als der Sollwert ist, d. h., eine Situation, in welcher die für die Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 benötigte Heizleistung unzureichend ist. Daher wird die Menge von Kältemittel, welche in den Kompressor 1 eingespeist wird, erhöht, indem der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 erhöht wird, um die Heizleistung zu erhöhen. Mit solchen Handlungen ist es möglich, zu dem klimatisierten Raum Wasser mit einer gewünschten Temperatur zuzuführen.
In Schritt S25 wird bestimmt, ob die Differenz zwischen dem Wert der Wassersolltemperatur und dem Detektionswert von dem ersten Wassertemperatursensor 25 kleiner als ein zweiter Schwellwert ist. Der zweite Schwellwert ist ein Wert, der kleiner als der erste Schwellwert ist. Der Wert des zweiten Schwellwerts ist nicht besonders begrenzt. Wenn der erste Schwellwert 3 °C ist, kann der zweite Schwellwert jedoch beispielsweise 1,5 °C sein. Wenn die Differenz kleiner als der zweite Schwellwert ist (Ja in S25), wird die Verarbeitung mit Schritt S26 fortgesetzt. Wenn die Differenz größer oder gleich dem zweiten Schwellwert ist (Nein in S25), wird die Verarbeitung mit Schritt S29 fortgesetzt.
In Schritt S26 wird der Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm nach oben überarbeitet. Es ist jedoch nötig, sicherzustellen, dass der Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm den oberen Grenzwert nicht übersteigt. Wenn in Schritt S27 bestimmt wird, dass der in Schritt S26 eingestellte Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm größer als der obere Grenzwert ist (Ja in Schritt S27), wird daher der Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm in Schritt S28 auf den oberen Grenzwert geändert. Wenn der Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm nicht größer als der obere Grenzwert ist (Nein in Schritt S27), wird die Verarbeitung mit Schritt S29 fortgesetzt. Der obere Grenzwert des Ausgabeüberhitzungssollgrads SHdm kann beispielsweise 35 °C sein.
Indem veranlasst wird, dass der Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm in den Schritten S26 bis S28 zunimmt, wie oben beschrieben ist, wird ermöglicht, dass der Sollwert für den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 reduziert werden kann, wie aus der in Ausführungsform 1 gezeigten Formel (1) verstanden werden kann. Wenn der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 reduziert wird, reduziert sich die Menge von Kältemittel, welches in den Kompressor 1 eingespeist wird. Der Fall, in welchem die Differenz zwischen der Wassersolltemperatur und dem Detektionswert von dem ersten Wassertemperatursensor 25 in Schritt S25 kleiner als der zweite Schwellwert ist, ist eine Situation, in welcher die Temperatur von Wasser, welches einem klimatisierten Raum von dem Wasserwärmetauscher 5 durch das Wasserrohr 30 zugeführt wird, nahe dem Sollwert ist, d. h., eine Situation, in welcher die Heizleistung der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 die benötigte Heizleistung erfüllt oder nahe der benötigten Heizleistung ist. Durch Reduzieren der Menge von Kältemittel, welches in den Kompressor 1 eingespeist wird, durch Reduzieren des Öffnungsgrads des zweiten Expansionsventils 18 wird daher der Leistungskoeffizient der Kältemittelkreislaufvorrichtung 100 verbessert.
In Schritt S29 wird der aktuelle Wert des Ausgabeüberhitzungssollgrads SHdm für Y Sekunden gehalten. Während der Y Sekunden wird in dem in 2 gezeigten Schritt S5 die Arithmetikoperation für den Sollwert des Öffnungsgrads des zweiten Expansionsventils 18 unter Verwendung des Wertes des in Schritt S29 gehaltenen Ausgabeüberhitzungssollgrads SHdm durchgeführt.
In Schritt S30 wird bestimmt, ob der Betrieb zu beenden ist. Wenn der Betrieb nicht zu beenden ist (Nein in Schritt S30), kehrt die Verarbeitung zu Schritt S21 zurück. Wenn der Betrieb zu beenden ist (Ja in Schritt S30), wird der Betrieb gestoppt.
Der Detektionswert aus dem zweiten Wassertemperatursensor 26, der in 9 gezeigt ist, wird in dem Prozess des Regelns des Ausgabeüberhitzungssollgrads SHdm, der in 10 gezeigt ist, nicht verwendet. In dem Fall, in welchem es das Ziel ist, den Ausgabeüberhitzungssollgrad SHdm zu regeln, muss der zweite Wassertemperatursensor 26 daher nicht bereitgestellt werden.
Steuerung des Öffnungsgrads des zweiten Expansionsventils 18 im Abtaubetrieb
In der oben beschriebenen Ausführungsform 1 wurde der Fall beschrieben, in welchem im Abtaubetrieb der Sollwert für den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 in Schritt S13 in 2 auf einen Wert für den Abtaubetrieb eingestellt wird. Nachfolgend wird ein Beispiel beschrieben, bei dem im Abtaubetrieb der Sollwert für den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 unter Verwendung eines Detektionswerts von dem zweiten Wassertemperatursensor 26 weiter gesteuert wird.
Nach Schritt S13 in 2 wird der Detektionswert von dem zweiten Wassertemperatursensor 26 mit dem Schwellwert verglichen. Wenn der Detektionswert von dem zweiten Wassertemperatursensor 26 kleiner als der Schwellwert ist, erhöht die Steuerung 24 den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18. Wenn der Detektionswert von dem zweiten Wassertemperatursensor 26 kleiner als der Schwellwert ist, wird die Temperatur von Wasser, welches mit Kältemittel geringer Temperatur in dem Wasserwärmetauscher 4 Wärme ausgetauscht hat, reduziert und, wenn die Abtaudauer lang ist, ist es wahrscheinlich, dass Wasser in dem Wasserrohr 30 friert. Daher wird die Menge von Kältemittel, welches in den Kompressor 1 eingespeist wird, erhöht, indem der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 18 erhöht wird, um die Menge von Kältemittel zu erhöhen, welches durch den Luftwärmetauscher strömt. Mit solchen Handlungen wird die Abtauleistung verbessert, und daher wird die Abtaudauer verkürzt. Dementsprechend ist es möglich, das Einfrieren von Wasser in dem Wasserwärmetauscher 4 zu reduzieren.
In den Ausführungsformen 1, 2 wurde ein Beispiel beschrieben, in welchem die Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf die Klimaanlage angewendet wurde. Die Kältemittelkreislaufvorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann jedoch auch auf eine Wasserheizung angewendet werden, welche einem Nutzer heißes Wasser bereitstellt, welches durch Kältemittel in dem Wasserwärmetauscher 4 erhitzt wird.
Bezugszeichenliste

1:: Kompressor,
2:: Strömungswegumschaltgerät,
3:: Luftwärmetauscher,
4:: Wasserwärmetauscher,
4R:: Wasserwärmetauscher,
5:: interner Wärmetauscher,
5R:: interner Wärmetauscher,
6:: erstes Expansionsventil,
7:: Kältemittelrohr,
8:: erstes Kältemittelrohr,
8R:: erstes Kältemittelrohr,
9:: Verlängerungsrohr,
10:: Verlängerungsrohr,
11:: Anschluss,
12:: Anschluss,
13:: Anschluss,
14:: Anschluss,
15:: Verzweigungsabschnitt,
15R:: Verzweigungsabschnitt,
16:: Einspeisungsanschluss,
16R:: Einspeisungsanschluss,
17:: Einspeisungsrohr,
17R:: Einspeisungsrohr,
18:: zweites Expansionsventil,
18R:: zweites Expansionsventil,
19R:: drittes Expansionsventil,
21:: Temperatursensor,
22:: Drucksensor,
24:: Steuerung,
25:: erster Wassertemperatursensor,
26:: zweiter Wassertemperatursensor,
30:: Wasserrohr,
100:: Kältemittelkreislaufvorrichtung,
100R:: Kältemittelkreislaufvorrichtung,
101:: Außenraumeinheit,
102:: Innenraumeinheit.

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

JP 5042058 [0003]

Claims

Kältemittelkreislaufvorrichtung, umfassend: einen Kompressor, welcher einen Einspeisungsanschluss aufweist und konfiguriert ist, komprimiertes Kältemittel auszugeben; einen Luftwärmetauscher, welcher konfiguriert ist, zu bewirken, dass Luft und das Kältemittel miteinander Wärme austauschen; ein erstes Expansionsventil; einen Wasserwärmetauscher, welcher konfiguriert ist, zu bewirken, dass Wasser und das Kältemittel miteinander Wärme austauschen; ein Strömungswegumschaltgerät, welches an einem Ausgabeanschluss des Kompressors bereitgestellt ist und konfiguriert ist, zwischen einem ersten Zustand, in welchem das von dem Kompressor ausgegebene Kältemittel dazu gebracht wird, in den Wasserwärmetauscher zu strömen, und einem zweiten Zustand, in welchem das von dem Kompressor ausgegebene Kältemittel dazu gebracht wird, in den Luftwärmetauscher zu strömen, umgeschaltet zu werden; ein Einspeisungsrohr, welches von einem Verzweigungsabschnitt eines Kältemittelrohrs abzweigt, welches den Wasserwärmetauscher mit dem ersten Expansionsventil verbindet, wobei das Einspeisungsrohr mit dem Einspeisungsanschluss verbunden ist; ein zweites Expansionsventil, welches an dem Einspeisungsrohr bereitgestellt ist; und einen internen Wärmetauscher, welcher konfiguriert ist, zu bewirken, dass das zwischen dem Wasserwärmetauscher und dem Verzweigungsabschnitt strömende Kältemittel und das aus dem zweiten Expansionsventil ausströmende und durch das Einspeisungsrohr strömende Kältemittel miteinander Wärme austauschen; wobei der Verzweigungsabschnitt in einer Strömungsrichtung des Kältemittels, die vorliegt, wenn das Strömungswegumschaltgerät in dem ersten Zustand betrieben wird, stromabwärts des internen Wärmetauschers und stromaufwärts des ersten Expansionsventils bereitgestellt ist.
Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß Anspruch 1, umfassend: einen Temperatursensor, welcher konfiguriert ist, eine Temperatur des von dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels zu detektieren; einen Drucksensor, welcher konfiguriert ist, einen Druck des von dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels zu detektieren; und eine Steuerung, welche konfiguriert ist, einen Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils basierend auf einem Detektionswert von dem Temperatursensor und einem Detektionswert von dem Drucksensor zu steuern, wenn das Strömungswegumschaltgerät in dem ersten Zustand betrieben wird.
Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Steuerung konfiguriert ist, den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils so zu steuern, dass ein Ausgabeüberhitzungsgrad, welcher von dem Detektionswert von dem Temperatursensor und dem Detektionswert von dem Drucksensor erhalten wird, einen Ausgabeüberhitzungssollgrad anstrebt.
Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Steuerung konfiguriert ist, einen Wert des Ausgabeüberhitzungssollgrads mit zunehmendem Wert des Detektionswerts von dem Drucksensor auf einen höheren Wert einzustellen.
Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß Anspruch 3, umfassend einen Wassertemperatursensor, welcher konfiguriert ist, eine Temperatur von aus dem Wasserwärmetauscher ausströmendem Wasser zu detektieren, wobei die Steuerung konfiguriert ist, den Ausgabeüberhitzungssollgrad basierend auf einer Differenz zwischen einem Detektionswert von dem Wassertemperatursensor und einem Sollwert für die Temperatur von aus dem Wasserwärmetauscher ausströmendem Wasser zu regeln.
Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Steuerung konfiguriert ist, das zweite Expansionsventil zu steuern, wobei der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils während eines Heizbetriebs, in welchem das Strömungswegumschaltgerät in dem ersten Zustand ist und der Wasserwärmetauscher als ein Verflüssiger für das Kältemittel verwendet wird, kleiner als der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils während eines Abtaubetriebs ist, in welchem das Strömungswegumschaltgerät in dem zweiten Zustand ist und der Luftwärmetauscher als ein Verflüssiger für das Kältemittel verwendet wird.